[发明专利]陶瓷层叠体

说明书

本发明提供具有优异的机械特性、散热性、绝缘性、耐热性、耐反应性的陶瓷层叠体、特别是具有优异的热循环可靠性、高绝缘耐压的绝缘散热体。本发明的陶瓷层叠体(1)是在金属层(2)上形成有陶瓷膜(3)，上述陶瓷膜(3)的最小膜厚为1μm以上，该陶瓷膜包含氮化硅及不可避免的杂质而成，氮化硅的晶粒在膜厚方向上的平均粒径为300nm以下、在面内方向上的平均粒径为500nm以下。由此，本发明中，能够提供具有优异的机械特性、散热性、绝缘性、耐热性、耐反应性的陶瓷层叠体、特别是具有优异的热循环可靠性、高绝缘耐压的绝缘散热体。

技术领域

本发明涉及在金属层上形成陶瓷膜而成、并且具有优异的机械特性、耐反应性、耐热性、绝缘性、散热性的陶瓷层叠体。特别涉及在半导体器件中所使用的绝缘散热体。

背景技术

具有优异的机械特性、耐反应性、耐热性、绝缘性、散热性等的在金属上形成有陶瓷的陶瓷层叠体被广泛用于耐磨性构件(搬送辊、轧辊、切削工具等)、耐蚀性构件、绝缘散热体等。作为在这样的陶瓷层叠体中所使用的陶瓷，可列举出氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化锆(ZrO₂)、碳化硅(SiC)、氧化钇(Y₂O₃)等。

在这些陶瓷中，具有高强度及断裂韧性、且耐磨性、耐热性、散热性、绝缘性优异的氮化硅被用于发动机、燃气轮机用材料、切削工具、轴承球、半导体器件的绝缘散热体等。以氮化硅为代表的陶瓷一般通过将原料粉末在高温下进行烧结来制造。但是，由于晶粒会因烧结时的高温加热而生长，因此难以得到微细的晶体组织，因可成为龟裂的起点的空隙的产生而导致引起强度的降低的可能性变高。此外，还有可能因空隙的产生、晶界数的减少而导致绝缘性的降低。另外，在陶瓷的烧结时，为了促进致密化会经常添加烧结助剂，但它们会在烧结体内形成除了目标陶瓷相以外的晶界相(第2相)，有可能使机械特性、散热性、绝缘性、耐热性、耐反应性等降低。特别是氮化硅据说是在各种陶瓷中特别难以烧结的难烧结性陶瓷，如果不添加氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)、氧化钇、氧化铝等烧结助剂，则无法得到没有空隙的致密的烧结体，因此无法避免形成由烧结助剂产生的晶界相。

从上述这些内容出发，如果能够制造具有微细组织、而且没有晶界相的形成且致密的氮化硅，则能够获得具有优异的机械特性、散热性、绝缘性、耐热性、耐反应性的陶瓷层叠体，可以用于上述那样的耐磨性构件(搬送辊、轧辊、切削工具等)、耐蚀性构件、绝缘散热体等。

作为氮化硅的应用例之一，有用于半导体器件的绝缘散热体。以往的绝缘散热体使用了在绝缘性的陶瓷基板上接合了金属板而成的散热体。通常，陶瓷基板是将通过刮刀法而形成为片状的陶瓷坯体在1000℃以上进行烧结而得到的。作为陶瓷基板的材料，除了绝缘性优异、强度高、导热率也优异的氧化铝以外，通常还使用导热率相对于氧化铝进一步优异的氮化铝、还有强度相对于氧化铝及氮化铝进一步高的氮化硅等。这样的陶瓷基板的厚度考虑绝缘性、强度、导热性等，一般为0.2～0.6mm。

作为金属板，从导热性优异、廉价的方面出发，除了经常使用铜(Cu)以外，还使用导热性虽然比铜差、但是软质的铝(Al)。

上述陶瓷基板与上述金属板的接合大多采用使用焊料的活性金属法(AMB(ActiveMetal Brazing)法)、例如利用铜与氧的共晶反应而将陶瓷基板与铜板(金属板)进行直接接合的直接接合法(DCB(Direct Copper Bonding)法)等，但由于任一种方法都是在800℃以上进行接合，因此存在下述这样的问题：起因于上述陶瓷基板与上述金属板的热膨胀率差而产生热应力。