功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、功率模块用基板的制造方法...的制作方法_4

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有AgW及氧化物形成元素 们)的合金粉末的粒径被设为40ymW下,所W能够薄薄地涂布该铜板接合用浆料。从而, 能够使在接合后(凝固后)形成的Ag-化共晶组织层32的厚度变薄。
[0129] 另外,由于粉末成分的含有量被设为40质量% ^上90质量% ^下,因此能够使Ag 朝铜板22扩散而可靠地形成烙融金属区域27,且能够接合铜板22与陶瓷基板11。并且, 根据上述的粉末成分的含有量,能够确保溶剂的含有量,且能够在陶瓷基板11的接合面可 靠地涂布铜板接合用浆料,并能够可靠地形成AgW及氧化物形成元素层24。
[0130]另外,在本实施方式中,铜板接合用浆料根据需要而含有分散剂,因此能够将粉末 成分进行分散,能够均一地进行Ag的扩散。并且,能够均一地形成氧化物层31。
[0131] 并且,在本实施方式中,铜板接合用浆料根据需要而含有可塑剂,因此能够比较自 由地形成铜板接合用浆料的形状,且能够可靠地涂布于陶瓷基板11的接合面。
[0132] 并且,在本实施方式中,铜板接合用浆料根据需要而含有还原剂,因此能够通过还 原剂的作用而除去形成于粉末成分的表面的氧化皮膜等,且能够可靠地进行Ag的扩散W 及氧化物层31的形成。
[0133](第二实施方式)
[0134] 其次,对第二实施方式进行说明。在图7中示出本实施方式的功率模块用基板 110。
[0135] 该功率模块用基板110具备;陶瓷基板111、配设在该陶瓷基板111的一面(第一 面,在图7中上表面)的电路层112、W及配设在陶瓷基板111的另一面(第二面,在图7中 下表面)的金属层113。
[0136] 陶瓷基板111防止电路层112与金属层113之间的电连接,W绝缘性高的Al2〇3(氧 化侣)构成。并且,陶瓷基板111的厚度被设在0. 2~1. 5mm的范围内,在本实施方式中设 为 0. 32mm。
[0137] 如图10所示,电路层112在陶瓷基板111的第一面(在图10中上表面)通过接 合铜板122而形成。电路层112的厚度被设在0. 1mmW上1. 0mmW下的范围内,在本实施 方式中设为0.6mm。并且,在该电路层112形成有电路图案,其一面(在图7中上表面)设 为搭载半导体元件的搭载面。电路层112的另一面(在图7中下表面)与陶瓷基板111的 第一面接合。
[013引在本实施方式中,铜板122(电路层112)被设为纯度99. 99质量上的无氧铜 (0FC)的压延板。
[0139] 如图10所示,金属层113在陶瓷基板111的第二面(在图10中下表面)通过接 合铜板123而形成。金属层113的厚度被设在0. 1mmW上1. 0mmW下的范围内,在本实施 方式中被设为0.6mm。
[0140] 在本实施方式中,铜板123(金属层113)被设为纯度99. 99质量%W上的无氧铜 (0FC)的压延板。
[0141] 其中,陶瓷基板111与电路层112的接合,W及陶瓷基板111与金属层113的接合 使用含有后述的AgW及氧化物形成元素的铜板接合用浆料。
[0142] 在图8中示出陶瓷基板111与电路层112W及金属层113的接合界面的扩大图。 在陶瓷基板111的表面形成有氧化物层131,该氧化物层131由铜板接合用浆料中含有的氧 化物形成元素的氧化物构成。
[0143] 并且,在本实施方式中,在第一实施方式中观察到的Ag-化共晶组织层被设为未 被明确观察的构成。
[0144] 其次,对所述的构成的功率模块用基板110的制造方法进行说明。
[0145] 如上所述,陶瓷基板111与成为电路层112的铜板122的接合使用含有AgW及氧 化物形成元素的铜板接合用浆料。于是,首先,对铜板接合用浆料进行说明。
[0146] 本实施方式中所使用的铜板接合用浆料含有:含AgW及氧化物形成元素的粉末 成分、树脂、溶剂、分散剂、可塑剂、W及还原剂。
[0147] 而且,粉末成分除了Ag化及氧化物形成元素W外,还含有选自In、Sn、Al、Mn化及 化的一种或两种W上的添加元素,在本实施方式中含有Sn。
[0148] 其中,粉末成分的含有量被设为铜板接合用浆料全体的40质量% ^上90质量% W下。
[0149] 并且,在本实施方式中,铜板接合用浆料的粘度为10化'SW上500化-SW下,进 一步优选调整在50化?SW上300Pa?SW下。
[0150] 氧化物形成元素优选为选自Ti、Hf、Zr、Nb的一种或两种W上的元素,在本实施方 式中,作为氧化物形成元素含有Zr。
[0151] 其中,粉末成分的组成被设为,氧化物形成元素(在本实施方式是Zr)的含有量为 0. 4质量%^上75质量%^下,含有选自In、Sn、Al、Mnw及化的一种或两种W上的添加 元素(在本实施方式为Sn)的含有量为0质量%^上50质量%^下,剩下部分Ag W及不 可避免的杂质。但,Ag的含有量为25质量%^上。在本实施方式中,含40质量%的21~、20 质量%的Sn,剩下部分被设为Ag W及不可避免的杂质。
[0152] 并且,在本实施方式中,作为粉末成分使用要素粉末(Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末)。 该等的Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末W粉末成分全体能够成为上述的组成的方式调配。
[0153] 该等的Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末分别将粒径设于40 y m W下,优选设为20 y m W 下,进一步优选设为10 ym W下。
[0154] 另外,该等的Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末的粒径例如能够通过使用"micro-track method"而测定。
[0155] 其中,树脂、溶剂适用与第一实施方式同样的成分。并且,在本实施方式中也根据 需要添加分散剂、可塑剂、还原剂。
[0156] 并且,在本实施方式所使用的铜板接合用浆料按照在第一实施方式所示的制造方 法而制造。目P,除了取代合金粉末,使用Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末W外,W与第一实施方式 同样的程序而制造。
[0157] 其次,参照图9 W及图10对使用该铜板接合用浆料的本实施方式的功率模块用基 板110的制造方法进行说明。
[015引 (Ag W及氧化物形成元素层的形成工序Sill)
[0159] 首先,如图10所示,在陶瓷基板111的第一面W及第二面,通过网版印刷而涂布所 述的本实施方式的铜板接合用浆料,形成Ag W及氧化物形成元素层124,125。另外,Ag W 及氧化物形成元素层124,125的厚度在干燥后被设为60 ym W上300 ym W下。
[0160] (层叠工序S112)
[0161] 其次,将铜板122层叠于陶瓷基板111的第一面侧。并且,将铜板123层叠于陶瓷 基板111的第二面侧。目P,使Ag W及氧化物形成元素层124,125介于陶瓷基板111与铜板 122,陶瓷基板111与铜板123之间。
[0162] (加热工序S113)
[0163] 其次,在对铜板122,陶瓷基板111,铜板123 W层叠方向加压(压力1~35kgf/ cm2)的状态下装入真空加热炉内进行加热。于是,Ag W及氧化物形成元素层124的Ag朝 铜板122扩散,并且Ag W及氧化物形成元素层125的Ag朝铜板123扩散。
[0164] 此时,铜板122的化W及Ag通过反应而烙融,在铜板122与陶瓷基板111的界面 形成烙融金属区域。并且,铜板123的化与Ag通过反应而烙融,在铜板123与陶瓷基板 111的界面形成烙融金属区域。
[016引其中,本实施方式中,真空加热炉内的压力被设在10-中a W上10-中a W下的范围 内,加热温度被设在790°C W上850°C W下的范围内。
[0166] (凝固工序S114)
[0167] 其次,通过使烙融金属区域凝固而接合陶瓷基板111与铜板122、123。另外,在凝 固工序S114结束后,Ag W及氧化物形成元素层124,125的Ag会被充分地扩散,不会有在 陶瓷基板111与铜板122、123的接合界面残存Ag W及氧化物形成元素层124、125的情形。 烙融金属区域通过停止真空加热炉的加热而W自然冷却等冷却而凝固。
[016引通过该种方式,制出本实施方式的功率模块用基板110。
[0169] 在该功率模块用基板110的电路层112上搭载半导体元件,并且在金属层113的 另一方侧配设散热器。
[0170] 根据W上构成的本实施方式的功率模块用基板110,在由铜板122构成的电路层 112与陶瓷基板111的接合部中,Ag-化共晶组织层的厚度被设为15ymW下,在本实施方 式中,由于Ag-化共晶组织层变薄至不能明确地观察程度,因此即使在冷热周期负荷时在 陶瓷基板111与电路层112的热膨胀系数之差所引起的剪切应力作用时,电路层112侧也 适度地变形,能够抑制陶瓷基板111的破裂。
[0171] 并且,由于在陶瓷基板111的表面形成有氧化物层131,因此能够可靠地接合陶瓷 基板111与电路层112。
[0172] 并且,由于通过Ag朝铜板122,123的扩散而形成烙融金属区域,因此在陶瓷基板 111与铜板122,123的接合部中烙融金属区域不会过渡形成,在接合后(凝固后)所形成的 Ag-化共晶组织层的厚度变薄。因此,能够抑制陶瓷基板111发生破裂。
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