JP2003286087A - 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】生産性の極めて高いセラミックス基板と金属箔
からなる接合体を製造する。 【解決手段】以下の工程１〜３を経由することを特徴と
する接合体の製造方法。 工程１：金属箔とろう材合金箔からなる帯状積層物のろ
う材合金箔面に、セラミックス基板の適宜数を配列して
から、金属箔とろう材合金箔からなる別の帯状積層物で
セラミックス基板の表面を覆い帯状構造体とする工程。 工程２：この帯状構造体を、非酸化性雰囲気の高温下に
保持された、予熱部、仮接合部、拡散部を有する接合炉
を通過させて帯状接合体とする工程。 工程３：この帯状接合体を個々の単位接合体に切断する
工程。
からなる接合体を製造する。 【解決手段】以下の工程１〜３を経由することを特徴と
する接合体の製造方法。 工程１：金属箔とろう材合金箔からなる帯状積層物のろ
う材合金箔面に、セラミックス基板の適宜数を配列して
から、金属箔とろう材合金箔からなる別の帯状積層物で
セラミックス基板の表面を覆い帯状構造体とする工程。 工程２：この帯状構造体を、非酸化性雰囲気の高温下に
保持された、予熱部、仮接合部、拡散部を有する接合炉
を通過させて帯状接合体とする工程。 工程３：この帯状接合体を個々の単位接合体に切断する
工程。
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、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とし
て、その製造方法の困難さによってコスト低減しないこ
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、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とし
て、その製造方法の困難さによってコスト低減しないこ
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帯状構造体を搬
入し、予熱部、仮接合部、拡散部を経由させることによ
って帯状接合体となし、それを接合炉から搬出し、個々
の単位接合体に切断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帯状構造体を搬
入し、予熱部、仮接合部、拡散部を経由させることによ
って帯状接合体となし、それを接合炉から搬出し、個々
の単位接合体に切断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、以
下の工程１〜３を経由することを特徴とする接合体の製
造方法。 工程１：金属箔とろう材合金箔からなる帯状積層物のろ
う材合金箔面に、セラミックス基板の適宜数を配列して
から、金属箔とろう材合金箔からなる別の帯状積層物で
セラミックス基板の表面を覆い帯状構造体とする工程。 工程２：この帯状構造体を、非酸化性雰囲気の高温下に
保持された、予熱部、仮接合部、拡散部を有する接合炉
を通過させて帯状接合体とする工程。 工程３：この帯状接合体を個々の単位接合体に切断する
工程。ここで、予熱部とは、ろう材合金箔の融点よりも
低い温度に保持された領域であり、仮接合部とは、ろう
材合金箔の融点以上の温度領域で帯状構造体を加圧しな
がらろう材成分とセラミックス基板とを反応させる領域
であり、拡散部とは、ろう材合金箔の融点以上の温度領
域で帯状構造体の加圧を解いて、ろう材成分を金属箔へ
拡散させる領域である、と定義される。
下の工程１〜３を経由することを特徴とする接合体の製
造方法。 工程１：金属箔とろう材合金箔からなる帯状積層物のろ
う材合金箔面に、セラミックス基板の適宜数を配列して
から、金属箔とろう材合金箔からなる別の帯状積層物で
セラミックス基板の表面を覆い帯状構造体とする工程。 工程２：この帯状構造体を、非酸化性雰囲気の高温下に
保持された、予熱部、仮接合部、拡散部を有する接合炉
を通過させて帯状接合体とする工程。 工程３：この帯状接合体を個々の単位接合体に切断する
工程。ここで、予熱部とは、ろう材合金箔の融点よりも
低い温度に保持された領域であり、仮接合部とは、ろう
材合金箔の融点以上の温度領域で帯状構造体を加圧しな
がらろう材成分とセラミックス基板とを反応させる領域
であり、拡散部とは、ろう材合金箔の融点以上の温度領
域で帯状構造体の加圧を解いて、ろう材成分を金属箔へ
拡散させる領域である、と定義される。
【０００７】この場合において、セラミックス基板が窒
化アルミニウム製又は窒化ケイ素製であり、金属箔がＡ
ｌ製又はＡｌ合金製であり、ろう材合金箔がＡｌとＣｕ
を主成分とするものであることが好ましい。また、仮接
合部の雰囲気温度が６２０〜６５０℃であり、帯状構造
体に圧力２ＭＰａ以上のロール加圧を行いながら仮接合
部の通過速度を０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃとすることが
更に好ましい。
化アルミニウム製又は窒化ケイ素製であり、金属箔がＡ
ｌ製又はＡｌ合金製であり、ろう材合金箔がＡｌとＣｕ
を主成分とするものであることが好ましい。また、仮接
合部の雰囲気温度が６２０〜６５０℃であり、帯状構造
体に圧力２ＭＰａ以上のロール加圧を行いながら仮接合
部の通過速度を０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃとすることが
更に好ましい。
【０００８】
【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。
【０００９】本発明で用いられる金属箔は帯状物であ
る。材質は、Ｃｕ箔、Ｃｕ合金箔、Ａｌ箔、Ａｌ合金箔
等であるが、Ａｌ箔又はＡｌ合金箔が好適である。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１０８５、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−Ｃｕ、Ａｌ−Ｍｏ、Ａｌ
−Ｗ、Ａｌ−Ｃｕなどである。
る。材質は、Ｃｕ箔、Ｃｕ合金箔、Ａｌ箔、Ａｌ合金箔
等であるが、Ａｌ箔又はＡｌ合金箔が好適である。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１０８５、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−Ｃｕ、Ａｌ−Ｍｏ、Ａｌ
−Ｗ、Ａｌ−Ｃｕなどである。
【００１０】金属箔の厚みは、０．３〜０．５ｍｍ、特
に０．４〜０．６ｍｍであることが好ましい。とくに、
回路基板の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、裏面金属箔（放熱板）に対す
る表面金属箔（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。なお、放熱板の厚みは、回路の厚
みと同等以下とするのがより好ましい。回路の体積は、
（回路面積×回路厚み）によって、また放熱板の体積は
(放熱板面積×放熱板厚み)によって算出することができ
る。
に０．４〜０．６ｍｍであることが好ましい。とくに、
回路基板の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、裏面金属箔（放熱板）に対す
る表面金属箔（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。なお、放熱板の厚みは、回路の厚
みと同等以下とするのがより好ましい。回路の体積は、
（回路面積×回路厚み）によって、また放熱板の体積は
(放熱板面積×放熱板厚み)によって算出することができ
る。
【００１１】本発明で用いられるろう材合金箔は帯状物
である。成分はＡｌとＣｕを主成分とするものが好まし
く、例示すればＣｕ１〜６％、特に１．５〜５％のＡｌ
−Ｃｕ合金箔、４％Ｃｕと０．５％Ｍｇとを含む２０１
８合金箔、０．５％のＭｎを含む２０１７合金箔、更に
はＪＩＳ合金の２００１、２００３、２００５、２００
７、２０１１、２０１４、２０２４、２０２５、２０３
０、２０３４、２０３６、２０４８、２０９０、２１１
７、２１２４、２２１８、２２２４、２３２４、７０５
０等の合金箔である。Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｔｉ、Ｂｉ等の第三成分は合計で５％まで含ませること
ができる。
である。成分はＡｌとＣｕを主成分とするものが好まし
く、例示すればＣｕ１〜６％、特に１．５〜５％のＡｌ
−Ｃｕ合金箔、４％Ｃｕと０．５％Ｍｇとを含む２０１
８合金箔、０．５％のＭｎを含む２０１７合金箔、更に
はＪＩＳ合金の２００１、２００３、２００５、２００
７、２０１１、２０１４、２０２４、２０２５、２０３
０、２０３４、２０３６、２０４８、２０９０、２１１
７、２１２４、２２１８、２２２４、２３２４、７０５
０等の合金箔である。Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｔｉ、Ｂｉ等の第三成分は合計で５％まで含ませること
ができる。
【００１２】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。
【００１３】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。
【００１４】本発明においては、金属箔とろう材合金箔
は帯状積層物として用いられる。帯状積層物とするに
は、金属箔とろう材合金箔の巻物から帯状物をベルトコ
ンベヤー等の搬送装置に繰り出し、そこで合体すること
によって行うことができる。
は帯状積層物として用いられる。帯状積層物とするに
は、金属箔とろう材合金箔の巻物から帯状物をベルトコ
ンベヤー等の搬送装置に繰り出し、そこで合体すること
によって行うことができる。
【００１５】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ことが好ま
しい。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ことが好ま
しい。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。
【００１６】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。
【００１７】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。
【００１８】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。
【００１９】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の厚板が用いら
れる。広さは、縦２０〜２００ｍｍ、横２０〜２００ｍ
ｍが例示される。
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の厚板が用いら
れる。広さは、縦２０〜２００ｍｍ、横２０〜２００ｍ
ｍが例示される。
【００２０】本発明においてセラミックス基板は、上記
帯状積層物のろう材合金箔面に適宜数配列し、その上面
を別の積層物で覆われる。この上面を覆う積層物は、金
属箔とろう材合金箔の積層物からなるものであるが、そ
の形状は帯状であってもよく、帯状でなくてもよい。重
要なことは、ろう材合金箔側をセラミックス基板に接面
させて覆うことである。図１には、セラミックス基板１
の上下面にいずれも帯状積層物２を配置した帯状構造体
の例が示されている。図１は、帯状構造体の一例を示す
部分斜視図である。
帯状積層物のろう材合金箔面に適宜数配列し、その上面
を別の積層物で覆われる。この上面を覆う積層物は、金
属箔とろう材合金箔の積層物からなるものであるが、そ
の形状は帯状であってもよく、帯状でなくてもよい。重
要なことは、ろう材合金箔側をセラミックス基板に接面
させて覆うことである。図１には、セラミックス基板１
の上下面にいずれも帯状積層物２を配置した帯状構造体
の例が示されている。図１は、帯状構造体の一例を示す
部分斜視図である。
【００２１】本発明の製造方法は、上記帯状構造体を接
合炉に搬入し、予熱部、仮接合部、拡散部を経由させる
ことによって帯状構造体を帯状接合体となし、それを接
合炉から搬出させ、個々の単位接合体に切断することを
構成要件としている。帯状構造体の搬送には、プッシャ
ー、ベルト、ローラー等が採用される。
合炉に搬入し、予熱部、仮接合部、拡散部を経由させる
ことによって帯状構造体を帯状接合体となし、それを接
合炉から搬出させ、個々の単位接合体に切断することを
構成要件としている。帯状構造体の搬送には、プッシャ
ー、ベルト、ローラー等が採用される。
【００２２】接合炉は、予熱部、仮接合部、拡散部を有
し、窒素、アルゴン、水素、炭酸ガス等の非酸化性雰囲
気、好ましくは酸素濃度５０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲
気に保持されている。予熱部は、接合炉の入口からろう
材合金箔の融点までの領域を占め、その後接合炉出口ま
での領域が仮接合部と拡散部とになる。具体的には、予
熱部の雰囲気温度は、室温〜ろう材合金箔の融点よりも
１０℃低い温度、仮接合部と拡散部の雰囲気温度は６０
０〜６５０℃であり、拡散部の温度は仮接合部よりも１
０〜３０℃低いことが好ましい。また、予熱部、仮接合
部、拡散部の通過時間は、それぞれ３０秒〜１０分、５
秒〜３分、３分〜３０分、であることが好ましく、特に
仮接合部は０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で通過させ
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、回路の信頼
性を損なう恐れがある。また、１０ｍｍ／ｓｅｃよりも
速いと、接合反応が不十分となる。
し、窒素、アルゴン、水素、炭酸ガス等の非酸化性雰囲
気、好ましくは酸素濃度５０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲
気に保持されている。予熱部は、接合炉の入口からろう
材合金箔の融点までの領域を占め、その後接合炉出口ま
での領域が仮接合部と拡散部とになる。具体的には、予
熱部の雰囲気温度は、室温〜ろう材合金箔の融点よりも
１０℃低い温度、仮接合部と拡散部の雰囲気温度は６０
０〜６５０℃であり、拡散部の温度は仮接合部よりも１
０〜３０℃低いことが好ましい。また、予熱部、仮接合
部、拡散部の通過時間は、それぞれ３０秒〜１０分、５
秒〜３分、３分〜３０分、であることが好ましく、特に
仮接合部は０．１〜１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で通過させ
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、回路の信頼
性を損なう恐れがある。また、１０ｍｍ／ｓｅｃよりも
速いと、接合反応が不十分となる。
【００２３】本発明で重要なことは、仮接合部では帯状
構造体は加圧状態に置かれるが、拡散部ではその加圧が
解除されることである。帯状構造体の加圧は、上下面か
らのプレス、又は単独のロールや多段ロール間を通すこ
とによって行うことができる。いずれの場合において
も、単独のロールや多段ロールは、ろう材合金箔の溶融
温度以上に加温されていることが好ましい。また、加圧
力は２ＭＰａ以上であることが好ましく、２ＭＰａ未満
であると、ろう材合金箔とセラミックス基板の密着が確
保できず、接合不良となる。好ましい加圧力は４〜７Ｍ
Ｐａである。プレス板又はツインロールの材質は、金属
でもセラミックスでもよいが、加熱しやすい金属、特に
ＳＵＳ４３０等の鉄系材料が好適となる。
構造体は加圧状態に置かれるが、拡散部ではその加圧が
解除されることである。帯状構造体の加圧は、上下面か
らのプレス、又は単独のロールや多段ロール間を通すこ
とによって行うことができる。いずれの場合において
も、単独のロールや多段ロールは、ろう材合金箔の溶融
温度以上に加温されていることが好ましい。また、加圧
力は２ＭＰａ以上であることが好ましく、２ＭＰａ未満
であると、ろう材合金箔とセラミックス基板の密着が確
保できず、接合不良となる。好ましい加圧力は４〜７Ｍ
Ｐａである。プレス板又はツインロールの材質は、金属
でもセラミックスでもよいが、加熱しやすい金属、特に
ＳＵＳ４３０等の鉄系材料が好適となる。
【００２４】拡散部では、金属箔とセラミックス基板間
の十分な接合強度を確保するため、ろう材成分の一部の
金属成分を金属箔中に拡散させることが必要である。た
とえば、金属箔がＡｌで、ろう材合金箔成分がＡｌ−Ｃ
ｕ系である場合には、Ａｌ中にＣｕを拡散させる。拡散
距離は５０〜１００μｍ程度であることが好ましい。
の十分な接合強度を確保するため、ろう材成分の一部の
金属成分を金属箔中に拡散させることが必要である。た
とえば、金属箔がＡｌで、ろう材合金箔成分がＡｌ−Ｃ
ｕ系である場合には、Ａｌ中にＣｕを拡散させる。拡散
距離は５０〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００２５】その後、接合炉から帯状接合体が搬出さ
れ、個々の単位接合体に切断されて接合体が製造され
る。切断は、刃物による方法、円盤状の砥石を回転させ
て切削するいわゆるダイサー法、レーザーによって切断
するレーザーカット法、水を所定の圧力で吹き付けて切
断するウォータージェット法のいずれであってもよい。
また、切断に際しては、セラミックス基板の一部を切り
落としてもよい。
れ、個々の単位接合体に切断されて接合体が製造され
る。切断は、刃物による方法、円盤状の砥石を回転させ
て切削するいわゆるダイサー法、レーザーによって切断
するレーザーカット法、水を所定の圧力で吹き付けて切
断するウォータージェット法のいずれであってもよい。
また、切断に際しては、セラミックス基板の一部を切り
落としてもよい。
【００２６】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
水溶液が好適に用いられる。
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
水溶液が好適に用いられる。
【００２７】
【実施例】以下、実施例と参考例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
本発明を説明する。
【００２８】実施例１〜３
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、金属箔とろう材合金箔の帯状物の巻物（表
１）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、金属箔とろう材合金箔の帯状物の巻物（表
１）を用意した。
【００２９】金属箔とろう材合金箔の巻物から帯状物を
ベルトコンベヤーに引き出し両者を積層して帯状積層物
とした。この帯状積層物のろう材合金箔面に、上記セラ
ミックス基板の複数個を適宜間隔（約１０ｍｍ）を設け
て配列すると共に、その上面を更に上記と同じ帯状積層
物で覆って図１に示される帯状構造体とした。この帯状
構造体を、酸素濃度２０ｐｐｍの高温窒素雰囲気に保持
され、予熱部、仮接合部、拡散部（各部の条件は表２）
を有する、ベルト搬送方式のステンレス製筒状構造の接
合炉（寸法：開口部幅３００ｍｍ、高さ５０ｍｍ、長さ
８ｍ、断熱材：アルミナ繊維）に搬入し、熱処理を行っ
て帯状構造体を帯状接合体となし、それを接合炉から搬
出させ、個々の単位接合体に切断（切断方法は表２）し
て接合体を製造した。
ベルトコンベヤーに引き出し両者を積層して帯状積層物
とした。この帯状積層物のろう材合金箔面に、上記セラ
ミックス基板の複数個を適宜間隔（約１０ｍｍ）を設け
て配列すると共に、その上面を更に上記と同じ帯状積層
物で覆って図１に示される帯状構造体とした。この帯状
構造体を、酸素濃度２０ｐｐｍの高温窒素雰囲気に保持
され、予熱部、仮接合部、拡散部（各部の条件は表２）
を有する、ベルト搬送方式のステンレス製筒状構造の接
合炉（寸法：開口部幅３００ｍｍ、高さ５０ｍｍ、長さ
８ｍ、断熱材：アルミナ繊維）に搬入し、熱処理を行っ
て帯状構造体を帯状接合体となし、それを接合炉から搬
出させ、個々の単位接合体に切断（切断方法は表２）し
て接合体を製造した。
【００３０】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１と同様にして回路基板を製造した。
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１と同様にして回路基板を製造した。
【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】参考例２
この例は、窒化アルミニウム基板にＣｕ回路とＣｕ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、
質量基準で、銀粉末９０部、銅粉末１０部、ジルコニウ
ム粉末３部、チタン粉末３部及びテルピネオール１５部
と有機結合剤（ポリイソブチルメタアクリレートのトル
エン溶液）を固形分で全体に対し５％加えてよく混練
し、ろう材ペーストを調製した。このろう材ペーストを
上記窒化アルミニウム基板の両面にスクリーン印刷によ
って全面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）を９ｍ
ｇ／ｃｍ2 とした。ついで、一方の面に銅板（６０ｍｍ
×３６ｍｍ×０．３ｍｍ）を、またその反対面には６０
ｍｍ×３６ｍｍ×０．１５ｍｍの銅板（６０ｍｍ×３６
ｍｍ×０．１５ｍｍ）を配置して積層体とした。これの
２０個を横方向に配列し、両端部をカーボン製支持部材
で支え、積層体の端部とカーボン製支持部材との間に板
バネ材を配置し、真空中、８００℃で１５分保持して接
合体を製造した。接合工程の所要時間は２４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、
質量基準で、銀粉末９０部、銅粉末１０部、ジルコニウ
ム粉末３部、チタン粉末３部及びテルピネオール１５部
と有機結合剤（ポリイソブチルメタアクリレートのトル
エン溶液）を固形分で全体に対し５％加えてよく混練
し、ろう材ペーストを調製した。このろう材ペーストを
上記窒化アルミニウム基板の両面にスクリーン印刷によ
って全面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）を９ｍ
ｇ／ｃｍ2 とした。ついで、一方の面に銅板（６０ｍｍ
×３６ｍｍ×０．３ｍｍ）を、またその反対面には６０
ｍｍ×３６ｍｍ×０．１５ｍｍの銅板（６０ｍｍ×３６
ｍｍ×０．１５ｍｍ）を配置して積層体とした。これの
２０個を横方向に配列し、両端部をカーボン製支持部材
で支え、積層体の端部とカーボン製支持部材との間に板
バネ材を配置し、真空中、８００℃で１５分保持して接
合体を製造した。接合工程の所要時間は２４時間であっ
た。
【００３３】上記で得られた接合体を用い、以下に従っ
て回路基板を製造し、ろう接欠陥の検査と熱履歴試験を
行った。それらの結果を表２に示す。
て回路基板を製造し、ろう接欠陥の検査と熱履歴試験を
行った。それらの結果を表２に示す。
【００３４】回路と放熱板の材質がＡｌである接合体に
ついては、ＵＶ硬化型レジストインク（互応化学社製商
品名「ＰＬＡＳ ＦＩＮＥ」）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。
ついては、ＵＶ硬化型レジストインク（互応化学社製商
品名「ＰＬＡＳ ＦＩＮＥ」）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。
【００３５】回路と放熱板の材質がＣｕである接合体に
ついては、Ａｌの場合と同様にしてレジスト膜を硬化さ
せた後、塩化第二銅溶液を用いてエッチング処理を行っ
て銅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た。この段階では、銅回路パターン
間に残留不要ろう材や活性金属成分と窒化アルミニウム
基板成分との反応物があるので、温度６０℃、１０％フ
ッ化アンモニウム溶液に１０分間浸漬して除去し回路基
板を製造した。
ついては、Ａｌの場合と同様にしてレジスト膜を硬化さ
せた後、塩化第二銅溶液を用いてエッチング処理を行っ
て銅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た。この段階では、銅回路パターン
間に残留不要ろう材や活性金属成分と窒化アルミニウム
基板成分との反応物があるので、温度６０℃、１０％フ
ッ化アンモニウム溶液に１０分間浸漬して除去し回路基
板を製造した。
【００３６】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。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】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、接
合工程の所要時間を短縮し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、接
合工程の所要時間を短縮して製造できたことがわかる。
【００４０】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、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が製
造される。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。
めて高いセラミックス基板と金属箔からなる接合体が製
造される。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。
【図１】帯状構造体の一例を示す部分斜視図
１ セラミックス基板
２ 回路側金属箔
３ 放熱板側金属箔
４ 回路側ろう材合金箔
５ 放熱板側ろう材合金箔
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G026 BA16 BA17 BB27 BF17 BF20
BF42 BG02 BG03 BG06 BG25
BH07
Claims (3)
- 【請求項１】 以下の工程１〜３を経由することを特徴
とする接合体の製造方法。 工程１：金属箔とろう材合金箔からなる帯状積層物のろ
う材合金箔面に、セラミックス基板の適宜数を配列して
から、金属箔とろう材合金箔からなる別の積層物でセラ
ミックス基板の表面を覆い帯状構造体とする工程。 工程２：この帯状構造体を、非酸化性雰囲気の高温下に
保持された、予熱部、仮接合部、拡散部を有する接合炉
を通過させて帯状接合体とする工程。 工程３：この帯状接合体を個々の単位接合体に切断する
工程。ここで、予熱部とは、ろう材合金箔の融点よりも
低い温度に保持された領域であり、仮接合部とは、ろう
材合金箔の融点以上の温度領域で帯状構造体を加圧しな
がらろう材成分とセラミックス基板とを反応させる領域
であり、拡散部とは、ろう材合金箔の融点以上の温度領
域で帯状構造体の加圧を解いて、ろう材成分を金属箔へ
拡散させる領域である、と定義される。 - 【請求項２】 セラミックス基板が窒化アルミニウム製
又は窒化ケイ素製であり、金属箔がＡｌ製又はＡｌ合金
製であり、ろう材合金箔がＡｌとＣｕを主成分とするも
のであることを特徴とする請求項１記載の接合体の製造
方法。 - 【請求項３】 仮接合部の雰囲気温度が６２０〜６５０
℃であり、帯状構造体に圧力２ＭＰａ以上のロール加圧
を行いながら仮接合部の通過速度を０．１〜１０ｍｍ／
ｓｅｃとすることを特徴とする請求項１又は２記載の接
合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002091018A JP3770849B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP2002091018A JP3770849B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 接合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003286087A true JP2003286087A (ja) | 2003-10-07 |
| JP3770849B2 JP3770849B2 (ja) | 2006-04-26 |
Family
ID=29236208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002091018A Expired - Lifetime JP3770849B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 接合体の製造方法 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US20160023957A1 (en) * | 2014-07-28 | 2016-01-28 | Rolls-Royce Corporation | Braze for ceramic and ceramic matrix composite components |
| US10293424B2 (en) | 2015-05-05 | 2019-05-21 | Rolls-Royce Corporation | Braze for ceramic and ceramic matrix composite components |
| JP2021509542A (ja) * | 2018-02-28 | 2021-03-25 | ロジャーズ ジャーマニー ゲーエムベーハーＲｏｇｅｒｓ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ | 金属セラミック基板および金属セラミック基板の製造方法 |
| CN114633044A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-17 | 神华准能资源综合开发有限公司 | 用于陶瓷内衬与不锈钢间钎焊的焊料及钎焊方法 |
| JP2023007427A (ja) * | 2021-06-29 | 2023-01-18 | ヘレウス ドイチェラント ゲーエムベーハー ウント カンパニー カーゲー | 金属セラミック基材を製造するための方法及び炉 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002091018A patent/JP3770849B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (13)
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|---|---|---|---|---|
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| US10364195B2 (en) * | 2014-07-28 | 2019-07-30 | Rolls-Royce Corporation | Braze for ceramic and ceramic matrix composite components |
| US20160023957A1 (en) * | 2014-07-28 | 2016-01-28 | Rolls-Royce Corporation | Braze for ceramic and ceramic matrix composite components |
| US11027351B2 (en) | 2015-05-05 | 2021-06-08 | Rolls-Royce Corporation | Braze for ceramic and ceramic matrix composite components |
| US10293424B2 (en) | 2015-05-05 | 2019-05-21 | Rolls-Royce Corporation | Braze for ceramic and ceramic matrix composite components |
| JP2021509542A (ja) * | 2018-02-28 | 2021-03-25 | ロジャーズ ジャーマニー ゲーエムベーハーＲｏｇｅｒｓ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ | 金属セラミック基板および金属セラミック基板の製造方法 |
| JP7033660B2 (ja) | 2018-02-28 | 2022-03-10 | ロジャーズ ジャーマニー ゲーエムベーハー | 金属セラミック基板および金属セラミック基板の製造方法 |
| US11807584B2 (en) | 2018-02-28 | 2023-11-07 | Rogers Germany Gmbh | Metal-ceramic substrate and method for producing a metal-ceramic substrate |
| JP2023007427A (ja) * | 2021-06-29 | 2023-01-18 | ヘレウス ドイチェラント ゲーエムベーハー ウント カンパニー カーゲー | 金属セラミック基材を製造するための方法及び炉 |
| JP7449981B2 (ja) | 2021-06-29 | 2024-03-14 | ヘレウス ドイチェラント ゲーエムベーハー ウント カンパニー カーゲー | 金属セラミック基材を製造するための方法及び炉 |
| CN114633044A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-17 | 神华准能资源综合开发有限公司 | 用于陶瓷内衬与不锈钢间钎焊的焊料及钎焊方法 |
| CN114633044B (zh) * | 2022-03-31 | 2024-05-24 | 神华准能资源综合开发有限公司 | 用于陶瓷内衬与不锈钢间钎焊的焊料及钎焊方法 |
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