JP2014183118A5 - - Google Patents

Description

前述の課題を解決するために、本発明の接合体の製造方法は、セラミックスからなるセラミックス部材と、銅又は銅合金からなる銅部材とが接合されてなる接合体の製造方法であって、活性金属材及び融点が７１０℃以下の溶加材を介して、前記セラミックス部材と前記銅部材とを積層する積層工程と、積層された前記セラミックス部材及び前記銅部材を加熱処理する加熱処理工程と、を備えており、前記溶加材が液相線温度４５０℃以上のろう材であり、前記ろう材は、Ｃｕ−Ｐ系ろう材、Ｃｕ−Ａｌ系ろう材の中から選択されるいずれか一種であることを特徴とすることを特徴としている。
なお、本発明において融点は、固相線温度としている。

本発明の接合体の製造方法によれば、活性金属材及び融点が７１０℃以下の溶加材を介して、前記セラミックス部材と前記銅部材とを積層する積層工程と、積層された前記セラミックス部材及び前記銅部材を加熱処理する加熱処理工程と、を備えているので、加熱処理工程において、溶加材が溶融した液相に活性金属が溶け込み、溶加材の液相とセラミックス基板との濡れ性が良好となる。したがって、溶加材の液相が凝固した際に、溶加材とセラミックス基板との接合が良好となる。
また、溶加材の融点が７１０℃以下とされているので、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いた場合と比較して、低温で溶加材の液相を形成することができる。このような低温域で加熱処理を行うと、セラミックス部材への熱的な負荷を軽減することができる。
さらに、Ａｇを含有しない溶加材を用いてセラミックス部材と銅部材とを接合するので、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いた場合よりも製造コストを低減できる。
また、前記溶加材が液相線温度４５０℃以上のろう材であることが好ましい。具体的には、前記ろう材は、Ｃｕ−Ｐ系ろう材、Ｃｕ−Ａｌ系ろう材の中から選択されるいずれか一種であることが望ましい。
このようなろう材を用いた場合、ろう材の融点が低いので、低温条件でも確実にセラミックス部材と銅部材との接合を行うことができる。
なお、Ｃｕ−Ｐ系ろう材としては、例えば、Ｃｕ−Ｐろう材、Ｃｕ−Ｐ−Ｓｎろう材、Ｃｕ−Ｐ−Ｓｎ−Ｎｉ系ろう材などを用いることができる。

ここで、溶加材２５は、融点が７１０℃以下のＣｕ−Ｐ系ろう材とされている。なお、Ｃｕ−Ｐ系ろう材としては、例えば、Ｃｕ−Ｐろう材、Ｃｕ−Ｐ−Ｓｎろう材、Ｃｕ−Ｐ−Ｓｎ−Ｎｉろう材などを用いることができる。
本実施形態では、溶加材２５としてＣｕ−Ｐ−Ｓｎ−Ｎｉ系ろう材箔（Ｃｕ−７ｍａｓｓ％Ｐ−１５ｍａｓｓ％Ｓｎ−１０ｍａｓｓ％Ｎｉ）を用いている。溶加材２５の厚みは、５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲とされている。

なお、上記実施の形態では、溶加材は、融点が７１０℃以下のＣｕ−Ｐ−Ｓｎ−Ｎｉ系ろう材とされている場合について説明したが、溶加材は融点（固相線温度）７１０℃以下かつ液相線温度４５０℃以上のろう材とされても良い。具体的には、このろう材は、Ｃｕ−Ｐ系ろう材、Ｃｕ−Ａｌ系ろう材の中から選択されるいずれか一種であることが望ましい。なお、Ｃｕ−Ｐ系ろう材としては、例えば、Ｃｕ−Ｐろう材、Ｃｕ−Ｐ−Ｓｎろう材などを用いることができる。このようなろう材を用いた場合、ろう材の融点が低いので、低温条件でも確実にセラミックス部材と銅部材との接合を行うことができる。

そして、本発明例１〜１０については、積層方向に圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で真空加熱炉内に装入し、加熱することによってセラミックス基板の一方の面及び他方の面に銅板を接合し、回路層及び金属層を形成した。ここで、真空加熱炉内の圧力を１０^−６Ｐａ以上、１０^−３Ｐａ以下の範囲内に設定し、加熱温度及び加熱時間は表１に示す条件とした。このようにして本発明例１〜１０のパワーモジュール用基板を得た。
本発明例１１については積層方向に圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で真空加熱炉内に装入し、加熱することによってセラミックス基板の一方の面に銅板を接合し、回路層を形成した。ここで、真空加熱炉内の圧力を１０^−６Ｐａ以上、１０^−３Ｐａ以下の範囲内に設定し、加熱温度及び加熱時間は表１に示す条件とした。冷却後、セラミックス基板の他方の面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して純度９９．９９質量％のアルミニウムからなるアルミニウム板を積層し、積層方向に５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で真空加熱炉内に装入し、６４０℃で３０分間加熱することによってセラミックス基板の他方の面にアルミニウム板を接合し、本発明例１１のパワーモジュール基板を得た。

Claims (6)

1. セラミックスからなるセラミックス部材と、銅又は銅合金からなる銅部材とが接合されてなる接合体の製造方法であって、
   活性金属材及び融点が７１０℃以下の溶加材を介して、前記セラミックス部材と前記銅部材とを積層する積層工程と、
   積層された前記セラミックス部材及び前記銅部材を加熱処理する加熱処理工程と、を備えており、
   前記溶加材が液相線温度４５０℃以上のろう材であり、前記ろう材は、Ｃｕ−Ｐ系ろう材、Ｃｕ−Ａｌ系ろう材の中から選択されるいずれか一種であることを特徴とする接合体の製造方法。
2. 前記積層工程において、前記セラミックス部材側に前記溶加材を配置し、前記銅部材側に前記活性金属材を配置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。
3. 前記活性金属材は、Ｔｉ材とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合体の製造方法。
4. セラミックス基板の一方の面に銅又は銅合金からなる回路層が配設されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、
   前記セラミックス基板と前記回路層とを、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法によって接合することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
5. セラミックス基板の一方の面に銅又は銅合金からなる回路層が配設され、他方の面に銅又は銅合金からなる金属層が配設されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、
   前記セラミックス基板と前記回路層、及び前記セラミックス基板と前記金属層とを請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法によって接合することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
6. セラミックス基板の一方の面に銅又は銅合金からなる回路層が配設され、他方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が配設されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、
   前記セラミックス基板と前記回路層とを請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法によって接合し、
   前記回路層を前記セラミックス基板の一方の面に接合した後に、前記金属層を前記セラミックス基板の他方の面に接合することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。