电路基板及半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术提高电路基板的TCT特性。电路基板具备具有第1、2面的陶瓷基板和介由第1、2接合层与第1、2面接合的第1、2金属板。陶瓷基板的3点弯曲强度为500MPa以上。第1接合层的第1伸出部的L1/H1、及第2接合层的第2伸出部的L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下。第1伸出部的10处的第1维氏硬度的平均值及第2伸出部的10处的第2维氏硬度的平均值中的至少一者为250以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电路基板及半导体装置
实施方式涉及电路基板及半导体装置。
技术介绍
近年来，伴随着产业设备的高性能化，其中搭载的功率模块的高输出化取得进展。伴随于此，半导体元件的高输出化取得进展。半导体元件的工作保证温度为125℃～150℃，但今后有上升至175℃以上的可能性。伴随着半导体元件的工作保证温度的上升，对陶瓷金属电路基板要求高的TCT特性。所谓TCT是热循环试验。TCT是将按照低温→室温→高温→室温的顺序使温度发生变化的工序作为1个循环来实施，并测定陶瓷金属电路基板的耐久性的方法。以往的陶瓷金属电路基板具备陶瓷基板和金属板。金属板介由使用钎料而形成的接合层与陶瓷基板接合。接合层具有按照从陶瓷基板与金属板之间伸出的方式在陶瓷基板上延伸的伸出部。上述陶瓷金属电路基板具有相对于5000个循环的TCT的高的耐久性。通过减少伸出部的空隙，能够改善TCT特性。然而，当工作保证温度为175℃以上时，仅仅消除伸出部的空隙对于TCT特性的提高有限。表示功率模块的性能的功率密度通过下面的式子求出。功率密度＝(额定电流×额定电压×模块上搭载的半导体元件的数目)/模块的体积功率密度可以通过例如增加模块上搭载的半导体元件的数目、减小模块的体积而变大。为了改善这2个参数，要求在陶瓷金属电路板上搭载多个半导体元件。为了实现能够搭载多个半导体元件、且体积小的陶瓷金属电路板，优选使多个金属板的配置间隔变窄。即使是使金属板的配置间隔变窄的情况下，陶瓷金属电路板也要求175℃以上的高温下的TCT特性的改善。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2011/034075号
技术实现思路
实施方式所述的电路基板具备具有第1面和第2面的陶瓷基板、介由第1接合层与第1面接合的第1金属板和介由第2接合层与第2面接合的第2金属板。第1接合层具有按照从第1面与第1金属板的接合部伸出的方式在第1面上延伸的第1伸出部。第2接合层具有按照从第2面与第2金属板的接合部伸出的方式在第3面上延伸的第2伸出部。陶瓷基板的3点弯曲强度为500MPa以上。第1伸出部的伸出长度L1(μm)相对于第1伸出部的厚度H1(μm)的比L1/H1、及第2伸出部的伸出长度L2(μm)相对于第2伸出部的厚度H2(μm)的比L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下。第1伸出部的10处的维氏硬度的平均值及第2伸出部的10处的维氏硬度的平均值中的至少一者为250以下。附图说明图1是表示电路基板的结构例的截面示意图。图2是表示电路基板的其他结构例的截面示意图。图3是表示图2中所示的电路基板的一部分的放大图。图4是表示载荷条件的图。具体实施方式图1是表示电路基板的结构例的截面示意图。图1中所示的电路基板1具备陶瓷基板2、金属板(表金属板)3、金属板4(背金属板)、接合层5和接合层7。接合层5具有伸出部6。接合层7具有伸出部8。陶瓷基板2的3点弯曲强度为500MPa以上。通过使用具有500MPa以上的3点弯曲强度的陶瓷基板，能够使陶瓷基板2的厚度变薄至0.4mm以下。若具有低于500MPa的3点弯曲强度的陶瓷基板变薄至0.4mm以下，则TCT特性下降。特别是TCT中的高温侧的温度为175℃以上时的耐久性下降。作为3点弯曲强度为500MPa以上的陶瓷基板，优选使用氮化硅基板。氮化铝基板、氧化铝基板的3点弯曲强度通常为300～450MPa左右。与此相对，氮化硅基板具有500MPa以上、进而600MPa以上高的3点弯曲强度。3点弯曲强度例如依据JIS-R-1601而进行测定。氮化硅基板具有50W/m·K以上、进而80W/m·K以上的热导率。热导率例如依据JIS-R-1611而进行测定。近年的氮化硅基板具有高强度和高热传导这两者。若为具有500MPa以上的3点弯曲强度和80W/m·K以上的热导率的氮化硅基板，则能够使陶瓷基板2的厚度变薄至0.30mm以下。另外，不限定于氮化硅基板，作为陶瓷基板2，可以使用具有高强度的氮化铝基板、氧化铝基板、含氧化锆的氧化铝基板等。金属板3为用于搭载半导体元件的金属电路板。金属板3介由接合层5与陶瓷基板2的第1面接合。金属板4为散热板。金属板4介由接合层7与陶瓷基板2的第2面接合。作为金属板3、4，可以使用包含铜、铝或以它们作为主要成分的合金的金属板。上述材料的金属板由于电阻低，所以容易作为例如电路基板使用。此外，关于热导率，铜高达398W/m·K，铝高达237W/m·K。因此，散热性也能够提高。具有上述特性的金属板3、4的厚度优选为0.6mm以上、进而0.8mm以上。通过使金属板变厚，能够兼顾通电容量的确保和散热性的提高。此外，不仅在金属板的厚度方向上，而且在面方向上也能够使热扩散，能够提高散热性。金属板3、4的厚度优选为5mm以下。若超过5mm，则有可能金属板的重量过于增加，伸出部6、8的尺寸的调整变难。接合层5将陶瓷基板2的第1面与金属板3接合。接合层6将陶瓷基板2的第2面与金属板4接合。伸出部6按照从陶瓷基板2的第1面与金属板3之间伸出的方式在该第1面上延伸。伸出部8按照从陶瓷基板2的第2面与金属板4之间伸出的方式在该第2面上延伸。接合层5、7通过在陶瓷基板2上涂布钎料膏而形成。此时，若金属板3、4厚，则因金属板3、4的重量而钎料膏过于扩展。若钎料膏过于扩展，则在接合后通过蚀刻处理等除去的钎料量增加而成为成本上升的主要原因。因此，金属板3、4的厚度优选为5mm以下、进而为3mm以下。当金属板3、4为铜板或铝板时，接合层5、7优选包含选自Ag(银)、Cu(铜)、及Al(铝)中的至少一种元素作为主要成分。此外，接合层5、7优选进一步含有选自Ti(钛)、Hf(铪)、Zr(锆)、Si(硅)、及Mg(镁)中的至少一种元素。例如，接合层5、7也可以包含Ag、Cu和选自Ti、Zr、及Hf中的至少一种元素。此外，接合层5、7也可以包含Al和选自Si及Mg中的至少一种元素。以Ag或Cu作为主要成分的接合层适合于将铜板接合的情况。铜板与铝板相比，由于热导率高，所以对于散热性提高是有效的。此外，接合层5、7优选包含选自In(铟)、Sn(锡)、及C(碳)中的至少一种元素。伸出部6的伸出长度L1(μm)相对于厚度H1(μm)的比L1/H1及伸出部8的伸出长度L2(μm)相对于厚度H2(μm)的比L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下。在L1/H1及L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下时，表示伸出长度(宽度)为厚度的0.5倍以上且3.0倍以下。在TCT中，对伸出部6、8施加热应力。TCT的低温侧与高温侧的温度差越扩大则热应力变得越大。若L1/H1、L2/H2低于0.5，则由于伸出部6、8的伸出长度较短，所以对伸出部6、8施加的热应力在厚度方向上变大。这成为因热应力而在陶瓷基板2及接合层5、7的内部产生裂缝的主要原因。若L1/H1、L2/H2超过3.0，则对伸出部6、8施加的热应力在伸出长度方向上变大。这成为因热应力而在陶瓷基板2及接合层5、7的内部产生裂缝的主要原因。热应力通过因温度差产生的收缩和膨胀而产生。为了缓和该热应力，优选将L1/H1、L2/H2控制在0.5～3.0的范围内。由于通过控制L1/H1、L2/H2，能够提高施加热应力(收缩及膨胀)的方向的均质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路基板，其具备：具有第1面和第2面的陶瓷基板、介由第1接合层与所述第1面接合的第1金属板、和介由第2接合层与所述第2面接合的第2金属板，所述第1接合层具有按照从所述第1面与所述第1金属板之间伸出的方式在所述第1面上延伸的第1伸出部，所述第2接合层具有按照从所述第2面与所述第2金属板之间伸出的方式在所述第2面上延伸的第2伸出部，所述陶瓷基板的3点弯曲强度为500MPa以上，所述第1伸出部的伸出长度L1相对于所述第1伸出部的厚度H1的比L1/H1、及所述第2伸出部的伸出长度L2相对于所述第2伸出部的厚度H2的比L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下，所述L1、L2、H1、H2的单位为μm，所述第1伸出部的10处的第1维氏硬度的平均值、及所述第2伸出部的10处的第2维氏硬度的平均值中的至少一者为250以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.28 JP 2015-1899901.一种电路基板，其具备：具有第1面和第2面的陶瓷基板、介由第1接合层与所述第1面接合的第1金属板、和介由第2接合层与所述第2面接合的第2金属板，所述第1接合层具有按照从所述第1面与所述第1金属板之间伸出的方式在所述第1面上延伸的第1伸出部，所述第2接合层具有按照从所述第2面与所述第2金属板之间伸出的方式在所述第2面上延伸的第2伸出部，所述陶瓷基板的3点弯曲强度为500MPa以上，所述第1伸出部的伸出长度L1相对于所述第1伸出部的厚度H1的比L1/H1、及所述第2伸出部的伸出长度L2相对于所述第2伸出部的厚度H2的比L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下，所述L1、L2、H1、H2的单位为μm，所述第1伸出部的10处的第1维氏硬度的平均值、及所述第2伸出部的10处的第2维氏硬度的平均值中的至少一者为250以下。2.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述第1维氏硬度的平均值及所述第2维氏硬度的平均值中的至少一者为90以上且230以下。3.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述第1维氏硬度的平均值及所述第2维氏硬度的平均值中的至少一者为100以上且170以下。4.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述比L1/H1及所述比L2/H2中的至少一者为1.0以上且2.0以下。5.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述陶瓷基板为氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：那波隆之，加藤宽正，梅原政司，
申请(专利权)人：株式会社东芝，东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP