[發(fā)明專(zhuān)利]帶散熱片的功率模塊用基板及功率模塊

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980007458.0
• 申請(qǐng)日: 2019-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111602238A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大開(kāi)智哉;大井宗太郎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 三菱綜合材料株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/36
• 分類(lèi)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: 刁興利;康泉

當(dāng)將構(gòu)成電路層的第2層與第1層的接合面積設(shè)為A1(mm²)，將第2層的等效板厚設(shè)為t1(mm)，將第2層的屈服強(qiáng)度設(shè)為σ1(N/mm²)，將第2層的線膨脹系數(shù)設(shè)為α1(/K)，將散熱側(cè)接合材料與金屬層的接合面積設(shè)為A2(mm²)，將散熱側(cè)接合材料的等效板厚設(shè)為t2(mm)，將散熱側(cè)接合材料的屈服強(qiáng)度設(shè)為σ2(N/mm²)，將散熱側(cè)接合材料的線膨脹系數(shù)設(shè)為α2(/K)，將散熱片與散熱側(cè)接合材料的接合面積設(shè)為A3(mm²)，將散熱片的等效板厚設(shè)為t3(mm)，將散熱片的屈服強(qiáng)度設(shè)為σ3(N/mm²)，將散熱片的線膨脹系數(shù)設(shè)為α3(/K)時(shí)，在25℃的比率(A1×t1×σ1×α1)/{(A2×t2×σ2×α2)+(A3×t3×σ3×α3)}為0.70以上且1.30以下。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制強(qiáng)電流、高電壓的半導(dǎo)體裝置中所使用的帶散熱片的功率模塊用基板及功率模塊。本申請(qǐng)根據(jù)2018年1月24日在日本申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)2018-009313號(hào)而主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援用于此。

背景技術(shù)

作為用于功率模塊的功率模塊用基板，已知有具備例如AlN(氮化鋁)、Al₂O₃(氧化鋁)、Si₃N₄(氮化硅)等的陶瓷基板及接合于該陶瓷基板的一個(gè)面的由鋁(Al)或銅(Cu)等導(dǎo)電性?xún)?yōu)異的金屬形成的電路層的結(jié)構(gòu)。

在這種功率模塊用基板中，還會(huì)在陶瓷基板的另一個(gè)面形成由導(dǎo)熱性?xún)?yōu)異的金屬形成的金屬層或通過(guò)金屬層接合散熱片(散熱層)。接合有散熱片的帶散熱片的功率模塊用基板是在將散熱片安裝于冷卻器的狀態(tài)下使用。

功率模塊是通過(guò)在如此構(gòu)成的帶散熱片的功率模塊用基板的電路層的表面(上表面)搭載(組裝)功率元件等半導(dǎo)體元件而制造的。組裝有半導(dǎo)體元件的功率模塊，為了絕緣性確?；蚺渚€保護(hù)等，還會(huì)用樹(shù)脂通過(guò)灌封或模注進(jìn)行密封。

一般的帶散熱片的功率模塊用基板是通過(guò)接合于陶瓷基板的一個(gè)面的電路層和接合于另一個(gè)面的金屬層的厚度形成為相同程度，并且在金屬層接合高剛性的散熱片而制造。因此，帶散熱片的功率模塊用基板具有經(jīng)由陶瓷基板的上下的剛性差距，在半導(dǎo)體元件的組裝工序中被加熱時(shí)或使用環(huán)境中的溫度變化等中可能會(huì)發(fā)生翹曲。

在組裝工序中發(fā)生了翹曲的情況下，會(huì)發(fā)生半導(dǎo)體元件的錯(cuò)位、在半導(dǎo)體元件的接合部發(fā)生變形或裂紋等，由此減損接合可靠性。在使用環(huán)境中發(fā)生了翹曲的情況下，介于散熱片與冷卻器之間的導(dǎo)熱性潤(rùn)滑脂會(huì)因泵出(pump-out)現(xiàn)象而從散熱片與冷卻器之間流出，由此散熱片與冷卻器的密合性減損，導(dǎo)致熱阻的增加，因此妨礙散熱性。

因此，需要翹曲少的帶散熱片的功率模塊用基板，從以往提出了減小帶散熱片的功率模塊的翹曲的技術(shù)。

例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載了一種對(duì)于由剛性高的鋁形成的散熱片，將電路層設(shè)成第1層與第2層的層疊結(jié)構(gòu)而在與陶瓷基板相反的一側(cè)配置由剛性高的鋁形成的第2層，由此構(gòu)成以陶瓷基板為中心的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

并且，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載了如下內(nèi)容：針對(duì)電路層的第2層及散熱片，將這些的厚度t1、t2(mm)、接合面積A1、A2(mm²)及屈服強(qiáng)度σ1、σ2(N/mm²)的關(guān)系設(shè)定在比率(t1×A1×σ1)/(t2×A2×σ2)為0.85以上且1.40以下的范圍，由此提高以陶瓷基板為中心的對(duì)稱(chēng)性，能夠防止翹曲的發(fā)生。

專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載了如下內(nèi)容：一種將由多個(gè)小電路層構(gòu)成的電路層的各小電路層設(shè)成第1層與第2層的層疊結(jié)構(gòu)，由主成分和第2層相同的材料(銅或鋁)來(lái)形成散熱片(散熱板)，由此構(gòu)成以陶瓷基板為中心的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

并且，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載了如下內(nèi)容：在小電路層彼此之間的非接合區(qū)域，在金屬層也設(shè)置與陶瓷基板的非接合部，由此進(jìn)一步提高電路層與金屬層的對(duì)稱(chēng)性。