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1、(10)申请公布号 CN 104205324 A (43)申请公布日 2014.12.10 CN 104205324 A (21)申请号 201380016243.8 (22)申请日 2013.03.29 2012-083247 2012.03.30 JP H01L 23/36(2006.01) (71)申请人 三菱综合材料株式会社 地址 日本东京 (72)发明人 长友义幸 石塚博弥 长濑敏之 黑光祥郎 江户正和 三宅秀幸 (74)专利代理机构 北京德琦知识产权代理有限 公司 11018 代理人 康泉 王珍仙 (54) 发明名称 自带散热器的功率模块用基板及自带散热器 的功率模块用基板的制造方。
2、法 (57) 摘要 本发明的自带散热器的功率模块用基板具 备 ： 功率模块用基板， 在绝缘层的一面配设有电 路层 ； 及散热器， 被接合在该功率模块用基板的 另一面侧， 其中所述散热器的接合面及所述功率 模块用基板的接合面分别由铝或铝合金构成， 在 所述散热器与所述功率模块用基板的接合界面形 成有接合层 (50)， 该接合层 (50) 通过包含 Mg 的 含Mg化合物(52)分散在Al-Si共晶组织中而成， 其中， 该含 Mg 化合物不包含 MgO， 接合层 (50) 的 厚度 t 被设在 5m 以上 80m 以下的范围内。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.。
3、09.24 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2013/059464 2013.03.29 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/147121 JA 2013.10.03 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 13 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书13页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104205324 A CN 104205324 A 1/1 页 2 1. 一种自带散热器的功率模块用基板， 其特征在于， 具备 ： 功率模块用基板， 在绝缘层的一面配设有电路层 ； 及 散热器， 被接合。
4、在所述功率模块用基板的另一面侧， 所述散热器的接合面及所述功率模块用基板的接合面分别由铝或铝合金构成， 在所述散热器与所述功率模块用基板的接合界面形成有接合层， 该接合层通过包含 Mg 的含 Mg 化合物分散在 Al-Si 共晶组织中而成， 其中， 该含 Mg 化合物不包含 MgO， 所述接合层的厚度被设在 5m 以上 80m 以下的范围内。 2. 根据权利要求 1 所述的自带散热器的功率模块用基板， 其中， 所述散热器的接合面及所述功率模块用基板的接合面中的至少一面由含有 Mg 的含 Mg 铝合金构成， 在由所述含 Mg 铝合金构成的接合面的接合界面附近， 形成有含 Mg 化合物的存在比率 。
5、减少的 Mg 减少区域。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的自带散热器的功率模块用基板， 其中， 所述接合层中的 MgO 的含量被设为 20 面积以下。 4. 根据权利要求 1 至 3 中任一项所述的自带散热器的功率模块用基板， 其中， 分散在所述接合层的含 Mg 化合物包含 MgSi 系化合物或 MgAlO 系化合物。 5. 一种自带散热器的功率模块用基板的制造方法， 该自带散热器的功率模块用基板具 备 ： 功率模块用基板， 在绝缘层的一面配设有电路层 ； 及散热器， 被接合在该功率模块用基 板的另一面侧， 所述自带散热器的功率模块用基板的制造方法的特征在于， 所述散热器的接合面及所述功。
6、率模块用基板的接合面分别由铝或铝合金构成， 在所述散热器与所述功率模块用基板的接合界面夹有 Al-Si 系钎料和 Mg， 层叠所述散 热器和所述功率模块用基板， 向层叠方向对所述散热器和所述功率模块用基板进行加压的状态下， 在非氧化气氛中 以常压实施钎焊， 在所述散热器和所述功率模块用基板的接合界面形成接合层， 该接合层通过包含 Mg 的含Mg化合物分散在Al-Si共晶组织中而成， 其中， 该含Mg化合物不包含MgO， 所述接合层 的厚度被设在 5m 以上 80m 以下的范围内。 6. 根据权利要求 5 所述的自带散热器的功率模块用基板的制造方法， 其中， 当进行所述钎焊时， 在0.001MP。
7、a以上0.5MPa以下的条件下， 向层叠方向对所述散热器 和所述功率模块用基板进行加压。 权 利 要 求 书 CN 104205324 A 2 1/13 页 3 自带散热器的功率模块用基板及自带散热器的功率模块用 基板的制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种散热器的接合面及功率模块用基板的接合面分别由铝或铝合金 构成的自带散热器的功率模块用基板、 及自带散热器的功率模块用基板的制造方法。 0002 本申请基于2012年3月30日在日本申请的专利申请2012-083247号主张优先权， 将其内容援用于此。 背景技术 0003 作为上述自带散热器的功率模块用基板， 例如提出专利文献13中公开。
8、的基板。 0004 专利文献 1、 2 中记载的自带散热器的功率模块用基板中， 功率模块用基板与由铝 构成的散热器通过使用Al-Si系钎料的钎焊来接合， 所述功率模块用基板通过在由AlN(氮 化铝 ) 构成的陶瓷基板的两面接合 Al( 铝 ) 的金属板 ( 电路层及金属层 ) 而成。 0005 并且， 在专利文献 3 中示出的半导体模块的冷却装置中， 还提出在由陶瓷材构成 的绝缘基板的两面接合有Al(铝)的金属板(上部电极及下部电极)， 半导体元件接合于上 部电极的半导体模块与由铝构成的冷却器的顶板通过使用焊剂的钎焊来接合。 0006 使用该焊剂的钎焊主要为使铝部件彼此接合的技术， 例如将 A。
9、l-Si 系钎料箔及焊 剂配置在铝部件彼此之间， 通过焊剂去除在铝部件的表面上形成的氧化膜， 并且促进钎料 的熔融而进行接合。 0007 专利文献 1 ： 日本专利公开 2010-093225 号公报 0008 专利文献 2 ： 日本专利公开 2009-135392 号公报 0009 专利文献 3 ： 日本专利公开 2009-105166 号公报 0010 在此， 铝部件中， 由于在其表面上形成铝的氧化被膜， 因此若单纯进行钎焊， 无法 良好地接合。 0011 因此， 专利文献 1、 2 中， 通过使用真空炉来在真空气氛中进行钎焊， 由此抑制铝的 氧化被膜的影响， 而使铝部件彼此接合。 001。
10、2 然而， 当进行钎焊时的真空度低的情况下， 无法充分地抑制氧化被膜的影响而有 可能使接合可靠性变差。 若欲提高真空度， 则存在需要大量的时间和劳力， 而无法有效地进 行钎焊， 并且成本大幅增加之类的问题。 0013 另一方面， 专利文献 3 中， 由于通过焊剂来去除铝的氧化被膜来使铝部件彼此接 合， 因此无需在真空气氛中进行钎焊， 而能够在氮气等非氧化气氛中以常压条件进行钎焊。 0014 然而， 因使用焊剂而存在钎焊作业变得复杂的问题。并且， 如上所述， 在接合功率 模块用基板和散热器时使用焊剂的情况下， 焊剂成分的一部分会挥发而侵入功率模块用基 板的陶瓷基板与金属板的接合界面等， 有可能使。
11、陶瓷基板与金属板之间的接合可靠性下 降。 发明内容 说 明 书 CN 104205324 A 3 2/13 页 4 0015 本发明是鉴于上述情况而完成的， 其目的在于提供一种无需使用焊剂而在常压条 件下进行牢固地钎焊而成的自带散热器的功率模块用基板、 及自带散热器的功率模块用基 板的制造方法。 0016 为了解决以上课题并达到所述目的， 本发明的自带散热器的功率模块用基板， 具 备 ： 功率模块用基板， 在绝缘层的一面配设有电路层 ； 及散热器， 被接合在该功率模块用基 板的另一面侧， 其中， 所述散热器的接合面及所述功率模块用基板的接合面分别由铝或铝 合金构成， 在所述散热器与所述功率模块。
12、用基板的接合界面形成有接合层， 该接合层通过 包含 Mg 的含 Mg 化合物 ( 除 MgO 以外 ) 分散在 Al-Si 共晶组织中而成， 所述接合层的厚度 被设在 5m 以上 80m 以下的范围内。 0017 根据该结构的自带散热器的功率模块用基板， 通过形成有包含 Mg 的含 Mg 化合物 (除MgO以外)分散在Al-Si共晶组织中而成的接合层， 所述接合层的厚度被设在5m以上 80m 以下的范围内， 因此散热器和功率模块用基板被牢固地接合。即， 由于分散在 Al-Si 共晶组织中的含 Mg 化合物通过铝的氧化物与 Mg 进行反应而生成， 因此可去除在散热器的 接合面及功率模块用基板的接。
13、合面形成的铝的氧化被膜， 从而散热器与功率模块用基板被 牢固地接合。 0018 在包含 Mg 的含 Mg 化合物 ( 除 MgO 以外 ) 分散在 Al-Si 共晶组织中的接合层厚度 小于 5m 时， 无法充分去除在散热器的接合面及功率模块用基板的接合面形成的铝的氧 化被膜， 从而有可能无法牢固地接合散热器和功率模块用基板。 另一方面， 若所述接合层的 厚度大于 80m 时， 有可能在接合层内部发生龟裂等。 0019 因此， 将包含 Mg 的含 Mg 化合物 ( 除 MgO 以外 ) 分散在 Al-Si 共晶组织中的接合 层的厚度规定在 5m 以上 80m 以下的范围内。 0020 在此， 所。
14、述散热器的接合面及所述功率模块用基板的接合面中的至少一面由含有 Mg 的含 Mg 铝合金构成， 也可以在由所述含 Mg 铝合金构成的接合面的界面附近， 形成有含 Mg 化合物的存在比率减少的 Mg 减少区域。 0021 此时， 在所述散热器的接合面及所述功率模块用基板的接合面中的至少一面中所 含有的 Mg 的一部分在接合界面发挥作用， 与在所述散热器的接合面及所述功率模块用基 板的接合面形成的铝的氧化被膜进行反应而成为含 Mg 化合物， 并形成包含 Mg 的含 Mg 化合 物 ( 除 MgO 以外 ) 分散在 Al-Si 共晶组织中的接合层。而且， 在由所述含 Mg 铝合金构成的 接合面的界面。
15、附近形成有含 Mg 化合物的存在比率减少的 Mg 减少区域， 因此在该 Mg 减少区 域中， 变形阻力下降， 而作为应力松弛层发挥作用。 0022 并且， 所述接合层中的 MgO 的含量优选设为 20 面积以下。 0023 由于进行冷热循环荷载时 MgO 成为发生龟裂的起始点， 因此不优选。而且， MgO 本 身较大生长， 会阻碍钎焊。因此， 所述接合层中的 MgO 的含量优选抑制在 20 面积以下。 0024 另外， 分散在所述接合层的含 Mg 化合物优选包含 MgSi 系化合物或 MgAlO 系化合 物。 0025 MgSi系化合物及MgAlO系化合物通过Mg与铝的氧化物进行反应而生成， 。
16、由于分散 成微细的颗粒状， 因此能够可靠地去除在所述散热器的接合面及所述功率模块用基板的接 合面形成的铝的氧化被膜， 从而散热器与功率模块用基板被牢固地接合， 提供接合可靠性 优异的自带散热器的功率模块用基板。 说 明 书 CN 104205324 A 4 3/13 页 5 0026 本发明的自带散热器的功率模块用基板的制造方法中， 该自带散热器的功率模块 用基板具备 ： 功率模块用基板， 在绝缘层的一面配设有电路层 ； 及散热器， 被接合在该功率 模块用基板的另一面侧， 其中， 所述散热器的接合面及所述功率模块用基板的接合面分别 由铝或铝合金构成， 在所述散热器与所述功率模块用基板的接合界面。
17、夹有 Al-Si 系钎料和 Mg， 层叠所述散热器和所述功率模块用基板， 在向层叠方向对所述散热器和所述功率模块 用基板进行加压的状态下， 在非氧化气氛中以常压实施钎焊， 在所述散热器和所述功率模 块用基板的接合界面之间形成接合层， 该接合层通过包含Mg的含Mg化合物(除MgO以外) 分散在 Al-Si 共晶组织中而成， 所述接合层的厚度被设在 5m 以上 80m 以下的范围内。 0027 根据被设为这种构成的本发明的自带散热器的功率模块用基板的制造方法， 在所 述散热器与所述功率模块用基板的接合界面夹有 Al-Si 系钎料和 Mg， 因此无需使用焊剂而 在常压条件下进行钎焊， 也能够去除在所。
18、述散热器的接合面及所述功率模块用基板的接合 面上形成的氧化被膜， 并能够可靠地接合所述散热器与所述功率模块用基板。 0028 并且， 由于层叠所述散热器和所述功率模块用基板， 并在向层叠方向加压的状态 下实施钎焊， 因此能够使所述散热器与所述功率模块用基板进行面接触， 并能够抑制存在 于接合界面的 Mg 挥发而逸散在气氛中， 能够形成包含 Mg 的含 Mg 化合物 ( 除 MgO 以外 ) 分 散在 Al-Si 共晶组织中而成的接合层。另外， 在气氛中挥发的 Mg 有可能与氧反应而成为 MgO 而阻碍接合， 因此需要抑制 Mg 的挥发。 0029 根据本发明， 能够提供一种无需使用焊剂而在常压。
19、条件下进行牢固地钎焊而成的 自带散热器的功率模块用基板及自带散热器的功率模块用基板的制造方法。 附图说明 0030 图 1 是表示本发明的第 1 实施方式的自带散热器的功率模块用基板的示意说明 图。 0031 图 2 是图 1 中的金属层与散热器的接合部的放大说明图。 0032 图 3 是表示图 1 的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的流程图。 0033 图 4 是本发明的第 2 实施方式的自带散热器的功率模块用基板的示意说明图。 0034 图 5 是图 4 中的金属层与散热器的接合部的放大说明图。 0035 图 6 是表示图 4 的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的流程图。 具体实施。
20、方式 0036 以下， 参考附图对本发明的实施方式的自带散热器的功率模块用基板进行说明。 0037 图 1 中， 示出了使用本发明的第 1 实施方式的自带散热器的功率模块用基板的功 率模块。 0038 该功率模块 1 具备自带散热器的功率模块用基板 40、 及经由焊料层 2 在该自带散 热器的功率模块用基板 40 的一侧 ( 图 1 中为上侧 ) 的面接合的半导体元件 ( 电子部件 )3。 0039 在此， 焊料层 2 例如被设为 Sn-Ag 系、 Sn-In 系或 Sn-Ag-Cu 系的焊料材。 0040 自带散热器的功率模块用基板 40 具备功率模块用基板 10、 及冷却功率模块用基 板 。
21、10 的散热器 41。 0041 功率模块用基板 10 具备绝缘基板 11、 配设在该绝缘基板 11 的一面的 ( 图 1 中为 说 明 书 CN 104205324 A 5 4/13 页 6 上表面 ) 的电路层 12、 及配设在绝缘基板 11 的另一面 ( 图 1 中为下表面 ) 的金属层 13。 0042 绝缘基板 11 为防止电路层 12 与金属层 13 之间的电连接的基板， 且例如由 AlN( 氮化铝 )、 Si3N4( 氮化硅 )、 Al2O3( 氧化铝 ) 等绝缘性较高的陶瓷构成， 本实施方式中由 Al2O3( 氧化铝 ) 构成。并且， 绝缘基板 11 的厚度被设定在 0.2mm。
22、 以上 1.5mm 以下的范围内， 本实施方式中被设定为 0.635mm。 0043 电路层 12 通过由铜或铜合金构成的铜板在绝缘基板 11 的一面接合来形成。本实 施方式中， 作为构成电路层12的铜板， 使用韧铜的轧制板。 在该电路层12形成有电路图案， 其另一面 ( 图 1 中为上表面 ) 被设为搭载半导体元件 3 的搭载面。 0044 金属层 13 通过由铝或铝合金构成的铝板 23 在绝缘基板 11 的另一面接合而形成。 本实施方式中， 作为构成金属层 13 的铝板， 使用纯度为 99.99以上的铝 ( 所谓的 4N 铝 ) 的轧制板。 0045 本实施方式中的散热器 41 具备与功率。
23、模块用基板 10 接合的顶板部 42、 及层叠配 置在该顶板部 42 的冷却部件 43。在冷却部件 43 的内部形成有使冷却介质流通的通道 44。 0046 在此， 顶板部 42 与冷却部件 43 被设为通过固定螺钉 45 来连结的结构。因此， 顶 板部 42 需要确保刚性， 以便即使拧入固定螺钉 45 也不会轻松地变形。因此， 本实施方式中 散热器 41 的顶板部 42 由 0.2屈服强度为 100N/mm2以上的金属材料构成， 并将其厚度设 为 2mm 以上。 0047 具体而言， 与功率模块用基板 10 接合的顶板部 42 由含有 Mg 的含 Mg 铝合金构成， 本实施方式中， 顶板部 。
24、42 由 A6063 合金 (Mg 为 0.45 质量以上 0.9 质量以下的铝合金 ) 构成。在含有 Mg 的含 Mg 铝合金中， Mg 含量优选 0.2 质量以上 2.5 质量以下， 更优选 0.5 质量以上 1.5 质量以下。 0048 并且， 如图 2 所示， 在由 4N 铝构成的金属层 13 与由 A6063 合金构成的顶板部 42 之间形成有接合层 50。该接合层 50 被设为包含 Mg 的含 Mg 化合物 52 分散在由 Al-Si 共晶 组织构成的母相 51 的内部的结构。在此， 接合层 50 的厚度 t 被设在 5m t 80m 的 范围内。 0049 另外， 通过实施截面观。
25、察并进行对位而使接合层 50 成为水平来测定接合层 50 的 面积 A， 用接合层 50 的水平方向长度 L 除该面积 A， 由此计算接合层 50 的厚度 t。 0050 在该接合层 50 中， MgO 的含量被设为 20 面积以下， 本实施方式中被设为 10 面 积以下。 0051 并且， 分散在接合层 50 的含 Mg 化合物 52 含有 MgSi 系化合物或 MgAlO 系化合物。 作为 MgSi 系化合物， 具体而言可以举出 Mg2Si 等， 作为 MgAlO 系化合物， 具体而言可以举出 MgAl2O4等。 0052 在此， 顶板部 42 由含有 Mg 的 A6063 合金构成， 因。
26、此包含 Mg 的含 Mg 化合物 48 分 散在顶板部 42 中。而且， 在顶板部 42 中的接合层 50 的附近部分形成有该含 Mg 化合物 48 的存在比率减少的 Mg 减少区域 49。Mg 减少区域 49 的 Mg 浓度优选 0 0.5 质量， 更优 选 0.1 0.3 质量。 0053 接着参考图 3 的流程图对该自带散热器的功率模块用基板 40 的制造方法进行说 明。 0054 首先， 接合作为电路层 12 的铜板与绝缘基板 11( 电路层形成工序 S01)。在此， 绝 说 明 书 CN 104205324 A 6 5/13 页 7 缘基板 11 由 Al2O3构成， 因此通过利用铜。
27、和氧的共晶反应的 DBC 法来接合铜板与绝缘基板 11。 具体而言， 使由韧铜构成的铜板与绝缘基板11接触， 在氮气气氛中以1075加热10分 钟， 由此接合铜板与绝缘基板 11。 0055 接着， 将作为金属层 13 的铝板接合于绝缘基板 11 的另一面侧 ( 金属层形成工序 S02)。 0056 通过溅射将添加元素 (Si、 Cu、 Zn、 Mg、 Ge、 Ca、 Li 中的任一种或两种以上 ) 固定 在铝板的与绝缘基板 11 的接合面而形成固定层。在此， 固定层中的添加元素量被设定在 0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下的范围内， 本实施方式中， 作为添加元素使用Cu， 固定层中。
28、的 Cu 量被设定在 0.08mg/cm2以上 2.7mg/cm2以下。 0057 将该铝板层叠在绝缘基板 11 的另一面侧， 在向层叠方向加压 ( 压力 1 35kgf/ cm2) 的状态下， 装入真空加热炉内并进行加热。在此， 本实施方式中， 真空加热炉内的压力 被设定在10-310-6Pa的范围内， 加热温度被设定在550以上650以下的范围内。 于是， 通过固定层的添加元素(Cu)扩散到铝板侧， 使铝板的固定层附近的添加元素的浓度(Cu浓 度 ) 上升而熔点下降， 从而在铝板与绝缘基板 11 的界面形成熔融金属区域。 0058 接着， 在形成熔融金属区域的状态下， 将温度保持一定。于是。
29、， 熔融金属区域中的 Cu 进一步扩散到铝板侧。由此， 作为熔融金属区域的部分的 Cu 浓度逐渐下降而熔点上升， 在温度保持一定的状态下进行凝固。由此， 使绝缘基板 11 与铝板接合。即， 绝缘基板 11 与 铝板 ( 金属层 13) 通过所谓的扩散接合 (Transient Liquid Phase Diffusion Bonding) 来接合。而且， 在进行凝固之后， 冷却至常温。 0059 由此， 制造出功率模块用基板 10。 0060 接着， 接合功率模块用基板 10 的金属层 13 与散热器 41 的顶板部 42( 散热器接合 工序 S03)。 0061 首先， 在功率模块用基板10。
30、的金属层13与顶板部42之间夹有Al-Si系钎料， 层叠 功率模块用基板 10 和顶板部 42( 层叠工序 S31)。在此， 本实施方式中， 使用如下 Al-Si 系 钎料箔 ： Si 的含量为 5.5 质量以上 11.0 质量以下、 Al 的含量为 89.0 质量以上 94.5 质量以下 ( 不含 Mg)、 厚度为 5m 以上 100m 以下。 0062 在向层叠方向对功率模块用基板 10 及顶板部 42 进行加压 (0.001MPa 0.5MPa) 的状态下， 装入被设为非氧化气氛的气氛炉内并进行加热(加热工序S32)。 在此， 本实施方 式中， 将气氛加热炉内设为氮气气氛， 将氧分压设为。
31、 120ppm 以下， 将炉内压力设为常压。并 且， 加热温度被设为 590以上 630以下。于是， 在金属层 13 与顶板部 42 的接合界面使 钎料箔、 金属层 13 的一部分及顶板部 42 的一部分熔融， 由此形成熔融金属区域。 0063 此时， 分散在顶板部 42 的接合界面附近的含 Mg 化合物 48 中的 Mg 在接合界面发 挥作用， 在顶板部 42 的接合面及金属层 13 的接合面形成的铝的氧化被膜与 Mg 进行反应而 被去除。 0064 并且， 通过使气氛炉的炉内温度下降， 使在金属层13与顶板部42的接合界面形成 的熔融金属区域凝固， 而接合金属层 13 与顶板部 42( 熔。
32、融金属凝固工序 S33)。此时， 在金 属层 13 与顶板部 42 的接合界面形成有以 Al-Si 共晶组织为母相 51 的接合层 50。并且， 在 该接合层 50 的内部分散有铝的氧化被膜与 Mg 进行反应而生成的含 Mg 化合物 ( 本实施方 式中为 MgAlO 系化合物 )。 说 明 书 CN 104205324 A 7 6/13 页 8 0065 另外， 通过分散在顶板部 42 的接合界面附近的含 Mg 化合物 48 作用于接合界面， 在顶板部 42 的接合界面附近形成有含 Mg 化合物的存在比率减少的 Mg 减少区域 49。 0066 由此， 制造出本实施方式的自带散热器的功率模块用。
33、基板 40。 0067 根据本实施方式的自带散热器的功率模块用基板 40， 在由 4N 铝构成的金属层 13 与由 A6063 合金构成的顶板部 42 的接合界面， 形成有以 Al-Si 共晶组织为母相 51 且含 Mg 化合物 52 分散在该母相 51 内的结构的接合层 50， 该接合层 50 的厚度被设在 5m 以上 80m以下的范围内， 因此能够去除在金属层13的接合面与顶板部42的接合面形成的铝的 氧化被膜， 从而牢固地接合金属层13与顶板部42。 因此， 能够构成功率模块用基板10与散 热器 41 的接合可靠性优异的自带散热器的功率模块用基板 40。 0068 并且， 接合层 50 。
34、中的 MgO 的含量被设为 20 面积以下， 因此进行冷热循环荷载 时， 接合层 50 中的龟裂的发生得到抑制， 并且能够良好地进行钎焊， 功率模块用基板 10 与 散热器 41 的接合可靠性会大幅提高。尤其， 在本实施方式中， 将接合层 50 中的 MgO 含量设 为 10 面积以下， 因此能够可靠地提高功率模块用基板 10 与散热器 41 的接合可靠性。 0069 另外， 分散在接合层 50 的母相 51 中的含 Mg 化合物 52 被设为 MgSi 系化合物、 MgAlO 系， 因此能够在接合层 50 内以微细的颗粒状分散， 可靠地且牢固地接合功率模块用 基板 10 与散热器 41。 0。
35、070 并且， 顶板部 42 由含有 Mg 的 A6063 合金构成， 在顶板部 42 中的接合层 50 的附近 部分形成有含 Mg 化合物 48 的存在比率减少的 Mg 减少区域 49， 因此该 Mg 减少区域 49 的变 形阻力下降， 从而作为应力松弛层发挥作用。因此， 能够通过该 Mg 减少区域 49 的变形来使 由散热器 41 与绝缘基板 11 的热膨胀系数之差引起的热应力松弛， 能够防止绝缘基板 11 的 破裂。 0071 并且， 根据本实施方式的自带散热器的功率模块用基板 40 的制造方法， 在氮气气 氛、 氧分压为 120ppm 以下、 常压条件下， 使功率模块用基板 10 与散。
36、热器 41 接合， 因此能够 有效地且低成本制造出接合可靠性优异的自带散热器的功率模块用基板 40。 0072 另外， 由于未使用焊剂， 当接合功率模块用基板 10 与散热器 41 时， 对电路层 12 与 绝缘基板 11 的接合界面及绝缘基板 11 与金属层 13 的接合界面的影响较小， 能够防止电路 层 12 与绝缘基板 11 及绝缘基板 11 与金属层 13 的接合可靠性的劣化。 0073 并且， 向层叠方向对功率模块用基板 10 及顶板部 42 进行加压 (0.001MPa 0.5MPa) 的状态下， 通过装入被设为非氧化气氛的气氛炉内并进行加热来进行钎焊， 因此能 够使功率模块用基板。
37、 10 与顶板部 42 进行面接触， 从而能够抑制存在于接合界面的 Mg 挥发 而逸散在气氛中， 能够形成包含 Mg 的含 Mg 化合物 ( 除 MgO 以外 ) 分散在 Al-Si 共晶组织 中的接合层 50。 0074 以下， 对本发明的第 2 实施方式的自带散热器的功率模块用基板进行说明。图 4 中示出使用本发明的第 2 实施方式的自带散热器的功率模块用基板的功率模块。 0075 该功率模块 101 具备自带散热器的功率模块用基板 140、 及经由焊料层 2 在该自 带散热器的功率模块用基板 140 的一侧 ( 图 4 中为上侧 ) 的面接合的半导体元件 ( 电子部 件 )3。 0076。
38、 在此， 焊料层 2 例如被设为 Sn-Ag 系、 Sn-In 系或 Sn-Ag-Cu 系的焊料材。 0077 自带散热器的功率模块用基板 140 具备功率模块用基板 110、 及对功率模块用基 说 明 书 CN 104205324 A 8 7/13 页 9 板 110 进行冷却的散热器 141。 0078 功率模块用基板 110 具备绝缘基板 111、 配设在该绝缘基板 111 的一面 ( 图 4 中 为上表面 ) 的电路层 112、 及配设在绝缘基板 111 的另一面 ( 图 4 中为下表面 ) 的金属层 113。 0079 绝缘基板 111 为防止电路层 112 与金属层 113 之间的。
39、电连接的基板， 且例如由 AlN( 氮化铝 )、 Si3N4( 氮化硅 )、 Al2O3( 氧化铝 ) 等绝缘性较高的陶瓷构成， 本实施方式中由 绝缘性较高的 AlN( 氮化铝 ) 构成。并且， 绝缘基板 111 的厚度被设定在 0.2mm 以上 1.5mm 以下的范围内， 本实施方式中被设定为 0.635mm。 0080 电路层 112 通过由铝或铝合金构成的铝板在绝缘基板 111 的一面接合来形成。本 实施方式中， 作为构成电路层112的铝板， 使用纯度为99.99以上的铝(所谓的4N铝)的 轧制板。在该电路层 112 形成有电路图案， 其另一面 ( 图 4 中为上表面 ) 被设为搭载半导。
40、 体元件 3 的搭载面。 0081 金属层 113 通过由铝或铝合金构成的铝板在绝缘基板 111 的另一面接合而形成。 本实施方式中， 作为构成金属层 113 的铝板， 使用纯度为 99.99以上的铝 ( 所谓的 4N 铝 ) 的轧制板。 0082 本实施方式中的散热器141具备与功率模块用基板110接合的顶板部142、 及使冷 却介质 ( 例如冷却水 ) 流通的通道 144。 0083 在此， 散热器141(顶板部142)优选由导热性良好的材质构成， 并且需要确保作为 结构材的刚性。因此， 本实施方式中， 散热器 141 的顶板部 142 由 A3003( 铝合金 ) 构成。 0084 并且。
41、， 如图5所示， 在由4N铝构成的金属层113与由A3003合金构成的顶板部142 之间形成有接合层150。 该接合层150被设为包含Mg的含Mg化合物152分散在由Al-Si共 晶组织构成的母相151的内部的结构。 在此， 接合层150的厚度t被设为5mt80m 的范围内。 0085 另外， 通过实施截面观察并进行对位而使接合层 150 成为水平来测定接合层 150 的面积 A， 用接合层 150 的水平方向长度 L 除该面积 A， 由此计算接合层 150 的厚度 t。 0086 在该接合层 150 中， MgO 的含量被设为 20 面积以下， 本实施方式中被设为 10 面 积以下。 008。
42、7 并且， 分散在接合层 150 的含 Mg 化合物 152 含有 MgSi 系化合物或 MgAlO 系化合 物。作为 MgSi 系化合物， 具体而言可以举出 Mg2Si 等， 作为 MgAlO 系化合物， 具体而言可以 举出 MgAl2O4等。 0088 接着， 参考图 6 的流程图对该自带散热器的功率模块用基板 140 的制造方法进行 说明。 0089 首先， 接合作为电路层 112 的铝板与绝缘基板 111( 电路层形成工序 S101)。并且 接合作为金属层 113 的铝板与绝缘基板 111( 金属层形成工序 S102)。本实施方式中， 同时 实施这些电路形成工序 S101 及金属层形成。
43、工序 S102。 0090 通过网版印刷向绝缘基板 111 的一面及另一面涂布包含添加元素 (Si、 Cu、 Zn、 Mg、 Ge、 Ca、 Li 中的任一种或两种以上 ) 的糊膏并使其干燥， 由此形成固定层。 0091 在此， 本实施方式中， 作为添加元素使用Ag。 所使用的Ag糊膏含有Ag粉末、 树脂、 溶剂及分散剂， Ag 粉末的含量被设为总 Ag 糊膏的 60 质量以上 90 质量以下， 剩余部分 说 明 书 CN 104205324 A 9 8/13 页 10 为树脂、 溶剂及分散剂。 另外， 本实施方式中， Ag粉末的含量被设为总Ag糊膏的85质量。 0092 接着， 层叠作为电路。
44、层 112 的铝板、 绝缘基板 111 及作为金属层 113 的铝板， 在向 层叠方向加压(压力135kgf/cm2)的状态下， 装入真空加热炉内并进行加热。 在此， 本实 施方式中， 真空加热炉内的压力被设定在 10-3 10-6Pa 的范围内， 加热温度被设定在 550 以上650以下的范围内。 于是， 通过固定层的添加元素(Ag)扩散到铝板侧， 由此铝板的固 定层附近的添加元素的浓度 (Ag 浓度 ) 上升而熔点下降， 从而在铝板与绝缘基板 111 的界 面分别形成熔融金属区域。 0093 接着， 在形成熔融金属区域的状态下， 温度保持一定。于是， 熔融金属区域中的 Ag 进一步扩散到铝。
45、板侧。由此， 作为熔融金属区域的部分的 Ag 浓度逐渐下降而熔点上升， 在 温度保持一定的状态下进行凝固。由此， 使绝缘基板 111 与铝板接合。即， 电路层 112 与绝 缘基板 111、 及绝缘基板 111 与金属层 113 通过所谓的扩散接合 (Transient Liquid Phase Diffusion Bonding) 来接合。而且， 在进行凝固之后， 冷却至常温。 0094 由此， 制造出功率模块用基板 110。 0095 接着， 接合功率模块用基板 110 的金属层 113 与散热器 141( 散热器接合工序 S103)。 0096 首先， 在功率模块用基板 110 的金属层。
46、 113 与散热器 141 之间夹有 Al-Si 系钎料， 层叠功率模块用基板 110 与散热器 141( 层叠工序 S131)。在此， 本实施方式中， 使用如下 Al-Si 系钎料箔 ： Si 的含量为 5.5 质量以上 11.0 质量以下、 Al 的含量为 86.5 质量 以上 94.4 质量以下、 厚度为 5m 以上 100m 以下。并且， 在该钎料箔中以 0.1 质量 以上 2.5 质量以下的范围内含有 Mg。 0097 在向层叠方向对功率模块用基板 110 及散热器 141 进行加压 (0.001MPa 0.5MPa)的状态下， 装入被设为非氧化气氛的气氛炉内并进行加热(加热工序S1。
47、32)。 在此， 本实施方式中， 将气氛加热炉内设为氮气气氛， 将氧分压设为 120ppm 以下。并且， 将炉内压 力设为常压。并且， 加热温度被设为 590以上 630以下。于是， 在金属层 113 与散热器 141 的接合界面使钎料箔、 金属层 113 的一部分及散热器 141 的一部分熔融， 由此形成熔融 金属区域。 0098 此时， 在散热器141的接合面及金属层13的接合面形成的铝的氧化被膜通过与钎 料箔所含有的 Mg 进行反应而被去除。 0099 并且， 通过使气氛炉的炉内温度下降， 使在金属层113与散热器141的接合界面形 成的熔融金属区域凝固， 从而接合金属层113与散热器1。
48、41(凝固工序S133)。 此时， 在金属 层 113 与散热器 141 的接合界面形成有以 Al-Si 共晶组织为母相 151 的接合层 150。并且， 在该接合层 150 的内部分散有铝的氧化被膜与 Mg 进行反应而生成的含 Mg 化合物 152( 本 实施方式中为 MgAlO 系化合物 )。 0100 由此， 制造出本实施方式的自带散热器的功率模块用基板 140。 0101 根据利用本实施方式的铝部件的接合结构的自带散热器的功率模块用基板 140， 在由4N铝构成的金属层113与由A3003合金构成的散热器141的接合界面， 形成有以Al-Si 共晶组织为母相 151 且含 Mg 化合物。
49、 152 分散在该母相 151 内的结构的接合层 150， 该接合 层 150 的厚度被设在 5m 以上 80m 以下的范围内， 因此能够去除在金属层 113 的接合面 及散热器141的接合面形成的铝的氧化被膜， 从而牢固地接合金属层113与散热器141。 因 说 明 书 CN 104205324 A 10 9/13 页 11 此， 能够构成功率模块用基板 110 与散热器 141 的接合可靠性优异的自带散热器的功率模 块用基板 140。 0102 并且， 由于在钎料箔内含有 Mg， 因此能够经由接合层 150 接合由不含有 Mg 的铝或 铝合金构成的金属层113(4N铝)与散热器141(A3003。