CN104067386A - 功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、功率模块用基板的制造方法以及铜部件接合用浆料 - Google Patents

功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、功率模块用基板的制造方法以及铜部件接合用浆料 Download PDF

Info

Publication number
CN104067386A
CN104067386A CN201380006339.6A CN201380006339A CN104067386A CN 104067386 A CN104067386 A CN 104067386A CN 201380006339 A CN201380006339 A CN 201380006339A CN 104067386 A CN104067386 A CN 104067386A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power module
copper
ceramic substrate
module substrate
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380006339.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104067386B (zh
Inventor
寺崎伸幸
长友义幸
西川仁人
黑光祥郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2012267299A external-priority patent/JP5605423B2/ja
Priority claimed from JP2012267298A external-priority patent/JP2013179263A/ja
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Publication of CN104067386A publication Critical patent/CN104067386A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104067386B publication Critical patent/CN104067386B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0271—Arrangements for reducing stress or warp in rigid printed circuit boards, e.g. caused by loads, vibrations or differences in thermal expansion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0016—Brazing of electronic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B23K35/025—Pastes, creams, slurries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3006—Ag as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/365—Selection of non-metallic compositions of coating materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/025—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of glass or ceramic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C16/00—Alloys based on zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C28/00—Alloys based on a metal not provided for in groups C22C5/00 - C22C27/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/04—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing tin or lead
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/06—Alloys based on silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/203—Measuring back scattering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/046—Surface mounting
    • H05K13/0465—Surface mounting by soldering
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • H05K3/388—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of a metallic or inorganic thin film adhesion layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/42—Printed circuits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/08—Non-oxidic interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/121—Metallic interlayers based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/122—Metallic interlayers based on refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/124—Metallic interlayers based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/125—Metallic interlayers based on noble metals, e.g. silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/126—Metallic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/126—Metallic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C04B2237/127—The active component for bonding being a refractory metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/126—Metallic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C04B2237/128—The active component for bonding being silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/366—Aluminium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/368—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/407—Copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/60—Forming at the joining interface or in the joining layer specific reaction phases or zones, e.g. diffusion of reactive species from the interlayer to the substrate or from a substrate to the joining interface, carbide forming at the joining interface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/704—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/706—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the metallic layers or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/708—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/72—Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/633—Specific applications or type of materials thickness, density, surface weight (unit area)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/01—Dielectrics
    • H05K2201/0137—Materials
    • H05K2201/0175—Inorganic, non-metallic layer, e.g. resist or dielectric for printed capacitor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12542—More than one such component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明的功率模块用基板中，由铜或铜合金构成的铜板层叠并接合于陶瓷基板(11)的表面，在所述铜板与所述陶瓷基板(11)之间，氮化物层(31)形成于所述陶瓷基板(11)的表面，在所述氮化物层与所述铜板之间形成有厚度为15μm以下的Ag-Cu共晶组织层(32)。

Description

功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、功率模块用基板的制造方法以及铜部件接合用浆料
技术领域
本发明涉及一种在控制大电流、高电压的半导体装置中所使用的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、功率模块用基板的制造方法以及铜部件接合用浆料。
本申请基于2012年2月1日在日本申请的专利申请2012-020171号、2012年2月1日在日本申请的专利申请2012-020172号、2012年12月6日在日本申请的专利申请2012-267298号以及2012年12月6日在日本申请的专利申请2012-267299号主张优先权，并将其内容援用于本说明书中。
背景技术
在半导体元件中，用于供给电力的功率模块的发热量比较高，因此作为搭载该功率模块的基板，例如使用如下功率模块用基板，其具备：由AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)、Si3N4(氮化硅)等构成的陶瓷基板；在该陶瓷基板的一面侧接合第一金属板而构成的电路层；及在陶瓷基板的另一面侧接合第二金属板而构成的金属层。
在这种功率模块基板中，功率元件等半导体元件经由焊材搭载于所述电路层上。
专利文献1中提出将铝板用作第一金属板(电路层)及第二金属板(金属层)而成的功率模块用基板。
专利文献2、3中提出一种功率模块用基板，该功率模块用基板将第一金属板(电路层)以及第二金属板(金属层)作为铜板，并通过使用Ag-Cu-Ti系钎料的活性金属法将所述铜板接合于陶瓷基板。
专利文献1：日本专利第3171234号公报
专利文献2：日本专利公开昭60-177634号公报
专利文献3：日本专利第3211856号公报
在专利文献1所记载的功率模块用基板中，将铝板用作构成电路层的第一金属板。与铜相比，铝的导热率低，因此在将铝板用作电路层的情况下，与使用铜板的情况相比，无法使来自搭载于电路层上的电气部件等发热体的热量扩散并发散。因此，在功率密度因电子部件的小型化和高输出化而上升时有可能无法充分地发散热量。
在专利文献2、3中，由铜板构成电路层，因此能够有效地发散来自搭载于电路层上的电气部件等发热体的热量。如专利文献2、3所记载，通过活性金属法接合铜板和陶瓷基板的情况下，Ag-Cu-Ti系钎料通过Cu和Ag的反应而熔融并凝固于铜板和陶瓷基板的接合部，从而铜部件和陶瓷部件被接合，并且形成Ag-Cu共晶组织层。
所述Ag-Cu共晶组织层非常硬，因此当冷热循环加载于上述功率模块用基板时，在因陶瓷基板和铜板的热膨胀系数之差而引起的剪切应力作用时，存在Ag-Cu共晶组织层不变形而陶瓷基板上产生破裂的问题。
发明内容
本发明是鉴于所述问题而提出的，其目的在于提供一种由铜或铜合金构成的铜板接合于陶瓷基板而成且能够抑制冷热循环负载时陶瓷基板产生破裂的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、功率模块用基板的制造方法以及铜部件接合用浆料。
为了解决所述课题，本发明的一种方式的功率模块用基板，在陶瓷基板的表面层叠并接合由铜或铜合金构成的铜板，在所述铜板与所述陶瓷基板之间，氮化物层形成于所述陶瓷基板的表面，在所述氮化物层与所述铜板之间形成有厚度为15μm以下的Ag-Cu共晶组织层。
该功率模块用基板中，在所述铜板与陶瓷基板的接合部形成的Ag-Cu共晶组织层厚度为15μm以下，因此在冷热循环负载时，即使因所述陶瓷基板与所述铜板之间的热膨胀系数之差而引起的剪切应力作用的情况下，所述铜板也适当地变形，并能够抑制所述陶瓷基板的破裂。并且，所述氮化物层形成于所述陶瓷基板的表面，因此能够可靠地接合所述陶瓷基板和所述铜板。
所述陶瓷基板优选由AlN或Si3N4中的任一种构成。该情况下，所述陶瓷基板中所含有的氮与氮化物形成元素进行反应而在所述陶瓷基板表面形成氮化物层(与构成陶瓷基板的氮化物不同的氮化物)，陶瓷基板和氮化物层会牢固地结合。
所述氮化物层优选含有选自Ti、Hf、Zr及Nb中的一种或两种以上元素(氮化物形成元素)的氮化物。该情况下，所述陶瓷基板和所述氮化物层会牢固地结合，所述陶瓷基板和所述铜板能够牢固地接合。
本发明的另一种方式所涉及的自带散热器的功率模块用基板具备所述功率模块用基板和接合于所述功率模块用基板并冷却所述功率模块用基板的散热器。
根据具有该结构的自带散热器的功率模块用基板，通过散热器能够发散在功率模块用基板产生的热量。由于铜板和陶瓷基板被牢固地接合，因此能够将功率模块用基板的热量可靠地向散热器侧传递。
本发明的另一种方式所涉及的功率模块具备所述功率模块用基板和搭载于所述电路层上的电子部件。
根据具有该结构的功率模块，能够有效地发散来自搭载于电路层上的电子部件的热量，因此即使在电子部件的功率密度(发热量)增大的情况下也能够充分地应对。
本发明的另一种方式所涉及的功率模块用基板的制造方法为，由铜或铜合金构成的铜板层叠并接合于陶瓷基板表面的功率模块用基板的制造方法，其中，具有：铜部件接合用浆料涂布工序，在所述陶瓷基板的接合面及所述铜板的接合面中的至少一个接合面，形成含有Ag和氮化物形成元素的Ag及氮化物形成元素层；层叠工序，经由所述Ag及氮化物形成元素层，层叠所述陶瓷基板和所述铜板；加热工序，将所层叠的所述陶瓷基板和所述铜板向层叠方向加压并进行加热，并在所述陶瓷基板与所述铜板的界面形成熔融金属区域；及凝固工序，通过使所述熔融金属区域凝固而接合所述陶瓷基板和所述铜板，在所述加热工序中，通过使Ag向所述铜板一侧扩散，在所述陶瓷基板与所述铜板的界面形成所述熔融金属区域，并且在所述陶瓷基板的表面形成氮化物层。
根据具有该结构的功率模块用基板的制造方法，在所述加热工序中，通过使Ag向所述铜板一侧扩散，在所述陶瓷基板与所述铜板的界面形成所述熔融金属区域，能够将熔融金属区域的厚度限制得较薄，并且能够将在所述熔融金属区域中所生成的Ag-Cu共晶组织层的厚度设为15μm以下。在所述加热工序中，在所述陶瓷基板的表面形成氮化物层，因此能够牢固地接合陶瓷基板和铜板。所述Ag-Cu共晶组织层的厚度例如也可以为0.1μm以上且15μm以下。
所述氮化物形成元素优选为选自Ti、Hf、Zr及Nb中的一种或两种以上的元素。该情况下，在所述陶瓷基板的表面能够形成含有Ti、Hf、Zr及Nb中的氮化物的氮化物层，并且能够牢固地接合陶瓷基板和铜板。从降低成本的观点来看，尤其优选的元素为Ti。
在所述铜部件接合用浆料涂布工序中，除了添加Ag及氮化物形成元素之外，优选添加选自In、Sn、Al、Mn及Zn中的一种或两种以上的添加元素。该情况下，由于在所述加热工序中熔点降低，因此能够在更低温度下形成所述熔融金属区域，并且能够使所述Ag-Cu共晶组织层的厚度进一步变薄。
在所述铜部件接合用浆料涂布工序中，优选涂布含有Ag及氮化物形成元素的浆料。该情况下，在所述陶瓷基板的接合面及所述铜板的接合面中的至少一个接合面，能够可靠地形成Ag及氮化物形成元素层。
所述含有Ag及氮化物形成元素的浆料也可以含有所述氮化物形成元素的氢化物。该情况下，所述氮化物形成元素的氢化物的氢起到还原剂的作用，因此能够去除形成于铜板表面的氧化膜等，并且能够可靠地进行Ag的扩散及氮化物的形成。
本发明的另一方式所涉及的铜部件接合用浆料为，将由铜或铜合金构成的铜部件和陶瓷部件进行接合时使用的铜部件接合用浆料，其中，含有含Ag及所述氮化物形成元素的粉末成分、树脂及溶剂，所述粉末成分的组成中，氮化物形成元素的含量为0.4质量％以上且75质量％以下，残余部分为Ag及不可避免杂质。
该结构的铜部件接合用浆料中，具有含Ag及氮化物形成元素的粉末成分，因此在铜部件与陶瓷部件的接合部进行涂布并加热时，粉末成分中的Ag向铜部件一侧扩散，从而，形成基于Cu和Ag的反应的熔融金属区域。并且，所述熔融金属区域凝固，因此铜部件和陶瓷基板而被接合。
即，通过Ag向铜部件的扩散而形成熔融金属区域，因此接合部中的熔融金属区域不会形成得过厚，接合后(凝固后)所形成的Ag-Cu共晶组织层的厚度变薄。如此，较硬的Ag-Cu共晶组织层的厚度形成得较薄，因此能够抑制产生陶瓷部件的破裂。
并且，所述粉末成分的组成中，氮化物形成元素的含量为0.4质量％以上且75质量％以下，残余部分为Ag及不可避免杂质，因此在陶瓷部件的表面能够形成氮化物层。如此，陶瓷部件和铜部件经由氮化物层而被接合，因此能够提高陶瓷基板和铜板的接合强度。
若氮化物形成元素的含量低于0.4质量％，则有可能无法可靠地形成氮化物层，且陶瓷基板和铜板的接合强度会降低。若氮化物形成元素的含量超过75质量％，则有可能无法确保向铜部件扩散的Ag的量，且无法接合陶瓷基板和铜板。基于以上原因，在所述粉末成分中，将氮化物形成元素的含量设定在0.4质量％以上且75质量％以下的范围内。
粉末成分可以为混合Ag粉末和氮化物形成元素粉末的物质，也可以为Ag和氮化物形成元素的合金粉末。
构成所述粉末成分的粉末粒径优选为40μm以下。该情况下，能够将该铜部件接合用浆料涂布得较薄。从而，能够使接合后(凝固后)所形成的Ag-Cu共晶组装层的厚度进一步变薄。所述粉末的粒径例如也可以为0.01～40μm。
所述粉末成分的含量优选为40质量％以上且90质量％以下。该情况下，由于粉末成分的含量为40质量％以下，因此能够使Ag向铜部件扩散而可靠地形成熔融金属区域，并能够接合铜部件和陶瓷部件。在陶瓷部件的表面能够形成氮化物层。另一方面，由于粉末成分的含量为90质量％以下，因此树脂及溶剂的含量得到确保而能够可靠地涂布于铜部件与陶瓷部件的接合部。
所述粉末成分也可以含有所述氮化物形成元素的氢化物。
该情况下，氮化物形成元素的氢化物的氢起到还原剂的作用，因此能够去除形成于铜板表面的氧化膜等，并能够可靠地进行Ag的扩散及氮化物层的形成。
另外，所述粉末成分优选除了含有所述Ag及所述氮化物形成元素之外，还含有选自In、Sn、Al、Mn及Zn中的一种或两种以上的添加元素，且Ag的含量至少为25质量％以上。
该情况下，能够以更低的温度形成所述熔融金属区域，Ag的所需以上的扩散得到抑制，并能够使Ag-Cu共晶组织层变薄。
优选除了含有所述粉末成分、所述树脂及所述溶剂之外，还含有分散剂。该情况下，容易使粉末成分分散，Ag能够均匀地扩散，并且氮化物层也能够均匀地形成。
优选除了含有所述粉末成分、所述树脂及所述溶剂之外，还含有可塑剂。该情况下，能够比较自由地成型铜部件接合用浆料的形状，并且能够可靠地涂布于铜部件与陶瓷部件的接合部。
优选除了含有所述粉末成分、所述树脂及所述溶剂之外，还含有还原剂。该情况下，通过还原剂的作用而能够去除形成于粉末成分表面的氧化覆膜等，并能够可靠地进行Ag的扩散及氮化物层的形成。
本发明的另一方式所涉及的接合体的制造方法为，由铜或铜合金构成铜部件与陶瓷部件接合而成的接合体的制造方法，其中，在使所述铜部件接合用浆料介于所述铜部件与所述陶瓷部件之间的状态下进行加热处理，将所述铜部件和所述陶瓷部件进行接合。
该情况下，通过使包含在铜部件接合用浆料中的Ag向铜部件一侧扩散，能够形成熔融金属区域，通过使该熔融金属区域凝固而能够接合铜部件与陶瓷部件。从而，较硬的Ag-Cu共晶组织层的厚度形成得较薄，因此能够抑制陶瓷部件产生破裂。
在陶瓷部件的表面能够形成氮化物层，并且能够提高铜部件与陶瓷部件的接合强度。
根据本发明，能够提供一种由铜或铜合金构成的铜板接合于陶瓷基板而成且能够抑制在冷热循环负载时陶瓷基板产生破裂的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块及功率模块用基板的制造方法。
并且，提供一种铜部件接合用浆料以及使用该铜部件接合用浆料的接合体的制造方法，所述铜部件接合用浆料在接合铜部件与陶瓷部件的情况下也不会使较硬的Ag-Cu共晶组织层形成得较厚，并且能够抑制陶瓷部件产生破裂，且能够可靠地接合铜部件与陶瓷部件。
附图说明
图1为本发明的第一实施方式的功率模块用基板及使用该功率模块用基板的自带散热器的功率模块用基板、功率模块的剖视图。
图2为图1中的电路层与陶瓷基板的接合界面的剖视图。
图3为表示在本发明的第一实施方式中，在接合铜板和陶瓷基板时所使用的铜部件接合用浆料的制造方法的流程图。
图4为表示本发明的第一实施方式的功率模块用基板及使用该功率模块用基板的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的流程图。
图5为表示本发明的第一实施方式的功率模块用基板及使用该功率模块用基板的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的剖视图。
图6为表示陶瓷基板与铜板的接合工序的剖视图。
图7为本发明的第二实施方式的功率模块用基板的剖视图。
图8为图7中的电路层及金属层与陶瓷基板的接合界面的剖视图。
图9为表示本发明的第二实施方式的功率模块用基板的制造方法的流程图。
图10为表示本发明的第二实施方式的功率模块用基板的制造方法的剖视图。
图11为表示本发明的另一实施方式的功率模块用基板以及使用该功率模块用基板的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的剖视图。
图12为表示本发明的另一实施方式的功率模块用基板以及使用该功率模块用基板的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的剖视图。
图13为表示本发明的另一实施方式的功率模块用基板以及使用该功率模块用基板的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的剖视图。
图14为表示实施例中的膜厚测定部位的俯视图。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的实施方式的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板及功率模块进行说明。
(第一实施方式)
首先，说明第一实施方式。图1中表示出使用本实施方式的功率模块用基板10的自带散热器的功率模块用基板50及功率模块1。
该功率模块1具备配设有电路层12的功率模块用基板10，经由焊料层2接合于电路层12的表面的半导体元件3(电子部件)，缓冲板41及散热器51。焊料层2例如为Sn-Ag系、Sn-In系、或Sn-Ag-Cu系焊料。在本实施方式中，在电路层12与焊料层2之间设有镀Ni层(未图示)。
功率模块用基板10具备陶瓷基板11、配设于所述陶瓷基板11的一面(图1中为上表面)的电路层12、及配设于陶瓷基板11的另一面(图1中为下表面)的金属层13。
陶瓷基板11防止电路层12与金属层13之间的电连接，由绝缘性高的AlN(氮化铝)或Si3N4(氮化硅)构成。陶瓷基板11的厚度并没有限定，优选设定在0.2～1.5mm的范围内，在本实施方式中被设定为0.635mm。
如图5所示，电路层12通过在陶瓷基板11的一面(在图5中为上表面)接合铜板22而形成。电路层12的厚度并没有限定，优选设定在0.1mm以上且1.0mm以下的范围内，在本实施方式中被设定为0.3mm。在所述电路层12形成有电路图形，其一面(在图1中为上表面)为搭载半导体元件3的搭载面。
在本实施方式中，铜板22(电路层12)为纯度99.99质量％以上的无氧铜(OFC)的轧制板，但也可以使用其他铜合金。
在接合陶瓷基板11和电路层12时，使用后述含有Ag及氮化物形成元素的铜部件接合用浆料。
如图5所示，金属层13通过在陶瓷基板11的另一面(在图5中为下表面)接合铝板23而形成。金属层13的厚度并没有限定，优选设定在0.6mm以上且6.0mm以下的范围内，在本实施方式中被设定为0.6mm。
在本实施方式中，铝板23(金属层13)为纯度99.99质量％以上的铝(所谓4N铝)的轧制板，根据需要也可以使用其他铝合金。
缓冲板41吸收因冷热循环而产生的应变，并且，如图1所示形成于金属层13的另一面(图1中为下表面)。缓冲板41的厚度并没有限定，优选设定在0.5mm以上且7.0mm以下的范围内，在本实施方式中被设定为0.9mm。
本实施方式中，缓冲板41为纯度99.99质量％以上的铝(所谓4N铝)的轧制板，根据需要也可以使用其他铝合金。
散热器51用于发散来自所述功率模块用基板10的热量。本实施方式中的散热器51经由缓冲板41而接合于功率模块用基板10。
在本实施方式中，散热器51由铝及铝合金构成，具体而言，为A6063合金的轧制板，根据需要也可以使用其他铝合金。散热器51的厚度并没有限定，优选被设定在1mm以上且10mm以下的范围内，本实施方式中设定为5mm。
图2中表示出陶瓷基板11与电路层12的接合界面的放大图。在陶瓷基板11的表面形成由包含在铜部件接合用浆料中的氮化物形成元素的氮化物构成的氮化物层31。
以层叠于所述氮化物层31的方式形成有Ag-Cu共晶组织层32。Ag-Cu共晶组织层32的厚度为15μm以下。所述Ag-Cu共晶组织层的厚度可由基于EPMA(电子探针显微分析仪)的反射电子图像来进行测定，例如可以为0.1～15μm。
接着，对具有所述结构的功率模块用基板10的制造方法及自带散热器的功率模块用基板50的制造方法进行说明。
如上所述，在接合陶瓷基板11和成为电路层12的铜板22时，使用含有Ag及氮化物形成元素的铜部件接合用浆料。首先，对铜部件接合用浆料进行说明。
铜部件接合用浆料含有含Ag及氮化物形成元素的粉末成分、树脂、溶剂、分散剂、可塑剂及还原剂。分散剂、可塑剂及还原剂为任一成分。
粉末成分的含量为铜部件接合用浆料总体的40质量％以上且90质量％以下。
在本实施方式中，铜部件接合用浆料的粘度为10Pa·s以上且500Pa·s以下，更优选被调整为50Pa·s以上且300Pa·s以下。若在该范围内则容易进行涂布。
氮化物形成元素优选为选自Ti、Hf、Zr及Nb中的一种或两种以上的元素，在本实施方式中，作为氮化物形成元素而含有Ti。
粉末成分的组成中，氮化物形成元素的含量为0.4质量％以上且75质量％以下，残余部分为Ag及不可避免杂质。氮化物形成元素的含量也可以为0.2质量％以上且85质量％以下。本实施方式中含10质量％的Ti，残余部分为Ag及不可避免杂质。
在本实施方式中，作为含Ag及氮化物形成元素(Ti)的粉末成分，使用Ag和Ti的合金粉末。所述合金粉末通过喷散法来制作，通过筛选所制造的合金粉末将粒径设定为40μm以下，优选设定为20μm以下，更优选设定为10μm以下。
所述合金粉末的粒径例如能够利用激光衍射/散射粒度分析仪来进行测定。
树脂用于调整铜部件接合用浆料的粘度，例如可适用乙基纤维素、甲基纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂及醇酸树脂等。浆料中的树脂含量例如也可以为0.5质量％以上且25质量％以下。
溶剂为所述粉末成分的溶剂，例如可适用甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、萜品醇、甲苯、TEXANOL、柠檬酸三乙酯等。浆料中溶剂的含量例如也可以为5质量％以上且58质量％以下。
分散剂使粉末成分均匀地分散，例如可适用阴离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂等。浆料中分散剂的含量例如也可以为0.01质量％以上且5质量％以下。
可塑剂提高铜部件接合用浆料的成型性，例如，可适用邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二丁酯等。浆料中可塑剂的含量例如也可以为0.1质量％以上且20质量％以下。
还原剂去除形成于粉末成分表面的氧化覆膜等，例如可适用松香、枞酸等。在本实施方式中使用枞酸。浆料中还原剂的含量例如也可以为0.5质量％以上且10质量％以下。
分散剂、可塑剂、还原剂根据需要而添加即可，也可以不添加分散剂、可塑剂、还原剂而构成铜部件接合用浆料。
关于铜部件接合用浆料的制造方法，参考图3所示的流程图进行说明。
首先，如上所述，通过喷散法制作含Ag和氮化物形成元素(Ti)的合金粉末，通过筛选该合金粉末而获得粒径为40μm以下的合金粉末(合金粉末制作工序S01)。
将溶剂和树脂进行混合而生成有机混合物(有机物混合工序S02)。
利用混合器将在合金粉末制作工序S01中获得的合金粉末、有机物混合工序S02中获得的有机混合物、分散剂、可塑剂及还原剂等副添加剂进行预混合(预混合工序S03)。
接着，使用具有多个辊子的辊磨机将预混合物一边捏合一边进行混合(混炼工序S04)。
利用浆料过滤机，过滤通过混炼工序S04而获得的混炼物质(过滤工序S05)。
由此制造上述铜部件接合用浆料。
接着，参考图4至图6来说明使用所述铜部件接合用浆料的本实施方式的功率模块用基板10的制造方法、自带散热器的功率模块用基板50的制造方法。
(铜部件接合用浆料涂布工序S11)
如图5所示，例如通过网版印刷技术将所述铜部件接合用浆料涂布于陶瓷基板11的一面并使其干燥，从而形成Ag及氮化物形成元素层24。Ag及氮化物形成元素层24的厚度并没有限定，干燥后的厚度优选为20μm以上且300μm以下。
(层叠工序S12)
接着，将铜板22层叠于陶瓷基板11的一面侧。即，使Ag及氮化物形成元素层24介于陶瓷基板11与铜板22之间。
(加热工序S13)
接着，以将铜板22及陶瓷基板11向层叠方向加压(压力1～35kgf/cm2)的状态装入到真空加热炉内进行加热。则如图6所示，Ag及氮化物形成元素层24的Ag朝铜板22扩散。此时，铜板22的一部分通过Cu和Ag的反应来熔融，在铜板22与陶瓷基板11的界面形成熔融金属层27。
在本实施方式中，优选将真空加热炉内的压力设定在10-6Pa以上且10-3Pa以下的范围内，加热温度优选设定在790℃以上且850℃以下的范围内。
(凝固工序S14)
接着，将熔融金属区域27进行冷却以使其凝固，从而接合陶瓷基板11与铜板22。在凝固工序S14结束之后，Ag及氮化物形成元素层24的Ag充分扩散，在陶瓷基板11与铜板22的接合界面并没有残留Ag及氮化物形成元素层24。
(金属层接合工序S15)
接着，将成为金属层13的铝板23接合于陶瓷基板11的另一面侧。如图5所示，本实施方式中，成为金属层13的铝板23优选经由厚度为5～50μm(本实施方式中为14μm)的钎料箔25层叠于陶瓷基板11的另一面侧。在本实施方式中，钎料箔25优选为含有熔点下降元素即Si的Al-Si系钎料。
接着，以将陶瓷基板11及铝板23向层叠方向加压(优选压力为1～35kgf/cm2)的状态装入到加热炉内进行加热。则钎料箔25和铝板23的一部分熔融，在铝板23与陶瓷基板11的界面形成熔融金属区域。优选加热温度为600℃以上且650℃以下，加热时间优选为30分钟以上且180分钟以下。
接着，将形成于铝板23与陶瓷基板11的界面的熔融金属区域进行冷却而使其凝固，从而接合陶瓷基板11和铝板23。由此制造本实施方式的功率模块用基板10。
(缓冲板及散热器接合工序S16)
如图5所示，接着，将缓冲板41及散热器51分别经由钎料箔42、52层叠于功率模块用基板10的金属层13的另一面侧(图5中的下侧)。
本实施方式中，钎料箔42、52的厚度优选为5～50μm(本实施方式中为14μm)，且为含有熔点降低元素Si的Al-Si係钎料。
接着，以将功率模块用基板10、缓冲板41、散热器51向层叠方向加压(优选压力为1～35kgf/cm2)的状态装入到加热炉内进行加热。则在金属层13与缓冲板41的界面及缓冲板41与散热器51的界面分别形成熔融金属区域。加热温度优选为550℃以上且610℃以下，加热时间优选为30分钟以上且180分钟以下。
接着，使分别形成于金属层13与缓冲板41的界面、以及缓冲板41与散热器51的界面的熔融金属区域凝固，从而接合功率模块用基板10、缓冲板41及散热器51。由此，制造出本实施方式的自带散热器的功率模块用基板50。
在电路层12的表面经由钎料载置半导体元件3，并且在还原炉内进行焊锡接合。由此，制造出半导体元件3经由焊料层2接合于电路层12上的功率模块1。
根据如上构成的本实施方式的功率模块用基板10，在由铜板22构成的电路层12和陶瓷基板11的接合部，Ag-Cu共晶组织层32的厚度为15μm以下，因此在冷热循环负载时即使因陶瓷基板11与电路层12的热膨胀系数之差而引起的剪切应力作用的情况下，电路层12一侧也适当地变形，因此能够抑制陶瓷基板11的破裂。
由于在陶瓷基板11的表面形成有氮化物层31，因此能够可靠地接合陶瓷基板11和电路层12。
在本实施方式中，陶瓷基板11由AlN构成，因此通过铜部件接合用浆料中所含有的氮化物形成元素和陶瓷基板11反应，在陶瓷基板11的表面形成氮化物层31，因此陶瓷基板11与氮化物层31牢固地结合。
另外，氮化物层31含有选自Ti、Hf、Zr及Nb中的一种或两种以上元素的氮化物，在本实施方式中，具体而言，氮化物层31含有TiN，因此陶瓷基板11和氮化物层31牢固地结合，并能够牢固地接合陶瓷基板11和电路层12。
根据本实施方式的自带散热器的功率模块用基板50及功率模块1，能够通过散热器51来发散在功率模块用基板10产生的热量。由于电路层12和陶瓷基板11被可靠地接合，因此能够使得从搭载于电路层12的搭载面的半导体元件3的热量向散热器51一侧可靠地传递，并能够抑制半导体元件3的温度上升。从而，在半导体元件3的功率密度(发热量)增大的情况下也能够充分地应对。
另外，自带散热器的功率模块用基板50及功率模块1，在功率模块用基板10与散热器51之间配设有缓冲板41，因此通过缓冲板41的变形而能够吸收因功率模块用基板10与散热器51的热膨胀系数之差引起的应变。
并且，在本实施方式的制造方法的加热工序S13中，通过使Ag向铜板22一侧扩散，在陶瓷基板11与铜板22的界面形成熔融金属区域27，因此能够将熔融金属区域27的厚度抑制得较薄，能够将Ag-Cu共晶组织层32的厚度设为15μm以下。另外，在加热工序S13中，具有在陶瓷基板11的表面形成氮化物层31的结构，因此能够牢固地接合陶瓷基板11和铜板22。
在本实施方式中，作为氮化物形成元素，含有Ti，因此由AlN构成的陶瓷基板11和Ti反应而形成氮化物层31，并能够可靠地接合陶瓷基板11和铜板22。
另外，在本实施方式的铜部件接合用浆料涂布工序S11中，具有涂布含有Ag及氮化物形成元素的铜部件接合用浆料的结构，因此能够在陶瓷基板11的接合面可靠地形成Ag及氮化物形成元素层24。
本实施方式中所使用的铜部件接合用浆料中粉末成分的组成中，氮化物形成元素的含量为0.4质量％以上且75质量％以下，残余部分为Ag及不可避免杂质，因此能够在陶瓷基板11的表面形成氮化物层31。如此，陶瓷基板11和由铜板22构成的电路层12经由氮化物层31而被接合，因此能够提高陶瓷基板11和电路层12的接合强度。
在本实施方式中，构成粉末成分的粉末即含有Ag和氮化物形成元素(Ti)的合金粉末的粒径为40μm以下，因此能够将该铜部件接合用浆料涂布得较薄。从而，能够使接合后(凝固后)所形成的Ag-Cu共晶组织层32的厚度较薄。
粉末成分的含量为40质量％以上且90质量％以下，因此能够使Ag向铜板22扩散而可靠地形成熔融金属区域27，并且能够将铜板22和陶瓷基板11进行接合。溶剂的含量得到确保，能够将铜部件接合用浆料可靠地涂布于陶瓷基板11的接合面，能够可靠地形成Ag及氮化物形成元素层24。
在本实施方式中，根据需要含有分散剂，因此能够使粉末成分分散，Ag能够均匀地扩散。能够均匀地形成氮化物层31。
另外，在本实施方式中，根据需要含有可塑剂，因此能够比较自由地成型铜部件接合用浆料的形状，并能够可靠地涂布于陶瓷基板11的接合面。
在本实施方式中，根据需要含有还原剂，因此能够通过还原剂的作用而去除形成于粉末成分表面的氧化覆膜等，并能够可靠地进行Ag的扩散及氮化物层31的形成。
(第二实施方式)
接着，对第二实施方式进行说明。图7中表示出本实施方式的功率模块用基板110。该功率模块用基板110具备陶瓷基板111、配设于所述陶瓷基板111的一面(图7中的上表面)的电路层112、及配设于陶瓷基板111的另一面(图7中的下表面)的金属层113。
陶瓷基板111防止电路层112和金属层113之间的电连接，并由绝缘性高的Si3N4(氮化硅)构成。陶瓷基板111的厚度优选设定在0.2～1.5mm的范围内，本实施方式中被设定为0.32mm。
如图10所示，电路层112通过铜板122接合于陶瓷基板111的一面(图10中为上表面)而形成。电路层112的厚度优选设定在0.1mm以上且1.0mm以下的范围内，本实施方式中被设定为0.6mm。在所述电路层112形成有电路图形，其一面(图7中为上表面)为搭载半导体元件的搭载面。
本实施方式中的铜板122(电路层112)优选为纯度99.99质量％以上的无氧铜(OFC)的轧制板。
如图10所示，金属层113通过铜板123接合于陶瓷基板111的另一面(图10中的下表面)而形成。金属层113的厚度优选设定在0.1mm以上且1.0mm以下的范围内，本实施方式中被设定为0.6mm。
本实施方式中的铜板123(金属层113)优选为纯度99.99质量％以上的无氧铜(OFC)的轧制板。
在接合陶瓷基板111和电路层112以及接合陶瓷基板111和金属层113时，使用后述含Ag及氮化物形成元素的铜部件接合用浆料。
图8中表示出陶瓷基板111与电路层112及金属层113的接合界面的放大图。在陶瓷基板111的表面形成由铜部件接合用浆料中所含有的氮化物形成元素的氮化物构成的氮化物层131。
本实施方式中，具有在第一实施方式中所观察到的Ag-Cu共晶组织层不会被明显地观察到的结构。
接着，对具有所述结构的功率模块用基板110的制造方法进行说明。陶瓷基板111和成为电路层112的铜板122，使用含Ag及氮化物形成元素的铜部件接合用浆料。于是，首先对铜部件接合用浆料进行说明。
本实施方式中所使用的铜部件接合用浆料，含有含Ag及氮化物形成元素的粉末成分、树脂、溶剂、分散剂、可塑剂及还原剂。
粉末成分除了含有Ag及氮化物形成元素之外，还含有选自In、Sn、Al、Mn及Zn中的一种或两种以上的添加元素，本实施方式中含有Sn。
粉末成分的含量为铜部件接合用浆料总体的40质量％以上且90质量％以下。
本实施方式中，铜部件接合用浆料的粘度为10Pa·s以上且500Pa·s以下，更优选被调整为50Pa·s以上且300Pa·s以下。
氮化物形成元素优选为选自Ti、Hf、Zr及Nb中的一种或两种以上的元素，在本实施方式中，作为氮化物形成元素而含有Zr。
粉末成分的组成中，氮化物形成元素(本实施方式中为Zr)的含量为0.4质量％以上且75质量％以下，选自In、Sn、Al、Mn及Zn中的一种或两种以上的添加元素(本实施方式中为Sn)的含量为0质量％以上且50质量％以下，残余部分为Ag及不可避免杂质。然而，Ag的含量为25质量％以上。本实施方式中含40质量％的Zr，20质量％的Sn，残余部分为Ag及不可避免杂质。
在本实施方式中，将元素粉末(Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末)用作粉末成分。这些Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末这些粉末成分总体，以上述组成进行配合。
这些Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末的粒径分别被设定为40μm以下，优选为20μm以下，更优选为10μm以下。
这些Ag粉末、Zr粉末、Sn粉末的粒径例如可使用激光衍射/散射粒度分析仪进行测定。
树脂、溶剂适合使用与第一实施方式相同的物质。本实施方式中，根据需要添加分散剂、可塑剂及还原剂。
本实施方式中所使用的铜部件接合用浆料按照第一实施方式所示的制造方法制造。即，除了使用Ag粉末、Zr粉末及Sn粉末来代替合金粉末之外，以与第一实施方式相同的顺序进行制造。
接着，参考图9及图10，对使用所述铜部件接合用浆料的本实施方式的功率模块用基板110的制造方法进行说明。
(铜部件接合用浆料涂布工序S111)
首先，如图10所示，通过网版印刷技术，将所述本实施方式的铜部件接合用浆料涂布于陶瓷基板111的一面及另一面，形成Ag及氮化物形成元素层124、125。优选Ag及氮化物形成元素层124、125的干燥后的厚度为20μm以上且300μm以下。
(层叠工序S112)
接着，将铜板122层叠于陶瓷基板111的一面侧。将铜板123层叠于陶瓷基板111的另一面侧。即，使Ag及氮化物形成元素层124、125介于陶瓷基板111与铜板122之间、陶瓷基板111与铜板123之间。
(加热工序S113)
接着，以将铜板122及陶瓷基板111、铜板123向层叠方向加压(优选压力为1～35kgf/cm2)的状态装入到真空加热炉内进行加热。则Ag及氮化物形成元素层124的Ag向铜板122扩散，并且Ag及氮化物形成元素层125的Ag向铜板123扩散。
此时，铜板122的Cu和Ag因进行反应而熔融，在铜板122和陶瓷基板111的界面形成熔融金属区域。铜板123的Cu和Ag因进行反应而熔融，在铜板123和陶瓷基板111的界面形成熔融金属区域。
在本实施方式中，真空加热炉内的压力优选设定在10-6Pa以上且10-3Pa以下的范围内，加热温度优选设定在790℃以上且850℃以下的范围内。
(凝固工序S114)
接着，通过使熔融金属区域凝固而接合陶瓷基板111和铜板122、123。在凝固工序S114结束之后，Ag及氮化物形成元素层124、125的Ag充分被扩散，在陶瓷基板111与铜板122、123的接合界面不会残留Ag及氮化物形成元素层124、125。
如此制造出本实施方式的功率模块用基板110。该功率模块用基板110中的电路层112上搭载有半导体元件，并且在金属层113的另一侧配设有散热器。
根据如同上述构成的本实施方式的功率模块用基板110，在由铜板122构成的电路层112和陶瓷基板111的接合部中，Ag-Cu共晶组织层厚度为15μm以下，本实施方式中不会被明显地观察到，因此即使有在冷热循环负载时因陶瓷基板111与电路层112的热膨胀系数之差而引起的剪切应力作用的情况下，电路层112侧也适当地变形，能够抑制陶瓷基板111的破裂。并且，氮化物层131形成于陶瓷基板111的表面，因此能够可靠地接合陶瓷基板111和电路层112。
并且，通过Ag向铜板122、123的扩散而形成熔融金属区域，因此在陶瓷基板111和铜板122、123的接合部不会形成超出所需程度的熔融金属区域，接合后(凝固后)所述形成的Ag-Cu共晶组织层的厚度变得较薄。从而，能够抑制在陶瓷基板111上产生破裂。
并且，本实施方式中作为氮化物形成元素，含有Zr，因此由Si3N4构成的陶瓷基板111和Zr进行反应而形成氮化物层131，能够可靠地接合陶瓷基板111和铜板122、123。
本实施方式中，作为粉末成分，除了含有Ag及氮化物形成元素(本实施方式中为Zr)之外，还含有选自In、Sn、Al、Mn及Zn中的一种两种以上的添加元素(本实施方式中为Sn)，因此能够在更低温度下形成熔融金属区域，并能够使所形成的Ag-Cu共晶组织层的厚度更薄。
根据如同上述构成的本实施方式的铜部件接合用浆料及接合体的制造方法，能够使Ag介于陶瓷基板111与铜板122、铜板123的界面，通过使该Ag向铜板122、123一侧扩散，通过Cu和Ag的反应而可形成熔融金属区域。并且，通过使所述熔融金属区域凝固而能够接合陶瓷基板111和铜板122、123。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，然而，本发明并不限定于此，在不脱离本发明的技术内容的范围内可适当地进行变更。
例如，作为氮化物形成元素使用了Ti、Zr，对此已进行说明，然而，并不限定于此，也可以为Hf、Nb等其他氮化物形成元素。
在含有Ag及氮化物形成元素的浆料(铜部件接合用浆料)中所含有的粉末成分，也可以包含TiH2、ZrH2等氮化物形成元素的氢化物。该情况下，氮化物形成元素的氢化物的氢发挥还原剂的作用，因此能够去除形成于铜板表面的氧化膜等，并能够可靠地进行Ag的扩散及氮化物层的形成。
在第二实施方式中，作为添加元素而添加Sn，对此已进行说明，然而，并不限定于此，也可以使用选自In、Sn、Al、Mn及Zn中的一种或两种以上的添加元素。
构成粉末成分的粉末粒径为40μm以下，对此已进行说明，然而，并不限定于此，对粒径并没有限定。
对含有分散剂、可塑剂及还原剂的浆料已进行说明，然而，并不限定于此，也可以不含有这些。这些分散剂、可塑剂及还原剂根据需要添加即可。
另外，对通过钎焊将铝板和陶瓷基板或铝板彼此之间进行接合的浆料已进行说明，然而，并不限定于此，也可以适用铸造法、金属浆料法等。也可以在铝板与陶瓷基板、铝板与顶板、或其他铝板之间，配置Cu、Si、Zn、Ge、Ag、Mg、Ca、Ga、Li，并利用瞬间液相连接法(Transient Liquid Phase Bonding)进行接合。
并不限定于通过图5、图6及图10所示的制造方法制造的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板，也可以是通过其他制造方法制造的功率模块用基板等。
例如，如图11所示，经由Ag及氮化物形成元素层224也可以将成为电路层212的铜板222接合于陶瓷基板211的一面，将成为金属层213的铝板223经由钎料箔225接合于陶瓷基板211的另一面，并且经由钎料箔252将散热器251接合于铝板223的另一面。如此制造具备功率模块用基板210及散热器251的自带散热器的功率模块用基板250。
如图12所示，也可以经由Ag及氮化物元素层324将成为电路层312的铜板322接合于陶瓷基板311的一面，经由钎料箔325将成为金属层313的铝板323接合于陶瓷基板311的另一面，从而制造出功率模块用基板310，其后，经由钎料箔352将散热器351接合于金属层313的另一面。如此制造具备功率模块用基板310、散热器351的自带散热器的功率模块用基板350。
另外，如图13所示，也可以经由Ag及氮化物形成元素层424将成为电路层412的铜板422接合于陶瓷基板411的一面，经由钎料箔425将成为金属层413的铝板423接合于陶瓷基板411的另一面，并且缓冲板441经由钎料箔442而接合于铝板423的另一面，经由钎料箔452将散热器451接合于所述缓冲板441的另一面。如此制造出具备功率模块用基板410、缓冲板441及散热器451的自带散热器的功率模块用基板450。
本实施方式的铜部件接合用浆料，在将陶瓷基板和铜板进行接合时使用，对此已进行说明，然而，并不限定于此，将陶瓷部件和铜部件进行接合时也可以使用本发明的铜部件接合用浆料。
实施例
对用于确认本发明的有效性而进行的比较实验进行说明。在表1、表2、表3所示条件下制作出各种浆料。表1中，作为粉末成分使用了合金粉末。表2中，作为粉末成分使用了各元素的粉末(元素粉末)。表3中，作为粉末成分使用各元素的粉末(元素粉末)，氮化物形成元素则使用了氮化物形成元素的氢化物粉末。表3中除了记载氮化物形成元素的氢化物的元素粉末混合比之外，还一并记载氮化物形成元素的含量(活性金属含量)。
将阴离子性表面活性剂用作分散剂，将己二酸二丁酯用作可塑剂，将枞酸用还原剂。
粉末成分之外的树脂、溶剂、分散剂、可塑剂、还原剂的混合比以质量比计为树脂:溶剂:分散剂:可塑剂:还原剂＝7:70:3:5:15。
利用该表1、表2、表3所示的各种浆料接合陶瓷基板和铜板，从而制作出以图10所示的结构及制造方法制造的功率模块用基板，用图11、图12所示的结构以及制造方法制造的自带散热器的功率模块用基板，用图5、图13所示的结构以及制造方法制造的自带散热器的功率模块用基板。
图10所示的功率模块用基板中，利用上述各种浆料将铜板接合于陶瓷基板的一面及另一面，且电路层及金属层由铜板构成的功率模块用基板。作为铜板使用了无氧铜的轧制板。
图11、图12所示自带散热器的功率模块用基板利用上述各种浆料将铜板接合于陶瓷基板的一面而作为电路层。
经由钎料将铝板接合于陶瓷基板的另一面而形成金属层。作为铝板使用纯度为99.99质量％以上的4N铝，作为钎料使用了Al-7.5质量％的Si且厚度为20μm的钎料箔。
另外，在金属层的另一面侧，经由钎料将作为散热器的由A6063构成的铝板接合于功率模块用基板的金属层一侧。作为钎料使用了Al-7.5质量％的Si且厚度为70μm的钎料箔。
图5、图13所示自带散热器的功率模块用基板，利用上述各种浆料将铜板接合于陶瓷基板的一面而作为电路层。
经由钎料将铝板接合于陶瓷基板的另一面而形成金属层。作为铝板使用纯度为99.99质量％以上的4N铝，作为钎料使用了Al-7.5质量％的Si且厚度为14μm的钎料箔。
另外，在金属层的另一面侧，经由钎料接合作为缓冲板的由4N铝构成的铝板。作为钎料使用了Al-7.5质量％的Si且厚度为100μm的钎料箔。
在缓冲板的另一面侧，经由钎料将作为散热器的由A6063构成的铝板接合于功率模块用基板的金属层一侧。作为钎料使用了Al-7.5质量％的Si且厚度为100μm的钎料箔。
在表4、表5、表6所示条件下实施了陶瓷基板与铜板的接合。
钎焊陶瓷基板与铝板时的接合条件为，真空气氛、加压压力为12kgf/cm2、加热温度为650℃、加热时间为30分钟。另外，钎焊铝板彼此之间时的接合条件为，真空气氛、加压压力为6kgf/cm2、加热温度为610℃、加热时间为30分钟。
表4、表5、表6中示出陶瓷基板的材质及尺寸。
铜板尺寸为37mm×37mm×0.3mm。
成为金属层的铝板的尺寸，在自带散热器的功率模块用基板时为37mm×37mm×2.1mm，在自带散热器及缓冲板的功率模块用基板时为37mm×37mm×0.6mm。
成为散热器的铝板的尺寸为50mm×60mm×5mm。
作为缓冲板的铝板的尺寸为40mm×40mm×0.9mm。
表4、表5、表6中记载了利用上述各种浆料构成的功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、自带散热器及缓冲板的功率模块用基板的结构及制造方法。
结构“DBC”为图10所示的功率模块用基板，
结构“H-1”为图11所示的自带散热器的功率模块用基板，
结构“H-2”为图12所示的自带散热器的功率模块用基板，
结构“B-1”为图13所示的自带散热器的功率模块用基板，
结构“B-2”为图5所示的自带散热器的功率模块用基板。
如下测定膜厚换算量(换算平均膜厚)并表示于表7、表8、表9中。
首先，在陶瓷基板和铜板的表面涂布表1、表2、表3所示的各种浆料并进行干燥。对经过干燥的各种浆料中的各元素的膜厚换算量(换算平均膜厚)进行测定。
膜厚为利用荧光X线膜厚计(SII-nanotechnology Company商品名称“STF9400”)对所涂布的各种浆料的图14所示的部位(9点)分别测定三次的平均值。预先测定已知膜厚样品，求出荧光X线强度和浓度的关系，以该结果为基准，由各试料中所测定的荧光X线强度来确定各元素的膜厚换算量。
[表9]
关于如同上述获得的功率模块用基板及自带散热器的功率模块用基板，对陶瓷破裂、冷热循环负载后的接合率、氮化物层的有无、Ag-Cu共晶组织层的厚度进行了评价。评价结果表示在表10、表11、表12中。
关于陶瓷破裂，如下进行评价，即在每重复5000次冷热循环(-45℃←→125℃)时确认有无产生龟裂，以确认到龟裂的次数来进行评价。
关于冷热循环负载后的接合率，利用重复进行4000次冷热循环(-45℃←→125℃)之后的功率模块用基板并以下式计算。在不到3500次时产生龟裂的情况下，未对重复进行4000次之后的接合率进行评价。
接合率＝(初始接合面积-剥离面积)/初始接合面积
氮化物层由基于EPMA(电子探针显微分析仪)的氮化物形成元素的映射来确认铜板/陶瓷基板界面上的氮化物形成元素的存在。
如下求出Ag-Cu共晶组织层的厚度，由铜板/陶瓷基板界面的基于EPMA(电子探针显微分析仪)的反射电子图像，测定在2000倍倍率的视场(纵向45μm；横向60μm)中连续形成于接合界面的Ag-Cu共晶组织层的面积，并除以测定视场的宽度尺寸，将五个视场的平均值作为Ag-Cu共晶组织层的厚度。在形成于铜板和陶瓷基板的接合部上的Ag-Cu共晶组织层中，不包括从接合界面向厚度方向未连续形成的区域而测定了Ag-Cu共晶组织层的面积。
[表10]
[表11]
[表12]
比较例1～3、51中，共晶组织厚度超过15μm，以较少的循环次数在陶瓷基板上产生了龟裂。
现有例1及现有例51中，共晶组织厚度超过15μm，与比较例相同，以较少的循环次数在陶瓷基板上产生了龟裂。
另一方面，共晶组织厚度为15μm以下的本发明例1～25、51～75、81～100中，确认到陶瓷基板中的龟裂的产生得到抑制。循环4000次之后的接合率为91％，比较高。
由以上结果确认到，据本发明可提供一种能够抑制冷热循环负载时陶瓷基板产生破裂的功率模块用基板。
氮化物形成元素的含量为75质量％以上的比较例3及比较例53中，Ag的含量少，因此在铜板和陶瓷基板的界面未形成充分的熔融金属区域，导致在达到4000次之前便产生龟裂。氮化物形成元素的含量小于0.4质量％的比较例4及比较例52中，不能形成充分的氮化物层，循环4000次之后的接合率为70％以下，为较差的结果。
另一方面，氮化物形成元素为0.4质量％以上且小于75质量％的本发明例1～25、51～75、81～100中，确认到陶瓷基板中的龟裂的产生得到抑制。循环4000次之后的接合率为91％以上，比较高。由以上结果确认到，根据本发明能够提供一种铜部件接合用浆料，其在将铜部件和陶瓷基板进行接合的情况下也能够抑制产生陶瓷部件的破裂，且能够可靠地接合铜部件和陶瓷部件。
产业上的可利用性
根据本发明，由铜或铜合金构成的铜板接合于陶瓷基板的功率模块用基板中，能够抑制冷热循环负载时陶瓷基板产生破裂，因此具有产业上的可利用性。
符号说明
1-功率模块，3-半导体元件(电子部件)，10、110、210、310、410-功率模块用基板，11、111、211、311、411-陶瓷基板，12、112、212、312、412-电路层，13、113、213、313、413-金属层，22、122、123、222、322、422-铜板，23、223、323、423-铝板，31、131-氮化物层，32-Ag-Cu共晶组织层，41、441-缓冲板，50、250、350、450-自带散热器的功率模块用基板，51、251、351、451-散热器。

Claims (15)

1.一种功率模块用基板，其特征在于，
在陶瓷基板的表面层叠并接合由铜或铜合金构成的铜板，
在所述铜板与所述陶瓷基板之间，氮化物层形成于所述陶瓷基板的所述表面，
在所述氮化物层与所述铜板之间形成有厚度为15μm以下的Ag-Cu共晶组织层。
2.根据权利要求1所述的功率模块用基板，其特征在于，
所述陶瓷基板由AlN或Si3N4中的任一种形成。
3.根据权利要求1所述的功率模块用基板，其特征在于，
所述氮化物层含有选自Ti、Hf、Zr及Nb中的一种或两种以上元素的氮化物。
4.一种自带散热器的功率模块用基板，其特征在于，
具备权利要求1所述的功率模块用基板和对所述功率模块用基板进行冷却的散热器。
5.一种功率模块，其特征在于，
具备权利要求1所述的功率模块用基板和搭载于所述功率模块用基板上的电子部件。
6.一种功率模块用基板的制造方法，在所述功率模块用基板中，由铜或铜合金构成的铜板层叠并接合于陶瓷基板的表面，所述制造方法的特征在于，具有：
铜部件接合用浆料涂布工序，在所述陶瓷基板的接合面及所述铜板的接合面中的至少一个接合面，形成含有Ag和氮化物形成元素的Ag及氮化物形成元素层；
层叠工序，经由所述Ag及氮化物形成元素层，层叠所述陶瓷基板和所述铜板；
加热工序，对层叠的所述陶瓷基板和所述铜板向层叠方向加压并进行加热，在所述陶瓷基板与所述铜板的界面形成熔融金属区域；及
凝固工序，通过使所述熔融金属区域凝固而接合所述陶瓷基板和所述铜板，
在所述加热工序中，通过使Ag向所述铜板一侧扩散，在所述陶瓷基板与所述铜板的界面形成所述熔融金属区域，并且在所述陶瓷基板的表面形成氮化物层。
7.根据权利要求6所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
所述氮化物形成元素为选自Ti、Hf、Zr及Nb中的一种或两种以上的元素。
8.根据权利要求6所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
所述铜部件接合用浆料涂布工序中，除Ag及氮化物形成元素之外，还配设有选自In、Sn、Al、Mn及Zn中的一种或两种以上的添加元素。
9.根据权利要求6所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
在所述铜部件接合用浆料涂布工序中，将含有Ag及氮化物形成元素的浆料进行涂布。
10.根据权利要求9所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
所述含有Ag及氮化物形成元素的浆料含有所述氮化物形成元素的氢化物。
11.一种铜部件接合用浆料，其在接合由铜或铜合金构成的铜部件和陶瓷部件时使用，所述浆料的特征在于，
含有粉末成分、树脂及溶剂，所述粉末成分含有Ag及氮化物形成元素，
所述粉末成分的组成中，所述氮化物形成元素的含量为0.4质量％以上且75质量％以下，残余部分为Ag及不可避免杂质。
12.根据权利要求11所述的铜部件接合用浆料，其特征在于，
构成所述粉末成分的粉末粒径为40μm以下。
13.根据权利要求11所述的铜部件接合用浆料，其特征在于，
所述铜部件接合用浆料中的所述粉末成分的含量为40质量％以上且90质量％以下。
14.根据权利要求11所述的铜部件接合用浆料，其特征在于，
所述氮化物形成元素为选自Ti、Hf、Zr及Nb中的一种或两种以上的元素。
15.根据权利要求11所述的铜部件接合用浆料，其特征在于，
所述粉末成分包含所述氮化物形成元素的氢化物。
CN201380006339.6A 2012-02-01 2013-02-01 功率模块用基板的制造方法 Active CN104067386B (zh)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-020171 2012-02-01
JP2012020171 2012-02-01
JP2012-020172 2012-02-01
JP2012020172 2012-02-01
JP2012-267299 2012-12-06
JP2012267299A JP5605423B2 (ja) 2012-02-01 2012-12-06 接合体の製造方法
JP2012267298A JP2013179263A (ja) 2012-02-01 2012-12-06 パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法
JP2012-267298 2012-12-06
PCT/JP2013/052347 WO2013115359A1 (ja) 2012-02-01 2013-02-01 パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法、および銅部材接合用ペースト

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104067386A true CN104067386A (zh) 2014-09-24
CN104067386B CN104067386B (zh) 2019-05-28

Family

ID=51553778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380006339.6A Active CN104067386B (zh) 2012-02-01 2013-02-01 功率模块用基板的制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US9504144B2 (zh)
EP (1) EP2811513B1 (zh)
KR (1) KR102078891B1 (zh)
CN (1) CN104067386B (zh)
WO (1) WO2013115359A1 (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107535048A (zh) * 2015-04-27 2018-01-02 京瓷株式会社 电路基板以及具备该电路基板的电子装置
CN108701659A (zh) * 2016-01-22 2018-10-23 三菱综合材料株式会社 接合体、功率模块用基板、功率模块、接合体的制造方法及功率模块用基板的制造方法
CN109315061A (zh) * 2016-06-10 2019-02-05 田中贵金属工业株式会社 陶瓷电路基板及陶瓷电路基板的制造方法
CN109336635A (zh) * 2018-12-06 2019-02-15 邢台职业技术学院 一种氮化铝陶瓷材料及其制备方法
CN109417056A (zh) * 2016-06-30 2019-03-01 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体及绝缘电路基板
CN109648221A (zh) * 2018-11-29 2019-04-19 中国科学院电工研究所 一种钎焊电子浆料及其制备方法和应用
CN109872987A (zh) * 2019-03-08 2019-06-11 中国科学院微电子研究所 带有散热结构的系统封装板卡结构及其制作方法
CN111403347A (zh) * 2020-03-03 2020-07-10 江苏富乐德半导体科技有限公司 一种高可靠性氮化硅覆铜陶瓷基板的铜瓷界面结构及其制备方法
CN112654593A (zh) * 2018-08-28 2021-04-13 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法
CN113614261A (zh) * 2019-03-25 2021-11-05 京瓷株式会社 电路衬底及具备它的散热衬底或电子设备
CN113661152A (zh) * 2019-06-26 2021-11-16 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法
CN114478045A (zh) * 2016-07-28 2022-05-13 株式会社东芝 接合体、电路基板及半导体装置
DE102022211621A1 (de) 2022-11-03 2024-05-08 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6056432B2 (ja) * 2012-12-06 2017-01-11 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法
JP6111764B2 (ja) * 2013-03-18 2017-04-12 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板の製造方法
JP5672324B2 (ja) 2013-03-18 2015-02-18 三菱マテリアル株式会社 接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法
JP6139329B2 (ja) * 2013-08-16 2017-05-31 日本碍子株式会社 セラミック回路基板及び電子デバイス
JP6079505B2 (ja) * 2013-08-26 2017-02-15 三菱マテリアル株式会社 接合体及びパワーモジュール用基板
US10016956B2 (en) 2013-09-30 2018-07-10 Mitsubishi Materials Corporation Cu/ceramic bonded body, method for manufacturing Cu/ceramic bonded body, and power module substrate
US10695872B2 (en) * 2015-03-11 2020-06-30 Lockheed Martin Corporation Heat spreaders fabricated from metal nanoparticles
KR101740453B1 (ko) 2015-06-30 2017-05-26 주식회사 코멧네트워크 세라믹 회로 기판의 제조방법
JP6418126B2 (ja) * 2015-10-09 2018-11-07 三菱電機株式会社 半導体装置
KR101929613B1 (ko) * 2015-10-23 2018-12-14 주식회사 케이씨씨 세라믹 회로기판 및 이의 제조방법
DE102015224464A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-08 Aurubis Stolberg Gmbh & Co. Kg Kupfer-Keramik-Substrat, Kupferhalbzeug zur Herstellung eines Kupfer-Keramik-Substrats und Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Keramik-Substrats
WO2017115461A1 (en) 2015-12-28 2017-07-06 Ngk Insulators, Ltd. Bonded substrate and method for manufacturing bonded substrate
JP2017135374A (ja) * 2016-01-22 2017-08-03 三菱マテリアル株式会社 接合体、パワーモジュール用基板、パワーモジュール、接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法
US9682445B1 (en) * 2016-02-12 2017-06-20 The Boeing Company Diffusion-bonded metallic materials
US10252371B2 (en) 2016-02-12 2019-04-09 The Boeing Company Diffusion-bonded metallic materials
WO2018003845A1 (ja) * 2016-06-30 2018-01-04 三菱マテリアル株式会社 銅／セラミックス接合体、及び、絶縁回路基板
JP7052374B2 (ja) * 2017-02-06 2022-04-12 三菱マテリアル株式会社 セラミックス／アルミニウム接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法
JP6965768B2 (ja) * 2017-02-28 2021-11-10 三菱マテリアル株式会社 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法
JP6717238B2 (ja) * 2017-03-07 2020-07-01 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板
KR20170029481A (ko) 2017-03-08 2017-03-15 주식회사 코멧네트워크 세라믹 회로 기판의 제조방법
JP7144405B2 (ja) 2017-04-25 2022-09-29 デンカ株式会社 セラミックス回路基板及びその製造方法とそれを用いたモジュール
WO2020000377A1 (zh) * 2018-06-29 2020-01-02 长江存储科技有限责任公司 半导体结构及其形成方法
WO2020131360A1 (en) * 2018-12-17 2020-06-25 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Process for forming an electric heater
US11638350B2 (en) * 2019-12-02 2023-04-25 Mitsubishi Materials Corporation Copper/ceramic bonded body, insulating circuit board, method for producing copper/ceramic bonded body, and method for producing insulating circuit board
KR102212836B1 (ko) 2020-05-19 2021-02-05 주식회사 코멧네트워크 세라믹 회로 기판의 제조방법
KR102293181B1 (ko) 2020-08-27 2021-08-25 주식회사 코멧네트워크 양면 냉각형 파워 모듈용 세라믹 회로 기판, 그 제조방법 및 이를 구비한 양면 냉각형 파워 모듈
KR102557990B1 (ko) 2021-01-28 2023-07-21 주식회사 알엔투세라믹스 냉각 핀을 구비한 양면 냉각형 파워 모듈용 세라믹 회로 기판, 그 제조방법 및 이를 구비한 양면 냉각형 파워 모듈
KR102492742B1 (ko) 2021-08-11 2023-01-31 주식회사 알엔투세라믹스 인쇄 패턴의 트리밍 방법 및 이를 이용한 세라믹 회로 기판의 제조방법
WO2023100917A1 (ja) * 2021-11-30 2023-06-08 三菱マテリアル株式会社 接合用金属ペースト、および、接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法
WO2023100939A1 (ja) * 2021-11-30 2023-06-08 三菱マテリアル株式会社 仮止め材、および、接合体の製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5807626A (en) * 1995-07-21 1998-09-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Ceramic circuit board
EP0868961A1 (en) * 1997-03-12 1998-10-07 Dowa Mining Co., Ltd. Metal-ceramic composite substrates, producing methods thereof and brazing materials for use in such method
JP2000031609A (ja) * 1998-07-16 2000-01-28 Denki Kagaku Kogyo Kk 回路基板

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697671B2 (ja) 1984-02-24 1994-11-30 株式会社東芝 パワー半導体モジユール基板の製造方法
JPH0810710B2 (ja) * 1984-02-24 1996-01-31 株式会社東芝 良熱伝導性基板の製造方法
JP2501835B2 (ja) 1987-08-25 1996-05-29 昭和電工株式会社 金属質接着材料
JP2571233B2 (ja) 1987-09-05 1997-01-16 昭和電工株式会社 回路基板の製造方法
US5330098A (en) * 1988-11-07 1994-07-19 The Morgan Crucible Co., Plc Silver-copper-aluminum-titanium brazing alloy
EP0480038B1 (en) * 1990-04-16 1997-07-09 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Ceramic circuit board
JPH04187574A (ja) 1990-11-20 1992-07-06 Kawasaki Steel Corp ろう材組成物
JP3095490B2 (ja) 1991-11-29 2000-10-03 株式会社東芝 セラミックス−金属接合体
JPH05156303A (ja) * 1991-12-02 1993-06-22 Tokin Corp メタライズ用金属粉末組成物，それを用いたメタライズ基板及びメタライズ基板の製造方法
JP3495051B2 (ja) 1992-07-03 2004-02-09 株式会社東芝 セラミックス−金属接合体
JPH06310850A (ja) * 1993-04-23 1994-11-04 Denki Kagaku Kogyo Kk 銅回路を有する窒化アルミニウム基板
JPH06310851A (ja) * 1993-04-26 1994-11-04 Denki Kagaku Kogyo Kk 銅回路を有する窒化アルミニウム基板
JPH07172944A (ja) * 1993-12-15 1995-07-11 Kyocera Corp 接着用組成物、接合体およびその接合方法
US5569958A (en) * 1994-05-26 1996-10-29 Cts Corporation Electrically conductive, hermetic vias and their use in high temperature chip packages
JP3211856B2 (ja) 1994-11-02 2001-09-25 電気化学工業株式会社 回路基板
JP3180621B2 (ja) * 1995-06-09 2001-06-25 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板
JPH09162325A (ja) 1995-12-07 1997-06-20 Denki Kagaku Kogyo Kk 窒化珪素回路基板及びその製造方法
JP3171234B2 (ja) 1997-03-26 2001-05-28 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付セラミック回路基板
US6033787A (en) * 1996-08-22 2000-03-07 Mitsubishi Materials Corporation Ceramic circuit board with heat sink
JP3182354B2 (ja) 1996-11-12 2001-07-03 電気化学工業株式会社 回路基板及びその評価方法
US6261703B1 (en) 1997-05-26 2001-07-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Copper circuit junction substrate and method of producing the same
JPH11130555A (ja) 1997-10-28 1999-05-18 Kyocera Corp セラミックス−銅接合用ろう材
JPH11246289A (ja) 1998-03-02 1999-09-14 Tokuyama Corp メタライズされた窒化アルミニウム基板の製造方法
JP2000335983A (ja) 1999-05-28 2000-12-05 Denki Kagaku Kogyo Kk 接合体の製造方法
JP4674983B2 (ja) 2001-03-13 2011-04-20 電気化学工業株式会社 接合体の製造方法
US7069645B2 (en) 2001-03-29 2006-07-04 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing a circuit board
JP4668476B2 (ja) 2001-08-20 2011-04-13 電気化学工業株式会社 接合体の製造方法
JP4812985B2 (ja) 2001-08-23 2011-11-09 電気化学工業株式会社 セラミック体と銅板の接合方法
JP2003101184A (ja) * 2001-09-27 2003-04-04 Kyocera Corp セラミック回路基板およびその製造方法
JP2003192462A (ja) 2001-12-25 2003-07-09 Toshiba Corp 窒化珪素回路基板およびその製造方法
JP2003197824A (ja) 2001-12-25 2003-07-11 Toshiba Corp セラミックス回路基板
JP2003197826A (ja) * 2001-12-26 2003-07-11 Toshiba Corp セラミックス回路基板およびそれを用いた半導体モジュール
JP2003285195A (ja) 2002-03-26 2003-10-07 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミック回路基板及びその製造方法
US6663982B1 (en) * 2002-06-18 2003-12-16 Sandia Corporation Silver-hafnium braze alloy
JP3795038B2 (ja) * 2003-10-03 2006-07-12 電気化学工業株式会社 回路基板及びその製造方法
JP4345054B2 (ja) 2003-10-09 2009-10-14 日立金属株式会社 セラミックス基板用ろう材及びこれを用いたセラミックス回路基板、パワー半導体モジュール
JP2006120973A (ja) 2004-10-25 2006-05-11 Kyocera Corp 回路基板および回路基板の製造方法
JP4345066B2 (ja) 2005-05-24 2009-10-14 日立金属株式会社 セラミックス回路基板及びこれを用いたパワー半導体モジュール
JP4852272B2 (ja) 2005-07-25 2012-01-11 ナミックス株式会社 金属ペースト
US8563869B2 (en) * 2005-08-29 2013-10-22 Hitachi Metals, Ltd. Circuit board and semiconductor module using this, production method for circuit board
JP4629016B2 (ja) * 2006-10-27 2011-02-09 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板およびヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法並びにパワーモジュール
JP5128829B2 (ja) * 2007-02-28 2013-01-23 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 金属−セラミックス接合基板およびそれに用いるろう材
JP4535098B2 (ja) 2007-08-20 2010-09-01 株式会社村田製作所 積層型セラミック電子部品の製造方法
KR101336902B1 (ko) * 2009-03-30 2013-12-04 가부시끼가이샤 도꾸야마 메탈라이즈드 기판을 제조하는 방법, 메탈라이즈드 기판
JP5133960B2 (ja) * 2009-10-22 2013-01-30 電気化学工業株式会社 半導体搭載用回路基板及びその製造方法
JP5504842B2 (ja) * 2009-11-20 2014-05-28 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法
JP5066197B2 (ja) 2010-02-08 2012-11-07 京セラ株式会社 半導体モジュール
WO2013002407A1 (ja) * 2011-06-30 2013-01-03 日立金属株式会社 ろう材、ろう材ペースト、セラミックス回路基板、セラミックスマスター回路基板及びパワー半導体モジュール
JP3171234U (ja) 2011-08-09 2011-10-20 正宜 田辺 簡易温室
JP3211856U (ja) 2017-05-09 2017-08-10 株式会社アイエスピー メジャー付きタオル

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5807626A (en) * 1995-07-21 1998-09-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Ceramic circuit board
EP0868961A1 (en) * 1997-03-12 1998-10-07 Dowa Mining Co., Ltd. Metal-ceramic composite substrates, producing methods thereof and brazing materials for use in such method
JP2000031609A (ja) * 1998-07-16 2000-01-28 Denki Kagaku Kogyo Kk 回路基板

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107535048B (zh) * 2015-04-27 2019-10-18 京瓷株式会社 电路基板以及具备该电路基板的电子装置
CN107535048A (zh) * 2015-04-27 2018-01-02 京瓷株式会社 电路基板以及具备该电路基板的电子装置
CN108701659A (zh) * 2016-01-22 2018-10-23 三菱综合材料株式会社 接合体、功率模块用基板、功率模块、接合体的制造方法及功率模块用基板的制造方法
CN108701659B (zh) * 2016-01-22 2022-05-13 三菱综合材料株式会社 接合体、功率模块用基板、功率模块、接合体的制造方法及功率模块用基板的制造方法
CN109315061B (zh) * 2016-06-10 2021-08-06 田中贵金属工业株式会社 陶瓷电路基板及陶瓷电路基板的制造方法
CN109315061A (zh) * 2016-06-10 2019-02-05 田中贵金属工业株式会社 陶瓷电路基板及陶瓷电路基板的制造方法
CN109417056A (zh) * 2016-06-30 2019-03-01 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体及绝缘电路基板
CN109417056B (zh) * 2016-06-30 2022-09-02 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体及绝缘电路基板
CN114478045A (zh) * 2016-07-28 2022-05-13 株式会社东芝 接合体、电路基板及半导体装置
CN114478045B (zh) * 2016-07-28 2023-08-15 株式会社东芝 接合体、电路基板及半导体装置
CN112654593B (zh) * 2018-08-28 2022-11-11 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法
CN112654593A (zh) * 2018-08-28 2021-04-13 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法
TWI801652B (zh) * 2018-08-28 2023-05-11 日商三菱綜合材料股份有限公司 銅／陶瓷接合體、絕緣電路基板、及銅／陶瓷接合體之製造方法、及絕緣電路基板之製造方法
CN109648221A (zh) * 2018-11-29 2019-04-19 中国科学院电工研究所 一种钎焊电子浆料及其制备方法和应用
CN109336635A (zh) * 2018-12-06 2019-02-15 邢台职业技术学院 一种氮化铝陶瓷材料及其制备方法
CN109872987A (zh) * 2019-03-08 2019-06-11 中国科学院微电子研究所 带有散热结构的系统封装板卡结构及其制作方法
CN113614261A (zh) * 2019-03-25 2021-11-05 京瓷株式会社 电路衬底及具备它的散热衬底或电子设备
CN113661152A (zh) * 2019-06-26 2021-11-16 三菱综合材料株式会社 铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法
CN111403347B (zh) * 2020-03-03 2022-02-25 江苏富乐华半导体科技股份有限公司 一种高可靠性氮化硅覆铜陶瓷基板的铜瓷界面结构及其制备方法
CN111403347A (zh) * 2020-03-03 2020-07-10 江苏富乐德半导体科技有限公司 一种高可靠性氮化硅覆铜陶瓷基板的铜瓷界面结构及其制备方法
DE102022211621A1 (de) 2022-11-03 2024-05-08 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe

Also Published As

Publication number Publication date
EP2811513B1 (en) 2019-12-18
US9504144B2 (en) 2016-11-22
WO2013115359A1 (ja) 2013-08-08
CN104067386B (zh) 2019-05-28
KR102078891B1 (ko) 2020-02-18
US20150208496A1 (en) 2015-07-23
EP2811513A1 (en) 2014-12-10
EP2811513A4 (en) 2016-01-27
US10375825B2 (en) 2019-08-06
KR20140127228A (ko) 2014-11-03
US20170034905A1 (en) 2017-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104067386A (zh) 功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块、功率模块用基板的制造方法以及铜部件接合用浆料
US20210068251A1 (en) Power module substrate, power module substrate with heat sink, power module, method of producing power module substrate, paste for copper sheet bonding, and method of producing bonded body
CN109315061B (zh) 陶瓷电路基板及陶瓷电路基板的制造方法
JP6048541B2 (ja) パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法、並びに、銅部材接合用ペースト
US9780011B2 (en) Brazing material, brazing material paste, ceramic circuit substrate, ceramic master circuit substrate, and power semiconductor module
CN102047413A (zh) 功率模块用基板、功率模块以及功率模块用基板的制造方法
JP3629783B2 (ja) 回路基板
CN105829266A (zh) 接合体、功率模块用基板、功率模块及接合体的制造方法
CN106103386A (zh) 接合体的制造方法及功率模块用基板的制造方法
JP2012161818A (ja) 液相拡散接合用Ａｇペースト、および、この液相拡散接合用Ａｇペーストを用いたパワーモジュール用基板の製造方法
CN108780784A (zh) 带Ag基底层的金属部件、带Ag基底层的绝缘电路基板、半导体装置、带散热器的绝缘电路基板及带Ag基底层的金属部件的制造方法
CN109075081A (zh) 半导体装置
JP5966504B2 (ja) はんだ接合構造、パワーモジュール、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、並びに、はんだ接合構造の製造方法、パワーモジュールの製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
JP2014172802A (ja) 銅部材接合用ペースト、接合体、及びパワーモジュール用基板
JP5605423B2 (ja) 接合体の製造方法
JP4269853B2 (ja) 半導体素子搭載用基板向け複合材料およびその製造方法
TWI789698B (zh) 氧化銅糊料及電子零件之製造方法
WO2023286862A1 (ja) 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板
Ding et al. Effect of Different Proportions and Powder Sizes of Sn on The Performance of Cu-Sn TLPB Joints
JPH01788A (ja) 表面導電性セラミックス基板とその製造方法およびそれに用いるメタライズ用組成物

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant