[發(fā)明專利]功率模塊及功率模塊的制造方法

有效

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• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102810524A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設計）人: 仙石文衣理;西元修司;西川仁人;長友義幸
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/48;H01L21/60
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;王珍仙

技術領域

本發(fā)明涉及一種具備在絕緣層的一面配設有電路層的功率模塊用基板和搭載于所述電路層上的半導體元件的功率模塊及該功率模塊的制造方法。

背景技術

在各種半導體元件中，為控制電動汽車或電動車輛等而使用的大電力控制用功率元件由于發(fā)熱量較多，因此作為搭載該功率元件的基板，一直以來廣泛使用例如在由AlN（氮化鋁）等構成的陶瓷基板上接合導電性優(yōu)異的金屬板作為電路層的功率模塊用基板。

并且，這種功率模塊用基板的電路層上通過焊錫材搭載作為功率元件的半導體元件。另外，作為這種功率模塊用基板已知有如下結構的基板，即其為了散熱在陶瓷基板下表面也接合熱傳導性優(yōu)異的金屬板并通過該金屬板接合冷卻器來散熱的構造。

作為構成電路層的金屬，使用鋁或鋁合金、或者銅或銅合金。

其中，由鋁構成的電路層中，由于在表面形成鋁的氧化皮膜，因此無法與焊錫材良好地接合。并且，由銅構成的電路層中，存在熔融的焊錫材與銅發(fā)生反應使得電路層的內(nèi)部滲入焊錫材的成分而使電路層的導電性劣化這樣的問題。

因此，例如如專利文獻1中所公開，以往，都是通過無電解電鍍等在電路層的表面形成Ni電鍍膜，并在該Ni電鍍膜上配設焊錫材來接合半導體元件。

另外，專利文獻2中提出有不使用焊錫材而使用Ag納米膏來接合半導體元件的技術。

另外，在專利文獻3和4中提出有不使用焊錫材而使用包含金屬氧化物粒子和由有機物構成的還原劑的氧化物膏接合半導體元件的技術。

專利文獻1：日本專利公開2004-172378號公報

專利文獻2：日本專利公開2006-202938號公報

專利文獻3：日本專利公開2008-208442號公報

專利文獻4：日本專利公開2009-267374號公報

然而，如專利文獻1中所述，在電路層表面形成Ni電鍍膜的功率模塊用基板有如下憂慮，在直到接合半導體元件為止的過程中，Ni電鍍膜的表面因氧化等而劣化，與通過焊錫材接合的半導體元件的接合可靠性降低。

另外，當通過用釬焊在功率模塊用基板上接合冷卻器時，若在電路層表面形成Ni電鍍膜后進行釬焊等則導致Ni電鍍膜劣化，因此，一般如下進行：對功率模塊用基板與冷卻器進行釬焊來形成帶冷卻器的功率模塊用基板之后，將整個該帶冷卻器的功率模塊用基板浸漬在電鍍浴內(nèi)。此時，電路層以外的部分也會形成Ni電鍍膜，當冷卻器由鋁或鋁合金構成時，有可能在由鋁構成的冷卻器與Ni電鍍膜之間發(fā)生電蝕。因此，在Ni電鍍膜工序中有需要進行掩模處理以免在冷卻器部分形成Ni電鍍膜。如此，在進行掩模處理之后進行電鍍處理時，僅用于在電路層部分形成Ni電鍍膜需要大量勞力，存在功率模塊的制造成本大幅增加之類的問題。

另一方面，如專利文獻2中所公開，不使用焊錫材而使用Ag納米膏接合半導體元件時，因為由Ag納米膏構成的接合層形成為厚度薄于焊錫材，所以熱循環(huán)負載時應力易作用于半導體元件，有導致半導體元件本身破損之虞。

另外，如專利文獻3、4中所公開，當用金屬氧化物和還原劑接合半導體元件時，氧化物膏的燒成層依然形成為較薄，因此熱循環(huán)負載時應力易作用于半導體元件。

特別是最近隨著功率模塊的小型化或薄壁化的推進，其使用環(huán)境也愈加嚴格，有從電子部件的發(fā)熱量增加的傾向。因此，在使用功率模塊時，作用于電路層與半導體元件的接合界面的應力也有增加的傾向，與以往相比進一步要求提高電路層與半導體元件之間的接合可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是鑒于前述情況而完成的，其目的在于提供一種半導體元件準確地接合于電路層的一面，且熱循環(huán)及動力循環(huán)可靠性優(yōu)異的功率模塊及功率模塊的制造方法。

為解決這種課題，實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的功率模塊具備在絕緣層的一面配設有電路層的功率模塊用基板和搭載于所述電路層上的半導體元件，其中，在所述電路層的一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的燒成體構成的第1燒成層，在該第1燒成層上形成有由氧化銀還原的Ag燒成體構成的第2燒成層。

根據(jù)該結構的功率模塊，由于在電路層一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的燒成體構成的第1燒成層，因此，能夠去除由玻璃成分形成于電路層表面的氧化皮膜，并能夠確保該第1燒成層與電路層的接合強度。

并且，由于在該第1燒成層上形成有由氧化銀還原的Ag燒成體構成的第2燒成層，因此能夠在形成該第2燒成層時接合半導體元件。在此，當還原氧化銀時，會生成微細的Ag粒子，因此能夠使第2燒成層成為致密的構造。