CN105393348A - 接合体及功率模块用基板 - Google Patents

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Abstract

本发明的接合体为由陶瓷构成的陶瓷部件与由Cu或Cu合金构成的Cu部件通过Cu-P-Sn系钎料及Ti材接合而成的接合体，其中，在所述陶瓷部件与所述Cu部件的接合界面形成有：位于所述陶瓷部件侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及位于所述Cu部件与所述Cu-Sn层之间的Ti层，在所述Cu部件与所述Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，在所述Cu-Sn层与所述Ti层之间形成有含P的第二金属间化合物层。

Description

接合体及功率模块用基板
技术领域
本发明涉及一种陶瓷部件与Cu部件接合而成的接合体及在陶瓷基板的其中一个面形成有电路层的功率模块用基板。
本申请主张基于2013年8月26日申请的日本专利申请第2013-175000号的优先权，并将所有内容援用于本说明书中。
背景技术
LED或功率模块等半导体装置具备在由导电材料构成的电路层上接合有半导体元件的结构。
用于控制风力发电、电动汽车等电动车辆等而使用的大功率控制用功率半导体元件的发热量较多。因此，作为搭载这种功率半导体元件的基板，至今以来广泛使用例如在由AlN(氮化铝)等构成的陶瓷基板的其中一个面接合导电性优异的金属板以作为电路层的功率模块用基板。并且，也有在陶瓷基板的另一个面接合金属板以作为金属层。
例如，专利文献1所示的功率模块用基板结构如下，即在陶瓷基板(陶瓷部件)的其中一个面通过接合Cu板(Cu部件)来形成电路层。该功率模块用基板中，在陶瓷基板的其中一个面夹着Cu-Mg-Ti钎料配置Cu板的状态下进行加热处理，从而接合Cu板。
专利文献1：日本专利第4375730号公报
然而，如专利文献1中所公开，若通过Cu-Mg-Ti钎料接合陶瓷基板与Cu板，则在陶瓷基板的附近形成包含Cu、Mg或Ti的金属间化合物层。
由于形成在该陶瓷基板附近的金属间化合物较硬，因此存在当功率模块用基板受到冷热循环时，使得在陶瓷基板产生的热应力变大，从而存在容易在陶瓷基板产生裂纹的问题。并且，由于上述金属间化合物层比较脆，因此受到冷热循环时，会使金属间化合物破损，使陶瓷基板与电路层的接合率变差，从而有可能降低接合可靠性。
尤其在近些年，功率模块的使用环境越来越苛刻，且冷热循环的条件也变得苛刻。因此，在功率模块用基板中具有如下趋势：容易在陶瓷基板产生裂纹，并且容易使陶瓷基板与电路层的接合可靠性下降。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够在受到冷热循环时抑制陶瓷部件产生裂纹，并且能够提高陶瓷部件与Cu部件的接合可靠性的接合体及功率模块用基板。
为解决上述课题，本发明的第一方式所涉及的接合体，由陶瓷构成的陶瓷部件与由Cu或Cu合金构成的Cu部件通过Cu-P-Sn系钎料及Ti材接合而成，在所述陶瓷部件与所述Cu部件的接合界面形成有：位于所述陶瓷部件侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及位于所述Cu部件与所述Cu-Sn层之间的Ti层，在所述Cu部件与所述Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，在所述Cu-Sn层与所述Ti层之间形成有含P的第二金属间化合物层。
根据本发明的第一方式所涉及的接合体，在陶瓷部件与Cu部件的接合界面，Cu-P-Sn系钎料中所含的P进入到形成于Ti层侧的第二金属间化合物层中。由此，在陶瓷部件侧形成不具有含P的金属间化合物或含P的金属间化合物极少的Cu-Sn层。即，由于没有在陶瓷部件的附近形成较硬的金属间化合物，因此能够减少受到冷热循环时在陶瓷部件产生的热应力。其结果，能够抑制在陶瓷部件产生裂纹。并且，由于没有在陶瓷基板的附近形成较脆的金属间化合物，因此在受到冷热循环时能够抑制陶瓷部件与Cu部件的接合率下降，且能够提高接合可靠性。
此外，由于在Cu-Sn层与Cu部件之间形成有Ti层，因此能够抑制Sn向Cu部件侧扩散。其结果，在通过Cu-P-Sn系钎料接合陶瓷部件与Cu部件时，能够抑制Cu-P-Sn系钎料的熔点上升。
并且，由于在Cu部件与Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，因此Cu部件的Cu与Ti层的Ti彼此充分扩散，且Cu部件与Ti层被良好地接合。
并且，所述第一金属间化合物层的厚度优选在0.5μm以上10μm以下。
当由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层的厚度为0.5μm以上时，由于Cu部件的Cu与Ti层的Ti彼此充分扩散，因此能够充分确保接合强度。并且，当第一金属间化合物层的厚度为10μm以下时，由于较硬的第一金属间化合物层形成得较薄，因此能够减少受到冷热循环时在陶瓷部件产生的热应力。由此，能够可靠地抑制在陶瓷部件产生裂纹，并且能够进一步提高陶瓷部件与Cu部件的接合可靠性。
此外，所述Ti层的厚度优选为1μm以上15μm以下。
此时，由于Ti层的厚度为1μm以上15μm以下，因此能够可靠地抑制Sn向Cu部件侧扩散。因此，当通过Cu-P-Sn系钎料接合陶瓷部件与Cu部件时，能够抑制Cu-P-Sn系钎料的熔点上升。并且，由于强度较高的Ti层形成得较厚，因此受到冷热循环时在陶瓷部件产生的热应力变小，且能够抑制裂纹的产生。因此，Ti层的厚度优选在上述范围内。
本发明的第二方式所涉及的功率模块用基板由上述接合体构成，且所述功率模块用基板具备：陶瓷基板，由所述陶瓷部件构成；及电路层，在该陶瓷基板的第一面通过Cu-P-Sn系钎料接合由所述Cu部件构成的Cu板而成，在所述陶瓷基板与所述电路层的接合界面形成有：位于所述陶瓷基板侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及位于所述电路层与所述Cu-Sn层之间的Ti层，在所述电路层与所述Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，在所述Cu-Sn层与所述Ti层之间形成有含P的第二金属间化合物层。
根据本发明的第二方式所涉及的功率模块用基板，在陶瓷基板与电路层的接合界面，Cu-P-Sn系钎料中所含的P进入到形成于Ti层侧的第二金属间化合物层中，从而在陶瓷基板侧形成不具有含P的金属间化合物或含P的金属间化合物极少的Cu-Sn层。即，由于没有在陶瓷基板的附近形成较硬的金属间化合物，因此能够减少受到冷热循环时在陶瓷基板产生的热应力。其结果，能够抑制在陶瓷基板产生裂纹。并且，由于没有在陶瓷基板的附近形成较脆的金属间化合物，因此在受到冷热循环时能够抑制陶瓷基板与电路层的接合率下降，且能够提高接合可靠性。
此外，由于在Cu-Sn层与电路层之间形成有Ti层，因此能够抑制Sn向电路层侧扩散。其结果，当使用Cu-P-Sn系钎料在陶瓷基板的第一面形成电路层时，能够抑制Cu-P-Sn系钎料的熔点上升。
并且，由于在电路层与Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，因此电路层的Cu与Ti层的Ti彼此充分扩散，且电路层与Ti层被良好的接合。
并且，在本发明的第二方式所涉及的功率模块用基板中，优选在所述陶瓷基板的第二面形成有金属层。
此时，由于在陶瓷基板的第二面形成有金属层，因此能够通过金属层有效地散发陶瓷基板侧的热量。
并且，优选如下：所述金属层为在所述陶瓷基板的第二面通过Cu-P-Sn系钎料及Ti材接合由Cu或Cu合金构成的Cu板而成，在所述陶瓷基板与所述金属层的接合界面形成有：位于所述陶瓷基板侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及位于所述金属层与所述Cu-Sn层之间的Ti层，在所述金属层与所述Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，在所述Cu-Sn层与所述Ti层之间形成有含P的第二金属间化合物层。
此时，在陶瓷基板与金属层的接合界面，Cu-P-Sn系钎料中所含的P进入到形成于Ti层侧的第二金属间化合物层中。由此，在陶瓷基板侧形成不具有含P的金属间化合物或含P的金属间化合物极少的Cu-Sn层。即，由于在陶瓷基板的附近没有形成较硬的金属间化合物，因此能够减少受到冷热循环时在陶瓷基板产生的热应力。其结果，能够抑制在陶瓷基板产生裂纹。并且，由于没有在陶瓷基板的附近形成较脆的金属间化合物，因此在受到冷热循环时能够抑制陶瓷基板与金属层的接合率下降，且能够提高接合可靠性。
此外，由于在Cu-Sn层与金属层之间形成有Ti层，因此能够抑制Sn向金属层侧扩散。其结果，在使用Cu-P-Sn系钎料在陶瓷基板的第二面形成金属层时，能够抑制Cu-P-Sn系钎料的熔点上升。并且，由于在金属层与Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，因此金属层的Cu与Ti层的Ti彼此充分扩散，且金属层与Ti层被良好地接合。
并且，所述金属层也可以由Al或Al合金构成。
此时，由Al或Al合金构成的金属层的强度较低，因此受到冷热循环时，能够减少在陶瓷基板产生的热应力。
并且，在本发明的第二方式所涉及的功率模块用基板中，优选所述Ti层的厚度为1μm以上15μm以下。
此时，由于Ti层的厚度为1μm以上15μm以下，因此能够可靠地抑制Sn向电路层侧或金属层侧扩散。因此，不会厚厚地形成热阻大于电路层或金属层的Ti层，不会使功率模块用基板的热阻上升。并且，此时，不会厚厚地形成强度较高的Ti层，且当受到冷热循环时在陶瓷基板产生的热应力变小，从而能够抑制裂纹的产生。出于这种理由，Ti层的厚度优选在上述范围内。
根据本发明，可提供一种能够抑制在受到冷热循环时在陶瓷部件产生裂纹，并且能够提高陶瓷部件与Cu部件的接合可靠性的接合体及功率模块用基板。
附图说明
图1为使用本发明的第一实施方式所涉及的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。
图2为本发明的第一实施方式所涉及的功率模块用基板的概略说明图。
图3为拍摄图2所示的电路层与陶瓷基板的接合界面的截面的电子显微镜照片及其概略说明图。
图4为说明本发明的第一实施方式所涉及的功率模块用基板的制造方法及功率模块的制造方法的流程图。
图5为本发明的第一实施方式所涉及的功率模块用基板的制造方法及功率模块的制造方法的概略说明图。
图6为使用本发明的第二实施方式所涉及的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。
图7为本发明的第二实施方式所涉及的功率模块用基板的概略说明图。
图8为图7所示的金属层与陶瓷基板的接合界面的截面的概略图。
图9为说明本发明的第二实施方式所涉及的功率模块用基板的制造方法及功率模块的制造方法的流程图。
图10为本发明的第二实施方式所涉及的功率模块用基板的制造方法及功率模块的制造方法的概略说明图。
图11为使用本发明的第三实施方式所涉及的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。
图12为本发明的第三实施方式所涉及的功率模块用基板的概略说明图。
图13为说明本发明的第三实施方式所涉及的功率模块用基板的制造方法及功率模块的制造方法的流程图。
图14为本发明的第三实施方式所涉及的功率模块用基板的制造方法及功率模块的制造方法的概略说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。首先，对本发明的第一实施方式进行说明。
本实施方式所涉及的接合体为由陶瓷部件即陶瓷基板11与Cu部件即Cu板22(电路层12)接合而成的功率模块用基板10。图1中示出具备本实施方式即功率模块用基板10的功率模块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；及在电路层12的其中一个面(图1中为上表面)通过接合层2而接合的半导体元件3。
如图2所示，功率模块用基板10具备：具有第一面和第二面的陶瓷基板11；及配设于该陶瓷基板11的其中一个面即第一面(图2中为上表面)的电路层12。
陶瓷基板11由绝缘性较高的AlN(氮化铝)、Si3N4(氮化硅)、Al2O3(氧化铝)等陶瓷构成。在本实施方式中，陶瓷基板11由散热性优异的AlN(氮化铝)构成。并且，陶瓷基板11的厚度被设定在0.2～1.5mm范围内，在本实施方式中被设定为0.635mm。
电路层12通过在陶瓷基板11的第一面通过Cu-P-Sn系钎料及作为Ti材的Ti箔25接合具有导电性的Cu或Cu合金的金属板(Cu板22)而形成。作为Cu板22例如可以是无氧铜、脱氧铜、韧铜等，在本实施方式中为无氧铜。并且，Cu板22的厚度优选设定在0.1～1.0mm范围内，在本实施方式中被设定为0.6mm。
作为Cu-P-Sn系钎料，具体而言可举出Cu-P-Sn钎料、Cu-P-Sn-Ni系钎料、Cu-P-Sn-Zn系钎料、Cu-P-Sn-Mn系钎料、Cu-P-Sn-Cr系钎料等。优选在Cu-P-Sn系钎料中含有3质量％以上10质量％以下的P和0.5质量％以上25质量％以下的Sn。在本实施方式中，作为Cu-P-Sn系钎料使用Cu-P-Sn-Ni钎料24。并且，Cu-P-Sn系钎料以箔状使用，其厚度优选为5μm～150μm。
另外，Cu-P-Sn系钎料的熔点为710℃以下，在本实施方式中使用的Cu-P-Sn-Ni钎料24的熔点为580℃。另外，在本实施方式中，将Cu-P-Sn系钎料的固相线温度作为熔点。
在本实施方式中，电路层12通过在陶瓷基板11的第一面层叠Cu-P-Sn-Ni钎料24、作为Ti材的Ti箔25及由无氧铜构成的Cu板22的状态下，对它们进行加热处理来接合Cu板22而形成(参考图5)。
另外，电路层12的厚度被设定在0.1mm以上1.0mm以下的范围内，在本实施方式中被设定为0.6mm。
图3中示出陶瓷基板11与电路层12的接合界面的电子显微镜照片及其概略说明图。如图3所示，在陶瓷基板11与电路层12的接合界面形成有位于陶瓷基板11侧的Cu-Sn层14及位于电路层12与Cu-Sn层14之间的Ti层15。
而且，在电路层12与Ti层15之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层16。并且，在Cu-Sn层14与Ti层15之间形成有含P及Ni的第二金属间化合物层17。
Cu-Sn层14为Sn固溶于Cu中的层。该Cu-Sn层14为通过Cu-P-Sn-Ni钎料24中所含的P及Ni进入到形成于Ti层15侧的第二金属间化合物层17中而形成的层。可以将Cu-Sn层14的厚度设为1μm以上140μm以下的范围。
如上所述，Ti层15为通过通过Cu-P-Sn-Ni钎料24及Ti箔25接合陶瓷基板11与Cu板22而形成的层。在本实施方式中，Ti层15的厚度优选为1μm以上15μm以下。
当Ti层15的厚度为1μm以上15μm以下时，Ti层可靠地发挥抑制Sn向电路层12侧扩散的阻挡层的功能。由此，能够可靠地抑制Sn扩散。并且，Ti层的热阻大于由Cu板22构成的电路层12。由于没有厚厚地形成这种Ti层15，因此能够抑制功率模块用基板10的热阻上升。此外，Ti层的强度比较高。由于没有厚厚地形成这种Ti层15，因此受到冷热循环时在陶瓷基板11产生的热应力变小，其结果，能够抑制裂纹的产生。出于这种理由，Ti层15的厚度优选在上述范围内。另外，也可以将Ti层15的厚度设为1μm以上5μm以下。
第一金属间化合物层16为通过电路层12的Cu与Ti层15的Ti彼此扩散而形成的层。其中，Cu与Ti的扩散为固相扩散。第一金属间化合物层16具有Cu4Ti相、Cu3Ti2相、Cu4Ti3相、CuTi相及CuTi2相中的任意一种以上。在本实施方式中，第一金属间化合物层16具有Cu4Ti相、Cu3Ti2相、Cu4Ti3相、CuTi相及CuTi2相。
并且，本实施方式中，该第一金属间化合物层16的厚度为0.5μm以上10μm以下。
当第一金属间化合物层16的厚度为0.5μm以上时，电路层12的Cu与Ti层15的Ti彼此充分扩散，且能够充分确保电路层12与Ti层15的接合强度。并且，当第一金属间化合物层16的厚度为10μm以下时，由于较硬的第一金属间化合物层16形成得较薄，因此受到冷热循环时能够减少在陶瓷基板11产生的热应力，且能够抑制产生裂纹。
出于这种理由，第一金属间化合物层16的厚度被设定在上述范围内。另外，也可以将第一金属间化合物层16的厚度设为0.5μm以上7μm以下。
第二金属间化合物层17通过Cu-P-Sn-Ni钎料24中所含的P和Ni与Ti箔25中所含的Ti结合而形成。在本实施方式中，如图3所示，第二金属间化合物层17具有从Cu-Sn层14侧依次形成的P-Ni-Ti层17a、P-Ti层17b及Cu-Ni-Ti层17c。可以将第二金属间化合物层17的厚度即P-Ni-Ti层17a、P-Ti层17b及Cu-Ni-Ti层17c的总厚度设为0.5μm以上6μm以下。
半导体元件3由Si等半导体材料构成。该半导体元件3与电路层12通过接合层2接合。
接合层2例如为Sn-Ag系、Sn-In系或者Sn-Ag-Cu系中的焊锡材料。
接着，参考图4的流程图及图5对本实施方式所涉及的功率模块用基板10及功率模块1的制造方法进行说明。
首先，如图5所示，在陶瓷基板11的其中一个面即第一面(图5中为上表面)依次层叠Cu-P-Sn-Ni钎料24、Ti箔25及成为电路层12的Cu板22(层叠工序S01)。即，在陶瓷基板11与Cu板22之间，在陶瓷基板11侧配置Cu-P-Sn-Ni钎料24，在Cu板22侧配置Ti箔25。
并且，在本实施方式中，Cu-P-Sn-Ni钎料24的组成为Cu-7质量％P-15质量％Sn-10质量％Ni。
并且，Cu-P-Sn-Ni钎料24的厚度在5μm以上150μm以下的范围内，在本实施方式中，使用厚度为20μm的Cu-P-Sn-Ni钎料。
并且，Ti箔25的厚度在6μm以上25μm以下的范围内，Ti箔25的纯度为99.4％以上。在本实施方式中，使用厚度为10μm，纯度为99.8％的Ti箔。
接着，在沿着层叠方向对陶瓷基板11、Cu-P-Sn-Ni钎料24、Ti箔25及Cu板22进行加压(压力1kgf/cm2以上35kgf/cm2以下(0.10MPa以上3.43MPa以下))的状态下，装入真空加热炉内并进行加热(加热处理工序S02)。其中，在本实施方式中，将真空加热炉内的压力设定在10-6Pa以上10-3Pa以下的范围内，将加热温度设定在600℃以上650℃以下的范围内，将加热时间设定在30分钟以上360分钟以下的范围内。
在该加热处理工序S02中，Ti箔25与Cu板22经过固相扩散而接合，并且Cu-P-Sn-Ni钎料24经过熔融而形成液相，通过该液相的凝固，陶瓷基板11与Ti箔25被接合。此时，在Cu板22(电路层12)与Ti箔25(Ti层15)的接合界面形成由Ti和Cu构成的第一金属间化合物层16。并且，通过Cu-P-Sn-Ni钎料24中所含的P及Ni与Ti箔25中的Ti的结合而形成第二金属间化合物层17，并且在陶瓷基板11侧形成不含P及Ni或P及Ni极少的Cu-Sn层14。
由此，在陶瓷基板11的第一面形成电路层12，以制造本实施方式即功率模块用基板10。
接着，在功率模块用基板10的电路层12的上表面通过焊锡材料接合半导体元件3(半导体元件接合工序S03)。
如此制造本实施方式所涉及的功率模块1。
根据如上构成的本实施方式所涉及的功率模块用基板10，在陶瓷基板11与电路层12的接合界面，Cu-P-Sn-Ni钎料24中所含的P及Ni进入到形成于Ti层15侧的第二金属间化合物17中。由此，在陶瓷基板11侧形成不具有含P及Ni的金属间化合物或含P及Ni的金属间化合物极少的Cu-Sn层14。即，由于没有在陶瓷基板11的附近形成较硬的金属间化合物，因此能够减少受到冷热循环时在陶瓷基板11产生的热应力。其结果，能够抑制在陶瓷基板11产生裂纹。并且，没有在陶瓷基板11的附近形成较脆的金属间化合物，因此在受到冷热循环时能够抑制陶瓷基板11与电路层12的接合率下降，且也能够提高接合可靠性。
此外，由于在Cu-Sn层14与电路层12之间形成有Ti层15，因此能够抑制Sn向电路层12侧扩散。由此，当使用Cu-P-Sn-Ni钎料24在陶瓷基板11的第一面形成电路层12时，能够抑制Cu-P-Sn-Ni钎料24中的Sn的浓度下降，因此能够抑制Cu-P-Sn-Ni钎料24的熔点上升。即，通过抑制Cu-P-Sn-Ni钎料24的熔点上升，能够在比较低的温度下进行接合，且能够抑制陶瓷基板11热劣化。
并且，Ti层15的厚度优选为1μm以上15μm以下，因此能够可靠地抑制Sn向电路层12侧扩散。并且，此时由于强度较高的Ti层15形成得较薄，因此受到冷热循环时在陶瓷基板11产生的热应力变小，且能够抑制裂纹的产生。
并且，由于在电路层12与Ti层15之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层16，因此电路层12的Cu与Ti层15的Ti彼此充分扩散，且电路层12与Ti层15被良好地接合。
并且，第一金属间化合物层16的厚度为0.5μm以上10μm以下。因此，电路层12的Cu与Ti层15的Ti彼此充分扩散，因此能够充分确保接合强度。除此之外，由于较硬的第一金属间化合物层16形成得较薄，因此能够减少受到冷热循环时在陶瓷基板11产生的热应力，且能够抑制产生裂纹。
并且，根据本实施方式所涉及的功率模块用基板10及功率模块1，由于在陶瓷基板11的其中一个面即第一面形成有由Cu板22构成的电路层12，因此能够扩散来自半导体元件3热量并散发到陶瓷基板11侧。并且，由于Cu板22变形阻力比较大，因此可抑制受到冷热循环时的电路层12的变形。其结果，能够抑制接合半导体元件3与电路层12的接合层2的变形，且能够提高半导体元件3与电路层12的接合可靠性。
并且，根据本实施方式的功率模块用基板10的制造方法，在陶瓷基板11与Cu板22之间夹着Cu-P-Sn-Ni钎料24和Ti箔25的状态下进行加热处理。因此，进行加热时，Ti熔入到熔融有Cu-P-Sn-Ni钎料24的液相中，且使得Cu-P-Sn-Ni钎料24的液相与陶瓷基板11的润湿性变得良好。
并且，在加热处理工序S02中，当加热温度为600℃以上时，能够在陶瓷基板11与Cu板22的接合界面可靠地熔融Cu-P-Sn-Ni钎料24。同时，能够使Ti箔25与Cu板22充分地进行固相扩散并接合，因此能够可靠地接合陶瓷基板11与Cu板22。并且，当加热温度为650℃以下时，能够抑制陶瓷基板11热劣化，并且还能够减少在陶瓷基板11产生的热应力。出于这种理由，在本实施方式中加热温度被设定在600℃以上650℃以下的范围内。
并且，在加热处理工序S02中，当施加于陶瓷基板11等的压力为1kgf/cm2(0.10MPa)以上时，由于能够使陶瓷基板11与Cu-P-Sn-Ni钎料24的液相紧贴，因此能够良好地接合陶瓷基板11与Cu-Sn层14。此外，施加的压力为1kgf/cm2以上时，能够通过抑制产生于Ti箔25与Cu板22之间的间隙来进行固相扩散并接合。并且，当施加的压力为35kgf/cm2(3.43MPa)以下时，能够抑制在陶瓷基板11产生破损。出于这种理由，在本实施方式中施加的压力被设定在1kgf/cm2以上35kgf/cm2以下(0.10MPa以上3.43MPa以下)的范围内。
在加热处理工序S02中，当加热时间为30分钟以上时，由于能够充分确保在陶瓷基板11与Cu板22的接合界面，使熔融的Cu-P-Sn-Ni钎料24中所含的P与Ti箔中所含的Ti结合的时间，因此能够在陶瓷基板11侧可靠地形成Cu-Sn层。并且，当加热时间为30分钟以上时，由于能够使Ti箔25与Cu板22充分地进行固相扩散并接合，因此能够可靠地接合陶瓷基板11与Cu板22。并且，即便加热时间超过360分钟，陶瓷基板11与电路层12的接合性也不会提高至加热时间为360分钟时的接合性以上。并且，若加热时间超过360分钟，则会导致生产率下降。出于这种理由，在本实施方式中加热时间被设定在30分钟以上360分钟以下的范围内。
并且，在本实施方式中，由于使用钎料的熔点为580℃的Cu-P-Sn-Ni钎料24，因此能够以低温形成钎料的液相。另外，在本实施方式中，将Cu-P-Sn-Ni钎料的固相线温度用作熔点。
如上所述，Cu-P-Sn-Ni钎料24与陶瓷基板11接合得良好，并且Ti箔25与Cu板22通过固相扩散而接合。其结果，能够良好地接合陶瓷基板11与Cu板22，且能够提高陶瓷基板11与电路层12的接合可靠性。
(第二实施方式)
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。另外，对于与第一实施方式相同的结构标注相同的符号，并省略详细说明。
图6中示出具备第二实施方式所涉及的功率模块用基板110的功率模块101。
该功率模块101具备：在陶瓷基板11的第一面上配设有电路层112的功率模块用基板110；在电路层112的其中一个面(图1中为上表面)通过接合层2而接合的半导体元件3；及配置于功率模块用基板110的另一侧(图1中为下侧)的散热片130。
如图7所示，功率模块用基板110具备：陶瓷基板11；配设于该陶瓷基板11的其中一个面即第一面(图7中为上表面)的电路层112；及配设于陶瓷基板11的另一个面即第二面(图7中为下表面)的金属层113。
陶瓷基板11由散热性优异的AlN(氮化铝)构成。
与第一实施方式相同，电路层112通过在陶瓷基板11的第一面依次层叠Cu-P-Sn-Ni钎料24、作为Ti材的Ti箔25及由无氧铜构成的Cu板122的状态下，对它们进行加热处理来接合Cu板122而形成(参考图10)。
另外，电路层112的厚度被设定在0.1mm以上1.0mm以下的范围内，在第二实施方式中被设定为0.6mm。
而且，与第一实施方式相同，在陶瓷基板11与电路层112的接合界面形成有位于陶瓷基板11侧的Cu-Sn层(第一Cu-Sn层)14及位于电路层112与Cu-Sn层14之间的Ti层(第一Ti层)15。并且，在电路层112与Ti层15之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层16，在Cu-Sn层14与Ti层15之间形成有含P及Ni的第二金属间化合物层17。
金属层113通过在陶瓷基板11的另一个面即第二面通过Cu-P-Sn系钎料接合Cu或Cu合金的金属板而形成。在第二实施方式中，金属层113通过在陶瓷基板11的第二面层叠Cu-P-Sn-Ni钎料24、作为Ti材的Ti箔25及由无氧铜构成的Cu板123的状态下，对它们进行加热处理来接合Cu板123而形成(参考图10)。
该金属层113的厚度被设定在0.1mm以上1.0mm以下的范围内，在本实施方式中被设定为0.6mm。
图8中示出陶瓷基板11与金属层113的接合界面的概略图。如图8所示，在陶瓷基板11与金属层113的接合界面形成有位于陶瓷基板11侧的Cu-Sn层(第二Cu-Sn层)114及位于金属层113与Cu-Sn层114之间的Ti层(第二Ti层)115。而且，在金属层113与Ti层115之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层(第三金属间化合物层)116。并且，在Cu-Sn层114与Ti层115之间形成有含P及Ni的第二金属间化合物层(第四金属间化合物层)117。该第二金属间化合物层117具有从Cu-Sn层114侧依次形成的P-Ni-Ti层117a、P-Ti层117b及Cu-Ni-Ti层117c。
即，Cu-Sn层(第二Cu-Sn层)114与Cu-Sn层(第一Cu-Sn层)14具有基本相同的结构；Ti层(第二Ti层)115与Ti层(第一Ti层)15具有基本相同的结构；第一金属间化合物层(第三金属间化合物层)116与第一金属间化合物层16具有基本相同的结构；第二金属间化合物层(第四金属间化合物层)117与第二金属间化合物层17具有基本相同的结构。而且，该陶瓷基板11与金属层113的接合界面的结构与上述陶瓷基板11与电路层112的接合界面相同。
散热片130用于散发来自上述功率模块用基板110的热量。该散热片130由Cu或Cu合金构成，在本实施方式中由无氧铜构成。在该散热片130上设置有供冷却用流体流动的流路131。另外，在本实施方式中，散热片130与金属层113通过由焊锡材料构成的焊锡层132接合。
接着，参考图9的流程图及图10对本实施方式所涉及的功率模块101的制造方法进行说明。
首先，如图10所示，在陶瓷基板11的第一面(图10中为上表面)依次层叠Cu-P-Sn-Ni钎料24、Ti箔25及成为电路层112的Cu板122(第一层叠工序S11)。同时，也在陶瓷基板11的第二面(图10中为下表面)依次层叠Cu-P-Sn-Ni钎料24、Ti箔25及成为金属层113的Cu板123(第二层叠工序S12)。即，在陶瓷基板11与Cu板122、123之间，在陶瓷基板11侧配置Cu-P-Sn-Ni钎料24，在Cu板122、123侧配置Ti箔25。另外，Ti箔25的厚度被设定在6μm以上25μm以下的范围内，在本实施方式中使用厚度为8μm的Ti箔25。
接着，在沿着层叠方向对陶瓷基板11、Cu-P-Sn-Ni钎料24、Ti箔25及Cu板122、123进行加压(压力1～35kgf/cm2(0.10～3.43MPa))的状态下，装入真空加热炉内并进行加热(加热处理工序S13)。其中，在第二实施方式中，将真空加热炉内的压力设定在10-6Pa以上10-3Pa以下的范围内，将加热温度设定在600℃以上650℃以下的范围内，将加热时间设定在30分钟以上360分钟以下的范围内。
在该加热处理工序S13中，Ti箔25与Cu板122、123通过固相扩散而接合。同时，Cu-P-Sn-Ni钎料24经过熔融而形成液相，且通过该液相的凝固，使陶瓷基板11与Ti箔25通过Cu-P-Sn-Ni钎料24而接合。
由此，在陶瓷基板11的第一面形成电路层112，并且在第二面形成金属层113，以制造本实施方式即功率模块用基板110。
接着，在功率模块用基板110的金属层113的下表面通过焊锡材料接合散热片130(散热片接合工序S14)。
接着，在功率模块用基板110的电路层112的上表面通过焊锡材料接合半导体元件3(半导体元件接合工序S15)。
如此制造本实施方式所涉及的功率模块101。
在如上构成的第二实施方式所涉及的功率模块用基板110中，发挥与第一实施方式中说明的功率模块用基板10相同的效果。
并且，在功率模块用基板110中，由于在陶瓷基板11的第二面形成有由Cu板123构成的金属层113，因此能够通过金属层113有效地散发来自半导体元件3的热量。
而且，和陶瓷基板11与电路层112的接合界面相同，在陶瓷基板11与金属层113的接合界面，在陶瓷基板11侧形成有Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层114，没有在陶瓷基板11的附近形成较硬的金属间化合物。因此，能够减少受到冷热循环时在陶瓷基板11产生的热应力，且能够抑制在陶瓷基板11产生裂纹。并且，由于没有在陶瓷基板11的附近形成较脆的金属间化合物层，因此能够抑制受到冷热循环时陶瓷基板11与金属层113的接合率下降，且能够提高接合可靠性。
并且，在第二实施方式所涉及的功率模块用基板110中，由于在金属层113接合有散热片130，因此能够有效地由散热片130散发热量。
并且，根据第二实施方式所涉及的功率模块用基板110的制造方法，由于呈在陶瓷基板11的其中一个面即第一面形成电路层112的同时，在另一个面即第二面形成金属层113的结构，因此能够简化制造工序并减少制造成本。
(第三实施方式)
接着，对本发明的第三实施方式进行说明。另外，对于与第一实施方式相同的结构标注相同符号，并省略详细说明。
图11中示出具备第三实施方式所涉及的功率模块用基板210的功率模块201。
该功率模块201具备：在陶瓷基板11的第一面上配设有电路层212的功率模块用基板210；在电路层212的其中一个面(图11中为上表面)通过接合层2而接合的半导体元件3；及在功率模块用基板210的另一侧(图11中为下侧)通过接合层232而接合的散热片230。
如图12所示，功率模块用基板210具备：陶瓷基板11；配设于该陶瓷基板11的其中一个面即第一面(图12中为上表面)的电路层212；及配设于陶瓷基板11的另一个面即第二面(图12中为下表面)的金属层213。
陶瓷基板11由散热性优异的AlN(氮化铝)构成。
与第一实施方式相同，电路层212通过在陶瓷基板11的第一面依次层叠Cu-P-Sn-Ni钎料24、作为Ti材的Ti箔25及由无氧铜构成的Cu板222的状态下，对它们进行加热处理来接合Cu板222而形成(参考图14)。
另外，电路层212的厚度被设定在0.1mm以上1.0mm以下的范围内，在第三实施方式中被设定为0.6mm。
而且，与第一实施方式相同，在陶瓷基板11与电路层212的接合界面形成有位于陶瓷基板11侧的Cu-Sn层14及位于电路层212与Cu-Sn层14之间的Ti层15。并且，在电路层212与Ti层15之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层16，且形成有位于Cu-Sn层14与Ti层15之间且含P及Ni的第二金属间化合物层17。
金属层213通过在陶瓷基板11的另一个面即第二面通过接合材料227接合Al或Al合金的金属板而形成。在第三实施方式中，金属层213通过在陶瓷基板11的第二面接合纯度为99.99质量％以上的Al板223而形成(参考图14)。
该金属层213的厚度被设定在0.1mm以上3.0mm以下的范围内，在本实施方式中被设定为1.6mm。
散热片230由Al或Al合金构成，在本实施方式中由A6063(Al合金)构成。在该散热片230上设置有供冷却用流体流动的流路231。另外，该散热片230与金属层213通过Al-Si系钎料而接合。
接着，参考图13的流程图及图14对本实施方式所涉及的功率模块201的制造方法进行说明。
首先，如图14所示，在陶瓷基板11的第一面(图14中为上表面)依次层叠Cu-P-Sn-Ni钎料24、Ti箔25及成为电路层212的Cu板222(第一层叠工序S21)。同时，在陶瓷基板11的第二面(图14中为下表面)通过接合材料227依次层叠成为金属层213的Al板223(第二层叠工序S22)。而且，进一步在Al板223的下侧通过接合材料242层叠散热片230(第三层叠工序S23)。
另外，在本实施方式中，接合材料227、242为含有熔点降低元素即Si的Al-Si系钎料，在第三实施方式中使用Al-7.5质量％Si钎料。
并且，Ti箔25的厚度在6μm以上25μm以下的范围内。在本实施方式使用厚度为12μm的Ti箔。
接着，在沿着层叠方向对陶瓷基板11、Cu-P-Sn-Ni钎料24、Ti箔25、Cu板222、接合材料227、Al板223、接合材料242及散热片230进行加压(压力1～35kgf/cm2(0.10～3.43MPa))的状态下，装入真空加热炉内并进行加热(加热处理工序S24)。其中，在第三实施方式中，将真空加热炉内的压力设定在10-6Pa以上10-3Pa以下的范围内，将加热温度设定在600℃以上650℃以下的范围内，将加热时间设定在30分钟以上360分钟以下的范围内。
在该加热处理工序S24中，Ti箔25与Cu板222通过固相扩散而接合。同时，Cu-P-Sn-Ni钎料24经过熔融而形成液相，通过该液相的凝固，陶瓷基板11与Ti箔25被接合。并且，在加热处理工序S24中，接合材料227经过熔融形成液相，并通过该液相的凝固，使得陶瓷基板11与Al板223通过接合材料227而接合。此外，在加热处理工序S24中，接合材料242经过熔融而形成液相，并通过该液相的凝固，使得Al板223与散热片230通过接合材料242被接合。
由此，制造第三实施方式即功率模块用基板210。
接着，在功率模块用基板210的电路层212的上表面通过焊锡材料接合半导体元件3(半导体元件接合工序S25)。
如此制造第三实施方式所涉及的功率模块201。
如上构成的第三实施方式所涉及的功率模块用基板210发挥与第一实施方式中说明的功率模块用基板10相同的效果。
并且，在第三实施方式所涉及的功率模块用基板210中，由于在陶瓷基板11的第二面形成接合Al板223而成的金属层213，因此能够有效地通过金属层213散发来自半导体元件3的热量。并且，由于Al的变形阻力比较低，因此在受到冷热循环时，能够通过金属层213吸收在功率模块用基板210与散热片230之间产生的热应力。其结果，能够抑制在陶瓷基板11产生破损。
并且，根据第三实施方式所涉及的功率模块用基板210的制造方法，在陶瓷基板11的第一面接合电路层212的同时，在第二面接合金属层213，并且同时还接合散热片230和金属层213，因此能够简化制造工序且减少制造成本。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，在不脱离该发明的技术思想的范围内能够进行适当变更。
另外，在第二实施方式及第三实施方式中，对在陶瓷基板的第一面接合电路层的同时在第二面接合金属层的情形进行了说明，但也可以分别接合电路层和金属层。
并且，在第三实施方式中，对同时接合电路层、金属层及散热片的情形进行了说明，但也可以是将电路层和金属层接合到陶瓷基板之后，接合金属层和散热片的结构。
并且，在第三实施方式中，对在陶瓷基板的第二面通过Al-Si系钎料接合金属层的情形进行了说明，但也可以通过瞬间液相连接法(TLP)和Ag膏等来接合。
并且，在第二实施方式及第三实施方式中，对使用设置有流路的散热片的情形进行了说明，但也可以使用被称为散热板的板状散热片和具有销状鳍片的散热片。并且，对利用焊锡材料或钎料来接合功率模块用基板与散热片的情形进行了说明，但也可以在功率模块用基板与散热片之间涂布润滑脂之后通过螺栓固定等将它们固定。并且，在第二实施方式及第三实施方式的功率模块用基板中，也可以在功率模块用基板的另一个面侧(陶瓷基板的第二面侧)接合散热片。
另外，在上述实施方式中，对作为Ti材使用Ti箔的情形进行了说明，但也可以使用在Cu部件的其中一个面配设Ti的Cu部件/Ti包覆材。并且，也可以通过蒸镀等在Cu部件配设Ti来使用。
此外，也能够使用在Ti材的其中一个面配设Cu-P-Sn系钎料的Ti材/钎料包覆材或依次层叠Cu部件、Ti材及Cu-P-Sn系钎料的Cu部件/Ti材/钎料包覆材。
并且，在上述实施方式中对作为Ti材使用Ti箔的情形进行了说明，但并不限于此，作为Ti材也能够使用氢化Ti。
实施例
(实施例1)
以下，对为确认本发明所涉及的实施方式的效果而进行的确认实验(实施例1)的结果进行说明。
在表1中记载的陶瓷基板(40mm×40mm)的第一面依次层叠具有表1所示的厚度的Cu-P-Sn系钎料箔(37mm×37mm)、具有表1所示的厚度的Ti箔(37mm×37mm)及由无氧铜构成的Cu板(37mm×37mm×厚度0.3mm)。另外，当陶瓷基板的材质为AlN时，将厚度设为0.635mm，当材质为Si3N4时，设为0.32mm。
而且，在以15kgf/cm2(1.47MPa)的压力沿着层叠方向对层叠的陶瓷基板、Cu-P-Sn系钎料、Ti箔及Cu板加压的状态下，装入真空加热炉内并进行加热，从而在陶瓷基板的第一面接合Cu板，而形成电路层。其中，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，将加热温度及加热时间如表1的条件进行了设定。如此获得本发明例1-1～1-13的功率模块用基板。
并且，以如下方式获得比较例1的功率模块用基板。在由AlN构成的陶瓷基板(40mm×40mm×厚度0.635mm)的第一面依次层叠具有表1所示的厚度的Cu-P-Sn系钎料箔(37mm×37mm)及由无氧铜构成的Cu板(37mm×37mm×厚度0.3mm)。而且，在以15kgf/cm2(1.47MPa)的压力沿着层叠方向对层叠的陶瓷基板、Cu-P-Sn系钎料及Cu板加压的状态下，装入真空加热炉内并进行加热，从而在陶瓷基板的第一面接合Cu板，而形成电路层。
即，比较例1的功率模块用基板在接合陶瓷基板与Cu板时，没有夹着Ti箔进行了接合。
对如上获得的功率模块用基板进行电路层与陶瓷基板的初始接合率的评价。以下，对接合率的评价方法进行说明。
并且，对陶瓷基板与电路层的接合界面上的Ti层及第一金属间化合物层的厚度进行了测定。以下还示出该Ti层及第一金属间化合物层的厚度的测定方法。
(接合率评价)
对于功率模块用基板，利用超声波探伤装置(HitachiPowerSolutionsco.,Ltd制造FineSAT200)来对陶瓷基板与电路层的界面的接合率进行评价，并根据下式计算接合率。
其中，初始接合面积是指接合之前待接合的面积，在本实施例中设为电路层的面积(37mm×37mm)。在对超声波探伤图像进行二值化处理的图像中，剥离的部分在接合部内显示为白色，因此将该白色部分的面积作为剥离面积。
(接合率(％))＝{(初始接合面积)-(剥离面积)}/(初始接合面积)×100
(Ti层及第一金属间化合物层的厚度的测定方法)
以如下方法求出Ti层及第一金属间化合物层的厚度。获得基于铜板/Ti层界面(与层叠方向平行的截面)的EPMA(电子射线显微分析仪，JEOLLtd.制造JXA-8530F)的反射电子像。测定倍率为3000倍的视场(纵向(层叠方向的尺寸)30μm、横向40μm)内的形成于接合界面的Ti层的面积及第一金属间化合物层(Cu4Ti、Cu3Ti2、Cu4Ti3、CuTi、CuTi2)的总面积。通过Ti层的面积及第一金属间化合物层的总面积除以测定视场的宽度尺寸(40μm)来求出该视场内的Ti层的厚度及第一金属间化合物层的厚度。将在五个视场内求出的Ti层的厚度及第一金属间化合物层的厚度的平均值作为Ti层及第一金属间化合物层的厚度。
在表1中示出以上评价结果。
如表1所示，关于本发明例1-1～1-13确认到，由于夹着Cu-P-Sn系钎料及Ti箔接合了陶瓷基板与Cu板，因此陶瓷基板与电路层的初始接合率较高，且接合得良好。
另一方面，比较例1中，由于在接合陶瓷基板与Cu板时，没有夹着Ti箔进行接合，因此无法将陶瓷基板与Cu板(电路层)接合。
(实施例2)
接着，对为确认本发明所涉及的实施方式的效果而进行的确认实验(实施例2)的结果进行说明。
在表2中记载的陶瓷基板(40mm×40mm)的第一面及第二面依次层叠具有表2所示的厚度的Cu-P-Sn系钎料箔(37mm×37mm)、具有表2所示的厚度的Ti箔(37mm×37mm)及由无氧铜构成的Cu板(37mm×37mm×厚度0.3mm)。另外，当陶瓷基板的材质为AlN时，将厚度设为0.635mm，当材质为Si3N4时，设为0.32mm。
在以15kgf/cm2(1.47MPa)的压力沿着层叠方向对层叠的陶瓷基板、Cu-P-Sn系钎料、Ti箔及Cu板加压的状态下，装入真空加热炉内并进行加热，从而在陶瓷基板的第一面及第二面接合Cu板，而形成电路层及金属层。其中，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，将加热温度及加热时间设为表2所示的条件。如此获得本发明例2-1～2-13的功率模块用基板。
并且，除了未使用Ti箔而接合陶瓷基板与电路层之外，以与本发明例的2-1～2-13的功率模块用基板相同的方法获得了比较例2的功率模块用基板。
对于如上获得的功率模块用基板，测定电路层与陶瓷基板的初始接合率及经过冷热循环测试之后的接合率。此外，在冷热循环测试中，测定直至在功率模块用基板的陶瓷基板产生破损为止的次数，并评价经过冷热循环测试之后的接合率。并且，测定陶瓷基板与电路层的接合界面上的Ti层及第一金属间化合物层的厚度。
以与实施例1相同的方式进行了接合率的评价、Ti层及第一金属间化合物层的厚度测定。并且，如下进行冷热循环测试。
(冷热循环测试)
如下实施冷热循环测试：使用冷热冲击测试机ESPECGORP制造TSB-51，以液相(电子氟化液)在-40℃下5分钟且在150℃下5分钟的循环作为一次循环，对功率模块用基板实施2000个这些循环。另外，对于进行2000次循环的冷热循环测试之后也没有在陶瓷基板产生破损的功率模块用基板，在表2中记为“＞2000”。
在表2中示出以上评价结果。
如表2所示，在本发明例2-1～2-13中夹着Cu-P-Sn系钎料及Ti箔接合了陶瓷基板与Cu板。因此，确认到陶瓷基板与电路层的初始接合率较高，且接合得良好。并且，还确认到本发明例2-1～2-13的经过冷热循环测试之后的接合率也较高，且接合可靠性较高。此外还确认到，本发明例2-1～2-13在冷热循环测试中，直至在陶瓷基板产生破损为止的循环次数较多，且不易在陶瓷基板产生破损。
另一方面，比较例2中，由于在接合陶瓷基板与Cu板时没有夹着Ti箔进行接合，因此无法将陶瓷基板与Cu板(电路层)接合。
(实施例3)
接着，对为确认本发明所涉及的实施方式的效果而进行的确认实验(实施例3)的结果进行说明。
在表3中记载的陶瓷基板(40mm×40mm)的第一面依次层叠具有表3所示的厚度的Cu-P-Sn系钎料箔(37mm×37mm)、具有表3所示的厚度的Ti箔(37mm×37mm)及由无氧铜构成的Cu板(37mm×37mm×厚度0.3mm)。另外，当陶瓷基板的材质为AlN时，将厚度设为0.635mm，当材质为Si3N4时，设为0.32mm。并且，在陶瓷基板的第二面通过Al-Si系钎料(37mm×37mm×厚度0.02mm)层叠由纯度为99.99％的Al构成的Al板(37mm×37mm×厚度1.6mm)。
而且，在以15kgf/cm2(1.47MPa)的压力沿着层叠方向对层叠的陶瓷基板、Cu-P-Sn系钎料、Ti箔、Cu板、Al-Si系钎料及Al板加压的状态下，装入真空加热炉内并进行加热，从而在陶瓷基板的第一面接合Cu板而形成电路层，并在第二面接合Al板而形成金属层。其中，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，将加热温度及加热时间设为表3所示的条件。如此获得本发明例3-1～3-13的功率模块用基板。
并且，除了未使用Ti箔而接合陶瓷基板与电路层之外，以与本发明例3-1～3-13的功率模块用基板相同的方式获得了比较例3的功率模块用基板。
对如上获得的功率模块用基板评价电路层与陶瓷基板的初始接合率及经过冷热循环测试之后的接合率。并且，测定陶瓷基板与电路层的接合界面上的Ti层及第一金属间化合物层的厚度。
另外，以与实施例2相同的方式进行接合率的评价、冷热循环测试及Ti层与第一金属间化合物层的厚度测定。
在表3中示出以上评价结果。
如表3所示，在本发明例3-1～3-13中夹着Cu-P-Sn系钎料及Ti箔接合了陶瓷基板与Cu板。因此，确认到陶瓷基板与电路层的初始接合率较高，且接合得良好。并且，确认到本发明例3-1～3-13的经过冷热循环测试之后的接合率也较高，且接合可靠性也较高。此外，还确认到本发明例3-1～3-13在冷热循环测试中，直至在陶瓷基板产生破损为止的循环次数较多，且不易在陶瓷基板产生破损。
另一方面，比较例3中，由于在接合陶瓷基板与Cu板时没有夹着Ti箔进行接合，因此无法将陶瓷基板与Cu板(电路层)接合。
产业上的可利用性
根据本发明所涉及的接合体及功率模块用基板，既能够抑制受到冷热循环时在陶瓷部件产生裂纹，又能够提高陶瓷部件与Cu部件的接合可靠性。因此，本发明所涉及的接合体及功率模块用基板适合于用于控制风力发电、电动汽车等电动车辆等而使用的大功率控制用功率半导体元件、即使用环境苛刻的功率模块。
符号说明
10、110、210-功率模块用基板(接合体)，11-陶瓷基板(陶瓷部件)，12、112、212-电路层，13、113、213-金属层，14-Cu-Sn层(第一Cu-Sn层)，114-Cu-Sn层(第二Cu-Sn层)，15-Ti层(第一Ti层)，115-Ti层(第二Ti层)，16-第一金属间化合物层，17-第二金属间化合物层，116-第一金属间化合物层(第三金属间化合物层)，117-第二金属间化合物层(第四金属间化合物层)，22、122、123、222-Cu板(Cu部件)。

Claims (8)

1.一种接合体，由陶瓷构成的陶瓷部件与由Cu或Cu合金构成的Cu部件通过Cu-P-Sn系钎料及Ti材接合而成，其中，
在所述陶瓷部件与所述Cu部件的接合界面形成有：
位于所述陶瓷部件侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及
位于所述Cu部件与所述Cu-Sn层之间的Ti层，
在所述Cu部件与所述Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，
在所述Cu-Sn层与所述Ti层之间形成有含P的第二金属间化合物层。
2.根据权利要求1所述的接合体，其中，
所述第一金属间化合物层的厚度在0.5μm以上10μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的接合体，其中，
所述Ti层的厚度为1μm以上15μm以下。
4.一种功率模块用基板，其中，
所述功率模块用基板由权利要求1至3中任一项所述的接合体构成，
所述功率模块用基板具备：陶瓷基板，由所述陶瓷部件构成；及电路层，在该陶瓷基板的第一面通过Cu-P-Sn系钎料及Ti材接合由所述Cu部件构成的Cu板而成，
在所述陶瓷基板与所述电路层的接合界面形成有：
位于所述陶瓷基板侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及
位于所述电路层与所述Cu-Sn层之间的Ti层，
在所述电路层与所述Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，
在所述Cu-Sn层与所述Ti层之间形成有含P的第二金属间化合物层。
5.根据权利要求4所述的功率模块用基板，其中，
在所述陶瓷基板的第二面形成有金属层。
6.根据权利要求5所述的功率模块用基板，其中，
所述金属层在所述陶瓷基板的第二面通过Cu-P-Sn系钎料及Ti材接合由Cu或Cu合金构成的Cu板而成，
在所述陶瓷基板与所述金属层的接合界面形成有：
位于所述陶瓷基板侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及
位于所述金属层与所述Cu-Sn层之间的Ti层，
在所述金属层与所述Ti层之间形成有由Cu和Ti构成的第一金属间化合物层，
在所述Cu-Sn层与所述Ti层之间形成有含P的第二金属间化合物层。
7.根据权利要求5所述的功率模块用基板，其中，
所述金属层由Al或Al合金构成。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的功率模块用基板，其中，
所述Ti层的厚度为1μm以上15μm以下。
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