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CN110690187A - 电路基板及半导体装置 - Google Patents

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CN110690187A
CN110690187A CN201911132791.2A CN201911132791A CN110690187A CN 110690187 A CN110690187 A CN 110690187A CN 201911132791 A CN201911132791 A CN 201911132791A CN 110690187 A CN110690187 A CN 110690187A
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less
ceramic substrate
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bonding layer
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那波隆之
加藤宽正
梅原政司
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Toshiba Corp
Toshiba Materials Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Materials Co Ltd
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Abstract

本发明提高电路基板的TCT特性。电路基板具备具有第1、2面的陶瓷基板和介由第1、2接合层与第1、2面接合的第1、2金属板。陶瓷基板的3点弯曲强度为500MPa以上。第1接合层的第1伸出部的L1/H1、及第2接合层的第2伸出部的L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下。第1伸出部的10处的第1维氏硬度的平均值及第2伸出部的10处的第2维氏硬度的平均值中的至少一者为250以下。

Description

电路基板及半导体装置
本申请是申请日为2016年8月1日、申请号为201680012836.0、发明名称为“电路基板及半导体装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
实施方式涉及电路基板及半导体装置。
背景技术
近年来，伴随着产业设备的高性能化，其中搭载的功率模块的高输出化取得进展。伴随于此，半导体元件的高输出化取得进展。半导体元件的工作保证温度为125℃～150℃，但今后有上升至175℃以上的可能性。
伴随着半导体元件的工作保证温度的上升，对陶瓷金属电路基板要求高的TCT特性。所谓TCT是热循环试验。TCT是将按照低温→室温→高温→室温的顺序使温度发生变化的工序作为1个循环来实施，并测定陶瓷金属电路基板的耐久性的方法。
以往的陶瓷金属电路基板具备陶瓷基板和金属板。金属板介由使用钎料而形成的接合层与陶瓷基板接合。接合层具有按照从陶瓷基板与金属板之间伸出的方式在陶瓷基板上延伸的伸出部。上述陶瓷金属电路基板具有相对于5000个循环的TCT的高的耐久性。通过减少伸出部的空隙，能够改善TCT特性。然而，当工作保证温度为175℃以上时，仅仅消除伸出部的空隙对于TCT特性的提高有限。
表示功率模块的性能的功率密度通过下面的式子求出。
功率密度＝(额定电流×额定电压×模块上搭载的半导体元件的数目)/模块的体积
功率密度可以通过例如增加模块上搭载的半导体元件的数目、减小模块的体积而变大。为了改善这2个参数，要求在陶瓷金属电路板上搭载多个半导体元件。为了实现能够搭载多个半导体元件、且体积小的陶瓷金属电路板，优选使多个金属板的配置间隔变窄。即使是使金属板的配置间隔变窄的情况下，陶瓷金属电路板也要求175℃以上的高温下的TCT特性的改善。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/034075号
发明内容
实施方式所述的电路基板具备具有第1面和第2面的陶瓷基板、介由第1接合层与第1面接合的第1金属板和介由第2接合层与第2面接合的第2金属板。第1接合层具有按照从第1面与第1金属板的接合部伸出的方式在第1面上延伸的第1伸出部。第2接合层具有按照从第2面与第2金属板的接合部伸出的方式在第3面上延伸的第2伸出部。陶瓷基板的3点弯曲强度为500MPa以上。第1伸出部的伸出长度L1(μm)相对于第1伸出部的厚度H1(μm)的比L1/H1、及第2伸出部的伸出长度L2(μm)相对于第2伸出部的厚度H2(μm)的比L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下。第1伸出部的10处的维氏硬度的平均值及第2伸出部的10处的维氏硬度的平均值中的至少一者为250以下。
附图说明
图1是表示电路基板的结构例的截面示意图。
图2是表示电路基板的其他结构例的截面示意图。
图3是表示图2中所示的电路基板的一部分的放大图。
图4是表示载荷条件的图。
具体实施方式
图1是表示电路基板的结构例的截面示意图。图1中所示的电路基板1具备陶瓷基板2、金属板(表金属板)3、金属板4(背金属板)、接合层5和接合层7。接合层5具有伸出部6。接合层7具有伸出部8。
陶瓷基板2的3点弯曲强度为500MPa以上。通过使用具有500MPa以上的3点弯曲强度的陶瓷基板，能够使陶瓷基板2的厚度变薄至0.4mm以下。若具有低于500MPa的3点弯曲强度的陶瓷基板变薄至0.4mm以下，则TCT特性下降。特别是TCT中的高温侧的温度为175℃以上时的耐久性下降。
作为3点弯曲强度为500MPa以上的陶瓷基板，优选使用氮化硅基板。氮化铝基板、氧化铝基板的3点弯曲强度通常为300～450MPa左右。与此相对，氮化硅基板具有500MPa以上、进而600MPa以上高的3点弯曲强度。3点弯曲强度例如依据JIS-R-1601而进行测定。
氮化硅基板具有50W/m·K以上、进而80W/m·K以上的热导率。热导率例如依据JIS-R-1611而进行测定。近年的氮化硅基板具有高强度和高热传导这两者。若为具有500MPa以上的3点弯曲强度和80W/m·K以上的热导率的氮化硅基板，则能够使陶瓷基板2的厚度变薄至0.30mm以下。另外，不限定于氮化硅基板，作为陶瓷基板2，可以使用具有高强度的氮化铝基板、氧化铝基板、含氧化锆的氧化铝基板等。
金属板3为用于搭载半导体元件的金属电路板。金属板3介由接合层5与陶瓷基板2的第1面接合。金属板4为散热板。金属板4介由接合层7与陶瓷基板2的第2面接合。
作为金属板3、4，可以使用包含铜、铝或以它们作为主要成分的合金的金属板。上述材料的金属板由于电阻低，所以容易作为例如电路基板使用。此外，关于热导率，铜高达398W/m·K，铝高达237W/m·K。因此，散热性也能够提高。
具有上述特性的金属板3、4的厚度优选为0.6mm以上、进而0.8mm以上。通过使金属板变厚，能够兼顾通电容量的确保和散热性的提高。此外，不仅在金属板的厚度方向上，而且在面方向上也能够使热扩散，能够提高散热性。金属板3、4的厚度优选为5mm以下。若超过5mm，则有可能金属板的重量过于增加，伸出部6、8的尺寸的调整变难。
接合层5将陶瓷基板2的第1面与金属板3接合。接合层7将陶瓷基板2的第2面与金属板4接合。伸出部6按照从陶瓷基板2的第1面与金属板3之间伸出的方式在该第1面上延伸。伸出部8按照从陶瓷基板2的第2面与金属板4之间伸出的方式在该第2面上延伸。
接合层5、7通过在陶瓷基板2上涂布钎料膏而形成。此时，若金属板3、4厚，则因金属板3、4的重量而钎料膏过于扩展。若钎料膏过于扩展，则在接合后通过蚀刻处理等除去的钎料量增加而成为成本上升的主要原因。因此，金属板3、4的厚度优选为5mm以下、进而为3mm以下。
当金属板3、4为铜板或铝板时，接合层5、7优选包含选自Ag(银)、Cu(铜)、及Al(铝)中的至少一种元素作为主要成分。此外，接合层5、7优选进一步含有选自Ti(钛)、Hf(铪)、Zr(锆)、Si(硅)、及Mg(镁)中的至少一种元素。例如，接合层5、7也可以包含Ag、Cu和选自Ti、Zr、及Hf中的至少一种元素。此外，接合层5、7也可以包含Al和选自Si及Mg中的至少一种元素。以Ag或Cu作为主要成分的接合层适合于将铜板接合的情况。铜板与铝板相比，由于热导率高，所以对于散热性提高是有效的。此外，接合层5、7优选包含选自In(铟)、Sn(锡)、及C(碳)中的至少一种元素。
伸出部6的伸出长度L1(μm)相对于厚度H1(μm)的比L1/H1及伸出部8的伸出长度L2(μm)相对于厚度H2(μm)的比L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下。在L1/H1及L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下时，表示伸出长度(宽度)为厚度的0.5倍以上且3.0倍以下。
在TCT中，对伸出部6、8施加热应力。TCT的低温侧与高温侧的温度差越扩大则热应力变得越大。若L1/H1、L2/H2低于0.5，则由于伸出部6、8的伸出长度较短，所以对伸出部6、8施加的热应力在厚度方向上变大。这成为因热应力而在陶瓷基板2及接合层5、7的内部产生裂缝的主要原因。若L1/H1、L2/H2超过3.0，则对伸出部6、8施加的热应力在伸出长度方向上变大。这成为因热应力而在陶瓷基板2及接合层5、7的内部产生裂缝的主要原因。
热应力通过因温度差产生的收缩和膨胀而产生。为了缓和该热应力，优选将L1/H1、L2/H2控制在0.5～3.0的范围内。由于通过控制L1/H1、L2/H2，能够提高施加热应力(收缩及膨胀)的方向的均质性，所以能够抑制在陶瓷基板2、接合层5、7内产生的裂缝。其结果是，能够提高TCT特性。特别是若金属板3、4的厚度为0.6mm以上，则施加热应力的方向的控制对于TCT特性提高是有效的。L1/H1、L2/H2更优选为1.0以上且2.0以下。
伸出部6的任意的10处的维氏硬度及伸出部8的任意的10处的维氏硬度的平均值中的至少一者优选为250以下。若维氏硬度的平均值超过250，则伸出部6、8变得过硬而无法充分得到热应力的缓和效果。此外，维氏硬度的平均值优选为90以上且230以下、进而为100以上且170以下。
10处的维氏硬度的平均值低于90时，伸出部的硬度变得不足。若过于柔软，则有可能由热应力引起的变形量反而变大。若变形量变大，则有可能导致TCT特性的下降。
伸出部6的任意的10处的维氏硬度的最大值与最小值的差及伸出部8的任意的10处的维氏硬度的最大值与最小值的差中的至少一者优选为50以下。若维氏硬度的不均大，则在由热应力引起的变形量中产生部分的不均。因此，维氏硬度的不均优选小。
维氏硬度依据JIS-R-1610而进行测定。以载荷50gf、载荷保持时间10秒利用压头对伸出部6、8施加负荷。由压痕的2个方向的对角线长度求出维氏硬度。
在通过金属板3、4难以测定时，维氏硬度使用纳米压痕仪(Nanoindenter)来测定。若使用纳米压痕仪，则即使没有将金属板除去也能够测定维氏硬度。作为纳米压痕仪，可以使用例如Hysitron公司制的纳米压痕仪。作为压头，可以使用例如Berkovich型金刚石的三角锥压头。将最大载荷设定为1500μN(微牛顿)，测定用50秒慢慢地提高载荷时的压入深度，求出纳米压痕硬度HIT。使用下面的式子将纳米压痕硬度HIT转换成维氏硬度HV。该转换式在“金属Vol.78(2008)No.9、P.885-892”的文献中有介绍。
维氏硬度HV(kgf/mm2)＝76.23×纳米压痕硬度HIT(GPa)+6.3
如以上那样，实施方式的电路基板为在3点弯曲强度为500MPa以上的陶瓷基板的两面介由接合层接合有金属板的电路基板。接合层具有伸出部，伸出部的伸出长度相对于厚度的比为0.5以上且3.0以下，并且伸出部的10处的维氏硬度的平均值为250以下。
在陶瓷基板2的至少一个面上也可以接合有多个金属板。图2是表示电路基板的其他结构例的截面示意图。图2中所示的电路基板1与图1中所示的电路基板相比，具备金属板3a和金属板3b作为多个金属板3的构成是至少不同的。另外，电路基板1也可以具备3个以上的金属板作为多个金属板3。另外，关于与图1中所示的电路基板1相同的构成的说明，适当援引图1中所示的电路基板1的说明。
金属板3a介由接合层5a与陶瓷基板2的第1面接合。金属板3b介由接合层5b与陶瓷基板2的第1面接合。关于接合层5a及接合层5b的说明，适当援引接合层5的说明。
图3是表示图2中所示的电路基板1的一部分的放大图。接合层5a具有按照从陶瓷基板2的第1面与金属板3a之间伸出的方式在该第1面上延伸的伸出部6a。接合层5b具有按照从陶瓷基板2的第1面与金属板3b之间伸出的方式在该第1面上延伸的伸出部6b。
在金属板3的包含厚度方向的截面中，金属板3的侧面31a朝向金属板3的上表面32a的外侧倾斜。金属板3的侧面31b朝向金属板3的上表面32b的外侧倾斜。金属板3a的侧面31a与下表面33a所成的角度θ及金属板3b的侧面31b与下表面33b所成的角度θ优选为40度以上且84度以下。通过使侧面31a、31b倾斜，能够缓和热应力。金属板3a的侧面31a与上表面32a所成的角度及金属板3b的侧面31b与上表面32b所成的角度优选为85度以上且95度以下(垂直或大致垂直)。图3中所示的结构在金属板3a、3b的厚度为0.6mm以上、进而为0.8mm以上时特别有效。
通过将金属板3a的侧面31a的角度θ及金属板3b的侧面31b的角度θ设定为40度以上且84度以下、且将金属板3a的侧面与上表面所成的角度及金属板3b的侧面与上表面所成的角度设定为85度以上且95度以下，能够缓和应力、且增加金属板3a、3b的平坦面的面积。通过增加金属板3a、3b的平坦面的面积，能够扩大半导体元件的可搭载面积。若能够扩大半导体元件的可搭载面积，则能够提高电路设计的自由度。
伸出部的伸出长度以金属板的侧面和伸出部的接触部作为基准而求出。伸出部的厚度为伸出部的最厚的部分的厚度。例如，优选使侧面31a与伸出部6a的接触部中的伸出部6a的厚度、及侧面31b与伸出部6b的接触部中的伸出部6b的厚度最厚，伸出部6a具有从侧面31a与伸出部6a的接触部朝向端部慢慢地变薄的厚度梯度，伸出部6b具有从侧面31b与伸出部6b的接触部朝向端部慢慢地变薄的厚度梯度。通过具有厚度梯度，能够抑制由热应力引起的伸出部的变形。
伸出部6a、6b的伸出长度L1优选为40μm以下、进而为25μm以下。通过控制伸出部6a、6b的L1/H1及维氏硬度HV，能够提高应力缓和效果。即，即使是具有40μm以下的短的伸出长度的伸出部，也能够得到充分的应力缓和效果。
在使侧面31a、31b倾斜时，通过使倾斜面的下端的部分彼此的最短距离P(从侧面31a与伸出部6a的接触部到侧面31b与伸出部6b的接触部为止的最短距离)变窄至1.1mm以下、进而1.0mm以下，能够在不减小半导体元件的可搭载面积的情况下缩小电路基板。因而，图3中所示的电路基板对于在陶瓷基板2的第1面上接合多个金属板的情况是有效的。最短距离P的最小值优选为0.6mm以上。在具备厚度为0.6mm以上的金属板的功率模块的情况下，若考虑额定电压，则最短距离P低于0.6mm时有可能变得导通不良。
上述电路基板具有高的TCT特性。TCT例如通过在将-40℃×30分钟保持→室温×10分钟保持→175℃×30分钟保持→室温×10分钟保持作为1个循环时，测定电路基板中产生不良情况的循环数来进行。所谓电路基板的不良情况是例如接合层5(5a、5b)、7的剥离或陶瓷基板2的裂纹等。
本实施方式的电路基板即使将TCT中的高温侧的保持温度设定为175℃以上，也能够显示优异的TCT特性。作为175℃以上的保持温度，例如为200℃～250℃。在SiC元件或GaN元件等半导体元件中，预测结温达到200～250℃。结温与半导体元件的工作保证温度对应。因此，在电路基板中，也要求高温下的耐久性。
在本实施方式的电路基板中，控制伸出部的伸出长度相对于厚度的比、及维氏硬度。由此，即使是接合有多个金属板的电路基板也能够提高TCT特性。特别是能够将伸出部的伸出长度减小至40μm以下、进而减小至25μm以下。因此，即使是将最短距离P变窄至1.1mm以下、进而变窄至1.0mm以下也能够得到优异的TCT特性。此外，即使是将金属板的厚度增厚至0.6mm以上、进而增厚至0.8mm以上也能够谋求TCT特性的提高。
本实施方式的电路基板作为用于搭载半导体装置的半导体元件的电路基板是有效的。此外，也适合于搭载有多个半导体元件的半导体装置。实施方式所述的电路基板由于能够使金属板间的最短距离P变窄，所以能够将搭载有相同数目的半导体元件的半导体装置的尺寸小型化。因此，能够将半导体装置小型化。若将半导体装置小型化，则带来功率密度的提高。
接着，对电路基板的制造方法进行说明。实施方式所述的电路基板的制造方法没有特别限定，但作为用于高效地得到的方法，可列举出以下的方法。
首先，准备陶瓷基板2。例如，在准备氮化物硅基板作为陶瓷基板2时，通过使用含有Ti的钎料作为钎料，能够形成TiN相(氮化钛相)。TiN相有助于接合强度的提高。
此外，准备金属板3、4。金属板3、4可以将整面板接合后通过蚀刻而图案化，也可以将预先被图案化的金属板接合。
进而，为了形成接合层5、7而准备钎料。作为钎料，可以使用包含可适用于接合层5、7的元素的钎料。例如，在包含Ag、Cu、及Ti的钎料的情况下，优选Ag为40～80质量％、Cu为15～45质量％、Ti为1～12质量％、Ag+Cu+Ti＝100质量％的范围。此外，在添加In、Sn的情况下，优选选自In及Sn中的至少一种元素为5～20质量％的范围。在添加C的情况下，优选为0.1～2质量％的范围。
在包含Ag、Cu、Ti、Sn(或In)、及C的钎料的情况下，优选Ag为40～80质量％、Cu为15～45质量％、Ti为1～12质量％、Sn(或In)为5～20质量％、C为0.1～2质量％、Ag+Cu+Ti+Sn(或In)+C＝100质量％的范围。这里对使用了Ti的钎料的组成进行了说明，但也可以将Ti的一部分或全部置换成Zr、Hf。
为了形成含有Ag、Cu和选自Ti、Zr、Hf中的至少一种元素的接合层5、7，优选使用含有各个元素的钎料。在选自Ti、Zr及Hf中的活泼金属中，优选Ti。当使用氮化硅基板作为陶瓷基板2时，Ti能够形成TiN而形成牢固的接合。此外，在这些钎料中添加选自In(铟)、Sn(锡)、C(碳)中的至少一种元素也是有效的。
为了将伸出部6、8的维氏硬度的平均值设定为250以下，优选以质量比计将Ag/Cu设定为2.4以下、进而设定为2.1以下。此外，更优选以质量比计将Ag/Cu设定为1.2以上且1.7以下。通过控制Ag/Cu，变得容易将伸出部的维氏硬度的平均值控制在250以下。
在使用Ag-Cu-Ti钎料的情况下，可以利用Ag-Cu的共晶将金属板3、4接合于陶瓷基板2上。Ag-Cu共晶为Ag72质量％、Cu28质量％。因此质量比Ag/Cu成为2.57。通常的Ag-Cu-Ti钎料的质量比Ag/Cu成为2.57前后。另一方面，Ag-Cu共晶为硬的晶体。若Ag-Cu共晶增加，则接合层变硬。因此，伸出部6、8的硬度也变高。此外，若Ag-Cu共晶没有均匀地形成，则维氏硬度的不均也变大。
通过将Ag/Cu的质量比设定为2.4以下，与共晶组成相比能够增加Cu量。通过增加Cu量，能够降低伸出部6、8的硬度。此外，使钎料中含有选自In、Sn、及C中的至少一种元素也是有效的。
可以通过使用了In或Sn的钎料在低温下进行接合(降低钎料的熔点)，能够减少接合体的残留应力。残留应力的降低对于接合体的热循环可靠性提高是有效的。选自In及Sn中的至少一种元素的含量低于5质量％时，难以充分地得到添加的效果。另一方面，若超过20质量％，则有可能接合层变得过硬。
C对于降低接合层的硬度的不均是有效的。C能够控制钎料的流动性。通过在钎料中添加0.1～2质量％的C，能够抑制流动性。因此，能够减小接合层的硬度的不均。C的添加量低于0.1质量％时，添加的效果不充分。另一方面，若C的添加量超过2质量％，则有可能接合层变得过硬。
Ti优选在1～12质量％、进而5～11质量％的范围内被添加。Ti例如与氮化硅基板的氮反应而形成TiN(氮化钛)相。通过形成TiN相，能够提高接合强度。能够将金属板3、4的接合强度(剥离强度)提高至17kN/m以上、进而20kN/m以上。
当Ag/Cu的质量比为2.4以下时，优选将Ti量设定为5质量％以上。通过增加Cu量，Ag-Cu共晶的量减少，能够抑制伸出部变得过硬而热应力的缓和效果变得不充分。另一方面，通过增加Ti量，在将钎料进行加热时，变得容易形成Ag-Ti晶体、Cu-Ti晶体。Ag-Ti晶体及Cu-Ti晶体熔点接近。因此，能够防止将质量比Ag/Cu设定为2.4以下时Cu增加而钎料组织的熔点不均。通过该效果，能够降低维氏硬度的不均。此外，这里对Ti进行了说明，但使用Zr或Hf的情况也同样。
接着，调制将上述钎料的成分均匀混合而得到的钎料膏。钎料膏中的金属成分设定为60～95质量％以下。剩余5～40质量％以下设定为树脂粘合剂或有机溶剂等。通过将金属成分设定为90质量％以上，可以减小涂布不均。
接着，将钎料膏涂布于陶瓷基板2的第1、2面上，在第1面上的钎料膏层上配置金属板3，在第2面上的钎料膏层上配置金属板4。另外，也可以是在金属板3、4上涂布钎料膏，并在其上配置陶瓷基板2的方法。成为伸出部6、8的区域可以较小。此外，也可以如后述那样通过蚀刻工序，形成伸出部6、8。
通过上述工序，形成金属板3/钎料膏层(接合层5)/陶瓷基板2/钎料膏层(接合层7)/金属板4的5层结构的电路基板。
接着，进行加热接合工序。加热温度例如为700～900℃的范围。此外，优选在加热接合后以冷却速度5℃/分钟以上进行骤冷。骤冷工序优选进行至接合层5、7的凝固点温度以下的温度为止。若进行骤冷工序，则能够使接合层5、7提前凝固。通过利用加热工序而熔化的钎料提前凝固而变成接合层5、7，能够降低维氏硬度的不均。
接着，根据需要进行蚀刻工序。通过蚀刻工序进行金属板3、4的图案化。也可以通过蚀刻工序使金属板3、4的侧面倾斜。进而，也可以通过蚀刻工序来调整伸出部6、8的伸出长度及厚度。将金属板3、4蚀刻的工序与整理伸出部6、8的形状的蚀刻工序可以是同一工序或分开的工序。
若为上述制造工序，则能够高效地制造电路基板。进而，能够将所需数目的半导体元件搭载于电路基板上来制造半导体装置。
实施例
(实施例1～13、比较例1～4)
作为陶瓷基板准备具有表1中所示的特性的陶瓷基板1～4，作为钎料准备表2中所示的钎料。所谓表1的材质是陶瓷基板的主要成分的材料。例如，“氮化硅”表示以氮化硅作为主要成分的陶瓷基板。“氧化铝氧化锆”表示以含有ZrO2(氧化锆)的氧化铝作为主要成分的陶瓷基板。“氧化铝”表示以氧化铝作为主要成分的陶瓷基板。
[表1]
Figure BDA0002278786910000111
[表2]
钎料成分(质量％) 质量比(Ag/Cu)
钎料1 Ag(76),Cu(23),Ti(1) 3.3
钎料2 Ag(60),Cu(25),In(10),Ti(5) 2.4
钎料3 Ag(50),Cu(24),Sn(12),In(6),Ti(7),C(1) 2.1
钎料4 Ag(48.5),Cu(36),Sn(7),Ti(8),C(0.5) 1.3
钎料5 Al(99.5),Si(0.5) －
在陶瓷基板的第1面上介由第1钎料配置表金属板，在陶瓷基板的第2面上介由第2钎料配置背金属板，在700～900℃下进行加热接合，在加热接合后以5℃/分钟以上的冷却速度冷却。之后，进行蚀刻而调整伸出部的伸出长度L(μm)、厚度H(μm)、金属板间的最短距离P。由此，制作实施例1～13及比较例1～4的电路基板。关于在实施例1～13的电路基板中使用的陶瓷基板、第1钎料、第2钎料，示于表3中。关于实施例1～13及比较例1～4的电路基板的其他特性，示于表3、4中。另外，作为实施例1～3、实施例5～13及比较例1～4的金属板使用铜板。作为实施例4的金属板使用铝板。
[表3]
Figure BDA0002278786910000121
测定所得到的电路基板的任意的伸出部的维氏硬度HV。在维氏硬度的测定中，作为纳米压痕仪使用Hysitron公司制TI950 TriboIndenter，作为压头使用Berkovich型金刚石的三角锥压头。图4是表示载荷条件的图。在图4中，横轴为时间(秒)，纵轴为载荷(μN)。最大载荷为1500μN，用50秒慢慢地增加载荷。测定此时的压入深度而求出纳米压痕硬度HIT。使用下面的转换式将纳米压痕硬度HIT转换成维氏硬度HV。
维氏硬度HV(kgf/mm2)＝76.23×纳米压痕硬度HIT(GPa)+6.3
算出任意的10处的维氏硬度HV并求出其平均值。此外，求出10处的维氏硬度HV的最大值与最小值的差(HVmax-HVmin)。将结果示于表4中。
[表4]
Figure BDA0002278786910000131
接着，在实施例1～13及比较例1～4所述的电路基板中，测定任意的金属板的接合强度、TCT特性。金属板的接合强度以剥离强度求出。具体而言，将1mm宽度的金属端子接合于金属板上，沿垂直方向拉伸而测定剥离强度。
TCT在2种条件下进行。试验1将-40℃×30分钟保持→室温×10分钟保持→125℃×30分钟保持→室温×10分钟保持作为1个循环，测定3000个循环后的电路基板的不良情况的有无。试验2将-40℃×30分钟保持→室温×10分钟保持→250℃×30分钟保持→室温×10分钟保持作为1个循环，测定3000个循环后的电路基板的不良情况的有无。电路基板的不良情况的有无通过利用超声波探伤装置(Scanning Acoustic Tomograh：SAT)求出陶瓷基板与金属板之间的裂缝产生面积来评价。裂缝产生面积作为指数η来评价。关于η，将100％设定为“无裂缝”，将0％设定为“整面地产生裂缝”。将该结果示于表5中。
[表5]
如由表5获知的那样，实施例1～13所述的电路基板的剥离强度高，裂缝产生面积小(指数η大)。如试验1那样当高温侧为125℃时，基本没有裂缝产生面积。另一方面，如试验2那样当为250℃时，裂缝产生面积变大。若观察高温下的耐久性，则获知实施例1～13所述的电路基板优异。
如比较例1那样L/H低于0.5时，裂缝产生面积大。如比较例2那样L/H超过3.0时，裂缝产生面积也大。由此获知，若温度变高，则伸出部的热应力变大。此外，如比较例3那样即使伸出部的维氏硬度高，裂缝产生面积也变大。
如比较例4那样陶瓷基板的强度低时，特别是裂缝产生面积大。由此获知，伸出部的L/H或维氏硬度的控制是对3点弯曲强度为500MPa以上的高强度基板有效的技术。
以上，例示出本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提出的，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式和其变形例包含于发明的范围或主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。此外，上述的各实施方式可以相互组合来实施。

Claims (11)

1.一种电路基板，其具备：
具有第1面和第2面的陶瓷基板、
介由第1接合层与所述第1面接合的第1金属板、和
介由第2接合层与所述第2面接合的第2金属板，
所述第1接合层具有按照从所述第1面与所述第1金属板之间伸出的方式在所述第1面上延伸的第1伸出部，
所述第2接合层具有按照从所述第2面与所述第2金属板之间伸出的方式在所述第2面上延伸的第2伸出部，
所述陶瓷基板的3点弯曲强度为500MPa以上，
所述第1伸出部的伸出长度L1相对于所述第1伸出部的厚度H1的比L1/H1、及所述第2伸出部的伸出长度L2相对于所述第2伸出部的厚度H2的比L2/H2中的至少一者为0.5以上且3.0以下，所述L1、L2、H1、H2的单位为μm，
所述第1伸出部的10处的第1维氏硬度的平均值、及所述第2伸出部的10处的第2维氏硬度的平均值中的至少一者为250以下，
所述第1维氏硬度的最大值与最小值的差、及所述第2维氏硬度的最大值与最小值的差中的至少一者为50以下，
所述第1接合层及所述第2接合层中的至少一者包含Ag、Cu及Ti，
所述第1金属板的侧面与所述陶瓷基板的下表面所成的角度θ及所述第2金属板的侧面与所述陶瓷基板的下表面所成的角度θ为40度以上且84度以下。
2.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述比L1/H1及所述比L2/H2中的至少一者为1.0以上且2.0以下。
3.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述陶瓷基板为氮化硅基板。
4.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述第1金属板及所述第2金属板中的至少一者为铜板，
所述铜板的厚度为0.6mm以上，
所述陶瓷基板的厚度为0.4mm以下。
5.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述第1接合层及所述第2接合层中的至少一者进一步包含选自In、Sn及C中的至少一种元素。
6.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述伸出长度L1及所述伸出长度L2中的至少一者为40μm以下。
7.根据权利要求1所述的电路基板，其中，所述陶瓷基板为厚度为0.4mm以下、热导率为50W/m·K以上的氮化硅基板。
8.一种半导体装置，其具备：权利要求1所述的电路基板、和
搭载于所述电路基板上的半导体元件。
9.根据权利要求8所述的半导体装置，其中，所述半导体装置具备多个所述半导体元件。
10.一种半导体装置，其具备：权利要求7所述的电路基板、和
搭载于所述电路基板上的半导体元件。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述半导体装置具备多个所述半导体元件。
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101949069B1 (ko) * 2015-09-28 2019-02-15 가부시끼가이샤 도시바 회로 기판 및 반도체 장치
CN109315061B (zh) * 2016-06-10 2021-08-06 田中贵金属工业株式会社 陶瓷电路基板及陶瓷电路基板的制造方法
JP7013374B2 (ja) * 2016-07-28 2022-01-31 株式会社東芝 接合体、回路基板、および半導体装置
JP7052374B2 (ja) * 2017-02-06 2022-04-12 三菱マテリアル株式会社 セラミックス／アルミニウム接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法
US20190006254A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Kyocera International, Inc. Microelectronic package construction enabled through ceramic insulator strengthening and design
CN110945974B (zh) * 2017-07-25 2023-05-16 电化株式会社 陶瓷电路基板及其制造方法
CN110999553B (zh) 2017-09-12 2024-02-23 株式会社东芝 陶瓷电路基板的制造方法
JP7049352B2 (ja) 2017-09-12 2022-04-06 株式会社東芝 活性金属ろう材用エッチング液およびそれを用いたセラミックス回路基板の製造方法
CN112166654B (zh) * 2018-05-16 2024-07-26 株式会社东芝 陶瓷铜电路基板及其制造方法
JP6446155B1 (ja) 2018-07-17 2018-12-26 株式会社日立パワーソリューションズ 両面回路非酸化物系セラミックス基板およびその製造方法
DE102018212272A1 (de) * 2018-07-24 2020-01-30 Robert Bosch Gmbh Keramischer Schaltungsträger und Elektronikeinheit
EP3831799A4 (en) * 2018-08-03 2022-04-27 Kabushiki Kaisha Toshiba SILICON NITRIDE DISINTER BODY, SILICON NITRIDE SUBSTRATE AND SILICON NITRIDE CIRCUIT SUBSTRATE
CN117998732A (zh) 2018-08-29 2024-05-07 株式会社东芝 氮化硅基板及氮化硅电路基板
EP3860317B1 (en) 2018-09-27 2024-07-24 Denka Company Limited Bonded substrate, metal circuit board, and circuit board
JP7197677B2 (ja) * 2019-03-14 2022-12-27 日本碍子株式会社 接合基板
US12108528B2 (en) 2019-03-26 2024-10-01 Mitsubishi Materials Corporation Insulating circuit board
WO2020208698A1 (ja) 2019-04-09 2020-10-15 日本碍子株式会社 接合基板及び接合基板の製造方法
CN113597674A (zh) * 2019-04-11 2021-11-02 株式会社东芝 陶瓷铜电路基板及使用了其的半导体装置
EP4108377A4 (en) * 2020-02-17 2024-02-07 Kabushiki Kaisha Toshiba BRAZING BOND MATERIAL, BONDED BODY, CERAMIC CIRCUIT BOARD, AND METHOD FOR PRODUCING BONDED BODY
WO2021246136A1 (ja) * 2020-06-03 2021-12-09 住友ベークライト株式会社 回路基板
WO2022019242A1 (ja) * 2020-07-22 2022-01-27 京セラ株式会社 回路基板および回路基板の製造方法
WO2022024832A1 (ja) * 2020-07-27 2022-02-03 株式会社 東芝 接合体、回路基板、半導体装置、及び接合体の製造方法
JPWO2022024990A1 (zh) * 2020-07-27 2022-02-03
JPWO2022085654A1 (zh) * 2020-10-20 2022-04-28
EP4270468A1 (en) 2020-12-24 2023-11-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Insulation circuit board and semiconductor device using same
EP4270467A1 (en) 2020-12-24 2023-11-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Insulated circuit board and semiconductor device in which same is used
WO2022176777A1 (ja) 2021-02-17 2022-08-25 株式会社 東芝 セラミックス回路基板およびそれを用いた半導体装置
JPWO2022210507A1 (zh) 2021-03-30 2022-10-06
JP2022165046A (ja) * 2021-04-19 2022-10-31 三菱マテリアル株式会社 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板
CN117321020A (zh) 2021-05-19 2023-12-29 株式会社东芝 接合体的制造方法及使用了其的陶瓷电路基板的制造方法
JPWO2023204167A1 (zh) 2022-04-20 2023-10-26
WO2024085003A1 (ja) * 2022-10-21 2024-04-25 ローム株式会社 半導体装置の冷却構造体
WO2024150370A1 (ja) * 2023-01-12 2024-07-18 三菱電機株式会社 絶縁基板および半導体装置
WO2024154492A1 (ja) * 2023-01-17 2024-07-25 株式会社 東芝 活性金属ペーストの製造方法、セラミックス回路基板の製造方法、半導体装置の製造方法、活性金属ペースト、セラミックス回路基板、及び半導体装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6936337B2 (en) * 2001-09-28 2005-08-30 Dowa Mining Co., Ltd. Metal/ceramic circuit board
CN1857043A (zh) * 2003-09-25 2006-11-01 株式会社东芝 陶瓷电路板、其生产方法以及电源模块
JP2009170930A (ja) * 2009-03-12 2009-07-30 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板及びこれを用いたパワー半導体モジュール
CN102448663A (zh) * 2009-05-27 2012-05-09 京瓷株式会社 钎料及使用该钎料的散热基体以及电子装置
US20120119349A1 (en) * 2009-07-24 2012-05-17 Toshiba Materials Co., Ltd. Insulation sheet made from silicon nitride, and semiconductor module structure using the same
US20120168209A1 (en) * 2009-09-15 2012-07-05 Toshiba Materials Co., Ltd. Ceramic circuit board and process for producing same

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09275165A (ja) * 1996-02-07 1997-10-21 Hitachi Ltd 回路基板及びそれを用いた半導体装置
JP3648189B2 (ja) * 2001-09-28 2005-05-18 同和鉱業株式会社 金属−セラミックス回路基板
JP2004207587A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Dowa Mining Co Ltd 金属−セラミックス接合基板およびその製造方法
JP3714557B2 (ja) * 2003-04-21 2005-11-09 日立金属株式会社 セラミックス基板用ろう材及びこれを用いたセラミックス回路基板、パワー半導体モジュール
JP4544964B2 (ja) * 2004-10-27 2010-09-15 京セラ株式会社 放熱基板
JP5326278B2 (ja) 2005-08-29 2013-10-30 日立金属株式会社 回路基板及びこれを用いた半導体モジュール、回路基板の製造方法
JP4953797B2 (ja) 2006-02-03 2012-06-13 株式会社エンプラス 樹脂製品の成形方法
JP5014642B2 (ja) 2006-02-16 2012-08-29 株式会社トクヤマ リード内蔵メタライズドセラミックス基板およびパッケージ
CN101401197B (zh) * 2006-03-08 2011-05-18 株式会社东芝 电子元器件模块
JP4744385B2 (ja) * 2006-07-28 2011-08-10 京セラ株式会社 放熱基板およびこれを用いた電子装置
JP5133960B2 (ja) * 2009-10-22 2013-01-30 電気化学工業株式会社 半導体搭載用回路基板及びその製造方法
WO2013094213A1 (ja) * 2011-12-20 2013-06-27 株式会社 東芝 セラミックス銅回路基板とそれを用いた半導体装置
KR102196949B1 (ko) 2013-03-29 2020-12-30 엘지디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터 제조 방법 및 박막 트랜지스터를 포함하는 표시 장치
CN106034381B (zh) * 2015-03-11 2018-12-25 南京中江新材料科技有限公司 立体型dbc陶瓷线路板制作方法及制得的立体型dbc陶瓷线路板
KR101949069B1 (ko) * 2015-09-28 2019-02-15 가부시끼가이샤 도시바 회로 기판 및 반도체 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6936337B2 (en) * 2001-09-28 2005-08-30 Dowa Mining Co., Ltd. Metal/ceramic circuit board
CN1857043A (zh) * 2003-09-25 2006-11-01 株式会社东芝 陶瓷电路板、其生产方法以及电源模块
JP2009170930A (ja) * 2009-03-12 2009-07-30 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板及びこれを用いたパワー半導体モジュール
CN102448663A (zh) * 2009-05-27 2012-05-09 京瓷株式会社 钎料及使用该钎料的散热基体以及电子装置
US20120119349A1 (en) * 2009-07-24 2012-05-17 Toshiba Materials Co., Ltd. Insulation sheet made from silicon nitride, and semiconductor module structure using the same
US20120168209A1 (en) * 2009-09-15 2012-07-05 Toshiba Materials Co., Ltd. Ceramic circuit board and process for producing same

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