JP2015043392A - 接合体及びパワーモジュール用基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス部材にクラックが発生することを抑制できるとともに、セラミックス部材とCu部材との接合信頼性を向上できる接合体、及びパワーモジュール用基板を提供する。【解決手段】セラミックス部材11とCu部材12との接合界面には、前記セラミックス部材側に位置し、SnがCu中に固溶したCu−Sn層14と、前記Cu部材と前記Cu−Sn層との間に位置したTi層15と、が形成され、前記Cu部材と前記Ti層との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層16が形成され、前記Cu−Sn層と前記Ti層との間に、Pを含有する第二金属間化合物層17が形成されていることを特徴とする。【選択図】図3
Description
この発明は、セラミックス部材とCu部材とが接合された接合体、及びセラミックス基板の一方の面に回路層が形成されたパワーモジュール用基板に関するものである。
LEDやパワーモジュール等の半導体装置においては、導電材料からなる回路層の上に半導体素子が接合された構造とされている。
風力発電、電気自動車等の電気車両などを制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子においては、発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、例えばAlN(窒化アルミ)などからなるセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を回路層として接合したパワーモジュール用基板が、従来から広く用いられている。また、セラミックス基板の他方の面に、金属板を金属層として接合することもある。
風力発電、電気自動車等の電気車両などを制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子においては、発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、例えばAlN(窒化アルミ)などからなるセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を回路層として接合したパワーモジュール用基板が、従来から広く用いられている。また、セラミックス基板の他方の面に、金属板を金属層として接合することもある。
例えば、特許文献1に示すパワーモジュール用基板においては、セラミックス基板(セラミックス部材)の一方の面に、Cu板(Cu部材)を接合することで回路層が形成された構造とされている。このパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に、Cu−Mg−Tiろう材を介在させてCu板を配置し、加熱処理を行うことによりCu板が接合されている。
ところで、特許文献1に開示されたようにCu−Mg−Tiろう材を介してセラミックス基板とCu板とを接合すると、セラミックス基板の近傍には、Cu、Mg、又はTiを含む金属間化合物が形成される。
このセラミックス基板近傍に形成される金属間化合物は、硬いため、パワーモジュール用基板に冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板に発生する熱応力が大きくなり、セラミックス基板にクラックが生じ易くなる問題があった。また、上述の金属間化合物層は脆いため、冷熱サイクルが負荷された際に、金属間化合物が破壊され、セラミックス基板と回路層との接合率が悪化し、接合信頼性が低下するおそれがあった。
このセラミックス基板近傍に形成される金属間化合物は、硬いため、パワーモジュール用基板に冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板に発生する熱応力が大きくなり、セラミックス基板にクラックが生じ易くなる問題があった。また、上述の金属間化合物層は脆いため、冷熱サイクルが負荷された際に、金属間化合物が破壊され、セラミックス基板と回路層との接合率が悪化し、接合信頼性が低下するおそれがあった。
特に近年では、パワーモジュールの使用環境が厳しくなってきており、冷熱サイクルの条件が厳しくなっている。したがって、パワーモジュール用基板においては、セラミックス基板にクラックが生じ易く、かつセラミックス基板と回路層との接合信頼性が低下し易い傾向にある。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス部材にクラックが発生することを抑制できるとともに、セラミックス部材とCu部材との接合信頼性を向上できる接合体、及びパワーモジュール用基板を提供することを目的とする。
前述の課題を解決するために、本発明の接合体は、セラミックスからなるセラミックス部材と、Cu又はCu合金からなるCu部材とがCu−P−Sn系ろう材及びTi材を介して接合された接合体であって、前記セラミックス部材と前記Cu部材との接合界面には、前記セラミックス部材側に位置し、SnがCu中に固溶したCu−Sn層と、前記Cu部材と前記Cu−Sn層との間に位置したTi層と、が形成され、前記Cu部材と前記Ti層との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層が形成され、前記Cu−Sn層と前記Ti層との間に、Pを含有する第二金属間化合物層が形成されていることを特徴としている。
本発明の接合体によれば、セラミックス部材とCu部材との接合界面において、Cu−P−Sn系ろう材に含まれるPが、Ti層側に形成された第二金属間化合物層に取り込まれることにより、Pを含有する金属間化合物を有しない若しくは非常に少ないCu−Sn層がセラミックス部材側に形成されている。すなわち、セラミックス部材の近傍に硬い金属間化合物が形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス部材に生じる熱応力を低減し、セラミックス部材にクラックが発生することを抑制できる。また、脆い金属間化合物がセラミックス基板の近傍に形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス部材とCu部材との接合率の低下を抑制し、接合信頼性を向上させることができる。
さらに、Cu−Sn層とCu部材との間にTi層が形成されているので、SnがCu部材側に拡散することを抑制でき、Cu−P−Sn系ろう材を介してセラミックス部材とCu部材とを接合する際に、Cu−P−Sn系ろう材の融点が上昇することを抑えることが可能となる。
また、Cu部材とTi層との間にCuとTiからなる第一金属間化合物層が形成されているので、Cu部材のCuとTi層のTiとが十分に相互に拡散しており、Cu部材とTi層とが良好に接合されている。
また、Cu部材とTi層との間にCuとTiからなる第一金属間化合物層が形成されているので、Cu部材のCuとTi層のTiとが十分に相互に拡散しており、Cu部材とTi層とが良好に接合されている。
また、前記第一金属間化合物層の厚さは、0.5μm以上10μm以下とされていることが好ましい。
CuとTiからなる第一金属間化合物層の厚さが0.5μm以上の場合、Cu部材のCuとTi層のTiとが十分に相互に拡散しているので、接合強度を十分に確保することができる。また、第一金属間化合物層の厚さが10μm以下の場合、硬い第一金属間化合物層が薄く形成されているので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス部材に発生する熱応力を低減してセラミックス部材にクラックが発生することを確実に抑制できるとともに、セラミックス部材とCu部材との接合信頼性をさらに向上させることができる。
CuとTiからなる第一金属間化合物層の厚さが0.5μm以上の場合、Cu部材のCuとTi層のTiとが十分に相互に拡散しているので、接合強度を十分に確保することができる。また、第一金属間化合物層の厚さが10μm以下の場合、硬い第一金属間化合物層が薄く形成されているので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス部材に発生する熱応力を低減してセラミックス部材にクラックが発生することを確実に抑制できるとともに、セラミックス部材とCu部材との接合信頼性をさらに向上させることができる。
さらに、前記Ti層の厚さが1μm以上15μm以下であることが好ましい。
この場合、Ti層の厚さが1μm以上15μm以下であるので、SnがCu部材側に拡散することを確実に抑制でき、Cu−P−Sn系ろう材を介してセラミックス部材とCu部材とを接合する際に、Cu−P−Sn系ろう材の融点が上昇することを抑えることが可能となり、また、比較的強度が高いTi層が厚く形成されないことから、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス部材に生じる熱応力が小さくなり、クラックの発生を抑制できる。したがって、Ti層の厚さは上述の範囲が好ましい。
この場合、Ti層の厚さが1μm以上15μm以下であるので、SnがCu部材側に拡散することを確実に抑制でき、Cu−P−Sn系ろう材を介してセラミックス部材とCu部材とを接合する際に、Cu−P−Sn系ろう材の融点が上昇することを抑えることが可能となり、また、比較的強度が高いTi層が厚く形成されないことから、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス部材に生じる熱応力が小さくなり、クラックの発生を抑制できる。したがって、Ti層の厚さは上述の範囲が好ましい。
本発明のパワーモジュール用基板は、上述の接合体からなり、前記セラミックス部材からなるセラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面にCu−P−Sn系ろう材を介して前記Cu部材からなるCu板が接合されてなる回路層と、を備え、前記セラミックス基板と前記回路層との接合界面には、前記セラミックス基板側に位置し、SnがCu中に固溶したCu−Sn層と、前記回路層と前記Cu−Sn層との間に位置したTi層と、が形成され、前記回路層と前記Ti層との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層が形成され、前記Cu−Sn層と前記Ti層との間に、Pを含有する第二金属間化合物層が形成されていることを特徴としている。
本発明のパワーモジュール用基板によれば、セラミックス基板と回路層との接合界面において、Cu−P−Sn系ろう材に含まれるPが、Ti層側に形成された第二金属間化合物層に取り込まれることにより、Pを含有する金属間化合物を有しない若しくは非常に少ないCu−Sn層がセラミックス基板側に形成されている。すなわち、セラミックス基板の近傍に硬い金属間化合物が形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板に生じる熱応力を低減し、セラミックス基板にクラックが発生することを抑制できる。また、脆い金属間化合物がセラミックス基板の近傍に形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板と回路層との接合率の低下を抑制し、接合信頼性を向上させることができる。
さらに、Cu−Sn層と回路層との間に、Ti層が形成されているので、Snが回路層側に拡散することを抑制でき、Cu−P−Sn系ろう材を用いてセラミックス基板の一方の面に回路層を形成する際に、Cu−P−Sn系ろう材の融点が上昇することを抑えることが可能となる。
また、回路層とTi層との間にCuとTiからなる第一金属間化合物層が形成されているので、回路層のCuとTi層のTiとが十分に相互に拡散しており、回路層とTi層とが良好に接合されている。
さらに、Cu−Sn層と回路層との間に、Ti層が形成されているので、Snが回路層側に拡散することを抑制でき、Cu−P−Sn系ろう材を用いてセラミックス基板の一方の面に回路層を形成する際に、Cu−P−Sn系ろう材の融点が上昇することを抑えることが可能となる。
また、回路層とTi層との間にCuとTiからなる第一金属間化合物層が形成されているので、回路層のCuとTi層のTiとが十分に相互に拡散しており、回路層とTi層とが良好に接合されている。
また、本発明のパワーモジュール用基板において、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が形成されていることが好ましい。
この場合、セラミックス基板の他方の面に金属層が形成されているので、金属層を介してセラミックス基板側の熱を効率的に放散することができる。
この場合、セラミックス基板の他方の面に金属層が形成されているので、金属層を介してセラミックス基板側の熱を効率的に放散することができる。
また、前記金属層は、前記セラミックス基板の他方の面に、Cu−P−Sn系ろう材及びTi材を介してCu又はCu合金からなるCu板が接合されてなり、前記セラミックス基板と前記金属層との接合界面には、前記セラミックス基板側に位置し、SnがCu中に固溶したCu−Sn層と、前記金属層と前記Cu−Sn層との間に位置したTi層と、が形成され、前記金属層と前記Ti層との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層が形成され、前記Cu−Sn層と前記Ti層との間に、Pを含有する第二金属間化合物層が形成されていることが好ましい。
この場合、セラミックス基板と金属層との接合界面において、Cu−P−Sn系ろう材に含まれるPが、Ti層側に形成された第二金属間化合物層に取り込まれることにより、Pを含有する金属間化合物を有しない若しくは非常に少ないCu−Sn層がセラミックス基板側に形成されている。すなわち、セラミックス基板の近傍に硬い金属間化合物が形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板に生じる熱応力を低減し、セラミックス基板にクラックが発生することを抑制できる。また、脆い金属間化合物がセラミックス基板の近傍に形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板と金属層との接合率の低下を抑制し、接合信頼性を向上させることができる。
さらに、Cu−Sn層と金属層との間にTi層が形成されているので、Snが金属層側に拡散することを抑制でき、Cu−P−Sn系ろう材を用いてセラミックス基板の他方の面に金属層を形成する際に、Cu−P−Sn系ろう材の融点が上昇することを抑えることが可能となる。また、金属層とTi層との間にCuとTiからなる第一金属間化合物層が形成されているので、金属層のCuとTi層のTiとが十分に相互に拡散しており、金属層とTi層とが良好に接合されている。
さらに、Cu−Sn層と金属層との間にTi層が形成されているので、Snが金属層側に拡散することを抑制でき、Cu−P−Sn系ろう材を用いてセラミックス基板の他方の面に金属層を形成する際に、Cu−P−Sn系ろう材の融点が上昇することを抑えることが可能となる。また、金属層とTi層との間にCuとTiからなる第一金属間化合物層が形成されているので、金属層のCuとTi層のTiとが十分に相互に拡散しており、金属層とTi層とが良好に接合されている。
また、前記金属層は、Al又はAl合金からなる構成とされても良い。
この場合、Al又はAl合金からなる金属層は、強度が低いので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板に生じる熱応力を低減することができる。
この場合、Al又はAl合金からなる金属層は、強度が低いので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板に生じる熱応力を低減することができる。
また、本発明のパワーモジュール用基板において、前記Ti層の厚さが1μm以上15μm以下であることが好ましい。
この場合、Ti層の厚さが1μm以上15μm以下であるので、Snが回路層側又は金属層側に拡散することを確実に抑制し、回路層又は金属層と比べて熱抵抗が大きいTi層が厚く形成されず、パワーモジュール用基板の熱抵抗を上昇させることがない。また、この場合、比較的強度が高いTi層が厚く形成されず、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板に生じる熱応力が小さくなり、クラックの発生を抑制できる。このような理由により、Ti層の厚さは上述の範囲が好ましいとされている。
この場合、Ti層の厚さが1μm以上15μm以下であるので、Snが回路層側又は金属層側に拡散することを確実に抑制し、回路層又は金属層と比べて熱抵抗が大きいTi層が厚く形成されず、パワーモジュール用基板の熱抵抗を上昇させることがない。また、この場合、比較的強度が高いTi層が厚く形成されず、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板に生じる熱応力が小さくなり、クラックの発生を抑制できる。このような理由により、Ti層の厚さは上述の範囲が好ましいとされている。
本発明によれば、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス部材にクラックが発生することを抑制できるとともに、セラミックス部材とCu部材との接合信頼性を向上できる接合体、及びパワーモジュール用基板を提供することができる。
(第一実施形態)
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。まず、本発明の第一実施形態について説明する。
本実施形態に係る接合体は、セラミックス部材であるセラミックス基板11と、Cu部材であるCu板22(回路層12)とが接合されてなるパワーモジュール用基板10である。図1に、本実施形態であるパワーモジュール用基板10を備えたパワーモジュール1を示す。
このパワーモジュール1は、回路層12が配設されたパワーモジュール用基板10と、回路層12の一方の面(図1において上面)に接合層2を介して接合された半導体素子3とを備えている。
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。まず、本発明の第一実施形態について説明する。
本実施形態に係る接合体は、セラミックス部材であるセラミックス基板11と、Cu部材であるCu板22(回路層12)とが接合されてなるパワーモジュール用基板10である。図1に、本実施形態であるパワーモジュール用基板10を備えたパワーモジュール1を示す。
このパワーモジュール1は、回路層12が配設されたパワーモジュール用基板10と、回路層12の一方の面(図1において上面)に接合層2を介して接合された半導体素子3とを備えている。
パワーモジュール用基板10は、図2に示すように、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面(図2において上面)に配設された回路層12とを備えている。
セラミックス基板11は、絶縁性の高いAlN(窒化アルミ)、Si3N4(窒化ケイ素)、Al2O3(アルミナ)等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、放熱性の優れたAlN(窒化アルミ)で構成されている。また、セラミックス基板11の厚さは、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。
セラミックス基板11は、絶縁性の高いAlN(窒化アルミ)、Si3N4(窒化ケイ素)、Al2O3(アルミナ)等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、放熱性の優れたAlN(窒化アルミ)で構成されている。また、セラミックス基板11の厚さは、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。
回路層12は、セラミックス基板11の一方の面に、導電性を有するCu又はCu合金の金属板が、Cu−P−Sn系のろう材を介して接合されることにより形成されている。Cu−P−Sn系のろう材として、具体的には、Cu−P−Snろう材、Cu−P−Sn−Ni系ろう材、Cu−P−Sn−Zn系ろう材、Cu−P−Sn−Mn系ろう材、Cu−P−Sn−Cr系ろう材などが挙げられ、本実施形態では、Cu−P−Sn−Niろう材24を用いている。
なお、Cu−P−Sn系ろう材の融点は710℃以下であり、本実施形態で用いられるCu−P−Sn−Niろう材24の融点は580℃である。なお、本実施形態において、融点は、Cu−P−Sn系ろう材の固相線温度としている。
なお、Cu−P−Sn系ろう材の融点は710℃以下であり、本実施形態で用いられるCu−P−Sn−Niろう材24の融点は580℃である。なお、本実施形態において、融点は、Cu−P−Sn系ろう材の固相線温度としている。
本実施形態において、回路層12は、セラミックス基板11の一方の面にCu−P−Sn−Niろう材24、Ti材としてTi箔25、無酸素銅からなるCu板22を積層し、加熱処理によってCu板22を接合することで形成されている(図5参照)。
なお、回路層12の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
なお、回路層12の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
図3に、セラミックス基板11と回路層12との接合界面の電子顕微鏡写真及びその概略図を示す。セラミックス基板11と回路層12との接合界面には、図3に示すように、セラミックス基板11側に位置するCu−Sn層14と、回路層12とCu−Sn層14との間に位置するTi層15とが形成されている。
そして、回路層12とTi層15との間には、CuとTiからなる第一金属間化合物層16が形成されている。また、Cu−Sn層14とTi層15との間には、P及びNiを含有する第二金属間化合物層17が形成されている。
そして、回路層12とTi層15との間には、CuとTiからなる第一金属間化合物層16が形成されている。また、Cu−Sn層14とTi層15との間には、P及びNiを含有する第二金属間化合物層17が形成されている。
Cu−Sn層14は、SnがCu中に固溶した層である。このCu−Sn層14は、Cu−P−Sn−Niろう材24に含まれるP及びNiが、Ti層15側に形成された第二金属間化合物層17に取り込まれることにより形成される層である。
Ti層15は、上述したように、セラミックス基板11とCu板22とを、Cu−P−Sn−Niろう材24及びTi箔25を介して接合することによって形成される層である。本実施形態において、Ti層15の厚さは、1μm以上15μm以下とされていることが好ましい。
Ti層15の厚さが1μm以上15μm以下である場合、Snが回路層12側に拡散することを抑制するバリア層として確実に機能し、Snの拡散を確実に抑制することができる。また、Cu板22からなる回路層12と比べて熱抵抗が大きいTi層15が厚く形成されないので、パワーモジュール用基板10の熱抵抗の上昇を抑制できる。さらに、比較的強度が高いTi層15が厚く形成されないので、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板11に生じる熱応力が小さくなり、クラックの発生を抑制できる。このような理由により、Ti層15の厚さは上述の範囲が好ましいとされている。
第一金属間化合物層16は、回路層12のCuとTi層15のTiとが相互に拡散することによって形成される層である。ここで、CuとTiの拡散は、固相拡散とされている。第一金属間化合物層16はCu4Ti相、Cu3Ti2相、Cu4Ti3相、CuTi相、CuTi2相のいずれか1種以上を有する。本実施形態において、第一金属間化合物層16はCu4Ti相、Cu3Ti2相、Cu4Ti3相、CuTi相、CuTi2相を有している。
また、本実施形態において、この第一金属間化合物層16の厚さは、0.5μm以上10μm以下とされている。
また、本実施形態において、この第一金属間化合物層16の厚さは、0.5μm以上10μm以下とされている。
第一金属間化合物層16の厚さが0.5μm以上の場合、回路層12のCuとTi層15のTiとが十分に相互に拡散しており、回路層12とTi層15との接合強度を十分に確保することができる。また、第一金属間化合物層16の厚さが10μm以下の場合、硬い第一金属間化合物層16が薄く形成されているので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板11に生じる熱応力を低減し、クラックが発生することを抑制できる。このような理由により、第一金属間化合物層16の厚さは、上述の範囲に設定されている。
第二金属間化合物層17は、Cu−P−Sn−Niろう材24に含まれるP及びNiがTi箔25に含まれるTiと結合することにより形成される。本実施形態において、第二金属間化合物層17は、図3に示すように、Cu−Sn層14側から順に形成された、P−Ni−Ti層17aと、P−Ti層17bと、Cu−Ni−Ti層17cとを有している。
半導体素子3は、Si等の半導体材料で構成されている。この半導体素子3と回路層12は、接合層2を介して接合されている。
接合層2は、例えばSn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材とされている。
接合層2は、例えばSn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材とされている。
次に、本実施形態に係るパワーモジュール用基板10、及びパワーモジュール1の製造方法について、図4のフロー図及び図5を参照して説明する。
まず、図5に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図5において上面)に、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及び回路層12となるCu板22を順に積層する(積層工程S01)。すなわち、セラミックス基板11とCu板22の間において、セラミックス基板11側にCu−P−Sn−Niろう材24を配置し、Cu板22側にTi箔25を配置している。
まず、図5に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図5において上面)に、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及び回路層12となるCu板22を順に積層する(積層工程S01)。すなわち、セラミックス基板11とCu板22の間において、セラミックス基板11側にCu−P−Sn−Niろう材24を配置し、Cu板22側にTi箔25を配置している。
本実施形態において、Cu−P−Sn−Niろう材24の組成は、Cu−7mass%P−15mass%Sn−10mass%Niとされている。
また、Cu−P−Sn−Niろう材24の厚みは、5μm以上150μm以下の範囲とされており、本実施形態では、厚さ20μmのCu−P−Sn−Niろう材を用いている。
また、Ti箔25の厚さは、6μm以上25μm以下の範囲とされており、本実施形態では、厚さ10μm、純度99.8%のTi箔を用いている。
また、Cu−P−Sn−Niろう材24の厚みは、5μm以上150μm以下の範囲とされており、本実施形態では、厚さ20μmのCu−P−Sn−Niろう材を用いている。
また、Ti箔25の厚さは、6μm以上25μm以下の範囲とされており、本実施形態では、厚さ10μm、純度99.8%のTi箔を用いている。
次に、セラミックス基板11、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及びCu板22を積層方向に加圧(圧力1kgf/cm2以上35kgf/cm2以下)した状態で、真空加熱炉内に装入して加熱する(加熱処理工程S02)。ここで、本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は10−6Pa以上10−3Pa以下の範囲内に、加熱温度は600℃以上650℃以下の範囲内に、加熱時間は30分以上360分以下の範囲内に設定している。
この加熱処理工程S02においては、Ti箔25とCu板22とが固相拡散接合によって接合されるとともに、Cu−P−Sn−Niろう材24が溶融して液相を形成し、この液相が凝固することにより、セラミックス基板11とTi箔25とが接合されることになる。このとき、Cu板22(回路層12)とTi箔25(Ti層15)との接合界面には、TiとCuからなる第一金属間化合物層16が形成される。また、Cu−P−Sn−Niろう材24中に含まれるP及びNiは、Ti箔25のTiと結合し、第二金属間化合物層17が形成されるとともに、セラミックス基板11側には、P及びNiを含有しない若しくは非常に少ないCu−Sn層14が形成される。
これにより、セラミックス基板11の一方の面に回路層12が形成され、本実施形態であるパワーモジュール用基板10が製造される。
これにより、セラミックス基板11の一方の面に回路層12が形成され、本実施形態であるパワーモジュール用基板10が製造される。
次に、パワーモジュール用基板10の回路層12の上面に、はんだ材を介して半導体素子3を接合する(半導体素子接合工程S03)。
このようにして、本実施形態に係るパワーモジュール1が製造される。
このようにして、本実施形態に係るパワーモジュール1が製造される。
以上のような構成とされた本実施形態に係るパワーモジュール用基板10によれば、セラミックス基板11と回路層12との接合界面において、Cu−P−Sn−Niろう材24に含まれるP及びNiが、Ti層15側に形成された第二金属間化合物層17に取り込まれることにより、P及びNiを含有する金属間化合物を有しない若しくは非常に少ないCu−Sn層14がセラミックス基板11側に形成されている。すなわち、セラミックス基板11の近傍に硬い金属間化合物が形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板11に生じる熱応力を低減し、セラミックス基板11にクラックが発生することを抑制できる。また、脆い金属間化合物がセラミックス基板11の近傍に形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板11と回路層12との接合率の低下を抑制し、接合信頼性を向上させることもできる。
さらに、Cu−Sn層14と回路層12との間に、Ti層15が形成されているので、Snが回路層12側に拡散することを抑制でき、Cu−P−Sn−Niろう材24を用いてセラミックス基板11の一方の面に回路層12を形成する際に、Cu−P−Sn−Niろう材24の融点が上昇することを抑えることが可能となる。すなわち、Cu−P−Sn−Niろう材24の融点の上昇を抑えることで、比較的低温で接合を行うことができ、セラミックス基板11が熱劣化することを抑制できる。
また、Ti層15の厚さが、好ましくは1μm以上15μm以下とされているので、Snが回路層12側に拡散することを確実に抑制できる。また、この場合、比較的強度が高いTi層15が薄く形成されるので、冷熱サイクルが負荷された際にセラミックス基板11に生じる熱応力が小さくなり、クラックの発生を抑制できる。
また、回路層12とTi層15との間にCuとTiからなる第一金属間化合物層16が形成されているので、回路層12のCuとTi層15のTiとが十分に相互に拡散しており、回路層12とTi層15とが良好に接合されている。
また、第一金属間化合物層16の厚さは、0.5μm以上10μm以下とされているので、回路層12のCuとTi層15のTiとが十分に相互に拡散しており、接合強度を十分に確保することができ、かつ、硬い第一金属間化合物層16が薄く形成されており、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板11に発生する熱応力を低減し、クラックが発生することを抑制できる。
また、本実施形態に係るパワーモジュール用基板10、パワーモジュール1によれば、セラミックス基板11の一方の面にCu板22からなる回路層12が形成されているので、半導体素子3からの熱を拡げてセラミックス基板11側に放散することができる。また、Cu板22は比較的変形抵抗が大きいので、冷熱サイクルが負荷された際に、回路層12の変形が抑制され、半導体素子3と回路層12とを接合する接合層2の変形を抑制し、接合信頼性を向上できる。
また、本実施形態のパワーモジュール用基板10の製造方法によれば、セラミックス基板11とCu板22との間に、Cu−P−Sn−Niろう材24とTi箔25とを介在させた状態で加熱処理を行う構成とされているので、加熱時にCu−P−Sn−Niろう材24が溶融した液相にTiが溶け込み、Cu−P−Sn−Niろう材24の液相とセラミックス基板11との濡れ性が良好となる。
また、加熱処理工程S02において、加熱温度が600℃以上の場合、セラミックス基板11とCu板22との接合界面において、Cu−P−Sn−Niろう材24を確実に溶融させることができるとともに、Ti箔25とCu板22とを十分に固相拡散接合することができ、セラミックス基板11とCu板22とを確実に接合可能となる。また、加熱温度が650℃以下の場合、セラミックス基板11が熱劣化することを抑制できるとともに、セラミックス基板11に生じる熱応力を低減することができる。このような理由のため、本実施形態では、加熱温度は、600℃以上650℃以下の範囲内に設定されている。
また、加熱処理工程S02において、加圧される圧力が1kgf/cm2以上の場合、セラミックス基板11とCu−P−Sn−Niろう材24との液相を密着させることができ、セラミックス基板11とCu−Sn層14とを良好に接合できる。さらに、加圧される圧力が1kgf/cm2以上の場合、Ti箔25とCu板22との間に隙間が生じることを抑制して固相拡散接合することができる。また、加圧される圧力が35kgf/cm2以下の場合、セラミックス基板11に割れが発生することを抑制できる。このような理由のため、本実施形態では、加圧される圧力は1kgf/cm2以上35kgf/cm2以下の範囲内に設定されている。
加熱処理工程S02において、加熱時間が30分以上の場合、セラミックス基板11とCu板22との接合界面において、溶融したCu−P−Sn−Niろう材24に含まれるPと、Ti箔に含まれるTiとが結合する時間が十分に確保され、セラミックス基板11側にCu−Sn層を確実に形成可能となる。また、加熱時間が30分以上の場合、Ti箔25とCu板22とを十分に固相拡散接合することができ、セラミックス基板11とCu板22とを確実に接合可能となる。また、加熱時間が360分を超えても加熱時間が360分の場合以上にセラミックス基板11と回路層12との接合性が向上しない。また、加熱時間が360分を超えると生産性が低下してしまう。このような理由のため、本実施形態では、加熱時間は、30分以上360分以下の範囲内に設定されている。
また、本実施形態においては、ろう材の融点が580℃であるCu−P−Sn−Niろう材24を用いているので、低温でろう材の液相を形成することができる。なお、本実施形態において融点は、Cu−P−Sn−Niろう材の固相線温度としている。
上述のように、Cu−P−Sn−Niろう材24がセラミックス基板11と良好に接合されるとともに、Ti箔25とCu板22とが固相拡散接合によって接合されるので、セラミックス基板11とCu板22とを良好に接合でき、セラミックス基板11と回路層12との接合信頼性を向上させることができる。
(第二実施形態)
次に、本発明の第二実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
図6に、第二実施形態に係るパワーモジュール用基板110を備えたパワーモジュール101を示す。
このパワーモジュール101は、回路層112が配設されたパワーモジュール用基板110と、回路層112の一方の面(図1において上面)に接合層2を介して接合された半導体素子3と、パワーモジュール用基板110の他方側(図1において下側)に配置されたヒートシンク130と、を備えている。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
図6に、第二実施形態に係るパワーモジュール用基板110を備えたパワーモジュール101を示す。
このパワーモジュール101は、回路層112が配設されたパワーモジュール用基板110と、回路層112の一方の面(図1において上面)に接合層2を介して接合された半導体素子3と、パワーモジュール用基板110の他方側(図1において下側)に配置されたヒートシンク130と、を備えている。
パワーモジュール用基板110は、図7に示すように、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面(図7において上面)に配設された回路層112と、セラミックス基板11の他方の面(図7において下面)に配設された金属層113と、を備えている。
セラミックス基板11は、放熱性の優れたAlN(窒化アルミ)で構成されている。
セラミックス基板11は、放熱性の優れたAlN(窒化アルミ)で構成されている。
回路層112は、第一実施形態と同様に、セラミックス基板11の一方の面にCu−P−Sn−Niろう材24、Ti材としてTi箔25、無酸素銅からなるCu板122を順に積層し、加熱処理によってCu板122を接合することで形成されている(図10参照)。
なお、回路層112の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、第二実施形態では、0.6mmに設定されている。
なお、回路層112の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、第二実施形態では、0.6mmに設定されている。
そして、セラミックス基板11と回路層112との接合界面には、第一実施形態と同様に、セラミックス基板11側に位置するCu−Sn層14と、回路層112とCu−Sn層14との間に位置するTi層15とが形成されている。また、回路層112とTi層15との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層16が形成され、Cu−Sn層14とTi層15との間に、P及びNiを含有する第二金属間化合物層17が形成されている。
金属層113は、セラミックス基板11の他方の面に、Cu又はCu合金の金属板が、Cu−P−Sn系のろう材を介して接合されることにより形成されている。第二実施形態において、金属層113は、セラミックス基板11の他方の面にCu−P−Sn−Niろう材24、Ti材としてTi箔25、無酸素銅からなるCu板123を積層し、加熱処理によってCu板123を接合することで形成されている(図10参照)。
この金属層113の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
この金属層113の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
図8に、セラミックス基板11と金属層113との接合界面の概略図を示す。セラミックス基板11と金属層113との接合界面には、図8に示すように、セラミックス基板11側に位置するCu−Sn層114と、金属層113とCu−Sn層114との間に位置するTi層115とが形成されている。そして、金属層113とTi層115との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層116が形成されている。また、Cu−Sn層114とTi層115との間に、P及びNiを含有する第二金属間化合物層117が形成されている。この第二金属間化合物層117は、Cu−Sn層114側から順に形成された、P−Ni−Ti層117aと、P−Ti層117bと、Cu−Ni−Ti層117cとを有している。
すなわち、このセラミックス基板11と金属層113との接合界面は、上述したセラミックス基板11と回路層112との接合界面と同様の構造となっている。
すなわち、このセラミックス基板11と金属層113との接合界面は、上述したセラミックス基板11と回路層112との接合界面と同様の構造となっている。
ヒートシンク130は、前述のパワーモジュール用基板110からの熱を放散するためのものである。このヒートシンク130は、Cu又はCu合金で構成されており、本実施形態では無酸素銅で構成されている。このヒートシンク130には、冷却用の流体が流れるための流路131が設けられている。なお、本実施形態においては、ヒートシンク130と金属層113とが、はんだ材からなるはんだ層132によって接合されている。
次に、本実施形態に係るパワーモジュール101の製造方法について、図9のフロー図及び図10を参照して説明する。
まず、図10に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図10において上面)に、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及び回路層112となるCu板122を順に積層する(第一積層工程S11)とともに、セラミックス基板11の他方の面(図10において下面)にも、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及び金属層113となるCu123板を順に積層する(第二積層工程S12)。すなわち、セラミックス基板11とCu板122、123の間において、セラミックス基板11側にCu−P−Sn−Niろう材24を配置し、Cu板122、123側にTi箔25を配置している。なお、Ti箔25の厚さは、6μm以上25μm以下の範囲内とされており、本実施形態では厚さ8μmのTi箔25を用いている。
まず、図10に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図10において上面)に、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及び回路層112となるCu板122を順に積層する(第一積層工程S11)とともに、セラミックス基板11の他方の面(図10において下面)にも、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及び金属層113となるCu123板を順に積層する(第二積層工程S12)。すなわち、セラミックス基板11とCu板122、123の間において、セラミックス基板11側にCu−P−Sn−Niろう材24を配置し、Cu板122、123側にTi箔25を配置している。なお、Ti箔25の厚さは、6μm以上25μm以下の範囲内とされており、本実施形態では厚さ8μmのTi箔25を用いている。
次に、セラミックス基板11、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及びCu板122、123を積層方向に加圧(圧力1〜35kgf/cm2)した状態で、真空加熱炉内に装入して加熱する(加熱処理工程S13)。ここで、第二実施形態では、真空加熱炉内の圧力は10−6Pa以上10−3Pa以下の範囲内に、加熱温度は600℃以上650℃以下の範囲内に、加熱時間は30分以上360分以下の範囲に設定している。
この加熱処理工程S13においては、Ti箔25とCu板122、123とが固相拡散接合によって接合されるとともに、Cu−P−Sn−Niろう材24が溶融して液相を形成し、この液相が凝固することにより、Cu−P−Sn−Niろう材24を介して、セラミックス基板11とTi箔25とが接合されることになる。
これにより、セラミックス基板11の一方の面に回路層112が形成されるとともに、他方の面に金属層113が形成され、本実施形態であるパワーモジュール用基板110が製造される。
これにより、セラミックス基板11の一方の面に回路層112が形成されるとともに、他方の面に金属層113が形成され、本実施形態であるパワーモジュール用基板110が製造される。
次いで、パワーモジュール用基板110の金属層113の下面に、はんだ材を介してヒートシンク130を接合する(ヒートシンク接合工程S14)。
次に、パワーモジュール用基板110の回路層112の上面に、はんだ材を介して半導体素子3を接合する(半導体素子接合工程S15)。
このようにして、本実施形態に係るパワーモジュール101が製造される。
次に、パワーモジュール用基板110の回路層112の上面に、はんだ材を介して半導体素子3を接合する(半導体素子接合工程S15)。
このようにして、本実施形態に係るパワーモジュール101が製造される。
以上のような構成とされた第二実施形態に係るパワーモジュール用基板110においては、第一実施形態で説明したパワーモジュール用基板10と同様の効果を奏する。
また、パワーモジュール用基板110においては、セラミックス基板11の他方の面にCu板123からなる金属層113が形成されているので、半導体素子3からの熱を、金属層113を介して効率的に放散することができる。
また、パワーモジュール用基板110においては、セラミックス基板11の他方の面にCu板123からなる金属層113が形成されているので、半導体素子3からの熱を、金属層113を介して効率的に放散することができる。
そして、セラミックス基板11と金属層113との接合界面においては、セラミックス基板11と回路層112との接合界面と同様に、セラミックス基板11側に、SnがCu中に固溶したCu−Sn層114が形成されており、セラミックス基板11の近傍に硬い金属間化合物が形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板11に生じる熱応力を低減し、セラミックス基板11にクラックが発生することを抑制できる。また、脆い金属間化合物層がセラミックス基板11の近傍に形成されていないので、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス基板11と金属層113との接合率の低下を抑制し、接合信頼性を向上させることができる。
また、第二実施形態に係るパワーモジュール用基板110において、金属層113には、ヒートシンク130が接合されているので、ヒートシンク130から熱を効率的に放散することができる。
また、第二実施形態に係るパワーモジュール用基板110において、金属層113には、ヒートシンク130が接合されているので、ヒートシンク130から熱を効率的に放散することができる。
また、第二実施形態に係るパワーモジュール用基板110の製造方法によれば、セラミックス基板11の一方の面に回路層112を、他方の面に金属層113を同時に接合する構成とされているので、製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。
(第三実施形態)
次に、本発明の第三実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
図11に、第三実施形態に係るパワーモジュール用基板210を備えたパワーモジュール201を示す。
このパワーモジュール201は、回路層212が配設されたパワーモジュール用基板210と、回路層212の一方の面(図11において上面)に接合層2を介して接合された半導体素子3と、パワーモジュール用基板210の他方側(図11において下側)に接合層232を介して接合されたヒートシンク230と、を備えている。
次に、本発明の第三実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
図11に、第三実施形態に係るパワーモジュール用基板210を備えたパワーモジュール201を示す。
このパワーモジュール201は、回路層212が配設されたパワーモジュール用基板210と、回路層212の一方の面(図11において上面)に接合層2を介して接合された半導体素子3と、パワーモジュール用基板210の他方側(図11において下側)に接合層232を介して接合されたヒートシンク230と、を備えている。
パワーモジュール用基板210は、図12に示すように、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面(図12において上面)に配設された回路層212と、セラミックス基板11の他方の面(図12において下面)に配設された金属層213と、を備えている。
セラミックス基板11は、放熱性の優れたAlN(窒化アルミ)で構成されている。
セラミックス基板11は、放熱性の優れたAlN(窒化アルミ)で構成されている。
回路層212は、第一実施形態と同様に、セラミックス基板11の一方の面にCu−P−Sn−Niろう材24、Ti材としてTi箔25、無酸素銅からなるCu板222を積層し、加熱処理によってCu板222を接合することで形成されている(図14参照)。
なお、回路層212の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、第三実施形態では、0.6mmに設定されている。
なお、回路層212の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、第三実施形態では、0.6mmに設定されている。
そして、セラミックス基板11と回路層212との接合界面には、第一実施形態と同様に、セラミックス基板11側に位置するCu−Sn層14と、回路層212とCu−Sn層14との間に位置するTi層15とが形成されている。また、回路層212とTi層15との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層16が形成され、Cu−Sn層14とTi層15との間に位置しP及びNiを含有する第二金属間化合物層17が形成されている。
金属層213は、セラミックス基板11の他方の面に、Al又はAl合金の金属板が接合されることにより形成されている。第三実施形態において、金属層213は、セラミックス基板11の他方の面に、純度99.99質量%以上のAl板223を接合することで形成されている(図14参照)。
この金属層213の厚さは0.1mm以上3.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、1.6mmに設定されている。
この金属層213の厚さは0.1mm以上3.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、1.6mmに設定されている。
ヒートシンク230は、Al又はAl合金で構成されており、本実施形態ではA6063(Al合金)で構成されている。このヒートシンク230には、冷却用の流体が流れるための流路231が設けられている。なお、このヒートシンク230と金属層213とが、Al−Si系ろう材によって接合されている。
次に、本実施形態に係るパワーモジュール201の製造方法について、図13のフロー図及び図14を参照して説明する。
まず、図14に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図14において上面)に、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及び回路層212となるCu板222を順に積層する(第一積層工程S21)とともに、セラミックス基板11の他方の面(図14において下面)に、接合材227を介して金属層213となるAl板223を順に積層する(第二積層工程S22)。そして、さらにAl板223の下側に、接合材242を介してヒートシンク230を積層する(第三積層工程S23)。
なお、接合材227、242は、本実施形態では、融点降下元素であるSiを含有したAl−Si系ろう材とされており、第三実施形態においては、Al−7.5mass%Siろう材を用いている。
また、Ti箔25の厚さは、6μm以上25μm以下の範囲内とされ、本実施形態では厚さ12μmのTi箔を用いている。
まず、図14に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図14において上面)に、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、及び回路層212となるCu板222を順に積層する(第一積層工程S21)とともに、セラミックス基板11の他方の面(図14において下面)に、接合材227を介して金属層213となるAl板223を順に積層する(第二積層工程S22)。そして、さらにAl板223の下側に、接合材242を介してヒートシンク230を積層する(第三積層工程S23)。
なお、接合材227、242は、本実施形態では、融点降下元素であるSiを含有したAl−Si系ろう材とされており、第三実施形態においては、Al−7.5mass%Siろう材を用いている。
また、Ti箔25の厚さは、6μm以上25μm以下の範囲内とされ、本実施形態では厚さ12μmのTi箔を用いている。
次に、セラミックス基板11、Cu−P−Sn−Niろう材24、Ti箔25、Cu板222、接合材227、Al板223、接合材242、及びヒートシンク230を積層方向に加圧(圧力1〜35kgf/cm2)した状態で、真空加熱炉内に装入して加熱する(加熱処理工程S24)。ここで、第三実施形態では、真空加熱炉内の圧力は10−6Pa以上10−3Pa以下の範囲内に、加熱温度は600℃以上650℃以下の範囲内に、加熱時間は30分以上360分以下の範囲内に設定している。
この加熱処理工程S24においては、Ti箔25とCu板222とが固相拡散接合によって接合されるとともに、Cu−P−Sn−Niろう材24が溶融して液相を形成し、この液相が凝固することにより、セラミックス基板11とTi箔25とが接合されることになる。また、加熱処理工程S24においては、接合材227が溶融して液相を形成し、この液相が凝固することにより、接合材227を介してセラミックス基板11とAl板223とが接合される。さらに、加熱処理工程S24においては、接合材242が溶融して液相を形成し、この液相が凝固することにより、接合材242を介してAl板223とヒートシンク230とが接合される。
これにより、第三実施形態であるパワーモジュール用基板210が製造される。
これにより、第三実施形態であるパワーモジュール用基板210が製造される。
次に、パワーモジュール用基板210の回路層212の上面に、はんだ材を介して半導体素子3を接合する(半導体素子接合工程S25)。
このようにして、第三実施形態に係るパワーモジュール201が製造される。
このようにして、第三実施形態に係るパワーモジュール201が製造される。
以上のような構成とされた第三実施形態に係るパワーモジュール用基板210においては、第一実施形態で説明したパワーモジュール用基板10と同様の効果を奏する。
また、第三実施形態に係るパワーモジュール用基板210においては、セラミックス基板11の他方の面にAl板223が接合されてなる金属層213が形成されているので、半導体素子3からの熱を、金属層213を介して効率的に放散することができる。また、Alは比較的変形抵抗が低いので、冷熱サイクルが負荷された際に、パワーモジュール用基板210とヒートシンク230との間に生じる熱応力を金属層213によって吸収し、セラミックス基板11に割れが発生することを抑制できる。
また、第三実施形態に係るパワーモジュール用基板210においては、セラミックス基板11の他方の面にAl板223が接合されてなる金属層213が形成されているので、半導体素子3からの熱を、金属層213を介して効率的に放散することができる。また、Alは比較的変形抵抗が低いので、冷熱サイクルが負荷された際に、パワーモジュール用基板210とヒートシンク230との間に生じる熱応力を金属層213によって吸収し、セラミックス基板11に割れが発生することを抑制できる。
また、第三実施形態に係るパワーモジュール用基板210の製造方法によれば、セラミックス基板11の一方の面に回路層212を、他方の面に金属層213を同時に接合するとともに、ヒートシンク230も金属層213に同時に接合する構成とされているので、製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
なお、第二実施形態及び第三実施形態においては、セラミックス基板の一方の面に回路層を、他方の面に金属層を同時に接合する場合について説明したが、回路層と金属層とを別々に接合しても良い。
また、第三実施形態において、回路層、金属層、及びヒートシンクを同時に接合する場合について説明したが、回路層と金属層をセラミックス基板に接合した後に、金属層とヒートシンクとを接合する構成としても良い。
また、第三実施形態において、セラミックス基板の他方の面にAl−Si系ろう材を介して金属層を接合する場合について説明したが、過渡液相接合法(TLP)やAgペーストなどによって接合しても良い。
また、第三実施形態において、回路層、金属層、及びヒートシンクを同時に接合する場合について説明したが、回路層と金属層をセラミックス基板に接合した後に、金属層とヒートシンクとを接合する構成としても良い。
また、第三実施形態において、セラミックス基板の他方の面にAl−Si系ろう材を介して金属層を接合する場合について説明したが、過渡液相接合法(TLP)やAgペーストなどによって接合しても良い。
また、第二実施形態及び第三実施形態では、流路が設けられたヒートシンクを用いる場合について説明したが、放熱板と呼ばれる板状のものや、ピン状フィンを有するものとしてもよい。また、パワーモジュール用基板とヒートシンクとをはんだ材又はろう材で接合する場合について説明したが、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの間にグリースを介してネジ止めなどによって固定する構成とされても良い。また、第二実施形態及び第三実施形態のパワーモジュール用基板において、パワーモジュール用基板の他方の面側にヒートシンクが接合されていなくても良い。
なお、上記実施形態では、Ti材としてTi箔を用いる場合について説明したが、Cu部材の一方の面にTiを配設したCu部材/Tiクラッド材を用いることもできる。また、Cu部材に蒸着等によってTiを配設し、用いることもできる。
さらに、Ti材の一方の面にCu−P−Sn系ろう材を配設したTi材/ろう材クラッド材や、Cu部材、Ti材、Cu−P−Sn系ろう材の順に積層されたCu部材/Ti材/ろう材クラッドを用いることができる。
さらに、Ti材の一方の面にCu−P−Sn系ろう材を配設したTi材/ろう材クラッド材や、Cu部材、Ti材、Cu−P−Sn系ろう材の順に積層されたCu部材/Ti材/ろう材クラッドを用いることができる。
(実施例1)
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験(実施例1)の結果について説明する。
AlNからなるセラミックス基板(40mm×40mm×0.635mmt)の一方の面に表1に示すCu−P−Sn系ろう材、Ti箔、無酸素銅からなるCu板(37mm×37mm×0.3mmt)を順に積層する。
そして、積層方向に圧力15kgf/cm2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Cu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の条件に設定した。このようにして本発明例1−1〜1−11のパワーモジュール用基板を得た。
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験(実施例1)の結果について説明する。
AlNからなるセラミックス基板(40mm×40mm×0.635mmt)の一方の面に表1に示すCu−P−Sn系ろう材、Ti箔、無酸素銅からなるCu板(37mm×37mm×0.3mmt)を順に積層する。
そして、積層方向に圧力15kgf/cm2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Cu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の条件に設定した。このようにして本発明例1−1〜1−11のパワーモジュール用基板を得た。
また、比較例1のパワーモジュール用基板は、AlNからなるセラミックス基板(40mm×40mm×0.635mmt)の一方の面に、表1に示すCu−P−Sn系ろう材、無酸素銅からなるCu板(37mm×37mm×0.3mmt)を順に積層し、積層方向に圧力15kgf/cm2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Cu板を接合し、回路層を形成することにより得た。すなわち、比較例1のパワーモジュール用基板は、セラミックス基板とCu板とを接合する際に、Ti箔を介在させずに接合が行われている。
上述のようにして得られたパワーモジュール用基板に対して、回路層とセラミックス基板との初期の接合率を評価した。接合率の評価方法を以下に説明する。
また、セラミックス基板と回路層との接合界面における、Ti層及び第一金属間化合物層の厚さを測定した。このTi層及び第一金属間化合物層の厚さの測定方法も以下に示す。
また、セラミックス基板と回路層との接合界面における、Ti層及び第一金属間化合物層の厚さを測定した。このTi層及び第一金属間化合物層の厚さの測定方法も以下に示す。
(接合率評価)
パワーモジュール用基板に対し、セラミックス基板と回路層との界面の接合率について超音波探傷装置を用いて評価し、以下の式から算出した。
ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち本実施例では回路層の面積とした。超音波探傷像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積とした。
(接合率(%))={(初期接合面積)−(剥離面積)}/(初期接合面積)×100
パワーモジュール用基板に対し、セラミックス基板と回路層との界面の接合率について超音波探傷装置を用いて評価し、以下の式から算出した。
ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち本実施例では回路層の面積とした。超音波探傷像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積とした。
(接合率(%))={(初期接合面積)−(剥離面積)}/(初期接合面積)×100
(Ti層及び第一金属間化合物層の厚さの測定方法)
Ti層及び第一金属間化合物層の厚さは、銅板/Ti層界面のEPMA(電子線マイクロアナライザー)による反射電子像から、倍率3000倍の視野(縦30μm、横40μm)において、接合界面に形成されたTi層の面積及び第一金属間化合物層(Cu4Ti、Cu3Ti2、Cu4Ti3、CuTi、CuTi2)の総面積を測定し、測定視野の幅の寸法で除して求め、5視野の平均をTi層及び第一金属間化合物層の厚さとした。
以上の評価の結果を表1に示す。
Ti層及び第一金属間化合物層の厚さは、銅板/Ti層界面のEPMA(電子線マイクロアナライザー)による反射電子像から、倍率3000倍の視野(縦30μm、横40μm)において、接合界面に形成されたTi層の面積及び第一金属間化合物層(Cu4Ti、Cu3Ti2、Cu4Ti3、CuTi、CuTi2)の総面積を測定し、測定視野の幅の寸法で除して求め、5視野の平均をTi層及び第一金属間化合物層の厚さとした。
以上の評価の結果を表1に示す。
表1に示されるように、本発明例1−1〜1−11については、Cu−P−Sn系ろう材及びTi箔を介在させてセラミックス基板とCu板とを接合しているため、セラミックス基板と回路層との初期の接合率が高く、良好に接合されていることが確認された。
一方、比較例1は、セラミックス基板とCu板との接合の際に、Ti箔を介在させずに接合が行われているため、セラミックス基板とCu板(回路層)とを接合することができなかった。
一方、比較例1は、セラミックス基板とCu板との接合の際に、Ti箔を介在させずに接合が行われているため、セラミックス基板とCu板(回路層)とを接合することができなかった。
(実施例2)
次に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験(実施例2)の結果について説明する。
AlNからなるセラミックス基板(40mm×40mm×0.635mmt)の一方の面及び他方の面に、表2に示すCu−P−Sn系ろう材、Ti箔、無酸素銅からなるCu板(37mm×37mm×0.3mmt)を順に積層する。
積層方向に圧力15kgf/cm2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Cu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2に示す条件とした。このようにして本発明例2−1〜2−11のパワーモジュール用基板を得た。
次に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験(実施例2)の結果について説明する。
AlNからなるセラミックス基板(40mm×40mm×0.635mmt)の一方の面及び他方の面に、表2に示すCu−P−Sn系ろう材、Ti箔、無酸素銅からなるCu板(37mm×37mm×0.3mmt)を順に積層する。
積層方向に圧力15kgf/cm2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Cu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2に示す条件とした。このようにして本発明例2−1〜2−11のパワーモジュール用基板を得た。
また、比較例2のパワーモジュール用基板は、Ti箔を介在させずに、セラミックス基板と回路層とを接合したことを除いて、本発明例2−1〜2−11のパワーモジュール用基板と同様にして得た。
上述のようにして得られたパワーモジュール用基板に対して、回路層とセラミックス基板との初期の接合率、及び冷熱サイクル試験後の接合率を測定した。さらに、冷熱サイクル試験において、パワーモジュール用基板のセラミックス基板に割れが発生するまでの回数を測定するとともに、冷熱サイクル試験後の接合率を評価した。また、セラミックス基板と回路層との接合界面における、Ti層及び第一金属間化合物層の厚さを測定した。
接合率の評価、Ti層及び第一金属間化合物層の厚さ測定は、実施例1と同様にして行った。また、冷熱サイクル試験は下記の通り行った。
接合率の評価、Ti層及び第一金属間化合物層の厚さ測定は、実施例1と同様にして行った。また、冷熱サイクル試験は下記の通り行った。
(冷熱サイクル試験)
冷熱サイクル試験は、冷熱衝撃試験機エスペック社製TSB−51を使用し、パワーモジュール用基板に対して、液相(フロリナート)で、−40℃×5分←→150℃×5分の2000サイクルを実施した。
以上の評価の結果を表2に示す。
冷熱サイクル試験は、冷熱衝撃試験機エスペック社製TSB−51を使用し、パワーモジュール用基板に対して、液相(フロリナート)で、−40℃×5分←→150℃×5分の2000サイクルを実施した。
以上の評価の結果を表2に示す。
表2に示されるように、本発明例2−1〜2−11については、Cu−P−Sn系ろう材及びTi箔を介在させてセラミックス基板とCu板とを接合しているため、セラミックス基板と回路層との初期の接合率が高く、良好に接合されていることが確認された。また、本発明例2−1〜2−11は、冷熱サイクル試験後の接合率も高く、接合信頼性が高いことが確認された。さらに、本発明例2−1〜2−11は、冷熱サイクル試験において、セラミックス基板に割れが発生するまでのサイクル回数が多く、セラミックス基板に割れが発生しにくいことも確認された。
一方、比較例2は、セラミックス基板とCu板との接合の際に、Ti箔を介在させずに接合が行われているため、セラミックス基板とCu板(回路層)とを接合することができなかった。
一方、比較例2は、セラミックス基板とCu板との接合の際に、Ti箔を介在させずに接合が行われているため、セラミックス基板とCu板(回路層)とを接合することができなかった。
(実施例3)
次に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験(実施例3)の結果について説明する。
AlNからなるセラミックス基板(40mm×40mm×0.635mmt)の一方の面に、表3に示すCu−P−Sn系ろう材、Ti箔、無酸素銅からなるCu板(37mm×37mm×0.3mmt)を順に積層する。また、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%のAlからなるAl板(37mm×37mm×1.6mmt)を積層する。
そして、積層方向に圧力15kgf/cm2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Cu板を接合して回路層を形成し、他方の面にAl板を接合して金属層を形成した。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3に示す条件とした。このようにして本発明例3−1〜3−11のパワーモジュール用基板を得た。
次に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験(実施例3)の結果について説明する。
AlNからなるセラミックス基板(40mm×40mm×0.635mmt)の一方の面に、表3に示すCu−P−Sn系ろう材、Ti箔、無酸素銅からなるCu板(37mm×37mm×0.3mmt)を順に積層する。また、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%のAlからなるAl板(37mm×37mm×1.6mmt)を積層する。
そして、積層方向に圧力15kgf/cm2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Cu板を接合して回路層を形成し、他方の面にAl板を接合して金属層を形成した。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3に示す条件とした。このようにして本発明例3−1〜3−11のパワーモジュール用基板を得た。
また、比較例3のパワーモジュール用基板は、Ti箔を介在させずに、セラミックス基板と回路層とを接合したことを除いて、本発明例3−1〜3−11のパワーモジュール用基板と同様にして得た。
上述のようにして得られたパワーモジュール用基板に対して、回路層とセラミックス基板との初期の接合率、及び冷熱サイクル試験後の接合率を評価した。また、セラミックス基板と回路層との接合界面における、Ti層及び第一金属間化合物層の厚さを測定した。
接合率の評価、冷熱サイクル試験及びTi層と第一金属間化合物層の厚さ測定は、実施例2と同様にして実施した。
以上の評価の結果を表3に示す。
接合率の評価、冷熱サイクル試験及びTi層と第一金属間化合物層の厚さ測定は、実施例2と同様にして実施した。
以上の評価の結果を表3に示す。
表3に示されるように、本発明例3−1〜3−11については、Cu−P−Sn系ろう材及びTi箔を介在させてセラミックス基板とCu板とを接合しているため、セラミックス基板と回路層との初期の接合率が高く、良好に接合されていることが確認された。また、本発明例3−1〜3−11は、冷熱サイクル試験後の接合率も高く、接合信頼性が高いことが確認された。さらに、本発明例3−1〜3−11は、冷熱サイクル試験において、セラミックス基板に割れが発生するまでのサイクル回数が多く、セラミックス基板に割れが発生しにくいことも確認された。
一方、比較例3は、セラミックス基板とCu板との接合の際に、Ti箔を介在させずに接合が行われているため、セラミックス基板とCu板(回路層)とを接合することができなかった。
一方、比較例3は、セラミックス基板とCu板との接合の際に、Ti箔を介在させずに接合が行われているため、セラミックス基板とCu板(回路層)とを接合することができなかった。
10、110、210 パワーモジュール用基板(接合体)
11 セラミックス基板(セラミックス部材)
12、112、212 回路層(Cu部材)
13、113、213 金属層(Cu部材)
14、114 Cu−Sn層
15、115 Ti層
16、116 第一金属間化合物層
17、117 第二金属間化合物層
22、122、123、222 Cu板(Cu部材)
11 セラミックス基板(セラミックス部材)
12、112、212 回路層(Cu部材)
13、113、213 金属層(Cu部材)
14、114 Cu−Sn層
15、115 Ti層
16、116 第一金属間化合物層
17、117 第二金属間化合物層
22、122、123、222 Cu板(Cu部材)
Claims (8)
- セラミックスからなるセラミックス部材と、Cu又はCu合金からなるCu部材とがCu−P−Sn系ろう材及びTi材を介して接合された接合体であって、
前記セラミックス部材と前記Cu部材との接合界面には、
前記セラミックス部材側に位置し、SnがCu中に固溶したCu−Sn層と、
前記Cu部材と前記Cu−Sn層との間に位置したTi層と、が形成され、
前記Cu部材と前記Ti層との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層が形成され、
前記Cu−Sn層と前記Ti層との間に、Pを含有する第二金属間化合物層が形成されていることを特徴とする接合体。 - 前記第一金属間化合物層の厚さは、0.5μm以上10μm以下とされていることを特徴とする請求項1に記載の接合体。
- 前記Ti層の厚さが1μm以上15μm以下であ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。
- 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の接合体からなり、
前記セラミックス部材からなるセラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面にCu−P−Sn系ろう材及びTi材を介して前記Cu部材からなるCu板が接合されてなる回路層と、を備え、
前記セラミックス基板と前記回路層との接合界面には、
前記セラミックス基板側に位置し、SnがCu中に固溶したCu−Sn層と、
前記回路層と前記Cu−Sn層との間に位置したTi層と、が形成され、
前記回路層と前記Ti層との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層が形成され、
前記Cu−Sn層と前記Ti層との間に、Pを含有する第二金属間化合物層が形成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。 - 前記セラミックス基板の他方の面に金属層が形成されていることを特徴とする請求項4に記載のパワーモジュール用基板。
- 前記金属層は、
前記セラミックス基板の他方の面に、Cu−P−Sn系ろう材及びTi材を介してCu又はCu合金からなるCu板が接合されてなり、
前記セラミックス基板と前記金属層との接合界面には、
前記セラミックス基板側に位置し、SnがCu中に固溶したCu−Sn層と、
前記金属層と前記Cu−Sn層との間に位置したTi層と、が形成され、
前記金属層と前記Ti層との間に、CuとTiからなる第一金属間化合物層が形成され、
前記Cu−Sn層と前記Ti層との間に、Pを含有する第二金属間化合物層が形成されていることを特徴とする請求項5に記載のパワーモジュール用基板。 - 前記金属層は、Al又はAl合金からなることを特徴とする請求項5に記載のパワーモジュール用基板。
- 前記Ti層の厚さが1μm以上15μm以下であることを特徴とする請求項4から請求項7のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016184602A (ja) * | 2015-03-25 | 2016-10-20 | 京セラ株式会社 | 回路基板 |
WO2017126641A1 (ja) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体、パワーモジュール用基板、接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
WO2017126653A1 (ja) | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体、パワーモジュール用基板、パワーモジュール、接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
WO2017200004A1 (ja) | 2016-05-19 | 2017-11-23 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板 |
KR20180104660A (ko) | 2016-01-22 | 2018-09-21 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 접합체, 파워 모듈용 기판, 파워 모듈, 접합체의 제조 방법 및 파워 모듈용 기판의 제조 방법 |
KR20180104659A (ko) | 2016-01-22 | 2018-09-21 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 접합체, 파워 모듈용 기판, 접합체의 제조 방법 및 파워 모듈용 기판의 제조 방법 |
WO2022075409A1 (ja) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | 株式会社 東芝 | 接合体、セラミックス回路基板、および半導体装置 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3208839B1 (en) * | 2014-10-16 | 2021-07-28 | Mitsubishi Materials Corporation | Substrate with cooler for power modules and method for producing same |
GB201603991D0 (en) * | 2016-03-08 | 2016-04-20 | Univ Dundee | Processing method and apparatus |
CN108260349B (zh) | 2015-06-24 | 2020-07-03 | 敦提大学 | 用于降低光电子产率和/或二次电子产率的方法和装置 |
DE102015224464A1 (de) * | 2015-12-07 | 2017-06-08 | Aurubis Stolberg Gmbh & Co. Kg | Kupfer-Keramik-Substrat, Kupferhalbzeug zur Herstellung eines Kupfer-Keramik-Substrats und Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Keramik-Substrats |
JP6645368B2 (ja) * | 2016-06-23 | 2020-02-14 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体、パワーモジュール用基板、接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板の製造方法 |
JP7016015B2 (ja) * | 2017-05-09 | 2022-02-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 実装構造体 |
JP7124633B2 (ja) * | 2017-10-27 | 2022-08-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体、及び、絶縁回路基板 |
US11887909B2 (en) | 2018-02-13 | 2024-01-30 | Mitsubishi Materials Corporation | Copper/titanium/aluminum joint, insulating circuit substrate, insulating circuit substrate with heat sink, power module, LED module, and thermoelectric module |
TWI732997B (zh) * | 2018-02-14 | 2021-07-11 | 日商三菱綜合材料股份有限公司 | 銅鈦鋁接合體、絕緣電路基板、附散熱塊絕緣電路基板、功率模組、led模組、熱電模組 |
CN114728857B (zh) * | 2019-12-02 | 2023-03-17 | 三菱综合材料株式会社 | 铜-陶瓷接合体、绝缘电路基板、铜-陶瓷接合体的制造方法及绝缘电路基板的制造方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58100995A (ja) * | 1981-12-10 | 1983-06-15 | Hitachi Ltd | 低融点ろう材とその使用方法 |
JPH04295065A (ja) * | 1991-03-22 | 1992-10-20 | Murata Mfg Co Ltd | セラミック−金属接合体の製造方法 |
JPH10102167A (ja) * | 1996-09-25 | 1998-04-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 銅系低融点ろう材 |
JPH10286666A (ja) * | 1997-04-11 | 1998-10-27 | Hitachi Cable Ltd | 熱交換器の製造方法 |
JP2001085571A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 銅貼り窒化珪素回路基板 |
JP2008221290A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Toshiba Corp | 接合体および接合方法 |
JP4350753B2 (ja) * | 2004-08-10 | 2009-10-21 | 株式会社Neomaxマテリアル | ヒートシンク部材およびその製造方法 |
JP2013098387A (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュール用基板 |
Family Cites Families (46)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4460658A (en) | 1982-09-20 | 1984-07-17 | Allied Corporation | Homogeneous low melting point copper based alloys |
US4729504A (en) | 1985-06-01 | 1988-03-08 | Mizuo Edamura | Method of bonding ceramics and metal, or bonding similar ceramics among themselves; or bonding dissimilar ceramics |
US5378294A (en) | 1989-11-17 | 1995-01-03 | Outokumpu Oy | Copper alloys to be used as brazing filler metals |
WO2004074210A1 (ja) | 1992-07-03 | 2004-09-02 | Masanori Hirano | セラミックス-金属複合体およびその製造方法 |
JPH08222670A (ja) | 1995-02-15 | 1996-08-30 | Tokuyama Corp | 半導体素子搭載用パッケージ |
KR100255027B1 (ko) | 1995-05-17 | 2000-05-01 | 니시무로 타이죠 | 세라믹 금속접합재 및 이를 사용한 세라믹 금속접합체 제조방법 및 이를 이용하여 제작한 진공기밀용기 |
JP4077888B2 (ja) * | 1995-07-21 | 2008-04-23 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板 |
JPH0970686A (ja) | 1995-09-06 | 1997-03-18 | Hitachi Cable Ltd | 銅合金ブレージングシート及びその製造方法 |
EP0874399A1 (en) | 1996-08-20 | 1998-10-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Silicon nitride circuit board and semiconductor module |
US5955686A (en) | 1996-10-30 | 1999-09-21 | Dowa Mining Co., Ltd. | Brazing materials for producing metal-ceramics composite substrates |
KR100371974B1 (ko) * | 1997-05-26 | 2003-02-17 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 구리회로접합기판 및 그 제조방법 |
JP4080588B2 (ja) * | 1998-03-26 | 2008-04-23 | 三菱電機株式会社 | 絶縁操作ロッドおよびその製造方法 |
JP2000164228A (ja) | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Toshiba Corp | 固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法 |
JP4130508B2 (ja) | 1999-01-22 | 2008-08-06 | 富士通株式会社 | 半田接合方法及び電子装置の製造方法 |
US20050029666A1 (en) * | 2001-08-31 | 2005-02-10 | Yasutoshi Kurihara | Semiconductor device structural body and electronic device |
US9533379B2 (en) | 2002-08-23 | 2017-01-03 | Lincoln Global, Inc. | Phosphorous-copper base brazing alloy |
JP4206915B2 (ja) * | 2002-12-27 | 2009-01-14 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板 |
US6773535B1 (en) | 2003-03-03 | 2004-08-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Article and method for controlled debonding of elements using shape memory alloy actuators |
JP4394477B2 (ja) * | 2003-03-27 | 2010-01-06 | Dowaホールディングス株式会社 | 金属−セラミックス接合基板の製造方法 |
JP4375730B2 (ja) | 2004-04-23 | 2009-12-02 | 本田技研工業株式会社 | 銅とセラミックス又は炭素基銅複合材料との接合用ろう材及び同接合方法 |
TW200704789A (en) | 2005-06-30 | 2007-02-01 | Nippon Mining Co | Sn-plated copper alloy bar having excellent fatigue characteristics |
WO2008004552A1 (en) * | 2006-07-04 | 2008-01-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic-metal bonded body, method for manufacturing the bonded body and semiconductor device using the bonded body |
JP4883684B2 (ja) | 2006-08-02 | 2012-02-22 | 日本インター株式会社 | 絶縁型大電力用半導体装置の製造方法 |
US20100247955A1 (en) | 2006-09-29 | 2010-09-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Joint with first and second members with a joining layer located therebetween containing sn metal and another metallic material; methods for forming the same |
US7666568B2 (en) | 2007-10-23 | 2010-02-23 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Composition and method for providing a patterned metal layer having high conductivity |
US20100258233A1 (en) * | 2007-11-06 | 2010-10-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate, method of manufacturing ceramic substrate, and method of manufacturing power module substrate |
JP4747315B2 (ja) | 2007-11-19 | 2011-08-17 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板及びパワーモジュール |
CN101214588B (zh) | 2008-01-14 | 2010-06-02 | 哈尔滨工业大学 | 低银抗氧化活性无铅钎料 |
CN102047413B (zh) * | 2008-06-06 | 2015-04-15 | 三菱综合材料株式会社 | 功率模块用基板、功率模块以及功率模块用基板的制造方法 |
TWI521651B (zh) * | 2009-09-09 | 2016-02-11 | 三菱綜合材料股份有限公司 | 附散熱器之電力模組用基板之製造方法、附散熱器之電力模組用基板及電力模組 |
JP5504842B2 (ja) | 2009-11-20 | 2014-05-28 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
US20120298408A1 (en) * | 2010-02-05 | 2012-11-29 | Mitsubishi Materials Corporation | Substrate for power module and power module |
US20120154974A1 (en) | 2010-12-16 | 2012-06-21 | Applied Materials, Inc. | High efficiency electrostatic chuck assembly for semiconductor wafer processing |
KR101787390B1 (ko) | 2010-12-28 | 2017-10-19 | 가부시끼가이샤 도꾸야마 | 메탈라이즈드 기판, 금속 페이스트 조성물, 및 메탈라이즈드 기판의 제조 방법 |
TWI436710B (zh) | 2011-02-09 | 2014-05-01 | Murata Manufacturing Co | Connection structure |
WO2012132822A1 (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-04 | 日本碍子株式会社 | 炭化タングステン基超硬合金接合体及びその製造方法 |
KR101986860B1 (ko) * | 2011-07-28 | 2019-06-07 | 덴카 주식회사 | 반도체 소자용 방열 부품 |
TWI575680B (zh) * | 2011-08-12 | 2017-03-21 | 三菱綜合材料股份有限公司 | 功率模組用基板、附有散熱片功率模組用基板、功率模組及功率模組用基板之製造方法 |
WO2013024829A1 (ja) | 2011-08-12 | 2013-02-21 | 日立化成工業株式会社 | はんだ接着体、はんだ接着体の製造方法、素子、太陽電池、素子の製造方法および太陽電池の製造方法 |
EP2811513B1 (en) * | 2012-02-01 | 2019-12-18 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for producing substrate for power modules |
JP5918008B2 (ja) * | 2012-05-08 | 2016-05-18 | 昭和電工株式会社 | 冷却器の製造方法 |
DK2883649T3 (da) | 2012-08-10 | 2017-06-19 | Senju Metal Industry Co | Blyfri højtemperatur-loddelegering |
JP2014097529A (ja) * | 2012-10-18 | 2014-05-29 | Fuji Electric Co Ltd | 発泡金属による接合方法、半導体装置の製造方法、半導体装置 |
CN104812470A (zh) | 2012-11-30 | 2015-07-29 | 英派尔科技开发有限公司 | 支撑在纳米多孔石墨烯上的选择性膜 |
JP5672324B2 (ja) | 2013-03-18 | 2015-02-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
JP6111764B2 (ja) | 2013-03-18 | 2017-04-12 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板の製造方法 |
-
2013
- 2013-08-26 JP JP2013175000A patent/JP6079505B2/ja active Active
-
2014
- 2014-08-18 TW TW103128291A patent/TWI641300B/zh active
- 2014-08-18 KR KR1020167004606A patent/KR102219145B1/ko active IP Right Grant
- 2014-08-18 US US14/909,282 patent/US10173282B2/en active Active
- 2014-08-18 WO PCT/JP2014/071523 patent/WO2015029810A1/ja active Application Filing
- 2014-08-18 CN CN201480041129.5A patent/CN105393348B/zh active Active
- 2014-08-18 EP EP14839112.1A patent/EP3041043B1/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58100995A (ja) * | 1981-12-10 | 1983-06-15 | Hitachi Ltd | 低融点ろう材とその使用方法 |
JPH04295065A (ja) * | 1991-03-22 | 1992-10-20 | Murata Mfg Co Ltd | セラミック−金属接合体の製造方法 |
JPH10102167A (ja) * | 1996-09-25 | 1998-04-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 銅系低融点ろう材 |
JPH10286666A (ja) * | 1997-04-11 | 1998-10-27 | Hitachi Cable Ltd | 熱交換器の製造方法 |
JP2001085571A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 銅貼り窒化珪素回路基板 |
JP4350753B2 (ja) * | 2004-08-10 | 2009-10-21 | 株式会社Neomaxマテリアル | ヒートシンク部材およびその製造方法 |
JP2008221290A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Toshiba Corp | 接合体および接合方法 |
JP2013098387A (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュール用基板 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016184602A (ja) * | 2015-03-25 | 2016-10-20 | 京セラ株式会社 | 回路基板 |
US11062974B2 (en) | 2016-01-22 | 2021-07-13 | Mitsubishi Materials Corporation | Bonded body, power module substrate, method for manufacturing bonded body, and method for manufacturing power module substrate |
WO2017126653A1 (ja) | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体、パワーモジュール用基板、パワーモジュール、接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
KR20180104660A (ko) | 2016-01-22 | 2018-09-21 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 접합체, 파워 모듈용 기판, 파워 모듈, 접합체의 제조 방법 및 파워 모듈용 기판의 제조 방법 |
KR20180104659A (ko) | 2016-01-22 | 2018-09-21 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 접합체, 파워 모듈용 기판, 접합체의 제조 방법 및 파워 모듈용 기판의 제조 방법 |
CN109075135A (zh) * | 2016-01-22 | 2018-12-21 | 三菱综合材料株式会社 | 接合体、功率模块用基板、接合体的制造方法及功率模块用基板的制造方法 |
EP3407380A4 (en) * | 2016-01-22 | 2019-08-21 | Mitsubishi Materials Corporation | CONNECTED BODY, POWER MODULE SUBSTRIBUTE, COMPOSITE BODY MANUFACTURING METHOD AND POWER MODULE SUBSCRIPTION PROCESSING |
WO2017126641A1 (ja) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体、パワーモジュール用基板、接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
CN109075135B (zh) * | 2016-01-22 | 2022-04-05 | 三菱综合材料株式会社 | 接合体、功率模块用基板、接合体的制造方法及功率模块用基板的制造方法 |
KR102419486B1 (ko) * | 2016-01-22 | 2022-07-08 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 접합체, 파워 모듈용 기판, 접합체의 제조 방법 및 파워 모듈용 기판의 제조 방법 |
US11393738B2 (en) | 2016-01-22 | 2022-07-19 | Mitsubishi Materials Corporation | Bonded body, power module substrate, power module, method for manufacturing bonded body, and method for manufacturing power module substrate |
WO2017200004A1 (ja) | 2016-05-19 | 2017-11-23 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板 |
US10453783B2 (en) | 2016-05-19 | 2019-10-22 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module substrate |
WO2022075409A1 (ja) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | 株式会社 東芝 | 接合体、セラミックス回路基板、および半導体装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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