CN108140625B - 带散热片的功率模块用基板及功率模块 - Google Patents

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Abstract

一种带散热片的功率模块用基板，其中，金属层和第一层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，散热片和第二层由纯度比金属层和第一层低的铝板构成，当将第二层的厚度设为t1(mm)，将接合面积设为A1(mm2)，将在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)，将在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片的厚度设为t2(mm)，将接合面积设为A2(mm2)，将在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)，将在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下。

Description

带散热片的功率模块用基板及功率模块
技术领域
本发明涉及一种控制大电流及高电压的半导体装置中所使用的带散热片的功率模块用基板及功率模块。
本申请主张基于2015年10月8日于日本申请的专利申请2015-200003号的优选权，并将其内容援用于此。
背景技术
车载用功率模块中使用带散热片的功率模块用基板，该功率模块用基板在以氮化铝为首的陶瓷基板上接合有铝板，并且在一侧隔着铝板接合有铝类散热片。
以往，这种带散热片的功率模块用基板是以如下方式来制造的。首先，在陶瓷基板的两面隔着适合于接合陶瓷基板与铝板的钎料层叠两个铝板，并以规定的压力来加压的同时，进行加热直至达到其钎料熔融的温度以上，由此接合陶瓷基板与两面的铝板。接着，在一侧的铝板上隔着适合于接合铝板与散热片的钎料层叠散热片，并以规定的压力加压的同时，进行加热直至达到其钎料熔融的温度以上，由此接合铝板与散热片。由此，制造带散热片的功率模块用基板。
并且，这种带散热片的功率模块用基板中，一侧的铝板作为电路层来形成，在该铝板的上表面隔着焊锡材搭载功率元件等半导体元件。
若在这种功率模块用基板中发生翘曲，则影响散热性能等，因此需要采用翘曲较少的基板。
以往，作为减少功率模块用基板的翘曲等的技术，例如有专利文献1及专利文献2中所记载的技术。
关于专利文献1中所记载的功率模块用基板，在作为电路层的金属板中使用通过层叠包含以质量％计铝纯度为99.0％以上且99.95％以下的第1层及铝纯度为99.99％以上的第2层的两个以上的层而成的包覆材料，并且其第2层接合在陶瓷基板上。且记载有，此时电路层的厚度为600μm，设置于陶瓷基板的与该电路层相反的面上的金属层厚度为400μm。
专利文献2中公开有在氮化硅基板的至少一侧的表面接合有金属包覆材料的氮化硅电路基板。作为金属包覆材料优选采用Cu板或Al板等导电性材料与像可伐合金板或钨板那样的低热膨胀金属的组合。
专利文献1：日本专利公开2012-191004号公报
专利文献2：日本专利公开2003-168770号公报
在以往的带散热片的功率模块用基板中，将减少接合散热片时由绝缘基板与散热片的线膨胀差而引起的初始翘曲作为主要问题，但在接合散热片后安装半导体元件的工序中进行加热时，或由于使用环境的温度变化，有可能会引起翘曲的发生。
若安装工序中发生翘曲，则发生焊接接合部的位置偏移，或接合部发生歪斜或龟裂等，从而存在损坏接合可靠性的问题。并且，若在使用环境下发生翘曲，则介于散热片与冷却器之间的热传导性润滑脂通过泵出现象从散热片与冷却器之间流出，由此可能损坏散热片与冷却器的粘附性，导致热阻的增加。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种不仅与散热片接合后的初始翘曲较少，而且在半导体元件的安装工序时及使用环境下翘曲也较少的带散热片的功率模块用基板及功率模块。
本发明的带散热片的功率模块用基板具备：功率模块用基板，由一片陶瓷基板、电路层以及一片金属层构成，所述电路层由在该陶瓷基板的一面上相互隔着间隔接合的多个小电路层构成，所述金属层接合在所述陶瓷基板的另一面上；和一片散热片，接合在所述功率模块用基板的所述金属层上，
所述小电路层设为第1层和第2层的层叠结构，该第1层接合在所述陶瓷基板上，该第2层接合在该第1层的表面上，所述金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，所述散热片和所述第2层由纯度比所述金属层和所述第1层低的铝板构成，当将所述第2层的厚度设为t1(mm)、将所述第2层的接合面积的总和设为A1(mm2)、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将所述散热片的厚度设为t2(mm)、将所述散热片的接合面积设为A2(mm2)、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
由于将电路层设为第1层和第2层的层叠结构，并在陶瓷基板的与铝纯度低且刚性高即屈服强度高的散热片相反的一侧上配置了由铝纯度高且刚性高的铝板构成的第2层，因此，这些散热片和电路层的第2层成为以陶瓷基板作为中心的对称结构，在加热时等的情况下作用于陶瓷基板的两面的应力不易产生偏移，带散热片的功率模块用基板的翘曲不易发生。并且，在与陶瓷基板接合的第1层与金属层中配置有纯度99.99质量％以上的较软的即屈服强度较低的铝板，因此在加热时等的情况下能够减少施加于陶瓷基板的热应力而防止发生破裂。
并且，由于相较于通过多个小电路层构成的电路层，由一片构成的散热片对陶瓷基板所作用的弯曲应力会更大，因此，为了缩小伴随温度变化的翘曲量的变化，在电路层侧需要与来自散热片的弯曲应力相反的应力。因此，在本发明中，通过将在25℃常温时的电路层的第2层与散热片之间的关系调整为上述在25℃时的比率的范围内，来减少在25℃时的翘曲的发生，并且进而通过将在200℃时的比率调整为大于25℃时的比率的1.0倍且25℃时的比率的1.4倍以下，来设为在带散热片的功率模块用基板被加热时相较于在25℃时，在200℃时的电路层侧的弯曲应力会更大的结构。由此，能够减少带散热片的功率模块用基板在25℃～200℃的温度范围中的翘曲量的变化，就算是在加热时，也能够稳定地维持以陶瓷基板为中心的对称性。
如此，在带散热片的功率模块用基板的陶瓷基板上并列配设多个小电路层的情况等的、对电路层进行图案化的情况下，与陶瓷基板接合的电路层的接合部分和与陶瓷基板接合的散热片的接合部分形状不同，但通过考虑第2层的刚性与散热片的刚性的对称性，能够可靠地防止发生翘曲。并且，通过考虑对于在25℃常温时和200℃的加热时这两种情况的第2层的刚性与散热片的刚性之间的对称性，相较于在25℃时的比率将在200℃时的比率设为较大的范围，由此能够缩小在25℃～200℃的温度变化中的翘曲的变化量，不仅能够抑制在功率模块用基板与散热片接合后的初始翘曲，就算在半导体元件的安装工序时或者在使用环境中，也能够抑制翘曲的发生。因此，能够提高作为绝缘基板的可靠性，并能够发挥良好的散热性。另外，在本发明的带散热片的功率模块用基板中，通过在一片散热片上接合多个小电路层，能够准确地定位多个小电路层，从而能够谋求高度集成化。
本发明的带散热片的功率模块用基板也可以构成为，具备：功率模块用基板，由一片陶瓷基板、电路层以及一片金属层构成，所述电路层由在该陶瓷基板的一面上相互隔着间隔接合的多个小电路层构成，所述金属层接合在所述陶瓷基板的另一面上；和一片散热片，接合在所述功率模块用基板的所述金属层上，
所述小电路层设为第1层、电路侧接合芯材以及第2层的层叠结构，该第1层接合在所述陶瓷基板上，该电路侧接合芯材接合在该第1层的表面上，该第2层接合在该电路侧接合芯材的表面上，所述金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，所述散热片和所述第2层由纯度比所述金属层和所述第1层低的铝板构成，所述电路侧接合芯材由铝合金板构成，当将所述2层的厚度设为t1(mm)、将所述第2层的接合面积的总和设为A1(mm2)、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将所述散热片的厚度设为t2(mm)、将所述散热片的接合面积设为A2(mm2)、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并且将所述电路侧接合芯材的厚度设为t3(mm)、将所述电路侧接合芯材与所述第1层之间的接合面积的总和设为A3(mm2)、将所述电路侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ31(N/mm2)、将所述电路侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ32(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
本发明的带散热片的功率模块用基板也可以构成为，具备：功率模块用基板，由一片陶瓷基板、电路层以及一片金属层构成，所述电路层由在该陶瓷基板的一面上相互隔着间隔接合的多个小电路层构成，所述金属层接合在所述陶瓷基板的另一面上；和一片散热片，隔着一片散热侧接合芯材接合在所述功率模块用基板的所述金属层上，
所述小电路层设为第1层和第2层的层叠结构，该第1层接合在所述陶瓷基板上，该第2层接合在该第1层的表面上，所述金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，所述散热片和所述第2层由纯度比所述金属层和所述第1层低的铝板构成，所述散热侧接合芯材由铝合金板构成，当将所述第2层的厚度设为t1(mm)、将所述第2层的接合面积的总和设为A1(mm2)、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将所述散热片的厚度设为t2(mm)、将所述散热片的接合面积设为A2(mm2)、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并且将所述散热侧接合芯材的厚度设为t4(mm)、将所述散热侧接合芯材与所述金属层之间的接合面积设为A4(mm2)、将所述散热侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ41(N/mm2)、将所述散热侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ42(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
本发明的带散热片的功率模块用基板也可以构成为，具备：功率模块用基板，由一片陶瓷基板、电路层以及一片金属层构成，所述电路层由在该陶瓷基板的一面上相互隔着间隔接合的多个小电路层构成，所述金属层接合在所述陶瓷基板的另一面上；和一片散热片，隔着一片散热侧接合芯材接合在所述功率模块用基板的所述金属层上，
所述小电路层设为第1层、电路侧接合芯材以及第2层的层叠结构，该第1层接合在所述陶瓷基板上，该电路侧接合芯材接合在该第1层的表面上，该第2层接合在该电路侧接合芯材的表面上，所述金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，所述散热片和所述第2层由纯度比所述金属层和所述第1层低的铝板构成，所述散热侧接合芯材以及所述电路侧接合芯材由铝合金板构成，当将所述第2层的厚度设为t1(mm)、将所述第2层的接合面积的总和设为A1(mm2)、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将所述散热片的厚度设为t2(mm)、将所述散热片的接合面积设为A2(mm2)、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并将所述电路侧接合芯材的厚度设为t3(mm)、将所述第1层与所述电路侧接合芯材之间的接合面积的总和设为A3(mm2)、将所述电路侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ31(N/mm2)、将所述电路侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ32(N/mm2)，并且将所述散热侧接合芯材的厚度设为t4(mm)、将所述金属层与所述散热侧接合芯材间的接合面积设为A4(mm2)、将所述散热侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ41(N/mm2)、将所述散热侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ42(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
本发明的带散热片的功率模块用基板具备：多个功率模块用基板和相互隔着间隔接合有这些功率模块用基板的一片散热片，
所述功率模块用基板由小陶瓷基板、接合在该小陶瓷基板的一面上的小电路层以及接合在所述小陶瓷基板的另一面上的小金属层构成，并且，所述功率模块用基板的所述小金属层接合在所述散热片上，
所述小电路层设为第1层和第2层的层叠结构，该第1层接合在所述小陶瓷基板上，该第2层接合在该第1层的表面上，所述小金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，所述散热片和所述第2层由纯度比所述小金属层和所述第1层低的铝板构成，当将所述第2层的厚度设为t1(mm)、将所述第2层的接合面积的总和设为A1(mm2)、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将所述散热片的厚度设为t2(mm)、将所述散热片的接合面积设为A2(mm2)、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
本发明的带散热片的功率模块用基板也可以构成为，具备：多个功率模块用基板和相互隔着间隔接合有这些功率模块用基板的一片散热片，
所述功率模块用基板由小陶瓷基板、接合在该小陶瓷基板的一面上的小电路层以及接合在所述小陶瓷基板的另一面上的小金属层构成，并且，各功率模块用基板的所述小金属层接合在所述散热片上，
所述小电路层设为第1层、电路侧接合芯材以及第2层的层叠结构，该第1层接合在所述小陶瓷基板上，该电路侧接合芯材接合在该第1层的表面上，该第2层接合在该电路侧接合芯材的表面上，所述小金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，所述散热片和所述第2层由纯度比所述小金属层和所述第1层低的铝板构成，所述电路侧接合芯材由铝合金板构成，当将所述第2层的厚度设为t1(mm)、将所述第2层的接合面积的总和设为A1(mm2)、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将所述散热片的厚度设为t2(mm)、将所述散热片的接合面积设为A2(mm2)、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并且将所述电路侧接合芯材的厚度设为t3(mm)、将所述电路侧接合芯材与所述第1层之间的接合面积的总和设为A3(mm2)、将所述电路侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ31(N/mm2)、将所述电路侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ32(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
本发明的带散热片的功率模块用基板也可以构成为，具备：多个功率模块用基板和相互隔着间隔接合有这些功率模块用基板的一片散热片，
所述功率模块用基板由小陶瓷基板、接合在该小陶瓷基板的一面上的小电路层以及接合在所述小陶瓷基板的另一面上的小金属层构成，并且，在各功率模块用基板的所述小金属层上隔着散热侧接合芯材接合有所述散热片，
所述小电路层设为第1层和第2层的层叠结构，该第1层接合在所述小陶瓷基板上，该第2层接合在该第1层的表面上，所述小金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，所述散热片和所述第2层由纯度比所述小金属层和所述第1层低的铝板构成，所述散热侧接合芯材由铝合金板构成，当所述第2层的厚度设为t1(mm)、将所述第2层的接合面积的总和设为A1(mm2)、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将所述散热片的厚度设为t2(mm)、将所述散热片的接合面积设为A2(mm2)、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并且将所述散热侧接合芯材的厚度设为t4(mm)、将所述散热侧接合芯材与所述小金属层之间的接合面积的总和设为A4(mm2)、将所述散热侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ41(N/mm2)、将所述散热侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ42(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
本发明的带散热片的功率模块用基板也可以构成为，具备：多个功率模块用基板和相互隔着间隔接合有这些功率模块用基板的一片散热片，
所述功率模块用基板由小陶瓷基板、接合在该小陶瓷基板的一面上的小电路层以及接合在所述小陶瓷基板的另一面上的小金属层构成，并且，在各功率模块用基板的所述小金属层上隔着散热侧接合芯材接合有所述散热片，
所述小电路层设为第1层、电路侧接合芯材以及第2层的层叠结构，该第1层接合在所述小陶瓷基板上，该电路侧接合芯材接合在该第1层的表面上，该第2层接合在该电路侧接合芯材的表面上，所述小金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，所述散热片和所述第2层由纯度比所述小属层和所述第1层低的铝板构成，所述散热侧接合芯材和所述电路侧接合芯材由铝合金板构成，当将所述第2层的厚度设为t1(mm)、将所述第2层的接合面积的总和设为A1(mm2)、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将所述散热片的厚度设为t2(mm)、将所述散热片的接合面积设为A2(mm2)、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并将所述电路侧接合芯材的厚度设为t3(mm)、将所述第1层与所述电路侧接合芯材之间的接合面积的总和设为A3(mm2)、将所述电路侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ31(N/mm2)、将所述电路侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ32(N/mm2)，并且将所述散热侧接合芯材的厚度设为t4(mm)、将所述小金属层与所述散热侧接合芯材间的接合面积的总和设为A4(mm2)、将所述散热侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ41(N/mm2)、将所述散热侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ42(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
在上述的构成中，根据上述的比率，将第1层与散热片之间的关系设定为在25℃常温时为0.85以上且1.40以下，同时在200℃的加热时设定得较高，是在大于25℃时的比率的1.0倍且25℃时的比率的1.4倍以下的范围内，由此就算是在25℃～200℃的温度变化中，也能够构成以陶瓷基板作为中心的对称结构，在加热时等的情况下作用于陶瓷基板的两面的应力不易产生偏移，从而能够使翘曲不易发生。
并且，在热膨胀系数相对较小且刚性高的陶瓷基板用一片来构成的情况下，由于能够使在加热时等的情况下作用于陶瓷基板的两面的应力更不易产生偏移，因此能够更进一步提高防止发生翘曲的效果。
在本发明的带散热片的功率模块用基板中，优选所述第2层由在200℃时的屈服强度比所述散热片更大的铝板构成。
当在电路层的第2层和散热片中使用了同种类的铝板的情况下，相较于电路层是被多个小电路层分断的情况，散热片是用一片来构成，因此，在加热时，受到来自散热片的应力的影响，从而翘曲量容易发生变化。因此，通过在第2层上使用在加热时的屈服强度、即在200℃时的屈服强度比散热片更大的铝板，使第2层的屈服强度以抵消在加热时来自散热片的应力的增加量的方式发挥作用，从而能够更进一步减少翘曲的变化量。
并且，在本发明的带散热片的功率模块用基板中，优选所述第2层由纯度小于99.90质量％的铝板构成，并且所述散热片由纯度99.90质量％以下的铝板构成。
在通过屈服强度较高的纯度小于99.9质量％的铝板来构成第2层的情况下，能够减小第2层的厚度，因此不会使热阻增加而能够作为较优选的结构。
本发明的功率模块具备所述带散热片的功率模块用基板和搭载于至少任一个所述小电路层的表面上的半导体元件。
根据本发明，能够抑制由在半导体元件的安装工序时或者使用环境中的温度变化引起的形状变化，并且能够提高作为绝缘基板的可靠性和半导体元件的连接可靠性，并且能够发挥良好的散热性。并且，能够准确地进行多个小电路层的定位，因此能够谋求高度集成化。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的剖视图。
图2是图1中所示的带散热片的功率模块用基板的立体图。
图3是表示图1中所示的第1实施方式的带散热片的功率模块用基板的制造工序的剖视图。
图4是本发明的第1实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的制造中所使用的加压装置的主视图。
图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的制造工序的剖视图。
图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的制造工序的剖视图。
图7是表示本发明的第4实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的制造工序的剖视图。
图8是本发明的第5实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的剖视图。
图9是表示图8中所示的第5实施方式的带散热片的功率模块用基板的制造工序的剖视图。
图10是表示图8中所示的第5实施方式的带散热片的功率模块用基板的其他的制造工序的剖视图。
图11是表示本发明的第6实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的制造工序的剖视图。
图12是表示本发明的第7实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的制造工序的剖视图。
图13是表示本发明的第8实施方式所涉及的带散热片的功率模块用基板的制造工序的剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1以及图2中所示的第1实施方式的带散热片的功率模块用基板101具备功率模块用基板10A和散热片20，如图3的3C所示，通过在该带散热片的功率模块用基板101的表面上搭载半导体晶片等的半导体元件30，来制造出功率模块100。
功率模块用基板10A具备一片陶瓷基板11、由通过钎焊接合在该陶瓷基板11的一面上的多个小电路层12S构成的电路层12及通过钎焊接合在陶瓷基板11的另一面上的一片金属层13。而且，如图1以及图2所示，功率模块用基板10A的各小电路层12S相互隔着间隔接合在陶瓷基板11的一侧的面上。并且，功率模块用基板10A隔着金属层13接合在散热片20上。另外，该功率模块用基板10A的金属层13和散热片20通过钎焊被接合，半导体元件30在各小电路层12S的表面上通过焊接被接合。虽然也具有半导体元件30接合在所有小电路层12S上的情况，但也会具有存在未接合半导体元件30的小电路层12S的情况。
陶瓷基板11例如可使用AlN(氮化铝)、Si3N4(氮化硅)等氮化物类陶瓷或Al2O3(氧化铝)等氧化物类陶瓷。并且，陶瓷基板11的厚度可设定在0.2～1.5mm的范围内。
构成电路层12的各小电路层12S设为，接合在陶瓷基板11的表面上的第1层15与接合在第1层15的表面上的第2层16的层叠结构。第1层15使用纯度99.99质量％以上的在JIS标准中为1N99(纯度99.99质量％以上：所谓的4N铝)的纯铝板。
并且，第2层16由纯度比第1层15低的铝板构成，例如，使用纯度小于99.90质量％的铝板即在JIS标准中为纯度99.0质量％以上的所谓2N铝(例如A1050等)的纯铝板，或者使用A3003、A6063、A5052等的铝合金板。并且，第1层15的厚度被设为0.1mm以上且2.5mm以下，第2层16的厚度t1被设为0.5mm以上且5.0mm以下。
与电路层12的第1层15同样地，对金属层13使用纯度99.99质量％以上的在JIS标准中为1N99(纯度99.99质量％以上：所谓的4N铝)的铝板，且形成为厚度为0.1mm以上且小于2.5mm。
并且，作为接合在该功率模块用基板10上的散热片20，由纯度比金属层13低的铝板构成，例如，使用纯度为99.90质量％以下的铝板即在JIS标准中为1N90(纯度99.90质量％以上的所谓3N铝)或纯度99.0质量％以上的所谓2N铝(例如A1050等)的纯铝板，或者使用A3003，A6063，A5052等的铝合金板。
另外，作为散热片的形状，可采用平板状、通过热锻等一体形成的多个针状翅片、或者通过挤压而成形一体形成的相互平行的带状翅片等适当的形状，并且散热片作为在内部流通制冷剂的冷却器的部件通过螺纹固定等来组装于其他部件中后被使用。尤其，优选将抑制翘曲效果好的平板状的散热片或一体形成为多个针状翅片的散热片用作散热片。在本实施方式中，使用平板状的散热片20。
并且，该散热片20与电路层12的第2层16被调整为如下的关系：即，当将第2层16的厚度设为t1(mm)、将第2层16和第1层15之间的接合面积设为A1(mm2)、将第2层16在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将第2层16在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片20的厚度设为t2(mm)、将散热片20与金属层13之间的接合面积设为A2(mm2)、将散热片20在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将散热片20在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)时，在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下。
并且，在这些比率的计算式中，第1层15和第2层16之间的接合面积A1(mm2)为构成电路层12的各小电路层12S的第1层15和第2层16之间的接合面积的总和。
例如，在将第2层16设为厚度t1＝1.2mm的A6063铝合金(在25℃时的屈服强度σ11＝50N/mm2、在200℃时的屈服强度σ12＝45N/mm2)且第1层15与第2层16之间的接合面积A1被设为900mm2，并将散热片20设为厚度t2＝1.0mm的A3003铝合金(在25℃时的屈服强度σ21＝40N/mm2、在200℃时的屈服强度σ22＝30N/mm2)且金属层13与散热片20之间的接合面积A2被设为1000mm2的组合的情况下，成为在25℃(室温)时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)＝1.35、在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)＝1.62。
接着，对制造如此构成的带散热片的功率模块用基板101的方法进行说明。以如下方式制造该带散热片的功率模块用基板101，即接合陶瓷基板11和电路层12中的第1层15及金属层13(第1接合工序)之后，在第1层15的表面接合第2层16，在金属层13的表面接合散热片20(第2接合工序)。以下，对该工序顺序进行说明。
(第1接合工序)
首先，在陶瓷基板11的一面层叠成为电路层12中的第1层15的第1层用铝板15a，在另一面层叠成为金属层13的金属层用铝板13a，并将它们接合为一体。这些接合中，使用Al-Si类等合金的钎料40。该钎料40优选以箔的形态来使用。
如图3的3A所示，将这些陶瓷基板11、第1层用铝板15a及金属层用铝板13a隔着钎料40层叠，并使用图4所示的加压装置110使该层叠体S保持向层叠方向加压的状态。
该加压装置110具备底座板111、垂直安装在底座板111的上表面四角的导柱112、固定在这些导柱112的上端部的固定板113、在这些底座板111与固定板113之间上下移动自如地被支承在导柱112的按压板114及设置在固定板113与按压板114之间且对按压板114向下方施力的弹簧等施力机构115。
固定板113及按压板114相对于底座板111被平行地配置，在底座板111与按压板114之间配置前述的层叠体S。在层叠体S的两面配设碳片116以便均匀加压。
在用该加压装置110加压的状态下，连同加压装置110设置在省略图示的加热炉内，并在真空气氛下加热至钎焊温度而进行钎焊。作为该情况下的加压力，例如设为0.68MPa(7kgf/cm2)，作为加热温度例如设为640℃。
(第2接合工序)
如图3的3B所示，在通过第1接合工序得到的接合体60中的第1层15上，隔着钎料45层叠成为第2层16的第2层铝板16a，对金属层13隔着钎料45层叠散热片20。这些钎料45可以以箔的形态使用Al-Si类等合金钎料。然后，以使用与图4相同的加压装置110将这些层叠体向层叠方向加压的状态下，连同加压装置110在真空气氛下加热并在接合体60上分别钎焊第2层16及散热片20，从而制造出带散热片的功率模块用基板101。作为此时的加压力例如可设为0.68MPa(7kgf/cm2)，作为加热温度例如可设为615℃。
对如此制造出的带散热片的功率模块用基板101，如图3的3C所示，在电路层12(第2层16)的上表面通过焊接接合半导体元件30，以制造功率模块100。
对半导体元件30的焊接，例如使用如Sn-Sb类、Sn-Ag类、Sn-Cu类、Sn-In类或Sn-Ag-Cu类的焊锡材，并通过加热至275℃～335℃来进行焊接。
另外，在上述的第1实施方式中，作为钎料使用Al-Si类合金且在真空气氛下进行钎焊，但也可使用Al-Si-Mg类、Al-Mg类、Al-Ge类、Al-Cu类或Al-Mn类等钎料。此时，当使用含有Mg的Al-Si-Mg类或Al-Mg类合金的钎料来进行钎焊时，能够在非氧化性气氛下进行钎焊。
在如上述制造出的功率模块100中，如上述，将带散热片的功率模块用基板101的由多个小电路层12S构成的电路层12设为第1层15和第2层16的层叠结构，由此在陶瓷基板11的与铝纯度低且刚性高即屈服强度高的散热片20相反的一侧配置了由铝纯度高且刚性高的铝板构成的第2层16。由此，由于这些散热片20和第2层16成为以陶瓷基板11作为中心的对称结构，在加热时等的情况下作用于陶瓷基板11的两面的应力不易产生偏移，因此带散热片的功率模块用基板101的翘曲不易发生。并且，在与陶瓷基板11接合的第1层15和金属层13中，配置有纯度99.99质量％以上的较软的即屈服强度较低的铝板，因此在加热时等能够减少施加于陶瓷基板11的热应力而防止发生破裂。
另外，在带散热片的功率模块用基板101中，由于电路层12由多个小电路层12S构成，并且电路层12设为被分离为多个的结构，因此，接合在陶瓷基板11上的电路层12的接合部分和接合在陶瓷基板11上的散热片20的接合部分的形状不同，相较于由多个小电路层12S构成的电路层12，由一片构成的散热片20对陶瓷基板11所作用的弯曲应力会更大。因此，在带散热片的功率模块用基板101中，为了缩小伴随温度变化的带散热片的功率模块用基板101的翘曲量的变化，设为如下的结构：通过将在25℃常温时的电路层12的第2层16与散热片20之间的关系被调整为上述在25℃时的比率的范围内，来减少翘曲的发生，并且进而通过将在200℃时的比率调整为大于25℃时的比率的1.0倍且25℃时的比率的1.4倍以下，从而在带散热片的功率模块用基板101被加热时相较于在25℃时，在200℃时的电路层12侧的弯曲应力会更大。
即，针对第2层16和散热片20，通过将这些厚度、接合面积以及屈服强度的关系调整为在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下并且在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于25℃时的比率的1.0倍且为25℃时的比率的1.4倍以下的关系，并且在25℃常温时和200℃的加热时调整为上述比率的范围内，从而能够减少带散热片的功率模块用基板101在25℃～200℃的温度范围中所产生的翘曲的变化量，并且能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。如此，在本实施方式的带散热片的功率模块用基板101中，当在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为1.00的情况、为0.85以上且小于1.00的情况或为大于1.00且1.40以下的情况，并且在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于25℃时的比率的1.0倍且为25℃时的比率的1.4倍以下的情况时，能够良好地构成以陶瓷基板11作为中心的对称结构，并且能够减少带散热片的功率模块用基板101在25℃～200℃的温度范围中的翘曲量的变化，因此，就算是在加热时，也能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。因此，在加热时等的情况下作用于陶瓷基板11的两面的应力不易产生偏移，能够更可靠地防止发生翘曲。
如本实施方式，根据在带散热片的功率模块用基板101的陶瓷基板11上并列配设多个小电路层12S的情况等，通过相互分离的多个小电路层12S对电路层12进行图案化的情况下，通过考虑接合在陶瓷基板11上的电路层12的接合部分和接合在陶瓷基板11上的散热片20的接合部分中的、第2层16的刚性(对于将厚度t1和接合面积A1相乘后的体积作了考虑的屈服强度)和散热片20的刚性(对于将厚度t2和接合面积A2相乘后的体积作了考虑的屈服强度)之间的对称性，能够可靠地防止发生翘曲。
并且，通过考虑在25℃常温时和200℃的加热时这两种情况的第2层16的刚性与散热片20的刚性之间的对称性，并且相较于在25℃时的比率将在200℃时的比率调整为更大，能够缩小在25℃～200℃的温度变化中的翘曲的变化量，不仅能够抑制在功率模块用基板与散热片20接合后的初始翘曲，就算在半导体元件30的安装工序时或者在使用环境中，也能够抑制翘曲的发生。因此，带散热片的功率模块用基板101作为绝缘基板长期性地具有高可靠性，并能够发挥良好的散热性。
并且，在带散热片的功率模块用基板101中，第2层16由A6063铝合金形成，散热片20由A3003铝合金形成，在第2层16上使用在200℃时的屈服强度比散热片20更大的铝板。如此，通过在电路层12的第2层16上，使用在加热时的屈服强度比散热片20更大的铝板，第2层16的屈服强度以抵消加热中的来自散热片20的应力的增加量的方式发挥作用，从而能够更进一步减少翘曲量的变化。而且，焊接有半导体元件30的第2层16使用刚性高、即屈服强度高的铝板，因此，也能够抑制电路层12的变形。
另外，在带散热片的功率模块用基板101中，由于在一片散热片20上接合有多个小电路层12S，因此，能够准确地定位多个小电路层12S，从而能够谋求高度集成化。
图5表示第2实施方式的带散热片的功率模块用基板102的制造工序。在该第2实施方式中，对与图1～3中所示的第1实施方式共同的要素附加相同的符号。在以下的各实施方式中也相同。
该带散热片的功率模块用基板102与第1实施方式同样地构成为在一片陶瓷基板11的一面上接合有由多个小电路层17S构成的电路层17，并且在陶瓷基板11的另一面上隔着一片金属层13接合有一片散热片20，但是，功率模块用基板10B的电路层17的第1层15和第2层16之间通过在电路侧接合芯材41a的两面上形成有钎料层42的两面钎焊包覆材料43a来接合。并且，金属层13与散热片20之间与第1实施方式同样地通过Al-Si类等合金的钎料45来接合。
两面钎焊包覆材料43a为，对电路侧接合芯材41a采用厚度0.05mm～0.6mm的JIS的A3003铝合金，并且对两面的钎料层42采用Al-Si-Mg类合金的材料。
关于该第2实施方式的带散热片的功率模块用基板102，与第1实施方式的第1接合工序同样地，首先，通过使用钎料40(参考图3的3A)的钎焊来在陶瓷基板11的一面上接合第1层15并在另一面上接合金属层13，从而形成接合体60。然后，如图5的5A所示，在第1层15的表面上隔着两面钎焊包覆材料43a层叠第2层16，并在金属层13上隔着钎料45层叠散热片20，再对它们向层叠方向进行加压，并在氮气氛等非氧化性气氛下加热并进行钎焊，由此制造出带散热片的功率模块用基板102。
如图5的5B所示，该带散热片的功率模块用基板102成为在电路层17的第1层15与第2层16之间存在两面钎焊包覆材料43a的电路侧接合芯材41a即薄的铝合金层的状态。
并且，在第2实施方式的带散热片的功率模块用基板102中，当将电路层17中的第2层16的厚度设为t1(mm)、将电路侧接合芯材41a与第2层16的接合面积设为A1(mm2)、将第2层16在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将第2层16在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片20的厚度设为t2(mm)、将金属层13与散热片20之间的接合面积设为A2(mm2)、将散热片20在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将散热片20在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，将电路侧接合芯材41a的厚度设为t3(mm)、将电路侧接合芯材41a与第1层15之间的接合面积设为A3(mm2)、将电路侧接合芯材41a在25℃时的屈服强度设为σ31(N/mm2)、将电路侧接合芯材41a在200℃时的屈服强度设为σ32(N/mm2)时，第2层16、电路侧接合芯材41a以及散热片20的厚度、接合面积以及屈服强度的关系被调整为如下的关系：在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下。
如此，在带散热片的功率模块用基板102中，通过将在25℃时的比率和在200℃时的比率调整为上述范围内，能够减少带散热片的功率模块用基板102在25℃～200℃的温度范围中的翘曲的变化量，从而能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。即，当在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)为1.00的情况、为0.85以上且小于1.00的情况或为大于1.00且1.40以下的情况，且在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下的情况时，能够良好地构成以陶瓷基板11作为中心的对称结构。
图6表示第3实施方式的带散热片的功率模块用基板103的制造工序。在该第3实施方式中，对与第1实施方式以及第2实施方式共同的要素附加相同的符号。
带散热片的功率模块用基板103中，如图6的6B所示，在一片陶瓷基板11的一面上接合有由多个小电路层12S构成的电路层12，并且在陶瓷基板11的另一面上接合有一片金属层13，一片散热片20隔着一片散热侧接合芯材41b接合在金属层13上。功率模块用基板10C中的电路层12的第1层15与第2层16之间与第1实施方式同样地通过Al-Si类等合金的钎料45来接合。并且，金属层13与散热片20之间通过在散热侧接合芯材41b的两面形成有钎料层42的两面钎焊包覆材料43b来接合。两面钎焊包覆材料43b为，对散热侧接合芯材41b采用厚度0.05mm～0.6mm的JIS的A3003铝合金，并且对两面的钎料层42采用Al-Si-Mg类合金的材料。
该第3实施方式的带散热片的功率模块用基板103与第1实施方式的第1接合工序同样地以如下方式制造：通过使用钎料40(参考图3的3A)的钎焊来在陶瓷基板11的一面上接合第1层15并在另一面上接合金属层13，从而形成接合体60之后，如图6的6A所示，在第1层15的表面上隔着钎料45层叠第2层16，并在金属层13上隔着两面钎焊包覆材料43b层叠散热片20，再对它们向层叠方向进行加压，并在氮气氛等非氧化性气氛下加热并进行钎焊。
如图6的6B所示，如此制造出的第3实施方式的带散热片的功率模块用基板103成为在金属层13与散热片20之间存在作为散热侧接合芯材41b的薄的铝合金层的状态。
并且，在该第3实施方式的带散热片的功率模块用基板103中，当将电路层12的第2层16的厚度设为t1(mm)、将第2层16的接合面积设为A1(mm2)、将第2层16在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将第2层16在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片20的厚度设为t2(mm)、将散热片20的接合面积设为A2(mm2)、将散热片20在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将散热片20在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并且将散热侧接合芯材41b的厚度设为t4(mm)、将散热侧接合芯材41b与金属层13之间的接合面积设为A4(mm2)、将散热侧接合芯材41b在25℃时的屈服强度设为σ41(N/mm2)、将散热侧接合芯材41b在200℃时的屈服强度设为σ42(N/mm2)时，第2层16、散热片20以及散热侧接合芯材41b的厚度、接合面积以及屈服强度的关系被调整为如下的关系：在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
在该带散热片的功率模块用基板103中，也与第1实施方式以及第2实施方式同样地，通过将在25℃时的比率和在200℃时的比率调整为上述范围内，能够减少带散热片的功率模块用基板在25℃～200℃的温度范围中的翘曲量的变化，从而能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。即，当在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为1.00的情况、为0.85以上且小于1.00的情况或为大于1.00且1.40以下的情况，且在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下的情况时，能够良好地构成以陶瓷基板11作为中心的对称结构。
图7表示第4实施方式的带散热片的功率模块用基板104的制造工序。在该第4实施方式中，对与第1～第3实施方式共同的附加相同的符号。
带散热片的功率模块用基板104中，如图7的7B所示，在一片陶瓷基板11的一侧上接合有由多个小电路层17S构成的电路层17，并且在陶瓷基板11的另一面上接合有一片金属层13，一片散热片20隔着一片散热侧接合芯材41b接合在金属层13上。并且，功率模块用基板10D中的电路层17的第1层15与第2层16之间通过在电路侧接合芯材41a的两面形成有钎料层42的两面钎焊包覆材料43a来接合。
两面钎焊包覆材料43a、43b为，对电路侧接合芯材41a及散热侧接合芯材41b采用厚度0.05mm～0.6mm的JIS的A3003铝合金，并且对两面的钎料层42采用Al-Si-Mg类合金的材料。
该第4实施方式的带散热片的功率模块用基板104与第1实施方式的第1接合工序同样地以如下方式制造：通过使用钎料40(参考图3的3A)的钎焊来在陶瓷基板11的一侧的面上接合第1层15并在另一面上接合金属层13，从而形成接合体60之后，如图7的7A所示，在第1层15的表面上隔着两面钎焊包覆材料43a层叠第2层16，并在金属层13上隔着两面钎焊包覆材料43b层叠散热片20，再对它们向层叠方向进行加压，并在氮气氛等非氧化性气氛下加热并进行钎焊。
如图7的7B所示，如此制造出的第4实施方式的带散热片的功率模块用基板104成为在第1层15与第2层16之间存在作为电路侧接合芯材41a的薄的铝合金层的状态，并且成为在金属层13与散热片20之间存在作为散热侧接合芯材41b的薄的铝合金层的状态。
并且，在第4实施方式的带散热片的功率模块用基板104中，当将第2层16的厚度设为t1(mm)、将第2层16的接合面积设为A1(mm2)、将第2层16在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将第2层16在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片20的厚度设为t2(mm)、将散热片20的接合面积设为A2(mm2)、将散热片20在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将散热片20在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并将电路侧接合芯材41a的厚度设为t3(mm)、将第1层15与电路侧接合芯材41a之间的接合面积设为A3(mm2)、将电路侧接合芯材41a在25℃时的屈服强度设为σ31(N/mm2)、将电路侧接合芯材41a在200℃时的屈服强度设为σ32(N/mm2)，并且将散热侧接合芯材41b的厚度设为t4(mm)、将金属层13与散热侧接合芯材41b之间的接合面积设为A4(mm2)、将散热侧接合芯材41b在25℃时的屈服强度设为σ41(N/mm2)、将散热侧接合芯材41b在200℃时的屈服强度设为σ42(N/mm2)时，第2层16以及电路侧接合芯材41a和散热片20以及散热侧接合芯材41b的厚度、接合面积以及屈服强度的关系被调整为如下的关系：在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下。
因此，在带散热片的功率模块用基板104中，也与第1～第3实施方式同样地，通过将在25℃时的比率和在200℃时的比率调整为上述范围内，能够减少带散热片的功率模块用基板104在25℃～200℃的温度范围中的翘曲量的变化，从而能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。即，当在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为1.00的情况、为0.85以上且小于1.00的情况或为大于1.00且1.40以下的情况，且在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下的情况时，能够良好地构成以陶瓷基板11作为中心的对称结构。
图8为第5实施方式的带散热片的功率模块用基板105，图9表示该带散热片的功率模块用基板105的制造工序。在第5实施方式中，针对与第1～第4实施方式共同的要素附加相同的符号。
带散热片的功率模块用基板105中，如图8所示，在一片散热片20上相互隔着间隔接合有多个功率模块用基板10E，由此设置多个小电路层12S，并通过这些小电路层12S形成电路层12。具体而言，陶瓷基板11通过与小电路层12S相同数量的小陶瓷基板11S构成，金属层13也通过与小电路层12S相同数量的小金属层13S构成，各功率模块用基板10E分别通过隔着小陶瓷基板11S接合小电路层12S和小金属层13S来形成。
并且，小电路层12S设为接合在小陶瓷基板11S上的第1层15和接合在该第1层15的表面上的第2层16的层叠结构，这些第1层15和第2层16之间与第1实施方式同样地通过Al-Si类等合金的钎料45来接合。并且，小金属层13S与散热片20之间也与第1实施方式同样地通过Al-Si类等合金的钎料45来接合。
并且，关于第5实施方式的带散热片的功率模块用基板105，首先如图9的9A中所示与第1实施方式的第1接合工序同样地，在小陶瓷基板11S的一面上隔着Al-Si类等合金的钎料40来层叠成为第1层15的第1层用铝板15a，并在另一面上隔着Al-Si类等合金的钎料40来层叠成为小金属层13S的金属层用铝板13a，并通过钎焊对它们进行一体接合。然后，在形成接合体61之后，如图9的9B所示，在第1层15的表面上隔着钎料45层叠第2层16，并在小金属层13S上隔着钎料45层叠散热片20，再对它们向层叠方向进行加压，并在氮气氛等非氧化性气氛下加热并进行钎焊，由此制造出带散热片的功率模块用基板。
另外，如图10的10A所示，对于第5实施方式的带散热片的功率模块用基板105的小电路层12S，也可使用将小电路层12S的第1层15和第2层16预先制造成包覆材的材料。
此时，如图10的10A所示，在小陶瓷基板11S的一面上隔着由Al-Si类合金形成的钎料40层叠包覆材的小电路层12S，并在另一面上隔着由Al-Si类合金形成的钎料40层叠成为小金属层13S的金属层用铝板13a，并在真空气氛下对它们进行加压的状态下再进行钎焊(第1接合工序)。由此，如图10的10B所示，形成在小陶瓷基板11S的两面上接合有小电路层12S和小金属层13S的功率模块用基板10E。接着，如图10的10B所示，在功率模块用基板10E的小金属层13S上隔着由Al-Si-Mg类合金形成的钎料45层叠散热片20，并在氮气氛等非氧化气氛下对它们进行加压的状态下加热并进行钎焊，由此制造出带散热片的功率模块用基板105。
在这些第5实施方式的带散热片的功率模块用基板105中，当将第2层16的厚度设为t1(mm)、将第1层15和第2层16之间的接合面积设为A1(mm2)、将第2层16在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将第2层16在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片20的厚度设为t2(mm)、将金属层13与散热片20之间的接合面积设为A2(mm2)、将散热片20在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将散热片20在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)时，第2层16与散热片20的厚度、接合面积及屈服强度的关系被调整为如下关系：在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下。
并且，在这些比率的计算式中，第1层15和第2层16之间的接合面积A1(mm2)为在构成电路层12的各小电路层12S中的第1层15和第2层16之间的接合面积的总和，金属层13和散热片20之间的接合面积A2(mm2)为构成金属层13的各小金属层13S和散热片20之间的接合面积的总和。
在带散热片的功率模块用基板105中，也与第1～第4实施方式同样地，通过将在25℃时的比率和在200℃时的比率调整为上述范围内，能够减少带散热片的功率模块用基板105在25℃～200℃的温度范围中的翘曲量的变化，从而能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。即，当在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为1.00的情况、为0.85以上且小于1.00的情况或为大于1.00且1.40以下的情况，且在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下的情况时，能够良好地构成以陶瓷基板11作为中心的对称结构。
图11表示第6实施方式的带散热片的功率模块用基板106的制造工序。在该第6实施方式中，对与第1～第5实施方式共同的要素附加相同的符号。
在带散热片的功率模块用基板106中，如图11的11B所示，与第5实施方式同样地，在一片散热片20上相互隔着间隔接合有多个功率模块用基板10F，由此设置多个小电路层17S，并通过这些小电路层17S形成电路层17。具体而言，陶瓷基板11由与小电路层17S相同数量的小陶瓷基板11S构成，金属层13由与小电路层17S相同数量的小金属层13S构成，各功率模块用基板10F分别通过隔着小陶瓷基板11S接合小电路层17S和小金属层13S来形成。并且，各小电路层17S的第1层15与第2层16之间通过在电路侧接合芯材41a的两面上形成了钎料层42的两面钎焊包覆材料43a来接合。另外，各功率模块用基板10F的小金属层13S与散热片20之间与第1实施方式同样地通过Al-Si类等合金的钎料45来接合。并且，两面钎焊包覆材料43a为，对电路侧接合芯材41a采用厚度0.05mm～0.6mm的JIS的A3003铝合金，并且对两面的钎料层42采用Al-Si-Mg类合金的材料。
关于该第6实施方式的带散热片的功率模块用基板106，与第1实施方式的第1接合工序同样地，首先，通过使用钎料40的钎焊来分别在小陶瓷基板11S的一面上接合第1层15并在另一面上接合小金属层13S，从而形成接合体61。然后，如图11的11A所示，在第1层15的表面上隔着两面钎焊包覆材料43a层叠第2层16，并在小金属层13S上隔着钎料45层叠散热片20，再对它们向层叠方向进行加压，并在氮气氛等非氧化性气氛下加热并进行钎焊，由此制造出带散热片的功率模块用基板106。如图11的11B所示，如此制造出的带散热片的功率模块用基板106成为在电路层17的第1层15与第2层16之间存在两面钎焊包覆材料43a的电路侧接合芯材41a即薄的铝合金层的状态。
并且，在第6实施方式的带散热片的功率模块用基板106中，当将第2层16的厚度设为t1(mm)、将第2层16的接合面积设为A1(mm2)、将第2层16在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将第2层16在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片20的厚度设为t2(mm)、将散热片20的接合面积设为A2(mm2)、将散热片20在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将散热片20在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，将电路侧接合芯材41a的厚度设为t3(mm)、将电路侧接合芯材41a与第1层15间的接合面积设为A3(mm2)、将电路侧接合芯材41a在25℃时的屈服强度设为σ31(N/mm2)、将电路侧接合芯材41a在200℃时的屈服强度设为σ32(N/mm2)时，第2层16、电路侧接合芯材41a以及散热片20的厚度、接合面积以及屈服强度的关系被调整为如下的关系：在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下。
因此，在带散热片的功率模块用基板106中，也与第1～第5实施方式同样地，通过将在25℃时的比率和在200℃时的比率调整为上述范围内，能够减少带散热片的功率模块用基板105在25℃～200℃的温度范围中的翘曲量的变化，从而能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。即，当在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)为1.00的情况、为0.85以上且小于1.00的情况或为大于1.00且1.40以下的情况，且在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下的情况时，能够良好地构成以陶瓷基板11作为中心的对称结构。
图12表示第7实施方式的带散热片的功率模块用基板107的制造工序。在该第7实施方式中，对与第1～第6实施方式共同的要素附加相同的符号。
对于带散热片的功率模块用基板107，如图12的12B所示，与第5实施方式以及第6实施方式同样地，在一片散热片20上相互隔着间隔接合有多个功率模块用基板10G，由此设置多个小电路层12S，并通过这些小电路层12S形成电路层12。具体而言，陶瓷基板11由与小电路层12S相同数量的小陶瓷基板11S构成，金属层13由与小电路层12S相同数量的小金属层13S构成，各功率模块用基板10G分别通过隔着小陶瓷基板11S接合小电路层12S和小金属层13S来形成。并且，各小电路层12S的第1层15与第2层16之间与第1实施方式同样地通过Al-Si类等合金钎料45来接合。并且，功率模块用基板10G的小金属层13与散热片20之间通过在散热侧接合芯材41b的两面形成有钎料层42的两面钎焊包覆材料43b来接合。两面钎焊包覆材料43b为，对散热侧接合芯材41b采用厚度0.05mm～0.6mm的JIS的A3003铝合金，并对两面的钎料层42采用Al-Si-Mg类合金的材料。
该第7实施方式的带散热片的功率模块用基板107与第1实施方式的第1接合工序同样地以如下方式制造：在通过使用钎料40的钎焊来在小陶瓷基板11S的一面上接合第1层15并在另一面上接合小金属层13S，从而形成接合体61之后，如图12的12A所示，在第1层15的表面上隔着钎料45层叠第2层16，并在小金属层13S上隔着两面钎焊包覆材料43b层叠散热片20，再对它们向层叠方向进行加压，并在氮气氛等非氧化性气氛下加热并进行钎焊。
如图12的12B所示，如此制造出的第7实施方式的带散热片的功率模块用基板107成为在小金属层13S与散热片20之间存在散热侧接合芯材41b即薄的铝合金层的状态。
并且，在该第7实施方式的带散热片的功率模块用基板107中，当将第2层16的厚度设为t1(mm)、将第2层16的接合面积设为A1(mm2)、将第2层16在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将第2层16在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片20的厚度设为t2(mm)、将散热片20的接合面积设为A2(mm2)、将散热片20在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将散热片20在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并且将散热侧接合芯材41b的厚度设为t4(mm)、将散热侧接合芯材41b与金属层13(小金属层13S)间的接合面积设为A4(mm2)、将散热侧接合芯材41b在25℃时的屈服强度设为σ41(N/mm2)、将散热侧接合芯材41b在200℃时的屈服强度设为σ42(N/mm2)时，第2层16、散热片20以及散热侧接合芯材41b的厚度、接合面积以及屈服强度的关系被调整为如下的关系，即，在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下。
因此，在带散热片的功率模块用基板107中，也与第1～第6实施方式同样地，通过将在25℃时的比率和在200℃时的比率调整为上述范围内，能够减少带散热片的功率模块用基板107在25℃～200℃的温度范围中的翘曲量的变化，从而能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。即，当在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为1.00的情况、为0.85以上且小于1.00的情况或为大于1.00且1.40以下的情况，且在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下的情况时，能够良好地构成以陶瓷基板11作为中心的对称结构。
图13表示第8实施方式的带散热片的功率模块用基板108的制造工序。在该第8实施方式中，对与第1～第7实施方式共同的要素附加相同的符号。
带散热片的功率模块用基板108中，如图13的13B所示，与第5～第7实施方式同样地，在一片散热片20上相互隔着间隔接合有多个功率模块用基板10H，由此设置多个小电路层17S，并通过这些小电路层17S形成电路层17。具体而言，陶瓷基板11由与小电路层12S相同数量的小陶瓷基板11S构成，金属层13由与小电路层12S相同数量的小金属层13S构成，各功率模块用基板10H分别通过隔着小陶瓷基板11S接合小电路层12S和小金属层13S来形成。并且，各小电路层12S的第1层15与第2层16之间通过在电路侧接合芯材41a的两面上形成有钎料层42的两面钎焊包覆材料43a来接合，各功率模块用基板10H的小金属层13S与散热片20之间通过在散热侧接合芯材41b的两面上形成有钎料层42的两面钎焊包覆材料43b来接合。两面钎焊包覆材料43a、43b为，对电路侧接合芯材41a以及散热侧接合芯材41b采用厚度0.05mm～0.6mm的JIS的A3003铝合金，并对两面的钎料层42采用Al-Si-Mg类合金的材料。
该第8实施方式的带散热片的功率模块用基板108与第1实施方式的第1接合工序同样地以如下方式制造：在通过使用钎料40的钎焊来在小陶瓷基板11S的一面上接合第1层15并在另一面上接合小金属层13S，从而形成接合体61之后，如图13的13A所示，在第1层15的表面上隔着两面钎焊包覆材料43a层叠第2层16，并在小金属层13S上隔着两面钎焊包覆材料43b层叠散热片20，再对它们向层叠方向进行加压，并在氮气氛等非氧化性气氛下加热并进行钎焊。
如图13的13B所示，如此制造出的第8实施方式的带散热片的功率模块用基板108成为在第1层15与第2层16之间存在作为电路侧接合芯材41a的薄的铝合金层的状态，同时成为在小金属层13S与散热片20之间存在作为散热侧接合芯材41b的薄的铝合金层的状态。
并且，在第8实施方式的带散热片的功率模块用基板108中，当将第2层16的厚度设为t1(mm)、将第2层16的接合面积设为A1(mm2)、将第2层16在25℃时的屈服强度设为σ11(N/mm2)、将第2层16在200℃时的屈服强度设为σ12(N/mm2)，并将散热片20的厚度设为t2(mm)、将散热片20的接合面积设为A2(mm2)、将散热片20在25℃时的屈服强度设为σ21(N/mm2)、将散热片20在200℃时的屈服强度设为σ22(N/mm2)，并将电路侧接合芯材41a的厚度设为t3(mm)、将第1层15与电路侧接合芯材41a之间的接合面积设为A3(mm2)、将电路侧接合芯材41a在25℃时的屈服强度设为σ31(N/mm2)、将电路侧接合芯材41a在200℃时的屈服强度设为σ32(N/mm2)，并且将散热侧接合芯材41b的厚度设为t4(mm)、将金属层13(小金属层13S)与散热侧接合芯材41b之间的接合面积设为A4(mm2)、将散热侧接合芯材41b在25℃时的屈服强度设为σ41(N/mm2)、将散侧接合芯材41b在200℃时的屈服强度设为σ42(N/mm2)时，第2层16以及电路侧接合芯材和散热片20以及散热侧接合芯材41b的厚度、接合面积以及屈服强度的关系被调整为如下关系，即，在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下。
因此，在带散热片的功率模块用基板108中，也与第1～第7实施方式同样地，通过将在25℃时的比率和在200℃时的比率调整为上述范围内，能够减少带散热片的功率模块用基板108在25℃～200℃的温度范围中的翘曲量的变化，从而能够稳定地维持以陶瓷基板11作为中心的对称性。即，当在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为1.00的情况、为0.85以上且小于1.00的情况或为大于1.00且1.40以下的情况，且在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于在25℃时的比率的1.0倍且为在25℃时的比率的1.4倍以下的情况时，能够良好地构成以陶瓷基板11作为中心的对称结构。
接着，对为了确认本发明的效果而进行的实施例进行说明。
作为发明例1～19，准备厚度0.635mm的由AlN构成的陶瓷基板、厚度0.6mm的由4N-Al构成的第1层及金属层，并且对电路层的第2层及散热片，准备具有表1所示的厚度、接合面积、纯度及屈服强度的各物件。
另外，散热片为平板状，整体的平面尺寸设为60mm×50mm。
通过第1实施方式至第8实施方式中叙述的各接合方法接合它们，制造了带散热片的功率模块用基板。表1的实施方式(接合方法)表示以其中哪一个实施方式的制造方法制造各试样。并且，作为以往例1，制造了在第1实施方式中叙述的接合方法中没有接合电路层的第2层而没有形成第2层的带散热片的功率模块用基板。
并且，关于表1的“在25℃时的比率”，当实施方式(接合方法)为1以及5的情况时，表示(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)，当实施方式为2以及6的情况时，表示(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)，当实施方式为3以及7的情况时，表示(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)，当实施方式为4以及8的情况时，表示(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)。并且，关于表1的“在200℃时的比率”，当实施方式(接合方法)为1以及5的情况时，表示(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)，当实施方式为2以及6的情况时，表示(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)，当实施方式为3以及7的情况时，表示(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)，当实施方式为4以及8的情况时，表示(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)。
另外，关于第2层、散热片、电路侧接合芯材以及散热侧接合芯材的“25℃时的屈服强度”和“200℃时的屈服强度”，分别通过基于JIS标准G0567：2012的方法来进行了测量。
然后，对得到的各试样，分别测量接合后的常温(25℃)下的翘曲量(初始翘曲)及在280℃加热时的翘曲量(加热时翘曲)。使用云纹(moire)式3维形状测定机测量散热片的背面的平面度的变化，由此对翘曲量进行了评价。另外，对于翘曲量，将向电路层侧翘曲成凸状的情况设为正的翘曲量(+)，并将向电路层侧翘曲成凹状的情况设为负的翘曲量(-)。
将其结果示于表1中。
Figure GDA0002944462410000261
从表1可知，关于“25℃时的比率A”和“200℃时的比率B”的比率(B/A)为1.0以下的以往例1、2中，确认到常温时和高温时的翘曲变化量较大。相对于此，关于“25℃时的比率A”和“200℃时的比率B”的比率(B/A)比1.0更大的发明例1～19中，确认到能够得到常温时和高温时的翘曲变化量小的带散热片的功率模块用基板。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内可进行各种变更。
例如，在上述各实施方式中，使用了平板状的散热片，但也可使用通过在金属层所接合的平板部上设置多个针状翅片或带状翅片而得到的形状的散热片。此时，平板部的厚度设为散热片的厚度t2。
产业上的可利用性
可作为在与散热片的接合后、在半导体元件的安装工序时或者在使用环境中翘曲也较少的带散热片的功率模块用基板以及功率模块来利用。
符号说明
10A～10H 功率模块用基板
11 陶瓷基板
11S 小陶瓷基板
12、17 电路层
12S、17S 小电路层
13 金属层
13S 小金属层
13a 金属层用铝板
15 第1层
15a 第1层用铝板
16 第2层
16a 第2层用铝板
20 散热片
30 半导体元件
40、45 钎料
41a 电路侧接合芯材
41b 散热侧接合芯材
42 钎料层
43a、43b 两面钎焊包覆材料
60、61 接合体
100 功率模块
101～108 带散热片的功率模块用基板
110 加压装置

Claims (12)

1.一种带散热片的功率模块用基板，其特征在于，具备：
功率模块用基板，由一片陶瓷基板、电路层以及一片金属层构成，所述电路层由在该陶瓷基板的一面上相互隔着间隔接合的多个小电路层构成，所述金属层接合在所述陶瓷基板的另一面上；和
一片散热片，接合在所述功率模块用基板的所述金属层上，
所述小电路层设为第1层和第2层的层叠结构，该第1层接合在所述陶瓷基板上，该第2层接合在该第1层的表面上，
所述金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，
所述散热片和所述第2层由纯度比所述金属层和所述第1层低的铝板构成，
当将所述第2层的厚度设为t1、将所述第2层的接合面积的总和设为A1、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12，并将所述散热片的厚度设为t2、将所述散热片的接合面积设为A2、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22时，
在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，
在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下，
其中，t1及t2的单位为mm，A1及A2的单位为mm2，σ11、σ12、σ21及σ22的单位为N/mm2。
2.一种带散热片的功率模块用基板，其特征在于，具备：
功率模块用基板，由一片陶瓷基板、电路层以及一片金属层构成，所述电路层由在该陶瓷基板的一面上相互隔着间隔接合的多个小电路层构成，所述金属层接合在所述陶瓷基板的另一面上；和
一片散热片，接合在所述功率模块用基板的所述金属层上，
所述小电路层设为第1层、电路侧接合芯材以及第2层的层叠结构，该第1层接合在所述陶瓷基板上，该电路侧接合芯材接合在该第1层的表面上，该第2层接合在该电路侧接合芯材的表面上，
所述金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，
所述散热片和所述第2层由纯度比所述金属层和所述第1层低的铝板构成，
所述电路侧接合芯材由铝合金板构成，
当将所述第2层的厚度设为t1、将所述第2层的接合面积的总和设为A1、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12，并将所述散热片的厚度设为t2、将所述散热片的接合面积设为A2、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22，并且将所述电路侧接合芯材的厚度设为t3、将所述电路侧接合芯材与所述第1层之间的接合面积的总和设为A3、将所述电路侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ31、将所述电路侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ32时，
在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，
在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下，
其中，t1、t2及t3的单位为mm，A1、A2及A3的单位为mm2，σ11、σ12、σ21、σ22、σ31及σ32的单位为N/mm2。
3.一种带散热片的功率模块用基板，其特征在于，具备：
功率模块用基板，由一片陶瓷基板、电路层以及一片金属层构成，所述电路层由在该陶瓷基板的一面上相互隔着间隔接合的多个小电路层构成，所述金属层接合在所述陶瓷基板的另一面上；和
一片散热片，隔着一片散热侧接合芯材接合在所述功率模块用基板的所述金属层上，
所述小电路层设为第1层和第2层的层叠结构，该第1层接合在所述陶瓷基板上，该第2层接合在该第1层的表面上，
所述金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，
所述散热片和所述第2层由纯度比所述金属层和所述第1层低的铝板构成，
所述散热侧接合芯材由铝合金板构成，
当将所述第2层的厚度设为t1、将所述第2层的接合面积的总和设为A1、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12，并将所述散热片的厚度设为t2、将所述散热片的接合面积设为A2、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22，并且将所述散热侧接合芯材的厚度设为t4、将所述散热侧接合芯材与所述金属层之间的接合面积设为A4、将所述散热侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ41、将所述散热侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ42时，
在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，
在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下，
其中，t1、t2及t4的单位为mm，A1、A2及A4单位为mm2，σ11、σ12、σ21、σ22、σ41及σ42的单位为N/mm2。
4.一种带散热片的功率模块用基板，其特征在于，具备：
功率模块用基板，由一片陶瓷基板、电路层以及一片金属层构成，所述电路层由在该陶瓷基板的一面上相互隔着间隔接合的多个小电路层构成，所述金属层接合在所述陶瓷基板的另一面上；和
一片散热片，隔着一片散热侧接合芯材接合在所述功率模块用基板的所述金属层上，
所述小电路层设为第1层、电路侧接合芯材以及第2层的层叠结构，该第1层接合在所述陶瓷基板上，该电路侧接合芯材接合在该第1层的表面上，该第2层接合在该电路侧接合芯材的表面上，
所述金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，
所述散热片和所述第2层由纯度比所述金属层和所述第1层低的铝板构成，
所述散热侧接合芯材以及所述电路侧接合芯材由铝合金板构成，
当将所述第2层的厚度设为t1、将所述第2层的接合面积的总和设为A1、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12，并将所述散热片的厚度设为t2、将所述散热片的接合面积设为A2、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22，并将所述电路侧接合芯材的厚度设为t3、将所述第1层与所述电路侧接合芯材之间的接合面积的总和设为A3、将所述电路侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ31、将所述电路侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ32，并且将所述散热侧接合芯材的厚度设为t4、将所述金属层与所述散热侧接合芯材间的接合面积设为A4、将所述散热侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ41、将所述散热侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ42时，
在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，
在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下，
其中，t1、t2、t3及t4的单位为mm，A1、A2、A3及A4的单位为mm2，σ11、σ12、σ21、σ22、σ31、σ32、σ41、σ42的单位为N/mm2。
5.一种带散热片的功率模块用基板，其特征在于，具备：
多个功率模块用基板和相互隔着间隔接合有这些功率模块用基板的一片散热片，
所述功率模块用基板由小陶瓷基板、接合在该小陶瓷基板的一面上的小电路层以及接合在所述小陶瓷基板的另一面上的小金属层构成，并且，所述功率模块用基板的所述小金属层接合在所述散热片上，
所述小电路层设为第1层和第2层的层叠结构，该第1层接合在所述小陶瓷基板上，该第2层接合在该第1层的表面上，
所述小金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，
所述散热片和所述第2层由纯度比所述小金属层和所述第1层低的铝板构成，
当将所述第2层的厚度设为t1、将所述第2层的接合面积的总和设为A1、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12，并将所述散热片的厚度设为t2、将所述散热片的接合面积设为A2、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22时，
在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，
在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下，
其中，t1及t2的单位为mm，A1及A2的单位为mm2，σ11、σ12、σ21及σ22的单位为N/mm2。
6.一种带散热片的功率模块用基板，其特征在于，具备：
多个功率模块用基板和相互隔着间隔接合有这些功率模块用基板的一片散热片，
所述功率模块用基板由小陶瓷基板、接合在该小陶瓷基板的一面上的小电路层以及接合在所述小陶瓷基板的另一面上的小金属层构成，并且，各功率模块用基板的所述小金属层接合在所述散热片上，
所述小电路层设为第1层、电路侧接合芯材以及第2层的层叠结构，该第1层接合在所述小陶瓷基板上，该电路侧接合芯材接合在该第1层的表面上，该第2层接合在该电路侧接合芯材的表面上，
所述小金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，
所述散热片和所述第2层由纯度比所述小金属层和所述第1层低的铝板构成，
所述电路侧接合芯材由铝合金板构成，
当将所述第2层的厚度设为t1、将所述第2层的接合面积的总和设为A1、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12，并将所述散热片的厚度设为t2、将所述散热片的接合面积设为A2、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22，并且将所述电路侧接合芯材的厚度设为t3、将所述电路侧接合芯材与所述第1层之间的接合面积的总和设为A3、将所述电路侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ31、将所述电路侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ32时，
在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21)为0.85以上且1.40以下，
在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下，
其中，t1、t2及t3的单位为mm，A1、A2及A3的单位为mm2，σ11、σ12、σ21、σ22、σ31及σ32的单位为N/mm2。
7.一种带散热片的功率模块用基板，其特征在于，具备：
多个功率模块用基板和相互隔着间隔接合有这些功率模块用基板的一片散热片，
所述功率模块用基板由小陶瓷基板、接合在该小陶瓷基板的一面上的小电路层以及接合在所述小陶瓷基板的另一面上的小金属层构成，并且，在各功率模块用基板的所述小金属层上隔着散热侧接合芯材接合有所述散热片，
所述小电路层设为第1层和第2层的层叠结构，该第1层接合在所述小陶瓷基板上，该第2层接合在该第1层的表面上，
所述小金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，
所述散热片和所述第2层由纯度比所述小金属层和所述第1层低的铝板构成，
所述散热侧接合芯材由铝合金板构成，
当将所述第2层的厚度设为t1、将所述第2层的接合面积的总和设为A1、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12，并将所述散热片的厚度设为t2、将所述散热片的接合面积设为A2、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22，并且将所述散热侧接合芯材的厚度设为t4、将所述散热侧接合芯材与所述小金属层之间的接合面积的总和设为A4、将所述散热侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ41、将所述散热侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ42时，
在25℃时的比率(t1×A1×σ11)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，
在200℃时的比率(t1×A1×σ12)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下，
其中，t1、t2及t4的单位为mm，A1、A2及A4的单位为mm2，σ11、σ12、σ21、σ22、σ41及σ42的单位为N/mm2。
8.一种带散热片的功率模块用基板，其特征在于，具备：
多个功率模块用基板和相互隔着间隔接合有这些功率模块用基板的一片散热片，
所述功率模块用基板由小陶瓷基板、接合在该小陶瓷基板的一面上的小电路层以及接合在所述小陶瓷基板的另一面上的小金属层构成，并且，在各功率模块用基板的所述小金属层上隔着散热侧接合芯材接合有所述散热片，
所述小电路层设为第1层、电路侧接合芯材以及第2层的层叠结构，该第1层接合在所述小陶瓷基板上，该电路侧接合芯材接合在该第1层的表面上，该第2层接合在该电路侧接合芯材的表面上，
所述小金属层和所述第1层由纯度99.99质量％以上的铝板构成，
所述散热片和所述第2层由纯度比所述小金属层和所述第1层低的铝板构成，
所述散热侧接合芯材和所述电路侧接合芯材由铝合金板构成，
当将所述第2层的厚度设为t1、将所述第2层的接合面积的总和设为A1、将所述第2层在25℃时的屈服强度设为σ11、将所述第2层在200℃时的屈服强度设为σ12，并将所述散热片的厚度设为t2、将所述散热片的接合面积设为A2、将所述散热片在25℃时的屈服强度设为σ21、将所述散热片在200℃时的屈服强度设为σ22，并将所述电路侧接合芯材的厚度设为t3、将所述第1层与所述电路侧接合芯材之间的接合面积的总和设为A3、将所述电路侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ31、将所述电路侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ32，并且将所述散热侧接合芯材的厚度设为t4、将所述小金属层与所述散热侧接合芯材间的接合面积的总和设为A4、将所述散热侧接合芯材在25℃时的屈服强度设为σ41、将所述散热侧接合芯材在200℃时的屈服强度设为σ42时，
在25℃时的比率(t1×A1×σ11+t3×A3×σ31)/(t2×A2×σ21+t4×A4×σ41)为0.85以上且1.40以下，
在200℃时的比率(t1×A1×σ12+t3×A3×σ32)/(t2×A2×σ22+t4×A4×σ42)大于所述在25℃时的比率的1.0倍且为所述在25℃时的比率的1.4倍以下，
其中，t1、t2、t3及t4的单位为mm，A1、A2、A3及A4的单位为mm2，σ11、σ12、σ21、σ22、σ31、σ32、σ41、σ42的单位为N/mm2。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的带散热片的功率模块用基板，其特征在于，所述第2层由在200℃时的屈服强度比所述散热片大的铝板构成。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的带散热片的功率模块用基板，其特征在于，
所述第2层由纯度小于99.90质量％的铝板构成，所述散热片由纯度99.90质量％以下的铝板构成。
11.根据权利要求9所述的带散热片的功率模块用基板，其特征在于，
所述第2层由纯度小于99.90质量％的铝板构成，所述散热片由纯度99.90质量％以下的铝板构成。
12.一种功率模块，其特征在于，具备：
权利要求1至11中任一项所述的带散热片的功率模块用基板和搭载于至少任一个所述小电路层的表面上的半导体元件。
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