功率模块用基板的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种控制大电流、高电压的半导体装置中所使用的功率模块用基板的 制造方法。
[0002] 本申请主张基于2012年12月17日申请的日本专利申请2012-275157号的优先 权，并将其内容援用于此。
【背景技术】
[0003] 作为W往的功率模块用基板，已知有在陶瓷基板的一面层叠成为电路层的金属 板，而在陶瓷基板的另一面层叠成为散热层的金属板的结构的基板。而且，在该电路层上焊 接半导体巧片等电子零件，并且在散热层上接合散热器化eatsink)。
[0004] 该种功率模块用基板中，成为电路层的金属板有时会使用电特性优良的铜，而成 为散热层的金属板有时会为了减缓与陶瓷基板之间的热应力而使用侣。
[0005] 例如，专利文献1中公开一种电路基板，其陶瓷基板的一面与铜板接合，另一面与 侣板接合。此时，陶瓷基板与铜板通过使用了活性金属的纤料而接合，陶瓷基板与侣板通过 A^Si系纤料而接合。当使用Ag-化-Ti系活性金属纤料时，接合温度为800~930°C、而使 用M-Si系纤料时，接合温度为500~650°C。
[0006] 专利文献1 ;日本专利公开2003-197826号公报
[0007] 如专利文献1所记载的那样，当将陶瓷基板与铜板通过使用了活性金属的纤焊而 接合时，是W800~930°C接合，因此在陶瓷基板的另一面会形成氧化膜。在该氧化膜形成 的状态下，即使纤焊散热层，也会因为氧化膜的存在，而有可能造成在陶瓷基板与散热层的 接合界面发生剥离。
[0008] 尤其，在陶瓷基板与散热层的接合界面当中，承受最多热应力的周缘部会有剥离 加剧的可能性。并且，在散热层与散热器之间使用助焊剂而进行纤焊时，由于助焊剂具有 去除氧化膜的效果，因此存在陶瓷基板与散热层的接合界面的周缘部的氧化膜被助焊剂侵 蚀，使得陶瓷基板与散热层的接合界面的剥离进一步加剧的问题。
【发明内容】
[0009] 本发明是鉴于该种情况而完成的，其目的在于尤其在散热器接合时抑制陶瓷基板 与散热层的剥离。
[0010] 本发明的功率模块用基板的制造方法，其具有：电路层接合工序，在陶瓷基板的一 面，纤焊由铜构成的电路层；散热层接合工序，在所述陶瓷基板的另一面，纤焊由侣构成的 散热层；及表面处理工序，在所述电路层接合工序之后、所述散热层接合工序之前，使所述 陶瓷基板的所述另一面的氧化膜厚度，至少在所述陶瓷基板与所述散热层的接合预定区域 的周缘部，成为3. 2nmW下，制造出具有所述陶瓷基板、与该陶瓷基板的所述一面接合的所 述电路层及与所述陶瓷基板的所述另一面接合的所述散热层的功率模块用基板。
[0011] 本发明中，在接合散热层之前，在陶瓷基板与散热层的接合预定区域的周缘部会 使氧化膜的厚度成为3. 2nmW下，由此能够在陶瓷基板与散热层的接合界面减少剥离。而 且，当使用助焊剂来纤焊时，能够抑制助焊剂对于陶瓷基板与散热层的接合界面的侵蚀。
[0012] 在本发明的功率模块用基板的制造方法中，所述表面处理工序中，可将所述陶瓷 基板的所述另一面W选自盐酸、硝酸、硫酸中的一种W上的酸进行清洗。
[0013] 当清洗陶瓷基板表面时，若使用碱则会侵蚀陶瓷基板。并且，若通过喷砂处理等机 械性处理，则应力会残留在表面部，而有可能成为导致裂痕等的原因。在酸当中，尤其盐酸 的氧化作用较弱，且即使附着于电路层也不会侵蚀，因此适合用于去除氧化膜的表面处理。
[0014] 根据本发明的功率模块用基板的制造方法，是在电路层与陶瓷基板的接合即高温 加热处理后，对陶瓷基板施加表面处理，使表面的氧化膜成为规定厚度W下之后再接合散 热层，因此在陶瓷基板与散热层的接合界面能够制造出接合可靠性高的功率模块用基板。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明所设及的功率模块用基板的制造方法的流程图。
[0016] 图2是表示使用本发明的制造方法而制造的功率模块的剖视图。
[0017] 图3是表示本发明的制造方法中所使用的加压夹具例子的侧视图。
[0018] 图4是表示氧化膜厚度的测定处的主视图。
【具体实施方式】
[0019] W下，对本发明所设及的功率模块用基板的制造方法的实施方式进行说明。
[0020] 图2所示的功率模块100由功率模块用基板10、搭载于功率模块用基板10表面的 半导体巧片等电子零件20、及与功率模块用基板10的背面接合的散热器30构成。
[0021] 功率模块用基板10中，在陶瓷基板11的一面（电路层面），电路层12在厚度方 向层叠，而在陶瓷基板11的另一面（散热层面），散热层13W在厚度方向层叠的状态被接 厶 口 〇
[0022] 陶瓷基板11通过AlN、Al2〇3、SiC等，例如形成为0. 32mm~1.0mm的厚度。电路层 12由无氧铜或初铜（tou曲pitchcopper)等纯铜或铜合金形成。散热层13由纯度99. 00% W上的纯侣或侣合金形成。该些电路层12及散热层13的厚度，例如为0. 25mm~2. 5mm。
[0023] 本实施方式的功率模块用基板10,例如作为优选的组合例子是W由厚度0. 635mm 的A1N形成的陶瓷基板11、及由厚度0.6mm的纯铜板形成的电路层12、及由厚度1.6mm的 4N-侣板形成的散热层13构成。
[0024] 该些陶瓷基板11、电路层12及散热层13的接合如后述分两次进行。目P，首先在 陶瓷基板11的电路层面接合电路层12之后，再在陶瓷基板11的散热层面接合散热层13。 此时，在陶瓷基板11与电路层12接合时，例如使用Ag-27. 4质量％化-2. 0质量％Ti的活 性金属纤料。在陶瓷基板11与散热层13接合时，例如使用M-Si系或Al-Ge系纤料。
[00巧]接着，对如此构成的功率模块用基板10的制造方法进行说明。在图1中示出其流 程。
[0026] 如前述，首先在陶瓷基板11的电路层面接合电路层12(电路层接合工序）之后， 再在陶瓷基板11的散热层面接合散热层13 (散热层接合工序）。并且，在接合电路层12之 后，接合散热层13之前，在未接合电路层12的一侧的陶瓷基板11的表面（散热层面）施 W表面处理（表面处理工序）。然后，在散热层13接合散热器30。W下，按照顺序对该些 工序进行说明。
[0027] (电路层接合工序）
[0028] 使电路层12隔着由膏或巧构成的活性金属纤料而层叠于陶瓷基板11的一面（电 路层面），形成层叠体40。将该层叠体40夹在由石墨碳等构成的板状的缓冲垫片50之 间，并在此状态下堆叠多组，通过如图3所示的加压夹具110在层叠方向例如W0. 3MPa~ 1.OMPa进行加压。
[0029] 加压夹具110具备底座板111、垂直安装在底座板111上面的四角的导柱112、固 定在该些导柱112的上端部的固定板113、在底座板111与固定板113之间上下移动自如地 被导柱112支承的推压板114、及设置在固定板113与推压板114之间而将推压板114朝下 方加力的弹黃等加力机构115。在底座板111与推压板114之间，配设前述层叠体40及缓 冲垫片50。
[0030] 在通过该加压夹具110将层叠体40加压的状态下，将整个加压夹具110设置在加 热炉（图示省略）内，在真空环境中W800°CW上930°CW下的温度加热1分钟~60分钟， 由此将陶瓷基板11与电路层12纤焊。
[0031] 该纤焊为使用了活性金属纤料的接合，纤料中的活性金属即Ti会优先扩散至陶 瓷基板11而形成TiN，并通过Ag-化合金将电路层12与陶瓷基板11接合。
[00础（表面处理工