JP7370222B2 - Metal-ceramic bonded substrate and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、金属－セラミックス接合基板およびその製造方法に関し、特に、ろう材を介してセラミックス基板の少なくとも一方の面に金属板が接合した金属－セラミックス接合基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a metal-ceramic bonded substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly to a metal-ceramic bonded substrate in which a metal plate is bonded to at least one surface of a ceramic substrate via a brazing material, and a method for manufacturing the same.
従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電力を制御するために、パワーモジュールが使用されている。このようなパワーモジュール用の絶縁基板として、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属－セラミックス接合基板が使用されている。 Conventionally, power modules have been used to control large amounts of power in electric vehicles, trains, machine tools, etc. A metal-ceramic bonded substrate in which a metal plate is bonded to a ceramic substrate via a brazing material is used as an insulating substrate for such a power module.
このような金属－セラミックス接合基板の製造方法として、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆからなる群から選ばれる活性金属の一種とＡｇとＣｕとを混合したろう材を用いて金属板をセラミックス基板に接合する方法（例えば、特許文献１参照）や、活性金属とＢｉ系ガラスとＣｕとＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練したろう材を用いて金属板をセラミックス基板に接合する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。 A method for manufacturing such a metal-ceramic bonded substrate is a method of bonding a metal plate to a ceramic substrate using a brazing material that is a mixture of Ag and Cu and an active metal selected from the group consisting of Ti, Zr, and Hf. (for example, see Patent Document 1), and a method of joining a metal plate to a ceramic substrate using a brazing filler metal prepared by adding and kneading powder containing an active metal, Bi-based glass, Cu, and Ag to a vehicle (for example, patent document 1). (see literature 2) has been proposed.
しかし、特許文献１～２の方法では、ろう材中のＡｇのマイグレーションにより、金属－セラミックス接合基板の耐電圧の低下や部分放電などの電気特性が悪化するおそれがある。 However, in the methods of Patent Documents 1 and 2, migration of Ag in the brazing filler metal may deteriorate electrical properties such as a decrease in withstand voltage and partial discharge of the metal-ceramic bonded substrate.
また、Ａｇを含まないろう材を用いて金属板をセラミックス基板に接合する方法として、Ｃｕ－Ｐ系ろう材と活性金属材を介してＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ部材をセラミックス部材に接合する方法（例えば、特許文献３参照）や、Ｃｕ－Ｐ－Ｓｎ系ろう材とＴｉ材を介してＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ部材をセラミックス部材に接合する方法（例えば、特許文献４参照）が提案されている。 Additionally, as a method for joining a metal plate to a ceramic substrate using a brazing material that does not contain Ag, there is a method of joining a Cu member made of Cu or a Cu alloy to a ceramic member via a Cu-P brazing material and an active metal material. (see, for example, Patent Document 3), and a method of joining a Cu member made of Cu or a Cu alloy to a ceramic member via a Cu-P-Sn brazing filler metal and a Ti material (see, for example, Patent Document 4). ing.
しかし、特許文献３～４の方法では、Ｃｕ部材とセラミックス部材との間に１～３５ｋｇｆ／ｃｍ２の高い荷重を加えながら比較的高温（９００～１０５０℃）で加熱する必要があるので、そのような高い荷重を加える装置を設ける必要があり、加熱温度も高いため、製造コストが増加するという問題がある。また、そのような高い荷重を加える装置を接合炉内に入れる必要があるため、生産性に劣るという問題もある。 However, in the methods of Patent Documents 3 and 4, it is necessary to heat the Cu member and the ceramic member at a relatively high temperature (900 to 1050°C) while applying a high load of 1 to 35 kgf/ cm2 . Since it is necessary to provide a device that applies such a high load, and the heating temperature is also high, there is a problem that manufacturing costs increase. Furthermore, since it is necessary to insert a device that applies such a high load into the welding furnace, there is also the problem of poor productivity.
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、従来よりも低い荷重を加えながら低い温度で加熱しても、銅板をセラミックス基板に良好に接合することができる、金属－セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of these conventional problems, the present invention provides a metal-ceramic bonded substrate that can bond a copper plate to a ceramic substrate well even when heated at a lower temperature while applying a lower load than conventional ones. The purpose is to provide a method for producing the same.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、金属成分として活性金属のみを含む活性金属材と、金属成分として活性金属以外の金属のみを含み且つＰを含むろう材を用意し、活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量に対する活性金属材の金属成分の質量の割合を５質量％以下として、セラミックス基板の一方の面に活性金属材を配置するとともに、銅板の一方の面にろう材を配置し、セラミックス基板と銅板とを、活性金属材とろう材が当接するように配置した後、セラミックス基板と銅板との間に０．００５～０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重を加えながら７８０～８９０℃で加熱してセラミックス基板に銅板を接合することにより、従来よりも低い荷重を加えながら低い温度で加熱しても、銅板をセラミックス基板に良好に接合することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors prepared an active metal material containing only an active metal as a metal component and a brazing filler metal containing only a metal other than the active metal as a metal component and containing P. The active metal material is applied to one surface of the ceramic substrate, with the ratio of the mass of the metal component of the active metal material to the total mass of the metal component of the active metal material, the metal component of the brazing material, and P being 5% by mass or less. At the same time, a brazing material is placed on one side of the copper plate, and the ceramic substrate and the copper plate are arranged so that the active metal material and the brazing material are in contact with each other. By bonding the copper plate to the ceramic substrate by heating it at 780 to 890°C while applying a load of 0.5 kgf/ cm2 , the copper plate can be bonded to the ceramic substrate even if it is heated at a lower temperature while applying a lower load than before. It was discovered that good bonding could be achieved, and the present invention was completed.
すなわち、本発明による金属－セラミックス接合基板の製造方法は、金属成分として活性金属のみを含む活性金属材と、金属成分として活性金属以外の金属のみを含み且つＰを含むろう材を用意し、活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量に対する活性金属材の金属成分の質量の割合を５質量％以下として、セラミックス基板の一方の面に活性金属材を配置するとともに、銅板の一方の面にろう材を配置し、セラミックス基板と銅板とを、活性金属材とろう材が当接するように配置した後、セラミックス基板と銅板との間に０．００５～０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重を加えながら７８０～８９０℃で加熱してセラミックス基板に銅板を接合することを特徴とする。 That is, in the method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate according to the present invention, an active metal material containing only an active metal as a metal component and a brazing material containing only a metal other than the active metal as a metal component and containing P, The active metal material is placed on one side of the ceramic substrate, with the ratio of the mass of the metal component of the active metal material to the total mass of the metal component of the metal material, the metal component of the brazing material, and P being 5% by mass or less; After arranging the brazing material on one side of the copper plate and arranging the ceramic substrate and the copper plate so that the active metal material and the brazing material are in contact with each other, 0.005 to 0.5 kgf is applied between the ceramic substrate and the copper plate. The method is characterized in that a copper plate is bonded to a ceramic substrate by heating at 780 to 890°C while applying a load of /cm 2 .
この金属－セラミックス接合基板の製造方法において、活性金属以外の金属がＣｕであるのが好ましく、活性金属がＴｉ、ＺｒおよびＨｆからなる群から選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。また、ろう材がペーストからなるのが好ましく、活性金属材が板材またはペーストからなるのが好ましく、活性金属材の厚さが１０μｍ以下であるのが好ましい。また、セラミックス基板と銅板との接合が４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において行われるのが好ましく、セラミックス基板に銅板を接合する際の加熱の時間が３０分間以上であるのが好ましい。 In this method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate, the metal other than the active metal is preferably Cu, and the active metal is preferably at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, and Hf. Further, it is preferable that the brazing material is made of a paste, that the active metal material is preferably made of a plate material or a paste, and that the thickness of the active metal material is preferably 10 μm or less. Further, it is preferable that the bonding between the ceramic substrate and the copper plate is performed in a vacuum of 4.0×10 −2 Pa or less, and it is preferable that the heating time when bonding the copper plate to the ceramic substrate is 30 minutes or more. .
また、本発明による金属－セラミックス接合基板は、活性金属と活性金属以外の金属とＰとを含む接合層を介してセラミックス基板と銅板が接合された金属－セラミックス接合基板において、接合層が、活性金属とＰとの化合物および活性金属と活性金属以外の金属とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相と、金属成分として活性金属以外の金属のみを含む相とからなり、活性金属とＰとの化合物および活性金属と活性金属以外の金属とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相の一部が、セラミックス基板と接合層との間の界面に当接して存在し、活性金属とＰとの化合物および活性金属と活性金属以外の金属とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相の他の部分とセラミックス基板との間に、金属成分として活性金属以外の金属のみを含む相が存在することを特徴とする。 Further, the metal-ceramic bonded substrate according to the present invention is a metal-ceramic bonded substrate in which a ceramic substrate and a copper plate are bonded via a bonding layer containing an active metal, a metal other than the active metal, and P, in which the bonding layer is active. A phase consisting of a compound of at least one of a compound of a metal and P and a compound of an active metal and a metal other than the active metal and P, and a phase containing only a metal other than the active metal as a metal component, and the active metal and P. A part of the phase consisting of at least one of a compound of P and a compound of an active metal and a metal other than the active metal exists in contact with the interface between the ceramic substrate and the bonding layer, and A phase containing only a metal other than the active metal as a metal component between the other part of the phase consisting of a compound with P and a compound of at least one of an active metal, a metal other than the active metal, and P, and the ceramic substrate. It is characterized by the existence of
この金属－セラミックス接合基板において、活性金属以外の金属がＣｕであるのが好ましい。また、金属成分として活性金属以外の金属のみを含む相が、Ｐを含むのが好ましく、８０質量％以上のＣｕを含むのが好ましい。また、活性金属がＴｉ、ＺｒおよびＨｆからなる群から選ばれる少なくとも１種からなるのが好ましい。 In this metal-ceramic bonded substrate, it is preferable that the metal other than the active metal is Cu. Further, the phase containing only a metal other than the active metal as a metal component preferably contains P, and preferably contains 80% by mass or more of Cu. Further, it is preferable that the active metal is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, and Hf.
本発明によれば、従来よりも低い荷重を加えながら低い温度で加熱しても、銅板をセラミックス基板に良好に接合することができる、金属－セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a metal-ceramic bonded substrate and a method for manufacturing the same, which can bond a copper plate to a ceramic substrate well even when heated at a lower temperature while applying a lower load than before. .
本発明による金属－セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態では、図１に示すように、（窒化アルミニウムなどからなる）セラミックス基板１０の少なくとも一方の面（図示した実施の形態では両面）に（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材１２を配置するとともに、銅板１６の一方の面（図示した実施の形態では２枚の銅板の各々の一方の面）に（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つリン（Ｐ）を含む）ろう材１４を（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量に対する活性金属材の金属成分の質量の割合を５質量％以下（好ましくは１．０～４．５質量％、さらに好ましくは１．５～３．５質量％）として）配置した後、セラミックス基板１０と銅板１６とを、活性金属材１２とろう材１４を当接させて鉛直方向に積層されるように配置する。この積層体を、図２に示すように、一対のスペーサ１８の一方のスペーサ（下側スペーサ）１８上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）１８を載置した後、この上側スペーサ１８の上に重り２０を載せてセラミックス基板と銅板との間に０．００５～０．５ｋｇｆ／ｃｍ２（好ましくは０．０１～０．２ｋｇｆ／ｃｍ２）の荷重を加えながら７８０～８９０℃（好ましくは８００～８５０℃）で加熱してセラミックス基板１０に銅板１６を接合する。
In an embodiment of the method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate according to the present invention, as shown in FIG. The active metal material 12 (containing only an active metal as a metal component) is disposed, and the active metal material 12 (containing only an active metal as a metal component) is disposed on one surface of the copper plate 16 (in the illustrated embodiment, one surface of each of two copper plates). and phosphorus (P)) (the ratio of the mass of the metal component of the active metal material to the total mass of the metal component of the active metal material, the metal component of the brazing material, and P) is 5 mass. % (preferably 1.0 to 4.5% by mass, more preferably 1.5 to 3.5% by mass)), the
活性金属材の活性金属は、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆからなる群から選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。また、活性金属材は、厚さ１０μｍ以下（好ましくは１～８μｍ、さらに好ましくは１～５μｍ）の活性金属板（または活性金属箔）であるのが好ましく、活性金属のペーストを厚さ１０μｍ以下（好ましくは１～８μｍ、さらに好ましくは１～５μｍ）に塗布してもよい。 The active metal of the active metal material is preferably at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, and Hf. Further, the active metal material is preferably an active metal plate (or active metal foil) with a thickness of 10 μm or less (preferably 1 to 8 μm, more preferably 1 to 5 μm), and the active metal paste is preferably an active metal plate (or active metal foil) with a thickness of 10 μm or less (preferably 1 to 8 μm, more preferably 1 to 5 μm).
ろう材の活性金属以外の金属は、Ｃｕであるのが好ましく、ろう材がＣｕとＰを含むＣｕ－Ｐ系ろう材であるのが好ましい。また、ろう材の金属成分およびＰと活性金属材の活性金属との合計の質量に対するろう材のＣｕの質量の割合は、８６質量％以上であるのが好ましく、９３質量％以下であるのが好ましい。また、ろう材は、ビヒクル（バインダや溶剤などの有機物成分）を含むペーストからなるろう材ペーストであるのが好ましいが、ろう材箔でもよい。 The metal other than the active metal in the brazing filler metal is preferably Cu, and the brazing filler metal is preferably a Cu--P brazing filler metal containing Cu and P. Further, the mass ratio of Cu in the brazing filler metal to the total mass of the metal components and P in the brazing filler metal and the active metal of the active metal material is preferably 86% by mass or more, and preferably 93% by mass or less. preferable. Further, the brazing material is preferably a brazing material paste made of a paste containing a vehicle (organic components such as a binder and a solvent), but may also be a brazing material foil.
また、ろう材と活性金属材は、活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量に対する活性金属材の金属成分の質量の割合を５質量％以下（好ましくは１．０～４．５質量％、さらに好ましくは１．５～３．５質量％）になるように配置する。また、ろう材がＣｕとＰを含むＣｕ－Ｐ系ろう材であり、活性金属材の活性金属がＴｉである場合には、Ｐの質量に対するＴｉの質量の割合（Ｔｉ×１００／Ｐ）が１０～６０であるのが好ましく、セラミックス基板と銅板との接合状態をさらに向上させるためには、２０～４０であるのがさらに好ましい。 In addition, the brazing material and the active metal material are such that the ratio of the mass of the metal component of the active metal material to the total mass of the metal component of the active metal material, the metal component of the brazing material, and P is 5% by mass or less (preferably 1.5% by mass). 0 to 4.5% by mass, more preferably 1.5 to 3.5% by mass). Furthermore, if the brazing filler metal is a Cu-P brazing filler metal containing Cu and P, and the active metal of the active metal material is Ti, the ratio of the mass of Ti to the mass of P (Ti x 100/P) is It is preferably from 10 to 60, and more preferably from 20 to 40 in order to further improve the bonding state between the ceramic substrate and the copper plate.
セラミックス基板と銅板との接合は、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において行われるのが好ましく、セラミックス基板に銅板を接合する際の加熱の時間は、３０分間以上であるのが好ましい。 The bonding between the ceramic substrate and the copper plate is preferably performed in a vacuum of 4.0×10 −2 Pa or less, and the heating time when bonding the copper plate to the ceramic substrate is preferably 30 minutes or more. .
また、本発明による金属－セラミックス接合基板の実施の形態は、図３に示すように、活性金属と活性金属以外の金属とＰとを含む接合層２２を介してセラミックス基板１０と銅板１６が接合された金属－セラミックス接合基板において、接合層２２が、活性金属とＰとの化合物および活性金属と活性金属以外の金属とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相２２ａと、金属成分として活性金属以外の金属のみを含む相２２ｂとからなり、活性金属とＰとの化合物および活性金属と活性金属以外の金属とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相２２ａの一部が、セラミックス基板１０と接合層２２との間の界面に当接して存在し、活性金属とＰとの化合物および活性金属と活性金属以外の金属とＰとの化合物の少なくとも一方のからなる相２２ａの他の部分とセラミックス基板１０との間に、金属成分として活性金属以外の金属のみを含む相２２ｂが存在する。
Further, in the embodiment of the metal-ceramic bonded substrate according to the present invention, as shown in FIG. In the metal-ceramic bonded substrate, the
この金属－セラミックス接合基板の実施の形態において、活性金属以外の金属がＣｕであるのが好ましい。また、金属成分として活性金属以外の金属のみを含む相２２ｂが、Ｐを含むのが好ましく、８０質量％以上のＣｕを含むのが好ましい。また、活性金属がＴｉ、ＺｒおよびＨｆからなる群から選ばれる少なくとも１種からなるのが好ましい。
In this embodiment of the metal-ceramic bonded substrate, it is preferable that the metal other than the active metal is Cu. Further, the
以下、本発明による金属－セラミックス接合基板およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。 Examples of the metal-ceramic bonded substrate and method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail below.
［実施例１］
６８ｍｍ×６８ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウムからなるセラミックス基板（ＴＤパワーマテリアル株式会社製）の両面の各々の面の面積３ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として厚さ２μｍのＴｉ箔（単位面積当たりの活性金属の重量０．０００９ｇ／ｃｍ２）を配置するとともに、７０ｍｍ×７０ｍｍ×０．２５ｍｍの大きさの２枚の（無酸素銅からなる）銅板の各々の一方の面の面積１１．０１ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（アクリル系バインダと溶剤からなる）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト０．４４５ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０４０４ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８９．５質量％、８．０質量％、２．５質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置した。
[Example 1]
A ceramic substrate (manufactured by TD Power Materials Co., Ltd.) made of aluminum nitride with a size of 68 mm x 68 mm x 0.635 mm was coated with active metal (containing only active metals as metal components) in an area of 3 cm 2 on each surface. A 2 μm thick Ti foil (weight of active metal per unit area: 0.0009 g/cm 2 ) was placed as a metal material, and two sheets (made of oxygen-free copper) with a size of 70 mm x 70 mm x 0.25 mm were placed. ) A brazing material (91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass) (containing a metal other than the active metal as a metal component and containing P) was applied to an area of 11.01 cm 2 on one side of each copper plate. % of P) and 16.7 parts by weight of a vehicle (comprised of an acrylic binder and a solvent). The weight of each brazing filler metal is 0.0404 g/cm 2 ) is applied by screen printing. The mass is 89.5% by mass, 8.0% by mass, and 2.5% by mass), and two copper plates and a ceramic substrate are stacked vertically with the brazing filler metal and the active metal material in contact with each other. It was placed in
この積層体を９０ｍｍ×７５ｍｍ×０．６ｍｍの大きさのアルミナ板からなる一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９５ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。 This laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers made of alumina plates measuring 90 mm x 75 mm x 0.6 mm, and the other spacer (upper spacer) is placed on top of this laminate. After placing a 495 g weight on the upper spacer, the copper plate and the ceramic substrate were bonded by heating at 830 to 850°C for 45 minutes in a vacuum of 4.0 × 10 -2 Pa or less. did.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、セラミックス基板と銅板との接合部を超音波探傷装置（ＳＡＴ）（日立建機ファインテック株式会社製のＦＳ１００ＩＩ）により観察したところ、セラミックス基板と銅板との間の接合層にボイドなどの欠陥は確認されず、接合率（接合部の全面（Ｔｉ箔を配置した領域）の面積に対する接合している領域の面積の割合）は９９面積％以上であり、非常に良好に接合していた。 Regarding the metal-ceramic bonded substrate manufactured in this way, when the bonded area between the ceramic substrate and the copper plate was observed using an ultrasonic flaw detector (SAT) (FS100II manufactured by Hitachi Construction Machinery Finetech Co., Ltd.), it was found that the bond between the ceramic substrate and the copper plate was No defects such as voids were observed in the bonding layer between the two, and the bonding rate (ratio of the area of the bonded area to the area of the entire surface of the bonded part (the area where the Ti foil is placed)) was 99 area% or more. Yes, it was very well bonded.
また、本実施例で製造した金属－セラミックス接合基板の断面の１０００倍の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）を図４に示し、その断面を図５に模式的に示す。図５に示すように、本実施例で製造した金属－セラミックス接合基板は、活性金属（Ｔｉ）と活性金属以外の金属（Ｃｕ）とＰとを含む接合層２２を介してセラミックス基板１０と銅板１６が接合された金属－セラミックス接合基板において、接合層２２が、活性金属（Ｔｉ）とＰとの化合物および活性金属（Ｔｉ）と活性金属以外の金属（Ｃｕ）とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相２２ａと、金属成分として活性金属以外の金属（Ｃｕ）のみを含む相２２ｂとからなり、活性金属（Ｔｉ）とＰとの化合物および活性金属（Ｔｉ）と活性金属以外の金属（Ｃｕ）とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相２２ａの一部が、セラミックス基板１０と接合層２２との間の界面に当接して存在し、活性金属（Ｔｉ）とＰとの化合物および活性金属（Ｔｉ）と活性金属以外の金属（Ｃｕ）とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相２２ａの他の部分とセラミックス基板１０との間に、金属成分として活性金属以外の金属（Ｃｕ）のみを含む相２２ｂが存在するのがわかる。なお、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に取り付けられたエネルギー分散形Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）による特性Ｘ線像と組成分析から、活性金属（Ｔｉ）とＰとの化合物および活性金属（Ｔｉ）と活性金属以外の金属（Ｃｕ）とＰとの化合物の少なくとも一方の化合物からなる相２２ａが、ＴｉとＰの化合物層と、ＴｉとＰとＣｕの化合物層とを含むことがわかった。また、金属成分として活性金属以外の金属（Ｃｕ）のみを含む相２２ｂが、Ｃｕ相とＣｕ－Ｐ相を含み、８０質量％以上のＣｕを含むことがわかった。
Further, a scanning electron micrograph (SEM image) of a cross section of the metal-ceramic bonded substrate manufactured in this example at a magnification of 1000 times is shown in FIG. 4, and the cross section is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 5, the metal-ceramic bonded substrate manufactured in this example connects a
［実施例２］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積４４．９０ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として厚さ３μｍのＴｉ箔（単位面積当たりの活性金属の重量０．００１４ｇ／ｃｍ２）を配置するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト２．５１０ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０５７０ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８９．３質量％、８．０質量％、２．７質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４７７ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Example 2]
A 3 μm thick Ti foil (containing only active metal as a metal component) as an active metal material (containing only active metal as a metal component) was applied to an area of 44.90 cm 2 on each side of the same ceramic substrate as in Example 1. A metal with a weight of 0.0014 g/cm 2 ) was placed on a region of 44.04 cm 2 on one side of each of two copper plates similar to those in Example 1. 100 parts by weight of a brazing material made of Cu--P alloy powder (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) as a brazing material (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P); 2.510 g of brazing filler metal paste obtained by kneading 16.7 parts by weight of vehicle (brazing filler metal weight per unit area 0.0570 g/cm 2 ) was applied by screen printing (the metal component of the active metal material and the brazing filler metal The respective masses of Cu, P, and Ti are 89.3% by mass, 8.0% by mass, and 2.7% by mass relative to the total mass of 100% by mass of the metal components and P, respectively. The brazing material and the active metal material are placed in contact with each other and stacked vertically, and this laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1. After placing the other spacer (upper spacer) on top of this laminate, it was placed in a vacuum of 4.0×10 -2 Pa or less with a weight of 477 g placed on top of this upper spacer. The copper plate and ceramic substrate were bonded by heating at 830 to 850°C for 45 minutes.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、セラミックス基板と銅板との間の接合層にボイドなどの欠陥は確認されず、接合率は９９面積％以上であり、非常に良好に接合していた。 When the metal-ceramic bonded substrate thus manufactured was observed using the same method as in Example 1, no defects such as voids were observed in the bonding layer between the ceramic substrate and the copper plate, and the bonding rate was 99. % or more, indicating very good bonding.
［実施例３］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積４４．９０ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として厚さ３μｍのＴｉ箔（単位面積当たりの活性金属の重量０．００１４ｇ／ｃｍ２）を配置するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト１．６２１ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０３６８ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８８．０質量％、７．９質量％、４．１質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に１９５９ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Example 3]
A 3 μm thick Ti foil (containing only active metal as a metal component) as an active metal material (containing only active metal as a metal component) was applied to an area of 44.90 cm 2 on each side of the same ceramic substrate as in Example 1. A metal with a weight of 0.0014 g/cm 2 ) was placed on a region of 44.04 cm 2 on one side of each of two copper plates similar to those in Example 1. 100 parts by weight of a brazing material made of Cu--P alloy powder (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) as a brazing material (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P); 1.621 g of brazing paste obtained by kneading 16.7 parts by weight of vehicle (brazing filler metal weight per unit area 0.0368 g/cm 2 ) was applied by screen printing (the metal component of the active metal material and the brazing filler metal were mixed together). The respective masses of Cu, P, and Ti are 88.0% by mass, 7.9% by mass, and 4.1% by mass with respect to the total mass of 100% by mass of the metal components and P), and the two copper plates and the ceramic The brazing material and the active metal material are placed in contact with each other and stacked vertically, and this laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1. After placing the other spacer (upper spacer) on top of this laminate, it was placed in a vacuum of 4.0×10 -2 Pa or less with a weight of 1959 g placed on top of this upper spacer. The copper plate and ceramic substrate were bonded by heating at 830 to 850°C for 45 minutes.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は９０面積％～９９面積％未満であり、良好に接合していた。 When the metal-ceramic bonded substrate thus produced was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was 90 area % to less than 99 area %, indicating good bonding.
［実施例４］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積４４．９０ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として厚さ３μｍのＴｉ箔（単位面積当たりの活性金属の重量０．００１４ｇ／ｃｍ２）を配置するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト１．８３２ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０４１６ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８８．４質量％、７．９質量％、３．７質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９６ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Example 4]
A 3 μm thick Ti foil (containing only active metal as a metal component) as an active metal material (containing only active metal as a metal component) was applied to an area of 44.90 cm 2 on each side of the same ceramic substrate as in Example 1. A metal with a weight of 0.0014 g/cm 2 ) was placed on a region of 44.04 cm 2 on one side of each of two copper plates similar to those in Example 1. 100 parts by weight of a brazing material made of Cu--P alloy powder (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) as a brazing material (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P); 1.832 g of brazing paste obtained by kneading 16.7 parts by weight of vehicle (brazing filler metal weight per unit area: 0.0416 g/cm 2 ) was applied by screen printing (the metal component of the active metal material and the brazing filler metal were mixed together). The respective masses of Cu, P, and Ti are 88.4% by mass, 7.9% by mass, and 3.7% by mass with respect to the total mass of 100% by mass of the metal components and P), and the two copper plates and the ceramic The brazing material and the active metal material are placed in contact with each other and stacked vertically, and this laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1. After placing the other spacer (upper spacer) on top of this laminate, it was placed in a vacuum of 4.0×10 -2 Pa or less with a weight of 496 g placed on top of this upper spacer. The copper plate and ceramic substrate were bonded by heating at 830 to 850°C for 45 minutes.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は７５面積％～９０面積％未満であり、ほぼ良好に接合していた。 When the metal-ceramic bonded substrate produced in this way was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was 75 area % to less than 90 area %, indicating almost good bonding.
［実施例５］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積４４．９０ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として厚さ３μｍのＴｉ箔（単位面積当たりの活性金属の重量０．００１４ｇ／ｃｍ２）を配置するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト１．６２１ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０３６８ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８８．０質量％、７．９質量％、４．１質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９４ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Example 5]
A 3 μm thick Ti foil (containing only active metal as a metal component) as an active metal material (containing only active metal as a metal component) was applied to an area of 44.90 cm 2 on each side of the same ceramic substrate as in Example 1. A metal with a weight of 0.0014 g/cm 2 ) was placed on a region of 44.04 cm 2 on one side of each of two copper plates similar to those in Example 1. 100 parts by weight of a brazing material made of Cu--P alloy powder (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) as a brazing material (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P); 1.621 g of brazing paste obtained by kneading 16.7 parts by weight of vehicle (brazing filler metal weight per unit area 0.0368 g/cm 2 ) was applied by screen printing (the metal component of the active metal material and the brazing filler metal were mixed together). The respective masses of Cu, P, and Ti are 88.0% by mass, 7.9% by mass, and 4.1% by mass with respect to the total mass of 100% by mass of the metal components and P), and the two copper plates and the ceramic The brazing material and the active metal material are placed in contact with each other and stacked vertically, and this laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1. After placing the other spacer (upper spacer) on top of this laminate, it was placed in a vacuum of 4.0×10 -2 Pa or less with a weight of 494 g placed on top of this upper spacer. The copper plate and ceramic substrate were bonded by heating at 830 to 850°C for 45 minutes.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は７５面積％～９０面積％未満であり、ほぼ良好に接合していた。 When the metal-ceramic bonded substrate produced in this way was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was 75 area % to less than 90 area %, indicating almost good bonding.
［実施例６］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積１１．５６ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として厚さ３μｍのＴｉ箔（単位面積当たりの活性金属の重量０．００１４ｇ／ｃｍ２）を配置するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積１１．０１ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト０．４０５ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０３６８ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８８．０質量％、７．９質量％、４．１質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９５ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Example 6]
A 3 μm thick Ti foil (containing only active metal as a metal component) as an active metal material (containing only active metal as a metal component) was applied to an area of 11.56 cm 2 on each side of the same ceramic substrate as in Example 1. A metal with a weight of 0.0014 g/cm 2 ) was placed in a region of 11.01 cm 2 on one side of each of two copper plates similar to those in Example 1. 100 parts by weight of a brazing material made of Cu--P alloy powder (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) as a brazing material (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P); 0.405 g of brazing paste obtained by kneading 16.7 parts by weight of vehicle (brazing filler metal weight per unit area: 0.0368 g/cm 2 ) was applied by screen printing (the metal component of the active metal material and the brazing filler metal were mixed together). The respective masses of Cu, P, and Ti are 88.0% by mass, 7.9% by mass, and 4.1% by mass with respect to the total mass of 100% by mass of the metal components and P), and the two copper plates and the ceramic The brazing material and the active metal material are placed in contact with each other and stacked vertically, and this laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1. After placing the other spacer (upper spacer) on top of this laminate, it was placed in a vacuum of 4.0×10 -2 Pa or less with a 495 g weight placed on top of this upper spacer. The copper plate and ceramic substrate were bonded by heating at 830 to 850°C for 45 minutes.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は７５面積％～９０面積％未満であり、ほぼ良好に接合していた。 When the metal-ceramic bonded substrate produced in this way was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was 75 area % to less than 90 area %, indicating almost good bonding.
［実施例７］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材としてＴｉ粉１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られた活性金属ペースト（Ｔｉペースト）を厚さ約１．５μｍ（単位面積当たりの活性金属の重量０．０００７ｇ／ｃｍ２）になるようにスクリーン印刷により塗布するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト２．９９５ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０６８０ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は９０．７質量％、８．１質量％、１．２質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９７ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Example 7]
100 parts by weight of Ti powder as an active metal material (containing only active metal as a metal component) was added to an area of 44.04 cm 2 on each side of a ceramic substrate similar to Example 1. The active metal paste (Ti paste) obtained by kneading the active metal paste (Ti paste) with 16.7 parts by weight of vehicle (1) to a thickness of about 1.5 μm (weight of active metal per unit area: 0.0007 g/cm 2 ). It was applied by screen printing, and a wax (containing a metal other than the active metal as a metal component and containing P) was applied to an area of 44.04 cm 2 on one side of each of two copper plates similar to those in Example 1. 100 parts by weight of a brazing filler metal made of Cu--P alloy powder (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) and 16.7 parts by weight of vehicle (same as in Example 1) were used as materials. 2.995 g of the brazing filler metal paste obtained by kneading (weight of brazing filler metal per unit area 0.0680 g/cm 2 ) was applied by screen printing (the sum of the metal component of the active metal material, the metal component of the brazing filler metal, and P). The respective masses of Cu, P, and Ti are 90.7% by mass, 8.1% by mass, and 1.2% by mass with respect to 100% by mass), and the two copper plates and the ceramic substrate are The metal materials are placed in contact with each other and stacked vertically, and this laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1. After placing the other spacer (upper spacer) on top, with a 497 g weight placed on top of this upper spacer, it was heated at 830 to 850°C for 45 minutes in a vacuum of 4.0 × 10 -2 Pa or less. The copper plate and ceramic substrate were bonded together by heating.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は９０面積％～９９面積％未満であり、良好に接合していた。 When the metal-ceramic bonded substrate thus produced was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was 90 area % to less than 99 area %, indicating good bonding.
［比較例１］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積３ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として厚さ１０μｍのＴｉ箔（単位面積当たりの活性金属の重量０．００４５ｇ／ｃｍ２）を配置するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積１１．０１ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト０．４６０ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０４１８ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８１．５質量％、７．３質量％、１１．２質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９０ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Comparative example 1]
A 10 μm thick Ti foil (with active metal content per unit area) as an active metal material (containing only active metal as a metal component) was placed on a 3 cm 2 area on each side of the same ceramic substrate as in Example 1. (Weight: 0.0045 g/cm 2 ) was placed in an area of 11.01 cm 2 on one side of each of two copper plates similar to those in Example 1. 100 parts by weight of a brazing material made of Cu--P alloy powder (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) and a vehicle (same as in Example 1) 16 0.460 g of brazing filler metal paste obtained by kneading .7 parts by weight (weight of brazing filler metal per unit area: 0.0418 g/cm 2 ) was applied by screen printing (the metal component of the active metal material and the metal of the brazing filler metal were mixed together) by screen printing. The respective masses of Cu, P, and Ti are 81.5% by mass, 7.3% by mass, and 11.2% by mass with respect to 100% by mass of the total mass of components and P, and two copper plates and a ceramic substrate are used. are arranged so that the brazing material and the active metal material are in contact with each other and stacked vertically, and this laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1. After placing the other spacer (upper spacer) on top of this laminate, it was heated to 830 g in a vacuum of 4.0×10 -2 Pa or less with a 490 g weight placed on top of this upper spacer. The copper plate and ceramic substrate were bonded by heating at ~850°C for 45 minutes.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は５０面積％未満であり、良好に接合していなかった。 When the thus produced metal-ceramic bonded substrate was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was less than 50 area %, indicating that the bonding was not good.
［比較例２］
重りの重量を１９６２ｇとした以外は、比較例１と同様の方法により、銅板とセラミックス基板を接合した。
[Comparative example 2]
A copper plate and a ceramic substrate were joined by the same method as in Comparative Example 1, except that the weight of the weight was 1962 g.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は５０面積％未満であり、良好に接合していなかった。 When the thus produced metal-ceramic bonded substrate was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was less than 50 area %, indicating that the bonding was not good.
［比較例３］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として実施例７と同様の活性金属ペースト（Ｔｉペースト）を厚さ約１１．４μｍ（単位面積当たりの活性金属の重量０．００５１ｇ／ｃｍ２）になるようにスクリーン印刷により塗布するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト２．９９５ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０６８０ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８４．３質量％、７．６質量％、８．１質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９３ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Comparative example 3]
The same active metal paste (Ti paste as in Example 7) was applied as an active metal material (containing only active metal as a metal component) to an area of 44.04 cm 2 on each surface of both surfaces of the same ceramic substrate as in Example 1. ) was coated by screen printing to a thickness of approximately 11.4 μm (weight of active metal per unit area: 0.0051 g/cm 2 ), and on one side of each of the two copper plates similar to Example 1. Cu (contains 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) as a brazing material (contains a metal other than the active metal as a metal component and also includes P) in an area of 44.04 cm 2 of the surface 2.995 g of brazing paste obtained by kneading 100 parts by weight of a brazing filler metal made of -P alloy powder and 16.7 parts by weight of a vehicle (same as in Example 1) (weight of brazing filler metal per unit area: 0.95 g). 0680 g/cm 2 ) by screen printing (the mass of each of Cu, P, and Ti is 84.3 mass% with respect to 100 mass% of the total mass of the metal component of the active metal material, the metal component of the brazing material, and P, 7.6% by mass, 8.1% by mass), two copper plates and a ceramic substrate are arranged so that they are stacked vertically with the brazing filler metal and active metal material in contact with each other, and this laminate is After placing it on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1, and placing the other spacer (upper spacer) on this laminate, 493g was placed on top of this upper spacer. The copper plate and the ceramic substrate were bonded by heating at 830 to 850° C. for 45 minutes in a vacuum of 4.0×10 −2 Pa or less with a weight placed on the copper plate.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は５０面積％未満であり、良好に接合していなかった。 When the thus produced metal-ceramic bonded substrate was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was less than 50 area %, indicating that the bonding was not good.
［比較例４］
実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として実施例７と同様の活性金属ペースト（Ｔｉペースト）を厚さ約２μｍ（単位面積当たりの活性金属の重量０．０００９ｇ／ｃｍ２）になるようにスクリーン印刷により塗布するとともに、実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト３．０３９ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０６９０ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は９０．４質量％、８．１質量％、１．５質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９７ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において７５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Comparative example 4]
The same active metal paste (Ti paste as in Example 7) was applied as an active metal material (containing only active metal as a metal component) to an area of 44.04 cm 2 on each surface of both surfaces of the same ceramic substrate as in Example 1. ) to a thickness of approximately 2 μm (weight of active metal per unit area: 0.0009 g/cm 2 ), and coated on one side of each of two copper plates similar to Example 1. In an area of 44.04 cm 2 , Cu-P (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) was used as a brazing material (containing a metal other than the active metal as a metal component and also containing P). 3.039 g of brazing paste obtained by kneading 100 parts by weight of a brazing material made of alloy powder and 16.7 parts by weight of a vehicle (same as in Example 1) (weight of brazing material per unit area: 0.0690 g/ cm 2 ) by screen printing (the mass of each of Cu, P, and Ti is 90.4% by mass based on 100% by mass of the total mass of the metal component of the active metal material, the metal component of the brazing material, and P, 8. 1% by mass and 1.5% by mass), two copper plates and a ceramic substrate were arranged so as to be vertically stacked with the brazing filler metal and the active metal material in contact with each other, and this laminate was used as an example. Place it on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to 1, place the other spacer (upper spacer) on top of this laminate, and then place a 497 g weight on top of this upper spacer. The copper plate and the ceramic substrate were bonded by heating at 750° C. for 45 minutes in a vacuum of 4.0×10 −2 Pa or less.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は５０面積％未満であり、良好に接合していなかった。 When the thus produced metal-ceramic bonded substrate was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was less than 50 area %, indicating that the bonding was not good.
［比較例５］
実施例１と同様の２枚の銅板の各々の一方の面の面積４４．９ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属のみを含む）活性金属材として厚さ３μｍのＴｉ箔（単位面積当たりの活性金属の重量０．００１４ｇ／ｃｍ２）を配置するとともに、実施例１と同様のセラミックス基板の両面の各々の面の面積４４．０４ｃｍ２の領域に、（金属成分として活性金属以外の金属を含み且つＰを含む）ろう材として（９１．７８質量％のＣｕと８．２２質量％のＰを含む）Ｃｕ－Ｐ合金粉からなるろう材１００重量部と（実施例１と同様の）ビヒクル１６．７重量部とを混練して得られたろう材ペースト２．５１９ｇ（単位面積当たりのろう材の重量０．０５７２ｇ／ｃｍ２）をスクリーン印刷により塗布（活性金属材の金属成分とろう材の金属成分およびＰとの合計の質量１００質量％に対するＣｕとＰとＴｉのそれぞれの質量は８９．３質量％、８．０質量％、２．７質量％）し、２枚の銅板とセラミックス基板とを、ろう材と活性金属材を当接させて鉛直方向に積層されるように配置し、この積層体を実施例１と同様の一対のスペーサの一方のスペーサ（下側スペーサ）上に載置し、この積層体の上に他方のスペーサ（上側スペーサ）を載置した後、この上側スペーサの上に４９４ｇの重りを載せた状態で、４．０×１０－２Ｐａ以下の真空中において８３０～８５０℃で４５分間加熱して銅板とセラミックス基板を接合した。
[Comparative example 5]
A Ti foil with a thickness of 3 μm (per unit area) was placed as an active metal material (containing only active metal as a metal component) in an area of 44.9 cm 2 on one side of each of two copper plates similar to Example 1. (Weight of active metal 0.0014 g/cm 2 ) was placed on a region of 44.04 cm 2 on each surface of both surfaces of the same ceramic substrate as in Example 1. 100 parts by weight of a brazing material made of Cu--P alloy powder (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P) as a brazing material (containing 91.78% by mass of Cu and 8.22% by mass of P); 2.519 g of brazing paste obtained by kneading 16.7 parts by weight of vehicle (brazing filler metal weight per unit area 0.0572 g/cm 2 ) was applied by screen printing (the metal component of the active metal material and the brazing filler metal were mixed together). The respective masses of Cu, P, and Ti are 89.3% by mass, 8.0% by mass, and 2.7% by mass relative to the total mass of 100% by mass of the metal components and P, respectively. The brazing material and the active metal material are placed in contact with each other and stacked vertically, and this laminate is placed on one spacer (lower spacer) of a pair of spacers similar to Example 1. After placing the other spacer (upper spacer) on top of this laminate, it was placed in a vacuum of 4.0×10 -2 Pa or less with a weight of 494 g placed on top of this upper spacer. The copper plate and ceramic substrate were bonded by heating at 830 to 850°C for 45 minutes.
このようにして製造した金属－セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により観察したところ、接合率は５０面積％未満であり、良好に接合していなかった。 When the thus produced metal-ceramic bonded substrate was observed using the same method as in Example 1, the bonding rate was less than 50 area %, indicating that the bonding was not good.
これらの実施例および比較例の金属－セラミックス接合基板の製造条件および特性を表１～表４に示す。なお、表４において、接合状態が非常に良好な場合を◎、良好な場合を○、ほぼ良好な場合を△、良好でない場合を×で示している。 The manufacturing conditions and characteristics of the metal-ceramic bonded substrates of these Examples and Comparative Examples are shown in Tables 1 to 4. In Table 4, a case where the bonding condition is very good is indicated by ◎, a good case is indicated by ◯, a case where it is almost good is indicated by △, and a case where it is not good is indicated by ×.
１０ セラミックス基板
１２ 活性金属材
１４ ろう材
１６ 銅板
１８ スペーサ
２０ 重り
２２ 接合層
２２ａ 化合物相
２２ｂ 金属成分として活性金属以外の金属のみを含む相
10
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