接合体、电路基板、半导体装置及接合体的制造方法制造方法及图纸

实施方式涉及的接合体的特征在于：其具备陶瓷基板、铜板、和配置在所述陶瓷基板的至少一面上的用于接合所述陶瓷基板和所述铜板的接合层，所述接合层含有Cu、Ti和选自Sn及In中的1种或两种的第1元素，所述接合层包含Ti的质量M

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接合体、电路基板、半导体装置及接合体的制造方法


[0001]后述的实施方式涉及接合体、电路基板、半导体装置及接合体的制造方法。

技术介绍

[0002]陶瓷基板和铜板的接合体被用作搭载半导体元件等的电路基板。在国际公开第2018/021472号公报(专利文献1)中，公开了接合了陶瓷基板和铜板的陶瓷铜电路基板。在专利文献1中，在接合层中采用含有Ag、Cu、Ti等的钎料。在专利文献1中，在接合时在1
×
10
‑3Pa以下的压力下进行加热接合。
[0003]这样的1
×
10
‑3Pa以下的压力被称为真空。使用Ti的接合方法被称为活性金属接合法。Ti因是活性金属而容易氮化或氧化。在活性金属接合法中，为了在接合前防止Ti氮化、氧化而在真空中进行接合。在真空中接合，必须将接合装置的内部形成真空。在形成真空后逐渐升温，因此在加热接合工序中只能采用分批处理。加热接合工序每个批次包括抽真空、升温、接合、冷却这4道工序。每个批次花费24小时以上的时间。因此，不能说量产性好。
[0004]另一方面，在国际公开第2018/199060号公报(专利文献2)中，公开了通过连续炉进行加热接合工序。在专利文献2的实施例中，按炉长3m、传送速度10cm/分钟进行接合。包括中途的保持时间，能以2小时左右进行加热接合。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：国际公开第2018/021472号公报
[0008]专利文献2：国际公开第2018/199060号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的问题
[0010]在专利文献1及专利文献2中，作为接合钎料含有40wt％以上的Ag。在接合钎料中还使用Sn及In。Ag是容易向铜板扩散的元素。随着Ag的扩散，Sn及In也向铜板中扩散。如果Sn或In向铜板中扩散，则铜板的熔点降低。如果铜板的熔点降低，则成为接合时的变形及温度循环试验(Temperature Cycling Test，TCT)特性下降的原因。得知为了防止Sn或In向铜板中扩散，控制接合层中的Ti的分布、Sn或In的分布是有效的。
[0011]本专利技术是为了应对这样的问题而完成的，提供一种控制了接合层中的Ti和Sn或In的分布的接合体。
[0012]用于解决问题的手段
[0013]实施方式涉及的接合体的特征在于：其具备陶瓷基板、铜板和配置在所述陶瓷基板的至少一面上的用于接合所述陶瓷基板和所述铜板的接合层，所述接合层含有Cu、Ti和选自Sn及In中的1种或两种的第1元素，所述接合层包含Ti的质量M
Ti
相对于所述第1元素的质量M
E1
之比(M
Ti
/M
E1
)为0.5以上的富Ti区和所述比(M
Ti
/M
E1
)为0.1以下的贫Ti区。
附图说明
[0014]图1是表示实施方式涉及的接合体的一个例子的图。
[0015]图2是表示实施方式涉及的接合体的接合层的一个例子的图。
[0016]图3是表示实施方式涉及的电路基板的一个例子的图。
[0017]图4是表示实施方式涉及的半导体装置的一个例子的图。
[0018]图5是实施例1的接合钎料的升温工序的DSC曲线(500～600℃)。
[0019]图6是实施例1的接合钎料的升温工序的DSC曲线(700～900℃)。
具体实施方式
[0020]实施方式涉及的接合体的特征在于：其具备陶瓷基板、铜板和配置在所述陶瓷基板的至少一面上的用于接合所述陶瓷基板和所述铜板的接合层，所述接合层含有Cu、Ti和选自Sn及In中的1种或两种的第1元素，所述接合层包含Ti的质量M
Ti
相对于所述第1元素的质量M
E1
之比(M
Ti
/M
E1
)为0.5以上的富Ti区和所述比(M
Ti
/M
E1
)为0.1以下的贫Ti区。
[0021]图1是表示接合体的一个例子的示意图。图1中，1为接合体，2为陶瓷基板，3为铜板，4为接合层。图1示出在陶瓷基板2的两面上经由接合层4分别配置了铜板3的接合体1。在图1的例子中，陶瓷基板2和铜板3各自的纵横尺寸相互相同。实施方式涉及的接合体并不限定于这样的形态，也可以具有只在陶瓷基板2的一面上设置有铜板3的结构。此外，陶瓷基板2和铜板3各自的纵横尺寸也可以相互不同。
[0022]作为陶瓷基板2，可列举氮化硅基板、氮化铝基板、氧化铝基板、阿卢西尔高硅耐热铝合金基板等。陶瓷基板2的厚度优选为0.1mm以上且1mm以下。若基板厚度低于0.1mm，则有陶瓷基板2的强度下降的可能性。此外，如果基板厚度大于1mm，则陶瓷基板成为热阻体，有使接合体的散热性降低的可能性。
[0023]氮化硅基板的三点弯曲强度优选为600MPa以上。此外，热导率优选为80W/m
·
K以上。通过提高氮化硅基板的强度，能够减薄基板厚度。因此，氮化硅基板的三点弯曲强度优选为600MPa以上，更优选为700MPa以上。可将氮化硅基板的基板厚度减薄至0.40mm以下，进一步减薄至0.30mm以下。
[0024]氮化铝基板的三点弯曲强度为300～450MPa的范围。其另一方面，氮化铝基板的热导率为160W/m
·
K以上。由于氮化铝基板的强度低，所以基板厚度优选为0.60mm以上。
[0025]氧化铝基板的三点弯曲强度为300～450MPa的范围，但氧化铝基板廉价。此外，阿卢西尔高硅耐热铝合金基板的三点弯曲强度高至550MPa左右，但热导率为30～50W/m
·
K的范围。
[0026]陶瓷基板2优选为氮化硅基板、氮化铝基板中的任一者。氮化硅基板和氮化铝基板为氮化物陶瓷基板。氮化物陶瓷通过与含Ti的活性金属钎料反应而形成氮化钛。此外，氧化物陶瓷通过与含Ti的活性金属钎料反应而形成氧化钛。
[0027]作为铜板3，可使用无氧铜板或铜合金板。铜板3优选为无氧铜。关于无氧铜，如JIS
‑
H
‑
3100(ISO1337等)所示，铜纯度为99.96wt％以上。
[0028]接合层含有Cu、Ti和选自Sn及In中的1种或两种的第1元素。
[0029]Cu(铜)是成为接合层母材的元素。Cu即使向铜板中扩散，也不会使铜板劣化。Ti(钛)对于通过与陶瓷基板反应形成牢固的接合是有效的元素。Sn(锡)或In(铟)对于降低形
成接合层的接合钎料的熔点是有效的元素。如后述，为了得到作为目标的接合层，提高升温速度是有效的。为此，需要含有Sn或In。
[0030]接合层的特征在于具有富Ti区和贫Ti区。在富Ti区中，Ti的质量M
Ti
相对于第1元素的质量M
E1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种接合体，其特征在于，其具备：陶瓷基板，铜板，和配置在所述陶瓷基板的至少一面上的用于接合所述陶瓷基板和所述铜板的接合层；所述接合层含有Cu、Ti和选自Sn及In中的1种或两种的第1元素；所述接合层包含Ti的质量M
Ti
相对于所述第1元素的质量M
E1
之比M
Ti
/M
E1
为0.5以上的富Ti区和所述比M
Ti
/M
E1
为0.1以下的贫Ti区。2.根据权利要求1所述的接合体，其特征在于，所述富Ti区中的所述比M
Ti
/M
E1
为0.5以上且1.2以下。3.根据权利要求1或2所述的接合体，其特征在于，在所述富Ti区中，Cu的质量M
Cu
相对于质量M
E1
之比M
Cu
/M
E1
为0.05以上且0.4以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的接合体，其特征在于，在所述贫Ti区中，Cu的质量M
Cu
相对于质量M
E1
之比M
Cu
/M
E1
为3以上且10以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的接合体，其特征在于，所述第1元素为Sn，在将所述接合层上下2等分时，所述陶瓷基板侧的区域中的所述比M
...

【专利技术属性】
技术研发人员：末永诚一，米津麻纪，藤泽幸子，
申请(专利权)人：东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：