[发明专利]半导体安装用散热底板及其制造方法

说明书

现有技术的半导体安装用散热底板利用定向性凝固而经过铸造时的冷却工序，因此金属组织从冷却侧形成粗大的柱状晶，从而散热基体的紧固作用及散热特性和半导体芯片对金属电路层的接合状况会产生不良情况。半导体安装用散热底板具备：绝缘基板(12)，所述绝缘基板(12)固定有安装半导体芯片的金属电路层；以及强度构件(13)，所述强度构件(13)将隔着绝缘基板(12)而在金属电路层的相反侧由与所述金属电路层同样的金属材料形成的散热基体与金属电路层同样地固定于绝缘基板(12)，并在散热基体的内部与绝缘基板隔绝，通过附着于铸模的晶体细化材料(25)对散热基体或金属电路层的任一部分的金属组织的晶体粒进行细化，阻止由柱状晶组织产生的不良影响。

技术领域

本发明涉及半导体安装用散热底板，特别是涉及具备通过铸造技术制造的金属电路层及散热基体的半导体安装用散热底板。

背景技术

已知有在通过熔融金属接合来制造金属-陶瓷一体基板时以将设置在碳模具内的陶瓷的周围包围的方式铸造铝的技术。

作为现有技术，在功率模块用的陶瓷绝缘基板中，在陶瓷基板的一方形成金属电路，并且在另一方的面上形成作为散热面的底板，在金属电路上接合功率半导体芯片。这样的功率模块用基板在实际使用环境下通过粘接剂等而一体地固定于保持向功率半导体供给电力的端子等的框体部件，底板与框体部件一起通过螺栓或螺钉等进行紧固。

另外，为了在底板的功率半导体正下方提高散热性，将金属制的散热片经由钎焊或散热脂安装于底板。这样的结构的功率模块用金属-陶瓷接合基板有时通过专利文献1那样的熔融金属接合(日文：溶湯接合)来制造。在熔融金属接合中通过在铸模内配置陶瓷并使金属熔液向其周围流入来将陶瓷进行包心铸造，从而一体地成形电路图案和陶瓷及散热用的底板。

另外，已知有如专利文献2那样的技术：在绝缘基板的至少一方的面上接合铝-硅系的铝合金层，在控制了铝合金层内部的金属晶体粒径的电子元件搭载用基板中，对晶粒进行细化等来提高绝缘基板与铝合金层的接合界面的断裂强度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5478178号公报

专利文献2：日本特开2013-243181号公报

发明内容

发明要解决的课题

如果构成金属电路层和散热基体的金属由纯度99～99.9％左右的所谓纯铝构成，则在应用了专利文献1的制法的情况下，在熔融金属接合之后，由于从四边中的一方、即熔融金属接合时的熔液流动的下游侧进行定向性凝固冷却，因此金属组织会从下游朝向上游在散热基体的表面部分形成超过2～3cm且比安装于金属电路层的半导体芯片大的粗大的柱状晶组织。

由于在散热基体的表面部分形成粗大的柱状晶组织，因此存在如下课题：在后续工序中形成用于将散热基体与其他的构件进行紧固的紧固孔时，如果跨越紧固孔地存在柱状晶组织的晶界，则由于在加工时对加工负荷的阻力按照柱状晶组织的各晶向而不同，因此孔形状会变形，在进行螺栓螺母紧固时等螺母的接触面积减少，当施加所需的紧固载荷时会因之后的实际使用时的温度循环而发生蠕变变形，并且由于接触面积减少而无法承受紧固载荷，螺栓螺母发生松动。

另外，如果柱状晶组织形成于金属电路层，则与半导体芯片的接合会产生不良情况，如果柱状晶组织形成于散热基体的散热面，则会给散热特性带来不良影响。

本发明想要限制由散热基体或金属电路层的表面处的铸造导致的晶体粒径来抑制散热基体或金属电路层中的柱状晶组织的生成，阻止由柱状晶组织产生的不良影响。

需要说明的是，专利文献2记载的发明是限制绝缘基板与铝层的接合界面处的晶体粒径，用于提高绝缘基板与金属电路层的接合强度，技术思想与本发明不同。

用于解决课题的方案