带有散热片的功率模块用基板的制造方法技术

本发明专利技术中构成金属层的接合面的铝材料及构成散热片的接合面的铝材料中的任一方为铝纯度高的高纯度铝材料，另一方为铝纯度低的低纯度铝材料，将所述高纯度铝材料与所述低纯度铝材料的Al以外的含有元素的浓度差设为1原子％以上，并将金属层与散热片进行固相扩散接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有散热片的功率模块用基板的制造方法
本专利技术涉及一种带有散热片的功率模块用基板的制造方法，该带有散热片的功率模块用基板具备绝缘层、形成于该绝缘层的一个面的电路层、形成于所述绝缘层的另一个面的金属层及被配置于该金属层的与所述绝缘层相反侧的面的散热片。本申请主张基于2015年3月30日在日本申请的专利申请2015-069860号的优先权，并将其内容援引于此。
技术介绍
一般而言，为了控制风力发电、电动汽车、混合动力汽车等而使用的大电力控制用功率半导体元件其发热量较多。因此，以往作为搭载这种功率半导体元件的基板，广泛使用例如具备由AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)等所构成的陶瓷基板、形成于该陶瓷基板的一个面的电路层及形成于陶瓷基板的另一个面的金属层的功率模块用基板。并且，为了有效地扩散由所搭载的半导体元件等产生的热，而提供将散热片接合于金属层侧的带有散热片的功率模块用基板。例如，在专利文献1中公开有一种带有散热片的功率模块用基板，该功率模块用基板的电路层及金属层由铝或铝合金所构成，并且散热片由铝或铝合金所构成，通过软钎焊或硬钎焊将金属层与散热片接合。并且，在专利文献2中公开有一种带有散热片的功率模块用基板，其在陶瓷基板的一个面及另一个面形成有由铝所构成的电路层及金属层，在金属层与散热片之间配置有铜板，金属层与铜板、铜板与散热片分别被焊接。而且，在专利文献3中公开有一种带有散热片的功率模块用基板，其中功率模块用基板的电路层及金属层由铝或铝合金所构成，并且散热片由铝或铝合金所构成，使由铜或铜合金所构成的接合材料介于金属层与散热片之间，将金属层与接合材料及接合材料与散热片分别进行固相扩散接合而成。专利文献1：日本特开2008-016813号公报专利文献2：日本特开2007-250638号公报专利文献3：日本特开2014-060215号公报然而，最近功率半导体元件等的高输出功率化得到发展，而变得对搭载该半导体元件的带有散热片的功率模块用基板负载严峻的热循环，从而比以往更加要求对于热循环的接合可靠性优异的带有散热片的功率模块用基板。在此，在专利文献1所记载的带有散热片的功率模块用基板中，在将金属层与散热片进行软钎焊的情况下，存在在热循环负载时、在焊锡处产生裂纹而接合率降低的问题。并且，在将金属层与散热片进行硬钎焊的情况下，有可能在热循环负载时，在陶瓷基板产生破裂。而且，在内部形成有冷却介质的流路等的复杂的结构的散热片中，有时通过固相线温度较低的铝铸件合金来制造，但在这种散热片中，很难使用硬钎焊材料来进行接合。并且，在专利文献2所记载的带有散热片的功率模块用基板中，金属层与铜板、铜板与散热片分别进行焊接，因此仍旧存在在热循环负载时，在焊锡处产生裂纹而接合率降低的问题。而且，示于专利文献3的带有散热片的功率模块用基板中，使由铜或铜合金所构成的接合材料介于金属层与散热片之间，将金属层与接合材料及接合材料与散热片分别进行固相扩散接合，而在金属层与散热片的接合界面形成金属间化合物。该金属间化合物硬且脆，因此有可能在热循环负载时产生龟裂等。
技术实现思路
本专利技术是鉴于所述情况而完成的，其目的在于提供一种可制造带有散热片的功率模块用基板的带有散热片的功率模块用基板的制造方法，该带有散热片的功率模块用基板即使在负载热循环的情况下也能够抑制在接合界面处产生裂纹等。为了解决这种课题而实现所述目的，本专利技术的一方式的带有散热片的功率模块用基板的制造方法中，所述带有散热片的功率模块用基板具备绝缘层、形成于该绝缘层的一个面的电路层、形成于所述绝缘层的另一个面的金属层及被配置于该金属层的与所述绝缘层相反侧的面的散热片，所述制造方法的特征在于，所述金属层中与所述散热片的接合面及所述散热片中与所述金属层的接合面由铝或铝合金所成的铝材料所构成，构成所述金属层的接合面的铝材料及构成所述散热片的接合面的铝材料中的任一方为铝纯度高的高纯度铝材料，另一方为铝纯度低的低纯度铝材料，将所述高纯度铝材料与所述低纯度铝材料的Al以外的含有元素的浓度差设为1原子％以上，将所述金属层与所述散热片进行固相扩散接合。在该结构的带有散热片功率模块用基板的制造方法中，所述金属层中与所述散热片的接合面及所述散热片中与所述金属层的接合面由铝或铝合金所成的铝材料所构成，将这些金属层与散热片进行固相扩散接合。通常，在使铝材料彼此进行固相扩散的情况下，铝的自我扩散速度缓慢，因此为了得到牢固的固相扩散接合则需要较长的时间，而未能在工业上实现。在此，在本专利技术中，构成所述金属层的接合面的铝材料及构成所述散热片的接合面的铝材料中的任一方设为铝纯度高的高纯度铝材料，另一方设为铝纯度低的低纯度铝材料，将所述高纯度铝材料与所述低纯度铝材料的Al以外的含有元素的浓度差设为1原子％以上，因此通过Al以外的含有元素从所述低纯度铝材料侧朝所述高纯度铝材料侧扩散，从而促进铝的自我扩散，能够在较短时间内将金属层与散热片可靠地进行固相扩散接合。并且，散热片与金属层如此被固相扩散接合，因此即使在负载热循环的情况下，也不会在接合界面处产生龟裂等，而能够得到对于热循环的接合可靠性优异的带有散热片的功率模块用基板。在本专利技术的一方式的带有散热片的功率模块用基板的制造方法中，优选所述高纯度铝材料与所述低纯度铝材料含有选自Si、Cu、Mn、Fe、Mg、Zn、Ti及Cr中的1种或2种以上元素作为Al以外的含有元素，且所述高纯度铝材料中的所述Al以外的含有元素的总量与所述低纯度铝材料中的所述Al以外的含有元素的总量的差为1原子％以上。在该情况下，Si、Cu、Mn、Fe、Mg、Zn、Ti及Cr这些元素促进铝的自我扩散的作用效果优异，因此能够将均由铝材料所构成的金属层与散热片在短时间内可靠地进行固相扩散接合。并且，在本专利技术的一方式的带有散热片的功率模块用基板的制造方法中，优选所述低纯度铝材料总计含有1原子％以上的选自Si、Cu、Mn、Fe、Mg、Zn、Ti及Cr中的1种或2种以上元素，并且Si的含量为15原子％以下、Cu的含量为10原子％以下、Mn的含量为2原子％以下、Fe的含量为1原子％以下、Mg的含量为5原子％以下、Zn的含量为10原子％以下、Ti的含量为1原子％以下及Cr的含量为1原子％以下。在该情况下，纯度低的低纯度铝材料总计含有1原子％以上的选自Si、Cu、Mn、Fe、Mg、Zn、Ti及Cr中的1种或2种以上元素，因此通过使这些元素朝向高纯度铝材料侧扩散，而促进铝的自我扩散，能够在较短时间内将金属层与散热片可靠地进行固相扩散接合。另一方面，由于被限制成Si的含量为15原子％以下、Cu的含量为10原子％以下、Mn的含量为2原子％以下、Fe的含量为1原子％以下、Mg的含量为5原子％以下、Zn的含量为10原子％以下、Ti的含量为1原子％以下及Cr的含量为1原子％以下，因此通过这些元素能够抑制接合界面过度变硬，而能够可靠地制造对于热循环的接合可靠性优异的带有散热片的功率模块用基板。而且，在本专利技术的一方式的带有散热片的功率模块用基板的制造方法中，优选设为下述过程：将所述金属层与所述散热片进行层叠，以在层叠方向负载0.3MPa以上且3.0MPa以下的荷载的状态，在低纯度铝材料的固相线温度(K)的90％以上且低于低纯度铝材料的固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有散热片的功率模块用基板的制造方法，所述带有散热片的功率模块用基板具备绝缘层、形成于该绝缘层的一个面的电路层、形成于所述绝缘层的另一个面的金属层及被配置于该金属层的与所述绝缘层相反侧的面的散热片，其中，所述金属层中与所述散热片的接合面及所述散热片中与所述金属层的接合面由铝或铝合金所成的铝材料所构成，构成所述金属层的接合面的铝材料及构成所述散热片的接合面的铝材料中的任一方为铝纯度高的高纯度铝材料，另一方为铝纯度低的低纯度铝材料，将所述高纯度铝材料与所述低纯度铝材料的Al以外的含有元素的浓度差设为1原子％以上，将所述金属层与所述散热片进行固相扩散接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.30 JP 2015-0698601.一种带有散热片的功率模块用基板的制造方法，所述带有散热片的功率模块用基板具备绝缘层、形成于该绝缘层的一个面的电路层、形成于所述绝缘层的另一个面的金属层及被配置于该金属层的与所述绝缘层相反侧的面的散热片，其中，所述金属层中与所述散热片的接合面及所述散热片中与所述金属层的接合面由铝或铝合金所成的铝材料所构成，构成所述金属层的接合面的铝材料及构成所述散热片的接合面的铝材料中的任一方为铝纯度高的高纯度铝材料，另一方为铝纯度低的低纯度铝材料，将所述高纯度铝材料与所述低纯度铝材料的Al以外的含有元素的浓度差设为1原子％以上，将所述金属层与所述散热片进行固相扩散接合。2.根据权利要求1所述的带有散热片的功率模块用基板的制造方法，其中，所述高纯度铝材料与所述低纯度铝材料含有选自Si、Cu、Mn、Fe、Mg、Zn、Ti及Cr中的1种或2种以上元素作为Al以外的含有元素，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩崎航，驹崎雅人，
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