JP2008311273A - 接合体および電子モジュールならびに接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】素子の接合面と基板の接合面との間に導電性を有するろう材3の層を介して接合される接合体1であって、接合体1は基材が金属多孔質体2であり、ろう材3の層に接する基材の両面に金属多孔質体2にろう材3を含浸させた含浸層4をもち、金属多孔質体2にろう材3が含浸していない非含浸層5で含浸層4を挟んだものである。
【選択図】図1
Description
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における接合体の模式図である。図1において、接合体1は、基材となる導電性を有する金属多孔質体2の上下の面から金属多孔質体2の内側に向かって金属多孔質体2の空隙部にろう材3が含浸されている。このろう材3が含浸されている部分を含浸層4と表現する。また、金属多孔質体2の内側のろう材3が含浸されていない部分を非含浸層5と表現する。金属多孔質体2の全体の厚さをtとし、非含浸層5の厚さをdとする。金属多孔質体2の全体の厚さtとしは、50μm〜500μmが一般的である。金属多孔質体2の気孔率は、金属多孔質体2の単位体積当たりの質量を、金属多孔質体2を構成する金属材料の比重で割った値を百分率で表現したものと定義する。
実施の形態2においては、実施の形態1における図2に示した電子部品の製造方法を、図3を参照しながら説明する。
実施の形態2においては、Sn3Ag0.5Cu(重量%)のソルダーペーストを用いてスクリーン印刷によって、ろう材層を形成した。通常、ソルダーペーストは、はんだ粒子を分散させたものであるが、はんだ粒子の表面は酸化膜で覆われている。したがって、ホットプレートで加熱したときにろう材層および含浸層にボイド(空孔)が発生する場合がある。このボイドの発生を避けるために、実施の形態3においては、ソルダーペーストの替わりにはんだのペレットを用いたものである。
実施の形態4においては、実施の形態3のホットプレートに載せて加熱する工程において、素子の上に重量物を載せて素子と基板との間を加圧する工程を加えたものである。それ以外の工程は、実施の形態3と同様である。
実施の形態5においては、実施の形態3のペレット供給工程において、接合面にフラックスを塗布せずに直接ペレットを載置し、ホットプレートに載せて加熱する工程の雰囲気を還元雰囲気にしたものである。ホットプレートをチャンバーの中に設置し、このチャンバー内を、窒素97体積%−水素3体積%の混合ガスで充満させて加熱工程を行った。それ以外の工程は、実施の形態3と同様である。
実施の形態2においては、厚さ500μmの金属多孔質体に対して両面に厚さ100μmの含浸層を形成した接合体を用いた電子モジュールを説明した。実施の形態6においては、含浸層の厚さを変化させたものである。実施の形態1と同様の製造方法を用いて、含浸層の厚さを、50、100、150および200μmのものをそれぞれ10個作製した。なお、ろう材層の作製方法は、ソルダーペーストを印刷する方法を採用した。また、比較として、金属多孔質体の全体にろう材を含浸させたサンプルも作製した。この場合、含浸層の厚さは、250μmとなり、非含浸層の厚さはゼロとなる。
実施の形態2においては、接合体の基材となる金属多孔質体の含浸層を形成するときに、その含浸層の厚さをコントロールするために逆スパッタを行って金属多孔質体の表面酸化膜を除去していたが、逆スパッタを行った後にろう材を含浸させるまでに、徐々にではあるが、表面酸化膜を除去した部分が酸化される恐れがある。そのため、含浸層の特性(含浸層の厚さや金属多孔質体とろう材との接着強度)にばらつきを生じる場合がある。実施の形態7においては、逆スパッタで表面酸化膜を除去する替わりに、金属多孔質体の含浸層となる部分にろう材との濡れ性がよい金属膜を形成したものである。
接合体の非含浸層は、ろう材が含浸していないため、含浸層に比べて導電性および熱伝導特性が低くなる。実施の形態8においては、非含浸層の金属多孔質体の空隙部に導電性粒子を充填して、非含浸層の導電性および熱伝導性を向上させたものである。
2 金属多孔質体
3 ろう材
4 含浸層
5 非含浸層
6 素子
7 接合面
8 基板
9 接合面
10 ろう材層
11 ろう材層
12 導電性粒子
Claims (13)
- 素子の接合面と基板の接合面との間に導電性を有するろう材の層を介して接合される接合体であって、
前記接合体は基材が金属多孔質体であり、
前記ろう材の層に接する前記基材の両面に前記金属多孔質体に前記ろう材が含浸した含浸層をもち、前記金属多孔質体にろう材が含浸していない非含浸層が前記含浸層で挟まれたことを特徴とする接合体。 - 基材の厚さをtとしたときに、非含浸層の厚さをt/5以上としたことを特徴とする請求項1記載の接合体。
- ろう材がはんだであることを特徴とする請求項1記載の接合体。
- 金属多孔質体は、鉄−ニッケル−クロム合金、ニッケル、アルミニウム、炭素、銀、金、白金、パラジウムおよび銅からなる群より選ばれた1種以上の元素を主成分とし、はんだは錫を主成分とすることを特徴とする請求項3記載の接合体。
- 非含浸層の金属多孔質体の空隙部に、前記金属多孔質体と化合物を生成しない導電性粒子を充填したことを特徴とする請求項3記載の接合体。
- 導電性粒子が、金、銀、白金、パラジウム、銅、アルミニウムおよび炭素からなる群より選ばれた1種以上の元素を含むことを特徴とする請求項5記載の接合体。
- 基板の接合面に第1のろう材を載置する工程と、
金属多孔質体からなる基材の両面から前記基材の厚さの2/5以下の深さまでの前記金属多孔質体の表面酸化膜を除去する工程と、
前記第1のろう材の表面に前記基材を載置する工程と、
前記基材の表面に第2のろう材を載置する工程と、
前記第2のろう材の表面に素子の接合面を対向させて前記素子を載置する工程と、
前記第1および第2のろう材の融点以上に加熱する工程と
を含むことを特徴とする接合方法。 - 基板の接合面に第1のろう材を載置する工程と、
金属多孔質体からなる基材の両面から前記基材の厚さの2/5以下の深さまで前記金属多孔質体の表面を金属膜で被膜する工程と、
前記第1の層の表面に前記基材を載置する工程と、
前記基材の表面に第2のろう材を載置する工程と、
前記第2のろう材の表面に素子の接合面を対向させて前記素子を載置する工程と、
前記第1および第2のろう材の融点以上に加熱する工程と
を含むことを特徴とする接合方法。 - 金属膜が、金、銀、白金、パラジウム、および錫からなる群より選ばれた1種以上の元素を含むことを特徴とする請求項8記載の接合方法。
- 第1および第2のろう材の融点以上に加熱する工程において、基板と素子との間に振動を加えることを特徴とする請求項7または8記載の接合方法。
- 第1および第2のろう材の融点以上に加熱する工程において、基板と素子との間を加圧する工程を加えることを特徴とする請求項7または8記載の接合方法。
- 第1および第2のろう材がはんだであり、前記はんだはペレット、ワイヤ、めっき膜、スパッタ膜または蒸着膜のいずれかの状態で載置され、基板と素子との間を加熱する工程を還元雰囲気中で行うことを特徴する請求項10または11記載の接合方法。
- 素子と、
この素子の接合面にろう材の層を介して一方の面が接合される請求項1記載の接合体と、
この接合体の他方の面に前記ろう材を介して接合面を対向させて接合される基板と
を含む電子モジュール。
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