接合体、自带散热器的功率模块用基板、散热器、接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法及散热器的制造方法技术

技术编号:14781920 阅读:137 留言:0更新日期:2017-03-10 00:41
本发明专利技术提供一种接合体、自带散热器的功率模块用基板、散热器、接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法及散热器的制造方法。本发明专利技术的接合体为接合由铝合金构成的铝部件与由铜、镍或银构成的金属部件而成的接合体,铝部件由固相线温度低于构成金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成,在铝部件与金属部件的接合部形成有Ti层,铝部件与Ti层及Ti层与金属部件分别被固相扩散接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种接合铝部件与由铜、镍或银构成的金属部件而成的接合体、在绝缘层的一面形成有电路层的功率模块用基板中接合有散热器的自带散热器的功率模块用基板、在散热器主体中形成有金属部件层的散热器、接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法及散热器的制造方法。本申请基于2014年8月26日于日本申请的日本专利申请2014-171900号及2015年8月18日于日本申请专利的日本专利申请2015-161292号主张优先权,并将其内容援用于此。
技术介绍
LED、功率模块等半导体装置具备在由导电材料构成的电路层上接合有半导体元件的结构。为了控制风力发电、电动汽车及混合动力汽车等而使用的大电力控制用功率半导体元件的发热量较多。因此,作为搭载这种功率半导体元件的基板,以往广泛使用如下功率模块用基板,该功率模块用基板具备由例如AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)等构成的陶瓷基板及在该陶瓷基板的一面接合导电性优异的金属板而形成的电路层。另外,作为功率模块用基板,还提供在陶瓷基板的另一面形成有金属层的功率模块用基板。例如,专利文献1所示的功率模块具备在陶瓷基板的一面及另一面形成有由Al构成的电路层及金属层的功率模块用基板以及通过焊料接合于该电路层上的半导体元件。并且,构成为在功率模块用基板的下侧接合有散热器,从半导体元件传递至功率模块用基板侧的热经由散热器向外部发散。但是,如专利文献1所记载的功率模块,由Al构成电路层及金属层的情况下,由于表面形成有Al的氧化皮膜,因此无法通过焊料来接合半导体元件、散热器。因此,例如专利文献2所公开那样,以往,在电路层及金属层的表面,通过无电解电镀等而形成镀Ni膜之后,焊锡接合半导体元件、散热器。并且,专利文献3中提出有代替焊料而使用包含氧化银粒子和由有机物形成的还原剂的氧化银浆料,将电路层与半导体元件及金属层与散热器进行接合的技术。然而,如专利文献2所记载,在电路层表面及金属层表面形成镀Ni膜而成的功率模块用基板中,在将半导体元件及散热器进行接合之前的过程中镀Ni膜的表面由于氧化等而劣化,有可能使与通过焊料接合的半导体元件及散热器的接合可靠性降低。并且,在镀Ni工序中,有时进行遮蔽处理,以免在不需要的区域形成镀Ni层而发生电蚀等问题。如此,在进行遮蔽处理之后进行电镀处理时,在电路层表面及金属层表面形成镀Ni膜的工序中需要花费很大功夫,存在导致功率模块的制造成本大幅增加之类的问题。并且,如专利文献3所记载,使用氧化银浆料将电路层与半导体元件及金属层与散热器进行接合的情况下,Al与氧化银浆料的烧成体的接合性较差,因此需要预先在电路层表面及金属层表面形成Ag基底层。因此,专利文献4中提出有将电路层及金属层作为Al层与Cu层的层叠结构的功率模块。此时,电路层及金属层的表面配置有Cu层,因此能够使用焊料良好地接合半导体元件和散热器。并且,Cu的变形抗力大于Al,因此该功率模块在负载热循环时,能够抑制电路层表面及金属层表面大幅变形,防止焊料层中产生裂纹,从而可提高半导体元件与电路层及散热器与金属层的接合可靠性。另外,专利文献4所记载的功率模块中,作为电路层及金属层,使用通过Ti层将Al层与Cu层进行接合的接合体。在此,在Al层与Ti层之间形成有扩散层,该扩散层从Al层侧依次具有Al-Ti层、Al-Ti-Si层、Al-Ti-Cu层。专利文献1:日本专利第3171234号公报专利文献2:日本专利公开2004-172378号公报专利文献3:日本专利公开2008-208442号公报专利文献4:日本专利第3012835号公报但是,专利文献4所记载的功率模块中,电路层及金属层中在Al层与Ti层的接合界面,形成有硬且脆的金属间化合物层即Al-Ti层、Al-Ti-Cu层。因此,存在在负载热循环等时成为裂纹源之类的问题。而且,在Al层上通过Ti箔层叠Cu板等,并加热至Al层与Ti箔的界面熔化的温度时,在接合界面产生液相而产生凸起或厚度发生变动,因此存在接合可靠性降低的问题。在此,如专利文献4所记载,还可以考虑代替专利文献2的镀Ni,通过Ti箔将Ni板接合于由Al构成的电路层及金属层的表面而形成Ni层。而且,使用专利文献3的氧化银浆料时,还可以考虑通过Ti箔将Ag板接合于由Al构成的电路层及金属层的表面而形成Ag基底层。然而,若通过专利文献4中所记载的方法来形成Ni层、Ag层等,则与形成Cu层时同样地、在Al层与Ti层的接合界面形成Al-Ti层、Al-Ti-Ni层、Al-Ti-Ag层等硬且脆的金属间化合物层或在接合界面产生凸起等,从而有可能使接合可靠性降低。如上所述,以往,无法良好地接合铝部件与由铜、镍、银的任一种构成的金属部件,无法得到接合可靠性优异的接合体。并且,内部形成有冷却介质的流路等的结构复杂的散热器中,有时使用固相线温度较低的铸造用铝合金而制造。如专利文献4所记载,在这种散热器中,与由铜、镍或银构成的金属部件进行接合时,无法使接合温度充分上升,无法将Ti与Cu进行接合。
技术实现思路
本专利技术是鉴于前述情况而完成的,其目的在于提供一种接合体、具有该接合体的自带散热器的功率模块用基板及散热器、该接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法及散热器的制造方法,该接合体为良好地接合由固相线温度较低的铝合金构成的铝部件与由铜、镍或银构成的金属部件而成的接合体。为了解决前述课题,本专利技术的一方式的接合体为接合由铝合金构成的铝部件与由铜、镍或银构成的金属部件而成,所述铝部件由固相线温度低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成,在所述铝部件与所述金属部件的接合部形成有Ti层,所述铝部件与所述Ti层及所述Ti层与所述金属部件分别被固相扩散接合。另外,在本专利技术中,金属部件由铜或铜合金、镍或镍合金或者银或银合金构成。根据该结构的接合体,在由固相线温度低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成的铝部件与金属部件的接合部形成有Ti层,且所述金属部件与所述Ti层及所述Ti层与所述铝部件分别被固相扩散接合,因此能够通过Ti层抑制铝部件的Al原子与金属部件的金属(Cu、Ni、Ag)原子相互扩散。并且,能够抑制在所述铝部件与所述金属部件的接合部产生液相而形成较厚的硬且脆的金属间化合物层。因此,可获得接合可靠性良好的接合体。本专利技术的一方式的自带散热器的功率模块用基板具备绝缘层、形成于该绝缘层的一面的电路层、形成于所述绝缘层的另一面的金属层及接合于该金属层的散热器,其中,所述金属层的与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成,所述散热器由固相线温度低于构成所述金属层的接合面的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成,在所述金属层与所述散热器的接合部形成有Ti层,所述金属层与所述Ti层及所述Ti层与所述散热器分别被固相扩散接合。根据该结构的自带散热器的功率模块用基板,在金属层与散热器的接合部形成有Ti层,该金属层与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成,所述金属层与所述Ti层及所述Ti层与所述散热器分别被固相扩散接合,因此能够通过Ti层抑制散热器的Al原子与金属层(与所述散热器的接合面)的金属(Cu、Ni、Ag)原子相互扩散。并且,能够抑制在所述散热器与所述金属层的接合部产生液相而形成较厚的硬且脆本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种接合体,其接合由铝合金构成的铝部件与由铜、镍或银构成的金属部件而成,其中,所述铝部件由固相线温度低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成,在所述铝部件与所述金属部件的接合部形成有Ti层,所述铝部件与所述Ti层及所述Ti层与所述金属部件分别被固相扩散接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.26 JP 2014-171900;2015.08.18 JP 2015-161291.一种接合体,其接合由铝合金构成的铝部件与由铜、镍或银构成的金属部件而成,其中,所述铝部件由固相线温度低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成,在所述铝部件与所述金属部件的接合部形成有Ti层,所述铝部件与所述Ti层及所述Ti层与所述金属部件分别被固相扩散接合。2.一种自带散热器的功率模块用基板,其具备绝缘层、形成于该绝缘层的一面的电路层、形成于所述绝缘层的另一面的金属层及接合于该金属层的散热器,其中,所述金属层的与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成,所述散热器由固相线温度低于构成所述金属层的所述接合面的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成,在所述金属层与所述散热器的接合部形成有Ti层,所述金属层与所述Ti层及所述Ti层与所述散热器分别被固相扩散接合。3.一种散热器,其具备散热器主体、接合于所述散热器主体的金属部件层,其中,所述金属部件层由铜、镍或银构成,所述散热...

【专利技术属性】
技术研发人员:寺崎伸幸长友义幸
申请(专利权)人:三菱综合材料株式会社
类型:发明
国别省市:日本;JP

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