TWI550790B - 電源模組用基板、附散熱塊之電源模組用基板、電源模組、及電源模組用基板之製造方法 - Google Patents

電源模組用基板、附散熱塊之電源模組用基板、電源模組、及電源模組用基板之製造方法 Download PDF

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Description

電源模組用基板、附散熱塊之電源模組用基板、電源模組、及電源模組用基板之製造方法
本發明係關於使用在控制大電流、高電壓的半導體裝置之附散熱塊之電源模組用基板、附散熱塊電源模組用基板、具備此電源模組用基板之電源模組、此電源模組用基板之製造方法、附散熱塊電源模組用基板之製造方法。
本發明係根據2009年10月22日於日本提出申請的特願2009-243259號、2010年03月02日於日本提出申請的特願2010-045747號、2010年04月12日於日本提出申請的特願2010-091366號、2010年09月28日於日本提出申請的特願2010-217590號及特願2010-217591號，主張優先權，於此援用其內容。
在半導體元件中以供給電源之用的電源元件發熱量比較高。作為搭載此電源元件的基板，例如於專利文獻1所示的，於AlN(氮化鋁)所構成的陶瓷基板上使用Al(鋁)之金屬板中介著焊材而被接合的電源模組用基板。
此外，此金屬板被作為電路層，於此金屬板上，中介著焊材而搭載著電源元件(半導體元件)。
又，被提出在陶瓷基板的下面被接合著鋁等金屬板而作為金屬層，於此金屬層上接合散熱塊之附散熱塊電源模組用基板。
此外，作為形成電路層的手段，有在陶瓷基板接合金屬板後，於此金屬板形成電路圖案的方法。此外，例如在專利文獻2所揭示的，有把預先被形成為電路圖案狀的金屬片接合於陶瓷基板的方法。
此處，為了得到前述金屬板與陶瓷基板之良好的接合強度，例如於專利文獻3揭示著陶瓷基板的表面粗糙度未滿0.5μm。
然而，將金屬板接合於陶瓷基板的場合，單純減低陶瓷基板的表面粗糙度也無法得到充分高的接合強度，會有不能謀求可信賴性的提高之不良情形。例如，對陶瓷基板的表面在乾式下進行根據Al2O3粒子之搪磨(horning)處理，使表面粗糙度Ra=0.2μm，也有會在剝離試驗產生界面剝離的場合。此外，藉由研磨法使表面粗糙度成為Ra=0.1μm以下，也有產生界面剝離的場合。
特別是在最近，伴隨著電源模組的小型化/薄皮化，其使用環境也變得更為嚴峻。此外，來自被搭載的半導體元件等電子零件之發熱量有變大的傾向，有在散熱塊上配設電源模組用基板的必要。在此場合，電源模組用基板為散熱塊所拘束，於熱循環負荷時，於金屬板與陶瓷基板之接合界面有很大的剪力作用著。因此，從前即已在要求陶瓷基板與金屬板之間的接合強度的提高與可信賴性的提高。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
〔專利文獻1〕日本特開2003-086744號公報
〔專利文獻2〕日本特開2008-311294號公報
〔專利文獻3〕日本特開平3-234045號公報
本發明之電源模組用基板之一態樣，係具備陶瓷基板、及被層積於此陶瓷基板的表面而被接合的鋁或鋁合金所構成的金屬板之電源模組用基板，其特徵為：於前述金屬板，被固溶著由Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇之1種或2種以上之添加元素，前述金屬板之中與前述陶瓷基板之界面附近的Ag濃度為0.05質量百分比(質量%)以上10質量%以下，或者，前述金屬板之中與前述陶瓷基板之界面附近的Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.01質量%以上5質量%以下。
於此構成之電源模組用基板，金屬板之接合界面側部分進行固溶強化。藉此，可以防止在金屬板部分之破損，可以提高接合可信賴性。
此處，前述金屬板之中與前述陶瓷基板之界面附近之Ag濃度為0.05質量%以上，或者Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.01質量%以上，所以可確實地固溶強化金屬板的接合界面側部分。此外，前述金屬板之中與前述陶瓷基板之界面附近之Ag濃度為10質量%以下，或者Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為5質量%以下，所以可防 止金屬板的接合界面的強度過剩地高。接著，對電源模組用基板加以冷熱循環的負荷時，能夠以金屬板吸收熱應力，所以可防止陶瓷基板的破裂等。
本發明之電源模組用基板之一態樣，亦可於前述金屬板，除了Ag以外還被固溶由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之元素，前述金屬板之中與前述陶瓷基板之界面附近的Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.05質量%以上10質量%以下。
在此場合，金屬板之接合界面側部分確實地進行固溶強化。因而，可以防止在金屬板部分之破損，可以提高接合可信賴性。
此處，前述金屬板之中與前述陶瓷基板之界面附近之Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.05質量%以上，所以可確實地固溶強化金屬板的接合界面側部分。此外，前述金屬板之中與前述陶瓷基板之界面附近之Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為10質量%以下，所以可防止金屬板的接合界面的強度過剩地高。
本發明之電源模組用基板之一態樣，亦可以是前述陶瓷基板係以AlN或Si3N4構成，前述金屬板與前述陶瓷基板之接合界面，被形成氧濃度為前述金屬板中及前述陶瓷基板中的氧濃度更高之高氧濃度部，此高氧濃度部的厚度為4nm以下。又，添加元素為Ag的場合，前述高氧濃度部為前述陶瓷基板的結晶粒內的氧濃度的2倍以上。
在此場合，藉由存在於接合界面的氧提高AlN或Si3N4所構成的陶瓷基板與鋁所構成的金屬板之接合強度。進而，因使此高氧濃度部的厚度為4nm以下，所以抑制了由於負荷熱循環時的應力而在高氧濃度部產生龜裂。
又，此處，前述陶瓷基板之結晶粒內的氧濃度，係陶瓷基板之中離開接合界面一段距離(例如，5nm以上)的部分之氧濃度。
本發明之電源模組用基板之一態樣，亦可以於前述金屬板與前述陶瓷基板之接合界面，被形成前述添加元素的濃度為前述金屬板中的前述添加元素的濃度的2倍以上之添加元素高濃度部。
在此場合，可以藉由存在於界面附近的前述添加元素原子，謀求陶瓷基板與金屬板之接合強度的提高。
又，金屬板中的前述添加元素的濃度，係金屬板之中離開接合界面一段距離(例如，5nm以上)的部分之前述添加元素的濃度。
本發明之電源模組用基板之一態樣，亦可以是前述陶瓷基板以AlN構成，以能量分散型X線分析法分析包含前述添加元素高濃度部的前述接合界面之Al、前述添加元素、O、N之質量比，為Al：添加元素：O：N=50～90質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下。
或者是，本發明之電源模組用基板之一態樣，亦可以是前述陶瓷基板以Si3N4構成，以能量分散型X線分析法分析包含前述添加元素高濃度部的前述接合界面之Al、Si、前述添加元素、O、N之質量比，為Al：Si：添加元素：O：N=15～45質量%：15～45質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下。
此外，本發明之電源模組用基板之一態樣，亦可以是前述陶瓷基板以Al2O3構成，以能量分散型X線分析法分析包含前述添加元素高濃度部的前述接合界面之Al、前述添加元素、O、N之質量比，為Al：添加元素：O=50～90質量%：1～30質量%：45質量%以下。
存在於接合界面的前述添加元素原子的質量比超過30質量%時，過剩地產生Al與添加元素之反應物，此反應物有阻礙接合之虞。此外，亦有因此反應物使金屬板之接合界面附近被強化達必要程度以上，在熱循環負荷時對陶瓷基板作用應力，而使得陶瓷基板破裂之虞。另一方面，前述添加元素原子的質量比不滿1質量%的話，有無法根據添加元素原子來充分謀求接合強度的提高之虞。因而，接合界面之添加元素原子的質量比，最好是在1～30質量%之範圍內。
此處，進行根據能量分散型X線分析法的分析的場合，因為點徑極小，所以在前述接合界面之複數點(例如，10～100點)進行測定，算出其平均值。此外，進行測定時，金屬板的結晶粒界與陶瓷基板之接合界面不作為測定對象，僅結晶粒與陶瓷基板之接合界面作為測定對象。
又，本說明書中之根據能量分散型X線分析法的分析值，係使用搭載於日本電子製造的電子顯微鏡JEM-2010F的Thermo Fisher Scientific公司製造之能量分散型螢光X線元素分析裝置NORAN System7以200kV之加速電壓來進行。
本發明之附散熱塊之電源模組用基板之一態樣，具有：前述陶瓷基板、被接合於此陶瓷基板的一方表面之鋁或鋁合金所構成的第一金屬板、被接合於前述陶瓷基板的另一方的表面之鋁或鋁合金所構成的第二金屬板、以及被接合於前述第二金屬板之中與前述陶瓷基板之接合面的相反側之面的散熱塊。接著，在前述第二金屬板與前述散熱塊，被固溶由Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素。前述第二金屬板與前述散熱塊之界面附近之Ag濃度為0.05質量%以上10質量%以下，或者前述第二金屬板與前述散熱塊之界面附近之Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.01質量%以上5質量%以下。
根據此構成之附散熱塊之電源模組用基板，在前述第二金屬板與前述散熱塊，被固溶由Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素，所以第二金屬板與散熱塊之分別的接合界面側部分進行固溶強化。
接著，前述第二金屬板與前述散熱塊的接合界面附近之Ag濃度為0.05質量%以上，或者Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.01質量%以上，所以可確實地固溶強化前述第二金屬板及前述散熱塊的接合界面側部分。此外，前述第二金屬板及前述散熱塊之接合界面附近之Ag濃度為10質量%以下，或者Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為5質量%以下，所以可防止前述第二金屬板及前述散熱塊的接合界面的強度過剩地變高，可以前述第二金屬板來吸收熱應變。
本發明之附散熱塊之電源模組用基板之一態樣，亦可以於前述第二金屬板及前述散熱塊，除了Ag以外還被固溶由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之元素，前述第二金屬板及前述散熱塊之界面附近的Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.05質量%以上10質量%以下。
在此場合，前述第二金屬板及前述散熱塊之接合界面側部分固溶強化，可以防止前述第二金屬板及前述散熱塊之破裂的產生，可提高接合可信賴性。
此處，前述第二金屬板及前述散熱塊之界面附近之Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.05質量%以上，所以可確實地固溶強化前述第二金屬板及前述散熱塊的界面側部分。此外，前述第二金屬板及前述散熱塊之界面附近之Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為10質量%以下，所以可防止前述第二金屬板及前述散熱塊的接合界面的強度過剩地變高。
本發明之電源模組之一態樣，具備：本發明之一態樣之附散熱塊之電源模組用基板，及被搭載於此附散熱塊之電源模組用基板上的電子零件。
根據此構成之電源模組，可以使陶瓷基板與金屬板之接合強度更高，即使使用環境很苛酷的場合，也可以使其可信賴性飛躍地提昇。
本發明之電源模組用基板之製造方法之一態樣，係具備陶瓷基板、及被層積而接合於此陶瓷基板的表面的鋁或鋁合金所構成的金屬板之電源模組用基板之製造方法。此製造方法，具有：於前述陶瓷基板之接合面及前述金屬板之接合面之至少一方，固接由Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇之1種或2種以上之添加元素，形成含有此添加元素的固接層之固接步驟、中介著前述固接層而層積前述陶瓷基板與前述金屬板的層積步驟、於層積方向上加壓同時加熱被層積的前述陶瓷基板與前述金屬板，於前述陶瓷基板與前述金屬板之界面形成融溶金屬區域的加熱步驟、以及藉由使此融溶金屬區域凝固，接合前述陶瓷基板與前述金屬板的凝固步驟。接著，於前述層積步驟，在前述陶瓷基板與前述金屬板之界面，使前述添加元素中介在0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下之範圍內。於前述加熱步驟，藉由使前述添加元素朝向前述金屬板擴散，而在前述陶瓷基板與前述金屬板之界面，形成前述融溶金屬區域。
根據此構成之電源模組用基板之製造方法，在前述金屬板與前述陶瓷基板之接合界面，中介著Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素。此處，Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li等元素，係使鋁的融點下降的元素，所以於比較低溫的條件，也可以在金屬板與陶瓷基板之界面形成融溶金屬區域。
因而，即使以比較低的溫度、比較短時間之接合條件進行接合，也可以堅固地接合陶瓷基板與金屬板。
此外，沒有使用焊材箔等之必要，可以低成本地，製造確實接合金屬板與陶瓷基板之電源模組用基板。
不使用焊材箔，而可以接合前述陶瓷基板與前述金屬板，所以沒有必要進行焊材箔的位置對準作業等。因而，例如把預先被形成為電路圖案狀的金屬片接合於陶瓷基板的場合，也可以防患位置偏移所導致的問題於未然。
此外，於前述層積步驟，中介於前述陶瓷基板與前述金屬板的界面的前述添加元素的固接量在0.01mg/cm2以上，所以在陶瓷基板與金屬板之界面，可以確實形成融溶金屬區域，可以堅固地接合陶瓷基板與金屬板。
進而，中介於前述陶瓷基板與前述金屬板的界面的前述添加元素的固接量在10mg/cm2以下，所以可防止於固接層產生龜裂，可以於陶瓷基板與金屬板之界面確實形成融溶金屬區域。進而，可以防止前述添加元素過剩地擴散往金屬板側而使得界面附近的金屬板的強度過剩地變高。因而，對電源模組用基板加以冷熱循環的負荷時，能夠以金屬板吸收熱應力，所以可防止陶瓷基板的破裂等。
進而，於前述層積步驟，於前述陶瓷基板與前述金屬板之界面，可以使前述添加元素中介於0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下的範圍內，所以可製造前述金屬板之中與前述陶瓷基板之界面附近之Ag濃度為0.05質量%以上10質量%以下，或者，Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.01質量%以上5質量%以下之電源模組用基板。
而且，於金屬板及陶瓷基板形成直接固接層，所以氧化覆膜僅形成於金屬板的表面。如此一來，與兩面上使用被形成氧化覆膜的焊材箔的場合相比，存在於金屬板及陶瓷基板的界面之氧化覆膜的合計厚度變薄，所以可以提高初期接合的生產率。
又，雖是於前述陶瓷基板的接合面及前述金屬板的接合面之中至少一方，直接固接前述添加元素的構成，但從生產性的觀點來看，於金屬板的接合面固接前述添加元素為較佳。
此外，於前述陶瓷基板的接合面及前述金屬板的接合面之中至少一方，分別單獨固接前述添加元素而形成複數之添加元素層亦可。
於本發明之電源模組用基板之製造方法之一態樣，亦可在前述固接步驟，使Al與前述添加元素一起固接。
在此場合，使Al與前述添加元素一起固接，所以形成的固接層含有Al。因而，於加熱步驟，此固接層優先融溶而可以確實形成融溶金屬區域，可以堅固地接合陶瓷基板與金屬板。此外，可以防止Mg、Ca、Li等氧化活性元素的氧化。又，在使Al與前述添加元素一起固接時，使前述添加元素與Al同時蒸鍍亦可。把前述添加元素與Al之合金作為靶來使用進行濺鍍亦可。此外，層積Al與添加元素亦可。
於本發明之電源模組用基板之製造方法之一態樣，最好是前述固接步驟，藉由將Ag糊塗佈於前述陶瓷基板之接合面及前述金屬板之接合面之中至少一方而形成前述固接層。
在此場合，藉由塗佈Ag糊可以更為確實地形成固接層。此外，Ag糊即使在大氣氛圍加熱燒結，Ag也不氧化，所以可容易形成含有Ag之固接層。
又，使用Ag糊的場合，為了防止在大氣加熱時之金屬板的氧化，以塗佈於陶瓷基板側為較佳。此外，採用預先在塗佈Ag糊的狀態層積前述陶瓷基板與前述金屬板，在加熱被層積的前述陶瓷基板與前述金屬板時，進行Ag糊的燒結之構成亦可。
本發明之附散熱塊之電源模組用基板之製造方法之一態樣，係具有：前述陶瓷基板、被接合於此陶瓷基板的一方表面之鋁或鋁合金所構成的第一金屬板、被接合於前述陶瓷基板的另一方的表面之鋁或鋁合金所構成的第二金屬板、以及被接合於前述第二金屬板之中與前述陶瓷基板之接合面的相反側之面的散熱塊之附散熱塊電源模組用基板之製造方法。此製造方法具有：接合前述陶瓷基板與前述第一金屬板，及前述陶瓷基板與前述第二金屬板的陶瓷基板接合步驟，及於前述第二金屬板之一面接合前述散熱塊之散熱塊接合步驟。前述散熱塊接合步驟，具有於前述第二金屬板的接合面及前述散熱塊的接合面之至少一方，固接Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇之1種或2種以上之添加元素而形成添加元素層之添加元素層形成步驟、中介著前述添加元素層層積前述第二金屬板與前述散熱塊之散熱塊層積步驟、使被層積的前述第二金屬板與前述散熱塊在層積方向加壓同時加熱，於前述第二金屬板與前述散熱塊之界面形成融溶金屬區域的散熱塊加熱步驟、以及藉由使此融溶金屬區域凝固，接合前述第二金屬板與前述散熱塊之融溶金屬凝固步驟。於前述散熱塊加熱步驟，藉由使前述添加元素層之添加元素朝向前述第二金屬板及前述散熱塊擴散，於前述第二金屬板與前述散熱塊之界面，形成前述融溶金屬區域。
於此構成之附散熱塊之電源模組用基板之製造方法，在第二金屬板與散熱塊之接合界面，中介著Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素。此添加元素，係使鋁的融點降低的元素，所以於比較低溫的條件，可以在散熱塊與第二金屬板之界面形成融溶金屬區域。
因而，即使以比較低的溫度、比較短時間之接合條件進行接合，也可以堅固地接合散熱塊與第二金屬板。
此外，沒有使用製造困難的Al-Si系焊材箔等之必要，可以低成本地，製造確實接合第二金屬板與散熱塊之附散熱塊電源模組用基板。
進而，不使用焊材箔，而在前述散熱塊的接合面及前述第二金屬板之接合面之中至少一方上直接固接著添加元素，所以沒有必要進行焊材箔的位置對準作業等。
而且，於前述散熱塊之接合面及前述第二金屬板之接合面，直接地固接添加元素的場合，氧化覆膜，成為僅形成於第二金屬板及散熱塊的表面，使得存在於第二金屬板及散熱塊之界面的氧化覆膜的合計厚度變薄，所以提高初期接合之生產率。
於本發明之附散熱塊電源模組用基板之製造方法之一態樣，前述陶瓷基板接合步驟，與前述散熱塊接合步驟亦可是同時進行的。
在此場合，藉由前述陶瓷基板接合步驟，與前述散熱塊接合步驟同時進行，可以大幅削減接合所耗費的成本。此外，不必要進行反覆的加熱、冷卻即可，所以可以謀求此附散熱塊之電源模組用基板之翹曲的減低。
於本發明之附散熱塊電源模組用基板之製造方法之一態樣，亦可在前述添加元素層形成步驟，使Al與前述添加元素一起固接。
在此場合，於散熱塊加熱步驟，此添加元素層優先融溶而可以確實形成融溶金屬區域，可以堅固地接合散熱塊與第二金屬板。此外，可以防止Mg、Ca、Li等氧化活性元素的氧化。又，在使Al與前述添加元素一起固接時，使前述添加元素與Al同時蒸鍍亦可。把前述添加元素與Al之合金作為靶來使用進行濺鍍亦可。此外，層積Al與添加元素亦可。
又，於前述之本發明的附散熱塊電源模組用基板及其製造方法之一態樣，前述第二金屬板的厚度，亦可比前述第一金屬板的厚度更厚。
在此場合，可以使設有散熱塊之側的剛性，比其相反側的剛性更高。藉此，可以抑制附散熱塊電源模組用基板的翹曲。
進而，於本發明之附散熱塊電源模組用基板及其製造方法之一態樣，前述第二金屬板，由複數金屬板層積而構成亦可。
此場合，起因於散熱塊與陶瓷基板之熱膨脹係數之差之熱應變可以藉由第二金屬板充分緩和，可以抑制在陶瓷基板發生破裂。
此外，於前述之本發明的電源模組用基板之製造方法或者附散熱塊電源模組用基板之製造方法之一態樣，亦可以是前述固接步驟，藉由電鍍、蒸鍍、CVD、濺鍍、冷噴塗、或者分散有粉末的漿或油墨之塗佈，在前述陶瓷基板、前述金屬板、前述散熱塊或前述第二金屬板之任一之接合面上固接前述添加元素。
在此場合，可以在接合界面確實地使前述添加元素中介著。此外，可以精度佳地調整前述添加元素的固接量，可以堅固地接合陶瓷基板與金屬板，或者散熱塊與前述第二金屬板。
又，使用含有前述添加元素的糊的場合，為了防止在大氣加熱時之金屬板的氧化，以塗佈於陶瓷基板側為較佳。此外，採用預先在塗佈包含前述添加元素之糊的狀態層積前述陶瓷基板與前述金屬板，在層積方向上加壓同時加熱被層積的前述陶瓷基板與前述金屬板時，進行包含前述添加元素之糊的燒結之構成亦可。
根據本發明的話，金屬板與陶瓷基板確實被接合，可以提供熱循環可信賴性高的電源模組用基板、附散熱塊電源模組用基板、具備此電源模組用基板之電源模組及此電源模組用基板之製造方法、附散熱塊電源模組用基板之製造方法。
以下，參照附圖說明本發明之實施型態。
首先，用圖1～圖6，說明本發明之第1實施型態。
圖1所示之電源模組1，具備被配設電路層12的電源模組用基板10、與中介著焊錫層2被接合於電路層12的表面的半導體晶片3、及散熱塊4。此處，焊錫層2，例如為Sn-Ag系、Sn-In系、或者Sn-Ag-Cu系之焊錫材。又，在本實施型態，於電路層12與焊錫層2之間設有鎳電鍍層(未圖示)。
電源模組用基板10，具備：陶瓷基板11、被配設於此陶瓷基板11之一方之面(於圖1為上面)的電路層12、被配設於陶瓷基板11之另一方之面(於圖1為下面)的金屬層13。
陶瓷基板11，係防止電路層12與金屬層13之間的電氣接觸者，由絕緣性高的AlN(氮化鋁)所構成。此外，陶瓷基板11的厚度被設定為0.2～1.5mm之範圍內，在本實施型態為0.635mm。又，在本實施型態，如圖1所示，陶瓷基板11的寬幅(圖1之左右方向長度)，比電路層12及金屬層13的寬幅更寬。
電路層12，係由在陶瓷基板11之一方之面上被接合具有導電性的金屬板22而被形成的。於本實施型態，成為電路層12的金屬板22，係純度99.99%以上之鋁(所謂4N鋁)的壓延板。
金屬層13，係由在陶瓷基板11之另一方之面上被接合金屬板23而被形成的。於本實施型態，成為金屬層13的金屬板23，係純度99.99%以上之鋁(所謂4N鋁)的壓延板。
散熱塊4，係供冷卻前述電源模組用基板10之用者。此散熱塊4，具備與電源模組用基板10接合的屋頂部5，及供冷卻媒體(例如冷卻水)流通之用的流路6。散熱塊4之屋頂部5，最好是以熱傳導性良好的材質來構成，於本實施型態，係以A6063(鋁合金)構成的。
又，於本實施型態，散熱塊4的屋頂部5與金屬層13之間設有緩衝層15。此緩衝層15，係由鋁、鋁合金或包含鋁的複合材料(例如AlSiC等)所構成。
接著，如圖2所示，於陶瓷基板11與電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之接合界面30，在電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)，作為添加元素，除了Ag以外，還固溶著由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素。
電路層12及金屬層13的接合界面30附近，被形成隨著由接合界面30往層積方向離開而由Ag與Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇之1種或2種以上的元素的濃度逐漸降低之濃度傾斜層33。電路層12及金屬層13的接合界面30附近之Ag濃度與Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇之1種或2種以上的元素的濃度之合計，被設在0.05質量%以上10質量%以下之範圍內。
在本實施型態，作為添加元素，除了Ag以外固溶著Ge，電路層12及金屬層13之接合界面30附近的Ag濃度及Ge濃度之合計被設定在0.05質量%以上10質量%以下。
又，電路層12及金屬層13之接合界面30附近之Ag濃度及Ge濃度，係藉由EPMA分析(點徑30μm)，在由接合界面30起算50μm之位置測定5點之平均值。此外，圖2之圖，係於電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之中央部分在層積方向上進行線分析，以前述之50μm位置之濃度為基準而求出者。
此外，於透過電子顯微鏡觀察陶瓷基板11與電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之接合界面30的場合，如圖3所示，於接合界面30觀察到Ag濃縮之Ag高濃度部32。此Ag高濃度部32，Ag濃度為電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)中的Ag濃度的2倍以上。又，此Ag高濃度部32的厚度H為4nm以下。
進而，於此Ag高濃度部32，氧濃度比陶瓷基板11中的氧濃度更高。
又，於此處觀察的接合界面30，如圖3所示，把電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之格子像的界面側端部與陶瓷基板11的格子像之接合界面側端部之間的中央作為基準面S。此外，電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)中的Ag濃度，係電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之中隔著接合界面30一定距離(在本實施型態，為5nm以上)的部分(於圖3為A點)之Ag濃度。
此外，陶瓷基板11中的氧濃度，係陶瓷基板11之中離開接合界面30一段距離(在本實施型態，為5nm以上)的部分(圖3之C點)之結晶粒內的氧濃度。
此外，以能量分散型X線分析法(EDS)分析此接合界面30(於圖3之B點)時之Al、Ag、O、N之質量比，為Al：Ag：O：N=50～90質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下。進行根據EDS的分析時之點徑為1～4nm。在複數點(例如，在本實施型態為20點)測定接合界面30，算出其平均值。此外，構成電路層12及金屬層13的金屬板22、23的結晶粒界與陶瓷基板11之接合界面30不作為測定對象，僅有構成電路層12及金屬層13的金屬板22、23之結晶粒與陶瓷基板11之接合界面30作為觀測對象。
以下，參照圖4至圖6說明本發明之第一實施型態之附散熱塊電源模組用基板10之製造方法。
(固接步驟S01)
首先，如圖5及圖6所示，於金屬板22、23之分別的接合面，藉由濺鍍，固接作為添加元素之Ag與由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之元素，形成固接層24、25。
此處，在本實施型態，作為添加元素使用Ag與Ge。固接層24、25之Ag量被設定為0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下。Ge量被設定為0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下。
(層積步驟S02)
其次，如圖5所示，將金屬板22層積於陶瓷基板11之一方之面側。此外，將金屬板23層積於陶瓷基板11之另一方之面側。此時，如圖5及圖6所示，以金屬板22、23之中被形成固接層24、25的面朝向陶瓷基板11的方式進行層積。亦即，金屬板22與陶瓷基板11之間中介著固接層24(Ag及Ge)，於金屬板23與陶瓷基板11之間中介著固接層25(Ag及Ge)。如此進行形成層積體20。
(加熱步驟S03)
其次，把在層積步驟S02形成的層積體20，以在其層積方向上加壓(壓力1～35kgf/cm2)的狀態下裝入真空加熱爐內進行加熱。藉此，如圖6所示，於金屬板22與陶瓷基板11之界面形成融溶金屬區域26，於金屬板23與陶瓷基板11之界面形成融溶金屬區域27。此融溶金屬區域26、27，如圖6所示，係藉由使固接層24、25的Ag及Ge朝向金屬板22、23擴散，使金屬板22、23的固接層24、25附近之Ag濃度及Ge濃度上升融點變低而被形成的。又，前述之壓力不滿1kgf/cm2的場合，有無法良好地進行陶瓷基板11與金屬板22、23之接合之疑慮。此外，前述之壓力超過35kgf/cm2的場合，金屬板22、23有變形之虞。因而，前述加壓壓力，最好是在1～35kgf/cm2之範圍內。
此處，在本實施型態，真空加熱爐內的壓力被設定於10-3～10-6Pa之範圍內，加熱溫度設定為550℃以上650℃以下之範圍內。
(凝固步驟S04)
其次，在被形成融溶金屬區域26、27的狀態使溫度保持一定。如此一來，融溶金屬區域26、27中之Ag及Ge，進而朝向金屬板22、23擴散過去。藉此，原為融溶金屬區域26、27的部分之Ag濃度及Ge濃度逐漸降低而融點上升，在把溫度保持為一定的狀態下進行凝固。總之，陶瓷基板11與金屬板22、23，係藉由所謂的擴散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)而被接合的。如此進行而進行了凝固之後，冷卻至常溫。
如此般地進行，使電路層12及成為金屬層13之金屬板22、23與陶瓷基板11被接合，製造本實施型態之電源模組用基板10。
於以上那樣構成的本實施型態之電源模組用基板10及電源模組1，具備於金屬板22、23之接合面，除了Ag以外還固接Ge的固接步驟S01，所以於金屬板22、23與陶瓷基板11的接合界面30，中介著Ag及Ge。此處，Ag、Ge係使鋁的融點降低的元素，所以於比較低溫的條件，可以在金屬板與陶瓷基板之界面形成融溶金屬區域。
進而，藉由使固接層24、25之Ag及Ge朝向金屬板22、23擴散，而接合陶瓷基板11與電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)，所以即使在比較低的溫度，短時間之接合條件下，也可以堅固地接合陶瓷基板11與金屬板22、23。
此外，於陶瓷基板11與電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之接合界面30，於電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)固溶著Ag及Ge。接著，電路層12及金屬層13之各個的接合界面30側之Ag濃度及Ge濃度的合計，被設定為0.05質量%以上10質量%以下。藉此，電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之接合界面30側的部分固溶強化，可以防止電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之龜裂的發生。
此外，於加熱步驟S03，Ag及Ge朝向金屬板22、23充分擴散，所以金屬板22、23與陶瓷基板11堅固地接合。
此外，在本實施型態，陶瓷基板11以AlN構成，於電路層12及金屬層13所構成的金屬板22、23與陶瓷基板11之接合界面30，形成Ag濃縮的Ag高濃度部32。此Ag高濃度部32，Ag濃度為電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)中的Ag濃度的2倍以上，所以藉由在界面附近存在的Ag原子，可以謀求陶瓷基板與金屬板之接合強度的提高。此外，因使此Ag高濃度部32的厚度為4nm以下，所以抑制了由於負荷熱循環時的應力而在Ag高濃度部32產生龜裂。
進而，在本實施型態，以能量分散型X線分析法分析接合界面30之Al、Ag、O、N之質量比，為Al：Ag：O：N=50～90質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下，所以於接合界面30，可以防止Al與Ag之反應物過剩地產生而阻礙接合，同便可以充分發揮根據Ag原子來提高接合強度的效果。此外，防止接合界面30存在著很厚的高氧濃度的部分，可以抑制於負荷了熱循環時之龜裂的產生。
此外，於金屬板之接合面，沒有使用製造困難的Al-Si系焊材箔之必要，所以可以低成本地製造電源模組用基板10。進而，沒有進行焊材箔的位置對準作業等的必要，可以確實地接合陶瓷基板11與金屬板22、23。因而，可以效率佳地製造出此電源模組用基板10。
而且，於金屬板22、23之接合面形成固接層24、25，所以中介於金屬板22、23與陶瓷基板11之界面的氧化覆膜，變成僅存在於金屬板22、23的表面，所以可以提高初期接合的生產率。
其次，參照圖7至圖11說明本發明之第2實施型態。
圖7所示之電源模組101，具備被配設電路層112的電源模組用基板110、與中介著焊錫層2被接合於電路層112的表面的半導體晶片3、及散熱塊140。
電源模組用基板110，具備：陶瓷基板111、被配設於此陶瓷基板111之一方之面(於圖7為上面)的電路層112、被配設於陶瓷基板111之另一方之面(於圖7為下面)的金屬層113。
陶瓷基板111係由絕緣性高的Al2O3(氧化鋁)所構成。此外，陶瓷基板111的厚度被設定為0.2～1.5mm之範圍內，在本實施型態為0.635mm。
電路層112，係由在陶瓷基板111之一方之面上被接合具有導電性的第一金屬板122而被形成的。
金屬層113，係由在陶瓷基板111之另一方之面上被接合第二金屬板123而被形成的。
於本實施型態，第一金屬板122及第二金屬板123，係純度99.99%以上之鋁的壓延板。
散熱塊140，係供冷卻前述電源模組用基板110之用者。此散熱塊140，具備與電源模組用基板110接合的屋頂部141，及供冷卻媒體流通的流路142。散熱塊140之屋頂部141，最好是以熱傳導性良好的材質來構成，於本實施型態，係以A6063(鋁合金)構成的。
於本實施型態，散熱塊140之屋頂部141與金屬層113之間，設有鋁或鋁合金或者包含鋁的複合材料(例如AlSiC等)所構成的緩衝層115。
接著，如圖8所示，於陶瓷基板111與電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)之接合界面130，於電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)固溶著Ag。
詳言之，於電路層112及金屬層113之接合界面130附近，被形成由接合界面130起隨著往層積方向離開Ag濃度逐漸降低之濃度傾斜層133。此處，電路層112及金屬層113之各個的接合界面130側之Ag濃度，被設定為0.05質量%以上10質量%以下。
又，電路層112及金屬層113之接合界面130附近之Ag濃度，係藉由EPMA分析(點徑30μm)，在由接合界面130起算50μm之位置測定5點之平均值。此外，圖8之圖，係於電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)之中央部分在層積方向上進行線分析，以前述之50μm位置之濃度為基準而求出者。
此外，於透過電子顯微鏡觀察陶瓷基板111與電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)之接合界面130的場合，如圖9所示，於接合界面130觀察到Ag濃縮之Ag高濃度部132。於此Ag高濃度部132，Ag濃度為電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)中的Ag濃度的2倍以上。又，此Ag高濃度部132的厚度H為4nm以下。
又，此處觀察的接合界面130，如圖9所示，把電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)之格子像的界面側端部與陶瓷基板111的格子像之接合界面側端部之間的中央作為基準面S。此外，電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)中的Ag濃度，係電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)之中隔著接合界面130一定距離(在本實施型態，為5nm以上)的部分之Ag濃度。
此外，以能量分散型X線分析法(EDS)分析此接合界面130時之Al、Ag、O之質量比，為Al：Ag：O=50～90質量%：1～30質量%：45質量%以下之範圍內。又，進行根據EDS的分析時之點徑為1～4nm。在複數點(例如，在本實施型態為20點)測定接合界面130，算出其平均值。此外，構成電路層112及金屬層113的金屬板122、123的結晶粒界與陶瓷基板111之接合界面130不作為測定對象，僅有構成電路層112及金屬層113的金屬板122、123之結晶粒與陶瓷基板111之接合界面130作為觀測對象。
以下，參照圖10、圖11說明前述的構成之電源模組用基板之製造方法。
(Ag糊塗佈步驟S101)
首先，如圖11所示，於陶瓷基板111之一方之面及另一方之面，藉由網版印刷塗佈Ag糊，形成Ag糊層124a、125a。又，Ag糊層124a、125a的厚度，在乾燥後約為0.02～200μm。
將此Ag糊層124a、125a加熱至150～200℃除去溶媒之後，在300～500℃進行燒結，燒結成分解Ag糊層。
此處使用的Ag糊，含有Ag粉末，樹脂、溶劑、分散劑。接著，Ag粉末含量，為Ag糊全體的60質量%以上90質量%以下，剩下的為樹脂、溶劑、分散劑。又，Ag粉末的含量為Ag糊全體的85質量%。
此外，在本實施型態，Ag糊的黏度為10 Pa‧s以上500Pa‧s以下，更佳者為調整成50 Pa‧s以上300 Pa‧s以下。
Ag粉末，使用其粒徑為0.05μm以上1.0μm以下者，在本實施型態，平均粒徑為0.8μm。
溶劑，以沸點200℃以上者為適當，例如可以適用α-萜品醇、乙酸丁基二甘醇酯(Diethylene Glycol Monobutyl Ether Aacetate)、二甘醇二丁醚等。又，在本實施型態，使用二甘醇二丁醚。
樹脂，係調整Ag糊之黏度用，以在500℃以上被分解者為適合。例如，可以適用丙烯酸樹脂、醇酸樹脂等。又，在本實施型態，使用乙基纖維素。
此外，在本實施型態，添加二羧酸系之分散劑。又，不添加分散劑而構成Ag糊亦可。
(層積步驟S102)
其次，將金屬板122層積於陶瓷基板111之一方之面側。此外，將金屬板123層積於陶瓷基板111之另一方之面側。
(加熱步驟S103)
其次，在把金屬板122、陶瓷基板111、金屬板123於層積方向上加壓(壓力1～35kgf/cm2)的狀態下裝入真空加熱爐內進行加熱。此時，於升溫的過程，在400～500℃的時間點，分解Ag糊層內的樹脂被除去，形成Ag燒結層124、125。此Ag燒結層124、125，成為本實施型態之Ag固接層。
接著，藉由進而加熱，使Ag燒結層124、125之Ag朝向金屬板122、123擴散，於金屬板122、123與陶瓷基板111之界面分別形成融溶金屬區域。此處，在本實施型態，真空加熱爐內的壓力被設定於10-6 Pa以上10-3 Pa以下，加熱溫度設定為600℃以上650℃以下。
(凝固步驟S104)
其次，在被形成融溶金屬區域的狀態使溫度保持一定，使融溶金屬區域中的Ag，進而朝向金屬板122、123擴散。如此一來，原為融溶金屬區域的部分之Ag濃度逐漸降低而融點上升，在把溫度保持為一定的狀態下進行凝固。總之，陶瓷基板111與金屬板122、123，係藉由所謂的擴散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)而被接合的。如此般進行了凝固之後，冷卻至常溫。
如此進行，製造出電源模組用基板110。
於以上那樣構成的本實施型態之電源模組用基板110及電源模組101，陶瓷基板111與電路板112(金屬板122)，係藉由使被形成於陶瓷基板111之一方之面的Ag燒結層124之Ag朝向金屬板122擴散而被接合。此外，陶瓷基板111與金屬層113(金屬板123)，係藉由使被形成於陶瓷基板111之另一方之面的Ag燒結層125之Ag朝向金屬板123擴散而被接合。因而，即使以比較低的溫度、比較短時間之接合條件進行接合，也可以堅固地接合陶瓷基板111與金屬板122、123。
此外，於陶瓷基板111與電路層112之接合界面及與金屬層113之接合界面130，於電路層112及金屬層113固溶著Ag。接著，電路層112及金屬層113之分別的接合界面130側之Ag濃度，為0.05質量%以上10質量%以下，所以電路層112及金屬層113之接合界面130側之部分固溶強化，而可以防止電路層112及金屬層113之龜裂的產生。
此外，在本實施型態，陶瓷基板111以Al2O3構成，於電路層112及金屬層113所構成的金屬板122、123與陶瓷基板111之接合界面130，形成Ag濃縮的高Ag濃度部132。接著，此Ag高濃度部132之Ag濃度，為電路層112及金屬層113中的Ag濃度的2倍以上，所以藉由在界面附近存在的Ag原子，可以謀求陶瓷基板與金屬板之接合強度的提高。此外，因使此Ag高濃度部132的厚度為4nm以下，所以抑制了由於負荷熱循環時的應力而在Ag高濃度部132產生龜裂。
進而，在本實施型態，以能量分散型X線分析法分析接合界面30之Al、Ag、O之質量比，為Al：Ag：O=50～90質量%：1～30質量%：45質量%以下，所以於接合界面130，可以防止Al與Ag之反應物過剩地產生而阻礙接合。此外，可以充分發揮根據Ag原子而提高接合強度的效果。
此外，在本實施型態，把燒結Ag糊層124a、125a後之Ag燒結層124、125作為Ag固接層，所以可以在陶瓷基板111與金屬板122、123之間確實使Ag中介著。此外，此Ag糊，即使在大氣氛圍加熱燒結，Ag也不氧化，所以可比較容易地形成Ag燒結層124、125。
其次，參照圖12至圖17說明本發明之第3實施型態。
圖12所示之電源模組201，具備被配設電路層212的電源模組用基板210、與中介著焊錫層2被接合於電路層212的表面的半導體晶片3、及散熱塊240。
電源模組用基板210，具備：陶瓷基板211、被配設於此陶瓷基板211之一方之面(於圖12為上面)的電路層212、被配設於陶瓷基板211之另一方之面(於圖12為下面)的金屬層213。
陶瓷基板211係由絕緣性高的Si3N4(氮化矽)所構成。此外，陶瓷基板211的厚度被設定為0.2～1.5mm之範圍內，在本實施型態為0.32mm。
電路層212，係由在陶瓷基板211之一方之面上被接合具有導電性的第一金屬板222而被形成的。
金屬層213，係由在陶瓷基板211之另一方之面上被接合第二金屬板223而被形成的。
於本實施型態，第一金屬板222及第二金屬板223，係純度99.99%以上之鋁的壓延板。
本實施型態之散熱塊240，具備：與電源模組用基板210接合之頂板部241，及以對向於此頂板部241的方式配置的底板部245，及中介裝設於此頂板部241與底板部245之間的波紋鰭片(corrugated-fin)246。接著，藉由頂板部241與底板部245與波紋鰭片246，區隔出冷卻媒體流通的流路242。
此散熱塊240，係頂板部241與波紋鰭片246、波紋鰭片246與底板部245分別被焊接而形成的。在本實施型態，如圖17所示，頂板部241及底板部245，係由基材層241A、245A，與比基材層241A、245A融點更低的材料所構成的接合層241B、245B被層積之層積鋁板所構成，以接合層241B、245B朝向波紋鰭片246側的方式，被配設頂板部241及底板部245。
在本實施型態，基材層241A、245A係以A3003合金構成，接合層241B、245B係以A4045合金構成。
如圖13所示，於陶瓷基板211與電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)之接合界面230，於電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)固溶著Ag。
詳言之，於電路層212及金屬層213之接合界面230附近，被形成由接合界面230起隨著往層積方向離開Ag濃度逐漸降低之濃度傾斜層233。此處，電路層212及金屬層213之各個的接合界面230側之Ag濃度，被設定為0.05質量%以上10質量%以下。
電路層212及金屬層213之接合界面230附近之Ag濃度，係藉由EPMA分析(點徑30μm)，在由接合界面230起算50μm之位置測定5點之平均值。圖13之圖，係於電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)之中央部分在層積方向上進行線分析，以前述之50μm位置之濃度為基準而求出者。
於透過電子顯微鏡觀察陶瓷基板211與電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)之接合界面230的場合，如圖14所示，於接合界面230觀察到Ag濃縮之Ag高濃度部232。於此Ag高濃度部232，Ag濃度，為電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)中的Ag濃度的2倍以上。又，此Ag高濃度部232的厚度H為4nm以下。
進而，於此Ag高濃度部232，氧濃度比陶瓷基板211中的氧濃度更高。
又，此處觀察的接合界面230，如圖14所示，把電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)之格子像的界面側端部與陶瓷基板211的格子像之接合界面側端部之間的中央作為基準面S。此外，電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)中的Ag濃度，係電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)之中隔著接合界面230一定距離(在本實施型態，為5nm以上)的部分之Ag濃度。
此外，陶瓷基板211中的氧濃度，係陶瓷基板211之中離開接合界面230一段距離(在本實施型態，為5nm以上)的部分之結晶粒內的氧濃度。
此外，以能量分散型X線分析法(EDS)分析此接合界面230時之Al、Si、Ag、O、N之質量比，為Al：Si：Ag：O：N=15～45質量%：15～45質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下之範圍內。又，進行根據EDS的分析時之點徑為1～4nm。在複數點(例如，在本實施型態為20點)測定接合界面230，算出其平均值。此外，構成電路層212及金屬層213的金屬板222、223的結晶粒界與陶瓷基板211之接合界面230不作為測定對象，僅有構成電路層212及金屬層213的金屬板222、223之結晶粒與陶瓷基板211之接合界面230作為觀測對象。
以下，參照圖15至圖17說明前述的構成之附散熱塊電源模組用基板之製造方法。
(Ag糊塗佈步驟S201)
首先，如圖16所示，於陶瓷基板211之一方之面及另一方之面，藉由狹縫式塗佈裝置或是噴墨印刷塗佈Ag糊，形成Ag糊層224a、225a。Ag糊層224a、225a的厚度，在乾燥後約為0.02～200μm。
此處，使用的Ag糊，含有Ag粉末、溶劑、分散劑。Ag粉末含量，為Ag糊全體的60質量%以上90質量%以下，剩下的為溶劑、分散劑。在本實施型態，Ag粉末的含量為Ag糊全體的85質量%。
在本實施型態，Ag糊的黏度為10 Pa‧s以上500 Pa‧s以下，更佳者為調整成50 Pa‧s以上300 Pa‧s以下。
Ag粉末，使用其粒徑為0.02μm以上0.04μm以下者，在本實施型態，平均粒徑為0.03μm。
溶劑，以沸點為200℃以上者為合適。例如，可以適用α-萜品醇、乙酸丁基二甘醇酯(Diethylene GlycolMonobutyl Ether Aacetate)、二甘醇二丁醚等。在本實施型態，使用二甘醇二丁醚。
此外，在本實施型態，添加二羧酸系之分散劑。又，不添加分散劑而構成Ag糊亦可。
(Ag糊燒結步驟S202)
接著，將形成Ag糊層224a、225a的陶瓷基板211，在大氣氛圍加熱至150～200℃，形成Ag燒結層224、225。在本實施型態，此Ag燒結層224、225，成為Ag固接層。
(層積步驟S203)
其次，將金屬板222層積於陶瓷基板211之一方之面側。此外，將金屬板223層積於陶瓷基板211之另一方之面側。
(加熱步驟S204)
其次，在把金屬板222、陶瓷基板211、金屬板223於層積方向上加壓(壓力1～35kgf/cm2)的狀態下裝入真空加熱爐內進行加熱。如此一來，藉由使Ag燒結層224、225之Ag朝向金屬板222、223擴散，於金屬板222、223與陶瓷基板211之界面形成融溶金屬區域。
此處，在本實施型態，真空加熱爐內的壓力被設定於10-6Pa以上10-3Pa以下，加熱溫度設定為600℃以上650℃以下。
(凝固步驟S205)
其次，在被形成融溶金屬區域的狀態使溫度保持一定，使融溶金屬區域中的Ag朝向金屬板222、223擴散。如此一來，原為融溶金屬區域的部分之Ag濃度逐漸降低而融點上升，在把溫度保持為一定的狀態下進行凝固。總之，陶瓷基板211與金屬板222、223，係藉由所謂的擴散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)而被接合的。如此般進行了凝固之後，冷卻至常溫。
如此進行，製造出電源模組用基板210。
(散熱塊層積步驟S206)
其次，於電源模組用基板210之金屬層213之另一方之面側，層積頂板部241、波紋鰭片246、底板部245。此時，金屬層213與頂板部241之間中介著Ag固接層226。在本實施型態，Ag固接層226，於金屬層213之另一方之面，藉由濺鍍或電鍍、或者網版印刷Ag糊而形成。
此外，以頂板部241之接合層241B及底板部245之接合層245B朝向波紋鰭片246側的方式，層積頂板部241及底板部245。
(散熱塊加熱步驟S207)
其次，在把被層積的電源模組用基板210、頂板部241、波紋鰭片246、與底板部245於層積方向上加壓(壓力1～35kgf/cm2)的狀態下，裝入氛圍加熱爐內進行加熱。藉由使Ag固接層226之Ag朝向金屬層213及頂板部241擴散，於金屬層213與散熱塊240之頂板部241之間形成融溶金屬區域。同時，頂板部241與波紋鰭片246、底板部245與波紋鰭片246之間，也藉由接合層241B、245B融溶而形成融溶金屬區域。
此處，在本實施型態，氛圍加熱爐內，設為氮氣氛圍，加熱溫度為550℃以上630℃以下之範圍內。
(融溶金屬凝固步驟S208)
藉由冷卻這些，使金屬層213與散熱塊240之頂板部241之間形成的融溶金屬區域凝固，接合金屬層213與頂板部241。此外，藉由在頂板部241與波紋鰭片246、底板部245與波紋鰭片246之間形成的融溶金屬區域凝固，而接合頂板部241與波紋鰭片246、底板部245與波紋鰭片246。
如此進行，使頂板部241與波紋鰭片246與底板部245被焊接而形成散熱塊240。此散熱塊240與電源模組用基板210被接合，製造出附散熱塊電源模組用基板。
於以上那樣構成的本實施型態之電源模組用基板210及電源模組201，陶瓷基板211與電路板212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)，係藉由使被形成於陶瓷基板211之一方之面與另一方之面的Ag燒結層224、225之Ag朝向金屬板222、223擴散而被接合，所以即使在比較低的溫度，短時間的接合條件，也可以堅固地接合陶瓷基板211與金屬板222、223。
此外，在本實施型態，於電路層212及金屬層213所構成的金屬板222、223與陶瓷基板211之接合界面230，形成Ag濃縮的Ag高濃度部232。接著，於此Ag高濃度部232，Ag濃度為電路層212及金屬層213中的Ag濃度的2倍以上。因而，可以藉由存在於界面附近的Ag原子，謀求陶瓷基板211與金屬板222、223之接合強度的提高。此外，因使此Ag高濃度部232的厚度為4nm以下，所以抑制了由於負荷熱循環時的應力而在Ag高濃度部232產生龜裂。
進而，在本實施型態，以能量分散型X線分析法分析接合界面230之Al、Si、Ag、O、N之質量比，為Al：Si：Ag：O：N=15～45質量%：15～45質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下，所以於接合界面230，可以防止Al與Ag之反應物過剩地產生而阻礙接合。此外，可以充分發揮根據Ag原子而提高接合強度的效果。進而，防止接合界面230存在著很厚的高氧濃度的部分，可以抑制於負荷了熱循環時之龜裂的產生。
此外，在本實施型態，把燒結Ag糊層224a、225a後之Ag燒結層224、225作為Ag固接層，所以可以在陶瓷基板211與金屬板222、223之間確實使Ag中介著。此外，此Ag糊，即使在大氣氛圍加熱燒結，Ag也不氧化，所以可比較容易地形成Ag燒結層224、225。
而且，在本實施型態，使用粒徑為0.02μm以上0.04μm以下的Ag粒子，不含樹脂的Ag糊，所以可在200℃程度的低溫下燒結Ag糊層224a、225a形成Ag燒結層224、225。
其次，參照圖18至圖22說明本發明之第4實施型態。
圖18所示之電源模組301，具備被配設電路層312的電源模組用基板310、與中介著焊錫層2被接合於電路層312的表面的半導體晶片3、及散熱塊340。
電源模組用基板310，具備：陶瓷基板311、被配設於此陶瓷基板311之一方之面(於圖18為上面)的電路層312、被配設於陶瓷基板311之另一方之面(於圖18為下面)的金屬層313。
陶瓷基板311係由絕緣性高的AlN(氮化鋁)所構成。此外，陶瓷基板311的厚度被設定為0.2～1.5mm之範圍內，在本實施型態為0.635mm。
電路層312，係由在陶瓷基板311之一方之面上被接合具有導電性的第一金屬板322而被形成的。
金屬層313，係由在陶瓷基板311之另一方之面上被接合第二金屬板323而被形成的。
於本實施型態，第一金屬板322及第二金屬板323，係純度99.99%以上之鋁的壓延板。
散熱塊340，係供冷卻前述電源模組用基板310之用者。此散熱塊340，具備被接合於電源模組用基板310的屋頂部341，及供冷卻媒體(例如冷卻水)流通之用的流路342。散熱塊340之屋頂部341，最好是以熱傳導性良好的材質來構成，於本實施型態，係以A6063(鋁合金)構成的。
接著，於第二金屬板323(金屬層313)與散熱塊340之接合界面330，在金屬層313(金屬板323)與散熱塊340固溶著Ag。
詳言之，如圖19所示，於金屬層313及散熱塊340之接合界面330附近，被形成由接合界面330起隨著往層積方向離開Ag濃度逐漸降低之濃度傾斜層333、334。此處，金屬層313與散熱塊340之接合界面330附近之Ag濃度，被設定為0.05質量%以上10質量%以下。
金屬層313與散熱塊340之接合界面330附近之Ag濃度，係藉由EPMA分析(點徑30μm)，在由接合界面330起算50μm之位置測定5點之平均值。此外，圖19之圖，係於金屬層313(金屬板323)及散熱塊340(頂板部341)之寬幅中央部分在層積方向上進行線分析，以前述之50μm位置之濃度為基準而求出者。
以下，參照圖20至圖22說明前述的構成之附散熱塊電源模組用基板之製造方法。
(Ag層形成步驟S301/固接步驟S311)
首先，如圖21所示，成為電路層312的第一金屬板322之一面上，藉由濺鍍固接Ag而形成第1Ag層324。於成為金屬層313的第二金屬板323之一面上，藉由濺鍍固接Ag而形成第2Ag層325(固接步驟S311)。
此外，於成為金屬層313的第二金屬板323之另一面上，藉由濺鍍固接Ag而形成Ag層326(Ag層形成步驟S301)。
此處，在本實施型態，第1Ag層324、第2Ag層325及Ag層326之Ag量被設定為0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下。
(散熱塊層積步驟S302/陶瓷基板層積步驟S312)
其次，如圖21所示，將第一金屬板322層積於陶瓷基板311之一方之面側。此外，將第二金屬板323層積於陶瓷基板311之另一方之面側(陶瓷基板層積步驟S312)。此時，如圖21所示，以使被形成第一金屬板322的第1Ag層324、第二金屬板323之第二Ag層325之面朝向陶瓷基板311的方式，層積第一金屬板322及第二金屬板323。
進而，於第二金屬板323之另一方之面側，層積散熱塊340(散熱塊層積步驟S302)。此時，如圖21所示，以第二金屬板323之被形成Ag層326之面朝向散熱塊340的方式，層積第二金屬板323與散熱塊340。
亦即，於第一金屬板322與陶瓷基板311之間使第1Ag層324中介，於第二金屬板323與陶瓷基板311之間使第2Ag層325中介，於第二金屬板323與散熱塊340之間使Ag層326中介。
(散熱塊加熱步驟S303/陶瓷基板加熱步驟S313)
其次，在把第一金屬板322、陶瓷基板311、第二金屬板323、與散熱塊340於層積方向上加壓(壓力1～35kgf/cm2)的狀態下裝入真空加熱爐內進行加熱。藉由使第1Ag層324之Ag朝向第一金屬板322擴散，於第一金屬板322與陶瓷基板311之界面形成第一融溶金屬區域327。藉由使第2Ag層325之Ag朝向第二金屬板323擴散，於第二金屬板323與陶瓷基板311之界面形成第二融溶金屬區域328。(陶瓷基板加熱步驟S313)
此外，同時，於第二金屬板323與散熱塊340之間形成融溶金屬區域329(散熱塊加熱步驟S303)。融溶金屬區域329，如圖22所示，係藉由使Ag層326的Ag朝向第二金屬板323及散熱塊340擴散，使第二金屬板323及散熱塊340之Ag層326附近的Ag濃度上升融點變低而被形成的。
在本實施型態，真空加熱爐內的壓力為10-6 Pa以上10-3 Pa以下，加熱溫度為600℃以上650℃以下。
(融溶金屬凝固步驟S304/第一融溶金屬及第二融溶金屬凝固步驟S314)
其次，在被形成融溶金屬區域329的狀態使溫度保持一定。如此一來，融溶金屬區域329中之Ag，進而朝向第二金屬板323及散熱塊340擴散過去。藉此，原為融溶金屬區域329的部分之Ag濃度逐漸降低而融點上升，在把溫度保持為一定的狀態下進行凝固。總之，散熱塊340與第二金屬板323，係藉由所謂的擴散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)而被接合的。
同樣地，第一融溶金屬區域327中之Ag，進而朝向第一金屬板322擴散。此外，第二融溶金屬區域328中之Ag，進而朝向第二金屬板323擴散。如此一來，原為第一融溶金屬區域327、第二融溶金屬區域328的部分之Ag濃度逐漸降低而融點上升，在把溫度保持為一定的狀態下進行凝固。藉此，陶瓷基板311與第一金屬板322、陶瓷基板311與第二金屬板323被接合。總之，陶瓷基板311與第一金屬板322及第二金屬板323，係藉由所謂的擴散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)而被接合的。如此進行而進行了凝固之後，冷卻至常溫。
如以上所述般地進行，使成為電路層312的第一金屬層322與陶瓷基板311被接合。成為金屬層313的第二金屬板323與陶瓷基板311被接合。第二金屬板323與散熱塊340被接合。藉此，製造本實施型態之附散熱塊電源模組用基板。
於以上構成的本實施型態，第二金屬板323與散熱塊340之接合界面330中介著Ag。此Ag，係使鋁的融點降低的元素，所以於比較低溫的條件，可以在散熱塊340與第二金屬板323之界面形成融溶金屬區域329。因而，即使以比較低的溫度、比較短時間之接合條件進行接合，也可以堅固地接合散熱塊340與第二金屬板323。
此外，在本實施型態，第一金屬板322與陶瓷基板311之接合界面，第二金屬板323與陶瓷基板311之接合界面，也中介著Ag，所以，可以堅固地接合陶瓷基板311與第一金屬板322、陶瓷基板311與第二金屬板323。
進而，藉由使被形成於第二金屬板323的接合面之Ag層326之Ag朝向第二金屬板323及散熱塊340擴散，而成為接合散熱塊340與第二金屬板323(金屬層313)之構成，所以即使在比較低的溫度，短時間之接合條件下，也可以堅固地接合散熱塊340與第二金屬板323。
此外，在本實施型態，藉由使被形成於第一金屬板322、第二金屬板323的接合面之第1Ag層324、第2Ag層325之Ag朝向第一金屬板322、第二金屬板323擴散，而成為接合陶瓷基板311與第一金屬板322(電路層312)及第二金屬板323(金屬層313)之構成，所以即使在比較低的溫度，短時間之接合條件下，也可以堅固地接合陶瓷基板311與第一金屬板(電路層312)及第二金屬板323(金屬層313)。
進而，散熱塊340與第二金屬板323之接合，及陶瓷基板311與第一金屬板322及第二金屬板323之接合，不需要使用焊材箔，所以沒有必要進行焊材箔的位置對準作業等。因而，可以低成本效率佳地製造出本實施型態之附散熱塊電源模組用基板。
此外，在本實施型態，因為採用使陶瓷基板311與第一金屬板322及第二金屬板323之接合，及第二金屬板323與散熱塊340之接合同時進行之構成，所以於這些接合所花費的成本可以大幅削減。此外，不必要對陶瓷基板311進行反覆的加熱、冷卻，所以可以謀求此附散熱塊電源模組用基板之翹曲的減低。
進而，Ag層形成步驟S301，藉由濺鍍於第二金屬板323之接合面使Ag固接而形成Ag層326之構成，所以可以在散熱塊340與第二金屬板323之間使Ag確實中介著。此外，可以精度佳地調整Ag的固接量，可以確實形成融溶金屬區域329，可以堅固地接合散熱塊340與第二金屬板323。
此外，在本實施型態之附散熱塊電源模組用基板，於散熱塊340與第二金屬板323(金屬層313)之接合界面330，在第二金屬板323(金屬層313)及散熱塊340固溶著Ag，第二金屬板323(金屬層313)及散熱塊340之分別的接合界面330側之Ag濃度為0.05質量%以上10質量%以下。因而，第二金屬層323(金屬板313)及散熱塊340之接合界面330側的部分固溶強化，可以防止第二金屬層323(金屬板313)及散熱塊340之龜裂的發生。亦即，可以提供可信賴性高的附散熱塊之電源模組用基板。
其次，用圖23至圖26說明本發明之第5實施型態。
此電源模組401，具備備配設電路層412的電源模組用基板410、與中介著焊錫層2被接合於電路層412的表面的半導體晶片3、及散熱塊440。
電源模組用基板410，具備：陶瓷基板411、被配設於此陶瓷基板411之一方之面(於圖23為上面)的電路層412、被配設於陶瓷基板411之另一方之面(於圖23為下面)的金屬層413。又，陶瓷基板411係由絕緣性高的AlN(氮化鋁)所構成。
電路層412，係由純度為99.99%以上的鋁(所謂的4N鋁)之壓延板所構成的第一金屬板422被接合於陶瓷基板411而被形成的。
金屬層413，係由純度為99.99%以上的鋁(所謂的4N鋁)之壓延板所構成的第二金屬板423被接合於陶瓷基板411而形成的。
散熱塊440，係供冷卻前述電源模組用基板410之用者。散熱塊440，具備：與電源模組用基板410接合之頂板部441，及以對向於此頂板部441的方式配置的底板部445，及中介裝設於此頂板部441與底板部445之間的波紋鰭片(corrugated-fin)446。藉由頂板部441與底板部445與波紋鰭片446，區隔出冷卻媒體流通的流路442。
此散熱器440，係頂板部441與波紋鰭片446、波紋鰭片446與底板部445分別被焊接而形成的。在本實施型態，如圖26所示，底板部445係以基材層445A、由比基材層445A融點更低的材料所構成的接合層445B被層積之層積鋁板所構成。又，在本實施型態，基材層445A係以A3003合金構成，接合層445B係以A4045合金構成。
接著，於散熱塊440之頂板部441與第二金屬板423(金屬層413)之接合界面，於第二金屬板423(金屬層413)及頂板部441固溶著Ag。
此外，於第一金屬板422(金屬層412)與陶瓷基板411之接合界面，及第一金屬板423(金屬層413)與陶瓷基板411之接合界面，固溶著Ag。
以下，說明前述的構成之附散熱塊電源模組用基板之製造方法。
(固接層形成步驟S401)
首先，如圖25所示，成為電路層412的第一金屬板422之一面上，藉由濺鍍固接Ag而形成第1Ag層424。此外，於成為金屬層413的第二金屬板423之一面上，藉由濺鍍固接Ag而形成第2Ag層425。進而，於第二金屬板423之另一面上，藉由濺鍍固接Ag而形成Ag層426。
此處，在本實施型態，第1Ag層424、第2Ag層425及Ag層426之Ag量被設定為0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下。
(層積步驟S402)
其次，將第一金屬板422層積於陶瓷基板411之一方之面側。將第二金屬板423層積於陶瓷基板411之另一方之面側。此時，如圖25所示，以使被形成第一金屬板422的第1Ag層424、第二金屬板423之第二Ag層425之面朝向陶瓷基板411的方式，層積第一金屬板422及第二金屬板423。
進而，於第二金屬板423之被形成Ag層426之面側，層積配置頂板部441。
(加熱步驟S403)
其次，在把第一金屬板422、陶瓷基板411、第二金屬板423、與頂板部441於層積方向上加壓(壓力1～35kgf/cm2)的狀態下裝入真空加熱爐內進行加熱。藉由使第1Ag層424之Ag朝向第一金屬板422擴散，於第一金屬板422與陶瓷基板411之界面形成第一融溶金屬區域427。此外，藉由使第2Ag層425之Ag朝向第二金屬板423擴散，於第二金屬板423與陶瓷基板411之界面形成第二融溶金屬區域428。進而，藉由使Ag層426之Ag朝向第二金屬板423及頂板部441擴散，於第二金屬板423與頂板部441之間，形成融溶金屬區域429。
此處，在本實施型態，真空加熱爐內的壓力被設定於10-6 Pa以上10-3 Pa以下，加熱溫度設定為600℃以上650℃以下。
(融溶金屬凝固步驟S404)
其次，在被形成第一融溶金屬區域427、第二融溶金屬區域428的狀態使溫度保持一定。第一融溶金屬區域427中之Ag朝向第一金屬板422擴散。第二融溶金屬區域428中之Ag朝向第二金屬板423擴散。原為第一融溶金屬區域427、第二融溶金屬區域428的部分之Ag濃度逐漸降低而融點上升，在把溫度保持為一定的狀態下進行凝固。藉此，陶瓷基板411與第一金屬板422及第二金屬板423被接合。
此外，在被形成融溶金屬區域429的狀態使溫度保持一定。融溶金屬區域429中之Ag，朝向第二金屬板423及頂板部441擴散。原為融溶金屬區域429的部分之Ag濃度逐漸降低而融點上升，在把溫度保持為一定的狀態下進行凝固。藉此，第二金屬板423與頂板部441被接合。
(鰭片層積步驟S405)
其次，如圖26所示，於頂板部441之另一方之面側，層積焊材箔447(例如Al-10% Si合金箔等低融點鋁合金箔)、波紋鰭片446、底板部445。此時，以底板部445之接合層445B朝向波紋鰭片446側的方式層積底板部445。此外，頂板部441與波紋鰭片446、底板部445與波紋鰭片446之間，例如中介著以KAlF4為主成分的熔劑(flux)(未圖示)。
(焊接步驟S406)
其次，在把頂板部441、波紋鰭片446、與底板部445於層積方向上加壓(壓力1～35kgf/cm2)的狀態下，裝入氛圍加熱爐內進行加熱。接著，頂板部441與波紋鰭片446之間，形成使焊材箔447融溶的融溶金屬層。此外，底板部445與波紋鰭片446之間，形成使接合層445B融溶的融溶金屬層。
此處，在本實施型態，氛圍加熱爐內，設為氮氣氛圍，加熱溫度為550℃以上630℃以下之範圍內。
藉由將此冷卻，使在頂板部441與波紋鰭片446之間形成的融溶金屬層凝固，而焊接頂板部441與波紋鰭片446。此外，使在底板部445與波紋鰭片446之間形成的融溶金屬層凝固，而焊接底板部445與波紋鰭片446。此時，於頂板部441、波紋鰭片446、底板部445之表面，被形成氧化覆膜，藉由前述熔劑(flux)除去這些氧化覆膜。
如此進行，製造本實施型態之附散熱塊電源模組用基板。
於如上述般地構成之本實施型態之附散熱塊電源模組用基板、附散熱塊電源模組用基板之製造方法，藉由在散熱塊440的頂板部441與第二金屬板423(金屬層413)之間使Ag固接，使此Ag朝向頂板部441及第二金屬板423擴散，而接合散熱塊440的頂板部441與電源模組用基板410，所以即使在比較低溫的條件，也可以確實接合散熱塊410的頂板部441與電源模組用基板410。
以下，參照圖1及圖27說明本發明之第6實施型態。
相關於第6實施型態的電源模組，除了於電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)固溶的添加元素不同以外，其餘與第1實施型態相同。因此，省略共通部分的說明，使用圖1及其符號來說明不同點。
於相關於第6實施型態之電源模組1，於圖1，於電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)，被固溶著由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素，合計濃度在0.01質量%以上5質量%以下的範圍內固溶。
於電路層12及金屬層13之接合界面30附近，被形成由接合界面30起隨著往層積方向離開添加元素的濃度逐漸降低之濃度傾斜層33。此處，在本實施型態，使用Ge作為添加元素，電路層12及金屬層13之接合界面30附近之Ge濃度被設定為0.01質量%以上5質量%以下。圖27顯示電路層12及金屬層13之添加元素(Ge)之濃度分布。
此外，於此接合界面30觀察到添加元素(Ge)濃縮了的添加元素高濃度部。
於此添加元素高濃度部，添加元素的濃度(Ge濃度)，為電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)中的添加元素的濃度(Ge濃度)的2倍以上。又，此添加元素高濃度部的厚度H為4nm以下。
進而，於添加元素高濃度部，氧濃度比陶瓷基板11中的氧濃度更高。
此處，添加元素的濃度(Ge濃度)，與第1實施型態之Ag濃度同樣地被定義，氧濃度也與第1實施型態的場合相同。
以能量分散型X線分析法(EDS)分析此接合界面30時之Al、添加元素(Ge)、O、N之質量比，為Al：添加元素(Ge)：O：N=50～90質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下之範圍內。又，根據EDS之分析條件與第1實施型態相同。
此電源模組用基板1，係藉由與第1實施型態同樣的方法來製造的。但是，在固接步驟，於金屬板22、23之分別的接合面，藉由濺鍍固接0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下之添加元素(Ge)。
於如以上所述的構成之本實施型態，Ge係使鋁的融點降低的元素，所以於比較低溫的條件，可以在金屬板22、23與陶瓷基板11之界面形成融溶金屬區域。
進而，陶瓷基板11與電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)，即使以比較低的溫度、比較短時間之接合條件進行接合，也可以堅固地接合陶瓷基板11與金屬板22、23。
此外，陶瓷基板11與電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之接合界面30，藉由Ge而固溶強化，可以防止電路層12(金屬板22)及金屬層13(金屬板23)之龜裂的發生。
此外，在本實施型態，於電路層12及金屬層13所構成的金屬板22、23與陶瓷基板11之接合界面30，形成添加元素(Ge)濃縮的添加元素高濃度部，所以可以謀求陶瓷基板11與金屬板22、23之接合強度的提高。此外，因使此添加元素高濃度部的厚度為4nm以下，所以抑制了由於負荷熱循環時的應力而在添加元素高濃度部產生龜裂。
進而，在本實施型態，接合界面30為Al：添加元素(Ge)：O：N=50～90質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下，所以於接合界面30，可以防止添加元素過剩地存在而阻礙接合。可以充分發揮根據添加元素原子(Ge原子)而提高接合強度的效果。此外，防止接合界面30存在著很厚的高氧濃度的部分，可以抑制於負荷了熱循環時之龜裂的產生。
此外，因為是在陶瓷基板11與金屬板22、23之界面形成融溶金屬區域的構成，沒有使用Al-Si系焊材箔之必要，可以低成本地，製造確實接合金屬板22、23與陶瓷基板11之電源模組用基板10。
此外，在本實施型態，使Ge量為0.01mg/cm2以上，所以在陶瓷基板11與金屬板22、23之界面，可以確實形成融溶金屬區域。
進而，使Ge量為10mg/cm2以下，所以可以防止添加元素(Ge)過剩地擴散往金屬板22、23而使得界面附近的金屬板22、23的強度過剩地變高。因而，對電源模組用基板10加以冷熱循環的負荷時，能夠以電路層12、金屬層13吸收熱應力，所以可防止陶瓷基板11的破裂等。
此外，沒有進行焊材箔的位置對準作業等的必要，可以效率佳地製造出此電源模組用基板10。
而且，於金屬板22、23之接合面形成固接層24、25，所以中介於金屬板22、23與陶瓷基板11之界面的氧化覆膜，變成僅存在於金屬板22、23的表面，所以可以提高初期接合的生產率。
其次，參照圖7及圖28說明本發明之第7實施型態。
相關於第7實施型態的電源模組，除了於電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)固溶的添加元素不同以外，其餘與第2實施型態相同。因此，省略共通部分的說明，使用圖7及其符號來說明不同點。
在相關於第7實施型態之電源模組101，於圖7，在電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)，被固溶著由Ag，Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素，合計濃度在0.01質量%以上5質量%以下的範圍內固溶。
詳言之，於電路層112及金屬層113之接合界面130附近，被形成由接合界面130起隨著往層積方向離開添加元素濃度逐漸降低之濃度傾斜層133。
此處，在本實施型態，使用Mg作為添加元素，電路層112及金屬層113之接合界面130附近之Mg濃度被設定為0.01質量%以上5質量%以下。圖28顯示電路層112及金屬層113之添加元素(Mg)之濃度分布。
此外，於接合界面130觀察到添加元素(Mg)濃縮了的添加元素高濃度部。於此添加元素高濃度部，添加元素的濃度(Mg濃度)，為電路層112(金屬板122)及金屬層113(金屬板123)中的添加元素的濃度(Mg濃度)的2倍以上。又，此添加元素高濃度部的厚度H為4nm以下。
此外，以能量分散型X線分析法(EDS)分析此接合界面130時之Al、添加元素(Mg)、O之質量比，為Al：添加元素(Mg)：O=50～90質量%：1～30質量%：45質量%以下之範圍內。又，根據EDS之分析條件與第2實施型態相同。
此電源模組用基板，係藉由與第2實施型態同樣的方法來製造的。但是，除了Ag糊塗佈步驟以外，於陶瓷基板111之一方之面及另一方之面，藉由蒸鍍固接0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下之添加元素(Mg)。此外，在加熱步驟之加熱溫度為600℃以上650℃以下。
於以上所述般地構成的本實施型態，藉由使被固接於陶瓷基板111之一方之面與另一方之面的Mg朝向金屬板122、123擴散而被接合的，所以即使在比較低的溫度，短時間的接合條件下接合，也可以堅固地接合陶瓷基板111與金屬板122、123。
此外，陶瓷基板111與電路層112及金屬層113之接合界面130，Mg進行固溶強化，可以防止電路層112及金屬層113之龜裂的發生。
此外，在本實施型態，被形成添加元素(Mg)濃縮了的添加元素高濃度部，所以可以藉由存在於界面附近的添加元素原子(Mg原子)，謀求陶瓷基板111與金屬板122、123之接合強度的提高。此外，因使此添加元素高濃度部的厚度為4nm以下，所以抑制了由於負荷熱循環時的應力而在添加元素高濃度部產生龜裂。
進而，在本實施型態，使接合界面130為Al：添加元素(Mg)：O=50～90質量%：1～30質量%：45質量%以下，所以於接合界面130，可以防止Al與添加元素(Mg)之反應物過剩地產生而阻礙接合。此外，可以充分發揮根據添加元素原子(Mg原子)而提高接合強度的效果。
其次，參照圖12及圖29說明本發明之第8實施型態。
相關於第8實施型態的電源模組，除了於電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)固溶的添加元素不同以外，其餘與第3實施型態相同。因此，省略共通部分的說明，使用圖12及其符號來說明不同點。
於相關於第8實施型態之電源模組201，於圖12，係在電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)，被固溶著由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素，合計濃度在0.01質量%以上5質量%以下的範圍內固溶。
詳言之，於電路層212及金屬層213之接合界面230附近，被形成由接合界面230起隨著往層積方向離開添加元素濃度逐漸降低之濃度傾斜層233。
此處，在本實施型態，使用Zn作為添加元素，電路層212及金屬層213之接合界面230附近之Zn濃度被設定為0.01質量%以上5質量%以下。圖29顯示電路層212及金屬層213之添加元素(Zn)之濃度分布。
此外，於接合界面230觀察到添加元素(Zn)濃縮了的添加元素高濃度部。於此添加元素高濃度部，添加元素濃度(Zn濃度)，為電路層212(金屬板222)及金屬層213(金屬板223)中的添加元素濃度(Zn濃度)的2倍以上。此添加元素高濃度部的厚度H為4nm以下。
此添加元素高濃度部之氧濃度，比陶瓷基板211中的氧濃度更高。
此處，添加元素的濃度(Zn濃度)，與第3實施型態之Ag濃度同樣地被定義，氧濃度也與第3實施型態的場合相同。
此外，以能量分散型X線分析法(EDS)分析此接合界面230時之Al、Si、添加元素(Zn)、O、N之質量比，為Al：Si：添加元素(Zn)：O：N=15～45質量%：15～45質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下。又，根據EDS之分析條件與第3實施型態相同。
此電源模組用基板210，係藉由與第3實施型態同樣的方法來製造的。但是，在本實施型態，除了Ag糊燒結步驟以外，於金屬板222、223之表面，藉由電鍍固接0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下之添加元素(Zn)(電鍍步驟)。此外，在加熱步驟之加熱溫度為600℃以上650℃以下。又，電鍍的厚度在1μm～5μm之範圍內。
此外，在散熱塊層積步驟，金屬層213與頂板部241之間中介著包含添加元素(Zn)的固接層。在本實施型態，固接層，係於金屬層213之另一方之面藉由施以濺鍍或電鍍而形成。
於以上所述般地構成的本實施型態之電源模組用基板210及電源模組201，藉由使被施加電鍍的添加元素(Zn)朝向金屬板222、223側擴散而被接合的，所以即使在比較低的溫度，短時間的接合條件下接合，也可以堅固地接合陶瓷基板211與金屬板222、223。
此外，在本實施型態，被形成添加元素(Zn)濃縮了的添加元素高濃度部，所以可以藉由存在於界面附近的添加元素原子(Zn原子)，謀求陶瓷基板211與金屬板222、223之接合強度的提高。此外，因使此添加元素高濃度部的厚度為4nm以下，所以抑制了由於負荷熱循環時的應力而在添加元素高濃度部產生龜裂。
進而，在本實施型態，接合界面230，為Al：Si：添加元素(Zn)：O：N=15～45質量%：15～45質量%：1～30質量%：1～10質量%：25質量%以下，所以於接合界面230，可以防止Al與添加元素(Zn)之反應物過剩地產生而阻礙接合，同時可以充分發揮根據添加元素原子(Zn原子)來提高接合強度的效果。此外，防止接合界面230存在著很厚的高氧濃度的部分，可以抑制於負荷了熱循環時之龜裂的產生。
此外，在本實施型態，使添加元素(Zn)藉由電鍍而固接於金屬板222、223，所以在陶瓷基板211與金屬板222、223之間可以確實使添加元素(Zn)中介。
其次，參照圖18及圖30說明本發明之第9實施型態。
相關於第9實施型態的電源模組，除了於電路層313(第二金屬板323)及散熱塊340固溶的添加元素不同以外，其餘與第4實施型態相同。因此，省略共通部分的說明，使用圖18及其符號來說明不同點。
於相關於第9實施型態之電源模組301，於圖18，在電路層313(第二金屬板323)及散熱塊340，被固溶著由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素，合計濃度在0.01質量%以上5質量%以下的範圍內固溶。
詳言之，於金屬層313與散熱塊340之接合界面330附近，被形成由接合界面330起隨著往層積方向離開添加元素濃度逐漸降低之濃度傾斜層333、334。
此處，在本實施型態，使用Ge作為添加元素，金屬層313與散熱塊340之接合界面330附近之Ge濃度被設定為0.01質量%以上5質量%以下。圖30顯示金屬層313及散熱塊340之添加元素(Ge)之濃度分布。
此構成之附散熱塊電源模組用基板，與第4實施型態同樣，係同時實施陶瓷基板311與金屬板322、323之接合，與金屬板323與散熱塊340之接合而被製造的。
於以上所述地構成之本實施型態，因Ge為使鋁的融點降低的元素，所以即使以比較低的溫度、比較短時間之接合條件進行接合，也可以堅固地接合散熱塊340與第二金屬板323。
此外，在本實施型態，於接合界面中介著Ge，所以可堅固地接合陶瓷基板311與第一金屬板322、陶瓷基板311與第二金屬板323。
進而，散熱塊340與第二金屬板323之接合，及陶瓷基板311與第一金屬板322及第二金屬板323之接合，不需要使用焊材箔，所以沒有必要進行焊材箔的位置對準作業等。因而，可以低成本效率佳地製造出本實施型態之附散熱塊電源模組用基板。
此外，在本實施型態，因為採用使陶瓷基板311與第一金屬板322及第二金屬板323之接合，及第二金屬板323與散熱塊340之接合同時進行之構成，所以於這些接合所花費的成本可以大幅削減。此外，不必要對陶瓷基板311進行反覆的加熱、冷卻，所以可以謀求此附散熱塊電源模組用基板之翹曲的減低，可以製造出高品質的附散熱塊電源模組用基板。
此外，於本實施型態之附散熱塊電源模組用基板，藉由添加元素之Ge固溶強化，所以可以防止第二金屬板323(金屬層313)及散熱塊340之龜裂的發生。因而，可以提供可信賴性高的附散熱塊電源模組用基板。
以上，說明了本發明之實施型態，但本發明並不以此為限，在不逸脫其發明之技術思想的範圍可以進行適當的變更。
例如，以構成電路層及金屬層的金屬板為純度99.99%之純鋁之壓延板來進行說明，但不限於此，亦可為純度99%以上之鋁(2N鋁)或鋁合金。
此外，作為添加元素，說明了使用Ag，Ge，Mg，Zn者，但不以此為限，亦可使用由Ag，Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素。
進而，說明了藉由濺鍍、糊之塗佈、電鍍而固接添加元素者，但不限於此，亦可藉由蒸鍍、CVD、冷噴塗、或者分散有粉末的油墨之塗佈而使前述添加元素固接。
此外，與Al一同使Ag，Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li固接亦可。特別是，作為添加元素，使用Mg，Ca，Li等氧化活性元素的場合，藉由使與Al同時固接，可以防止這些元素的氧化。
進而，說明了以鋁構成散熱塊者，但亦可以鋁合金，或者含有鋁的複合材料來構成。進而，說明了具有冷卻媒體的流路之散熱塊，但散熱塊的構造沒有特別限定，可以使用種種構成之散熱塊。
進而，如圖31所示，金屬層1013，採用層積複數金屬板1013A、1013B之構造亦可。在此場合，金屬層1013之中位於一方側(於圖31為上側)的金屬板1013A被接合於陶瓷基板1011，位於另一方側(於圖31為下側)的金屬板1011B被接合於散熱塊1040之頂板部1041。接著，藉由在位於另一方側的金屬板1013B與散熱塊1040之頂板部1041之間中介著由Ag，Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇之1種或2種以上之添加元素，使位於另一方側的金屬板1013B與散熱塊1040之頂板部1041被接合。此處，使被層積的金屬板1013A、1013B彼此中介著前述添加元素而接合構成金屬層1013亦可。又，在圖31，係層積2枚金屬板1013A、1013B者，但層積的枚數沒有限制。此外，層積的金屬板彼此的大小、形狀為不同的亦可，是被調整為相同大小、形狀者亦可。進而，這些金屬板的組成亦可為不同。
[實施例]
(實施例1)
以下說明供確認本發明的有效性而進行之比較實驗。
於厚度0.635mm之AlN所構成的陶瓷基板，接合厚度0.6mm之4N鋁所構成的電路層、與厚度0.6mm的4N鋁所構成的金屬層，而製作電源模組用基板。
此處，成為電路層及金屬層的鋁板(4N鋁)之接合面上，固接著Ag，Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素形成固接層，層積金屬板與陶瓷基板加壓加熱(溫度：650℃、壓力：4kgf/cm2、時間：30分鐘)，接合金屬板與陶瓷基板。
接著，製作出變更固接的添加元素之種種試驗片，以EPMA分析接合界面附近(由接合界面起算50μm的位置)之添加元素的濃度。此外，使用這些試驗片進行接合可信賴性之評估。作為接合可信賴性之評估，比較反覆2000次冷熱循環(-45℃～125℃)後的接合率。結果顯示於表1。又，接合率係以下列算式算出。此處，所謂初期接合面積，係指接合前之應該接合的面積。
接合率=(初期接合面積-剝離面積)/初期接合面積
在Ag之固接量為11mg/cm2之比較例1，接合界面附近之Ag濃度超過10質量%，反覆2000次冷熱循環(-45℃～125℃)後的接合率為67.7%。這推測是因為Ag之量很多而金屬板變得太硬，使得冷熱循環導致的熱應力負荷於接合界面的緣故。
此外，在Ag之固接量為0.009mg/cm2之比較例2，接合界面附近之Ag濃度不滿0.05質量%，反覆2000次冷熱循環(-45℃～125℃)後的接合率為60.1%。這被判斷為是中介於界面的Ag量很少，於金屬板與陶瓷基板之界面無法充分形成融溶金屬區域的緣故。
相對於此，於本發明之例1～36，在接合界面附近之Ag濃度或者Ag，Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素之濃度的合計為0.05質量%以上10質量%以下，反覆2000次冷熱循環(-45℃～125℃)後的接合率全為70%以上。藉由各種添加元素的擴散，於金屬板與陶瓷基板之界面可以確實形成融溶金屬區域，判斷為可以堅固地接合金屬板與陶瓷基板。
(實施例2)
以下說明供確認本發明的有效性而進行之比較實驗。
於厚度0.635mm之AlN所構成的陶瓷基板，接合厚度0.6mm之4N鋁所構成的電路層、與厚度0.6mm的4N鋁所構成的金屬層，而製作電源模組用基板。
此處，成為電路層及金屬層的鋁板(4N鋁)之接合面上，固接著Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素形成固接層，層積金屬板與陶瓷基板加壓加熱(溫度：650℃、壓力：4kgf/cm2、時間：30分鐘)，接合金屬板與陶瓷基板。
接著，製作出變更固接的添加元素之種種試驗片，以EPMA分析接合界面附近(由接合界面起算50μm的位置)之添加元素的濃度。此外，使用這些試驗片進行接合可信賴性之評估。作為接合可信賴性之評估，比較反覆2000次冷熱循環(-45℃～125℃)後的接合率。結果顯示於表2、表3。又，接合率係以下列算式算出。此處，所謂初期接合面積，係指接合前之應該接合的面積。
接合率=(初期接合面積一剝離面積)/初期接合面積
在固接層的Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之添加元素之固接量合計為10.35mg/cm2之比較例11，反覆2000次冷熱循環(-45℃～125℃)後的接合率為65.9%。這推測是因為添加元素之量很多而金屬板變得太硬，使得冷熱循環導致的熱應力負荷於接合界面的緣故。
在固接層的添加元素之固接量為0.009mg/cm2之比較例12，反覆2000次冷熱循環(-45℃～125℃)後的接合率為59.8%。這被判斷為是中介於界面的添加元素量很少，於金屬板與陶瓷基板之界面無法充分形成融溶金屬區域的緣故。
相對於此，本發明例41～83，在反覆2000次冷熱循環(-45℃～125℃)後的接合率全部在70%以上。藉由各種添加元素的擴散，於金屬板與陶瓷基板之界面可以確實形成融溶金屬區域，判斷為可以堅固地接合金屬板與陶瓷基板。
[產業上利用可能性]
根據本發明，藉由固溶強化金屬板之接合界面側部分，可以防止在金屬板部分之破損，可以提高接合可信賴性。
1、101、201、301、401、1001．．．電源模組
3．．．半導體晶片(電子零件)
10、110、210、310、410、1010．．．電源模組用基板
11、111、211、311、411、1011．．．陶瓷基板
12、112、212、312、412、1012．．．電路層
13、113、213、313、413、1013．．．金屬層
22、122、222、322、422．．．金屬板(第一金屬板)
23、123、223、323、423．．．金屬板(第二金屬板)
圖1係使用本發明之第1實施型態之電源模組用基板之電源模組的概略說明圖。
圖2係顯示本發明之第1實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層之Ag濃度分布及Ge濃度分布之說明圖。
圖3係顯示本發明之第1實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層(金屬板)與陶瓷基板之接合界面之TEM觀察圖。
圖4係顯示本發明之第1實施型態之電源模組用基板之製造方法之流程圖。
圖5係顯示本發明之第1實施型態之電源模組用基板之製造方法之說明圖。
圖6係顯示圖5之金屬板與陶瓷基板之接合界面附近之說明圖。
圖7係使用本發明之第2實施型態之電源模組用基板之電源模組的概略說明圖。
圖8係顯示本發明之第2實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層之Ag濃度分布之說明圖。
圖9係顯示本發明之第2實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層(金屬板)與陶瓷基板之接合界面之模式圖。
圖10係顯示本發明之第2實施型態之電源模組用基板之製造方法之流程圖。
圖11係顯示本發明之第2實施型態之電源模組用基板之製造方法之說明圖。
圖12係使用本發明之第3實施型態之電源模組用基板之電源模組的概略說明圖。
圖13係顯示本發明之第3實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層之Ag濃度分布之說明圖。
圖14係顯示本發明之第3實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層(金屬板)與陶瓷基板之接合界面之模式圖。
圖15係顯示本發明之第3實施型態之電源模組用基板之製造方法之流程圖。
圖16係顯示本發明之第3實施型態之電源模組用基板之製造方法之說明圖。
圖17係顯示本發明之第3實施型態之具備電源模組用基板之附散熱塊電源模組用基板之製造方法之說明圖。
圖18係使用本發明之第4實施型態之附散熱塊之電源模組用基板之電源模組的概略說明圖。
圖19係顯示本發明之第4實施型態之附散熱塊之電源模組用基板之金屬層及散熱塊之Ag濃度分布之說明圖。
圖20係本發明之第4實施型態之附散熱塊之電源模組用基板之製造方法之流程圖。
圖21係顯示本發明之第4實施型態之附散熱塊之電源模組用基板之製造方法之說明圖。
圖22係顯示圖21之第二金屬板(金屬層)與散熱塊之接合界面附近之說明圖。
圖23係使用本發明之第5實施型態之附散熱塊之電源模組用基板之電源模組的概略說明圖。
圖24係本發明之第5實施型態之附散熱塊之電源模組用基板之製造方法之流程圖。
圖25係顯示本發明之第5實施型態之附散熱塊之電源模組用基板之製造方法之說明圖。
圖26係顯示本發明之第5實施型態之附散熱塊之電源模組用基板之製造方法之說明圖。
圖27係顯示本發明之第6實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層之添加元素(Ge)的濃度分布之說明圖。
圖28係顯示本發明之第7實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層之添加元素(Mg)的濃度分布之說明圖。
圖29係顯示本發明之第8實施型態之電源模組用基板之電路層及金屬層之添加元素(Zn)的濃度分布之說明圖。
圖30係顯示本發明之第9實施型態之附散熱塊電源模組用基板之金屬層及散熱塊之添加元素(Ge)的濃度分布之說明圖。
圖31係使用本發明之其他實施型態之附散熱塊電源模組用基板之電源模組的概略說明圖。
11．．．陶瓷基板
12．．．電路層
13．．．金屬層
22．．．金屬板(第一金屬板)
23．．．金屬板(第二金屬板)
30．．．接合界面
33．．．濃度傾斜層

Claims (16)

  1. 一種電源模組用基板，係具備陶瓷基板、及被層積於此陶瓷基板的表面而被接合的鋁或鋁合金所構成的金屬板之電源模組用基板，其特徵為：於前述金屬板，被固溶著由Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇之1種或2種以上之添加元素，前述金屬板與前述陶瓷基板之界面起到前述金屬板側50μm為止的區域的Ag濃度為0.05質量百分比(質量%)以上10質量%以下，或者，前述金屬板與前述陶瓷基板之界面起到前述金屬板側50μm為止的區域的Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.01質量%以上5質量%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之電源模組用基板，其中於前述金屬板，除了Ag以外還被固溶由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之元素，前述金屬板與前述陶瓷基板之界面起到前述金屬板側50μm為止的區域的Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為10質量%以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電源模組用基板，其中前述陶瓷基板係以AlN或Si3N4構成，前述金屬板與前述陶瓷基板之接合界面，被形成氧濃度為前述陶瓷基板的結晶粒內的氧濃度的2倍以上之高氧濃度部，前述高氧濃度部的厚度為4nm以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之電源模組用基板，其中 於前述金屬板與前述陶瓷基板之接合界面，被形成前述添加元素的濃度為前述金屬板中的前述添加元素的濃度的2倍以上之添加元素高濃度部。
  5. 如申請專利範圍第4項之電源模組用基板，其中前述陶瓷基板以AlN構成，以能量分散型X線分析法分析包含前述添加元素高濃度部的前述接合界面之Al、前述添加元素、O、N之質量比，為Al：添加元素：O：N=50~90質量%：1~30質量%：1~10質量%：25質量%以下。
  6. 如申請專利範圍第4項之電源模組用基板，其中前述陶瓷基板以Si3N4構成，以能量分散型X線分析法分析包含前述添加元素高濃度部的前述接合界面之Al、Si、前述添加元素、O、N之質量比，為Al：Si：添加元素：O：N=15~45質量%：15~45質量%：1~30質量%：1~10質量%：25質量%以下。
  7. 如申請專利範圍第4項之電源模組用基板，其中前述陶瓷基板以Al2O3構成，以能量分散型X線分析法分析包含前述添加元素高濃度部的前述接合界面之Al、前述添加元素、O之質量比，為Al：添加元素：O=50~90質量%：1~30質量%：45質量%以下。
  8. 一種附散熱塊之電源模組用基板，係具備申請專利範圍第1至7項之任一項之電源模組用基板、及冷卻此電源模組用基板的散熱塊之附散熱塊之電源模組用基板，其特 徵為具有：前述陶瓷基板、被接合於此陶瓷基板的一方的表面之鋁或鋁合金所構成的第一金屬板、被接合於前述陶瓷基板之另一方表面的鋁或鋁合金所構成的第二金屬板、以及被接合於前述第二金屬板之中與跟前述陶瓷基板之接合面相反側的面的散熱塊；於前述第二金屬板及前述散熱塊，被固溶著由Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇之1種或2種以上之添加元素，前述第二金屬板與前述散熱塊之界面起到前述第二金屬板側50μm為止的區域的Ag濃度為0.05質量%以上10質量%以下，或者，前述第二金屬板與前述散熱塊之界面起到前述第二金屬板側50μm為止的區域的Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為0.01質量%以上5質量%以下。
  9. 如申請專利範圍第8項之附散熱塊之電源模組用基板，其中於前述第二金屬板及前述散熱塊，除了Ag以外還被固溶由Zn，Ge，Mg，Ca，Ga及Li所選擇的1種或2種以上之元素，前述第二金屬板與前述散熱塊之界面起到前述第二金屬板側50μm為止的區域的Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li的濃度合計為10質量%以下。
  10. 一種電源模組，其特徵係具備：申請專利範圍第1至9項之任一項所記載之電源模組用基板，及被搭載於前述電源模組用基板上的電子零件。
  11. 一種電源模組用基板之製造方法，係具備陶瓷基板及被層積而接合於此陶瓷基板的表面的鋁或鋁合金所構成的金屬板之電源模組用基板之製造方法，其特徵為具有：於前述陶瓷基板之接合面及前述金屬板之接合面之至少一方，固接由Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇之1種或2種以上之添加元素，形成含有此添加元素的固接層之固接步驟、在前述陶瓷基板與前述金屬板之界面，使前述添加元素中介在0.01mg/cm2以上10mg/cm2以下之範圍內，中介著前述固接層而層積前述陶瓷基板與前述金屬板的層積步驟、於層積方向上加壓同時加熱被層積的前述陶瓷基板與前述金屬板，藉由使前述添加元素朝向前述金屬板擴散，於前述陶瓷基板與前述金屬板之界面形成融溶金屬區域的加熱步驟、以及藉由使此融溶金屬區域凝固，接合前述陶瓷基板與前述金屬板的凝固步驟。
  12. 如申請專利範圍第11項之電源模組用基板之製造方法，其中在前述固接步驟，使Al與前述添加元素一起固接，形成含有前述添加元素及前述Al的固接層。
  13. 如申請專利範圍第11或12項之電源模組用基板之製造方法，其中 前述固接步驟，藉由將Ag糊塗佈於前述陶瓷基板之接合面及前述金屬板之接合面之中至少一方而形成前述固接層。
  14. 如申請專利範圍第11項之電源模組用基板之製造方法，其中前述金屬板係被接合於前述陶瓷基板的一方的表面之第一金屬板、於前述陶瓷基板的另一方的表面，被接合著鋁或鋁合金所構成的第二金屬板，於前述第二金屬板之中與前述陶瓷基板之接合面相反側的面，被接合著散熱塊，具有：接合前述陶瓷基板與前述第一金屬板，及前述陶瓷基板與前述第二金屬板的陶瓷基板接合步驟，及於前述第二金屬板之一面接合前述散熱塊之散熱塊接合步驟；前述散熱塊接合步驟，具有於前述第二金屬板的接合面及前述散熱塊的接合面之中至少一方，固接Ag、Zn、Ge、Mg、Ca、Ga及Li所選擇之1種或2種以上之添加元素而形成添加元素層之添加元素層形成步驟、中介著前述添加元素層層積前述第二金屬板與前述散熱塊之散熱塊層積步驟、使被層積的前述第二金屬板與前述散熱塊在層積方向加壓同時加熱，於前述第二金屬板與前述散熱塊之界面形成融溶金屬區域的散熱塊加熱步驟、以及 藉由使此融溶金屬區域凝固，接合前述第二金屬板與前述散熱塊之融溶金屬凝固步驟；於前述散熱塊加熱步驟，藉由使前述添加元素層之添加元素朝向前述第二金屬板及前述散熱塊擴散，於前述第二金屬板與前述散熱塊之界面，形成前述融溶金屬區域。
  15. 如申請專利範圍第14項之電源模組用基板之製造方法，其中前述陶瓷基板接合步驟，與前述散熱塊接合步驟係同時進行的。
  16. 如申請專利範圍第14或15項之電源模組用基板之製造方法，其中在前述添加元素層形成步驟，使Al與前述添加元素一起固接，形成含有前述添加元素及前述Al的固接層。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5571646B2 (ja) * 2011-11-16 2014-08-13 日機装株式会社 半導体パッケージ用基板及びその製造方法
US9044822B2 (en) * 2012-04-17 2015-06-02 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Transient liquid phase bonding process for double sided power modules
US8753953B1 (en) * 2013-03-15 2014-06-17 International Business Machines Corporation Self aligned capacitor fabrication
JP6214273B2 (ja) * 2013-08-08 2017-10-18 三菱電機株式会社 金属ナノ粒子を用いた接合構造および金属ナノ粒子を用いた接合方法
US9969654B2 (en) 2014-01-24 2018-05-15 United Technologies Corporation Method of bonding a metallic component to a non-metallic component using a compliant material
CN106415822B (zh) * 2014-05-27 2021-04-06 电化株式会社 半导体封装体及其制造方法
JP6332108B2 (ja) * 2015-03-30 2018-05-30 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
DE102015114088B4 (de) * 2015-08-25 2022-02-03 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements
JP6656657B2 (ja) * 2015-11-06 2020-03-04 三菱マテリアル株式会社 セラミックス／アルミニウム接合体、パワーモジュール用基板、及び、パワーモジュール
JP6463505B2 (ja) * 2015-11-25 2019-02-06 三菱電機株式会社 半導体装置、インバータ装置及び自動車
CN107369741A (zh) * 2017-07-13 2017-11-21 东莞市凯昶德电子科技股份有限公司 带一体式金属围坝的led支架模组及其制备方法
JP7043794B2 (ja) * 2017-11-06 2022-03-30 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板およびヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
JP7180201B2 (ja) * 2018-08-21 2022-11-30 富士通株式会社 接合構造体及び接合構造体の製造方法
US11222878B2 (en) 2019-04-30 2022-01-11 Ab Mikroelektronik Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung Electronic power module
US20220051965A1 (en) * 2019-06-26 2022-02-17 Mitsubishi Materials Corporation Copper/ceramic joined body, insulation circuit board, copper/ceramic joined body production method, and insulation circuit board manufacturing method
EP3792962A1 (en) * 2019-09-12 2021-03-17 Infineon Technologies AG Method for monitoring a process of forming a sinterable connection layer by photometric measurements
JP7363613B2 (ja) * 2020-03-13 2023-10-18 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク一体型絶縁回路基板

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1065075A (ja) * 1996-08-22 1998-03-06 Mitsubishi Materials Corp ヒートシンク付セラミック回路基板

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63144175A (ja) * 1986-12-03 1988-06-16 新明和工業株式会社 セラミツクスと金属との接合構造
JPS63220987A (ja) 1987-03-06 1988-09-14 Natl Res Inst For Metals アルミニウム及びアルミナセラミツクスの拡散接合法
JPH03234045A (ja) 1990-02-09 1991-10-18 Toshiba Corp 窒化アルミニウム基板およびこれを用いた半導体モジュール
JPH0786444A (ja) 1993-06-28 1995-03-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体用複合放熱基板の製造方法
JP3221180B2 (ja) 1993-10-01 2001-10-22 三菱マテリアル株式会社 セラミックス−金属接合体及びその製造方法
JPH07122581A (ja) 1993-10-26 1995-05-12 Hitachi Ltd 半田接合法及び装置
JPH08255973A (ja) 1995-03-17 1996-10-01 Toshiba Corp セラミックス回路基板
JP3364402B2 (ja) * 1996-01-26 2003-01-08 日本特殊陶業株式会社 Ａｌ金属接合体
JP3152344B2 (ja) * 1996-08-22 2001-04-03 三菱マテリアル株式会社 セラミック回路基板
JP3308883B2 (ja) 1997-11-21 2002-07-29 電気化学工業株式会社 基 板
JP3449683B2 (ja) * 1997-12-01 2003-09-22 電気化学工業株式会社 セラミックス回路基板とその製造方法
JP2001010874A (ja) 1999-03-27 2001-01-16 Nippon Hybrid Technologies Kk 無機材料とアルミニウムを含む金属との複合材料の製造方法とその関連する製品
JP3690944B2 (ja) * 1999-08-16 2005-08-31 電気化学工業株式会社 セラミックス回路基板
JP4134537B2 (ja) 2000-08-09 2008-08-20 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール及びヒートシンク付パワーモジュール
JP2003078086A (ja) 2001-09-04 2003-03-14 Kubota Corp 半導体素子モジュール基板の積層構造
US20060162849A1 (en) * 2003-06-13 2006-07-27 Joo-Hwan Han Method of joining ceramics: reaction diffusion-bonding
JP4918856B2 (ja) * 2004-04-05 2012-04-18 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板及びパワーモジュール
JP2006240955A (ja) * 2005-03-07 2006-09-14 Denki Kagaku Kogyo Kk セラミック基板、セラミック回路基板及びそれを用いた電力制御部品。
JP5125241B2 (ja) * 2007-06-12 2013-01-23 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板の製造方法
JP4747315B2 (ja) 2007-11-19 2011-08-17 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板及びパワーモジュール
EP2743978B1 (en) * 2011-08-12 2018-05-02 Mitsubishi Materials Corporation Substrate for power module, substrate for power module with heat sink, power module, and method for manufacturing substrate for power module
JP5548722B2 (ja) * 2012-03-30 2014-07-16 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板、及び、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1065075A (ja) * 1996-08-22 1998-03-06 Mitsubishi Materials Corp ヒートシンク付セラミック回路基板

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Publication number Publication date
EP2492958A4 (en) 2018-01-03
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US9414512B2 (en) 2016-08-09
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