[发明专利]功率模块及功率模块的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备在绝缘层的一面配设有电路层的功率模块用基板和搭载于所述电路层上的半导体元件的功率模块及该功率模块的制造方法。

背景技术

在各种半导体元件中，为控制电动汽车或电动车辆等而使用的大电力控制用功率元件由于发热量较多，因此作为搭载该功率元件的基板，一直以来广泛使用例如在由AlN（氮化铝）等构成的陶瓷基板上接合导电性优异的金属板作为电路层的功率模块用基板。

并且，这种功率模块用基板的电路层上通过焊锡材搭载作为功率元件的半导体元件。另外，作为这种功率模块用基板已知有如下结构的基板，即其为了散热在陶瓷基板下表面也接合热传导性优异的金属板并通过该金属板接合冷却器来散热的构造。

作为构成电路层的金属，使用铝或铝合金、或者铜或铜合金。

其中，由铝构成的电路层中，由于在表面形成铝的氧化皮膜，因此无法与焊锡材良好地接合。并且，由铜构成的电路层中，存在熔融的焊锡材与铜发生反应使得电路层的内部渗入焊锡材的成分而使电路层的导电性劣化这样的问题。

因此，例如如专利文献1中所公开，以往，都是通过无电解电镀等在电路层的表面形成Ni电镀膜，并在该Ni电镀膜上配设焊锡材来接合半导体元件。

另外，专利文献2中提出有不使用焊锡材而使用Ag纳米膏来接合半导体元件的技术。

另外，在专利文献3和4中提出有不使用焊锡材而使用包含金属氧化物粒子和由有机物构成的还原剂的氧化物膏接合半导体元件的技术。

专利文献1：日本专利公开2004-172378号公报

专利文献2：日本专利公开2006-202938号公报

专利文献3：日本专利公开2008-208442号公报

专利文献4：日本专利公开2009-267374号公报

然而，如专利文献1中所述，在电路层表面形成Ni电镀膜的功率模块用基板有如下忧虑，在直到接合半导体元件为止的过程中，Ni电镀膜的表面因氧化等而劣化，与通过焊锡材接合的半导体元件的接合可靠性降低。

另外，当通过用钎焊在功率模块用基板上接合冷却器时，若在电路层表面形成Ni电镀膜后进行钎焊等则导致Ni电镀膜劣化，因此，一般如下进行：对功率模块用基板与冷却器进行钎焊来形成带冷却器的功率模块用基板之后，将整个该带冷却器的功率模块用基板浸渍在电镀浴内。此时，电路层以外的部分也会形成Ni电镀膜，当冷却器由铝或铝合金构成时，有可能在由铝构成的冷却器与Ni电镀膜之间发生电蚀。因此，在Ni电镀膜工序中有需要进行掩模处理以免在冷却器部分形成Ni电镀膜。如此，在进行掩模处理之后进行电镀处理时，仅用于在电路层部分形成Ni电镀膜需要大量劳力，存在功率模块的制造成本大幅增加之类的问题。

另一方面，如专利文献2中所公开，不使用焊锡材而使用Ag纳米膏接合半导体元件时，因为由Ag纳米膏构成的接合层形成为厚度薄于焊锡材，所以热循环负载时应力易作用于半导体元件，有导致半导体元件本身破损之虞。

另外，如专利文献3、4中所公开，当用金属氧化物和还原剂接合半导体元件时，氧化物膏的烧成层依然形成为较薄，因此热循环负载时应力易作用于半导体元件。

特别是最近随着功率模块的小型化或薄壁化的推进，其使用环境也愈加严格，有从电子部件的发热量增加的倾向。因此，在使用功率模块时，作用于电路层与半导体元件的接合界面的应力也有增加的倾向，与以往相比进一步要求提高电路层与半导体元件之间的接合可靠性。

发明内容

本发明是鉴于前述情况而完成的，其目的在于提供一种半导体元件准确地接合于电路层的一面，且热循环及动力循环可靠性优异的功率模块及功率模块的制造方法。

为解决这种课题，实现上述目的，本发明的功率模块具备在绝缘层的一面配设有电路层的功率模块用基板和搭载于所述电路层上的半导体元件，其中，在所述电路层的一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的烧成体构成的第1烧成层，在该第1烧成层上形成有由氧化银还原的Ag烧成体构成的第2烧成层。

根据该结构的功率模块，由于在电路层一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的烧成体构成的第1烧成层，因此，能够去除由玻璃成分形成于电路层表面的氧化皮膜，并能够确保该第1烧成层与电路层的接合强度。

并且，由于在该第1烧成层上形成有由氧化银还原的Ag烧成体构成的第2烧成层，因此能够在形成该第2烧成层时接合半导体元件。在此，当还原氧化银时，会生成微细的Ag粒子，因此能够使第2烧成层成为致密的构造。