[發明專利]氧化物系陶瓷電路基板的制造方法以及氧化物系陶瓷電路基板

有效

• 申請號: 201280037799.0
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN103717552A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 那波隆之;佐藤英樹;星野政則;小森田裕
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝;東芝高新材料公司
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02;H01L23/15;H05K3/20;H05K3/38
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉鳳嶺;陳建全

技術領域

本發明涉及氧化物系陶瓷電路基板的制造方法以及氧化物系陶瓷電路基板，特別涉及耐熱循環（TCT）特性優良的氧化物系陶瓷電路基板及其制造方法。

背景技術

以前，作為搭載功率晶體管等半導體元件的電路基板，陶瓷電路基板被廣泛地使用。作為成為陶瓷電路基板的基材的陶瓷基板，使用的是氧化鋁燒結體和氧化鋁與氧化鋯的混合燒結體等氧化物系陶瓷、以及氮化鋁燒結體和氮化硅燒結體等氮化物系陶瓷。近年來，正在進行氮化物系陶瓷的高熱傳導化。為此，在要求高熱傳導性的產品中，使用氮化物系陶瓷電路基板。

另一方面，氧化物系陶瓷基板與氮化物系陶瓷相比，由于比較廉價，所以被用于不要求較高熱傳導性的產品。另外，在制作氧化物系陶瓷電路基板的情況下，通過被稱之為直接接合法（DBC：direct?bonding?copper）的接合法，可以進行銅電路板和氧化物系陶瓷基板的接合。在氮化物系陶瓷基板的情況下，需要使用含有Ti等活性金屬的活性金屬焊料作為接合劑，與此相對照，在直接接合法中，由于不需要使用Ti等活性金屬，所以價格優勢較大。

直接接合法例如正如日本特開平1-59986號公報（專利文獻1）和日本特開平4-144978號公報（專利文獻2）中記載的那樣，是利用氧和銅的共晶組合物進行接合的方法。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平1-59986號公報

專利文獻2：日本特開平4-144978號公報

發明內容

發明所要解決的課題

在專利文獻2所示的接合方法中，通過侵蝕氧化鋁電路基板的銅板表面，以除去銅板表面的氧化物層，從而可以得到熱循環試驗（TCT試驗）的耐久性優良的電路基板。然而，侵蝕工序成為價格上升的主要原因。另一方面，在進行侵蝕工序而未除去銅板表面的氧化物層的氧化鋁電路基板中，存在難以謀求TCT特性的提高的問題。

本發明是為了解決上述的問題而完成的，其目的在于提供一種使用直接接合法而使TCT特性以及接合強度優良的氧化物系陶瓷電路基板。

用于解決課題的手段

本發明涉及一種氧化物系陶瓷電路基板的制造方法，其是通過在氧化物系陶瓷基板上配置銅板而形成層疊體的工序、以及加熱所得到的層疊體的工序，從而將氧化物系陶瓷基板和銅板一體接合而成的氧化物系陶瓷電路基板的接合方法，其特征在于，所述加熱的工序具有：在1065～1085℃之間有加熱溫度的極大值的第一加熱區域對層疊體進行加熱的工序，接著在1000～1050℃之間有加熱溫度的極小值的第二加熱區域對層疊體進行加熱的工序，進而在1065～1120℃之間有加熱溫度的極大值的第三加熱區域對層疊體進行加熱而形成接合體的工序；之后在冷卻區域將接合體冷卻。

另外，在所述氧化物系陶瓷電路基板的制造方法中，所述加熱工序優選通過將配置有銅板的氧化物系陶瓷基板載置在托盤上，使用帶式爐來實施，所述帶式爐一邊以傳送速度（帶速）為70～270mm/分鐘的帶式傳送機傳送托盤，一邊連續地進行各加熱工序。另外，所述托盤優選的是由鎳合金構成。另外，所述銅板優選具有通過壓力加工而形成有多個電路元件和連接這些電路元件的橋接部的電路結構，在將所述銅板和氧化物系陶瓷基板接合后，再除去所述橋接部。另外，優選在將所述氧化物系陶瓷基板和銅板接合后，通過蝕刻工序形成電路結構。另外，優選所述加熱工序在氮氣氣氛中實施。

另外，所述帶式爐優選具有入口簾的氮流量（A）和出口簾的氮流量（B）之比A/B被控制在0.2以下的氮氣氛。

另外，所述氧化物系陶瓷基板優選由氧化鋁燒結體、以及包含氧化鋁和氧化鋯的混合燒結體之中的任一種構成。另外，優選具有在所述銅板的配置于氧化物系陶瓷基板的面上設置氧化膜的工序。再者，所述銅板的接合強度優選為9.5kgf/cm以上。另外，所述銅板中的碳含量優選為0.1～1.0質量%。

另外，本發明涉及一種氧化物系陶瓷電路基板，其是采用直接接合法將銅板和氧化物系陶瓷基板接合而成的氧化物系陶瓷電路基板，其特征在于：在剝離銅板時，銅板的與氧化物系陶瓷基板的接合面側的銅面積率相對于每單位面積3000μm×3000μm為60%以下，所述銅板的接合強度為9.5kgf/cm以上。