[0153] 接着，对用于验证本发明第=方案所设的第3实施方式的效果而进行的实施例3.1 ~3.10及比较例3.1~3.5进行说明。
[0154] 前述的自带散热器的功率模块用基板的制造工序中，分别改变功率模块用基板及 散热器的层叠方向的加压荷载，从而制造了多个接合功率模块用基板与散热器的自带散热 器的功率模块用基板的试样。各试样的接合条件，如表5及表6所示。实施例3.1~3.10及比 较例3.3~3.5中，使用凹凸面的曲率半径R如表5及表6中记载的加压板，比较例3.1、3.2中 则使用平板的加压板来进行接合。
[0155] 作为构成实施例3.1~3.10及比较例3.1~3.5的各自带散热器的功率模块用基板 的功率模块用基板10，均使用了 138mm X 68mm、厚度0.6mm的由4N-A1构成的电路层12及 138mmX68mm、厚度2. Imm的由表5及表6中记载的材质构成的金属层13通过Al-Si类针料接 合于HOmmX 70mm、厚度0.635mm的由AlN构成的陶瓷基板11而成的基板。作为实施例3.1~ 3.10及比较例3.1~3.5的各散热器30,使用了由表5及表6中记载的各材质构成的170mmX 100mm、厚度5mm的矩形板。
[0156] 对于运些自带散热器的功率模块用基板的试样，分别评价"各溫度下的散热器的 最大长度L与翅曲量Z的比率Z/L"、"随着溫度变化的比率Z/L的最大值与最小值之差A Z/ L"、"焊料位置偏离"、"元件位置偏离"、"元件破裂"。评价方法与表1及表2所示的实施例1~ 7及比较例1~5,及表3及表4所示的实施例2.1~2.7及比较例2.1~2.2相同。
[0157] 对于焊料位置偏离，通过在各试样的电路层12上载置焊料（Sn-Ag-Cu类，烙点约 220°C)，并加热至接近焊料烙点（200°C)时焊料的载置位置的变化来进行了确认。对各实施 例及比较例制作30个试样，将产生0.2mmW上的位置偏离的情况评价为"NG"，小于0.2mm的 位置偏离的情况评价为"0K"。表5及表6中"A"表示"0K"比率100%、"B"表示"0K"比率90 % W 上、"护表示"0K"比率小于90 %。
[0158] 对于元件位置偏离，制作30个试样，通过将元件焊接于电路层12后，测量焊接位置 来确认有无产生位置偏离。并且，将产生〇.2mmW上的位置偏离的情况评价为"NG"，小于 0.2mm的位置偏离的情况评价为"0K"。表5及表6中"A"表示％r比率100%、"B"表示"or比 率90 % W上、"护表示"0K"比率小于90 %。
[0159] 对于元件破裂，制作30个将元件焊接于电路层12后施W配线的试样，将元件正常 动作的情况评价为"or，未正常动作的情况评价为"NG"。结果示于表5及表6。表5及表6中 X表示"0K"比率100 %、"B"表示"0K"比率90 % W上、"护表示"0K"比率小于90 %。
[0164]由表5可知，对于25°C下的比率Z/L为-0.002 W上且0.002 W下，加热至280°C时的 比率Z/L为-0.002W上且0.002W下，在该加热后冷却至25°C时的比率Z/L为-0.002W上且 0.002 W下的实施例3.1~3.10的试样，"焊料位置偏离"、"元件位置偏离"、"元件破裂"的任 一评价均获得良好结果。
[01化]对于加压荷载为OM化的比较例3.1，呈现了在25°C、280°C、冷却至25°C时的比率Z/ L在-0.002^上且0.002^下的范围外的结果(表6)。
[0166] 使用了平板的比较例3.2、及将加压板的曲率半径R设为7000mm的比较例3.3中，呈 现了 2 5°C下的比率Z/L在-0.002W上且0.002W下的范围外的结果，产生了较多焊料位置偏 离(表6)。而且，280°C下的比率Z/L在-0.002 W上且0.002 W下的范围的外的比较例3.4中， 产生了较多元件破裂(表6)d25°C、冷却至25°C时的比率Z/L在-0.002^上且0.002^下的范 围的外的比较例3.5中，产生了较多焊料位置偏离(表6)。
[0167] 如W上说明，本发明所设及的自带散热器的功率模块用基板100,能够减少制造时 产生的翅曲变形，并能够抑制制造后的热处理过程中的翅曲变形，可提高元件焊接工序中 的操作性，改善基板对于热循环负荷的可靠性。
[0168] 另外，翅曲一般W=维产生，因此矩形板的情况下，对角线的长度即为最大长度L。 并且，翅曲量Z为包含于其最大长度L部分的厚度方向的最大值与最小值之差。
[0169] 另外，本发明并不限于上述实施方式的构成内容，对于详细构成，在不脱离本发明 的宗旨的范围内可加 W各种变更。
[0170] 例如，上述实施方式中，将功率模块用基板的金属层与散热器通过针焊进行了固 定，但并不限于针焊，也可设为通过焊接、扩散接合等进行固定的结构。
[0171] 而且，对于陶瓷基板与电路层、及陶瓷基板与金属层的接合、金属层与散热器的接 合，也可通过所谓!"LP接合法（Transient Liquid Phase DifTusion Bonding)的瞬间液相 接合法来进行接合。
[0172] 该瞬间液相接合法中，使蒸锻于电路层或金属层表面的铜层介于电路层或金属层 与陶瓷基板的界面、或金属层与散热器的界面来进行接合。通过加热，铜扩散于电路层或金 属层与侣中，电路层或金属层的铜层附近的铜浓度上升而烙点降低，而在侣与铜的共晶区 域，在接合界面形成金属液相。在形成该金属液相的状态下将保持恒定溫度，则金属液相与 陶瓷基板或散热器进行反应，并且铜进一步扩散于侣中，随此，金属液相中的铜浓度逐渐降 低而烙点上升，并在保持恒定溫度的状态下进行凝固。由此，电路层或金属层与陶瓷基板、 或金属层与散热器之间得W牢固接合。
[0173] 而且，上述实施方式中，对于散热器与功率模块用基板的接合，使用Al-Si类针料 进行了接合，但当散热器为AlSiC类复合材料或Al石墨类复合材料时，也能使用Al-Si-Mg类 针料进行接合。此时，无需在真空气氛下进行接合，而能够在氮气等惰性气氛下进行针焊， 并能够简便地将散热器与功率模块用基板进行接合。
[0174] 产业上的可利用性
[0175] 减少自带散热器的功率模块用基板制造时产生的翅曲，且抑制在制造后的热处理 过程中产生翅曲。
[0176] 符号说明
[0177] 10-功率模块用基板，11-陶瓷基板，12-电路层，13-金属层，20-电子零件，21-焊料 接合层，30-散热器，30a-接合面，100-自带散热器的功率模块用基板，110-加压板，1 IOa-凹 面，11 Ob-凸面，111 -支柱，112-夹具，113-螺母，114-顶板，115-施力机构，P-功率模块。
【主权项】
1. 一种自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，具备： 功率模块用基板，在陶瓷基板的一个面配设有电路层，在所述陶瓷基板的另一个面配 设有由纯度99%以上的铝构成的金属层;及 散热器，接合于所述功率模块用基板的所述金属层，并由屈服应力比该金属层大的铝 合金构成， 将所述散热器的最大长度设为L、所述散热器的翘曲量设为Z，相对于所述金属层使所 述散热器的接合面成为凹状的变形所造成的所述翘曲量Z设为正值、使所述接合面成为凸 状的变形所造成的所述翘曲量Z设为负值，并在25°C下测定的所述最大长度L与所述翘曲量 Z的比率Z/L在-0.005以上且0.005以下的范围内，加热至280°C时及在该加热后冷却至25°C 时，所述比率Z/L仍在-0.005以上且0.005以下的范围内。2. 根据权利要求1所述的自带散热器的功率模块用基板，其特征在于， 当使温度从25°C变化至280°C的情况下，所述比率Z/L的最大值与最小值之差△ Z/1为 0.005以下。3. -种自带散热器的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，其为制造权利要求1所 述的自带散热器的功率模块用基板的方法， 将所述功率模块用基板与所述散热器进行层叠，在产生使所述散热器的所述接合面成 为凹状翘曲的变形的状态下进行加热，并在产生所述变形的状态下进行冷却，由此接合所 述述功率模块用基板的所述金属层与所述散热器。4. 一种自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，具备： 功率模块用基板，在陶瓷基板的一个面配设有电路层，在所述陶瓷基板的另一个面配 设有由纯度99%以上的铝构成的金属层;及 散热器，接合于所述功率模块用基板的所述金属层，并由线膨胀系数15Χ10-6/Κ以上且 22 X 10_6/Κ以下的铜或铜合金构成， 将所述散热器的最大长度设为L、所述散热器的翘曲量设为Ζ，相对于所述金属层使所 述散热器的接合面成为凹状的变形所造成的所述翘曲量Ζ设为正值、使所述接合面成为凸 状的变形所造成的所述翘曲量Ζ设为负值， 并在25°C下测定的所述最大长度L与所述翘曲量Ζ的比率Z/L为-0.015以上且0.01以 下， 加热至280°C时及在该加热后冷却至25°C时，所述比率Ζ/L仍在-0.015以上且0.01以下 的范围内。5. 根据权利要求4所述的自带散热器的功率模块用基板，其特征在于， 当使温度从25°C变化至280°C的情况下，所述比率Ζ/L的最大值与最小值之差△ Ζ/l为 0.015以下。6. -种自带散热器的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，其为制造权利要求4所 述的自带散热器的功率模块用基板的方法， 将所述功率模块用基板与所述散热器进行层叠，在产生使所述散热器的所述接合面成 为凹状翘曲的变形的状态下进行加热，并在产生所述变形的状态下进行冷却，由此接合所 述功率模块用基板与所述散热器。7. -种自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，具备： 功率模块用基板，在陶瓷基板的一个面配设有电路层，在所述陶瓷基板的另一个面配 设有由纯度99%以上的铝构成的金属层;及 散热器，接合于所述功率模块用基板的所述金属层，并由线膨胀系数7Χ10-6/Κ以上且 12 X 10_6/Κ以下的材料构成， 将所述散热器的最大长度设为L、所述散热器的翘曲量设为Ζ，相对于所述金属层使所 述散热器的接合面成为凹状的变形所造成的所述翘曲量Ζ设为正值、使所述接合面成为凸 状的变形所造成的所述翘曲量设为负值， 并在25°C下测定的所述最大长度L与所述翘曲量Ζ的比率Z/L为-0.002以上且0.002以 下， 加热至280°C时及在该加热后冷却至25°C时，所述比率Z/L仍在-0.002以上且0.002以 下的范围内。8. 根据权利要求7所述的自带散热器的功率模块用基板，其特征在于， 所述散热器由AlSiC类复合材料、A1石墨复合材料、Cu-W类合金或Cu-Mo类合金形成。9. 根据权利要求7所述的自带散热器的功率模块用基板，其特征在于， 当使温度从25°C变化至280°C的情况下，所述比率Z/L的最大值与最小值之差△ Z/1为 0.002以下。10. -种自带散热器的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，其为制造权利要求7 所述的自带散热器的功率模块用基板的方法， 将所述功率模块用基板与所述散热器进行层叠，在产生使所述散热器的所述接合面成 为凹状翘曲的变形的状态下进行加热，并在产生所述变形的状态下进行冷却，由此接合所 述功率模块用基板与所述散热器。
【专利摘要】本发明中将散热器的最大长度设为L、散热器的翘曲量设为Z，相对于金属层使散热器的接合面成为凹状的变形所造成的翘曲量Z设为正值、使接合面成为凸状的变形所造成的翘曲量Z设为负值，并在25℃下测定的最大长度L与翘曲量Z的比率Z/L在-0.005以上且0.005以下的范围内，加热至280℃时及在该加热后冷却至25℃时，比率Z/L仍在-0.005以上且0.005以下的范围内。
【IPC分类】H01L23/12, H01L25/07, H01L23/13, H01L25/18
【公开号】CN105580131
【申请号】CN201480050150
【发明人】大开智哉, 大井宗太郎
【申请人】三菱综合材料株式会社
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年10月8日
【公告号】WO2015053316A1