TWI615929B - 電力模組用基板、附散熱器的電力模組用基板、電力模組、電力模組用基板的製造方法、銅板接合用膏及接合體的製造方法 - Google Patents

電力模組用基板、附散熱器的電力模組用基板、電力模組、電力模組用基板的製造方法、銅板接合用膏及接合體的製造方法 Download PDF

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TWI615929B
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寺崎伸幸
長友義幸
西川仁人
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Abstract

本發明的電力模組用基板是在陶瓷基板(11)的表面層疊由銅或銅合金所構成的銅板來接合的電力模組用基板，在銅板與陶瓷基板(11)之間，氧化物層(31)會被形成於陶瓷基板(11)的表面，且Ag-Cu共晶組織層(32)的厚度為15μm以下。

Description

電力模組用基板、附散熱器的電力模組用基板、電力模組、電力模組用基板的製造方法、銅板接合用膏及接合體的製造方法
此發明是有關使用在控制大電流，高電壓的半導體裝置之電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板，電力模組，電力模組用基板的製造方法，銅板接合用膏，及接合體的製造方法。
本案是針對2012年12月06日申請的日本特願2012-267300號來主張優先權，且將其內容援用於此。
在半導體元件之中也是電力供給用的電力模組因為發熱量比較高，所以搭載彼之基板是例如使用電力模組用基板，其係具備：由AlN(氮化鋁)，Al2O3(礬土)，Si3N4(氮化矽)等所構成的陶瓷基板，及在此陶瓷基板的一方的面側接合第一金屬板而構成的電路層，及 在陶瓷基板的另一方的面側接合第二金屬板而構成的金屬層。
如此的電力模組基板是在電路層上經由焊錫材來搭載電力元件等的半導體元件。
例如，在專利文獻1是提案使用鋁板作為第一金屬板(電路層)及第二金屬板(金屬層)而成的電力模組用基板。
並且，在專利文獻2，3是提案將第一金屬板(電路層)及第二金屬板(金屬層)設為銅板，且將此銅板藉由使用Ag-Cu-Ti系的硬焊材料的活性金屬法來接合於陶瓷基板而成的電力模組用基板。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第3171234號公報
[專利文獻2]日本特開昭60-177634號公報
[專利文獻3]日本特許第3211856號公報
可是，在專利文獻1記載的電力模組用基板中，使用鋁板作為構成電路層的第一金屬板。在此，若比較銅及鋁，則因為鋁的熱傳導率低，所以在使用鋁板作為電路層時，相較於使用銅板時，無法將來自電路層上搭載 的電氣零件等的發熱體的熱擴大散熱。因此，藉由電子零件的小型化或高輸出化來提升電力密度時，恐有無法將熱充分地散熱之虞。
在此，專利文獻2，3是以銅板來構成電路層，因此可有效地將來自電路層上搭載的電氣零件等的發熱體的熱散熱。
可是，像專利文獻2，3記載那樣，藉由活性金屬法來接合銅板及陶瓷基板時，在銅板與陶瓷基板的接合部，Ag-Cu-Ti系的硬焊材料會溶融而凝固，藉此形成Ag-Cu共晶組織層。
由於此Ag-Cu共晶組織層非常硬，因此在上述的電力模組用基板負荷冷熱週期時，當陶瓷基板與銅板的熱膨脹係數的差所起的剪應力作用時，會有Ag-Cu共晶組織層不變形地在陶瓷基板產生破裂等的問題。
此發明是有鑑於前述的情事而研發者，以提供一種由銅或銅合金所構成的銅板會被接合於由Al2O3所構成的陶瓷基板，可抑制冷熱週期負荷時的陶瓷基板的破裂的發生之電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板，電力模組及電力模組用基板的製造方法為目的。並且，以提供一種即使在接合銅板與陶瓷基板時，也不會有硬的Ag-Cu共晶組織層被形成厚的情形，可抑制陶瓷基板的破裂的發生，且可確實地接合銅板與陶瓷基板之銅板接合用膏，及使用此銅板接合用膏的接合體的製造方法為目的。
(1)本發明之一形態的電力模組用基板，係於由Al2O3所構成的陶瓷基板的表面層疊由銅或銅合金所構成的銅板來接合的電力模組用基板，其特徵為：在前述銅板與前述陶瓷基板之間，於前述陶瓷基板的表面形成氧化物層，且Ag-Cu共晶組織層的厚度為15μm以下。
在此構成的電力模組用基板中，在由銅或銅合金所構成的銅板與由Al2O3所構成的陶瓷基板的接合部中，由於Ag-Cu共晶組織層的厚度為15μm以下，因此在冷熱週期負荷時在由Al2O3所構成的陶瓷基板與銅板的熱膨脹係數的差所引起的剪應力作用時，銅板側會適度地變形，可抑制由Al2O3所構成的陶瓷基板的破裂。
並且，在與由Al2O3所構成的陶瓷基板中含有的氧反應之下，氧化物層會被形成於前述陶瓷基板的表面，前述陶瓷基板與氧化物層可牢固地結合。
(2)本發明的其他形態的電力模組用基板，如(1)所記載的電力模組用基板，其中，前述氧化物層係含有由Ti，Hf，Zr，Nb所選擇的1種或2種以上的元素的氧化物。
此情況，前述陶瓷基板與前述氧化物層會牢固地結合，可牢固地接合陶瓷基板與銅板。
(3)本發明的其他形態的附散熱器的電力模 組用基板，其特徵係具備：如(1)或(2)所記載的電力模組用基板，及冷卻此電力模組用基板的散熱器。
若根據此構成的附散熱器的電力模組用基板，則可將在電力模組用基板產生的熱藉由散熱器來散熱。又，由於銅板與陶瓷基板會被確實地接合，因此可將電力模組用基板的熱確實地傳達至散熱器側。
(4)本發明的其他形態的電力模組，其特徵係具備：如(1)或(2)所記載的電力模組用基板，及搭載於前述電路層上的電子零件。
若根據此構成的電力模組，則可將來自電路層上搭載的電子零件的熱有效地散熱，即使電子零件的電力密度(發熱量)提升時，還是可充分地對應。
(5)本發明的其他形態的電力模組用基板的製造方法，係於由Al2O3所構成的陶瓷基板的表面層疊由銅或銅合金所構成的銅板來接合的電力模組用基板的製造方法，其特徵為具有：Ag及氧化物形成元素層形成工程，其係於前述陶瓷基板的接合面及前述銅板的接合面的其中至少一方，形成含有Ag及氧化物形成元素的Ag及氧化物形成元素層；層疊工程，其係經由此Ag及氧化物形成元素層來層疊前述陶瓷基板與前述銅板；加熱工程，其係將被層疊的前述陶瓷基板及前述銅板加壓於層疊方向的同時加熱，在前述陶瓷基板與前述銅板的界面形成溶融金屬領域；及 凝固工程，其係藉由使此溶融金屬領域凝固來接合前述陶瓷基板與前述銅板， 在前述加熱工程中，藉由使Ag擴散至前述銅板側，在前述陶瓷基板與前述銅板的界面形成前述溶融金屬領域，且在前述陶瓷基板的表面形成氧化物層。
若根據此構成的電力模組用基板的製造方 法，則在前述加熱工程中，藉由使Ag擴散至前述銅板側來形成前述溶融金屬領域於前述陶瓷基板與前述銅板的界面，因此可壓低溶融金屬領域的厚度，可將Ag-Cu共晶組織層的厚度設為15μm以下。並且，在前述加熱工程中，由於成為在前述陶瓷基板的表面形成氧化物層的構成，因此可牢固地接合由Al2O3所構成的陶瓷基板與銅板。
(6)本發明的其他形態的電力模組用基板的 製造方法，如(5)所記載的電力模組用基板的製造方法，其中，前述氧化物形成元素係由Ti，Hf，Zr，Nb所選擇的1種或2種以上的元素。
此情況，可在前述陶瓷基板的表面形成含Ti，Hf，Zr，Nb的氧化物之氧化物層，可牢固地接合由Al2O3所構成的陶瓷基板與銅板。
(7)本發明的其他形態的電力模組用基板的 製造方法，如(5)或(6)所記載的電力模組用基板的製造方法，其中，在前述Ag及氧化物形成元素層形成工程中，除了Ag及氧化物形成元素以外，還使配設由In，Sn，Al，Mn及Zn所選擇的1種或2種以上的添加元素。
此情況，在前述加熱工程中，可以更低的溫度來形成前述溶融金屬領域，可使Ag-Cu共晶組織層的厚度形成更薄。
(8)本發明的其他形態的電力模組用基板的製造方法，如(5)~(7)的任一所記載的電力模組用基板的製造方法，其中，在前述Ag及氧化物形成元素層形成工程中，塗佈含有Ag及氧化物形成元素之含有Ag及氧化物形成元素層的膏。
此情況，藉由塗佈含有Ag及氧化物形成元素之含有氧化物形成元素層的膏，可在前述陶瓷基板的接合面及前述銅板的接合面的其中至少一方確實地形成Ag及氧化物形成元素層。
(9)本發明的其他形態的電力模組用基板的製造方法，如(8)所記載的電力模組用基板的製造方法，其中，前述含有Ag及氧化物形成元素層的膏係含有前述氧化物形成元素的氫化物。
此情況，由於氧化物形成元素的氫化物的氫會作為還原劑作用，因此可除去形成於銅板的表面之氧化膜等，可確實地進行Ag的擴散及氧化物層的形成。
(10)本發明的其他形態的銅板接合用膏，係使用在接合由銅或銅合金所構成的銅板與由Al2O3所構成的陶瓷基板時的銅板接合用膏，其特徵為包含：含Ag及氧化物形成元素的粉末成分，樹脂，及溶劑。
在此構成的銅板接合用膏中，由於具有含Ag 及氧化物形成元素的粉末成分，因此在塗佈於銅板與由Al2O3所構成的陶瓷基板的接合部而加熱時，粉末成分中的Ag會擴散至銅板側，藉此Cu與Ag的反應所產生的溶融金屬領域會被形成。而且，在此溶融金屬領域凝固下，銅板與由Al2O3所構成的陶瓷基板會被接合。
亦即，溶融金屬領域是藉由Ag往銅板的擴散來形成，因此在接合部中溶融金屬領域不會被形成必要以上，在接合後(凝固後)所被形成的Ag-Cu共晶組織層的厚度形成薄。如此，因為硬的Ag-Cu共晶組織層的厚度被形成薄，所以可抑制由Al2O3所構成的陶瓷基板的破裂的發生。
(11)本發明的其他形態的銅板接合用膏，如(10)所記載的銅板接合用膏，其中，前述粉末成分係含有前述氧化物形成元素的氫化物。
此情況，由於氧化物形成元素的氫化物的氫會作為還原劑作用，因此可除去形成於銅板的表面之氧化膜等，可確實地進行Ag的擴散及氧化物層的形成。
(12)本發明的其他形態的接合體的製造方法，係接合由銅或銅合金所構成的銅板與由Al2O3所構成的陶瓷基板而成的接合體的製造方法，其特徵為： 使如(10)或(11)所記載的銅板接合用膏介於前述銅板與前述陶瓷基板之間的狀態下進行加熱處理，接合前述銅板與前述陶瓷基板。
此情況，因此在使前述的銅板接合用膏介在 的狀態下進行加熱處理，所以可藉由使銅板接合用膏中含有的Ag擴散至銅板側來形成溶融金屬領域，可藉由使此溶融金屬領域凝固來接合銅板與前述陶瓷基板。因此，硬的Ag-Cu共晶組織層的厚度會被形成薄，所以可抑制前述陶瓷基板的破裂的發生。
並且，可在前述陶瓷基板的表面形成氧化物層，可謀求銅板與前述陶瓷基板的接合強度的提升。
若根據本發明，則可提供一種由銅或銅合金所構成的銅板會被接合於由Al2O3所構成的陶瓷基板，可抑制冷熱週期負荷時的陶瓷基板的破裂的發生之電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板，電力模組及電力模組用基板的製造方法。並且，可提供一種即使在接合銅板與由Al2O3所構成的陶瓷基板時，也不會有硬的Ag-Cu共晶組織層被形成厚的情形，可抑制陶瓷基板的破裂的發生，且可確實地接合銅板與陶瓷基板之銅板接合用膏，及使用此銅板接合用膏的接合體的製造方法。
1‧‧‧電力模組
3‧‧‧半導體元件(電子零件)
10、110、210、310、410‧‧‧電力模組用基板
11、111、211、311、411‧‧‧陶瓷基板
12、112、212、312、412‧‧‧電路層
13、113、213、313、413‧‧‧金屬層
22、122、123、222、322、422‧‧‧銅板
23、223、323、423‧‧‧鋁板
31、131‧‧‧氧化物層
32‧‧‧Ag-Cu共晶組織層
41、441‧‧‧緩衝板
50、250、350、450‧‧‧附散熱器的電力模組用基板
51、251、351、451‧‧‧散熱器
圖1是本發明的第一實施形態的電力模組用基板，及使用此電力模組用基板的附散熱器的電力模組用基板，電力模組的概略說明圖。
圖2是圖1的電路層及Al2O3所構成的陶瓷基板的接合界面的擴大說明圖。
圖3是表示在本發明的第一實施形態中，在接合成為電路層的銅板與陶瓷基板時所被使用之含有Ag及氧化物形成元素的銅板接合用膏的製造方法的流程圖。
圖4是表示本發明的第一實施形態的電力模組用基板，及使用此電力模組用基板的附散熱器的電力模組用基板的製造方法的流程圖。
圖5是表示本發明的第一實施形態的電力模組用基板，及使用此電力模組用基板的附散熱器的電力模組用基板的製造方法的說明圖。
圖6是表示陶瓷基板與銅板的接合工程的擴大說明圖。
圖7是本發明的第二實施形態的電力模組用基板的概略說明圖。
圖8是圖7的電路層及金屬層與陶瓷基板的接合界面的擴大說明圖。
圖9是表示本發明的第二實施形態的電力模組用基板的製造方法的流程圖。
圖10是表示本發明的第二實施形態的電力模組用基板的製造方法的說明圖。
圖11是表示本發明的其他實施形態的電力模組用基板，及使用此電力模組用基板的附散熱器的電力模組用基板的製造方法的說明圖。
圖12是表示本發明的其他實施形態的電力模組用基板，及使用此電力模組用基板的附散熱器的電力模組用基板的製造方法的說明圖。
圖13是表示本發明的其他實施形態的電力模組用基板，及使用此電力模組用基板的附散熱器的電力模組用基板的製造方法的說明圖。
圖14是表示實施例的膜厚的測定處的說明圖。
以下，參照附圖來說明有關本發明的實施形態的電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板，電力模組。另外，以下本發明的實施形態記載的陶瓷基板是由Al2O3所構成的陶瓷基板。
(第一實施形態)
首先，說明有關第一實施形態。在圖1顯示使用本實施形態的電力模組用基板10之附散熱器的電力模組用基板50及電力模組1。
此電力模組1是具備：配設有電路層12的電力模組用基板10，及在電路層12的表面經由焊錫層2來接合的半導體元件3(電子零件)，及緩衝板41，以及散熱器51。在此，焊錫層2是例如Sn-Ag系，Sn-In系，或Sn-Ag-Cu系的焊錫材。另外，本實施形態是在電路層12與焊錫層2之間設有Ni電鍍層(未圖示)。
電力模組用基板10是具備：陶瓷基板11，及配設在此陶瓷基板11的一方的面(第一面，在圖1中上面)的電路層12，及配設在陶瓷基板11的另一方的面(第二面，在圖1中下面)的金屬層13。
陶瓷基板11是用以防止電路層12與金屬層13之間的電性連接者，以絶縁性高的Al2O3(礬土)所構成。並且，陶瓷基板11的厚度是設定在0.2~1.5mm的範圍內，在實施形態是設定成0.635mm。
電路層12是如圖5所示般，在陶瓷基板11的第一面(在圖5中上面)藉由接合銅板22來形成。電路層12的厚度是設定在0.1mm以上1.0mm以下的範圍內，在本實施形態是設定成0.3mm。並且，在此電路層12形成有電路圖案，其一方的面(在圖1中上面)是設為搭載半導體元件3的搭載面。電路層12的另一方的面(在圖1中下面)是與陶瓷基板11的第一面接合。
在本實施形態中，銅板22(電路層12)是設為純度99.99質量%以上的無氧銅(OFC)的壓延板。另外，此銅板是亦可為銅合金的壓延板。
在此，陶瓷基板11與電路層12的接合是使用含有後述的Ag及氧化物形成元素的銅板接合用膏。
金屬層13是如圖5所示般，藉由在陶瓷基板11的第二面(在圖5中下面)接合鋁板23而形成。金屬層13的厚度是設定於0.6mm以上6.0mm以下的範圍內，在本實施形態是設定成0.6mm。
在本實施形態中，鋁板23(金屬層13)是純度為99.99質量%以上的鋁(所謂的4N鋁)的壓延板。
緩衝板41是吸收藉由冷熱週期所產生的變形者，如圖1所示般，形成於金屬層13的另一方的面(在圖1中下面)。金屬層的一方的面是與陶瓷基板11的第二面接合。緩衝板41的厚度是設定在0.5mm以上7.0mm以下的範圍內，在本實施形態是設定成0.9mm。
在本實施形態中，緩衝板41是純度為99.99質量%以上的鋁(所謂的4N鋁)的壓延板。
散熱器51是用以將來自前述的電力模組用基板10的熱散熱者。本實施形態的散熱器51是經由緩衝板41來與電力模組用基板10接合。
在本實施形態中，散熱器51是以鋁及鋁合金所構成，具體而言是A6063合金的壓延板。並且，散熱器51的厚度是設定在1mm以上10mm以下的範圍內，在本實施形態是設定成5mm。
在圖2顯示陶瓷基板11與電路層12的接合界面的擴大圖。在陶瓷基板11的表面是形成有氧化物層31，該氧化物層31是由銅板接合用膏中含有的氧化物形成元素的氧化物所構成。
而且，以能夠層疊於此氧化物層31的方式形成Ag-Cu共晶組織層32。在此，Ag-Cu共晶組織層32的厚度是15μm以下。
其次，說明有關前述的構成的電力模組用基 板10的製造方法，附散熱器的電力模組用基板50的製造方法。
如上述般，陶瓷基板11與成為電路層12的銅板22的接合是使用含有Ag及氧化物形成元素的銅板接合用膏。於是，首先，針對銅板接合用膏來說明。
銅板接合用膏是含有：含Ag及氧化物形成元素的粉末成分，樹脂，溶劑，分散劑，可塑劑，及還原劑者。
在此，粉末成分的含有量是銅板接合用膏全體的40質量%以上90質量%以下。
並且，在本實施形態中，銅板接合用膏的黏度為10Pa．s以上500Pa．s以下，更理想是調整在50Pa．s以上300Pa．s以下。
氧化物形成元素是由Ti，Hf，Zr，Nb所選擇的1種或2種以上的元素為理想，在本實施形態是含有Ti作為氧化物形成元素。
在此，粉末成分的組成，為了以適度的厚度來塗佈膏，氧化物形成元素(在本實施形態是Ti)的含有量為0.4質量%以上75質量%以下，剩下部分是Ag及不可避免的雜質為理想。本實施形態中，Ti是含10質量%，剩下部分為Ag及不可避免的雜質。
並且，在本實施形態中，含Ag及氧化物形成元素(Ti)的粉末成分為使用Ag與Ti的合金粉末。此合金粉末是藉由噴霧法(atomizing method)來製作者，藉 由篩選所被製作的合金粉末，將粒徑設定在40μm以下，較理想是20μm以下，更理想是10μm以下。
另外，此合金粉末的粒徑是例如可藉由使用“micro-track method”來測定。
樹脂是調整銅板接合用膏的黏度者，例如可適用乙基纖維素，甲基纖維素，聚甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸樹脂，醇酸樹脂等。
溶劑是成為前述的粉末成分的溶媒者，例如可適用甲[基]賽路蘇，乙基溶纖劑，松油醇，甲苯，醇脂，檸檬酸三乙酯等。
分散劑是使粉末成分均一地分散者，例如可適用陰離子性界面活性劑，陽離子性界面活性劑等。
可塑劑是使銅板接合用膏的成形性提升者，例如可適用鄰苯二甲酸二丁酯，己二酸二丁酯等。
還原劑是除去形成於粉末成分的表面之氧化皮膜等者，例如可適用松香，松脂酸等。另外，在本實施形態是使用松脂酸。
另外，分散劑，可塑劑，還原劑是只要因應所需添加即可，亦可不添加分散劑，可塑劑，還原劑，構成銅板接合用膏。
在此，參照圖3所示的流程圖來說明有關銅板接合用膏的製造方法。
首先，如前述般，藉由噴霧法來製作含有Ag及氧化物形成元素(Ti)的合金粉末，予以篩選來取得粒徑 40μm以下的合金粉末(合金粉末製作工程S01)。
並且，將溶劑與樹脂混合而生成有機混合物(有機物混合工程S02)。
然後，藉由攪拌器來預備混合在合金粉末製作工程S01所取得的合金粉末，及在有機物混合工程S02所取得的有機混合物，及分散劑，可塑劑，還原劑等的副添加劑(預備混合工程S03)。
其次，利用複數的滾筒的輥磨機來一邊將預備混合物揉進一邊混合(混鍊工程S04)。
藉由膏過濾機來過濾藉由混鍊工程S04所取得的混鍊物(過濾工程S05)。
如此一來，上述的銅板接合用膏會被製出。
其次，參照圖4~圖6來說明有關使用此銅板接合用膏的本實施形態的電力模組用基板10的製造方法，附散熱器的電力模組用基板50的製造方法。
(Ag及氧化物形成元素層形成工程S11)
首先，如圖5所示般，在陶瓷基板11的一方的面，藉由網版印刷來塗佈前述的銅板接合用膏而使乾燥，藉此形成Ag及氧化物形成元素層24。另外，Ag及氧化物形成元素層24的厚度是在乾燥後設為60μm以上300μm以下。
(層疊工程S12)
其次，將銅板22層疊於陶瓷基板11的第一面側。亦即，使Ag及氧化物形成元素層24介於陶瓷基板11與銅板22之間。
(加熱工程S13)
其次，在將銅板22，陶瓷基板11加壓(壓力1~35kgf/cm2)於層疊方向的狀態下裝入真空加熱爐內而加熱。於是，如圖6所示般，Ag及氧化物形成元素層24的Ag會朝銅板22擴散。此時，銅板22的一部分會藉由Cu與Ag的反應而溶融，在銅板22與陶瓷基板11的界面形成有溶融金屬領域27。
在此，本實施形態中，真空加熱爐內的壓力是設定在10-6Pa以上10-3Pa以下的範圍內，加熱溫度是設定在790℃以上850℃以下的範圍內。
(凝固工程S14)
其次，藉由使溶融金屬領域27凝固來接合陶瓷基板11與銅板22。另外，在凝固工程S14終了後，Ag及氧化物形成元素層24的Ag會被充分地擴散，不會有在陶瓷基板11與銅板22的接合界面殘存Ag及氧化物形成元素層24的情形。溶融金屬領域27是藉由停止真空加熱爐的加熱而以自然冷卻等冷卻來凝固。
(金屬層接合工程S15)
其次，在陶瓷基板11的第二面側接合成為金屬層13的鋁板23。在本實施形態中，如圖5所示般，在陶瓷基板11的第二面側，成為金屬層13的鋁板23會經由厚度5~50μm(在本實施形態是14μm)的硬焊材料箔25來層疊。另外，在本實施形態中，硬焊材料箔25是含有融點降下元素的Si之Al-Si系的硬焊材料。
其次，在將陶瓷基板11，鋁板23加壓(壓力1~35kgf/cm2)於層疊方向的狀態下裝入加熱爐內而加熱。於是，硬焊材料箔25與鋁板23的一部分會溶融，在鋁板23與陶瓷基板11的界面形成溶融金屬領域。在此，加熱溫度是550℃以上650℃以下，加熱時間是30分鐘以上180分鐘以下。
其次，藉由使形成於鋁板23與陶瓷基板11的界面之溶融金屬領域凝固來接合陶瓷基板11與鋁板23。
如此一來，本實施形態的電力模組用基板10會被製出。
(緩衝板及散熱器接合工程S16)
其次，如圖5所示般，在電力模組用基板10的金屬層13的另一方的面側(在圖5中下側)分別經由硬焊材料箔42，52來層疊緩衝板41及散熱器51。亦即，以緩衝板41的一方的面(在圖5中上側)會對向於金屬層13的另一方的面之方式，在金屬層13的另一方的面經由硬焊材料箔42來層疊緩衝板41，更在該緩衝板41的另一 方的面(在圖5中下側)經由硬焊材料箔52來層疊散熱器51。
在本實施形態中，硬焊材料箔42，52是厚度5~50μm(在本實施形態是14μm)，為含有融點降下元素的Si之Al-Si系的硬焊材料。
其次，在將電力模組用基板10，緩衝板41，散熱器51加壓(壓力1~35kgf/cm2)於層疊方向的狀態下裝入加熱爐內而加熱。於是，在金屬層13與緩衝板41的界面及緩衝板41與散熱器51的界面分別形成有溶融金屬領域。在此，加熱溫度是550℃以上650℃以下，加熱時間是30分鐘以上180分鐘以下。
其次，藉由使分別形成於金屬層13與緩衝板41的界面及緩衝板41與散熱器51的界面之溶融金屬領域凝固來接合電力模組用基板10，緩衝板41及散熱器51。
藉此，本實施形態的附散熱器的電力模組用基板50會被製出。
而且，在電路層12的表面經由焊錫材來載置半導體元件3，在還原爐內焊錫接合。
藉此，半導體元件3經由焊錫層2來接合於電路層12上的電力模組1會被製出。
若根據以上那樣構成的本實施形態的電力模組用基板10，則在由銅板22所構成的電路層12與陶瓷基板11的接合部中，Ag-Cu共晶組織層32的厚度為 15μm以下，因此在冷熱週期負荷時在陶瓷基板11與電路層12的熱膨脹係數的差所引起的剪應力作用時，電路層12側會適度地變形，可抑制陶瓷基板11的破裂。
又，由於在陶瓷基板11的表面形成有氧化物層31，因此可確實地接合陶瓷基板11與電路層12。
並且，在本實施形態中，陶瓷基板11是以Al2O3所構成，因此藉由銅板接合用膏中含有的氧化物形成元素與陶瓷基板11反應，在陶瓷基板11的表面形成氧化物層31，陶瓷基板11與氧化物層31會牢固地結合。
而且，氧化物層31是含有由Ti，Hf，Zr，Nb選擇的1種或2種以上的元素的氧化物，在本實施形態中，具體而言，氧化物層31是含有TiO2，因此陶瓷基板11與氧化物層31會牢固地結合，可牢固地接合陶瓷基板11與電路層12。
又，若根據本實施形態的附散熱器的電力模組用基板50及電力模組1，則可將在電力模組用基板10產生的熱藉由散熱器51來散熱。又，由於電路層12與陶瓷基板11會被確實地接合，因此可使從電路層12的搭載面搭載的半導體元件3產生的熱確實地傳達至散熱器51側，可抑制半導體元件3的溫度上昇。因此，即使半導體元件3的電力密度(發熱量)提升時，還是可充分地對應。
又，由於本實施形態的附散熱器的電力模組用基板50及電力模組1是在電力模組用基板10與散熱器 51之間配設有緩衝板41，因此可藉由緩衝板41的變形來吸收電力模組用基板10與散熱器51的熱膨脹係數的差所引起的應變。
並且，在本實施形態中是具有：Ag及氧化物形成元素層形成工程S11，層疊工程S12，加熱工程S13及凝固工程S14。Ag及氧化物形成元素層形成工程S11是在陶瓷基板11的接合面形成含有Ag及氧化物形成元素的Ag及氧化物形成元素層24。層疊工程S12是經由此Ag及氧化物形成元素層24來層疊陶瓷基板11與銅板22。加熱工程S13是將所被層疊的陶瓷基板11及銅板22加壓於層疊方向的同時加熱，在陶瓷基板11與銅板22的界面形成溶融金屬領域27。凝固工程S14是藉由使此溶融金屬領域27凝固來接合陶瓷基板11與銅板22。在加熱工程S13中，藉由使Ag擴散於銅板22側，在陶瓷基板11與銅板22的界面形成溶融金屬領域27，因此可壓低溶融金屬領域27的厚度，可將Ag-Cu共晶組織層32的厚度設為15μm以下。而且，在加熱工程S13中，成為在陶瓷基板11的表面形成氧化物層31的構成，因此可牢固地接合陶瓷基板11與銅板22。
而且，本實施形態是在Ag及氧化物形成元素層形成工程S11中，成為塗佈含有Ag及氧化物形成元素的銅板接合用膏的構成，因此可在陶瓷基板11的接合面確實地形成Ag及氧化物形成元素層24。
並且，在本實施形態使用的銅板接合用膏的 粉末成分的組成是氧化物形成元素的含有量為0.4質量%以上75質量%以下，剩下部分是Ag及不可避免的雜質，因此可在陶瓷基板11的表面形成氧化物層31。由於如此經由氧化物層31來接合陶瓷基板11及由銅板22所構成的電路層12，因此可謀求陶瓷基板11與電路層12的接合強度的提升。
並且，在本實施形態中，構成粉末成分的粉末，亦即含有Ag及氧化物形成元素(Ti)的合金粉末的粒徑為40μm以下，所以可薄薄地塗佈此銅板接合用膏。因此，可使在接合後(凝固後)形成的Ag-Cu共晶組織層32的厚度薄。
又，由於粉末成分的含有量為40質量%以上90質量%以下，因此可使Ag往銅板22擴散來確實地形成溶融金屬領域27，而接合銅板22與陶瓷基板11。並且，依據上述的粉末成分的含有量，溶劑的含有量會被確保，可在陶瓷基板11的接合面確實地塗佈銅板接合用膏，可確實地形成Ag及氧化物形成元素層24。
並且，在本實施形態中，銅板接合用膏是因應所需含有分散劑，因此可使粉末成分分散，可均一地進行Ag的擴散。並且，可均一地形成氧化物層31。
而且，在本實施形態中，銅板接合用膏是因應所需含有可塑劑，因此可比較自由地形成銅板接合用膏的形狀，可確實地塗佈於陶瓷基板11的接合面。
並且，在本實施形態中，銅板接合用膏是因應所需含 有還原劑，因此可藉由還原劑的作用來除去形成於粉末成分的表面之氧化皮膜等，可確實地進行Ag的擴散及氧化物層31的形成。
(第二實施形態)
其次，說明有關第二實施形態。在圖7顯示本實施形態的電力模組用基板110。
此電力模組用基板110是具備：陶瓷基板111，及配設在此陶瓷基板111的一方的面(第一面，在圖7中上面)的電路層112，及配設在陶瓷基板111的另一方的面(第二面，在圖7中下面)的金屬層113。
陶瓷基板111是防止電路層112與金屬層113之間的電性連接者，以絶縁性高的Al2O3(礬土)所構成。並且，陶瓷基板111的厚度是設定在0.2~1.5mm的範圍內，在本實施形態是設定成0.32mm。
電路層112是如圖10所示般，在陶瓷基板111的第一面(在圖10中上面)藉由接合銅板122來形成。電路層112的厚度是設定在0.1mm以上1.0mm以下的範圍內，在本實施形態是設定成0.6mm。並且，在此電路層112是形成有電路圖案，其一方的面(在圖7中上面)設為搭載半導體元件的搭載面。電路層112的另一方的面(在圖7中下面)是與陶瓷基板111的第一面接合。
在本實施形態中，銅板122(電路層112)是純度99.99質量%以上的無氧銅(OFC)的壓延板。
金屬層113是如圖10所示般，在陶瓷基板111的第二面(在圖10中下面)藉由接合銅板123來形成。金屬層113的厚度是設定在0.1mm以上1.0mm以下的範圍內，在本實施形態是設定成0.6mm。
在本實施形態中，銅板123(金屬層113)是純度99.99質量%以上的無氧銅(OFC)的壓延板。
在此，陶瓷基板111與電路層112的接合，及陶瓷基板111與金屬層113的接合是使用含有後述的Ag及氧化物形成元素的銅板接合用膏。
在圖8顯示陶瓷基板111與電路層112及金屬層113的接合界面的擴大圖。在陶瓷基板111的表面是形成有氧化物層131，該氧化物層131是由銅板接合用膏中含有的氧化物形成元素的氧化物所構成。
並且，在本實施形態中，在第一實施形態所被觀察的Ag-Cu共晶組織層為未被明確觀察的構成。
其次，說明有關前述的構成的電力模組用基板110的製造方法。
如上述般，陶瓷基板111與成為電路層112的銅板122的接合是使用含有Ag及氧化物形成元素的銅板接合用膏。於是，首先，針對銅板接合用膏來說明。
在本實施形態所使用的銅板接合用膏是含 有：含Ag及氧化物形成元素的粉末成分，樹脂，溶劑，分散劑，可塑劑，及還原劑者。
而且，粉末成分是除了Ag及氧化物形成元素以外， 含有由In，Sn，Al，Mn及Zn所選擇的1種或2種以上的添加元素者，在本實施形態是含有Sn。
在此，粉末成分的含有量為銅板接合用膏全體的40質量%以上90質量%以下。
並且，在本實施形態中，銅板接合用膏的黏度為10Pa．s以上500Pa．s以下，更理想是調整在50Pa．s以上300Pa．s以下。
氧化物形成元素是由Ti，Hf，Zr，Nb所選擇的1種或2種以上的元素為理想，在本實施形態是含有Zr作為氧化物形成元素。
在此，粉末成分的組成是氧化物形成元素(在本實施形態是Zr)的含有量為0.4質量%以上75質量%以下，由In，Sn，Al，Mn及Zn所選擇的1種或2種以上的添加元素(在本實施形態是Sn)的含有量為0質量%以上50質量%以下，剩下部分為Ag及不可避免的雜質。但，Ag的含有量是25質量%以上。在本實施形態是含Zr；40質量%，Sn；20質量%，剩下部分為Ag及不可避免的雜質。
並且，在本實施形態中，粉末成分為使用要素粉末(Ag粉末，Zr粉末，Sn粉末)。該等的Ag粉末，Zr粉末，Sn粉末是以粉末成分全體能夠成為上述的組成之方式調配。
該等的Ag粉末，Zr粉末，Sn粉末是分別將粒徑設定於40μm以下，較理想是20μm以下，更理想是10μm以下。
另外，該等的Ag粉末，Zr粉末，Sn粉末的粒徑是例如可藉由使用“micro-track method”來測定。
在此，樹脂，溶劑是適用與第一實施形態同樣者。並且，在本實施形態中也是因應所需添加分散劑，可塑劑，還原劑。
並且，在本實施形態所使用的銅板接合用膏是依照在第一實施形態所示的製造方法來製造。亦即，除了取代合金粉末，使用Ag粉末，Zr粉末，Sn粉末以外，則以和第一實施形態同樣的程序來製造。
其次，參照圖9及圖10來說明有關使用此銅板接合用膏的本實施形態的電力模組用基板110的製造方法。
(Ag及氧化物形成元素層形成工程S111)
首先，如圖10所示般，在陶瓷基板111的第一面及第二面，藉由網版印刷來塗佈前述的本實施形態的銅板接合用膏，形成Ag及氧化物形成元素層124，125。另外，Ag及氧化物形成元素層124，125的厚度是在乾燥後設為60μm以上300μm以下。
(層疊工程S112)
其次，將銅板122層疊於陶瓷基板111的第一面側。並且，將銅板123層疊於陶瓷基板111的第二面側。亦即，使Ag及氧化物形成元素層124，125介於陶瓷基板 111與銅板122，陶瓷基板111與銅板123之間。
(加熱工程S113)
其次，將銅板122，陶瓷基板111，銅板123加壓(壓力1~35kgf/cm2)於層疊方向的狀態下裝入真空加熱爐內而加熱。於是，Ag及氧化物形成元素層124的Ag會朝銅板122擴散，且Ag及氧化物形成元素層125的Ag會朝銅板123擴散。
此時，銅板122的Cu及Ag會藉由反應來溶融，在銅板122與陶瓷基板111的界面形成有溶融金屬領域。並且，銅板123的Cu與Ag會藉由反應而溶融，在銅板123與陶瓷基板111的界面形成有溶融金屬領域。
在此，本實施形態中，真空加熱爐內的壓力是設定在10-6Pa以上10-3Pa以下的範圍內，加熱溫度是設定在790℃以上850℃以下的範圍內。
(凝固工程S114)
其次，藉由使溶融金屬領域凝固來接合陶瓷基板111與銅板122，123。另外，在凝固工程S114終了後，Ag及氧化物形成元素層124，125的Ag會被充分地擴散，不會有在陶瓷基板111與銅板122，123的接合界面殘存Ag及氧化物形成元素層124，125的情形。溶融金屬領域是藉由停止真空加熱爐的加熱而以自然冷卻等冷卻來凝固。
如此一來，本實施形態的電力模組用基板110 會被製出。
此電力模組用基板110是在電路層112上搭載半導體元件，且在金屬層113的另一方側配設有散熱器。
若根據以上那樣構成的本實施形態的電力模組用基板110，則在由銅板122所構成的電路層112與陶瓷基板111的接合部中，Ag-Cu共晶組織層的厚度為15μm以下，在本實施形態中，由於Ag-Cu共晶組織層會形成不被明確地觀察程度的薄，因此在冷熱週期負荷時在陶瓷基板111與電路層112的熱膨脹係數的差所引起的剪應力作用時，電路層112側會適度地變形，可抑制陶瓷基板111的破裂。
又，由於在陶瓷基板111的表面形成有氧化物層131，因此可確實地接合陶瓷基板111與電路層112。
又，由於藉由Ag往銅板122，123的擴散來形成溶融金屬領域，因此在陶瓷基板111與銅板122，123的接合部中溶融金屬領域不會形成必要以上，在接合後(凝固後)所被形成的Ag-Cu共晶組織層的厚度會變薄。因此，可抑制陶瓷基板111的破裂的發生。
又，由於本實施形態是含有Zr作為氧化物形成元素，因此由Al2O3所構成的陶瓷基板111與Zr會反應而形成氧化物層131，可確實地接合陶瓷基板111與銅板122，123。
而且，在本實施形態中，粉末成分，除了Ag及氧化物形成元素(在本實施形態是Zr)以外，還含有由In， Sn，Al，Mn及Zn所選擇的1種或2種以上的添加元素(在本實施形態是Sn)，因此可在更低的溫度形成溶融金屬領域，可使所被形成的Ag-Cu共晶組織層的厚度更薄。
以上，說明有關本發明的實施形態，但本發明並非限於此，可在不脫離其發明的技術思想範圍適當變更。
例如，雖說明氧化物形成元素為使用Ti，Zr者，但並非限於此，亦可為Hf，Nb等的其他的氧化物形成元素。
並且，在銅板接合用膏(含有Ag及氧化物形成元素層的膏)中所含的粉末成分亦可包含TiH2，ZrH2等的氧化物形成元素的氫化物。此情況，氧化物形成元素的氫化物的氫會作為還原劑作用，因此可除去形成於銅板的表面之氧化膜等，可確實地進行Ag的擴散及氧化物層的形成。
並且，在第二實施形態中說明添加元素為添加Sn者，但並非限於此，亦可使用由In，Sn，Al，Mn及Zn所選擇的1種或2種以上的添加元素。
說明將構成粉末成分的粉末的粒徑設為40μm以下者，但並非限於此，粒徑是不限定。
並且，說明含分散劑，可塑劑，還原劑者，但並非限於此，亦可不含該等。該等分散劑，可塑劑，還原劑是只要因應所需添加即可。
而且，說明以硬焊(brazing)來接合鋁板與陶瓷基板或鋁板彼此間者，但並非限於此，亦可適用鑄造法，金屬膏法等。並且，亦可在鋁板與陶瓷基板，鋁板與頂板，或其他的鋁材間配置Cu，Si，Zn，Ge，Ag，Mg，Ca，Ga，Li，利用過渡液相接合法(Transient Liquid Phase Bonding)來接合。
又，本發明的電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板，並非限於以圖5，圖6及圖10所示的製造方法來製造的電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板，亦可以其他的製造方法所製造的電力模組用基板等。
例如圖11所示般，在陶瓷基板211的第一面經由Ag及氧化物形成元素層224來接合由電路層212所構成的銅板222，在陶瓷基板211的第二面經由硬焊材料箔225來接合由金屬層213所構成的鋁板223(陶瓷基板211的第二面與成為金屬層213的鋁板223的一方的面會經由硬焊材料箔225來接合)，且在鋁板223的另一方的面經由硬焊材料箔252來接合散熱器251。如此一來，具備電力模組用基板210及散熱器251之附散熱器的電力模組用基板250會被製造。
又，如圖12所示般，在陶瓷基板311的第一面經由Ag及氧化物形成元素層324來接合成為電路層312的銅板322，在陶瓷基板311的第二面經由硬焊材料箔325來接合成為金屬層313的鋁板323(陶瓷基板311 的第二面與成為金屬層313的鋁板323的一方的面會經由硬焊材料箔325來接合)，藉此製造電力模組用基板310。然後，亦可在金屬層313的另一方的面經由硬焊材料箔352來接合散熱器351。如此一來，具備電力模組用基板310及散熱器351之附散熱器的電力模組用基板350會被製造。
又，如圖13所示般，在陶瓷基板411的第一面經由Ag及氧化物形成元素層424來接合成為電路層412的銅板422，在陶瓷基板411的第二面經由硬焊材料箔425來接合成為金屬層413的鋁板423(陶瓷基板411的第二面與成為金屬層413的鋁板423的一方的面會經由硬焊材料箔425來接合)，且在鋁板423的另一方的面經由硬焊材料箔442來接合緩衝板441(經由硬焊材料箔442來接合鋁板423的另一方的面與緩衝板441的一方的面)，亦可在此緩衝板441的另一方的面經由硬焊材料箔452來接合散熱器451。如此一來，具備電力模組用基板410，緩衝板441及散熱器451之附散熱器的電力模組用基板450會被製造。
[實施例]
說明有關為了確認本發明的有效性而進行的比較實驗。在表1，表2，表3所示的條件下作成各種膏。另外，在表1中，粉末成分為使用合金粉末。在表2中，粉末成分為使用各元素的粉末(要素粉末)。在表3 中，粉末成分為使用各元素的粉末(要素粉末)，有關氧化物形成元素是使用氧化物形成元素的氫化物的粉末。另外，在表3中，除了氧化物形成元素的氫化物的要素粉混合比以外，氧化物形成元素的含有量(活性金屬含有量)也一併記載。
並且，分散劑為使用陰離子性界面活性劑，可塑劑為使用己二酸二丁酯，還原劑為使用松脂酸。
粉末成分以外的樹脂，溶劑，分散劑，可塑劑，還原劑的混合比率是質量比，樹脂：溶劑：分散劑：可塑劑：還原劑=7：70：3：5：15。
Figure TWI615929BD00001
Figure TWI615929BD00002
Figure TWI615929BD00003
利用此表1，表2，表3所示的各種膏來接合陶瓷基板與銅板，藉此製作以圖10所示的構造及製造方法來製造的電力模組用基板，以圖11，圖12所示的構造及製造方法來製造的附散熱器的電力模組用基板，以圖5，圖13所示的構造及製造方法來製造的附散熱器的電力模組用基板。
在圖10所示的電力模組用基板中，在由Al2O3所構成的陶瓷基板的第一面及第二面，利用上述的各種膏來接合銅板，設為電路層及金屬層會以銅板所構成的電力模組用基板。另外，使用無氧銅的壓延板作為銅板。
圖11，圖12所示的附散熱器的電力模組用基板是在由Al2O3所構成的陶瓷基板的第一面，利用上述的各種膏來接合銅板而設為電路層。
並且，在由Al2O3所構成的陶瓷基板的第二面，經由硬焊材料來接合鋁板而形成金屬層。亦即，經由硬焊材料來接合陶瓷基板的第二面與金屬層的一方的面。另外，鋁板為使用純度99.99質量%以上的4N鋁，硬焊材料為使用Al-7.5質量%Si，厚度20μm的硬焊材料箔。
而且，在金屬層的另一方的面側，經由硬焊材料來將由A6063所構成的鋁板接合於電力模組用基板的金屬層側，作為散熱器。另外，硬焊材料為使用Al-7.5質量%Si，厚度70μm的硬焊材料箔。
圖5，圖13所示的附散熱器的電力模組用基 板是在由Al2O3所構成的陶瓷基板的第一面，利用上述的各種膏來接合銅板而設為電路層。
並且，在由Al2O3所構成的陶瓷基板的第二面，經由硬焊材料來接合鋁板而形成金屬層。亦即，經由硬焊材料來接合陶瓷基板的第二面與金屬層的一方的面。另外，鋁板為使用純度99.99質量%以上的4N鋁，硬焊材料為使用Al-7.5質量%Si，厚度14μm的硬焊材料箔。
而且，在金屬層的另一方的面，經由硬焊材料來接合由4N鋁所構成的鋁板作為緩衝板。亦即，經由硬焊材料來接合金屬層的另一方的面與緩衝板的一方的面。另外，硬焊材料為使用Al-7.5質量%Si，厚度100μm的硬焊材料箔。
並且，在緩衝板的另一方的面側，經由硬焊材料來將由A6063所構成的鋁板接合於電力模組用基板的金屬層側，作為散熱器。另外，硬焊材料為使用Al-7.5質量%Si，厚度100μm的硬焊材料箔。
另外，由Al2O3所構成的陶瓷基板與銅板的接合是以在表4，表5，表6所示的條件來實施。
並且，在將由Al2O3所構成的陶瓷基板與鋁板硬焊時的接合條件為：真空環境，加壓壓力12kgf/cm2，加熱溫度650℃，加熱時間30分鐘。而且，將鋁板彼此間硬焊時的接合條件為：真空環境，加壓壓力6kgf/cm2，加熱溫度610℃，加熱時間30分鐘。
將由Al2O3所構成的陶瓷基板的大小顯示於表 4，表5，表6。
銅板的大小是設為37mm×37mm×0.3mm。
成為金屬層的鋁板的大小是在附散熱器的電力模組用基板時為37mm×37mm×2.1mm，在附散熱器及緩衝板的電力模組用基板時為37mm×37mm×0.6mm。
成為散熱器的鋁板的大小是設為50mm×60mm×5mm。
成為緩衝板的鋁板的大小是設為40mm×40mm×0.9mm。
並且，在表4，表5，表6中記載有關利用上述的各種膏來構成的電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板，附散熱器及緩衝板的電力模組用基板的構造及製造方法。
構造「DBC」為圖10所示的電力模組用基板，構造「H-1」為圖11所示的附散熱器的電力模組用基板，構造「H-2」為圖12所示的附散熱器的電力模組用基板，構造「B-1」為圖13所示的附散熱器的電力模組用基板，構造「B-2」為圖5所示的附散熱器的電力模組用基板。
Figure TWI615929BD00004
Figure TWI615929BD00005
Figure TWI615929BD00006
在此，如其次般測定膜厚換算量(換算平均膜厚)，且顯示於表7，表8，表9。
首先，在由Al2O3所構成的陶瓷基板與銅板的界面塗佈表1，表2，表3所示的各種膏而乾燥。測定被乾燥的各種膏的各元素的膜厚換算量(換算平均膜厚)。
膜厚是利用螢光X線膜厚計(SII Nano Technology Inc.製STF9400)來對塗佈後的各種膏各3次測定圖14所示之處(9點)後的平均值。另外，預先膜厚會測定既知的樣品來求取螢光X線強度與濃度的關係，以其結果作為基準，從各試料中被測定的螢光X線強度來決定各元素的膜厚換算量。
Figure TWI615929BD00007
Figure TWI615929BD00008
Figure TWI615929BD00009
針對如上述般取得的電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板來評價陶瓷破裂，冷熱週期負荷後的接合率，氧化物層的有無，Ag-Cu共晶組織層的厚度。將評價結果顯示於表10，表11，表12。
陶瓷破裂是每500次重複冷熱週期(-45℃~125℃)來確認有無龜裂的發生，以被確認龜裂的次數來評價。
冷熱週期負荷後的接合率是利用重複4000次冷熱週期(-45℃~125℃)後的電力模組用基板來用以下的式子算出。另外，在未滿3500次內發生龜裂時，有關重複4000次後的接合率是不評價。
接合率=(初期接合面積-剝離面積)/初期接合面積
氧化物層是由EPMA(電子線微量分析儀)之氧化物形成元素的匹配(mapping)來確認在由銅板/Al2O3所構成的陶瓷基板界面的氧化物形成元素的存在。可藉由上述的方法來確認氧化物者是在表中記載為 「有」，無法確認者是記載成「無」。
Ag-Cu共晶組織層的厚度是由銅板/Al2O3所構成的陶瓷基板界面之EPMA(電子線微量分析儀)的反射電子像來測定在倍率2000倍的視野(縱45μm；橫60μm)中連續形成於接合界面的Ag-Cu共晶組織層的面積，除以測定視野的寬度的尺寸求取，將5視野的平均設為Ag-Cu共晶組織層的厚度。另外，在銅板與Al2O3所構成的陶瓷基板的接合部形成的Ag-Cu共晶組織層之中，不含未從接合界面連續形成於厚度方向的領域，測定Ag-Cu共晶組織層的面積。
Figure TWI615929BD00010
Figure TWI615929BD00011
Figure TWI615929BD00012
在比較例1，2，51，52中，共晶組織厚度會超過15μm，以少的週期數，在由Al2O3所構成的陶瓷基板發生龜裂。
並且，在以往例1及以往例51中，共晶組織厚度會超過15μm，以和比較例同樣少的週期數，在由Al2O3所構成的陶瓷基板發生龜裂。
另一方面，在共晶組織厚度為15μm以下的本發明例1-20，51-70，81-86中，可確認由Al2O3所構成的陶瓷基板的龜裂的發生會被抑制。
由以上的結果，若根據本發明例，則可提供一種可抑制冷熱週期負荷時之Al2O3所構成的陶瓷基板的破裂的發生之電力模組用基板。
[產業上的利用可能性]
若根據本發明，則可提供一種由銅或銅合金所構成的銅板會被接合於由Al2O3所構成的陶瓷基板，可抑制冷熱週期負荷時的陶瓷基板的破裂的發生之電力模組用基板，附散熱器的電力模組用基板，電力模組及電力模組用基板的製造方法。並且，即使在接合銅板與由Al2O3所構成的陶瓷基板時，也不會有硬的Ag-Cu共晶組織層被形成厚的情形，可抑制陶瓷基板的破裂的發生，且可確實地接合銅板與陶瓷基板之銅板接合用膏，及使用此銅板接合用膏的接合體的製造方法。
11‧‧‧陶瓷基板
12‧‧‧電路層
31‧‧‧氧化物層
32‧‧‧Ag-Cu共晶組織層

Claims (13)

  1. 一種電力模組用基板，係於由Al2O3所構成的陶瓷基板的表面層疊由銅或銅合金所構成的銅板來接合的電力模組用基板，其特徵為：在前述銅板與前述陶瓷基板之間，於前述陶瓷基板的表面形成氧化物層，且Ag-Cu共晶組織層的厚度為14μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之電力模組用基板，其中，前述氧化物層係含有由Ti，Hf，Zr，Nb所選擇的1種或2種以上的元素的氧化物。
  3. 一種附散熱器的電力模組用基板，其特徵係具備：如申請專利範圍第1或2項所記載的電力模組用基板，及冷卻此電力模組用基板的散熱器。
  4. 一種電力模組，其特徵係具備：如申請專利範圍第1或2項所記載的電力模組用基板，及搭載於該電力模組用基板上的電子零件。
  5. 一種電力模組用基板的製造方法，係於由Al2O3所構成的陶瓷基板的表面層疊由銅或銅合金所構成的銅板來接合的電力模組用基板的製造方法，其特徵為具有：Ag及氧化物形成元素層形成工程，其係於前述陶瓷基板的接合面及前述銅板的接合面的其中至少一方，形成含有Ag及氧化物形成元素的Ag及氧化物形成元素層；層疊工程，其係經由此Ag及氧化物形成元素層來層疊前述陶瓷基板與前述銅板； 加熱工程，其係將被層疊的前述陶瓷基板及前述銅板加壓於層疊方向的同時加熱，在前述陶瓷基板與前述銅板的界面形成溶融金屬領域；凝固工程，其係藉由使此溶融金屬領域凝固來接合前述陶瓷基板與前述銅板；及藉由此凝固工程來形成具有14μm以下的厚度的Ag-Cu共晶組織層之工程，在前述加熱工程中，藉由使Ag擴散至前述銅板側，在前述陶瓷基板與前述銅板的界面形成前述溶融金屬領域，且在前述陶瓷基板的表面形成氧化物層。
  6. 如申請專利範圍第5項之電力模組用基板的製造方法，其中，前述氧化物形成元素係由Ti，Hf，Zr，Nb所選擇的1種或2種以上的元素。
  7. 如申請專利範圍第5項之電力模組用基板的製造方法，其中，在前述Ag及氧化物形成元素層形成工程中，除了Ag及氧化物形成元素以外，還使配設由In，Sn，Al，Mn及Zn所選擇的1種或2種以上的添加元素。
  8. 如申請專利範圍第6項之電力模組用基板的製造方法，其中，在前述Ag及氧化物形成元素層形成工程中，除了Ag及氧化物形成元素以外，還使配設由In，Sn，Al，Mn及Zn所選擇的1種或2種以上的添加元素。
  9. 如申請專利範圍第5~8項中的任一項所記載之電力模組用基板的製造方法，其中，在前述Ag及氧化物形成元素層形成工程中，塗佈含有Ag及氧化物形成元素之 含有Ag及氧化物形成元素層的膏。
  10. 如申請專利範圍第9項之電力模組用基板的製造方法，其中，前述含有Ag及氧化物形成元素層的膏係含有前述氧化物形成元素的氫化物。
  11. 一種銅板接合用膏，係使用在接合由銅或銅合金所構成的銅板與由Al2O3所構成的陶瓷基板時的銅板接合用膏，其特徵為包含：由氧化物形成元素及剩下部分為Ag及不可避免的雜質所成的粉末成分，樹脂，及溶劑。
  12. 如申請專利範圍第11項之銅板接合用膏，其中，前述粉末成分係含有前述氧化物形成元素的氫化物。
  13. 一種接合體的製造方法，係接合由銅或銅合金所構成的銅板與陶瓷基板而成的接合體的製造方法，其特徵為：使如申請專利範圍第11或12項所記載的銅板接合用膏介於前述銅板與前述陶瓷基板之間的狀態下進行加熱處理，接合前述銅板與前述陶瓷基板。
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