功率模块用基板的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制大电流、高电压的半导体装置的功率模块用基板的制造方法。
[0002]本申请主张基于2013年3月7日于日本申请的日本专利申请2013-45999号的优先权，并将其内容援引于此。
【背景技术】
[0003]以往，作为功率模块用基板，已知有电路板在陶瓷基板的一个表面以层压状态被接合，并且散热板在另一个表面以层压状态被接合的基板，并且作为功率模块，通过在电路板上焊接半导体芯片(功率元件)等电子部件，在散热板上接合散热器来提供。
[0004]在这种功率模块用基板中，作为在陶瓷基板上以层压状态接合成为电路板和散热板的金属板的方法，例如具有专利文献I和专利文献2中记载的技术。
[0005]专利文献I中，公开有对通过厚度较薄的桥接部相互连接多个电路元件的状态的铜电路组装体进行调整，另一方面，在陶瓷基板上以铜电路组装体的形状图案印刷含有Ti等活性金属的Ag-CU-Ti等的接合材料，通过层压并进行加热而将它们接合，之后，通过蚀刻处理去除桥接部。
[0006]专利文献2中，公开有经由钎料箔将陶瓷母板与金属板层压而进行接合之后，对金属板进行蚀刻来形成电路图案，且在陶瓷母板的电路图案之间形成槽而将陶瓷母板沿槽进行分割，由此制造多个功率模块用基板的方法。
[0007]专利文献1:日本专利公开平6-216499号公报
[0008]专利文献2:日本专利公开2010-50164号公报
[0009]任意方法都能够制造多个功率模块用基板，且批量生产性优异，但是若对形成为能够并列形成这些多个功率模块用基板的大小的面积较大的陶瓷板与金属板的大板之间进行接合，则接合材料湿润扩展到电路元件以外的部分。金属板为铜时成为基于活性金属法的接合，其接合材料中含有Ag，因此难以通过蚀刻等去除湿润扩展的部分。
[0010]此时，可考虑预先将金属板单片化，并使用与该单片的形状对应的形状图案的钎料，但要求对它们进行层压而进行加压、加热处理时防止位置偏离的技术。
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于这种情况而完成的，本发明的目的在于提供一种方法，其能够防止通过活性金属钎焊法接合铜电路板与陶瓷板时的陶瓷板、接合材料及铜电路板的定位偏离，且能够高效地制造多个功率模块用基板。
[0012]本发明的功率模块用基板的制造方法，其为在具有能够并列形成多个陶瓷基板的面积的陶瓷板上，相互隔着间隔接合多个铜电路板之后，在这些铜电路板之间分割所述陶瓷板来制造多个功率模块用基板的方法，该制造方法的特征在于，具有:层压工序，在所述陶瓷板或所述铜电路板的任意一方形成与所述铜电路板的外形相同形状的由活性金属钎料构成的接合材料层，并且在另一方涂布将聚乙二醇作为主成分的临时固定材料，并通过该临时固定材料在所述陶瓷板上以将所述接合材料层与所述铜电路板对位来进行层压的状态临时固定；及接合工序，将该层压体在层压方向上加压并进行加热，从而接合所述陶瓷板与所述铜电路板。
[0013]该制造方法中，通过将聚乙二醇作为主成分的临时固定材料经由接合材料层临时固定铜电路板与陶瓷板，因此在之后的接合工序中，铜电路板与接合材料层也不会在陶瓷板上发生偏离，并保持它们被定位的状态，因此，能够防止接合材料向铜电路板的外侧溢出。
[0014]另外，聚乙二醇在常温下为固体，通过加热熔融，但由于是熔点低的高分子化合物，因此向陶瓷板或铜电路板的涂布作业较轻松，并且能够通过冷却至常温而使其固化并使陶瓷板与铜电路板成为经由接合材料层粘接的状态，并且，在接合工序中在达到接合温度之前快速分解，因此不会对接合面造成影响。
[0015]本发明的功率模块用基板的制造方法中，所述接合材料层是在所述陶瓷板的表面上涂布浆料而形成的层，所述层压工序设为将所述临时固定材料涂布于所述铜电路板而分别层压在所述陶瓷板上的各接合材料层上的工序即可。
[0016]关于活性金属钎料，包含在其中的Ti等活性金属与包含在陶瓷中的N、0或C进行反应，因此涂布在陶瓷板上时，与陶瓷板的润湿性变得较好且接合性变得良好。
[0017]本发明的功率模块用基板的制造方法中，所述铜电路板中的至少一部分由桥接部连接多个电路元件而成，所述桥接部的背面也可设为以相对于所述电路元件的背面成为凹部的方式形成。
[0018]能够将多个电路元件统一进行接合，并且由于桥接部的背面相对于电路元件的背面(接合面)成为凹部，因此能够抑制接合材料从接合面湿润扩展。
[0019]并且，由于是由桥接部连接多个电路元件，因此能够使多个电路元件一次性在陶瓷板上对位而进行层压。
[0020]根据本发明的功率模块用基板的制造方法，由于是通过将聚乙二醇作为主成分的临时固定材料经由接合材料临时固定铜电路板与陶瓷板，因此使之后的操作变得轻松而生产率提高，并且能够在准确地定位各部件的状态下进行接合，并能够防止接合材料从铜电路板溢出，从而能够制造商品价值较高的功率模块用基板。
【附图说明】
[0021]图1是示意表示在本发明的功率模块用基板的制造方法的第I实施方式中，在陶瓷板的单面形成接合材料层，且在铜电路板上附着临时固定材料而进行层压的中途的状态的剖面图。
[0022]图2是示意表示从图1中示出的状态到在陶瓷板上层压铜电路板之后的状态的剖面图。
[0023]图3是示意表示重叠多组如图2中示出的已层压的陶瓷板与铜电路板而进行接合的工序的剖面图。
[0024]图4是示意表示图3中示出的接合工序之后在陶瓷板的相反的一面层压散热板的中途的状态的剖面图。
[0025]图5是示意表示从图4中示出的状态到将散热板接合在陶瓷板之后的状态的剖面图。
[0026]图6是根据第I实施方式的方法得到的功率模块用基板的剖面图。
[0027]图7是表示在本发明的第2实施方式的方法中，通过由桥接部连结的多个电路元件构成铜电路板的一例的铜电路板的俯视图。
[0028]图8是示意表示将图7中的铜电路板层压在陶瓷板上的接合材料层上的中途的状态的局部截面的主视图。
[0029]图9是示意表示在本发明的第3实施方式的方法中，将形成于铜电路板上的定位片卡合在陶瓷板上而进行层压的状态的剖面图。
[0030]图10是以往例的接合面的超声波测定图像。
[0031]图11是在本发明的实施例中将临时固定材料以点状附着在铜电路板上时的接合面的超声波测定图像。
[0032]图12是在本发明的实施例中将临时固定材料附着在铜电路板的整个面上时的接合面的超声波测定图像。
[0033]图13是表示使用各种临时固定材料进行接合时的评价结果的表。
【具体实施方式】
[0034]以下，对本发明的实施方式所涉及的带散热器的功率模块用基板的制造方法进行说明。
[0035]首先，若对根据第I实施方式的制造方法制造的功率模块用基板进行说明，如图6所示，该功率模块用基板10具备陶瓷基板20、与该陶瓷基板20的单面接合的铜电路板30、及与陶瓷基板20的相反的一侧的表面接合的散热板40。此时，陶瓷基板20及散热板40以矩形平板状形成，但铜电路板30以所期望的电路图案形成。
[0036]并且，如图6中以双点划线表示，该功率模块用基板10在散热板40的与陶瓷基板20相反的一侧的表面与散热器50接合，并且在铜电路板30上通过焊料层61与半导体芯片等电子部件60接合，该电子部件60与铜电路板30之间通过接合线(省略图示)连接等，由此来构成功率模块。并且，根据需要通过模制树脂(省略图示)密封整体。焊料层61由Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系、Zn-Al系或Pb-Sn系等焊料形成。
[0037]陶瓷基板20将例如AlN (氮化铝)、Si3N4 (氮化硅)等氮化物系陶瓷或Al2O3 (氧化铝)等氧化物系陶瓷作为母材形成为矩形形状。陶瓷基板20的厚度设为0.3mm?1.0_。
[0038]铜电路板30由无氧铜和韧铜等纯铜或铜合金(本发明中简称为铜)形成，通过冲压对板材进行冲孔，从而形成为所期望的电路图案。铜电路板30的厚度设为0.3mm?4mm。如后述，该铜电路板30通过由含有Ti等的活性金属的Ag-Ti和Ag-T1-Cu等的活性金属钎料构成的接合材料接合于陶瓷基板。
[0039]散热板40由纯度99.90%以上的纯铝或铝合金(简称为铝)形成，厚度为0.5mm?2mm，且通常形成为比陶瓷基板20小的矩形的平板状。该散热板40将Al-Si系、Al-Ge系、Al-Cu系、Al-Mg系或Al-Mn系等钎料作为接