JPS6249743B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6249743B2 JPS6249743B2 JP54031823A JP3182379A JPS6249743B2 JP S6249743 B2 JPS6249743 B2 JP S6249743B2 JP 54031823 A JP54031823 A JP 54031823A JP 3182379 A JP3182379 A JP 3182379A JP S6249743 B2 JPS6249743 B2 JP S6249743B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- disk
- metal foil
- copper
- structured copper
- structured
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 71
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 71
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 55
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 35
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- FBEHFRAORPEGFH-UHFFFAOYSA-N Allyxycarb Chemical compound CNC(=O)OC1=CC(C)=C(N(CC=C)CC=C)C(C)=C1 FBEHFRAORPEGFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 10
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Thyristors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、結合方法、特に金属箔と構造化銅と
の間に強固な拡散結合を達成する方法に関する。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to bonding methods, and in particular to methods for achieving strong diffusion bonding between metal foils and structured copper.
発明の背景
サイリスタやトランジスタのような大電力用半
導体装置において、装置から熱を除去する能力
は、大電力運転を達成する上で考慮しなければな
らないもつとも重要な因子の一つである。構造化
銅（structured copper、フイラメント状銅スト
ランドを一緒に密に充填した束）は、半導体装置
の電極に被着されると、装置に電力を供給する一
方、電極の表面に生じる熱および応力を同時に除
去する手段となる。構造化銅は通常保持リングで
囲まれて、個々の銅ストランドが離れたり抜け落
ちたりするのを防止している。しかし、構造化銅
バツフア（構造化銅あるいは構造化銅円板からな
る緩衝装置）を半導体装置に取付ける前に保持リ
ングをはずす場合には、構造化銅の構造的一体性
を維持する手段を設ける必要がある。BACKGROUND OF THE INVENTION In high power semiconductor devices such as thyristors and transistors, the ability to remove heat from the device is one of the most important factors that must be considered in achieving high power operation. When deposited on the electrodes of a semiconductor device, structured copper (bundles of filamentary copper strands tightly packed together) provides power to the device while reducing heat and stress generated on the surface of the electrode. This is a means of removing them at the same time. Structured copper is usually surrounded by a retaining ring to prevent the individual copper strands from coming apart or falling out. However, if the retaining ring is removed before attaching a structured copper buffer to a semiconductor device, a means to maintain the structural integrity of the structured copper is provided. There is a need.
構造化銅バツフアは、長さの短い銅ケーブル部
分から製造されている。かゝるバツフアは、保持
リングをはずした後、かなりの量の取扱いに耐え
る。 Structured copper buffers are manufactured from short lengths of copper cable. Such buffers will withstand a significant amount of handling after the retaining ring is removed.
従来技術
この構造的強度は、個別ケーブル銅ストランド
を一緒に撚ることによつて得られる。しかし、こ
のようなタイプの構造化銅においては、個別銅ス
トランドが、円板の面内で移動するのに完全に自
由なわけではなく、従つてかゝる構造化銅は、応
力除去能力が真直ぐなワイヤの構造化銅より劣
る。Prior Art This structural strength is obtained by twisting the individual cable copper strands together. However, in such types of structured copper, the individual copper strands are not completely free to move in the plane of the disk, and such structured copper therefore has limited stress relief capabilities. Inferior to straight wire structured copper.
構造化銅円板の構造的一体性を高めるために、
はんだが用いられてきた。この目的のために、構
造化銅円板のフイラメント状ストランドの端部
に、円板の片側または両側ではんだをつける。 To increase the structural integrity of structured copper discs,
Solder has been used. For this purpose, the ends of the filamentary strands of the structured copper disk are soldered on one or both sides of the disk.
従来技術の問題点
はんだは、この構造化銅を強くするものの、銅
の熱的特性を劣化する。そのほかに、はんだは銅
ストランド間の空〓に流入し、構造化銅の応力除
去特性をそこなう。Problems with the Prior Art Although solder strengthens this structured copper, it degrades the thermal properties of the copper. Additionally, the solder flows into the voids between the copper strands, destroying the stress relief properties of the structured copper.
従来の構造化銅バツフアは、上述したようにそ
の応力除去特性が限定されており、熱放熱に寄与
する表面積が小さいためかつ熱伝導性も低い。 Conventional structured copper buffers have limited stress relief properties as described above, have a small surface area that contributes to heat dissipation, and have low thermal conductivity.
本願発明の概要
本発明の目的は、構造化銅バツフアの応力除去
特性を維持しながら、金属箔を構造化銅バツフア
に結合する方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for bonding metal foil to a structured copper buffer while preserving the stress relief properties of the structured copper buffer.
本発明は、拡散結合プレスを用いて、金属箔を
構造化銅円板に結合する方法に関する。金属箔を
構造化銅円板に設けることにより、構造化銅円板
の構造的一体性は、熱伝導性や応力除去能力をそ
こなうことなく著しく増大する。本発明は、比較
的低い温度で拡散結合を形成する。 The present invention relates to a method of bonding metal foil to structured copper disks using a diffusion bond press. By applying metal foil to the structured copper disk, the structural integrity of the structured copper disk is significantly increased without compromising thermal conductivity or stress relief capabilities. The present invention forms diffusion bonds at relatively low temperatures.
拡散結合プレスを用いて、金属箔を構造化銅バ
ツフアに十分低い加熱温度で結合することによ
り、結合温度から冷却して収縮が生じても、結合
が割れを生じないようにする。 A diffusion bond press is used to bond the metal foil to the structured copper buffer at a sufficiently low heating temperature that the bond will not crack as shrinkage occurs upon cooling from the bonding temperature.
即ち、本発明の金属表面を互いに拡散結合する
方法によれば、構造化銅円板と金属箔とを実質的
に接触関係で配置する。次に円板および金属箔を
不活性雰囲気で囲み、十分低い加熱温度にて、高
圧で互いに圧搾して、金属箔を円板に拡散結合さ
せる。 That is, according to the method of diffusion bonding metal surfaces to each other of the present invention, a structured copper disk and a metal foil are placed in substantially contacting relationship. The disk and metal foil are then surrounded by an inert atmosphere and squeezed together at a sufficiently low heating temperature and high pressure to diffusion bond the metal foil to the disk.
本発明に好適なプレスは、温度上昇に伴なう膨
張度が異なる２種の金属を使用して、金属箔と構
造化銅バツフアとを一緒に圧搾する力を生じさせ
る。金属表面を一緒に拡散結合するプレスが、互
いに平行に配列された２つの金属板手段を具え
る。各板手段は所定の熱膨張係数を呈する。板手
段を互いに連結するために支持手段が設けられて
いる。２つの金属板手段の間に十分な空間を残し
て、一緒にプレスすべき金属部材を収容できるよ
うにする。支持手段は、（板手段および支持手段
を含む）プレスを拡散結合処理中に高温に加熱し
たとき、金属板手段の方が支持手段よりも大きく
膨張するように選択された熱膨張係数を有する材
料から形成する。かくして２つの板手段間で一緒
に結合すべき部材には、これら２つの板手段によ
り圧縮力が加えられる。このようにして構造化銅
と金属箔とを互いに結合する。 A press suitable for the present invention uses two metals with different degrees of expansion with increasing temperature to create the force that squeezes the metal foil and structured copper buffer together. A press for diffusion bonding metal surfaces together comprises two metal plate means arranged parallel to each other. Each plate means exhibits a predetermined coefficient of thermal expansion. Support means are provided for connecting the plate means to each other. Sufficient space is left between the two metal plate means to accommodate the metal parts to be pressed together. The support means is a material having a coefficient of thermal expansion selected such that when the press (including the plate means and the support means) is heated to a high temperature during the diffusion bonding process, the metal plate means expands to a greater extent than the support means. form from. The parts to be joined together between the two plate means are thus subjected to a compressive force by these two plate means. In this way the structured copper and the metal foil are bonded together.
上述したように本発明は拡散結合方法に関する
ものであるが、その構成、目的および効果を一層
明確にするために、以下に図面を参照しながら本
発明の実施例を説明する。 As described above, the present invention relates to a diffusion bonding method, and in order to further clarify its structure, purpose, and effects, embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施例
（本発明に好適の結合用プレス）
第１図および第２図に、本発明の熱圧縮拡散結
合用プレス１０を示す。このプレス１０は、上部
金属板１２および下部金属板１４を具え、上下板
をそれぞれステンレス鋼からつくるのが好適であ
る。図示のように、上板１２の中心には、ステン
レス鋼、銅、アルミニウムまたはアルミニウム合
金よりなる金属製プレスブロツク１６を配置する
のがよい。図示のように、上板１２およびプレス
ブロツク１６よりなる上部板手段と下板１４より
なる下部板手段とが、互いに平行に相互間に空間
をあけて配置される。上板１２、プレスブロツク
１６および下板１４は、円形または他の適当な形
状とすることができる。第２図から明らかなよう
に、上板１２の外周付近には、一連の穴１８ａ，
２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａおよび２８ａが
等間隔で設けられている。Embodiment (Binding press suitable for the present invention) FIGS. 1 and 2 show a thermocompression diffusion bonding press 10 of the present invention. The press 10 includes an upper metal plate 12 and a lower metal plate 14, each preferably made of stainless steel. As shown in the figure, a metal press block 16 made of stainless steel, copper, aluminum or aluminum alloy is preferably disposed at the center of the top plate 12. As shown, an upper plate means consisting of an upper plate 12 and a press block 16 and a lower plate means consisting of a lower plate 14 are arranged parallel to each other with a space between them. Top plate 12, press block 16 and bottom plate 14 may be circular or other suitable shapes. As is clear from FIG. 2, near the outer periphery of the upper plate 12, there are a series of holes 18a,
20a, 22a, 24a, 26a and 28a are provided at equal intervals.
下板１４にも、上板１２の対応する穴と整列し
た一連のねじ切穴が設けられている。第１図で
は、上板１２の穴１８ａおよび２０ａと下板１４
のねじ切穴１８ｂおよび２０ｂとが整列してい
る。上部および下部板手段を離間して維持するの
は支持手段であり、第１図および第２図から明ら
かなように、ねじ切ボルト１８，２０，２２，２
４，２６および２８を対応する上下板の穴に挿通
して、上板１２を下板１４に剛固に保持する。こ
れらのボルトは、ステンレス鋼以外の鋼から形成
するのが好適である。 The lower plate 14 is also provided with a series of threaded holes aligned with corresponding holes in the upper plate 12. In FIG. 1, holes 18a and 20a in upper plate 12 and lower plate 14 are shown.
The threaded holes 18b and 20b are aligned. Maintaining the upper and lower plate means apart is support means, as seen in FIGS.
4, 26, and 28 are inserted into corresponding holes in the upper and lower plates to firmly hold the upper plate 12 on the lower plate 14. These bolts are preferably formed from steel other than stainless steel.
上板１２、下板１４、プレスブロツク１６およ
び支持手段（金属ボルト１８〜２８）を形成する
のに、上で特定した金属以外の金属を用いること
もできる。かゝる金属の選択基準は、温度上昇に
伴なう上板１２、下板１４およびプレスブロツク
１６の膨張総量が、支持手段に選択した金属の膨
張量より大となるように金属を選択しなければな
らないことである。例えばプレスブロツク１６を
ジユラルミン（Dural）のようなアルミニウム合
金から形成してもよい。ジユラルミンの熱膨張係
数はステンレス鋼より著しく大きい。従つてプレ
スブロツク１６をジユラルミンでつくるときに
は、ステンレス鋼の場合より肉薄のブロツクとし
ても、所定の温度上昇当りのブロツク１６の全膨
張量を同じにすることができる。 Metals other than those specified above may also be used to form the top plate 12, bottom plate 14, press block 16 and support means (metal bolts 18-28). The criteria for selecting such a metal is such that the total expansion of the upper plate 12, lower plate 14 and press block 16 as the temperature rises is greater than the expansion of the metal selected for the support means. It is a must. For example, press block 16 may be formed from an aluminum alloy such as Dural. The coefficient of thermal expansion of duralumin is significantly higher than that of stainless steel. Therefore, when the press block 16 is made of duralumin, the total expansion of the block 16 per given temperature rise can be the same even if the block is thinner than that of stainless steel.
互に拡散結合すべき材料、例えば第１図に示さ
れた構造化銅３０および金属箔３２を、プレス１
０内に金属製プレスブロツク１６と下板１４との
間に配置する。本発明の拡散結合用プレスを用い
て、種々の金属箔、例えば金箔または銅箔を他の
金属、例えば銅、金または銀に結合することがで
きる。或はまた、高い熱および電気伝導率を有す
る他の金属を、本発明に従つて互いに結合するこ
ともできる。 The materials to be diffusion bonded together, such as the structured copper 30 and metal foil 32 shown in FIG.
0 between the metal press block 16 and the lower plate 14. The diffusion bonding press of the invention can be used to bond various metal foils, such as gold or copper foils, to other metals, such as copper, gold or silver. Alternatively, other metals with high thermal and electrical conductivity can also be bonded together according to the invention.
（結合方法）
第３図および第４図に示すように、構造化銅円
板３０は、代表的にはフイラメント状銅ストラン
ドを密に充填した束をもつて構成される。これら
のストランドは直径0.25mm（10ミル）で、0.1〜
１cmの範囲の等しい長さのものが好適である。構
造化銅は非常に脆い材料であり、その個々のスト
ランドは、取扱い中に離れて抜け落ちやすい。こ
のような構造化銅円板３０の崩壊を防止するため
に、結合前の構造化銅の外周を保持リング３４を
囲んで、銅ストランドを一緒に保持する。保持リ
ング３４は第３図および第４図に示す通りであ
る。Bonding Method As shown in FIGS. 3 and 4, structured copper disks 30 are typically comprised of tightly packed bundles of filamentary copper strands. These strands are 0.25 mm (10 mil) in diameter and range from 0.1 to
Equal lengths in the range of 1 cm are preferred. Structured copper is a very brittle material, and its individual strands tend to pull apart during handling. To prevent such collapse of the structured copper disk 30, a retaining ring 34 surrounds the outer circumference of the structured copper prior to bonding to hold the copper strands together. Retaining ring 34 is as shown in FIGS. 3 and 4.
清浄化してない銅ストランド、即ち酸化物表面
を有する銅ストランドよりなる構造化銅を用いる
のが望ましい。このように、表面が酸化された銅
ストランドを用いれば、本発明の拡散結合方法に
おける後述の加熱工程の結果として、拡散により
銅ストランドが一緒にくつつくのを防止すること
ができる。 It is desirable to use structured copper consisting of uncleaned copper strands, ie copper strands with an oxide surface. Thus, by using copper strands with oxidized surfaces, it is possible to prevent the copper strands from sticking together due to diffusion as a result of the heating step described below in the diffusion bonding method of the invention.
構造化銅円板３０を金属箔３２に結合する前
に、これらの材料を清浄にする必要がある。構造
化銅円板３０の表面は、清浄にして酸化物をなく
さなければならない。かゝる清浄化を行うため
に、スパツタエツチングを使用することができ
る。或はまた、構造化銅円板３０の表面を、ハイ
ドロールでエツチングし次いでメタノールで洗う
ことにより清浄化することもできる。銅箔を構造
化銅円板３０に結合する場合には、まず最初銅箔
を水素中で約1000℃で焼なまして、銅箔を柔軟に
かつ一層曲げやすくする。拡散結合用プレス１０
内に配置する前に、銅箔を溶剤で脱脂し、ハイド
ロールでエツチングする。５mlのHClと100mlの
メタノールの配合組成のハイドロール（hydrol）
が有効であることを確認したが、これ以外の配合
比を用いることもできる。銅箔をハイドロールで
エツチングした後、メタノールで洗う。この時点
の銅箔は、拡散結合を行うのに十分に清浄であ
る。金箔を構造化銅円板３０に結合する場合に
は、結合直前に溶剤で脱脂するだけで、金箔を清
浄にすることができる。 Before bonding structured copper disk 30 to metal foil 32, these materials must be cleaned. The surface of structured copper disk 30 must be clean and free of oxides. Sputter etching can be used to perform such cleaning. Alternatively, the surface of structured copper disk 30 can be cleaned by etching with hydrol and then washing with methanol. When bonding the copper foil to the structured copper disk 30, the copper foil is first annealed in hydrogen at about 1000° C. to make it flexible and more bendable. Diffusion bonding press 10
The copper foil is degreased with solvent and etched with Hydrol before being placed inside. Hydrol with a composition of 5ml HCl and 100ml methanol
Although it has been confirmed that this is effective, other blending ratios can also be used. After etching the copper foil with Hydrol, wash it with methanol. The copper foil at this point is clean enough to perform diffusion bonding. When bonding gold foil to structured copper disk 30, the gold foil can be cleaned by simply degreasing it with a solvent immediately before bonding.
互いに結合すべき構造化銅円板３０および金属
箔３２の表面を互いに接触関係に配置する。こう
した箔−円板アセンブリは第３図および第４図に
示す通りであり、これを第１図に示すように、拡
散結合用プレス１０に、具体的には、金属製プレ
スブロツク１６と金属製下板１４との間に配置す
る。普通のプレスを用いて中心荷重力を生成し、
上板１２と下板１４とを一緒に圧搾する。次いで
この状態でトルクレンチを用いて、138〜277Kg・
cm（10〜20ft−lb）の範囲のトルクを加えること
により、鋼ボルト１８，２０，２２，２４，２６
および２８を均一に締付ける。 The surfaces of the structured copper disk 30 and the metal foil 32 to be joined together are placed in contact with each other. Such a foil-disk assembly is shown in FIGS. 3 and 4, and is mounted on a diffusion bonding press 10 as shown in FIG. It is arranged between the lower plate 14 and the lower plate 14. Generate center loading force using an ordinary press,
The upper plate 12 and lower plate 14 are squeezed together. Next, in this state, use a torque wrench to reduce the weight to 138~277Kg.
By applying torque in the range of cm (10 to 20 ft-lb), steel bolts 18, 20, 22, 24, 26
and 28 evenly.
箔−円板アセンブリをはさんだ拡散結合用プレ
ス１０を、次に不活性雰囲気内に入れ、300〜400
℃の範囲内の温度、代表的には約350℃の温度に
約15分〜５時間加熱する。金属製プレスブロツク
１６、上板１２および下板１４はすべてステンレ
ス鋼よりなり、鋼ボルト１８〜２８より高い熱膨
張係数を有し、かつ十分な厚さを有するので、
300〜400℃の範囲内の熱を拡散結合用プレス１０
に加えると、ブロツク１６、上板１２および下板
１４は鋼ボルト１８〜２８より大きく膨張する。
この結果、1406〜3515Kg・cm2（20000〜
50000psi）の範囲内の、代表的には2109Kg／cm2
（30000psi）の圧力が生じ、この圧力は、金属箔
３２と構造化銅円板３０とを密着させるのに十分
な圧力である。本発明の装置は、プレス１０の上
下板およびブロツクにステンレス鋼を、ボルトに
鋼を用いる例のみに限定されない。十分な差のあ
る熱膨張係数を有し、縦方向に適当な寸法を有す
る任意の金属を用いることができる。300〜400℃
の範囲内の加熱温度で、銅か金かに関係なく箔金
属を構造化銅円板中に拡散させ、拡散結合を得る
のに十分である。 The diffusion bonding press 10 with the foil-disk assembly sandwiched therein is then placed in an inert atmosphere and heated for 300-400 min.
℃, typically about 350°C for about 15 minutes to 5 hours. The metal press block 16, upper plate 12, and lower plate 14 are all made of stainless steel, have a higher coefficient of thermal expansion than the steel bolts 18 to 28, and have sufficient thickness.
Press 10 for diffusion bonding with heat in the range of 300-400℃
, the block 16, top plate 12 and bottom plate 14 expand more than the steel bolts 18-28.
As a result, 1406~3515Kg・cm2 (20000~
50000psi), typically 2109Kg/cm 2
(30,000 psi), which is sufficient to bring the metal foil 32 and structured copper disk 30 into intimate contact. The apparatus of the present invention is not limited to the example in which the upper and lower plates and blocks of the press 10 are made of stainless steel, and the bolts are made of steel. Any metal with sufficiently different coefficients of thermal expansion and suitable longitudinal dimensions can be used. 300~400℃
A heating temperature in the range of 100 to 100% is sufficient to diffuse the foil metal, whether copper or gold, into the structured copper disk and obtain diffusion bonding.
金属箔と構造化銅との間の拡散結合は、普通の
プレスを用いて、本発明の場合より著しく高い加
熱温度で形成することができるが、このような高
い加熱温度を用いると、拡散により構造化銅円板
の個別ストランドが互いにくつついてしまう。こ
うなるとストランドは、相互に独立して移動がで
きなくなり、円板の応力除去能力が著しく低下す
る。前述したように、酸化物を除いてない構造化
銅ストランドを用い、比較的低い加熱温度とする
ことにより、この問題を克服できる。 The diffusion bond between the metal foil and the structured copper can be formed using a conventional press at significantly higher heating temperatures than in the present invention; The individual strands of the structured copper disk stick together. In this case, the strands are no longer able to move independently of each other, and the stress relieving ability of the disk is significantly reduced. As previously mentioned, this problem can be overcome by using structured copper strands without oxides and relatively low heating temperatures.
拡散結合を完成した後、保持リング３４を構造
化銅円板３０から取外す。構造化銅の箔に結合さ
れた区域より外側の銅ストランドも除去する。拡
散結合に先立つて金属箔を所望の形状に切るだけ
で、任意の形状の構造化銅バツフアを製造できる
ことに注目すべきである。 After completing the diffusion bond, the retaining ring 34 is removed from the structured copper disk 30. The copper strands outside the area bonded to the structured copper foil are also removed. It should be noted that structured copper buffers of any shape can be produced by simply cutting the metal foil into the desired shape prior to diffusion bonding.
本発明の拡散結合方法および装置を用いること
により、銅、アルミニウム、金、銀、チタンおよ
びモリブデンを含む金属表面を、同種間、異種間
ともに、熱圧縮拡散結合することができる。 By using the diffusion bonding method and apparatus of the present invention, metal surfaces including copper, aluminum, gold, silver, titanium, and molybdenum can be thermally compressed and diffusion bonded both between the same type and between different types.
本発明の特定の実施例のみを説明したが、当業
者であればこれに種々の変形および改変を加える
ことができよう。従つて本発明はその要旨を逸脱
せぬ範囲内での種々の変形例を包含する。 Although only specific embodiments of the invention have been described, various changes and modifications will occur to those skilled in the art. Therefore, the present invention includes various modifications without departing from the spirit thereof.
効 果
本願発明によれば、酸化物被覆ストランドは当
初から酸化物被覆が存在する。そして結合前にス
トランドの結合面である端部と、金属箔の少なく
とも結合面の酸化物を除去する。結合工程は不活
性雰囲気内で比較的低温で行なわれる。従つて、
ストランドの結合面を除いた部分は、相互に結合
することなく独立して移動できる。そのため完成
後は、従来技術の一体に形成される撚りストラン
ドや半田付けストランドに比べて、本願発明の構
造化銅は可撓性が良いため、応力除去特性に優れ
ている。また完成後においてストランドが相互に
独立しているため外気に露出する総合の表面積が
大きく熱伝導性、熱除去特性にも優れている。更
に結合工程を比較的低温としたため、金属箔のヒ
ビ割れも生じない。必要に応じて結合工程の前に
金属箔の焼なまし工程を追加することによりヒビ
割れの危険性を更に低くすることもできる。Effects According to the present invention, the oxide coating is present in the oxide-coated strand from the beginning. Before bonding, oxides are removed from the ends of the strands, which are the bonding surfaces, and at least from the bonding surfaces of the metal foil. The bonding process takes place at relatively low temperatures in an inert atmosphere. Therefore,
The portions of the strands other than the bonding surfaces can move independently without being bonded to each other. Therefore, once completed, the structured copper of the present invention is more flexible and has better stress relief properties than the integrally formed twisted or soldered strands of the prior art. Furthermore, since the strands are independent of each other after completion, the total surface area exposed to the outside air is large, and it has excellent thermal conductivity and heat removal properties. Furthermore, since the bonding process is performed at a relatively low temperature, cracks do not occur in the metal foil. If necessary, the risk of cracking can be further reduced by adding an annealing step to the metal foil before the bonding step.
上述したように、本発明は、金属箔を構造化銅
円板に結合して、熱圧縮拡散結合用プレスによつ
て、構造化銅バツフアの応力除去特性をそのまゝ
保ちながらかゝる結合を行う方法を提供する。 As mentioned above, the present invention combines a metal foil to a structured copper disk and uses a thermal compression diffusion bonding press to achieve such bonding while preserving the stress relief properties of the structured copper buffer. provide a way to do so.
第１図は本発明の拡散結合用プレスを一部破断
して示す側面図、第２図は第１図のプレスの平面
図、第３図は金属箔が結合された構造化銅円板
を、結合処理中に構造化銅を保持するための保持
リングが設けられた状態で示す断面図、第４図は
第３図の構造化銅円板の平面図である。
１０……プレス、１２……上板、１４……下
板、１６……プレスブロツク、３２……金属箔、
３４……保持リング、１８ａ，２０ａ……上板の
穴、１８ｂ，２０ｂ……下板のねじ切穴、３０…
…構造化銅円板。
Fig. 1 is a partially cutaway side view of the diffusion bonding press of the present invention, Fig. 2 is a plan view of the press of Fig. 1, and Fig. 3 shows a structured copper disk to which metal foil is bonded. FIG. 4 is a top view of the structured copper disk of FIG. 3, shown with a retaining ring for retaining the structured copper during bonding. 10... Press, 12... Upper plate, 14... Lower plate, 16... Press block, 32... Metal foil,
34... Retaining ring, 18a, 20a... Hole in upper plate, 18b, 20b... Threaded hole in lower plate, 30...
...Structured copper disc.
Claims (1)
直ぐなフイラメント状の酸化物被覆銅ストラン
ドを互いに平行に配列しかつ密に充填した構造
化銅円板を用意し、 ｂ 前記円板を清浄化して結合すべき表面の酸化
物を除去するとともに、前記金属箔を脱脂清浄
化し、 ｃ 前記円板と前記金属箔を互いに実質的に接触
関係で配置し、 ｄ 前記円板および前記金属箔を不活性雰囲気内
に入れ、 ｅ 前記円板および前記金属箔に荷重を加えて、
両者を一緒に高圧で圧搾し、前記円板および前
記金属箔を一緒に圧搾している間、これらを
300〜400℃の範囲内の温度に加熱して拡散結合
し、 ｆ 拡散結合を完成した後、前記保持リングを前
記円板から取外す、 上記諸工程を有する金属箔を構造化銅円板に拡散
結合する方法。 ２ 前記工程(b)に於て、前記金属箔を脱脂清浄化
した後に、該金属箔を水素中で焼なますことを含
む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記工程(e)の高圧を約1406〜3515Kg／cm2（約
20000〜50000psi）の範囲とする特許請求の範囲
第１項記載の方法。 ４ 前記工程(e)の円板および金属箔を一緒に圧搾
する間に、これらを350℃に約15分〜５時間の範
囲内の時間加熱する特許請求の範囲第１項記載の
方法。 ５ 前記金属箔を金または銅から形成する特許請
求の範囲第１項記載の方法。 ６ 前記工程(b)の円板の清浄工程として、円板を
スパツタエツチングする特許請求の範囲第１項記
載の方法。 ７ 前記工程(b)の円板の清浄化工程として、円板
をハイドロール液でエツチングし、次いで該円板
をメタノールで洗う特許請求の範囲第１項記載の
方法。[Scope of Claims] 1 a. A structured copper disk having straight filament-like oxide-coated copper strands arranged parallel to each other and densely packed by surrounding the outer periphery with a retaining ring, b. cleaning the plates to remove oxides on the surfaces to be bonded and degreasing and cleaning the metal foil; c placing the disk and the metal foil in substantial contact with each other; d disposing the disk and the metal foil. placing a metal foil in an inert atmosphere; e applying a load to the disk and the metal foil;
Squeeze both together under high pressure, and while squeezing the disc and the metal foil together,
diffusion bonding by heating to a temperature within the range of 300 to 400 °C; f. removing the retaining ring from the disk after completing the diffusion bond; diffusing the metal foil with the above steps into a structured copper disk; How to combine. 2. The method according to claim 1, wherein step (b) includes annealing the metal foil in hydrogen after degreasing and cleaning the metal foil. 3 The high pressure in step (e) is approximately 1406 to 3515 Kg/cm 2 (approximately
20,000 to 50,000 psi). 4. The method of claim 1, wherein the disk and metal foil of step (e) are heated to 350 DEG C. for a period of time ranging from about 15 minutes to 5 hours while they are being squeezed together. 5. The method according to claim 1, wherein the metal foil is formed from gold or copper. 6. The method according to claim 1, wherein the disk cleaning step in step (b) involves sputter etching the disk. 7. The method according to claim 1, wherein the disk cleaning step in step (b) includes etching the disk with a hydrol solution and then washing the disk with methanol.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US92734478A | 1978-07-24 | 1978-07-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS551982A JPS551982A (en) | 1980-01-09 |
| JPS6249743B2 true JPS6249743B2 (en) | 1987-10-21 |
Family
ID=25454609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3182379A Granted JPS551982A (en) | 1978-07-24 | 1979-03-20 | Method of diffusion connecting metallic foil to structural copper and its device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS551982A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0266093B1 (en) * | 1986-10-27 | 1992-09-23 | Electric Power Research Institute, Inc | Process of making a high power multi-layer semiconductive switching device with multiple parallel contacts |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51112455A (en) * | 1974-11-15 | 1976-10-04 | Ass Eng Ltd | Connected structure and method of connecting same |
-
1979
- 1979-03-20 JP JP3182379A patent/JPS551982A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51112455A (en) * | 1974-11-15 | 1976-10-04 | Ass Eng Ltd | Connected structure and method of connecting same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS551982A (en) | 1980-01-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4252263A (en) | Method and apparatus for thermo-compression diffusion bonding | |
| US4385310A (en) | Structured copper strain buffer | |
| US4482912A (en) | Stacked structure having matrix-fibered composite layers and a metal layer | |
| US4315591A (en) | Method for thermo-compression diffusion bonding a structured copper strain buffer to each side of a substrateless semiconductor device wafer | |
| JPH0455339B2 (en) | ||
| JPS63148646A (en) | Semiconductor device | |
| JPS6249743B2 (en) | ||
| JP2004253736A (en) | Heat spreader module | |
| JP2810285B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US6197618B1 (en) | Semiconductor device fabrication using adhesives | |
| JPH07169797A (en) | Method and structure for bonding | |
| JPH0246742A (en) | Compression-bonded flat semiconductor device | |
| US4290080A (en) | Method of making a strain buffer for a semiconductor device | |
| JP3281318B2 (en) | Pressure contact type semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| EP0025057B1 (en) | Thermo-compression bonding a semiconductor to strain buffer | |
| US3329922A (en) | Welded terminal resistor | |
| JPS61159265A (en) | Method and device for joining plate-shaped member | |
| JP2549623B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2982338B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP4416574B2 (en) | Substrate manufacturing method and bonding method | |
| JPS5811097B2 (en) | Hand tie souchi | |
| TW415108B (en) | Diode component structure and fabrication method therefor | |
| JPH0132607B2 (en) | ||
| JP3313649B2 (en) | Semiconductor element manufacturing method, and power converter incorporating semiconductor element manufactured by the manufacturing method | |
| CA1139013A (en) | Structured copper strain buffer |