接合体及绝缘电路基板制造技术

一种接合体(10)，其接合由Al系陶瓷构成的陶瓷部件(11)与由铜或铜合金构成的铜部件(12)而成，其中，在形成在陶瓷部件(11)与铜部件(12)之间的接合层(30)中，在陶瓷部件(11)侧形成有由含有活性金属的化合物构成的结晶质的活性金属化合物层(31)，从活性金属化合物层(31)的铜部件(12)侧的界面朝向铜部件(12)0.5μm至3μm的厚度范围内的Al浓度为0.15at％以下。

Connector and insulating circuit base plate

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接合体及绝缘电路基板
本专利技术涉及一种接合陶瓷部件与铜部件而成的接合体、具备该接合体的绝缘电路基板。本申请主张基于2017年10月27日于日本申请的专利申请2017-208374号及于2018年10月23日于日本申请的专利申请2018-199139号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
在LED或功率模块等半导体装置中，设为在由导电材料构成的电路层上接合有半导体元件的结构。在为了控制风力发电、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中，由于发热量较多而作为搭载该半导体元件的基板，从以往广泛使用了具备例如由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表面接合导电性优异的金属板而形成的电路层的绝缘电路基板。另外，作为功率模块用基板，还提供在陶瓷基板的另一个表面接合金属板而形成了金属层的基板。以往，作为对陶瓷基板接合铜板的方法，例如已知在陶瓷基板上重叠铜板的状态下，对它们施加负载的同时在N2气氛中加热至1000℃以上的所谓的DBC法(DirectBondingCopper、直接铜接合法)(例如，参考专利文献1)。在此，在通过专利文献1所示的DBC法接合了陶瓷基板与铜板的情况下，由于加热至1000℃以上而进行接合，因此有可能因对陶瓷基板施加热负载而陶瓷基板与铜板的接合可靠性降低。因此，在专利文献2中提出了一种接合体(绝缘电路基板)，其中，在形成在陶瓷部件与铜部件之间的接合部的陶瓷部件侧形成由Ti等活性金属的氧化物或氮化物等化合物构成的活性金属化合物区域，从该活性金属化合物区域的成为铜部件侧的一面朝向铜部件侧0.5μm～3μm的厚度范围内的接合部的Al浓度被设定在0.5at％以上且15at％以下的范围内。在该接合体(绝缘电路基板)中，形成为如下结构：即通过将接合部的Al浓度设定在规定范围内，能够将陶瓷部件与接合部的接合力维持较高，并降低接合部中的剥离率而牢固接合陶瓷部件与铜部件。专利文献1：日本特开平04-162756号公报专利文献2：日本专利5871081号公报但是，在上述的绝缘电路基板的电路层中，有时超声波接合端子材料。在此，如专利文献2所记载，在Al浓度被设定在0.5at％以上且15at％以下的范围内的接合部中，由于相对较脆弱而有可能在负载了超声波时会产生龟裂。并且，在形成在陶瓷部件侧的活性金属化合物区域为非晶质的情况下，负载有超声波时，有可能以非晶质活性金属化合物层作为起点产生龟裂而导致电路层剥离。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述情况而成，其目的在于提供一种即使在进行了超声波接合的情况下，也能够抑制陶瓷部件与铜部件剥离的接合体及绝缘电路基板。为了解决上述课题，本专利技术的接合体接合由Al系陶瓷构成的陶瓷部件与由铜或铜合金构成的铜部件而成，所述接合体的特征在于，在形成在所述陶瓷部件与所述铜部件之间的接合层中，在所述陶瓷部件侧形成有由含有活性金属的化合物构成的结晶质的活性金属化合物层，从所述活性金属化合物层的所述铜部件侧的界面朝向所述铜部件0.5μm至3μm的厚度范围内的Al浓度为0.15at％以下。在该结构的接合体中，在形成在所述陶瓷部件与所述铜部件之间的接合层的所述陶瓷部件侧形成有由含有活性金属的化合物构成的结晶质的活性金属化合物层，因此即使在负载有超声波的情况下，也能够抑制以活性金属化合物层作为起点而产生有龟裂的情况，并能够抑制陶瓷部件与铜部件剥离。并且，从所述活性金属化合物层的所述铜部件的界面朝向所述铜部件0.5μm至3μm的厚度范围内的所述接合层的Al浓度被抑制为0.15at％以下，因此即使在负载有超声波的情况下，也能够抑制在接合层中产生龟裂。在此，在本专利技术的接合体中，优选所述活性金属化合物层的厚度被设定在1.5nm以上且150nm以下的范围内。根据该结构的接合体，所述活性金属化合物层的厚度被设定在1.5nm以上且150nm以下的范围内，因此在接合界面存在有适当厚度的活性金属化合物层而能够抑制在负载有冷热循环时产生裂纹，且冷热循环可靠性优异。并且，在本专利技术的接合体中，优选所述陶瓷部件由AlN、Al2O3中的任一种构成。根据该结构的接合体，通过作为陶瓷部件而选择AlN、Al2O3中的任一种而能够制造绝缘性及耐热性优异的接合体。而且，在本专利技术的接合体中，优选所述活性金属化合物层含有活性金属的氮化物或活性金属的氧化物中的任一种。根据该结构的接合体，所述活性金属化合物层含有活性金属的氮化物或活性金属的氧化物中的任一种，因此陶瓷部件与铜部件的接合性提高而能够进一步抑制在负载有超声波时的陶瓷部件与铜部件剥离。本专利技术的绝缘电路基板具备所述接合体，所述绝缘电路基板的特征在于，具备：由所述陶瓷部件构成的陶瓷基板；和形成在该陶瓷基板的一个表面的由所述铜部件构成的电路层。根据该结构的绝缘电路基板，作为所述接合体具备由所述陶瓷部件构成的陶瓷基板和形成在该陶瓷基板的一个表面的由所述铜部件构成的电路层，因此即使在对电路层适用超声波接合的情况下，也能够抑制在陶瓷基板与电路层的接合部产生龟裂，并能够抑制电路层与陶瓷基板剥离。在此，在本专利技术的绝缘电路基板中，优选在所述陶瓷基板的与所述电路层相反的一侧的表面形成有金属层。在该情况下，通过形成在所述陶瓷基板的与所述电路层相反的一侧的表面的金属层而能够以良好的效率对电路层侧的热进行散热。并且，能够抑制陶瓷基板产生翘曲。并且，在本专利技术的绝缘电路基板中，所述金属层可以是由铜或铜合金构成的结构。在该情况下，在陶瓷基板的与电路层相反的一侧的表面形成有由铜或铜合金构成的金属层，因此能够实现散热性优异的绝缘电路基板。并且，在本专利技术的绝缘电路基板中，所述金属层可以是由铝或铝合金构成的结构。在该情况下，通过在陶瓷基板的与电路层相反的一侧的表面接合由变形阻力小的铝或铝合金构成的金属层，由此对陶瓷基板施加热应力时，能够通过由铝或铝合金构成的金属层而吸收该热应力，并能够抑制陶瓷基板因热应力引起的破损。根据本专利技术，能够提供一种即使为进行了超声波接合的情况下，也能够抑制陶瓷部件与铜部件剥离的接合体及绝缘电路基板。附图说明图1为使用了本专利技术的第一实施方式的绝缘电路基板(接合体)的功率模块的概略说明图。图2为本专利技术的第一实施方式的绝缘电路基板(接合体)的电路层及金属层(铜部件)与陶瓷基板(陶瓷部件)的接合界面的示意图。图3为表示本专利技术的第一实施方式的绝缘电路基板(接合体)的制造方法及功率模块的制造方法的流程图。图4为表示本专利技术的第一实施方式的绝缘电路基板(接合体)的制造方法的说明图。图5为使用了本专利技术的第二实施方式的绝缘电路基板(接合体)的功率模块的概略说明图。图6为本专利技术的第二实施方式的绝缘电路基板(接合体)的电路层(铜部件)与陶瓷基板(陶瓷部件)的接合界面的示意图。图7为表示本专利技术的第二实施方式的绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接合体，其接合由Al系陶瓷构成的陶瓷部件与由铜或铜合金构成的铜部件而成，所述接合体的特征在于，/n在形成在所述陶瓷部件与所述铜部件之间的接合层中，在所述陶瓷部件侧形成有由含有活性金属的化合物构成的结晶质的活性金属化合物层，/n从所述活性金属化合物层的所述铜部件侧的界面朝向所述铜部件0.5μm至3μm的厚度范围内的Al浓度为0.15at％以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171027 JP 2017-208374;20181023 JP 2018-1991391.一种接合体，其接合由Al系陶瓷构成的陶瓷部件与由铜或铜合金构成的铜部件而成，所述接合体的特征在于，
在形成在所述陶瓷部件与所述铜部件之间的接合层中，在所述陶瓷部件侧形成有由含有活性金属的化合物构成的结晶质的活性金属化合物层，
从所述活性金属化合物层的所述铜部件侧的界面朝向所述铜部件0.5μm至3μm的厚度范围内的Al浓度为0.15at％以下。


2.根据权利要求1所述的接合体，其特征在于，
所述活性金属化合物层的厚度被设定在1.5nm以上且150nm以下的范围内。


3.根据权利要求1或2所述的接合体，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：日本;JP