铜-陶瓷接合体及绝缘电路基板的制作方法

本发明涉及一种通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和陶瓷部件而成的铜-陶瓷接合体、及在陶瓷基板的表面接合由铜或铜合金构成的铜板而成的绝缘电路基板。本技术基于2021年7月30日在日本技术的专利申请2021-125532号主张优先权，并将其内容援用于此。

背景技术：

1、功率模块、led模块及热电模块为将功率半导体元件、led元件及热电元件接合到在绝缘层的一面形成有由导电材料构成的电路层的绝缘电路基板上而成的结构。

2、例如，为了控制风力发电、电动汽车、油电混合汽车等而使用的大功率控制用的功率半导体元件在工作时的发热量多，因此作为搭载该功率半导体元件的基板，一直以来被广泛使用如下绝缘电路基板，该绝缘电路基板具备：陶瓷基板；在该陶瓷基板的一面接合导电性优异的金属板而形成的电路层；及在陶瓷基板的另一面接合金属板而形成的散热用金属层。

3、例如，在专利文献1中提出有通过在陶瓷基板的一面及另一面接合铜板而形成电路层及金属层的绝缘电路基板。在该专利文献1中，在陶瓷基板的一面及另一面隔着ag-cu-ti系钎料而配置铜板，通过进行加热处理来接合铜板(所谓活性金属钎焊法)。

4、并且，在专利文献2中提出了一种功率模块用基板，其使用含ag和ti的接合材料来接合由铜或铜合金构成的铜板及由aln或al2o3构成的陶瓷基板而成。

5、此外，在专利文献3中提出了一种功率模块用基板，其使用由al-si系、al-ge系、al-cu系、al-mg系或al-mn系等合金构成的钎料来接合由铝或铝合金构成的铝板及陶瓷基板而成。并且，在该专利文献3中，在形成于陶瓷基板的一面的电路层及形成于陶瓷基板的另一面的散热层的周围形成有突出部。由此，确保了电路层与散热层的绝缘性，并且增加了电路层及散热层的热容量。

6、专利文献1：日本专利第3211856号公报(b)

7、专利文献2：日本专利第5757359号公报(b)

8、专利文献3：日本专利第5957862号公报(b)

9、然而，近来有搭载于绝缘电路基板的半导体元件的发热温度变高的倾向，对于绝缘电路基板，要求比以往更高的能够耐受严酷的冷热循环的冷热循环可靠性。

10、在此，在接合铜板和陶瓷基板而成的绝缘电路基板中，如专利文献3中所记载，在电路层形成有突出部的情况下，当负载冷热循环时，热应力集中在电路层的端部，接合可靠性有可能会下降。

11、并且，铜部件的端部因接合材料中所包含的ag固溶而会固溶固化。当铜部件的端部因固溶固化而变硬时，热应力仍然集中在电路层的端部，接合可靠性有可能会下降。

技术实现思路

1、本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种即使在负载严酷的冷热循环时也能够抑制陶瓷部件的裂纹的产生并且冷热循环可靠性优异的铜-陶瓷接合体、及由该铜-陶瓷接合体构成的绝缘电路基板。

2、为了解决上述课题，本发明的一方式所涉及的铜-陶瓷接合体为通过接合由铜或铜合金构成的铜部件和陶瓷部件而成的铜-陶瓷接合体，其特征在于，在所述铜部件的端部区域中，ag浓度为0.5质量％以上且15质量％以下的ag固溶部的面积比在0.03以上且0.35以下的范围内。

3、另外，本发明中的所述铜部件的端部区域是指如下区域：是在沿铜-陶瓷接合体的层叠方向的截面中，从所述铜部件的端部起向所述铜部件的中央侧100μm的宽度和从陶瓷部件的接合面起至所述铜部件的与所述陶瓷部件相反的一侧的表面为止的高度的范围内的区域。

4、根据本发明的一方式所涉及的铜-陶瓷接合体，由于在所述铜部件的端部区域中，ag浓度为0.5质量％以上且15质量％以下的ag固溶部的面积比为0.03以上，因此即使在所述铜部件的端部处，ag在与陶瓷部件的接合界中也充分地发生反应，能够牢固地接合陶瓷部件与铜部件。

5、并且，由于所述ag固溶部的面积比为0.35以下，因此抑制铜部件的端部区域因固溶固化而变得过硬，并且能够抑制负载冷热循环时的陶瓷部件的裂纹或剥离。

6、在此，本发明的一方式所涉及的铜-陶瓷接合体中，优选在所述陶瓷部件与所述铜部件的接合界面处，在所述陶瓷部件侧形成有活性金属化合物层，所述活性金属化合物层的厚度t1在0.05μm以上且0.8μm以下的范围内。

7、此时，由于在所述陶瓷部件侧形成有活性金属化合物层，所述活性金属化合物层的厚度t1在0.05μm以上且0.8μm以下的范围内，因此陶瓷部件和铜部件通过活性金属可靠而牢固地接合，并且进一步抑制接合界面变硬。

8、并且，本发明的一方式所涉及的铜-陶瓷接合体中，优选在所述陶瓷部件与所述铜部件的接合界面处，在所述铜部件侧形成有ag-cu合金层，所述ag-cu合金层的厚度t2在1μm以上且15μm以下的范围内。

9、此时，由于在所述陶瓷部件与所述铜部件的接合界面处，在所述铜部件侧形成有ag-cu合金层，所述ag-cu合金层的厚度t2在1μm以上且15μm以下的范围内，因此接合材料的ag与铜部件充分地反应，从而陶瓷部件与铜部件可靠而牢固地接合，并且进一步抑制接合界面变硬。

10、本发明的一方式所涉及的绝缘电路基板为通过在陶瓷基板的表面接合由铜或铜合金构成的铜板而成的绝缘电路基板，其特征在于，在所述铜板的端部区域中，ag浓度为0.5质量％以上且15质量％以下的ag固溶部的面积比在0.03以上且0.35以下的范围内。

11、另外，本发明中的所述铜板的端部区域是指如下区域：是在沿绝缘电路基板的层叠方向的截面中，从所述铜板的端部起向所述铜板的中央侧100μm的宽度和从陶瓷基板的接合面起至所述铜板的与所述陶瓷基板相反的一侧的表面为止的高度的范围内的区域。

12、根据本发明的一方式所涉及的绝缘电路基板，由于在所述铜板的端部区域中，ag浓度为0.5质量％以上且15质量％以下的ag固溶部的面积比为0.03以上，因此即使在所述铜板的端部处，ag在与陶瓷基板的接合界面中也充分地发生反应，能够牢固地接合陶瓷基板与铜板。

13、并且，由于所述ag固溶部的面积比为0.35以下，因此抑制铜板的端部区域因固溶固化而变得过硬，并且能够抑制负载冷热循环时的陶瓷基板的裂纹或剥离。

14、在此，本发明的一方式所涉及的绝缘电路基板中，优选在所述陶瓷基板与所述铜板的接合界面处，在所述陶瓷基板侧形成有活性金属化合物层，所述活性金属化合物层的厚度t1在0.05μm以上且0.8μm以下的范围内。

15、此时，由于在所述陶瓷基板与所述铜板的接合界面处，在所述陶瓷基板侧形成有活性金属化合物层，所述活性金属化合物层的厚度t1在0.05μm以上且0.8μm以下的范围内，因此陶瓷基板和铜板通过活性金属可靠而牢固地接合，并且进一步抑制接合界面变硬。

16、并且，本发明的一方式所涉及的绝缘电路基板中，优选在所述陶瓷基板与所述铜板的接合界面处，在所述铜板侧形成有ag-cu合金层，所述ag-cu合金层的厚度t2在1μm以上且15μm以下的范围内。

17、此时，由于在所述陶瓷基板与所述铜板的接合界面处，在所述铜板侧形成有ag-cu合金层，所述ag-cu合金层的厚度t2在1μm以上且15μm以下的范围内，因此接合材料的ag与铜板充分地反应，从而陶瓷基板与铜板可靠而牢固地接合，并且进一步抑制接合界面变硬。

18、根据本发明，能够提供一种即使在负载严酷的冷热循环时也能够抑制陶瓷部件的裂纹的产生并且冷热循环可靠性优异的铜-陶瓷接合体、及由该铜-陶瓷接合体构成的绝缘电路基板。