[发明专利]接合体及功率模块用基板

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷部件与Cu部件接合而成的接合体及在陶瓷基板的其中一个面形成有电路层的功率模块用基板。

本申请主张基于2013年8月26日申请的日本专利申请第2013-175001号及2014年7月15日申请的日本专利申请第2014-145115的优先权，并将所有内容援用于本说明书中。

背景技术

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有半导体元件的结构。

用于控制风力发电、电动汽车等电动车辆等而使用的大功率控制用功率半导体元件的发热量较多。因此，作为搭载这种功率半导体元件的基板，至今以来广泛使用例如在由AlN(氮化铝)等构成的陶瓷基板的其中一个面接合导电性优异的金属板以作为电路层的功率模块用基板。并且，也有在陶瓷基板的另一个面接合金属板以作为金属层。

例如，专利文献1所示的功率模块用基板结构如下，即在陶瓷基板(陶瓷部件)的其中一个面接合Cu板(Cu部件)来形成电路层。该功率模块用基板中，在陶瓷基板的其中一个面夹着Cu-Mg-Ti钎料配置Cu板的状态下进行加热处理，从而接合Cu板。

专利文献1：日本专利第4375730号公报

然而，如专利文献1中所公开的那样，若通过Cu-Mg-Ti钎料将陶瓷基板与Cu板接合，则在陶瓷基板的附近形成包含Cu、Mg或Ti的金属间化合物。

由于形成在该陶瓷基板附近的金属间化合物较硬，因此存在当功率模块用基板受到冷热循环时，使得在陶瓷基板产生的热应力变大，从而存在容易在陶瓷基板产生裂纹的问题。

并且，若接合陶瓷基板与电路层时在陶瓷基板的附近形成较硬的金属间化合物，则有可能使陶瓷基板与电路层的接合率下降，有可能无法将它们良好地接合。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够良好地接合陶瓷部件与Cu部件，并且能够在受到冷热循环时抑制在陶瓷部件产生裂纹的接合体及功率模块用基板。

为解决上述课题，本发明的第一方式所涉及的接合体，由陶瓷构成的陶瓷部件与由Cu或Cu合金构成的Cu部件通过Cu-P-Sn系钎料及Ti材接合而成，在所述陶瓷部件与所述Cu部件的接合界面形成有：位于所述陶瓷部件侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及位于所述Cu部件与所述Cu-Sn层之间且含P及Ti的金属间化合物层。

根据本发明的第一方式所涉及的接合体，在陶瓷部件与Cu部件的接合界面，Cu-P-Sn系钎料中所含的P进入到形成于Cu部件侧的金属间化合物层中。由此，在陶瓷部件侧形成不具有含P的金属间化合物或含P的金属间化合物极少的Cu-Sn层。即，由于没有在陶瓷部件的附近形成较硬的金属间化合物，因此能够减少受到冷热循环时在陶瓷部件产生的热应力。其结果，能够抑制在陶瓷部件产生裂纹。

并且，在陶瓷部件与Cu部件的接合界面，由于没有在陶瓷基板的附近形成较硬的金属间化合物，因此可提高陶瓷部件与Cu部件的接合率，且陶瓷部件与Cu部件被良好地接合。

并且，优选所述金属间化合物层形成于自所述陶瓷部件与所述Cu-Sn层的界面距离0.1μm以上100μm以下的范围内。

此时，由于金属间化合物层形成于自陶瓷部件与Cu-Sn层的界面距离0.1μm以上100μm以下的范围内，因此不会在陶瓷部件的附近形成较硬的金属间化合物，且即便受到冷热循环也能够可靠地抑制在陶瓷部件产生裂纹。并且，如上所述，由于没有在陶瓷部件的附近形成较硬的金属间化合物，因此能够可靠地提高陶瓷部件与Cu部件的接合率。

本发明的第二方式所涉及的功率模块用基板由上述接合体构成，且所述功率模块用基板具备：陶瓷基板，由所述陶瓷部件构成；及电路层，在该陶瓷基板的第一面通过Cu-P-Sn系钎料接合由所述Cu部件构成的Cu板而成，在所述陶瓷基板与所述电路层的接合界面形成有：位于所述陶瓷基板侧且Sn固溶于Cu中的Cu-Sn层；及位于所述电路层与所述Cu-Sn层之间且含P及Ti的金属间化合物层。

根据本发明的第二方式所涉及的功率模块用基板，在陶瓷基板与电路层的接合界面，Cu-P-Sn系钎料中所含的P进入到形成于电路层侧的金属间化合物层中。由此，在陶瓷基板侧形成不具有含P的金属间化合物或含P的金属间化合物极少的Cu-Sn层。 即，由于没有在陶瓷基板的附近形成较硬的金属间化合物，因此能够减少受到冷热循环时在陶瓷基板产生的热应力。其结果，能够抑制在陶瓷基板产生裂纹。