TW201943030A - 附散熱片的絕緣電路基板 - Google Patents

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Abstract

具備：在陶瓷基板的一面接合電路層，並在陶瓷基板的另一面接合由銅或銅合金形成的金屬層而成的絕緣電路基板、及接合至金屬層的散熱片，其中，散熱片具有：接合至金屬層的由鋁或鋁合金形成的第1金屬層、接合至該第1金屬層的與金屬層相反側的面的陶瓷板材、接合至該陶瓷板材的與第1金屬層相反側的面的由鋁或鋁合金形成的第2金屬層，其中，第1金屬層的厚度T1及第2金屬層的厚度T2為0.8mm以上3.0mm以下，第1金屬層的厚度T1與第2金屬層的厚度T2的厚度比例T1/T2為1.0以上。

Description

附散熱片的絕緣電路基板
本發明係有關於在用於控制大電流、高電壓的半導體裝置的電源模組用基板等的絕緣電路基板接合散熱片的附散熱片的絕緣電路基板。本發明係主張2018年3月28日在日本申請的申請號2018－061989的優先權，並援用其內容。
已知有在由以氮化矽為例的陶瓷基板形成的絕緣層的一面接合電路層，並在另一面通過鋁板接合鋁系的散熱片的附散熱片的絕緣電路基板。
例如專利文獻1揭示的附散熱片的絕緣電路基板，在由陶瓷基板形成的絕緣層的一面接合由純鋁板、鋁合金板、純銅板、銅合金板等的任一者形成的電路層，在絕緣層的另一面接合由純鋁或鋁合金的金屬板形成的金屬層，在該金屬層直接接合由鋁或鋁合金形成的散熱片。
在這種附散熱片的絕緣電路基板中，因為陶瓷基板與鋁板這種熱膨脹係數不同的構件的接合會有產生彎曲之虞。為了防止這種彎曲，作為散熱片的材料，使用在專利文獻2揭示的多孔質碳化矽成形體含浸以鋁為主成份的金屬而成的低膨脹係數的複合體。
專利文獻3揭示在第1陶瓷基板的一面接合第1金屬板，在第1陶瓷基板的另一面與第2陶瓷基板的一面接合第2金屬板，在第2陶瓷基板的另一面接合具有複數鰭的板狀放熱構件而成的金屬-陶瓷接合基板(附散熱片的絕緣電路基板)。該金屬-陶瓷接合基板，藉由將第1陶瓷基板及第2陶瓷基板在碳製的鑄模內隔著間隔配置，使鋁合金熔液流入鑄模並冷卻、固化而形成。

[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：特開2014-60215號公報
專利文獻2：特開2000-281465號公報
專利文獻3：特開2017-212316號公報
[發明所欲解決的問題]
專利文獻3揭示的金屬-陶瓷接合基板，因為藉由將2枚陶瓷基板在鑄模內隔著間隔配置，使溶融狀態的鋁合金流入鑄模而製造，全部的金屬板、散熱構件及鰭成為相同鋁合金。
本發明為鑑於這種情事而完成者，目的為抑制接合由與絕緣電路基板的金屬層不同組成的金屬形成的散熱片而成的附散熱片的絕緣電路基板的彎曲。

[解決問題的手段]
本件發明者們進行鋭意研究的結果，發現若將由與絕緣電路基板的金屬層不同組成的金屬形成的散熱片接合至金屬層，因接合產生的附散熱片的絕緣電路基板的變形，會有因各種條件造成散熱片的絕緣電路基板側成為凸狀彎曲的情形、及成為凹狀彎曲的情形。
本發明的第1態樣的附散熱片的絕緣電路基板，具備：具有陶瓷基板、接合至前述陶瓷基板的一面的電路層、及接合至前述陶瓷基板的另一面的由銅或銅合金形成的金屬層的絕緣電路基板；以及接合至前述金屬層的散熱片。前述散熱片具有：接合至前述金屬層的由鋁或鋁合金形成的厚度T1的第1金屬層、接合至前述第1金屬層的與前述金屬層相反側的面的陶瓷板材、及接合至前述陶瓷板材的與前述第1金屬層相反側的面的由鋁或鋁合金形成的厚度T2的第2金屬層；前述第1金屬層的前述厚度T1及前述第2金屬層的前述厚度T2都為0.8mm以上3.0mm以下、厚度比例T1/T2為1.0以上。
在這種構造的附散熱片的絕緣電路基板中，藉由在散熱片中於由鋁或鋁合金形成的第1金屬層與第2金屬層之間配設陶瓷板材，能將散熱片的線膨脹係數縮小，能使與具有由銅或銅合金形成的金屬層的絕緣電路基板間的線膨脹差縮小。藉此，能夠抑制附散熱片的絕緣電路基板的高溫時與低溫時的彎曲變化量。
在該附散熱片的絕緣電路基板中散熱片的第1金屬層的厚度T1及第2金屬層的厚度T2都未滿0.8mm、或厚度比例T1/T2未滿1.0時，彎曲變化量成為負的值，其值也變大。這意味著附散熱片的絕緣電路基板在從285℃的高溫變化至30℃的低溫時，在電路層側從凸向散熱片側凸的方向大大地變形。在這種情形中，因為對元件下的焊料外周部施加壓縮應力，當負載冷熱循環時，元件下的焊料的接合率會降低。
其中，第1金屬層的厚度T1或第2金屬層的厚度T2的任一者若超過3.0mm，散熱片的線膨脹增大，絕緣電路基板與散熱片的線膨脹差會擴大，在冷熱循環中絕緣電路基板的陶瓷基板會有破裂的可能性。因此，第1金屬層的厚度T1及第2金屬層的厚度T2設為3.0mm以下。
本發明的第2態樣的附散熱片的絕緣電路基板，具備：具有陶瓷基板、接合至前述陶瓷基板的一面的電路層、及接合至前述陶瓷基板的另一面的由銅或銅合金形成的金屬層的絕緣電路基板；以及接合至前述金屬層的散熱片。前述散熱片具有：接合至前述金屬層的由鋁或鋁合金形成的厚度T1的第1金屬層、接合至前述第1金屬層的與前述金屬層相反側的面的陶瓷板材、及接合至前述陶瓷板材的與前述第1金屬層相反側的面的由鋁或鋁合金形成的厚度T2的第2金屬層；其中，0.2≦T1≦0.5(mm)、0.3≦T2≦0.6(mm)、厚度比例T1/T2＜1.0。
在這種構成的附散熱片的絕緣電路基板中，第1金屬層的厚度T1未滿0.2mm時，絕緣電路基板與散熱片間的接合性會惡化。這應該是因為在陶瓷板材與第1金屬層的接合時包含於焊材的Si會擴散，在第1金屬層的絕緣電路基板側的面會形成凹凸。當厚度T1超過0.5mm時、厚度T2在0.3≦T2≦0.6(mm)的範圍外時、或厚度比例T1/ T2成為1.0以上時，彎曲變化量成為負的值，其值也會變大。這意味著附散熱片的絕緣電路基板在從285℃的高溫變化至30℃的低溫時，在電路層側從凸向散熱片側凸的方向大大地變形。在這種情形中，因為對元件下的焊料外周部施加壓縮應力，當負載冷熱循環時，元件下的焊料的接合率會降低。
作為本發明的附散熱片的絕緣電路基板的較佳態樣，前述電路層藉由銅或銅合金構成，前述陶瓷基板及前述陶瓷板材藉由氮化矽構成。
作為本發明的附散熱片的絕緣電路基板的較佳態樣，前述金屬層與前述第1金屬層為固相擴散接合。

[發明的效果]
根據本發明，能夠抑制接合具有金屬層的絕緣電路基板、和具有與絕緣電路基板的金屬層不同組成的金屬層的散熱片而成的附散熱片的絕緣電路基板的彎曲。
[第1實施形態]
以下，參照圖式說明有關本發明的第1實施形態。
[絕緣電路基板的概略構成]
本發明的附散熱片的絕緣電路基板100，在圖1所示的絕緣電路基板1接合散熱片2而成，例如作為電源模組用基板使用。此時，如圖1以二點鏈線所示，在作為電源模組用基板的附散熱片的絕緣電路基板100上搭載元件30，成為電源模組。
該元件30為具備半導體的電子部件，可以選擇IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、FWD(Free Wheeling Diode)等各種半導體元件。
此時，雖省略圖示，但元件30藉由在上部設置上部電極部，在下部設置下部電極部，藉由將下部電極部以焊料31等接合至電路層12上，將元件30搭載於電路層12上。又，元件30的上部電極部，通過由焊料等接合的導線框等連接至電路層12的電路電極部等，製造電源模組。
[絕緣電路基板的構成]
絕緣電路基板1具備：陶瓷基板11、接合至陶瓷基板11的一面的電路層12、接合至陶瓷基板11的另一面的金屬層13。
陶瓷基板11為防止電路層12與金屬層13之間的電連接的矩形板狀的絕緣基板，例如藉由氮化矽(Si3 N4 )、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鋯強化氧化鋁基板等形成，其厚度為0.2mm～1.2mm。此外，當接合至陶瓷基板11的兩面的電路層12及金屬層13都由銅或銅合金形成時，藉由氮化矽構成較佳。
陶瓷基板11的平面大小沒有特別限定，但在本實施形態中設定成40mm～140mm×40mm～100mm。
電路層12接合至陶瓷基板11的上面(一面)，使用純度99質量%以上的銅或銅合金，該厚度例如為0.2mm以上2.0mm以下。
電路層12的平面大小比陶瓷基板11還小，雖沒有特別限定，但在本實施形態中設定成36mm～136mm×36mm～96mm。
金屬層13接合至陶瓷基板11的下面(另一面)，能使用純度99質量%以上的銅或銅合金。其厚度例如為0.2mm以上2.0mm以下。
又，金屬層13的平面大小比陶瓷基板11還小，雖沒有特別限定，但在本實施形態中設定成36mm～136mm×36mm～96mm。此外，電路層12及金屬層13為相同組成、且相同厚度、大小較佳。
[散熱片的構成]
散熱片2接合至絕緣電路基板1，將從絕緣電路基板1傳達的熱放熱。該散熱片2包含：接合至絕緣電路基板1的金屬層13的第1金屬層21、接合至第1金屬層21的下面(與金屬層13相反側的面)陶瓷板材23、接合至陶瓷板材23的下面(與第1金屬層21相反側的面)的第2金屬層22。
第1金屬層21由鋁或鋁合金形成，例如，在JIS規格中主要使用A6063合金以外，也可使用4N-Al及A3003、ADC12等。本實施形態的第1金屬層21的厚度T1設定成0.8mm以上3.0mm以下。又，第2金屬層22由鋁或鋁合金形成，其厚度T2設定成0.8mm以上3.0mm以下。
第1金屬層21的厚度T1若超過3.0mm，因為由鋁或鋁合金形成的第1金屬層21的膨脹的影響變大，第1金屬層21接合至陶瓷板材23的散熱片2的線膨脹增大，在冷熱循環中，接合絕緣電路基板1與散熱片2的附散熱片的絕緣電路基板100的絕緣電路基板1的陶瓷基板11會有破裂的可能性。關於第2金屬層22也一樣，厚度T2若超過3.0mm，在冷熱循環中陶瓷基板11也有破裂的可能性。
此外，第1金屬層21的厚度T1及第2金屬層22的厚度T2都未滿0.8mm、或厚度比例T1/T2未滿1.0時，彎曲變化量成為負的值，其值也變大。這意味著附散熱片的絕緣電路基板從285℃的高溫變化成30℃的低溫時，在電路層12側從凸向在散熱片2側凸的方向大大地變形。在這種情形中，因為對元件30下的焊料31外周部施加壓縮應力，當負載冷熱循環時，元件30下的焊料31的接合率會降低。
陶瓷板材23係為了使散熱片2與絕緣電路基板1間的線膨脹差降低而設置，藉由氮化鋁(AlN)、氮化矽(Si3 N4 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鋯強化氧化鋁基板等形成，其厚度T3設定成0.2mm～1.2mm。此外，陶瓷板材23因為在其兩面接合由鋁或鋁合金構成的第1金屬層21及第2金屬層22，藉由氮化矽構成更佳。
又，第1金屬層21、第2金屬層22及陶瓷板材23的平面大小比陶瓷基板11還大，雖沒有特別限定，但都設定成相同大小，例如設定成50mm～180mm×60mm～140mm。
因此，從電路層12側觀察附散熱片的絕緣電路基板100時，如圖2所示，陶瓷基板11比電路層12還大，散熱片2(第1金屬層21、第2金屬層22及陶瓷板材23)比陶瓷基板11還大。
如同以上說明，散熱片2以在由鋁或鋁合金形成的第1金屬層21與第2金屬層22之間配設陶瓷板材23而構成。
[附散熱片的絕緣電路基板的製造方法]
接著，說明有關本實施形態的附散熱片的絕緣電路基板100的製造方法。
附散熱片的絕緣電路基板100的製造方法，如圖3A～3C所示，具有：在陶瓷基板11接合由銅或銅合金形成的電路層用金屬板120及金屬層用金屬板130的絕緣電路基板製造工程(圖3A)、在陶瓷板材23接合由鋁或鋁合金形成的第1金屬層用金屬板210及第2金屬層用金屬板220的散熱片製造工程(圖3B)、接合絕緣電路基板1與散熱片2的接合工程(圖3C)。以下，說明該工程順序。
(絕緣電路基板製造工程)
如圖3A所示，在陶瓷基板11將電路層用金屬板120及金屬層用金屬板130分別利用Ag-Cu-Ti系的焊材接合。具體來說，在陶瓷基板11的兩面，分別隔介著Ag-Cu-Ti系的焊材箔14層積電路層用金屬板120及金屬層用金屬板130，將該等層積體藉由碳板夾持，於層積方向施加負重同時在真空中加熱，藉此接合陶瓷基板11與電路層用金屬板120及金屬層用金屬板130。藉此，形成在陶瓷基板11的上面將電路層12藉由接合部(附焊材部)接合，在下面將金屬層13藉由接合部(附焊材部)接合的絕緣電路基板1。
接合陶瓷基板11與電路層12及金屬層13時，向層積方向的加壓力為0.1MPa～1.0MPa、加熱溫度為800℃～930℃即可。又，Ag-Cu-Ti系焊材箔的厚度為5μm～15μm即可。再來，除了Ag-Cu-Ti系焊材以外，使用Cu-P系焊材也可以。
(散熱片製造工程)
接著，如圖3B所示，在厚度T3為0.2mm～1.2mm的陶瓷板材23，分別利用Al-Si系的焊材接合厚度T1為0.8mm～3.0mm的第1金屬層用金屬板210、及厚度T2為0.8mm～3.0mm且T1以下的第2金屬層用金屬板220。
具體來說，在陶瓷板材23的兩面，分別隔介著Al-Si系的焊材箔14層積第1金屬層用金屬板210及第2金屬層用金屬板220，將該等層積體藉由碳板夾持，於層積方向施加負重同時在真空中加熱，藉此接合陶瓷板材23與第1金屬層用金屬板210及第2金屬層用金屬板220。藉此，形成在陶瓷板材23的一面(上面)將厚度T1為0.8mm～3.0mm的第1金屬層21藉由接合部(附焊材部)接合，在另一面(下面)將厚度T2為0.8mm～3.0mm、且第1金屬層21的厚度T1以下的第2金屬層22藉由接合部(附焊材部)接合的散熱片2。
接合陶瓷基板材23與第1金屬層用金屬板210及第2金屬層用金屬板220時，向層積方向的加壓力為0.3MPa～1.5MPa、加熱溫度為630℃以上655℃以下即可。又，Al-Si系焊材箔的厚度為5μm～15μm即可。再來，除了Al-Si系焊材以外，使用Al-Ge系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Mn系、或Al-Si-Mg系焊材也可以。
(接合工程)
接著，將絕緣電路基板1與散熱片2固相擴散接合。具體來說，如圖3C所示，藉由將絕緣電路基板1的金屬層13層積在散熱片2上，呈將該等層積體在層積方向加壓的狀態，於真空氛圍下加熱至接合溫度，將金屬層13與散熱片2的第1金屬層21固相擴散接合。作為此時的加壓力例如為0.5MPa～2.0MPa、作為加熱溫度設為500℃～540℃，將該加壓及加熱狀態維持30分～120分。藉此，接合金屬層13與散熱片2，如圖1所示，得到附散熱片的絕緣電路基板100。
此外，在本實施形態中，金屬層13的接合面及散熱片2的接合面，在預先將傷除去並平滑化後進行固相擴散接合。
其中，散熱片以鋁或鋁合金的一枚板構成時，因為與絕緣電路基板1的由銅或銅合金形成的金屬層13間的線膨脹差大，高溫時的膨脹率及低溫時的收縮率不同，附散熱片的絕緣電路基板100的彎曲會變大。
相對於此，在本實施形態中，藉由接合至絕緣電路基板1的金屬層13的第1金屬層21、接合至第1金屬層21的陶瓷板材23、接合至陶瓷板材23的的第2金屬層22構成散熱片2。亦即，因為在由鋁或鋁合金形成的第1金屬層21與第2金屬層22之間配設陶瓷板材23，能將散熱片2的線膨脹係數縮小，能使與絕緣電路基板1間的線膨脹差縮小。
又，因為第1金屬層21的厚度T1為0.8mm以上3.0mm以下、且為第2金屬層22的厚度T2以上(T1≧T2)，在維持散熱片2的散熱效果的同時，即便附散熱片的絕緣電路基板100的高溫時與低溫時的彎曲變化量成為正值(在散熱片側從凸向於電路層側凸的方向的形狀變化)、或成為負值(在電路層側從凸向在散熱片側凸的方向的形狀變化)，也能使其值縮小。
[第2實施形態]
以下，利用圖式說明有關本發明的第2實施形態。
本實施形態的附散熱片的絕緣電路基板100A，如圖4所示，在取代散熱片2而具備散熱片2A這點與上述第1實施形態不同。以下，有關與第1實施形態相同或略相同的部分，附加相同符號並省略或簡略化其說明。
如圖4的散熱片2A，第1金屬層21A的厚度T1設定成0.2mm以上0.5mm以下、第2金屬層212的厚度T2設定成0.3mm以上0.6mm以下。
第1金屬層的厚度T1未滿0.2mm時，絕緣電路基板1與散熱片2A間的接合性會惡化。這應該是因為在陶瓷板材23與第1金屬層210的接合時包含於焊材(Al-Si系焊材箔)的Si會擴散，在第1金屬層的絕緣電路基板1側的面會形成凹凸。第1金屬層的厚度T1超過0.5mm時、第2金屬層的厚度T2在0.3≦T2≦0.6(mm)的範圍外時、或厚度比例T1/T2成為1.0以上時，彎曲變化量成為負的值，其值也會變大。這意味著附散熱片的絕緣電路基板從285℃的高溫變化成30℃的低溫時，在電路層12側從凸向在散熱片2A側凸的方向大大地變形。在這種情形中，因為對元件30下的焊料31外周部施加壓縮應力，當負載冷熱循環時，元件30下的焊料31的接合率會降低。
此外，細部構成不限於實施形態的構成者，在不脫離本發明要旨的範圍之內，可以加入各種改變。
例如，在上述實施形態中，電路層12雖由銅或銅合金形成，但不限此，例如，由鋁或鋁合金構成也可以。亦即，電路層12的組成是什麼都可以。
又，上述實施形態中，說明將附散熱片的絕緣電路基板100、100A作為附散熱片的電源模組用基板使用之例，但該附散熱片的絕緣電路基板100、100A也可以作為LED元件用基板等各種絕緣基板使用。
[實施例]
接著，關於本發明的效果雖利用實施例詳細說明，但本發明並不限於下述各實施例限定者。
[第1態樣的實驗]
作為構成實施例1-1～1-12、比較例1-1～1-4及從前例的試料的絕緣電路基板，藉由在厚度0.635mm、平面大小為120mm×90mm的陶瓷基板將厚度0.4mm的電路層及厚度0.4mm的金屬層以上述實施形態所述的製造方法製造。關於電路層及金屬層，準備表1所示的組成者。
作為構成實施例1-1～1-12及比較例1-1～1-4的試料的散熱片，藉由在厚度0.32mm、平面大小為140mm×100mm的陶瓷基板，接合由鋁或鋁合金構成的第1金屬層及第2金屬層。接合方法準用上述實施形態所述的製造方法。關於第1金屬層及第2金屬層，準備表1所示的組成及厚度者。
表中，OFC表示無氧銅(Oxygen-Free Copper)，A6063、A3003、及ADC12表示以JIS(日本工業規格)訂定的鋁合金，4N-Al表示純度99.99%以上的所謂純鋁。
關於從前例，製造藉由厚度5.0mm、平面大小為140mm×100mm的鋁合金的一枚板構成的散熱片。
接著，將該等絕緣電路基板與散熱片藉由上述實施形態所述的接合方法接合，關於得到的試料進行下記的實驗。
(彎曲變化量)
關於得到的各試料，從常溫(30℃)加熱至285℃後冷卻成為30℃的一連串加熱試驗中，測定285℃加熱時的彎曲量、及加熱至285℃後冷卻成為30℃時的彎曲量(30℃冷卻時的彎曲量)，求出285℃加熱時的彎曲量與30℃冷卻時的彎曲量的變化量(彎曲變化量)。
各彎曲量，使用疊紋式三維形狀測定機(Akrometrix公司製熱彎曲/變形測定機 Thermoire PS200)，將散熱片的第2金屬層的中央(100mm×80mm的範圍)設為測定面進行測定。更具體來說，從測定面的分佈求最小平方面，將該面作為基準將最高點與最低點之差的絕對值設為各彎曲量。
關於藉此得到的彎曲量因應彎曲狀態設定正負。亦即，將測定面的中心比形成測定面的四角的面還接近電路層側時(第2金屬層在電路層側為凸)作為負(-)、將測定面的中心成為形成測定面的四角的面上時及測定面的中心比形成測定面的四角的面還從電路層側遠離場合(第2金屬層在散熱片側為凸)作為正(＋)的值設定。
接著，從(285℃加熱時的彎曲量-30℃冷卻時的彎曲量)之式求出彎曲變化量。此外，在彎曲變化量中符號表示附散熱片的絕緣電路基板的彎曲的變化方向，負(-)的情形表示在電路層側從凸的狀態向在散熱片側凸的狀態的彎曲變化。
(冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性))
關於實施例1-1～1-12、比較例1-1～1-3及從前例，將電子部件在電路層分別製作附焊料的試料30個，在-50℃ ～175℃之間評價關於執行1000次變化的溫度循環試驗後的焊料接合性。作為焊料，使用Sn-3Ag-0.5Cu焊料。循環試驗結束後，以超音波探傷觀察電子部件與焊料的界面，將其2值化後，將黑色部設為接合部分，將電子部件的面積作為100%時的接合率求出。求出30個試料的接合率，平均值若為80%以上評價為「A」、未滿80%則評價為「B」。
(陶瓷破裂的評價)
將電子部件在電路層製作附焊料的試料30個並確認陶瓷的破裂產生的有無。各30個試料之中，附焊料後絕緣電路基板的陶瓷基板即便有1個破裂時也評價為否「B」、1個都沒破裂時評價為良「A」。
(冷熱循環信賴性的評價(陶瓷基板的破裂))
對實施例1-1～1-12、比較例1-1～1-3及從前例的附散熱片的絕緣電路基板各30個，在-50℃～175℃之間執行1000次變化的溫度循環試驗後，以目視判定在絕緣電路基板的陶瓷基板是否有破裂。在陶瓷基板產生破裂的個數超過70%判定成否「B」、70%以下時判定成良「A」。
關於彎曲變化量、冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)的評價、陶瓷破裂的評價及冷熱循環信賴性的評價，結果表示於表2。
從表1及表2可明白，在實施例1-1～1-12中，彎曲變化量也是1.5mm以下那麼小，冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)、陶瓷破裂及冷熱循環信賴性(陶瓷基板)的各評價都是良「A」。
從其結果可明白，散熱片的第1金屬層的厚度T1及第2金屬層的厚度T2都在0.8mm以上3.0mm以下時，第1金屬層的厚度T1為第2金屬層的厚度T2以上(T1/T2≧1)是有效的範圍。
另一方面，比較例1-1及1-4，因為彎曲變化量為負的值，其值也大，在從285℃的高溫變化成30℃的低溫時，附散熱片的絕緣電路基板在電路層側從凸向在散熱片側凸的方向大大地變形。在這種情形中，因為對元件下的焊料外周部施加壓縮應力，當負載冷熱循環時，元件下的焊料的接合率會降低。因此，冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)的評價成為「B」。
比較例1-1及1-13中，雖然冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)及陶瓷破裂的各評價都是良「A」，但上述冷熱循環試驗的結果，因為陶瓷基板破裂，評價為否「B」。因此，第1金屬層的厚度為3.5mm時，得知無法得到有效的結果。
在從前例中，雖然冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)良好，但彎曲變化量大，陶瓷破裂評價及冷熱循環信賴性評價(陶瓷基板)都無法得到良好的結果。
[第2態樣的實驗]
作為構成實施例2-1～2-11、比較例2-1～2-6的試料的絕緣電路基板，與第1態樣的實驗一樣，藉由在厚度0.635mm、平面大小為120mm×90mm的陶瓷基板將厚度0.4mm的電路層及厚度0.4mm的金屬層以上述實施形態所述的製造方法製造。關於電路層及金屬層，準備表3所示的組成者。
作為構成實施例2-1～2-11及比較例2-1～2-6的試料的散熱片，藉由在厚度0.32mm、平面大小為140mm×100mm的陶瓷基板，接合由鋁或鋁合金構成的第1金屬層及第2金屬層。接合方法準用上述實施形態所述的製造方法。關於第1金屬層及第2金屬層，準備表3所示的組成及厚度者。
表中，OFC表示無氧銅(Oxygen-Free Copper)，A6063、A3003、及ADC12表示以JIS(日本工業規格)訂定的鋁合金，4N-Al表示純度99.99質量%以上的所謂純鋁。
接著，將該等絕緣電路基板與散熱片藉由上述實施形態所述的接合方法接合，關於得到的試料與上述第1態樣的實驗一樣進行彎曲變化量及冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)的評價，同時用以下所示的方式進行絕緣電路基板與散熱片的接合性的評價，將該等結果示於表4。
(絕緣電路基板與散熱片的接合性的評價)
作為絕緣電路基板與散熱片的接合性的評價，將各試料藉由超音波影像測定機(Insight公司製的超音波影像測定機IS‐200)觀察絕緣電路基板的金屬層與散熱片的第1金屬層的接合界面，測定接合界面的空隙(空孔)的面積。接著，將相對於應接合的面積的空隙的合計面積作為各樣本的空隙率算出。

空隙率(%)={(空隙的合計面積)/(金屬層13的面積)}×100
將空隙率未滿5%者評價成「接合性」良「A」、將空隙率超過5%者評價成「接合性」否「B」。
從表3及表4可明白，在實施例2-1～2-11中，彎曲變化量絕對值為0.3mm以下那麼小，絕緣電路基板與散熱片的接合性、冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)的各評價都是良「A」。
從其結果可明白，散熱片的第1金屬層的厚度T1為0.2mm以上0.5mm以下及第2金屬層的厚度T2為0.3mm以上0.6mm以下時，T1/T2＜1.0是有效的範圍。
另一方面，比較例2-1及2-2，因為彎曲變化量為負的值，其值也大，在從285℃的高溫變化成30℃的低溫時，附散熱片的絕緣電路基板在電路層側從凸向在散熱片側凸的方向大大地變形。在這種情形中，因為對元件下的焊料外周部施加壓縮應力，當負載冷熱循環時，元件下的焊料的接合率會降低。因此，冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)的評價成為「B」。
比較例2-3及2-4冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)的各評價都是良「A」，但絕緣電路基板與散熱片的接合性差，其評價為否「B」。其原因應該是因為第1金屬層的厚度T1為0.1mm那麼小，在陶瓷板材與第1金屬層的接合時包含於焊材的Si會擴散，在第1金屬層的絕緣電路基板1側的面會形成凹凸。
比較例2-5及比較例2-6，與比較例2-1及2-2一樣因為彎曲變化量為負的值，其值也大，在從285℃的高溫變化成30℃的低溫時，在元件下焊料的外周部發生施加壓縮應力那種變形，冷熱循環信賴性(元件下焊料的信賴性)的評價成為「B」。

[產業上的利用性]
能夠抑制附散熱片的絕緣電路基板的彎曲。
1‧‧‧絕緣電路基板
2、2A‧‧‧散熱片
11‧‧‧陶瓷基板
12‧‧‧電路層
13‧‧‧金屬層
14‧‧‧焊材箔
21、21A‧‧‧第1金屬層
22、22A‧‧‧第2金屬層
23‧‧‧陶瓷板材
30‧‧‧元件
31‧‧‧焊料
100、100A‧‧‧附散熱片的絕緣電路基板
120‧‧‧電路層用金屬板
130‧‧‧金屬層用金屬板
210‧‧‧第1金屬層用金屬板
220‧‧‧第2金屬層用金屬板
[圖1] 表示利用本發明的第1實施形態的附散熱片的絕緣電路基板的電源模組的剖面圖。
[圖2] 表示從電路層側觀察上述第1實施形態的附散熱片的絕緣電路基板的平面圖。
[圖3A] 說明圖1所示的附散熱片的絕緣電路基板的製造方法的剖面圖。
[圖3B] 說明圖1所示的附散熱片的絕緣電路基板的製造方法的剖面圖。
[圖3C] 說明圖1所示的附散熱片的絕緣電路基板的製造方法的剖面圖。
[圖4] 表示利用本發明的第2實施形態的附散熱片的絕緣電路基板的電源模組的剖面圖。

Claims (6)

  1. 一種附散熱片的絕緣電路基板，具備：具有陶瓷基板、接合至前述陶瓷基板的一面的電路層、及接合至前述陶瓷基板的另一面的由銅或銅合金形成的金屬層的絕緣電路基板；以及接合至前述金屬層的散熱片； 前述散熱片具有：接合至前述金屬層的由鋁或鋁合金形成的厚度T1的第1金屬層、接合至前述第1金屬層的與前述金屬層相反側的面的陶瓷板材、及接合至前述陶瓷板材的與前述第1金屬層相反側的面的由鋁或鋁合金形成的厚度T2的第2金屬層； 前述第1金屬層的前述厚度T1及前述第2金屬層的前述厚度T2都為0.8mm以上3.0mm以下、厚度比例T1/T2為1.0以上。
  2. 如請求項1記載的附散熱片的絕緣電路基板，其中，前述電路層藉由銅或銅合金構成； 前述陶瓷基板及前述陶瓷板材藉由氮化矽構成。
  3. 如請求項1或2記載的附散熱片的絕緣電路基板，其中，前述金屬層與前述第1金屬層為固相擴散接合。
  4. 一種附散熱片的絕緣電路基板，具備：具有陶瓷基板、接合至前述陶瓷基板的一面的電路層、及接合至前述陶瓷基板的另一面的由銅或銅合金形成的金屬層的絕緣電路基板；以及接合至前述金屬層的散熱片； 前述散熱片具有：接合至前述金屬層的由鋁或鋁合金形成的厚度T1的第1金屬層、接合至前述第1金屬層的與前述金屬層相反側的面的陶瓷板材、及接合至前述陶瓷板材的與前述第1金屬層相反側的面的由鋁或鋁合金形成的厚度T2的第2金屬層； 其中，0.2≦T1≦0.5(mm)、0.3≦T2≦0.6(mm)、厚度比例T1/T2＜1.0。
  5. 如請求項4記載的附散熱片的絕緣電路基板，其中，前述電路層藉由銅或銅合金構成； 前述陶瓷基板及前述陶瓷板材藉由氮化矽構成。
  6. 如請求項4或5記載的附散熱片的絕緣電路基板，其中，前述金屬層與前述第1金屬層為固相擴散接合。
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