[发明专利]附带冷却器的功率模块用基板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在控制大电流、高电压的半导体装置中使用的附带冷却器的功率模块用基板及其制造方法。

本申请主张基于2014年10月16日申请的专利申请第2014-211529号及2015年10月09日申请的专利申请第2015-200784号的优先权，并将该内容援用于此。

背景技术

作为以往的功率模块用基板，已知有一种在成为绝缘层的陶瓷基板的一个面接合有电路层，并且在另一个面接合有用于散热的金属层的结构。并且，在该功率模块用基板的金属层接合有冷却器，从而构成附带冷却器的功率模块用基板。而且，在电路层上经由焊锡材料搭载有功率元件等半导体元件而成为功率模块。

关于这种功率模块用基板，正在普及一种在电路层中使用热特性、电特性优异的铜或铜合金，在冷却器中采用由铝合金构成的结构的附带冷却器的功率模块用基板。

作为这种功率模块用基板，专利文献1中公开有作为陶瓷基板使用氮化硅、氮化铝、氧化铝等，通过直接接合法或活性金属法在该陶瓷基板接合金属层，并记载了作为该金属层优选使用铜。并且，还记载有通过焊锡在该功率模块用基板接合散热片。

专利文献1：日本特开2006-245437号公报

但是，接合金属层与散热片的焊锡层的热阻较大，妨碍从半导体元件向散热片的传热，并且可能因热伸缩使龟裂进入到焊锡层而破坏焊锡层。因此，热阻较小且接合可靠性也较高的钎焊接合受到关注。

然而，钎焊工序为通过沿层叠方向对经由钎焊材料层叠的金属板彼此进行加压并加热而进行的工序，因此通过钎焊将作为散热片的、在内部形成冷却流路的铝制冷却器接合到功率模块用基板的情况下，铝制冷却器可能因该加压力而变形。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种防止将由铜或铜合金构成的金属层钎焊到铝制冷却器时的变形的产生，热阻较小且接合可靠性较高的附带冷却器的功率模块用基板。

本发明的附带冷却器的功率模块用基板的制造方法具有：第1接合工序，在陶瓷基板的一个面接合由铜或铜合金构成的金属板以形成电路层，并且在所述陶瓷基板的另一面接合由铜或铜合金构成的金属板以形成第1金属层；第2接合工序，通过固相扩散接合来接合金属板和所述第1金属层以形成第2金属层，所述金属板由铝或铝合金构成或者由镍或镍合金构成；及第3接合工序，使用含Mg的Al系钎焊材料在所述第2金属层钎焊接合由铝合金构成的冷却器。

本发明的制造方法中，通过固相扩散接合在由铜或铜合金构成的第1金属层接合由铝或铝合金构成或者由镍或镍合金构成的第2金属层，从而能够使用含Mg的Al系钎焊材料来钎焊接合由铝合金构成的冷却器。该钎焊能够在氮或氩等气氛中以低荷载(例如0.001MPa～0.5MPa)进行，且即使是刚性较低的铝制冷却器也不会使其变形而能够可靠地接合。

此外，也可以在所述第2接合工序中，将钛箔夹在所述第1金属层与所述第2金属层之间，分别固相扩散接合所述第1金属层与所述钛箔及所述第2金属层与所述钛箔，在所述第3接合工序中，使用Al-Si-Mg系钎焊材料来钎焊接合所述第2金属层与所述冷却器。

经由钛箔且通过固相扩散接合来接合第1金属层与第2金属层，从而使钛原子在两个金属层中扩散，并且使铝原子及铜原子在钛箔中扩散，从而能够可靠地接合这些第1金属层、钛箔、第2金属层。

该情况下，接合第2金属层之后，钎焊冷却器时被加热，但夹着钛箔，因此可防止进行该钎焊时在铝与铜中产生扩散。

该制造方法中，优选所述钛箔的面积大于所述第1金属层的面积。该情况下，能够更可靠地防止由铜或铜合金构成的第1金属层的铜与用来接合冷却器的含Mg的Al系钎焊材料的铝之间的接触。

该制造方法中，使用由铝或铝合金构成的所述金属板来形成所述第2金属层的情况下，接合冷却器的钎焊材料中含有对氧化铝膜的润湿性较低的Mg，因此熔融的含Mg的Al系钎焊材料被由铝或铝合金构成的第2金属层的侧面的氧化膜所排斥，从而达不到第1金属层。由此，该Al系钎焊材料不会与由铜或铜合金构成的第1金属层接触，且不会使第1金属层变形。

或者，在该制造方法中，也可以在使用由镍或镍合金构成的所述金属板来形成所述第2金属层的情况下，同时进行所述第1接合工序及所述第2接合工序。该情况下，第2金属层为镍或镍合金，从而能够同时进行第1接合工序和第2接合工序。第1接合工序中，例如能够采用使用Ag-Cu-Ti系钎焊材料的钎焊接合。