提供一种钎料及使用该钎料的钎料膏，所述钎料将陶瓷基板和金属板的粘合强度维持在以往技术水平上，并且其中In的添加量减少，混合粉末是由Ag、In、Cu构成的合金粉末、Ag粉末及活性金属氢化物粉末混合而成的，包含0.5～5.0重量%的、粒子的等效圆平均直径是10～25μm的活性金属氢化物粉末，所述合金粉末、Ag粉末及活性金属氢化物粉末的粒子的等效圆平均直径为合金粉末≥活性金属氢化物粉末＞Ag粉末的关系，具有10%累计粒径（d10）是3～10μm、50%累计粒径（d50）是10～25μm、90%累计粒径（d90）是30～50μm的粒度分布，并且在频度分布上，峰值在50%累计粒径（d50）和90%累计粒径（d90）之间。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钎料、钎料膏、陶瓷电路板、陶瓷主电路板及功率半导体模块
本专利技术涉及一种钎料，尤其涉及一种用于粘合功率半导体模块等中使用的陶瓷电路板的陶瓷基板和金属板。
技术介绍
对于电动车用逆变器，使用的是可高电压、大电流作业的功率半导体模块(IGBT模块)。而近年功率半导体模块的高输出化和高集成化迅速发展，对于陶瓷电路板，与以往相比，需要陶瓷基板和金属板粘合时有足够的粘合强度以适应粘合时的热应力和使用时的热力循环。对于功率半导体模块上使用的基板，广泛使用的是在氮化铝或氮化硅构成的陶瓷基板上粘合铜板或铝板等金属板的陶瓷电路板。该陶瓷电路板例如在陶瓷基板的一面上粘合电路用铜板，所述电路用铜板搭载半导体芯片等，在另一面上粘合放热用铜板。上述电路用铜板通常具有由多个铜板构成的电路图案，所述多个铜板通过施加蚀刻处理等，而成为电路部。另外以下为说明现有技术存在的问题，以金属板为铜板的例子进行说明，但本专利技术并不仅限于金属板为铜板的情况。对于陶瓷基板和铜板的粘合，采用如下几种方式进行粘合:铜直接粘合法(DBC法:Direct Bonding Copper法),其利用Cu-Cu2O等的共晶液相将铜板直接粘合在陶瓷基板上；再有是高熔点金属覆镀法，其将Mo或W等高熔点金属烧附形成在陶瓷基板上；进而，还有活性金属法，其将金属板载置于涂布了钎料的陶瓷基板上，所述钎料包含4A族元素或5A族元素类的活性金属，施加压力的同时以适当温度加热，使铜板与陶瓷基板隔着该钎料所形成的钎料层而粘合。通过上述DBC法或活性金属法所得到的陶瓷电路板都具有结构简单、热电阻小、可用于大电流型或高集成型半导体芯片等优点。再有，对于电路用铜板的电路图案的形成方法，使用的是如下手段:直接搭载法，其将预先通过按压加工或蚀刻加工而形成为电路图案形状的电路用铜板隔着钎料层粘合在陶瓷基板上。再有是多段蚀刻法，其在陶瓷基板的近乎整个面上形成钎料层，使铜板以覆盖在其上的形式粘合，之后对铜板和钎料层一同施以蚀刻处理形成电路图案。进而还有同时使用钎料图案印刷和蚀刻法的方法(以下称为图案印刷蚀刻法)，沿电路图案的形状形成钎料层，使铜板以覆盖该钎料层的形式搭载，之后与前述多段蚀刻法一样对铜板进行蚀刻处理，形成电路图案。以往，在上述陶瓷基板与金属板的粘合方式中，一般使用活性金属法，其所用的是在共晶钎料中添加有Ti等活性金属的钎料膏，可获得高强度、高粘合力等效果，所述共晶钎料具有Ag和Cu的共晶成分(72重量％Ag-28重量％Cu)。但是，使用如上所述的Ag-Cu系共晶成分的钎料将陶瓷基板粘合在铜板上时，由于钎料的熔点高，所以钎焊温度变高。如果以高钎焊温度将陶瓷基板粘合在铜板上，则有时由于两者的热膨胀系数差导致的残余应力，而在陶瓷电路板上产生翘曲。进而，在实际安装有功率半导体模块的陶瓷电路板上，通过功率半导体模块启动、停止时的热力循环，热应力反复作用叠加在上述残余应力上。而且有时如果承受不住残余应力和热应力的合力作用，则铜板会从陶瓷基板上剥离。从这样的陶瓷基板和铜板粘合时及使用陶瓷电路板时的情况出发，需要的是熔点低的钎料，在下述专利文献I中举出了其中的一个例子。在专利文献I中，有以提供钎焊强度非常稳定、熔点低的钎料为目的，将Ag-Cu-1n合金粉末和Ti粉末的混合粉末与有机溶剂及樹脂混合而成的膏状钎料的记载，有钎料的具体成分优选为Ag30~60%、Cu20~45%、In20~40%、Ti0.5~5%的记载。 本专利技术的专利技术人在对为降低钎料的熔点而添加了大量In的专利文献I的钎料进行研究时，发现存在陶瓷基板和铜板的粘合强度低的问题。其原因如下。即大量添加In的钎料的熔点低，可使钎焊温度设为较低温度。但是在这样的钎料所形成的钎料层的表面上会形成鳞片状的凹凸。而且专利技术人发现该鳞片状的凹凸会导致钎料层和陶瓷基板的粘合界面上生成空隙(孔隙)，该空隙导致粘合强度下降。此处，在钎料层的表面上形成的鳞片状凹凸中的凸部是岛型的Ag-1n相及Cu-1n相，凹部是T1-Cu相。专利技术人认为在大量添加了 In的钎料中，在钎料层和陶瓷基板的粘合界面上，分布着大量的凸部Ag-1n相及Cu-1n相、凹部T1-Cu相，该凹部成为空隙，导致铜板和陶瓷基板的粘合强度降低。因此，本专利技术的专利技术人在专利文献2中提出一种钎料，其向由Ag55~85重量％、In5~25重量％、Ti0.2~2.0重量％、余量Cu及不可避免的杂质构成的平均粒径15~40 μ m的合金粉末中，进一步添加5~30重量％的平均粒径I~15 μ m的Ag粉末粒子。提出本案是因为专利技术人发现:通过向以Ag-Cu-1n-Ti系的钎料为基材的合金粉末中再添加适量的、粒径和粒度分布适当的Ag粉末粒子，在铜板粘合时，在钎料层的表面上形成的鳞片状凹凸有所缓解，可提高粘合强度。现有技术文献专利文献专利文献1:专利公开平成4-285076号公报专利文献2:专利公开2004-314161号公报专利技术概要专利技术要解决的技术问题近年来，稀有金属在世界范围内的流通量正在减少，如述所述的在钎料中添加的In也不例外，不仅价格一路走高，因供需状况导致在市场上采购不到的情况也日渐增多。在这种情况下，为了稳定地生产出低价的钎料，需要一种钎料，将陶瓷基板和金属板的粘合强度维持在以往的水平上，并可以较以往技术减少In的添加量。再有，像本申请专利技术人在专利文献2中提出的钎料那样，使合金粉末中含有活性金属氢化物，则合金粉末中所含的氧等会导致活性金属氢化物分解而使生成的活性金属变质。变质的活性金属，已经无法促进具有保障陶瓷基板和金属板的粘合性的功能的化合物层的形成，尤其是在活性金属氢化物含量低的情况下，有时无法保证所需的粘合强度。再有，除该合金粉末中的活性金属氢化物的含有率之外，例如有时因合金粉末和Ag粉末的粒径的粒径差或Ag粉末的添加量等钎料的各构成要素的组合而导致粘合强度不够。本专利技术是鉴于以上的问题而产生的，目的是提供将陶瓷基板和金属板的粘合强度维持在以往的技术水平上，并减少In的添加量的钎料及使用该钎料的钎料膏。进一步的目的是提供一种陶瓷电路板及陶瓷主电路板，其所具有的陶瓷基板和金属板通过上述钎料以所需粘合强度粘合。本专利技术再进一步的目的是提供一种组装有上述陶瓷电路板的功率半导体模块，所述陶瓷电路板具有所需的粘合强度。解决技术问题的手段本专利技术的专利技术人为了解决上述技术问题，进行了锐意研究，发现基本上通过(I)将In的添加量消减到少于以往的Ag-Cu系合金粉末、Ag粉末、活性金属氢化物粉末的3种粉末混合的混合粉末来构成钎料，(2)上述3种粉末的粒径的关系为合金粉末> Ag粉末>活性金属氢化物粉末，调整混合粉末到适合的粒度分布，(3)通过在规定范围内调整混合粉末中的活性金属氢化物粉末的粒径及添加量，即便在合金粉末中的In的添加量减少到少于以往的情况下，也能形成可将陶瓷基板和金属板的粘合强度维持在以往水平的钎料。基于这样的发现的本专利技术的一种方式是:一种粘合陶瓷基板和金属板的钎料，至少是将Ag:55~80重量％、1]1:1~5重量％、余量Cu及不可避免的杂质构成的合金粉末、Ag粉末以及活性金属氢化物粉末混合而成的混合粉末，所述钎料，其特征在于:所述混合粉末中含有的Ag相对于Ag和Cu的总量的组本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钎料，其特征在于：是一种至少由合金粉末、Ag粉末及活性金属氢化物粉末混合制成的混合粉末，所述合金粉末由Ag：55～80重量%、In：1～5重量%、余量Cu及不可避免的杂质构成，所述钎料用于粘合陶瓷基板和金属板，所述混合粉末中所含的Ag相对于Ag和Cu的总量的组成比Ag/（Ag＋Cu）为0.57～0.85，含有0.5～5.0重量%的、粒子的等效圆平均直径为10～25μm的活性金属氢化物粉末，所述合金粉末、Ag粉末及活性金属氢化物粉末的粒子的等效圆平均直径的关系为合金粉末≥活性金属氢化物粉末＞Ag粉末，所述混合粉末中，在依据JIS?Z8825?1测量粒度分布时的体积基准的累积分布上，具有10%累计粒径（d10）是3～10μm、50%累计粒径（d50）是10～35μm、90%累计粒径（d90）是30～50μm的粒度分布，并且在频度分布上，峰值在50%累计粒径（d50）和90%累计粒径（d90）之间。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.30 JP 2011-1467081.一种钎料，其特征在于: 是一种至少由合金粉末、Ag粉末及活性金属氢化物粉末混合制成的混合粉末,所述合金粉末由Ag:55~80重量％、In:1~5重量％、余量Cu及不可避免的杂质构成,所述钎料用于粘合陶瓷基板和金属板， 所述混合粉末中所含的Ag相对于Ag和Cu的总量的组成比Ag/ (Ag + Cu)为0.57~0.85， 含有0.5~5.0重量％的、粒子的等效圆平均直径为10~25 μ m的活性金属氢化物粉末， 所述合金粉末、Ag粉末及活性金属氢化物粉末的粒子的等效圆平均直径的关系为合金粉末>活性金属氢化物粉末> Ag粉末， 所述混合粉末中，在依据JIS Z8825-1测量粒度分布时的体积基准的累积分布上，具有10%累计粒径(dio)是3~10 μ m、50%累计粒径(d50)是10~35 μ m、90%累计粒径(d90)是30~50 μ m的粒度分布，并且在频度分布上，峰值在50%累计粒径(d50)和90%累计粒径(d90)之间。2.根据权利要求1所述的钎料，所述峰值在60%累计粒径(d60)和80%累计粒径(d80)之间。3.根据权利要求1或2中任意一项所述的钎料,堆积密度为3.6~5.5g/cm3。4.根据权利要求1~3中任意一项所述的钎料，(d50-dl0)/ (d90-dl0)为0.25~0.65。5.根据权利要求1~4中任意一项所述的钎料，(d50-dl0)/40 (%)为0.15~0.65(μ m/%)。6.根据权利要求1~5中任意一项所述的钎料，具有: 由Ag:55~80重量％、In:1~5重量％、氧含量0.1重量％以下、余量Cu及不可避免的杂质构成的、50%累计粒径(d50)为15~40 μ m的合金粉末； 相对100重量份的所述合金粉末，添加量为5~30重量份的、50%累计粒径(d50)为I~15 μ m的Ag粉末粒子；以及 0.5~5重量份的、具有10%累计粒径(dlO)为5~15 μ m、50%累计粒径(d50)为10~25μ m、90%累计粒径(d90)...
【专利技术属性】
技术研发人员：今村寿之，藤田卓，渡边纯一，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。