JP7453288B2 - Manufacturing method of bonded substrate - Google Patents
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Description
本発明は、接合基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a bonded substrate.
窒化ケイ素セラミックスは、高い熱伝導性及び高い絶縁性を有する。このため、銅板が窒化ケイ素セラミックス基板に接合された接合基板は、パワー半導体素子が実装される絶縁放熱基板として好適に用いられる。 Silicon nitride ceramics have high thermal conductivity and high insulation properties. Therefore, a bonded substrate in which a copper plate is bonded to a silicon nitride ceramic substrate is suitably used as an insulated heat dissipation substrate on which a power semiconductor element is mounted.
当該接合基板は、多くの場合は、ろう材層が銅板と窒化ケイ素セラミックス基板との間にある中間品を作製し、作製した中間品を熱処理することにより製造される。中間品が熱処理される際には、ろう材層が、銅板を窒化ケイ素セラミックス基板に接合する接合層に変化する。また、中間品が、銅板が接合層を介して窒化ケイ素セラミックス基板に接合された接合基板に変化する。 The bonded substrate is often manufactured by producing an intermediate product in which the brazing material layer is between a copper plate and a silicon nitride ceramic substrate, and heat-treating the produced intermediate product. When the intermediate product is heat treated, the braze layer transforms into a bonding layer that joins the copper plate to the silicon nitride ceramic substrate. Further, the intermediate product changes to a bonded substrate in which a copper plate is bonded to a silicon nitride ceramic substrate via a bonding layer.
中間品を熱処理する際に中間品に対してホットプレスを行うことも提案されている。例えば、特許文献1に記載された技術においては、接合基板が、窒化珪素基板の一方主面に接合層を介して銅板が接合された構成を有する(段落0024-0025)。接合基板は、窒化珪素基板の一方主面上にろう材を塗布した後にろう材の塗布面に銅板を重ね合わせ、加熱および加圧することによって得られる(段落0024-0025)。 It has also been proposed to hot press the intermediate product when heat treating the intermediate product. For example, in the technique described in Patent Document 1, the bonded substrate has a configuration in which a copper plate is bonded to one principal surface of a silicon nitride substrate via a bonding layer (paragraphs 0024-0025). The bonded substrate is obtained by applying a brazing material on one main surface of a silicon nitride substrate, overlapping a copper plate on the surface to which the brazing material is applied, and applying heat and pressure (paragraphs 0024-0025).
接合基板が製造される際に中間品に対してホットプレスが行われた場合は、銅板が窒化ケイ素セラミックス基板にホットプレス接合された後に銅板を他の物体から分離することが困難になる場合がある。例えば、銅板が中間品を加圧するパンチに固着し銅板をパンチから分離することが困難になる場合がある。また、複数の中間品が窒化ケイ素セラミックス基板の厚さ方向に積み重ねられた状態で複数の中間品に対してホットプレスが行われた場合は、隣接するふたつの中間品にそれぞれ備えられるふたつの銅板を互いに分離することが困難になる場合がある。 If hot pressing is performed on an intermediate product when the bonded substrate is manufactured, it may be difficult to separate the copper plate from other objects after the copper plate is hot press bonded to the silicon nitride ceramic substrate. be. For example, the copper plate may stick to the punch that presses the intermediate product, making it difficult to separate the copper plate from the punch. In addition, if hot pressing is performed on multiple intermediate products with multiple intermediate products stacked in the thickness direction of the silicon nitride ceramic substrate, two copper plates each provided on two adjacent intermediate products may be difficult to separate from each other.
本発明は、この問題を考慮してなされた。本発明が解決しようとする課題は、銅板が窒化ケイ素セラミックス基板にホットプレス接合された後に銅板を他の物体から分離することが容易になる接合基板の製造方法を提供することである。 The present invention has been made with this problem in mind. The problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a bonded substrate that makes it easy to separate the copper plate from other objects after the copper plate is hot-press bonded to the silicon nitride ceramic substrate.
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様は、接合基板の製造方法であって、a) それぞれが、第1の主面と第2の主面とを有する窒化ケイ素セラミックス基板と、それぞれに一方の主面と他方の主面とを有する第1および第2の銅板と、前記第1の銅板の前記一方の主面と前記窒化ケイ素セラミックス基板の前記第1の主面との間にある第1のろう材層と、前記第2の銅板の前記一方の主面と前記窒化ケイ素セラミックス基板の前記第2の主面との間にある第2のろう材層と、を備える、複数の中間品を準備する工程と、b) 離型剤を含む5μm以上の厚みの被覆を、前記第1および第2の銅板のそれぞれの前記他方の主面を覆うように形成する工程と、c) 前記被覆が形成された前記複数の中間品を前記窒化ケイ素セラミックス基板の厚さ方向に積み重ねる工程と、d) 前記工程c)にて積み重ねられた前記複数の中間品を加熱しつつ上パンチと下パンチにて加圧することにより前記複数の中間品に対してホットプレスを行い、前記複数の中間品のそれぞれの前記第1のろう材層および前記第2のろう材層を、前記第1の銅板および前記第2の銅板と前記窒化ケイ素セラミックス基板とを接合する第1および第2の接合層に変化させる工程と、e) 前記被覆を除去する工程と、を備え、前記工程a)において、前記第1のろう材層と前記第2のろう材層は、あらかじめ調整した少なくとも活性金属および溶剤を含むろう材ペーストを前記窒化ケイ素セラミックス基板の前記第1の主面と前記第2の主面にスクリーン印刷することにより形成され、前記工程d)においては、 前記複数の中間品を、最高面圧が5MPa以上25MPa以下となる面圧プロファイルにしたがって前記窒化ケイ素セラミックス基板の厚さ方向に加圧し、最高温度が800℃以上1000℃以下となる温度プロファイルにしたがって加熱することにより、前記第1および第2の接合層を0.1μm以上5μm以下の厚みに形成する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate, comprising: a) a silicon nitride ceramic substrate each having a first main surface and a second main surface; first and second copper plates each having one main surface and the other main surface, and between the one main surface of the first copper plate and the first main surface of the silicon nitride ceramic substrate. and a second brazing material layer between the one main surface of the second copper plate and the second main surface of the silicon nitride ceramic substrate. a step of preparing a plurality of intermediate products, and b) a step of forming a coating with a thickness of 5 μm or more containing a mold release agent so as to cover the other main surface of each of the first and second copper plates; c) stacking the plurality of intermediate products on which the coating has been formed in the thickness direction of the silicon nitride ceramic substrate, and d) upper punching the plurality of intermediate products stacked in step c) while heating them. The plurality of intermediate products are hot pressed by applying pressure with a lower punch, and the first brazing material layer and the second brazing material layer of each of the plurality of intermediate products are a step of changing the copper plate into first and second bonding layers that bond the second copper plate and the silicon nitride ceramic substrate; and e) removing the coating, and in the step a) , the first brazing material layer and the second brazing material layer apply a brazing material paste containing at least an active metal and a solvent prepared in advance to the first main surface and the second main surface of the silicon nitride ceramic substrate. It is formed by screen printing on the surface, and in step d), the plurality of intermediate products are applied in the thickness direction of the silicon nitride ceramic substrate according to a surface pressure profile such that the maximum surface pressure is 5 MPa or more and 25 MPa or less. The first and second bonding layers are formed to have a thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less by pressing and heating according to a temperature profile with a maximum temperature of 800° C. or more and 1000° C. or less.
本発明の第2の態様は、第1の態様に係る接合基板の製造方法であって、前記離型剤は、網目層状構造を有する結晶を含む、ことを特徴とする。 A second aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate according to the first aspect, characterized in that the mold release agent includes crystals having a network layered structure.
本発明の第3の態様は、第1または第2の態様に係る接合基板の製造方法であって、前記離型剤は、窒化ホウ素粉末、黒鉛粉末、二硫化モリブデン粉末及び二酸化モリブデン粉末からなる群より選択される少なくとも1種を含む、ことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate according to the first or second aspect, wherein the mold release agent is made of boron nitride powder, graphite powder, molybdenum disulfide powder, and molybdenum dioxide powder. It is characterized by containing at least one kind selected from the group.
本発明の第4の態様は、第1ないし第3の態様のいずれかに係る接合基板の製造方法であって、前記第1のろう材層および前記第2のろう材層は、銀を含む金属粉末、並びに水素化チタン粉末及び水素化ジルコニウム粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、ことを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate according to any one of the first to third aspects, wherein the first brazing material layer and the second brazing material layer contain silver. It is characterized by containing at least one member selected from the group consisting of metal powder, titanium hydride powder, and zirconium hydride powder.
本発明の第5の態様は、第1ないし第4の態様のいずれかに係る接合基板の製造方法であって、前記第1および第2のろう材層は、0.1μm以上10μm以下の平均粒子径を有する粉末からなる活性金属ろう材を含む、ことを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first and second brazing filler metal layers have an average size of 0.1 μm or more and 10 μm or less. It is characterized in that it contains an active metal brazing material made of powder having a particle size.
本発明の第6の態様は、第1ないし第5の態様のいずれかに係る接合基板の製造方法であって、前記第1の接合層および前記第2の接合層は、0.1μm以上5μm以下の厚さを有する、ことを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first bonding layer and the second bonding layer have a thickness of 0.1 μm or more and 5 μm. It is characterized by having the following thickness:
本発明の第7の態様は、第1ないし第6の態様のいずれかに係る接合基板の製造方法であって、f) 前記工程e)の後に前記被覆が除去された前記第1の銅板および前記第2の銅板をパターニングする工程、をさらに備えることを特徴とする。
本発明の第8の態様は、第1ないし第7の態様のいずれかに係る接合基板の製造方法であって、前記被覆の厚みが30μm以下である、ことを特徴とする。
本発明の第9の態様は、第1ないし第8の態様のいずれかに係る接合基板の製造方法であって、前記離型剤の平均粒子径が0.1μm以上10μm以下であって前記被覆の厚み以下である、ことを特徴とする。
A seventh aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate according to any one of the first to sixth aspects, comprising: f) the first copper plate from which the coating has been removed after the step e); The method is characterized by further comprising a step of patterning the second copper plate.
An eighth aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate according to any one of the first to seventh aspects, characterized in that the thickness of the coating is 30 μm or less.
A ninth aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded substrate according to any one of the first to eighth aspects, wherein the release agent has an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less, and the coating The thickness is less than or equal to .
本発明の第1ないし第9の態様によれば、銅板の他方の主面が離型剤を含む被覆に覆われた状態で、銅板が窒化ケイ素セラミックス基板にホットプレス接合される。このため、銅板が窒化ケイ素セラミックス基板にホットプレス接合された後に銅板を他の物体から分離することが容易になる。これにより、接合基板の生産性を向上することができる。 According to the first to ninth aspects of the present invention, the copper plate is hot-press bonded to the silicon nitride ceramic substrate while the other main surface of the copper plate is covered with a coating containing a mold release agent. This makes it easy to separate the copper plate from other objects after the copper plate is hot-press bonded to the silicon nitride ceramic substrate. Thereby, productivity of bonded substrates can be improved.
1 接合基板
図1は、本実施の形態の接合基板100を模式的に図示する断面図である。
1 Bonded Substrate FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a bonded
図1に図示される接合基板100は、窒化ケイ素セラミックス基板110、銅板111、接合層112、銅板113及び接合層114を備える。接合基板100がこれらの要素以外の要素を備えてもよい。銅板111及び接合層112の組、並びに銅板113及び接合層114の組の片方の組が省略されてもよい。
The
銅板111及び113は、それぞれ接合層112及び114を介して窒化ケイ素セラミックス基板110に接合されている。銅板111及び113は、それぞれ接合層112及び114により窒化ケイ素セラミックス基板110の互いに反対の方向を向く第1の主面1101及び第2の主面1102にろう付けされている。
接合基板100は、どのように用いられてもよいが、例えばパワー半導体素子が実装される絶縁放熱基板として用いられる。
Although the
2 接合基板の製造方法
図2は、接合基板100の製造の流れを示すフローチャートである。図3は、接合基板100の製造中に得られる被処理物、及び接合基板100の製造に使用されるホットプレス装置を模式的に図示する断面図である。
2 Method for Manufacturing Bonded Substrate FIG. 2 is a flowchart showing the flow of manufacturing the
接合基板100の製造においては、図2に図示される工程S11からS16までが順次に実行される。
In manufacturing the
工程S11においては、図3に図示される被処理物140に備えられる複数の中間品150が準備される。
In step S11, a plurality of
複数の中間品150に含まれる各中間品150は、窒化ケイ素セラミックス基板110、銅板111、ろう材層162、銅板113及びろう材層164を備える。接合基板100から銅板111及び接合層112が省略される場合は、中間品150から銅板111及びろう材層162が省略される。接合基板100から銅板113及び接合層114が省略される場合は、中間品150から銅板113及びろう材層164が省略される。
Each
ろう材層162は、銅板111の一方の主面111Aと窒化ケイ素セラミックス基板110の第1の主面1101との間にある。ろう材層164は、銅板113の一方の主面113Aと窒化ケイ素セラミックス基板110の第2の主面1102との間にある。
The
ろう材層162及び164が形成される際には、活性金属ろう材及び溶剤を含むペーストが調製される。ペーストがバインダ、分散剤、消泡剤等をさらに含んでもよい。続いて、調製されたペーストが窒化ケイ素セラミックス基板110の第1の主面1101上及び第2の主面1102上にスクリーン印刷され、窒化ケイ素セラミックス基板110の第1の主面1101上及び第2の主面1102上にそれぞれ第1及び第2のスクリーン印刷膜が形成される。続いて、形成された第1及び第2のスクリーン印刷膜に含まれる溶剤が揮発させられる。これにより、第1及び第2のスクリーン印刷膜が、それぞれろう材層162及び164に変化する。ろう材層162及び164は、活性金属ろう材を含む。ろう材層162及び164がこの方法とは異なる方法により形成されてもよい。
When forming
活性金属ろう材は、粉末からなる。活性金属ろう材は、例えば、銀(Ag)及び銅(Cu)からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素、並びにチタン(Ti)及びジルコニウム(Zr)からなる群より選択される少なくとも1種の活性金属元素を含む。活性金属ろう材は、望ましくは、銀を含む金属粉末、並びに水素化チタン(TiH2)粉末及び水素化ジルコニウム(ZrH2)粉末からなる群より選択される少なくとも1種からなる。活性金属ろう材が銀を含む金属粉末、並びに水素化チタン粉末及び水素化ジルコニウム粉末からなる群より選択される少なくとも1種からなる場合のように活性金属ろう材が低コストで微粒化することが困難な合金粉末を含まない場合は、活性金属ろう材を低コストで微粒化することが容易になる。 The active metal brazing material consists of powder. The active metal brazing material is, for example, at least one metal element selected from the group consisting of silver (Ag) and copper (Cu), and at least one metal element selected from the group consisting of titanium (Ti) and zirconium (Zr). Contains several active metal elements. The active metal brazing material desirably consists of at least one selected from the group consisting of metal powder containing silver, titanium hydride (TiH 2 ) powder, and zirconium hydride (ZrH 2 ) powder. The active metal brazing material can be atomized at low cost, such as when the active metal brazing material is made of at least one selected from the group consisting of a metal powder containing silver, and a titanium hydride powder and a zirconium hydride powder. If it does not contain difficult alloy powders, it becomes easy to atomize the active metal brazing material at low cost.
活性金属ろう材は、望ましくは、0.1μm以上10μm以下の平均粒子径を有する粉末からなる。平均粒子径は、市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置により粒度分布を測定し、測定した粒度分布からD50を算出することにより得ることができる。活性金属ろう材がこのように小さい平均粒子径を有することにより、ろう材層162及び164を薄くすることができる。 The active metal brazing material desirably consists of powder having an average particle size of 0.1 μm or more and 10 μm or less. The average particle diameter can be obtained by measuring the particle size distribution using a commercially available laser diffraction particle size distribution analyzer and calculating D50 from the measured particle size distribution. Having such a small average particle size of the active metal brazing material allows the brazing material layers 162 and 164 to be thin.
工程S12においては、被処理物140において銅板111の他方の主面111B及び銅板113の他方の主面113Bが被覆165により覆われるように被覆165が形成される。
In step S12, the
被覆165が形成される際には、離型剤及び溶剤を含む被覆液が調製される。被覆液が、バインダ、分散剤、消泡剤等をさらに含んでもよい。溶剤は、イソプロピルアルコール等を含む。続いて、調製された被覆液が銅板111の他方の主面111B又は銅板113の他方の主面113Bである被形成面に向かってスプレーされ、当該被形成面にスプレー膜が形成される。スプレー膜が被形成面に形成される際には、望ましくは被覆液が被形成面に静電塗布される。これにより、被覆液が被形成面以外に回り込むことを抑制することができ、被覆液のロスを少なくすることができる。続いて、形成されたスプレー膜に含まれる溶剤が揮発させられる。これにより、スプレー膜が被覆165に変化する。被覆165は、離型剤を含む。被覆165がこの方法とは異なる方法により形成されてもよい。例えば、離型剤を含む被覆液を被形成面に向かってスプレーすることに代えて、離型剤を含むペーストを被形成面にスクリーン印刷することが行われてもよい。
When coating 165 is formed, a coating liquid containing a mold release agent and a solvent is prepared. The coating liquid may further contain a binder, a dispersant, an antifoaming agent, and the like. Solvents include isopropyl alcohol and the like. Subsequently, the prepared coating liquid is sprayed toward the surface to be formed, which is the other
被覆165の厚さは、任意であるが、望ましくは5μm以上30μm以下である。被覆165の厚さがこの範囲より薄い場合は、銅板111の他方の主面111B及び銅板113の他方の主面113Bが露出しやすくなる傾向が現れる。このため、下述する工程S14において、最上段の中間品150Uに備えられる銅板111、及び最下段の中間品150Lに備えられる銅板113を、それぞれ上パンチ180及び下パンチ181から分離することが困難になり、下段の中間品150に備えられる銅板111を上段の中間品150に備えられる銅板113から分離することが困難になる傾向が現れる。一方、被覆165の厚さがこの範囲より厚い場合は、下述する工程S15において、被覆165を除去するのに長時間を要する傾向が現れる。
The thickness of the
離型剤は、粉末からなる。離型剤は、望ましくは、網目層状構造を有する結晶を含み、さらに望ましくは、窒化ホウ素(BN)粉末、黒鉛粉末、二硫化モリブデン(MoS2)粉末及び二酸化モリブデン(MoO2)粉末からなる群より選択される少なくとも1種を含み、特に望ましくは高い耐熱性を有する窒化ホウ素粉末からなる。 The mold release agent consists of powder. The mold release agent preferably contains crystals having a network layered structure, and more preferably contains a group consisting of boron nitride (BN) powder, graphite powder, molybdenum disulfide (MoS 2 ) powder, and molybdenum dioxide (MoO 2 ) powder. The boron nitride powder contains at least one selected from the group consisting of boron nitride powder and preferably has high heat resistance.
離型剤は、望ましくは0.1μm以上10μm以下の平均粒子径を有する。平均粒子径は、市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置により粒度分布を測定し、測定した粒度分布からD50を算出することにより得ることができる。平均粒子径がこの範囲より大きい場合は、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合される際に、銅板111の他方の主面111B及び銅板113の他方の主面113Bに離型剤の粉末の形状が転写され、銅板111の他方の主面111B及び銅板113の他方の主面113Bの表面粗さが悪化する傾向が現れる。
The mold release agent desirably has an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less. The average particle diameter can be obtained by measuring the particle size distribution using a commercially available laser diffraction particle size distribution analyzer and calculating D50 from the measured particle size distribution. If the average particle size is larger than this range, when the
工程S13においては、複数の中間品150が窒化ケイ素セラミックス基板110の厚さ方向に積み重ねられる。これにより、被処理物140が得られる。
In step S13, a plurality of
工程S14においては、被処理物140がホットプレス装置170に備えられる上パンチ180及び下パンチ181により加圧された状態で被処理物140がホットプレス装置170に備えられるヒーター182により加熱される。これにより、被処理物140に備えられる複数の中間品150に対してホットプレスが行われる。その結果として、ろう材層162が銅板111を窒化ケイ素セラミックス基板110に接合する接合層112に変化し、銅板111が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合される。また、ろう材層164が銅板113を窒化ケイ素セラミックス基板110に接合する接合層114に変化し、銅板113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合される。そして、各中間品150が、銅板111、接合層112、銅板113及び接合層114を備え、銅板111及び113がそれぞれ接合層112及び114を介して窒化ケイ素セラミックス基板110に接合されている接合基板100に変化する。
In step S14, the
工程S14においては、望ましくは、被処理物140が、真空中又は不活性ガス中で、最高面圧が5MPa以上25MPa以下となる面圧プロファイルにしたがって窒化ケイ素セラミックス基板110の厚さ方向に加圧され、最高温度が800℃以上1000℃以下となる温度プロファイルにしたがって加熱され、望ましくは最高温度が800℃以上900℃以下となる温度プロファイルにしたがって加熱される。
In step S14, the
工程S14において得られる接合層112及び114は、望ましくは、0.1μm以上5μm以下の厚さを有する。 The bonding layers 112 and 114 obtained in step S14 desirably have a thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less.
銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合されることにより、接合層112中、接合層114中及び窒化ケイ素セラミックス基板110中の欠陥を減らすことができる。これにより、欠陥に起因する、接合基板100の絶縁不良を抑制することができる。
By hot press bonding the
また、ろう材層162及び164が薄くなり、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合されることにより、接合層112及び114を薄くすることができる。これにより、接合層112及び114の存在により生じる応力を小さくすることができ、応力に起因する、冷熱サイクルに対する接合基板100の耐久性の低下を抑制することができる。
Furthermore, the brazing layers 162 and 164 are made thinner, and the
また、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合されることにより、接合基板100に生じるそりを打ち消すように銅板111及び113を塑性変形させることができる。これにより、接合基板100の平坦性を向上することができる。
Further, by hot press bonding the
工程S14が実行される前に工程S12が実行されることにより、最上段の中間品150Uに備えられる銅板111の他方の主面111B、及び最下段の中間品150Lに備えられる銅板113の他方の主面113Bが離型剤を含む被覆165に覆われた状態で、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合される。このため、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合される際に、最上段の中間品150Uに備えられる銅板111の他方の主面111B、及び最下段の中間品150Lに備えられる銅板113の他方の主面113Bは、それぞれ、被覆165を介して上パンチ180及び下パンチ181に間接的に接触し、上パンチ180及び下パンチ181に直接的に接触しない。これにより、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合された後に、最上段の中間品150Uに備えられる銅板111、及び最下段の中間品150Lに備えられる銅板113を、それぞれ上パンチ180及び下パンチ181から分離することが容易になる。これにより、接合基板100の生産性を向上することができる。
By performing step S12 before performing step S14, the other
また、工程S14が実行される前に工程S12が実行されることにより、隣接するふたつの中間品150中の下段の中間品150に備えられる銅板111の他方の主面111Bが離型剤を含む被覆165に覆われた状態で、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合される。このため、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合される際に、下段の中間品150に備えられる銅板111の他方の主面111Bは、被覆165を介して当該ふたつの中間品150中の上段の中間品150に備えられる銅板113に間接的に接触し、上段の中間品150に備えられる銅板113に直接的に接触しない。これにより、銅板111及び113が窒化ケイ素セラミックス基板110にホットプレス接合された後に、下段の中間品150に備えられる銅板111を上段の中間品150に備えられる銅板113から分離することが容易になる。これにより、接合基板100の生産性を向上することができる。
Moreover, by performing step S12 before performing step S14, the other
工程S14が実行される前に工程S13が実行されることにより、複数の接合基板100を同時に得ることができる。これにより、接合基板100の生産性を向上することができる。ただし、被処理物140がただひとつの中間品150を備えてもよい。その場合は、工程S13が実行されない。
By performing step S13 before performing step S14, a plurality of bonded
工程S15においては、被覆165が除去される。被覆165の除去は、サンドブラスト、こすり洗い、すすぎ、超音波洗浄、研磨等により行われる。
In step S15, coating 165 is removed. Removal of
工程S16においては、銅板111、接合層112、銅板113及び接合層114が必要に応じてパターニングされる。銅板111、接合層112、銅板113及び接合層114のパターニングは、例えばエッチング等により行われる。
In step S16, the
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 Although this invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects, and the invention is not limited thereto. It is understood that countless variations not illustrated can be envisaged without departing from the scope of the invention.
100 接合基板
110 窒化ケイ素セラミックス基板
111 銅板
112 接合層
113 銅板
114 接合層
150 中間品
162 ろう材層
164 ろう材層
165 被覆
100
Claims (9)
a) それぞれが、
第1の主面と第2の主面とを有する窒化ケイ素セラミックス基板と、
それぞれに一方の主面と他方の主面とを有する第1および第2の銅板と、
前記第1の銅板の前記一方の主面と前記窒化ケイ素セラミックス基板の前記第1の主面との間にある第1のろう材層と、
前記第2の銅板の前記一方の主面と前記窒化ケイ素セラミックス基板の前記第2の主面との間にある第2のろう材層と、
を備える、複数の中間品を準備する工程と、
b) 離型剤を含む5μm以上の厚みの被覆を、前記第1および第2の銅板のそれぞれの前記他方の主面を覆うように形成する工程と、
c) 前記被覆が形成された前記複数の中間品を前記窒化ケイ素セラミックス基板の厚さ方向に積み重ねる工程と、
d) 前記工程c)にて積み重ねられた前記複数の中間品を加熱しつつ上パンチと下パンチにて加圧することにより前記複数の中間品に対してホットプレスを行い、前記複数の中間品のそれぞれの前記第1のろう材層および前記第2のろう材層を、前記第1の銅板および前記第2の銅板と前記窒化ケイ素セラミックス基板とを接合する第1および第2の接合層に変化させる工程と、
e) 前記被覆を除去する工程と、
を備え、
前記工程a)において、前記第1のろう材層と前記第2のろう材層は、あらかじめ調整した少なくとも活性金属および溶剤を含むろう材ペーストを前記窒化ケイ素セラミックス基板の前記第1の主面と前記第2の主面にスクリーン印刷することにより形成され、
前記工程d)においては、 前記複数の中間品を、最高面圧が5MPa以上25MPa以下となる面圧プロファイルにしたがって前記窒化ケイ素セラミックス基板の厚さ方向に加圧し、最高温度が800℃以上1000℃以下となる温度プロファイルにしたがって加熱することにより、前記第1および第2の接合層を0.1μm以上5μm以下の厚みに形成する、
ことを特徴とする接合基板の製造方法。 A method for manufacturing a bonded substrate, the method comprising:
a) Each
a silicon nitride ceramic substrate having a first main surface and a second main surface;
first and second copper plates each having one main surface and the other main surface;
a first brazing material layer between the one main surface of the first copper plate and the first main surface of the silicon nitride ceramic substrate;
a second brazing material layer between the one main surface of the second copper plate and the second main surface of the silicon nitride ceramic substrate;
preparing a plurality of intermediate products,
b) forming a coating with a thickness of 5 μm or more containing a mold release agent so as to cover the other main surface of each of the first and second copper plates;
c) stacking the plurality of intermediate products on which the coating has been formed in the thickness direction of the silicon nitride ceramic substrate;
d) The plurality of intermediate products stacked in step c) are heated and pressurized with an upper punch and a lower punch to hot press the plurality of intermediate products, and the plurality of intermediate products are heated. The first brazing material layer and the second brazing material layer are respectively changed into first and second bonding layers that bond the first copper plate and the second copper plate to the silicon nitride ceramic substrate. a step of causing
e) removing said coating;
Equipped with
In step a), the first brazing material layer and the second brazing material layer are formed by applying a brazing material paste containing at least an active metal and a solvent prepared in advance to the first main surface of the silicon nitride ceramic substrate. formed by screen printing on the second main surface,
In step d), the plurality of intermediate products are pressurized in the thickness direction of the silicon nitride ceramic substrate according to a surface pressure profile such that the maximum surface pressure is 5 MPa or more and 25 MPa or less, and the maximum temperature is 800° C. or more and 1000° C. Forming the first and second bonding layers to a thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less by heating according to the following temperature profile,
A method for manufacturing a bonded substrate, characterized in that:
前記離型剤は、網目層状構造を有する結晶を含む、
ことを特徴とする接合基板の製造方法。 A method for manufacturing a bonded substrate according to claim 1, comprising:
The mold release agent includes crystals having a network layered structure.
A method for manufacturing a bonded substrate, characterized in that:
前記離型剤は、窒化ホウ素粉末、黒鉛粉末、二硫化モリブデン粉末及び二酸化モリブデン粉末からなる群より選択される少なくとも1種を含む、
ことを特徴とする接合基板の製造方法。 A method for manufacturing a bonded substrate according to claim 1 or 2, comprising:
The mold release agent includes at least one selected from the group consisting of boron nitride powder, graphite powder, molybdenum disulfide powder, and molybdenum dioxide powder.
A method for manufacturing a bonded substrate, characterized in that:
前記第1のろう材層および前記第2のろう材層は、銀を含む金属粉末、並びに水素化チタン粉末及び水素化ジルコニウム粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、
ことを特徴とする接合基板の製造方法。 A method for manufacturing a bonded substrate according to any one of claims 1 to 3,
The first brazing material layer and the second brazing material layer contain a metal powder containing silver, and at least one selected from the group consisting of titanium hydride powder and zirconium hydride powder.
A method for manufacturing a bonded substrate, characterized in that:
前記第1のろう材層および前記第2のろう材層は、0.1μm以上10μm以下の平均粒子径を有する粉末からなる活性金属ろう材を含む、
ことを特徴とする接合基板の製造方法。 A method for manufacturing a bonded substrate according to any one of claims 1 to 4, comprising:
The first brazing material layer and the second brazing material layer contain an active metal brazing material made of powder having an average particle size of 0.1 μm or more and 10 μm or less.
A method for manufacturing a bonded substrate, characterized in that:
前記第1の接合層および前記第2の接合層は、0.1μm以上5μm以下の厚さを有する、
ことを特徴とする接合基板の製造方法。 A method for manufacturing a bonded substrate according to any one of claims 1 to 5,
The first bonding layer and the second bonding layer have a thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
A method for manufacturing a bonded substrate, characterized in that:
f) 前記工程e)の後に前記被覆が除去された前記第1の銅板および前記第2の銅板をパターニングする工程、
をさらに備えることを特徴とする接合基板の製造方法。 A method for manufacturing a bonded substrate according to any one of claims 1 to 6,
f) patterning the first copper plate and the second copper plate from which the coating has been removed after step e);
A method for manufacturing a bonded substrate, further comprising:
前記被覆の厚みが30μm以下である、The thickness of the coating is 30 μm or less,
ことを特徴とする接合基板の製造方法。A method for manufacturing a bonded substrate, characterized in that:
前記離型剤の平均粒子径が0.1μm以上10μm以下であって前記被覆の厚み以下である、The average particle diameter of the release agent is 0.1 μm or more and 10 μm or less and less than or equal to the thickness of the coating,
ことを特徴とする接合基板の製造方法。A method for manufacturing a bonded substrate, characterized in that:
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