[發(fā)明專利]陶瓷-鋁接合體、絕緣電路基板、功率模塊、LED模塊、熱電模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680068683.1
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN108292632B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 寺崎伸幸;長友義幸
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: H01L23/13
• 分類號: H01L23/13;C04B37/02;H01L23/12;H01L23/373;H01L23/40
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 刁興利;康泉

本發(fā)明的接合體為陶瓷部件與由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁部件接合而成的陶瓷?鋁接合體，其中，所述陶瓷部件由包含鎂的氮化硅構(gòu)成，在所述陶瓷部件與所述鋁部件的接合界面形成有在鋁、硅、氧及氮的化合物中包含鎂的接合層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陶瓷部件與由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁部件接合而成的陶瓷-鋁接合體及絕緣電路基板以及具備該絕緣電路基板的功率模塊、LED模塊、熱電模塊。

本申請主張基于2015年11月26日于日本申請的專利申請2015-231040號及2016年9月13日于日本申請的專利申請2016-178530號的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用于此。

背景技術(shù)

功率模塊、LED模塊及熱電模塊被設(shè)為在由導(dǎo)電材料構(gòu)成的電路層上接合有功率半導(dǎo)體元件、LED元件及熱電元件而成的結(jié)構(gòu)。

例如，對于用于控制風力發(fā)電、電動汽車、混合動力汽車等而使用的大電力控制用功率半導(dǎo)體元件，由于工作時發(fā)熱量較多，因此作為搭載該元件的基板，廣泛使用由耐熱性、絕緣性優(yōu)異的氮化硅(Si₃N₄)構(gòu)成的陶瓷基板(絕緣層)。

還提供在這種陶瓷基板(絕緣層)的一面接合導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬板來形成電路層，并且，在另一面接合散熱性優(yōu)異的金屬層來進行一體化的絕緣電路基板(功率模塊用基板)。

例如，專利文獻1所示的功率模塊被設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，即，具備：絕緣電路基板(功率模塊用基板)，在陶瓷基板的一面及另一面形成有由鋁板構(gòu)成的電路層及由鋁板構(gòu)成的金屬層；及半導(dǎo)體元件，在該電路層上通過焊料接合而成。

并且，該功率模塊被設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，即，在絕緣電路基板(功率模塊用基板)的金屬層側(cè)接合有散熱片，且通過散熱片向外部發(fā)散從半導(dǎo)體元件向絕緣電路基板(功率模塊用基板)側(cè)傳遞的熱量。

專利文獻1：日本專利第3171234號公報

在上述絕緣電路基板(功率模塊用基板)中，示出了在接合陶瓷基板與鋁板時使用Al-Si系釬料等的例子，但在接合由氮化硅(Si₃N₄)構(gòu)成的陶瓷基板(絕緣層)與鋁板時，因陶瓷基板的燒結(jié)助劑等的影響而未能充分確保接合強度。

尤其，在功率半導(dǎo)體元件工作時的發(fā)熱引起的高溫狀態(tài)與非工作時的低溫狀態(tài)之間反復(fù)進行冷熱循環(huán)的絕緣電路基板(功率模塊用基板)中，存在陶瓷基板(絕緣層)與金屬層之間接合可靠性容易降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種對由氮化硅構(gòu)成的陶瓷部件以保持較高的接合可靠性的狀態(tài)接合鋁部件而成的陶瓷-鋁接合體、絕緣電路基板及具備該絕緣電路基板的功率模塊、LED模塊、熱電模塊。

為了解決上述課題，本發(fā)明的接合體為陶瓷部件與由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁部件接合而成的陶瓷-鋁接合體，該陶瓷-鋁接合體的特征在于，所述陶瓷部件由包含鎂的氮化硅構(gòu)成，在所述陶瓷部件與所述鋁部件的接合界面形成有在鋁、硅、氧及氮的化合物中包含鎂的接合層。

根據(jù)本發(fā)明的接合體，相較于接合界面中幾乎不存在鎂的情況，形成于陶瓷部件與鋁部件的接合界面的包含鎂的接合層，更深入形成于陶瓷部件的厚度方向的內(nèi)部。即，通過鎂的存在，直至陶瓷部件的內(nèi)部的更深區(qū)域，形成賽隆(SiAlON)結(jié)構(gòu)中包含鎂的化合物。由此，陶瓷部件與鋁部件的接合強度得到提高，從而能夠提高接合體的接合可靠性。

所述接合層的組成比例中，優(yōu)選硅為10at％～18at％、氧為20at％～35at％、氮為25at％～40at％、鎂為3at％～8at％、剩余部分為鋁。

將接合層的組成比例設(shè)為上述范圍，由此直至陶瓷部件的內(nèi)部的更深區(qū)域形成有在構(gòu)成接合層的賽隆結(jié)構(gòu)中包含鎂的化合物，從而能夠提高陶瓷部件與鋁部件的接合強度。