[發(fā)明專利]附帶冷卻器的功率模塊用基板及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580050213.8
• 申請(qǐng)日: 2015-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN107112298A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大井宗太郎;大開智哉;北原丈嗣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱綜合材料株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L23/36
• 分類號(hào): H01L23/36;H01L23/12
• 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: 齊葵,周艷玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在控制大電流、高電壓的半導(dǎo)體裝置中使用的附帶冷卻器的功率模塊用基板及其制造方法。

本申請(qǐng)主張基于2014年10月16日申請(qǐng)的專利申請(qǐng)第2014-211529號(hào)及2015年10月09日申請(qǐng)的專利申請(qǐng)第2015-200784號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并將該內(nèi)容援用于此。

背景技術(shù)

作為以往的功率模塊用基板，已知有一種在成為絕緣層的陶瓷基板的一個(gè)面接合有電路層，并且在另一個(gè)面接合有用于散熱的金屬層的結(jié)構(gòu)。并且，在該功率模塊用基板的金屬層接合有冷卻器，從而構(gòu)成附帶冷卻器的功率模塊用基板。而且，在電路層上經(jīng)由焊錫材料搭載有功率元件等半導(dǎo)體元件而成為功率模塊。

關(guān)于這種功率模塊用基板，正在普及一種在電路層中使用熱特性、電特性優(yōu)異的銅或銅合金，在冷卻器中采用由鋁合金構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的附帶冷卻器的功率模塊用基板。

作為這種功率模塊用基板，專利文獻(xiàn)1中公開有作為陶瓷基板使用氮化硅、氮化鋁、氧化鋁等，通過直接接合法或活性金屬法在該陶瓷基板接合金屬層，并記載了作為該金屬層優(yōu)選使用銅。并且，還記載有通過焊錫在該功率模塊用基板接合散熱片。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2006-245437號(hào)公報(bào)

但是，接合金屬層與散熱片的焊錫層的熱阻較大，妨礙從半導(dǎo)體元件向散熱片的傳熱，并且可能因熱伸縮使龜裂進(jìn)入到焊錫層而破壞焊錫層。因此，熱阻較小且接合可靠性也較高的釬焊接合受到關(guān)注。

然而，釬焊工序?yàn)橥ㄟ^沿層疊方向?qū)?jīng)由釬焊材料層疊的金屬板彼此進(jìn)行加壓并加熱而進(jìn)行的工序，因此通過釬焊將作為散熱片的、在內(nèi)部形成冷卻流路的鋁制冷卻器接合到功率模塊用基板的情況下，鋁制冷卻器可能因該加壓力而變形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是鑒于這種情況而完成的，其目的在于提供一種防止將由銅或銅合金構(gòu)成的金屬層釬焊到鋁制冷卻器時(shí)的變形的產(chǎn)生，熱阻較小且接合可靠性較高的附帶冷卻器的功率模塊用基板。

本發(fā)明的附帶冷卻器的功率模塊用基板的制造方法具有：第1接合工序，在陶瓷基板的一個(gè)面接合由銅或銅合金構(gòu)成的金屬板以形成電路層，并且在所述陶瓷基板的另一面接合由銅或銅合金構(gòu)成的金屬板以形成第1金屬層；第2接合工序，通過固相擴(kuò)散接合來接合金屬板和所述第1金屬層以形成第2金屬層，所述金屬板由鋁或鋁合金構(gòu)成或者由鎳或鎳合金構(gòu)成；及第3接合工序，使用含Mg的Al系釬焊材料在所述第2金屬層釬焊接合由鋁合金構(gòu)成的冷卻器。

本發(fā)明的制造方法中，通過固相擴(kuò)散接合在由銅或銅合金構(gòu)成的第1金屬層接合由鋁或鋁合金構(gòu)成或者由鎳或鎳合金構(gòu)成的第2金屬層，從而能夠使用含Mg的Al系釬焊材料來釬焊接合由鋁合金構(gòu)成的冷卻器。該釬焊能夠在氮或氬等氣氛中以低荷載(例如0.001MPa～0.5MPa)進(jìn)行，且即使是剛性較低的鋁制冷卻器也不會(huì)使其變形而能夠可靠地接合。

此外，也可以在所述第2接合工序中，將鈦箔夾在所述第1金屬層與所述第2金屬層之間，分別固相擴(kuò)散接合所述第1金屬層與所述鈦箔及所述第2金屬層與所述鈦箔，在所述第3接合工序中，使用Al-Si-Mg系釬焊材料來釬焊接合所述第2金屬層與所述冷卻器。

經(jīng)由鈦箔且通過固相擴(kuò)散接合來接合第1金屬層與第2金屬層，從而使鈦原子在兩個(gè)金屬層中擴(kuò)散，并且使鋁原子及銅原子在鈦箔中擴(kuò)散，從而能夠可靠地接合這些第1金屬層、鈦箔、第2金屬層。

該情況下，接合第2金屬層之后，釬焊冷卻器時(shí)被加熱，但夾著鈦箔，因此可防止進(jìn)行該釬焊時(shí)在鋁與銅中產(chǎn)生擴(kuò)散。

該制造方法中，優(yōu)選所述鈦箔的面積大于所述第1金屬層的面積。該情況下，能夠更可靠地防止由銅或銅合金構(gòu)成的第1金屬層的銅與用來接合冷卻器的含Mg的Al系釬焊材料的鋁之間的接觸。

該制造方法中，使用由鋁或鋁合金構(gòu)成的所述金屬板來形成所述第2金屬層的情況下，接合冷卻器的釬焊材料中含有對(duì)氧化鋁膜的潤濕性較低的Mg，因此熔融的含Mg的Al系釬焊材料被由鋁或鋁合金構(gòu)成的第2金屬層的側(cè)面的氧化膜所排斥，從而達(dá)不到第1金屬層。由此，該Al系釬焊材料不會(huì)與由銅或銅合金構(gòu)成的第1金屬層接觸，且不會(huì)使第1金屬層變形。

或者，在該制造方法中，也可以在使用由鎳或鎳合金構(gòu)成的所述金屬板來形成所述第2金屬層的情況下，同時(shí)進(jìn)行所述第1接合工序及所述第2接合工序。該情況下，第2金屬層為鎳或鎳合金，從而能夠同時(shí)進(jìn)行第1接合工序和第2接合工序。第1接合工序中，例如能夠采用使用Ag-Cu-Ti系釬焊材料的釬焊接合。