专利名称：金属/陶瓷粘合制品的制作方法
发明的领域本发明总的来说涉及一种金属/陶瓷粘合制品，该制品具有陶瓷基质和金属片，所述金属片通过钎焊焊料粘合到陶瓷基质上。更具体地说，本发明涉及其上面装有半导体之类的部件，能用于电力模块或珀耳贴元件模块的金属/陶瓷粘合制品。
背景技术：
在制造电力模块的陶瓷电路板或在其上面安装半导体的一般方法中，首先是将一块金属片和一块陶瓷基质彼此粘合。例如，工业上采用的有直接粘合方法，是将铜片置于陶瓷基质上，铜片直接接触陶瓷基质，然后在惰性气体中加热铜片和陶瓷基质，使两者彼此粘合起来。工业上还采用的有钎焊和软钎焊方法，隔着含活性金属例如Ti、Zr或Hf的钎焊焊料，将铜片置于在陶瓷基质上，然后在真空中加热，使陶瓷基质与铜片彼此粘合起来。在钎焊方法中，该活性金属与陶瓷基质粘合到金属片上的作用。具体是陶瓷基质与钎焊焊料反应，形成反应产物。通常认为，钎焊焊料中的活性金属与氧化物陶瓷基质例如Al2O3反应，形成活性金属的氧化物；与非氧化物的陶瓷基质例如AlN或Si3N4反应，形成活性金属的氮化物；与碳化物的陶瓷基质例如SiC反应，形成活性金属的碳化物；这些产物就将陶瓷基质与铜片粘合起来。即，粘合后的钎焊焊料层包括主要含有金属的层和主要含有钎焊焊料与陶瓷基质之间界面产物的层。
对于电路或辐射，作为在粘合好金属片例如铜片以后，形成图案而制成预定形状的电路的方法，也采用蚀刻方法来形成印刷电路板等。由于该方法易于获得精细的图案，而且可以相对容易地适应于电路设计的改变，所以应用广泛。在该方法中，例如氯化铁或氯化铜、盐酸和过氧化氢的混合溶液通常用作金属片例如铜片的蚀刻剂。在上述直接粘合方法的情形下，该蚀刻剂能够进行蚀刻形成图案，而不会引起问题，这是因为此时可以不考虑反应产物。但是，在钎焊和钎焊方法的情形下，该蚀刻剂虽能溶解金属片，但是它不能溶解钎焊焊料以及钎焊焊料与陶瓷基质的反应产物(钎焊焊料及其反应产物在下面统称为“钎焊焊料等”)，结果钎焊焊料等留在电路板图案之间和/或基质边缘面上。由于钎焊焊料等是导体，所以不能满足，将电路图案彼此之间隔开，和/或板的正面与反面彼此之间隔开的电路板基本要求。作为除去钎焊焊料等的方法，已知可以单独采用氢氟酸或者氢氟酸与至少一种选自硝酸、硫酸和盐酸的无机酸的的混合酸，或者采用含有王水、氢氧化钠和/或氢氧化钾的溶液，来处理除去钎焊焊料等(见日本专利No2594475)。已知还有用含有卤化氢和/或卤化铵的溶液处理钎焊焊料等，然后用含有无机酸和过氧化氢的溶液处理，除去钎焊焊料的方法(见日本专利No7-36467)。
在金属/陶瓷粘合基质制品由上述方法形成图案的的金属电路部分上，根据其用途，可以进行镀镍、镀镍合金、镀金或防护处理。
此外，芯片元件，例如半导体元件通过钎焊等方法安装在其上面，用作电力模块或珀耳贴元件模块。
近年来，电力模块和珀耳贴元件模块已应用于苛刻环境中，它们所使用的元件就要求具有高的可靠性。尤其是用作汽车零件或用于室外的零件时，要求提高其耐温度急变性。另一方面，例如在金属通过钎焊焊料粘合到陶瓷基质上的某些金属/陶瓷粘合基质制品中，设计好电路图案边缘部分的截面形状，就可以进一步改进其性能。
为了通过钎焊焊料提高耐温度急变性等性能的可靠性，已知的是，在金属片的边缘部分令钎焊焊料伸出一段，可有效地松弛因粘合过程中金属与陶瓷之间热膨胀系数差异引起的热应力。例如，日本公开的专利No10-326949提出了一种基质，它具有这样的结构，金属电路板的周边部分的底表面与顶表面之间的尺寸之差为50-100微米(该差值是通过金属片底表面一端而垂直于金属片主平面的平面以及通过与金属片底表面上述端相同侧的金属片顶表面一端而垂直于金属主表面的平面之间的距离，即图5中L1表示的长度(如果底表面的面积大于顶表面的面积，此值认为是+，该距离在下面称为“裙扩展长度”)，从金属片与粘合在其上的钎焊焊料的界面伸出的钎焊焊料的长度(该长度在图5中用L2表示)，该长度在下面称为“钎焊焊料层伸出长度”，是-50-+30微米。另外，日本专利2797011提出了一种基质，它具有这样的结构，其中自金属片与粘合在其上的钎焊焊料之间的界面伸出的钎焊焊料长度是250微米或更长。
但是，即使自金属片与粘合在其上的钎焊焊料之间的界面伸出的钎焊焊料长度是-50-+30微米，也不能获得足以满足市场要求的耐温度急变性。如果自金属片与粘合在其上的钎焊焊料之间的界面伸出的钎焊焊料长度是250微米或更长，就可以获得足够高的耐温度急变性。但是，在近年来明显强调小型和柔性的市场趋势中，如果钎焊焊料伸出的长度很长，基质的外部尺寸就难于符合设计的要求，这样就需要提供，即使外部尺寸更小，它也比得上伸出长度为250微米情况的耐温度急变性。
发明的概述因此，本发明的目的是避免上述问题，提供一种金属/陶瓷粘合制品，它可保证足够的耐温度急变性，并具有小外部尺寸的基质，而且它既是可靠性高，又是小型化的。
为了实现上述和其他目的，本发明人进行了认真的研究，发现通过最佳地控制钎焊焊料层伸出长度，使得能够设计一种较大的元件安装面积，就可以提供一种金属/陶瓷粘合制品，它可保证足够的耐温度急变性，并具有小外部尺寸的基质，而且它既可靠性高，又小型的。结果，本发明人完成了本发明。
根据本发明的一个方面，提供一种金属/陶瓷粘合制品，它包括陶瓷基质和通过钎焊焊料粘合到陶瓷基质上的金属片，其中钎焊焊料从金属片的底表面伸出的长度长于30微米，为250微米或更短。
根据本发明的另一方面，提供另一种金属/陶瓷粘合制品，它包括陶瓷基质和通过钎焊焊料粘合到陶瓷基质上的金属片，其中钎焊焊料层从金属片的底表面伸出的长度为金属片厚度的25％或更多。
在上述每个金属/陶瓷粘合制品中，钎焊焊料层的伸出部分的长度可以为50-200微米。设想两个平面，一个是上述通过金属片底表面一端而垂直于金属片主平面的平面，另一个是通过金属片底表面上述端相同侧的金属片顶表面一端而垂直于金属片主平面的平面，这两个平面之间的距离可以是50微米或更小，当底表面面积大于顶表面面积时，该距离认为是+。陶瓷基质可以由选自氧化物、氮化物和碳化物的材料形成。金属片可以由选自铜、铝、铜为主成分的合金、铝为主成分的合金的材料形成。钎焊焊料可以含有银和活性金属。钎焊焊料可以包括铝。金属片和钎焊焊料层可以进行镀镍、镀镍合金、镀金和防护处理中的至少一种处理。
附图的简要说明从下面的详细说明和显示本发明优选实施方式的附图，可以更全面地理解本发明。但是，所述附图不意味着将本发明限制于所述的具体实施方式
，它们仅用于解释和说明本发明。
在附图中，
图1A-1C是说明制造本发明金属/陶瓷粘合制品的步骤的剖面图；图2A-2C是说明制造本发明金属/陶瓷粘合制品的步骤的剖面图；图3A-3C是说明制造本发明金属/陶瓷粘合制品的步骤的剖面图；图4A-4C是说明制造本发明金属/陶瓷粘合制品的步骤的剖面图；图5是说明裙扩展长度和钎焊焊料层伸出长度的示意图；图6是显示在实施例1中获得的金属/陶瓷粘合制品的剖面的显微照片；图7是实施例和对比例中钎焊焊料层伸出长度(微米)与通过炉子的耐受性(次数)的关系图；图8是实施例和对比例中钎焊焊料层伸出长度(微米)与弯曲强度(MPa)的关系图。
优选实施方式的详细说明下面参照附图，描述本发明金属/陶瓷粘合制品的优选实施方式。
本发明金属/陶瓷粘合制品的优选实施方式，包括一块陶瓷基质和通过钎焊焊料粘合到陶瓷基质上的一块金属片，其中钎焊焊料层从金属片底表面伸出的长度长于30微米，为250微米或更短，优选为50-200微米，或者钎焊焊料层从金属片底表面伸出的长度是金属片厚度的25％或更长，优选30％或更长。
在通常用于电力模块的厚度约为0.25-0.4mm的金属电路片的情形下，当钎焊焊料层伸出长度增大时，在经受温度急变期间，金属电路板周边部分引发的应力所造成的基质强度的损坏程度就得以改善，如果钎焊焊料层伸出长度是30微米或更长，优选50微米或更长，就可以获得足够的耐温度急变性能。如果钎焊焊料层伸出长度设置为基质设计尺寸所允许的最大长度，就可以获得高的耐温度急变性。
如果金属线路片的厚度约为0.15mm或更薄，在金属热膨胀和热收缩时，所产生的对基质的应力减小，因此，即使钎焊焊料层从金属线路片与钎焊焊料层之间的界面所伸出的长度小于30μm，也有可能维持耐温度急变性。钎焊焊料层的突出长度宜为金属线路部分厚度的25％或更大，更宜为30％或更大。如果钎焊焊料层的突出长度设置为基质尺寸所允许的最大长度，就可以获得高的耐温度急变性。
关于用于本发明的陶瓷基质的材料，Al2O3(氧化铝)的特点是价廉，AlN的特点是虽然价高，但是导热性良好，Si3N4和SiC的特点是强度高，韧性也高。根据这些陶瓷基质的特点，Al2O3能够形成价廉的陶瓷电路板，AlN能够利用其良好的辐射性能，形成适用于高发热值的半导体的陶瓷电路板，例如大电力芯片，Si3N4和SiC能够利用它们良好的强度，形成耐温度急变性高且耐环境性能高，可用于苛刻环境中，例如汽车中的陶瓷电路板。
用来将金属片粘合到陶瓷基质上的钎焊焊料能够根据金属片的金属和陶瓷基质的陶瓷的物理性质来选择。如果金属片是铜片，而且如果陶瓷基质是AlN基质或Al2O3基质，钎焊焊料的金属组成就优选含有65-99重量％Ag，1-10重量％活性金属，其余基本为Cu。可以加入至少一种选自Ti或Zr的元素作为活性金属，可以加入很少量的第四种组分例如TiO2起应力松弛作用。钎焊焊料可以位于在陶瓷基质的整个表面上，也可以仅位于一些预定位置上。因此，如果需要，钎焊焊料就可以根据其用途有选择地使用。要使用的钎焊焊料可以是任何形态，例如糊状或箔状。如果金属片是铝片，那么钎焊焊料的金属组分就优选主要含有铝，例如Al-Si或Al-Si-Ti，其形态无关紧要，例如糊状或箔状。
作为金属片，考虑到铜片具有良好的导电性，经常使用铜片。通常使用一种方法，将抗蚀剂覆盖该金属片后对其蚀刻，形成预定的电路图案。
作为除去钎焊焊料等的不需要部分的化学物质，可以使用溶解钎焊焊料的化学物质，例如氟化物或鳌合物，因为通常使用的氯化铁或氯化铜、盐酸和过氧化氢的混合溶液不能充分溶解钎焊焊料等。
由于在用化学物质除去钎焊焊料等的不需要部分后，钎焊焊料层伸出长度为零或者很短，所以就需要进一步加工，来获得所要求的钎焊焊料层伸出长度。作为获得所要求的这样钎焊焊料层伸出长度的方法，例如可以是在电路图案的表面上施加尺寸略小于被蚀刻金属片的电路图案的抗蚀剂，然后通过蚀刻或化学抛光来溶解金属片，获得所要求的钎焊焊料层伸出长度。此外，钎焊焊料层伸出长度也可以依靠调节被蚀刻或化学抛光的条件而改变很多，而且也可以受到例如温度和喷涂压力等条件的控制。作为另一种获得所要求的钎焊焊料层伸出长度的方法，也可以在陶瓷基质上通过印刷等方法形成具有一定图案形状的钎焊焊料，相对于金属片的目标电路图案来说，该图案形状预期可获得所需的钎焊焊料层伸出长度，然后，用钎焊焊料将已经通过冲压加工或蚀刻而获得一定图案形状的金属片粘合到陶瓷基质上。但是本发明不应当局限于这些方法。
关于金属电路部分的底表面和顶表面的尺寸，其上面将有Si芯片的顶表面的面积较大，这是有利的。但是，很难采用通常进行的蚀刻方法来形成小的尺寸差别。为了防止向相邻金属电路部分放电的可能性增大，顶表面与底表面之间的尺寸优选是负的尺寸差(顶表面的面积比底表面的面积大)，且达到不会发生放电的程度，这个尺寸差为40微米或更小。通过改变蚀刻工艺和/或蚀刻条件来达到这个范围。
为了改进将要在金属/陶瓷粘合电路板上形成为电路图案的金属的耐候性，并为了防止其焊料湿润性随时间而变差，优选进行镀镍、镀镍合金、镀金或防护处理。所述镀金属的工艺例如是通常的化学镀方法实施，所述化学镀是在脱脂、化学抛光和用Pd活化的化学物质进行预处理后，采用含次磷酸盐的化学物质作为Ni-P化学镀溶液进行化学镀；或者将电极接触图案而进行电镀的方法。此外，也优选用通常的氮杂茂化合物来进行防护处理。
在根据本发明制成的金属/陶瓷粘合电路板的金属电路片上，电气元件和电子元件例如半导体芯片和电阻，用钎焊等方法焊上去并在其背面上用钎焊等方法将散热片焊上去。另外，再进行以下步骤粘合上塑料盒等，用超声波粘合用的线将外部接头连接到电路板上，注射绝缘凝胶，装上顶盖，最终形成一个组件。
下面参照附图，详细说明本发明金属/陶瓷粘合制品的实施例。
实施例1称出含金属组分的金属粉末重量，使得各组分是91重量％银，7重量％铜，1.5重量％Ti，0.5重量％TiO2。向该金属粉中加入约10％丙烯酸载体。采用自动研钵和三个滚磨机，用通常的方法捏合该混合物，就制成了糊状的钎焊焊料。
接着，如图1A-1C所示，制成陶瓷基质10(图1A)，用丝网印刷法在陶瓷基质10的两面上施加钎焊焊料12(图1B)。然后，在其两面上各放置厚0.25mm的一块铜片14，在真空炉内在835℃使铜片14粘合到陶瓷基质10上。为了检查钎焊焊料层12的厚度，将这样粘合的样品进行切割，测量钎焊焊料层12的厚度。结果是钎焊焊料层12的厚度约为20微米。使用ATG公司制造的S级AlN基质作为陶瓷基质10。
然后，从真空炉内取出这样粘合的样品。接着如图2A-2C所示，在粘合的铜片14的两面上施加具有所要求的电路图案和厚度为10-15微米的紫外光固化的碱性剥离抗蚀剂16(图2A)。用含有氯化铜、过氧化氢和盐酸的蚀刻剂除去铜片14的不需要的部分(图2B)。之后，用3.5％氢氧化钠水溶液除去抗蚀剂16(图2C)。
然后，为了除去电路图案之间和基质边缘面上不需要的钎焊焊料部分，将样品浸入含有1.4％EDTA、6％过氧化氢和3％氨的混合溶液，除去不需要的钎焊焊料12的部分(图3A)。然后，再次在铜片14的两面上施加具有所要求的电路图案的紫外光固化碱性剥离抗蚀剂18(图3B)，再次用含有氯化铜、过氧化氢和盐酸的蚀刻剂蚀刻铜片14达15分钟(图3C)。然后，用3.5％氢氧化钠水溶液除去抗蚀剂18(图4A)，再进行Ni-P化学镀获得镀层20(图4B)。
图6示出了这样获得的金属/陶瓷粘合制品的剖面的显微照片。对于在此实施例获得的金属/陶瓷粘合制品，测量钎焊焊料层伸出长度和金属电路部分的裙扩展长度，使得所述长度分别为102微米和＜0微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，实施通过炉子的处理(在还原气氛(氮气4+氢气1)中在370℃加热制品10分钟后，将其冷却)，用通过炉子的耐受性(次数)来评价可靠性。即，通过炉子处理后肉眼检查在陶瓷部分内是否有裂纹产生，将就在引起裂缝的通过炉子处理次数之前的通过炉子处理次数作为通过炉子的耐受性(次数)。用此通过炉子的耐受性评价金属/陶瓷粘合制品的可靠性。结果，在此实施例中制成的金属/陶瓷粘合制品的通过炉子的耐受性为58。
实施例2用与实施例1同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为101微米，金属电路部分的裙扩展长度＜0微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为58。
实施例3用与实施例1同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为95微米，金属电路部分的裙扩展长度为3微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为68。
实施例4除了第二次蚀刻进行20分钟以外，其余步骤与实施例1相同，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为124微米，金属电路部分的裙扩展长度＜0微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为84。
实施例5用与实施例1同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为88微米，金属电路部分的裙扩展长度为11微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为78。另外，对于在此实施例中得到的金属/陶瓷粘合制品，使用测量弯曲强度的设备(SHIMADZUAGS-1000D，Shimadzu Seisakusho生产)测量起始弯曲强度和三次通过炉子后的弯曲强度，测量条件是负荷速度为0.5mm/min，跨距长度为30mm，结果，起始弯曲强度为615MPa，三次通过炉子后的弯曲强度为535MPa。
实施例6用与实施例1同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为133微米，金属电路部分的裙扩展长度＜0微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为98。
实施例7除了第二次蚀刻进行10分钟以外，其余步骤与实施例1所述的方法相同，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为73微米，金属电路部分的裙扩展长度8微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为74。
实施例8用与实施例1同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为82微米，金属电路部分的裙扩展长度为4微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为58。另外，与实施例5相似，对于在此实施例中得到的金属/陶瓷粘合制品，测量起始弯曲强度和三次通过炉子后的弯曲强度，结果，起始弯曲强度为609MPa，三次通过炉子后的弯曲强度为570MPa。
实施例9用与实施例1同样的方法相同，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为83微米，金属电路部分的裙扩展长度为11微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为42。
实施例10用与实施例1同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为93微米，金属电路部分的裙扩展长度为5微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为52。
实施例11用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为65微米，金属电路部分的裙扩展长度为21微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为32。
实施例12用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为53微米，金属电路部分的裙扩展长度为23微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为32。
实施例13用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为62微米，金属电路部分的裙扩展长度为31微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为32。
实施例14用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为54微米，金属电路部分的裙扩展长度为15微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为40。
实施例15用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为57微米，金属电路部分的裙扩展长度为26微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为26。
实施例16用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为55微米，金属电路部分的裙扩展长度为25微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为30。
实施例17用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为55微米，金属电路部分的裙扩展长度为26微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为32。
实施例18用与实施例4同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为134微米，金属电路部分的裙扩展长度＜0微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为92。
实施例19用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为52微米，金属电路部分的裙扩展长度为18微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为26。另外，与实施例5所述相似，对于在此实施例中得到的金属/陶瓷粘合制品，测量起始弯曲强度和三次通过炉子后的弯曲强度，结果，起始弯曲强度为622MPa，三次通过炉子后的弯曲强度为549MPa。
实施例20用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为62微米，金属电路部分的裙扩展长度为10微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为36。
实施例21用与实施例7同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为62微米，金属电路部分的裙扩展长度为20微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为38。
对比例1除了第二次蚀刻进行5分钟外，其他步骤与实施例1相同，获得了这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为-20微米，金属电路部分的裙扩展长度为45微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为11，比实施例1-21中的小。另外，与实施例5相似，对于在此实施例中得到的金属/陶瓷粘合制品，测量起始弯曲强度和三次通过炉子后的弯曲强度，结果，起始弯曲强度为548MPa，三次通过炉子后的弯曲强度为203MPa。这两种强度都比实施例5、8和19中的小。
对比例2用与实施例1同样的方法，获得这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为0微米，金属电路部分的裙扩展长度为30微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为19，比实施例1-21中的小。另外，与实施例5相似，对于在此实施例中得到的金属/陶瓷粘合制品，测量起始弯曲强度和三次通过炉子后的弯曲强度，结果，起始弯曲强度为590MPa，三次通过炉子后的弯曲强度为331MPa。这两种强度都比实施例5、8和19中的小。
对比例3用与实施例1同样的方法，获得了这样的金属/陶瓷粘合制品，它的钎焊焊料层伸出长度为30微米，金属电路部分的裙扩展长度为15微米。对于在此实施例中获得的金属/陶瓷粘合制品，进行了通过炉子的处理，用通过炉子的耐受性(次数)评价可靠性。结果，通过炉子的耐受性(次数)为25，比实施例1-21中的小。另外，与实施例5相似，对于在此实施例中得到的金属/陶瓷粘合制品，测量起始弯曲强度和三次通过炉子后的弯曲强度，结果，起始弯曲强度为610MPa，三次通过炉子后的弯曲强度为510MPa。两种强度都比实施例5、8和19中的小。
实施例1-21和对比例1-3的结果如下表所示。
表1
图7和8分别显示了钎焊焊料层伸出长度(微米)与通过炉子的耐受性(次数)之间的关系，以及钎焊焊料层伸出长度(微米)与弯曲强度(MPa)之间的关系。如图7所示，如果钎焊焊料层伸出长度超过大约30微米，那么通过炉子的耐受性(次数)就很快增大，如果钎焊焊料层伸出长度超过大约130微米，那么通过炉子的耐受性的变化就下降。另外，如图8所示，如果钎焊焊料层伸出长度超过大约30微米，那么起始弯曲强度与三次通过炉子后的弯曲强度之差就变小。由此，可以看出，如果钎焊焊料层伸出长度超过大约30微米，那么耐温度急变性就会大大改善。
虽然根据优选实施方式描述了本发明，目的是有助于更好地理解本发明，但是应当明白，在不脱离本发明的原理情况下，本发明可以以多种方式实现。由此，应当明白，在不脱离所附权利要求所述的本发明的原理情形下，本发明包括能够体现本发明的所有可能的实施方式和对所述的实施方式的改进方式。
权利要求
1.一种金属/陶瓷粘合制品，它包括陶瓷基材；金属片，它用钎焊焊料粘合在所述陶瓷基材上；其中所述的钎焊焊料层从所述金属片的底表面伸出的长度长于30微米，为250微米或更短。
2.如权利要求1所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述的长度为50-200微米。
3.如权利要求1所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于通过金属片底表面一端而垂直于金属片主平面的平面，与通过金属片底表面上述端相同侧的金属片顶表面一端而垂直于金属片主平面的平面之间的距离是50微米或更小，当底表面面积大于顶表面面积时，此距离认为是正值。
4.如权利要求1所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述陶瓷基片由选自氧化物、氮化物和碳化物的材料形成。
5.如权利要求1所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述金属片由选自铜、铝、铜为主要成分的合金、铝为主要成分的合金的材料形成。
6.如权利要求1所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述钎焊焊料含有银和活性金属。
7.如权利要求1所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述钎焊焊料包括铝。
8.如权利要求1所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述金属片和钎焊焊料经过镀镍、镀镍合金、镀金和防护处理中的至少一种方式处理。
9.一种金属/陶瓷粘合制品，它包括陶瓷基材；金属片，它用钎焊焊料粘合在所述陶瓷基材上；其中所述的钎焊焊料层从所述金属片的底表面伸出的长度为所述金属片厚度的25％或更多。
10.如权利要求9所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述的长度为所述金属片厚度的30％或更多。
11.如权利要求9所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于通过金属片底表面一端而垂直于金属片主平面的平面，与通过所述金属片底表面上述端相同侧的金属片顶表面一端而垂直于金属片主平面的平面之间的距离是50微米或更小，当底表面面积大于顶表面面积时，此距离认为是正值。
12.如权利要求9所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述陶瓷基片由选自氧化物、氮化物和碳化物的材料形成。
13.如权利要求9所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述金属片由选自铜、铝、铜为主要成分的合金、铝为主要成分的合金的材料形成。
14.如权利要求9所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述钎焊焊料含有银和活性金属。
15.如权利要求9所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述钎焊焊料包括铝。
16.如权利要求9所述的金属/陶瓷粘合制品，其特征在于所述金属片和钎焊焊料经过镀镍、镀镍合金、镀金和防护处理中的至少一种方式处理。
全文摘要
本发明提供一种金属/陶瓷粘合制品，它可保证足够高的耐温度急变性，基质的外部尺寸小，同时既具有高可靠性，又是小型的。该金属/陶瓷粘合制品包含陶瓷基质和通过钎焊焊料粘合在陶瓷基质上的金属片，所述的钎焊焊料层从金属片底面伸出的长度大于30微米，为250微米或更短，或者钎焊焊料层从金属片底面伸出的长度为金属片厚度的25％或更长。
文档编号B32B7/10GK1502463SQ02152290
公开日2004年6月9日 申请日期2002年11月20日 优先权日2002年11月20日
发明者塚口信芳, 中村润二, 和田雅彦, 浪冈睦, 木村正美, 二, 口信芳, 彦, 美 申请人:同和矿业株式会社