專利名稱：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，為控制電動汽車或電動車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)異的金屬板并通過該金屬板接合冷卻器來散熱的構(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)電性劣化這樣的問題。因此，例如如專利文獻(xiàn)I中所公開，以往，都是通過無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)焊錫材來接合半導(dǎo)體元件。另外，專利文獻(xiàn)2中提出有不使用焊錫材而使用Ag納米膏來接合半導(dǎo)體元件的技術(shù)。另外，在專利文獻(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)。專利文獻(xiàn)I :日本專利公開2004-172378號公報專利文獻(xiàn)2 :日本專利公開2006-202938號公報專利文獻(xiàn)3 :日本專利公開2008-208442號公報專利文獻(xiàn)4 :日本專利公開2009-267374號公報然而，如專利文獻(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)體元件為止的過程中，Ni電鍍膜的表面因氧化等而劣化，與通過焊錫材接合的半導(dǎo)體元件的接合可靠性降低。另外，當(dāng)通過用釬焊在功率模塊用基板上接合冷卻器時，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)行對功率模塊用基板與冷卻器進(jìn)行釬焊來形成帶冷卻器的功率模塊用基板之后，將整個該帶冷卻器的功率模塊用基板浸潰在電鍍浴內(nèi)。此時，電路層以外的部分也會形成Ni電鍍膜，當(dāng)冷卻器由鋁或鋁合金構(gòu)成時，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的問題。
另ー方面，如專利文獻(xiàn)2中所公開，不使用焊錫材而使用Ag納米膏接合半導(dǎo)體元件時，因為由Ag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，如專利文獻(xiàn)3、4中所公開，當(dāng)用金屬氧化物和還原劑接合半導(dǎo)體元件時，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，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燒成層時接合半導(dǎo)體元件。在此，當(dāng)還原氧化銀時，會生成微細(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，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，當(dāng)燒成氧化銀膏時,氧化銀通過還原劑準(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，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度優(yōu)異，能夠謀求提高功率模塊的可靠性。另外，能夠通過在該陶瓷基板上接合金屬板來輕松地形成電路層。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，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接合半導(dǎo)體元件時，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，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，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，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)明的實施方式的功率模塊的概要說明圖。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明圖。圖3是圖2的電路層表面的放大說明圖。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。 符號說明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。
具體實施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。圖I表示作為本發(fā)明的實施方式的功率模塊。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)，本實施方式中設(shè)定為 0. 635mm。電路層12通過在陶瓷基板11的一面接合具有導(dǎo)電性的金屬板而形成。本實施方式中，電路層12通過由純度達(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通過在陶瓷基板11的另一面接合金屬板而形成。本實施方式中，與電路層12相同，金屬層13通過由純度達(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，本實施方式中由A6063 (鋁合金)構(gòu)成。另外，本實施方式中，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可通過利用例如透射式電子顯示鏡(TEM)來觀察。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。這是因為，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，測定該電阻時，測定第I燒成層31的上表面中心點與電路層12上的點之間的電阻，該電路層12上的點與第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至第I燒成層31端部的距離同等的距離。另外，本實施方式中，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判別第I燒成層31的Ag層33和第2燒成層38。本實施方式中，第2燒成層38的厚度t2成為5 ii m彡t2彡50 ii m。下面，對構(gòu)成第I燒成層31的含玻璃Ag膏進(jìn)行說明。該含玻璃Ag膏含有Ag粉末、含有ZnO的無鉛玻璃粉末、樹脂、溶劑及分散劑，由Ag粉末和無鉛玻璃粉末構(gòu)成的粉末成分的含量為整個含玻璃Ag膏的60質(zhì)量％以上90質(zhì)量％以下，剰余部分為樹脂、溶劑、分散劑。另外，本實施方式中，由Ag粉末和無鉛玻璃粉末構(gòu)成的粉末成分的含量為整個含玻璃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，本實施方式中使用平均粒徑為
0.m的Ag粉末。無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)，本實施方式中設(shè)為A/G=80/5。溶劑適合為沸點為200°C以上的物質(zhì)，本實施方式中使用ニこニ醇ニ丁醚。樹脂調(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)。本實施方式中使用こ基纖維素。并且，本實施方式中，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，對本實施方式中使用的無鉛玻璃粉末進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施方式中的無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 等堿土類金屬氧化物。這種含有ZnO的無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)。通過將所得的熔融物投入至碳、鋼鐵、銅板、對輥、水等中淬冷來制造出均勻的玻璃塊。通過用球磨機、噴磨機等粉碎該玻璃塊并對粗大粒子進(jìn)行分級來得到無鉛玻璃粉末。在此，本實施方式中，將無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，參照圖4所示的流程圖對含玻璃Ag膏的制造方法進(jìn)行說明。首先，混合前述Ag粉末和無鉛玻璃粉末生成混合粉末(混合粉末形成エ序SOl )。并且,混合溶劑和樹脂生成有機混合物(有機物混合エ序S02)。然后，通過混合器對混合粉末、有機混合物和分散劑進(jìn)行預(yù)混(預(yù)混エ序S03)。接著，利用輥磨機揉搓預(yù)混物的同時進(jìn)行混合(混煉エ序S04 )。然后，將所得的混煉物通過膏過濾器進(jìn)行過濾(過濾エ序S05)。如此，制造出前述含玻璃Ag膏。
接著，對構(gòu)成第2燒成層38的氧化銀膏進(jìn)行說明。該氧化銀膏含有氧化銀粉末、還原劑、樹脂和溶剤。本實施方式中，除這些成分外還含有有機金屬化合物粉末。氧化銀粉末的含量為整個氧化銀膏的60質(zhì)量％以上80質(zhì)量％以下，還原劑的含量為整個氧化銀膏的5質(zhì)量％以上15質(zhì)量％以下，有機金屬化合物粉末的含量為整個氧化銀膏的0質(zhì)量％以上10質(zhì)量％以下，剰余部分為溶剤。在此，為抑制通過燒結(jié)而得到的第2燒成層38中殘存未反應(yīng)的有機物，氧化銀膏中不添加分散劑或樹脂。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買 市售品。還原劑為具有還原性的有機物，例如能夠使用醇、有機酸。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，也可使用有多個醇基的化合物。若為有機酸，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。有機金屬化合物具有通過由熱分解生成的有機酸促進(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、印刷性的觀點來看，溶劑優(yōu)選使用高沸點(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，參照圖5所示的流程圖對上述氧化銀膏的制造方法進(jìn)行說明。首先，混合前述的氧化銀粉末、還原劑(固體)和有機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(例如三輥磨機)揉搓攪拌物的同時進(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，參照圖6所示的流程圖對作為本實施方式的功率模塊I的制造方法進(jìn)行說明。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。本實施方式中，通過網(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，此時燒成溫度設(shè)定為350 645°C。通過該第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，通過玻璃層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，推測其是在燒成時析出到玻璃層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。推測該玻璃粒子35是在進(jìn)行Ag粒子的燒結(jié)的過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。本實施方式中，通過網(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，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)行加熱來更準(zhǔn)確地接合。此時，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，制造作為本實施方式的功率模塊I。成為如上結(jié)構(gòu)的作為本實施方式的功率模塊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，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)電性及強度。另外，由于能夠在例如300°C之類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，本實施方式中，由于使用由絕緣性及強度優(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，能夠通過在該陶瓷基板11上釬焊鋁板來輕松地形成電路層12。另外，本實施方式中，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,因此能夠通過第I燒成層31和第2燒成層38來接合半導(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，本實施方式中，由于氧化銀膏中添加有有機金屬化合物，因此通過由該有機金屬化合物進(jìn)行熱分解而生成的有機酸，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脂，因此能夠防止有機物殘存于第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的無鉛玻璃粉末，無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的接合強度下降等問題防患于未然，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，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，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?。例如，對將?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，對通過釬焊接合鋁板和陶瓷基板的情況進(jìn)行了說明，但不限于此，可應(yīng)用瞬間液相擴散連接法(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，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施方式中所述的內(nèi)容。例如，對使用無鉛玻璃粉末的情況進(jìn)行了說明，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施方式中記載的內(nèi)容。例如也可不含有機金屬化合物。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施方式。另外，對使用由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，也可由絕緣樹脂構(gòu)成絕緣層。另外，對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)行了說明，但也可不具備該緩沖層。另外，對由鋁構(gòu)成冷卻器的頂板部的情況進(jìn)行了說明，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，對具有散熱片及冷卻介質(zhì)的通道的情況進(jìn)行了說明，但對冷卻器的構(gòu)造無特別限制。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物。此時，能夠利用有機物分解時的熱提高低溫下的燒結(jié)性。[實施例I]以下，對為確認(rèn)本發(fā)明的效果而進(jìn)行的確認(rèn)實驗的結(jié)果進(jìn)行說明。(本發(fā)明例)作為本發(fā)明例，準(zhǔn)備了前述實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，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的無鉛玻璃粉末。另外，作為樹脂使用こ基纖維素、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)板式會社制)、作為還原劑的肉豆蘧醇、作為有機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，通過焊錫材(Sn-Ag-Cu系無鉛焊錫)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。(評價)
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)試驗及動カ循環(huán)試驗，并對冷熱循環(huán)試驗后的接合率、熱電阻的上升率及動カ循環(huán)試驗后的熱電阻的上升率進(jìn)行評價。利用超聲波探傷裝置對于接合率進(jìn)行評價，其由以下公式計算。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內(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定。以100W的電カ對加熱器芯片進(jìn)行加熱，利用熱電偶對加熱器芯片的溫度進(jìn)行實測。另外，對在散熱片中流通的冷卻介質(zhì)(こニ醇水=9:1)的溫度進(jìn)行實測。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)實驗通過對試驗片負(fù)載_40°C—— 110°C的冷熱循環(huán)來進(jìn)行。本實施例中，實施3000次該冷熱循環(huán)。動カ循環(huán)試驗中，在15VU50A的通電條件下對加熱器芯片反復(fù)實施通電時間2秒、冷卻時間8秒，使IGBT元件的溫度在30°C至130°C的范圍內(nèi)變化。本實施例中，實施20萬次該動カ循環(huán)。進(jìn)行該冷熱循環(huán)試驗后測定接合率及熱電阻的上升率。另外，進(jìn)行功率模塊試驗后測量熱電阻的上升率。其評價結(jié)果示于表I。[表I]
I冷熱循環(huán)試驗I 動カ循環(huán)試驗
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)試驗及動カ循環(huán)試驗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)試驗中也得到良好的結(jié)果。但是，在動カ循環(huán)試驗中，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，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)試驗及動カ循環(huán)試驗中也未確認(rèn)到熱電阻的大幅上升。[實施例2]
接著,使用含有粒徑在20nm以上800nm以下的Ag粒子的氧化銀膏來構(gòu)成功率模塊，對其進(jìn)行冷熱循環(huán)試驗及動カ循環(huán)試驗，并對冷熱循環(huán)后的接合率及熱電阻的上升率、以及動力循環(huán)試驗后的熱電阻的上升率進(jìn)行評價。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，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。評價結(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H01L21/48GK102810524SQ201210167770
公開日2012年12月5日 申請日期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, 長友義幸 申請人:三菱綜合材料株式會社