[发明专利]铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法

说明书

铜‑陶瓷接合体(10)通过接合由铜或铜合金构成的铜部件(12、13)及由含氮陶瓷构成的陶瓷部件(11)而成，在铜部件(12、13)与陶瓷部件(11)之间，在陶瓷部件(11)侧形成有活性金属氮化物层(41)，活性金属氮化物层(41)包含选自Ti、Zr、Nb及Hf中的一种以上的活性金属的氮化物，在该活性金属氮化物层(41)与铜部件(12、13)之间形成有在Cu的母相中固溶了Mg的Mg固溶层(45)，在该活性金属氮化物层(41)的内部分散有由Cu粒子及Cu与活性金属的化合物粒子中的任一者或两者构成的含Cu粒子(42)。

技术领域

本发明涉及通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和由含氮陶瓷构成的陶瓷部件而成的铜-陶瓷接合体、在由含氮陶瓷构成的陶瓷基板的表面接合由铜或铜合金构成的铜板而成的绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法。

本申请基于2019年12月2日于日本申请的特愿2019-217926号及2020年11月24日于日本申请的特愿2020-194519号要求优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

功率模块、LED模块及热电模块具有如下结构：在绝缘层的一面形成由导电材料构成的电路层的绝缘电路基板上，接合有功率半导体元件、LED元件及热电元件。

例如，为了控制风力发电、电动汽车、油电混合汽车等而使用的大功率控制用的功率半导体元件在工作时的发热量多，因此，作为搭载该功率半导体元件的基板，一直以来被广泛使用如下绝缘电路基板：该绝缘电路基板具备陶瓷基板和在该陶瓷基板的一面接合导电性优异的金属板而形成的电路层。作为绝缘电路基板，还提供了在陶瓷基板的另一面接合金属板而形成金属层的绝缘电路基板。

例如，专利文献1提出了通过在陶瓷基板的一面及另一面接合铜板而形成电路层及金属层的绝缘电路基板。

在该专利文献1中，在陶瓷基板的一面及另一面通过Ag-Cu-Ti系钎料而配置铜板，通过进行加热处理而接合铜板(所谓活性金属钎焊法)。该活性金属钎焊法中，使用了含有作为活性金属的Ti的钎料，因此会提高熔融的钎料与陶瓷基板的润湿性，可良好地接合陶瓷基板与铜板。

专利文献2提出了使用Cu-Mg-Ti系钎料来接合陶瓷基板与铜板的绝缘电路基板。

在该专利文献2中，构成为通过在氮气气氛下以560～800℃加热来接合，Cu-Mg-Ti合金中的Mg升华而不残留于接合界面，并且氮化钛(TiN)实质上不会形成。

专利文献

专利文献1：日本专利第3211856号公报

专利文献2：日本专利第4375730号公报

然而，在使用SiC等的高温半导体器件中，有时半导体元件以高密度安装，需要保证用于其的绝缘电路基板在更高温度下的工作。

因此，即使负荷比以往更严酷的冷热循环时，也需要抑制陶瓷基板的破裂的产生。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供即使负荷严酷的冷热循环时也能够抑制陶瓷基板的破裂的产生，并且冷热循环可靠性优异的铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法。

为解决上述课题，本发明的一方式的铜-陶瓷接合体是通过接合由铜或铜合金构成的铜部件及由含氮陶瓷构成的陶瓷部件而成的铜-陶瓷接合体，其特征在于，在所述铜部件与所述陶瓷部件之间，在所述陶瓷部件侧形成有活性金属氮化物层，所述活性金属氮化物层包含选自Ti、Zr、Nb及Hf中的一种以上的活性金属的氮化物，在该活性金属氮化物层与所述铜部件之间形成有在Cu的母相中固溶了Mg的Mg固溶层，在所述活性金属氮化物层的内部分散有由Cu粒子及Cu与活性金属的化合物粒子中的任一者或两者构成的含Cu粒子。