CN103988297A - 功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、助焊剂成分侵入防止层形成用浆料及接合体的接合方法 - Google Patents

功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、助焊剂成分侵入防止层形成用浆料及接合体的接合方法 Download PDF

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Abstract

本发明的功率模块用基板(10)中，在绝缘层(11)的一个面上形成有电路层(12)，在绝缘层(11)的另一个面上形成有金属层(13)，且在该金属层(13)的另一个面上使用助焊剂接合有被接合体，所述功率模块用基板(10)中，在绝缘层(11)与金属层(13)的接合面的周边部形成有含有氧化物与树脂的助焊剂成分侵入防止层(51)。

Description

功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、助焊剂成分侵入防止层形成用浆料及接合体的接合方法
技术领域
本发明涉及一种功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、助焊剂成分侵入防止层形成用浆料及接合体的接合方法，所述功率模块用基板在绝缘层的一个面上形成有电路层，在所述绝缘层的另一个面上形成有金属层，且在该金属层的另一个面上使用助焊剂接合有被接合体；所述自带散热器的功率模块用基板具备该功率模块用基板；所述助焊剂成分侵入防止层形成用浆料在形成用于抑制助焊剂成分侵入到接合面的助焊剂成分侵入防止层时使用；所述接合体的接合方法中使用该助焊剂成分侵入防止层形成用浆料。
本申请基于2011年12月12日在日本申请的日本专利申请2011-271081号、及2011年12月12日在日本申请的日本专利申请2011-271146号主张优先权，将其内容援用于此。
背景技术
作为上述功率模块用基板及自带散热器的功率模块用基板，例如如专利文献1中所记载，提出如下基板：通过钎焊来接合在由AlN(氮化铝)构成的陶瓷基板的两个面接合有Al(铝)金属板(电路层及金属层)的功率模块用基板、和由铝构成的散热器。
专利文献2中，提出有如下半导体模块的冷却装置：通过使用助焊剂的钎焊来接合在由陶瓷材料构成的绝缘基板的两个面接合有Al(铝)金属板(上部电极及下部电极)且在上部电极接合有半导体元件的半导体模块、和由铝构成的冷却器的顶板。
专利文献3中公开有功率模块中的绝缘层叠材料的钎焊方法。该方法中，将氮化硼或碳的粉末分散到由有机化合物构成的分散介质中来制成悬浮液，并将该悬浮液涂布到铝制传热层的周面，从而使助焊剂浸入防止物附着到传热层的周面。在该状态下，通过使用助焊剂来钎焊所述传热层与应力松弛部件，从而防止熔融的助焊剂沿着金属层的周面侵入到绝缘板与金属层的界面。
作为使用助焊剂的钎焊，已知例如专利文献4、5中所记载的那样使用以KAlF4为主成分的助焊剂的无腐蚀性助焊剂钎焊(ノコロックろう付け)。
该无腐蚀性助焊剂钎焊主要为将铝部件彼此进行接合的技术，例如将Al-Si系钎料箔和以KAlF4为主成分的助焊剂配置在铝部件彼此之间，通过助焊剂来去除形成于铝部件表面的氧化膜，并促进钎料的熔融，以此来进行接合。
专利文献1：日本特开2007-194256号公报
专利文献2：日本特开2009-105166号公报
专利文献3：日本特开2011-228563号公报
专利文献4：日本特开2001-012887号公报
专利文献5：日本特开2010-138955号公报
而以无腐蚀性助焊剂钎焊来接合功率模块用基板与散热器时，作为助焊剂成分的KAlF4侵入到功率模块用基板的陶瓷基板与金属板的接合面，陶瓷基板与金属板之间的接合可靠性有可能下降。
尤其，在自带散热器的功率模块用基板中，陶瓷基板与金属板的接合面、及功率模块用基板与散热器的界面之间仅通过金属层隔开，两者的接近，因而存在助焊剂成分易侵入到功率模块用基板的陶瓷基板与金属板的接合面的倾向。
而且，助焊剂成分越过陶瓷基板而到达电路层时，导致电路层与金属层的绝缘性下降，有可能无法用作功率模块用基板。
因此，专利文献2中，提出在陶瓷基板与金属板的接合端部涂布由硼和氧化钛等构成的防接触材料(助焊剂成分侵入防止层)。
然而，该助焊剂成分侵入防止层需要在接合功率模块用基板与散热器之前预先进行涂布，直到功率模块用基板与散热器的接合工序为止，需经过工场间的运输、工场内的搬运、安装到接合夹具上等工序，即使进行这些工序仍需要使助焊剂成分侵入防止层可靠地附着。
发明内容
本发明的第1方式的课题在于，提供一种能够使助焊剂成分侵入防止层可靠地附着于绝缘层与金属层的接合面的周边部且在使用助焊剂接合被接合材时也能够抑制绝缘层与金属层的接合可靠性的下降的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板及功率模块。
本发明的其他方式的课题在于，提供一种能够可靠地形成助焊剂成分侵入防止层且能够良好地将接合体与被接合体进行接合的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料及接合体的接合方法。
本发明的第1方式的功率模块用基板为在绝缘层的一个面上形成有电路层，在所述绝缘层的另一个面上形成有金属层，且在该金属层的另一个面上使用助焊剂接合有被接合体的功率模块用基板，在所述绝缘层与所述金属层的接合面的周边部形成有含有氧化物与树脂的助焊剂成分侵入防止层。
根据该结构的功率模块用基板，在所述绝缘层与所述金属层的接合面的周边部形成有含有氧化物与树脂的助焊剂成分侵入防止层，因此在使用助焊剂将被接合体接合于金属层的另一个面时，即使助焊剂成分向所述绝缘层侧移动，助焊剂成分仍与所述氧化物接触而分解，因此能够抑制助焊剂成分进入到所述绝缘层与所述金属层的接合面。这可认为是由于通过助焊剂成分侵入防止层中所含的氧化物与助焊剂成分的反应来使助焊剂成分分解而使其失去了作为助焊剂的活性。
并且，由于助焊剂成分侵入防止层含有树脂，因此即使在运输、搬运或设置等时产生了振动，也能够以保持形状不变的状态下将助焊剂成分侵入防止层可靠地附着在所述绝缘层与所述金属层的接合面的周边部。
接合被接合体时，助焊剂成分侵入防止层内的树脂因其热量而分解，因此接合被接合体后的功率模块用基板中的助焊剂成分侵入防止层几乎由氧化物构成。
优选所述助焊剂成分侵入防止层的组成为，含有5体积％以上60体积％以下的范围内的所述氧化物，且剩余部分为所述树脂。
此时，氧化物的含量在5体积％以上，因此在进行钎焊时能够可靠地分解与所述助焊剂成分侵入防止层接触的助焊剂成分，且能够可靠地抑制助焊剂成分进入到所述绝缘层与所述金属层的接合面。由于氧化物的含量在60体积％以下，因此可确保助焊剂成分侵入防止层内的树脂的含量，并能够通过树脂来提高附着力并防止助焊剂成分侵入防止层的脱落。
优选所述助焊剂成分侵入防止层呈圆角形状(フィレット形状)。圆角形状是指将两个交叉的面以凹曲面圆滑地连接的逐渐变宽的形状。
此时，助焊剂成分侵入防止层形成为在绝缘层的另一个面及金属层的侧面分别延伸，由此能够可靠地抑制助焊剂成分进入到所述绝缘层与所述金属层的接合面。并且，与基于助焊剂成分侵入防止层的被包覆面积的大小相比，能够在获得助焊剂分解效果的基础上，使助焊剂成分侵入防止层的体积小至必要充分的程度。
优选所述氧化物为TiO2、SiO2、Al2O3中的任一种或两种以上。这些氧化物在进行钎焊的温度范围内，通过与助焊剂成分反应来使助焊剂成分基于氧化反应等分解，并能够使助焊剂失活。尤其，能够可靠地分解在无腐蚀性助焊剂钎焊中使用的以KAlF4为主成分的助焊剂。
作为所述树脂，能够使用丙烯酸树脂、纤维素树脂、丁缩醛树脂等，尤其优选为丙烯酸树脂。丙烯酸树脂在加热至进行钎焊的温度范围内时发生解聚，因此在惰性气体气氛下也具有良好的热分解特性，因此能够抑制烧成后在助焊剂成分侵入防止层内残留树脂。
本发明的其他方式的自带散热器的功率模块用基板具备上述功率模块用基板及使用助焊剂接合于所述功率模块用基板的所述金属层的散热器。
根据该结构的自带散热器的功率模块用基板，在绝缘层与金属层的接合面的周边形成有所述助焊剂成分侵入防止层，因此接合散热器时，可防止助焊剂成分侵入到绝缘层与金属层的接合面。因此，绝缘层与金属层的接合可靠性优异。
接合散热器时，助焊剂成分侵入防止层内的树脂通过其热量而分解，因此自带散热器的功率模块用基板中的助焊剂成分侵入防止层几乎由氧化物构成。
本发明的其他方式的功率模块具备上述功率模块用基板及配设于所述电路层上的电子组件。根据该结构的功率模块，能够可靠地接合绝缘层与金属层，大幅提高可靠性。
根据本发明的其他方式的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，含有分解所述助焊剂成分的氧化物、树脂及溶剂，温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在10mPa·s以上20000mPa·s以下的范围内，温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在10mPa·s以上5000mPa·s以下的范围内。
根据该结构的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，具有分解所述助焊剂成分的氧化物，因此与助焊剂成分接触时能够使助焊剂成分无害化，并能够抑制助焊剂成分进入到第1部件与第2部件的接合面。
并且，通过满足所述粘度条件，能够对第1部件与第2部件的接合面周围涂布助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，且能够使所涂布的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料适当地松弛而形成为良好的圆角形状，并可靠地形成助焊剂成分侵入防止层。
尤其，当绝缘层和金属层的接合面、与金属层和散热器的接合界面接近时，难以形成助焊剂成分侵入防止层，但若为本发明的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，则涂布性及保持性因适当的粘度而优异，因此能够以所希望的涂布量及截面形状来形成助焊剂成分侵入防止层。
剪切速率为10s-1时的粘度小于10mPa·s时，涂布浆料时的松弛度过大，导致助焊剂成分进入到接合体与被接合体的接合界面，有可能阻碍使用助焊剂进行接合时的接合。并且，剪切速率为10s-1时的粘度超过20000mPa·s时，涂布浆料后不会产生适当的松弛度，因此无法形成圆角形状，有可能导致在接合面与助焊剂成分侵入防止层之间产生间隙。
出于以上原因，将温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度设定在10mPa·s以上20000mPa·s以下的范围内。
为了使上述作用效果可靠地奏效，优选将温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度设在100mPa·s以上10000mPa·s以下的范围内。
剪切速率为100s-1时的粘度小于10mPa·s时，导致涂布浆料时的浆料被过量吐出，因此有可能导致从欲涂布的部分溢出而阻碍接合。剪切速率为100s-1时的粘度超过5000mPa·s时，涂布浆料时无法充分地吐出浆料，有可能导致在接合面与助焊剂成分侵入防止层之间产生间隙。
出于以上原因，将温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度设定在10mPa·s以上5000mPa·s以下的范围内。
为了使上述作用效果可靠地奏效，优选将温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度设在50mPa·s以上2500mPa·s以下的范围内。
所述氧化物如前所述。
所述树脂也如前所述。
优选所述溶剂为非极性溶剂。使用非极性溶剂时，能够促进树脂吸附于粉末，能够实现分散的稳定化。作为非极性溶剂，可举出环己烷、甲基环己烷、乙基环己烷、二丁醚等。
本发明的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料可根据需要含有分散剂。通过使用分散剂，能够实现氧化物成分的分散的稳定化。作为分散剂，可举出阴离子性、阳离子性、非离子性的表面活性剂。分散剂的优选含量并无限定，例如相对于浆料的总量为0.01质量％～5质量％。若在该范围内，则可得到分散效果且不易产生因分散剂残留而引起的影响。
优选所述氧化物的含量为10质量％以上80质量％以下，所述树脂的含量为5质量％以上30质量％以下，且剩余部分为溶剂。此时，在10质量％以上80质量％以下的范围内含有分解助焊剂成分的氧化物，因此能够可靠地分解助焊剂成分而使其无害化。在5质量％以上30质量％以下的范围内含有所述树脂时，能够保持涂布浆料而形成的圆角形状，且能够可靠地形成助焊剂成分侵入防止层。
本发明的其他方式的接合体的接合方法为使用助焊剂来将具有经由接合面接合的第1部件和第2部件的接合体、和被接合材料进行接合的接合体的接合方法，在该方法中，使用前述助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，在所述接合体的第1部件与第2部件的接合面，形成抑制助焊剂成分侵入到所述接合面的助焊剂成分侵入防止层，之后使用助焊剂来接合所述接合体与所述被接合体。
根据该构成的接合体的接合方法，使用前述助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，在前述接合体的第1部件与第2部件的接合面，形成抑制助焊剂成分侵入到前述接合面的助焊剂成分侵入防止层，因此能够抑制助焊剂成分侵入到第1部件与第2部件的接合面，能够不降低接合面上的接合可靠性而良好地接合接合体与被接合体。
根据本发明的一方式的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块，即使在使用助焊剂来接合被接合材时，也能够使助焊剂成分侵入防止层可靠地附着，并能够抑制绝缘层与金属板的接合可靠性下降。
根据本发明的其他方式的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料及接合体的接合方法，在使用助焊剂来接合具有经由接合面接合的第1部件与第2部件的接合体、和被接合材时，能够可靠地形成用于抑制助焊剂成分侵入到所述接合面的助焊剂成分侵入防止层，并能够良好地接合接合体与被接合体。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的功率模块用基板的剖视图。
图2是本发明的其他实施方式的自带散热器的功率模块用基板及功率模块的剖视图。
图3是表示在所述实施方式中使用的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料的制造方法的流程图。
图4是表示所述实施方式的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的流程图。
图5是表示所述实施方式的功率模块用基板的制造方法的剖视图。
图6是表示形成助焊剂成分侵入防止层的顺序的剖视图。
图7是表示本发明的实施方式的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的剖视图。
图8是表示本发明的其他实施方式的功率模块用基板的剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的各实施方式进行说明。
[功率模块用基板]
如图1所示，本实施方式的功率模块用基板10(接合体)具备构成绝缘层的陶瓷基板11、配设于该陶瓷基板11的一个面(图1中的上面)的电路层12、及配设于陶瓷基板11的另一个面(图1中的下面)的金属层13。
陶瓷基板11用于防止电路层12与金属层13之间的电连接，例如由绝缘性较高的AlN(氮化铝)构成。陶瓷基板11的厚度设定在0.2～1.5mm的范围内，在本实施方式中设定为0.635mm。
电路层12通过在陶瓷基板11的一个面上接合具有导电性的金属板22而形成(参考图5)。本实施方式中，电路层12通过由纯度99.99％以上的铝(所谓的4N铝)的轧制板构成的铝板接合于陶瓷基板11来形成。电路层12的厚度A设定在0.2mm以上3.0mm以下的范围内，本实施方式中设定为0.6mm。
金属层13通过在陶瓷基板11的另一个面上接合金属板23而形成(参考图5)。本实施方式中，金属层13与电路层12同样地，通过由纯度99.99％以上的铝(所述的4N铝)的轧制板构成的铝板接合于陶瓷基板11来形成。金属层13的厚度B设定在0.2mm以上3.0mm以下的范围内，本实施方式中设定为1.6mm。
本实施方式中，电路层12的厚度与金属层13的厚度之比B/A设定在1.0≤B/A≤20的范围内，更优选设定在1.5≤B/A≤20范围内。本实施方式中，设定为B/A＝1.6/0.6＝2.667。
本实施方式中，功率模块用基板10中在陶瓷基板11与金属层13的接合面的周边部形成有助焊剂成分侵入防止层51。如图1所示，该助焊剂成分侵入防止层51呈圆角形状。即，遍及除陶瓷基板11的与金属层13的接合面以外的周边部的下表面的几乎整个面及金属层13的侧面的几乎整个面形成有助焊剂成分侵入防止层51，通过助焊剂成分侵入防止层51，陶瓷基板11与金属层13的接合面的周边部被完全覆盖。
助焊剂成分侵入防止层51含有氧化物与树脂，更具体而言，氧化物的含量在5体积％以上60体积％以下，剩余部分为树脂。
作为所述氧化物，使用TiO2、SiO2、Al2O3中的任一种或两种以上。氧化物的粒径优选在0.01μm以上20μm以下的范围内。更优选为0.1μm以上20μm以下。
如后所述，在该功率模块用基板10(接合体)的金属层13的另一个面侧，使用以KAlF4为主成分的助焊剂将散热器40(被接合材)通过无腐蚀性助焊剂钎焊来接合时，作为分解助焊剂成分即KAlF4的氧化物，优选使用TiO2。更具体而言，优选在5体积％以上60体积％以下的范围内含有TiO2。
作为树脂，能够使用丙烯酸树脂、纤维素树脂、丁缩醛树脂等。其中，尤其优选使用丙烯酸树脂。
[自带散热器的功率模块用基板]
接着，参考图2对使用功率模块用基板10的自带散热器的功率模块用基板30及功率模块1进行说明。该功率模块1具备自带散热器的功率模块用基板30、及在电路层12的表面经由焊锡层2接合的半导体晶片3。
自带散热器的功率模块用基板30在上述功率模块用基板10接合了散热器40。本实施方式中，散热器40与功率模块用基板10通过使用以KAlF4为主成分的助焊剂进行无腐蚀性助焊剂钎焊来接合。
散热器40用于冷却前述功率模块用基板10。本实施方式的散热器40具备与功率模块用基板10接合的顶板部41、配置成与该顶板部41对置的底板部45、及夹装于顶板部41与底板部45之间的波纹状散热片46，通过这些顶板部41、底板部45与波纹状散热片46，划分了流通冷却介质的通道42。
通过接合散热器40时的热量，上述功率模块用基板10的助焊剂成分侵入防止层51中的树脂热分解而被去除。因此，图2所示的自带散热器的功率模块用基板30中的助焊剂成分侵入防止层51中几乎不含有树脂成分而由氧化物(本实施方式中例如为TiO2)构成。
[助焊剂成分侵入防止层形成用浆料]
接着，对形成功率模块用基板10的助焊剂成分侵入防止层51时使用的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50进行说明。
该助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50含有前述的氧化物、前述的树脂及溶剂，更具体而言，氧化物的含量相对于浆料的质量为10质量％以上80质量％以下，树脂的含量为5质量％以上30质量％以下，剩余部分为溶剂。
使用以KAlF4为主成分的助焊剂时，作为氧化物，优选使用分解助焊剂成分即KAlF4的TiO2，此时，优选在10质量％以上80质量％以下的范围内含有TiO2。
作为溶剂，优选环己烷、甲基环己烷、乙基环己烷、二丁醚等非极性溶液，并混合使用这些中的一种或两种以上。所述树脂优选溶解于溶剂中。
本实施方式的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50的温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在10mPa·s以上20000mPa·s以下的范围内，温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在10mPa·s以上5000mPa·s以下的范围内。
更优选的是，温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在100mPa·s以上10000mPa·s以下的范围内，温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在50mPa·s以上2500mPa·s以下的范围内。
预定的剪切速率中的粘度是指，在应力计中使用圆锥(4°，直径40mm)作为测定夹具，使该圆锥旋转来对助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50赋予预定的剪切速率，表示3分钟后的粘度值。
助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50可根据需要含有分散剂。此时，只要减少相当于分散剂含量的树脂的含量即可。通过使用分散剂，能够实现氧化物成分的分散的稳定化。作为分散剂，可举出阴离子性、阳离子性、非离子性的表面活性剂。分散剂的优选含量并无限定，例如相对于浆料的总量为0.01～5质量％。若在该范围的内，则可得到分散效果，且不易产生因分散剂残留而引起的影响。
[助焊剂成分侵入防止层形成用浆料的制造方法]
接着，参考图3所示的流程图对该助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50的制造方法进行说明。
首先，混合溶剂与树脂并通过行星式搅拌装置等搅拌装置来进行搅拌，以此来制作树脂溶解于溶剂中的载体(ビークル)(载体制作工序S01)。
接着，通过行星式搅拌装置等搅拌装置来搅拌氧化物粉末(TiO2粉末)和载体(混炼工序S02)。如此制造出助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50。
[自带散热器的功率模块用基板的制造方法]
接着，参考图4～图7来说明自带散热器的功率模块用基板的制造方法。
(电路层及金属层接合工序S11)
首先，如图5所示，成为电路层12的金属板22(4N铝的轧制板)经由厚度5～50μm(本实施方式中为14μm)的钎料箔24层叠于陶瓷基板11的一面侧。成为金属层13的金属板23(4N铝的轧制板)经由厚度5～50μm(本实施方式中为14μm)的钎料箔25层叠于陶瓷基板11的另一个面侧。本实施方式中，作为钎料箔24、25，例如使用含有降低熔点元素即Si的Al-Si系的钎料。
接着，以将金属板22、陶瓷基板11、金属板23以向层叠方向加压(压力1～5kgf/cm2)的状态装入加热炉内来进行加热。如此一来，钎料箔24、25和金属板22、23的一部分熔融，在金属板22、23与陶瓷基板11的界面分别形成熔融金属区域。加热温度例如为550℃以上650℃以下，加热时间为30分钟以上180分钟以下。
接着，通过使在金属板22、23与陶瓷基板11的界面上分别形成的熔融金属区域凝固，接合陶瓷基板11与金属板22及金属板23。
(助焊剂成分侵入防止层形成工序S12)
接着，在陶瓷基板11与金属层13(金属板23)的接合面的周边形成助焊剂成分侵入防止层51。利用图6对助焊剂成分侵入防止层51的形成方法进行说明。
首先，使用点胶机(ディスペンサー)53向陶瓷基板11与金属层13(金属板23)的接合面的周边涂布助焊剂成分侵入防止层用浆料50(浆料涂布工序S21)。
放置已涂布的助焊剂成分侵入防止层用浆料50。这样一来，助焊剂成分侵入防止层用浆料50因自身重量而适当地松弛，并如图6所示的那样形成圆角形状(圆角形状形成工序S22)。
接着，以50～150℃×3～30分钟的条件对浆料进行干燥(干燥工序S23)。此时，助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50内的溶剂被去除，形成由氧化物(本实施方式中例如为TiO2)与树脂(本实施方式中例如为丙烯酸树脂)构成的助焊剂成分侵入防止层51。
(散热器接合工序S13)
接着，如图7所示，在功率模块用基板10的金属层13的另一个面侧接合散热器40。首先，在功率模块用基板10的金属层13与散热器40的顶板部41之间夹装Al-Si系钎料箔27和以KAlF4为主成分的助焊剂(未图示)。
接着，在对层叠的功率模块用基板10和散热器40向层叠方向加压(压力0～10kgf/cm2)的状态下，装入气氛加热炉内进行加热，并在金属层13与散热器40的顶板部41之间形成熔融金属区域。例如，气氛加热炉内设为氮气等惰性气体气氛，加热温度设定在550℃以上630℃以下的范围内。
加热后，上述熔融金属区域凝固，由此，功率模块用基板10的金属层13与散热器40的顶板部41被接合。此时，在金属层13、顶板部41的表面形成有氧化被膜，但这些氧化被膜被前述的助焊剂所去除。并且，助焊剂成分经液化、气化而向陶瓷基板11侧移动。由此，散热器40与功率模块用基板10被接合而制造出自带散热器的功率模块用基板30。
根据以上结构的功率模块用基板10，在陶瓷基板11与金属层13的接合面的周边部形成有含有氧化物与树脂的助焊剂成分侵入防止层51，因此使用助焊剂在金属层13的另一个面上接合散热器40时，即使作为助焊剂成分的KAlF4向陶瓷基板11侧移动，KAlF4也会与助焊剂成分侵入防止层51中的氧化物接触而分解，因此能够抑制作为助焊剂成分的KAlF4进入到陶瓷基板11与金属层13的接合面。
助焊剂成分侵入防止层51的组成在5体积％以上60体积％以下的范围内含有氧化物，剩余部分为树脂，因此能够可靠地分解助焊剂成分，且能够可靠地抑制助焊剂成分进入到陶瓷基板11与金属层13的接合面。由于氧化物的含量在60体积％以下，因此可确保助焊剂成分侵入防止层51内的树脂的含量，且通过树脂成分的粘附力，直至接合散热器40的散热器接合工序S13，能够防止助焊剂成分侵入防止层51从功率模块用基板10脱落。
本实施方式中，助焊剂成分侵入防止层51呈圆角形状，因此以在陶瓷基板11的另一个面及金属层13的侧面分别延伸的方式形成助焊剂成分侵入防止层51，能够可靠地抑制助焊剂成分进入到陶瓷基板11与金属层13的接合面。
而且，助焊剂成分侵入防止层51中所含的氧化物为TiO2、SiO2、Al2O3中的任一种或两种以上，在本实施方式中，由于含有TiO2，因此能够可靠地分解在无腐蚀性助焊剂钎焊中使用的以KAlF4为主成分的助焊剂。
作为助焊剂成分侵入防止层51中所含的树脂，可使用丙烯酸树脂。丙烯酸树脂在加热时发生解聚，在惰性气体气氛下也具有良好的热分解特性，能够抑制残留在烧成后的助焊剂成分侵入防止层51内。
而且，根据自带散热器的功率模块用基板30，在陶瓷基板11与金属层13的接合面的周边形成有助焊剂成分侵入防止层51，因此接合散热器40时，可防止作为助焊剂成分的KAlF4侵入到陶瓷基板11与金属层13的接合面。因此，能够提供陶瓷基板11与金属层13的接合可靠性优异的自带散热器的功率模块用基板30。
根据助焊剂成分侵入防止层用浆料50，由于含有分解助焊剂成分的氧化物，因此KAlF4与助焊剂成分侵入防止层51接触时，KAlF4被分解，由此能够抑制助焊剂成分KAlF4进入到陶瓷基板11与金属层13的接合面。尤其，含有作为分解以KAlF4为主成分的助焊剂的氧化物而优选的TiO2时，在KAlF4与助焊剂成分侵入防止层51接触时能够有效地分解KAlF4。
作为助焊剂成分侵入防止层用浆料50，应用温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在10mPa·s以上20000mPa·s以下的范围内且温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在10mPa·s以上5000mPa·s以下的范围内的浆料，因此能够对陶瓷基板11与金属层13的接合面的周围，良好地涂布助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50。涂布的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50通过适当的松弛，能够如图1、图2所示的那样形成为良好的圆角形状，并可靠地形成助焊剂成分侵入防止层51。尤其，温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在10mPa·s以上10000mPa·s以下的范围内且温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在50mPa·s以上2500mPa·s以下的范围内时，能够对陶瓷基板11与金属层13的接合面的周围，良好地涂布助焊剂成分侵入防止层形成用浆料50，并形成更加良好的圆角形状。
尤其，作为树脂而含有丙烯酸树脂时，接合时因加热而发生解聚，在惰性气体气氛下仍良好地热分解，能够抑制残留在烧成后的助焊剂成分侵入防止层51内。
而且，在本实施方式中，作为溶剂，使用环己烷、甲基环己烷、乙基环己烷、二丁醚等非极性溶剂，因此能够促进氧化物粉末(TiO2粉末)吸附于树脂，并能够稳定地分散氧化物粉末(TiO2粉末)。
本实施方式中的助焊剂成分侵入防止层用浆料50中，氧化物(TiO2)的含量在10质量％以上80质量％以下，树脂的含量在5质量％以上30质量％以下，剩余部分为溶剂，因此能够可靠地分解助焊剂成分来使其无害化，并且能够可靠地保持经涂布形成的圆角形状，可靠地形成助焊剂成分侵入防止层51。
而且，根据本实施方式的接合体的接合方法，能够抑制作为助焊剂成分的KAlF4侵入到功率模块用基板10的陶瓷基板11与金属层13的接合面，不会降低接合面上的接合可靠性，且能够良好地接合功率模块用基板10与散热器40。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于此，在不脱离其发明技术思想的范围内能够进行适当的变更。
例如，对使用铝板作为电路层的情况进行了说明，但并不限定于此，电路层也可由铝合金板、铜板或铜合金板构成。
对使用由AlN构成的陶瓷基板的情况进行了说明，但并不限定于此，也可为Al2O3、Si3N4等其他的陶瓷基板，也可为使用其他绝缘材的基板。
而且，陶瓷基板与电路层及金属层的接合方法也不限定于本实施方式，也可以通过其他方法来进行接合。
并且，如图8所示的功率模块用基板110，并非仅在陶瓷基板111与金属层113的接合面的周边形成助焊剂成分侵入防止层151，在电路层112与陶瓷基板111的接合面的周边也可形成助焊剂成分侵入防止层152。尤其，助焊剂成分气化时，有可能越过陶瓷基板111而侵入到电路层112与陶瓷基板111的接合面，因此优选在电路层112与陶瓷基板111的接合面的周边也形成助焊剂成分侵入防止层152。
例如，关于助焊剂成分侵入防止层用浆料的原料、配合量，并非限定于实施方式所记载，也可使用其他的氧化物、树脂、溶剂。
分解助焊剂的氧化物并不限定于TiO2，可为TiO2、SiO2、Al2O3中的任一种或两种以上的混合物，也可为其他氧化物。关于该氧化物的种类，优选根据接合中所使用的助焊剂来进行选择。
对作为树脂而使用丙烯酸树脂的情况进行了说明，但并不限定于此，也可使用其他树脂。
而且，对作为溶剂而使用环己烷、甲基环己烷、乙基环己烷、二丁醚等非极性溶剂的情况进行了说明，但并不限定于此，也可使用其他溶剂。
而且，在本实施方式中，对使用以KAlF4为主成分的助焊剂来接合由陶瓷基板与金属板接合而成的功率模块用基板(接合体)、散热器(被接合材)的情况进行了说明，但并不限定于此，也可使用助焊剂来接合具有经由接合面而接合的第1部件和第2部件的接合体、与被接合材。
实施例
以下，对为确认本发明的效果而实施的试验的结果进行说明。
以图3的流程图所记载的顺序来制造表1所示的组成的助焊剂成分侵入防止层用浆料。比较例A2中，未使用助焊剂成分侵入防止层用浆料。
载体制作工序S01中，利用行星式搅拌装置(株式会社THINKY公司制“AR-250”(商品名))实施30分钟的搅拌来使树脂溶解于溶剂中。在混炼工序S02中，利用行星式搅拌装置(株式会社THINKY公司制“AR-250”(商品名))实施30分钟的搅拌。
使用所得到的助焊剂成分侵入防止层用浆料，在上述实施方式中所公开的功率模块用基板上形成助焊剂成分侵入防止层。比较例A2中，未形成助焊剂成分侵入防止层。各实施例及各比较例中使用的陶瓷基板为30mm×20mm×0.635mm，电路层为13mm×10mm×0.6mm，金属层为13mm×10mm×1.6mm。散热器的顶板部为50mm×50mm×7mm。
对点胶机(武藏工业株式会社制“Super∑ X-V2”(商品名))赋予内径为0.26mm的滚针，以涂布压力0.20kPa在上述功率模块用基板的陶瓷基板与金属层的接合面的周边涂布助焊剂成分侵入防止层用浆料。涂布后，在加热板上以80℃实施5分钟的干燥处理。
首先，实施助焊剂成分侵入防止层的脱落实验。
将形成助焊剂成分侵入防止层的功率模块用基板置于塑料的托盘上，用振动机以300rpm进行3小时的振动，并观察有无助焊剂成分侵入防止层的脱落。未确认到脱落时评价为○，观察到有些许0.5mm以下的碎末的脱落时评价为△，观察到0.5mm以上的碎末的脱落时评价为×。仅有些许0.5mm以下的碎末的脱落时在实际应用中不成问题。
接着，通过无腐蚀性助焊剂钎焊在上述功率模块用基板上仅接合散热器的顶板部来作为自带散热器的功率模块用基板。
首先，对于所得到的自带散热器的功率模块用基板，使用超声波探伤装置(株式会社日立工程服务公司制“Fine SAT FS-200”(商品名))进行观察，并根据有无剥离来评价初期的接合可靠性。
接着，对于该自带散热器的功率模块用基板，进行1000次循环的-40℃～125℃的冷热循环。使用超声波探伤装置(株式会社日立工程服务公司制“Fine SATFS-200”(商品名))进行观察，并根据有无剥离来评价冷热循环后的接合可靠性。
无腐蚀性助焊剂接合时的剥离从金属层的外周部开始产生，在超声波探伤图像中，该剥离部表示为接合部内的白色部分，因此测定沿金属层外周部的白色部的长度来作为剥离长度。无剥离时评价为◎，剥离长度相对于接合面的一边的长度的比例(剥离长度率)在30％以下时评价为○，剥离长度率超过30％时评价为×。只要剥离长度率在30％以下，则评价为实际上没有障碍。将评价结果和剥离长度率示于表2。
形成有未含有氧化物的助焊剂成分侵入防止层的比较例A1中，脱落试验的评价良好，但确认到接合可靠性差。这可推测为是由于助焊剂成分侵入防止层未含有氧化物，因此无法分解助焊剂成分，助焊剂成分侵入到陶瓷基板与金属层的接合面，从而导致了接合可靠性的下降。
未使用助焊剂成分侵入防止层形成用浆料的比较例A2中，确认到接合可靠性差。这可推测为是因助焊剂成分侵入到陶瓷基板与金属层的接合面，从而导致了接合可靠性的下降。
相对于此，形成了含有氧化物的助焊剂成分侵入防止层的实施例A1-A7中，确认到接合可靠性良好。这可推测为作为助焊剂成分的KAlF4与助焊剂成分侵入防止层接触时被分解，因此可防止助焊剂成分侵入到陶瓷基板与金属层的接合面，从而接合可靠性良好。
而且，助焊剂成分侵入防止层中的氧化物的含量(干燥后的氧化物量)为70.1％的实施例A6中，树脂的含量较少，因此在脱落试验中观察到在助焊剂成分侵入防止层的局部产生了脱落。
助焊剂成分侵入防止层中的氧化物的含量(干燥后的氧化物量)为4.5％的实施例A7中，氧化物的含量较少，因此确认到若与实施例A1-A6进行比较，接合可靠性稍有下降。
根据以上的确认实验的结果及本发明，确认到在接合散热器时能够防止陶瓷基板与金属层的接合可靠性的下降。
而且可确认，助焊剂成分侵入防止层中的氧化物的含量优选设为5体积％以上60体积％以下的范围内，由此能够防止助焊剂成分侵入防止层的脱落，且能够更可靠地防止接合可靠性的下降。
以下，对为了确认浆料的效果而实施的实验结果进行说明。
以图3的流程图所记载的顺序来制造表3所示的组成的助焊剂成分侵入防止层用浆料。在载体制作工序S01中，利用行星式搅拌装置(株式会社THINKY制“AR-250”(商品名))实施30分钟的搅拌来使树脂溶解于溶剂中。
在混炼工序S02中，利用行星式搅拌装置(株式会社THINKY制“AR-250”(商品名))实施5分钟的搅拌。
对于所得到的助焊剂成分侵入防止层用浆料，测定在温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度及温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度。
应力计(TA仪器公司株式会社制“AR-1000”(商品名))中，使用圆锥(4°、直径40mm)作为测定夹具，旋转该圆锥来对于助焊剂成分侵入防止层用浆料赋予预定的剪切速率，并测定3分钟后的粘度。将测定结果示于表4。
使用这些助焊剂成分侵入防止层用浆料，形成在上述实施方式中所公开的功率模块用基板的助焊剂成分侵入防止层。陶瓷基板为30mm×20mm×0.635mm，电路层为13mm×10mm×0.6mm，金属层为13mm×10mm×1.6mm。散热器的顶板部为50mm×50mm×7mm。
对点胶机(武藏工业株式会社制“Super∑ X-V2”(商品名))赋予内径为0.26mm的滚针，以涂布压力0.20kPa在上述功率模块用基板的陶瓷基板与金属层的接合面的周边涂布助焊剂成分侵入防止层用浆料。涂布后，在加热板上以80℃实施5分钟的干燥处理。
首先，评价圆角形状。
以光学显微镜观察助焊剂成分侵入防止层，确认助焊剂成分侵入防止层有无脱落和间隙。未确认到脱落或间隙时评价为○，确认到长度3mm以下的脱落或间隙仅为一处时评价为△，当确认到长度超过3mm的脱落或间隙时或确认到长度3mm以下的脱落或间隙为两处以上时，评价为×。长度3mm以下的脱落或间隙为一处时在实际使用中不成问题。
接着，通过无腐蚀性助焊剂钎焊在上述功率模块用基板上仅接合散热器的顶板部来作为自带散热器的功率模块用基板。
首先，对于所得到的自带散热器的功率模块用基板，使用超声波探伤装置(株式会社日立工程服务公司制“Fine SAT FS-200”(商品名))进行观察，并根据有无剥离来评价初期的接合可靠性。
接着，对于该自带散热器的功率模块用基板，进行1000次循环的-40℃～125℃的冷热循环。使用超声波探伤装置(株式会社日立工程服务公司制“Fine SATFS-200”(商品名))进行观察，并根据有无剥离来评价冷热循环后的接合可靠性。
无腐蚀性助焊剂接合时的剥离从金属层的外周部开始产生，在超声波探伤图像中，该剥离部表示为接合部内的白色部分，因此测定沿金属层外周部的白色部的长度来作为剥离长度。无剥离评价时为○，剥离长度相对于长度的比例(剥离长度率)在30％以下时评价为△，剥离长度率超过30％时评价为×。将评价结果和剥离长度率示于表4。
[表4]
温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在10mPa·s以上20000mPa·s以下的范围内且温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在10mPa·s以上5000mPa·s以下的范围内的实施例B1-B7中，确认到初期的接合可靠性冷热循环后的接合可靠性良好。这可推测为是由于助焊剂成分未侵入到陶瓷基板与金属层的接合面。
而且，温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在100mPa·s以上10000mPa·s以下的范围内且温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在50mPa·s以上2500mPa·s以下的范围内的实施例B1-B4中，确认到涂布后的圆角形状良好。
相对于此，比较例B1-B3中，确认到接合可靠性较低。
未含有分解助焊剂成分的氧化物的比较例B1中，温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在10mPa·s以上10000mPa·s以下的范围内且温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在50mPa·s以上2500mPa·s以下的范围内，因此涂布形状良好。然而，由于未含有分解助焊剂成分的氧化物，因此无法分解助焊剂成分，可推测助焊剂成分侵入到陶瓷基板与金属层的接合面，接合可靠性下降。
温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度为28000mPa·s的比较例B2中，涂布后的浆料未松弛，因此涂布形状不良。由此，可推测助焊剂成分侵入到陶瓷基板与金属层的接合面，接合可靠性下降。
温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度为8000mPa·s的比较例B3中，无法良好地进行浆料的涂布，圆角形状不良。由此，可推测助焊剂成分侵入到陶瓷基板与金属层的接合面，接合可靠性下降。
根据以上实验结果及本发明，确认到能够提供能够良好地形成助焊剂成分侵入防止层的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料。
产业上的可利用性
根据本发明，即使在使用助焊剂来接合被接合材时，也能够使助焊剂成分侵入防止层可靠地附着，并抑制绝缘层与金属板的接合可靠性的下降，因此能够利用于产业中。
符号说明
10-功率模块用基板，11-陶瓷基板(绝缘层)，13-金属层，40-散热器，51-助焊剂成分侵入防止层。

Claims (11)

1.一种功率模块用基板，其在绝缘层的一个面上形成有电路层，在所述绝缘层的另一个面上形成有金属层，且在该金属层的另一个面上使用助焊剂接合有被接合体，所述功率模块用基板的特征在于，
在所述绝缘层与所述金属层的接合面的周边部形成有含有氧化物与树脂的助焊剂成分侵入防止层。
2.根据权利要求1所述的功率模块用基板，其特征在于，
所述助焊剂成分侵入防止层含有5体积％以上60体积％以下的范围内的所述氧化物，且剩余部分为所述树脂。
3.根据权利要求1所述的功率模块用基板，其特征在于，
所述氧化物为TiO2、SiO2、Al2O3中的任一种或两种以上。
4.一种自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，
具备权利要求1所述的功率模块用基板、及在所述功率模块用基板的所述金属层上使用助焊剂接合的散热器。
5.一种功率模块，其特征在于，
具备权利要求1所述的功率模块用基板及配设于所述电路层上的电子组件。
6.一种助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，其用于形成助焊剂成分侵入防止层，所述助焊剂成分侵入防止层形成用浆料的特征在于，
含有分解助焊剂成分的氧化物、树脂及溶剂，
温度25℃中剪切速率为10s-1时的粘度在10mPa·s以上20000mPa·s以下的范围内，
温度25℃中剪切速率为100s-1时的粘度在10mPa·s以上5000mPa·s以下的范围内。
7.根据权利要求6所述的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，其特征在于，
所述氧化物为TiO2、SiO2、Al2O3中的任一种或两种以上。
8.根据权利要求6所述的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，其特征在于，
所述氧化物的含量在10质量％以上80质量％以下，所述树脂的含量在5质量％以上30质量％以下，剩余部分为溶剂。
9.一种功率模块用基板的制造方法，其为在绝缘层的一个面上形成有电路层，在所述绝缘层的另一个面上形成有金属层，且在该金属层的另一个面上使用助焊剂接合有被接合体的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
具有使用权利要求6至权利要求8中任一项所述的助焊剂成分侵入防止层形成用浆料，在所述绝缘层与所述金属层的接合面形成抑制助焊剂成分侵入到所述接合面的助焊剂成分侵入防止层的工序。
10.一种自带散热器的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
在权利要求9所述的功率模块用基板的制造方法中，还具备在所述金属层通过使用助焊剂的钎焊来接合散热器的工序。
11.一种自带散热器的功率模块的制造方法，其中，
在权利要求10所述的自带散热器的功率模块用基板的制造方法中，还具备在所述电路层配设电子组件的工序。
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