CN101981692B - 绝缘基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘基板(1)，其包括：电绝缘层(2)、形成于电绝缘层(2)的一面并且由导电材料粉末的放电等离子烧结体形成的配线层(3)、和形成于电绝缘层(2)的另一面且由合金粉末或构成金属复合材料的混合粉末的放电等离子烧结体形成的应力缓和层(4)。配线层(3)由从Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。应力缓和层(4)由从Al-Si合金粉末、Cu粉末与Mo粉末的混合粉末、Cu粉末与W粉末的混合粉末、Al粉末与SiC粉末的混合粉末以及Si粉末与SiC粉末的混合粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。根据该绝缘基板，可以得到可防止散热性能的降低、并且实现耐久性的提高的功率模块。

Description

绝缘基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及安装例如半导体元件的绝缘基板及其制造方法。
在本说明书中，“铝”这一术语除了表达为“纯铝”的情况之外，除了纯铝之外还包括铝合金。另外，当然，用元素符号表达的金属不包含合金，意味着纯金属。
背景技术
近年，为了控制大电力，开始大量使用具备下述功率器件的功率模块(power module)，所述功率器件包括IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor、绝缘栅双极晶体管)等的半导体元件。在这样的功率模块中，要求高效率地散出从半导体元件发出的热，将半导体元件的温度保持在规定的温度以下。因此，以往，作为安装功率器件的功率模块用基座(powermodule base)，曾提出了如下功率模块用基座：具备绝缘基板、铝制散热基板和铝制热沉(散热器；heat sink)，该绝缘基板包括由氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)等陶瓷形成的电绝缘层、形成于电绝缘层的一面的铝制配线层和形成于电绝缘层的另一面的铝制导热层，该铝制散热基板被软钎焊或硬钎焊在绝缘基板的传热层，该铝制热沉被螺钉紧固在与散热基板的与绝缘基板接合的一侧相反的一侧的面上，在热沉的内部形成有冷却液流路(参照专利文献1)。
在专利文献1记载的功率模块用基座中，在绝缘基板的配线层上安装功率器件来作为功率模块使用。而且，从功率器件发出的热经由配线层、电绝缘层、传热层和散热基板被传递给热沉，散热给在冷却液流路内流动的冷却液。
此时，由热膨胀率比较大的铝形成的散热基板和热沉受从功率器件发生的热而变成高温，显示出较大地热膨胀的倾向。另一方面，形成绝缘基板的电绝缘层的陶瓷的热膨胀率比铝的热膨胀率小，因此，即使由于从功率器件发出的热而变成高温，也不会象散热基板和热沉那样程度地大大热膨胀。因此，若不采取任何对策，则由于散热基板和热沉与绝缘基板的热膨胀差，散热基板和热沉被绝缘基板拉扯而会翘曲，其结果，绝缘基板产生裂纹、在各接合面产生剥离，耐久性降低。
而且，在专利文献1记载的功率模块用基座中，作为散热基板，使用了在由铝、铜(包括铜合金。以下相同)等的高导热性材料形成的1对板状散热体主体之间介有因瓦合金等的低热膨胀材料的散热基板。
但是，在专利文献1记载的在功率模块用基座的配线层安装有功率器件的功率模块中，在功率器件和热沉之间存在配线层、电绝缘层、传热层和散热基板，因此，从功率器件到热沉的热传导的路径变长，散热性能降低。另外，由于散热基板和热沉只是被螺钉紧固，因此在两者之间的导热性不充分，得不到充分的散热性能。
专利文献1：日本特开2004-153075号公报
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种可用于下述功率模块中的绝缘基板，所述功率模块可防止散热性能的降低并且可实现耐久性的提高。
本发明为了达到上述目的，包括以下方式。
1)一种绝缘基板，包括：
电绝缘层；
形成于电绝缘层的一面并且由导电材料粉末的放电等离子烧结体形成的配线层；和
形成于电绝缘层的另一面且由合金粉末或构成金属复合材料的混合粉末的放电等离子烧结体形成的应力缓和层。
2)根据上述1)所述的绝缘基板，其中，电绝缘层由从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。
3)根据上述1)所述的绝缘基板，其中，配线层由从Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。
4)根据上述1)所述的绝缘基板，其中，应力缓和层由从Al-Si合金粉末、Cu粉末与Mo粉末的混合粉末、Cu粉末与W粉末的混合粉末、Al粉末与SiC粉末的混合粉末以及Si粉末与SiC粉末的混合粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。
5)根据上述1)所述的绝缘基板，其中，应力缓和层的热膨胀率在电绝缘层的热膨胀率和配线层的热膨胀率的中间。
6)根据上述1)所述的绝缘基板，其中，配线层和应力缓和层之中的至少应力缓和层为圆形。
7)根据上述1)所述的绝缘基板，其中，配线层和应力缓和层之中的至少应力缓和层为椭圆形。
另外，在本说明书和权利要求书中，“椭圆形”这一术语设为除了包括数学上定义的严密的椭圆形之外，还包括长圆形等数学上定义的接近于椭圆形的形状。
8)根据上述1)所述的绝缘基板，其中，配线层和应力缓和层之中的至少应力缓和层为角倒圆的多边形状。
9)一种功率模块用基座，上述1)～8)中的任一项所述的绝缘基板中的应力缓和层被焊接或硬钎焊在热沉上。
10)一种功率模块用基座，上述1)～8)中的任一项所述的绝缘基板中的应力缓和层由高导热性粘合剂粘结在热沉上。
11)一种绝缘基板的制造方法，在由绝缘板构成的电绝缘层的一面，放电等离子烧结导电材料粉末，形成配线层，在该电绝缘层的另一面，放电等离子烧结合金粉末或构成金属复合材料的混合粉末，形成应力缓和层。
12)根据上述11)所述的绝缘基板的制造方法，其中，通过放电等离子烧结从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末，形成由绝缘板构成的电绝缘层。
13)根据上述11)所述的绝缘基板的制造方法，其中，形成配线层的导电材料粉末包含从Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末。
14)根据上述11)所述的绝缘基板的制造方法，其中，形成应力缓和层的合金粉末包含Al-Si合金粉末，形成应力缓和层的构成金属复合材料的混合粉末包含从Cu粉末与Mo粉末的混合粉末、Cu粉末与W粉末的混合粉末、Al粉末与SiC粉末的混合粉末以及Si粉末与SiC粉末的混合粉末中选出的1种混合粉末。
在上述1)的绝缘基板的情况下，通过将应力缓和层焊接或硬钎焊在由铝、铜等的高导热性材料形成的热沉，或者将应力缓和层通过高导热性粘合剂粘结在由铝、铜等的高导热性材料形成的热沉，形成功率模块用基座，在该功率模块用基座的配线层安装功率器件，构成功率模块。而且，在功率器件和热沉之间，仅存在配线层、电绝缘层和应力缓和层，因此，与使用专利文献1记载的绝缘基板的功率模块相比较，从功率器件到热沉的热传导的路径变短，从功率器件发出的热的散热性能提高。另外，配线层和应力缓和层由形成于电绝缘层的放电等离子烧结体形成，因此，不需要在配线层与电绝缘层之间和应力缓与层电绝缘层之间介置热导率低的焊料，在电绝缘层与配线层之间和电绝缘层与应力缓和层之间的导热性优异。
而且，在起因于绝缘基板的电绝缘层和热沉的热膨胀系数的不同，热沉受电绝缘层拉扯而发生翘曲，导致在功率模块用基座产生了热应力的情况下，也可通过应力缓和层的作用缓和热应力，因此，可以防止在电绝缘层产生裂纹或在热沉的与应力缓和层的接合面产生翘曲的情况。因此，可以长期维持散热性能。
根据上述3)的绝缘基板，可实现配线层的导电性和导热性优异。
根据上述4)的绝缘基板，可实现应力缓和层的导热性优异。而且，在使用将功率器件安装在使用了该绝缘基板的功率模块用基座的功率模块时，在功率模块用基座产生了热应力的情况下的由应力缓和层产生的热应力缓和效果优异。
根据上述5)的绝缘基板，在使用将功率器件安装在使用了该绝缘基板的功率模块用基座的功率模块时，在功率模块用基座产生了热应力的情况下的由应力缓和层产生的热应力缓和效果优异。
在上述6)～8)的绝缘基板的情况下，在上述的功率模块中，即使在通过由绝缘基板的电绝缘层和热沉的热膨胀系数的不同引起热沉受电绝缘层拉扯而发生翘曲，在功率用基板产生了热应力的情况下，也由于在应力缓和层的外形上不存在热应力集中的边缘部，因此可以进一步可靠地防止应力缓和层和热沉的剥离。
根据上述9)和10)的功率模块用基座，在配线层安装有功率器件的功率模块的功率器件和热沉之间，仅存在配线层、电绝缘层和应力缓和层，因此，与使用了专利文献1记载的功率模块用基座的功率模块相比较，从功率器件到热沉的热传导的路径变短，从功率器件发出的热量的散热性能提高。另外，配线层和应力缓和层由放电等离子烧结体形成，因此，可实现电绝缘层与配线层之间和电绝缘层与应力缓和层之间的导热性优异。
而且，即使在通过由绝缘基板的电绝缘层和热沉的热膨胀系数的不同引起热沉受电绝缘层拉扯而发生翘曲，在功率用基板产生了热应力的情况下，也可通过应力缓和层的作用缓和热应力，因此，可以防止在电绝缘层产生裂纹，可以防止在热沉的朝向应力缓和层的接合面产生翘曲。因此，可以长期维持散热性能。
根据上述11)的绝缘基板的制造方法，可以简单地制造上述1)的绝缘基板。
根据上述13)的绝缘基板的制造方法，制造出的绝缘基板的配线层的导电性和导热性优异。
根据上述14)的绝缘基板的制造方法，制造出的绝缘基板的应力缓和层的导热性优异。而且，在使用将功率器件安装在使用了制造出的绝缘基板的功率模块用基座的功率模块时，在功率模块用基座产生了热应力的情况下的由应力缓和层产生的热应力缓和效果优异。
另外，根据上述11)～14)的制造方法，可以不造成材料的浪费地制造上述6)～8)的绝缘基板。即，在由作为原材料的板切削制造配线层和应力缓和层之中的至少应力缓和层的情况下，应除去的材料部分变多，成本变高。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，将图1和图3的上下设为上下。
图1和图2表示本发明的绝缘基板，图3表示通过将功率器件安装在使用了图1和图2的绝缘基板的功率模块用基座上而构成的功率模块。
在图1和图2中，绝缘基板1包括：电绝缘层2、形成于电绝缘层2的一面(上面)且由导电材料粉末的放电等离子烧结体形成的配线层3、和形成于电绝缘层2的另一面(下面)且由合金粉末或构成金属复合材料的混合粉末的放电等离子烧结体形成的应力缓和层4。
电绝缘层2、配线层3和应力缓和层4分别从平面观察为角成为直角的正方形。
电绝缘层2由从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。另外，电绝缘层2也可使用从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末通过进行热气静水压挤压(HIP)来形成。各陶瓷的热膨胀率(代表值)为AlN：4.3ppm/K、Si3N4：2.7ppm/K、Al2O3：7.4ppm/K、BeO：7.5ppm/K。
配线层3由从Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。各金属的热膨胀率(代表值)为Al：23.5ppm/K、Cu：17.0ppm/K、Ag：19.1ppm/K、Au：14.1ppm/K。虽然图示省略，但在配线层3中形成有电路。电路，在放电等离子烧结出配线层3之后通过蚀刻形成，或者在放电等离子烧结形成配线层3时形成。
应力缓和层4由从Al-Si合金粉末、Cu粉末与Mo粉末的混合粉末、Cu粉末与W粉末的混合粉末、Al粉末与SiC粉末的混合粉末以及Si粉末与SiC粉末的混合粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。另外，上述的各种混合粉末的放电等离子烧结体成为金属复合材料。各合金以及金属复合材料的热膨胀率(代表值)为Al-Si合金：15～22ppm/K、Cu-Mo复合材料：7～10ppm/K、Cu-W复合材料：6.5～8.5ppm/K、Al-SiC复合材料：7～17ppm/K、Si-SiC复合材料：3ppm/K。
在此，作为形成电绝缘层2、配线层3和应力缓和层4的材料，优选进行选择以使得应力缓和层4的热膨胀率在电绝缘层2的热膨胀率和配线层3的热膨胀率的中间。
功率模块P如图3所示，包括：功率模块用基座6和功率器件7，该功率模块用基座6包括绝缘基板1和与绝缘基板1的应力缓和层4接合的热沉5，该功率器件7通过软钎焊安装在功率模块用基座6的绝缘基板1的配线层3。
优选是，热沉5为将多个冷却流体通路8设置成并列状的扁平中空状，由导热性优异且质量轻的铝形成。作为冷却流体，也可使用液体和气体中的任一种。而且，绝缘基板1的应力缓和层4被焊接或硬钎焊在热沉5的上壁5a外面。另外，也可使用高导热性粘合剂将绝缘基板1的应力缓和层4粘结在热沉5的上壁5a外面。
作为热沉，也可使用在散热基板的单面设置有散热片的热沉，以代替将多个冷却流体通路设置成并列状的扁平中空状的热沉。在这种情况下，以与上述同样的方式将绝缘基板1的应力缓和层4接合在散热基板的没有设置散热片的一侧的面。
在上述的功率模块P中，从功率器件7发出的热经由配线层3、电绝缘层2和应力缓和层4，传递给热沉5的上壁5a，从上壁5a散热到在冷却流体通路8内流动的冷却流体。此时，即使在起因于绝缘基板1的电绝缘层2和热沉5的热膨胀率的不同而导致热沉5受电绝缘层2拉扯而发生翘曲，从而在功率模块用基座6中产生了热应力的情况下，也可通过应力缓和层4的作用来缓和热应力，因此可以防止在电绝缘层2产生裂纹、或在热沉5的与应力缓和层4的接合面产生翘曲的情况。
接着，对绝缘基板1的制造方法进行说明。
即，使用从由一般的制作方法制造出的AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末。另外，也可使用行星式球磨机、立式球磨机、球磨机等将这些粉末进行机械合金化进而制成微细的粉末。机械合金化所需要的时间为1～15小时。没有进行机械合金化的粉末和通过机械合金化而变得微细的粉末的平均粒径设定在数μm～数百μm的范围内。而且，通过对该粉末进行放电等离子烧结，形成由从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成的电绝缘层2。或者，通过热气静水压挤压上述的粉末，形成包含从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末的电绝缘层2。
从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结的条件，根据形成的电机绝缘层2的大小而不同，例如为：通电的脉冲电流1000～10000A、加压力10～100MPa、烧结温度保持时间5～40分钟，上述粉末通过电阻加热而加热到1500～2200℃的范围的烧结温度。
另外，使用从由一般的制造方法制造出的Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末。另外，也可使用行星式球磨机、立式球磨机、球磨机等将这些粉末进行机械合金化进而制成微细的粉末。机械合金化所需要的时间为1～15小时。没有进行机械合金化的粉末和通过机械合金化而变得微细的粉末的平均粒径设定在数μm～数百μm的范围内。
另外，使用由一般的制造方法制造出的Al-Si合金粉末、Cu粉末、Mo粉末、W粉末、Al粉末、Si粉末、SiC粉末以及SiC粉末。另外，也可使用行星式球磨机、立式球磨机、球磨机等将这些粉末进行机械合金化进而制成微细的粉末。机械合金化所需要的时间为1～15小时。没有进行机械合金化的粉末和通过机械合金化而变得微细的粉末的平均粒径设定在数μm～数百μm的范围内。在此，形成包含Al-Si合金的应力缓和层4的Al-Si合金粉末，由含有Si11～20质量％、且其余部分为铝和不可避免的杂质的合金制作。在形成包含Cu-Mo复合材料的应力缓和层4的情况下，将Cu粉末和Mo粉末以两者的混合比以体积比例计为Cu∶Mo＝60∶40～15～85的方式混合，得到混合粉末。在形成包含Cu-W复合材料的应力缓和层4的情况下，将Cu粉末和W粉末以两者的混合比以体积比例计为Cu∶W＝20∶80～10∶90的方式混合，得到混合粉末。在形成包含Al-SiC复合材料的应力缓和层4的情况下，将Al粉末和SiC粉末以两者的混合比以体积比例计为Al∶SiC＝80∶20～20∶80的方式混合，得到混合粉末。在形成包含Si-SiC复合材料的应力缓和层4的情况下，将Si粉末和SiC粉末以两者的混合比以体积比例计为Si∶SiC＝15∶85～20∶80的方式混合，得到混合粉末。
其后，在先形成的电绝缘层2的一面，通过放电等离子烧结从如上述那样得到的Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末，形成由该粉末的放电等离子烧结体构成的配线层3，同时，在电气绝缘层2的另一面，通过放电等离子烧结如上述那样得到的合金粉末或混合粉末，形成由从Al-Si合金粉末、Cu粉末与Mo粉末的混合粉末、Cu粉末与W粉末的混合粉末、Al粉末与SiC粉末的混合粉末以及Si粉末与SiC粉末的混合粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体构成的应力缓和层4。这样地制造出绝缘基板1。
从Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结的条件，以及从Al-Si合金粉末、Cu粉末与Mo粉末的混合粉末、Cu粉末与W粉末的混合粉末、Al粉末与SiC粉末的混合粉末以及Si粉末与SiC粉末的混合粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结的条件，根据形成的配线层3和应力缓和层4的大小而不同，例如为：通电的脉冲电流400～2000A、加压力10～100MPa、烧结温度保持时间1～40分钟，上述粉末通过电阻加热而加热到400～1400℃的范围的烧结温度。
以下，对本发明的绝缘基板1的具体的实施例，与比较例一起进行说明。
实施例1
将通过一般的制作方法制作出的平均粒径6μm的AlN粉末放入石墨制模具内，以面对模具内的方式配置1对电极。其后，通过在对AlN粉末负载了50MPa的单轴向的压力的状态下，在1对电极之间通最大2000A的脉冲电流，在烧结温度保持5分钟，由此进行放电等离子烧结，形成单边50mm、厚度0.635mm的正方形状的电绝缘层2。上述放电等离子烧结时的AlN粉末的烧结温度为1800℃。
另外，通过气体雾化制作出平均粒径100μm的Al粉末。而且，使用通过气体雾化制作出的平均粒径100μm的Al粉末和通过一般的制作方法制作出的平均粒径10μm的SiC粉末，将Al粉末和SiC粉末以两者的混合比按体积比例计为Al∶SiC＝50∶50的方式进行混合，得到混合粉末。
接着，在电绝缘层2的两面侧分别配置石墨制模具，在电绝缘层2的一面侧将Al粉末放入模具内，并且，在其另一面侧将Al粉末与SiC粉末的混合粉末放入模具内，以面对各模具内的方式配置1对电极。其后，通过在对Al粉末负载了20MPa的单轴向的压力的状态下，在1对电极之间通最大1500A的脉冲电流，在烧结温度下保持3分钟，由此进行放电等离子烧结，在电绝缘层2的一面形成与电绝缘层2接合了的单边48mm、厚度0.6mm的正方形状的配线层3。与此同时，通过在对Al粉末与SiC粉末的混合粉末负载了20MPa的单轴向的压力的状态下，在1对电极之间通最大1500A的脉冲电流，在烧结温度下保持3分钟，由此进行放电等离子烧结，在电绝缘层2的另一面形成与电绝缘层2接合了的单边50mm、厚度0.6mm的正方形状的应力缓和层4。上述放电等离子烧结时的Al粉末、以及Al粉末与SiC粉末的混合粉末的烧结温度分别为550℃。
这样地制造出绝缘基板1。
实施例2
将通过一般的制作方法制作出的平均粒径6μm的AlN粉末放入石墨制模具内，以面对模具内的方式配置1对电极。其后，通过在对AlN粉末负载了50MPa的单轴向的压力的状态下，在1对电极之间通最大1000A的脉冲电流，在烧结温度下保持5分钟，由此进行放电等离子烧结，形成单边12mm、厚度0.635mm的正方形状的电绝缘层2。上述放电等离子烧结时的AlN粉末的烧结温度为1800℃。
另外，通过气体雾化制作出平均粒径100μm的Al粉末。而且，使用通过气体雾化制作出的平均粒径100μm的Al粉末和通过一般的制作方法制作出的平均粒径10μm的SiC粉末，将Al粉末和SiC粉末以两者的混合比按体积比例计为Al∶SiC＝50∶50的方式进行混合，得到混合粉末。
接着，在电绝缘层2的两面侧分别配置石墨制模具，在电绝缘层2的一面侧将Al粉末放入模具内，并且，在其另一面侧将Al粉末与SiC粉末的混合粉末放入模具内，以面对各模具内的方式配置1对电极。其后，通过在对Al粉末负载了20MPa的单轴向的压力的状态下，在1对电极之间通最大500A的脉冲电流，在烧结温度下保持3分钟，由此进行放电等离子烧结，在电绝缘层2的一面形成与电绝缘层2接合了的单边10mm、厚度0.6mm的正方形状的配线层3。与此同时，通过在对Al粉末与SiC粉末的混合粉末负载了20MPa的单轴向的压力的状态下，在1对电极之间通最大500A的脉冲电流，在烧结温度下保持3分钟，由此进行放电等离子烧结，在电绝缘层2的另一面形成与电绝缘层2接合了的单边12mm、厚度0.6mm的正方形状的应力缓和层4。上述放电等离子烧结时的Al粉末、以及Al粉末与SiC粉末的混合粉末的烧结温度分别为550℃。
这样地制造出绝缘基板1。
比较例1
准备单边50mm、厚度0.635mm的正方形状的AlN板、和单边48mm、厚度0.6mm的正方形状的Al板。接着，通过使用Al-Si合金制焊料，在AlN板的两面硬钎焊Al板，制造出绝缘基板。在AlN板和两Al板之间的焊料层的厚度为0.05mm。在这样制造出的绝缘基板中，一个Al板成为配线层，另一个Al板成为应力缓和层。
比较例2
准备单边12mm、厚度0.635mm的正方形状的AlN板、和单边10mm、厚度0.6mm的正方形状的Al板。接着，通过使用Al-Si合金制焊料，在AlN板的两面硬钎焊Al板，制造出绝缘基板。在AlN板和两Al板之间的焊料层的厚度为0.05mm。在这样制造出的绝缘基板中，一个Al板成为配线层，另一个Al板成为应力缓和层。
评价试验
使用实施例1～2和比较例1～2的绝缘基板，求出配线层的表面(图1的上面)和应力缓和层的表面之间的热电阻。其结果，就实施例1的绝缘基板而言，为0.0041K/W，就实施例2的绝缘基板而言，为0.0791K/W，就比较例1的绝缘基板而言，为0.0044K/W，就比较例2的绝缘基板而言，为0.0928K/W。
如由该结果明确的那样，可知：在尺寸相同的情况下，本发明的绝缘基板的厚度方向的导热性比比较例1～2的绝缘基板的厚度方向的导热性优异。
图4～图6表示绝缘基板的应力缓和层的变形例。
图4中所示的应力缓和层10从平面观察为圆形。
图5中所示的应力缓和层11从平面观察为椭圆形。
图6中所示的应力缓和层12从平面观察为角倒圆的多边形状，在此为长方形状。
在图4～图6中所示的应力缓和层10、11、12的情况下，作为电绝缘层2，可以使用与应力缓和层10、11、12相同形状相同大小的电绝缘层、与应力缓和层10、11、12相同形状且尺寸大的电绝缘层、或与应力缓和层10、11、12形状不同且尺寸大的电绝缘层。
另外，绝缘基板的配线层也可与图4～图6中所示的应力缓和层同样为圆形、椭圆形、角倒圆的多边形状。在这种情况下，作为电绝缘层2，也可以使用与配线层相同形状相同大小的电绝缘层、与配线层相同形状且尺寸大的电绝缘层、或与配线层形状不同且尺寸大的电绝缘层。
产业上的利用可能性
本发明的绝缘基板，可很适合地使于冷却作为功率器件的半导体元件的功率模块中。
附图说明
图1是表示本发明的绝缘基板的垂直剖面图。
图2是表示本发明的绝缘基板的平面图。
图3是表示通过将功率器件安装在使用了图1的绝缘基板的功率模块用基座而构成的功率模块的垂直剖面图。
图4是表示应力缓和层的第1变形例的平面图。
图5是表示应力缓和层的第2变形例的平面图。
图6是表示应力缓和层的第3变形例的平面图。

Claims (14)

1.一种绝缘基板，包括：
电绝缘层；
形成于电绝缘层的一面并且由导电材料粉末的放电等离子烧结体形成的配线层；和
形成于电绝缘层的另一面并且由合金粉末或构成金属复合材料的混合粉末的放电等离子烧结体形成的应力缓和层，
所述应力缓和层被焊接或硬钎焊在热沉上、或者由高导热性粘合剂粘结在热沉上。
2.根据权利要求1所述的绝缘基板，其中，电绝缘层由从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。
3.根据权利要求1所述的绝缘基板，其中，配线层由从Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。
4.根据权利要求1所述的绝缘基板，其中，应力缓和层由从Al-Si合金粉末、Cu粉末与Mo粉末的混合粉末、Cu粉末与W粉末的混合粉末、Al粉末与SiC粉末的混合粉末以及Si粉末与SiC粉末的混合粉末中选出的1种粉末的放电等离子烧结体形成。
5.根据权利要求1所述的绝缘基板，其中，应力缓和层的热膨胀率在电绝缘层的热膨胀率和配线层的热膨胀率的中间。
6.根据权利要求1所述的绝缘基板，其中，配线层和应力缓和层之中的至少应力缓和层为圆形。
7.根据权利要求1所述的绝缘基板，其中，配线层和应力缓和层之中的至少应力缓和层为椭圆形。
8.根据权利要求1所述的绝缘基板，其中，配线层和应力缓和层之中的至少应力缓和层为角倒圆的多边形状。
9.一种功率模块用基座，权利要求1～8的任一项所述的绝缘基板中的应力缓和层被焊接或硬钎焊在热沉上。
10.一种功率模块用基座，权利要求1～8的任一项所述的绝缘基板中的应力缓和层由高导热性粘合剂粘结在热沉上。
11.一种绝缘基板的制造方法，是制造权利要求1所述的绝缘基板的方法，在由绝缘板构成的电绝缘层的一面，对导电材料粉末进行放电等离子烧结而形成配线层，在该电绝缘层的另一面，对合金粉末或构成金属复合材料的混合粉末进行放电等离子烧结而形成应力缓和层。
12.根据权利要求11所述的绝缘基板的制造方法，其中，通过对从AlN粉末、Si3N4粉末、Al2O3粉末和BeO粉末中选出的1种粉末进行放电等离子烧结，形成由绝缘板构成的电绝缘层。
13.根据权利要求11所述的绝缘基板的制造方法，其中，形成配线层的导电材料粉末包含从Al粉末、Cu粉末、Ag粉末和Au粉末中选出的1种粉末。
14.根据权利要求11所述的绝缘基板的制造方法，其中，形成应力缓和层的合金粉末包含Al-Si合金粉末，形成应力缓和层的构成金属复合材料的混合粉末包含从Cu粉末与Mo粉末的混合粉末、Cu粉末与W粉末的混合粉末、Al粉末与SiC粉末的混合粉末以及Si粉末与SiC粉末的混合粉末中选出的1种混合粉末。
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