JP7334438B2 - Insulated circuit board manufacturing method and its insulated circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、大電流、高電圧を制御するパワーモジュール等に用いられる絶縁回路基板の製造方法及びその絶縁回路基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an insulating circuit board used in a power module or the like for controlling high current and high voltage, and the insulating circuit board.
従来のパワーモジュール等に用いられる絶縁回路基板は、例えば、AlN(窒化アルミニウム)、Al2O3(アルミナ)、Si3N4(窒化ケイ素)などからなるセラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成された回路層と、セラミックス基板の他方の面に形成された放熱層と、を備えている。また、これらセラミックス基板とこれら回路層又は放熱層となる金属板との接合には一般にろう材が用いられる。金属板が銅又は銅合金板である場合、ろう材には活性金属を含むものが用いられる。 Insulated circuit substrates used in conventional power modules and the like include, for example, ceramic substrates made of AlN (aluminum nitride), Al 2 O 3 (alumina), Si 3 N 4 (silicon nitride), and one of the ceramic substrates. It has a circuit layer formed on one surface and a heat dissipation layer formed on the other surface of the ceramic substrate. A brazing material is generally used for joining these ceramic substrates and metal plates that serve as circuit layers or heat dissipation layers. When the metal plate is a copper or copper alloy plate, the brazing material used contains an active metal.
特許文献1に記載の回路基板では、セラミックス基板の一方の面に銅からなる回路層(銅回路)が形成され、セラミックス基板の他方の面に銅からなる放熱層(放熱銅板)が形成されている。この場合、これら回路層や放熱層の銅層を形成する方法として、セラミック基板と銅板を接合した後に銅板の周囲をエッチングする方法、回路層等の形状に打ち抜かれた銅板をセラミック基板に接合する方法が挙げられている。また、その接合には、Ag-Cu-Ti系のろう材を用いた活性金属ろう付け法が記載されている。 In the circuit board described in Patent Document 1, a circuit layer (copper circuit) made of copper is formed on one surface of the ceramic substrate, and a heat dissipation layer (heat dissipation copper plate) made of copper is formed on the other surface of the ceramic substrate. there is In this case, as a method of forming the copper layer of the circuit layer and the heat dissipation layer, there is a method of etching the periphery of the copper plate after bonding the ceramic substrate and the copper plate, and a method of bonding the copper plate punched in the shape of the circuit layer or the like to the ceramic substrate. method is mentioned. Also, for the joining, an active metal brazing method using Ag--Cu--Ti based brazing material is described.
ところで、エッチングすることなく、あらかじめ、所望の形状に成形した回路層等用の銅板をセラミックス基板に接合して銅層が接合された回路基板を作製する場合、接合時に銅板からはみ出したろう材が銅板の側面を伝って表面に這い上がる現象が生じ、銅層の表面にろう染みが発生することが問題になっている。銅層が回路層である場合、その表面にろう染みが生じると、回路層表面にめっきする場合にめっき膜の密着性が損なわれ、はんだ濡れ性、ボンディングワイヤや封止樹脂の密着性が阻害されるおそれがある。
このため、接合後に回路層の表面を過硫酸や塩化鉄水溶液等で洗浄することが行われるが、ろう染みを十分に除去することは難しい。
By the way, when a circuit board having a copper layer bonded thereto is manufactured by bonding a copper plate for a circuit layer, which has been molded into a desired shape in advance, to a ceramic substrate without etching, the brazing material protruding from the copper plate at the time of bonding may be a part of the copper plate. There is a problem that a phenomenon occurs in which the copper layer creeps up to the surface along the side surface of the copper layer, and wax stains occur on the surface of the copper layer. If the copper layer is a circuit layer, solder stains on its surface will impair the adhesion of the plating film when plating on the circuit layer surface, hindering solder wettability and adhesion of bonding wires and sealing resin. There is a risk that it will be
Therefore, after bonding, the surface of the circuit layer is washed with persulfuric acid, iron chloride solution, or the like, but it is difficult to sufficiently remove the wax stain.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ろう染みを除去してはんだ濡れ性等の良好な絶縁回路基板を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an insulated circuit board that removes solder stains and has good solder wettability.
本発明の絶縁回路基板の製造方法は、セラミックス基板と銅又は銅合金からなり所定のパターン形状を有している銅板とをAg-Ti系ろう材又はAg-Cu-Ti系ろう材を介して接合してセラミックス基板の表面に銅層を形成する接合工程と、接合工程後に前記銅層のろう染みが形成されている表面を塩化鉄又は塩化銅を含む水溶液によって洗浄する一次洗浄工程と、該一次洗浄工程後に前記銅層の表面を、塩化鉄及び塩化銅以外の塩化物、アンモニア、シアン化物、チオ硫酸塩のいずれか一つ以上を含む水溶液で洗浄する二次洗浄工程と、前記二次洗浄工程の後に、硫酸、過硫酸塩、硫酸と過酸化水素の混合液のいずれか一つ以上を含む水溶液で前記銅層の表面を洗浄する三次洗浄工程とを有する。 In the method for manufacturing an insulated circuit board of the present invention, a ceramic substrate and a copper plate made of copper or a copper alloy and having a predetermined pattern shape are bonded together via an Ag--Ti brazing filler metal or Ag--Cu--Ti brazing filler metal. a bonding step of bonding to form a copper layer on the surface of the ceramic substrate; a primary cleaning step of cleaning the surface of the copper layer on which wax stains are formed after the bonding step with iron chloride or an aqueous solution containing copper chloride; a secondary cleaning step of cleaning the surface of the copper layer after the primary cleaning step with an aqueous solution containing one or more of iron chloride and chlorides other than copper chloride, ammonia, cyanide, and thiosulfate; After the cleaning step, a tertiary cleaning step of cleaning the surface of the copper layer with an aqueous solution containing at least one of sulfuric acid, persulfate, and a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.
ろう材を用いた接合後、銅のエッチング液として広く用いられている塩化鉄又は塩化銅を含む水溶液によって洗浄することにより、ろう染みを除去することができる。ところが、この一次洗浄だけでは、塩化鉄や塩化銅により銅が腐食する際に、腐食の過程で生成する塩化銅や一次洗浄に利用した塩化銅が銅層の表面に残存し易い。この塩化銅が残存していると、高温環境下等において表面に変色が生じ易い。この塩化銅は水に溶けにくいため、単に水洗浄しただけでは除去しきれない。そこで、二次洗浄工程により、塩化鉄及び塩化銅以外の塩化物、アンモニア、シアン化物、チオ硫酸塩のいずれか一つ以上を含む水溶液で洗浄する。これら塩化物等に含まれる塩化物イオン等により塩化銅を錯体化し、溶けやすくする。
そして、この二次洗浄で塩化銅を洗浄した後、表面を硫酸、過硫酸塩、硫酸と過酸化水素の混合液のいずれか一つ以上を含む水溶液で洗浄することにより、銅層を平滑な表面に形成することができる。
After bonding using a brazing filler metal, brazing stains can be removed by washing with an aqueous solution containing iron chloride or copper chloride, which is widely used as a copper etchant. However, when the copper is corroded by iron chloride or copper chloride, the copper chloride generated during the corrosion process or the copper chloride used for the primary cleaning tends to remain on the surface of the copper layer only with this primary cleaning. If this copper chloride remains, the surface tends to be discolored in a high-temperature environment. Since this copper chloride is difficult to dissolve in water, it cannot be completely removed by simply washing with water. Therefore, in the secondary cleaning step, cleaning is performed with an aqueous solution containing one or more of chlorides other than iron chloride and copper chloride, ammonia, cyanides, and thiosulfates. Chloride ions and the like contained in these chlorides and the like form a complex with copper chloride to make it easier to dissolve.
After the copper chloride is washed by this secondary washing, the surface is washed with an aqueous solution containing at least one of sulfuric acid, persulfate, and a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide to smooth the copper layer. It can be formed on the surface.
本発明の絶縁回路基板は、セラミックス基板の表面に銅層がろう付けされてなる絶縁回路基板であって、前記銅層の表面に形成されたろう染みは前記銅層の端部からの幅が50μm以下であり、前記銅層の表面の塩素/銅濃度比が0.45以下(0を除く。)である。 The insulated circuit board of the present invention is an insulated circuit board in which a copper layer is brazed to the surface of a ceramic substrate, and the wax stain formed on the surface of the copper layer has a width of 50 μm from the end of the copper layer. and the chlorine/copper concentration ratio on the surface of the copper layer is 0.45 or less (excluding 0) .
銅層の表面のろう染みが50μm以下の幅であり、かつ、銅層の表面の塩素/銅濃度比が0.45以下であることから、腐食による表面の変色も抑制できる。したがって、この銅層表面にめっき膜を形成する場合のめっき膜の密着性、半導体素子をはんだ付けする場合のはんだ濡れ性が優れており、ボンディングワイヤや樹脂等の密着性も良好になる。
なお、銅層がろう付け後のエッチングによりパターン化される場合は、周縁部が除去されるので、ろう染みの問題は発生しない。銅層の厚さが大きくなると、エッチングに時間がかかり不経済であるため、回路層の場合は予め回路パターンに形成した銅板を接合する方が経済的である。このように銅層をエッチングしない場合として、銅層の厚さが0.1mm以上の場合に本発明を用いると効果的であり、0.5mm以上の場合にさらに効果的である。
Since the wax stain on the surface of the copper layer has a width of 50 μm or less and the chlorine/copper concentration ratio on the surface of the copper layer is 0.45 or less, discoloration of the surface due to corrosion can also be suppressed. Therefore, the adhesion of the plating film when forming the plating film on the surface of the copper layer, the solder wettability when soldering the semiconductor element are excellent, and the adhesion of the bonding wire, resin, etc. is also good.
It should be noted that when the copper layer is patterned by etching after brazing, the problem of brazing does not occur because the peripheral edge is removed. If the thickness of the copper layer is too large, etching takes a long time and is uneconomical. Therefore, in the case of the circuit layer, it is more economical to join a copper plate having a circuit pattern formed in advance. As for the case where the copper layer is not etched, the present invention is effective when the thickness of the copper layer is 0.1 mm or more, and is more effective when the thickness is 0.5 mm or more.
本発明によれば、ろう染みを除去して、めっき膜の密着性、はんだ濡れ性等の良好な絶縁回路基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an insulated circuit board which is excellent in adhesion of a plating film, solder wettability, etc., by removing wax stains.
以下、本発明の絶縁回路基板及びその製造方法の実施形態について説明する。
本実施形態の絶縁回路基板は電源回路に用いられるパワーモジュール用基板である。このパワーモジュール用基板10は、図2に示すように、セラミックス基板11と、そのセラミックス基板11の一方の面に形成された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に形成された放熱層13と、を有している。
Hereinafter, embodiments of an insulated circuit board and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described.
The insulated circuit board of this embodiment is a power module board used in a power supply circuit. As shown in FIG. 2, the
セラミックス基板11は、回路層12と放熱層13との間の電気的接続を防止するものであって、窒化アルミニウム(AlN),窒化ケイ素(Si3N4),酸化アルミニウム(Al2O3)等を用いることができるが、そのうち、窒化ケイ素が高強度であるため、好適である。このセラミックス基板11の厚さは0.2mm以上1.5mm以下の範囲内に設定される。
The
回路層12は、電気特性に優れる銅又は銅合金から構成される。また、放熱層13も銅又は銅合金から構成される。これら回路層12及び放熱層13としては、例えば、純度99.96質量%以上の無酸素銅の銅板がセラミックス基板11に例えば活性金属ろう材にてろう付け接合されることにより形成される。この回路層12及び放熱層13の厚さは0.1mm以上5mm以下の範囲内に設定される。
The
ここで、回路層12及び放熱層13のろう染みは、回路層12及び放熱層13の端部からの幅が50μm以下とされている。ろう染みの幅が50μm以下とされているので、例えば、回路層12にNiめっきなどのめっきが施された場合において、めっき膜の密着性が損なわれることがない。また、はんだ濡れ性が低下することなく、また、ボンディングワイヤや封止樹脂の密着性が阻害されることがない。さらに、例えば、放熱層13とヒートシンクがはんだ付けされる場合においても、ろう染みの幅が50μm以下とされているので、はんだの濡れ性が低下せず、はんだ接合性が低下しない。
Here, the wax stains on the
さらに、回路層12及び放熱層13の表面の塩素/銅濃度比が0.45以下に設定される。この塩素/銅濃度比は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いたエネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray Spectroscop)により、回路層12又は放熱層13の銅層(以下、回路層及び放熱層を特に区別しない場合は銅層と称す)表面から放出される特性X線を元素分析して測定する。この塩素/銅濃度比は、銅層の表面に残存する塩化銅に起因しており、0.45を超えると、残存する塩化銅が多くなり、高温環境下等において変色が生じ易くなる。
Further, the surface chlorine/copper concentration ratio of the
このように構成されるパワーモジュール用基板10の製造方法について説明する。
このパワーモジュール用基板10は、図1に示すように、銅板等作製工程、接合工程、1次洗浄工程、2次洗浄工程、3次洗浄工程の順に製造される。以下、工程順に説明する。
A method of manufacturing the
As shown in FIG. 1, the
(銅板等作製工程)
回路層12及び放熱層13を形成するための銅板12´,13´をプレス加工等によって打抜き形成する。この場合、回路層12となる銅板12´は、回路層12としての所定のパターン形状を有している。
また、これら回路層12及び放熱層13が形成されるセラミックス基板11を用意する。または、複数のセラミックス基板11に分割可能なスクライブラインを形成したセラミックス板を用意する。この複数のセラミックス基板11に分割可能なセラミックス板を用いる場合、最終的には、回路層12及び放熱層13を有する個々のセラミックス基板11に分割されるが、後述の接合工程及び各洗浄工程は単独のセラミックス基板11に対するものと同様であるので、以下では、セラミックス基板11に回路層12及び放熱層13を形成するものとして説明する。
(Copper plate manufacturing process)
Copper plates 12' and 13' for forming the
Also, the
(接合工程)
図3に示すように、セラミックス基板11の両面にろう材21,22を介して銅板12´,13´を配置し、これらを積層する。ろう材21,22としては、Ag-Ti又はAg-Cu-Tiからなるろう材が用いられる。このろう材21,22は、箔の形態で供給されるが、スクリーン印刷法等によってセラミックス基板11にろう材のペーストを塗布することによって形成してもよい。
この場合、各ろう材21,22とも、接合する銅板12´,13´の外形と同じか、それよりわずかに大きい外形に形成されることが好ましい。これらろう材21,22の厚さは10μm以上300μm以下とされる。
(Joining process)
As shown in FIG. 3, copper plates 12' and 13' are arranged on both sides of a
In this case, the
これらろう材21,22を介して積層したセラミックス基板11と銅板12´,13´との積層体を加圧状態で加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度に加熱した後冷却することにより、セラミックス基板11の一方の面に回路層12、他方の面に放熱層13を形成する。この場合の接合条件としては、例えば0.1MPa以上3.5MPa以下の加圧力で積層体を加圧し、10-6Pa以上10-3Pa以下の真空雰囲気下で、例えば790℃以上850℃以下の接合温度で、1分~60分の加熱とする。
The laminated body of the
このようにして製造されたパワーモジュール用基板10は、セラミックス基板11と回路層12及び放熱層13との間がろう付けによって接合されている。
前述したろう染みは、パワーモジュール用基板11と銅板12´,13´との接合時に、溶融状態のろう材がセラミックス基板11と銅板12´,13´との間からはみ出して銅板12´,13´の側面を伝って這い上がることにより回路層12及び放熱層13の表面に形成され、後述の洗浄工程によっても大部分が除去される。
In the
The above-mentioned brazing stain is caused by the melted brazing material protruding from between the
(1次洗浄工程)
接合工程後のパワーモジュール用基板10の銅層(回路層12及び放熱層13)表面を1次洗浄液で洗浄する。
1次洗浄液としては、塩化鉄又は塩化銅の水溶液が用いられる。塩化鉄としては、塩化鉄(III)(FeCl3)を用いることが好ましい。塩化銅としては塩化銅(II)(CuCl2)を用いることが好ましい。
また、容量比率等が限定されるものではないが、塩化鉄水溶液としては、例えば30質量%以上45質量%以下のFeCl3水溶液、塩化銅水溶液としては、例えば15質量%以上25質量%以下のCuCl2と3質量%以上15質量%以下のHClとの混合水溶液が用いられる。
この1次洗浄液を30℃以上60℃以下の温度に保持して、パワーモジュール用基板10を0.5分以上10分以下の時間浸漬する。
この1次洗浄により、銅層の表面が洗浄され、回路層12及び放熱層13の表面に形成されていたろう染みは、その全部または大部分が除去される。なお、回路層12及び放熱層13の側面には、固化したろう材が存在しているが、固化したろう材は厚く形成されているため、1次洗浄工程後もその一部が残存している場合もあるが、影響はない。
(Primary washing process)
The surface of the copper layer (
An aqueous solution of iron chloride or copper chloride is used as the primary cleaning liquid. As iron chloride, it is preferable to use iron chloride (III) (FeCl 3 ). Copper chloride (II) (CuCl 2 ) is preferably used as the copper chloride.
In addition, although the volume ratio and the like are not limited, the iron chloride aqueous solution is, for example, an FeCl3 aqueous solution of 30% by mass or more and 45% by mass or less, and the copper chloride aqueous solution is, for example, 15% by mass or more to 25% by mass or less. A mixed aqueous solution of CuCl 2 and 3 mass % or more and 15 mass % or less of HCl is used.
The
By this primary cleaning, the surface of the copper layer is cleaned, and all or most of wax stains formed on the surfaces of the
(2次洗浄工程)
1次洗浄工程後に、銅層の表面を2次洗浄液で洗浄する。
2次洗浄液としては、塩化鉄及び塩化銅以外の塩化物、アンモニア、シアン化物、チオ硫酸塩のいずれか一つ以上を含む水溶液が用いられる。
塩化鉄及び塩化銅以外の塩化物としては、金属元素の塩化物や塩酸を用いることができる。金属元素の塩化物としては、例えば、Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Alの塩化物を用いることができる。
シアン化物としては、シアン化ナトリウム、シアン化カリウム、シアン化カルシウム、シアン化マグネシウム等があげられる。
チオ硫酸塩としては、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸アンモニウム等があげられる。
なお、容量比率等が限定されるものではないが、例えば1質量%以上35質量%以下の塩酸、1質量%以上30質量%以下の塩化カリウム水溶液、1質量%以上30質量%以下のアンモニア水溶液等が用いられる。
この2次洗浄液を15℃以上40℃以下の温度に保持して、パワーモジュール用基板10を0.5分以上10分以下の時間浸漬する。
1次洗浄後に、その洗浄液である塩化鉄又は塩化銅により、銅層表面の銅が酸化される過程で発生した塩化銅、特に塩化銅(I)が銅層の表面に残存する場合があり、この塩化銅は水に溶けにくい。このため、2次洗浄により、銅層表面に残存した塩化銅を錯体化し、溶けやすくする。
(Secondary washing process)
After the primary cleaning step, the surface of the copper layer is cleaned with a secondary cleaning liquid.
As the secondary cleaning liquid, an aqueous solution containing one or more of chlorides other than iron chloride and copper chloride, ammonia, cyanides, and thiosulfates is used.
Chlorides of metal elements and hydrochloric acid can be used as chlorides other than iron chloride and copper chloride. As chlorides of metal elements, for example, chlorides of Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Al can be used.
Cyanide includes sodium cyanide, potassium cyanide, calcium cyanide, magnesium cyanide and the like.
Thiosulfates include sodium thiosulfate, potassium thiosulfate and ammonium thiosulfate.
Although the volume ratio is not limited, for example, hydrochloric acid of 1% by mass to 35% by mass, potassium chloride aqueous solution of 1% by mass to 30% by mass, and ammonia aqueous solution of 1% by mass to 30% by mass. etc. are used.
The
After the primary cleaning, copper chloride generated during the process of oxidation of copper on the surface of the copper layer by the cleaning liquid iron chloride or copper chloride, especially copper (I) chloride, may remain on the surface of the copper layer. This copper chloride is sparingly soluble in water. For this reason, the copper chloride remaining on the surface of the copper layer is complexed by the secondary cleaning to make it easier to dissolve.
(3次洗浄工程)
2次洗浄後に、銅層の表面を3次洗浄液で洗浄する。
3次洗浄液としては、硫酸、過硫酸塩、硫酸と過酸化水素の混合液のいずれか一つ以上を含む水溶液が用いられる。過硫酸塩としては過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等が挙げられる。容量比率等が限定されるものではないが、3質量%以上30質量%以下の硫酸水溶液、3質量%以上30質量%以下の過硫酸塩水溶液、1質量%以上15質量%以下の過酸化水素水と3質量%以上20質量%以下の硫酸との混合水溶液が用いられる。
この3次洗浄液を15℃以上40℃以下の温度に保持して、パワーモジュール用基板10を0.5分以上10分以下の時間浸漬する。
この3次洗浄工程により、銅層(回路層12及び放熱層13)が平滑な表面に形成される。
(Tertiary cleaning process)
After the secondary cleaning, the surface of the copper layer is cleaned with a tertiary cleaning liquid.
As the tertiary cleaning liquid, an aqueous solution containing at least one of sulfuric acid, persulfate, and a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide is used. Examples of persulfates include sodium persulfate, potassium persulfate and ammonium persulfate. Although the volume ratio and the like are not limited, an aqueous sulfuric acid solution of 3% by mass to 30% by mass, an aqueous persulfate solution of 3% by mass to 30% by mass, and hydrogen peroxide of 1% by mass to 15% by mass. A mixed aqueous solution of water and 3% by mass or more and 20% by mass or less of sulfuric acid is used.
The
This tertiary cleaning process forms the copper layer (
なお、各洗浄工程の後には洗浄液を洗い落とすため、パワーモジュール用基板10を水洗する。
このようにして3次洗浄まで終了したパワーモジュール用基板10は、回路層12及び放熱層13とも表面にろう染みがなく、ろう染みの除去に用いた洗浄液に起因する塩化物も残存していないため、表面にめっき膜を形成する場合のめっき膜の密着性に優れたものとなる。また、はんだ濡れ性、ボンディングワイヤや封止樹脂の密着性も良好となる。
After each cleaning step, the
In the
本発明は、上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
実施形態ではセラミックス基板の両面に銅層が形成されているものとしたが、少なくとも回路層としての銅層が形成されていればよい。
また、各洗浄液にパワーモジュール用基板を浸漬するものとしたが、洗浄液を銅層にスプレー等で供給する場合も含むものとする。
実施形態ではパワーモジュール用基板として説明したが、パワーモジュール用基板以外の絶縁回路基板に適用可能である。
The present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments, and various modifications can be made to the detailed configurations without departing from the scope of the present invention.
In the embodiment, copper layers are formed on both sides of the ceramic substrate, but at least copper layers as circuit layers may be formed.
Moreover, although the power module substrate is immersed in each cleaning liquid, the case of supplying the cleaning liquid to the copper layer by spraying or the like is also included.
Although the power module board has been described in the embodiment, it can be applied to an insulated circuit board other than the power module board.
Si3N4からなるセラミックス基板(40mm×40mm×0.32mmt)の一方の面に、純度99.99質量%以上の無酸素銅(OFC)からなる銅板(37mm×37mm×0.3mmt)をAg-Tiろう材箔(37mm×37mm×0.05mmt)を介して積層し、0.6MPaの加圧力で加圧状態に保持し、真空雰囲気下、加熱温度820℃で30分間保持し、セラミックス基板の上に銅層を形成した。 A copper plate (37 mm x 37 mm x 0.3 mmt) made of oxygen-free copper (OFC) with a purity of 99.99% by mass or more is placed on one side of a ceramic substrate (40 mm x 40 mm x 0.32 mmt) made of Si3N4 . Laminated via Ag-Ti brazing material foil (37 mm × 37 mm × 0.05 mmt), held in a pressurized state with a pressure of 0.6 MPa, held in a vacuum atmosphere at a heating temperature of 820 ° C. for 30 minutes, and ceramics A copper layer was formed over the substrate.
得られた接合体について、1次洗浄工程、2次洗浄工程、3次洗浄工程を順に行った。各洗浄工程で用いた洗浄液は表1に示す通りである。
表中、1次洗浄工程及び3次洗浄工程の洗浄液は以下の通りとした。
「塩化鉄」:42質量%FeCl3水溶液
「塩化銅」:21質量%CuCl2と9質量%HClとの混合水溶液
「硫酸+過酸化水素」:15質量%硫酸と2質量%の過酸化水素との混合水溶液
「硫酸」:10質量%の硫酸水溶液
「過硫酸ナトリウム」:15質量%過硫酸ナトリウム水溶液
また、2次洗浄工程には、表1の各欄に記載の薬液とした。各洗浄の後には接合体を純水で洗浄した。
この洗浄工程においては、1次洗浄を42℃の温度で2分、2次洗浄を常温(25℃)で1分、3次洗浄を常温(25℃)で1分施した。表1中「-」は、その工程の洗浄を行わなかったことを示す。
The resulting joined body was subjected to a primary cleaning process, a secondary cleaning process, and a tertiary cleaning process in this order. The washing liquid used in each washing step is as shown in Table 1.
In the table, the washing solutions in the primary washing process and the tertiary washing process were as follows.
“Iron chloride”: 42 mass% FeCl3 aqueous solution “Copper chloride”: mixed aqueous solution of 21 mass% CuCl2 and 9 mass% HCl “Sulfuric acid + hydrogen peroxide”: 15 mass% sulfuric acid and 2 mass% hydrogen peroxide "Sulfuric acid": 10% by mass aqueous solution of sulfuric acid "Sodium persulfate": 15% by mass aqueous solution of sodium persulfate In the secondary cleaning step, the chemicals listed in each column of Table 1 were used. After each wash, the conjugate was washed with pure water.
In this washing process, the first washing was performed at a temperature of 42° C. for 2 minutes, the second washing was performed at normal temperature (25° C.) for 1 minute, and the tertiary washing was performed at normal temperature (25° C.) for 1 minute. "-" in Table 1 indicates that washing was not performed in that step.
得られた接合体の銅層の表面について、残存塩素濃度を測定するとともに、ろう染み、変色の程度を評価した。
銅層表面の塩素及び銅の濃度の測定は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いたエネルギー分散型X線分光法(EDX)により、銅層表面から放出される特性X線を元素分析して測定した。銅層の表面の任意の15か所について、CuとClの定量値(at%)の比(Cl/Cu)を測定し、その平均を求めた。各条件ごとに15枚の接合体の銅層についてそれぞれ測定し、その平均値を求め、その値を表面の塩素/銅濃度比とした。
On the surface of the copper layer of the obtained joined body, the residual chlorine concentration was measured, and the degree of wax stain and discoloration was evaluated.
The concentration of chlorine and copper on the surface of the copper layer is measured by elemental analysis of characteristic X-rays emitted from the surface of the copper layer by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) using a scanning electron microscope (SEM). It was measured. The ratio (Cl/Cu) of the quantitative values (at %) of Cu and Cl was measured for 15 arbitrary points on the surface of the copper layer, and the average was obtained. The copper layers of 15 bonded bodies were measured for each condition, the average value was obtained, and the value was taken as the surface chlorine/copper concentration ratio.
ろう染みの幅Wは以下の通り、測定した。
銅層表面を上から目視し、黒色となっている領域(黒色部)をろう染みとみなし、銅層の端部から、黒色部と黒色部以外の領域との境までの距離を各辺について測定した。最も距離の大きかった箇所をろう染みの幅Wとし、各条件ごとに15枚の接合体について測定し平均値を求めた。その幅が50μm以下の場合に「A」、50μmを超えていた場合に「B」と評価した。
変色については、接合体を温度60℃、湿度30%の恒温恒湿環境下に100時間放置し、銅層表面に銅層よりも濃い茶色の領域が観察されるか、または、白色のムラが観測された場合を「B」、それ以外の場合を「A」と評価した。
これらの結果を表2に示す。
Width W of wax stain was measured as follows.
Visually observe the copper layer surface from above, consider the black area (black part) as wax stain, and measure the distance from the edge of the copper layer to the boundary between the black part and the area other than the black part for each side It was measured. The width W of the wax stain was defined as the point with the longest distance, and the width was measured for 15 joined bodies under each condition, and the average value was obtained. When the width was 50 μm or less, it was evaluated as “A”, and when it exceeded 50 μm, it was evaluated as “B”.
Regarding discoloration, the joined body was left in a constant temperature and humidity environment with a temperature of 60° C. and a humidity of 30% for 100 hours. The case where it was observed was evaluated as "B", and the other cases were evaluated as "A".
These results are shown in Table 2.
表2に示されるように、1次洗浄、2次洗浄、3次洗浄を順に施した実施例では、銅層表面の塩素/銅濃度比が0.45以下で、ろう染みもなく、変色も生じなかった。
これに対して、比較例1は2次洗浄を施さなかったため、銅層表面の塩素/銅濃度比が0.45を超えており、変色が生じた。比較例2は1次洗浄を施さなかったため、ろう染みが生じた。
As shown in Table 2, in the examples in which primary cleaning, secondary cleaning, and tertiary cleaning were performed in this order, the chlorine/copper concentration ratio on the surface of the copper layer was 0.45 or less, and there was no wax stain or discoloration. did not occur.
On the other hand, in Comparative Example 1, since the secondary cleaning was not performed, the chlorine/copper concentration ratio of the copper layer surface exceeded 0.45, and discoloration occurred. Since Comparative Example 2 was not subjected to primary cleaning, wax stains occurred.
10 パワーモジュール用基板(絶縁回路基板)
11 セラミックス基板
12 回路層(銅層)
13 放熱層(銅層)
12´,13´ 銅板
21,22 ろう材層
10 Power module board (insulated circuit board)
11
13 heat dissipation layer (copper layer)
12', 13'
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