[发明专利]自带散热器的功率模块用基板、自带冷却器的功率模块用基板以及功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种自带散热器的功率模块用基板、具备该自带散热器的功率模块用基板的自带冷却器的功率模块用基板以及功率模块，所述自带散热器的功率模块用基板具备：功率模块用基板，在陶瓷基板的一面配设有电路层，并且在所述陶瓷基板的另一面配设有由铝构成的金属层；及散热器，由铜或铜合金构成。

本申请主张基于2012年03月30日在日本申请的专利申请2012-082997号的优先权，其内容援用于本说明书中。

背景技术

在半导体元件中用于电力供给的功率元件，由于发热量比较高，因此作为搭载该功率元件的基板，例如专利文献1～4所示，广泛应用功率模块用基板，该功率模块用基板在陶瓷基板的一面接合有作为电路层的铝金属板，而在陶瓷基板的另一面接合有作为金属层的铝金属板。

这些功率模块用基板中，在金属层的另一面侧通过焊料层而接合有铜制散热板(散热器)。并且，该散热板通过螺钉等而固定于冷却器。

上述功率模块中，在进行使用时会有热循环负载。在此，当功率模块用基板上有热循环负载的情况下，介于金属层与散热板(散热器)之间的焊料层上会累积应变，在焊料层有可能产生龟裂。

于是，以往以铝含量为99.99质量％以上的4N铝等变形阻力比较小的铝来构成金属层，由此通过金属层的变形来吸收上述应变，实现防止焊料层中产生龟裂。

在此，针对介于由4N铝构成的金属层与由铜构成的散热板(散热器)之间的焊料层，计算其内部的应变分布的结果，确认到应变会分布于整个金属层，应变广泛分散，应变量的峰值变低。

专利文献1：日本专利公开2004-152969号公报

专利文献2：日本专利公开2004-153075号公报

专利文献3：日本专利公开2004-200369号公报

专利文献4：日本专利公开2004-207619号公报

然而，如上所述，通过4N铝等变形阻力较小的铝而形成金属层的情况下，焊料层在宽范围内产生龟裂，金属层与散热器的接合变得不充分，从而有可能导致热循环负载后热阻上升。推测这是因为在热循环负载时，金属层变形至必要以上的程度，导致对与散热器之间的焊料层进一步负载应变，虽然特意使应变广泛分散，应变量也无法充分减低。

尤其，近年来，伴随功率模块的小型化、薄型化的发展，其使用环境也逐渐变得苛刻，来自半导体元件等电子部件的发热量变大，因此热循环的温度差大，有焊料层在宽范围地产生龟裂的倾向。

并且，作为介于金属层与散热器之间的焊料层，近年来，使用例如Sn-Ag系或Sn-Ag-Cu系的无铅焊材。这些焊材为析出硬化型焊材，其通过由Sn-Ag金属间化合物构成的析出物分散于Sn的母相中而硬化。由这些焊材构成的焊料层，由于析出物的粒径或分散状态通过热循环而变化，因此有焊料层的强度对热不稳定的问题。

发明内容

本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制介于由铝构成的金属层与由铜构成的散热器之间的焊料层中龟裂的产生以及加剧，且接合可靠性优异的自带散热器的功率模块用基板、具备该自带散热器的功率模块用基板的自带冷却器的功率模块用基板以及功率模块。

为了解决该问题，本发明人等经深入研究结果，发现在金属层中通过使用铝的纯度为99.0质量％以上且99.85质量％以下(所谓的2N铝)的铝板，与使用4N铝的铝板时相比较，可抑制金属层的变形。并且，针对介于由2N铝构成的金属层与由铜构成的散热器之间的焊料层，计算出其内部的应变分布的结果，发现在金属层的周缘部应变量变高，在金属层内侧区域应变量变低。

本发明是根据这些见解而完成的，本发明所涉及的自带散热器的功率模块用基板具备：功率模块用基板，其具备陶瓷基板、配设于所述陶瓷基板的一面的电路层、及配设于所述陶瓷基板的另一面的由铝构成的金属层；及散热器，通过焊料层而接合于该金属层的另一面侧，且由铜或铜合金构成，其中，所述金属层通过Al含量为99.0质量％以上且99.85质量％以下的铝板接合于所述陶瓷基板而形成，所述焊料层通过固溶硬化型焊材而形成，该固溶硬化型焊材含有作为主成分的Sn和固溶于该Sn的母相中的固溶元素。