JP6096094B2 - Laminated body, insulating cooling plate, power module, and manufacturing method of laminated body - Google Patents

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Description

本発明は、積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよびこの積層体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a laminate, an insulating cooling plate, a power module, and a method for manufacturing the laminate.

従来より、産業用、自動車用などの電力制御からモータ制御まで、幅広い分野に使用される省エネルギー化のキーデバイスとして、パワーモジュールが知られている。パワーモジュールは、基材である絶縁基板を介して半導体チップの放熱を行なう放熱板を有する。放熱板は、金属やセラミックス複合体からなり、冷却用の熱媒体の移動経路が形成されており、該放熱板は、絶縁基板であるセラミックス基材の表面にろう材等により接続されている。また、近年、セラミックスの熱放射を利用して放熱を行なう冷却板も開発されており、セラミックス基材の流路が形成されていない側の面に積層された半導体チップ(トランジスタ)から発生した熱を冷却板から外部に発散させることによって、パワーモジュール等の電子回路基板の冷却を行うことができる。なお、セラミックス基材と半導体チップとの間には、金属皮膜による回路パターンが形成されている。   Conventionally, a power module is known as an energy-saving key device used in a wide range of fields from electric power control to motor control for industrial use and automobile use. The power module has a heat radiating plate that radiates heat from the semiconductor chip through an insulating substrate as a base material. The heat radiating plate is made of a metal or a ceramic composite, and has a moving path for a cooling heat medium. The heat radiating plate is connected to the surface of a ceramic base material, which is an insulating substrate, by a brazing material or the like. In recent years, a cooling plate that uses heat radiation of ceramics to dissipate heat has been developed, and heat generated from semiconductor chips (transistors) stacked on the surface of the ceramic substrate where the flow path is not formed. Can be emitted from the cooling plate to the outside, thereby cooling the electronic circuit board such as the power module. A circuit pattern made of a metal film is formed between the ceramic substrate and the semiconductor chip.

ところで、上述したパワーモジュール等の電子回路基板において、セラミックス基材の表面に、金属または合金を主成分とする中間層を形成した後、コールドスプレー法により回路層や冷却板等の金属皮膜を形成する技術が本出願人により提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。特許文献1および2では、中間層を介してセラミックス基材上に金属皮膜を形成することにより密着性の高い金属皮膜を形成できるものの、熱膨張差が大きいセラミックス基材と金属皮膜との密着力が高いがゆえに、耐熱性に劣るアルミナ等の基材においては熱サイクル下における熱応力により割れ等が発生するおそれがあった。   By the way, in an electronic circuit board such as a power module described above, an intermediate layer mainly composed of a metal or an alloy is formed on the surface of a ceramic substrate, and then a metal film such as a circuit layer or a cooling plate is formed by a cold spray method. The technique to do is proposed by the present applicant (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In Patent Documents 1 and 2, although a metal film with high adhesion can be formed by forming a metal film on the ceramic substrate via an intermediate layer, the adhesion between the ceramic substrate and the metal film having a large thermal expansion difference. Therefore, the substrate such as alumina, which is inferior in heat resistance, may be cracked due to thermal stress under a thermal cycle.

また、多孔質組織を有する下層被膜と、前記下層被膜とは構造の異なる多孔質組織を有する上層被膜とを備える二層構造の伝熱部材の製造方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。特許文献3では、下層被膜と上層被膜とを、コールドスプレー法により、同一の材料で密度を変えて形成することにより、絶縁部材とヒートシンクとの熱膨張差を緩和できるとしている。しかしながら、特許文献3は、直接セラミックス基材上に金属皮膜を形成する技術ではないため、セラミックス基材からなる冷却板の製造には使用することはできない。   In addition, a method of manufacturing a heat transfer member having a two-layer structure including a lower layer film having a porous structure and an upper layer film having a porous structure having a structure different from that of the lower layer film has been proposed (for example, Patent Document 3). reference). In Patent Document 3, the difference in thermal expansion between the insulating member and the heat sink can be reduced by forming the lower layer film and the upper layer film by the cold spray method while changing the density with the same material. However, since Patent Document 3 is not a technique for directly forming a metal film on a ceramic substrate, it cannot be used for manufacturing a cooling plate made of a ceramic substrate.

特許第5191527号公報Japanese Patent No. 5191527 特開2013−018190号公報JP 2013-018190 A 特開2009−127086号公報JP 2009-127086 A

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コールドスプレー法を用いてセラミックス基材に金属皮膜を形成させた積層体を作製する場合に、セラミックスと金属皮膜との間の密着強度が高く、かつ熱サイクル下でのセラミックス基材と金属皮膜との熱膨張差によるセラミックス基板の割れを防止しうる積層体、および絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and in the case of producing a laminate in which a metal film is formed on a ceramic substrate using a cold spray method, the adhesion strength between the ceramic and the metal film is high. To provide a laminate that is high and can prevent cracking of the ceramic substrate due to a difference in thermal expansion between the ceramic substrate and the metal film under a thermal cycle, and an insulating cooling plate, a power module, and a method for producing the laminate Objective.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる積層体は、絶縁性のセラミックス基材と、前記セラミックス基材の表面に形成された金属または合金を主成分とする中間層と、前記中間層の表面に、金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成された、気孔率が5〜15%の第1金属皮膜と、前記第1金属皮膜の表面に、前記第1金属皮膜を形成する金属と同一の金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成された、気孔率が0〜0.5%の第2金属皮膜と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the laminate according to the present invention includes an insulating ceramic base material and an intermediate layer mainly composed of a metal or an alloy formed on the surface of the ceramic base material. And a first metal having a porosity of 5 to 15%, which is formed by accelerating a powder containing metal on the surface of the intermediate layer together with a gas and spraying and depositing the powder in a solid state on the surface. By accelerating a powder containing the same metal as the metal forming the first metal film on the surface of the film and the first metal film together with the gas, and spraying and depositing the powder in the solid state on the surface And a formed second metal film having a porosity of 0 to 0.5%.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記中間層は、金属または合金を主成分とし、前記第1金属皮膜側で層をなす第1中間層と、活性金属、または活性金属の酸化物もしくは水素化物からなり、前記第1中間層と接触すると共に、前記第1中間層と接触する面と異なる面で前記セラミックス基材と結合して積層される第2中間層と、を有し、前記第1中間層および前記第2中間層は、ろう材を前記セラミックス基材に塗布した後、熱処理することにより形成されることを特徴とする。   In the laminate according to the present invention, in the above invention, the intermediate layer is composed of a metal or an alloy as a main component, the first intermediate layer forming a layer on the first metal film side, an active metal, or an active metal. A second intermediate layer made of an oxide or a hydride and in contact with the first intermediate layer and laminated by being bonded to the ceramic substrate on a surface different from the surface in contact with the first intermediate layer. The first intermediate layer and the second intermediate layer are formed by applying a brazing material to the ceramic base material and then performing a heat treatment.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記中間層は、真空中で熱処理することによって形成されることを特徴とする。   Moreover, the laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the intermediate layer is formed by heat treatment in a vacuum.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記第2中間層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウムのいずれかの金属または金属の水素化物からなる群より選択される少なくとも1種類を含むことを特徴とする。   In the laminate according to the present invention, in the above invention, the second intermediate layer includes at least one selected from the group consisting of any metal of titanium, zirconium, hafnium, germanium, or a metal hydride. It is characterized by that.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記第1中間層は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルからなる群より選択される少なくとも1種類を含むことを特徴とする。   In the laminate according to the present invention, the first intermediate layer includes at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, aluminum, and nickel.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記中間層は、大気中で熱処理することによって形成されることを特徴とする。   In the above invention, the laminate according to the present invention is characterized in that the intermediate layer is formed by heat treatment in the atmosphere.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記第2中間層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、硼素、珪素、アルミニウム、クロム、インジウムまたは金属の酸化物もしくは水素化物からなる群より選択される少なくとも1種類を含むことを特徴とする。   In the laminate according to the present invention, in the above invention, the second intermediate layer is made of titanium, zirconium, hafnium, germanium, boron, silicon, aluminum, chromium, indium, or a metal oxide or hydride. It includes at least one type selected.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記第1中間層は、金または銀のうち少なくとも1種類を含むことを特徴とする。   In the laminate according to the present invention, the first intermediate layer includes at least one of gold and silver.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記第1金属皮膜および前記第2金属皮膜は、銅、アルミニウム、またはこれらの金属の合金からなることを特徴とする。   In the laminate according to the present invention as set forth in the invention described above, the first metal film and the second metal film are made of copper, aluminum, or an alloy of these metals.

また、本発明にかかる積層体は、上記発明において、前記セラミックス基材はアルミナであることを特徴とする。   The laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the ceramic substrate is alumina.

また、本発明の絶縁性冷却板は、上記のいずれか1つに記載の積層体からなる絶縁性冷却板であって、前記セラミックス基材は放熱部を有し、前記第1金属皮膜および前記第2金属皮膜は回路層であることを特徴とする。   Moreover, the insulating cooling plate of the present invention is an insulating cooling plate comprising the laminate according to any one of the above, wherein the ceramic base material has a heat radiating portion, and the first metal film and the The second metal film is a circuit layer.

また、本発明のパワーモジュールは、上記のいずれか1つに記載の積層体を有するパワーモジュールであって、前記セラミックス基材は絶縁基板であり、前記第1金属皮膜および前記第2金属皮膜は回路層であり、前記絶縁基板の前記第1金属皮膜および前記第2金属皮膜が形成された面と異なる面に、銅またはアルミニウムを主成分とする冷却板が形成されることを特徴とする。   Moreover, the power module of this invention is a power module which has a laminated body as described in any one of the above, Comprising: The said ceramic base material is an insulated substrate, The said 1st metal film and the said 2nd metal film are It is a circuit layer, The cooling plate which has copper or aluminum as a main component is formed in the surface different from the surface in which the said 1st metal film and the said 2nd metal film of the said insulated substrate were formed.

また、本発明の積層体の製造方法は、セラミックス基材の表面に金属皮膜が形成された積層体の製造方法であって、前記セラミックス基材の表面に、金属または合金を主成分とする中間層を形成する中間層形成ステップと、前記中間層形成ステップによって形成された前記第1中間層の表面に、金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、気孔率が5〜15%の第1金属皮膜を形成する第1金属皮膜形成ステップと、前記第1金属皮膜の表面に、前記第1金属皮膜を形成する金属と同一の金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、気孔率が0〜0.5%の第2金属皮膜を形成する第2金属皮膜形成ステップと、を含むことを特徴とする。   The method for producing a laminate of the present invention is a method for producing a laminate in which a metal film is formed on the surface of a ceramic substrate, and an intermediate comprising a metal or an alloy as a main component on the surface of the ceramic substrate. An intermediate layer forming step for forming a layer and a surface of the first intermediate layer formed by the intermediate layer forming step are accelerated with a gas containing a metal together with a gas and sprayed on the surface in a solid state. A first metal film forming step for forming a first metal film having a porosity of 5 to 15% by depositing the same metal as the metal for forming the first metal film on the surface of the first metal film; A second metal film forming step of forming a second metal film having a porosity of 0 to 0.5% by accelerating the powder containing the gas together with the gas and spraying and depositing the powder on the surface in a solid state. , Including this The features.

また、本発明にかかる積層体の製造方法は、上記発明において、前記中間層形成ステップは、前記セラミックス基材の表面に対して、ろう材を配設するろう材配置ステップと、前記ろう材配置ステップで前記ろう材が配設された前記セラミックス基材を熱処理することにより、前記第1中間層、および前記第1中間層と接触すると共に、前記第1中間層と接触する面と異なる面で前記セラミックス基材と結合して積層される第2中間層を有する中間層を形成する熱処理ステップと、を含むことを特徴とする。   Moreover, the manufacturing method of the laminated body concerning this invention is the said invention WHEREIN: The said intermediate | middle layer formation step is a brazing material arrangement | positioning step which arrange | positions a brazing material with respect to the surface of the said ceramic base material, and the said brazing material arrangement | positioning By heat-treating the ceramic substrate on which the brazing material is disposed in the step, the ceramic base material is in contact with the first intermediate layer and the first intermediate layer, and on a surface different from the surface in contact with the first intermediate layer. A heat treatment step of forming an intermediate layer having a second intermediate layer bonded and laminated with the ceramic substrate.

本発明にかかる積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法は、コールドスプレー法により、セラミックス基材側に気孔率の大きい第1金属皮膜を形成した後、該第1金属皮膜上に気孔率の小さい第2金属皮膜を形成することにより、第1金属皮膜がセラミックス基材との熱膨張差を緩和する緩衝層として機能すると共に、第2金属皮膜の高い熱伝導率により放熱効果に優れるという効果を奏する。   The laminated body, the insulating cooling plate, the power module, and the laminated body manufacturing method according to the present invention include: forming a first metal film having a large porosity on the ceramic substrate side by a cold spray method; By forming the second metal film having a low porosity on the first metal film, the first metal film functions as a buffer layer that relieves the difference in thermal expansion from the ceramic substrate, and heat is dissipated by the high thermal conductivity of the second metal film. The effect is excellent.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる積層体である絶縁性冷却板を使用した電子回路基板の構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an electronic circuit board using an insulating cooling plate that is a laminate according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す絶縁性冷却板の要部の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the insulating cooling plate shown in FIG. 図3は、本発明の実施の形態1にかかる絶縁性冷却板の中間層の形成を模式的に説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating the formation of the intermediate layer of the insulating cooling plate according to the first embodiment of the present invention. 図4は、コールドスプレー装置の概要を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an outline of the cold spray apparatus. 図5は、本発明の実施の形態2にかかる積層体を含むパワーモジュールの構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power module including the laminate according to the second embodiment of the present invention. 図6は、図5に示すパワーモジュールの要部の構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the power module shown in FIG. 図7は、本発明の実施例1にかかる積層体の断面を示す電子写真である。FIG. 7 is an electrophotography showing a cross section of the laminate according to Example 1 of the present invention. 図8は、比較例3にかかる積層体の断面を示す電子写真である。FIG. 8 is an electrophotography showing a cross section of the laminate according to Comparative Example 3.

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. The drawings referred to in the following description only schematically show the shape, size, and positional relationship so that the contents of the present invention can be understood. That is, the present invention is not limited only to the shape, size, and positional relationship illustrated in each drawing.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1にかかる積層体について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる積層体である絶縁性冷却板を使用する電子回路基板の構成を示す模式図である。図2は、図1に示す絶縁性冷却板の要部の構成を示す断面図である。
(Embodiment 1)
The laminated body concerning Embodiment 1 of this invention is demonstrated in detail with reference to drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an electronic circuit board using an insulating cooling plate that is a laminate according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the insulating cooling plate shown in FIG.

電子回路基板1は、絶縁基板であるとともに冷却板としての機能を有するセラミックス基材10と、セラミックス基材10に積層された金属回路層20、金属回路層20上に積層され、半田C1によって固定されている半導体チップ30とを有する。   The electronic circuit board 1 is an insulating substrate and has a ceramic base material 10 that functions as a cooling plate, a metal circuit layer 20 laminated on the ceramic base material 10, and a metal circuit layer 20 laminated on the electronic circuit board 1 and fixed by solder C1. Semiconductor chip 30.

セラミックス基材10は、絶縁性の部材からなり、半導体チップ30が実装される面と反対側の面に、放熱用の流体の流路が形成された放熱部を有する。実施の形態1では、セラミックス基材10としては、冷却板として機能させるべく、放熱性に優れたアルミナ、熱伝導性が高い窒化アルミニウムが使用されるが、これに限定されるものではない。本実施の形態1にかかる積層体は、後述する金属回路層20により熱サイクル下での熱応力を緩和できるので、耐熱衝撃性に劣るアルミナをセラミックス基材10の材料として使用した場合でも、熱応力による割れを防止することができる。   The ceramic substrate 10 is made of an insulating member, and has a heat radiating portion in which a flow path for a heat radiating fluid is formed on the surface opposite to the surface on which the semiconductor chip 30 is mounted. In the first embodiment, as the ceramic substrate 10, alumina having excellent heat dissipation and aluminum nitride having high thermal conductivity are used in order to function as a cooling plate. However, the ceramic substrate 10 is not limited to this. Since the laminated body according to the first embodiment can relieve thermal stress under a thermal cycle by the metal circuit layer 20 described later, even when alumina having poor thermal shock resistance is used as the material of the ceramic substrate 10, Cracking due to stress can be prevented.

金属回路層20は、セラミックス基材10に積層された第1金属皮膜である第1金属回路層21と、第1金属回路層21上に積層された第2金属皮膜である第2金属回路層22と、を有する。第1金属回路21および第2金属回路層22は、後述するコールドスプレー法により形成された金属皮膜層であり、例えば、銅、アルミニウム等の良好な電気伝導度を有する金属または合金からなる。第1金属回路21および第2金属回路層22には、半導体チップ30などに対して電気信号を伝達させるための回路パターンが形成されている。 The metal circuit layer 20 includes a first metal circuit layer 21 that is a first metal film laminated on the ceramic substrate 10 and a second metal circuit layer that is a second metal film laminated on the first metal circuit layer 21. 22. The first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 are metal film layers formed by a cold spray method to be described later, and are made of, for example, a metal or alloy having good electrical conductivity such as copper or aluminum. The first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 are formed with circuit patterns for transmitting electrical signals to the semiconductor chip 30 and the like.

半導体チップ30は、ダイオード、トランジスタ、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の半導体素子によって実現される。なお、半導体チップ30は、使用の目的に合わせてセラミックス基材10上に複数個設けられてもよい。   The semiconductor chip 30 is realized by a semiconductor element such as a diode, a transistor, or an IGBT (insulated gate bipolar transistor). A plurality of semiconductor chips 30 may be provided on the ceramic substrate 10 in accordance with the purpose of use.

セラミックス基材10と第1金属回路層21との間は、図2に示すような中間層50が形成されている。中間層50は、第1金属回路層21側に形成される第1中間層51と、セラミックス基材10側に形成される第2中間層52とを有する。   An intermediate layer 50 as shown in FIG. 2 is formed between the ceramic substrate 10 and the first metal circuit layer 21. The intermediate layer 50 includes a first intermediate layer 51 formed on the first metal circuit layer 21 side, and a second intermediate layer 52 formed on the ceramic substrate 10 side.

第1中間層51は、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金のいずれかにより形成される。第1中間層51は、第2中間層52との接触面と異なる面で第1金属回路層21の材料である金属または合金と金属結合を形成する。   The first intermediate layer 51 is formed of any one of aluminum, nickel, copper, silver, and gold. The first intermediate layer 51 forms a metal bond with the metal or alloy that is the material of the first metal circuit layer 21 on a surface different from the contact surface with the second intermediate layer 52.

第2中間層52は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、硼素、珪素、アルミニウム、クロム、インジウム、バナジウム、モリブデン、タングステン、マンガンのいずれか、またはこれらの酸化物、水素化物により形成される。第2中間層52は、第1中間層51との接触面と異なる面でセラミックス基材10の材料と共有結合を形成する。   The second intermediate layer 52 is formed of titanium, zirconium, hafnium, germanium, boron, silicon, aluminum, chromium, indium, vanadium, molybdenum, tungsten, manganese, or an oxide or hydride thereof. The second intermediate layer 52 forms a covalent bond with the material of the ceramic substrate 10 on a surface different from the contact surface with the first intermediate layer 51.

つづいて、電子回路基板1の中間層50の形成について、図3および図4を参照して説明する。図3は、電子回路基板1における中間層の形成を模式的に示す断面図である。図4は、金属回路層の形成に使用されるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。   Next, formation of the intermediate layer 50 of the electronic circuit board 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the formation of the intermediate layer in the electronic circuit board 1. FIG. 4 is a schematic diagram showing an outline of a cold spray apparatus used for forming a metal circuit layer.

まず、図3(A)に示すように、セラミックス基材10の一方の表面に対して、スクリーン印刷法によって中間層50として用いられるろう材50aを塗布する。ここで、ろう材50aは、第1中間層として用いられる金属または合金、および第2中間層として用いられる金属、または金属の酸化物、水素化物等を含み、有機溶剤および有機バインダーが混合されたペースト状をなす。有機溶剤としてはメチルセルソルブ、エチルセルソルブ、イソホロン、トルエン、酢酸エチル、テルピネオール、ジエチレングリコール・モノブチルエーテル、テキサノール等が使用可能であり、有機バインダーとしては、ポリイソブチルメタクリレートなどのアクリル樹脂や、エチルセルロース、メチルセルロース等の高分子化合物が使用可能である。有機溶剤および有機バインダーの混合割合は、3〜20質量%とすることが好ましく、好適には5〜15質量%である。   First, as shown in FIG. 3A, a brazing material 50a used as the intermediate layer 50 is applied to one surface of the ceramic substrate 10 by a screen printing method. Here, the brazing material 50a includes a metal or alloy used as the first intermediate layer, and a metal used as the second intermediate layer, or an oxide, hydride, or the like of the metal, and an organic solvent and an organic binder are mixed. Make a paste. As the organic solvent, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, isophorone, toluene, ethyl acetate, terpineol, diethylene glycol monobutyl ether, texanol, etc. can be used, and as the organic binder, acrylic resin such as polyisobutyl methacrylate, ethyl cellulose, High molecular compounds such as methylcellulose can be used. The mixing ratio of the organic solvent and the organic binder is preferably 3 to 20% by mass, and preferably 5 to 15% by mass.

ろう材50aの塗布後、800〜1000℃の真空中または大気中で1時間熱処理する。1時間熱処理した後、ろう材50aは、図3(B)に示すように、第1中間層51と第2中間層52とに分離した状態の中間層50となる。   After the application of the brazing material 50a, heat treatment is performed in a vacuum at 800 to 1000 ° C. or in the air for 1 hour. After the heat treatment for 1 hour, the brazing material 50a becomes the intermediate layer 50 in a state separated into the first intermediate layer 51 and the second intermediate layer 52, as shown in FIG.

ここで、真空中で熱処理する場合、第1中間層51は金、銀、銅、アルミニウム、またはニッケルから選択される少なくとも1種の材料から形成され、第2中間層52は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、もしくはゲルマニウム、またはこれらの金属の水素化物から選択される少なくとも1種の材料から形成される。 Here, when the heat treatment in a vacuum, the first intermediate layer 51 is formed of gold, silver, copper, at least one material selected from aluminum or nickel, a second intermediate layer 52 is titanium, zirconium , Hafnium, or germanium, or a hydride of these metals.

また、大気中で熱処理する場合、第1中間層51は金、または銀から選択される少なくとも1種の材料から形成され、第2中間層52はチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、硼素、珪素、アルミニウム、クロム、インジウム、バナジウム、モリブデン、タングステン、もしくはマンガン、またはこれらの金属の酸化物もしくは水素化物から選択される少なくとも1種の材料から形成される。第2中間層52は、活性成分層をなす。真空中または大気中で熱処理して中間層を形成する場合、真空中または大気中での熱処理に対応し、上記した材料からなる第1中間層51および第2中間層52を形成するろう材50aを適宜使用すればよい。   When heat treatment is performed in the atmosphere, the first intermediate layer 51 is made of at least one material selected from gold or silver, and the second intermediate layer 52 is made of titanium, zirconium, hafnium, germanium, boron, silicon, It is formed from at least one material selected from aluminum, chromium, indium, vanadium, molybdenum, tungsten, or manganese, or an oxide or hydride of these metals. The second intermediate layer 52 forms an active ingredient layer. In the case where the intermediate layer is formed by heat treatment in vacuum or in the air, the brazing material 50a for forming the first intermediate layer 51 and the second intermediate layer 52 made of the above-mentioned materials corresponding to the heat treatment in vacuum or in the air. May be used as appropriate.

なお、大気中で熱処理することにより形成される第1中間層51は、大気中で溶解しても酸化しない金属であれば、第1中間層51の材料として適用可能である。また、大気中で熱処理することにより形成される第2中間層52は、珪素、カルシウム、チタン、ジルコニウムの窒化物、炭素化物および水素化物を用いることもできる。上述した第1中間層51および第2中間層52の組み合わせであれば、いかなる組み合わせでも適用可能である。第1中間層および第2中間層は、列挙した金属、または金属の酸化物もしくは水素化物のうち、少なくとも1つを含む。また、列挙した金属のいずれかを主成分とする合金を用いることも可能である。   The first intermediate layer 51 formed by heat treatment in the atmosphere can be applied as a material for the first intermediate layer 51 as long as it is a metal that does not oxidize even when dissolved in the air. In addition, the second intermediate layer 52 formed by heat treatment in the atmosphere can also use nitrides, carbonides, and hydrides of silicon, calcium, titanium, and zirconium. Any combination of the first intermediate layer 51 and the second intermediate layer 52 described above is applicable. The first intermediate layer and the second intermediate layer include at least one of the listed metals or metal oxides or hydrides. It is also possible to use an alloy mainly composed of any of the listed metals.

ろう材50aを熱処理して、第1中間層51と第2中間層52とに分離した中間層50を形成し、第1中間層51が外部に露出した状態で、第1中間層51の露出側の表面にコールドスプレー法を用いて第1金属回路層21および第2金属回路層22を形成する。コールドスプレー法による皮膜形成は、図4に示すコールドスプレー装置60によって行われる。   The brazing material 50a is heat-treated to form the intermediate layer 50 separated into the first intermediate layer 51 and the second intermediate layer 52, and the first intermediate layer 51 is exposed with the first intermediate layer 51 exposed to the outside. The first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 are formed on the side surface using a cold spray method. Film formation by the cold spray method is performed by a cold spray apparatus 60 shown in FIG.

コールドスプレー装置60は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器61と、被溶射物に溶射する粉末材料を収容し、スプレーガン64に供給する粉末供給装置62と、スプレーガン64で加熱された圧縮ガスと混合された材料粉末を基材に噴射するガスノズル63とを備えている。   The cold spray device 60 contains a gas heater 61 that heats the compressed gas, a powder supply device 62 that contains a powder material to be sprayed on the sprayed material, and supplies the powder material to the spray gun 64, and a compressed gas heated by the spray gun 64. And a gas nozzle 63 for injecting the mixed material powder onto the substrate.

圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。供給された圧縮ガスは、バルブ65および66により、ガス加熱器61と粉末供給装置62にそれぞれ供給される。ガス加熱器61に供給された圧縮ガスは、例えば50〜1000℃に加熱された後、スプレーガン64に供給される。より好ましくは、セラミックス基材10に積層された第2中間層52および第1中間層51上に噴射される金属材料粉末の上限温度を、金属材料の融点以下に留めるように圧縮ガスを加熱する。粉末材料の加熱温度を金属材料の融点以下に留めることにより、金属材料の酸化を抑制できるためである。   As the compressed gas, helium, nitrogen, air or the like is used. The supplied compressed gas is supplied to the gas heater 61 and the powder supply device 62 by valves 65 and 66, respectively. The compressed gas supplied to the gas heater 61 is heated to, for example, 50 to 1000 ° C. and then supplied to the spray gun 64. More preferably, the compressed gas is heated so that the upper limit temperature of the metal material powder sprayed onto the second intermediate layer 52 and the first intermediate layer 51 laminated on the ceramic substrate 10 is kept below the melting point of the metal material. . This is because the oxidation of the metal material can be suppressed by keeping the heating temperature of the powder material below the melting point of the metal material.

粉末供給装置62に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置62内の、例えば、粒径が10〜100μm程度の材料粉末をスプレーガン64に所定の吐出量となるように供給する。材料粉末は、アトマイズ法、粉砕法等の機械的プロセス、または各種化学的プロセスにより製造されたいずれのものも使用可能である。加熱された圧縮ガスは先細末広形状をなすガスノズル63により超音速流(約340m/s以上)にされる。スプレーガン64に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま基材に高速で衝突して皮膜を形成する。なお、材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、図4のコールドスプレー装置60に限定されるものではない。   The compressed gas supplied to the powder supply device 62 supplies, for example, material powder having a particle size of about 10 to 100 μm in the powder supply device 62 to the spray gun 64 so as to have a predetermined discharge amount. As the material powder, any one produced by a mechanical process such as an atomizing method or a pulverizing method, or various chemical processes can be used. The heated compressed gas is made a supersonic flow (about 340 m / s or more) by a gas nozzle 63 having a tapered and wide shape. The powder material supplied to the spray gun 64 is accelerated by the injection of the compressed gas into the supersonic flow, and collides with the substrate at a high speed in the solid state to form a film. Note that the apparatus is not limited to the cold spray apparatus 60 in FIG. 4 as long as the apparatus can form a film by colliding the material powder with the base material in a solid state.

第1中間層51上に積層される第1金属回路層21は、気孔率が5〜15%である。第1金属回路層21の気孔率は、第1金属回路層21の断面の電子写真について、気孔を黒、第1金属回路層21の金属部分を白とする二元化する画像処理を行い、第1金属回路層21に対する気孔の割合により算出した。気孔率が5〜15%である第1金属回路層21は、コールドスプレー法により第1金属回路層21を形成する際の圧縮ガスの温度および圧力を調整することにより形成することができる。第1金属回路層21を積層する際の圧縮ガスの温度は、例えば、第1金属回路層21および第2金属回路層22が銅粉末により形成される場合、200℃〜600℃であることが好ましく、300℃〜500℃が特に好ましい。また、第1金属回路層21を積層する際の圧縮ガスの圧力は、例えば、第1金属回路層21および第2金属回路層22が銅粉末により形成される場合、1.5MPa〜2.5MPaであることが好ましい。圧縮ガスの温度および圧力を上記範囲とすることにより、気孔率を5〜15%とすることができ、第1金属回路層21は、セラミックス基材10と第2金属回路層22との間の熱膨張差を緩衝することができる。   The first metal circuit layer 21 laminated on the first intermediate layer 51 has a porosity of 5 to 15%. The porosity of the first metal circuit layer 21 is obtained by performing image processing for dualizing the cross section of the first metal circuit layer 21 with black pores and white metal portions of the first metal circuit layer 21. Calculation was performed based on the ratio of pores to the first metal circuit layer 21. The first metal circuit layer 21 having a porosity of 5 to 15% can be formed by adjusting the temperature and pressure of the compressed gas when forming the first metal circuit layer 21 by a cold spray method. The temperature of the compressed gas when laminating the first metal circuit layer 21 is, for example, 200 ° C. to 600 ° C. when the first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 are formed of copper powder. Preferably, 300 to 500 ° C is particularly preferable. The pressure of the compressed gas when laminating the first metal circuit layer 21 is, for example, 1.5 MPa to 2.5 MPa when the first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 are formed of copper powder. It is preferable that By setting the temperature and pressure of the compressed gas within the above ranges, the porosity can be 5 to 15%, and the first metal circuit layer 21 is located between the ceramic substrate 10 and the second metal circuit layer 22. The difference in thermal expansion can be buffered.

第1金属回路層21上に積層される第2金属回路層22は、気孔率が0〜0.5%である。第2金属回路層22の気孔率は、0〜0.1%であることが特に好ましい。第2金属回路層22の気孔率は、第1金属回路層21と同様に、第2金属回路層22の断面の電子写真における気孔の面積の割合により算出すればよい。気孔率が0〜0.5%である第2金属回路層22は、コールドスプレー法により第2金属回路層22を形成する際の圧縮ガスの温度および圧力を調整することにより形成することができる。第2金属回路層22を積層する際の圧縮ガスの温度は、例えば、第1金属回路層21および第2金属回路層22が銅粉末により形成される場合、600℃〜1000℃であることが好ましく、700℃〜900℃が特に好ましい。また、第2金属回路層22を積層する際の圧縮ガスの圧力は、例えば、第1金属回路層21および第2金属回路層22が銅粉末により形成される場合、2.5MPa〜3.5MPaであることが好ましい。圧縮ガスの温度および圧力を上記範囲とすることにより、気孔率を0〜0.5%とすることができ、第2金属回路層22は、バルク金属と同程度の熱伝導度を示し、放熱性を向上することができる。また、第2金属回路層22は、気孔がほとんど形成されず緻密な表面を有するため、半田濡れ性がよく、半導体チップ30の接続不良を防止することができる。   The porosity of the second metal circuit layer 22 laminated on the first metal circuit layer 21 is 0 to 0.5%. The porosity of the second metal circuit layer 22 is particularly preferably 0 to 0.1%. Similar to the first metal circuit layer 21, the porosity of the second metal circuit layer 22 may be calculated by the ratio of the area of the pores in the electrophotographic cross section of the second metal circuit layer 22. The second metal circuit layer 22 having a porosity of 0 to 0.5% can be formed by adjusting the temperature and pressure of the compressed gas when forming the second metal circuit layer 22 by a cold spray method. . The temperature of the compressed gas when the second metal circuit layer 22 is laminated is, for example, 600 ° C. to 1000 ° C. when the first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 are formed of copper powder. 700 to 900 ° C is particularly preferable. Moreover, the pressure of the compressed gas when laminating the second metal circuit layer 22 is, for example, 2.5 MPa to 3.5 MPa when the first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 are formed of copper powder. It is preferable that By setting the temperature and pressure of the compressed gas within the above ranges, the porosity can be set to 0 to 0.5%, and the second metal circuit layer 22 exhibits the same thermal conductivity as that of the bulk metal and dissipates heat. Can be improved. In addition, since the second metal circuit layer 22 has a dense surface with almost no pores, it has good solder wettability and can prevent poor connection of the semiconductor chip 30.

また、第2金属回路層22の表面の算平均粗さ(Ra)は、10μm以下であることが好ましい。10μm以下であることにより、半田濡れ性が向上するためである。第2金属回路層22の表面の算平均粗さ(Ra)は、5μm以下が更に好ましく、1μm以下が特に好ましい。第2金属回路層22の表面の算平均粗さ(Ra)を1μm以下とするためには、第2金属回路層22をコールドスプレー法により積層後、切削加工すればよい。本実施の形態において、第2金属回路層22の表面の算平均粗さ(Ra)が、10μm以下であれば半田付けにより半導体チップ30を実装可能であるが、第2金属回路層22表面を切削加工して算術平均荒さ(Ra)を1μm以下とすることにより、半導体チップ30の接続不良の発生をさらに低減することができる。また、表面の切削により、第2金属回路層22の酸化層を除去できるので、電気抵抗の上昇および熱伝導率の低下を防止することができる。 Also, arithmetic mean roughness of the surface of the second metal circuit layer 22 (Ra) is preferably 10μm or less. This is because the solder wettability is improved by being 10 μm or less. Arithmetic average roughness of the surface of the second metal circuit layer 22 (Ra) is more preferably 5μm or less, and particularly preferably equal to or less than 1 [mu] m. For arithmetic mean roughness of the surface of the second metal circuit layer 22 (Ra) of a 1μm or less after stacking a second metal circuit layer 22 by a cold spray method, it may be cutting. In this embodiment, arithmetic average roughness of the surface of the second metal circuit layer 22 (Ra) is, but by soldering if 10μm or less can be implemented a semiconductor chip 30, second metal circuit layer 22 surface By cutting the arithmetic mean roughness (Ra) to 1 μm or less, the occurrence of poor connection of the semiconductor chip 30 can be further reduced. Further, since the oxide layer of the second metal circuit layer 22 can be removed by cutting the surface, it is possible to prevent an increase in electrical resistance and a decrease in thermal conductivity.

実施の形態1にかかる電子回路基板1は、上述したコールドスプレー装置60によって、図1、2に示すような第1金属回路層21および第2金属回路層22が形成される。なお、実施の形態1において使用するろう材50aは、有機溶剤および有機バインダーが混合されたペースト状をなすものとして説明したが、第1中間層51を形成する金属または合金、および第2中間層52を形成する金属または金属の酸化物、水素化物等を含んでいれば、箔状をなすものであってもよい。 Electronic circuit board 1 according to the first embodiment, the cold spray apparatus 60 described above, the first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 as shown in FIGS. 1 and 2 is formed. Although the brazing material 50a used in the first embodiment has been described as a paste in which an organic solvent and an organic binder are mixed, the metal or alloy forming the first intermediate layer 51, and the second intermediate layer As long as it contains the metal or metal oxide forming 52, hydride, or the like, it may be in the form of a foil.

上述した実施の形態1によれば、セラミックス基材と金属回路層との密着性を向上するとともに、セラミックス基材と金属回路層との熱膨張率差により発生する熱応力を、所定の割合で気孔を有する第1金属回路層により緩和しうるため、熱サイクル下においてもセラミックス基材の割れを防止することができる。また、実施の形態1では、半導体チップを実装する第2金属回路層の表面の粗さが小さいため、半田濡れ性がよく、実装不良等の発生も抑制できるという効果を奏する。   According to the first embodiment described above, the adhesiveness between the ceramic substrate and the metal circuit layer is improved, and the thermal stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic substrate and the metal circuit layer is increased at a predetermined rate. Since the first metal circuit layer having pores can be relaxed, cracking of the ceramic substrate can be prevented even under a thermal cycle. Moreover, in Embodiment 1, since the roughness of the surface of the 2nd metal circuit layer which mounts a semiconductor chip is small, there exists an effect that solder wettability is good and generation | occurrence | production of a mounting defect etc. can also be suppressed.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2にかかる積層体について、図面を参照して詳細に説明する。図5は、本発明の実施の形態2にかかる積層体を含むパワーモジュールの構成を示す模式図である。図6は、図5に示すパワーモジュールの要部の構成を示す断面図である。
(Embodiment 2)
The laminated body concerning Embodiment 2 of this invention is demonstrated in detail with reference to drawings. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power module including the laminate according to the second embodiment of the present invention. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the power module shown in FIG.

図5に示すパワーモジュール100は、絶縁基板であるセラミックス基材110と、セラミックス基材110の一方の面に形成された金属回路層120と、金属回路層120上に半田C2によって接合された半導体チップ130と、セラミックス基材110の金属回路層120とは反対側の面に設けられた冷却フィン140とを備える。   A power module 100 shown in FIG. 5 includes a ceramic substrate 110 that is an insulating substrate, a metal circuit layer 120 formed on one surface of the ceramic substrate 110, and a semiconductor bonded to the metal circuit layer 120 by solder C2. The chip 130 and the cooling fin 140 provided on the surface of the ceramic base 110 opposite to the metal circuit layer 120 are provided.

実施の形態2において、セラミックス基材110は、絶縁性材料からなる略板状の部材であって、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物系セラミックスや、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ステアタイト、フォルステライト、ムライト、チタニア、シリカ、サイアロン等の酸化物系セラミックスが用いられる。   In the second embodiment, the ceramic substrate 110 is a substantially plate-shaped member made of an insulating material. For example, nitride ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride, alumina, magnesia, zirconia, steatite, Oxide ceramics such as forsterite, mullite, titania, silica, and sialon are used.

金属回路層120は、コールドスプレー法によって形成された金属皮膜層であり、セラミックス基材110に積層された第1金属皮膜である第1金属回路層121と、第1金属回路層121上に積層された第2金属皮膜である第2金属回路層122と、を備える。第1金属回路層121および第2金属回路層122は、例えば銅等の良好な電気伝導度を有する金属または合金からなり、第1金属回路層121および第2金属回路層122は、半導体チップ130等に対して電気信号を伝達するための回路パターンを形成する。   The metal circuit layer 120 is a metal film layer formed by a cold spray method, and is laminated on the first metal circuit layer 121 and the first metal circuit layer 121 that is the first metal film laminated on the ceramic substrate 110. And a second metal circuit layer 122 that is a second metal film. The first metal circuit layer 121 and the second metal circuit layer 122 are made of a metal or alloy having good electrical conductivity such as copper, for example, and the first metal circuit layer 121 and the second metal circuit layer 122 are formed of the semiconductor chip 130. A circuit pattern for transmitting an electric signal to, etc. is formed.

半導体チップ130は、実施の形態1と同様に、ダイオード、トランジスタ、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の半導体素子によって実現される。なお、半導体チップ130は、使用の目的に合わせてセラミックス基材110上に複数個設けられても良い。 As in the first embodiment , the semiconductor chip 130 is realized by a semiconductor element such as a diode, a transistor, or an IGBT (insulated gate bipolar transistor). A plurality of semiconductor chips 130 may be provided on the ceramic substrate 110 in accordance with the purpose of use.

冷却フィン140は、コールドスプレー法によって形成された金属皮膜層であり、セラミックス基材110に積層された第1金属皮膜141と、第1金属皮膜141上に積層された第2金属皮膜142と、を備える。第1金属皮膜141および第2金属皮膜142は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金等の良好な熱伝導性を有する金属または合金からなる。第1金属皮膜141および第2金属皮膜142からなる冷却フィン140を介して、半導体チップ130から発生した熱がセラミックス基材110を介して外部に放出される。   The cooling fin 140 is a metal film layer formed by a cold spray method, and includes a first metal film 141 laminated on the ceramic substrate 110, a second metal film 142 laminated on the first metal film 141, Is provided. The first metal film 141 and the second metal film 142 are made of a metal or alloy having good thermal conductivity such as copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, silver, silver alloy or the like. Heat generated from the semiconductor chip 130 is released to the outside through the ceramic substrate 110 through the cooling fins 140 formed of the first metal film 141 and the second metal film 142.

図6に示すように、セラミックス基材110と第1金属回路層121との間、及びセラミックス基材110と第1金属皮膜141との間には、金属または合金を主成分とする中間層150が設けられている。中間層150は、第1金属回路層121および第1金属皮膜141側に形成される第1中間層151と、セラミックス基材110側に形成される第2中間層152とを有する。第1中間層151および第2中間層152は、実施の形態1の第1中間層51および第2中間層52と同様の構成を有し、セラミックス基材110の表面に対して、スクリーン印刷法によって中間層150として用いられるろう材を塗布し、800〜1000℃の真空中または大気中で1時間熱処理して形成したものである。   As shown in FIG. 6, an intermediate layer 150 mainly composed of a metal or an alloy is provided between the ceramic substrate 110 and the first metal circuit layer 121 and between the ceramic substrate 110 and the first metal film 141. Is provided. The intermediate layer 150 includes a first intermediate layer 151 formed on the first metal circuit layer 121 and the first metal film 141 side, and a second intermediate layer 152 formed on the ceramic substrate 110 side. The first intermediate layer 151 and the second intermediate layer 152 have the same configuration as the first intermediate layer 51 and the second intermediate layer 52 of the first embodiment, and a screen printing method is applied to the surface of the ceramic substrate 110. The brazing material used as the intermediate layer 150 is applied by heat treatment in vacuum at 800 to 1000 ° C. or in the air for 1 hour.

あるいは、中間層150は、実施の形態1と同様に、板状の金属または合金部材をセラミックス基材110にろう材によりろう付けすることにより形成されたものであっても良い。中間層150は、例えば、セラミックス基材110の表面にアルミニウム(Al)ろう材を介してアルミニウム(Al)箔を配置した後、所定温度で真空中または不活性ガス雰囲気中において熱処理することにより形成されたものであっても良い。 Alternatively, the intermediate layer 150, as in the first embodiment, or may be formed by brazing with the brazing material the plate-shaped metal or alloy member to the ceramic substrate 110. The intermediate layer 150 is formed, for example, by placing an aluminum (Al) foil on the surface of the ceramic substrate 110 via an aluminum (Al) brazing material and then heat-treating it in a vacuum or in an inert gas atmosphere at a predetermined temperature. It may be what was done.

中間層150を形成後、コールドスプレー法により第1中間層151(中間層150が板状の金属または合金部材がろう材によりセラミックス基材110にろう付けされた場合は中間層150)上に、第1金属回路層121および第1金属皮膜層141(金属回路層120及び冷却フィン140)を形成する。   After forming the intermediate layer 150, the first intermediate layer 151 (if the intermediate layer 150 is a plate-like metal or alloy member brazed to the ceramic substrate 110 with a brazing material) by a cold spray method, First metal circuit layer 121 and first metal film layer 141 (metal circuit layer 120 and cooling fin 140) are formed.

第1金属回路層121および第2金属回路層122は、それぞれ、実施の形態1の第1金属回路層21および第2金属回路層22と同様の気孔率を有し、実施の形態1の第1金属回路層21および第2金属回路層22と同様の圧縮ガス温度および圧力で積層形成される。   The first metal circuit layer 121 and the second metal circuit layer 122 have the same porosity as the first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 of the first embodiment, respectively. The first metal circuit layer 21 and the second metal circuit layer 22 are laminated at the same compressed gas temperature and pressure.

また、第2金属回路層12の表面の算平均粗さ(Ra)は、実施の形態1の第2金属回路層22と同様に、10μm以下であることが好ましい。10μm以下であることにより、半田濡れ性が向上するためである。第2金属回路層122の表面の算平均粗さ(Ra)は、5μm以下が更に好ましく、1μm以下が特に好ましい。 Also, arithmetic mean roughness of the second metal circuit layer 12 2 (Ra) of the surface, like the second metal circuit layer 22 of the first embodiment is preferably 10μm or less. This is because the solder wettability is improved by being 10 μm or less. Arithmetic average roughness of the surface of the second metal circuit layer 122 (Ra) is more preferably 5μm or less, and particularly preferably equal to or less than 1 [mu] m.

第1中間層151上に積層される第1金属皮膜141は、気孔率が5〜15%である。第1金属皮膜141の気孔率は、第1金属皮膜141の断面の電子写真における気孔の面積の割合により算出する。気孔率が5〜15%である第1金属皮膜141は、コールドスプレー法により第1金属皮膜141を形成する際の圧縮ガスの温度および圧力を所定の範囲に調整することにより形成することができる。第1金属皮膜141を積層する際の圧縮ガスの温度は、例えば、第1金属皮膜141および第2金属皮膜142が銅粉末により形成される場合、200℃〜600℃であることが好ましく、300℃〜500℃が特に好ましい。また、第1金属皮膜141を積層する際の圧縮ガスの圧力は、例えば、第1金属皮膜141および第2金属皮膜142が銅粉末により形成される場合、1.5MPa〜2.5MPaであることが好ましい。圧縮ガスの温度および圧力を上記範囲とすることにより、気孔率を5〜15%とすることができ、第1金属皮膜141は、セラミックス基材110と第2金属皮膜142との間の熱膨張差を緩衝することができる。   The first metal film 141 laminated on the first intermediate layer 151 has a porosity of 5 to 15%. The porosity of the first metal film 141 is calculated by the ratio of the area of the pores in the electrophotographic cross section of the first metal film 141. The first metal film 141 having a porosity of 5 to 15% can be formed by adjusting the temperature and pressure of the compressed gas when the first metal film 141 is formed by a cold spray method to a predetermined range. . The temperature of the compressed gas when laminating the first metal film 141 is preferably 200 ° C. to 600 ° C. when the first metal film 141 and the second metal film 142 are formed of copper powder, for example, 300 C. to 500.degree. C. is particularly preferred. The pressure of the compressed gas when laminating the first metal film 141 is, for example, 1.5 MPa to 2.5 MPa when the first metal film 141 and the second metal film 142 are formed of copper powder. Is preferred. By setting the temperature and pressure of the compressed gas within the above ranges, the porosity can be 5 to 15%, and the first metal film 141 has a thermal expansion between the ceramic substrate 110 and the second metal film 142. The difference can be buffered.

第1金属皮膜141上に積層される第2金属皮膜142は、気孔率が0〜0.5%である。第2金属皮膜142の気孔率は、0〜0.1%以下であることが特に好ましい。第2金属皮膜142の気孔率は、第1金属皮膜14と同様に、第2金属皮膜142の断面の電子写真における気孔の面積の割合により算出すればよい。気孔率が0〜0.5%である第2金属皮膜142は、コールドスプレー法により第2金属皮膜142を形成する際の圧縮ガスの温度および圧力を調整することにより形成することができる。第2金属皮膜142を積層する際の圧縮ガスの温度は、例えば、第1金属皮膜141および第2金属皮膜142が銅粉末により形成される場合、600℃〜1000℃であることが好ましく、700℃〜900℃が特に好ましい。また、第2金属皮膜142を積層する際の圧縮ガスの圧力は、例えば、第1金属皮膜141および第2金属皮膜142が銅粉末により形成される場合、2.5MPa〜3.5MPaであることが好ましい。圧縮ガスの温度および圧力を上記範囲とすることにより、気孔率を0〜0.5%とすることができ、第2金属皮膜142は、バルク金属と同程度の熱伝導度を示し、放熱性を向上することができる。 The second metal film 142 laminated on the first metal film 141 has a porosity of 0 to 0.5%. The porosity of the second metal film 142 is particularly preferably 0 to 0.1% or less. The porosity of the second metal film 142, like the first metal film 14 1 may be calculated by the ratio of the pore area of the electronic photograph of a section of the second metal film 142. The second metal film 142 having a porosity of 0 to 0.5% can be formed by adjusting the temperature and pressure of the compressed gas when forming the second metal film 142 by a cold spray method. The temperature of the compressed gas when laminating the second metal film 142 is preferably 600 ° C. to 1000 ° C. when the first metal film 141 and the second metal film 142 are formed of copper powder, for example, 700 C. to 900.degree. C. is particularly preferable. Moreover, the pressure of the compressed gas when laminating the second metal film 142 is, for example, 2.5 MPa to 3.5 MPa when the first metal film 141 and the second metal film 142 are formed of copper powder. Is preferred. By setting the temperature and pressure of the compressed gas within the above ranges, the porosity can be set to 0 to 0.5%, and the second metal film 142 exhibits the same thermal conductivity as that of the bulk metal and has a heat dissipation property. Can be improved.

上述した実施の形態2によれば、セラミックス基材と金属回路層および冷却フィンとの密着性を向上するとともに、セラミックス基材と金属回路層および冷却フィンとの熱膨張率差により発生する熱応力を、所定の割合で気孔を有する第1金属回路層および第1金属皮膜により緩和しうるため、熱サイクル下においてもセラミックス基材の割れを防止することができる。また、実施の形態2では、半導体チップを実装する第2金属回路層の表面の粗さが小さいため、半田濡れ性がよく、実装不良等の発生も抑制できるという効果を奏する。   According to the second embodiment described above, the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic substrate, the metal circuit layer, and the cooling fin is improved while improving the adhesion between the ceramic substrate, the metal circuit layer, and the cooling fin. Can be mitigated by the first metal circuit layer and the first metal film having pores at a predetermined ratio, so that cracking of the ceramic substrate can be prevented even under a thermal cycle. In the second embodiment, since the surface roughness of the second metal circuit layer on which the semiconductor chip is mounted is small, there is an effect that the solder wettability is good and the occurrence of mounting defects and the like can be suppressed.

実施の形態2では、金属回路層が2つの金属回路層(第1金属回路層および第2金属回路層)、冷却フィンが2つの金属皮膜層(第1金属皮膜および第2金属皮膜)からそれぞれ形成されるパワーモジュールについて説明したが、冷却フィンを1の金属皮膜から形成し、金属回路層を2つの金属回路層(第1金属回路層および第2金属回路層)から形成しても良く、あるいは、金属回路層を1つの金属回路層から形成し、冷却フィンをつの金属皮膜(第1金属皮膜および第2金属皮膜)から形成するものであっても、同様の効果を奏する。 In the second embodiment, the metal circuit layer includes two metal circuit layers (first metal circuit layer and second metal circuit layer), and the cooling fin includes two metal film layers (first metal film and second metal film). Although the power module to be formed has been described, the cooling fin may be formed from one metal film, and the metal circuit layer may be formed from two metal circuit layers (a first metal circuit layer and a second metal circuit layer). or, a metal circuit layer formed from a single metal circuit layer, even forms a cooling fin from the two metal coatings (first metal film and second metal film), the same effects.

本実施の形態に係る積層体の製造方法により、アルミナ系セラミックスの基材上に銅(Cu)からなる第1皮膜および第2皮膜を形成した積層体のテストピースを作製し、基材と銅皮膜との間の密着性、耐熱性、および半田濡れ性について評価を行った。   A laminate test piece in which a first coating and a second coating made of copper (Cu) are formed on an alumina-based ceramic substrate by the method for manufacturing a laminate according to the present embodiment is manufactured. Evaluation was made on adhesion to the film, heat resistance, and solder wettability.

(実施例1)
実施例1として、アルミナ基材上に、ろう材を塗布した後、970℃の大気中で1時間保持することによって中間層を形成した。中間層は、第1中間層が銀、第2中間層が水素化チタンからなり、厚さは最も薄い部分で30μm、厚い部分で100μmである。コールドスプレー法により、第1中間層の表面に銅粉末により金属回路層を形成した。使用した銅粉末は、平均粒径が25μmで、水アトマイズ法により製造されたものである。なお、実施例1では、第1金属回路層は、圧縮ガスとして窒素ガス(N2)を使用し、ガス温度は400℃、噴射圧力は2MPa、800μmの厚さで、気孔率は14%である。第2金属回路層は、圧縮ガスとして窒素ガス(N2)を使用し、ガス温度は800℃、噴射圧力は3MPa、200μmの厚さで、気孔率は0.1%以下である。
Example 1
In Example 1, an intermediate layer was formed by applying a brazing material on an alumina base material and then holding it in the atmosphere at 970 ° C. for 1 hour. Intermediate layer, silver first intermediate layer, a second intermediate layer made of titanium hydride and a thickness of 100μm in 3 0μ m, the thick portion at the thinnest portion. A metal circuit layer was formed of copper powder on the surface of the first intermediate layer by a cold spray method. The copper powder used has an average particle size of 25 μm and is produced by a water atomization method. In Example 1, the first metal circuit layer uses nitrogen gas (N 2 ) as a compressed gas, the gas temperature is 400 ° C., the injection pressure is 2 MPa, the thickness is 800 μm, and the porosity is 14%. is there. The second metal circuit layer uses nitrogen gas (N 2 ) as a compressed gas, has a gas temperature of 800 ° C., an injection pressure of 3 MPa, a thickness of 200 μm, and a porosity of 0.1% or less.

(比較例1)
比較例1として、実施例1と同様にして中間層を形成した後、第1中間層の表面にコールドスプレー法により銅粉末により金属回路層を形成した。使用した銅粉末は、平均粒径が25μmで、水アトマイズ法により製造されたものである。なお、比較例1では、第1金属回路層として、実施例1よりも気孔率の大きい第1金属回路層(気孔率19%)を形成するために、圧縮ガスとして窒素ガス(N)を使用し、ガス温度は400℃、噴射圧力は2MPaとし、800μmの厚さに積層したが、アルミナ基材との密着性が低く、剥離が生じた。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, an intermediate layer was formed in the same manner as in Example 1, and then a metal circuit layer was formed of copper powder on the surface of the first intermediate layer by a cold spray method. The copper powder used has an average particle size of 25 μm and is produced by a water atomization method. In Comparative Example 1, in order to form a first metal circuit layer (porosity 19%) having a higher porosity than that of Example 1 as the first metal circuit layer, nitrogen gas (N 2 ) was used as a compressed gas. The gas temperature was 400 ° C., the injection pressure was 2 MPa, and the film was laminated to a thickness of 800 μm. However, the adhesion with the alumina base material was low, and peeling occurred.

(比較例2)
比較例2として、実施例1と同様にして中間層を形成した後、第1中間層の表面にコールドスプレー法により銅粉末により金属回路層を形成した。使用した銅粉末は、平均粒径が25μmで、水アトマイズ法により製造されたものである。なお、比較例2では、第1金属回路層は、圧縮ガスとして窒素ガス(N)を使用し、ガス温度は400℃、噴射圧力は3MPa、800μmの厚さで、気孔率は0.5%である。第2金属回路層は、圧縮ガスとして窒素ガス(N)を使用し、ガス温度は800℃、噴射圧力は3MPa、200μmの厚さで、気孔率は0.1%以下である。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, an intermediate layer was formed in the same manner as in Example 1, and then a metal circuit layer was formed of copper powder on the surface of the first intermediate layer by a cold spray method. The copper powder used has an average particle size of 25 μm and is produced by a water atomization method. In Comparative Example 2, the first metal circuit layer uses nitrogen gas (N 2 ) as a compressed gas, the gas temperature is 400 ° C., the injection pressure is 3 MPa, the thickness is 800 μm, and the porosity is 0.5. %. The second metal circuit layer uses nitrogen gas (N 2 ) as a compressed gas, the gas temperature is 800 ° C., the injection pressure is 3 MPa, the thickness is 200 μm, and the porosity is 0.1% or less.

(比較例3)
比較例3として、実施例1と同様にして中間層を形成した後、第1中間層の表面にコールドスプレー法により銅粉末により金属回路層を形成した。使用した銅粉末は、平均粒径が25μmで、水アトマイズ法により製造されたものである。なお、比較例3では、第1金属回路層は、圧縮ガスとして窒素ガス(N)を使用し、ガス温度は800℃、噴射圧力は3MPa、800μmの厚さで、気孔率は0.1%以下である。第2金属回路層は、圧縮ガスとして窒素ガス(N)を使用し、ガス温度は400℃、噴射圧力は1MPa、200μmの厚さで、気孔率は14%である。
(Comparative Example 3)
As Comparative Example 3, an intermediate layer was formed in the same manner as in Example 1, and then a metal circuit layer was formed of copper powder on the surface of the first intermediate layer by a cold spray method. The copper powder used has an average particle size of 25 μm and is produced by a water atomization method. In Comparative Example 3, the first metal circuit layer uses nitrogen gas (N 2 ) as a compressed gas, the gas temperature is 800 ° C., the injection pressure is 3 MPa, the thickness is 800 μm, and the porosity is 0.1. % Or less. The second metal circuit layer uses nitrogen gas (N 2 ) as a compressed gas, the gas temperature is 400 ° C., the injection pressure is 1 MPa, the thickness is 200 μm, and the porosity is 14%.

(比較例4)
比較例4として、実施例1と同様にして中間層を形成した後、第1中間層の表面にコールドスプレー法により銅粉末により金属回路層を形成した。使用した銅粉末は、平均粒径が25μmで、水アトマイズ法により製造されたものである。なお、比較例4では、金属回路層を1層のみ形成した。比較例4の金属回路層は、圧縮ガスとして窒素ガス(N)を使用し、ガス温度は800℃、噴射圧力は3MPa、1000μmの厚さで、気孔率は0.1%以下である。
(Comparative Example 4)
As Comparative Example 4, an intermediate layer was formed in the same manner as in Example 1, and then a metal circuit layer was formed of copper powder on the surface of the first intermediate layer by a cold spray method. The copper powder used has an average particle size of 25 μm and is produced by a water atomization method. In Comparative Example 4, only one metal circuit layer was formed. The metal circuit layer of Comparative Example 4 uses nitrogen gas (N 2 ) as a compressed gas, the gas temperature is 800 ° C., the injection pressure is 3 MPa, the thickness is 1000 μm, and the porosity is 0.1% or less.

実施例1、ならびに比較例1〜4の積層体について、第1金属回路層施工後のアルミナ基材と第1金属回路層との密着性、第2金属回路層施工後の第1金属回路層と第2金属回路層との密着性を目視で確認するとともに、金属回路層形成後の積層体について、300℃で5分保持し、積層体を室温まで放冷した後、さらに300℃で5分保持する耐熱試験を行い、アルミナ基材の割れの評価を行なった。   About the laminated body of Example 1 and Comparative Examples 1-4, the adhesiveness of the alumina base material and 1st metal circuit layer after 1st metal circuit layer construction, the 1st metal circuit layer after 2nd metal circuit layer construction The laminate after forming the metal circuit layer was held at 300 ° C. for 5 minutes, and the laminate was allowed to cool to room temperature, and further at 300 ° C. for 5 minutes. A heat resistance test was carried out for a minute amount, and the crack of the alumina base material was evaluated.

表1に、実施例1、ならびに比較例1〜4の積層体の構造、および金属皮膜の密着性、耐熱試験の評価結果を示す。なお、実施例1および比較例3については、第2金属回路層の表面の算術平均粗さ(Ra)を測定するとともに、耐熱試験後の積層体の断面を電子写真により観察した。図7は、本発明の実施例1にかかる積層体の断面を示す電子写真(40倍)であり、図8は、比較例3にかかる積層体の断面を示す電子写真(40倍)である。   Table 1 shows the structures of the laminates of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4, the adhesion of the metal film, and the evaluation results of the heat resistance test. In addition, about Example 1 and Comparative Example 3, while measuring the arithmetic mean roughness (Ra) of the surface of a 2nd metal circuit layer, the cross section of the laminated body after a heat test was observed with the electrophotography. 7 is an electrophotography (40 times) showing a cross section of the laminate according to Example 1 of the present invention, and FIG. 8 is an electrophotography (40 times) showing a cross section of the laminate according to Comparative Example 3. .

気孔率が14%の第1金属回路層と、気孔率が0.1%以下の第2金属回路層を形成した実施例1の積層体は、各回路層施工後に回路層の剥離は認められず、図7に示すように、耐熱試験後、アルミナ基材の割れは生じなかった。比較例2の積層体は、実施例1の積層体と第1金属回路層の気孔率のみ異なるが、第1金属回路層の気孔率が0.5%と小さいため、耐熱試験による熱応力の緩和が十分でなく、アルミナ基材に割れが生じた。同様に、熱応力を緩和しうる、気孔率が5〜15%の金属回路層を有しない比較例4は、耐熱試験によりアルミナ基材に割れが生じた。また、比較例3の積層体は、気孔率が0.1%以下の第1金属回路層と、気孔率が14%の第2金属回路層とを有するが、第1金属回路層は気孔率が小さいため、耐熱試験による熱応力の緩和が十分でなく、アルミナ基材に割れが生じた(図8参照)。   In the laminate of Example 1 in which the first metal circuit layer having a porosity of 14% and the second metal circuit layer having a porosity of 0.1% or less were formed, peeling of the circuit layer was observed after each circuit layer was applied. As shown in FIG. 7, the alumina base material did not crack after the heat resistance test. The laminated body of Comparative Example 2 differs from the laminated body of Example 1 only in the porosity of the first metal circuit layer, but the porosity of the first metal circuit layer is as small as 0.5%. The relaxation was not sufficient and cracks occurred in the alumina substrate. Similarly, in Comparative Example 4 that does not have a metal circuit layer with a porosity of 5 to 15% that can relieve thermal stress, cracks occurred in the alumina base material in the heat resistance test. The laminate of Comparative Example 3 includes the first metal circuit layer having a porosity of 0.1% or less and the second metal circuit layer having a porosity of 14%. The first metal circuit layer has a porosity of Therefore, the thermal stress was not sufficiently relaxed by the heat resistance test, and the alumina base material was cracked (see FIG. 8).

一方、実施例1の第2金属回路層の表面の算術平均粗さは8.4μmであり、半田濡れ性も良好であることが確認されたが、比較例3の第2金属回路層の表面の算術平均粗さは12.2μmと非常に大きいことが確認された。なお、実施例1の第1金属回路層の算術平均粗さは11.9μmであり、金属回路層を気孔率が5〜15%の第1金属回路層のみを形成した場合は、熱応力を緩和できるためセラミックス基材の割れは防止できるが、半田濡れ性が悪いため、実装不良を生じやすい。   On the other hand, the arithmetic mean roughness of the surface of the second metal circuit layer of Example 1 was 8.4 μm, and it was confirmed that the solder wettability was good, but the surface of the second metal circuit layer of Comparative Example 3 was good. It was confirmed that the arithmetic average roughness of was as very large as 12.2 μm. The arithmetic average roughness of the first metal circuit layer of Example 1 is 11.9 μm, and when only the first metal circuit layer having a porosity of 5 to 15% is formed on the metal circuit layer, the thermal stress is increased. Although it can be mitigated, cracking of the ceramic substrate can be prevented, but poor solder wettability tends to cause mounting defects.

以上のように、本発明にかかる積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよびこの積層体の製造方法は、セラミックス基材と金属皮膜とを接合する場合に有用であり、特に耐熱性に劣るアルミナをセラミック基材として使用する場合に適している。   As described above, the laminate, the insulating cooling plate, the power module, and the method for producing the laminate according to the present invention are useful when joining a ceramic substrate and a metal film, and are particularly inferior in heat resistance. Is suitable for use as a ceramic substrate.

1 電子回路基板
10、110 セラミックス基材
20、120 金属回路層
21、121 第1金属回路層
22、122、第2金属回路層
30、130 半導体チップ
0、150 中間層
51、151 第1中間層
52、152 第2中間層
60 コールドスプレー装置
61 ガス加熱器
62 粉末供給装置
63 ガスノズル
64 スプレーガン
100 パワーモジュール
140 冷却フィン
141 第1金属皮膜
142 第2金属皮膜
1 an electronic circuit board 10, 110 a ceramic substrate 20, 120 metal circuit layer 21, 121 first metal circuit layer 22, 122, the second metal circuit layer 30, 130 semiconductor chips 5 0,1 50 intermediate layer 51, 151 first Intermediate layer 52, 152 Second intermediate layer 60 Cold spray device 61 Gas heater 62 Powder supply device 63 Gas nozzle 64 Spray gun 100 Power module 140 Cooling fin 141 First metal film 142 Second metal film

Claims (15)

絶縁性のセラミックス基材と、
前記セラミックス基材の表面に形成された金属または合金を主成分とする中間層と、
前記中間層の表面に、金属を含む粉体が堆積した状態で形成されている、気孔率が5〜15%の第1金属皮膜と、
前記第1金属皮膜の表面に、前記第1金属皮膜を形成する金属と同一の金属を含む粉体が堆積した状態で形成されている、気孔率が0〜0.5%の第2金属皮膜と、
を備えることを特徴とする積層体。
An insulating ceramic substrate;
An intermediate layer mainly composed of a metal or an alloy formed on the surface of the ceramic substrate;
A first metal film having a porosity of 5 to 15% , formed in a state where a powder containing metal is deposited on the surface of the intermediate layer;
A second metal film having a porosity of 0 to 0.5% , formed in a state where a powder containing the same metal as that forming the first metal film is deposited on the surface of the first metal film. When,
A laminate comprising:
前記中間層は、
金属または合金を主成分とし、前記第1金属皮膜側で層をなす第1中間層と、
活性金属、または活性金属の酸化物もしくは水素化物からなり、前記第1中間層と接触すると共に、前記第1中間層と接触する面と異なる面で前記セラミックス基材と結合して積層されている第2中間層と、を有し、
前記第1中間層および前記第2中間層は、ろう材を前記セラミックス基材に塗布した後、熱処理することにより形成されていることを特徴とする請求項1に記載の積層体。
The intermediate layer is
A first intermediate layer comprising a metal or an alloy as a main component and forming a layer on the first metal film side;
It is made of an active metal, or an active metal oxide or hydride, and is in contact with the first intermediate layer and bonded and laminated to the ceramic substrate on a surface different from the surface in contact with the first intermediate layer . A second intermediate layer,
2. The laminate according to claim 1, wherein the first intermediate layer and the second intermediate layer are formed by applying a brazing material to the ceramic base material and then performing a heat treatment.
前記中間層は、真空中で熱処理することによって形成されていることを特徴とする請求項2に記載の積層体。 The intermediate layer laminate according to claim 2, characterized in that it is formed by heat treatment in a vacuum. 前記第2中間層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウムのいずれかの金属または金属の水素化物からなる群より選択される少なくとも1種類を含むことを特徴とする請求項3に記載の積層体。   4. The laminate according to claim 3, wherein the second intermediate layer includes at least one selected from the group consisting of any one of titanium, zirconium, hafnium, and germanium, or a metal hydride. 前記第1中間層は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルからなる群より選択される少なくとも1種類を含むことを特徴とする請求項3または4に記載の積層体。   The laminate according to claim 3 or 4, wherein the first intermediate layer includes at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, aluminum, and nickel. 前記中間層は、大気中で熱処理することによって形成されていることを特徴とする請求項2に記載の積層体。 The intermediate layer laminate according to claim 2, characterized in that it is formed by heat treatment in air. 前記第2中間層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、硼素、珪素、アルミニウム、クロム、インジウムまたは金属の酸化物もしくは水素化物からなる群より選択される少なくとも1種類を含むことを特徴とする請求項6に記載の積層体。   The second intermediate layer includes at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, germanium, boron, silicon, aluminum, chromium, indium, or a metal oxide or hydride. Item 7. The laminate according to Item 6. 前記第1中間層は、金または銀のうち少なくとも1種類を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の積層体。   The laminate according to claim 6 or 7, wherein the first intermediate layer contains at least one of gold and silver. 前記第1金属皮膜および前記第2金属皮膜は、銅、アルミニウムまたはこれらの金属の合金からなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の積層体。   The laminate according to any one of claims 1 to 8, wherein the first metal film and the second metal film are made of copper, aluminum, or an alloy of these metals. 前記セラミックス基材はアルミナであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の積層体。   The laminate according to any one of claims 1 to 9, wherein the ceramic substrate is alumina. 前記第2金属皮膜の表面の算出平均粗さは、10μm以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の積層体。The calculated average roughness of the surface of the second metal film is 10 µm or less, and the laminate according to any one of claims 1 to 10. 請求項1〜1のいずれか1つに記載の積層体からなる絶縁性冷却板であって、
前記セラミックス基材は放熱部を有し、
前記第1金属皮膜および前記第2金属皮膜は回路層であることを特徴とする絶縁性冷却板。
An insulating cooling plate comprising the laminate according to any one of claims 1 to 11,
The ceramic substrate has a heat dissipation part,
The insulating cooling plate, wherein the first metal film and the second metal film are circuit layers.
請求項1〜1のいずれか1つに記載の積層体を含むパワーモジュールであって、
前記セラミックス基材は絶縁基板であり、
前記第1金属皮膜および前記第2金属皮膜は回路層であり、
前記絶縁基板の前記第1金属皮膜および前記第2金属皮膜が形成された面と異なる面に、銅またはアルミニウムを主成分とする冷却板が形成されていることを特徴とするパワーモジュール。
A power module including the laminate according to any one of claims 1 to 11,
The ceramic substrate is an insulating substrate;
The first metal film and the second metal film are circuit layers;
Said power module to said first metal film and said different second metal film has been formed faces the surface of the insulating substrate, wherein Tei Rukoto cooling plate is formed mainly of copper or aluminum.
セラミックス基材の表面に金属皮膜が形成された積層体の製造方法であって、
前記セラミックス基材の表面に、金属または合金を主成分とする中間層を形成する中間層形成ステップと、
前記中間層形成ステップによって形成された前記第1中間層の表面に、金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、気孔率が5〜15%の第1金属皮膜を形成する第1金属皮膜形成ステップと、
前記第1金属皮膜の表面に、前記第1金属皮膜を形成する金属と同一の金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、気孔率が0〜0.5%の第2金属皮膜を形成する第2金属皮膜形成ステップと、
を含むことを特徴とする積層体の製造方法。
A method for producing a laminate in which a metal film is formed on the surface of a ceramic substrate,
An intermediate layer forming step of forming an intermediate layer mainly composed of a metal or an alloy on the surface of the ceramic substrate;
By accelerating a powder containing a metal together with a gas on the surface of the first intermediate layer formed by the intermediate layer forming step and spraying and depositing the powder in the solid state on the surface, the porosity is 5 to 5. A first metal film forming step for forming a 15% first metal film;
By accelerating a powder containing the same metal as the metal forming the first metal film together with a gas on the surface of the first metal film and spraying and depositing the powder in the solid state on the surface, the porosity is increased. A second metal film forming step of forming a second metal film of 0 to 0.5%;
The manufacturing method of the laminated body characterized by including.
前記中間層形成ステップは、
前記セラミックス基材の表面に対して、ろう材を配設するろう材配置ステップと、
前記ろう材配置ステップで前記ろう材が配設された前記セラミックス基材を熱処理することにより、前記第1中間層、および前記第1中間層と接触すると共に、前記第1中間層と接触する面と異なる面で前記セラミックス基材と結合して積層される第2中間層を有する中間層を形成する熱処理ステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の積層体の製造方法。
The intermediate layer forming step includes
A brazing material disposing step of disposing a brazing material on the surface of the ceramic substrate;
By heat-treating the ceramic base material on which the brazing material is disposed in the brazing material disposing step, the first intermediate layer and the first intermediate layer are in contact with the first intermediate layer and the surface in contact with the first intermediate layer. A heat treatment step of forming an intermediate layer having a second intermediate layer that is bonded and laminated with the ceramic base material in a different plane;
The method for producing a laminate according to claim 1 4, characterized in that it comprises a.
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