JP7379813B2 - 接合体及び接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、パワーモジュールなどの電子部品に用いられるセラミックと金属の接合体及び接合体の製造方法に関する。
例えば、パワーモジュールなどに用いられる回路基板は、セラミックス部材に金属部材を接合させている。一般に、セラミックスと金属部材の接合は、例えば、ろう材をセラミックス部材と金属部材との間に配置し、加熱溶融させることでセラミックスと金属部材との接合を行っている。このようなろう材としては、金属間化合物を生成することなく、常温でも容易に加工でき、且つろう付けする際に使い易い形状まで成形することができるろう材が特許文献１に開示されている。
このようにセラミックスと金属との接合は、ろう材を加熱溶融させることで行われている。しかし、セラミックス部材と金属部材とは、熱膨張係数が互いに異なる。このため、例えば、ろう材を加熱溶融させる際に熱が加えられると、両者の熱膨張係数の差から熱応力が発生する。この熱応力は、セラミックスが割れる要因となり、残留応力が発生する要因となる。
セラミックス部材の残留応力が大きくなると、セラミックスにクラックが発生したり、セラミックスが反ったりする要因となる。この結果、セラミックスと金属部材の接合強度の低下を招き得る。
よって、本発明は、信頼性の高いセラミックスと金属部材の接合体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の接合体は、セラミックス部材と、前記セラミックス部材上に形成され、活性金属化合物を含む第１の金属層と、前記第１の金属層上に形成され、かつ２種以上の金属からなる金属間化合物を含む第２の金属層と、前記第２の金属層上に形成された金属部材と、を含むことを特徴とする。
本発明の接合体によれば、第２の金属層がセラミック部材に強固に接合した第１の金属層及び金属部材と強固に接合されている。すなわち、高い接合強度を有するセラミックス部材と金属部材との接合体を提供することが可能となる。その結果、接合体の信頼性を向上させることができる。
本発明の接合体においては、前記金属間化合物は、一の金属及び前記一の金属よりも融点が低い他の金属によって構成されていることが好ましい。
上記態様によれば、金属間化合物が一の金属及び一の金属よりも融点が低い他の金属により構成されていることにより、第２の金属層が金属部材と接合しつつ、第１の金属層と接合することが可能となる。
本発明の接合体においては、前記一の金属は、前記セラミックス部材と前記活性金属との反応開始温度よりも高い融点を有し、前記他の金属は、前記セラミックス部材と前記活性金属との反応開始温度よりも低い融点を有することが好ましい。
上記態様によれば、一の金属の融点がセラミックス部材と活性金属との反応開始温度よりも高く、かつ他の金属の融点がセラミックス部材と活性金属との反応開始温度よりも低いことにより、第２の金属層が金属部材と接合しつつ、第１の金属層と接合することが可能となる。
本発明の接合体においては、前記活性金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ又はＣｒを含み、前記活性金属化合物は、前記活性金属の窒化物、酸化物又は炭化物のいずれかであり、前記金属間化合物は、Ｃｕ、Ａｇ又はＮｉのいずれかとＳｎとによって構成されていることが好ましい。
上記態様によれば、例えば、活性金属がＴｉの場合、ＴｉＯ2、ＴｉＮ、ＴｉＣのいずれかが第１の金属層に含まれる。また、金属間化合物は、Ｃｕ-Ｓｎ、Ａｇ-Ｓｎ、Ｎｉ-Ｓｎのいずれかとなる。これらの第１の金属層と第２の金属層は、互いに濡れ性が高く、第１の金属層と第２の金属層との接合状態をより強固にすることができる。
本発明の接合体においては、前記金属部材は、Ｃｕであることが好ましい。
上記態様によれば、Ｃｕ-Ｓｎ、Ａｇ-Ｓｎ、Ｎｉ-Ｓｎのいずれかが主な組成となる金属間化合物は、Ｃｕとの濡れ性が高く、金属間化合物と金属層との接合状態をより強固にすることができる。したがって、接合体の強固な接合状態を維持することが可能となる。
本発明のパワーモジュールは、上記の接合体を回路部品として含むことを特徴とする。上記態様によれば、セラミックス部材と金属部材との良好な接合状態を維持することが可能となるため、パワーモジュールの信頼性を高めることが可能となる。
本発明の接合体の製造方法は、セラミックス部材上に活性金属からなる活性金属層を形成する工程と、前記活性金属層上に、一の金属からなる一の金属層を形成する工程と、前記一の金属層上に前記一の金属よりも融点が低い他の金属からなる他の金属層を形成する工程と、前記他の金属層上に金属部材を載置する工程と、前記他の金属の融点よりも高くかつ前記一の金属の融点よりも低い温度に加熱する工程と、を含むことを特徴とする。
上記発明によれば、加熱する工程によって、他の金属が融点に達すると、他の金属が一の金属に対して拡散することによって、一の金属及び他の金属の金属間化合物が生成される。また、当該加熱温度においてセラミックス部材を構成する化合物と活性金属との反応が進行し、活性金属及びセラミックス部材の反応物が生成する。金属間化合物は、金属部材との結合状態がよく、かつ活性金属及びセラミックス部材の反応物との接合状態がよい。従って、従来の接合体を製造する際の加熱温度よりも十分に低い温度で、金属部材をセラミックス部材に接合することが可能となる。このため、セラミックス部材に生じる残留応力を低減することが可能となる。この結果、セラミックス部材のクラックや反りによる破損を防止することが可能となる。
本発明の接合体の製造方法においては、前記セラミックス部材は、窒化物、酸化物又は炭化物のいずれかを含む化合物であり、前記活性金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ又はＣｒを含み、前記一の金属は、Ｃｕ、Ａｇ又はＮｉのいずれかであり、前記他の金属は、Ｓｎであり、前記金属部材は、Ｃｕであることが好ましい。
上記態様によれば、Ｓｎは、Ｃｕよりも融点が低いためＣｕよりも先に溶融する。溶融したＳｎは、一の金属層内に拡散する。その結果、一の金属及び他の金属の金属間化合物として、Ｃｕ-Ｓｎ、Ａｇ-Ｓｎ、Ｎｉ-Ｓｎのいずれかが生成される。
次いで、例えば、活性金属がＴｉの場合、活性金属はセラミックス部材との反応によってＴｉＯ2、ＴｉＮ、ＴｉＣのいずれかを生成する。
金属間化合物を含む金属層は、活性金属を含む金属層と濡れ性が高い。このため、金属間化合物を含む金属層の活性金属を含む金属層との接合を強固にすることができる。また金属間化合物を含む金属層は、Ｃｕである金属部材との濡れ性が高い。このため、金属間化合物を含む金属層の金属部材との接合を強固にすることができる。
本発明の接合体の製造方法においては、前記一の金属は、前記セラミックス部材と前記活性金属との反応開始温度よりも高い融点を有し、前記他の金属は、前記セラミックス部材と前記活性金属との反応開始温度よりも低い融点を有することが好ましい。
上記態様によれば、一の金属の融点がセラミックス部材と活性金属との反応開始温度よりも高く、かつ他の金属の融点がセラミックス部材と活性金属との反応開始温度よりも低いことにより、一の金属及び他の金属の金属間化合物を含む金属層が金属部材と接合しつつ、活性金属層と接合することが可能となる。
本発明によれば、第２の金属層が、セラミック部材に強固に接合した第１の金属層及び金属部材と強固に接合されている。すなわち、高い接合強度を有するセラミックス部材と金属部材との接合体を提供することが可能となる。その結果、接合体の信頼性を向上させることができる。
本発明のセラミックスと金属の接合体を回路部品としてパワーモジュールに採用した例を説明する。図１は、パワーモジュール１００の内部構成の平面を示している。図１に示すように、パワーモジュール１００は、回路部品１０を有する。
回路部品１０上には、回路パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが形成されている。回路パターン１０ａ，１０ｂの上には、パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１ａ，１ｂ及び３個の還流用のダイオードであるＦＷＤ（フリー・ホイリング・ダイオード）２ａ，２ｂがはんだなどによりろう付けされている。尚、回路部品１０に搭載される半導体素子は、ＩＧＢＴ１ａに限られず、例えば、電気信号を増幅するパワー半導体素子を搭載してもよい。
ＩＧＢＴ１ａ，１ｂのエミッタ電極およびＦＷＤ２ａ，２ｂのアノード電極の間は、導電性のワイヤ１１ａに接続され、これらと回路パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとの間は、導電性のワイヤ１１ｂにより接続されている。
なお、パワーモジュールの主端子３ａは、回路パターン１０ａに接続されている。主端子３ｂは、回路パターン１０ｃに接続されている。主端子３ｃは、回路パターン１０ｂに接続されている。補助端子３ｄ，３ｅは、回路パターン１０ｄに接続されている。
図２は、図１のＡ－Ａ線に沿ったパワーモジュール１００の内部構成の断面を示している。図２に示すように、回路部品１０は、セラミックス部材として矩形板状のセラミックス基板２０を含む。回路部品１０は、セラミックス基板２０の主面Ｓ１上に形成されている第１の金属層３０及び第１の金属層３０上に形成されている第２の金属層４０を含む。また、回路部品１０は、第２の金属層４０上に接合されている金属部材としての銅板５０を含む。すなわち、パワーモジュール１００は、セラミックス部材と金属部材の接合体を有する回路部品１０を含む。銅板５０上には回路パターン１０ａが形成され、導電体の接着剤によってＩＧＢＴ１ａが接合されている。尚、金属部材は、導電体であればよく、銅に限られず、例えば、銀や金であってもよい。
セラミックス基板２０は、例えば、矩形板状に形成されている。セラミックス基板２０は、窒化物、酸化物又は炭化物のいずれかを含む化合物で構成されている。セラミックス基板２０を構成する化合物としては、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、Ｓｉ3Ｎ4（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）が挙げられる。このうち、Ｓｉ3Ｎ4（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＡｌ2Ｏ3（アルミナ）は、耐熱性、および絶縁性に優れているため好ましいが、セラミックス基板２０を構成する化合物は特には限定されない。
第１の金属層３０は、活性金属化合物を含む。活性金属化合物は、水素よりも低いイオン化エネルギーを有し、水または酸と反応して容易に溶解する金属の化合物である。活性金属化合物は、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）又はＣｒ（クロム）から選択される１種又は２種以上の活性金属を含んで構成されている。
セラミックス基板２０と第１の金属層３０との界面及びその近傍には、セラミックス基板２０と第１の金属層３０との化合物が含まれている。例えば、活性金属がＴｉであり、セラミックス基板２０が酸化物である場合、セラミックス基板２０と第１の金属層３０との界面及びその近傍にはＴｉＯ2（酸化チタン）が含まれる。
第２の金属層４０は、２種以上の金属からなる金属間化合物を含む。金属間化合物は、一の金属及び一の金属よりも融点が低い他の金属によって構成されている。一の金属は、セラミックス部材と活性金属との反応開始温度（例えば、活性金属とセラミックスの成分との反応によってＴｉＯ2が生成される反応開始温度は３００℃）よりも高い融点を有する。一の金属には、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）及びＮｉ（ニッケル）を用いることができる。尚、Ｃｕの融点は、１０８５℃である。Ａｇの融点は、９６１．８℃である。Ｎｉの融点は、１４５５℃である。
他の金属は、セラミックス部材と活性金属との反応開始温度よりも低い融点を有する。他の金属には、例えば、Ｓｎ（錫）を用いることができる。尚、Ｓｎの融点は、２３１．９℃である。
すなわち、金属間化合物は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ及びＮｉのいずれかとＳｎとによって形成された、Ｃｕ－Ｓｎ、Ａｇ－Ｓｎ及びＮｉ－Ｓｎのいずれかを含むことができる。
上記構成からなる第１の金属層と第２の金属層は、互いに濡れ性が高く、第１の金属層３０と第２の金属層４０との接合状態をより強固にすることができる。
また、第２の金属層４０に含まれる金属間化合物は、金属部材としての銅板５０との濡れ性が高く、第２の金属層４０と銅板５０との接合状態をより強固にすることができる。したがって、接合体の強固な接合状態を維持することが可能となる。
このように金属間化合物が一の金属及び一の金属よりも融点が低い他の金属により構成されていることにより、第２の金属層４０が銅板５０と接合しつつ、第１の金属層３０と接合することが可能となる。
尚、本実施形態においては、セラミックス基板２０の主面Ｓ１上に回路部品１０が形成されるように説明した。しかし、セラミックス基板２０の主面Ｓ１とは反対側の面Ｓ２に回路部品１０が形成されるようにしてもよい。また、セラミックス基板２０の主面Ｓ１及び主面Ｓ１の反対側の面Ｓ２に回路部品１０が形成されるようにしてもよい。
以上のように、本発明の接合体によれば、活性金属とセラミックス部材との反応物を介して、セラミックス基板２０と第１の金属層３０とが強固に接合し、金属間化合物を含む第２の金属層４０を介して、第１の金属層３０と金属部材である銅板５０とが強固に接合されるので、高い接合強度を有するセラミックス基板２０と金属部材である銅板５０との接合体を提供することが可能となる。その結果、接合体の信頼性を向上させることができる。また、セラミックス基板２０と銅板５０との良好な接合状態を維持することが可能となるため、パワーモジュールの信頼性を高めることが可能となる。
以上で説明したセラミックスと金属部材の接合体としての回路部品１０の製造方法について説明する。図３Ａから図３Ｄは、セラミックスと金属の接合体の製造工程の一部の態様を示している。
図３Ａに示すように、セラミックス基板２０上に活性金属からなる活性金属層７０が形成される。活性金属層７０を形成するにあたって、セラミックス基板２０に付着しているコンタミネーションは活性金属の拡散を阻害するため、セラミックス基板２０を洗浄するとよい。セラミックス基板２０の洗浄は、エタノール、アセトン等の有機溶剤でコンタミネーションを除去することが望ましい。
セラミックス基板２０上に活性金属層７０が形成される工程は、活性金属層７０の酸化を防止するため、低酸素雰囲気中で行われることが望ましい。低酸素雰囲気は、例えば、窒素や希ガスといった不活性ガスで満たされた雰囲気である。
セラミックス基板２０上に活性金属層７０が形成される工程は、例えば、スパッタリングによって行われる。活性金属層７０が形成される工程は、スパッタリング以外には、蒸着やメッキによって行われてもよい。活性金属は、上記したＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ又はＣｒから選択される１種又は２種以上の活性金属である。
図３Ｂに示すように、活性金属層７０上に、一の金属からなる一の金属層８０が形成される。活性金属層７０上に一の金属からなる一の金属層８０が形成される工程は、低酸素雰囲気中において、例えば、スパッタリングによって行われる。一の金属層８０が形成される工程は、スパッタリング以外には、蒸着やメッキによって行われてもよい。一の金属は、セラミックス基板２０と活性金属との反応開始温度よりも高い融点を有する。一の金属としては、例えば、上記したＣｕ、Ａｇ及びＮｉのうち、いずれかから選択される金属を用いることができる。
図３Ｃに示すように、一の金属層８０上に、他の金属からなる他の金属層９０が形成される。一の金属層８０上に他の金属からなる他の金属層９０が形成される工程は、低酸素雰囲気中において、例えば、スパッタリングによって行われる。他の金属層９０が形成される工程は、スパッタリング以外には、蒸着やメッキによって行われてもよい。他の金属は、一の金属よりも融点が低く、かつセラミックス部材と活性金属との反応開始温度よりも低い融点を有する。他の金属としては、例えば、上記したＳｎを用いることができる。
図３Ｄに示すように、他の金属層９０上に金属部材としての銅板５０が載置される。他の金属層９０上に銅板５０が載置された後、加熱することによって銅板５０がセラミックス基板２０に接合される。
当該加熱工程は、他の金属の融点よりも高くかつ一の金属の融点よりも低い温度に加熱する。加熱工程は、低酸素雰囲気下で行われる。また、加熱工程は、還元雰囲気下で行われることが望ましい。還元雰囲気は、例えば、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ2Ｓ（硫化水素）、Ｈ2（水素）、ＨＣＨＯ（ホルムアルデヒド）、ＨＣＯＯＨ（ギ酸）などで満たされている雰囲気である。還元雰囲気中で加熱工程が行われることによって、銅板５０等に形成されている酸化膜を取り除くことができる。
加熱工程は、例えば、活性金属とセラミックスの成分との反応が開始する温度である３００℃以上６００度未満で行われるとよい。６００℃よりも低い温度で加熱工程が行われることにより、セラミックス基板２０の残留応力を低減することができるためである。また、銅板５０のセラミックス基板２０に対するより高い接合強度が得られるため、４００℃以上５００℃以下で加熱工程が行われることが好ましい。
この加熱工程において、Ｓｎ（融点２３１．９℃）は、Ｃｕ（融点１０８５℃）よりも融点が低いためＣｕよりも先に溶融する。溶融したＳｎは、一の金属層８０内に拡散する。その結果、一の金属及び他の金属の金属間化合物として、Ｃｕ-Ｓｎ、Ａｇ-Ｓｎ又はＮｉ-Ｓｎのいずれかが生成される。この結果、第２の金属層４０が形成される。
次いで、例えば、活性金属がＴｉの場合、活性金属とセラミックス部材との反応によってＴｉＯ2、ＴｉＮ、ＴｉＣが生成される。この結果、第１の金属層３０が形成される。
金属間化合物を含む第２の金属層４０は、活性金属を含む第１の金属層３０と濡れ性が高い。このため、第２の金属層４０の第１の金属層３０との接合を強固にすることができる。また第２の金属層４０は、Ｃｕである金属部材としての銅板５０との濡れ性が高い。このため、第２の金属層の銅板５０との接合を強固にすることができる。また、一の金属による拡散をセラミックス基板２０と銅板５０との接合に利用することで、一の金属及び他の金属を完全に溶融させる必要がない。このため、加熱工程の温度を低くすることが可能となる。さらに、第２の金属層に金属間化合物が含まれていることによって、第２の金属層の融点を上昇させることが可能となる。このため、回路部品１０の信頼性を向上させることができる。
尚、低酸素雰囲気は、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態とする真空状態の雰囲気であってもよい。
また、一の金属及び他の金属は２層で構成されている必要はなく、拡散を容易にするために多層で構成されているようにしてもよい。例えば、一の金属及び他の金属を交互に積層して構成してもよい。このように一の金属及び他の金属を構成することによって、第２の金属層４０の膜厚を調整することが容易となる。
［試験例１］
（実施例１）
セラミックス基板２０としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用いた。活性金属としてＴｉを用いた。一の金属としてＣｕを用いた。他の金属としてＳｎを用いた。スパッタ装置を用いてセラミックス基板２０上に活性金属、一の金属及び他の金属の成膜を行った。
（実施例１）
セラミックス基板２０としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用いた。活性金属としてＴｉを用いた。一の金属としてＣｕを用いた。他の金属としてＳｎを用いた。スパッタ装置を用いてセラミックス基板２０上に活性金属、一の金属及び他の金属の成膜を行った。
具体的には、セラミックス基板２０をアセトン洗浄後、スパッタ装置に設置し、１０-4Ｐａ以下まで真空引きを行った後に、アルゴン雰囲気中（３Ｐａ）にて、Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎの順番で、膜厚Ｔｉ=１μｍ,Ｃｕ=２μｍ，Ｓｎ＝２μｍで成膜を行った。成膜後、他の金属層９０上に、銅板５０を設置し、ギ酸雰囲気中（大気圧）で、接合温度４００℃、接合時間１０分で加熱を行って接合体を得た。
（比較例）
セラミックス基板２０としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用いた。アセトン洗浄したセラミックス基板２０に、金属ろう、銅板５０の順番で重ねた。金属ろう及び銅板５０を含むセラミックス基板２０を加熱炉に設置し、１０-4Ｐａ以下まで真空引きを行った後に、接合温度１０００℃、接合時間１０分で加熱を行って接合体を得た。
セラミックス基板２０としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用いた。アセトン洗浄したセラミックス基板２０に、金属ろう、銅板５０の順番で重ねた。金属ろう及び銅板５０を含むセラミックス基板２０を加熱炉に設置し、１０-4Ｐａ以下まで真空引きを行った後に、接合温度１０００℃、接合時間１０分で加熱を行って接合体を得た。
上記実施例１の接合体と、比較例の接合体の反りを、接合体の側面から見て検査した。その結果、実施例に係る接合体は、目視においてセラミックス基板２０に反り等の変形は見られなかった。これに対し、比較例に係る接合体は、目視において判別できる反りが確認された。
［試験例２］
（実施例２）
図４Ａに示すように、１辺が１０ｍｍで高さが１ｍｍの矩形板状のセラミックス基板２０に、銅板５０として直径２ｍｍで高さが５ｍｍの円筒状の銅のピン５０ａを、実施例１で説明した工程で接合して接合体を得た。すなわち、セラミックス基板２０上に、実施例１と同様な方法で、Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎの順番で、膜厚Ｔｉ=１μｍ,Ｃｕ=２μｍ，Ｓｎ＝２μｍで成膜を行った後、銅のピン５０ａの一端をＳｎ膜上に当接させ、上方から加圧した状態で、ギ酸雰囲気中（大気圧）で、接合温度４００℃、接合時間１０分で加熱を行って接合体を得た。
（実施例２）
図４Ａに示すように、１辺が１０ｍｍで高さが１ｍｍの矩形板状のセラミックス基板２０に、銅板５０として直径２ｍｍで高さが５ｍｍの円筒状の銅のピン５０ａを、実施例１で説明した工程で接合して接合体を得た。すなわち、セラミックス基板２０上に、実施例１と同様な方法で、Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎの順番で、膜厚Ｔｉ=１μｍ,Ｃｕ=２μｍ，Ｓｎ＝２μｍで成膜を行った後、銅のピン５０ａの一端をＳｎ膜上に当接させ、上方から加圧した状態で、ギ酸雰囲気中（大気圧）で、接合温度４００℃、接合時間１０分で加熱を行って接合体を得た。
（接合強度試験）
上記で得られた接合体のセラミックス基板２０とピン５０ａとの接合強度を、図４Ｂに示す試験方法で測定した。図４Ｂにおいて、第１の冶具ＴＬ１は、セラミックス基板２０を固定する冶具である。第１の冶具ＴＬ１は、矩形の板状に形成されている。第１の冶具ＴＬ１の一方の面には、この一方の面から反対側の面に向かって窪んで形成された溝ＧＶが形成されている。溝ＧＶは、一方の面からみて正方形に形成され、セラミックス基板２０と嵌合可能に形成されている。
上記で得られた接合体のセラミックス基板２０とピン５０ａとの接合強度を、図４Ｂに示す試験方法で測定した。図４Ｂにおいて、第１の冶具ＴＬ１は、セラミックス基板２０を固定する冶具である。第１の冶具ＴＬ１は、矩形の板状に形成されている。第１の冶具ＴＬ１の一方の面には、この一方の面から反対側の面に向かって窪んで形成された溝ＧＶが形成されている。溝ＧＶは、一方の面からみて正方形に形成され、セラミックス基板２０と嵌合可能に形成されている。
第２の冶具ＴＬ２は、ピン５０ａを固定する冶具である。第２の冶具ＴＬ２は、矩形板状に形成されている。第２の冶具ＴＬ２の一方の面から見た中央には、一方の面から反対側の面にかけて貫通した貫通孔ＴＨが設けられている。貫通孔ＴＨは、その直径がピン５０ａの直径と同等に形成され、ピン５０ａを挿通可能となっている。
第１の冶具ＴＬ１の溝ＧＶにセラミックス基板２０を嵌合させ、かつ第２の冶具ＴＬ２の貫通孔ＴＨにピン５０ａを挿入した。ピン５０ａのセラミックス基板２０に対する接合方向に対して垂直方向（図中における矢印の方向）に荷重をかけることによって、ピン５０ａがセラミックス基板２０から剥離する際の荷重を測定し、ピン５０ａ及びセラミックス基板２０の接合強度とした。
その結果、本実施例に係る接合体は、回路部品として必要とされている接合強度を十分に上回る接合強度を有していた。
以上のように、セラミックス基板２０の反り等変形を低減しつつ、高い接合強度を有するセラミックス基板２０と銅板５０との接合体を提供することが可能となる。
１００ パワーモジュール
１０ 回路部品
２０ セラミックス基板
３０ 第１の金属層
４０ 第２の金属層
５０ 銅板
７０ 活性金属層
８０ 一の金属層
９０ 他の金属層
１０ 回路部品
２０ セラミックス基板
３０ 第１の金属層
４０ 第２の金属層
５０ 銅板
７０ 活性金属層
８０ 一の金属層
９０ 他の金属層
Claims (4)
- ＡｌＮ又はＡｌ 2 Ｏ 3 からなるセラミックス部材と、
前記セラミックス部材上に形成され、前記セラミックス部材がＡｌＮの場合はＴｉＮ、前記セラミックス部材がＡｌ 2 Ｏ 3 の場合はＴｉＯ ２ からなる活性金属化合物を含む第１の金属層と、
前記第１の金属層上に形成され、ＣｕとＳｎとによって構成された金属間化合物を含む第２の金属層と、
前記第２の金属層上に形成された、Ｃｕからなる金属部材とを含み、
前記第２の金属層の金属間化合物は、ＣｕとＳｎとが接した状態で、前記セラミックス部材とＴｉとの反応開始温度以上で、かつ、Ｃｕの融点よりも低い温度で、ＳｎをＣｕに拡散させて反応させることによって形成されていることを特徴とする接合体。 - 請求項１に記載された接合体を回路部品として含むことを特徴とするパワーモジュール。
- ＡｌＮ又はＡｌ 2 Ｏ 3 からなるセラミックス部材上に、Ｔｉからなる活性金属層を形成する工程と、
前記活性金属層上に、Ｃｕからなる一の金属層を形成する工程と、
前記一の金属層上にＳｎからなる他の金属層を形成する工程と、
前記他の金属層上にＣｕからなる金属部材を載置する工程と、
前記セラミックス部材とＴｉとの反応開始温度以上で、かつ、Ｃｕの融点よりも低い温度に加熱する工程と、
を含むことを特徴とする接合体の製造方法。 - 前記加熱する工程は、前記セラミックス部材とＴｉとの反応開始温度以上で、かつ、６００℃未満で行う、請求項３に記載の接合体の製造方法。
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