TWI745572B - 電子零件安裝模組 - Google Patents
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Abstract
電子零件安裝模組，係具有：電子零件；第1燒結銀接合層，被接合於其電子零件的一面；絕緣電路基板，具有電路層與陶瓷基板，且線膨脹係數小於電子零件，該電路層，係由被接合於第1燒結銀接合層的銅或銅合金所構成，該陶瓷基板，係被接合於該電路層；第2燒結銀接合層，被接合於電子零件的另一面；及引線框架，被接合於第2燒結銀接合層，且線膨脹係數小於電子零件，與絕緣電路基板之線膨脹係數的差為5ppm/℃以下。
Description
本發明，係關於功率元件或LED元件、熱電元件、其他電子零件被安裝於絕緣電路基板的電子零件安裝模組。
電子零件安裝模組中用於控制大電流、高電壓之半導體裝置的功率模組，係需要因應大電流容量並降低配線電阻。因此，在例如專利文獻1中，係採用如下述之構造：藉由以銅所構成之引線框架，形成被連接於半導體元件的配線，並藉由環氧樹脂等，對電子零件(功率半導體元件、控制半導體元件)及引線框架(外部引線框架、內部引線框架)之接合部份進行樹脂密封。
又，在電子零件安裝模組中，係例如如專利文獻2所示，使用絕緣電路基板(功率模組用基板)，該絕緣電路基板，係在以氮化鋁為首之絕緣基板的一面，接合有由鋁板等所構成的電路層，並且在另一面，接合有由鋁板等所構成的金屬層。在該絕緣電路基板之金屬層，接合有由銅等所構成的散熱片。
在將電子零件及引線框架接合於該絕緣電路基板而構成電子零件安裝模組的情況下，係例如，藉由燒結銀接合或銲接等的方法，將電子零件接合於絕緣電路基板之電路層上，該絕緣電路基板，係在絕緣基板的兩面接合了電路層及金屬層。其後，藉由銲接等，將由銅所構成的引線框架接合於其電子零件上。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2001‐291823號公報 專利文獻2：日本特開2005‐328087號公報
[本發明所欲解決之課題]
在上述的電子零件安裝模組中，電路層或引線框架所使用之鋁或鋁合金抑制銅或銅合金，係線膨脹係數比電子零件大。因此，在藉由銲接來將電子零件或引線框架安於電路層的情況下，因使用環境之變化或電子零件之電阻發熱等，恐有電子零件或引線框架與電路層之間的銲錫接合層重複受到熱應力，而在銲錫接合層發生裂縫之虞。又，在藉由燒結銀接合以代替銲接來安裝電子零件或引線框架的情況下，燒結銀接合層，係與銲錫接合層相比，高溫環境下之接合可靠性高且熱傳導性優異。但是，由於燒結銀接合層，係比銲錫接合層薄且硬，因此，恐有較大的熱應力作用於電子零件本身而在電子零件發生損傷之虞。
本發明，係有鑑於像這樣之情事而進行研究者，其目的在於提供一種可一面藉由燒結銀接合層來提高電路層、電子零件及引線框架之接合可靠性，一面防止電子零件之損傷的電子零件安裝模組。 [用以解決課題之手段]
本發明之電子零件安裝模組，係具有：電子零件；第1燒結銀接合層，被接合於前述電子零件的一面；絕緣電路基板，具有電路層與陶瓷基板，且線膨脹係數小於前述電子零件，該電路層，係由被接合於前述第1燒結銀接合層的銅或銅合金所構成，該陶瓷基板，係被接合於該電路層；第2燒結銀接合層，被接合於前述電子零件的另一面；及引線框架，被接合於前述第2燒結銀接合層，且線膨脹係數小於前述電子零件，與前述絕緣電路基板之線膨脹係數的差為5ppm/℃以下。
由於電子零件安裝模組，係在絕緣電路基板及引線框架中，使用線膨脹係數小於電子零件者，並經由燒結銀接合層(第1燒結銀接合層、第2燒結銀接合層)，將電子零件的兩面接合絕緣電路基板及引線框架，因此，即便在高溫環境下，亦具有高接合可靠性。又，由於燒結銀接合層其熱傳導性優異，因此，可快速擴散電子零件中產生的熱。而且，藉由將線膨脹係數小於電子零件之構件接合於電子零件的兩面，且使與電子零件之線膨脹差減小的方式，可降低作用於電子零件之熱應力而防止其損傷。在該情況下，當絕緣電路基板與引線框架之線膨脹係數的差超過5ppm/℃時，則作用於電子零件之熱應力因其線膨脹差而變大，並不佳。
作為本發明之電子零件安裝模組的較佳實施態樣，前述電路層之厚度為t1，前述引線框架之厚度為t2，前述厚度t1與前述厚度t2的比率(t1/t2)可為0.2以上5.0以下。又，引線框架，係可由銅系低線膨脹材料所構成，該銅系低線膨脹材料，係具有：複合材料，組合了銅與鎢、鉬、鉻或其他低線膨脹率材料；及銅板，被接合於該複合材料的兩面。電子零件安裝模組，係可更具有：壓模樹脂，一體地密封前述絕緣電路基板、前述電子零件及前述引線框架。
銅或銅合金本身，雖係線膨脹係數大於電子零件，但由於絕緣電路基板，係由銅或銅合金所構成的電路層以層積狀態被接合於陶瓷基板，因此，其線膨脹受陶瓷基板之線膨脹所支配。因此，作為絕緣電路基板，係線膨脹低於電子零件。在該情況下，當電路層之厚度t1與引線框架之厚度t2之厚度的比率(t1/t2)未滿0.2抑或超過5.0時，則會損害「將由低線膨脹材料所構成的絕緣電路基板與引線框架配置於電子零件之兩面而使其獲得均衡」的效果。因此，電路層或引線框架中之厚度較厚者的線膨脹成為支配，恐有導致電子零件損壞之虞。
本發明之電子零件安裝模組，係具有：電子零件；第1燒結銀接合層，被接合於前述電子零件的一面；絕緣電路基板，具有間隔物、第3燒結銀接合層、電路層及陶瓷基板，該間隔物，係被接合於前述第1燒結銀接合層，且線膨脹係數小於前述電子零件，該第3燒結銀接合層，係被接合於該間隔物，該電路層，係由被接合於該第3燒結銀接合層的鋁或鋁合金所構成，該陶瓷基板，係被接合於該電路層；第2燒結銀接合層，被接合於前述電子零件的另一面；及引線框架，被接合於前述第2燒結銀接合層，且線膨脹係數小於前述電子零件，與前述間隔物之線膨脹係數的差為5ppm/℃以下。
作為本發明之電子零件安裝模組的較佳實施態樣，前述間隔物之厚度為t3，前述引線框架之厚度為t2，前述厚度t3與前述厚度t2的比率(t3/t2)可為0.2以上5.0以下。又，前述間隔物及前述引線框架，係可由銅系低線膨脹材料所構成，該銅系低線膨脹材料，係具有：複合材料，組合了銅與鎢、鉬、鉻或其他低線膨脹率材料；及銅板，被接合於該複合材料的兩面。電子零件安裝模組，係可更具有：壓模樹脂，一體地密封前述絕緣電路基板、前述電子零件及前述引線框架。
藉由間隔物，可調整引線框架之高度位置(層積方向之位置)，並可在適當位置拉出引線框架。在該情況下，間隔物與引線框架之厚度的比率(t3/t2)，係亦被設定為0.2以上5.0以下，以免引起電子零件之損壞。 [發明之效果]
根據本發明之電子零件安裝模組，藉由燒結銀接合層，將線膨脹係數小於電子零件之低線膨脹材料接合於電子零件的兩面，並使兩低線膨脹材料的線膨脹差減小，藉此，可提高接合可靠性、熱傳導性，並且可降低作用於電子零件的熱應力而防止其損傷。
以下，參閱圖面，說明關於本發明之實施形態。
1.第1實施形態 ＜整體構造＞ 第1實施形態，係說明關於將電子零件安裝模組應用於功率模組100的例子。功率模組100，係如圖1所示，具備有：半導體元件(本發明之電子零件)30；第1燒結銀接合層711，被接合於電子零件30的一面；功率模組用基板(本發明之絕緣電路基板)10，被接合於第1燒結銀接合層711；第2燒結銀接合層712，被接合於半導體元件30的另一面；引線框架40，被接合於第2燒結銀接合層712；及壓模樹脂50，密封該些半導體元件30、功率模組用基板10及引線框架40。
功率模組用基板10，係具有：間隔物20，被接合於第1燒結銀接合層711；第3燒結銀接合層713，被接合於間隔物20；電路層12，被接合於第3燒結銀接合層713；及陶瓷基板11，被接合於電路層12。半導體元件30的一面，係經由第3燒結銀接合層713、間隔物20及第1燒結銀接合層711，被搭載於功率模組用基板10之電路層12的表面。又，引線框架40，係經由第2燒結銀接合層712，被接合於半導體元件30的另一面。
構成功率模組用基板10之陶瓷基板11，係例如可使用AlN(氮化鋁)、Si3
N4
(氮化矽)等的氮化物系陶瓷或Al2
O3
(氧化鋁)等的氧化物系陶瓷。陶瓷基板11之厚度，係被設定於0.2mm~1.5mm的範圍內。
電路層12及散熱層13，係藉由純度99.00質量%以上的鋁(所謂2N鋁)或純度99.99質量%以上的鋁(所謂4N鋁)或鋁合金而形成。電路層12及散熱層13之厚度，係例如被設成為0.1mm~5.0mm之厚度。電路層12及散熱層13，係通常被形成為比陶瓷基板11小之平面形狀的矩形狀。而且，電路層12與散熱層13，係藉由Al‐Si系、Al‐Ge系、Al‐Cu系、Al‐Mg系、或Al‐Mn系等的合金之焊材，被接合於陶瓷基板11。另外，電路層12與散熱層13，係分別藉由如下述方法中之任一種方法，形成為所期望的形狀：將藉由衝壓加工而衝壓成所期望的外形者連接於陶瓷基板11，或者，在將平板狀者接合於陶瓷基板11後，藉由蝕刻加工形成為所期望的形狀。
間隔物20，係由銅系低線膨脹材料所構成，該銅系低線膨脹材料，係具有：複合材料，組合了由線膨脹係數小於半導體元件30之低線膨脹材料所構成，例如熱傳導性高的銅(Cu)與鎢(W)或鉬(Mo)、鉻(Cr)抑或其他低線膨脹率材料；及銅板，被接合於其複合材料的兩面。間隔物20之厚度t3，係亦可設成為0.5mm~6.0mm的範圍內。作為該間隔物20，例如可使用包覆板(clad plate)，該包覆板，係在厚度0.3mm~5.0mm之複合材料的兩面接合了厚度0.1mm~2.0mm的純銅板。適合使用作為複合材料的是Cu-Mo之複合材料，在該情況下，Mo，係可含有含量55質量%~75質量%的範圍內。Cu‐Mo之複合材料，係藉由將混合粉末進行成形並燒結的方式而形成者，該混合粉末，係混合了Cu粉末與Mo粉末。
另外，銅系低線膨脹材料，係可藉由改變低線膨脹材料之含有比率及與所包覆之銅板的厚度之比率的方式，調整線膨脹係數及熱傳導率。關於銅系低線膨脹材料之線膨脹係數，係如後述。銅系低線膨脹材料之熱傳導率，係例如180~200W/m･K。
在圖1中，係於電路層12上，並排於面方向地接合有2個間隔物20。
半導體元件30，係具備有半導體之電子零件。半導體元件30，係因應所需之功能，選擇IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、FWD(Free Wheeling Diode)等的各種半導體元件。在像這樣的半導體元件30中，係上面及下面設置有電極，並在電路層12與引線框架40之間成為電性連接狀態。在該情況下，半導體元件30被接合於2個間隔物20之各者，並在相互連接了該些半導體元件30的狀態下，設置有引線框架40。
引線框架40，係由線膨脹係數小於半導體元件30的低線膨脹材料所構成。引線框架40，係例如由與間隔物20相同的銅系低線膨脹材料所構成，並形成為帶板狀。而且，引線框架40之線膨脹係數，係與間隔物20之線膨脹係數的差被設成為5ppm/℃以下。如前述般，銅系低線膨脹材料，係可藉由複合材料中之銅與低線膨脹材料的含有比率或所包覆之銅板的厚度之比率，調整線膨脹係數等。半導體元件30之線膨脹係數，係例如20ppm/℃~30ppm/℃。引線框架40之厚度t2，係亦可設成為0.05mm以上3.0mm以下的範圍內。又，為了有效地發揮使該些線膨脹係數之差減小的效果，間隔物20之厚度t3與引線框架40之厚度t2的厚度之比率(t3/t2)，係被設定為0.2以上5.0以下。
在功率模組用基板10之電路層12上，係分別經由燒結銀接合層711~713接合有間隔物20、半導體元件30、引線框架40。在本實施形態中，係將該些燒結銀接合層711~713中之接合半導體元件30與間隔物20之間的燒結銀接合層作為第1燒結銀接合層711，將接合半導體元件30與引線框架40之間的燒結銀接合層作為第2燒結銀接合層712，將接合間隔物20與電路層12之間的燒結銀接合層作為第3燒結銀接合層713，以區分各燒結銀接合層711~713。
又，為了藉由第3燒結銀接合層713接合間隔物20，從而在電路層12之接合面形成由金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)等所構成的基底金屬層60。另外，雖省略圖示，但亦可在間隔物20、半導體元件30、引線框架40之各者的接合面，藉由鍍敷或濺鍍等來形成由金、銀、鎳等所構成的基底金屬層。
壓模樹脂50，係由環氧系樹脂等所構成。壓模樹脂50，係除了功率模組用基板10之散熱層13的背面以外，一體地密封散熱層13之側面、陶瓷基板11、電路層12、間隔物20、半導體元件30及引線框架40與半導體元件30之連接部分的周邊。引線框架40之端部，係從壓模樹脂50被引出至外部。
＜第1實施形態之製造方法＞ 其次，說明關於製造像這樣所構成之功率模組100的方法。該功率模組製造方法，係藉由下述而形成：如圖2所示，形成功率模組用基板10[功率模組用基板形成工程]，並在其功率模組用基板10之電路層12的接合預定面形成基底金屬層60[基底金屬層形成工程]後，將間隔物20、半導體元件30、引線框架40依序層積於電路層12，並在統括地接合該些[統括接合工程]後，藉由壓模樹脂50進行樹脂密封[樹脂密封工程]。以下，以工程順序進行說明。
[功率模組用基板形成工程] 如圖3A所示，在陶瓷基板11之各面，經由焊材15層積作為電路層12的鋁板12´與作為散熱層13的鋁板13´。而且，在加壓至層積方向的狀態下，對該些層積構造體進行加熱而使焊材15熔融，藉此，接合各自的鋁板12´，13´與陶瓷基板11，以形成具有電路層12與散熱層13的功率模組用基板10(參閱圖3B)。具體而言，係在加壓層積構造體的狀態下被放入爐，於真空氛圍中，以610℃以上650℃以下的溫度來加熱1分~60分。
[基底金屬層形成工程] 在統括接合工程之前，在電路層12之接合預定面，形成由金、銀、鎳等所構成的基底金屬層60。基底金屬層15，係可藉由將金、銀、鎳等以鍍敷或濺鍍形成為薄膜狀的方式來獲得。又，電路層12之表面的基底金屬層60，係亦可藉由塗佈含有玻璃之銀膠而進行燒成的方式來形成。
(含有玻璃之銀膠所致之基底金屬層形成方法) 說明在電路層12之表面，藉由含有玻璃之銀膠來形成基底金屬層60的方法。含有玻璃之銀膠，係含有銀粉末、玻璃(無鉛玻璃)粉末、樹脂、溶劑及分散劑，由銀粉末與玻璃粉末所構成之粉未成分的含有量被設成為含有玻璃之銀膠整體的60質量%以上90質量%以下，殘餘部分被設成為樹脂、溶劑、分散劑。銀粉末，係其粒徑被設成為0.05μm以上1.0μm以下，例如平均粒徑0.8μm者較佳。玻璃粉末，係作為主成分，被設成為包含氧化鉍(Bi2
O3
)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2
O3
)、氧化鉛(PbO2
)、氧化磷(P2
O5
)的任1種或2種以上者，其玻璃轉移溫度被設成為300℃以上450℃以下，軟化溫度被設成為600℃以下，結晶化溫度被設成450℃以上。例如，含有氧化鉛與氧化鋅與氧化硼，平均粒徑0.5μm之玻璃粉末較佳。
又，銀粉末之重量A與玻璃粉末之重量G的重量比A/G，係被調整成80/20~99/1的範圍內，例如A/G=80/5。溶劑，係沸點為200℃以上者較佳，例如可使用二乙二醇二丁基醚。樹脂，係調整含有玻璃之銀膠的黏度者，被350℃以上分解較佳。例如，可使用乙基纖維素。又，可適當添加二羧酸系之分散劑。亦可不添加分散劑而構成含有玻璃之銀膠。
該含有玻璃之銀膠，係藉由下述方式而製造出：將「混合有銀粉末與玻璃粉末之混合粉末」和「混合有溶劑與樹脂之有機混合物」，藉由混合器來與分散劑一起進行預備混合，並在一面藉由輥軋機揉搓所獲得的預備混合物，一面進行混合後，藉由電糊過濾機來過濾所獲得的混練物。該含有玻璃之銀膠，係其黏度被調整成10Pa･s以上500Pa･s以下，更佳為50Pa･s以上300Pa･s以下。
將該含有玻璃之銀膠，藉由網版印刷法等來塗佈於電路層12的接合預定面，並在乾燥後，以350℃以上645℃以下的溫度燒成1分以上60分以下的時間。藉此，如圖4所示，形成有玻璃層61與銀層62之二層構造的基底金屬層60，該玻璃層61，係被形成於接合預定面側，該銀層62，係被形成於該玻璃層61上。在形成玻璃層61之際，自然產生於電路層12之表面的鋁氧化被膜12a會被熔融去除，從而在電路層12直接形成玻璃層61，並在該玻璃層61上形成銀層62。藉由該玻璃層61被堅固地固著於電路層12的方式，銀層62會被確實地保持固定於電路層12上。
在玻璃層61中，含有銀或鋁之至少一方的導電性粒子(結晶性粒子)63被分散。導電性粒子63，係被推測為在燒成之際，析出於玻璃層61內部者。又，在銀層62之內部，微細之玻璃粒子64亦被分散。該玻璃粒子64，係被推測為在銀粒子之燒成進行的過程中，所殘存之玻璃成分產生凝聚者。
像這樣所形成的基底金屬層60中之銀層62的平均結晶粒徑被調整成0.5μm以上3.0μm以下的範圍內。在此，在基底金屬層60的燒成時之加熱溫度未滿350℃及加熱溫度之保持時間未滿1分的情況下，燒成變得不充分，恐有無法充分形成基底金屬層60之虞。另一方面，在加熱溫度超過645℃的情況及加熱溫度之保持時間超過60分的情況下，燒成會過度進行，恐有在熱處理後所形成的基底金屬層60中之銀層62的平均結晶粒徑無法成為0.5μm以上3.0μm以下的範圍內之虞。
另外，為了確實形成基底金屬層60，從而將熱處理時之加熱溫度的下限設成為400℃以上為較佳，且設成為450℃以上為更佳。又，加熱溫度之保持時間，係設成為5分以上為較佳，且設成為10分以上為更佳。另外一方，為了確實抑制燒成之進行，從而將熱處理時之加熱溫度設成為600℃以下為較佳，且設成為575℃以下為更佳。又，將加熱溫度之保持時間設成為45分以下為較佳，且設成為30分以下為更佳。
(銀膠層) 其次，在使銀膠層70介設於形成有基底金屬層60的電路層12、間隔物20、半導體元件30、引線框架40之間的狀態下，層積該些。
銀膠層70，係塗佈銀膠而形成之層，該銀膠，係含有粒徑0.05μm~100μm的銀粉末、樹脂、溶劑而形成。作為銀膠所使用之樹脂，係可使用乙基纖維素等。作為銀膠所使用之溶劑，係可使用α-松油醇等。作為銀膠之組成，係亦可使銀粉末之含有量成為銀膠整體的60質量%以上92質量%以下，使樹脂之含有量成為銀膠整體的1質量%以上10質量%以下，使殘餘部分成為溶劑。
又，在銀膠中，係亦可使甲酸銀、乙酸銀、丙酸銀、安息香酸銀、草酸銀等的羧酸系金屬鹽等的有機金屬化合物粉末含有銀膠整體的0質量%以上10質量%以下。又，因應所需，亦可使醇或有機酸等的還原劑相對於銀膠整體含有0質量%以上10質量%以下。另外，該銀膠，係其黏度被調整成10Pa･s以上100Pa･s以下，更佳為30Pa･s以上80Pa･s以下。
藉由例如網版印刷法等，將該銀膠分別塗佈於電路層12之基底金屬層60上、間隔物20之表面、引線框架40之表面而進行乾燥，藉此，形成銀膠層70。該些銀膠層70，係只要在接合時被形成於相對向之接合預定面的任一表面即可。在圖3C所示的例子中，在電路層12之表面、間隔物20之與半導體元件30相對向之側的表面、引線框架40之與半導體元件30相對向之側的表面，分別形成有銀膠層70。
另外，作為銀膠層70，亦可使用以銀粉末代替氧化銀粉末的氧化銀膠。該氧化銀膠，係含有氧化銀粉末與還原劑與樹脂與溶劑，並且，除了該些之外，含有有機金屬化合物粉末。氧化銀粉末之含有量被設成為氧化銀膠整體的60質量%以上92質量%以下，還原劑之含有量被設置為氧化銀膠整體的5質量%以上15質量%以下，有機金屬化合物粉末之含有量被設成為氧化銀膠整體的0質量%以上10質量%以下，殘餘部分被設成為溶劑。
[統括接合工程] 如圖3C所示，將間隔物20重疊於電路層12之銀膠層70上，且將半導體元件30重疊於其間隔物20之銀膠層70上，且將引線框架40之銀膠層70重疊於其半導體元件30上，使該些成為層積狀態。而且，在使1MPa以上20MPa以下之加壓力作用於層積方向的狀態下，加熱至180℃以上350℃以下的加熱溫度。其溫度之保持時間，係只要為1分以上60分以下的範圍內即可。藉由該熱處理，燒結銀膠層70，在電路層12、間隔物20、半導體元件30、引線框架40的相互間形成燒結銀接合層711~713，並藉由該些燒結銀接合層711~713，一體地接合電路層12、間隔物20、半導體元件30、引線框架40。
另外，在使用了由包含氧化銀與還原劑之氧化銀膠所構成的銀膠層70之情況下，在接合(燒成)時，藉由氧化銀還原而析出之還原銀粒子會變成非常微細，例如粒徑10nm~1μm。因此，可形成緻密之燒結銀接合層711~713，從而更堅固地接合電路層12、間隔物20、半導體元件30、引線框架40。
[樹脂封裝工程] 如以上般，在將間隔物20、半導體元件30及引線框架40接合於功率模組用基板10後，除了功率模組用基板10之散熱層13的下面以外，藉由壓模樹脂50一體地密封功率模組用基板10、間隔物20、半導體元件30及引線框架40的連接部分附近。具體而言，係例如使用由環氧樹脂等所構成的密封材料，藉由轉移模製方法，形成並密封壓模樹脂50。引線框架40之外側端部，係從壓模樹脂50露出。
像這樣所製造之功率模組100，係由於半導體元件30在被夾置於高剛性之功率模組用基板10與引線框架40之間的狀態下予以接合且加壓，因此，可抑制翹曲之產生。因此，不會使半導體元件30損壞，半導體元件30與功率模組用基板10與引線框架40，係可獲得良好的接合狀態。又，可將間隔物20、半導體元件30、引線框架40一次接合於功率模組用基板10，且製造亦變得容易。
而且，由於在該功率模組100中，係藉由第1燒結銀接合層711及第2燒結銀接合層712，將半導體元件30的兩面接合於間隔物20及引線框架40，因此，即便在高溫環境下，亦具有高接合可靠性。又，由於各燒結銀接合層711，712其熱傳導性優異，因此，可快速擴散半導體元件30中產生的熱。而且，配置於半導體元件30的兩面之間隔物20及引線框架40是由銅系低線膨脹材料所構成，且使該些間隔物20及引線框架40與半導體元件30的線膨脹差減小，藉此，可降低作用於半導體元件30之熱應力而防止其損傷。
又，在功率模組100中，係藉由壓模樹脂50，一體地密封功率模組用基板10、半導體元件30及引線框架40。因此，可藉由壓模樹脂50良好地維持各者之接合狀態，並獲得更高的接合可靠性。
2.第2實施形態 圖5，係表示第2實施形態之功率模組101。在第2實施形態之功率模組101中，係沒有第1實施形態中所設置的間隔物20，半導體元件30的一面經由第1燒結銀接合層711被接合於功率模組用基板16之電路層17，且引線框架40經由第2燒結銀接合層712被接合於其半導體元件30的另一面。
在圖5中，在功率模組用基板16之陶瓷基板1中，係2個小電路部17a，17b以並排於面方向的狀態被接合成層積狀態而作為電路層17。而且，在各小電路部17a，17b上分別接合第1燒結銀接合層711，並在各第1燒結銀接合層711上接合半導體元件30。
功率模組用基板16之電路層17及散熱層18，係藉由銅或銅合金而構成。銅或銅合金本身，雖係線膨脹係數比較大，但比第1實施形態之鋁或其合金更難以變形。因此，電路層17表面之線膨脹受陶瓷基板11之線膨脹所支配。因此，作為功率模組用基板16整體，係成為線膨脹係數小於半導體元件30的低線膨脹材料。在本實施形態中，係使用無氧銅作為電路層17及散熱層18。
另外，引線框架40，係由銅系低線膨脹材料所構成，該銅系低線膨脹材料，係與第1實施形態相同地，具有：複合材料，組合了銅(Cu)與鎢(W)或鉬(Mo)、鉻(Cr)抑或其他低線膨脹率材料；及銅板，被接合於複合材料的兩面。而且，該功率模組用基板16與引線框架40之線膨脹係數的差被設定為5ppm/℃以下。又，功率模組用基板15之電路層16之厚度t1與引線框架40之厚度t2的厚度之比率(t1/t2)被設定為0.2以上5.0以下。
在功率模組101中，功率模組用基板16，係藉由下述予以製作：經由銀鈦(Ag-Ti)系焊材或銀銅鈦(Ag-Cu-Ti)系焊材等的活性金屬焊材，將電路層17及散熱層18層積於陶瓷基板11的兩面，並在使例如0.05MPa以上1.0MPa以下之加壓力作用於層積方向的狀態下，加熱至800℃以上930℃以下。其後，在使銀膠層介設於電路層17、半導體元件30、引線框架40之各接合預定面的狀態下進行層積，且與第1實施形態相同地，統括地進行加壓、加熱，藉此，經由第1燒結銀接合層711，接合電路層12與半導體元件30，並經由第2燒結銀接合層712，接合半導體元件30與引線框架40。最後，藉由壓模樹脂50，一體地密封功率模組用基板16與半導體元件30及引線框架40的連接部附近。
由於該實施形態之功率模組用基板16的電路層17，係由銅或銅合金所構成，因此，雖不需設置第1實施形態之形成於由鋁或其合金所構成之電路層12的基底金屬層60，但亦可形成相同的基底金屬層。又，亦可在半導體元件30、引線框架40之各接合預定面，藉由鍍敷或濺鍍等來形成金、銀、鎳等的基底金屬層。
像這樣所製造之功率模組101，係藉由線膨脹係數小於半導體元件30的銅系低線膨脹材料，構成被配置於半導體元件30之兩面的引線框架40及功率模組用基板15。因此，可使作用於半導體元件30之熱應力降低，而有效地防止其損壞。又，由於功率模組101，係藉由壓模樹脂50，一體地密封功率模組用基板16與被接合於功率模組用基板16之半導體元件30及引線框架40，因此，可藉由壓模樹脂50良好地維持各者之接合狀態，並獲得更高的接合可靠性。
此外，本發明，係並不限定於上述實施形態者，可在不脫離發明之主要內容的範圍下進行各種變更。 實施例
針對功率模組用基板之電路層、間隔物、引線框架，準備表1所示的材料、厚度者，並在將銀膠塗佈於該些相對向之接合預定面的任一後，進行層積且統括接合。在該情況下，針對發明例1~4、比較例1，係在由鋁所構成的電路層之表面，使用上述的含有玻璃之銀膠，形成基底金屬層。發明例5，6及比較例2，係不使用間隔物，在電路層接合半導體元件。在任一情況下，接合時之溫度，係皆設成為300℃，荷重，係皆設成為10MPa。
在ESPEC公司製之液槽冷熱衝擊試驗裝置中，將接合了該半導體元件之功率模組實施低溫側-40℃、高溫側150℃、1000次循環的冷熱衝擊試驗，並評估有無半導體元件之損壞。有無半導體元件之損壞，係使用insight公司製之超音波影像診斷裝置，將在半導體元件見到裂縫之機率為10%以下的情況設成為「良」，將在半導體元件見到裂縫之機率為超過10%的情況設成為「不良」。
將該些結果表示於表2。又，表1中，「4N-Al」，係表示純度99.99質量%以上的鋁，「C1020」，係表示無氧銅，「Cu-Mo」，係表示純銅/銅鉬複合材料/純銅的包覆材料，「Cu-W」，係表示純銅/銅鎢複合材料/純銅的包覆材料。
從表1及表2可知，半導體元件的兩面之材料的線膨脹係數差為5ppm/℃以內、厚度之比率(t1/t2)或比率(t3/t2)為0.2以上5.0以下的功率模組，係無法確認到半導體元件之損壞。 [產業上之可利用性]
經由燒結銀接合層，將線膨脹係數小於電子零件之低線膨脹材料接合於電子零件的兩面，並使兩低線膨脹材料的線膨脹差減小，藉此，可提高電子零件安裝模組之接合可靠性、熱傳導性，並且可降低作用於電子零件的熱應力而防止其損傷。
10‧‧‧功率模組用基板(絕緣電路基板)11‧‧‧陶瓷基板12‧‧‧電路層13‧‧‧散熱層15‧‧‧焊材16‧‧‧功率模組用基板(銅系低線膨脹材料、絕緣電路基板)17‧‧‧電路層17a、17b‧‧‧小電路部18‧‧‧散熱層20‧‧‧間隔物(銅系低線膨脹材料)30‧‧‧半導體元件(電子零件)40‧‧‧引線框架(銅系低線膨脹材料)50‧‧‧壓模樹脂60‧‧‧基底金屬層61‧‧‧玻璃層62‧‧‧銀層70‧‧‧銀膠層711‧‧‧第1燒結銀接合層712‧‧‧第2燒結銀接合層713‧‧‧第3燒結銀接合層100、101‧‧‧功率模組(電子零件安裝模組)
[圖1]本發明之第1實施形態之功率模組的剖面圖。 [圖2]表示圖1之功率模組之製造方法的流程圖。 [圖3A]說明圖2的製造方法中之功率模組用基板形成工程的剖面圖。 [圖3B]功率模組用基板的剖面圖。 [圖3C]說明圖2的製造方法中之統括接合工程的剖面圖。 [圖4]說明基底金屬層的放大剖面圖。 [圖5]本發明之第2實施形態之功率模組的剖面圖。
10‧‧‧功率模組用基板
11‧‧‧陶瓷基板
12‧‧‧電路層
13‧‧‧散熱層
20‧‧‧間隔物
30‧‧‧半導體元件
40‧‧‧引線框架
50‧‧‧壓模樹脂
60‧‧‧基底金屬層
100‧‧‧功率模組
711‧‧‧第1燒結銀接合層
712‧‧‧第2燒結銀接合層
713‧‧‧第3燒結銀接合層
Claims (7)
- 一種電子零件安裝模組，係具有：電子零件；第1燒結銀接合層，被接合於前述電子零件的一面；絕緣電路基板，具有電路層與陶瓷基板，且線膨脹係數小於前述電子零件，該電路層，係由被接合於前述第1燒結銀接合層的銅或銅合金所構成，該陶瓷基板，係被接合於該電路層；第2燒結銀接合層，被接合於前述電子零件的另一面；及引線框架，被接合於前述第2燒結銀接合層，且線膨脹係數小於前述電子零件，與前述絕緣電路基板之線膨脹係數的差為5ppm/℃以下。
- 如申請專利範圍第1項之電子零件安裝模組，其中，前述電路層之厚度為t1，前述引線框架之厚度為t2，前述厚度t1與前述厚度t2的比率(t1/t2)為0.2以上5.0以下。
- 如申請專利範圍第1項之電子零件安裝模組，其中，前述引線框架，係由銅系低線膨脹材料所構成，該銅系低線膨脹材料，係具有：複合材料，組合了銅與鎢、鉬、或鉻；及銅板，被接合於該複合材料的兩面。
- 如申請專利範圍第1項之電子零件安裝模組，其中，更具有：壓模樹脂，一體地密封前述絕緣電路基板、前述電子零件及前述引線框架。
- 一種電子零件安裝模組，係具有：電子零件；第1燒結銀接合層，被接合於前述電子零件的一面；絕緣電路基板，具有間隔物、第3燒結銀接合層、電路層及陶瓷基板，該間隔物，係被接合於前述第1燒結銀接合層，且線膨脹係數小於前述電子零件，該第3燒結銀接合層，係被接合於該間隔物，該電路層，係由被接合於該第3燒結銀接合層的鋁或鋁合金所構成，該陶瓷基板，係被接合於該電路層；第2燒結銀接合層，被接合於前述電子零件的另一面；及引線框架，被接合於前述第2燒結銀接合層，且線膨脹係數小於前述電子零件，與前述間隔物之線膨脹係數的差為5ppm/℃以下，前述間隔物及前述引線框架，係具有：複合材料，組合了銅與鎢、鉬、或鉻；及銅板，被接合於該複合材料的兩面。
- 如申請專利範圍第5項之電子零件安裝模組，其中，前述間隔物之厚度為t3，前述引線框架之厚度為t2，前述厚度t1與前述厚度t2的比率(t1/t2)為0.2以上5.0以下。
- 如申請專利範圍第5項之電子零件安裝模組，其中，更具有：壓模樹脂，一體地密封前述絕緣電路基板、前述電子零件及前述引線框架。
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| US20140252578A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-11 | Delphi Technologies, Inc. | Balanced stress assembly for semiconductor devices |
| US20160268190A1 (en) * | 2015-03-11 | 2016-09-15 | Gan Systems Inc. | PACKAGING SOLUTIONS FOR DEVICES AND SYSTEMS COMPRISING LATERAL GaN POWER TRANSISTORS |
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