自带散热器的功率模块用基板及其制造方法技术

本发明专利技术中将散热器的最大长度设为L、散热器的翘曲量设为Z，相对于金属层使散热器的接合面成为凹状的变形所造成的翘曲量Z设为正值、使接合面成为凸状的变形所造成的翘曲量Z设为负值，并在25℃下测定的最大长度L与翘曲量Z的比率Z/L在-0.005以上且0.005以下的范围内，加热至280℃时及在该加热后冷却至25℃时，比率Z/L仍在-0.005以上且0.005以下的范围内。

【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控制大电流、高电压的半导体装置中使用的自带散热器的功率模块用基板及其制造方法。本申请主张基于2013年10月10日申请的日本专利申请2013-212871号、2014年1月8日申请的日本专利申请2014-1719号及日本专利申请2014-1720号优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
作为功率模块，使用一种在以氮化铝为代表的陶瓷基板上接合铝板，并在另一侧通过铝板接合铝类散热器而成的自带散热器的功率模块用基板。以往，自带散热器的功率模块用基板是如下制造的。首先，通过适于接合陶瓷基板与铝板的钎料，在陶瓷基板的第一面及第二面层叠铝板，一边以规定压力加压，一边加热至钎料熔融的温度以上的温度并进行冷却。由此，接合陶瓷基板与两个面的铝板来制造功率模块用基板。接着，在功率模块用基板的第二面侧的铝板，通过适于接合散热器与该铝板的钎料来层叠散热器，一边以规定压力加压，一边加热至钎料熔融的温度以上并进行冷却。由此，接合铝板与散热器来制造自带散热器的功率模块用基板。接合于如此构成的自带散热器的功率模块用基板的第一面侧上的铝板形成为电路层，在该电路层上通过焊锡材搭载有功率元件等电子零件。制造这种自带散热器的功率模块用基板时，在接合陶瓷基板与铝板这种热膨胀系数相异的部件的情况下，由于接合后进行冷却时的热收缩而产生翘曲。作为解决该翘曲的措施，专利文献1中记载有对晶片或端子、散热板等进行焊接等时，控制高温时的翘曲量及将陶瓷电路基板恢复至室温时的翘曲量的内容。专利文献2中，一边使陶瓷基板弯折一边将电路用金属板与金属散热板进行接合，以制造电路用金属板呈凹面而具有翘曲的电路基板。通常，将散热器与电路基板进行接合的模块中，模块以成为平面的方式接合散热器而形成，并固定于固定零件来使用。因此，专利文献2中记载有预先在电路基板的电路用金属板侧形成成为凹面的翘曲，由此，将电路基板进行平坦地固定时，在电路基板上残留压缩应力，在组装模块时或其实际使用中能够降低龟裂的产生、恶化。专利文献3中记载有，金属散热板与金属电路板的体积比及厚度比是陶瓷电路基板与散热器的焊料回流时所产生的翘曲的主要支配性因素，且通过将这些要素设为适当的范围，能够在加热中形成优选的翘曲形状的内容。如此，在电路基板中产生的翘曲，通过调整以陶瓷基板为中性轴而形成金属层的散热器侧的铝板与散热器的板厚，得以抑制。专利文献1：日本特开2003-273289号公报专利文献2：日本特开平10-247763号公报专利文献3：日本特开2006-245437号公报就功率模块用基板而言，希望减少翘曲以满足作为功率模块的要求规格。如专利文献1记载，作为功率模块用基板即使控制了翘曲，但作为搭载电子零件后的功率模块也应减少翘曲。接合有功率模块用基板与散热器的自带散热器的功率模块用基板中，一般在制造时，以电路层为上侧产生凸状的翘曲(电路层表面呈凸面的变形)。然而，将自带散热器的功率模块用基板通过润滑脂等而紧固于冷却器时，从良好地维持自带散热器的功率模块用基板与冷却器的粘附性的观点看来，与相对于冷却器侧为凹状翘曲(以电路层为上侧的凸状翘曲)相比优选相对于冷却器侧为凸状翘曲(电路层表面呈凹面的变形)。并且，紧固冷却器后，在半导体元件的焊接等热处理过程中，优选自带散热器的功率模块用基板的翘曲变形较少。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种减少自带散热器的功率模块用基板制造时产生的翘曲，并能够抑制在制造后的热处理过程中产生翘曲的自带散热器的功率模块用基板及其制造方法。本专利技术的第一方案为一种自带散热器的功率模块用基板，具备：功率模块用基板，在陶瓷基板的第一面配设有电路层，在所述陶瓷基板的第二面配设有由纯度99％以上的铝构成的金属层；及散热器，接合于所述功率模块用基板的所述金属层，并由屈服应力比该金属层大的铝合金构成，将所述散热器的最大长度设为L、所述散热器的翘曲量设为Z，相对于所述金属层使所述散热器的接合面成为凹状的变形所造成的所述翘曲量Z设为正值、使所述接合面成为凸状的变形所造成的所述翘曲量Z设为负值，并在25℃下测定的所述最大长度L与所述翘曲量Z的比率Z/L为-0.005以上且0.005以下，加热至280℃时及在该加热后冷却至25℃时，所述比率Z/L仍在-0.005以上且0.005以下的范围内。接合由屈服应力比金属层大的铝合金构成的散热器而成的自带散热器的功率模块用基板中，在上述温度设定时比率Z/L小于-0.005或大于0.005的情况下，在将半导体元件等电子零件焊接于电路层的工序中，容易引起焊料、半导体元件的位置偏离。并且，有可能导致半导体元件本身的破坏、因热循环造成焊料接合部和基板的可靠性降低。另一方面，在上述温度设定时比率Z/L在-0.005以上且0.005以下的范围内的情况下，可减少自带散热器的功率模块用基板制造时产生的翘曲，并抑制因制造后的热处理过程所造成的功率模块用基板的翘曲变形，因此能够提高半导体元件在焊接工序中的操作性，改善基板对于热循环负荷的可靠性。并且，金属层由变形阻力相对较小的纯度99％以上的铝形成，因此能够松弛热循环负荷时产生于陶瓷基板的热应力，并能够抑制陶瓷基板产生破裂。本专利技术的自带散热器的功率模块用基板中，当使温度从25℃变化至280℃的情况下，所述比率Z/L的最大值与最小值之差ΔZ/L优选为0.005以下。温度从25℃变化至280℃的情况下，比率Z/L的最大值与最小值之差ΔZ/L为0.005以下，随温度变化的变形较小，由此可更进一步提高半导体元件在焊接工序中的操作性，改善基板对于热循环负荷的可靠性。本专利技术的第一方案所涉及的自带散热器的功率模块用基板的制造方法如下：将所述功率模块用基板与所述散热器进行层叠，在使所述散热器的所述接合面产生成为凹状翘曲的变形的状态下进行加热，并在产生所述变形的状态下进行冷却，由此接合所述功率模块用基板的所述金属层与所述散热器。在接合散热器与功率模块用基板时，将由屈服应力相对于功率模块用基板的金属层较高的材料形成的散热器与功率模块用基板进行层叠，使散热器的接合面相对于功率模块用基板的金属层成为凹状的方式产生翘曲的状态下，以钎料熔融的温度以上的温度保持规定时间后进行冷却。由此，在散热器的接合面，以沿着凹状的形状凝固钎料，从而即使解除层叠方向的加压状态后，也能够获得散热器的接合面翘曲成凹状、或虽为凸状但翘曲量较小的自带散热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，具备：功率模块用基板，在陶瓷基板的一个面配设有电路层，在所述陶瓷基板的另一个面配设有由纯度99％以上的铝构成的金属层；及散热器，接合于所述功率模块用基板的所述金属层，并由屈服应力比该金属层大的铝合金构成，将所述散热器的最大长度设为L、所述散热器的翘曲量设为Z，相对于所述金属层使所述散热器的接合面成为凹状的变形所造成的所述翘曲量Z设为正值、使所述接合面成为凸状的变形所造成的所述翘曲量Z设为负值，并在25℃下测定的所述最大长度L与所述翘曲量Z的比率Z/L在‑0.005以上且0.005以下的范围内，加热至280℃时及在该加热后冷却至25℃时，所述比率Z/L仍在‑0.005以上且0.005以下的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.10 JP 2013-212871;2014.01.08 JP 2014-001711.一种自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，具备：
功率模块用基板，在陶瓷基板的一个面配设有电路层，在所述陶瓷基板的另一个
面配设有由纯度99％以上的铝构成的金属层；及
散热器，接合于所述功率模块用基板的所述金属层，并由屈服应力比该金属层大
的铝合金构成，
将所述散热器的最大长度设为L、所述散热器的翘曲量设为Z，相对于所述金属
层使所述散热器的接合面成为凹状的变形所造成的所述翘曲量Z设为正值、使所述接
合面成为凸状的变形所造成的所述翘曲量Z设为负值，并在25℃下测定的所述最大长
度L与所述翘曲量Z的比率Z/L在-0.005以上且0.005以下的范围内，加热至280℃时
及在该加热后冷却至25℃时，所述比率Z/L仍在-0.005以上且0.005以下的范围内。
2.根据权利要求1所述的自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，
当使温度从25℃变化至280℃的情况下，所述比率Z/L的最大值与最小值之差Δ
Z/L为0.005以下。
3.一种自带散热器的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，其为制造权利要
求1所述的自带散热器的功率模块用基板的方法，
将所述功率模块用基板与所述散热器进行层叠，在产生使所述散热器的所述接合
面成为凹状翘曲的变形的状态下进行加热，并在产生所述变形的状态下进行冷却，由
此接合所述述功率模块用基板的所述金属层与所述散热器。
4.一种自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，具备：
功率模块用基板，在陶瓷基板的一个面配设有电路层，在所述陶瓷基板的另一个
面配设有由纯度99％以上的铝构成的金属层；及
散热器，接合于所述功率模块用基板的所述金属层，并由线膨胀系数15×10-6/K以
上且22×10-6/K以下的铜或铜合金构成，
将所述散热器的最大长度设为L、所述散热器的翘曲量设为Z，相对于所述金属
层使所述散热器的接合面成为凹状的变形所造成的所述翘曲量Z设为正值、使所述接
合面成为凸状的变形所造成的所述翘曲量Z设为负值，
并在25℃下测定的所述最大长度L与所述翘曲量Z的比率Z/L为-0.015以上且
0.01以下，

【专利技术属性】
技术研发人员：大开智哉，大井宗太郎，
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