本發(fā)明涉及硬釬料和使用了該硬釬料的陶瓷基板。
背景技術(shù)：
作為在功率模塊等中利用的電路用基板，從熱導(dǎo)率、成本、安全性等方面出發(fā)，利用了氧化鋁、氧化鈹、氮化硅、氮化鋁等的陶瓷基板。這些陶瓷基板將銅、鋁等的金屬電路、放熱板接合而作為電路基板使用。它們的特長(zhǎng)在于如下方面：對(duì)于以樹(shù)脂基板、樹(shù)脂層作為絕緣材料的金屬基板，穩(wěn)定地獲得高絕緣性。
在電梯、車(chē)輛、混合動(dòng)力汽車(chē)等這樣的功率模塊用途中，使用在半導(dǎo)體搭載用陶瓷基板的表面用硬釬料將具有導(dǎo)電性的金屬電路層接合、進(jìn)而在金屬電路層的指定的位置搭載了半導(dǎo)體元件的陶瓷電路基板。
近年來(lái)，電路基板的小型化和功率模塊的高輸出功率化在不斷發(fā)展，對(duì)于陶瓷基板材料，除了電絕緣性以外，還要求高熱導(dǎo)率以致顯現(xiàn)優(yōu)異的放熱特性，熱導(dǎo)率高的氮化鋁基板受到了關(guān)注。
特別是在電氣化鐵路、車(chē)輛用途中，對(duì)于陶瓷電路基板要求可耐受模塊形成的熱沖擊的強(qiáng)度、經(jīng)受所搭載的半導(dǎo)體元件的放熱和周?chē)h(huán)境的溫度變化的反復(fù)的耐性。
通過(guò)熱循環(huán)來(lái)評(píng)價(jià)這樣的熱特性。一般地，熱循環(huán)評(píng)價(jià)是從-45℃到125℃反復(fù)進(jìn)行加熱、冷卻，對(duì)起因于對(duì)電路基板端部施加的應(yīng)力的裂紋進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。
作為提高銅電路板與氮化鋁基板的耐熱循環(huán)性的方法，提出了通過(guò)延長(zhǎng)圖案端部的底邊、在電路端部設(shè)置臺(tái)階高差而使在端部產(chǎn)生的應(yīng)力緩和的方法等(專利文獻(xiàn)1、2)。
專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)平10-4156號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)平7-15100號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
但是，對(duì)于上述方法而言，雖然使耐熱循環(huán)性提高，但尚未解決生產(chǎn)率降低這樣的問(wèn)題。
另外，一般認(rèn)為通過(guò)使接合成為低溫，從而使在接合界面產(chǎn)生的熱膨脹差引起的應(yīng)力緩和，耐熱循環(huán)性提高，但使用上述方法的情況下，硬釬料在陶瓷基板與金屬板之間沒(méi)有潤(rùn)濕鋪展，接合性降低，成為圖案剝離等的原因。
本發(fā)明鑒于上述的實(shí)際情況而完成，提供用于陶瓷基板時(shí)使接合性提高的硬釬料。
根據(jù)本發(fā)明，提供硬釬料，其特征在于，相對(duì)于72質(zhì)量份以上的氧量為0.08質(zhì)量％以下的銀粉末與28質(zhì)量份以下的氧量為0.05質(zhì)量％以下的銅粉末的合計(jì)100質(zhì)量份，包含1.0質(zhì)量份～5.0質(zhì)量份的活性金屬。
根據(jù)本發(fā)明的一方式，其特征在于，在上述的硬釬料中，銀粉末為72質(zhì)量份以上且90質(zhì)量份以下，銅粉末為10質(zhì)量份以上且28質(zhì)量份以下。
根據(jù)本發(fā)明，提供陶瓷基板，其為包含陶瓷基材和金屬板的基板，其特征在于，將陶瓷基材與金屬板接合的接合層由上述的硬釬料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，提供用于陶瓷基板時(shí)使接合性提高的硬釬料。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。但是，本發(fā)明當(dāng)然并不限定于這些實(shí)施方式。
[硬釬料]
本實(shí)施方式的硬釬料，其特征在于，相對(duì)于72質(zhì)量份以上的氧量為0.08質(zhì)量％以下的銀粉末與28質(zhì)量份以下的氧量為0.05質(zhì)量％以下的銅粉末的合計(jì)100質(zhì)量份，含有1.0質(zhì)量份～5.0質(zhì)量份的活性金屬?！把趿俊笔侵搞y粉末中或銅粉末中所含的氧含量。銀粉末或銅粉末的氧量能夠采用氧·氮分析裝置等測(cè)定。
通過(guò)硬釬料中所含的銀粉末的氧量為0.08質(zhì)量％以下，能夠使氮化鋁基板與硬釬料的接合性提高。另外，通過(guò)硬釬料中所含的銅粉末的氧量為0.05質(zhì)量％以下，能夠使氮化鋁基板與硬釬料的接合性提高。
就上述的硬釬料而言，銀粉末可以為72質(zhì)量份以上且90質(zhì)量份以下，銅粉末可以為10質(zhì)量份以上且28質(zhì)量份以下。通過(guò)使其成為這樣的范圍的配合，接合性高，并且能夠抑制接合面中的裂紋的發(fā)生。
硬釬料中含有的活性金屬的量，相對(duì)于銀粉末和銅粉末的合計(jì)100質(zhì)量份，優(yōu)選1.0～5.0質(zhì)量份。更優(yōu)選為2.0～4.0質(zhì)量份。
如果活性金屬的量為1.0質(zhì)量份以上，則能夠充分地確保陶瓷基板與硬釬料的接合性，如果為5.0質(zhì)量份以下，則能夠抑制熱循環(huán)試驗(yàn)后的裂紋的發(fā)生。
另外，作為活性金屬，能夠使用選自鈦、鋯、鉿、鈮、鉭、釩、錫、鋁等中的1種或2種以上的金屬，一般使用鈦。作為活性金屬的鈦與氮化物系陶瓷基板的氮共價(jià)鍵合而成為T(mén)iN(氮化鈦)，該TiN形成接合層的一部分。
[陶瓷基板]
本實(shí)施方式的硬釬料優(yōu)選作為將陶瓷基材與金屬板接合的接合層而用于包含陶瓷基材和金屬板的陶瓷基板。
作為構(gòu)成陶瓷基板的陶瓷基材，使用氮化硅、氮化鋁等。從傳熱性、絕緣性的觀點(diǎn)出發(fā)，特別優(yōu)選氮化鋁基板。
另外，就其厚度而言，從機(jī)械強(qiáng)度和耐電壓特性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選比0.3mm厚，從熱阻值的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選比3.0mm薄。例如，能夠使陶瓷基材的厚度為0.3～3.0mm。
作為構(gòu)成陶瓷基板的金屬板，使用鋁、銅等，但從熱阻值的觀點(diǎn)出發(fā)，特別優(yōu)選銅板。
如果銅板的厚度為0.1mm以上，則基板的放熱性不會(huì)降低，如果為0.4mm以下，則抑制接合后的殘留應(yīng)力，因此特別優(yōu)選0.1～0.4mm。
金屬板的純度優(yōu)選為90％以上。如果純度為90％以上，則在將基板與金屬板接合時(shí)金屬板與硬釬料的反應(yīng)充分，能夠抑制金屬板變硬而使電路基板的可靠性降低。
[陶瓷基板的制造方法]
作為形成將上述的陶瓷基材與金屬板接合的接合層的材料，使用硬釬料。
對(duì)使用了本實(shí)施方式的硬釬料的陶瓷基板的制造方法并無(wú)特別限定，例如能夠采用下述的方法制作。
將硬釬料涂布于陶瓷基材，使待形成電路的金屬板重疊而制成層疊體。此時(shí)，可經(jīng)由相同的硬釬料將放熱板重疊于電路形成面的背側(cè)的放熱面。
硬釬料的涂布量以干燥基準(zhǔn)計(jì)，優(yōu)選5～10mg/cm2。如果涂布量為5mg/cm2以上，則能夠抑制產(chǎn)生未反應(yīng)的部分，如果為10mg/cm2以下，能夠縮短將接合層除去的時(shí)間，生產(chǎn)率提高。
對(duì)硬釬料的涂布方法并無(wú)特別限定，能夠采用能夠在基板表面均勻地涂布的絲網(wǎng)印刷法、輥式涂布機(jī)法等公知的涂布方法。
接下來(lái)，將上述的層疊體加熱而使硬釬料溶解，制作在陶瓷基材與金屬板之間形成了由硬釬料構(gòu)成的接合層的陶瓷基板。
其中，陶瓷基材與金屬板的接合溫度可以為800℃以上且820℃以下。就氮化鋁基板與銅板的接合而言，可以在真空中以800℃～820℃的溫度且10～20分鐘的時(shí)間接合。如果接合溫度為800℃以上，則陶瓷基材與硬釬料的接合性良好，如果為820℃以下，則耐熱循環(huán)性提高。
另外，陶瓷基材與金屬板的接合時(shí)間可以為10分鐘以上且20分鐘以下。
如果接合時(shí)間為10分鐘以上，則陶瓷基材與硬釬料的接合性良好。如果接合時(shí)間為20分鐘以下，則耐熱循環(huán)性提高。
將上述的陶瓷基板作為電路基板的情況下，為了在電路基板形成電路圖案，將抗蝕劑涂布于金屬板，進(jìn)行蝕刻。
關(guān)于抗蝕劑，并無(wú)特別限制，例如能夠使用一般使用的紫外線固化型、熱固化型的抗蝕劑。關(guān)于抗蝕劑的涂布方法，并無(wú)特別限制，例如能夠采用絲網(wǎng)印刷法等公知的涂布方法。
關(guān)于在蝕刻處理中使用的蝕刻液，也無(wú)特別限制，優(yōu)選氯化銅溶液。在通過(guò)蝕刻將不需要的金屬部分除去了的氮化物陶瓷電路基板，殘留了涂布的硬釬料、其合金層、氮化物層等，一般使用鹵化銨水溶液、硫酸、硝酸等無(wú)機(jī)酸、含有過(guò)氧化氫水的溶液將它們除去。
在電路形成后進(jìn)行抗蝕劑的剝離，對(duì)剝離方法并無(wú)特別限定，一般是使其浸漬于堿水溶液的方法等。
上述的實(shí)施方式的硬釬料在用于陶瓷基板時(shí)產(chǎn)生使接合性提高的效果。而且，能夠生產(chǎn)率良好地制造陶瓷基板。
實(shí)施例
[實(shí)施例1]
在55mm×48mm×1mmt的氮化鋁基板的表面和背面，使用輥式涂布機(jī)涂布相對(duì)于氧量為0.08質(zhì)量％的銀粉末(90質(zhì)量份)和氧量為0.05％的銅粉末(10質(zhì)量份)的合計(jì)100質(zhì)量份、包含3質(zhì)量份的鈦的活性金屬硬釬料以使干燥后的厚度成為10μm。
然后，在表面重疊電路形成用銅板(厚0.30mm、無(wú)氧銅板)，在背面重疊放熱板形成用銅板(厚0.25mm、無(wú)氧銅板)，在6.5×10-4Pa的真空爐中、在815℃且10分鐘的條件下進(jìn)行接合，制造了銅板與氮化鋁基板的接合體。
通過(guò)絲網(wǎng)印刷在接合體的金屬板印刷UV固化型抗蝕劑以致成為電路圖案形狀，使其UV固化后，進(jìn)而在金屬放熱面印刷整面圖案并使其UV固化。使用了氯化銅水溶液作為蝕刻劑對(duì)其進(jìn)行蝕刻，接著用60℃的氟化銨水溶液進(jìn)行處理，制作了氮化鋁電路基板。
接下來(lái)，制造實(shí)施了非電解Ni-P鍍敷的電路基板，進(jìn)行了以下的評(píng)價(jià)。采用下述的方法評(píng)價(jià)了銅板與氮化鋁基板的接合性以及電路基板的耐熱循環(huán)性。
＜銅板與氮化鋁的接合性的評(píng)價(jià)＞
就銅板與氮化鋁基板的接合性而言，使用圖像解析軟件GIMP2(閾值140)將采用掃描型超聲波探傷裝置(本多電子株式會(huì)社制造·型號(hào)HA701W)得到的、氮化鋁基板與銅板的接合界面中的未接合面積二值化而算出后，由未接合面積/基板面積算出了未接合率。
由得到的結(jié)果，將未接合率不到1％的條件判斷為接合性良好。
＜耐熱循環(huán)性的評(píng)價(jià)＞
對(duì)于得到的電路基板，通過(guò)將在-45℃下保持30分鐘、在25℃下保持10分鐘、在125℃下保持30分鐘、在25℃下保持10分鐘的行程作為1個(gè)循環(huán)的耐熱循環(huán)試驗(yàn)，重復(fù)500個(gè)循環(huán)而進(jìn)行試驗(yàn)后，通過(guò)氯化銅液和氟化銨/過(guò)氧化氫蝕刻將銅板和硬釬料層剝離。
使用圖像解析軟件GIMP2(閾值140)將該氮化鋁基板的表面的水平裂紋面積二值化而算出后，由水平裂紋面積/電路圖案的面積算出裂紋率。
由得到的結(jié)果，將裂紋率為1％以下的條件判定為耐熱循環(huán)性良好。
[實(shí)施例2～13、比較例1～5]
對(duì)于實(shí)施例2～13和比較例1～9，除了如表1中所示那樣改變了銀粉末與銅粉末的配合比、各個(gè)粉末的氧量、鈦的配合量、接合的條件以外，采用與實(shí)施例1同樣的制作方法制作了硬釬料和氮化鋁電路基板。
[表1]
由表1可知，使用了本發(fā)明的硬釬料的情況下，在將銅板接合于氮化鋁基板時(shí)，不會(huì)使接合性降低，得到在耐熱循環(huán)的評(píng)價(jià)中裂紋率為1％以下的電路基板。