陶瓷铜电路基板和使用了陶瓷铜电路基板的半导体装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201280063176.0 | 申请日 | 2012-12-20 | 公开(公告)号 | CN104011852A | 公开(公告)日 | 2014-08-27 |
| 申请人 | 株式会社东芝; 东芝高新材料公司; | 发明人 | 矢野圭一; 加藤宽正; 宫下公哉; 那波隆之; | ||||
| 摘要 | 实施方式的陶瓷 铜 电路 基板 (1)具备陶瓷基板(2)、和经由包含活性金属元素的接合层而接合到陶瓷基板(2)的两面的第1以及第2铜板。在第1以及第2铜板的端部的截面中，比在从铜板与陶瓷基板的接合端朝向铜板的上表面内侧方向而与界面形成45°的方向上描绘出的直线(AB)还向铜板的外侧方向露出的截面的面积(C)相对与以直线(AB)为斜边的直 角 三角形相当的截面的面积(D)的比例(C/D)是0.2以上且0.6以下的范围。在第1以及第2铜板的上表面端部分别设置有R部，并且R部的从第1以及第2铜板的上方观察到的长度(F)为100μm以下。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种陶瓷铜电路基板，其特征在于，具备： |
||||||
| 说明书全文 | 陶瓷铜电路基板和使用了陶瓷铜电路基板的半导体装置技术领域[0001] 本发明的实施方式涉及一种陶瓷铜电路基板和使用了陶瓷铜电路基板的半导体装置。 背景技术[0002] 以往，在功率模块用电路基板中使用了将廉价的氧化铝基板、高热导性的氮化铝基板、高强度的氮化硅基板等陶瓷基板、热导率大的铜板等金属板通过使用钼(Mo)、钨(W)的高熔点金属法、利用了铜与氧的共晶反应的DBC(Direct Bonding Copper：直接接合铜)法、使用了如钛(Ti)那样的活性金属的活性金属接合法等进行接合得到的接合基板。将接合到陶瓷基板的金属板例如通过蚀刻来进行构图，从而构成电路基板。在各种接合方法中，能够提高接合强度，因此一般使用了活性金属接合法。 [0003] 在使用陶瓷电路基板来构成半导体装置的情况下，在铜板等金属板上经由焊锡层而搭载了半导体芯片。作为对陶瓷电路基板的要求特性之一，可举出热循环试验(Thermal Cycle Test：TCT)特性。TCT是如下试验：在低温、室温、高温的环境下分别保持一定时间，调查陶瓷电路基板对于这样的温度变化具有哪种程度的耐久性。 [0004] 为了提高陶瓷电路基板的TCT特性，提出了使焊接材料层从铜板的端部露出的构造。在具有这种结构的陶瓷铜电路基板中，在实施了以-40℃×30分钟→室温×10分钟→125℃×30分钟→室温×10分钟为一个循环的TCT时，得出报告在300个循环后陶瓷基板也没有产生裂纹。然而，伴随着半导体芯片的高功率化，要求作为TCT特性在1000个循环级别中陶瓷基板不产生裂纹的陶瓷铜电路基板。 [0005] 进而，提出了作为陶瓷基板使用氮化硅基板、并且通过控制从铜板的端部露出的焊接材料的组成来提高TCT特性的陶瓷铜电路基板。在这种陶瓷铜电路基板中，通过将-50℃×30分钟→室温×10分钟→155℃×30分钟→室温×10分钟设为一个循环而实施了条件更严格的TCT时，得出报告在5000个循环级别中陶瓷基板不产生裂纹。 [0006] 另外，半导体芯片还推进了高功率化。与其相伴，目前Si元件的工作温度为100～130℃左右，对此，预测会上升至160～190℃左右。进而，预测在SiC元件中工作温度的高温化推进至200～250℃。为了应对这种半导体芯片的高功率化与工作温度的高温化，陶瓷铜电路基板被要求提高更严格的条件下的TCT特性。 [0007] 如上述那样，通过使用氮化硅基板作为陶瓷基板，提高TCT特性。另一方面，在氮化铝基板、氧化铝基板中，只能得到300～400个循环左右的耐久性。氮化硅基板能够将三点弯曲强度高强度化至600Mpa以上。能够通过使用这种氮化硅基板来提高TCT特性，但另一方面氮化硅基板一般与氮化铝基板、氧化铝基板相比昂贵，因此陶瓷铜电路基板的制造成本增加。因此，要求在使用了氮化铝基板、氧化铝基板的情况下也能够提高TCT特性的陶瓷铜电路基板。 [0008] 在陶瓷铜电路基板上搭载半导体芯片的情况下，一般使用接合装配装置。在这种装置中，对铜板的表面进行图像识别来检测位置，在针对检测出位置的铜板定位了半导体芯片之后，将半导体芯片搭载到铜板上。通过使用CCD照相机等检测器来检测铜板的端部的位置从而实施铜板的位置检测。为了提高TCT特性而对从铜板的端部露出的焊接材料的组成进行了控制的情况下，铜板的端部成为缓和的倾斜面。在这种缓和的倾斜面中，产生检测器对铜板端部的检测精度下降这样的问题。而且，在铜板端部形成了缓和的倾斜面的情况下，相对于铜板的面积，能够搭载半导体芯片的面积变小。因此，半导体装置的设计上的限制变大。 [0010] 专利文献2：国际公开第2011/034075号 [0011] 专利文献3：日本专利第4346151号公报 发明内容[0012] 本发明要解决的课题在于，提供一种能够在提高TCT特性的基础上提高铜板的位置检测精度和基于此的半导体芯片的定位精度的陶瓷铜电路基板和使用了该陶瓷铜电路基板的半导体装置。 [0013] 实施方式的陶瓷铜电路基板具备：陶瓷基板，具有第1面和第2面；第1铜板，经由包含从Ti、Zr、Hf、Al以及Nb中选择的至少一种活性金属元素和从Ag、Cu、Sn、In以及C中选择的至少一种元素的第1接合层，接合到所述陶瓷基板的第1面；以及第2铜板，经由包含从Ti、Zr、Hf、Al以及Nb中选择的至少一种活性金属元素和从Ag、Cu、Sn、In以及C中选择的至少一种元素的第2接合层，接合到所述陶瓷基板的第2面。在第1以及第2铜板的端部的截面中，将铜板与陶瓷基板的接合端设为点A，将在从点A朝向铜板的上表面的内侧而与铜板和陶瓷基板的界面形成45°的方向上描绘出的直线与铜板上表面相交的点设为点B，将比连接点A和点B的直线AB还向铜板的外侧方向露出的截面的面积设为面积C，并将与以直线AB为斜边的直角三角形相当的截面的面积设为面积D时，第1以及第2铜板的端部具有面积C相对面积D的比例(C/D)为0.2以上且0.6以下的范围的形状。而且，在与面积C的角部相当的第1以及第2铜板的上表面的端部分别设置有R部，并且R部的从第1以及第2铜板的上方观察到的长度F为100μm以下。附图说明 [0014] 图1是表示实施方式的陶瓷铜电路基板的截面图。 [0015] 图2是表示实施方式的陶瓷铜电路基板中的铜板的端部的结构的截面图。 [0016] 图3是用于说明实施方式的陶瓷铜电路基板中的铜板的端部的形状的图。 [0017] 图4是从第1铜板侧观察实施方式的陶瓷铜电路基板的俯视图。 [0018] 图5是从第2铜板侧观察实施方式的陶瓷铜电路基板的后视图。 具体实施方式[0019] 下面，参照附图说明实施方式的陶瓷铜电路基板和使用了该陶瓷铜电路基板的半导体装置。图1是表示实施方式的陶瓷铜电路基板的结构的截面图。在图1中，1是陶瓷铜电路基板，2是陶瓷基板，3是铜电路板(第1铜板)，4是背侧铜板(第2铜板)。图1示出了作为铜电路板3而将两个铜板接合到陶瓷基板2的例子，但是实施方式的陶瓷铜电路基板的结构不限于此。铜电路板3的个数能够适当增减。图1示出了将一个铜板作为背侧铜板5而接合到陶瓷基板2的例子，但是实施方式的陶瓷铜电路基板的结构不限于此。第2铜板不限于在安装、散热等中使用的背侧铜板4，也可以是铜电路板。 [0020] 在实施方式的陶瓷铜电路基板1中，陶瓷基板2的第1面2a经由第1接合层5而被接合有铜电路板(第1铜板)3。陶瓷基板2的第2面2b经由第2接合层6而被接合有背侧铜板(第2铜板)4。第1以及第2接合层5、6包含有从钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铝(Al)以及铌(Nb)中选择的至少一种活性金属元素、和从银(Ag)、铜(Cu)、锡(Sn)、铟(In)以及碳(C)中选择的至少一种元素。实施方式的陶瓷铜电路基板1是通过在陶瓷基板2的两面2a、2b利用活性金属接合法来接合铜板3、4而构成的。 [0021] 活性金属接合法是如下方法：使用包含从Ti、Zr、Hf、Al以及Nb中选择的至少一种活性金属元素、和从Ag、Cu、Sn、In以及C中选择的至少一种元素的活性金属焊接材料，将陶瓷基板2与铜板3、4进行接合。活性金属焊接材料优选为如下：在将活性金属元素、Ag、Cu、Sn、In以及C的总计设为100质量％时，含有1～6质量％的活性金属元素、50～80质量％的Ag、15～30质量％的Cu、15质量％以下(包括零)的Sn、15质量％以下(包括零)的In、以及2质量％以下(包括零)的碳。通过使用具有这种组成的活性金属焊接材料，能够控制接合层5、6的成分。 [0022] 活性金属焊接材料进一步优选为含有活性金属元素、Ag、Cu、以及从Sn、In及C中选择的至少一种。从Sn、In及C中选择的至少一种元素的含有量优选设为1～15质量％的范围。活性金属元素是通过与陶瓷基板2进行反应来形成反应相从而提高陶瓷基板2与铜板3、4的接合强度的成分。在作为活性金属元素而使用了Ti的情况下，如果陶瓷基板2为氧化铝基板，则形成Ti氧化物相。在作为陶瓷基板2而使用了氮化硅基板、氮化铝基板的情况下，形成Ti氮化物相。活性金属元素中的Ti、Zr容易与陶瓷基板2形成反应相，因此是优选使用的。特别是优选使用Ti。 [0023] Ag与Cu是生成共晶的组合。通过形成Ag与Cu的共晶来强化接合层5、6。而且，通过含有从Sn、In以及C中选择的至少一种，能够控制接合层5、6的热膨胀系数、柔软性。在实施了陶瓷铜电路基板1的TCT时，陶瓷基板2中产生的裂纹是由陶瓷基板2与铜板3、 4的热膨胀差所致的应力而引起的。为了缓和热膨胀差，优选将接合层5、6的热膨胀系数调整为陶瓷基板2与铜板3、4之间的值。Sn、In以及C是不阻碍Ag-Cu共晶的生成而对热膨胀系数的调整有效的成分。而且，通过含有从Sn、In以及C中选择的至少一种，能够提高接合层5、6的柔软性。通过提高接合层5、6的柔软性，能够吸收在TCT时铜板3、4热膨胀时的变形应力。 [0024] 实施方式的陶瓷铜电路基板1在对铜板3、4的端部进行截面观察时具有以下所示的端部形状。即，在铜板3、4的端部的截面中，在将铜板与陶瓷基板的接合端设为点A，将在从点A朝向铜板的上表面的内侧而与铜板和陶瓷基板的界面形成45°的方向上描绘的直线与铜板上表面相交的点设为点B，将比连接点A和点B的直线AB还向铜板的外侧方向露出的截面的面积设为面积C，将与以直线AB为斜边的直角三角形相当的截面的面积设为面积D时，第1以及第2铜板3、4具有面积C相对面积D的比例(C/D)为0.2以上0.6以下的范围的端部形状。而且，在与面积C的角部相当的第1以及第2铜板3、4的上表面的端部分别设置有R部，并且R部的从第1以及第2铜板3、4的上方观察到的长度F为100μm以下。 [0025] 图2以及图3表示实施方式的陶瓷铜电路基板1中的铜板3、4的端部形状。参照图2以及图3，说明点A、点B、直线AB、面积C、面积D、长度E、以及长度F。首先，观察任意的铜板的端部的截面。将该观察截面设为铜板的厚度方向的截面。图2以及图3主要示出铜电路板(第1铜板)3的端部。背侧铜板(第2铜板)4的端部也具有与铜电路板(第1铜板)3相同的形状。下面所示的端部形状表示铜电路板(第1铜板)3以及背侧铜板(第2铜板)4的端部的形状。 [0026] 如图3所示，点A是铜板3与陶瓷基板2的接合端。此外，在图3中省略了接合层5的图示。在从点A朝向铜板3的上表面的内侧而与铜板3和陶瓷基板2的界面形成45°的方向上划出直线，将该直线与铜板3的上表面相交的点设为点B。将比连接点A和点B的直线AB还朝向铜板2的外侧方向而露出的截面的面积设为面积C，将与以直线AB为斜边的直角三角形相当的截面的面积设为面积D。实施方式中的铜板3(4)具有面积C相对面积D的比例(C/D)为0.2～0.6的范围的端部形状。 [0027] 当面积比例C/D为0.2～0.6的范围时，在铜板3(4)的端部形成适当的倾斜面。通过在铜板3(4)的端部形成适当的倾斜面，从而在陶瓷铜电路基板1的TCT时，缓和在铜板3(4)的端部产生的应力(由热膨胀差引起的应力)。因而，能够提高陶瓷铜电路基板1的TCT特性。当面积比例(C/D)小于0.2时，铜板3(4)的半导体芯片的搭载面积变小。当面积比例(C/D)超过0.6时，得不到由热膨胀差引起的应力的缓和效果。面积比例(C/D)更优选为0.3～0.5的范围。采用相对于界面为45°的直线作为面积D的基准的理由是因为以陶瓷铜电路基板的45°散热仿真为前提。 [0028] 如图2所示，在铜板3(4)的上表面的端部分别设置有R部。铜板3(4)的上表面的端部相当于面积C的角部。R部具有从铜板3(4)的上方看到的R部的长度F为100μm以下的形状。长度F为100μm以下这意味着R部具有曲率半径R小的形状。当长度F为100μm以下时，能够提高应用了图像识别的铜板3(4)的位置检测精度。当长度F超过100μm时R形状变缓，在应用图像识别来检测铜板3(4)的端部时的精度中产生偏差。接合装配装置等中的定位是通过使用CCD照相机等检测器对铜板3(4)进行图像识别而实施的。当无法对铜板3(4)的端部正确地进行图像识别时，铜板3(4)的定位精度下降，由此，半导体芯片的搭载场所的定位精度变差。 [0029] 当在陶瓷铜电路基板1中搭载半导体芯片而制作半导体装置时如果半导体芯片的搭载位置产生偏差，则有可能无法正确地进行针对半导体芯片的电连接。而且，根据情况，半导体装置自身成为不合格。半导体芯片的搭载工序通过接合装配装置等而实现机械化。因此，如果通过机械无法正确地识别半导体芯片的搭载位置，则成为不合格品。通过将如上所述的R部设置于铜板3(4)的上表面端部，能够使用图像识别来高精度地检测铜板3的端部。长度F优选是50μm以下。但是，如果长度F过短，则容易产生应力集中，因此长度F优选是10μm以上，更优选是20μm以上。 [0030] 图4是从铜电路板3侧观察陶瓷铜电路基板1的俯视图，图5是从背侧铜板4侧观察陶瓷铜电路基板1的后视图。在图4所示的铜电路板3的一部分中搭载了半导体芯片(未图示)。通过图像识别来检测铜电路板3的端部，并根据离它的距离来识别半导体芯片的搭载位置。因此，铜电路板3的端部必须是容易图像识别的形状。关于本实施方式中的铜电路板3，端部作为容易图像识别的形状而具有长度F为100μm以下的R形状。此外，在图4中省略了半导体芯片的图示。本实施方式的半导体装置通过在铜电路板3的一部分中搭载半导体芯片来构成。 [0031] 在第1以及第2接合层5、6中，接合层的每10mm2的形成面积中的活性金属元素的含有量优选是0.5mg以上0.8m以下的范围。如上所述，活性金属元素与陶瓷基板2进行2 反应而形成反应相。如果接合层5、6的每10mm 的形成面积中的活性金属元素的含有量小于0.5mg(毫克)，则活性金属元素的量不足，接合强度下降。另一方面，即使活性金属元素的含有量超过0.8mg，也得不到其以上的效果，而且还会成为使陶瓷铜电路基板1的制造成 2 本增加的主要原因。接合层5、6的每10mm 的形成面积中的活性金属元素的含有量例如能够根据活性金属焊接材料中的活性金属元素的含有量和活性金属焊接材料的涂敷层的厚度来进行调整。 [0032] 而且，接合层5、6优选为从铜板3、4的端部露出。接合层5、6从铜板3、4的端部露出的长度E优选为10μm以上150μm以下的范围。如图2所示，接合层5、6的露出长度E是从点A向外侧露出的接合层5、6的宽度。根据露出长度E为10μm以上的接合层5、6，能够缓和在铜板3、4的端部产生的应力。但是，如果露出长度E超过150μm，则得不到其以上的效果，而且在与相邻的铜板之间无法确保绝缘性，有可能成为铜板间的短路的原因。露出长度E更优选为10～100μm的范围。但是，根据情况，也可以不使接合层5、6从铜板 3、4的端部露出。 [0033] 陶瓷基板2优选为由氮化硅烧结体构成的氮化硅基板、由氮化铝烧结体构成的氮化铝基板、或者由氧化铝烧结体构成的氧化铝基板。氮化硅基板作为原材料具有三点弯曲强度为600MPa以上那样的高强度。氮化铝基板具有热导率为170W/m·K以上那样的高热导性。氧化铝基板是廉价的。根据这些基板的优越性，根据目的来选定陶瓷基板2。如专利第4346151号公报所记载那样，开发了三点弯曲强度为700MPa以上、且热导率为80W/m·K以上的氮化硅基板。如果是高强度且高热导性的氮化硅基板，则能够在提高了散热性的基础上还提高TCT特性。 [0034] 陶瓷基板2的厚度优选为0.2～1mm的范围。铜板3、4的厚度优选为0.1～1mm的范围。当陶瓷基板2的厚度小于0.2mm时，有可能强度下降，TCT特性也下降。当陶瓷基板2薄时不能确保绝缘性，还有可能产生泄漏电流。当陶瓷基板2的厚度超过1mm时成为热敏电阻，有可能散热性下降。当铜板3、4的厚度小于0.1mm时，作为电路的电流密度下降。作为铜板3、4的强度也下降。当铜板3、4的厚度超过1mm时，虽然电流密度提高，但是由于热膨胀所致的变形量变大而有可能使TCT特性下降。铜板3、4的厚度更优选为0.2～0.6mm的范围。 [0035] 根据本实施方式，能够大幅地提高陶瓷铜电路基板1的TCT特性。TCT是如下的耐久性试验：将低温区域→室温→高温区域→室温设为1个循环，通过将这样的循环重复地施加于陶瓷铜电路基板1，从而调查产生陶瓷基板2的裂纹、铜板3、4的剥离等问题的循环数。陶瓷铜电路基板1在将-40℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟→175℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟设为1个循环的TCT中，具有在1000个循环后陶瓷基板2也不产生裂纹这样的特性。而且，在将-50℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟→250℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟设为1个循环的TCT中也相同。 [0036] 关于以往的TCT，例如最大温度(高温区域)为125℃，或最大温度(高温区域)为150℃。与此相对，实施方式的陶瓷铜电路基板1是示出在将最大温度(高温区域)为170℃以上的TCT实施了1000个循环时陶瓷基板也不产生裂纹这样的优良的特性的基板。 具体的TCT条件如上所述。即，在如低温区域与高温区域的温度差为210℃以上的TCT、进而温度差为300℃的TCT那样更严格的条件下，实施方式的陶瓷铜电路基板1也示出优良的特性。 [0037] 根据这种陶瓷铜电路基板1，能够大幅地提高在铜电路板3上搭载半导体芯片而构成的半导体装置的可靠性。因此，即使由于Si元件的高功率化而使工作温度成为170℃，也能够维持陶瓷铜电路基板1的可靠性。同样地，在搭载如SiC元件那样工作温度为200～250℃的半导体芯片的情况下，也能够维持陶瓷铜电路基板1的TCT特性。换句话说，陶瓷铜电路基板1作为搭载工作温度为170℃以上的半导体芯片的电路基板而有效。 [0038] 接着，说明陶瓷铜电路基板1的制造方法。实施方式的陶瓷铜电路基板1只要具有所述的结构即可，该制造方法没有被特别限定。作为用于高效地获得实施方式的陶瓷铜电路基板1的方法，可举出以下所示那样的制造方法。 [0039] 首先，准备陶瓷基板2。调制活性金属焊接材料膏。活性金属焊接材料中的活性金属元素、Ag、Cu、Sn、In、C的比例如上所述。将活性金属焊接材料膏涂敷在陶瓷基板2上。活性金属焊接材料膏的涂敷厚度优选设为10～40μm的范围。在涂敷厚度小于10μm时，接合强度有可能下降。作为接合层5、6的热应力缓和层的功能也下降。当涂敷厚度超过 40μm时不仅得不到其以上的效果，而且还成为使陶瓷铜电路基板1的制造成本增加的主要原因。 [0040] 接着，在活性金属焊接材料膏的涂敷区域上配置铜板3。此时，在陶瓷基板2的背面也涂敷活性金属焊接材料膏，在两面配置铜板3、4。铜板3、4优选为无氧铜板。铜板3、4既可以预先加工为电路图案形状，也可以是与陶瓷基板2相同的纵横尺寸。接着，进行加热而将陶瓷基板2与铜板3、4进行接合。加热优选为在真空中、或氮气等惰性气体环境中进行。加热条件优选为700～900℃×10～120分钟。在加热温度小于700℃、或者加热时间小于10分钟的情况下，活性金属元素与陶瓷基板2的反应相没有充分地形成，接合强度有可能下降。当加热温度超过900℃、或者加热时间超过120分钟时，对铜板3、4过度施加热变形而成为产生不合格的原因。 [0041] 铜板3、4例如为了形成电路图案而根据需要被蚀刻。既可以通过将预先把端部加工为目标形状而得到的铜板3、4接合到陶瓷基板2从而获得铜板3、4的端部形状，也可以以使在接合后成为目标形状的方式对铜板3、4进行蚀刻而获得铜板3、4的端部形状。在应用蚀刻的情况下，铜板3、4的端部形状能够通过蚀刻条件的强弱等来进行调整。在接合层5、6的露出长度E的调整中，有效的是使用例如国际公开第2011/034075号小册子所示那样的掩蔽等。 [0042] 实施例 [0043] 接着，叙述具体的实施例及其评价结果。 [0044] (实施例1～11、比较例1～9) [0045] 作为陶瓷基板，准备了板厚为0.635mm的氮化硅基板(热导率：90W/m·K，三点弯曲强度：730MPa)、板厚为0.635mm的氮化铝基板(热导率：180W/m·K，三点弯曲强度：400MPa)、板厚为0.635mm的氧化铝基板(热导率：15W/m·K，三点弯曲强度：500MPa)。陶瓷基板的形状统一为纵50mm×横30mm。 [0046] 接着，将表1中示出组成的活性金属焊接材料进行调制并膏化，而涂敷在陶瓷基板上。活性金属焊接材料膏的涂敷厚度如表1所示。接着，准备了板厚为0.3mm的铜板(无氧铜板)。铜板的形状统一为纵45mm×横25mm。在实施例1～9中使用了板厚为0.3mm的铜板，在实施例10～11中使用了板厚为0.5mm的铜板。在印刷了的活性金属焊接材料膏上配置了铜板。 [0047] 通过在真空中以800～840℃×20～40分钟的条件对配置了铜板的陶瓷基板进行加热，由此在陶瓷基板的两面接合了铜板。通过使用FeCl3蚀刻液来蚀刻表面侧的铜板，由此形成了图4所示的两个电路图案。电路图案设为如下构造：隔着2mm的间隔，形成了两个纵20mm×横20mm的图案。而且，通过改变各种蚀刻条件，将铜板的端部加工为满足表2所示的条件的形状。表2所示的铜板的端部形状设置于铜电路板以及背侧铜板这两者。 [0048] [表1] [0049] [0050] [表2] [0051] [0052] 针对实施例1～11以及比较例1～8的陶瓷铜电路基板，调查了铜板的接合强度、耐压不合格率、TCT特性、图像识别的定位精度。接合强度通过剥离强度来进行了测量。耐压不合格率通过以N＝20向表面和背面铜板间施加了10kV×1分钟的电压时的贯穿不合格的发生率(％)来进行了评价。耐压不合格率意味着其越低越不发生不合格。 [0053] TCT特性通过下面所示的三个条件来进行了评价。条件1为：将-40℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟→125℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟设为1个循环。条件2为：将-40℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟→175℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟设为1个循环。条件3为：将-50℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟→250℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟设为1个循环。分别以健全率η(％)来调查了1000个循环后的陶瓷基板有无裂纹。健全率η(％)是指对在陶瓷铜电路基板的铜板的接合端周围形成的裂纹的比例进行调查而得到的值。在将铜板的接合端的周长设为100％时，测量没有产生裂纹的比例。健全率η(％)为100％意味着不存在产生了裂纹的部分。健全率η(％)为 0％意味着在所有的铜板的接合端的周长产生了裂纹。TCT表示试样数设为N＝20、健全率η(％)最大的试样的值。 [0054] 关于图像识别的定位精度，调查了能否通过接合装配装置而在设为目标的位置处搭载半导体芯片。没有产生位置偏移时设为“A”，产生了位置偏移时设为“B”。将这些结果示出在表3中。 [0055] [表3] [0056] [0057] 如从表3可知，实施例的陶瓷铜电路基板都具有优良的TCT特性。接合装配装置(基于CCD照相机的图像识别类型)所致的位置偏移也没有产生。而且，改良了铜板的端部形状，因此能够确保铜电路板上的半导体芯片的搭载面积宽。 [0058] (实施例12～13) [0059] 将实施例9的陶瓷铜电路基板设为实施例12，将把实施例9的陶瓷铜电路基板的铜板厚度改变为0.5mm而得到的陶瓷铜电路基板设为实施例13。对于实施例12以及实施例13的陶瓷铜电路基板，以条件2(1个循环：-40℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟→175℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟)实施TCT，调查了在陶瓷基板中产生裂纹的循环数。将该结果示出在表4中。 [0060] [表4] [0061] [0062] 从表4可知，实施例的陶瓷铜电路基板对于最大温度超过170℃的TCT，也具有6000次循环以上的耐久性。 [0063] (实施例14～18) [0064] 作为陶瓷基板准备了下面的基板。陶瓷基板1是板厚为0.320mm的氮化硅基板(热导率：93W/m·K，三点弯曲强度：700MPa)。陶瓷基板2是板厚为0.320mm的氮化硅基板(热导率：100W/m·K，三点弯曲强度：600MPa)。陶瓷基板3是板厚为0.635mm的氮化铝基板(热导率：200W/m·K，三点弯曲强度：320MPa)。陶瓷基板4是板厚为0.635mm的氧化铝基板(热导率：12W/m·K，三点弯曲强度：400MPa)。此外，陶瓷基板的形状统一为纵50mm×横30mm。 [0065] 接着，对表5中示出组成的活性金属焊接材料进行调制并膏化，而印刷在陶瓷基板上进行了涂敷。准备了纵45mm×横20mm×厚0.3mm的铜板。在活性金属焊接材料膏的涂敷层上配置了铜板。通过在真空中以800～840℃×20～40分钟的条件对配置了铜板的陶瓷基板进行加热，由此在陶瓷基板的两面接合了铜板。使用FeCl3蚀刻液来蚀刻表面侧的铜板而形成了图4所示的两个电路图案。电路图案设为如下构造：隔着2mm的间隔，形成了两个纵20mm×横20mm的图案。接着，通过改变各种蚀刻条件，将铜板的端部加工为满足表6所示的条件的形状。表6所示的铜板的端部形状设置于铜电路板以及背侧铜板这两者。 [0066] [表5] [0067] [0068] [表6] [0069] [0070] 对于实施例14～18的陶瓷铜电路基板，通过与实施例1相同的方法来测量了接合强度、耐压不合格率、TCT特性(条件1、条件2、条件3)、定位精度。将这些结果示出在表7中。从表7可知，确认了实施例的陶瓷铜电路基板都具有优良的特性。 [0071] [表7] [0072] [0073] 接着，实施条件2(1个循环：-40℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟→175℃×30分钟→室温(25℃)×10分钟)的TCT，调查了在陶瓷基板中产生裂纹的循环数。将其结果示出在表8中。 [0074] [表8] [0075] [0076] 从表8可知，使用了氮化硅基板的实施例14～16都具有5000个循环以上的耐久性。使用了氮化铝基板的实施例17和使用了氧化铝基板的实施例18的耐久性是1400～1500个循环左右，虽然与实施例14～16相比而言差，但是确认了与使用了以往的氮化铝基板、氧化铝基板的陶瓷铜电路基板相比，具有更优良的TCT特性。从实施例14～18的结果可知，通过使用氮化硅基板，陶瓷铜电路基板的TCT特性更进一步得到提高。 [0077] 此外，说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式是作为例子而提示的，并非意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它的各种方式来实施，能够在不超出发明的精神的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含在发明的范围、精神中，并且包含在权利要求书所述的发明和与其均等的范围内。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈