陶瓷-铝接合体、绝缘电路基板、功率模块、LED模块、热电模块制造技术

本发明专利技术的接合体为陶瓷部件与由铝或铝合金构成的铝部件接合而成的陶瓷‑铝接合体，其中，所述陶瓷部件由包含镁的氮化硅构成，在所述陶瓷部件与所述铝部件的接合界面形成有在铝、硅、氧及氮的化合物中包含镁的接合层。

Ceramic aluminum joint, insulated circuit board, power module, LED module, thermoelectric module.

The composite of the present invention is a ceramic assembly consisting of an aluminum or aluminum alloy consisting of aluminum or aluminum alloy, wherein the ceramic component is composed of a silicon nitride containing magnesium, which forms a bonding layer containing magnesium in the aluminum, silicon, oxygen and nitrogen compounds at the joint interface of the ceramic parts with the aluminum parts.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷-铝接合体、绝缘电路基板、功率模块、LED模块、热电模块
本专利技术涉及一种陶瓷部件与由铝或铝合金构成的铝部件接合而成的陶瓷-铝接合体及绝缘电路基板以及具备该绝缘电路基板的功率模块、LED模块、热电模块。本申请主张基于2015年11月26日于日本申请的专利申请2015-231040号及2016年9月13日于日本申请的专利申请2016-178530号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
功率模块、LED模块及热电模块被设为在由导电材料构成的电路层上接合有功率半导体元件、LED元件及热电元件而成的结构。例如，对于用于控制风力发电、电动汽车、混合动力汽车等而使用的大电力控制用功率半导体元件，由于工作时发热量较多，因此作为搭载该元件的基板，广泛使用由耐热性、绝缘性优异的氮化硅(Si3N4)构成的陶瓷基板(绝缘层)。还提供在这种陶瓷基板(绝缘层)的一面接合导电性优异的金属板来形成电路层，并且，在另一面接合散热性优异的金属层来进行一体化的绝缘电路基板(功率模块用基板)。例如，专利文献1所示的功率模块被设为如下结构，即，具备：绝缘电路基板(功率模块用基板)，在陶瓷基板的一面及另一面形成有由铝板构成的电路层及由铝板构成的金属层；及半导体元件，在该电路层上通过焊料接合而成。并且，该功率模块被设为如下结构，即，在绝缘电路基板(功率模块用基板)的金属层侧接合有散热片，且通过散热片向外部发散从半导体元件向绝缘电路基板(功率模块用基板)侧传递的热量。专利文献1：日本专利第3171234号公报在上述绝缘电路基板(功率模块用基板)中，示出了在接合陶瓷基板与铝板时使用Al-Si系钎料等的例子，但在接合由氮化硅(Si3N4)构成的陶瓷基板(绝缘层)与铝板时，因陶瓷基板的烧结助剂等的影响而未能充分确保接合强度。尤其，在功率半导体元件工作时的发热引起的高温状态与非工作时的低温状态之间反复进行冷热循环的绝缘电路基板(功率模块用基板)中，存在陶瓷基板(绝缘层)与金属层之间接合可靠性容易降低的问题。
技术实现思路
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对由氮化硅构成的陶瓷部件以保持较高的接合可靠性的状态接合铝部件而成的陶瓷-铝接合体、绝缘电路基板及具备该绝缘电路基板的功率模块、LED模块、热电模块。为了解决上述课题，本专利技术的接合体为陶瓷部件与由铝或铝合金构成的铝部件接合而成的陶瓷-铝接合体，该陶瓷-铝接合体的特征在于，所述陶瓷部件由包含镁的氮化硅构成，在所述陶瓷部件与所述铝部件的接合界面形成有在铝、硅、氧及氮的化合物中包含镁的接合层。根据本专利技术的接合体，相较于接合界面中几乎不存在镁的情况，形成于陶瓷部件与铝部件的接合界面的包含镁的接合层，更深入形成于陶瓷部件的厚度方向的内部。即，通过镁的存在，直至陶瓷部件的内部的更深区域，形成赛隆(SiAlON)结构中包含镁的化合物。由此，陶瓷部件与铝部件的接合强度得到提高，从而能够提高接合体的接合可靠性。所述接合层的组成比例中，优选硅为10at％～18at％、氧为20at％～35at％、氮为25at％～40at％、镁为3at％～8at％、剩余部分为铝。将接合层的组成比例设为上述范围，由此直至陶瓷部件的内部的更深区域形成有在构成接合层的赛隆结构中包含镁的化合物，从而能够提高陶瓷部件与铝部件的接合强度。在接合层的镁浓度低于3at％的情况下，接合层的生成变得不均匀，有可能降低接合性。并且，若镁浓度大于8at％，则镁过量存在，由此接合层变脆，有可能降低接合可靠性。并且，本专利技术的接合体优选在从所述陶瓷部件的表面向所述铝部件侧隔开10μm的位置，铜的浓度为1.2质量％以下且铁的浓度为0.6质量％以下。在该情况下，接合界面附近的铜的浓度为1.2质量％以下且铁的浓度为0.6质量％以下，因此能够抑制铝部件中的与陶瓷部件的接合界面的附近变得过硬，并能够抑制陶瓷部件中产生龟裂等。本专利技术的绝缘电路基板为陶瓷基板与由铝或铝合金构成的铝板接合而成的绝缘电路基板，该绝缘电路基板的特征在于，所述陶瓷基板由包含镁的氮化硅构成，在所述陶瓷基板与所述铝板的接合界面形成有在铝、硅、氧及氮的化合物中包含镁的接合层。根据本专利技术的绝缘电路基板，相较于接合界面几乎不存在镁的情况，在陶瓷基板与由铝或铝合金构成的铝板的接合界面产生的包含镁的接合层，更深入形成于陶瓷基板的厚度方向的内部。即，通过镁的存在，直至陶瓷基板的内部的更深区域形成有在赛隆结构中包含镁的化合物。由此，陶瓷基板与铝板的接合强度得到提高，从而能够提高绝缘电路基板的接合可靠性。所述接合层的组成比例中，优选硅为10at％～18at％、氧为20at％～35at％、氮为25at％～40at％、镁为3at％～8at％、剩余部分为铝。将接合层的组成比例设为上述范围，由此直至陶瓷基板的内部的更深区域形成有在构成接合层的赛隆结构中包含镁的化合物，从而能够提高陶瓷基板与铝板的接合强度。在接合层的镁浓度低于3at％的情况下，接合层的生成变得不均匀，有可能降低接合性。并且，若镁浓度大于8at％，则镁过量存在，由此接合层变脆，有可能降低接合可靠性。并且，本专利技术的绝缘电路基板中，优选在从所述陶瓷基板的表面向所述铝板侧隔开10μm的位置，铜的浓度为1.2质量％以下且铁的浓度为0.6质量％以下。在该情况下，在接合界面附近的铜的浓度为1.2质量％以下且铁的浓度为0.6质量％以下，因此能够抑制铝板中的与陶瓷基板的接合界面的附近变得过硬，并能够抑制陶瓷基板中产生龟裂等。本专利技术的功率模块的特征在于，具备上述绝缘电路基板及搭载于该绝缘电路基板的功率半导体元件。本专利技术的LED模块的特征在于，具备上述绝缘电路基板及搭载于该绝缘电路基板的LED元件。本专利技术的热电模块的特征在于，具备上述绝缘电路基板及搭载于该绝缘电路基板的热电元件。根据本专利技术的功率模块、LED模块及热电模块，相较于接合界面几乎不存在镁的情况，在陶瓷基板与由铝或铝合金构成的铝板的接合界面产生的包含镁的接合层，更深入形成于陶瓷基板的厚度方向的内部。即，通过镁的存在，直至陶瓷基板的内部的更深区域形成有在赛隆结构中包含镁的化合物。由此，陶瓷基板与铝板的接合强度得到提高，从而能够提高功率模块、LED模块及热电模块的接合可靠性。根据本专利技术，能够提供一种在由氮化硅构成的陶瓷部件中以保持较高的接合可靠性的状态接合铝部件而成的陶瓷-铝接合体、绝缘电路基板及具备该绝缘电路基板的功率模块、LED模块及热电模块。附图说明图1为表示第一实施方式的陶瓷-铝接合体及功率模块的剖面图。图2为表示第一实施方式的陶瓷-铝接合体的接合界面附近的主要部分放大剖面图。图3为表示第二实施方式的陶瓷-铝接合体的接合界面附近的主要部分放大剖面图。图4为图3中的氮化铝层的主要部分放大剖面图。图5为表示实施例2中的氮化铝层的厚度的测定例的曲线图。具体实施方式以下，参考附图对本专利技术的实施方式进行说明。另外，以下所示的各实施方式为用于更好地理解专利技术的宗旨而进行具体说明的内容，在无特别指定的情况下，并不限定本专利技术。并且，在以下说明中所使用的附图中，为了便于理解本专利技术的特征，有时为方便起见，放大表示成为主要部分的部分，各构成要件的尺寸比率等不一定与实际相同。并且，在以下说明中，“钎料(brazingfiller本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷‑铝接合体，其为陶瓷部件与由铝或铝合金构成的铝部件接合而成的陶瓷‑铝接合体，该陶瓷‑铝接合体的特征在于，所述陶瓷部件由包含镁的氮化硅构成，在所述陶瓷部件与所述铝部件的接合界面形成有在铝、硅、氧及氮的化合物中包含镁的接合层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.26 JP 2015-231040;2016.09.13 JP 2016-178531.一种陶瓷-铝接合体，其为陶瓷部件与由铝或铝合金构成的铝部件接合而成的陶瓷-铝接合体，该陶瓷-铝接合体的特征在于，所述陶瓷部件由包含镁的氮化硅构成，在所述陶瓷部件与所述铝部件的接合界面形成有在铝、硅、氧及氮的化合物中包含镁的接合层。2.根据权利要求1所述的陶瓷-铝接合体，其特征在于，所述接合层的组成比例中，硅为10at％～18at％、氧为20at％～35at％、氮为25at％～40at％、镁为3at％～8at％、剩余部分为铝。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷-铝接合体，其特征在于，在从所述陶瓷部件的表面向所述铝部件侧隔开10μm的位置，铜为1.2质量％以下且铁为0.6质量％以下。4.一种绝缘电路基板，其为陶瓷基板与由铝或铝合金构成的铝板...

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