KR20160054549A - 전자 부품 탑재 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20160054549A
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히데요 오사나이
사토루 구리타
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도와 메탈테크 가부시키가이샤
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Abstract

구리 혹은 {표면에 구리 도금 피막(20)을 형성하는 경우에는}알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 금속판(10)의 한쪽 주면에 전자 부품(14)이 탑재된 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법에 있어서, 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}{전자 부품(14)이 접합되는 면}을 거칠게 하여 그 표면 조도를 0.4 ㎛ 이상으로 하는 표면 가공을 행하고, 그 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}에 은 페이스트를 도포하고 전자 부품(14)을 배치한 후, 은 페이스트 중의 은을 소결시켜 은 접합층(12)을 형성하고, 이 은 접합층(12)에 의하여 전자 부품(14)을 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}에 접합한다.

Description

전자 부품 탑재 기판 및 그 제조 방법 {ELECTRONIC PART MOUNTING SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 전자 부품 탑재 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면이 세라믹스 기판에 접합된 금속-세라믹스 접합 기판의 금속판의 다른 쪽 면에 반도체 칩 등의 전자 부품이 설치된 전자 부품 탑재 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 전기 자동차, 전철, 공작 기계 등의 대전류를 제어하기 위하여 파워 모듈이 사용되고 있다. 종래의 파워 모듈에서는, 베이스판이라 불리고 있는 금속판 또는 복합재의 한쪽 면에 금속 세라믹스 절연 기판이 고정되고, 이 금속-세라믹스 절연 기판의 금속판 상에 반도체 칩이 납땜에 의하여 고정되어 있다.
최근 들어, 은 미립자를 포함하는 은 페이스트를 접합재로서 사용하여, 구리판 등의 피접합물 간에 접합재를 개재시키고, 피접합물 간에 압력을 가하면서 소정 시간 가열하여, 접합재 중의 은을 소결시켜 피접합물끼리를 접합하는 것이 제안되어 있으며(예를 들어 일본 특허 공개 제2011-80147호 공보 참조), 이러한 은 미립자를 포함하는 은 페이스트로 이루어지는 접합재를 땜납 대신 사용하여, 금속-세라믹스 절연 기판의 금속판 상에 반도체 칩 등의 전자 부품을 고정하는 시도가 이루어지고 있다.
이와 같이 전자 부품을 기판 상에 고정하는 방법으로서, 반도체 소자의 단자와 기판의 전극 사이에 저온에서 소결하는 Ag 나노 입자를 개재시키고, Ag 나노 입자를 소결시켜 반도체 소자의 단자와 기판의 전극을 접합하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어 일본 특허 공개 제2007-208082호 공보 참조).
또한 반도체 소자의 Ag 부분과 세라믹스 절연 기판 상의 Cu 회로판을, Ag 나노 입자를 유기계 용매 중에 분산시킨 금속 나노 페이스트를 개재시키고, 가열하여 접합하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어 일본 특허 공개 제2006-202586호 공보 참조). 이 방법에서는, Cu 회로판이 반도체 소자의 Ag 부분과 접합하는 Cu 회로판의 표면에 오목부를 형성하여, 대면적의 접합에 유리하게 하고 있다.
일본 특허 공개 제2011-80147호 공보 일본 특허 공개 제2007-208082호 일본 특허 공개 제2006-202586호 공보
그러나 일본 특허 공개 제2011-80147호 공보, 일본 특허 공개 제2007-208082호 공보 및 일본 특허 공개 제2006-202586호 공보의 방법에서는, (전자 부품 탑재용)금속판으로서 구리판 또는 (알루미늄판에 구리 도금을 실시한)구리 도금판을 사용하고, 은 페이스트를 포함하는 접합재에 의하여 금속판 상에 반도체 칩 등의 전자 부품을 접합한 경우, 접합 결함이 적은 상태에서 접합할 수 없어, 접합 후에 히트 사이클을 부여하면 양호한 접합 상태를 유지할 수 없었다.
따라서 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여, 구리판 또는 구리 도금판 상에 전자 부품을 접합 결함이 적은 상태에서 접합하여, 히트 사이클을 부여한 후에도 양호한 접합 상태를 유지할 수 있는, 내열충격성이 우수한 전자 부품 탑재 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 전자 부품이 탑재된 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법에 있어서, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 표면 조도를 0.4㎛ 이상으로 하는 표면 가공을 행하고, 그 면에 은 페이스트를 도포하고 전자 부품을 배치한 후, 은 페이스트 중의 은을 소결시켜 은 접합층을 형성하고, 이 은 접합층에 의하여 전자 부품을 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 접합함으로써, 구리판 또는 구리 도금판 상에 전자 부품을 접합 결함이 적은 상태에서 접합하여, 히트 사이클을 부여한 후에도 양호한 접합 상태를 유지할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 의한 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법은, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 전자 부품이 탑재된 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법에 있어서, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 표면 조도를 0.4㎛ 이상으로 하는 표면 가공을 행하고, 그 면에 은 페이스트를 도포하고 전자 부품을 배치한 후, 은 페이스트 중의 은을 소결시켜 은 접합층을 형성하고, 이 은 접합층에 의하여 전자 부품을 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 접합하는 것을 특징으로 한다.
이 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법에 있어서, 표면 가공이 웨트 블라스트 처리인 것이 바람직하다. 또한 표면 가공을 행한 후, 은 페이스트를 도포하기 전에, 구리판 또는 구리 도금판을 어닐링하는 것이 바람직하고, 이 어닐링에 의하여 구리판 또는 구리 도금판의 비커스 경도 Hv를 40 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 은 페이스트 중의 은의 소결은, 구리판 또는 구리 도금판에 대하여 전자 부품을 가압하면서 가열하는 것이 바람직하다. 또한 전자 부품의 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 접합되는 면이, 금, 은 및 팔라듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들의 합금으로 도금되어 있는 것이 바람직하다. 또한 구리판 또는 구리 도금판의 다른 쪽 면에 세라믹스 기판의 한쪽 면을 접합하는 것이 바람직하고, 세라믹스 기판의 다른 쪽 면에 금속 베이스판을 접합하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 전자 부품 탑재 기판은, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 전자 부품이 탑재된 전자 부품 탑재 기판에 있어서, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 표면 조도가 0.4㎛ 이상이고, 이 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 은 접합층에 의하여 전자 부품이 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 전자 부품 탑재 기판에 있어서, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 표면 조도가 0.5 내지 2.0㎛인 것이 바람직하다. 또한 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 비커스 경도 Hv가 100 이하인 것이 바람직하고, 40 이하인 것이 더 바람직하다. 또한 전자 부품의 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 접합되는 면이, 금, 은 및 팔라듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들의 합금으로 도금되어 있는 것이 바람직하다. 또한 은 접합층이 은의 소결체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 구리판 또는 구리 도금판의 다른 쪽 면에 세라믹스 기판의 한쪽 면이 접합되어 있는 것이 바람직하고, 세라믹스 기판의 다른 쪽 면에 금속 베이스판이 접합되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 구리판 또는 구리 도금판 상에 전자 부품을 접합 결함이 적은 상태에서 접합하여, 히트 사이클을 부여한 후에도 양호한 접합 상태를 유지할 수 있는, 내열충격성이 우수한 전자 부품 탑재 기판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전자 부품 탑재 기판의 실시 형태의 단면도이다.
도 2는 도 1의 전자 부품 탑재 기판의 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 전자 부품 탑재 기판 및 그 제조 방법의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 전자 부품 탑재 기판의 실시 형태에서는, 평면 형상이 대략 직사각형인 (전자 부품 탑재용)금속판(10)의 한쪽 주면에, (은의 소결체를 포함하는)은 접합층(12)에 의하여 전자 부품(14)이 접합되어 있다. 또한 금속판(10)의 다른 쪽 주면에, 평면 형상이 대략 직사각형인 세라믹스 기판(16)의 한쪽 주면을 접합하고, 이 세라믹스 기판(16)의 다른 쪽 주면에, 평면 형상이 대략 직사각형인 방열용 금속판(금속 베이스판)(18)을 접합해도 된다. 또한 금속판(10)의 한쪽 주면에 구리 도금 피막(20)을 형성하고, 그 구리 도금 피막(20) 상에 은 접합층(12)에 의하여 전자 부품(14)을 접합해도 된다.
또한 금속판(10)은, 구리 혹은 {구리 도금 피막(20)을 형성하는 경우에는}알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}{전자 부품(14)이 접합되는 면}의 표면 조도가 0.4㎛ 이상, 바람직하게는 0.5 내지 2.0㎛로 되어 있다. 또한 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}{전자 부품(14)이 접합되는 면}의 비커스 경도 Hv가 100 이하인 것이 바람직하고, 40 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 전자 부품(14)의 금속판(10)의 한쪽 주면{전자 부품(14)이 접합되는 면}{구리 도금 피막(20)을 형성하는 경우에는 구리 도금 피막(20)의 표면}에 접합되는 면이, 금, 은, 구리 및 팔라듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들의 합금과 같이, 은 접합층(12)에서 접합 가능한 금속으로 덮여 있는 것이 바람직하고, 금, 은 및 팔라듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들의 합금으로 도금되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법의 실시 형태에서는, 구리 혹은 {구리 도금 피막(20)을 형성하는 경우에는}알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}에 전자 부품(14)이 탑재된 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법에 있어서, 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}{전자 부품(14)이 접합되는 면}을 거칠게 하여 그 표면 조도를 0.4㎛ 이상, 바람직하게는 0.5 내지 2.0㎛로 하는 표면 가공을 행하고, 그 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}에 은 페이스트를 도포하고 전자 부품(14)을 배치한 후, 은 페이스트 중의 은을 소결시켜 은 접합층(12)을 형성하고, 이 은 접합층(12)에 의하여 전자 부품(14)을 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}에 접합한다.
또한 표면 가공을 행한 후, 은 페이스트를 도포하기 전에, 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}{전자 부품(14)이 접합되는 면}을 가열 처리하여 어닐링하는 것이 바람직하고, 이 어닐링에 의하여 금속판(10){또는 구리 도금 피막(20)}의 비커스 경도 Hv를 (작게 하여)40 이하로(부드럽게) 하는 것이 바람직하다. 이 어닐링 시의 가열 온도는 300 내지 650℃인 것이 바람직하고, 350 내지 450℃인 것이 더 바람직하다. 또한 이 어닐링 시의 가열 시간은 15 내지 90분 간인 것이 바람직하고, 30 내지 60분 간인 것이 더 바람직하다.
또한 은 페이스트 중의 은의 소결은, 금속판(10){또는 구리 도금 피막(20)}에 대하여 전자 부품(14)을 가압하면서 가열함으로써 행하는 것이 바람직하다. 이 소결 시의 가열 온도는 200 내지 400℃인 것이 바람직하고, 220 내지 300℃인 것이 더 바람직하다. 또한 이 소결 시의 가열 시간은 1 내지 10분 간인 것이 바람직하다. 또한 이 소결 시에 가압하는 압력은 10㎫ 이하이면 되고, 2 내지 10㎫인 것이 바람직하며, 3 내지 8㎫인 것이 더 바람직하다.
또한 금속판(10)의 다른 쪽 주면에, 평면 형상이 대략 직사각형인 세라믹스 기판(16)의 한쪽 주면을 접합하고, 이 세라믹스 기판(16)의 다른 쪽 주면에, 평면 형상이 대략 직사각형인 방열용 금속판(금속 베이스판)(18)을 접합해도 된다. 이 경우, 이 금속판(10)과 세라믹스 기판(16) 사이 및 세라믹스 기판(16)과 금속 베이스판(18) 사이의 접합 후에, 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}{전자 부품(14)이 접합되는 면}의 표면 가공을 행하고, 그 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}에 은 페이스트를 도포하고 전자 부품(14)을 배치한 후, 은 페이스트 중의 은을 소결시켜 은 접합층(12)을 형성하고, 이 은 접합층(12)에 의하여 전자 부품(14)을 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}에 접합하면 된다.
또한 금속판(10)이 구리판으로 이루어지는 경우에는, 금속판(10)과 세라믹스 기판(16) 사이 및 세라믹스 기판(16)과 금속 베이스판(18) 사이를 직접 접합해도 되고, 납재를 개재하여 접합해도 된다. 이 경우, 금속판(10)과 세라믹스 기판(16) 사이(및 세라믹스 기판(16)과 금속 베이스판(18) 사이)의 접합 전에, 금속판(10)의 한쪽 주면{또는 구리 도금 피막(20)의 표면}의 표면 가공을 행해도 된다. 이 경우, 표면 가공 후에 가열 처리에 의한 어닐링을 하지 않더라도, 접합 시에 금속판(10){또는 구리 도금 피막(20)}이 가열됨으로써, 금속판(10){또는 구리 도금 피막(20)}의 비커스 경도 Hv를 (작게 하여)40 이하로(부드럽게) 할 수 있다.
또한 금속판(10)이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 경우에는, 금속판(10)과 세라믹스 기판(16) 사이 및 세라믹스 기판(16)과 금속 베이스판(18) 사이의 접합에서는, (도시되지 않은)주형 내에 세라믹스 기판(16)을 배치한 후, 세라믹스 기판(16)의 양 주면에 접촉하도록 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 용탕을 주탕한 후에 용탕을 냉각하여 고화시킴으로써, 세라믹스 기판(16)의 각각의 주면에 금속판(10) 및 금속 베이스판(18)을 형성하여 직접 접합시키는 것이 바람직하다.
또한 표면 가공은, (액체 중에 미립자를 포함하는 연마재 슬러리를 금속판의 표면에 분사하는 웨트 블라스트 처리 등의)블라스트 처리나, (지립으로서 랩제를 개재하여 랩반 상에 금속판을 배치하고, 금속판에 압력을 가하여 슬라이딩시켜 연마하는)랩 가공에 의하여 행하는 것이 바람직하다.
또한 은 페이스트로서, 400℃ 이하의 온도에서 소결 가능한 은 미립자를 포함하는 페이스트를 사용할 수 있으며, 소르브산 등의 탄소수 8 이하(바람직하게는 6 내지 8)의 유기 화합물로 피복된 평균 1차 입경 1 내지 200㎚의 은 미립자가 분산매(바람직하게는 극성 용매)에 분산된 접합재(예를 들어 DOWA 일렉트로닉스 가부시키가이샤 제조의 PA-HT-1503M-C)를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 은 미립자가 분산된 분산매에 평균 1차 입경(D50 직경)이 0.5 내지 3.0㎛인 (구상)은 입자가 더 분산된 접합재(예를 들어 DOWA 일렉트로닉스 가부시키가이샤 제조의 PA-HT-1001L)를 사용해도 된다.
본 발명에 의한 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법 실시 형태에서는, 은 페이스트 중의 은의 소결 시에 5 내지 7㎫ 정도의 낮은 압력으로 가압하면서 250 내지 260℃ 정도의 저온에서 가열한 경우에도, 금속판(구리판 또는 구리 도금판) 상에 (접합부에 공극 등의 접합 결함이 거의 없이)충분한 접합 강도로 전자 부품을 접합할 수 있다.
또한 본 명세서 중에 있어서 「표면 조도」란, JIS B0601(2001년)에 기초하여 산출한 산술 평균 조도 Ra를 말한다. 또한 「은 입자의 평균 1차 입경(D50 직경)」이란, 레이저 회절법에 의하여 측정한 은 입자의 50％ 입경(D50 직경)(누적 50질량％ 입경)을 말하며, 「은 미립자의 평균 1차 입경」이란, 투과형 전자 현미경 사진(TEM상)에 의한 은 미립자의 1차 입경의 평균값을 말한다.
이하, 본 발명에 의한 전자 부품 탑재 기판 및 그 제조 방법의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예 1
먼저, 48㎜×57㎜×0.25㎜의 무산소 구리를 포함하는 (전자 부품 탑재용)금속판과 (방열용)금속 베이스판을 준비하였다.
다음으로, 활성 금속으로서 Ti를 함유하는 Ag-Cu계 납재를 개재하여, (전자 부품 탑재용)금속판의 한쪽 면을, 49㎜×58㎜×0.64㎜의, AlN을 포함하는 세라믹스 기판의 한쪽 주면에 접합함과 함께, (방열용)금속 베이스판을 그 세라믹스 기판의 다른 쪽 면에 접합하여, 금속-세라믹스 접합 기판을 제작하였다.
다음으로, 웨트 블라스트 장치(마코호 가부시키가이샤 제조의 형식 번호 NFR-737)에 의하여, 금속-세라믹스 접합 기판의 (전자 부품 탑재용)금속판의 다른 쪽 면의 표면 처리를 행하였다. 또한 웨트 블라스트 장치의 처리 조건으로서, 에어압 0.20㎫, 처리 속도 0.3m/분, 투사 거리 20㎜, 투사 각도 90°로 하고, 수중에 지립으로서 평균 입경 40㎛의 알루미나 #320을 15체적％ 포함하는 연마재 슬러리를 사용하였다. 이 웨트 블라스트 처리 후의 (전자 부품 탑재용)금속판에 대하여, 초심도 표면 형상 측정 현미경(가부시키가이샤 키엔스 제조의 VK-8500)의 선 조도 측정 기능을 사용하여, 금속판의 표면의 임의의 100㎛×100㎛의 정사각형의 영역의 1변에 평행인, 길이 100㎛의 임의의 직선을 따른 선 조도를 측정한 결과로부터, JIS B0601(2001년)에 기초하여 표면 조도(산술 평균 조도 Ra)를 산출한 바, 0.81㎛였다. 또한 이 금속판의 다른 쪽 면의 비커스 경도 Hv를 미소 경도 시험기(헬무트 피셔사 제조의 피셔 스코프 HM2000)에 의하여 300mN/10s의 조건에서 측정한 바, 97.8이었다.
다음으로, 은 미립자와 은 입자가 분산매에 분산된 은 페이스트로서, 소르브산으로 피복된 평균 1차 입경 100㎚의 은 미립자(은 나노 입자)의 응집체의 건조 분말과, 평균 1차 입경(D50 직경) 1.0㎛의 구상 은 입자의 분말(DOWA 일렉트로닉스 가부시키가이샤 제조의 2-1C 구상 은 분말)을, 분산제와 함께 분산매에 혼합한 은 페이스트(DOWA 일렉트로닉스 가부시키가이샤 제조의 PA-HT-1001L)를 준비하였다. 이 은 페이스트를, 상기 금속-세라믹스 접합 기판의 (전자 부품 탑재용)금속판의 (표면 처리한)표면의 전자 부품 탑재 부분에 도포하고, 그 위에 전자 부품으로서, 저면(이면)이 금 도금된 (13㎜×13㎜의 크기의)Si 칩을 배치하고, 대기 중에 있어서 100℃에서 10분 간 예비 가열한 후, Si 고무 시트를 개재하여 7㎫로 가압하면서 260℃에서 2분 간 가열하여, (전자 부품 탑재용)금속판에 Si 칩을 접합하였다.
이와 같이 하여 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, (전자 부품 탑재용)금속판과 Si 칩의 접합부를 초음파 탐상 장치(SAT)(히타치 겐키 파인테크 가부시키가이샤 제조의 FineSAT FS100Ⅱ)에 의하여 관찰한 바, 접합부의 박리는 없었으며 보이드 등의 접합 결함이 없이 양호하게 접합되어 있었다.
또한 제작한 전자 부품 탑재 기판을 -40℃에서 15분 간 유지한 후에 실온에서 1분 간 유지하고, 그 후, 175℃에서 15분 간 유지한 후에 실온에서 1분 간 유지하는 히트 사이클의 100사이클 후와 300사이클 후의 접합 상태를 확인한 바, 100사이클 후의 전자 부품 탑재 기판에서는, (전자 부품 탑재용)금속판과 Si 칩이 양호하게 접합되어 있었지만, 300사이클 후의 전자 부품 탑재 기판에서는, (약간 보이드 등의 접합 결함에 의한 불량 상태가 보였지만)거의 양호하게 접합되어 있었다.
실시예 2
(전자 부품 탑재용)금속판의 표면 처리를 행한 금속-세라믹스 접합 기판을, 환원 가스 분위기로서 수소 가스 중에 있어서 370℃에서 30분 간 가열하여 어닐링한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여 전자 부품 탑재 기판을 제작하였다. 또한 어닐링 후의 (전자 부품 탑재용)금속판의 (표면 처리한)표면의 표면 조도(산술 평균 조도 Ra)는 0.77㎛이고, 그 (전자 부품 탑재용)금속판의 (표면 처리한)표면의 비커스 경도 Hv는 36.1이었다.
이와 같이 하여 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여 (전자 부품 탑재용)금속판과 Si 칩의 접합부를 관찰한 바, 접합부의 박리는 없었으며 양호하게 접합되어 있었다.
또한 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지의 히트 사이클 후의 접합 상태를 확인한 바, 100사이클 후와 300사이클 후 모두 (전자 부품 탑재용)금속판과 Si 칩이 양호하게 접합되어 있었다.
비교예 1
웨트 블라스트 처리를 행하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여 전자 부품 탑재 기판을 제작하였다. 또한 (전자 부품 탑재용)금속판의 (표면 처리한)표면의 표면 조도(산술 평균 조도 Ra)는 0.09㎛이고, (전자 부품 탑재용)금속판의 비커스 경도 Hv는 35.4였다.
이와 같이 하여 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여 (전자 부품 탑재용)금속판과 Si 칩의 접합부를 관찰한 바, (약간 불량 상태가 보였지만)거의 양호하게 접합되어 있었다.
또한 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지의 히트 사이클 후의 접합 상태를 확인한 바, 100사이클 후의 전자 부품 탑재 기판에서는, (약간 불량 상태가 보였지만)거의 양호하게 접합되어 있었거나, 일부 불량 상태가 있었지만 접합부의 박리에까지는 이르고 있지 않았으며, 300사이클 후의 전자 부품 탑재 기판에서는, 일부 불량 상태가 있었지만 접합부의 박리에까지는 이르지 않았다.
실시예 3
주형 내에 78㎜×95㎜×0.64㎜의 크기의, AlN을 포함하는 세라믹스 기판을 배치하고, 이 세라믹스 기판의 양 주면에 접촉하도록 99.9질량％의 알루미늄 용탕을 주탕한 후에 용탕을 냉각하여 고화시킴으로써, 세라믹스 기판의 각각의 주면에 68㎜×85㎜×0.2㎜의 크기의 (전자 부품 탑재용)금속판과 68㎜×85㎜×0.2㎜의 크기의 (방열용)금속 베이스판을 형성하여, 각각 세라믹스 기판의 주면에 직접 접합시켰다.
다음으로, 실시예 1과 마찬가지의 웨트 블라스트 장치에 의하여 (전자 부품 탑재용)금속판의 표면 처리를 행하였다. 또한 웨트 블라스트 장치의 처리 조건으로서, 에어압 0.20㎫, 처리 속도 0.3m/분, 투사 거리 30㎜, 투사 각도 90°로 하고, 수중에 지립으로서 평균 입경 40㎛의 알루미나 #320을 15체적％ 포함하는 연마재 슬러리를 사용하였다. 이 웨트 블라스트 처리 후의 (전자 부품 탑재용)금속판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여 표면 조도(산술 평균 조도 Ra)를 산출한 바, 1.6㎛였다. 또한 이 금속판의 비커스 경도 Hv는 29.1이었다.
다음으로, 표면 처리 후의 (전자 부품 탑재용)금속판의 표면 탈지 및 화학 연마를 행하고, 이 탈지 및 화학 연마 후의 (전자 부품 탑재용)금속판을, 25℃의 아연 치환액(오쿠노 세이야쿠 고교 가부시키가이샤 제조의 서브스타 ZN-111)에 30초 간 침지시켜 아연 치환을 행하고, 수세하고, 질산에 실온에서 30초 간 침지시켜 산 세정하고, 수세하고, 상기와 같은 아연 치환액에 30초 간 침지시켜 2회째의 아연 치환을 행한 후, 수세함으로써, (전자 부품 탑재용)금속판의 더블 징케이트 처리(2회 아연 치환)를 행하였다.
다음으로, 더블 징케이트 처리 후의 (전자 부품 탑재용)금속판을 무전해 니켈 도금액(오쿠노 세이야쿠 고교 가부시키가이샤 제조의 톱 니코론 TOM-LF)에 침지시킴으로써, (전자 부품 탑재용)금속판 상에 두께 4 내지 5㎛의 Ni 도금층을 형성하였다.
다음으로, Ni 도금층을 형성한 (전자 부품 탑재용)금속판을 무전해 구리 도금액(오쿠노 세이야쿠 고교 가부시키가이샤 제조의 AIS-애드 코퍼 CT)에 침지시킴으로써, (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Ni 도금층 상에 두께 0.4 내지 0.5㎛의 Cu 도금층을 형성하였다.
또한 Cu 도금층을 형성한 후의 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층의 표면 표면 조도(산술 평균 조도 Ra)는 1.6㎛이고, 비커스 경도 Hv는 29.1이었다.
다음으로, 접합 시의 압력을 5㎫로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층에 Si 칩을 접합하였다.
이와 같이 하여 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층과 Si 칩의 접합부를 관찰한 바, 접합부의 박리는 없었으며 양호하게 접합되어 있었다.
또한 제작한 전자 부품 탑재 기판을 -40℃에서 15분 간 유지한 후에 실온에서 1분 간 유지하고, 그 후, 250℃에서 5분 간 유지한 후에 실온에서 1분 간 유지하는 히트 사이클의 100사이클 후, 300사이클 후 및 1000사이클 후의 접합 상태를 확인한 바, 100사이클 후, 300사이클 후 및 1000사이클 후 모두 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층과 Si 칩이 양호하게 접합되어 있었다.
비교예 2
표면 처리로서 웨트 블라스트 처리 대신 퍼프 연마를 행한 것 이외에는, 실시예 3과 마찬가지의 방법에 의하여 전자 부품 탑재 기판을 제작하였다. 또한 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층의 (표면 처리한)표면의 표면 조도(산술 평균 조도 Ra)는 0.15㎛이고, (전자 부품 탑재용)금속판의 비커스 경도 Hv는 29.1이었다.
이와 같이 하여 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, 실시예 3과 마찬가지의 방법에 의하여 (전자 부품 탑재용)금속판과 Si 칩의 접합부를 관찰한 바, 접합부의 박리는 없었으며 양호하게 접합되어 있었다.
또한 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지의 히트 사이클 후의 접합 상태를 확인한 바, 100사이클 후의 전자 부품 탑재 기판에서는, (전자 부품 탑재용)금속판과 Si 칩이 양호하게 접합되었고, 300사이클 후의 전자 부품 탑재 기판에서는, (약간 불량 상태가 보였지만)거의 양호하게 접합되어 있었거나, 일부 불량 상태가 있었지만 접합부의 박리에까지는 이르고 있지 않았으며, 1000사이클 후의 전자 부품 탑재 기판에서는, 일부 불량 상태가 있었지만 접합부의 박리에까지는 이르지 않았다.
실시예 4
주형 내에 34㎜×31㎜×0.6㎜의 크기의, AlN을 포함하는 세라믹스 기판을 배치하고, 이 세라믹스 기판의 각각의 주면에 30㎜×27㎜×0.4㎜의 크기의 (전자 부품 탑재용)금속판과 30㎜×27㎜×0.4㎜의 크기의 (방열용)금속 베이스판을 형성한 것 이외에는, 실시예 3과 마찬가지의 방법에 의하여 세라믹스 기판의 각각의 주면에 금속판을 직접 접합시켜 금속-세라믹스 접합 기판을 제작한 후, 금속판의 표면 처리 및 더블 징케이트 처리를 행하여, Ni 도금층 및 Cu 도금층을 형성하였다. 또한 Cu 도금층을 형성한 후의 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층의 표면 표면 조도(산술 평균 조도 Ra)는 1.5㎛이고, 비커스 경도 Hv는 29.0이었다.
다음으로, 제작한 금속-세라믹스 접합 기판의 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층의 표면 전자 부품 탑재 부분에, 실시예 1과 마찬가지의 은 페이스트를 도포하고, 그 위에 전자 부품으로서, Si 칩{저면(이면)에 하지층으로서, 두께 1㎛의 Ti 도금층과 (그 위의)두께 3㎛의 Ni 도금층이 형성됨과 함께, 이들 하지층이 금 도금된 (7㎜×7㎜의 크기의)Si 칩}을 배치하고, 질소 분위기 중에 있어서 승온 속도 1℃/s로 승온시킨 후, 6㎫로 가압하면서 250℃에서 5분 간 가열하여, (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층에 Si 칩을 접합하였다.
이와 같이 하여 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층과 Si 칩의 접합부를 초음파 탐상 장치(SAT)(히타치 겐키 파인테크 가부시키가이샤 제조의 FineSAT FS100Ⅱ)에 의하여 관찰한 바, 접합부의 박리는 없었으며 양호하게 접합되어 있었다. 또한 (전자 부품 탑재용)금속판과 Si 칩의 접합부의 전단 강도를 전단 강도 측정기(라이지사 제조의 DAGE200)에 의하여 측정한 바, 40㎫ 이상이었으며, 양호하게 접합되어 있었다.
또한 제작한 전자 부품 탑재 기판에 대하여, 실시예 3과 마찬가지의 히트 사이클의 100사이클 후와 500사이클 후와 1000사이클 후의 접합 상태를 SAM에 의하여 관찰한 바, 100사이클 후와 500사이클 후와 1000사이클 후 모두 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층과 Si 칩이 양호하게 접합되어 있었다. 또한 실시예 3과 마찬가지의 히트 사이클의 100사이클 후와 500사이클 후와 1000사이클 후의 (전자 부품 탑재용)금속판 상의 Cu 도금층과 Si 칩의 접합부의 전단 강도를 측정한 바, 100사이클 후와 500사이클 후의 전단 강도는 40㎫ 이상, 1000사이클 후의 전단 강도는 29㎫이었으며, 양호하게 접합되어 있었다.

Claims (16)

  1. 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 전자 부품이 탑재된 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법에 있어서, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 표면 조도를 0.4㎛ 이상으로 하는 표면 가공을 행하고, 그 면에 은 페이스트를 도포하고 전자 부품을 배치한 후, 은 페이스트 중의 은을 소결시켜 은 접합층을 형성하고, 이 은 접합층에 의하여 전자 부품을 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 접합하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면 가공이 웨트 블라스트 처리인 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면 가공을 행한 후, 상기 은 페이스트를 도포하기 전에, 상기 구리판 또는 구리 도금판을 어닐링하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어닐링에 의하여 상기 구리판 또는 구리 도금판의 비커스 경도 Hv를 40 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소결이, 상기 구리판 또는 구리 도금판에 대하여 상기 전자 부품을 가압하면서 가열함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 부품의 상기 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 접합되는 면이, 금, 은 및 팔라듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들의 합금으로 도금되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구리판 또는 구리 도금판의 다른 쪽 면에 세라믹스 기판의 한쪽 면을 접합하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세라믹스 기판의 다른 쪽 면에 금속 베이스판을 접합하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판의 제조 방법.
  9. 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 전자 부품이 탑재된 전자 부품 탑재 기판에 있어서, 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 표면 조도가 0.4㎛ 이상이고, 이 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 은 접합층에 의하여 전자 부품이 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 표면 조도가 0.5 내지 2.0㎛인 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 비커스 경도 Hv가 100 이하인 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면의 비커스 경도 Hv가 40 이하인 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전자 부품의 상기 구리판 또는 구리 도금판의 한쪽 면에 접합되는 면이, 금, 은 및 팔라듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들의 합금으로 도금되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 은 접합층이 은의 소결체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 구리판 또는 구리 도금판의 다른 쪽 면에 세라믹스 기판의 한쪽 면이 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 세라믹스 기판의 다른 쪽 면에 금속 베이스판이 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 탑재 기판.
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