JPH03261672A - 窒化アルミニウムと金属材とからなる接合体の構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高熱伝導性及び絶縁性を有する窒化アルミニ
ウムと高熱伝導性及び導電性を有する金属材とからなる
接合体の構造に関する。

さらに、具体的にいえば、この窒化アルくニウムと金属
材とからなる接合体は、例えば、ＩＣパッケージやパワ
ーダイオード等の基板として用いられるものである。

［背景技術］ 半導体デバイスの高密度化、高速化及び高出力化に伴う
発熱量の増大に対応するため、基板材料としては放熱性
に優れたものが要求されている。

放熱性に優れた基板材料としては、窒化アルくニウム（
以下、ＡＱＮと記す）からなる基板が注目されている。

しかしながら、実装基板としての放熱性を良好にするた
めには、ヒートシンクとして数１００…の金属板をＡｆ
２Ｎ基板に接合させる必要がある。このため従来にあっ
ては、チタン（Ｔｉ）を添加したロウ材を用いてＡＱＮ
基板に銅（Ｃｕ）板を接合させたものが用いられている
。第２図は、従来におけるＡＱＮ基板１１と銅板１３の
接合構造を示す図である。まず、第２図に示すように、
ＡＱＮ基板１１と銅板１３との間にＴｉ−Ｃｕ−Ａｇ系
のロウ材の箔１２を挟んだ後、これに真空中で熱処理を
施し、ロウ材の箔１２を溶融させ、ＡＱＮ基板１１と銅
板１３を強固に接合させている。しかして、この銅板は
ＭＮ基板と一体となってヒートシンクとして働き、ＡＱ
Ｎ基板の放熱性をより良好にし、また配線パターンとし
ても使用できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような方法で製造された接合体の
構造にあっては、ＡＱＮ基板とＴｉ−Ｃｕ−Ａｇ系のロ
ウ材との間の接合強度は大きいが、熱膨張率の差の大き
なＡＱＮ基板と銅板との間では、薄いロウ材の層−層の
みを介して接合されているので、熱処理後の残留熱応力
が大きく、このため熱処理時等に銅板とＡＱＮ基板から
なる接合体が割れたりすることがあった。

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、ＡＱＮの層と金属板を十分な強度で接合させ、し
かも残留熱応力を減少させて、信頼性の高い基板を提供
することを主な目的としている。

［ｆｉ題を解決するための手段］ このため、本発明の窒化アルミニウムと金属材とからな
る接合体の構造は、金属基板と、この金属基板の表面に
ロウ材を介して積層された窒化アルミニウム層と、この
窒化アルミニウム層の上にロウ材を介して積層された金
属層とからなり、前記窒化アルミニウム層の厚みを前記
金属基板及び金属層の合計厚みよりら非常に小さくした
ことを特徴としている。

［作用］ 本発明にあっては、金属基板と金属層との間に挟まれて
いる窒化アルくニウム層によって接合体の表裏間での絶
縁性を得ることができ、ＩＣパッケージ等を実装するた
めの基板として用いることができる。しかも、金属基板
と金属層は、等しいかあるいは近い熱膨張率を有し、し
かも、金属基板の表面に形成されている窒化アル共ニウ
ム層は、金属基板及び金属層の合計厚みに対して非常に
薄いので、従来のように厚みの大きな窒化アルくニウム
基板に金属板が接合されている場合に比べると、残留応
力が大幅に軽減される。

また、この接合体は、金属基板、窒化アルくニウム層、
金属層とロウ材のみによって構成されるため、金属基板
及び金属層に銅などの高熱伝導性材料を使用すれば、き
わめて放熱性の高い基板用の接合体が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図に示すものは、Ｃｕの金属基板１の両面にＴｉ−
Ｃｕ−Ａｇ系のロウ材２，４を介してＡＱＮ層３とＣｕ
の金属層５を接合させた接合体６であり、ＡＱＮ層３の
厚みは、金属基板ｌ及び表面の金属層５の各厚みに比較
してかなり薄くなっている。この結果、ＡＱＮ層３の厚
みは、金属基板１及び金属層５の合計厚みよりち非常に
薄くなっている。しかして、この接合体６は、構成材料
のいずれもが良好な熱伝導率を有しているので、放熱性
の良好なパワーダイオード等のメタライズ基板として用
いることができるも・のである。また、この接合体６は
、薄いＡＱＮ層３によって表裏間での絶縁性が確保され
ている。さらに、はぼ全体が同じ熱膨張率を有し、熱膨
張率の異なるＡＱＮ層３は薄い層であるので、熱処理後
の残留熱応力が軽減され、接合体６の割れを防止するこ
とができる。

次に、上記接合体６の製造方法を説明する。

まず、ＡＱＮ層３を、シート成形法により作成する。す
なわち、Ａ１２Ｎ原料に、焼結助剤としてＹ２Ｏ９を３
重量％の割合で添加し、有機バインダを添加してドクタ
ーブレード法によってシート成形する。

このＡＱＮグリーンシートを窒素ガス雰囲気中において
８００℃で２時間熱処理し、バインダ中の有機ビヒクル
を飛散させる。このＡＱＮグリーンシートを窒化ホウ素
製のセックに挟み、窒素ガス雰囲気中において１８５０
℃で５時間焼成し、厚さｌ００４ｆｆｎ、１インチ角の
ＡＱＮ層３の焼結体を得る。

このＡＱＮ層３は、次のようにして金属基板ｌ及び金属
層５と接合される。厚さ４００副の銅板からなる金属基
板１の表面（両面）にＴｉ−Ｃｕ−４ｇ系のロウ材２の
ペーストを塗布し、この上に上記の厚さ１００…のＡＱ
Ｎ層３を重ねる。さらに、同じ＜　Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ系
のロウ材４のペーストを厚さ２５０Ｊｊｒｎの銅板から
なる金属層５の一方表面に塗布し、金属層５のペースト
塗布面をＡＱＮ層３側となるようにして両ＡＱＮ層３の
上にそれぞれ重ねた。この状態で真空中において８５０
℃で１０分間熱処理を施し、ロウ材２．４を溶融させて
ＡＱＮ層３と金属基板ｌを接合させると共にＡＱＮ基板
３と金属層５を接合させた。

熱処理後の接合体６は、クラックもなく接合強度も高か
った。また、このようにして製造された接合体６は、酸
化物等の熱伝導性を阻害する物質の層がまったく存在せ
ず、きわめて放熱性が良好である。

また、比較のため、第２図に示す従来例に従って、厚さ
６３５ＬＩｆｎのＡＱＮ基板１１の両側表面にＴｉ−Ｃ
ｕ−Ａｇ系のロウ材１２のペースト（本発明の実施例で
用いたのと同じもの）を塗布し、この上に、それぞれ、
厚さ２５０副の銅板を重ね、真空中において８５０℃で
１０分間熱処理を施し、ロウ材１２を溶融させて接合さ
せた。この結果、従来例では、熱処理後の接合体に、Ａ
ＱＮ層３の部分でクラックがみられた。

［発明の効果］ 本発明の接合体は、窒化アルミニウム層を挟んでいる金
属基板と金属層が、等しいかあるいは近い熱膨張率を有
し、しかも、金属基板の表面に形成されている窒化アル
ミニウムは、金属基板及び金属層の合計厚みに対して非
常に薄いので、従来例のように厚みの大きな窒化アルミ
ニウム基板に金属板が接合されている場合と比較すると
、残留応力が大幅に軽減され、熱処理時等における接合
体の割れを防止し、接合体の信頼性を向上させることが
できる。

また、この接合体は、金属基板及び金属層に高熱伝導材
料を使用すれば、放熱性に優れ、表裏間の絶縁も図られ
ているので、パワーダイオード等を実装するメタライズ
基板として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２図は従来
例の正面図である。 ｌ・・・金属基板 ２・・・ロウ材 ３・・・窒化アルミニウム層 ４・・・ロウ材 ５・・・金属層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基板と、この金属基板の表面にロウ材を介し
   て積層された窒化アルミニウム層と、この窒化アルミニ
   ウム層の上にロウ材を介して積層された金属層とからな
   り、前記窒化アルミニウム層の厚みを前記金属基板及び
   金属層の合計厚みよりも非常に小さくしたことを特徴と
   する窒化アルミニウムと金属材とからなる接合体の構造
   。