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CN102498564A - 带散热器的功率模块用基板的制造方法、带散热器的功率模块用基板及功率模块 - Google Patents

带散热器的功率模块用基板的制造方法、带散热器的功率模块用基板及功率模块 Download PDF

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CN102498564A CN2010800397849A CN201080039784A CN102498564A CN 102498564 A CN102498564 A CN 102498564A CN 2010800397849 A CN2010800397849 A CN 2010800397849A CN 201080039784 A CN201080039784 A CN 201080039784A CN 102498564 A CN102498564 A CN 102498564A
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Abstract

本发明提供一种带散热器的功率模块用基板的制造方法，包括在第二金属板的另一面接合散热器的散热器接合工序，该散热器接合工序具有：Cu层形成工序，在所述第二金属板的另一面与所述散热器的接合面中的至少一方形成Cu层；散热器层压工序，通过所述Cu层层压所述第二金属板与所述散热器；散热器加热工序，为了将含有在所述Cu层中的Cu扩散到第二金属板和所述散热器中，在层压方向上对第二金属板与散热器进行加压的同时进行加热；以及熔融金属凝固工序，为了接合第二金属板与散热器，凝固伴随所述Cu的扩散形成的熔融金属。

Description

带散热器的功率模块用基板的制造方法、带散热器的功率模块用基板及功率模块
技术领域
本发明涉及一种控制大电流、高电压的在半导体装置中使用的带散热器的功率模块用基板的制造方法、带散热器的功率模块用基板及功率模块。
本申请基于2009年9月9日向日本申请的日本专利申请2009-208438号、2009年11月2日向日本申请的日本专利申请2009-252114号、2009年9月9日向日本申请的日本专利申请2009-208439号、2009年11月2日向日本申请的日本专利申请2009-252115号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
由于在半导体元件中用于电力供给的功率元件的发热量比较高，所以作为搭载该功率元件的基板，例如，使用如下带散热器的功率模块用基板：在由AlN(氮化铝)或Si3N4(氮化硅)等构成的陶瓷基板上接合有Al(铝)第一金属板的同时，在基板的相反侧通过Al(铝)第二金属板连接有散热器的功率模块用基板。
带散热器的功率模块用基板中，第一金属板形成为电路层，第一金属板上通过焊料搭载有作为功率元件的半导体芯片。
目前，例如如专利文献1所述，按以下顺序制造上述带散热器的功率模块用基板。
首先，通过钎料在陶瓷基板的一面层压第一金属板，通过钎料在陶瓷基板的另一面层压第二金属板。在层压方向上，以规定压力对其进行加压的同时进行加热，由此接合陶瓷基板与第一金属板及第二金属板(陶瓷基板接合工序)。
接着，在第二金属板的与陶瓷基板相反侧的面上，通过钎料层压散热器。在层压方向上，以规定压力对其进行加压的同时进行加热，由此接合第二金属板与散热器(散热器接合工序)。
即，带散热器的功率模块用基板通过上述陶瓷基板接合工序与其后实施的散热器接合工序而制造。
但是，在对第二金属板与散热器进行钎焊时，为了设定低的钎焊温度，大多使用含有7.5质量％以上Si的Al-Si系合金的钎料箔。在含有较多Si的Al-Si系合金中，由于延性不充分难以通过轧制等制造箔材。
进而，在散热器与第二金属板之间配置钎料箔，在层压方向上对其加压并加热，但在该加压时，需要以钎料箔的位置不偏移的方式层压配置钎料箔、散热器及第二金属板。
而且，在使用钎料箔的情况下，第二金属板与散热器的界面部分，第二金属板及散热器的表面、钎料箔的双面这四个面存在氧化被膜，氧化被膜的合计厚度有变厚的倾向。
专利文献1：日本专利公开2002-009212号公报
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种即使将接合散热器与第二金属板的散热器接合工序中的接合温度设定为低，也能紧固地接合散热器与第二金属板，还可以将接合陶瓷基板与第一金属板及第二金属板的陶瓷基板接合工序中的接合温度设定为较低，能够提供高品质的带散热器的功率模块用基板的带散热器的功率模块用基板的制造方法、带散热器的功率模块用基板及功率模块。
本发明的带散热器的功率模块用基板的制造方法为具备陶瓷基板、与该陶瓷基板表面接合一面的铝制的第一金属板、与所述陶瓷基板的背面接合一面的铝制的第二金属板、以及与该第二金属板的与所述陶瓷基板接合的所述一面相反侧的另一面接合的铝或铝合金制的散热器的带散热器的功率模块用基板的制造方法。该方法具有：陶瓷基板接合工序，接合所述陶瓷基板与所述第一金属板、以及所述陶瓷基板与所述第二金属板；以及散热器接合工序，在所述第二金属板的另一面接合所述散热器。所述散热器接合工序具有：Cu层形成工序，在所述第二金属板的另一面与所述散热器的接合面中的至少一方固着Cu而形成Cu层；散热器层压工序，通过所述Cu层层压所述第二金属板与所述散热器；散热器加热工序，在层压方向上对被层压的所述第二金属板与所述散热器进行加压的同时进行加热，在所述第二金属板与所述散热器的界面形成熔融金属区域；以及熔融金属凝固工序，通过凝固该熔融金属区域，接合所述第二金属板与所述散热器。于是，在所述散热器加热工序中，其特征在于，通过使所述Cu层的Cu扩散到所述第二金属板和所述散热器，在所述第二金属板与所述散热器的界面形成所述熔融金属区域。
该构成的带散热器的功率模块用基板的制造方法中，第二金属板与散热器的接合界面会有Cu介入。Cu为降低铝的熔点的元素，因此在较低温条件下，可以在散热器与第二金属板的界面形成熔融金属区域。
因此，即使在较低温、短时间的接合条件下接合，也能够紧固接合散热器与第二金属板。
而且，加热工序中，通过使Cu层内的Cu向着所述第二金属板及散热器扩散，在所述散热器与所述第二金属板的界面形成所述熔融金属区域，因此无需使用难以制造的Al-Si系钎料箔等，可以制造以低成本切实地接合第二金属板与散热器的带散热器的功率模块用基板。
进而，由于无需使用钎料箔，而在所述散热器的接合面及所述第二金属板的另一面中的至少一方直接固着有Cu，因此无需钎料箔的对位操作等。
而且，在第二金属板及散热器直接固着Cu时，氧化被膜仅形成在第二金属板及散热器的表面。因此，存在于第二金属板及散热器的界面的氧化被膜的合计厚度变薄，提高初始接合的成品率。
在此，所述Cu层形成工序中，在所述第二金属板的另一面与所述散热器的接合面中的至少一方，除了Cu之外，还可以固着有选自Si、Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li中的一种或两种以上的添加元素。
该情况下，Si、Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li这些元素为降低铝的熔点的元素，因此在较低温条件下，可以切实地在第二金属板与散热器的界面形成熔融金属区域。
因此，即使在较低温、短时间的接合条件下接合，也能够更紧固地接合第二金属板与散热器。
而且，所述Cu层形成工序中，也可以与Cu一起固着Al。
该情况下，形成的Cu层含有Al，因此该Cu层优先熔融。因此，能够在第二金属板与散热器的界面切实地形成熔融金属区域，可以紧固地接合第二金属板与散热器。对于与Cu一起固着Al，可以将Cu与Al同时蒸镀，也可以将Cu与Al的合金作为靶进行溅射。而且，也可以层压Cu与Al。
另外，所述陶瓷基板接合工序也可以具有金属固着工序、陶瓷基板层压工序、陶瓷基板加热工序、和第一熔融金属及第二熔融金属凝固工序。
金属固着工序中，在所述陶瓷基板与所述第一金属板的接合界面中的、所述陶瓷基板的接合面与所述第一金属板的接合面中的至少一方固着Cu或Si中的一种以上而形成第一金属层。而且，所述陶瓷基板与所述第二金属板的接合界面中的、所述陶瓷基板的接合面与所述第二金属板的接合面中的至少一方固着Cu或Si中的一种以上而形成第二金属层。
陶瓷基板层压工序中，通过所述第一金属层层压所述陶瓷基板与所述第一金属板。而且，通过所述第二金属层层压所述陶瓷基板与所述第二金属板。
陶瓷基板加热工序中，在层压方向上对被层压的所述第一金属板、所述陶瓷基板和所述第二金属板进行加压的同时进行加热，在所述第一金属板与所述陶瓷基板的界面形成第一熔融金属区域。而且，在所述陶瓷基板与所述第二金属板的界面形成第二熔融金属区域。
于是，所述陶瓷基板加热工序中，通过使所述第一金属层的Cu或Si中的一种以上扩散到所述第一金属板，在所述第一金属板与所述陶瓷基板的界面形成所述第一熔融金属区域。而且，通过使所述第二金属层的Cu或Si中的一种以上扩散到所述第二金属板，在所述陶瓷基板与所述第二金属板的界面形成所述第二熔融金属区域。
该情况下，即使进行陶瓷基板与第一金属板、以及陶瓷基板与第二金属板的接合，也无需使用钎料，可以以低成本切实地接合陶瓷基板与第一金属板及第二金属板。
而且，在陶瓷基板与第一金属板及第二金属板的接合界面，由于Cu或Si中的一种以上介入，即使在较低温、短时间的接合条件下接合，也能够紧固地接合陶瓷基板与第一金属板及第二金属板。
在此，所述金属固着工序中，在所述陶瓷基板的接合面与所述第一金属板的接合面中的至少一方或者所述陶瓷基板的接合面与所述第二金属板的接合面中的至少一方，除了Cu或Si中的一种以上之外还可以固着选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li中的一种或两种以上的添加元素。
该情况下，Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li这些元素为降低铝的熔点的元素，因此在较低温条件下，在所述陶瓷基板与所述第一金属板的界面可以切实地形成第一熔融金属区域，或者在所述陶瓷基板与所述第二金属板的界面可以切实地形成第二熔融金属区域。
因此，即使在较低温、短时间的接合条件下接合，也能够更紧固地接合陶瓷基板与第一金属板及第二金属板。
进而，也可以同时进行所述陶瓷基板接合工序与所述散热器接合工序。
该情况下，通过分别同时进行散热器层压工序与陶瓷基板层压工序、散热器加热工序与陶瓷基板加热工序、熔融金属凝固工序与第一熔融金属及第二熔融金属凝固工序，可以大幅削减接合所需的成本。而且，由于无需进行反复加热、冷却，还可以实现该带散热器的功率模块用基板的翘曲的减少。
而且，所述Cu层形成工序还可以通过电镀、蒸镀、CVD、溅射、冷喷涂或分散有粉末的浆料和油墨等的涂布来在所述散热器的接合面及所述第二金属板的另一面中的至少一方固着Cu。
该情况下，能够使Cu切实地介入散热器与第二金属板的接合界面。而且，可以精度良好地调整Cu的固着量，切实地形成熔融金属区域，能够紧固地接合散热器与第二金属板。
进而，所述第二金属板也可以层压多个金属板而构成。
该情况下，可以用该第二金属板充分缓和起因于散热器与陶瓷基板的热膨胀系数之差的热变形，可以抑制在陶瓷基板中的龟裂的产生。
本发明的带散热器的功率模块用基板具备陶瓷基板、与该陶瓷基板表面接合一面的铝制的第一金属板、与所述陶瓷基板的背面接合一面的铝制的第二金属板、以及与该第二金属板的与所述陶瓷基板接合的所述一面相反侧的另一面接合的铝或铝合金制的散热器。所述第二金属板和所述散热器中固溶有Cu，所述第二金属板和所述散热器的接合界面附近中的Cu浓度设定在0.05质量％以上5质量％以下的范围内。
根据该构成的带散热器的功率模块用基板，由于所述第二金属板和所述散热器分别固溶有Cu，第二金属板及散热器的各自的接合界面侧部分被固溶强化。
在此，所述第二金属板和所述散热器的接合界面附近中的Cu浓度为0.05质量％以上，因此可以切实地固溶强化所述第二金属板和所述散热器的接合界面侧部分。而且，所述第二金属板和所述散热器的接合界面附近中的Cu浓度为5质量％以下，因此可以防止所述第二金属板和所述散热器的接合界面的强度过度变高，可以用所述第二金属板和所述散热器吸收热变形。
而且，所述第二金属板和所述散热器中，除了Cu之外，也可以固溶有选自Si、Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li中的一种或两种以上的添加元素。
该情况下，可以切实地固溶强化所述第二金属板和所述散热器的接合界面侧部分。
所述第一金属板与所述陶瓷基板的接合界面附近、或者所述第二金属板与所述陶瓷基板的接合界面附近中，除了Cu或Si中的一种以上之外，也可以固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li中的一种或两种以上的添加元素。
该情况下，可以切实地固溶强化所述第一金属板和所述第二金属板中的所述陶瓷基板的接合界面侧部分。
而且，也可以设定为所述第二金属板的厚度比所述第一金属板的厚度厚。
该情况下，可以使陶瓷基板的散热器侧部分的刚性相对高于与其相反侧部分的刚性，由此进而可以抑制冷却后的翘曲。
进而，所述第二金属板也可以层压多个金属板而构成。
该情况下，由于第二金属板为多个金属板被层压的结构，因此可以用该第二金属板充分缓和起因于散热器与陶瓷基板的热膨胀系数之差的热变形，可以抑制在陶瓷基板中的龟裂的产生。
本发明的功率模块具备上述带散热器的功率模块用基板与搭载在该带散热器的功率模块用基板上的电子部件。
根据该构成的功率模块，散热器与第二金属板的接合强度高，即使是在使用环境恶劣的情况下，也可以扩散来自半导体元件等电子部件的热。
根据本发明，能够提供一种即使将接合散热器与第二金属板的散热器接合工序中的接合温度设定为低，也能紧固地接合散热器与第二金属板，还可以将接合陶瓷基板与第一金属板及第二金属板的陶瓷基板接合工序中的接合温度设定为较低，能够提供高品质的带散热器的功率模块用基板的带散热器的功率模块用基板的制造方法、带散热器的功率模块用基板及功率模块。
附图说明
图1是使用本发明的第一实施方式的带散热器的功率模块用基板的功率模块的简要说明图。
图2是表示本发明的第一实施方式的带散热器的功率模块用基板的金属层和散热器的Cu浓度分布的说明图。
图3是本发明的第一实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的流程图。
图4是表示本发明的第一实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的说明图。
图5是表示图4中的第二金属板(金属层)与散热器的接合界面附近的说明图。
图6是使用本发明的第二实施方式的带散热器的功率模块用基板的功率模块的简要说明图。
图7是表示本发明的第二实施方式的带散热器的功率模块用基板的金属层和散热器的Cu浓度分布及Ge浓度分布的说明图。
图8是本发明的第二实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的流程图。
图9是表示本发明的第二实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的说明图。
图10是使用本发明的第三实施方式的带散热器的功率模块用基板的功率模块的简要说明图。
图11是本发明的第三实施方式的带散热器的功率模块用基板的金属层和散热器的Cu浓度分布及Ag浓度分布的说明图。
图12是本发明的第三实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的流程图。
图13是表示本发明的第三实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的说明图。
图14是表示本发明的第三实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的说明图。
图15是使用本发明的第四实施方式的带散热器的功率模块用基板的功率模块的简要说明图。
图16是本发明的第四实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的流程图。
图17是表示本发明的第四实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的说明图。
图18是表示本发明的第四实施方式的带散热器的功率模块用基板的制造方法的说明图。
图19是使用本发明的其他实施方式的带散热器的功率模块用基板的功率模块的简要说明图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1表示本发明的第一实施方式的带散热器的功率模块用基板及功率模块。
该功率模块1具备有：功率模块用基板10，配设有电路层12；半导体芯片3，通过焊层2接合于电路层12的表面；及散热器40。在此，焊层2例如为Sn-Ag系、Sn-In系、或者Sn-Ag-Cu系的焊料。另外，在本实施方式中，电路层12与焊层2之间设置有镀Ni层(未图示)。
功率模块用基板10具备有：陶瓷基板11；电路层12，配设于该陶瓷基板11的一面(在图1中为上面)；及金属层13，配设于陶瓷基板11的另一面(在图1中为下面)。
陶瓷基板11防止电路层12与金属层13之间的电连接，由绝缘性高的AlN(氮化铝)构成。并且，陶瓷基板11的厚度设定在0.2～1.5mm的范围内，在本实施方式中设定为0.635mm。如图1所示，在本实施方式中，陶瓷基板11的宽度设定为宽于电路层12及金属层13的宽度。
电路层12通过在陶瓷基板11的一面接合具有导电性的金属板22而形成。在本实施方式中，形成电路层12的金属板22是纯度为99.99％以上的铝轧制板。
金属层13通过在陶瓷基板11的另一面接合金属板23而形成。在本实施方式中，形成金属层13的金属板23是纯度为99.99％以上的铝轧制板。
散热器40用于冷却上述功率模块用基板10。散热器40具备有：顶板部41，与功率模块用基板10相接合；及流路42，用于使冷却介质(例如冷却水)流通。散热器40的顶板部41优选由热传导性良好的材质构成。在本实施方式中，散热器40的顶板部41由A6063(铝合金)构成。
如图2所示，在金属层13(金属板23)与散热器40的接合界面30，金属层13(金属板23)和散热器40中固溶有Cu。在金属层13及散热器40的接合界面30附近，形成有在层压方向上随着自接合界面30离开而Cu浓度逐渐降低的浓度倾斜层33、34。在此，该浓度倾斜层33、34的接合界面30附近的Cu浓度设定为0.05质量％以上5质量％以下的范围内。
另外，金属层13及散热器40的接合界面30附近的Cu浓度是通过EPMA分析(斑点直径30μm)在距离接合界面30的50μm位置进行5点测定的平均值。而且，图2的图表是在金属层13(金属板23)和散热器40(顶板部41)的宽度中央部分在层压方向上进行线性分析，并将上述50μm位置处的浓度为基准而求出的图表。
以下，参照图3至图5对上述构成的带散热器的功率模块用基板的制造方法进行说明。
(Cu层形成工序S01/Cu固着工序S11)
首先，如图4、图5所示，通过溅射在形成电路层12的金属板22的一面固着Cu而形成第一Cu层24。而且，通过溅射在形成金属层13的金属板23的一面固着Cu而形成第二Cu层25(Cu固着工序S11)。
进而，通过溅射在形成金属层13的金属板23的另一面固着Cu而形成Cu层26(Cu层形成工序S01)。
在此，本实施方式中，第一Cu层24、第二Cu层25及Cu层26中的Cu量设定为0.08mg/cm2以上2.7mg/cm2以下。
(散热器层压工序S02/陶瓷基板层压工序S12)
接着，如图4所示，在陶瓷基板11的一面侧层压金属板22。此时，以金属板22的形成有第一Cu层24的面向着陶瓷基板11的方式层压金属板22。而且，在陶瓷基板11的另一面侧层压金属板23。此时，以金属板23的形成有第二Cu层25的面向着陶瓷基板11的方式层压金属板23(陶瓷基板层压工序S12)。
进而，在金属板23的另一面侧，层压散热器40(散热器层压工序S02)。此时，如图4所示，以金属板23的形成有Cu层26的面向着散热器40的方式层压金属板23与散热器40。
(散热器加热工序S03/陶瓷基板加热工序S13)
接着，在层压方向上对金属板22、陶瓷基板11、金属板23和散热器40进行加压(压力1～35kgf/cm2)的状态下装入真空加热炉内进行加热。由此，在金属板22与陶瓷基板11的界面形成第一熔融金属区域27。而且，在金属板23与陶瓷基板11的界面形成第二熔融金属区域28(陶瓷基板加热工序S13)。
进而，同时在金属板23与散热器40之间形成熔融金属区域29(散热器加热工序S03)。
如图5所示，Cu层26的Cu向着金属板23扩散。而且，Cu层26的Cu向着散热器40扩散。这样，金属板23和散热器40的Cu层26附近的Cu浓度上升。由此，金属板23和散热器40的Cu层26附近的熔点降低，形成熔融金属区域29。
另外，上述的压力小于1kgf/cm2的情况下，有可能无法良好地进行陶瓷基板11与金属板22、23的接合、以及金属板23与散热器40的接合。而且，上述的压力超过35kgf/cm2的情况下，金属板22、23及散热器40有可能变形。因此，上述的加压压力优选在1～35kgf/cm2的范围内。
在此，本实施方式中，真空加热炉内的压力设定为10-6Pa以上10-3Pa以下的范围内。而且，加热温度设定为600℃以上650℃以下的范围内。
(熔融金属凝固工序S04/第一熔融金属及第二熔融金属凝固工序S14)
接着，在形成有熔融金属区域29的状态下将温度保持为一定。这样，熔融金属区域29中的Cu向着金属板23扩散。而且，使熔融金属区域29中的Cu向着散热器40扩散。由此，曾为熔融金属区域29的部分的Cu浓度渐渐降低，熔点上升，由此在将温度保持为一定的状态下进行凝固。即，散热器40与金属板23通过所谓扩散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)来接合。在这样进行凝固之后，冷却至常温。
同样地，第一熔融金属区域27、第二熔融金属区域28中的Cu向着金属板22、23扩散。这样，曾为第一熔融金属区域27、第二熔融金属区域28的部分的Cu浓度渐渐降低，熔点上升，将温度保持为一定的状态下进行凝固。由此，接合陶瓷基板11与金属板22、23。
如上所述，接合形成电路层12及金属层13的金属板22、23与陶瓷基板11。并且，接合金属板23与散热器40。由此，制造本实施方式的带散热器的功率模块用基板。
如上所述构成的本实施方式具备在形成金属层13的金属板23与散热器40之间形成Cu层26的Cu层形成工序S01，因此金属板23与散热器40的接合界面30会有Cu介入。在此，Cu为对Al反应性高的元素，因此通过在接合界面30存在Cu，铝制的金属板23和散热器40的表面活性化。由此，能够紧固地接合金属板23与散热器40。
而且，本实施方式具备在金属板22、23与陶瓷基板11的接合面固着Cu的Cu固着工序S11，因此在金属板22、23与陶瓷基板11的接合界面也有Cu介入，能够紧固地接合陶瓷基板11与金属板22、23。
进而，通过使形成在金属板23的另一面的Cu层26的Cu向着金属板23和散热器40扩散来形成熔融金属区域29，使熔融金属区域29中的Cu进而向着金属板23和散热器40扩散来凝固，由此接合散热器40与金属层13(金属板23)，因此在较低温、短时间的接合条件下接合，也能够紧固地接合散热器40与金属板23。
而且，本实施方式中，对陶瓷基板11与电路层12(金属板22)及金属层13(金属板23)，也使第一Cu层24、第二Cu层25的Cu向着金属板22、23扩散，由此形成第一熔融金属区域27、第二熔融金属区域28，通过使第一熔融金属区域27、第二熔融金属区域28中的Cu进而向着金属板22、23扩散来凝固，由此接合陶瓷基板11与电路层12(金属板22)及金属层13(金属板23)，因此在较低温、短时间的接合条件下接合，也能够紧固地接合陶瓷基板11与电路层12(金属板22)及金属层13(金属板23)。
进而，在散热器40与金属板23的接合以及陶瓷基板11与金属板22、23的接合中不使用钎料箔，因此无需钎料箔的对位操作等。因此，能够以低成本效率良好地制出本实施方式的带散热器的功率模块用基板。
而且，本实施方式中，同时进行陶瓷基板11与金属板22、23的接合以及金属板23与散热器40的接合，因此可以大幅削减它们的接合所需的成本。而且，对陶瓷基板11无需进行反复加热、冷却来完成，因此可以实现该带散热器的功率模块用基板的翘曲的减少。
进而，Cu层形成工序S01中，通过溅射在金属板23的另一面固着Cu来形成Cu层26，因此能够在散热器4与金属板23之间切实地介入Cu。而且，可以精度良好地调整Cu的固着量，能够紧固地接合散热器40与金属板23。
而且，本实施方式的带散热器的功率模块用基板中，在散热器40与金属层13(金属板23)的接合界面30中，金属层13(金属板23)和散热器40固溶有Cu。于是，金属层13及散热器40的各自的接合界面30侧的Cu浓度设定为0.05质量％以上5质量％以下的范围内。由此，金属层13(金属板23)和散热器40的接合界面30侧的部分固溶强化，可以防止金属层13(金属板23)和散热器40中的龟裂的产生。由此，可以提供可靠性高的带散热器的功率模块用基板。
接着，使用图6至图9说明本发明的第二实施方式的带散热器的功率模块用基板及功率模块。
该功率模块101具备有：功率模块用基板110，配设有电路层112；半导体芯片3，通过焊层2接合于电路层112的表面；及散热器140。
功率模块用基板110具备有：陶瓷基板111；电路层112，配设于该陶瓷基板111的一面(在图6中为上面)；及金属层113，配设于陶瓷基板111的另一面(在图6中为下面)。
陶瓷基板111由绝缘性高的AlN(氮化铝)构成。
电路层112通过由纯度为99.99％以上的铝轧制板形成的金属板122与陶瓷基板111接合而形成。
金属层113通过由纯度为99.99％以上的铝轧制板形成的金属板123与陶瓷基板111接合而形成。
另外，本实施方式中，如图6所示，金属层113的厚度比电路层112的厚度厚。
散热器140用于冷却上述功率模块用基板110。散热器140具备有：顶板部141，与功率模块用基板110相接合；及流路142，用于使冷却介质流通。散热器140的顶板部141优选由热传导性良好的材质构成。在本实施方式中，散热器140的顶板部141由A6063(铝合金)构成。
而且，如图7所示，在金属层113(金属板123)与散热器140的接合界面130，金属层113(金属板123)及散热器140中除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素。另外，本实施方式中，固溶有作为添加元素的Ge。
而且，电路层112(金属板122)与陶瓷基板111的接合界面、以及金属层113(金属板123)与陶瓷基板111的接合界面中，除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素。另外，本实施方式中，固溶有作为添加元素的Ge。
其中，在金属层113及散热器140的接合界面130附近，形成有在层压方向上随着自接合界面130离开而Cu浓度和Ge浓度逐渐降低的浓度倾斜层133、134。在此，该浓度倾斜层133、134的接合界面130附近的Cu和添加元素(本实施方式中为Ge)的合计浓度设定为0.05质量％以上6.5质量％以下的范围内。
另外，金属层113及散热器140的接合界面130附近的Cu浓度和Ge浓度是通过EPMA分析(斑点直径30μm)在距离接合界面130的50μm位置进行5点测定的平均值。而且，图7的图表是在金属层113(金属板123)和散热器140(顶板部141)的宽度中央部分在层压方向上进行线性分析，并将上述50μm位置处的浓度为基准而求出的图表。
以下，参照图8和图9对上述构成的带散热器的功率模块用基板的制造方法进行说明。
(Cu固着工序S101)
首先，如图9所示，通过溅射在形成电路层112的金属板122的一面固着Cu而形成第一Cu层124。而且，通过溅射在形成金属层113的金属板123的一面固着Cu而形成第二Cu层125。另外，该第一Cu层124、第二Cu层125中，除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素，本实施方式中，作为添加元素使用Ge。
(陶瓷基板层压工序S102)
接着，在陶瓷基板111的一面侧层压金属板122。此时，以金属板122的形成有第一Cu层124的面向着陶瓷基板111的方式层压金属板122。而且，在陶瓷基板111的另一面侧层压金属板123。此时，以金属板123的形成有第二Cu层125的面向着陶瓷基板111的方式层压金属板123。
(陶瓷基板加热工序S103)
接着，在层压方向上对金属板122、陶瓷基板111和金属板123进行加压(压力1～35kgf/cm2)的状态下装入真空加热炉内进行加热。在金属板122与陶瓷基板111的界面形成第一熔融金属区域。而且，在金属板123与陶瓷基板111的界面形成第二熔融金属区域。
在此，本实施方式中，真空加热炉内的压力设定为10-6Pa以上10-3Pa以下的范围内，加热温度设定为600℃以上650℃以下的范围内。
(第一熔融金属及第二熔融金属凝固工序S104)
接着，在形成有第一熔融金属区域、第二熔融金属区域的状态下将温度保持为一定，使第一熔融金属区域、第二熔融金属区域中的Cu向着金属板122、123扩散，将温度保持为一定的状态下进行凝固，接合陶瓷基板111与金属板122、123。由此，制出功率模块用基板110。
(Cu层形成工序S105/散热器层压工序S106)
接着，在功率模块用基板110的金属层113的另一面侧，固着Cu及Ge而形成Cu层126。该Cu层126中的Cu量设定为0.08mg/cm2以上2.7mg/cm2以下，Ge量设定为0.002mg/cm2以上2.5mg/cm2以下。
于是，通过该Cu层126，在金属层113的另一面侧层压散热器140。
(散热器加热工序S107)
接着，在层压方向上对功率模块用基板110与散热器140进行加压(压力1～35kgf/cm2)的状态下装入真空加热炉内进行加热，在金属层113与散热器140之间形成熔融金属区域。
在此，本实施方式中，真空加热炉内的压力设定为10-6Pa以上10-3Pa以下的范围内。加热温度设定为600℃以上650℃以下的范围内。
(熔融金属凝固工序S108)
接着，在形成有熔融金属区域的状态下将温度保持为一定。这样，熔融金属区域中的Cu和Ge进而向着金属层113及散热器140扩散。由此，曾为熔融金属区域的部分的Cu浓度和Ge浓度渐渐降低，熔点上升，并在将温度保持为一定的状态下进行凝固。这样，在进行凝固之后，冷却至常温。
由此，接合功率模块用基板110与散热器140，制造出本实施方式的带散热器的功率模块用基板。
如上所述构成的本实施方式中，在散热器140和金属层113之间与Cu一起固着Ge，因此可以通过扩散该Cu与Ge来形成熔融金属区域。而且，进而可以使熔融金属区域中的Cu与Ge扩散来接合散热器140与功率模块用基板110。由此，即使在较低温条件下，也能够切实地接合散热器140与功率模块用基板110。
而且，除了Cu之外添加Ge，使该Cu与Ge扩散来形成熔融金属区域，因此可以进一步降低散热器140及金属层113的接合界面130附近的熔点。由此，即使将散热器加热工序S107中的接合温度设定为低于陶瓷基板加热工序S103中的接合温度，也可以接合散热器140与功率模块用基板110。
进而，本实施方式中，金属层113的厚度比电路层112的厚度厚，因此以陶瓷基板111为基准，金属层113侧的刚性被设定为高于电路层112侧的刚性，可以抑制接合后的带散热器的功率模块用基板的翘曲。
接着，使用图10至图14说明本发明的第三实施方式的带散热器的功率模块用基板及功率模块。
该功率模块201具备有：功率模块用基板210，配设有电路层212；半导体芯片3，通过焊层2接合于电路层212的表面；及散热器240。
功率模块用基板210具备有：陶瓷基板211；电路层212，配设于该陶瓷基板211的一面(在图10中为上面)；及金属层213，配设于陶瓷基板211的另一面(在图10中为下面)。另外，陶瓷基板211由绝缘性高的AlN(氮化铝)构成。
电路层212通过由纯度为99.99％以上的铝轧制板形成的金属板222与陶瓷基板211接合而形成。
金属层213通过由纯度为99.99％以上的铝轧制板形成的金属板223与陶瓷基板211接合而形成。
散热器240用于冷却上述功率模块用基板210。本实施方式的散热器240具备有：顶板部241，与功率模块用基板210相接合；底板部245，与该顶板部241对向而配置；及波纹状散热片246，介入在顶板部241与底板部245之间而安装。通过顶板部241、底板部245和波纹状散热片246分成流通冷却介质的流路242。
在此，该散热器240通过顶板部241与波纹状散热片246、波纹状散热片246与底板部245分别被钎焊而形成。本实施方式中，如图14所示，顶板部241及底板部245由层压A3003合金制基材层241A、245A和A4045合金制接合层241B、245B的层压铝板形成，以接合层241B、245B向着波纹状散热片246侧的方式配设顶板部241及底板部245。
如图11所示，在散热器240(顶板部241的基材层241A)与金属层213(金属板223)的接合界面230，金属层213(金属板223)及散热器240(顶板部241的基材层241A)中除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素。另外，本实施方式中，固溶有作为添加元素的Ag。
而且，电路层212(金属板222)与陶瓷基板211的接合界面、以及金属层213(金属板223)与陶瓷基板211的接合界面中，除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素。另外，本实施方式中，固溶有Ag。
在此，在金属层213及散热器240的接合界面230附近，形成有在层压方向上随着自接合界面230离开而Cu浓度和Ag浓度逐渐降低的浓度倾斜层233、234。在此，该浓度倾斜层233、234的接合界面230附近的Cu和添加元素(本实施方式中为Ag)的合计浓度设定为0.05质量％以上6.5质量％以下的范围内。
另外，金属层213及散热器240的接合界面230附近的Cu浓度和Ag浓度是通过EPMA分析(斑点直径30μm)在距离接合界面230的50μm位置进行5点测定的平均值。而且，图11的图表是在金属层213(金属板223)和散热器240(顶板部241)的宽度中央部分在层压方向上进行线性分析，并将上述50μm位置处的浓度为基准而求出的图表。
以下，对上述构成的带散热器的功率模块用基板的制造方法进行说明。
(Cu固着工序S201)
首先，如图13所示，通过溅射在形成电路层212的金属板222的一面固着Cu而形成第一Cu层224。而且，通过溅射在形成金属层213的金属板223的一面固着Cu而形成第二Cu层225。另外，该第一Cu层224、第二Cu层225中除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素，本实施方式中，作为添加元素使用Ag。
在此，本实施方式中，第一Cu层224、第二Cu层225中的Cu量设定为0.08mg/cm2以上2.7mg/cm2以下。而且，Ag量设定为0.08mg/cm2以上5.4mg/cm2以下。
(陶瓷基板层压工序S202)
接着，如图13所示，在陶瓷基板211的一面侧层压金属板222。此时，以金属板222的形成有第一Cu层224的面向着陶瓷基板211的方式层压金属板222。
而且，在陶瓷基板211的另一面侧层压金属板223。此时，以金属板223的形成有第二Cu层225的面向着陶瓷基板211的方式层压金属板223。
(陶瓷基板加热工序S203)
接着，在层压方向上对金属板222、陶瓷基板211和金属板223进行加压(压力1～35kgf/cm2)的状态下装入真空加热炉内进行加热。在金属板222与陶瓷基板211的界面形成第一熔融金属区域。而且，在金属板223与陶瓷基板211的界面形成第二熔融金属区域。
在此，本实施方式中，真空加热炉内的压力设定为10-6Pa以上10-3Pa以下的范围内。加热温度设定为600℃以上650℃以下的范围内。
(第一熔融金属及第二熔融金属凝固工序S204)
接着，在形成有第一熔融金属区域、第二熔融金属区域的状态下将温度保持为一定。这样，第一熔融金属区域、第二熔融金属区域中的Cu和Ag向着金属板222、223扩散。由此，曾为第一熔融金属区域、第二熔融金属区域的部分的Cu浓度和Ag浓度渐渐降低，熔点上升，并在将温度保持为一定的状态下进行凝固。由此，接合陶瓷基板211与金属板222、223，制出功率模块用基板210。
(Cu层形成工序S205)
接着，通过溅射在金属层213的另一面固着Cu和Ag来形成Cu层226。在此，本实施方式中，Cu层226中的Cu量设定为0.08mg/cm2以上2.7mg/cm2以下，Ag量设定为0.08mg/cm2以上5.4mg/cm2以下。
(散热器层压工序S206)
接着，如图14所示，在功率模块用基板210的金属层213的另一面侧，层压构成散热器240的顶板部241、波纹状散热片246和底板部245。此时，以顶板部241的接合层241B及底板部245的接合层245B向着波纹状散热片246侧的方式层压顶板部241及底板部245。而且，顶板部241与波纹状散热片246、底板部245与波纹状散热片246之间例如介入将KAlF4作为主成分的焊剂(未图示)。
而且，以金属板223的形成有Cu层226的面向着散热器240的顶板部241的方式配置，使Cu层226介入在金属板223与散热器240之间。
(散热器加热工序S207)
接着，在层压方向上对被层压的功率模块用基板210、顶板部241、波纹状散热片246及底板部245进行加压(压力1～35kgf/cm2)的状态下，装入到气氛加热炉内进行加热，在金属板223与散热器240的顶板部241之间形成熔融金属区域。同时，顶板部241与波纹状散热片246、底板部245与波纹状散热片246之间也形成使接合层241B、245B熔融的熔融金属层。
在此，本实施方式中，气氛加热炉内为氮气气氛，加热温度设定为550℃以上630℃以下的范围内。
(熔融金属凝固工序S208)
接着，在形成有熔融金属区域的状态下将温度保持为一定。这样，熔融金属区域中的Cu和Ag向着金属板223及散热器240的顶板部241扩散。这样，曾为熔融金属区域的部分的Cu浓度和Ag浓度渐渐降低，熔点上升。由此，将温度保持为一定的状态下进行凝固。即，散热器240的顶板部241与金属板223通过所谓扩散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)来接合。这样进行凝固之后，冷却至常温。
而且，通过使形成在顶板部241与波纹状散热片246、底板部245与波纹状散热片246之间的熔融金属层凝固，顶板部241与波纹状散热片246、底板部245与波纹状散热片246被钎焊。此时，顶板部241、波纹状散热片246、底板部245的表面形成有氧化被膜，但通过上述焊剂能除去该氧化被膜。
由此，顶板部241、波纹状散热片246和底板部245被钎焊而形成散热器240。而且，接合散热器240与功率模块用基板210来制造本实施方式的带散热器的功率模块用基板。
如上所述构成的本实施方式中，在散热器240和金属层213之间与Cu一起固着Ag，因此可以通过扩散该Cu与Ag来形成熔融金属区域，进而使熔融金属区域中的Cu与Ag扩散来接合散热器240与功率模块用基板210，因此即使在较低温条件下，也能够切实地接合散热器240与功率模块用基板210。
在此，将散热器240通过使用焊剂的钎焊来形成的情况下，在氮气气氛、550℃以上630℃以下的温度条件下接合。本实施方式中，可以在低温条件及氮气气氛下接合散热器240与功率模块用基板210，因此可以在接合散热器240与功率模块用基板210的同时，通过钎焊接合顶板部241、波纹状散热片246与底板部245而制出散热器240。因此，可以省略该带散热器的功率模块用基板的制造工序，可以实现制作成本的削减。
接着，参照图15至图18对本发明第四实施方式的带散热器的功率模块用基板和功率模块进行说明。
该功率模块301具备有：功率模块用基板310，配设有电路层312；半导体芯片3，通过焊层2接合于电路层312的表面；及散热器340。
功率模块用基板310具备有：陶瓷基板311；电路层312，配设于该陶瓷基板311的一面(在图15中为上面)；及金属层313，配设于陶瓷基板311的另一面(在图15中为下面)。另外，陶瓷基板311由绝缘性高的AlN(氮化铝)构成。
电路层312通过由纯度为99.99％以上的铝轧制板形成的金属板322与陶瓷基板311接合而形成。
金属层313通过由纯度为99.99％以上的铝轧制板形成的金属板323与陶瓷基板311接合而形成。
散热器340用于冷却上述功率模块用基板310。本实施方式的散热器340具备有：顶板部341，与功率模块用基板310相接合；底板部345，与该顶板部341对向而配置；及波纹状散热片346，介入在顶板部341与底板部345之间而安装。通过顶板部341、底板部345和波纹状散热片346分成流通冷却介质的流路342。
在此，该散热器340通过顶板部341与波纹状散热片346、波纹状散热片346与底板部345分别被钎焊而构成。
而且，在散热器340的顶板部341与金属层313(金属板323)的接合界面，金属层313(金属板323)和顶板部341中除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素。另外，本实施方式中，固溶有作为添加元素的Ag。
而且，电路层312(金属板322)与陶瓷基板311的接合界面、以及金属层313(金属板323)与陶瓷基板311的接合界面中，除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素。另外，本实施方式中，固溶有作为添加元素的Ag。
以下，对上述构成的带散热器的功率模块用基板的制造方法进行说明。
(固着层形成工序S301)
首先，如图17所示，通过溅射在形成电路层312的金属板322的一面固着Cu而形成第一Cu层324。而且，通过溅射在形成金属层313的金属板323的一面固着Cu而形成第二Cu层325。进而，在金属板323的另一面也通过溅射固着Cu而形成Cu层326。
另外，该第一Cu层324、第二Cu层325和Cu层326中，除了Cu之外固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上的添加元素，本实施方式中，作为添加元素使用Ag。
在此，本实施方式中，第一Cu层324、第二Cu层325、Cu层326中的Cu量设定为0.08mg/cm2以上2.7mg/cm2以下。而且，Ag量设定为0.08mg/cm2以上5.4mg/cm2以下。
(层压工序S302)
接着，如图17所示，在陶瓷基板311的一面侧层压金属板322。此时，以金属板322的形成有第一Cu层324的面向着陶瓷基311的方式层压金属板322。而且，在陶瓷基板311的另一面侧层压金属板323。此时，以金属板323的形成有第二Cu层325的面向着陶瓷基板311的方式层压金属板323。
进而，在金属板323的形成有Cu层326的面侧层压配置顶板部341。
(加热工序S303)
接着，在层压方向上对金属板322、陶瓷基板311、金属板323与顶板部341进行加压(压力1～35kgf/cm2)的状态下装入真空加热炉内进行加热。在金属板322与陶瓷基板311的界面形成第一熔融金属区域。在金属板323与陶瓷基板311的界面形成第二熔融金属区域。在金属板323与顶板部341之间形成熔融金属区域。
在此，本实施方式中，真空加热炉内的压力设定为10-6Pa以上10-3Pa以下的范围内。加热温度设定为600℃以上650℃以下的范围内。
(熔融金属凝固工序S304)
接着，在形成有第一熔融金属区域、第二熔融金属区域的状态下将温度保持为一定。这样，第一熔融金属区域、第二熔融金属区域中的Cu和Ag向着金属板322、323扩散。这样，曾为第一熔融金属区域、第二熔融金属区域的部分的Cu浓度和Ag浓度渐渐降低，熔点上升，并将温度保持为一定的状态下进行凝固。由此，接合陶瓷基板311与金属板322、323。
而且，在形成有熔融金属区域的状态下将温度保持为一定。这样，熔融金属区域中的Cu和Ag向着金属板323及顶板部341扩散。这样，曾为熔融金属区域的部分的Cu浓度和Ag浓度渐渐降低，熔点上升，并将温度保持为一定的状态下进行凝固。由此，接合金属板323与顶板部341。
(散热片层压工序S305)
接着，如图18所示，在顶板部341的另一面侧层压钎料箔347(例如Al-10％Si合金箔等低熔点铝合金箔)、波纹状散热片346和底板部345。此时，以底板部345的接合层345B向着波纹状散热片346侧的方式层压底板部345。而且，顶板部341与波纹状散热片346、底板部345与波纹状散热片346之间介入例如将KAlF4作为主成分的焊剂(未图示)。
(钎焊工序S306)
接着，在层压方向上对顶板部341、波纹状散热片346和底板部345进行加压(压力1～35kgf/cm2)的状态下，装入气氛加热炉内进行加热，在顶板部341与波纹状散热片346、底板部345与波纹状散热片346之间形成使钎料箔347及接合层345B熔融而成的熔融金属层。
在此，本实施方式中，气氛加热炉内为氮气气氛，加热温度设定为550℃以上630℃以下的范围内。
然后，通过冷却，使形成在顶板部341与波纹状散热片346、底板部345与波纹状散热片346之间的熔融金属层凝固，对顶板部341与波纹状散热片346、底板部345与波纹状散热片346进行钎焊。此时，顶板部341、波纹状散热片346、底板部345的表面形成有氧化被膜，但通过上述焊剂能除去该氧化被膜。
由此，制造本实施方式的带散热器的功率模块用基板。
如上所述构成的本实施方式中，在散热器340的顶板部341和金属层313之间与Cu一起固着Ag，因此可以通过扩散该Cu与Ag来形成熔融金属区域，进而使熔融金属区域中的Cu与Ag扩散来接合散热器340的顶板部341与功率模块用基板310，因此即使在较低温条件下，也能够切实地接合散热器340的顶板部341与功率模块用基板310。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不局限于此，在不脱离本发明的技术思想的范围可适当变更。
例如，对于将形成电路层及金属层的金属板作为纯度99.99％的纯铝轧制板的情况进行了说明，但并不局限于此，也可以是纯度为99％的铝(2N铝)。
而且，对由AlN形成的陶瓷基板进行了说明，但不局限于此，也可以是Si3N4、Al2O3等其他陶瓷形成。
进而，在第二、第三、第四实施方式中，Cu层形成工序中作为添加元素固着Ge或Ag来进行说明，但不局限于此。添加元素可以使用选自Si、Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li的一种或两种以上。在此，Cu与添加元素的固着量的合计优选为0.08mg/cm2以上10mg/cm2以下。
例如，作为添加元素使用Si的情况下，优选使用Cu层形成工序中的Cu的固着量为0.08mg/cm2以上2.7mg/cm2以下、Si的固着量为0.002mg/cm2以上1.2mg/cm2以下。
进而，Cu层形成工序中，对在形成金属层的金属板的另一面固着Cu的情况进行了说明，但不局限于此，也可以在散热器的接合面固着Cu。而且，也可以在散热器的接合面及金属板的另一面分别固着Cu。
而且，Cu层形成工序中，对通过溅射固着Cu及上述添加元素的情况进行了说明，但不局限于此，也可以通过电镀、蒸镀、CVD、冷喷涂或分散有粉末的浆料和油墨等的涂布等来固着Cu。
进而，Cu层形成工序中，也可以与Cu一起固着Al。
而且，本实施方式中，对在散热器上接合一个功率模块用基板的情况进行了说明，但不局限于此，也可以在一个散热器上接合多个功率模块用基板。
而且，第一、第二实施方式中，对使用真空加热炉进行散热器与金属层(金属板)的接合的情况进行了说明，但不局限于此，也可以在N2气氛、Ar气氛及He气氛等中进行散热器与金属层(金属板)的接合。
进而，对不使用钎料接合陶瓷基板与金属板的情况进行了说明，但不局限于此，也可以利用使用钎料接合陶瓷基板与金属板的功率模块用基板。
而且，第三实施方式中，对顶板部及底板部由具备基材层与接合层的层压铝材形成的情况进行了说明，但不局限于此，也可以通过将波纹状散热片通过例如A3003制的芯材与在该芯材的双面具备A4045的接合层的包覆材形成。该情况下，顶板部及底板部可以使用单纯铝板。
而且，顶板部、波纹状散热片、底板部的材质不被本实施方式所限定。
进而，包括波纹状散热片的形状等在内，散热器的结构也不被本实施方式所限定。例如，也可以仅将第三、第四实施方式中的顶板部作为散热板与功率模块用基板接合。
进而，如图19所示，第二金属板413也可以为层压多个金属板413A、413B的结构。该情况下，位于第二金属板413中的一方侧(图19中为上侧)的金属板413A与陶瓷基板411接合，位于另一方侧(图19中为下侧)的金属板413B与散热器440的顶板部441接合。于是，在位于另一方侧的金属板413B与散热器440的顶板部441之间形成Cu层，由此接合位于另一方侧的金属板413B与散热器440的顶板部441。在此，也可以为通过Cu层接合被层压的金属板413A、413B之间，由此构成第二金属板413。另外，图19中为层压两张金属板413A、413B的情况，但对层压的张数没有限制。而且，如图19所示，层压的金属板之间的尺寸、形状可以不同，也可以调整为相同的尺寸、形状。进而，这些金属板的组成也可以不同。
产业上的可利用性
根据本发明的带散热器的功率模块用基板的制造方法，即使在较低温、短时间的接合条件下接合，也能够紧固地接合散热器与第二金属板。
符号说明
10、110、210、310、410功率模块用基板
11、111、211、311、411陶瓷基板
12、112、212、312、412电路层(第一金属板)
13、113、213、313、413金属层(第二金属板)
40、140、240、340、440散热器
24、124、224、324第一Cu层(第一金属层)
25、125，225、325第二Cu层(第二金属层)
26、126、226、326Cu层
27第一熔融金属区域
28第二熔融金属区域
29熔融金属区域
30、130、230接合界面

Claims (13)

1.一种带散热器的功率模块用基板的制造方法，为具备陶瓷基板、与该陶瓷基板表面接合一面的铝制的第一金属板、与所述陶瓷基板的背面接合一面的铝制的第二金属板、以及与该第二金属板的与所述陶瓷基板接合的所述一面相反侧的另一面接合的铝或铝合金制的散热器的带散热器的功率模块用基板的制造方法，
该方法具有：
陶瓷基板接合工序，接合所述陶瓷基板与所述第一金属板、以及所述陶瓷基板与所述第二金属板；以及
散热器接合工序，在所述第二金属板的另一面接合所述散热器，
所述散热器接合工序具有：
Cu层形成工序，在所述第二金属板的另一面与所述散热器的接合面中的至少一方固着Cu而形成Cu层；
散热器层压工序，通过所述Cu层层压所述第二金属板与所述散热器；
散热器加热工序，在层压方向上对被层压的所述第二金属板与所述散热器进行加压的同时进行加热，在所述第二金属板与所述散热器的界面形成熔融金属区域；以及
熔融金属凝固工序，通过凝固该熔融金属区域，接合所述第二金属板与所述散热器，
在所述散热器加热工序中，通过使所述Cu层的Cu扩散到所述第二金属板和所述散热器，在所述第二金属板与所述散热器的界面形成所述熔融金属区域。
2.根据权利要求1所述的带散热器的功率模块用基板的制造方法，
所述Cu层形成工序中，在所述第二金属板的另一面与所述散热器的接合面中的至少一方，除了Cu之外，固着有选自Si、Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li中的一种或两种以上的添加元素。
3.根据权利要求1或2所述的带散热器的功率模块用基板的制造方法，
所述Cu层形成工序中，与Cu一起固着Al。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的带散热器的功率模块用基板的制造方法，
所述陶瓷基板接合工序具有：
金属固着工序，在所述陶瓷基板与所述第一金属板的接合界面中的、所述陶瓷基板的接合面与所述第一金属板的接合面中的至少一方固着Cu或Si中的一种以上而形成第一金属层的同时，所述陶瓷基板与所述第二金属板的接合界面中的、所述陶瓷基板的接合面与所述第二金属板的接合面中的至少一方固着Cu或Si中的一种以上而形成第二金属层；
陶瓷基板层压工序，通过所述第一金属层层压所述陶瓷基板与所述第一金属板的同时，通过所述第二金属层层压所述陶瓷基板与所述第二金属板；
陶瓷基板加热工序，在层压方向上对被层压的所述第一金属板、所述陶瓷基板和所述第二金属板进行加压的同时进行加热，在所述第一金属板与所述陶瓷基板的界面及所述陶瓷基板与所述第二金属板的界面形成第一熔融金属区域及第二熔融金属区域；以及
第一熔融金属及第二熔融金属凝固工序，通过凝固该第一熔融金属区域及第二熔融金属区域，接合所述第一金属板与所述陶瓷基板、以及所述陶瓷基板与所述第二金属板，
所述陶瓷基板加热工序中，通过使所述第一金属层及所述第二金属层的Cu或Si中的一种以上扩散到所述第一金属板和所述第二金属板，在所述第一金属板与所述陶瓷基板的界面、以及所述陶瓷基板与所述第二金属板的界面形成所述第一熔融金属区域及所述第二熔融金属区域。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的带散热器的功率模块用基板的制造方法，
同时进行所述陶瓷基板接合工序与所述散热器接合工序。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的带散热器的功率模块用基板的制造方法，
所述Cu层形成工序通过电镀、蒸镀、CVD、溅射、冷喷涂或分散有粉末的浆料和油墨等的涂布来在所述散热器的接合面及所述第二金属板的另一面中的至少一方固着Cu。
7.根据权利要求1至6的任意一项所述的带散热器的功率模块用基板的制造方法，
所述第二金属板层压多个金属板而构成。
8.一种带散热器的功率模块用基板，具备：
陶瓷基板；
与该陶瓷基板表面接合一面的铝制的第一金属板；
与所述陶瓷基板的背面接合一面的铝制的第二金属板；以及
与该第二金属板的与所述陶瓷基板接合的所述一面相反侧的另一面接合的铝或铝合金制的散热器，
所述第二金属板和所述散热器中固溶有Cu，所述第二金属板和所述散热器的接合界面附近中的Cu浓度设定在0.05质量％以上5质量％以下的范围内。
9.根据权利要求8所述的带散热器的功率模块用基板，
所述第二金属板和所述散热器中，除了Cu之外，还固溶有选自Si、Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li中的一种或两种以上的添加元素。
10.根据权利要求8或9所述的带散热器的功率模块用基板，
所述第一金属板与所述陶瓷基板的接合界面附近、或者所述第二金属板与所述陶瓷基板的接合界面附近中，除了Cu或Si中的一种以上之外，固溶有选自Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga和Li中的一种或两种以上的添加元素。
11.根据权利要求8至10的任意一项所述的带散热器的功率模块用基板，
所述第二金属板的厚度设定为比所述第一金属板的厚度厚。
12.根据权利要求8至11的任意一项所述的带散热器的功率模块用基板，
所述第二金属板层压多个金属板而构成。
13.一种功率模块，其特征在于，具备权利要求8至12的任意一项所述的带散热器的功率模块用基板；以及搭载在该带散热器的功率模块用基板上的电子部件。
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