[发明专利]功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、自带散热器的功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备形成于陶瓷基板一面(第一面)的电路层及形成于另一面(第二面)的金属层的功率模块用基板、在该功率模块用基板接合有散热器的自带散热器的功率模块用基板、及在该自带散热器的功率模块用基板接合有半导体元件的自带散热器的功率模块。

本申请对2013年1月22日于日本申请的专利申请2013-009199号及2013年10月17日于日本申请的专利申请2013-216783号主张优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

在各种半导体元件当中，用于控制电动汽车或电动车辆等的大功率控制用的功率元件，由于其发热量多，因此作为搭载该功率元件的基板，例如在由AlN(氮化铝)等构成的陶瓷基板的一面(第一面)及另一面(第二面)上接合金属板作为电路层及金属层的功率模块用基板从以往就被广泛使用。

这种功率模块用基板，作为自带散热器的功率模块用基板，在陶瓷基板的第二面侧接合热传导性优异的散热器。此外，作为自带散热器的功率模块，在电路层经由焊锡材料而搭载作为功率元件的半导体元件。

作为如上述的功率模块用基板，例如在专利文献1中公开了一种功率模块用基板，其具备金属层，该金属层具有：接合于陶瓷基板的下表面的4N铝(4N-Al)层；及接合于该4N铝层的2N铝(2N-Al)层。并且，作为自带散热板(自带散热器)的功率模块用基板，接合功率模块用基板的金属层与由Cu构成的散热板(散热器)。

并且，在专利文献2中公开了一种功率模块用基板，其具备金属层，该金属层由接合于陶瓷基板的下表面的2N铝层构成。

在专利文献3中公开了一种功率模块用基板，其具备金属层，该金属层由接合于陶瓷基板的下表面的Cu层构成。

专利文献1：日本专利第4037425号公报

专利文献2：日本专利第4629016号公报

专利文献3：日本专利公开4-162756号公报

然而，专利文献1及专利文献2所示的功率模块用基板中，如上所述，金属层由Al构成。其中，Al由于焊锡接合性较差，因此将由Al构成的金属层与散热板焊锡接合时，需要在表面形成Ni镀层，导致制造成本增大。此外，由于实施Ni电镀，因此存在功率模块的制造工序变长，生产率也会降低的问题。

并且，Al的变形阻力相对较低，因此当功率模块负载冷热循环时，通过功率模块用基板与散热板之间产生的热应力，也存在在焊锡中发生龟裂，接合可靠性降低、或热阻上升的问题。

另一方面，如专利文献3所示，当金属层由Cu构成时，由于Cu的焊锡接合性良好，因此不需要上述的Ni电镀。此外，Cu的变形阻力相对较高，因此当负载冷热循环时，能够抑制金属层中发生褶皱，且能够抑制将功率模块用基板与散热板进行接合的焊锡中发生龟裂。

然而，如上所述Cu变形阻力相对较高，因此当负载冷热循环时，通过陶瓷基板与金属层之间产生的热应力，有时陶瓷基板发生破裂。

特别是最近正促进功率模块的小型化、薄壁化，并且其使用环境趋于严苛，来自半导体元件的发热量逐渐变大，因此冷热循环的条件变得严苛，而需要一种可靠性更高的功率模块用基板。

发明内容

本发明有鉴于前述情况而研发，其目的在于提供一种于负载冷热循环时能够抑制将金属层与散热器进行接合的焊锡中发生龟裂，能够抑制接合可靠性的降低或热阻的上升，且能够抑制陶瓷基板发生破裂的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、及自带散热器的功率模块。

为解决前述问题，(1)本发明一方式中的功率模块用基板，具备形成于陶瓷基板的一面(第一面)的电路层及形成于另一面(第二面)的金属层，其中，所述金属层具有：第一铝层，与所述陶瓷基板的另一面接合；及第一铜层，与该第一铝层固相扩散接合。

根据本发明的功率模块用基板，在陶瓷基板的第二面接合有第一铝层，并且在第一铝层接合有第一铜层，因此当在功率模块用基板接合散热器时第一铜层与散热器接合，无需在金属层形成Ni镀层便能够将金属层与散热器良好地接合。此外，当通过焊锡将功率模块用基板与散热器接合时，变形阻力相对较高的第一铜层与散热器接合，因此在负载冷热循环时，能够抑制焊锡发生龟裂，且能够抑制接合可靠性的降低或热阻的上升。

并且，在陶瓷基板的第二面接合有变形阻力相对较小的第一铝层，因此即使负载冷热循环，也能够以第一铝层来吸收陶瓷基板与第一铜层之间产生的热应力，而抑制陶瓷基板发生破裂。