[发明专利]陶瓷电路基板及陶瓷电路基板的制造方法

说明书

本发明的陶瓷电路基板由陶瓷基板、在上述陶瓷的一个面上经由接合层接合的由铜系材料构成的铜电路和在上述陶瓷的另一个面上经由接合层接合的由铜系材料构成的铜散热板构成。该接合层由钎料成分和规定浓度的活性金属构成，所述钎料成分由Ag等两种以上金属构成。并且，接合层由钎料层和含有活性金属的活性金属化合物层构成，所述钎料层由钎料成分构成，活性金属化合物层的接合面积在接合层的接合面积中所占的比例为88％以上。

技术领域

本发明涉及电源模块等中使用的陶瓷电路基板。特别是涉及在陶瓷基板上接合有铜电路和铜散热板的陶瓷电路基板，即使是在为了提高散热性而使铜电路和铜散热板增厚时也可确保接合部的耐久性。

背景技术

作为混合动力汽车、发电设备等中使用的IGBT(绝缘栅双极晶体管，InsulatedGate Bipolar Transistor)等电源模块的电路基板，应用使用陶瓷基板的陶瓷电路基板。陶瓷电路基板是在由陶瓷构成的基板的一个面上接合用于与半导体元件连接的由铜系材料构成的铜电路并且在另一个面上接合用于对半导体元件的发热进行散热的由铜系材料构成的铜散热板而成的基板。

如上所述，陶瓷电路基板是在陶瓷基板上接合铜电路和铜散热板而成。在该接合中，考虑到其为陶瓷与金属(铜)这样的异种材料的接合，通常采用活性金属法。活性金属法是利用钎焊的接合方法的一个方式，其是使用在Ag钎料等构成钎料的钎料成分中添加有Ti、Zr等活性金属的活性金属钎料将金属与陶瓷接合的方法。在活性金属法中，活性金属钎料中的活性金属聚集在钎料成分与陶瓷的接合界面，与陶瓷中的氧、氮发生反应而获得接合力。作为该活性金属钎料，例如已知有Ag-Cu-Ti系钎料、Ag-Cu-Ti-Sn系钎料。

在利用活性金属法的陶瓷电路基板的制造中，通常的做法是使构成活性金属钎料的金属的粉末混合并分散在有机溶剂中而使用钎料糊。例如，如果是Ag-Cu-Ti系钎料，将作为钎料成分的Ag粉末和Cu粉末、与作为活性金属的Ti粉末或Ti化合物粉末(TiH₂粉末等)混合于有机溶剂中而制作活性金属钎料糊。然后，将该活性金属钎料糊涂布于陶瓷基板上后，以糊状载置铜电路和铜散热板，加热至规定温度，由此使活性金属钎料中的各金属粉末熔融，在陶瓷基板与铜电路(铜散热板)之间形成接合层。该接合层包含通过活性金属移动到与陶瓷的接合界面并反应而生成的活性金属化合物层。并且，接合层具有活性金属化合物层与以Ag、Cu等钎料成分作为主要成分的钎料层的两层结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-90144号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在此，作为在应用陶瓷电路基板的电源模块的领域中成为课题的事项，可以列举：为了应对模块的高输出化、高密度化而提高散热性。IGBT等电源模块具有小型化发展、但输出增大的倾向。由于该倾向，所搭载的芯片的温度升高，要求比以往更高的散热能力。在此，作为提高模块的散热性的方法，除了改变陶瓷基板的材质以外，还研究了使铜电路和铜散热板增厚的方法(厚铜化)。具体而言，研究了将铜电路和铜散热板厚铜化至迄今为止的约2倍～约3倍的厚度从而使从这些部位的散热量扩大的方法。

但是，本发明人发现，厚铜化会产生如下问题：使得铜电路和铜散热板与陶瓷基板的热膨胀差增大至以往以上，使得接合部和基板的耐久性、可靠性降低。铜系材料与陶瓷为异种材料，热膨胀系数相差较大。该热膨胀差成为热应力的原因，基于模块的开/关的热循环对陶瓷电路基板的构成、特别是接合层带来影响。该基于热膨胀差的热应力的问题在现有的陶瓷电路基板中也存在，但是，由于因厚铜化引起的热膨胀差的扩大而变得更加显著。另外，由于因热膨胀差的扩大引起的负荷升高，产生铜电路和铜散热板的剥离、陶瓷基板的破裂。这样的因厚铜化引起的铜剥离、基板破裂的问题利用现有的接合结构难以抑制。因此，虽然在提高陶瓷电路基板的散热能力时铜电路和铜散热板的厚铜化是有效的手段，但成为难以实现的课题。