JP2001044345A - 基板一体型構造体 - Google Patents
基板一体型構造体Info
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】効率的な放熱性を有する、軽量なモジュールを
提供する。 【解決手段】少なくとも一面にアルミニウムまたはアル
ミニウム合金板が接合された窒化アルミニウム基板４
と、炭化珪素質多孔体にＡｌ２を主成分とする金属を含
浸してなる放熱部品６とからなる基板一体構造体であっ
て、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金板と前記
放熱部品とが、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからなる群か
ら選ばれる１種以上とを含有し、液相を形成する温度が
５００〜６３０℃であるＡｌ合金を介して接合されてい
ることを特徴とする基板一体型構造体。
提供する。 【解決手段】少なくとも一面にアルミニウムまたはアル
ミニウム合金板が接合された窒化アルミニウム基板４
と、炭化珪素質多孔体にＡｌ２を主成分とする金属を含
浸してなる放熱部品６とからなる基板一体構造体であっ
て、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金板と前記
放熱部品とが、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからなる群か
ら選ばれる１種以上とを含有し、液相を形成する温度が
５００〜６３０℃であるＡｌ合金を介して接合されてい
ることを特徴とする基板一体型構造体。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量にして放熱性
に優れ、高信頼性を有する半導体装置用回路基板一体型
構造体に関する。
に優れ、高信頼性を有する半導体装置用回路基板一体型
構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワーモジュールを初めとする各種の半
導体装置には、セラミックス基板の両面にＣｕからなる
回路を設けたものが、回路基板として利用されている。
特に高集積化及び大電力化により、高い放熱性を必要と
する場合には、セラミックスとして高熱伝導率の窒化ア
ルミニウムが賞用されている。
導体装置には、セラミックス基板の両面にＣｕからなる
回路を設けたものが、回路基板として利用されている。
特に高集積化及び大電力化により、高い放熱性を必要と
する場合には、セラミックスとして高熱伝導率の窒化ア
ルミニウムが賞用されている。
【０００３】しかし、前記のＣｕからなる回路を設けて
いる回路基板においては、Ｃｕ回路（或いは、裏面に設
けられる放熱用Ｃｕ板）と窒化アルミニウム基板の熱膨
張係数の差に起因する熱応力の繰り返しによって、窒化
アルミニウム基板に微細なクラックが発生することがあ
るため、高い信頼性を必要とする場合には降伏耐力の低
いＡｌ板を接合することが試みられている。
いる回路基板においては、Ｃｕ回路（或いは、裏面に設
けられる放熱用Ｃｕ板）と窒化アルミニウム基板の熱膨
張係数の差に起因する熱応力の繰り返しによって、窒化
アルミニウム基板に微細なクラックが発生することがあ
るため、高い信頼性を必要とする場合には降伏耐力の低
いＡｌ板を接合することが試みられている。
【０００４】また、回路基板は、通常、その放熱用金属
板を放熱フィン等に接合するためにベースＣｕ板に半田
付けして使用されるが、熱応力の繰り返しに対してベー
スＣｕ板と回路基板間に発生する半田クラックを避ける
ため、ベース板に熱膨張係数が小さい材質を用いること
も行われ、近年では、炭化珪素多孔体にＡｌを主成分と
する金属を前記炭化珪素多孔体の空隙部に含浸させて得
られるアルミニウム−炭化珪素複合体（以下、Ａｌ／Ｓ
ｉＣ複合材という）が開発されている。
板を放熱フィン等に接合するためにベースＣｕ板に半田
付けして使用されるが、熱応力の繰り返しに対してベー
スＣｕ板と回路基板間に発生する半田クラックを避ける
ため、ベース板に熱膨張係数が小さい材質を用いること
も行われ、近年では、炭化珪素多孔体にＡｌを主成分と
する金属を前記炭化珪素多孔体の空隙部に含浸させて得
られるアルミニウム−炭化珪素複合体（以下、Ａｌ／Ｓ
ｉＣ複合材という）が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年の半導体装置の高
集積化、大電力化に伴って、軽量コンパクトで益々高い
放熱性が求められるようになり、（１）セラミックス基
板の両面に設けられた金属板のうち片面の金属板を省略
し直接ベース板に接合する、（２）ベース板を省略し
て、セラミックス基板を水冷板や放熱フィン等のヒート
シンクに直接搭載する、等の試みが進められている。し
かし、これらの試みは、各構成部品の熱膨張率差と組立
工程や使用環境の温度変化によって生じる応力に耐えら
れず、信頼性が確保できないという問題がある。
集積化、大電力化に伴って、軽量コンパクトで益々高い
放熱性が求められるようになり、（１）セラミックス基
板の両面に設けられた金属板のうち片面の金属板を省略
し直接ベース板に接合する、（２）ベース板を省略し
て、セラミックス基板を水冷板や放熱フィン等のヒート
シンクに直接搭載する、等の試みが進められている。し
かし、これらの試みは、各構成部品の熱膨張率差と組立
工程や使用環境の温度変化によって生じる応力に耐えら
れず、信頼性が確保できないという問題がある。
【０００６】また、回路基板をベース板に取り付けるに
際して熱伝導を良くすることを主目的に半田を用いてい
るが、半田は、セラミックス基板とベース板等の間の熱
膨張差を吸収して変形し、セラミックス基板やシリコン
チップに割れを生じることを防ぐ役割をも持っていた。
しかし、今後、環境汚染問題から半田が鉛フリー組成に
なることが望ましく、この場合には塑性変形を起こす応
力が高くなり、応力緩和能が低下する。更に、鉛フリー
半田は現在のＰｂ−Ｓｎ系に比べて半田濡れ性に劣るこ
とを考えると、回路基板とベース板またはヒートシンク
等の放熱部品との間で、密着性に優れた信頼性のある接
合がますます必要になってくる。
際して熱伝導を良くすることを主目的に半田を用いてい
るが、半田は、セラミックス基板とベース板等の間の熱
膨張差を吸収して変形し、セラミックス基板やシリコン
チップに割れを生じることを防ぐ役割をも持っていた。
しかし、今後、環境汚染問題から半田が鉛フリー組成に
なることが望ましく、この場合には塑性変形を起こす応
力が高くなり、応力緩和能が低下する。更に、鉛フリー
半田は現在のＰｂ−Ｓｎ系に比べて半田濡れ性に劣るこ
とを考えると、回路基板とベース板またはヒートシンク
等の放熱部品との間で、密着性に優れた信頼性のある接
合がますます必要になってくる。
【０００７】更に、Ａｌ／ＳｉＣ複合材を放熱部品とし
て用いる場合、Ａｌを主成分とする金属を炭化珪素多孔
体に含浸させると同時にセラミックス基板と接合させる
ことも検討されているが、複合材の製造自体が非常に高
度な技術であるうえ、セラミックス基板が前記Ａｌを主
成分とする金属層に埋もれてしまう等、未解決な課題が
ある。しかも、放熱部品やセラミックス基板の形状が変
わると、それに合わせて使用する型枠等を変えなくては
ならなくなり、生産上不都合でもある。
て用いる場合、Ａｌを主成分とする金属を炭化珪素多孔
体に含浸させると同時にセラミックス基板と接合させる
ことも検討されているが、複合材の製造自体が非常に高
度な技術であるうえ、セラミックス基板が前記Ａｌを主
成分とする金属層に埋もれてしまう等、未解決な課題が
ある。しかも、放熱部品やセラミックス基板の形状が変
わると、それに合わせて使用する型枠等を変えなくては
ならなくなり、生産上不都合でもある。
【０００８】一方、放熱部品であるベース板とセラミッ
クス基板を接合材で接着する技術については、例えば特
開平３−１２５４６３号公報のとおりに多くの提案があ
る。前記技術では、Ａｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｇｅ系の合
金箔を接合材とし、バッチ式真空炉を用いて接合が行わ
れているが、バッチ式真空炉に大きなベース板を投入す
ると容積効率が悪くなるので、生産性が低下する。ま
た、大型の連続真空炉は、高価であり厳密な温度制御も
難しいので、このような接合には不向きである。
クス基板を接合材で接着する技術については、例えば特
開平３−１２５４６３号公報のとおりに多くの提案があ
る。前記技術では、Ａｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｇｅ系の合
金箔を接合材とし、バッチ式真空炉を用いて接合が行わ
れているが、バッチ式真空炉に大きなベース板を投入す
ると容積効率が悪くなるので、生産性が低下する。ま
た、大型の連続真空炉は、高価であり厳密な温度制御も
難しいので、このような接合には不向きである。
【０００９】上記したとおりに、セラミックス回路基板
と放熱部品とを直接接合すると、効率的な放熱性を有す
るモジュールが得られるにもかかわらず、工業的な接合
技術がないために、実現していない。
と放熱部品とを直接接合すると、効率的な放熱性を有す
るモジュールが得られるにもかかわらず、工業的な接合
技術がないために、実現していない。
【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、セラミックス回路基板と放熱部品とを
接合する、工業的な接合技術を提供し、効率的な放熱性
を有する、軽量なモジュールを提供することにある。即
ち、窒化アルミニウム基板の少なくとも一方の面にＡｌ
回路を形成させてなる回路基板が、半田を使用せずにＡ
ｌ／ＳｉＣ複合材からなる放熱部品に接合された構造を
持ち、軽量にして放熱性に優れた高信頼性の基板一体型
構造体を提供することにある。
り、その目的は、セラミックス回路基板と放熱部品とを
接合する、工業的な接合技術を提供し、効率的な放熱性
を有する、軽量なモジュールを提供することにある。即
ち、窒化アルミニウム基板の少なくとも一方の面にＡｌ
回路を形成させてなる回路基板が、半田を使用せずにＡ
ｌ／ＳｉＣ複合材からなる放熱部品に接合された構造を
持ち、軽量にして放熱性に優れた高信頼性の基板一体型
構造体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
面にアルミニウムまたはアルミニウム合金板が接合され
た窒化アルミニウム基板と、炭化珪素質多孔体にＡｌを
主成分とする金属を含浸してなる放熱部品とからなる基
板一体構造体であって、前記アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金板と前記放熱部品とが、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及
びＳｉからなる群から選ばれる１種以上とを含有し、液
相を形成する温度が５００〜６３０℃であるＡｌ合金を
介して接合されていることを特徴とする基板一体型構造
体である。
面にアルミニウムまたはアルミニウム合金板が接合され
た窒化アルミニウム基板と、炭化珪素質多孔体にＡｌを
主成分とする金属を含浸してなる放熱部品とからなる基
板一体構造体であって、前記アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金板と前記放熱部品とが、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及
びＳｉからなる群から選ばれる１種以上とを含有し、液
相を形成する温度が５００〜６３０℃であるＡｌ合金を
介して接合されていることを特徴とする基板一体型構造
体である。
【００１２】また、本発明は、放熱部品は、該放熱部品
の主面にＡｌを主成分とする金属層が厚さ１０μｍ以上
設けられていることを特徴とする前記の回路基板一体型
構造体である。
の主面にＡｌを主成分とする金属層が厚さ１０μｍ以上
設けられていることを特徴とする前記の回路基板一体型
構造体である。
【００１３】また、本発明は、放熱部品が、炭化珪素を
４０〜７０体積％で残部がＳｉを４〜１４重量％含むア
ルミニウム合金からなり、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍＫ以
上であるアルミニウム−炭化珪素複合体からなることを
特徴とする前記の回路基板一体型構造体。
４０〜７０体積％で残部がＳｉを４〜１４重量％含むア
ルミニウム合金からなり、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍＫ以
上であるアルミニウム−炭化珪素複合体からなることを
特徴とする前記の回路基板一体型構造体。
【００１４】更に、窒化アルミニウム基板が、熱伝導率
１３０Ｗ／ｍＫ以上であり、その表面のＸ線回折ピーク
強度比が、２≦（Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１００
≦１７、かつ（２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１００
≦２を有するものであることを特徴とする前記の回路基
板一体型構造体である。
１３０Ｗ／ｍＫ以上であり、その表面のＸ線回折ピーク
強度比が、２≦（Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１００
≦１７、かつ（２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１００
≦２を有するものであることを特徴とする前記の回路基
板一体型構造体である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、少なくとも一面にアル
ミニウムまたはアルミニウム合金板が接合された窒化ア
ルミニウム基板と、炭化珪素質多孔体にＡｌを主成分と
する金属を含浸してなる放熱部品とからなる基板一体型
構造体であって、前記アルミニウムまたはアルミニウム
合金板と前記放熱部品とが、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉ
からなる群から選ばれる１種以上とを含有するＡｌ合金
で接合されていることを特徴とする基板一体型構造体で
ある。上記構成を採用することにより、軽量で、放熱性
に優れた高信頼性の基板一体型構造体を提供することが
できる。
ミニウムまたはアルミニウム合金板が接合された窒化ア
ルミニウム基板と、炭化珪素質多孔体にＡｌを主成分と
する金属を含浸してなる放熱部品とからなる基板一体型
構造体であって、前記アルミニウムまたはアルミニウム
合金板と前記放熱部品とが、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉ
からなる群から選ばれる１種以上とを含有するＡｌ合金
で接合されていることを特徴とする基板一体型構造体で
ある。上記構成を採用することにより、軽量で、放熱性
に優れた高信頼性の基板一体型構造体を提供することが
できる。
【００１６】本発明で使用される窒化アルミニウム基板
は、Ｙ2Ｏ3を焼結助剤として焼成されたものであり、熱
伝導率が１３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。ま
た、その表面のＣｕＫαによるＸ線回折のメインピーク
の強度比が、２≦（Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１０
０≦１７、かつ（２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１０
０≦２であるものが好ましい。このような表面特性を有
する窒化アルミニウム基板は、酸化処理等の煩雑な表面
処理を施さなくとも、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからな
る群から選ばれる１種以上とを含有し、少なくとも一部
が液相を形成する温度が５００〜６３０℃のＡｌ合金を
用いて、Ａｌを主成分とする金属と十分に強い強度で接
合させることができる。
は、Ｙ2Ｏ3を焼結助剤として焼成されたものであり、熱
伝導率が１３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。ま
た、その表面のＣｕＫαによるＸ線回折のメインピーク
の強度比が、２≦（Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１０
０≦１７、かつ（２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１０
０≦２であるものが好ましい。このような表面特性を有
する窒化アルミニウム基板は、酸化処理等の煩雑な表面
処理を施さなくとも、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからな
る群から選ばれる１種以上とを含有し、少なくとも一部
が液相を形成する温度が５００〜６３０℃のＡｌ合金を
用いて、Ａｌを主成分とする金属と十分に強い強度で接
合させることができる。
【００１７】前記窒化アルミニウム基板の表面特性の調
整は、原料窒化アルミニウム粉中のＡｌ2Ｏ3とＹ2Ｏ3分
組成比、脱脂後焼成前までの増加酸素量、焼成温度等を
調整することによって行うことができる。
整は、原料窒化アルミニウム粉中のＡｌ2Ｏ3とＹ2Ｏ3分
組成比、脱脂後焼成前までの増加酸素量、焼成温度等を
調整することによって行うことができる。
【００１８】例えば、２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3が多い場合に
は、相対的にＡｌ2Ｏ3を増やせば良いので、酸素量の多
い窒化アルミニウム粉末原料を用いるか、Ａｌ2Ｏ3を添
加して、Ｙ2Ｏ3を減らす。一方、Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3が多
い場合には、Ｙ2Ｏ3の添加量を減らすか、焼成温度を下
げる。その他、脱脂を空気中で行えばＡｌ2Ｏ3を増加さ
せることができる。
は、相対的にＡｌ2Ｏ3を増やせば良いので、酸素量の多
い窒化アルミニウム粉末原料を用いるか、Ａｌ2Ｏ3を添
加して、Ｙ2Ｏ3を減らす。一方、Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3が多
い場合には、Ｙ2Ｏ3の添加量を減らすか、焼成温度を下
げる。その他、脱脂を空気中で行えばＡｌ2Ｏ3を増加さ
せることができる。
【００１９】窒化アルミニウム基板にＡｌ回路を形成さ
せるには、Ａｌ板を接合してからエッチングする、Ａｌ
板から打ち抜かれたパターンを接合する、等によって行
うことができる。接合材には、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳ
ｉからなる群から選ばれる１種以上とを含有し、液相を
形成する温度が５００〜６３０℃のＡｌ合金を用いる
が、これを含めた接合条件については後述する。生産性
向上のためには、放熱部品との接合と同時にＡｌ板又は
Ａｌからなるパターンを接合することが好ましい。
せるには、Ａｌ板を接合してからエッチングする、Ａｌ
板から打ち抜かれたパターンを接合する、等によって行
うことができる。接合材には、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳ
ｉからなる群から選ばれる１種以上とを含有し、液相を
形成する温度が５００〜６３０℃のＡｌ合金を用いる
が、これを含めた接合条件については後述する。生産性
向上のためには、放熱部品との接合と同時にＡｌ板又は
Ａｌからなるパターンを接合することが好ましい。
【００２０】本発明で使用されるＡｌを主成分とする金
属を炭化珪素多孔体に含浸させてなる複合体からなる放
熱部品は、例えば、炭化珪素の多孔体（プリフォームと
もいう）にＡｌを主成分とする金属を含浸させることに
よって製造することができる（例えば、セラミックデー
タブック‘９５、山口雄三、堀三郎、９５〜１０１頁
（１９９５））。放熱部品は、適当な熱膨張率と高い熱
伝導率を持つことが望ましく、１６０Ｗ／ｍＫ以上の熱
伝導率と６〜１０ｐｐｍの熱膨張率を持つことが望まし
い。この物性は、Ａｌを主成分とする金属と炭化珪素の
体積比率等によって調節でき、炭化珪素が４０〜７０体
積％で残部がＡｌを主成分とする金属であることが望ま
しい。更に、Ａｌを主成分とする金属としては、組立工
程や使用環境における温度にさらされた場合でも特性が
劣化しない合金組成が望ましく、たとえば、Ｓｉを４〜
１４重量％含むＡｌ合金が望ましい。
属を炭化珪素多孔体に含浸させてなる複合体からなる放
熱部品は、例えば、炭化珪素の多孔体（プリフォームと
もいう）にＡｌを主成分とする金属を含浸させることに
よって製造することができる（例えば、セラミックデー
タブック‘９５、山口雄三、堀三郎、９５〜１０１頁
（１９９５））。放熱部品は、適当な熱膨張率と高い熱
伝導率を持つことが望ましく、１６０Ｗ／ｍＫ以上の熱
伝導率と６〜１０ｐｐｍの熱膨張率を持つことが望まし
い。この物性は、Ａｌを主成分とする金属と炭化珪素の
体積比率等によって調節でき、炭化珪素が４０〜７０体
積％で残部がＡｌを主成分とする金属であることが望ま
しい。更に、Ａｌを主成分とする金属としては、組立工
程や使用環境における温度にさらされた場合でも特性が
劣化しない合金組成が望ましく、たとえば、Ｓｉを４〜
１４重量％含むＡｌ合金が望ましい。
【００２１】本発明に於いて、前記放熱部品は、その主
面に炭化珪素が露出していない構造のものが好ましく、
前記Ａｌを主成分とする金属が１０μm以上の層となっ
ている構造であることが望ましい。前記主面とは回路基
板がろう付けされる面のことであり、また、放熱部品の
表面がメッキされる場合は、メッキされる部分の表面を
さす。これらの表面に炭化珪素が露出していると、ろう
付け面に欠陥が生じやすい、メッキ被膜が形成しにく
い、メッキやろう付けの付着強度が低い等の欠点が生じ
やすい。
面に炭化珪素が露出していない構造のものが好ましく、
前記Ａｌを主成分とする金属が１０μm以上の層となっ
ている構造であることが望ましい。前記主面とは回路基
板がろう付けされる面のことであり、また、放熱部品の
表面がメッキされる場合は、メッキされる部分の表面を
さす。これらの表面に炭化珪素が露出していると、ろう
付け面に欠陥が生じやすい、メッキ被膜が形成しにく
い、メッキやろう付けの付着強度が低い等の欠点が生じ
やすい。
【００２２】本発明の基板一体型構造体の表面は、必要
に応じて表面にＡｌまたはＡｌ合金が露出している部分
の全面又は部分にＮｉメッキされる。特に半田付け部分
はＮｉメッキが必要であり、Ａｌワイヤボンドする部分
にはＮｉメッキがない方が信頼性が高いので、従って部
分メッキが好ましい。
に応じて表面にＡｌまたはＡｌ合金が露出している部分
の全面又は部分にＮｉメッキされる。特に半田付け部分
はＮｉメッキが必要であり、Ａｌワイヤボンドする部分
にはＮｉメッキがない方が信頼性が高いので、従って部
分メッキが好ましい。
【００２３】本発明において、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金板と窒化アルミニウム板の接合には、Ｍｇ
とＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからなる群から選ばれる１種以上
とを含有し、液相を形成する温度が５００〜６３０℃の
Ａｌ合金、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｇｅ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等を用いる。
その理由は、以下のとおりである。
ミニウム合金板と窒化アルミニウム板の接合には、Ｍｇ
とＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからなる群から選ばれる１種以上
とを含有し、液相を形成する温度が５００〜６３０℃の
Ａｌ合金、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｇｅ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等を用いる。
その理由は、以下のとおりである。
【００２４】前記したとおりの、窒化アルミニウム基板
とアルミニウムまたはアルミニウム合金板との接合には
Ａｌ−Ｓｉ系合金やＡｌ−Ｇｅ系合金が知られている
が、本発明になるＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからなる群
から選ばれる１種以上とを含有するＡｌ合金には、前記
合金に比較して、窒化アルミニウム基板との接合条件の
許容幅が広く、真空中でなくとも接合できる特徴がある
ので、生産性に優れた接合が可能となる。
とアルミニウムまたはアルミニウム合金板との接合には
Ａｌ−Ｓｉ系合金やＡｌ−Ｇｅ系合金が知られている
が、本発明になるＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからなる群
から選ばれる１種以上とを含有するＡｌ合金には、前記
合金に比較して、窒化アルミニウム基板との接合条件の
許容幅が広く、真空中でなくとも接合できる特徴がある
ので、生産性に優れた接合が可能となる。
【００２５】即ち、従来公知のＡｌ−Ｓｉ系合金やＡｌ
−Ｇｅ系合金では、比較的多量にＳｉやＧｅを添加しな
いと融点が低下しないが、多量に添加すると硬くて脆く
なる問題が生じる。このような問題を起こさせないよう
に、例えばＡｌ−Ｓｉ系合金において、Ｓｉの割合を５
％まで下げると融点が６１５℃となり、加圧を行っても
６２０℃以下の温度での接合は困難となる。
−Ｇｅ系合金では、比較的多量にＳｉやＧｅを添加しな
いと融点が低下しないが、多量に添加すると硬くて脆く
なる問題が生じる。このような問題を起こさせないよう
に、例えばＡｌ−Ｓｉ系合金において、Ｓｉの割合を５
％まで下げると融点が６１５℃となり、加圧を行っても
６２０℃以下の温度での接合は困難となる。
【００２６】これに対し、本発明のＭｇを含有するＡｌ
合金、ことにＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇ
ｅ系合金或いはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金では、Ｃｕ、Ｇ
ｅ、Ｓｉの割合を４％程度まで下げても適切に加圧等の
手段を講じることによって、６００℃程度での接合も可
能となり、接合条件の許容幅が広がる。更に、Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金並びにＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系は、ＳｉやＧｅが単独でＡｌに添加されて
いる場合に比べて、Ｃｕ、Ｇｅ、ＳｉやＭｇがＡｌ中に
均一に拡散し易いため、局部的な溶融が生じたり、余分
な接合材が押し出されてハミダシが生じ難く、比較的短
時間で安定した接合が可能となることによる。
合金、ことにＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇ
ｅ系合金或いはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金では、Ｃｕ、Ｇ
ｅ、Ｓｉの割合を４％程度まで下げても適切に加圧等の
手段を講じることによって、６００℃程度での接合も可
能となり、接合条件の許容幅が広がる。更に、Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金並びにＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系は、ＳｉやＧｅが単独でＡｌに添加されて
いる場合に比べて、Ｃｕ、Ｇｅ、ＳｉやＭｇがＡｌ中に
均一に拡散し易いため、局部的な溶融が生じたり、余分
な接合材が押し出されてハミダシが生じ難く、比較的短
時間で安定した接合が可能となることによる。
【００２７】本発明において、Ｍｇを含有するＡｌ合金
中のＭｇについては、少量添加することによって、接合
状態が良好になる。これはＡｌ表面の酸化物層の除去効
果や窒化アルミニウム基板表面と接合材の濡れ性改善効
果によると推察される。Ｍｇの割合は、０．０５〜３重
量％が好ましい。０．０５重量％未満では添加効果が顕
著でなくなり、３重量％超ではＡｌ又はＡｌ合金の硬度
に悪影響を与えるうえ、接合時に多量に揮発して炉操業
に支障をきたすことがある。特に好ましくは、０．１〜
１．０重量％である。
中のＭｇについては、少量添加することによって、接合
状態が良好になる。これはＡｌ表面の酸化物層の除去効
果や窒化アルミニウム基板表面と接合材の濡れ性改善効
果によると推察される。Ｍｇの割合は、０．０５〜３重
量％が好ましい。０．０５重量％未満では添加効果が顕
著でなくなり、３重量％超ではＡｌ又はＡｌ合金の硬度
に悪影響を与えるうえ、接合時に多量に揮発して炉操業
に支障をきたすことがある。特に好ましくは、０．１〜
１．０重量％である。
【００２８】Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金中のＣｕの割合
は、２〜１０重量％であることが好ましい。２重量％未
満では、接合温度が高くなってＡｌの融点に近くなって
しまい、また１０重量％超では、接合後のろう材の拡散
部が特に硬くなって回路基板の信頼性が低下する恐れが
ある。好ましくは２〜６重量％である。
は、２〜１０重量％であることが好ましい。２重量％未
満では、接合温度が高くなってＡｌの融点に近くなって
しまい、また１０重量％超では、接合後のろう材の拡散
部が特に硬くなって回路基板の信頼性が低下する恐れが
ある。好ましくは２〜６重量％である。
【００２９】また、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金中のＧｅの
割合は、２〜２０重量％であることが好ましい。２重量
％未満では、接合温度が高くなってＡｌの融点に近くな
ってしまい、また２０重量％超では、接合後のろう材の
拡散部が特に硬くなって回路基板の信頼性が低下する恐
れがある。好ましくは２〜１０重量％である。
割合は、２〜２０重量％であることが好ましい。２重量
％未満では、接合温度が高くなってＡｌの融点に近くな
ってしまい、また２０重量％超では、接合後のろう材の
拡散部が特に硬くなって回路基板の信頼性が低下する恐
れがある。好ましくは２〜１０重量％である。
【００３０】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金中のＳｉの割合
は、４〜１４重量％あることが好ましい。４重量％未満
では、接合温度が高くなってＡｌの融点に近くなってし
まい、また１４重量％超では、接合後のろう材の拡散部
が特に硬くなって回路基板の信頼性が低下する恐れがあ
る。好ましくは４〜１２重量％である。
は、４〜１４重量％あることが好ましい。４重量％未満
では、接合温度が高くなってＡｌの融点に近くなってし
まい、また１４重量％超では、接合後のろう材の拡散部
が特に硬くなって回路基板の信頼性が低下する恐れがあ
る。好ましくは４〜１２重量％である。
【００３１】本発明で使用されるＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合
金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金或いはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系
合金は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｓｉの主要成分はも
とより、それ以外の成分を含んでいてもよい。例えばＡ
ｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｓｉ以外に、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｂ、Ｆｅ等の成分を合計で５重
量％程度以下を含んでいてもよい。本発明で使用される
接合材の組成について日本工業規格の例をあげれば、４
重量％程度のＣｕと０．５重量％程度のＭｇが含まれる
２０１８合金、更に０．５重量％程度のＭｎ等が含まれ
る２０１７合金を始め、２００１、２００５、２００
７、２０１４、２０２４、２０３０、２０３４、２０３
６、２０４８、２０９０、２１１７、２１２４、２２１
４、２２１８、２２２４、２３２４、７０５０等が挙げ
られる。
金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金或いはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系
合金は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｓｉの主要成分はも
とより、それ以外の成分を含んでいてもよい。例えばＡ
ｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｓｉ以外に、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｂ、Ｆｅ等の成分を合計で５重
量％程度以下を含んでいてもよい。本発明で使用される
接合材の組成について日本工業規格の例をあげれば、４
重量％程度のＣｕと０．５重量％程度のＭｇが含まれる
２０１８合金、更に０．５重量％程度のＭｎ等が含まれ
る２０１７合金を始め、２００１、２００５、２００
７、２０１４、２０２４、２０３０、２０３４、２０３
６、２０４８、２０９０、２１１７、２１２４、２２１
４、２２１８、２２２４、２３２４、７０５０等が挙げ
られる。
【００３２】前記Ｍｇを含有する液相温度が５００〜６
３０℃のＡｌ合金で窒化アルミニウム基板とアルミニウ
ム板とを接合するときの温度については、液相範囲が５
００〜６３０℃にあるのでかなり広範囲の温度が適用で
きるが、接合材の組成によって適正温度条件は異なる。
ＺｎやＩｎ等の低融点成分が添加されていたり、Ｍｇや
Ｃｕ、Ｇｅ等の含有量が比較的多い場合には、６００℃
以下でも十分に接合できる。接合温度が６３０℃超で
は、接合時にろう接欠陥（回路に生じる虫食い現象）が
生じやすくなるので好ましくない。
３０℃のＡｌ合金で窒化アルミニウム基板とアルミニウ
ム板とを接合するときの温度については、液相範囲が５
００〜６３０℃にあるのでかなり広範囲の温度が適用で
きるが、接合材の組成によって適正温度条件は異なる。
ＺｎやＩｎ等の低融点成分が添加されていたり、Ｍｇや
Ｃｕ、Ｇｅ等の含有量が比較的多い場合には、６００℃
以下でも十分に接合できる。接合温度が６３０℃超で
は、接合時にろう接欠陥（回路に生じる虫食い現象）が
生じやすくなるので好ましくない。
【００３３】本発明において、加熱接合時に、窒化アル
ミニウム基板と垂直な方向に１０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ
2、特に１５〜８０ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧することは好ま
しいことである。加圧方法としては、重しを載せる、治
具を用いて機械的に加えることによって行うことができ
る。加圧は、少なくとも接合が始まる温度、例えば、Ａ
ｌ−０．３％Ｍｇ−４％Ｃｕ合金箔を用いて６１０℃で
接合する場合は、５８０℃までの温度範囲では前記圧力
以内に保たれていることが望ましい。
ミニウム基板と垂直な方向に１０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ
2、特に１５〜８０ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧することは好ま
しいことである。加圧方法としては、重しを載せる、治
具を用いて機械的に加えることによって行うことができ
る。加圧は、少なくとも接合が始まる温度、例えば、Ａ
ｌ−０．３％Ｍｇ−４％Ｃｕ合金箔を用いて６１０℃で
接合する場合は、５８０℃までの温度範囲では前記圧力
以内に保たれていることが望ましい。
【００３４】本発明の基板一体型構造体においては、窒
化アルミニウム基板の一方の面にＡｌ回路が形成され、
他方の反対面にはアルミニウム板を介して、若しくは介
さずに、ベース板やヒートシンクなどの放熱部品が接合
される。上記のＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−
Ｇｅ系合金或いはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の組成と、Ａ
ｌ／ＳｉＣ複合材に用いるＡｌを主成分とする金属の組
成を適宜選択することにより、アルミニウムからなる回
路パターン又は放熱用アルミニウム板と、Ａｌ／ＳｉＣ
複合材からなる放熱部品とを、同時に窒化アルミニウム
基板の表裏面に接合することができる。この場合、Ａｌ
−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金或いはＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の接合材は、窒化アルミニウム基
板とアルミニウム回路パターン、或いはアルミニウム回
路形成用のアルミニウム板との間に積層介在させるが、
あらかじめアルミニウム板と接合用合金をクラッドして
おくと一層使用しやすく、好ましい。
化アルミニウム基板の一方の面にＡｌ回路が形成され、
他方の反対面にはアルミニウム板を介して、若しくは介
さずに、ベース板やヒートシンクなどの放熱部品が接合
される。上記のＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−
Ｇｅ系合金或いはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の組成と、Ａ
ｌ／ＳｉＣ複合材に用いるＡｌを主成分とする金属の組
成を適宜選択することにより、アルミニウムからなる回
路パターン又は放熱用アルミニウム板と、Ａｌ／ＳｉＣ
複合材からなる放熱部品とを、同時に窒化アルミニウム
基板の表裏面に接合することができる。この場合、Ａｌ
−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金或いはＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の接合材は、窒化アルミニウム基
板とアルミニウム回路パターン、或いはアルミニウム回
路形成用のアルミニウム板との間に積層介在させるが、
あらかじめアルミニウム板と接合用合金をクラッドして
おくと一層使用しやすく、好ましい。
【００３５】放熱部品に用いているＡｌ／ＳｉＣ複合材
のＡｌを主成分とする金属の融点が低い場合、例えばＳ
ｉ含有量が１２重量％になると融点が５８０℃を下回
り、アルミニウムまたはアルミニウム合金板、窒化アル
ミニウム板並びに放熱部品を同時に接合するための条件
は、前記温度を下回る必要がある。Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系
合金のＣｕ量を１０重量％程度に増やせば可能である
が、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金ではＧｅを１０重量％まで
増やすと５２０℃でも接合することができ、一層好適で
ある。あるいは、窒化アルミニウム基板より回路基板を
あらかじめ製造し、それをＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる
放熱部品にＡｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金を用いて接合しても
よい。
のＡｌを主成分とする金属の融点が低い場合、例えばＳ
ｉ含有量が１２重量％になると融点が５８０℃を下回
り、アルミニウムまたはアルミニウム合金板、窒化アル
ミニウム板並びに放熱部品を同時に接合するための条件
は、前記温度を下回る必要がある。Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系
合金のＣｕ量を１０重量％程度に増やせば可能である
が、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金ではＧｅを１０重量％まで
増やすと５２０℃でも接合することができ、一層好適で
ある。あるいは、窒化アルミニウム基板より回路基板を
あらかじめ製造し、それをＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる
放熱部品にＡｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金を用いて接合しても
よい。
【００３６】本発明の基板一体型構造体は、Ｍｇを含有
する液相温度が５００〜６３０℃のＡｌ合金を接合材に
用いることによって、その生産性を著しく高めることが
できる。その理由の一つは、接合が真空炉に限定されな
いことである。真空炉は元来高価なうえ、連続化が難し
く、またバッチ炉では容積効率が悪い。大型炉にすると
温度分布が生じ易く、高収率での生産は望めない。これ
に対し、従来のＡｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｇｅ系合金の接合
材のかわりに、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金やＡｌ−Ｍｇ−
Ｇｅ系合金を始めとする、Ｍｇを含有する液相温度が５
００〜６３０℃のＡｌ合金をを用いると、真空下でなく
とも、Ｎ２、Ｈ２、不活性ガス及びこれらの混合ガスの
低酸素雰囲気下で接合することができるので、炉構造が
簡単になり、連続化も容易となる。更に、連続化によっ
て、温度分布等の製品のバラツキ要因を低減させること
ができ、歩留まりよく、品質の安定した製品を製造する
ことができるという効果を達することができる。
する液相温度が５００〜６３０℃のＡｌ合金を接合材に
用いることによって、その生産性を著しく高めることが
できる。その理由の一つは、接合が真空炉に限定されな
いことである。真空炉は元来高価なうえ、連続化が難し
く、またバッチ炉では容積効率が悪い。大型炉にすると
温度分布が生じ易く、高収率での生産は望めない。これ
に対し、従来のＡｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｇｅ系合金の接合
材のかわりに、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金やＡｌ−Ｍｇ−
Ｇｅ系合金を始めとする、Ｍｇを含有する液相温度が５
００〜６３０℃のＡｌ合金をを用いると、真空下でなく
とも、Ｎ２、Ｈ２、不活性ガス及びこれらの混合ガスの
低酸素雰囲気下で接合することができるので、炉構造が
簡単になり、連続化も容易となる。更に、連続化によっ
て、温度分布等の製品のバラツキ要因を低減させること
ができ、歩留まりよく、品質の安定した製品を製造する
ことができるという効果を達することができる。
【００３７】また、本発明の基板一体型構造体を製造す
る際、放熱部品同士と窒化アルミニウム基板同士が隣り
合うように積層して加熱することが好ましい。この理由
は、放熱部品は回路基板よりも一般に熱膨張係数が大き
いので、接合後の冷却によって回路基板側が凸形となり
やすく、そのような変形を軽減させるためである。これ
は、Ａｌが塑性変形の容易な材料である点を利用したも
のである。この場合において、放熱部品や窒化アルミニ
ウム基板表面に存在するアルミニウム材同士の接着を避
けるため、必要に応じてスペーサー材を介在させても良
い。
る際、放熱部品同士と窒化アルミニウム基板同士が隣り
合うように積層して加熱することが好ましい。この理由
は、放熱部品は回路基板よりも一般に熱膨張係数が大き
いので、接合後の冷却によって回路基板側が凸形となり
やすく、そのような変形を軽減させるためである。これ
は、Ａｌが塑性変形の容易な材料である点を利用したも
のである。この場合において、放熱部品や窒化アルミニ
ウム基板表面に存在するアルミニウム材同士の接着を避
けるため、必要に応じてスペーサー材を介在させても良
い。
【００３８】尚、本発明の基板一体型構造体の、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金と窒化アルミニウム板と
の接合界面には、２０ｎｍ以下の厚さのＡｌ−Ｍｇ−Ｏ
層が接合界面の一部もしくは全面に存在する。ここで、
Ａｌ−Ｍｇ−Ｏ層は、Ａｌ、Ｍｇと酸素を主成分とする
アモルファス層である。Ｍｇを含まない、もしくは少量
しか含まないろう材を用いて接合した場合は、Ａｌまた
はＡｌ合金と窒化アルミニウムの接合界面には、Ａｌ−
Ｏ層が部分もしくは全面に存在し、この場合には信頼性
の高い接合界面を得ることはできない。従って、このＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｏ層が界面の接合に有用な働きをしていると
予想される。
ニウムまたはアルミニウム合金と窒化アルミニウム板と
の接合界面には、２０ｎｍ以下の厚さのＡｌ−Ｍｇ−Ｏ
層が接合界面の一部もしくは全面に存在する。ここで、
Ａｌ−Ｍｇ−Ｏ層は、Ａｌ、Ｍｇと酸素を主成分とする
アモルファス層である。Ｍｇを含まない、もしくは少量
しか含まないろう材を用いて接合した場合は、Ａｌまた
はＡｌ合金と窒化アルミニウムの接合界面には、Ａｌ−
Ｏ層が部分もしくは全面に存在し、この場合には信頼性
の高い接合界面を得ることはできない。従って、このＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｏ層が界面の接合に有用な働きをしていると
予想される。
【００３９】更に、本発明の基板一体型構造体は、２０
０℃以上、好ましくは３００〜３５０℃程度の温度範囲
で焼鈍することによって、窒化アルミニウム基板に残留
しがちな熱応力を緩和することができる。
０℃以上、好ましくは３００〜３５０℃程度の温度範囲
で焼鈍することによって、窒化アルミニウム基板に残留
しがちな熱応力を緩和することができる。
【００４０】
【実施例】以下、実施例と比較例に基づき、本発明を更
に詳細に説明する。
に詳細に説明する。
【００４１】〔実施例１〜４、比較例１〜３〕 （１）窒化アルミニウム基板 市販の窒化アルミニウム粉にＹ2Ｏ3を表１に示す割合で
混合し、有機バインダーと有機溶剤を加えて混練した
後、ロール成形機によってシート状に成形した。これを
裁断して離型材（ＢＮ粉）を塗布し、積層して１Ｐａの
減圧下、４５０℃で脱脂し、更に大気中で脱炭素した。
各試料はＮ2雰囲気下で表１に示す焼成条件で焼結し
て、４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの窒化アルミ
ニウム基板を製造した。得られた窒化アルミニウム基板
について、Ｘ線回折により助剤相の生成を調べるととも
に、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を求めた。そ
れらの結果を表１に示す。
混合し、有機バインダーと有機溶剤を加えて混練した
後、ロール成形機によってシート状に成形した。これを
裁断して離型材（ＢＮ粉）を塗布し、積層して１Ｐａの
減圧下、４５０℃で脱脂し、更に大気中で脱炭素した。
各試料はＮ2雰囲気下で表１に示す焼成条件で焼結し
て、４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの窒化アルミ
ニウム基板を製造した。得られた窒化アルミニウム基板
について、Ｘ線回折により助剤相の生成を調べるととも
に、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を求めた。そ
れらの結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】（２）ヒートシンク及びＡｌ回路 ５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍのＡｌ／ＳｉＣ複合体（特
願平９−２８８２１９号に準じて製造したもの）、又は
５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍのＡｌブロックを用い
た。また、Ａｌ回路は市販のＡｌ材（純度≧９９．９９
％）から、回路パターンを打ち抜いて用いた。
願平９−２８８２１９号に準じて製造したもの）、又は
５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍのＡｌブロックを用い
た。また、Ａｌ回路は市販のＡｌ材（純度≧９９．９９
％）から、回路パターンを打ち抜いて用いた。
【００４４】（３）一体型構造体の作製 表２に示される接合材と、前記の窒化アルミニウム基
板、放熱部品及びＡｌ回路とを、図１のように積層し
た。これを炉外から油圧式の一軸加圧装置でカーボン製
の押し棒を介して窒化アルミニウム基板面と垂直方向に
加圧しながら加熱を行い、接合した。接合条件は、表３
に示すとおりであり、４×１０-3Ｐａの真空中（バッチ
炉）又はＮ2ガス中（連続炉）で行った。なお、比較例
１では、窒化アルミニウム基板の表裏面にＡｌ板（厚み
０．４ｍｍ）を接合した後、共晶半田で放熱部品に接合
した。
板、放熱部品及びＡｌ回路とを、図１のように積層し
た。これを炉外から油圧式の一軸加圧装置でカーボン製
の押し棒を介して窒化アルミニウム基板面と垂直方向に
加圧しながら加熱を行い、接合した。接合条件は、表３
に示すとおりであり、４×１０-3Ｐａの真空中（バッチ
炉）又はＮ2ガス中（連続炉）で行った。なお、比較例
１では、窒化アルミニウム基板の表裏面にＡｌ板（厚み
０．４ｍｍ）を接合した後、共晶半田で放熱部品に接合
した。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】（４）基板一体型構造体の評価 得られた回路基板一体型構造体について、その接合状態
を超音波探傷装置(ＳＡＴ)で観察し、直径１ｍｍ以上の
未接合部又は１％以上の未接合面積部が確認できたもの
を接合不良とした。次に、各試料は、−４０℃、３０分
→室温、１０分→１２５℃、３０分→室温、１０分を１
サイクルとして３０００サイクルのヒートサイクルテス
トを行った後、外観観察して異常の有無を確認し、再び
ＳＡＴで接合状態を調べた。それらの結果を表４に示
す。
を超音波探傷装置(ＳＡＴ)で観察し、直径１ｍｍ以上の
未接合部又は１％以上の未接合面積部が確認できたもの
を接合不良とした。次に、各試料は、−４０℃、３０分
→室温、１０分→１２５℃、３０分→室温、１０分を１
サイクルとして３０００サイクルのヒートサイクルテス
トを行った後、外観観察して異常の有無を確認し、再び
ＳＡＴで接合状態を調べた。それらの結果を表４に示
す。
【００４８】
【表４】
【００４９】実施例、比較例から明らかなように、本発
明の基板一体型造体では、いずれも良好な接合状態を示
した。特に、実施例１、２、４では、簡易的な連続炉を
用いたにも拘わらず、接合不良のない基板一体型構造体
が得られている。これに対して、比較例１〜３では、ヒ
ートサイクル後には不良品が多発している。
明の基板一体型造体では、いずれも良好な接合状態を示
した。特に、実施例１、２、４では、簡易的な連続炉を
用いたにも拘わらず、接合不良のない基板一体型構造体
が得られている。これに対して、比較例１〜３では、ヒ
ートサイクル後には不良品が多発している。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、軽量にして放熱性に優
れた高信頼性の基板一体型構造体が提供され、前記基板
上に回路形成するのみで、軽量で放熱性に優れた回路基
板が放熱部品に一体化された構造体を得ることができ
る。
れた高信頼性の基板一体型構造体が提供され、前記基板
上に回路形成するのみで、軽量で放熱性に優れた回路基
板が放熱部品に一体化された構造体を得ることができ
る。
【図１】 本発明の実施例、比較例の基板一体型構造体
を得るときの積層方法を説明する図。
を得るときの積層方法を説明する図。
１ カーボン製スペーサー ２ Ａｌ ３ 接合材 ４ 窒化アルミニウム基板 ５ 接合材 ６ 放熱部品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ (72)発明者 伏井 康人 福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業株 式会社大牟田工場内 Ｆターム(参考） 5E322 AA11 AB06 5E338 AA18 BB71 BB75 CC01 EE02 5F036 AA01 BA04 BA26 BB01 BC06 BD01 BD03 BD14
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも一面にアルミニウムまたはアル
ミニウム合金板が接合された窒化アルミニウム基板と、
炭化珪素質多孔体にＡｌを主成分とする金属を含浸して
なる放熱部品とからなる基板一体型構造体であって、前
記アルミニウムまたはアルミニウム合金板と前記放熱部
品とが、ＭｇとＣｕ、Ｇｅ及びＳｉからなる群から選ば
れる１種以上とを含有し、液相を形成する温度が５００
〜６３０℃であるＡｌ合金を介して接合されていること
を特徴とする基板一体型構造体。 - 【請求項２】放熱部品は、該放熱部品の主面にＡｌを主
成分とする金属層が厚さ１０μｍ以上設けられているこ
とを特徴とする請求項１項記載の回路基板一体型構造
体。 - 【請求項３】放熱部品が、炭化珪素を４０〜７０体積％
で残部がＳｉを４〜１４重量％含むアルミニウム合金か
らなり、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍＫ以上であるアルミニ
ウム−炭化珪素複合体からなることを特徴とする請求項
１又は請求項２項記載の回路基板一体型構造体。 - 【請求項４】窒化アルミニウム基板が、熱伝導率１３０
Ｗ／ｍＫ以上であり、その表面のＸ線回折ピーク強度比
が、２≦（Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１００≦１
７、かつ（２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3／ＡｌＮ）×１００≦２
を有するものであることを特徴とする請求項１、請求項
２又は請求項３記載の回路基板一体型構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21179499A JP4104253B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 基板一体型構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21179499A JP4104253B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 基板一体型構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001044345A true JP2001044345A (ja) | 2001-02-16 |
| JP4104253B2 JP4104253B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=16611727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21179499A Expired - Fee Related JP4104253B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 基板一体型構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4104253B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002334959A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | モジュール構造体 |
| JP2003008177A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-01-10 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 一体型セラミックス回路基板製造方法 |
| JP2005252136A (ja) * | 2004-03-08 | 2005-09-15 | Dowa Mining Co Ltd | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 |
| JP2014132687A (ja) * | 2014-03-20 | 2014-07-17 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2014138124A (ja) * | 2013-01-17 | 2014-07-28 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2014143351A (ja) * | 2013-01-25 | 2014-08-07 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2014167984A (ja) * | 2013-02-28 | 2014-09-11 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2015130431A (ja) * | 2014-01-08 | 2015-07-16 | 三菱マテリアル株式会社 | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2017120828A (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、接合体及びヒートシンク付パワーモジュール用基板 |
| JP2017168568A (ja) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2018030755A (ja) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 三菱マテリアル株式会社 | セラミックス／Ａｌ−ＳｉＣ複合材料接合体の製造方法、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2018032732A (ja) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 三菱マテリアル株式会社 | セラミックス／Ａｌ−ＳｉＣ複合材料接合体の製造方法、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| KR20180077170A (ko) | 2015-11-06 | 2018-07-06 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 세라믹스/알루미늄 접합체, 파워 모듈용 기판, 및 파워 모듈 |
| JP2019145604A (ja) * | 2018-02-19 | 2019-08-29 | 三菱マテリアル株式会社 | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2019165100A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 三菱マテリアル株式会社 | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
-
1999
- 1999-07-27 JP JP21179499A patent/JP4104253B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002334959A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | モジュール構造体 |
| JP2003008177A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-01-10 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 一体型セラミックス回路基板製造方法 |
| JP4674999B2 (ja) * | 2001-06-18 | 2011-04-20 | 電気化学工業株式会社 | 一体型セラミックス回路基板製造方法 |
| JP2005252136A (ja) * | 2004-03-08 | 2005-09-15 | Dowa Mining Co Ltd | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 |
| JP4543275B2 (ja) * | 2004-03-08 | 2010-09-15 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 |
| JP2014138124A (ja) * | 2013-01-17 | 2014-07-28 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2014143351A (ja) * | 2013-01-25 | 2014-08-07 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2014167984A (ja) * | 2013-02-28 | 2014-09-11 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2015130431A (ja) * | 2014-01-08 | 2015-07-16 | 三菱マテリアル株式会社 | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2014132687A (ja) * | 2014-03-20 | 2014-07-17 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法 |
| KR20180077170A (ko) | 2015-11-06 | 2018-07-06 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 세라믹스/알루미늄 접합체, 파워 모듈용 기판, 및 파워 모듈 |
| US10607907B2 (en) | 2015-11-06 | 2020-03-31 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic-aluminum conjugate, power module substrate, and power module |
| JP2017120828A (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、接合体及びヒートシンク付パワーモジュール用基板 |
| JP2017168568A (ja) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2018030755A (ja) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 三菱マテリアル株式会社 | セラミックス／Ａｌ−ＳｉＣ複合材料接合体の製造方法、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2018032732A (ja) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 三菱マテリアル株式会社 | セラミックス／Ａｌ−ＳｉＣ複合材料接合体の製造方法、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2019145604A (ja) * | 2018-02-19 | 2019-08-29 | 三菱マテリアル株式会社 | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2019165100A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 三菱マテリアル株式会社 | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
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