JPH04295065A - セラミック−金属接合体の製造方法 - Google Patents
セラミック−金属接合体の製造方法Info
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- JPH04295065A JPH04295065A JP8348691A JP8348691A JPH04295065A JP H04295065 A JPH04295065 A JP H04295065A JP 8348691 A JP8348691 A JP 8348691A JP 8348691 A JP8348691 A JP 8348691A JP H04295065 A JPH04295065 A JP H04295065A
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Landscapes
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- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック基板と金属
板を接合させたセラミック−金属接合体の製造方法に関
する。具体的にいえば、本発明は、例えばＩＣパッケー
ジやパワーダイオード等を搭載するための基板材料とし
て用いられるセラミック−金属接合体の製造方法に関す
る。
板を接合させたセラミック−金属接合体の製造方法に関
する。具体的にいえば、本発明は、例えばＩＣパッケー
ジやパワーダイオード等を搭載するための基板材料とし
て用いられるセラミック−金属接合体の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高密度化、高速化およ
び高出力化に伴う発熱量の増大に対応させるため、実装
基板としてより高い放熱性が要求される用途では、ヒー
トシンクとして数１００μｍの厚みの金属板をセラミッ
ク基板に接合させる必要がある。
び高出力化に伴う発熱量の増大に対応させるため、実装
基板としてより高い放熱性が要求される用途では、ヒー
トシンクとして数１００μｍの厚みの金属板をセラミッ
ク基板に接合させる必要がある。
【０００３】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セラミック基板と金属板を接
合させ、基板用の接合体を製作している。すなわち、図
２に示すように、セラミック基板１１と金属板１２の間
に銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）のロウ材１
３を挟んだ後、真空中で熱処理を施し、ロウ材１３を融
着させてセラミック基板１１と金属板１２を接合させて
いる。こうしてセラミック基板１１に接合された金属板
１２は、ヒートシンクとしてセラミック基板１１の放熱
性を良好にし、また必要に応じて配線パターンとしても
使用される。
を添加したロウ材を用いてセラミック基板と金属板を接
合させ、基板用の接合体を製作している。すなわち、図
２に示すように、セラミック基板１１と金属板１２の間
に銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）のロウ材１
３を挟んだ後、真空中で熱処理を施し、ロウ材１３を融
着させてセラミック基板１１と金属板１２を接合させて
いる。こうしてセラミック基板１１に接合された金属板
１２は、ヒートシンクとしてセラミック基板１１の放熱
性を良好にし、また必要に応じて配線パターンとしても
使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにロウ材を
介して直接セラミック基板と金属板を接合させる方法で
も、セラミック基板と金属板の接合面積が小さい場合に
は問題ない。しかし、大型のセラミック基板にヒートシ
ンクとして面積の大きな金属板を接合させる場合のよう
に接合面積が大きくなると、セラミック基板がロウ材で
濡れず、そのためセラミック基板と金属板の接合されな
い領域が生じる。この非接合領域（あるいは、接合不良
領域）では、セラミック基板と金属板が密着していない
ため、セラミック基板から金属板への放熱性を低下させ
たり、あるいは、熱処理冷却時の残留熱応力が集中して
セラミック基板にマイクロクラックが発生したりする問
題があり、基板材料としての信頼性を低下させていた。
介して直接セラミック基板と金属板を接合させる方法で
も、セラミック基板と金属板の接合面積が小さい場合に
は問題ない。しかし、大型のセラミック基板にヒートシ
ンクとして面積の大きな金属板を接合させる場合のよう
に接合面積が大きくなると、セラミック基板がロウ材で
濡れず、そのためセラミック基板と金属板の接合されな
い領域が生じる。この非接合領域（あるいは、接合不良
領域）では、セラミック基板と金属板が密着していない
ため、セラミック基板から金属板への放熱性を低下させ
たり、あるいは、熱処理冷却時の残留熱応力が集中して
セラミック基板にマイクロクラックが発生したりする問
題があり、基板材料としての信頼性を低下させていた。
【０００５】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、その目的とするところは、大面積の
接合を行なわせる場合でも、セラミック基板と金属板と
の間に非接合領域を生じさせず、信頼性の高いセラミッ
ク−金属接合体を製造することができる方法を提供する
ことにある。
されたものであり、その目的とするところは、大面積の
接合を行なわせる場合でも、セラミック基板と金属板と
の間に非接合領域を生じさせず、信頼性の高いセラミッ
ク−金属接合体を製造することができる方法を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック−金
属接合体の製造方法は、セラミック基板の上にチタン層
を形成し、このチタン層の上にロウ材を塗布して金属板
を重ね、この後ロウ材に熱処理を施すことによって金属
板をセラミック基板に接合させることを特徴としている
。
属接合体の製造方法は、セラミック基板の上にチタン層
を形成し、このチタン層の上にロウ材を塗布して金属板
を重ね、この後ロウ材に熱処理を施すことによって金属
板をセラミック基板に接合させることを特徴としている
。
【０００７】
【作用】本発明にあっては、あらかじめセラミック基板
の上にチタン層を形成してあるので、このチタン層の上
にロウ材を塗布して金属板を重ね、ロウ材に熱処理を施
すと、熱処理時にチタン層がロウ材と反応するので、セ
ラミック基板がロウ材で確実に濡れる。
の上にチタン層を形成してあるので、このチタン層の上
にロウ材を塗布して金属板を重ね、ロウ材に熱処理を施
すと、熱処理時にチタン層がロウ材と反応するので、セ
ラミック基板がロウ材で確実に濡れる。
【０００８】したがって、セラミック基板と金属板の接
合面積が大きい場合でも、非接合領域が発生せず、セラ
ミック基板と銅板を確実に接合させることができる。こ
のため、非接合領域の発生による放熱性の低下や、非接
合領域におけるセラミック基板のマイクロクラックを防
止でき、信頼性の高い基板材料を製作することができる
。
合面積が大きい場合でも、非接合領域が発生せず、セラ
ミック基板と銅板を確実に接合させることができる。こ
のため、非接合領域の発生による放熱性の低下や、非接
合領域におけるセラミック基板のマイクロクラックを防
止でき、信頼性の高い基板材料を製作することができる
。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例における熱処理前の
正面図である。まず、熱処理までの処理手順を説明する
。窒化アルミニウム基板等のセラミック基板１の両面（
もしくは片面）に、接合しようとする金属板４の形状に
合わせてスパッタ法や蒸着法あるいはペーストを印刷し
て焼き付ける厚膜法等によりチタン被膜を形成し、厚さ
数μｍのチタン層２を形成する。ついで、チタン層２の
上にスクリーン印刷法により銅−銀系（Ｃｕ−Ａｇ系）
あるいは銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）のロ
ウ材３を数１０μｍの厚さに塗布し、その上に銅板等の
金属板４を重ねる。このときの状態を図１に示している
。
正面図である。まず、熱処理までの処理手順を説明する
。窒化アルミニウム基板等のセラミック基板１の両面（
もしくは片面）に、接合しようとする金属板４の形状に
合わせてスパッタ法や蒸着法あるいはペーストを印刷し
て焼き付ける厚膜法等によりチタン被膜を形成し、厚さ
数μｍのチタン層２を形成する。ついで、チタン層２の
上にスクリーン印刷法により銅−銀系（Ｃｕ−Ａｇ系）
あるいは銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）のロ
ウ材３を数１０μｍの厚さに塗布し、その上に銅板等の
金属板４を重ねる。このときの状態を図１に示している
。
【００１０】こうしてロウ材３を介してチタン層２を形
成されたセラミック基板１と金属板４を積層して加圧し
た後、このセラミック基板１と金属板４の積層体に真空
中で加熱処理を施す。この熱処理工程における昇温中に
、セラミック基板１の表面に形成されていたチタン層２
のチタン原子がロウ材３中に拡散してゆき、セラミック
基板１表面のチタン層２がロウ材３と置換されてセラミ
ック基板１がロウ材３によって濡らされる。この結果、
金属板４は全面的にセラミック基板１と確実に接合され
る。なお、こうして熱処理を施された後のセラミック−
金属接合体は、チタン層２がロウ材３中に拡散している
ので、図２の従来例のセラミック−金属接合体と同様な
構造を有している。
成されたセラミック基板１と金属板４を積層して加圧し
た後、このセラミック基板１と金属板４の積層体に真空
中で加熱処理を施す。この熱処理工程における昇温中に
、セラミック基板１の表面に形成されていたチタン層２
のチタン原子がロウ材３中に拡散してゆき、セラミック
基板１表面のチタン層２がロウ材３と置換されてセラミ
ック基板１がロウ材３によって濡らされる。この結果、
金属板４は全面的にセラミック基板１と確実に接合され
る。なお、こうして熱処理を施された後のセラミック−
金属接合体は、チタン層２がロウ材３中に拡散している
ので、図２の従来例のセラミック−金属接合体と同様な
構造を有している。
【００１１】上記方法により作製した接合体では、セラ
ミック基板１がロウ材３で確実に濡らされるので、セラ
ミック基板１と金属板４の非接合領域が発生せず、金属
板４がヒートシンクの働きをして放熱性が良好となる。 このため、放熱性の優れた基板材料として使用すること
ができ、ＩＣやパワーダイオード等の半導体デバイスの
パッケージとして用いて半導体デバイスの温度上昇を抑
制することができ、極めて信頼性の高い基板材料が得ら
れる。
ミック基板１がロウ材３で確実に濡らされるので、セラ
ミック基板１と金属板４の非接合領域が発生せず、金属
板４がヒートシンクの働きをして放熱性が良好となる。 このため、放熱性の優れた基板材料として使用すること
ができ、ＩＣやパワーダイオード等の半導体デバイスの
パッケージとして用いて半導体デバイスの温度上昇を抑
制することができ、極めて信頼性の高い基板材料が得ら
れる。
【００１２】次に、本発明の方法を実施して製造された
セラミック−金属接合体と、比較例の方法によって製造
されたセラミック−金属接合体とを比較した結果を説明
する。
セラミック−金属接合体と、比較例の方法によって製造
されたセラミック−金属接合体とを比較した結果を説明
する。
【００１３】（実施例の製造方法）まず、セラミック基
板として厚さ６３５μｍ、縦横寸法がそれぞれ２インチ
の窒化アルミニウム基板を用意し、この窒化アルミニウ
ム基板の上にスパッタ法により厚さ２μｍのチタン層を
銅板形状に合わせて形成した。さらに、チタン層の上に
Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系のロウ材を３０μｍの厚さにスクリ
ーン印刷し、厚さ３００μｍの銅板を重ねた。この後、
０．８ｇ／ｍｍ２の荷重をかけ、真空中（≦１×１０−
４Ｔｏｒｒ）において、８５０℃で１０分間熱処理を施
し、図２の接合体と同様な形状の実施例によるセラミッ
ク−金属接合体を製作した。
板として厚さ６３５μｍ、縦横寸法がそれぞれ２インチ
の窒化アルミニウム基板を用意し、この窒化アルミニウ
ム基板の上にスパッタ法により厚さ２μｍのチタン層を
銅板形状に合わせて形成した。さらに、チタン層の上に
Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系のロウ材を３０μｍの厚さにスクリ
ーン印刷し、厚さ３００μｍの銅板を重ねた。この後、
０．８ｇ／ｍｍ２の荷重をかけ、真空中（≦１×１０−
４Ｔｏｒｒ）において、８５０℃で１０分間熱処理を施
し、図２の接合体と同様な形状の実施例によるセラミッ
ク−金属接合体を製作した。
【００１４】（比較例の製造方法）また比較例の方法で
は、窒化アルミニウム基板の上にチタン層を形成するこ
となく、窒化アルミニウム基板の上に直接ロウ材をスク
リーン印刷し、その上に銅板を重ね、熱処理を施して窒
化アルミニウム基板と銅板を接合させ、図２の接合体と
同様な形状の比較例によるセラミック−金属接合体を製
作した。
は、窒化アルミニウム基板の上にチタン層を形成するこ
となく、窒化アルミニウム基板の上に直接ロウ材をスク
リーン印刷し、その上に銅板を重ね、熱処理を施して窒
化アルミニウム基板と銅板を接合させ、図２の接合体と
同様な形状の比較例によるセラミック−金属接合体を製
作した。
【００１５】（実施例による接合体と比較例による接合
体との比較）熱処理後これらの接合体をカットし、研磨
後に断面を観察したところ、比較例による接合体では、
窒化アルミニウム基板の下面側で３０％程度接合してい
ない領域があったのに対し、実施例による接合体では非
接合領域はみられなかった。
体との比較）熱処理後これらの接合体をカットし、研磨
後に断面を観察したところ、比較例による接合体では、
窒化アルミニウム基板の下面側で３０％程度接合してい
ない領域があったのに対し、実施例による接合体では非
接合領域はみられなかった。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、セラミック基板の上に
形成したチタン層によってセラミック基板とロウ材の濡
れ性が良好になるので、接合面積が大きい場合でも非接
合領域が発生しなくなる。このため、セラミック基板と
金属板が完全に密着させられ、セラミック基板の熱を金
属板から効果的に放熱させることができ、また熱処理冷
却時の熱応力集中によりセラミック基板にマイクロクラ
ックが発生することもなく、信頼性の高い基板材料を得
ることができる。
形成したチタン層によってセラミック基板とロウ材の濡
れ性が良好になるので、接合面積が大きい場合でも非接
合領域が発生しなくなる。このため、セラミック基板と
金属板が完全に密着させられ、セラミック基板の熱を金
属板から効果的に放熱させることができ、また熱処理冷
却時の熱応力集中によりセラミック基板にマイクロクラ
ックが発生することもなく、信頼性の高い基板材料を得
ることができる。
【図１】本発明の一実施例によるセラミック−金属接合
体の製造方法を示す正面図である。
体の製造方法を示す正面図である。
【図２】従来例によるセラミック−金属接合体の正面図
である。
である。
【符号の説明】
１ セラミック基板
２ チタン層
３ ロウ材
４ 金属板
Claims (1)
- 【請求項１】 セラミック基板の上にチタン層を形成
し、このチタン層の上にロウ材を塗布して金属板を重ね
、この後ロウ材に熱処理を施すことによって金属板をセ
ラミック基板に接合させることを特徴とするセラミック
−金属接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8348691A JPH04295065A (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | セラミック−金属接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8348691A JPH04295065A (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | セラミック−金属接合体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04295065A true JPH04295065A (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=13803810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8348691A Pending JPH04295065A (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | セラミック−金属接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04295065A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0746007A (ja) * | 1993-07-28 | 1995-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電力用基板および高周波用電力増幅器 |
| JP2014117106A (ja) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Cosel Co Ltd | 電源装置の伝導放熱構造 |
| JP2015043392A (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体及びパワーモジュール用基板 |
| WO2015029812A1 (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体及びパワーモジュール用基板 |
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| JP2015177045A (ja) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 銅／セラミックス接合体、及び、パワーモジュール用基板 |
| US10103035B2 (en) | 2014-02-12 | 2018-10-16 | Mitsubishi Materials Corporation | Copper-ceramic bonded body and power module substrate |
| CN110734297A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-31 | 上海富驰高科技股份有限公司 | 陶瓷与金属的连接方法及接头结构 |
| CN114557144A (zh) * | 2019-10-08 | 2022-05-27 | 罗杰斯德国有限公司 | 制造金属-陶瓷衬底的方法，焊接体系和利用该方法制造的金属-陶瓷衬底 |
-
1991
- 1991-03-22 JP JP8348691A patent/JPH04295065A/ja active Pending
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