功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块、功率模块...的制作方法
功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块、功率模块 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具备在绝缘层一个面（第一面）形成电路层，并且在所述绝缘层 的另一个面（第二面）形成金属层的功率模块用基板、具备接合于功率模块用基板的金属 层一侧的金属部件的自带金属部件的功率模块用基板、具备搭载于该自带金属部件的功率 模块用基板的电路层的半导体元件的自带金属部件的功率模块、功率模块用基板的制造方 法、以及自带金属部件的功率模块用基板的制造方法。
[0002] 本申请主张基于2012年12月27日于日本申请的专利申请2012-284641号的优 先权，并将其内容援用在此。
【背景技术】
[0003]各种半导体元件中，用于控制电动汽车或电动车辆等的大功率控制用的功率元 件，由于发热量较多，因此作为搭载该功率元件的基板从一直以来广泛使用如下基板：例 如在由A1N(氮化铝）等构成的陶瓷基板（绝缘层）上，将导电性优异的金属板作为电路层 而接合，在陶瓷基板的下表面，为了放热也将热传导性优异的金属板作为金属层而接合的 功率模块用基板。
[0004] 这种功率模块用基板在其电路层上，经由焊锡材料搭载半导体元件作为功率元 件。
[0005]而且，在这种功率模块用基板中，有时在金属层一侧进一步接合放热板、冷却器、 缓冲板等的金属部件。
[0006] 例如专利文献1中，公开了一种功率模块用基板，其在绝缘层的一个面（第一面） 形成由A1构成的电路层，在绝缘层的另一个面（第二面）形成由A1构成的金属层。并且， 公开了一种自带散热器的功率模块用基板（自带金属部件的功率模块用基板），其在该功 率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合散热器（金属部件）。
[0007] 另外，在专利文献2、3中，公开了一种自带缓冲层的功率模块用基板（自带金属部 件的功率模块用基板），其在功率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合有由铝构成的 缓冲层（金属部件）。
[0008]并且，在专利文献4中，公开了一种自带缓冲层的功率模块用基板（自带金属部件 的功率模块用基板），其在功率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合有由金属基复合 材料（铝基复合材料）构成的缓冲层（金属部件）。
[0009] 这些自带缓冲层的功率模块用基板中，作为自带散热器的功率模块用基板在缓冲 层一侧进一步接合散热器。
[0010] 专利文献1 :日本专利公开2008-16813号公报
[0011] 专利文献2 :日本专利公开2009-135392号公报
[0012] 专利文献3 :日本专利公开2009-224571号公报
[0013] 专利文献4 :日本专利公开2010-098057号公报
[0014] 在专利文献1~4所示的自带散热器的功率模块用基板、以及自带缓冲层的功率 模块用基板中，功率模块用基板的金属层与金属部件通过钎焊而接合。钎焊因为进行钎焊 时的接合温度较高（例如约650°C )，因此施加于该功率模块用基板的热负荷较大，功率模 块用基板（尤其是绝缘层）有时会劣化。
[0015] 并且，钎焊由于接合温度较高，在功率模块用基板或金属部件所产生的热应力变 大，功率模块用基板或金属部件的翘曲有时会变大。
【发明内容】
[0016] 本发明是鉴于前述的情况而完成的，本发明的目的在于提供一种在功率模块用基 板的金属层与金属部件的接合中，能够降低施加于功率模块用基板的热负荷，并且减少功 率模块用基板以及金属部件所产生的翘曲的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用 基板、自带金属部件的功率模块、功率模块用基板的制造方法、自带金属部件的功率模块用 基板的制造方法。
[0017] (1)本发明一方式的功率模块用基板，其为具备绝缘层、形成于该绝缘层的第一面 的电路层、以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层的功率模块用基板，其中，在所述金属 层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，层叠有与接合层接合的第一基底层，所 述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构 成，所述第一基底层具有在与所述金属层的界面上形成的第一玻璃层以及层叠于该第一玻 璃层的弟一 Ag层。
[0018] 根据本发明的功率模块用基板，第一基底层具备在与金属层的界面上形成的第一 玻璃层，因此根据玻璃成分能够去除形成于金属层表面的氧化膜，且能够确保第一基底层 与金属层的接合强度。
[0019] 并且，在第一玻璃层层叠有第一 Ag层，因此能够在功率模块用基板的金属层一侧 配设金属部件，且能够经由金属的烧成体所构成的接合层而接合功率模块用基板与散热 器。由该金属的烧成体构成的接合层可以以比钎焊温度更低的温度形成，因此能够将功率 模块用基板与金属部件以较低的温度进行接合，能够降低施加于功率模块用基板的热负 荷，而抑制功率模块用基板的劣化。并且，还能够减少功率模块用基板以及金属部件所产生 的翘曲。
[0020] (2)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)所记载的功率模块用基 板，其中，所述第一基底层为含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料的烧成体。
[0021] 此时，通过对含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料进行烧成，可简单且确切地形成具备 在金属层的界面上形成的第一玻璃层以及层叠于第一玻璃层而形成的第一 Ag层的第一基 底层。
[0022] (3)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)或（2)所记载的功率模块 用基板，其中，在所述第一 Ag层分散有玻璃，露出于所述第一基底层表面的所述玻璃的面 积比率被设定为55%以下。
[0023] 此时，露出于第一基底层表面的所述玻璃的面积比率被设定为55%以下，因此在 第一基底层，层叠而形成由金属的烧成体构成的接合层时，能够牢固地接合第一基底层的 第一Ag层与接合层，而不被玻璃阻碍。
[0024] (4)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)~（3)中任一项所记载的 功率模块用基板，其中，在所述电路层中与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，形成有 第二基底层，所述第二基底层具有在与所述电路层的界面上形成的第二玻璃层以及层叠于 该第二玻璃层的第二Ag层。
[0025]此时，在电路层中与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，形成有第二基底层， 第二基底层具有在与电路层的界面上形成的第二玻璃层，因此根据玻璃成分能够去除形成 于电路层的表面的氧化膜，且能够确保电路层与第二基底层的接合强度。
[0026]并且，由于形成有第二基底层，因此能够经由金属的烧成体所构成的接合层而接 合半导体元件。
[0027] (5)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据⑴~⑷中任一项所记载的 功率模块用基板，其中，所述绝缘层为选自A1N、Si3N4或A1 203的陶瓷基板。
[0028] 选自A1N、Si3N4或A1 203的陶瓷基板，其绝缘性以及强度优异，能够提高功率模块 的可靠性。并且，通过在该陶瓷基板的第一面以及第二面接合金属板，可轻易形成电路层以 及金属层。
[0029] (6)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块用基板，其为具备（1)~（5)中 任一项所记载的功率模块用基板以及接合于该功率模块用基板的所述金属层一侧的金属 部件，在所述第一基底层与所述金属部件之间形成有由金属的烧成体构成的接合层。
[0030]根据此构成的自带金属部件的功率模块用基板，在第一基底层与金属部件之间形 成有由金属的烧成体构成的接合层，因此可牢固地接合功率模块用基板（金属层）与金属 部件。而且，前述的由金属的烧成体构成的接合层，可以以比钎焊温度更低的温度形成，因 此能够将功率模块用基板与金属部件以较低的温度进行接合，且能够降低在该功率模块用 基板的热负荷。并且，能够减少在功率模块用基板以及金属部件所产生的翘曲。
[0031] (7)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块用基板，其为根据（6)所记载 的自带金属部件的功率模块用基板，其中，在所述自带金属部件的功率模块用基板中，所述 接合层为包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体。
[0032]此时，第一基底层的第一Ag层与接合层变成相同Ag之间的接合，因此能够进一步 牢固地接合第一基底层与接合层。
[0033] (8)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块，其具备（6)或（7)所记载的自 带金属部件的功率模块用基板以及搭载于该自带金属部件的功率模块用基板的电路层一 侧的半导体元件。
[0034]根据本发明的自带金属部件的功率模块，如上所述具备降低功率模块用基板与金 属部件的接合时所产生的功率模块用基板的热劣化，并且减少功率模块用基板或金属部件 的翘曲的自带金属部件的功率模块用基板，因此能够提高可靠性。
[0035] (9)本发明的其他方式的功率模块用基板的制造方法，其为具备绝缘层、形成于该 绝缘层的第一面的电路层以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层的功率模块用基板的 制造方法，具备如下工序：通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面 上，涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基 底层，所述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧 成体构成。
[0036](10)本发明其他方式的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其为具备在 绝缘层的第一面形成有电路层、并且在所述绝缘层的第二面形成有金属层的功率模块用基 板以及接合于所述金属层一侧的金属部件的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法， 其中，具备如下工序：通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂 布含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基底层， 所述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子的至少一方或双方中的接合材料的烧成体 构成；在所述第一基底层的表面，涂布包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或 双方的接合材料；向所涂布的接合材料层叠金属部件；以及在层叠有所述功率模块用基板 与所述金属部件的状态下进行加热，从而形成接合所述第一基底层与所述金属部件的接合 层。
[0037]根据此构成的功率模块用基板的制造方法、或自带金属部件的功率模块用基板的 制造方法，具备通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂布含 有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，形成所述第一基底层的工序，因此能够去除 形成于金属层表面的氧化膜，且能够确切地接合金属层与第一基底层。
[0038] 并且，当具备在所述第一基底层的上部涂布包含Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至 少一方或双方的接合材料的工序、向所涂布的接合材料层叠金属部件的工序以及在经层叠 有所述功率模块用基板与所述金属部件的状态进行加热而形成接合所述第一基底层与所 述金属部件的接合层的工序时，在对接合层进行烧成时可牢固地接合第一基底层与金属部 件。
[0039] 并且，上述接合材料的烧成温度比钎焊的温度低， 因此能够降低施加于该功率模 块用基板的热负荷，且能够抑制功率模块用基板的劣化。另外，还能够减少功率模块用基板 以及金属部件所产生的翘曲。
[0040] (11)本发明的其他方式的功率模块用基板的制造方法，其为根据（9)所记载的功 率模块用基板的制造方法，其中，在形成所述第一基底层的工序中的所述含有玻璃的Ag浆 料的烧成温度为350°C以上645°C以下。
[0041] 此时，所述含有玻璃的Ag浆料的烧成温度被设定为350°C以上，因此能够去除含 玻璃Ag浆料内的有机成分等，且能够确切地形成第一基底层。并且，由于所述含有玻璃的 Ag浆料的烧成温度被设定为645°C以下，因此能够防止功率模块用基板的热劣化，并且减 少翘曲。
[0042] (12)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其为根据 (10)所记载的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其中，在形成所述接合层的工 序中的所述接合材料的烧成温度为150°c以上400°C以下。
[0043] 此时，所述接合材料的烧成温度被设定为150°C以上，因此能够去除包含于接合材 料中的还原剂等，且能够确保接合层的热传导性以及强度。并且，所述接合材料的烧成温度 被设定为400°C以下，因此能够将烧成接合材料而接合功率模块用基板与金属部件时的温 度抑制为较低，能够降低对功率模块用基板的热负荷，并且减少功率模块用基板以及金属 部件所产生的翘曲。
[0044]根据本发明，可提供一种在功率模块用基板的金属层与金属部件的接合中，能够 降低施加于功率模块用基板的热负荷，并且减少功率模块用基板以及金属部件所产生的翘 曲的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块、功率模 块用基板的制造方法、自带金属部件的功率模块用基板的制造方法。
【附图说明】
[0045]图1是关于本发明的一实施方式所涉及的自带散热器的功率模块的概略说明图。
[0046]图2是图1所示的自带散热器的功率模块的金属层与散热器的接合界面的扩大说 明图。
[0047] 图3是将图2的金属层与散热器的接合界面进一步扩大的说明图。
[0048] 图4是图1所示的功率模块的电路层与半导体元件的接合界面的扩大说明图。
[0049] 图5是图4的电路层与接合层的接合界面的扩大说明图。
[0050] 图6是表示含玻璃Ag浆料的制造方法的流程图。
[0051] 图7是表示氧化银浆料的制造方法的流程图。
[0052] 图8是表示图1的自带散热器的功率模块的制造方法的流程图。
[0053] 图9A是两面烧成用夹具的俯视图。
[0054] 图9B时两面烧成用夹具的侧视图。
[0055]图10是自带缓冲层的功率模块用基板的概略说明图。
【具体实施方式】
[0056] 以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。在图1中示出关于本发明的一 实施方式所涉及的自带散热器的功率模块1 (自带金属部件的功率模块）。
[0057] 该自带散热器的功率模块1具备功率模块用基板10、接合于该功率模块用基板10 一个面（在图1的上表面）的半导体元件3、以及接合于该功率模块用基板另一个面（在图 1的下表面）的散热器60 (金属部件）。
[0058] 功率模块用基板10具备陶瓷基板11 (绝缘层）、形成于该陶瓷基板11的一个面 (为第一面，在图1的上表面）的电路层12、以及形成于陶瓷基板11的另一个面（为第二 面，在图1的下表面）的金属层13。
[0059] 陶瓷基板11防止电路层12与金属层13之间的电连接，由绝缘性较高的A1N(氮 化铝）构成。并且，陶瓷基板11的厚度被设定在0.2~1.5_范围内，在本实施方式中被 设定为〇. 635mm。
[0060] 金属层13在陶瓷基板11的第二面，通过接合铝或铝合金、铜或铜合金等的金属板 而形成。本实施方式中，金属层13通过由纯度99. 99%以上的铝（即4N铝）的压延板构成 的铝板接合于陶瓷基板11而形成。
[0061] 在该金属层13中与配设有陶瓷基板11的面相反侧的一面上（在图1的下表面）， 层叠形成有由后述的含玻璃Ag浆料的烧成体构成的第一基底层20。
[0062] 如图2以及图3所示，第一基底层20具备在与金属层13的界面上形成的第一玻 璃层21、以及形成于该第一玻璃层21上的第一Ag层22。
[0063] 在第一玻璃层21内部，分散有粒径为几纳米左右的微细金属粒子71。该金属粒 子71设定为含有Ag或A1中的至少一个的结晶性粒子。而且，第一玻璃层21内的金属粒 子71，例如通过使用透射型电子显微镜（TEM)可以观察到。
[0064] 并且，在第一Ag层22内部，分散有粒径为几微米左右的微细玻璃72。
[0065] 在此，本实施方式中，功率模块用基板10的特征为在第一Ag层22中分布有玻璃 72。第一Ag层22中的玻璃72大多存在于在与金属层13的界面上形成的第一玻璃层21 一侧，且以随着在厚度方向上从第一玻璃层21离开，其个数会减少的方式而分布。
[0066] 并且，本实施方式的功率模块用基板10中，通过如上所述进行分散玻璃72,露出 于第一Ag层22 (第一基底层20)的表面（在图2的下表面）的玻璃72的面积比率被设定 为55%以下。
[0067]另外，露出于第一Ag层22 (第一基底层20)的表面的玻璃72的面积比率，能够通 过电子显微镜的反射电子图像而算出。
[0068] 并且，本实施方式中，金属层13由纯度99. 99%铝构成，因此在金属层13的表面， 形成在大气中自然产生的铝氧化膜。其中，在形成所述第一基底层20的部分，该铝氧化膜 已被去除，在金属层13上直接层叠形成有第一基底层20。即，直接接合构成金属层13的铝 与第一玻璃层21。
[0069] 本实施方式中，以第一玻璃层21的厚度tgl设定为0. 01ym彡tgl彡5ym，第 一Ag层的厚度tal设定为1ym彡tal彡100ym、第一基底层20整体的厚度tl设定为 1. 01ym彡tl彡105ym的方式而构成。
[0070] 电路层12在陶瓷基板11的第一面（在图1的上表面），通过接合具有导电性的 铝或铝合金、铜或铜合金等金属板而形成。本实施方式中，电路层12与金属层13同样通过 由纯度99. 99%以上的铝（即4N铝）的压延板构成的铝板接合于陶瓷基板11而形成。并 且，在电路层12形成有电路图形，其一个面（在图1的上表面）搭载半导体元件3而作为 搭载面。
[0071] 在该电路层12中与配设有陶瓷基板11的面相反侧的一面上（在图1的上表面）， 形成后述的由含玻璃Ag浆料的烧成体构成的第二基底层30。而且，如图1所示，第二基底 层30并未形成于电路层12的整个表面，而仅选择性地形成在配设有半导体元件3的部分。
[0072] 如图4以及图5所示，该第二基底层30具备在与电路层12的界面上形成的第二 玻璃层31、以及形成于该第二玻璃层31上的第二Ag层32。
[0073] 在第二玻璃层31内部，与第一玻璃层21同样地分散有粒径为几纳米左右的微细 金属粒子71。并且，在第二Ag层32内部，与第一Ag层22同样地分散有粒径为几微米左右 的微细玻璃72。并且，与第一Ag层22同样地，露出于第二Ag层32 (第二基底层30)的表 面（在图4的上表面）的玻璃72的面积比率被设定为55%以下。
[0074] 本实施方式中，在电路层12的表面，虽形成有在大气中自然产生的铝氧化膜，但 在形成有前述的第二基底层30的部分中该铝氧化膜已被去除，在电路层12上直接层叠形 成有第二基底层30。
[0075] 并且，本实施方式中，以第二玻璃层31的厚度tg2设定为0? 01ym<tg2 < 5ym、 第二Ag层32的厚度ta2设定为1ym彡ta2彡100ym、第二基底层30整体的厚度t2设定 为1. 01ym彡t2彡105ym的方式而构成。
[0076] 而且，该第二基底层30的厚度方向的电阻值P被设定为0. 5Q以下。在此，本实 施方式中，在第二基底层30的厚度方向的电阻值P设定为第二基底层30的上表面与电路 层12的上表面之间的电阻值。其原因为构成电路层12的4N铝的电阻与第二基底层30的 厚度方向的电阻相比非常小。而且，在测定该电阻时，测定第二基底层30的上表面中央点 和电路层12上的如下所述的点之间的电阻，所述电路层12上的点为从第二基底层30的端 部远离如下所述的距离的点，该距离与从第二基底层30的所述上表面中央点起至第二基 底层30的端部为止的距离一样。
[0077] 散热器60 (金属部件）用于冷却前述的功率模块用基板10,具备与功率模块用基 板10接合的顶板部61、从该顶板部61朝下方垂设的散热片62、以及用于流通冷却介质（例 如冷却水）的流动路径63。该散热器60(顶板部61)优选以热传导性良好的材质来构成， 本实施方式中以A6063(铝合金）来构成。
[0078] 在该散热器60的顶板部61 -侧的面形成有后述的由含玻璃Ag浆料的烧成体构 成的第三基底层40。
[0079] 如图2以及图3所示，第三基底层40具备在与散热器60的界面上形成的第三玻 璃层41、以及形成于该第三玻璃层41上的第三Ag层42。
[0080] 在第三玻璃层41内部，与第一玻璃层21同样地分散有粒径为几纳米左右的微细 金属粒子71。另外，在第三Ag层42内部，与第一Ag层22同样地分散有粒径为几微米左右 的微细玻璃72。并且，露出于第三Ag层42 (第三基底层40)的表面（在图2的上面）的玻 璃72的面积比率被设定为55%以下。
[0081] 并且，本实施方式中，散热器60由A6063构成，因此在散热器60的表面，形成有在 大气中自然产生的铝氧化膜。其中，在形成所述第三基底层40的部分该铝氧化膜已被去 除，在散热器60上直接层叠形成有第三基底层40。
[0082] 而且，第三玻璃层41的厚度、第三Ag层42的厚度、以及第三基底层40的厚度与 第一玻璃层21、第一Ag层22、以及第一基底层20的厚度相同。
[0083] 本实施方式所涉及的自带散热器的功率模块用基板50 (自带金属部件的功率模 块用基板）具备形成有电路层12以及金属层13的功率模块用基板10、以及接合在该功率 模块用基板10的金属层13 -侧的散热器60 (金属部件）。
[0084] 而且，金属层13与散热器60经由接合层25接合。
[0085] 接合层25为包含金属Ag粒子（金属粒子）以及氧化Ag粒子（氧化金属粒子） 中的至少一方或双方的接合材料的烧成体，如后述，在本实施方式中为包含氧化银与还原 剂的氧化银浆料（接合材料）的烧成体。在此，通过还原氧化银而生成的还原Ag粒子，例 如由于粒径为l〇nm~1ym非常微细，因此形成致密的Ag的烧成层。而且，在该接合层25 中，由于在第一Ag层22以及第三Ag层42观察到的玻璃72不存在、或变得非常少，且 Ag的 粒径也不同，即使与第一基底层20以及第三基底层40接合后，依然可进行第一基底层20、 接合层25、第三基底层40的辨别。
[0086] 另外，本实施方式中，接合层25的厚度设定在5ym以上50ym以下的范围内。 [0087]自带散热器的功率模块1具备上述自带散热器的功率模块用基板50、以及接合在 该自带散热器的功率模块用基板50的电路层12的半导体元件3。
[0088] 半导体元件3与电路层12经由包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方 或双方的接合材料的烧成体所构成的接合层35而接合。而且，该接合层35与上述的接合 层25同样地由包含氧化银与还原剂的氧化银浆料（接合材料）的烧成体构成。
[0089] 其次，对于构成第一基底层20、第二基底层30、以及第三基底层40的含玻璃Ag浆 料进行说明。
[0090] 该含玻璃Ag浆料含有Ag粉末、含ZnO的玻璃粉末、树脂、溶剂以及分散剂，由Ag粉 末与玻璃粉末构成的粉末成分的含量被设定为含玻璃Ag浆料整体的60质量％以上90质 量％以下，剩余部分为树脂、溶剂、分散剂。而且，本实施方式中，由Ag粉末与玻璃粉末构成 的粉末成分的含量被设定为含玻璃Ag浆料整体的85质量％。
[0091] 并且，将该含玻璃Ag浆料的粘度调整为10Pa?s以上500Pa?s以下，优选调整为 50Pa?s以上 300Pa?s以下。
[0092] Ag粉末粒径被设定为0.05 ym以上1.0 ym以下，本实施方式中使用平均粒径 0? 8ym的Ag粉末。
[0093] 玻璃粉末作为主成分包含Bi203、ZnO、B203，其玻璃转移温度被设定为300°C以上 450°C以下，软化温度被设定为600°C以下，结晶化温度被设定为450°C以上。
[0094] 并且，Ag粉末的重量A与玻璃粉末的重量G的重量比A/G调整在从80/20至99/1 的范围内，在本实施方式调整为A/G= 80/5。
[0095] 溶剂的沸点优选200°C以上，在本实施方式中使用二乙二醇二丁基醚。
[0096] 树脂用于调整含玻璃Ag浆料的粘度，优选在500°C以上分解。在本实施方式中使 用乙基纤维素。
[0097] 并且，在本实施方式中添加有二羧酸系的分散剂。而且，可构成不添加分散剂的含 玻璃Ag浆料。
[0098] 在此，对于在本实施方式所使用的玻璃粉末进行详细说明。本实施方式中的玻璃 粉末的玻璃组成为，
[0099]Bi203:68质量％以上93质量％以下、
[0100]ZnO:1质量％以上20质量％以下、
[0101] B203:1质量％以上11质量％以下、
[0102] Si02:5 质量％ 以下、
[0103]Al203:5 质量％ 以下、
[0104] 碱土类金属氧化物：5质量％以下。
[0105] 即，将Bi203、Zn0、B203作为必须成分，根据需要可适当添加SiO2、A1203、碱土类金属 氧化物（MgO、CaO、BaO、SrO等）。
[0106] 这种玻璃粉末以如下方式而制造。作为原料使用上述的各种氧化物、碳酸盐或铵 盐。将此原料装入铂坩埚、氧化铝坩埚或石英坩埚等，利用熔炼炉进行熔融。熔融条件虽并 未特别限制，但优选设定在900°C以上1300°C以下、30分钟以上120分钟以下的范围内以使 原料全部以液相均匀混合。
[0107] 通过将所得到的熔融物投入到碳、钢、铜板、双辊、水等中快速冷却，制造出均匀的 玻璃块。
[0108] 将该玻璃块利用球磨机、喷磨机等进行粉碎，并通过对粗粒子进行分级，而得到玻 璃粉末。其中，在本实施方式中，将玻璃粉末的中心粒径d50设定在0.lym以上5.Oym以 下的范围内。
[0109] 其次，参照图6所示的流程图，对含玻璃Ag浆料的制造方法进行说明。
[0110] 首先，混合前述的Ag粉末与玻璃粉末而生成混合粉末（粉末混合工序SOI)。并 且，混合溶剂与树脂而生成有机混合物（有机物混合工序S02)。
[0111] 而且，将混合粉末和有机混合物以及分散剂通过混合器进行预混合（预混合工序S03)。
[0112]其次，利用辊磨机将预混合物一边进行揉和一边进行混合（混炼工序S04)。
[0113]而且，将所得到的混炼物通过浆料过滤机进行过滤（过滤工序S05)。
[0114]通过这种方式制造出前述的含玻璃Ag浆料。
[0115]其次，对于构成接合层25、35的氧化银浆料（接合材料）进行说明。
[0116]该氧化银浆料含有氧化银粉末、还原剂、树脂以及溶剂，在本实施方式中，除了这 些还含有有机金属化合物粉末。
[0117]氧化银粉末的含量被设定为氧化银浆料整体的60质量％以上80质量％以下，还 原剂的含量被设定为氧化银浆料整体的5质量％以上15质量％以下，有机金属化合物粉末 的含量被设定为氧化银浆料整体的〇质量％以上10质量％以下，剩余部分为溶剂。在此， 氧化银浆料中，为了抑制通过烧结而得到的接合层25、35中残留未反应的有机物，未添加 分散剂或树脂。
[0118]而且，将该氧化银浆料的粘度调整为10Pa ? s以上lOOPa ? s以下，优选调整为 30Pa ? s 以上 80Pa ? s 以下。
[0119]氧化银粉末使用粒径为0. 1 y m以上40 y m以下的粉末。
[0120] 还原剂为具有还原性的有机物，例如可使用醇、有机酸。
[0121] 若为醇，例如可使用甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、壬醇、癸醇、十一烷 醇、十二完醇、月桂醇、肉豆寇醇、十六烷醇、十八烷醇等的伯醇。而且，除了这些以外，还可 以使用具有多元醇基的化合物。
[0122] 若为有机酸，例如可使用丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二 烷酸、十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸、十九烷酸等的饱和脂 肪酸。而且，除了这些以外，还可以使用不饱和脂肪酸。
[0123] 而且，在与氧化银粉末混合后，若为不容易进行还原反应的还原剂，则可提高氧化 银浆料的保存稳定性。因此作为还原剂，优选熔点在室温以上的还原剂，具体而言，优选使 用肉寇醇、1_十^烧醇、2, 5-_甲基_2, 5-己_醇、2, 2-_甲基_1，3-丙_醇、1，6-己_. 醇、1，2,6_己三醇、1，10-癸二醇、肉豆蔻酸、癸酸。
[0124]有机金属化合物具有通过热分解而生成的利用有机酸促进氧化银的还原反应的 作用。作为具有这种作用的有机金属化合物，例如可列举蚁酸Ag、醋酸Ag、丙酸Ag、安息香 酸Ag、草酸Ag等羧酸系金属盐等。
[0125]溶剂从确保氧化银浆料的保存稳定性、印刷性观点来看，优选使用高沸点 (150°C ~300°C )溶剂。
[0126]具体而言，可使用a-萜品醇、乙酸-2-乙基己酯、乙酸-3-甲基丁酯等。
[0127]其次，参照图7所示的流程图对上述的氧化银浆料的制造方法进行说明。
[0128]首先，混合所述的氧化银粉末、还原剂（固体）、有机金属化合物粉末，生成固体成 分混合物（固体成分混合工序S11)。
[0129]其次，在此固体成分混合物添加溶剂并进行搅拌（搅拌工序S12)。
[0130] 而且，将搅拌物使用辊磨机（例如三辊磨机）一边揉和一边混合（混炼工序S13)。
[0131] 通过这种方式制造出前述的氧化银浆料。而且，所得到的氧化银浆料，优选通过冷 藏库等以低温（例如5~15°C )进行保存。
[0132] 其次，参照图8所示的流程图对本实施方式的自带散热器的功率模块的制造方法 进行说明。
[0133] 首先，准备成为电路层12的铝板以及成为金属层13的铝板，将这些铝板分别经由 钎料而层叠于陶瓷基板11的第一面以及第二面，通过加压、加热后进行冷却而接合所述铝 板与陶瓷基板11 (电路层以及金属层形成工序S21)。而且，该钎焊的温度设定在640°C~ 650。。。
[0134] 其次，在电路层12以及金属层13的表面，涂布含玻璃Ag浆料（含玻璃Ag浆料涂 布工序S22)。
[0135] 而且，在涂布含玻璃Ag浆料时，可采用网版印刷法、胶版印刷法、感光性工程等的 各种手段。在本实施方式中，通过网版印刷法将含玻璃Ag浆料形成于搭载有电路层12的 半导体元件3的部分、以及接合金属层13和散热器60的部分。
[0136] 其次，在电路层12以及金属层13的表面涂布有含玻璃Ag浆料的状态下进行干 燥后，装入到加热炉内进行含玻璃Ag浆料的烧成（第一基底层以及第二基底层烧成工序 S23)。而且，此时的烧成温度设定为350~645 °C。
[0137] 如上所述，第一基底层以及第二基底层烧成工序S23中，在涂布有含玻璃Ag浆料 的状态下同时对电路层12以及金属层13的表面进行烧成。通过这种方式对功率模块用基 板10的两面进行烧成，例如使用图9A以及图9B所示的两面烧成用夹具80即可。图9A为 两面烧成用夹具80的俯视图，图9B为两面烧成用夹具80的侧视图。
[0138] 如图9A以及图9B所示，两面烧成用夹具80通过将金属线81配置成网状而构成， 从侧面看则成为M字形状。如图9B所示，试样S (功率模块用基板10)的端部以与两面烧 成用夹具80的V字状的部分接触的方式而配置。在通过这种方式配置有试样S的状态下， 通过将两面烧成用夹具80配置于加热炉内，可烧成试样S的两面。
[0139] 并且，第一基底层以及第二基底层烧成工序S23中，在干燥后的含玻璃Ag浆料中 所含有的树脂通过加热而分解，在含玻璃Ag浆料中所含有的玻璃72对于第一基底层20流 向金属层13 -侧、对于第二基底层30流向电路层12 -侧，在金属层13的表面形成具备第 一玻璃层21与第一 Ag层22的第一基底层20,在电路层12的表面形成具备第二玻璃层31 与第二Ag层32的第二基底层30。
[0140] 此时，通过第一玻璃层21以及第二玻璃层31，在金属层13以及电路层12的表面 自然产生的铝氧化膜熔融而被去除，在金属层13以及电路层12直接形成第一玻璃层21以 及第二玻璃层31。
[0141] 并且，在第一玻璃层21以及第二玻璃层31内部分散有粒径为几纳米左右的微细 金属粒子71。该金属粒子71为含有Ag或A1中的至少一方的结晶性粒子，推测为在烧成 时，向第一玻璃层21以及第二玻璃层31内部析出的粒子。
[0142] 并且，在第一 Ag层22以及第二Ag层32内部分散有粒径为几微米左右的微细玻 璃72。推测该玻璃72为在进行Ag粒子烧结的过程中凝集的残留玻璃成分。
[0143] 在此，在散热器60的顶板部61-侧的面，以与上述第一基底层20以及第二基底 层30的形成方法同样的方式形成第三基底层40。
[0144] 其次，在第一基底层20以及第二基底层30的表面，涂布氧化银浆料（氧化银浆料 涂布工序S24)。[0145] 而且，涂布氧化银浆料时，可采用网版印刷法、胶版印刷法、感光性工程等各种手 段。在本实施方式中通过网版印刷法印刷氧化银浆料。
[0146] 其次，在涂布有氧化银浆料的状态下，进行干燥（例如于室温、大气气氛下保管24 小时）后，在涂布有氧化银浆料的第二基底层30上层叠半导体元件3,在涂布有氧化银浆料 的第一基底层20层叠散热器60 (半导体元件以及散热器层叠工序S25)。
[0147] 并且，在层叠有半导体元件3、功率模块用基板10、以及散热器60的状态下装入到 加热炉内，对氧化银浆料进行烧成（接合层烧成工序S26)。此时，将载荷设定为0~lOMPa， 烧成温度设定为150~400°C。
[0148] 并且，优选在层叠方向对半导体元件3、功率模块用基板10、以及散热器60进行加 压的状态进行加热，可更切实进行接合。此时，加压压力优选为〇. 1~l〇MPa。
[0149] 通过这种方式，在第一基底层20与第三基底层40之间形成接合层25而接合功率 模块用基板10与散热器60,在第二基底层30与半导体元件3之间，形成接合层35而接合 功率模块用基板10与半导体元件3。
[0150] 通过这种方式制造本实施方式所涉及的自带散热器的功率模块1。
[0151] 根据如上构成的本实施方式所涉及的功率模块用基板10、自带散热器的功率模块 用基板50,由于第一基底层20具备在与金属层13的界面上形成的第一玻璃层21，因此根 据玻璃成分能够去除形成于金属层13的表面的氧化膜，且能够确保第一基底层20与金属 层13的接合强度。
[0152] 并且，形成于散热器60的第三基底层40具备第三玻璃层41，因此根据玻璃成分能 够去除形成于散热器60的表面的氧化层，且能够确保第三基底层40与散热器60的接合强 度。
[0153] 并且，在第一玻璃层21以及第三玻璃层41层叠有第一 Ag层22以及第三Ag层42， 因此在功率模块用基板10的金属层13 -侧配设散热器60,经由金属的烧成体所构成的接 合层25,能够接合功率模块用基板10与散热器60。
[0154] 而且，由金属的烧成体构成的接合层25能够以比钎焊的温度更低的温度形成，因 此能够将功率模块用基板10与散热器60以比较低的温度接合，能够通过降低施加于该功 率模块用基板10的热负荷，抑制功率模块用基板10的劣化。并且，还能够减少功率模块用 基板10以及散热器60所产生的翘曲。
[0155] 并且，第一基底层20为含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料的烧成体，因此能够简单且 切实地形成具备形成于金属层13界面的第一玻璃层21、以及层叠于第一玻璃层21而形成 的第一 Ag层22的第一基底层20。
[0156] 在此，在第一 Ag层22分散有玻璃72,露出于第一基底层20的表面的玻璃72的面 积比率被设定为55%以下，因此在第一基底层20层叠形成由金属的烧成体构成的接合层 25时，不会被玻璃72阻碍，且能够牢固地接合第一基底层20的第一 Ag层22与接合层25。 并且，第三Ag层42也与第一基底层20同样地，露出于第三基底层40的表面的玻璃72的 面积比率被设定为55%以下，因此能够牢固地接合第三基底层40的第三Ag层42与接合层 25〇
[0157] 并且，在第一玻璃层21分散有金属粒子71，因此在层叠于金属层13的第一基底层 20的第一玻璃层21中，热传导性得到了保证，能够将来自电路层12 -侧的热有效地发散至 金属层13 -侧。并且，在第三玻璃层41也分散有金属粒子71，因此在第三玻璃层41中热 传导性得到了保证，能够将来自功率模块用基板10的热有效地发散至散热器60 -侧。
[0158] 并且，在电路层12中的与配设有陶瓷基板11的面相反侧的一面上，形成有第二基 底层30,第二基底层30具有在与电路层12的界面上形成的第二玻璃层31、以及层叠在该 第二玻璃层31的第二Ag层32,因此能够根据玻璃成分去除形成于电路层12的表面的氧化 膜，且能够确保电路层12与第二基底层30的接合强度。
[0159] 并且，在电路层12形成有第二基底层30,因此经由金属的烧成体所构成的接合层 35能够接合半导体元件3。并且，本实施方式中，在第二Ag层32分散有玻璃72,露出于第 二基底层30的表面的玻璃72的面积比率被设定为55%以下，因此在第二基底层30层叠形 成由金属的烧成体构成的接合层35时，不会被玻璃72阻碍，且能够更牢固地接合第二基底 层30的第二Ag层32与接合层35。
[0160] 并且，此时，由于层叠有第二基底层30以及接合层35,因此能够充分确保存在于 电路层12与半导体元件3之间的层的厚度。由此，在自带散热器的功率模块1，能够抑制热 循环负荷时的应力作用于半导体元件3,且能够防止半导体元件3本身的破损。
[0161] 并且，由于陶瓷基板11 (绝缘层）由A1N构成，因此绝缘性以及强度优异，能够提 高自带散热器的功率模块1的可靠性。
[0162] 并且，在该陶瓷基板11的第一面以及第二面通过接合金属板，可轻易地形成电路 层12以及金属层13。
[0163] 并且，在自带散热器的功率模块用基板50中，接合层25为氧化银浆料的烧成体， 且第一基底层20的第一 Ag层22与接合层25成为相同Ag之间的接合，因此能够更牢固地 接合第一基底层20与接合层25。
[0164] 根据本实施方式所涉及的自带散热器的功率模块1，如上所述，由于具备减少功率 模块用基板10与散热器60接合时所产生的功率模块用基板10的劣化、或自带散热器的功 率模块用基板50的翘曲的自带散热器的功率模块用基板50,因此能够提高可靠性。
[0165] 并且，根据本实施方式所涉及的功率模块用基板的制造方法、以及自带散热器的 功率模块用基板的制造方法，由于具备在金属层13的表面（与配设有陶瓷基板11的面相 反侧的一面）上，涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料，通过进行加热处理，形成第一基底层 20的工序，因此能够去除形成于金属层13的表面的氧化膜，且能够切实地接合金属层13与 第一基底层20。
[0166] 并且，具备在第一基底层20上涂布氧化银浆料的工序、向所涂布的氧化银浆料层 叠散热器60的工序、以层叠有功率模块用基板10与散热器60的状态进行加热而形成接合 功率模块用基板10与散热器60的接合层25的工序时，在对接合层25进行烧成时，能够牢 固地接合第一基底层20与散热器60。
[0167] 并且，在形成第一基底层20的工序中含玻璃Ag浆料的烧成温度被设定为350°C以 上645°C以下，因此能够去除含玻璃Ag浆料内的有机成分等，且能够确切地形成第一基底 层20。并且，含玻璃Ag浆料的烧成温度被设定为645°C以下，因此能够防止功率模块用基 板10的热劣化，并且减少翘曲。
[0168] 并且，形成接合层25的工序中氧化银浆料的烧成温度被设定为400°C以下，因此 能够将烧成氧化银浆料而接合功率模块用基板10与散热器60时的温度抑制为较低，能够 降低施加于功率模块用基板10的热负荷，并且减少功率模块用基板10以及散热器60所产 生的翘曲。并且，氧化银浆料的烧成温度被设定为150°C以上，因此能够去除氧化银浆料所 包含的还原剂等，能够确保接合层25的热传导性以及强度。
[0169] 并且，本实施方式中，在氧化银浆料中添加有机金属化合物，因此通过该有机金属 化合物热分解而生成的有机酸，能够促进氧化银的还原反应。
[0170] 并且，作为混合于氧化银浆料的还原剂在室温中使用固体，因此在进行烧成前能 够防止还原反应的进行。
[0171] 并且，在氧化银浆料未添加有分散剂或树脂，因此能够防止在接合层25、35残留 有机物。
[0172] 并且，氧化银浆料的粘度调整为10Pa ? s以上lOOPa ? s以下，优选调整为30Pa ? s 以上80Pa ? s以下，在第二基底层30上涂布氧化银浆料的氧化银浆料涂布工序S24中，能 够适用网版印刷法等，能够将接合层35仅在配设有半导体元件3的部分上选择性的形成。 由此，能够削减氧化银浆料的使用量，可大幅减少自带散热器的功率模块1的制造成本。
[0173] 并且，含玻璃Ag浆料的粘度调整为10Pa ? s以上500Pa ? s以下，优选调整为 50Pa *s以上300Pa *s以下，因此在电路层12表面涂布含玻璃Ag浆料的含玻璃Ag浆料涂 布工序S22中，能够适用网版印刷法等，能够将第二基底层30仅在配设有半导体元件3的 部分选择性的形成。由此，能够削减含玻璃Ag浆料的使用量，可大幅减少自带散热器的功 率模块1的制造成本。
[0174] 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，在未脱离本发明 的技术思想的范围下可适当变更。
[0175] 例如，在上述实施的方式，对接合功率模块用基板的金属层、以及由A6063(铝合 金）构成的散热器（金属部件）的情况进行了说明，但金属部件还可以由包含纯铝、或铝的 复合材等构成。并且，金属部件可以由铜、或铜合金构成，此时，在金属部件的表面即使未形 成第三基底层，也能够接合接合层与金属部件。
[0176] 并且，对接合功率模块用基板的金属层与散热器的情况进行了说明，但也可接合 金属层与其他金属部件。
[0177] 具体而言，如图10所示，可以为接合功率模块用基板10的金属层13与缓冲层 90 (金属部件）的自带缓冲层的功率模块用基板190 (自带金属部件的功率模块用基板）。
[0178]自带缓冲层的功率模块用基板190具备功率模块用基板10、以及接合于功率模块 用基板10的金属层13 -侧的缓冲层90。而且，缓冲层90例如由4N铝等构成。
[0179] 而且，在缓冲层90的表面形成有第三基底层40,第一基底层20与第三基底层40 通过接合层25而接合。
[0180] 在该自带缓冲层的功率模块用基板190的缓冲层90 -侧，进一步接合散热器60 而成为自带散热器的功率模块用基板150。
[0181] 在上述的自带缓冲层的功率模块用基板190、以及自带散热器的功率模块用基板 150中，也发挥与上述说明的实施方式相同的效果。并且，形成有缓冲层90,因此能够减少 散热器60与金属层13之间所产生的热应力。
[0182] 而且，在缓冲层90与散热器60的接合中，可以通过在缓冲层90与散热器60的表 面形成由含玻璃Ag浆料的烧成体构成的基底层，且形成由包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒 子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构成的接合层，而接合缓冲层90与散热器60。
[0183] 并且，对通过钎焊而接合铝板与陶瓷基板的情况进行了说明，但并不限定在此，还 可以适用过渡液相接合法（Transient Liquid Phase Bonding)、铸造法等。
[0184] 进而，将构成电路层以及金属层的金属板以铜或铜合金构成时，将由铜或铜合金 构成的金属板接合于陶瓷基板时，可适用直接接合法0BC法）、活性金属钎焊法、铸造法 等。... [0185] 并且，实施方式所记载的内容并不限定含玻璃Ag浆料的原料、掺合量。例如可以 使用含有铅的玻璃粉末。
[0186]另外，实施方式所记载的内容并不限定氧化银浆料的原料、掺合量。例如可以不含 有有机金属化合物。
[0187] 并且，第一基底层、第二基底层、以及第三基底层的第一玻璃层、第二玻璃层、第三 玻璃层、第一 Ag层、第二Ag层、以及第三Ag层的厚度、接合层的厚度，也并不限定于本实施 方式。
[0188] 并且，对作为绝缘层使用由A1N构成的陶瓷基板的情况进行了说明，但并不限定 于此，可以可使用由Si 3N4或A1 203等构成的陶瓷基板，可以通过绝缘树脂构成绝缘层。
[0189] 并且，对将作为电路层的铝板接合于陶瓷基板后，在电路层以及金属层形成第一 基底层以及第二基底层的情况进行了说明，但并不限定于此，可以在将铝板接合于陶瓷基 板之前形成第一基底层。
[0190] 并且，在本实施方式中，对同时涂布第一基底层与第二基底层，并进行烧成的情况 进行了说明，但也可以分别形成第一基底层与第二基底层。
[0191] 并且，对同时接合功率模块用基板与半导体元件、功率模块用基板与散热器的情 况进行了说明，但也可以先行接合任一方。
[0192] 并且，对作为散热器具有散热片以及冷却介质的流动路径的情况进行了说明，但 散热器的构造并未特别限定。
[0193] 并且，氧化银浆料除了氧化银粉末以及还原剂，还可以含有Ag粒子。Ag粒子存在 于氧化银粉末之间，由此对还原氧化银而得到的Ag与该Ag粒子进行烧结，能够将接合层设 成更致密的构造。由此，能够将接合时的半导体元件的加压压力设定为较低。
[0194] 并且，在该Ag粒子的表层可以含有有机物。此时，能够利用分解有机物时的热，提 高低温中的烧结性。
[0195] 实施例
[0196] 以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
[0197](本发明例）
[0198] 作为本发明例1，准备前述的实施方式所记载的自带散热器的功率模块。即，在功 率模块用基板的金属层以及电路层的表面，形成由含玻璃Ag浆料的烧成体构成的第一基 底层以及第二基底层，并且在散热器形成第三基底层后，将功率模块用基板与散热器通过 由氧化银浆料的烧成体构成的接合层而接合。
[0199] 而且，陶瓷基板使用由A1N构成且30mmX 30mm、厚度0. 635mm的矩形板。
[0200] 并且，电路层以及金属层使用由4N错构成且29mmX 29mm、厚度0? 6mm的矩形板。
[0201] 本发明例1中，散热器使用由在背面未设置散热片的铝合金（A6063合金）构成且 60mm X 50mm、厚度5mm的矩形板。
[0202] 本发明例2中，陶瓷基板、金属层、电路层的构成与上述的本发明例1相同，散热器 使用由在背面未设置散热片的纯铜构成且60mmX 50mm、厚度5mm的矩形板。而且，本发明例 2中，在散热器未形成第三基底层，将功率模块用基板与散热器通过由氧化银浆料的烧成体 构成的接合层而接合。
[0203] 此时，作为含玻璃Ag浆料的玻璃粉末使用包含90. 6质量％的Bi203、2. 6质量％的 Zn0、6. 8质量％的B203的玻璃粉末。并且，作为树脂使用乙基纤维素，作为溶剂使用二乙二 醇二丁基醚。并且，添加二羧酸系分散剂。
[0204] 并且，作为氧化银浆料，使用按如下比例混合如下物质的氧化银浆料：使用市售的 氧化银粉末（Wako Pure Chemical Industries, Ltd制）、作为还原剂的肉豆蔻醇、作为溶剂 的2, 2,4-三甲基-1，3-戊二醇单（2-甲基丙酸酯），以氧化银粉末：80质量％、还原剂（肉 豆蔻醇）：1〇质量％、溶剂（2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单（2-甲基丙酸酯））：剩余部分。
[0205] 而且，在电路层的表面涂布含玻璃Ag浆料的含玻璃Ag浆料涂布工序中，将含玻璃 Ag浆料的涂布厚度设定为10 ym。并且，在第一基底层以及第二基底层形成工序中，将烧成 温度设定为575°C、烧成时间设定为10分钟。
[0206] 并且，在第一基底层以及第三基底层涂布氧化银浆料的氧化银浆料涂布工序中， 将各氧化银浆料的涂布厚度设定为50 ym。并且，在接合层烧成工序中，将烧成温度设定为 300°C、烧成时间设定为2小时。并且，将加压压力设定为3MPa。
[0207](比较例）
[0208] 作为比较例，通过将在陶瓷基板的第一面形成电路层，在第二面形成金属层的功 率模块用基板与散热器通过钎焊而接合。
[0209] 陶瓷基板、金属层、电路层、散热器的构成与上述本发明例相同。而且，在比较例中 未形成第一基底层以及第三基底层。
[0210] (评价）
[0211] 其次，在本发明例以及比较例的自带散热器的功率模块用基板，对功率模块用基 板的翘曲量、散热器的翘曲量进行评价。
[0212] 翘曲量通过将功率模块用基板载置于平台上，使用激光变位检测仪而测定。功率 模块用基板的翘曲通过测定电路层的表面而测出，散热器的翘曲通过测定散热器的下表面 而测出。
[0213] 将以上的评价结果在表1中示出。
[0214][表1]
[0215]
[0216] 如表1所示，本发明例中，功率模块用基板的翘曲量以及散热器的翘曲量较小，为 良好。
[0217]另外，比较例中，功率模块用基板与散热器的接合温度较高，因此与本发明例相比 较，比较例中的功率模块用基板的翘曲量以及散热器的翘曲量较大。
[0218]产业上的可利用性
[0219]根据本发明，可提供一种在功率模块用基板的金属层与金属部件的接合中，能够 降低施加于功率模块用基板的热负荷，且能够减少功率模块用基板以及金属部件所产生的 翘曲的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块、功率 模块用基板的制造方法、自带金属部件的功率模块用基板的制造方法。
[0220] 符号说明
[0221] 1-自带散热器的功率模块（自带金属部件的功率模块），3-半导体元件，10-功 率模块用基板，11-陶瓷基板，12-电路层，13-金属层，20-第一基底层，21-第一玻璃层， 22-第一 Ag层，25-接合层，30-第二基底层，31-第二玻璃层，32-第二Ag层，50、150-自带 散热器的功率模块用基板（自带金属部件的功率模块用基板），60-散热器（金属部件）， 72-玻璃，90-缓冲层（金属部件），190-自带缓冲层的功率模块用基板（自带金属部件的 功率模块用基板）。
【主权项】
1. 一种功率模块用基板，具备绝缘层、形成于该绝缘层的第一面的电路层以及形成于 所述绝缘层的第二面的金属层，其特征在于， 在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，层叠有与接合层接合的 第一基底层，所述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材 料的烧成体构成， 所述第一基底层具有在与所述金属层的界面上形成的第一玻璃层以及层叠于该第一 玻璃层的弟一 Ag层。2. 根据权利要求1所述的功率模块用基板，其中，所述第一基底层为含有玻璃成分的 含玻璃Ag浆料的烧成体。3. 根据权利要求1或2所述的功率模块用基板，其中，在所述第一 Ag层分散有玻璃，且 露出于所述第一基底层表面的所述玻璃的面积比率被设定为55%以下。4. 根据权利要求1~3中的任一项所述的功率模块用基板，其中，在所述电路层中与配 设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，形成有第二基底层， 所述第二基底层具有在与所述电路层的界面上形成的第二玻璃层以及层叠于该第二 玻璃层的第二Ag层。5. 根据权利要求1~4中的任一项所述的功率模块用基板，其中，所述绝缘层为选自 A1N、Si3N4或Al 203的陶瓷基板。6. -种自带金属部件的功率模块用基板，具备权利要求1~5中的任一项所述的功率 模块用基板以及接合于该功率模块用基板的所述金属层一侧的金属部件， 在所述第一基底层与所述金属部件之间，形成有由金属的烧成体构成的接合层。7. 根据权利要求6所述的自带金属部件的功率模块用基板，其中，所述接合层为包含 金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体。8. -种自带金属部件的功率模块，具备权利要求6或7所述的自带金属部件的功率模 块用基板以及搭载于该自带金属部件的功率模块用基板的电路层一侧的半导体元件。9. 一种功率模块用基板的制造方法，为具备绝缘层、形成于该绝缘层的第一面的电路 层以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层的功率模块用基板的制造方法，其特征在于， 具备如下工序： 通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂布含有玻璃成分 的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基底层，所述接合层由包 含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构成。10. 根据权利要求9所述的功率模块用基板的制造方法，其中，在形成所述第一基底层 的工序中的所述含玻璃Ag浆料的烧成温度为350°C以上645°C以下。11. 一种自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，所述自带金属部件的功率模块 用基板具备在绝缘层的第一面形成有电路层、在所述绝缘层的第二面形成有金属层的功率 模块用基板以及接合于所述金属层一侧的金属部件，其特征在于，具备如下工序： 通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂布含有玻璃成分 的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基底层，所述接合层由包 含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构成； 在所述第一基底层的表面，涂布包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或双 方的接合材料； 向所涂布的接合材料层叠金属部件；以及 在层叠有所述功率模块用基板与所述金属部件的状态下进行加热，从而形成接合所述 第一基底层与所述金属部件的接合层。12.根据权利要求11所述的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其中，在形 成所述接合层的工序中的所述接合材料的烧成温度为150°C以上400°C以下。
【专利摘要】本发明所涉及的功率模块用基板具备绝缘层(11)、形成于该绝缘层的第一面的电路层(12)、以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层(13)，在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，层叠有第一基底层(20)，所述第一基底层具有在与所述金属层的界面所形成的第一玻璃层、以及层叠于该第一玻璃层的第一Ag层。
【IPC分类】H05K1/02, H01L23/40, H01L23/36
【公开号】CN104885214
【申请号】CN201380067988
【发明人】西元修司, 长友义幸
【申请人】三菱综合材料株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月20日
【公告号】EP2940727A1, WO2014103965A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具备在绝缘层一个面（第一面）形成电路层，并且在所述绝缘层 的另一个面（第二面）形成金属层的功率模块用基板、具备接合于功率模块用基板的金属 层一侧的金属部件的自带金属部件的功率模块用基板、具备搭载于该自带金属部件的功率 模块用基板的电路层的半导体元件的自带金属部件的功率模块、功率模块用基板的制造方 法、以及自带金属部件的功率模块用基板的制造方法。
[0002] 本申请主张基于2012年12月27日于日本申请的专利申请2012-284641号的优 先权，并将其内容援用在此。
【背景技术】
[0003]各种半导体元件中，用于控制电动汽车或电动车辆等的大功率控制用的功率元 件，由于发热量较多，因此作为搭载该功率元件的基板从一直以来广泛使用如下基板：例 如在由A1N(氮化铝）等构成的陶瓷基板（绝缘层）上，将导电性优异的金属板作为电路层 而接合，在陶瓷基板的下表面，为了放热也将热传导性优异的金属板作为金属层而接合的 功率模块用基板。
[0004] 这种功率模块用基板在其电路层上，经由焊锡材料搭载半导体元件作为功率元 件。
[0005]而且，在这种功率模块用基板中，有时在金属层一侧进一步接合放热板、冷却器、 缓冲板等的金属部件。
[0006] 例如专利文献1中，公开了一种功率模块用基板，其在绝缘层的一个面（第一面） 形成由A1构成的电路层，在绝缘层的另一个面（第二面）形成由A1构成的金属层。并且， 公开了一种自带散热器的功率模块用基板（自带金属部件的功率模块用基板），其在该功 率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合散热器（金属部件）。
[0007] 另外，在专利文献2、3中，公开了一种自带缓冲层的功率模块用基板（自带金属部 件的功率模块用基板），其在功率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合有由铝构成的 缓冲层（金属部件）。
[0008]并且，在专利文献4中，公开了一种自带缓冲层的功率模块用基板（自带金属部件 的功率模块用基板），其在功率模块用基板的金属层的表面，通过钎焊接合有由金属基复合 材料（铝基复合材料）构成的缓冲层（金属部件）。
[0009] 这些自带缓冲层的功率模块用基板中，作为自带散热器的功率模块用基板在缓冲 层一侧进一步接合散热器。
[0010] 专利文献1 :日本专利公开2008-16813号公报
[0011] 专利文献2 :日本专利公开2009-135392号公报
[0012] 专利文献3 :日本专利公开2009-224571号公报
[0013] 专利文献4 :日本专利公开2010-098057号公报
[0014] 在专利文献1~4所示的自带散热器的功率模块用基板、以及自带缓冲层的功率 模块用基板中，功率模块用基板的金属层与金属部件通过钎焊而接合。钎焊因为进行钎焊 时的接合温度较高（例如约650°C )，因此施加于该功率模块用基板的热负荷较大，功率模 块用基板（尤其是绝缘层）有时会劣化。
[0015] 并且，钎焊由于接合温度较高，在功率模块用基板或金属部件所产生的热应力变 大，功率模块用基板或金属部件的翘曲有时会变大。
【发明内容】
[0016] 本发明是鉴于前述的情况而完成的，本发明的目的在于提供一种在功率模块用基 板的金属层与金属部件的接合中，能够降低施加于功率模块用基板的热负荷，并且减少功 率模块用基板以及金属部件所产生的翘曲的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用 基板、自带金属部件的功率模块、功率模块用基板的制造方法、自带金属部件的功率模块用 基板的制造方法。
[0017] (1)本发明一方式的功率模块用基板，其为具备绝缘层、形成于该绝缘层的第一面 的电路层、以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层的功率模块用基板，其中，在所述金属 层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，层叠有与接合层接合的第一基底层，所 述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构 成，所述第一基底层具有在与所述金属层的界面上形成的第一玻璃层以及层叠于该第一玻 璃层的弟一 Ag层。
[0018] 根据本发明的功率模块用基板，第一基底层具备在与金属层的界面上形成的第一 玻璃层，因此根据玻璃成分能够去除形成于金属层表面的氧化膜，且能够确保第一基底层 与金属层的接合强度。
[0019] 并且，在第一玻璃层层叠有第一 Ag层，因此能够在功率模块用基板的金属层一侧 配设金属部件，且能够经由金属的烧成体所构成的接合层而接合功率模块用基板与散热 器。由该金属的烧成体构成的接合层可以以比钎焊温度更低的温度形成，因此能够将功率 模块用基板与金属部件以较低的温度进行接合，能够降低施加于功率模块用基板的热负 荷，而抑制功率模块用基板的劣化。并且，还能够减少功率模块用基板以及金属部件所产生 的翘曲。
[0020] (2)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)所记载的功率模块用基 板，其中，所述第一基底层为含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料的烧成体。
[0021] 此时，通过对含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料进行烧成，可简单且确切地形成具备 在金属层的界面上形成的第一玻璃层以及层叠于第一玻璃层而形成的第一 Ag层的第一基 底层。
[0022] (3)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)或（2)所记载的功率模块 用基板，其中，在所述第一 Ag层分散有玻璃，露出于所述第一基底层表面的所述玻璃的面 积比率被设定为55%以下。
[0023] 此时，露出于第一基底层表面的所述玻璃的面积比率被设定为55%以下，因此在 第一基底层，层叠而形成由金属的烧成体构成的接合层时，能够牢固地接合第一基底层的 第一Ag层与接合层，而不被玻璃阻碍。
[0024] (4)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据（1)~（3)中任一项所记载的 功率模块用基板，其中，在所述电路层中与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，形成有 第二基底层，所述第二基底层具有在与所述电路层的界面上形成的第二玻璃层以及层叠于 该第二玻璃层的第二Ag层。
[0025]此时，在电路层中与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，形成有第二基底层， 第二基底层具有在与电路层的界面上形成的第二玻璃层，因此根据玻璃成分能够去除形成 于电路层的表面的氧化膜，且能够确保电路层与第二基底层的接合强度。
[0026]并且，由于形成有第二基底层，因此能够经由金属的烧成体所构成的接合层而接 合半导体元件。
[0027] (5)本发明的其他方式的功率模块用基板，其为根据⑴~⑷中任一项所记载的 功率模块用基板，其中，所述绝缘层为选自A1N、Si3N4或A1 203的陶瓷基板。
[0028] 选自A1N、Si3N4或A1 203的陶瓷基板，其绝缘性以及强度优异，能够提高功率模块 的可靠性。并且，通过在该陶瓷基板的第一面以及第二面接合金属板，可轻易形成电路层以 及金属层。
[0029] (6)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块用基板，其为具备（1)~（5)中 任一项所记载的功率模块用基板以及接合于该功率模块用基板的所述金属层一侧的金属 部件，在所述第一基底层与所述金属部件之间形成有由金属的烧成体构成的接合层。
[0030]根据此构成的自带金属部件的功率模块用基板，在第一基底层与金属部件之间形 成有由金属的烧成体构成的接合层，因此可牢固地接合功率模块用基板（金属层）与金属 部件。而且，前述的由金属的烧成体构成的接合层，可以以比钎焊温度更低的温度形成，因 此能够将功率模块用基板与金属部件以较低的温度进行接合，且能够降低在该功率模块用 基板的热负荷。并且，能够减少在功率模块用基板以及金属部件所产生的翘曲。
[0031] (7)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块用基板，其为根据（6)所记载 的自带金属部件的功率模块用基板，其中，在所述自带金属部件的功率模块用基板中，所述 接合层为包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体。
[0032]此时，第一基底层的第一Ag层与接合层变成相同Ag之间的接合，因此能够进一步 牢固地接合第一基底层与接合层。
[0033] (8)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块，其具备（6)或（7)所记载的自 带金属部件的功率模块用基板以及搭载于该自带金属部件的功率模块用基板的电路层一 侧的半导体元件。
[0034]根据本发明的自带金属部件的功率模块，如上所述具备降低功率模块用基板与金 属部件的接合时所产生的功率模块用基板的热劣化，并且减少功率模块用基板或金属部件 的翘曲的自带金属部件的功率模块用基板，因此能够提高可靠性。
[0035] (9)本发明的其他方式的功率模块用基板的制造方法，其为具备绝缘层、形成于该 绝缘层的第一面的电路层以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层的功率模块用基板的 制造方法，具备如下工序：通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面 上，涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基 底层，所述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧 成体构成。
[0036](10)本发明其他方式的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其为具备在 绝缘层的第一面形成有电路层、并且在所述绝缘层的第二面形成有金属层的功率模块用基 板以及接合于所述金属层一侧的金属部件的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法， 其中，具备如下工序：通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂 布含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基底层， 所述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子的至少一方或双方中的接合材料的烧成体 构成；在所述第一基底层的表面，涂布包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或 双方的接合材料；向所涂布的接合材料层叠金属部件；以及在层叠有所述功率模块用基板 与所述金属部件的状态下进行加热，从而形成接合所述第一基底层与所述金属部件的接合 层。
[0037]根据此构成的功率模块用基板的制造方法、或自带金属部件的功率模块用基板的 制造方法，具备通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂布含 有玻璃成分的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，形成所述第一基底层的工序，因此能够去除 形成于金属层表面的氧化膜，且能够确切地接合金属层与第一基底层。
[0038] 并且，当具备在所述第一基底层的上部涂布包含Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至 少一方或双方的接合材料的工序、向所涂布的接合材料层叠金属部件的工序以及在经层叠 有所述功率模块用基板与所述金属部件的状态进行加热而形成接合所述第一基底层与所 述金属部件的接合层的工序时，在对接合层进行烧成时可牢固地接合第一基底层与金属部 件。
[0039] 并且，上述接合材料的烧成温度比钎焊的温度低， 因此能够降低施加于该功率模 块用基板的热负荷，且能够抑制功率模块用基板的劣化。另外，还能够减少功率模块用基板 以及金属部件所产生的翘曲。
[0040] (11)本发明的其他方式的功率模块用基板的制造方法，其为根据（9)所记载的功 率模块用基板的制造方法，其中，在形成所述第一基底层的工序中的所述含有玻璃的Ag浆 料的烧成温度为350°C以上645°C以下。
[0041] 此时，所述含有玻璃的Ag浆料的烧成温度被设定为350°C以上，因此能够去除含 玻璃Ag浆料内的有机成分等，且能够确切地形成第一基底层。并且，由于所述含有玻璃的 Ag浆料的烧成温度被设定为645°C以下，因此能够防止功率模块用基板的热劣化，并且减 少翘曲。
[0042] (12)本发明的其他方式的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其为根据 (10)所记载的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其中，在形成所述接合层的工 序中的所述接合材料的烧成温度为150°c以上400°C以下。
[0043] 此时，所述接合材料的烧成温度被设定为150°C以上，因此能够去除包含于接合材 料中的还原剂等，且能够确保接合层的热传导性以及强度。并且，所述接合材料的烧成温度 被设定为400°C以下，因此能够将烧成接合材料而接合功率模块用基板与金属部件时的温 度抑制为较低，能够降低对功率模块用基板的热负荷，并且减少功率模块用基板以及金属 部件所产生的翘曲。
[0044]根据本发明，可提供一种在功率模块用基板的金属层与金属部件的接合中，能够 降低施加于功率模块用基板的热负荷，并且减少功率模块用基板以及金属部件所产生的翘 曲的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块、功率模 块用基板的制造方法、自带金属部件的功率模块用基板的制造方法。
【附图说明】
[0045]图1是关于本发明的一实施方式所涉及的自带散热器的功率模块的概略说明图。
[0046]图2是图1所示的自带散热器的功率模块的金属层与散热器的接合界面的扩大说 明图。
[0047] 图3是将图2的金属层与散热器的接合界面进一步扩大的说明图。
[0048] 图4是图1所示的功率模块的电路层与半导体元件的接合界面的扩大说明图。
[0049] 图5是图4的电路层与接合层的接合界面的扩大说明图。
[0050] 图6是表示含玻璃Ag浆料的制造方法的流程图。
[0051] 图7是表示氧化银浆料的制造方法的流程图。
[0052] 图8是表示图1的自带散热器的功率模块的制造方法的流程图。
[0053] 图9A是两面烧成用夹具的俯视图。
[0054] 图9B时两面烧成用夹具的侧视图。
[0055]图10是自带缓冲层的功率模块用基板的概略说明图。
【具体实施方式】
[0056] 以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。在图1中示出关于本发明的一 实施方式所涉及的自带散热器的功率模块1 (自带金属部件的功率模块）。
[0057] 该自带散热器的功率模块1具备功率模块用基板10、接合于该功率模块用基板10 一个面（在图1的上表面）的半导体元件3、以及接合于该功率模块用基板另一个面（在图 1的下表面）的散热器60 (金属部件）。
[0058] 功率模块用基板10具备陶瓷基板11 (绝缘层）、形成于该陶瓷基板11的一个面 (为第一面，在图1的上表面）的电路层12、以及形成于陶瓷基板11的另一个面（为第二 面，在图1的下表面）的金属层13。
[0059] 陶瓷基板11防止电路层12与金属层13之间的电连接，由绝缘性较高的A1N(氮 化铝）构成。并且，陶瓷基板11的厚度被设定在0.2~1.5_范围内，在本实施方式中被 设定为〇. 635mm。
[0060] 金属层13在陶瓷基板11的第二面，通过接合铝或铝合金、铜或铜合金等的金属板 而形成。本实施方式中，金属层13通过由纯度99. 99%以上的铝（即4N铝）的压延板构成 的铝板接合于陶瓷基板11而形成。
[0061] 在该金属层13中与配设有陶瓷基板11的面相反侧的一面上（在图1的下表面）， 层叠形成有由后述的含玻璃Ag浆料的烧成体构成的第一基底层20。
[0062] 如图2以及图3所示，第一基底层20具备在与金属层13的界面上形成的第一玻 璃层21、以及形成于该第一玻璃层21上的第一Ag层22。
[0063] 在第一玻璃层21内部，分散有粒径为几纳米左右的微细金属粒子71。该金属粒 子71设定为含有Ag或A1中的至少一个的结晶性粒子。而且，第一玻璃层21内的金属粒 子71，例如通过使用透射型电子显微镜（TEM)可以观察到。
[0064] 并且，在第一Ag层22内部，分散有粒径为几微米左右的微细玻璃72。
[0065] 在此，本实施方式中，功率模块用基板10的特征为在第一Ag层22中分布有玻璃 72。第一Ag层22中的玻璃72大多存在于在与金属层13的界面上形成的第一玻璃层21 一侧，且以随着在厚度方向上从第一玻璃层21离开，其个数会减少的方式而分布。
[0066] 并且，本实施方式的功率模块用基板10中，通过如上所述进行分散玻璃72,露出 于第一Ag层22 (第一基底层20)的表面（在图2的下表面）的玻璃72的面积比率被设定 为55%以下。
[0067]另外，露出于第一Ag层22 (第一基底层20)的表面的玻璃72的面积比率，能够通 过电子显微镜的反射电子图像而算出。
[0068] 并且，本实施方式中，金属层13由纯度99. 99%铝构成，因此在金属层13的表面， 形成在大气中自然产生的铝氧化膜。其中，在形成所述第一基底层20的部分，该铝氧化膜 已被去除，在金属层13上直接层叠形成有第一基底层20。即，直接接合构成金属层13的铝 与第一玻璃层21。
[0069] 本实施方式中，以第一玻璃层21的厚度tgl设定为0. 01ym彡tgl彡5ym，第 一Ag层的厚度tal设定为1ym彡tal彡100ym、第一基底层20整体的厚度tl设定为 1. 01ym彡tl彡105ym的方式而构成。
[0070] 电路层12在陶瓷基板11的第一面（在图1的上表面），通过接合具有导电性的 铝或铝合金、铜或铜合金等金属板而形成。本实施方式中，电路层12与金属层13同样通过 由纯度99. 99%以上的铝（即4N铝）的压延板构成的铝板接合于陶瓷基板11而形成。并 且，在电路层12形成有电路图形，其一个面（在图1的上表面）搭载半导体元件3而作为 搭载面。
[0071] 在该电路层12中与配设有陶瓷基板11的面相反侧的一面上（在图1的上表面）， 形成后述的由含玻璃Ag浆料的烧成体构成的第二基底层30。而且，如图1所示，第二基底 层30并未形成于电路层12的整个表面，而仅选择性地形成在配设有半导体元件3的部分。
[0072] 如图4以及图5所示，该第二基底层30具备在与电路层12的界面上形成的第二 玻璃层31、以及形成于该第二玻璃层31上的第二Ag层32。
[0073] 在第二玻璃层31内部，与第一玻璃层21同样地分散有粒径为几纳米左右的微细 金属粒子71。并且，在第二Ag层32内部，与第一Ag层22同样地分散有粒径为几微米左右 的微细玻璃72。并且，与第一Ag层22同样地，露出于第二Ag层32 (第二基底层30)的表 面（在图4的上表面）的玻璃72的面积比率被设定为55%以下。
[0074] 本实施方式中，在电路层12的表面，虽形成有在大气中自然产生的铝氧化膜，但 在形成有前述的第二基底层30的部分中该铝氧化膜已被去除，在电路层12上直接层叠形 成有第二基底层30。
[0075] 并且，本实施方式中，以第二玻璃层31的厚度tg2设定为0? 01ym<tg2 < 5ym、 第二Ag层32的厚度ta2设定为1ym彡ta2彡100ym、第二基底层30整体的厚度t2设定 为1. 01ym彡t2彡105ym的方式而构成。
[0076] 而且，该第二基底层30的厚度方向的电阻值P被设定为0. 5Q以下。在此，本实 施方式中，在第二基底层30的厚度方向的电阻值P设定为第二基底层30的上表面与电路 层12的上表面之间的电阻值。其原因为构成电路层12的4N铝的电阻与第二基底层30的 厚度方向的电阻相比非常小。而且，在测定该电阻时，测定第二基底层30的上表面中央点 和电路层12上的如下所述的点之间的电阻，所述电路层12上的点为从第二基底层30的端 部远离如下所述的距离的点，该距离与从第二基底层30的所述上表面中央点起至第二基 底层30的端部为止的距离一样。
[0077] 散热器60 (金属部件）用于冷却前述的功率模块用基板10,具备与功率模块用基 板10接合的顶板部61、从该顶板部61朝下方垂设的散热片62、以及用于流通冷却介质（例 如冷却水）的流动路径63。该散热器60(顶板部61)优选以热传导性良好的材质来构成， 本实施方式中以A6063(铝合金）来构成。
[0078] 在该散热器60的顶板部61 -侧的面形成有后述的由含玻璃Ag浆料的烧成体构 成的第三基底层40。
[0079] 如图2以及图3所示，第三基底层40具备在与散热器60的界面上形成的第三玻 璃层41、以及形成于该第三玻璃层41上的第三Ag层42。
[0080] 在第三玻璃层41内部，与第一玻璃层21同样地分散有粒径为几纳米左右的微细 金属粒子71。另外，在第三Ag层42内部，与第一Ag层22同样地分散有粒径为几微米左右 的微细玻璃72。并且，露出于第三Ag层42 (第三基底层40)的表面（在图2的上面）的玻 璃72的面积比率被设定为55%以下。
[0081] 并且，本实施方式中，散热器60由A6063构成，因此在散热器60的表面，形成有在 大气中自然产生的铝氧化膜。其中，在形成所述第三基底层40的部分该铝氧化膜已被去 除，在散热器60上直接层叠形成有第三基底层40。
[0082] 而且，第三玻璃层41的厚度、第三Ag层42的厚度、以及第三基底层40的厚度与 第一玻璃层21、第一Ag层22、以及第一基底层20的厚度相同。
[0083] 本实施方式所涉及的自带散热器的功率模块用基板50 (自带金属部件的功率模 块用基板）具备形成有电路层12以及金属层13的功率模块用基板10、以及接合在该功率 模块用基板10的金属层13 -侧的散热器60 (金属部件）。
[0084] 而且，金属层13与散热器60经由接合层25接合。
[0085] 接合层25为包含金属Ag粒子（金属粒子）以及氧化Ag粒子（氧化金属粒子） 中的至少一方或双方的接合材料的烧成体，如后述，在本实施方式中为包含氧化银与还原 剂的氧化银浆料（接合材料）的烧成体。在此，通过还原氧化银而生成的还原Ag粒子，例 如由于粒径为l〇nm~1ym非常微细，因此形成致密的Ag的烧成层。而且，在该接合层25 中，由于在第一Ag层22以及第三Ag层42观察到的玻璃72不存在、或变得非常少，且 Ag的 粒径也不同，即使与第一基底层20以及第三基底层40接合后，依然可进行第一基底层20、 接合层25、第三基底层40的辨别。
[0086] 另外，本实施方式中，接合层25的厚度设定在5ym以上50ym以下的范围内。 [0087]自带散热器的功率模块1具备上述自带散热器的功率模块用基板50、以及接合在 该自带散热器的功率模块用基板50的电路层12的半导体元件3。
[0088] 半导体元件3与电路层12经由包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方 或双方的接合材料的烧成体所构成的接合层35而接合。而且，该接合层35与上述的接合 层25同样地由包含氧化银与还原剂的氧化银浆料（接合材料）的烧成体构成。
[0089] 其次，对于构成第一基底层20、第二基底层30、以及第三基底层40的含玻璃Ag浆 料进行说明。
[0090] 该含玻璃Ag浆料含有Ag粉末、含ZnO的玻璃粉末、树脂、溶剂以及分散剂，由Ag粉 末与玻璃粉末构成的粉末成分的含量被设定为含玻璃Ag浆料整体的60质量％以上90质 量％以下，剩余部分为树脂、溶剂、分散剂。而且，本实施方式中，由Ag粉末与玻璃粉末构成 的粉末成分的含量被设定为含玻璃Ag浆料整体的85质量％。
[0091] 并且，将该含玻璃Ag浆料的粘度调整为10Pa?s以上500Pa?s以下，优选调整为 50Pa?s以上 300Pa?s以下。
[0092] Ag粉末粒径被设定为0.05 ym以上1.0 ym以下，本实施方式中使用平均粒径 0? 8ym的Ag粉末。
[0093] 玻璃粉末作为主成分包含Bi203、ZnO、B203，其玻璃转移温度被设定为300°C以上 450°C以下，软化温度被设定为600°C以下，结晶化温度被设定为450°C以上。
[0094] 并且，Ag粉末的重量A与玻璃粉末的重量G的重量比A/G调整在从80/20至99/1 的范围内，在本实施方式调整为A/G= 80/5。
[0095] 溶剂的沸点优选200°C以上，在本实施方式中使用二乙二醇二丁基醚。
[0096] 树脂用于调整含玻璃Ag浆料的粘度，优选在500°C以上分解。在本实施方式中使 用乙基纤维素。
[0097] 并且，在本实施方式中添加有二羧酸系的分散剂。而且，可构成不添加分散剂的含 玻璃Ag浆料。
[0098] 在此，对于在本实施方式所使用的玻璃粉末进行详细说明。本实施方式中的玻璃 粉末的玻璃组成为，
[0099]Bi203:68质量％以上93质量％以下、
[0100]ZnO:1质量％以上20质量％以下、
[0101] B203:1质量％以上11质量％以下、
[0102] Si02:5 质量％ 以下、
[0103]Al203:5 质量％ 以下、
[0104] 碱土类金属氧化物：5质量％以下。
[0105] 即，将Bi203、Zn0、B203作为必须成分，根据需要可适当添加SiO2、A1203、碱土类金属 氧化物（MgO、CaO、BaO、SrO等）。
[0106] 这种玻璃粉末以如下方式而制造。作为原料使用上述的各种氧化物、碳酸盐或铵 盐。将此原料装入铂坩埚、氧化铝坩埚或石英坩埚等，利用熔炼炉进行熔融。熔融条件虽并 未特别限制，但优选设定在900°C以上1300°C以下、30分钟以上120分钟以下的范围内以使 原料全部以液相均匀混合。
[0107] 通过将所得到的熔融物投入到碳、钢、铜板、双辊、水等中快速冷却，制造出均匀的 玻璃块。
[0108] 将该玻璃块利用球磨机、喷磨机等进行粉碎，并通过对粗粒子进行分级，而得到玻 璃粉末。其中，在本实施方式中，将玻璃粉末的中心粒径d50设定在0.lym以上5.Oym以 下的范围内。
[0109] 其次，参照图6所示的流程图，对含玻璃Ag浆料的制造方法进行说明。
[0110] 首先，混合前述的Ag粉末与玻璃粉末而生成混合粉末（粉末混合工序SOI)。并 且，混合溶剂与树脂而生成有机混合物（有机物混合工序S02)。
[0111] 而且，将混合粉末和有机混合物以及分散剂通过混合器进行预混合（预混合工序S03)。
[0112]其次，利用辊磨机将预混合物一边进行揉和一边进行混合（混炼工序S04)。
[0113]而且，将所得到的混炼物通过浆料过滤机进行过滤（过滤工序S05)。
[0114]通过这种方式制造出前述的含玻璃Ag浆料。
[0115]其次，对于构成接合层25、35的氧化银浆料（接合材料）进行说明。
[0116]该氧化银浆料含有氧化银粉末、还原剂、树脂以及溶剂，在本实施方式中，除了这 些还含有有机金属化合物粉末。
[0117]氧化银粉末的含量被设定为氧化银浆料整体的60质量％以上80质量％以下，还 原剂的含量被设定为氧化银浆料整体的5质量％以上15质量％以下，有机金属化合物粉末 的含量被设定为氧化银浆料整体的〇质量％以上10质量％以下，剩余部分为溶剂。在此， 氧化银浆料中，为了抑制通过烧结而得到的接合层25、35中残留未反应的有机物，未添加 分散剂或树脂。
[0118]而且，将该氧化银浆料的粘度调整为10Pa ? s以上lOOPa ? s以下，优选调整为 30Pa ? s 以上 80Pa ? s 以下。
[0119]氧化银粉末使用粒径为0. 1 y m以上40 y m以下的粉末。
[0120] 还原剂为具有还原性的有机物，例如可使用醇、有机酸。
[0121] 若为醇，例如可使用甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、壬醇、癸醇、十一烷 醇、十二完醇、月桂醇、肉豆寇醇、十六烷醇、十八烷醇等的伯醇。而且，除了这些以外，还可 以使用具有多元醇基的化合物。
[0122] 若为有机酸，例如可使用丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二 烷酸、十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸、十九烷酸等的饱和脂 肪酸。而且，除了这些以外，还可以使用不饱和脂肪酸。
[0123] 而且，在与氧化银粉末混合后，若为不容易进行还原反应的还原剂，则可提高氧化 银浆料的保存稳定性。因此作为还原剂，优选熔点在室温以上的还原剂，具体而言，优选使 用肉寇醇、1_十^烧醇、2, 5-_甲基_2, 5-己_醇、2, 2-_甲基_1，3-丙_醇、1，6-己_. 醇、1，2,6_己三醇、1，10-癸二醇、肉豆蔻酸、癸酸。
[0124]有机金属化合物具有通过热分解而生成的利用有机酸促进氧化银的还原反应的 作用。作为具有这种作用的有机金属化合物，例如可列举蚁酸Ag、醋酸Ag、丙酸Ag、安息香 酸Ag、草酸Ag等羧酸系金属盐等。
[0125]溶剂从确保氧化银浆料的保存稳定性、印刷性观点来看，优选使用高沸点 (150°C ~300°C )溶剂。
[0126]具体而言，可使用a-萜品醇、乙酸-2-乙基己酯、乙酸-3-甲基丁酯等。
[0127]其次，参照图7所示的流程图对上述的氧化银浆料的制造方法进行说明。
[0128]首先，混合所述的氧化银粉末、还原剂（固体）、有机金属化合物粉末，生成固体成 分混合物（固体成分混合工序S11)。
[0129]其次，在此固体成分混合物添加溶剂并进行搅拌（搅拌工序S12)。
[0130] 而且，将搅拌物使用辊磨机（例如三辊磨机）一边揉和一边混合（混炼工序S13)。
[0131] 通过这种方式制造出前述的氧化银浆料。而且，所得到的氧化银浆料，优选通过冷 藏库等以低温（例如5~15°C )进行保存。
[0132] 其次，参照图8所示的流程图对本实施方式的自带散热器的功率模块的制造方法 进行说明。
[0133] 首先，准备成为电路层12的铝板以及成为金属层13的铝板，将这些铝板分别经由 钎料而层叠于陶瓷基板11的第一面以及第二面，通过加压、加热后进行冷却而接合所述铝 板与陶瓷基板11 (电路层以及金属层形成工序S21)。而且，该钎焊的温度设定在640°C~ 650。。。
[0134] 其次，在电路层12以及金属层13的表面，涂布含玻璃Ag浆料（含玻璃Ag浆料涂 布工序S22)。
[0135] 而且，在涂布含玻璃Ag浆料时，可采用网版印刷法、胶版印刷法、感光性工程等的 各种手段。在本实施方式中，通过网版印刷法将含玻璃Ag浆料形成于搭载有电路层12的 半导体元件3的部分、以及接合金属层13和散热器60的部分。
[0136] 其次，在电路层12以及金属层13的表面涂布有含玻璃Ag浆料的状态下进行干 燥后，装入到加热炉内进行含玻璃Ag浆料的烧成（第一基底层以及第二基底层烧成工序 S23)。而且，此时的烧成温度设定为350~645 °C。
[0137] 如上所述，第一基底层以及第二基底层烧成工序S23中，在涂布有含玻璃Ag浆料 的状态下同时对电路层12以及金属层13的表面进行烧成。通过这种方式对功率模块用基 板10的两面进行烧成，例如使用图9A以及图9B所示的两面烧成用夹具80即可。图9A为 两面烧成用夹具80的俯视图，图9B为两面烧成用夹具80的侧视图。
[0138] 如图9A以及图9B所示，两面烧成用夹具80通过将金属线81配置成网状而构成， 从侧面看则成为M字形状。如图9B所示，试样S (功率模块用基板10)的端部以与两面烧 成用夹具80的V字状的部分接触的方式而配置。在通过这种方式配置有试样S的状态下， 通过将两面烧成用夹具80配置于加热炉内，可烧成试样S的两面。
[0139] 并且，第一基底层以及第二基底层烧成工序S23中，在干燥后的含玻璃Ag浆料中 所含有的树脂通过加热而分解，在含玻璃Ag浆料中所含有的玻璃72对于第一基底层20流 向金属层13 -侧、对于第二基底层30流向电路层12 -侧，在金属层13的表面形成具备第 一玻璃层21与第一 Ag层22的第一基底层20,在电路层12的表面形成具备第二玻璃层31 与第二Ag层32的第二基底层30。
[0140] 此时，通过第一玻璃层21以及第二玻璃层31，在金属层13以及电路层12的表面 自然产生的铝氧化膜熔融而被去除，在金属层13以及电路层12直接形成第一玻璃层21以 及第二玻璃层31。
[0141] 并且，在第一玻璃层21以及第二玻璃层31内部分散有粒径为几纳米左右的微细 金属粒子71。该金属粒子71为含有Ag或A1中的至少一方的结晶性粒子，推测为在烧成 时，向第一玻璃层21以及第二玻璃层31内部析出的粒子。
[0142] 并且，在第一 Ag层22以及第二Ag层32内部分散有粒径为几微米左右的微细玻 璃72。推测该玻璃72为在进行Ag粒子烧结的过程中凝集的残留玻璃成分。
[0143] 在此，在散热器60的顶板部61-侧的面，以与上述第一基底层20以及第二基底 层30的形成方法同样的方式形成第三基底层40。
[0144] 其次，在第一基底层20以及第二基底层30的表面，涂布氧化银浆料（氧化银浆料 涂布工序S24)。[0145] 而且，涂布氧化银浆料时，可采用网版印刷法、胶版印刷法、感光性工程等各种手 段。在本实施方式中通过网版印刷法印刷氧化银浆料。
[0146] 其次，在涂布有氧化银浆料的状态下，进行干燥（例如于室温、大气气氛下保管24 小时）后，在涂布有氧化银浆料的第二基底层30上层叠半导体元件3,在涂布有氧化银浆料 的第一基底层20层叠散热器60 (半导体元件以及散热器层叠工序S25)。
[0147] 并且，在层叠有半导体元件3、功率模块用基板10、以及散热器60的状态下装入到 加热炉内，对氧化银浆料进行烧成（接合层烧成工序S26)。此时，将载荷设定为0~lOMPa， 烧成温度设定为150~400°C。
[0148] 并且，优选在层叠方向对半导体元件3、功率模块用基板10、以及散热器60进行加 压的状态进行加热，可更切实进行接合。此时，加压压力优选为〇. 1~l〇MPa。
[0149] 通过这种方式，在第一基底层20与第三基底层40之间形成接合层25而接合功率 模块用基板10与散热器60,在第二基底层30与半导体元件3之间，形成接合层35而接合 功率模块用基板10与半导体元件3。
[0150] 通过这种方式制造本实施方式所涉及的自带散热器的功率模块1。
[0151] 根据如上构成的本实施方式所涉及的功率模块用基板10、自带散热器的功率模块 用基板50,由于第一基底层20具备在与金属层13的界面上形成的第一玻璃层21，因此根 据玻璃成分能够去除形成于金属层13的表面的氧化膜，且能够确保第一基底层20与金属 层13的接合强度。
[0152] 并且，形成于散热器60的第三基底层40具备第三玻璃层41，因此根据玻璃成分能 够去除形成于散热器60的表面的氧化层，且能够确保第三基底层40与散热器60的接合强 度。
[0153] 并且，在第一玻璃层21以及第三玻璃层41层叠有第一 Ag层22以及第三Ag层42， 因此在功率模块用基板10的金属层13 -侧配设散热器60,经由金属的烧成体所构成的接 合层25,能够接合功率模块用基板10与散热器60。
[0154] 而且，由金属的烧成体构成的接合层25能够以比钎焊的温度更低的温度形成，因 此能够将功率模块用基板10与散热器60以比较低的温度接合，能够通过降低施加于该功 率模块用基板10的热负荷，抑制功率模块用基板10的劣化。并且，还能够减少功率模块用 基板10以及散热器60所产生的翘曲。
[0155] 并且，第一基底层20为含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料的烧成体，因此能够简单且 切实地形成具备形成于金属层13界面的第一玻璃层21、以及层叠于第一玻璃层21而形成 的第一 Ag层22的第一基底层20。
[0156] 在此，在第一 Ag层22分散有玻璃72,露出于第一基底层20的表面的玻璃72的面 积比率被设定为55%以下，因此在第一基底层20层叠形成由金属的烧成体构成的接合层 25时，不会被玻璃72阻碍，且能够牢固地接合第一基底层20的第一 Ag层22与接合层25。 并且，第三Ag层42也与第一基底层20同样地，露出于第三基底层40的表面的玻璃72的 面积比率被设定为55%以下，因此能够牢固地接合第三基底层40的第三Ag层42与接合层 25〇
[0157] 并且，在第一玻璃层21分散有金属粒子71，因此在层叠于金属层13的第一基底层 20的第一玻璃层21中，热传导性得到了保证，能够将来自电路层12 -侧的热有效地发散至 金属层13 -侧。并且，在第三玻璃层41也分散有金属粒子71，因此在第三玻璃层41中热 传导性得到了保证，能够将来自功率模块用基板10的热有效地发散至散热器60 -侧。
[0158] 并且，在电路层12中的与配设有陶瓷基板11的面相反侧的一面上，形成有第二基 底层30,第二基底层30具有在与电路层12的界面上形成的第二玻璃层31、以及层叠在该 第二玻璃层31的第二Ag层32,因此能够根据玻璃成分去除形成于电路层12的表面的氧化 膜，且能够确保电路层12与第二基底层30的接合强度。
[0159] 并且，在电路层12形成有第二基底层30,因此经由金属的烧成体所构成的接合层 35能够接合半导体元件3。并且，本实施方式中，在第二Ag层32分散有玻璃72,露出于第 二基底层30的表面的玻璃72的面积比率被设定为55%以下，因此在第二基底层30层叠形 成由金属的烧成体构成的接合层35时，不会被玻璃72阻碍，且能够更牢固地接合第二基底 层30的第二Ag层32与接合层35。
[0160] 并且，此时，由于层叠有第二基底层30以及接合层35,因此能够充分确保存在于 电路层12与半导体元件3之间的层的厚度。由此，在自带散热器的功率模块1，能够抑制热 循环负荷时的应力作用于半导体元件3,且能够防止半导体元件3本身的破损。
[0161] 并且，由于陶瓷基板11 (绝缘层）由A1N构成，因此绝缘性以及强度优异，能够提 高自带散热器的功率模块1的可靠性。
[0162] 并且，在该陶瓷基板11的第一面以及第二面通过接合金属板，可轻易地形成电路 层12以及金属层13。
[0163] 并且，在自带散热器的功率模块用基板50中，接合层25为氧化银浆料的烧成体， 且第一基底层20的第一 Ag层22与接合层25成为相同Ag之间的接合，因此能够更牢固地 接合第一基底层20与接合层25。
[0164] 根据本实施方式所涉及的自带散热器的功率模块1，如上所述，由于具备减少功率 模块用基板10与散热器60接合时所产生的功率模块用基板10的劣化、或自带散热器的功 率模块用基板50的翘曲的自带散热器的功率模块用基板50,因此能够提高可靠性。
[0165] 并且，根据本实施方式所涉及的功率模块用基板的制造方法、以及自带散热器的 功率模块用基板的制造方法，由于具备在金属层13的表面（与配设有陶瓷基板11的面相 反侧的一面）上，涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag浆料，通过进行加热处理，形成第一基底层 20的工序，因此能够去除形成于金属层13的表面的氧化膜，且能够切实地接合金属层13与 第一基底层20。
[0166] 并且，具备在第一基底层20上涂布氧化银浆料的工序、向所涂布的氧化银浆料层 叠散热器60的工序、以层叠有功率模块用基板10与散热器60的状态进行加热而形成接合 功率模块用基板10与散热器60的接合层25的工序时，在对接合层25进行烧成时，能够牢 固地接合第一基底层20与散热器60。
[0167] 并且，在形成第一基底层20的工序中含玻璃Ag浆料的烧成温度被设定为350°C以 上645°C以下，因此能够去除含玻璃Ag浆料内的有机成分等，且能够确切地形成第一基底 层20。并且，含玻璃Ag浆料的烧成温度被设定为645°C以下，因此能够防止功率模块用基 板10的热劣化，并且减少翘曲。
[0168] 并且，形成接合层25的工序中氧化银浆料的烧成温度被设定为400°C以下，因此 能够将烧成氧化银浆料而接合功率模块用基板10与散热器60时的温度抑制为较低，能够 降低施加于功率模块用基板10的热负荷，并且减少功率模块用基板10以及散热器60所产 生的翘曲。并且，氧化银浆料的烧成温度被设定为150°C以上，因此能够去除氧化银浆料所 包含的还原剂等，能够确保接合层25的热传导性以及强度。
[0169] 并且，本实施方式中，在氧化银浆料中添加有机金属化合物，因此通过该有机金属 化合物热分解而生成的有机酸，能够促进氧化银的还原反应。
[0170] 并且，作为混合于氧化银浆料的还原剂在室温中使用固体，因此在进行烧成前能 够防止还原反应的进行。
[0171] 并且，在氧化银浆料未添加有分散剂或树脂，因此能够防止在接合层25、35残留 有机物。
[0172] 并且，氧化银浆料的粘度调整为10Pa ? s以上lOOPa ? s以下，优选调整为30Pa ? s 以上80Pa ? s以下，在第二基底层30上涂布氧化银浆料的氧化银浆料涂布工序S24中，能 够适用网版印刷法等，能够将接合层35仅在配设有半导体元件3的部分上选择性的形成。 由此，能够削减氧化银浆料的使用量，可大幅减少自带散热器的功率模块1的制造成本。
[0173] 并且，含玻璃Ag浆料的粘度调整为10Pa ? s以上500Pa ? s以下，优选调整为 50Pa *s以上300Pa *s以下，因此在电路层12表面涂布含玻璃Ag浆料的含玻璃Ag浆料涂 布工序S22中，能够适用网版印刷法等，能够将第二基底层30仅在配设有半导体元件3的 部分选择性的形成。由此，能够削减含玻璃Ag浆料的使用量，可大幅减少自带散热器的功 率模块1的制造成本。
[0174] 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，在未脱离本发明 的技术思想的范围下可适当变更。
[0175] 例如，在上述实施的方式，对接合功率模块用基板的金属层、以及由A6063(铝合 金）构成的散热器（金属部件）的情况进行了说明，但金属部件还可以由包含纯铝、或铝的 复合材等构成。并且，金属部件可以由铜、或铜合金构成，此时，在金属部件的表面即使未形 成第三基底层，也能够接合接合层与金属部件。
[0176] 并且，对接合功率模块用基板的金属层与散热器的情况进行了说明，但也可接合 金属层与其他金属部件。
[0177] 具体而言，如图10所示，可以为接合功率模块用基板10的金属层13与缓冲层 90 (金属部件）的自带缓冲层的功率模块用基板190 (自带金属部件的功率模块用基板）。
[0178]自带缓冲层的功率模块用基板190具备功率模块用基板10、以及接合于功率模块 用基板10的金属层13 -侧的缓冲层90。而且，缓冲层90例如由4N铝等构成。
[0179] 而且，在缓冲层90的表面形成有第三基底层40,第一基底层20与第三基底层40 通过接合层25而接合。
[0180] 在该自带缓冲层的功率模块用基板190的缓冲层90 -侧，进一步接合散热器60 而成为自带散热器的功率模块用基板150。
[0181] 在上述的自带缓冲层的功率模块用基板190、以及自带散热器的功率模块用基板 150中，也发挥与上述说明的实施方式相同的效果。并且，形成有缓冲层90,因此能够减少 散热器60与金属层13之间所产生的热应力。
[0182] 而且，在缓冲层90与散热器60的接合中，可以通过在缓冲层90与散热器60的表 面形成由含玻璃Ag浆料的烧成体构成的基底层，且形成由包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒 子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构成的接合层，而接合缓冲层90与散热器60。
[0183] 并且，对通过钎焊而接合铝板与陶瓷基板的情况进行了说明，但并不限定在此，还 可以适用过渡液相接合法（Transient Liquid Phase Bonding)、铸造法等。
[0184] 进而，将构成电路层以及金属层的金属板以铜或铜合金构成时，将由铜或铜合金 构成的金属板接合于陶瓷基板时，可适用直接接合法0BC法）、活性金属钎焊法、铸造法 等。... [0185] 并且，实施方式所记载的内容并不限定含玻璃Ag浆料的原料、掺合量。例如可以 使用含有铅的玻璃粉末。
[0186]另外，实施方式所记载的内容并不限定氧化银浆料的原料、掺合量。例如可以不含 有有机金属化合物。
[0187] 并且，第一基底层、第二基底层、以及第三基底层的第一玻璃层、第二玻璃层、第三 玻璃层、第一 Ag层、第二Ag层、以及第三Ag层的厚度、接合层的厚度，也并不限定于本实施 方式。
[0188] 并且，对作为绝缘层使用由A1N构成的陶瓷基板的情况进行了说明，但并不限定 于此，可以可使用由Si 3N4或A1 203等构成的陶瓷基板，可以通过绝缘树脂构成绝缘层。
[0189] 并且，对将作为电路层的铝板接合于陶瓷基板后，在电路层以及金属层形成第一 基底层以及第二基底层的情况进行了说明，但并不限定于此，可以在将铝板接合于陶瓷基 板之前形成第一基底层。
[0190] 并且，在本实施方式中，对同时涂布第一基底层与第二基底层，并进行烧成的情况 进行了说明，但也可以分别形成第一基底层与第二基底层。
[0191] 并且，对同时接合功率模块用基板与半导体元件、功率模块用基板与散热器的情 况进行了说明，但也可以先行接合任一方。
[0192] 并且，对作为散热器具有散热片以及冷却介质的流动路径的情况进行了说明，但 散热器的构造并未特别限定。
[0193] 并且，氧化银浆料除了氧化银粉末以及还原剂，还可以含有Ag粒子。Ag粒子存在 于氧化银粉末之间，由此对还原氧化银而得到的Ag与该Ag粒子进行烧结，能够将接合层设 成更致密的构造。由此，能够将接合时的半导体元件的加压压力设定为较低。
[0194] 并且，在该Ag粒子的表层可以含有有机物。此时，能够利用分解有机物时的热，提 高低温中的烧结性。
[0195] 实施例
[0196] 以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
[0197](本发明例）
[0198] 作为本发明例1，准备前述的实施方式所记载的自带散热器的功率模块。即，在功 率模块用基板的金属层以及电路层的表面，形成由含玻璃Ag浆料的烧成体构成的第一基 底层以及第二基底层，并且在散热器形成第三基底层后，将功率模块用基板与散热器通过 由氧化银浆料的烧成体构成的接合层而接合。
[0199] 而且，陶瓷基板使用由A1N构成且30mmX 30mm、厚度0. 635mm的矩形板。
[0200] 并且，电路层以及金属层使用由4N错构成且29mmX 29mm、厚度0? 6mm的矩形板。
[0201] 本发明例1中，散热器使用由在背面未设置散热片的铝合金（A6063合金）构成且 60mm X 50mm、厚度5mm的矩形板。
[0202] 本发明例2中，陶瓷基板、金属层、电路层的构成与上述的本发明例1相同，散热器 使用由在背面未设置散热片的纯铜构成且60mmX 50mm、厚度5mm的矩形板。而且，本发明例 2中，在散热器未形成第三基底层，将功率模块用基板与散热器通过由氧化银浆料的烧成体 构成的接合层而接合。
[0203] 此时，作为含玻璃Ag浆料的玻璃粉末使用包含90. 6质量％的Bi203、2. 6质量％的 Zn0、6. 8质量％的B203的玻璃粉末。并且，作为树脂使用乙基纤维素，作为溶剂使用二乙二 醇二丁基醚。并且，添加二羧酸系分散剂。
[0204] 并且，作为氧化银浆料，使用按如下比例混合如下物质的氧化银浆料：使用市售的 氧化银粉末（Wako Pure Chemical Industries, Ltd制）、作为还原剂的肉豆蔻醇、作为溶剂 的2, 2,4-三甲基-1，3-戊二醇单（2-甲基丙酸酯），以氧化银粉末：80质量％、还原剂（肉 豆蔻醇）：1〇质量％、溶剂（2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单（2-甲基丙酸酯））：剩余部分。
[0205] 而且，在电路层的表面涂布含玻璃Ag浆料的含玻璃Ag浆料涂布工序中，将含玻璃 Ag浆料的涂布厚度设定为10 ym。并且，在第一基底层以及第二基底层形成工序中，将烧成 温度设定为575°C、烧成时间设定为10分钟。
[0206] 并且，在第一基底层以及第三基底层涂布氧化银浆料的氧化银浆料涂布工序中， 将各氧化银浆料的涂布厚度设定为50 ym。并且，在接合层烧成工序中，将烧成温度设定为 300°C、烧成时间设定为2小时。并且，将加压压力设定为3MPa。
[0207](比较例）
[0208] 作为比较例，通过将在陶瓷基板的第一面形成电路层，在第二面形成金属层的功 率模块用基板与散热器通过钎焊而接合。
[0209] 陶瓷基板、金属层、电路层、散热器的构成与上述本发明例相同。而且，在比较例中 未形成第一基底层以及第三基底层。
[0210] (评价）
[0211] 其次，在本发明例以及比较例的自带散热器的功率模块用基板，对功率模块用基 板的翘曲量、散热器的翘曲量进行评价。
[0212] 翘曲量通过将功率模块用基板载置于平台上，使用激光变位检测仪而测定。功率 模块用基板的翘曲通过测定电路层的表面而测出，散热器的翘曲通过测定散热器的下表面 而测出。
[0213] 将以上的评价结果在表1中示出。
[0214][表1]
[0215]
[0216] 如表1所示，本发明例中，功率模块用基板的翘曲量以及散热器的翘曲量较小，为 良好。
[0217]另外，比较例中，功率模块用基板与散热器的接合温度较高，因此与本发明例相比 较，比较例中的功率模块用基板的翘曲量以及散热器的翘曲量较大。
[0218]产业上的可利用性
[0219]根据本发明，可提供一种在功率模块用基板的金属层与金属部件的接合中，能够 降低施加于功率模块用基板的热负荷，且能够减少功率模块用基板以及金属部件所产生的 翘曲的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块用基板、自带金属部件的功率模块、功率 模块用基板的制造方法、自带金属部件的功率模块用基板的制造方法。
[0220] 符号说明
[0221] 1-自带散热器的功率模块（自带金属部件的功率模块），3-半导体元件，10-功 率模块用基板，11-陶瓷基板，12-电路层，13-金属层，20-第一基底层，21-第一玻璃层， 22-第一 Ag层，25-接合层，30-第二基底层，31-第二玻璃层，32-第二Ag层，50、150-自带 散热器的功率模块用基板（自带金属部件的功率模块用基板），60-散热器（金属部件）， 72-玻璃，90-缓冲层（金属部件），190-自带缓冲层的功率模块用基板（自带金属部件的 功率模块用基板）。
【主权项】
1. 一种功率模块用基板，具备绝缘层、形成于该绝缘层的第一面的电路层以及形成于 所述绝缘层的第二面的金属层，其特征在于， 在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，层叠有与接合层接合的 第一基底层，所述接合层由包含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材 料的烧成体构成， 所述第一基底层具有在与所述金属层的界面上形成的第一玻璃层以及层叠于该第一 玻璃层的弟一 Ag层。2. 根据权利要求1所述的功率模块用基板，其中，所述第一基底层为含有玻璃成分的 含玻璃Ag浆料的烧成体。3. 根据权利要求1或2所述的功率模块用基板，其中，在所述第一 Ag层分散有玻璃，且 露出于所述第一基底层表面的所述玻璃的面积比率被设定为55%以下。4. 根据权利要求1~3中的任一项所述的功率模块用基板，其中，在所述电路层中与配 设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，形成有第二基底层， 所述第二基底层具有在与所述电路层的界面上形成的第二玻璃层以及层叠于该第二 玻璃层的第二Ag层。5. 根据权利要求1~4中的任一项所述的功率模块用基板，其中，所述绝缘层为选自 A1N、Si3N4或Al 203的陶瓷基板。6. -种自带金属部件的功率模块用基板，具备权利要求1~5中的任一项所述的功率 模块用基板以及接合于该功率模块用基板的所述金属层一侧的金属部件， 在所述第一基底层与所述金属部件之间，形成有由金属的烧成体构成的接合层。7. 根据权利要求6所述的自带金属部件的功率模块用基板，其中，所述接合层为包含 金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体。8. -种自带金属部件的功率模块，具备权利要求6或7所述的自带金属部件的功率模 块用基板以及搭载于该自带金属部件的功率模块用基板的电路层一侧的半导体元件。9. 一种功率模块用基板的制造方法，为具备绝缘层、形成于该绝缘层的第一面的电路 层以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层的功率模块用基板的制造方法，其特征在于， 具备如下工序： 通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂布含有玻璃成分 的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基底层，所述接合层由包 含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构成。10. 根据权利要求9所述的功率模块用基板的制造方法，其中，在形成所述第一基底层 的工序中的所述含玻璃Ag浆料的烧成温度为350°C以上645°C以下。11. 一种自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，所述自带金属部件的功率模块 用基板具备在绝缘层的第一面形成有电路层、在所述绝缘层的第二面形成有金属层的功率 模块用基板以及接合于所述金属层一侧的金属部件，其特征在于，具备如下工序： 通过在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，涂布含有玻璃成分 的含玻璃Ag浆料并进行加热处理，从而形成与接合层接合的第一基底层，所述接合层由包 含金属粒子以及氧化金属粒子中的至少一方或双方的接合材料的烧成体构成； 在所述第一基底层的表面，涂布包含金属Ag粒子以及氧化Ag粒子中的至少一方或双 方的接合材料； 向所涂布的接合材料层叠金属部件；以及 在层叠有所述功率模块用基板与所述金属部件的状态下进行加热，从而形成接合所述 第一基底层与所述金属部件的接合层。12.根据权利要求11所述的自带金属部件的功率模块用基板的制造方法，其中，在形 成所述接合层的工序中的所述接合材料的烧成温度为150°C以上400°C以下。
【专利摘要】本发明所涉及的功率模块用基板具备绝缘层(11)、形成于该绝缘层的第一面的电路层(12)、以及形成于所述绝缘层的第二面的金属层(13)，在所述金属层中的与配设有所述绝缘层的面相反侧的一面上，层叠有第一基底层(20)，所述第一基底层具有在与所述金属层的界面所形成的第一玻璃层、以及层叠于该第一玻璃层的第一Ag层。
【IPC分类】H05K1/02, H01L23/40, H01L23/36
【公开号】CN104885214
【申请号】CN201380067988
【发明人】西元修司, 长友义幸
【申请人】三菱综合材料株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月20日
【公告号】EP2940727A1, WO2014103965A1
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