层叠体及层叠体的制造方法技术

技术编号:18462869 阅读:6 留言:0更新日期:2018-07-18 14:27
本发明专利技术提供一种放热效果好,被施加热负荷时也不会有绝缘基材破裂等问题,并且没有金属被膜空洞等的层叠体及层叠体的制造方法。本发明专利技术涉及的层叠体,包括:基材(10),其具有绝缘性;中间层(50),其形成于所述基材的表面,以金属或者合金为主成分;以及作为金属被膜的电路层(20),其由含氢量为0.002质量%以下的铜粉末制成,在中间层(50)上层叠而形成,其中,中间层(50)与电路层(20)之间的界面产生塑性变形。

The manufacturing method of stack and stack

The invention provides a method of producing laminated bodies and lamination with good heat release effect and no insulation base material rupture when applied to the heating load. The invention relates to a laminated body, including a substrate (10) having an insulating property, an intermediate layer (50), formed on the surface of the base material, a metal or an alloy as the main component, and a circuit layer (20) as a metal film, which is made of a copper powder with a hydrogen content of less than 0.002 mass%, and in the middle layer (50) upper layer. The interface between the middle layer (50) and the circuit layer (20) causes plastic deformation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】层叠体及层叠体的制造方法
本专利技术涉及将金属被膜层叠在基材上而形成的层叠体以及层叠体的制造方法。
技术介绍
目前,功率模块(PowerModule)作为在从工业用、汽车用等的电力控制到马达控制的广泛的领域中使用的节能化的关键部件而为人所知。功率模块是在作为基材的绝缘基材(例如陶瓷基材)的一侧的表面经由用金属被膜形成的电路图案来配设芯片(晶体管)、在另一侧的表面经由金属被膜配设冷却部的装置(例如参见专利文献1)。作为冷却部,例如使用在金属或者合金的部件上设置用于冷却的热媒介的移动路径的装置。在这样的功率模块中,通过使由芯片产生的热量经由金属被膜移动至冷却部再释放到外部,能够进行冷却。作为在绝缘基材上形成金属被膜的层叠体的制作方法,例如可以举出热喷涂法或冷喷涂法。热喷涂法是通过将被加热至熔融状态或接近熔融的状态的材料(热喷涂材料)喷射到基材上来形成被膜的方法。另一方面,冷喷涂法是使材料的粉末与处于熔点或软化点以下的状态的不活泼气体一同从渐扩型(拉瓦尔)喷管喷射出,保持固相状态地撞击到基材上,由此在基材的表面形成被膜的方法(例如参见专利文献2)。在冷喷涂法中,由于与热喷涂法相比是在较低的温度下进行加工,因此热应力的影响得以缓和。因此,能够获得未产生相变且抑制了氧化的金属被膜。特别是,在基材及形成被膜的材料均为金属的情况下,金属材料的粉末撞击到基材(或者在先形成的被膜)上时,在粉末与基材之间会产生塑性变形而获得锚固效应(AnchoringEffect),并且各自的氧化被膜被破坏而在新生面彼此之间产生金属键结合,因此能够获得附着强度高的层叠体。专利文献1:日本特开2011-108999号公报专利文献2:日本专利5548167号公报
技术实现思路
在如上所述的功率模块中,若芯片的容量为大容量则产热量也大,因此使产生的热量经由金属被膜等迅速地传导至冷却部而释放就很重要。为了提高导热效率,金属被膜的厚度越厚则越能够降低热阻,因此较为理想。然而,若将金属被膜加厚,则向功率模块施加热负荷的情况下,由于金属被膜与绝缘基材的热膨胀系数不同,因此产生金属被膜从绝缘基材上剥离、或绝缘基材的破裂等问题的可能性就会增高。本专利技术是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种散热效果好、被施加热负荷时也不会产生绝缘基材破裂等问题,并且不会产生金属被膜空洞(Void)等的层叠体及层叠体的制造方法。为了解决上述问题,实现目的,本专利技术涉及一种层叠体,其包括:基材,其具有绝缘性;中间层,其形成于上述基材的表面,以金属或者合金为主成分;以及金属被膜,其由含氢量为0.002质量%以下的铜粉末构成,在上述中间层上层叠而形成,其中,上述中间层与上述金属被膜之间的界面产生塑性变形。此外,本专利技术涉及一种层叠体,其包括:基材,其由金属或者合金制成;以及金属被膜,其由含氢量为0.002质量%以下的铜粉末制成,在上述基材上层叠而形成,其中,上述基材与上述金属被膜之间的界面产生塑性变形。此外,本专利技术涉及的层叠体,是在上述专利技术中,上述铜粉末的含氧量为0.03质量%以上0.15质量%以下。此外,本专利技术涉及的层叠体,是在上述专利技术中,上述铜粉末的含磷量为0.002质量%以上0.028质量%以下。此外,本专利技术涉及一种层叠体的制造方法,其包括:被膜形成工序,在形成有以金属或者合金为主成分的中间层的具有绝缘性的基材的表面,通过使含氢量为0.002质量%以下的铜粉末与气体一同加速、保持固相状态地喷射到上述中间层的表面并堆积来形成金属被膜层。此外,本专利技术涉及一种层叠体的制造方法,其包括:被膜形成工序,在由金属或者合金制成的基材的表面,通过使含氢量为0.002质量%以下的铜粉末与气体一同加速、保持固相状态地喷射到上述基材的表面并堆积来形成金属被膜层。此外,本专利技术涉及的层叠体的制造方法,是在上述专利技术中,上述铜粉末的含氧量为0.03质量%以上0.07质量%以下。此外,本专利技术涉及的层叠体的制造方法,是在上述专利技术中,包括:铜粉末形成工序,对熔融的铜以0.002质量%以上0.028质量%以下的比例添加磷或者磷铜合金,进行雾化来形成铜粉末。此外,本专利技术涉及的层叠体的制造方法,是在上述专利技术中,上述铜粉末形成工序不包括在氢气环境下的铜粉末的还原热处理。此外,本专利技术涉及的层叠体的制造方法,是在上述专利技术中,在上述铜粉末形成工序中,通过水雾化法来形成铜粉末。此外,本专利技术涉及的层叠体的制造方法,是在上述专利技术中,在上述铜粉末形成工序中,对粉末化而成的铜粉末,在真空环境下进行热处理。此外,本专利技术涉及的层叠体的制造方法,是在上述专利技术中,上述中间层是通过将板状的金属或者合金部件硬焊接合在上述基材上而形成的。根据本专利技术,具有散热效果好、被施加热负荷时也不会产生绝缘基材破裂等问题、并且能够获得没有金属被膜空洞等的层叠体的效果。附图说明图1为表示作为本专利技术的实施方式涉及的层叠体的功率模块的结构的示意图。图2为将图1所示的层叠体的主要部分放大表示的截面图。图3为表示冷喷涂装置的概要的示意图。图4为表示作为本专利技术的实施方式的变形例1涉及的层叠体的功率模块的结构的示意图。图5为说明本专利技术的实施例及比较例涉及的层叠体的制造工序的图。图6为表示本专利技术的实施例及比较例涉及的层叠体的被施加热负荷时的热膨胀特性的图。具体实施方式以下,结合附图对用于实施本专利技术的方式进行详细说明。另外,本专利技术并不限于以下的实施方式。此外,在以下的说明中参照的各附图,仅以能够理解本专利技术的程度来概略地表示形状、大小及位置关系。即,本专利技术并不仅仅限定于由各附图所例示的形状、大小及位置关系。图1为表示作为本专利技术的实施方式涉及的层叠体的功率模块的结构的示意图。此外,图2为将图1所示的层叠体的主要部分放大表示的截面图。图1所示的功率模块1包括:作为绝缘基板的陶瓷基材10、形成于陶瓷基材10的一侧的表面的电路层20、通过软焊料C1接合于电路层20上的芯片30、以及设置于陶瓷基材10的与电路层20相反的一侧的表面的散热片40。基材10是由绝缘性材料制成的大致呈板状的部件。作为绝缘性材料,例如可使用:氮化铝、氮化硅等氮化物类的陶瓷、或者氧化铝、氧化镁、氧化锆、滑石、镁橄榄石、莫来石、二氧化钛、二氧化硅、塞隆等氧化物类的陶瓷、或者配合有无机填料的树脂层等。电路层20是由后述的冷喷涂法形成的金属被膜层,由含氢量为0.002质量%以下的铜制成。在该电路层20形成有用于对芯片30等传送电信号的电路图案。通过使由铜制成的金属被膜的含氢量为0.002质量%以下,能够防止在施加热负荷时随着氢从金属被膜释放而产生的金属被膜的特异性热膨胀。芯片30可由二极管、晶体管、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)等半导体元件而实现。另外,芯片30根据使用的目的,可以在基材10上设置多个。散热片40除了由铜、铜合金、铝、铝合金、银、银合金等具有良好的导热性的金属或者合金制成,通过铸造、机械加工等制造而成的产品以外,也可以使用由后述的冷喷涂法形成的产品。经由这样的散热片40,由芯片30产生的热量通过基材10被释放到外部。如图2所示,在基材10与电路层20之间、以及基材10与散热片40之间,设有以金属或合金为主成分的中间层50。该中间层50是通过用本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种层叠体,其特征在于,包括:基材,其具有绝缘性;中间层,其形成于所述基材的表面,以金属或者合金为主成分;以及金属被膜,其由含氢量为0.002质量%以下的铜粉末制成,在所述中间层上层叠而形成,其中,所述中间层与所述金属被膜之间的界面产生塑性变形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.11 JP 2015-2212651.一种层叠体,其特征在于,包括:基材,其具有绝缘性;中间层,其形成于所述基材的表面,以金属或者合金为主成分;以及金属被膜,其由含氢量为0.002质量%以下的铜粉末制成,在所述中间层上层叠而形成,其中,所述中间层与所述金属被膜之间的界面产生塑性变形。2.一种层叠体,其特征在于,包括:基材,其由金属或者合金制成;以及金属被膜,其由含氢量为0.002质量%以下的铜粉末制成,在所述基材上层叠而形成,其中,所述基材与所述金属被膜之间的界面产生塑性变形。3.根据权利要求1或2所述的层叠体,其特征在于:所述铜粉末的含氧量为0.03质量%以上0.15质量%以下。4.根据权利要求1~3中任一项所述的层叠体,其特征在于:所述铜粉末的含磷量为0.002质量%以上0.028质量%以下。5.一种层叠体的制造方法,其特征在于,包括:被膜形成工序,在形成有以金属或者合金为主成分的中间层的具有绝缘性的基材的表面,通过使含氢量为0.002质量%以下的铜粉末与气体一同加速、保持固相状态地喷射到所述中间层的表面并堆积来形成金属被膜层。6....

【专利技术属性】
技术研发人员:相川尚哉平野智资山内雄一郎
申请(专利权)人:日本发条株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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