[发明专利]功率模块用基板及制法、自带散热器的该基板及功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备搭载有半导体元件等电子零件的电路层的功率模块用基板、该功率模块用基板的制造方法、利用该功率模块用基板的自带散热器的功率模块用基板及功率模块。

背景技术

由于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，所以作为搭载该功率元件的基板，例如，如专利文献1所示，广泛使用有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Al-Si系钎料接合有成为电路层的Al(铝)的金属板。

并且，例如，如专利文献2-4所示，提出有如下功率模块用基板：在陶瓷基板上通过熔融金属接合法接合铝合金部件而形成电路层。

在这种功率模块用基板中，作为功率元件的半导体元件通过焊层搭载于电路层上，并作为功率模块使用。

在此，上述功率模块中，在使用时热循环会被负荷。于是，存在如下忧虑：基于陶瓷基板与铝的热膨胀系数之差的应力作用于陶瓷基板与电路层的接合界面，从而接合可靠性下降。因此，以往由纯度为99.99％以上的4N铝等变形阻力比较小的铝构成电路层，通过电路层的变形来吸收热应力，从而谋求接合可靠性的提高。

专利文献1：日本专利公开2005-328087号公报

专利文献2：日本专利公开2002-329814号公报

专利文献3：日本专利公开2005-252136号公报

专利文献4：日本专利公开2007-092150号公报

但是，由纯度为99.99％以上(4N铝)等变形阻力比较小的铝构成电路层时，存在负荷热循环时在电路层的表面产生起伏或褶皱的问题。若像这样在电路层的表面产生起伏或褶皱，则由于在焊层产生裂纹，所以功率模块的可靠性会下降。

尤其，最近，由于功率模块的小型化、薄壁化正在发展的同时，其使用环境也越来越严峻，并且来自半导体元件等电子零件的发热量逐渐变大，所以热循环的温度差就会变大，在电路层的表面产生起伏或褶皱。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种在热循环负荷时，能够抑制在电路层的表面产生起伏或褶皱，并且，能够抑制热应力作用于陶瓷基板与电路层的接合界面，热循环可靠性优异的功率模块用基板、该功率模块用基板的制造方法、具备该功率模块用基板的自带散热器的功率模块用基板及功率模块。

为了解决这样的课题而实现所述目的，本发明的功率模块用基板，在陶瓷基板的一面配设铝制电路层，并且在该电路层的一面上配设电子零件，其特征在于，所述电路层具有主体层及配置成在所述一面侧暴露的表面硬化层，所述电路层的所述一面的压痕硬度Hs设定在50mgf/μm²以上200mgf/μm²以下的范围内，所述电路层中，具有所述压痕硬度Hs的80％以上的压痕硬度的区域成为所述表面硬化层，所述表面硬化层含有选自B、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co及Mo中的1种或2种以上的添加元素，所述主体层的压痕硬度Hb不到所述压痕硬度Hs的80％。

另外，本发明的压痕硬度H是指，利用称为伯克维奇压头的棱间角为114.8°以上115.1°以下的三棱锥金刚石压头，将试验载荷设为5000mgf而计量施加负荷时的载荷-位移关系，并用式：H＝37.926×10^-3×(载荷〔mgf〕)÷位移〔μm〕²)定义的硬度。

根据该结构的功率模块用基板，由于在电路层中，形成有焊层的电路层的一面侧形成有表面硬化层，该表面硬化层的压痕硬度设定为所述电路层的所述一面的压痕硬度Hs(50mgf/μm²以上200mgf/μm²以下)的80％以上，所以电路层的一面侧部分的变形阻力变大，能够抑制热循环负荷时的起伏或褶皱的产生。

另外，由于所述表面硬化层含有选自B、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co及Mo中的1种或2种以上的添加元素，所以通过这些添加元素硬化铝，从而能够形成所述表面硬化层。

并且，电路层具有压痕硬度Hb为不到所述压痕硬度Hs的80％的主体层，所以在该主体层中，变形阻力变得较小。因此，能够通过该主体层的变形吸收热循环负荷时的热应力，并且能够提高陶瓷基板与电路层的接合可靠性。

在此，优选所述表面硬化层的厚度为1μm以上300μm以下，所述主体层的厚度为100μm以上1500μm以下。