[發(fā)明專利]功率模塊

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380067852.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104885207B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大橋東洋;長(zhǎng)友義幸;長(zhǎng)瀬敏之;黑光祥郎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱綜合材料株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/52
• 分類號(hào): H01L21/52;B23K35/26;C22C13/00
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;王珍仙

本發(fā)明的功率模塊中，在電路層(12)中的與半導(dǎo)體元件(3)的接合面設(shè)置有由銅或銅合金構(gòu)成的銅層，且在電路層(12)與半導(dǎo)體元件(3)之間形成有使用焊錫材料形成的焊錫層(20)。在焊錫層(20)中的與電路層(12)之間的界面形成有合金層(21)，該合金層(21)作為主成分含有Sn，并且含有0.5質(zhì)量％以上10質(zhì)量％以下的Ni和30質(zhì)量％以上40質(zhì)量％以下的Cu，該合金層(21)的厚度設(shè)定在2μm以上20μm以下的范圍內(nèi)，在功率循環(huán)試驗(yàn)中，在通電時(shí)間5秒、溫度差80℃的條件下負(fù)載10萬(wàn)次功率循環(huán)時(shí)的熱阻上升率低于10％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用焊錫材料將設(shè)置有銅或銅合金所構(gòu)成的銅層的電路層和半導(dǎo)體元件進(jìn)行接合的功率模塊。

本申請(qǐng)主張基于2012年12月25日于日本申請(qǐng)的專利申請(qǐng)2012-281346號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用于此。

背景技術(shù)

例如，如專利文獻(xiàn)1、2所示，上述功率模塊具備在絕緣基板的一個(gè)面接合作為電路層的金屬板而構(gòu)成的功率模塊用基板和搭載于電路層上的功率元件(半導(dǎo)體元件)。

并且，功率模塊用基板的另一面?zhèn)扔袝r(shí)配設(shè)有散熱板或冷卻器等散熱器，以發(fā)散來(lái)自功率元件(半導(dǎo)體元件)的熱量。此時(shí)，為了緩和由絕緣基板與散熱板或冷卻器等散熱器之間的熱膨脹系數(shù)引起的熱應(yīng)力，在功率模塊用基板上，設(shè)為在絕緣基板的另一面接合有作為金屬層的金屬板，且該金屬層與上述散熱板或冷卻器等散熱器接合的結(jié)構(gòu)。

上述功率模塊中，電路層與功率元件(半導(dǎo)體元件)隔著焊錫材料接合。

在此，電路層由鋁或鋁合金構(gòu)成時(shí)，例如如專利文獻(xiàn)3中所公開(kāi)，需在電路層的表面通過(guò)電解電鍍等而形成Ni鍍膜，且在該Ni鍍膜上配設(shè)焊錫材料而接合半導(dǎo)體元件。

并且，在電路層由銅或銅合金構(gòu)成時(shí)，同樣在電路層的表面形成Ni鍍膜，且在該Ni鍍膜上配設(shè)焊錫材料而接合半導(dǎo)體元件。

專利文獻(xiàn)1：日本專利公開(kāi)2002-076551號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利公開(kāi)2008-227336號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本專利公開(kāi)2004-172378號(hào)公報(bào)

然而，例如如專利文獻(xiàn)3中所記載，若對(duì)在由鋁或鋁合金構(gòu)成的電路層的表面形成Ni鍍層而焊錫接合半導(dǎo)體元件的功率模塊施加功率循環(huán)的負(fù)載，則可能會(huì)在焊錫上產(chǎn)生龜裂，熱阻會(huì)上升。

并且，即使在由銅或銅合金構(gòu)成的電路層的表面形成Ni鍍層而焊錫接合半導(dǎo)體元件的功率模塊中，若施加功率循環(huán)的負(fù)載，則同樣可能會(huì)在焊錫上產(chǎn)生龜裂，熱阻會(huì)上升。

近年來(lái)，在上述功率模塊等中，為了控制風(fēng)力發(fā)電或電動(dòng)汽車和電動(dòng)車輛等而搭載用于控制更大功率的功率元件，因此比以往更加需要進(jìn)一步提高功率循環(huán)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種即使在負(fù)載有功率循環(huán)時(shí)，也能夠抑制在焊錫層產(chǎn)生破壞，且可靠性較高的功率模塊。

本發(fā)明人等進(jìn)行深入研究的結(jié)果得知若對(duì)在由鋁、鋁合金、銅或銅合金構(gòu)成的電路層的表面形成Ni鍍層而焊錫接合半導(dǎo)體元件的功率模塊施加功率循環(huán)負(fù)載，則在Ni鍍層產(chǎn)生裂縫，且以該裂縫為起點(diǎn)在焊錫層上產(chǎn)生龜裂。并且，還得知通過(guò)在焊錫層與電路層之間的界面形成包含Ni、Cu的Sn合金層，焊錫層與電路層之間的界面得到強(qiáng)化，并能夠提高焊錫層的耐久性。