專(zhuān)利名稱(chēng)：功率模塊及功率模塊的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具備在絕緣層的一面配設(shè)有電路層的功率模塊用基板和搭載于所述電路層上的半導(dǎo)體元件的功率模塊及該功率模塊的制造方法。
背景技術(shù)：
在各種半導(dǎo)體元件中，為控制電動(dòng)汽車(chē)或電動(dòng)車(chē)輛等而使用的大電カ控制用功率元件由于發(fā)熱量較多，因此作為搭載該功率元件的基板，一直以來(lái)廣泛使用例如在由AlN(氮化鋁)等構(gòu)成的陶瓷基板上接合導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬板作為電路層的功率模塊用基板。并且，這種功率模塊用基板的電路層上通過(guò)焊錫材搭載作為功率元件的半導(dǎo)體元件。另外，作為這種功率模塊用基板已知有如下結(jié)構(gòu)的基板，即其為了散熱在陶瓷基板下表面也接合熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的金屬板并通過(guò)該金屬板接合冷卻器來(lái)散熱的構(gòu)造。 作為構(gòu)成電路層的金屬，使用鋁或鋁合金、或者銅或銅合金。其中，由鋁構(gòu)成的電路層中，由于在表面形成鋁的氧化皮膜，因此無(wú)法與焊錫材良好地接合。并且，由銅構(gòu)成的電路層中，存在熔融的焊錫材與銅發(fā)生反應(yīng)使得電路層的內(nèi)部滲入焊錫材的成分而使電路層的導(dǎo)電性劣化這樣的問(wèn)題。因此，例如如專(zhuān)利文獻(xiàn)I中所公開(kāi)，以往，都是通過(guò)無(wú)電解電鍍等在電路層的表面形成Ni電鍍膜，并在該Ni電鍍膜上配設(shè)焊錫材來(lái)接合半導(dǎo)體元件。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中提出有不使用焊錫材而使用Ag納米膏來(lái)接合半導(dǎo)體元件的技術(shù)。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3和4中提出有不使用焊錫材而使用包含金屬氧化物粒子和由有機(jī)物構(gòu)成的還原劑的氧化物膏接合半導(dǎo)體元件的技術(shù)。專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本專(zhuān)利公開(kāi)2004-172378號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本專(zhuān)利公開(kāi)2006-202938號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本專(zhuān)利公開(kāi)2008-208442號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本專(zhuān)利公開(kāi)2009-267374號(hào)公報(bào)然而，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I中所述，在電路層表面形成Ni電鍍膜的功率模塊用基板有如下憂慮，在直到接合半導(dǎo)體元件為止的過(guò)程中，Ni電鍍膜的表面因氧化等而劣化，與通過(guò)焊錫材接合的半導(dǎo)體元件的接合可靠性降低。另外，當(dāng)通過(guò)用釬焊在功率模塊用基板上接合冷卻器時(shí)，若在電路層表面形成Ni電鍍膜后進(jìn)行釬焊等則導(dǎo)致Ni電鍍膜劣化，因此，一般如下進(jìn)行對(duì)功率模塊用基板與冷卻器進(jìn)行釬焊來(lái)形成帶冷卻器的功率模塊用基板之后，將整個(gè)該帶冷卻器的功率模塊用基板浸潰在電鍍?cè)?nèi)。此時(shí)，電路層以外的部分也會(huì)形成Ni電鍍膜，當(dāng)冷卻器由鋁或鋁合金構(gòu)成時(shí)，有可能在由鋁構(gòu)成的冷卻器與Ni電鍍膜之間發(fā)生電蝕。因此，在Ni電鍍膜エ序中有需要進(jìn)行掩模處理以免在冷卻器部分形成Ni電鍍膜。如此，在進(jìn)行掩模處理之后進(jìn)行電鍍處理吋，僅用于在電路層部分形成Ni電鍍膜需要大量勞力，存在功率模塊的制造成本大幅增加之類(lèi)的問(wèn)題。
另ー方面，如專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所公開(kāi)，不使用焊錫材而使用Ag納米膏接合半導(dǎo)體元件時(shí)，因?yàn)橛葾g納米膏構(gòu)成的接合層形成為厚度薄于焊錫材，所以熱循環(huán)負(fù)載時(shí)應(yīng)カ易作用于半導(dǎo)體元件，有導(dǎo)致半導(dǎo)體元件本身破損之虞。另外，如專(zhuān)利文獻(xiàn)3、4中所公開(kāi)，當(dāng)用金屬氧化物和還原劑接合半導(dǎo)體元件時(shí)，氧化物膏的燒成層依然形成為較薄，因此熱循環(huán)負(fù)載時(shí)應(yīng)カ易作用于半導(dǎo)體元件。特別是最近隨著功率模塊的小型化或薄壁化的推進(jìn)，其使用環(huán)境也愈加嚴(yán)格，有從電子部件的發(fā)熱量増加的傾向。因此，在使用功率模塊時(shí)，作用于電路層與半導(dǎo)體元件的接合界面的應(yīng)カ也有增加的傾向，與以往相比進(jìn)ー步要求提高電路層與半導(dǎo)體元件之間的接合可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于前述情況而完成的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體元件準(zhǔn)確地接合于電路層的一面，且熱循環(huán)及動(dòng)力循環(huán)可靠性優(yōu)異的功率模塊及功率模塊的制造方法。 為解決這種課題，實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的功率模塊具備在絕緣層的一面配設(shè)有電路層的功率模塊用基板和搭載于所述電路層上的半導(dǎo)體元件，其中，在所述電路層的ー面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的燒成體構(gòu)成的第I燒成層，在該第I燒成層上形成有由氧化銀還原的Ag燒成體構(gòu)成的第2燒成層。根據(jù)該結(jié)構(gòu)的功率模塊，由于在電路層一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的燒成體構(gòu)成的第I燒成層，因此，能夠去除由玻璃成分形成于電路層表面的氧化皮膜，并能夠確保該第I燒成層與電路層的接合強(qiáng)度。并且，由于在該第I燒成層上形成有由氧化銀還原的Ag燒成體構(gòu)成的第2燒成層，因此能夠在形成該第2燒成層時(shí)接合半導(dǎo)體元件。在此，當(dāng)還原氧化銀時(shí)，會(huì)生成微細(xì)的Ag粒子，因此能夠使第2燒成層成為致密的構(gòu)造。另外，由于層疊有第I燒成層及第2燒成層，因此能夠確保介于電路層與半導(dǎo)體元件之間的接合層的厚度。由此，能夠抑制熱循環(huán)負(fù)載時(shí)應(yīng)力作用于半導(dǎo)體元件并能夠防止半導(dǎo)體元件本身的破損。在此，優(yōu)選設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，即所述第I燒成層具備形成于電路層的一面的玻璃層和層疊于該玻璃層上的Ag層，所述Ag層上分散有玻璃粒子。此時(shí)，能夠?qū)⑿纬捎陔娐穼颖砻娴难趸つづc玻璃層發(fā)生反應(yīng)來(lái)去除，且能夠準(zhǔn)確接合電路層和半導(dǎo)體元件。在此，優(yōu)選所述第2燒成層成為包含氧化銀和還原劑的氧化銀膏的燒成體。此時(shí)，當(dāng)燒成氧化銀膏時(shí),氧化銀通過(guò)還原劑準(zhǔn)確還原，從而能夠生成微細(xì)的Ag粒子，能夠使第2燒成層成為致密的構(gòu)造。并且，由于還原劑在還原氧化銀時(shí)被分解，因此很難殘留在第2燒成層中，因此能夠確保第2燒成層中的導(dǎo)電性。另外，能夠在例如300°C之類(lèi)的較低溫條件下燒成，因此能夠?qū)雽?dǎo)體元件的接合溫度抑制得較低，井能夠減低向半導(dǎo)體元件的熱負(fù)載。所述氧化銀膏可以除所述氧化銀及所述還原劑外還含有Ag粒子。此時(shí)，氧化銀還原而得到的Ag粒子和氧化銀膏中所含有的Ag粒子燒成，從而能夠?qū)⒌?燒成層設(shè)為致密的構(gòu)造。另外，優(yōu)選作為Ag粒子的平均粒徑在20nm以上SOOnm以下。另外,優(yōu)選所述絕緣層為選自AIN, Si3N4或Al2O3的陶瓷基板。選自AIN、Si3N4或Al2O3的陶瓷基板的絕緣性及強(qiáng)度優(yōu)異，能夠謀求提高功率模塊的可靠性。另外，能夠通過(guò)在該陶瓷基板上接合金屬板來(lái)輕松地形成電路層。本發(fā)明的功率模塊的制造方法，所述功率模塊具備在絕緣層的一面配設(shè)有電路層的功率模塊用基板和搭載于所述電路層上的半導(dǎo)體元件，所述方法中，具備通過(guò)在所述電路層的一面涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag膏并進(jìn)行加熱處理來(lái)形成所述第I燒成層的エ序；在所述第I燒成層上涂布包含氧化銀和還原劑的氧化銀膏的エ序；在涂布好的氧化銀膏上層疊半導(dǎo)體元件的エ序；及在將所述半導(dǎo)體元件和所述功率模塊用基板以層疊狀態(tài)進(jìn)行加熱來(lái)在所述第I燒成層上形成第2燒成層的エ序，并且，接合所述半導(dǎo)體元件和所述電路層。根據(jù)該結(jié)構(gòu)的功率模塊的制造方法，由于具備在所述電路層的一面涂布含有玻璃 成分的含玻璃Ag膏并進(jìn)行加熱處理來(lái)形成所述第I燒成層的エ序，因此能夠去除形成于電路層的表面的氧化皮膜，井能夠準(zhǔn)確地接合電路層和第I燒成層。另外，由于具備在所述第I燒成層上涂布包含氧化銀和還原劑的氧化銀膏的エ序、在涂布好的氧化銀膏上層疊半導(dǎo)體元件的エ序、及將所述半導(dǎo)體元件和所述功率模塊用基板以層疊的狀態(tài)進(jìn)行加熱來(lái)在所述第I燒成層上形成第2燒成層的エ序，因此能夠在燒成第2燒成層時(shí)接合所述半導(dǎo)體元件和所述電路層。在此，優(yōu)選形成第2燒成層的エ序中所述氧化銀膏的燒成溫度在150°C以上400°C以下。此時(shí)，由于所述氧化銀膏的燒成溫度成為400°C以下，因此能夠在燒成氧化銀膏來(lái)接合半導(dǎo)體元件時(shí)，將溫度抑制得較低，井能夠減低向半導(dǎo)體元件的熱負(fù)載。并且，由于所述氧化銀膏的燒成溫度成為150°C以上，因此能夠去除氧化銀膏中所含的還原劑等，并能夠確保第2燒成層中的導(dǎo)電性及強(qiáng)度。并且，優(yōu)選形成所述第I燒成層的エ序中所述含玻璃Ag膏的燒成溫度在350°C以上645°C以下。此時(shí)，由于所述含玻璃Ag膏的燒成溫度成為350°C以上，因此能夠去除含玻璃Ag膏內(nèi)的有機(jī)成分等，并能夠準(zhǔn)確形成第I燒成層。并且，由于所述含玻璃Ag膏的燒成溫度成為645°C以下，因此能夠防止電路層或絕緣層的熱劣化。另外，優(yōu)選在形成所述第2燒成層的エ序中，將所述半導(dǎo)體元件和所述功率模塊用基板以向?qū)盈B方向加壓的狀態(tài)進(jìn)行加熱。此時(shí)，能夠更加準(zhǔn)確地接合半導(dǎo)體元件和功率模塊用基板。并且，所述氧化銀膏可以除所述氧化銀及所述還原劑外還含有Ag粒子。此時(shí)，Ag粒子介于氧化銀粉末之間，氧化銀還原而得到的Ag粒子和氧化銀膏中所含有的Ag粒子燒結(jié)，從而能夠使第2燒成層成為更加致密的結(jié)構(gòu)。并且，能夠在接合時(shí)將半導(dǎo)體元件的加壓壓カ設(shè)定得較低。并且，優(yōu)選作為Ag粒子的平均直徑在20nm以上SOOnm以下。根據(jù)本發(fā)明能夠提供一種半導(dǎo)體元件準(zhǔn)確地接合于電路層一面，且熱循環(huán)及動(dòng)力循環(huán)可靠性優(yōu)異的功率模塊及功率模塊的制造方法。


圖I是作為本發(fā)明的實(shí)施方式的功率模塊的概要說(shuō)明圖。圖2是圖I所示的功率模塊的電路層與半導(dǎo)體元件的接合界面的放大說(shuō)明圖。圖3是圖2的電路層表面的放大說(shuō)明圖。圖4是表示含玻璃Ag膏的制造方法的流程圖。圖5是表示氧化銀膏的制造方法的流程圖。圖6是表示圖I的功率模塊的制造方法的流程圖。圖7是本發(fā)明例I的功率模塊的電路層與半導(dǎo)體元件的接合界面的截面觀察照片。 符號(hào)說(shuō)明I-功率模塊，3-半導(dǎo)體元件，10-功率模塊用基板，11-陶瓷基板(絕緣層)，12-電路層，31-第I燒成層，32-玻璃層，33-Ag層，34-導(dǎo)電性粒子，35-玻璃粒子，38-第2燒成層。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖I表示作為本發(fā)明的實(shí)施方式的功率模塊。該功率模塊I具備有配設(shè)有電路層12的功率模塊用基板10、接合于電路層12的一面(圖I中為上表面)的半導(dǎo)體芯片3及配設(shè)于功率模塊用基板10的另ー側(cè)的冷卻器40。功率模塊用基板10具備有構(gòu)成絕緣層的陶瓷基板11、配設(shè)于該陶瓷基板11的一面的電路層12及配設(shè)于陶瓷基板11的另一面的金屬層13。陶瓷基板11防止電路層12與金屬層13之間的電性連接，其由絕緣性較高的AlN(氮化鋁)構(gòu)成。并且，陶瓷基板11的厚度設(shè)定在0. 2 I. 5mm的范圍內(nèi)，本實(shí)施方式中設(shè)定為 0. 635mm。電路層12通過(guò)在陶瓷基板11的一面接合具有導(dǎo)電性的金屬板而形成。本實(shí)施方式中，電路層12通過(guò)由純度達(dá)99. 99%以上的鋁(所謂4N鋁)壓延板構(gòu)成的鋁板接合于陶瓷基板11而形成。金屬層13通過(guò)在陶瓷基板11的另一面接合金屬板而形成。本實(shí)施方式中，與電路層12相同，金屬層13通過(guò)由純度達(dá)99. 99%以上的鋁(所謂4N鋁)壓延板構(gòu)成的鋁板接合于陶瓷基板11而形成。冷卻器40用于冷卻前述功率模塊用基板10，其具備有與功率模塊用基板10接合的頂板部41、從該頂板部41朝向下方而垂設(shè)的散熱片42及用于使冷卻介質(zhì)(例如冷卻水)流通的通道43。該冷卻器40 (頂板部41)優(yōu)選由熱傳導(dǎo)性良好的材質(zhì)構(gòu)成，本實(shí)施方式中由A6063 (鋁合金)構(gòu)成。另外，本實(shí)施方式中，冷卻器40的頂板部41與金屬層13之間設(shè)有由鋁或鋁合金或者包含鋁的復(fù)合材(例如AlSiC等)構(gòu)成的緩沖層15。并且，在圖I所示的功率模塊I中，電路層12與半導(dǎo)體元件3之間形成有第I燒成層31及第2燒成層38。其中，在電路層12的一面層疊有第I燒成層31，且在該第I燒成層31上層疊有第2燒成層38，在該第2燒成層38上層疊有半導(dǎo)體元件3。另外，如圖I所示，第I燒成層31及第2燒成層38并未形成于電路層12的整個(gè)表面，而是僅選擇性地形成于配設(shè)半導(dǎo)體芯片3的部分。在此，如后述，第I燒成層31成為包含玻璃成分的含玻璃Ag膏的燒成體。如圖2及圖3所不,該第I燒成層31具備有形成于電路層12側(cè)的玻璃層32和形成于該玻璃層32上的Ag層33。玻璃層32內(nèi)部分散有粒徑為數(shù)納米左右的微細(xì)的導(dǎo)電性粒子34。該導(dǎo)電性粒子34成為含有Ag或Al中至少ー種的結(jié)晶性粒子。另外，玻璃層32內(nèi)的導(dǎo)電性粒子34可通過(guò)利用例如透射式電子顯示鏡(TEM)來(lái)觀察。另外，Ag層33的內(nèi)部分散有粒徑為數(shù)納米左右的微細(xì)的玻璃粒子35。另外，該第I燒成層31的厚度方向的電阻值P成為0. 5 Q以下。在此，本實(shí)施方 式中，第I燒成層31的厚度方向上的電阻值P設(shè)為第I燒成層31的上表面與電路層12的上表面之間的電阻值。這是因?yàn)?，與第I燒成層31的厚度方向的電阻相比，構(gòu)成電路層12的4N鋁的電阻非常小。另外，測(cè)定該電阻時(shí)，測(cè)定第I燒成層31的上表面中心點(diǎn)與電路層12上的點(diǎn)之間的電阻，該電路層12上的點(diǎn)與第I燒成層31端部相距的距離是和第I燒成層31的所述上表面中心點(diǎn)至第I燒成層31端部的距離同等的距離。另外，本實(shí)施方式中，由于電路層12由純度達(dá)99. 99%的鋁構(gòu)成，因此在電路層12的表面形成有在大氣中自然產(chǎn)生的鋁氧化皮膜。在此，在前述的形成有第I燒成層31的部分中，該鋁氧化皮膜已被去除，在電路層12上直接形成有第I燒成層31。即，直接接合構(gòu)成電路層12的鋁和玻璃層32。本實(shí)施方式中構(gòu)成為，玻璃層32的厚度tg為0. 01 ii m彡tg彡5 ii m, Ag層33的厚度ta為I ii m彡ta彡100 ii m，整個(gè)第I燒成層31的厚度tl為I. 01 y m彡tl彡105 y m。形成于所述第I燒成層31上即Ag層33上的第2燒成層38成為氧化銀還原的Ag燒成體，本實(shí)施方式中，如后述，成為包含氧化銀和還原劑的氧化銀膏的燒成體。其中，在通過(guò)還原氧化銀生成的Ag層33表面上析出的粒子為例如粒徑為IOnm I y m的非常微細(xì)的粒子，因此可形成致密的Ag燒成層。另外，該第2燒成層38中，在第I燒成層31的Ag層33中觀察到的玻璃粒子并不存在或非常少。能夠根據(jù)該玻璃粒子的疏密來(lái)判別第I燒成層31的Ag層33和第2燒成層38。本實(shí)施方式中，第2燒成層38的厚度t2成為5 ii m彡t2彡50 ii m。下面，對(duì)構(gòu)成第I燒成層31的含玻璃Ag膏進(jìn)行說(shuō)明。該含玻璃Ag膏含有Ag粉末、含有ZnO的無(wú)鉛玻璃粉末、樹(shù)脂、溶劑及分散劑，由Ag粉末和無(wú)鉛玻璃粉末構(gòu)成的粉末成分的含量為整個(gè)含玻璃Ag膏的60質(zhì)量％以上90質(zhì)量％以下，剰余部分為樹(shù)脂、溶劑、分散劑。另外，本實(shí)施方式中，由Ag粉末和無(wú)鉛玻璃粉末構(gòu)成的粉末成分的含量為整個(gè)含玻璃Ag膏的85質(zhì)量％。另外，該含玻璃Ag膏的粘度調(diào)整為IOPa* s以上500Pa s以下，更優(yōu)選調(diào)整為50Pa s 以上 300Pa s 以下。Ag粉末的粒徑為0. 05iim以上I. Oiim以下，本實(shí)施方式中使用平均粒徑為
0.m的Ag粉末。無(wú)鉛玻璃粉末中作為主成分包含Bi203、ZnO, B2O3,其?；瘻囟仍?00°C以上450°C以下，軟化溫度為600°C以下，結(jié)晶溫度為450°C以上。另外，Ag粉末的重量A與無(wú)鉛玻璃粉末的重量G的重量比A/G調(diào)整在80/20至99/1范圍內(nèi)，本實(shí)施方式中設(shè)為A/G=80/5。溶劑適合為沸點(diǎn)為200°C以上的物質(zhì)，本實(shí)施方式中使用ニこニ醇ニ丁醚。樹(shù)脂調(diào)整含玻璃Ag膏的粘度，其適合為在500°C以上被分解的物質(zhì)。本實(shí)施方式中使用こ基纖維素。并且，本實(shí)施方式中，添加ニ羧酸系分散劑。另外，可以不添加分散劑就構(gòu)成含玻璃Ag膏。在此，對(duì)本實(shí)施方式中使用的無(wú)鉛玻璃粉末進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施方式中的無(wú)鉛玻璃粉末的玻璃組合成為如下Bi2O3 68質(zhì)量％以上93質(zhì)量％以下， ZnO I質(zhì)量％以上20質(zhì)量％以下，B2O3 :1質(zhì)量％以上11質(zhì)量％以下，SiO2 :5 質(zhì)量 ％ 以上，Al2O3 5 質(zhì)量 ％ 以上，F(xiàn)e2O3 :5 質(zhì)量 ％ 以上，CuO :5 質(zhì)量 ％ 以上，CeO2 5 質(zhì)量 ％ 以上，ZrO2 5 質(zhì)量 ％ 以上，堿金屬氧化物'2質(zhì)量％以下，堿土類(lèi)金屬氧化物7質(zhì)量％以下。S卩，將Bi203、ZnO、B2O3設(shè)為必要成分，在此基礎(chǔ)上按需要適當(dāng)添加Si02、A1203、Fe203、CuO> CeO2 > ZrO2> Li20、Na20、K2O 等堿金屬氧化物和 MgO、CaO> BaO> SrO 等堿土類(lèi)金屬氧化物。這種含有ZnO的無(wú)鉛玻璃粉末如下制造。作為原料使用上述各種氧化物、碳酸鹽或銨鹽。將該原料裝入鉬坩堝、氧化鋁坩堝或石英坩堝等，在熔解爐中熔融。熔融條件無(wú)特殊限制，但為使原料全部以液相均勻混合，優(yōu)選設(shè)在900°C以上1300°C以下、30分鐘以上120分鐘以下的范圍內(nèi)。通過(guò)將所得的熔融物投入至碳、鋼鐵、銅板、對(duì)輥、水等中淬冷來(lái)制造出均勻的玻璃塊。通過(guò)用球磨機(jī)、噴磨機(jī)等粉碎該玻璃塊并對(duì)粗大粒子進(jìn)行分級(jí)來(lái)得到無(wú)鉛玻璃粉末。在此，本實(shí)施方式中，將無(wú)鉛玻璃粉末的平均粒徑d50設(shè)在0. Iiim以上5. Oiim以下的范圍內(nèi)。接著，參照?qǐng)D4所示的流程圖對(duì)含玻璃Ag膏的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，混合前述Ag粉末和無(wú)鉛玻璃粉末生成混合粉末(混合粉末形成エ序SOl )。并且,混合溶劑和樹(shù)脂生成有機(jī)混合物(有機(jī)物混合エ序S02)。然后，通過(guò)混合器對(duì)混合粉末、有機(jī)混合物和分散劑進(jìn)行預(yù)混(預(yù)混エ序S03)。接著，利用輥磨機(jī)揉搓預(yù)混物的同時(shí)進(jìn)行混合(混煉エ序S04 )。然后，將所得的混煉物通過(guò)膏過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾(過(guò)濾エ序S05)。如此，制造出前述含玻璃Ag膏。
接著，對(duì)構(gòu)成第2燒成層38的氧化銀膏進(jìn)行說(shuō)明。該氧化銀膏含有氧化銀粉末、還原劑、樹(shù)脂和溶剤。本實(shí)施方式中，除這些成分外還含有有機(jī)金屬化合物粉末。氧化銀粉末的含量為整個(gè)氧化銀膏的60質(zhì)量％以上80質(zhì)量％以下，還原劑的含量為整個(gè)氧化銀膏的5質(zhì)量％以上15質(zhì)量％以下，有機(jī)金屬化合物粉末的含量為整個(gè)氧化銀膏的0質(zhì)量％以上10質(zhì)量％以下，剰余部分為溶剤。在此，為抑制通過(guò)燒結(jié)而得到的第2燒成層38中殘存未反應(yīng)的有機(jī)物，氧化銀膏中不添加分散劑或樹(shù)脂。另外，將該氧化銀膏的粘度調(diào)整為IOPa* s以上IOOPa* s以下，更優(yōu)選調(diào)整為30Pa s 以上 80Pa s 以下。使用粒徑為0. I ii m以上40 ii m以下的氧化銀粉末。另外，這種氧化銀粉末可購(gòu)買(mǎi) 市售品。還原劑為具有還原性的有機(jī)物，例如能夠使用醇、有機(jī)酸。若為醇，則能夠使用例如甲醇、こ醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、壬醇、癸醇、i^一烷醇、十二烷醇、月桂醇、肉豆蘧醇、十六烷醇、十八烷醇等一元醇。另外，除這些以外，也可使用有多個(gè)醇基的化合物。若為有機(jī)酸，則能夠使用例如丁酸、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、十九烷酸等飽和脂肪酸。另外，除這些以外，也可使用不飽和脂肪酸。另外，若為與氧化銀粉末混合后不易發(fā)生還原反應(yīng)的還原劑，則會(huì)提高氧化銀膏的保存穩(wěn)定性。因此，作為還原劑，優(yōu)選熔點(diǎn)為室溫以上的還原劑，具體而言，優(yōu)選使用肉ii蓮醇、1_十二燒醇、2，5_ ニ甲基_2，5-己ニ醇、2，2_ ニ甲基-I, 3-丙ニ醇、1，6-己ニ醇、1，2，6-己三醇、1，10-癸ニ醇、肉豆蘧酸、癸酸等。有機(jī)金屬化合物具有通過(guò)由熱分解生成的有機(jī)酸促進(jìn)氧化銀的還原反應(yīng)的作用。作為具有這種作用的有機(jī)金屬化合物可舉蟻酸Ag、醋酸Ag、丙酸Ag、苯甲酸Ag、草酸Ag等羧酸系金屬鹽等。從確保氧化銀膏的保存穩(wěn)定性、印刷性的觀點(diǎn)來(lái)看，溶劑優(yōu)選使用高沸點(diǎn)(150°C 300°C)溶剤。具體而言，能夠使用a-萜品醇、こ酸-2-こ基己酷、こ酸-3-甲基丁酯等。接著，參照?qǐng)D5所示的流程圖對(duì)上述氧化銀膏的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，混合前述的氧化銀粉末、還原劑(固體)和有機(jī)金屬化合物粉末生成固體成分混合物(固體成分混合エ序S11)。接著，在該固體成分混合物中添加溶劑并進(jìn)行攪拌(攪拌エ序S 12)。然后，利用輥磨機(jī)(例如三輥磨機(jī))揉搓攪拌物的同時(shí)進(jìn)行混合(混煉エ序S13)。如此，制造出前述氧化銀膏。另外，優(yōu)選所得的氧化銀膏在冷藏室等中低溫(例如5 15°C)保存。接著，參照?qǐng)D6所示的流程圖對(duì)作為本實(shí)施方式的功率模塊I的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，準(zhǔn)備成為電路層12的鋁板和成為金屬層13的鋁板，通過(guò)釬料將這些鋁板分別層疊于陶瓷基板11的一面以及另一面，并進(jìn)行加壓或加熱后冷卻，由此接合所述鋁板和陶瓷基板11 (電路層接合エ序S21)。另外，該釬焊溫度設(shè)定為640°C 650°C。接著，通過(guò)釬料在金屬層13的另一面?zhèn)冉雍侠鋮s器40(冷卻器接合エ序S22)。另夕卜，冷卻器40的釬焊溫度設(shè)定為590°C 610°C。然后，在電路層12的表面涂布含玻璃Ag膏(含玻璃Ag膏涂布エ序S23)。另外，在涂布含玻璃Ag膏時(shí)能夠采用網(wǎng)版印刷法、膠版印刷法、感光性エ藝等各種方法。本實(shí)施方式中，通過(guò)網(wǎng)版印刷法在電路層12的搭載半導(dǎo)體芯片3的部分形成含玻璃Ag膏。接著，以在電路層12表面涂布含玻璃Ag膏的狀態(tài)進(jìn)行干燥后裝入加熱爐內(nèi)進(jìn)行含玻璃Ag膏的燒成(第I燒成エ序S24)。另外，此時(shí)燒成溫度設(shè)定為350 645°C。通過(guò)該第I燒成エ序S24，在電路層12的一面形成具備玻璃層32和Ag層33的第 I燒成層31。此時(shí)，通過(guò)玻璃層32在電路層12表面自然生成的鋁氧化皮膜被熔融去除，在電路層12直接形成玻璃層32。另外，玻璃層32的內(nèi)部分散有粒徑為數(shù)納米左右的微細(xì)的導(dǎo)電性粒子34。該導(dǎo)電性粒子34為含有Ag或Al中至少ー種的結(jié)晶性粒子，推測(cè)其是在燒成時(shí)析出到玻璃層32內(nèi)部的物質(zhì)。另外，Ag層33的內(nèi)部分散有粒徑為數(shù)納米左右的微細(xì)的玻璃粒子35。推測(cè)該玻璃粒子35是在進(jìn)行Ag粒子的燒結(jié)的過(guò)程中由殘存的玻璃成分凝集的物質(zhì)。接著，在第I燒成層31的表面涂布氧化銀膏(氧化銀膏涂布エ序S25)。另外，在涂布氧化銀膏時(shí)能夠采用網(wǎng)版印刷法、膠版印刷法、感光性エ藝等各種方法。本實(shí)施方式中，通過(guò)網(wǎng)版印刷法印刷氧化銀膏。接著，以涂布氧化銀膏的狀態(tài)進(jìn)行干燥(例如在室溫、大氣氣氛下保管24小吋)后，在氧化銀膏上層疊半導(dǎo)體元件3 (半導(dǎo)體元件層疊エ序S26)。然后，將半導(dǎo)體元件3和功率模塊用基板10以層疊的狀態(tài)裝入加熱爐內(nèi)并進(jìn)行氧化銀膏的燒成(第2燒成エ序S27)。此時(shí)，載荷設(shè)為0 lOMPa，燒成溫度設(shè)為150 400°C。另外，優(yōu)選能夠通過(guò)將半導(dǎo)體元件3和功率模塊用基板10以向?qū)盈B方向加壓的狀態(tài)進(jìn)行加熱來(lái)更準(zhǔn)確地接合。此時(shí)，加壓壓カ優(yōu)選為0 lOMPa。如此，在第I燒成層31上形成第2燒成層38，接合半導(dǎo)體芯片3和電路層12。由此，制造作為本實(shí)施方式的功率模塊I。成為如上結(jié)構(gòu)的作為本實(shí)施方式的功率模塊I中，由于在電路層12的一面形成由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的燒成體構(gòu)成的第I燒成層31，在該第I燒成層31上形成由氧化銀還原的Ag燒成體構(gòu)成的第2燒成層38，因此能夠在形成該第2燒成層38時(shí)接合半導(dǎo)體元件3和電路層12。另外，由于層疊有第I燒成層31及第2燒成層38，因此能夠確保介于電路層12與半導(dǎo)體元件3之間的接合層的厚度。由此，能夠抑制熱循環(huán)負(fù)載時(shí)應(yīng)力作用于半導(dǎo)體元件3,并能夠防止半導(dǎo)體元件3本身的破損。另外，由于第2燒成層38成為包含氧化銀和還原劑的氧化銀膏的燒成體，因此在燒成氧化銀膏時(shí)，氧化銀被還原劑還原而成為微細(xì)的銀粒子，能夠?qū)⒌?燒成層38設(shè)為致密的構(gòu)造。并且，由于還原劑在還原氧化銀時(shí)被分解，因此不易殘存于第2燒成層38中，從而能夠確保第2燒成層38中的導(dǎo)電性及強(qiáng)度。另外，由于能夠在例如300°C之類(lèi)的較低溫條件下燒成，因此能夠?qū)雽?dǎo)體元件3的接合溫度抑制得較低，井能夠減少向半導(dǎo)體元件3的熱負(fù)載。并且,作為本實(shí)施方式的功率模塊I中，由于第I燒成層31具備有形成于電路層12的一面的玻璃層32和層疊于該玻璃層32上的Ag層33,因此能夠?qū)⑿纬捎陔娐穼?2表面的氧化皮膜與玻璃層32發(fā)生反應(yīng)來(lái)去除，井能夠準(zhǔn)確地接合電路層12和半導(dǎo)體元件3。而且，本實(shí)施方式中，由于在玻璃層32內(nèi)部分散有粒徑為數(shù)納米左右的微細(xì)的導(dǎo)電性粒子34，因此在玻璃層32中也能夠確保導(dǎo)電性。具體而言，本實(shí)施方式中，包括玻璃層32在內(nèi)的第I燒成層31的厚度方向的電阻值P設(shè)定在0.5 Q以下。因此，能夠通過(guò)第I燒成層31及第2燒成層38在半導(dǎo)體元件3和電路層12之間準(zhǔn)確地進(jìn)行電導(dǎo)通，井能夠構(gòu)成可靠性較高的功率模塊I。另外，本實(shí)施方式中，由于使用由絕緣性及強(qiáng)度優(yōu)異的AlN (氮化鋁)構(gòu)成的陶瓷 基板11作為絕緣層，因此能夠謀求提高功率模塊用基板10的可靠性。并且，能夠通過(guò)在該陶瓷基板11上釬焊鋁板來(lái)輕松地形成電路層12。另外，本實(shí)施方式中，由于在陶瓷基板11的另一面(圖I中為下側(cè))通過(guò)金屬層13及緩沖層13配設(shè)有冷卻器40，因此能夠防止功率模塊I因從半導(dǎo)體芯片3的散熱而成為高溫。另外，由于在作為本實(shí)施方式的功率模塊I的制造方法中，具備有在電路層12的一面涂布含玻璃Ag膏的含玻璃Ag膏涂布エ序S23和燒成干燥后的含玻璃Ag膏來(lái)形成第I燒成層31的第I燒成エ序S24，因此能夠在電路層12上形成由玻璃層32及Ag層33構(gòu)成的第I燒成層31。另外，由于具備有在第I燒成層31上涂布氧化銀膏的氧化銀膏涂布エ序S25、在涂布好的氧化銀膏上層疊半導(dǎo)體元件3的半導(dǎo)體元件層疊エ序S26、及層疊半導(dǎo)體元件3和功率模塊用基板10且進(jìn)行加熱來(lái)在第I燒成層31上形成第2燒成層38的第2燒成エ序S27,因此能夠通過(guò)第I燒成層31和第2燒成層38來(lái)接合半導(dǎo)體元件3和電路層12。另外，更優(yōu)選將半導(dǎo)體元件3和功率模塊用基板10以向?qū)盈B方向加壓的狀態(tài)加熱來(lái)進(jìn)行接合。并且，由于形成第2燒成層38的第2燒成エ序S27中的燒成溫度為400°C以下，因此在接合時(shí)能夠降低向半導(dǎo)體元件3的熱負(fù)載。并且，由于第2燒成エ序S27中燒成溫度成為150°C以上，因此能夠去除氧化銀膏中所含的還原劑等，井能夠確保第2燒成層38中的導(dǎo)電性及強(qiáng)度。另外，由于形成第I燒成層31的第I燒成エ序S24中的燒成溫度成為350°C以上，因此能夠燒成含玻璃Ag膏來(lái)準(zhǔn)確形成第I燒成層31。另外，由于第I燒成エ序S24中的燒成溫度成為645°C以下，因此能夠防止電路層12或陶瓷基板11的劣化。另外，本實(shí)施方式中，由于氧化銀膏中添加有有機(jī)金屬化合物，因此通過(guò)由該有機(jī)金屬化合物進(jìn)行熱分解而生成的有機(jī)酸，促進(jìn)氧化銀的還原反應(yīng)。另外，由于作為與氧化銀膏混合的還原劑使用在室溫中為固體的物質(zhì)，因此能夠防止在燒成前進(jìn)行還原反應(yīng)。另外，由于氧化銀膏中未添加分散劑或樹(shù)脂，因此能夠防止有機(jī)物殘存于第2燒成層38中。另外，由于氧化銀膏的粘度調(diào)整為IOPa s以上IOOPa s以下，更優(yōu)選調(diào)整為30Pa *s以上80Pa *s以下，因此在第I燒成層31上涂布氧化銀膏的氧化銀膏涂布エ序S25中，能夠應(yīng)用網(wǎng)版印刷法等，并且能夠僅在配設(shè)半導(dǎo)體元件3的部分選擇性地形成第2燒成層38。由此，能夠削減氧化膏的使用量，并能夠大幅削減該功率模塊I的制造成本。另外，本實(shí)施方式中，由于構(gòu)成第I燒成層31的含玻璃Ag膏含有Ag粉末和含有ZnO的無(wú)鉛玻璃粉末，無(wú)鉛玻璃粉末的軟化溫度設(shè)定為600°C以下，因此能夠以較低溫?zé)珊Ａg膏。具體而言，能夠?qū)⑿纬傻贗燒成層的第I燒成エ序S24中的燒成溫度設(shè)定為350°C以上645°C以下。由此，能夠?qū)㈦娐穼?2伴隨含玻璃Ag膏的燒成的劣化或電路層12與陶瓷基板11的接合強(qiáng)度下降等問(wèn)題防患于未然，并能夠制造出高品質(zhì)的功率模塊I。另外，由于含玻璃Ag膏的粘度調(diào)整為IOPa s以上500Pa s以下，更優(yōu)選調(diào)整為50Pa*s以上300Pa *s以下，因此在電路層12表面涂布含玻璃Ag膏的含玻璃Ag膏涂布エ序S23中，能夠應(yīng)用網(wǎng)版印刷法等，并且能夠僅在配設(shè)半導(dǎo)體元件3的部分選擇性地形成第I燒成層31。由此，能夠削減含玻璃Ag膏的使用量，并能夠大幅削減該功率模塊I的制造 成本。以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅限于此，在不脫離其發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)可進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儭＠?，?duì)將構(gòu)成電路層及金屬層的金屬板設(shè)為純度達(dá)99. 99%的純鋁壓延板的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但不限于此，可由其他鋁或鋁合金構(gòu)成。另外，可將構(gòu)成電路層及金屬層的金屬板由純銅或銅合金構(gòu)成。另外，對(duì)通過(guò)釬焊接合鋁板和陶瓷基板的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但不限于此，可應(yīng)用瞬間液相擴(kuò)散連接法(transient liquid phase bonding)、鑄造法等。另外，當(dāng)由銅或銅合金構(gòu)成形成電路層及金屬層的金屬板時(shí)，在將由銅或銅合金構(gòu)成的金屬板接合于陶瓷基板之際，能夠應(yīng)用直接接合法(DBC法)、活性金屬法、鋳造法等。另外，關(guān)于含玻璃Ag膏的原料和配合量也不限于實(shí)施方式中所述的內(nèi)容。例如，對(duì)使用無(wú)鉛玻璃粉末的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但也可使用含有鉛的玻璃。另外，關(guān)于氧化銀膏的原料和配合量不限于實(shí)施方式中記載的內(nèi)容。例如也可不含有機(jī)金屬化合物。另外，關(guān)于第I燒成層31中的玻璃層32和Ag層33的厚度、第2燒成層38的厚度也不限于本實(shí)施方式。另外，對(duì)使用由AlN構(gòu)成的陶瓷基板作為絕緣層的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但不限于此，可使用由Si3N4或Al2O3等構(gòu)成的陶瓷基板，也可由絕緣樹(shù)脂構(gòu)成絕緣層。另外，對(duì)將成為電路層的鋁板接合于陶瓷基板，并且接合冷卻器后在電路層上形成第I燒成層的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但不限于此，可在將鋁板接合于陶瓷基板之前，或者在接合冷卻器之前形成第I燒成層。另外，對(duì)在冷卻器的頂板部與金屬層之間設(shè)置由鋁或鋁合金或者含鋁復(fù)合材(例如AlSiC等)構(gòu)成的緩沖層的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但也可不具備該緩沖層。另外，對(duì)由鋁構(gòu)成冷卻器的頂板部的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但可由鋁合金或含鋁的復(fù)合材等構(gòu)成，也可由其他材料構(gòu)成。另外，作為冷卻器，對(duì)具有散熱片及冷卻介質(zhì)的通道的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但對(duì)冷卻器的構(gòu)造無(wú)特別限制。另外，氧化銀膏除氧化銀粉末及還原劑外還可含有Ag粒子。Ag粒子介于氧化銀粉末之間，由此氧化銀還原而得到的Ag與該Ag粒子燒結(jié)，從而能夠?qū)⒌?燒成層設(shè)為更致密的構(gòu)造。由此，在接合時(shí)能夠?qū)雽?dǎo)體元件的加壓壓カ設(shè)定得較低。另外，該Ag粒子的表層可包含有機(jī)物。此時(shí)，能夠利用有機(jī)物分解時(shí)的熱提高低溫下的燒結(jié)性。[實(shí)施例I]以下，對(duì)為確認(rèn)本發(fā)明的效果而進(jìn)行的確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。(本發(fā)明例)作為本發(fā)明例，準(zhǔn)備了前述實(shí)施方式中所記載的功率模塊I。即，在由純度達(dá)99. 99%以上的鋁板構(gòu)成的電路層12上形成由含玻璃Ag膏的燒成體構(gòu)成的第I燒成層31，并且，在該第I燒成層31上形成由氧化銀膏的燒成體構(gòu)成的第2燒成層38來(lái)接合半導(dǎo)體元件3。 另外，陶瓷基板11使用由AlN構(gòu)成、27mmX 17mm、厚度為0. 6mm的陶瓷基板。另夕卜，電路層12及金屬層13使用由4N招構(gòu)成、25mmX 15mm、厚度為0. 6mm的層。半導(dǎo)體元件3設(shè)為絕緣柵雙極晶體管(IGBT、Insulated Gate BipolarTransistor)元件,使用13_X 10mm、厚度為0. 25mm的半導(dǎo)體元件。此時(shí)，作為含玻璃Ag膏的玻璃粉末使用包含90. 6質(zhì)量％的Bi2O3,2. 6質(zhì)量％的Zn0、6. 8質(zhì)量％的B2O3的無(wú)鉛玻璃粉末。另外，作為樹(shù)脂使用こ基纖維素、作為溶劑使用ニこニ醇ニ丁醚。另外，添加ニ羧酸系分散劑。另外，準(zhǔn)備兩種氧化銀膏。本發(fā)明例I中，使用如下氧化銀膏其使用市售的氧化銀粉末(和光純藥エ業(yè)株式會(huì)社制)、作為還原劑的肉豆蘧醇、作為溶劑的2，2，4-三甲基-1，3-戊ニ醇單酯(2-丙酸甲酷)，以氧化銀粉末80質(zhì)量％、還原劑(肉豆蘧醇):10質(zhì)量％、溶劑(2，2，4-三甲基-1，3-戊ニ醇單(2-丙酸甲酷))剰余部分的比例混合。本發(fā)明例2中，使用如下氧化銀膏其使用市售的氧化銀粉末(和光純藥エ業(yè)板式會(huì)社制)、作為還原劑的肉豆蘧醇、作為有機(jī)金屬化合物的醋酸銀粉末、作為溶劑的2，2，4-三甲基-1，3-戊ニ醇單酯(2-丙酸甲酷)，以氧化銀粉末；75質(zhì)量％、還原劑(肉豆蘧醇)8質(zhì)量％、有機(jī)金屬化合物(醋酸Ag) 8質(zhì)量％、溶劑(2，2，4-三甲基-1，3-戊ニ醇單(2-丙酸甲酷))剰余部分的比例混合。另外，在電路層12表面涂布含玻璃Ag膏的含玻璃Ag膏涂布エ序S23中，將含玻璃Ag膏的涂布厚度設(shè)為lOiim。并且，在第I燒成エ序S24中，將燒成溫度設(shè)為575 °C，燒成時(shí)間設(shè)為10分鐘。另外，在第I燒成層31上涂布氧化銀膏的氧化銀膏涂布エ序S25中，將氧化銀膏的涂布厚度設(shè)為50 ii m。并且，在第2燒成エ序S27中，將燒成溫度設(shè)為300°C，燒成時(shí)間設(shè)為2小吋。另外，將半導(dǎo)體元件3的加壓壓カ設(shè)為3MPa。(以往例)作為以往例，準(zhǔn)備如下功率模塊其在上述電路層12的表面形成厚度為5 的Ni電鍍膜，通過(guò)焊錫材(Sn-Ag-Cu系無(wú)鉛焊錫)載置半導(dǎo)體元件3，并在還原爐內(nèi)焊接接合。另外，將半導(dǎo)體元件3的加壓壓カ設(shè)為OMPa。(比較例)
作為比較例1、2，將本發(fā)明例1、2中使用的氧化銀膏直接涂布于電路層12的表面來(lái)在上述電路層12的表面接合半導(dǎo)體元件3。燒成條件與本發(fā)明例1、2相同。另外，將半導(dǎo)體元件3的加壓壓カ設(shè)為3MPa。(SEM 觀察)首先，在本發(fā)明例I的功率模塊中，以200倍的倍率對(duì)電路層與半導(dǎo)體元件的接合界面進(jìn)行SEM觀察。結(jié)果示于圖7。另外，(a)為ニ級(jí)電子圖像，(b)為試樣的面分析結(jié)果(Ag映像圖)，(c)為試樣的面分析結(jié)果(Bi映像圖)。從圖7的(C)可確認(rèn)在電路層的表面層狀分布有作為玻璃成分的Bi且形成有玻璃層。另外，從圖7的(b)及(c)可確認(rèn)在玻璃層上存在Ag母相中分散有玻璃粒子的Ag層。另外，在該倍率下可確認(rèn)形成于Ag層上的第2燒成層上未分散有玻璃粒子。(評(píng)價(jià))
接著，使用本發(fā)明例、以往例及比較例的功率模塊進(jìn)行冷熱循環(huán)試驗(yàn)及動(dòng)カ循環(huán)試驗(yàn)，并對(duì)冷熱循環(huán)試驗(yàn)后的接合率、熱電阻的上升率及動(dòng)カ循環(huán)試驗(yàn)后的熱電阻的上升率進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用超聲波探傷裝置對(duì)于接合率進(jìn)行評(píng)價(jià)，其由以下公式計(jì)算。其中，初始接合面積為接合前應(yīng)接合的面積，即半導(dǎo)體元件面積。在超聲波探傷圖像中剝離由接合部?jī)?nèi)的白色部分表示，因此將該白色部分的面積設(shè)為剝離面積。接合率=(初始接合面積-剝離面積)/初始接合面積熱電阻如下測(cè)定。以100W的電カ對(duì)加熱器芯片進(jìn)行加熱，利用熱電偶對(duì)加熱器芯片的溫度進(jìn)行實(shí)測(cè)。另外，對(duì)在散熱片中流通的冷卻介質(zhì)(こニ醇水=9:1)的溫度進(jìn)行實(shí)測(cè)。而且，將電力除加熱片的溫度與冷卻介質(zhì)的溫度差值設(shè)為熱電阻。冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)片負(fù)載_40°C—— 110°C的冷熱循環(huán)來(lái)進(jìn)行。本實(shí)施例中，實(shí)施3000次該冷熱循環(huán)。動(dòng)カ循環(huán)試驗(yàn)中，在15VU50A的通電條件下對(duì)加熱器芯片反復(fù)實(shí)施通電時(shí)間2秒、冷卻時(shí)間8秒，使IGBT元件的溫度在30°C至130°C的范圍內(nèi)變化。本實(shí)施例中，實(shí)施20萬(wàn)次該動(dòng)カ循環(huán)。進(jìn)行該冷熱循環(huán)試驗(yàn)后測(cè)定接合率及熱電阻的上升率。另外，進(jìn)行功率模塊試驗(yàn)后測(cè)量熱電阻的上升率。其評(píng)價(jià)結(jié)果示于表I。[表I]
I冷熱循環(huán)試驗(yàn)I 動(dòng)カ循環(huán)試驗(yàn)
接合率熱電阻上升率熱電阻上升率
本發(fā)明例 I98.2%0.1%5.2%
本發(fā)明例 298.3%0.2%4.8%
以往例99.1%0.2%30.2%
比較例 I70.2%20.4%52.8%
比較例 2 I: 65.6% I: 31.7% I 61.7%
在電路層表面直接涂布氧化銀膏來(lái)接合半導(dǎo)體元件的比較例1、2中，半導(dǎo)體元件與電路層之間的接合層上發(fā)生了剝離。另外，接合率也較低，在熱循環(huán)試驗(yàn)及動(dòng)カ循環(huán)試驗(yàn)中熱電阻的上升率變得極高。從結(jié)果得知，即使僅使用氧化銀膏接合半導(dǎo)體元件也未能得到充分的接合強(qiáng)度。另外，在電路層的表面上形成Ni電鍍膜并釬焊半導(dǎo)體元件的以往例中，在半導(dǎo)體元件與電路層之間的接合層上未發(fā)生剝離，接合率良好且在熱循環(huán)試驗(yàn)中也得到良好的結(jié)果。但是，在動(dòng)カ循環(huán)試驗(yàn)中，熱電阻的上升率變高達(dá)30. 2%，未能充分確保接合可靠性。與此相對(duì)，在電路層的表面上形成含玻璃Ag膏的燒成體，且在該燒成體上涂布氧化銀膏來(lái)接合半導(dǎo)體元件的本發(fā)明例1、2中，在半導(dǎo)體元件與電路層之間的接合層上未發(fā)生剝離，接合率也示出98. 2%,98. 3%的較高值。另外，在熱循環(huán)試驗(yàn)及動(dòng)カ循環(huán)試驗(yàn)中也未確認(rèn)到熱電阻的大幅上升。[實(shí)施例2]
接著,使用含有粒徑在20nm以上800nm以下的Ag粒子的氧化銀膏來(lái)構(gòu)成功率模塊，對(duì)其進(jìn)行冷熱循環(huán)試驗(yàn)及動(dòng)カ循環(huán)試驗(yàn)，并對(duì)冷熱循環(huán)后的接合率及熱電阻的上升率、以及動(dòng)力循環(huán)試驗(yàn)后的熱電阻的上升率進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明例3 5中使用的氧化銀膏為在本發(fā)明例I及比較例I中使用的氧化銀膏中添加平均粒徑為40nm的Ag粉的氧化銀膏。另外，氧化銀粉末與Ag粉的混合比設(shè)為以質(zhì)量比計(jì)為氧化銀粉末ム8粉=9:1。本發(fā)明例6 8中使用的氧化銀膏為在本發(fā)明例2及比較例2中使用的氧化銀膏中添加平均粒徑為800nm的Ag粉的氧化銀膏。另外，氧化銀粉末與Ag粉的混合比設(shè)為以質(zhì)量比計(jì)為氧化銀粉末ム8粉=9:1。本發(fā)明例9 11中使用的氧化銀膏為在本發(fā)明例I及比較例I中使用的氧化銀膏中添加平均粒徑為40nm的Ag粉的氧化銀膏。另外，氧化銀粉末與Ag粉的混合比設(shè)為以質(zhì)量比計(jì)為氧化銀粉末Ag粉=9: I。關(guān)于電路層12，本發(fā)明例3 8中使用Al，本發(fā)明例9_11中使用Cu。另外，與本發(fā)明例1、2相同地制作了功率模塊。此時(shí)，如表2所示般變更第2燒成エ序S27中的半導(dǎo)體元件3的加壓壓力。評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。[表2]
權(quán)利要求
1.一種功率模塊，具備在絕緣層的一面配設(shè)有電路層的功率模塊用基板和搭載于所述電路層上的半導(dǎo)體元件，其特征在于， 在所述電路層的一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的燒成體構(gòu)成的第I燒成層， 在該第I燒成層上形成有由氧化銀還原的Ag燒成體構(gòu)成的第2燒成層。
2.如權(quán)利要求I所述的功率模塊，其特征在于， 所述第I燒成層具備有形成于電路層的一面的玻璃層和層疊于該玻璃層上的Ag層， 所述Ag層上分散有玻璃粒子。
3.如權(quán)利要求I或2所述的功率模塊，其特征在于， 所述第2燒成層成為包含氧化銀和還原劑的氧化銀膏的燒成體。
4.如權(quán)利要求3所述的功率模塊，其特征在于， 所述氧化銀膏除所述氧化銀及還原劑外還含有Ag粒子。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的功率模塊，其特征在于， 所述絕緣層為選自AIN、Si3N4或Al2O3的陶瓷基板。
6.一種功率模塊的制造方法，所述功率模塊具備在絕緣層的一面配設(shè)有電路層的功率模塊用基板和搭載于所述電路層上的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述制造方法具備 通過(guò)在所述電路層的一面涂布含有玻璃成分的含玻璃Ag膏并進(jìn)行加熱處理來(lái)形成第I燒成層的工序； 在所述第I燒成層上涂布包含氧化銀和還原劑的氧化銀膏的工序； 在涂布好的氧化銀膏上層疊半導(dǎo)體元件的工序；及 將所述半導(dǎo)體元件和所述功率模塊用基板以層疊的狀態(tài)進(jìn)行加熱來(lái)在所述第I燒成層上形成第2燒成層的工序， 并且，接合所述半導(dǎo)體元件和所述電路層。
7.如權(quán)利要求6所述的功率模塊的制造方法，其特征在于， 在形成第2燒成層的工序中的所述氧化銀膏的燒成溫度在150°C以上400°C以下。
8.如權(quán)利要求6或7所述的功率模塊的制造方法，其特征在于， 形成所述第I燒成層的工序中的所述含玻璃Ag膏的燒成溫度在350°C以上645°C以下。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的功率模塊的制造方法，其特征在于， 在形成所述第2燒成層的工序中，將所述半導(dǎo)體元件和所述功率模塊用基板以向?qū)盈B方向加壓的狀態(tài)進(jìn)行加熱。
10.如權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的功率模塊的制造方法，其特征在于， 所述氧化銀膏除所述氧化銀及所述還原劑外還含有Ag粒子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件準(zhǔn)確地接合于電路層的一面，且熱循環(huán)及動(dòng)力循環(huán)可靠性優(yōu)異的功率模塊及功率模塊的制造方法。本發(fā)明的功率模塊(1)具備在絕緣層(11)的一面配設(shè)有電路層(12)的功率模塊用基板(10)和搭載于電路層(12)上的半導(dǎo)體元件(3)，其特征在于，在電路層(12)的一面形成有由含有玻璃成分的含玻璃Ag膏的燒成體構(gòu)成的第1燒成層(31)，在該第1燒成層(31)之上形成由氧化銀還原的Ag燒成體構(gòu)成的第2燒成層(38)。
文檔編號(hào)H01L21/48GK102810524SQ201210167770
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者仙石文衣理, 西元修司, 西川仁人, 長(zhǎng)友義幸 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社