【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种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-陶瓷接合体、及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。本申请基于2021年7月16日在日本申请的专利申请2021-117950号主张优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
1、功率模块、led模块及热电模块为将功率半导体元件、led元件及热电元件接合到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而成的结构。
2、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，一直以来被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；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；及在陶瓷基板的另一面接合金属板而形成的散热用金属层。
3、例如，在专利文献1中提出有通过在陶瓷基板的一面及另一面接合铜板而形成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-cu-ti系钎料而配置铜板，通过进行加热处理来接合铜板(所谓活性金属钎焊法)。
4、并且，在专利文献2中提出有一种功率模块用基板，其使用含ag和ti的接合材料来接合由铜或铜合金构成的铜板及由氮化硅构成的陶瓷基板而成。
5、如上所述，当使用含ti的接合材料来接合铜板和陶瓷基板时，作为活性金属的ti与陶瓷基板反应，从而提高接合材料的润湿性，并且提高铜板与陶瓷基板的接合强度。
6、然而，近来有搭载于绝缘
7、在此，如上所述，当使用含ti的接合材料来接合铜板和陶瓷基板时，作为活性金属的ti向铜板侧扩散，析出含cu和ti的金属间化合物，从而接合界面附近变硬，在负载冷热循环时陶瓷部件会产生裂纹，冷热循环可靠性有可能降低。
8、专利文献1：日本专利第3211856号公报
9、专利文献2：日本特开2018-008869号公报
技术实现思路
1、本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种即使在负载严酷的冷热循环时也能够抑制陶瓷部件的裂纹的产生并且冷热循环可靠性优异的铜-陶瓷接合体、及由该铜-陶瓷接合体构成的绝缘电路基板。
2、为了解决上述课题，本专利技术人进行了深入研究，结果发现当使用含活性金属的接合材料来接合陶瓷部件和铜部件时，接合时产生的液相从铜部件的中央部被排斥到周缘部侧，铜部件的周缘部存在相对较多的活性金属，从而具有在陶瓷部件与铜部件的接合界面处铜部件的周缘部区域比中央部区域更硬的倾向。因此，得出如下见解：在负载冷热循环时应力在接合界面处集中于较硬的铜部件的周缘部区域而陶瓷部件容易产生裂纹。
3、本专利技术是基于上述见解而完成的，本专利技术的一方式所涉及的铜-陶瓷接合体是通过接合由铜或铜合金构成的铜部件及由氮化硅构成的陶瓷部件而成，其特征在于，在所述陶瓷部件与所述铜部件的接合界面处，在所述陶瓷部件侧形成有活性金属氮化物层，含si及活性金属的活性金属化合物在从所述活性金属氮化物层起向所述铜部件侧10μm的区域中的面积率为10％以下，所述活性金属化合物在所述铜部件的周缘部区域中的面积率pa和所述活性金属化合物在所述铜部件的中央部区域中的面积率pb之比pa/pb在0.7以上且1.4以下的范围内。
4、铜-陶瓷接合体具有所述铜部件及所述陶瓷部件，也可以说，通过接合所述铜部件和所述陶瓷部件而成。
5、根据本专利技术的一方式所涉及的铜-陶瓷接合体，由于在与接合于所述陶瓷部件的至少一面的铜部件的接合界面处，含si及活性金属的活性金属化合物在从所述活性金属氮化物层起向所述铜部件侧10μm的区域中的面积率为10％以下，因此能够抑制陶瓷部件与铜部件的接合界面变得过硬。
6、并且，由于所述活性金属化合物在所述铜部件的周缘部区域中的面积率pa和所述活性金属化合物在所述铜部件的中央部区域中的面积率pb之比pa/pb在0.7以上且1.4以下的范围内，因此所述铜部件的周缘部区域和所述铜部件的中央部区域的硬度不会产生较大的差异，能够抑制负载冷热循环时的陶瓷部件的裂纹的产生，冷热循环可靠性优异。
7、在此，本专利技术的一方式所涉及的铜-陶瓷接合体中，优选在所述铜部件的周缘部区域形成的所述活性金属氮化物层的厚度t1a和在所述铜部件的中央部区域形成的所述活性金属氮化物层的厚度t1b在0.05μm以上且0.8μm以下的范围内，厚度比t1a/t1b在0.7以上且1.4以下的范围内。
8、此时，由于在所述铜部件的周缘部区域形成的所述活性金属氮化物层的厚度t1a和在所述铜部件的中央部区域形成的所述活性金属氮化物层的厚度t1b在0.05μm以上且0.8μm以下的范围内，因此陶瓷部件与铜部件通过活性金属可靠而牢固地接合，并且进一步抑制接合界面变硬。
9、并且，由于厚度比t1a/t1b在0.7以上且1.4以下的范围内，因此在所述铜部件的周缘部区域和中央部区域中，接合界面的硬度不会产生较大的差异，能够进一步抑制负载冷热循环时的陶瓷部件的裂纹的产生。
10、并且，本专利技术的一方式所涉及的铜-陶瓷接合体中，优选在所述陶瓷部件与所述铜部件的接合界面处，在所述铜部件侧形成有ag-cu合金层，在所述铜部件的周缘部区域形成的所述ag-cu合金层的厚度t2a和在所述铜部件的中央部区域形成的所述ag-cu合金层的厚度t2b在1μm以上且30μm以下的范围内，厚度比t2a/t2b在0.7以上且1.4以下的范围内。
11、此时，由于在所述铜部件的周缘部区域形成的所述ag-cu合金层的厚度t2a和在所述铜部件的中央部区域形成的所述ag-cu合金层的厚度t2b在1μm以上且30μm以下的范围内，因此接合材料的ag与铜部件充分地反应，从而陶瓷部件与铜部件可靠而牢固地接合，并且进一步抑制接合界面变硬。
12、并且，由于厚度比t2a/t2b在0.7以上且1.4以下的范围内，因此在所述铜部件的周缘部区域和中央部区域中，接合界面的硬度不会产生较大的差异，能够进一步抑制负载冷热循环时的陶瓷部件的裂纹的产生。
13、本专利技术的一方式所涉及的绝缘电路基板为通过在由氮化硅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的接合界面处，在所述陶瓷基板侧形成有活性金属氮化物层，含si及活性金属的活性金属化合物在从所述活性金属氮化物层起向所述铜板侧10μm的区域中的面积率为10％以下，所述活性金属化合物在所述铜板的周缘部区域中的面积率pa和所述活性金属化合物在所述铜板的中央部区域中的面积率pb之比pa/pb在0.7以上且1.4以下的范围内。
14、绝缘电路基板具有所述陶瓷基板及所述铜板，也可以说，在所述陶瓷基板的表面接合有所述铜板。
15、根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铜-陶瓷接合体，通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由氮化硅构成的陶瓷部件而成，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的铜-陶瓷接合体，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的铜-陶瓷接合体，其特征在于，
4.一种绝缘电路基板，通过在由氮化硅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，
5.根据权利要求4所述的绝缘电路基板，其特征在于，
6.根据权利要求4或5所述的绝缘电路基板，其特征在于，
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种铜-陶瓷接合体，通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由氮化硅构成的陶瓷部件而成，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的铜-陶瓷接合体，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的铜-陶瓷接合体，其特征在于，
【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：
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