TW202017118A - 銅／陶瓷接合體、絕緣電路基板及銅／陶瓷接合體之製造方法及絕緣電路基板之製造方法 - Google Patents

銅／陶瓷接合體、絕緣電路基板及銅／陶瓷接合體之製造方法及絕緣電路基板之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係一種銅/陶瓷接合體、絕緣電路基板及銅/陶瓷接合體之製造方法及絕緣電路基板之製造方法，係接合銅或銅合金所成之銅構件(22)，和氮化鋁所成之陶瓷構件(11)所成之銅/陶瓷接合體，其特徵為於銅構件(22)與陶瓷構件(11)之間，形成有Mg固溶於Cu的母相中之Mg固溶層(32)。

Description

銅／陶瓷接合體、絕緣電路基板及銅／陶瓷接合體之製造方法及絕緣電路基板之製造方法
此發明係有關接合由銅或銅合金所成之銅構件，與氮化鋁所成之陶瓷構件所成之銅/陶瓷接合體，絕緣電路基板及銅/陶瓷接合體之製造方法及絕緣電路基板之製造方法者。 本申請係對於在日本申請於2018年8月28日之日本特願2018-159457號而主張優先權，而將此內容援用於此。
在功率模組，LED模組及熱電模組中，係作為於形成導電材料所成之電路層於絕緣層之一方的面之絕緣電路基板，接合功率半導體元件，LED元件及熱電元件之構造。 例如，為了控制風力發電，電動汽車，混合動力汽車等所使用之大電力控制用的功率半導體元件，係從動作時之發熱量為多之情況，作為搭載此之基板，係自以往加以廣泛使用具備：例如氮化鋁所成之陶瓷基板，和於此陶瓷基板之一方的面，接合導電性優越之金屬板而形成之電路層的絕緣電路基板。作為絕緣電路基板，係亦加以提供接合金屬板於陶瓷基板之另一方的面而形成金屬層之構成。
例如，對於專利文獻1係加以提案有：將構成電路層及金屬層之第一金屬板及第二金屬板作為銅板，再將此銅板，經由DBC法而直接接合於陶瓷基板之絕緣電路基板。在此DBC法中，經由利用銅與銅氧化物之共晶反應，而使液相產生於銅與陶瓷基板之界面之時，接合銅板與陶瓷基板。
另外，對於專利文獻2係加以提案有：於陶瓷基板之一方的面及另一方的面，經由接合銅板而形成電路層及金屬層之絕緣電路基板。在此絕緣電路基板中，於陶瓷基板之一方的面及另一方的面，使Ag-Cu-Ti系焊料材介入存在而配置銅板，再經由進行加熱處理之時而加以接合銅板(所謂活性金屬焊接法)。在此活性金屬焊接法中，使用含有活性金屬之Ti的焊料材之故，熔融之焊料材與陶瓷基板之潤濕性則提升，而良好地接合陶瓷基板與銅板。
更且，對於專利文獻3係提案有：作為在高溫的氮氣環境下接合銅板與陶瓷基板時所使用之焊料材，含有Cu-Mg-Ti合金所成之粉末的漿料。在此專利文獻3中，作為經由在氮氣環境下以560~800℃進行加熱而接合之構成，而Cu-Mg-Ti合金中的Mg係產生昇華而未殘存於接合界面，且實質上未形成有氮化鈦(TiN)之構成。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平04-162756號公報 [專利文獻2]日本專利第3211856號公報 [專利文獻3]日本專利第4375730號公報
[發明欲解決之課題]
但如專利文獻1所揭示地，對於經由DBC法而接合陶瓷基板與銅板之情況，係從必需將接合溫度作為1065℃以上(銅與銅氧化物之共晶點溫度以上)之情況，有著在接合時，陶瓷基板產生劣化之虞。另外，對於在氮氣環境等進行接合之情況，係有於接合界面殘存有環境氣體，而有容易產生部分放電之問題。
如專利文獻2所揭示地，對於經由活性金屬焊接法而接合陶瓷基板與銅板的情況，焊料材係含有Ag，而從Ag存在於接合界面的情況，容易產生位移，而無法使用於高耐壓用途。另外，從接合溫度作為比較高溫之900℃之情況，而有陶瓷基板產生裂化之虞。更且，於陶瓷基板的接合面附近，生成有含有鈦氮化物相或Ti之金屬間化合物相，在高溫動作時容易對於陶瓷基板產生有斷裂之虞。
如專利文獻3所揭示地，對於使用含有由Cu-Mg-Ti合金所成之粉末的漿料所成之接合用焊料材，在氮氣環境下進行接合之情況，係有氣體殘存於接合界面，容易產生有部分放電之問題。另外，有著含於漿料之有機物殘存於接合界面，接合成為不充分之虞。更且，於陶瓷基板的接合面附近，生成有含有Ti之金屬間化合物相，在高溫動作時容易對於陶瓷基板產生有斷裂之虞。
此發明係有鑑於上述之情事所作為之構成，其目的為提供：確實地接合銅構件與陶瓷構件之同時，對於耐位移性優越，且可抑制在高溫動作時之陶瓷斷裂的產生之銅/陶瓷接合體，絕緣電路基板，及上述之銅/陶瓷接合體之製造方法，絕緣電路基板之製造方法。 [為了解決課題之手段]
為了解決如此之課題而達成前述目的，本發明之銅/陶瓷接合體係接合由銅或銅合金所成之銅構件，和氮化鋁所成之陶瓷構件所成之銅/陶瓷接合體，其特徵為於前述銅構件與前述陶瓷構件之間，形成有Mg固溶於Cu的母相中之Mg固溶層者。
在此構成之銅/陶瓷接合體中，因於銅或銅合金所成之銅構件與氮化鋁所成之陶瓷構件之間，形成有Mg固溶於Cu的母相中之Mg固溶層之故，配設於陶瓷構件與銅構件之間的Mg則充分地擴散於銅構件側，更且，Cu與Mg則成為充分地產生反應。因而，在銅構件與陶瓷構件之接合界面中，界面反應則充分地進行，而可得到確實地接合銅構件與陶瓷構件之銅/陶瓷接合體。另外，於Cu構件與陶瓷構件的接合界面，因未存在有Ti，Zr，Nb，Hf之故，未生成有Ti，Zr，Nb，Hf之氮化物相或包含Ti，Zr，Nb，Hf之金屬間化合物相，而即使在高溫動作時亦可抑制陶瓷構件的斷裂。 更且，因於Cu構件與陶瓷構件的接合界面未存在有Ag之故，對於耐位移性亦為優越。
在本發明之銅/陶瓷接合體中，自前述陶瓷構件的接合面朝向前述銅構件側，在至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率為15%以下者為佳。 此情況，因自前述陶瓷構件的接合面朝向前述銅構件側，在至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率作為15%以下之故，於陶瓷構件的接合面附近，未存在有多的硬且脆之金屬間化合物相，而成為可確實地抑制高溫動作時之陶瓷構件的斷裂者。
本發明之絕緣電路基板係於氮化鋁所成之陶瓷基板的表面，接合銅或銅合金所成之銅板所成之絕緣電路基板，其特徵為於前述銅板與前述陶瓷基板之間，形成有Mg固溶於Cu的母相中之Mg固溶層者。
在此構成之絕緣電路基板中，確實地接合銅板與陶瓷基板之同時，對於耐位移性優越，而在高壓條件下亦可信賴性高地使用。 可抑制在高溫動作時之陶瓷基板的斷裂之產生，而在高壓條件下亦可信賴性高地使用。
在本發明之絕緣電路基板中，自前述陶瓷基板的接合面朝向前述銅板側，在至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率為15%以下者為佳。 此情況，因自前述陶瓷基板的接合面朝向前述銅板側，在至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率作為15%以下之故，於陶瓷基板的接合面附近，未存在有許多硬且脆之金屬間化合物相，而成為可確實地抑制高溫動作時之陶瓷基板的斷裂者。
本發明之銅/陶瓷接合體的製造方法係製造上述之銅/陶瓷接合體的銅/陶瓷接合體的製造方法，其特徵為具備：於前述銅構件與前述陶瓷構件之間，配置Mg之Mg配置工程，和藉由Mg而層積前述銅構件與前述陶瓷構件之層積工程，和在將藉由Mg所層積之前述銅構件與前述陶瓷構件，加壓於層積方向的狀態，在真空環境下進行加熱處理而接合之接合工程，而在前述Mg配置工程中，將Mg量作為0.17mg/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內者。
如根據此構成之銅/陶瓷接合體的製造方法，因在配置Mg於前述銅構件與前述陶瓷構件之間，將此等加壓於層積方向的狀態，在真空環境下進行加熱處理之故，於接合界面，未殘存有氣體或有機物之殘渣等者。 在Mg配置工程中，因將Mg量作為0.17mg/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內之故，可充分得到對於界面反應必要之液相者。因而，成為可得到確實地接合銅構件與陶瓷構件的銅/陶瓷接合體。 因對於接合未使用Ti，Zr，Nb，Hf之故，於陶瓷構件的接合面附近，未存在有Ti，Zr，Nb，Hf之氮化物相，或包含Ti，Zr，Nb，Hf之金屬間化合物相，而可得到可抑制在高溫度動作時之陶瓷構件的斷裂之銅/陶瓷接合體者。 因對於接合未使用Ag之故，可得到對於耐位移性優越之銅/陶瓷接合體者。
在本發明之銅/陶瓷接合體的製造方法中，在前述接合工程之加壓負載作為0.049MPa以上3.4MPa以下之範圍內，而加熱溫度作為500℃以上850℃以下之範圍內者為佳。 此情況，因前述接合工程之加壓負載作為0.049MPa以上3.4MPa以下之範圍內之故，可使陶瓷構件與銅構件與Mg密著，而可在加熱時促進此等之界面反應者。 因將在前述接合工程之加熱溫度作為較Cu與Mg之共晶溫度為高之500℃以上之故，可在接合界面充分地使液相產生者。另一方面，因將在前述接合工程之加熱溫度作為850℃以下之故，可抑制液相過剩地生成者。另外，對於陶瓷構件的熱負載變小，而可抑制陶瓷構件的劣化。
本發明之絕緣電路基板的製造方法係製造上述之絕緣電路基板的絕緣電路基板之製造方法，其特徵為具備：於前述銅板與前述陶瓷基板之間，配置Mg之Mg配置工程，和藉由Mg而層積前述銅板與前述陶瓷基板之層積工程，和在將藉由Mg所層積之前述銅板與前述陶瓷基板，加壓於層積方向的狀態，在真空環境下進行加熱處理而接合之接合工程，而在前述Mg配置工程中，將Mg量作為0.17mg/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內者。
如根據此構成之絕緣電路基板的製造方法，因在配置Mg於前述銅板與前述陶瓷基板之間，將此等加壓於層積方向的狀態，在真空環境下進行加熱處理之故，於接合界面，未殘存有氣體或有機物之殘渣等者。 在Mg配置工程中，因將Mg量作為0.17mg/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內之故，可充分得到對於界面反應必要之液相者。因而，成為可得到確實地接合銅板與陶瓷基板的絕緣電路基板者。因對於接合未使用Ti，Zr，Nb，Hf之故，於陶瓷基板的接合面附近，未存在有Ti，Zr，Nb，Hf之氮化物相，或包含Ti，Zr，Nb，Hf之金屬間化合物相，而可得到可抑制在高溫度動作時之陶瓷基板的斷裂之絕緣電路基板者。 因對於接合未使用Ag之故，可得到對於耐位移性優越之絕緣電路基板者。
在本發明之絕緣電路基板的製造方法中，在前述接合工程之加壓負載作為0.049MPa以上3.4MPa以下之範圍內，而加熱溫度作為500℃以上850℃以下之範圍內者為佳。 此情況，因前述接合工程之加壓負載作為0.049MPa以上3.4MPa以下之範圍內之故，可使陶瓷基板與銅板與Mg密著，而可在加熱時促進此等之界面反應者。 因將在前述接合工程之加熱溫度作為較Cu與Mg之共晶溫度為高之500℃以上之故，可在接合界面充分地使液相產生者。另一方面，因將在前述接合工程之加熱溫度作為850℃以下之故，可抑制液相過剩地生成者。另外，對於陶瓷基板的熱負載變小，而可抑制陶瓷基板的劣化。 [發明效果]
如根據本發明，可提供：確實地接合銅構件與陶瓷構件之同時，對於耐位移性優越，且可抑制在高溫動作時之陶瓷斷裂的產生之銅/陶瓷接合體，絕緣電路基板，及上述之銅/陶瓷接合體之製造方法，絕緣電路基板之製造方法。
以下，對於本發明之實施形態，參照附加的圖面加以說明。
有關本實施形態之銅/陶瓷接合體係作經由接合為陶瓷構件之陶瓷基板11，和銅構件之銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)所構成之絕緣電路基板10。 於圖1顯示本發明之實施形態的絕緣電路基板10，及使用此絕緣電路基板10之功率模組1。
此功率模組1係具備：絕緣電路基板10，和藉由第1焊錫層2而加以接合於此絕緣電路基板10之一方側(在圖1中為上側)之半導體元件3，和藉由第2焊錫層8而加以接合於此絕緣電路基板10之另一方側(在圖1中為下側)的散熱片51。
絕緣電路基板10係具備：陶瓷基板11，和配設於此陶瓷基板11之一方的面(在圖1中為上面)之電路層12，和加以配設於陶瓷基板11之另一方的面(在圖1中為下面)之金屬層13。 陶瓷基板11係為防止電路層12與金屬層13之間的電性連接之構成，在本實施形態中，以絕緣性高之氮化鋁而加以構成。陶瓷基板11之厚度係加以設定為0.2mm以上1.5mm以下之範圍內，在本實施形態中，陶瓷基板11之厚度係為0.635mm為佳。
電路層12係如圖4所示，經由於陶瓷基板11之一方的面，加以接合銅或銅合金所成之銅板22之時而加以形成。在本實施形態中，作為構成電路層12之銅板22，加以使用無氧銅的延壓板。對於此電路層12係加以形成有電路圖案，而其一方的面(在圖1中為上面)則作為加以搭載有半導體元件3之搭載面。電路層12之厚度係加以設定為0.1mm以上1.0以下mm之範圍內，在本實施形態中，電路層12之厚度係為0.6mm為佳。
金屬層13係如圖4所示，經由於陶瓷基板11之另一方的面，加以接合銅或銅合金所成之銅板23之時而加以形成。在本實施形態中，作為構成金屬層13之銅板23，加以使用無氧銅的延壓板。金屬層13之厚度係加以設定為0.1mm以上1.0mm以下之範圍內，在本實施形態中，金屬層13之厚度係為0.6mm為佳。
散熱片51係為了冷卻前述絕緣電路基板10之構成，在本實施形態中，作為以熱傳導性為良好之材質而加以構成之散熱板。在本實施形態中，散熱片51係以對於熱傳導性優越之銅或銅合金而加以構成者為佳。散熱片51與絕緣電路基板10之金屬層13係藉由第2焊錫層8而加以接合。
陶瓷基板11與電路層12(銅板22)，及陶瓷基板11與金屬層13(銅板23)係如圖4所示，藉由Mg膜25而加以接合。 對於陶瓷基板11與電路層12(銅板22)之接合界面及陶瓷基板11與金屬層13(銅板23)之接合界面係如圖2所示，形成有Mg固溶於Cu之母相中之Mg固溶層32。
在此Mg固溶層32之Mg的含有量係作為0.01原子%以上3原子%以下之範圍內。Mg固溶層32之厚度係作為0.1μm以上150μm以下之範圍內，而理想係作為0.1μm以上80μm以下之範圍內。 此Mg固溶層32係具有隨著自電路層12(金屬層13)朝向於陶瓷基板11側，Mg濃度呈漸進變高地具有濃度梯度。
在本實施形態中，自陶瓷基板11的接合面朝向銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)側，在至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率則為15%以下者為佳。 如上述，如加以抑制在接合界面的金屬間化合物相的面積率，對於Mg固溶層32之內部係分散含有Cu與Mg之Cu-Mg金屬間化合物相亦可。作為Cu-Mg金屬間化合物相係例如，可舉出Cu2 Mg、CuMg2 等。
接著，對於上述本實施形態之絕緣電路基板10之製造方法，參照圖3及圖4加以說明。
(Mg配置工程S01) 如圖4所示，於成為電路層12之銅板22與陶瓷基板11之間，及成為金屬層13之銅板23與陶瓷基板11之間，各配置Mg。在本實施形態中，經由蒸鍍Mg之時，形成Mg膜25。 在此Mg配置工程S01中，將進行配置之Mg量作為0.17 g/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內。
(層積工程S02) 接著，將銅板22與陶瓷基板11，藉由Mg膜25而進行層積之同時，將陶瓷基板11與銅板23，藉由Mg膜25進行層積。
(接合工程S03) 接著，將所層積之銅板22，陶瓷基板11，銅板23，加壓於層積方向之同時，裝入至真空爐內進行加熱，接合銅板22與陶瓷基板11與銅板23。 在接合工程S03之加壓負載係作為0.049MPa以上3.4 Pa以下之範圍內為佳。 在接合工程S03之加熱溫度係作為500℃以上850℃以下之範圍內為佳。 在接合工程S03之真空度係作為1×10-6 Pa以上5×10-2 Pa以下之範圍內為佳。 在加熱溫度的保持時間係作為5min以上180min以下之範圍內為佳。
如以上，經由Mg配置工程S01，和層積工程S02，和接合工程S03，加以製造本實施形態之絕緣電路基板10。
(散熱片接合工程S04) 接著，於絕緣電路基板10之金屬層13之另一方的面側，接合散熱片51。將絕緣電路基板10與散熱片51，藉由焊錫材而加以層積裝入至加熱爐，藉由第2焊錫層8而焊錫接合絕緣電路基板10與散熱片51。
(半導體元件接合工程S05) 接著，於絕緣電路基板10之電路層12之一方的面，經由焊接而接合半導體元件3。 經由以上的工程，加以製作出圖1所示之功率模組1。
如根據作為如以上之構成的本實施形態之絕緣電路基板10(銅/陶瓷接合體)，藉由Mg膜25而加以接合由無氧銅所成之銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)與氮化鋁所成之陶瓷基板11，而對於陶瓷基板11與電路層12(銅板22)之間，及陶瓷基板11與金屬層13(銅板22)之間係因形成有Mg固溶於Cu的母相中之Mg固溶層32之故，配設於陶瓷基板11與銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)之間的Mg則充分地擴散於銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)側，更且，Cu與Mg則充分地產生反應。因而，在接合界面中，界面反應則充分地進行，而可得到確實地接合銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)與陶瓷基板11之絕緣電路基板10(銅/陶瓷接合體)。
於銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)與陶瓷基板11的接合界面，因未存在有Ti，Zr，Nb，Hf之故，未生成有Ti，Zr，Nb，Hf之氮化物相或包含Ti，Zr，Nb，Hf之金屬間化合物相，而即使在高溫動作時亦可抑制陶瓷基板11的斷裂。在銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)與陶瓷基板11的接合界面的Ti，Zr，Nb，Hf之合計含有量係0.3mass%以下為佳，而0.1mass%以下為更佳。
因於陶瓷基板11與銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)之接合界面未存在有Ag之故，對於耐位移性優越。在銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)與陶瓷基板11的接合界面的Ag之含有量係0.2mass%以下為佳，而0.1mass%以下為更佳。
在本實施形態中，對於自陶瓷基板11的接合面朝向銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)側，在至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率為15%以下之情況，於陶瓷基板11的接合面附近，未存在有許多硬且脆之金屬間化合物相，而成為可確實地抑制高溫動作時之陶瓷基板11的斷裂者。 自陶瓷基板11的接合面朝向銅板22(電路層12)及銅板23(金屬層13)側，在至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率係為10%以下者為佳，而8%以下者為更佳。
如根據本實施形態之絕緣電路基板10(銅/陶瓷接合體)的製造方法，因具備：於銅板22，23與陶瓷基板11之間配置Mg(Mg膜25)之Mg配置工程S01，和藉由Mg膜25而層積銅板22，23與陶瓷基板11之層積工程S02，和將所層積之銅板22，陶瓷基板11，銅板23，在加壓於層積方向的狀態，在真空環境下進行加熱處理而接合之接合工程S03之故，對於接合界面未殘存有氣體或有機物的殘渣等。
在Mg配置工程S01中，因將Mg量作為0.17 mg/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內之故，可充分得到對於界面反應必要之液相者。因而，可得到確實接合銅板22，23與陶瓷基板11之絕緣電路基板10(銅/陶瓷接合體)者。 因對於接合未使用Ti，Zr，Nb，Hf之故，於陶瓷基板11的接合面附近，未存在有Ti，Zr，Nb，Hf之氮化物相，或包含Ti，Zr，Nb，Hf之金屬間化合物相，而可得到可抑制在高溫度動作時之陶瓷基板11的斷裂之絕緣電路基板10(銅/陶瓷接合體)者。 因對於接合未使用Ag之故，可得到對於耐位移性優越之絕緣電路基板10(銅/陶瓷接合體)者。
對於Mg量為不足0.17mg/cm2 之情況，所產生之液相的量則不足，而有接合率降低之虞。另外，對於Mg量為超過3.48mg/cm2 之情況，係成為所產生的液相的量過剩，液相則自接合界面漏出，而有無法製造特定形狀之接合體。另外，Cu-Mg金屬間化合物相則過剩地生成，而有對於陶瓷基板11產生斷裂之虞。 從以上之情況，在本實施形態中，將Mg量作為0.17 mg/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內。 Mg量的下限係作為0.24mg/cm2 以上為佳，而作為0.32 mg/cm2 以上為更佳。另一方面，Mg量的上限係作為2.38 mg/cm2 以下為佳，而作為1.58mg/cm2 以下為更佳。
在本實施形態中，因在接合工程S03之加壓負載作為0.049MPa以上之故，可使陶瓷基板11與銅板22，23與Mg膜25密著，而可在加熱時使此等之界面反應促進。因在接合工程S03之加壓負載作為3.4MPa以下之故，可抑制在接合工程S03之陶瓷基板11的斷裂等。 在接合工程S03之加壓負載的下限係作為0.098MPa以上者為佳，而作為0.294MPa以上者為更佳。另一方面，接合工程S03之加壓負載的上限係作為1.96MPa以下者為佳，而作為0.98MPa以下者為更佳。
在本實施形態中，因將在接合工程S03之加熱溫度作為較Cu與Mg之共晶溫度為高之500℃以上之故，可在接合界面充分地使液相產生者。另一方面，因將在接合工程S03之加熱溫度作為850℃以下之故，可抑制液相過剩地生成者。另外，對於陶瓷基板11的熱負載變小，而可抑制陶瓷基板11的劣化。 接合工程S03之加熱溫度的下限係作為600℃以上者為佳，而作為680℃以上者為更佳。另一方面，接合工程S03之加熱溫度的上限係作為800℃以下者為佳，而作為760℃以下者為更佳。
在本實施形態中，對於將接合工程S03之真空度作為1×10-6 Pa以上5×10-2 Pa以下之範圍內的情況，係可抑制Mg膜25之氧化，成為可確實地接合陶瓷基板11與銅板22，23者。 在接合工程S03之真空度的下限係作為1×10-4 Pa以上者為佳，而作為1×10-3 Pa以上者為更佳。另一方面，在接合工程S03之真空度的上限係作為1×10-2 Pa以下者為佳，而作為5×10-3 Pa以下者為更佳。
在本實施形態中，對於將在接合工程S03之加熱溫度的保持時間作為5min以上180min以下之範圍內的情況，係可充分地形成液相，而成為可確實地接合陶瓷基板11與銅板22，23者。 在接合工程S03之加熱溫度的保持時間之下限係作為10min以上者為佳，而作為30min以上者為更佳。另一方面，在接合工程S03之加熱溫度的保持時間之上限係作為150min以下者為佳，而作為120min以下者為更佳。
以上，對於本發明之實施形態已做過說明，但本發明係未加以限定於此等，而在不脫離其發明之技術思想範圍，可作適宜變更。 例如，將構成電路層或金屬層之銅板，作為無氧銅之延壓板而已做過說明，但未限定於此等，亦可由其他的銅或銅合金而加以構成者。 在本實施形態中，作為以銅板而構成電路層及金屬層之構成者已做過說明，但並不限定於此，而如以銅板加以構成電路層及金屬層之至少一方，而另一方係由鋁板等之其他金屬板而構成者亦可。
在本實施形態中，在Mg配置工程，作為經由蒸鍍而將Mg膜進行成膜者做過說明，但並不限定於此，而以其他的方法將Mg膜進行成膜亦可，而亦可配置Mg箔。另外，配置Cu與Mg之覆蓋材亦可。 在本實施形態中，在Mg配置工程，塗佈Mg漿料及Cu-Mg漿料亦可。另外，亦可層積配置Cu漿料與Mg漿料亦可。此時，Mg漿料係配置於銅板側或者陶瓷基板側之任一亦可。另外，作為Mg，配置MgH2 亦可。
作為散熱片舉例說明過散熱板，但並不限定於此，對於散熱片的構造未特別限定。例如，散熱片係具備具有冷媒流通的流路之構成或冷卻風扇亦可。另外，作為散熱片而亦可使用含有鋁或鋁合金的複合材(例如，AlSiC等)者。 另外，於散熱片之天板部或散熱板與金屬層之間，設置鋁或鋁合金或含有鋁之複合材(例如AlSiC等)所成之緩衝層亦可。
在本實施形態中，作為搭載功率半導體元件於絕緣電路基板之電路層而構成功率模組之構成已做過說明，但並未加以限定於此等者。例如，亦可搭載LED元件於絕緣電路基板而構成LED模組，而搭載熱電元件於絕緣電路基板的電路層而構成熱電模組亦可。 [實施例]
對於為了確認本發明之有效性而進行之確認實驗加以說明。 於40mm角之氮化鋁所成之陶瓷基板的兩面，如表1所示，層積配置Mg之銅板(無氧銅，37mm角、厚度0.15 mm)，以表1所示之接合條件進行接合，形成銅/陶瓷接合體。陶瓷基板的厚度係作為厚度0.635mm。另外，接合時之真空爐的真空度係作為5×10-3 Pa。 在以往例中，於陶瓷基板與銅板之間，將Ag-28 mass% Cu-5mass%Ti之活性焊料材，Ag量則呈成為5.2 mg/cm2 地進行配置。
對於如此作為所得到之銅/陶瓷接合體，觀察接合界面，確認Mg固溶層、Cu-Mg金屬間化合物相。另外，將銅/陶瓷接合體的初期接合率，冷熱循環後之陶瓷基板的斷裂，位移性，如以下加以評估。
(Mg固溶層) 將銅板與陶瓷基板之接合界面，使用EPMA裝置(日本電子股份有限公司製JXA-8539F)，以倍率2000倍、加速電壓15kV的條件而觀察含有接合界面之範圍(400μm×600 μm)，在自陶瓷基板表面朝向銅板側10μm間隔，因應銅板的厚度，在10點以上20點以下的範圍進行定量分析，將Mg濃度為0.01原子%以上之範圍，作為Mg固溶層。
(Cu-Mg金屬間化合物相) 將銅板與陶瓷基板的接合界面，使用電子微探儀(日本電子股份有限公司製JXA-8539F)，以倍率2000倍、加速電壓15kV的條件而得到含有接合界面之範圍(400μm×600 μm)之Mg的元素MAP，以在確認有Mg存在之範圍內之定量分析的5點平均，將滿足Cu濃度為5原子%以上，且Mg濃度為30原子以上70原子%以下之範圍，作為Cu-Mg金屬間化合物相。 並且，自陶瓷基板的接合面朝向銅板側，算出至50 μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率。
(初期接合率) 銅板與陶瓷基板之接合率係使用超音波探傷裝置(股份有限公司Hitachi Power Solutions製FineSAT200)，使用以下式而求得。初期接合面積係指在接合前之欲接合面積，即作為銅板的接合面之面積。在超音波探傷像中，剝離係從以接合部內之白色部所顯示之情況，將此白色部的面積做成剝離面積。 (接合率)={(初期接合面積)-(剝離面積)}/(初期接合面積)
(陶瓷基板之斷裂) 使用冷熱衝擊試驗機(ESPEC股份有限公司製TSA-72ES)，以氣相實施-50℃×10分←→150℃×10分之300循環。 評估負載上述之冷熱循環後之陶瓷基板的斷裂有無。
(位移) 以在電路層加以絕緣分離之電路圖案間距離0.5mm、溫度85℃、濕度85%RH、電壓DC50V之條件，在放置2000小時後，測定電路圖案間的電性阻抗，將阻抗值成為1×106 Ω以下之情況判定為短路(產生有位移)，將位移之評估作為「B」。在以與上述相同的條件，在放置2000小時後，測定電路圖案間的電性阻抗，而阻抗值為較1×106 Ω大之情況，判斷為未產生有位移，將位移之評估作為「A」。
將評估結果示於表1。另外，將本發明例1之觀察結果示於圖5。
Figure 02_image001
在Mg配置工程中，在Mg量為0.09mg/cm2 ，較本發明之範圍為少之比較例1中，在接合時液相為不足之故，無法形成接合體。因此，中止之後的評估。 在Mg配置工程中，在Mg量為4.75mg/cm2 ，較本發明之範圍為多之比較例2中，在接合時液相過剩地生成之故，液相則自接合界面漏出，而無法製造特定形狀之接合體。因此，中止之後的評估。
在使用Ag-Cu-Ti焊料材而接合陶瓷基板與銅板的以往例中，位移之評估則判定為「B」。因對於接合界面未存在有Ag之故而加以推測。
對此，在本發明例1~12中，初期接合率為高，亦未確認到陶瓷基板的斷裂。另外，位移亦為良好。 另外，如圖5所示，觀察接合界面的結果，加以觀察Mg固溶層32。
從以上之情況，如根據本發明例，確認到可提供：確實地接合銅構件與陶瓷構件，對於耐位移性優越，且可抑制在高溫動作時之陶瓷斷裂的產生之銅/陶瓷接合體(絕緣電路基板)。 [產業上之利用可能性]
如根據本發明，可提供：確實地接合銅構件與陶瓷構件之同時，對於耐位移性優越，且可抑制在高溫動作時之陶瓷斷裂的產生之銅/陶瓷接合體，絕緣電路基板，及上述之銅/陶瓷接合體之製造方法，絕緣電路基板之製造方法。
10:絕緣電路基板 11:陶瓷基板 12:電路層 13:金屬層 22，23:銅板 32:Mg固溶層
圖1係使用本發明之實施形態的絕緣電路基板(銅/陶瓷接合體)之功率模組的概略說明圖。 圖2係本發明之實施形態的絕緣電路基板(銅/陶瓷接合體)之電路層(銅構件)及金屬層(銅構件)與陶瓷基板(陶瓷構件)之接合界面的模式圖。 圖3係使用本發明之實施形態的絕緣電路基板(銅/陶瓷接合體)之製造方法的流程圖。 圖4係使用本發明之實施形態的絕緣電路基板(銅/陶瓷接合體)之製造方法的說明圖。 圖5係在本發明例1之銅/陶瓷接合體的銅板與陶瓷基板的接合界面之觀察結果。
11:陶瓷基板
12:電路層
13:金屬層
22，23:銅板
32:Mg固溶層

Claims (8)

  1. 一種銅/陶瓷接合體係接合銅或銅合金所成之銅構件，和氮化鋁所成之陶瓷構件所成之銅/陶瓷接合體，其特徵為 於前述銅構件與前述陶瓷構件之間，形成有Mg固溶於Cu的母相中之Mg固溶層者。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之銅/陶瓷接合體，其中，自前述陶瓷構件的接合面朝向前述銅構件側，至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率為15%以下。
  3. 一種絕緣電路基板係於氮化鋁所成之陶瓷基板的表面，接合銅或銅合金所成之銅板所成的絕緣電路基板，其特徵為 於前述銅板與前述陶瓷基板之間，形成有Mg固溶於Cu的母相中之Mg固溶層者。
  4. 如申請專利範圍第3項記載之絕緣電路基板，其中，自前述陶瓷基板的接合面朝向前述銅板側，至50μm為止之範圍的金屬間化合物相的面積率為15%以下。
  5. 一種銅/陶瓷接合體的製造方法，係製造如申請專利範圍第1項或第2項記載之銅/陶瓷接合體的製造方法，其特徵為具備： 於前述銅構件與前述陶瓷構件之間，配置Mg之Mg配置工程， 和中介Mg而層積前述銅構件與前述陶瓷構件之層積工程， 和在將中介Mg所層積之前述銅構件與前述陶瓷構件，加壓於層積方向的狀態下，在真空環境下進行加熱處理而接合之接合工程， 在前述Mg配置工程中，將Mg量作為0.17mg/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內者。
  6. 如申請專利範圍第5項記載之銅/陶瓷接合體的製造方法，其中，前述接合工程之加壓負載作為0.049MPa以上3.4Pa以下之範圍內，而加熱溫度作為500℃以上850℃以下之範圍內。
  7. 一種絕緣電路基板之製造方法，係如申請專利範圍第3項或第4項記載之絕緣電路基板之製造方法，其特徵為具備： 於前述銅板與前述陶瓷基板之間，配置Mg之Mg配置工程， 和中介Mg而層積前述銅板與前述陶瓷基板之層積工程， 和在將中介Mg所層積之前述銅板與前述陶瓷基板，加壓於層積方向的狀態下，在真空環境下進行加熱處理而接合之接合工程， 在前述Mg配置工程中，將Mg量作為0.17mg/cm2 以上3.48mg/cm2 以下之範圍內者。
  8. 如申請專利範圍第7項記載之絕緣電路基板的製造方法，其中，前述接合工程之加壓負載作為0.049MPa以上3.4MPa以下之範圍內，而加熱溫度作為500℃以上850℃以下之範圍內。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI751797B (zh) * 2020-11-19 2022-01-01 頎邦科技股份有限公司 電路板及其散熱貼片

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04162756A (ja) 1990-10-26 1992-06-08 Toshiba Corp 半導体モジュール
JP3302714B2 (ja) * 1992-01-27 2002-07-15 株式会社東芝 セラミックス−金属接合体
JP3260222B2 (ja) * 1993-11-24 2002-02-25 電気化学工業株式会社 回路基板の製造方法
JP3211856B2 (ja) * 1994-11-02 2001-09-25 電気化学工業株式会社 回路基板
JP3813654B2 (ja) * 1995-02-09 2006-08-23 日本碍子株式会社 セラミックスの接合構造およびその製造方法
JP3866320B2 (ja) * 1995-02-09 2007-01-10 日本碍子株式会社 接合体、および接合体の製造方法
AT405039B (de) * 1996-02-08 1999-04-26 Electrovac Verbundbauteil
JP3342797B2 (ja) * 1996-03-01 2002-11-11 電気化学工業株式会社 金属回路を有するセラミックス回路基板の製造方法
JP3288922B2 (ja) * 1996-03-14 2002-06-04 日本碍子株式会社 接合体およびその製造方法
DE60037069T2 (de) * 1999-05-28 2008-09-11 Denki Kagaku Kogyo K.K. Schaltung mit Substrat
JP2001160676A (ja) * 1999-12-01 2001-06-12 Denki Kagaku Kogyo Kk セラミックス回路基板
JP4627839B2 (ja) * 2000-05-01 2011-02-09 電気化学工業株式会社 モジュールとその製造方法
WO2002013267A1 (fr) * 2000-08-09 2002-02-14 Mitsubishi Materials Corporation Module de puissance pouvant comporter un dissipateur thermique
US7069645B2 (en) * 2001-03-29 2006-07-04 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing a circuit board
ATE552717T1 (de) * 2002-04-19 2012-04-15 Mitsubishi Materials Corp Leiterplatte, prozess zu ihrer herstellung und stromversorgungsmodul
JP2004231452A (ja) * 2003-01-29 2004-08-19 Honda Motor Co Ltd 炭素基金属複合材とセラミックスとの接合方法
JP4108505B2 (ja) * 2003-02-26 2008-06-25 本田技研工業株式会社 炭素基銅複合材とセラミックス又は銅との接合方法
JP2006527162A (ja) * 2003-06-13 2006-11-30 ジョー−ワン ハン、 セラミックス接合方法：反応拡散接合
JP4375730B2 (ja) * 2004-04-23 2009-12-02 本田技研工業株式会社 銅とセラミックス又は炭素基銅複合材料との接合用ろう材及び同接合方法
US20090229864A1 (en) * 2005-09-15 2009-09-17 Mitsubishi Materials Corporation Insulating circuit board and insulating circuit board having cooling sink
JP5202306B2 (ja) * 2006-03-15 2013-06-05 日本碍子株式会社 口金用の異種材料接合体の製造方法
HUE035758T2 (en) * 2009-04-03 2018-05-28 Sumitomo Metal Smi Electronics Devices Inc Sintered ceramic and substrate containing semiconductor material
CN104011852B (zh) * 2011-12-20 2016-12-21 株式会社东芝 陶瓷铜电路基板和使用了陶瓷铜电路基板的半导体装置
WO2013115359A1 (ja) * 2012-02-01 2013-08-08 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法、および銅部材接合用ペースト
US10105795B2 (en) * 2012-05-25 2018-10-23 General Electric Company Braze compositions, and related devices
JP6056432B2 (ja) * 2012-12-06 2017-01-11 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法
JP5672324B2 (ja) * 2013-03-18 2015-02-18 三菱マテリアル株式会社 接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法
KR102131484B1 (ko) * 2013-08-26 2020-07-07 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 접합체 및 파워 모듈용 기판
WO2015046280A1 (ja) * 2013-09-30 2015-04-02 三菱マテリアル株式会社 Ｃｕ／セラミックス接合体、Ｃｕ／セラミックス接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板
KR101758586B1 (ko) * 2014-02-12 2017-07-14 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 구리/세라믹스 접합체 및 파워 모듈용 기판
TW201601903A (zh) * 2014-03-20 2016-01-16 Jx Nippon Mining & Metals Corp 積層體及其製造方法
JP6256176B2 (ja) * 2014-04-25 2018-01-10 三菱マテリアル株式会社 接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法
JP6638282B2 (ja) * 2015-09-25 2020-01-29 三菱マテリアル株式会社 冷却器付き発光モジュールおよび冷却器付き発光モジュールの製造方法
JP6656657B2 (ja) * 2015-11-06 2020-03-04 三菱マテリアル株式会社 セラミックス／アルミニウム接合体、パワーモジュール用基板、及び、パワーモジュール
JP6729224B2 (ja) * 2015-11-26 2020-07-22 三菱マテリアル株式会社 セラミックス／アルミニウム接合体、絶縁回路基板、パワーモジュール、ｌｅｄモジュール、熱電モジュール
JP2017135374A (ja) * 2016-01-22 2017-08-03 三菱マテリアル株式会社 接合体、パワーモジュール用基板、パワーモジュール、接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法
JP6572810B2 (ja) * 2016-03-15 2019-09-11 三菱マテリアル株式会社 接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板の製造方法
JP6965768B2 (ja) * 2017-02-28 2021-11-10 三菱マテリアル株式会社 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法
WO2018159590A1 (ja) * 2017-02-28 2018-09-07 三菱マテリアル株式会社 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法
JP6774362B2 (ja) 2017-03-23 2020-10-21 未来工業株式会社 排気弁装置及び弁体設置装置
JP3211856U (ja) 2017-05-09 2017-08-10 株式会社アイエスピー メジャー付きタオル

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