WO2012067263A1 - 積層体および積層体の製造方法 - Google Patents

積層体および積層体の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2012067263A1
WO2012067263A1 PCT/JP2011/077115 JP2011077115W WO2012067263A1 WO 2012067263 A1 WO2012067263 A1 WO 2012067263A1 JP 2011077115 W JP2011077115 W JP 2011077115W WO 2012067263 A1 WO2012067263 A1 WO 2012067263A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal
intermediate layer
ceramic substrate
laminate
layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/077115
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄一郎 山内
慎二 斎藤
優 赤林
智資 平野
Original Assignee
日本発條株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本発條株式会社 filed Critical 日本発條株式会社
Priority to EP11842434.0A priority Critical patent/EP2641997A4/en
Priority to KR1020137012386A priority patent/KR101513603B1/ko
Priority to CN201180055230.2A priority patent/CN103282546B/zh
Priority to US13/885,862 priority patent/US20130236738A1/en
Publication of WO2012067263A1 publication Critical patent/WO2012067263A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/11—Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/89—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
    • C04B41/90—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions at least one coating being a metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00844—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for electronic applications
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/15—Ceramic or glass substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0058—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates
    • H05K3/0061—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • H05K3/388—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of a metallic or inorganic thin film adhesion layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12611—Oxide-containing component

Definitions

  • the present invention relates to a laminate used between electric circuit boards and the like, and a method for producing the laminate.
  • the power module has a temperature adjusting unit (cooling unit or heating unit) in which a moving path of a heat medium for cooling or heating is formed via an insulating substrate as a base material.
  • a temperature adjusting unit cooling unit or heating unit
  • a laminated body in which a metal film is formed on the surface of a ceramic base material that is an insulating substrate is used for the temperature adjustment unit.
  • the heat generated from the chip (transistor) stacked on the surface of the insulating substrate where the temperature control part is not formed is transferred to the metal film and dissipated to the outside.
  • Module cooling can be performed.
  • a circuit pattern with a metal film is formed between the insulating substrate and the chip, and a laminated body in which the metal film is formed on the surface of the ceramic substrate is also used in this portion.
  • the method for forming a metal film on the surface of the ceramic substrate include a thermal spraying method and a cold spray method.
  • the thermal spraying method is a method in which a coating is formed by spraying a thermal spray material that is melted or heated to a state close to the base material.
  • the cold spray method powder of a material to be a film is sprayed from a laver nozzle together with an inert gas having a melting point or a softening point or less, and the material to be a film is a base material in a solid state.
  • a film is formed on the surface of the base material by colliding with the substrate (for example, see Patent Document 1).
  • the cold spray method has a lower temperature than the thermal spraying method, so that the influence of thermal stress is mitigated, so that a metal film having no phase transformation and suppressing oxidation can be obtained.
  • both the base material and the material to be the film are metals
  • the powder that becomes the film collides with the base material plastic deformation occurs between the powder and the base material, and an anchor effect can be obtained.
  • the oxide film of each other is destroyed, metal bonding occurs between the new surfaces, and the effect of obtaining a laminate with high adhesion strength is also expected. Yes.
  • the present invention has been made in view of the above, and in the case of producing a laminate in which a metal film is formed on a ceramic substrate using a cold spray method, the adhesion strength between the ceramic and the metal film is high. It aims at providing a high laminated body and a manufacturing method of this laminated body.
  • a laminate according to the present invention includes an insulating ceramic base material, a main component metal layer containing a metal, and a metal or an oxide or hydride of a metal. Having an active component layer, an intermediate layer formed on the surface of the ceramic substrate, and a metal-containing powder on the surface of the intermediate layer are accelerated together with a gas and sprayed in the solid state on the surface And a metal film formed by being deposited.
  • the laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the intermediate layer is formed by heat treatment in a vacuum.
  • the active component layer includes at least one selected from the group consisting of a metal selected from titanium, zirconium, hafnium, and germanium, or a metal hydride. It is characterized by that.
  • the laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the main component metal layer includes at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, aluminum, and nickel.
  • the laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the intermediate layer is formed by heat treatment in the atmosphere.
  • the active component layer is formed of a group consisting of oxide, hydride of titanium, zirconium, hafnium, germanium, boron, silicon, aluminum, chromium, indium, or metal. It includes at least one type selected.
  • the laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the main component metal layer includes at least one of gold and silver.
  • the manufacturing method of the laminated body concerning this invention is a manufacturing method of the laminated body which manufactures the laminated body by which the metal film was formed on the surface of the ceramic base material, Comprising: Alternatively, a brazing material disposing step of disposing a brazing material containing a metal oxide or hydride, and heat treating the ceramic substrate on which the brazing material is disposed in the brazing material disposing step, thereby forming the intermediate layer.
  • An intermediate layer forming step to be formed; and a powder containing a metal is accelerated together with a gas on the surface of the intermediate layer formed by the intermediate layer forming step, and sprayed and deposited on the surface in a solid state.
  • a metal film forming step of forming the metal film is a manufacturing method of the laminated body which manufactures the laminated body by which the metal film was formed on the surface of the ceramic base material, Comprising: Alternatively, a brazing material disposing step of disposing a brazing material containing a metal oxide or hydride, and heat
  • the method for manufacturing a laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the intermediate layer forming step is performed in a vacuum.
  • the method for manufacturing a laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the intermediate layer forming step is performed in the atmosphere.
  • the laminate and the method for producing a laminate according to the present invention include forming an intermediate layer including a main component metal layer and an active component layer between a ceramic substrate and a metal coating, and the main component metal layer with respect to the metal coating. Since the active ingredient layer is bonded to the ceramic substrate, the adhesion strength between the ceramic and the metal coating is reduced when the metal film is formed on the ceramic substrate using the cold spray method. There exists an effect that a laminated body with high can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a power module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the power module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part of the power module according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part of the power module according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an outline of a cold spray apparatus used for manufacturing the power module according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a conventional power module that does not use the cold spray method.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a power module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the power module shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an evaluation apparatus that performs adhesion strength evaluation.
  • FIG. 18 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 22 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG. FIG.
  • FIG. 23 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 24 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 25 is a diagram showing a cross-sectional element distribution analysis result for the cross-section reflected electron image shown in FIG.
  • FIG. 26 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 27 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 28 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image of the multilayer body according to Comparative Example 2 of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a power module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the power module shown in FIG.
  • the power module 1 includes a ceramic substrate 10 which is an insulating substrate, a copper circuit 20 laminated on the ceramic substrate 10, a chip 30 laminated on the copper circuit 20 and fixed by solder C1, and aluminum or the like.
  • the cooling fin 40 is made of a metal film and laminated on a surface different from the copper circuit 20 of the ceramic substrate 10.
  • the ceramic substrate 10 has a substantially plate shape and is made of an insulating member.
  • the insulating member include oxides such as alumina, magnesia, zirconia, steatite, forsterite, mullite, titania, silica, sialon, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and the like.
  • the copper circuit 20 forms a circuit pattern on the surface of the ceramic substrate 10 for transmitting an electrical signal to the stacked chips 30 and the like by patterning using copper.
  • the chip 30 is realized by a semiconductor element such as a diode, a transistor, or an IGBT (insulated gate bipolar transistor). A plurality of chips 30 are provided on the ceramic substrate 10 in accordance with the purpose of use.
  • the cooling fin 40 is a metal film laminated on the surface of the ceramic substrate 10 by a cold spray method described later.
  • the metal film include copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, silver, and silver alloy. The heat generated from the chip 30 is released to the outside through the ceramic substrate 10 by the metal film.
  • An intermediate layer 50 as shown in FIG. 2 is formed between the ceramic substrate 10 and the cooling fin 40.
  • the intermediate layer 50 includes a main component metal layer 51 formed on the cooling fin 40 side and an active component layer 52 formed on the ceramic substrate 10 side.
  • the main component metal layer 51 is formed using any of aluminum, nickel, copper, silver, and gold.
  • the main component metal layer 51 is laminated by metal bonding with the cooling fin 40 on a surface different from the contact surface with the active component layer 52.
  • the active component layer 52 is formed using any of titanium, zirconium, hafnium, germanium, boron, silicon, aluminum, chromium, indium, vanadium, molybdenum, tungsten, manganese, or an oxide or hydride thereof.
  • the active component layer 52 is laminated by being covalently bonded to the ceramic substrate 10 on a surface different from the contact surface with the main component metal layer 51.
  • FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views schematically showing the formation of the intermediate layer in the power module.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an outline of a cold spray apparatus used for forming a metal film.
  • a brazing material used as the intermediate layer 50 is applied to one surface of the ceramic substrate 10 by a screen printing method.
  • the brazing material includes a metal or alloy used as a main component metal layer, and a metal or metal oxide used as an active component layer, a hydride, etc., and a paste in which an organic solvent and an organic binder are mixed. Eggplant.
  • the intermediate layer 50 After the application of the brazing material as the intermediate layer 50, it is kept in a vacuum of 800 to 1000 ° C. or in the atmosphere for 1 hour. After holding for 1 hour, the intermediate layer 50 is separated into the main component metal layer 51 and the active component layer 52 as shown in FIG.
  • the main component metal layer and the active component layer held in vacuum include gold, silver, copper, aluminum, and nickel as materials used for the main component metal layer.
  • the material used for the metal include titanium, zirconium, hafnium, germanium, and hydrides thereof.
  • the main component metal layer and active component layer held in the atmosphere include gold and silver as materials used for the main component metal layer, and titanium, zirconium, hafnium, germanium, boron as materials used for the active component layer. , Silicon, aluminum, chromium, indium, vanadium, molybdenum, tungsten, manganese, or an oxide or hydride thereof.
  • any metal that does not oxidize even when dissolved in the atmosphere can be applied to the main component metal layer held in the atmosphere.
  • nitrides, carbonides and hydrides of silicon, calcium, titanium and zirconium can be used for the active component layer held in the atmosphere. Any combination of the above-described main component metal layer and active component layer is applicable.
  • the main component metal layer and the active component layer include at least one of the listed metals or oxides or hydrides. It is also possible to use an alloy mainly composed of any of the listed metals.
  • the intermediate layer 50 is separated into the main component metal layer 51 and the active component layer 52, and the cold spray method is used on the exposed surface of the main component metal layer 51 with the main component metal layer 51 exposed to the outside.
  • Film formation by the cold spray method is performed by a cold spray apparatus 60 shown in FIG.
  • the cold spray device 60 contains a gas heater 61 that heats the compressed gas, a powder supply device 62 that contains a powder material to be sprayed on the sprayed material, and supplies the powder material to the spray gun 64, and a compressed gas heated by the spray gun 64. And a gas nozzle 63 for injecting the mixed material powder onto the substrate.
  • the compressed gas helium, nitrogen, air or the like is used.
  • the supplied compressed gas is supplied to the gas heater 61 and the powder supply device 62 by valves 65 and 66, respectively.
  • the compressed gas supplied to the gas heater 61 is heated to, for example, 50 to 700 ° C. and then supplied to the spray gun 64. More preferably, the compressed gas is heated so that the upper limit temperature of the thermal spray material powder sprayed onto the main component metal layer 51 of the intermediate layer 50 laminated on the ceramic substrate 10 is kept below the melting point of the metal material. This is because the oxidation of the metal material can be suppressed by keeping the heating temperature of the powder material below the melting point of the metal material.
  • the compressed gas supplied to the powder supply device 62 supplies, for example, material powder having a particle size of about 10 to 100 ⁇ m in the powder supply device 62 to the spray gun 64 so as to have a predetermined discharge amount.
  • the heated compressed gas is made a supersonic flow (about 340 m / s or more) by a gas nozzle 63 having a tapered and wide shape.
  • the powder material supplied to the spray gun 64 is accelerated by the injection of the compressed gas into the supersonic flow, and collides with the substrate at a high speed in the solid state to form a film.
  • the apparatus is not limited to the cold spray apparatus 60 of FIG. 5 as long as the apparatus can form a film by colliding the material powder with the base material in a solid state.
  • a metal film (cooling fin 40) as shown in FIGS. 1 and 2 is formed by the cold spray device 60 described above.
  • the brazing material used is described as a paste in which an organic solvent and an organic binder are mixed, the metal or alloy used as the main component metal layer and the metal or metal oxidation used as the active component layer As long as it contains a product, hydride, etc., it may be a foil.
  • the laminated body according to the above-described embodiment it is possible to obtain a laminated body having high adhesion strength as compared with a laminated body obtained by a conventional cold spray method. Thereby, it becomes possible to form a laminate having a thick metal film.
  • an intermediate layer in the ceramic base material to be used it is possible to use any oxide, nitride, or carbide, so that the selectivity of the ceramic base material to be used can be increased.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a conventional power module that does not use the cold spray method.
  • the power module 100 includes a copper circuit 20 bonded to a ceramic base material 10 that is an insulating substrate by an adhesive layer C1 such as a sealing material, and is laminated on the copper circuit 20 and is soldered by a solder C2.
  • the cooling fin 40 is bonded to the ceramic substrate 10 through the copper substrate 82 and the thermal compound 83.
  • the laminated body according to the present invention can have a thin layer structure with a simple structure as compared with the conventional laminated body as shown in FIG. Moreover, even if the laminated body has the same thickness, the area occupied by the main components such as the cooling fins can be increased, and the design width of the laminated body can be widened.
  • the metal film has been described as a cooling fin that dissipates heat generated from the chip.
  • the metal film may be provided to heat a layer laminated on a ceramic substrate such as a chip via the metal film.
  • intermediate layer has been described as being provided between the ceramic substrate and the metal film as the cooling fin, it may be provided between the ceramic substrate and the copper circuit.
  • Example 1 In Example 1, as the intermediate layer 501, a laminate was manufactured using a silver-copper alloy as the main component metal layer 511 and titanium hydride as the active component layer 521. Further, alumina was used as the ceramic substrate 101, and aluminum was used as the metal film 401. Cross-sectional reflected electron images of this laminate are shown in FIGS.
  • the cross-sectional reflected electron image in FIG. 7 is a 40-fold electron image
  • the cross-sectional reflected electron image in FIG. 8 is a 500-fold electron image
  • the main component metal layer 511 and the active component layer 521 of the intermediate layer 501 were formed by applying a brazing material and holding it in a vacuum at 800 ° C. for 1 hour.
  • the intermediate layer 501, the ceramic substrate 101, and the metal film 401 are maintained in a joined state without being peeled off.
  • the intermediate layer 501 has a main component metal layer 511 formed on the metal film 401 side and an active component layer 521 formed on the ceramic substrate 101 side.
  • FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional backscattered electron image (500 times) subjected to elemental analysis.
  • 12 to 16 are diagrams showing the results of cross-sectional element distribution analysis for the cross-sectional backscattered electron image shown in FIG.
  • the cross-sectional element distribution analysis results shown in FIGS. 12 to 16 are displayed in red as the content of the element to be analyzed increases, and in blue as the content decreases. That is, as the content increases, a reddish color is exhibited.
  • FIG. 12 shows the results of cross-sectional element distribution analysis showing the silver content. Silver is used as a silver-copper alloy in the main component metal layer 511, and the intermediate layer 501 is displayed in red.
  • FIG. 13 shows the results of cross-sectional element distribution analysis showing the aluminum content.
  • Aluminum is used in the metal film 401 and is contained in alumina (aluminum oxide) in the ceramic substrate 101. For this reason, in FIG. 13, the metal film 401 is displayed in red, and the ceramic substrate 101 is displayed in green.
  • FIG. 14 shows the results of cross-sectional element distribution analysis showing the copper content. Copper is used as a silver-copper alloy in the main component metal layer 511, and the intermediate layer 501 is displayed in yellow (partially red).
  • FIG. 15 shows the results of cross-sectional element distribution analysis showing the titanium content. Titanium is used as the active component layer 521, and the ceramic substrate 101 side of the intermediate layer 501 is displayed in red.
  • FIG. 16 shows a cross-sectional element distribution analysis result showing the oxygen content.
  • Oxygen is contained in alumina (aluminum oxide) of the ceramic substrate 101, and the ceramic substrate 101 is displayed in red.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an evaluation apparatus that performs adhesion strength evaluation.
  • An evaluation apparatus 70 shown in FIG. 17 includes a sample stage 71 on which a laminate (Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3) composed of at least a ceramic substrate 10 and a cooling fin 40 that is a metal film is placed, and a laminate. And a pin 72 for applying a downward force in the figure.
  • the pin 72 is made of aluminum and is in close contact with the laminate by solidifying the adhesive G, which is an epoxy resin.
  • the adhesive G was cured by being held at 150 ° C. for 1 hour. Then, the adhesion strength between the ceramic substrate and the metal film was evaluated by pulling the tip 72a of the pin 72 in the direction away from the laminate. The evaluation results of the adhesion strength evaluation are shown in Table 1.
  • Example 2 In Example 2, a laminated body was manufactured as the intermediate layer 501 using a silver-copper alloy as the main component metal layer 511 and titanium hydride as the active component layer 521. Further, alumina was used as the ceramic substrate 101, and copper was used as the metal film 402. FIG. 18 shows a cross-sectional backscattered electron image (300 times) of this laminate.
  • the main component metal layer 511 and the active component layer 521 of the intermediate layer 501 were formed by applying a brazing material and holding it in a vacuum at 800 ° C. for 1 hour.
  • the intermediate layer 501, the ceramic substrate 101, and the metal film 402 are maintained in a joined state without being peeled off. Even when the metal film was not aluminum but copper, a laminate that maintained the bonded state was obtained.
  • the adhesion strength evaluation by the evaluation apparatus 70 shown in FIG. 17 was performed.
  • the adhesion strength between the ceramic substrate and the metal film was 60 MPa or more, and the result was that the laminate had high adhesion strength.
  • Example 3 In Example 3, as the intermediate layer 502, a laminate was prepared by using silver as the main component metal layer, 2% by weight of germanium as the active component layer, and adding 15% by weight of boron. Further, alumina was used as the ceramic substrate 101, and copper was used as the metal film 402. FIG. 19 shows a cross-sectional reflected electron image (300 times) of this laminate.
  • the main component metal layer and the active component layer of the intermediate layer 502 were formed by applying a brazing material and holding it in the atmosphere at 850 ° C. for 1 hour.
  • the intermediate layer 502, the ceramic substrate 101, and the metal film 402 are maintained in a joined state without being peeled off. Even when the intermediate layer 502 was formed in the air, a laminated body in which the bonded state was maintained was obtained.
  • FIG. 20 shows a cross-sectional backscattered electron image (500 times) subjected to elemental analysis.
  • 21 to 25 are diagrams showing the results of cross-sectional element distribution analysis on the cross-sectional backscattered electron image shown in FIG.
  • the cross-sectional element distribution analysis results shown in FIGS. 21 to 25 are displayed in red as the content of the element to be analyzed increases, and in blue as the content decreases. That is, as the content increases, the color changes from blue to reddish.
  • FIG. 21 shows the results of cross-sectional element distribution analysis showing the silver content. Silver is used as a main component metal layer, and the intermediate layer 502 is displayed in red.
  • FIG. 22 shows the results of cross-sectional element distribution analysis showing the aluminum content.
  • Aluminum is contained in alumina (aluminum oxide) in the ceramic substrate 101, and the ceramic substrate 101 is displayed in green or yellow.
  • FIG. 23 is a cross-sectional element distribution analysis result showing the copper content. Copper is used as the metal film 402, and the metal film 402 is displayed in red.
  • FIG. 24 is a cross-sectional element distribution analysis result showing the germanium content.
  • Germanium is used as an active ingredient layer, and the ceramic substrate 101 side of the intermediate layer 502 is displayed in green.
  • the active component layer also contains added boron.
  • FIG. 25 shows the result of cross-sectional element distribution analysis showing the oxygen content.
  • Oxygen is contained in alumina (aluminum oxide) of the ceramic substrate 101, and the ceramic substrate 101 is displayed in red.
  • the intermediate layer 502 is formed in the atmosphere, the oxidized metal portion in the intermediate layer 502 is displayed in green.
  • the adhesion strength evaluation by the evaluation apparatus 70 shown in FIG. 17 was performed.
  • the adhesion strength between the ceramic substrate and the metal film was 60 MPa or more, and the result was that the laminate had high adhesion strength.
  • Example 4 In Example 4, as the intermediate layer 503, silver was used for the main component metal layer, 2 wt% titanium hydride was used for the active component layer, and 0.4 wt% aluminum was added to prepare a laminate. Further, alumina was used as the ceramic substrate 101, and copper was used as the metal film 402. FIG. 26 shows a cross-sectional reflected electron image (500 times) of this laminate. In addition, the main component metal layer 511 and the active component layer 521 of the intermediate layer 503 were formed by applying a brazing material and holding it in the atmosphere at 970 ° C. for 1 hour.
  • the intermediate layer 503, the ceramic substrate 101, and the metal film 402 are maintained in a joined state without being peeled off. Even when the metal film was copper instead of aluminum, and the intermediate layer was formed in the atmosphere, a laminate that maintained the bonded state was obtained.
  • the adhesion strength evaluation by the evaluation apparatus 70 shown in FIG. 17 was performed.
  • the adhesion strength between the ceramic substrate and the metal film was 60 MPa or more, and the result was that the laminate had high adhesion strength.
  • Comparative Example 1 As a comparative example for Example 1, a laminate was manufactured by forming a film of aluminum as a metal film 401 by a cold spray method on alumina as a ceramic substrate 101 without forming an intermediate layer.
  • FIG. 27 shows a cross-sectional reflected electron image (2000 times) of this laminate.
  • Comparative Example 2 As a comparative example with respect to Example 2, a laminate was manufactured by forming a film of copper as the metal film 402 by a cold spray method on alumina as the ceramic substrate 101 without forming an intermediate layer.
  • FIG. 28 shows a cross-sectional reflected electron image (2000 times) of this laminate.
  • Comparative Example 3 As a comparative example for Examples 3 and 4, after forming an intermediate layer in the atmosphere (850 ° C., 1 hour) using silver as the ceramic substrate, copper as the metal film was cold-treated. A film was formed by a spray method to produce a laminate. In addition, this comparative example 3 becomes a structure which does not contain an active ingredient layer in an intermediate
  • the laminate and the method for producing the laminate according to the present invention are useful when joining a ceramic substrate and a metal film.

Abstract

絶縁性のセラミックス基材（１０）と、金属を含む主成分金属層（５１）、および金属または金属の酸化物もしくは水素化物からなる活性成分層（５２）を有し、セラミックス基材（１０）の表面に形成される中間層（５０）と、中間層（５０）の表面に、金属を含む粉体をガスと共に加速し、表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成された金属皮膜（４０）と、を備えることによって、セラミックスと金属皮膜との間の密着強度が高い積層体を得ることができる。

Description

積層体および積層体の製造方法
　本発明は、電気回路基板間等に用いられる積層体およびこの積層体の製造方法に関するものである。
　従来より、産業用、自動車用などの電力制御からモータ制御まで、幅広い分野に使用される省エネルギー化のキーデバイスとして、パワーモジュールが挙げられる。パワーモジュールは、基材である絶縁基板を介して冷却用または加熱用の熱媒体の移動経路を形成した温度調節部（冷却部又は加熱部）を有する。温度調節部には、例えば、絶縁基板であるセラミックス基材の表面に金属皮膜が形成された積層体が用いられる。この温度調節装置を用いることで、絶縁基板の温度調節部が形成されていない側の面に積層されたチップ（トランジスタ）から発生した熱を金属皮膜に移動させて外部に発散させることによって、パワーモジュールの冷却を行うことができる。なお、絶縁基板とチップとの間には、金属皮膜による回路パターンが形成されており、この部分においてもセラミックス基材の表面に金属皮膜が形成された積層体が用いられている。
　ところで、上述した積層体において、セラミックス基材と金属皮膜との間には、高い密着強度が求められている。セラミックス基材の表面に金属皮膜を形成させる方法として、溶射法やコールドスプレー法が挙げられる。溶射法は、基材に対して溶融またはそれに近い状態に加熱された溶射材を吹き付けることによって皮膜を形成させる方法である。
　一方、コールドスプレー法は、皮膜となる材料の粉末を、融点または軟化点以下の状態の不活性ガスとともに先細末広（ラバル）ノズルから噴射して、皮膜となる材料を固相状態のまま基材に衝突させることによって基材の表面に皮膜を形成させる方法である（例えば、特許文献１参照）。コールドスプレー法は、溶射法と比して、温度が低いため熱応力の影響が緩和されるため、相変態がなく酸化も抑制された金属皮膜を得ることができる。特に、基材と皮膜となる材料がともに金属である場合、基材に皮膜となる粉末が衝突することで、粉末と基材との間に塑性変形が生じ、アンカー効果を得ることができる。また、塑性変形が生じる領域では、基材に粉末が衝突した際に、互いの酸化皮膜が破壊され、新生面同士による金属結合が生じ、高い密着強度の積層体が得られるという効果も期待されている。
米国特許第５３０２４１４号明細書
　しかしながら、特許文献１が開示するコールドスプレー法では、基材がセラミックスであり、皮膜となる粉末が金属である場合、塑性変形が金属側のみで生じ、セラミックスと金属との間の十分なアンカー効果が得られず、セラミックスと金属皮膜との間の密着強度が弱い積層体が形成されるという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コールドスプレー法を用いてセラミックス基材に金属皮膜を形成させた積層体を作製する場合に、セラミックスと金属皮膜との間の密着強度が高い積層体およびこの積層体の製造方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる積層体は、絶縁性のセラミックス基材と、金属を含む主成分金属層、および金属または金属の酸化物もしくは水素化物からなる活性成分層を有し、前記セラミックス基材の表面に形成される中間層と、前記中間層の表面に、金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成された金属皮膜と、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体は、上記の発明において、前記中間層は、真空中で熱処理されることによって形成されることを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体は、上記の発明において、前記活性成分層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウムのいずれかの金属または金属の水素化物からなる群より選択される少なくとも１種類を含むことを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体は、上記の発明において、前記主成分金属層は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルからなる群より選択される少なくとも１種類を含むことを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体は、上記の発明において、前記中間層は、大気中で熱処理されることによって形成されることを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体は、上記の発明において、前記活性成分層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、硼素、珪素、アルミニウム、クロム、インジウムまたは金属の酸化物もしくは水素化物からなる群より選択される少なくとも１種類を含むことを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体は、上記の発明において、前記主成分金属層は、金または銀のうち少なくとも１種類を含むことを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体の製造方法は、セラミックス基材の表面に金属皮膜が形成された積層体を製造する積層体の製造方法であって、前記セラミックス基材の表面に対して、金属または金属の酸化物もしくは水素化物を含むろう材を配設するろう材配設ステップと、前記ろう材配設ステップで前記ろう材が配設された前記セラミックス基材を熱処理することによって中間層を形成させる中間層形成ステップと、前記中間層形成ステップによって形成された前記中間層の表面に、金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって前記金属皮膜を形成させる金属皮膜形成ステップと、を含むことを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体の製造方法は、上記の発明において、前記中間層形成ステップは、真空中で行うことを特徴とする。
　また、本発明にかかる積層体の製造方法は、上記の発明において、前記中間層形成ステップは、大気中で行うことを特徴とする。
　本発明にかかる積層体および積層体の製造方法は、セラミックス基材と金属皮膜との間に、主成分金属層および活性成分層を含む中間層を形成させ、金属皮膜に対して主成分金属層を結合させ、セラミックス基材に対して活性成分層を結合させるようにしたので、コールドスプレー法を用いてセラミックス基材に金属皮膜を形成させた場合に、セラミックスと金属皮膜との間の密着強度が高い積層体を得ることができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す模式図である。 図２は、図１に示すパワーモジュールの要部の構成を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかるパワーモジュールの要部の構成を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかるパワーモジュールの要部の構成を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかるパワーモジュールの製造に使用されるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。 図６は、コールドスプレー法を用いない従来のパワーモジュールの構成の一例を示す模式図である。 図７は、本発明の実施例１にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図８は、本発明の実施例１にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図９は、本発明の実施例１にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図１０は、本発明の実施例１にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図１１は、本発明の実施例１にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図１２は、図１１に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図１３は、図１１に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図１４は、図１１に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図１５は、図１１に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図１６は、図１１に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図１７は、密着強度評価を行った評価装置の概略構成を示す模式図である。 図１８は、本発明の実施例２にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図１９は、本発明の実施例３にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図２０は、本発明の実施例３にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図２１は、図２０に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図２２は、図２０に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図２３は、図２０に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図２４は、図２０に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図２５は、図２０に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。 図２６は、本発明の実施例４にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図２７は、本発明の比較例１にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。 図２８は、本発明の比較例２にかかる積層体の断面反射電子像を示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
　まず、本発明の実施の形態にかかる積層体について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、積層体の例としてパワーモジュールを説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかるパワーモジュールの構成を示す模式図である。図２は、図１に示すパワーモジュールの要部の構成を示す断面図である。
　パワーモジュール１は、絶縁基板であるセラミックス基材１０と、セラミックス基材１０に積層された銅回路２０と、銅回路２０上に積層され、半田Ｃ１によって固定されているチップ３０と、アルミニウム等の金属皮膜からなり、セラミックス基材１０の銅回路２０とは異なる面に積層された冷却フィン４０とを有する。
　セラミックス基材１０は、略板状をなし、絶縁性の部材からなる。絶縁性の部材として、例えば、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ステアタイト、フォルステライト、ムライト、チタニア、シリカ、サイアロン等の酸化物や、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素などが挙げられる。
　銅回路２０は、セラミックス基材１０の面上において、銅を用いてパターニングすることによって積層されたチップ３０などに対して電気信号を伝達させるための回路パターンを形成する。
　チップ３０は、ダイオード、トランジスタ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子によって実現される。なお、チップ３０は、使用の目的に合わせてセラミックス基材１０上に複数個設けられる。
　冷却フィン４０は、後述するコールドスプレー法によってセラミックス基材１０の表面に積層される金属皮膜である。この金属皮膜としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金などが挙げられる。金属皮膜によって、チップ３０から発生した熱を、セラミックス基材１０を介して外部に放出する。
　セラミックス基材１０と冷却フィン４０との間は、図２に示すような中間層５０が形成されている。中間層５０は、冷却フィン４０側に形成される主成分金属層５１と、セラミックス基材１０側に形成される活性成分層５２とを有する。
　主成分金属層５１は、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金のいずれかを用いて形成される。主成分金属層５１は、活性成分層５２との接触面と異なる面で冷却フィン４０と金属結合して積層されている。
　活性成分層５２は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、硼素、珪素、アルミニウム、クロム、インジウム、バナジウム、モリブデン、タングステン、マンガンのいずれか、またはこれらの酸化物、水素化物を用いて形成される。活性成分層５２は、主成分金属層５１との接触面と異なる面でセラミックス基材１０と共有結合して積層されている。
　つづいて、パワーモジュール１の中間層の形成について、図３~５を参照して説明する。図３，４は、パワーモジュールにおける中間層の形成を模式的に示す断面図である。図５は、金属皮膜の形成に使用されるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。
　まず、図３に示すように、セラミックス基材１０の一方の表面に対して、スクリーン印刷法によって中間層５０として用いられるろう材を塗布する。ここで、ろう材は、主成分金属層として用いられる金属または合金、および活性成分層として用いられる金属または金属の酸化物、水素化物等を含み、有機溶剤および有機バインダーが混合されたペースト状をなす。
　中間層５０としてのろう材の塗布後、８００~１０００℃の真空中または大気中で１時間保持する。１時間保持した後、中間層５０は、図４に示すように、主成分金属層５１と活性成分層５２とに分離した状態となる。
　ここで、ろう材中の成分において、真空中で保持する主成分金属層および活性成分層は、主成分金属層に用いられる材料として金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルが挙げられ、活性成分層に用いられる材料としてチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウムのいずれかの金属またはこれらの水素化物が挙げられる。
　また、大気中で保持する主成分金属層および活性成分層は、主成分金属層に用いられる材料として金、銀が挙げられ、活性成分層に用いられる材料としてチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、硼素、珪素、アルミニウム、クロム、インジウム、バナジウム、モリブデン、タングステン、マンガンのいずれか、またはこれらの酸化物もしくは水素化物が挙げられる。
　なお、大気中で保持する主成分金属層には、大気中で溶解しても酸化しない金属であれば適用可能である。また、大気中で保持する活性成分層には、珪素、カルシウム、チタン、ジルコニウムの窒化物、炭素化物および水素化物を用いることもできる。上述した主成分金属層および活性成分層の組み合わせであれば、いかなる組み合わせでも適用可能である。主成分金属層および活性成分層は、列挙した金属または酸化物もしくは水素化物のうち、少なくとも１つを含む。また、列挙した金属のいずれかを主成分とする合金を用いることも可能である。
　その後、中間層５０が主成分金属層５１と活性成分層５２とに分離し、主成分金属層５１が外部に露出した状態で、主成分金属層５１の露出側の表面にコールドスプレー法を用いて金属皮膜を形成させる。コールドスプレー法による皮膜形成は、図５に示すコールドスプレー装置６０によって行われる。
　コールドスプレー装置６０は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器６１と、被溶射物に溶射する粉末材料を収容し、スプレーガン６４に供給する粉末供給装置６２と、スプレーガン６４で加熱された圧縮ガスと混合された材料粉末を基材に噴射するガスノズル６３とを備えている。
　圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。供給された圧縮ガスは、バルブ６５および６６により、ガス加熱器６１と粉末供給装置６２にそれぞれ供給される。ガス加熱器６１に供給された圧縮ガスは、例えば５０~７００℃に加熱された後、スプレーガン６４に供給される。より好ましくは、セラミックス基材１０に積層された中間層５０の主成分金属層５１上に噴射される溶射材料粉末の上限温度を金属材料の融点以下に留めるように圧縮ガスを加熱する。粉末材料の加熱温度を金属材料の融点以下に留めることにより、金属材料の酸化を抑制できるためである。
　粉末供給装置６２に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置６２内の、例えば、粒径が１０~１００μｍ程度の材料粉末をスプレーガン６４に所定の吐出量となるように供給する。加熱された圧縮ガスは先細末広形状をなすガスノズル６３により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。スプレーガン６４に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま基材に高速で衝突して皮膜を形成する。なお、材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、図５のコールドスプレー装置６０に限定されるものではない。
　上述したコールドスプレー装置６０によって、図１，２に示すような金属皮膜（冷却フィン４０）が形成される。なお、使用するろう材は、有機溶剤および有機バインダーが混合されたペースト状をなすものとして説明したが、主成分金属層として用いられる金属または合金、および活性成分層として用いられる金属または金属の酸化物、水素化物等を含んでいれば、箔状をなすものであってもよい。
　上述した実施の形態にかかる積層体によれば、従来のコールドスプレー法によって得られる積層体と比して、高い密着強度である積層体を得ることが可能である。これにより、膜厚の厚い金属皮膜を有する積層体を形成することが可能となる。また、使用するセラミックス基材においても中間層を形成させることで、酸化物、窒化物、炭化物を問わず使用できるため、使用するセラミックス基材の選択性を高めることが可能となる。
　また、コールドスプレー法を用いない従来のパワーモジュールでは、セラミックス基材表面に金属皮膜を形成させる場合、セラミックス基材表面と金属皮膜との間に接合のための半田やサーマルコンパウンドを用いている。図６は、コールドスプレー法を用いない従来のパワーモジュールの構成の一例を示す模式図である。図６に示すように、パワーモジュール１００は、絶縁基板であるセラミックス基材１０に対してシール材等の接着層Ｃ１によって接着された銅回路２０と、銅回路２０上に積層され、半田Ｃ２によって固定されているチップ３０と、アルミニウム等の金属皮膜で形成され、セラミックス基材１０の銅回路２０とは異なる面にシール材等の接着層Ｃ３によって接着された銅箔８１と、半田Ｃ４と、銅基材８２およびサーマルコンパウンド８３を介してセラミックス基材１０に接合している冷却フィン４０とを有する。
　これに対して、本発明にかかる積層体は、図６に示すような従来の積層体と比して、簡易な構成の薄層構造とすることが可能である。また、同等の厚みの積層体であっても、冷却フィン等の主要な構成部分が占める領域を大きくすることが可能となり、積層体の設計の幅を広くすることができる。
　なお、金属皮膜は、チップから発生した熱を発散させる冷却フィンとして説明したが、金属皮膜を介してチップ等セラミックス基材に積層されたものを加熱するために設けられるものであってもよい。
　また、上述した中間層は、セラミックス基材と冷却フィンとしての金属皮膜との間に設けられるものとして説明したが、セラミックス基材と銅回路との間に設けられるものであってよい。
　ここで、表１を参照して本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例１）
　実施例１では、中間層５０１として、主成分金属層５１１に銀−銅合金、活性成分層５２１に水素化チタンを用いて積層体を作製した。また、セラミックス基材１０１としてアルミナ、金属皮膜４０１としてアルミニウムを用いた。この積層体の断面反射電子像を図７~１０に示す。図７の断面反射電子像は４０倍の電子像、図８の断面反射電子像は５００倍の電子像、図９，１０の断面反射電子像は２０００倍の電子像である。なお、中間層５０１の主成分金属層５１１および活性成分層５２１は、ろう材を塗布後、８００℃の真空中で１時間保持することによって形成した。
　図７~１０に示すように、中間層５０１とセラミックス基材１０１および金属皮膜４０１とは、剥離することなく接合状態が維持されている。また、図９，１０に示すように、中間層５０１は、金属皮膜４０１側に主成分金属層５１１が形成され、セラミックス基材１０１側に活性成分層５２１が形成されている。
　さらに、本実施例１では、セラミックス基材１０１、金属皮膜４０１および中間層５０１に関して、それぞれに含有する元素分布を確認した。図１１は、元素分析を行った断面反射電子像（５００倍）を示す図である。また、図１２~１６は、図１１に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。図１２~１６に示す断面元素分布分析結果では、分析対象の元素の含有量が多くなるに従って赤く表示され、含有量が少なくなるに従って青く表示される。すなわち、含有量が多いほど、赤みがかった色を呈する。
　図１２は、銀の含有量を示す断面元素分布分析結果である。銀は、主成分金属層５１１中の銀−銅合金として用いられており、中間層５０１が赤く表示されている。
　図１３は、アルミニウムの含有量を示す断面元素分布分析結果である。アルミニウムは、金属皮膜４０１中で用いられるとともに、セラミックス基材１０１中のアルミナ（酸化アルミニウム）に含まれている。このため、図１３では、金属皮膜４０１が赤く表示され、セラミックス基材１０１が緑色で表示されている。
　図１４は、銅の含有量を示す断面元素分布分析結果である。銅は、主成分金属層５１１中の銀−銅合金として用いられており、中間層５０１が黄色（部分的に赤色）で表示されている。
　図１５は、チタンの含有量を示す断面元素分布分析結果である。チタンは、活性成分層５２１として用いられており、中間層５０１のセラミックス基材１０１側が赤く表示されている。
　図１６は、酸素の含有量を示す断面元素分布分析結果である。酸素は、セラミックス基材１０１のアルミナ（酸化アルミニウム）中に含まれ、セラミックス基材１０１が赤く表示されている。
　また、実施例１にかかる積層体に対して、密着強度評価を行った。図１７は、密着強度評価を行った評価装置の概略構成を示す模式図である。図１７に示す評価装置７０は、少なくともセラミックス基材１０および金属皮膜である冷却フィン４０からなる積層体（実施例１~４、比較例１~３）を載置する試料台７１と、積層体に対して図中下方に向けた力を加えるピン７２とを備える。
　ピン７２は、アルミニウムによって形成され、エポキシ樹脂である接着剤Ｇを固化することで積層体に密着されている。なお、接着剤Ｇは、１５０℃で１時間保持することによって硬化させた。その後、ピン７２の先端部７２ａを積層体から離れる方向へ引っ張ることによって、セラミックス基材と金属皮膜との間の密着強度を評価した。密着強度評価の評価結果を表１に示す。
　実施例１にかかる積層体において、６０ＭＰａの引張応力を加えた際に、接着剤Ｇが破断して、ピン７２が実施例１にかかる積層体から離脱した。本試験では、評価試験後に破断箇所を確認することによって接着剤Ｇが金属皮膜から剥がれていた場合、密着強度が６０ＭＰａ以上であるものとした。これにより、セラミックス基材と金属皮膜との間の密着強度が６０ＭＰａ以上であり、積層体として高い密着強度を有するという結果が得られた。
（実施例２）
　実施例２では、中間層５０１として、主成分金属層５１１に銀−銅合金、活性成分層５２１に水素化チタンを用いて積層体を作製した。また、セラミックス基材１０１としてアルミナ、金属皮膜４０２として銅を用いた。この積層体の断面反射電子像（３００倍）を図１８に示す。なお、中間層５０１の主成分金属層５１１および活性成分層５２１は、ろう材を塗布後、８００℃の真空中で１時間保持することによって形成した。
　図１８に示すように、中間層５０１とセラミックス基材１０１および金属皮膜４０２とは、剥離することなく接合状態が維持されている。金属皮膜がアルミニウムではなく銅であっても、接合状態を維持した積層体が得られた。
　また、実施例２にかかる積層体においても、図１７に示す評価装置７０による密着強度評価を行った。上述した密着強度評価により、セラミックス基材と金属皮膜との間の密着強度が６０ＭＰａ以上であり、積層体として高い密着強度を有するという結果が得られた。
（実施例３）
　実施例３では、中間層５０２として、主成分金属層に銀、活性成分層に２重量％のゲルマニウムを用い、１５重量％の硼素を添加して積層体を作製した。また、セラミックス基材１０１としてアルミナ、金属皮膜４０２として銅を用いた。この積層体の断面反射電子像（３００倍）を図１９に示す。なお、中間層５０２の主成分金属層および活性成分層は、ろう材を塗布後、８５０℃の大気中で１時間保持することによって形成した。
　図１９に示すように、中間層５０２とセラミックス基材１０１および金属皮膜４０２とは、剥離することなく接合状態が維持されている。中間層５０２を大気中で形成させた場合であっても、接合状態を維持した積層体が得られた。
　さらに、セラミックス基材１０１、金属皮膜４０２および中間層５０２に関して、それぞれに含有する元素分布を確認した。図２０は、元素分析を行った断面反射電子像（５００倍）を示す。また、図２１~２５は、図２０に示す断面反射電子像に対する断面元素分布分析結果を示す図である。図２１~２５に示す断面元素分布分析結果では、分析対象の元素の含有量が多くなるに従って赤く表示され、含有量が少なくなるに従って青く表示される。すなわち、含有量が多くなるに従って、青から赤みがかった色に変化する。
　図２１は、銀の含有量を示す断面元素分布分析結果である。銀は、主成分金属層として用いられており、中間層５０２が赤く表示されている。
　図２２は、アルミニウムの含有量を示す断面元素分布分析結果である。アルミニウムは、セラミックス基材１０１中のアルミナ（酸化アルミニウム）に含まれており、セラミックス基材１０１が緑色または黄色で表示されている。
　図２３は、銅の含有量を示す断面元素分布分析結果である。銅は、金属皮膜４０２として用いられており、金属皮膜４０２が赤色で表示されている。
　図２４は、ゲルマニウムの含有量を示す断面元素分布分析結果である。ゲルマニウムは、活性成分層として用いられており、中間層５０２のセラミックス基材１０１側が緑色で表示されている。なお、本実施例３の中間層５０２において、活性成分層には、添加された硼素も含まれていることが考えられる。
　図２５は、酸素の含有量を示す断面元素分布分析結果である。酸素は、セラミックス基材１０１のアルミナ（酸化アルミニウム）中に含まれ、セラミックス基材１０１が赤く表示されている。また、本実施例３は、中間層５０２を大気中で形成させたため、中間層５０２中の酸化した金属部分が緑色で表示されている。
　また、実施例３にかかる積層体においても、図１７に示す評価装置７０による密着強度評価を行った。上述した密着強度評価により、セラミックス基材と金属皮膜との間の密着強度が６０ＭＰａ以上であり、積層体として高い密着強度を有するという結果が得られた。
（実施例４）
　実施例４では、中間層５０３として、主成分金属層に銀、活性成分層に２重量％の水素化チタンを用い、０．４重量％のアルミニウムを添加して積層体を作製した。また、セラミックス基材１０１としてアルミナ、金属皮膜４０２として銅を用いた。この積層体の断面反射電子像（５００倍）を図２６に示す。なお、中間層５０３の主成分金属層５１１および活性成分層５２１は、ろう材を塗布後、９７０℃の大気中で１時間保持することによって形成した。
　図２６に示すように、中間層５０３とセラミックス基材１０１および金属皮膜４０２とは、剥離することなく接合状態が維持されている。金属皮膜がアルミニウムではなく銅であって、中間層を大気中で形成した場合であっても、接合状態を維持した積層体が得られた。
　また、実施例４にかかる積層体においても、図１７に示す評価装置７０による密着強度評価を行った。上述した密着強度評価により、セラミックス基材と金属皮膜との間の密着強度が６０ＭＰａ以上であり、積層体として高い密着強度を有するという結果が得られた。
（比較例１）
　本実施例１に対する比較例として、セラミックス基材１０１としてのアルミナに対して、中間層を形成させずに、金属皮膜４０１としてのアルミニウムをコールドスプレー法によって被膜を形成させて積層体を作製した。この積層体の断面反射電子像（２０００倍）を図２７に示す。
　図２７に示すように、セラミックス基材１０１にコールドスプレー法によって直接アルミニウムを皮膜として形成させた場合、セラミックス基材１０１と金属皮膜４０１とは、剥離した。
（比較例２）
　本実施例２に対する比較例として、セラミックス基材１０１としてのアルミナに対して、中間層を形成させずに、金属皮膜４０２としての銅をコールドスプレー法によって皮膜を形成させて積層体を作製した。この積層体の断面反射電子像（２０００倍）を図２８に示す。
　図２８に示すように、セラミックス基材１０１にコールドスプレー法によって直接銅を皮膜として形成させた場合、セラミックス基材１０１と金属皮膜４０２とは、剥離した。
（比較例３）
　本実施例３，４に対する比較例として、セラミックス基材としてのアルミナに対して、銀を用いて大気中（８５０℃、１時間）で中間層を形成させた後、金属皮膜としての銅をコールドスプレー法によって皮膜を形成させて積層体を作製した。なお、本比較例３は、中間層に活性成分層を含まない構成となる。
　中間層として銀を成膜したセラミックス基材にコールドスプレー法によって銅を皮膜として形成させた場合、セラミックス基材と金属皮膜（中間層としての銀）とは、剥離した。
　以上のように、本発明にかかる積層体およびこの積層体の製造方法は、セラミックス基材と金属皮膜とを接合する場合に有用である。
　１，１００　パワーモジュール
　１０，１０１　セラミックス基材
　２０　銅回路
　３０　チップ
　４０，４０１，４０２　冷却フィン（金属皮膜）
　５０，５０１，５０２，５０３　中間層
　５１，５１１　主成分金属層
　５２，５２１　活性成分層
　６０　コールドスプレー装置
　６１　ガス加熱器
　６２　粉末供給装置
　６３　ガスノズル
　６４　スプレーガン
　７０　評価装置
　７１　試料台
　７２　ピン

Claims (10)

  1. 　絶縁性のセラミックス基材と、
    　金属を含む主成分金属層、および金属または金属の酸化物もしくは水素化物からなる活性成分層を有し、前記セラミックス基材の表面に形成される中間層と、
    　前記中間層の表面に、金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成された金属皮膜と、
    　を備えたことを特徴とする積層体。
  2. 　前記中間層は、真空中で熱処理されることによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
  3. 　前記活性成分層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウムのいずれかの金属または金属の水素化物からなる群より選択される少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項２に記載の積層体。
  4. 　前記主成分金属層は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルからなる群より選択される少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の積層体。
  5. 　前記中間層は、大気中で熱処理されることによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
  6. 　前記活性成分層は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、硼素、珪素、アルミニウム、クロム、インジウムまたは金属の酸化物もしくは水素化物からなる群より選択される少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項５に記載の積層体。
  7. 　前記主成分金属層は、金または銀のうち少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の積層体。
  8. 　セラミックス基材の表面に金属皮膜が形成された積層体を製造する積層体の製造方法であって、
    　前記セラミックス基材の表面に対して、金属または金属の酸化物もしくは水素化物を含むろう材を配設するろう材配設ステップと、
    　前記ろう材配設ステップで前記ろう材が配設された前記セラミックス基材を熱処理することによって中間層を形成させる中間層形成ステップと、
    　前記中間層形成ステップによって形成された前記中間層の表面に、金属を含む粉体をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって前記金属皮膜を形成させる金属皮膜形成ステップと、
    　を含むことを特徴とする積層体の製造方法。
  9. 　前記中間層形成ステップは、真空中で行うことを特徴とする請求項８に記載の積層体の製造方法。
  10. 　前記中間層形成ステップは、大気中で行うことを特徴とする請求項８に記載の積層体の製造方法。
PCT/JP2011/077115 2010-11-19 2011-11-17 積層体および積層体の製造方法 WO2012067263A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11842434.0A EP2641997A4 (en) 2010-11-19 2011-11-17 Laminate and method for producing laminate
KR1020137012386A KR101513603B1 (ko) 2010-11-19 2011-11-17 적층체 및 적층체의 제조 방법
CN201180055230.2A CN103282546B (zh) 2010-11-19 2011-11-17 层叠体和层叠体的制造方法
US13/885,862 US20130236738A1 (en) 2010-11-19 2011-11-17 Laminate and method for producing laminate

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-259412 2010-11-19
JP2010259412A JP5191527B2 (ja) 2010-11-19 2010-11-19 積層体および積層体の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012067263A1 true WO2012067263A1 (ja) 2012-05-24

Family

ID=46084179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/077115 WO2012067263A1 (ja) 2010-11-19 2011-11-17 積層体および積層体の製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130236738A1 (ja)
EP (1) EP2641997A4 (ja)
JP (1) JP5191527B2 (ja)
KR (1) KR101513603B1 (ja)
CN (1) CN103282546B (ja)
WO (1) WO2012067263A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2732967A1 (en) * 2011-07-11 2014-05-21 NHK Spring Co., Ltd. Layered body and manufacturing method for layered body

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103510033B (zh) * 2012-06-28 2017-07-28 富瑞精密组件（昆山）有限公司 金属工件的制备方法
JP6056432B2 (ja) * 2012-12-06 2017-01-11 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、パワーモジュール用基板の製造方法
JP6096094B2 (ja) * 2013-10-28 2017-03-15 日本発條株式会社 積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法
US9548518B2 (en) * 2014-12-16 2017-01-17 General Electric Company Methods for joining ceramic and metallic structures
JP6811719B2 (ja) * 2015-11-11 2021-01-13 日本発條株式会社 積層体の製造方法
WO2017115461A1 (en) * 2015-12-28 2017-07-06 Ngk Insulators, Ltd. Bonded substrate and method for manufacturing bonded substrate
US9682445B1 (en) * 2016-02-12 2017-06-20 The Boeing Company Diffusion-bonded metallic materials
US10252371B2 (en) 2016-02-12 2019-04-09 The Boeing Company Diffusion-bonded metallic materials
CN107481953B (zh) * 2016-06-08 2021-01-05 日本特殊陶业株式会社 层叠发热体
US10583302B2 (en) 2016-09-23 2020-03-10 Greatbatch Ltd. Gold wetting on ceramic surfaces upon coating with titanium hydride
TWI678282B (zh) * 2017-04-21 2019-12-01 國立研究開發法人產業技術綜合研究所 積層體及其製造方法
JP7230432B2 (ja) * 2017-11-02 2023-03-01 三菱マテリアル株式会社 接合体、及び、絶縁回路基板
DE102018208844B3 (de) 2018-06-05 2019-10-02 Continental Automotive Gmbh Kühlkörper, Leistungselektronikmodul mit einem Kühlkörper und Verfahren zur Herstellung des Kühlkörpers
CN113614261A (zh) * 2019-03-25 2021-11-05 京瓷株式会社 电路衬底及具备它的散热衬底或电子设备
DE102019126954A1 (de) * 2019-10-08 2021-04-08 Rogers Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrats, Lötsystem und Metall-Keramik-Substrat, hergestellt mit einem solchen Verfahren
KR102649715B1 (ko) * 2020-10-30 2024-03-21 세메스 주식회사 표면 처리 장치 및 표면 처리 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009197294A (ja) * 2008-02-25 2009-09-03 Honda Motor Co Ltd 積層体の製造方法
JP2010106317A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Nihon Ceratec Co Ltd 耐食性部材
JP2010129934A (ja) * 2008-11-30 2010-06-10 Sintokogio Ltd ガラス回路基板及びガラス回路基板の製造方法
JP2010522974A (ja) * 2007-03-30 2010-07-08 エレクトロヴァック エージー ヒートシンク、およびヒートシンクを備えたコンポーネントユニットまたはモジュールユニット

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL268503A (ja) * 1960-12-09
EP0484533B1 (en) * 1990-05-19 1995-01-25 Anatoly Nikiforovich Papyrin Method and device for coating
US5186380A (en) * 1991-08-15 1993-02-16 Handy & Harman Titanium hydride coated brazing product
JPH09191059A (ja) * 1996-12-04 1997-07-22 Denki Kagaku Kogyo Kk パワー半導体モジュール基板
EP1120386B1 (en) * 2000-01-26 2004-04-07 Ngk Spark Plug Co., Ltd Metallized ceramic member, process for producing the same, vacuum switch, and vacuum vessel
US6528123B1 (en) * 2000-06-28 2003-03-04 Sandia Corporation Coating system to permit direct brazing of ceramics
JP2003048785A (ja) * 2001-08-06 2003-02-21 Kyocera Corp 金属部材とセラミック部材との接合構造および金属部材とセラミック部材との接合方法
US20040065432A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-08 Smith John R. High performance thermal stack for electrical components
WO2005032225A1 (ja) * 2003-09-25 2005-04-07 Kabushiki Kaisha Toshiba セラミック回路基板、その製造方法およびパワーモジュール
US20070215677A1 (en) * 2006-03-14 2007-09-20 Honeywell International, Inc. Cold gas-dynamic spraying method for joining ceramic and metallic articles
US20080099538A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-01 United Technologies Corporation & Pratt & Whitney Canada Corp. Braze pre-placement using cold spray deposition
WO2010113892A1 (ja) * 2009-03-30 2010-10-07 株式会社トクヤマ メタライズド基板を製造する方法、メタライズド基板

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010522974A (ja) * 2007-03-30 2010-07-08 エレクトロヴァック エージー ヒートシンク、およびヒートシンクを備えたコンポーネントユニットまたはモジュールユニット
JP2009197294A (ja) * 2008-02-25 2009-09-03 Honda Motor Co Ltd 積層体の製造方法
JP2010106317A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Nihon Ceratec Co Ltd 耐食性部材
JP2010129934A (ja) * 2008-11-30 2010-06-10 Sintokogio Ltd ガラス回路基板及びガラス回路基板の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2732967A1 (en) * 2011-07-11 2014-05-21 NHK Spring Co., Ltd. Layered body and manufacturing method for layered body
EP2732967A4 (en) * 2011-07-11 2015-02-18 Nhk Spring Co Ltd LAYER BODY AND MANUFACTURING METHOD FOR LAYER BODY

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130100338A (ko) 2013-09-10
EP2641997A4 (en) 2017-12-20
KR101513603B1 (ko) 2015-04-20
US20130236738A1 (en) 2013-09-12
EP2641997A1 (en) 2013-09-25
JP2012111982A (ja) 2012-06-14
CN103282546B (zh) 2016-02-17
JP5191527B2 (ja) 2013-05-08
CN103282546A (zh) 2013-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5191527B2 (ja) 積層体および積層体の製造方法
KR101572586B1 (ko) 적층체 및 적층체의 제조 방법
JP6096094B2 (ja) 積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法
US9520377B2 (en) Semiconductor device package including bonding layer having Ag3Sn
CN106471616B (zh) 接合体和多层接合体制法、功率模块基板和带散热器功率模块基板制法及层叠体制造装置
EP2763166A1 (en) Heat dissipation structure, power module, method for manufacturing heat dissipation structure and method for manufacturing power module
JP5641451B2 (ja) 金属セラミック基板
KR102084339B1 (ko) 적층체 및 적층체의 제조 방법
JP2006319146A (ja) 配線基板
WO2008004552A1 (en) Ceramic-metal bonded body, method for manufacturing the bonded body and semiconductor device using the bonded body
TW201325330A (zh) 配線基板及其製造方法以及半導體裝置
KR20080093594A (ko) 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법
KR102496716B1 (ko) 세라믹 기판 제조 방법
WO2013047330A1 (ja) 接合体
WO2015019890A1 (ja) 放熱板、パワーモジュールおよび放熱板の製造方法
KR101856109B1 (ko) 세라믹 기판 제조 방법 및 이 제조방법으로 제조된 세라믹 기판
KR101856106B1 (ko) 세라믹 기판 제조 방법 및 이 제조방법으로 제조된 세라믹 기판
JP4669965B2 (ja) アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法
WO2019147886A1 (en) Methods of making ceramic-based thermally conductive power substrates
KR20180052449A (ko) 세라믹 기판 및 그 제조 방법
JP4048914B2 (ja) 回路基板の製造方法および回路基板
KR101856108B1 (ko) 세라믹 기판 제조 방법 및 이 제조방법으로 제조된 세라믹 기판
KR20160126924A (ko) 세라믹 기판 제조 방법 및 이 제조방법으로 제조된 세라믹 기판
KR102496717B1 (ko) 세라믹 기판 제조 방법 및 이 제조방법으로 제조된 세라믹 기판
JPH03137069A (ja) 高熱伝導性絶縁基板及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180055230.2

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011842434

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11842434

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20137012386

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13885862

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE