[发明专利]铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法

说明书

本发明的铜‑陶瓷接合体接合由铜或铜合金构成的铜部件及由氮化铝或氮化硅构成的陶瓷部件，在铜部件与陶瓷部件之间，在陶瓷部件侧形成有由选自Ti、Zr、Nb及Hf中的一种或两种以上的活性金属的氮化物构成的活性金属氮化物层，在该活性金属氮化物层与铜部件之间形成有在Cu的母相中固溶有Mg的Mg固溶层，在Mg固溶层中存在活性金属。

技术领域

本发明涉及一种接合由铜或铜合金构成的铜部件及由氮化铝或氮化硅构成的陶瓷部件而成的铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法。

本申请主张基于2017年2月28日于日本申请的专利申请2017-036841号及2018年1月25日于日本申请的专利申请2018-010964号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

在功率模块、LED模块及热电模块中，在将由导电材料构成的电路层形成于绝缘层的一侧面的绝缘电路基板上，具备有接合功率半导体元件、LED元件及热电元件的结构。

例如，用于控制风力发电、电动汽车、混合动力汽车等的高电力控制用功率半导体元件在工作时发热量多。因此，作为搭载功率半导体元件的基板，一直以来广泛使用，例如具备由氮化铝或氮化硅等构成的陶瓷基板及在该陶瓷基板的一侧面接合导电性优异的金属板而形成的电路层的绝缘电路基板。作为绝缘电路基板，也提供在陶瓷基板的另一侧面接合金属板而形成金属层的绝缘电路基板。

例如，在专利文献1中提出了一种绝缘电路基板，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法在陶瓷基板直接接合该铜板。在该DBC法中，通过利用铜和铜氧化物的共晶反应，在铜板和陶瓷基板的界面产生液相，从而接合铜板和陶瓷基板。

在专利文献2中提出了一种绝缘电路基板，在陶瓷基板的一侧面及另一侧面，通过接合铜板而形成电路层及金属层。在绝缘电路基板中，在陶瓷基板的一侧面及另一侧面，通过Ag-Cu-Ti系钎料配置铜板，并通过进行加热处理而接合铜板(所谓的活性金属钎焊法)。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，因此提高熔融的钎料与陶瓷基板的润湿性，并良好地接合陶瓷基板与铜板。

在专利文献3中，作为在高温氮气气氛下接合铜板和陶瓷基板时使用的接合用钎料，提出了含有由Cu-Mg-Ti合金构成的粉末的浆料。在该专利文献3中，具备通过在氮气气氛下以560℃～800℃加热而接合的结构，Cu-Mg-Ti合金中的Mg升华而不会残留在接合界面，且实质上不形成氮化钛(TiN)。

专利文献1：日本专利公开平04-162756号公报

专利文献2：日本专利第3211856号公报

专利文献3：日本专利第4375730号公报

然而，如专利文献1所公开那样，通过DBC法接合陶瓷基板与铜板时，需要将接合温度设为1065℃以上(铜与铜氧化物的共晶点温度以上)，因此接合时陶瓷基板有可能会劣化。

如专利文献2所公开那样，通过活性金属钎焊法接合陶瓷基板及铜板时，钎料含有Ag，在接合界面存在Ag，所以容易产生迁移，从而无法在高耐压用途中使用。并且，接合温度成为比较高温的900℃，所以仍然存在导致陶瓷基板劣化的问题。

如专利文献3所公开那样，使用由含有由Cu-Mg-Ti合金构成的粉末的浆料构成的接合用钎料在氮气气氛下接合时，存在如下问题：在接合界面残留气体，容易发生局部放电。并且，由于使用合金粉，所以有可能根据合金粉的组成偏差，熔融状况变得不均匀，局部形成界面反应不充分的区域。并且，有可能浆料中所含的有机物残留在接合界面，从而接合变得不充分。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种可靠地接合铜部件及陶瓷部件，且耐迁移性优异的铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、上述铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法。