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公開番号2025088746
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-11
出願番号2024204559
出願日2024-11-25
発明の名称金属-セラミック複合体
出願人ヘレウスエレクトロニクスゲーエムベーハーウントカンパニーカーゲー
代理人個人,個人
主分類C04B 37/02 20060101AFI20250604BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】湿気からの保護が改善された、メタライズされた窒化ケイ素含有セラミック基板を提供する。
【解決手段】本発明は、前面及び後面を備え、窒化ケイ素を含有するセラミック基板と、セラミック基板の前面上に存在し、少なくとも1つの凹部を有し、セラミック基板の表面が凹部によって露出されている、金属コーティングと、を含み、セラミック基板は、少なくとも凹部の領域において、X線光電子分光法によって記録されたエネルギースペクトルにおいて96～107eVの範囲のSi2pシグナルを示し、Si2pシグナルは、以下の、各々が98.0～100.0eVの範囲に極大値を有する1つ以上のピークと、各々が101.0～102.2eVの範囲に極大値を有する1つ以上のピークと、各々が102.5～104.0eVの範囲に極大値を有する1つ以上のピークと、を有する、金属-セラミック複合体である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
前面及び後面を備え、窒化ケイ素を含有するセラミック基板と、
前記セラミック基板の前記前面上に存在し、
少なくとも１つの凹部を有し、前記セラミック基板の表面が前記凹部によって露出されている、金属コーティングと、を含み、
前記セラミック基板は、少なくとも前記凹部の領域において、Ｘ線光電子分光法によって記録されたエネルギースペクトルにおいて９６～１０７ｅＶの範囲のＳｉ２ｐシグナルを示し、
前記Ｓｉ２ｐシグナルは、以下の、
各々が９８．０～１００．０ｅＶの範囲に極大値を有する１つ以上のピークと、
各々が１０１．０～１０２．２ｅＶの範囲に極大値を有する１つ以上のピークと、
各々が１０２．５～１０４．０ｅＶの範囲に極大値を有する１つ以上のピークと、を有する、金属－セラミック複合体。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
以下の関係を満たし、
Ｉ
１
／Ｉ
ｇｅｓ
≧０．０２、
２．０≦Ｉ
２
／Ｉ
１
≦８．０、ただし、（Ｉ
１
＋Ｉ
２
）／Ｉ
ｇｅｓ
≦０．８５、
（Ｉ
１
＋Ｉ
２
＋Ｉ
３
）／Ｉ
ｇｅｓ
≧０．９５であり、
式中、
Ｉ
ｇｅｓ
は、前記Ｓｉ２ｐシグナルの総強度であり、
Ｉ
１
は、前記各々が９８．０～１００．０ｅＶの範囲に極大値を有するピークの総強度であり、
Ｉ
２
は、前記各々が１０１．０～１０２．２ｅＶの範囲に極大値を有するピークの総強度であり、
Ｉ
３
は、前記各々が１０２．５～１０４．０ｅＶの範囲に極大値を有するピークの総強度である、請求項１に記載の金属－セラミック複合体。
【請求項３】
９８．０～１００．０ｅＶ、１０１．０～１０２．２ｅＶ及び１０２．５～１０４．０ｅＶの範囲において、関連する範囲内に極大値を有するピークが２つ以下である、請求項１又は２に記載の金属－セラミック複合体。
【請求項４】
前記セラミック基板が、前記窒化ケイ素を少なくとも７０重量％の割合で含有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の金属－セラミック複合体。
【請求項５】
前記金属コーティングが、銅又はアルミニウムコーティングである、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属－セラミック複合体。
【請求項６】
反応層が前記セラミック基板と前記金属コーティングとの間に存在し、前記反応層は、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、及びＣｅから選択される１つ以上の元素Ｅ
ＲＳ
を含有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の金属－セラミック複合体。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか一項に記載の金属－セラミック複合体と、
１つ以上の半導体部品と、
を含む、半導体モジュール。
【請求項８】
注型コンパウンドを更に含み、前記注型コンパウンドは、前記凹部によって露出された前記金属－セラミック複合体の前記セラミック基板の表面に接触する、請求項７に記載の半導体モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクスにおけるセラミック回路キャリアとして使用することができる金属－セラミック複合体に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【０００２】
パワーエレクトロニクスでは、プリント回路基板は、ＭＯSＦＥＴ等のパワー部品のキャリアとして高電流用に設計されるべきであり、廃熱を迅速に放散することができるべきである。
【０００３】
酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素等のセラミック材料は、従来のプリント回路基板を製造するために使用されるポリマーよりもはるかに高い熱伝導率を有するので、セラミック回路キャリアがパワーモジュールにおいて使用されることが多い。
【０００４】
窒化ケイ素をベースとするセラミック基板は、非常に高い機械的強度と同時に高い熱伝導率を有するので、パワーエレクトロニクスにおける用途に非常に適している。
【０００５】
窒化ケイ素をベースとするセラミック基板は、例えば、以下の刊行物に記載されている：
Ｎ．Ｃｈａｓｓｅｒｉｏｅｔａｌ．，“ＣｅｒａｍｉｃＳｕｂｓｔｒａｔｅｓｆｏｒＨｉｇｈ－ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，”ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌｕｍｅ３８（２００９），ｐｐ．１６４－１７４；
Ｋ．Ｈｉｒａｏｅｔａｌ．，“ＨｉｇｈＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙＳｉｌｉｃｏｎＮｉｔｒｉｄｅＣｅｒａｍｉｃｓ，”ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＫｏｒｅａｎＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ，Ｖｏｌｕｍｅ４９（２０１２），ｐｐ．３８０－３８４；
Ｙ．Ｚｈｏｕｅｔａｌ．，“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ－ｔｈｅｒｍａｌ－ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓ，”ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｉａｎＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｉｅｓ，３（２０１５），ｐｐ．２２１－２２９．
【０００６】
窒化ケイ素ベースのセラミック基板は、高い機械的強度と高い熱伝導率との間の良好な折り合いを示し、電子部品に使用することができ、市販されている。
【０００７】
セラミック回路キャリアは、セラミック基板を有しており、その少なくとも一方の面に、通常は両面に金属層が設けられている。最終モジュールでは、半導体部品は、これらの金属層の１つに適用され、セラミック基板の反対側の金属層は、ヒートシンクに熱伝導的に接続される。セラミック基板は、金属層を互いに電気的に絶縁する。
【０００８】
セラミック回路基板として機能するメタライズされたセラミック基板の、当業者に知られている製造は、例えば、セラミック基板の前面及び後面を金属膜（例えば、銅又はアルミニウム膜）と接触させ、それらを一緒に接合することによって行われる。金属箔の材料接合は、例えば、共晶接合又は活性金属ろう付け法（ＡＭＢ）によって達成される。金属膜が銅膜である場合、共晶接合はまた、ＤＣＢ法又はＤＢＣ法とも呼ばれる（ＤＣＢ：「直接銅接合」、ＤＢＣ：「直接接合銅」）。アルミニウム膜の場合、「ＤＡＢ」（「直接アルミニウム接合」）という用語も、共晶接合に使用される。ＤＣＢプロセス又はＡＭＢプロセスを用いて製造されたメタライズされたセラミック基板は、ＤＣＢ基板（あるいはＤＢＣ基板）又はＡＭＢ基板と呼ばれることもある。
【０００９】
窒化ケイ素基板のメタライゼーションは、通常、活性金属ろう付け法によって行われる。
【００１０】
活性金属ろう材は、Ｃｕ、Ａｇ又はＡｕ等の主要成分に加えて、セラミックと反応して接着促進反応層を形成することができる、１つ以上の元素を含有する（例えば、ＢｒｅｖｉｅｒＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅＫｅｒａｍｉｋ，ＶｅｒｂａｎｄｄｅｒＫｅｒａｍｉｓｃｈｅｎＩｎｄｕｓｔｒｉｅｅＶ，２００３，ＦａｈｎｅｒＶｅｒｌａｇの第８．２．４．３章（“Ａｃｔｉｖｅｍｅｔａｌｂｒａｚｉｎｇ”），ｐａｇｅｓ２０３－２０４を参照）。反応性元素、例えば、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、セリウム（Ｃｅ）、タンタル（Ｔａ）、及びバナジウム（Ｖ）が用いられる。活性金属ろう付け法による窒化ケイ素基板のメタライゼーションにおいて、反応層は、例えば、反応性元素の窒化物、酸窒化物及び／又はケイ化物を含む（Ａ．Ｐｏｎｉｃｋｅｅｔａｌ．，“Ａｃｔｉｖｅｍｅｔａｌｂｒａｚｉｎｇｏｆｃｏｐｐｅｒｗｉｔｈａｌｕｍｉｎｕｍｎｉｔｒｉｄｅａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓ，”ＫｅｒａｍｉｓｃｈｅＺｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ，６３（５），２０１１，３３４－３４２）。
（【００１１】以降は省略されています）

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