4C以及電路圖案6C由銅或銅合金制作。絕緣板5S由氮化娃陶瓷制作。
[0038]在本對比例中，與電路圖案6C電連接的部件，即電力用半導(dǎo)體元件8、柵極Al導(dǎo)線9、主Al導(dǎo)線10、陽極Cu電極11、陰極Cu電極12以及控制Cu電極13，分別與由銅或銅合金構(gòu)成的電路圖案6C連接。即，作為與電路圖案6C的電連接，僅使用與銅或銅合金的連接。例如，由鋁或鋁合金制作的導(dǎo)線通過超聲波接合與由銅或銅合金制作的電路圖案6C接合。即，導(dǎo)線的連接作為不同種類的材料間的接合而進(jìn)行，即，作為Al/Cu接合而進(jìn)行。在其接合界面容易形成氧化膜，其結(jié)果，電氣接合可靠性容易變得不充分。
[0039]對此，根據(jù)本實(shí)施方式(圖1以及圖2)，電路圖案6A由鋁或鋁合金制作，且焊盤板IC由銅或銅合金制作。由此，作為與電路圖案6A的電連接，能夠選擇與由鋁或鋁合金制作的電路圖案6A接合、以及與由銅或銅合金制作的焊盤板IC接合。由此，能夠根據(jù)與電路基板電連接的部件的種類，選擇可靠性更高的接合方法。因此，能夠提高電氣接合可靠性。其結(jié)果，使電力模塊91的耐久性提高。即，電力模塊91能夠在更長期間內(nèi)使用。
[0040]如上所述，能夠選擇與銷或銷合金的接合、以及與銅或銅合金的接合這一點(diǎn)，在直接接合中特別重要，例如在超聲波接合中是很有益的。
[0041]陽極Cu電極11、陰極Cu電極12以及控制Cu電極13直接接合在由銅或銅合金制作的焊盤板IC上。如上所述，通過將電極的連接作為同種材料間的接合而進(jìn)行，從而提高電氣接合可靠性。
[0042]由鋁或鋁合金制作的柵極Al導(dǎo)線9以及主Al導(dǎo)線10，與由鋁或鋁合金制作的電路圖案6A直接接合。由此，能夠?qū)?dǎo)線的連接作為同種材料間的接合而進(jìn)行。因此，提高電氣接合可靠性。另外，與使用金等高價(jià)的材料的情況相比，通過使用鋁或鋁合金，能夠降低材料成本。
[0043]用于將電力用半導(dǎo)體元件8與焊盤板IC接合的接合材料7含有銀。由此，提高導(dǎo)熱性，所以能夠更有效地去除來自電力用半導(dǎo)體元件8的熱量。因此，進(jìn)一步提高電力模塊91對于熱循環(huán)的耐久性。
[0044]另外，由于對于由銅或銅合金制作的焊盤板IC使用含有銀的接合材料7，所以能夠容易地進(jìn)行接合。此外，難以將含有銀的接合材料7直接對由鋁或鋁合金制作的電路圖案6A使用而進(jìn)行接合，即使在電路圖案6A上實(shí)施鍍鉻，該難度也不會明顯改變。
[0045]通過作為絕緣板5A的材料而使用導(dǎo)熱率較高的氮化鋁陶瓷，從而提高散熱效率。因此，能夠?qū)⒃O(shè)置在電力模塊91中的金屬基座板2或外部散熱器(未圖示)等散熱系統(tǒng)縮小。
[0046]實(shí)施方式2.
[0047]參照圖5以及圖6，本實(shí)施方式的電力模塊92(電力用半導(dǎo)體裝置)具有電路基板以及安裝在該電路基板上的電力用半導(dǎo)體元件8。電路基板具有絕緣板5S、接合圖案4C、電路圖案6C以及焊盤板1A。
[0048]絕緣板5S由氮化硅陶瓷制作。絕緣板5S具有下表面SI (第I面)和上表面S2 (與第I面相反的第2面)
[0049]接合圖案4C接合在絕緣板5S的下表面SI上。接合圖案4C由銅或銅合金制作。電路圖案6C接合在絕緣板5S的上表面S2上。電路圖案6C由銅或銅合金制作。接合圖案4C以及電路圖案6C與絕緣板5S的接合，能夠通過銅直接接合(DBC:Direct Bonded Copper)或AMB進(jìn)行。
[0050]焊盤板IA與電路圖案6C接合。該接合能夠通過在真空中對電路圖案6C以及焊盤板IA高溫加壓而實(shí)現(xiàn)的固相擴(kuò)散接合進(jìn)行。焊盤板IA僅局部地覆蓋電路圖案6C。焊盤板IA由銷或銷合金制作。
[0051]電力模塊92具有直接接合在電路圖案6C上的、由銅或銅合金中的某一種制作的電極。優(yōu)選這些電極通過超聲波接合而接合在電路圖案6C上。具體地說，電力模塊92具有陽極Cu電極11、陰極Cu電極12以及控制Cu電極13。這些電極是從殼體14的內(nèi)部延伸至外部的電極，即外部電極。
[0052]電力模塊92具有柵極Al導(dǎo)線9以及主Al導(dǎo)線10，它們作為由鋁或鋁合金制作的導(dǎo)線。柵極Al導(dǎo)線9以及主Al導(dǎo)線10各自的一端與電力用半導(dǎo)體元件8接合。另外，柵極Al導(dǎo)線9以及主Al導(dǎo)線10各自的另一端與焊盤板IA直接接合，優(yōu)選通過固相擴(kuò)散接合進(jìn)行接合，例如通過超聲波接合進(jìn)行接合。
[0053]此外，對于除了上述以外的結(jié)構(gòu)，由于與上述的實(shí)施方式I的結(jié)構(gòu)大致相同，因此對于相同或?qū)?yīng)的要素，標(biāo)注相同的標(biāo)號，不重復(fù)進(jìn)行其說明。
[0054]根據(jù)本實(shí)施方式，電路圖案6C由銅或銅合金制作，且焊盤板IA由鋁或鋁合金制作。由此，作為與電路圖案6C的電連接，能夠選擇與由銅或銅合金制作的電路圖案6C接合、以及與由鋁或鋁合金制作的焊盤板IA接合。由此，與實(shí)施方式I相同地，能夠根據(jù)與電路基板電連接的材料的種類，選擇可靠性更高的接合方法。因此，能夠提高電氣接合可靠性。其結(jié)果，提高電力模塊92的耐久性。即，電力模塊92能夠在更長期間內(nèi)使用。
[0055]如上所述，能夠選擇與銷或銷合金接合、以及與銅或銅合金接合這一點(diǎn)，在直接接合中特別重要，例如在超聲波接合中是很有益的。
[0056]由鋁或鋁合金制作的導(dǎo)線，與由鋁或鋁合金制作的焊盤板IA直接接合。由此，能夠?qū)?dǎo)線的連接作為同種材料間的接合而進(jìn)行。因此，提高電氣接合可靠性。此外，在本實(shí)施方式中，在柵極Al導(dǎo)線9的接合中也使用焊盤板1A，但不一定需要對全部導(dǎo)線都使用焊盤板。例如，也可以對作為電力模塊92的主電流路徑的主Al導(dǎo)線10，設(shè)置焊盤板1A，另一方面，對作為控制信號路徑的柵極Al導(dǎo)線9，省略焊盤板1A。
[0057]通過由氮化硅陶瓷制作絕緣板5S，從而能夠以更小的厚度確保所需的機(jī)械強(qiáng)度。因此，能夠使電力模塊92縮小。
[0058]在上述各實(shí)施方式中，作為電力用半導(dǎo)體元件8的半導(dǎo)體材料，例如，可以使用Si，也可以使用如SiC或GaN那樣的寬帶隙半導(dǎo)體。寬帶隙半導(dǎo)體適于在高溫下使用，在利用該優(yōu)點(diǎn)時(shí)，確保如上所述的電力用半導(dǎo)體元件8的電氣接合可靠性是特別重要的。
[0059]此外，本發(fā)明在其發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠自由地組合各實(shí)施方式，或適當(dāng)?shù)貙Ω鲗?shí)施方式進(jìn)行變形、省略。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電力用半導(dǎo)體裝置，其具有: 電力用半導(dǎo)體元件；以及 電路基板，其安裝有所述電力用半導(dǎo)體元件， 所述電路基板包含: 絕緣板，其由氮化鋁陶瓷制作，具有第I面和與所述第I面相反的第2面； 接合圖案，其接合在所述絕緣板的所述第I面上，由鋁以及鋁合金中的某一種制作； 電路圖案，其接合在所述絕緣板的所述第2面上，由鋁以及鋁合金中的某一種制作；以及 焊盤板，其與所述電路圖案接合，僅局部地覆蓋所述電路圖案，由銅以及銅合金中的某一種制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力用半導(dǎo)體裝置， 還具有電極，該電極直接接合在所述焊盤板上，由銅以及銅合金中的某一種制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力用半導(dǎo)體裝置， 所述電力用半導(dǎo)體元件使用含有銀的接合材料與所述焊盤板接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力用半導(dǎo)體裝置， 還具有導(dǎo)線，該導(dǎo)線與所述電路圖案直接接合，由鋁以及鋁合金中的某一種制作。
5.一種電力用半導(dǎo)體裝置，其具有: 電力用半導(dǎo)體元件；以及 電路基板，其安裝有所述電力用半導(dǎo)體元件， 所述電路基板包含: 絕緣板，其由氮化硅陶瓷制作，具有第I面和與所述第I面相反的第2面； 接合圖案，其接合在所述絕緣板的所述第I面上，由銅以及銅合金中的某一種制作； 電路圖案，其接合在所述絕緣板的所述第2面上，由銅以及銅合金中的某一種制作；以及 焊盤板，其與所述電路圖案接合，僅局部地覆蓋所述電路圖案，由鋁以及鋁合金中的某一種制作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力用半導(dǎo)體裝置， 還具有導(dǎo)線，該導(dǎo)線與所述焊盤板直接接合，由鋁以及鋁合金中的某一種制作。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠提高電氣接合可靠性的電力用半導(dǎo)體裝置。安裝電力用半導(dǎo)體元件(8)的電路基板具有絕緣板(5A)、接合圖案(4A)、電路圖案(6A)以及焊盤板(1C)。絕緣板(5A)由氮化鋁陶瓷制作，具有第1面以及第2面(S1、S2)。接合圖案(4A)接合在絕緣板(5A)的第1面(S1)上，由鋁或鋁合金制作。電路圖案(6A)接合在絕緣板(5A)的第2面(S2)上，由鋁或鋁合金制作。焊盤板(1C)與電路圖案(6A)接合，僅局部地覆蓋電路圖案(6A)，由銅或銅合金制作。
【IPC分類】H01L23-14, H01L23-12
【公開號】CN104851843
【申請?zhí)枴緾N201510085084
【發(fā)明人】山口義弘, 柳本辰則, 石橋秀俊
【申請人】三菱電機(jī)株式會社
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年2月16日
【公告號】DE102015201182A1, US20150237718