[发明专利]陶瓷电路基板及其制造方法和使用了该陶瓷电路基板的组件

说明书

提供耐热循环特性优异的陶瓷电路基板及功率组件。一种陶瓷电路基板，借助含有Ag、Cu以及活性金属的焊料使得陶瓷基板与铜板接合而成，其中，接合空隙率为1.0％以下，作为焊料成分的Ag的扩散距离为5μm～20μm。一种陶瓷电路基板的制造方法，其特征在于，趋向接合温度的升温过程中的400℃～700℃的温度范围内的加热时间为5分钟～30分钟，以720℃～800℃的接合温度保持5分钟～30分钟而进行接合。

技术领域

本发明涉及陶瓷电路基板及其制造方法和使用了该陶瓷电路基板的组件。

背景技术

在需要高电压、大电流动作的面向电力铁道、车辆、产业机械的功率组件中使用将金属电路板、金属散热板与陶瓷基板的表面接合的陶瓷电路基板。近年来，随着半导体元件的高输出功率化、高集成化，半导体元件的发热量始终在增加，为了高效地将该产生的热释放，使用了由具有高导热性的氮化硅烧结体、氮化铝烧结体构成的陶瓷基板。

特别地，对于车载用功率组件而言，要求更高的散热性，对陶瓷基板的薄板化、金属板的厚板化进行了研究。但是，如果形成为这样的构造，则因陶瓷基板与金属板的热膨胀率差而产生的热循环时的应力负荷逐渐增大，因此会在陶瓷基板产生裂纹而引起绝缘不良，或者因金属板剥离而导致导热不良，从而作为电子设备的动作可靠性会下降。

热循环时的热应力不仅受到陶瓷基板与金属板的热膨胀率差的影响，还受到金属板自身所具有的机械性质、主要是拉伸强度、屈服强度的影响，因此如果接合焊料成分在金属板中扩散，则会失去容易产生塑性变形的性质，变为残余应力而对陶瓷基板造成损伤。为了抑制焊料成分向金属板的扩散并尽量减小热应力，需要以低温在短时间内进行接合，对于以往进行的真空中的接合而言，难以实现急速的升温，容易产生接合炉内的温度分布，难以以良好的生产率而制造高可靠性的陶瓷电路基板。

因此，专利文献1中进行了如下研究：在陶瓷基板的接合面和铜板的接合面中的至少一方形成含有Ag和氮化物形成元素的层之后进行接合，由此对焊料层的厚度进行控制。但是，根据该方法，虽然连续形成的焊料层的厚度得到控制，但由于接合温度高达790℃以上，因此作为焊料成分的Ag的一部分与连续形成的焊料层相比进一步在铜板厚度方向上扩散，从而使得铜板的机械性质发生变化。进而，因陶瓷基板与铜板的热膨胀差而引起的接合后的残余应力增大，从而在此基础上无法满足将例如0.8mm这样的厚铜板接合的陶瓷电路基板所要求的耐热循环特性。另外，在此控制的焊料层的厚度是对除了不连续的焊料层区域的多个区域进行测定所得的平均值，因此还有时在局部的焊料层的较厚的部分、且在陶瓷基板产生裂纹。

在专利文献2中，研究了利用含有锆的焊料在氮气氛下以750℃～850℃的温度进行接合，但存在如下问题：受到为了确保接合性而大量添加的锆的影响而导致焊料层变得脆弱、耐热循环特性下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-187411号公报

专利文献2：日本特开2003-188310号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的是提供耐热循环特性优异的陶瓷电路基板及其制造方法和使用了该陶瓷电路基板的组件。

用于解决课题的方法

为了解决上述的课题，本发明采用了以下方法。

(1)一种陶瓷电路基板，借助含有Ag、Cu以及活性金属的焊料使得陶瓷基板与铜板接合而成，其中，接合空隙率为1.0％以下，作为焊料成分的Ag的扩散距离为5μm～20μm。

(2)在上述(1)所记载的陶瓷电路基板的基础上，其中，陶瓷基板由氮化硅或氮化铝构成。

(3)在上述(1)或(2)所记载的陶瓷电路基板的基础上，其特征在于，焊料中含有Sn。