功率模塊用基板的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種控制大電流、高電壓的半導(dǎo)體裝置中所使用的功率模塊用基板的 制造方法。
[0002] 本申請主張基于2012年12月17日申請的日本專利申請2012-275157號(hào)的優(yōu)先 權(quán)，并將其內(nèi)容援用于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為W往的功率模塊用基板，已知有在陶瓷基板的一面層疊成為電路層的金屬 板，而在陶瓷基板的另一面層疊成為散熱層的金屬板的結(jié)構(gòu)的基板。而且，在該電路層上焊 接半導(dǎo)體巧片等電子零件，并且在散熱層上接合散熱器化eatsink)。
[0004] 該種功率模塊用基板中，成為電路層的金屬板有時(shí)會(huì)使用電特性優(yōu)良的銅，而成 為散熱層的金屬板有時(shí)會(huì)為了減緩與陶瓷基板之間的熱應(yīng)力而使用侶。
[0005] 例如，專利文獻(xiàn)1中公開一種電路基板，其陶瓷基板的一面與銅板接合，另一面與 侶板接合。此時(shí)，陶瓷基板與銅板通過使用了活性金屬的纖料而接合，陶瓷基板與侶板通過 A^Si系纖料而接合。當(dāng)使用Ag-化-Ti系活性金屬纖料時(shí)，接合溫度為800~930°C、而使 用M-Si系纖料時(shí)，接合溫度為500~650°C。
[0006] 專利文獻(xiàn)1 ;日本專利公開2003-197826號(hào)公報(bào)
[0007] 如專利文獻(xiàn)1所記載的那樣，當(dāng)將陶瓷基板與銅板通過使用了活性金屬的纖焊而 接合時(shí)，是W800~930°C接合，因此在陶瓷基板的另一面會(huì)形成氧化膜。在該氧化膜形成 的狀態(tài)下，即使纖焊散熱層，也會(huì)因?yàn)檠趸さ拇嬖冢锌赡茉斐稍谔沾苫迮c散熱層的 接合界面發(fā)生剝離。
[0008] 尤其，在陶瓷基板與散熱層的接合界面當(dāng)中，承受最多熱應(yīng)力的周緣部會(huì)有剝離 加劇的可能性。并且，在散熱層與散熱器之間使用助焊劑而進(jìn)行纖焊時(shí)，由于助焊劑具有 去除氧化膜的效果，因此存在陶瓷基板與散熱層的接合界面的周緣部的氧化膜被助焊劑侵 蝕，使得陶瓷基板與散熱層的接合界面的剝離進(jìn)一步加劇的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明是鑒于該種情況而完成的，其目的在于尤其在散熱器接合時(shí)抑制陶瓷基板 與散熱層的剝離。
[0010] 本發(fā)明的功率模塊用基板的制造方法，其具有：電路層接合工序，在陶瓷基板的一 面，纖焊由銅構(gòu)成的電路層；散熱層接合工序，在所述陶瓷基板的另一面，纖焊由侶構(gòu)成的 散熱層；及表面處理工序，在所述電路層接合工序之后、所述散熱層接合工序之前，使所述 陶瓷基板的所述另一面的氧化膜厚度，至少在所述陶瓷基板與所述散熱層的接合預(yù)定區(qū)域 的周緣部，成為3. 2nmW下，制造出具有所述陶瓷基板、與該陶瓷基板的所述一面接合的所 述電路層及與所述陶瓷基板的所述另一面接合的所述散熱層的功率模塊用基板。
[0011] 本發(fā)明中，在接合散熱層之前，在陶瓷基板與散熱層的接合預(yù)定區(qū)域的周緣部會(huì) 使氧化膜的厚度成為3. 2nmW下，由此能夠在陶瓷基板與散熱層的接合界面減少剝離。而 且，當(dāng)使用助焊劑來纖焊時(shí)，能夠抑制助焊劑對于陶瓷基板與散熱層的接合界面的侵蝕。
[0012] 在本發(fā)明的功率模塊用基板的制造方法中，所述表面處理工序中，可將所述陶瓷 基板的所述另一面W選自鹽酸、硝酸、硫酸中的一種W上的酸進(jìn)行清洗。
[0013] 當(dāng)清洗陶瓷基板表面時(shí)，若使用堿則會(huì)侵蝕陶瓷基板。并且，若通過噴砂處理等機(jī) 械性處理，則應(yīng)力會(huì)殘留在表面部，而有可能成為導(dǎo)致裂痕等的原因。在酸當(dāng)中，尤其鹽酸 的氧化作用較弱，且即使附著于電路層也不會(huì)侵蝕，因此適合用于去除氧化膜的表面處理。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的功率模塊用基板的制造方法，是在電路層與陶瓷基板的接合即高溫 加熱處理后，對陶瓷基板施加表面處理，使表面的氧化膜成為規(guī)定厚度W下之后再接合散 熱層，因此在陶瓷基板與散熱層的接合界面能夠制造出接合可靠性高的功率模塊用基板。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明所設(shè)及的功率模塊用基板的制造方法的流程圖。
[0016] 圖2是表示使用本發(fā)明的制造方法而制造的功率模塊的剖視圖。
[0017] 圖3是表示本發(fā)明的制造方法中所使用的加壓夾具例子的側(cè)視圖。
[0018] 圖4是表示氧化膜厚度的測定處的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] W下，對本發(fā)明所設(shè)及的功率模塊用基板的制造方法的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0020] 圖2所示的功率模塊100由功率模塊用基板10、搭載于功率模塊用基板10表面的 半導(dǎo)體巧片等電子零件20、及與功率模塊用基板10的背面接合的散熱器30構(gòu)成。
[0021] 功率模塊用基板10中，在陶瓷基板11的一面（電路層面），電路層12在厚度方 向?qū)盈B，而在陶瓷基板11的另一面（散熱層面），散熱層13W在厚度方向?qū)盈B的狀態(tài)被接 厶 口 〇
[0022] 陶瓷基板11通過AlN、Al2〇3、SiC等，例如形成為0. 32mm~1.0mm的厚度。電路層 12由無氧銅或初銅（tou曲pitchcopper)等純銅或銅合金形成。散熱層13由純度99. 00% W上的純侶或侶合金形成。該些電路層12及散熱層13的厚度，例如為0. 25mm~2. 5mm。
[0023] 本實(shí)施方式的功率模塊用基板10,例如作為優(yōu)選的組合例子是W由厚度0. 635mm 的A1N形成的陶瓷基板11、及由厚度0.6mm的純銅板形成的電路層12、及由厚度1.6mm的 4N-侶板形成的散熱層13構(gòu)成。
[0024] 該些陶瓷基板11、電路層12及散熱層13的接合如后述分兩次進(jìn)行。目P，首先在 陶瓷基板11的電路層面接合電路層12之后，再在陶瓷基板11的散熱層面接合散熱層13。 此時(shí)，在陶瓷基板11與電路層12接合時(shí)，例如使用Ag-27. 4質(zhì)量％化-2. 0質(zhì)量％Ti的活 性金屬纖料。在陶瓷基板11與散熱層13接合時(shí)，例如使用M-Si系或Al-Ge系纖料。
[00巧]接著，對如此構(gòu)成的功率模塊用基板10的制造方法進(jìn)行說明。在圖1中示出其流 程。
[0026] 如前述，首先在陶瓷基板11的電路層面接合電路層12(電路層接合工序）之后， 再在陶瓷基板11的散熱層面接合散熱層13 (散熱層接合工序）。并且，在接合電路層12之 后，接合散熱層13之前，在未接合電路層12的一側(cè)的陶瓷基板11的表面（散熱層面）施 W表面處理（表面處理工序）。然后，在散熱層13接合散熱器30。W下，按照順序?qū)υ撔?工序進(jìn)行說明。
[0027] (電路層接合工序）
[0028] 使電路層12隔著由膏或巧構(gòu)成的活性金屬纖料而層疊于陶瓷基板11的一面（電 路層面），形成層疊體40。將該層疊體40夾在由石墨碳等構(gòu)成的板狀的緩沖墊片50之 間，并在此狀態(tài)下堆疊多組，通過如圖3所示的加壓夾具110在層疊方向例如W0. 3MPa~ 1.OMPa進(jìn)行加壓。
[0029] 加壓夾具110具備底座板111、垂直安裝在底座板111上面的四角的導(dǎo)柱112、固 定在該些導(dǎo)柱112的上端部的固定板113、在底座板111與固定板113之間上下移動(dòng)自如地 被導(dǎo)柱112支承的推壓板114、及設(shè)置在固定板113與推壓板114之間而將推壓板114朝下 方加力的彈黃等加力機(jī)構(gòu)115。在底座板111與推壓板114之間，配設(shè)前述層疊體40及緩 沖墊片50。
[0030] 在通過該加壓夾具110將層疊體40加壓的狀態(tài)下，將整個(gè)加壓夾具110設(shè)置在加 熱爐（圖示省略）內(nèi)，在真空環(huán)境中W800°CW上930°CW下的溫度加熱1分鐘~60分鐘， 由此將陶瓷基板11與電路層12纖焊。
[0031] 該纖焊為使用了活性金屬纖料的接合，纖料中的活性金屬即Ti會(huì)優(yōu)先擴(kuò)散至陶 瓷基板11而形成TiN，并通過Ag-化合金將電路層12與陶瓷基板11接合。
[00礎(chǔ)（表面處理工