JP2001089257A - Ａｌ回路板用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板 - Google Patents
Ａｌ回路板用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板Info
- Publication number
- JP2001089257A JP2001089257A JP25861799A JP25861799A JP2001089257A JP 2001089257 A JP2001089257 A JP 2001089257A JP 25861799 A JP25861799 A JP 25861799A JP 25861799 A JP25861799 A JP 25861799A JP 2001089257 A JP2001089257 A JP 2001089257A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit board
- brazing material
- aluminum
- ceramic
- joining
- 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
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】安価で高信頼性のＡｌ回路付きセラミックス基
板を提供すること。 【解決手段】Ｓｎが０．１〜１０重量％、Ｍｇが０〜５
重量％を含有するＡｌ合金からなるセラミックス基板と
アルミニウムを主成分とする金属板とを接合するための
ろう材、好ましくは、更にＳｉ、Ｃｕ、Ｇｅから選ばれ
る一種以上の元素を含有するろう材とそれを用いてなる
セラミックス回路基板。
板を提供すること。 【解決手段】Ｓｎが０．１〜１０重量％、Ｍｇが０〜５
重量％を含有するＡｌ合金からなるセラミックス基板と
アルミニウムを主成分とする金属板とを接合するための
ろう材、好ましくは、更にＳｉ、Ｃｕ、Ｇｅから選ばれ
る一種以上の元素を含有するろう材とそれを用いてなる
セラミックス回路基板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
等に使用される高信頼性回路基板に関する。
等に使用される高信頼性回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、パワーモジュール等に利用される
半導体装置においては、アルミナ、ベリリア、窒化ケイ
素、窒化アルミニウム等のセラミックス基板の表裏面に
Ｃｕ、Ａｌ、それらの金属を成分とする合金等の回路と
放熱板がとがそれぞれ形成されてなるセラミックス回路
基板が、樹脂基板或いは樹脂基板と金属基板との複合基
板よりも、高絶縁性が安定して得られる特徴があること
から、用いられている。
半導体装置においては、アルミナ、ベリリア、窒化ケイ
素、窒化アルミニウム等のセラミックス基板の表裏面に
Ｃｕ、Ａｌ、それらの金属を成分とする合金等の回路と
放熱板がとがそれぞれ形成されてなるセラミックス回路
基板が、樹脂基板或いは樹脂基板と金属基板との複合基
板よりも、高絶縁性が安定して得られる特徴があること
から、用いられている。
【０００３】前記セラミックス回路基板は、セラミック
ス基板と回路や放熱板となる金属板と接合して形成され
るが、セラミックス基板と回路又は放熱板との接合方法
としては、大別してろう材を用いたろう付け法とろう材
を用いない方法が知られている。後者の代表的な方法と
して、タフピッチ銅板とアルミナをＣｕ−Ｏの共晶点を
利用して接合するＤＢＣ法が知られている。しかし、い
ずれの方法においても、回路の材質がＣｕの場合は、セ
ラミックス基板や半田との熱膨張差に起因する熱応力の
発生は避けられず、繰り返しの熱履歴によってセラミッ
クス基板や半田にクラックを発生し、高信頼性が十分で
はない。
ス基板と回路や放熱板となる金属板と接合して形成され
るが、セラミックス基板と回路又は放熱板との接合方法
としては、大別してろう材を用いたろう付け法とろう材
を用いない方法が知られている。後者の代表的な方法と
して、タフピッチ銅板とアルミナをＣｕ−Ｏの共晶点を
利用して接合するＤＢＣ法が知られている。しかし、い
ずれの方法においても、回路の材質がＣｕの場合は、セ
ラミックス基板や半田との熱膨張差に起因する熱応力の
発生は避けられず、繰り返しの熱履歴によってセラミッ
クス基板や半田にクラックを発生し、高信頼性が十分で
はない。
【０００４】前記事情を考慮して、熱伝導性や電気伝導
性ではややＣｕに劣るものの、Ａｌを回路材質に選定す
ることで、熱応力を受けた際に塑性変形させセラミック
ス基板や半田へかかる応力を緩和し、信頼性を改善する
試みが行われている。
性ではややＣｕに劣るものの、Ａｌを回路材質に選定す
ることで、熱応力を受けた際に塑性変形させセラミック
ス基板や半田へかかる応力を緩和し、信頼性を改善する
試みが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａｌ回
路の形成方法としては、（１）溶融アルミニウムをセラ
ミックス基板に接触・冷却して両者の接合体を製造した
後、Ａｌ板を機械研削して厚みを整え、その後エッチン
グする溶湯法、（２）Ａｌ板又はＡｌ合金板をろう付け
してエッチングする方法が知られているが、両者ともに
通常のＣｕ回路を形成する場合と比較して２〜５倍程度
のコストが必要となり、Ａｌ回路を有するセラミックス
回路基板は高価であり、その普及が特殊用途以外には制
限されてしまっているという現実がある。
路の形成方法としては、（１）溶融アルミニウムをセラ
ミックス基板に接触・冷却して両者の接合体を製造した
後、Ａｌ板を機械研削して厚みを整え、その後エッチン
グする溶湯法、（２）Ａｌ板又はＡｌ合金板をろう付け
してエッチングする方法が知られているが、両者ともに
通常のＣｕ回路を形成する場合と比較して２〜５倍程度
のコストが必要となり、Ａｌ回路を有するセラミックス
回路基板は高価であり、その普及が特殊用途以外には制
限されてしまっているという現実がある。
【０００６】本発明者らは、生産効率の悪い前記（１）
の溶湯法は別として、前記（２）のろう付け法において
は、Ａｌ回路がＣｕ回路よりもコストアップする主な原
因について検討し、技術的には接合条件が非常に狭いこ
とが主原因であると知るに至ったものである。
の溶湯法は別として、前記（２）のろう付け法において
は、Ａｌ回路がＣｕ回路よりもコストアップする主な原
因について検討し、技術的には接合条件が非常に狭いこ
とが主原因であると知るに至ったものである。
【０００７】つまり、セラミックスとアルミニウムの接
合材としては、アルミニウム同士の接合用ろう材として
公知のＡｌ−Ｓｉ系が適用されており、特開平４−１２
５５４号公報及び特開平４−１８７４６号公報には、Ａ
ｌ−Ｓｉ系ろう材を用いたアルミニウム−セラミックス
基板が開示されている。しかし、前記ろう材を用いて得
られる接合材のヒートサイクル特性はパワーモジュール
用途には不十分なものであった。
合材としては、アルミニウム同士の接合用ろう材として
公知のＡｌ−Ｓｉ系が適用されており、特開平４−１２
５５４号公報及び特開平４−１８７４６号公報には、Ａ
ｌ−Ｓｉ系ろう材を用いたアルミニウム−セラミックス
基板が開示されている。しかし、前記ろう材を用いて得
られる接合材のヒートサイクル特性はパワーモジュール
用途には不十分なものであった。
【０００８】本発明者は、上記原因について検討し、Ａ
ｌの溶融温度（６６０℃）と接合温度（例えば、一般的
なろう材であるＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いた場合の接合
温度は６３０〜６５０℃となる）とが近いために、局部
的にＡｌが溶融してろう接欠陥が生じやすく、その発生
を防止しつつ品質の良好なセラミックス回路基板を製造
することには、非常に高度な熟練と労力が必要となるこ
と、ことに、窒化アルミニウムや窒化珪素等の窒化物セ
ラミックスをはじめとする非酸化物セラミックスでは、
ろう材とセラミックス基板の接合強度が不十分であり、
接合体のヒートサイクル特性がパワーモジュール用途に
対して十分なものが容易に得ることができないという知
見を得て、本発明に至ったものである。
ｌの溶融温度（６６０℃）と接合温度（例えば、一般的
なろう材であるＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いた場合の接合
温度は６３０〜６５０℃となる）とが近いために、局部
的にＡｌが溶融してろう接欠陥が生じやすく、その発生
を防止しつつ品質の良好なセラミックス回路基板を製造
することには、非常に高度な熟練と労力が必要となるこ
と、ことに、窒化アルミニウムや窒化珪素等の窒化物セ
ラミックスをはじめとする非酸化物セラミックスでは、
ろう材とセラミックス基板の接合強度が不十分であり、
接合体のヒートサイクル特性がパワーモジュール用途に
対して十分なものが容易に得ることができないという知
見を得て、本発明に至ったものである。
【０００９】即ち、本発明者らは、上記の公知技術の事
情に鑑みていろいろ検討した結果、セラミックス基板と
回路や放熱板となるアルミニウムを主成分とする金属板
とをろう材を用いて接合する際に、微量のＳｎを含むＡ
ｌ合金を用いることで、接合温度域が広がり、また得ら
れる接合体の接合強度を高めることができるという知見
を得て、本発明を完成させたものである。
情に鑑みていろいろ検討した結果、セラミックス基板と
回路や放熱板となるアルミニウムを主成分とする金属板
とをろう材を用いて接合する際に、微量のＳｎを含むＡ
ｌ合金を用いることで、接合温度域が広がり、また得ら
れる接合体の接合強度を高めることができるという知見
を得て、本発明を完成させたものである。
【００１０】本発明の目的は、セラミックス基板にアル
ミニウムを主成分とする回路が形成されてなる回路基板
を、その高信頼性を保持しつつ安価に提供することであ
る。
ミニウムを主成分とする回路が形成されてなる回路基板
を、その高信頼性を保持しつつ安価に提供することであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
基板とアルミニウムを主成分とする金属板とを接合する
ろう材であって、Ｓｎが０．１〜１０重量％、Ｍｇが０
〜５重量％を含有するＡｌ合金からなることを特徴とす
るろう材である。また、本発明は前記ろう材中にＳｉ、
Ｃｕ、Ｇｅから選ばれる一種以上の元素を含有すること
を特徴とするろう材である。
基板とアルミニウムを主成分とする金属板とを接合する
ろう材であって、Ｓｎが０．１〜１０重量％、Ｍｇが０
〜５重量％を含有するＡｌ合金からなることを特徴とす
るろう材である。また、本発明は前記ろう材中にＳｉ、
Ｃｕ、Ｇｅから選ばれる一種以上の元素を含有すること
を特徴とするろう材である。
【００１２】また、本発明は、前記ろう材を介して、セ
ラミックス基板とアルミニウムを主成分とする金属板を
接合してなることを特徴とするセラミックス回路基板で
あり、好ましくは、前記セラミックス基板が、窒化アル
ミニウム、窒化珪素、炭化珪素又はアルミナの何れかで
あることを特徴とするものである。
ラミックス基板とアルミニウムを主成分とする金属板を
接合してなることを特徴とするセラミックス回路基板で
あり、好ましくは、前記セラミックス基板が、窒化アル
ミニウム、窒化珪素、炭化珪素又はアルミナの何れかで
あることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、セラミックス基板とア
ルミニウムを主成分とする金属板とを接合するろう材で
あって、Ｓｎが０．１〜１０重量％、Ｍｇが０〜５重量
％を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とす
るろう材である。本発明者らは、アルミニウムを主成分
とする金属板とセラミックス基板との接合用ろう材とし
て、両者の接合面に於いて界面活性を高める微量含有元
素をいろいろ実験的に検討した結果、Ｓｎを０．１〜１
０重量％、Ｍｇを０〜５重量％を含有するアルミニウム
合金をろう材に用いるときに、接合温度域が広がり、ま
た得られる接合体の接合強度を高めることができること
を見出したものである。
ルミニウムを主成分とする金属板とを接合するろう材で
あって、Ｓｎが０．１〜１０重量％、Ｍｇが０〜５重量
％を含有するアルミニウム合金からなることを特徴とす
るろう材である。本発明者らは、アルミニウムを主成分
とする金属板とセラミックス基板との接合用ろう材とし
て、両者の接合面に於いて界面活性を高める微量含有元
素をいろいろ実験的に検討した結果、Ｓｎを０．１〜１
０重量％、Ｍｇを０〜５重量％を含有するアルミニウム
合金をろう材に用いるときに、接合温度域が広がり、ま
た得られる接合体の接合強度を高めることができること
を見出したものである。
【００１４】前記効果が得られる理由は定かでないが、
本発明者らは、次のように考えている。即ち、ＳｎはＡ
ｌ中にほとんど固溶せず、純Ｓｎ粒として点在する。Ａ
ｌ−Ｓｎの共融点（２３２℃）以上の接合温度ではＳｎ
のみが溶融し、接合界面に溶出し、界面を活性化し接合
することができる。しかし、多量の存在は、接合温度条
件下で接合には過量の液相を生じることから好ましくな
い。従って、アルミニウム中に含まれるべきＳｎ量につ
いて、適量範囲が存在するが、本発明者らの検討によれ
ば、Ｓｎを０．１〜１０重量％含有する、好ましくは
０．２〜２重量％含有するとき、前記効果が好ましく発
揮される。Ｓｎが０．１重量％未満では、接合温度をＡ
ｌ融点近傍でも接合界面を十分に濡らすことができず、
また１０重量％を越えると、半田付け等の２３２℃以上
の温度での処理の際に接合界面に多量の液相が発生し、
接合界面にずれを生じる可能性があり、好ましくない。
本発明者らは、次のように考えている。即ち、ＳｎはＡ
ｌ中にほとんど固溶せず、純Ｓｎ粒として点在する。Ａ
ｌ−Ｓｎの共融点（２３２℃）以上の接合温度ではＳｎ
のみが溶融し、接合界面に溶出し、界面を活性化し接合
することができる。しかし、多量の存在は、接合温度条
件下で接合には過量の液相を生じることから好ましくな
い。従って、アルミニウム中に含まれるべきＳｎ量につ
いて、適量範囲が存在するが、本発明者らの検討によれ
ば、Ｓｎを０．１〜１０重量％含有する、好ましくは
０．２〜２重量％含有するとき、前記効果が好ましく発
揮される。Ｓｎが０．１重量％未満では、接合温度をＡ
ｌ融点近傍でも接合界面を十分に濡らすことができず、
また１０重量％を越えると、半田付け等の２３２℃以上
の温度での処理の際に接合界面に多量の液相が発生し、
接合界面にずれを生じる可能性があり、好ましくない。
【００１５】また、Ｍｇは前記Ｓｎと組み合わせて用い
て、金属板及びセラミックス基板の界面活性を高め、接
合強度を高める。その含有量については、０〜５重量
％、好ましくは０．２〜３重量％である。Ｍｇが５重量
％を越えると接合界面が脆くなり、回路基板の熱履歴に
より界面破壊が起こりやすくなる。
て、金属板及びセラミックス基板の界面活性を高め、接
合強度を高める。その含有量については、０〜５重量
％、好ましくは０．２〜３重量％である。Ｍｇが５重量
％を越えると接合界面が脆くなり、回路基板の熱履歴に
より界面破壊が起こりやすくなる。
【００１６】更に、本発明の接合ろう材は、Ａｌ、Ｓ
ｎ、Ｍｇ以外に接合温度を下げる目的でＳｉ、Ｃｕ、Ｇ
ｅから選ばれる１種以上の元素を含んでもよい。これら
の元素に関して、高信頼性回路基板用接合ろう材とする
ためには、Ｃｕ含有量は６重量％以下、Ｓｉ含有量は１
３重量％以下、Ｇｅ含有量は３０重量％以下であること
が好ましい。含有量がこれを越えると、接合後のろう材
の拡散部が特に硬くなって回路基板の熱履歴に対して不
利となることがある。
ｎ、Ｍｇ以外に接合温度を下げる目的でＳｉ、Ｃｕ、Ｇ
ｅから選ばれる１種以上の元素を含んでもよい。これら
の元素に関して、高信頼性回路基板用接合ろう材とする
ためには、Ｃｕ含有量は６重量％以下、Ｓｉ含有量は１
３重量％以下、Ｇｅ含有量は３０重量％以下であること
が好ましい。含有量がこれを越えると、接合後のろう材
の拡散部が特に硬くなって回路基板の熱履歴に対して不
利となることがある。
【００１７】本発明のろう材の形態は、前述組成の合金
の箔又は粉末、ないしはこれらの組成からなる混合粉末
のいずれでも良い。この中にあっても、本発明において
は、酸化物層量が少ない合金箔が好ましい。そして、本
発明のろう材の作成方法は、前記形態に応じて、従来公
知の方法、例えば、所望組成の金属粉末からなる合金を
溶解して合金として凝固させ、圧延と焼き鈍しを繰り返
して合金箔とする方法等を採用することができる。
の箔又は粉末、ないしはこれらの組成からなる混合粉末
のいずれでも良い。この中にあっても、本発明において
は、酸化物層量が少ない合金箔が好ましい。そして、本
発明のろう材の作成方法は、前記形態に応じて、従来公
知の方法、例えば、所望組成の金属粉末からなる合金を
溶解して合金として凝固させ、圧延と焼き鈍しを繰り返
して合金箔とする方法等を採用することができる。
【００１８】また、前記合金箔形態のろう材に関して
は、Ａｌ金属板の厚みに対し１／１０〜１／５０の厚み
の合金箔が好ましい。１／５０未満では、十分な接合が
難しくなり、また１／１０を越えるとＡｌ回路が硬くな
り回路基板の熱履歴に対して不利となる。特に好ましく
は、１００μｍ以下の厚みにあって、しかもＡｌ回路の
厚みに対して１／１２〜１／４０の厚みである。
は、Ａｌ金属板の厚みに対し１／１０〜１／５０の厚み
の合金箔が好ましい。１／５０未満では、十分な接合が
難しくなり、また１／１０を越えるとＡｌ回路が硬くな
り回路基板の熱履歴に対して不利となる。特に好ましく
は、１００μｍ以下の厚みにあって、しかもＡｌ回路の
厚みに対して１／１２〜１／４０の厚みである。
【００１９】本発明に用いるアルミニウムを主成分とす
る金属板（以下、単にＡｌ板という）の材質について
は、ＪＩＳ呼称１０００系の純Ａｌは勿論、接合が容易
な４０００系のＡｌ−Ｓｉ系合金や６０００系のＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金等があるが、なかでも降伏耐力が低
く、融点の高い高純度Ａｌが好ましい。また、その厚み
は、通常０．３〜０．５ｍｍであり、この範囲を著しく
逸脱すると、前記ろう材合金箔との好適な厚み関係が維
持できなくなる。
る金属板（以下、単にＡｌ板という）の材質について
は、ＪＩＳ呼称１０００系の純Ａｌは勿論、接合が容易
な４０００系のＡｌ−Ｓｉ系合金や６０００系のＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金等があるが、なかでも降伏耐力が低
く、融点の高い高純度Ａｌが好ましい。また、その厚み
は、通常０．３〜０．５ｍｍであり、この範囲を著しく
逸脱すると、前記ろう材合金箔との好適な厚み関係が維
持できなくなる。
【００２０】また、回路基板の基材となるセラミックス
としては、電気絶縁性で熱伝導性に富むものならばどの
様なものでも構わず、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や
炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）等を挙げることができるが、これら
の内では、電力が大きなパワーデバイスで熱の発生が大
きいことを考慮すると絶縁耐圧が高く、熱伝導性の高い
ことから、窒化アルミニウム基板や窒化珪素基板が適し
ている。
としては、電気絶縁性で熱伝導性に富むものならばどの
様なものでも構わず、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や
炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）等を挙げることができるが、これら
の内では、電力が大きなパワーデバイスで熱の発生が大
きいことを考慮すると絶縁耐圧が高く、熱伝導性の高い
ことから、窒化アルミニウム基板や窒化珪素基板が適し
ている。
【００２１】本発明のセラミックス回路基板は、前記Ａ
ｌ板とセラミックス基板とを、前記接合用ろう材を用い
て加熱接合し、エッチングする方法、Ａｌ板から打ち抜
かれた回路パターンをセラミックス基板に前記接合用ろ
う材を用いて接合する方法等の従来公知の方法によっ
て、製造することができる。
ｌ板とセラミックス基板とを、前記接合用ろう材を用い
て加熱接合し、エッチングする方法、Ａｌ板から打ち抜
かれた回路パターンをセラミックス基板に前記接合用ろ
う材を用いて接合する方法等の従来公知の方法によっ
て、製造することができる。
【００２２】いずれの方法においても、接合温度は４５
０〜６４０℃の範囲にあるが、接合ろう材組成によって
最適な温度条件は異なる。接合に必要な最低温度はＳ
ｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、ＣｕやＧｅ等の含有量に依存し、それ
らが多いほど接合温度は低下する。本発明に於いて、接
合温度が６４０℃を越えると、接合時にろう接欠陥（Ａ
ｌ回路に生じた虫食い現象）が生じやすくなるので、好
ましくない。
０〜６４０℃の範囲にあるが、接合ろう材組成によって
最適な温度条件は異なる。接合に必要な最低温度はＳ
ｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、ＣｕやＧｅ等の含有量に依存し、それ
らが多いほど接合温度は低下する。本発明に於いて、接
合温度が６４０℃を越えると、接合時にろう接欠陥（Ａ
ｌ回路に生じた虫食い現象）が生じやすくなるので、好
ましくない。
【００２３】また、接合時にセラミックス基板面と垂直
方向に１〜５０ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧することが接合力
の高いセラミックス回路基板が得られることから好まし
い。接合時に１〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2の力で加圧するこ
とにより、セラミックス基板自体に特に厳しい平滑度や
平面度を求めることなくセラミックス基板とＡｌ板との
接合が容易にでき生産性が向上することに加えて、接合
用ろう材中のＳｎは接合時に力が加わるとその方向への
移動が促進され、その結果、接合界面の活性がより高め
られ、強い接合を得ることができる。
方向に１〜５０ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧することが接合力
の高いセラミックス回路基板が得られることから好まし
い。接合時に１〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2の力で加圧するこ
とにより、セラミックス基板自体に特に厳しい平滑度や
平面度を求めることなくセラミックス基板とＡｌ板との
接合が容易にでき生産性が向上することに加えて、接合
用ろう材中のＳｎは接合時に力が加わるとその方向への
移動が促進され、その結果、接合界面の活性がより高め
られ、強い接合を得ることができる。
【００２４】前記した通りに、接合用ろう材の形態とし
ては合金箔が好適であるものの、該合金の粉末ないしは
該組成を有する金属混合粉末を有機バインダーと溶剤で
ペースト状にしたものを使用することもできる。この場
合においては、前記合金粉末や金属粉末の酸化防止に十
分な注意が必要である。本発明者らの検討結果によれ
ば、合金又は金属粉末中の酸素量は１重量％以下、特に
０．８重量％以下に調整して使用されることが好まし
い。
ては合金箔が好適であるものの、該合金の粉末ないしは
該組成を有する金属混合粉末を有機バインダーと溶剤で
ペースト状にしたものを使用することもできる。この場
合においては、前記合金粉末や金属粉末の酸化防止に十
分な注意が必要である。本発明者らの検討結果によれ
ば、合金又は金属粉末中の酸素量は１重量％以下、特に
０．８重量％以下に調整して使用されることが好まし
い。
【００２５】前記ろう材中の酸素量に関しては、前記合
金箔におけるＡｌ板との厚み関係を保持するために、合
金箔相当の厚さに換算する必要があるが、例えば、粉末
の充填密度５０％のペースト層１００μｍの場合は合金
箔の厚み５０μｍに相当すると換算すれば良い。
金箔におけるＡｌ板との厚み関係を保持するために、合
金箔相当の厚さに換算する必要があるが、例えば、粉末
の充填密度５０％のペースト層１００μｍの場合は合金
箔の厚み５０μｍに相当すると換算すれば良い。
【００２６】尚、接合用ろう材は、セラミックス側、金
属板又は回路パターン側のどちらに配置してもよく、ま
た合金箔は、予め金属板又は回路パターンとクラッド化
しておいてもよい。
属板又は回路パターン側のどちらに配置してもよく、ま
た合金箔は、予め金属板又は回路パターンとクラッド化
しておいてもよい。
【００２７】
【実施例】〔実施例１〜６、比較例１〜４〕セラミック
ス基板として窒化アルミニウム基板を用いた。サイズは
５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍであり、熱伝導率
は、１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、また三点曲げ強度の
平均値は４００ＭＰａである。Ａｌ板としては、純度９
９．８５％（ＪＩＳ−Ａ１０８５）の厚み０．４ｍｍの
ものを用いた。
ス基板として窒化アルミニウム基板を用いた。サイズは
５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍであり、熱伝導率
は、１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、また三点曲げ強度の
平均値は４００ＭＰａである。Ａｌ板としては、純度９
９．８５％（ＪＩＳ−Ａ１０８５）の厚み０．４ｍｍの
ものを用いた。
【００２８】ろう材である合金箔は次の方法により作製
した。市販の純Ａｌ、Ａｌ−１０ｗｔ％Ｍｇ合金、Ａｌ
−１２ｗｔ％Ｓｉ合金及びＡｌ−３３ｗｔ％Ｃｕ合金イ
ンゴット及び塊状Ｓｎ、Ｇｅを所定量秤取り、アーク溶
解炉にて合金化した。溶解した合金を型に流し込み、圧
延機を通した薄化とアニールを繰り返し、最終的に厚さ
２０μｍの箔とした。作製した合金箔は化学分析により
目的とする組成であることを確認した。
した。市販の純Ａｌ、Ａｌ−１０ｗｔ％Ｍｇ合金、Ａｌ
−１２ｗｔ％Ｓｉ合金及びＡｌ−３３ｗｔ％Ｃｕ合金イ
ンゴット及び塊状Ｓｎ、Ｇｅを所定量秤取り、アーク溶
解炉にて合金化した。溶解した合金を型に流し込み、圧
延機を通した薄化とアニールを繰り返し、最終的に厚さ
２０μｍの箔とした。作製した合金箔は化学分析により
目的とする組成であることを確認した。
【００２９】次ぎに、窒化アルミニウム基板の両面にＡ
ｌ板を上記の方法により作製した表１の組成のろう材の
合金箔を介して重ね、垂直方向に３５ｋｇｆ／ｃｍ2で
加圧した。そして、１０-3Ｐａ台の真空中、温度４５０
〜６４０℃の条件で加熱し、接合して接合体を得た。接
合体は、目視及び超音波探傷による接合不良やろう接欠
陥を検査し、各ろう材の接合可能温度域を調べた。この
結果を表１に示す。
ｌ板を上記の方法により作製した表１の組成のろう材の
合金箔を介して重ね、垂直方向に３５ｋｇｆ／ｃｍ2で
加圧した。そして、１０-3Ｐａ台の真空中、温度４５０
〜６４０℃の条件で加熱し、接合して接合体を得た。接
合体は、目視及び超音波探傷による接合不良やろう接欠
陥を検査し、各ろう材の接合可能温度域を調べた。この
結果を表１に示す。
【００３０】次いで、前記試験の接合最低温度で接合し
た試料について、片面のＡｌ板表面の所望部分にエッチ
ングレジストをスクリーン印刷して、塩化第二鉄溶液に
てエッチング処理し、回路パターンを形成した。レジス
トを剥離した後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキを３μｍ厚さで
施し、セラミックス回路基板とした。
た試料について、片面のＡｌ板表面の所望部分にエッチ
ングレジストをスクリーン印刷して、塩化第二鉄溶液に
てエッチング処理し、回路パターンを形成した。レジス
トを剥離した後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキを３μｍ厚さで
施し、セラミックス回路基板とした。
【００３１】前記セラミックス回路基板について、−４
０℃×３０分→室温×１０分→１２５℃×３０分→室温
×１０分を１サイクルとするヒートサイクルを３０００
回負荷した後、目視及び超音波探傷による回路板の剥離
や窒化アルミニウム基板におけるクラックの発生状況等
の異常の有無を観察した。この結果を表１に示した。
０℃×３０分→室温×１０分→１２５℃×３０分→室温
×１０分を１サイクルとするヒートサイクルを３０００
回負荷した後、目視及び超音波探傷による回路板の剥離
や窒化アルミニウム基板におけるクラックの発生状況等
の異常の有無を観察した。この結果を表１に示した。
【００３２】
【表１】
【００３３】〔実施例７〕セラミックス基板として窒化
珪素基板を用いた。サイズは５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．
６３５ｍｍであり、熱伝導率は、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）で
あり、また三点曲げ強度の平均値は７５０ＭＰａであ
る。Ａｌ板は、純度９９．８５％（ＪＩＳ−Ａ１０８
５）の厚み０．４ｍｍのものである。
珪素基板を用いた。サイズは５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．
６３５ｍｍであり、熱伝導率は、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）で
あり、また三点曲げ強度の平均値は７５０ＭＰａであ
る。Ａｌ板は、純度９９．８５％（ＪＩＳ−Ａ１０８
５）の厚み０．４ｍｍのものである。
【００３４】窒化珪素基板の両面にＡｌ板を実施例１の
接合ろう材（厚さ２０μｍの合金箔）を介して重ね、垂
直方向に３５ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧した。そして、１０
-3Ｐａ台の真空中、温度６１０℃で加熱し接合した。接
合体は、目視及び超音波探傷により接合不良やろう接欠
陥は認められなかった。
接合ろう材（厚さ２０μｍの合金箔）を介して重ね、垂
直方向に３５ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧した。そして、１０
-3Ｐａ台の真空中、温度６１０℃で加熱し接合した。接
合体は、目視及び超音波探傷により接合不良やろう接欠
陥は認められなかった。
【００３５】次に、実施例１と同じ操作を行い窒化珪素
回路基板を作製した。その後、前記回路基板に−４０℃
×３０分→室温×１０分→１２５℃×３０分→室温×１
０分を１サイクルとするヒートサイクルを３０００回負
荷したが、回路間の基板部分に亀裂が発生したり、回路
が剥離するような異常は認められなかった。
回路基板を作製した。その後、前記回路基板に−４０℃
×３０分→室温×１０分→１２５℃×３０分→室温×１
０分を１サイクルとするヒートサイクルを３０００回負
荷したが、回路間の基板部分に亀裂が発生したり、回路
が剥離するような異常は認められなかった。
【００３６】〔実施例８、比較例５〕実施例１と同じ操
作方法で回路基板を作製した。接合用ろう材には、実施
例８では８ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｓｎ−１ｗｔ％Ｍ
ｇ−残Ａｌ混合粉末を、比較例５では、８ｗｔ％Ｓｉ−
残Ａｌ混合粉末（重量比）を、いずれも有機バインダー
（三菱レーヨン製「ダイヤナールＢＲレジン」、「ＢＲ
−１０１」グレード）、溶剤（和光純薬工業製「α−テ
レペネオール」）によりペースト化したものを使用し
た。また、接合温度は６００℃とした。実施例８の接合
体は、目視及び超音波探傷により調査したが、接合不良
やろう接欠陥は認められなかった。また、ヒートサイク
ルを３０００回後も、回路間の基板の亀裂や回路の剥離
は認められなかった。比較例５では、接合体時点で、ろ
う材とセラミックス基板の界面に接合不良が認められ
た。
作方法で回路基板を作製した。接合用ろう材には、実施
例８では８ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｓｎ−１ｗｔ％Ｍ
ｇ−残Ａｌ混合粉末を、比較例５では、８ｗｔ％Ｓｉ−
残Ａｌ混合粉末（重量比）を、いずれも有機バインダー
（三菱レーヨン製「ダイヤナールＢＲレジン」、「ＢＲ
−１０１」グレード）、溶剤（和光純薬工業製「α−テ
レペネオール」）によりペースト化したものを使用し
た。また、接合温度は６００℃とした。実施例８の接合
体は、目視及び超音波探傷により調査したが、接合不良
やろう接欠陥は認められなかった。また、ヒートサイク
ルを３０００回後も、回路間の基板の亀裂や回路の剥離
は認められなかった。比較例５では、接合体時点で、ろ
う材とセラミックス基板の界面に接合不良が認められ
た。
【００３７】
【発明の効果】本発明のＡｌ回路基板用接合ろう材は、
幅広い温度範囲でセラミックス基板とＡｌを主成分とす
る金属板との接合が可能であり、また高い信頼性のある
接合ができることから、Ａｌ板からなる回路を有するセ
ラミックス回路基板の生産性に優れ、産業上極めて有用
である。
幅広い温度範囲でセラミックス基板とＡｌを主成分とす
る金属板との接合が可能であり、また高い信頼性のある
接合ができることから、Ａｌ板からなる回路を有するセ
ラミックス回路基板の生産性に優れ、産業上極めて有用
である。
【００３８】本発明のセラミックス回路基板は、前記接
合ろう材を用いているので、安価であるとともに信頼性
が高いという特徴を有する。
合ろう材を用いているので、安価であるとともに信頼性
が高いという特徴を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇都 学 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内 (72)発明者 伊吹山 正浩 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 4G026 BA03 BA14 BA16 BA17 BB27 BF20 BF42 BG02 BG25 BH07 5E338 AA18 BB71 BB75 CC01 EE02 5E343 AA24 BB28 CC01 GG02
Claims (4)
- 【請求項１】セラミックス基板とアルミニウムを主成分
とする金属板とを接合するろう材であって、Ｓｎが０．
１〜１０重量％、Ｍｇが０〜５重量％を含有するＡｌ合
金からなることを特徴とするろう材。 - 【請求項２】Ｓｉ、Ｃｕ、Ｇｅから選ばれる１種以上の
元素を含有することを特徴とする請求項１記載のろう
材。 - 【請求項３】請求項１又は請求項２記載のろう材を介し
て、セラミックス基板とアルミニウムを主成分とする金
属板とを接合してなることを特徴とするセラミックス回
路基板。 - 【請求項４】セラミックス基板が、窒化アルミニウム、
窒化珪素、炭化珪素又はアルミナの何れかであることを
特徴とする請求項３記載のセラミックス回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25861799A JP2001089257A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | Ａｌ回路板用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25861799A JP2001089257A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | Ａｌ回路板用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001089257A true JP2001089257A (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17322776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25861799A Pending JP2001089257A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | Ａｌ回路板用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001089257A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003112980A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-18 | Dowa Mining Co Ltd | 金属−セラミックス接合体 |
| CN102581509A (zh) * | 2012-03-27 | 2012-07-18 | 郑州机械研究所 | 一种Mg-Al-Cu-Sn镁合金钎焊钎料 |
| WO2016002609A1 (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | 三菱マテリアル株式会社 | セラミックス／アルミニウム接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法、及び、セラミックス／アルミニウム接合体、パワーモジュール用基板 |
| CN114349471A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-04-15 | 深圳思睿辰新材料有限公司 | 一种用于igbt封装的陶瓷覆铝板及其制备方法 |
-
1999
- 1999-09-13 JP JP25861799A patent/JP2001089257A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003112980A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-18 | Dowa Mining Co Ltd | 金属−セラミックス接合体 |
| CN102581509A (zh) * | 2012-03-27 | 2012-07-18 | 郑州机械研究所 | 一种Mg-Al-Cu-Sn镁合金钎焊钎料 |
| WO2016002609A1 (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | 三菱マテリアル株式会社 | セラミックス／アルミニウム接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法、及び、セラミックス／アルミニウム接合体、パワーモジュール用基板 |
| JP2016027633A (ja) * | 2014-06-30 | 2016-02-18 | 三菱マテリアル株式会社 | セラミックス／アルミニウム接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法、及び、セラミックス／アルミニウム接合体、パワーモジュール用基板 |
| CN106132909A (zh) * | 2014-06-30 | 2016-11-16 | 三菱综合材料株式会社 | 陶瓷‑铝接合体的制造方法、功率模块用基板的制造方法以及陶瓷‑铝接合体、功率模块用基板 |
| US10573577B2 (en) | 2014-06-30 | 2020-02-25 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for producing ceramic-aluminum bonded body, method for producing power module substrate, ceramic-aluminum bonded body, and power module substrate |
| CN114349471A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-04-15 | 深圳思睿辰新材料有限公司 | 一种用于igbt封装的陶瓷覆铝板及其制备方法 |
| CN114349471B (zh) * | 2022-01-20 | 2022-11-25 | 深圳思睿辰新材料有限公司 | 一种用于igbt封装的陶瓷覆铝板及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12027434B2 (en) | Bonded body of copper and ceramic, insulating circuit substrate, bonded body of copper and ceramic production method, and insulating circuit substrate production method | |
| JP6319643B2 (ja) | セラミックス−銅接合体およびその製造方法 | |
| US6485816B2 (en) | Laminated radiation member, power semiconductor apparatus, and method for producing the same | |
| JP2008270353A (ja) | パワー半導体モジュール | |
| WO2003046981A1 (en) | Module structure and module comprising it | |
| WO2020044593A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、及び、絶縁回路基板の製造方法 | |
| WO2021085451A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 | |
| JP2001085808A (ja) | 回路基板 | |
| JP2015166304A (ja) | 銅／セラミックス接合体、及び、パワーモジュール用基板 | |
| JP2018111111A (ja) | 金属接合体及び半導体装置の製造方法 | |
| JP2001089257A (ja) | Ａｌ回路板用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板 | |
| JP2008147309A (ja) | セラミックス基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
| JP2001203299A (ja) | アルミニウム板とそれを用いたセラミックス回路基板 | |
| KR102409815B1 (ko) | 구리/세라믹스 접합체, 절연 회로 기판, 및 구리/세라믹스 접합체의 제조 방법, 및 절연 회로 기판의 제조 방법 | |
| JP2006229247A (ja) | 回路基板及びその製造方法 | |
| JP3794454B2 (ja) | 窒化物セラミックス基板 | |
| JP4286992B2 (ja) | Ａｌ回路板用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板 | |
| JP2001102703A (ja) | 回路基板 | |
| JP3302714B2 (ja) | セラミックス−金属接合体 | |
| JP2503778B2 (ja) | 半導体装置用基板 | |
| JP2503775B2 (ja) | 半導体装置用基板 | |
| JP2021031315A (ja) | 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 | |
| WO2019159257A1 (ja) | 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 | |
| JP2503779B2 (ja) | 半導体装置用基板 | |
| JP3734388B2 (ja) | Ａｌ系金属用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050412 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070622 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070703 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070710 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071204 |