[發明專利]功率模塊用基板、自帶散熱器的功率模塊用基板、功率模塊及功率模塊用基板的制造方法

有效

• 申請號: 201380015967.0
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN104205323B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 寺崎伸幸;長友義幸;黑光祥郎
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: H01L23/14
• 分類號: H01L23/14;B23K20/00;H01L23/12;H01L23/13;H01L23/36;H05K1/02
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司11018
• 代理人: 康泉,王珍仙

技術領域

該發明涉及一種在絕緣層的一面形成有電路層的功率模塊用基板、在該功率模塊用基板上接合有散熱器的自帶散熱器的功率模塊用基板、在功率模塊用基板上接合有半導體元件的功率模塊及功率模塊用基板的制造方法。

本申請主張基于2012年03月30日于日本申請的專利申請2012-083249號及2012年09年14日于日本申請的專利申請2012-203362號的優先權，并將其內容援用于此。

背景技術

在各種半導體元件中，尤其在為了控制電動汽車或電動車輛而使用的大功率控制用功率元件中的發熱量較多。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(絕緣層)上接合導電性優異的金屬板來作為電路層的功率模塊用基板。

并且，這種功率模塊用基板中，在其電路層上通過焊錫材搭載有作為功率元件的半導體元件，從而作為功率模塊。另外，作為這種功率模塊用基板，已知有設為如下結構的基板，即為了在陶瓷基板的下表面也發散由半導體元件引起的熱量而接合熱傳導性優異的散熱器，從而發散該熱量。

作為構成電路層的金屬，使用Al(鋁)和Cu(銅)等。例如，專利文獻1中提出有在陶瓷基板的一面接合有由鋁板構成的電路層的功率模塊用基板。

并且，專利文獻2中提出有在陶瓷基板的一面接合有由銅板構成的電路層的功率模塊用基板。

專利文獻1：日本專利第3171234號公報

專利文獻2：日本專利第3211856號公報

但是，專利文獻1中示出的功率模塊中，電路層由變形阻力比較小的鋁板構成。因此，在負載有熱循環時，能夠通過電路層吸收在陶瓷基板與電路層之間產生的熱應力，但是在負載有動力循環時，有時會在接合半導體元件與電路層的焊錫上產生龜裂而功率模塊的可靠性降低。并且，與銅相比，鋁的熱傳導性較差，因此與由銅構成的電路層相比，由鋁板構成的電路層的散熱性較差。而且，在鋁板的表面形成鋁的氧化層，因此很難在該狀態下通過焊錫良好地接合電路層與半導體元件。

另一方面，如專利文獻2所示，由銅板構成電路層時，銅的變形阻力比較高。因此，在負載有熱循環時，由于在陶瓷基板與銅板之間產生的熱應力，有時會在陶瓷基板產生龜裂。

尤其，近來功率模塊的小型化、薄壁化得到發展，并且其使用環境也逐漸變得嚴苛，來自半導體元件的發熱量逐漸增大。其結果，對于熱循環及動力循環負載的與可靠性相關的功率模塊的必要條件變得嚴苛。因此，由鋁構成電路層時的問題在于，在負載有動力循環時，功率模塊的可靠性降低。并且，由銅構成電路層時的問題在于，在負載有熱循環時，功率模塊的可靠性降低。

如此，由銅構成的電路層對于動力循環的可靠性較高，但是對于熱循環的可靠性降低。并且，由鋁構成的電路層對于熱循環的可靠性較高，但是對于動力循環的可靠性降低。因此，以往只能優先動力循環或熱循環中的任一個的可靠性，未能兼顧功率模塊對于熱循環及動力循環的可靠性。

發明內容

該發明提供一種在負載動力循環時抑制熱阻的上升，并且在負載熱循環時抑制在陶瓷基板產生龜裂，并且對于動力循環及熱循環的負載具有較高的可靠性的功率模塊用基板、自帶散熱器的功率模塊用基板、功率模塊及功率模塊用基板的制造方法。

為了解決所述課題，本發明所涉及的一方式的功率模塊用基板為具備絕緣層及形成于該絕緣層的一面的電路層的功率模塊用基板，其中，所述電路層具有：鋁層，配設于所述絕緣層的一面；及銅層，層疊于該鋁層的一側，所述鋁層與所述銅層被固相擴散接合。

根據本發明所涉及的功率模塊用基板，電路層具有銅層。在該銅層上搭載有半導體元件時，在向功率模塊用基板側傳遞從半導體元件產生的熱量時，能夠通過電路層的銅層向面方向擴散該熱量來有效地發散該熱量。

而且，在絕緣層的一面形成有變形阻力比較小的鋁層，在負載有熱循環時，鋁層吸收由于絕緣層與電路層的熱膨脹系數之差而產生的熱應力，因此能夠抑制在絕緣層產生龜裂，對于接合能夠得到較高的可靠性。

并且，在鋁層的一側形成有變形阻力比較大的銅層，因此在負載有動力循環時，能夠抑制電路層的變形。因此，能夠得到功率模塊用基板對于動力循環的可靠性。

并且，鋁層與銅層通過固相擴散接合而被接合，因此在負載有熱循環時，能夠抑制在鋁層與銅層之間產生剝離，并維持電路層的熱傳導性及導電性。

另外，鋁層的一側是指未與絕緣層接合的面側。