JP3223381B2 - 金属とセラミックとの接合材料 - Google Patents
金属とセラミックとの接合材料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属とセラミックとの接
合材料に関し、より詳細には、特に、接合強度が強く、
耐熱衝撃性に優れ、精細な回路パターンに採用しても短
絡が起こらない接合基板用に適している金属及びセラミ
ック接合用材料に関する。
合材料に関し、より詳細には、特に、接合強度が強く、
耐熱衝撃性に優れ、精細な回路パターンに採用しても短
絡が起こらない接合基板用に適している金属及びセラミ
ック接合用材料に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、基板等に用いられる金属とセラミックとの接合材料
として、活性金属法が知られている。例えば、Ｔi−Ｃu
−Ａg混合物を含むペースト(特開昭５９−１３７３７３
号公報)、Ｔi(６wt％以下)−Ａg−Ｃu合金(特開昭５６
−９６７８４号公報)、Ｔi(０.５〜１０wt％)−Ｃu−Ａ
gメカニカルアロイ粉(特開昭６２−２１０７０４号公
報)などが提案されている。
り、基板等に用いられる金属とセラミックとの接合材料
として、活性金属法が知られている。例えば、Ｔi−Ｃu
−Ａg混合物を含むペースト(特開昭５９−１３７３７３
号公報)、Ｔi(６wt％以下)−Ａg−Ｃu合金(特開昭５６
−９６７８４号公報)、Ｔi(０.５〜１０wt％)−Ｃu−Ａ
gメカニカルアロイ粉(特開昭６２−２１０７０４号公
報)などが提案されている。
【０００３】しかし、これらの接合材料は、接合材中の
金属粉末の粒径はある程度細かい方が良いとされていた
が、Ｃu、Ａgが共に細かいと共晶点(７７９℃)で液相の
生成速度が速く、パターン部分から流れ出してしまい、
短絡の原因となるという問題が生じている。
金属粉末の粒径はある程度細かい方が良いとされていた
が、Ｃu、Ａgが共に細かいと共晶点(７７９℃)で液相の
生成速度が速く、パターン部分から流れ出してしまい、
短絡の原因となるという問題が生じている。
【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、金属とセラミックとの接合強度が強く、耐熱衝撃性
に優れると共に、特に基板に適用した際に短絡現象が生
じない接合材料を提供することを目的とするものであ
る。
し、金属とセラミックとの接合強度が強く、耐熱衝撃性
に優れると共に、特に基板に適用した際に短絡現象が生
じない接合材料を提供することを目的とするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者は、精細な回路パターンに適用した場合に
短絡が生じる原因について検討した結果、従来の接合材
料は、接合材中の金属粉末の粒径はある程度細かい方が
良いとされていたが、Ｃu、Ａgが共に細かいと共晶点
(７７９℃)での液相の生成速度が速く、パターン部分か
ら流れ出してしまい、短絡の原因となることが判明し
た。
め、本発明者は、精細な回路パターンに適用した場合に
短絡が生じる原因について検討した結果、従来の接合材
料は、接合材中の金属粉末の粒径はある程度細かい方が
良いとされていたが、Ｃu、Ａgが共に細かいと共晶点
(７７９℃)での液相の生成速度が速く、パターン部分か
ら流れ出してしまい、短絡の原因となることが判明し
た。
【０００６】そこで、本発明者は、接合材料としての強
度や耐熱衝撃性を確保し得るＴi(又はＮb、Ｚr)−Ｃu−
Ａg系のペースト状接合材料において、更に粉末粒度と
短絡との関係について鋭意研究を重ねた。その結果、加
熱接合時に粗大なＣu粉が一部残存した状態にあると、
精細な回路パターンに適余した場合に接合材料がパター
ン部分から流れ出ることがなく、短絡を防止し得ること
を見い出し、ここに本発明をなすに至ったものである。
度や耐熱衝撃性を確保し得るＴi(又はＮb、Ｚr)−Ｃu−
Ａg系のペースト状接合材料において、更に粉末粒度と
短絡との関係について鋭意研究を重ねた。その結果、加
熱接合時に粗大なＣu粉が一部残存した状態にあると、
精細な回路パターンに適余した場合に接合材料がパター
ン部分から流れ出ることがなく、短絡を防止し得ること
を見い出し、ここに本発明をなすに至ったものである。
【０００７】すなわち、本発明は、混合金属粉の組成
が、Ｔi、Ｎb又はＺrの少なくとも１種：０.５〜４.０w
t％、Ｃu：３５〜９０wt％、Ａg：残部からなる組成で
あり、混合金属粉の粉末粒度が、Ｔi、Ｎb又はＺr粉の
少なくとも１種：２０μm以下、Ａg粉：１０μm以下、
Ｃu粉：５〜２０μmで且つ１０〜２０μm間の粒子が９
０wt％以上であり、該混合粉末が有機溶剤中にソリッド
濃度６０〜９５％で分散してペースト状であることを特
徴とする金属とセラミックとの接合材料を要旨とするも
のである。
が、Ｔi、Ｎb又はＺrの少なくとも１種：０.５〜４.０w
t％、Ｃu：３５〜９０wt％、Ａg：残部からなる組成で
あり、混合金属粉の粉末粒度が、Ｔi、Ｎb又はＺr粉の
少なくとも１種：２０μm以下、Ａg粉：１０μm以下、
Ｃu粉：５〜２０μmで且つ１０〜２０μm間の粒子が９
０wt％以上であり、該混合粉末が有機溶剤中にソリッド
濃度６０〜９５％で分散してペースト状であることを特
徴とする金属とセラミックとの接合材料を要旨とするも
のである。
【０００８】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【０００９】
【００１０】まず、接合材料中の混合金属粉の組成の限
定理由について説明する。
定理由について説明する。
【００１１】混合金属粉中にはＴi、Ｎb又はＺrの少な
くとも１種(活性金属)が添加されるが、０.５wt％未満
であると活性が不十分であるため、接合力が弱く、接合
しない。一方、４.０wt％を超えると、接合力が強すぎ
てＮ2雰囲気中、ピーク温度４００℃×５分、３０分プ
ロファイルで行う熱衝撃試験(通炉試験)の際にかえって
セラミック基板にクラックが発生し、熱衝撃に弱くな
る。
くとも１種(活性金属)が添加されるが、０.５wt％未満
であると活性が不十分であるため、接合力が弱く、接合
しない。一方、４.０wt％を超えると、接合力が強すぎ
てＮ2雰囲気中、ピーク温度４００℃×５分、３０分プ
ロファイルで行う熱衝撃試験(通炉試験)の際にかえって
セラミック基板にクラックが発生し、熱衝撃に弱くな
る。
【００１２】混合金属粉中のＣuが９０％を超えると、
高温で接合を行なわなければ接合できず、高温で接合す
ると熱衝撃に弱くなる。一方、３５％未満では接合時に
接合材がパターン間に滲み出して、精細な回路パターン
の場合にはパターン間で短絡が生じる。
高温で接合を行なわなければ接合できず、高温で接合す
ると熱衝撃に弱くなる。一方、３５％未満では接合時に
接合材がパターン間に滲み出して、精細な回路パターン
の場合にはパターン間で短絡が生じる。
【００１３】混合金属粉の残部はＡgであり、接合材と
しての所望の性能を付与する。
しての所望の性能を付与する。
【００１４】次に、混合金属粉の粒度の限定理由につい
て説明する。
て説明する。
【００１５】上述の活性金属とＣuのいずれの粉末も、
粒度が２０μmを超えると印刷性に難がある。Ａg粉の場
合は、１０μm以上であると、接合はできるものの、ピ
ール強度に劣るようになり、問題がある。一方、Ｃu粉
が５μm未満では接合基板のパターン間に滲み出しが出
てしまい好ましくない。
粒度が２０μmを超えると印刷性に難がある。Ａg粉の場
合は、１０μm以上であると、接合はできるものの、ピ
ール強度に劣るようになり、問題がある。一方、Ｃu粉
が５μm未満では接合基板のパターン間に滲み出しが出
てしまい好ましくない。
【００１６】すなわち、Ｃuの微粉末があると、加熱接
合時に接合部から滲み出して短絡の原因となる。Ｃuの
粗粉が残存している方が、このような滲み出しを防止し
得ると同時に強度が出る。このように、混合金属粉にＣ
u粗粉が存在すると、接合時に細粒だけで共晶を作るの
ではなく、Ｃu粗粉表面と同時に銅板側とも共晶を作る
ようになり、強度が上がり、滲み出しも生じない。接合
面にはこのＣu粗粒子が残存している様子が観察され
る。以上の理由から、更に、Ｃu粉は１０〜２０μmの粗
粒子が９０wt％以上であることが必要である。
合時に接合部から滲み出して短絡の原因となる。Ｃuの
粗粉が残存している方が、このような滲み出しを防止し
得ると同時に強度が出る。このように、混合金属粉にＣ
u粗粉が存在すると、接合時に細粒だけで共晶を作るの
ではなく、Ｃu粗粉表面と同時に銅板側とも共晶を作る
ようになり、強度が上がり、滲み出しも生じない。接合
面にはこのＣu粗粒子が残存している様子が観察され
る。以上の理由から、更に、Ｃu粉は１０〜２０μmの粗
粒子が９０wt％以上であることが必要である。
【００１６】なお、混合金属粉は、メカニカルアロイ粉
(特開昭６２−２１０７０４号公報)とする必要はない。
むしろ、メカニカルアロイ粉にするとＣu粗粉の効果が
阻害されてしまう。
(特開昭６２−２１０７０４号公報)とする必要はない。
むしろ、メカニカルアロイ粉にするとＣu粗粉の効果が
阻害されてしまう。
【００１７】この混合金属粉は、ペースト状にするため
に有機溶剤中に分散される。有機溶剤としては、テレピ
ネオール、ブチレカルビトール、テキサノール、ブチル
カルビトールアセテートなどを使用することができる。
またペースト中の混合金属粉量は６０〜９５％とするの
が適当である。なお、有機溶剤の他に界面活性剤(例、
ロジン・ワックス)を少量添加したり、またバインダー
としてエチルセルロースなどを添加してもよい。
に有機溶剤中に分散される。有機溶剤としては、テレピ
ネオール、ブチレカルビトール、テキサノール、ブチル
カルビトールアセテートなどを使用することができる。
またペースト中の混合金属粉量は６０〜９５％とするの
が適当である。なお、有機溶剤の他に界面活性剤(例、
ロジン・ワックス)を少量添加したり、またバインダー
としてエチルセルロースなどを添加してもよい。
【００１８】次に本発明の実施例を示す。
【００１９】
【実施例】銅粉末、銀粉末、チタン粉末、ニオブ粉末、
ジルコン粉末を準備し、これらを
ジルコン粉末を準備し、これらを
【表１】 に示す所定の組合せ及び割合に配合した後、ビークルを
加えてニーダー(三本ミキサー)で均一に混練し、ペース
ト状にした。金属粉としては市販のものを使用した。
加えてニーダー(三本ミキサー)で均一に混練し、ペース
ト状にした。金属粉としては市販のものを使用した。
【００２０】このようにして得られたペーストを銅板
(寸法２８mm×６１mm×０.３mm)にスクリーン印刷して
乾燥後、窒素雰囲気中でピーク温度６００℃×５分間の
３０分間プロファイルで脱脂した。
(寸法２８mm×６１mm×０.３mm)にスクリーン印刷して
乾燥後、窒素雰囲気中でピーク温度６００℃×５分間の
３０分間プロファイルで脱脂した。
【００２１】次に、このペーストを塗布した銅板をアル
ミナ板又は窒化アルミ板(各寸法２８mm×６１mm×０.６
３５mm)と張り合わせ、真空中で８５０℃×１５分間加
熱して接合した。接合した試料につき、ピール強度の測
定と熱衝撃試験を実施した。これらの結果を
ミナ板又は窒化アルミ板(各寸法２８mm×６１mm×０.６
３５mm)と張り合わせ、真空中で８５０℃×１５分間加
熱して接合した。接合した試料につき、ピール強度の測
定と熱衝撃試験を実施した。これらの結果を
【表２】 に示す。
【００２２】更に、接合材料をスクリーン印刷する場合
の作業性(印刷性)と加熱接合時の表面状態を目視観察し
た結果を表２に併記する。
の作業性(印刷性)と加熱接合時の表面状態を目視観察し
た結果を表２に併記する。
【００２３】ピール強度の測定：長さ１０mm以上、幅４
mmの回路パターンの銅板を長さ方向に少しめくり、めく
れた部分を引っ張ってパターンをめくっていく。その時
の荷重を接合強度として測定した。接合強度の表示は、
接合面で破断した場合は破断時の荷重を示した。また強
すぎて測定不能の場合は―印で示した。
mmの回路パターンの銅板を長さ方向に少しめくり、めく
れた部分を引っ張ってパターンをめくっていく。その時
の荷重を接合強度として測定した。接合強度の表示は、
接合面で破断した場合は破断時の荷重を示した。また強
すぎて測定不能の場合は―印で示した。
【００２４】熱衝撃試験(通炉試験)：接合サンプルをＮ
2雰囲気中でピーク温度４００℃×５分間、３０分間プ
ロファイルで通炉し、これを１サイクルとする。これを
繰返しクラックが発生するまでの熱サイクル数を測定し
た。
2雰囲気中でピーク温度４００℃×５分間、３０分間プ
ロファイルで通炉し、これを１サイクルとする。これを
繰返しクラックが発生するまでの熱サイクル数を測定し
た。
【００２５】パターン精度：パターン精度は、パターン
図面とエッチング品の寸法差であり、加熱接合時にパタ
ーン精度が悪化した場合に滲み出しと判断した。なお、
銅板印刷にすると接合時に銅板が膨張するので、それに
つれてインサート材も伸びる。接合後のインサート材は
印刷時より６cmのパターンは＋２００〜５００μm伸び
る。これに対し、基板印刷にすると基板の膨張が小さ
く、接合後のインサート材は６cmのパターンが５０〜１
５０μmしか伸びない。このため、本試験では後者の基
板印刷を採用して滲み出しを評価した。
図面とエッチング品の寸法差であり、加熱接合時にパタ
ーン精度が悪化した場合に滲み出しと判断した。なお、
銅板印刷にすると接合時に銅板が膨張するので、それに
つれてインサート材も伸びる。接合後のインサート材は
印刷時より６cmのパターンは＋２００〜５００μm伸び
る。これに対し、基板印刷にすると基板の膨張が小さ
く、接合後のインサート材は６cmのパターンが５０〜１
５０μmしか伸びない。このため、本試験では後者の基
板印刷を採用して滲み出しを評価した。
【００２６】表２より明らかなように、本発明例は、い
ずれも、接合強度が高く耐熱衝撃性に優れると共に、パ
ターン滲み出しの問題がないことがわかる。また本発明
例で得られた接合面には図１に示すようにＣu粗粒子が
観察された。図１で黒い部分は窒化アルミ基板、灰色部
分は銅板、境界の灰色部分はＣu粗粒子である。
ずれも、接合強度が高く耐熱衝撃性に優れると共に、パ
ターン滲み出しの問題がないことがわかる。また本発明
例で得られた接合面には図１に示すようにＣu粗粒子が
観察された。図１で黒い部分は窒化アルミ基板、灰色部
分は銅板、境界の灰色部分はＣu粗粒子である。
【００２７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の接合材料
によれば、高い接合強度と優れた耐熱衝撃性と共に、特
に精細な回路パターンであっても滲み出しがないので短
絡を防止できる。特にパワーモジュール用基板に有効で
ある。
によれば、高い接合強度と優れた耐熱衝撃性と共に、特
に精細な回路パターンであっても滲み出しがないので短
絡を防止できる。特にパワーモジュール用基板に有効で
ある。
【図１】本発明例で得られた基板接合面の粒子構造を示
す写真である。
す写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−81290（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−153884（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−160676（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/02
Claims (1)
- 【請求項１】 混合金属粉の組成が、Ｔi、Ｎb又はＺr
の少なくとも１種：０.５〜４.０wt％、Ｃu：３５〜９
０wt％、Ａg：残部からなる組成であり、混合金属粉の
粉末粒度が、Ｔi、Ｎb又はＺr粉の少なくとも１種：２
０μm以下、Ａg粉：１０μm以下、Ｃu粉：５〜２０μm
で且つ１０〜２０μm間の粒子が９０wt％以上であり、
該混合粉末が有機溶剤中にソリッド濃度６０〜９５％で
分散してペースト状であることを特徴とする金属とセラ
ミックとの接合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08040792A JP3223381B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 金属とセラミックとの接合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08040792A JP3223381B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 金属とセラミックとの接合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05246770A JPH05246770A (ja) | 1993-09-24 |
| JP3223381B2 true JP3223381B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=13717445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08040792A Expired - Lifetime JP3223381B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 金属とセラミックとの接合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3223381B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3928528B2 (ja) * | 2002-09-20 | 2007-06-13 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 液晶表示装置 |
| JP4345054B2 (ja) * | 2003-10-09 | 2009-10-14 | 日立金属株式会社 | セラミックス基板用ろう材及びこれを用いたセラミックス回路基板、パワー半導体モジュール |
-
1992
- 1992-03-02 JP JP08040792A patent/JP3223381B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05246770A (ja) | 1993-09-24 |
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Legal Events
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