[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

本发明涉及一种控制大电流、高电压的半导体装置中使用的功率模块用基板、自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及该功率模块用基板的制造方法。

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，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，提出有如下内容：为了散热，在陶瓷基板的下面也接合Al等金属板而设为金属层，在散热板上通过该金属层接合功率模块用基板整体。

并且，作为形成电路层的手段，除了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之外，例如如专利文献2公开，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，为了获得作为所述电路层及所述金属层的金属板与陶瓷基板的良好的接合强度，例如在下述专利文献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。

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

但是，将金属板接合于陶瓷基板时，存在如下问题点：仅降低陶瓷基板表面的粗糙度也不能获得充分高的接合强度，不能谋求可靠性的提高。例如，了解到可知，以干式对陶瓷基板的表面进行基于Al₂O₃颗粒的研磨处理，即使将表面粗糙度设为Ra＝0.2μm，在剥离试验中有时也产生界面剥离。并且，存在如下情况：即使通过研磨法将表面粗糙度设为Ra＝0.1μm以下，仍同样产生界面剥离。

尤其，最近在进行功率模块的小型化、薄壁化的同时，其使用环境也日趋严峻，存在来自被搭载的半导体元件等电子零件的发热量变大的趋势，如前所述，需要在散热板上配设功率模块用基板。此时，因功率模块用基板受散热板限制，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，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。

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确实接合金属板与陶瓷基板且热循环可靠性高的功率模块用基板、自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及该功率模块用基板的制造方法。

为了解决这种课题并实现所述目的，本发明的功率模块用基板，在陶瓷基板的表面层压接合有铝制金属板，其特征在于，在所述金属板中，除了Si之外，还固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga及Li中的1种或2种以上的添加元素，所述金属板中，与所述陶瓷基板的界面附近的Si及所述添加元素的浓度总计设定在0.05质量％以上5质量％以下的范围内。

在该结构的功率模块用基板中，由于在所述金属板中，除了Si之外，还固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga及Li中的1种或2种以上的添加元素，因此使金属板的接合界面侧部分固溶强化。由此，可防止金属板部分处的破裂，能够提高接合可靠性。

在此，由于在所述金属板中，与所述陶瓷基板的界面附近的Si及所述添加元素的浓度总计为0.05质量％以上，所以可确实地固溶强化金属板的接合界面侧部分。并且，所述金属板中，与所述陶瓷基板的界面附近的Si及所述添加元素的浓度总计为5质量％以下，所以可防止金属板的接合界面的强度过于变高，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，并可防止陶瓷基板的破裂等。

在此，所述陶瓷基板由AlN或Al₂O₃构成，在所述金属板与所述陶瓷基板的接合界面，也可形成有Si浓度为所述金属板中Si浓度的5倍以上的Si高浓度部。

此时，由于在所述金属板与所述陶瓷基板的接合界面形成有Si浓度为所述金属板中Si浓度的5倍以上的Si高浓度部，所以通过存在于接合界面的Si原子提高由AlN或Al₂O₃构成的陶瓷基板与铝制金属板的接合强度。另外，在此，金属板中的Si浓度是指，在金属板中从接合界面远离一定距离(例如，50nm以上)的部分的Si浓度。