功率模块及功率模块的制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体元件准确地接合于电路层的一面，且热循环及动力循环可靠性优异的功率模块及功率模块的制造方法。本发明专利技术的功率模块（1）具备在绝缘层（11）的一面配设有电路层（12）的功率模块用基板（10）和搭载于电路层（12）上的半导体元件（3），其特征在于，在电路层（12）的一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的烧成体构成的第1烧成层（31），在该第1烧成层（31）之上形成由氧化银还原的Ag烧成体构成的第2烧成层（38）。

【技术实现步骤摘要】
功率模块及功率模块的制造方法
本专利技术涉及一种具备在绝缘层的一面配设有电路层的功率模块用基板和搭载于所述电路层上的半导体元件的功率模块及该功率模块的制造方法。
技术介绍
在各种半导体元件中，为控制电动汽车或电动车辆等而使用的大电力控制用功率元件由于发热量较多，因此作为搭载该功率元件的基板，一直以来广泛使用例如在由AlN（氮化铝）等构成的陶瓷基板上接合导电性优异的金属板作为电路层的功率模块用基板。并且，这种功率模块用基板的电路层上通过焊锡材搭载作为功率元件的半导体元件。另外，作为这种功率模块用基板已知有如下结构的基板，即其为了散热在陶瓷基板下表面也接合热传导性优异的金属板并通过该金属板接合冷却器来散热的构造。作为构成电路层的金属，使用铝或铝合金、或者铜或铜合金。其中，由铝构成的电路层中，由于在表面形成铝的氧化皮膜，因此无法与焊锡材良好地接合。并且，由铜构成的电路层中，存在熔融的焊锡材与铜发生反应使得电路层的内部渗入焊锡材的成分而使电路层的导电性劣化这样的问题。因此，例如如专利文献1中所公开，以往，都是通过无电解电镀等在电路层的表面形成Ni电镀膜，并在该Ni电镀膜上配设焊锡材来接合半导体元件。另外，专利文献2中提出有不使用焊锡材而使用Ag纳米膏来接合半导体元件的技术。另外，在专利文献3和4中提出有不使用焊锡材而使用包含金属氧化物粒子和由有机物构成的还原剂的氧化物膏接合半导体元件的技术。专利文献1：日本专利公开2004-172378号公报专利文献2：日本专利公开2006-202938号公报专利文献3：日本专利公开2008-208442号公报专利文献4：日本专利公开2009-267374号公报然而，如专利文献1中所述，在电路层表面形成Ni电镀膜的功率模块用基板有如下忧虑，在直到接合半导体元件为止的过程中，Ni电镀膜的表面因氧化等而劣化，与通过焊锡材接合的半导体元件的接合可靠性降低。另外，当通过用钎焊在功率模块用基板上接合冷却器时，若在电路层表面形成Ni电镀膜后进行钎焊等则导致Ni电镀膜劣化，因此，一般如下进行：对功率模块用基板与冷却器进行钎焊来形成带冷却器的功率模块用基板之后，将整个该带冷却器的功率模块用基板浸渍在电镀浴内。此时，电路层以外的部分也会形成Ni电镀膜，当冷却器由铝或铝合金构成时，有可能在由铝构成的冷却器与Ni电镀膜之间发生电蚀。因此，在Ni电镀膜工序中有需要进行掩模处理以免在冷却器部分形成Ni电镀膜。如此，在进行掩模处理之后进行电镀处理时，仅用于在电路层部分形成Ni电镀膜需要大量劳力，存在功率模块的制造成本大幅增加之类的问题。另一方面，如专利文献2中所公开，不使用焊锡材而使用Ag纳米膏接合半导体元件时，因为由Ag纳米膏构成的接合层形成为厚度薄于焊锡材，所以热循环负载时应力易作用于半导体元件，有导致半导体元件本身破损之虞。另外，如专利文献3、4中所公开，当用金属氧化物和还原剂接合半导体元件时，氧化物膏的烧成层依然形成为较薄，因此热循环负载时应力易作用于半导体元件。特别是最近随着功率模块的小型化或薄壁化的推进，其使用环境也愈加严格，有从电子部件的发热量增加的倾向。因此，在使用功率模块时，作用于电路层与半导体元件的接合界面的应力也有增加的倾向，与以往相比进一步要求提高电路层与半导体元件之间的接合可靠性。
技术实现思路
本专利技术是鉴于前述情况而完成的，其目的在于提供一种半导体元件准确地接合于电路层的一面，且热循环及动力循环可靠性优异的功率模块及功率模块的制造方法。为解决这种课题，实现上述目的，本专利技术的功率模块具备在绝缘层的一面配设有电路层的功率模块用基板和搭载于所述电路层上的半导体元件，其中，在所述电路层的一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的烧成体构成的第1烧成层，在该第1烧成层上形成有由氧化银还原的Ag烧成体构成的第2烧成层。根据该结构的功率模块，由于在电路层一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的烧成体构成的第1烧成层，因此，能够去除由玻璃成分形成于电路层表面的氧化皮膜，并能够确保该第1烧成层与电路层的接合强度。并且，由于在该第1烧成层上形成有由氧化银还原的Ag烧成体构成的第2烧成层，因此能够在形成该第2烧成层时接合半导体元件。在此，当还原氧化银时，会生成微细的Ag粒子，因此能够使第2烧成层成为致密的构造。另外，由于层叠有第1烧成层及第2烧成层，因此能够确保介于电路层与半导体元件之间的接合层的厚度。由此，能够抑制热循环负载时应力作用于半导体元件并能够防止半导体元件本身的破损。在此，优选设为如下结构，即所述第1烧成层具备形成于电路层的一面的玻璃层和层叠于该玻璃层上的Ag层，所述Ag层上分散有玻璃粒子。此时，能够将形成于电路层表面的氧化皮膜与玻璃层发生反应来去除，且能够准确接合电路层和半导体元件。在此，优选所述第2烧成层成为包含氧化银和还原剂的氧化银膏的烧成体。此时，当烧成氧化银膏时，氧化银通过还原剂准确还原，从而能够生成微细的Ag粒子，能够使第2烧成层成为致密的构造。并且，由于还原剂在还原氧化银时被分解，因此很难残留在第2烧成层中，因此能够确保第2烧成层中的导电性。另外，能够在例如300℃之类的较低温条件下烧成，因此能够将半导体元件的接合温度抑制得较低，并能够减低向半导体元件的热负载。所述氧化银膏可以除所述氧化银及所述还原剂外还含有Ag粒子。此时，氧化银还原而得到的Ag粒子和氧化银膏中所含有的Ag粒子烧成，从而能够将第2烧成层设为致密的构造。另外，优选作为Ag粒子的平均粒径在20nm以上800nm以下。另外，优选所述绝缘层为选自AlN，Si3N4或Al2O3的陶瓷基板。选自AlN、Si3N4或Al2O3的陶瓷基板的绝缘性及强度优异，能够谋求提高功率模块的可靠性。另外，能够通过在该陶瓷基板上接合金属板来轻松地形成电路层。本专利技术的功率模块的制造方法，所述功率模块具备在绝缘层的一面配设有电路层的功率模块用基板和搭载于所述电路层上的半导体元件，所述方法中，具备：通过在所述电路层的一面涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag膏并进行加热处理来形成所述第1烧成层的工序；在所述第1烧成层上涂布包含氧化银和还原剂的氧化银膏的工序；在涂布好的氧化银膏上层叠半导体元件的工序；及在将所述半导体元件和所述功率模块用基板以层叠状态进行加热来在所述第1烧成层上形成第2烧成层的工序，并且，接合所述半导体元件和所述电路层。根据该结构的功率模块的制造方法，由于具备在所述电路层的一面涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag膏并进行加热处理来形成所述第1烧成层的工序，因此能够去除形成于电路层的表面的氧化皮膜，并能够准确地接合电路层和第1烧成层。另外，由于具备在所述第1烧成层上涂布包含氧化银和还原剂的氧化银膏的工序、在涂布好的氧化银膏上层叠半导体元件的工序、及将所述半导体元件和所述功率模块用基板以层叠的状态进行加热来在所述第1烧成层上形成第2烧成层的工序，因此能够在烧成第2烧成层时接合所述半导体元件和所述电路层。在此，优选形成第2烧成层的工序中所述氧化银膏的烧成温度在150℃以上400℃以下。此时，由于所述氧化银膏的烧成温度成为400℃以下，因此能够在烧成氧化银膏来接合半导体元件时，将温度抑制得较低，并能够减低向半导体元件的热负载。并且，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块，具备在绝缘层的一面配设有电路层的功率模块用基板和搭载于所述电路层上的半导体元件，其特征在于，在所述电路层的一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的烧成体构成的第1烧成层，在该第1烧成层上形成有由氧化银还原的Ag烧成体构成的第2烧成层。

【技术特征摘要】
2011.05.31 JP 2011-121627;2012.01.23 JP 2012-01111.一种功率模块，具备在绝缘层的一面配设有电路层的功率模块用基板和搭载于所述电路层上的半导体元件，其特征在于，在所述电路层的一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的烧成体构成的第1烧成层，在该第1烧成层上形成有由氧化银还原的Ag烧成体构成的第2烧成层，所述第1烧成层的厚度为1.01μm以上且105μm以下，所述第2烧成层的厚度为5μm以上且50μm以下。2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第1烧成层具备有形成于电路层的一面的玻璃层和层叠于该玻璃层上的Ag层，所述Ag层上分散有玻璃粒子。3.如权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述第2烧成层成为包含氧化银和还原剂的氧化银膏的烧成体。4.如权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述氧化银膏除所述氧化银及还原剂外还含有Ag粒子。5.如权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘层为选自AlN、Si3N4或Al2O3的陶瓷基板。6.如权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘层为选自AlN、Si3N4或Al2O3的陶瓷基板。7.如权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘层为选自AlN、Si3N4或Al2O3的陶瓷基板。8.一种功率模块的制造方法，所述功率模块具备在绝缘层的一面配设有电路层的功率模块用基板和搭载于所述电路层上的半导体元件，其特征在于，所述制造方法具备：通过在所述电路层的一面涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag膏并进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：仙石文衣理，西元修司，西川仁人，长友义幸，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：