[发明专利]陶瓷电路基板

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用了氧化铝基板的陶瓷电路基板。

背景技术

近年来，作为功率晶体管模块用基板和开关电源模块用基板等的电路基板，在陶瓷基板上接合有铜板、铝板、各种包覆板等金属板的陶瓷电路基板得到了广泛的应用。另外，作为上述陶瓷基板，一般使用廉价且通用性高的氧化铝（Al₂O₃）基板、具有电绝缘性而且热传导性优良的氮化铝（AlN）基板、或者高强度的氮化硅（Si₃N₄）基板等。在这些陶瓷基板中，氧化铝基板的优点是廉价且通用性较高。

在此，就陶瓷电路基板的构造进行说明。图1是表示陶瓷电路基板的图案面侧的构成的一个例子的俯视图。图2是图1所示的陶瓷电路基板沿A－A线的剖视图。图3是表示图1所示的陶瓷电路基板的背面侧的构成的一个例子的仰视图。

陶瓷电路基板1例如正如图1～图3所示的那样，通过在陶瓷基板2的一个表面接合或者形成铜板等金属电路板3，而且在陶瓷基板2的背面即另一个表面接合铜板等背面金属板4而形成。

金属电路板3由接合在陶瓷基板2的表面上的各种金属板或者形成于陶瓷基板2的表面上的金属层构成。

作为将各种金属板或者金属层一体形成于陶瓷基板2的表面上的手法，例如可以使用下述的直接接合法、高熔点金属金属化法、活性金属法等。

直接接合法是例如通过在陶瓷基板2和金属电路板3的界面生成共晶液相而将陶瓷基板2和金属电路板3直接接合的方法。

关于直接接合法，以金属电路板3为铜电路板的情况为例进行具体的说明。首先，将冲裁成规定形状的铜电路板3接触配置在陶瓷基板2上并对其进行加热，从而在接合界面生成Cu－Cu₂O、Cu-O等共晶液相，然后通过该共晶液相而提高陶瓷基板2和铜电路板3的润湿性。其次，如果使该共晶液相冷却固化，则陶瓷基板2和铜电路板3直接接合在一起而可以得到陶瓷电路基板1。该方法就是所谓的铜直接接合法（DBC法：Direct Bonding Copper法）。

另外，高熔点金属金属化法是将Mo、W等高熔点金属烧接在陶瓷基板2的表面而使陶瓷基板2和金属电路层一体化以得到陶瓷电路基板1的方法。

再者，活性金属法是例如经由含有Ti、Zr、Hf等4A族元素之类的具有活性的金属的Ag-Cu焊料层而将铜电路板等金属板3一体接合在陶瓷基板2上以得到陶瓷电路基板1的方法。根据该活性金属法，通过焊料层的Cu以及Ag成分而使焊料层和铜电路板3的接合强度得以提高，而且通过Ti、Zr、Hf成分而使焊料层和陶瓷基板2的接合强度得以提高。

另外，作为在得到的陶瓷电路基板1的金属电路板3上形成电路的方法，为人所知的有以下的方法：如使用事先通过压力加工或侵蚀加工而形成图案的铜板的方法、以及在接合后通过侵蚀等手法而形成图案的方法等。

在如上述那样通过直接接合法或活性金属钎焊法而得到的陶瓷电路基板1中，陶瓷基板2和金属电路板3的接合强度均较高，而且具有简单的构造。因此，陶瓷电路基板1可以得到能够实现小型高安装化、且制造工序也可以缩短等效果，并具有能够与大电流型和高集成型的半导体芯片相适应等优点。

可是，近年来，由于使用陶瓷电路基板1的半导体装置的高输出化和半导体元件的高集成化快速发展，因而反复作用于陶瓷电路基板1的热应力和热负荷呈增加的趋势。因此，陶瓷电路基板1要求具有耐久性，其即使受到增加的热应力，也使陶瓷基板2和金属电路板3的接合强度充分地高，而且即使经受较多的热循环，也可以维持陶瓷基板2和金属电路板3的接合。

作为可以应对增大的热负荷、而且使电路基板的耐久性得以提高的陶瓷电路基板1，例如为人所知的有如下的陶瓷电路基板1：其使陶瓷基板2的厚度薄壁化至0.25～0.38mm左右而降低热阻抗，同时改善陶瓷基板2的柔韧性而防止金属电路板3的剥离的发生。

另外，作为可以应对增大的热负荷、而且使电路基板的耐久性得以提高的其它陶瓷电路基板1，为人所知的有如下的陶瓷电路基板1：其使用纯度为96%左右的纯度比较高的氧化铝基板作为陶瓷基板2，并采用所述直接接合法或者活性金属法将金属电路板3（电路层）一体接合在该氧化铝基板上。

再者，在日本专利第3833410号公报（专利文献1）中，公开了使用纯度为99.5%以上的高纯度氧化铝基板的陶瓷电路基板。在专利文献1中，通过使氧化铝纯度为99.8%，便可以得到强度和维氏硬度等特性优良的陶瓷电路基板。

现有技术文献

专利文献