[发明专利]接合体、功率模块用基板、接合体的制造方法及功率模块用基板的制造方法

说明书

本发明的接合体为由陶瓷构成的陶瓷部件与由Cu或Cu合金构成的Cu部件的接合体，其中，在陶瓷部件与Cu部件的接合界面形成有：位于陶瓷部件侧且Sn固溶于Cu中的Cu‑Sn层；位于Cu部件侧且含有Cu和Ti的第一金属间化合物层；及位于第一金属间化合物层与Cu‑Sn层之间且含有P和Ti的第二金属间化合物层。

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接合有由Cu或Cu合金构成的Cu板的功率模块用基板。

本申请主张基于2016年1月22日在日本申请的专利申请2016-010675号及2017年1月5日在日本申请的专利申请2017-000381号的优先权，并将其内容援用于此。

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电力控制用功率半导体元件中发热量较多，因此作为搭载该功率半导体元件的基板，一直以来广泛使用例如在由AlN(氮化铝)等构成的陶瓷基板的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具备在陶瓷基板(陶瓷部件)的一个面通过接合Cu板(Cu部件)而形成电路层的结构。该功率模块用基板通过在陶瓷基板的一个面夹着Cu-Mg-Ti钎料配置Cu板并进行加热处理而接合有Cu板。

然而，如专利文献1中所公开的那样通过Cu-Mg-Ti钎料接合陶瓷基板与Cu板，则在陶瓷基板的附近形成含有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，因此具有如下的问题：当对功率模块用基板施加冷热循环负载时，产生在陶瓷基板的热应力变大，在陶瓷基板容易产生裂纹。

另外，当接合陶瓷基板与电路层时，若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，无法良好地接合。

因此，如专利文献2、3中提出了将陶瓷基板与电路层使用Cu-P-Sn系钎料及Ti材接合的功率模块用基板。

在这些专利文献2、3中记载的发明中，由于在陶瓷基板侧形成有Cu-Sn层，在陶瓷基板的附近未配设较硬的金属间化合物层，因此能够降低施加冷热循环负载时陶瓷基板产生的热应力，抑制在陶瓷基板产生裂纹。

专利文献1：日本专利第4375730号公报

专利文献2：日本专利公开2015-043392号公报

专利文献3：日本专利公开2015-065423号公报

然而，最近搭载于功率模块用基板的半导体元件有发热温度变高的倾向，对功率模块用基板要求与以往相比更有效地散热。

在此，在专利文献2中记载的功率模块用基板中，在陶瓷基板与由Cu或Cu合金构成的电路层之间形成有Ti层，该Ti层的厚度较厚地形成为1μm以上15μm以下。因此，层叠方向的热阻变高，有可能无法有效地散热。

并且，在专利文献3中记载的功率模块用基板中，在陶瓷基板与由Cu或Cu合金构成的电路层之间形成有Cu-Sn层和含有P及Ti的金属间化合物层，但是使用环境温度变高时，有可能以含有P及Ti的金属间化合物层为起点产生裂纹，接合变得不充分。

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，且能够使层叠方向的热阻而有效地散热的接合体、功率模块用基板及该接合体的制造方法、功率模块用基板的制造方法。