[发明专利]氧化物系陶瓷电路基板的制造方法以及氧化物系陶瓷电路基板

说明书

技术领域

本发明涉及氧化物系陶瓷电路基板的制造方法以及氧化物系陶瓷电路基板，特别涉及耐热循环（TCT）特性优良的氧化物系陶瓷电路基板及其制造方法。

背景技术

以前，作为搭载功率晶体管等半导体元件的电路基板，陶瓷电路基板被广泛地使用。作为成为陶瓷电路基板的基材的陶瓷基板，使用的是氧化铝烧结体和氧化铝与氧化锆的混合烧结体等氧化物系陶瓷、以及氮化铝烧结体和氮化硅烧结体等氮化物系陶瓷。近年来，正在进行氮化物系陶瓷的高热传导化。为此，在要求高热传导性的产品中，使用氮化物系陶瓷电路基板。

另一方面，氧化物系陶瓷基板与氮化物系陶瓷相比，由于比较廉价，所以被用于不要求较高热传导性的产品。另外，在制作氧化物系陶瓷电路基板的情况下，通过被称之为直接接合法（DBC：direct bonding copper）的接合法，可以进行铜电路板和氧化物系陶瓷基板的接合。在氮化物系陶瓷基板的情况下，需要使用含有Ti等活性金属的活性金属焊料作为接合剂，与此相对照，在直接接合法中，由于不需要使用Ti等活性金属，所以价格优势较大。

直接接合法例如正如日本特开平1-59986号公报（专利文献1）和日本特开平4-144978号公报（专利文献2）中记载的那样，是利用氧和铜的共晶组合物进行接合的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平1-59986号公报

专利文献2：日本特开平4-144978号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献2所示的接合方法中，通过侵蚀氧化铝电路基板的铜板表面，以除去铜板表面的氧化物层，从而可以得到热循环试验（TCT试验）的耐久性优良的电路基板。然而，侵蚀工序成为价格上升的主要原因。另一方面，在进行侵蚀工序而未除去铜板表面的氧化物层的氧化铝电路基板中，存在难以谋求TCT特性的提高的问题。

本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于提供一种使用直接接合法而使TCT特性以及接合强度优良的氧化物系陶瓷电路基板。

用于解决课题的手段

本发明涉及一种氧化物系陶瓷电路基板的制造方法，其是通过在氧化物系陶瓷基板上配置铜板而形成层叠体的工序、以及加热所得到的层叠体的工序，从而将氧化物系陶瓷基板和铜板一体接合而成的氧化物系陶瓷电路基板的接合方法，其特征在于，所述加热的工序具有：在1065～1085℃之间有加热温度的极大值的第一加热区域对层叠体进行加热的工序，接着在1000～1050℃之间有加热温度的极小值的第二加热区域对层叠体进行加热的工序，进而在1065～1120℃之间有加热温度的极大值的第三加热区域对层叠体进行加热而形成接合体的工序；之后在冷却区域将接合体冷却。

另外，在所述氧化物系陶瓷电路基板的制造方法中，所述加热工序优选通过将配置有铜板的氧化物系陶瓷基板载置在托盘上，使用带式炉来实施，所述带式炉一边以传送速度（带速）为70～270mm/分钟的带式传送机传送托盘，一边连续地进行各加热工序。另外，所述托盘优选的是由镍合金构成。另外，所述铜板优选具有通过压力加工而形成有多个电路元件和连接这些电路元件的桥接部的电路结构，在将所述铜板和氧化物系陶瓷基板接合后，再除去所述桥接部。另外，优选在将所述氧化物系陶瓷基板和铜板接合后，通过蚀刻工序形成电路结构。另外，优选所述加热工序在氮气气氛中实施。

另外，所述带式炉优选具有入口帘的氮流量（A）和出口帘的氮流量（B）之比A/B被控制在0.2以下的氮气氛。

另外，所述氧化物系陶瓷基板优选由氧化铝烧结体、以及包含氧化铝和氧化锆的混合烧结体之中的任一种构成。另外，优选具有在所述铜板的配置于氧化物系陶瓷基板的面上设置氧化膜的工序。再者，所述铜板的接合强度优选为9.5kgf/cm以上。另外，所述铜板中的碳含量优选为0.1～1.0质量%。

另外，本发明涉及一种氧化物系陶瓷电路基板，其是采用直接接合法将铜板和氧化物系陶瓷基板接合而成的氧化物系陶瓷电路基板，其特征在于：在剥离铜板时，铜板的与氧化物系陶瓷基板的接合面侧的铜面积率相对于每单位面积3000μm×3000μm为60%以下，所述铜板的接合强度为9.5kgf/cm以上。