绝缘基板和散热装置制造方法及图纸

绝缘基板(6)具备布线层(1)和绝缘层(4)，布线层(1)具有搭载发热性元件(21)的搭载面(1a)，绝缘层(4)在布线层(1)的下侧对于布线层(1)以层叠状配置。搭载面(1a)由布线层(1)的上表面构成。布线层(1)的上部具有铝‑碳粒子复合材料层(2)。布线层(1)中的比复合材料层(2)靠下侧的部分具有纯度为99％以上的纯铝层(3)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】绝缘基板和散热装置
本专利技术涉及搭载电子元件等发热性元件的绝缘基板和散热装置。再者，本专利技术的绝缘基板和散热装置的上下方向没有限定，本说明书和权利要求书中，为了容易理解绝缘基板和散热装置的结构，将搭载发热性元件的绝缘基板的搭载面侧定义为绝缘基板和散热装置的上侧，并将其相反侧定义为绝缘基板和散热装置的下侧。另外，本说明书和权利要求书中，将纯度99％以上的铝称为“纯铝”。因此，除了特别明确表示的情况以外，术语“纯铝”包括高纯度铝(纯度4N)和超高纯度铝(纯度5N以上)。再者，纯度4N是指纯度为99.99％，纯度为5N以上是指纯度为99.999％以上。
技术介绍
例如，对于功率器件所用的绝缘基板一般要求对于冷热循环试验(例如功率循环试验)中的热应力有高可靠性。该绝缘基板包括具有搭载面的布线层，在该搭载面上例如安装有作为发热性元件的半导体芯片。一般在布线层中的与搭载面相反的面接合绝缘层(陶瓷层)。对于该布线层要求高导热性(高导热率)。因此，以往的布线层一般由纯铝形成。日本专利第5150905号(专利文献1)公开了一种铝-碳粒子复合材料作为具有高导热性的材料。因此，为了得到具有高导热性的布线层，日本特开2017-7172号公报(专利文献2)公开了使用该复合材料作为布线层的材料。现有技术文献专利文献1：日本专利第5150905号专利文献2：日本特开2017-7172号公报
技术实现思路
近年来，开发了使用碳化硅(SiC)等的能够在高温下工作的半导体芯片。当这样的半导体芯片被搭载在布线层的搭载面上的情况下，对于绝缘基板要求高导热性以及比对于以往的绝缘基板所要求的热应力的可靠性更高的可靠性。本专利技术是鉴于上述技术背景而完成的，其目的是提供一种具有高导热性和对于热应力的高可靠性的绝缘基板和散热装置。本专利技术的其他目的和优点根据以下优选实施方式变得显而易见。本专利技术提供以下手段。[1]一种绝缘基板，具备布线层和绝缘层，所述布线层具有由上表面形成的发热性元件用搭载面，所述绝缘层在所述布线层的下侧对于所述布线层以层叠状配置，所述布线层的上部具有铝-碳粒子复合材料层，所述布线层中的比所述复合材料层靠下侧的部分具有纯度为99％以上的纯铝层。[2]根据前项[1]的绝缘基板，所述纯铝层的铝纯度为99.99％以上。[3]根据前项[1]或[2]所述的绝缘基板，所述复合材料层的厚度为100μm以上。[4]一种散热装置，具备前项[1]～[3]中任一项所述的绝缘基板和散热构件。本专利技术发挥以下效果。前项[1]中，布线层的上部具有铝-碳粒子复合材料层，因此布线层的导热性高。因此，绝缘基板具有高的导热性。另外，通过布线层的上部具有上述复合材料层，由此布线层的上部的线膨胀系数接近于发热性元件和/或焊料层的线膨胀系数。由此，能够提高焊料层的耐久性和可靠性，并且能够缓和对发热性元件的应力。此外，通过布线层的比复合材料层靠下侧的部分具有纯度为99％以上的纯铝层，由此冷热循环负荷时在布线层与绝缘层之间产生的热应力被纯铝层缓和。因此，绝缘基板对于热应力具有高的可靠性。此外，通过布线层的上部具有上述复合材料层，由此能够抑制由布线层的纯铝层与绝缘层之间的热应力引起的搭载面上的褶皱产生。前项[2]中，纯铝层中的铝纯度为99.99％以上，由此能够对绝缘基板进一步提高对热应力的可靠性。前项[3]中，通过复合材料层为100μm以上，由此能够切实地抑制搭载面上的褶皱产生。前项[4]中，能够提供一种发挥前项[1]～[3]中的任一项的效果的散热装置。附图说明图1是本专利技术的第1实施方式的散热器的截面图。图2是将多个预成型箔和纯铝层进行层叠的中途的状态的截面图。图3是将多个预成型箔和纯铝层的层叠体进行烧结的中途的状态的截面图。图4是通过钎焊将布线层、绝缘层和第1缓冲层进行接合一体化的中途的状态的截面图。图5是布线层、绝缘层和第1缓冲层接合一体化而形成的、本专利技术第1实施方式的绝缘基板的截面图。图6是本专利技术第1实施方式的散热装置的截面图。具体实施方式接着，参照附图对本专利技术的一些实施方式说明如下。图1～5是说明本专利技术第1实施方式的图。如图1所示，本第1实施方式的散热装置10A被用于功率器件(例如IGBT、MOSFET)等的散热，从上向下依次以层叠状具备布线层1、绝缘层4、第1缓冲层5、第2缓冲层7A和散热构件(包括冷却构件)8。并且，通过它们利用预定的接合单元以层叠状接合一体化来形成散热装置10A。本专利技术第1实施方式的绝缘基板6由布线层1、绝缘层4和第1缓冲层5构成。布线层1具有由其上表面形成的搭载面1a。在该搭载面1a上，作为发热性元件，例如半导体芯片(用两点划线表示)21经由钎料层(用两点划线表示)22接合。绝缘层4具有电绝缘性，通常由氮化铝板(AlN)等的陶瓷板构成。第1缓冲层5和第2缓冲层7A将在绝缘基板6和散热装置10A产生的热应力等应力加以缓和。第1缓冲层5由金属板构成、例如由纯铝板构成。第2缓冲层7A由金属板构成，详细而言，由具有多个贯穿孔7Aa的铝冲压金属板构成。散热构件8是液体冷却式的，具备壳体8a和配置在壳体8a内的波纹状内散热片8b。在壳体8a的内部，形成有由内散热片8b隔开的多个流路8c，多个流路8c用于流通作为冷却流体的冷却液(未图示)。散热构件8是金属制的，详细而言是铝制的。更详细而言，散热构件8的壳体8a由在其外表面和内表面中的至少内表面设有钎料层(未图示)的铝钎焊片构成，散热构件8的内散热片8b由铝板构成、或者由在两面中的至少单面设有钎料层(未图示)的铝钎焊片构成。内散热片8b的波顶部和波底部是在壳体8a的内表面钎焊而接合的。该散热装置10A中，在半导体芯片21产生的热依次向布线层1、绝缘层4、第1缓冲层5、第2缓冲层7A和散热构件8传导并向在流路8c中流动的冷却液散发。结果，半导体芯片21的温度降低。对于布线层1的结构详细说明如下。布线层1的上部具有铝-碳粒子复合材料层2。布线层1中的比复合材料层2靠下侧的部分具有纯度为99％(单位：质量％)以上的纯铝层(用点阴影表示)3。详细而言，布线层1由复合材料层2和纯铝层3构成。即，布线层1的上部由复合材料层2构成，搭载面1a由复合材料层2的上表面形成。布线层1中的比复合材料层2靠下侧的整个部分由纯铝层3构成。复合材料层2与纯铝层3利用预定的接合手段接合，详细而言，两层2、3被烧结接合，即两层2、3彼此通过烧结来接合(固定)。图1中的符号“X”表示复合材料层2与纯铝层3的接合面(详细而言为烧结接合面)(由两点划线表示)。另外，布线层1的纯铝层3与配置在布线层1下侧的绝缘层4以层叠状钎焊接合。这样，由于布线层1的上部由复合材料层2构成，因此能够提高布线层1的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘基板，具备布线层和绝缘层，/n所述布线层具有由上表面形成的发热性元件用搭载面，所述绝缘层在所述布线层的下侧对于所述布线层以层叠状配置，/n所述布线层的上部具有铝-碳粒子复合材料层，/n所述布线层中的比所述复合材料层靠下侧的部分具有纯度为99％以上的纯铝层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171128 JP 2017-2274421.一种绝缘基板，具备布线层和绝缘层，
所述布线层具有由上表面形成的发热性元件用搭载面，所述绝缘层在所述布线层的下侧对于所述布线层以层叠状配置，
所述布线层的上部具有铝-碳粒子复合材料层，
所述布线层中的比所述复合材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：南和彦，平野智哉，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP