JP2000226272A - Ceramic-metal conjugate - Google Patents

Ceramic-metal conjugate

Info

Publication number
JP2000226272A
JP2000226272A JP11336431A JP33643199A JP2000226272A JP 2000226272 A JP2000226272 A JP 2000226272A JP 11336431 A JP11336431 A JP 11336431A JP 33643199 A JP33643199 A JP 33643199A JP 2000226272 A JP2000226272 A JP 2000226272A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
metal
plate
layer
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11336431A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihito Kobayashi
俊仁 小林
Norikazu Naito
憲和 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aichi Steel Corp
Original Assignee
Aichi Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aichi Steel Corp filed Critical Aichi Steel Corp
Priority to JP11336431A priority Critical patent/JP2000226272A/en
Publication of JP2000226272A publication Critical patent/JP2000226272A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic-metal conjugate having high reliability of conjugation. SOLUTION: This ceramic-metal conjugate comprises a ceramic substrate 1 having high thermal conductivity, a metal plate 3 having high electroconductivity and a low-melting point metal layer 51 disposed between the substrate 1 and the metal plate 3 and integrally conjugation both components. The low-melting point metal layer 51 is flexible and has at least one strain relaxing layer 52 having <=40 μm thickness and composed of silver solder or a solder. Thermal stress in production of the conjugate is relaxed by the strain relaxing layer 52, and thermal stress by heat and cold cycle in using is relaxed by the flexible low-melting point metal layer 51.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
等に用いられる高熱伝導絶縁基板に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high heat conductive insulating substrate used for a power module or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、さまざまな装置において、高機能
化、小型化といった高性能化が求められている。このよ
うな流れは、パワーモジュール等の装置においても例外
ではない。パワーモジュールにおいても、大容量化、高
速化、小型化および低コスト化が求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, various devices have been required to have higher performance such as higher functionality and smaller size. Such a flow is not an exception in a device such as a power module. Power modules are also required to have large capacity, high speed, small size, and low cost.

【0003】大容量のパワーモジュールは、モジュール
の回路が高電流回路となっている。従って、Siチップ
やAlワイヤ等の結線部に発熱が生じ、この生じた熱に
よる回路へのダメージを防ぐことが重要となっている。
このような高電流回路に用いられる高電流回路基板とし
ては、高熱伝導絶縁基板と、この高熱伝導絶縁基板に接
合され電流が流れる電流回路が形成される金属板と、か
ら構成されるセラミックス−金属接合体が用いられてい
る。
In a large-capacity power module, the circuit of the module is a high-current circuit. Therefore, heat is generated in the connection portion such as the Si chip or the Al wire, and it is important to prevent damage to the circuit due to the generated heat.
As a high current circuit board used in such a high current circuit, a ceramic-metal composed of a high thermal conductive insulating substrate and a metal plate joined to the high thermal conductive insulating substrate and formed with a current circuit through which a current flows is formed. A conjugate is used.

【0004】電子回路に用いられる一般的なセラミック
ス−金属接合体としては、絶縁基板としてアルミナセラ
ミックスが、電流回路が形成される金属板として比抵抗
が1.7μΩcmのCu板が用いられる。しかし、高熱
伝導の要求が高い大容量のパワーモジュールにおいて
は、熱伝導率が180W/mKの窒化アルミニウムセラ
ミックスが用いられる。
As a general ceramic-metal joined body used for an electronic circuit, an alumina ceramic is used as an insulating substrate, and a Cu plate having a specific resistance of 1.7 μΩcm is used as a metal plate on which a current circuit is formed. However, aluminum nitride ceramics having a thermal conductivity of 180 W / mK are used in large-capacity power modules that require high thermal conductivity.

【0005】セラミックス−金属接合体は、Cu板とセ
ラミックス板の接合によりいくつかの種類がある。例え
ば、Cu板を窒化アルミニウム板に直接接合した接合
体、窒化アルミニウム板にAl板をロウ付けして接合し
た接合体、等がある。Cu板を直接接合した接合体は、
CuとOの共晶液相を利用してCu板をセラミックス板
に1070℃程度の温度で接合したものである。この接
合体は、CuとOの共晶層によりCu板とセラミックス
板との接合を強固にしている。
[0005] There are several types of ceramic-metal joints by joining a Cu plate and a ceramic plate. For example, there are a joined body in which a Cu plate is directly joined to an aluminum nitride plate, a joined body in which an Al plate is brazed to an aluminum nitride plate and joined. The joined body directly joined to the Cu plate is
A Cu plate is joined to a ceramic plate at a temperature of about 1070 ° C. using a eutectic liquid phase of Cu and O. In this joined body, the joining between the Cu plate and the ceramic plate is strengthened by the eutectic layer of Cu and O.

【0006】また、Cu板を直接接合した接合体の他の
形態として、Ti−Ag−Cu系の活性金属ロウにより
セラミックス板にCu板を840℃付近の温度で接合し
た接合体がある。この接合体は、ロウに含まれるTiが
セラミックス板に侵入することで接合を強固にしてい
る。また、回路が形成されるCu板を電気抵抗が比較的
大きいAlで妥協し、Al板をAl−Siロウで接合し
た接合体がある。この接合体は、Al−Si合金ロウと
Alのクラッド材をセラミックス板上に真空ロウ付けし
て製造される。この接合体は、耐冷熱サイクル性にすぐ
れた接合体である。
As another form of a joined body in which a Cu plate is directly joined, there is a joined body in which a Cu plate is joined to a ceramic plate at a temperature of around 840 ° C. by a Ti—Ag—Cu-based active metal braze. This joined body strengthens the joining by the Ti contained in the brazing penetrating into the ceramic plate. There is also a joined body in which a Cu plate on which a circuit is formed is compromised with Al having relatively large electric resistance, and the Al plate is joined with Al-Si brazing. This joined body is manufactured by vacuum brazing an Al—Si alloy braze and an Al clad material on a ceramic plate. This joined body is a joined body excellent in cold-heat cycle resistance.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】セラミックス−金属接
合体には、セラミックス板と金属板の接合やパワーモジ
ュール製造工程での熱履歴や、接合体を高電流回路用基
板に用いたときに断続的に高電流が流れたり、自動車用
パワーモジュールのように寒冷地でも使用される等の使
用時における熱サイクルに耐えうることが求められてい
る。
The ceramic-metal joined body has a thermal history in the joining process of the ceramic plate and the metal plate and a power module manufacturing process, and an intermittent when the joined body is used for a substrate for a high current circuit. It is required to be able to withstand a heat cycle at the time of use, such as when a high current flows through the device or when the device is used even in a cold region such as a power module for an automobile.

【0008】セラミックス板と金属板との接合信頼性
は、電流回路として用いたときに、金属板がセラミック
ス基板から剥離すると電流回路からの放熱ができなくな
り、電流回路がダメージを受けて回路基板として機能し
なくなるという重要な課題である。しかしながら、前述
した従来の高電流回路基板は、以下の問題を有してい
た。
[0008] The reliability of bonding between a ceramic plate and a metal plate is such that when the metal plate is peeled off from the ceramic substrate when used as a current circuit, heat can no longer be radiated from the current circuit, and the current circuit is damaged and damaged. This is an important issue that will stop functioning. However, the above-mentioned conventional high-current circuit board has the following problems.

【0009】活性金属ロウでロウ付けした接合体を含め
てCu板を直接接合した接合体は、セラミックス板とC
u板との接合部に形成されたCuとOの共晶層あるいは
Tiが拡散した接合層が硬質であった。また、接合後の
冷却においては、セラミックス板と金属板の熱膨張係数
差による熱収縮の差で熱応力が発生する。従来の接合体
では、低コスト化のために連続炉で製造しようとする
と、接合後の接合体の冷却速度が7〜35℃/min程
度となり、その冷却速度ではセラミックス板が熱応力に
より割れるという問題を有していた。
A joined body directly joined to a Cu plate, including a joined body brazed with an active metal brazing, is a ceramic plate and a C plate.
The eutectic layer of Cu and O formed at the joint with the u-plate or the joint layer in which Ti diffused was hard. In cooling after joining, thermal stress is generated due to a difference in thermal contraction due to a difference in thermal expansion coefficient between the ceramic plate and the metal plate. In the case of a conventional bonded body, if the production is to be performed in a continuous furnace for cost reduction, the cooling rate of the bonded body after bonding is about 7 to 35 ° C./min, at which the ceramic plate is cracked by thermal stress. Had a problem.

【0010】また、使用環境による熱サイクルでさらに
両面から引き裂かれるような応力を受ける。結果とし
て、セラミックス板が厚さ方向の中央部で剥離するよう
に割れるという問題を有していた。Al板をロウ付けし
て接合した接合体は、ロウ付けによりAl板を接合する
ときに、Al板表面にロウ付け後の冷却での収縮により
表面に凹凸が生じる。このため、Al板表面に研磨が必
要となる。また、使用環境での熱サイクルによってもA
lが変形して表面に凹凸が生じる。したがって、Siチ
ップを搭載している実際の場合には、熱サイクルでAl
が塑性変形してチップ下のハンダ接合部でAl面の隆起
が生じ、ハンダ接合部寿命に悪影響が生じる。さらに、
AlはCuに比べて比抵抗が大きいため、高出力化、高
速化、小型化への要求に対して満足のいく材料でなかっ
た。
[0010] In addition, in a thermal cycle depending on the use environment, a stress is applied such that the film is torn from both sides. As a result, there has been a problem that the ceramic plate is cracked so as to be peeled off at the center in the thickness direction. When the Al plate is joined by brazing, when the Al plate is joined by brazing, irregularities occur on the surface due to shrinkage due to cooling after brazing to the surface of the Al plate. For this reason, the surface of the Al plate needs to be polished. In addition, A also depends on the heat cycle in the usage environment.
1 is deformed, and irregularities occur on the surface. Therefore, in the actual case where the Si chip is mounted,
Is plastically deformed, so that the Al surface rises at the solder joint below the chip, which adversely affects the life of the solder joint. further,
Since Al has a higher specific resistance than Cu, it is not a material that satisfies the demand for higher output, higher speed, and smaller size.

【0011】本発明は上記実状に鑑みてなされたもので
あり、接合信頼性が高いセラミックス−金属接合体を提
供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a ceramic-metal bonded body having high bonding reliability.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明者らは、接合信頼性を向上させるために検討を重
ねた結果、軟質の低融点金属層が歪緩和機能を有するこ
とを発見し、さらに、歪緩和層を高熱伝導基材と高電導
金属板との間に薄く形成することで上記課題を解決でき
ることを見出した。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present inventors have repeatedly studied to improve the bonding reliability and found that a soft low melting point metal layer has a strain relaxation function. Further, they have found that the above problem can be solved by forming the strain relaxation layer thin between the high heat conductive base material and the high conductive metal plate.

【0013】すなわち、本発明のセラミックス−金属接
合体は、高熱伝導セラミックス基材と、高電導金属板
と、高熱伝導セラミックス基材と高電導金属板との間に
介在して一体的に接合する低融点金属層と、からなるセ
ラミックス−金属接合体であって、低融点金属層は、軟
質であり、かつ厚さ40μm以下の銀ロウあるいはハン
ダで構成された少なくとも1層の歪緩和層をもつことを
特徴とする。
That is, the ceramic-metal joined body of the present invention is integrally joined with a high thermal conductive ceramic substrate, a high conductive metal plate, and a high thermal conductive ceramic substrate and a high conductive metal plate interposed therebetween. A low-melting point metal layer, comprising: a low melting point metal layer that is soft and has at least one strain relaxation layer made of silver brazing or solder having a thickness of 40 μm or less. It is characterized by the following.

【0014】ここで、軟質とは、代表的なAgロウの組
成であるAg−Cu二元系Agロウの再結晶温度以下、
特に使用環境による熱サイクルで想定される170℃以
下で、Ag−Cu二元系Agロウが引張り試験における
塑性変形での伸び以上の伸びを示すことを言う。
Here, the term "soft" means a recrystallization temperature of Ag-Cu binary Ag wax, which is a typical Ag wax composition,
In particular, at 170 ° C. or less, which is assumed in a thermal cycle depending on the use environment, it means that the Ag—Cu binary Ag wax exhibits an elongation greater than or equal to the plastic deformation in a tensile test.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明のセラミックス−金属接合
体は、高熱伝導セラミックス基材と、高電導金属板と、
高熱伝導セラミックス基材と高電導金属板との間に介在
して一体的に接合する軟質の低融点金属層と、からな
る。本発明のセラミックス−金属接合体は、高熱伝導セ
ラミックス基材と高電導金属板との間に軟質の銀ロウあ
るいはハンダで構成された少なくとも1層の歪緩和層を
有する。この歪緩和層を高熱伝導セラミックス基材と高
電導金属板との間に有することで、セラミックス−金属
接合体は、高温接合後の冷却や使用環境下の熱サイクル
による熱応力から生じる曲げモーメントを緩和できる。
従来技術においてはCuとOの共晶層またはTi拡散層
が熱応力を吸収できず、セラミックス基材を剥離させる
が、本発明は、熱応力を歪緩和層の塑性変形により吸収
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A ceramic-metal joined body of the present invention comprises a highly thermally conductive ceramic base, a highly conductive metal plate,
And a soft low-melting metal layer interposed and integrally joined between the high thermal conductive ceramics base material and the highly conductive metal plate. The ceramic-metal bonded body of the present invention has at least one strain relaxation layer made of a soft silver braze or solder between a high thermal conductive ceramic base material and a highly conductive metal plate. By having this strain relaxation layer between the high thermal conductive ceramics base material and the high conductive metal plate, the ceramic-metal bonded body has a bending moment generated by thermal stress due to cooling after high-temperature bonding and thermal cycling under the usage environment. Can be relaxed.
In the prior art, the eutectic layer of Cu and O or the Ti diffusion layer cannot absorb the thermal stress and peels off the ceramic substrate. In the present invention, however, the thermal stress is absorbed by the plastic deformation of the strain relaxation layer.

【0016】歪緩和層は、銀ロウあるいはハンダで構成
される。歪緩和層は、高温接合後の冷却や使用時におけ
る熱サイクルによるセラミックス−金属接合体に生じた
歪みを塑性変形(自身の延性)により緩和するものであ
り、軟質の接合材でなければならない。このような軟質
材質として、銀ロウあるいはハンダが用いられる。歪緩
和層は、高熱伝導セラミックス基材と高電導金属板との
間に厚さ40μm以下で、少なくとも1層がもうけられ
る。歪緩和層は、歪緩和層を挟むようにもうけられた高
熱伝導セラミックス基材と高電導金属板の接合後の冷却
で生じる応力を、歪緩和層の塑性変形により吸収するも
のであるため、層の厚さが40μmを超えると、高熱伝
導セラミックス基材と高伝導金属板との熱膨張係数の差
で生じる熱応力で、接合体をそらせる曲げモーメントが
増大し、表面側に向かって凹状になるそりが過剰に接合
体に生じるようになる。また、実際の製品として一般的
な構成である高熱伝導セラミックス基材の両面に高伝導
金属板を接合した接合体を、連続炉にてその冷却速度を
7〜35℃/minで冷却すると、層の厚さが40μm
を超えた場合には高熱伝導セラミックス基材にクラック
が生じる。
The strain relieving layer is made of silver brazing or solder. The strain relaxation layer is to soften the strain generated in the ceramic-metal joined body due to cooling after high-temperature joining or thermal cycling during use by plastic deformation (its own ductility), and must be a soft joining material. Silver solder or solder is used as such a soft material. The strain relaxation layer has a thickness of 40 μm or less between the high thermal conductive ceramics base material and the highly conductive metal plate, and has at least one layer. The strain relaxation layer absorbs the stress generated by cooling after joining the high thermal conductive ceramic base material and the high conductivity metal plate sandwiching the strain relaxation layer by plastic deformation of the strain relaxation layer. When the thickness exceeds 40 μm, the bending moment that deflects the joined body increases due to the thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient between the high thermal conductive ceramic base material and the high conductive metal plate, and the concave shape is formed toward the surface side. Warpage is excessively generated in the conjugate. Further, when a joined body in which a high-conductivity metal plate is joined to both sides of a high-thermal-conductivity ceramic base material, which is a general configuration as an actual product, is cooled in a continuous furnace at a cooling rate of 7 to 35 ° C./min, a layer is formed. Is 40μm thick
If the ratio exceeds the above range, cracks occur in the high thermal conductive ceramics base material.

【0017】図1は、厚さ0.635mmの窒化アルミ
ニウム板に厚さ3μmのNiめっきを施した窒化アルミ
ニウム基板の片面にAgロウを用いてCu板を接合した
接合体と、該窒化アルミニウム基板の片面にCu中間層
を有するAgロウを用いてCu板を接合した接合体にお
ける、Agロウの厚さを変化させたときのCu板表面の
凹状のそりを測定した結果を示した図である。ここで、
Cu板表面の凹状のそりは、厚さ0.25mmのCu板
を該窒化アルミニウム基板の片面にAgロウで接合した
ときのCu板表面の曲率半径を測定することにより測定
された。Agロウ層の厚さは、図1の右下円内に示すよ
うに、Agロウ1層の厚さである。また、Agロウ−C
u−Agロウ層の厚さは、図1の右上円内に示すよう
に、Cu層およびCu層を挟んだ両側のAgロウ層の合
計で示しており、ここでの各Agロウの厚さは20μm
で一定とした。
FIG. 1 shows a joined body in which a Cu plate is joined to one side of an aluminum nitride substrate having a thickness of 0.635 mm plated with Ni and having a thickness of 3 μm by using an Ag braze; FIG. 10 is a view showing a result of measuring concave warpage of the Cu plate surface when the thickness of the Ag braze is changed in a joined body in which a Cu plate is joined using an Ag braze having a Cu intermediate layer on one surface of the Cu plate. . here,
The concave warpage of the Cu plate surface was measured by measuring the radius of curvature of the Cu plate surface when a 0.25 mm thick Cu plate was joined to one surface of the aluminum nitride substrate with an Ag braze. The thickness of the Ag brazing layer is the thickness of one Ag brazing layer as shown in the lower right circle of FIG. Ag wax-C
As shown in the upper right circle of FIG. 1, the thickness of the u-Ag brazing layer is represented by the total of the Cu layer and the Ag brazing layers on both sides of the Cu layer, and the thickness of each Ag brazing here Is 20 μm
And was fixed.

【0018】図1より、Agロウのみで接合した接合体
の曲率半径からわかるように、Agロウの厚さが厚くな
ると、曲率半径が短くなっている。曲率半径の短縮は、
すなわち、Cu板表面のそりが大きくなっていることを
示している。また、Cu中間層を有するAgロウで接合
した接合体は、曲率半径がAgロウのみで接合した接合
体のそれよりも大きく、Cu板のそりが小さくなってい
ることがわかる。
As can be seen from FIG. 1, the radius of curvature becomes shorter as the thickness of the Ag braze becomes larger, as can be seen from the radius of curvature of the joined body joined with only the Ag braze. The radius of curvature can be reduced by
That is, it shows that the warpage of the Cu plate surface is large. In addition, it can be seen that the joined body joined by the Ag brazing having the Cu intermediate layer has a larger radius of curvature than that of the joined body joined by only the Ag brazing, and the warpage of the Cu plate is smaller.

【0019】本発明のセラミックス−金属接合体は、高
熱伝導セラミック基材の両面に高電導金属板を有するこ
とが好ましい。高熱伝導セラミック基材の両面に高電導
金属板を有することで、高熱伝導セラミック基材の両面
に生じる金属板のそりを打ち消しあうことで、セラミッ
クス−金属接合体のそりを抑えることができる。高熱伝
導セラミック基材は窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化
珪素及びアルミナの1種で形成された基材であり、高電
導金属板は銅、アルミニウム、タングステン及びモリブ
デンの少なくとも1種の金属あるいはその合金で形成さ
れていることが好ましい。また、本発明のセラミックス
−金属接合体は、高電流回路基板に用いられるため、高
熱伝導セラミック基材は十分な絶縁性を有していること
が好ましい。
The ceramic-metal joined body of the present invention preferably has a highly conductive metal plate on both surfaces of a highly thermally conductive ceramic substrate. By having the highly conductive metal plates on both sides of the high thermal conductive ceramic base, the warpage of the metal plate can be suppressed by canceling out the warpage of the metal plates formed on both sides of the high thermal conductive ceramic base. The high thermal conductive ceramic substrate is a substrate formed of one of boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride and alumina, and the highly conductive metal plate is formed of at least one metal of copper, aluminum, tungsten and molybdenum or an alloy thereof. Preferably, it is formed. In addition, since the ceramic-metal bonded body of the present invention is used for a high current circuit board, it is preferable that the high thermal conductive ceramic base material has sufficient insulating properties.

【0020】高熱伝導セラミック基材は、熱伝導率が高
いことが求められ、このような材料として、窒化硼素、
窒化アルミニウム、窒化珪素及びアルミナの1種で形成
されたセラミックスが用いられる。高熱伝導セラミック
基材は、Siチップの熱膨張係数と近似した熱膨張係数
を有することが好ましい。
The high thermal conductive ceramic substrate is required to have high thermal conductivity. As such a material, boron nitride,
Ceramics formed of one of aluminum nitride, silicon nitride, and alumina are used. The high thermal conductive ceramic substrate preferably has a thermal expansion coefficient close to that of the Si chip.

【0021】また、高電導金属板は、比抵抗が小さい材
料が用いられる。このような金属板としては、銅、アル
ミニウム、タングステン及びモリブデンの少なくとも1
種の金属あるいはその合金をあげることができる。高電
導金属板は、高熱伝導セラミック基材の熱膨張率と近似
した熱膨張率を有していることが好ましい。熱膨張率が
近似することで、金属板とセラミックス基材の間に生じ
る曲げモーメントを減少させることができる。
The highly conductive metal plate is made of a material having a small specific resistance. Such a metal plate includes at least one of copper, aluminum, tungsten and molybdenum.
Kinds of metals or alloys thereof can be mentioned. The highly conductive metal plate preferably has a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the highly thermally conductive ceramic substrate. By approximating the coefficient of thermal expansion, the bending moment generated between the metal plate and the ceramic substrate can be reduced.

【0022】高熱伝導セラミック基材は窒化アルミニウ
ム基材であり、高電導金属板は銅あるいは銅合金製の金
属板であり、歪緩和層は熱伝導のよい銀ロウで形成され
ていることが好ましい。この窒化アルミニウム−Agロ
ウ−Cu接合体は、高い熱伝導性を有する窒化アルミニ
ウム基材と、比抵抗が小さいCu板と、接合材として軟
質のAgロウが用いられる。この窒化アルミニウム−A
gロウ−Cu接合体は、接合後の冷却時に生じる窒化ア
ルミニウム基材に生じた曲げモーメントを接合するCu
板自身と軟質のAgロウが塑性変形して吸収緩和する。
Preferably, the high thermal conductive ceramic substrate is an aluminum nitride substrate, the highly conductive metal plate is a metal plate made of copper or a copper alloy, and the strain relieving layer is formed of silver brazing having good heat conductivity. . This aluminum nitride-Ag braze-Cu joint uses an aluminum nitride base material having high thermal conductivity, a Cu plate having a small specific resistance, and a soft Ag braze as a joining material. This aluminum nitride-A
The g-Cu-joint joins the bending moment generated in the aluminum nitride base material generated during cooling after the joining.
The plate itself and the soft Ag wax plastically deform and absorb and relax.

【0023】窒化アルミニウム−Agロウ−Cu接合体
において、歪緩和層は、その厚さが40μm以下、より
好ましくは20μm以下であることが好ましい。歪緩和
層を形成するAgロウは、その層の厚さが40μmを超
えて厚くなると、接合後の冷却時に生じる曲げモーメン
トが増加し、歪緩和の効果が不十分となる。窒化アルミ
ニウム−Agロウ−Cu接合体において、低融点金属層
は、少なくとも1層の銅箔あるいは銅合金箔からなる中
間層と中間層の両面及び中間層の間に位置する歪緩和層
とからなる積層ロウ材で形成されていることが好まし
い。すなわち、低融点金属層中に、銅あるいは銅合金箔
よりなる中間層をもうけることで、接合後の冷却時に生
じる曲げモーメントを低融点金属層が比較的厚くても緩
和することができる。このことは、図1からも明らかで
ある。よって、この低融点金属層の製造が非常に容易と
なる。製造が容易となるのは、低融点金属層が50〜1
00μmの時である。
In the aluminum nitride-Ag braze-Cu joint, the thickness of the strain relaxation layer is preferably 40 μm or less, more preferably 20 μm or less. When the thickness of the Ag brazing layer forming the strain relaxation layer exceeds 40 μm, the bending moment generated during cooling after joining increases, and the effect of strain relaxation becomes insufficient. In the aluminum nitride-Ag braze-Cu joint, the low melting point metal layer includes at least one intermediate layer made of a copper foil or a copper alloy foil and both sides of the intermediate layer and a strain relaxation layer located between the intermediate layers. It is preferable to be formed of a laminated brazing material. That is, by providing an intermediate layer made of copper or a copper alloy foil in the low melting point metal layer, the bending moment generated at the time of cooling after joining can be reduced even if the low melting point metal layer is relatively thick. This is clear from FIG. Therefore, the production of the low melting point metal layer becomes very easy. It is easy to manufacture because the low melting point metal layer is 50 to 1
It is at the time of 00 μm.

【0024】窒化アルミニウム−Agロウ−Cu接合体
において、高熱伝導セラミック基材は板状であり、その
両面に低融点金属層を介して高電導金属板がそれぞれ一
体的に接合されていることが好ましい。すなわち、板状
の高熱伝導セラミック基材の両面に高電導金属板をもう
けることで、熱応力による曲げモーメントが板状基材の
両面に均一にかかるようになり、そりをおさえることと
なる。
In the aluminum nitride-Ag braze-Cu joint, the high thermal conductive ceramic substrate is plate-shaped, and the high-conductivity metal plates are integrally joined to both surfaces thereof via a low-melting metal layer. preferable. In other words, by forming a highly conductive metal plate on both sides of the plate-shaped high thermal conductive ceramic base material, a bending moment due to thermal stress is uniformly applied to both sides of the plate-shaped base material, thereby suppressing warpage.

【0025】(窒化アルミニウム−Cu接合体の製造方
法)本発明のセラミックス−金属接合体のうち、窒化ア
ルミニウム−Cu接合体は、以下の方法により製造でき
る。まず、窒化アルミニウム基材にPdめっきを行い基
材表面にPdめっき層を形成する。その後、このPd層
表面にNiめっきを行って、窒化アルミニウム基材、P
dめっき層、Niめっき層の順で積層した積層基板を得
る。
(Method of Manufacturing Aluminum Nitride-Cu Joint) Of the ceramic-metal joints of the present invention, an aluminum nitride-Cu joint can be manufactured by the following method. First, Pd plating is performed on an aluminum nitride substrate to form a Pd plating layer on the surface of the substrate. Thereafter, the surface of this Pd layer is plated with Ni to form an aluminum nitride substrate, P
A laminated substrate obtained by laminating a d plating layer and a Ni plating layer in this order is obtained.

【0026】その後、この積層基板上に、Agロウ、C
u板または、Agロウ、銅箔、Agロウ、Cu板を積層
して、この積層した状態で加圧力を加えながら、H2−
N2混合雰囲気下で加熱して、Agロウを溶融接合させ
て製造される。このとき、Agロウ、銅箔、Agロウは
予めクラッドしたものを使用してもよい。このセラミッ
クス−金属接合体は、セラミックス基材と金属板を軟質
のAgロウまたは、さらに軟質のAgロウ−銅箔−Ag
ロウを用いて接合した接合体であり、このAgロウまた
はAgロウ−銅箔−Agロウが高温接合後の冷却や使用
環境における熱サイクルでの熱応力を吸収、緩和する。
Thereafter, Ag wax, C
u board or Ag brazing, copper foil, Ag brazing, Cu board are laminated and H2-
It is manufactured by heating under an N2 mixed atmosphere to melt-bond Ag braze. At this time, the Ag brazing, the copper foil, and the Ag brazing may be clad in advance. This ceramic-metal bonded body is made by bonding a ceramic base and a metal plate to a soft Ag brazing or a softer Ag brazing-copper foil-Ag.
It is a joined body joined by using a brazing material, and the Ag brazing or the Ag brazing-copper foil-Ag brazing absorbs and relieves thermal stress in cooling after high-temperature bonding or in a thermal cycle in a use environment.

【0027】[0027]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。 (実施例1)実施例1として、窒化アルミニウム−Ag
ロウ−Cu接合体を製造した。この接合体の断面を図2
に示した。
The present invention will be described below with reference to examples. (Example 1) As Example 1, aluminum nitride-Ag
A wax-Cu joint was manufactured. Fig. 2 shows a cross section of this joined body.
It was shown to.

【0028】本実施例は、基板1と、金属板3と、基板
1と金属板3との間に形成された接合層51、55と、
からなる。ここで、基板1には縦、横、厚さがそれぞれ
17mm、30mm、0.635mmのAlNセラミッ
クス板が用いられ、金属板3には厚さ0.25mmのC
u板が用いられた。さらに、セラミックス基板10と接
合層51の間には、セラミックス基板10、Pd層1
3、Niめっき層15がこの順序で積層されていた。
In this embodiment, the substrate 1, the metal plate 3, the bonding layers 51 and 55 formed between the substrate 1 and the metal plate 3,
Consists of Here, an AlN ceramic plate having a length of 17 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 0.635 mm is used for the substrate 1, and a 0.25 mm thick CN is used for the metal plate 3.
A u-plate was used. Further, between the ceramic substrate 10 and the bonding layer 51, the ceramic substrate 10, the Pd layer 1
3. The Ni plating layer 15 was laminated in this order.

【0029】接合体の表面に形成された表面接合層51
は、銅箔よりなる中間層53と、この中間層53の両面
に形成されたAgロウよりなるAgロウ層52、52
と、が積層した構造を有している。接合体の裏面に形成
された裏面接合層55は、中間層がもうけられていない
Agロウのみで形成されている。 (実施例1の製造方法)本実施例のAlN−Agロウ−
Cu接合体の製造方法を以下に示す。
Surface bonding layer 51 formed on the surface of the bonded body
Are an intermediate layer 53 made of copper foil, and Ag solder layers 52, 52 made of Ag solder formed on both surfaces of the intermediate layer 53.
And are laminated. The back surface bonding layer 55 formed on the back surface of the bonded body is formed only of the Ag brazing having no intermediate layer. (Manufacturing method of Embodiment 1) AlN-Ag solder of this embodiment
The method for producing the Cu joined body is described below.

【0030】まず、通常のセラミックスの製造方法によ
り、窒化アルミニウムを焼成して、17×30mmのブ
レークラインを有する厚さ0.635mmの窒化アルミ
ニウム板を製造した。つづいて、この窒化アルミニウム
板に市販のアルカリ脱脂液を用いて、その表面に脱脂処
理を施した。その後、60℃、5mol/lのNaOH
水溶液でエッチングして、窒化アルミニウム板表面を粗
化した。このときの表面粗さRzは6μmであった。表
面を粗化した窒化アルミニウム板を乾燥した後に表面に
レジスト膜を印刷、120℃での乾燥、を行った。
First, aluminum nitride was fired by a usual method for producing ceramics to produce an aluminum nitride plate having a break line of 17 × 30 mm and a thickness of 0.635 mm. Subsequently, the surface of the aluminum nitride plate was subjected to a degreasing treatment using a commercially available alkaline degreasing solution. Then, at 60 ° C., 5 mol / l NaOH
The surface of the aluminum nitride plate was roughened by etching with an aqueous solution. At this time, the surface roughness Rz was 6 μm. After drying the roughened aluminum nitride plate, a resist film was printed on the surface and dried at 120 ° C.

【0031】その後、Snイオンを表面に吸着させた後
に、塩化Pd溶液中でSnイオンを置換して金属Pdを
表面に析出させ、めっきの析出核を形成した。つづい
て、この析出核に市販の無電解Pdめっき液を用いて厚
さが0.3μmのPd層を形成した。Pd層を形成した
後に、レジストを除去し、1200℃で2時間の真空熱
処理を施した。
Thereafter, after the Sn ions were adsorbed on the surface, the Sn ions were replaced in a Pd chloride solution to precipitate metal Pd on the surface, thereby forming a plating nucleus for plating. Subsequently, a Pd layer having a thickness of 0.3 μm was formed on the precipitation nucleus using a commercially available electroless Pd plating solution. After forming the Pd layer, the resist was removed and a vacuum heat treatment was performed at 1200 ° C. for 2 hours.

【0032】その後、Niを析出させる無電解Ni−B
めっきを行って、厚さが3μmのNi層を形成した。さ
らに、ブレークラインに沿って窒化アルミニウム基板を
分割し、17×30mmの窒化アルミニウム基板を製造
した。カーボン冶具に0.25mmCu板/20μmA
gロウ/窒化アルミニウム基板/(20μmAgロウ/
50μmCu箔/20μmAgロウ)/0.25mmC
u板を順次積層し、200gのウェイトをのせて、H2
−N2混合雰囲気下で840℃に加熱して、Agロウを
溶融接合させて窒化アルミニウム−Agロウ−Cu接合
体を製造した。
Thereafter, electroless Ni-B for depositing Ni
Plating was performed to form a Ni layer having a thickness of 3 μm. Further, the aluminum nitride substrate was divided along the break lines to produce a 17 × 30 mm aluminum nitride substrate. 0.25mm Cu plate / 20μmA for carbon jig
g-row / aluminum nitride substrate / (20 μm Ag-row /
50 μm Cu foil / 20 μm Ag wax) /0.25 mmC
u-plates are sequentially laminated, a weight of 200 g is placed, and H2
The mixture was heated to 840 ° C. in an atmosphere of a mixture of —N2 and the Ag braze was melt-bonded to produce an aluminum nitride—Ag braze—Cu joint.

【0033】最後に、窒化アルミニウム−Agロウ−C
u接合体表面を形成するCu板の表面に無電解Ni−P
めっきを4μmの厚さとなるように施した。得られた窒
化アルミニウム−Agロウ−Cu接合体は、表面の凹状
のそりは、6μm/30mmであった。 (実施例2)本実施例は、窒化アルミニウム基板と、C
u板と、Agロウと、からなる窒化アルミニウム−Ag
ロウ−Cu接合体である。実施例2の接合体は、実施例
1の接合体が有していた銅箔よりなる中間層を有してい
ない以外は、実施例1と同様にして製造された。
Finally, aluminum nitride-Ag wax-C
electroless Ni-P on the surface of the Cu plate forming the u-joint surface
Plating was applied to a thickness of 4 μm. In the obtained aluminum nitride-Ag braze-Cu joint, the concave warpage on the surface was 6 μm / 30 mm. (Embodiment 2) In this embodiment, an aluminum nitride substrate and C
aluminum nitride-Ag comprising a u-plate and an Ag braze
It is a wax-Cu joined body. The joined body of Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the joined body of Example 1 did not have the intermediate layer made of copper foil.

【0034】実施例2の接合体は、その製造時におい
て、カーボン冶具に積層するときのそれぞれの厚さが、
0.25mmCu板/20μmAgロウ/窒化アルミニ
ウム基板/20μmAgロウ/0.25mmCu板の順
序で積層して製造された。なお、得られた窒化アルミニ
ウム−Agロウ−Cu接合体は、表面の凹状もしくは凸
状のそりは、5μm/30mmであった。
At the time of manufacturing the joined body of Example 2, each thickness when laminated on a carbon jig is as follows:
It was manufactured by laminating in the order of 0.25 mm Cu plate / 20 μm Ag braze / aluminum nitride substrate / 20 μm Ag braze / 0.25 mm Cu plate. In addition, in the obtained aluminum nitride-Ag brazing-Cu joined body, the concave or convex warpage of the surface was 5 μm / 30 mm.

【0035】(評価)実施例1および2の接合体の評価
として、冷熱サイクル試験を行った。冷熱サイクル試験
は、125℃に3分、−40℃に3分を1サイクルとし
て、5000サイクルまで冷熱サイクルを加えたときの
基板の接合強度を測定する試験である。
(Evaluation) As an evaluation of the joined bodies of Examples 1 and 2, a thermal cycle test was performed. The thermal cycle test is a test for measuring the bonding strength of a substrate when the thermal cycle is applied up to 5000 cycles, with one cycle of 125 ° C. for 3 minutes and −40 ° C. for 3 minutes.

【0036】接合強度の測定方法は、実施例1および実
施例2の接合体の表面に、M5サイズのナットをハンダ
付けにより接合した試料を作成し、この試料のナット部
分を上方に引っ張って、破壊したときの強度を測定する
ことで行った。なお、破壊の様子も観察した。この試験
の様子を図3に示した。そして、試験試料のナットにス
テンレス製のフックを通し、この状態で引っ張り試験を
行った。すなわち、フックを上方へ引張ることで、ナッ
トがフックによって引張られ、ついには接合体表面から
引きはがされるようになる。接合強度の判定はこのとき
の破断強度によって求めた。また、破断部位として、窒
化アルミニウム基材内破壊、ハンダ接合部破壊に類別し
て観察した。
The method of measuring the joining strength is as follows. A sample was prepared by joining an M5 size nut to the surface of the joined body of Example 1 and Example 2 by soldering, and the nut portion of the sample was pulled upward. The measurement was performed by measuring the strength at the time of breaking. The state of destruction was also observed. The state of this test is shown in FIG. Then, a stainless steel hook was passed through the nut of the test sample, and a tensile test was performed in this state. That is, by pulling the hook upward, the nut is pulled by the hook, and eventually comes off from the surface of the joined body. The joining strength was determined based on the breaking strength at this time. In addition, fracture sites were observed by classifying into fracture in the aluminum nitride base material and fracture in the solder joint.

【0037】(結果)実施例1の接合体は、冷熱サイク
ル数が0での接合強度の値は198kgfであり、この
ときの破壊は、ナットのはんだ接合部が破壊されてい
た。実施例1の接合体は、冷熱サイクル数が1000、
2000、3000、5000といずれのサイクル数に
おいても、接合強度が180kgf以上であり、破壊の
様子はともにナットのハンダ接合部での破壊であった。
(Results) The joined body of Example 1 had a joint strength value of 198 kgf when the number of cooling / heating cycles was 0, and at this time, the solder joint of the nut was broken. The joined body of Example 1 has a cooling / heating cycle number of 1,000,
At any cycle number of 2000, 3000, and 5000, the joint strength was 180 kgf or more, and the appearance of both fractures was at the nut solder joints.

【0038】また、実施例2の接合体は、冷熱サイクル
数が0での接合強度の値は201kgfであり、このと
きの破壊は、ナットのハンダ接合部が破壊されていた。
また、実施例2の接合体は、実施例1の接合体と同様
に、サイクル数が1000、2000、3000の場合
には、接合強度が180kgf以上であり、破壊の様子
はともにナットのハンダ接合部での破壊であったが、5
000サイクルにおいては、接合強度が90kgfであ
り、また、破壊の様子も、窒化アルミニウム基板が割れ
るという状態であった。
In the joined body of Example 2, the value of the joining strength when the number of cooling / heating cycles was 0 was 201 kgf. At this time, the solder joint of the nut was broken.
Further, similarly to the joined body of Example 1, when the number of cycles is 1,000, 2000, and 3000, the joined strength of the joined body of Example 2 is 180 kgf or more. It was a destruction in the part, but 5
At 000 cycles, the bonding strength was 90 kgf, and the state of destruction was such that the aluminum nitride substrate was cracked.

【0039】比較例として、従来の直接Cu板を接合し
た接合体、活性金属ロウ層の厚い窒化アルミニウム−A
gロウ−Cu板よりなる接合体の接合強度を求めた。従
来例である窒化アルミニウム板にCuとOの共晶液相を
利用してCu板を接合した接合体は、実施例と同様な冷
熱サイクルでの破壊強度が0サイクルで140kgfで
あり、サイクル数が100を超えると、接合強度が50
kgf以下となっていた。また、破壊の様子も窒化アル
ミニウム基板が割れることで破壊されていた。
As a comparative example, a conventional joined body directly joined to a Cu plate, aluminum nitride-A having a thick active metal brazing layer
The joining strength of the joined body composed of the g-Cu-plate was determined. The joined body in which the Cu plate was joined to the aluminum nitride plate as a conventional example using the eutectic liquid phase of Cu and O had a breaking strength of 140 kgf in 0 cycles of the same cooling and heating cycle as in the example, and the number of cycles Exceeds 100, the bonding strength is 50
kgf or less. In addition, the state of destruction was also caused by the cracking of the aluminum nitride substrate.

【0040】また、Ti−Ag−Cu系の活性金属ロウ
30μmでCu板を接合した従来の接合体は、実施例と
同様な冷熱サイクルでの接合強度が0サイクルで140
kgfであり、サイクル数が200を超えると接合強度
が50kgf以下となっていた。また、破壊の様子も窒
化アルミニウム基板が割れることで破壊されていた。
Further, a conventional bonded body in which a Cu plate is bonded with a Ti-Ag-Cu-based active metal braze of 30 μm has a bonding strength of 140 cycles at 0 cycle in the same cooling / heating cycle as in the embodiment.
kgf, and when the number of cycles exceeded 200, the bonding strength was 50 kgf or less. In addition, the state of destruction was also caused by the cracking of the aluminum nitride substrate.

【0041】以上のことから、実施例の接合体は、冷熱
サイクル数が大きくなっても、十分な接合強度を有して
いる。本実施例の窒化アルミニウム−Agロウ−Cu接
合体は、窒化アルミニウム基板が高熱伝導性であるた
め、パワーモジュール等の高電流回路用基板として有用
である。また、冷熱サイクルに強く、自動車等の過酷な
環境でも使用できる。使用の例として、裏面側にアルミ
ニウムにより形成されたフィンを取り付けたインバータ
をあげることができる。
As described above, the joined body of the embodiment has a sufficient joining strength even when the number of cooling / heating cycles is increased. Since the aluminum nitride substrate has high thermal conductivity, the aluminum nitride-Ag braze-Cu bonded body of this example is useful as a substrate for a high current circuit such as a power module. In addition, it is resistant to cooling and heating cycles and can be used in harsh environments such as automobiles. As an example of use, an inverter having a fin formed of aluminum on the back surface side can be cited.

【0042】(実施例3)先の実施例1および実施例2
の接合体について、耐久性の目標値を冷熱3000サイ
クルとして、5000サイクルまでの評価を行った。こ
の耐久性の目標値は車載用途でさらにエンジンルーム搭
載を想定したものである。しかし、先の実施例1および
実施例2の評価では、実施例1が冷熱5000サイクル
でも接合強度が低下しなかった。また実施例2について
も5000サイクルで接合強度は半減したが、3000
サイクルまでは強度低下がなかった。
(Embodiment 3) First Embodiment and Second Embodiment
With regard to the bonded body of Example 1, evaluation was performed up to 5000 cycles, with the target value of the durability being 3000 cycles of cooling and heating. The target value of the durability is based on the assumption that the engine room will be further mounted in a vehicle. However, in the evaluation of Example 1 and Example 2, the bonding strength of Example 1 did not decrease even after 5000 cycles of cooling and heating. Also in Example 2, the bonding strength was halved in 5000 cycles, but 3000
There was no strength reduction until the cycle.

【0043】そこで、より過酷な試験を行って冷熱サイ
クルの限界値の把握を試みた。その手段としては、より
長いサイクルまで冷熱試験を行うことと、接合するCu
板を厚くすることを選定した。Cu板が厚くなると、接
合後の冷却時に窒化アルミニウム基板にかかる熱応力が
増加する。また、先の実施例1と実施例2ではAgロウ
の構成がわずかに異なる。実施例2が窒化アルミニウム
基板の両面に20μmのAgロウを配したのに対し、実
施例1では、片面が20μmのAgロウでもう片面が2
0μmAgロウ箔2枚の間に50μmCu箔を挟んだ積
層材を用いている。そこで実施例3として、Agロウ単
層接合とCu箔を挟んだ積層Agロウ接合を比較評価す
るため、窒化アルミニウム基板の両面に、Cu箔を挟ん
だ積層Agロウ材でCu板を接合した。
Therefore, a more severe test was performed to try to determine the limit value of the cooling / heating cycle. The means include conducting a thermal test up to a longer cycle and joining Cu
We chose to make the board thicker. When the Cu plate becomes thicker, thermal stress applied to the aluminum nitride substrate during cooling after joining increases. Further, the configuration of the Ag row is slightly different between the first embodiment and the second embodiment. In Example 2, 20 μm Ag brazing was arranged on both sides of the aluminum nitride substrate, whereas in Example 1, one side was 20 μm Ag brazing and the other side was 2 μm.
A laminated material having a 50 μm Cu foil sandwiched between two 0 μm Ag brazing foils is used. Therefore, as Example 3, in order to compare and evaluate the Ag brazing single-layer bonding and the laminated Ag brazing with the Cu foil interposed therebetween, a Cu plate was bonded to both surfaces of the aluminum nitride substrate with the laminated Ag brazing material with the Cu foil interposed therebetween.

【0044】(実施例3の製造方法)本実施例での窒化
アルミニウム−Agロウ−Cu接合体の製造方法を以下
に示す。まず、実施例1と同様の方法で窒化アルミニウ
ム基板を製造した。ここで、窒化アルミニウム板のブレ
ークラインと板厚、Pdめっき厚、および最表面のNi
めっき厚は、実施例1と同一である。次に、カーボン冶
具にCu板/(20μmAgロウ/50μmCu箔/2
0μmAgロウ)/窒化アルミニウム基板/(20μm
Agロウ/50μmCu箔/20μmAgロウ)/Cu
板を順次積層し、200gのウェイトをのせ、H2−N
2混合雰囲気下で840℃に加熱してAgロウを溶融接
合させた。ここで、2箇所のCu板の厚さは同一であ
り、Cu板の厚さを0.25mm、0.3mm、0.5
mmの3水準ふって窒化アルミニウム−Agロウ−Cu
接合体を製造した。最後に、これら3種類の窒化アルミ
ニウム−Agロウ−Cu接合体のCu板の表面に無電解
Ni−Pめっきを4μmの厚さとなるように施した。
(Manufacturing Method of Embodiment 3) A manufacturing method of an aluminum nitride-Ag braze-Cu joint in this embodiment will be described below. First, an aluminum nitride substrate was manufactured in the same manner as in Example 1. Here, the break line and the plate thickness of the aluminum nitride plate, the Pd plating thickness, and the Ni of the outermost surface
The plating thickness is the same as in Example 1. Next, a Cu plate / (20 μm Ag wax / 50 μm Cu foil / 2
0 μm Ag wax) / aluminum nitride substrate / (20 μm
Ag wax / 50 μm Cu foil / 20 μm Ag wax) / Cu
The boards are sequentially laminated and put on a weight of 200 g.
The mixture was heated to 840 ° C. in a mixed atmosphere to melt-bond the Ag braze. Here, the thicknesses of the two Cu plates are the same, and the thicknesses of the Cu plates are 0.25 mm, 0.3 mm, 0.5
Aluminum nitride-Ag braze-Cu
A joined body was manufactured. Finally, electroless Ni-P plating was applied to the surface of the Cu plate of the three types of aluminum nitride-Ag braze-Cu joints to a thickness of 4 µm.

【0045】(評価)実施例1および実施例2の評価と
同様、実施例3についても冷熱サイクル試験を行った。
また比較として、実施例2についても再度冷熱サイクル
試験を行った。
(Evaluation) Similarly to the evaluations of Examples 1 and 2, a cooling / heating cycle test was also performed on Example 3.
For comparison, a cooling / heating cycle test was performed again on Example 2.

【0046】(結果)実施例3でCu板の厚さが0.2
5mmの接合体は、冷熱5000サイクルをこえ、冷熱
10000サイクルにおいても180kgf以上であ
り、破壊の様子はともにナットのハンダ接合部が破壊さ
れていた。また、比較材の実施例2の接合体は冷熱30
00サイクルまでは180kgf以上であり、破壊の様
子はナットのハンダ接合部が破壊されていたが、500
0サイクルの再試験では160kgf、10000サイ
クルでは80kgfであり,破壊の様子はともに窒化ア
ルミニウム基板が割れるという状態であった。
(Results) In Example 3, the thickness of the Cu plate was 0.2
The 5 mm bonded body exceeded 5,000 cycles of cold and heat, and was 180 kgf or more even in 10,000 cycles of cold and hot. Further, the joined body of the comparative example of Example 2 has
The load was 180 kgf or more up to the 00 cycle, and the state of destruction was that the solder joint of the nut was broken.
In the 0 cycle retest, the load was 160 kgf and in the 10000 cycle it was 80 kgf, and the state of destruction was such that the aluminum nitride substrate cracked.

【0047】実施例3でCu板厚0.25mmおよび比
較の実施例2の接合体を、さらに冷熱20000サイク
ルまで試験を継続したところ、実施例3でCu板厚0.
25mmは180kgf以上でハンダ接合部破壊であ
り、実施例2は、冷熱試験機から取り出した時点で、す
でに窒化アルミニウム基板の厚さ方向の中心部で裂けて
おり、接合強度は測定不能であった。以上のことから、
実施例3でCu板の厚さが0.25mmの接合体は20
000サイクルの過酷な劣化試験においても十分な接合
強度を有し、これには劣るが、実施例2の接合体も、冷
熱サイクル数が大きくなっても、十分な接合強度を有し
ていることが再現された。
When the test of the joined body of the Cu plate having a thickness of 0.25 mm in the third embodiment and the comparative example 2 was further continued until 20,000 cycles of cooling and heating, the Cu plate having a Cu plate thickness of 0.25 mm was obtained in the third embodiment.
In 25 mm, the solder joint was broken at 180 kgf or more, and in Example 2, at the time of removal from the thermal test machine, the aluminum nitride substrate had already been torn at the center in the thickness direction, and the bonding strength could not be measured. . From the above,
In Example 3, the joined body having a Cu plate thickness of 0.25 mm is 20
It has sufficient bonding strength even in a severe deterioration test of 000 cycles, and is inferior to this, but the bonded body of Example 2 also has sufficient bonding strength even when the number of cooling and heating cycles is large. Was reproduced.

【0048】一方、実施例3でCu板の厚さが0.3m
mの接合体と0.5mmの接合体については、ともに冷
熱10000サイクルまで評価した。実施例3でCu板
厚0.3mmの接合体は、冷熱10000サイクルまで
180kgf以上でハンダ接合部破壊であった。また、
Cu板厚0.5mmの接合体は、冷熱3000サイクル
までは180kgf以上でハンダ接合部破壊であった
が、5000サイクルで50kgfで窒化アルミニウム
基板が割れる状態となり、10000サイクルでは冷熱
試験機から取り出した時点で、すでに窒化アルミニウム
基板の中心部で裂けていた。よって、実施例3は、Cu
板厚0.5mmという非常に厳しい条件でも、車載用途
でさらにエンジンルーム搭載を想定した耐久性の目標値
を冷熱3000サイクルを満足している。
On the other hand, in Example 3, the thickness of the Cu plate was 0.3 m.
Both the joined body of m and the joined body of 0.5 mm were evaluated up to 10,000 cycles of cooling and heating. In Example 3, the joined body having a Cu plate thickness of 0.3 mm was broken at 180 kgf or more up to 10,000 cycles of cooling and heating. Also,
The joined body having a Cu plate thickness of 0.5 mm had a solder joint failure at 180 kgf or more up to 3000 cycles of cooling and heating, but the aluminum nitride substrate broke at 50 kgf at 5000 cycles and was taken out of the cooling test machine at 10000 cycles. At this point, it had already been torn at the center of the aluminum nitride substrate. Therefore, Example 3 is based on Cu
Even under the extremely severe condition of a plate thickness of 0.5 mm, the target value of the durability assuming that it is mounted on an engine room for in-vehicle use and satisfies 3000 cycles of cooling and heating.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明のセラミックス−金属接合体は、
高熱伝導セラミックス基材と高電導金属板との間に軟質
の低融点金属層があり、かつ少なくとも1層の薄層の歪
緩和層を有する。この歪緩和層により、接合体の製造時
の熱応力を緩和し、さらに使用時における熱サイクルな
どの熱に起因する熱応力を軟質の低融点金属層が緩和し
ている。
The ceramic-metal joined body of the present invention is
There is a soft low melting point metal layer between the high thermal conductive ceramic base material and the high conductive metal plate, and at least one thin strain relaxation layer. With this strain relaxation layer, the thermal stress at the time of manufacturing the joined body is relaxed, and the thermal stress due to heat such as a thermal cycle during use is relaxed by the soft low melting point metal layer.

【0050】冷熱サイクル数が大きくなっても、接合体
自体の歪みを緩和できることから、高い電流が流れる高
電流回路用の基板に好適である。
Even if the number of thermal cycles increases, the distortion of the joined body itself can be reduced, so that it is suitable for a substrate for a high current circuit through which a high current flows.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 Agロウ層の厚さとCu板の曲率半径の関係
を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the thickness of an Ag brazing layer and the radius of curvature of a Cu plate.

【図2】 実施例1の窒化アルミニウム−Agロウ−C
u接合体の断面図である。
FIG. 2 shows the aluminum nitride-Ag wax-C of Example 1.
It is sectional drawing of a u junction.

【図3】 接合強度の測定方法を示した図である。FIG. 3 is a view showing a method of measuring a bonding strength.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板 10…セラミックス基板 1
3…Pd層 15…Niめっき層 3…金属板 51…表面接合層 52…Agロウ層
53…中間層 55…裏面接合層 71…ナット 73…ハンダ接合部
75…フック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 10 ... Ceramic substrate 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Pd layer 15 ... Ni plating layer 3 ... Metal plate 51 ... Surface bonding layer 52 ... Ag brazing layer
53 ... Intermediate layer 55 ... Back joining layer 71 ... Nut 73 ... Soldering joint
75 ... hook

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高熱伝導セラミック基材と高電導金属板
と該高熱伝導セラミックス基材と該高電導金属板との間
に介在して、一体的に接合する低融点金属層とからなる
セラミックス−金属接合体であって、 前記低融点金属層は、軟質であり、厚さ40μm以下の
銀ロウあるいはハンダで構成された少なくとも1層の歪
緩和層をもつことを特徴とするセラミックス−金属接合
体。
1. A ceramic comprising a high thermal conductive ceramic substrate, a high conductive metal plate, and a low melting point metal layer interposed between the high thermal conductive ceramic substrate and the high conductive metal plate and integrally joined. A ceramic-metal joined body, wherein the low melting point metal layer is soft and has at least one strain relaxation layer made of silver brazing or solder having a thickness of 40 μm or less. .
【請求項2】 前記高熱伝導セラミック基材は窒化硼
素、窒化アルミニウム、窒化珪素及びアルミナの1種で
形成された基材であり、前記高電導金属板は銅、アルミ
ニウム、タングステン及びモリブデンの少なくとも1種
の金属あるいはその合金で形成されている請求項1記載
のセラミックス−金属接合体。
2. The high thermal conductive ceramic substrate is a substrate formed of one of boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, and alumina, and the highly conductive metal plate is at least one of copper, aluminum, tungsten, and molybdenum. 2. The ceramic-metal joint according to claim 1, wherein the ceramic-metal joint is formed of a kind of metal or an alloy thereof.
【請求項3】 前記高熱伝導セラミック基材は窒化アル
ミニウム基材であり、前記高電導金属板は銅あるいは銅
合金製の金属板であり、前記歪緩和層は銀ロウで形成さ
れている請求項1記載のセラミックス−金属接合体。
3. The high thermal conductive ceramic substrate is an aluminum nitride substrate, the highly conductive metal plate is a copper or copper alloy metal plate, and the strain relief layer is formed of silver brazing. 2. The ceramic-metal joined body according to 1.
【請求項4】 前記歪緩和層はその厚さが20μm以下
である請求項3記載のセラミックス−金属接合体。
4. The ceramic-metal joined body according to claim 3, wherein said strain relaxation layer has a thickness of 20 μm or less.
【請求項5】 前記低融点金属層は少なくとも1層の銅
箔あるいは銅合金箔からなる中間層と該中間層の両面及
び該中間層の間に位置する前記歪緩和層とからなる積層
ロウ材で形成されている請求項3記載のセラミックス−
金属接合体。
5. The laminated brazing material according to claim 1, wherein the low-melting-point metal layer includes at least one intermediate layer made of a copper foil or a copper alloy foil, and the strain relief layer located on both surfaces of the intermediate layer and between the intermediate layers. The ceramic according to claim 3, which is formed of
Metal joint.
【請求項6】 前記高熱伝導セラミック基材は板状であ
り、その両面に前記低融点金属層を介して前記高電導金
属板がそれぞれ一体的に接合されている請求項3〜5記
載のセラミックス−金属接合体。
6. The ceramic according to claim 3, wherein said high thermal conductive ceramic substrate is plate-shaped, and said highly conductive metal plates are integrally joined to both surfaces thereof via said low melting point metal layer. -Metal joints.
JP11336431A 1998-11-30 1999-11-26 Ceramic-metal conjugate Pending JP2000226272A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11336431A JP2000226272A (en) 1998-11-30 1999-11-26 Ceramic-metal conjugate

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34066298 1998-11-30
JP10-340662 1998-11-30
JP11336431A JP2000226272A (en) 1998-11-30 1999-11-26 Ceramic-metal conjugate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000226272A true JP2000226272A (en) 2000-08-15

Family

ID=26575472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11336431A Pending JP2000226272A (en) 1998-11-30 1999-11-26 Ceramic-metal conjugate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000226272A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102593073A (en) * 2011-01-11 2012-07-18 三菱综合材料株式会社 Manufacturing method for substrate for power module, substrate for power module and power module
JP2014205609A (en) * 2013-03-20 2014-10-30 ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム Method for manufacturing commutator using brazing and soldering process
JP2014224030A (en) * 2013-03-20 2014-12-04 シェンジェン ジョイント ウェルディング マテリアル カンパニー リミテッド Method for applying metallic sheet to graphite structure using brazing and soldering step
JP2022003010A (en) * 2016-07-28 2022-01-11 株式会社東芝 Method for producing junction and method for producing circuit board

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102593073A (en) * 2011-01-11 2012-07-18 三菱综合材料株式会社 Manufacturing method for substrate for power module, substrate for power module and power module
CN102593073B (en) * 2011-01-11 2016-05-04 三菱综合材料株式会社 Manufacture method, substrate for power module and the power module of substrate for power module
JP2014205609A (en) * 2013-03-20 2014-10-30 ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム Method for manufacturing commutator using brazing and soldering process
JP2014224030A (en) * 2013-03-20 2014-12-04 シェンジェン ジョイント ウェルディング マテリアル カンパニー リミテッド Method for applying metallic sheet to graphite structure using brazing and soldering step
JP2022003010A (en) * 2016-07-28 2022-01-11 株式会社東芝 Method for producing junction and method for producing circuit board
JP7155372B2 (en) 2016-07-28 2022-10-18 株式会社東芝 Method for manufacturing joined body and method for manufacturing circuit board

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110383468B (en) Substrate with radiating fin for power module
JP4015023B2 (en) ELECTRONIC CIRCUIT MEMBER, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC COMPONENT
JP4756200B2 (en) Metal ceramic circuit board
JP4692708B2 (en) Ceramic circuit board and power module
EP1403922A2 (en) Combined member of aluminum-ceramics
WO2010017327A1 (en) A microheat exchanger for laser diode cooling
WO2003046981A1 (en) Module structure and module comprising it
JP4434545B2 (en) Insulating substrate for semiconductor mounting and power module
TW201836093A (en) Power module substrate with heat sink
JP2002043482A (en) Member for electronic circuit, its manufacturing method and electronic component
JP4104429B2 (en) Module structure and module using it
JP3932744B2 (en) Manufacturing method of insulated circuit board for semiconductor mounting
WO2018180159A1 (en) Method for producing insulated circuit board with heat sink
JP2002064169A (en) Heat radiating structure
JP2000226272A (en) Ceramic-metal conjugate
JP5069485B2 (en) Metal base circuit board
US9558859B2 (en) Multilayer substrate and method for manufacturing the same
JP2000226274A (en) Production of ceramic-metal conjugate
JP2003258167A (en) Structure
JP4627839B2 (en) Module and its manufacturing method
JP4779178B2 (en) Insulating substrate for semiconductor mounting and power module
JP2815504B2 (en) Ceramic-metal bonded substrate with excellent thermal shock resistance
WO2019189090A1 (en) Method of manufacturing insulating circuit board with heatsink
JP2738840B2 (en) Ceramic-metal composite substrate
JP3281331B2 (en) Ceramic-metal bonded substrate with excellent thermal shock resistance