《功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板以及功率模块.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板以及功率模块.pdf（24页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104185900 A (43)申请公布日 2014.12.03 CN 104185900 A (21)申请号 201380015211.6 (22)申请日 2013.03.29 2012-083246 2012.03.30 JP 2013-046960 2013.03.08 JP H01L 23/36(2006.01) H01L 23/12(2006.01) (71)申请人 三菱综合材料株式会社 地址 日本东京 (72)发明人 长友义幸 寺崎伸幸 黑光祥郎 (74)专利代理机构 北京德琦知识产权代理有限 公司 11018 代理人 康泉 王珍仙 (54) 发明名称 功。
2、率模块用基板、 自带散热器的功率模块用 基板以及功率模块 (57) 摘要 本发明提供一种功率模块用基板、 自带散热 器的功率模块用基板以及功率模块。所述功率模 块用基板(10)具备绝缘基板(11)、 形成于绝缘基 板 (11) 的一面的电路层 (12) 以及形成于绝缘基 板 (11) 的另一面的金属层 (13)， 电路层 (12) 由 铜或铜合金构成， 该电路层 (12) 的一面为搭载电 子部件 (3) 的搭载面， 金属层 (13) 通过接合由铝 或铝合金构成的铝板而构成， 电路层 (12) 的厚度 t1在 0.1mm t1 0.6mm 的范围内， 金属层 (13) 的厚度 t2在 0.5mm。
3、 t2 6mm 的范围内， 电路层 (12) 的厚度 t1与金属层 (13) 的厚度 t2的关系为 t1 t2。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.09.19 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2013/059498 2013.03.29 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/147142 JA 2013.10.03 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 16 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书16页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104185900 A。
4、 CN 104185900 A 1/1 页 2 1. 一种功率模块用基板， 其特征在于， 具备绝缘基板、 形成于所述绝缘基板的一面的电路层以及形成于所述绝缘基板的另一 面的金属层， 所述电路层由铜或铜合金构成， 该电路层的一面为搭载电子部件的搭载面， 所述金属层通过接合由铝或铝合金构成的铝板而构成， 所述电路层的厚度 t1在 0.1mm t1 0.6mm 的范围内， 所述金属层的厚度 t2在 0.5mm t2 6mm 的范围内， 所述电路层的厚度 t1与所述金属层的厚度 t2的关系为 t1 t2。 2. 根据权利要求 1 所述的功率模块用基板， 其中， 所述电路层的厚度 t1与所述金属层的厚度。
5、 t2的关系为 t2/t1 2.5。 3. 一种自带散热器的功率模块用基板， 具备 ： 权利要求 1 或 2 所述的功率模块用基板 ； 及接合于所述金属层一侧的散热器。 4. 根据权利要求 3 所述的自带散热器的功率模块用基板， 其中， 所述散热器与所述金属层通过焊料层而被接合。 5. 一种功率模块， 具备 ： 权利要求 1 或 2 所述的功率模块用基板 ； 及搭载于所述电路层上的电子部件。 权 利 要 求 书 CN 104185900 A 2 1/16 页 3 功率模块用基板、 自带散热器的功率模块用基板以及功率 模块 技术领域 0001 本发明涉及一种在控制大电流、 高电压的半导体装置中所。
6、使用的功率模块用基 板、 自带散热器的功率模块用基板以及功率模块。 0002 本申请主张基于 2012 年 3 月 30 日在日本申请的专利申请 2012-083246 号以及 2013 年 3 月 8 日在日本申请的专利申请 2013-046960 号的优先权， 并将其内容援用于本说 明书中。 背景技术 0003 在半导体元件中， 由于用于供给电力的功率模块的发热量比较高， 因此作为搭载 该功率模块的基板， 例如使用具备电路层及金属层的功率模块用基板， 其中， 所述电路层通 过第一金属板接合于由 AlN( 氮化铝 )、 Al2O3( 氧化铝 )、 Si3N4( 氮化硅 ) 等构成的绝缘基板 。
7、的一面侧而构成， 所述金属层通过第二金属板接合于绝缘基板的另一面侧而构成。 0004 在这种功率模块基板中， 在电路层上， 通过焊材搭载有功率元件的半导体元件。 0005 并且， 在金属层的另一面侧， 接合有用于冷却功率模块用基板的散热器。 0006 例如， 专利文献 1 中提出一种功率模块用基板， 该功率模块用基板将构成电路层 及金属层的第一金属板及第二金属板设为铜板， 并通过 DBC 法将该铜板直接接合于绝缘基 板而构成。并且， 如专利文献 1 的图 1 所示， 利用有机类耐热粘结剂， 将铝制散热器接合在 该功率模块用基板上， 从而构成自带散热器的功率模块用基板。 0007 并且， 专利文。
8、献 2 中提出一种功率模块用基板， 该功率模块用基板利用铝板来作 为构成电路层及金属层的第一金属板及第二金属板。该功率模块用基板， 在金属层上通过 钎焊而接合散热器， 从而构成自带散热器的功率模块用基板。 0008 另外， 专利文献 3 中提出， 将金属板接合于绝缘基板的一面而作为电路层， 并通过 铸造法， 将铝制散热器直接形成于绝缘基板的另一面。 并且， 公开有使用铝板及铜板来作为 构成电路层的金属板。 0009 专利文献 1 ： 日本专利公开平 04-162756 号公报 0010 专利文献 2 ： 日本专利第 3171234 号公报 0011 专利文献 3 ： 日本专利公开 2002-0。
9、76551 号公报 0012 然而， 在专利文献 1 中所记载的功率模块用基板以及自带散热器的功率模块用基 板中， 在铝制散热器与绝缘基板之间配设有铜板， 因此该铜板无法充分减缓因散热器与绝 缘基板之间的热膨胀系数之差而引起的热应变， 在热循环负载时会有绝缘基板容易产生破 裂等问题。 0013 另外， 专利文献 1 中记载有通过夹在散热器与金属层之间的有机类耐热粘结剂来 减缓热应变， 但因夹有该有机类耐热粘结剂而热阻变高， 因此存在无法将来自搭载于电路 层上的电气部件等发热体的热量向散热器一侧有效地发散的问题。 0014 并且， 专利文献 2 中所记载的功率模块用基板以及自带散热器的功率模块用。
10、基板 说 明 书 CN 104185900 A 3 2/16 页 4 中， 使用铝板来作为构成电路层的第一金属板。 0015 在此， 比较铜和铝， 由于铝的热传导率低， 因此将铝板用作构成电路层的第一金属 板的情况下， 来自搭载于电路层上的电气部件等发热体的热量的扩散程度比铜差。 0016 因此， 通过电子部件的小型化和高输出功率化而功率密度上升的情况下， 可能无 法充分发散热量。因此在负载功率循环时， 耐久性可能会降低。 0017 另外， 专利文献 3 中所记载的自带散热器的功率模块用基板中， 铝制散热器直接 接合于绝缘基板上， 因此通过因散热器与绝缘基板之间的热膨胀系数之差而引起的热应 变。
11、， 有绝缘基板容易产生破裂的倾向。为防止这一点， 在专利文献 3 中， 需要将散热器的屈 服强度设定为较低。因此散热器本身的强度不足， 操作起来非常困难。 0018 并且， 由于通过铸造法来形成散热器， 因此散热器的结构比较简单， 无法形成冷却 能力高的散热器， 存在无法促进发散热量的问题。 发明内容 0019 本发明是鉴于所述问题而提出的， 其目的在于提供一种能够促进发散来自搭载于 电路层上的电子部件等发热体的热量， 具有优异的功率循环特性， 且在冷热循环负载时能 够抑制绝缘基板产生破裂的可靠性高的功率模块用基板、 自带散热器的功率模块用基板以 及功率模块。 0020 为解决这种课题以达成所。
12、述目的， 本发明的功率模块用基板具备 ： 绝缘基板 ； 在 该绝缘基板的一面形成的电路层 ； 及在所述绝缘基板的另一面形成的金属层， 其中， 所述电 路层由铜或铜合金构成， 该电路层的一面为搭载电子部件的搭载面， 所述金属层通过接合 由铝或铝合金构成的铝板而构成， 所述电路层的厚度 t1在 0.1mm t1 0.6mm 的范围内， 所述金属层的厚度 t2在 0.5mm t2 6mm 的范围内， 所述电路层的厚度 t1与所述金属层 的厚度 t2的关系为 t1 t2。 0021 在具有该结构的功率模块用基板中， 由变形阻力比较大的铜及铜合金构成的电路 层的厚度 t1为 0.1mm 以上， 因此能够。
13、使大电流流过， 并能够搭载功率元件。并且， 电路层的 厚度 t1为 0.6mm 以下， 因此绝缘基板不会因电路层而受到过度的约束， 可抑制绝缘基板破 裂。 0022 并且， 由变形阻力比较小的铝及铝合金构成的金属层的厚度 t2为 0.5mm 以上， 因 此通过金属层的变形， 负载到功率模块用基板上的应力得到减缓， 可抑制绝缘基板的破裂。 并且， 金属层的厚度 t2为 6mm 以下， 因此能够将金属层中的热阻抑制得较低。另外， 基于上 述观点， 优选金属层的厚度 t2为 3mm 以下。 0023 另外， 所述电路层的厚度 t1与所述金属层的厚度 t2的关系为 t1 t2， 因此能够抑 制在功率模。
14、块用基板上产生翘曲。 0024 例如， 即使在该功率模块用基板的金属层一侧接合散热器的情况下， 通过形成为 足够厚的金属层变形， 能够减缓因绝缘基板与散热器之间的热膨胀系数之差而引起的热应 变， 并且电路层不会强力约束绝缘基板本身， 因此能够抑制绝缘基板的破裂。 0025 并且， 在上述功率模块用基板中， 具有搭载电子部件的搭载面的电路层由铜或铜 合金构成， 因此能够充分地扩散从电子部件产生的热量， 可促进热量的散发。从而， 在负载 功率循环时， 能够使耐久性提高。 说 明 书 CN 104185900 A 4 3/16 页 5 0026 其中， 优选所述电路层的厚度 t1与所述金属层的厚度 。
15、t2的关系为 t2/t1 2.5。 0027 在该情况下， 由铜或铜合金构成的电路层的厚度 t1与由铝或铝合金构成的金属层 的厚度 t2的关系为 t2/t1 2.5， 因此能够可靠地抑制在功率模块用基板上产生翘曲。 0028 并且， 在所述金属层中与所述绝缘基板的接合界面附近， 固溶有 Si、 Cu、 Ag、 Zn、 Mg、 Ge、 Ca、 Ga、 Li 中的任一种或两种以上的添加元素， 所述金属层中接合界面附近的所述添加 元素的浓度总和优选设定在 0.01 质量以上且 5 质量以下的范围内。 0029 在该情况下， 由于在所述金属层中固溶有 Si、 Cu、 Ag、 Zn、 Mg、 Ge、 C。
16、a、 Ga、 Li 中的任 一种或两种以上的添加元素， 并且在所述金属层中的接合界面附近的所述添加元素的浓度 总和在 0.01 质量以上， 因此所述金属层的接合界面一侧部分会固溶强化。并且， 在所述 金属层中的接合界面附近的所述添加元素的浓度总和在 5 质量以下， 因此能够防止所述 金属层的接合界面附近的强度变得过高， 当该功率模块用基板受到热循环负载时， 利用所 述金属层能够减缓热应变， 并能够抑制产生绝缘基板的破裂。 0030 另外， 在所述金属层中的与所述绝缘基板的接合界面， 优选形成有添加元素高浓 度部， 在该添加元素高浓度部中， Si、 Cu、 Ag、 Zn、 Mg、 Ge、 Ca、。
17、 Ga、 Li 中的任一种或两种以上 的添加元素的浓度为所述金属层中的所述添加元素浓度的 2 倍以上。 0031 在该情况下， 由于在所述金属层的接合界面， 形成有添加元素高浓度部， 在该添加 元素高浓度部中， 所述添加元素的浓度为所述金属层中的所述添加元素浓度的 2 倍以上， 因此通过存在于界面附近的所述添加元素原子， 可实现所述金属层的接合强度的提高。另 外， 金属层中的所述添加元素的浓度是指， 所述金属层中与接合界面相距一定距离 ( 例如， 5nm 以上 ) 的部分的所述添加元素的浓度。 0032 并且， 优选在所述电路层中与所述绝缘基板的接合界面附近的压痕硬度 HB1在 60mgf/m。
18、2 HB1 120mgf/m2的范围内。 0033 在该情况下， 优选在所述电路层中与所述绝缘基板的接合界面附近的压痕硬度HB1 为 60mgf/m2以上， 因此电路层的接合界面附近的强度得到确保， 并能够防止在电路层本 身产生龟裂。并且， 由于所述压痕硬度 HB1为 120mgf/m2以下， 因此绝缘基板不会被电路 层强力地约束， 能够抑制绝缘基板的破裂。 0034 并且， 优选在所述金属层中与所述绝缘基板的接合界面附近的压痕硬度 HB2在 30mgf/m2 HB2 80mgf/m2的范围内。 0035 在该情况下， 优选在所述金属层中与所述绝缘基板的接合界面附近的压痕硬度HB2 为 30m。
19、gf/m2以上， 因此金属层的接合界面附近的强度得到确保， 并能够防止在金属层本 身产生龟裂。并且， 由于所述压痕硬度 HB2为 80mgf/m2以下， 因此能够将金属层的变形阻 力抑制得较低， 并通过金属层的变形而减缓应力， 从而可以抑制绝缘基板的破裂。 0036 另外， 关于电路层的接合界面附近的压痕硬度 HB1以及金属层的接合界面附近的 压痕硬度 HB2， 将与接合界面相距 50m 处作为测定位置， 在下面测定条件下进行了测定。 0037 测定装置 ： ELIONIX 株式会社制 ENT-1100a 0038 压头 ： Berkovich 三棱锥压头 0039 试验荷载 ： 5000mg。
20、f 0040 分割数 ： 500step 0041 步进间隔 ： 20msec 说 明 书 CN 104185900 A 5 4/16 页 6 0042 温度 ： 27 0043 模式 ： 负载 - 卸载试验 0044 测定值 ： HIT 最大荷载 / 接触投影面积 0045 本发明的自带散热器的功率模块用基板的特征在于， 具备所述功率模块用基板和 接合于所述金属层一侧的散热器。 0046 根据具有该结构的自带散热器的功率模块用基板， 在散热器与绝缘基板之间夹有 接合由铝或铝合金构成的铝板而构成的金属层， 该金属层的厚度 t2在 0.5mm t2 6mm 的 范围内， 因此通过金属层的变形能够。
21、减缓因绝缘基板与散热器之间的热膨胀系数之差而引 起的热应变， 并能够抑制绝缘基板的破裂。 0047 其中， 在本发明的自带散热器的功率模块用基板中， 所述散热器与所述金属层也 可以构成为通过焊料层而被接合。 0048 在该情况下， 功率模块用基板具有由铜或铜合金构成的电路层和由铝或铝合金构 成的金属层， 所述电路层的厚度 t1以及所述金属层的厚度 t2被规定为如上所述， 因此功率 模块用基板的刚性得到确保， 在热循环负载时， 功率基板不易变形， 并能够抑制焊料层中产 生龟裂。 0049 本发明的功率模块的特征在于， 具备所述功率模块用基板和搭载于所述电路层上 的电子部件。 0050 根据具有该。
22、结构的功率模块， 能够有效地发散来自搭载于电路层上的电子部件的 热量， 即使在电子部件的功率密度 ( 发热量 ) 提高的情况下也能够充分地应对。并且能够 使功率循环负载时的耐久性提高。 0051 根据本发明， 能够提供一种能够促进发散来自搭载于电路层上的电子部件等发热 体的热量， 具有优异的功率循环的特性， 且在冷热循环负载时能够抑制产生绝缘基板的破 裂的可靠性高的功率模块用基板、 自带散热器的功率模块用基板以及功率模块。 附图说明 0052 图 1 为使用本发明第 1 实施方式的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。 0053 图2为本发明第1实施方式的功率模块用基板以及自带散热器的功率模块。
23、用基板 的制造方法的流程图。 0054 图3为表示本发明第1实施方式的功率模块用基板以及自带散热器的功率模块用 基板的制造方法的说明图。 0055 图4为使用本发明第2实施方式的自带散热器的功率模块用基板的功率模块的概 略说明图。 0056 图5为本发明第2实施方式的功率模块用基板以及自带散热器的功率模块用基板 的制造方法的流程图。 0057 图 6 为使用本发明另一实施方式的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。 0058 图 7 为本发明另一实施的功率模块用基板的电路层和绝缘基板的放大说明图。 具体实施方式 0059 以下， 参考附图， 对本发明的实施方式进行说明。 说 明 书 CN 10。
24、4185900 A 6 5/16 页 7 0060 图 1 表示本发明第 1 实施方式的功率模块用基板 10、 自带散热器的功率模块用基 板 40 及使用该功率模块用基板 10 的功率模块 1。 0061 该功率模块1具备自带散热器的功率模块用基板40和半导体元件(电子部件)3， 所述半导体元件 3 通过焊料层 2 接合于自带散热器的功率模块用基板 40 的一侧 ( 图 1 中 为上侧 ) 表面。 0062 其中， 焊料层 2 例如为 Sn-Ag 系、 Sn-In 系或者 Sn-Ag-Cu 系焊材。 0063 自带散热器的功率模块用基板40具备功率模块用基板10和对功率模块用基板10 进行冷却。
25、的散热器 41。 0064 本实施方式中的散热器 41 具备与功率模块用基板 10 接合的顶板部 42， 和在该顶 板部 42 层叠配置的冷却部件 43。在冷却部件 43 的内部形成有冷却介质所流通的流路 44。 0065 其中， 顶板部 42 和冷却部件 43 被设为通过固定螺钉 45 连接的结构。因此， 顶板 部 42 需要确保刚性， 以便在拧入固定螺钉 45 时也不易变形。于是， 在本实施方式中， 散热 器 41 的顶板部 42 由屈服强度为 100N/mm2以上的金属材料构成， 其厚度为 2mm 以上。另外， 在本实施方式中， 顶板部 42 由 A6063 合金 ( 铝合金 ) 构成。。
26、 0066 功率模块用基板 10 具备 ： 绝缘基板 11 ； 在该绝缘基板 11 的一面 ( 图 1 中为上表 面 ) 配设的电路层 12 ； 及在绝缘基板 11 的另一面 ( 图 1 中为下表面 ) 配设的金属层 13。 0067 绝缘基板 11 防止电路层 12 与金属层 13 之间的电连接， 并且， 例如由 AlN( 氮 化铝 )、 Si3N4( 氮化硅 )、 Al2O3( 氧化铝 ) 等绝缘性高的陶瓷构成， 在本实施方式中是由 Al2O3( 氧化铝 ) 构成。并且， 绝缘基板 11 的厚度设定在 0.2mm 以上且 1.5mm 以下的范围内， 在本实施方式中被设定为 0.635mm。。
27、 0068 电路层12通过在绝缘基板11的一面接合由铜或铜合金构成的铜板22而形成。 如 图 3 所示， 在本实施方式中， 作为构成电路层 12 的铜板 22 使用韧铜轧制板。该电路层 12 上形成有电路图案， 其一面 ( 图 1 中为上表面 ) 为搭载半导体元件 3 的搭载面。 0069 金属层 13 通过在绝缘基板 11 的另一面接合由铝或铝合金构成的铝板 23 而形成。 在本实施方式中， 如图 3 所示， 作为构成金属层 13 的铝板 23， 使用纯度为 99.99以上的铝 ( 所谓的 4N 铝 ) 轧制板。另外， 该铝板 23 被设为 0.2的屈服强度在 30N/mm2以下。 0070。
28、 其中， 电路层 12( 铜板 22) 的厚度 t1设定在 0.1mm t1 0.6mm 的范围内， 金属 层 13( 铝板 23) 的厚度 t2设定在 0.5mm t2 6mm 的范围内， 另外， 电路层 12 的厚度 t1 与金属层 13 的厚度 t2的关系为 t1 t2。另外， 电路层 12 的厚度 t1与金属层 13 的厚度 t2 的关系优选为 t2/t1 2.5。厚度 t1更优选在 0.2mm t1 0.4mm 的范围内， 厚度 t2更优 选在 0.6mm t2 3.0mm 的范围内。并且， t2/t1的上限值并没有被特别限定， 优选为 10 以 下。 0071 在本实施方式中， 电。
29、路层12(铜板22)的厚度t1设定为t10.3mm， 金属层13(铝 板 23) 的厚度 t2设定为 t2 2.0mm， t2/t1 6.67。 0072 并且， 在本实施方式中， 在电路层12中与绝缘基板11的接合界面附近的压痕硬度 HB1在 60mgf/m2 HB1 120mgf/m2的范围内。 0073 另外， 在金属层 13 中与绝缘基板 11 的接合界面附近的压痕硬度 HB2在 30mgf/ m2 HB2 80mgf/m2的范围内。 0074 并且， 在金属层 13 中与绝缘基板 11 的接合界面附近， 固溶有 Si、 Cu、 Ag、 Zn、 Mg、 说 明 书 CN 1041859。
30、00 A 7 6/16 页 8 Ge、 Ca、 Ga、 Li 中的任一种或两种以上的添加元素， 在本实施方式中， 作为添加元素固溶有 Cu。 0075 在金属层 13 的接合界面附近的添加元素的浓度 ( 本实施方式中为 Cu 浓度 ) 设定 在 0.01 质量以上且 5 质量以下的范围内。另外， 金属层 13 的接合界面附近的添加元 素的浓度为， 通过 EPMA 分析 ( 点径 30m)， 在与金属层 13 相距 50m 的位置进行 5 个点测 定的平均值。 0076 并且， 在金属层 13 与散热器 41 的顶板部 42 之间的接合界面附近， 在金属层 13 以 及顶板部 42 中固溶有 S。
31、i、 Cu、 Ag、 Zn、 Mg、 Ge、 Ca、 Ga、 Li 中的任一种或两种以上的添加元素， 在本实施方式中， 作为添加元素固溶有 Cu。 0077 金属层13以及顶板部42的接合界面附近的添加元素的浓度(本实施方式中为Cu 浓度 ) 设定在 0.01 质量以上且 5 质量以下的范围内。另外， 该金属层 13 以及顶板部 42的接合界面附近的添加元素浓度为， 通过EPMA分析(点径30m)在与金属层相距50m 的位置进行 5 个点测定的平均值。 0078 并且， 在透射电子显微镜中观察绝缘基板11与金属层13之间的接合界面时， 在接 合界面形成有添加元素 (Cu) 浓缩的添加元素高浓度。
32、部。该添加元素高浓度部中， 添加元素 的浓度 (Cu 浓度 ) 为金属层 13 中的添加元素浓度 (Cu 浓度 ) 的 2 倍以上。另外， 该添加元 素高浓度部的厚度 H 为 4nm 以下。并且， 添加元素高浓度部的添加元素浓度相对于金属层 13 中的添加元素浓度的比率并无特别的上限， 但优选上限为 200 倍程度。 0079 另外， 在此所观察的接合界面， 将金属层 13 的晶格像的界面侧端部与绝缘基板 11 的晶格像的接合界面侧端部之间的中央作为基准面 S。并且， 金属层 13 中的添加元素浓度 (Cu浓度)为， 在金属层13中与接合界面相距一定距离(本实施方式中为5nm)部分的添加 元素。
33、的浓度 (Cu 浓度 )。利用与接合界面附近的添加元素的浓度相同的方法来测定添加元 素高浓度部的添加元素浓度、 以及金属层 13 中的添加元素的浓度即可。 0080 下面， 参考图 2、 图 3， 对具有所述结构的功率模块用基板 10、 以及自带散热器的功 率模块用基板 40 的制造方法进行说明。 0081 首先， 如图 3 所示， 将成为电路层 12 的铜板 22 和绝缘基板 11 进行接合 ( 铜板接 合工序 S01)。其中， 由于绝缘基板 11 由 Al2O3构成， 因此通过利用铜和氧的共晶反应的 DBC 法， 接合铜板 22 和绝缘基板 11。 0082 具体而言， 使得由韧铜构成的铜。
34、板 22 和绝缘基板 11 接触， 并且在氮气气氛中， 以 1075加热 10 分钟， 从而铜板 22 和绝缘基板 11 被接合起来。 0083 接着， 在绝缘基板 11 的另一面侧接合成为金属层 13 的铝板 23( 铝板接合工序 S02)， 并且将铝板 23 和散热器 41 的顶板部 42 进行接合 ( 散热器接合工序 S03)。在本实施 方式中， 同时实施这些铝板接合工序 S02 和散热器接合工序 S03。 0084 在铝板 23 中与绝缘基板 11 的接合面， 通过溅射而固着添加元素 (Cu)， 形成第 1 固着层 51， 并且在铝板 23 中与散热器 41 的顶板部 42 的接合面，。
35、 通过溅射而固着添加元素 (Cu)， 以形成第 2 固着层 52( 固着层形成工序 S11)。其中， 第 1 固着层 51 及第 2 固着层 52 中的添加元素量在0.01mg/cm2以上且10mg/cm2以下的范围内， 在本实施方式中， 使用Cu作 为添加元素， 第 1 固着层 51 及第 2 固着层 52 中的 Cu 量设定为 0.08mg/cm2以上且 2.7mg/ cm2以下。 说 明 书 CN 104185900 A 8 7/16 页 9 0085 接着， 如图 3 所示， 将铝板 23 层叠于绝缘基板 11 的另一面侧。另外， 在铝板 23 的 另一面侧层叠散热器 41 的顶板部 。
36、42( 层叠工序 S12)。 0086 此时， 如图 3 所示， 使铝板 23 的形成有第 1 固着层 51 的表面朝向绝缘基板 11， 并 且使铝板 23 的形成有第 2 固着层 52 的表面朝向顶板部 42， 并将它们层叠。 0087 接着， 将接合有铜板 22 的绝缘基板 11、 铝板 23 及顶板部 42， 在其层叠方向上加 压 ( 压力为 1 35kgf/cm2) 的状态下， 放入到真空加热炉内进行加热 ( 加热工序 S13)。其 中， 在本实施方式中， 真空加热炉内的压力设定在 10-3 10-6Pa 的范围内， 加热温度设定在 550以上且 650以下的范围内。 0088 于是，。
37、 第 1 固着层 51 的添加元素 (Cu) 向铝板 23 一侧扩散， 在铝板 23 与绝缘基板 11 之间的界面形成第 1 熔融金属区域。 0089 并且， 第 2 固着层 52 的添加元素 (Cu) 向铝板 23 一侧及顶板部 42 一侧扩散， 在铝 板 23 与顶板部 42 之间的界面形成第 2 熔融金属区域。 0090 接着， 在形成第 1 熔融金属区域、 第 2 熔融金属区域的状态下， 将温度保持为恒定 ( 熔融金属凝固工序 S14)。 0091 于是， 第 1 熔融金属区域中的 Cu 进而向铝板 23 一侧扩散， 作为第 1 熔融金属区域 的部分的 Cu 浓度逐渐下降， 熔点上升，。
38、 从而， 在温度保持恒定的状态下， 逐渐进行凝固。由 此， 绝缘基板 11 和铝板 23 被接合起来。 0092 同样， 第 2 熔融金属区域中的 Cu 进而向铝板 23 一侧以及顶板部 42 一侧扩散， 作 为第 2 熔融金属区域部分的 Cu 浓度逐渐下降， 熔点上升， 从而， 在温度保持恒定的状态下， 逐渐进行凝固。由此， 铝板 23 和顶板部 42 被接合起来。 0093 即， 绝缘基板 11 与铝板 23( 金属层 13)、 以及顶板部 42 与铝板 23( 金属层 13)， 通 过所谓的瞬间液相扩散连接法(Transient Liquid Phase Diffusion Bondin。
39、g)而被接合。 并且， 在进行凝固之后， 进行冷却至常温为止。 0094 由此， 铜板 22( 电路层 12)、 绝缘基板 11、 铝板 23( 金属层 13) 及散热器 41 的顶板 部 42 被接合起来， 制造出作为本实施方式的功率模块用基板 10 及自带散热器的功率模块 用基板 40。 0095 根据如上述构成的本实施方式的功率模块用基板 10、 自带散热器的功率模块用基 板 40， 由于接合铜板 22 而成的电路层 12 的厚度 t1在 0.1mm t1 0.6mm 的范围内， 接合 铝板 23 而成的金属层 13 的厚度 t2在 0.5mm t2 6mm 的范围内， 电路层 12 的。
40、厚度 t1与 金属层 13 的厚度 t2之间的关系为 t1 t2， 因此通过由变形阻力比较大的铜板 22 构成的电 路层 12， 绝缘基板 11 不会受到过度的约束， 并且由变形阻力较小的铝板 23 构成的金属层 13 足够厚， 能够减缓负载于功率模块用基板 10 的应力， 并能够抑制绝缘基板 11 的破裂。 0096 并且， 电路层 12 的厚度 t1与金属层 13 的厚度 t2之间的关系为 t2/t1 2.5， 具体 而言， t2/t1 6.67， 因此能够抑制功率模块用基板 10 上产生翘曲。 0097 并且， 具有搭载半导体元件 3 的搭载面的电路层 12 由韧铜构成， 因此能够充分地。
41、 扩散由半导体元件 3 产生的热量， 并且能够促进热量的发散。从而， 能够提高负载功率循环 时的耐久性。 0098 另外， 在本实施方式中， 在散热器 41 与绝缘基板 11 之间夹有金属层 13， 因此通过 形成为足够厚的金属层 13 变形， 能够减缓因绝缘基板 11 与散热器 41 之间的热膨胀系数之 说 明 书 CN 104185900 A 9 8/16 页 10 差而引起的热应变， 并能够抑制绝缘基板 11 的破裂。 0099 并且， 在本实施方式中， 在电路层12中与绝缘基板11的接合界面附近的压痕硬度 HB1在 60mgf/m2 HB1 120mgf/m2的范围内， 因此电路层 1。
42、2 中与绝缘基板 11 的接合 界面附近的强度得到确保， 防止在电路层12本身产生龟裂， 并且绝缘基板11不会被强力地 约束于电路层 12， 并能够抑制绝缘基板 11 的破裂。 0100 并且， 在本实施方式中， 在金属层13中与绝缘基板11的接合界面附近的压痕硬度 HB2在 30mgf/m2 HB2 80mgf/m2的范围内， 因此金属层 13 的接合界面附近的强度得 到确保， 防止在金属层13本身产生龟裂， 并且， 由于金属层13比较容易变形， 因此能够减缓 由金属层 13 的变形而引起的应力， 并能够抑制绝缘基板 11 的破裂。 0101 并且， 在本实施方式中， 在金属层 13 与绝缘。
43、基板 11 之间的接合界面附近， 固溶有 Si、 Cu、 Ag、 Zn、 Mg、 Ge、 Ca、 Ga、 Li 中的任一种或两种以上的添加元素， 在本实施方式中， 作为 添加元素固溶有Cu， 因此金属层13的接合界面一侧部分会固溶强化， 能够防止在金属层13 部分产生破裂。 0102 并且， 在金属层 13 与绝缘基板 11 之间的接合界面， 形成有添加元素高浓度部， 该 添加元素高浓度部中 Si、 Cu、 Ag、 Zn、 Mg、 Ge、 Ca、 Ga、 Li 中的任一种或两种以上的添加元素 的浓度 ( 本实施方式中为 Cu 浓度 ) 为金属层 13 中的所述添加元素浓度的 2 倍以上， 因此。
44、 通过存在于界面附近的添加元素原子 (Cu 原子 )， 能够实现金属层 13 的接合强度的提高。 0103 另外， 在本实施方式中， 在金属层 13 与散热器 41 的顶板部 42 之间的接合界面， 也 固溶有 Si、 Cu、 Ag、 Zn、 Mg、 Ge、 Ca、 Ga、 Li 中的任一种或两种以上的添加元素， 在本实施方式 中， 作为添加元素固溶有 Cu， 因此金属层 13 的与顶板部 42 的接合界面一侧部分会固溶强 化， 能够防止金属层 13 部分的破裂。 0104 并且， 在本实施方式中， 由0.2屈服强度为100N/mm2以上的金属材料构成散热器 41 的顶板部 42， 其厚度为 。
45、2mm 以上， 在本实施方式中由 A6063 合金 ( 铝合金 ) 构成， 因此刚 性高， 操作容易。从而， 如图 1 所示， 能够用固定螺钉 45 将该顶板部 42 固定于冷却部件 43， 并能够构成冷却能力优异的散热器 41。 0105 另外， 在散热器 41 的顶板部 42 与绝缘基板 11 之间， 配设有由 0.2屈服强度为 30N/mm2以下的铝 ( 在本实施方式中， 为纯度 99.99以上的纯铝 ) 构成的金属层 13， 因此， 即使散热器 41 的顶板部 42 的刚性高， 也能够通过该金属层 13 充分地减缓因散热器 41 的 顶板部 42 与绝缘基板 11 的热膨胀系数之差而引。
46、起的热应变， 并能够抑制产生绝缘基板 11 的破裂。 0106 并且， 在本实施方式中， 绝缘基板11由Al2O3构成， 因此如上所述， 通过利用氧与铜 的共晶反应的 DBC 法， 能够接合由韧铜构成的电路层 12 与绝缘基板 11。从而， 能够确保绝 缘基板 11 与电路层 12 的接合强度， 并能够构成接合可靠性优异的功率模块用基板 10。 0107 接着， 参考图 4， 对本发明的第 2 实施方式进行说明。 0108 图 4 所示的功率模块 101 具备自带散热器的功率模块用基板 140 和半导体元件 ( 电子部件 )3， 所述半导体元件通过第 1 焊料层 102 接合于所述自带散热器的。
47、功率模块用 基板 140 的一侧 ( 图 4 中为上侧 ) 表面。其中， 第 1 焊料层 102 例如为 Sn-Ag 系、 Sn-In 系， 或者 Sn-Ag-Cu 系焊材。 0109 自带散热器的功率模块用基板 140 具备功率模块用基板 110、 冷却功率模块用基 说 明 书 CN 104185900 A 10 9/16 页 11 板 110 的散热器 141。 0110 功率模块用基板 110 具备绝缘基板 111、 配设于该绝缘基板 111 的一面 ( 图 4 中 为上表面 ) 的电路层 112、 及配设于绝缘基板 111 的另一面 ( 图 4 中为下表面 ) 的金属层 113。 01。
48、11 在本实施方式中， 绝缘基板 111 由 AlN( 氮化铝 ) 构成。并且， 绝缘基板 111 的厚 度设定在 0.2mm 以上且 1.5mm 以下的范围内， 在本实施方式中被设定为 0.635mm。 0112 电路层 112 通过在绝缘基板 111 的一面接合由铜或铜合金构成的铜板而形成。在 本实施方式中， 作为构成电路层 112 的铜板使用无氧铜轧制板。该电路层 112 上形成有电 路图案， 其一面 ( 图 4 中为上表面 ) 为搭载半导体元件 3 的搭载面。 0113 金属层 113 通过在绝缘基板 111 的另一面接合由铝或铝合金构成的铝板而形成。 在本实施方式中， 作为构成金属层 113 的铝板， 使用纯度为 99.0 质量以上且 99.85 质 量以下的铝 ( 所谓的 2N 铝 ) 轧制板。 0114 并且， 在本实施方式的功率模块用基板 110 中， 电路层 112 的厚度 t1设定在 0.1mmt10.6mm的范围内， 金属层113的厚度t2设定在0.5mmt26mm的范围内， 另 外， 电路层 112 的厚度 t1与金属层 113 的厚度 t2之间的关系为 t1 t2。另外， 电路层 112 的厚度 t1与金属层 113 的厚度 t2的关系优选为 t2/t1 2.5。 0。