JPH0318087A - 銅を接合した窒化アルミニウム基板の製法 - Google Patents
銅を接合した窒化アルミニウム基板の製法Info
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、鋼を接合した窒化アルミニウム基板の製法、
とくにパワー半導体モジュール基板等に適した魅放散性
の良い回路基板の製法に関する。
とくにパワー半導体モジュール基板等に適した魅放散性
の良い回路基板の製法に関する。
従来より、窒化アルミニウムと銅板を接合する方法とし
ては、次のものが提案されている。
ては、次のものが提案されている。
（１） 表面を酸化した窒化アルミニウム基板に銅板
を接触配置し、銅の融点以下、Ｏｕ２０−０の共晶温度
以上で加熱して接合する方法いわゆるＤＢＣ法（例えば
特開昭５９−１ ２１ １ ７５号公報）（１１）窒化
アルミニウム基板と銅板の間にＡｇ箔、ＣＵ箔さらには
活性金属箔を順次積層し加熱して接合する方法（例えば
特開昭５６−１６３０９３号公報） （ｉ） 上記金属の合金板を介在させ加熱接合する方
法（例えば特開昭５８−１ ４０３８１号公報）（１ｖ
） 上記金属からなる合金粉末を介在させ加熱接合す
る方法（例えば特開昭５６−１ ６３０９３号公報） しかしながら、（１）の方法には、銅板のフクレが発生
しやすく基板に対する付着強度が充分でないという問題
、（ｉ１）の方法に３いては、各箔の厚みが数μｍと薄
いため積層自体が難しいという問題、（ｉ）の方法には
、銅回路板と同様の形状にろらかじめ成形しなくてはな
らないという問題があった。
を接触配置し、銅の融点以下、Ｏｕ２０−０の共晶温度
以上で加熱して接合する方法いわゆるＤＢＣ法（例えば
特開昭５９−１ ２１ １ ７５号公報）（１１）窒化
アルミニウム基板と銅板の間にＡｇ箔、ＣＵ箔さらには
活性金属箔を順次積層し加熱して接合する方法（例えば
特開昭５６−１６３０９３号公報） （ｉ） 上記金属の合金板を介在させ加熱接合する方
法（例えば特開昭５８−１ ４０３８１号公報）（１ｖ
） 上記金属からなる合金粉末を介在させ加熱接合す
る方法（例えば特開昭５６−１ ６３０９３号公報） しかしながら、（１）の方法には、銅板のフクレが発生
しやすく基板に対する付着強度が充分でないという問題
、（ｉ１）の方法に３いては、各箔の厚みが数μｍと薄
いため積層自体が難しいという問題、（ｉ）の方法には
、銅回路板と同様の形状にろらかじめ成形しなくてはな
らないという問題があった。
合金粉末を介在させ加熱接合する（ｉｖ）の方法は、そ
れらの合金粉末を例えばペースト化し表面に塗布すると
いう簡便な方法ではあるが、あらかじめ合金粉末を調整
してかかねばならないという欠点がめった。
れらの合金粉末を例えばペースト化し表面に塗布すると
いう簡便な方法ではあるが、あらかじめ合金粉末を調整
してかかねばならないという欠点がめった。
本発明者らは、以上の問題点を解決することを目的とし
て種々検討した結果、特定組或からなるペーストを銅板
と窒化アルミニウム焼結体の間に介在させて特定条件化
で熱処理すればよいことを見い出し本発明を完或したも
のである。
て種々検討した結果、特定組或からなるペーストを銅板
と窒化アルミニウム焼結体の間に介在させて特定条件化
で熱処理すればよいことを見い出し本発明を完或したも
のである。
すなわち、本発明は、次の（ａ）、（１））及び（ｃ）
の工程からなることを特徴とする鋼を接合した窒化アル
ミニウム基板の製法である。
の工程からなることを特徴とする鋼を接合した窒化アル
ミニウム基板の製法である。
（ａ） 銀粉、銅粉及び水素化チタン粉に有機溶剤を
添加してペーストをａＩＪｍｔ，た後、それをスクリー
ン印刷法にて窒化アルミニウム焼結体表面に塗布する工
程 １間 （ｂ） 上記ペースト遣布逼所に潤板を配置する工程
（Ｑ） 上記銅板を配置した窒化アルミニウム焼結体
を不活性雰囲気下８００℃以上９５０℃以下の温度にて
熱処理した後冷却する工程 以下、本発明をさらに詳細に説明する。
添加してペーストをａＩＪｍｔ，た後、それをスクリー
ン印刷法にて窒化アルミニウム焼結体表面に塗布する工
程 １間 （ｂ） 上記ペースト遣布逼所に潤板を配置する工程
（Ｑ） 上記銅板を配置した窒化アルミニウム焼結体
を不活性雰囲気下８００℃以上９５０℃以下の温度にて
熱処理した後冷却する工程 以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明では、銅板と窒化アルミニウム焼結体との接合剤
として、銀、銅及び水素化チタンの粉末が用いられる。
として、銀、銅及び水素化チタンの粉末が用いられる。
通常、これらのロウ材では、活性金属としてチタン、ジ
ルコニウム、ハフニウム等が用いられるが、本発明では
、それらの中で特にチタンを、しかもその添加形態とし
て水素化物を使用することによシ、従来より強い続合強
度にしたことが大きな特徴の１つである。
ルコニウム、ハフニウム等が用いられるが、本発明では
、それらの中で特にチタンを、しかもその添加形態とし
て水素化物を使用することによシ、従来より強い続合強
度にしたことが大きな特徴の１つである。
このように強い接合強度が得られる原因について、接合
体の断面観察と接合層の組成分析を行なって検討したと
ころ、窒化アルミニウム側から窒化チタン層、銅と銀の
混合物屑、銅板の順となっておυ、銅と銀の混合物層が
生成される窒化チタン層と銅板とを強固に結合している
ことがわかった。これは、通常の金属チタンを添加した
場合も同種の構造をとるが、本発明では、チタンが水素
化物の分解により生或するためよう活性化された状態に
あること及び同時分解生成した水素が鋼と銀粉表面に微
量存在する酸素の捕獲剤として作用し、その結果、酸素
を系外に排除しチタンがよう有効に窒化アルミ表面に作
用することができたためと考えている。
体の断面観察と接合層の組成分析を行なって検討したと
ころ、窒化アルミニウム側から窒化チタン層、銅と銀の
混合物屑、銅板の順となっておυ、銅と銀の混合物層が
生成される窒化チタン層と銅板とを強固に結合している
ことがわかった。これは、通常の金属チタンを添加した
場合も同種の構造をとるが、本発明では、チタンが水素
化物の分解により生或するためよう活性化された状態に
あること及び同時分解生成した水素が鋼と銀粉表面に微
量存在する酸素の捕獲剤として作用し、その結果、酸素
を系外に排除しチタンがよう有効に窒化アルミ表面に作
用することができたためと考えている。
本発明にかいて、銀と銅粉末の混合比は、重量割合で、
銀６０〜８０％、銅２０〜４０％が好ましく採用される
。この混合比は、後の熱処理工程にかげる処理温度によ
り任意に選択されるが、処理温度の低下及び接合強度の
向上の点から、銀７２％，銅２８％のいわゆる共晶組成
が最も好ましい。
銀６０〜８０％、銅２０〜４０％が好ましく採用される
。この混合比は、後の熱処理工程にかげる処理温度によ
り任意に選択されるが、処理温度の低下及び接合強度の
向上の点から、銀７２％，銅２８％のいわゆる共晶組成
が最も好ましい。
銀と銅の混合粉末１００，ｆＣ量部に対する水素化チタ
ンは５重量部以上２０！量部以下が好ましい。
ンは５重量部以上２０！量部以下が好ましい。
５重量部未満では生成される窒化チタン層が少なくなり
、窒化アルミニウム焼結体との接合強度が元分高くなく
、一方、２０重量部を越えると生成する窒化チタン量が
増加するため窒化アルミニウム焼結体との接着強度は増
すが残留応力の緩和が困難となりクラツクが発生しやす
くなる。
、窒化アルミニウム焼結体との接合強度が元分高くなく
、一方、２０重量部を越えると生成する窒化チタン量が
増加するため窒化アルミニウム焼結体との接着強度は増
すが残留応力の緩和が困難となりクラツクが発生しやす
くなる。
以上の銀、鋼シよび水素化チタンの粉末を用いてペース
トを調整するには、一般のメタライズ用ペーストに用い
られている有機溶液例えばメチルセルソルデ、エチルセ
ルソルデ、テＶピネオール等と共に混合すればよい。そ
の配合の一例を示せば、有機溶剤６０〜７０容量部、上
記混合粉末４０〜６０容量部及び二者の合計が１００容
量部である。ペーストの粘度としては２ ０，０ ０
０〜１ ０ ０．０ ０ ０ ａｐｅ程度である。本発
明で重要な点は、一般のペーストに用いられている有機
結合剤を使用していないことでろる。このことによって
、有機結合剤の分解残査及び／又は分解がス成分と、活
性金属との反応がなく、添加活性金属が有効に作用する
ことができるものである。
トを調整するには、一般のメタライズ用ペーストに用い
られている有機溶液例えばメチルセルソルデ、エチルセ
ルソルデ、テＶピネオール等と共に混合すればよい。そ
の配合の一例を示せば、有機溶剤６０〜７０容量部、上
記混合粉末４０〜６０容量部及び二者の合計が１００容
量部である。ペーストの粘度としては２ ０，０ ０
０〜１ ０ ０．０ ０ ０ ａｐｅ程度である。本発
明で重要な点は、一般のペーストに用いられている有機
結合剤を使用していないことでろる。このことによって
、有機結合剤の分解残査及び／又は分解がス成分と、活
性金属との反応がなく、添加活性金属が有効に作用する
ことができるものである。
本発明で使用される窒化アルミニウム焼結体としては、
公知の方法で製造されたものが使用でき、その一例を示
せば、焼結助剤′ｔ−添加せずにホットプレス法で焼結
したもの、イットリア、カルシアなどの酸化物を窒化ア
ルミニウム粉末に添加して常圧焼結したものなどである
。
公知の方法で製造されたものが使用でき、その一例を示
せば、焼結助剤′ｔ−添加せずにホットプレス法で焼結
したもの、イットリア、カルシアなどの酸化物を窒化ア
ルミニウム粉末に添加して常圧焼結したものなどである
。
ペーストは窒化アルミニウム焼結体の片面又は両面スク
リーン印刷法によυ塗布される。パワー半導体モジュー
ル用基板としては、片面に基板とほぼ同じ大きさの銅板
を接合しヒートンンク材と半田付げするため、この面に
対してはほぼ全面に上記ペーストを遣布する。また、も
う一方の面には半導体素子を搭載する銅回路板を接合す
るため、あらかじめ回路板と同じパターンにペーストを
スクリーン印刷する。印刷後、充分乾燥させたのち、こ
のペースト塗布箇所と同形状の銅板をめらかしめ放電加
工、打ち抜き法等によう作製してかき、それを上記ペー
ストａ布頌所上に配置する。
リーン印刷法によυ塗布される。パワー半導体モジュー
ル用基板としては、片面に基板とほぼ同じ大きさの銅板
を接合しヒートンンク材と半田付げするため、この面に
対してはほぼ全面に上記ペーストを遣布する。また、も
う一方の面には半導体素子を搭載する銅回路板を接合す
るため、あらかじめ回路板と同じパターンにペーストを
スクリーン印刷する。印刷後、充分乾燥させたのち、こ
のペースト塗布箇所と同形状の銅板をめらかしめ放電加
工、打ち抜き法等によう作製してかき、それを上記ペー
ストａ布頌所上に配置する。
以上のようにして銅板が配置された室化アルミニウム焼
結体は、不活性雰囲気下８００℃以上９５０℃以下の温
度で熱処理される。８００℃に満たない温度に釦いても
ｃｕ−Ａｇは液相な生成するが、このような条件下に訃
いて作製された接合体は介在層と窒化アルミニウム焼結
体や銅板との濡れが不良となり元分な接合強度を生じな
い。また、９５０°Ｃを越える温度にて処理されたもの
は、接合層の粘性が小さいため、鋼板からロウ材のはみ
出しを生じ短絡の原因となうてし暑う。
結体は、不活性雰囲気下８００℃以上９５０℃以下の温
度で熱処理される。８００℃に満たない温度に釦いても
ｃｕ−Ａｇは液相な生成するが、このような条件下に訃
いて作製された接合体は介在層と窒化アルミニウム焼結
体や銅板との濡れが不良となり元分な接合強度を生じな
い。また、９５０°Ｃを越える温度にて処理されたもの
は、接合層の粘性が小さいため、鋼板からロウ材のはみ
出しを生じ短絡の原因となうてし暑う。
熱処理雰囲気としては、▲ｒ，Ｈｅ等の不活性ガス雰囲
気下の他、真空雰囲気が使用できる。
気下の他、真空雰囲気が使用できる。
熱処理後冷却して本発明の鋼を接合した窒化アルξニウ
ム基板とする。アルミニウム焼結体と鋼の熱膨張係数の
差が大きいので、その際の冷却速度を大きくすると得ら
れた基板に残留応力に起因するクラツクや欠損が生じる
ことかめる。そのため、本発明では、残留応力を極力少
なくするためκ冷却速度を５°Ｃ／分以下特に２℃／分
以下とするのが望ましい。
ム基板とする。アルミニウム焼結体と鋼の熱膨張係数の
差が大きいので、その際の冷却速度を大きくすると得ら
れた基板に残留応力に起因するクラツクや欠損が生じる
ことかめる。そのため、本発明では、残留応力を極力少
なくするためκ冷却速度を５°Ｃ／分以下特に２℃／分
以下とするのが望ましい。
以下、実施例と比較例をめげてさらに具体的に本発明を
説明する。
説明する。
実施例１〜４
銀粉末７２Ｊ［量聳、銅粉末２８！量チかうなる混合粉
末１００Ｘ量部に対し、水素化チタン粉末を各々５、１
口、１５及び２０重量部添加後、これらを十分混合し、
テレピネオールな加えてペーストを調整した。このペー
ス｝ ヲ５ ０ ｖｘ Ｘ ５ ０ ｍＸＯ−６３５ｇ
＋冨ｔの窒化アルミニウム焼結体の両面にスクリーン印
刷した後乾燥した。その際、片面はほぼ全面に、もう一
方の面は半導体素子搭載のため島状に印刷した。
末１００Ｘ量部に対し、水素化チタン粉末を各々５、１
口、１５及び２０重量部添加後、これらを十分混合し、
テレピネオールな加えてペーストを調整した。このペー
ス｝ ヲ５ ０ ｖｘ Ｘ ５ ０ ｍＸＯ−６３５ｇ
＋冨ｔの窒化アルミニウム焼結体の両面にスクリーン印
刷した後乾燥した。その際、片面はほぼ全面に、もう一
方の面は半導体素子搭載のため島状に印刷した。
このペースト塗布位置に、相似形で熱膨張差を考慮して
や＼小さめの銅板を接触配置後、真空中８５０°Ｃで’
ｌ ｈｒ熱処理後冷却速度を５℃／分として冷却し窒化
アルミニウム焼結体と銅板の接合体を製造した。得られ
た接合体の銅板をはがし、剥離した状態を観察すること
に二セ接合性を調べた。その結果を表１に示す。
や＼小さめの銅板を接触配置後、真空中８５０°Ｃで’
ｌ ｈｒ熱処理後冷却速度を５℃／分として冷却し窒化
アルミニウム焼結体と銅板の接合体を製造した。得られ
た接合体の銅板をはがし、剥離した状態を観察すること
に二セ接合性を調べた。その結果を表１に示す。
比較例１〜２
水素化チタン粉末のかわシにチタン粉末を５又は１０ｌ
量部としたこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミ
ニウム焼結体と銅板の接合体を製造した。その接合性の
観察結果を表１に示す。
量部としたこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミ
ニウム焼結体と銅板の接合体を製造した。その接合性の
観察結果を表１に示す。
本発明によれば、接合強度に優れクラツクの発生のない
、鋼を接合した窒化アルミニウム基板を簡単に製造する
ことができる。
、鋼を接合した窒化アルミニウム基板を簡単に製造する
ことができる。
Claims (1)
- （１）次の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の工程からなるこ
とを特徴とする鋼を接合した窒化アルミニウム基板の製
法。 （ａ）銀粉、銅粉及び水素化チタン粉に有機溶剤を添加
してペーストを調製した後、それをスクリーン印刷法に
て窒化アルミニウム焼結体表面に塗布する工程 （ｂ）上記ペースト塗布箇所に銅板を配置する工程（ｃ
）上記鋼板を配置した窒化アルミニウム焼結体を不活性
雰囲気下８００℃以上９５０℃以下の温度にて熱処理し
た後冷却する工程
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1150617A JPH0671137B2 (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 銅を接合した窒化アルミニウム基板の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1150617A JPH0671137B2 (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 銅を接合した窒化アルミニウム基板の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0318087A true JPH0318087A (ja) | 1991-01-25 |
| JPH0671137B2 JPH0671137B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=15500790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1150617A Expired - Lifetime JPH0671137B2 (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 銅を接合した窒化アルミニウム基板の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0671137B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60177635A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Toshiba Corp | 良熱伝導性基板の製造方法 |
| JPS63239173A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | 古河電気工業株式会社 | 放熱型回路用基板の製造方法 |
| JPS6476605A (en) * | 1987-09-17 | 1989-03-22 | Fujitsu Ltd | Conductive paste composition for aluminum nitride substrate |
| JPH01206508A (ja) * | 1987-10-27 | 1989-08-18 | Asahi Glass Co Ltd | 窒化アルミニウム基板用導体ペースト |
-
1989
- 1989-06-15 JP JP1150617A patent/JPH0671137B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60177635A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Toshiba Corp | 良熱伝導性基板の製造方法 |
| JPS63239173A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | 古河電気工業株式会社 | 放熱型回路用基板の製造方法 |
| JPS6476605A (en) * | 1987-09-17 | 1989-03-22 | Fujitsu Ltd | Conductive paste composition for aluminum nitride substrate |
| JPH01206508A (ja) * | 1987-10-27 | 1989-08-18 | Asahi Glass Co Ltd | 窒化アルミニウム基板用導体ペースト |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0671137B2 (ja) | 1994-09-07 |
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