[发明专利]金属‑陶瓷接合基板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属-陶瓷接合基板及其制造方法，特别是涉及在陶瓷基板的一面形成有电子部件搭载用金属板(金属电路板)并在另一面形成有散热用金属基底板的金属-陶瓷接合基板及其制造方法。

背景技术

近年来，为了控制电动汽车、电气列车、工作机械等大电流，采用功率模块。以往的功率模块中，在被称为基底板的金属板或复合材料的一面通过焊接等固定有金属-陶瓷绝缘基板，该金属-陶瓷接合基板的金属电路板上通过焊接固定有半导体芯片。此外，基底板的另一面(背面)通过螺丝固定等介以导热膏安装有金属制的散热片或冷却套。

这样的金属-陶瓷接合基板一般在陶瓷基板的两面接合有不同厚度的金属板(金属电路板和基底板)，因此接合后容易产生较大的翘曲。此外，半导体芯片向金属-陶瓷接合基板的焊接通过加热进行，因此焊接时容易因接合构件间的热膨胀系数差而产生金属电路板和基底板的翘曲。另外，由半导体芯片产生的热量介以金属-陶瓷接合基板、焊锡、基底板通过散热片或冷却套散至空气或冷却水中，因此如果焊接时发生基底板的翘曲，则将散热片或冷却套安装于基底板时的空隙变大，散热性极差。此外，即使获得实质上没有翘曲的金属-陶瓷接合基板，若反复受到热冲击，翘曲也会变大。

为了解决这样的问题，提出了在多块氮化铝基板介以Al板或Al合金板接合而得的多层结构体的一面形成有Al或Al合金的电路并在另一面形成有散热板的电路基板(参照例如日本专利特开2001-7465号公报)。该电路基板如下制造：用接合材料(钎料)将多块氮化铝基板与Al板或Al合金板接合制造多层结构体，并用接合材料(钎料)将Al或Al合金的电路和散热板接合于该多层结构体。

此外，提出了下述绝缘电路基板：通过在第一陶瓷板的一面接合有电路板并在另一面接合有热扩散板、第二陶瓷板和散热板的层叠体形成，电路板、热扩散板和散热板由Cu、Cu合金、Al或Al合金形成，以通过热扩散板和散热板将第二陶瓷板完全覆盖的方式将热扩散板的端部与散热板的端部一体化(参照例如日本专利特开2003-86747号公报)。该绝缘电路基板如下制造：将第一陶瓷板和第二陶瓷板设置于模具内，将形成电路板、热扩散板和散热板的熔融Al或熔融Al合金以高压注入模具内后，冷却而固体化。

但是，日本专利特开2001-7465号公报的电路基板中，陶瓷基板采用高热导率(170W/mK)的氮化铝基板，但热导率比由Cu或Al或者它们的合金等形成的散热板(金属基底板)低，因此散热性因氮化铝基板而受到妨碍。即使可使用具有与金属基底板同等以上的热导率的陶瓷基板，这样的陶瓷基板也非常昂贵，难以在工业上量产。此外，为了将多块氮化铝基板与Al板或Al合金板接合制造多层结构体，并将Al或Al合金的电路和散热板接合于该多层结构体，必须用接合材料(钎料)并施加极高的压力，需要用于制造多层结构体的层叠工序，制造成本高。

此外，日本专利特开2003-86747号公报的绝缘电路基板中，被热扩散板和散热板覆盖的第二陶瓷板的热导率比热扩散板和散热板低，因此与日本专利特开2001-7465号公报的电路基板同样，散热性因陶瓷板而受到妨碍。此外，制造日本专利特开2003-86747号公报的绝缘电路基板的情况下，难以在将陶瓷板保持于模具内的规定位置的情况下以高压将熔融Al或熔融Al合金注入模具内，可能会无法将陶瓷板接合于正确的位置，难以将第二陶瓷板用热扩散板和散热板完全覆盖而高精度地将位置固定。因此，难以控制绝缘电路基板的翘曲，可靠性可能会因翘曲的不均而下降。

发明的概要

因此，鉴于上述的现有问题，本发明的目的在于提供散热性高且翘曲及其偏差小的金属-陶瓷接合基板以及可低成本地制造该金属-陶瓷接合基板的金属-陶瓷接合基板的制造方法。

为了实现上述目的，基于本发明的一种观点的金属-陶瓷接合基板是在陶瓷基板的一面直接接合金属板并在另一面直接接合金属基底板的金属-陶瓷接合基板，其特征在于，以自金属基底板的两端面中的一个端面向另一端面延伸的方式配置有强度比金属基底板高的强化构件，该强化构件并不阻断金属基底板自与陶瓷基板的接合面向该接合面的相反侧的面延伸。

该金属-陶瓷接合基板中，较好是金属基底板的两端面为金属基底板的长边方向或宽度方向的两端面。此外，较好是金属基底板具有沿相对于接合面大致垂直的方向延伸的部分。此外，较好是强化构件被包含在金属基底板中。