JPH06344131A - 半導体放熱基板への部品接合方法 - Google Patents
半導体放熱基板への部品接合方法Info
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- JPH06344131A JPH06344131A JP15795893A JP15795893A JPH06344131A JP H06344131 A JPH06344131 A JP H06344131A JP 15795893 A JP15795893 A JP 15795893A JP 15795893 A JP15795893 A JP 15795893A JP H06344131 A JPH06344131 A JP H06344131A
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- Japan
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- metal
- plating layer
- semiconductor heat
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体放熱基板に部品を接合するに際して、
ロウ材の成形や面倒な組立工程をなくしてコストの低減
と生産性の向上を達成すると同時に、接合部における欠
陥の発生を大幅に抑制して接合部の品質を向上させ得る
半導体放熱基板への部品接合方法を提供する。 【構成】 従来の半導体放熱基板と部品の接合面との間
にロウ材を挟み込む代わりに、半導体放熱基板１あるい
は金属スタッド２等の部品の全表面にロウ材の金属組成
に相当する組成になるように接合金属メッキ層を形成
し、半導体放熱基板１に部品の接合面を当接させ、接合
金属メッキ層を加熱溶融して接合する。
ロウ材の成形や面倒な組立工程をなくしてコストの低減
と生産性の向上を達成すると同時に、接合部における欠
陥の発生を大幅に抑制して接合部の品質を向上させ得る
半導体放熱基板への部品接合方法を提供する。 【構成】 従来の半導体放熱基板と部品の接合面との間
にロウ材を挟み込む代わりに、半導体放熱基板１あるい
は金属スタッド２等の部品の全表面にロウ材の金属組成
に相当する組成になるように接合金属メッキ層を形成
し、半導体放熱基板１に部品の接合面を当接させ、接合
金属メッキ層を加熱溶融して接合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属製又はセラミック
ス製部品や半導体素子等の部品を半導体放熱基板に接合
する方法に関する。
ス製部品や半導体素子等の部品を半導体放熱基板に接合
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体放熱基板を構成する材料には、搭
載した半導体素子から発生される熱を効率良く放熱する
ため高い熱伝導度を有することと共に、熱応力を極力小
さくするため半導体素子その他の搭載部品と熱膨張係数
が近似していること、が基本的に要求されている。
載した半導体素子から発生される熱を効率良く放熱する
ため高い熱伝導度を有することと共に、熱応力を極力小
さくするため半導体素子その他の搭載部品と熱膨張係数
が近似していること、が基本的に要求されている。
【０００３】これらの条件を備えた半導体放熱基板とし
て、純金属であるＷ又はＭｏ、溶浸法又は焼結法により
製造されるＣｕとＷ又はＭｏの複合合金、或はＷを主成
分とする焼結合金が、従来から一般的に使用されてい
る。特に、Ｃｕ−Ｗ又はＣｕ−Ｍｏ複合合金は、焼結法
又は特公平２−３１８６３号公報に示されるごとくＷ又
はＭｏの多孔質焼結体中にＣｕを溶浸させる溶浸法によ
り製造され、Ｃｕ含有量を変えることによって熱伝導率
を変化させ、且つまた熱膨張係数を半導体素子やパッケ
ージ等の部品材料の熱膨張係数に整合させることが可能
である。
て、純金属であるＷ又はＭｏ、溶浸法又は焼結法により
製造されるＣｕとＷ又はＭｏの複合合金、或はＷを主成
分とする焼結合金が、従来から一般的に使用されてい
る。特に、Ｃｕ−Ｗ又はＣｕ−Ｍｏ複合合金は、焼結法
又は特公平２−３１８６３号公報に示されるごとくＷ又
はＭｏの多孔質焼結体中にＣｕを溶浸させる溶浸法によ
り製造され、Ｃｕ含有量を変えることによって熱伝導率
を変化させ、且つまた熱膨張係数を半導体素子やパッケ
ージ等の部品材料の熱膨張係数に整合させることが可能
である。
【０００４】かかる半導体放熱基板には、放熱フィン取
付用の金属スタッドや、段付き形状等を形成するため金
属製又はセラミックス製の平板等が接合されるほか、半
導体素子が接合して搭載され、更にはアルミナ等からな
る外囲器が接合される。これらの部品を半導体放熱基板
に接合する場合には、それらの接合に適したロウ材、例
えば半導体素子の接合には低融点のＡｕ−Ｓｎ半田が、
及び他の接合にはＡｇ−Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ａｇ
−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｐ等のロウ材がそれぞれ使用されてい
る。
付用の金属スタッドや、段付き形状等を形成するため金
属製又はセラミックス製の平板等が接合されるほか、半
導体素子が接合して搭載され、更にはアルミナ等からな
る外囲器が接合される。これらの部品を半導体放熱基板
に接合する場合には、それらの接合に適したロウ材、例
えば半導体素子の接合には低融点のＡｕ−Ｓｎ半田が、
及び他の接合にはＡｇ−Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ａｇ
−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｐ等のロウ材がそれぞれ使用されてい
る。
【０００５】しかしながら、半導体放熱基板にこれらの
部分を接合する作業においては、接合される部品の形状
に合わせて予め成形されたロウ材を半導体放熱基板と部
品の接合面との間に一々挟み込むが、その厚さが５０〜
１００μｍと非常に薄いため作業者の熟練を要すると共
に組立コストの低減が難しかった。しかも、ロウ材を所
定の形状に加工するため、エッチングプリフォーム又は
打ち抜きプレスが必要となり、そのための高価なプリフ
ォーム型又は打ち抜き型の作製が不可欠であるため、こ
の点からもコスト高になる欠点があった。
部分を接合する作業においては、接合される部品の形状
に合わせて予め成形されたロウ材を半導体放熱基板と部
品の接合面との間に一々挟み込むが、その厚さが５０〜
１００μｍと非常に薄いため作業者の熟練を要すると共
に組立コストの低減が難しかった。しかも、ロウ材を所
定の形状に加工するため、エッチングプリフォーム又は
打ち抜きプレスが必要となり、そのための高価なプリフ
ォーム型又は打ち抜き型の作製が不可欠であるため、こ
の点からもコスト高になる欠点があった。
【０００６】更に、接合作業においては、組立工程でロ
ウ材を半導体放熱基板と部品の間に挟んだ後、ロウ材の
融点以上の温度に加熱することによりロウ材を溶融させ
て接合を行うのであるが、溶融したロウ材は接合部から
外に流れ出しやすいため、半導体放熱基板と部品の接合
部に接合されていない部分が発生し、これが空隙等の欠
陥となって接合部の品質を低下させるという欠点があっ
た。
ウ材を半導体放熱基板と部品の間に挟んだ後、ロウ材の
融点以上の温度に加熱することによりロウ材を溶融させ
て接合を行うのであるが、溶融したロウ材は接合部から
外に流れ出しやすいため、半導体放熱基板と部品の接合
部に接合されていない部分が発生し、これが空隙等の欠
陥となって接合部の品質を低下させるという欠点があっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の事情に鑑み、半導体放熱基板に金属スタッドや半導体
素子等の部品をロウ付け接合する方法において、ロウ材
のエッチングプリフォーム又は打ち抜きプレスによる成
形や面倒な組立工程をなくしてコスト低減と生産性の向
上を達成すると同時に、接合部における欠陥の発生を大
幅に抑制して接合部の品質を向上させることを目的とす
る。
の事情に鑑み、半導体放熱基板に金属スタッドや半導体
素子等の部品をロウ付け接合する方法において、ロウ材
のエッチングプリフォーム又は打ち抜きプレスによる成
形や面倒な組立工程をなくしてコスト低減と生産性の向
上を達成すると同時に、接合部における欠陥の発生を大
幅に抑制して接合部の品質を向上させることを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する半導体放熱基板への部品接合方法
においては、従来の半導体放熱基板と部品の接合面との
間にロウ材を挟み込む代わりに、半導体放熱基板あるい
は部品の全表面にロウ材の金属組成に相当する組成にな
るように接合金属メッキ層を形成し、この接合金属メッ
キ層を加熱溶融して接合を達成するものである。
め、本発明が提供する半導体放熱基板への部品接合方法
においては、従来の半導体放熱基板と部品の接合面との
間にロウ材を挟み込む代わりに、半導体放熱基板あるい
は部品の全表面にロウ材の金属組成に相当する組成にな
るように接合金属メッキ層を形成し、この接合金属メッ
キ層を加熱溶融して接合を達成するものである。
【０００９】即ち、接合すべき部品が金属スタッドや金
属平板等の金属部品である場合、半導体放熱基板と金属
部品の全表面にＮｉメッキ層を設け、この半導体放熱基
板又は金属部品のＮｉメッキ層全体に両者を接合し得る
ロウ材の金属組成に相当する組成になるように１層又は
２層以上の接合金属メッキ層を形成した後、金属部品の
接合面を前記半導体放熱基板に当接させて真空中又は水
素雰囲気中で接合金属メッキ層を加熱溶融することによ
り両者を接合する。
属平板等の金属部品である場合、半導体放熱基板と金属
部品の全表面にＮｉメッキ層を設け、この半導体放熱基
板又は金属部品のＮｉメッキ層全体に両者を接合し得る
ロウ材の金属組成に相当する組成になるように１層又は
２層以上の接合金属メッキ層を形成した後、金属部品の
接合面を前記半導体放熱基板に当接させて真空中又は水
素雰囲気中で接合金属メッキ層を加熱溶融することによ
り両者を接合する。
【００１０】接合すべき部品がアルミナの外囲器やセラ
ミックス平板等のセラミックス部品である場合、セラミ
ックス部品の接合面にＷメタライズ層を形成し、半導体
放熱基板の全表面とセラミックス部品のＷメタライズ層
上にＮｉメッキ層を設け、この半導体放熱基板又はセラ
ミックス部品のＮｉメッキ層全体に両者を接合し得るロ
ウ材の金属組成に相当する組成になるように１層又は２
層以上の接合金属メッキ層を形成した後、セラミックス
部品の接合面を前記半導体放熱基板に当接させて真空中
又は水素雰囲気中で接合金属メッキ層を加熱溶融するこ
とにより両者を接合する。
ミックス平板等のセラミックス部品である場合、セラミ
ックス部品の接合面にＷメタライズ層を形成し、半導体
放熱基板の全表面とセラミックス部品のＷメタライズ層
上にＮｉメッキ層を設け、この半導体放熱基板又はセラ
ミックス部品のＮｉメッキ層全体に両者を接合し得るロ
ウ材の金属組成に相当する組成になるように１層又は２
層以上の接合金属メッキ層を形成した後、セラミックス
部品の接合面を前記半導体放熱基板に当接させて真空中
又は水素雰囲気中で接合金属メッキ層を加熱溶融するこ
とにより両者を接合する。
【００１１】又、接合すべき部品が半導体素子である場
合、半導体放熱基板の全表面にＮｉメッキ層を設け、こ
のＮｉメッキ層全体に半導体放熱基板と半導体素子を接
合し得るロウ材の金属組成に相当する組成になるように
１層又は２層以上の接合金属メッキ層を形成し、半導体
放熱基板に半導体素子を当接させて真空中又は水素雰囲
気中で接合金属メッキ層を加熱溶融することにより両者
を接合する。
合、半導体放熱基板の全表面にＮｉメッキ層を設け、こ
のＮｉメッキ層全体に半導体放熱基板と半導体素子を接
合し得るロウ材の金属組成に相当する組成になるように
１層又は２層以上の接合金属メッキ層を形成し、半導体
放熱基板に半導体素子を当接させて真空中又は水素雰囲
気中で接合金属メッキ層を加熱溶融することにより両者
を接合する。
【００１２】
【作用】本発明においては、半導体放熱基板あるいは部
品の全表面にロウ材の金属組成に相当する組成になるよ
うに接合金属メッキ層を形成し、この接合金属メッキ層
を加熱溶融することにより接合を行うので、従来のよう
にロウ材をエッチングプリフォーム又は打ち抜きプレス
により予め所定形状に加工しておく必要がなく、従って
そのための高価なプリフォーム型又は打ち抜き型の作製
が不要となる。しかも、半導体放熱基板と部品の接合面
の間に薄いロウ材を挟み込む面倒な組立工程も不要とな
る。このため、本発明方法においては製造コストの削減
と生産性の大幅な向上が達成される。
品の全表面にロウ材の金属組成に相当する組成になるよ
うに接合金属メッキ層を形成し、この接合金属メッキ層
を加熱溶融することにより接合を行うので、従来のよう
にロウ材をエッチングプリフォーム又は打ち抜きプレス
により予め所定形状に加工しておく必要がなく、従って
そのための高価なプリフォーム型又は打ち抜き型の作製
が不要となる。しかも、半導体放熱基板と部品の接合面
の間に薄いロウ材を挟み込む面倒な組立工程も不要とな
る。このため、本発明方法においては製造コストの削減
と生産性の大幅な向上が達成される。
【００１３】更に重要なことは、本発明により接合部の
品質が格段に向上する点にある。即ち、本発明において
は半導体放熱基板や部品の接合面だけでなく、両者の全
表面（セラミックス部品ではＷメタライズ層の全表面）
に接合金属メッキ層を形成するので、接合時に接合金属
メッキ層を加熱溶融してもロウ材組成の溶融金属が接合
部から外に流れ出すことが抑制され、更には接合部の周
囲から毛細管現象によりロウ材組成の溶融金属が半導体
放熱基板と部品の接合面の間に供給されるため、接合部
における空隙や亀裂等の欠陥の発生が極めて少なくな
り、優れた品質の接合部を得ることが出来る。
品質が格段に向上する点にある。即ち、本発明において
は半導体放熱基板や部品の接合面だけでなく、両者の全
表面（セラミックス部品ではＷメタライズ層の全表面）
に接合金属メッキ層を形成するので、接合時に接合金属
メッキ層を加熱溶融してもロウ材組成の溶融金属が接合
部から外に流れ出すことが抑制され、更には接合部の周
囲から毛細管現象によりロウ材組成の溶融金属が半導体
放熱基板と部品の接合面の間に供給されるため、接合部
における空隙や亀裂等の欠陥の発生が極めて少なくな
り、優れた品質の接合部を得ることが出来る。
【００１４】この様に本発明においては、ロウ材組成の
溶融金属が接合部から流出しないだけでなく逆に周囲か
ら接合部に供給されるので、接合金属メッキ層の厚さを
従来のロウ材の厚さに比べて遥かに薄い５〜２５μｍの
範囲、好ましくは８〜１５μｍの範囲にすることが出来
る。接合金属メッキ層の厚さを薄くすることによって接
合強度の向上が期待できるが、厚さが５μｍ未満では接
合層が薄すぎるため接合部周囲からの溶融金属の供給が
少なく、接合面の凹凸により接合部に空隙等の欠陥が生
じ易く、２５μｍを越えると接合強度の向上が期待でき
ない。
溶融金属が接合部から流出しないだけでなく逆に周囲か
ら接合部に供給されるので、接合金属メッキ層の厚さを
従来のロウ材の厚さに比べて遥かに薄い５〜２５μｍの
範囲、好ましくは８〜１５μｍの範囲にすることが出来
る。接合金属メッキ層の厚さを薄くすることによって接
合強度の向上が期待できるが、厚さが５μｍ未満では接
合層が薄すぎるため接合部周囲からの溶融金属の供給が
少なく、接合面の凹凸により接合部に空隙等の欠陥が生
じ易く、２５μｍを越えると接合強度の向上が期待でき
ない。
【００１５】接合金属メッキ層は１層でもよいし、全体
としてロウ材の金属組成に相当する組成になる限り２層
以上であってもよい。接合金属メッキ層を２層以上に形
成する場合には、酸化されにくい金属を表面に及び酸化
されやすい金属を内側に設けることが好ましい。例え
ば、Ａｕ−Ｓｎロウ材の組成に相当するようにＡｕ層と
Ｓｎ層の２層からなる接合金属メッキ層を設ける場合、
酸化されやすいＳｎ層の上にＡｕ層を形成することによ
って、メッキ後接合まで保管しておいてもＳｎ層の酸化
が起こらず、良好な濡れ性及び接合性を保持できる。
としてロウ材の金属組成に相当する組成になる限り２層
以上であってもよい。接合金属メッキ層を２層以上に形
成する場合には、酸化されにくい金属を表面に及び酸化
されやすい金属を内側に設けることが好ましい。例え
ば、Ａｕ−Ｓｎロウ材の組成に相当するようにＡｕ層と
Ｓｎ層の２層からなる接合金属メッキ層を設ける場合、
酸化されやすいＳｎ層の上にＡｕ層を形成することによ
って、メッキ後接合まで保管しておいてもＳｎ層の酸化
が起こらず、良好な濡れ性及び接合性を保持できる。
【００１６】又、接合金属メッキ層の下地としてのＮｉ
メッキ層は、接合金属メッキ層を加熱溶融した時のロウ
材組成の溶融金属との濡れ性を改善し、且つ優れた接合
強度を確保するためのものである。このＮｉメッキ層の
厚さは、０.２μｍ未満ではその効果がなく、５μｍを
越えるとＮｉメッキのコストが増加するので、０.２〜
５μｍの範囲が好ましい。
メッキ層は、接合金属メッキ層を加熱溶融した時のロウ
材組成の溶融金属との濡れ性を改善し、且つ優れた接合
強度を確保するためのものである。このＮｉメッキ層の
厚さは、０.２μｍ未満ではその効果がなく、５μｍを
越えるとＮｉメッキのコストが増加するので、０.２〜
５μｍの範囲が好ましい。
【００１７】尚、本発明で用いる半導体放熱基板として
は、高い放熱性並びに半導体素子等との熱膨張係数の整
合を考慮して、純金属であるＷ又はＭｏ、溶浸法又は焼
結法により製造されるＣｕとＷ又はＭｏの複合合金、或
はＷを主成分とする焼結合金が好ましい。又、接合金属
メッキ層の組成は、半導体放熱基板と部品とを接合し得
るロウ材の金属組成に相当する組成であり、例えばＡｕ
−Ｓｎ系、Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ａｇ−Ｃ
ｕ系、Ｎｉ−Ｐ系等のロウ材の組成とする。
は、高い放熱性並びに半導体素子等との熱膨張係数の整
合を考慮して、純金属であるＷ又はＭｏ、溶浸法又は焼
結法により製造されるＣｕとＷ又はＭｏの複合合金、或
はＷを主成分とする焼結合金が好ましい。又、接合金属
メッキ層の組成は、半導体放熱基板と部品とを接合し得
るロウ材の金属組成に相当する組成であり、例えばＡｕ
−Ｓｎ系、Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ａｇ−Ｃ
ｕ系、Ｎｉ−Ｐ系等のロウ材の組成とする。
【００１８】
【実施例】実施例１ 表１に示す７種類の材料からなる縦２０ｍｍ×横２０ｍ
ｍ×厚さ１.０ｍｍの半導体放熱基板を用意し、その全
表面に厚さ２.０μｍのＮｉメッキ層を形成した後、水
素雰囲気中において８００℃に加熱することにより、Ｎ
ｉメッキ層の密着性を確保すると同時にＮｉメッキ層上
の酸化被膜を除去した。
ｍ×厚さ１.０ｍｍの半導体放熱基板を用意し、その全
表面に厚さ２.０μｍのＮｉメッキ層を形成した後、水
素雰囲気中において８００℃に加熱することにより、Ｎ
ｉメッキ層の密着性を確保すると同時にＮｉメッキ層上
の酸化被膜を除去した。
【００１９】
【表１】半導体放熱基板材料 ： (１)１０重量％Ｃｕ−Ｗ複合合金 (２)１５重量％Ｃｕ−Ｍｏ複合合金 (３)３.５重量％Ｃｕ−６.５重量％Ｎｉ−Ｗ焼結合金 (４)１.６重量％Ｆｅ−３.２重量％Ｎｉ−Ｗ焼結合金 (５)３.５重量％Ｃｕ−１.６重量％Ｆｅ−３.２重量％
Ｎｉ−Ｗ焼結合金 (６)Ｗ純金属（１００％Ｗ） (７)Ｍｏ純金属（１００％Ｍｏ）
Ｎｉ−Ｗ焼結合金 (６)Ｗ純金属（１００％Ｗ） (７)Ｍｏ純金属（１００％Ｍｏ）
【００２０】一方、表２に示す６種類の材料からなる直
径３.０ｍｍ×高さ４.０ｍｍの金属スタッドを用意し、
その全表面に厚さ０.３〜０.８μｍのＮｉメッキ層を形
成した後、水素雰囲気中において８００℃に加熱するこ
とにより、Ｎｉメッキ層の密着性を確保すると同時にＮ
ｉメッキ層上の酸化被膜を除去した。
径３.０ｍｍ×高さ４.０ｍｍの金属スタッドを用意し、
その全表面に厚さ０.３〜０.８μｍのＮｉメッキ層を形
成した後、水素雰囲気中において８００℃に加熱するこ
とにより、Ｎｉメッキ層の密着性を確保すると同時にＮ
ｉメッキ層上の酸化被膜を除去した。
【００２１】
【表２】金属スタッド材料 ： (ａ)Ｗ純金属 (ｂ)Ｍｏ純金属 (ｃ)クロムモリブデン鋼 (ｄ)１０重量％Ｃｕ−Ｗ複合合金 (ｅ)１５重量％Ｃｕ−Ｍｏ複合合金 (ｆ)３.５重量％Ｃｕ−６.５重量％Ｎｉ−Ｗ焼結合金
【００２２】次に、Ｎｉメッキ層を設けた各金属スタッ
ド全体に、表３に示す接合金属メッキ層を形成した。各
層の厚さは括弧内に記載し、接合金属メッキ層が２層に
なる（イ）の場合は下層＋上層の順で表示した。
ド全体に、表３に示す接合金属メッキ層を形成した。各
層の厚さは括弧内に記載し、接合金属メッキ層が２層に
なる（イ）の場合は下層＋上層の順で表示した。
【００２３】
【表３】接合金属メッキ層の種類と厚さ ： (イ)Ｃｕメッキ層（３〜４μｍ）＋Ａｇメッキ層（６〜
８μｍ） (ロ)Ｎｉ−Ｐメッキ層（１０〜１２μｍ） (ハ)Ａｇメッキ層（１０〜１２μｍ） (ニ)Ｃｕメッキ層（１０〜１２μｍ）
８μｍ） (ロ)Ｎｉ−Ｐメッキ層（１０〜１２μｍ） (ハ)Ａｇメッキ層（１０〜１２μｍ） (ニ)Ｃｕメッキ層（１０〜１２μｍ）
【００２４】図１に示すように、全表面にＮｉメッキ層
を設けた半導体放熱基板１の中央部に上記の各金属スタ
ッド２をそれぞれ当接させ、接合金属メッキ層の種類よ
り下記表４に示す条件で加熱溶融させることにより、そ
れぞれ金属スタッド２を半導体放熱基板１に接合させ
た。
を設けた半導体放熱基板１の中央部に上記の各金属スタ
ッド２をそれぞれ当接させ、接合金属メッキ層の種類よ
り下記表４に示す条件で加熱溶融させることにより、そ
れぞれ金属スタッド２を半導体放熱基板１に接合させ
た。
【００２５】
【表４】接合金属メッキ層の加熱溶融条件 ： (イ)Ｃｕメッキ層＋Ａｇメッキ層：水素雰囲気中にて８
００℃で１０分間加熱 (ロ)Ｎｉ−Ｐメッキ層：水素雰囲気中にて９００℃で１
０分間加熱 (ハ)Ａｇメッキ層：水素雰囲気中にて９６０℃で１０分
間加熱 (ニ)Ｃｕメッキ層：１０-1Ｔｏｒｒの真空中にて１０９
０℃で１０分間加熱
００℃で１０分間加熱 (ロ)Ｎｉ−Ｐメッキ層：水素雰囲気中にて９００℃で１
０分間加熱 (ハ)Ａｇメッキ層：水素雰囲気中にて９６０℃で１０分
間加熱 (ニ)Ｃｕメッキ層：１０-1Ｔｏｒｒの真空中にて１０９
０℃で１０分間加熱
【００２６】得られた接合部の欠陥の有無を確認するた
め、超音波周波数３０ＭＨｚ、超音波出力レベル３７ｄ
Ｂ、探傷ピッチ０.２ｍｍ角の条件で超音波探傷画像処
理を行い、反射エコーレベルから換算した接合部の欠陥
面積率を求めたところ、接合金属メッキ層毎に表５〜表
８に示す結果が得られた。
め、超音波周波数３０ＭＨｚ、超音波出力レベル３７ｄ
Ｂ、探傷ピッチ０.２ｍｍ角の条件で超音波探傷画像処
理を行い、反射エコーレベルから換算した接合部の欠陥
面積率を求めたところ、接合金属メッキ層毎に表５〜表
８に示す結果が得られた。
【００２７】
【表５】 (イ)Ｃｕメッキ層＋Ａｇメッキ層の場合の欠陥面積率（％） 金属スタ 半 導 体 放 熱 基 板 材 料 ッド材料 (１) (２) (３) (４) (５) (６) (７) (ａ) ５ ５ ７ ６ ５ ７ ６ (ｂ) ６ ６ ５ ４ ５ ４ ４ (ｃ) ６ ５ ７ ８ ８ ６ ７ (ｄ) ７ ５ ８ ５ ７ ８ ８ (ｅ) ５ ７ ７ ６ ８ ６ ５ (ｆ) ７ ７ ８ ８ ６ ７ ７
【００２８】
【表６】
【００２９】
【表７】
【００３０】
【表８】
【００３１】比較のために、接合金属メッキ層を施さ
ず、従来のロウ材である２８重量％Ａｇ−Ｃｕ共晶ロウ
材を用いて接合した。ただし、半導体放熱基板及び金属
スタッドには上記と同様にＮｉメッキ層を施した。ロウ
材は厚さ５０μｍで、予め金属スタッドの接合面に合わ
せた形状に成形して半導体放熱基板と金属スタッドの接
合面の間に挟み込み、上記（イ）と同様に水素雰囲気中
にて８００℃で１０分間加熱して接合した。得られた接
合部の欠陥面積率を表９に示した。
ず、従来のロウ材である２８重量％Ａｇ−Ｃｕ共晶ロウ
材を用いて接合した。ただし、半導体放熱基板及び金属
スタッドには上記と同様にＮｉメッキ層を施した。ロウ
材は厚さ５０μｍで、予め金属スタッドの接合面に合わ
せた形状に成形して半導体放熱基板と金属スタッドの接
合面の間に挟み込み、上記（イ）と同様に水素雰囲気中
にて８００℃で１０分間加熱して接合した。得られた接
合部の欠陥面積率を表９に示した。
【００３２】
【表９】 (比較例)Ｃｕ−Ａｇロウ材の場合の欠陥面積率（％） 金属スタ 半 導 体 放 熱 基 板 材 料 ッド材料 (１) (２) (３) (４) (５) (６) (７) (ａ) １３ １３ １４ １３ １２ １３ １２ (ｂ) １１ １１ １２ １１ １２ １１ １１ (ｃ) １５ １４ １４ １５ １２ １４ １５ (ｄ) １３ １５ １５ １３ １４ １５ １３ (ｅ) １３ １２ １４ １３ １５ １２ １４ (ｆ) １３ １４ １５ １４ １３ １４ １５
【００３３】上記表５から表９に示す結果から、従来方
法では１０％を越えていた欠陥面積率が本発明方法によ
れば１０％以下に抑えられ、放熱性や接合強度に悪影響
を与える空隙や亀裂等の欠陥の少ない優れた品質の接合
部が得られる。ちなみに、本発明の各試料と比較例の試
料を切断して接合部を観察したところ、本発明の試料の
欠陥サイズはせいぜい０.３ｍｍ程度であったが、比較
例の試料では最大２ｍｍにも達する欠陥が確認された。
法では１０％を越えていた欠陥面積率が本発明方法によ
れば１０％以下に抑えられ、放熱性や接合強度に悪影響
を与える空隙や亀裂等の欠陥の少ない優れた品質の接合
部が得られる。ちなみに、本発明の各試料と比較例の試
料を切断して接合部を観察したところ、本発明の試料の
欠陥サイズはせいぜい０.３ｍｍ程度であったが、比較
例の試料では最大２ｍｍにも達する欠陥が確認された。
【００３４】又、本発明方法によれば、従来方法と比較
して組立の簡素化等によりコストをほぼ半減させ得ると
同時に生産性の向上を図ることが出来る。しかも、接合
金属メッキ層がＮｉ−Ｐ、Ａｇ及びＣｕである場合、こ
れらの接合部の融点はＮｉ−Ｐで８９０℃、Ａｇで９６
０℃及びＣｕで１０８０℃であり、いずれもＡｇ−Ｃｕ
ロウ材の共晶点７８０℃より高いので、金属スタッド付
き半導体放熱基板にセラミックパッケージをＡｇ−Ｃｕ
ロウ材で接合する際にも、基板と金属スタッドとの接合
部の品質が劣化しないという利点がある。
して組立の簡素化等によりコストをほぼ半減させ得ると
同時に生産性の向上を図ることが出来る。しかも、接合
金属メッキ層がＮｉ−Ｐ、Ａｇ及びＣｕである場合、こ
れらの接合部の融点はＮｉ−Ｐで８９０℃、Ａｇで９６
０℃及びＣｕで１０８０℃であり、いずれもＡｇ−Ｃｕ
ロウ材の共晶点７８０℃より高いので、金属スタッド付
き半導体放熱基板にセラミックパッケージをＡｇ−Ｃｕ
ロウ材で接合する際にも、基板と金属スタッドとの接合
部の品質が劣化しないという利点がある。
【００３５】実施例２ 図２に示す段付き半導体放熱基板を作製するため、下記
表１０に示す７種類の材料（実施例１の表１と同じ）か
らなる縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１.０ｍｍの半導
体放熱基板１と、同じ７種類の材料からなる縦１０ｍｍ
×横１０ｍｍ×厚さ１.０ｍｍの金属平板３を用意し、
それぞれの全表面に厚さ２.０μｍのＮｉメッキ層を形
成した後、水素雰囲気中で８００℃に加熱することによ
り、Ｎｉメッキ層の密着性を確保すると同時にＮｉメッ
キ層上の酸化被膜を除去した。
表１０に示す７種類の材料（実施例１の表１と同じ）か
らなる縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１.０ｍｍの半導
体放熱基板１と、同じ７種類の材料からなる縦１０ｍｍ
×横１０ｍｍ×厚さ１.０ｍｍの金属平板３を用意し、
それぞれの全表面に厚さ２.０μｍのＮｉメッキ層を形
成した後、水素雰囲気中で８００℃に加熱することによ
り、Ｎｉメッキ層の密着性を確保すると同時にＮｉメッ
キ層上の酸化被膜を除去した。
【００３６】
【表１０】半導体放熱基板及び金属平板の材料 ： (１)１０重量％Ｃｕ−Ｗ複合合金 (２)１５重量％Ｃｕ−Ｍｏ複合合金 (３)３.５重量％Ｃｕ−６.５重量％Ｎｉ−Ｗ焼結合金 (４)１.６重量％Ｆｅ−３.２重量％Ｎｉ−Ｗ焼結合金 (５)３.５重量％Ｃｕ−１.６重量％Ｆｅ−３.２重量％
Ｎｉ−Ｗ焼結合金 (６)Ｗ純金属（１００％Ｗ） (７)Ｍｏ純金属（１００％Ｍｏ）
Ｎｉ−Ｗ焼結合金 (６)Ｗ純金属（１００％Ｗ） (７)Ｍｏ純金属（１００％Ｍｏ）
【００３７】次に、この金属平板３のＮｉメッキ層全体
の上に厚さ１２μｍのＡｇメッキ層を形成した後、金属
平板３をＮｉメッキ層を有する半導体放熱基板１の表面
上に重ねて、水素雰囲気中において９７０℃で１０分間
加熱することにより、両者を接合して段付き形状の半導
体放熱基板を得た。得られた接合部の欠陥面積率を実施
例１と同様にして求め、結果を表１１に示した。
の上に厚さ１２μｍのＡｇメッキ層を形成した後、金属
平板３をＮｉメッキ層を有する半導体放熱基板１の表面
上に重ねて、水素雰囲気中において９７０℃で１０分間
加熱することにより、両者を接合して段付き形状の半導
体放熱基板を得た。得られた接合部の欠陥面積率を実施
例１と同様にして求め、結果を表１１に示した。
【００３８】
【表１１】
【００３９】この結果から、本発明方法により得られる
接合部が欠陥の少ない優れた品質のものであることが判
る。又、図２に示す段付き半導体放熱基板は、従来は切
削加工により製造していたが、本発明方法によれば切削
加工を必要とせず、しかも基板材料を削減できるので、
生産性が高く且つ安価な段付き半導体放熱基板の供給が
可能となる。
接合部が欠陥の少ない優れた品質のものであることが判
る。又、図２に示す段付き半導体放熱基板は、従来は切
削加工により製造していたが、本発明方法によれば切削
加工を必要とせず、しかも基板材料を削減できるので、
生産性が高く且つ安価な段付き半導体放熱基板の供給が
可能となる。
【００４０】実施例３ まず図３に示す複雑形状の放熱基板を作製するため、１
０重量％Ｃｕ−Ｗ複合合金からなる縦１０ｍｍ×横２ｍ
ｍ×厚さ０.２ｍｍの半導体放熱基板１を用意し、その
全表面に厚さ２μｍのＮｉメッキ層を形成した後、水素
雰囲気中で８００℃に加熱した。一方、縦１０ｍｍ×横
１.５ｍｍ×厚さ０.２ｍｍのアルミナ平板４の両表面に
溶射法によりＷメタライズ層を施し、更に厚さ２μｍの
Ｎｉメッキ層を形成した後、水素雰囲気中で８００℃に
加熱した。このＮｉメッキ層は電気メッキ法によるので
Ｗメタライズ層の上にのみ形成され、アルミナ平板４の
側面には形成されなかった。
０重量％Ｃｕ−Ｗ複合合金からなる縦１０ｍｍ×横２ｍ
ｍ×厚さ０.２ｍｍの半導体放熱基板１を用意し、その
全表面に厚さ２μｍのＮｉメッキ層を形成した後、水素
雰囲気中で８００℃に加熱した。一方、縦１０ｍｍ×横
１.５ｍｍ×厚さ０.２ｍｍのアルミナ平板４の両表面に
溶射法によりＷメタライズ層を施し、更に厚さ２μｍの
Ｎｉメッキ層を形成した後、水素雰囲気中で８００℃に
加熱した。このＮｉメッキ層は電気メッキ法によるので
Ｗメタライズ層の上にのみ形成され、アルミナ平板４の
側面には形成されなかった。
【００４１】次に、半導体放熱基板１とアルミナ平板４
のＮｉメッキ層の上に、接合金属メッキ層としてＣｕメ
ッキ層を５〜６μｍの厚さに形成し、更にその上にＡｇ
メッキ層を１０〜１２μｍの厚さに施した。その後、図
３に示すように、接合金属メッキ層を有する半導体放熱
基板１とアルミナ平板４を重ね、更にその上に縦１０ｍ
ｍ×横１ｍｍ×厚さ０.０２５ｍｍの無酸素銅の銅箔５
を積層してセットし、水素雰囲気中において８２０℃で
１０分間加熱して半導体放熱基板１とアルミナ平板４の
両表面の接合金属メッキ層を溶融することにより、半導
体放熱基板１とアルミナ平板４と銅箔５を接合した。
のＮｉメッキ層の上に、接合金属メッキ層としてＣｕメ
ッキ層を５〜６μｍの厚さに形成し、更にその上にＡｇ
メッキ層を１０〜１２μｍの厚さに施した。その後、図
３に示すように、接合金属メッキ層を有する半導体放熱
基板１とアルミナ平板４を重ね、更にその上に縦１０ｍ
ｍ×横１ｍｍ×厚さ０.０２５ｍｍの無酸素銅の銅箔５
を積層してセットし、水素雰囲気中において８２０℃で
１０分間加熱して半導体放熱基板１とアルミナ平板４の
両表面の接合金属メッキ層を溶融することにより、半導
体放熱基板１とアルミナ平板４と銅箔５を接合した。
【００４２】得られた複雑形状の放熱基板では、階段状
になった側と反対側の側面を正確に揃えて平面状にする
必要があるが、上記の方法によれば各材料の位置決めが
容易であるため歩留りの著しい向上が達成された。又、
従来のように薄く小さいロウ材を挟み込んで各材料を組
み立てる必要がないので、生産性の向上とコストの低減
を図ることが出来るうえ、欠陥の極めて少ない品質的に
優れた接合部を得ることが出来る。尚、銅箔５は、後に
半導体素子を半導体放熱基板１に搭載して回路形成後ア
ルミナ平板４を通して電流を流す際に、アルミナ平板４
の電気抵抗を下げ発熱量を低減させるためのものであ
る。
になった側と反対側の側面を正確に揃えて平面状にする
必要があるが、上記の方法によれば各材料の位置決めが
容易であるため歩留りの著しい向上が達成された。又、
従来のように薄く小さいロウ材を挟み込んで各材料を組
み立てる必要がないので、生産性の向上とコストの低減
を図ることが出来るうえ、欠陥の極めて少ない品質的に
優れた接合部を得ることが出来る。尚、銅箔５は、後に
半導体素子を半導体放熱基板１に搭載して回路形成後ア
ルミナ平板４を通して電流を流す際に、アルミナ平板４
の電気抵抗を下げ発熱量を低減させるためのものであ
る。
【００４３】その後、この複雑形状の半導体放熱基板の
全体にＮｉメッキ層を２μｍの厚さに形成し、水素雰囲
気中で８００℃に加熱した後、その上に接合金属メッキ
層として厚さ４〜５μｍのＳｎメッキ層と厚さ１０〜１
２μｍのＡｕメッキ層を順に形成した。これらのメッキ
層はいずれも電解メッキ法により形成したので、アルミ
ナ平板４のＷメタライズ層のない側面部分にはメッキ層
が形成されず、アルミナ平板４の上下両表面の間の絶縁
性を確保することが出来る。
全体にＮｉメッキ層を２μｍの厚さに形成し、水素雰囲
気中で８００℃に加熱した後、その上に接合金属メッキ
層として厚さ４〜５μｍのＳｎメッキ層と厚さ１０〜１
２μｍのＡｕメッキ層を順に形成した。これらのメッキ
層はいずれも電解メッキ法により形成したので、アルミ
ナ平板４のＷメタライズ層のない側面部分にはメッキ層
が形成されず、アルミナ平板４の上下両表面の間の絶縁
性を確保することが出来る。
【００４４】最後に、図４に示すように、複雑形状の半
導体放熱基板のうちの半導体放熱基板１の露出した表面
中央に半導体素子６をセットし、その半導体素子６の上
面とアルミナ平板４の表面にまたがって金箔７を載せ、
水素雰囲気中において３２０℃に加熱することによりＳ
ｎメッキ層とＡｕメッキ層からなる接合金属メッキ層を
溶融させ、半導体素子６を半導体放熱基板１に接合する
と同時に金箔７を半導体素子６とアルミナ平板４に接合
させて回路形成した。
導体放熱基板のうちの半導体放熱基板１の露出した表面
中央に半導体素子６をセットし、その半導体素子６の上
面とアルミナ平板４の表面にまたがって金箔７を載せ、
水素雰囲気中において３２０℃に加熱することによりＳ
ｎメッキ層とＡｕメッキ層からなる接合金属メッキ層を
溶融させ、半導体素子６を半導体放熱基板１に接合する
と同時に金箔７を半導体素子６とアルミナ平板４に接合
させて回路形成した。
【００４５】従来は半導体素子の接合に低融点のＡｕ−
Ｓｎ半田を使用していたが、Ａｕ−Ｓｎ半田は酸化しや
すいため保管中に酸化されて濡れ性が劣化し、接合不良
を引き起こすという欠点があったが、上記の本発明方法
においては接合金属メッキ層としてＳｎメッキ層を下に
Ａｇメッキ層を上に形成するので、酸化されやすいＳｎ
メッキ層がＡｇメッキ層によって覆われ、保管しておい
ても酸化される心配がない。
Ｓｎ半田を使用していたが、Ａｕ−Ｓｎ半田は酸化しや
すいため保管中に酸化されて濡れ性が劣化し、接合不良
を引き起こすという欠点があったが、上記の本発明方法
においては接合金属メッキ層としてＳｎメッキ層を下に
Ａｇメッキ層を上に形成するので、酸化されやすいＳｎ
メッキ層がＡｇメッキ層によって覆われ、保管しておい
ても酸化される心配がない。
【００４６】又、従来の薄く小さいロウ材を用いる場合
に比べ、生産性の向上とコストの低減を図ることがで
き、半導体素子との接合部に欠陥が極めて少ないため放
熱性に優れた接合を得ることが出来る。
に比べ、生産性の向上とコストの低減を図ることがで
き、半導体素子との接合部に欠陥が極めて少ないため放
熱性に優れた接合を得ることが出来る。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、半導体放熱基板に金属
スタッドや外囲器、半導体素子等の部品をロウ付け接合
するに際して、半導体放熱基板あるいは部品の全表面に
ロウ材の金属組成に相当する組成になるように接合金属
メッキ層を形成するので、ロウ材の成形や面倒な組立工
程がなくなりコストの低減と同時に生産性の向上を達成
できるうえ、加熱接合時に全表面で溶融した接合金属メ
ッキ層の溶融金属が毛細管現象により接合部に供給され
るので、接合部における欠陥の発生を大幅に抑制して接
合部の品質を向上させることが出来る。
スタッドや外囲器、半導体素子等の部品をロウ付け接合
するに際して、半導体放熱基板あるいは部品の全表面に
ロウ材の金属組成に相当する組成になるように接合金属
メッキ層を形成するので、ロウ材の成形や面倒な組立工
程がなくなりコストの低減と同時に生産性の向上を達成
できるうえ、加熱接合時に全表面で溶融した接合金属メ
ッキ層の溶融金属が毛細管現象により接合部に供給され
るので、接合部における欠陥の発生を大幅に抑制して接
合部の品質を向上させることが出来る。
【図１】本発明方法により半導体放熱基板に金属スタッ
ドを接合する状態を示した斜視図である。
ドを接合する状態を示した斜視図である。
【図２】本発明方法により半導体放熱基板に金属平板を
接合する状態を示した斜視図である。
接合する状態を示した斜視図である。
【図３】本発明方法により半導体放熱基板にアルミナ平
板と銅箔を接合する状態を示した斜視図である。
板と銅箔を接合する状態を示した斜視図である。
【図４】本発明方法により複雑形状の半導体放熱基板に
半導体素子と金箔を接合して回路形成する状態を示した
斜視図である。
半導体素子と金箔を接合して回路形成する状態を示した
斜視図である。
１ 半導体放熱基板 ２ 金属スタッド ３ 金属平板 ４ アルミナ平板 ５ 銅箔 ６ 半導体素子 ７ 金箔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 1/008 Ｂ 8727−4Ｅ 31/02 ３１０ Ｂ 8315−4Ｅ Ｃ０４Ｂ 37/02 Ｂ 41/88 Ａ Ｃ２５Ｄ 5/12 Ｈ０１Ｌ 21/52 Ｃ 7376−4Ｍ 23/36
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体放熱基板と金属部品の全表面にＮ
ｉメッキ層を設け、この半導体放熱基板又は金属部品の
Ｎｉメッキ層全体に両者を接合し得るロウ材の金属組成
に相当する組成になるように１層又は２層以上の接合金
属メッキ層を形成した後、金属部品の接合面を前記半導
体放熱基板に当接させて真空中又は水素雰囲気中で接合
金属メッキ層を加熱溶融することにより両者を接合する
ことを特徴とする半導体放熱基板への部品接合方法。 - 【請求項２】 セラミックス部品の接合面にＷメタライ
ズ層を形成し、半導体放熱基板の全表面とセラミックス
部品のＷメタライズ層上にＮｉメッキ層を設け、この半
導体放熱基板又はセラミックス部品のＮｉメッキ層全体
に両者を接合し得るロウ材の金属組成に相当する組成に
なるように１層又は２層以上の接合金属メッキ層を形成
した後、セラミックス部品の接合面を前記半導体放熱基
板に当接させて真空中又は水素雰囲気中で接合金属メッ
キ層を加熱溶融することにより両者を接合することを特
徴とする半導体放熱基板への部品接合方法。 - 【請求項３】 半導体放熱基板の全表面にＮｉメッキ層
を設け、このＮｉメッキ層全体に半導体放熱基板と半導
体素子を接合し得るロウ材の金属組成に相当する組成に
なるように１層又は２層以上の接合金属メッキ層を形成
し、半導体放熱基板に半導体素子を当接させて真空中又
は水素雰囲気中で接合金属メッキ層を加熱溶融すること
により両者を接合することを特徴とする半導体放熱基板
への部品接合方法。 - 【請求項４】 接合金属メッキ層の厚さが５〜２５μｍ
の範囲にあることを特徴とする、請求項１ないし３に記
載の半導体放熱基板への部品接合方法。 - 【請求項５】 Ｎｉメッキ層の厚さが０.２〜５μｍの
範囲にあることを特徴とする、請求項１ないし３に記載
の半導体放熱基板への部品接合方法。 - 【請求項６】 ２層以上の接合金属メッキ層として、酸
化されにくい金属を表面に及び酸化されやすい金属を内
側に設けることを特徴とする、請求項１〜３に記載の半
導体放熱基板への部品接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15795893A JPH06344131A (ja) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | 半導体放熱基板への部品接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15795893A JPH06344131A (ja) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | 半導体放熱基板への部品接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06344131A true JPH06344131A (ja) | 1994-12-20 |
Family
ID=15661178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15795893A Pending JPH06344131A (ja) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | 半導体放熱基板への部品接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06344131A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010071823A3 (en) * | 2008-12-19 | 2010-10-21 | Newfrey, Llc | Arc welding method and arc welding apparatus |
| US7830001B2 (en) | 2005-05-23 | 2010-11-09 | Neomax Materials Co., Ltd. | Cu-Mo substrate and method for producing same |
| CN112008179A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-12-01 | 新乡市杰达精密电子器件有限公司 | 一种具有储热功能且防变形的厚膜加热器的生产工艺 |
-
1993
- 1993-06-03 JP JP15795893A patent/JPH06344131A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7830001B2 (en) | 2005-05-23 | 2010-11-09 | Neomax Materials Co., Ltd. | Cu-Mo substrate and method for producing same |
| WO2010071823A3 (en) * | 2008-12-19 | 2010-10-21 | Newfrey, Llc | Arc welding method and arc welding apparatus |
| CN112008179A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-12-01 | 新乡市杰达精密电子器件有限公司 | 一种具有储热功能且防变形的厚膜加热器的生产工艺 |
| CN112008179B (zh) * | 2020-07-24 | 2021-09-28 | 新乡市杰达精密电子器件有限公司 | 一种具有储热功能且防变形的厚膜加热器的生产工艺 |
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