JP3012835B2 - Substrate and its manufacturing method, metal joined body suitable for substrate - Google Patents

Substrate and its manufacturing method, metal joined body suitable for substrate

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JP3012835B2 JP10262674A JP26267498A JP3012835B2 JP 3012835 B2 JP3012835 B2 JP 3012835B2 JP 10262674 A JP10262674 A JP 10262674A JP 26267498 A JP26267498 A JP 26267498A JP 3012835 B2 JP3012835 B2 JP 3012835B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板とその製造法
及びその基板に好適な金属接合体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate, a method of manufacturing the substrate, and a metal joined body suitable for the substrate.

【0002】本発明の基板は、セラミックス基板に金属
回路及び/又は金属放熱板を形成させてなるものであ
る。金属回路のみ又は金属回路と金属放熱板を形成させ
たものは回路基板として、また金属放熱板のみを形成さ
せたものは放熱基板として使用される。本発明における
回路基板と放熱基板との本質的な差異は、放熱基板には
金属回路が形成されていないだけであるので、以下、回
路基板を例にとって本発明を説明する。
[0002] The substrate of the present invention is obtained by forming a metal circuit and / or a metal radiator plate on a ceramic substrate. A circuit formed only with a metal circuit or a metal circuit and a metal radiator plate is used as a circuit board, and a plate formed with only a metal radiator plate is used as a heat radiator substrate. The essential difference between the circuit board and the heat dissipation board in the present invention is that no metal circuit is formed on the heat dissipation board. Therefore, the present invention will be described below by taking the circuit board as an example.

【0003】[0003]

【従来の技術】近年、ロボットやモーター等の産業機器
の高性能化に伴い、大電力・高能率インバーター等パワ
ーモジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発生
する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よく
放散させるため、パワーモジュール基板では従来より様
々な方法が取られてきた。特に最近、良好な熱伝導を有
するセラミックス基板が利用できるようになったため、
その基板上に銅板等の金属板を接合し、金属回路を形成
後、そのままあるいはニッケルメッキ等の処理を施して
から半導体素子を実装する構造も採用されつつある。こ
の場合において、金属回路の反対面のセラミックス基板
面には、銅板等の金属放熱板を形成させた構造のものも
ある。
2. Description of the Related Art In recent years, power modules such as high-power and high-efficiency inverters have been changing with the advancement of the performance of industrial equipment such as robots and motors, and the heat generated from semiconductor devices has been increasing steadily. I have. In order to efficiently dissipate this heat, various methods have conventionally been used for power module substrates. Especially recently, ceramic substrates with good thermal conductivity have become available,
A structure in which a metal plate such as a copper plate is bonded on the substrate to form a metal circuit and then a semiconductor element is mounted as it is or after performing a process such as nickel plating is being adopted. In this case, there is also a structure in which a metal radiator plate such as a copper plate is formed on the ceramic substrate surface opposite to the metal circuit.

【0004】このようなモジュールは、当初、簡単な工
作機械に使用されてきたが、ここ数年、溶接機、電車の
駆動部、電気自動車に使用されるようになり、より厳し
い環境条件下における耐久性と更なる小型化が要求され
るようになってきた。そこで、セラミックス基板に対し
ても、電流密度を上げるための金属回路厚の増加、熱衝
撃等に対する耐久性の向上が要求され、セラミックス焼
結体の新たな製造研究により対応している。
[0004] Such modules were initially used for simple machine tools, but have been used for welding machines, train drives and electric vehicles in recent years, and have been used under more severe environmental conditions. Durability and further miniaturization have been required. Therefore, the ceramic substrate is required to have an increased metal circuit thickness for increasing the current density, and to have improved durability against thermal shock and the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来、汎用されている
回路基板は、アルミナ基板又は窒化アルミニウム基板に
銅回路を形成させてなる構造のものであるが、更なる耐
ヒートサイクル性に対する信頼性を向上させるため、最
近では窒化アルミニウム基板にアルミニウム回路を形成
させたものが開発されている。しかしながら、アルミニ
ウムは電流密度等の電気的特性が銅よりも劣るので、そ
のような回路基板は広く普及されるまでには至っていな
い。
Conventionally, a general-purpose circuit board has a structure in which a copper circuit is formed on an alumina substrate or an aluminum nitride substrate. In order to improve the performance, a device in which an aluminum circuit is formed on an aluminum nitride substrate has recently been developed. However, since aluminum has inferior electrical properties such as current density to copper, such circuit boards have not been widely used.

【0006】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的は耐ヒートサイクル性に優れた高信頼性の
基板(回路基板又は放熱基板)を提供することである。
本発明の他の目的は、そのような高信頼性基板を生産性
良く製造するためのプロセスを提供することである。更
に、本発明の別の目的は、そのような高信頼性基板の金
属回路及び/又は金属放熱板として好適な金属接合体を
提供することである。
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a highly reliable substrate (circuit substrate or heat radiation substrate) having excellent heat cycle resistance.
Another object of the present invention is to provide such a highly reliable substrate for productivity.
It is to provide a process for good manufacturing. Still another object of the present invention is to provide a metal joined body suitable as a metal circuit and / or a metal heat sink of such a highly reliable substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、以
下を要旨とする、基板、基板の製造法及び金属接合体で
ある。
That is, the present invention provides a substrate, a method for manufacturing the substrate, and a metal joined body, which have the following gist.

【0008】(請求項1) セラミックス基板に、金属
回路及び/又は金属放熱板が形成されてなる基板におい
て、 上記金属回路及び/又は金属放熱板は、下記の第一
金属−第三金属−第二金属の金属接合体(但し、第一金
属と第二金属が同種金属の組合せは除く。)で構成され
ていて、その第一金属がセラミックス基板に接合されて
おり、しかも、第一金属と第三金属とが、第一金属−第
三金属−1b族金属を含む合金層aと、第一金属−第三
金属−4b族金属を含む合金層bと、第一金属−第三金
属の合金層cとを介して接合されてなることを特徴とす
る基板。 第一金属:アルミニウム(Al)、鉛(Pb)、白金
(Pt)及びこれらの金属成分の一種又は二種以上を含
む合金から選ばれた金属。 第二金属:銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、アル
ミニウム(Al)及びこれらの金属成分の一種又は二種
以上を含む合金から選ばれた金属。 第三金属:チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ジルコ
ニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タングステン
(W)及びこれらの金属成分の一種又は二種以上を含む
合金から選ばれた金属。 (請求項2) 第一金属がアルミニウム、第二金属がニ
ッケル被覆された銅であることを特徴とする請求項1記
載の基板。 (請求項3) 合金層aの厚みが1〜5μm、合金層b
の厚みが3〜7μm、合金層cの厚みが4〜10μmで
あることを特徴とする請求項1記載の基板。 (請求項4) 第一金属がアルミニウム、第二金属が
銅、第三金属がニッケル、1b族金属が銅、4b族金属
がシリコンであることを特徴とする請求項1記載の基
板。 (請求項5) 基板がパワーモジュール基板であること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の基板。
[0008] (Claim 1) A metal is provided on the ceramic substrate.
On a substrate on which a circuit and / or a metal heat sink is formed
Te, the metal circuit and / or the metal heat sink, the first following
Metal-third metal-second metal metal joint (however,
Excludes combinations of metals of the same genus and second metal. )
And the first metal is bonded to the ceramic substrate
In addition, the first metal and the third metal are
An alloy layer a containing a trimetal-1b group metal, a first metal-third metal
Metal—an alloy layer b containing a Group 4b metal, a first metal—third gold
Characterized by being joined via an alloy layer c
Substrate. First metal: aluminum (Al), lead (Pb), platinum
(Pt) and one or more of these metal components.
Metals selected from alloys. Second metal: copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), aluminum
Minium (Al) and one or two of these metal components
Metals selected from alloys including the above. Third metal: titanium (Ti), nickel (Ni), zircon
Ium (Zr), molybdenum (Mo), tungsten
(W) and one or more of these metal components
Metals selected from alloys. (Claim 2) The first metal is aluminum and the second metal is d.
2. A copper coated with nickel.
On board. (Claim 3) The thickness of the alloy layer a is 1 to 5 μm and the alloy layer b
Is 3 to 7 μm, and the thickness of the alloy layer c is 4 to 10 μm.
The substrate according to claim 1, wherein the substrate is provided. (Claim 4) The first metal is aluminum and the second metal is aluminum.
Copper, third metal is nickel, group 1b metal is copper, group 4b metal
2. The base according to claim 1, wherein
Board. (Claim 5) The substrate is a power module substrate
The substrate according to claim 1, wherein:

【0009】(請求項6) セラミックス基板の金属回
路形成面及び/又は金属放熱板形成面に、第一金属によ
る金属回路パターン及び/又は金属放熱板パターンを活
性金属ろう付け法によって接合した後、更にその表面に
第一金属種とは異なる第二金属によるパターンを、第三
の金属を介して接合することを特徴とする請求項1記載
の基板の製造法。 (請求項7) セラミックス基板の金属回路形成面及び
/又は金属放熱板形成 面に、第一金属によるベタ金属板
を活性金属ろう付け法によって接合した後、更にその表
面に第一金属種とは異なる第二金属によるベタ金属板
を、第三の金属を介して接合し、その後エッチングによ
り金属回路及び/又は金属放熱板を形成することを特徴
とする請求項1記載の基板の製造法。 (請求項8) 第一金属がアルミニウムであり、第二金
属がニッケル被覆された銅であることを特徴とする請求
項6又は7記載の基板の製造法。 (請求項9) 合金層aの厚みが1〜5μm、合金層b
の厚みが3〜7μm、合金層cの厚みが4〜10μmで
あることを特徴とする請求項6又は7記載の基板の製造
法。 (請求項10) 基板がパワーモジュール基板であるこ
とを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の基板の
製造法。
(Claim 6) Metal turn of ceramic substrate
The first metal on the road forming surface and / or the metal radiator plate forming surface
Metal circuit pattern and / or metal heat sink pattern
After joining by the refractory metal brazing method,
The pattern of the second metal different from the first metal
2. The bonding according to claim 1, wherein the bonding is performed via a metal.
Method of manufacturing substrates. (Claim 7) The metal circuit forming surface of the ceramic substrate and
// solid metal plate made of the first metal on the surface where the metal heat sink is formed
After joining by the active metal brazing method,
Solid metal plate with a second metal different from the first metal on the surface
Are bonded through a third metal and then etched.
Forming a metal circuit and / or a metal radiator plate
The method for manufacturing a substrate according to claim 1, wherein (Claim 8) The first metal is aluminum and the second metal
Wherein the genus is nickel-coated copper
Item 8. The method for manufacturing a substrate according to Item 6 or 7. (Claim 9) The thickness of the alloy layer a is 1 to 5 μm and the alloy layer b
Is 3 to 7 μm, and the thickness of the alloy layer c is 4 to 10 μm.
8. The method of manufacturing a substrate according to claim 6, wherein:
Law. (Claim 10) The substrate is a power module substrate.
The substrate according to any one of claims 6 to 9, wherein
Manufacturing method.

【0010】(請求項11) 下記の第一金属−第三金
属−第二金属の金属接合体(但し、第一金属と第二金属
が同種金属の組合せは除く。)であって、しかも第一金
属と第三金属とが、第一金属−第三金属−1b族金属を
含む合金層aと、第一金属−第三金属−4b族金属を含
む合金層bと、第一金属−第三金属の合金層cとを介し
て接合されてなることを特徴とする金属接合体。 第一金属:アルミニウム(Al)、鉛(Pb)、白金
(Pt)及びこれらの金属成分の一種又は二種以上を含
む合金から選ばれた金属。 第二金属:銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、アル
ミニウム(Al)及びこれらの金属成分の一種又は二種
以上を含む合金から選ばれた金属。 第三金属:チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ジルコ
ニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タングステン
(W)及びこれらの金属成分の一種又は二種以上を含む
合金から選ばれた金属。 (請求項12) 第一金属がアルミニウム、第二金属が
銅、第三金属がニッケル、1b族金属が銅、4b族金属
がシリコンであることを特徴とする請求項11記載の金
属接合体。 (請求項13) 合金層aの厚みが1〜5μm、合金層
bの厚みが3〜7μm、合金層cの厚みが4〜10μm
であることを特徴とする請求項11記載の金属 接合体。 (請求項14) 金属接合体が、パワーモジュール基板
の金属回路及び/又は金属放熱板に使用されるものであ
ることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載
の金属接合体。
(Claim 11) The following first metal-third gold
A metal joined body of the genus-second metal (however, the first metal and the second metal
However, combinations of the same metals are excluded. ) And the first gold
Group and a third metal form a first metal-third metal-1 group metal
Alloy layer a containing the first metal-third metal-4 group metal.
Through an alloy layer b and a first metal-third metal alloy layer c.
A metal joined body characterized by being joined together. First metal: aluminum (Al), lead (Pb), platinum
(Pt) and one or more of these metal components.
Metals selected from alloys. Second metal: copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), aluminum
Minium (Al) and one or two of these metal components
Metals selected from alloys including the above. Third metal: titanium (Ti), nickel (Ni), zircon
Ium (Zr), molybdenum (Mo), tungsten
(W) and one or more of these metal components
Metals selected from alloys. (Claim 12) The first metal is aluminum and the second metal is aluminum.
Copper, third metal is nickel, group 1b metal is copper, group 4b metal
12. The gold according to claim 11, wherein is gold.
Genus zygote. (Claim 13) The alloy layer a has a thickness of 1 to 5 μm,
b has a thickness of 3 to 7 μm, and alloy layer c has a thickness of 4 to 10 μm
The metal joined body according to claim 11, wherein (Claim 14) The power module substrate is a metal bonded body.
Used for metal circuits and / or metal heat sinks
The method according to any one of claims 11 to 13, wherein
Metal joints.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明すると、パワーモジュールの回路基板の金属回路部
分には高電圧、高電流が流れるため、現在、銅回路が主
として用いられている。しかし、使用時の環境の変化
や、スイッチングによる熱等によって熱衝撃を繰り返し
て受けるため、銅とセラミックスの熱膨張差による熱応
力により、セラミックス基板の界面より銅回路が剥離す
る問題があった。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in more detail. Since a high voltage and a high current flow in a metal circuit portion of a circuit board of a power module, a copper circuit is mainly used at present. However, there is a problem that the copper circuit is peeled off from the interface of the ceramic substrate due to the thermal stress due to the difference in thermal expansion between the copper and the ceramic because the thermal shock is repeatedly received due to a change in environment during use, heat due to switching, and the like.

【0012】銅とセラミックスの熱膨張差による熱応力
は、熱膨張率だけではなく、その金属自体が持つ機械的
性質、主に引張強度や耐力でその大きさが決まる。従っ
て、熱応力を軽減させるには、銅よりも引張強度や耐力
の小さい金属を用いればよいが、そのような特性を持
ち、しかも銅と同程度の電気的特性を有する金属は、今
のところ現存しない。
The magnitude of the thermal stress due to the difference in thermal expansion between copper and ceramics is determined not only by the coefficient of thermal expansion but also by the mechanical properties of the metal itself, mainly tensile strength and proof stress. Therefore, in order to reduce the thermal stress, a metal having lower tensile strength and proof stress than copper may be used, but a metal having such characteristics and having electrical characteristics comparable to that of copper is currently not available. Does not exist.

【0013】そこで、本発明者らは、種々検討した結
果、引張強度や耐力が小さい金属としてアルミニウムを
選び、それをセラミックス基板と接合することによっ
て、セラミックスとの熱膨張差による熱応力を低減さ
せ、そのアルミニウムの上に電気的特性の良好な銅を重
ね合わせるが、その際の接合時の熱によってアルミニウ
ムと銅とが反応、拡散しあわないように、両者金属間に
ニッケル等を介在させて金属回路を形成させればよいこ
とを見いだし、またそれらの金属の接合方法について更
に検討を加え、本発明を完成させたものである。
The inventors of the present invention have conducted various studies and have found that aluminum is selected as a metal having low tensile strength and proof stress, and is joined to a ceramic substrate to reduce the thermal stress due to the difference in thermal expansion with ceramic. However, copper with good electrical characteristics is superimposed on the aluminum, but nickel and the like are interposed between the two metals so that aluminum and copper do not react and diffuse with each other due to heat at the time of joining. The present inventors have found that a metal circuit can be formed, and have further studied the joining method of these metals, thereby completing the present invention.

【0014】本発明で使用されるセラミックス基板の材
質としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ
等であるが、パワーモジュール用途には窒化アルミニウ
ムが適している。セラミックス基板の厚みは、厚すぎる
と熱抵抗が大きくなり、薄すぎると耐久性がなくなるた
め、0.5〜0.8mm程度が好ましい。
The material of the ceramic substrate used in the present invention is silicon nitride, aluminum nitride, alumina or the like, but aluminum nitride is suitable for power module applications. If the thickness of the ceramic substrate is too large, the thermal resistance increases, and if it is too small, the durability is lost.

【0015】また、セラミックス基板の表面性状は重要
であり、微少な欠陥や窪み等は、金属回路、金属放熱板
あるいはそれらの前駆体である金属板をセラミックス基
板に接合する際に悪影響を与えるため、平滑であること
が望ましい。従って、セラミックス基板は、ホーニング
処理や機械加工等による研磨処理が施されていることが
好ましい。
Further, the surface properties of the ceramic substrate are important, and minute defects and depressions adversely affect the bonding of a metal circuit, a metal radiator plate or a metal plate that is a precursor thereof to the ceramic substrate. It is desirable that the surface be smooth. Therefore, it is preferable that the ceramic substrate has been subjected to a honing process or a polishing process such as machining.

【0016】本発明で使用される金属回路及び金属放熱
板の材質は、第一金属−第三金属−第二金属の金属接合
体(但し、第一金属と第二金属が同種金属の組合せは除
く。)であり、その第一金属がセラミックス基板と接合
しているものである。中でも、パワーモジュール用途に
はアルミニウム−ニッケル−銅の金属接合体が適してお
り、特にアルミニウムとニッケル被覆された銅との金属
接合体が最適である。
The material of the metal circuit and the metal radiator used in the present invention is a first metal-third metal-second metal bonding.
Body (excluding combinations of the same metal as the first and second metals)
Good. ), And the first metal is bonded to the ceramic substrate. Among them, the power module applications Aluminum - Nickel - metal bonded body of copper are suitable, in particular metal bonded product of aluminum and nickel-coated copper is optimal.

【0017】第一金属、第二金属、第三金属のそれぞれ
の厚みとしては、第一金属30〜200μm、第二金属
が100〜500μm、第三金属が5〜30μmである
ことが好ましい。また、第二金属の特性としては、耐力
が小さいことが望ましく、特に50MPaよりも小さい
ものであることが好ましい。
The thickness of each of the first metal, the second metal and the third metal is preferably 30 to 200 μm for the first metal, 100 to 500 μm for the second metal, and 5 to 30 μm for the third metal. In addition, it is desirable that the second metal has a small proof stress, and in particular, that the second metal is less than 50 MPa.

【0018】これらの第一金属、第二金属、第三金属の
組合せにあっても、金属接合体を形成した後もそれぞれ
の金属の性質を損なわせずにその機能を十分に確保する
点から、第一金属と第三金属との共晶点は、第二金属と
第三金属との共晶点よりも150℃以上高くなる組合せ
であることが好ましい。中でも、第一金属がアルミニウ
ムであり、第二金属がニッケル被覆された銅が最適であ
る。ニッケル被覆は、メッキ、スパッタリング、蒸着等
によって行うことができるが、好ましくはメッキであ
る。
Even in the combination of the first metal, the second metal, and the third metal, the function can be sufficiently ensured without impairing the properties of each metal even after forming the metal joined body. It is preferable that the eutectic point of the first metal and the third metal be higher than the eutectic point of the second metal and the third metal by 150 ° C. or more. Among them, copper in which the first metal is aluminum and the second metal is nickel-coated is optimal. Nickel coating can be performed by plating, sputtering, vapor deposition, or the like, but is preferably plating.

【0019】また、本発明においては、上記第一金属
(例えばアルミニウム)−第三金属(例えばニッケル)
−第二金属(例えば銅)の金属接合体にあっても、第一
金属と第三金属とが、第一金属−第三金属−1b族金属
を含む合金層aと、第一金属−第三金属−4b族金属を
含む合金層bと、第一金属−第三金属の合金層cとを介
して接合されていること好ましく、これによって、第一
金属による熱応力緩衝作用を十分に保持でき、第二金属
の良電気伝導性を十分に利用することができる。
In the present invention, the first metal (for example, aluminum) -third metal (for example, nickel)
-Even in the metal joined body of the second metal (for example, copper), the first metal and the third metal are composed of an alloy layer a containing the first metal-third metal-1b group metal and the first metal-third metal. It is preferable that the alloy layer b containing the trimetal-4b group metal and the alloy layer c of the first metal-third metal are joined via the alloy layer b, thereby sufficiently retaining the thermal stress buffering action of the first metal. As a result, the good electrical conductivity of the second metal can be fully utilized.

【0020】これらの合金層は、第三金属側から、主と
して合金層a、合金層b、合金層cの順に形成されてい
ることが好ましい。また、それぞれの合金層の厚みは、
合金層aが1〜5μm、合金層bが3〜7μm、合金層
cが4〜10μmであることが好ましい。
It is preferable that these alloy layers are formed mainly in the order of the alloy layer a, the alloy layer b, and the alloy layer c from the third metal side. The thickness of each alloy layer is
Preferably, the alloy layer a has a thickness of 1 to 5 μm, the alloy layer b has a thickness of 3 to 7 μm, and the alloy layer c has a thickness of 4 to 10 μm.

【0021】これらの合金層における第一金属及び第三
金属は、金属接合体の第一金属及び第三金属と同種金属
であるか、又は共通する金属成分を含む合金であること
が好ましい。また、1b族金属としては、銅、金、銀等
及びこれらの成分の一種以上を含む合金が使用される
が、中でも銅が好ましい。また、4b族金属としては、
シリコン、スズ、鉛等及びこれらの成分の一種以上を含
む合金が使用されるが、中でもシリコンが好ましい。
The first metal and the third metal in these alloy layers are preferably the same kind of metal as the first metal and the third metal of the metal joined body, or an alloy containing a common metal component. Further, as the Group 1b metal, copper, gold, silver and the like and alloys containing one or more of these components are used, and among them, copper is preferable. Further, as the 4b group metal,
Silicon, tin, lead and the like and alloys containing one or more of these components are used, with silicon being preferred.

【0022】本発明に係る上記合金層a、合金層b及び
合金層cを介して接合された第一金属−第三金属の金属
接合体は新規である。この金属接合体(例えばアルミニ
ウム−ニッケル接合体)は、第一金属又は第三金属のい
ずれか又は両方の金属に、不純物の1b族金属(例えば
銅)、4b族金属(例えばシリコン)をそれぞれ0.1
〜1.2重量%程度を含むものであれば、それらの金属
板を直接接触させて熱処理する方法、あるいは不純物を
含まないか、含んでいても微量である第一金属板と第三
金属板の場合には、両者の金属板間に、1b族金属及び
/又は4b族金属を含む接合材を介して熱処理する方
法、等によって製造することができる。接合材として
は、1b族金属及び/又は4b族金属を含む箔、ペ−ス
トが用いられる。
The first metal-third metal joined body joined via the alloy layer a, the alloy layer b and the alloy layer c according to the present invention is novel. This metal bonded body (for example, an aluminum-nickel bonded body) has an impurity of 1b group metal (for example, copper) and 4b group metal (for example, silicon) added to either or both of the first metal and the third metal. .1
About 1.2% by weight, a method in which these metal plates are brought into direct contact with each other and heat-treated, or a first metal plate and a third metal plate that do not contain or contain trace amounts of impurities. In the case of the above, it can be manufactured by a method of heat treatment between both metal plates via a bonding material containing a Group 1b metal and / or a Group 4b metal. As the joining material, a foil or paste containing a Group 1b metal and / or a Group 4b metal is used.

【0023】熱処理は、1×10-4Torr程度の真空
下で行うことが望ましく、またその炉としては赤外線式
加熱炉等のように急速な昇温が可能で微妙な温度コント
ロールができるものが望ましい。加熱は、第一金属(例
えばアルミニウム)と第三金属(例えばニッケル)の共
晶点近くまで上昇させ、両金属の界面をわずかに溶融さ
せた後、1℃/分以上の速度で冷却する。具体的には、
温度620〜630℃で5〜10分間の保持を行ってか
ら冷却する。この場合の測温は、金属面に測温体を直接
接触させて行われる。
The heat treatment is desirably performed under a vacuum of about 1 × 10 −4 Torr, and a furnace such as an infrared heating furnace capable of rapid temperature rise and capable of delicate temperature control is used. desirable. In the heating, the temperature is raised to near the eutectic point of the first metal (for example, aluminum) and the third metal (for example, nickel), and the interface between both metals is slightly melted, and then cooled at a rate of 1 ° C./min or more. In particular,
The temperature is maintained at 620 to 630 ° C. for 5 to 10 minutes, and then cooled. The temperature measurement in this case is performed by bringing the temperature measuring body into direct contact with the metal surface.

【0024】本発明に係る第一金属−第三金属の金属接
合体は、例えば基板の金属回路及び/又は金属放熱板の
形成材料として使用される。その場合には、第三金属に
は、更に第二金属(例えば銅)と接合されていること、
すなわち第一金属−第三金属−第二金属の金属接合体と
なっていることが必要であるが、それはあらかじめ製造
された第一金属−第三金属の金属接合体(例えばAl−
Ni接合体)に第二金属(例えば銅)を後接合する方
法、あるいは第一金属−第三金属の金属接合体を製造す
る際に、その第三金属として、第二金属(例えば銅)に
第三金属(例えばニッケル)が無電解メッキ、スパッタ
リング、蒸着等により被覆されたものを用いることによ
って行うことができる。第三金属と第二金属との接合
は、メッキ等の他に、熱圧着等によって行うことができ
る。この方法は、第一金属−第三金属の金属接合体に第
二金属を後接合する際に使用される。
The first metal-third metal joint according to the present invention is used, for example, as a material for forming a metal circuit of a substrate and / or a metal radiator plate. In that case, the third metal is further joined to a second metal (eg, copper);
That is, the first metal-third metal-second metal must be a metal bonded body, which is a previously manufactured first metal-third metal metal bonded body (for example, Al-metal).
A method of post-bonding a second metal (e.g., copper) to a Ni metal) or a second metal (e.g., copper) as a third metal when manufacturing a first metal-third metal metal bonded body It can be performed by using a metal coated with a third metal (for example, nickel) by electroless plating, sputtering, vapor deposition, or the like. The joining of the third metal and the second metal can be performed by thermocompression bonding or the like in addition to plating or the like. This method is used when the second metal is post-bonded to the first metal-third metal joint.

【0025】本発明に係る第一金属−第三金属の金属接
合体は、上記金属回路及び又は金属放熱板を形成させる
材料としての用途の他に、それ自体を構造材料として、
またそれ自体をセラミックス基板に接合して各種用途に
使用することができる。更に、本発明の第一金属−第三
金属−第二金属の金属接合体は、基板の金属回路、金属
放熱板等としての用途がある。
The first metal-third metal joint according to the present invention is used not only as a material for forming the above-mentioned metal circuit and / or metal heat sink, but also as a structural material.
In addition, it can be used for various purposes by bonding itself to a ceramic substrate. Further, the first metal-third metal of the present invention
A metal-second metal joint is a metal circuit of a substrate, a metal
It is used as a heat sink.

【0026】本発明の基板を製造するには、第一金属−
第三金属−第二金属の金属接合体を、その第一金属をセ
ラミックス基板に接面させて形成させた後、エッチング
する方法、あるいは上記金属接合体から打ち抜かれた金
属回路及び/又は放熱金属板のパターンをセラミックス
基板に接合する方法(パターン搭載法)が採用される。
いずれの場合においても、各金属の接合は、上記した第
一金属−第二金属の金属接合体の製造、又は第一金属−
第三金属−第二金属の金属接合体の製造に準じて行うこ
とができる。また、第一金属とセラミックス基板との接
合は、活性金属ろう付け法によって行われる。活性金属
ろう付け法については、例えば特開昭60−17763
4号公報、米国特許第4591537号明細書等に記載
されている。
To manufacture the substrate of the present invention , the first metal
A third metal-second metal joint, a method of etching after forming the first metal in contact with the ceramic substrate, or a metal circuit and / or a heat dissipating metal punched from the metal joint; A method of joining the pattern of the plate to the ceramic substrate (pattern mounting method) is adopted.
In any case, the joining of each metal is performed by the production of the above-described first metal-second metal joint or the first metal-
It can be carried out according to the production of the third metal-second metal joint. The joining between the first metal and the ceramic substrate is performed by an active metal brazing method. The active metal brazing method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-17776.
No. 4, No. 4,915,537.

【0027】本発明の基板がパワーモジュール用途であ
る場合、その最適な態様は、セラミックス基板の材質が
窒化アルミニウム基板であり、金属回路及び/又は金属
放熱板の材質がアルミニウム−ニッケル−銅の金属接合
体であって、しかもその金属接合体のアルミニウムとニ
ッケルとは、アルミニウム−ニッケル−銅の合金層a
と、アルミニウム−ニッケル−シリコンの合金層bと、
アルミニウム−ニッケルの合金層cとを介して接合され
ているものである。そして、この基板は、窒化アルミニ
ウム基板に接合された金属接合体をエッチングすること
によって金属回路及び/又は金属放熱板を形成させるこ
とが、高信頼性基板を量産することができるので、以
下、その製造法を説明する。
In the case where the substrate of the present invention is used for a power module, the most preferable embodiment is that the material of the ceramic substrate is an aluminum nitride substrate and the material of the metal circuit and / or the metal radiator is aluminum-nickel-copper. Aluminum and nickel of the metal bonded body are an aluminum-nickel-copper alloy layer a
And an aluminum-nickel-silicon alloy layer b;
It is joined via an aluminum-nickel alloy layer c. Then, this substrate can form a metal circuit and / or a metal radiating plate by etching a metal bonded body bonded to an aluminum nitride substrate, so that a high-reliability substrate can be mass-produced. The manufacturing method will be described.

【0028】先ず、1b族金属の銅成分と4b族金属の
シリコン成分の適切量を含有しているアルミニウム板と
窒化アルミニウム基板とを活性金属ろう付け法により接
合する。窒化アルミニウム基板としては、熱伝導率10
0W/mK以上、曲げ強さ350MPa以上のものを用
いる。
First, an aluminum plate containing an appropriate amount of a copper component of a Group 1b metal and a silicon component of a Group 4b metal is joined to an aluminum nitride substrate by an active metal brazing method. Aluminum nitride substrate has a thermal conductivity of 10
A material having a bending strength of 0 W / mK or more and a bending strength of 350 MPa or more is used.

【0029】活性金属ろう付け法におけるろう材の金属
成分は、アルミニウムとシリコンを主成分とし、溶融時
の窒化アルミニウム基板との濡れ性を確保するために活
性金属を副成分としたものが好ましい。活性金属成分
は、窒化アルミニウム基板と反応して酸化物や窒化物を
生成し、ろう材と窒化アルミニウム基板との結合を強固
なものにする。活性金属の具体例をあげれば、チタン、
ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、バナジ
ウムやこれらの化合物である。本発明におけるこれらの
重量比率としては、アルミニウム70〜95部、シリコ
ン30〜5部及び銅1〜5部の合計量100部あたり、
活性金属1〜30部である。接合温度は、600〜64
0℃が望ましい。
The metal component of the brazing filler metal in the active metal brazing method is preferably one containing aluminum and silicon as main components, and using an active metal as an auxiliary component in order to ensure wettability with the aluminum nitride substrate during melting. The active metal component reacts with the aluminum nitride substrate to form an oxide or a nitride, thereby strengthening the bond between the brazing material and the aluminum nitride substrate. Specific examples of active metals include titanium,
Zirconium, hafnium, niobium, tantalum, vanadium and their compounds. In the present invention, these weight ratios are as follows: 70 to 95 parts of aluminum, 30 to 5 parts of silicon, and 1 to 5 parts of copper.
1 to 30 parts of active metal. The bonding temperature is 600 to 64
0 ° C. is desirable.

【0030】次に、アルミニウム板の表面にニッケルメ
ッキの施された銅板を接合する。この接合は、アルミニ
ウム板には1b族金属の銅成分と4b族金属のシリコン
成分の適切量が含まれているので両者を直接接触させ、
熱処理をすることによって行うことができる。
Next, a copper plate plated with nickel is joined to the surface of the aluminum plate. In this joining, since the aluminum plate contains an appropriate amount of the copper component of the group 1b metal and the silicon component of the group 4b metal, the two are brought into direct contact with each other,
The heat treatment can be performed.

【0031】次いで、得られた窒化アルミニウム基板−
金属接合体からなる金属接合体の表面に、UV硬化タイ
プのエッチングレジストを所望する金属回路及び/又は
金属放熱板のパターンに印刷した後、塩化第2銅溶液で
エッチングを行って、金属接合体の銅とニッケルの不要
部分を溶解除去し、更に苛性ソーダ溶液を用いて、エッ
チングレジストと、金属接合体のアルミニウムの不要部
分を除去する。このようにして得られた基板の金属回路
パターン間には、まだ残留不要ろう材や活性金属成分と
窒化アルミニウムとの反応物があるので、それをフッ化
アンモニウム水溶液で除去し、本発明の基板とする。
Next, the obtained aluminum nitride substrate
After printing a UV curing type etching resist on a desired metal circuit and / or a pattern of a metal radiator plate on the surface of the metal bonded body composed of the metal bonded body, etching is performed with a cupric chloride solution to form the metal bonded body. Unnecessary portions of copper and nickel are dissolved and removed, and further, unnecessary portions of aluminum of the etching resist and the metal joined body are removed using a caustic soda solution. Since there is still a residual unnecessary brazing material or a reaction product of the active metal component and aluminum nitride between the metal circuit patterns of the substrate obtained in this manner, it is removed with an ammonium fluoride aqueous solution, and the substrate of the present invention is removed. And

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明を実施例、参考例、比較例をあ
げて具体的に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, Reference Examples, and Comparative Examples .

【0033】実施例1〜19 参考例1(パターン搭載
法) 表1に示すろう材組成100重量部にテルピネオール1
5重量部を配合し、ポリイソブチルメタアクリレートの
トルエン溶液を加えて混練し、ろう材ペーストを調製し
た。このろう材ペーストを窒化アルミニウム基板(サイ
ズ:60mm×36mm×0.65mm 曲げ強さ:4
00MPa 熱伝導率:135W/mK)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)は3mg/cm2 とした。
Examples 1 to 19 Reference Example 1 (Pattern mounting method) Terpineol 1 was added to 100 parts by weight of the brazing filler metal composition shown in Table 1.
5 parts by weight were blended, and a toluene solution of polyisobutyl methacrylate was added and kneaded to prepare a brazing filler metal paste. This brazing material paste was applied to an aluminum nitride substrate (size: 60 mm × 36 mm × 0.65 mm, bending strength: 4
(100 MPa, thermal conductivity: 135 W / mK). The coating amount (after drying) at that time was 3 mg / cm 2 .

【0034】次に、窒化アルミニウム基板の両面に、表
1に示す第一金属(純度99.5%程度、56mm×3
2mm×0.3mm)のパターンを接触配置してから、
真空度1×10-5Torr以下の真空下、表1に示す接
合温度で加熱した後、2℃/分の降温速度で冷却した。
次いで、第一金属の表面に第二金属のみを(参考例
1)、又は第三金属を表1に示す方法によって第二金属
と一体化し(実施例1〜19)、それを接合して基板を
製造した。なお、炉は赤外線式加熱炉を用い、測温は金
属面に測温体を接触して行った。
Next, the first metal (purity of about 99.5%, 56 mm × 3 mm) shown in Table 1 was formed on both sides of the aluminum nitride substrate.
2mm × 0.3mm)
After heating at a bonding temperature shown in Table 1 under a vacuum of a degree of vacuum of 1 × 10 −5 Torr or less, it was cooled at a rate of 2 ° C./min.
Next, only the second metal is applied to the surface of the first metal (reference example).
1) or the third metal was integrated with the second metal by the method shown in Table 1 (Examples 1 to 19), and they were joined to produce a substrate. The furnace was an infrared heating furnace, and the temperature was measured by bringing a temperature measuring body into contact with a metal surface.

【0035】実施例20(エッチング法) 実施例2のろう材ペーストの塗布された窒化アルミニウ
ム基板の両面に、アルミニウム箔(純度99.5%、6
0mm×36mm×0.1mm)を接触配置してから、
真空度1×10-5Torr以下の真空下、630℃×3
0分の条件で加熱した後、2℃/分の降温速度で冷却し
た。次いで、アルミニウム箔−窒化アルミニウム基板接
合体のアルミニウム箔面に、厚み10μmのニッケルメ
ッキの施された厚み300μmの銅板を直接配置し、真
空度1×10-5Torr以下の真空下、625℃×10
分で加熱して接合した。
Example 20 (Etching method) An aluminum foil (purity 99.5%, 6%) was coated on both sides of the aluminum nitride substrate on which the brazing filler metal paste of Example 2 was applied.
0mm x 36mm x 0.1mm)
Degree of vacuum 1 × 10 −5 Torr or less, 630 ° C. × 3
After heating under the condition of 0 minutes, the solution was cooled at a temperature decreasing rate of 2 ° C./min. Next, a 300 μm thick nickel-plated copper plate having a thickness of 10 μm was directly placed on the aluminum foil surface of the aluminum foil-aluminum nitride substrate joined body, and was placed at 625 ° C. under a vacuum of 1 × 10 −5 Torr or less. 10
Minutes and joined.

【0036】得られた接合体の金属板上にUV硬化タイ
プのエッチングレジストをスクリーン印刷で塗布後、塩
化第2銅溶液を用いてエッチング処理を行い、アルミニ
ウム−ニッケル−銅からなる金属接合体の銅及びニッケ
ルの不要部分を溶解除去し、更にエッチングレジストと
金属接合体のアルミニウム箔を5%苛性ソーダ溶液で除
去した。このエッチング処理後の基板の金属回路パター
ン間には残留不要ろう材や活性金属成分と窒化アルミニ
ウム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分間浸漬してそれを除去し、回
路基板を製造した。
A UV-curable etching resist is applied on the metal plate of the obtained bonded body by screen printing, and then an etching treatment is performed using a cupric chloride solution to form an aluminum-nickel-copper metal bonded body. Unnecessary portions of copper and nickel were dissolved and removed, and the etching resist and the aluminum foil of the metal joined body were removed with a 5% sodium hydroxide solution. Since there is a residual unnecessary brazing material or a reaction product of the active metal component and aluminum nitride between the metal circuit patterns on the substrate after this etching treatment, the substrate is immersed in a 10% ammonium fluoride solution at a temperature of 60 ° C. for 10 minutes to be immersed. It was removed and a circuit board was manufactured.

【0037】比較例1 重量割合で、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
を配合し、ポリイソブチルメタアクリレートのトルエン
溶液を加えて混練し、ろう材ペーストを調製した。この
ろう材ペーストを実施例1と同様の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回路パターン状に塗
布した。その際の塗布量(乾燥後)は9mg/cm2
した。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 90 parts of silver powder, 10 parts of copper powder, 3 parts of zirconium powder, 3 parts of titanium powder and 15 parts of terpineol were mixed by weight, and a toluene solution of polyisobutyl methacrylate was added and kneaded. A brazing material paste was prepared. This brazing material paste was applied to both sides of the same aluminum nitride substrate as in Example 1 in a circuit pattern by screen printing. The coating amount (after drying) at that time was 9 mg / cm 2 .

【0038】次に、金属回路形成面に56mm×32m
m×0.3mmの銅回路パターンを、また金属放熱板形
成面に56mm×32mm×0.15mm銅放熱板のパ
ターンを接触配置してから、真空度1×10-5Torr
以下の真空下、830℃で30分加熱した後、2℃/分
の降温速度で冷却し、金属回路と金属放熱板が共に銅か
らなる回路基板を製造した。
Next, 56 mm × 32 m is formed on the metal circuit forming surface.
The copper circuit pattern of m × 0.3 mm, and from contacts arranged a pattern of 56 mm × 32 mm × 0.15 mm copper heat sink metal heat radiating plate forming surface, the degree of vacuum 1 × 10 -5 Torr
After heating at 830 ° C. for 30 minutes under the following vacuum, cooling was performed at a temperature lowering rate of 2 ° C./min to produce a circuit board in which both the metal circuit and the metal radiator plate were made of copper.

【0039】実施例1〜20、参考例1及び比較例1で
製作された回路基板について、気中、−40℃×30分
保持後、25℃×10分間放置を1サイクルとするヒー
トサイクル試験を行い、金属回路又は金属放熱板が剥離
するサイクル数を測定した。
[0039] Examples 1-20, the circuit board fabricated in Reference Example 1 and the specific Comparative Examples 1, in air, after -40 ° C. × 30 minutes holding, a heat cycle to one cycle stand 25 ° C. × 10 minutes A test was performed to measure the number of cycles at which the metal circuit or the metal heat sink was peeled off.

【0040】また、金属回路と窒化アルミニウム基板と
のピール強度を測定した。
Further, the peel strength between the metal circuit and the aluminum nitride substrate was measured.

【0041】更に、金属回路(第一金属−第三金属−第
二金属の金属接合体)において、第一金属と第三金属の
接合層における合金層a、合金層b、及び合金層cをE
PMA(電子線マイクロアナライザ−)により測定し
た。それらの結果を表2に示す。
Further, in the metal circuit (metal joint of the first metal-third metal-second metal), the alloy layers a, b and c in the bonding layer of the first metal and the third metal are formed. E
It was measured by PMA (electron beam microanalyzer). Table 2 shows the results.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】なお、実施例、参考例で使用した第一金属
の耐力は、アルミニウム(Al)が11.7MPa、鉛
(Pb)が8.3MPaである。また、第一金属と第三
金属の共晶点、及び第二金属と第三金属の共晶点は、次
のとおりである。
The proof stress of the first metal used in Examples and Reference Examples is 11.7 MPa for aluminum (Al) and 8.3 MPa for lead (Pb). The eutectic point of the first metal and the third metal and the eutectic point of the second metal and the third metal are as follows.

【0045】(第一金属−第三金属の共晶点) Al−Cu:548℃ Pb−Cu:327℃ Pb−Al:327℃ (第二金属−第三金属の共晶点) Cu−Ti:890℃ Cu−Ni:1083℃ Cu−Zr:880℃ Cu−Mo:1000℃以上 Cu−W :1000℃以上 Al−Ti:660℃(Eutectic point of first metal-third metal) Al-Cu: 548 ° C. Pb-Cu: 327 ° C. Pb-Al: 327 ° C. (eutectic point of second metal-third metal) Cu—Ti : 890 ° C Cu-Ni: 1083 ° C Cu-Zr: 880 ° C Cu-Mo: 1000 ° C or higher Cu-W: 1000 ° C or higher Al-Ti: 660 ° C

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明の基板によれば、耐ヒートサイク
ル性に優れた高信頼性の基板(回路基板又は放熱基板)
が提供される。本発明の基板は、特に電車の駆動部、電
気自動車等のパワーモジュール用途に好適である。
According to the substrate of the present invention, a highly reliable substrate (circuit substrate or heat radiation substrate) having excellent heat cycle resistance.
Is provided. The substrate of the present invention is particularly suitable for power modules such as a train drive unit and an electric vehicle.

【0047】本発明の基板の製造法によれば、耐ヒート
サイクル性に優れた高信頼性の基板(回路基板又は放熱
基板)を量産性良く製造することができる。
According to the substrate manufacturing method of the present invention, a highly reliable substrate (circuit substrate or heat radiation substrate) having excellent heat cycle resistance can be manufactured with high mass productivity.

【0048】本発明の金属接合体によれば、耐ヒートサ
イクル性に優れ、剥離強さの大なる金属接合体が提供さ
れる。この金属接合体は、高信頼性基板の金属回路及び
/又は金属放熱板としての用途の他に、それ自体を構造
材料として使用することができる。
According to the metal joined body of the present invention, a metal joined body having excellent heat cycle resistance and high peel strength is provided. This metal joined body can be used as a structural material in itself, in addition to being used as a metal circuit and / or a metal heat sink of a highly reliable substrate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−105395(JP,A) 特開 昭63−38244(JP,A) 特開 昭63−177553(JP,A) 特公 昭54−9299(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 1/09 H05K 3/38 B32B 15/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-105395 (JP, A) JP-A-63-38244 (JP, A) JP-A-63-177553 (JP, A) 9299 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05K 1/09 H05K 3/38 B32B 15/04

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 セラミックス基板に、金属回路及び/又
は金属放熱板が形成されてなる基板において、 上記金属回路及び/又は金属放熱板は、下記の第一金属
−第三金属−第二金属の金属接合体(但し、第一金属と
第二金属が同種金属の組合せは除く。)で構成されてい
て、その第一金属がセラミックス基板に接合されてお
り、しかも、 第一金属と第三金属とが、第一金属−第三金属−1b族
金属を含む合金層aと、第一金属−第三金属−4b族金
属を含む合金層bと、第一金属−第三金属の合金層cと
を介して接合されてなることを 特徴とする基板。第一金
属:アルミニウム(Al)、鉛(Pb)、白金(Pt)
及びこれらの金属成分の一種又は二種以上を含む合金か
ら選ばれた金属。第二金属:銅(Cu)、銀(Ag)、
金(Au)、アルミニウム(Al)及びこれらの金属成
分の一種又は二種以上を含む合金から選ばれた金属。第
三金属:チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ジルコニ
ウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タングステン
(W)及びこれらの金属成分の一種又は二種以上を含む
合金から選ばれた金属。
1. A substrate in which a metal circuit and / or a metal radiator is formed on a ceramic substrate, wherein the metal circuit and / or the metal radiator is formed of the following first metal
-Metal joint of third metal-second metal (however, the first metal
The combination of the same metal as the second metal is excluded. ) Wherein the first metal is bonded to the ceramic substrate, and the first metal and the third metal are a first metal-third metal-1b group
An alloy layer a containing a metal, a first metal-third metal-4 group gold
An alloy layer b containing a metal and an alloy layer c of a first metal-third metal;
A substrate characterized in that the substrate is joined through a substrate. First metal: aluminum (Al), lead (Pb), platinum (Pt)
And a metal selected from alloys containing one or more of these metal components. Second metal: copper (Cu), silver (Ag),
A metal selected from gold (Au), aluminum (Al), and an alloy containing one or more of these metal components. Third metal: a metal selected from titanium (Ti), nickel (Ni), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tungsten (W), and an alloy containing one or more of these metal components.
【請求項2】 第一金属がアルミニウム、第二金属がニ
ッケル被覆された銅であることを特徴とする請求項1記
載の基板。
2. The substrate according to claim 1, wherein the first metal is aluminum and the second metal is copper coated with nickel.
【請求項3】 合金層aの厚みが1〜5μm、合金層b3. An alloy layer a having a thickness of 1 to 5 μm and an alloy layer b having a thickness of 1 to 5 μm.
の厚みが3〜7μm、合金層cの厚みが4〜10μmでIs 3 to 7 μm, and the thickness of the alloy layer c is 4 to 10 μm.
あることを特徴とする請求項1記載の基板。The substrate according to claim 1, wherein the substrate is provided.
【請求項4】 第一金属がアルミニウム、第二金属が
銅、第三金属がニッケル、1b族金属が銅、4b族金属
がシリコンであることを特徴とする請求項1記載の基
板。
4. The first metal is aluminum, the second metal is copper, the third metal is nickel , the 1b group metal is copper, and the 4b group metal.
2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is silicon .
【請求項5】 基板がパワーモジュール基板であること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の基板。
Substrate according to claim 1, wherein the substrate is characterized in that it is a power module substrate.
【請求項6】 セラミックス基板の金属回路形成面及び
/又は金属放熱板形成面に、第一金属による金属回路パ
ターン及び/又は金属放熱板パターンを活性金属ろう付
け法によって接合した後、更にその表面に第一金属種と
は異なる第二金属によるパターンを、第三の金属を介し
接合することを特徴とする請求項1記載の基板の製造
法。
6. A metal circuit pattern and / or a metal radiator plate pattern made of a first metal is bonded to a metal circuit and / or metal radiator plate formation surface of a ceramic substrate by an active metal brazing method. A pattern of a second metal different from the first metal species through the third metal
The method for manufacturing a substrate according to claim 1, wherein the bonding is performed.
【請求項7】 セラミックス基板の金属回路形成面及び
/又は金属放熱板形成面に、第一金属によるベタ金属板
を活性金属ろう付け法によって接合した後、更にその表
面に第一金属種とは異なる第二金属によるベタ金属板
を、第三の金属を介して接合し、その後エッチングによ
り金属回路及び/又は金属放熱板を形成することを特徴
とする請求項1記載の基板の製造法。
7. A solid metal plate made of a first metal is joined to a surface of a ceramic substrate on which a metal circuit is formed and / or a surface on which a metal radiator plate is formed by an active metal brazing method. The method for manufacturing a substrate according to claim 1, wherein a solid metal plate made of a different second metal is joined via a third metal, and then a metal circuit and / or a metal radiator plate is formed by etching.
【請求項8】 第一金属がアルミニウムであり、第二金
属がニッケル被覆された銅であることを特徴とする請求
項6又は7記載の基板の製造法。
8. A first metal is aluminum, wherein the second metal is characterized in that it is a copper is nickel-coated
Item 8. The method for manufacturing a substrate according to Item 6 or 7 .
【請求項9】 合金層aの厚みが1〜5μm、合金層b
の厚みが3〜7μm、合金層cの厚みが4〜10μmで
あることを特徴とする請求項6又は7記載基板の製造
法。
9. An alloy layer a having a thickness of 1 to 5 μm and an alloy layer b
Is 3 to 7 μm, and the thickness of the alloy layer c is 4 to 10 μm.
8. The method of manufacturing a substrate according to claim 6, wherein:
Law.
【請求項10】 基板がパワーモジュール基板であるこ
とを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の基板の
製造法。
10. The method according to claim 6 , wherein the substrate is a power module substrate.
【請求項11】 下記の第一金属−第三金属−第二金属
の金属接合体(但し、第一金属と第二金属が同種金属の
組合せは除く。)であって、しかも第一金属と第三金属
とが、第一金属−第三金属−1b族金属を含む合金層a
と、第一金属−第三金属−4b族金属を含む合金層b
と、第一金属−第三金属の合金層cとを介して接合され
てなることを特徴とする金属接合体。第一金属:アルミ
ニウム(Al)、鉛(Pb)、白金(Pt)及びこれら
の金属成分の一種又は二種以上を含む合金から選ばれた
金属。第二金属:銅(Cu)、銀(Ag)、金(A
u)、アルミニウム(Al)及びこれらの金属成分の一
種又は二種以上を含む合金から選ばれた金属。第三金
属:チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ジルコニウム
(Zr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)及
びこれらの金属成分の一種又は二種以上を含む合金から
選ばれた金属。
11. The following first metal-third metal-second metal
Metal joined body (however, the first metal and the second metal are
Excludes combinations. ) Wherein the first metal and the third metal are an alloy layer a containing a first metal-third metal-1b group metal
And an alloy layer b containing a first metal-third metal-4 group metal
And a first metal-third metal alloy layer c. First metal: a metal selected from aluminum (Al), lead (Pb), platinum (Pt), and an alloy containing one or more of these metal components. Second metal: copper (Cu), silver (Ag), gold (A
u), aluminum (Al) and one of these metal components.
A metal selected from a species or an alloy containing two or more species. Third metal: a metal selected from titanium (Ti), nickel (Ni), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tungsten (W), and an alloy containing one or more of these metal components.
【請求項12】 第一金属がアルミニウム、第二金属が
銅、第三金属がニッケル、1b族金属が銅、4b族金属
がシリコンであることを特徴とする請求項1 記載の金
属接合体。
12. The method according to claim 12, wherein the first metal is aluminum and the second metal is aluminum.
Copper, third metal is nickel, Group 1b metal is copper, Group 4b metal
Metal bonded body according to claim 1 1, wherein the but is silicon.
【請求項13】 合金層aの厚みが1〜5μm、合金層13. The alloy layer a having a thickness of 1 to 5 μm,
bの厚みが3〜7μm、合金層cの厚みが4〜10μmb has a thickness of 3 to 7 μm, and alloy layer c has a thickness of 4 to 10 μm
であることを特徴とする請求項11記載の金属接合体。The metal joined body according to claim 11, wherein
【請求項14】 金属接合体が、パワーモジュール基板
の金属回路及び/又は金属放熱板に使用されるものであ
ることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載
金属接合体。
14. The metal joint according to claim 11, which is used for a metal circuit and / or a metal radiator of a power module substrate.
Metal bonded body of.
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