CN115812342A - 绝缘基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘基板(1)，其是通过在陶瓷基板(10)的一个主表面经由焊料层钎焊散热侧金属板(12)的一个主表面而成的，其特征在于，在该绝缘基板(1)设有覆盖自陶瓷基板(10)与散热侧金属板(12)之间暴露的焊料层(14)的Ni镀层(20)，散热侧金属板(12)的另一主表面的至少局部未被Ni镀层覆盖，而是散热侧金属板(12)的表面暴露的状态。根据本发明，能够得到绝缘基板(1)(单体)的通炉耐性优异，而且在绝缘基板(1)软钎焊有散热板的状态下的热循环特性也优异的绝缘基板(1)。

Description

绝缘基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体功率模块等所利用的绝缘基板及其制造方法。
背景技术
例如专利文献1所示，半导体功率模块等所利用的绝缘基板是通过将铜板利用焊料层钎焊于由AlN、Al2O3、Si3N4等形成的陶瓷基板的两个面而成的结构。然后，电路侧的铜板被设为规定的铜电路，并软钎焊半导体芯片等电子部件，在散热侧的铜板软钎焊导热性优异的Cu、Al等的散热板(基板)，从而制作半导体功率模块等。
在该绝缘基板中，例如专利文献2所示，作为绝缘基板，使用了金属-陶瓷绝缘基板，该金属-陶瓷绝缘基板是通过使用含有Ag、Cu以及活性金属的焊料将金属板与陶瓷基板接合而成的。另外，如专利文献3所示，为了使电子部件、散热板的软钎焊良好，并且提高耐腐蚀性，进行了以镀Ni的方式来覆盖铜板整体的处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-70863号公报
专利文献2：日本特开2010-241627号公报
专利文献3：日本特开2001-24296号公报
发明内容
发明要解决的问题
在接合Cu板等金属板和AlN基板等陶瓷基板而成的绝缘基板中，在陶瓷基板的一个主表面形成有散热侧金属板，在陶瓷基板的另一主表面形成有电路侧金属板(电路图案)，陶瓷基板与散热侧金属板以及电路侧金属板经由焊料层接合。
在将所述绝缘基板作为功率模块用基板使用的情况下，在所述散热侧金属板的表面(另一主表面)利用软钎料接合有由例如Cu形成的板状的相对较厚的(例如2～5mm左右的)散热板(基板)，在所述电路侧金属板的表面(另一主表面)利用软钎焊、超声波接合等搭载有半导体芯片等电子部件、端子等。而且，在功率半导体等的接合等所进行的布线完成之后，经过在散热板上以包围绝缘基板的方式形成树脂制的壳体、向壳体内填充密封用的凝胶材料、将壳体的盖关闭等工序，来制造功率模块。
对于绝缘基板，要求有对在上述的功率模块组装工序中产生的热负荷(热过程)(绝缘基板单体的情况下的)的可靠性(通炉耐性)。另外，近年，对于绝缘基板，在绝缘基板软钎焊有散热板的状态下，对在更高温时的严格的热循环特性的提高的期望正在升高。
然而，专利文献1、3的陶瓷绝缘基板在绝缘基板单体的情况下的通炉耐性并不充分，在通炉后可能在陶瓷基板产生裂纹。在专利文献2的绝缘基板中，可知，在绝缘基板单体的情况下的通炉耐性优异，但若在绝缘基板的散热侧金属板软钎焊有散热板的状态下进行高温热循环试验，则在陶瓷基板产生裂纹。
本发明即是鉴于该情况而做成的，其目的在于提供一种绝缘基板单体的情况下的通炉耐性优异，而且在绝缘基板软钎焊有散热板的状态(即，假定在功率模块安装有绝缘基板的状态)下且在高温时的热循环特性优异的绝缘基板。
用于解决问题的方案
本发明人们对陶瓷基板产生裂纹的主要原因进行了研究。其结果得到了以下的推测：在将电子部件、散热板软钎焊于绝缘基板时，来自软钎料的成分(例如Sn)浸蚀(扩散)到接合铜板的焊料层中，而与焊料的成分(例如Ag、Cu等)形成较脆的化合物，由此形成的焊料层的软钎料腐蚀成为裂纹的主要原因。于是，在本发明中，通过利用镀Ni来防止焊料层与软钎料直接接触，从而避免Sn等软钎料构成成分向焊料层中扩散。
根据本发明，提供一种绝缘基板，其是通过在陶瓷基板的一个主表面经由焊料层钎焊散热侧金属板的一个主表面而成的，其特征在于，在该绝缘基板设有覆盖自所述陶瓷基板与所述散热侧金属板之间暴露的焊料层的Ni镀层，所述散热侧金属板的另一主表面的至少局部未被Ni镀层覆盖，而是所述散热侧金属板的表面暴露的状态。
在该绝缘基板中，可以是，所述散热侧金属板的侧面的局部或全部由所述Ni镀层覆盖。另外，可以是，所述散热侧金属板的另一主表面的周围由所述Ni镀层覆盖。另外，可以是，在所述陶瓷基板的另一主表面经由焊料层钎焊有电路侧金属板的一个主表面。可以是，所述电路侧金属板为铜板或铜合金板。另外，可以是，所述散热侧金属板为铜板或铜合金板。
另外，根据本发明，提供一种绝缘基板的制造方法，在绝缘基板中，在陶瓷基板的一个主表面经由焊料层接合有散热侧金属板的一个主表面，在陶瓷基板的另一主表面经由焊料层接合有电路侧金属板的一个主表面，其特征在于，在所述散热侧金属板的另一主表面形成抗镀层，将形成有所述抗镀层的绝缘基板浸渍于Ni镀液中，在自未形成有所述抗镀层的所述陶瓷基板与所述散热侧金属板之间暴露的焊料层形成Ni镀层，接着将所述抗镀层剥离。
在该绝缘基板的制造方法中，可以是，所述散热侧金属板的侧面的局部或全部由所述Ni镀层覆盖。另外，可以是，所述散热侧金属板的另一主表面的周围由所述Ni镀层覆盖。另外，可以是，在所述电路侧金属板的另一主表面形成抗镀层，在自所述陶瓷基板与所述电路侧金属板之间暴露的焊料层形成Ni镀层。另外，可以是，所述电路侧金属板的侧面的局部或全部由所述Ni镀层覆盖。另外，可以是，所述散热侧金属板和所述电路侧金属板为铜板或铜合金板。另外，可以是，所述焊料层具有从Cu、Ag、Sn中选择出的任一金属成分和从Ti、Hf、Zr中选择出的任一活性金属成分。
发明的效果
根据本发明，能够得到绝缘基板(单体)的通炉耐性优异，而且在绝缘基板软钎焊有散热板的状态下的热循环特性也优异的绝缘基板。
附图说明
图1是本发明的实施方式的绝缘基板的剖视图。
图2是本发明的另一实施方式的绝缘基板的剖视图。
图3是本发明的另一实施方式的绝缘基板的剖视图。
图4是无Ni镀层的比较例1的绝缘基板的剖视图。
图5是以Ni镀层覆盖铜板整体的比较例2的绝缘基板的剖视图。
具体实施方式
以下，在本发明的实施方式的一个例子中，参照附图进行说明。此外，在本说明书和附图中，对具有实质上相同的功能结构的要素标注相同的附图标记，从而省略重复说明。
如图1所示，本发明的实施方式的绝缘基板1为在由AlN、Al2O3、Si3N4等形成的(板状的)陶瓷基板10的一个主表面(表面)经由焊料层14钎焊(由铜、铝等形成的)散热侧金属板12的一个主表面(表面)而成的绝缘基板1，其特征在于，在该绝缘基板1设有覆盖自所述陶瓷基板10与所述散热侧金属板12之间暴露的焊料层14(的端部)的Ni镀层21，所述散热侧金属板12的另一主表面的至少局部未被Ni镀层覆盖，为所述散热侧金属板的表面暴露的状态。
另外，可以是，所述散热侧金属板12的侧面12a的局部或整体由所述Ni镀层21覆盖，也可以是，所述散热侧金属板12的另一主表面(表面)的周围由所述Ni镀层21覆盖。
另外，在所述陶瓷基板10的另一主表面(表面)经由焊料层13钎焊有(由铜、铝等形成的)电路侧金属板11的一个主表面(表面)。另外，优选的是，所述散热侧金属板12为铜板或铜合金板，优选的是，所述电路侧金属板11为铜板或铜合金板。另外，在所述散热侧金属板12的另一主表面中，未被Ni镀层覆盖而所述散热侧金属板的主表面暴露的区域相对于所述散热侧金属板的另一主表面的面积的比例优选为70％以上，更优选为80％以上，进一步优选为90％以上。
此外，在图1中，示出了在陶瓷基板10的另一主表面(上方的面)利用焊料层13钎焊有电路侧金属板11的一个主表面(表面)，在陶瓷基板10的一个主表面(下方的面)利用焊料层14钎焊有散热侧金属板12的一个主表面(表面)的状态。电路侧金属板11被设为规定的电路的形状，在电路侧金属板11软钎焊有半导体芯片等电子部件(未图示)。另外，通过在散热侧金属板12将导热性优异的Cu、Al的散热板(基板，未图示)软钎焊于散热侧金属板12的另一个面的大致整个面，来制作功率模块等。
对该绝缘基板1而言，在作为功率模块使用的情况下，由于在将上述的半导体芯片软钎焊于电路侧金属板11时、将散热板软钎焊于散热侧金属板12时，进一步在半导体芯片通电时反复发热等，在因陶瓷基板10与电路侧金属板11以及散热侧金属板12之间的热膨胀率不同而产生的热应力、进一步热循环负荷的作用下，在电路侧金属板11、散热侧金属板12的端部，在陶瓷基板10的表面产生应力集中而可能在陶瓷基板10产生裂纹。因此，例如如该实施方式的绝缘基板1所示，采用了以下的对策：通过将电路侧金属板11的侧面11a、散热侧金属板12的侧面12a形成为坡面，从而在电路侧金属板11、散热侧金属板12的端部，缓和产生于陶瓷基板10的应力集中。另外，还公知有例如通过在铜板的端部形成台阶，从而提高热循环特性的技术。能够通过后述的绝缘基板1(单体)的通炉耐性，来评价相对于这样的热应力、热循环负荷是否能够防止在绝缘基板1的陶瓷基板10产生裂纹。
然而，判断出，即使满足上述通炉耐性，也会在绝缘基板1产生不良。即，得出，在软钎焊有散热板的状态(例如组装于半导体功率模块的状态)下，有时在陶瓷基板10的比散热侧金属板12的端部靠内侧的部位(接合区域)处产生裂纹。本发明人对在陶瓷基板10的比该散热侧金属板12的端部靠内侧的部位处产生的裂纹的主要原因进行了研究。其结果为，判断出，在将散热板软钎焊于散热侧金属板12时，若软钎料与焊料层14接触，则构成软钎料的成分(例如Sn)扩散到焊料层而与构成焊料层的Ag、Cu等元素形成化合物，而产生这样的焊料层14的软钎料腐蚀。而且，观察到，在焊料层14的内部(沿与接合界面大致平行的方向)产生有裂纹，该裂纹被认为是由焊料层14的软钎料腐蚀导致焊料层14形成Cu-Sn等较脆的化合物引起的。
而且，在对绝缘基板1的剖面进行了分析后观察到，在焊料层14中的比散热侧金属板12的端部靠内侧的部位、且是焊料层14中的裂纹的前端部，自陶瓷基板10的一个面(表面)沿厚度方向产生有裂纹。另外，在利用模拟进行了应力分析后判断出，若在焊料层14中存在所述裂纹，则在该裂纹的前端部在陶瓷基板10的表面发生应力集中，由于该应力集中而在陶瓷基板10的表面引起裂纹的产生。近年，功率模块的工作温度存在上升的倾向，另外，考虑有含Sn量较多的高温软钎料的使用增加，由所述的焊料腐蚀引起陶瓷基板10产生裂纹的情况增加。在本发明中，通过镀Ni来防止软钎料与焊料层14的接触，从而避免Sn等向焊料层14中的浸蚀，成功地抑制所述焊料层14中的裂纹的产生以及裂纹自其前端产生于陶瓷基板。
而且，通过防止所述焊料层中的裂纹，能够抑制绝缘基板的散热性的劣化。
具体而言，如图1所示，以覆盖自陶瓷基板10与散热侧金属板12之间暴露的焊料层14的端部的方式设有Ni镀层21。在该实施方式的绝缘基板1中，以覆盖自陶瓷基板10与散热侧金属板12之间暴露的焊料层14的端部和散热侧金属板12的侧面12a的局部的方式设有Ni镀层21。在散热侧金属板12的除与陶瓷基板10的接合面(一个面)以外的表面中，不存在Ni镀层21的剩余的部分成为散热侧金属板12暴露的状态，即，成为在散热板侧金属板12的另一个面(图1中的下表面)和散热侧金属板12的侧面12a的除局部以外的部分没有Ni镀层21，而是散热侧金属板12的表面暴露的状态。
换言之，设有镀Ni区域，该镀Ni区域形成有覆盖自陶瓷基板10与散热侧金属板12之间暴露的焊料层14的Ni镀层21，所述散热侧金属板12的另一主表面(的至少除周围以外的区域)为未形成有Ni镀层的非镀Ni区域即绝缘基板1。
若以镀Ni的方式覆盖散热侧金属板12的整个面，则可能导致通炉耐性劣化，因此优选散热侧金属板12的另一主表面未由Ni镀层覆盖。
此外，Ni镀层21只要具有能够防止焊料层中的成分(例如Ag)和软钎料构成成分(例如Sn)自焊料层14相互扩散的功能即可，本发明的Ni镀层是指Ni镀层或Ni合金镀层，例如还包含电镀Ni镀层、化学镀Ni-P镀层、化学镀Ni-B镀层等Ni或Ni合金镀层。
另外，如图1所示，可以以覆盖自陶瓷基板10与电路侧金属板11之间暴露的焊料层13的端部的方式设置Ni镀层20。在该实施方式的绝缘基板1中，以覆盖自陶瓷基板10与电路侧金属板11之间暴露的焊料层13(的端部)和电路侧金属板11的侧面11a的局部的方式设有Ni镀层20。在电路侧金属板11的表面中的除与陶瓷基板10的接合面以外的部分，未被Ni镀层20覆盖的剩余的部分成为电路侧金属板11的表面暴露的状态，即，在电路侧金属板11的上表面和电路侧金属板11的侧面11a的除局部以外的部分不存在Ni镀层20，而成为电路侧金属板11的表面暴露的状态。
在本发明的实施方式的绝缘基板1中，在被设为规定的电路的形状的电路侧金属板11的另一个面利用软钎焊等搭载有半导体芯片等电子部件(未图示)。另外，在散热侧金属板12的另一个面软钎焊有导热性优异的Cu、Al的散热板(基板，未图示)。由此，制作半导体功率模块等。
在图1所示的本发明的实施方式的绝缘基板1中，自陶瓷基板10与电路侧金属板11之间暴露的焊料层13的端部由Ni镀层20覆盖。
但是，也可以是，电路侧的焊料层13未由Ni镀层覆盖。这是因为，在功率模块的组装工序中，在电路侧金属板11软钎焊电子部件时，通常软钎料附着于电路侧的焊料层13的可能性较低。
如实施例后述那样，Ni镀层的成膜采用化学镀(浸镀)在生产性和成本方面优异，因而优选。在电路侧金属板11的另一主表面(表面)和散热侧金属板12的另一主表面(表面)以不覆盖Ni镀层的方式涂布了抗镀层之后，在实施了化学镀Ni的情况下，由于各表面未由Ni镀层覆盖，因此，通炉耐性和端子的超声波接合性等特性良好。在使用了该制作方法的情况下，电路侧的焊料层13也由Ni镀层覆盖。
在本发明的实施方式的绝缘基板1中，电路侧金属板11和散热侧金属板12均不是整体由Ni镀层覆盖，因此不会产生通炉耐性降低的问题。Ni镀层的硬度高于铜、铝等的电路侧金属板11和散热侧金属板12的硬度，而且，存在像化学镀Ni-P那样由于芯片、散热板的软钎焊等热过程导致硬度升高的情况。硬度较高的Ni镀层使通炉耐性劣化，但根据本发明，并不是以镀Ni的方式将绝缘基板的金属板整体(电路侧金属板和散热侧金属板的另一主表面)覆盖的构造，因此，不会产生由硬度较高的Ni镀层导致通炉耐性下降的问题。
另外，近年，由于功率模块逐渐大电流化，因而作为所述绝缘基板与功率模块的结构部件即铜端子(母线)之间的接合技术，代替以往的软钎料接合、Al引线接合，而将铜母线直接地与绝缘基板的电路板的表面超声波接合的事例增多。在这样的铜母线的超声波接合中，在电路金属板的表面由Ni镀层覆盖的情况下，铜母线与绝缘基板的(铜)电路板之间的固相扩散被妨碍，可能导致铜母线与绝缘基板之间的接合强度降低。在本发明的实施方式所涉及的构造中，在铜母线与绝缘基板的电路上表面接合的表面不存在Ni镀层，因此，在对铜母线进行超声波接合时，能够促进铜母线的铜与电路的铜之间的固相扩散，而得到接合强度较高的端子接合。
如上所述，根据本发明，能够提供功率模块组装时的安装性(通炉耐性和超声波接合性)优异，并且功率模块(在散热板软钎焊有绝缘基板的构造)在高温时的热循环特性优异的绝缘基板。
此外，在图1中，示出了以覆盖电路侧的焊料层13的端部和电路侧金属板11的侧面11a的局部的方式设有Ni镀层20，并以覆盖散热侧的焊料层14的端部和散热侧金属板12的侧面12a的局部的方式设有Ni镀层21的例子，但如图2所示，也可以设为，除覆盖焊料层13、14的端部以外，还利用Ni镀层20、21覆盖电路侧金属板11的侧面11a的整体、散热侧金属板12的侧面12a的整体。另外，如图3所示，还可以设为，除覆盖电路侧金属板11的侧面11a、散热侧金属板12的侧面12a以外，还利用Ni镀层20、21覆盖到电路侧金属板11的上表面的局部(另一主表面的周缘部)和散热侧金属板12的下表面的局部(另一主表面的周缘部)。
在本发明的绝缘基板的制造方法中，其特征在于，在绝缘基板中，在陶瓷基板的一个主表面经由焊料层接合有散热侧金属板的一个主表面，在陶瓷基板的另一主表面经由焊料层接合有电路侧金属板的一个主表面，
在所述散热侧金属板的另一主表面(和优选的所述电路侧金属板的另一主表面)形成抗镀层，将形成有所述抗镀层的绝缘基板浸渍于Ni镀液中，在自未形成有抗镀层的所述陶瓷基板与所述散热侧金属板之间(和优选的所述陶瓷基板与所述电路侧金属板之间)暴露的焊料层形成Ni镀层，接下来使所述抗镀层剥离。
可以是，所述散热侧金属板和所述电路侧金属板的侧面的局部或整体由所述Ni镀层覆盖，可以是，所述散热侧金属板的另一主表面的周围由所述Ni镀层覆盖。
优选的是，所述散热侧金属板和所述电路侧金属板为铜板或铜合金板，优选的是，所述焊料层具有从Cu、Ag、Sn中选择出的任一金属成分和从Ti、Hf、Zr中选择出的任一活性金属成分。
以上，说明了本发明的一实施方式，但本发明并不限定于该例子。对本领域技术人员而言明确的是，在权利要求书所记载的技术思想的范围内能够想到各种变更例或修正例，可了解的是，这些变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。
实施例
(实施例1)
作为陶瓷基板，准备46mm×48mm×0.4mm的大小的市售的氮化铝基板。另外，将83质量％的银粉、10质量％的铜粉、5质量％的锡粉、(作为活性金属成分的)2质量％的钛粉(Ag：Cu：Sn：Ti＝83：10：5：2)加入于赋形剂并进行混炼而制作含活性金属的焊料糊剂，在陶瓷基板的两个面的整个面以焊料糊剂的厚度成为10μm的方式进行了丝网印刷之后，在大气中干燥而形成焊料层。接着，在焊料层分别接触地配置46mm×48mm×0.3mm的两张无氧铜板，在真空炉中加热至850℃，将铜板与氮化铝基板的两个面接合，而得到在氮化铝基板的一个表面接合(形成)有散热侧铜板形成用的铜板的一个面、在氮化铝基板的另一主表面接合(形成)有电路图案形成用的铜板的一个主表面的接合体。
接着，在接合体的电路图案形成用的铜板的另一主表面(与接合于陶瓷基板的面相反的一侧的面)利用丝网印刷涂布规定电路图案形状的紫外线固化碱剥离型抗蚀剂，在接合体的散热侧铜板形成用的铜板的另一主表面(与接合于陶瓷基板的面相反的一侧的面)的中央部利用丝网印刷涂布45mm×47mm的长方形形状的紫外线固化碱剥离型抗蚀剂，通过向这些抗蚀剂照射紫外线而使其固化之后，利用包括氯化铜、盐酸、剩余部分为水的蚀刻液对铜板的不需要的部分进行蚀刻，利用氢氧化钠水溶液去除抗蚀剂而形成包括铜板的电路图案(电路侧铜板)和散热侧铜板。
接着，在稀硫酸中浸渍20秒钟进行酸洗，在含有1.6质量％的EDTA·4Na、3质量％的氨水(含28质量％的氨的氨水)、5质量％的双氧水(含有35质量％的过氧化氢的双氧水)的螯合物水溶液中以20℃浸渍20分钟，在含有2质量％的二乙基三胺五乙酸(DTPA)·5Na、5质量％的双氧水的螯合物水溶液中以20℃浸渍52分钟，从而去除在陶瓷基板表面的铜电路图案之间、散热侧铜板的周围残留的含活性金属的焊料的不需要的部分，而获得绝缘基板的中间产品。
接着，将所述中间产品在包括14质量％的硫酸、3.2质量％的过氧化氢、剩余部分为水的化学研磨液中以45℃浸渍5分钟，利用化学研磨去除电路侧铜板和散热侧铜板的表面，而使含活性金属的焊料自电路侧铜板和散热侧铜板的侧面部伸出0.3mm左右，完成形成规定形状的电路侧铜板和散热侧铜板的工序。
接着，为了对规定的区域实施镀Ni，在电路侧铜板和散热侧铜板的主表面的整个面利用丝网印刷涂布紫外线固化碱剥离型抗镀剂，通过向抗镀剂照射紫外线而使其固化，从而利用抗镀剂膜仅将各铜板的主表面覆盖。
接着，对带该抗镀剂膜的接合体实施化学镀Ni-P，在形成了厚度为4μm的镀膜后，利用氢氧化钠水溶液去除抗镀剂，而得到自陶瓷基板与散热侧铜板之间暴露的焊料层、自陶瓷基板与电路侧铜板之间暴露的焊料层以及各个铜板的侧面被Ni镀层覆盖的金属-陶瓷绝缘基板。此外，在电路侧金属板和散热侧金属板的另一主表面未形成有Ni镀层。
对于这样制成的金属-陶瓷绝缘基板，实施了以下的“焊料腐蚀评价”、“通炉耐性评价”、“超声波接合性评价”。
「焊料腐蚀评价」
首先，在120mm×60mm×3mm的铜基板(散热板)的表面中央部，使用金属掩模将加入Sn-5.0Sb助焊剂的糊剂软钎料(千住金属工业株式会社制，ECO SOLDER M10)以糊剂厚度成为300μm的方式涂布成与绝缘基板的外形相同的形状(46mm×48mm)。
接着，在该糊剂软钎料之上搭载所述的金属-陶瓷绝缘基板，在N2环境下升温到270℃后，在保持270℃的状态下实施3分钟的真空排气后降温，从而将金属-陶瓷绝缘基板软钎焊于铜基板(散热板)。软钎焊后的软钎料厚度为大约200μm。
对于这样得到的带基板的绝缘基板，制作剖面观察试样，利用具备能量分散型X射线分析装置的扫描型电子显微镜(SEM/EDS)实施元素映射，确认有无产生焊料腐蚀。其结果，根据由SEM/EDS产生的元素映射可确认的是，在由本实施例1制成的金属-陶瓷绝缘基板中，由于覆盖焊料层的Ni-P镀层，在绝缘基板的焊料层中，作为软钎料的成分的Sn等不会向焊料层侧扩散，而不会生成较脆的Cu-Sn化合物(不引起焊料腐蚀)。
「通炉耐性评价」
接着，为了评价通炉耐性，对4个本实施例的(未软钎焊基板的)金属-陶瓷绝缘基板，施加通炉3次(在还原气氛(氢/氮＝20/80)下，重复3次以350℃加热10分钟后冷却至室温的处理)的热负荷。利用光学显微镜遍及基板整个区域地检查通炉3次后的陶瓷部有无产生裂纹。可确认的是，本实施例的金属-陶瓷绝缘基板在通炉3次后无裂纹产生，具有较高的通炉耐性。
「超声波接合性评价」
接着，为了评价超声波接合性，在利用超声波接合装置将铜端子(超声波接合面的尺寸为5mm×5mm，厚度为1mm)超声波接合于本实施例的金属-陶瓷绝缘基板之后，利用超声波探伤图像评价超声波接合部的接合面积率，利用剪切强度测量仪评价剪切强度。本实施例的金属-陶瓷绝缘的接合面积率为70％以上，剪切强度为1500N以上，显示出了良好的超声波接合性。另外，在对超声波接合部的剖面实施了SEM/EDS观察时，还能够确认的是，铜端子部与绝缘基板的铜电路部一体化。
(比较例1)
如图4所示，除了不实施形成电路侧铜板和散热侧铜板后的(局部镀Ni用的)抗镀剂印刷工序和化学镀Ni-P工序，而不存在任何的Ni镀层以外，利用与实施例1相同的方法，得到比较例1的金属-陶瓷绝缘基板。
对于该金属-陶瓷绝缘基板，利用与实施例1相同的方法，实施“焊料腐蚀评价”、“通炉耐性评价”、“超声波接合性评价”。
「焊料腐蚀评价」
在由本比较例1制成的金属-陶瓷绝缘基板中，安装基座所使用的软钎料浸润扩散到散热侧的铜板的侧面，自陶瓷基板与散热侧铜板之间暴露的焊料层与软钎料接触，作为软钎料的成分的Sn等在绝缘基板的焊料层中向焊料层侧扩散，根据由SEM/EDS产生的元素映射可确认的是，在焊料层生成了较脆的Cu-Sn化合物(引起焊料腐蚀)。
「通炉耐性评价」
能够确认的是，在本比较例1的金属-陶瓷绝缘基板中，通炉3次后无裂纹产生，具有较高的通炉耐性。
「超声波接合性评价」
在本比较例1的金属-陶瓷绝缘基板中，超声波接合部的接合面积率为70％以上，剪切强度为1500N以上，示出了良好的超声波接合性。另外，在由SEM/EDS观察超声波接合部的剖面时，还能够确认的是，铜端子部与绝缘基板的铜电路部一体化。
(比较例2)
如图5所示，除了不实施形成电路侧铜板和散热侧铜板后的(局部镀Ni用的)抗镀剂印刷工序，而绝缘基板的电路侧铜板和散热侧铜板的表面由厚度为4μm的Ni-P镀层覆盖以外，利用与实施例1相同的方法，得到比较例2的金属-陶瓷绝缘基板。
对于该金属-陶瓷绝缘基板，利用与实施例1相同的方法，实施“焊料腐蚀评价”、“通炉耐性评价”、“超声波接合性评价”。
「焊料腐蚀评价」
在由本比较例2制成的金属-陶瓷绝缘基板中，由于覆盖焊料层的Ni-P镀层，在绝缘基板的焊料层中，作为软钎料的成分的Sn等不会向焊料层侧扩散，根据由SEM/EDS产生的元素映射可确认的是，不会生成较脆的Cu-Sn化合物(不引起焊料腐蚀)。
「通炉耐性评价」
在本比较例2的金属-陶瓷绝缘基板中，通炉3次后在陶瓷部(4个中的两个)产生了裂纹，通炉耐性较低。
「超声波接合性」
在本比较例的金属-陶瓷绝缘基板中，超声波接合部的接合面积率为50％，剪切强度较低，为600N，超声波接合性不佳。另外，在对超声波接合部的剖面实施了SEM/EDS观察时，在铜端子部与绝缘基板的铜电路部之间具有残留有镀Ni-P覆膜的部位，铜端子与铜电路部未一体化。
在表1中总结表示实施例1和比较例1、2的结果。
[表1]
Figure BDA0004044947860000141
在绝缘基板的电路侧金属板(电路侧铜板)和散热侧金属板(散热侧铜板)的表面的整个面形成有Ni镀层的情况下，由于Ni镀层防止焊料层的Ag与来自软钎料的Sn的相互扩散，因此不会引起所述的焊料腐蚀。然而，在绝缘基板的电路侧金属板(电路侧铜板)和散热侧金属板(散热侧铜板)的表面的整个面形成有Ni镀层的情况下，由于存在硬度较硬的Ni镀层，因而存在对功率模块组装时承受的热负荷的可靠性(通炉耐性)降低的课题。另外，还具有在绝缘基板的电路金属板(电路侧铜板)的表面超声波接合铜终端端子的用途，该情况下，供铜终端端子接合的表面优选为未镀Ni的铜。
产业上的可利用性
本发明能够应用于例如半导体功率模块等所利用的绝缘基板。
附图标记说明
1、绝缘基板；10、陶瓷基板；11、电路侧金属板(电路侧铜板)；12、散热侧金属板(散热侧铜板)；13、14、焊料层；11a、12a、侧面；20、21、Ni镀层。

Claims (13)

1.一种绝缘基板，其是通过在陶瓷基板的一个主表面经由焊料层钎焊散热侧金属板的一个主表面而成的，其特征在于，
在该绝缘基板设有覆盖自所述陶瓷基板与所述散热侧金属板之间暴露的焊料层的Ni镀层，
所述散热侧金属板的另一主表面的至少局部未被Ni镀层覆盖，而是所述散热侧金属板的表面暴露的状态。
2.根据权利要求1所述的绝缘基板，其特征在于，
所述散热侧金属板的侧面的局部或全部由所述Ni镀层覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘基板，其特征在于，
所述散热侧金属板的另一主表面的周围由所述Ni镀层覆盖。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的绝缘基板，其特征在于，
在所述陶瓷基板的另一主表面经由焊料层钎焊有电路侧金属板的一个主表面。
5.根据权利要求4所述的绝缘基板，其特征在于，
所述电路侧金属板为铜板或铜合金板。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的绝缘基板，其特征在于，
所述散热侧金属板为铜板或铜合金板。
7.一种绝缘基板的制造方法，在绝缘基板中，在陶瓷基板的一个主表面经由焊料层接合有散热侧金属板的一个主表面，在陶瓷基板的另一主表面经由焊料层接合有电路侧金属板的一个主表面，
该制造方法的特征在于，
在所述散热侧金属板的另一主表面形成抗镀层，
将形成有所述抗镀层的绝缘基板浸渍于Ni镀液中，在自未形成有所述抗镀层的所述陶瓷基板与所述散热侧金属板之间暴露的焊料层形成Ni镀层，接着将所述抗镀层剥离。
8.根据权利要求7所述的绝缘基板的制造方法，其特征在于，
所述散热侧金属板的侧面的局部或全部由所述Ni镀层覆盖。
9.根据权利要求7或8所述的绝缘基板的制造方法，其特征在于，
所述散热侧金属板的另一主表面的周围由所述Ni镀层覆盖。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的绝缘基板的制造方法，其特征在于，
在所述电路侧金属板的另一主表面形成抗镀层，在自所述陶瓷基板与所述电路侧金属板之间暴露的焊料层形成Ni镀层。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的绝缘基板的制造方法，其特征在于，
所述电路侧金属板的侧面的局部或全部由所述Ni镀层覆盖。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的绝缘基板的制造方法，其特征在于，
所述散热侧金属板和所述电路侧金属板为铜板或铜合金板。
13.根据权利要求7～12中任一项所述的绝缘基板的制造方法，其特征在于，
所述焊料层具有从Cu、Ag、Sn中选择出的任一金属成分和从Ti、Hf、Zr中选择出的任一活性金属成分。
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