铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法技术

本发明专利技术的铜‑陶瓷接合体通过接合由铜或铜合金构成的铜部件(22)和由氮化硅构成的陶瓷部件(11)而成，所述铜‑陶瓷接合体的特征在于，在铜部件(22)与陶瓷部件(11)之间的陶瓷部件(11)侧形成有镁氧化物层(31)，在该镁氧化物层(31)与铜部件(22)之间，形成有Mg固溶于Cu的母相中的Mg固溶层(32)，在Mg固溶层(32)的镁氧化物层(31)侧，存在镁氮化物相(35)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法
本专利技术涉及一种通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由氮化硅构成的陶瓷部件而成的铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法。本申请主张基于2018年8月28日于日本申请的专利申请2018-159662号的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
功率模块、LED模块及热电模块设为如下结构：在将由导电材料构成的电路层形成于绝缘层的一面上的绝缘电路基板上，接合有功率半导体元件、LED元件及热电元件。例如，为了控制风力发电、电动汽车、混合动力汽车等而所使用的大功率控制用的功率半导体元件由于工作时的发热量多，因此作为搭载该功率半导体元件的基板，例如一直以来广泛使用如下绝缘电路基板：该绝缘电路基板具备由氮化硅构成的陶瓷基板及在该陶瓷基板的一面接合导电性优异的金属板而形成的电路层。作为绝缘电路基板，也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基板。例如，在专利文献1中提出有如下绝缘电路基板：将构成电路层及金属层的第一金属板及第二金属板设为铜板，并将该铜板通过DBC法直接接合于陶瓷基板。对于该DBC法来说，通过利用铜和铜氧化物的共晶反应，在铜板和陶瓷基板的界面产生液相，从而接合铜板和陶瓷基板。并且，在专利文献2中提出有如下绝缘电路基板：在陶瓷基板的一面及另一面，通过接合铜板而形成电路层及金属层。在该绝缘电路基板中，在陶瓷基板的一面及另一面，隔着Ag-Cu-Ti系钎料配置铜板，并通过进行加热处理而接合铜板(所谓的活性金属钎焊法)。该活性金属钎焊法中，由于使用含有作为活性金属的Ti的钎料，因此提高熔融的钎料与陶瓷基板的润湿性，并良好地接合陶瓷基板与铜板。另外，在专利文献3中提出有如下的浆料：作为在高温氮气气氛下接合铜板和陶瓷基板时使用的接合用钎料，含有由Cu-Mg-Ti合金构成的粉末。在该专利文献3中，设为通过在氮气气氛下以560～800℃进行加热而接合的结构，Cu-Mg-Ti合金中的Mg升华而不残留在接合界面，且实质上不形成氮化钛(TiN)。专利文献1：日本特开平04-162756号公报专利文献2：日本专利第3211856号公报专利文献3：日本专利第4375730号公报然而，如专利文献1所公开的那样，通过DBC法接合陶瓷基板与铜板的情况下，由于需要将接合温度设为1065℃以上(铜与铜氧化物的共晶点温度以上)，因此接合时陶瓷基板有可能会劣化。并且，在氮气气氛等下进行接合的情况下，存在气氛气体残留在接合界面而容易发生局部放电的问题。如专利文献2所公开的那样，通过活性金属钎焊法接合陶瓷基板及铜板的情况下，由于钎料含有Ag，在接合界面存在Ag，因此容易产生迁移，从而无法在高耐压用途中使用。并且，由于接合温度比较高且为900℃，因此陶瓷基板有可能发生劣化。而且，在陶瓷基板的接合面附近，产生钛氮化物相或含有Ti的金属间化合物相，从而在高温工作时陶瓷基板有可能产生破裂。如专利文献3所公开的那样，钎料含有由Cu-Mg-Ti合金构成的粉末，使用由该浆料构成的接合用钎料在氮气气氛下进行接合的情况下，存在气体残留在接合界面而容易发生局部放电的问题。并且，浆料中所含的有机物残留在接合界面，接合有可能变得不充分。而且，在陶瓷基板的接合面附近，产生含有Ti的金属间化合物相，从而在高温工作时陶瓷基板有可能产生破裂。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于，提供一种可靠地接合铜部件与陶瓷部件的同时，耐迁移性优异，且能够抑制在高温工作时的陶瓷破裂的产生的铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、上述的铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法。为了解决这种课题，并实现上述目的，本专利技术的铜-陶瓷接合体为通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由氮化硅构成的陶瓷部件而成的铜-陶瓷接合体，其特征在于，在所述铜部件与所述陶瓷部件之间的所述陶瓷部件侧形成有镁氧化物层，在该镁氧化物层与所述铜部件之间，形成有Mg固溶于Cu的母相中的Mg固溶层，在所述Mg固溶层的所述镁氧化物层侧，存在镁氮化物相。该结构的铜-陶瓷接合体中，在所述铜部件与所述陶瓷部件之间的所述陶瓷部件侧形成有镁氧化物层，在该镁氧化物层与所述铜部件之间，形成有Mg固溶层，在所述Mg固溶层的所述镁氧化物层侧，存在镁氮化物相。该镁氮化物相是通过配设于陶瓷部件与铜部件之间的Mg和陶瓷部件中的氮进行反应而形成的，且陶瓷部件充分反应。因此，在铜部件与陶瓷部件的接合界面充分进行界面反应，从而能够得到可靠地接合铜部件与陶瓷部件而成的铜-陶瓷接合体。由于在铜部件与陶瓷部件的接合界面，不存在Ti、Zr、Nb、Hf，因此不会产生Ti、Zr、Nb、Hf的氮化物相或包含Ti、Zr、Nb、Hf的金属间化合物相，即使在高温工作时也能够抑制陶瓷部件的破裂。由于在铜部件与陶瓷部件的接合界面不存在Ag，因此耐迁移性也优异。在本专利技术的铜-陶瓷接合体中，从所述陶瓷部件的接合面朝向所述铜部件侧50μm为止的区域中的金属间化合物相的面积率优选为15％以下。该情况下，由于从所述陶瓷部件的接合面朝向所述铜部件侧50μm为止的区域中的金属间化合物相的面积率为15％以下，因此在陶瓷部件的接合面附近，不存在很多硬且脆的金属间化合物相，能够可靠地抑制高温工作时的陶瓷部件的破裂。在本专利技术中，上述的金属间化合物相不包括氮化物相及氧化物相。本专利技术的绝缘电路基板为通过在由氮化硅构成的陶瓷基板的表面接合由铜或铜合金构成的铜板而成的绝缘电路基板，其特征在于，在所述铜板与所述陶瓷基板之间的所述陶瓷基板侧形成有镁氧化物层，在该镁氧化物层与所述铜板之间，形成有Mg固溶于Cu的母相中的Mg固溶层，在所述Mg固溶层的所述镁氧化物层侧，存在镁氮化物相。在该结构的绝缘电路基板中，铜板与陶瓷基板可靠地接合，并且耐迁移性优异，即使在高耐压条件下也能够可靠性高地进行使用。能够抑制在高温工作时的陶瓷基板的破裂的产生，在高温条件下也能够可靠性高地进行使用。在本专利技术的绝缘电路基板中，从所述陶瓷基板的接合面朝向所述铜板侧50μm为止的区域中的金属间化合物相的面积率优选为15％以下。该情况下，由于从所述陶瓷基板的接合面朝向所述铜板侧50μm为止的区域中的金属间化合物相的面积率为15％以下，因此在陶瓷基板的接合面附近，不存在很多硬且脆的金属间化合物相，能够可靠地抑制高温工作时的陶瓷基板的破裂。在本专利技术中，上述的金属间化合物相不包括氮化物相、氧化物相。本专利技术的铜-陶瓷接合体的制造方法的特征在于，制造上述的铜-陶瓷接合体，所述铜-陶瓷接合体的制造方法具备：Mg配置工序，在所述铜部件与所述陶瓷部件之间配置Mg；层叠工序，经由Mg层叠所述铜部件与所述陶瓷部件；及接合工序，将经由Mg层叠的所述铜部件与所述陶瓷部件在层叠方向进行加压的状态下，在真空气氛下进行加热处理而接合，在所述Mg配置工序中，将Mg量设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜-陶瓷接合体，通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由氮化硅构成的陶瓷部件而成，所述铜-陶瓷接合体的特征在于，/n在所述铜部件与所述陶瓷部件之间的所述陶瓷部件侧形成有镁氧化物层，在该镁氧化物层与所述铜部件之间，形成有Mg固溶于Cu的母相中的Mg固溶层，/n在所述Mg固溶层的所述镁氧化物层侧，存在镁氮化物相。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180828 JP 2018-1596621.一种铜-陶瓷接合体，通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由氮化硅构成的陶瓷部件而成，所述铜-陶瓷接合体的特征在于，
在所述铜部件与所述陶瓷部件之间的所述陶瓷部件侧形成有镁氧化物层，在该镁氧化物层与所述铜部件之间，形成有Mg固溶于Cu的母相中的Mg固溶层，
在所述Mg固溶层的所述镁氧化物层侧，存在镁氮化物相。


2.根据权利要求1所述的铜-陶瓷接合体，其特征在于，
从所述陶瓷部件的接合面朝向所述铜部件侧50μm为止的区域中的金属间化合物相的面积率为15％以下。


3.一种绝缘电路基板，通过在由氮化硅构成的陶瓷基板的表面接合由铜或铜合金构成的铜板而成，所述绝缘电路基板的特征在于，
在所述铜板与所述陶瓷基板之间的所述陶瓷基板侧形成有镁氧化物层，在该镁氧化物层与所述铜板之间，形成有Mg固溶于Cu的母相中的Mg固溶层，
在所述Mg固溶层的所述镁氧化物层侧，存在镁氮化物相。


4.根据权利要求3所述的绝缘电路基板，其特征在于，
从所述陶瓷基板的接合面朝向所述铜板侧50μm为止的区域中的金属间化合物相的面积率为15％以下。


5.一种铜-陶瓷接合体的制造方法，其特征在于，制造权利要求1或2所述的铜-陶瓷接合体，所述铜-陶瓷接合体的制造...

【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