陶瓷-铝接合体的制造方法、功率模块用基板的制造方法以及陶瓷-铝接合体、功率模块用基板技术

本发明专利技术提供一种接合陶瓷部件和铝部件而成的陶瓷‑铝接合体的制造方法，接合前的所述铝部件由纯度99.0质量%以上且99.9质量%以下的铝构成，该制造方法具备：在400℃以上且小于固相线温度的范围对所述铝部件进行热处理的热处理工序；以及通过含有Si的钎料接合所述热处理工序后的所述铝部件与所述陶瓷部件的接合工序。

【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接合陶瓷部件和铝部件而成的陶瓷-铝接合体的制造方法、具备陶瓷基板和接合于该陶瓷基板的铝板的功率模块用基板的制造方法以及陶瓷-铝接合体、功率模块用基板。本申请主张基于2014年6月30日于日本申请的专利申请2014-134572号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
LED或功率模块等半导体装置具备在由导电材料构成的电路层上接合半导体元件的结构。为了控制风力发电、电动汽车、混合动力汽车等而使用的大功率控制用的功率半导体元件的发热量大。因此，一直以来，作为搭载该功率半导体元件的基板，例如以往就广泛使用具备由AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)等构成的陶瓷基板和在该陶瓷基板的一个面接合导电性优异的金属板而形成的电路层的功率模块用基板。另外，作为功率模块用基板，还提供一种在陶瓷基板的另一面接合金属板而形成金属层的技术。例如，在专利文献1中提出了一种如下功率模块用基板：成为电路层的铝板通过Al-Si系钎料接合于由AlN(氮化铝)构成的陶瓷基板的一个面，成为金属层的铝板通过Al-Si系钎料接合于陶瓷基板的另一面。这种功率模块用基板在电路层上通过焊锡层搭载作为功率元件的半导体元件，从而用作功率模块。并且，还有时在金属层侧通过焊锡接合铜制的散热器。在此，上述功率模块在使用时会有热循环负荷。此时，因陶瓷基板与铝板的热膨胀系数的差引起的应力作用于陶瓷基板与电路层以及金属层的接合界面，有可能导致接合可靠性下降。因此，以往由纯度99.99质量％以上的铝(所谓的4N铝)等构成电路层以及金属层，并通过电路层以及金属层的变形来吸收热应力，从而实现接合可靠性的提高。然而，在由纯度99.99质量％以上(4N铝)等的变形阻力比较小的铝构成电路层以及金属层的情况下，存在在热循环负荷时在电路层以及金属层的表面产生波形或褶皱之类的问题。如此，若在电路层以及金属层的表面产生波形或褶皱，则在焊锡层产生龟裂，因此功率模块的可靠性就会下降。尤其，最近从环境负荷的观点考虑，大多将Sn-Ag系、Sn-Cu系无铅焊锡材料用作焊锡层。由于这些无铅焊锡材料的变形阻力比现有的Sn-Pb系焊锡材料大，因此存在由于电路层以及金属层的波形或褶皱而容易在焊锡层产生龟裂的倾向。并且，最近功率模块的使用环境也变得严峻且来自半导体元件等电子组件的发热量变大，因此热循环的温度差大，存在容易在电路层以及金属层的表面产生波形或褶皱的倾向。因此，例如在专利文献2中提出了通过由析出分散型的铝合金构成电路层来抑制电路层表面的波形或褶皱的功率模块用基板。并且，在专利文献3中提出了通过将添加元素添加到构成金属层的铝中来抑制金属层的塑性变形的功率模块用基板。专利文献1：国际公开第03/090277号专利文献2：日本专利公开2012-059836号公报专利文献3：日本专利公开2008-108993号公报然而，最近随着功率模块的小型化、薄壁化的推进，电路层以及金属层的薄壁化也得以实现。在此，若使构成电路层以及金属层的铝板变薄，则在接合陶瓷基板与铝板时，有时Al-Si系钎料中的Si在铝板中扩散而到达与陶瓷基板相反的一侧的表面，从而产生表面变质。并且，在Al-Si系钎料中的Si在铝板中扩散而产生表面变质的情况下，有可能在陶瓷基板与铝板的接合界面中液相形成不充分，无法接合陶瓷基板与铝板。
技术实现思路
该专利技术是鉴于前述情况而完成的，其目的在于提供一种在通过含有Si的钎料接合陶瓷部件与铝部件时能够抑制Si扩散至铝部件中与接合于陶瓷部件的接合面相反的一侧的面、并且能够可靠地接合陶瓷部件与铝部件的陶瓷-铝接合体的制造方法、功率模块用基板的制造方法以及陶瓷-铝接合体、功率模块用基板。为了解决这种问题而实现所述目的，本专利技术人等进行深入研究后得出了如下见解：钎料中的Si沿着铝部件的晶界扩散至铝部件的内部，该Si到达铝部件中与陶瓷部件相反的一侧的表面，导致铝部件表面的熔点局部下降，从而表面熔解而发生表面变质。本专利技术是基于上述见解而完成的，一种本专利技术的一方式即陶瓷-铝接合体的制造方法，所述陶瓷-铝接合体通过接合陶瓷部件和铝部件而成，其中，接合前的所述铝部件由纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝构成，该制造方法具备：热处理工序，在400℃以上且小于固相线温度的范围对所述铝部件进行热处理；以及接合工序，通过含有Si的钎料接合所述热处理工序后的所述铝部件与所述陶瓷部件。在该结构的陶瓷-铝接合体的制造方法中，由于将由纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝构成的铝部件在与陶瓷部件接合之前在400℃以上且小于固相线温度的范围进行热处理，因此能够使接合前的铝部件的晶粒大幅生长。因而，在接合陶瓷部件与铝部件时，能够抑制钎料中的Si沿着晶界扩散。由此，能够在铝部件与陶瓷部件之间充分形成液相，从而能够可靠地接合陶瓷部件与铝部件。并且，能够抑制Si扩散至铝部件的表面，从而能够抑制铝部件的表面变质。另外，即使在热处理工序中没有使铝部件的晶粒完全再结晶而使其粗大化，但只要在接合工序的加热时，在钎料熔融之前铝部件的晶粒粗大化，也能够抑制Si的扩散。本专利技术的一方式的功率模块用基板的制造方法，所述功率模块用基板具备陶瓷基板和接合于该陶瓷基板的铝板，其中，接合前的所述铝板由纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝构成，通过上述陶瓷-铝接合体的制造方法接合所述铝板与所述陶瓷基板。在功率模块用基板中，通过在陶瓷基板的一个面或者另一面接合纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝板来形成电路层或者金属层。在此，构成电路层或者金属层的纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝板通过上述陶瓷-铝接合体的制造方法接合于陶瓷基板。由此，抑制Si的扩散而能够在铝板与陶瓷基板之间充分形成液相，从而能够可靠地接合电路层或者金属层与陶瓷基板。并且，能够抑制Si扩散至铝板中与陶瓷基板相反的一侧的面，从而能够抑制电路层或者金属层的表面变质。本专利技术的一方式的陶瓷-铝接合体，其接合陶瓷部件和铝部件而成，其中，接合前的所述铝部件由纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝构成，在沿着接合后的所述铝部件的厚度方向的截面中观察到的晶界长度L在每平方毫米中为0.1mm以下。根据该结构的陶瓷-铝接合体，在沿着接合后的所述铝部件的厚度方向的截面中观察到的晶界长度L在每平方毫米中为0.1mm以下。因此，能够提供一种抑制Si的晶界扩散、抑制铝部件的表面变质并且可靠地接合陶瓷部件与铝部件而成的高品质的陶瓷-铝接合体。并且，本专利技术的一方式的功率模块用基板，其具备陶瓷基板和接合于该陶瓷基板的铝板，其中，接合前的所述铝板由纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝构成，在沿着接合后的所述铝板的厚度方向的截面中观察到的晶界长度L在每平方毫米中为0.1mm以下。根据该结构的功率模块用基板，在通过将纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝板接合于陶瓷基板的一个面或者另一面而形成的电路层或者金属层中，在沿着厚度方向的截面中观察到的晶界长度L在每平方毫米中为0.1mm以下。因此，能够提供一种抑制Si的晶界扩散、抑制电路层或者金属层的表面变质并且可靠地接合陶瓷基板与电路层或者金属层的高品质的功率模块用基板。在此，在作为本专利技术的一方式即功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷‑铝接合体的制造方法，所述陶瓷‑铝接合体通过接合陶瓷部件和铝部件而成，其中，接合前的所述铝部件由纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝构成，该制造方法具备：热处理工序，在400℃以上且小于固相线温度的范围对所述铝部件进行热处理；以及接合工序，通过含有Si的钎料接合所述热处理工序后的所述铝部件与所述陶瓷部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.30 JP 2014-1345721.一种陶瓷-铝接合体的制造方法，所述陶瓷-铝接合体通过接合陶瓷部件和铝部件而成，其中，接合前的所述铝部件由纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝构成，该制造方法具备：热处理工序，在400℃以上且小于固相线温度的范围对所述铝部件进行热处理；以及接合工序，通过含有Si的钎料接合所述热处理工序后的所述铝部件与所述陶瓷部件。2.一种功率模块用基板的制造方法，所述功率模块用基板具备陶瓷基板和接合于该陶瓷基板的铝板，其中，接合前的所述铝板由纯度99.0质量％以上且99.9质量％以下的铝构成，通过权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩崎航，石塚博弥，
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