專利名稱：陶瓷燒結體及采用其的半導體裝置用基板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及陶瓷燒結體以及采用該陶瓷燒結體的半導體裝置用基板，該陶瓷燒結體使用于功率晶體管模塊等所用的半導體裝置用基板上，尤其涉及在由陶瓷燒結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：
功率半導體裝置用基板所用的基板需要具備高機械強度且熱傳導性出眾，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)此提高陶瓷的機械強度并提高放熱性，且為價格低的陶瓷基板。在專利文獻1中，用“半導體裝置用基板”的名稱，對與適用于功率晶體管模塊等的半導體裝置用基板相關的發(fā)明進行了公開。
專利文獻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體組成。
根據(jù)上述構成的專利文獻1所公開的發(fā)明，采用將氧化鋯添加到氧化鋁并高溫燒成后的陶瓷作為DBOC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，能大幅度地增強機械強度。因而，就實用而言陶瓷基板能變薄，由此作為半導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體裝置的小型化以及電流容量的增大。另外，在專利文獻2中，用“半導體裝置用基板”的名稱，對與在功率晶體管模塊等中通過焊接等搭載半導體芯片的半導體裝置用的絕緣基板相關的發(fā)明進行了公開。
專利文獻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體組成。
根據(jù)上述結構的專利文獻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燒成的陶瓷作為CBC (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，能夠大大增強機械強度。因而，就實用而言，陶瓷基板能變薄，由此作為半導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，能實現(xiàn)半導體裝置的小型化、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，能獲得實用上出眾的彎曲強度和高熱傳導率的陶瓷基板，作為半導體裝置用基板在強度、絕緣性、熱傳導性、低成本的方面上出眾。進而，在專利文獻3中，用“半導體裝置”的名稱對發(fā)明進行了公開，該發(fā)明涉及一種用于開關電源裝置、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體裝置，尤其，涉及通過焊接等搭載半導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
若直接引用文獻中所述符號來說明，專利文獻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，進一步作為添加劑將氧化釔、氧化鈣、 氧化鎂、氧化鈰的任一個分別添加0. 1 2wt%、0. 02 0. 5wt%,0. 02 0. 4wt%,0. 02 0. 5wt%后的高溫燒結體。
根據(jù)專利文獻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，能大大增強機械強度。因而，就實用而言陶瓷基板能變薄，由此作為半導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，能實現(xiàn)半導體裝置的小型化、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現(xiàn)半導體裝置的高集成化，另外不必在用于應力緩和的引線部分形成彎曲部，因而能實現(xiàn)裝置的薄型化，進而能排除浮起銅板邊緣部的構造，通過削減工數(shù)實現(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，能夠獲得實用上出眾的彎曲強度和高熱傳導率的陶瓷基板，上述的效果顯著。此外，在專利文獻4中，以“耐熱穩(wěn)定性出眾的高韌性陶瓷燒結體以及其制造方法”的名稱公開了一種發(fā)明，該發(fā)明涉及極高強度且同時熱穩(wěn)定性格外出眾的高韌性陶瓷燒結體以及其制造方法。
專利文獻4所公開的發(fā)明其特征在于，相對于含有IO3和( 作為穩(wěn)定劑的^O2粉末材料，對作為第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以下的溫度實施熱壓處理或熱等靜壓處理。 根據(jù)這樣的專利文獻4所公開的發(fā)明，是由含有IO3和( 作為穩(wěn)定劑(但IO3是 1摩爾％以上)的主要由四方晶構成的部分穩(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體，因而強度極高且同時熱穩(wěn)定性格外出眾。也就是說，是強度、韌性的熱經(jīng)時劣化極少的高韌性陶瓷燒結體，這樣的氧化鋯系燒結體是以往沒有的。 另外，加壓燒結的結果與不是加壓燒結的常壓燒結的情況相比一般而言發(fā)揮了強度增加約 1.5倍的始料未及的顯著效果。
另外，將專利文獻4公開的耐熱穩(wěn)定性出眾的高韌性陶瓷燒結體用作滑動部件時，與3 摩爾Y2O3部分穩(wěn)定化氧化鋯燒結體相比，能獲得約10倍以上的耐磨耗性。專利文獻4公開的發(fā)明如此對部分穩(wěn)定化氧化鋯燒結體的硬度進行改善，耐磨耗性更加出眾。進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體相比，硬度、強度、蠕變等的機械特性也出眾。
然后，專利文獻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、燃氣輪機部件、柴油機部件等的內(nèi)燃機械、泵部件、工業(yè)用刀具、切削工具、粉碎機械用部件、滑動部件、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)等的機械工具、固體電解質(zhì)等的應用以及實用化，以及提高性能。 現(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本國特開平7-38014號公報專利文獻2 日本國特開平8-1%450號公報
專利文獻3 日本國特開平8-1%458號公報專利文獻4 日本國特開平6463533號公報發(fā)明概要
發(fā)明要解決的問題專利文獻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)定劑固溶到結晶中的部分穩(wěn)定化氧化鋯作為必須的構成使用。因此，存在難于使陶瓷燒結體中的氧化鋯結晶的80 100%成為四方晶相的課題。
另外，存在難于對陶瓷燒結體的燒成溫度進行降低的課題。
另外，采用氧化鋯和氧化釔作為粉末材料的情況下，不能在燒成時使氧化鋯和氧化釔有效率地進行反應并使并非部分穩(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體中的氧化鋯結晶的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體中的氧化鋯結晶中，若單斜晶相(monoclinic 相)的相對比例大，則高熱作用到陶瓷燒結體時單斜晶相的一部分相轉移成四方晶相 (tetragonal相)，產(chǎn)生氧化鋯結晶的體積收縮。進而，熱循環(huán)一用在陶瓷燒結體上，陶瓷燒結體中的缺陷就堆積，最終有可能降低機械強度。
另外，不將氧化鎂作為必須的材料添加到專利文獻1所公開的發(fā)明的粉體材料中時， 也存在難以將陶瓷燒結體的燒成溫度充分地進行降低的課題。
并且，不能充分降低陶瓷燒結體的燒成溫度的情況下，重疊多張的陶瓷成型體來同時燒成時，為防止各陶瓷成型體的熔著而用作目砂的氧化鋁可能會熔著到陶瓷燒結體上并成為一體。此時，存在制造的陶瓷燒結體的表面上設置銅板或鋁板時，因為產(chǎn)生空隙而形成不良品的風險高的課題。
另外，不將氧化鎂作為必須的粉體材料含有的情況下，燒成后在陶瓷燒結體中沒有產(chǎn)生尖晶石的結晶，因而存在下述課題貼設銅板時和界面中的Cu-O共晶液相的潤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1所公開的發(fā)明的情況下，想要制造大型的DBOC基板時，存在難以確保高機械信賴性和高品質(zhì)的課題。專利文獻2以及專利文獻3所公開的發(fā)明中也和上述的專利文獻1的情況同樣，并非將部分穩(wěn)定化氧化鋯作為必須的構成來采用。
另外，在專利文獻2以及專利文獻3所公開的發(fā)明中，有時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行反應而使非部分穩(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體中的氧化鋯結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體的熱膨脹系數(shù)在8. 0 9. Oppm/K。此時，存在與專利文獻1的情況相同的課題。進而，作為粉末材料氧化鋯并非部分穩(wěn)定化時，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、以及降低貼設銅板時的空隙產(chǎn)生率的效果，也存在與專利文獻1的情況相同的課題。在專利文獻4中，公開了如下陶瓷燒結體以通過氧化釔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， 使陶瓷燒結體中的氧化鋯結晶的50%以上成為四方晶相，但在作為DBOC基板使用時，有關用于對在銅與陶瓷燒結體表面的界面上空隙的產(chǎn)生進行抑制或防止的技術內(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4所公開的陶瓷燒結體以氧化鋯為主成分，故存在如下課題熱傳導率低，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)明提供一種機械強度高、放射性出眾，而且具有在貼設銅板時降低空隙產(chǎn)生率的效果的適用于DBOC基板的絕緣體的陶瓷燒結體以及采用其的半導體裝置用基板。為達成上述目的，權利要求1所述的發(fā)明的陶瓷燒結體是用作絕緣基板的陶瓷燒結體，該絕緣基板用于安裝電子部件，其特征在于，在制造陶瓷燒結體時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于粉體材料的全重量是30wt%，氧化鎂的含有量相對于粉體材料的全重量是0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)，陶瓷燒結體中所含的氧化鋯結晶中80 100%是四方晶相。
在上述構成的發(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利要求1所述的陶瓷燒結體中的氧化鋯結晶中的四方晶相的比例的作用，以及具有使權利要求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，具有使權利要求1所述的發(fā)明的燒成溫度低于1600°C的作用。進一步， 氧化鎂具有使尖晶石結晶生成在權利要求1所述的陶瓷燒結體中的作用，以及具有提高構成權利要求1所述的陶瓷燒結體的結晶粒子的晶粒邊界強度的作用。而且，尖晶石結晶具有在權利要求1所述的陶瓷燒結體的表面上貼設銅板時，提高與Cu-O共晶液相的潤濕性的作用。
進而，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成30wt%，抑制權利要求1所述的陶瓷燒結體的熱傳導率的顯著降低。
另外，通過將氧化鎂的含有量設成0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)，抑制因過剩生成尖晶石結晶，權利要求1所述的陶瓷燒結體的熱傳導率大幅度地降低。
另外，通過添加部分穩(wěn)定化氧化鋯以及氧化鎂，權利要求1所述的陶瓷燒結體的燒成溫度降低，所以具有能將權利要求1所述的陶瓷燒結體制成致密的燒結體，提高權利要求1 所述的陶瓷燒結體的熱傳導率的作用。進而，通過權利要求1所述的陶瓷燒結體的燒成溫度的降低，也有抑制完成燒成的陶瓷燒結體中的氧化鋯結晶粒子的增大的作用。并且，氧化鋯結晶與Cu-O共晶液相的潤濕性差，所以完成燒成的陶瓷燒結體中的氧化鋯結晶粒子并非積極地增大而是小的情況下，在權利要求1所述的陶瓷燒結體的表面貼設銅板時，也有提高與Cu-O共晶液相的潤濕性的作用。
而且，通過使權利要求1所述的陶瓷燒結體中的氧化鋯結晶中的80 100%成為四方晶相，具有提高權利要求1所述的陶瓷燒結體的抗折強度的同時，使其熱膨脹系數(shù)成為 8. 0 9. Oppm/K的作用。權利要求2所述的發(fā)明的陶瓷燒結體是權利要求1所述的陶瓷燒結體，其特征在于，部分穩(wěn)定化氧化鋯中的氧化釔的摩爾分數(shù)是0. 015 0. 035的范圍內(nèi)。
上述構成的發(fā)明將權利要求1所述的發(fā)明中的粉體材料的構成更加明確，有與權利要求1所述的發(fā)明相同的作用。權利要求3所述的發(fā)明的陶瓷燒結體是權利要求1所述的陶瓷燒結體，其特征在于，完成燒成的陶瓷燒結體含有尖晶石結晶。
在上述構成的發(fā)明中尖晶石結晶具有在權利要求3所述的陶瓷燒結體的表面貼設銅板時，提高與Cu-O共晶液相的潤濕性的作用。
另外，權利要求3所述的發(fā)明有與權利要求1所述的發(fā)明相同的作用。權利要求4所述的發(fā)明的陶瓷燒結體是權利要求1所述的陶瓷燒結體，其特征在于，陶瓷燒結體在其制造時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于粉體材料的全重量是Iwt%。
上述構成的發(fā)明除與權利要求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晶同樣，具有在權利要求4所述的陶瓷燒結體的表面上貼設銅板時，提高與Cu-O共晶液相的潤濕性的作用。
陶瓷燒結體中所生成的尖晶石結晶的量越多，貼設銅板時的與Cu-O共晶液相的潤濕性越高，抑制陶瓷燒結體與銅板的界面內(nèi)產(chǎn)生空隙的效果提高；相反，若尖晶石結晶的生成量多，則作為DBOC基板的絕緣體采用陶瓷燒結體時的熱傳導性降低。
于是，在權利要求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晶同樣的提高與Cu-O共晶液相的潤濕性的作用的二氧化硅，來進一步提高與Cu-O共晶液相的潤濕性的作用。
并且，通過將該二氧化硅的添加量的上限值設成相對于粉體材料的全重量為lwt%，抑制權利要求4所述的發(fā)明的熱傳導性的降低。
二氧化硅除上述作用外，還具有提高對含有部分穩(wěn)定化氧化鋯的粉體材料進行燒成來制造的陶瓷燒結體的絕緣電阻的作用。部分穩(wěn)定化氧化鋯在氧化鋯結晶格子中存在氧缺陷，氧離子通過這個缺陷進行移動，據(jù)此產(chǎn)生電傳導。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體存在如下課題因該氧缺陷引起的電傳導性，絕緣電阻變小，但二氧化硅有阻止氧離子移動的性質(zhì)，所以權利要求4所述的發(fā)明有抑制絕緣電阻的降低的作用。權利要求5所述的發(fā)明的陶瓷燒結體是權利要求1所述的陶瓷燒結體，其特征在于，在上述陶瓷燒結體中，氧化鋯結晶的平均粒徑是0. 1 1.5μπι的范圍內(nèi)。
上述構成的發(fā)明除與權利要求1所述的發(fā)明相同的作用外，通過將權利要求5所述的發(fā)明的陶瓷燒結體中的氧化鋯結晶的平均粒徑設成在0. 1 1. 5 μ m的范圍內(nèi)，在權利要求 5所述的陶瓷燒結體的表面上貼設銅板時，與Cu-O共晶液相的潤濕性得到提高。權利要求6所述的發(fā)明的半導體裝置用基板，是由陶瓷燒結體、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成的半導體裝置用基板，其特征在于，在制造陶瓷燒結體時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于粉體材料的全重量是30wt%，氧化鎂的含有量相對于粉體材料的全重量是0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)，陶瓷燒結體中所含的氧化鋯結晶中80 100%是四方晶相。
上述構成的發(fā)明若換言之，是在權利要求1所述的陶瓷燒結體的表面以及背面的至少一部分上具備銅板或鋁板。因而，關于權利要求6所述的發(fā)明的陶瓷燒結體具有與權利要求1所述的陶瓷燒結體相同的作用。而且，銅板或鋁板對陶瓷燒結體進行強化且作為對搭載于其上的半導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，具有對陶瓷燒結體與銅板或鋁板的界面內(nèi)的熱應力進行緩和的作用。
尤其，將銅板貼在陶瓷燒結體的表面上的情況下，通過向陶瓷燒結體制造時所用的粉體材料中添加氧化鎂，在完成燒成的陶瓷燒結體中生成尖晶石(MgO-Al2O3)結晶，具有提高與在銅板表面所形成的Cu-O共晶液相的潤濕性的作用。據(jù)此，在陶瓷燒結體的表面貼設銅板時，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利要求6所述的半導體裝置用基板時，抑制由在陶瓷燒結體與鋁板的界面上產(chǎn)生的熱應力導致的陶瓷燒結體破損或產(chǎn)生龜裂的作用。權利要求7所述的發(fā)明的半導體裝置用基板是權利要求6所述的半導體裝置用基板，其特征在于，部分穩(wěn)定化氧化鋯中的氧化釔的摩爾分數(shù)是0. 015 0. 035的范圍內(nèi)。
上述構成的發(fā)明更明確地示出權利要求6所述的發(fā)明中的粉體材料的構成。若換言之，使在權利要求2所述的陶瓷燒結體的表面或背面的至少的一部分上貼設銅板或鋁板。
因此，權利要求7所述的發(fā)明具有將權利要求6以及權利要求2所述的各發(fā)明的作用進行合并后的作用。權利要求8所述的發(fā)明的半導體裝置用基板是權利要求6所述的半導體裝置用基板其特征在于，完成燒成的陶瓷燒結體含有尖晶石結晶。
上述構成的發(fā)明，是在權利要求3所述的陶瓷燒結體的表面以及背面的至少一部分上貼設銅板或鋁板。
因而，權利要求8所述的發(fā)明具有將權利要求6以及權利要求3所述的各發(fā)明的作用進行合并后的作用。權利要求9所述的發(fā)明的半導體裝置用基板是權利要求6所述的半導體裝置用基板，其特征在于，陶瓷燒結體在其制造時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成相對于粉體材料的全重量為lwt%。
上述構成的發(fā)明是在權利要求4所述的陶瓷燒結體的表面以及背面的至少一部分上貼設銅板或鋁板的發(fā)明。
因而，權利要求9所述的發(fā)明具有將權利要求6以及權利要求4所述的各發(fā)明的作用進行合并后的作用。權利要求10所述的發(fā)明的半導體裝置用基板是權利要求6所述的半導體裝置用基板，其特征在于，在陶瓷燒結體中，氧化鋯結晶的平均粒徑是0. 1 1. 5 μ m的范圍內(nèi)。
上述構成的發(fā)明是在權利要求5所述的陶瓷燒結體的表面以及背面的至少一部分上貼設銅板或鋁板的發(fā)明。
因而，權利要求10所述的發(fā)明具有將權利要求6以及權利要求5所述的各發(fā)明的作用進行合并后的作用。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結體(尤其，權利要求1到權利要求3的各項所述的陶瓷燒結體)，能將完成燒成的陶瓷燒結體的熱膨脹系數(shù)設成8. 0 9. Oppm/K。該結果能使本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結體的熱膨脹系數(shù)接近銅板或鋁板，所以在本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結體上貼設銅板或鋁板時，具有能對在其界面上產(chǎn)生的熱應力進行緩和的效果。
另外，本發(fā)明所涉及的陶瓷燒結體，熱傳導率、熱膨脹系數(shù)以及機械強度高，其表面相對于Cu-O共晶液相具有高潤濕性，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。權利要求4所述的發(fā)明具有與權利要求1所述的發(fā)明相同的效果。
進而，與在陶瓷燒結體中只存在尖晶石結晶的情況相比，具有能進一步對權利要求4 所述的陶瓷燒結體的表面的與Cu-O共晶液相的潤濕性再提高的效果。
結果，能提高在權利要求4所述的陶瓷燒結體的表面上貼設銅板時的、降低陶瓷燒結體與銅板的界面內(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，還具有提高對含有部分穩(wěn)定化氧化鋯的粉體材料進行燒成而制造的陶瓷燒結體的絕緣電阻的作用。權利要求5所述的發(fā)明除與權利要求1所述的發(fā)明相同的效果外，通過縮小權利要求5所述的陶瓷燒結體中的氧化鋯結晶的平均粒徑，有能提高在權利要求5所述的在陶瓷燒結體表面上貼設銅板時的與Cu-O共晶液相的潤濕性的效果。
結果，在權利要求5所述的陶瓷燒結體的表面上貼設銅板時，具有能降低陶瓷燒結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。權利要求6所述的發(fā)明除與權利要求1所述的發(fā)明相同的效果外，具有能夠提供
9機械強度以及放熱性高、且高品質(zhì)的大型的半導體裝置用基板的效果。另外，通過提高權利要求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，結果，還具有能削減權利要求6所述的半導體裝置用基板的制造成本的效果。權利要求7所述的發(fā)明具有對權利要求6以及權利要求2的各項所述的發(fā)明的效果進行合并后的效果。權利要求8所述的發(fā)明具有對權利要求6以及權利要求3的各項所述的發(fā)明的效果進行合并后的效果。權利要求9所述的發(fā)明具有對權利要求6以及權利要求4的各項所述的發(fā)明的效果進行合并后的效果。權利要求10所述的發(fā)明具有對權利要求6以及權利要求5的各項所述的發(fā)明的效果進行合并后的效果。


圖1表示實施例1所涉及的陶瓷燒結體的制造方法的流程圖。
圖2表示實施例1所涉及的陶瓷燒結體制造時的對部分穩(wěn)定化氧化鋯的添加量進行變化時的抗折強度以及熱傳導率的變化的曲線圖。
圖3表示實施例1所涉及的陶瓷燒結體制造時的對部分穩(wěn)定化氧化鋯的含有量進行變化時的燒成溫度與燒結密度的關系的曲線圖。
圖4表示對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數(shù)進行變化時的燒成溫度和燒結密度的關系的曲線圖。
圖5表示實施例1所涉及的陶瓷燒結體制造時的對氧化鎂的添加量進行變化時的燒成溫度與燒結密度的關系的曲線圖。
圖6表示使實施例1所涉及的陶瓷燒結體、以往例所涉及的陶瓷燒結體、以及只由氧化鋁構成的陶瓷的溫度上升時的熱膨脹系數(shù)的變化的曲線圖。 圖7表示實施例1所涉及的陶瓷燒結體的X射線衍射圖。
圖8(a)是實施例2所涉及的半導體裝置用基板的剖面圖，(b)是采用該半導體裝置用基板的半導體裝置的剖面圖。
圖9表示半導體裝置用基板樣品制作時的形態(tài)的剖面圖。 符號說明1-—陶瓷燒結體
2—半導體裝置用基板
3—陶瓷基板
4——銅板
5—接合材
6—半導體芯片
7—接合線
8—散熱片
9—半導體裝置
10——半導體裝置用基板樣品11---網(wǎng)目材
具體實施例方式下面，對本發(fā)明的實施方式所涉及的陶瓷燒結體以及采用該陶瓷燒結體的半導體裝置用基板進行詳細地說明。
實施例1以下，對本發(fā)明的實施例1所涉及的陶瓷燒結體進行說明。
實施例1所涉及的陶瓷燒結體是作為功率模塊基板用的絕緣體而采用的陶瓷燒結體， 該功率模塊基板用的絕緣體用于汽車、空調(diào)機、產(chǎn)業(yè)用機器人、業(yè)務用升降機、家庭用微波爐、IH電飯鍋、發(fā)電以及送電(風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、燃料電池等)、電氣鐵路、UPS (不間斷電源)等的電子設備。
首先，對照圖1對實施例1所涉及的陶瓷燒結體的制造方法進行詳細地說明。 圖1是表示實施例1所涉及的陶瓷燒結體的制造方法的流程圖。 如圖1所示，在制造實施例1所涉及的陶瓷燒結體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所示的比例進行調(diào)合后(步驟Si)，比如用球磨機等對在步驟Sl中調(diào)合后的粉體材料進行粉碎混合(步驟S2)，接著，向該混合物中作為有機質(zhì)粘結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)。
權利要求
1.一種用作絕緣基板的陶瓷燒結體，該絕緣基板用于安裝電子部件，其特征在于， 在對上述陶瓷燒結體進行制造時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于上述粉體材料的全重量是30wt%， 上述氧化鎂的含有量相對于上述粉體材料的全重量是0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)， 上述陶瓷燒結體中所含的氧化鋯結晶中80 100%是四方晶相。
2.如權利要求1所述的陶瓷燒結體，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數(shù)是0. 015 0. 035的范圍內(nèi)。
3.如權利要求1所述的陶瓷燒結體，其特征在于， 完成燒成的上述陶瓷燒結體含有尖晶石結晶。
4.如權利要求1所述的陶瓷燒結體，其特征在于，上述陶瓷燒結體在其制造時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于上述粉體材料的全重量是。
5.如權利要求1所述的陶瓷燒結體，其特征在于，在上述陶瓷燒結體中，氧化鋯結晶的平均粒徑是0. 1 1. 5μπι的范圍內(nèi)。
6.一種由陶瓷燒結體、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成的半導體裝置用基板，其特征在于，在對上述陶瓷燒結體進行制造時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于上述粉體材料的全重量是30wt%， 上述氧化鎂的含有量相對于上述粉體材料的全重量是0. 05 0. 50wt%的范圍內(nèi)， 上述陶瓷燒結體中所含的氧化鋯結晶中80 100%是四方晶相。
7.如權利要求6所述的半導體裝置用基板，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數(shù)是0. 015 0. 035的范圍內(nèi)。
8.如權利要求6所述的半導體裝置用基板，其特征在于， 完成燒成的所述陶瓷燒結體含有尖晶石結晶。
9.如權利要求6所述的半導體裝置用基板，其特征在于，上述陶瓷燒結體在其制造時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于上述粉體材料的全重量是。
10.如權利要求6所述的半導體裝置用基板，其特征在于，在上述陶瓷燒結體中，氧化鋯結晶的平均粒徑是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體及采用其的半導體裝置用基板，其機械強度高、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體1，該絕緣基板用于安裝電子部件，其特征在于，在對陶瓷燒結體進行制造時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于粉體材料的全重量是30wt％，氧化鎂的含有量相對于粉體材料的全重量是0.05～0.50wt％的范圍內(nèi)，陶瓷燒結體中所含的氧化鋯結晶中80～100％是四方晶相。
文檔編號H01L23/13GK102395540SQ20108001534
公開日2012年3月28日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權日2009年4月3日
發(fā)明者大上純史, 小松敬幸, 長廣雅則 申請人:株式會社住友金屬電設備