JPH04149075A - 銅回路形成用接合体 - Google Patents
銅回路形成用接合体Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
のろう材ペースト及びそれを用いた接合体に関する。
い、大電力・高能率インバーターの採用などモジュ、−
ルの変遷が進んでおり、半導体素子から発生する熱も増
加の一途をたどっている。この熱を効率よく放散するた
め、大電力モジュール基板では従来よりさまざまな方法
がとられてきた。
利用できるようになったため、基板上に銅板などの金属
板を接合し回路を形成後、そのままあるいはメツキ等の
処理を施してから半導体素子を搭載する構造も採用され
つつある。
路基板の製造という点からは、Mo −Mn法、活性金
属法、硫化銅法、DBC法、銅メタライズ法があげられ
る。
ニウム基板が注目されており、銅板との接合方法として
は、従来より、銅板と窒化アルミニウム基板との間に活
性金属成分を含むろう材(以下、しばしば単に「ろう材
」という)を介在させ、加熱処理して接合体とする活性
金属法(例えば特開昭60−177634号公報)や、
銅板と表面を酸化処理してなる窒化アルミニウム基板と
を銅の融点以下でCu、O−0の共晶温度以上で加熱接
合するDBC法(例えば特開昭56−163093号公
報)などが知られている。活性金属法はDBC法に比べ
て以下の利点がある。
AlN−CuO熱膨張差によって生じる残留応力が小さ
い。
ートサイクルに対して耐久性が大である。
の接合不良である。これは、主として、銅板とセラミッ
クス基板の接合端部において、ろう材が変質したりろう
材と銅板及び/又は窒化アルミニウム基板との濡れ性が
悪くなっていることに原因している。
的であるが、活性金属の増量は、はみ出し不良やビール
強度の低下、水平クシツクの発生などを生じやすいとい
う問題点がある。ここに、はみ出し不良とは接合時に、
銅板との接合が不要な部分にまでろう材が濡れ拡がって
しまう現象で、活性金属成分とセラミックス基板との反
応層が不要部分にも生じることが原因である。また、水
平クラックとは主として銅板とセラミックス基板との接
合端部の基板面に生じ基板面に対して水平方向に進行し
ていくクラックであり、ビール強度の低下の原因となり
、更に進行すれば回路電極部等が剥離してしまう。活性
金属成分とセラミックス基板との反応量が多くなり過ぎ
るとはみ出し不良や水平クランクが発生しやすいので、
これらの点からはむしろ活性金属成分をなるべく少なく
して接合する方が好ましい。
れている。
討を重ねた結果、特定組成の活性金属成分を含むろう材
ペーストを使用することにより、はみ出し不良やビール
強度の低下、水平クラックの発生などを生じることがな
い金属板とセラミックス基板との接合体が得られること
を見い出し、本発明を完成したものである。
ト及びそれを用いた接合体である。
金属成分を全金属成分中3〜35重量%含んでなり、し
かも該活性金属成分のうち2重量%以上がジルコニウム
成分で1重量%以上がチタン成分であることを特徴とす
るろう材ペースト。
ラミックス基板と銅板との接合体。
ることによってろう材のセラミックス基板への濡れ性を
確保し、一方、ジルコニウム成分を含ませることによっ
て銅板を清浄化させ、その結果ろう材の銅板への濡れ性
を損なわせないで、銅板とセラミックス基板との接合状
態を良好にし接合不良等による歩留りの低下を防いだこ
とにある。
ては、溶融時にろ・う材とセラミックスの濡れ性を確保
するため、活性金属成分を加える。
化物を生成し、この反応層がろう材とセラミックス基板
の結合を強固なものにする。本発明においてもこのよう
な活性金属成分を含ませるものであり、その具体例をあ
げれば、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、
タンタル、バナジウムやこれらの化合物である。
ン成分とジルコニウム成分との特定量を併用する。その
理由は以下のとおりである。
ことによる。一方、セラミックス基板と接合する銅板は
、通常、表面が酸化された状態にあり、そのままではろ
う材との濡れ性があまり良くない。しかしながら、活性
金属の酸化物は銅の酸化物よりも安定であることが多い
ため、活性金属成分が銅板表面を還元することによって
それを清浄化し、ろう材と銅板がよく濡れるようになる
これによって、ろう材と銅板は相互に拡散し、結合が形
成される。このような作用をもつ活性金属成分としては
特にチタン成分とジルコニウム成分が最も効果的である
が、チタンはジルコニウムに比べてろう材の溶融時に選
択的に基板側へ移動しやすいので銅板の清浄化作用の点
では劣る。従って、チタン成分とジルコニア成分を共に
含ませることによって銅板とセラミックス基板との接合
状態が良好な、接合不良等による歩留りの低下のない接
合体を製造することができる。
ましくは3重量%以上を含んでいないと上記した効果は
発現しない。ジルコニウム成分は、金属ジルコニウム粉
末、例えばジルコニウム−チタン合金などのジルコニウ
ム合金、水素化ジルコニウムなどの化合物を用いること
によって供給される。
は2重量%以上を含んでいないと上記した効果は発現し
ない。チタン成分は、金属チタン粉末、例えばチタン−
ジルコニウム合金などのチタン合金、水素化チタンなど
の化合物を用いることによって供給される。
量%好ましくは5〜30重量%特に好ましくは・7〜2
5重量%である。3重量%未満では十分な接合強度は得
られず、また35重量%を越えるとろう材中の活性金属
成分の量が増え過ぎるため、反応物量が増加しはみ出し
不良やビール強度の低下、水平クラックの発生が容易と
なる。本発明では、上記したジルコニウム成分とチタン
成分の割合を逸脱しない限り、他の活性金属成分と併用
できることはいうまでもない。
重量%の主成分は銀成分と銅成分である。両者の組成に
ついては特に制限を受けるものではないが、溶融温度が
最も低い共晶組成すなわち重量比で銀72:銅28また
はその付近が好ましい。第3成分の添加も活性金属やろ
う材に特に大きな影響を与えなければ特に限定するもの
ではなく、通常のろう材と同様にろう材の融点降下や反
応性、耐酸化性の向上等のための各種金属等の添加は可
能である。
分を主成分とし特定量・種の活性金属成分からなる金属
成分に有機溶剤や必要に応じて有機結合剤を加え、混合
機例えばロール、ニーダ、パンバリミキサー、万能混合
機、6らいかい機等を用いて混合することによって調整
される。その際の有機溶剤としては、メチルセルソルブ
、エチルセルソルブ、テレピネオール、イソホロン、ト
ルエン等、また、有機結合剤としては、エチルセルロー
ス、メチルセルロース、ポリメチルメタアクリレート、
ポリイソブチルメタアクリレート等が使用される。
〜35重量%、銀−銅ろう相成分35〜89重量%、有
機溶剤8〜30重量%、有機結合剤0〜10重景%置部
る。
0〜20,000 cps程度である。塗布方法につい
ては、セラミックス基板又は金属板にあまり厚みのムラ
な(塗布できる方法であれば特に制限されるものではな
く通常の方法でよいが、本発明では金属板とセラミック
ス基板とを接合した後に薬液で不要ろう材部骨を除去で
きるのでスクリーン印刷以外にもロールコータを用いた
全面塗布をも可能である。
、硝酸、硫酸、塩酸等の無機酸とフッ酸との混酸、王水
、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液などであ
り、不要ろう材の成分に応じて適切なものが選択される
。好ましくは、フッ酸単独、又はフッ酸と塩酸との混酸
である。これらの薬液は40〜95°Cの温度で使用す
ることが望ましく、また、薬液処理と同時に及び/又は
薬液処理後の水、溶剤、アルカリ脱脂液等を用いた洗浄
工程において、超音波を付与することが望ましい。
なく、通常は、銅、ニッケル、銅合金、ニッケル合金が
用いられる。また、その厚みについても特に制限はなく
、通常、金属箔と言われている肉厚の薄いものでも使用
可能であり、0.1〜1、o tmnOものが用いられ
る。また、本発明で使用されるセラミックス基板の材質
としては、通常、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化
アルミニウム、ムライト等が用いられる。
る。
25〜31重量部にジルコニウム粉末3〜20、チタン
又は水素化チタン2〜15重量部、及びテレピネオール
15重量部と有機結合剤としてポリイソブチルメタアク
リレートのトルエン溶液を固形分で1.5重量部加えて
よく混練し、ろう材ペーストを調製した。このろう材ベ
ーストを60smn X 30s xO,65mmtの
窒化アルミニウム基板の両面にロールコータ−を用いて
基板に全面塗布した。その際の塗布量(乾燥後)を第1
表に示す。次にこの基板の両面に60鵬X 30mm
X 0.25閣1の銅板を接触配置し、炉に各10枚投
入した。これらの試料を高真空中、900°C130w
in加熱した後、2’C/minの降温速度で冷却して
接合体とした。
グレジストをスクリーン印刷にて回路パターンに塗布後
、塩化第2鉄溶液を用いてエツチング処理を行なって、
銅板不要部分を溶解除去し、更にエツチングレジストを
5%苛性ソーダ溶液で剥離した。
に残留不要ろう材及び活性金属成分と基板の反応物があ
り、これを除去するため、各試料につき、70’C11
0%フッ酸溶液に10分間浸漬後さらに10%硝酸溶液
に2分間浸漬してろう材の除去を行なった。
察し、銅回路パターンのビール強度を測定した。その結
果を第1表に示す。
されている5kgf/cm+以上であった。
有機結合剤としてポリイソブチルメタアクリレートのト
ルエン溶液を固形分で1.5重量部加えてよく混練し、
ろう材ペーストを調製した。ペーストはスクリーン印刷
機を用いて窒化アルミニウム基板の回路パターン上に塗
布し150°Cで5分間乾燥した。以下、実施例1と同
様にして試料を作製して測定した。その結果を第1表に
示す。
目安とされている5kgf/cm以上であった。
チルメタアクリレートのトルエン溶液を実施例1と同様
に加えて試料を作製して測定した。
の低下となっている。さらに比較例1と3はビール強度
も実用強度の目安とされている5kg f / cmに
達していない。
平クラック等の発生などを生じることがない金属板とセ
ラミックス基板との接合体が得られ、工程上の歩留りが
大幅に向上する。
Claims (2)
- 1. 金属成分として、銀成分と銅成分を主成分とし活
性金属成分を全金属成分中3〜35重量%含んでなり、
しかも該活性金属成分のうち2重量%以上がジルコニウ
ム成分で1重量%以上がチタン成分であることを特徴と
するろう材ペースト。 - 2. 請求項1記載のろう材ペーストを用いて得られた
セラミックス基板と銅板との接合体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2270378A JP2612093B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 銅回路形成用接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2270378A JP2612093B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 銅回路形成用接合体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04149075A true JPH04149075A (ja) | 1992-05-22 |
JP2612093B2 JP2612093B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=17485424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2270378A Expired - Lifetime JP2612093B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 銅回路形成用接合体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2612093B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014175459A1 (ja) | 2013-04-26 | 2014-10-30 | 京セラ株式会社 | 複合積層体および電子装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62187180A (ja) * | 1986-02-10 | 1987-08-15 | 日本ハイブリツドテクノロジ−ズ株式会社 | 高周波誘導加熱によるセラミツクス部品の接合方法及びその接合構造体 |
-
1990
- 1990-10-11 JP JP2270378A patent/JP2612093B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62187180A (ja) * | 1986-02-10 | 1987-08-15 | 日本ハイブリツドテクノロジ−ズ株式会社 | 高周波誘導加熱によるセラミツクス部品の接合方法及びその接合構造体 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014175459A1 (ja) | 2013-04-26 | 2014-10-30 | 京セラ株式会社 | 複合積層体および電子装置 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2612093B2 (ja) | 1997-05-21 |
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