[发明专利]功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块及功率模块用基板的制造方法

说明书

技术领域

该发明涉及一种在绝缘层的一面形成有电路层的功率模块用基板、在该功率模块用基板上接合有散热器的自带散热器的功率模块用基板、在功率模块用基板上接合有半导体元件的功率模块及功率模块用基板的制造方法。

本申请主张基于2012年03月30日于日本申请的专利申请2012-083249号及2012年09年14日于日本申请的专利申请2012-203362号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

在各种半导体元件中，尤其在为了控制电动汽车或电动车辆而使用的大功率控制用功率元件中的发热量较多。因此，作为搭载该功率元件的基板，一直以来广泛使用例如在由AlN(氮化铝)等构成的陶瓷基板(绝缘层)上接合导电性优异的金属板来作为电路层的功率模块用基板。

并且，这种功率模块用基板中，在其电路层上通过焊锡材搭载有作为功率元件的半导体元件，从而作为功率模块。另外，作为这种功率模块用基板，已知有设为如下结构的基板，即为了在陶瓷基板的下表面也发散由半导体元件引起的热量而接合热传导性优异的散热器，从而发散该热量。

作为构成电路层的金属，使用Al(铝)和Cu(铜)等。例如，专利文献1中提出有在陶瓷基板的一面接合有由铝板构成的电路层的功率模块用基板。

并且，专利文献2中提出有在陶瓷基板的一面接合有由铜板构成的电路层的功率模块用基板。

专利文献1：日本专利第3171234号公报

专利文献2：日本专利第3211856号公报

但是，专利文献1中示出的功率模块中，电路层由变形阻力比较小的铝板构成。因此，在负载有热循环时，能够通过电路层吸收在陶瓷基板与电路层之间产生的热应力，但是在负载有动力循环时，有时会在接合半导体元件与电路层的焊锡上产生龟裂而功率模块的可靠性降低。并且，与铜相比，铝的热传导性较差，因此与由铜构成的电路层相比，由铝板构成的电路层的散热性较差。而且，在铝板的表面形成铝的氧化层，因此很难在该状态下通过焊锡良好地接合电路层与半导体元件。

另一方面，如专利文献2所示，由铜板构成电路层时，铜的变形阻力比较高。因此，在负载有热循环时，由于在陶瓷基板与铜板之间产生的热应力，有时会在陶瓷基板产生龟裂。

尤其，近来功率模块的小型化、薄壁化得到发展，并且其使用环境也逐渐变得严苛，来自半导体元件的发热量逐渐增大。其结果，对于热循环及动力循环负载的与可靠性相关的功率模块的必要条件变得严苛。因此，由铝构成电路层时的问题在于，在负载有动力循环时，功率模块的可靠性降低。并且，由铜构成电路层时的问题在于，在负载有热循环时，功率模块的可靠性降低。

如此，由铜构成的电路层对于动力循环的可靠性较高，但是对于热循环的可靠性降低。并且，由铝构成的电路层对于热循环的可靠性较高，但是对于动力循环的可靠性降低。因此，以往只能优先动力循环或热循环中的任一个的可靠性，未能兼顾功率模块对于热循环及动力循环的可靠性。

发明内容

该发明提供一种在负载动力循环时抑制热阻的上升，并且在负载热循环时抑制在陶瓷基板产生龟裂，并且对于动力循环及热循环的负载具有较高的可靠性的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块及功率模块用基板的制造方法。

为了解决所述课题，本发明所涉及的一方式的功率模块用基板为具备绝缘层及形成于该绝缘层的一面的电路层的功率模块用基板，其中，所述电路层具有：铝层，配设于所述绝缘层的一面；及铜层，层叠于该铝层的一侧，所述铝层与所述铜层被固相扩散接合。

根据本发明所涉及的功率模块用基板，电路层具有铜层。在该铜层上搭载有半导体元件时，在向功率模块用基板侧传递从半导体元件产生的热量时，能够通过电路层的铜层向面方向扩散该热量来有效地发散该热量。

而且，在绝缘层的一面形成有变形阻力比较小的铝层，在负载有热循环时，铝层吸收由于绝缘层与电路层的热膨胀系数之差而产生的热应力，因此能够抑制在绝缘层产生龟裂，对于接合能够得到较高的可靠性。

并且，在铝层的一侧形成有变形阻力比较大的铜层，因此在负载有动力循环时，能够抑制电路层的变形。因此，能够得到功率模块用基板对于动力循环的可靠性。

并且，铝层与铜层通过固相扩散接合而被接合，因此在负载有热循环时，能够抑制在铝层与铜层之间产生剥离，并维持电路层的热传导性及导电性。

另外，铝层的一侧是指未与绝缘层接合的面侧。