JPS63210085A - ＡｌＮ焼結体の表面処理方法 - Google Patents
ＡｌＮ焼結体の表面処理方法Info
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- JPS63210085A JPS63210085A JP4213387A JP4213387A JPS63210085A JP S63210085 A JPS63210085 A JP S63210085A JP 4213387 A JP4213387 A JP 4213387A JP 4213387 A JP4213387 A JP 4213387A JP S63210085 A JPS63210085 A JP S63210085A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はＡｌＮ焼結体の表面をメタライジングに適した
状態にするための、ＡｌＮ焼結体の表面処理方法に関す
るものである。
状態にするための、ＡｌＮ焼結体の表面処理方法に関す
るものである。
近年電力用半導体素子に対して、高密度集積化、ハイブ
リッド化、更には大電流の制御等種々の要求が高まって
いる。こうした要求を達成しようとすると、半導体素子
より発生する多量の熱が問題となり、この熱を放出して
前記半導体素子の温度上昇を防ぐ必要がある。そのため
従来放熱基板を用いた第１図に示す様な構造の高電力用
半導体モジュールが多用されている。１はセラミックス
、２ａ、２ｂはＣｕ箔、３ｈ１５ｂはハンダ、ヰはシリ
コンチップ、５は伽板である。
リッド化、更には大電流の制御等種々の要求が高まって
いる。こうした要求を達成しようとすると、半導体素子
より発生する多量の熱が問題となり、この熱を放出して
前記半導体素子の温度上昇を防ぐ必要がある。そのため
従来放熱基板を用いた第１図に示す様な構造の高電力用
半導体モジュールが多用されている。１はセラミックス
、２ａ、２ｂはＣｕ箔、３ｈ１５ｂはハンダ、ヰはシリ
コンチップ、５は伽板である。
前記高電力用半導体モジュールは、セラミックス１０表
面に金属層の形成、即ちメタライジングが行なわれた後
、該セラミックス１の一方の側（Ｃｕ箔２ａ）にはハン
ダ３ａを介してシリコンチップキが接合され、又前記セ
ラミックス１のもう一方の側（Ｃｕ箔２ｂ）には、ハン
ダ５ｂを介して放熱基板としてのＣｕ板５が接合されて
いる。而してシリコンチップキで発生した熱はセラミッ
クス１を介してＣｕ板５に伝えられ、熱の放出が行なわ
れる。
面に金属層の形成、即ちメタライジングが行なわれた後
、該セラミックス１の一方の側（Ｃｕ箔２ａ）にはハン
ダ３ａを介してシリコンチップキが接合され、又前記セ
ラミックス１のもう一方の側（Ｃｕ箔２ｂ）には、ハン
ダ５ｂを介して放熱基板としてのＣｕ板５が接合されて
いる。而してシリコンチップキで発生した熱はセラミッ
クス１を介してＣｕ板５に伝えられ、熱の放出が行なわ
れる。
従来、前記セラミックス１としてはメタライジン〆が比
較的容易なＡｂＯｓ焼結体の基板が使用されているが、
該Ｉｄｉｏｍ焼結体は熱伝導率が低いためＣｕ板５によ
る熱の放出が充分に行なわれず、シリコンチップキの温
度上昇が問題になっている。
較的容易なＡｂＯｓ焼結体の基板が使用されているが、
該Ｉｄｉｏｍ焼結体は熱伝導率が低いためＣｕ板５によ
る熱の放出が充分に行なわれず、シリコンチップキの温
度上昇が問題になっている。
上記問題点を解決するため、熱伝導率が高いＡｌＮ焼結
体の基板を使用することが提案されているが、該ＡＩＩ
Ｎ焼結体は金属との濡れ性が悪いため、ＡｌＮ焼結体表
面を直接メタライズしようとしても充分な接合強度が得
られない。そのためＴ１等の活性金属のロー材を介して
、前記ＡｌＮ焼結体表面をメタライズする方法がとられ
ているが、工程が複雑であり、しかも高い接合強度を得
るためには加圧が必要である等の欠点を有していた。
体の基板を使用することが提案されているが、該ＡＩＩ
Ｎ焼結体は金属との濡れ性が悪いため、ＡｌＮ焼結体表
面を直接メタライズしようとしても充分な接合強度が得
られない。そのためＴ１等の活性金属のロー材を介して
、前記ＡｌＮ焼結体表面をメタライズする方法がとられ
ているが、工程が複雑であり、しかも高い接合強度を得
るためには加圧が必要である等の欠点を有していた。
従って工程が簡便で、しかも高い接合強度が得られる接
合方法の開発が強く望まれておシ、この様な方法の一つ
として、ＭＮ焼結体表面を酸化処理してＭｈｏｓ層を生
成させた後−’Ｊ −汝＃オ＝＝テ、該Ａｌ！雪Ｏｓ
層にダイレクトボンド法によりＣｕ箔等の金属を直接接
合する方法も試みられている。即ち前記Ａｌ＊Ｏ＠層を
Ｃｕ箔と接触させた後、両者を酸素０．０５〜０１チを
含む不活性ガス雰囲気中で、１０６５〜１０８５℃の範
囲内で加熱することにより、両者間に良好な接合状態を
得ることが出来る。しかしそのためには、ＡｌＮ焼結体
の純度を通常のＡｔ＊ＯＩ焼結体と同程度（約９６チ）
に迄下げて、前記Ａｌ 電０一層のへ箔に対する濡れ性
を向上させる必要７５ｆあシ、従ってＡＩ Ｎ焼結体の
熱伝導率が低下して、前記Ｃｕ板５による熱の放出が充
分に行なわれない等−の問題を有していた。
合方法の開発が強く望まれておシ、この様な方法の一つ
として、ＭＮ焼結体表面を酸化処理してＭｈｏｓ層を生
成させた後−’Ｊ −汝＃オ＝＝テ、該Ａｌ！雪Ｏｓ
層にダイレクトボンド法によりＣｕ箔等の金属を直接接
合する方法も試みられている。即ち前記Ａｌ＊Ｏ＠層を
Ｃｕ箔と接触させた後、両者を酸素０．０５〜０１チを
含む不活性ガス雰囲気中で、１０６５〜１０８５℃の範
囲内で加熱することにより、両者間に良好な接合状態を
得ることが出来る。しかしそのためには、ＡｌＮ焼結体
の純度を通常のＡｔ＊ＯＩ焼結体と同程度（約９６チ）
に迄下げて、前記Ａｌ 電０一層のへ箔に対する濡れ性
を向上させる必要７５ｆあシ、従ってＡＩ Ｎ焼結体の
熱伝導率が低下して、前記Ｃｕ板５による熱の放出が充
分に行なわれない等−の問題を有していた。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的
とするところは、金属との接合性に優れ、かつ熱伝導性
も良好なＡｌＮ焼結体を得るための該ＡｌＮ焼結体の表
面処理方法を提供することである。
とするところは、金属との接合性に優れ、かつ熱伝導性
も良好なＡｌＮ焼結体を得るための該ＡｌＮ焼結体の表
面処理方法を提供することである。
即ち、本発明は、ＭＮ焼結体表面に所望の方法にて熱加
工を施し、該、ＱＮ焼結体表面をＡ２層に変化させるこ
とを特徴とするＡｇＮ焼結体の表面処理方法である。
工を施し、該、ＱＮ焼結体表面をＡ２層に変化させるこ
とを特徴とするＡｇＮ焼結体の表面処理方法である。
本発明において前記Ａｔ Ｎ焼結体表面に熱加工を施す
方法は特に限定されるものではないが、表面層のみを短
時間で熱加工出来るＣＯ，、ＹＡＧ等のレーザーを照射
する方法が望ましく、その際のアシストガスとしては空
気或いは不活性ガスを用いることが出来る。或いは真空
中若しくはＮ−ガス以外の不活性ガス（例えばＡｒ）中
で１１００〜１８００℃付近の温度で焼結体全体を加熱
しても差支えない。
方法は特に限定されるものではないが、表面層のみを短
時間で熱加工出来るＣＯ，、ＹＡＧ等のレーザーを照射
する方法が望ましく、その際のアシストガスとしては空
気或いは不活性ガスを用いることが出来る。或いは真空
中若しくはＮ−ガス以外の不活性ガス（例えばＡｒ）中
で１１００〜１８００℃付近の温度で焼結体全体を加熱
しても差支えない。
これらの熱加工によって焼結体表面のＡｌｌがＭとＮに
分解し、Ｎが蒸発することによって、該焼結体表面がＭ
層に変化する。
分解し、Ｎが蒸発することによって、該焼結体表面がＭ
層に変化する。
本発明の方法によれば、ＡｌＮ焼結体表面がＭ層に変化
するので、Ｔ１等の活性金属のロー材を用いないで、前
記表面処理したＡｌＮ焼結体にＣｕ箔等の金属を直接接
合することが出来、又活性金属のロー材を用いた場合は
従来よりも優れた接合強度を得ることが出来る。
するので、Ｔ１等の活性金属のロー材を用いないで、前
記表面処理したＡｌＮ焼結体にＣｕ箔等の金属を直接接
合することが出来、又活性金属のロー材を用いた場合は
従来よりも優れた接合強度を得ることが出来る。
〔実施例１〕
次に本発明を実施例によシ更に具体的に説明する。
厚さ０．６５５■、巾５０■、長さ５０■、表面粗さく
Ｒａ ） ０．２μｍのＡＲＭ基板（熱伝導率：１９
０ Ｗ ／ ｍ−ｋ ）にＣｏｔレーザーを照射し、額
縁１５ｍ幅を残して両面全体を熱加工した。レーザー加
工機の仕様及び熱加工条件は第１表に示す通りである。
Ｒａ ） ０．２μｍのＡＲＭ基板（熱伝導率：１９
０ Ｗ ／ ｍ−ｋ ）にＣｏｔレーザーを照射し、額
縁１５ｍ幅を残して両面全体を熱加工した。レーザー加
工機の仕様及び熱加工条件は第１表に示す通りである。
第１表
には、厚さ５μｍのＴｉ層をその片面だけにスパッタ法
で蒸着させ、ＡＩＮ基板１枚に対して前記α１箔を２枚
の割合で用意した。次にこの蒸着加工した銅箔と熱加工
したＡｌＮ基板を充分脱脂した後、蒸着加工した面を接
合面として、Ａｒ雰囲気中に保持したホットプレス中に
セットした。続いて前記ＡＩＮ基板とその上下に設置さ
れた伽箔に対して、上下方向から＊ＬＱＫｆ／−の圧力
を加え、接合部を９５０℃に１５分間保持して、Ｔｉ−
Ｃｕの合金層とＡＩ！Ｎ−ＴｉＮの混合窒化物層を形成
し、得られた接合基材について９０°ビ一ル強度を測定
した。
で蒸着させ、ＡＩＮ基板１枚に対して前記α１箔を２枚
の割合で用意した。次にこの蒸着加工した銅箔と熱加工
したＡｌＮ基板を充分脱脂した後、蒸着加工した面を接
合面として、Ａｒ雰囲気中に保持したホットプレス中に
セットした。続いて前記ＡＩＮ基板とその上下に設置さ
れた伽箔に対して、上下方向から＊ＬＱＫｆ／−の圧力
を加え、接合部を９５０℃に１５分間保持して、Ｔｉ−
Ｃｕの合金層とＡＩ！Ｎ−ＴｉＮの混合窒化物層を形成
し、得られた接合基材について９０°ビ一ル強度を測定
した。
次に第２図に示す様に、セラミックス１、合金層＋混合
窒化物層６ａ、６ｂ、銅箔２ａ、２ｂよりなる前記接合
基材の両面に、厚さ０．１ ｍの・・ンダ５ａ％ ３ｂ
をつけ、片面には更に厚さ２ｍの銅板５を接合した後、
直径１０ｍ＊め試料を切出し、レーザーフラッシュ法に
より熱拡散率を測定した。
窒化物層６ａ、６ｂ、銅箔２ａ、２ｂよりなる前記接合
基材の両面に、厚さ０．１ ｍの・・ンダ５ａ％ ３ｂ
をつけ、片面には更に厚さ２ｍの銅板５を接合した後、
直径１０ｍ＊め試料を切出し、レーザーフラッシュ法に
より熱拡散率を測定した。
尚比較のため、前記熱加工を行なわない従来のＭ、 Ｎ
基板とＣｕ箔とを同様な方法で接合した場合についても
、９０°ビ一ル強度及び熱拡散率を測定し、これらの結
果をまとめて第２表に示した。尚９０゜ビール強度はＮ
＝５の平均値である。
基板とＣｕ箔とを同様な方法で接合した場合についても
、９０°ビ一ル強度及び熱拡散率を測定し、これらの結
果をまとめて第２表に示した。尚９０゜ビール強度はＮ
＝５の平均値である。
第２表
第２表から明らかな様にＡＩＮ基板表面に熱加工を施し
た本発明例１は従来例１に比べて接合強度が優れている
と共に、放熱特性も良好である。
た本発明例１は従来例１に比べて接合強度が優れている
と共に、放熱特性も良好である。
〔実施例２〕
実施例１と同一仕様のＡｔ Ｎ基板をカーボン抵抗加熱
炉に設置し、 Ａｒガス雰囲気中で１７５０℃×１０分
間加熱して表面をＭ層に変化させた後、該ＡＩ！Ｎ基板
の絶縁性を保持するため周辺を約２．５ｍｍ切断した。
炉に設置し、 Ａｒガス雰囲気中で１７５０℃×１０分
間加熱して表面をＭ層に変化させた後、該ＡＩ！Ｎ基板
の絶縁性を保持するため周辺を約２．５ｍｍ切断した。
次に前記ＡＩＮ基板の両面にスパッタ法でＡｇを約２．
５μｍ蒸着させた。
５μｍ蒸着させた。
一方りｕ箔（厚さ０．２＋ｗ１巾１Ｉ５ＩＩＩｌ１１長
さｌ１５ＩＩ！ＩＩ＋、）には、厚さＬ５μｍのＴ１層
をその片面だけスパッタ法で蒸着させ、Ａｔ Ｎ基板１
枚に対して前記Ｃｕ箔を２枚の割合で用意した。次に前
記ＡＩＮ基板及び伽箔を充分脱脂した後、蒸着加工した
面を接合面として、１０−“Ｔｏｒｒ以下の真空に保持
したホットプレス中にセットした。続いて前記ＡＩＮ基
板とその上下に設置されたＣｕ箔に対して、上下方向か
ら０．１５ Ｋｇ ／−の圧力を加え、高周波誘導加熱
により接合部を８５０℃に８分間保持して、Ａｇ−Ｔｉ
−Ｃｕの合金層とＡＩｔＮとの混合窒化物層を形成し、
得られた接合基材について９０°ビ一ル強度を測定する
と共に、実施例１と同様な方法で熱拡散率を測定した。
さｌ１５ＩＩ！ＩＩ＋、）には、厚さＬ５μｍのＴ１層
をその片面だけスパッタ法で蒸着させ、Ａｔ Ｎ基板１
枚に対して前記Ｃｕ箔を２枚の割合で用意した。次に前
記ＡＩＮ基板及び伽箔を充分脱脂した後、蒸着加工した
面を接合面として、１０−“Ｔｏｒｒ以下の真空に保持
したホットプレス中にセットした。続いて前記ＡＩＮ基
板とその上下に設置されたＣｕ箔に対して、上下方向か
ら０．１５ Ｋｇ ／−の圧力を加え、高周波誘導加熱
により接合部を８５０℃に８分間保持して、Ａｇ−Ｔｉ
−Ｃｕの合金層とＡＩｔＮとの混合窒化物層を形成し、
得られた接合基材について９０°ビ一ル強度を測定する
と共に、実施例１と同様な方法で熱拡散率を測定した。
尚比較のため、前記熱加工を行なわない従来の７Ｖ！Ｎ
基板を使用して接合した場合についても同様な測定を行
ない、これらの結果をまとめて第５表に示した。
基板を使用して接合した場合についても同様な測定を行
ない、これらの結果をまとめて第５表に示した。
第５表
第う表から明らかな様に、ＡＩ！Ｎ基板に熱加工を施し
た本発明晶従来例２に比べて接合強度が優れていると共
に、放熱特性も良好である。
た本発明晶従来例２に比べて接合強度が優れていると共
に、放熱特性も良好である。
〔実施例う〕
実施例１と同一仕様のＡＩＮ基板を充分脱脂した後、厚
さ０．１５ ｍの銅箔を該ＡＩＮ基板の両面に設置し、
１０”’ Ｔｏｒｒ以下の真空に保持したホットプレス
中にセットした。続いて前記Ａｔ Ｎ基板とその上下に
設置されたＣｕ箔に対して、上下方向からα７Ｋｇ／−
の圧力を加え、高周波誘導加熱により接合部を９００℃
に１０分間保持して、Ａｅ−ＣｕＯ液相を作って合金層
を形成し、得られた接合基材について９０°ビ一ル強度
を測定すると共に、実施例１と同様な方法で熱拡散率を
測定し、その結果を第４表に示した。尚前記熱加工を行
なわない従来の／、１８基板をｉ用した場合は接合が起
らなか・た。
さ０．１５ ｍの銅箔を該ＡＩＮ基板の両面に設置し、
１０”’ Ｔｏｒｒ以下の真空に保持したホットプレス
中にセットした。続いて前記Ａｔ Ｎ基板とその上下に
設置されたＣｕ箔に対して、上下方向からα７Ｋｇ／−
の圧力を加え、高周波誘導加熱により接合部を９００℃
に１０分間保持して、Ａｅ−ＣｕＯ液相を作って合金層
を形成し、得られた接合基材について９０°ビ一ル強度
を測定すると共に、実施例１と同様な方法で熱拡散率を
測定し、その結果を第４表に示した。尚前記熱加工を行
なわない従来の／、１８基板をｉ用した場合は接合が起
らなか・た。
第４表
第４表から明らかな様に、Ａｔ Ｎ基板に熱加工を施し
た本発明例５は、活性金属のロー材を用いた本発明例１
及び２に比べて接合強度は若干低下しているが、半導体
素子実装上問題はなく、充分使用に耐え得る接合強度が
得られている。又本発明接合面での介在層が少ない分だ
け放熱特性が向上している。
た本発明例５は、活性金属のロー材を用いた本発明例１
及び２に比べて接合強度は若干低下しているが、半導体
素子実装上問題はなく、充分使用に耐え得る接合強度が
得られている。又本発明接合面での介在層が少ない分だ
け放熱特性が向上している。
本発明によればメタライジングに適したＡｇＮ焼結体表
面を得ることが出来、活性金属のロー材等を用いないで
、該、ＱＮ焼結体表面に直接金属を接合出来る等工業上
顕著な効果を奏するものである。
面を得ることが出来、活性金属のロー材等を用いないで
、該、ＱＮ焼結体表面に直接金属を接合出来る等工業上
顕著な効果を奏するものである。
第１図は高電力用半導体モジー−ルの断面図、第２図は
熱拡散率測定用試料の断面図である。 Ｌ・・・・・・セラミックス ２ａ、２ｂ・・・・・・
銅箔３ａ、３ｂ・・・・・・ハンダ ４・・・・・・シ
リコンチップ５・・・・・・Ｇｕ）ｆｆｉ ６ ａ、
６ ｂ ＝−−合金層＋混合窒化物層第１図 鋼２図
熱拡散率測定用試料の断面図である。 Ｌ・・・・・・セラミックス ２ａ、２ｂ・・・・・・
銅箔３ａ、３ｂ・・・・・・ハンダ ４・・・・・・シ
リコンチップ５・・・・・・Ｇｕ）ｆｆｉ ６ ａ、
６ ｂ ＝−−合金層＋混合窒化物層第１図 鋼２図
Claims (3)
- （１）ＡｌＮ焼結体表面に熱加工を施し、該ＡｌＮ焼結
体表面をＡｌ層に変化させることを特徴とするＡｌＮ焼
結体の表面処理方法。 - （２）熱加工としてレーザーを照射することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のＡｌＮ焼結体の表面処理
方法。 - （３）熱加工として、真空中若しくはＮ＿２ガス以外の
不活性ガス雰囲気中で焼結体全体を加熱することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のＡｌＮ焼結体の表面
処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4213387A JPS63210085A (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | ＡｌＮ焼結体の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4213387A JPS63210085A (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | ＡｌＮ焼結体の表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63210085A true JPS63210085A (ja) | 1988-08-31 |
Family
ID=12627439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4213387A Pending JPS63210085A (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | ＡｌＮ焼結体の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63210085A (ja) |
-
1987
- 1987-02-25 JP JP4213387A patent/JPS63210085A/ja active Pending
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