TWI688630B - 接合體之製造方法、多層接合體之製造方法、功率模組用基板之製造方法、附散熱片之功率模組用基板之製造方法及積層體之製造裝置 - Google Patents

接合體之製造方法、多層接合體之製造方法、功率模組用基板之製造方法、附散熱片之功率模組用基板之製造方法及積層體之製造裝置 Download PDF

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大井宗太郎
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日商三菱綜合材料股份有限公司
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Abstract

提供在將金屬板彼此及金屬板與陶瓷板相接合時，防止各構件的接合面彼此位置偏移，可有效率地製造該等接合體的接合體之製造方法，及將其應用在功率模組用基板之功率模組用基板之製造方法。

具有：積層工程，其係在銅電路板(第1構件)(30)或陶瓷基板(第2構件)(20)之任一方，塗佈以飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材(40)，透過經熔融的暫時固定材(40)，將銅電路板(30)及陶瓷基板(20)積層而對位，藉由將暫時固定材(40)冷卻，形成將經積層的銅電路板(30)及陶瓷基板(20)暫時固定的積層體(80)；及接合工程，其係將積層體(80)以積層方向加壓來進行加熱，藉此形成將銅電路板(30)及陶瓷基板(20)相接合的接合體。

Description

接合體之製造方法、多層接合體之製造方法、功率模組用基板之製造方法、附散熱片之功率模組用基板之製造方法及積層體之製造裝置
本發明係關於由被使用在用以製造控制大電流、高電壓的半導體裝置用之功率模組用基板的複數構件所成之積層體之製造方法、功率模組用基板之製造方法及積層體之製造裝置。
本案係根據於日本2014年7月2日申請之特願2014-136646號、2014年11月20日申請之特願2014-235949號、及2015年6月30日申請之特願2015-130973號，主張優先權，且在此沿用其內容。
以往已知在陶瓷基板的其中一面以積層狀態接合電路板，並且在另一面以積層狀態接合放熱板者，作為功率模組用基板。該功率模組用基板係在電路板之上焊接半導體晶片(功率元件)等電子零件，藉由在放熱板接合散熱片，被供作為功率模組。
在如上所示之功率模組用基板中，以將成為 電路板或放熱板的金屬板以積層狀態接合在陶瓷基板的方法而言，有例如專利文獻1或2所記載的技術。
在專利文獻1中係揭示具備有：絕緣層、及形成在該絕緣層之其中一面的電路層的功率模組用基板之製造方法。在該功率模組用基板之製造方法中，具備有：在絕緣層的其中一面配設鋁層之後，在該鋁層積層銅層而形成電路層的電路層形成工程，將鋁層及銅層，在負荷荷重的狀態下進行加熱保持，藉此進行固相擴散接合。
在專利文獻2中，在金屬平板的單面，透過樹脂塗覆層(含有辛二醇作為有機物樹脂)黏貼硬焊材箔，將疊合該等金屬平板及硬焊材箔者衝孔成型為電路層的外形，將黏貼在電路層的硬焊材箔疊合在陶瓷平板，藉此透過硬焊材箔，將電路層及陶瓷平板進行積層而接合。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2013-229545號公報
專利文獻2：日本特開2010-10561號公報
在專利文獻1所記載之功率模組用基板之製造方法中，係在絕緣層接合鋁層之後積層銅層，但是若僅將鋁層及銅層直接積層，當對加壓治具進行組入或加壓 時，該等金屬彼此會朝橫向滑動，容易發生位置偏移(橫向偏移)。此外，如專利文獻2所記載之方法所示，若使用辛二醇，辛二醇在常溫下為液體，因此無法充分確保密接性而有發生橫向偏移之虞。此外，構件間的橫向偏移的問題係亦會發生在將功率模組用基板及散熱片積層時(金屬彼此的積層)、或陶瓷基板等絕緣層與金屬積層時。
接著，因該構件間發生的橫向偏移所致之積層位置精度的惡化係會造成放熱性能降低(熱阻增加)，因此期望一種防止位置偏移的技術。
本發明係鑑於如上所示之情形而完成者，目的在提供在將金屬板彼此及金屬板與陶瓷板相接合時，防止各構件的接合面彼此位置偏移，可有效率地製造該等接合體的接合體之製造方法，並且將其應用在功率模組用基板之功率模組用基板之製造方法。
本發明係一種接合體之製造方法，其具有：積層工程，其係在由金屬板所成之第1構件、及包含1個以上的金屬板或陶瓷板的第2構件的任一者，塗佈以飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材，在使前述暫時固定材熔融的狀態下，透過前述暫時固定材，將前述第1構件及前述第2構件積層而對位，藉由將前述暫時固定材冷卻，形成將經積層的前述第1構件及前述第2構件暫時固定的積層體；及接合工程，其係將前述積層體以積層方向加壓來進 行加熱，藉此形成將前述第1構件及前述第2構件相接合的接合體。
在該製造方法中，藉由以飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材，將第1構件及第2構件暫時固定，因此即使在之後的接合工程，亦不會有第1構件及第2構件發生偏移的情形而被保持在被定位的狀態。因此，使之後的處理較為容易，生產性提升，並且可將各構件在正確定位的狀態進行接合。
使用在常溫下為固體的飽和脂肪酸的暫時固定材係藉由加熱而熔融而液化。因此，在第1構件及第2構件積層後，藉由冷卻至常溫，使暫時固定材固化，可輕易接著第1構件及第2構件。此外，在接合工程，飽和脂肪酸係以比接合溫度為十分低的溫度被快速分解，因此亦不會有對第1構件及第2構件的接合面造成影響的情形。
此外，飽和脂肪酸係在經液化的熔融狀態下為流動性高，藉由使第1構件及第2構件相疊合，可在該等之間快速濕潤擴展，在密接的狀態下維持良好的接合性。
因此，當將藉由金屬板彼此及金屬板與陶瓷板等所構成的第1構件及第2構件接合時，可防止各構件的接合面彼此的位置偏移，且可有效率地製造該等接合體。
在本發明之接合體之製造方法中，若前述暫時固定材的前述飽和脂肪酸係碳數為10以上、30以下即 可。
若未達碳數10，由於在常溫下成為液體，因此處理性差，若超出30，熔點會變高，因此對第1構件或第2構件的塗佈作業性會變差。碳數為10以上、30以下的飽和脂肪酸係熔點為32℃~94℃左右，為在常溫下呈固化的狀態，但是可以相對較低的加熱溫度使其液化，因此處理性優異。
以碳數被設為10以上、30以下的飽和脂肪酸而言，列舉例如碳數10的癸酸、碳數12的十二酸、碳數14的十四酸、碳數16的十六酸、碳數18的十八酸、碳數30的三十酸等。其中，該等飽和脂肪酸具有廉價且亦容易取得的優點。
在本發明之接合體之製造方法中，若在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面形成有接合材層，在前述積層工程中透過前述接合材層及前述暫時固定材將前述第1構件及前述第2構件進行積層即可。
適用前述接合體之製造方法之本發明之多層接合體之製造方法係在前述接合工程前，具有在藉由前述積層工程所形成的前述積層體暫時固定由金屬板所成之第3構件的第2積層工程，在前述第2積層工程中，在前述積層體或前述第3構件的任一者，塗佈以比前述暫時固定材為更低熔點的飽和脂肪酸為主成分的第2暫時固定材，在將前述積層體及前述第3構件積層時，以比前述暫時固定材的熔融溫度為更低的溫度使前述第2暫時固定材熔 融，將前述積層體及前述第3構件對位而積層之後，將前述第2暫時固定材冷卻，藉此形成將前述積層體及前述第3構件暫時固定的第2積層體，在前述接合工程中，將前述第2積層體以其積層方向加壓來進行加熱，藉此形成對將前述第1構件及前述第2構件相接合的前述接合體，另外接合有前述第3構件的多層接合體。
在本發明之多層接合體之製造方法中，亦若前述暫時固定材的飽和脂肪酸係碳數為10以上、30以下即可。此外，亦可在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面形成有接合材層，在前述積層工程中透過前述接合材層及前述暫時固定材將前述第1構件及前述第2構件進行積層。此外，亦可在前述第2積層體或前述第3構件的任一者的表面形成有第2接合材層，在前述第2積層工程中透過前述第2暫時固定材及前述第2接合材層將前述積層體及前述第3構件進行積層。
本發明之附散熱片之功率模組用基板之製造方法係適用前述多層接合體之製造方法之附散熱片之功率模組用基板之製造方法，其係將前述第1構件形成為由銅或鋁所成之電路板，將前述第2構件形成為在陶瓷板的兩面積層鋁金屬層而成的陶瓷基板，將前述第3構件形成為由銅或鋁所成之散熱片，在前述接合工程中，將前述第1構件及其中一方之前述第2構件的前述鋁金屬層的其中一方相接合，並且將前述第2構件的前述鋁金屬層的另一方及前述第3構件相接合，形成為前述多層接合體而形成附 散熱片之功率模組用基板。
本發明之功率模組用基板之製造方法係適用前述接合體之製造方法之功率模組用基板之製造方法，其係將前述第1構件形成為銅電路板，將前述第2構件形成為在陶瓷板的兩面積層鋁金屬層而成的陶瓷基板，在前述接合工程中將前述第2構件的前述鋁金屬層的其中一方與前述第1構件相接合，形為前述接合體而形成功率模組用基板。
本發明之附散熱片之功率模組用基板之製造方法係適用前述接合體之製造方法之附散熱片之功率模組用基板之製造方法，其係將前述第1構件形成為由銅或鋁所成之散熱片，將前述第2構件形成為在陶瓷板的兩面積層金屬層而成之功率模組用基板，在前述接合工程中將前述第2構件的前述金屬層的其中一方及前述第1構件相接合，形成為前述接合體而形成附散熱片之功率模組用基板。
在該附散熱片之功率模組用基板之製造方法中，亦可在前述積層工程之前，將前述接合材層，藉由接合材層用暫時固定材暫時固定在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面，在前述積層工程中，前述暫時固定材係塗佈在未形成有前述接合材層的前述第1構件或前述第2構件的任一者。
本發明之積層體之製造裝置係將由金屬板所成之第1構件、及包含至少1個金屬板或陶瓷板的第2構 件，藉由形成在該等第1構件及第2構件之任一方之上之以飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材，暫時固定成將前述第1構件及前述第2構件相疊合的狀態之積層體之製造裝置，其係具備有：前述第1構件或前述第2構件之中將形成有前述暫時固定材的其中一方搬送至另一方之上，將前述第1構件及前述第2構件進行積層的積層手段；及將前述第1構件及前述第2構件進行積層時的前述暫時固定材熔融的加熱手段。
使用在常溫下為固體的飽和脂肪酸的暫時固定材係藉由加熱而熔融，因此必須在將第1構件及第2構件進行積層時形成為加熱狀態。因此，藉由設置當將第1構件及第2構件積層時，將暫時固定材加熱的加熱手段，可有效率地固定第1構件及第2構件。
此外，本發明之積層體之製造裝置係將由金屬板所成之第1構件、及包含至少1個金屬板或陶瓷板的第2構件，藉由形成在該等第1構件及第2構件之任一方之上之以飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材，暫時固定成將前述第1構件及前述第2構件相疊合的狀態之積層體之製造裝置，其係具備有：前述第1構件或前述第2構件之中在形成有前述暫時固定材的其中一方之上搬送另一方，將前述第1構件及前述第2構件進行積層的積層手段；及將前述第1構件及前述第2構件進行積層時將前述暫時固定材熔融的加熱手段。
作為暫時固定材之主成分的飽和脂肪酸係在 經液化的熔融狀態下為流動性高，因此在搬送形成有暫時固定材的其中一方的板時，為防止熔融狀態的暫時固定材附著在接著部位以外的不需要的位置，至將兩構件積層瞬前為止，暫時固定材係以形成為經固化的狀態為宜。因此，在本發明之接合體之製造裝置中，並非為形成有暫時固定材的其中一方的板，而是藉由搬送另一方的板，可將形成有暫時固定材的其中一方的板形成為靜止狀態，因此可防止暫時固定材附著在不需要的位置。因此，可有效率地固接第1構件及第2構件。
在本發明之積層體之製造裝置中，若具備有在前述第1構件及前述第2構件積層後將前述暫時固定材冷卻的冷卻手段即可。
使熔融狀態的暫時固定材藉由自然冷卻而固化，藉此可將第1構件及第2構件形成為接著狀態，但是藉由冷卻手段積極冷卻，藉此可即時確定將第1構件及第2構件進行對位後的狀態。
藉由本發明，當將金屬板彼此及金屬板與陶瓷板相接合時，可防止各構件的接合面彼此位置偏移，因此可有效率地製造該等接合體。
10、11‧‧‧功率模組用基板(接合體)
12、13‧‧‧附散熱片之功率模組用基板(接合體)
14‧‧‧附散熱片之功率模組用基板(多層接合體)
20、75‧‧‧陶瓷基板(第2構件)
21、36、46、71‧‧‧陶瓷板
22、23、37、38、47、48、72、73‧‧‧鋁金屬層
25‧‧‧陶瓷板(第2構件)
30、70‧‧‧銅電路板(第1構件)
30a‧‧‧附著面
32‧‧‧鋁金屬層(第1構件)
33、55‧‧‧接合材層
35、45‧‧‧功率模組用基板(第2構件)
40、41、42、43、81‧‧‧暫時固定材
44‧‧‧接合材層用暫時固定材
50‧‧‧散熱片
51、52‧‧‧散熱片(第1構件)
53‧‧‧散熱片(第3構件)
60‧‧‧電子零件
76、80、83、84、85‧‧‧積層體
77‧‧‧第2積層體
82‧‧‧第2暫時固定材
90‧‧‧製造裝置
91‧‧‧基台
92‧‧‧導銷
95‧‧‧積層手段
96‧‧‧加熱手段(橡膠加熱器)
97‧‧‧測溫手段
98‧‧‧冷卻手段
圖1係在本發明之第1實施形態中所製造的功率模組用基板的剖面圖。
圖2係以模式顯示圖1之功率模組用基板之製造工程的剖面圖。
圖3係說明本發明之積層體之製造裝置的模式圖。
圖4係說明本發明之第2實施形態之製造方法的模式圖。
圖5係說明本發明之第3實施形態之製造方法的模式圖。
圖6係說明本發明之第4實施形態之製造方法的模式圖。
圖7係說明本發明之第5實施形態之製造方法的模式圖。
以下說明本發明之實施形態。
圖1係顯示在本發明之第1實施形態中所製造的功率模組用基板10。
該功率模組用基板(本發明之接合體)10係具備有：銅電路板(本發明之第1構件)30、及在陶瓷板21的兩面積層鋁金屬層22、23的陶瓷基板(本發明之第2構件)20，陶瓷基板20的其中一方的鋁金屬層22與銅電路板30相接合。此時，陶瓷基板20的陶瓷板21、鋁金屬層22、23及銅電路板30o係形成為矩形平面狀。
在功率模組用基板10係在銅電路板30的表面焊接半導體晶片等電子零件60，在被配置在與銅電路板30為相反側的鋁金屬層23接合散熱片50，而成為功率模組。
陶瓷板21係以例如AlN(氮化鋁)、Si3N4(氮化矽)等氮化物系陶瓷、或Al2O3(氧化鋁)等氧化物系陶瓷為母材而形成為矩形狀。陶瓷板21的厚度係形成為0.125mm~1.0mm。
鋁金屬層22、23係藉由純度99.90%以上的純鋁或鋁合金(僅稱為鋁)所形成，厚度0.1mm~3.0mm，一般形成為小於陶瓷板21的矩形的平板狀。該鋁金屬層22、23係在陶瓷板21接合Al-Si系、Al-Ge系、Al-Cu系、Al-Mg系或Al-Mn系等硬焊材作為接合材。
銅電路板30係藉由無氧銅或韌煉銅等純銅或銅合金(本發明中僅稱為銅)所形成。銅電路板30的厚度係形成為0.1mm~5.0mm。該銅電路板30係如後所述，藉由固相擴散接合而與陶瓷基板20的鋁金屬層22相接合。
接著，說明被使用在製造如上所示所構成之功率模組用基板10的積層體之製造裝置90(參照圖3)。
積層體之製造裝置90係製造將形成有以飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材40的銅電路板(本發明之第1構件)30，暫時固定在陶瓷基板(本發明之第2構 件)20的鋁金屬層22的積層體80。
本實施形態之積層體之製造裝置90係如圖3所示，具備有：載置陶瓷基板20的基台91；將形成有暫時固定材40的銅電路板30搬送至被載置於基台91上的陶瓷基板20上，並且與陶瓷基板20對位而將銅電路板30及陶瓷基板20積層的積層手段95；及當將銅電路板30與陶瓷基板20積層時的暫時固定材40熔融的加熱手段96。
在基台91，如圖3B及圖3C所示，在陶瓷基板20的載置面，以包圍陶瓷基板20的側面的方式，複數導銷92隔著間隔立設，在以該等導銷92包圍的區域載置陶瓷基板20，藉此陶瓷基板20在基台91上被定位。
積層手段95係如圖3A及圖3B所示，可藉由例如以可朝xyz軸方向移動的方式而設之積層用拾取滾筒所構成。該積層手段95係將使附著面30a朝下的狀態的銅電路板30，搬送至載置有陶瓷基板20的基台91上，將銅電路板30的附著面30a重疊在基台91上的陶瓷基板20，藉此將銅電路板30及陶瓷基板20積層。具體而言，如圖3A~圖3C所示，將與銅電路板30的附著面30a為相反側的上面，藉由積層手段95進行空氣吸附，藉此搬送銅電路板30。
加熱手段96係如圖3A所示，藉由例如橡膠加熱器所構成。使銅電路板30的附著面30a相對面來配置該橡膠加熱器(加熱手段)96，藉此可將附著面30a的 暫時固定材40加熱而熔融。
在積層手段95係配備有在銅電路板30搬送時，用以觀測暫時固定材40的熔融狀態的測溫手段97。藉由測溫手段97來測定銅電路板30的溫度，藉此可確認在藉由加熱手段96所為之銅電路板30的加熱時、銅電路板30與陶瓷基板20積層前後之各時序中的暫時固定材40的熔融狀態。以測溫手段97而言，可使用例如紅外線放射溫度計，在本實施形態中，測定被保持在積層手段95的銅電路板30的溫度。
在積層體之製造裝置90係設有在銅電路板30及陶瓷基板20積層後，將該等冷卻的冷卻手段98。冷卻手段98係如圖3C所示，藉由例如噴吹空氣的冷卻噴嘴所構成，設在積層手段95。
接著，說明使用上述積層體之製造裝置90形成積層體80，且製造功率模組用基板10的方法。
(暫時固定材塗佈工程)
首先，在銅電路板(第1構件)30的單面，如圖2A所示，塗佈以飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材40。在該暫時固定材40係適合使用碳數10以上、30以下，常溫(25℃)下為固體，以相對較低熔點進行相變態成液體的飽和脂肪酸。其係基於若未達碳數10，由於在常溫下成為液體，因此處理性差，若超過30，熔點會變高，因此對銅電路板30的塗佈作業性會變差之故。另一方面， 碳數被設為10以上、30以下的飽和脂肪酸係熔點被設為32℃~94℃左右，形成為在常溫下呈固化的狀態，但是可以相對較低的加熱溫度使其液化，因此處理性優異。
以碳數為10以上、30以下的飽和脂肪酸而言，列舉例如碳數10的癸酸、碳數12的十二酸、碳數14的十四酸、碳數16的十六酸、碳數18的十八酸、碳數30的三十酸等。其中，該等飽和脂肪酸亦有廉價，且取得容易的優點。
暫時固定材40對銅電路板30的塗佈作業省略圖示，其係例如使用熱滾筒來進行。在熱滾筒中，將暫時固定材40加溫而形成為熔融狀態，將該熔融狀態的暫時固定材40滴下至銅電路板30的表面中的角隅部等複數部位。接著，使滴下至銅電路板30的暫時固定材40暫時冷卻至常溫而固化，藉此形成附著暫時固定材40的銅電路板30。
(積層工程)
接著，如圖2B所示，形成為將預先塗佈有暫時固定材40的銅電路板30、及陶瓷基板20的鋁金屬層22疊合的狀態，藉由該暫時固定材40，將銅電路板30及陶瓷基板20暫時固定。
銅電路板30係藉由積層手段95被搬送至基台91上(圖3A、3B)，被重疊在以定位狀態被載置在基台91的陶瓷基板20的鋁金屬層22(圖3C)。
銅電路板30搬入時，被塗佈的暫時固定材40係呈固化。在藉由積層手段95所為之銅電路板30之搬送路徑的中途，使銅電路板30的附著面30a與橡膠加熱器96相對面來進行加熱，藉此可使暫時固定材40熔融。
接著，在暫時固定材40已熔融的狀態下，如圖2B及圖3C所示，將銅電路板30積層在陶瓷基板20。此時，附著在銅電路板30的暫時固定材40係藉由與陶瓷基板20進行積層，在銅電路板30與鋁金屬層22之間被薄層延長而形成為層狀來進行密接。接著，暫時固定材40係藉由接觸未被加熱的鋁金屬層22而被冷卻且固化。藉此，可得在將銅電路板30及陶瓷基板20正確定位的狀態下進行固接(暫時固定)的積層體80。
其中，暫時固定材40亦可如上所述藉由自然冷卻來使其固化，但是亦可如圖3C所示，藉由冷卻手段98，積極地冷卻而使其固化。此時，可即時確定將銅電路板30及陶瓷基板20對位的狀態，且可使作業性更加提升。
(接合工程)
接著，如圖2C所示，將銅電路板30及陶瓷基板20被暫時固定的積層體80以其積層方向加壓，以未達銅及鋁的共晶溫度進行加熱，藉此可將銅電路板30及陶瓷基板20的鋁金屬層22，使銅及鋁相互擴散而藉由固相擴散接合進行接合，來製造功率模組用基板10。具體而言， 在真空環境氣體中，以荷重0.3MPa~10MPa、加熱溫度400℃以上、未達548℃，保持5分鐘~240分鐘，藉此可將銅電路板30及陶瓷基板20的鋁金屬層22相接合。其中，暫時固定材40係在該加熱初期階段被分解而消失。
如上所示，在本實施形態之功率模組用基板之製造方法中，在接合工程之前，先在積層工程中形成藉由暫時固定材40將銅電路板(第1構件)30及陶瓷基板20暫時固定的積層體80，因此在之後的接合工程中，防止發生銅電路板30與陶瓷基板20的位置偏移，可在將銅電路板30正確定位在陶瓷基板20的預定位置的狀態下進行接合。
因此，可有效率地製造功率模組用基板10，可使生產性提升。
在前述第1實施形態中，係在銅電路板30塗佈暫時固定材40，搬送該銅電路板40而疊合在陶瓷基板20的鋁金屬層22，但是亦可在陶瓷基板20的鋁金屬層22塗佈暫時固定材40，來疊合銅電路板30。
此時，在塗佈有暫時固定材40的鋁金屬層22之上重疊經加熱的銅電路板30，藉此以銅電路板30的熱使暫時固定材40熔融，而可形成為使銅電路板30及鋁金屬層22相密接的狀態。接著，之後藉由鋁金屬層22，暫時固定材40被冷卻而固化，可使銅電路板30及鋁金屬層22相固接。
此時，藉由搬送銅電路板30，而非為形成有 暫時固定材40的陶瓷基板20，可將形成有暫時固定材40的陶瓷基板20形成為靜止狀態。藉此，可防止熔融狀態的暫時固定材40附著在接著部位以外之不需要的位置，因此可有效率地固接銅電路板30及陶瓷基板20。
其中，亦可藉由積層手段95來吸附塗佈有暫時固定材40的陶瓷基板20，搬送至載置有銅電路板30的基台91上，在該銅電路板30疊合陶瓷基板20。
此外，在第1實施形態中，將滴下至銅電路板30的暫時固定材40暫時冷卻至常溫而使其固化，當將銅電路板30積層在陶瓷基板20時加溫而使暫時固定材40再熔融，藉此將銅電路板30及陶瓷基板20暫時固定，但是亦可在滴下至銅電路板30的暫時固定材40被冷卻之前與陶瓷基板20相疊合而進行接著。
圖4係顯示本發明之第2實施形態，圖4C係顯示藉由本發明所製造之功率模組用基板(本發明之接合體)11。該功率模組用基板11係具備有：鋁金屬層(本發明之第1構件)32、及被接合在該鋁金屬層32的陶瓷板(本發明之第2構件)25。此時，鋁金屬層32及陶瓷板25係被形成為矩形平面狀。
製造如上所示所構成之功率模組用基板11時，在鋁金屬層32的單面，如圖4A所示，藉由超音波接合等，形成為黏貼有硬焊材箔的狀態，藉由該硬焊材箔，預先形成接合材層33。此外，在接合材層33的表面，與第1實施形態中的積層工程同樣地，塗佈包含飽和脂肪酸 作為主成分的暫時固定材41。接著，在使暫時固定材41熔融的狀態下，將鋁金屬層32及陶瓷板25透過接合材層33相疊合，藉此經熔融的暫時固定材41在陶瓷板2與鋁金屬層32的接合材層33之間被薄層延長而形成為層狀，陶瓷板25與鋁金屬層32相密接。接著，在將陶瓷板25及鋁金屬層32定位的狀態下將暫時固定材41冷卻，藉此形成陶瓷板25及鋁金屬層32被暫時固定的積層體83(積層工程)。
接著，與第1實施形態同樣地，將陶瓷板25與鋁金屬層32的積層體以積層方向進行加壓，在真空中加熱，藉此可藉由使陶瓷板25及鋁金屬層32介於其間的接合材層33來進行焊接，來製造功率模組用基板11(接合工程)。
其中，在第2實施形態中，係使暫時固定材41附著在鋁金屬層32的接合材層33的表面，但是亦可使暫時固定材41附著在陶瓷板25的表面。
圖5係顯示本發明之第3實施形態，圖5C係顯示藉由本發明所製造之附散熱片之功率模組用基板(本發明之接合體)12。該附散熱片之功率模組用基板12係具備有：散熱片(本發明之第1構件)51、及在陶瓷板36的兩面焊接有鋁金屬層37、38的功率模組用基板(本發明之第2構件)35，藉由將功率模組用基板35的其中一方鋁金屬層38與散熱片51相接合來製造。散熱片51係藉由純度99.90%以上的純鋁或鋁合金(僅稱為鋁)而 形成為矩形平板狀。
製造如上所示所構成之附散熱片之功率模組用基板12時，在功率模組用基板35的鋁金屬層38或散熱片51之任一方預先形成接合材層55。以接合材層55而言，可採用藉由在例如3003系鋁合金板的兩面積層Al-Si-Mg系硬焊材而形成為三層的包覆材。
如圖5A所示，在鋁金屬層38的表面塗佈含有飽和脂肪酸作為主成分的接合材層用暫時固定材44，在使該接合材層用暫時固定材44熔融的狀態下重疊接合材層55，藉此透過接合材層用暫時固定材44而使鋁金屬層38及接合材層55相密接。接著，在將鋁金屬層38及接合材層55進行定位的狀態下將接合材層用暫時固定材44冷卻，藉此將該等鋁金屬層38及接合材層55進行接著(暫時固定)。
此外，在散熱片51的表面亦塗佈與接合材層用暫時固定材44相同的暫時固定材42，在使該暫時固定材42熔融的狀態下，在散熱片51上疊合接著有接合材層55的功率模組用基板35，藉此使功率模組用基板35及散熱片51相密接。接著，在將該等功率模組用基板35及散熱片51進行定位的狀態下將暫時固定材42冷卻，藉此形成將功率模組用基板35及散熱片51暫時固定的積層體84(積層工程)。
在將該積層體84(功率模組用基板35及散熱片51)以積層方向加壓的狀態下，在氮環境氣體中、大 氣壓下加熱，藉此藉由使功率模組用基板35及散熱片51介於其間的接合材層55來進行焊接，而製造附散熱片之功率模組用基板12(接合工程)。
圖6係顯示本發明之第4實施形態，圖6C係顯示藉由本發明所製造之附散熱片之功率模組用基板(本發明之接合體)13。該附散熱片之功率模組用基板13係具備有：散熱片(本發明之第1構件)52、及在陶瓷板46的兩面焊接有鋁金屬層47、48的功率模組用基板(本發明之第2構件)45，藉由將功率模組用基板45的其中一方鋁金屬層48與散熱片52相接合來製造。此外，散熱片52係藉由純銅或銅合金(僅稱為銅)而形成為矩形平板狀。
製造如上所示所構成之附散熱片之功率模組用基板13時，如圖6A所示，在功率模組用基板45塗佈含有飽和脂肪酸作為主成分的暫時固定材43，在使該暫時固定材43熔融的狀態下重疊散熱片52，藉此透過暫時固定材43而使功率模組用基板45及散熱片52相密接。接著，在將功率模組用基板45及散熱片52進行定位的狀態下將暫時固定材43冷卻，藉此形成將該等功率模組用基板45及散熱片52藉由暫時固定材43進行固接而暫時固定的積層體85(積層工程)。
與第1實施形態同樣地，在功率模組用基板45及散熱片52被暫時固定的狀態下，將積層體85以其積層方向加壓，且以未達銅與鋁的共晶溫度加熱，藉此將 功率模組用基板45的鋁金屬層48及散熱片52，使銅及鋁相互擴散而藉由固相擴散接合進行接合，來製造附散熱片之功率模組用基板13(接合工程)。
圖7係顯示本發明之第5實施形態，圖7D係顯示藉由本發明所製造之附散熱片之功率模組用基板(本發明之多層接合體)14。該附散熱片之功率模組用基板14係具備有：銅電路板(本發明之第1構件)70、在陶瓷板71的兩面積層鋁金屬層72、73的陶瓷基板(本發明之第2構件)75、及散熱片(本發明之第3構件)53，藉由將陶瓷基板75的其中一方鋁金屬層72與銅電路板70相接合，並且將另一方鋁金屬層73與散熱片53相接合來製造。散熱片53係藉由純銅或銅合金(僅稱為銅)而形成為矩形平板狀。
製造如上所示所構成之附散熱片之功率模組用基板14時，首先，如圖7A及圖7B所示，在銅電路板70塗佈含有飽和脂肪酸作為主成分的暫時固定材81，在使該暫時固定材81熔融的狀態下重疊陶瓷基板75，藉此透過暫時固定材81而使陶瓷基板75及銅電路板70相密接。接著，在將陶瓷基板75及銅電路板70進行定位的狀態下將暫時固定材81冷卻，藉此形成將該等陶瓷基板75及銅電路板70藉由暫時固定材81進行固接而暫時固定的積層體76(積層工程)。
其中，暫時固定材81亦可附著在陶瓷基板75(鋁金屬層72)的表面，而非為銅電路板70。
接著，如圖7B及圖7C所示，將在積層工程中所形成的陶瓷基板75及銅電路板70暫時固定的積層體76，藉由以比暫時固定材81為更低熔點的不飽和脂肪酸為主成分的第2暫時固定材82，暫時固定在散熱片(本發明之第3構件)53(第2積層工程)。例如，若使用以十八酸(碳數18、熔點約70℃)為主成分者作為暫時固定材81時，較適於使用以比十八酸為熔點十分低的十二酸(碳數12、熔點約44℃)為主成分者作為第2暫時固定材82。
將該積層體76及散熱片53積層時，在積層體76的鋁金屬層73塗佈第2暫時固定材82，形成為使該第2暫時固定材82以比暫時固定材81的熔融溫度為更低的溫度熔融的狀態，將積層體76及散熱片53進行對位而重疊，藉此透過第2暫時固定材82而使積層體76及散熱片53相密接。接著，藉由將第2暫時固定材82冷卻，將積層體76及散熱片53藉由第2暫時固定材82進行固接，形成將積層體76及散熱片53暫時固定的第2積層體77(第2積層工程)。
其中，在該第2積層工程中，亦可為第2暫時固定材82係附著在散熱片53的表面，而非為積層體76的鋁金屬層73。
在該第2積層工程中，由於使用比將銅電路板70及陶瓷基板75暫時固定的暫時固定材81的熔融溫度為更低的熔融溫度的第2暫時固定材82，因此不會使 暫時固定材81熔融，而可在銅電路板70與陶瓷基板75被固接的狀態下，進行散熱片53的暫時固定。亦即，在第2積層工程中不會產生銅電路板70與陶瓷基板75的位置偏移，而可進行將該等積層的積層體76及散熱片53的暫時固定。因此，可將銅電路板70及陶瓷基板75及散熱片53等3個構件正確定位來進行固接。
接著，將如上所示所形成的銅電路板70及陶瓷基板75及散熱片53被暫時固定的第2積層體，與第1實施形態同樣地，以其積層方向加壓，以未達銅及鋁的共晶溫度進行加熱，藉此可使銅及鋁相互擴散而藉由固相擴散接合來進行接合(接合工程)。如上所示，在第5實施形態之附散熱片之功率模組用基板之製造方法中，由於可同時接合銅電路板70及陶瓷基板75及散熱片53，因此可有效率地製造附散熱片之功率模組用基板14。
其中，在上述第5實施形態中，將陶瓷基板75的其中一方鋁金屬層72與銅電路板70之間、及另一方鋁金屬層73與銅製的散熱片53之間，藉由銅與鋁的固相擴散接合分別進行接合，來製造附散熱片之功率模組用基板14，但是亦可在陶瓷基板75的鋁金屬層72接合鋁的電路板，在鋁金屬層73接合鋁製的散熱片。此時，在陶瓷基板75的鋁金屬層72及電路板的任一者、與鋁金屬層73及散熱片的任一者，分別預先形成接合材層，將該等構件之間透過各接合材層進行積層來進行暫時固定。其中，以接合材層而言，可採用藉由例如在3003系鋁合金 板的兩面積層Al-Si-Mg系硬焊材而形成為三層的包覆材。
實施例
接著，說明為確認本發明之效果所進行的本發明例及比較例。
(測試1)
以習知例及本發明例而言，在30mm×30mm的矩形、厚度1.0mm的銅板滴下表1所示之暫時固定材，形成將25mm×25mm的矩形、厚度0.6mm的鋁板積層而暫時固定的積層體。接著，模擬積層體的搬送狀態，藉由目視，確認將各積層體的銅板以橫向以約30mm/s的速度揮動而在鋁板產生的橫向偏移，藉此評估處於暫時固定狀態的各積層體的接合性。將橫向偏移為1mm以下者設為「優」(excellent)，超過1mm且未達10mm者設為「良」(good)，產生10mm以上橫向偏移者設為「不良」(bad)。
(測試2)
關於各積層體，在真空環境氣體中以積層方向以1.0MPa加壓，以540℃加熱60分鐘而形成接合體。接著，模擬接合體的使用狀態，對各接合體，在接合後的初期狀態、及負荷-40℃與100℃之間的冷熱循環3000次之 後的狀態下，藉由超音波畫像測定器，觀察銅板與鋁板的接合面中有無未接合部。將在接合面未發現2%以上的未接合部者設為「優」(excellent)，將發現5%以上的未接合部或直徑2mm以上的孔洞者設為「不良」(bad)，將發現不符合任一者之輕微的未接合部者設為「良」(good)。將該等結果顯示在表1。
Figure 104121511-A0202-12-0025-1
由表1可知，在本發明例1~7中，確認出藉由暫時固定材來接著銅板及鋁板，藉此積層體中的銅板與鋁板的橫向偏移小，之後的處理作業性良好。此外，不會造成將接合材層剝離等不良影響，可得可靠性高的接合面。
尤其，在使用碳數10以上的暫時固定材的本發明例2~7中，確認出幾乎沒有橫向偏移，不會造成將接合材層剝離等不良影響，可得可靠性高的接合面。
其中，本發明並非被限定於前述實施形態之 構成者，在細部構成中，可在未脫離本發明之主旨的範圍內施加各種變更。
例如，說明製造將銅電路板與鋁金屬層、鋁金屬層與陶瓷基板相接合的功率模組用基板時的實施形態，惟在其他構成的功率模組用基板中，亦可在將由金屬板所成之第1構件、及由金屬板或陶瓷板所成之第2構件相接合時適用本發明。
此外，不限於功率模組用基板，在製造被使用在功率模組以外的用途的第1構件及第2構件的接合體時可適用本發明，形成為亦包含將該等積層體未伴隨加壓及加熱之雙方而進行接合的情形者。
此外，在上述實施形態中，係將第1構件及第2構件形成為一對一的關係來製造接合體，惟並非限定於此，若在1個第2構件接合複數個第1構件時等製造各種積層體、接合體時，可適用本發明。
產業上可利用性
當將金屬板彼此及金屬板與陶瓷板相接合時，由於可防止各構件的接合面彼此的位置偏移，因此可有效率地製造該等接合體。
20‧‧‧陶瓷基板(第2構件)
21‧‧‧陶瓷板
22、23‧‧‧鋁金屬層
30‧‧‧銅電路板(第1構件)
30a‧‧‧附著面
40‧‧‧暫時固定材
80‧‧‧積層體

Claims (17)

  1. 一種接合體之製造方法，其特徵為：具有：積層工程，其係在由金屬板所成之第1構件、及包含1個以上的金屬板或陶瓷板的第2構件的任一者，塗佈以飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材，在使前述暫時固定材熔融的狀態下，透過前述暫時固定材，將前述第1構件及前述第2構件積層而對位，藉由將前述暫時固定材冷卻，形成將經積層的前述第1構件及前述第2構件暫時固定的積層體；及接合工程，其係將前述積層體以積層方向加壓來進行加熱，藉此形成將前述第1構件及前述第2構件相接合的接合體，前述暫時固定材的前述飽和脂肪酸係碳數為10以上、30以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之接合體之製造方法，其中，在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面形成有接合材層，在前述積層工程中透過前述接合材層及前述暫時固定材將前述第1構件及前述第2構件進行積層。
  3. 一種多層接合體之製造方法，其係適用如申請專利範圍第1項之接合體之製造方法之多層接合體之製造方法，其特徵為：在前述接合工程前，具有在藉由前述積層工程所形成的前述積層體暫時固定由金屬板所成之第3構件的第2積 層工程，在前述第2積層工程中，在前述積層體或前述第3構件的任一者，塗佈以比前述暫時固定材為更低熔點的飽和脂肪酸為主成分的第2暫時固定材，在將前述積層體及前述第3構件積層時，以比前述暫時固定材的熔融溫度為更低的溫度使前述第2暫時固定材熔融，將前述積層體及前述第3構件對位而積層之後，將前述第2暫時固定材冷卻，藉此形成將前述積層體及前述第3構件暫時固定的第2積層體，在前述接合工程中，將前述第2積層體以其積層方向加壓來進行加熱，藉此形成對將前述第1構件及前述第2構件相接合的前述接合體，另外接合有前述第3構件的多層接合體。
  4. 如申請專利範圍第3項之多層接合體之製造方法，其中，在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面形成有接合材層，在前述積層工程中透過前述接合材層及前述暫時固定材將前述第1構件及前述第2構件進行積層。
  5. 如申請專利範圍第3項之多層接合體之製造方法，其中，在前述第2積層體或前述第3構件的任一者的表面形成有第2接合材層，在前述第2積層工程中透過前述第2暫時固定材及前述第2接合材層將前述積層體及前述第3構件進行積層。
  6. 一種附散熱片之功率模組用基板之製造方法，其係適用如申請專利範圍第3項之多層接合體之製造方法之附 散熱片之功率模組用基板之製造方法，其特徵為：將前述第1構件形成為由銅或鋁所成之電路板，將前述第2構件形成為在陶瓷板的兩面積層鋁金屬層而成的陶瓷基板，將前述第3構件形成為由銅或鋁所成之散熱片，在前述接合工程中，將前述第1構件及前述第2構件的前述鋁金屬層的其中一方相接合，並且將前述第2構件的前述鋁金屬層的另一方及前述第3構件相接合，形成為前述多層接合體而形成附散熱片之功率模組用基板。
  7. 如申請專利範圍第6項之附散熱片之功率模組用基板之製造方法，其中，在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面形成有接合材層，在前述積層工程中透過前述接合材層及前述暫時固定材將前述第1構件及前述第2構件進行積層。
  8. 如申請專利範圍第6項之附散熱片之功率模組用基板之製造方法，其中，在前述第2積層體或前述第3構件的任一者的表面形成有第2接合材層，在前述第2積層工程中透過前述第2暫時固定材及前述第2接合材層將前述積層體及前述第3構件進行積層。
  9. 一種功率模組用基板之製造方法，其係適用如申請專利範圍第1項之接合體之製造方法之功率模組用基板之製造方法，其特徵為：將前述第1構件形成為銅電路板，將前述第2構件形成為在陶瓷板的兩面積層鋁金屬層 而成的陶瓷基板，在前述接合工程中將前述第2構件的前述鋁金屬層的其中一方與前述第1構件相接合，形成為前述接合體而形成功率模組用基板。
  10. 如申請專利範圍第9項之功率模組用基板之製造方法，其中，在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面形成有接合材層，在前述積層工程中透過前述接合材層及前述暫時固定材將前述第1構件及前述第2構件進行積層。
  11. 一種附散熱片之功率模組用基板之製造方法，其係適用如申請專利範圍第1項之接合體之製造方法之附散熱片之功率模組用基板之製造方法，其特徵為：將前述第1構件形成為由銅或鋁所成之散熱片，將前述第2構件形成為在陶瓷板的兩面積層金屬層而成之功率模組用基板，在前述接合工程中將前述第2構件的前述金屬層的其中一方及前述第1構件相接合，形成為前述接合體而形成附散熱片之功率模組用基板。
  12. 如申請專利範圍第11項之附散熱片之功率模組用基板之製造方法，其中，在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面形成有接合材層，在前述積層工程中透過前述接合材層及前述暫時固定材將前述第1構件及前述第2構件進行積層。
  13. 如申請專利範圍第12項之附散熱片之功率模組用 基板之製造方法，其中，在前述積層工程之前，將前述接合材層，藉由接合材層用暫時固定材暫時固定在前述第1構件或前述第2構件的任一者的表面，在前述積層工程中，前述暫時固定材係塗佈在未形成有前述接合材層的前述第1構件或前述第2構件的任一者。
  14. 一種積層體之製造裝置，其係將由金屬板所成之第1構件、及包含至少1個金屬板或陶瓷板的第2構件，藉由形成在該等第1構件及第2構件之任一方之上之以碳數為10以上、30以下的飽和脂肪酸為主成分的暫時固定材，暫時固定成將前述第1構件及前述第2構件相疊合的狀態之積層體之製造裝置，其特徵為：具備有：積層手段，其係前述第1構件或前述第2構件之中將形成有前述暫時固定材的其中一方搬送至另一方之上，將前述第1構件及前述第2構件進行積層；及加熱手段，其係將前述第1構件及前述第2構件進行積層時的前述暫時固定材熔融。
  15. 如申請專利範圍第14項之積層體之製造裝置，其中，具備有在前述第1構件及前述第2構件積層後將前述暫時固定材冷卻的冷卻手段。
  16. 一種積層體之製造裝置，其係將由金屬板所成之第1構件、及包含至少1個金屬板或陶瓷板的第2構件，藉由形成在該等第1構件及第2構件之任一方之上之以碳數為10以上、30以下的飽和脂肪酸為主成分的暫時固定 材，暫時固定成將前述第1構件及前述第2構件相疊合的狀態之積層體之製造裝置，其特徵為：具備有：積層手段，其係前述第1構件或前述第2構件之中將未形成有前述暫時固定材的其中一方搬送至另一方之上，將前述第1構件及前述第2構件進行積層；及加熱手段，其係將前述第1構件及前述第2構件進行積層時將前述暫時固定材熔融。
  17. 如申請專利範圍第16項之積層體之製造裝置，其中，具備有在前述第1構件及前述第2構件積層後將前述暫時固定材冷卻的冷卻手段。
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