JPH05246769A - セラミックス−金属接合用組成物およびそれを用いたセラミックス−金属接合体 - Google Patents
セラミックス−金属接合用組成物およびそれを用いたセラミックス−金属接合体Info
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- JPH05246769A JPH05246769A JP3051198A JP5119891A JPH05246769A JP H05246769 A JPH05246769 A JP H05246769A JP 3051198 A JP3051198 A JP 3051198A JP 5119891 A JP5119891 A JP 5119891A JP H05246769 A JPH05246769 A JP H05246769A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化物系セラミックス材料と金属材料との熱
膨張差に起因する、窒化物系セラミックス材料側のクラ
ック等の発生を抑制し、冷熱サイクル等の付加に対して
高い信頼性が得られるセラミックス−金属接合用組成物
を提供する。 【構成】 Cuを15〜35重量％、Ti、ZrおよびNbから選ば
れた少なくとも 1種を 1〜10重量％、W 、Mo、窒化アル
ミニウム、窒化ケイ素および窒化ホウ素から選ばれた少
なくとも 1種を20〜40重量％含有し、残部が実質的にAg
からなる窒化物系セラミックス−金属接合用組成物であ
る。この接合用組成物２を、窒化物系セラミックス部材
１と金属部材３との接合すべき面の間に介在させ、加熱
接合することにより、冷熱サイクルの付加に対して信頼
性の高い窒化物系セラミックス−金属接合体４が得られ
る。
膨張差に起因する、窒化物系セラミックス材料側のクラ
ック等の発生を抑制し、冷熱サイクル等の付加に対して
高い信頼性が得られるセラミックス−金属接合用組成物
を提供する。 【構成】 Cuを15〜35重量％、Ti、ZrおよびNbから選ば
れた少なくとも 1種を 1〜10重量％、W 、Mo、窒化アル
ミニウム、窒化ケイ素および窒化ホウ素から選ばれた少
なくとも 1種を20〜40重量％含有し、残部が実質的にAg
からなる窒化物系セラミックス−金属接合用組成物であ
る。この接合用組成物２を、窒化物系セラミックス部材
１と金属部材３との接合すべき面の間に介在させ、加熱
接合することにより、冷熱サイクルの付加に対して信頼
性の高い窒化物系セラミックス−金属接合体４が得られ
る。
Description
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化物系セラミックス
部材と金属部材とを接合する際に用いられる接合用組成
物およびそれを用いたセラミックス−金属接合体に関す
る。
部材と金属部材とを接合する際に用いられる接合用組成
物およびそれを用いたセラミックス−金属接合体に関す
る。
【０００３】
【従来の技術】窒化アルミニウムに代表される窒化物系
セラミックス材料は、熱伝導率が酸化物系セラミックス
材料例えばアルミナに比べて 4倍〜10倍と高く、放熱性
に優れ、高電気絶縁性、低誘電率を示し、さらにシリコ
ンチップに近似した低熱膨張率を示す等、優れた特性を
有することから、電子部品特に高出力、高電力型の半導
体素子の搭載基板用材料として期待されており、実用化
が進められている。
セラミックス材料は、熱伝導率が酸化物系セラミックス
材料例えばアルミナに比べて 4倍〜10倍と高く、放熱性
に優れ、高電気絶縁性、低誘電率を示し、さらにシリコ
ンチップに近似した低熱膨張率を示す等、優れた特性を
有することから、電子部品特に高出力、高電力型の半導
体素子の搭載基板用材料として期待されており、実用化
が進められている。
【０００４】ところで、上述したように、窒化物系セラ
ミックス材料を電子部品の搭載基板等として利用する場
合、電気回路の形成等を目的として、金属と接合するこ
とが不可欠とされている。また、窒化物系セラミックス
材料を構造材料として使用する際においても、金属材料
と接合する必要がある場合が多い。このように、窒化物
系セラミックス材料の実用化を考えた場合、金属材料と
の接合が重要となる。上述したような窒化物系セラミッ
クス材料と金属材料との接合方法としては、従来から、
高強度、高封着性、高信頼性等が得られる、IVa 族元素
やVa族元素のような活性金属を用いる方法が多用されて
いる。この活性金属法は、Ti、Zr、Nb等の金属元素が窒
化物系セラミックス材料に対して濡れやすく、反応しや
すいことを利用した接合法であり、具体的には活性金属
を添加したろう材を用いたろう付け法や、セラミックス
材料と金属材料との間に活性金属の箔や粉体を介在さ
せ、加熱接合する方法（固相拡散接合）等として利用さ
れている。また、被接合体の金属材料として活性金属を
直接使用することも行われている。一般的に、取扱い性
や処理のしやすさ等から、CuとAgとの共晶ろう材（Ag:7
2wt%）にTi等の活性金属を添加し、これを窒化物系セラ
ミックス材料と金属材料との間に介在させ、適当な温度
で熱処理して接合する方法が多用されている。
ミックス材料を電子部品の搭載基板等として利用する場
合、電気回路の形成等を目的として、金属と接合するこ
とが不可欠とされている。また、窒化物系セラミックス
材料を構造材料として使用する際においても、金属材料
と接合する必要がある場合が多い。このように、窒化物
系セラミックス材料の実用化を考えた場合、金属材料と
の接合が重要となる。上述したような窒化物系セラミッ
クス材料と金属材料との接合方法としては、従来から、
高強度、高封着性、高信頼性等が得られる、IVa 族元素
やVa族元素のような活性金属を用いる方法が多用されて
いる。この活性金属法は、Ti、Zr、Nb等の金属元素が窒
化物系セラミックス材料に対して濡れやすく、反応しや
すいことを利用した接合法であり、具体的には活性金属
を添加したろう材を用いたろう付け法や、セラミックス
材料と金属材料との間に活性金属の箔や粉体を介在さ
せ、加熱接合する方法（固相拡散接合）等として利用さ
れている。また、被接合体の金属材料として活性金属を
直接使用することも行われている。一般的に、取扱い性
や処理のしやすさ等から、CuとAgとの共晶ろう材（Ag:7
2wt%）にTi等の活性金属を添加し、これを窒化物系セラ
ミックス材料と金属材料との間に介在させ、適当な温度
で熱処理して接合する方法が多用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、窒化物系セ
ラミックス材料と金属材料との接合部品には、高接合強
度が求められる一方、窒化物系セラミックス材料の熱膨
張率は金属材料のそれに比べて小さいため、この熱膨張
差に起因する欠点の発生を抑制することが強く求められ
ている。すなわち、熱膨張率が大きく異なる窒化物系セ
ラミックス材料と金属材料とを接合すると、接合後の冷
却過程で熱膨張差に起因する残留応力が生じ、外部応力
との相乗によって接合強度が大幅に低下したり、接合後
の冷却過程、あるいは冷熱サイクルの付加によって応力
の最大点からクラックが発生したり、さらにはセラミッ
クス材料が破壊される等の問題を招いてしまう。
ラミックス材料と金属材料との接合部品には、高接合強
度が求められる一方、窒化物系セラミックス材料の熱膨
張率は金属材料のそれに比べて小さいため、この熱膨張
差に起因する欠点の発生を抑制することが強く求められ
ている。すなわち、熱膨張率が大きく異なる窒化物系セ
ラミックス材料と金属材料とを接合すると、接合後の冷
却過程で熱膨張差に起因する残留応力が生じ、外部応力
との相乗によって接合強度が大幅に低下したり、接合後
の冷却過程、あるいは冷熱サイクルの付加によって応力
の最大点からクラックが発生したり、さらにはセラミッ
クス材料が破壊される等の問題を招いてしまう。
【０００６】このような点に対して、上述した従来の活
性金属ろうを用いた接合法等では、高接合強度を有する
接合体は得られても、冷熱サイクル等の付加に対して十
分な信頼性を有する接合体を再現性よく得るまでには至
っていないのが現状である。本発明は、このような課題
に対処するためになされたもので、高接合強度を満足す
ると共に、冷熱サイクル等の付加に対して高い信頼性が
得られる、窒化物系セラミックス材料と金属材料との接
合用の組成物を提供することを目的としており、また他
の目的は高接合強度を有すると共に、冷熱サイクルが付
加された際にもクラック等の発生を抑制すること可能に
した、健全で安定な窒化物系セラミックス−金属接合体
を提供することにある。
性金属ろうを用いた接合法等では、高接合強度を有する
接合体は得られても、冷熱サイクル等の付加に対して十
分な信頼性を有する接合体を再現性よく得るまでには至
っていないのが現状である。本発明は、このような課題
に対処するためになされたもので、高接合強度を満足す
ると共に、冷熱サイクル等の付加に対して高い信頼性が
得られる、窒化物系セラミックス材料と金属材料との接
合用の組成物を提供することを目的としており、また他
の目的は高接合強度を有すると共に、冷熱サイクルが付
加された際にもクラック等の発生を抑制すること可能に
した、健全で安定な窒化物系セラミックス−金属接合体
を提供することにある。
【０００７】［発明の構成］
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス−
金属接合用組成物は、窒化物系セラミックス部材と、金
属部材とを接合する際に用いられる接合用組成物であっ
て、Cuを15〜35重量％、Ti、ZrおよびNbから選ばれた少
なくとも 1種を 1〜10重量％、W 、Mo、窒化アルミニウ
ム、窒化ケイ素および窒化ホウ素から選ばれた少なくと
も 1種を20〜40重量％含有し、残部が実質的にAgからな
ることを特徴としている。
金属接合用組成物は、窒化物系セラミックス部材と、金
属部材とを接合する際に用いられる接合用組成物であっ
て、Cuを15〜35重量％、Ti、ZrおよびNbから選ばれた少
なくとも 1種を 1〜10重量％、W 、Mo、窒化アルミニウ
ム、窒化ケイ素および窒化ホウ素から選ばれた少なくと
も 1種を20〜40重量％含有し、残部が実質的にAgからな
ることを特徴としている。
【０００９】また、本発明のセラミックス−金属接合体
は、窒化物系セラミックス部材と金属部材とが、その接
合すべき面の間に介在させた上記接合用組成物によって
接合されてなることを特徴としている。
は、窒化物系セラミックス部材と金属部材とが、その接
合すべき面の間に介在させた上記接合用組成物によって
接合されてなることを特徴としている。
【００１０】本発明のセラミックス−金属接合用組成物
は、 Ag-Cuの共晶組成（72wt%Ag-28wt%Cu)もしくはその
近傍の組成のろう材成分を主とし、これにTi、Zrおよび
Nbから選ばれた少なくとも 1種の活性金属と、W 、Mo、
窒化アルミニウム、窒化ケイ素および窒化ホウ素から選
ばれた少なくとも 1種とを配合したものである。
は、 Ag-Cuの共晶組成（72wt%Ag-28wt%Cu)もしくはその
近傍の組成のろう材成分を主とし、これにTi、Zrおよび
Nbから選ばれた少なくとも 1種の活性金属と、W 、Mo、
窒化アルミニウム、窒化ケイ素および窒化ホウ素から選
ばれた少なくとも 1種とを配合したものである。
【００１１】ここで、上記W 、Mo、窒化アルミニウム、
窒化ケイ素、窒化ホウ素等は、窒化物系セラミックス材
料と近似した熱膨張率を有している。例えば、窒化アル
ミニウムの熱膨張率が 4×10-6であるのに対し、W は4.
44×10-6、Moは 5.5×10-6、窒化ケイ素は 3.2×10-6、
窒化ホウ素は0.59〜 10.51×10-6である。このように、
窒化物系セラミックス材料と熱膨張率が近似した材料を
接合用組成物中に配合することによって、加熱接合後に
形成される中間接合層の熱膨張率が窒化物系セラミック
ス部材と金属部材との中間的な値を示すようになる。こ
れにより、金属部材の熱収縮によって生じる熱応力が、
窒化物系セラミックス部材側に直接伝わることを防止す
ることが可能となる。このような熱応力緩和成分の配合
量が20重量％未満では、上述したような熱応力緩和効果
が十分に得られず、また40重量％を超えると接合に寄与
する成分が減少することによって、十分な接合強度が得
られなくなる。
窒化ケイ素、窒化ホウ素等は、窒化物系セラミックス材
料と近似した熱膨張率を有している。例えば、窒化アル
ミニウムの熱膨張率が 4×10-6であるのに対し、W は4.
44×10-6、Moは 5.5×10-6、窒化ケイ素は 3.2×10-6、
窒化ホウ素は0.59〜 10.51×10-6である。このように、
窒化物系セラミックス材料と熱膨張率が近似した材料を
接合用組成物中に配合することによって、加熱接合後に
形成される中間接合層の熱膨張率が窒化物系セラミック
ス部材と金属部材との中間的な値を示すようになる。こ
れにより、金属部材の熱収縮によって生じる熱応力が、
窒化物系セラミックス部材側に直接伝わることを防止す
ることが可能となる。このような熱応力緩和成分の配合
量が20重量％未満では、上述したような熱応力緩和効果
が十分に得られず、また40重量％を超えると接合に寄与
する成分が減少することによって、十分な接合強度が得
られなくなる。
【００１２】本発明の接合用組成物中のCuとAgは、上述
したように接合を主に司るものであり、Cu量が15重量％
未満でも、また35重量％を超えても、接合強度の低下を
招く恐れが大きい。
したように接合を主に司るものであり、Cu量が15重量％
未満でも、また35重量％を超えても、接合強度の低下を
招く恐れが大きい。
【００１３】また、Ti、ZrおよびNbから選ばれた少なく
とも 1種の活性金属は、熱処理温度（接合温度）で活性
化し、窒化物系セラミックス材料と反応して例えば TiN
となり、接合強度の向上に寄与するものである。このよ
うな活性金属の配合比が 1重量％未満では、十分な接合
強度が得られず、また10重量％を超えると、反応形成さ
れる窒化物が脆性材料であるため、冷熱サイクルの付加
等に対してクラックの発生を誘発することとなる。
とも 1種の活性金属は、熱処理温度（接合温度）で活性
化し、窒化物系セラミックス材料と反応して例えば TiN
となり、接合強度の向上に寄与するものである。このよ
うな活性金属の配合比が 1重量％未満では、十分な接合
強度が得られず、また10重量％を超えると、反応形成さ
れる窒化物が脆性材料であるため、冷熱サイクルの付加
等に対してクラックの発生を誘発することとなる。
【００１４】また、本発明の接合用組成物の使用形態と
しては、上記した組成を満足する粉末や箔が挙げられ
る。これらは、所定量の Ag-Cu合金、活性金属および熱
応力緩和成分との混合体、例えば粉末であれば Ag-Cu合
金粉末、活性金属粉末および熱応力緩和成分の粉末との
混合粉末が例示される。また、予めAg、Cuおよび活性金
属を 3元系合金とし、この合金粉末に熱応力緩和成分の
粉末を混合したものを使用することも可能である。ま
た、上記したような混合粉末を樹脂結合剤、および必要
に応じて有機溶媒中に分散させ、所望の粘度のペースト
状として用いることもできる。
しては、上記した組成を満足する粉末や箔が挙げられ
る。これらは、所定量の Ag-Cu合金、活性金属および熱
応力緩和成分との混合体、例えば粉末であれば Ag-Cu合
金粉末、活性金属粉末および熱応力緩和成分の粉末との
混合粉末が例示される。また、予めAg、Cuおよび活性金
属を 3元系合金とし、この合金粉末に熱応力緩和成分の
粉末を混合したものを使用することも可能である。ま
た、上記したような混合粉末を樹脂結合剤、および必要
に応じて有機溶媒中に分散させ、所望の粘度のペースト
状として用いることもできる。
【００１５】本発明の接合用組成物が適用される窒化物
系セラミックス部材としては、窒化アルミニウム、窒化
ケイ素、窒化ホウ素、サイアロン等が例示される。ま
た、金属部材は、用途に応じて各種の金属材料から適宜
選択すればよく、例えば電子部品材料としては、Cu、Cu
合金、Ni、Ni合金、W 、Mo等が例示され、また構造材料
としては、鋼材、耐熱合金、超硬合金等が例示される。
系セラミックス部材としては、窒化アルミニウム、窒化
ケイ素、窒化ホウ素、サイアロン等が例示される。ま
た、金属部材は、用途に応じて各種の金属材料から適宜
選択すればよく、例えば電子部品材料としては、Cu、Cu
合金、Ni、Ni合金、W 、Mo等が例示され、また構造材料
としては、鋼材、耐熱合金、超硬合金等が例示される。
【００１６】本発明のセラミックス−金属接合体は、例
えば以下のようにして製造される。まず、窒化物系セラ
ミックス部材と金属部材とを用意し、これらの接合すべ
き面の間に、本発明の接合用組成物を上述したような混
合粉の状態で介在させて積層する。あるいは、本発明の
組成物を含有する接合用ペーストをどちらか一方の部材
の接合面に塗布し、乾燥させた後に両者を積層する。
えば以下のようにして製造される。まず、窒化物系セラ
ミックス部材と金属部材とを用意し、これらの接合すべ
き面の間に、本発明の接合用組成物を上述したような混
合粉の状態で介在させて積層する。あるいは、本発明の
組成物を含有する接合用ペーストをどちらか一方の部材
の接合面に塗布し、乾燥させた後に両者を積層する。
【００１７】この後、上記積層体を使用した真空中もし
くは不活性ガス雰囲気中にて、Ag-Cu共晶が形成される
温度で熱処理し、この共晶液相および活性金属と窒化物
系セラミックス材料との反応等を利用して、窒化物系セ
ラミックス部材と金属部材とを接合することによって、
本発明のセラミックス−金属接合体が得られる。接合温
度としては、例えば 800℃〜 900℃程度が適当である。
くは不活性ガス雰囲気中にて、Ag-Cu共晶が形成される
温度で熱処理し、この共晶液相および活性金属と窒化物
系セラミックス材料との反応等を利用して、窒化物系セ
ラミックス部材と金属部材とを接合することによって、
本発明のセラミックス−金属接合体が得られる。接合温
度としては、例えば 800℃〜 900℃程度が適当である。
【００１８】
【作用】本発明においては、窒化物系セラミックス材料
に熱膨張率が近似した、W 、Mo、窒化アルミニウム、窒
化ケイ素および窒化ホウ素から選ばれた少なくとも 1種
の熱応力緩和成分を配合した接合用組成物を用いてい
る。これにより、加熱接合後に形成される中間接合層の
熱膨張率が窒化物系セラミックス部材と金属部材との中
間的な値を示すようになる。よって、この中間接合層が
セラミックス材料と金属材料との熱膨張率の差に起因す
る熱応力の緩和層として機能するため、窒化物系セラミ
ックス部材側に過度に応力が働くことを防止することが
可能となる。したがって、冷熱サイクルが印加された際
においても、窒化物系セラミックス部材側のクラック等
の発生を抑制することができる。
に熱膨張率が近似した、W 、Mo、窒化アルミニウム、窒
化ケイ素および窒化ホウ素から選ばれた少なくとも 1種
の熱応力緩和成分を配合した接合用組成物を用いてい
る。これにより、加熱接合後に形成される中間接合層の
熱膨張率が窒化物系セラミックス部材と金属部材との中
間的な値を示すようになる。よって、この中間接合層が
セラミックス材料と金属材料との熱膨張率の差に起因す
る熱応力の緩和層として機能するため、窒化物系セラミ
ックス部材側に過度に応力が働くことを防止することが
可能となる。したがって、冷熱サイクルが印加された際
においても、窒化物系セラミックス部材側のクラック等
の発生を抑制することができる。
【００１９】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【００２０】実施例１ まず、窒化物系セラミックス部材として厚さ0.8mmtの板
状の窒化アルミニウム焼結体、および金属部材として厚
さ0.3mmtの 2枚の銅板（無酸素銅、あるいはリン脱酸
銅）を用意した。一方、接合用組成物として、重量比で
Ag:Cu:Ti:W=49.0:19.0:2.0:30.0 の混合粉末を用意し、
この混合粉末 100重量部に、カルボキシル基重合したア
クリル樹脂を10重量部、テレピネオールを20部、オレイ
ン酸を 0.1cc加え、十分に混合して接合用ペーストを作
製した。
状の窒化アルミニウム焼結体、および金属部材として厚
さ0.3mmtの 2枚の銅板（無酸素銅、あるいはリン脱酸
銅）を用意した。一方、接合用組成物として、重量比で
Ag:Cu:Ti:W=49.0:19.0:2.0:30.0 の混合粉末を用意し、
この混合粉末 100重量部に、カルボキシル基重合したア
クリル樹脂を10重量部、テレピネオールを20部、オレイ
ン酸を 0.1cc加え、十分に混合して接合用ペーストを作
製した。
【００２１】次に、上記した 2枚の銅板の各々の一方の
表面に、それぞれ上記接合用ペーストをスクリーン印刷
し、乾燥させた。次いで、図１に示すように、窒化アル
ミニウム焼結体１の両面に、上記接合用ペーストの塗布
層２を有する銅板３を積層した。この後、上記積層物に
対して、 1×10-4Torr以下の真空中にて、 600℃×30分
＋ 850℃×10分（昇温速度：10℃／分、降温：炉冷）の
温度プロファイルで熱処理を施し、銅板３と窒化アルミ
ニウム焼結体１とをそれぞれ接合し、目的とするセラミ
ックス−金属接合体４を得た。なお、接合後のセラミッ
クス−金属接合体４においては、接合用ペーストの塗布
層２が中間接合層となっている。
表面に、それぞれ上記接合用ペーストをスクリーン印刷
し、乾燥させた。次いで、図１に示すように、窒化アル
ミニウム焼結体１の両面に、上記接合用ペーストの塗布
層２を有する銅板３を積層した。この後、上記積層物に
対して、 1×10-4Torr以下の真空中にて、 600℃×30分
＋ 850℃×10分（昇温速度：10℃／分、降温：炉冷）の
温度プロファイルで熱処理を施し、銅板３と窒化アルミ
ニウム焼結体１とをそれぞれ接合し、目的とするセラミ
ックス−金属接合体４を得た。なお、接合後のセラミッ
クス−金属接合体４においては、接合用ペーストの塗布
層２が中間接合層となっている。
【００２２】実施例２ 接合用組成物として、重量比でAg:Cu:Ti:Mo=49.0:19.0:
2.0:30.0の混合粉末を用意し、この混合粉末を用いる以
外は実施例１と同一条件で接合用ペーストを作製した。
そして、この接合用ペーストを用いて、実施例１と同一
条件で銅板と窒化アルミニウム焼結体との接合体を作製
した。
2.0:30.0の混合粉末を用意し、この混合粉末を用いる以
外は実施例１と同一条件で接合用ペーストを作製した。
そして、この接合用ペーストを用いて、実施例１と同一
条件で銅板と窒化アルミニウム焼結体との接合体を作製
した。
【００２３】実施例３ 接合用組成物として、重量比でAg:Cu:Ti:AlN=49.0:19.
0:2.0:30.0 の混合粉末を用意し、この混合粉末を用い
る以外は実施例１と同一条件で接合用ペーストを作製し
た。そして、この接合用ペーストを用いて、実施例１と
同一条件で銅板と窒化アルミニウム焼結体との接合体を
作製した。
0:2.0:30.0 の混合粉末を用意し、この混合粉末を用い
る以外は実施例１と同一条件で接合用ペーストを作製し
た。そして、この接合用ペーストを用いて、実施例１と
同一条件で銅板と窒化アルミニウム焼結体との接合体を
作製した。
【００２４】比較例１ 接合用組成物として、重量比でAg:Cu:Ti=70.6:27.4:2.0
の混合粉末を用意し、この混合粉末を用いる以外は実施
例１と同一条件で接合用ペーストを作製した。そして、
この接合用ペーストを用いて、実施例１と同一条件で銅
板と窒化アルミニウム焼結体との接合体を作製した。
の混合粉末を用意し、この混合粉末を用いる以外は実施
例１と同一条件で接合用ペーストを作製した。そして、
この接合用ペーストを用いて、実施例１と同一条件で銅
板と窒化アルミニウム焼結体との接合体を作製した。
【００２５】以上のようにして、各実施例および比較例
で作製したセラミックス−金属接合体（窒化アルミニウ
ム−銅）を用いて、それぞれの特性を評価した。まず、
各セラミックス−金属接合体に対して冷熱サイクル試験
(TCT) を施した。 TCTは -40℃×30分＋RT×10分＋ 125
℃×30分＋RT℃×10分を 1サイクルとした。 TCT後の評
価方法としては、銅板のピール強度の測定、および銅板
と中間接合層（接合用組成物によって生成）をエッチン
グ除去し、窒化アルミニウム焼結体表面のクラックの有
無を蛍光浸透探傷(PT)検査で判定することによって行っ
た。その結果、実施例１による接合体は、TCT 30サイク
ル後においてピール強度 7.5kgf/cm以上を示し、実施例
２による接合体はピール強度 6.0kgf/cm以上を、実施例
３による接合体はピール強度 6.5kgf/cm以上を示した。
また、PT検査でもクラックはいずれも認められなかっ
た。これに対して、比較例１による接合体は、TCT 30サ
イクル後に 5.0kgf/cmとピール強度が低下し、またPT検
査によってクラックの発生が認められた。これらの結果
から、実施例１、実施例２および実施例３による接合体
は、いずれも TCTに対して優れた信頼性を有しているこ
とが分かる。
で作製したセラミックス−金属接合体（窒化アルミニウ
ム−銅）を用いて、それぞれの特性を評価した。まず、
各セラミックス−金属接合体に対して冷熱サイクル試験
(TCT) を施した。 TCTは -40℃×30分＋RT×10分＋ 125
℃×30分＋RT℃×10分を 1サイクルとした。 TCT後の評
価方法としては、銅板のピール強度の測定、および銅板
と中間接合層（接合用組成物によって生成）をエッチン
グ除去し、窒化アルミニウム焼結体表面のクラックの有
無を蛍光浸透探傷(PT)検査で判定することによって行っ
た。その結果、実施例１による接合体は、TCT 30サイク
ル後においてピール強度 7.5kgf/cm以上を示し、実施例
２による接合体はピール強度 6.0kgf/cm以上を、実施例
３による接合体はピール強度 6.5kgf/cm以上を示した。
また、PT検査でもクラックはいずれも認められなかっ
た。これに対して、比較例１による接合体は、TCT 30サ
イクル後に 5.0kgf/cmとピール強度が低下し、またPT検
査によってクラックの発生が認められた。これらの結果
から、実施例１、実施例２および実施例３による接合体
は、いずれも TCTに対して優れた信頼性を有しているこ
とが分かる。
【００２６】実施例４〜６ 実施例１、２、３で使用した接合用組成物と同組成の混
合粉末をそれぞれ用意した。これらの混合粉末を、実施
例１で用いた窒化アルミニウム焼結体と銅板との間にそ
れぞれ介在させ、図１に示した積層体と同様にして積層
した。この後、各積層物に対して、 1×10-4Torr以下の
真空中にて、 600℃×30分＋ 850℃×10分（昇温速度：
10℃／分、降温：炉冷）の温度プロファイルで熱処理を
施し、銅板と窒化アルミニウム焼結体とをそれぞれ接合
し、それぞれセラミックス−金属接合体を得た。
合粉末をそれぞれ用意した。これらの混合粉末を、実施
例１で用いた窒化アルミニウム焼結体と銅板との間にそ
れぞれ介在させ、図１に示した積層体と同様にして積層
した。この後、各積層物に対して、 1×10-4Torr以下の
真空中にて、 600℃×30分＋ 850℃×10分（昇温速度：
10℃／分、降温：炉冷）の温度プロファイルで熱処理を
施し、銅板と窒化アルミニウム焼結体とをそれぞれ接合
し、それぞれセラミックス−金属接合体を得た。
【００２７】比較例２ 接合用組成物として、重量比でAg:Cu:Ti=70.6:27.4:2.0
の混合粉末を用意し、この混合粉末を用いる以外は実施
例４と同一条件で銅板と窒化アルミニウム焼結体との接
合体を作製した。
の混合粉末を用意し、この混合粉末を用いる以外は実施
例４と同一条件で銅板と窒化アルミニウム焼結体との接
合体を作製した。
【００２８】以上のようにして、各実施例および比較例
で作製したセラミックス−金属接合体（窒化アルミニウ
ム−銅）のTCT 30サイクル後のピール強度の測定および
PT検査によるクラックの有無の判定を行い、TCT に対す
る信頼性を評価した。その結果、実施例４による接合体
は、TCT 30サイクル後においてピール強度 7.0kgf/cm以
上を示し、実施例５による接合体はピール強度 6.5kgf/
cm以上を、実施例６による接合体はピール強度 6.0kgf/
cm以上を示した。また、PT検査でもクラックはいずれも
認められなかった。これに対して、比較例２による接合
体は、TCT 30サイクル後に 4.5kgf/cmとピール強度が低
下し、またPT検査によってクラックの発生が認められ
た。これらの結果から、実施例４、実施例５および実施
例６による接合体は、いずれも TCTに対して優れた信頼
性を有していることが分かる。
で作製したセラミックス−金属接合体（窒化アルミニウ
ム−銅）のTCT 30サイクル後のピール強度の測定および
PT検査によるクラックの有無の判定を行い、TCT に対す
る信頼性を評価した。その結果、実施例４による接合体
は、TCT 30サイクル後においてピール強度 7.0kgf/cm以
上を示し、実施例５による接合体はピール強度 6.5kgf/
cm以上を、実施例６による接合体はピール強度 6.0kgf/
cm以上を示した。また、PT検査でもクラックはいずれも
認められなかった。これに対して、比較例２による接合
体は、TCT 30サイクル後に 4.5kgf/cmとピール強度が低
下し、またPT検査によってクラックの発生が認められ
た。これらの結果から、実施例４、実施例５および実施
例６による接合体は、いずれも TCTに対して優れた信頼
性を有していることが分かる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、セ
ラミックス材料と金属材料との熱膨張率の差に起因する
熱応力の緩和層として中間接合層が働くため、冷熱サイ
クルが付加された際においてもクラックの発生を効果的
に抑制することができる。よって、冷熱サイクルに対し
て優れた信頼性を示すセラミックス−金属接合体を、再
現性よく提供することが可能となる。
ラミックス材料と金属材料との熱膨張率の差に起因する
熱応力の緩和層として中間接合層が働くため、冷熱サイ
クルが付加された際においてもクラックの発生を効果的
に抑制することができる。よって、冷熱サイクルに対し
て優れた信頼性を示すセラミックス−金属接合体を、再
現性よく提供することが可能となる。
【図１】本発明の一実施例で作製したセラミックス−金
属接合体の構造を示す断面図である。
属接合体の構造を示す断面図である。
１……窒化アルミニウム焼結体 ２……中間接合層（接合用ペーストの塗布層） ３……銅板 ４……セラミックス−金属接合体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 和男 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化物系セラミックス部材と、金属部材
とを接合する際に用いられる接合用組成物であって、 Cuを15〜35重量％、Ti、ZrおよびNbから選ばれた少なく
とも 1種を 1〜10重量％、W 、Mo、窒化アルミニウム、
窒化ケイ素および窒化ホウ素から選ばれた少なくとも 1
種を20〜40重量％含有し、残部が実質的にAgからなるこ
とを特徴とするセラミックス−金属接合用組成物。 - 【請求項２】 窒化物系セラミックス部材と金属部材と
が、その接合すべき面の間に介在させた請求項１記載の
接合用組成物によって接合されてなることを特徴とする
セラミックス−金属接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3051198A JPH05246769A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | セラミックス−金属接合用組成物およびそれを用いたセラミックス−金属接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3051198A JPH05246769A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | セラミックス−金属接合用組成物およびそれを用いたセラミックス−金属接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05246769A true JPH05246769A (ja) | 1993-09-24 |
Family
ID=12880194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3051198A Withdrawn JPH05246769A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | セラミックス−金属接合用組成物およびそれを用いたセラミックス−金属接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05246769A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6390354B1 (en) | 1998-02-18 | 2002-05-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Adhesive composition for bonding different kinds of members |
| JP2013237100A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-11-28 | Hitachi Metals Ltd | セラミックス回路基板の製造方法およびセラミックス回路基板 |
| WO2015046280A1 (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | 三菱マテリアル株式会社 | Ｃｕ／セラミックス接合体、Ｃｕ／セラミックス接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板 |
| JP2016025094A (ja) * | 2014-07-16 | 2016-02-08 | セイコーエプソン株式会社 | パッケージベース、パッケージ、電子デバイス、電子機器及び移動体 |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP3051198A patent/JPH05246769A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6390354B1 (en) | 1998-02-18 | 2002-05-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Adhesive composition for bonding different kinds of members |
| US6742700B2 (en) | 1998-02-18 | 2004-06-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Adhesive composition for bonding different kinds of members |
| JP2013237100A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-11-28 | Hitachi Metals Ltd | セラミックス回路基板の製造方法およびセラミックス回路基板 |
| WO2015046280A1 (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | 三菱マテリアル株式会社 | Ｃｕ／セラミックス接合体、Ｃｕ／セラミックス接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板 |
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| US10016956B2 (en) | 2013-09-30 | 2018-07-10 | Mitsubishi Materials Corporation | Cu/ceramic bonded body, method for manufacturing Cu/ceramic bonded body, and power module substrate |
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| CN105322910A (zh) * | 2014-07-16 | 2016-02-10 | 精工爱普生株式会社 | 封装基体、封装、电子器件、电子设备和移动体 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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