特許ウォッチ

公開番号2025104089
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2023221938
出願日2023-12-27
発明の名称回路基板、およびパワーデバイス
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人弁理士法人プロスペック特許事務所
主分類H01L 23/13 20060101AFI20250702BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】放熱性を維持しつつ、熱サイクルに対する耐性を高めた回路基板及びパワーデバイスを提供する。
【解決手段】窒化ケイ素を主成分とする材料からなるセラミックス基板10と、前記セラミックス基板10の一方の主面12に形成されたTiを含む接合層20と、前記接合層20を介して前記セラミックス基板10に接合された導体層30と、を備え、前記接合層20の厚さは、0.3μm以上3μm以下であることを特徴とする回路基板50。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
窒化ケイ素を主成分とする材料からなるセラミックス基板と、
前記セラミックス基板の一方の主面に形成されたＴｉを含む接合層と、
前記接合層を介して前記セラミックス基板に接合された導体層と、を備え、
前記接合層の厚さは、０．３μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする、回路基板。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記セラミックス基板の前記接合層側にＴｉを含む拡散層が存在し、
前記拡散層の厚さは、０．２μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記接合層は、Ｓｉ，Ｃｕ，又はＮの少なくとも１種類を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記セラミックス基板の前記一方の主面に対向する他方の主面に形成されたＴｉを含む第２の接合層と、
前記第２の接合層を介して前記セラミックス基板に接合された第２の導体層と、をさらに備え、
前記第２の接合層の厚さは、０．３μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の回路基板。
【請求項５】
前記第２の導体層は、前記セラミックス基板の前記他方の主面の面積の７５％以上の領域に接合されていることを特徴とする、請求項４に記載の回路基板。
【請求項６】
前記導体層は銅を主成分とする材料からなり、
前記導体層の厚さは０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の回路基板。
【請求項７】
前記回路基板の前記一方の主面に垂直な方向の熱伝導率は、１２０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項４に記載の回路基板。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載の回路基板と、
前記導体層に搭載されたパワー半導体と、を備えることを特徴とするパワーデバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、およびパワーデバイスに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化ケイ素は高い熱伝導率と強度を有する事から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＨＶ（Hybrid Vehicle）に搭載されるインバーター用パワーモジュールの絶縁性放熱基板として注目されている。従来、絶縁性の放熱基板材料としては窒化アルミニウムが多く用いられてきたが、ＥＶなどの大電流用パワーモジュールの場合、２５０℃程度まで高温化し、接合された銅などの金属との熱膨張差から基板に大きな熱応力が発生し、強度の低い窒化アルミニウムはクラックや割れが発生してしまっていた。その為、熱伝導は窒化アルミニウムには劣るものの、一般的な絶縁性セラミックスの中では高熱伝導であり、更に高い強度を有する窒化ケイ素の採用が進んでいる。窒化ケイ素放熱基板と導体層との接合は、一般的には金属を含むろう材を介在させたろう付け法により行われている。
【０００３】
特許文献１には、金属回路面、放熱面の少なくとも１面、若しくはその両面にセラミックス基板に達する独立した貫通孔を２つ以上配置している応力緩和部を設けたセラミックス回路基板において、回路形状の直線部分に施した貫通孔が、回路端部から貫通孔端部までの距離（ｈ１）と貫通孔の径（Ｄ）との関係において、（０＜）ｈ１≦２Ｄであり、隣接する貫通孔の間隔（ｈ２）が金属厚み＜ｈ２＜２Ｄであり、しかも金属回路面の端部形状において、回路端部の接線角度（θ１）、貫通孔内部の接線角度（θ２）がθ２＜θ１＜９０°であるセラミックス回路基板の製造方法及びセラミックス回路基板が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、セラミックス基板と、銅回路板と、ろう材はみ出し部とを備え、銅回路板は、セラミックス基板の少なくとも一方の面に、Ａｇ、Ｃｕ及びＴｉを含むろう材層を介して接合され、ろう材はみ出し部は、銅回路板の側面から外側にはみ出したろう材層で形成され、ろう材はみ出し部中のＴｉ相およびＴｉＮ相の合計は３質量％以上で、かつセラミックス基板と銅回路板の間に介在されたろう材層４ｂ中のＴｉ相およびＴｉＮ相の合計量と異なり、ろう材はみ出し部における１個当たりの面積が２００μｍ
２
以下の空隙が１つ以下（０を含む）であるセラミックス回路基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－１７５５２５号公報
特開２０１４－２０７４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１も特許文献２も、窒化ケイ素放熱基板と導体層との接合は、ろう付け法により行っている。窒化ケイ素放熱基板と導体層とをろう付け法で接合させて、回路基板を製造する場合、窒化ケイ素放熱基板と導体層とを強固に接合させるためには、ろう材の厚みを比較的厚くせざるを得ない。しかしながら、ろう材の厚みが厚くなると、ろう付け部分の熱伝導率が低下し、放熱性が低下してしまう。一方、ろう材の厚みが薄くなると、冷熱サイクルによる界面クラックが発生する虞が増大する。
【０００７】
このようなことから、パワーデバイスの回路基板として窒化ケイ素放熱基板と導体層とを接合した回路基板を使用する場合、放熱性を維持しつつ、冷熱サイクルに対する耐性を高めた回路基板が要望されていた。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放熱性を維持しつつ、冷熱サイクルに対する耐性を高めた回路基板及びパワーデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の回路基板は、以下の手段を講じた。すなわち、本発明の適用例の回路基板は、窒化ケイ素を主成分とする材料からなるセラミックス基板と、前記セラミックス基板の一方の主面に形成されたＴｉを含む接合層と、前記接合層を介して前記セラミックス基板に接合された導体層と、を備え、前記接合層の厚さは、０．３μｍ以上３μｍ以下である。
【００１０】
（２）また、上記（１）の適用例の回路基板において、前記セラミックス基板の前記接合層側にＴｉを含む拡散層が存在し、前記拡散層の厚さは、０．２μｍ以上３μｍ以下である。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許