JPS62282797A - セラミツクス−銅直接接合用銅材 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明〕 本発明は、セラミックスに銅を直接接合させる目的に特
に良く適したセラミックス−銅直接接合用銅材に関する
。

セラミックスに銅を接合した接合体が電子部品等に多く
用いられている。これら接合体の製造は、従来、モリブ
デンやタングステンなどの有機バインダーを含む金属ペ
ーストを印刷した後雰囲気炉で加熱してメタライズさせ
て回路を形成し、次いでメタライズ層をニッケルメッキ
し、た後ハンダ付けを行なって銅の放熱板を接合させる
といった種々の工程を含む複雑な方法で行なゆれていた
。これに対し、セラミックスと銅との接合界面に銅の酸
化物（ＣＬ１２．０）を生成させてセラミックスと銅を
直接接合させるという簡単な工程からなる方法が開発さ
れ、注目されている。この方法では、セラミックスと銅
を直接接触させた状態で単に加熱処理して接合させる。

銅−酸素の２元状態図から理解されるように、１０６５
℃以上の温度に加熱して酸素を接触界面に供給すること
により、Ｃｕ２ｏ液相を形成させることができる。これ
を利用してセラミックスと銅を直接接合させるのである
。Ｆｉｌ素の供給方法には鋼中の酸素による方法と雰囲
気中に存在させた酸素による方法とがある。

この直接接合法はそれ以前の接合法に比べて工程も簡単
で種々の利点を有しているが、尚解決すべき問題点が幾
つか残っている。その一つは、銅が融点近傍まで加熱さ
れて保持されるため、局所的に融点が著しく低下して、
銅の表面が極端に荒れる現象や、接触面で同様の局所的
融点低下が起ってぬれの面積が減り良好な接合が得られ
ないという現象が起る場合があるなどである。このため
、接合歩留りが極端に悪くなってコストアップの一因と
なること、また銅表面が荒れて電子部品の搭載が不可能
となる場合が生じるなどの欠点があった。

本発明は上述のごとき欠点がなく、健全なセラミックス
−銅属接接合体の容易かつ安定な製造を可能とする改良
された鋼材を提供するものである。

セラミックスとの直接接合には、ＪＩＳ　Ｈ３１０８に
定められた規格を満たす電子管用無酸素銅やタフピッチ
銅などの比較的純度の高い鋼材が用いられている。それ
にもかかわらず直接接合に際し既に述べたような不都合
な現象が生じるのは、特定の不純物が微量でも局所的な
融点の低下に大きく影響するためであろうと考えて、本
発明者は、接合に用いる鋼材中の不純物の種類と濃度が
及ぼす影響について詳しく研究した。その結果Ｓ１とＴ
ｅの存在が微量でも接合の結果に苔しく影響すること、
無酸素銅を用いる場合はＪＩＳ規格を満たすだけでは駄
目でＳの川をＪＩＳ　Ｈ３１０８で定められている上限
値よりもっと遥かに低くする必要があることを見出し、
さらにその他の不純物の影響やＳｉ。

Ｔｅ、Ｓとの相互関係についても研究し次のことを見い
出して本発明を達成した。すなわち、酸素濃度が５００
ｐｐｍを越えず、不可避不純物であるＳ。

△（１，Ｎｉ　、Ｆｅ、Ｐｂ、ＳｉおよびＴｅの濃度が
それぞれ、Ｓは５１）ｌ）Ｉｌｌを越えず、Ａｇは１０
ｐｐｍを越えず、Ｎｉは５　ｐｐｍを越えず、ｌ”ｅは
１０ｐｐｍを越えず、Ｐｂ・は１０ｐｐｍを越えず、Ｓ
ｉは１ｐｐｍを越えずそしてＴｅは１　ｐｐｍを越えな
いという条件を満たし、残部は実質上Ｃｕである改良さ
れたタフピッチ銅からなるセラミックス−銅直接接合用
銅材または酸素濃度が１０ｐｐｍを越えず、不可避不純
物であるＰ、Ｚｎ　、Ｃｄ　、ＰｂおよびＢｉの濃度が
それぞれ、Ｐは３　ｐｐｍを越えず、ｚｎはｉ　ｐａｍ
を越えず、Ｃｄは１　［）Ｉ）Ｉｆ越えず、Ｐｂは１０
１）Ｉ）ｌを越えず、かつＢｉは１０ｐｐｍを越えない
という条件を満たし、さらにＳ、ＳｉおよびＴｅの濃度
がそれぞれＳは５１１１）Ｉｎを越えずＳｉは１１）ｌ
）Ｉを越えず、Ｔｅは１　ｐｐｍを越えないという第二
の条件を満たし、残部は実質上Ｃｕである改良された無
酸素銅からなるセラミックス−銅直接接合用銅材はセラ
ミックス−銅直接接合用の銅材として好適であり、その
ような鋼材を用いれば、接合時に生じる前述のごとき欠
点は生じ難く、したがってセラミックス−銅の直接接合
を連続工程によっても安定に、高い歩留りで実施できる
ことがわかった。

た。

一般に電子部品として使用されるセラミックス−銅属接
接合体の製造に用いられる鋼材は、電気伝導性、熱伝導
性などの見地から、無酸素銅またはタフピッチ銅が用い
られている。しかしながら、通常製造、販売されている
無酸素鋼やタフピッチ銅は、特にＳｉ、ＴＯ，Ｓ、の含
有量に関して本発明の鋼材について規定した条件を満た
していない。すなわら、本発明の鋼材は、特に明確な目
標を定めて意図的にＳｉ　、Ｔｅの伍あるいはＳの吊を
低下さＶないと製造することができない。このような鋼
材は従来市場にも出ていなかった。したがって本発明の
銅材は新規な銅材である。

本発明の鋼材で製造した成形銅板は、セラミックス板と
直接接触させてｉ　ｏｏｏ℃以上の高温下で、接合面に
微量の酸素を存在させて保持することにより、良好なヒ
ラミックス−銅属接接合体とすることができる。このよ
うにして製造した直接接合体は、優秀な性能をもつパワ
ーモジュール基盤、高周波用回２８基盤、ハイブリッド
基盤等の電子部品として使用することができる。

直接接合の方法は、たとえば本発明の鋼材からつくった
成形銅板を、セラミックス板と直接接触させて、１００
０℃以上で銅板の融点より低い高温に保持するだけでよ
い。この際接合面に微ｆｆ１（０，５ｐｐｍ〜１０００
１１１）ＩＩＩ）の酸素が供給される必要があるが、そ
れに必要な酸素は銅板中に存在している酸素だけを利用
することもできるし、反応を窒素雰囲気中で行ない、雰
囲気中に微母の酸素を存在さけて供給することもできる
。このような接合方法の一例は、昭和６１年１月２２日
付で出願された特願昭６１−１１７３７号に詳しく記載
されている。以下実施例によりさらに具体的に説明する
。

［実施例　１］ 第１表に示す微量不純物を含んだ２種類の無酸素銅板１
４．Ｌｉ２．２をそれぞれ使用し、１０７０℃のＮ２中
で酸素濃度２０ｐｐｍ±５　ｐｐＩｌｌにコントロール
された炉内に、アルミナ（９６％Ａｊ２０＋）基盤と無
酸素銅板とを接触させて置き、１０分間保持した。その
後、）＆１１及び胤２各銅板の接合状態をチェックする
と、隘１の銅板を使用したものは、アルミナとの接合は
良好であった。しかし、隘２の銅板を使用したものは、
接合されていなかった。

この時のＮα１　、　Ｎｏ、　２の接合後の銅板表面の
光学顕微鏡写冥を第１図（ａ）、　（ｂ）にそれぞれ示
す。接合した陽１銅板の結晶粒は均一で粒ＷにＣｕ２Ｏ
ができていたが、陽２銅板では粒界で一部、溶融が起き
ており、凹凸ができていた。

１１＆１．１銅板、陽２銅板共１ｒｓ　Ｍ３１０８１１
？ｇヲｉＨたしているが、ＪＩＳに示されていないＢｉ
とＴｅ母に大きな違いがあり、これらの影響によるもの
であることがわかる。又Ｐｂは接合されなかった陽２銅
板の方が少なく、接合しなかった理由が、Ｐｂの有害な
影響でないことは明白である。

［実施例　２］ 第２表に示す微量不純物を含んだ２種類のタフピッチ銅
板凡＋、３．ｆ４．４をそれぞれ使用し、実施例１と同
様の方法でアルミナ−銅属接接合体を作製した。Ｎｏ、
　３　ｔ！４板を用いたアルミナ−銅属接接合体の接合
状態は良好であった。しかし、鬼４銅板は実施例１で示
した比較材Ｎ１１．２銅板と同様、アルミナと接合せず
、銅板の表面に凹凸が発生していた。

実施例２より銅に含まれる酸素濃度の違いによる影響は
なく、銅に微量に含まれているＳｉと１ｅの影響による
ものであることがわかる。事実これらによる影響である
ことを同様の実験をくり返して確認した。又、良好に接
合したＮｏ、　１銅板及び隘３銅板の加工率、すなわち
内部残留応力を変えても接合が良好であった。

［実施例　３］ 第３表に示す各種微出不純物を含んだ２種類の無酸素銅
＆５．　）＆Ｌ６をそれぞれ使用し、実施例１と同様の
方法でアルミナ−銅属接接合体を作製した。Ｓ＠が９１
）ｌ）ｆｆｌ存在している座、６銅板は庵５銅板に比べ
表面の荒れが激しく、アルミナと接触していた全面にわ
たって接合されず、局所的に接合されているに過ぎなか
った。Ｓ以外の不純物Φはほぼ同じであり、銅に含まれ
ていたＳの影響と考えられたので、同様の実験を数回く
り返しＳの影響であることを確認した。

上記のごとき本発明の鋼材は１．銅に含まれる特定の微
色不純物が規定した番に限定されている為、良好なセラ
ミックス−銅属接接合体が安定に得られ、しかも特定の
不純物濃度を意図的に制御すること以外は通常の無酸素
銅及びタフピッチ銅と同様の製造方法で製造出来、セラ
ミックス−銅属接接合体の接合歩留りが改善されるとい
う多くの利益をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の鋼材を用いてアルミナセラミッ
クス板に直接接合した場合の銅板表面の結晶粒の状態を
示す光学顕微鏡写真である。 第１図（ｂ）は通常のＪＩＳ　１１３１０８規格無酸素
銅の成形銅板を用いたこと以外は第１図（ａ）の場合と
全く同様に直接接合した接合体の銅板表面の結晶粒の状
態を示す光学顕微鏡写真である。 図中の矢印は表面に凹みが生じたことを示している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素濃度が５００ｐｐｍを越えず、Ｓ、Ａｇ、Ｎ
   ｉ、Ｆｅ、Ｐｂ、ＳｉおよびＴｅの濃度がそれぞれ、Ｓ
   は５ｐｐｍを越えず、Ａｇは１０ｐｐｍを越えず、Ｎｉ
   は５ｐｐｍを越えず、Ｆｅは１０ｐｐｍを越えず、Ｐｂ
   は１０ｐｐｍを越えず、Ｓｉは１ｐｐｍを越えずそして
   Ｔｅは１ｐｐｍを越えないという条件を満たし、残部は
   実質上Ｃｕである改良されたタフピッチ銅からなるセラ
   ミックス−銅直接接合用銅材。
2. （２）酸素濃度が１０ｐｐｍを越えず、Ｐ、Ｚｎ、Ｃｄ
   、ＰｂおよびＢｉの濃度がそれぞれ、Ｐは３ｐｐｍを越
   えず、Ｚｎは１ｐｐｍを越えず、Ｃｄは１ｐｐｍ越えず
   、Ｐｂは１０ｐｐｍを越えず、かつＢｉは１０ｐｐｍを
   越えないという条件を満たし、さらにＳ、ＳｉおよびＴ
   ｅの濃度がそれぞれＳは５ｐｐｍを越えずＳｉは１ｐｐ
   ｍを越えず、Ｔｅは１ｐｐｍを越えないという第二の条
   件を満たし、残部は実質上Ｃｕである改良された無酸素
   銅からなるセラミックス−銅直接接合用銅材。