JP5309885B2

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Publication number: JP5309885B2
Application number: JP2008271036A
Authority: JP
Inventors: 宏史殿村; 義幸長友; 祥郎黒光
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP2010103168A

Description

Translated fromJapanese

本発明は、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板に金属部材が接合されてなるパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法及びこのセラミックス基板を用いたパワーモジュール用基板の製造方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturinga ceramic substrate for a power module substrate inwhich a metal member is bonded to a ceramic substrate containing Si, and a method for manufacturing a power module substrate using the ceramic substrate.

例えば半導体チップなどの電子部品が実装されたパワーモジュールは、一般にＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）などからなるセラミックス基板と、該セラミックス基板の上面に配置された金属部材の回路層と、該セラミックス基板の下面に配置された金属部材の金属層とを有するパワーモジュール用基板を備え、該パワーモジュール用基板の回路層上に、発熱体である半導体チップを配設し、金属層の下面には冷却用のヒートシンクを配設している（特許文献１参照）。For example, a power module on which an electronic component such as a semiconductor chip is mounted generally includes a ceramic substrate made of AlN (aluminum nitride), Al₂ O₃ (alumina), Si₃ N₄ (silicon nitride), SiC (silicon carbide), and the like. A power module substrate having a circuit layer of a metal member disposed on the upper surface of the ceramic substrate and a metal layer of a metal member disposed on the lower surface of the ceramic substrate, and on the circuit layer of the power module substrate. In addition, a semiconductor chip as a heating element is disposed, and a cooling heat sink is disposed on the lower surface of the metal layer (see Patent Document 1).

そして、パワーモジュールは、半導体チップで発生した熱を、金属層を介してヒートシンク中の冷却水へ放散させる構成となっている。
ここで、セラミックス基板としてＡｌＮよりも高い曲げ強度を有するなど機械的特性に優れるＳｉ_３Ｎ_４を用いることにより、セラミックス基板の薄肉化が図れる。
特開２００２−９２１２号公報The power module is configured to dissipate the heat generated in the semiconductor chip to the cooling water in the heat sink via the metal layer.
Here, the thickness of the ceramic substrate can be reduced by using Si₃ N₄ having excellent mechanical properties such as higher bending strength than AlN as the ceramic substrate.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-9212

しかしながら、上記従来のパワーモジュール用基板には、以下の課題が残されている。
例えば、Ｓｉを含有するＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板とＡｌ（アルミニウム）からなる金属部材とを用いてこれらを接合させた際に、セラミックス基板と金属部材との間で接合不良が発生することがある。However, the following problems remain in the conventional power module substrate.
For example, when these are joined using a ceramic substrate made of Si₃ N₄ containing Si and a metal member made of Al (aluminum), poor bonding occurs between the ceramic substrate and the metal member. There is.

すなわち、セラミックス基板の接合する表面部分には、セラミックス基板を焼結した際に生じたＳｉＯ_２（酸化シリコン）やシリコンの複合酸化物が存在しており、接合時において、これら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因したＳｉＯガスが発生し、セラミックス基板と金属部材との接合面積が充分に確保できなくなる。そして、このような接合不良により、熱サイクル時において、セラミックス基板と金属部材との剥離が生じやすくなる。That is, SiO₂ (silicon oxide) or silicon composite oxide generated when the ceramic substrate is sintered is present on the surface portion to which the ceramic substrate is bonded. SiO gas resulting from the composite oxide is generated, and a sufficient bonding area between the ceramic substrate and the metal member cannot be secured. Due to such poor bonding, the ceramic substrate and the metal member are easily peeled off during the thermal cycle.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板と金属部材とを接合させた際に充分な接合強度が得られ、熱サイクル時における接合信頼性が高められるパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. When a ceramic substrate containing Si and a metal member are bonded, sufficient bonding strength is obtained, and bonding reliability during thermal cycling is improved. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturinga ceramic substrate for a power module substrate and a method for manufacturing a power module substrate.

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明は、セラミックス基板に金属部材が接合されてなるパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法であって、Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、前記セラミックス母材の表面にフッ化物イオンを含むガスを用いてドライエッチングを施す表面処理工程と、を備え、前記表面処理工程において、前記セラミックス母材の表面のうち少なくとも前記金属部材が接合される表面部分の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とすることを特徴とする。
また、本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法は、前述のパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法によって得られるセラミックス基板に、金属部材を接合することを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention proposes the following means.
That is, the present onsetMing,the metal member to the ceramic substrate is a method of manufacturing a ceramic substrate power module substrate formed by bonding, and sintering the ceramic base material containing Si, the surface of the ceramic base material A surface treatment step of performing dry etching using a gas containing fluoride ions, and in thesurface treatment step,at least a surface portion of the surface of the ceramic base material towhich the metal member is bonded and silicon oxide the concentration of the composite oxide of silicon and wherein the 2.7 Atom% or less and toTurkey the surface measurement using the electron probe microanalyzer.
The power module substrate manufacturing method according to the present invention is characterized in that a metal member is bondedto the ceramic substrateobtained by theabove-described ceramic substrate manufacturing method for a power module substrate .

本発明に係るパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法によれば、Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結した後、表面に酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が付着した状態のセラミックス母材に、フッ化物イオンを含むガスを用いてドライエッチングが施されるので、該セラミックス母材の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下にまで低減される。すなわち、表面処理工程において、セラミックス母材の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物がフッ化物イオンと反応し、揮発性の高いＳｉＦ_４（四フッ化珪素）ガス等となり表面から除去されるため、該表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が前記表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下にまで確実に低減されるようになっている。According to the method for manufacturinga ceramic substrate for a power module substrate and the method for manufacturing a power module substrate according to the present invention, after sintering a ceramic base material containing Si, silicon oxide and a composite oxide of silicon are formed on the surface. Since the adhering ceramic base material is dry-etched using a gas containing fluoride ions, the concentration of silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of the ceramic base material is determined using an electronic probe microanalyzer. It is reduced to 2.7 Atom% or less by the measured surface measurement. That is, in the surface treatment process, silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of the ceramic base material react with fluoride ions to be removed from the surface as highly volatile SiF₄ (silicon tetrafluoride) gas. The concentration of silicon oxide and silicon complex oxide on the surface is reliably reduced to 2.7 Atom% or less in the surface measurement.

従って、このようにして製造されたセラミックス基板と金属部材とを接合した際に、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯ（一酸化珪素）ガスの発生が抑制されることから、セラミックス基板と金属部材との接合面積が充分に確保されるとともに、熱サイクル時におけるセラミックス基板と金属部材との剥離が防止されて、接合信頼性が高められている。 Accordingly, since the generation of SiO (silicon monoxide) gas due to the silicon oxide and the composite oxide of silicon is suppressed when the ceramic substrate thus manufactured and the metal member are joined, the ceramic substrate A sufficient bonding area between the metal member and the metal member is ensured, and the ceramic substrate and the metal member are prevented from being peeled off during the thermal cycle, thereby improving the bonding reliability.

また、ドライエッチングのガスに含まれるフッ化物イオンは、前述した反応によりＳｉＦ_４ガスとなることから、セラミックス母材の表面にフッ化物として残留することがない。また、ドライエッチングは、例えばセラミックス母材をウェットエッチングする場合と対比して反応の回り込みが少ないため、必要以上に焼結助剤に反応してフッ化物が残留してしまうことが抑制される。よってセラミックス基板と金属部材とを接合した際に、フッ化物に起因して接合不良が生じるようなことが防止され、セラミックス基板と金属部材との接合信頼性が確実に高められる。Further, fluoride ions contained in the dry etching gas become SiF₄ gas due to the above-described reaction, and therefore do not remain as fluoride on the surface of the ceramic base material. Further, since dry etching has less wraparound of the reaction as compared with, for example, wet etching of a ceramic base material, it is possible to suppress the fluoride from remaining in response to the sintering aid more than necessary. Therefore, when the ceramic substrate and the metal member are bonded, it is possible to prevent a bonding failure from being caused due to the fluoride, and the bonding reliability between the ceramic substrate and the metal member is reliably increased.

また、本発明に係るパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法において、前記ガスは、少なくともフッ化炭素及びフッ化窒素のうちいずれかを含むこととしてもよい。In the method for manufacturinga ceramic substratefor a power module substrate according to the present invention, the gas may include at least one of carbon fluoride and nitrogen fluoride.

また、本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、前記金属部材として、アルミニウムを用いることとしてもよい。
本発明によれば、接合時において、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）と共にＳｉＯガスが発生することを抑制するので、セラミックス基板と金属部材とを充分な強度で接合することができる。すなわち、セラミックス基板と金属部材とを接合する際、セラミックス基板の表面に酸化シリコン又はシリコンの複合酸化物が存在すると、金属部材におけるセラミックス基板との界面及びその近傍にアルミニウムの酸化物であるアルミナが形成されると共に一酸化珪素ガスが発生するのだが、セラミックス基板の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が表面処理により良好に除去されているので、接合時における一酸化珪素ガスの発生が抑制されている。Moreover, in the manufacturing method of the board | substrate for power modules which concerns on this invention, it is good also as using aluminum as said metal member.
According to the present invention, since generation of SiO gas together with Al₂ O₃ (alumina) is suppressed during bonding, the ceramic substrate and the metal member can be bonded with sufficient strength. That is, when joining a ceramic substrate and a metal member, if silicon oxide or a composite oxide of silicon exists on the surface of the ceramic substrate, alumina, which is an oxide of aluminum, at the interface with the ceramic substrate in the vicinity of the metal member. As it is formed, silicon monoxide gas is generated, but silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of the ceramic substrate are well removed by surface treatment, so generation of silicon monoxide gas during bonding is suppressed. Has been.

また、ドライエッチング後のセラミックス基材の表面にはフッ化物が残留しないことから、前記表面にＡｌＦ_３（フッ化アルミニウム）が発生することが防止され、ＡｌＦ_３に起因してセラミックス基板と金属部材との接合強度が低減させられることがない。従って、セラミックス基板と金属部材との接合強度が充分に確保される。Further, since no fluoride remains on the surface of the ceramic base material after dry etching, generation of AlF₃ (aluminum fluoride) on the surface is prevented, and the ceramic substrate and the metal member are caused by AlF_3. The bonding strength with is not reduced. Therefore, sufficient bonding strength between the ceramic substrate and the metal member is ensured.

また、本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、前記セラミックス基板と前記金属部材との接合が、ロウ付けで行われることとしてもよい。
本発明では、セラミックス基板と金属部材とをロウ付けにより接合することとしている。In the method for manufacturing a power module substrate according to the present invention, the ceramic substrate and the metal member may be joined by brazing.
In the present invention, the ceramic substrate and the metal member are joined by brazing.

本発明に係るパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法によれば、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板と金属部材とを接合させた際に充分な接合強度が得られ、熱サイクル時における接合信頼性が高められる。According to the method for manufacturinga ceramic substrate for a power module substrate and the method for manufacturing a power module substrate according to the present invention, sufficient bonding strength is obtained when the ceramic substrate containing Si and the metal member are bonded. Therefore, the bonding reliability during the heat cycle is improved.

以下、本発明に係るセラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a ceramic substrate and a method for manufacturing a power module substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing used in the following description, the scale is appropriately changed to make each member a recognizable size.

図１は本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の概略構成を示す断面図、図２は本発明の第１の実施形態のパワーモジュール用基板に用いるセラミックス基板を電子プローブマイクロアナライザにより定量分析した結果を示す表、図３は本発明の第１の実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフローチャート、図４は本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板を備えるパワーモジュールの概略構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a power module substrate according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an electronic probe microanalyzer used as the ceramic substrate for the power module substrate of the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a power module substrate according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a power module substrate according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows schematic structure of a power module provided with.

図１に示すように、本実施形態におけるパワーモジュール用基板１は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の下面に配置された金属層（金属部材）１２と、セラミックス基板１１の上面に配置された複数の回路層（金属部材）１３とを備えている。すなわち、セラミックス基板１１を上下面から挟むようにして、表面に金属部材が接合された構成とされている。 As shown in FIG. 1, thepower module substrate 1 in this embodiment is disposed on aceramic substrate 11, a metal layer (metal member) 12 disposed on the lower surface of theceramic substrate 11, and an upper surface of theceramic substrate 11. A plurality of circuit layers (metal members) 13 are provided. That is, a metal member is bonded to the surface so that theceramic substrate 11 is sandwiched from above and below.

セラミックス基板１１は、Ｓｉ（珪素）を含有してなるＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）からなり、板状に形成されている。
また、セラミックス基板１１の上下面それぞれにおける酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度は、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）を用いた表面測定において２．７Ａｔｏｍ％以下となっている。Theceramic substrate 11 is made of Si₃ N₄ (silicon nitride) containing Si (silicon) and is formed in a plate shape.
The concentration of silicon oxide and silicon composite oxide on each of the upper and lower surfaces of theceramic substrate 11 is 2.7 Atom% or less in surface measurement using EPMA (Electron Probe Microanalyzer).

ここで、ＥＰＭＡを用いた表面測定方法について、図２を参照しながら説明する。
なお、図２に示す定量分析結果は、表面測定方法を説明するために使用する一例である。
本実施形態では、ＪＥＯＬ社製のＪＸＡ−８６００を用いており、動作圧力を１．３×１０^−３Ｐａ、加速電圧を１５．０ｋＶ、プローブに供給する電流を５．０×１０^−８Ａとしている。また、セラミックス基板１１の表面には、膜厚が１００ｎｍ未満であるＡｕ膜が蒸着により形成されている。Here, a surface measurement method using EPMA will be described with reference to FIG.
The quantitative analysis result shown in FIG. 2 is an example used to explain the surface measurement method.
In this embodiment, JXA-8600 manufactured by JEOL is used, the operating pressure is 1.3 × 10⁻³ Pa, the acceleration voltage is 15.0 kV, and the current supplied to the probe is 5.0 × 10⁻⁸ A. It is said. Further, an Au film having a film thickness of less than 100 nm is formed on the surface of theceramic substrate 11 by vapor deposition.

まず、上記条件でセラミックス基板１１の表面を定量分析する（図２（ａ）に示すＡ）。そして、定量分析により検出された元素のうちＣ（炭素）とＡｕ（金）の検出量を０とする（図２（ａ）に示すＢ）。さらに、ＣとＡｕとを除く他の元素の検出量の和が１００Ａｔｏｍ％となるように換算する（図２（ａ）に示すＣ）。
次に、Ｓｉ（シリコン）以外の金属元素が最も一般的な酸化物（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、Ｙ_２Ｏ_３（酸化イットリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ｅｒ_２Ｏ_３（酸化エルビウム）など）として存在していると仮定し、Ｓｉ以外の金属元素に結合しているＯ（酸素）の原子量を算出する（図２（ｂ））。
続いて、換算したＯの原子量とＳｉ以外の金属元素に結合しているＯの原子量との差を算出する。そして、算出したＯの全量がＳｉと結合してＳｉＯ_２を構成しているものとし、算出したＯの原子量に１．５を乗じて得た値をセラミックス基板１１の表面におけるＳｉＯ_２濃度とする。例えば、図２に示す定量分析結果例では、ＳｉＯ_２濃度が０．２５３Ａｔｏｍ％となる。
なお、ＥＰＭＡを用いた表面測定は、セラミックス基板１１の上面における任意の５箇所において測定している。ここで、表面測定は、５点測定に限らず、１０点測定や他の複数個所であってもよい。First, the surface of theceramic substrate 11 is quantitatively analyzed under the above conditions (A shown in FIG. 2A). And the detection amount of C (carbon) and Au (gold) among the elements detected by the quantitative analysis is set to 0 (B shown in FIG. 2A). Further, conversion is performed so that the sum of the detected amounts of other elements excluding C and Au is 100 Atom% (C shown in FIG. 2A).
Next, metal elements other than Si (silicon) are the most common oxides (for example, Al₂ O₃ (alumina), Y₂ O₃ (yttrium oxide), MgO (magnesium oxide), Er₂ O₃ (oxidation). 2), the atomic weight of O (oxygen) bonded to a metal element other than Si is calculated (FIG. 2B).
Subsequently, the difference between the converted atomic weight of O and the atomic weight of O bonded to a metal element other than Si is calculated. The calculated total amount of O is combined with Si to constitute SiO₂ , and the value obtained by multiplying the calculated atomic amount of O by 1.5 is the SiO₂ concentration on the surface of theceramic substrate 11. . For example, in the example of quantitative analysis results shown in FIG. 2, the SiO₂ concentration is 0.253 Atom%.
In addition, the surface measurement using EPMA is measured in arbitrary five places on the upper surface of theceramic substrate 11. Here, the surface measurement is not limited to 5-point measurement, and may be 10-point measurement or other plural places.

金属層１２は、例えばＡｌ（アルミニウム）などの高熱伝導率を有する金属により形成されており、ロウ材層１４によりセラミックス基板１１に接合されている。
回路層１３は、金属層１２と同様に例えばＡｌなどの高熱伝導率を有する金属により形成されており、間隔を適宜あけて配置されることで回路を構成する。そして、回路層１３は、ロウ材層１５によりセラミックス基板１１に接合されている。
また、回路層１３の上面には、電子部品１６がハンダ層１７により固着されている。電子部品１６としては、例えばＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのパワーデバイスが挙げられる。Themetal layer 12 is formed of a metal having a high thermal conductivity such as Al (aluminum), and is bonded to theceramic substrate 11 by abrazing material layer 14.
Thecircuit layer 13 is formed of a metal having a high thermal conductivity such as Al, for example, similarly to themetal layer 12, and constitutes a circuit by being appropriately spaced. Thecircuit layer 13 is bonded to theceramic substrate 11 by thebrazing material layer 15.
Anelectronic component 16 is fixed to the upper surface of thecircuit layer 13 with asolder layer 17. Examples of theelectronic component 16 include a power device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

次に、以上のような構成のパワーモジュール用基板１の製造方法について、図３を参照しながら説明する。
まず、セラミックス基板１１の基材であり、該セラミックス基板１１と略同形状のＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス母材を用意し、このセラミックス母材を、Ｓ１０に示すように焼成（焼結）する（焼結工程）。焼結後のセラミックス母材の表面には、焼結時に生じた、Ｓｉからなる酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が存在している。Next, a method for manufacturing thepower module substrate 1 having the above configuration will be described with reference to FIG.
First, a ceramic base material made of Si₃ N₄ which is a base material of theceramic substrate 11 and has substantially the same shape as theceramic substrate 11 is prepared, and this ceramic base material is fired (sintered) as shown in S10. (Sintering process). On the surface of the ceramic base material after sintering, silicon oxide made of Si and a composite oxide of silicon generated during sintering are present.

次いで、表面処理工程として、Ｓ２０に示すように、このセラミックス母材の表面にフッ化物イオンを含むガスを用いてプラズマエッチング又は反応性イオンエッチングによりドライエッチングを施す。前記ガスは、主ガス、副ガス及びキャリアガスを混合して構成されており、具体的には、主ガスはフッ化炭素（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋２、Ｃ_ｎＦ_２ｎ等）、フッ化窒素（ＮＦ_３等）の少なくとも一つからなり、副ガスはＨ_２、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）又は希ガスからなり、キャリアガスはＡｒ^＋、Ｎｅ^＋、Ｈｅ^＋（イオンビームとして）からなる。Next, as a surface treatment step, as shown in S20, dry etching is performed on the surface of the ceramic base material by plasma etching or reactive ion etching using a gas containing fluoride ions. The gas is configured by mixing a main gas, a sub gas, and a carrier gas. Specifically, the main gas is carbon fluoride (C_n F_{2n + 2} , C_n F_2n, etc.), nitrogen fluoride (NF)₃ ), the secondary gas is H₂ , SF₆ (sulfur hexafluoride) or a rare gas, and the carrier gas is Ar⁺ , Ne⁺ , He⁺ (as an ion beam).

なお、副ガスとしてＨ_２を用いた場合には、ＳｉＯ_２のエッチングレート比を確実に高めることができ、ＳＦ_６を用いた場合には、ＳＦ_５^＋がキャリアガスとなる。又、副ガスとして希ガスを用いた場合には、ガスのフッ素濃度を下げることでＳｉＯ_２のエッチングレート比を高めることができる。Note that when H₂ is used as the sub-gas, the etching rate ratio of SiO₂ can be reliably increased, and when SF₆ is used, SF₅⁺ becomes the carrier gas. Further, when a rare gas is used as the auxiliary gas, the SiO₂ etching rate ratio can be increased by lowering the fluorine concentration of the gas.

表面処理工程においては、セラミックス母材の表面のＳｉＯ_２は前記ガスと反応して、主にＳｉＦ_４とＮＯｘ又はＣＯｘとなり、ガス化されセラミックス母材の表面から除去される。このように、セラミックス母材の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物は精度よく除去される。In the surface treatment process, the SiO_{2 on} the surface of the ceramic base material reacts with the gas to mainly become SiF₄ and NOx or COx, which is gasified and removed from the surface of the ceramic base material. Thus, silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of the ceramic base material are removed with high accuracy.

なお、前記ガスに水素が含まれる場合には、セラミックス母材の表面にＮＨ_４Ｆや（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６が形成されるが、これらＮＨ_４Ｆや（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６は、後工程において除去することが好ましい。
また図示しないが、表面処理工程後は、セラミックス母材を蒸留水洗浄工程において洗浄し、乾燥工程においてエアブロー乾燥し、さらにエタノールを用いた超音波洗浄工程において洗浄することが好ましい。When hydrogen is contained in the gas, NH₄ F and (NH₄ )₂ SiF₆ are formed on the surface of the ceramic base material. These NH₄ F and (NH₄ )₂ SiF₆ are It is preferable to remove in a subsequent step.
Although not shown, after the surface treatment process, it is preferable to clean the ceramic base material in a distilled water cleaning process, air blow dry in a drying process, and further clean in an ultrasonic cleaning process using ethanol.

次いで、表面測定工程として、Ｓ３０に示すように、表面処理工程後のセラミックス母材の表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度をＥＰＭＡにより表面測定し、２．７Ａｔｏｍ％以下であるか確認する。なお、ＥＰＭＡによる表面測定方法は、上述と同様である。また、ＥＰＭＡによる表面測定は、セラミックス母材の表面における任意の５箇所において測定している。
表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％以下であれば、セラミックス基板１１の製造が終了し、次工程へと移行する。
表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％を超える場合には、セラミックス母材に再度Ｓ２０の表面処理工程が施される。Next, as a surface measurement step, as shown in S30, the concentration of silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of the ceramic base material after the surface treatment step is measured by EPMA to confirm that it is 2.7 Atom% or less. To do. The surface measurement method using EPMA is the same as described above. Moreover, the surface measurement by EPMA is measured in arbitrary five places on the surface of the ceramic base material.
If the result of the surface measurement step is 2.7 Atom% or less, the production of theceramic substrate 11 is finished, and the process proceeds to the next step.
When the result of the surface measurement process exceeds 2.7 Atom%, the surface treatment process of S20 is performed again on the ceramic base material.

次に、パワーモジュール用基板１の製造のための金属部材接合工程として、Ｓ４０に示すように、セラミックス基板１１の上下両面に、金属層１２及び回路層１３それぞれの金属部材をロウ付けにより一体に接合する。
以上のようにして、パワーモジュール用基板１を製造する。Next, as a metal member joining step for manufacturing thepower module substrate 1, as shown in S40, the metal members of themetal layer 12 and thecircuit layer 13 are integrally bonded to the upper and lower surfaces of theceramic substrate 11 by brazing. Join.
Thepower module substrate 1 is manufactured as described above.

以上説明したように、パワーモジュール用基板１のセラミックス基板１１の上下両面においては、Ｓ２０の表面処理工程で酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が精度よく除去されているため、接合時においてこれら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯ（一酸化珪素）ガスの発生が抑制されている。 As described above, on both the upper and lower surfaces of theceramic substrate 11 of thepower module substrate 1, the silicon oxide and the silicon composite oxide are accurately removed in the surface treatment step of S20. And generation of SiO (silicon monoxide) gas resulting from the composite oxide of silicon is suppressed.

すなわち、表面処理工程において、セラミックス母材の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物がフッ化物イオンと反応し、揮発性の高いＳｉＦ_４ガス等となり表面から除去されるため、該表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が前記表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下にまで確実に低減されるようになっている。従って、このようにして製造されたセラミックス基板１１と金属部材とを接合した際に、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯガスの発生が抑制されることから、回路層１３及びセラミックス基板１１との接合面積と金属層１２及びセラミックス基板１１との接合面積とのそれぞれが充分に確保されるとともに、熱サイクル時におけるセラミックス基板１１と金属部材との剥離が防止されて、接合信頼性が高められている。That is, in the surface treatment step, the silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of the ceramic base material react with fluoride ions to be removed from the surface as a highly volatile SiF₄ gas, etc. In addition, the concentration of the complex oxide of silicon is reliably reduced to 2.7 Atom% or less in the surface measurement. Therefore, when theceramic substrate 11 manufactured in this way and the metal member are joined, generation of SiO gas due to silicon oxide and silicon composite oxide is suppressed, so that thecircuit layer 13 and the ceramic substrate are prevented. 11 and the bonding area between themetal layer 12 and theceramic substrate 11 are sufficiently secured, and theceramic substrate 11 and the metal member are prevented from being peeled off during the thermal cycle, so that the bonding reliability is improved. Has been enhanced.

また、ドライエッチングのガスに含まれるフッ化物イオンは、前述した反応により揮発性の高いＳｉＦ_４ガスとなることから、セラミックス母材の表面にフッ化物として残留することがない。また、ドライエッチングは、例えばセラミックス母材をウェットエッチングする場合と対比して反応の回り込みが少ないため、必要以上に焼結助剤に反応してフッ化物が残留してしまうことが抑制される。In addition, fluoride ions contained in the dry etching gas become highly volatile SiF₄ gas due to the above-described reaction, and therefore do not remain as fluoride on the surface of the ceramic base material. Further, since dry etching has less wraparound of the reaction as compared with, for example, wet etching of a ceramic base material, it is possible to suppress the fluoride from remaining in response to the sintering aid more than necessary.

また、ドライエッチングでは、セラミックス母材において表面のＳｉＯ_２をエッチングして除去し、Ｓｉ_３Ｎ_４に達するとエッチング反応が抑制されるため、効率よくＳｉＯ_２のみを除去することができる。
従って、セラミックス基板１１と金属部材とを接合した際に、フッ化物に起因して接合不良が生じるようなことが防止され、セラミックス基板１１と金属部材との接合信頼性が確実に高められている。In dry etching, SiO₂ on the surface of the ceramic base material is removed by etching, and when Si₃ N₄ is reached, the etching reaction is suppressed, so that only SiO₂ can be efficiently removed.
Therefore, when theceramic substrate 11 and the metal member are bonded, it is possible to prevent a bonding failure from occurring due to the fluoride, and the bonding reliability between theceramic substrate 11 and the metal member is reliably increased. .

また、接合時において、Ａｌ_２Ｏ_３と共にＳｉＯガスが発生することを抑制するので、セラミックス基板１１と金属部材とを充分な強度で接合することができる。すなわち、セラミックス基板１１と金属部材とを接合する際、セラミックス基板１１の表面に酸化シリコン又はシリコンの複合酸化物が存在すると、金属部材におけるセラミックス基板１１との界面及びその近傍にアルミニウムの酸化物であるアルミナが形成されると共に一酸化珪素ガスが発生するのだが、セラミックス基板１１の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が表面処理により良好に除去されているので、接合時における一酸化珪素ガスの発生が抑制されている。Further, at the time of joining, since SiO gas can be inhibited to occur with Al₂ O_3, it is possible to bond theceramic substrate 11 and the metal member with sufficient strength. That is, when theceramic substrate 11 and the metal member are joined, if silicon oxide or a composite oxide of silicon exists on the surface of theceramic substrate 11, an aluminum oxide is present at the interface between the metal member and theceramic substrate 11 and in the vicinity thereof. A certain amount of alumina is formed and silicon monoxide gas is generated, but silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of theceramic substrate 11 are well removed by the surface treatment. Is suppressed.

また、ドライエッチング後のセラミックス基材１１の表面にはフッ化物が残留しないことから、前記表面にＡｌＦ_３（フッ化アルミニウム）が発生することが防止され、ＡｌＦ_３に起因してセラミックス基板１１と金属部材との接合強度が低減させられることがない。従って、セラミックス基板１１と金属部材との接合強度が充分に確保される。Further, since no residual fluoride on the surface of theceramic base 11 after dry etching, AlF 3_(aluminum fluoride) is prevented from being generated in the surface, theceramic substrate 11 due to AlF₃ The bonding strength with the metal member is not reduced. Therefore, sufficient bonding strength between theceramic substrate 11 and the metal member is ensured.

このような構成のパワーモジュール用基板１においては、セラミックス基板１１と金属部材との接合面積及び接合強度が充分に確保されているため、温度サイクル試験における例えば１０００サイクル程度までの間に、回路層１３や金属層１２がセラミックス基板１１から剥離することが確実に抑制される。 In thepower module substrate 1 having such a configuration, since the bonding area and the bonding strength between theceramic substrate 11 and the metal member are sufficiently ensured, the circuit layer can be used for up to, for example, about 1000 cycles in the temperature cycle test. 13 and themetal layer 12 are reliably suppressed from peeling from theceramic substrate 11.

尚、図３において説明したＳ３０の表面測定工程は、その測定結果が安定して２．７Ａｔｏｍ％以下に得られる場合には、省略してもよい。
また、Ｓ２０の表面処理工程は、Ｓ４０の金属部材接合工程の接合直前に行われることがより好ましい。
また、Ｓ３０の表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％を超えた場合に、前述のようにセラミックス母材に再度Ｓ２０の表面処理工程を施さずに、廃棄することとしてもよく、種々の要望・用途に対応して選択可能である。Note that the surface measurement step of S30 described in FIG. 3 may be omitted when the measurement result is stably obtained at 2.7 Atom% or less.
Moreover, it is more preferable that the surface treatment process of S20 is performed immediately before joining of the metal member joining process of S40.
In addition, when the result of the surface measurement step of S30 exceeds 2.7 Atom%, the ceramic base material may be discarded without performing the surface treatment step of S20 again as described above. It can be selected according to the application.

このようにして製造されたパワーモジュール用基板１は、例えば図４に示すようなパワーモジュール３０に用いられる。このパワーモジュール３０は、上述のパワーモジュール用基板１と、電子部品１６と、冷却器３１と、放熱板３２とを備えている。
冷却器３１は、水冷式のヒートシンクであって、内部に冷媒である冷却水が流通する流路が形成されている。
放熱板３２は、平面視でほぼ矩形状の平板形状を有しており、例えばＡｌやＣｕ（銅）、ＡｌＳｉＣ（アルミシリコンカーバイド）、Ｃｕ−Ｍｏ（モリブデン）などで形成されている。Thepower module substrate 1 manufactured in this way is used for apower module 30 as shown in FIG. 4, for example. Thepower module 30 includes thepower module substrate 1, theelectronic component 16, a cooler 31, and aheat sink 32.
The cooler 31 is a water-cooled heat sink, and a flow path through which cooling water as a coolant flows is formed.
Theheat radiating plate 32 has a substantially rectangular flat plate shape in plan view, and is formed of, for example, Al, Cu (copper), AlSiC (aluminum silicon carbide), Cu—Mo (molybdenum), or the like.

そして、放熱板３２は、熱伝導グリースなどを介して冷却器３１に対してネジ３３により固定されている。また、放熱板３２とパワーモジュール用基板１の金属層１２とは、ハンダ層３４により接合されている。なお、放熱板３２と金属層１２とは、ロウ付けにより接合されてもよい。このとき、パワーモジュール用基板１の製造時において、金属層１２、セラミックス基板１１及び回路層１３の積層体に放熱板３２をさらに積層した状態で各部材を一括してロウ付けしてもよい。また、パワーモジュール３０は、放熱板３２を設けずに冷却器３１の上面にパワーモジュール用基板１を設ける構成としてもよい。 And theheat sink 32 is being fixed with the screw | thread 33 with respect to the cooler 31 via heat conductive grease. Further, theheat sink 32 and themetal layer 12 of thepower module substrate 1 are joined by asolder layer 34. In addition, theheat sink 32 and themetal layer 12 may be joined by brazing. At this time, when thepower module substrate 1 is manufactured, the respective members may be brazed together in a state in which theradiator plate 32 is further laminated on the laminate of themetal layer 12, theceramic substrate 11, and thecircuit layer 13. Further, thepower module 30 may have a configuration in which thepower module substrate 1 is provided on the upper surface of the cooler 31 without providing theheat radiating plate 32.

次に、本発明の第２の実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法について、図５を参照しながら説明する。
図５は本発明の第２の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明する工程図である。
尚、前述の第１の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。Next, the manufacturing method of the board | substrate for power modules of the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated, referring FIG.
FIG. 5 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a power module substrate according to the second embodiment of the present invention.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as above-mentioned 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

まず、Ｓｉ_３Ｎ_４からなり、焼成（焼結）された後のセラミックス母材２０を用意する。セラミックス母材２０の表面には、焼結時に生じたＳｉからなる酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が存在している。このセラミックス母材２０の一面に、図５（ａ）に示すように、複数のスクライブライン２１を形成する。First, aceramic base material 20 made of Si₃ N₄ and fired (sintered) is prepared. On the surface of theceramic base material 20, silicon oxide made of Si generated during sintering and a composite oxide of silicon are present. A plurality ofscribe lines 21 are formed on one surface of theceramic base material 20 as shown in FIG.

ここでは、セラミックス母材２０の一面にレーザ光（エネルギー光）Ｌを照射することで、直線状のスクライブライン２１を形成する。このとき、レーザ光Ｌの照射によりセラミックス母材２０から飛散するヒューム２２が、スクライブライン２１の形成領域及びその近傍に付着する。このヒューム２２も、セラミックス母材２０がＳｉ_３Ｎ_４からなるため、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物で形成されている。Here, alinear scribe line 21 is formed by irradiating one surface of theceramic base material 20 with laser light (energy light) L. At this time, thefumes 22 scattered from theceramic base material 20 by the irradiation of the laser beam L adhere to the formation region of thescribe line 21 and the vicinity thereof. Thefume 22 is also formed of silicon oxide and a composite oxide of silicon because theceramic base material 20 is made of Si₃ N₄ .

次いで、第１の表面処理として、セラミックス母材２０の上下両面にＺｒＯ_２（二酸化ジルコニウム）粉末を噴き付けるブラスト処理を施す（図５（ｂ））。これにより、セラミックス母材２０の上下両面の平坦化を行うと共に、セラミックス母材２０の一面に付着しているヒューム２２を除去する。Next, as a first surface treatment, a blast treatment is performed in which ZrO₂ (zirconium dioxide) powder is sprayed onto the upper and lower surfaces of the ceramic base material 20 (FIG. 5B). Thereby, the upper and lower surfaces of theceramic base material 20 are flattened, and thefumes 22 attached to one surface of theceramic base material 20 are removed.

次いで、第２の表面処理として、図５（ｃ）に示すように、ヒューム２２を除去したセラミックス母材２０を容器状のドライエッチング装置Ｐに収容し、このドライエッチング装置Ｐにフッ化物イオンを含むガスＧを流入して、ドライエッチングを施す。ガスＧは、前述した主ガス、副ガス及びキャリアガスを混合して構成されている。 Next, as a second surface treatment, as shown in FIG. 5C, theceramic base material 20 from which thefume 22 has been removed is accommodated in a container-like dry etching apparatus P, and fluoride ions are put into the dry etching apparatus P. The gas G containing it is introduced and dry etching is performed. The gas G is configured by mixing the main gas, the sub gas and the carrier gas described above.

ガスＧは、セラミックス母材２０の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物と反応して、主にＳｉＦ_４とＮＯｘ又はＣＯｘとなり、これら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物はセラミックス母材の表面から除去されるとともに、排気ガスＥとしてドライエッチング装置Ｐから排出される。このように、ドライエッチングによって、セラミックス母材２０の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が精度よく除去されるようになっている。The gas G reacts mainly with the silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of theceramic base material 20 to become SiF₄ and NOx or COx, and these silicon oxide and silicon composite oxides come from the surface of the ceramic base material. While being removed, the exhaust gas E is discharged from the dry etching apparatus P. Thus, the silicon oxide and the silicon composite oxide on the surface of theceramic base material 20 are accurately removed by dry etching.

尚、ガスＧに水素が含まれる場合には、セラミックス母材２０の表面にＮＨ_４Ｆや（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６が形成されるが、これらＮＨ_４Ｆや（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６は、後工程において除去することが好ましい。
また図示しないが、ドライエッチング後は、このセラミックス母材２０を蒸留水洗浄工程において洗浄し、乾燥工程においてエアブロー乾燥し、さらにエタノールを用いた超音波洗浄工程において洗浄した後、乾燥雰囲気において保管することが好ましい。When the gas G contains hydrogen, NH₄ F and (NH₄ )₂ SiF₆ are formed on the surface of theceramic base material 20, and these NH₄ F and (NH₄ )₂ SiF₆ are It is preferable to remove in a later step.
Although not shown, after dry etching, theceramic base material 20 is cleaned in a distilled water cleaning process, air blow dried in a drying process, and further cleaned in an ultrasonic cleaning process using ethanol, and then stored in a dry atmosphere. It is preferable.

ドライエッチング後のセラミックス母材２０の表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度は、ＥＰＭＡによる表面測定において２．７Ａｔｏｍ％以下にまで低減されている。なお、ＥＰＭＡによる表面測定方法は、上述と同様である。また、ＥＰＭＡによる表面測定は、セラミックス母材２０においてスクライブライン２１で区画される複数の領域それぞれで任意の５箇所において測定している。 The concentration of silicon oxide and silicon composite oxide on the surface of theceramic base material 20 after dry etching is reduced to 2.7 Atom% or less in the surface measurement by EPMA. The surface measurement method using EPMA is the same as described above. Moreover, the surface measurement by EPMA is measured in arbitrary five places in each of the several area | region divided by thescribe line 21 in theceramic base material 20. FIG.

次に、セラミックス母材２０をスクライブライン２１に沿って分割する（図５（ｄ））。このようにして、セラミックス基板４１が製造される。そして、製造したセラミックス基板４１の上下両面に、金属層１２及び回路層１３それぞれをロウ付けにより接合する（図５（ｅ））。
以上のようにして、パワーモジュール用基板５１を製造する。Next, theceramic base material 20 is divided along the scribe line 21 (FIG. 5D). In this way, theceramic substrate 41 is manufactured. Then, themetal layer 12 and thecircuit layer 13 are joined to the upper and lower surfaces of the manufacturedceramic substrate 41 by brazing (FIG. 5E).
Thepower module substrate 51 is manufactured as described above.

以上説明したように、本実施形態のセラミックス基板４１を備えたパワーモジュール用基板５１においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
このような構成のパワーモジュール用基板５１においては、セラミックス基板４１と金属部材との接合面積及び接合強度が充分に確保されているため、温度サイクル試験における例えば１０００サイクル程度までの間に、回路層１３や金属層１２がセラミックス基板４１から剥離することが確実に抑制される。As described above, thepower module substrate 51 including theceramic substrate 41 of the present embodiment also has the same effects as the first embodiment described above.
In thepower module substrate 51 having such a configuration, since the bonding area and the bonding strength between theceramic substrate 41 and the metal member are sufficiently ensured, the circuit layer can be used within about 1000 cycles in the temperature cycle test. 13 and themetal layer 12 are reliably prevented from peeling from theceramic substrate 41.

尚、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できる。
例えば、第２の実施形態のセラミックス基板の製造方法では、焼結後のセラミックス母材２０にスクライブライン２１を設け、スクライブライン２１の形成時に生じるヒューム２２をブラスト処理で除去することとして説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、スクライブライン２１の代わりにカッター等を用いてセラミックス母材２０を切断して複数のセラミックス基板４１とし、前述のブラスト処理を省略しても構わない。In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the method for manufacturing a ceramic substrate according to the second embodiment, thescribe line 21 is provided in the sinteredceramic base material 20 and thefume 22 generated when thescribe line 21 is formed is removed by blasting. However, the present invention is not limited to this. That is, theceramic base material 20 is cut into a plurality ofceramic substrates 41 by using a cutter or the like instead of thescribe line 21, and the blasting process described above may be omitted.

また第１、第２の実施形態では、セラミックス基板１１，４１の上下両面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を２．７Ａｔｏｍ％以下とすることとして説明したが、これに限らず、少なくとも金属部材が接合される表面部分における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が２．７Ａｔｏｍ％以下であればよい。すなわち、セラミックス基板１１，４１において、接合する金属部材の形状に対応した表面部分のみ、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を２．７Ａｔｏｍ％以下とすることとしても構わない。 In the first and second embodiments, the concentration of the silicon oxide and the silicon composite oxide on the upper and lower surfaces of theceramic substrates 11 and 41 is set to 2.7 Atom% or less. The concentration of silicon oxide and silicon composite oxide in the surface portion to which the metal member is bonded may be 2.7 Atom% or less. That is, in theceramic substrates 11 and 41, the concentration of silicon oxide and silicon composite oxide may be 2.7 Atom% or less only on the surface portion corresponding to the shape of the metal member to be bonded.

また第１、第２の実施形態では、セラミックス基板１１，４１の一面を上面として回路層１３を接合しているが、一面を下面として金属層１２を接合する構成としてもよい。
また、セラミックス基板１１，４１と回路層１３または金属層１２とは、ロウ付け接合されていることとして説明したが、それ以外の方法により接合されていても構わない。In the first and second embodiments, thecircuit layer 13 is bonded with one surface of theceramic substrates 11 and 41 as the upper surface. However, themetal layer 12 may be bonded with the one surface as the lower surface.
In addition, theceramic substrates 11 and 41 and thecircuit layer 13 or themetal layer 12 have been described as being brazed, but they may be bonded by other methods.

また第２の実施形態では、セラミックス母材２０を分割してセラミックス基板４１を形成した後に金属層１２及び回路層１３それぞれを接合しているが、スクライブライン２１が形成されたセラミックス母材２０に金属層１２及び回路層１３の少なくとも一方を接合した後に該セラミックス母材２０を分割してセラミックス基板４１を形成してもよい。
また、スクライブライン２１は、レーザ光Ｌを照射することで形成されているが、それ以外の他のエネルギー光の照射により形成されてもよい。In the second embodiment, theceramic base material 20 is divided and theceramic substrate 41 is formed, and then themetal layer 12 and thecircuit layer 13 are joined. However, theceramic base material 20 on which thescribe line 21 is formed is bonded to theceramic base material 20. Theceramic substrate 41 may be formed by dividing theceramic base material 20 after joining at least one of themetal layer 12 and thecircuit layer 13.
Moreover, although thescribe line 21 is formed by irradiating the laser beam L, it may be formed by irradiating other energy light.

また、スクライブライン２１を形成した場合の第１の表面処理としては、粉末の噴き付けによるブラスト処理のほか、ホーニング処理などそれ以外の処理を用いても構わない。
また、金属層１２及び回路層１３それぞれは、アルミニウムで形成されていることとして説明したが、それ以外の金属材料で形成されていてもよい。Further, as the first surface treatment when thescribe line 21 is formed, other processing such as honing treatment may be used in addition to the blasting treatment by spraying powder.
Further, themetal layer 12 and thecircuit layer 13 have been described as being formed of aluminum, but may be formed of other metal materials.

また、パワーモジュール用基板１，５１は、セラミックス基板１１，４１の下面に金属層１２を接合しているが、金属層１２を設けずにセラミックス基板１１，４１の下面に放熱板３２や冷却器３１を直接接合する構成としても構わない。
また、冷却器３１は、本実施形態の水冷式に限らずに、空冷式や他の液冷式であっても構わない。Further, thepower module substrates 1 and 51 have themetal layer 12 bonded to the lower surfaces of theceramic substrates 11 and 41, but without themetal layer 12, theheat sink 32 and the cooler are formed on the lower surfaces of theceramic substrates 11 and 41. 31 may be directly joined.
The cooler 31 is not limited to the water-cooled type of the present embodiment, and may be an air-cooled type or other liquid-cooled type.

また、セラミックス基板１１，４１は、Ｓｉを含有するＳｉ_３Ｎ_４からなるとして説明したが、これに限定されるものではなく、Ｓｉを含有するそれ以外の材料であっても構わない。Further, theceramic substrate 11 and 41 has been described as consisting of Si₃ N₄ containing Si, it is not limited thereto, but may be any other material containing Si.

また第１、第２の実施形態では、ドライエッチングに用いるガスは、主ガスがフッ化炭素（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋２、Ｃ_ｎＦ_２ｎ等）、フッ化窒素（ＮＦ_３等）の少なくとも一つからなり、副ガスがＨ_２、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）又は希ガスからなることとして説明したが、これらに限定されるものではない。The first, in the second embodiment, the gas used for dry etching, the main gas is carbon fluoride_{_{_{(C n F 2n + 2,}}} C n F 2n , etc.), from at least one of nitrogen fluoride (NF_3, etc.) It has been described that the auxiliary gas is made of H₂ , SF₆ (sulfur hexafluoride) or a rare gas, but is not limited thereto.

本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the board | substrate for power modules which concerns on the 1st Embodiment of this invention.本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板に用いるセラミックス基板を電子プローブマイクロアナライザにより定量分析した結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of having quantitatively analyzed the ceramic substrate used for the board | substrate for power modules concerning the 1st Embodiment of this invention with the electronic probe microanalyzer.本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the manufacturing method of the board | substrate for power modules which concerns on the 1st Embodiment of this invention.本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板を備えるパワーモジュールの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a power module provided with the board | substrate for power modules which concerns on the 1st Embodiment of this invention.本発明の第２の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the board | substrate for power modules which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１，５１パワーモジュール用基板
１１，４１セラミックス基板
１２金属層（金属部材）
１３回路層（金属部材）
１４，１５ロウ材層
２０セラミックス母材
Ｇガス
Ｐドライエッチング装置
Ｓ１０焼結工程
Ｓ２０表面処理工程（ドライエッチング）
Ｓ３０表面測定工程
Ｓ４０金属部材接合工程1,51Power module substrate 11, 41Ceramic substrate 12 Metal layer (metal member)
13 Circuit layer (metal member)
14, 15Brazing material layer 20 Ceramic base material G Gas P Dry etching equipment S10 Sintering process S20 Surface treatment process (dry etching)
S30 Surface measurement process S40 Metal member joining process

Claims

Translated fromJapanese

セラミックス基板に金属部材が接合されてなるパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法であって、
Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、
前記セラミックス母材の表面にフッ化物イオンを含むガスを用いてドライエッチングを施す表面処理工程と、を備え、
前記表面処理工程において、前記セラミックス母材の表面のうち少なくとも前記金属部材が接合される表面部分の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とすることを特徴とするパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法。A method for manufacturing a ceramic substrate of a power module substrate, wherein a metal member is bonded to a ceramic substrate,
Sintering a ceramic matrix containing Si;
A surface treatment step of performing dry etching on the surface of the ceramic base material using a gas containing fluoride ions,
In the surface treatment step, the concentration of silicon oxide and silicon composite oxide inat least the surface portion of the ceramic base material towhich the metal member is bonded is 2.7 Atom% by surface measurement using an electron probe microanalyzer. following a toTurkey the method of manufacturing the ceramic substrateof the power module substrate according to claim.

請求項１記載のパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法であって、
前記ガスは、少なくともフッ化炭素及びフッ化窒素のうちいずれかを含むことを特徴とするパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法。A method for producinga ceramic substratefor apower module substrate according to claim 1,
The method for producinga ceramic substrate of apower module substrate, wherein the gas contains at least one of carbon fluoride and nitrogen fluoride.

請求項１又は２に記載のパワーモジュール用基板のセラミックス基板の製造方法によって得られるセラミックス基板に、金属部材を接合することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。A method for manufacturing a power module substrate, comprising: bonding a metal memberto a ceramic substrateobtained by the method for manufacturing a ceramic substrate for a power module substrate according to claim 1 .

請求項３に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記金属部材として、アルミニウムを用いることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。It is a manufacturing method of the board for power modules according to claim 3,
The manufacturing method of the board | substrate for power modules characterized by using aluminum as said metal member.

請求項３又は４に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記セラミックス基板と前記金属部材との接合が、ロウ付けで行われることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。A method for producing a power module substrate according to claim 3 or 4,
A method of manufacturing a power module substrate, wherein the ceramic substrate and the metal member are joined by brazing.