7] 此外，在第2實施方式中，代替Ag-Ti系釬料的箱，也可以使用第3實施方式中所記 載的Ag-T i系釬料膏。
[0178] 實施例
[0179] 以下，對為了確認(rèn)本發(fā)明的實施方式的有效性進行的確認(rèn)實驗的結(jié)果進行說明。
[0180] 使用表1所示的陶瓷基板、釬料、銅板形成Cu-陶瓷接合體。詳細(xì)而言，在40mm見方 且厚度0.635mm的陶瓷基板的單面，使用厚度20μπι的含Ag及Ti的釬料箱，以表1所示的條件， 接合38mm見方的厚度0.6mm的銅板，形成了 Cu-陶瓷接合體。此外，作為釬料，在Ag-Cu-Ti的 情況下，使用Ag-28質(zhì)量％Cu-3質(zhì)量％Ti的釬料，在Ag-Ti的情況下，使用Ag-ΙΟ質(zhì)量％Ti的 釬料。此外，朝向?qū)盈B方向的加壓力(荷載)為1.5kgf/cm 2。
[0181] 并且，使用表2所示的陶瓷基板、釬料、銅板形成Cu-陶瓷接合體。詳細(xì)而言，在40mm 見方且厚度0.635mm的陶瓷基板的單面，使用含Ag及Ti的釬料膏，以表2所示的條件，接合 38_見方的厚度0.6_的銅板，形成了 Cu-陶瓷接合體。此外，朝向?qū)盈B方向的加壓力(荷載） 為1·5kgf/cm2〇
[0182] 并且作為釬料膏，在Ag-Cu-Ti的情況下，使其為粉末成分的組成含有Ag-28質(zhì)量％ Cu-3質(zhì)量％Ti的釬料粉末(粒徑20μπι)、丙烯酸系樹脂、及成膜助劑的膏，涂布厚度為表2所 記載的值。
[0183]在Ag-Ti的情況下，使用粉末成分的組成含有Ag-ΙΟ質(zhì)量％Ti的釬料粉末(粒徑20μ m)、丙烯酸系樹脂、及成膜助劑的膏，涂布厚度為表2所記載的值。
[0184] 在Ag_TiH2的情況下，使用含有Ag粉末(粒徑5μπι)與TiH2粉末(粒徑5μπι)所構(gòu)成的混 合粉末、丙烯酸系樹脂、及成膜助劑的膏?；旌戏勰┑慕M成為TiH 2: 20質(zhì)量％，剩余部分:Ag 及不可避免的雜質(zhì)，涂布厚度為表2所記載的值。
[0185] 在Ag-Cu-TiH2的情況下，使用含有Ag粉末(粒徑5μπι)與Cu粉末(粒徑2·5μπι)與TiH 2 粉末(粒徑5μπι)所構(gòu)成的混合粉末、丙烯酸系樹脂、及成膜助劑的膏?；旌戏勰┑慕M成為Cu: 27質(zhì)量％，TiH2:3質(zhì)量％，剩余部分:Ag及不可避免的雜質(zhì)，涂布厚度為表2所記載的值。
[0186] 并且，在本實施例中，涂布膏后在150°C進行干燥。表2所記載的涂布厚度為干燥后 的值。
[0187] 針對如此進行所得到的Cu-陶瓷接合體，對Ti化合物層中有無 Ag粒子及Cu粒子、Ti 化合物層中的界面附近區(qū)域的Ag濃度、銅板與陶瓷基板的接合率進行了評價。
[0188] (Ti化合物層中有無 Ag粒子及Cu粒子）
[0189] 使用掃描型電子顯微鏡(Carl Zeiss NTS公司制造的ULTRA55)以倍率15000倍(測 定范圍：6μηιΧ8μηι)，視場數(shù)5來觀察銅板與陶瓷基板的接合界面，并確認(rèn)Ti化合物層中有無 Ag粒子及Cu粒子。
[0190] (T i化合物層中的界面附近區(qū)域的Ag濃度）
[0191 ] 使用能量分散型X射線檢測儀(ThermoFisher Scientific公司制造的SDD檢測儀 及Norton System Six)，對銅板與陶瓷基板的接合界面(平行于層疊方向的剖面)進行線分 析，測定Ti化合物層中的界面附近區(qū)域的Ag濃度。
[0192](接合率）
[0193]針對銅板與陶瓷基板的接合率，使用超聲波探傷裝置(Hitachi Power Solutions 公司制造的FineSAT200)用以下公式求出。其中，所謂初期接合面積為接合前的應(yīng)接合的面 積也即銅板的面積(38mm見方）。在將超聲波探傷圖像進行二值化處理之后的圖像中，剝離 以接合部內(nèi)的白色部來表示，因此該白色部的面積為剝離面積。
[0194] (接合率）= {(初期接合面積)-(剝離面積）}/(初期接合面積）X100
[0195] 將結(jié)果示出于表3、4。并且，本發(fā)明例1的反射電子圖像示出于圖16。
[0196] [表 1]
[0197]
[0199] [表 2]
[0200]
[0201] [表 3]
[0202]
[0203] [表 4]
[0204]
[0206]在現(xiàn)有例1中，在由A1N構(gòu)成的陶瓷基板上使用Ag-Cu-Ti釬料接合由0FC構(gòu)成的銅 板時，未實施在Ag與A1的共晶點溫度以上且Ag與Cu的共晶點溫度以下的溫度范圍進行保持 的低溫保持工序。在這種的現(xiàn)有例1中，陶瓷基板與銅板的界面確認(rèn)到由TiN構(gòu)成的Ti化合 物層，但在該Ti化合物層的內(nèi)部未確認(rèn)到Ag粒子、Cu粒子。此外，陶瓷基板與Ti化合物層的 界面附近區(qū)域的Ag濃度也為Ο. OOat %。在這種的現(xiàn)有例1中，接合率為83.7%。
[0207] 相對于此，在本發(fā)明例2-7中，在由A1N構(gòu)成的陶瓷基板上使用Ag-Cu-Ti釬料接合 由0FC構(gòu)成的銅板時，實施在Ag與A1的共晶點溫度以上且Ag與Cu的共晶點溫度以下的溫度 范圍進行保持的低溫保持工序。在這種本發(fā)明例2~7中，在陶瓷基板與銅板的界面確認(rèn)到 由TiN構(gòu)成的Ti化合物層，在該Ti化合物層的內(nèi)部觀察到Ag粒子、Cu粒子。此外，陶瓷基板與 Ti化合物層的界面附近區(qū)域的Ag濃度為0.15~12.28at%。在這種本發(fā)明例2~7中，接合率 為92.1~97.6%，與現(xiàn)有例相比確認(rèn)到接合率得到提高。
[0208] 此外，在本發(fā)明例1、8中，在由A1N構(gòu)成的陶瓷基板上使用Ag-Ti釬料接合由TPC或 0FC構(gòu)成的銅板時，實施在Ag與A1的共晶點溫度以上且Ag與Cu的共晶點溫度以下的溫度范 圍進行保持的低溫保持工序。在這種本發(fā)明例1、8中，陶瓷基板與銅板的界面確認(rèn)到由TiN 構(gòu)成的Ti化合物層，在該Ti化合物層的內(nèi)部觀察到Ag粒子。并且，陶瓷基板與Ti化合物層的 界面附近區(qū)域的Ag濃度為0.13at%、10.56at %。在這種本發(fā)明例1、8中，接合率為93.3%、 98.0%，與現(xiàn)有例相比確認(rèn)到接合率得到提高。
[0209]并且，在本發(fā)明例9、10、13~16中，在由A12〇3構(gòu)成的陶瓷基板上使用Ag-Ti釬料接 合由0FC構(gòu)成的銅板時，實施在Ag與A1的共晶點溫度以上且Ag與Cu的共晶點溫度以下的溫 度范圍進行保持的低溫保持工序。在這種本發(fā)明例9、10、13~16中，陶瓷基板與銅板的界面 確認(rèn)到由Ti0 2構(gòu)成的Ti化合物層，在該Ti化合物層的內(nèi)部觀察到Ag粒子。此外，陶瓷基板與 Ti化合物層的界面附近區(qū)域的Ag濃度為0.21~11.12at%。在這種本發(fā)明例9、10、13~16 中，接合率為91.1~98.8 %，與現(xiàn)有例相比也確認(rèn)到接合率別提高。
[0210]并且，在本發(fā)明例11、12中，在由Al2〇3構(gòu)成的陶瓷基板上使用Ag-Cu-Ti釬料接合由 0FC構(gòu)成的銅板時，實施在Ag與A1的共晶點溫度以上且Ag與Cu的共晶點溫度以下的溫度范 圍進行保持的低溫保持工序。在這種本發(fā)明例11、12,陶瓷基板與銅板的界面確認(rèn)到由Ti0 2 構(gòu)成的Ti化合物層，在該Ti化合物層的內(nèi)部觀察到Ag粒子、Cu粒子。此外，陶瓷基板與Ti化 合物層的界面附近區(qū)域的Ag濃度為9.08at %、11.36at %。在這種本發(fā)明例11、12中，接合率 為97.5 %、98.7 %，與現(xiàn)有例相比確認(rèn)到接合率得到提高。
[0211 ]此外，如表2及表4所示，使用Ag-Ti系膏、Ag-Cu-Ti系膏及Ag-TiH2系膏的情況下， 其結(jié)果也與使用釬料箱的情況相同，與現(xiàn)有例相比確認(rèn)到接合率得到提高。
[0212] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0213] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種可靠地接合有銅部件與陶瓷部件的Cu-陶瓷接合體、該 Cu-陶瓷接合體的制造方法、以及由該Cu-陶瓷接合體構(gòu)成的功率模塊用基板。本發(fā)明的Cu-陶瓷接合體，及功率模塊用基板，適合于用于控制風(fēng)力發(fā)電、電動汽車、混合動力汽車等而 使用的大功率控制用電源半導(dǎo)體元件。
[0214] 符號說明
[0215] 10、110、210_ 功率模塊用基板，11、111、211-陶瓷基板，12、112、212_電路層，13、 113-金屬層，22、122、123、222-銅板，2448-(：11-1^系釬料，31、131、231-1^化合物層，31八、 131A、231A-界面附近區(qū)域，35、135、23548粒子，36-(：11粒子，124-48-11系釬料，224-48-1^ 系釬料霄。
【主權(quán)項】
1. 一種Cu-陶瓷接合體，其為使用含Ag及Ti的接合材料來接合由銅或銅合金構(gòu)成的銅 部件與由A1N或Al2〇3構(gòu)成的陶瓷部件的Cu-陶瓷接合體，其中， 在所述銅部件與所述陶瓷部件的接合界面形成有由Ti氮化物或Ti氧化物構(gòu)成的Ti化 合物層， 在該Ti化合物層內(nèi)分散有Ag粒子。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cu-陶瓷接合體，其中， 所述Ti化合物層中的與所述陶瓷部件的界面起至500nm為止的界面附近區(qū)域的Ag濃度 為0.3原子％以上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Cu-陶瓷接合體，其中， 分散于所述Ti化合物層內(nèi)的所述Ag粒子的粒徑在10nm以上100nm以下的范圍內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的Cu-陶瓷接合體，其中， 所述接合材料進一步含有Cu，在所述Ti化合物層內(nèi)分散有Cu粒子。5. -種Cu-陶瓷接合體的制造方法，其為制造權(quán)利要求1至4中任一項所述的Cu-陶瓷接 合體的方法，該Cu-陶瓷接合體的制造方法具備： 低溫保持工序，使含Ag及Ti的接合材料介于所述銅部件與所述陶瓷部件之間的狀態(tài) 下，保持在Ag與A1的共晶點溫度以上且低于Ag與Cu的共晶點溫度的溫度范圍； 加熱工序，在所述低溫保持工序之后，加熱至Ag與Cu的共晶點溫度以上的溫度而對所 述接合材料進行恪融；以及 冷卻工序，在所述加熱工序之后，進行冷卻使被熔融的所述接合材料凝固而接合所述 銅部件與所述陶瓷部件。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的Cu-陶瓷接合體的制造方法，其中， 所述低溫保持工序的保持時間在30分鐘以上5小時以下的范圍內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的Cu-陶瓷接合體的制造方法，其中， 所述加熱工序的加熱溫度在790°C以上830°C以下的范圍內(nèi)。8. -種功率模塊用基板，其為在由A1N或Al2〇3構(gòu)成的陶瓷基板的表面接合有由銅或銅 合金構(gòu)成的銅板的功率模塊用基板，其中， 所述功率模塊用基板由權(quán)利要求1至4中任一項所述的Cu-陶瓷接合體構(gòu)成。
【專利摘要】本發(fā)明的Cu-陶瓷接合體為使用含Ag及Ti的接合材料來接合由銅或銅合金構(gòu)成的銅部件與由AlN或Al2O3構(gòu)成的陶瓷部件的Cu-陶瓷接合體，在所述銅部件與所述陶瓷部件的接合界面形成有由Ti氮化物或Ti氧化物構(gòu)成的Ti化合物層，在該Ti化合物層內(nèi)分散有Ag粒子。
【IPC分類】B32B18/00, H01L23/36, H01L23/12, B32B15/04, H01L25/07, H01L25/18, C04B37/02, H01L23/373, H01L23/13
【公開號】CN105452195
【申請?zhí)枴緾N201480044605
【發(fā)明人】寺崎伸幸, 長友義幸
【申請人】三菱綜合材料株式會社
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年9月25日
【公告號】WO2015046280A1