[发明专利]陶瓷-铝接合体、绝缘电路基板、功率模块、LED模块、热电模块

说明书

本发明的接合体为陶瓷部件与由铝或铝合金构成的铝部件接合而成的陶瓷‑铝接合体，其中，所述陶瓷部件由包含镁的氮化硅构成，在所述陶瓷部件与所述铝部件的接合界面形成有在铝、硅、氧及氮的化合物中包含镁的接合层。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷部件与由铝或铝合金构成的铝部件接合而成的陶瓷-铝接合体及绝缘电路基板以及具备该绝缘电路基板的功率模块、LED模块、热电模块。

本申请主张基于2015年11月26日于日本申请的专利申请2015-231040号及2016年9月13日于日本申请的专利申请2016-178530号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

功率模块、LED模块及热电模块被设为在由导电材料构成的电路层上接合有功率半导体元件、LED元件及热电元件而成的结构。

例如，对于用于控制风力发电、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，由于工作时发热量较多，因此作为搭载该元件的基板，广泛使用由耐热性、绝缘性优异的氮化硅(Si₃N₄)构成的陶瓷基板(绝缘层)。

还提供在这种陶瓷基板(绝缘层)的一面接合导电性优异的金属板来形成电路层，并且，在另一面接合散热性优异的金属层来进行一体化的绝缘电路基板(功率模块用基板)。

例如，专利文献1所示的功率模块被设为如下结构，即，具备：绝缘电路基板(功率模块用基板)，在陶瓷基板的一面及另一面形成有由铝板构成的电路层及由铝板构成的金属层；及半导体元件，在该电路层上通过焊料接合而成。

并且，该功率模块被设为如下结构，即，在绝缘电路基板(功率模块用基板)的金属层侧接合有散热片，且通过散热片向外部发散从半导体元件向绝缘电路基板(功率模块用基板)侧传递的热量。

专利文献1：日本专利第3171234号公报

在上述绝缘电路基板(功率模块用基板)中，示出了在接合陶瓷基板与铝板时使用Al-Si系钎料等的例子，但在接合由氮化硅(Si₃N₄)构成的陶瓷基板(绝缘层)与铝板时，因陶瓷基板的烧结助剂等的影响而未能充分确保接合强度。

尤其，在功率半导体元件工作时的发热引起的高温状态与非工作时的低温状态之间反复进行冷热循环的绝缘电路基板(功率模块用基板)中，存在陶瓷基板(绝缘层)与金属层之间接合可靠性容易降低的问题。

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对由氮化硅构成的陶瓷部件以保持较高的接合可靠性的状态接合铝部件而成的陶瓷-铝接合体、绝缘电路基板及具备该绝缘电路基板的功率模块、LED模块、热电模块。

为了解决上述课题，本发明的接合体为陶瓷部件与由铝或铝合金构成的铝部件接合而成的陶瓷-铝接合体，该陶瓷-铝接合体的特征在于，所述陶瓷部件由包含镁的氮化硅构成，在所述陶瓷部件与所述铝部件的接合界面形成有在铝、硅、氧及氮的化合物中包含镁的接合层。

根据本发明的接合体，相较于接合界面中几乎不存在镁的情况，形成于陶瓷部件与铝部件的接合界面的包含镁的接合层，更深入形成于陶瓷部件的厚度方向的内部。即，通过镁的存在，直至陶瓷部件的内部的更深区域，形成赛隆(SiAlON)结构中包含镁的化合物。由此，陶瓷部件与铝部件的接合强度得到提高，从而能够提高接合体的接合可靠性。

所述接合层的组成比例中，优选硅为10at％～18at％、氧为20at％～35at％、氮为25at％～40at％、镁为3at％～8at％、剩余部分为铝。

将接合层的组成比例设为上述范围，由此直至陶瓷部件的内部的更深区域形成有在构成接合层的赛隆结构中包含镁的化合物，从而能够提高陶瓷部件与铝部件的接合强度。