功率模块用基板及功率模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在控制大电流、高电压的半导体装置中使用的功率模块用基板及功率模块。
[0002]本申请主张基于2012年8月31日在日本申请的专利申请第2012-191607号的优先权，其申请的内容援用于本说明书中。
【背景技术】
[0003]作为以往的功率模块已知有如下结构的功率模块，S卩，在陶瓷基板的一面层叠有形成导体图案层的金属板，在该导体图案层上焊接有半导体芯片等电子组件，并且在陶瓷基板的另一面形成有成为散热层的金属板，在该散热层接合有散热片。
[0004]在用于功率模块的功率模块用基板中，通过钎焊将金属板接合到陶瓷基板的表面上。例如，在专利文献I中，利用挥发性有机介质的表面张力将钎料箔临时固定到陶瓷基板的表面，并且在将从基材冲切的导体图案层临时固定到该钎料箔表面的状态下进行加热，使挥发性有机介质挥发，并在厚度方向上对这些进行加压，从而形成钎焊有金属板和陶瓷基板的功率模块用基板。
[0005]另一方面，作为该种功率模块用基板，除了作为绝缘基板的功能、作为散热基板的功能以外，随着近几年来的高度集成化，还要求作为配线基板的功能，因此正在探讨使其多层化。
[0006]例如，在专列文献2所公开的金属陶瓷接合基板(功率模块用基板)中，多个陶瓷基板和铝制金属板以多层结构设置，所述多个陶瓷基板形成有通路孔用贯穿孔，所述金属板介于这些陶瓷基板之间。此时，金属板通过使金属熔融液流入在铸模内层叠的陶瓷基板上并使其固化来形成，因此，金属熔融液还进入到形成于陶瓷基板的贯穿孔内而被固化，从而陶瓷基板两侧的金属板通过该贯穿孔内的金属互相电连接。
[0007]并且，在专利文献3中公开有如下内容，S卩，在形成于陶瓷基板的贯穿孔内设置金属柱，并利用该金属柱连接陶瓷基板两面的金属板。
[0008]专利文献1:日本专利公开第4311303号公报
[0009]专利文献2:日本专利公开第4565249号公报
[0010]专利文献3:日本专利公开第4646417号公报
[0011]在这种多层结构的功率模块用基板中，与进一步的高度集成化相应地，伴随电子组件的发热会产生频繁的热应力作用，因此要求更高的功率循环性，并且，还要求与环境温度的变化相应地提高热循环性。
【发明内容】
[0012]本发明是鉴于该种情况而完成的，其目的在于提供一种进一步提高功率循环性和热循环性，从而更加能够应对高度的集成化的多层结构功率模块用基板、及使用该功率模块用基板的功率模块。
[0013]本发明的功率模块用基板的特征在于，由铜或铜合金制成的多个电路层用金属板通过第I陶瓷基板接合成层叠状态，并且在形成于所述第I陶瓷基板的贯穿孔内，插入有使配置于该第I陶瓷基板两面的两个电路层用金属板成为连接状态的金属部件，在所述层叠状态的电路层用金属板一侧的面接合有第2陶瓷基板，在该第2陶瓷基板的与所述电路层用金属板相反一侧的面接合有由铝或铝合金制成的散热层用金属板。
[0014]通过第I陶瓷基板成为层叠状态的多个电路层用金属板通过金属部件被连接，从而形成有多层电路层，并且能够构建高度集成的电路层。而且，该电路层由导热性优异的铜或铜合金形成，因此能够迅速扩散来自所搭载的半导体元件的热量，并且不会使固定该半导体元件的焊料层出现变形或龟裂，能够长期完好地维持该焊料层，能够提高功率循环性。
[0015]另一方面，由于在第2陶瓷基板的另一面接合有由铝或铝合金制成的散热层用金属板，因此能够缓解伴随与陶瓷基板的热膨胀差而产生的应力，从而能够防止陶瓷基板产生裂纹或龟裂，提高热循环性。
[0016]在本发明的功率模块用基板中，可在配置于所述第I陶瓷基板与第2陶瓷基板之间的中段电路层用金属板一体地形成有比所述第I陶瓷基板更向外侧突出的外部连接用引线端子部。
[0017]最上段电路层用金属板搭载有电子组件，因此为了朝向外部进行配线需迂回电子电路而形成电路等，在此形成引线端子部时容易在面方向上变大，而利用中段金属板时，只要在其外周的适宜位置形成引线端子部即可，从而能够抑制平面面积扩大，使功率模块用基板小型化。
[0018]在本发明的功率模块用基板中，优选在所述第2陶瓷基板形成有比所述第I陶瓷基板更向外侧突出的突出部，并且所述引线端子部的至少一部分支承于所述第2陶瓷基板的突出部上。
[0019]能够使第2陶瓷基板负担将接合引线等连接于引线端子部的情况下的一部分荷载，从而能够防止引线端子部变形。
[0020]在本发明的功率模块用基板中，优选在形成于所述第I陶瓷基板和所述第2陶瓷基板之间的中段电路层形成有在该中段电路层端部开口的孔部。
[0021]本发明的功率模块，其特征在于，具备:所述功率模块用基板；及电子组件，接合于被配置在所述第I陶瓷基板上的所述电路层用金属板上，其中，除所述散热层用金属板的表面以外，所述功率模块用基板及所述电子组件被树脂模塑件密封。
[0022]通过用树脂模塑件密封电子组件和功率模块用基板，树脂流入到层压于电子组件及散热层之间的多个基板及金属板、及电子组件的周围和间隙，从而能够在功率模块用基板牢固地保持树脂模塑件，能够良好地确保电子组件的接合性。
[0023]并且，通过用树脂模塑件密封电子组件和翘曲被抑制的功率模块用基板，能够使搭载有电子组件的电路层侧树脂的厚度均匀，并且在加载有功率循环时，能够维持所述焊料层的接合可靠性。
[0024]尤其，在中段电路层具有孔部时，树脂还进入到孔部，从而能够在功率模块用基板上更加牢固地保持树脂模塑件。
[0025]本发明的带散热片的功率模块还可以具备:所述功率模块用基板；散热片，接合于所述功率模块用基板的所述散热层用金属板；及电子组件，接合于被配置在所述第I陶瓷基板上的所述电路层用金属板上，其中，所述功率模块用基板及所述电子组件被树脂模塑件密封，并且所述散热片的一部分被所述树脂模塑件覆盖。
[0026]根据本发明，由铜或铜合金形成电路层用金属板，由铝或铝合金形成散热层用金属板，从而能够获得高度发挥功率循环性和热循环性这两个特性且能够长期保持较高可靠性的多层功率模块用基板。
【附图说明】
[0027]图1表示本发明的功率模块用基板的第I实施方式的纵剖视图，相当于图2的A-A向视图。
[0028]图2是图1的功率模块用基板的俯视图。
[0029]图3是图1的B-B向俯视图。
[0030]图4是图1的右侧视图。
[0031]图5是表示图1的接合部附近的放大剖视图。
[0032]图6是表示一次接合时的接合前状态的分解剖视图。
[0033]图7是表示接合前的陶瓷基板贯穿孔与电路层用金属板凸部之间的尺寸关系的与图5相同的放大剖视图。
[0034]图8是表示在本发明的制造方法中所使用的加压装置的例子的主视图。
[0035]图9是表示将散热层用金属板接合于一次接合体之前的状态的分解剖视图。
[0036]图10是在图1的功率模块用基板上搭载电子组件而形成树脂模塑件的功率模块用剖视图。
[0037]图11是在带散热片的功率模块上形成树脂模塑件的剖视图。
[0038]图12是表示接合部附近的另一例子的与图5相同的放大剖视图。
[0039]图13是表示接合部的又一例子的与图5相同的放大剖视图。
[0040]图14是说明本发明的功率模块用基板的另一实施方式的中段电路层结构的与图3相同的俯视图。
[0041]图15是说明本发明的功率模块用基板的又一实施方式的中段电路层结构的与图3相同的俯视图。
【具体实施方式】
[0042]以下，参考附图，对本发明的一实施方式进行说明。
[0043]如图1及图2所示，在该功率模块用基板1，多个陶瓷基板2、3、电路层用金属板4A?4E、5A、5B、及散热层用金属板6成为层叠状态，并且彼此通过钎焊等来接合，在配置于最上段的电路层用金属板4A?4E的一部分(在图示的例子中为4D、4E)搭载有电子组件7，在配置于最下段的散热层用金属板6接合有散热片8。
[0044]陶瓷基板2、3由41队么1203、5丨(:等形成为例如0.32111111?1.0111111的厚度。并且，电路层用金属板4A?4E、5A、5B由无氧铜或韧铜等纯铜或铜合金形成，散热层用金属板6由99.90%以上纯度的纯铝或铝合金形成。这些金属板的厚度例如为0.25mm?2.5mm。
[0045]这些接合如后所述那样分两次进行，在先接合两个陶瓷基板2、3和电路层用金属板4A?4E、5A、5B之后，再将散热层用金属板6接合于第2陶瓷基板3。此时，在两个陶瓷基板2、3和电路层用金属板4A?4E、5A、5B的接合中，例如使用Ag_27.4质量％ Cu_2.0质量％ Ti的活性金属钎料，在第2陶瓷基板3和散热层用金属板6的接合中，使用Al-Si系或Al-Ge系钎料。
[0046]并且，在图示的例子中，使用了第I陶瓷基板2和第2陶瓷基板3这两片陶瓷基板，在第I陶瓷基板2的两面配置有电路层用金属板4A?4E、5A、5B。在与