專利名稱：陶瓷電路板、其生產(chǎn)方法以及電源模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷電路板及其生產(chǎn)方法，以及包括所述陶瓷電路板的電源模塊，其中所述陶瓷電路板是陶瓷部件和金屬電路層的連接體(結(jié)合體)。具體而言，本發(fā)明涉及如下的陶瓷電路板和生產(chǎn)該陶瓷電路板的方法以及電源模塊，在該陶瓷電路板中連接界面中空隙的產(chǎn)生能夠被有效地抑制，用作電路層的金屬部件的連接強(qiáng)度(結(jié)合強(qiáng)度)能夠增加，并且耐熱循環(huán)特性能夠大大改善。
背景技術(shù)：
迄今為止，作為陶瓷部件和金屬電路部件的連接(結(jié)合)方法，已廣泛使用如下方法將高熔點(diǎn)金屬(難熔金屬)如Mo或W的糊劑印刷至陶瓷板狀成型體的表面上然后進(jìn)行燒結(jié)的同步燒結(jié)法(共燒結(jié)法)，利用用作電路材料的銅和氧之間的共晶反應(yīng)將電路層整體地連接在陶瓷襯底表面上的DBC法(直接結(jié)合銅法)，作為金屬電路層的連接材料利用含活性金屬如Ti的釬焊料的活性金屬釬焊法等等。
在不同領(lǐng)域使用由上述連接方法生產(chǎn)的陶瓷部件和金屬部件的連接體。其典型的例子有用于安裝并連接半導(dǎo)體裝置的陶瓷電路板等等。所述陶瓷電路板所需特性的例子包括令人滿意的散熱作用(散熱性能)，整體上陶瓷電路板的高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，陶瓷襯底和金屬電路板之間的高連接強(qiáng)度(結(jié)合強(qiáng)度)，以及作為電路板令人滿意的耐熱循環(huán)特性。
作為構(gòu)成陶瓷電路板的陶瓷襯底，業(yè)已廣泛使用氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)或氮化硅(Si3N4)的燒結(jié)體。
例如，由于氮化鋁襯底具有160W/m·K或更高的高熱導(dǎo)率，該熱導(dǎo)率高于其它陶瓷襯底的熱導(dǎo)率，因此其在散熱作用方面是特別優(yōu)異的。氮化硅襯底在室溫下具有600MPa或更高的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度，因此當(dāng)將氮化硅用作陶瓷襯底用材料時(shí)，電路板的強(qiáng)度能夠得到改善。相反，氧化鋁襯底的熱導(dǎo)率約為20W/m·K，其三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度約為360MPa。因此，特別是，為了取得高散熱效應(yīng)和高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，相比于氧化物陶瓷襯底，對(duì)于電路板而言更為優(yōu)選的是使用氮化物陶瓷襯底。
考慮到陶瓷襯底和金屬電路板之間的連接強(qiáng)度，在上述連接方法中，優(yōu)選的是活性金屬釬焊法。在活性金屬釬焊法中，在陶瓷襯底和金屬電路板之間施用金屬箔，然后，通過熱處理使兩個(gè)部件整體連接并結(jié)合在一起，所述金屬箔包含如Ti、Hf、Zr和Nb中的至少一種活性金屬，或者包含通過將這些活性金屬添加至Ag-Cu釬焊料中制得的糊劑。當(dāng)通過活性金屬釬焊法的連接是利用氮化物陶瓷襯底進(jìn)行時(shí)，在熱處理之后形成了由上述活性金屬的氮化物組成的連接層，從而形成了更強(qiáng)的連接狀態(tài)。因此，通過活性金屬釬焊法制備的氮化物陶瓷和金屬部件的連接體滿足了電路板所需的特性。因此，這樣的連接體被廣泛地用作電子電路的襯底，如其上安裝電源半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體模塊(電源模塊)的襯底。
另外，作為用于安裝半導(dǎo)體的已知的絕緣電路板，已提出了如下的電路板所述電路板具有這樣的結(jié)構(gòu)，例如，利用用于金屬層之間的Al-Si基或Al-Ge基釬焊料，將金屬電路層層壓且結(jié)合至陶瓷襯底的至少一個(gè)表面上。通過將金屬層的維克斯硬度和厚度以及陶瓷襯底的厚度和彎曲強(qiáng)度調(diào)節(jié)至預(yù)定值，電路板的耐熱循環(huán)壽命將得以延長(zhǎng)(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。
此外，作為已知的陶瓷線路板，還提出了通過在陶瓷襯底的表面上形成金屬層如鋁或鎳層而制備的線路板，所述金屬層與釬焊料具有優(yōu)異濕潤(rùn)性且厚度為1-10微米(例如，參見專利文獻(xiàn)2)。
日本待審專利公開2001-144234[專利文獻(xiàn)1]日本待審專利公開2002-111211然而，在上述已知的電路板中，盡管在某種程度上改善了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但耐熱循環(huán)特性尚未令人滿意地滿足目前的技術(shù)要求。其理由如下隨著最近的半導(dǎo)體器件的容量、輸出和集成度的增加，所述器件的熱產(chǎn)生量往往會(huì)增加。當(dāng)熱值增加時(shí)，由于金屬電路板和陶瓷襯底之間熱膨脹的差異容易在陶瓷襯底和釬焊料層中產(chǎn)生裂縫；結(jié)果將產(chǎn)生如下問題陶瓷襯底的耐電壓性降低和金屬電路層的分隔。特別是，當(dāng)金屬電路層通過活性金屬釬焊法連接時(shí)，活性金屬的氮化物相將在鄰接氮化物陶瓷的表面上形成。盡管該活性金屬氮化物相能夠有效地改善連接強(qiáng)度，但卻沒有釋放由于熱膨脹差異所產(chǎn)生的應(yīng)力的作用。因此，容易在陶瓷襯底中產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)生降低電路板耐久性這樣的問題。
為了解決上述問題，另外還采用這樣的方法，其中，替代用作電路層的銅板，使用鋁板并利用其間的鋁合金釬焊料與陶瓷襯底連接。鋁不僅具有僅次于銅的電導(dǎo)率和高的散熱效應(yīng)，而且還具有通過熱應(yīng)力容易產(chǎn)生塑性變形的性能。因此，能夠防止在陶瓷襯底、焊料等等中產(chǎn)生裂縫。
另一方面，Al-Si合金通過結(jié)合至陶瓷襯底表面上存在的氧而形成一連接(joint)。然而，與由氧化鋁代表的氧化物陶瓷制得的襯底不同，特別是在由氮化物陶瓷如氮化鋁或氮化硅制得的襯底中，由于每單位面積襯底結(jié)構(gòu)的氧含量低，因此粘合程度(即Al-Si合金和陶瓷間界面的濕潤(rùn)性)低。為了彌補(bǔ)該缺點(diǎn)，在施加負(fù)載的同時(shí)進(jìn)行連接。然而，由于涉及氮化鋁、特別是氮化硅粘合程度的問題，所以將改變耐熱循環(huán)特性。因此，該對(duì)策是不夠的。
如上所述，為了改善釬焊料的濕潤(rùn)性，另外還采用了在陶瓷襯底表面上形成鋁金屬薄膜然后與襯底連接的方法。然而，將產(chǎn)生一種現(xiàn)象，即由于在鋁金屬薄膜中鋁元素的擴(kuò)散，所述結(jié)構(gòu)的表面將部分升高，即小丘(hillock)現(xiàn)象。因此，在鋁金屬薄膜和鋁-硅釬焊料之間易于形成空隙(氣隙)，從而使金屬電路層的連接強(qiáng)度下降。從而，不利地容易使整個(gè)電路板的耐熱循環(huán)特性下降。此外，由于形成了鋁金屬薄膜以致使薄膜厚度高達(dá)約1-10微米，所以鋁金屬汽相淀積所需的時(shí)間將增加，從而產(chǎn)生增加生產(chǎn)成本這樣的問題。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域，除了LSI的集成度的發(fā)展和運(yùn)算速度的增加以外，例如，正日益增加電源裝置如GTO和IGBT(絕緣柵雙極晶體管)的應(yīng)用。在這種情況下，由硅基片(半導(dǎo)體元件)產(chǎn)生的熱值將穩(wěn)定地增加。當(dāng)將電源模塊用于要求長(zhǎng)期可靠性的領(lǐng)域，如電氣鐵路車輛和電動(dòng)汽車時(shí)，在其上具有硅基片的電路板或在其中包括電路板的模塊的散熱效應(yīng)和耐久性將更加受到關(guān)注。令人遺憾的是，在已知的電源模塊中，連接部件的耐久性不夠并且不能夠確保令人滿意的可靠性。
為解決相關(guān)領(lǐng)域中上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，業(yè)已完成了本發(fā)明。特別是，本發(fā)明的目的是提供一種陶瓷電路板、所述陶瓷電路板的生產(chǎn)方法以及包括所述電路板的電源模塊，其中所述陶瓷電路板的連接界面中空隙的產(chǎn)生能夠被有效地抑制，用作電路層的金屬部件的連接強(qiáng)度能夠增加，并且耐熱循環(huán)特性能夠大大改善。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人對(duì)有效防止或抑制鋁元素的擴(kuò)散從而產(chǎn)生小丘現(xiàn)象的方法進(jìn)行了廣泛的研究。結(jié)果是，本發(fā)明人找到了如下措施特別是，通過在陶瓷襯底的表面上形成具有預(yù)定厚度的鋁合金薄膜來替代傳統(tǒng)的鋁金屬薄膜，甚至當(dāng)鋁合金薄膜的厚度小于1微米時(shí)，也能夠令人滿意地抑制小丘現(xiàn)象，能夠有效地防止連接表面中空隙的產(chǎn)生，電路板的連接組件能夠簡(jiǎn)化從而大大地降低生產(chǎn)成本。上述發(fā)現(xiàn)和措施導(dǎo)致了本發(fā)明的完成。
即，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷電路板，在通過整體地將由包括鋁板和鋁-硅釬焊料的包層部件組成的電路層連接至陶瓷襯底上而制備的陶瓷電路板中，鄰接鋁-硅釬焊料的包層部件的表面利用其間的鋁合金薄膜連接至陶瓷襯底上，所述鋁合金薄膜的厚度小于1微米并且提供在所述陶瓷襯底的表面上。
在本發(fā)明中，所述電路層由包括鋁板和鋁-硅釬焊料的包層部件組成。考慮到載流容量，該電路層的厚度優(yōu)選設(shè)置在0.15-0.5毫米的范圍。
在陶瓷電路板中，陶瓷襯底優(yōu)選由氮化鋁燒結(jié)體或氮化硅燒結(jié)體組成。
構(gòu)成本發(fā)明陶瓷電路板的陶瓷襯底并不特別地受到限制，只要所述陶瓷襯底有預(yù)定的散熱效應(yīng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由氮化物陶瓷如氮化鋁、氮化硅或賽龍?zhí)沾?Si-Al-O-N)的燒結(jié)體、碳化物陶瓷如碳化硅(SiC)的燒結(jié)體、以及氧化物陶瓷如氧化鋁(Al2O3)或氧化鋯(ZrO2)的燒結(jié)體組成的襯底均能夠適當(dāng)?shù)厥褂谩Ｈ欢?，即使在氮化物陶瓷襯底的情況下(在該襯底結(jié)構(gòu)表面上的氧濃度低)，也能夠使粘合程度(粘結(jié)性能)明顯改善。因此，當(dāng)陶瓷襯底是氮化鋁襯底或氮化硅襯底時(shí)，能夠獲得特別優(yōu)異的操作和效應(yīng)。
設(shè)置在陶瓷襯底表面上的鋁合金薄膜改善鋁-硅釬焊料的濕潤(rùn)性且增加用作連接至陶瓷襯底的電路層的包層部件的連接強(qiáng)度。通過濺射法、汽相淀積法等等形成鋁合金薄膜。此外，根據(jù)所述的鋁合金薄膜，在加熱連接期間不會(huì)發(fā)生鋁元素的擴(kuò)散和遷移，并且也不會(huì)產(chǎn)生由于鋁擴(kuò)散所致的空隙。該鋁合金薄膜的厚度小于1微米。當(dāng)鋁合金薄膜的厚度過分小至低于0.1微米時(shí)，濕潤(rùn)性的上述改進(jìn)效應(yīng)將不夠。另一方面，當(dāng)形成鋁合金薄膜以便使厚度為1微米或更大時(shí)，上述效應(yīng)將飽和且將花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間形成鋁合金薄膜，從而使生產(chǎn)效率下降。因此，鋁合金薄膜的厚度設(shè)置在小于1微米，且更優(yōu)選設(shè)置在0.1-0.5微米的范圍內(nèi)。
在上述陶瓷電路板中，鋁合金薄膜優(yōu)選包含選自Y、Sc、La、Ce、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Er、Th和Sr中的至少一種稀土元素，含量為1-5原子％。特別是，當(dāng)鋁合金薄膜用包含預(yù)定量的預(yù)定稀土元素的合金形成時(shí)，能夠更為適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)釬焊料的濕潤(rùn)性，能夠防止由于濕潤(rùn)性的過度增加所致的釬焊料的流失，能夠進(jìn)一步增加電路層的連接強(qiáng)度，并且能夠有效地防止連接表面中空隙的產(chǎn)生。
此外，在上述陶瓷電路板中，鋁-硅釬焊料的鋁含量?jī)?yōu)選為85質(zhì)量％或更高，且其硅含量?jī)?yōu)選在6-15質(zhì)量％的范圍內(nèi)。當(dāng)鋁-硅釬焊料的鋁含量和硅含量在上述范圍內(nèi)時(shí)，釬焊料的熔點(diǎn)比鋁的熔點(diǎn)低50-100℃。因此，用作電路層的鋁-硅合金層的連接能夠簡(jiǎn)單地進(jìn)行，并且與鋁-硅釬焊料的連接也能夠容易地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的上述陶瓷電路板的生產(chǎn)方法，在通過整體地將由包括鋁板和鋁-硅釬焊料的包層部件組成的電路層連接至鋁合金薄膜上而制備的陶瓷電路板的生產(chǎn)方法中，由包括鋁板和鋁-硅釬焊料的包層部件組成的電路層和在其上具有鋁合金薄膜的陶瓷襯底彼此交疊，并且，在施加壓力負(fù)載以便使壓力為0.2Mpa或更高的同時(shí)，在10-2Pa或更低的真空度氣氛中，在580-630℃的溫度下，通過加熱使電路層和陶瓷襯底連接。
在上述生產(chǎn)方法中，當(dāng)連接期間的壓力低于0.2MPa時(shí)，由包層部件組成的電路層和陶瓷襯底之間的粘合將不夠。此外，在真空度處于上述范圍的氣氛中，鋁-硅將發(fā)生氧化作用且濕潤(rùn)性得以增加，從而改善了粘合程度。此外，通過在上述連接溫度(580-630℃)范圍內(nèi)的加熱，由包層的部件組成的電路層能夠在短時(shí)間內(nèi)整體地連接至在其上具有鋁合金薄膜的陶瓷襯底上。
根據(jù)本發(fā)明的電源模塊包括陶瓷電路板，所述電路板通過整體地將由包括鋁板和鋁-硅釬焊料的包層部件組成的電路層連接至陶瓷襯底上而制備，其中，鄰接鋁-硅釬焊料的包層部件的表面利用其間的鋁合金薄膜連接至陶瓷襯底上，所述鋁合金薄膜的厚度小于1微米并且提供在陶瓷襯底的表面上；安裝在電路層上的半導(dǎo)體元件；以及消散由陶瓷電路板的半導(dǎo)體元件所產(chǎn)生的熱量的散熱器。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的陶瓷電路板結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的、包括陶瓷電路板的電源模塊結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的橫截面圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式下面將參考附圖具體地描述本發(fā)明陶瓷電路板的實(shí)施方案。
如表1-6所示，作為在實(shí)施例和對(duì)比例中使用的陶瓷襯底，制備大量氮化硅(Si3N4)襯底、氮化鋁(AlN)襯底、賽龍?zhí)沾?Si-Al-O-N)襯底、碳化硅(SiC)襯底和氧化鋁(Al2O3)襯底，其厚度為0.625-1.2毫米。對(duì)連接用作電路層的包層部件的各個(gè)陶瓷襯底的表面進(jìn)行噴砂處理和拋光處理，以便使表面粗糙度(Ra)控制在1微米。
然后，通過汽相淀積，在用于連接電路層的各陶瓷襯底部分上形成其組成和厚度示于表1-6中的鋁合金薄膜，所述陶瓷襯底具有調(diào)整過的表面粗糙度。
另一方面，通過輥軋操作使具有示于表1-6組成的鋁電路板和鋁-硅釬焊料整體連接，從而厚度比為75∶25。于是制得了用作電路層的包層部件。最終包層部件的厚度確定為表1-6中所示的值。
然后，使由包層部件組成的各電路層和在其上有鋁合金薄膜(實(shí)施例)或鋁金屬膜(對(duì)比例1)的各陶瓷襯底彼此交疊，所述包層部件包括用作電路板的鋁板和鋁-硅釬焊料，所述包層部件和陶瓷襯底如上所述進(jìn)行制備。然后，在施加壓力負(fù)載以便使壓力為表1-6中所示值的同時(shí)，在表1-6中所示的真空度氣氛中，加熱至表1-6所示的溫度，從而使各電路層和各陶瓷襯底連接。由此，制得了實(shí)施例和對(duì)比例的陶瓷電路板。
如圖1所示，如上所述生產(chǎn)的陶瓷電路板具有如下結(jié)構(gòu)由包括鋁板制成的電路板2和鋁-硅釬焊料層3的包層部件組成的電路層4整體地連接至其上有鋁合金薄膜5(實(shí)施例)或鋁金屬膜(對(duì)比例1)的陶瓷襯底6的表面上。
為對(duì)如上所述生產(chǎn)的實(shí)施例和對(duì)比例的陶瓷電路板的特性進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)行如下測(cè)試。首先，利用超聲波探傷儀對(duì)配置在各陶瓷電路板電路層下的連接表面上的空隙率進(jìn)行測(cè)量。通過對(duì)20平方毫米連接表面上的空隙圖像進(jìn)行分析而確定空隙率，所述空隙圖像由超聲波探傷儀獲得。以每20平方毫米連接區(qū)域的空隙區(qū)域的比率測(cè)量空隙率。
如下測(cè)量連接強(qiáng)度在圖1的垂直方向上，向上對(duì)各實(shí)施例和各對(duì)比例的陶瓷電路板1的電路層4進(jìn)行拉伸。將剝落電路層4且與陶瓷襯底6分離時(shí)的拉伸載荷除以連接面積所得的值定為連接強(qiáng)度。表1-6示出了各測(cè)量值、陶瓷電路板的規(guī)格、連接條件等等。
表1

表2

表3

表4

表5

表2川芎、紅花、山楂、葛根精制前后得膏率比較表

由表1-6所示的結(jié)果可以明顯地看出，根據(jù)通過在陶瓷襯底表面上形成預(yù)定厚度的鋁合金薄膜而制得的實(shí)施例的各陶瓷電路板，甚至在鋁合金薄膜厚度小于1微米時(shí)，其空隙區(qū)域率也小于對(duì)比例的空隙區(qū)域率。該結(jié)果表明，在加熱連接期間，有效地抑制了連接表面上鋁元素的擴(kuò)散和排出(小丘現(xiàn)象)。
因此，可以確認(rèn)的是，能夠有效地防止連接表面中空隙的產(chǎn)生，且大大增加連接強(qiáng)度，并由此獲得改進(jìn)。此外，由于鋁合金薄膜的厚度能夠降低至低于1微米，因此，通過汽相淀積等沉積鋁合金薄膜所需的時(shí)間能夠縮短，并且能夠簡(jiǎn)化連接操作。因此，很明顯的是，能夠簡(jiǎn)化電路板的連接組件，從而大大地降低生產(chǎn)成本。
另一方面，根據(jù)預(yù)先在陶瓷襯底表面上形成鋁金屬層而制得的對(duì)比例1的陶瓷電路板，在加熱連接期間鋁元素明顯地?cái)U(kuò)散并且不能夠抑制連接表面上鋁元素的排出(小丘現(xiàn)象)。這再次證實(shí)，與空隙區(qū)域率大大增加相對(duì)應(yīng)，連接強(qiáng)度也明顯地下降。
另外，如對(duì)比例2-7所示，結(jié)果表明當(dāng)鋁合金薄膜的組成(對(duì)比例1和7)、連接溫度(對(duì)比例1和5)、鋁-硅釬焊料的組成(對(duì)比例2和4)、鋁合金薄膜的厚度(對(duì)比例3)、連接期間的壓力(對(duì)比例6)等超出了本發(fā)明規(guī)定的優(yōu)選范圍時(shí)，電路層的連接強(qiáng)度和空隙區(qū)域性能下降。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的、包括陶瓷電路板的電源模塊結(jié)構(gòu)實(shí)施例的橫截面圖。即利用焊料12，將包括用作供電裝置的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)的半導(dǎo)體芯片(半導(dǎo)體元件)11固定至設(shè)置在本實(shí)施方案的電源模塊10中陶瓷電路板1的鋁電路板2的表面上。
鋁電路板2連接至用于集電極的電極端點(diǎn)(在圖中未示出)并且為半導(dǎo)體芯片11提供集電極電壓。利用超聲波焊接將由細(xì)金屬絲如鋁絲或金絲組成的連接線13的兩端分別連接至半導(dǎo)體芯片11上的柵電極14上以及陶瓷襯底6上的金屬薄膜15上。由于金屬薄膜15連接至用于柵極的電極端點(diǎn)(圖中未示出)上，因此連接線13電連接至用于柵極的電極端點(diǎn)上。因此，柵電壓通過連接線13由用于柵極的電極端點(diǎn)提供。
此外，利用超聲波焊接，將連接線16的兩端分別連接至半導(dǎo)體芯片11上的發(fā)射極17上以及陶瓷襯底6上的金屬薄膜18上。由于用于發(fā)射極的電極端點(diǎn)19通過焊料20連接至金屬薄膜18上，因此連接線16電連接至用于發(fā)射極的電極端點(diǎn)19上。因此，發(fā)射極電壓通過連接線16由用于發(fā)射極的電極端點(diǎn)19提供。
利用在其間提供的金屬薄膜22和焊料26將陶瓷襯底6的底面連接至金屬襯底(散熱器)24上。由塑性材料等組成的外殼28和金屬襯底24構(gòu)成了包裝29。半導(dǎo)體芯片11、陶瓷襯底6、鋁電路層2、金屬薄膜15和18、連接線13和16、以及用于發(fā)射極的電極端點(diǎn)19被密封在包裝29中，從而構(gòu)成單個(gè)電源模塊10。金屬襯底24也可以作為散熱器部件形成，但散熱片(散熱器)也可以除金屬襯底24以外單獨(dú)地提供。由半導(dǎo)體芯片11產(chǎn)生的熱量通過金屬襯底24消散至半導(dǎo)體芯片11底面?zhèn)?，由此使半?dǎo)體芯片11得到冷卻。因此，令人滿意地維持了半導(dǎo)體芯片11的操作和功能。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的電源模塊，能夠有效地抑制陶瓷襯底連接界面中空隙的產(chǎn)生，并因此能夠增加用作電路層的金屬部件的連接強(qiáng)度。因此，能夠獲得大大改善耐熱循環(huán)特性的電源模塊，并且能夠確保令人滿意的可靠性。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的陶瓷電路板、其生產(chǎn)方法以及電源模塊，由于具有預(yù)定厚度的鋁合金薄膜形成在陶瓷襯底的表面上，因此，甚至當(dāng)鋁合金薄膜的厚度小于1微米時(shí)，也能夠有效地抑制加熱連接期間連接表面上鋁元素的擴(kuò)散和排出(小丘現(xiàn)象)，能夠有效地防止連接表面中空隙的產(chǎn)生，以及能夠簡(jiǎn)化電路板連接組件，從而大大地降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷電路板，其通過將由包括鋁板和鋁-硅釬焊料的包層部件組成的電路層整體地連接至陶瓷襯底上而制備，其中，鄰接鋁-硅釬焊料的所述包層部件的表面利用其間的鋁合金薄膜連接至所述陶瓷襯底上，所述鋁合金薄膜的厚度小于1微米并且提供在所述陶瓷襯底的表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的陶瓷電路板，其中，所述陶瓷襯底包含氮化鋁燒結(jié)體、氮化硅燒結(jié)體、碳化硅燒結(jié)體或賽龍?zhí)沾蔁Y(jié)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的陶瓷電路板，其中，所述鋁-硅釬焊料的鋁含量為85質(zhì)量％或更高，且其硅含量在6-15質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的陶瓷電路板，其中，所述鋁合金薄膜包含選自Y、Sc、La、Ce、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Er、Th和Sr中的至少一種稀土元素，含量為1-5原子％。
5.一種陶瓷電路板的生產(chǎn)方法，所述電路板通過將由包括鋁板和鋁-硅釬焊料的包層部件組成的電路層整體地連接至鋁合金薄膜上而制備，其中，所述由包括所述鋁板和所述鋁-硅釬焊料的所述包層部件組成的電路層和在其上具有鋁合金薄膜的陶瓷襯底彼此交疊，并且，在向交疊的所述包層部件和所述陶瓷襯底施加壓力負(fù)載以便使壓力為2kg/cm2或更高的同時(shí)，在10-2Pa或更低的真空度氣氛中，在580-630℃的溫度下，通過加熱使所述電路層和所述陶瓷襯底連接。
6.一種電源模塊，其包括陶瓷電路板，其通過將由包括鋁板和鋁-硅釬焊料的包層部件組成的電路層整體地連接至陶瓷襯底上而制備，其中，鄰接所述鋁-硅釬焊料的所述包層部件的表面利用其間的鋁合金薄膜連接至所述陶瓷襯底上，所述鋁合金薄膜的厚度小于1微米并且提供在所述陶瓷襯底的表面上；安裝在所述電路層上的半導(dǎo)體元件；和通過所述陶瓷電路板消散由所述半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱量的散熱器。
全文摘要
在通過將由包括鋁板制得的電路板2和鋁－硅釬焊料3的包層部件組成的電路層4整體地連接至陶瓷襯底6上而制備的陶瓷電路板1中，鄰接所述鋁－硅釬焊料層3的所述包層部件的表面利用其間的鋁合金薄膜5連接至所述陶瓷襯底6上，所述鋁合金薄膜5的厚度小于1微米并且提供在所述陶瓷襯底6的表面上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供一種陶瓷電路板以及所述電路板的生產(chǎn)方法，其中所述陶瓷電路板的連接界面中空隙的產(chǎn)生能夠被有效地抑制，用作電路層的金屬部件的連接強(qiáng)度能夠增加，并且耐熱循環(huán)特性能夠大大改善。
文檔編號(hào)H01L23/14GK1857043SQ20048002763
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者福田悅幸, 加藤寬正 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝, 東芝高新材料公司