阅读说明：本技术 带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块用基板的制造方法 (Substrate for power module with heat sink and method for manufacturing substrate for power module with heat sink ) 是由 山崎和彦 增山弘太郎 沼达也 石川雅之 于 2018-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种带散热片的功率模块用基板(10),其具备：功率模块用基板(20)和散热片(40),所述功率模块用基板(20)具备绝缘基板(21)、形成在绝缘基板(21)的其中一个面的电路层(22)及形成在绝缘基板(21)的另一个面的金属层(23),所述散热片(40)通过接合层(30)被接合到功率模块用基板(20)的金属层(23)的与绝缘基板(21)相反侧的面,其中,接合层(30)为银粒子的烧结体,且为相对密度在60％以上且90％以下的范围内的多孔体,所述接合层的厚度在10μm以上且500μm以下的范围内。(The present invention provides a power module substrate (10) with a heat sink, which comprises: the power module substrate (20) is provided with an insulating substrate (21), a circuit layer (22) formed on one surface of the insulating substrate (21), and a metal layer (23) formed on the other surface of the insulating substrate (21), and the heat sink (40) is bonded to the surface of the metal layer (23) of the power module substrate (20) on the side opposite to the insulating substrate (21) by a bonding layer (30), wherein the bonding layer (30) is a sintered body of silver particles and is a porous body having a relative density of 60% to 90%, and the thickness of the bonding layer is 10 [ mu ] m to 500 [ mu ] m.)

带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块用基板的 制造方法

技术领域

本发明涉及一种带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块用基板的制造方法。

本申请主张基于2017年11月6日在日本申请的专利申请2017-213917号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

用于逆变器等的功率半导体元件在工作时的发热量大。因此，作为安装功率半导体元件的基板使用功率模块用基板，所述功率模块用基板具备利用高耐热性的陶瓷所制成的绝缘基板、形成在该绝缘基板的其中一个面的电路层及形成在绝缘基板的另一个面的金属层。

在该功率模块用基板中，将功率半导体元件安装到电路层，通过导热材料使散热片与金属层接触，将在功率半导体元件中所产生的热通过散热片散热。

作为导热材料，广泛利用导热性高的膏状物(grease)。在通过该膏状物使功率模块用基板与散热片接触的情况下，由于因功率半导体元件的ON/OFF等所引起的冷热循环，若在功率模块用基板产生翘曲，则在功率模块用基板与膏状物之间产生间隙，有可能使功率模块用基板与散热片之间的导热性下降。

因此，正在研究使用焊锡材料直接接合功率模块用基板的金属层与散热片。在专利文献1中记载有使用Sn-Ag系、Sn-In系、或者Sn-Ag-Cu系等各种焊锡材料来接合功率模块用基板与散热片的带散热片的功率模块用基板。

专利文献1：日本特开2014-222788号公报(A)

使用焊锡材料来接合功率模块用基板与散热片的以往的带散热片的功率模块用基板若长时间负载冷热循环，则由于功率模块用基板与散热片之间的线膨胀系数之差所产生的内部应力而导致焊锡材料破损，存在功率模块用基板与焊锡材料之间的导热性局部下降的情况。若产生该局部导热性下降，则功率模块用基板与散热片之间的热阻增加，在功率模块用基板内，热变得容易积蓄，并且半导体元件的温度增高，对功率模块用基板造成损伤，有可能产生绝缘基板的破裂。

发明内容

该发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够长时间抑制因冷热循环的负载所引起的热阻的增加或绝缘基板的破裂的产生的带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块用基板的制造方法。

为了解决上述课题，本发明的带散热片的功率模块用基板具备功率模块用基板和散热片，所述功率模块用基板具备绝缘基板、形成在该绝缘基板的其中一个面的电路层及形成在所述绝缘基板的另一个面的金属层；所述散热片通过接合层被接合到所述功率模块用基板的所述金属层的与所述绝缘基板相反侧的面，所述带散热片的功率模块用基板的特征在于，所述接合层为银粒子的烧结体，且为相对密度在60％以上且90％以下的范围内的多孔体，所述接合层的厚度在10μm以上且500μm以下的范围内。

根据这种结构的本发明的带散热片的功率模块用基板，接合层由银粒子的烧结体构成，因此熔点高，难以熔融。并且，构成接合层的银粒子的烧结体为相对密度在60％以上且90％以下的范围内的多孔体，且厚度设在10μm以上且500μm以下的范围内，因此在冷热循环负载时，因功率模块用基板与散热片之间的线膨胀系数之差所产生的内部应力被缓和，接合层变得难以破损。因此，本发明的带散热片的功率模块用基板能够长时间抑制因冷热循环的负载所引起的热阻的增加或绝缘基板的破裂的产生。

在此，本发明的带散热片的功率模块用基板中，优选所述金属层由利用铝或铝合金所制成的铝板、或者利用铜或铜合金所制成的铜板构成。

该情况下，金属层由利用铝或铝合金所制成的铝板、或者利用铜或铜合金所制成的铜板构成，因此热导电性高，能够有效率地使在安装到电路层的半导体元件中所产生的热传递到散热片。

并且，本发明的带散热片的功率模块用基板中，优选在所述金属层由所述铝板构成的情况下，在所述铝板的与所述绝缘基板相反侧的面形成镀银层或镀金层。

该情况下，在铝板(金属层)的与绝缘基板相反侧的面形成镀银层或镀金层，因此金属层与接合层(银粒子的烧结体)的接合力变高。

本发明的带散热片的功率模块用基板的制造方法的特征在于，其为上述带散热片的功率模块用基板的制造方法，该功率模块用基板具备绝缘基板、形成在所述绝缘基板的其中一个面的电路层及形成在所述绝缘基板的另一个面的金属层，所述带散热片的功率模块用基板的制造方法具备：糊状接合材料组合物层形成工序，在功率模块用基板的所述金属层的与所述绝缘基板相反侧的面及散热片中至少其中一个表面形成糊状接合材料组合物的层，所述糊状接合材料组合物的层以70质量％以上且95质量％以下的范围内的量含有平均粒径在0.1μm以上且1μm以下的范围内的银粒子；层叠工序，通过所述糊状接合材料组合物的层来层叠所述功率模块用基板与所述散热片；以及加热工序，在层叠方向上在1MPa以下的压力下，用150℃以上且300℃以下的温度加热层叠的所述功率模块用基板与所述散热片。

根据设为这种结构的本发明的带散热片的功率模块用基板的制造方法，将通过以70质量％以上且95质量％以下的范围内的量含有平均粒径在0.1μm以上且1μm以下的范围内的银粒子的糊状接合材料组合物的层来层叠功率模块用基板与散热片的层叠体，在层叠方向上在1MPa以下的压力下，用150℃以上且300℃以下的温度加热，因此不会使银粒子过于致密化，且能够可靠地进行烧结。由此，在功率模块用基板的金属层与散热片之间，能够生成接合层，该接合层为银粒子的烧结体，且为相对密度在60％以上且90％以下的范围内的多孔体。

根据本发明，能够提供一种能够长时间抑制因冷热循环的负载所引起的热阻的增加或绝缘基板的破裂的产生的带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块用基板的制造方法。

附图说明

图1是使用作为本发明的一实施方式的带散热片的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。

图2是作为本发明的一实施方式的带散热片的功率模块用基板的制造方法的流程图。

图3是在本发明例9中制造出的带散热片的功率模块用基板的接合层的截面SEM照片。

图4是在本发明例17中制造出的带散热片的功率模块用基板的接合层的截面SEM照片。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是使用作为本发明的一实施方式的带散热片的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。

图1中，功率模块1具备带散热片的功率模块用基板10以及通过焊锡层2被接合到带散热片的功率模块用基板10的其中一侧(图1中为上侧)的面的半导体元件3。在此，焊锡层2例如是Sn-Ag系、Sn-In系、或者Sn-Ag-Cu系的焊锡材料(所谓的无铅焊锡材料)。

带散热片的功率模块用基板10具备功率模块用基板20以及通过接合层30被接合的散热片40。

功率模块用基板20具有绝缘基板21、形成在绝缘基板21的其中一个面的电路层22及形成在绝缘基板21的另一个面的金属层23。

绝缘基板21防止电路层22与金属层23之间的电连接，例如由AlN(氮化铝)、Si₃N₄(氮化硅)、Al₂O₃(氧化铝)等绝缘性高的陶瓷构成。并且，绝缘基板21的厚度设定在0.2mm以上且1.5mm以下的范围内，在本实施方式中设定为0.635mm。

电路层22通过在绝缘基板21的其中一个面(在图1中为上表面)接合利用铝或铝合金所制成的铝板、或者利用铜或铜合金所制成的铜板而构成。作为铝板，可以使用纯度99质量％以上的铝(A1050、A1080等)及纯度99.99质量％以上的高纯度铝(4N-Al)。作为铜板，可以使用无氧铜及纯度99.9999质量％以上的高纯度铜(6N-Cu)。电路层22的厚度设定在0.1mm以上1.0mm以下的范围内，在本实施方式中，设定为0.3mm。并且，在该电路层22形成有电路图案，其中一个面(在图1中为上表面)设为搭载半导体元件3的搭载面22A。另外，在本实施方式中，在电路层22的搭载面22A与焊锡层2之间，也可以设有镀镍层(未图示)。

金属层23通过在绝缘基板21的另一个面(在图1中为下表面)接合利用铝或铝合金所制成的铝板、或者利用铜或铜合金所制成的铜板而构成。作为铝板，可以使用纯度99质量％以上的铝(A1050、A1080等)及纯度99.99质量％以上的高纯度铝(4N-Al)。作为铜板，可以使用无氧铜及纯度99.9999质量％以上的高纯度铜(6N-Cu)。金属层23的厚度设定在0.1mm以上且1.0mm以下的范围内，在本实施方式中设定为0.3mm。

在本实施方式中，金属层23的与绝缘基板21侧相反侧的面设为通过接合层30接合散热片40的接合面23A。另外，在金属层23由铝板构成的情况下，优选在接合面23A设有镀银层或镀金层(未图示)。通过设置镀银层或镀金层，金属层23与接合层30之间的接合力变强，能够使带散热片的功率模块用基板的可靠性更进一步提升。镀银层及镀金层的厚度优选在0.05μm以上且1μm以下的范围内。另外，在金属层23由铜板构成的情况下，也可以在接合面23A设置镀银层或镀金层。

散热片40用于冷却所述功率模块用基板20。散热片40的其中一个面(在图1中为上表面)设为通过接合层30与功率模块用基板20的金属层23接合的顶板部41。在散热片40的内部具备流通冷却介质的流路42。另外，代替设置流路42，也可以将散热片40的除顶板部41以外的面设为鳍片结构。

散热片40由铝或铝合金或者铜或铜合金构成。在本实施方式中，散热片40由铝合金构成。作为铝合金，可以使用A3003合金、A1100合金、A3003合金、A5052合金、A7N01合金、A6063合金。散热片40的顶板部41的表面也可以设有镀银层或镀金层(未图示)。通过设置镀银层或镀金层，散热片40与接合层30之间的接合力变强，能够使带散热片的功率模块用基板的可靠性更进一步提升。

接合层30由银粒子的烧结体构成。微细的银粒子以比较低的温度进行烧结，但是该银粒子的烧结体的热稳定性得到提高，利用通常的功率半导体元件所产生的热并不会熔融。并且，构成接合层30的银粒子的烧结体为具有多个气孔的多孔体，相对密度在60％以上且90％以下的范围内，优选在62％以上且90％以下的范围内，更优选在80％以上且88％以下的范围内。通过该接合层30内的气孔，接合层30与块状(bulk)的银相比，弹性模量变低，在冷热循环负载时，因功率模块用基板20与散热片40之间的线膨胀系数之差所产生的内部应力被缓和。因此，接合层30在冷热循环负载时难以破损。若相对密度小于60％，则作为烧结体的接合层30的机械强度下降，在冷热循环负载时，有可能在接合层30产生破损。另一方面，若相对密度超过90％，则接合层30的弹性模量与块状的银成为相同程度，有可能因冷热循环负载时的接合层30所引起的内部应力的缓和功能下降。另外，接合层30的相对密度为接合层30的密度(实测值)相对于银的真密度的百分比。

接合层30的厚度设为10μm以上且500μm以下的范围内。若接合层30的厚度小于10μm，则冷热循环负载时的接合层30内的内部应力的缓和能力下降，有可能在接合层30产生破损。另一方面，若接合层30的厚度超过500μm，则接合层30的机械强度下降，有可能在冷热循环负载时在接合层30产生破损。

接合层30的优选厚度为10μm以上且100μm以下的范围内的厚度，更优选为15μm以上且50μm以下的范围内的厚度。

接着，参考图2对作为本实施方式的带散热片的功率模块用基板的制造方法进行说明。

图2是作为本发明的一实施方式的带散热片的功率模块用基板的制造方法的流程图。作为本发明的一实施方式的带散热片的功率模块用基板的制造方法具备糊状接合材料组合物层形成工序S01、层叠工序S02及加热工序S03。

(糊状接合材料组合物层形成工序S01)

在糊状接合材料组合物层形成工序S01中，在功率模块用基板的金属层的与绝缘基板相反侧的面及散热片中的至少其中一个表面形成糊状接合材料组合物的层。作为形成糊状接合材料组合物的层的方法，可以使用涂布法、浸渍法等方法。在后述的加热工序S03中，通过加热糊状接合材料组合物层来生成接合层30。

糊状接合材料组合物包含溶剂与银粒子。

关于糊状接合材料组合物的溶剂，在后述的加热工序S03中，只要能够蒸发去除，则并没有特别限制。作为溶剂，例如，可以使用醇系溶剂、乙二醇系溶剂、乙酸系溶剂、烃系溶剂、胺系溶剂。作为醇系溶剂的例子，可列举α-萜品醇、异丙醇。作为乙二醇系溶剂的例子，可列举乙二醇、二甘醇、聚乙二醇。作为乙酸系溶剂的例子，可列举乙酸丁基卡必醇酯。作为烃系溶剂的例子，可列举癸烷、十二烷、十四烷。作为胺系溶剂的例子，可列举己胺、辛胺、十二胺。这些溶剂可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。

作为银粒子，使用平均粒径在0.1μm以上且1μm以下的范围内的银粒子。若银粒子的平均粒径小于0.1μm，则难以加厚糊状接合材料组合物层的厚度，并且在后述的加热工序S03中，银粒子的烧结变得容易进行，有可能所生成的接合层30的相对密度变得过高。另一方面，若银粒子的平均粒径超过1μm，则在后述的加热工序S03中，银粒子的烧结变得难以进行，有可能所生成的接合层30的相对密度变得过低。优选的银粒子的平均粒径的范围为0.2μm以上且0.5μm以下。

银粒子也可以被用于防止氧化及凝聚的保护材料包覆。作为保护材料，可以使用碳原子数为2以上且8以下的有机物。有机物优选为羧酸。作为羧酸的例子，可列举乙醇酸、柠檬酸、苹果酸、马来酸、丙二酸、富马酸、琥珀酸、酒石酸。将银粒子设为100质量％时，保护材料的含量优选为1质量％以下。

将糊状接合材料组合物设为100质量％时，糊状接合材料组合物的银粒子的含量为70质量％以上且95质量％以下的范围内的量。若小于70质量％，则糊状接合材料组合物的粘度变得过低，难以加厚糊状接合材料组合物层的厚度，并且在后述的加热工序S03中，银粒子的烧结变得难以进行，有可能所生成的接合层30的相对密度变得过低。另一方面，若银粒子的含量超过95质量％，则糊状接合材料组合物的粘度变得过高，有可能难以形成糊状接合材料组合物层。糊状接合材料组合物的银粒子的含量优选为70质量％以上且90质量％以下的范围内的量，更优选为85质量％以上且90质量％以下的范围内的量。

糊状接合材料组合物层的厚度因糊状接合材料组合物的银粒子的平均粒径或含量而有所不同，因此无法统一规定，但是在利用后述的加热工序S03的加热所生成的接合层的厚度只要是10μm以上且500μm以下的范围内的厚度即可。优选接合层的厚度为10μm以上且100μm以下的范围内的厚度。

(层叠工序S02)

在层叠工序S02中，通过在糊状接合材料组合物层形成工序S01中所形成的糊状接合材料组合物层来层叠功率模块用基板及散热片。介于所层叠的功率模块用基板与散热片之间的糊状接合材料组合物层的厚度优选为均匀的厚度。

(加热工序S03)

在加热工序S03中，对在层叠工序S02中层叠的功率模块用基板与散热片的层叠体进行加热。

层叠体的加热温度为150℃以上且300℃以下，优选为170℃以上且270℃以下的温度。若加热温度低于150℃，则糊状接合材料组合物层的银粒子变得难以烧结，有可能无法形成接合层。另一方面，若加热温度超过300℃，则糊状接合材料组合物层的银粒子的烧结会过度进行，有可能所产生的接合层的相对密度变得过高。

层叠体的加热是在层叠方向上在1MPa以下的压力下进行的。也可以不在层叠方向上对层叠体进行加压。若在层叠方向上用超过1MPa的压力加压的状态下加热层叠体，则银粒子的烧结会过度进行，有可能所生成的接合层的相对密度变得过高。

通过如此加热层叠体，糊状接合材料组合物层内的银粒子烧结而制造出作为本实施方式的带散热片的功率模块用基板。

根据作为设置成如上结构的本实施方式的带散热片的功率模块用基板10，功率模块用基板20的金属层23由利用铝或铝合金所制成的铝板构成，因此能够将由安装到电路层22的半导体元件3所产生的热更有效地传递到散热片40。并且，接合层30由银粒子的烧结体构成，因此熔点高，难以熔融。而且，构成接合层30的银粒子的烧结体为相对密度在60％以上且90％以下的范围内的多孔体，且厚度设为10μm以上且500μm以下的范围内，因此因冷热循环负载时的功率模块用基板20与散热片40之间的线膨胀系数之差所产生的内部应力被缓和，接合层30变得难以破损。因此，作为本实施方式的带散热片的功率模块用基板10能够长时间抑制因冷热循环的负载所引起的热阻的增加或绝缘基板21的破裂的产生。

并且，根据作为本实施方式的带散热片的功率模块用基板10的制造方法，通过以70质量％以上且95质量％以下的范围内的量含有平均粒径在0.1μm以上且1μm以下的范围内的银粒子的糊状接合材料组合物的层来层叠功率模块用基板20与散热片40，将所形成的层叠体在层叠方向上在1MPa以下的压力下，以150℃以上且300℃以下的温度加热，因此不会使银粒子过于致密化，且能够可靠地进行烧结。由此，在功率模块用基板20的金属层23与散热片40之间，能够生成接合层30，所述接合层30为银粒子的烧结体，且为相对密度在60％以上且90％以下的范围内的多孔体。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，在不脱离本发明的技术思想的范围内能够进行适当变更。

例如，在本实施方式的带散热片的功率模块用基板10中，在电路层22安装有半导体元件3，但并不限定于此，例如，也可以安装有LED等半导体元件以外的电子组件。

实施例

对为了确认本发明的有效性而进行的确认实验的结果进行说明。

[本发明例1]

(1)功率模块用基板的制作

在绝缘基板接合电路层与金属层，制作出功率模块用基板。绝缘基板的材质设为氮化铝(AlN)。电路层的材质设为无氧铜。金属层的材质设为A1050。绝缘基板的尺寸设为40mm×40mm，电路层的尺寸设为37mm×37mm，金属层的尺寸设为37mm×37mm。

绝缘基板与电路层使用由Ag-27.4质量％Cu-2.0质量％Ti构成的活性钎料，在10^{- 3}Pa的真空中，以850℃加热10分钟，由此进行了接合。

绝缘基板与金属层使用由Al-7.5质量％Si构成的钎料箔(厚度100μm)，在层叠方向上以12kgf/cm²(1.2MPa)加压的状态下，在10^-3Pa的真空中，以650℃加热30分钟，由此进行了接合。

(2)糊状接合材料组合物的制备

准备了乙二醇(EG)与平均粒径0.5μm的银粉。以EG为15质量份、银粉为85质量份的比例，使用捏合机捏合而制备出糊状接合材料组合物。通过捏合机进行的捏合为以2000rpm的旋转速度转5分钟，进行了3次。

(3)带散热片的功率模块用基板

作为散热片，准备了50mm×60mm、厚度5mm的A3003合金制、在内部具有冷却介质的流路的铝板。

首先，对在上述(1)中制作出的功率模块用基板的金属层的接合面、以及准备好的散热片的顶板部分别实施镀银，形成了厚度为0.1μm～0.5μm的镀银层。接着，在散热片的镀银层的表面，涂布在(2)中制备出的糊状接合材料组合物，形成了糊状接合材料组合物层。糊状接合材料组合物层的厚度设为利用加热所生成的接合层的厚度为100μm的厚度。接着，在散热片的糊状接合材料组合物层上，搭载功率模块用基板的金属层的镀银层，层叠了功率模块用基板与散热片。然后，将功率模块用基板与散热片的层叠体投入到加热器，在大气气氛中，以加热温度为250℃，不进行朝层叠方向的加压的接合条件下加热60分钟，制造出带散热片的功率模块用基板。

[本发明例2～9及比较例1～11]

将功率模块用基板的电路层及金属层的材质与镀层的种类、糊状接合材料组合物的接合材料的种类、溶剂与接合材料的配合量、散热片的镀层的种类，变更成如下述的表1所示那样，将接合功率模块用基板与散热片时的接合条件、接合层的厚度，变更成如下述的表2所示那样，除此以外，以与本发明例1同样的方式，制造出带散热片的功率模块用基板。另外，作为比较例11的糊状接合材料组合物的接合材料所使用的SAC焊锡为Sn-Ag-Cu系焊锡材料。

[评价]

关于在本发明例1～9及比较例1～11中制造出的带散热片的功率模块用基板，利用下述的方法测定出接合层的厚度与相对密度，并且对于带散热片的功率模块用基板，利用下述的方法进行冷热循环试验，测定出冷热循环后的基板的破裂与冷热循环前后的热阻变化率。将其结果示于表2。

(接合层的厚度)

使用测微计(精密测长仪)，事先测量出功率模块用基板与散热片的厚度，再测量出接合后的带散热片的功率模块用基板整体的厚度。将从带散热片的功率模块用基板整体的厚度减去事先测量出的功率模块用基板与散热片的厚度后所得的值设为接合层的厚度。

(接合层的相对密度)

从带散热片的功率模块用基板选取了接合层。测量选取出的接合层的尺寸，求出了从测量出的尺寸与利用上述的方法测定出的接合层的厚度所选取出的接合层的体积。接着，将该选取出的接合层用硝酸进行了溶解。根据得到的溶解液的体积与银浓度求出在选取出的接合层所包含的银的质量。

然后，使用选取出的接合层的体积与银的质量，利用下述式算出了接合层的相对密度。

接合层的相对密度(％)＝{(银的质量/接合层的体积)/银的真密度}×100

(冷热循环试验)

冷热循环试验是在下述的条件下进行的。对3000次循环后的绝缘基板的破裂的有无进行了评价。将其结果示于表2。

评价装置：ESPEC股份有限公司制TSB-51

液相：Fluorinert

温度条件：-40℃×5分钟←→125℃×5分钟

(热阻的测定)

将加热片安装到带散热片的功率模块用基板的电路层，在散热片的流路中使冷却介质[乙烯乙二醇:水＝9:1(质量比)]流通。接着，用100W的电力对加热片进行加热。使用热电耦，测定出加热片的温度及在散热片中流通的冷却介质的温度。然后，将加热片的温度与冷却介质的温度差除以电力所得出的值设为热阻。在冷热循环试验的前后，热阻的变化率为5％以下的情况判定为“A”，超过5％的情况判定为“B”。将该判定结果示于表2。另外，以下示出测定条件。

温度差：80℃

温度范围：55℃～135℃(用IGBT元件内的温度感测二极管测定)

通电时间：6秒

冷却时间：4秒

(接合层的结构)

将带散热片的功率模块用基板沿层叠方向切割，使用SEM(扫描型电子显微镜)观察接合层的切割面。

图3中示出在本发明例9中制造出的带散热片的功率模块用基板的接合层的截面的SEM照片。从图3的SEM照片，确认到接合层为银粒子的烧结体，且为具有多个气孔的多孔体。另外，关于在本发明例1～8中制造出的带散热片的功率模块用基板的接合层也同样确认到为银粒子的烧结体，且为具有多个气孔的多孔体。

[表1]

[表2]

使用银粒子的平均粒径比本发明的范围小的糊状接合材料组合物制造出的比较例1的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度比本发明的范围高。推测这是因为，银粒子微细，因此银粒子的烧结变得容易进行。另一方面，使用银粒子的平均粒径比本发明的范围大的糊状接合材料组合物制造出的比较例2的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度比本发明的范围低。推测这是因为银粒子之间的间隙变大。

使用银粒子的含量比本发明的范围少的糊状接合材料组合物制造出的比较例3的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度比本发明的范围低。推测这是因为，溶剂的量相对变多，因此在银粒子之间变得容易形成间隙。另一方面，在使用了银粒子的含量比本发明的范围多的糊状接合材料组合物的比较例4中，无法使糊状接合材料组合物层形成在散热片的顶板部。推测这是因为糊状接合材料组合物的粘度变得过高。

在层叠体的加热温度比本发明的范围低的比较例5中，无法形成接合层。这是因为银粒子没有烧结。另一方面，以层叠体的加热温度比本发明的范围高的接合条件所制造出的比较例6的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度变得比本发明的范围高。推测这是因为银粒子的烧结过度地进行。而且，以在层叠方向赋予比本发明的范围大的压力的接合条件所制造出的比较例7的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度变得比本发明的范围高。推测这是因为在银粒子彼此强力密接的状态下进行了烧结。

相对于此，糊状接合材料组合物的银粒子的平均粒径与含量设为本发明的范围、层叠体的加热温度与在层叠方向赋予的压力设为本发明的范围的本发明例1～9中，得到的带散热片的功率模块用基板的接合层的相对密度在本发明的范围内。

并且，接合层的相对密度比本发明的范围大的比较例1、6、7中，热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，接合层的弹性模量与块状的银成为相同程度，由接合层引起的内部应力的缓和功能下降，在冷热循环负载时接合层破损。另一方面，接合层的相对密度比本发明的范围低的比较例2、3中也还是热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，接合层的机械强度下降，在冷热循环负载时，在接合层产生了破损。

并且，接合层的厚度比本发明的范围薄的比较例8中，热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，由接合层引起的内部应力的缓和功能下降，在冷热循环负载时接合层破损。另一方面，接合层的厚度比本发明的范围厚的比较例9中也还是热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，接合层的机械强度下降，在冷热循环负载时接合层破损。

并且，在代替银粒子而使用了铜粒子的比较例10中，以350℃的加热温度无法形成接合层。另一方面，在代替银粒子而使用了SAC焊锡粒子的比较例11中，能够形成接合层，但是制造出的带散热片的功率模块用基板中，热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，接合层(SAC焊锡)的耐热性低，在高温时机械强度下降，其结果，在冷热循环负载时因为在功率模块用基板与散热片之间的线膨胀系数之差所产生的内部应力，接合层产生了破损。

相对于此，在接合层的相对密度与厚度在本发明的范围内的发明例1～9中，热阻变化率小，在冷热循环后的绝缘基板没有产生破裂。

根据以上确认到，根据本发明例，可以提供能够长时间抑制因冷热循环的负载所引起的热阻的增加或绝缘基板的破裂的产生的带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块用基板的制造方法。

[本发明例10]

(1)功率模块用基板的制作

在绝缘基板接合电路层与金属层，制作出功率模块用基板。绝缘基板的材质设为氮化硅(Si₃N₄)。电路层的材质设为无氧铜。金属层的材质设为纯度99.9999质量％以上的高纯度铜(6N-Cu)。绝缘基板的尺寸设为40mm×40mm，电路层的尺寸设为37mm×37mm，金属层的尺寸设为37mm×37mm。

分别在电路层与绝缘基板之间及绝缘基板与金属层之间，配设了利用Ag-27.4质量％Cu-2.0质量％Ti所制成的活性钎料。接着，按照电路层、绝缘基板、金属层的顺序层叠，在将所得到的层叠体在层叠方向上用49kPa(0.5kgf/cm²)的压力加压的状态下，在10^-3Pa的真空中，以850℃加热10分钟而接合，制作出功率模块用基板。

(2)糊状接合材料组合物的制备

以与本发明例1同样的方式，制备出包含乙烯乙二醇(EG)15质量份、以及平均粒径0.5μm的银粉85质量份的糊状接合材料组合物。

(3)带散热片的功率模块用基板的制造

作为散热片，准备了50mm×60mm×5mmt的A3003合金制、在内部具有冷却介质的流路的铝板。

首先，对在上述(1)中制作出的功率模块用基板的金属层的接合面、以及准备好的散热片的顶板部分别实施镀银，形成了厚度为0.1～0.5μm的镀银层。接着，在散热片的镀银层的表面，涂布在(2)中制备出的糊状接合材料组合物，形成了糊状接合材料组合物层。糊状接合材料组合物层的厚度设为利用加热所生成的接合层的厚度为50μm的厚度。接着，在散热片的糊状接合材料组合物层上，搭载功率模块用基板的金属层的镀银层，层叠了功率模块用基板与散热片。然后，将功率模块用基板与散热片的层叠体投入到加热器，在大气气氛中，以加热温度为200℃，在不进行朝向层叠方向的加压的接合条件下加热60分钟，制造出带散热片的功率模块用基板。

[本发明例11～18及比较例12～21]

将功率模块用基板的电路层的材质、糊状接合材料组合物的接合材料的种类、溶剂与接合材料的配合量、散热片的镀层的种类，变更成如下述的表3所示那样，将接合功率模块用基板与散热片时的接合条件、接合层的厚度，变更成如下述的表4所示那样，除此以外，以与本发明例10同样的方式，制造出带散热片的功率模块用基板。另外，在本发明例11中，在金属层没有形成镀层。

[评价]

关于在本发明例10～18及比较例12～24中制造出的带散热片的功率模块用基板，以与本发明例1同样的方式，测定了接合层的厚度与相对密度、带散热片的功率模块用基板的冷热循环试验后的热阻变化率与基板破裂。将其结果示于表4。

并且，关于在本发明例10～18中制造出的带散热片的功率模块用基板，以与本发明例1同样的方式，观察了接合层的结构。

图4中，表示在本发明例17中制造出的带散热片的功率模块用基板的接合层的截面的SEM照片。从图4的SEM照片，确认到接合层为银粒子的烧结体，且为具有多个气孔的多孔体。另外，关于在本发明例10～16、18中制造出的带散热片的功率模块用基板的接合层也同样确认到为银粒子的烧结体，且为具有多个气孔的多孔体。

[表3]

[表4]

使用银粒子的平均粒径比本发明的范围小的糊状接合材料组合物制造出的比较例12的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度比本发明的范围高。推测这是因为，银粒子微细，因此银粒子的烧结变得容易进行。另一方面，使用银粒子的平均粒径比本发明的范围大的糊状接合材料组合物制造出的比较例13的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度比本发明的范围低。推测这是因为银粒子之间的间隙变大。

使用银粒子的含量比本发明的范围少的糊状接合材料组合物制造出的比较例14的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度比本发明的范围低。推测这是因为，相对地溶剂的量变多，因此在银粒子之间变得容易形成间隙。

以层叠体的加热温度比本发明的范围高的接合条件所制造出的比较例15的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度变得比本发明的范围高。推测这是因为银粒子的烧结过度地进行。而且，以在层叠方向赋予比本发明的范围大的压力的接合条件所制造出的比较例16的带散热片的功率模块用基板中，接合层的相对密度变得比本发明的范围高。推测这是因为在银粒子彼此强力密接的状态下进行了烧结。

相对于此，在糊状接合材料组合物的银粒子的平均粒径与含量设为本发明的范围、层叠体的加热温度与在层叠方向赋予的压力设为本发明的范围的本发明例10～18中，得到的带散热片的功率模块用基板的接合层的相对密度在本发明的范围内。

并且，接合层的相对密度比本发明的范围大的比较例12、15、16中，热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，接合层的弹性模量与块状的银成为相同程度，由接合层引起的内部应力的缓和功能下降，在冷热循环负载时接合层破损。另一方面，接合层的相对密度比本发明的范围低的比较例13、14也还是热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，接合层的机械强度下降，在冷热循环负载时，在接合层产生了破损。

并且，接合层的厚度比本发明的范围薄的比较例17中，热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，由接合层引起的内部应力的缓和功能下降，在冷热循环负载时接合层破损。另一方面，接合层的厚度比本发明的范围厚的比较例18也还是热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，接合层的机械强度下降，在冷热循环负载时接合层破损。

在代替银粒子而使用了SAC焊锡粒子的比较例19中，制造出的带散热片的功率模块用基板的热阻变化率大，在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测这是因为，接合层(SAC焊锡)的耐热性低，在高温时机械强度下降，其结果，在冷热循环负载时因为在功率模块用基板与散热片之间的线膨胀系数之差所产生的内部应力，接合层产生了破损。

并且，在加热温度为140℃的比较例20中，在冷热循环后的绝缘基板没有产生破裂，但是热阻变化率变大。推测出这是因为接合层的相对密度稍低，为58％，接合层的机械强度稍低，因此在冷热循环负载时，在接合层产生局部破裂，作为接合层整体虽然没有破损，但是接合层的热阻上升。另一方面，在加热温度设为320℃的比较例21中，热阻变化率变小，但是在冷热循环后的绝缘基板产生了破裂。推测出这是因为接合层的相对密度稍高，为92％，由接合层引起的内部应力的缓和功能稍稍下降，因此在接合层没有产生破裂或破损，但是缓和由于功率模块用基板与散热片之间的线膨胀系数之差所产生的内部应力的作用下降，基板破裂。

相对于此，在接合层的相对密度与厚度设为本发明的范围内的本发明例10～18中，热阻变化率小，在冷热循环后的绝缘基板没有产生破裂。

基于以上确认到，根据本发明例，可以提供能够长时间抑制因冷热循环的负载所引起的热阻的增加或绝缘基板的破裂的产生的带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块用基板的制造方法。

产业上的可利用性

根据本发明，可以提供一种能够长时间抑制因冷热循环的负载所引起的热阻的增加或绝缘基板的破裂的产生的带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块用基板的制造方法。

符号说明

1-功率模块，2-焊锡层，3-半导体元件，10-带散热片的功率模块用基板，20-功率模块用基板，21-绝缘基板，22-电路层，22A-搭载面，23-金属层，23A-接合面，30-接合层，40-散热片，41-顶板部，42-流路。