功率模塊用基板、自帶金屬部件的功率模塊用基板、自帶金屬部件的功率模塊、功率模塊 ...的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種具備在絕緣層一個面（第一面）形成電路層，并且在所述絕緣層 的另一個面（第二面）形成金屬層的功率模塊用基板、具備接合于功率模塊用基板的金屬 層一側的金屬部件的自帶金屬部件的功率模塊用基板、具備搭載于該自帶金屬部件的功率 模塊用基板的電路層的半導體元件的自帶金屬部件的功率模塊、功率模塊用基板的制造方 法、以及自帶金屬部件的功率模塊用基板的制造方法。
[0002] 本申請主張基于2012年12月27日于日本申請的專利申請2012-284641號的優 先權，并將其內容援用在此。
【背景技術】
[0003]各種半導體元件中，用于控制電動汽車或電動車輛等的大功率控制用的功率元 件，由于發熱量較多，因此作為搭載該功率元件的基板從一直以來廣泛使用如下基板：例 如在由A1N(氮化鋁）等構成的陶瓷基板（絕緣層）上，將導電性優異的金屬板作為電路層 而接合，在陶瓷基板的下表面，為了放熱也將熱傳導性優異的金屬板作為金屬層而接合的 功率模塊用基板。
[0004] 這種功率模塊用基板在其電路層上，經由焊錫材料搭載半導體元件作為功率元 件。
[0005]而且，在這種功率模塊用基板中，有時在金屬層一側進一步接合放熱板、冷卻器、 緩沖板等的金屬部件。
[0006] 例如專利文獻1中，公開了一種功率模塊用基板，其在絕緣層的一個面（第一面） 形成由A1構成的電路層，在絕緣層的另一個面（第二面）形成由A1構成的金屬層。并且， 公開了一種自帶散熱器的功率模塊用基板（自帶金屬部件的功率模塊用基板），其在該功 率模塊用基板的金屬層的表面，通過釬焊接合散熱器（金屬部件）。
[0007] 另外，在專利文獻2、3中，公開了一種自帶緩沖層的功率模塊用基板（自帶金屬部 件的功率模塊用基板），其在功率模塊用基板的金屬層的表面，通過釬焊接合有由鋁構成的 緩沖層（金屬部件）。
[0008]并且，在專利文獻4中，公開了一種自帶緩沖層的功率模塊用基板（自帶金屬部件 的功率模塊用基板），其在功率模塊用基板的金屬層的表面，通過釬焊接合有由金屬基復合 材料（鋁基復合材料）構成的緩沖層（金屬部件）。
[0009] 這些自帶緩沖層的功率模塊用基板中，作為自帶散熱器的功率模塊用基板在緩沖 層一側進一步接合散熱器。
[0010] 專利文獻1 :日本專利公開2008-16813號公報
[0011] 專利文獻2 :日本專利公開2009-135392號公報
[0012] 專利文獻3 :日本專利公開2009-224571號公報
[0013] 專利文獻4 :日本專利公開2010-098057號公報
[0014] 在專利文獻1~4所示的自帶散熱器的功率模塊用基板、以及自帶緩沖層的功率 模塊用基板中，功率模塊用基板的金屬層與金屬部件通過釬焊而接合。釬焊因為進行釬焊 時的接合溫度較高（例如約650°C )，因此施加于該功率模塊用基板的熱負荷較大，功率模 塊用基板（尤其是絕緣層）有時會劣化。
[0015] 并且，釬焊由于接合溫度較高，在功率模塊用基板或金屬部件所產生的熱應力變 大，功率模塊用基板或金屬部件的翹曲有時會變大。
【發明內容】
[0016] 本發明是鑒于前述的情況而完成的，本發明的目的在于提供一種在功率模塊用基 板的金屬層與金屬部件的接合中，能夠降低施加于功率模塊用基板的熱負荷，并且減少功 率模塊用基板以及金屬部件所產生的翹曲的功率模塊用基板、自帶金屬部件的功率模塊用 基板、自帶金屬部件的功率模塊、功率模塊用基板的制造方法、自帶金屬部件的功率模塊用 基板的制造方法。
[0017] (1)本發明一方式的功率模塊用基板，其為具備絕緣層、形成于該絕緣層的第一面 的電路層、以及形成于所述絕緣層的第二面的金屬層的功率模塊用基板，其中，在所述金屬 層中的與配設有所述絕緣層的面相反側的一面上，層疊有與接合層接合的第一基底層，所 述接合層由包含金屬粒子以及氧化金屬粒子中的至少一方或雙方的接合材料的燒成體構 成，所述第一基底層具有在與所述金屬層的界面上形成的第一玻璃層以及層疊于該第一玻 璃層的弟一 Ag層。
[0018] 根據本發明的功率模塊用基板，第一基底層具備在與金屬層的界面上形成的第一 玻璃層，因此根據玻璃成分能夠去除形成于金屬層表面的氧化膜，且能夠確保第一基底層 與金屬層的接合強度。
[0019] 并且，在第一玻璃層層疊有第一 Ag層，因此能夠在功率模塊用基板的金屬層一側 配設金屬部件，且能夠經由金屬的燒成體所構成的接合層而接合功率模塊用基板與散熱 器。由該金屬的燒成體構成的接合層可以以比釬焊溫度更低的溫度形成，因此能夠將功率 模塊用基板與金屬部件以較低的溫度進行接合，能夠降低施加于功率模塊用基板的熱負 荷，而抑制功率模塊用基板的劣化。并且，還能夠減少功率模塊用基板以及金屬部件所產生 的翹曲。
[0020] (2)本發明的其他方式的功率模塊用基板，其為根據（1)所記載的功率模塊用基 板，其中，所述第一基底層為含有玻璃成分的含玻璃Ag漿料的燒成體。
[0021] 此時，通過對含有玻璃成分的含玻璃Ag漿料進行燒成，可簡單且確切地形成具備 在金屬層的界面上形成的第一玻璃層以及層疊于第一玻璃層而形成的第一 Ag層的第一基 底層。
[0022] (3)本發明的其他方式的功率模塊用基板，其為根據（1)或（2)所記載的功率模塊 用基板，其中，在所述第一 Ag層分散有玻璃，露出于所述第一基底層表面的所述玻璃的面 積比率被設定為55%以下。
[0023] 此時，露出于第一基底層表面的所述玻璃的面積比率被設定為55%以下，因此在 第一基底層，層疊而形成由金屬的燒成體構成的接合層時，能夠牢固地接合第一基底層的 第一Ag層與接合層，而不被玻璃阻礙。
[0024] (4)本發明的其他方式的功率模塊用基板，其為根據（1)~（3)中任一項所記載的 功率模塊用基板，其中，在所述電路層中與配設有所述絕緣層的面相反側的一面上，形成有 第二基底層，所述第二基底層具有在與所述電路層的界面上形成的第二玻璃層以及層疊于 該第二玻璃層的第二Ag層。
[0025]此時，在電路層中與配設有所述絕緣層的面相反側的一面上，形成有第二基底層， 第二基底層具有在與電路層的界面上形成的第二玻璃層，因此根據玻璃成分能夠去除形成 于電路層的表面的氧化膜，且能夠確保電路層與第二基底層的接合強度。
[0026]并且，由于形成有第二基底層，因此能夠經由金屬的燒成體所構成的接合層而接 合半導體元件。
[0027] (5)本發明的其他方式的功率模塊用基板，其為根據⑴~⑷中任一項所記載的 功率模塊用基板，其中，所述絕緣層為選自A1N、Si3N4或A1 203的陶瓷基板。
[0028] 選自A1N、Si3N4或A1 203的陶瓷基板，其絕緣性以及強度優異，能夠提高功率模塊 的可靠性。并且，通過在該陶瓷基板的第一面以及第二面接合金屬板，可輕易形成電路層以 及金屬層。
[0029] (6)本發明的其他方式的自帶金屬部件的功率模塊用基板，其為具備（1)~（5)中 任一項所記載的功率模塊用基板以及接合于該功率模塊用基板的所述金屬層一側的金屬 部件，在所述第一基底層與所述金屬部件之間形成有由金屬的燒成體構成的接合層。
[0030]根據此構成的自帶金屬部件的功率模塊用基板，在第一基底層與金屬部件之間形 成有由金屬的燒成體構成的接合層，因此可牢固地接合功率模塊用基板（金屬層）與金屬 部件。而且，前述的由金屬的燒成體構成的接合層，可以以比釬焊溫度更低的溫度形成，因 此能夠將功率模塊用基板與金屬部件以較低的溫度進行接合，且能夠降低在該功率模塊用 基板的熱負荷。并且，能夠減少在功率模塊用基板以及金屬部件所產生的翹曲。
[0031] (7)本發明的其他方式的自帶金屬部件的功率模塊用基板，其為根據（6)所記載 的自帶金屬部件的功率模塊用基板，其中，在所述自帶金屬部件的功率模塊用基板中，所述 接合層為包含金屬Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或雙方的接合材料的燒成體。
[0032]此時，第一基底層的第一Ag層與接合層變成相同Ag之間的接合，因此能夠進一步 牢固地接合第一基底層與接合層。
[0033] (8)本發明的其他方式的自帶金屬部件的功率模塊，其具備（6)或（7)所記載的自 帶金屬部件的功率模塊用基板以及搭載于該自帶金屬部件的功率模塊用基板的電路層一 側的半導體元件。
[0034]根據本發明的自帶金屬部件的功率模塊，如上所述具備降低功率模塊用基板與金 屬部件的接合時所產生的功率模塊用基板的熱劣化，并且減少功率模塊用基板或金屬部件 的翹曲的自帶金屬部件的功率模塊用基板，因此能夠提高可靠性。
[0035] (9)本發明的其他方式的功率模塊用基板的制造方法，其為具備絕緣層、形成于該 絕緣層的第一面的電路層以及形成于所述絕緣層的第二面的金屬層的功率模塊用基板的 制造方法，具備如下工序：通過在所述金屬層中的與配設有所述絕緣層的面相反側的一面 上，涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag漿料并進行加熱處理，從而形成與接合層接合的第一基 底層，所述接合層由包含金屬粒子以及氧化金屬粒子中的至少一方或雙方的接合材料的燒 成體構成。
[0036](10)本發明其他方式的自帶金屬部件的功率模塊用基板的制造方法，其為具備在 絕緣層的第一面形成有電路層、并且在所述絕緣層的第二面形成有金屬層的功率模塊用基 板以及接合于所述金屬層一側的金屬部件的自帶金屬部件的功率模塊用基板的制造方法， 其中，具備如下工序：通過在所述金屬層中的與配設有所述絕緣層的面相反側的一面上，涂 布含有玻璃成分的含玻璃Ag漿料并進行加熱處理，從而形成與接合層接合的第一基底層， 所述接合層由包含金屬粒子以及氧化金屬粒子的至少一方或雙方中的接合材料的燒成體 構成；在所述第一基底層的表面，涂布包含金屬Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或 雙方的接合材料；向所涂布的接合材料層疊金屬部件；以及在層疊有所述功率模塊用基板 與所述金屬部件的狀態下進行加熱，從而形成接合所述第一基底層與所述金屬部件的接合 層。
[0037]根據此構成的功率模塊用基板的制造方法、或自帶金屬部件的功率模塊用基板的 制造方法，具備通過在所述金屬層中的與配設有所述絕緣層的面相反側的一面上，涂布含 有玻璃成分的含玻璃Ag漿料并進行加熱處理，形成所述第一基底層的工序，因此能夠去除 形成于金屬層表面的氧化膜，且能夠確切地接合金屬層與第一基底層。
[0038] 并且，當具備在所述第一基底層的上部涂布包含Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至 少一方或雙方的接合材料的工序、向所涂布的接合材料層疊金屬部件的工序以及在經層疊 有所述功率模塊用基板與所述金屬部件的狀態進行加熱而形成接合所述第一基底層與所 述金屬部件的接合層的工序時，在對接合層進行燒成時可牢固地接合第一基底層與金屬部 件。
[0039] 并且，上述接合材料的燒成溫度比釬焊的溫度低，