CN111771275A - 绝缘电路基板 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种绝缘电路基板，在陶瓷基板的一面接合形成有电路图案的电路层且在另一面接合金属层而成，其中，电路层具有接合于陶瓷基板的由铝构成的第1电路层及接合于第1电路层的上面的由铜构成的第2电路层，金属层具有接合于陶瓷基板的由铝构成的第1金属层及接合于第1金属层的上面的由铜构成的第2金属层，第1电路层及第1金属层的厚度为0.2mm以上且0.9mm以下，并且为相同厚度，第2电路层的厚度为0.65mm以上且2.0mm以下，在将电路层的接合面积设为S1、将金属层的接合面积设为S2时的面积比S1/S2为0.5以上且0.8以下，在将第2电路层的厚度设为T1、将第2金属层的厚度设为T2时的厚度比T1/T2为1.4以上且3.2以下。

Description

绝缘电路基板
技术领域
本发明涉及一种在控制大电流及高电压的半导体装置中使用的功率模块用基板等绝缘电路基板。本申请主张基于2018年3月2日申请的专利申请2018-037269号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
作为绝缘电路基板，已知有功率模块用基板，该功率模块用基板在由以氮化铝为首的陶瓷构成的绝缘基板的一面接合有电路层，并且在另一面接合有金属层。
例如，在专利文献1中公开的功率模块用基板中，接合于绝缘基板的电路层及金属层分别由纯度为99.999％以上的纯铜形成。因此，在温度循环反复作用的情况下，在电路层及金属层产生再结晶，从而使产生在电路层及金属层内的内部应力降低，以免产生裂纹等，但其效果有时并不充分。
近年来，使用绝缘电路基板，该绝缘电路基板在陶瓷基板的表面接合有由铝或铝合金构成的铝层，且在铝层的上面固相扩散接合有由铜或铜合金构成的铜层。铝层具有应力缓冲功能，因此接合于陶瓷基板的表面的铝层的厚度及铜层的厚度优选设定为大致相同。并且，通过铝层的应力缓冲功能，能够将铜层的厚度例如设为0.4mm以上。
专利文献1：日本特开2004-221547号公报
在陶瓷基板的表面，接合由铝或铝合金构成的电路层及金属层，在电路层形成电路图案之后，在电路层及金属层的上面接合由比较厚的铜或铜合金构成的金属板的情况下，根据电路图案的形状或面积等，陶瓷基板的电路层侧的面的应力和金属层侧的面的应力的平衡被破坏，在陶瓷基板上产生较大的翘曲。
在对绝缘电路基板进行焊接时翘曲变化大的情况下，会阻碍焊接，因此期望高温时的翘曲变化小的绝缘电路基板。
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能够抑制翘曲变化的绝缘电路基板。
本发明的绝缘电路基板具备：陶瓷基板；电路层，接合于所述陶瓷基板的一面并形成电路图案；及金属层，接合于所述陶瓷基板的另一面，其中，所述电路层具有：第1电路层，接合于所述陶瓷基板且由铝或铝合金构成；及第2电路层，接合于所述第1电路层的上面且由铜或铜合金构成，所述金属层具有：第1金属层，接合于所述陶瓷基板且由铝或铝合金构成；及第2金属层，接合于所述第1金属层的上面且由铜或铜合金构成，所述第1电路层及所述第1金属层的各厚度相等，为0.2mm以上且0.9mm以下，所述第2电路层的厚度T1为0.65mm以上且2.0mm以下，所述电路层的接合面积S1与所述金属层的接合面积S2的面积比S1/S2为0.5以上且0.8以下，所述第2电路层的厚度T1与所述第2金属层的厚度T2的厚度比T1/T2为1.4以上且3.2以下。
在本发明中，在将第2电路层及第2金属层接合于第1电路层及第1金属层的上面时，即使在陶瓷基板的电路图案之间产生应力，也因第2金属层的厚度比第2电路层的厚度薄，因此能够使陶瓷基板的电路层侧的面及金属层侧的面的应力平衡。因此，能够降低绝缘电路基板的翘曲的同时，抑制在焊接时等情况下的高温时的翘曲变化。
厚度比T1/T2小于1.4时，无法消除使电路层侧成为凸起的翘曲，而厚度比T1/T2超过3.2时，第2金属层过薄而高温翘曲变化大。如此，设定厚度比T1/T2是对于面积比S1/S2为0.5以上且0.8以下的情况下的翘曲降低是有效的。当第1电路层及第1金属层的厚度小于0.2mm时，基于铝或铝合金的应力缓冲效果降低，当超过0.9mm时，形成电路图案时的限制较大。
作为本发明的绝缘电路基板的优选的方式，优选所述第2电路层固相扩散接合于所述第1电路层的上面，所述第2金属层固相扩散接合于所述第1金属层的上面。
在该绝缘电路基板中，更优选所述第2电路层的厚度T1为1.0mm以上且2.0mm以下。
在该绝缘电路基板中，更优选所述面积比S1/S2为0.6以上且0.8以下。
在该绝缘电路基板中，更优选所述厚度比T1/T2为1.8以上且2.5以下。
在该绝缘电路基板中，更优选所述第1电路层及所述第1金属层的各厚度为0.2mm以上且0.6mm以下。
在该绝缘电路基板中，所述电路图案也可以具有宽度为0.5mm～2.0mm的电路层非接合部。
在该绝缘电路基板中，更优选所述陶瓷基板的厚度为0.2mm～1.2mm。
根据本发明，能够抑制在绝缘电路基板的焊接时等情况下的高温时的翘曲变化。
附图说明
图1是表示使用本发明的一实施方式所涉及的绝缘电路基板的功率模块的剖视图。
图2A是从电路层侧观察上述实施方式的绝缘电路基板的俯视图。
图2B是从金属层侧观察上述实施方式的绝缘电路基板的俯视图。
图3A是说明图1所示的绝缘电路基板的制造方法的剖视图。
图3B是说明图1所示的绝缘电路基板的制造方法的剖视图。
图3C是说明图1所示的绝缘电路基板的制造方法的剖视图。
图4A是说明图1所示的绝缘电路基板的制造方法的剖视图。
图4B是说明图1所示的绝缘电路基板的制造方法的剖视图。
图4C是说明图1所示的绝缘电路基板的制造方法的剖视图。
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。
[绝缘电路基板的概略结构]
如图1所示，根据本发明所涉及的绝缘电路基板的制造方法制造的绝缘电路基板1为所谓的功率模块用基板，如图1的双点划线所示，在绝缘电路基板1的表面搭载有元件30，形成功率模块用基板100。元件30为具备半导体的电子组件，可选择IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、FWD(Free Wheeling Diode：续流二极管)等各种半导体元件。
元件30虽省略图示，但在上部设置有上部电极部，在下部设置有下部电极部，利用焊锡31等将下部电极部接合于电路层12的上面，由此元件30被搭载于电路层12的上面。元件30的上部电极部通过利用焊锡等所接合的引线框等而连接于电路层12的电路电极部等。
[绝缘电路基板的结构]
绝缘电路基板1具备陶瓷基板11、接合于陶瓷基板11的一面的电路层12及接合于陶瓷基板11的另一面的金属层15。
陶瓷基板11为防止电路层12与金属层15之间的电连接的矩形板状的绝缘基板，例如由氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氧化锆增强氧化铝基板等形成，其厚度T5为0.2mm～1.2mm。
本实施方式的陶瓷基板11由氮化铝形成，尺寸设定为100mm×110mm、厚度T5设定为1.0mm。
在图1及图2所示的例中，电路层12由相互断开而形成电路图案的两个小电路层121、122构成。各小电路层121、122在陶瓷基板11的一面以相互隔开间隔(例如，0.5mm～2.0mm)的方式接合。换言之，在小电路层121、122之间，形成未接合有电路层12的金属且宽度0.5mm～2.0mm的空白部Ar1。电路层12具备接合于陶瓷基板11的第1电路层13及接合于第1电路层13的上面的第2电路层14。
第1电路层13使用纯度99质量％以上的纯铝或铝合金，例如，能够使用在JIS标准中1000系列的铝，尤其是1N99(纯度99.99质量％以上：所谓4N铝)。第1电路层13的厚度为0.2mm以上且0.9mm。这是因为，当第1电路层13的厚度小于0.2mm时，基于纯铝或铝合金的应力缓冲效果降低，当超过0.9mm时，形成电路图案时的限制变大。
本实施方式的第1电路层13由纯度99质量％以上的纯铝形成，其厚度T3设定为0.6mm。
第2电路层14由无氧铜等铜或添加锆的铜合金等铜合金形成，其厚度T1设定为0.65mm以上且2.0mm以下。第2电路层14的厚度T1大于后述的第2金属层17的厚度T2，厚度比T1/T2设定为1.4以上且3.2以下。
本实施方式的第2电路层14由无氧铜形成，其厚度T1设定为1.0mm。各小电路层121、122的间隔设定为1.0mm。
金属层15具备接合于陶瓷基板11的第1金属层16及接合于第1金属层16的上面的第2金属层17。
第1金属层16与上述第1电路层13同样，使用纯度99质量％以上的纯铝或铝合金而形成，其厚度T4为0.2mm以上且0.9mm。
本实施方式的第1金属层16由纯度99质量％以上的纯铝形成，其厚度T4设定为0.6mm。即，第1电路层13及第1金属层16为相同的组成，且为相同的厚度(T3＝T4)。
第2金属层17由无氧铜等铜或锆添加铜合金等铜合金形成，其厚度T2设定为0.4mm以上且1.4mm以下。第2金属层17的厚度T2小于第2电路层14的厚度T1，厚度比T1/T2设定为1.4以上且3.2以下。
本实施方式的第2金属层17由无氧铜形成，其厚度T2设定为0.7mm。
在如此构成的绝缘电路基板1中，将电路层12与陶瓷基板11的接合面积设为S1(mm2)、将金属层15与陶瓷基板11的接合面积设为S2(mm2)时，面积比S1/S2被调整为0.5以上且0.8以下的关系。各接合面积S1、S2均为30℃时的值。
在本实施方式中，电路层12由小电路层121、122构成，因此电路层12的接合面积S1为小电路层121与陶瓷基板11的接合面积S11和小电路层122与陶瓷基板11的接合面积S12的总和。
[绝缘电路基板的制造方法]
接着，对本实施方式的绝缘电路基板1的制造方法进行说明。绝缘电路基板1的制造方法包括：第1接合工序，将成为第1电路层13的由铝或铝合金构成的第1电路层用金属板130及由铝或铝合金构成的成为第1金属层16的第1金属层用金属板150接合于陶瓷基板11；电路图案形成工序，在通过第1接合工序接合的第1电路层用金属板130(第1电路层前体13A)上形成电路图案而形成第1电路层13；金属板形成工序，对铜或铜合金的板材进行冲压加工，形成成为第2电路层14的具有电路图案的第2电路层用金属板140及成为第2金属层17的一片板的第2金属层用金属板170；及第2接合工序，在第1电路层13的上面接合第2电路层用金属板140，并且在第1金属层16的上面接合第2金属层用金属板170。以下，按照该工序的顺序进行说明。
(第1接合工序)
首先，如图3A所示，将具有相同厚度的第1电路层用金属板130及第1金属层用金属板160分别使用Al-Si系钎料接合于陶瓷基板11。具体而言，在陶瓷基板11的表面及背面，分别夹着Al-Si系钎料箔18而层叠第1电路层用金属板130及第1金属层用金属板160，由碳板夹持这些层叠体，向层叠方向施加负载的同时在真空中进行加热，从而接合陶瓷基板11与第1电路层用金属板130及第1金属层用金属板160。由此，成为在陶瓷基板11的表面通过接合部(钎焊部)接合有第1电路层前体13A并且在背面通过接合部(钎焊部)接合有第1金属层16的图3B所示的状态。
该工序中的层叠方向的加压优选为0.3MPa～1.5MPa，温度优选设为630℃以上且655℃以下。Al-Si系钎料箔的厚度优选为5μm～15μm。除了Al-Si系钎料以外，还能够使用Al-Ge系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Mn系或Al-Si-Mg系钎料。
(电路图案形成工序)
接着，在第1电路层前体13A的表面印刷掩模之后，通过使用酸性的有机溶剂等进行蚀刻而形成电路图案。该掩模设置成根据需要在第1电路层前体13A的表面形成电路图案。由此，在第1电路层前体13A形成电路图案，如图3C所示，成为第1电路层13接合于陶瓷基板11的状态。
(金属板形成工序)
如图4A所示，通过冲压加工而冲切由铜或铜合金形成的经轧制的板材(以下，称为铜轧制材)，形成第2电路层用金属板140及第2金属层用金属板170。具体而言，通过冲压厚度0.4mm以上且1.4mm以下的铜轧制材，形成矩形板状(例如，95mm×100mm)的第2金属层用金属板170。并且，通过冲压厚度0.65mm以上且2.0mm以下的铜轧制材，形成具有所期望的图案形状(在图4A～图4C所示的例中为矩形板状)的两个第2电路层用金属板140。如此形成的第2电路层用金属板140的总面积(与接合面积S1相同)与第2金属层用金属板170的面积(与接合面积S2相同)的面积比(与面积比S1/S2相同)设定为0.5以上且0.8以下。
(第2接合工序)
接着，如图4B所示，在第1电路层13的上面接合各第2电路层用金属板140，并且在第1金属层16的上面接合第2金属层用金属板170。具体而言，在各第1电路层14的上面及第1金属层16的上面，分别夹着Ag-Cu-Ti系钎料箔18而层叠第2电路层用金属板140及第2金属层用金属板170，由碳板夹持这些层叠体，向层叠方向施加负载的同时在真空中进行加热，从而在第1电路层13上接合第2电路层用金属板140而形成厚度T1的第2电路层14，并且在第1金属层16上接合第2金属层用金属板170而形成厚度T2的第2金属层。
由此，如图4C所示，形成绝缘电路基板1，该绝缘电路基板1在陶瓷基板11的表面通过接合部(钎焊部)固相扩散接合有由第1电路层13及第2电路层14层叠而成的电路层12，并且在陶瓷基板11的背面通过接合部(钎焊部)固相扩散接合有由第1金属层16及第2金属层17层叠而成的金属层15。
该工序中的向层叠方向的加压优选设为0.1MPa～1.0MPa，加热温度优选设为800℃～930℃。Ag-Cu-Ti系钎料箔优选为厚度5μm～15μm。除了Ag-Cu-Ti系钎料以外，还能够使用Cu-P系钎料。
如此制造的绝缘电路基板1中，第2电路层14的厚度T1为0.65mm以上且2.0mm以下，电路层12的接合面积S1及金属层15的接合面积S2的面积比S1/S2为0.5以上且0.8以下，第2电路层14的厚度T1与第2金属层17的厚度T2的厚度比T1/T2为1.2以上且1.7以下。
在此，在陶瓷基板11的表背面产生的应力在与电路层12或金属层15的接合部成为压缩应力。由于在接合有电路层12的表面形成有图案，因此如图2B所示，在图案之间的电路层非接合部Ar1(通过形成图案而使陶瓷基板11露出的区域Ar1)的背面产生基于金属层15的压缩应力，而在表面产生拉伸应力。因此，容易产生使电路层12侧成为凸起的翘曲。在该情况下，电路层12及金属层15越厚，则翘曲越明显。
对此，即使在陶瓷基板11的电路图案之间的电路层非接合部Ar1(上述区域Ar1)产生残留应力，也由于第2金属层17的厚度T2比第2电路层14的厚度T1薄，因此能够保持陶瓷基板11的电路层12侧的面及金属层15侧的面的平衡。因此，能够抑制在焊接时的高温翘曲变化。
详细结构等并不限定于实施方式的结构，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够施加各种变更。
例如，在上述实施方式中，通过蚀刻第1电路层前体13A而形成第1电路层13，但并不限于此，也可以设置成将通过冲压来冲切的多个金属板接合于陶瓷基板11。
在上述实施方式中，说明了作为功率模块用基板而使用绝缘电路基板1的例子，但该绝缘电路基板1也能够作为LED元件用基板等各种绝缘基板而使用。
实施例
接着，利用实施例对本发明的效果进行详细说明，但本发明并不限定于下述实施例。
实施例1～7及比较例1～4的各试料是在由厚度1.0mm、100mm×110mm的氮化铝构成的陶瓷基板上接合电路层以及由纯铝构成的厚度0.6mm的第1金属层及由无氧铜构成的厚度T2的第2金属层而成的绝缘电路基板，该电路层包括由纯铝构成的厚度0.6mm的第1电路层及由无氧铜构成的厚度T1的第2电路层。
对于各试料，在表1示出第2电路层的厚度T1与第2金属层的厚度T2及其厚度比T1/T2、电路层与陶瓷基板的接合面积S1与金属层与陶瓷基板的接合面积S2的面积比S1/S2。构成电路层的两个小电路层的间隔在所有试料中设为1.0mm。
对于比较例4，电路层及金属层仅具备由无氧铜形成的第2电路层及第2金属层，不具备铝层(第1电路层及第1金属层)。
根据在上述实施方式中叙述的制造方法接合各构成部件，制作了绝缘电路基板的各试料。并且，对于所得到的各试料，在伴随从30℃加热至285℃后进行冷却而成为30℃的一系列的温度变化的加热试验中，分别从金属层侧测量了将285℃加热时的翘曲量(加热时翘曲)及加热至285℃后进行冷却而成为30℃时的30℃的翘曲量(返回翘曲)。
关于翘曲量，将陶瓷基板的变化使用云纹式三维形状测量仪测量陶瓷基板的中央的矩形范围(75mm×85mm的范围)，并求出其变化量。在各翘曲量中，将金属层成为凹状的翘曲以“-”的数值进行了标记，将金属层成为凸状的翘曲以“+”的数值进行了标记。
对实施例1～7及比较例1～4的各绝缘电路基板实施使温度在-40℃～150℃之间变化500次的温度循环试验之后，以目视判定了陶瓷基板是否破裂。此时，将陶瓷基板破裂的情况判定为不良“B”，将陶瓷基板没有破裂的情况判定为良好“A”。将结果示于表1。
[表1]
Figure BDA0002648333420000081
从表1可知，在电路层的接合面积S1及金属层的接合面积S2的面积比S1/S2为0.5以上且0.8以下的情况下，在厚度比T1/T2为1.4以上且3.2以下的实施例1～7中，可确认到得到变化量小且为1000μm以下、在焊接时等高温时的翘曲量小的绝缘电路基板。
比较例4由于面积比S1/S2及厚度比T1/T2在上述范围内，因此翘曲量的变化量小，但由于电路层及金属层分别不具有由铝或铝合金构成的第1电路层及第1金属层，因此上述温度循环试验的结果，陶瓷基板破裂。因此，可确认到为了抑制陶瓷基板的破裂，电路层及金属层分别具备接合于陶瓷基板的由铝或铝合金构成的第1电路层及第1金属层、以及接合于第1电路层的上面的由铜或铜合金构成的第2电路层及接合于第1金属层的上面的由铜或铜合金构成的第2金属层是有效的。
产业上的可利用性
本发明可抑制在绝缘电路基板的焊接时等情况下的高温时的翘曲变化。
符号说明
1 绝缘电路基板
11 陶瓷基板
12 电路层
13 第1电路层
13A 第1电路层前体
14 第2电路层
15 金属层
16 第1金属层
17 第2金属层
18 钎料箔
30 元件
31 焊锡
100 功率模块
121 小电路层
122 小电路层
130 第1电路层用金属板
140 第2电路层用金属板
160 第1金属层用金属板
170 第2金属层用金属板
S1 接合面积
S2 接合面积
S11 接合面积
S12 接合面积
T1 第2电路层的厚度
T2 第2金属层的厚度
T3 第1电路层的厚度
T4 第1金属层的厚度
T5 陶瓷基板的厚度
Ar1 区域(电路层非接合部)

Claims (8)

1.一种绝缘电路基板，具备：陶瓷基板；电路层，接合于所述陶瓷基板的一面并形成电路图案；及金属层，接合于所述陶瓷基板的另一面，所述绝缘电路基板的特征在于，
所述电路层具有：第1电路层，接合于所述陶瓷基板且由铝或铝合金构成；及第2电路层，接合于所述第1电路层的上面且由铜或铜合金构成，
所述金属层具有：第1金属层，接合于所述陶瓷基板且由铝或铝合金构成；及第2金属层，接合于所述第1金属层的上面且由铜或铜合金构成，
所述第1电路层及所述第1金属层的各厚度相等，为0.2mm以上且0.9mm以下，
所述第2电路层的厚度T1为0.65mm以上且2.0mm以下，
所述电路层与所述陶瓷基板的接合面积S1和所述金属层与所述陶瓷基板的接合面积S2的面积比S1/S2为0.5以上且0.8以下，所述第2电路层的厚度T1与所述第2金属层的厚度T2的厚度比T1/T2为1.4以上且3.2以下。
2.根据权利要求1所述的绝缘电路基板，其特征在于，
所述第2电路层固相扩散接合于所述第1电路层的上面，
所述第2金属层固相扩散接合于所述第1金属层的上面。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘电路基板，其特征在于，
所述第2电路层的厚度T1为1.0mm以上且2.0mm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的绝缘电路基板，其特征在于，
所述面积比S1/S2为0.6以上且0.8以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘电路基板，其特征在于，
所述厚度比T1/T2为1.8以上且2.5以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的绝缘电路基板，其特征在于，
所述第1电路层及所述第1金属层的各厚度为0.2mm以上且0.6mm以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的绝缘电路基板，其特征在于，
所述电路图案具有宽度为0.5mm～2.0mm的电路层非接合部。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的绝缘电路基板，其特征在于，
所述陶瓷基板的厚度为0.2mm～1.2mm。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105009278A (zh) * 2013-03-29 2015-10-28 三菱综合材料株式会社 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
CN106165090A (zh) * 2014-04-25 2016-11-23 三菱综合材料株式会社 功率模块用基板单元及功率模块
CN106165087A (zh) * 2014-04-25 2016-11-23 三菱综合材料株式会社 功率模块用基板、带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块
CN106463477A (zh) * 2014-07-04 2017-02-22 三菱综合材料株式会社 功率模块用基板单元及功率模块
JP2017073483A (ja) * 2015-10-08 2017-04-13 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付きパワーモジュール用基板及びパワーモジュール
US20170154855A1 (en) * 2014-07-04 2017-06-01 Mitsubishi Materials Corporation Power-module substrate unit and power module

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105009278A (zh) * 2013-03-29 2015-10-28 三菱综合材料株式会社 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
CN106165090A (zh) * 2014-04-25 2016-11-23 三菱综合材料株式会社 功率模块用基板单元及功率模块
CN106165087A (zh) * 2014-04-25 2016-11-23 三菱综合材料株式会社 功率模块用基板、带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块
CN106463477A (zh) * 2014-07-04 2017-02-22 三菱综合材料株式会社 功率模块用基板单元及功率模块
US20170154855A1 (en) * 2014-07-04 2017-06-01 Mitsubishi Materials Corporation Power-module substrate unit and power module
JP2017073483A (ja) * 2015-10-08 2017-04-13 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付きパワーモジュール用基板及びパワーモジュール

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