説明

識別記号付パワーモジュール用基板およびその製造方法

【課題】識別記号の形成用スペースを必要とせず、金属板の接合後であっても確認可能な識別記号を有するパワーモジュール用基板を提供する。
【解決手段】セラミックス基板20と、このセラミックス基板20に接合され、ろう付により互いに接合された第1金属層31および第2金属層32からなる金属板30とを備え、第1金属層31と第2金属層32との間に、これら第1金属層31と第2金属層32とが互いに接合されている接合部33と、第1金属層31と第2金属層32とが互いに接合されていない部分により形成された識別記号34とが設けられている識別記号付パワーモジュール用基板10。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、識別記号付パワーモジュール用基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、半導体素子の中でも電力供給のためのパワーモジュールは発熱量が比較的高い。このため、パワーモジュール用基板としては、AlN、Al、Si、SiC等からなるセラミックス基板上に、アルミニウム板等の金属板をAl−Si系等のろう材により接合させたものが用いられている。この金属板は、後工程のエッチング処理によって所望パターンに成形されて回路層や放熱層となる。そして、エッチング後は、回路層の表面にはんだ材により電子部品(半導体チップ等のパワー素子)が搭載され、また放熱層にヒートシンクが接合され、パワーモジュールとなる。
【0003】
このようなパワーモジュールにおいて、シリアルナンバーや基板の表面状態等を示す識別記号を付与し、製造履歴の確認や追跡調査等を行うことが求められている。識別記号は、たとえば特許文献1に示されるように、製品の表面に印字や刻印を施したり、マイクロチップを貼り付けたりすることにより付与できる。また、特許文献2に示されるように、アルミナ基板にガラスを積層し、レーザを照射することによりガラスを変色させ、基板上にバーコードを形成することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−131646号公報
【特許文献2】特開平7−249090号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、パワーモジュール用基板はサイズが小さく、識別記号を付与するスペースを確保することができない。また、セラミックス基板を探傷検査したときの表面状態を示す識別記号を形成する場合、検査後のセラミックス基板に金属板が接合されてしまうと、識別記号が金属板によって覆われてしまい、接合後に表面状態を特定できなくなるという問題がある。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、識別記号の形成用スペースを必要とせず、金属板の接合後であっても確認可能な識別記号を有するパワーモジュール用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、セラミックス基板と、このセラミックス基板に接合され、ろう付により互いに接合された第1金属層および第2金属層からなる金属板とを備え、前記第1金属層と前記第2金属層との間に、これら前記第1金属層と前記第2金属層とが互いに接合されている接合部と、前記第1金属層と前記第2金属層とが互いに接合されていない部分により形成された識別記号とが設けられている識別記号付パワーモジュール用基板である。
【0008】
この識別記号付パワーモジュール用基板によれば、セラミックス板に接合される金属板を2層構造とし、第1金属層と第2金属層とが接合されていない部分によって識別記号が形成されているので、形成用スペースがなくても識別記号を備えるパワーモジュール用基板を実現できる。なお、このような識別記号は、反射特性の違いを利用してたとえば超音波検査により識別可能である。
【0009】
この識別記号付パワーモジュール用基板において、前記識別記号は、前記第1金属層および前記第2金属層のいずれかの表面に形成された凹部、あるいは前記第1金属板と前記第2金属板との間に介在する異物であることが好ましい。これらの場合、金属板とは反射特性の異なる空隙や異物により識別記号が形成される。
【0010】
また本発明は、セラミックス基板に、第1金属層および第2金属層が接合されてなる金属板をろう付してパワーモジュール用基板を製造する方法であって、前記第1金属層と、前記第2金属層と、これら第1金属層および第2金属層を接合するろう付用のろう箔との少なくともいずれかの表面に接合妨害部を設けておき、前記接合妨害部が前記第1金属層と前記第2金属層との間に位置するように、前記第1金属層、前記第2金属層、および前記ろう箔を前記セラミックス基板に積層し、この積層方向に加圧しながら加熱して、前記第1金属層、前記第2金属層、および前記セラミックス基板を接合し、前記金属板の内部に、第1金属層と第2金属層とが互いに接合されている接合部と、前記接合妨害部によって第1金属層と第2金属層とが互いに接合されていない部分とを設け、この接合されていない部分による識別記号を形成する。
【0011】
この製造方法によれば、ろう箔、第1金属層または第2金属層の表面に接合妨害部を形成した上でこれらをろう付するだけで、超音波検査等により識別可能な識別記号を、金属板の内部に形成することができる。すなわち、識別記号に対応する文字や記号等の接合妨害部を形成することにより、この接合妨害部の形状に沿って未接合部分を形成できるので、超音波検査等により識別可能な識別記号を形成できる。
【0012】
この製造方法において、前記接合妨害部は、前塗料により形成された塗膜、あるいは第1金属層および第2金属層の少なくともいずれかの前記表面に形成された凹部であることが好ましい。接合妨害部が塗膜である場合は、この塗膜部分が接合されず超音波検査等により認識可能な空隙となる。また、接合妨害部が凹部である場合は、超音波検査等により認識可能な空隙が形成される。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板およびその製造方法によれば、識別記号の形成用スペースを必要とせず、金属板の接合後であっても確認可能な識別記号を有するパワーモジュール用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の識別記号付パワーモジュール用基板を示す斜視図である。
【図2】パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを示す断面図である。
【図3】本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法の実施形態を示す斜視図である。
【図4】本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法の他の実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板およびその製造方法の実施形態について説明する。本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板(以下、「パワーモジュール用基板」)10は、図1に示すように、セラミックス基板20と、このセラミックス基板20に接合され、ろう付により互いに接合された第1金属層31および第2金属層32からなる放熱層用の金属板30と、セラミックス基板20に接合された回路層用の金属板40とを備える。
【0016】
このパワーモジュール用基板10において、第1金属層31と第2金属層32との間に、これら第1金属層31と第2金属層32とが互いに接合されている接合部33と、第1金属層31と第2金属層32とが互いに接合されていない部分により形成された識別記号34とが設けられている。
【0017】
セラミックス用基板20は、例えばAlN(窒化アルミニウム)、Si(窒化珪素)等の窒化物系セラミックス、若しくはAl(アルミナ)等の酸化物系セラミックスを母材として矩形状に形成されている。放熱層用の第1金属層31および第2金属層32(金属板30)は、純アルミニウムにより形成される。回路層用の金属板40は、純アルミニウム若しくはアルミニウム合金により形成される。セラミックス基板20、第1金属層31および第2金属層32(金属板30)、および金属板40の相互間は、Al−Si系、Al−Ge系、Al−Cu系、Al−Mg系またはAl−Mn系等のろう材により、ろう付されている。
【0018】
このパワーモジュール用基板10を用いたパワーモジュール100は、図2に示すように、パワーモジュール用基板10に半導体チップ等の電子部品101およびヒートシンク102を取り付けて製造される。パワーモジュール100において、電子部品101は、金属板40から形成された回路パターン41の上に、Sn−Ag−Cu系、Zn−Al系若しくはPb−Sn系等のはんだ材103によって接合される。電子部品101と回路パターン41の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ104により接続される。
【0019】
ヒートシンク102は、アルミニウム合金の押し出し成形によって形成され、その長さ方向に沿って冷却水を流通させるための多数の流路102aが形成されている。ヒートシンク102は、ろう付、はんだ付、ボルト等によってパワーモジュール用基板10に接合される。
【0020】
パワーモジュール用基板10は、製造番号やロット番号等が識別記号34として設けられていることにより、製造情報等の確認が可能である。この識別記号34は第1金属層31と第2金属層32との間、すなわち金属板30の内部に形成されているから、表面に余白のない小型の基板であっても識別記号34を備えることができる。この識別記号34はパワーモジュール用基板10の表面には表れないので、たとえば超音波検査等により識別可能である。
【0021】
以上説明したように、本実施形態のパワーモジュール用基板10によれば、形成用スペースを必要としないので、小さいサイズの基板であっても識別記号34を備えることができる。また、空隙により形成された識別記号34は接合後であっても確認可能であるので、工程管理を容易かつ確実に行うことができる。
【0022】
次に、本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板10の製造方法の実施形態について説明する。パワーモジュール用基板10は、図3に示すようにセラミックス基板20、金属板30を構成する第1金属層31と第2金属層32、および金属板40を積層して接合した積層体を、図1に示すように所望の大きさに分割することにより製造される。セラミックス基板20と各金属板30,40との間、および第1金属層31と第2金属層32との間は、ろう箔50,51を用いたろう付により接合される。
【0023】
接合の際は、第1金属層31と、第2金属層32と、これら第1金属層31および第2金属層32を接合するろう付用のろう箔51との少なくともいずれか(本実施形態ではろう箔52)の表面に、接合妨害部51aを設けておく。本実施形態における接合妨害部51aは、ろう箔51の表面に塗料により形成された塗膜であり、たとえばバーコードや文字等を示す形状に形成されている。接合妨害部51aを形成する塗料としては、たとえば、マークテック株式会社製、エコインクIS−02B(商品名)等を用いることができる。
【0024】
このろう箔51を第1金属層31と第2金属層32との間に配置するとともに、セラミックス基板20と金属板40との間およびセラミックス基板20と第1金属層31との間にろう箔50を配置するように、これら部材を積層する。そして、この積層方向に加圧しながら加熱することにより、セラミックス基板20、第1金属層31、第2金属層32、および金属板40を接合する。
【0025】
すると、セラミックス基板20と第1金属層31および金属板40との各間は、ろう箔50により全面が接合される。これに対して、第1金属層31と第2金属層32との間では、第1金属層31と第2金属層32とが互いに接合されている接合部34と、接合妨害部51aが接合を妨げることにより形成された識別記号34とが形成される。すなわち、接合妨害部51aの塗膜の部分は第1金属層31と第2金属層32とが接合されず、空隙や異物として識別記号34が形成される。この識別記号34は、表面には露出しないが、第1金属層31および第2金属層32とは反射特性が異なるため、超音波検査等により識別可能である。
【0026】
以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、所望の形状に塗料を塗布したろう箔51を用いて第1金属層31と第2金属層32とをろう付するだけで、表面に露出しない識別記号34を有するパワーモジュール用基板10を製造することができる。
【0027】
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【0028】
接合妨害部は、前記実施形態ではろう箔に設けたが、第1金属層または第2金属層のいずれかの表面に設けてもよい。また、前記実施形態では塗料により接合妨害部を形成したが、各金属層とは反射特性の異なる異物により形成してもよく、この異物がろう付後にも識別記号として残存していてもよい。また、第1金属層の表面や第2金属層32の表面に形成された刻印等の凹部(接合妨害部32a、図4参照)として接合妨害部を形成してもよい。いずれの場合も、セラミックス基板と金属板との接合面に接合妨害部を設けることにより、表面に露出しない識別記号を備えるパワーモジュール用基板を実現できる。
【符号の説明】
【0029】
10 識別記号付パワーモジュール用基板
20 セラミックス基板
30,40 金属板
31 第1金属層
32 第2金属層
33 接合部
34 識別記号
50,51 ろう箔
51a,32a 接合妨害部
100 パワーモジュール
101 電子部品
102 ヒートシンク
102a 流路
103 はんだ材
104 ボンディングワイヤ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
セラミックス基板と、
このセラミックス基板に接合され、ろう付により互いに接合された第1金属層および第2金属層からなる金属板とを備え、
前記第1金属層と前記第2金属層との間に、これら前記第1金属層と前記第2金属層とが互いに接合されている接合部と、前記第1金属層と前記第2金属層とが互いに接合されていない部分により形成された識別記号とが設けられていることを特徴とする識別記号付パワーモジュール用基板。
【請求項2】
前記識別記号は、前記第1金属層および前記第2金属層のいずれかの表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項1に記載の識別記号付パワーモジュール用基板。
【請求項3】
前記識別記号は、前記第1金属板と前記第2金属板との間に介在する異物であることを特徴とする請求項1に記載の識別記号付パワーモジュール用基板。
【請求項4】
セラミックス基板に、第1金属層および第2金属層が接合されてなる金属板をろう付してパワーモジュール用基板を製造する方法であって、
前記第1金属層と、前記第2金属層と、これら第1金属層および第2金属層を接合するろう付用のろう箔との少なくともいずれかの表面に接合妨害部を設けておき、
前記接合妨害部が前記第1金属層と前記第2金属層との間に位置するように、前記第1金属層、前記第2金属層、および前記ろう箔を前記セラミックス基板に積層し、
この積層方向に加圧しながら加熱して、前記第1金属層、前記第2金属層、および前記セラミックス基板を接合し、
前記金属板の内部に、前記第1金属層と前記第2金属層とが互いに接合されている接合部と、前記接合妨害部によって前記第1金属層と前記第2金属層とが互いに接合されていない部分とを設け、この接合されていない部分による識別記号を形成することを特徴とする識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項5】
前記接合妨害部は、塗料により形成された塗膜であることを特徴とする請求項4に記載の識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項6】
前記接合妨害部は、第1金属層および第2金属層の少なくともいずれかの前記表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項4に記載の識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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