功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板及功率模块制造技术

本发明专利技术提供一种具备绝缘基板(11)、形成在该绝缘基板(11)的一面的电路层(12)、及形成在所述绝缘基板(11)另一面的金属层(13)的功率模块用基板(10)，其中，所述电路层(12)具有接合于所述绝缘基板(11)的由铝或铝合金构成的第1铝层(12A)、及固相扩散接合于该第1铝层(12A)的由铜或铜合金构成的第1铜层(12B)，所述金属层(13)具有由铝或铝合金构成的第2铝层(13A)，所述电路层(12)的厚度t1与所述金属层(13)的第2铝层(13A)的厚度t2的关系为t1＜t2。

【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在控制大电流、高电压的半导体装置中所使用的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板及功率模块。本申请主张基于2013年3月29日于日本申请的专利申请2013-072677号及2013年10月17日于日本申请的专利申请2013-216802号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
在半导体元件中，由于用于供给电力的功率半导体元件的发热量比较高，因此作为搭载该功率半导体元件的基板，例如使用具备电路层及金属层的功率模块用基板，所述电路层通过在由AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)、Si3N4(氮化硅)等构成的绝缘基板的一面侧接合第1金属板而构成，所述金属层通过在绝缘基板的另一面侧接合第2金属板而构成。在这种功率模块用基板中，在电路层上，经由焊锡材搭载有功率半导体元件等的半导体元件。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。例如，专利文献1中提出一种将构成电路层及金属层的第1金属板及第2金属板作为铜板，并通过DBC法将该铜板直接接合在绝缘基板上的功率模块用基板。并且，如专利文献1的图1所示，使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。并且，专利文献2中提出一种作为构成电路层及金属层的第1金属板及第2金属板使用铝板的功率模块用基板。在该功率模块用基板的金属层上通过焊锡接合散热器，从而构成自带散热器的功率模块用基板。而且，专利文献3中提出，在绝缘基板的一面接合金属板作为电路层，并通过铸造法，在绝缘基板的另一面直接形成铝制散热器的功率模块用基板。并且，公开有使用铝板、铜板来作为构成电路层的金属板。专利文献1：日本专利公开平04-162756号公报专利文献2：日本专利第3171234号公报专利文献3：日本专利公开2002-076551号公报然而，在专利文献1中所记载的功率模块用基板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，存在绝缘基板容易产生破裂的问题。另外，专利文献1中虽然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，但由于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子组件等发热体的热量有效地发散到散热器侧的问题。并且，由于电路层及金属层由变形阻力较高的铜板构成，因此在负载冷热循环时，有可能因绝缘基板与铜板之间产生的热应力而使绝缘基板产生破裂。并且，专利文献2中所记载的功率模块用基板及自带散热器的功率模块用基板中，作为构成电路层的第1金属板使用铝板。在此，由于铝的导热率比铜低，因此作为构成电路层的第1金属板使用铝板时，来自搭载于电路层上的电子组件等发热体的热量的扩散程度比铜差。因此，因电子组件的小型化或高输出化而在功率密度上升时，有可能无法充分发散热量。因此，负载功率循环时的耐久性有可能降低。并且，由于铝表面形成有坚固的氧化膜，因此无法在由铝板构成的电路层上直接焊锡接合半导体元件，需要进行镀Ni等。而且，专利文献3中所记载的自带散热器的功率模块用基板中，由于在绝缘基板上直接接合铝制散热器，因此有如下倾向：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，绝缘基板容易产生破裂。为了防止这些情况，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。并且，由于通过铸造法来形成散热器，因此散热器的结构变得比较简单，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。
技术实现思路
本专利技术是针对前述问题而进行的，其目的在于提供一种能够促进来自搭载于电路层上的电子组件等发热体发散的热量，具有优异的功率循环特性，并且能够抑制负载冷热循环时的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及功率模块。本专利技术的一方式的功率模块用基板具备绝缘基板、形成在该绝缘基板的一面的电路层、及形成在所述绝缘基板的另一面的金属层，其中，所述电路层具有接合于所述绝缘基板的由铝或铝合金构成的第1铝层、及固相扩散接合于该第1铝层的由铜或铜合金构成的第1铜层，所述金属层具有由铝或铝合金构成的第2铝层，所述电路层的厚度t1与所述金属层的第2铝层的厚度t2的关系为t1＜t2。在该结构的功率模块用基板中，由于配置于绝缘基板的一面侧的具有第1铝层及第1铜层的电路层的厚度t1、与配置于绝缘基板的另一面侧的金属层的第2铝层的厚度t2的关系为t1＜t2，因此在该功率模块用基板上负载有热应力时，形成为较厚的金属层的第2铝层变形，能够抑制功率模块用基板产生翘曲。并且，例如即使在将散热器接合在该功率模块用基板的金属层侧时，也能够通过形成为足够厚的第2铝层的变形来减缓因绝缘基板与散热器的热膨胀系数之差而引起的热应变。而且，在本专利技术的功率模块用基板中，由于电路层在绝缘基板侧具备由铝及铝合金构成的第1铝层，因此在负载热循环时能够通过第1铝层的变形来吸收因绝缘基板与电路层的热膨胀系数之差而引起的热应力，并能够抑制绝缘基板的破裂。并且，由于电路层具备由铜或铜合金构成的第1铜层，因此能够通过第1铜层在面方向上扩散来自半导体元件等的热量，而能够有效地散热。而且，能够在电路层上良好地焊锡接合半导体元件等。并且，第1铜层的变形阻力较大，因此在负载功率循环时，能够抑制电路层的表面变形，并能够抑制焊锡层产生龟裂等。并且，由于第1铝层与第1铜层通过固相扩散接合而接合，因此可靠地接合了第1铝层与第1铜层，能够维持电路层的导热性及导电性。所述金属层也可以为，具有接合于所述绝缘基板的所述第2铝层、及固相扩散接合于该第2铝层的由铜或铜合金构成的第2铜层的结构。此时，位于绝缘基板的另一面侧的金属层具备所述第2铝层、及固相扩散接合于该第2铝层的第2铜层，因此在将散热器接合于该功率模块用基板的金属层侧时，相当于接合第2铜层与散热器。例如，散热器的接合面由铝或铝合金构成时，可以通过固相扩散接合法而接合该第2铜层与散热器。并且，例如，散热器的接合面由铜或铜合金构成时，可以通过焊锡接合该第2铜层与散热器。并且，由于金属层具备由铜或铜合金构成的第2铜层，因此能够通过第2铜层在面方向上扩散热量，而能够有效地散热。而且，由于在绝缘基板与第2铜层之间形成有变形阻力较小的第2铝层，因此通过第2铝层的变形来减缓热应力，能够抑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块用基板，其具备绝缘基板、形成在该绝缘基板的一面的电路层、及形成在所述绝缘基板的另一面的金属层，其中，所述电路层具有第1铝层及第1铜层，所述第1铝层接合于所述绝缘基板，由铝或铝合金构成，所述第1铜层固相扩散接合于该第1铝层，由铜或铜合金构成，所述金属层具有由铝或铝合金构成的第2铝层，所述电路层的厚度t1与所述金属层的第2铝层的厚度t2的关系为t1＜t2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.29 JP 2013-072677;2013.10.17 JP 2013-216801.一种功率模块用基板，其具备绝缘基板、形成在该绝缘基板的一面的电路层、
及形成在所述绝缘基板的另一面的金属层，其中，
所述电路层具有第1铝层及第1铜层，所述第1铝层接合于所述绝缘基板，由铝
或铝合金构成，所述第1铜层固相扩散接合于该第1铝层，由铜或铜合金构成，
所述金属层具有由铝或铝合金构成的第2铝层，
所述电路层的厚度t1与所述金属层的第2铝层的厚度t2的关系为t1＜t2。
2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：长友义幸，寺崎伸幸，黑光祥郎，
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