JP2003286086A - 接合体の製造方法 - Google Patents
接合体の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】セラミックス基板と金属箔からなる接合体の生
産性を高めること。 【解決手段】窒化アルミニウム製又は窒化ケイ素製のセ
ラミックス基板の表面又は表裏面に、ＡｌとＣｕを主成
分とするろう材合金箔を挟んでＡｌ製又はＡｌ合金製の
金属箔を配置して積層体となし、それを非酸化性雰囲気
の高温下に保持された接合炉に搬入し、該接合炉内で、
ろう材合金箔の溶融温度以上に加熱されたロールで加圧
しながら接合することを特徴とする、セラミックス基板
と金属箔からなる接合体の製造方法。この場合におい
て、ロールによる加圧を、接合炉の雰囲気温度６２０〜
６５０℃の領域で行い、その圧力を２ＭＰａ以上、搬送
速度を０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃとすることが好まし
い。
産性を高めること。 【解決手段】窒化アルミニウム製又は窒化ケイ素製のセ
ラミックス基板の表面又は表裏面に、ＡｌとＣｕを主成
分とするろう材合金箔を挟んでＡｌ製又はＡｌ合金製の
金属箔を配置して積層体となし、それを非酸化性雰囲気
の高温下に保持された接合炉に搬入し、該接合炉内で、
ろう材合金箔の溶融温度以上に加熱されたロールで加圧
しながら接合することを特徴とする、セラミックス基板
と金属箔からなる接合体の製造方法。この場合におい
て、ロールによる加圧を、接合炉の雰囲気温度６２０〜
６５０℃の領域で行い、その圧力を２ＭＰａ以上、搬送
速度を０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃとすることが好まし
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板の製造に
用いられる接合体の製造方法に関する。
用いられる接合体の製造方法に関する。
【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
路と放熱板とがそれぞれ形成されてなる回路基板が開発
され（例えば米国特許第５，３５４，４１５号明細
書）、実用化されている。近年、自動車用途等の高信頼
性用途に対しては、金属回路材料としてＡｌが使用され
る場合が多くなってきた。Ａｌ回路基板は、Ｃｕ回路基
板よりも信頼性に優れているが、広く普及しない理由
は、その製造方法の困難さによってコスト低減が十分で
ないことである。
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
路と放熱板とがそれぞれ形成されてなる回路基板が開発
され（例えば米国特許第５，３５４，４１５号明細
書）、実用化されている。近年、自動車用途等の高信頼
性用途に対しては、金属回路材料としてＡｌが使用され
る場合が多くなってきた。Ａｌ回路基板は、Ｃｕ回路基
板よりも信頼性に優れているが、広く普及しない理由
は、その製造方法の困難さによってコスト低減が十分で
ないことである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】セラミックス基板にＡ
ｌ回路を形成するには、(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、機械研削してＡｌ板の厚みを整え、その後エッチン
グする溶湯法（例えば特開平７−１９３３５８号公報、
特開平７−２７２６２号公報）、(２)Ａｌ箔又はＡｌ合
金箔をろう付けしてからエッチングする方法（例えば特
開２００１−０８５８０８号公報）があるが、両者とも
にＣｕ回路を形成する場合と比較して２〜５倍程度のコ
ストが必要となる。
ｌ回路を形成するには、(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、機械研削してＡｌ板の厚みを整え、その後エッチン
グする溶湯法（例えば特開平７−１９３３５８号公報、
特開平７−２７２６２号公報）、(２)Ａｌ箔又はＡｌ合
金箔をろう付けしてからエッチングする方法（例えば特
開２００１−０８５８０８号公報）があるが、両者とも
にＣｕ回路を形成する場合と比較して２〜５倍程度のコ
ストが必要となる。
【０００４】生産効率の悪い溶湯法は別としても、ろう
付け法のＡｌ回路がＣｕ回路よりもコストアップする原
因は、セラミックス基板とＡｌ箔又はＡｌ合金箔の積層
体に一部始終圧力を加えながら接合しなければならない
からである。加圧方法としては、黒鉛製治具に積層体を
収納し、両端面からねじ込むなどの機械的手段によって
行われているが、このような方法では、生産性が十分に
高まらない。
付け法のＡｌ回路がＣｕ回路よりもコストアップする原
因は、セラミックス基板とＡｌ箔又はＡｌ合金箔の積層
体に一部始終圧力を加えながら接合しなければならない
からである。加圧方法としては、黒鉛製治具に積層体を
収納し、両端面からねじ込むなどの機械的手段によって
行われているが、このような方法では、生産性が十分に
高まらない。
【０００５】本発明の目的は、上記に鑑み、生産性の極
めて高いセラミックス基板と金属箔からなる接合体の製
造方法を提供することである。本発明の目的は、非酸化
性雰囲気の高温下に保持された接合炉に積層体を搬入
し、該接合炉内で、ろう材溶融温度以上に加熱されたロ
ールで金属箔上面から加圧接合することによって達成す
ることができる。
めて高いセラミックス基板と金属箔からなる接合体の製
造方法を提供することである。本発明の目的は、非酸化
性雰囲気の高温下に保持された接合炉に積層体を搬入
し、該接合炉内で、ろう材溶融温度以上に加熱されたロ
ールで金属箔上面から加圧接合することによって達成す
ることができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、窒
化アルミニウム製又は窒化ケイ素製のセラミックス基板
の表面又は表裏面に、ＡｌとＣｕを主成分とするろう材
合金箔を挟んでＡｌ製又はＡｌ合金製の金属箔を配置し
て積層体となし、それを非酸化性雰囲気の高温下に保持
された接合炉に搬入し、該接合炉内で、ろう材合金箔の
溶融温度以上に加熱されたロールで加圧しながら接合す
ることを特徴とする、セラミックス基板と金属箔からな
る接合体の製造方法である。この場合において、ロール
による加圧を、接合炉の雰囲気温度６２０〜６５０℃の
領域で行い、その圧力を２ＭＰａ以上、搬送速度を０．
１〜１０ｍｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。
化アルミニウム製又は窒化ケイ素製のセラミックス基板
の表面又は表裏面に、ＡｌとＣｕを主成分とするろう材
合金箔を挟んでＡｌ製又はＡｌ合金製の金属箔を配置し
て積層体となし、それを非酸化性雰囲気の高温下に保持
された接合炉に搬入し、該接合炉内で、ろう材合金箔の
溶融温度以上に加熱されたロールで加圧しながら接合す
ることを特徴とする、セラミックス基板と金属箔からな
る接合体の製造方法である。この場合において、ロール
による加圧を、接合炉の雰囲気温度６２０〜６５０℃の
領域で行い、その圧力を２ＭＰａ以上、搬送速度を０．
１〜１０ｍｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。
説明する。
【０００８】本発明で用いられる金属箔は、厚み０．３
〜０．５ｍｍ、特に０．４〜０．６ｍｍのＡｌ箔又はＡ
ｌ合金箔であることが好ましい。金属箔は、セラミック
ス基板とほぼ同寸法（同寸法も含む）に加工して使用す
ることが好ましいが、フープ材（帯状物）のまま用いる
こともできる。これには、１０００系の純Ａｌは勿論の
こと、接合が容易な４０００系のＡｌ−Ｓｉ系合金や、
６０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等が例示できる。
中でも、圧延率１０％以上の高純度Ａｌ箔（純度９９．
８５％（質量％、以下同じ））が好ましく、これには１
０８５、１Ｎ８５材の市販品がある。また、９９．９％
（３Ｎ）品、９９．９９％（４Ｎ）品もそれ程高価では
ないので使用可能である。金属箔は、単体でもよく、二
種又は三種以上のクラッド等の積層体であってもよい。
積層体の例をあげれば、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃ
ｕ、Ａｌ−Ｍｏ、Ａｌ−Ｗ、Ａｌ−Ｃｕ等である。
〜０．５ｍｍ、特に０．４〜０．６ｍｍのＡｌ箔又はＡ
ｌ合金箔であることが好ましい。金属箔は、セラミック
ス基板とほぼ同寸法（同寸法も含む）に加工して使用す
ることが好ましいが、フープ材（帯状物）のまま用いる
こともできる。これには、１０００系の純Ａｌは勿論の
こと、接合が容易な４０００系のＡｌ−Ｓｉ系合金や、
６０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等が例示できる。
中でも、圧延率１０％以上の高純度Ａｌ箔（純度９９．
８５％（質量％、以下同じ））が好ましく、これには１
０８５、１Ｎ８５材の市販品がある。また、９９．９％
（３Ｎ）品、９９．９９％（４Ｎ）品もそれ程高価では
ないので使用可能である。金属箔は、単体でもよく、二
種又は三種以上のクラッド等の積層体であってもよい。
積層体の例をあげれば、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃ
ｕ、Ａｌ−Ｍｏ、Ａｌ−Ｗ、Ａｌ−Ｃｕ等である。
【０００９】セラミックス基板の表裏面に金属箔を接合
した回路基板にあっては、熱応力による反りやうねりを
なくし、半田クラック等による損傷、ボンディングワイ
ヤやメッキの剥離防止を高度にするため、裏面（Ａｌ放
熱板）に対する表面（Ａｌ回路）の体積比（回路体積／
放熱板体積）を１に近づけることが望ましく、０．８０
〜１．２、特に０．８５〜１．１５、更には０．９〜
１．１とすることが好ましい。そこで、接合体の製造に
際しては、これを考慮して表裏面に接合する金属箔の形
状を選定しておくことが好ましい。なお、Ａｌ放熱板の
厚みは、Ａｌ回路の厚みと同等以下とするのが好まし
い。Ａｌ回路の体積は、（回路面積×回路厚み）によっ
て、またＡｌ放熱板の体積は(放熱板面積×放熱板厚み)
によって算出することができる。
した回路基板にあっては、熱応力による反りやうねりを
なくし、半田クラック等による損傷、ボンディングワイ
ヤやメッキの剥離防止を高度にするため、裏面（Ａｌ放
熱板）に対する表面（Ａｌ回路）の体積比（回路体積／
放熱板体積）を１に近づけることが望ましく、０．８０
〜１．２、特に０．８５〜１．１５、更には０．９〜
１．１とすることが好ましい。そこで、接合体の製造に
際しては、これを考慮して表裏面に接合する金属箔の形
状を選定しておくことが好ましい。なお、Ａｌ放熱板の
厚みは、Ａｌ回路の厚みと同等以下とするのが好まし
い。Ａｌ回路の体積は、（回路面積×回路厚み）によっ
て、またＡｌ放熱板の体積は(放熱板面積×放熱板厚み)
によって算出することができる。
【００１０】本発明で用いられるろう材合金箔は、Ａｌ
とＣｕを主成分とするものである。具体的には、Ｃｕ１
〜６％、特に１．５〜５％のＡｌ−Ｃｕ合金箔、４％Ｃ
ｕと０．５％Ｍｇとを含む２０１８合金箔、０．５％の
Ｍｎを含む２０１７合金箔、更にはＪＩＳ合金の２００
１、２００３、２００５、２００７、２０１１、２０１
４、２０２４、２０２５、２０３０、２０３４、２０３
６、２０４８、２０９０、２１１７、２１２４、２２１
８、２２２４、２３２４、７０５０等の合金箔である。
Ａｌ、Ｃｕの二成分系合金箔、更には例えばＭｇ、Ｚ
ｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂｉ等の第三成分を合計
で５％まで含ませた合金箔である。
とＣｕを主成分とするものである。具体的には、Ｃｕ１
〜６％、特に１．５〜５％のＡｌ−Ｃｕ合金箔、４％Ｃ
ｕと０．５％Ｍｇとを含む２０１８合金箔、０．５％の
Ｍｎを含む２０１７合金箔、更にはＪＩＳ合金の２００
１、２００３、２００５、２００７、２０１１、２０１
４、２０２４、２０２５、２０３０、２０３４、２０３
６、２０４８、２０９０、２１１７、２１２４、２２１
８、２２２４、２３２４、７０５０等の合金箔である。
Ａｌ、Ｃｕの二成分系合金箔、更には例えばＭｇ、Ｚ
ｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂｉ等の第三成分を合計
で５％まで含ませた合金箔である。
【００１１】Ａｌ−Ｃｕ合金箔又はこれに第三成分の付
加された合金箔において、Ｃｕが１％未満では、接合温
度を高めなけらばならなくなるので量産化には不利とな
り、また６％超では、接合後のろう材の拡散部が特に硬
くなってＡｌ回路の信頼性が低下する恐れがある。特に
好ましいろう材合金箔は、Ａｌ８６％以上、Ｃｕ１〜６
％、Ｍｇ３％以下（０を含まず）、特に０．２〜２．０
％である。
加された合金箔において、Ｃｕが１％未満では、接合温
度を高めなけらばならなくなるので量産化には不利とな
り、また６％超では、接合後のろう材の拡散部が特に硬
くなってＡｌ回路の信頼性が低下する恐れがある。特に
好ましいろう材合金箔は、Ａｌ８６％以上、Ｃｕ１〜６
％、Ｍｇ３％以下（０を含まず）、特に０．２〜２．０
％である。
【００１２】ろう材合金箔の厚みは、上記金属箔の厚み
に対し１／１０〜１／５０の厚みであることが好まし
い。１／５０未満の厚みでは、十分な接合が難しくな
り、また１／１０超ではＡｌ回路が硬くなる。特に好ま
しくは、１００μｍ以下の厚みであって、しかも金属箔
の厚みに対して１／１２〜１／４０の厚みである。これ
は、金属箔の厚みが０．４〜０．６ｍｍである場合、１
０〜５０μｍ厚、特に１５〜３０μｍ厚が好適となるこ
とを意味している。
に対し１／１０〜１／５０の厚みであることが好まし
い。１／５０未満の厚みでは、十分な接合が難しくな
り、また１／１０超ではＡｌ回路が硬くなる。特に好ま
しくは、１００μｍ以下の厚みであって、しかも金属箔
の厚みに対して１／１２〜１／４０の厚みである。これ
は、金属箔の厚みが０．４〜０．６ｍｍである場合、１
０〜５０μｍ厚、特に１５〜３０μｍ厚が好適となるこ
とを意味している。
【００１３】本発明で使用されるセラミックス基板は、
窒化アルミニウム製又は窒化ケイ素製である。炭化珪
素、酸化ベリリウム等のセラミックス基板では、絶縁性
と安全性の点で劣る。
窒化アルミニウム製又は窒化ケイ素製である。炭化珪
素、酸化ベリリウム等のセラミックス基板では、絶縁性
と安全性の点で劣る。
【００１４】セラミックス基板の熱伝導率は、高信頼性
が求められるパワーモジュールに使用されることを考え
れば、少なくとも７０Ｗ／ｍＫ以上、特に１３０Ｗ／ｍ
Ｋ以上でありることが好ましい。なかでも、表面のＣｕ
−Ｋα線によるＸ線回折ピーク強度比が、２≦Ｙ2Ｏ3・
Ａｌ2Ｏ3×１００／ＡｌＮ≦１７、かつ２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ
2Ｏ3×１００／ＡｌＮ≦２を有する窒化アルミニウム基
板が好適である。
が求められるパワーモジュールに使用されることを考え
れば、少なくとも７０Ｗ／ｍＫ以上、特に１３０Ｗ／ｍ
Ｋ以上でありることが好ましい。なかでも、表面のＣｕ
−Ｋα線によるＸ線回折ピーク強度比が、２≦Ｙ2Ｏ3・
Ａｌ2Ｏ3×１００／ＡｌＮ≦１７、かつ２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ
2Ｏ3×１００／ＡｌＮ≦２を有する窒化アルミニウム基
板が好適である。
【００１５】このような窒化アルミニウム基板は、レー
ザー回折散乱法で測定された１００μｍ以上の粗大粒子
を１〜１０％と１μｍ以下の微粒子を１０〜５０％を含
んでなる窒化アルミニウム粉末原料を用い、窒化アルミ
ニウム粉末原料中のＡｌ2Ｏ3分とＹ2Ｏ3分組成比等を適
正化することによって製造することができる。たとえ
ば、２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3が多い場合には、Ａｌ2Ｏ3分を
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、又はＡｌ2Ｏ3を添加して、Ｙ2Ｏ3分を
減らして焼結する。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。
脱バインダーを空気中で行えばＡｌ2Ｏ3分を増加させる
ことができる。
ザー回折散乱法で測定された１００μｍ以上の粗大粒子
を１〜１０％と１μｍ以下の微粒子を１０〜５０％を含
んでなる窒化アルミニウム粉末原料を用い、窒化アルミ
ニウム粉末原料中のＡｌ2Ｏ3分とＹ2Ｏ3分組成比等を適
正化することによって製造することができる。たとえ
ば、２Ｙ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3が多い場合には、Ａｌ2Ｏ3分を
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、又はＡｌ2Ｏ3を添加して、Ｙ2Ｏ3分を
減らして焼結する。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。
脱バインダーを空気中で行えばＡｌ2Ｏ3分を増加させる
ことができる。
【００１６】焼結助剤としては、イットリア、アルミ
ナ、マグネシア、希土類元素酸化物等の粉末を窒化アル
ミニウム粉末原料に０．５〜１０％内割配合される。成
形は、ブチラールやメチルセルロース等の有機バインダ
ーを用いて行われ、焼結は、脱バインダー後、窒素、ア
ルゴン等の非酸化性雰囲気中、温度１７００〜１９００
℃で１〜１２時間程度保持して行われる。
ナ、マグネシア、希土類元素酸化物等の粉末を窒化アル
ミニウム粉末原料に０．５〜１０％内割配合される。成
形は、ブチラールやメチルセルロース等の有機バインダ
ーを用いて行われ、焼結は、脱バインダー後、窒素、ア
ルゴン等の非酸化性雰囲気中、温度１７００〜１９００
℃で１〜１２時間程度保持して行われる。
【００１７】セラミックス基板の厚みは、通常０．６３
５ｍｍであるが、要求特性によって変えることができ
る。たとえば、高電圧での絶縁性があまり重要でなく熱
抵抗が重要である場合は、０．５〜０．３ｍｍの薄い基
板を用いることができ、逆に高電圧での絶縁耐圧や部分
放電特性が重要である場合には、１〜３ｍｍの厚いもの
が用いられる。
５ｍｍであるが、要求特性によって変えることができ
る。たとえば、高電圧での絶縁性があまり重要でなく熱
抵抗が重要である場合は、０．５〜０．３ｍｍの薄い基
板を用いることができ、逆に高電圧での絶縁耐圧や部分
放電特性が重要である場合には、１〜３ｍｍの厚いもの
が用いられる。
【００１８】本発明の製造方法は、積層体を製造し、そ
れを接合炉に搬入し、接合炉から搬出する間にロール加
圧を受けて接合体となる工程を経ることを構成要件して
いる。
れを接合炉に搬入し、接合炉から搬出する間にロール加
圧を受けて接合体となる工程を経ることを構成要件して
いる。
【００１９】積層体は、セラミックス基板の表面又は表
裏面に、ろう材合金箔を挟んで金属箔を配置することに
よって製造される。ろう材合金箔の配置パターンは、全
面配置、回路パターン状配置、回路パターン以外の部分
配置のいずれであってもよい。
裏面に、ろう材合金箔を挟んで金属箔を配置することに
よって製造される。ろう材合金箔の配置パターンは、全
面配置、回路パターン状配置、回路パターン以外の部分
配置のいずれであってもよい。
【００２０】この積層体を、非酸化性雰囲気の高温下に
保持された接合炉に搬入する。接合炉は、断熱材及び金
属板で周囲を囲われた筒状の構造を有するものが望まし
く、搬送手段としては、プッシャー、ベルト、ローラー
等が採用される。接合炉は、窒素、アルゴン、水素、炭
酸ガス等の酸素濃度５０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気で
あることが好ましく、また雰囲気温度は、ろう材合金箔
の溶融温度以下であることが好ましい。ロールによる積
層体の加圧は、上下ロール間もしくはロールと下面のク
リアランスを積層体の厚みよりもわずかに狭くした隙間
を通す方法、ロールに重り等を設置し、ロールの圧力が
一定に加わるように設置されたロールの下を通す方法等
によって行われる。ロールの材質は、金属でもセラミッ
クでもよいが、加熱しやすい金属、特にＡｌと反応せ
ず、熱を放散しづらいＳＵＳ４３０等の材料が好まし
い。
保持された接合炉に搬入する。接合炉は、断熱材及び金
属板で周囲を囲われた筒状の構造を有するものが望まし
く、搬送手段としては、プッシャー、ベルト、ローラー
等が採用される。接合炉は、窒素、アルゴン、水素、炭
酸ガス等の酸素濃度５０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気で
あることが好ましく、また雰囲気温度は、ろう材合金箔
の溶融温度以下であることが好ましい。ロールによる積
層体の加圧は、上下ロール間もしくはロールと下面のク
リアランスを積層体の厚みよりもわずかに狭くした隙間
を通す方法、ロールに重り等を設置し、ロールの圧力が
一定に加わるように設置されたロールの下を通す方法等
によって行われる。ロールの材質は、金属でもセラミッ
クでもよいが、加熱しやすい金属、特にＡｌと反応せ
ず、熱を放散しづらいＳＵＳ４３０等の材料が好まし
い。
【００２１】本発明で特に重要なことは、ロール温度を
ろう材合金箔の溶融温度以上にすることである。これ以
外のロール温度であると、ろう材が十分に溶融せず、セ
ラミックス基板とろう材の反応が不十分となる。また、
ロール加圧される非酸化性雰囲気の温度域は、６２０〜
６５０℃で、その加圧力を２ＭＰａ以上することが好ま
しい。６２０〜６５０℃以外の非酸化性雰囲気の加圧で
あっては、セラミックス基板とろう材の反応が不十分と
なるか、又はろう材が流れ出してしまい、接合が不十分
となる。また、２ＭＰａ未満の加圧であってはセラミッ
クス基板とろう材が十分に密着せず接合が不十分とな
る。好ましい加圧力は３〜７ＭＰａである。さらには、
加圧時間は、搬送速度０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃで通過
させる時間であることが好ましい。０．１ｍｍ／ｓｅｃ
よりも遅いと、ろう材合金箔の金属箔への拡散が進みす
ぎ、Ａｌ回路の信頼性を損なう恐れがある。また、１０
ｍｍ／ｓｅｃよりも速いと、接合反応が不十分となる。
ろう材合金箔の溶融温度以上にすることである。これ以
外のロール温度であると、ろう材が十分に溶融せず、セ
ラミックス基板とろう材の反応が不十分となる。また、
ロール加圧される非酸化性雰囲気の温度域は、６２０〜
６５０℃で、その加圧力を２ＭＰａ以上することが好ま
しい。６２０〜６５０℃以外の非酸化性雰囲気の加圧で
あっては、セラミックス基板とろう材の反応が不十分と
なるか、又はろう材が流れ出してしまい、接合が不十分
となる。また、２ＭＰａ未満の加圧であってはセラミッ
クス基板とろう材が十分に密着せず接合が不十分とな
る。好ましい加圧力は３〜７ＭＰａである。さらには、
加圧時間は、搬送速度０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃで通過
させる時間であることが好ましい。０．１ｍｍ／ｓｅｃ
よりも遅いと、ろう材合金箔の金属箔への拡散が進みす
ぎ、Ａｌ回路の信頼性を損なう恐れがある。また、１０
ｍｍ／ｓｅｃよりも速いと、接合反応が不十分となる。
【００２２】接合体となった後は、接合炉から搬出され
冷却される。冷却は、接合炉の中にある段階から行うこ
ともできる。
冷却される。冷却は、接合炉の中にある段階から行うこ
ともできる。
【００２３】本発明によって製造された接合体から回路
基板を製造するには、常法に従い、接合体の不要な金属
箔と接合層をエッチングによって除去した後、必要に応
じてメッキが施される。レジストインクとしては、ＵＶ
硬化型、アルカリ剥離型が用いられ、不要な金属箔と接
合層の除去には、過酸化水素水及びフッ素化合物の混合
水溶液が用いられる。
基板を製造するには、常法に従い、接合体の不要な金属
箔と接合層をエッチングによって除去した後、必要に応
じてメッキが施される。レジストインクとしては、ＵＶ
硬化型、アルカリ剥離型が用いられ、不要な金属箔と接
合層の除去には、過酸化水素水及びフッ素化合物の混合
水溶液が用いられる。
【００２４】
【実施例】以下、実施例、比較例、参考例をあげて更に
具体的に本発明を説明する。
具体的に本発明を説明する。
【００２５】実施例１、２
セラミックス基板として、表面研削や反り直し等の後加
工のない焼成されたままの窒化アルミニウム基板を準備
した。厚みは０．６３５ｍｍ、大きさは２インチ角、熱
伝導率は１７０Ｗ／ｍＫ、曲げ強さは４００ＭＰａであ
る。また、金属箔として、ＪＩＳ１０９０（厚み０．５
ｍｍ、Ａｌ純度９９．９％）を用意した。
工のない焼成されたままの窒化アルミニウム基板を準備
した。厚みは０．６３５ｍｍ、大きさは２インチ角、熱
伝導率は１７０Ｗ／ｍＫ、曲げ強さは４００ＭＰａであ
る。また、金属箔として、ＪＩＳ１０９０（厚み０．５
ｍｍ、Ａｌ純度９９．９％）を用意した。
【００２６】窒化アルミニウム基板の表裏面に、表１に
示されるろう材合金箔を挟んで金属箔を配置し積層体を
製造した。これを接合炉に搬入してロール加圧接合を行
い、接合体を製造した。
示されるろう材合金箔を挟んで金属箔を配置し積層体を
製造した。これを接合炉に搬入してロール加圧接合を行
い、接合体を製造した。
【００２７】接合炉は、開口部幅３００ｍｍ、高さ５０
ｍｍ、長さ８ｍであり、アルミナ繊維で断熱されたステ
ンレス製筒状構造である。雰囲気は、酸素濃度２０ｐｐ
ｍの窒素雰囲気であり、雰囲気温度、ツインロールの加
圧力、ロール材質、ツインロールの通過回数、搬送速度
は表１に示すとおりに行った。
ｍｍ、長さ８ｍであり、アルミナ繊維で断熱されたステ
ンレス製筒状構造である。雰囲気は、酸素濃度２０ｐｐ
ｍの窒素雰囲気であり、雰囲気温度、ツインロールの加
圧力、ロール材質、ツインロールの通過回数、搬送速度
は表１に示すとおりに行った。
【００２８】実施例３
表面の金属箔として、金属箔（ＪＩＳ１０９０材、厚み
０．５ｍｍ、Ａｌ純度９９．９％）と、ろう材合金箔
（Ａｌ−２０１７材、厚み０．０２ｍｍ）とからなるク
ラッド材を回路パターン状に打ち抜かれたリードフレー
ム状としたものを用いたこと以外は、実施例２と同様に
して接合体を製造した。
０．５ｍｍ、Ａｌ純度９９．９％）と、ろう材合金箔
（Ａｌ−２０１７材、厚み０．０２ｍｍ）とからなるク
ラッド材を回路パターン状に打ち抜かれたリードフレー
ム状としたものを用いたこと以外は、実施例２と同様に
して接合体を製造した。
【００２９】実施例４
窒化アルミニウム基板の代わりに窒化ケイ素基板（厚み
０．６３５ｍｍ、大きさは２インチ角、熱伝導率７０Ｗ
／ｍＫ、曲げ強さ８００ＭＰａ）を用いたこと以外は、
実施例２と同様にして接合体を製造した。
０．６３５ｍｍ、大きさは２インチ角、熱伝導率７０Ｗ
／ｍＫ、曲げ強さ８００ＭＰａ）を用いたこと以外は、
実施例２と同様にして接合体を製造した。
【００３０】比較例１
加熱されていないツインロールを用いたこと以外は、実
施例１と同様にして積層体を製造した。
施例１と同様にして積層体を製造した。
【００３１】参考例１
この例は、窒化アルミニウム基板にＡｌ回路とＡｌ放熱
板を従来法によって形成させたものである。すなわち、
実施例１において、帯状積層物の代わりに単位積層体
（窒化アルミニウム基板の表裏面にろう材合金箔を挟ん
で金属箔を積層したもの）用い、それの２０個をＣ−Ｃ
コンポジット板を挟んで積み上げ、温度６３０℃、３Ｍ
Ｐａ、１時間のホットプレスをして接合体を製造した。
なお、３ＭＰａの加圧は接合炉にある間行われ、接合工
程の所要時間は３時間であった。
板を従来法によって形成させたものである。すなわち、
実施例１において、帯状積層物の代わりに単位積層体
（窒化アルミニウム基板の表裏面にろう材合金箔を挟ん
で金属箔を積層したもの）用い、それの２０個をＣ−Ｃ
コンポジット板を挟んで積み上げ、温度６３０℃、３Ｍ
Ｐａ、１時間のホットプレスをして接合体を製造した。
なお、３ＭＰａの加圧は接合炉にある間行われ、接合工
程の所要時間は３時間であった。
【００３２】上記で製造された接合体に、ＵＶ硬化型レ
ジストインク（互応化学社製商品名「ＰＬＡＳ ＦＩＮ
Ｅ」）をスクリーン印刷で塗布した後、ＵＶランプを照
射してレジスト膜を硬化させた。ついで、塩化第二鉄溶
液でエッチング処理を行ってアルミニウム板不要部分を
溶解除去し、更にレジストを５％苛性ソーダ溶液で剥離
し、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ（厚み３μｍ）を行って回路
基板を製造した。
ジストインク（互応化学社製商品名「ＰＬＡＳ ＦＩＮ
Ｅ」）をスクリーン印刷で塗布した後、ＵＶランプを照
射してレジスト膜を硬化させた。ついで、塩化第二鉄溶
液でエッチング処理を行ってアルミニウム板不要部分を
溶解除去し、更にレジストを５％苛性ソーダ溶液で剥離
し、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ（厚み３μｍ）を行って回路
基板を製造した。
【００３３】得られた回路基板について、軟Ｘ線試験装
置（検出下限は直径０．３ｍｍ）を用い、接合不良やろ
う接欠陥を検査した。検査は３倍に拡大して行った。そ
の後、−４０℃、３０分→室温、１０分→１２５℃、３
０分→室温、１０分を１サイクルとする熱履歴試験を行
い、膨れ、剥がれ等の有無や、３枚の断面観察による半
田クラックの発生の有無による外観検査と、インクテス
ト法(レッドチェック)による７枚の回路基板のクラック
の発生の有無とを検査した。それらの結果を表２に示
す。
置（検出下限は直径０．３ｍｍ）を用い、接合不良やろ
う接欠陥を検査した。検査は３倍に拡大して行った。そ
の後、−４０℃、３０分→室温、１０分→１２５℃、３
０分→室温、１０分を１サイクルとする熱履歴試験を行
い、膨れ、剥がれ等の有無や、３枚の断面観察による半
田クラックの発生の有無による外観検査と、インクテス
ト法(レッドチェック)による７枚の回路基板のクラック
の発生の有無とを検査した。それらの結果を表２に示
す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】表２から、本発明の実施例によれば、従来
品（参考例）とほぼ同等の特性を有する回路基板を、生
産性を高めて製造できたことがわかる。
品（参考例）とほぼ同等の特性を有する回路基板を、生
産性を高めて製造できたことがわかる。
【００３７】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、セラミック
ス基板と金属箔からなる接合体を生産性の極めて製造す
ることができる。本発明によって製造された接合体は、
回路基板の製造に使用できる。
ス基板と金属箔からなる接合体を生産性の極めて製造す
ることができる。本発明によって製造された接合体は、
回路基板の製造に使用できる。
─────────────────────────────────────────────────────
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 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｒ
// Ｂ２３Ｋ 101:42 Ｂ２３Ｋ 101:42
Ｆターム(参考） 4G026 BA16 BA17 BB27 BF17 BF20
BF42 BG03 BG06 BG25 BH07
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化アルミニウム製又は窒化ケイ素製の
セラミックス基板の表面又は表裏面に、ＡｌとＣｕを主
成分とするろう材合金箔を挟んでＡｌ製又はＡｌ合金製
の金属箔を配置して積層体となし、それを非酸化性雰囲
気の高温下に保持された接合炉に搬入し、ろう材合金箔
の溶融温度以上に加熱されたロールで加圧しながら接合
することを特徴とする、セラミックス基板と金属箔から
なる接合体の製造方法。 - 【請求項２】 ロールによる加圧を、接合炉の雰囲気温
度６２０〜６５０℃の領域で行い、その圧力を２ＭＰａ
以上、搬送速度を０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃとすること
を特徴とする請求項１記載の接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002091017A JP2003286086A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002091017A JP2003286086A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 接合体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003286086A true JP2003286086A (ja) | 2003-10-07 |
Family
ID=29236207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002091017A Pending JP2003286086A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003286086A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010177414A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 発熱部品冷却装置用アルミニウム・クラッド材 |
| JP2010177413A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 発熱部品冷却装置用アルミニウム・クラッド材の製造方法 |
| JP2011091135A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Toshiba Lighting & Technology Corp | 発光モジュールおよび照明装置 |
| JP2012084733A (ja) * | 2010-10-13 | 2012-04-26 | Toshiba Lighting & Technology Corp | 発光装置および照明器具 |
| JP2013093369A (ja) * | 2011-10-24 | 2013-05-16 | Showa Denko Kk | 電子素子搭載用基板 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002091017A patent/JP2003286086A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2011091135A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Toshiba Lighting & Technology Corp | 発光モジュールおよび照明装置 |
| JP2012084733A (ja) * | 2010-10-13 | 2012-04-26 | Toshiba Lighting & Technology Corp | 発光装置および照明器具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051226 |
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Effective date: 20060104 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060113 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060214 |