接合体、自带散热器的功率模块用基板、散热器及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法技术

本发明专利技术的接合体为金属部件和铝合金部件进行接合而成的接合体，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，其中，铝合金部件与金属部件被固相扩散接合，铝合金部件中的与金属部件的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。

The power supply module of the adapter and radiator, the manufacturing method of the radiator and the connector, the manufacturing method of the power module for the radiator, and the manufacturing method of the radiator.

The invention of the assembly for metal parts and Aluminum Alloy components are formed by the connection of connecting body, wherein the metal member is composed of copper, nickel or silver, the Aluminum Alloy parts from the solidus temperature is set to less than a Aluminum Alloy metal element and aluminum metal parts of the eutectic temperature of the structure, including Aluminum Alloy, parts and metal parts by solid phase diffusion bonding, bonding interface side Aluminum Alloy parts and metal parts formed with chilled layer, the chill layer dispersed grain aspect ratio is below 2.5 and the average grain diameter of 15 m below the Si phase, the chill layer thickness is set to 50 mu m.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接合体、自带散热器的功率模块用基板、散热器及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法
本专利技术涉及一种由铜、镍或银构成的金属部件与由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成的铝合金部件进行接合而成的接合体、具备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、具备散热器主体与金属部件层的散热器及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法。本申请主张基于2015年4月16日于日本申请的日本专利申请2015-084029号及2016年2月24日于日本申请的日本专利申请2016-033201号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
在LED、功率模块等半导体装置中，具备在由导电材料构成的电路层上接合有半导体元件的结构。在为了控制风力发电、电动汽车及混合动力汽车等而使用的大电力控制用功率半导体元件中，其发热量较多。因此，作为搭载大电力控制用功率半导体元件的基板，以往广泛使用功率模块用基板，该功率模块用基板具备由例如AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)等构成的陶瓷基板及在该陶瓷基板的一面接合导电性优异的金属板而形成的电路层。另外，作为功率模块用基板，还提供有在陶瓷基板的另一面形成金属层的功率模块用基板。例如，在专利文献1所示的功率模块中，被设为如下结构，即具备：功率模块用基板，在陶瓷基板的一面及另一面形成有由Al构成的电路层及金属层；及半导体元件，通过焊料接合于该电路层上。被设为在功率模块用基板的金属层侧接合有散热器，且经由散热器向外部发散从半导体元件传递至功率模块用基板侧的热的结构。但是，如专利文献1所记载的功率模块，在由Al构成电路层及金属层的情况下，由于在表面形成Al的氧化皮膜，因此无法通过焊料来接合半导体元件、散热器。因此，例如如专利文献2所公开，以往，在电路层及金属层的表面通过化学镀等而形成镀Ni膜之后，焊接半导体元件、散热器等。并且，在专利文献3中提出有代替焊料而使用包含氧化银粒子及由有机物构成的还原剂的氧化银浆料，从而将电路层与半导体元件、金属层与散热器进行接合的技术。然而，如专利文献2所记载，在电路层及金属层表面形成镀Ni膜而成的功率模块用基板中，在将半导体元件及散热器进行接合之前的过程中镀Ni膜的表面由于氧化等而劣化，有可能与通过焊料进行接合的半导体元件及散热器的接合可靠性降低。在此，若散热器与金属层的接合不够充分，则有可能热阻上升且散热特性降低。并且，在镀Ni工序中，有时进行遮蔽处理，以免在不需要的区域形成镀Ni层而发生电蚀等问题。如此，在进行遮蔽处理之后进行电镀处理的情况下，在电路层表面及金属层表面形成镀Ni膜的工序中需要极大的劳力，存在导致功率模块的制造成本大幅增加的问题。并且，如专利文献3所记载，在使用氧化银浆料将电路层与半导体元件及金属层与散热器进行接合的情况下，Al与氧化银浆料的烧成体的接合性较差，因此需要预先在电路层表面及金属层表面形成Ag基底层。在通过电镀来形成Ag基底层的情况下，与镀Ni同样地存在需要极大的劳力的问题。因此，在专利文献4中提出有将电路层及金属层作为Al层与Cu层的层叠结构的功率模块用基板。在该功率模块用基板中，在电路层及金属层的表面配置有Cu层，因此能够使用焊料良好地接合半导体元件和散热器。因此，层叠方向的热阻变小，能够将从半导体元件中生成的热有效地传递至散热器侧。并且，在专利文献5中提出有金属层及散热器中的一个由铝或铝合金构成，且另一个由铜或铜合金构成，并且这些所述金属层与所述散热器被固相扩散接合而成的自带散热器的功率模块用基板。在该自带散热器的功率模块用基板中，金属层与散热器被固相扩散接合，因此热阻较小且散热特性优异。专利文献1：日本专利第3171234号公报专利文献2：日本专利公开2004-172378号公报专利文献3：日本专利公开2008-208442号公报专利文献4：日本特开2014-160799号公报专利文献5：日本特开2014-099596号公报然而，在内部形成有冷却介质的流路等的结构复杂的散热器中，有时通过固相线温度较低的铸造用铝合金进行制造。在此，确认到如专利文献5所记载，在将由固相线温度较低的铸造用铝合金构成的铝合金部件与由铜或铜合金构成的金属部件进行固相扩散接合的情况下，在接合界面附近产生多个由于相互扩散的不均衡而产生的柯肯达尔空洞。若这种柯肯达尔空洞存在于功率模块用基板与散热器之间，则存在导致热阻上升且散热特性降低的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于前述情况而完成的，其目的在于提供一种由固相线温度较低的铝合金构成的铝合金部件和由铜、镍或银构成的金属部件良好地被接合，且层叠方向的热阻较低的接合体、具备该接合体的自带散热器的功率模块用基板及散热器以及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法。为了解决前述课题，本专利技术的一方式的接合体为金属部件和铝合金部件接合而成的接合体，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，该接合体的特征在于，所述铝合金部件与所述金属部件被固相扩散接合，所述铝合金部件中的与所述金属部件的接合界面侧形成有冷硬层(チル層)，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，且所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。另外，在本专利技术中，金属部件由铜或铜合金、镍或镍合金或者银或银合金构成。根据该结构的接合体，所述铝合金部件中的与所述金属部件的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，并且所述冷硬层的厚度被设为50μm，因此因该冷硬层而构成金属部件的金属元素的扩散移动受到阻碍，抑制了柯肯达尔空洞的产生，从而能够降低层叠方向的热阻。本专利技术的一方式的自带散热器的功率模块用基板为具备绝缘层、形成于该绝缘层的一面的电路层、形成于所述绝缘层的另一面的金属层及配置于该金属层的与所述绝缘层相反的一侧的面的散热器的自带散热器的功率模块用基板，该自带散热器的功率模块用基板的特征在于，所述金属层中的与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成，所述散热器中的与所述金属层的接合面由固相线温度被设为低于构成所述金属层的所述接合面的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，所述散热器与所述金属层被固相扩散接合，所述散热器中的与所述金属层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，且所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。根据该结构的自带散热器的功率模块用基板，所述散热器中的与所述金属层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上，因此因该冷硬层而构成金属层的金属元素的扩散移动受到阻碍，抑制了柯肯达尔空洞的产生，从而热阻较低且散热特性尤其优异。本专利技术的一方式的散热器为具备散热器主体及所述金属部件层的散热器，该散热器的特征在于，所述金属部件层由铜、镍或银构成，所述散热器主体由固相线温度被设为低于构成所述金属部件层的金属元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接合体，其为金属部件和铝合金部件接合而成的接合体，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，该接合体的特征在于，所述铝合金部件与所述金属部件被固相扩散接合，所述铝合金部件中的与所述金属部件的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.16 JP 2015-084029;2016.02.24 JP 2016-033201.一种接合体，其为金属部件和铝合金部件接合而成的接合体，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，该接合体的特征在于，所述铝合金部件与所述金属部件被固相扩散接合，所述铝合金部件中的与所述金属部件的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。2.一种自带散热器的功率模块用基板，其为具备绝缘层、形成于该绝缘层的一面的电路层、形成于所述绝缘层的另一面的金属层及配置于该金属层的与所述绝缘层相反的一侧的面的散热器的自带散热器的功率模块用基板，该自带散热器的功率模块用基板的特征在于，所述金属层中的与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成，所述散热器中的与所述金属层的接合面由固相线温度被设为低于构成所述金属层的所述接合面的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，所述散热器与所述金属层被固相扩散接合，所述散热器中的与所述金属层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。3.一种散热器，其为具备散热器主体及所述金属部件层的散热器，该散热器的特征在于，所述金属部件层由铜、镍或银构成，所述散热器主体由固相线温度被设为低于构成所述金属部件层的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，所述散热器主体中的与所述金属部件层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。4.一种接合体的制造方法，其为金属部件和铝合金部件接合而成的接合体的制造方法，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，该接合体的制造方法的特征在于，在接合前的所述铝合金部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺崎伸幸，长友义幸，
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