JP5344025B2 - フラックス成分侵入防止層形成用ペーストおよび接合体の接合方法 - Google Patents

Description

この発明は、接合面を介して接合された第一部材と第二部材を有する接合体と、被接合材とを、フラックスを使用して接合する際に、フラックス成分が前記接合面に侵入することを抑制するためのフラックス成分侵入防止層を形成する際に使用されるフラックス成分侵入防止層形成用ペースト、及び、このフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを使用した接合体の接合方法に関するものである。

上述のように、フラックスを用いて接合体と被接合材とを接合する技術としては、例えば特許文献１、２に記載されているように、ＫＡｌＦ_４を主成分とするフラックスとろう材とを用いて接合を行う、いわゆるノコロックろう付けが挙げられる。
このノコロックろう付けは、主に、アルミニウム部材同士を接合する技術であり、例えばＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔とＫＡｌＦ_４を主成分とするフラックスとを、アルミニウム部材同士の間に配置し、フラックスによってアルミニウム部材の表面に形成された酸化膜を除去するとともに、ろう材の溶融を促進して、接合するものである。

例えば特許文献３に示す半導体モジュールの冷却装置においては、セラミックス材からなる絶縁基板の両面にＡｌ（アルミニウム）の金属板（上部電極及び下部電極）が接合されており、上部電極に半導体素子が接合された半導体モジュールと、アルミニウムからなる冷却器の天板とが、フラックスを用いたろう付けによって接合されたものが提案されている。

特開２００１−０１２８８７号公報 特開２０１０−１３８９５５号公報 特開２００９−１０５１６６号公報

ところで、パワーモジュール用基板とヒートシンクをノコロックろう付けで接合する際に、フラックス成分がパワーモジュール用基板のセラミックス板と金属板との接合面に侵入し、セラミックス板と金属板との間の接合信頼性が低下するおそれがあった。

特に、ヒートシンク付パワーモジュール基板においては、セラミックス基板と金属板との接合面と、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの界面との間が、金属層のみであって近接していることから、フラックス成分がパワーモジュール用基板のセラミックス板と金属板との接合面に侵入しやすい傾向にある。
さらに、フラックス成分がセラミックス基板を超えて回路層にまで達する場合には、回路層と金属層との絶縁性が低下してしまい、パワーモジュール用基板として使用できなくなるおそれがあった。

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、接合面を介して接合された第一部材と第二部材を有する接合体と、被接合材とを、フラックスを使用して接合する際に、フラックス成分が前記接合面に侵入することを抑制するためのフラックス成分侵入防止層を確実に形成でき、接合体と被接合体とを良好に接合することが可能なフラックス成分侵入防止層形成用ペーストおよび接合体の接合方法を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のフラックス成分侵入防止層形成用ペーストは、接合面を介して接合された第一部材と第二部材を有する接合体と、被接合材とを、フラックスを使用して接合する際に、フラックス成分が前記接合面に侵入することを抑制するフラックス成分侵入防止層を形成するためのフラックス成分侵入防止層形成用ペーストであって、前記フラックス成分を分解する酸化物と、樹脂と、溶剤と、を含有し、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度が、１０ｍＰａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度が、１０ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、前記酸化物が、ＴｉＯ _２ 、ＳｉＯ _２ 、Ａｌ _２ Ｏ _３ のうちのいずれか１種又は２種以上とされており、前記第一部材と前記第二部材の接合面の周縁部に向けて塗布することにより、前記第一部材と前記第二部材の接合面の周縁部に、フィレット形状の前記フラックス成分侵入防止層が形成されることを特徴としている。

この構成のフラックス成分侵入防止層形成用ペーストによれば、前記フラックス成分を分解する酸化物を有しているので、フラックス成分と接触した際にフラックス成分を無害化することができ、第一部材と第二部材との接合面にフラックス成分が進入することを抑制できる。

また、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされているので、第一部材と第二部材との接合面の周囲に対して、フラックス成分侵入防止層形成用ペーストを塗布することができ、かつ、塗布したフラックス成分侵入防止層形成用ペーストが適度にダレることによって良好なフィレット形状が形成され、フラックス成分侵入防止層を確実に形成することができる。
特に、接合体の接合面と、接合体と被接合材の接合界面と、が近接している場合には、フラックス成分侵入防止層を形成し難いが、本発明のフラックス成分侵入防止層形成用ペーストであれば、確実にフラックス成分侵入防止層を形成することができる。

詳述すると、ずり速度１０ｓ^−１における粘度が１０ｍPａ・ｓ未満の場合には、ペーストを塗布した際のダレが大きくはみ出してペースト成分が接合体と被接合体との接合界面に入り込んでしまい、フラックスを用いた接合時の接合を阻害してしまうおそれがあった。また、ずり速度１０ｓ^−１における粘度が２００００ｍPａ・ｓを超えている場合には、ペーストを塗布した後にダレが生じないため、フィレット形状が形成されず、接合面とフラックス成分侵入防止層との間に隙間が生じてしまうおそれがある。
以上のことから、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度を、１０ｍPａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内に設定しているのである。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度を、１００ｍPａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とすることが好ましい。

また、ずり速度１００ｓ^−１における粘度が１０ｍPａ・ｓ未満の場合には、ペーストを塗布する際にペーストが過剰に吐出されてしまうため、意図した塗布部分からはみ出してしまい接合を阻害するおそれがある。また、ずり速度１００ｓ^−１における粘度が５０００ｍPａ・ｓを超えている場合には、ペーストを塗布する際にペーストを十分に吐出することができず、接合面とフラックス成分侵入防止層との間に隙間を生じてしまうおそれがある。
以上のことから、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度を、１０ｍPａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内に設定しているのである。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度を、５０ｍPａ・ｓ以上２５００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とすることが好ましい。

ここで、前記酸化物が、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のうちのいずれか１種又は２種以上とされていることが好ましい。
これら酸化物はフラックス成分と反応することによりフラックス成分を分解し、フラックスを失活することができる。特に、ノコロックろう付けで使用されるＫＡｌＦ_４を主成分とするフラックスを、確実に分解することが可能となる。

また、前記樹脂が、アクリル樹脂であることが好ましい。
アクリル樹脂は、加熱時に解重合を起こし、不活性ガス雰囲気下においても良好な熱分解特性を有しており、焼成後のフラックス成分侵入防止層内に残存することを抑制できる。

さらに、前記溶剤が、非極性溶媒であることが好ましい。
非極性溶媒を用いた場合には、粉末への樹脂の吸着を促すことが可能となり、分散の安定化を図ることができる。なお、非極性溶媒としては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ジブチルエーテル等が挙げられる。

また、本発明のフラックス成分侵入防止層形成用ペーストは、必要に応じて分散剤を用いてもよい。
分散剤を用いることにより酸化物成分の分散の安定化を図ることができる。なお、分散剤としてはアニオン性、カチオン性、非イオン性の界面活性剤が挙げられる。

また、前記酸化物の含有量が１０質量％以上８０質量％以下、前記樹脂の含有量が５質量％以上３０質量％以下、残部が溶剤とされていることが好ましい。
この場合、フラックス成分を分解する酸化物を１０質量％以上８０質量％以下の範囲内で含有しているので、フラックス成分を確実に分解して無害化することができる。また、前記樹脂の含有量を５質量％以上３０質量％以下の範囲内で含有しているので、ペーストを塗布して形成されたフィレット形状を保持することができ、確実にフラックス成分侵入防止層を形成することが可能となる。

本発明の接合体の接合方法は、接合面を介して接合された第一部材と第二部材を有する接合体と、被接合材とを、フラックスを使用して接合する接合体の接合方法であって、 前述のフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを使用して、前記接合体の第一部材と第二部材との接合面にフラックス成分が前記接合面に侵入することを抑制するフラックス成分侵入防止層を形成し、その後、前記接合体と、前記被接合材とを、フラックスを使用して接合することを特徴としている。

この構成の接合体の接合方法によれば、前述のフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを使用して、前記接合体の第一部材と第二部材との接合面にフラックス成分が前記接合面に侵入することを抑制するフラックス成分侵入防止層を形成しているので、第一部材と第二部材との接合面にフラックス成分が侵入することを抑制でき、接合面における接合信頼性を低下させることなく、接合体と被接合体とを良好に接合することが可能となる。

本発明によれば、接合面を介して接合された第一部材と第二部材を有する接合体と、被接合材とを、フラックスを使用して接合する際に、フラックス成分が前記接合面に侵入することを抑制するためのフラックス成分侵入防止層を確実に形成でき、接合体と被接合体とを良好に接合することが可能なフラックス成分侵入防止層形成用ペーストおよび接合体の接合方法を提供することができる。

本発明の実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペーストの製造方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを使用したヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュールの概略説明図である。 本発明の実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを使用したヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを使用したパワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。 フラックス成分侵入防止層を形成する手順を示す説明図である。 本発明の実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを使用したヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペースト及びこのフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを用いた接合体の接合方法について図１から図６を参照して説明する。
本実施形態における接合体の接合方法は、セラミックス基板１１と金属板２２，２３とが接合されてなるパワーモジュール用基板１０（接合体）と、ヒートシンク４０（被接合材）と、を接合し、ヒートシンク付パワーモジュール用基板３０を製造するものである。そして、本実施形態では、パワーモジュール用基板１０とヒートシンク４０とは、ＫＡｌＦ_４を主成分とするフラックスとろう材とを用いて接合を行うノコロックろう付け法によって接合される。

まず、本実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０について説明する。
このフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０は、フラックス成分を分解する酸化物と、樹脂と、溶剤と、を含有するものであり、より具体的には、酸化物の含有量が１０質量％以上８０質量％以下、樹脂の含有量が５質量％以上３０質量％以下、残部が溶剤とされている。

フラックス成分を分解する酸化物としては、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のうちのいずれか１種又は２種以上が用いられている。なお、酸化物の粒径は、０．０１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内とされている。
本実施形態では、上述のように、例えばＫＡｌＦ_４を主成分とするフラックスを用いることから、フラックス成分であるＫＡｌＦ_４を分解する酸化物として好適なＴｉＯ_２が用いられている。より具体的には、ＴｉＯ_２を１０質量％以上８０質量％以下の範囲内で含有しているのである。

樹脂としては、アクリル樹脂、セルロース樹脂、ブチラール樹脂等を用いることができる。本実施形態では、アクリル樹脂が用いられており、その含有量が、５質量％以上３０質量％以下の範囲内とされている。
溶剤としては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ジブチルエーテル等の非極性溶媒が用いられている。

そして、本実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０においては、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされている。
さらに、本実施形態においては、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度を、１００ｍPａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度を、５０ｍPａ・ｓ以上２５００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされている。

ここで、所定のずり速度における粘度は、ストレスレオメータにおいて、測定治具としてコーン（４°、直径４０ｍｍ）を用い、このコーンを回転させてフラックス成分侵入防止層形成用ペーストに所定のずり速度を与えて、３分後における粘度値とした。

次に、本実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペーストの製造方法について、図１に示すフロー図を参照して説明する。
まず、溶剤と樹脂とを混合して遊星式撹拌装置によって撹拌し、溶剤中に樹脂を溶解したビークルを作製する（ビークル作製工程Ｓ０１）。
そして、酸化物粉末（ＴｉＯ_２粉末）と、ビークルと、を遊星式撹拌装置によって撹拌する（混錬工程Ｓ０２）。
このようにして、本実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０が製出されることになる。

次に、本実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０を用いてフラックス成分侵入防止層５１を形成したヒートシンク付パワーモジュール用基板３０及びパワーモジュール１について、図２を用いて説明する。
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とヒートシンク４０とを有するヒートシンク付パワーモジュール用基板３０と、回路層１２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、を備えている。

パワーモジュール用基板１０は、絶縁層を構成するセラミックス基板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、セラミックス基板１１の他方の面（図２において下面）に配設された金属層１３とを備えている。
セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高い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、導電性を有する金属板２２が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層１２は、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなるアルミニウム板がセラミックス基板１１に接合されることにより形成されている。ここで、回路層１２の厚さＡは、０．２ｍｍ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、０．６ｍｍに設定されている。

金属層１３は、セラミックス基板１１の他方の面に、金属板２３が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、金属層１３は、回路層１２と同様に、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなるアルミニウム板がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。ここで、金属層１３の厚さＢは、０．２ｍｍ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。

そして、本実施形態においては、回路層１２の厚さと金属層１３の厚さとの比Ｂ／Ａは、１．０≦Ｂ／Ａ≦２０の範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｂ／Ａ＝１．６／０．６＝２．６６７に設定されている。

ヒートシンク４０は、前述のパワーモジュール用基板１０を冷却するためのものである。本実施形態であるヒートシンク４０は、パワーモジュール用基板１０と接合される天板部４１と、この天板部４１に対向するように配置された底板部４５と、天板部４１と底板部４５との間に介装されたコルゲートフィン４６と、を備えており、これら天板部４１と底板部４５とコルゲートフィン４６とによって、冷却媒体が流通する流路４２が画成されている。

そして、本実施形態においては、パワーモジュール用基板１０のうちセラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周縁部に、フラックス成分侵入防止層５１が形成されている。このフラックス成分侵入防止層５１は、図２に示すように、フィレット形状をなしている。すなわち、セラミックス基板１１の下面及び金属層１３の側面にわたってフラックス成分侵入防止層５１が形成されており、フラックス成分侵入防止層５１によって、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周縁部が完全に覆われている。

次に、ヒートシンク付パワーモジュール用基板３０の製造方法について、図３から図６を用いて説明する。

（回路層及び金属層接合工程Ｓ１１）
まず、図４に示すように、セラミックス基板１１の一面側に、回路層１２となる金属板２２（４Ｎアルミニウムの圧延板）が、厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では１４μｍ）のろう材箔２４を介して積層され、セラミックス基板１１の他面側に、金属層１３となる金属板２３（４Ｎアルミニウムの圧延板）が厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では１４μｍ）のろう材箔２５を介して積層される。なお、本実施形態においては、ろう材箔２４、２５は、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材とされている。

次に、金属板２２、セラミックス基板１１、金属板２３を積層方向に加圧（圧力１〜５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で加熱炉内に装入して加熱する。すると、ろう材箔２４、２５と金属板２２、２３の一部とが溶融し、金属板２２、２３とセラミックス基板１１との界面にそれぞれ溶融金属領域が形成される。ここで、加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下、加熱時間は３０分以上１８０分以下とされている。
次に、金属板２２、２３とセラミックス基板１１との界面にそれぞれに形成された溶融金属領域を凝固させることにより、セラミックス基板１１と金属板２２及び金属板２３とを接合する。

（フラックス成分侵入防止層形成工程Ｓ１２）
そして、次に、セラミックス基板１１と金属層１３（金属板２３）との接合面の周縁に、フラックス成分侵入防止層５１を形成する。
ここで、フラックス成分侵入防止層５１の形成方法について、図５を用いて説明する。まず、セラミックス基板１１と金属層１３（金属板２３）との接合面の周縁に向けて、ディスペンサー５３を用いて、フラックス成分侵入防止層用ペースト５０を塗布する（ペースト塗布工程Ｓ２１）。
塗布したフラックス成分侵入防止層用ペースト５０を放置しておく。すると、自重によってフラックス成分侵入防止層用ペーストが適度にダレて、図５に示すようにフィレット形状が形成されることになる（フィレット形状形成工程Ｓ２２）。
そして、５０〜１５０℃×３〜３０分間の条件で乾燥を実施する（乾燥工程Ｓ２３）。これにより、フラックス成分侵入防止層５１が形成されることになる。

（ヒートシンク接合工程Ｓ１３）
次に、図６に示すように、パワーモジュール用基板１０の金属層１３の他方の面側に、ヒートシンク４０を接合する。
具体的には、パワーモジュール用基板１０の金属層１３とヒートシンク４０の天板部４１との間に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔２７と、ＫＡｌＦ_４を主成分とするフラックス（図示なし）とを介在させる。

次に、積層されたパワーモジュール用基板１０、ヒートシンク４０を積層方向に加圧（圧力０〜１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で、雰囲気加熱炉内に装入して加熱し、金属層１３とヒートシンク４０の天板部４１との間に溶融金属領域を形成する。
ここで、本実施形態では、雰囲気加熱炉内は、窒素ガス雰囲気とされており、加熱温度は５５０℃以上６３０℃以下の範囲内に設定している。

そして、上述の溶融金属領域が凝固することにより、パワーモジュール用基板１０の金属層１３とヒートシンク４０の天板部４１とが接合される。このとき、金属層１３、天板部４１の表面には、酸化被膜が形成されているが、前述のフラックスによってこれらの酸化被膜が除去される。このとき、フラックス成分が液化、気化して、セラミックス基板１１側へと移動することになる。
このようにして、ヒートシンク４０とパワーモジュール用基板１０とが接合されて本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板３０が製造されることになる。

以上のような構成とされた本実施形態であるフラックス成分侵入防止層用ペースト５０によれば、フラックス成分を分解する酸化物、本実施形態では、ＫＡｌＦ_４を主成分とするフラックスを分解する酸化物として好適なＴｉＯ_２を含有しているので、ＫＡｌＦ_４がフラックス成分侵入防止層５１に接触した際に、ＫＡｌＦ_４が分解されることになり、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面に、フラックス成分ＫＡｌＦ_４が進入することを抑制できる。

また、本実施形態であるフラックス成分侵入防止層用ペースト５０においては、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされており、さらに、本実施形態においては、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度を、１０ｍPａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度を、５０ｍPａ・ｓ以上２５００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされているので、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周囲に対して、フラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０を良好に塗布することができる。また、塗布したフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０が適度にダレることによって、図４、図５、図６に示すような良好なフィレット形状が形成されることになり、フラックス成分侵入防止層５１を確実に形成することができる。

また、本実施形態では、樹脂としてアクリル樹脂を含有しているので、加熱時に解重合を起こし、不活性ガス雰囲気下においても良好に熱分解することになり、焼成後のフラックス成分侵入防止層５１内に残存することを抑制できる。

さらに、本実施形態では、溶剤として、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ジブチルエーテル等非極性溶媒を使用しているので、酸化物粉末（ＴｉＯ_２粉末）の樹脂への吸着を促すことが可能となり、酸化物粉末（ＴｉＯ_２粉末）を安定して分散させることが可能となる。

また、本実施形態のフラックス成分侵入防止層用ペースト５０においては、酸化物（ＴｉＯ_２）の含有量が１０質量％以上８０質量％以下、樹脂の含有量が５質量％以上３０質量％以下、残部が溶剤とされているので、フラックス成分を確実に分解して無害化することができるともに、塗布して形成されたフィレット形状を保持することができ、確実にフラックス成分侵入防止層５１を形成することが可能となる。

さらに、本実施形態である接合体の接合方法は、セラミックス基板１１と金属板１３とが接合されてなるパワーモジュール用基板１０（接合体）と、ヒートシンク４０（被接合材）と、を接合するものとされており、上述のフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０を使用して、パワーモジュール用基板１０のセラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周縁にフラックス成分侵入防止層５１を形成しているので、パワーモジュール用基板１０のセラミックス基板１１と金属層１３との接合面にフラックス成分であるＫＡｌＦ_４が侵入することを抑制でき、接合面における接合信頼性を低下させることなく、パワーモジュール用基板１０とヒートシンク４０とを良好に接合することが可能となる。

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。
例えば、フラックス成分侵入防止層用ペーストの原料、配合量については、実施形態に記載されたものに限定されることはなく、他の酸化物、樹脂、溶剤を用いてもよい。

具体的には、フラックスを分解する酸化物としてＴｉＯ_２を含有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のうちのいずれか１種又は２種以上とされていてもよいし、その他の酸化物であってもよい。この酸化物の種類については、接合に使用されるフラックスに応じて選択することが好ましい。

また、樹脂としてアクリル樹脂を用いたもので説明したが、これに限定されることはなく、他の樹脂を用いてもよい。
さらに、溶剤としてシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ジブチルエーテル等の非極性溶媒を用いたもので説明したが、これに限定されることはなく、他の溶剤を用いてもよい。

さらに、本実施形態においては、セラミックス基板と金属板とが接合されてなるパワーモジュール用基板（接合体）と、ヒートシンク（被接合材）と、をフラックスとしてＫＡｌＦ_４を用いて接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、接合面を介して接合された第一部材と第二部材を有する接合体と、被接合材とを、フラックスを使用して接合するものに適用することができる。

以下に、本発明の効果を確認すべく実施した確認実験の結果について説明する。
図１のフロー図に記載した手順で、表１に示す組成のフラックス成分侵入防止層用ペーストを製出した。ここで、有機物混合工程Ｓ０１においては、遊星式撹拌装置（株式会社シンキー製ＡＲ−２５０）を用いて３０分間の撹拌を実施し、樹脂を溶剤に溶解させた。
また、混錬工程Ｓ０２においては、遊星式撹拌装置（株式会社シンキー製ＡＲ−２５０）を用いて５分間の撹拌を実施した。

得られたフラックス成分侵入防止層用ペーストについて、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度、及び、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度について測定した。
ストレスレオメータ（ＴＡインスツルメント株式会社製ＡＲ−１０００）に、測定治具としてコーン（４°、直径４０ｍｍ）を用い、このコーンを回転させてフラックス成分侵入防止層用ペーストに対して所定のずり速度を与え、３分後の粘度を測定した。測定結果を表２に示す。

そして、これらのフラックス成分侵入防止層用ペーストを用いて、上述の実施形態で開示されたパワーモジュール用基板のフラックス成分侵入防止層を形成した。
ディスペンサー（武蔵エンジニアリング株式会社製ＳｕｐｅｒΣ Ｘ−Ｖ２）に内径０．２６ｍｍのニードルを付け、塗布圧０．２０ｋＰａにて、上述のパワーモジュール用基板のセラミックス基板と金属層との接合面の周縁にフラックス成分侵入防止層用ペーストを塗布した。塗布後、ホットプレート上で８０℃、５分間の乾燥処理を実施した。

まず、フィレット形状を評価した。
フラックス成分侵入防止層を光学顕微鏡にて観察し、フラックス成分侵入防止層用ペーストの抜けや隙間の有無を確認した。抜け若しくは隙間が確認されないものを○、長さ３ｍｍ以下の抜け若しくは隙間が１箇所のみ確認されたものを△、長さが３ｍｍ超の抜け若しくは隙間が確認された場合、若しくは、長さが３ｍｍ以下の抜け若しくは隙間が２箇所以上確認されたものを×と評価した。なお、長さ３ｍｍ以下の抜け若しくは隙間が１箇所の場合には実用上問題ないレベルである。

次に、上述のパワーモジュール用基板にヒートシンクの天板部のみを、ノコロックろう付けによって接合して、ヒートシンク付パワーモジュール用基板とした。
まず、得られたヒートシンク付パワーモジュール用基板に対して、セラミックス基板と金属層との接合面を超音波探傷装置（株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス製Ｆｉｎｅ ＳＡＴ ＦＳ−２００）によって観察し、剥離の有無によって、初期の接合信頼性を評価した。
次に、このヒートシンク付パワーモジュール用基板に対して、−４０℃←→１２５℃の冷熱サイクルを１０００サイクル負荷した。そして、セラミックス基板と金属層との接合面を超音波探傷装置（株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス製Ｆｉｎｅ ＳＡＴ ＦＳ−２００）によって観察し、剥離の有無によって、冷熱サイクル後の接合信頼性を評価した。
ノコロック接合時の剥離は金属層の外周部から発生し、超音波探傷像においてこの剥離部は接合部内の白色部として示されることから、金属層外周部に沿った白色部の長さを測定し剥離長さとした。剥離が無い場合を○、剥離長さが接合面の一辺の３０％以下の場合を△、剥離長さが接合面の一辺の３０％を超える場合を×と評価した。

なお、セラミックス基板を３０ｍｍ×２０ｍｍ×０．６３５ｍｍとし、回路層を１３ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍとし、金属層を１３ｍｍ×１０ｍｍ×１．６ｍｍとし、ヒートシンクの天板部を５０ｍｍ×５０ｍｍ×７ｍｍとした。
評価結果を表２に示す。

温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされた実施例１−７においては、初期の接合信頼性及び冷熱サイクル後の接合信頼性が良好であることが確認される。これは、フラックス成分がセラミックス基板と金属層との接合面に侵入しなかったためと推測される。
さらに、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度を、１００ｍPａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、かつ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度を、５０ｍPａ・ｓ以上２５００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされた実施例１−４においては、塗布後のフィレット形状が良好であることが確認される。

これに対して、比較例１−３においては、接合信頼性が低いことが確認される。
ここで、フラックス成分を分解する酸化物を含有しない比較例１においては、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度が１０ｍPａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内、温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度が５０ｍPａ・ｓ以上２５００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされていることから、塗布形状は良好である。しかしながら、フラックス成分を分解する酸化物を有していないため、フラックス成分を分解できず、フラックス成分がセラミックス基板と金属層の接合面に侵入し、接合信頼性が低下したと推測される。

また、温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度が２８０００ｍＰａ・ｓとされた比較例２においては、塗布後のペーストがダレないため、塗布形状が不良となった。これにより、フラックス成分がセラミックス基板と金属層の接合面に侵入し、接合信頼性が低下したと推測される。
温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度が８０００ｍＰａ・ｓとされた比較例３においては、ペーストの塗布を良好に行うことができず、フィレット形状が不良となった。これにより、フラックス成分がセラミックス基板と金属層の接合面に侵入し、接合信頼性が低下したと推測される。

以上の確認実験の結果、本発明によれば、フラックス成分侵入防止層を良好に形成できるフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを提供できることが確認された。

１０ パワーモジュール用基板（接合体）
１１ セラミックス基板（第一部材）
１３ 金属層（第二部材）
４０ ヒートシンク（被接合材）
５０ フラックス成分侵入防止層形成用ペースト

Claims (5)

1. 接合面を介して接合された第一部材と第二部材を有する接合体と、被接合材とを、フラックスを使用して接合する際に、フラックス成分が前記接合面に侵入することを抑制するフラックス成分侵入防止層を形成するためのフラックス成分侵入防止層形成用ペーストであって、
   前記フラックス成分を分解する酸化物と、樹脂と、溶剤と、を含有し、
   温度２５℃でのずり速度１０ｓ^−１における粘度が、１０ｍＰａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、
   温度２５℃でのずり速度１００ｓ^−１における粘度が、１０ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、
   前記酸化物が、ＴｉＯ _２ 、ＳｉＯ _２ 、Ａｌ _２ Ｏ _３ のうちのいずれか１種又は２種以上とされており、
   前記第一部材と前記第二部材の接合面の周縁部に向けて塗布することにより、前記第一部材と前記第二部材の接合面の周縁部に 、フィレット形状の前記フラックス成分侵入防止層が形成されることを特徴とするフラックス成分侵入防止層形成用ペースト。
2. 前記樹脂が、アクリル樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のフラックス成分侵入防止層形成用ペースト。
3. 前記溶剤が、非極性溶媒であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラックス成分侵入防止層形成用ペースト。
4. 前記酸化物の含有量が１０質量％以上８０質量％以下、前記樹脂の含有量が５質量％以上３０質量％以下、残部が溶剤とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のフラックス成分侵入防止層形成用ペースト。
5. 接合面を介して接合された第一部材と第二部材を有する接合体と、被接合材とを、フラックスを使用して接合する接合体の接合方法であって、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のフラックス成分侵入防止層形成用ペーストを使用して、前記接合体の第一部材と第二部材との接合面にフラックス成分が前記接合面に侵入することを抑制するフラックス成分侵入防止層を形成し、
   その後、前記接合体と、前記被接合材とを、フラックスを使用して接合することを特徴とする接合体の接合方法。
   

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