專利名稱：陶瓷燒結(jié)體及采用其的半導(dǎo)體裝置用基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷燒結(jié)體以及采用該陶瓷燒結(jié)體的半導(dǎo)體裝置用基板，該陶瓷燒結(jié)體使用于功率晶體管模塊等所用的半導(dǎo)體裝置用基板上，尤其涉及在由陶瓷燒結(jié)體組成的陶瓷基板的表面上安裝銅板的DBOC基板(Direct Bonding of Copper Substrate)、或在陶瓷基板的表面上安裝鋁板的DBOA基板(Direct Bonding of Aluminum substrate)。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體裝置用基板所用的基板需要具備高機(jī)械強(qiáng)度且熱傳導(dǎo)性出眾，作為滿足這些條件的絕緣體采用陶瓷基板。
眾所周知，一般而言陶瓷基板中有以氧化鋁為主成分的氧化鋁陶瓷基板、以氮化鋁為主成分的氮化鋁基板等，其中氮化鋁基板放熱性出眾，但有因價(jià)格高而難于利用的課題。另一方面，只有氧化鋁組成的陶瓷基板價(jià)格雖低但有放熱性差的課題。
為解決這樣的課題公開了幾件發(fā)明，即將氧化鋁陶瓷的粉體材料的一部分換成氧化鋯，還添加氧化釔和氧化鈣或氧化鎂等，據(jù)此提高陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度并提高放熱性，且為價(jià)格低的陶瓷基板。在專利文獻(xiàn)1中，用“半導(dǎo)體裝置用基板”的名稱，對(duì)與適用于功率晶體管模塊等的半導(dǎo)體裝置用基板相關(guān)的發(fā)明進(jìn)行了公開。
專利文獻(xiàn)1所公開的發(fā)明其特征在于，在將銅板與陶瓷基板直接接合的半導(dǎo)體裝置用基板中，陶瓷基板由以氧化鋁為主成分并將氧化鋯添加到其中的燒結(jié)體組成。
根據(jù)上述構(gòu)成的專利文獻(xiàn)1所公開的發(fā)明，采用將氧化鋯添加到氧化鋁并高溫?zé)珊蟮奶沾勺鳛镈BOC基板的陶瓷基板，據(jù)此與以往的單含氧化鋁的陶瓷基板相比，能大幅度地增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。因而，就實(shí)用而言陶瓷基板能變薄，由此作為半導(dǎo)體裝置用的基板能得到高放熱性的DBOC基板，尤其通過適用于功率晶體管模塊等的基板，有如下效果大大有助于半導(dǎo)體裝置的小型化以及電流容量的增大。另外，在專利文獻(xiàn)2中，用“半導(dǎo)體裝置用基板”的名稱，對(duì)與在功率晶體管模塊等中通過焊接等搭載半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體裝置用的絕緣基板相關(guān)的發(fā)明進(jìn)行了公開。
專利文獻(xiàn)2所公開的發(fā)明其特征在于，由以氧化鋁為主成分添加氧化鋯，并添加從由氧化釔、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈰所組成的群中選擇的1種以上的添加劑而制成的陶瓷燒結(jié)體組成。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的專利文獻(xiàn)2所公開的發(fā)明，通過采用向氧化鋁中添加氧化鋯及/或氧化釔、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈰等的添加劑并高溫?zé)傻奶沾勺鳛镃BC (Ceramic Bonding Copper)基板的陶瓷基板，與以往的單含氧化鋁的基板或氮化鋁基板相比，能夠大大增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。因而，就實(shí)用而言，陶瓷基板能變薄，由此作為半導(dǎo)體裝置用的基板能得到高放熱性的CBC基板，尤其通過適用于功率晶體管模塊等的基板，能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的小型化、低成本化，以及電流容量的增大。
尤其，氧化鋁的重量比是70%以上不滿100%的范圍、氧化鋯的重量比大于0%而止于30%的范圍、從由氧化釔、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈰組成的群中選擇的添加劑的總量的重量比處于0. 02%以上2%以下的范圍時(shí)，能獲得實(shí)用上出眾的彎曲強(qiáng)度和高熱傳導(dǎo)率的陶瓷基板，作為半導(dǎo)體裝置用基板在強(qiáng)度、絕緣性、熱傳導(dǎo)性、低成本的方面上出眾。進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)3中，用“半導(dǎo)體裝置”的名稱對(duì)發(fā)明進(jìn)行了公開，該發(fā)明涉及一種用于開關(guān)電源裝置、定電壓定頻率控制裝置(CVCF)、可變電壓可變頻率電源裝置(VVVF) 等的所謂的變換器、逆變器，將安裝有半導(dǎo)體元件的電路基板收納于箱體框內(nèi)的稱為功率晶體管模塊的半導(dǎo)體裝置，尤其，涉及通過焊接等搭載半導(dǎo)體元件的絕緣基板中，將箔狀的銅板與陶瓷基板(絕緣芯板)直接接合的貼合基板(CBC基板=Ceramic Bonding Copper) 0
若直接引用文獻(xiàn)中所述符號(hào)來說明，專利文獻(xiàn)3所公開的發(fā)明即功率晶體管模塊所用的CBC(CeramiC Bonding Copper)基板2是將箔狀的銅板2b、2c通過例如直接敷銅法直接接合到陶瓷基板加的表面和背面的基板，電路圖案形成在主面?zhèn)鹊你~板2c上，尤其陶瓷基板加是以氧化鋁為主成分將氧化鋯添加到其中，進(jìn)一步作為添加劑將氧化釔、氧化鈣、 氧化鎂、氧化鈰的任一個(gè)分別添加0. 1 2wt%、0. 02 0. 5wt%,0. 02 0. 4wt%,0. 02 0. 5wt%后的高溫?zé)Y(jié)體。
根據(jù)專利文獻(xiàn)3所公開的發(fā)明，與以往的單含氧化鋁的基板或氮化鋁基板相比，能大大增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。因而，就實(shí)用而言陶瓷基板能變薄，由此作為半導(dǎo)體裝置用的基板能獲得高放熱性的CBC基板，尤其通過適用到功率晶體管模塊等的基板上，能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的小型化、低成本化、以及電流容量的增大。通過基板尺寸的大型化能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高集成化，另外不必在用于應(yīng)力緩和的引線部分形成彎曲部，因而能實(shí)現(xiàn)裝置的薄型化，進(jìn)而能排除浮起銅板邊緣部的構(gòu)造，通過削減工數(shù)實(shí)現(xiàn)低成本化。
尤其，在氧化鋁的重量比處于70%以上不滿100%的范圍、氧化鋯的重量比超過0%而止于30%的范圍、從由氧化釔、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈰組成的群中選擇的添加劑的總量的重量比位于0. 02%以上2%以下的范圍時(shí)，能夠獲得實(shí)用上出眾的彎曲強(qiáng)度和高熱傳導(dǎo)率的陶瓷基板，上述的效果顯著。此外，在專利文獻(xiàn)4中，以“耐熱穩(wěn)定性出眾的高韌性陶瓷燒結(jié)體以及其制造方法”的名稱公開了一種發(fā)明，該發(fā)明涉及極高強(qiáng)度且同時(shí)熱穩(wěn)定性格外出眾的高韌性陶瓷燒結(jié)體以及其制造方法。
專利文獻(xiàn)4所公開的發(fā)明其特征在于，相對(duì)于含有IO3和( 作為穩(wěn)定劑的^O2粉末材料，對(duì)作為第2成分的將1 70內(nèi)部重量％的氧化鋁、尖晶石、莫來石等的粉末進(jìn)行粉碎、混合而得的混合粉末用1100°C以上1600°C以下的溫度實(shí)施熱壓處理或熱等靜壓處理。 根據(jù)這樣的專利文獻(xiàn)4所公開的發(fā)明，是由含有IO3和( 作為穩(wěn)定劑(但I(xiàn)O3是 1摩爾％以上)的主要由四方晶構(gòu)成的部分穩(wěn)定化氧化鋯、以及從A1203、MgO · Al2O3 (尖晶石)、3A1203 · 2Si02(莫來石)中選擇的1種或2種以上的第2成分組成，通過熱壓法或熱等靜壓法等制造而成的加壓燒結(jié)體，因而強(qiáng)度極高且同時(shí)熱穩(wěn)定性格外出眾。也就是說，是強(qiáng)度、韌性的熱經(jīng)時(shí)劣化極少的高韌性陶瓷燒結(jié)體，這樣的氧化鋯系燒結(jié)體是以往沒有的。 另外，加壓燒結(jié)的結(jié)果與不是加壓燒結(jié)的常壓燒結(jié)的情況相比一般而言發(fā)揮了強(qiáng)度增加約 1.5倍的始料未及的顯著效果。
另外，將專利文獻(xiàn)4公開的耐熱穩(wěn)定性出眾的高韌性陶瓷燒結(jié)體用作滑動(dòng)部件時(shí)，與3 摩爾Y2O3部分穩(wěn)定化氧化鋯燒結(jié)體相比，能獲得約10倍以上的耐磨耗性。專利文獻(xiàn)4公開的發(fā)明如此對(duì)部分穩(wěn)定化氧化鋯燒結(jié)體的硬度進(jìn)行改善，耐磨耗性更加出眾。進(jìn)一步通過添加主要形成分散成分的第2成分，在高溫狀態(tài)下與以往的氧化鋯燒結(jié)體相比，硬度、強(qiáng)度、蠕變等的機(jī)械特性也出眾。
然后，專利文獻(xiàn)4公開的發(fā)明，如此在常溫以及高溫下具有出眾的特性，因而大大有助于向熱可塑性樹脂或陶瓷的注射成型機(jī)用的耐磨耗性陶瓷螺釘、黃銅棒或銅管殼等的熱擠壓模具、燃?xì)廨啓C(jī)部件、柴油機(jī)部件等的內(nèi)燃機(jī)械、泵部件、工業(yè)用刀具、切削工具、粉碎機(jī)械用部件、滑動(dòng)部件、人工骨、人工牙、由鑄造陶瓷制成的人工牙的橋芯材料、人工牙根、量規(guī)等的機(jī)械工具、固體電解質(zhì)等的應(yīng)用以及實(shí)用化，以及提高性能。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本國(guó)特開平7-38014號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本國(guó)特開平8-1%450號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 日本國(guó)特開平8-1%458號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本國(guó)特開平6463533號(hào)公報(bào)發(fā)明概要
發(fā)明要解決的問題專利文獻(xiàn)1所公開的發(fā)明，并非將使作為粉體材料的氧化釔(Y2O3)等的穩(wěn)定劑固溶到結(jié)晶中的部分穩(wěn)定化氧化鋯作為必須的構(gòu)成使用。因此，存在難于使陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶的80 100%成為四方晶相的課題。
另外，存在難于對(duì)陶瓷燒結(jié)體的燒成溫度進(jìn)行降低的課題。
另外，采用氧化鋯和氧化釔作為粉末材料的情況下，不能在燒成時(shí)使氧化鋯和氧化釔有效率地進(jìn)行反應(yīng)并使并非部分穩(wěn)定化的氧化鋯充分地部分穩(wěn)定化，因此尤其存在難以使陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶的80 100%成為四方晶相的課題。
也就是說，在燒成完成的陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶中，若單斜晶相(monoclinic 相)的相對(duì)比例大，則高熱作用到陶瓷燒結(jié)體時(shí)單斜晶相的一部分相轉(zhuǎn)移成四方晶相 (tetragonal相)，產(chǎn)生氧化鋯結(jié)晶的體積收縮。進(jìn)而，熱循環(huán)一用在陶瓷燒結(jié)體上，陶瓷燒結(jié)體中的缺陷就堆積，最終有可能降低機(jī)械強(qiáng)度。
另外，不將氧化鎂作為必須的材料添加到專利文獻(xiàn)1所公開的發(fā)明的粉體材料中時(shí)， 也存在難以將陶瓷燒結(jié)體的燒成溫度充分地進(jìn)行降低的課題。
并且，不能充分降低陶瓷燒結(jié)體的燒成溫度的情況下，重疊多張的陶瓷成型體來同時(shí)燒成時(shí)，為防止各陶瓷成型體的熔著而用作目砂的氧化鋁可能會(huì)熔著到陶瓷燒結(jié)體上并成為一體。此時(shí)，存在制造的陶瓷燒結(jié)體的表面上設(shè)置銅板或鋁板時(shí)，因?yàn)楫a(chǎn)生空隙而形成不良品的風(fēng)險(xiǎn)高的課題。
另外，不將氧化鎂作為必須的粉體材料含有的情況下，燒成后在陶瓷燒結(jié)體中沒有產(chǎn)生尖晶石的結(jié)晶，因而存在下述課題貼設(shè)銅板時(shí)和界面中的Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性降低故空隙的產(chǎn)生率增加，變得易產(chǎn)生不良品。
也就是說，專利文獻(xiàn)1所公開的發(fā)明的情況下，想要制造大型的DBOC基板時(shí)，存在難以確保高機(jī)械信賴性和高品質(zhì)的課題。專利文獻(xiàn)2以及專利文獻(xiàn)3所公開的發(fā)明中也和上述的專利文獻(xiàn)1的情況同樣，并非將部分穩(wěn)定化氧化鋯作為必須的構(gòu)成來采用。
另外，在專利文獻(xiàn)2以及專利文獻(xiàn)3所公開的發(fā)明中，有時(shí)在采用氧化鋁和氧化鋯作為粉體材料的情況下，不選擇氧化釔以及氧化鎂作為必須的粉體材料。
并且，尤其氧化釔以及氧化鎂添加到氧化鋁和氧化鋯中的情況下，讓氧化鋯和氧化釔有效率地進(jìn)行反應(yīng)而使非部分穩(wěn)定化的氧化鋯充分地部分穩(wěn)定化是很困難的，因而難以使陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶的四方晶相的比例為80 100%，因此，存在如下課題難以使制造的陶瓷燒結(jié)體的熱膨脹系數(shù)在8. 0 9. Oppm/K。此時(shí)，存在與專利文獻(xiàn)1的情況相同的課題。進(jìn)而，作為粉末材料氧化鋯并非部分穩(wěn)定化時(shí)，也存在如下課題難以降低陶瓷的燒成溫度。
另外，尤其向氧化鋁和氧化鋯中添加氧化釔，且不添加氧化鎂的情況下，不能發(fā)揮充分降低燒成溫度的效果、以及降低貼設(shè)銅板時(shí)的空隙產(chǎn)生率的效果，也存在與專利文獻(xiàn)1的情況相同的課題。在專利文獻(xiàn)4中，公開了如下陶瓷燒結(jié)體以通過氧化釔α203)以及氧化鈰(CeO2) 部分穩(wěn)定化后的氧化鋯為主成分，作為副成分含有1 70內(nèi)部重量％的氧化鋁和尖晶石， 使陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶的50%以上成為四方晶相，但在作為DBOC基板使用時(shí)，有關(guān)用于對(duì)在銅與陶瓷燒結(jié)體表面的界面上空隙的產(chǎn)生進(jìn)行抑制或防止的技術(shù)內(nèi)容，不必說公開就是啟示或提及也都沒有。因而，參照專利文獻(xiàn)4不能制造功能模塊用的、產(chǎn)生的空隙少的DBOC基板。
另外，專利文獻(xiàn)4所公開的陶瓷燒結(jié)體以氧化鋯為主成分，故存在如下課題熱傳導(dǎo)率低，根本就無法適用到功率模塊用放熱基板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為解決上述以往的課題而提出的，本發(fā)明提供一種機(jī)械強(qiáng)度高、放射性出眾，而且具有在貼設(shè)銅板時(shí)降低空隙產(chǎn)生率的效果的適用于DBOC基板的絕緣體的陶瓷燒結(jié)體以及采用其的半導(dǎo)體裝置用基板。為達(dá)成上述目的，權(quán)利要求1所述的發(fā)明的陶瓷燒結(jié)體是用作絕緣基板的陶瓷燒結(jié)體，該絕緣基板用于安裝電子部件，其特征在于，在制造陶瓷燒結(jié)體時(shí)所用的粉體材料含有主成分的氧化鋁、部分穩(wěn)定化氧化鋯、以及氧化鎂，部分穩(wěn)定化氧化鋯的含有量的上限相對(duì)于粉體材料的全重量是30wt%，氧化鎂的含有量相對(duì)于粉體材料的全重量是0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)，陶瓷燒結(jié)體中所含的氧化鋯結(jié)晶中80 100%是四方晶相。
在上述構(gòu)成的發(fā)明中，粉體材料中所含有的部分穩(wěn)定化氧化鋯具有大幅度地提高權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶中的四方晶相的比例的作用，以及具有使權(quán)利要求1所述的發(fā)明的燒成溫度低溫化的作用。更具體而言，具有使權(quán)利要求1所述的發(fā)明的燒成溫度低于1600°c的作用。
另外，粉體材料中所含有的氧化鎂具有使權(quán)利要求1所述的發(fā)明的燒成溫度低溫化的作用。更具體而言，具有使權(quán)利要求1所述的發(fā)明的燒成溫度低于1600°C的作用。進(jìn)一步， 氧化鎂具有使尖晶石結(jié)晶生成在權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體中的作用，以及具有提高構(gòu)成權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的結(jié)晶粒子的晶粒邊界強(qiáng)度的作用。而且，尖晶石結(jié)晶具有在權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的表面上貼設(shè)銅板時(shí)，提高與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性的作用。
進(jìn)而，通過將粉體材料中的部分穩(wěn)定化氧化鋯的含有量的上限設(shè)成30wt%，抑制權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的熱傳導(dǎo)率的顯著降低。
另外，通過將氧化鎂的含有量設(shè)成0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)，抑制因過剩生成尖晶石結(jié)晶，權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的熱傳導(dǎo)率大幅度地降低。
另外，通過添加部分穩(wěn)定化氧化鋯以及氧化鎂，權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的燒成溫度降低，所以具有能將權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體制成致密的燒結(jié)體，提高權(quán)利要求1 所述的陶瓷燒結(jié)體的熱傳導(dǎo)率的作用。進(jìn)而，通過權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的燒成溫度的降低，也有抑制完成燒成的陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶粒子的增大的作用。并且，氧化鋯結(jié)晶與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性差，所以完成燒成的陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶粒子并非積極地增大而是小的情況下，在權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的表面貼設(shè)銅板時(shí)，也有提高與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性的作用。
而且，通過使權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶中的80 100%成為四方晶相，具有提高權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的抗折強(qiáng)度的同時(shí)，使其熱膨脹系數(shù)成為 8. 0 9. Oppm/K的作用。權(quán)利要求2所述的發(fā)明的陶瓷燒結(jié)體是權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體，其特征在于，部分穩(wěn)定化氧化鋯中的氧化釔的摩爾分?jǐn)?shù)是0. 015 0. 035的范圍內(nèi)。
上述構(gòu)成的發(fā)明將權(quán)利要求1所述的發(fā)明中的粉體材料的構(gòu)成更加明確，有與權(quán)利要求1所述的發(fā)明相同的作用。權(quán)利要求3所述的發(fā)明的陶瓷燒結(jié)體是權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體，其特征在于，完成燒成的陶瓷燒結(jié)體含有尖晶石結(jié)晶。
在上述構(gòu)成的發(fā)明中尖晶石結(jié)晶具有在權(quán)利要求3所述的陶瓷燒結(jié)體的表面貼設(shè)銅板時(shí)，提高與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性的作用。
另外，權(quán)利要求3所述的發(fā)明有與權(quán)利要求1所述的發(fā)明相同的作用。權(quán)利要求4所述的發(fā)明的陶瓷燒結(jié)體是權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體，其特征在于，陶瓷燒結(jié)體在其制造時(shí)除粉體材料外還添加二氧化硅，該二氧化硅的添加量的上限值相對(duì)于粉體材料的全重量是Iwt%。
上述構(gòu)成的發(fā)明除與權(quán)利要求1所述的發(fā)明相同的作用外，二氧化硅與上述的尖晶石結(jié)晶同樣，具有在權(quán)利要求4所述的陶瓷燒結(jié)體的表面上貼設(shè)銅板時(shí)，提高與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性的作用。
陶瓷燒結(jié)體中所生成的尖晶石結(jié)晶的量越多，貼設(shè)銅板時(shí)的與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性越高，抑制陶瓷燒結(jié)體與銅板的界面內(nèi)產(chǎn)生空隙的效果提高；相反，若尖晶石結(jié)晶的生成量多，則作為DBOC基板的絕緣體采用陶瓷燒結(jié)體時(shí)的熱傳導(dǎo)性降低。
于是，在權(quán)利要求4所述的發(fā)明中，通過額外向粉體材料中添加具有與尖晶石結(jié)晶同樣的提高與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性的作用的二氧化硅，來進(jìn)一步提高與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性的作用。
并且，通過將該二氧化硅的添加量的上限值設(shè)成相對(duì)于粉體材料的全重量為lwt%，抑制權(quán)利要求4所述的發(fā)明的熱傳導(dǎo)性的降低。
二氧化硅除上述作用外，還具有提高對(duì)含有部分穩(wěn)定化氧化鋯的粉體材料進(jìn)行燒成來制造的陶瓷燒結(jié)體的絕緣電阻的作用。部分穩(wěn)定化氧化鋯在氧化鋯結(jié)晶格子中存在氧缺陷，氧離子通過這個(gè)缺陷進(jìn)行移動(dòng)，據(jù)此產(chǎn)生電傳導(dǎo)。因此，通過含有部分穩(wěn)定化氧化鋯的粉體材料制造的陶瓷燒結(jié)體存在如下課題因該氧缺陷引起的電傳導(dǎo)性，絕緣電阻變小，但二氧化硅有阻止氧離子移動(dòng)的性質(zhì)，所以權(quán)利要求4所述的發(fā)明有抑制絕緣電阻的降低的作用。權(quán)利要求5所述的發(fā)明的陶瓷燒結(jié)體是權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體，其特征在于，在上述陶瓷燒結(jié)體中，氧化鋯結(jié)晶的平均粒徑是0. 1 1.5μπι的范圍內(nèi)。
上述構(gòu)成的發(fā)明除與權(quán)利要求1所述的發(fā)明相同的作用外，通過將權(quán)利要求5所述的發(fā)明的陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶的平均粒徑設(shè)成在0. 1 1. 5 μ m的范圍內(nèi)，在權(quán)利要求 5所述的陶瓷燒結(jié)體的表面上貼設(shè)銅板時(shí)，與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性得到提高。權(quán)利要求6所述的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置用基板，是由陶瓷燒結(jié)體、和與該表面以及背面的至少一部分相接合的銅板或鋁板構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于，在制造陶瓷燒結(jié)體時(shí)所用的粉體材料含有主成分的氧化鋁、部分穩(wěn)定化氧化鋯、以及氧化鎂，部分穩(wěn)定化氧化鋯的含有量的上限相對(duì)于粉體材料的全重量是30wt%，氧化鎂的含有量相對(duì)于粉體材料的全重量是0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)，陶瓷燒結(jié)體中所含的氧化鋯結(jié)晶中80 100%是四方晶相。
上述構(gòu)成的發(fā)明若換言之，是在權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體的表面以及背面的至少一部分上具備銅板或鋁板。因而，關(guān)于權(quán)利要求6所述的發(fā)明的陶瓷燒結(jié)體具有與權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體相同的作用。而且，銅板或鋁板對(duì)陶瓷燒結(jié)體進(jìn)行強(qiáng)化且作為對(duì)搭載于其上的半導(dǎo)體元件供給電力的配線回路，或作為放熱體發(fā)揮作用。
另外，陶瓷燒結(jié)體的熱膨脹系數(shù)是8. 0 9. Oppm/K,與以往法(比如，參照專利文獻(xiàn)1) 的陶瓷相比高，所以也有縮小與銅板或鋁板的熱膨脹系數(shù)差的作用。此時(shí)，具有對(duì)陶瓷燒結(jié)體與銅板或鋁板的界面內(nèi)的熱應(yīng)力進(jìn)行緩和的作用。
尤其，將銅板貼在陶瓷燒結(jié)體的表面上的情況下，通過向陶瓷燒結(jié)體制造時(shí)所用的粉體材料中添加氧化鎂，在完成燒成的陶瓷燒結(jié)體中生成尖晶石(MgO-Al2O3)結(jié)晶，具有提高與在銅板表面所形成的Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性的作用。據(jù)此，在陶瓷燒結(jié)體的表面貼設(shè)銅板時(shí)，有抑制這些界面上產(chǎn)生空隙的作用。
尤其，采用鋁板的情況下，比起銅板柔軟且變形容易，且質(zhì)輕，所以具有在熱作用于權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板時(shí)，抑制由在陶瓷燒結(jié)體與鋁板的界面上產(chǎn)生的熱應(yīng)力導(dǎo)致的陶瓷燒結(jié)體破損或產(chǎn)生龜裂的作用。權(quán)利要求7所述的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置用基板是權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于，部分穩(wěn)定化氧化鋯中的氧化釔的摩爾分?jǐn)?shù)是0. 015 0. 035的范圍內(nèi)。
上述構(gòu)成的發(fā)明更明確地示出權(quán)利要求6所述的發(fā)明中的粉體材料的構(gòu)成。若換言之，使在權(quán)利要求2所述的陶瓷燒結(jié)體的表面或背面的至少的一部分上貼設(shè)銅板或鋁板。
因此，權(quán)利要求7所述的發(fā)明具有將權(quán)利要求6以及權(quán)利要求2所述的各發(fā)明的作用進(jìn)行合并后的作用。權(quán)利要求8所述的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置用基板是權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板其特征在于，完成燒成的陶瓷燒結(jié)體含有尖晶石結(jié)晶。
上述構(gòu)成的發(fā)明，是在權(quán)利要求3所述的陶瓷燒結(jié)體的表面以及背面的至少一部分上貼設(shè)銅板或鋁板。
因而，權(quán)利要求8所述的發(fā)明具有將權(quán)利要求6以及權(quán)利要求3所述的各發(fā)明的作用進(jìn)行合并后的作用。權(quán)利要求9所述的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置用基板是權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于，陶瓷燒結(jié)體在其制造時(shí)除粉體材料外還添加二氧化硅，該二氧化硅的添加量的上限值設(shè)成相對(duì)于粉體材料的全重量為lwt%。
上述構(gòu)成的發(fā)明是在權(quán)利要求4所述的陶瓷燒結(jié)體的表面以及背面的至少一部分上貼設(shè)銅板或鋁板的發(fā)明。
因而，權(quán)利要求9所述的發(fā)明具有將權(quán)利要求6以及權(quán)利要求4所述的各發(fā)明的作用進(jìn)行合并后的作用。權(quán)利要求10所述的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置用基板是權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于，在陶瓷燒結(jié)體中，氧化鋯結(jié)晶的平均粒徑是0. 1 1. 5 μ m的范圍內(nèi)。
上述構(gòu)成的發(fā)明是在權(quán)利要求5所述的陶瓷燒結(jié)體的表面以及背面的至少一部分上貼設(shè)銅板或鋁板的發(fā)明。
因而，權(quán)利要求10所述的發(fā)明具有將權(quán)利要求6以及權(quán)利要求5所述的各發(fā)明的作用進(jìn)行合并后的作用。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結(jié)體(尤其，權(quán)利要求1到權(quán)利要求3的各項(xiàng)所述的陶瓷燒結(jié)體)，能將完成燒成的陶瓷燒結(jié)體的熱膨脹系數(shù)設(shè)成8. 0 9. Oppm/K。該結(jié)果能使本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結(jié)體的熱膨脹系數(shù)接近銅板或鋁板，所以在本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結(jié)體上貼設(shè)銅板或鋁板時(shí)，具有能對(duì)在其界面上產(chǎn)生的熱應(yīng)力進(jìn)行緩和的效果。
另外，本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結(jié)體，熱傳導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)以及機(jī)械強(qiáng)度高，其表面相對(duì)于Cu-O共晶液相具有高潤(rùn)濕性，所以尤其適用于DBOC基板用的絕緣體。
并且，采用本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結(jié)體的情況下，具有能提供具備比起以往高品質(zhì)的大型的DBOC基板或DBOA基板的效果。權(quán)利要求4所述的發(fā)明具有與權(quán)利要求1所述的發(fā)明相同的效果。
進(jìn)而，與在陶瓷燒結(jié)體中只存在尖晶石結(jié)晶的情況相比，具有能進(jìn)一步對(duì)權(quán)利要求4 所述的陶瓷燒結(jié)體的表面的與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性再提高的效果。
結(jié)果，能提高在權(quán)利要求4所述的陶瓷燒結(jié)體的表面上貼設(shè)銅板時(shí)的、降低陶瓷燒結(jié)體與銅板的界面內(nèi)的空隙的產(chǎn)生率的效果。 因而，具有能提高制品的產(chǎn)量的效果。
二氧化硅，除上述作用外，還具有提高對(duì)含有部分穩(wěn)定化氧化鋯的粉體材料進(jìn)行燒成而制造的陶瓷燒結(jié)體的絕緣電阻的作用。權(quán)利要求5所述的發(fā)明除與權(quán)利要求1所述的發(fā)明相同的效果外，通過縮小權(quán)利要求5所述的陶瓷燒結(jié)體中的氧化鋯結(jié)晶的平均粒徑，有能提高在權(quán)利要求5所述的在陶瓷燒結(jié)體表面上貼設(shè)銅板時(shí)的與Cu-O共晶液相的潤(rùn)濕性的效果。
結(jié)果，在權(quán)利要求5所述的陶瓷燒結(jié)體的表面上貼設(shè)銅板時(shí)，具有能降低陶瓷燒結(jié)體與銅板的界面上的空隙的產(chǎn)生率，提高制品的產(chǎn)量的效果。權(quán)利要求6所述的發(fā)明除與權(quán)利要求1所述的發(fā)明相同的效果外，具有能夠提供
9機(jī)械強(qiáng)度以及放熱性高、且高品質(zhì)的大型的半導(dǎo)體裝置用基板的效果。另外，通過提高權(quán)利要求6所述的發(fā)明的品質(zhì)，具有能提高其生產(chǎn)性的效果。另外，結(jié)果，還具有能削減權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板的制造成本的效果。權(quán)利要求7所述的發(fā)明具有對(duì)權(quán)利要求6以及權(quán)利要求2的各項(xiàng)所述的發(fā)明的效果進(jìn)行合并后的效果。權(quán)利要求8所述的發(fā)明具有對(duì)權(quán)利要求6以及權(quán)利要求3的各項(xiàng)所述的發(fā)明的效果進(jìn)行合并后的效果。權(quán)利要求9所述的發(fā)明具有對(duì)權(quán)利要求6以及權(quán)利要求4的各項(xiàng)所述的發(fā)明的效果進(jìn)行合并后的效果。權(quán)利要求10所述的發(fā)明具有對(duì)權(quán)利要求6以及權(quán)利要求5的各項(xiàng)所述的發(fā)明的效果進(jìn)行合并后的效果。


圖1表示實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體的制造方法的流程圖。
圖2表示實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體制造時(shí)的對(duì)部分穩(wěn)定化氧化鋯的添加量進(jìn)行變化時(shí)的抗折強(qiáng)度以及熱傳導(dǎo)率的變化的曲線圖。
圖3表示實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體制造時(shí)的對(duì)部分穩(wěn)定化氧化鋯的含有量進(jìn)行變化時(shí)的燒成溫度與燒結(jié)密度的關(guān)系的曲線圖。
圖4表示對(duì)粉體材料中所含有的部分穩(wěn)定化氧化鋯中的氧化釔的摩爾分?jǐn)?shù)進(jìn)行變化時(shí)的燒成溫度和燒結(jié)密度的關(guān)系的曲線圖。
圖5表示實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體制造時(shí)的對(duì)氧化鎂的添加量進(jìn)行變化時(shí)的燒成溫度與燒結(jié)密度的關(guān)系的曲線圖。
圖6表示使實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體、以往例所涉及的陶瓷燒結(jié)體、以及只由氧化鋁構(gòu)成的陶瓷的溫度上升時(shí)的熱膨脹系數(shù)的變化的曲線圖。 圖7表示實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體的X射線衍射圖。
圖8(a)是實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置用基板的剖面圖，(b)是采用該半導(dǎo)體裝置用基板的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖9表示半導(dǎo)體裝置用基板樣品制作時(shí)的形態(tài)的剖面圖。 符號(hào)說明1-—陶瓷燒結(jié)體
2—半導(dǎo)體裝置用基板
3—陶瓷基板
4——銅板
5—接合材
6—半導(dǎo)體芯片
7—接合線
8—散熱片
9—半導(dǎo)體裝置
10——半導(dǎo)體裝置用基板樣品11---網(wǎng)目材
具體實(shí)施例方式下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的陶瓷燒結(jié)體以及采用該陶瓷燒結(jié)體的半導(dǎo)體裝置用基板進(jìn)行詳細(xì)地說明。
實(shí)施例1以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體進(jìn)行說明。
實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體是作為功率模塊基板用的絕緣體而采用的陶瓷燒結(jié)體， 該功率模塊基板用的絕緣體用于汽車、空調(diào)機(jī)、產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人、業(yè)務(wù)用升降機(jī)、家庭用微波爐、IH電飯鍋、發(fā)電以及送電(風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、燃料電池等)、電氣鐵路、UPS (不間斷電源)等的電子設(shè)備。
首先，對(duì)照?qǐng)D1對(duì)實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體的制造方法進(jìn)行詳細(xì)地說明。 圖1是表示實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體的制造方法的流程圖。 如圖1所示，在制造實(shí)施例1所涉及的陶瓷燒結(jié)體1中，首先，將作為粉體材料的氧化鋁、部分穩(wěn)定化氧化鋯、氧化鎂例如按照如以下的表1所示的比例進(jìn)行調(diào)合后(步驟Si)，比如用球磨機(jī)等對(duì)在步驟Sl中調(diào)合后的粉體材料進(jìn)行粉碎混合(步驟S2)，接著，向該混合物中作為有機(jī)質(zhì)粘結(jié)劑添加例如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)等，另外，作為溶劑添加二甲苯、甲苯等，作為可塑劑添加鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)來形成漿狀物質(zhì)(步驟3)。
權(quán)利要求
1.一種用作絕緣基板的陶瓷燒結(jié)體，該絕緣基板用于安裝電子部件，其特征在于， 在對(duì)上述陶瓷燒結(jié)體進(jìn)行制造時(shí)所用的粉體材料含有主成分的氧化鋁、部分穩(wěn)定化氧化鋯、以及氧化鎂，上述部分穩(wěn)定化氧化鋯的含有量的上限相對(duì)于上述粉體材料的全重量是30wt%， 上述氧化鎂的含有量相對(duì)于上述粉體材料的全重量是0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)， 上述陶瓷燒結(jié)體中所含的氧化鋯結(jié)晶中80 100%是四方晶相。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體，其特征在于，上述部分穩(wěn)定化氧化鋯中的氧化釔的摩爾分?jǐn)?shù)是0. 015 0. 035的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體，其特征在于， 完成燒成的上述陶瓷燒結(jié)體含有尖晶石結(jié)晶。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體，其特征在于，上述陶瓷燒結(jié)體在其制造時(shí)除上述粉體材料外還添加二氧化硅， 該二氧化硅的添加量的上限值相對(duì)于上述粉體材料的全重量是。
5.如權(quán)利要求1所述的陶瓷燒結(jié)體，其特征在于，在上述陶瓷燒結(jié)體中，氧化鋯結(jié)晶的平均粒徑是0. 1 1. 5μπι的范圍內(nèi)。
6.一種由陶瓷燒結(jié)體、和與該表面以及背面的至少一部分相接合的銅板或鋁板構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于，在對(duì)上述陶瓷燒結(jié)體進(jìn)行制造時(shí)所用的粉體材料含有主成分的氧化鋁、部分穩(wěn)定化氧化鋯、以及氧化鎂，上述部分穩(wěn)定化氧化鋯的含有量的上限相對(duì)于上述粉體材料的全重量是30wt%， 上述氧化鎂的含有量相對(duì)于上述粉體材料的全重量是0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)， 上述陶瓷燒結(jié)體中所含的氧化鋯結(jié)晶中80 100%是四方晶相。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于，上述部分穩(wěn)定化氧化鋯中的氧化釔的摩爾分?jǐn)?shù)是0. 015 0. 035的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于， 完成燒成的所述陶瓷燒結(jié)體含有尖晶石結(jié)晶。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于，上述陶瓷燒結(jié)體在其制造時(shí)除上述粉體材料外還添加二氧化硅， 該二氧化硅的添加量的上限值相對(duì)于上述粉體材料的全重量是。
10.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置用基板，其特征在于，在上述陶瓷燒結(jié)體中，氧化鋯結(jié)晶的平均粒徑是0. 1 1. 5μπι的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供一種陶瓷燒結(jié)體及采用其的半導(dǎo)體裝置用基板，其機(jī)械強(qiáng)度高、放熱性出眾，且與銅板的接合界面上難以產(chǎn)生空隙。其解決手段是一種用作絕緣基板的陶瓷燒結(jié)體1，該絕緣基板用于安裝電子部件，其特征在于，在對(duì)陶瓷燒結(jié)體進(jìn)行制造時(shí)所用的粉體材料含有主成分的氧化鋁、部分穩(wěn)定化氧化鋯、以及氧化鎂，部分穩(wěn)定化氧化鋯的含有量的上限相對(duì)于粉體材料的全重量是30wt％，氧化鎂的含有量相對(duì)于粉體材料的全重量是0.05～0.50wt％的范圍內(nèi)，陶瓷燒結(jié)體中所含的氧化鋯結(jié)晶中80～100％是四方晶相。
文檔編號(hào)H01L23/13GK102395540SQ20108001534
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者大上純史, 小松敬幸, 長(zhǎng)廣雅則 申請(qǐng)人:株式會(huì)社住友金屬電設(shè)備