功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块、功率模块 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具备在绝缘层一个面（第一面）形成电路层，并且在所述绝缘层 的另一个面（第二面）形成金属层的功率模块用基板、具备接合于功率模块用基板的金属 层一侧的金属部件的自带金属部件的功率模块用基板、具备搭载于该自带金属部件的功率 模块用基板的电路层的半导体元件的自带金属部件的功率模块、功率模块用基板的制造方 法、以及自带金属部件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27日于日本申请的专利申请2012-284641号的优 先权，并将其内容援用在此。
【背景技术】
[0003]各种半导体元件中，用于控制电动汽车或电动车辆等的大功率控制用的功率元 件，由于发热量较多，因此作为搭载该功率元件的基板从一直以来广泛使用如下基板：例 如在由A1N(氮化铝）等构成的陶瓷基板（绝缘层）上，将导电性优异的金属板作为电路层 而接合，在陶瓷基板的下表面，为了放热也将热传导性优异的金属板作为金属层而接合的 功率模块用基板。
[0004] 这种功率模块用基板在其电路层上，经由焊锡材料搭载半导体元件作为功率元 件。
[0005]而且，在这种功率模块用基板中，有时在金属层一侧进一步接合放热板、冷却器、 缓冲板等的金属部件。
[0006] 例如专利文献1中，公开了一种功率模块用基板，其在绝缘层的一个面（第一面） 形成由A1构成的电路层，在绝缘层的另一个面（第二面）形成由A1构成的金属层。并且， 公开了一种自带散热器的功率模块用基板（自带金属部件的功率模块用基板），其在该功 率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合散热器（金属部件）。
[0007] 另外，在专利文献2、3中，公开了一种自带缓冲层的功率模块用基板（自带金属部 件的功率模块用基板），其在功率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合有由铝构成的 缓冲层（金属部件）。
[0008]并且，在专利文献4中，公开了一种自带缓冲层的功率模块用基板（自带金属部件 的功率模块用基板），其在功率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合有由金属基复合 材料（铝基复合材料）构成的缓冲层（金属部件）。
[0009] 这些自带缓冲层的功率模块用基板中，作为自带散热器的功率模块用基板在缓冲 层一侧进一步接合散热器。
[0010] 专利文献1 :日本专利公开2008-16813号公报
[0011] 专利文献2 :日本专利公开2009-135392号公报
[0012] 专利文献3 :日本专利公开2009-224571号公报
[0013] 专利文献4 :日本专利公开2010-098057号公报
[0014] 在专利文献1~4所示的自带散热器的功率模块用基板、以及自带缓冲层的功率 模块用基板中，功率模块用基板的金属层与金属部件通过钎焊而接合。钎焊因为进行钎焊 时的接合温度较高（例如约650°C )，因此施加于该功率模块用基板的热负荷较大，功率模 块用基板（尤其是绝缘层）有时会劣化。
[0015] 并且，钎焊由于接合温度较高，在功率模块用基板或金属部件所产生的热应力变 大，功率模块用基板或金属部件的翘曲有时会变大。
【发明内容】
[0016] 本发明是鉴于前述的情况而完成的，本发明的目的在于提供一种在功率模块用基 板的金属层与金属部件的接合中，能够降低施加于功率模块用基板的热负荷，并且减少功 率模块用基板以及金属部件所产生的翘曲的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用 基板、自带金属部件的功率模块、功率模块用基板的制造方法、自带金属部件的功率模块用 基板的制造方法。
[0017] (1)本发明一方式的功率模块用基板，其为具备绝缘层、形成于该绝缘层的第一面 的电路层、以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层的功率模块用基板，其中，在所述金属 层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，层叠有与接合层接合的第一基底层，所 述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构 成，所述第一基底层具有在与所述金属层的界面上形成的第一玻璃层以及层叠于该第一玻 璃层的弟一 Ag层。
[0018] 根据本发明的功率模块用基板，第一基底层具备在与金属层的界面上形成的第一 玻璃层，因此根据玻璃成分能够去除形成于金属层表面的氧化膜，且能够确保第一基底层 与金属层的接合强度。
[0019] 并且，在第一玻璃层层叠有第一 Ag层，因此能够在功率模块用基板的金属层一侧 配设金属部件，且能够经由金属的烧成体所构成的接合层而接合功率模块用基板与散热 器。由该金属的烧成体构成的接合层可以以比钎焊温度更低的温度形成，因此能够将功率 模块用基板与金属部件以较低的温度进行接合，能够降低施加于功率模块用基板的热负 荷，而抑制功率模块用基板的劣化。并且，还能够减少功率模块用基板以及金属部件所产生 的翘曲。
[0020] (2)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)所记载的功率模块用基 板，其中，所述第一基底层为含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料的烧成体。
[0021] 此时，通过对含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料进行烧成，可简单且确切地形成具备 在金属层的界面上形成的第一玻璃层以及层叠于第一玻璃层而形成的第一 Ag层的第一基 底层。
[0022] (3)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)或（2)所记载的功率模块 用基板，其中，在所述第一 Ag层分散有玻璃，露出于所述第一基底层表面的所述玻璃的面 积比率被设定为55%以下。
[0023] 此时，露出于第一基底层表面的所述玻璃的面积比率被设定为55%以下，因此在 第一基底层，层叠而形成由金属的烧成体构成的接合层时，能够牢固地接合第一基底层的 第一Ag层与接合层，而不被玻璃阻碍。
[0024] (4)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)~（3)中任一项所记载的 功率模块用基板，其中，在所述电路层中与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，形成有 第二基底层，所述第二基底层具有在与所述电路层的界面上形成的第二玻璃层以及层叠于 该第二玻璃层的第二Ag层。
[0025]此时，在电路层中与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，形成有第二基底层， 第二基底层具有在与电路层的界面上形成的第二玻璃层，因此根据玻璃成分能够去除形成 于电路层的表面的氧化膜，且能够确保电路层与第二基底层的接合强度。
[0026]并且，由于形成有第二基底层，因此能够经由金属的烧成体所构成的接合层而接 合半导体元件。
[0027] (5)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据⑴~⑷中任一项所记载的 功率模块用基板，其中，所述绝缘层为选自A1N、Si3N4或A1 203的陶瓷基板。
[0028] 选自A1N、Si3N4或A1 203的陶瓷基板，其绝缘性以及强度优异，能够提高功率模块 的可靠性。并且，通过在该陶瓷基板的第一面以及第二面接合金属板，可轻易形成电路层以 及金属层。
[0029] (6)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块用基板，其为具备（1)~（5)中 任一项所记载的功率模块用基板以及接合于该功率模块用基板的所述金属层一侧的金属 部件，在所述第一基底层与所述金属部件之间形成有由金属的烧成体构成的接合层。
[0030]根据此构成的自带金属部件的功率模块用基板，在第一基底层与金属部件之间形 成有由金属的烧成体构成的接合层，因此可牢固地接合功率模块用基板（金属层）与金属 部件。而且，前述的由金属的烧成体构成的接合层，可以以比钎焊温度更低的温度形成，因 此能够将功率模块用基板与金属部件以较低的温度进行接合，且能够降低在该功率模块用 基板的热负荷。并且，能够减少在功率模块用基板以及金属部件所产生的翘曲。
[0031] (7)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块用基板，其为根据（6)所记载 的自带金属部件的功率模块用基板，其中，在所述自带金属部件的功率模块用基板中，所述 接合层为包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体。
[0032]此时，第一基底层的第一Ag层与接合层变成相同Ag之间的接合，因此能够进一步 牢固地接合第一基底层与接合层。
[0033] (8)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块，其具备（6)或（7)所记载的自 带金属部件的功率模块用基板以及搭载于该自带金属部件的功率模块用基板的电路层一 侧的半导体元件。
[0034]根据本发明的自带金属部件的功率模块，如上所述具备降低功率模块用基板与金 属部件的接合时所产生的功率模块用基板的热劣化，并且减少功率模块用基板或金属部件 的翘曲的自带金属部件的功率模块用基板，因此能够提高可靠性。
[0035] (9)本发明的其他方式的功率模块用基板的制造方法，其为具备绝缘层、形成于该 绝缘层的第一面的电路层以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层的功率模块用基板的 制造方法，具备如下工序：通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面 上，涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基 底层，所述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧 成体构成。
[0036](10)本发明其他方式的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其为具备在 绝缘层的第一面形成有电路层、并且在所述绝缘层的第二面形成有金属层的功率模块用基 板以及接合于所述金属层一侧的金属部件的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法， 其中，具备如下工序：通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂 布含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基底层， 所述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子的至少一方或双方中的接合材料的烧成体 构成；在所述第一基底层的表面，涂布包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或 双方的接合材料；向所涂布的接合材料层叠金属部件；以及在层叠有所述功率模块用基板 与所述金属部件的状态下进行加热，从而形成接合所述第一基底层与所述金属部件的接合 层。
[0037]根据此构成的功率模块用基板的制造方法、或自带金属部件的功率模块用基板的 制造方法，具备通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂布含 有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，形成所述第一基底层的工序，因此能够去除 形成于金属层表面的氧化膜，且能够确切地接合金属层与第一基底层。
[0038] 并且，当具备在所述第一基底层的上部涂布包含Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至 少一方或双方的接合材料的工序、向所涂布的接合材料层叠金属部件的工序以及在经层叠 有所述功率模块用基板与所述金属部件的状态进行加热而形成接合所述第一基底层与所 述金属部件的接合层的工序时，在对接合层进行烧成时可牢固地接合第一基底层与金属部 件。
[0039] 并且，上述接合材料的烧成温度比钎焊的温度低，