功率模块用基板的制造方法技术

本发明专利技术的功率模块用基板的制造方法，以在金属板与陶瓷基板的接合性不受损的情况下，抑制焊斑的产生，并提高半导体芯片的焊接接合性为目的，将通过金属原料板的冲压加工来冲切成型的金属板层叠于陶瓷基板的一个面并通过钎焊进行接合，该功率模块用基板的制造方法中，将所述金属板的毛边的高度设为0.021mm以下，破裂面厚度设为0.068mm以上，以产生有所述毛边的一侧的表面重叠于陶瓷基板的一个面的方式，将所述金属板层叠并钎焊于所述陶瓷基板上。

Method for manufacturing substrate for power module

The invention of the power module substrate manufacturing method, in sheet metal and ceramic bonding without damages, inhibition of welding spot production, and improve the welding joint for the purpose of a semiconductor chip, a surface by stamping metal plate punching molding material to the metal plate laminated on the ceramic substrate and are bonded by brazing, the power module manufacturing method of substrate, the edges of the metal plate height to thickness below 0.021mm, rupture surface is 0.068mm or more, a face surface side to produce the burr overlap on the ceramic substrates, the the metal plates are stacked and brazed to the ceramic substrate.

【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用于控制大电流、高电压的半导体装置中的功率模块用基板的制造方法。本申请主张基于2014年8月5日于日本申请的专利申请2014-159337号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
车辆用功率模块中使用在以氮化铝为首的陶瓷基板上层叠有金属板的功率模块用基板。该金属板层叠于陶瓷基板的两面，其中一金属板成为电路层，另一金属板成为散热层。通常在电路层中使用铜板或铝板，在散热层中使用铝板。例如，在专利文献1及专利文献2中公开有一种电路基板，其在陶瓷基板的一个面接合有铜板，另一个面接合有铝板。此时，陶瓷基板与铜板通过Ag-Cu-Ti系的使用活性金属的焊料来接合，陶瓷基板与铝板通过Al-Si系焊料来接合。如下制造该功率模块用基板。首先，在陶瓷基板的一个面，隔着适合陶瓷与铜板接合的Ag-Cu-Ti等活性金属焊料层叠铜板，以规定的压力进行加压，并加热至焊料熔融的温度以上，由此接合陶瓷基板与铜板。接着，在陶瓷基板的另一面，隔着适合陶瓷与铝板接合的Al-Si系焊料层叠铝板，以规定的压力进行加压，并加热至焊料熔融的温度以上，由此接合陶瓷基板与铝板。这种功率模块用基板在铜板上隔着焊接材料搭载有功率元件的半导体芯片。专利文献1：日本专利公开2003-197826号公报专利文献2：日本专利公开2013-229579号公报此类功率模块用基板中，用于铜板与陶瓷基板的接合中的活性金属焊料以浆料的形式被供给，由该焊接浆料与铜的母材产生Ag-Cu熔融焊料。该熔融焊料从铜板与陶瓷基板之间渗出并沿着铜板的侧面产生爬升的现象。爬升到表面的熔融焊料成为所谓的焊斑，不仅有损外观，还有可能导致接合半导体芯片时所使用的焊接材料的润湿性恶化。在电路层中使用铝板时也同样会有由熔融焊料的爬升引起的焊斑的问题。若欲抑制该焊斑的产生，则有可能接合性受损。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这种情况而完成的，其目的在于在金属板与陶瓷基板的接合性不受损的情况下，抑制焊斑的产生，并提高半导体芯片的焊接接合性。以冲压对金属板进行冲切制作，则会因冲压模具的间隙而产生毛边。得知若该毛边以规定的高度产生，则会有抑制焊斑的产生效果。此时，在侧面中产生有毛边的一侧成为表面粗糙度较大的破裂面。因此，认为通过使该破裂面接近陶瓷基板，从而熔融焊料难以在金属板爬升。并且，还认为因毛边而金属板的边缘较强地压焊于陶瓷基板，从而能够抑制熔融焊料从接合面向外部流出。通过适当地设定这些毛边的高度和破裂面的厚度，可在接合性不受损的情况下抑制焊斑。即，本专利技术的功率模块用基板的制造方法将通过金属原料板的冲压加工来冲切成型的金属板层叠于陶瓷基板的一个面并通过钎焊进行接合，其中，将所述金属板通过所述冲切成型产生的毛边的高度设为0.021mm以下，并将破裂面的厚度设为0.068mm以上，以将产生有所述毛边的一侧的表面(毛边面)重叠于所述陶瓷基板的一个面的方式层叠并钎焊。此时，若毛边的高度超过0.021mm，则高度的偏差变大而有可能熔融焊料的一部分流出，并且接合时的加压力不会完全发挥作用而有可能接合性受损。并且，金属板的侧面的破裂面的厚度(冲切方向的尺寸)形成为0.068mm以上，由此即使熔融焊料稍微露出，也会因破裂面的表面粗糙度较大而防止其爬升。若破裂面的厚度小于0.068mm，则难以抑制焊斑的产生。毛边的高度为测量金属板的边缘的多个位置而得到的最大值，破裂面的厚度为测量金属板的侧面的多个位置而得到的最小值。另外，将粗糙度曲线要素的平均高度Rc为5μm以上的部分设为破裂面。本专利技术的功率模块用基板的制造方法中，通过冲压加工从所述金属原料板冲切成型所述金属板时，将冲切的所述金属板推回到冲切后的所述金属原料板的冲孔内，之后从所述冲孔压出所述金属板即可。或者，通过所述冲压加工从所述金属原料板冲切成型所述金属板时，也可以将所述金属原料板从半冲切的状态推回之后，从所述金属原料板冲切所述金属板。与通过单方向的冲切而成型金属板的情况相比，通过所谓的推回来成型金属板，能够适当地控制毛边及破裂面的尺寸。因此，通过适当地设定半冲切工序或推回，能够轻松地将毛边的高度控制为0.021mm以下、破裂面的厚度控制为0.068mm以上。此时，对于推回，在完全冲切金属板之后，可以使整个厚度嵌合于冲孔，也可以使一部分厚度嵌合于冲孔。并且，还可以使之成为冲压至金属原料板的一半左右的厚度的半冲切状态后，将其推回。所述金属板可任意适用铜板或铝板。金属板使用铜板时，通过Ag-Ti、Ag-Cu-Ti等活性金属焊料来接合于陶瓷基板。金属板使用铝板时，通过Al-Si系等焊料来接合。根据本专利技术，在金属板与陶瓷基板的接合性不受损的情况下，抑制了熔融焊料在金属板的侧面爬升的现象，抑制了焊斑的产生，且搭载于金属板上的半导体芯片的焊接接合性也得到了提高。附图说明图1是本专利技术的一实施方式的功率模块用基板的侧视图。图2是以从(a)到(c)的顺序表示金属板的成型工序的一部分的剖视图。图3是示意性地表示将金属板接合于陶瓷基板时的重叠状态的剖视图。图4是表示本专利技术的制造方法中所使用的加压夹具的例子的侧视图。具体实施方式以下，参考附图对本专利技术的实施方式进行说明。功率模块用基板10中，如图1所示，成为电路层的铜板(金属板)12在厚度方向上层叠于陶瓷基板11的一个面，成为散热层的铝板(金属板)13在厚度方向上层叠于陶瓷基板11的另一个面，这些通过焊料来接合。在铜板12的表面通过焊接搭载有半导体芯片14，在铝板13接合有散热片15。陶瓷基板11由氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)等，例如形成为0.25mm～1.0mm的厚度。并且，铜板12由无氧铜、韧铜等纯铜或铜合金形成，铝板13由纯度99.00％以上的纯铝或铝合金形成。这些铜板12及铝板13的厚度例如为0.1mm～10mm。作为本实施方式的功率模块用基板10的优选的组合例，例如陶瓷基板11由厚度0.635mm的AlN构成，铜板12由厚度0.3mm的纯铜板构成，铝板13由厚度1.6mm的4N-铝板构成。陶瓷基板11与铜板12的接合中使用Ag-Ti系或Ag-Cu-Ti系的活性金属焊料，例如Ag-27.4质量％Cu-2.0质量％Ti的焊料。陶瓷基板11与铝板13的接合中使用Al-Si系或Al-Ge系的焊料。以下，对接合这些陶瓷基板11、铜板12及铝板13而制造功率模块用基板10的方法进行说明。＜金属板成型工序＞铜板12及铝板13通过冲压加工来进行冲切成型。因均相同的方法，所以在该成型工序中，将铜板12及铝板13作为金属板50进行说明。准备能够形成金属板50的尺寸的线圈状的金属原料板51，将其金属原料板51从线圈陆续间断地搬运同时送入冲压机。如图2的(a)所示，冲压机中设有：具有成型孔61的冲模62和冲头63，所述成型孔61用于将金属原料板51成型为金属板50的外形；及推回模64，嵌于冲模62的成型孔61内。该图2中，符号65表示在冲模62的表面按压金属原料板的压板器。并且，如图2的(a)所示，若冲模62与冲头63之间送入金属原料板51，则冲头63下降，压下冲模62的成型孔61内的推回模64，并如图2的(b)所示在冲模62的成型孔61的内边缘之间冲切金属原料板51。冲切后，推回模64以追随冲头63的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块用基板的制造方法，该方法将通过金属原料板的冲压加工来冲切成型的金属板层叠于陶瓷基板的一个面并通过钎焊进行接合，该方法的特征在于，将所述金属板的通过所述冲切成型来形成的毛边高度设为0.021mm以下，并且将破裂面的厚度设为0.068mm以上，以产生有所述毛边的一侧的表面重叠于所述陶瓷基板的一个面的方式层叠并钎焊。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.05 JP 2014-1593371.一种功率模块用基板的制造方法，该方法将通过金属原料板的冲压加工来冲切成型的金属板层叠于陶瓷基板的一个面并通过钎焊进行接合，该方法的特征在于，将所述金属板的通过所述冲切成型来形成的毛边高度设为0.021mm以下，并且将破裂面的厚度设为0.068mm以上，以产生有所述毛边的一侧的表面重叠于所述陶瓷基板的一个面的方式层叠并钎焊。2.根据权利要求1所述的功...

【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