JPH0437660A - セラミックス―金属接合体の製造方法 - Google Patents
セラミックス―金属接合体の製造方法Info
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- JPH0437660A JPH0437660A JP14257590A JP14257590A JPH0437660A JP H0437660 A JPH0437660 A JP H0437660A JP 14257590 A JP14257590 A JP 14257590A JP 14257590 A JP14257590 A JP 14257590A JP H0437660 A JPH0437660 A JP H0437660A
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- Ceramic Products (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (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。
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はセラミックス−金属接合体の製造方法、特には
セラミックスと金属とか強固に接合されており、熱伝導
性が高く、絶縁性もすぐれていることから、パワー半導
体モジュール用基板、ハイブリットIC用基板などとし
て有用とされる、セラミックス−金属接合体の製造方法
に関するものである。
セラミックスと金属とか強固に接合されており、熱伝導
性が高く、絶縁性もすぐれていることから、パワー半導
体モジュール用基板、ハイブリットIC用基板などとし
て有用とされる、セラミックス−金属接合体の製造方法
に関するものである。
(従来の技術)
セラミックス−金属接合体はセラミックスか通常熱伝導
性、絶縁性のすぐれたものであることからパワー半導体
モジュール用基板、ハイブリットIC用基板などとして
有用なものとされているが、この製造についてはセラミ
ックスと金属、例えば銅との間に銅の酸化物層を介して
配置し、この積層体を銅と酸素との共晶温度以上で、か
つ銅の融点以下の温度に加熱し、銅と酸素との共晶融液
を形成させてセラミックス部材と銅の両者をぬらしたの
ち、この積層体を冷却してセラミックス部材と銅とを結
合させるという方法か、公知とされている(特公昭60
−4154号公報参照)。
性、絶縁性のすぐれたものであることからパワー半導体
モジュール用基板、ハイブリットIC用基板などとして
有用なものとされているが、この製造についてはセラミ
ックスと金属、例えば銅との間に銅の酸化物層を介して
配置し、この積層体を銅と酸素との共晶温度以上で、か
つ銅の融点以下の温度に加熱し、銅と酸素との共晶融液
を形成させてセラミックス部材と銅の両者をぬらしたの
ち、この積層体を冷却してセラミックス部材と銅とを結
合させるという方法か、公知とされている(特公昭60
−4154号公報参照)。
しかし、この方法では銅と酸素との共晶温度が1.06
5℃であり、銅の融点が1,083℃で両者の差がわず
か20℃程度であるためにこの温度コントロールが難し
く、量産性に欠けるという不利がある。
5℃であり、銅の融点が1,083℃で両者の差がわず
か20℃程度であるためにこの温度コントロールが難し
く、量産性に欠けるという不利がある。
そのため、このセラミックス部材と金属部材との接合に
ついてはセラミックス部材と金属部材との間に活性金属
箔を介在させるという方法が提案されており(特開昭6
0−32343号公報参照)、これによればセラミック
ス部材と金属部材をぬらす共晶融液の発生温度を活性金
属と金属との共晶温度から銅の融点までとすればよいの
で熱処理温度を下げることができ、温度コントロールの
範囲を広げることも可能になるという有利性か与えられ
る。
ついてはセラミックス部材と金属部材との間に活性金属
箔を介在させるという方法が提案されており(特開昭6
0−32343号公報参照)、これによればセラミック
ス部材と金属部材をぬらす共晶融液の発生温度を活性金
属と金属との共晶温度から銅の融点までとすればよいの
で熱処理温度を下げることができ、温度コントロールの
範囲を広げることも可能になるという有利性か与えられ
る。
また、このセラミックス部材と金属部材との接合につい
てはセラミックス部材と金属部材との間に気相成長法で
アルミニウム層とチタン層を作り、これを真空中で加熱
処理するという方法も提案されている(特開昭63−2
30578号公報参照)。
てはセラミックス部材と金属部材との間に気相成長法で
アルミニウム層とチタン層を作り、これを真空中で加熱
処理するという方法も提案されている(特開昭63−2
30578号公報参照)。
(発明が解決しようとする課題)
しかし、上記した活性金属箔を使用する方法にはこの活
性金属箔が非常に高価なものであるために低コスト化が
難しく、またこれにはセラミックス部材と金属部材の表
面に生じているうねりや凹凸に箔が追従し切れないため
に、セラミックス部材と金属部材がうまくぬれず、した
がりて接着が不充分となるところが発生するという欠点
があり、上記した気相成長法でアルミニウム層とチタン
層を設けるという方法には気相成長させる段階で多大の
工数が必要とされるために低コスト化が難しく、これに
はまた工業的な量産に適しないという不利かあり、これ
らの解決が求められている。
性金属箔が非常に高価なものであるために低コスト化が
難しく、またこれにはセラミックス部材と金属部材の表
面に生じているうねりや凹凸に箔が追従し切れないため
に、セラミックス部材と金属部材がうまくぬれず、した
がりて接着が不充分となるところが発生するという欠点
があり、上記した気相成長法でアルミニウム層とチタン
層を設けるという方法には気相成長させる段階で多大の
工数が必要とされるために低コスト化が難しく、これに
はまた工業的な量産に適しないという不利かあり、これ
らの解決が求められている。
(課題を解決するための手段)
本発明はこのような不利を解決したセラミックス−金属
接合体の製造方法に関するものであり、これはセラミッ
クスと金属との間に金属の融点以下の温度で共晶を形成
する金属粉組成物を介在させ、真空中または不活性ガス
τ囲気下に熱処理することを特徴とするものである。
接合体の製造方法に関するものであり、これはセラミッ
クスと金属との間に金属の融点以下の温度で共晶を形成
する金属粉組成物を介在させ、真空中または不活性ガス
τ囲気下に熱処理することを特徴とするものである。
すなわち、本発明者らはセラミックス−金属接合体を容
易に、かつ安価に製造する方法について種々検討した結
果、セラミックス部材と金属部内の間にこの金属部材の
融点以下の温度で共晶を形成する金属粉組成物を介在さ
せ、真空中または不活性ガス雰囲気下に熱処理すると、
この金属粉組成物から作られる共晶融体によってセラミ
ックス部材と金属部材の表面がぬらされ、冷却によるそ
の凝固によってセラミックス部材と金属部材が容易に、
かつ強固に接合されることを見出し、この接合条件など
についての研究を進めて本発明を完成させた。
易に、かつ安価に製造する方法について種々検討した結
果、セラミックス部材と金属部内の間にこの金属部材の
融点以下の温度で共晶を形成する金属粉組成物を介在さ
せ、真空中または不活性ガス雰囲気下に熱処理すると、
この金属粉組成物から作られる共晶融体によってセラミ
ックス部材と金属部材の表面がぬらされ、冷却によるそ
の凝固によってセラミックス部材と金属部材が容易に、
かつ強固に接合されることを見出し、この接合条件など
についての研究を進めて本発明を完成させた。
以下にこれをさらに詳述する。
(作用)
本発明はセラミックス−金属接合体製造方法の改良に関
するものである。
するものである。
本発明で使用されるセラミックス部材としては窒化アル
ミニウム、窒化けい素、窒化はう素、アリミナ、ムライ
ト、マグネシア、へりリア、サイアロン、炭化けい素な
どのような各種金属の窒化化物、酸化物、炭化物などが
例示されるが、これらの中では窒化アルミニウム、表面
を酸化した窒化アルミニウム、アルミナか熱伝導性絶縁
性がすくねているものであることから好適とされるし、
ここに使用される金属部材としては銅、ニッケル、クロ
ム、鉄、金、銀、アルミニウム、パラジウム、亜鉛、す
す、シリコン、モリブデン、タングステンおよびこれら
の合金か例示されるが、これらの中では安価であり、大
電流か流せるということからは銅または銅合金か最適な
ものとされる。
ミニウム、窒化けい素、窒化はう素、アリミナ、ムライ
ト、マグネシア、へりリア、サイアロン、炭化けい素な
どのような各種金属の窒化化物、酸化物、炭化物などが
例示されるが、これらの中では窒化アルミニウム、表面
を酸化した窒化アルミニウム、アルミナか熱伝導性絶縁
性がすくねているものであることから好適とされるし、
ここに使用される金属部材としては銅、ニッケル、クロ
ム、鉄、金、銀、アルミニウム、パラジウム、亜鉛、す
す、シリコン、モリブデン、タングステンおよびこれら
の合金か例示されるが、これらの中では安価であり、大
電流か流せるということからは銅または銅合金か最適な
ものとされる。
本発明によるセラミックス−金属接合体の製造は、セラ
ミックス部材の上にここに使用される金属部材の融点以
下の温度で共晶を形成する金属粉組成物を載置したのち
、この上に金属部材を載置し、ついでこれを真空中また
は不活性ガス雰囲気下に熱処理するのであるか、ここに
使用される金属粉組成物としては下記の第1表に示した
ような共晶組成と共晶温度を有するものか例示される。
ミックス部材の上にここに使用される金属部材の融点以
下の温度で共晶を形成する金属粉組成物を載置したのち
、この上に金属部材を載置し、ついでこれを真空中また
は不活性ガス雰囲気下に熱処理するのであるか、ここに
使用される金属粉組成物としては下記の第1表に示した
ような共晶組成と共晶温度を有するものか例示される。
このものはその共晶温度がここに使用される金属部材の
融点以下であることか必要とされるので、この条件にも
とづいて選択すればよく、したかってここに使用される
金属部材が銅である場合には銅の融点か1,083℃で
あることからこれよりも低い共晶温度、融点をもつ銅粉
とチタン粉および/またはチタン水素化物とからなる組
成物またはニッケル粉とチタン粉および/またはチタン
水素化物とからなる組成物を選択すればよい。
融点以下であることか必要とされるので、この条件にも
とづいて選択すればよく、したかってここに使用される
金属部材が銅である場合には銅の融点か1,083℃で
あることからこれよりも低い共晶温度、融点をもつ銅粉
とチタン粉および/またはチタン水素化物とからなる組
成物またはニッケル粉とチタン粉および/またはチタン
水素化物とからなる組成物を選択すればよい。
第1表
また、この金属粉組成物は上記した2種または3種の金
属粉の混合物とされるか、これらはその粉末の粒径が細
かいほど反応が良好に行なわれるし、セラミックス部材
、金属部材の表面のうねりや凹凸に追従し易くなるので
適宜の粒径のものとすることがよいが、通常は粒径か1
〜50μm程度の粉末とすればよい。なお、この合金粉
組成物における2種または3種の金属粉の配合比はそれ
らか共晶を形成する範囲とすれはよいか、このものはセ
ラミックス部材への添加に先立ってこの金属粉組成物に
エチルセルロース、ポリビニルブチラルなとの有機バイ
ンターとテルピンなとの溶剤を添加し、混練してペース
ト状としたものをスクリーン印刷、スプレーなどでセラ
ミックス部材上に塗布してもよい。
属粉の混合物とされるか、これらはその粉末の粒径が細
かいほど反応が良好に行なわれるし、セラミックス部材
、金属部材の表面のうねりや凹凸に追従し易くなるので
適宜の粒径のものとすることがよいが、通常は粒径か1
〜50μm程度の粉末とすればよい。なお、この合金粉
組成物における2種または3種の金属粉の配合比はそれ
らか共晶を形成する範囲とすれはよいか、このものはセ
ラミックス部材への添加に先立ってこの金属粉組成物に
エチルセルロース、ポリビニルブチラルなとの有機バイ
ンターとテルピンなとの溶剤を添加し、混練してペース
ト状としたものをスクリーン印刷、スプレーなどでセラ
ミックス部材上に塗布してもよい。
このように金属粉組成物か載置または塗布されたセラミ
ックス部材にはこの上にこのセラミックス部材と接合さ
れる金属部月を載置して積層体を作り、これをτ気炉の
中に必要に応し荷重を加えて配置してから加熱すれはよ
い。炉内の雰囲気は銅、チタンなとの金属粉か酸化され
易いものであるために真空とするか、不活性ガス雰囲気
とする必要があるか、この加熱は金属部材は溶融しない
力釈金属粉組成物が共晶体を形成するに充分な温度にま
で加熱する必要かある。したがって、この金属粉組成物
かCu−Ti (28,0%i)のときには880℃以
上、5i−Ti (71,繋)のときには955℃以上
とする必要かあるが、この加熱時間は30分程度とすれ
ばよく、これはもっと短かくしても長くしてもよいか、
金属粉組成物をペーストとして塗布した場合にはまず酸
素=囲気下に400℃程度に加熱して有機成分を燃焼さ
せたのちに、この雰囲気を真空または不活性ガス雰囲気
として上記温度に加熱するようにすれはよい。
ックス部材にはこの上にこのセラミックス部材と接合さ
れる金属部月を載置して積層体を作り、これをτ気炉の
中に必要に応し荷重を加えて配置してから加熱すれはよ
い。炉内の雰囲気は銅、チタンなとの金属粉か酸化され
易いものであるために真空とするか、不活性ガス雰囲気
とする必要があるか、この加熱は金属部材は溶融しない
力釈金属粉組成物が共晶体を形成するに充分な温度にま
で加熱する必要かある。したがって、この金属粉組成物
かCu−Ti (28,0%i)のときには880℃以
上、5i−Ti (71,繋)のときには955℃以上
とする必要かあるが、この加熱時間は30分程度とすれ
ばよく、これはもっと短かくしても長くしてもよいか、
金属粉組成物をペーストとして塗布した場合にはまず酸
素=囲気下に400℃程度に加熱して有機成分を燃焼さ
せたのちに、この雰囲気を真空または不活性ガス雰囲気
として上記温度に加熱するようにすれはよい。
このように加熱するとこの金属粉組成物が共晶体を形成
し、これか共晶融液を作り、これがセラミックス部材お
よび金属部材の表面をぬらすので、ついてこれを室温ま
で冷却すればこの共晶融液か凝固し、これによフてセラ
ミックス部材と金属部材とはこの凝固した共晶融液によ
って強固に接合したものとなるので、目的とするセラミ
ックス−金属接合体を容易に得ることができるという有
利性か与えられる。
し、これか共晶融液を作り、これがセラミックス部材お
よび金属部材の表面をぬらすので、ついてこれを室温ま
で冷却すればこの共晶融液か凝固し、これによフてセラ
ミックス部材と金属部材とはこの凝固した共晶融液によ
って強固に接合したものとなるので、目的とするセラミ
ックス−金属接合体を容易に得ることができるという有
利性か与えられる。
(実施例)
つきに本発明の実施例をあげる。
実施例
窒化アルミニウム粉末にその5重量%の焼結剤としての
イツトリアを添加し、常圧焼結して得た、大きさか2イ
ンチ平方で厚さか0635インチであり、熱伝導率か2
00W/m−にである窒化アルミニウム部材と、50X
50x 300μmの酸素を含有しない無酸素銅板と
をアセトン液中ての超音波洗浄で脱脂した。
イツトリアを添加し、常圧焼結して得た、大きさか2イ
ンチ平方で厚さか0635インチであり、熱伝導率か2
00W/m−にである窒化アルミニウム部材と、50X
50x 300μmの酸素を含有しない無酸素銅板と
をアセトン液中ての超音波洗浄で脱脂した。
また、これとは別に才Fj、ffかほぼ30μmの銅粉
末7.2gと粒径かほぼ10μmのチタン粉末2.8g
1.:結合剤としてのエチルセルロース10重王%と溶
剤としてのテルピネオール10型皿%を加え、よく攪拌
してペーストを作成した。
末7.2gと粒径かほぼ10μmのチタン粉末2.8g
1.:結合剤としてのエチルセルロース10重王%と溶
剤としてのテルピネオール10型皿%を加え、よく攪拌
してペーストを作成した。
ついて上記の窒化アルミニウム部材の一面に上記で得た
ペーストをスクリーン印刷て厚さ30μmに塗布したの
ち、この上に上記の銅板を載置し、この積層体を電気炉
に入れ、炉内を400℃に加熱してペースト中の有機成
分を燃焼除去したのち、炉内を1xlQ−’t−−ルの
真空としてから885℃まで昇温してこの温度に30分
間保持し、その後室温にまで冷却したところ、窒化アル
ミニウム部材と銅板とか強固に接着した接合体か得られ
、この接合体についてのビール強度をしらべたところ、
第1表に示したとおりの結果が得られたが、これには比
較のためにチタンV3(50,um厚)を実施例1と同
一条件で用いた場合の結果も併記した。
ペーストをスクリーン印刷て厚さ30μmに塗布したの
ち、この上に上記の銅板を載置し、この積層体を電気炉
に入れ、炉内を400℃に加熱してペースト中の有機成
分を燃焼除去したのち、炉内を1xlQ−’t−−ルの
真空としてから885℃まで昇温してこの温度に30分
間保持し、その後室温にまで冷却したところ、窒化アル
ミニウム部材と銅板とか強固に接着した接合体か得られ
、この接合体についてのビール強度をしらべたところ、
第1表に示したとおりの結果が得られたが、これには比
較のためにチタンV3(50,um厚)を実施例1と同
一条件で用いた場合の結果も併記した。
第1表
本発明はセラミックス−金属接合体の製造方法に関する
もので、これは前記したようにセラミックスと金属との
間に金属の融点以下の温度で共晶を形成する金属粉組成
物を介在させ、真空中または不活性ガス7囲気下に熱処
理することを特徴とするものであるが、これによればこ
こに使用される金属粉組成物が高価な活性金属箔にくら
べて安価であるし、この熱処理も金属粉組成物の共晶作
成温度とここに使用する金属の融点の間に設定すれはよ
いので簡単であり、量産性に冨んでいるので、目的とす
るセラミックス−金属接合体を容易に、かつ安価に得る
ことができるという工業的な有利性が与えられる。
もので、これは前記したようにセラミックスと金属との
間に金属の融点以下の温度で共晶を形成する金属粉組成
物を介在させ、真空中または不活性ガス7囲気下に熱処
理することを特徴とするものであるが、これによればこ
こに使用される金属粉組成物が高価な活性金属箔にくら
べて安価であるし、この熱処理も金属粉組成物の共晶作
成温度とここに使用する金属の融点の間に設定すれはよ
いので簡単であり、量産性に冨んでいるので、目的とす
るセラミックス−金属接合体を容易に、かつ安価に得る
ことができるという工業的な有利性が与えられる。
また、これによれは、ここに使用される金属粉組成物か
粉体あるいはペースト状で使用されるので、これらかセ
ラミックス部材、金属部材になしんだ状態で接触するし
、これはまたセラミックス部材や金属部材表面のうねり
、凹凸にもうまく追従できるので、セラミックス部材と
金属部材の接合をより強固なものとすることができると
いう効果も与えられる。
粉体あるいはペースト状で使用されるので、これらかセ
ラミックス部材、金属部材になしんだ状態で接触するし
、これはまたセラミックス部材や金属部材表面のうねり
、凹凸にもうまく追従できるので、セラミックス部材と
金属部材の接合をより強固なものとすることができると
いう効果も与えられる。
特許出願人 信越化学工業株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、セラミックスと金属との間に金属の融点以下の温度
で共晶を形成する金属粉組成物を介在させ、真空中また
は不活性ガス雰囲気下に熱処理することを特徴とするセ
ラミックス−金属接合体の製造方法。 2、セラミックスが窒化アルミニウムまたはアルミナで
ある請求項1に記載したセラミックス−金属接合体の製
造方法。 3、金属が銅である請求項1に記載したセラミックス−
金属接合体の製造方法。 4、金属粉組成物が銅粉末とチタン粉末および/または
チタン水素化物粉末からなるものである請求項1に記載
したセラミックス−金属接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14257590A JPH0437660A (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | セラミックス―金属接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14257590A JPH0437660A (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | セラミックス―金属接合体の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0437660A true JPH0437660A (ja) | 1992-02-07 |
Family
ID=15318510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14257590A Pending JPH0437660A (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | セラミックス―金属接合体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0437660A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04280880A (ja) * | 1991-03-11 | 1992-10-06 | Tokin Corp | メタライザ及びセラミックスメタライズ基板 |
EP1570943A1 (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-07 | The Alfred E Mann Foundation for Scientific Research | Layered deposition braze material |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP14257590A patent/JPH0437660A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04280880A (ja) * | 1991-03-11 | 1992-10-06 | Tokin Corp | メタライザ及びセラミックスメタライズ基板 |
EP1570943A1 (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-07 | The Alfred E Mann Foundation for Scientific Research | Layered deposition braze material |
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