CN110313062B - 绝缘散热基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够在确保相邻的导体层间的电绝缘性的同时扩大半导体芯片的接合区的绝缘散热基板。所述绝缘散热基板具有：陶瓷基板、以及接合于该陶瓷基板的至少一个主表面上的导体层，上述导体层具有上表面、与上述陶瓷基板接合的下表面、以及连接上表面和下表面的侧面，将导体层与陶瓷基板以与导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，上述上表面的前端与上述下表面的前端相比沿导体层的上述法线方向后退，上述侧面具有向内侧凹陷的弯曲线状的轮廓，所述轮廓具有与上述上表面的前端相比沿导体层的上述法线方向后退的部位，上述上表面和上述侧面的连接部具有内接于上述上表面的前端且能够在上述上表面和上述侧面的内侧形成的圆的最大半径R以平均计为0.1μm≤R≤5μm那样的圆角形状。

Description

绝缘散热基板
技术领域
本发明涉及绝缘散热基板，特别是涉及安装功率半导体的绝缘散热基板。
背景技术
在HEV/EV、电车等的电力控制中使用了功率半导体模块。功率半导体模块例如由开关元件、IGBT、MOSFET等功率半导体、具备电路形成用的导体层(例如岛状金属板)的绝缘散热基板、冷却构件、以及壳体来构成。功率半导体模块由于进行大电力控制，因而承受高电压。因此，对于安装功率半导体的绝缘散热基板而言，要求相邻的导体层间的电绝缘性。
作为绝缘散热基板，广泛已知在氧化铝基板、氮化铝基板、氮化硅基板等陶瓷基板上直接接合了薄铜板的DCB(Direct Copper Bond，直接覆铜)基板。此外，也广泛已知将氧化铝基板、氮化铝基板或氮化硅基板等陶瓷基板与薄铜板借助使用包含活性金属的钎料(接合材)所形成的接合层进行接合而成的AMB(Active Metal Bonding，活性金属接合)基板作为绝缘散热基板。对于这样的绝缘散热基板，为了实现进一步的高性能化，一直在持续进行研究开发。
关于导体层间的电绝缘性，日本特开2002-232090号公报(专利文献1)中公开了下述有关陶瓷电路基板的发明，所述陶瓷电路基板的特征在于：其是在陶瓷基板的上表面安装有多个金属电路板而成的陶瓷电路基板，对上述多个金属电路板施加的电压为400V以上，相邻的金属电路板间的距离为1.5mm以下，金属电路板的上表面外周角部为曲率半径0.05mm以上的圆弧状。专利文献1中记载了，根据该发明，电荷不会集中于金属电路板的上表面角部，即使对金属电路板施加400V以上的高电压的电流，使相邻的金属电路板间的距离狭窄至1.5mm以下，也可以有效地防止金属电路板间发生放电，其结果是，可保证相邻的金属电路板间的电绝缘，能够使陶瓷电路基板稳定且可靠性良好地工作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-232090号公报
发明内容
发明所要解决的课题
近年来，对于功率半导体模块，逐渐要求输出密度的提高、小型化。根据专利文献1记载的发明，虽然记载了可抑制金属电路板间的放电，但为了使功率半导体模块进一步小型化，需要在抑制金属电路板间的放电的同时，扩大每单位面积绝缘散热基板的半导体芯片搭载面积。关于这一点，在专利文献1记载的发明中，由于金属电路板的上表面外周角部被倒角为具有0.05mm(50μm)以上曲率半径的圆弧形状，在金属电路板的上表面的前端产生大的死区(dead area)，接合半导体芯片的面积会变小。因此，专利文献1记载的发明从兼顾功率半导体模块的小型化和金属电路板间的放电抑制这一观点来看，仍有改善的余地。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其课题之一在于提供一种在确保相邻的导体层间的电绝缘性的同时也能够扩大半导体芯片的接合区的绝缘散热基板。
用于解决课题的方法
本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，即使以使导体层上表面的前端向相邻的导体层突出的方式来扩大接合区，在导体层上表面的前端附近的截面形状带有圆角的情况下，也能够提高相邻的导体层间的电绝缘性。而且发现在该情况下，即使使导体层上表面的前端附近的圆角显著小于专利文献1中所需要的曲率半径，导体层间也能够获得充分的电绝缘性。本发明是基于上述认识而完成的。
本发明的一个方面涉及一种绝缘散热基板，其具有陶瓷基板、以及接合于该陶瓷基板的至少一个主表面上的导体层，
上述导体层具有上表面、与上述陶瓷基板接合的下表面、以及连接上表面和下表面的侧面，
将导体层和陶瓷基板以与导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，
上述上表面的前端与上述下表面的前端相比沿导体层的上述法线方向后退，
上述侧面具有向内侧凹陷的弯曲线状的轮廓，所述轮廓具有与上述上表面的前端相比沿导体层的上述法线方向后退的部位，
上述上表面和上述侧面的连接部具有内接于上述上表面的前端且能够在上述上表面和上述侧面的内侧形成的圆的最大半径R以平均计为0.1μm≤R≤5μm那样的圆角形状。
本发明涉及的绝缘散热基板的一个实施方式中，将导体层和陶瓷基板以与导体层的上述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，从上述下表面的前端至上述上表面的前端的在导体层的上述法线方向上的平均距离L1、和导体层的平均厚度D满足1≤D/L1≤50的关系。
本发明涉及的绝缘散热基板的另一个实施方式中，将导体层和陶瓷基板以与导体层的上述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，从上述上表面的前端至上述侧面中沿导体层的上述法线方向最后退的部位的在导体层的上述法线方向上的平均距离L2、和导体层的平均厚度D满足1≤D/L2≤20的关系。
本发明涉及的绝缘散热基板的再另一个实施方式中，将导体层和陶瓷基板以与导体层的上述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，从上述下表面的前端至上述上表面的前端的在导体层的上述法线方向上的平均距离L1、从上述上表面的前端至上述侧面中沿导体层的上述法线方向最后退的部位的在导体层的上述法线方向上的平均距离L2、和导体层的平均厚度D满足1≤D/(L1+L2)≤15的关系。
本发明涉及的绝缘散热基板的另一个实施方式中，将导体层和陶瓷基板以与导体层的上述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，上述上表面具有随着靠近上述上表面的前端而向下方倾斜的部位，并且该部位在上述法线方向上的长度为300μm以下。
发明的效果
根据本发明，可提供一种在确保相邻的导体层间的电绝缘性的同时，半导体芯片的接合区比以往大的绝缘散热基板。因此，本发明能够有助于制造实用性优异的小型功率半导体模块。
附图说明
图1为对于本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板，将导体层和陶瓷基板以与导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行局部观察时的示意图。
图2为对于本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板，将导体层和陶瓷基板以与导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行局部观察时的、导体层的上表面的前端附近的SEM图像。
图3为在实施例中制作的绝缘散热基板的平面示意图。
图4为将本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板的截面(a)与以往的绝缘散热基板的截面(b)对比显示的示意图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式，一边参照附图一边具体地说明。本发明不限定于以下实施方式，应当理解：在不脱离本发明的宗旨的范围内，基于本领域技术人员的公知知识对以下实施方式施加适当变更、改良等而得到的实施方式也落入本发明的范围内。
＜1.绝缘散热基板＞
图1为对于本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板100，将导体层和陶瓷基板以与导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面局部观察时的示意图。在本说明书中，所谓俯视，是指将绝缘散热基板从其投影面积成为最大的方向进行观察的方法，所谓厚度方向，是指与该观察方向平行的方向。将导体层120的相对于俯视轮廓的切线的法线的例子在图3中以虚线N1-N1’和虚线N2-N2’来显示。绝缘散热基板100具有：陶瓷基板102、以及接合于陶瓷基板102的至少一个主表面上的导体层104。导体层104可以接合于陶瓷基板102的一个主表面上，也可以接合于两个主表面上。
导体层104具有上表面104a、与陶瓷基板102接合的下表面104b、以及连接上表面104a和下表面104b的侧面104c。陶瓷基板102具有与导体层的下表面104b接合的接合面102a。在本说明书中，将陶瓷基板102和导体层104的接合界面(下表面104b和接合面102a)作为基准，将从陶瓷基板102沿厚度方向远离的方向定义为“上方向”，将从导体层104沿厚度方向远离的方向定义为“下方向”。
绝缘散热基板100能够在包含例如开关元件、IGBT、MOSFET等未图示的功率半导体的功率半导体模块中，作为安装该功率半导体的基板来使用。图3示出绝缘散热基板100的俯视图的一例。导体层104可以由用于形成电路的任意图案来形成，可以在导体层104(例如：岛状金属板)上安装功率半导体。图3中，绝缘散热基板100上形成有预定形状的三块岛状金属板A、B、C。
作为陶瓷基板102，可例示氮化硅(Si3N4)基板、氮化铝(AlN)基板等氮化物陶瓷基板、以及氧化铝(Al2O3)基板。为了实现本发明，对于陶瓷基板102的平面形状、尺寸没有特别的限制，从谋求功率半导体模块的小型化这样的观点考虑，可例示一边为20mm～70mm左右且厚度为0.1mm～1.0mm的俯视时为矩形的陶瓷基板100。
导体层104可以由铜(Cu)、铜合金、铝(Al)、铝合金等金属形成。导体层104还可以由包含钨(W)、钼(Mo)等高熔点金属或银(Ag)的金属化层形成。此外，还可以使用镍、铁、钛、钼。关于导体层104的平均厚度D(导体层104的上表面104a与下表面104b的高度差的平均)，从谋求功率半导体模块的小型化这样的观点考虑，优选为0.3mm～2.0mm，更优选为0.5mm～1.5mm。
如果参照图1，则在本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板100中，导体层的上表面的前端104d与导体层的下表面的前端104e相比沿导体层104的上述法线方向后退。此外，在该绝缘散热基板100中，导体层的侧面104c具有向内侧凹陷的弯曲线状的轮廓，所述轮廓具有与导体层的上表面的前端104d相比沿导体层104的上述法线方向后退的部位。通过具有这样的构成，从而可防止相邻的导体层间的距离过于接近，因此能够提高相邻的导体层间的电绝缘性，另一方面，导体层的上表面的前端104d向相邻的导体层突出，因此可以扩大接合区。
这里，所谓导体层的上表面的前端104d，是指进行上述截面观察时，在导体层的上表面104a与导体层的侧面104c的连接部106中，导体层104在上述法线方向上最突出的部位。所谓导体层的下表面的前端104e，是指进行上述截面观察时，在导体层的下表面104b与导体层的侧面104c的连接部108中，导体层在上述法线方向上最突出的部位。
图4中，将本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板的截面(a)与以往的绝缘散热基板的截面(b)对比显示。由两者的对比可以理解的那样，可知在以往的绝缘散热基板中，由于截面为梯形状，因此死区大，能够搭载半导体芯片的接合区小，与此相对，根据本发明涉及的绝缘散热基板，几乎没有死区，因此能够扩大能够搭载半导体芯片的接合区。因此，根据本发明，如果半导体芯片的搭载量相同，则能够减小绝缘散热基板的面积，换句话说，能够使半导体模块小型化。
在具有这样的截面结构的绝缘散热基板100中，对于相邻的导体层间的电绝缘性带来显著影响的是导体层的上表面104a与导体层的侧面104c的连接部106的形状。仅使该连接部106为稍微带有圆角的形状，则即使相邻的导体层的上表面的前端104d彼此的平均距离L3相同，电绝缘性也会大幅地改善。在本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板100中，在将导体层104和陶瓷基板102以与导体层104的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，导体层的上表面104a与导体层的侧面104c的连接部106具有如下那样的圆角形状，其内接于导体层的上表面的前端104d且能够在导体层的上表面104a和导体层的侧面104c的内侧形成的圆的最大半径R以平均计为0.1μm≤R≤5μm。
从提高相邻的导体层间的电绝缘性这样的观点考虑，最大半径R的平均优选为0.1μm以上，更优选为0.4μm以上，进一步更优选为0.6μm以上，进一步更优选为1.0μm以上，进一步更优选为2.0μm以上。最大半径R大时有助于电绝缘性的提高，但使其过大，则有放电抑制效果饱和的倾向，连接部106的形状加工需要多余的劳力和时间，因此从生产率的观点考虑，最大半径R的平均优选为5μm以下。
在本说明书中，将导体层的上表面的前端104d设为边界地点，将与该前端104d相比上侧的部分设为导体层的上表面104a，将下侧的部分设为导体层的侧面104c。在本发明的几个实施方式中，有时导体层的上表面104a具有朝向前端104d向下方倾斜的形状，但如果按照上述定义，则这样的倾斜部分也可视作导体层的上表面104a的一部分。如果倾斜部分延长，则接合区变小，因此期望倾斜部分短。具体而言，将导体层和陶瓷基板以与导体层的上述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，上述上表面具有随着靠近上述上表面的前端而向下方倾斜的部位，并且该部位在上述法线方向上的长度以平均计优选为300μm以下，更优选为250μm以下，进一步更优选为200μm以下，例如可以设为50～300μm的范围，典型地可以设为100～250μm的范围。在本发明中，倾斜部位的上述法线方向的长度是将起点设为以导体层的上述法线方向作为倾斜角度0°时导体层上表面向下方的倾斜角度最早达到1°的部位，将终点设为导体层上表面的前端进行测定所得到的长度。
图2为将本发明涉及的绝缘散热基板的一个实施方式涉及的导体层的连接部106的附近进行了截面观察时的SEM照片。在图2中，连接部106具有能够形成最大半径R为0.5μm的内接圆的圆角形状。此外，可以确认导体层的上表面具有朝向前端向下方倾斜的形状。
另外，最大半径R的平均值通过作为测定对象的绝缘散热基板的任意的5处以上的截面观察来求出(对于以下的参数的平均值也同样。)。
对于本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板100，将导体层104和陶瓷基板102以与导体层104的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，可以认识到从导体层的下表面的前端104e至导体层的上表面的前端104d的在导体层104的上述法线方向上的平均距离L1。从确保相邻的导体层间的电绝缘性和半导体芯片的接合区这两者这样的观点考虑，该平均距离L1和导体层的平均厚度D优选满足1≤D/L1≤50的关系。在将相邻的导体层的下表面的前端104e之间的平均距离L4设为固定来进行比较时，从提高相邻的导体层间的电绝缘性这样的观点考虑，优选满足D/L1≤30，更优选满足D/L1≤20，进一步更优选满足D/L1≤10，进一步更优选满足D/L1≤5。此外，将相邻的导体层的下表面的前端104e之间的平均距离L4设为固定来进行比较时，从扩大接合区这样的观点考虑，优选满足2≤D/L1，更优选满足4≤D/L1。
例示地，平均距离L1可以设为5μm以上，可以设为10μm以上，可以设为50μm以上，也可以设为100μm以上。此外，平均距离L1可以设为300μm以下，可以设为250μm以下，可以设为200μm以下，也可以设为150μm以下。
对于本发明的一个实施方式涉及的绝缘散热基板100，在将导体层104和陶瓷基板102以与导体层104的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，可以认识到从导体层的上表面的前端104d至导体层104的侧面104c中沿导体层104的上述法线方向最后退的部位的在导体层104的上述法线方向上的平均距离L2。功率半导体模块由于在冷热循环环境下使用，因此对于安装功率半导体的绝缘散热基板，除了要求相邻的导体层间的电绝缘性以外，还要求对于冷热循环的耐久性，对此，通过控制平均距离L2与导体层的平均厚度D的关系，进一步通过控制平均距离L1、平均距离L2与导体层的平均厚度D的关系，能够提高对于冷热循环的耐久性。
具体而言，关于平均距离L2和导体层的平均厚度D，从提高冷热循环耐久性这样的观点考虑，优选满足D/L2≤20，更优选满足D/L2≤15，进一步更优选满足D/L2≤10，进一步更优选满足D/L2≤6。然而，从提高导体层的机械强度这样的观点考虑，优选满足1≤D/L2，更优选满足2≤D/L2，进一步更优选满足4≤D/L2。
此外，关于平均距离L1、平均距离L2和导体层的平均厚度D，从提高冷热循环耐久性这样的观点考虑，优选满足D/(L1+L2)≤15的关系，优选为D/(L1+L2)≤10，更优选为D/(L1+L2)≤5，进一步更优选为D/(L1+L2)≤3，进一步更优选为D/(L1+L2)≤2。然而，从确保导体层的机械强度和接合区这样的观点考虑，优选为1≤D/(L1+L2)，更优选为2≤D/(L1+L2)。
例示地，平均距离L2可以设为20μm以上，可以设为40μm以上，也可以设为60μm以上。此外，平均距离L2可以设为150μm以下，可以设为100μm以下，也可以设为90μm以下。
将导体层104和陶瓷基板102以与导体层104的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，相邻的导体层的上表面的前端104d之间的在上述法线方向上的平均距离L3长的情况下，则能够增强相邻的导体层间的电绝缘性，另一方面，在该平均距离L3短的情况下则有助于半导体模块的小型化。因此，从提高电绝缘性这样的观点考虑，平均距离L3优选设为1.0mm以上，更优选设为1.5mm以上，进一步更优选设为2.0mm以上。此外，从有助于小型化这样的观点考虑，平均距离L3优选设为3.0mm以下，更优选设为2.5mm以下，进一步更优选设为2.0mm以下。
将导体层104和陶瓷基板102以与导体层104的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，相邻的导体层的下表面的前端104e之间的在该法线方向上的平均距离L4长的情况下，则能够增强相邻的导体层间的电绝缘性，另一方面，在该平均距离L4短的情况下则有助于半导体模块的小型化。具体而言，从提高电绝缘性这样的观点考虑，平均距离L4优选设为1.0mm以上，更优选设为1.5mm以上，进一步更优选设为2.0mm以上。此外，从有助于小型化这样的观点考虑，平均距离L4优选设为3.0mm以下，更优选设为2.5mm以下，进一步更优选设为2.0mm以下。
＜2.制造方法＞
本发明涉及的绝缘散热基板可以以如下方式制造：将陶瓷基板与金属板或金属箔进行接合来制作接合基板之后，使用光刻技术和蚀刻技术以形成电路图案，进一步实施对于导体层上表面的前端附近的截面形状赋予圆角的处理。能够通过形成任意的电路图案来制造。
将陶瓷基板与金属板或金属箔进行接合来制作接合基板的方法只要使用公知的任意技术即可。代表性地可举出下述方法：将陶瓷基板与金属板或金属箔直接接合来制作DCB基板的方法；以及将陶瓷基板与金属板或金属箔介由使用包含活性金属的钎料(接合材)而形成的接合层进行接合来制作AMB基板的方法。其中，从提高接合强度这样的观点考虑，优选为使用包含Ag和Ti的钎料进行加热加压接合(热压)的方法。由于钎料为导体，因此在本发明中，接合层也作为导体层的一部分来处理。
在使用钎料进行热压的情况下，如果是作为活性金属的Ti发生氧化或氮化，则根本就不能接合，因此接合气氛需要设为真空或Ar气氛。从提高接合强度这样的观点考虑，接合压力期望为5MPa以上。然而，如果接合压力过高，则接合时有破坏陶瓷基板的担忧，因此接合压力期望为25MPa以下。接合温度只要根据所使用的钎料的种类进行适当调整即可，在使用包含Ag和Ti的钎料的情况下，设为800℃～1000℃左右是适合的。
另外，作为钎料，为了低熔点化，还可以使用在Ag中添加有Cu、Sn、In等的一种或两种以上的钎料、以及在这些合金粉末中，添加有Ti的钎料。例如，作为Ag-Cu-Ti系的钎料，可例示分别以组成重量比计成为30～70％、0～40％、0.1～20％的范围包含Ag、Cu、Ti的钎料，还可以使用满足这些组成范围的市售的产品。
制作接合基板之后的光刻技术和蚀刻技术也只要采用公知的任意方法即可，作为蚀刻方法，湿式蚀刻是特别适合的。根据蚀刻条件，导体层的侧面形状、导体层的上表面104a与导体层的侧面104c的连接部106的形状会受到影响，上述L1、L2、L3和L4发生变化，因此需要注意蚀刻条件。
为了形成将导体层104和陶瓷基板102以与导体层104的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，导体层的上表面的前端104d与导体层的下表面的前端104e相比沿上述法线方向后退的截面形状，期望在形成了所期望的抗蚀剂图案之后，进行湿式蚀刻。蚀刻液可以使用氯化铁(III)FeCl3的水溶液等市售的湿式蚀刻液。
为了将导体层104和陶瓷基板102以与导体层104的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，使导体层的侧面104c具有向内侧凹陷的弯曲线状的轮廓且该轮廓具有与导体层的上表面的前端104d相比沿上述法线方向后退的部位，期望在形成了所期望的抗蚀剂图案之后，进行湿式蚀刻。蚀刻液可以使用氯化铁(III)FeCl3的水溶液等市售的湿式蚀刻液。
如果缩短蚀刻时间，则L1易于变大，L2易于变小，L4易于变小。相反地如果延长蚀刻时间，则L1易于变小，L2易于变大，L4易于变大。L3和L4能够利用抗蚀剂图案进行基本的调整，除去抗蚀剂的宽度(导体层中未被抗蚀剂覆盖的部分)越大，则蚀刻时，L3和L4整体上变大。
通过蚀刻在导体层刚形成电路图案之后，通常导体层上表面的前端附近的截面形状会变得极其尖锐。因此，通过蚀刻在导体层形成电路图案之后，实施对于导体层上表面的前端附近的截面形状赋予圆角的处理(以下，称为“倒圆处理”)变得重要。作为倒圆处理的方法，可举出例如湿喷砂、干式喷砂、切削、激光加工、其他机械加工，从圆角形状的易控制性的观点考虑，优选为湿喷砂。在采用湿喷砂的情况下，根据喷射压力和喷射时间、湿喷砂中所使用的磨削材料的种类和粒径而圆角的状态发生变化，因此期望适当选定合适的条件。一般而言，导体层的上表面104a与导体层的侧面104c的连接部106中的先前所述的圆的最大半径R可以通过延长湿喷砂的时间来增大，可以通过缩短湿喷砂的时间来减小。
如果进行湿喷砂，则易于获得导体层的上表面104a随着靠近其前端104d而向下方倾斜的截面形状，但从扩大接合区这一观点考虑，期望该倾斜长度短。为了抑制倾斜部分的长度，优选缩短湿喷砂的时间。然而，如果缩短湿喷砂的时间，则上述的最大半径R易于减小，因此优选考虑两者的平衡而设定湿喷砂的条件。
可以在倒圆处理之后，进行各种表面处理。作为表面处理的例子，没有限定，可举出酸处理、碱处理、洗涤、镀覆、防锈处理等。
实施例
以下，通过实施例来进一步具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例的任何限定。
(1.绝缘散热基板的制作)
作为陶瓷基板，准备了厚度0.3mm的俯视时为矩形(横21mm×纵21mm)的氮化硅(Si3N4)基板。在该氮化硅基板的单面侧，使用钎料并通过热压来接合平均厚度D＝0.5mm的俯视时为矩形(横21mm×纵21mm)的铜(Cu)板，获得了陶瓷基板与铜板的接合基板。作为钎料，使用了组成重量比为Ag：51质量％，Cu：24质量％，In：11质量％，Ti：14质量％的钎料。热压在850℃的真空下，以接合压力20MPa的条件进行。
基于由上述步骤获得的接合基板，经过利用光刻进行的图案形成和湿式蚀刻，形成了图3所示那样的导体图案(相邻的导体层的下表面的前端间的平均距离L4＝1.0mm)。作为蚀刻液，使用了含有氯化铜和氯化铁等的水溶液(pH＝1～3)。湿式蚀刻时间分为3个组，各组中设为相同的蚀刻时间。比较例1和实施例1～3设为第1组，比较例2和实施例4～6设为第2组，比较例3和实施例7～9设为第3组。第1组的蚀刻时间T1、第2组的蚀刻时间T2和第3组的蚀刻时间T3的关系设为T1＜T2＜T3。
在形成导体图案之后，对于除了比较例以外的试验例，为了进行导体层上表面的前端附近的截面形状的倒圆，对于接合基板的导体图案形成面实施了湿喷砂。湿喷砂使用湿喷砂装置，通过将水和磨削材料(粒径10～20μm左右的SiC粒子)的浆料从相对于导体图案形成面垂直的方向喷射来进行。此时，使喷射压力为0.15MPa，使喷嘴的移动速度为100mm/sec，如表1所示那样改变通过次数。在1次通过中，使狭缝状喷嘴从接合基板的一边朝向与该一边相对的一边移动，由此整个表面被湿喷一次。所谓通过次数，表示该操作的重复次数。随着通过次数的变化，内接于导体层的上表面的前端且能够在导体层的上表面和侧面的内侧形成的圆(以下，称为“内接圆”。)的最大半径R和倾斜部位在上述法线方向上的长度如表2所示那样发生了变化。
[表1]
Figure GDA0002170518480000121
(2.整体形状的评价)
对于经过上述工序而获得的各试验例的绝缘散热基板，将导体层和陶瓷基板切断以使其露出与导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面，填充树脂之后，对露出的截面进行研磨，以80倍进行SEM观察，进行了以下评价。将结果示于表2中。
(a)评价1
评价导体层的上表面的前端是否与导体层的下表面的前端相比沿导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向后退。对于任意5处截面进行评价，将5处截面全部满足上述条件的情况设为“是”，除此以外设为“否”。
(b)评价2
评价导体层的侧面是否具有向内侧凹陷的弯曲线状的轮廓，所述轮廓具有与导体层的上表面的前端相比沿导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向后退的部位。对于任意5处截面进行评价，将5处截面全部满足上述条件的情况设为“是”，除此以外设为“否”。
(c)评价3
测定了从导体层的下表面的前端至导体层的上表面的前端的在导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向上的距离L1、以及从上述上表面的前端至在导体层的侧面中沿导体层的上述法线方向最后退的部位的在导体层的上述法线方向上的距离L2。对于任意5处截面进行测定，将5处的平均值设为L1和L2的测定值，算出D/L1、D/L2、D/(L1+L2)。
(d)评价4
测定了相邻的导体层的上表面前端彼此的在上述法线方向上的距离L3。对于任意5处截面进行测定，将5处的平均值设为L3的测定值。
(e)评价5
评价了导体层的上表面是否随着靠近其前端而向下方倾斜。对于任意5处截面进行评价，将5处截面全部满足上述条件的情况设为“是”，除此以外设为“否”。
(3.导体层的上表面与侧面的连接部的形状评价)
使用进行了整体形状的评价时的样品，以3000倍进行SEM观察，测定内接于导体层的上表面的前端且能够在导体层的上表面和侧面的内侧形成的圆的最大半径R。此外，在导体层存在倾斜部位的情况下，测定倾斜部位在上述法线方向上的长度。对于任意5处截面进行测定，将5处的平均值设为各自的测定值。将结果示于表2中。
[表2]
Figure GDA0002170518480000141
(3.放电开始电压的测定)
对于经过上述工序而获得的各试验例的绝缘散热基板，进行了放电开始电压的测定。测定中进行如下操作：将频率设为60Hz，对图3的岛状金属板A与B之间施加交流电压(有效值)10秒。在以该交流电压未确认到放电的情况下，提高1kV来施加交流电压(有效值)。重复该操作，测定了最早确认到放电时的交流电压(有效值)。将进行了5次测定时的平均值作为测定值。将结果示于表3中。
(4.冷热循环试验)
对于经过上述工序而获得的各试验例的绝缘散热基板，进行了冷热循环试验。冷热循环试验设为将-55℃(15分钟)/175℃(15分钟)的冷热循环进行3000cyc(循环)的试验。中途每隔100cyc(即总共30次)，利用体视显微镜进行外观确认和超声波探伤，对于接合部的剥落和陶瓷基板中的裂缝的有无(以下，将它们统称为“不良状况”)进行确认，评价了不产生不良状况而能够进行冷热循环试验的循环次数。
将结果示于表3中。例如，“500”表示直至最初的500cyc没有产生不良状况，但在600cyc结束后的观察时产生了不良状况。此外，“3000”表示直至实施3000cyc的期间都没有产生不良状况。
[表3]
Figure GDA0002170518480000161
(5.考察)
由以上结果可知，仅使导体层的上表面与侧面的连接部成为稍微带有圆角的截面形状，就能够大幅提高相邻的导体层间的电绝缘性。此外还可以理解，通过使导体层侧面设为向内侧凹陷的弯曲形状，增大L1、L2以及L1+L2(换句话说，减小D/L1、D/L2和D/(L1+L2))，能够提高冷热循环耐久性。在制作绝缘散热基板时，只要根据各个制品所要求的电绝缘性、冷热循环耐久性和接合区的规格，构建适当的截面形状即可。
符号说明
100：绝缘散热基板，102：陶瓷基板，104：导体层，104a：导体层的上表面，104b：导体层的下表面，104c：导体层的侧面，104d：导体层的上表面的前端，104e：导体层的下表面的前端，106：上表面与侧面的连接部，108：下表面与侧面的连接部。

Claims (5)

1.一种绝缘散热基板，其具有陶瓷基板、以及接合于该陶瓷基板的至少一个主表面上的导体层，
所述导体层具有上表面、与所述陶瓷基板接合的下表面、以及连接上表面和下表面的侧面，
将导体层和陶瓷基板以与导体层的相对于俯视轮廓的切线的法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，
所述上表面的前端与所述下表面的前端相比沿导体层的所述法线方向后退，
所述侧面具有向内侧凹陷的弯曲线状的轮廓，所述轮廓具有与所述上表面的前端相比沿导体层的所述法线方向后退的部位，
所述上表面和所述侧面的连接部具有内接于所述上表面的前端且能够在所述上表面和所述侧面的内侧形成的圆的最大半径R以平均计为0.1μm≤R≤5μm的圆角形状。
2.根据权利要求1所述的绝缘散热基板，将导体层和陶瓷基板以与导体层的所述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，从所述下表面的前端至所述上表面的前端的在导体层的所述法线方向上的平均距离L1、和导体层的平均厚度D满足1≤D/L1≤50的关系。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘散热基板，将导体层和陶瓷基板以与导体层的所述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，从所述上表面的前端至所述侧面中沿导体层的所述法线方向最后退的部位的在导体层的所述法线方向上的平均距离L2、和导体层的平均厚度D满足1≤D/L2≤20的关系。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的绝缘散热基板，将导体层和陶瓷基板以与导体层的所述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，从所述下表面的前端至所述上表面的前端的在导体层的所述法线方向上的平均距离L1、从所述上表面的前端至所述侧面中沿导体层的所述法线方向最后退的部位的在导体层的所述法线方向上的平均距离L2、和导体层的平均厚度D满足1≤D/(L1+L2)≤15的关系。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的绝缘散热基板，将导体层和陶瓷基板以与导体层的所述法线方向和厚度方向这两者平行的截面进行观察时，所述上表面具有随着靠近所述上表面的前端而向下方倾斜的部位，并且该部位在所述法线方向上的长度以平均计为300μm以下。
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