JP5887907B2

JP5887907B2 - Power module substrate manufacturing method and manufacturing apparatus

Info

Publication number: JP5887907B2
Application number: JP2011274972A
Authority: JP
Inventors: 長瀬　敏之; 敏之長瀬; 博志宮田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: JP2013125908A

Description

本発明は、大電流、大電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板の製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a power module substrate used in a semiconductor device that controls a large current and a large voltage.

従来のパワーモジュールとして、セラミックス基板の一方の面に、導体層を形成する金属板が積層され、この導体層の上に半導体チップ等の電子部品がはんだ付けされるとともに、セラミックス基板の他方の面に放熱層となる金属板が形成され、この放熱層にヒートシンクが接合された構成のものが知られている。この種のパワーモジュールに用いられるパワーモジュール用基板において、例えば両側の金属板の厚みが異なる場合などには、エッチングにより金属板の外縁を形成することが難しいため、プレス成形により打ち抜いた金属板をセラミックス基板にろう付け等により接合しているが、その際にセラミックス基板と金属板とにずれが生じないように位置決めする必要がある。 As a conventional power module, a metal plate forming a conductor layer is laminated on one surface of a ceramic substrate, and an electronic component such as a semiconductor chip is soldered on the conductor layer, and the other surface of the ceramic substrate There is known a structure in which a metal plate serving as a heat dissipation layer is formed and a heat sink is bonded to the heat dissipation layer. In a power module substrate used in this type of power module, for example, when the thickness of the metal plates on both sides is different, it is difficult to form the outer edge of the metal plate by etching. The ceramic substrate is joined to the ceramic substrate by brazing or the like, but it is necessary to position the ceramic substrate and the metal plate so as not to be displaced.

特許文献１では、セラミックス基板の表面に、揮発性有機媒体の表面張力によってろう材箔を仮固定するとともに、このろう材箔の表面にも揮発性有機媒体の表面張力によって金属板を仮固定して積層体を形成した後に、この積層体を積層方向に加圧して加熱し、パワーモジュール用基板を形成する方法が提案されている。
特許文献２には、上面視Ｌ字状に形成された４本の柱部と、これら柱部により四隅が案内される四角形の加圧板及びテンプレートとを備える装置が開示されている。テンプレートには、金属板の外周縁と同一形状の位置決め孔が貫通状態に形成されるとともに、両端部に凸部が外縁に沿って形成されており、これら凸部の間にセラミックス基板が位置決めされ、位置決め孔に金属板を配置することにより、セラミックス基板に金属板が位置決めされる構成である。 In Patent Document 1, a brazing material foil is temporarily fixed to the surface of the ceramic substrate by the surface tension of the volatile organic medium, and a metal plate is also temporarily fixed to the surface of the brazing material foil by the surface tension of the volatile organic medium. Then, after forming a laminated body, a method of forming a power module substrate by pressurizing and heating the laminated body in the laminating direction has been proposed.
Patent Document 2 discloses an apparatus including four pillar portions formed in an L shape in a top view, and a square pressure plate and a template whose four corners are guided by these pillar portions. A positioning hole having the same shape as the outer peripheral edge of the metal plate is formed in the template in a penetrating state, and convex portions are formed at both ends along the outer edge, and the ceramic substrate is positioned between the convex portions. The metal plate is positioned on the ceramic substrate by arranging the metal plate in the positioning hole.

特許第４３１１３０３号公報Japanese Patent No. 4311303 特開２００７−３１１７０２号公報JP 2007-311702 A

しかしながら、特許文献１のように、揮発性有機媒体を用いた表面張力による仮固定だけでは、セラミックス基板とろう材箔との間、ろう材箔と金属板との間で突発的な位置ズレが生じることがある。また、加熱時に揮発した揮発性有機媒体により、加熱炉内が汚染されるなどの問題もある。
また、特許文献２の装置においては、金属板の厚みが大きい場合は有効であるが、薄肉化に伴い、取り扱いが難しくなってきた。 However, as in Patent Document 1, only by temporary fixing by surface tension using a volatile organic medium, sudden positional deviation between the ceramic substrate and the brazing material foil and between the brazing material foil and the metal plate may occur. May occur. In addition, there is a problem that the inside of the heating furnace is contaminated by a volatile organic medium that volatilizes during heating.
Moreover, in the apparatus of patent document 2, although it is effective when the thickness of a metal plate is large, handling has become difficult with thinning.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、薄肉の金属板においてもセラミックス基板との位置決めを確実に行うことができるパワーモジュール用基板の製造方法および製造装置を提供する。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: Even if it is a thin metal plate, the manufacturing method and manufacturing apparatus of the board | substrate for power modules which can perform positioning with a ceramic substrate reliably are provided.

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置は、平面視矩形状のセラミックス基板の両面に該セラミックス基板よりも平面積の小さい平面視矩形状の第１の金属板及び第２の金属板がそれぞれ積層状態に接合されてなるパワーモジュール用基板を製造する装置であって、ベース板と、該ベース板上に載置される支持板と、該支持板上に載置した前記第１の金属板に対して前記セラミックス基板及び前記第２の金属板を位置決めする位置決め治具とを備えるとともに、前記ベース板上に、前記支持板及び前記第１の金属板の一つのコーナー部を位置決めするコーナー位置決め部が立設されるとともに、該コーナー位置決め部には、前記コーナー部を当接させるように直角に配置された内向き基準面が形成され、該内向き基準面の高さは、前記支持板の厚さより大きくかつ前記支持板と前記第１の金属板との積層厚さより小さく形成され、前記位置決め治具には、前記支持板又は前記コーナー位置決め部に当接して前記内向き基準面に対して位置決めされるコーナー基準受け面と、前記第１の金属板上に重ねた前記セラミックス基板の一つのコーナー部を当接させる基板位置決め部と、前記セラミックス基板上に重ねた前記第２の金属板の一つのコーナー部を当接させる金属板位置決め部とが形成されていることを特徴とする。 In the power module substrate manufacturing apparatus of the present invention, a first metal plate and a second metal plate each having a rectangular shape in plan view having a smaller plane area than the ceramic substrate are laminated on both surfaces of the ceramic substrate having a rectangular shape in plan view. An apparatus for manufacturing a power module substrate bonded in a state, comprising: a base plate; a support plate placed on the base plate; and the first metal plate placed on the support plate A positioning jig for positioning the ceramic substrate and the second metal plate, and positioning a corner portion of the support plate and the first metal plate on the base plate. The corner positioning portion is formed with an inward reference surface disposed at a right angle so as to contact the corner portion, and the height of the inward reference surface is the height of the support portion. The positioning jig is formed to be larger than the thickness of the plate and smaller than the laminated thickness of the support plate and the first metal plate, and the positioning jig is in contact with the support plate or the corner positioning portion to the inward reference surface. A corner reference receiving surface that is positioned with respect to the substrate, a substrate positioning portion that abuts one corner portion of the ceramic substrate overlaid on the first metal plate, and the second metal overlaid on the ceramic substrate. A metal plate positioning portion that contacts one corner portion of the plate is formed.

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置によれば、支持板及び第１の金属板の一つのコーナー部をベース板から立設しているコーナー位置決め部の内向き基準面により位置決めし、位置決め治具を支持板又はコーナー位置決め部に当接させて、この内向き基準面に対して位置決めし、この状態で、基板位置決め部にセラミックス基板のコーナー部を位置決めするとともに、金属板位置決め部に第２の金属板のコーナー部を位置決めすることにより、第１の金属板にセラミックス基板及び第２の金属板を位置決めされた状態に積層することができる。この場合、コーナー位置決め部の内向き基準面が第１の金属板のみを当接させて位置決めする構成とすると、第１の金属板が薄肉である場合には、内向き基準面の高さも小さくなるので、これらを当接状態とすることが難しく、重なりが生じ易いが、内向き基準面に支持板と第１の金属板との両方を当接させて位置決めする構成としたことにより、この内向き基準面としては十分な高さを確保することができ、第１の金属板が薄肉であっても、内向き基準面に確実に当接状態とすることができ、その位置決めを正確に行うことができる。
そして、両金属板及びセラミックス基板を位置決め状態に積層した後、支持板をコーナー位置決め部の内向き基準面から離間する方向に移動することにより、積層状態のセラミックス基板及び両金属板を支持板により一体に取り扱うことができ、正確な位置決め状態で接合することができる。 According to the power module substrate manufacturing apparatus of the present invention, one corner portion of the support plate and the first metal plate is positioned by the inward reference surface of the corner positioning portion standing from the base plate. The tool is brought into contact with the support plate or the corner positioning portion and positioned with respect to the inward reference plane. In this state, the corner portion of the ceramic substrate is positioned on the substrate positioning portion, and the metal plate positioning portion is secondly positioned. By positioning the corners of the metal plate, the ceramic substrate and the second metal plate can be stacked on the first metal plate. In this case, if the inward reference surface of the corner positioning portion is positioned by contacting only the first metal plate, the height of the inward reference surface is small when the first metal plate is thin. Therefore, it is difficult to bring them into contact with each other, and the overlap is likely to occur. However, by adopting a configuration in which both the support plate and the first metal plate are brought into contact with the inward reference plane, Sufficient height can be secured for the inward reference surface, and even if the first metal plate is thin, it can be brought into contact with the inward reference surface without fail, and its positioning can be accurately performed. It can be carried out.
Then, after laminating both the metal plate and the ceramic substrate in the positioning state, the support plate is moved in a direction away from the inward reference plane of the corner positioning portion, so that the laminated ceramic substrate and both the metal plates are moved by the support plate. They can be handled as a unit and can be joined in an accurate positioning state.

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記支持板には、前記コーナー位置決め部の内向き基準面に当接するコーナー部とは対角方向のコーナー部にコーナー基準面が形成され、前記位置決め治具のコーナー基準受け面は、前記支持板のコーナー基準面に当接するとよい。
支持板のコーナー基準面に位置決め治具のコーナー基準受け面を当接する作業が、支持板をコーナー位置決め部の内向き基準面に押圧する方向となるので、この内向き基準面に当接している支持板に位置ずれを生じさせることがなく、位置決め作業を正確に行うことができる。 In the power module substrate manufacturing apparatus of the present invention, the support plate is formed with a corner reference surface at a corner portion diagonally opposite the corner portion contacting the inward reference surface of the corner positioning portion. The corner reference receiving surface of the jig may be in contact with the corner reference surface of the support plate.
Since the work of abutting the corner reference receiving surface of the positioning jig with the corner reference surface of the support plate is a direction in which the support plate is pressed against the inward reference surface of the corner positioning portion, it is in contact with this inward reference surface. Positioning work can be performed accurately without causing a positional shift in the support plate.

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記コーナー位置決め部は、複数本並べて立設されたガイド柱により構成されるとともに、前記内向き基準面は前記ガイド柱の側面の内側に接する仮想平面により形成され、前記支持板には、前記ガイド柱を前記コーナー位置決め部への前記支持板の当接方向に沿って移動自在に挿入する貫通孔が複数並んで形成されており、これら貫通孔の内側の接線により直角に形成される部位が前記支持板のコーナー部であるものとしてもよい。 In the apparatus for manufacturing a power module substrate according to the present invention, the corner positioning portion is constituted by a plurality of guide pillars that are erected side by side, and the inward reference plane is in contact with the inside of the side surface of the guide pillar. is formed by the support plate, the guide posts of the provided through hole that movably inserted is formed side by side a plurality along the contact direction of the support plate to the corner positioning portion, of the through holes site to be right angle formed by the inside of the tangent may be a corner portion der shall of the support plate.

コーナー位置決め部をガイド柱により構成し、支持板に貫通孔を形成したので、支持板の平面積を金属板及びセラミックス基板よりも十分に大きいものとすることができ、この支持板の上に載置した両金属板及びセラミックス基板を支持板ごと取り扱うことが容易になる。この場合、支持板の貫通孔にガイド柱が移動自在に挿入されるようにしたので、両金属板及びセラミックス基板の位置決め後に、支持板を貫通孔に沿って移動して、ガイド柱に当接している支持板及び第１の金属板をガイド柱から離間させた後に引き抜けば、第１の金属板がガイド柱に引きずられて位置ずれを発生させることはない。 Since the corner positioning part is constituted by guide pillars and through holes are formed in the support plate, the plane area of the support plate can be made sufficiently larger than the metal plate and the ceramic substrate, and placed on this support plate. It becomes easy to handle both the metal plate and the ceramic substrate placed together with the support plate. In this case, since the guide pillar is movably inserted into the through hole of the support plate, after the positioning of both the metal plate and the ceramic substrate, the support plate is moved along the through hole to come into contact with the guide pillar. If the supporting plate and the first metal plate are pulled out after being separated from the guide column, the first metal plate is not dragged by the guide column to cause a positional shift.

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記コーナー位置決め部には、前記内向き基準面に平行な外向き基準面が形成され、前記位置決め治具のコーナー基準受け面は、前記コーナー位置決め部の外向き基準面に当接するものとしてもよい。 In the power module substrate manufacturing apparatus of the present invention, the corner positioning portion is formed with an outward reference surface parallel to the inward reference surface, and the corner reference receiving surface of the positioning jig is the corner positioning portion. It is good also as what abuts on the outward reference plane.

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、平面視矩形状のセラミックス基板の両面に該セラミックス基板よりも平面積の小さい平面視矩形状の第１の金属板及び第２の金属板をそれぞれ積層する積層工程と、これらを積層状態で接合する接合工程とを有するパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記積層工程は、直角に配置された内向き基準面を有するコーナー位置決め部が立設されたベース板と、該ベース板上に載置される支持板と、該支持板上に載置した前記第１の金属板に対して前記セラミックス基板を位置決めする基板位置決め部及び前記第２の金属板を位置決めする金属板位置決め部を有する位置決め治具とを用い、前記ベース板上に、前記支持板及び前記第１の金属板を順次積層するとともに、これら支持板及び第１の金属板の一つのコーナー部を前記内向き基準面に当接させ、前記第１の金属板の上にセラミックス基板及び前記第２の金属板を順次積層し、前記コーナー位置決め部又は前記支持板に前記位置決め治具を当接させることにより、該位置決め治具を前記内向き基準面に対して位置決めし、該位置決め治具の前記基板位置決め部に前記セラミックス基板の一つのコーナー部を当接させ、前記位置決め治具の前記金属板位置決め部に前記第２の金属板の一つのコーナー部を当接させて、これらセラミックス基板及び第２の金属板を前記第１の金属板に対して位置決めすることを特徴とする。 In the method for manufacturing a power module substrate of the present invention, a first metal plate and a second metal plate each having a rectangular shape in plan view smaller than the ceramic substrate are laminated on both surfaces of the ceramic substrate having a rectangular shape in plan view. A power module substrate manufacturing method comprising: a laminating step for joining; and a joining step for joining them in a laminated state, wherein the laminating step includes a corner positioning portion having an inward reference surface arranged at a right angle. A base plate, a support plate placed on the base plate, a substrate positioning unit for positioning the ceramic substrate with respect to the first metal plate placed on the support plate, and the second A positioning jig having a metal plate positioning portion for positioning the metal plate is used, and the support plate and the first metal plate are sequentially laminated on the base plate, and the support plate and One corner of one metal plate is brought into contact with the inward reference plane, a ceramic substrate and the second metal plate are sequentially laminated on the first metal plate, and the corner positioning portion or the support By positioning the positioning jig against the plate, the positioning jig is positioned with respect to the inward reference plane, and one corner portion of the ceramic substrate is brought into contact with the substrate positioning portion of the positioning jig. Then, a corner portion of the second metal plate is brought into contact with the metal plate positioning portion of the positioning jig, and the ceramic substrate and the second metal plate are positioned with respect to the first metal plate. It is characterized by doing.

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、積層工程において、ベース板上に、支持板及び第１の金属板を積層するとともに、これら支持板及び第１の金属板の一つのコーナー部を内向き基準面に当接させ、さらに、この内向き基準面に対して位置決めされた位置決め治具の基板位置決め部にセラミックス基板の一つのコーナー部を当接させるとともに、位置決め治具の金属板位置決め部に第２の金属板の一つのコーナー部を当接させることによって、第１の金属板、セラミックス基板及び第２の金属板を正確に位置決めすることができる。
また、両金属板及びセラミックス基板を位置決め状態に積層した後、支持板をコーナー位置決め部の内向き基準面から離間する方向に移動することにより、積層状態のセラミックス基板及び両金属板を支持板により一体に取り扱うことができ、正確な位置決め状態で接合することができる。 According to the method for manufacturing a power module substrate of the present invention, in the stacking step, the support plate and the first metal plate are stacked on the base plate, and one corner portion of the support plate and the first metal plate is stacked. Is brought into contact with the inward reference surface, and one corner portion of the ceramic substrate is brought into contact with the substrate positioning portion of the positioning jig positioned with respect to the inward reference surface, and the metal plate of the positioning jig By bringing one corner portion of the second metal plate into contact with the positioning portion, the first metal plate, the ceramic substrate, and the second metal plate can be accurately positioned.
Also, after laminating both the metal plate and the ceramic substrate in the positioning state, the support plate is moved in a direction away from the inward reference surface of the corner positioning portion, so that the laminated ceramic substrate and both the metal plates are moved by the support plate. They can be handled as a unit and can be joined in an accurate positioning state.

本発明によれば、コーナー位置決め部の内向き基準面に支持板と第１の金属板との両方を当接させて位置決めするようにしたから、内向き基準面として十分な高さを確保することができ、第１の金属板が薄肉であっても、これを確実に当接状態として位置決めすることができ、両金属板及びセラミックス基板が正確に位置決めされたパワーモジュール用基板を製造することができる。 According to the present invention, since both the support plate and the first metal plate are brought into contact with the inward reference surface of the corner positioning portion for positioning, a sufficient height is secured as the inward reference surface. Even if the first metal plate is thin, it can be positioned in a reliable contact state, and a power module substrate in which both the metal plate and the ceramic substrate are accurately positioned is manufactured. Can do.

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縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the power module using the board | substrate for power modules. 本発明の一実施形態であるパワーモジュール用基板の製造装置に用いられるベース板を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS (a) which shows the base board used for the manufacturing apparatus of the board | substrate for power modules which is one Embodiment of this invention is a top view, (b) is a front view. 図２のベース板に支持板を載置した状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。(A) which shows the state which mounted the support plate in the base plate of FIG. 2 is a top view, (b) is a front view. 一実施形態の製造装置に用いられる基板用治具の（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。(A) of the jig | tool for board | substrates used for the manufacturing apparatus of one Embodiment is a top view, (b) is a front view. 一実施形態の製造装置に用いられる金属板用治具の（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。(A) of the jig | tool for metal plates used for the manufacturing apparatus of one Embodiment is a top view, (b) is a front view. 図３に示す状態から支持板上に第１の金属板を載置した状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。(A) which shows the state which mounted the 1st metal plate on the support plate from the state shown in FIG. 3 is a top view, (b) is a front view. 図６に示す状態から支持板に基板用治具を当接して、セラミックス基板を位置決めした状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a front view showing a state in which the substrate is brought into contact with the support plate from the state shown in FIG. 図７に示す状態から基板用治具に金属板用治具を当接して、第２の金属板を位置決めした状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a front view showing a state where the metal plate jig is brought into contact with the substrate jig from the state shown in FIG. 7 and the second metal plate is positioned. 図８に示す状態から支持板ごと金属板及びセラミックス基板の積層体を取り外した状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。(A) which shows the state which removed the laminated body of the metal plate and the ceramic substrate with the support plate from the state shown in FIG. 8 is a top view, (b) is a front view. 本発明の他の実施形態の製造装置の要部を示しており、ガイド柱に基板用治具を当接して、セラミックス基板を位置決めした状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。The principal part of the manufacturing apparatus of other embodiment of this invention is shown, (a) which shows the state which contacted the jig | tool for board | substrates to the guide pillar and positioned the ceramic substrate, (b) is a front view, (b) is a front view FIG.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明により製造されるパワーモジュール用基板３を適用したパワーモジュール１を示している。この図１のパワーモジュール１は、セラミックス基板２を有するパワーモジュール用基板３と、パワーモジュール用基板３の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品４とから構成される。このパワーモジュール用基板３は、一般的には、その裏面にヒートシンク５を接合して用いられる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a power module 1 to which a power module substrate 3 manufactured according to the present invention is applied. The power module 1 shown in FIG. 1 includes a power module substrate 3 having a ceramic substrate 2 and an electronic component 4 such as a semiconductor chip mounted on the surface of the power module substrate 3. The power module substrate 3 is generally used with a heat sink 5 bonded to the back surface thereof.

パワーモジュール用基板３は、セラミックス基板２の両面に金属板６，７が積層されており、その一方の金属板（第１の金属板）６が回路層となり、その表面にはんだ層（図示略）を介して電子部品４が接合される。また、他方の金属板（第２の金属板）７は放熱層とされ、その表面にヒートシンク５が取り付けられる。セラミックス基板２、両金属板６，７とも平面視矩形状に形成されるが、セラミックス基板２よりも両金属板６，７の平面積が小さく設定されている。本実施形態では、両金属板６，７は同じ平面積の矩形状に形成されている。 In the power module substrate 3, metal plates 6 and 7 are laminated on both surfaces of the ceramic substrate 2, and one metal plate (first metal plate) 6 serves as a circuit layer, and a solder layer (not shown) is formed on the surface thereof. ), The electronic component 4 is joined. The other metal plate (second metal plate) 7 is a heat dissipation layer, and the heat sink 5 is attached to the surface thereof. Both the ceramic substrate 2 and the two metal plates 6 and 7 are formed in a rectangular shape in plan view, but the plane area of both the metal plates 6 and 7 is set smaller than that of the ceramic substrate 2. In this embodiment, both the metal plates 6 and 7 are formed in the rectangular shape of the same plane area.

セラミックス基板２は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスにより形成され、金属板６，７は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金が用いられる。アルミニウムの場合、純度９９．００質量％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）が用いられる。望ましくは純度９９．９０質量％以上のアルミニウムが用いられ、ＪＩＳ規格では、１Ｎ９０（純度９９．９０質量％以上：いわゆる３Ｎアルミニウム）又は１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。このパワーモジュール用基板３は、放熱層を形成する金属板（放熱層用金属板）７には、緩衝機能を持たせるため、回路層を形成する金属板（回路層用金属板）６よりも肉厚に形成されたものが用いられている。回路層用金属板６はセラミックス基板２よりわずかに薄く形成される。
また、セラミックス基板２と回路層及び放熱層となる金属板６，７とは、金属板６，７がアルミニウム又はアルミニウム合金の場合、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けされている。また、金属板６，７が銅又は銅合金の場合、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系等のろう材を用いることができる。 The ceramic substrate 2 is formed of, for example, nitride ceramics such as AlN (aluminum nitride), Si ₃ N ₄ (silicon nitride), or oxide ceramics such as Al ₂ O ₃ (alumina), and the metal plate 6, 7 is aluminum, aluminum alloy, copper or copper alloy. In the case of aluminum, aluminum (2N aluminum) having a purity of 99.00% by mass or more is used. Preferably, aluminum having a purity of 99.90% by mass or more is used, and 1N90 (purity 99.90% by mass or more: so-called 3N aluminum) or 1N99 (purity 99.99% by mass or more: so-called 4N aluminum) is used in JIS standards. be able to. This power module substrate 3 has a metal plate (heat radiating layer metal plate) 7 that forms a heat radiating layer more than a metal plate (circuit layer metal plate) 6 that forms a circuit layer in order to provide a buffer function. The one formed to be thick is used. The circuit layer metal plate 6 is formed slightly thinner than the ceramic substrate 2.
Further, the ceramic substrate 2 and the metal plates 6 and 7 which become the circuit layer and the heat dissipation layer are, when the metal plates 6 and 7 are aluminum or an aluminum alloy, Al-Si based, Al-Ge based, Al-Cu based, Al -It is brazed with a brazing material such as Mg-based or Al-Mn-based. Further, when the metal plates 6 and 7 are copper or a copper alloy, a brazing material such as an Ag-Cu-Ti system can be used.

なお、回路層用金属板６と電子部品４との接合には、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系，Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｚｎ−Ａｌ系もしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材が用いられる。また、電子部品４と回路層用金属板６の端子部との間は、例えばアルミニウム等からなるボンディングワイヤ（図示略）により接続される。
一方、ヒートシンク５は、その形状等は特に限定されないが、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５ａが形成されている。また、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金から構成される放熱板、緩衝板などの放熱部材を介してヒートシンク５に接合することもできる。 For joining the circuit layer metal plate 6 and the electronic component 4, Sn—Cu, Sn—Ag, Sn—Ag—Cu, Sn—Sb, Zn—Al, Pb—Sn, etc. The solder material is used. Further, the electronic component 4 and the terminal portion of the circuit layer metal plate 6 are connected by a bonding wire (not shown) made of, for example, aluminum.
On the other hand, the shape and the like of the heat sink 5 are not particularly limited, but are formed by extrusion molding of an aluminum alloy, and a large number of flow paths 5a are formed along the length direction for circulating cooling water. Moreover, it can also join to the heat sink 5 via heat radiating members, such as a heat sink and a buffer board comprised from aluminum, aluminum alloy, copper, or a copper alloy.

放熱層用金属板７とヒートシンク５との間の接合法としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等の合金のろう材によるろう付け法や、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材にフラックスを用いたノコロックろう付け法、金属板７およびヒートシンク５にＮｉめっきを施し、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｚｎ−Ａｌ系もしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材によりはんだ付けする方法が用いられ、あるいは、シリコングリースによって密着させた状態でねじによって機械的に固定される。 As a joining method between the heat dissipation layer metal plate 7 and the heat sink 5, a brazing material of an alloy such as Al—Si, Al—Ge, Al—Cu, Al—Mg, or Al—Mn is used. A brazing method, a nocolok brazing method using flux for an Al—Si brazing material, Ni plating on the metal plate 7 and the heat sink 5, Sn—Cu based, Sn—Ag based, Sn—Ag—Cu based, A method of soldering using a solder material such as Sn—Sb, Zn—Al, or Pb—Sn is used, or mechanically fixed with screws in a state of being in close contact with silicon grease.

次に、このパワーモジュール１に用いられているパワーモジュール用基板３の製造装置の一実施形態について説明する。
パワーモジュール用基板３の製造は、セラミックス基板２及び両金属板６，７を成形する成形工程と、セラミックス基板２の両面に金属板６，７を位置決めして積層する積層工程と、その積層状態のパワーモジュール用基板３を加熱して接合する接合工程とに分けられる。 Next, an embodiment of a manufacturing apparatus for the power module substrate 3 used in the power module 1 will be described.
The power module substrate 3 is manufactured by forming a ceramic substrate 2 and both metal plates 6 and 7, a laminating step of positioning and laminating the metal plates 6 and 7 on both surfaces of the ceramic substrate 2, and a lamination state thereof. The power module substrate 3 is heated and joined.

このうち、成形工程においては、セラミックス基板２はドクターブレード法等の公知の方法により製造することができ、金属板６，７はプレス加工により打ち抜き成形され、これら成形工程に用いられる装置も公知のものを使用することができる。なお、金属板６，７はその片面にろう材箔が貼付された状態で打ち抜かれる。
また、接合工程において使用される接合装置も、積層工程で積層状態とされたパワーモジュール用基板３を、真空又はガス雰囲気中で厚さ方向に加圧した状態で所望温度まで加熱する装置を用いることができる。 Among these, in the forming process, the ceramic substrate 2 can be manufactured by a known method such as a doctor blade method, and the metal plates 6 and 7 are stamped and formed by press working, and apparatuses used for these forming processes are also known. Things can be used. In addition, the metal plates 6 and 7 are punched out in a state where a brazing filler metal foil is stuck on one side.
In addition, the bonding apparatus used in the bonding process also uses an apparatus that heats the power module substrate 3 that has been stacked in the stacking process to a desired temperature while being pressed in the thickness direction in a vacuum or gas atmosphere. be able to.

図２〜図５は、本発明の製造装置の一実施形態である積層装置を示しており、図６〜図９はその積層装置を使用して両金属板６，７及びセラミックス基板２を位置決めしながら積層している状態を工程順に示したものである。
この積層装置は、回路層用金属板６の上にセラミックス基板２、放熱層用金属板７を順次位置決めしながら重ねるものであり、ベース板１２と、該ベース板１２上に載置される支持板１３と、該支持板１３上に載置した回路層用金属板６に対してセラミックス基板２及び放熱層用金属板７を位置決めする位置決め治具１４とを備えている。 2 to 5 show a laminating apparatus which is an embodiment of the manufacturing apparatus of the present invention. FIGS. 6 to 9 use the laminating apparatus to position both metal plates 6 and 7 and the ceramic substrate 2. The state in which the layers are stacked is shown in the order of processes.
In this laminating apparatus, a ceramic substrate 2 and a heat dissipation layer metal plate 7 are sequentially positioned and stacked on a circuit layer metal plate 6, and a base plate 12 and a support placed on the base plate 12 are supported. A plate 13 and a positioning jig 14 for positioning the ceramic substrate 2 and the heat dissipation layer metal plate 7 with respect to the circuit layer metal plate 6 placed on the support plate 13 are provided.

ベース板１２は、平面視ではセラミックス基板２よりも平面積が大きいほぼ矩形状をなしており、図２に全体を示すように、平面積の異なる２枚の板を積み重ねた形状に形成され、その四隅を切り欠いてなる切欠部１５が形成され、上面が支持板１３を載置するための載置基準面１６とされている。また、その載置基準面１６上には、図２（ａ）にＡで示す一つのコーナー部の両辺に沿って２本ずつ並んだ状態でガイド柱１７が立設されている。これらガイド柱１７が本発明のコーナー位置決め部を構成している。
各ガイド柱１７はいずれも同じ外径、高さの円柱状に形成され、２本ずつ並んで立設されていることにより、図２（ａ）の二点鎖線で示すように、これらガイド柱１７の側面の内側に接する仮想平面が直角に屈曲した状態に形成され、この仮想平面により、後述するように支持板１３及び回路層用金属板６のコーナー部を位置決めするための内向き基準面１８を構成している。
なお、図２（ａ）には、内向き基準面１８とは別にガイド柱１７の外側にも直角に屈曲した仮想平面が形成され、符号４１が付されているが、後述の他の実施形態において説明する。 The base plate 12 has a substantially rectangular shape having a larger planar area than the ceramic substrate 2 in plan view, and is formed in a shape in which two plates having different planar areas are stacked as shown in FIG. Cutout portions 15 formed by cutting out the four corners are formed, and the upper surface serves as a placement reference surface 16 on which the support plate 13 is placed. On the placement reference surface 16, two guide columns 17 are erected in a state where two are arranged along both sides of one corner portion indicated by A in FIG. These guide pillars 17 constitute a corner positioning portion of the present invention.
Each of the guide columns 17 is formed in a cylindrical shape having the same outer diameter and height, and two guide columns 17 are erected side by side, so that these guide columns 17 as shown by a two-dot chain line in FIG. An inward reference plane for positioning a corner portion of the support plate 13 and the circuit layer metal plate 6 as will be described later is formed in a state in which a virtual plane in contact with the inside of the side surface of 17 is bent at a right angle. 18 is constituted.
In FIG. 2A, in addition to the inward reference surface 18, a virtual plane that is bent at a right angle is also formed on the outside of the guide pillar 17, and is denoted by reference numeral 41. Will be described.

支持板１３は、カーボンにより、セラミックス基板２より平面積が大きく、ベース板１２の基準面１６と縦横の寸法がほぼ同じで、四隅が直角で表裏面が平行な平板状に形成されており、ベース板１２の載置基準面１６に重ねたときにベース板１２の切欠部１５に四隅部が配置されるようになっている。また、ベース板１２のガイド柱１７を挿入する貫通孔１９が一つのコーナー部の両辺に沿って２個ずつ並んで形成されている。これら貫通孔１９は、ガイド柱１７の外径より大きく形成されるが、図３（ａ）の矢印Ｘで示すようにガイド柱１７の側面により形成される内向き基準面１８に向けて支持板１３を押圧することにより、各ガイド柱１７の背部に押圧方向に沿う隙間ｇが形成される大きさに設定され、この隙間ｇの分、ガイド柱１７に対して押圧方向に沿って移動自在とされる。また、２個ずつ並ぶ貫通孔１９の内側の接線は、ガイド柱１７による内向き基準面１８に一致するように、直角に屈曲した状態に形成されている。本発明では、この貫通孔１９の内側の接線により図３（ａ）にＢで示す直角に形成される部位をも支持板１３のコーナー部と称している。 The support plate 13 is made of carbon and has a flat area larger than that of the ceramic substrate 2, is substantially the same as the reference surface 16 of the base plate 12, and is formed in a flat plate shape having four corners at right angles and parallel on the front and back surfaces. The four corners are arranged in the cutout portion 15 of the base plate 12 when the base plate 12 is overlaid on the mounting reference surface 16. Further, two through holes 19 into which the guide pillars 17 of the base plate 12 are inserted are formed side by side along both sides of one corner portion. These through-holes 19 are formed larger than the outer diameter of the guide pillar 17, but as shown by an arrow X in FIG. 3A, the support plate faces an inward reference surface 18 formed by the side surface of the guide pillar 17. By pressing 13, the size is set such that a gap g along the pressing direction is formed on the back of each guide pillar 17, and the gap g can be moved along the pressing direction with respect to the guide pillar 17. Is done. Further, the inner tangent line of the through-holes 19 arranged two by two is formed in a state bent at a right angle so as to coincide with the inward reference plane 18 by the guide pillar 17. In the present invention, a portion formed at a right angle indicated by B in FIG. 3A by the tangent line inside the through hole 19 is also referred to as a corner portion of the support plate 13.

そして、この支持板１３の上面が、回路層用金属板６を載置するための載置基準面２３とされるとともに、貫通孔１９によるコーナー部Ｂとは対角上に配置されるコーナー部Ｃの二辺が、後述する位置決め治具１４の基板用治具２２を位置決めするためのコーナー基準面２４とされている。なお、支持板１３の厚さはガイド柱１７の突出高さよりわずかに小さく形成され、ガイド柱１７を挿入状態としてベース板１２に重ねられたときに、図３（ｂ）に示すように、ガイド柱１７の頭部が支持板１３の上方にわずかに突出するようになっている。また、後述するように、ガイド柱１７の高さは、支持板１３の上に回路層用金属板６を積層したときの積層厚さより小さい高さに設定される。 The upper surface of the support plate 13 is a placement reference surface 23 for placing the circuit layer metal plate 6, and the corner portion disposed diagonally with the corner portion B by the through hole 19. Two sides of C are corner reference surfaces 24 for positioning a substrate jig 22 of a positioning jig 14 to be described later. Note that the thickness of the support plate 13 is slightly smaller than the protruding height of the guide column 17, and when the guide column 17 is placed on the base plate 12 in the inserted state, as shown in FIG. The head of the column 17 slightly protrudes above the support plate 13. Further, as will be described later, the height of the guide pillar 17 is set to a height smaller than the stacking thickness when the circuit layer metal plate 6 is stacked on the support plate 13.

位置決め治具１４は、この実施形態では、セラミックス基板２を位置決めするための基板用治具２２と、放熱層用金属板７を位置決めするための金属板用治具２５との二つの治具を組み合わせることにより構成されている（図８参照）。図４に基板用治具２２、図５に金属板用治具２５をそれぞれ示したように、いずれも、Ｌ字形に屈曲形成されており、その内側部に、直角に配置された二辺を構成するコーナー基準受け面２６，２７と、コーナー基準受け面２６，２７に平行で同じく直角に配置された二辺を構成するコーナー位置決め面３０，３１とが形成されている。
基板用治具２２のコーナー基準受け面２６は、後述するように、支持板１３のコーナー基準面２４に当接されるものであり、コーナー位置決め面３０は、セラミックス基板２のコーナー部を当接させるものである。また、二つのコーナー基準受け面２６に直角に交差するように上側基準受け面３３が形成され、この上側基準受け面３３を支持板１３の基準面２３に被せるように当接させた状態で、両コーナー基準受け面２６を支持板１３のコーナー基準面２４に当接するようになっている。また、この基板用治具２２の外側部に直角配置で形成される二辺は金属板用治具２５の位置決めのためのコーナー基準面２８とされ、その上面は上側基準面２９とされている。
金属板用治具２５には、二つのコーナー基準受け面２７に直角に交差する上側基準受け面３２が形成されており、後述するように、この金属板用治具２５のコーナー基準受け面２７及び上側基準受け面３２は、基板用治具２２のコーナー基準面２８及び上側基準面２９にそれぞれ当接され、コーナー位置決め面３１に放熱層用金属板７のコーナー部が当接される。 In this embodiment, the positioning jig 14 includes two jigs: a substrate jig 22 for positioning the ceramic substrate 2 and a metal plate jig 25 for positioning the heat dissipation layer metal plate 7. It is comprised by combining (refer FIG. 8). As shown in FIG. 4 for the substrate jig 22 and FIG. 5 for the metal plate jig 25, both are bent in an L shape, and two sides arranged at right angles are formed on the inner side thereof. Corner reference receiving surfaces 26 and 27 are formed, and corner positioning surfaces 30 and 31 forming two sides that are parallel to the corner reference receiving surfaces 26 and 27 and arranged at right angles are formed.
As will be described later, the corner reference receiving surface 26 of the substrate jig 22 is in contact with the corner reference surface 24 of the support plate 13, and the corner positioning surface 30 contacts the corner portion of the ceramic substrate 2. It is something to be made. In addition, an upper reference receiving surface 33 is formed so as to intersect the two corner reference receiving surfaces 26 at a right angle, and the upper reference receiving surface 33 is in contact with the reference surface 23 of the support plate 13 so as to be in contact with each other. Both corner reference receiving surfaces 26 are in contact with the corner reference surface 24 of the support plate 13. The two sides formed at right angles to the outer side of the substrate jig 22 are corner reference surfaces 28 for positioning the metal plate jig 25, and the upper surface is an upper reference surface 29. .
The metal plate jig 25 is formed with an upper reference receiving surface 32 that intersects the two corner reference receiving surfaces 27 at right angles. As will be described later, the corner reference receiving surface 27 of the metal plate jig 25 is formed. The upper reference receiving surface 32 is in contact with the corner reference surface 28 and the upper reference surface 29 of the substrate jig 22, and the corner portion of the heat radiation layer metal plate 7 is in contact with the corner positioning surface 31.

そして、基板用治具２２は、そのコーナー基準受け面２６を支持板１３のコーナー部Ｃのコーナー基準面２４に当接させた状態とし、そのコーナー位置決め面３０にセラミックス基板２の一つのコーナー部の二辺を当接させて位置決めするようになっている。また、金属板用治具２５は、このようにしてセラミックス基板２を位置決めした基板用治具２２のコーナー基準面２８及び上側基準面２９に自身のコーナー基準受け面２７及び上側基準受け面３２を当接させた状態で、そのコーナー位置決め面３１に放熱層用金属板７の一つのコーナー部の二辺を当接させて位置決めするようになっている。なお、両コーナー位置決め面３０，３１は、必ずしも面により構成されていなくてもよく、ガイド柱１７のように複数並べたピンの側面により構成されるものであってもよい。基板用治具２２のコーナー位置決め面３０が本発明の基板用位置決め部、金属板用治具２５のコーナー位置決め面３１が本発明の金属板用位置決め部を構成している。
なお、これら位置決め治具２２，２５には、支持板１３、セラミックス基板２又は金属板６，７のコーナー部に当接させたときに、該コーナー部の先端部との干渉を避けるために先端部を臨ませる逃げ部３５や切り落し部３６が形成されている。 The substrate jig 22 has its corner reference receiving surface 26 in contact with the corner reference surface 24 of the corner portion C of the support plate 13, and one corner portion of the ceramic substrate 2 on the corner positioning surface 30. These two sides are brought into contact with each other for positioning. Further, the metal plate jig 25 has its corner reference receiving surface 27 and upper reference receiving surface 32 on the corner reference surface 28 and the upper reference surface 29 of the substrate jig 22 on which the ceramic substrate 2 is positioned in this way. In the abutted state, the corner positioning surface 31 is brought into contact with two sides of one corner portion of the heat radiation layer metal plate 7 for positioning. In addition, both the corner positioning surfaces 30 and 31 do not necessarily need to be comprised by the surface, and may be comprised by the side surface of the pin arranged in multiple numbers like the guide pillar 17. FIG. The corner positioning surface 30 of the substrate jig 22 constitutes the substrate positioning portion of the present invention, and the corner positioning surface 31 of the metal plate jig 25 constitutes the metal plate positioning portion of the present invention.
These positioning jigs 22 and 25 are provided with tip ends to avoid interference with the tip portions of the corner portions when they are brought into contact with the corner portions of the support plate 13, the ceramic substrate 2 or the metal plates 6 and 7. An escape portion 35 and a cut-off portion 36 are formed so as to face the portion.

次に、このように構成した製造装置（積層装置）を使用して、パワーモジュール用基板３を製造する方法について説明する。
図３に示すようにベース板１２の載置基準面１６上に支持板１３を載置する。このとき、ガイド柱１７に支持板１３の貫通孔１９を挿入状態とし、この貫通孔１９により形成される支持板１３のコーナー部Ｂを矢印Ｘで示すようにガイド柱１７（により形成される内向き基準面１８）に押圧する方向に寄せた状態とする。
そして、この支持板１３の載置基準面２３上に回路層用金属板６を載置する。このとき、支持板１３の貫通孔１９から突出しているガイド柱１７の頭部に回路層用金属板６のコーナー部の二辺を当接させることにより、これらガイド柱１７により構成される内向き基準面１８に回路層用金属板６のコーナー部を一致させ、支持板１３と同様に、図６の矢印Ｘで示すようにガイド柱１７を押圧する方向に寄せた状態とする。なお、回路層用金属板６は、ろう材箔が貼付されている面を上面に配置する。 Next, a method for manufacturing the power module substrate 3 using the manufacturing apparatus (lamination apparatus) configured as described above will be described.
As shown in FIG. 3, the support plate 13 is placed on the placement reference surface 16 of the base plate 12. At this time, the through hole 19 of the support plate 13 is inserted into the guide column 17, and the corner portion B of the support plate 13 formed by the through hole 19 is formed by the guide column 17 (as shown by the arrow X). It is assumed that the direction is in the direction of pressing toward the orientation reference surface 18).
Then, the circuit layer metal plate 6 is placed on the placement reference surface 23 of the support plate 13. At this time, the two sides of the corner portion of the circuit layer metal plate 6 are brought into contact with the heads of the guide columns 17 projecting from the through holes 19 of the support plate 13, so that they are inwardly configured by the guide columns 17. The corner portion of the circuit layer metal plate 6 is made to coincide with the reference surface 18 and, like the support plate 13, as shown by the arrow X in FIG. In addition, as for the metal plate 6 for circuit layers, the surface where the brazing material foil is affixed is arrange | positioned on the upper surface.

次に、図７に示すように、ガイド柱１７に当接しているコーナー部に対して対角上に配置される支持板１３のコーナー部Ｃのコーナー基準面２４に基板用治具２２のコーナー基準受け面２６を当接する。この操作は、ガイド柱１７に当接している支持板１３のコーナー部Ｂ（図３参照）とは対角上に配置されているコーナー部Ｃを図３及び図６の矢印方向に押圧する操作となるので、既に位置決めした支持板１３及び回路層用金属板６の位置ずれを生じることはない。
そして、その基板用治具２２のコーナー位置決め面３０にセラミックス基板２のコーナー部を当接させる。この場合、ガイド柱１７は、支持板１３と回路層用金属板６との総厚さよりも小さい高さに設定されているので、回路層用金属板６よりも平面積の大きいセラミックス基板２を重ねたときに、図７（ｂ）に示すように、ガイド柱１７の上端よりも上方にセラミックス基板２が配置され、ガイド柱１７に干渉を受けることはない。 Next, as shown in FIG. 7, the corner of the substrate jig 22 is placed on the corner reference surface 24 of the corner portion C of the support plate 13 that is disposed diagonally with respect to the corner portion that is in contact with the guide column 17. The reference receiving surface 26 is brought into contact. This operation is an operation of pressing the corner portion C disposed diagonally with the corner portion B (see FIG. 3) of the support plate 13 in contact with the guide column 17 in the direction of the arrow in FIGS. Therefore, the already-positioned support plate 13 and circuit layer metal plate 6 are not displaced.
Then, the corner portion of the ceramic substrate 2 is brought into contact with the corner positioning surface 30 of the substrate jig 22. In this case, since the guide column 17 is set to a height smaller than the total thickness of the support plate 13 and the circuit layer metal plate 6, the ceramic substrate 2 having a larger planar area than the circuit layer metal plate 6 is provided. When stacked, the ceramic substrate 2 is disposed above the upper end of the guide column 17 as shown in FIG.

次に、基板用治具２２のコーナー基準面２８及び上側基準面２９にコーナー基準受け面２７及び上側基準受け面３２を当接させた状態で金属板用治具２５を基板用治具２２の上に重ね合わせ、この金属板用治具２５のコーナー位置決め面３１に図８に示すように放熱層用金属板７のコーナー部の二辺を当接させた状態として、セラミックス基板２の上に放熱層用金属板７を重ねる。このとき、放熱層用金属板７のろう材箔が貼付されている面をセラミックス基板２の上面に接触させるように重ね合わせる。 Next, the metal plate jig 25 is mounted on the substrate jig 22 with the corner reference receiving surface 27 and the upper reference receiving surface 32 being in contact with the corner reference surface 28 and the upper reference surface 29 of the substrate jig 22. As shown in FIG. 8, two corners of the heat radiation layer metal plate 7 are brought into contact with the corner positioning surface 31 of the metal plate jig 25 and placed on the ceramic substrate 2. The heat dissipation layer metal plate 7 is stacked. At this time, the heat-dissipating layer metal plate 7 is superposed so that the surface on which the brazing material foil is adhered is in contact with the upper surface of the ceramic substrate 2.

このようにして、支持板１３の上に、ガイド柱１７と位置決め用治具１４とにより位置決めしながら、回路層用金属板６、セラミックス基板２、放熱層用金属板７を順次重ね合わせることにより、これらを位置決めした状態で積層することができる。
この場合、ガイド柱１７により形成される内向き基準面１８が支持板１３と回路層用金属板６との両方を当接させる高さを有しているので、回路層用金属板６が薄肉であっても、これを内向き基準面１８に確実に当接させて正確に位置決めすることができる。近年では、回路層用金属板６として例えば０．４ｍｍ程度の厚さまで薄肉化しており、この回路層用金属板６のみを当接させて位置決めする構成とすると、内向き基準面の高さも小さくなって、これらを当接状態とすることが難しく、重なりが生じ易い。本実施形態のように支持板１３と回路層用金属板６との両方を当接させることにより、内向き基準面１８の高さを十分に確保することができ、位置決めを正確に行うことができる。 In this manner, the circuit layer metal plate 6, the ceramic substrate 2, and the heat dissipation layer metal plate 7 are sequentially stacked on the support plate 13 while being positioned by the guide pillar 17 and the positioning jig 14. These can be stacked in a positioned state.
In this case, since the inward reference surface 18 formed by the guide pillar 17 has a height at which both the support plate 13 and the circuit layer metal plate 6 abut, the circuit layer metal plate 6 is thin. Even so, it can be positioned accurately by reliably abutting it against the inward reference surface 18. In recent years, the thickness of the circuit layer metal plate 6 has been reduced to a thickness of, for example, about 0.4 mm. If only the circuit layer metal plate 6 is in contact with and positioned, the height of the inward reference surface is also small. Thus, it is difficult to bring them into contact with each other, and overlap is likely to occur. By bringing both the support plate 13 and the circuit layer metal plate 6 into contact with each other as in the present embodiment, a sufficient height of the inward reference surface 18 can be ensured, and positioning can be performed accurately. it can.

そして、このように位置決めして積層した後、位置決め治具１４を取り外し、支持板１３を貫通孔１９内の隙間ｇの範囲で図３及び図６の矢印方向とは逆方向に移動することにより、ガイド柱１７から支持板１３及び回路層用金属板６を離間させて、これらの当接状態を解除した後、ベース板１２の切欠部１５に配置されている支持板１３の四隅部を持ち上げて、支持板１３ごと金属板６，７及びセラミックス基板２を移送する。この場合、支持板１３の貫通孔１９をガイド柱１７より大きく形成したので、支持板１３を移動してガイド柱１７に当接している支持板１３及び回路層用金属板６をガイド柱１７から離間させることにより、支持板１３を持ち上げたときに、回路層用金属板６がガイド柱１７に引きずられて位置ずれが生じることはなく、両金属板６，７及びセラミックス基板２を正確に位置決めした状態で取り扱うことができる。
図９に示すとおり、ベース板１２から支持板１３を持ち上げることによって、支持板１３上に金属板６、セラミックス基板２及び金属板７が位置決めされた状態で積層されることになる。
次に、支持板１３ごと金属板６，７及びセラミックス基板２を接合装置に設置し、上方から加圧した状態とし、加熱炉内で所定温度まで加熱して冷却することにより、ろう材箔が溶融してセラミックス基板２の両面に金属板６，７が接合されたパワーモジュール用基板３が製造される。この場合、支持板１３上に積層された金属板６，７及びセラミックス基板２を複数積層させることによって、一度に複数個のパワーモジュール用基板の接合を行うこともできる。 After positioning and stacking in this way, the positioning jig 14 is removed, and the support plate 13 is moved in the direction of the gap g in the through hole 19 in the direction opposite to the arrow direction in FIGS. 3 and 6. Then, after separating the support plate 13 and the circuit layer metal plate 6 from the guide pillar 17 and releasing the contact state, the four corners of the support plate 13 arranged in the notch 15 of the base plate 12 are lifted. Then, the metal plates 6 and 7 and the ceramic substrate 2 are transferred together with the support plate 13. In this case, since the through-hole 19 of the support plate 13 is formed larger than the guide column 17, the support plate 13 and the circuit layer metal plate 6 that are in contact with the guide column 17 are moved from the guide column 17 by moving the support plate 13. By separating, when the support plate 13 is lifted, the circuit layer metal plate 6 is not dragged by the guide pillar 17 and the positional displacement does not occur, and both the metal plates 6 and 7 and the ceramic substrate 2 are accurately positioned. Can be handled.
As shown in FIG. 9, by lifting the support plate 13 from the base plate 12, the metal plate 6, the ceramic substrate 2, and the metal plate 7 are stacked on the support plate 13 while being positioned.
Next, the metal plates 6, 7 and the ceramic substrate 2 together with the support plate 13 are installed in a joining apparatus, are pressurized from above, and are heated to a predetermined temperature in a heating furnace and cooled, so that the brazing material foil becomes The power module substrate 3 is manufactured by melting and bonding the metal plates 6 and 7 to both sides of the ceramic substrate 2. In this case, a plurality of power module substrates can be joined at a time by laminating a plurality of metal plates 6 and 7 and ceramic substrates 2 laminated on the support plate 13.

図１０は、本発明の製造装置の他の実施形態を示しており、前述の一実施形態においては図７に示す状態に相当する。
この実施形態でも、一実施形態におけるベース板１２及び支持板１３がそのまま用いられるが、このベース板１２に立設されているガイド柱１７は、同じ外径、高さに形成されていることにより、その内向き基準面１８とは別に、図２に示すように側面の外側に接する仮想平面により、直角に屈曲した外向き基準面４１が形成されている。
そこで、この実施形態では、位置決め治具のうち、基板用治具４２のコーナー基準受け面４３を支持板１３のコーナー部Ｃではなく、ガイド柱１７の外側（図２に示す外向き基準面４１）に当接させた状態として、そのコーナー位置決め面３０にセラミックス基板２のコーナー部を当接状態に位置決めするようにしたものである。
この基板用治具４２に金属板用治具が重ねられる点等、他の構成は前述の一実施形態の装置と同様であり、共通部分には同一符号を付する。 FIG. 10 shows another embodiment of the manufacturing apparatus according to the present invention, which corresponds to the state shown in FIG. 7 in the above-described embodiment.
Also in this embodiment, the base plate 12 and the support plate 13 in one embodiment are used as they are, but the guide pillars 17 standing on the base plate 12 are formed to have the same outer diameter and height. In addition to the inward reference surface 18, an outward reference surface 41 bent at a right angle is formed by a virtual plane in contact with the outside of the side surface as shown in FIG.
Therefore, in this embodiment, among the positioning jigs, the corner reference receiving surface 43 of the substrate jig 42 is not the corner portion C of the support plate 13 but the outside of the guide pillar 17 (the outward reference surface 41 shown in FIG. 2). ), The corner portion of the ceramic substrate 2 is positioned in contact with the corner positioning surface 30.
Other configurations, such as the metal plate jig overlaid on the substrate jig 42, are the same as those of the apparatus of the above-described embodiment, and common portions are denoted by the same reference numerals.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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。
支持板にガイド柱を挿入する貫通孔を形成したが、内向き基準面に沿うコーナー部を形成したものでもよい。その場合は、ガイド柱を挿入する操作は不要であるから、ベース板の載置基準面に沿って支持板を滑らせながらガイド柱の内側（内向き基準面）に当接すればよい。
また、複数のガイド柱により内向き基準面を有するコーナー位置決め部を構成したが、必ずしも複数のガイド柱でなくとも、Ｌ字状に屈曲したブロック状のコーナー位置決め部としてもよい。
さらに、金属板６，７とセラミックス基板２との接合はろう付けを用いて説明したが、これに限られるものではない。例えば、セラミックス基板と金属板との接合は、ＴＬＰ接合法（ＴｒａｎｓｉｅｎｔＬｉｑｕｉｄＰｈａｓｅＢｏｎｄｉｎｇ）と称される過渡液相接合法によって接合してもよい。この過渡液相接合法においては、金属板の表面に蒸着させた銅層を、金属板とセラミックス基板及びヒートシンクとの界面に介在させて行う。加熱により、金属板のアルミニウム中に銅が拡散し、金属板の銅層近傍の銅濃度が上昇して融点が低下し、アルミニウムと銅との共晶域にて接合界面に金属液相が形成される。この金属液相が形成された状態で温度を一定に保持しておくと、金属液相がセラミックス基板又はヒートシンクと反応するとともに、銅がさらにアルミニウム中に拡散することに伴い、金属液相中の銅濃度が徐々に低下して融点が上昇し、温度を一定に保持した状態で凝固が進行する。これにより、金属板とセラミックス基板及びヒートシンクとの強固な接合が得られる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
Although the through hole for inserting the guide column is formed in the support plate, a corner portion along the inward reference plane may be formed. In that case, since the operation of inserting the guide column is unnecessary, it is sufficient to abut the inner side (inward reference surface) of the guide column while sliding the support plate along the mounting reference surface of the base plate.
Moreover, although the corner positioning part which has an inward reference surface was comprised by the some guide pillar, it is good also as a block-shaped corner positioning part bent in the L-shape not necessarily with a some guide pillar.
Furthermore, although the joining of the metal plates 6 and 7 and the ceramic substrate 2 has been described using brazing, it is not limited to this. For example, the ceramic substrate and the metal plate may be bonded by a transient liquid phase bonding method called a TLP bonding method (Transient Liquid Phase Bonding). In this transient liquid phase bonding method, a copper layer deposited on the surface of the metal plate is interposed at the interface between the metal plate, the ceramic substrate, and the heat sink. By heating, copper diffuses into the aluminum of the metal plate, the copper concentration in the vicinity of the copper layer of the metal plate increases and the melting point decreases, and a metal liquid phase forms at the bonding interface in the eutectic region of aluminum and copper Is done. If the temperature is kept constant in a state in which this metal liquid phase is formed, the metal liquid phase reacts with the ceramic substrate or the heat sink, and copper further diffuses into the aluminum. The copper concentration gradually decreases, the melting point increases, and solidification proceeds with the temperature kept constant. Thereby, strong joining with a metal plate, a ceramic substrate, and a heat sink is obtained.

１パワーモジュール
２セラミックス基板
３パワーモジュール用基板
４電子部品
５ヒートシンク
６回路層用金属板（第１の金属板）
７放熱層用金属板（第２の金属板）
１２ベース板
１３支持板
１４位置決め用治具
１５切欠部
１６載置基準面
１７ガイド柱（コーナー位置決め部）
１８内向き基準面
１９貫通孔
２１コーナー部
２２基板用治具
２３載置基準面
２４コーナー基準面
２５金属板用治具
２６，２７コーナー基準受け面
２８コーナー基準面
２９上側基準面
３０コーナー位置決め面（基板用位置決め部）
３１コーナー位置決め面（金属板用位置決め部）
３２上側基準受け面
３３上側基準受け面
３５逃げ部
３６切り落し部
４１外向き基準面
４２基板用治具
４３コーナー基準受け面
ｇ隙間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power module 2 Ceramic substrate 3 Power module substrate 4 Electronic component 5 Heat sink 6 Circuit layer metal plate (first metal plate)
7 Metal plate for heat dissipation layer (second metal plate)
12 Base plate 13 Support plate 14 Jig for positioning 15 Notch portion 16 Mounting reference surface 17 Guide column (corner positioning portion)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 Inward reference surface 19 Through-hole 21 Corner part 22 Substrate jig 23 Placement reference surface 24 Corner reference surface 25 Metal plate jig 26, 27 Corner reference receiving surface 28 Corner reference surface 29 Upper reference surface 30 Corner positioning surface (Positioning part for substrate)
31 Corner positioning surface (positioning part for metal plate)
32 Upper reference receiving surface 33 Upper reference receiving surface 35 Escape portion 36 Cut-out portion 41 Outward reference surface 42 Substrate jig 43 Corner reference receiving surface g Gap

Claims

Manufactures a power module substrate in which a first metal plate and a second metal plate each having a rectangular shape in plan view having a smaller plane area than the ceramic substrate are bonded to both surfaces of the ceramic substrate having a rectangular shape in plan view. A base plate, a support plate placed on the base plate, and the ceramic substrate and the second metal plate with respect to the first metal plate placed on the support plate A positioning jig for positioning one corner portion of the support plate and the first metal plate is provided on the base plate, and the corner positioning portion includes Is formed with an inward reference surface disposed at a right angle so as to abut the corner portion, and the height of the inward reference surface is greater than the thickness of the support plate and the support plate and the first A corner reference receiving surface which is formed smaller than a laminated thickness with a metal plate and is positioned with respect to the inward reference surface in contact with the support plate or the corner positioning portion; A substrate positioning portion for contacting one corner portion of the ceramic substrate stacked on the metal plate, and a metal plate positioning portion for contacting one corner portion of the second metal plate stacked on the ceramic substrate And an apparatus for manufacturing a power module substrate.

A corner reference surface is formed on the support plate at a corner portion diagonal to a corner portion that contacts the inward reference surface of the corner positioning portion, and the corner reference receiving surface of the positioning jig is the support plate. The apparatus for manufacturing a power module substrate according to claim 1, wherein the apparatus contacts the corner reference plane.

The corner positioning portion is constituted by a plurality of guide columns that are erected side by side, and the inward reference surface is formed by a virtual plane that is in contact with the inside of the side surface of the guide column, and the support plate includes the guide column. A plurality of through-holes are formed side by side so as to be movably inserted along the contact direction of the support plate to the corner positioning portion, and a portion formed at right angles by the tangent line inside these through-holes apparatus for manufacturing a power module substrate according to claim 1, wherein the corner portion der Rukoto of the support plate.

The corner positioning portion is formed with an outward reference surface parallel to the inward reference surface, and the corner reference receiving surface of the positioning jig is in contact with the outward reference surface of the corner positioning portion. The apparatus for manufacturing a power module substrate according to claim 1.

A laminating step of laminating a first metal plate and a second metal plate each having a rectangular shape in plan view smaller than the ceramic substrate on both surfaces of the ceramic substrate having a rectangular shape in plan view, and bonding them in a laminated state A method for manufacturing a power module substrate having a bonding step,
The stacking step includes a base plate on which a corner positioning portion having an inward reference surface arranged at a right angle is erected, a support plate placed on the base plate, and the base plate placed on the support plate Using a positioning jig that has a substrate positioning portion that positions the ceramic substrate with respect to the first metal plate and a metal plate positioning portion that positions the second metal plate,
The support plate and the first metal plate are sequentially laminated on the base plate, and one corner portion of the support plate and the first metal plate is brought into contact with the inward reference surface, so that the first A ceramic substrate and the second metal plate are sequentially laminated on the metal plate, and the positioning jig is brought into contact with the corner positioning portion or the support plate, whereby the positioning jig is moved to the inward reference surface. One corner portion of the ceramic substrate is brought into contact with the substrate positioning portion of the positioning jig, and one corner of the second metal plate is brought into contact with the metal plate positioning portion of the positioning jig. A method for manufacturing a power module substrate, wherein the ceramic substrate and the second metal plate are positioned with respect to the first metal plate by contacting the parts.