JP7424043B2 - Copper/ceramic bonded body, insulated circuit board, method for manufacturing copper/ceramic bonded body, method for manufacturing insulated circuit board - Google Patents

Copper/ceramic bonded body, insulated circuit board, method for manufacturing copper/ceramic bonded body, method for manufacturing insulated circuit board Download PDF

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Description

この発明は、銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅/セラミックス接合体、セラミックス基板の表面に銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板、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に関するものである。 The present invention relates to a copper/ceramic bonded body formed by bonding a copper member made of copper or a copper alloy to a ceramic member, an insulated circuit board formed by bonding a copper plate made of copper or a copper alloy to the surface of a ceramic substrate, and , a method for manufacturing a copper/ceramic bonded body, and a method for manufacturing an insulated circuit board.

パワーモジュール、LEDモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、LED素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
例えば、風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子は、動作時の発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して形成した回路層と、を備えた絶縁回路基板が、従来から広く用いられている。なお、絶縁回路基板としては、セラミックス基板の他方の面に金属板を接合して金属層を形成したものも提供されている。
Power modules, LED modules, and thermoelectric modules have a structure in which power semiconductor elements, LED elements, and thermoelectric elements are bonded to an insulated circuit board that has a circuit layer made of a conductive material formed on one side of an insulating layer. .
For example, power semiconductor elements for controlling high power used to control wind power generation, electric vehicles, hybrid vehicles, etc. generate a large amount of heat during operation, so the substrate on which they are mounted is a ceramic substrate. An insulated circuit board having a circuit layer formed by bonding a highly conductive metal plate to one surface of this ceramic board has been widely used. Note that as an insulated circuit board, there is also provided one in which a metal plate is bonded to the other surface of a ceramic substrate to form a metal layer.

例えば、特許文献1には、セラミックス基板の一方の面及び他方の面に、銅板を接合することにより回路層及び金属層を形成した絶縁回路基板が提案されている。この特許文献1においては、セラミックス基板の一方の面及び他方の面に、Ag-Cu-Ti系ろう材を介在させて銅板を配置し、加熱処理を行うことにより銅板が接合されている(いわゆる活性金属ろう付け法)。この活性金属ろう付け法では、活性金属であるTiが含有されたろう材を用いているため、溶融したろう材とセラミックス基板との濡れ性が向上し、セラミックス基板と銅板とが良好に接合されることになる。 For example, Patent Document 1 proposes an insulated circuit board in which a circuit layer and a metal layer are formed by bonding copper plates to one surface and the other surface of a ceramic substrate. In Patent Document 1, copper plates are placed on one side and the other side of a ceramic substrate with an Ag-Cu-Ti brazing filler metal interposed therebetween, and the copper plates are bonded by heat treatment (so-called active metal brazing method). Since this active metal brazing method uses a brazing filler metal containing Ti, an active metal, the wettability between the molten brazing filler metal and the ceramic substrate is improved, and the ceramic substrate and the copper plate are bonded well. It turns out.

また、特許文献2においては、Cu-Mg-Ti系ろう材を用いて、セラミックス基板と銅板とを接合した絶縁回路基板が提案されている。
この特許文献2においては、窒素ガス雰囲気下にて560~800℃で加熱することによって接合する構成とされており、Cu-Mg-Ti合金中のMgは昇華して接合界面には残存せず、かつ、窒化チタン(TiN)が実質的に形成しないものとされている。
Further, Patent Document 2 proposes an insulated circuit board in which a ceramic substrate and a copper plate are bonded using a Cu--Mg--Ti based brazing material.
In Patent Document 2, the structure is such that bonding is performed by heating at 560 to 800°C in a nitrogen gas atmosphere, and Mg in the Cu-Mg-Ti alloy sublimes and does not remain at the bonding interface. , and substantially no titanium nitride (TiN) is formed.

特許第3211856号公報Patent No. 3211856 特許第4375730号公報Patent No. 4375730

ところで、SiC等を用いた高温半導体デバイスにおいては、高密度に実装されることがあり、絶縁回路基板には、より高温での動作を保証する必要がある。
このため、従来よりも厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、接合界面におけるクラックの発生を抑制し、セラミックス基板と銅板との剥離の発生を抑制する必要がある。
By the way, high-temperature semiconductor devices using SiC or the like are sometimes mounted with high density, and it is necessary for the insulated circuit board to guarantee operation at higher temperatures.
Therefore, it is necessary to suppress the occurrence of cracks at the bonding interface and to suppress the occurrence of peeling between the ceramic substrate and the copper plate even when subjected to a thermal cycle that is more severe than before.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材と銅部材との接合界面におけるクラックの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅/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を提供することを目的とする。 This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and even when subjected to severe cooling and heating cycles, it is possible to suppress the occurrence of cracks at the bonding interface between a ceramic member and a copper member, thereby improving the reliability of cooling and heating cycles. It is an object of the present invention to provide a copper/ceramic bonded body, an insulated circuit board, a method for manufacturing a copper/ceramic bonded body, and a method for manufacturing an insulated circuit board, both of which are excellent in quality.

前述の課題を解決するために、本発明の銅/セラミックス接合体は、銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅/セラミックス接合体であって、前記セラミックス部材と前記銅部材との間には、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相が形成されており、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記セラミックス部材に接した領域の最大厚さが1μm以上20μm以下とされていることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the copper/ceramic bonded body of the present invention is a copper/ceramic bonded body in which a copper member made of copper or a copper alloy and a ceramic member are bonded, and the copper/ceramic bonded body includes A Cu-Mg intermetallic compound phase consisting of an intermetallic compound containing Cu and Mg is formed between the copper member and the area of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic member. It is characterized in that the maximum thickness is 1 μm or more and 20 μm or less.

本発明の銅/セラミックス接合体によれば、前記セラミックス部材と前記銅部材との間に形成されたCu-Mg金属間化合物相のうち、セラミックス部材に接した領域の最大厚さが20μm以下に制限されているので、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス部材に亀裂が生じることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。 According to the copper/ceramic bonded body of the present invention, the maximum thickness of the region in contact with the ceramic member of the Cu-Mg intermetallic compound phase formed between the ceramic member and the copper member is 20 μm or less. Since it is limited, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the bonding interface and the ceramic member even when a severe cooling/heating cycle is applied, and it is possible to improve the reliability of the cooling/heating cycle.

また、本発明の銅/セラミックス接合体においては、前記セラミックス部材と前記銅部材との間において、前記セラミックス部材の表面には、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属の化合物を含む活性金属化合物層が形成され、この活性金属化合物層の前記銅部材側に、前記Cu-Mg金属間化合物相が形成されており、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記活性金属化合物層に接した領域の最大厚さが15μm以下とされていてもよい。 Further, in the copper/ceramic bonded body of the present invention, between the ceramic member and the copper member, the surface of the ceramic member is coated with one or more selected from Ti, Zr, Nb, and Hf. An active metal compound layer containing an active metal compound is formed, and the Cu-Mg intermetallic compound phase is formed on the copper member side of the active metal compound layer, and the Cu-Mg intermetallic compound phase is The maximum thickness of the region in contact with the active metal compound layer may be 15 μm or less.

この場合、セラミックス部材の表面に硬い活性金属化合物層が形成されており、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記活性金属化合物層に接した領域の最大厚さが15μm以下に制限されているので、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス部材に亀裂が生じることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。 In this case, a hard active metal compound layer is formed on the surface of the ceramic member, and the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the active metal compound layer is limited to 15 μm or less. Therefore, even if a severe cooling/heating cycle is applied, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the joint interface and the ceramic member, and it is possible to improve the reliability of the cooling/heating cycle.

また、本発明の銅/セラミックス接合体は、銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅/セラミックス接合体であって、前記セラミックス部材と前記銅部材との間には、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相が形成されており、前記セラミックス部材と前記銅部材との間には、Cuと前記活性金属とを含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相が形成されており、前記Cu-Mg金属間化合物相と前記第2金属間化合物相との合計面積に対する前記第2金属間化合物相の面積率が50%以下とされていることを特徴としている。 Further, the copper/ceramic bonded body of the present invention is a copper/ceramic bonded body in which a copper member made of copper or a copper alloy and a ceramic member are bonded, and there is a gap between the ceramic member and the copper member. A Cu-Mg intermetallic compound phase made of an intermetallic compound containing Cu and Mg is formed between the ceramic member and the copper member. A second intermetallic compound phase is formed, and the area ratio of the second intermetallic compound phase to the total area of the Cu-Mg intermetallic compound phase and the second intermetallic compound phase is 50% or less. It is characterized by

本発明の銅/セラミックス接合体によれば、Cuと前記活性金属とを含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相は、前記Cu-Mg金属間化合物相に比べて硬いことから、前記Cu-Mg金属間化合物相と前記第2金属間化合物相との合計面積に対する前記第2金属間化合物相の面積率を50%以下に制限することにより、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス部材に亀裂が生じることを抑制することが可能となる。 According to the copper/ceramic bonded body of the present invention, the second intermetallic compound phase made of an intermetallic compound containing Cu and the active metal is harder than the Cu-Mg intermetallic compound phase, - In a case where a severe cooling/heating cycle is applied by limiting the area ratio of the second intermetallic compound phase to the total area of the Mg intermetallic compound phase and the second intermetallic compound phase to 50% or less; Also, it becomes possible to suppress the occurrence of cracks at the bonding interface and the ceramic member.

また、本発明の銅/セラミックス接合体においては、前記活性金属がTiであることが好ましい。
この場合、Tiがセラミックス部材の接合面と十分に反応し、窒化チタンからなる活性金属化合物層が形成されることになり、セラミックス部材と銅部材とを確実に接合することが可能となる。
Furthermore, in the copper/ceramic bonded body of the present invention, it is preferable that the active metal is Ti.
In this case, Ti sufficiently reacts with the joining surface of the ceramic member to form an active metal compound layer made of titanium nitride, making it possible to reliably join the ceramic member and the copper member.

本発明の絶縁回路基板は、セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板であって、前記セラミックス基板と前記銅板との間には、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相が形成されており、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記セラミックス基板に接した領域の最大厚さが1μm以上20μm以下とされていることを特徴としている。 The insulated circuit board of the present invention is an insulated circuit board in which a copper plate made of copper or a copper alloy is bonded to the surface of a ceramic substrate, and the space between the ceramic substrate and the copper plate contains Cu and Mg. A Cu-Mg intermetallic compound phase consisting of an intermetallic compound is formed, and the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic substrate is 1 μm or more and 20 μm or less. It is a feature.

本発明の絶縁回路基板によれば、前記セラミックス基板と前記銅板との間に形成されたCu-Mg金属間化合物相のうち、セラミックス基板に接した領域の最大厚さが20μm以下に制限されているので、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス基板に亀裂が生じることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。 According to the insulated circuit board of the present invention, the maximum thickness of the region in contact with the ceramic substrate of the Cu-Mg intermetallic compound phase formed between the ceramic substrate and the copper plate is limited to 20 μm or less. Therefore, even if a severe thermal cycle is applied, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the bonding interface and the ceramic substrate, and it is possible to improve the thermal cycle reliability.

また、本発明の絶縁回路基板は、セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板であって、前記セラミックス基板と前記銅板との間には、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相が形成されており、前記セラミックス基板と前記銅板との間には、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属の化合物を含む活性金属化合物層が形成され、この活性金属化合物層の前記銅板側に、前記Cu-Mg金属間化合物相が形成されており、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記活性金属化合物層に接した領域の最大厚さが15μm以下とされていることを特徴としている。 Further, the insulated circuit board of the present invention is an insulated circuit board in which a copper plate made of copper or a copper alloy is bonded to the surface of a ceramic substrate, and between the ceramic substrate and the copper plate, Cu and Mg are present. A Cu-Mg intermetallic compound phase consisting of an intermetallic compound containing An active metal compound layer containing a compound of an active metal is formed, and the Cu-Mg intermetallic compound phase is formed on the copper plate side of the active metal compound layer, and the Cu-Mg intermetallic compound phase contains the Cu-Mg intermetallic compound phase. It is characterized in that the maximum thickness of the region in contact with the active metal compound layer is 15 μm or less.

本発明の絶縁回路基板によれば、セラミックス基板の表面に硬い活性金属化合物層が形成されており、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記活性金属化合物層に接した領域の最大厚さが15μm以下に制限されているので、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス基板に亀裂が生じることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。 According to the insulated circuit board of the present invention, a hard active metal compound layer is formed on the surface of the ceramic substrate, and the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the active metal compound layer is Since the thickness is limited to 15 μm or less, even if severe thermal cycles are applied, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the bonding interface and the ceramic substrate, and it is possible to improve the thermal cycle reliability.

ここで、本発明の絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板と前記銅板との間には、Cuと前記活性金属とを含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相が形成されており、前記Cu-Mg金属間化合物相と前記第2金属間化合物相との合計面積に対する前記第2金属間化合物相の面積率が50%以下とされていることが好ましい。
Cuと前記活性金属とを含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相は、前記Cu-Mg金属間化合物相に比べて硬いことから、前記Cu-Mg金属間化合物相と前記第2金属間化合物相との合計面積に対する前記第2金属間化合物相の面積率を50%以下に制限することにより、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス基板に亀裂が生じることをさらに抑制することが可能となる。
Here, in the insulated circuit board of the present invention, a second intermetallic compound phase made of an intermetallic compound containing Cu and the active metal is formed between the ceramic substrate and the copper plate, and the second intermetallic compound phase is formed between the ceramic substrate and the copper plate. Preferably, the area ratio of the second intermetallic compound phase to the total area of the Cu--Mg intermetallic compound phase and the second intermetallic compound phase is 50% or less.
The second intermetallic compound phase, which is made of an intermetallic compound containing Cu and the active metal, is harder than the Cu-Mg intermetallic compound phase. By limiting the area ratio of the second intermetallic compound phase to the total area of the compound phase to 50% or less, cracks will not occur in the bonding interface and the ceramic substrate even when subjected to severe cooling and heating cycles. can be further suppressed.

また、本発明の絶縁回路基板においては、前記活性金属がTiであることが好ましい。
この場合、Tiがセラミックス基板の接合面と十分に反応し、窒化チタンからなる活性金属化合物層が形成されることになり、セラミックス基板と銅板とを確実に接合することが可能となる。
Further, in the insulated circuit board of the present invention, it is preferable that the active metal is Ti.
In this case, Ti sufficiently reacts with the bonding surface of the ceramic substrate to form an active metal compound layer made of titanium nitride, making it possible to reliably bond the ceramic substrate and the copper plate.

本発明の銅/セラミックス接合体の製造方法は、前記銅部材と前記セラミックス部材との間に、Mgを配置するMg配置工程と、前記銅部材と前記セラミックス部材とをMgを介して積層する積層工程と、Mgを介して積層された前記銅部材と前記セラミックス部材とを積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下において加熱処理して接合する接合工程と、を備えており、前記Mg配置工程では、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とし、前記接合工程では、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持することを特徴としている。 The method for manufacturing a copper/ceramic bonded body of the present invention includes an Mg placement step of placing Mg between the copper member and the ceramic member, and a lamination step of laminating the copper member and the ceramic member via Mg. and a bonding step of heat-treating and bonding the copper member and the ceramic member laminated via Mg in a vacuum atmosphere under pressure in the lamination direction, the Mg arrangement In the step, the Mg amount is within the range of 14 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less, and in the bonding step, the temperature increase rate in the temperature range of 480° C. or more and less than 700° C. is 5° C./min or more and 20° C./min or less. It is characterized by being held at a temperature of 700° C. or higher for 30 minutes or more.

この構成の銅/セラミックス接合体の製造方法によれば、Mg配置工程では、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内としているので、界面反応に必要な液相を十分に得ることができる。よって、銅部材とセラミックス部材を確実に接合することができる。
そして、接合工程において、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持しているので、界面反応に必要な液相を一定時間以上保持することができ、均一な界面反応を促進し、接合界面にCu-Mg金属間化合物相が形成されるとともに、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記セラミックス部材に接した領域の最大厚さを20μm以下とすることができる。
According to the method for manufacturing a copper/ceramic bonded body having this configuration, in the Mg placement step, the Mg amount is set within the range of 14 μmol/cm 2 to 86 μmol/cm 2 , so that the liquid phase necessary for the interfacial reaction is sufficiently generated. Obtainable. Therefore, the copper member and the ceramic member can be reliably joined.
In the bonding process, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more, so that the interface The liquid phase required for the reaction can be maintained for a certain period of time or longer, promoting uniform interfacial reaction, forming a Cu-Mg intermetallic compound phase at the bonding interface, and also The maximum thickness of the region in contact with the ceramic member can be 20 μm or less.

また、本発明の銅/セラミックス接合体の製造方法は、前記銅部材と前記セラミックス部材との間に、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属及びMgを配置する活性金属及びMg配置工程と、前記銅部材と前記セラミックス部材とを、活性金属及びMgを介して積層する積層工程と、活性金属及びMgを介して積層された前記銅部材と前記セラミックス部材とを積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下において加熱処理して接合する接合工程と、を備えており、前記活性金属及びMg配置工程では、活性金属量を0.4μmol/cm以上9.4μmol/cm以下の範囲内、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とし、前記接合工程では、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持することを特徴としている。 Further, in the method for producing a copper/ceramic bonded body of the present invention, one or more active metals selected from Ti, Zr, Nb, and Hf and Mg are added between the copper member and the ceramic member. a step of arranging an active metal and Mg; a laminating step of laminating the copper member and the ceramic member via the active metal and Mg; and a laminating step of the copper member and the ceramic member via the active metal and Mg. and a joining step of heat-treating and joining them in a vacuum atmosphere under pressure in the stacking direction, and in the active metal and Mg arrangement step, the active metal amount is 0.4 μmol/cm 2 or more. The amount of Mg is within the range of 9.4 μmol/cm 2 or less, and the Mg amount is within the range of 14 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less, and in the bonding process, the temperature increase rate in the temperature range of 480° C. or more and less than 700° C. is 5° C. /min or more and 20°C/min or less, and is characterized by being maintained at a temperature of 700°C or more for 30 minutes or more.

この構成の銅/セラミックス接合体の製造方法によれば、前記活性金属及びMg配置工程では、活性金属量を0.4μmol/cm以上9.4μmol/cm以下の範囲内、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内としているので、界面反応に必要な液相を十分に得ることができる。よって、銅部材とセラミックス部材とを確実に接合することができる。また、セラミックス部材の表面に活性金属化合物層が形成されることになる。
そして、接合工程において、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持しているので、界面反応に必要な液相を一定時間以上保持することができ、均一な界面反応を促進し、接合界面にCu-Mg金属間化合物相が形成されるとともに、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記活性金属化合物層に接した領域の最大厚さを15μm以下とすることができる。
According to the method for manufacturing a copper/ceramic bonded body having this configuration, in the active metal and Mg arrangement step, the amount of active metal is within the range of 0.4 μmol/cm 2 to 9.4 μmol/cm 2 and the amount of Mg is 14 μmol. Since the amount is within the range of 86 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less, a sufficient liquid phase necessary for interfacial reaction can be obtained. Therefore, the copper member and the ceramic member can be reliably joined. Furthermore, an active metal compound layer is formed on the surface of the ceramic member.
In the bonding process, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more, so that the interface The liquid phase required for the reaction can be maintained for a certain period of time or longer, promoting uniform interfacial reaction, forming a Cu-Mg intermetallic compound phase at the bonding interface, and also The maximum thickness of the region in contact with the active metal compound layer can be 15 μm or less.

本発明の絶縁回路基板の製造方法は、上述の絶縁回路基板を製造する絶縁回路基板の製造方法であって、前記銅板と前記セラミックス基板との間に、Mgを配置するMg配置工程と、前記銅板と前記セラミックス基板とをMgを介して積層する積層工程と、Mgを介して積層された前記銅板と前記セラミックス基板とを積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下において加熱処理して接合する接合工程と、を備えており、前記Mg配置工程では、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とし、前記接合工程では、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持することを特徴としている。 The method for manufacturing an insulated circuit board of the present invention is a method for manufacturing an insulated circuit board for manufacturing the above-mentioned insulated circuit board, comprising: an Mg placement step of placing Mg between the copper plate and the ceramic substrate; A lamination step of laminating a copper plate and the ceramic substrate via Mg, and bonding by heat treatment in a vacuum atmosphere while pressurizing the copper plate and the ceramic substrate laminated via Mg in the lamination direction. In the Mg arrangement step, the Mg amount is set in a range of 14 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less, and in the bonding step, the Mg amount is set in a temperature range of 480° C. or more and less than 700° C. It is characterized in that the temperature rate is set to 5° C./min or more and 20° C./min or less, and the temperature is maintained at 700° C. or more for 30 minutes or more.

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、Mg配置工程では、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内としているので、界面反応に必要な液相を十分に得ることができる。よって、銅板とセラミックス基板を確実に接合することができる。
そして、接合工程において、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持しているので、界面反応に必要な液相を一定時間以上保持することができ、均一な界面反応を促進し、接合界面にCu-Mg金属間化合物相が形成されるとともに、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記セラミックス基板に接した領域の最大厚さを20μm以下とすることができる。
According to the method for manufacturing an insulated circuit board having this configuration, in the Mg placement step, the Mg amount is within the range of 14 μmol/cm 2 to 86 μmol/cm 2 , so that a sufficient liquid phase necessary for interfacial reaction can be obtained. Can be done. Therefore, the copper plate and the ceramic substrate can be reliably joined.
In the bonding process, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more, so that the interface The liquid phase required for the reaction can be maintained for a certain period of time or longer, promoting uniform interfacial reaction, forming a Cu-Mg intermetallic compound phase at the bonding interface, and also The maximum thickness of the region in contact with the ceramic substrate can be 20 μm or less.

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法の製造方法は、前記銅板と前記セラミックス基板との間に、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属及びMgを配置する活性金属及びMg配置工程と、前記銅板と前記セラミックス基板とを、活性金属及びMgを介して積層する積層工程と、活性金属及びMgを介して積層された前記銅板と前記セラミックス基板とを積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下において加熱処理して接合する接合工程と、を備えており、前記活性金属及びMg配置工程では、活性金属量を0.4μmol/cm以上9.4μmol/cm以下の範囲内、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とし、前記接合工程では、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持することを特徴としている。 Further, in the manufacturing method of the insulated circuit board manufacturing method of the present invention, one or more active metals selected from Ti, Zr, Nb, and Hf and Mg are added between the copper plate and the ceramic substrate. a step of arranging the active metal and Mg; a laminating step of laminating the copper plate and the ceramic substrate through the active metal and Mg; and a laminating step of laminating the copper plate and the ceramic substrate through the active metal and Mg. 9. A bonding step of performing heat treatment and bonding in a vacuum atmosphere under pressure in the stacking direction, and in the active metal and Mg arrangement step, the amount of active metal is 0.4 μmol/cm 2 or more.9. The amount of Mg is within the range of 4 μmol/cm 2 or less, and the Mg amount is within the range of 14 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less, and in the bonding step, the temperature increase rate in the temperature range of 480° C. or more and less than 700° C. is 5° C./min. It is characterized in that the temperature is 20° C./min or less, and the temperature is maintained at 700° C. or more for 30 min or more.

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、前記活性金属及びMg配置工程では、活性金属量を0.4μmol/cm以上9.4μmol/cm以下の範囲内、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内としているので、界面反応に必要な液相を十分に得ることができる。よって、銅板とセラミックス基板とを確実に接合することができる。また、セラミックス基板の表面に活性金属化合物層が形成されることになる。
そして、接合工程において、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持しているので、界面反応に必要な液相を一定時間以上保持することができ、均一な界面反応を促進し、接合界面にCu-Mg金属間化合物相が形成されるとともに、前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記活性金属化合物層に接した領域の最大厚さを15μm以下とすることができる。
According to the method for manufacturing an insulated circuit board having this configuration, in the active metal and Mg arrangement step, the amount of active metal is within the range of 0.4 μmol/cm 2 to 9.4 μmol/cm 2 and the amount of Mg is 14 μmol/cm Since the amount is within the range of 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less, a sufficient liquid phase necessary for interfacial reaction can be obtained. Therefore, the copper plate and the ceramic substrate can be reliably joined. Furthermore, an active metal compound layer is formed on the surface of the ceramic substrate.
In the bonding process, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more, so that the interface The liquid phase required for the reaction can be maintained for a certain period of time or longer, promoting uniform interfacial reaction, forming a Cu-Mg intermetallic compound phase at the bonding interface, and also The maximum thickness of the region in contact with the active metal compound layer can be 15 μm or less.

本発明によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材と銅部材との接合界面におけるクラックの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅/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を提供することができる。 According to the present invention, the occurrence of cracks at the bonding interface between a ceramic member and a copper member can be suppressed even when subjected to severe cooling/heating cycles, and a copper/ceramic bonded body and an insulated circuit with excellent cooling/heating cycle reliability can be obtained. A substrate, a method for manufacturing a copper/ceramic bonded body, and a method for manufacturing an insulated circuit board can be provided.

本発明の実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a power module using an insulated circuit board according to an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る絶縁回路基板の回路層(金属層)とセラミックス基板との接合界面の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a bonding interface between a circuit layer (metal layer) and a ceramic substrate of an insulated circuit board according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法のフロー図である。1 is a flow diagram of a method for manufacturing an insulated circuit board according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法の概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a method for manufacturing an insulated circuit board according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る絶縁回路基板の回路層(金属層)とセラミックス基板との接合界面の観察写真である。It is an observation photograph of the bonding interface between the circuit layer (metal layer) and the ceramic substrate of the insulated circuit board according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing method of the insulated circuit board based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法の概略説明図である。FIG. 7 is a schematic explanatory diagram of a method for manufacturing an insulated circuit board according to a second embodiment of the present invention.

(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態に係る銅/セラミックス接合体は、セラミックスからなるセラミックス部材としてのセラミックス基板11と、銅又は銅合金からなる銅部材としての銅板22(回路層12)及び銅板23(金属層13)とが接合されてなる絶縁回路基板10である。図1に、本実施形態である絶縁回路基板10を備えたパワーモジュール1を示す。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the attached drawings.
The copper/ceramic bonded body according to the present embodiment includes a ceramic substrate 11 as a ceramic member made of ceramics, a copper plate 22 (circuit layer 12) and a copper plate 23 (metal layer 13) as copper members made of copper or a copper alloy. This is an insulated circuit board 10 formed by bonding. FIG. 1 shows a power module 1 including an insulated circuit board 10 according to this embodiment.

このパワーモジュール1は、回路層12及び金属層13が配設された絶縁回路基板10と、回路層12の一方の面(図1において上面)に接合層2を介して接合された半導体素子3と、金属層13の他方側(図1において下側)に配置されたヒートシンク30と、を備えている。 This power module 1 includes an insulated circuit board 10 on which a circuit layer 12 and a metal layer 13 are disposed, and a semiconductor element 3 bonded to one surface (top surface in FIG. 1) of the circuit layer 12 via a bonding layer 2. and a heat sink 30 disposed on the other side (lower side in FIG. 1) of the metal layer 13.

半導体素子3は、Si等の半導体材料で構成されている。この半導体素子3と回路層12は、接合層2を介して接合されている。
接合層2は、例えばSn-Ag系、Sn-In系、若しくはSn-Ag-Cu系のはんだ材で構成されている。
The semiconductor element 3 is made of a semiconductor material such as Si. This semiconductor element 3 and circuit layer 12 are bonded via a bonding layer 2.
The bonding layer 2 is made of, for example, a Sn-Ag-based, Sn-In-based, or Sn-Ag-Cu-based solder material.

ヒートシンク30は、前述の絶縁回路基板10からの熱を放散するためのものである。このヒートシンク30は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態ではりん脱酸銅で構成されている。このヒートシンク30には、冷却用の流体が流れるための流路31が設けられている。
なお、本実施形態においては、ヒートシンク30と金属層13とが、はんだ材からなるはんだ層32によって接合されている。このはんだ層32は、例えばSn-Ag系、Sn-In系、若しくはSn-Ag-Cu系のはんだ材で構成されている。
The heat sink 30 is for dissipating heat from the above-mentioned insulated circuit board 10. The heat sink 30 is made of copper or a copper alloy, and in this embodiment is made of phosphorous-deoxidized copper. This heat sink 30 is provided with a flow path 31 through which a cooling fluid flows.
In addition, in this embodiment, the heat sink 30 and the metal layer 13 are joined by a solder layer 32 made of a solder material. This solder layer 32 is made of, for example, a Sn-Ag-based, Sn-In-based, or Sn-Ag-Cu-based solder material.

そして、本実施形態である絶縁回路基板10は、図1に示すように、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面(図1において上面)に配設された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面(図1において下面)に配設された金属層13と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the insulated circuit board 10 of this embodiment includes a ceramic substrate 11, a circuit layer 12 disposed on one surface (the upper surface in FIG. 1) of the ceramic substrate 11, and a ceramic A metal layer 13 is provided on the other surface (lower surface in FIG. 1) of the substrate 11.

セラミックス基板11は、絶縁性および放熱性に優れた窒化ケイ素(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al)等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、セラミックス基板11は、特に放熱性の優れた窒化アルミニウム(AlN)で構成されている。また、セラミックス基板11の厚さは、例えば、0.2mm以上1.5mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。 The ceramic substrate 11 is made of ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), and alumina (Al 2 O 3 ), which have excellent insulation and heat dissipation properties. In this embodiment, the ceramic substrate 11 is made of aluminum nitride (AlN), which has particularly excellent heat dissipation properties. Further, the thickness of the ceramic substrate 11 is set within a range of, for example, 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, and in this embodiment, it is set to 0.635 mm.

回路層12は、図4に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図4において上面)に、銅又は銅合金からなる銅板22が接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、回路層12は、無酸素銅の圧延板からなる銅板22がセラミックス基板11に接合されることで形成されている。
なお、回路層12となる銅板22の厚さは0.1mm以上2.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
As shown in FIG. 4, the circuit layer 12 is formed by bonding a copper plate 22 made of copper or a copper alloy to one surface (the upper surface in FIG. 4) of the ceramic substrate 11.
In this embodiment, the circuit layer 12 is formed by joining a copper plate 22 made of a rolled plate of oxygen-free copper to the ceramic substrate 11.
Note that the thickness of the copper plate 22 that becomes the circuit layer 12 is set within a range of 0.1 mm or more and 2.0 mm or less, and in this embodiment, it is set to 0.6 mm.

金属層13は、図4に示すように、セラミックス基板11の他方の面(図4において下面)に、銅又は銅合金からなる銅板23が接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、金属層13は、無酸素銅の圧延板からなる銅板23がセラミックス基板11に接合されることで形成されている。
なお、金属層13となる銅板23の厚さは0.1mm以上2.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
As shown in FIG. 4, the metal layer 13 is formed by bonding a copper plate 23 made of copper or a copper alloy to the other surface (lower surface in FIG. 4) of the ceramic substrate 11.
In this embodiment, the metal layer 13 is formed by joining a copper plate 23 made of a rolled plate of oxygen-free copper to the ceramic substrate 11.
Note that the thickness of the copper plate 23 that becomes the metal layer 13 is set within a range of 0.1 mm or more and 2.0 mm or less, and in this embodiment, it is set to 0.6 mm.

そして、セラミックス基板11と回路層12(金属層13)との接合界面においては、図2に示すように、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相45が形成されている。なお、Cu-Mg金属間化合物相45は、セラミックス基板11に接したCu-Mg金属間化合物相45aとセラミックス基板11から離間したCu-Mg金属間化合物相45bとが存在する。
ここで、本実施形態においては、セラミックス基板11に接したCu-Mg金属間化合物相45aのうちセラミックス基板11に接した領域の最大厚さが20μm以下とされている。このように、セラミックス基板11に接した領域のCu-Mg金属間化合物相45の最大厚さを規定することにより、冷熱サイクル負荷時における接合界面での亀裂の発生を抑制することができ、冷熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。
なお、絶縁回路基板10の冷熱サイクル信頼性をさらに向上させるためには、セラミックス基板11に接したCu-Mg金属間化合物相45aのうちセラミックス基板11に接した領域の最大厚さの上限は15μm以下であることが好ましく、12μm以下であることがさらに好ましい。一方、セラミックス基板11に接したCu-Mg金属間化合物相45aのうちセラミックス基板11に接した領域の最大厚さの下限に特に制限はないが、1μm以上とすることが好ましく、2μm以上とすることがさらに好ましい。
At the bonding interface between the ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 (metal layer 13), as shown in FIG. 2, a Cu-Mg intermetallic compound phase 45 consisting of an intermetallic compound containing Cu and Mg is formed. There is. Note that the Cu-Mg intermetallic compound phase 45 includes a Cu-Mg intermetallic compound phase 45a in contact with the ceramic substrate 11 and a Cu-Mg intermetallic compound phase 45b spaced apart from the ceramic substrate 11.
In this embodiment, the maximum thickness of the region of the Cu--Mg intermetallic compound phase 45a that is in contact with the ceramic substrate 11 is 20 μm or less. In this way, by specifying the maximum thickness of the Cu-Mg intermetallic compound phase 45 in the region in contact with the ceramic substrate 11, it is possible to suppress the occurrence of cracks at the bonding interface during cold-heat cycle loads, and It becomes possible to improve cycle reliability.
In order to further improve the thermal cycle reliability of the insulated circuit board 10, the upper limit of the maximum thickness of the region in contact with the ceramic substrate 11 of the Cu-Mg intermetallic compound phase 45a in contact with the ceramic substrate 11 is set to 15 μm. It is preferably at most 12 μm, more preferably at most 12 μm. On the other hand, there is no particular restriction on the lower limit of the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase 45a in contact with the ceramic substrate 11, but it is preferably 1 μm or more, and 2 μm or more. It is even more preferable.

以下に、本実施形態に係る絶縁回路基板10の製造方法について、図3及び図4を参照して説明する。 The method for manufacturing the insulated circuit board 10 according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.

(Mg配置工程S01)
まず、窒化アルミニウム(AlN)からなるセラミックス基板11を準備し、図4に示すように、回路層12となる銅板22とセラミックス基板11との間、及び、金属層13となる銅板23とセラミックス基板11との間に、それぞれMgを配置する。
本実施形態では、回路層12となる銅板22とセラミックス基板11との間、及び、金属層13となる銅板23とセラミックス基板11との間に、Mg箔25を配設している。
(Mg placement step S01)
First, a ceramic substrate 11 made of aluminum nitride (AlN) is prepared, and as shown in FIG. 11, Mg is placed between each of them.
In this embodiment, Mg foil 25 is disposed between the copper plate 22 that will become the circuit layer 12 and the ceramic substrate 11 and between the copper plate 23 that will become the metal layer 13 and the ceramic substrate 11.

ここで、Mg配置工程S01では、配置するMg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とする。
なお、配置するMg量の下限は21μmol/cm以上とすることが好ましく、29μmol/cm以上とすることがさらに好ましい。一方、配置するMg量の上限は72μmol/cm以下とすることが好ましく、57μmol/cm以下とすることがさらに好ましい。
Here, in the Mg placement step S01, the amount of Mg to be placed is within the range of 14 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less.
Note that the lower limit of the amount of Mg to be disposed is preferably 21 μmol/cm 2 or more, and more preferably 29 μmol/cm 2 or more. On the other hand, the upper limit of the amount of Mg to be disposed is preferably 72 μmol/cm 2 or less, more preferably 57 μmol/cm 2 or less.

(積層工程S02)
次に、銅板22とセラミックス基板11を、Mg箔25を介して積層するとともに、セラミックス基板11と銅板23を、Mg箔25を介して積層する。
(Lamination process S02)
Next, the copper plate 22 and the ceramic substrate 11 are laminated with the Mg foil 25 in between, and the ceramic substrate 11 and the copper plate 23 are laminated with the Mg foil 25 in between.

(接合工程S03)
次に、積層された銅板22、Mg箔25、セラミックス基板11、Mg箔25、銅板23を、積層方向に加圧するとともに、真空炉内に装入して加熱し、銅板22とセラミックス基板11と銅板23を接合する。
ここで、接合工程S03における熱処理条件は、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持する。このように熱処理条件を規定することにより、界面反応に必要なCu-Mg液相が確保され、均一な界面反応を進行させることができる。これにより、セラミックス基板11の接合界面にCu-Mg金属間化合物相45が形成される。そして、Cu-Mg金属間化合物相45のうちセラミックス基板11に接した領域の最大厚さが20μm以下とされる。
(Joining process S03)
Next, the laminated copper plate 22, Mg foil 25, ceramic substrate 11, Mg foil 25, and copper plate 23 are pressurized in the stacking direction, and are charged into a vacuum furnace and heated, so that the copper plate 22, the ceramic substrate 11 The copper plate 23 is joined.
Here, the heat treatment conditions in the bonding step S03 are such that the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more. . By defining the heat treatment conditions in this manner, the Cu--Mg liquid phase necessary for the interfacial reaction is ensured, and the interfacial reaction can proceed uniformly. As a result, a Cu--Mg intermetallic compound phase 45 is formed at the bonding interface of the ceramic substrate 11. The maximum thickness of the region of the Cu--Mg intermetallic compound phase 45 in contact with the ceramic substrate 11 is set to 20 μm or less.

なお、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度の下限は8℃/min以上とすることが好ましく、10℃/min以上とすることがさらに好ましい。一方、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度の上限は18℃/min以下とすることが好ましく、16℃/min以下とすることがさらに好ましい。
また、保持温度の下限は730℃以上とすることが好ましく、750℃以上とすることがさらに好ましい。一方、保持温度の上限に特に制限はないが、830℃以下とすることが好ましく、800℃以下とすることがさらに好ましい。
さらに、保持時間の下限は60min以上とすることが好ましく、90min以上とすることがさらに好ましい。一方、保持時間の上限に特に制限はないが、180min以下とすることが好ましく、150min以下とすることがさらに好ましい。
Note that the lower limit of the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is preferably 8°C/min or more, and more preferably 10°C/min or more. On the other hand, the upper limit of the temperature increase rate in the temperature range from 480°C to less than 700°C is preferably 18°C/min or less, more preferably 16°C/min or less.
Further, the lower limit of the holding temperature is preferably 730°C or higher, more preferably 750°C or higher. On the other hand, there is no particular restriction on the upper limit of the holding temperature, but it is preferably 830°C or lower, and more preferably 800°C or lower.
Further, the lower limit of the holding time is preferably 60 min or more, more preferably 90 min or more. On the other hand, there is no particular restriction on the upper limit of the holding time, but it is preferably 180 min or less, and more preferably 150 min or less.

なお、接合工程S03における加圧荷重は、0.049MPa以上3.4MPa以下の範囲内とすることが好ましい。
さらに、接合工程S03における真空度は、1×10-6Pa以上5×10-2Pa以下の範囲内とすることが好ましい。
Note that the pressure load in the joining step S03 is preferably within a range of 0.049 MPa or more and 3.4 MPa or less.
Further, the degree of vacuum in the bonding step S03 is preferably within the range of 1×10 −6 Pa to 5×10 −2 Pa.

以上のように、Mg配置工程S01と、積層工程S02と、接合工程S03とによって、本実施形態である絶縁回路基板10が製造されることになる。 As described above, the insulated circuit board 10 of this embodiment is manufactured through the Mg placement step S01, the lamination step S02, and the bonding step S03.

(ヒートシンク接合工程S04)
次に、絶縁回路基板10の金属層13の他方の面側にヒートシンク30を接合する。
絶縁回路基板10とヒートシンク30とを、はんだ材を介して積層して加熱炉に装入し、はんだ層32を介して絶縁回路基板10とヒートシンク30とをはんだ接合する。
(Heat sink bonding process S04)
Next, the heat sink 30 is bonded to the other side of the metal layer 13 of the insulated circuit board 10.
The insulated circuit board 10 and the heat sink 30 are laminated with a solder material interposed therebetween and placed in a heating furnace, and the insulated circuit board 10 and the heat sink 30 are soldered together via the solder layer 32.

(半導体素子接合工程S05)
次に、絶縁回路基板10の回路層12の一方の面に、半導体素子3をはんだ付けにより接合する。
上述の工程により、図1に示すパワーモジュール1が製出される。
(Semiconductor element bonding process S05)
Next, the semiconductor element 3 is joined to one surface of the circuit layer 12 of the insulated circuit board 10 by soldering.
Through the above steps, the power module 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

以上のような構成とされた本実施形態の絶縁回路基板10(銅/セラミックス接合体)によれば、回路層12(及び金属層13)とセラミックス基板11との間に形成されたCu-Mg金属間化合物相45のうち、セラミックス基板11に接した領域の最大厚さが20μm以下に制限されているので、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス基板11に亀裂が生じることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。 According to the insulated circuit board 10 (copper/ceramic bonded body) of this embodiment configured as described above, the Cu-Mg formed between the circuit layer 12 (and metal layer 13) and the ceramic substrate 11 Since the maximum thickness of the intermetallic compound phase 45 in the region in contact with the ceramic substrate 11 is limited to 20 μm or less, cracks will not occur at the bonding interface and the ceramic substrate 11 even when subjected to severe thermal cycles. It is possible to suppress the occurrence of , and it is possible to improve the reliability of the cooling/heating cycle.

本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、Mg配置工程S01では、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内としているので、界面反応に必要な液相を十分に得ることができる。よって、回路層12(及び金属層13)とセラミックス基板11を確実に接合することができる。
そして、接合工程S03において、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持しているので、界面反応に必要な液相を一定時間以上保持することができ、均一な界面反応を促進し、接合界面にCu-Mg金属間化合物相45が形成されるとともに、Cu-Mg金属間化合物相45のうちセラミックス基板11に接した領域の最大厚さを20μm以下とすることができる。
According to the method for manufacturing an insulated circuit board according to the present embodiment, in the Mg placement step S01, the Mg amount is set within the range of 14 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less, so that the liquid phase necessary for the interfacial reaction is sufficient. can be obtained. Therefore, the circuit layer 12 (and metal layer 13) and the ceramic substrate 11 can be reliably bonded.
Then, in the bonding step S03, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more. The liquid phase required for the interfacial reaction can be maintained for a certain period of time or longer, promoting a uniform interfacial reaction, forming a Cu-Mg intermetallic compound phase 45 at the bonding interface, and forming the Cu-Mg intermetallic compound phase 45. The maximum thickness of the region in contact with the ceramic substrate 11 can be 20 μm or less.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態である絶縁回路基板110は、第1の実施形態と同様に、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面に配設された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に配設された金属層13と、を備えている。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Note that the same members as those in the first embodiment are given the same reference numerals and detailed explanations are omitted.
Similar to the first embodiment, the insulated circuit board 110 of this embodiment includes a ceramic substrate 11, a circuit layer 12 disposed on one surface of the ceramic substrate 11, and a circuit layer 12 disposed on the other surface of the ceramic substrate 11. A metal layer 13 is provided.

本実施形態である絶縁回路基板110は、セラミックス基板11と回路層12(金属層13)との接合界面において、図5に示すように、セラミックス基板11の表面には、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属の化合物を含む活性金属化合物層141が形成され、この活性金属化合物層141の回路層12(金属層13)側にCuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相145が形成されている。 In the insulated circuit board 110 of this embodiment, as shown in FIG. 5, the surface of the ceramic substrate 11 has Ti, Zr, Nb, An active metal compound layer 141 containing a compound of one or more active metals selected from Hf is formed, and a metal containing Cu and Mg is formed on the circuit layer 12 (metal layer 13) side of this active metal compound layer 141. A Cu-Mg intermetallic compound phase 145 consisting of an intermetallic compound is formed.

そして、Cu-Mg金属間化合物相145のうち活性金属化合物層141に接した領域の最大厚さが15μm以下とされている。このように、活性金属化合物層141に接した領域のCu-Mg金属間化合物相145の最大厚さを規定することにより、冷熱サイクル負荷時における接合界面での亀裂の発生を抑制することができ、冷熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。
なお、絶縁回路基板110の冷熱サイクル信頼性をさらに向上させるためには、Cu-Mg金属間化合物相145のうち活性金属化合物層141に接した領域の最大厚さの上限は12μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。一方、Cu-Mg金属間化合物相145のうち活性金属化合物層141に接した領域の最大厚さの下限には特に制限はないが、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがさらに好ましい。
The maximum thickness of the region of the Cu--Mg intermetallic compound phase 145 that is in contact with the active metal compound layer 141 is 15 μm or less. In this way, by defining the maximum thickness of the Cu--Mg intermetallic compound phase 145 in the region in contact with the active metal compound layer 141, it is possible to suppress the occurrence of cracks at the bonding interface during thermal cycle loads. , it becomes possible to improve the reliability of the cooling/heating cycle.
Note that in order to further improve the thermal cycle reliability of the insulated circuit board 110, the upper limit of the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase 145 in contact with the active metal compound layer 141 should be 12 μm or less. is preferable, and more preferably 10 μm or less. On the other hand, there is no particular restriction on the lower limit of the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase 145 in contact with the active metal compound layer 141, but it is preferably 1 μm or more, and more preferably 2 μm or more. preferable.

また、本実施形態においては、図5に示すように、セラミックス基板11と回路層12(及び金属層13)との間には、Cuと活性金属とを含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相147が形成され、Cu-Mg金属間化合物相145と第2金属間化合物相147との合計面積に対する第2金属間化合物相147の面積率が50%以下とされていることが好ましく、30%以下とされていることがより好ましい。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a second intermetallic compound made of an intermetallic compound containing Cu and an active metal is provided between the ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 (and metal layer 13). Preferably, a compound phase 147 is formed, and the area ratio of the second intermetallic compound phase 147 to the total area of the Cu-Mg intermetallic compound phase 145 and the second intermetallic compound phase 147 is 50% or less, More preferably, it is 30% or less.

さらに、本実施形態においては、前記活性金属がTiであることが好ましい。なお、本実施形態では、セラミックス基板11が窒化アルミニウムで構成されていることから、セラミックス基板11の表面に形成される活性金属化合物層141は、窒素チタン等の活性金属の窒化物を含むものとなる。あるいは、セラミックス基板11の表面の酸化膜と活性金属が反応することで酸化チタン等の活性金属の酸化物を含むものとなる。 Furthermore, in this embodiment, it is preferable that the active metal is Ti. In this embodiment, since the ceramic substrate 11 is made of aluminum nitride, the active metal compound layer 141 formed on the surface of the ceramic substrate 11 contains a nitride of an active metal such as nitrogen titanium. Become. Alternatively, the oxide film on the surface of the ceramic substrate 11 reacts with the active metal to contain an oxide of the active metal such as titanium oxide.

以下に、本実施形態に係る絶縁回路基板110の製造方法について、図6及び図7を参照して説明する。 The method for manufacturing the insulated circuit board 110 according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 6 and 7.

(活性金属及びMg配置工程S101)
まず、窒化アルミニウム(AlN)からなるセラミックス基板11を準備し、図7に示すように、回路層12となる銅板22とセラミックス基板11との間、及び、金属層13となる銅板23とセラミックス基板11との間に、それぞれTi,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属及びMgを配置する。
本実施形態では、回路層12となる銅板22とセラミックス基板11との間、及び、金属層13となる銅板23とセラミックス基板11との間に、Mg箔125と活性金属箔126を配設している。
(Active metal and Mg placement step S101)
First, a ceramic substrate 11 made of aluminum nitride (AlN) is prepared, and as shown in FIG. 11, one or more active metals selected from Ti, Zr, Nb, and Hf and Mg are placed between them.
In this embodiment, an Mg foil 125 and an active metal foil 126 are provided between the copper plate 22 that will become the circuit layer 12 and the ceramic substrate 11 and between the copper plate 23 that will become the metal layer 13 and the ceramic substrate 11. ing.

ここで、活性金属及びMg配置工程S101では、配置する活性金属量を0.4μmol/cm以上14.1μmol/cm以下の範囲内、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とする。
なお、配置する活性金属量の下限は0.9μmol/cm以上とすることが好ましく、2.8μmol/cm以上とすることがさらに好ましい。一方、配置する活性金属量の上限は9.4μmol/cm以下とすることが好ましく、6.6μmol/cm以下とすることがさらに好ましい。
また、配置するMg量の下限は21μmol/cm以上とすることが好ましく、29μmol/cm以上とすることがさらに好ましい。一方、配置するMg量の上限は72μmol/cm以下とすることが好ましく、57μmol/cm以下とすることがさらに好ましい。
Here, in the active metal and Mg placement step S101, the amount of active metal to be placed is within the range of 0.4 μmol/ cm2 to 14.1 μmol/ cm2 , and the Mg amount is within the range of 14 μmol/ cm2 to 86 μmol/ cm2. Within the range.
Note that the lower limit of the amount of active metal to be arranged is preferably 0.9 μmol/cm 2 or more, and more preferably 2.8 μmol/cm 2 or more. On the other hand, the upper limit of the amount of active metal disposed is preferably 9.4 μmol/cm 2 or less, more preferably 6.6 μmol/cm 2 or less.
Further, the lower limit of the amount of Mg to be arranged is preferably 21 μmol/cm 2 or more, more preferably 29 μmol/cm 2 or more. On the other hand, the upper limit of the amount of Mg to be disposed is preferably 72 μmol/cm 2 or less, more preferably 57 μmol/cm 2 or less.

(積層工程S102)
次に、銅板22とセラミックス基板11を、活性金属箔126及びMg箔125を介して積層するとともに、セラミックス基板11と銅板23を、活性金属箔126及びMg箔125を介して積層する。
(Lamination step S102)
Next, the copper plate 22 and the ceramic substrate 11 are laminated with the active metal foil 126 and the Mg foil 125 interposed therebetween, and the ceramic substrate 11 and the copper plate 23 are laminated with the active metal foil 126 and the Mg foil 125 interposed therebetween.

(接合工程S103)
次に、積層された銅板22、活性金属箔126、Mg箔125、セラミックス基板11、Mg箔125、活性金属箔126、銅板23を、積層方向に加圧するとともに、真空炉内に装入して加熱し、銅板22とセラミックス基板11と銅板23を接合する。
ここで、接合工程S103における熱処理条件は、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持する。このように熱処理条件を規定することにより、界面反応に必要なCu-Mg液相が確保され、均一な界面反応を進行させることができる。これにより、セラミックス基板11の表面に活性金属化合物層141が形成され、この活性金属化合物層141の回路層12(金属層13)側にCu-Mg金属間化合物相145が形成される。そして、Cu-Mg金属間化合物相145のうち活性金属化合物層141に接した領域の最大厚さが15μm以下に制限される。
(Joining process S103)
Next, the laminated copper plate 22, active metal foil 126, Mg foil 125, ceramic substrate 11, Mg foil 125, active metal foil 126, and copper plate 23 are pressurized in the stacking direction and charged into a vacuum furnace. The copper plate 22, the ceramic substrate 11, and the copper plate 23 are bonded together by heating.
Here, the heat treatment conditions in the bonding step S103 are such that the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more. . By defining the heat treatment conditions in this manner, the Cu--Mg liquid phase necessary for the interfacial reaction is ensured, and the interfacial reaction can proceed uniformly. As a result, an active metal compound layer 141 is formed on the surface of the ceramic substrate 11, and a Cu--Mg intermetallic compound phase 145 is formed on the circuit layer 12 (metal layer 13) side of this active metal compound layer 141. The maximum thickness of the region of the Cu--Mg intermetallic compound phase 145 in contact with the active metal compound layer 141 is limited to 15 μm or less.

なお、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度の下限は8℃/min以上とすることが好ましく、10℃/min以上とすることがさらに好ましい。一方、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度の上限は18℃/min以下とすることが好ましく、16℃/min以下とすることがさらに好ましい。
また、保持温度の下限は730℃以上とすることが好ましく、750℃以上とすることがさらに好ましい。一方、保持温度の上限に特に制限はないが、830℃以下とすることが好ましく、800℃以下とすることがさらに好ましい。
さらに、保持時間の下限は60min以上とすることが好ましく、90min以上とすることがさらに好ましい。一方、保持時間の上限に特に制限はないが、180min以下とすることが好ましく、150min以下とすることがさらに好ましい。
Note that the lower limit of the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is preferably 8°C/min or more, and more preferably 10°C/min or more. On the other hand, the upper limit of the temperature increase rate in the temperature range from 480°C to less than 700°C is preferably 18°C/min or less, more preferably 16°C/min or less.
Further, the lower limit of the holding temperature is preferably 730°C or higher, more preferably 750°C or higher. On the other hand, there is no particular restriction on the upper limit of the holding temperature, but it is preferably 830°C or lower, and more preferably 800°C or lower.
Further, the lower limit of the holding time is preferably 60 min or more, more preferably 90 min or more. On the other hand, there is no particular restriction on the upper limit of the holding time, but it is preferably 180 min or less, and more preferably 150 min or less.

なお、接合工程S103における加圧荷重は、0.049MPa以上3.4MPa以下の範囲内とすることが好ましい。
さらに、接合工程S103における真空度は、1×10-6Pa以上5×10-2Pa以下の範囲内とすることが好ましい。
Note that the pressurizing load in the joining step S103 is preferably within a range of 0.049 MPa or more and 3.4 MPa or less.
Further, the degree of vacuum in the bonding step S103 is preferably within the range of 1×10 −6 Pa to 5×10 −2 Pa.

以上のように、活性金属及びMg配置工程S101と、積層工程S102と、接合工程S103とによって、本実施形態である絶縁回路基板110が製造されることになる。 As described above, the insulated circuit board 110 of this embodiment is manufactured through the active metal and Mg arrangement step S101, the lamination step S102, and the bonding step S103.

以上のような構成とされた本実施形態の絶縁回路基板110(銅/セラミックス接合体)によれば、回路層12(及び金属層13)とセラミックス基板11との接合界面において、セラミックス基板11の表面に活性金属化合物層141が形成され、この活性金属化合物層141の回路層12(及び金属層13)側にCu-Mg金属間化合物相145が形成されており、Cu-Mg金属間化合物相145のうち活性金属化合物層141に接した領域の最大厚さが15μm以下とされているので、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス基板11に亀裂が生じることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。 According to the insulated circuit board 110 (copper/ceramic bonded body) of the present embodiment configured as described above, at the bonding interface between the circuit layer 12 (and metal layer 13) and the ceramic substrate 11, An active metal compound layer 141 is formed on the surface, and a Cu-Mg intermetallic compound phase 145 is formed on the circuit layer 12 (and metal layer 13) side of this active metal compound layer 141. Since the maximum thickness of the region of 145 in contact with the active metal compound layer 141 is set to be 15 μm or less, cracks are prevented from forming at the bonding interface and the ceramic substrate 11 even when subjected to severe cooling and heating cycles. This makes it possible to improve the reliability of the cooling/heating cycle.

また、本実施形態において、セラミックス基板11と回路層12(及び金属層13)との間は、Cuと活性金属とを含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相147が形成されており、Cu-Mg金属間化合物相145と第2金属間化合物相147との合計面積に対する第2金属間化合物相147の面積率が50%以下とされている場合には、Cu-Mg金属間化合物相145よりも硬い第2金属間化合物相147が接合界面に多く存在せず、厳しい冷熱サイクルが負荷された場合であっても、接合界面及びセラミックス基板11に亀裂が生じることをさらに抑制することが可能となる。 Further, in this embodiment, a second intermetallic compound phase 147 made of an intermetallic compound containing Cu and an active metal is formed between the ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 (and metal layer 13), When the area ratio of the second intermetallic compound phase 147 to the total area of the Cu-Mg intermetallic compound phase 145 and the second intermetallic compound phase 147 is 50% or less, the Cu-Mg intermetallic compound phase Since the second intermetallic compound phase 147, which is harder than 145, does not exist in large quantities at the bonding interface, it is possible to further suppress the occurrence of cracks in the bonding interface and the ceramic substrate 11 even when subjected to severe thermal cycles. It becomes possible.

さらに、本実施形態において、活性金属がTiである場合には、Tiがセラミックス基板11の接合面と十分に反応し、窒化チタンからなる活性金属化合物層141が形成されることになり、セラミックス基板11と回路層12(及び金属層13とを確実に接合することが可能となる。 Furthermore, in the present embodiment, when the active metal is Ti, Ti reacts sufficiently with the bonding surface of the ceramic substrate 11, and an active metal compound layer 141 made of titanium nitride is formed. 11 and the circuit layer 12 (and metal layer 13) can be reliably bonded to each other.

本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、活性金属量を0.4μmol/cm以上9.4μmol/cm以下の範囲内、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内としているので、界面反応に必要な液相を十分に得ることができる。よって、回路層12及び金属層13とセラミックス基板11とを確実に接合することができる。
そして、接合工程S103において、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30min以上保持する構成としているので、界面反応に必要なCu-Mg液相を一定時間以上保持することができ、均一な界面反応を促進することができる。これにより、セラミックス基板11の表面に活性金属化合物層141が形成され、この活性金属化合物層141の回路層12(金属層13)側にCu-Mg金属間化合物相145が形成される。そして、Cu-Mg金属間化合物相145のうち活性金属化合物層141に接した領域の最大厚さが15μm以下に制限される。
According to the method for manufacturing an insulated circuit board of this embodiment, the amount of active metal is within the range of 0.4 μmol/cm 2 to 9.4 μmol/cm 2 , and the amount of Mg is within the range of 14 μmol/cm 2 to 86 μmol/cm 2 Since it is within the range of , it is possible to obtain a sufficient liquid phase necessary for the interfacial reaction. Therefore, the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the ceramic substrate 11 can be reliably bonded.
In the bonding step S103, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more. , the Cu--Mg liquid phase required for interfacial reaction can be maintained for a certain period of time or more, and uniform interfacial reaction can be promoted. As a result, an active metal compound layer 141 is formed on the surface of the ceramic substrate 11, and a Cu--Mg intermetallic compound phase 145 is formed on the circuit layer 12 (metal layer 13) side of this active metal compound layer 141. The maximum thickness of the region of the Cu--Mg intermetallic compound phase 145 in contact with the active metal compound layer 141 is limited to 15 μm or less.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、絶縁回路基板に半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板の回路層にLED素子を搭載してLEDモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto and can be modified as appropriate without departing from the technical idea of the invention.
For example, in this embodiment, the power module is configured by mounting a semiconductor element on an insulated circuit board, but the present invention is not limited to this. For example, an LED module may be constructed by mounting an LED element on a circuit layer of an insulated circuit board, or a thermoelectric module may be constructed by mounting a thermoelectric element on a circuit layer of an insulated circuit board.

また、本実施形態の絶縁回路基板では、回路層と金属層がともに銅又は銅合金からなる銅板によって構成されたものとして説明したが、これに限定されることはない。
例えば、回路層とセラミックス基板とが本発明の銅/セラミックス接合体で構成されていれば、金属層の材質や接合方法に限定はなく、金属層がなくてもよいし、金属層がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されていてもよく、銅とアルミニウムの積層体で構成されていてもよい。
一方、金属層とセラミックス基板とが本発明の銅/セラミックス接合体で構成されていれば、回路層の材質や接合方法に限定はなく、回路層がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されていてもよく、銅とアルミニウムの積層体で構成されていてもよい。
Further, in the insulated circuit board of this embodiment, the circuit layer and the metal layer are both made of copper plates made of copper or a copper alloy, but the present invention is not limited to this.
For example, as long as the circuit layer and the ceramic substrate are composed of the copper/ceramic bonded body of the present invention, there are no limitations on the material or bonding method of the metal layer, and the metal layer may be omitted, or the metal layer may be aluminum or aluminum. It may be made of an aluminum alloy or a laminate of copper and aluminum.
On the other hand, as long as the metal layer and the ceramic substrate are made of the copper/ceramic bonded body of the present invention, there are no limitations on the material or bonding method of the circuit layer, and the circuit layer may be made of aluminum or aluminum alloy. , it may be composed of a laminate of copper and aluminum.

また、第1の実施形態では、銅板とセラミックス基板との間に、Mg箔を積層する構成として説明したが、これに限定されることはなく、セラミックス基板及び銅板の接合面に、Mgからなる薄膜を、スパッタ法や蒸着法等によって成膜してもよい。また、MgやMgHを含むペーストを塗布してもよい。
さらに、第2の実施形態では、銅板とセラミックス基板との間に、活性金属箔やMg箔を積層する構成として説明したが、これに限定されることはなく、Mgと活性金属の合金箔を配設してもよい。また、セラミックス基板及び銅板の接合面に、Mg、活性金属、Mgと活性金属の合金等からなる薄膜を、スパッタ法や蒸着法等によって成膜してもよい。また、Mg、MgH、活性金属を含むペーストを塗布してもよい。
Further, in the first embodiment, the configuration is explained in which Mg foil is laminated between the copper plate and the ceramic substrate, but the structure is not limited to this, and the bonding surface of the ceramic substrate and the copper plate is made of Mg. The thin film may be formed by sputtering, vapor deposition, or the like. Alternatively, a paste containing Mg or MgH 2 may be applied.
Furthermore, in the second embodiment, an active metal foil or a Mg foil is laminated between a copper plate and a ceramic substrate, but the structure is not limited to this, and an alloy foil of Mg and an active metal is laminated. May be placed. Furthermore, a thin film made of Mg, an active metal, an alloy of Mg and an active metal, or the like may be formed on the joint surface of the ceramic substrate and the copper plate by sputtering, vapor deposition, or the like. Alternatively, a paste containing Mg, MgH 2 and an active metal may be applied.

さらに、本実施形態の絶縁回路基板では、セラミックス基板として、窒化アルミニウム(AlN)で構成されたものを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、アルミナ(Al)、窒化ケイ素(Si)等の他のセラミックス基板を用いたものであってもよい。 Further, in the insulated circuit board of this embodiment, the ceramic substrate is made of aluminum nitride (AlN), but the ceramic substrate is not limited to this, and alumina (Al 2 O 3 ) , other ceramic substrates such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) may also be used.

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。 Below, the results of a confirmation experiment conducted to confirm the effects of the present invention will be explained.

(実施例1)
まず、表1記載のセラミックス基板(40mm×40mm)を準備した。なお、厚さは、AlN及びAlは0.635mm、Siは0.32mmとした。
このセラミックス基板の両面に、無酸素銅からなる銅板(37mm×37mm×厚さ0.3mm)を表1に示す条件で接合し、絶縁回路基板(銅/セラミックス接合体)を得た。なお、接合時の真空炉の真空度は2×10-2Paとした。
(Example 1)
First, a ceramic substrate (40 mm x 40 mm) listed in Table 1 was prepared. Note that the thickness was 0.635 mm for AlN and Al 2 O 3 and 0.32 mm for Si 3 N 4 .
Copper plates (37 mm x 37 mm x thickness 0.3 mm) made of oxygen-free copper were bonded to both sides of this ceramic substrate under the conditions shown in Table 1 to obtain an insulated circuit board (copper/ceramic bonded body). Note that the degree of vacuum in the vacuum furnace during bonding was 2×10 −2 Pa.

得られた絶縁回路基板(銅/セラミックス接合体)について、Cu-Mg金属間化合物相のうちセラミックス基板に接した領域の最大厚さ、初期接合率、冷熱サイクル信頼性について、以下のようにして評価した。 Regarding the obtained insulated circuit board (copper/ceramic bonded body), the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic substrate, initial bonding rate, and thermal cycle reliability were determined as follows. evaluated.

(Cu-Mg金属間化合物相)
得られた絶縁回路基板(銅/セラミックス接合体)の中央部から観察試料を採取し、銅板とセラミックス基板との接合界面を、電子線マイクロアナライザー(日本電子株式会社製JXA-8539F)を用いて、倍率2000倍、加速電圧15kVの条件で接合界面を含む領域(400μm×600μm)のMgの元素MAPを取得し、Mgの存在が確認された領域内での定量分析の5点平均で、Cu濃度が5原子%以上、かつ、Mg濃度が30原子以上70原子%以下を満たした領域をCu-Mg金属間化合物相とし、Cu-Mg金属間化合物相のうちセラミックス基板に接した領域の最大厚さを算出した。なお、観察視野数は5つとし、その平均値を表2に示した。
(Cu-Mg intermetallic compound phase)
An observation sample was taken from the center of the obtained insulated circuit board (copper/ceramic bonded body), and the bonding interface between the copper plate and the ceramic substrate was examined using an electron beam microanalyzer (JXA-8539F manufactured by JEOL Ltd.). , an elemental map of Mg was obtained in a region (400 μm x 600 μm) including the bonding interface under the conditions of 2000x magnification and 15 kV acceleration voltage, and the five-point average of quantitative analysis in the region where the presence of Mg was confirmed showed that Cu The region where the concentration is 5 at.% or more and the Mg concentration is at least 30 at.% and at most 70 at.% is defined as the Cu-Mg intermetallic compound phase, and the maximum area of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic substrate The thickness was calculated. Note that the number of observation fields was five, and the average value is shown in Table 2.

(初期接合率)
銅板とセラミックス基板との接合率を評価した。具体的には、絶縁回路基板において、銅板とセラミックス基板との界面の接合率について超音波探傷装置(株式会社日立パワーソリューションズ製FineSAT200)を用いて評価し、以下の式から算出した。ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち回路層の面積とした。超音波探傷像を二値化処理した画像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積とした。
(接合率)={(初期接合面積)-(非接合部面積)}/(初期接合面積)×100
(Initial joining rate)
The bonding rate between the copper plate and the ceramic substrate was evaluated. Specifically, in the insulated circuit board, the bonding rate at the interface between the copper plate and the ceramic substrate was evaluated using an ultrasonic flaw detector (FineSAT200 manufactured by Hitachi Power Solutions Co., Ltd.), and calculated from the following formula. Here, the initial bonding area is the area to be bonded before bonding, that is, the area of the circuit layer. In an image obtained by binarizing an ultrasonic flaw detection image, peeling is indicated by a white part within the joint, so the area of this white part was taken as the peeling area.
(Bonding rate) = {(Initial bonding area) - (Non-bonding area)}/(Initial bonding area) x 100

(冷熱サイクル信頼性)
セラミックス基板の材質に応じて下記の雰囲気を通炉させた後、SAT検査により、銅板とセラミックス基板の接合界面を検査し、接合界面及びセラミックス基板の割れの有無を判定した。規定回数の冷熱サイクルを負荷した後に接合界面及びセラミックス基板の割れが確認されなかったものを「S」、規定回数の8割の冷熱サイクルを負荷した時点では接合界面及びセラミックス基板の割れが確認されなかったものを「B」、規定回数の8割の冷熱サイクルを負荷した時点で接合界面及びセラミックス基板の割れが確認されたものを「NG」と評価した。評価結果を表2に示す。
AlN,Alの場合:-78℃×2min←→350℃×2minを10回
Siの場合:-78℃×2min←→350℃×2minを20回
(Cooling cycle reliability)
After passing through the furnace in the following atmosphere depending on the material of the ceramic substrate, the bonding interface between the copper plate and the ceramic substrate was inspected by SAT inspection, and the presence or absence of cracks in the bonding interface and the ceramic substrate was determined. "S" indicates that no cracking of the bonding interface or ceramic substrate was observed after the specified number of cooling/heating cycles, and cracking of the bonding interface or ceramic substrate was confirmed after 80% of the specified number of cooling/heating cycles. Those in which no cracks were observed were rated as "B," and those in which cracks were observed at the bonding interface and the ceramic substrate after 80% of the specified number of cooling/heating cycles were rated as "NG." The evaluation results are shown in Table 2.
For AlN, Al 2 O 3 : -78°C x 2 min ← → 350°C x 2 min 10 times For Si 3 N 4 : -78°C x 2 min ← → 350°C x 2 min 20 times

Figure 0007424043000001
Figure 0007424043000001

Figure 0007424043000002
Figure 0007424043000002

480℃以上700℃未満の温度領域における平均昇温速度が35℃/minとされた比較例1においては、Cu-Mg金属間化合物相のうちセラミックス基板に接した領域の最大厚さが43.6μmと本発明の範囲よりも厚く、冷熱サイクル信頼性が「NG」となった。
これに対して、Cu-Mg金属間化合物相のうちセラミックス基板に接した領域の最大厚さが本発明の範囲内とされた本発明例1-8においては、初期接合率が高く、かつ、冷熱サイクル信頼性が「B」又は「S」となった。
In Comparative Example 1, in which the average temperature increase rate in the temperature range of 480° C. or higher and lower than 700° C. was 35° C./min, the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic substrate was 43° C. The thickness was 6 μm, which was greater than the range of the present invention, and the thermal cycle reliability was “NG”.
On the other hand, in Invention Example 1-8, in which the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic substrate was within the range of the present invention, the initial bonding rate was high, and The thermal cycle reliability was rated "B" or "S".

(実施例2)
まず、表3記載のセラミックス基板(40mm×40mm)を準備した。なお、厚さは、AlN及びAlは0.635mm、Siは0.32mmとした。
このセラミックス基板の両面に、無酸素銅からなる銅板(37mm×37mm×厚さ0.3mm)を表3に示す条件で接合し、絶縁回路基板(銅/セラミックス接合体)を得た。なお、接合時の真空炉の真空度は4×10-3Paとした。
(Example 2)
First, a ceramic substrate (40 mm x 40 mm) listed in Table 3 was prepared. Note that the thickness was 0.635 mm for AlN and Al 2 O 3 and 0.32 mm for Si 3 N 4 .
Copper plates (37 mm x 37 mm x thickness 0.3 mm) made of oxygen-free copper were bonded to both sides of this ceramic substrate under the conditions shown in Table 3 to obtain an insulated circuit board (copper/ceramic bonded body). Note that the degree of vacuum in the vacuum furnace during bonding was 4×10 −3 Pa.

得られた絶縁回路基板(銅/セラミックス接合体)について、Cu-Mg金属間化合物相のうちセラミックス基板に接した領域の最大厚さ、初期接合率について、実施例1と同様に評価した。評価結果を表4に示す。
また、Cuと活性金属を含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相の面積率、及び、冷熱サイクル信頼性について、以下のようにして評価した。
The resulting insulated circuit board (copper/ceramic bonded body) was evaluated in the same manner as in Example 1 regarding the maximum thickness of the region of the Cu--Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic substrate and the initial bonding rate. The evaluation results are shown in Table 4.
In addition, the area ratio of the second intermetallic compound phase consisting of an intermetallic compound containing Cu and an active metal and the thermal cycle reliability were evaluated as follows.

(第2金属間化合物相の面積率)
得られた絶縁回路基板(銅/セラミックス接合体)の中央部から観察試料を採取し、銅板とセラミックス基板との接合界面を、電子線マイクロアナライザー(日本電子株式会社製JXA-8539F)を用いて、倍率2000倍、加速電圧15kVの条件で接合界面を含む領域(400μm×600μm)のMg及びTiの元素MAPを取得し、MgまたはTiの存在が確認された領域内での定量分析の5点平均で、Cu濃度が5原子%以上、かつ、Mg濃度が30原子以上70原子%以下を満たした領域をCu-Mg金属間化合物相、Cu濃度が5原子%以上、かつ、Ti濃度が16原子以上70原子%以下を満たした領域を第2金属間化合物相とした。そして、Cu-Mg金属間化合物相と第2金属間化合物相との合計面積に対する第2金属間化合物相の面積率を算出した。なお、観察視野数は5つとし、その平均値を表4に示した。
(Area ratio of second intermetallic compound phase)
An observation sample was taken from the center of the obtained insulated circuit board (copper/ceramic bonded body), and the bonding interface between the copper plate and the ceramic substrate was examined using an electron beam microanalyzer (JXA-8539F manufactured by JEOL Ltd.). , an elemental map of Mg and Ti in the area (400 μm x 600 μm) including the bonding interface was obtained under the conditions of 2000 times magnification and 15 kV acceleration voltage, and five points of quantitative analysis were performed in the area where the presence of Mg or Ti was confirmed. On average, a region where the Cu concentration is 5 atomic % or more and the Mg concentration is 30 atomic % or more and 70 atomic % or less is a Cu-Mg intermetallic compound phase, and the Cu concentration is 5 atomic % or more and the Ti concentration is 16 atomic %. The region satisfying the content of atomic to 70 atomic % was defined as the second intermetallic compound phase. Then, the area ratio of the second intermetallic compound phase to the total area of the Cu-Mg intermetallic compound phase and the second intermetallic compound phase was calculated. Note that the number of observation fields was five, and the average value is shown in Table 4.

(冷熱サイクル信頼性)
セラミックス基板の材質に応じて下記の雰囲気を通炉させた後、SAT検査により、銅板とセラミックス基板の接合界面を検査し、接合界面及びセラミックス基板の割れの有無を判定した。規定回数の冷熱サイクルを負荷した後に接合界面及びセラミックス基板の割れが確認されなかったものを「S」、規定回数の9割の冷熱サイクルを負荷した時点では接合界面及びセラミックス基板の割れが確認されなかったものを「A」、規定回数の9割の冷熱サイクルを負荷した時点では接合界面及びセラミックス基板の割れが確認されなかったものを「B」、規定回数の8割の冷熱サイクルを負荷した時点で接合界面及びセラミックス基板の割れが確認されたものを「NG」と評価した。評価結果を表2に示す。
AlN,Alの場合:-78℃×2min←→350℃×2minを10回
Siの場合:-78℃×2min←→350℃×2minを20回
(Cooling cycle reliability)
After passing through the furnace in the following atmosphere depending on the material of the ceramic substrate, the bonding interface between the copper plate and the ceramic substrate was inspected by SAT inspection, and the presence or absence of cracks in the bonding interface and the ceramic substrate was determined. "S" indicates that no cracking of the bonding interface or ceramic substrate was observed after the specified number of cooling/heating cycles, and cracking of the bonding interface or ceramic substrate was confirmed after 90% of the specified number of cooling/heating cycles. "A" indicates that there was no cracking, and "B" indicates that no cracking of the joint interface or ceramic substrate was observed after 90% of the specified number of cooling and heating cycles were applied. Those in which cracks were observed at the bonding interface and the ceramic substrate were evaluated as "NG". The evaluation results are shown in Table 2.
For AlN, Al 2 O 3 : -78°C x 2 min ← → 350°C x 2 min 10 times For Si 3 N 4 : -78°C x 2 min ← → 350°C x 2 min 20 times

Figure 0007424043000003
Figure 0007424043000003

Figure 0007424043000004
Figure 0007424043000004

480℃以上700℃未満の温度領域における平均昇温速度が30℃/minとされた比較例11においては、Cu-Mg金属間化合物相のうちセラミックス基板に接した領域の最大厚さが22.3μmと本発明の範囲よりも厚く、冷熱サイクル信頼性が「NG」となった。
これに対して、Cu-Mg金属間化合物相のうち活性金属化合物層に接した領域の最大厚さが本発明の範囲内とされた本発明例11-18においては、初期接合率が高く、かつ、冷熱サイクル信頼性が「B」、「A」又は「S」となった。
In Comparative Example 11, in which the average temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C was 30°C/min, the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic substrate was 22.0°C. The thickness was 3 μm, which was greater than the range of the present invention, and the thermal cycle reliability was “NG”.
On the other hand, in Inventive Examples 11-18 in which the maximum thickness of the region of the Cu-Mg intermetallic compound phase in contact with the active metal compound layer was within the range of the present invention, the initial bonding rate was high; In addition, the thermal cycle reliability was rated "B", "A", or "S".

以上の結果、本発明例によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材と銅部材との接合界面におけるクラックの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅/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を提供可能であることが確認された。 As a result, according to the example of the present invention, the occurrence of cracks at the bonding interface between the ceramic member and the copper member can be suppressed even when subjected to severe cooling and heating cycles, and the copper/ceramic material has excellent cooling and heating cycle reliability. It was confirmed that it is possible to provide a bonded body, an insulated circuit board, a method for manufacturing a copper/ceramic bonded body, and a method for manufacturing an insulated circuit board.

10,110 絶縁回路基板(銅/セラミックス接合体)
11 セラミックス基板(セラミックス部材)
12 回路層(銅部材)
13 金属層(銅部材)
45、145 Cu-Mg金属間化合物相
141 活性金属化合物層
147 第2金属間化合物相
10,110 Insulated circuit board (copper/ceramics bonded body)
11 Ceramic substrate (ceramic member)
12 Circuit layer (copper material)
13 Metal layer (copper member)
45, 145 Cu-Mg intermetallic compound phase 141 Active metal compound layer 147 Second intermetallic compound phase

Claims (12)

銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅/セラミックス接合体であって、
前記セラミックス部材と前記銅部材との間には、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相が形成されており、
前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記セラミックス部材に接した領域の最大厚さが1μm以上20μm以下とされていることを特徴とする銅/セラミックス接合体。
A copper/ceramic bonded body formed by bonding a copper member made of copper or a copper alloy and a ceramic member,
A Cu-Mg intermetallic compound phase made of an intermetallic compound containing Cu and Mg is formed between the ceramic member and the copper member,
A copper/ceramic bonded body, wherein a maximum thickness of a region of the Cu--Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic member is 1 μm or more and 20 μm or less.
銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅/セラミックス接合体であって、
前記セラミックス部材と前記銅部材との間には、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相が形成されており、
前記セラミックス部材と前記銅部材との間において、前記セラミックス部材の表面には、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属の化合物を含む活性金属化合物層が形成され、この活性金属化合物層の前記銅部材側に、前記Cu-Mg金属間化合物相が形成されており、
前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記活性金属化合物層に接した領域の最大厚さが15μm以下とされていることを特徴とする銅/セラミックス接合体。
A copper/ceramic bonded body formed by bonding a copper member made of copper or a copper alloy and a ceramic member,
A Cu-Mg intermetallic compound phase made of an intermetallic compound containing Cu and Mg is formed between the ceramic member and the copper member,
Between the ceramic member and the copper member, an active metal compound layer containing a compound of one or more active metals selected from Ti, Zr, Nb, and Hf is formed on the surface of the ceramic member. and the Cu-Mg intermetallic compound phase is formed on the copper member side of the active metal compound layer,
A copper/ceramic bonded body, wherein a maximum thickness of a region of the Cu--Mg intermetallic compound phase in contact with the active metal compound layer is 15 μm or less.
前記セラミックス部材と前記銅部材との間には、Cuと前記活性金属とを含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相が形成されており、
前記Cu-Mg金属間化合物相と前記第2金属間化合物相との合計面積に対する前記第2金属間化合物相の面積率が50%以下とされていることを特徴とする請求項2に記載の銅/セラミックス接合体。
A second intermetallic compound phase made of an intermetallic compound containing Cu and the active metal is formed between the ceramic member and the copper member,
3. The method according to claim 2, wherein the area ratio of the second intermetallic compound phase to the total area of the Cu-Mg intermetallic compound phase and the second intermetallic compound phase is 50% or less. Copper/ceramic bonded body.
前記活性金属がTiであることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の銅/セラミックス接合体。 The copper/ceramic bonded body according to claim 2 or 3, wherein the active metal is Ti. セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板であって、
前記セラミックス基板と前記銅板との間には、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相が形成されており、
前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記セラミックス基板に接した領域の最大厚さが1μm以上20μm以下とされていることを特徴とする絶縁回路基板。
An insulated circuit board in which a copper plate made of copper or a copper alloy is bonded to the surface of a ceramic substrate,
A Cu-Mg intermetallic compound phase consisting of an intermetallic compound containing Cu and Mg is formed between the ceramic substrate and the copper plate,
An insulated circuit board characterized in that a region of the Cu--Mg intermetallic compound phase in contact with the ceramic substrate has a maximum thickness of 1 μm or more and 20 μm or less.
セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板であって、
前記セラミックス基板と前記銅板との間には、CuとMgを含む金属間化合物からなるCu-Mg金属間化合物相が形成されており、
前記セラミックス基板と前記銅板との間には、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属の化合物を含む活性金属化合物層が形成され、この活性金属化合物層の前記銅板側に、前記Cu-Mg金属間化合物相が形成されており、
前記Cu-Mg金属間化合物相のうち前記活性金属化合物層に接した領域の最大厚さが15μm以下とされていることを特徴とする絶縁回路基板。
An insulated circuit board in which a copper plate made of copper or a copper alloy is bonded to the surface of a ceramic substrate,
A Cu-Mg intermetallic compound phase consisting of an intermetallic compound containing Cu and Mg is formed between the ceramic substrate and the copper plate,
An active metal compound layer containing a compound of one or more active metals selected from Ti, Zr, Nb, and Hf is formed between the ceramic substrate and the copper plate. The Cu-Mg intermetallic compound phase is formed on the copper plate side,
An insulated circuit board characterized in that a region of the Cu--Mg intermetallic compound phase in contact with the active metal compound layer has a maximum thickness of 15 μm or less.
前記セラミックス基板前記銅板との間には、Cuと前記活性金属とを含む金属間化合物からなる第2金属間化合物相が形成されており、
前記Cu-Mg金属間化合物相と前記第2金属間化合物相との合計面積に対する前記第2金属間化合物相の面積率が50%以下とされていることを特徴とする請求項6に記載の絶縁回路基板。
A second intermetallic compound phase made of an intermetallic compound containing Cu and the active metal is formed between the ceramic substrate and the copper plate ,
7. The method according to claim 6, wherein the area ratio of the second intermetallic compound phase to the total area of the Cu-Mg intermetallic compound phase and the second intermetallic compound phase is 50% or less. Insulated circuit board.
前記活性金属がTiであることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の絶縁回路基板。 8. The insulated circuit board according to claim 6, wherein the active metal is Ti. 請求項1に記載の銅/セラミックス接合体を製造する銅/セラミックス接合体の製造方法であって、
前記銅部材と前記セラミックス部材との間に、Mgを配置するMg配置工程と、
前記銅部材と前記セラミックス部材とをMgを介して積層する積層工程と、
Mgを介して積層された前記銅部材と前記セラミックス部材とを積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下において加熱処理して接合する接合工程と、
を備えており、
前記Mg配置工程では、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とし、
前記接合工程では、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30分以上保持することを特徴とする銅/セラミックス接合体の製造方法。
A method for producing a copper/ceramic bonded body for producing the copper/ceramic bonded body according to claim 1,
an Mg placement step of placing Mg between the copper member and the ceramic member;
a lamination step of laminating the copper member and the ceramic member via Mg;
a joining step of heat-treating and joining the copper member and the ceramic member laminated via Mg in a vacuum atmosphere while applying pressure in the lamination direction;
It is equipped with
In the Mg placement step, the Mg amount is within a range of 14 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less,
In the bonding step, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more. A method for producing a copper/ceramic bonded body.
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の銅/セラミックス接合体を製造する銅/セラミックス接合体の製造方法であって、
前記銅部材と前記セラミックス部材との間に、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属及びMgを配置する活性金属及びMg配置工程と、
前記銅部材と前記セラミックス部材とを、活性金属及びMgを介して積層する積層工程と、
活性金属及びMgを介して積層された前記銅部材と前記セラミックス部材とを積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下において加熱処理して接合する接合工程と、
を備えており、
前記活性金属及びMg配置工程では、活性金属量を0.4μmol/cm以上9.4μmol/cm以下の範囲内、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とし、
前記接合工程では、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30分以上保持することを特徴とする銅/セラミックス接合体の製造方法。
A method for manufacturing a copper/ceramic bonded body for manufacturing the copper/ceramic bonded body according to any one of claims 2 to 4, comprising:
an active metal and Mg placement step of placing one or more active metals selected from Ti, Zr, Nb, and Hf and Mg between the copper member and the ceramic member;
a lamination step of laminating the copper member and the ceramic member via an active metal and Mg;
a bonding step of heat-treating and bonding the copper member and the ceramic member laminated via an active metal and Mg in a vacuum atmosphere while applying pressure in the lamination direction;
It is equipped with
In the active metal and Mg arrangement step, the amount of active metal is within the range of 0.4 μmol/cm 2 to 9.4 μmol/cm 2 , the Mg amount is within the range of 14 μmol/cm 2 to 86 μmol/cm 2 ,
In the bonding step, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more. A method for producing a copper/ceramic bonded body.
請求項5に記載の絶縁回路基板の製造方法であって、
前記銅板と前記セラミックス基板との間に、Mgを配置するMg配置工程と、
前記銅板と前記セラミックス基板とをMgを介して積層する積層工程と、
Mgを介して積層された前記銅板と前記セラミックス基板とを積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下において加熱処理して接合する接合工程と、
を備えており、
前記Mg配置工程では、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とし、
前記接合工程では、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30分以上保持することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
A method for manufacturing an insulated circuit board according to claim 5, comprising:
an Mg placement step of placing Mg between the copper plate and the ceramic substrate;
a lamination step of laminating the copper plate and the ceramic substrate via Mg;
a bonding step of heat-treating and bonding the copper plate and the ceramic substrate laminated via Mg in a vacuum atmosphere while applying pressure in the lamination direction;
It is equipped with
In the Mg placement step, the Mg amount is within a range of 14 μmol/cm 2 or more and 86 μmol/cm 2 or less,
In the bonding step, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more. A method of manufacturing an insulated circuit board.
請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の絶縁回路基板の製造方法であって、
前記銅板と前記セラミックス基板との間に、Ti,Zr,Nb,Hfから選択される1種又は2種以上の活性金属及びMgを配置する活性金属及びMg配置工程と、
前記銅板と前記セラミックス基板とを、活性金属及びMgを介して積層する積層工程と、
活性金属及びMgを介して積層された前記銅板と前記セラミックス基板とを積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下において加熱処理して接合する接合工程と、
を備えており、
前記活性金属及びMg配置工程では、活性金属量を0.4μmol/cm以上14.1μmol/cm以下の範囲内、Mg量を14μmol/cm以上86μmol/cm以下の範囲内とし、
前記接合工程では、480℃以上700℃未満の温度領域における昇温速度が5℃/min以上20℃/min以下とされるとともに、700℃以上の温度で30分以上保持することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
A method for manufacturing an insulated circuit board according to any one of claims 6 to 8,
an active metal and Mg placement step of placing one or more active metals selected from Ti, Zr, Nb, and Hf and Mg between the copper plate and the ceramic substrate;
a lamination step of laminating the copper plate and the ceramic substrate via an active metal and Mg;
a bonding step of heat-treating and bonding the copper plate and the ceramic substrate laminated via an active metal and Mg in a vacuum atmosphere while applying pressure in the lamination direction;
It is equipped with
In the active metal and Mg arrangement step, the amount of active metal is within the range of 0.4 μmol/cm 2 to 14.1 μmol/cm 2 , the Mg amount is within the range of 14 μmol/cm 2 to 86 μmol/cm 2 ,
In the bonding step, the temperature increase rate in the temperature range of 480°C or more and less than 700°C is set to 5°C/min or more and 20°C/min or less, and the temperature is maintained at 700°C or more for 30 minutes or more. A method of manufacturing an insulated circuit board.
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