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JP5892281B2 - ヒートシンク付きパワーモジュール用基板及びパワーモジュール - Google Patents

ヒートシンク付きパワーモジュール用基板及びパワーモジュール Download PDF

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JP5892281B2
JP5892281B2 JP2015089393A JP2015089393A JP5892281B2 JP 5892281 B2 JP5892281 B2 JP 5892281B2 JP 2015089393 A JP2015089393 A JP 2015089393A JP 2015089393 A JP2015089393 A JP 2015089393A JP 5892281 B2 JP5892281 B2 JP 5892281B2
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宗太郎 大井
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智哉 大開
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Description

本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるヒートシンク付きパワーモジュール用基板及びパワーモジュールに関する。
車載用パワーモジュールには、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板上にアルミニウムの板が接合されるとともに、片側にアルミニウム板を介してアルミニウム系ヒートシンクが接合されたヒートシンク付きパワーモジュール用基板が用いられる。
このようなヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、従来、次のように製造されてきた。まずセラミックス基板の両面に、セラミックス基板とアルミニウム板との接合に適するろう材を介して二つのアルミニウム板を積層し、所定の圧力で加圧しながら、そのろう材が溶融する温度以上まで加熱することにより、セラミックス基板と両面のアルミニウム板とを接合させる。次に、片側のアルミニウム板に、アルミニウム板とヒートシンクとの接合に適するろう材を介してヒートシンクを積層し、所定の圧力で加圧しながら、そのろう材が溶融する温度以上まで加熱することにより、アルミニウム板とヒートシンクとを接合させる。これにより、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板が製造される。
また、このようなヒートシンク付きパワーモジュール用基板では、片方のアルミニウム板は回路層として形成され、この上にははんだ材を介してパワー素子等の半導体素子が搭載される。
このようなパワーモジュール用基板においては、反りが生じると放熱性能等が阻害されるために、反りの少ない基板とする必要がある。
従来、パワーモジュール用基板の反り等を低減する技術として、例えば特許文献１、特許文献２記載の技術がある。
特許文献１記載のパワーモジュール用基板は、回路層としての金属板に、アルミニウム純度が質量％で９９．０％以上９９．９５％以下の第１層と、アルミニウム純度９９．９９％以上の第２層とを含む２以上の層を積層してなるクラッド材を用いており、その第２層がセラミックス基板に接合されている。この場合、回路層の厚さは６００μｍ、この回路層とはセラミックス基板の反対面に設けられる金属層の厚さは４００μｍとすることが記載されている。
特許文献２には、窒化ケイ素基板の少なくとも一方の表面に金属クラッド材を接合した窒化ケイ素回路基板が開示されている。金属クラッド材としては、Ｃｕ板やＡｌ板等の導電性材料と、コバール板やタングステン板のような低熱膨張金属との組合せが好ましいとされている。
特開２０１２‐１９１００４号公報 特開２００３‐１６８７７０号公報
ところで、従来のヒートシンク付きパワーモジュール用基板では、主として、ヒートシンクを接合する際の、絶縁基板とヒートシンクの線膨張差に起因する初期反りを低減することを課題としているが、ヒートシンクを接合した後の半導体素子を実装する工程で加熱された際、あるいは使用環境における温度変化により反りが生じるおそれがある。
実装工程で反りが生じると、はんだ接合部の位置ずれが発生したり、接合部に歪みやクラック等が生じて、接合信頼性が損なわれる課題がある。また、使用環境において反りが生じると、ヒートシンクと冷却器との間に介在する熱伝導性グリースがポンプアウト現象によりヒートシンクと冷却器との間から流れ出すことにより、ヒートシンクと冷却器との密着性が損なわれ、熱抵抗の増加を招くことがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ヒートシンクとの接合後の初期反りのみならず、半導体素子の実装工程時や使用環境においても反りが少ないヒートシンク付きパワーモジュール用基板及びパワーモジュールを提供することを目的とする。
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されてなり、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板であり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板であり、前記回路層が、セラミックス基板に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなる第１層と、該第１層の表面に接合された純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層との積層構造とされており、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ ２ ）、前記第２層の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ ２ ）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ ２ ）、前記ヒートシンクの耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ ２ ）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下である。
回路層を第１層と第２層との積層構造として、剛性の高い、すなわち耐力の高いヒートシンクに対して、セラミックス基板の反対側に剛性の高いアルミニウム板からなる第２層を配置したので、これらヒートシンクと回路層の第２層とがセラミックス基板を中心として対称構造となり、加熱時等にセラミックス基板の両面に作用する応力に偏りが生じにくく、反りが発生しにくくなる。また、セラミックス基板と接合される第１層として、純度９９．９９質量％以上の比較的軟らかい、すなわち耐力の低いアルミニウム板を配置しているので、加熱時等にセラミックス基板に掛かる熱応力を低減させ割れが生じることを防ぐことができる。なお、第２層を耐力の高い９９．０質量％未満のアルミニウム板により構成した場合には、第２層の厚さを薄くすることができるので、熱抵抗を増加させることがなく、より好ましい構成とすることができる。
回路層の第２層とヒートシンクとについて、これらの厚さ、接合面積及び耐力の関係をこの範囲に設定することにより、セラミックス基板を中心とする対称性をより向上させ、反りの発生を確実に防止することができる。すなわち、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板のセラミックス基板上に複数の回路層を並べて配設する場合等によって回路層をパターン化した場合においては、セラミックス基板に接合される回路層の接合部分と金属層が接合されるヒートシンクの接合部分とは形状が異なるが、それらの接合部分における、第２層の剛性とヒートシンク２０の剛性との対称性を考慮することにより、反りの発生を確実に防止することができる。
また、本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されてなり、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板であり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板であり、前記回路層が、セラミックス基板に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなる第１層と、該第１層の表面に接合された純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層との積層構造とされており、前記回路層は、前記第１層と前記第２層との間にさらにアルミニウム合金板からなる回路側接合芯材が介在しており、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記回路側接合芯材と前記第１層との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の耐力をσ３（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下であることとしてもよい。
また、本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されてなり、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板であり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板であり、前記回路層が、セラミックス基板に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなる第１層と、該第１層の表面に接合された純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層との積層構造とされており、
前記金属層と前記ヒートシンクとの間にさらにアルミニウム合金板からなる放熱側接合芯材が介在しており、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記放熱側接合芯材と前記金属層との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の耐力をσ４（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が０．８５以上１．４０以下であることとしてもよい。
また、本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されてなり、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板であり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板であり、前記回路層が、セラミックス基板に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなる第１層と、該第１層の表面に接合された純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層との積層構造とされており、前記回路層は、前記第１層と前記第２層との間にアルミニウム合金板からなる回路側接合芯材が介在するとともに、前記金属層と前記ヒートシンクとの間にアルミニウム合金板からなる放熱側接合芯材が介在しており、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記回路側接合芯材と前記第１層との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の耐力をσ３（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記放熱側接合芯材と前記金属層との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の耐力をσ４（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が０．８５以上１．４０以下であることとしてもよい。
本発明のパワーモジュールは、前記ヒートシンク付きパワーモジュール用基板と、前記回路層の表面上に搭載された半導体素子とを備える。
本発明によれば、加熱時の反り低減により、はんだ付け等で半導体素子を実装する工程での不具合を解消することができ、温度サイクル時の反りも小さくなることから、絶縁基板としての信頼性も向上する。また、回路層に高剛性部材を用いることで、回路層の変形が抑制され、半導体素子の接続信頼性も良好である。
本発明の第１実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造に用いる加圧装置の正面図である。 本発明の第２実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の断面図である。 本発明の第７実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の断面図である。 図８に示すヒートシンク付きパワーモジュール用基板の斜視図である。
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（ｃ）に示す第１実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０は、パワーモジュール用基板１０とヒートシンク２０とを備えており、このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０の表面に半導体チップ等の半導体素子３０が搭載されることにより、パワーモジュール１００が製造される。
パワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面にろう付けにより接合された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面にろう付けにより接合された金属層１３とを備える。そして、このパワーモジュール用基板１０の回路層１２の表面に半導体素子３０がはんだ付けされ、金属層１３の表面にヒートシンク２０がろう付けされる。
セラミックス基板１１は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを用いることができる。また、セラミックス基板１１の厚さは０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定することができる。
回路層１２は、セラミックス基板１１の表面に接合される第１層１５と、第１層１５の上に接合された第２層１６との積層構造とされている。第１層１５は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板で、ＪＩＳ規格では１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）の純アルミニウム板が用いられる。第２層１６は、純度が９９．９０質量％未満のアルミニウム板で、ＪＩＳ規格では、純度９９．０質量％以上のいわゆる２Ｎアルミニウム（例えばＡ１０５０等）の純アルミニウム板や、Ａ３００３，Ａ６０６３，Ａ５０５２等のアルミニウム合金板を用いることができる。第１層１５の厚さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、第２層１６の厚さｔ１が０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とされる。
金属層１３は、回路層１２の第１層１５と同様、純度９９．９９質量％以上で、ＪＩＳ規格では１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）のアルミニウム板が用いられ、厚さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ未満に形成される。
また、このパワーモジュール用基板１０に接合されるヒートシンク２０としては、純度が９９．９０質量％以下のアルミニウム板で、ＪＩＳ規格では、１Ｎ９０（純度９９．９０質量％以上のいわゆる３Ｎアルミニウム）や純度９９．０質量％以上のいわゆる２Ｎアルミニウム（例えばＡ１０５０等）の純アルミニウム板、Ａ３００３，Ａ６０６３，Ａ５０５２等のアルミニウム合金板を用いることができる。なお、ヒートシンクの形状としては、平板状のもの、熱間鍛造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出成形によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用することができ、内部に冷媒が流通する冷却器の部品として他の部品にねじ止め等によって組み込まれて使用される。特に、反りを抑制する効果が大きい平板状のものや、多数のピン状のフィンを一体に成形したものをヒートシンクとして用いることが好ましい。本実施形態では、平板状のヒートシンク２０を用いている。
そして、このヒートシンク２０と回路層１２の第２層１６とは、第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第２層１６の第１層１５に対する接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、ヒートシンク２０に対する金属層１３の接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下となる関係に設定される。例えば、第２層１６が厚さｔ１＝１．５ｍｍのＡ３００３アルミニウム合金（耐力σ１＝４０Ｎ／ｍｍ２）で第１層１５と第２層１６との接合面積Ａ１が９００ｍｍ２とされ、ヒートシンク２０が厚さｔ２＝１．０ｍｍのＡ６０６３アルミニウム合金（耐力σ２＝５０Ｎ／ｍｍ２）で金属層１３とヒートシンク２０との接合面積Ａ２が１０００ｍｍ２とされる組み合わせの場合、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）＝１．０８となる。なお、本発明における耐力の値は室温（２５℃）時の値である。
次に、このように構成されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０を製造する方法について説明する。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０は、セラミックス基板１１と回路層１２のうちの第１層１５及び金属層１３とを接合（第１接合工程）した後、第１層１５の上に第２層１６、金属層１３にヒートシンク２０をそれぞれ接合（第２接合工程）することにより製造される。以下、この工程順に説明する。
（第１接合工程）
まず、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２のうちの第１層１５となる第１層アルミニウム板１５ａを積層し、他方の面に金属層１３となる金属層アルミニウム板１３ａを積層して、これらを一体に接合する。これらの接合には、Ａｌ−Ｓｉ系等の合金のろう材４０が用いられる。このろう材４０は箔の形態で用いるとよい。
これらセラミックス基板１１と第１層アルミニウム板１５ａ及び金属層アルミニウム板１３ａとを図１（ａ）に示すようにろう材４０を介して積層し、この積層体Ｓを図２に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態とする。
この加圧装置１１０は、ベース板１１１と、ベース板１１１の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト１１２と、これらガイドポスト１１２の上端部に固定された固定板１１３と、これらベース板１１１と固定板１１３との間で上下移動自在にガイドポスト１１２に支持された押圧板１１４と、固定板１１３と押圧板１１４との間に設けられて押圧板１１４を下方に付勢するばね等の付勢手段１１５とを備えている。
固定板１１３および押圧板１１４は、ベース板１１１に対して平行に配置されており、ベース板１１１と押圧板１１４との間に前述の積層体Ｓが配置される。積層体Ｓの両面には加圧を均一にするためにカーボンシート１１６が配設される。
この加圧装置１１０により加圧した状態で、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設
置し、真空雰囲気下でろう付け温度に加熱してろう付けする。この場合の加圧力として
は例えば０．６８ＭＰａ（７ｋｇｆ／ｃｍ２）、加熱温度としては例えば６４０℃とされる。
（第２接合工程）
第１接合工程により得られた接合体６０における回路層１２の第１層１５に、図１（ｂ）に示すように、ろう材４０を介して第２層１６となる第２層アルミニウム板１６ａを積層し、金属層１３にろう材４０を介してヒートシンク２０を積層する。これらろう材４０は、Ａｌ−Ｓｉ系等の合金のろう材が箔の形態で用いられる。
そして、これらの積層体を図２と同様の加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態で、加圧装置１１０ごと真空雰囲気下で加熱して第２層１６及びヒートシンク２０をそれぞれろう付けする。この場合の加圧力としては例えば０．６８ＭＰａ（７ｋｇｆ／ｃｍ２）、加熱温度としては例えば６１５℃とされる。
このようにして製造されたヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０に、図１（ｃ）に示すように、回路層１２（第２層１６）の上面に半導体素子３０がはんだ付けによって接合され、パワーモジュール１００が製造される。
上記のようにして製造されるパワーモジュール１００において、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０は、上述したように、回路層１２を第１層１５と第２層１６との積層構造として、剛性の高い、すなわち耐力の高いヒートシンク２０に対して、セラミックス基板１１の反対側に剛性の高い第２層アルミニウム板１６ａからなるアルミニウム板からなる第２層１６を配置し、これらヒートシンク２０と回路層１２の第２層１６とがセラミックス基板１１を中心として対称構造としているので、加熱時等にセラミックス基板１１の両面に作用する応力に偏りが生じにくく、反りが発生しにくくなる。また、セラミックス基板１１と接合される第１層１５として、純度９９．９９質量％以上の比較的軟らかい、すなわち耐力の低い第１層アルミニウム板１５ａを配置しているので、加熱時等にセラミックス基板１１に掛かる熱応力を低減させ割れが生じることを防ぐことができる。なお、第２層１６を耐力の高い９９．０質量％未満のアルミニウム板により構成した場合には、第２層１６の厚さを薄くすることができるので、熱抵抗を増加させることがなく、より好ましい構成とすることができる。
また、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０は、回路層１２における第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第１層１５と第２層１６との接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、金属層１３とヒートシンク２０との接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下の範囲に設定することにより、半導体素子３０の実装工程時やその後の使用環境における温度変化に対して、反りの発生が少なく、絶縁基板として長期的に高い信頼性を有している。ヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０では、このように、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造を構成することができる。また、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板５０は、回路層１２のうち、半導体素子３０がはんだ付けされる第２層１６に剛性の高い、すなわち耐力の高いアルミニウム板を用いているので、回路層１２の変形も抑制される。
半導体素子３０のはんだ付けには、例えば例えばＳｎ‐Ｓｂ系、Ｓｎ‐Ａｇ系、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ｉｎ系、もしくはＳｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系のはんだ材が用いられ、２７５℃〜３３５℃に加熱することにより行われる。
なお、上述の第１実施形態では、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ系合金を用いて真空雰囲気中でろう付けしたが、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、またはＡｌ−Ｍｎ系等のろう材を用いることも可能である。この場合、Ｍｇを含有するＡｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系合金のろう材を用いてろう付けする場合は、非酸化性雰囲気中でろう付けすることができる。
図３は第２実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５１の製造方法を示している。この実施形態において図１の第１実施形態と共通要素には同一符号を付している（以下の各実施形態においても同様）。
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５１は、パワーモジュール用基板１７における回路層１８の第１層１５と第２層１６との間が、回路側接合芯材４１ａの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ａによって接合されており、また、金属層１３とヒートシンク２０との間も放熱側接合芯材４１ｂの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ｂによって接合されたものである。
両面ろうクラッド材４３ａ，４３ｂは、回路側接合芯材４１ａ及び放熱側接合芯材４１ｂが厚さ０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍのＪＩＳのＡ３００３アルミニウム合金、両面のろう材層４２がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金とされている。
この第２実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５１の製造方法は、第１実施形態の第１接合工程と同様に、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１８の第１層１５、他方の面に金属層１３をそれぞれろう材４０（図１（ａ）参照）を用いたろう付けによって接合する第１接合工程の後に、図３（ａ）に示すように、第１層１５の上に両面ろうクラッド材４３ａを介して第２層１６、金属層１３に両面ろうクラッド材４３ｂを介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けする。
このように製造される第２実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５１は、図３（ｂ）に示すように、回路層１８の第１層１５と第２層１６との間に回路側接合芯材４１ａであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となり、金属層１３とヒートシンク２０との間に放熱側接合芯材４１ｂであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となる。
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５１においては、回路層１８における第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、回路側接合芯材４１ａに対する第２層１６の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、放熱側接合芯材４１ｂに対するヒートシンク２０の接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の材料の耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、回路側接合芯材４１ａの厚さをｔ３（ｍｍ）、第１層１５と回路側接合芯材４１ａとの接合面積をＡ３（ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの耐力をσ３（Ｎ／ｍｍ２）とし、放熱側接合芯材４１ｂの厚さをｔ４（ｍｍ）、金属層１３と放熱側接合芯材４１ｂとの接合面積をＡ４（ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの材料の耐力をσ４（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が０．８５以上１．４０以下とされる。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５１では、このように、比率（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合において、第１実施形態と同様に良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造が構成される。
図４は第３実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５２の製造方法を示している。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５２は、回路層１８は第２実施形態と同様、第１層１５と第２層１６との間が、回路側接合芯材４１ａの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ａによって接合され、金属層１３とヒートシンク２０との間は第１実施形態と同様、Ａｌ−Ｓｉ系等の合金のろう材４５によって接合されている。
この第３実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５２の製造方法は、第１実施形態の第１接合工程と同様に、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１８の第１層１５、他方の面に金属層１３をそれぞれろう材４０（図１（ａ）参照）を用いたろう付けによって接合する第１接合工程を行う。この後に、図４（ａ）に示すように第１層１５の上に両面ろうクラッド材４３ａを介して第２層１６、金属層１３にＡｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系合金からなるろう材４５を介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けする。
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５２では、図４（ｂ）に示すように、回路層１８の第１層１５と第２層１６との間に両面ろうクラッド材４３ａの回路側接合芯材４１ａであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となる。
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５２においては、回路層１８における第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、回路側接合芯材４１ａに対する第２層１６の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、金属層１３とヒートシンク２０との接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、回路側接合芯材４１ａの厚さをｔ３（ｍｍ）、回路側接合芯材４１ａと第１層１５との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの耐力をσ３（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下とされる。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５２では、このように、比率（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合において、第１実施形態と同様に良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造が構成される。
図５は第４実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５３の製造方法を示している。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５３は、回路層１２の第２層１６が、片面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなるろう材層４４が積層されたクラッド板１９とされており、第１実施形態の第１接合工程と同様に、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２の第１層１５、他方の面に金属層１３をろう付けにより接合する第１接合工程の後に、図５（ａ）に示すように第１層１５の上に、ろう材層４４を重ねるようにしてクラッド板１９を積層し、金属層１３に、第２実施形態で用いた放熱側接合芯材４１ｂの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ｂを介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けする。
図５（ｂ）に示すこのヒートシンク付きパワーモジュール用基板５３においては、回路層１２における第２層１６のアルミニウム板の厚さをｔ１（ｍｍ）、第１層１５と第２層１６との接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、放熱側接合芯材４１ｂとヒートシンク２０との接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、放熱側接合芯材４１ｂの厚さをｔ４（ｍｍ）、金属層１３と放熱側接合芯材４１ｂとの接合面積をＡ４（ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの耐力をσ４（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が０．８５以上１．４０以下とされる。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５３では、このように、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合において、第１実施形態と同様に良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造が構成される。
図６は第５実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５４の製造方法を示している。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５４は、回路層１２の第１層１５と第２層１６とが予めクラッド材として製造されている。
そして、図６（ａ）に示すように、セラミックス基板１１の一方の面にクラッド材の回路層１２をＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材４０を介して積層し、他方の面にＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材４０を介して金属層１３を積層し、これらを真空雰囲気下で加圧した状態で加熱してろう付けする（第１接合工程）。これにより、セラミックス基板１１の両面に回路層１２と金属層１３とが接合されたパワーモジュール用基板１０が形成される（図６（ｂ））。
次に、図６（ｂ）に示すように、得られたパワーモジュール用基板１０の金属層１３にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなるろう材４５を介してヒートシンク２０を積層し、これらを窒素雰囲気等の非酸化雰囲気下で加圧した状態で加熱してろう付けする（第２接合工程）。
図６（ｃ）に示すこのヒートシンク付きパワーモジュール用基板５４においては、回路層１２の第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第１層１５と第２層１６との接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、金属層１３とヒートシンク２０との接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下とされる。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５４では、このように、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合において、第１実施形態と同様に良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造が構成される。
図７は第６実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５５を示している。上記第１から第５実施形態においては、１組のパワーモジュール用基板が１枚のヒートシンクに接合された形態を示したが、図７に示す第６実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５５のように、複数のパワーモジュール用基板１０Ｓが１枚のヒートシンク２０に接合される場合も同様に本発明を適用することができる。このようにして構成されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板５５においては、複数のパワーモジュール用基板１０Ｓをヒートシンク２０上に間隔をあけて接合することにより基板の高集積化を図ることができる。
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５５においては、各パワーモジュール用基板１０Ｓは、第１層１５および第２層１６を積層してなる小回路層１２Ｓと、小セラミックス基板１１Ｓと、小金属層１３Ｓとを積層して形成されており、小回路層１２Ｓの第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第１層１５と第２層１６との接合面積をＡ１（この場合、回路層１２を構成する各小回路層１２Ｓにおける第２層１６と第１層１５との接合面積の総和をＡ１（ｍｍ２）とする）、第２層１６の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、複数の金属層１３Ｓにより構成される金属層１３とヒートシンク２０との接合面積をＡ２（この場合、各小金属層１３Ｓのヒートシンク２０に対する接合面積の総和をＡ２（ｍｍ２）とする）、ヒートシンク２０の耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下とされる。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５５では、このように、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合において、第１実施形態と同様に良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造が構成される。
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板５５のように複数のパワーモジュール用基板１０Ｓを備える場合は、各接合部分において、第２層１６の剛性（厚さｔ１と接合面積Ａ１とを乗じた体積を考慮した耐力）とヒートシンク２０の剛性（厚さｔ２と接合面積Ａ２とを乗じた体積を考慮した耐力）との対称性を考慮することにより、反りの発生を確実に防止できる。
図８及び図９は第７実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５６を示している。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５６においては、金属層１３とセラミックス基板１１は１枚で構成されているが、回路層１２が、セラミックス基板１１上に面方向に間隔をあけて配設された複数の小回路層１２Ｓにより形成されている。このように、回路層１２が分離した複数の小回路層１２Ｓにより形成されている場合においても、同様に本発明を適用することができる。このようにして構成されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板５６においては、複数の小回路層１２Ｓをセラミックス基板１１上に間隔をあけて接合することによりパターン化された回路層１２を形成しているので、第６実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板５５と同様に、基板の高集積化を図ることができる。
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５６において各小回路層１２Ｓは、第１層１５および第２層１６を積層して形成されている。小回路層１２Ｓの第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第１層１５と第２層１６との接合面積をＡ１（この場合、回路層１２を構成する各小回路層１２Ｓにおける第２層１６と第１層１５との接合面積の総和をＡ１（ｍｍ２）とする）、第２層１６の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、金属層１３とヒートシンク２０との接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下とされる。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板５６では、このように、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合において、第１実施形態と同様に良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造が構成される。
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板５６のように、互いに分離した複数の小回路層１２Ｓにより回路層１２が形成されている場合、セラミックス基板１１に接合される回路層１２と金属層１３とは形状が異なるが、それらの接合部分において、第２層１６の剛性（厚さｔ１と接合面積Ａ１とを乗じた体積を考慮した耐力）とヒートシンク２０の剛性（厚さｔ２と接合面積Ａ２とを乗じた体積を考慮した耐力）との対称性を考慮することにより、反りの発生を確実に防止できる。
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
発明例１〜１８として、厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる第１層及び金属層とを用意するとともに、回路層の第２層及びヒートシンクについて表１に示す厚さ、接合面積、純度、耐力のものを用意した。
なお、ヒートシンクは平板状であり、全体の平面サイズは６０ｍｍ×５０ｍｍとした。
これらを第１実施形態から第５実施形態で述べた各接合方法により接合してヒートシンク付きパワーモジュール用基板を作製した。表１の実施形態（接合方法）は、各試料がどの実施形態の製造方法で作製されたかを示している。また、従来例１として、第１実施形態で述べた接合方法において回路層の第２層を接合せず、第２層が形成されていないヒートシンク付きパワーモジュール用基板を作製した。
なお、表１の「比率」は、実施形態（接合方法）が１の場合及び５の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）を、２の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）を、３の場合には（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ２×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２）を、４の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）を示す。
そして、得られた各試料につき、接合後の常温（２５℃）時における反り量（初期反り）、２８０℃加熱時の反り量（加熱時反り）をそれぞれ測定した。反り量は、ヒートシンクの背面の平面度の変化を、モアレ式三次元形状測定機を使用して測定して評価した。なお、反り量は、回路層側に凸状に反った場合を正の反り量（＋）、回路層側に凹状に反った場合を負の反り量（−）とした。
表１に結果を示す。
Figure 0005892281
表１からわかるように、回路層に純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層を積層しなかった従来例１では、常温時及び加熱時における反りが大きくなることが確認された。これに対し、回路層に純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層を積層した発明例１〜１８では、常温時及び加熱時における反りが小さいヒートシンク付きパワーモジュール用基板が得られることが確認された。
さらに、（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）、（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）、又は（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２）、（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が０．８５以上１．４０以下の範囲内の発明例１〜１４では、反り量が、さらに小さくできることがわかる。したがって、このヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、半導体素子のはんだ付け時、あるいはその後の使用環境において高温に晒されても反りの発生が少なく、信頼性を長期に維持することができる。
なお、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。
例えば、上記各実施形態では平板状のヒートシンクを用いたが、金属層が接合される平板部に多数のピン状フィンや帯状フィンが設けられた形状のヒートシンクを用いてもよい。この場合、平板部の厚さをヒートシンクの厚さｔ２とする。
１０ ヒートシンク付きパワーモジュール用基板
１１ セラミックス基板
１１Ｓ 小セラミックス基板
１２ 回路層
１２Ｓ 小回路層
１３ 金属層
１３Ｓ 小金属層
１３ａ 金属層アルミニウム板
１５ 第１層
１５ａ 第１層アルミニウム板
１６ 第２層
１６ａ 第２層アルミニウム板
１７ パワーモジュール用基板
１８ 回路層
１９ クラッド板
２０ ヒートシンク
３０ 半導体素子
４０ ろう材
４１ａ 回路側接合芯材
４１ｂ 放熱側接合芯材
４２ ろう材層
４３ａ，４３ｂ 両面ろうクラッド材
４４ ろう材層
４５ ろう材
５０〜５６ ヒートシンク付きパワーモジュール用基板
６０ 接合体
１１０ 加圧装置

Claims (5)

  1. セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されてなり、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板であり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板であり、前記回路層が、セラミックス基板に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなる第１層と、該第１層の表面に接合された純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層との積層構造とされており、
    前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下であるヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
  2. セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されてなり、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板であり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板であり、前記回路層が、セラミックス基板に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなる第１層と、該第１層の表面に接合された純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層との積層構造とされており、
    前記回路層は、前記第１層と前記第２層との間にさらにアルミニウム合金板からなる回路側接合芯材が介在しており、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記回路側接合芯材と前記第１層との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の耐力をσ３（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２）が０．８５以上１．４０以下であるヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
  3. セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されてなり、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板であり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板であり、前記回路層が、セラミックス基板に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなる第１層と、該第１層の表面に接合された純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層との積層構造とされており、
    前記金属層と前記ヒートシンクとの間にさらにアルミニウム合金板からなる放熱側接合芯材が介在しており、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記放熱側接合芯材と前記金属層との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の耐力をσ４（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が０．８５以上１．４０以下であるヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
  4. セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されてなり、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板であり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板であり、前記回路層が、セラミックス基板に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなる第１層と、該第１層の表面に接合された純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなる第２層との積層構造とされており、
    前記回路層は、前記第１層と前記第２層との間にアルミニウム合金板からなる回路側接合芯材が介在するとともに、前記金属層と前記ヒートシンクとの間にアルミニウム合金板からなる放熱側接合芯材が介在しており、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の耐力をσ１（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの耐力をσ２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記回路側接合芯材と前記第１層との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の耐力をσ３（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記放熱側接合芯材と前記金属層との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の耐力をσ４（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、比率（ｔ１×Ａ１×σ１＋ｔ３×Ａ３×σ３）／（ｔ２×Ａ２×σ２＋ｔ４×Ａ４×σ４）が０．８５以上１．４０以下であるヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のヒートシンク付きパワーモジュール用基板と、前記回路層の表面上に搭載された半導体素子とを備えるパワーモジュール。
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