[发明专利]铜-陶瓷接合体及绝缘电路基板

说明书

本发明的铜‑陶瓷接合体中，在铜部件与陶瓷部件的接合界面，从陶瓷部件侧依次形成有包含选自Ti、Nb、Hf、Zr中的一种或两种以上的氮化物形成元素的氮化物层和Ag‑Cu共晶层，氮化物层的厚度为0.15μm以上且1.0μm以下，在铜部件与陶瓷部件之间存在由包含氮化物形成元素和Si的金属间化合物形成的金属间化合物相，在氮化物层的晶界中存在Cu及Si。

技术领域

本发明涉及一种由铜或铜合金形成的铜部件和由氮化硅形成的陶瓷部件接合而成的铜-陶瓷接合体及在由氮化硅形成的陶瓷基板的表面形成有由铜或铜合金形成的铜层的绝缘电路基板。

本申请主张基于2016年6月30日在日本申请的专利申请2016-130224号及2017年6月19日在日本申请的专利申请2017-119683号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

LED或功率模块等半导体装置呈在由导电材料形成的电路层上接合半导体元件而成的结构。

在用于控制风力发电、电动汽车、混合动力汽车等而使用的高功率控制用功率半导体元件中，由于发热量大，因此作为搭载这种功率半导体元件的基板，一直以来广泛使用如下绝缘电路基板，该绝缘电路基板具备例如由氮化铝(AlN)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)等形成的陶瓷基板和在该陶瓷基板的一面上接合导电性优异的金属板而形成的电路层。另外，作为绝缘电路基板，还提供一种在陶瓷基板的另一面上接合金属板而形成金属层的绝缘电路基板。在此，由氮化硅(Si₃N₄)形成的陶瓷基板的强度尤其优异。

例如，专利文献1中提出了将构成电路层及金属层的第一金属板及第二金属板设为铜板，并通过DBC(Direct Bonded Copper：直接敷铜)法将该铜板直接接合于陶瓷基板而成的绝缘电路基板。在该DBC法中，通过利用铜和铜氧化物的共晶反应，在铜板与陶瓷基板的界面产生液相，从而接合铜板和陶瓷基板。

并且，专利文献2中提出了通过在陶瓷基板的一面及另一面上接合铜板而形成电路层及金属层的绝缘电路基板。在该绝缘电路基板中，通过在陶瓷基板的一面及另一面上以夹入Ag-Cu-Ti系钎料的方式配置铜板并进行加热处理而接合有铜板(所谓的活性金属钎焊法)。在该活性金属钎焊法中，由于使用含有作为活性金属的Ti的钎料，因此熔融的钎料和陶瓷基板的润湿性提高，从而良好地接合陶瓷基板和铜板。

专利文献1：日本特开平01-251781号公报

专利文献2：日本专利第3211856号公报

然而，如专利文献1中所公开，在通过DBC法接合陶瓷基板和铜板的情况下，需要将接合温度设为1065℃以上(铜和铜氧化物的共晶点温度以上)，因此有可能接合时陶瓷基板劣化。

并且，如专利文献2中所公开，在通过使用了例如Ag-Cu-Ti钎料等的活性金属钎焊法接合陶瓷基板和铜板的情况下，接合温度设为900℃这一较高的温度，因此仍旧存在陶瓷基板劣化的问题。在此，在仅降低接合温度的情况下，钎料不与陶瓷基板充分反应，导致陶瓷基板与铜板的界面处的接合率降低，从而无法提供可靠性高的绝缘电路基板。

进而，在使用Ag-Cu-Ti钎料接合时的接合温度高的情况下，形成于接合界面的氮化物层(氮化钛层)较厚地生长，存在该氮化物层(氮化钛层)中容易产生裂缝的问题。

发明内容

本发明鉴于前述情况而完成，其目的在于提供一种能够抑制在氮化物层中产生裂缝，且铜部件和由氮化硅形成的陶瓷部件可靠地接合而成的可靠性高的铜-陶瓷接合体及由该铜-陶瓷接合体形成的绝缘电路基板。