[发明专利]功率模块用基板、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及带散热器的功率模块用基板的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制大电流、高电压的在半导体装置中使用的功率模块用基板、带散热器的功率模块用基板、具备该功率模块用基板的功率模块、该功率模块用基板的制造方法及带散热器的功率模块用基板的制造方法。

本申请基于2009年10月22日向日本申请的日本专利申请2009-243259号、2010年3月2日向日本申请的日本专利申请2010-045747号、2010年4月12日向日本申请的日本专利申请2010-091366号、2010年9月28日向日本申请的日本专利申请2010-217590号和日本专利申请2010-217591号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

在半导体元件中用于电力供给的功率元件的发热量比较高。作为搭载该功率元件的基板，例如，如专利文献1所示，使用如下功率模块用基板：在由AlN(氮化铝)构成的陶瓷基板上通过钎料接合有Al(铝)金属板。

并且，该金属板形成为电路层，在其金属板上通过焊料搭载有功率元件(半导体元件)。

另外，提出有在陶瓷基板的下表面接合Al等金属板而形成金属层，在该金属层上接合散热器的带散热器的功率模块用基板。

并且，作为形成电路层的手段，提出有在陶瓷基板上接合金属板之后，在该金属板上形成电路图案的方法。另外，例如如专利文献2公开的那样，还提出有将预先形成为电路图案的金属片接合于陶瓷基板上的方法。

在此，为了获得所述金属板与陶瓷基板的良好的接合强度，例如在专利文献3中公开有将陶瓷基板的表面粗糙度设为不到0.5μm的技术。

但是，将金属板接合于陶瓷基板时，存在仅降低陶瓷基板的表面粗糙度也不能获得充分高的接合强度，不能实现可靠性的提高的问题。例如，即使以干式方式对陶瓷基板的表面进行利用Al₂O₃颗粒的珩磨处理，将表面粗糙度设为Ra＝0.2μm，在剥离试验中有时也产生界面剥离。并且，即使通过研磨法将表面粗糙度设为Ra＝0.1μm以下，也有时产生界面剥离。

尤其，最近在进行功率模块的小型化、薄型化的同时，其使用环境也日趋严峻。另外，来自被搭载的半导体元件等电子零件的发热量有变大的趋势，需要在散热器上配设功率模块用基板。此时，因功率模块用基板受散热器约束，所以在热循环负荷时，巨大的剪切力作用于金属板与陶瓷基板的接合界面。因此，与以往相比，更加要求陶瓷基板与金属板之间的接合强度的提高及可靠性的提高。

专利文献1：日本专利公开2003-086744号公报

专利文献2：日本专利公开2008-311294号公报

专利文献3：日本专利公开平3-234045号公报

发明内容

本发明的功率模块用基板的一方案如下：为具备陶瓷基板和在该陶瓷基板的表面层压而接合有铝或铝合金制的金属板的功率模块用基板，其中，在所述金属板中，固溶有Ag或选自Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li中的一种或两种以上的添加元素，所述金属板中的与所述陶瓷基板的界面附近的Ag浓度设定在0.05质量％以上10质量％以下，或者所述金属板中的与所述陶瓷基板的界面附近的Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的总计浓度设定在0.01质量％以上5质量％以下。

在该构成的功率模块用基板中，金属板的接合界面侧部分变得固溶强化。由此，可防止金属板部分处的断裂，能够提高接合可靠性。

在此，由于所述金属板中的与所述陶瓷基板的界面附近的Ag浓度设定在0.05质量％以上，或者Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的总计浓度设定在0.01质量％以上，所以可切实地固溶强化金属板的接合界面侧部分。并且，由于所述金属板中的与所述陶瓷基板的界面附近的Ag浓度设定在10质量％以下，或者Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的总计浓度设定在5质量％以下，所以可防止金属板的接合界面的强度变得过高。于是，在该功率模块用基板上负荷冷热循环时，可由金属板吸收热应力，可防止陶瓷基板的破裂等。

在本发明的功率模块用基板的一方案中，也可以为在所述金属板中，除了Ag之外，还固溶有选自Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li中的一种或两种以上的元素，所述金属板中的与所述陶瓷基板的界面附近的Ag和Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的总计浓度设定在0.05质量％以上10质量％以下。

此时，金属板的接合界面侧部分切实地固溶强化。由此，可防止金属板部分处的断裂，能够提高接合可靠性。