铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法技术

一种铜

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜
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陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜
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陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法


[0001]本专利技术涉及通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和陶瓷部件而成的铜
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陶瓷接合体、在陶瓷基板的表面接合由铜或铜合金构成的铜板而成的绝缘电路基板、铜
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陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法。
[0002]本申请主张基于2019年8月21日于日本申请的特愿2019
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151166号的优先权，并将其内容援用于此。

技术介绍

[0003]功率模块、LED模块及热电模块具有如下结构：在绝缘层的一面形成有由导电材料构成的电路层的绝缘电路基板上，接合有功率半导体元件、LED元件及热电元件。
[0004]例如，为了控制风力发电、电动汽车、油电混合汽车等而使用的大功率控制用的功率半导体元件在工作时的发热量多，因此，作为搭载该功率半导体元件的基板，一直以来广泛使用如下绝缘电路基板：该绝缘电路基板具备陶瓷基板和在该陶瓷基板的一面接合导电性优异的金属板而形成的电路层。另外，作为绝缘电路基板，还提供了在陶瓷基板的另一面接合金属板而形成有金属层的绝缘电路基板。
[0005]例如，在专利文献1中，提出了通过在陶瓷基板的一面及另一面接合铜板而形成有电路层及金属层的绝缘电路基板。在该专利文献1中，在陶瓷基板的一面及另一面隔着Ag
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Cu
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Ti系钎料而配置铜板，通过进行加热处理而接合铜板(所谓活性金属钎焊法)。该活性金属钎焊法中，使用了含有作为活性金属的Ti的钎料，因此会提高熔融的钎料与陶瓷基板的润湿性，可良好地接合陶瓷基板与铜板。
[0006]并且，在专利文献2中，提出了使用Cu
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Mg
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Ti系钎料来接合陶瓷基板与铜板的绝缘电路基板。
[0007]在该专利文献2中，为通过在氮气气氛下以560～800℃进行加热来接合的结构，Cu
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Mg
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Ti合金中的Mg升华而不残留于接合界面，且实质上不形成氮化钛(TiN)。
[0008]专利文献1：日本专利第3211856号公报(B)
[0009]专利文献2：日本专利第4375730号公报(B)
[0010]然而，在使用SiC等的高温半导体装置中，由于以高密度安装，因此需要保证绝缘电路板在更高温度下的操作。因此，即使负载比以往严苛的冷热循环的情况下，也要求确保铜板与陶瓷基板的接合可靠性。
[0011]并且，在上述绝缘电路基板的电路层中，有时进行端子材等的超声波接合。
[0012]在此，记载于专利文献1、2的绝缘电路基板中，为了接合端子材料等而负载有超声波时，在接合界面产生裂纹，有可能导致电路层剥离。

技术实现思路

[0013]本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供即使负载严苛的冷热循环的情
况下也能够确保铜部件与陶瓷基板的接合可靠性，并且即使在进行了超声波接合的情况下也能够抑制陶瓷部件与铜部件的剥离的铜
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陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜
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陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法。
[0014]为解决上述课题，本专利技术的一方式的铜
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陶瓷接合体(以下称为“本专利技术的铜
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陶瓷接合体”)为通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由含氧陶瓷构成的陶瓷部件而成的铜
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陶瓷接合体，其特征在于，在所述铜部件与所述陶瓷部件之间，在所述陶瓷部件侧形成有氧化镁层，在与所述氧化镁层接触的铜层的内部分散有活性金属氧化物相，所述活性金属氧化物相由选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属的氧化物形成。
[0015]根据本专利技术的铜
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陶瓷接合体，在所述铜部件与所述陶瓷部件之间形成有氧化镁层，因此能够通过氧化镁层来减轻铜部件与陶瓷部件的热膨胀系数之差引起的热应力，从而能够提高冷热循环负载后的接合可靠性。
[0016]并且，在与所述氧化镁层接触的铜层的内部分散有活性金属氧化物相，所述活性金属氧化物相由选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属的氧化物形成，因此接合界面被强化，即使为了将端子材等进行超声波接合而对接合体负载超声波时，也能够抑制陶瓷部件与铜部件的剥离或陶瓷基板的裂纹的产生。
[0017]在此，本专利技术的铜
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陶瓷接合体中，优选所述氧化镁层的厚度在50nm以上且1000nm以下的范围内。
[0018]此时，形成于所述铜部件与所述陶瓷部件之间的氧化镁层的厚度在50nm以上且1000nm以下的范围内，因此能够通过氧化镁层来充分减轻铜部件与陶瓷部件的热膨胀系数之差引起的热应力，从而能够进一步提高冷热循环负载后的接合可靠性。
[0019]并且，本专利技术的铜
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陶瓷接合体中，优选在所述氧化镁层的内部，分散有Cu粒子及Cu与活性金属的化合物粒子中的任一种或两种。
[0020]此时，通过上述Cu粒子及化合物粒子，提高形成于接合界面的氧化镁层的强度，从而能够进一步抑制负载超声波时的陶瓷部件与铜部件的剥离或陶瓷基板的裂纹的产生。
[0021]并且，本专利技术的铜
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陶瓷接合体中，优选分散在所述氧化镁层的内部的所述Cu粒子及所述化合物粒子的圆当量直径在10nm以上且100nm以下的范围内。
[0022]此时，上述Cu粒子及化合物粒子的圆当量直径在10nm以上且100nm以下的范围内，因此可靠地提高形成于接合界面的氧化镁层的强度，从而能够进一步抑制负载超声波时的陶瓷部件与铜部件的剥离或陶瓷基板的裂纹的产生。
[0023]并且，本专利技术的铜
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陶瓷接合体中，优选所述活性金属为Ti。
[0024]此时，在与所述氧化镁层接触的铜层的内部，分散有钛氧化物相，从而能够可靠地强化接合界面，即使负载超声波时，也能够进一步抑制陶瓷部件与铜部件的剥离或陶瓷基板的裂纹的产生。
[0025]本专利技术的另一方式的绝缘电路基板(以下称为“本专利技术的绝缘电路基板”)为通过在由含氧陶瓷构成的陶瓷基板的表面接合由铜或铜合金构成的铜板而成的绝缘电路基板，其特征在于，在所述陶瓷基板与所述铜板之间，在所述陶瓷部件侧形成有氧化镁层，在与所述氧化镁层接触的铜层的内部分散有活性金属氧化物相，所述活性金属氧化物相由选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属的氧化物形成。
[0026]根据本专利技术的绝缘电路基板，在所述铜板与所述陶瓷部件之间形成有氧化镁层，
因此能够通过氧化镁层来减轻铜板与陶瓷部件的热膨胀系数之差引起的热应力，从而能够提高冷热循环负载后的接合可靠性。
[0027]并且，在与所述氧化镁层接触的铜层的内部分散有活性金属氧化物相，所述活性金属氧化物相由选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属的氧化物形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铜
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陶瓷接合体，通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由含氧陶瓷构成的陶瓷部件而成，其特征在于，在所述铜部件与所述陶瓷部件之间，在所述陶瓷部件侧形成有氧化镁层，在与所述氧化镁层接触的铜层的内部分散有活性金属氧化物相，所述活性金属氧化物相由选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属的氧化物形成。2.根据权利要求1所述的铜
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陶瓷接合体，其特征在于，所述氧化镁层的厚度在50nm以上且1000nm以下的范围内。3.根据权利要求1或2所述的铜
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陶瓷接合体，其特征在于，在所述氧化镁层的内部，分散有Cu粒子及Cu与活性金属的化合物粒子中的任一种或两种。4.根据权利要求3所述的铜
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陶瓷接合体，其特征在于，分散在所述氧化镁层的内部的所述Cu粒子及所述化合物粒子的圆当量直径在10nm以上且100nm以下的范围内。5.根据权利要求1～4中任一项所述的铜
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陶瓷接合体，其特征在于，所述活性金属为Ti。6.一种绝缘电路基板，通过在由含氧陶瓷构成的陶瓷基板的表面接合由铜或铜合金构成的铜板而成，其特征在于，在所述陶瓷基板与所述铜板之间，在所述陶瓷部件侧形成有氧化镁层，在与所述氧化镁层接触的铜层的内部分散有活性金属氧化物相，所述活性金属氧化物相由选自Ti、Zr、Nb和Hf中的一种或两种以上的活性金属的氧化物形成。7.根据权利要求6所述的绝缘电路基板，其特征在于，所述氧化镁层的厚度在50nm以上且1000nm以下的范围内。8.根据权利要求6或7所述的绝缘电路基板，其特征在于，在所述氧化镁层的内部，分散有Cu粒子及Cu与活性金属的化合物粒子中的任一种或两种。9.根据权利要求8所述的绝缘电路基板，其特征在于，分散在所述氧化镁层的内部的所述Cu粒子及所述化合物粒子的圆当量直径在10nm以上且100nm以下的范围内。10.根据权利要求6～9中任一项所述的绝缘电路基板，其特征在于，所述活性金属为Ti。11.一种铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺崎伸幸，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：