功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板以及功率模块制造技术

本发明专利技术提供一种功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板以及功率模块。所述功率模块用基板(10)具备绝缘基板(11)、形成于绝缘基板(11)的一面的电路层(12)以及形成于绝缘基板(11)的另一面的金属层(13)，电路层(12)由铜或铜合金构成，该电路层(12)的一面为搭载电子部件(3)的搭载面，金属层(13)通过接合由铝或铝合金构成的铝板而构成，电路层(12)的厚度t1在0.1mm≤t1≤0.6mm的范围内，金属层(13)的厚度t2在0.5mm≤t2≤6mm的范围内，电路层(12)的厚度t1与金属层(13)的厚度t2的关系为t1＜t2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在控制大电流、高电压的半导体装置中所使用的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板以及功率模块。 本申请主张基于2012年3月30日在日本申请的专利申请2012-083246号以及2013年3月8日在日本申请的专利申请2013-046960号的优先权，并将其内容援用于本说明书中。
技术介绍
在半导体元件中，由于用于供给电力的功率模块的发热量比较高，因此作为搭载该功率模块的基板，例如使用具备电路层及金属层的功率模块用基板，其中，所述电路层通过第一金属板接合于由AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)、Si3N4(氮化硅)等构成的绝缘基板的一面侧而构成，所述金属层通过第二金属板接合于绝缘基板的另一面侧而构成。 在这种功率模块基板中，在电路层上，通过焊材搭载有功率元件的半导体元件。 并且，在金属层的另一面侧，接合有用于冷却功率模块用基板的散热器。 例如，专利文献1中提出一种功率模块用基板，该功率模块用基板将构成电路层及金属层的第一金属板及第二金属板设为铜板，并通过DBC法将该铜板直接接合于绝缘基板而构成。并且，如专利文献1的图1所示，利用有机类耐热粘结剂，将铝制散热器接合在该功率模块用基板上，从而构成自带散热器的功率模块用基板。 并且，专利文献2中提出一种功率模块用基板，该功率模块用基板利用铝板来作为构成电路层及金属层的第一金属板及第二金属板。该功率模块用基板，在金属层上通过钎焊而接合散热器，从而构成自带散热器的功率模块用基板。 另外，专利文献3中提出，将金属板接合于绝缘基板的一面而作为电路层，并通过铸造法，将铝制散热器直接形成于绝缘基板的另一面。并且，公开有使用铝板及铜板来作为构成电路层的金属板。 专利文献1：日本专利公开平04-162756号公报 专利文献2：日本专利第3171234号公报 专利文献3：日本专利公开2002-076551号公报 然而，在专利文献1中所记载的功率模块用基板以及自带散热器的功率模块用基板中，在铝制散热器与绝缘基板之间配设有铜板，因此该铜板无法充分减缓因散热器与绝缘基板之间的热膨胀系数之差而引起的热应变，在热循环负载时会有绝缘基板容易产生破裂等问题。 另外，专利文献1中记载有通过夹在散热器与金属层之间的有机类耐热粘结剂来减缓热应变，但因夹有该有机类耐热粘结剂而热阻变高，因此存在无法将来自搭载于电路层上的电气部件等发热体的热量向散热器一侧有效地发散的问题。 并且，专利文献2中所记载的功率模块用基板以及自带散热器的功率模块用基板中，使用铝板来作为构成电路层的第一金属板。 在此，比较铜和铝，由于铝的热传导率低，因此将铝板用作构成电路层的第一金属板的情况下，来自搭载于电路层上的电气部件等发热体的热量的扩散程度比铜差。 因此，通过电子部件的小型化和高输出功率化而功率密度上升的情况下，可能无法充分发散热量。因此在负载功率循环时，耐久性可能会降低。 另外，专利文献3中所记载的自带散热器的功率模块用基板中，铝制散热器直接接合于绝缘基板上，因此通过因散热器与绝缘基板之间的热膨胀系数之差而引起的热应变，有绝缘基板容易产生破裂的倾向。为防止这一点，在专利文献3中，需要将散热器的屈服强度设定为较低。因此散热器本身的强度不足，操作起来非常困难。 并且，由于通过铸造法来形成散热器，因此散热器的结构比较简单，无法形成冷却能力高的散热器，存在无法促进发散热量的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于所述问题而提出的，其目的在于提供一种能够促进发散来自搭载于电路层上的电子部件等发热体的热量，具有优异的功率循环特性，且在冷热循环负载时能够抑制绝缘基板产生破裂的可靠性高的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板以及功率模块。 为解决这种课题以达成所述目的，本专利技术的功率模块用基板具备：绝缘基板；在该绝缘基板的一面形成的电路层；及在所述绝缘基板的另一面形成的金属层，其中，所述电路层由铜或铜合金构成，该电路层的一面为搭载电子部件的搭载面，所述金属层通过接合由铝或铝合金构成的铝板而构成，所述电路层的厚度t1在0.1mm≤t1≤0.6mm的范围内，所述金属层的厚度t2在0.5mm≤t2≤6mm的范围内，所述电路层的厚度t1与所述金属层的厚度t2的关系为t1＜t2。 在具有该结构的功率模块用基板中，由变形阻力比较大的铜及铜合金构成的电路层的厚度t1为0.1mm以上，因此能够使大电流流过，并能够搭载功率元件。并且，电路层的厚度t1为0.6mm以下，因此绝缘基板不会因电路层而受到过度的约束，可抑制绝缘基板破裂。 并且，由变形阻力比较小的铝及铝合金构成的金属层的厚度t2为0.5mm以上，因此通过金属层的变形，负载到功率模块用基板上的应力得到减缓，可抑制绝缘基板的破裂。并且，金属层的厚度t2为6mm以下，因此能够将金属层中的热阻抑制得较低。另外，基于上述观点，优选金属层的厚度t2为3mm以下。 另外，所述电路层的厚度t1与所述金属层的厚度t2的关系为t1＜t2，因此能够抑制在功率模块用基板上产生翘曲。 例如，即使在该功率模块用基板的金属层一侧接合散热器的情况下，通过形成为足够厚的金属层变形，能够减缓因绝缘基板与散热器之间的热膨胀系数之差而引起的热应变，并且电路层不会强力约束绝缘基板本身，因此能够抑制绝缘基板的破裂。 并且，在上述功率模块用基板中，具有搭载电子部件的搭载面的电路层由铜或铜合金构成，因此能够充分地扩散从电子部件产生的热量，可促进热量的散发。从而，在负载功率循环时，能够使耐久性提高。 其中，优选所述电路层的厚度t1与所述金属层的厚度t2的关系为t2/t1≥2.5。 在该情况下，由铜或铜合金构成的电路层的厚度t1与由铝或铝合金构成的金属层的厚度t2的关系为t2/t1≥2.5，因此能够可靠地抑制在功率模块用基板上产生翘曲。 并且，在所述金属层中与所述绝缘基板的接合界面附近，固溶有Si、Cu、Ag、Zn、Mg、Ge、Ca、Ga、Li中的任一种或两种以上的添加元素，所述金属层中接合界面附近的所述添加元素的浓度总和优选设定在0.01质量％以上且5质量％以下的范围内。 在该情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块用基板，其特征在于，具备绝缘基板、形成于所述绝缘基板的一面的电路层以及形成于所述绝缘基板的另一面的金属层，所述电路层由铜或铜合金构成，该电路层的一面为搭载电子部件的搭载面，所述金属层通过接合由铝或铝合金构成的铝板而构成，所述电路层的厚度t1在0.1mm≤t1≤0.6mm的范围内，所述金属层的厚度t2在0.5mm≤t2≤6mm的范围内，所述电路层的厚度t1与所述金属层的厚度t2的关系为t1＜t2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 JP 2012-083246;2013.03.08 JP 2013-046961.一种功率模块用基板，其特征在于，
具备绝缘基板、形成于所述绝缘基板的一面的电路层以及形成于所述绝缘基板的
另一面的金属层，
所述电路层由铜或铜合金构成，该电路层的一面为搭载电子部件的搭载面，
所述金属层通过接合由铝或铝合金构成的铝板而构成，
所述电路层的厚度t1在0.1mm≤t1≤0.6mm的范围内，
所述金属层的厚度t2在0.5mm≤t...

【专利技术属性】
技术研发人员：长友义幸，寺崎伸幸，黑光祥郎，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP