[發(fā)明專利]接合體及其制造方法、自帶散熱器的功率模塊用基板及其制造方法、散熱器及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580035553.3
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN106663663B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 寺崎伸幸;長友義幸
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: H01L23/36
• 分類號: H01L23/36;H01L25/07;H01L25/18
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權代理有限公司 11018
• 代理人: 樸圣潔;王珍仙

本發(fā)明提供一種解決了鋁部件和金屬部件的接合可靠性降低的技術問題的接合體。本發(fā)明的接合體為接合由鋁合金構成的鋁部件與由銅、鎳或銀構成的金屬部件而成的接合體，鋁部件由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構成，在鋁部件與金屬部件的接合部形成有Ti層，鋁部件與Ti層及Ti層與金屬部件分別被固相擴散接合。這樣的接合體適合于大功率控制用功率半導體元件。

技術領域

本發(fā)明涉及一種接合鋁部件與由銅、鎳或銀構成的金屬部件而成的接合體、在絕緣層的一面形成有電路層的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、在散熱器主體上形成有金屬部件層的散熱器、接合體的制造方法、自帶散熱器的功率模塊用基板的制造方法及散熱器的制造方法。

本申請主張基于2014年8月26日于日本申請的專利申請2014-171901號及2015年8月18日于日本申請專利的專利申請2015-161293號優(yōu)先權，并將其內(nèi)容援用于此。

背景技術

LED、功率模塊等半導體裝置具備在由導電材料構成的電路層上接合有半導體元件的結構。

為了控制風力發(fā)電、電動汽車及混合動力汽車等而使用的大功率控制用功率半導體元件的發(fā)熱量較多。因此，作為搭載這種功率半導體元件的基板，以往廣泛使用如下功率模塊用基板，該功率模塊用基板具備由例如AlN(氮化鋁)、Al₂O₃(氧化鋁)等構成的陶瓷基板及在該陶瓷基板的一面接合導電性優(yōu)異的金屬板而形成的電路層。另外，作為功率模塊用基板，還提供在陶瓷基板的另一面形成有金屬層的功率模塊用基板。

例如，專利文獻1所示的功率模塊具備在陶瓷基板的一面及另一面形成有由Al構成的電路層及金屬層的功率模塊用基板以及隔著焊料接合于該電路層上的半導體元件。

并且，構成為在功率模塊用基板的下側接合有散熱器，從半導體元件傳遞至功率模塊用基板側的熱經(jīng)由散熱器向外部擴散。

但是，如專利文獻1所記載的功率模塊，由Al構成電路層及金屬層的情況下，由于表面形成有Al的氧化皮膜，因此無法通過焊料來接合半導體元件、散熱器。

因此，例如專利文獻2所公開那樣，以往，在電路層及金屬層的表面，通過化學鍍等而形成鍍Ni膜之后，焊錫接合半導體元件、散熱器等。

并且，專利文獻3中提出有代替焊料而使用包含氧化銀粒子和由有機物形成的還原劑的氧化銀漿料，將電路層與半導體元件及金屬層與散熱器進行接合的技術。

然而，如專利文獻2所記載，在電路層表面及金屬層表面形成鍍Ni膜而成的功率模塊用基板中，在將半導體元件及散熱器進行接合為止的過程中鍍Ni膜的表面由于氧化等而劣化，有可能與隔著焊料進行接合的半導體元件及散熱器的接合可靠性降低。并且，在鍍Ni工序中，有時進行遮蔽處理，以免在不需要的區(qū)域形成鍍Ni層而發(fā)生電蝕等問題。如此，在進行遮蔽處理之后進行電鍍處理時，在電路層表面及金屬層表面形成鍍Ni膜的工序中需要極大的勞力，存在導致功率模塊的制造成本大幅增加的問題。

并且，如專利文獻3所記載，使用氧化銀漿料將電路層與半導體元件及金屬層與散熱器進行接合的情況下，Al與氧化銀漿料的燒成體的接合性較差，因此需要預先在電路層表面及金屬層表面形成Ag基底層。

因此，專利文獻4中提出有將電路層及金屬層作為Al層與Cu層的層疊結構的功率模塊。此時，電路層及金屬層的表面配置有Cu層，因此能夠使用焊料良好地接合半導體元件和散熱器。并且，Cu的變形阻力大于Al，因此該功率模塊在負載熱循環(huán)時，能夠抑制電路層表面及金屬層表面大幅變形，防止焊料層中產(chǎn)生裂紋，從而可提高半導體元件與電路層及散熱器與金屬層的接合可靠性。

另外，專利文獻4所記載的功率模塊中，作為電路層及金屬層，使用隔著Ti層將Al層與Cu層進行接合的接合體。在此，在Al層與Ti層之間形成有擴散層，該擴散層從Al層側依次具有Al-Ti層、Al-Ti-Si層、Al-Ti-Cu層。