JPH07114316B2 - 銅回路を有する窒化アルミニウム基板の製造方法 - Google Patents
銅回路を有する窒化アルミニウム基板の製造方法Info
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- JPH07114316B2 JPH07114316B2 JP1250484A JP25048489A JPH07114316B2 JP H07114316 B2 JPH07114316 B2 JP H07114316B2 JP 1250484 A JP1250484 A JP 1250484A JP 25048489 A JP25048489 A JP 25048489A JP H07114316 B2 JPH07114316 B2 JP H07114316B2
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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、パワー半導体モジュール基板等に用いられる
銅回路を有する窒化アルミニウム基板の製造方法に関す
る。
銅回路を有する窒化アルミニウム基板の製造方法に関す
る。
従来より、窒化アルミニウム基板と銅板を接合する方法
としては、以下が提案されている。
としては、以下が提案されている。
（ｉ）表面を酸化した窒化アルミニウム基板に銅板を接
触配置し、銅の融点以下、Cu20-0の共晶温度以上で加熱
して接合するいわゆるDBC法（例えば特開昭59−121175
号公報）。
触配置し、銅の融点以下、Cu20-0の共晶温度以上で加熱
して接合するいわゆるDBC法（例えば特開昭59−121175
号公報）。
（ii）窒化アルミニウム基板と銅板の間にAg箔、Cu箔さ
らには活性金属箔を順次積層し加熱して接合する方法
（例えば特開昭56−163093号公報）。
らには活性金属箔を順次積層し加熱して接合する方法
（例えば特開昭56−163093号公報）。
（iii）前記金属の合金板を介在させ加熱接合する方法
（例えば特開昭58−140381号公報）。
（例えば特開昭58−140381号公報）。
（iv）前記金属からなる合金粉末を介在させ加熱接合す
る方法（例えば特開昭56−163093号公報）。
る方法（例えば特開昭56−163093号公報）。
（ｖ）銀粉、銅粉及び活性金属もしくは活性金属を含む
化合物粉からなる混合粉末をペースト化し、窒化アルミ
ニウム基板上に塗布後、銅板を配置し、加熱接合する方
法。
化合物粉からなる混合粉末をペースト化し、窒化アルミ
ニウム基板上に塗布後、銅板を配置し、加熱接合する方
法。
これらの方法のうち、（ii）〜（ｖ）の方法は、銅板と
窒化アルミニウム基板の間に、Ag、Cu及び活性金属から
なる成分を介在させ接合体を構成するものであり、とく
に（ｖ）の方法は、特別に箔や、合金板、合金粉末等を
用いずに簡便に接合層を形成できることや、スクリーン
印刷法にて容易に回路パターン状に接合層を形成できる
点で有利な方法である。
窒化アルミニウム基板の間に、Ag、Cu及び活性金属から
なる成分を介在させ接合体を構成するものであり、とく
に（ｖ）の方法は、特別に箔や、合金板、合金粉末等を
用いずに簡便に接合層を形成できることや、スクリーン
印刷法にて容易に回路パターン状に接合層を形成できる
点で有利な方法である。
しかしながら、（ｖ）の方法においても、従来より銅板
と窒化アルミニウム基板との接合強度が不充分であった
り、場合によっては接合しないいわゆる接合不良が生じ
やすく、満足な銅回路を有する窒化アルミニウム基板と
はいいがたかった。
と窒化アルミニウム基板との接合強度が不充分であった
り、場合によっては接合しないいわゆる接合不良が生じ
やすく、満足な銅回路を有する窒化アルミニウム基板と
はいいがたかった。
本発明者らは、以上の問題点を解決することを目的とし
て種々検討を重ねた結果、接合に用いる銅板の不純物
量、とくに酸素含有量が接合強度ならびに接合性に大き
く影響を及ぼし、酸素含有量を特定値以下に抑えれば充
分な接合強度を有し、しかも接合不良を生じない銅回路
を有する窒化アルミニウム基板となることを見い出し本
発明を完成したものである。
て種々検討を重ねた結果、接合に用いる銅板の不純物
量、とくに酸素含有量が接合強度ならびに接合性に大き
く影響を及ぼし、酸素含有量を特定値以下に抑えれば充
分な接合強度を有し、しかも接合不良を生じない銅回路
を有する窒化アルミニウム基板となることを見い出し本
発明を完成したものである。
すなわち、本発明は、窒化アルミニウム基板上に、銀、
銅及び活性金属もしくは活性金属を含む化合物からなる
混合粉末のペーストを塗布した後、酸素含有量50ppm以
下の銅板を配置し加熱処理することを特徴とする銅回路
を有する窒化アルミニウム基板の製造方法である。
銅及び活性金属もしくは活性金属を含む化合物からなる
混合粉末のペーストを塗布した後、酸素含有量50ppm以
下の銅板を配置し加熱処理することを特徴とする銅回路
を有する窒化アルミニウム基板の製造方法である。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明では、銅板と窒化アルミニウム基板との接合剤と
して、銀、銅及びチタン、ジルコニウムなどの活性金属
もしくはこれら活性金属を含む化合物からなる混合粉末
のペーストをロウ材として用い加熱接合して一体化する
ものである。
して、銀、銅及びチタン、ジルコニウムなどの活性金属
もしくはこれら活性金属を含む化合物からなる混合粉末
のペーストをロウ材として用い加熱接合して一体化する
ものである。
前記（Ｖ）の方法において充分な接合強度が得られる原
因について、接合体の断面観察と接合層の組成分析を行
ない検討したところ、窒化アルミニウム側から、活性金
属の窒化物層、銀と銅の混合物層、銅板の順となってお
り、高温時に形成される窒化物層が窒化アルミニウムと
接合層との強度を維持していること、銅板と銀、銅から
なる接合層との強度は、銀と銅からなる混合層が銅板を
濡らし、さらに銅板と混合物層とが拡散層を形成してい
ることによることがわかった。
因について、接合体の断面観察と接合層の組成分析を行
ない検討したところ、窒化アルミニウム側から、活性金
属の窒化物層、銀と銅の混合物層、銅板の順となってお
り、高温時に形成される窒化物層が窒化アルミニウムと
接合層との強度を維持していること、銅板と銀、銅から
なる接合層との強度は、銀と銅からなる混合層が銅板を
濡らし、さらに銅板と混合物層とが拡散層を形成してい
ることによることがわかった。
本発明者らは、これら接合用ペーストならびに使用する
銅板の組成と接合状態との関係をさらに詳しく検討した
ところ、とくに銀、銅からなる接合層と銅板との接合状
態が、銅板の酸素含有量に大きく依存しており、酸素含
有量の少ない銅板ほど接合状態もよく、接合強度も充分
であること、逆に酸素含有量の多い銅板を使用すると、
銅板からの酸素の放出が起こり、この放出酸素によって
ペースト中の活性金属の活性消失あるいはロウ材金属の
酸化により、溶融が起こらない部分が生じる等によっ
て、充分な接合強度が得られないこと、さらには接合の
起こらない場合も生じることを見い出したのである。
銅板の組成と接合状態との関係をさらに詳しく検討した
ところ、とくに銀、銅からなる接合層と銅板との接合状
態が、銅板の酸素含有量に大きく依存しており、酸素含
有量の少ない銅板ほど接合状態もよく、接合強度も充分
であること、逆に酸素含有量の多い銅板を使用すると、
銅板からの酸素の放出が起こり、この放出酸素によって
ペースト中の活性金属の活性消失あるいはロウ材金属の
酸化により、溶融が起こらない部分が生じる等によっ
て、充分な接合強度が得られないこと、さらには接合の
起こらない場合も生じることを見い出したのである。
銅回路を有する窒化アルミニウム基板の製造方法には、
前記（ｉ）〜（ｖ）の方法がある。（ｉ）のDBC法は、C
u20-0の共晶を用いて接合する方法であり、酸素の介在
が必要な方法であるため、酸素をある程度含有する銅板
例えば300〜400ppmのタフピッチ銅が用いられる。
前記（ｉ）〜（ｖ）の方法がある。（ｉ）のDBC法は、C
u20-0の共晶を用いて接合する方法であり、酸素の介在
が必要な方法であるため、酸素をある程度含有する銅板
例えば300〜400ppmのタフピッチ銅が用いられる。
また、（ii）〜（ｖ）の方法においては、基本的にペー
スト（ロウ材）を介して銅板と窒化アルミニウム基板を
接合するため、銅板の酸素含有量がその接合性に大きく
影響するはずであるが、従来、銅板の酸素含有量と接合
性との関連から、使用できる銅板の酸素含有量を追求し
たものはない。
スト（ロウ材）を介して銅板と窒化アルミニウム基板を
接合するため、銅板の酸素含有量がその接合性に大きく
影響するはずであるが、従来、銅板の酸素含有量と接合
性との関連から、使用できる銅板の酸素含有量を追求し
たものはない。
本発明者は、タフピッチ銅を含め、種々、酸素含有量の
異なる銅板を用意し、接合性を検討したところ、本発明
の（ｖ）による方法においては、使用する銅板の酸素含
有量が50ppm以下でないと銅板とロウ材の接合性が充分
に起こらないこと、好ましくは30ppm以下とする必要が
あること、100ppmの酸素含有量を有する銅板では一部接
合しない部分が発生すること、さらに300〜400ppmの酸
素含有量を有するタフピッチ銅では全く接合が生じない
ことを見い出したのである。
異なる銅板を用意し、接合性を検討したところ、本発明
の（ｖ）による方法においては、使用する銅板の酸素含
有量が50ppm以下でないと銅板とロウ材の接合性が充分
に起こらないこと、好ましくは30ppm以下とする必要が
あること、100ppmの酸素含有量を有する銅板では一部接
合しない部分が発生すること、さらに300〜400ppmの酸
素含有量を有するタフピッチ銅では全く接合が生じない
ことを見い出したのである。
本発明の銅回路を有する窒化アルミニウム基板を得るに
際し、銀と銅粉末の混合比は、重量割合で、銀60〜80
％、銅20〜40％が好ましく採用される。この混合比は、
後の熱処理工程における処理温度により任意に選択され
るが、処理温度の低下及び接合強度の向上の点から、銀
72％、銅28％のいわゆる共晶組成が最も好ましい。活性
金属もしくは活性金属を含む化合物粉の量は、銀と銅の
混合粉末100重量部に対し活性金属換算で５〜20重量部
が好ましく、さらに活性金属種としては、チタン、ジル
コニウムが、とくにチタンの水素化物が好適である。
際し、銀と銅粉末の混合比は、重量割合で、銀60〜80
％、銅20〜40％が好ましく採用される。この混合比は、
後の熱処理工程における処理温度により任意に選択され
るが、処理温度の低下及び接合強度の向上の点から、銀
72％、銅28％のいわゆる共晶組成が最も好ましい。活性
金属もしくは活性金属を含む化合物粉の量は、銀と銅の
混合粉末100重量部に対し活性金属換算で５〜20重量部
が好ましく、さらに活性金属種としては、チタン、ジル
コニウムが、とくにチタンの水素化物が好適である。
これら混合粉末を窒化アルミニウム基板上に積層する方
法としては、通常、混合粉末をペースト化し塗布する方
法で行なう。ペーストの調製には、有機溶剤、例えばメ
チルセルソルブ、エチルセルソルブ、テレピネオール、
トルエン等や、有機結合剤、例えばエチルセルローズ、
メチルセルローズ、PMMA等が用いられる。
法としては、通常、混合粉末をペースト化し塗布する方
法で行なう。ペーストの調製には、有機溶剤、例えばメ
チルセルソルブ、エチルセルソルブ、テレピネオール、
トルエン等や、有機結合剤、例えばエチルセルローズ、
メチルセルローズ、PMMA等が用いられる。
ペーストの配合の一例を示せば、有機溶剤60〜70容量
部、上記混合粉末18〜30容量部及び有機結合剤０〜20容
量部で、これらの合計が100容量部である。ペースト粘
度としては10000〜100000cps程度である。
部、上記混合粉末18〜30容量部及び有機結合剤０〜20容
量部で、これらの合計が100容量部である。ペースト粘
度としては10000〜100000cps程度である。
本発明で使用される窒化アルミニウム基板としては、公
知の方法で製造されたものが使用でき、その一例を示せ
ば、焼結助剤を添加せずホットプレス法で焼結したも
の、イットリア、カルシアなどの焼結助剤を窒化アルミ
ニウム粉末に添加し常圧焼結したものなどである。
知の方法で製造されたものが使用でき、その一例を示せ
ば、焼結助剤を添加せずホットプレス法で焼結したも
の、イットリア、カルシアなどの焼結助剤を窒化アルミ
ニウム粉末に添加し常圧焼結したものなどである。
以下、本発明の銅回路を有する窒化アルミニウム基板の
製法の一例を説明する。
製法の一例を説明する。
窒化アルミニウム基板上に、上記ペーストをスクリ
ーン印刷法等で回路パターン状に塗布する。
ーン印刷法等で回路パターン状に塗布する。
回路パターンと同形状もしくはパターン全面を覆え
る面積を有しかつ本発明に係る酸素含有量を有する銅板
をペースト塗布面上に配置する。
る面積を有しかつ本発明に係る酸素含有量を有する銅板
をペースト塗布面上に配置する。
上記の積層体を不活性雰囲気中もしくは真空中で
加熱処理し接合体を形成する。
加熱処理し接合体を形成する。
上記のうち、回路パターンと同形状の銅板を配置
したものは、接合後、そのまま回路を有する窒化アルミ
ニウム基板となる。また、パターン全面を覆える銅板を
使用したものは、接合後、エッチング法により不要部分
を除去すれば、回路パターンとなる。
したものは、接合後、そのまま回路を有する窒化アルミ
ニウム基板となる。また、パターン全面を覆える銅板を
使用したものは、接合後、エッチング法により不要部分
を除去すれば、回路パターンとなる。
なお、上記工程中、における不活性雰囲気とはAr、H
e、N2等であり、加熱条件としては、800〜950℃で保持
することが好ましい。昇温速度としては10℃／分以下好
ましくは５℃／分以下とするのがよい。昇温速度の速い
場合、ペースト中に含まれる炭素が高温まで残留し、接
合強度の弱い回路基板となりやすい。
e、N2等であり、加熱条件としては、800〜950℃で保持
することが好ましい。昇温速度としては10℃／分以下好
ましくは５℃／分以下とするのがよい。昇温速度の速い
場合、ペースト中に含まれる炭素が高温まで残留し、接
合強度の弱い回路基板となりやすい。
以下、実施例と比較例をあげて、さらに具体的に本発明
を説明する。
を説明する。
実施例１〜８ 銀粉末72重量％、銅粉末28重量％からなる混合粉末100
重量部に対し、チタン粉末及び水素化チタン粉末を各々
10重量部ないし20重量部添加後、さらに、PMMAを1.0重
量部とテレピネオールを加え、充分混合し、ペーストを
調製した。このペーストを50mm×50mm×0.635mmtの窒化
アルミニウム基板の両面にスクリーン印刷したのち乾燥
した。その際、片面はほぼ全面に、もう一方の面は半導
体素子搭載のため島状に印刷した。
重量部に対し、チタン粉末及び水素化チタン粉末を各々
10重量部ないし20重量部添加後、さらに、PMMAを1.0重
量部とテレピネオールを加え、充分混合し、ペーストを
調製した。このペーストを50mm×50mm×0.635mmtの窒化
アルミニウム基板の両面にスクリーン印刷したのち乾燥
した。その際、片面はほぼ全面に、もう一方の面は半導
体素子搭載のため島状に印刷した。
次に、30ppm又は50ppmの酸素含有量で、かつペースト塗
布位置と同形状の銅板を接触配置後、真空中900℃で1hr
熱処理し接合体を作製した。これらの接合体の銅板をは
がし、剥離した状態を観察することにより接合性を調べ
た。それらの結果を表１に示す。
布位置と同形状の銅板を接触配置後、真空中900℃で1hr
熱処理し接合体を作製した。これらの接合体の銅板をは
がし、剥離した状態を観察することにより接合性を調べ
た。それらの結果を表１に示す。
なお、銅板の酸素含有量は、LECO社製酸素分析計RO−18
を使用し、溶融抽出法にて測定した。
を使用し、溶融抽出法にて測定した。
比較例１〜８ 酸素含有量が100ppm又は300ppmである銅板を用いたこと
以外は実施例１〜８と同様にして接合処理を実施した。
それらの接合性の観察結果を表１に示す。
以外は実施例１〜８と同様にして接合処理を実施した。
それらの接合性の観察結果を表１に示す。
〔発明の効果〕 本発明のように、酸素含有量を低く抑えた銅板を使用す
ることにより、接合性の良好な銅回路を有する窒化アル
ミニウム基板とすることができる。
ることにより、接合性の良好な銅回路を有する窒化アル
ミニウム基板とすることができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−177635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−22157（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】窒化アルミニウム基板上に、銀、銅及び活
性金属もしくは活性金属を含む化合物からなる混合粉末
のペーストを塗布した後、酸素含有量50ppm以下の銅板
を配置し加熱処理することを特徴とする銅回路を有する
窒化アルミニウム基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1250484A JPH07114316B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 銅回路を有する窒化アルミニウム基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1250484A JPH07114316B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 銅回路を有する窒化アルミニウム基板の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32368096A Division JPH09191059A (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | パワー半導体モジュール基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03114289A JPH03114289A (ja) | 1991-05-15 |
| JPH07114316B2 true JPH07114316B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=17208546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1250484A Expired - Lifetime JPH07114316B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 銅回路を有する窒化アルミニウム基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07114316B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103741141A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-04-23 | 浙江工业大学 | 一种氮化铝陶瓷板金属化的方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3529055B2 (ja) * | 1994-05-18 | 2004-05-24 | 電気化学工業株式会社 | 絶縁放熱板 |
| WO2013024813A1 (ja) * | 2011-08-12 | 2013-02-21 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
| CN107556060B (zh) * | 2017-09-04 | 2021-01-01 | 福建华清电子材料科技有限公司 | 氮化铝陶瓷板金属化的方法 |
| CN113939095B (zh) * | 2020-06-29 | 2023-02-10 | 比亚迪股份有限公司 | 一种陶瓷覆铜板及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5822157A (ja) * | 1981-08-03 | 1983-02-09 | 松下電工株式会社 | 金属箔張り積層板 |
| JPH0810710B2 (ja) * | 1984-02-24 | 1996-01-31 | 株式会社東芝 | 良熱伝導性基板の製造方法 |
-
1989
- 1989-09-28 JP JP1250484A patent/JPH07114316B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103741141A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-04-23 | 浙江工业大学 | 一种氮化铝陶瓷板金属化的方法 |
| CN103741141B (zh) * | 2014-01-24 | 2016-03-02 | 浙江工业大学 | 一种氮化铝陶瓷板金属化的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03114289A (ja) | 1991-05-15 |
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