[发明专利]接合体及其制造方法、自带散热器的功率模块用基板及其制造方法、散热器及其制造方法

说明书

本发明提供一种解决了铝部件和金属部件的接合可靠性降低的技术问题的接合体。本发明的接合体为接合由铝合金构成的铝部件与由铜、镍或银构成的金属部件而成的接合体，铝部件由Si浓度在1质量％以上且25质量％以下的范围内的铝合金构成，在铝部件与金属部件的接合部形成有Ti层，铝部件与Ti层及Ti层与金属部件分别被固相扩散接合。这样的接合体适合于大功率控制用功率半导体元件。

技术领域

本发明涉及一种接合铝部件与由铜、镍或银构成的金属部件而成的接合体、在绝缘层的一面形成有电路层的功率模块用基板上接合有散热器的自带散热器的功率模块用基板、在散热器主体上形成有金属部件层的散热器、接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法及散热器的制造方法。

本申请主张基于2014年8月26日于日本申请的专利申请2014-171901号及2015年8月18日于日本申请专利的专利申请2015-161293号优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

LED、功率模块等半导体装置具备在由导电材料构成的电路层上接合有半导体元件的结构。

为了控制风力发电、电动汽车及混合动力汽车等而使用的大功率控制用功率半导体元件的发热量较多。因此，作为搭载这种功率半导体元件的基板，以往广泛使用如下功率模块用基板，该功率模块用基板具备由例如AlN(氮化铝)、Al₂O₃(氧化铝)等构成的陶瓷基板及在该陶瓷基板的一面接合导电性优异的金属板而形成的电路层。另外，作为功率模块用基板，还提供在陶瓷基板的另一面形成有金属层的功率模块用基板。

例如，专利文献1所示的功率模块具备在陶瓷基板的一面及另一面形成有由Al构成的电路层及金属层的功率模块用基板以及隔着焊料接合于该电路层上的半导体元件。

并且，构成为在功率模块用基板的下侧接合有散热器，从半导体元件传递至功率模块用基板侧的热经由散热器向外部扩散。

但是，如专利文献1所记载的功率模块，由Al构成电路层及金属层的情况下，由于表面形成有Al的氧化皮膜，因此无法通过焊料来接合半导体元件、散热器。

因此，例如专利文献2所公开那样，以往，在电路层及金属层的表面，通过化学镀等而形成镀Ni膜之后，焊锡接合半导体元件、散热器等。

并且，专利文献3中提出有代替焊料而使用包含氧化银粒子和由有机物形成的还原剂的氧化银浆料，将电路层与半导体元件及金属层与散热器进行接合的技术。

然而，如专利文献2所记载，在电路层表面及金属层表面形成镀Ni膜而成的功率模块用基板中，在将半导体元件及散热器进行接合为止的过程中镀Ni膜的表面由于氧化等而劣化，有可能与隔着焊料进行接合的半导体元件及散热器的接合可靠性降低。并且，在镀Ni工序中，有时进行遮蔽处理，以免在不需要的区域形成镀Ni层而发生电蚀等问题。如此，在进行遮蔽处理之后进行电镀处理时，在电路层表面及金属层表面形成镀Ni膜的工序中需要极大的劳力，存在导致功率模块的制造成本大幅增加的问题。

并且，如专利文献3所记载，使用氧化银浆料将电路层与半导体元件及金属层与散热器进行接合的情况下，Al与氧化银浆料的烧成体的接合性较差，因此需要预先在电路层表面及金属层表面形成Ag基底层。

因此，专利文献4中提出有将电路层及金属层作为Al层与Cu层的层叠结构的功率模块。此时，电路层及金属层的表面配置有Cu层，因此能够使用焊料良好地接合半导体元件和散热器。并且，Cu的变形阻力大于Al，因此该功率模块在负载热循环时，能够抑制电路层表面及金属层表面大幅变形，防止焊料层中产生裂纹，从而可提高半导体元件与电路层及散热器与金属层的接合可靠性。

另外，专利文献4所记载的功率模块中，作为电路层及金属层，使用隔着Ti层将Al层与Cu层进行接合的接合体。在此，在Al层与Ti层之间形成有扩散层，该扩散层从Al层侧依次具有Al-Ti层、Al-Ti-Si层、Al-Ti-Cu层。