TW201508871A - 功率模組用基板之製造方法 - Google Patents

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Abstract

該功率模組用基板之製造方法係具備有：第一積層工程，其係在陶瓷基板(11)的其中一面側，透過活性金屬材(26)及熔點為660℃以下的熔填材(25)，將陶瓷基板(11)及銅板(22)進行積層；第二積層工程，其係在陶瓷基板(11)的另一面側，透過接合材(27)，將陶瓷基板(11)及鋁板(23)進行積層；及加熱處理工程，其係將所被積層的陶瓷基板(11)、銅板(22)、及鋁板(23)進行加熱處理，將陶瓷基板(11)與銅板(22)、及陶瓷基板(11)與鋁板(23)同時接合。

Description

功率模組用基板之製造方法
本發明係關於在陶瓷基板的其中一面配設電路層，在另一面配設金屬層之功率模組用基板之製造方法。
本案係對2013年3月18日在日本申請之特願2013-055518號主張優先權，且在此沿用其內容。
在被使用在用以控制風力發電、電動汽車等電動車等的大電力控制用的功率半導體元件中，由於發熱量多，因此以裝載其之基板而言，自以往以來廣泛使用例如在由AlN(氮化鋁)等所成之陶瓷基板的其中一面及另一面，將導電性優異的金屬板作為電路層及金屬層來進行接合的功率模組用基板。此外，如上所示之功率模組用基板亦會有在金屬層側透過軟焊材接合散熱器的情形。
例如，在專利文獻1所示之功率模組用基板中，係形成為在陶瓷基板的其中一面及另一面接合銅板，藉此形成電路層及金屬層的構造。該功率模組用基板係在 陶瓷基板的其中一面及另一面，使Ag-Cu-Ti系硬焊材介在其中來配置銅板，且進行加熱處理，藉此接合銅板。
但是，透過軟焊材來接合專利文獻1所揭示之功率模組用基板的金屬層及散熱器時，在負荷冷熱循環之際，在功率模組用基板與散熱器之間發生因熱膨脹係數差而起之熱應力，但是由於金屬層由變形阻力大的銅所成，因此因金屬層變形而無法吸收前述熱應力，會有在陶瓷基板發生破裂之虞。
因此，在專利文獻2係提出一種藉由在陶瓷基板的其中一面接合銅板來形成電路層，藉由在另一面接合鋁板來形成金屬層之功率模組用基板。若將該功率模組用基板的金屬層及散熱器接合時，在負荷冷熱循環之際，藉由由變形阻力較小的鋁所成之金屬層來吸收在功率模組用基板與散熱器之間所產生的熱應力，可抑制在陶瓷基板產生破裂。
在此，在專利文獻2所記載之功率模組用基板中，係在陶瓷基板的其中一面，使Ag-Cu-Ti系硬焊材介在其中來進行加熱處理，在接合銅板之後，在陶瓷基板的另一面，使Al-Si系硬焊材介在其中來進行加熱處理，且接合鋁板。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利第3211856號公報
〔專利文獻2〕日本特開2003-197826號公報
但是，如專利文獻1、2之揭示，若使用Ag-Cu-Ti系硬焊材來接合陶瓷基板及銅板時，由於Ag-Cu-Ti系硬焊材的熔點高，因此會有陶瓷基板因熱而劣化的問題。
此外，Ag-Cu-Ti系硬焊材由於含有昂貴的Ag，因此亦會有製造成本高的問題。
此外，Ag-Cu-Ti系硬焊材由於其熔點比鋁板的熔點高，因此如專利文獻2所揭示之功率模組用基板，在陶瓷基板的其中一面透過Ag-Cu-Ti系硬焊材接合銅板，且在陶瓷基板的另一面透過Al-Si系硬焊材接合鋁板時，係必須先在接合銅板之後，接著接合鋁板。亦即，為了形成電路層及金屬層，必須將接合分為二次進行，製造工程複雜化，並且製造所需時間亦變長，會有製造成本變高的問題。此外，因接合時進行二次熱處理，施加於陶瓷基板的熱負荷會變大，亦會有陶瓷基板的翹曲變大、或在陶瓷基板產生破裂之虞。
本發明係鑑於前述情形而研創者，目的在提供一種可同時且在低溫下在陶瓷基板的其中一面接合銅板、在另一面接合鋁板，且製造成本更低之功率模組用基板之製造方法。
本發明之功率模組用基板之製造方法之態樣係具備有：陶瓷基板、在該陶瓷基板的其中一面接合銅板而成之電路層、及在前述陶瓷基板的另一面接合鋁板而成之金屬層之功率模組用基板之製造方法，其係具備有：第一積層工程，其係在前述陶瓷基板的其中一面側，透過活性金屬材及熔點為660℃以下的熔填材，將前述陶瓷基板及前述銅板進行積層；第二積層工程，其係在前述陶瓷基板的另一面側，透過接合材，將前述陶瓷基板及前述鋁板進行積層；及加熱處理工程，其係將所被積層的前述陶瓷基板、前述銅板、及前述鋁板進行加熱處理，將前述陶瓷基板與前述銅板、及前述陶瓷基板與前述鋁板同時接合。
其中，在本發明中熔點係設為固相線溫度。此外，在本發明中熔填材係指硬焊材或軟焊材等。
藉由本發明之功率模組用基板之製造方法，在陶瓷基板的其中一面側，透過活性金屬材及熔點為660℃以下的熔填材而將銅板進行積層，將前述陶瓷基板、及被積層在該陶瓷基板上的前述銅板，連同被積層在前述陶瓷基板上的前述鋁板一起進行加熱處理。加熱處理時，活性金屬熔入至經熔融的液相的熔填材，液相的熔填材對陶瓷基板的潤濕性高，熔填材凝固後，透過熔填材，銅板被良好地接合在陶瓷基板。
其中，前述熔填材的熔點係以600℃以下為宜。
此外，由於熔填材的熔點被形成為660℃以下，因此可以比使用Ag-Cu-Ti系硬焊材的情形為更低的溫度來形成熔填材的液相。若在如上所示之低溫範圍進行加熱處理時，可減低對陶瓷基板的熱負荷。
此外，由於使用未含有Ag的熔填材來接合陶瓷基板及銅板，因此亦可比使用Ag-Cu-Ti系硬焊材的情形更加減低製造成本。
亦可在前述第一積層工程中，在前述陶瓷基板側配置前述熔填材，在前述銅板側配置前述活性金屬材。
如上所示之情形下，可在加熱處理時藉由固相擴散接合來接合銅板與活性金屬材，可抑制在接合界面產生Cu與活性金屬的液相而在接合界面產生凸起、或厚度發生變動的情形。此外，由於活性金屬材介在於熔填材的液相與銅板之間，因此不會有熔填材的液相與銅板直接接觸的情形，可確實地抑制在接合界面產生凸起、或厚度發生變動的情形。
如上所示，熔填材與陶瓷基板良好接合，並且活性金屬材與銅板藉由固相擴散接合而相接合，因此即使為低溫條件，亦可良好地接合陶瓷基板及銅板，可抑制陶瓷基板發生熱劣化的情形。
此外，在上述功率模組用基板之製造方法中，前述熔填材亦可為液相線溫度450℃以上的硬焊材。
具體而言，前述硬焊材亦可為由Cu-P-Sn-Ni系硬焊 材、Cu-Sn系硬焊材、及Cu-Al系硬焊材之中所選擇的任一種。
若使用如上所示之硬焊材，由於硬焊材的熔點低，因此即使為低溫條件，亦可確實地進行陶瓷基板與銅板的接合。
此外，在上述功率模組用基板之製造方法中，前述熔填材亦可為液相線溫度未達450℃的軟焊材。
具體而言，前述軟焊材亦可為Cu-P-Sn-Ni系軟焊材或Cu-Sn系軟焊材。
若使用如上所示之軟焊材，由於軟焊材的熔點低於前述硬焊材，因此即使為低溫條件，亦可進行陶瓷基板與銅板的接合。
此外，由於可如上所述在陶瓷基板的其中一面以低溫接合銅板，因此可在陶瓷基板的另一面同時接合鋁板。如上所示，在陶瓷基板的其中一面及另一面同時接合銅板及鋁板，藉此可簡化製造工程，並且縮短製造所需時間，可減低製造成本。此外，由於可以一次加熱處理來同時接合銅板與鋁板，因此與分別接合銅板與鋁板的情形相比較，可減低施加於陶瓷基板的熱負荷，可減小陶瓷基板的翹曲，而且可抑制在陶瓷基板發生破裂。
此外，在上述功率模組用基板之製造方法中，前述活性金屬材亦可為Ti材。藉此，因Ti熔入至熔填材的液相中，藉此可確實地使陶瓷基板的表面因熔填材的液相而潤濕，並且可將Ti材與銅板進行固相擴散接 合，可將陶瓷基板與銅板確實地接合。
藉由本發明，可提供一種可同時且在低溫下在陶瓷基板的其中一面接合銅板、在另一面接合鋁板，且製造成本更低之功率模組用基板之製造方法。
1‧‧‧功率模組
2‧‧‧接合層
3‧‧‧半導體元件
10‧‧‧功率模組用基板
11‧‧‧陶瓷基板
12‧‧‧電路層
13‧‧‧金屬層
22‧‧‧銅板
23‧‧‧鋁板
25‧‧‧熔填材
26‧‧‧活性金屬材
27、127、227‧‧‧接合材
30‧‧‧散熱器
31‧‧‧流路
圖1係使用本發明之一實施形態之功率模組用基板的功率模組的概略說明圖。
圖2係本發明之一實施形態之功率模組用基板的概略說明圖。
圖3係說明本發明之一實施形態之功率模組用基板之製造方法及功率模組之製造方法的流程圖。
圖4係本發明之一實施形態之功率模組用基板之製造方法及功率模組之製造方法的概略說明圖。
圖5係本發明之其他實施形態之功率模組用基板之製造方法的概略說明圖。
圖6係本發明之其他實施形態之功率模組用基板之製造方法的概略說明圖。
以下參照所附圖示，說明本發明之實施形 態。
圖1中顯示具備有本實施形態之功率模組用基板10的功率模組1。
該功率模組1係具備有：配設有電路層12的功率模組用基板10、透過接合層2而被接合在電路層12的其中一面(圖1中為上面)的半導體元件3、及配置在功率模組用基板10之另一側(圖1中為下側)的散熱器30。
功率模組用基板10係如圖2所示，具備有：陶瓷基板11、配設在該陶瓷基板11的其中一面(圖2中為上面)的電路層12、及配設在陶瓷基板11的另一面(圖2中為下面)的金屬層13。
陶瓷基板11係由絕緣性高的AlN(氮化鋁)、Si3N4(氮化矽)、Al2O3(氧化鋁)等陶瓷所構成。在本實施形態中係由放熱性優異的AlN(氮化鋁)所構成。此外，陶瓷基板11的厚度被設定在0.2~1.5mm的範圍內，在本實施形態中係被設定為0.635mm。
電路層12係藉由在陶瓷基板11的其中一面接合具有導電性的銅或銅合金的金屬板而形成。在本實施形態中，電路層12係藉由接合純度99.99質量%以上的銅的壓延板而形成。其中，電路層12的厚度係被設定在0.1mm以上、1.0mm以下的範圍內，在本實施形態中係被設定為0.3mm。
金屬層13係藉由在陶瓷基板11的另一面接合鋁或鋁合金的金屬板而形成。在本實施形態中，金屬層 13係藉由接合純度99.99質量%以上的鋁的壓延板而形成。其中，金屬層13的厚度係被設定在0.1mm以上、3.0mm以下的範圍內，在本實施形態中係被設定為1.6mm。
半導體元件3係由Si等半導體材料所構成。該半導體元件3與電路層12係透過接合層2而相接合。
接合層2係被形成為例如Sn-Ag系、Sn-In系、或Sn-Ag-Cu系的軟焊材。
散熱器30係用以將來自前述功率模組用基板10的熱放散者。在本實施形態中，散熱器30係由鋁或鋁合金所構成，在本實施形態中係由A6063(鋁合金)所構成。在該散熱器30係設有用以流通冷卻用流體的流路31。其中，該散熱器30與金屬層13係藉由Al-Si系硬焊材而相接合。
接著，參照圖3的流程圖及圖4，說明本實施形態之功率模組1之製造方法。
首先，如圖4所示，在陶瓷基板11的其中一面(圖4中為上面)依序積層熔填材25、活性金屬材26、及成為電路層12的銅板22(第一積層工程S01)，並且在陶瓷基板11的另一面(圖4中為下面)，如圖4所示，依序積層接合材27及成為金屬層13的鋁板23(第二積層工程S02)。亦即，在陶瓷基板11與銅板22之間，在陶瓷基板11側配置熔填材25，在銅板22側配置活性金屬材26，在陶瓷基板11與鋁板23之間配置接合材27。
在此，熔填材25係被形成為熔點為660℃以下的Cu-P-Sn-Ni系硬焊材、Cu-Sn系硬焊材、或Cu-Al系硬焊材、Cu-P-Sn-Ni系軟焊材或Cu-Sn系軟焊材。此外，較佳為若熔點被設為600℃以下即可。在本實施形態中，使用Cu-P-Sn-Ni系硬焊材箔(Cu-7mass%P-15mass%Sn-10mass%Ni)作為熔填材25。熔填材25的厚度係被設為5μm以上、150μm以下的範圍。
活性金屬材26係被形成為含有例如Ti、Zr、Nb、Hf等活性元素的任何1種或2種以上者，在本實施形態中係使用Ti箔作為活性金屬材26。活性金屬材26的厚度係被形成為1μm以上、20μm以下的範圍。
在本實施形態中，接合材27係被形成為含有屬於熔點降下元素之Si的Al-Si系硬焊材，具體而言係使用Al-7.5mass%Si硬焊材。
接著，在將陶瓷基板11、熔填材25、活性金屬材26、銅板22、接合材27、及鋁板23朝積層方向以1~35kgf/cm2(98~3430kPa)加壓的狀態下，裝入至真空加熱爐內來進行加熱(加熱處理工程S03)。在此，在本實施形態中，真空加熱爐內的壓力係被設定在10-6Pa以上、10-3Pa以下的範圍內，加熱溫度係被設定在600℃以上、650℃以下的範圍內，加熱時間係被設定在30分鐘以上、360分鐘以下的範圍。
在該加熱處理工程S03中，活性金屬材26(Ti箔)與銅板22藉由固相擴散接合而相接合，並且熔 填材25熔融而形成液相，藉由該液相凝固，透過熔填材25接合陶瓷基板11及活性金屬材26。此外，在加熱處理工程S03中，接合材27熔融而形成液相，藉由該液相凝固，透過接合材27接合陶瓷基板11及鋁板23。
其中，藉由固相擴散接合所被接合的活性金屬材26與銅板22的接合面係預先被形成為平滑的面。
藉此，在陶瓷基板11的其中一面形成電路層12，並且在陶瓷基板11的另一面形成金屬層13，製造作為本實施形態的功率模組用基板10。
接著，在功率模組用基板10的金屬層13的下面，透過Al-Si系硬焊材接合散熱器30(散熱器接合工程S04)。
接著，在功率模組用基板10的電路層12的上面，透過軟焊材接合半導體元件3(半導體元件接合工程S05)。
如上所示，製造本實施形態之功率模組1。
藉由本實施形態之功率模組用基板之製造方法，由於在陶瓷基板11與銅板22之間，在陶瓷基板11側配置熔點為660℃以下的熔填材25，且在銅板22側配置活性金屬材26(本實施形態中為Ti箔)的狀態下進行加熱處理，因此加熱時，Ti熔入經熔融的液相的熔填材25，液相的熔填材25對陶瓷基板11的潤濕性高，在熔填材25凝固後，銅板22透過熔填材25而被接合在陶瓷基板11，具有高接合可靠性。
此外，在本實施形態中，將活性金屬材26與銅板22進行積層，且在加壓的狀態下，加熱至溫度600℃以上、650℃以下且進行保持，因此使活性金屬材26所含有的Ti原子在銅板22中擴散，使銅板22所含有的銅原子在活性金屬材26中擴散，可將活性金屬材26與銅板22作固相擴散接合。
若加熱溫度為600℃以上時，促進活性金屬材26所含有的Ti原子與銅板22所含有的銅原子的擴散，可在短時間內使其充分作固相擴散。此外，若加熱溫度為650℃以下時，可抑制在活性金屬材26與銅板22之間產生液相而在接合界面產生凸起、或厚度發生變動的情形。因此，加熱溫度係被設定在上述範圍。
此外，在加熱處理工程S03中，若朝積層方向被加壓的壓力為1kgf/cm2(98kPa)以上時，可使活性金屬材26與銅板22充分接合，可抑制在活性金屬材26與銅板22之間產生間隙。此外，若所被加壓的壓力為35kgf/cm2(3430kPa)以下時，可抑制在陶瓷基板11發生破裂。因此，所被加壓的壓力係被設定在上述範圍。
此外，由於熔填材25的熔點被設為660℃以下，因此可以比使用Ag-Cu-Ti系硬焊材的情形為更低的溫度形成熔填材的液相。
此外，由於在熔填材25與銅板22之間介在有活性金屬材26，因此不會有熔填材25的液相與銅板22直接接觸的情形，可抑制在接合界面產生凸起、或厚度發生變動 的情形。
此外，活性金屬材26與銅板22相接合的面係預先被形成為平滑的面，因此可抑制在接合界面產生間隙，可將活性金屬材26與銅板22確實地接合。
如上所述，由於熔填材25與陶瓷基板11良好地接合，並且活性金屬材26與銅板22藉由固相擴散接合而相接合，因此可將陶瓷基板11與銅板22良好地接合，且可使陶瓷基板11與電路層12的接合可靠性提升。
此外，由於使用未含有Ag的熔填材25來接合陶瓷基板11與銅板22，因此可比使用Ag-Cu-Ti系硬焊材的情形更加減低製造成本。
此外，如上所述可在陶瓷基板11的其中一面，以低溫接合銅板22，因此可同時在陶瓷基板11的其中一面接合銅板22，在另一面接合鋁板23。
如上所示，在陶瓷基板11的其中一面及另一面同時接合銅板22及鋁板23，藉此可簡化製造工程，並且縮短製造所需時間，可減低製造成本。此外，由於可以一次加熱處理接合銅板22與鋁板23，因此與分別接合銅板22與鋁板23的情形相比較，可減低施加於陶瓷基板11的熱負荷，可減小陶瓷基板11的翹曲、或抑制陶瓷基板11發生破裂。
此外，藉由本實施形態之功率模組用基板10、功率模組1，由於在陶瓷基板11的其中一面形成有由銅板22所成之電路層12，因此可加大來自半導體元件 3的熱而放散至陶瓷基板11側。此外，銅板22由於變形阻力大，因此在負荷熱循環之際，抑制電路層12的變形，且抑制將半導體元件3與電路層12接合的接合層2的變形，可提升接合可靠性。
此外，由於在陶瓷基板11的另一面形成有由鋁板23所成之金屬層13，因此藉由金屬層13吸收熱循環負荷時在功率模組用基板10與散熱器30之間所產生的熱應力，可抑制在陶瓷基板11發生破裂。
以上說明本發明之實施形態，惟本發明並非限定於此，可在未脫離本發明之技術思想的範圍內作適當變更。
其中，在上述實施形態中，係說明透過Al-Si系硬焊材作為接合材來接合陶瓷基板與鋁板的情形，但是並非限定於此，亦可適用例如過渡液相接合法(Transient Liquid Phase Bonding，TLP)來進行接合。在過渡液相接合法中，如圖5所示，在鋁板23之中與陶瓷基板11的接合面，藉由濺鍍法等固接Si、Cu等添加元素而形成固接層127之後，將陶瓷基板11及鋁板23進行積層，且朝積層方向加壓，進行加熱處理，藉此可將陶瓷基板11與鋁板23進行接合。亦即，在過渡液相接合法中，係可透過固接層127作為接合材來將陶瓷基板11及鋁板23進行積層，且將銅板22與鋁板23同時接合。
在過渡液相接合法中，朝積層方向加壓時的壓力係被設為1kgf/cm2(98kPa)以上、35kgf/cm2(3430kPa) 以下。此外，加熱處理中的加熱溫度及加熱時間係被設為600℃以上、650℃以下、30分鐘以上、360分鐘以下。
其中，以固接層的添加元素而言，除了Si、Cu以外，亦可使用Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga、或Li等添加元素。
此外，亦可藉由使用具有金屬粒子與有機物的金屬糊膏作為接合材來接合陶瓷基板及鋁板。以金屬糊膏而言，係列舉例如具有Ag粒子與有機物的Ag糊膏。具體而言，如圖6所示，在陶瓷基板11的另一面，藉由網版印刷等塗佈Ag糊膏227，且透過Ag糊膏227將陶瓷基板11及鋁板23進行積層且進行加熱處理，藉此可將銅板22與鋁板23同時接合在陶瓷基板11。若使用Ag糊膏227來接合時，朝積層方向加壓時的壓力係被設為1kgf/cm2(98kPa)以上、35kgf/cm2(3430kPa)以下。此外，加熱處理中的加熱溫度及加熱時間係被設為600℃以上、650℃以下、30分鐘以上、360分鐘以下。
此外，在上述實施形態中，係說明透過Al-Si系硬焊材來接合功率模組用基板及散熱器的情形，但是並非限定於此，亦可適用例如上述之過渡液相接合法(TLP)，透過固接層來接合功率模組用基板及散熱器。此外，亦可透過具有Ag粒子與有機物的Ag糊膏來接合功率模組用基板及散熱器。
此外，以上說明具有冷卻用流路者作為散熱器，惟散熱器的構造並未特別限定，亦可為例如空冷方式的散熱 器。此外，散熱器(heat sink)亦可具有散熱鰭片。
〔實施例〕
以下說明為確認本發明之效果所進行之確認實驗的結果。
首先，在由AlN所成之陶瓷基板(40mm×40mm×0.635mmt(厚度))的其中一面積層表1所示之熔填材、活性金屬材、由純度99.99%的銅所成之銅板(37mm×37mm×0.3mmt)，在另一面，透過表1所示之接合材積層鋁板(37mm×37mm×1.6mmt)。
其中，關於活性金屬的位置被形成為銅板側的本發明例1~12，係依陶瓷基板/熔填材/活性金屬材/銅板的順序進行積層，關於被形成為陶瓷基板側的本發明例13，係依陶瓷基板/活性金屬材/熔填材/銅板的順序進行積層。
其中，以表1所示之接合材而言，「Al-Si」係形成為Al-7.5mass%Si硬焊材。「Cu(TLP)」係使用Cu作為固接層。「Ag糊膏」係形成為含有Ag粒子、及有機物的Ag糊膏。
接著，在朝積層方向以壓力12kgf/cm2(1176kPa)加壓的狀態下裝入至真空加熱爐內，且進行加熱，藉此在陶瓷基板的其中一面接合銅板，在另一面接合鋁板，在陶瓷基板的其中一面及另一面形成電路層及金屬層。在此，將真空加熱爐內的壓力設定在10-6Pa以上、 10-3Pa以下的範圍內，加熱溫度及加熱時間係形成為表1所示之條件。如上所示獲得功率模組用基板。
接著，在上述功率模組用基板的金屬層的另一面側接合散熱器。散熱器係形成為由A6063所成之鋁板(50mm×60mm×5mmt)，散熱器的接合係利用表1所示方法進行。在表1之散熱器的接合方法所示之「Al-Si」中，係使用Al-10.5mass%Si硬焊材，在「Cu(TLP)」中係使用Cu的固接層，在「Ag糊膏」中，係使用含有Ag粒子與有機物的Ag糊膏來進行接合。功率模組用基板與陶瓷基板接合時的壓力係設為12kgf/cm2(1176kPa)、加熱溫度係設為610℃、加熱時間係設為60分鐘，在真空環境氣體下進行。
如上所示製作本發明例1~13之附散熱器之功率模組用基板。
對如上所述所得之本發明例之附散熱器之功率模組用基板，評估電路層與陶瓷基板的接合率、及金屬層與陶瓷基板的接合率。此外，對附散熱器之功率模組用基板，進行冷熱循環試驗，評估試驗後的電路層與陶瓷基板的接合率、及金屬層與陶瓷基板的接合率。
以下說明冷熱循環的試驗方法、及接合率的評估方法。
(冷熱循環試驗)
冷熱循環試驗係使用冷熱撞擊試驗機Espec公司製 TSB-51，以在液相(Fluorinert)中，將附散熱器之功率模組用基板在-40℃的溫度環境下維持5分鐘之後，加溫至125℃，且在同溫度環境下維持5分鐘，再次恢復至-40℃的溫度環境下的製程作為1循環，實施該溫度變化的製程3000循環。
(接合率評估)
對附散熱器之功率模組用基板，針對陶瓷基板與電路層的界面的接合率、及陶瓷基板與金屬層的界面的接合率，使用超音波探測裝置進行評估，且由下式算出。
在此，初期接合面積係指接合前應接合的面積，亦即在本實施例中係形成為電路層及金屬層的面積。在超音波探測像中，剝離係以接合部內的白色部表示，因此將該白色部的面積設為剝離面積。其中，若在陶瓷基板、電路層、及金屬層產生裂痕時，該裂痕係在超音波探測像中以白色部表示，裂痕亦作為剝離面積來進行評估。
將以上之評估結果顯示於表1。
確認出在使用熔點為660℃以下的熔填材，在陶瓷基板的其中一面及另一面同時形成電路層及金屬層的本發明例1~13中，可得初期的接合率高，負荷冷熱循環之後亦可維持高接合率之附散熱器之功率模組用基板。
〔產業上可利用性〕
本發明係關於可分別同時且在低溫下在陶瓷基板的其中一面接合銅板、在另一面接合鋁板，而且製造成本低之功率模組用基板之製造方法。
1‧‧‧功率模組
2‧‧‧接合層
3‧‧‧半導體元件
10‧‧‧功率模組用基板
11‧‧‧陶瓷基板
12‧‧‧電路層
13‧‧‧金屬層
30‧‧‧散熱器
31‧‧‧流路

Claims (7)

  1. 一種功率模組用基板之製造方法，其係具備有：陶瓷基板、在該陶瓷基板的其中一面接合銅板而成之電路層、及在前述陶瓷基板的另一面接合鋁板而成之金屬層之功率模組用基板之製造方法，其係具備有：第一積層工程，其係在前述陶瓷基板的其中一面側，透過活性金屬材及熔點為660℃以下的熔填材，將前述陶瓷基板及前述銅板進行積層；第二積層工程，其係在前述陶瓷基板的另一面側，透過接合材，將前述陶瓷基板及前述鋁板進行積層；及加熱處理工程，其係將所被積層的前述陶瓷基板、前述銅板、及前述鋁板進行加熱處理，將前述陶瓷基板與前述銅板、及前述陶瓷基板與前述鋁板同時接合。
  2. 如申請專利範圍第1項之功率模組用基板之製造方法，其中，在前述第一積層工程中，在前述陶瓷基板側配置前述熔填材，在前述銅板側配置前述活性金屬材。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之功率模組用基板之製造方法，其中，前述熔填材為液相線溫度450℃以上的硬焊材。
  4. 如申請專利範圍第3項之功率模組用基板之製造方法，其中，前述硬焊材係由Cu-P-Sn-Ni系硬焊材、Cu-Sn系硬焊材、及Cu-Al系硬焊材之中所選擇的任一種。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之功率模組用基 板之製造方法，其中，前述熔填材為液相線溫度未達450℃的軟焊材。
  6. 如申請專利範圍第5項之功率模組用基板之製造方法，其中，前述軟焊材為Cu-P-Sn-Ni系軟焊材或Cu-Sn系軟焊材。
  7. 如申請專利範圍第1項之功率模組用基板之製造方法，其中，前述活性金屬材為Ti材。
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