JP7186929B1 - 積層体、及びその製造方法、並びに、パワーモジュール - Google Patents
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Abstract
Description
市販の窒化アルミニウム板(株式会社MARUWA社製)をセラミック板として用いた。
窒化ケイ素粉末と、焼結助剤として、酸化マグネシウム粉末、及び酸化イットリウム粉末を準備した。これらを、Si3N4:Y2O3:MgO=94.0:3.0:3.0(質量比)で配合して原料粉末を得た。この原料粉末を、一軸加圧成形し、成形体を作製した。この成形体を、カーボンヒータを備える電気炉中に配置し、窒素ガスの雰囲気下、1800℃で12時間焼成して、平板形状の窒化ケイ素板を得た。得られた窒化ケイ素板をセラミック板として用いた。
市販の酸化アルミニウム板(株式会社MARUWA社製)をセラミック板として用いた。
<合金層(アルミニウム-マグネシウム合金からなる層)の形成>
アルミニウム-マグネシウム合金粉体(株式会社高純度化学研究所社製、ガスアトマイズ粉、メジアン径:24μm)を用い、図3と同様の構成を有する粉体スプレー装置によって、縦:56mm、横:46mm、厚み:0.1mmのアルミニウム-マグネシウム合金粉体の堆積層(第一の堆積層)を、窒化アルミニウム板の表裏それぞれにおいて基材端面から2mm内側の範囲に形成した。第一の堆積層の形成は、作動ガスとして窒素を用い、アルミニウム-マグネシウム合金粉体(ガスアトマイズ粉)の温度を260℃、ノズル入口における作動ガスの圧力を3MPaとする条件で行った。第一の堆積層を、窒素雰囲気下において550℃の温度で3時間保持することで加熱処理してアルミニウム-マグネシウム合金層(合金層)を形成した。
次に、アルミニウム粉体(高純度化学研究所社製、ガスアトマイズ粉、メジアン径:24μm)を用い、図3と同様の構成を有する粉体スプレー装置によって、縦:56mm、横:46mm、厚み:0.2mmのアルミニウム粉体の堆積層(第二の堆積層)を、上述のとおり形成した2つの合金層の表面それぞれにおいて、合金層と同じく、縦:56mm、横:46mmとなるように形成した。第二の堆積層の形成は、作動ガスとして窒素を用い、アルミニウム粉体の温度を260℃、ノズル入口における作動ガスの圧力を3MPaとする条件で行った。第二の堆積層を、窒素雰囲気下において550℃の温度で3時間保持することで加熱処理してアルミニウム層(金属層)を形成した。
さらに、アルミニウム層の一部を鉄製のマスク材でマスキングし、銅粉体(福田金属箔粉工業社製、水アトマイズ粉、メジアン径:17μm)を用い、図3と同様の構成を有する粉体スプレー装置によって、アルミニウム層の端面から50μm内側の範囲に銅粉体の堆積層(第三の堆積層)を縦:55.9mm、横:45.9mm、厚さ:0.4mmとなるように形成した。第三の堆積層は、作動ガスとして窒素を用い、銅粉体の温度を640℃、ノズル入口における作動ガスの圧力を3MPaとする条件で行った。アルミニウム層の端面は、銅層の端面よりも50μmの幅で外側にはみ出していた。第三の堆積層を、窒素雰囲気下において300℃の温度で1時間保持することで加熱処理して銅層(金属回路層)を形成した。
セラミック板の種類及び厚さ、合金層におけるマグネシウムの含有量及び合金層の厚さ、並びに、金属層の厚さを表1に示すとおり変更したこと以外は、実施例1と同様にして、積層体を調製した。
金属層を設けず、セラミック板の種類及び厚み、並びに、合金層におけるマグネシウムの含有量を表2に示すとおり変更したこと以外は、実施例1と同様にして積層体を調製した。
合金層を設けず、セラミック板の種類及び厚み、並びに、金属層の厚みを表2に示すとおり変更したこと以外は、実施例1と同様にして積層体を調製した。
セラミック板の種類及び厚さ、合金層におけるマグネシウムの含有量及び合金層の厚さ、並びに、金属層の厚さを表1に示すとおり変更したこと以外は、実施例2と同様にして、積層体を調製した。
実施例1~9及び比較例1~17で調製した積層体それぞれについて、ヒートサイクル試験を行い、ヒートサイクルに対する耐久性を評価した。具体的には、積層体を「180℃の環境に30分間放置した後に、-55℃の環境に30分間放置すること」を1サイクルとして、これを3000サイクル実施するヒートサイクル試験を行った。試験後の積層体に対する断面観察から、以下の基準で評価した。結果を表1及び表2に示す。
A:3000サイクルでもはく離等の異常が観測されなかった。
B:1500サイクル超3000サイクル未満ではく離が観測された。
C:1000サイクル超1500サイクル以下ではく離が観測された。
D:1000サイクル以下ではく離が観測された。
Claims (6)
- セラミック板と、
前記セラミック板上に形成された応力緩和層と、
前記応力緩和層上に形成された金属回路層と、を備え、
前記セラミック板は、窒化ケイ素板、窒化アルミニウム板、又は酸化アルミニウム板であり、
前記応力緩和層の熱膨張率が、前記セラミック板の熱膨張率よりも大きく、前記金属回路層の熱膨張率よりも大きく、
前記応力緩和層は、
マグネシウムの含有量が7.5質量%以下であり、平均厚さが0.2mm未満である、前記セラミック板に接触する合金層と、
前記合金層よりもマグネシウムの含有量が少なく、前記金属回路層に接触する金属層と、を有する、積層体。 - 前記合金層の平均厚さが0.02mm以上0.2mm未満である、請求項1に記載の積層体。
- 前記金属層はアルミニウムを含有する、請求項1又は2に記載の積層体。
- 前記金属層の平均厚さが0.1mm超である、請求項1~3のいずれか一項に記載の積層体。
- 前記金属回路層が銅を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の積層体。
- 回路基板と、
前記回路基板の一方の主面上に電気的に接続された半導体素子と、
前記回路基板のもう一方の主面上に接続された放熱部材と、を備え、
前記回路基板が請求項1~5のいずれか一項に記載の積層体である、パワーモジュール。
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