WO2023100917A1 - 接合用金属ペースト、および、接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 - Google Patents

接合用金属ペースト、および、接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 Download PDF

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晶 櫻井
伸幸 寺▲崎▼
美佳 五明
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Definitions

  • Patent Document 1 discloses an insulated circuit board in which a circuit layer is formed by bonding an aluminum piece to one surface of a ceramic substrate, and a metal layer is formed by bonding an aluminum piece to the other surface. and a semiconductor element bonded to the circuit layer via a solder material.
  • Patent Document 2 an aluminum piece is joined to one surface of a ceramic substrate, and a copper piece is solid-phase diffusion-bonded to the aluminum piece to form a circuit layer in which an aluminum layer and a copper layer are laminated.
  • An insulated circuit board has been proposed.
  • Patent Document 3 a conductive circuit layer is formed on one surface of a substrate made of ceramics, a radiator is joined to the other surface of an insulating substrate, and a light emitting element is mounted on the circuit layer.
  • a structural LED module is disclosed.
  • the temporary fixing material needs to be applied and dried, which increases the number of manufacturing processes and reduces the efficiency of the insulated circuit board. There was a risk that it would not be possible to manufacture it on a regular basis. Moreover, there was a possibility that the manufacturing cost would increase.
  • the circuit layer is formed by joining the metal pieces by temporarily fixing the metal pieces using a temporary fixing material and then pressurizing and heating the metal pieces, a part of the temporary fixing material is carbonized during heating. However, there is a risk that the carbon residue will adhere between the circuit patterns, resulting in insufficient insulation between the patterns of the circuit layer.
  • a method for manufacturing an insulated circuit board according to aspect 4 of the present invention is a method for manufacturing an insulated circuit board comprising an insulating layer and a circuit layer formed by bonding a metal piece to one surface of the insulating layer, A bonding metal paste applying step of applying the bonding metal paste to at least one or both of the bonding surfaces of the insulating layer and the metal piece; a drying step of drying the applied bonding metal paste; A lamination step of laminating the insulating layer and the metal piece via the metal paste for bonding of No., and a bonding step of heat-treating and bonding the insulating layer and the metal piece laminated via the metal paste for bonding , wherein, in the lamination step, positional displacement between the insulating layer and the metal piece is suppressed by the adhesive force of the metal paste for bonding after drying.
  • the above-mentioned "circuit layer in which a metal piece is bonded to one surface of an insulating layer” means "a circuit layer composed of a metal piece bonded
  • the present invention it is possible to suppress the positional deviation of the members to be joined without using a temporary fixing material, and the joining metal paste that can be joined with high positional accuracy, and the joined body using this joining metal paste and a method for manufacturing an insulated circuit board.
  • the insulating circuit board 10 comprises a ceramics substrate 11 serving as an insulating layer, a circuit layer 12 disposed on one surface (upper surface in FIG. 1) of the ceramics substrate 11, and a ceramics substrate 11. and a metal layer 13 formed on the other surface (lower surface in FIG. 1).
  • the heat sink 31 is for dissipating heat from the insulating circuit board 10 side.
  • the heat sink 31 is made of a material having good thermal conductivity, and is made of aluminum or an aluminum alloy (for example, A6063 alloy, etc.) in this embodiment.
  • the thickness of the heat sink 31 is set within a range of 3 mm or more and 10 mm or less.
  • the heat sink 31 and the metal layer 13 of the insulated circuit board 10 are solid phase diffusion bonded.
  • a bonding metal according to the present embodiment is applied to a region of one surface of the ceramic substrate 11 (first member) where the plurality of metal pieces 22 (second member) are to be bonded.
  • a paste 25 is applied.
  • the bonding metal paste 25 of the present embodiment is applied to a region of the other surface of the ceramic substrate 11 (first member) where the metal piece 23 (second member) is to be bonded.
  • it is preferable to set the coating thickness of the bonding metal paste 25 so as to be within the range of 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less after the drying step S02 described later.
  • the joining metal paste 25 of the present embodiment contains metal powder, acrylic resin, a plasticizer made of adipate, and a solvent.
  • the content of the plasticizer is in the range of 3.2 mass % or more and 10.4 mass % or less, and the mass A of the plasticizer and the mass B of the acrylic resin are and the ratio A/B is within the range of 0.2 ⁇ A/B ⁇ 1.3.
  • the content of the acrylic resin is within the range of 3.2 mass % or more and 8.0 mass % or less.
  • drying step S02 Next, the applied bonding metal paste 25 is dried.
  • the drying conditions are preferably such that the drying temperature is in the range of 100° C. or higher and 155° C. or lower, and the drying time is in the range of 5 minutes or longer and 30 minutes or shorter. Most of the solvent volatilizes in this drying step S02.
  • the drying atmosphere for drying the bonding metal paste 25 include an air atmosphere, an inert atmosphere such as nitrogen or argon, and a vacuum atmosphere.
  • the bonding metal paste 25 of the present embodiment contains an acrylic resin and a plasticizer made of an adipate ester, and the content of the plasticizer is 3.2 mass% or more and 10.4 mass% or less.
  • the ratio A/B of the mass A of the plasticizer to the mass B of the acrylic resin is within the range of 0.2 ⁇ A/B ⁇ 1.3, so after the drying step S02 Since the plasticizer remains and the adhesiveness of the acrylic resin is ensured, adhesiveness is exhibited in the bonding metal paste 25a after drying.
  • the laminated ceramic substrate 11 and the metal pieces 22 and 23 are heat-treated and joined through the dried joining metal paste 25a.
  • the heating temperature is appropriately selected according to the metal pieces to be joined.
  • the metal piece is copper or a copper alloy, the eutectic point of Ag and Cu or higher, and when it is aluminum or an aluminum alloy, the eutectic point of aluminum and the metal contained in the metal paste for bonding is higher than the eutectic point.
  • oxygen-free copper is used as the metal layers 22 and 23 in the present embodiment, the heating temperature in the bonding step S04 is equal to or higher than the eutectic point temperature of Ag and Cu. °C or less.
  • the bonding metal paste 25 of the present embodiment configured as described above, it contains an acrylic resin and a plasticizer made of an adipate ester, and the content of the plasticizer is 3.2 mass. % or more and 10.4 mass% or less, and the ratio A / B of the mass A of the plasticizer and the mass B of the acrylic resin is within the range of 0.2 ⁇ A / B ⁇ 1.3 Therefore, sufficient adhesive strength (for example, adhesive strength of 0.02 MPa or more and 1.0 MPa or less) is exhibited in the bonding metal paste 25a after drying, and bonding is performed without using a temporary fixing material. Positional deviation between the ceramic substrate 11 and the metal pieces 22 and 23 can be suppressed.
  • the bonding metal paste 25a after drying is applied under the pressure conditions of 0.05 MPa or more and 0.5 MPa or less and the pressure time of 5 seconds or more and 60 seconds or less.

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Abstract

本発明の接合用金属ペーストは、金属粉末と、アクリル樹脂と、アジピン酸エステルからなる可塑剤と、溶剤と、を含有し、前記可塑剤の含有量が３．２ｍａｓｓ％以上１０．４ｍａｓｓ％以下の範囲内とされるとともに、前記可塑剤の質量Ａと前記アクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂが０．２≦Ａ／Ｂ≦１．３の範囲内とされている。

Description

接合用金属ペースト、および、接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法
　本発明は、部材同士を接合する際に用いられる接合用金属ペースト、および、この接合用金属ペーストを用いた接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法に関する。
　本願は、２０２１年１１月３０日に、日本に出願された特願２０２１－１９４４５４号および２０２２年１１月２９日に、日本に出願された特願２０２２－１９０２２１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　パワーモジュール、ＬＥＤモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
　また、上述の絶縁回路基板においては、絶縁層の一方の面に導電性の優れた金属片を接合して回路層とし、また、他方の面に放熱性に優れた金属片を接合して金属層を形成した構造のものが提供されている。
　さらに、回路層に搭載した素子等において発生した熱を効率的に放散させるために、絶縁層の他方の面側にヒートシンクを接合したヒートシンク付き絶縁回路基板も提供されている。
　例えば、特許文献１には、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム片を接合することで回路層が形成されるとともに、他方の面にアルミニウム片を接合することにより金属層が形成された絶縁回路基板と、この回路層上にはんだ材を介して接合された半導体素子と、を備えたパワーモジュールが開示されている。
　また、特許文献２には、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム片を接合し、このアルミニウム片に銅片を固相拡散接合することにより、アルミニウム層と銅層とが積層された回路層を形成した絶縁回路基板が提案されている。
　さらに、特許文献３には、セラミックスからなる基材の一方の面に導電性の回路層が形成され、絶縁基板の他方の面に放熱体が接合され、回路層上に発光素子が搭載された構造のＬＥＤモジュールが開示されている。
　ここで、セラミックス基板と金属片、アルミニウム片と銅片、絶縁回路基板とヒートシンク等を接合する場合には、例えば特許文献４－６に記載されているように、接合する部材の間にポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機物を含む仮止め材を用いて、部材同士の位置合せをして仮止めした状態で積層方向に加圧して加熱することにより、部材同士を接合している。
日本国特許第３１７１２３４号公報（Ｂ） 日本国特許第５４０３１２９号公報（Ｂ） 日本国特開２０１５－０７０１９９号公報（Ａ） 日本国特開２０１４－１７５４２５号公報（Ａ） 日本国特開２０１４－２０９５９１号公報（Ａ） 日本国特開２０１６－１０５４５２号公報（Ａ）
　ところで、上述のように、仮止め材を用いて金属片の仮止めを行う場合には、仮止め材の塗布作業および乾燥作業が必要となり、製造工程が増加してしまい、絶縁回路基板を効率的に製造することができなくなるおそれがあった。また、製造コストが増大するおそれがあった。
　また、仮止め材を用いて金属片を仮止めし、これを加圧して加熱することによって金属片を接合することにより回路層を形成した際には、仮止め材の一部が加熱時に炭化し、回路パターン間に付着して炭素残渣となり、回路層のパターン間の絶縁性が不十分となるおそれがあった。
　この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、仮止め材を用いることなく、接合する部材の位置ずれを抑制でき、位置精度良く接合することが可能な接合用金属ペースト、および、この接合用金属ペーストを用いた接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
　上述の課題を解決するために、本発明の態様１の接合用金属ペーストは、金属粉末と、アクリル樹脂と、アジピン酸エステルからなる可塑剤と、溶剤と、を含有し、前記可塑剤の含有量が３．２ｍａｓｓ％以上１０．４ｍａｓｓ％以下の範囲内とされるとともに、前記可塑剤の質量Ａと前記アクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂが０．２≦Ａ／Ｂ≦１．３の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の態様１の接合用金属ペーストによれば、アクリル樹脂と、アジピン酸エステルからなる可塑剤と、を含有しており、前記可塑剤の含有量が３．２ｍａｓｓ％以上１０．４ｍａｓｓ％以下の範囲内とされるとともに、前記可塑剤の質量Ａと前記アクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂが０．２≦Ａ／Ｂ≦１．３の範囲内とされているので、この接合用金属ペーストを塗布して乾燥した際に十分な粘着力が発現されることになり、仮止め材を用いることなく、接合する部材の位置ずれを抑制することができる。よって、接合する部材を位置精度良く接合することが可能となる。
　本発明の態様２の接合体の製造方法は、第一部材と第二部材とが接合された接合体の製造方法であって、前記第一部材および前記第二部材の接合面の少なくとも一方又は両方に、本発明の態様１の接合用金属ペーストを塗布する接合用金属ペースト塗布工程と、塗布した前記接合用金属ペーストを乾燥させる乾燥工程と、乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して前記第一部材と前記第二部材とを積層する積層工程と、前記接合用金属ペーストを介して積層した前記第一部材と前記第二部材を熱処理して接合する接合工程と、を備えており、前記積層工程では、乾燥後の前記接合用金属ペーストの粘着力により、前記第一部材と前記第二部材との位置ずれを抑制することを特徴としている。
　本発明の態様２の接合体の製造方法によれば、上述の接合用金属ペーストを塗布して乾燥させた後に、前記第一部材と前記第二部材とを積層しており、乾燥後の前記接合用金属ペーストの粘着力により、前記第一部材と前記第二部材との位置ずれを抑制する構成とされているので、仮止め材を用いることなく、前記第一部材と前記第二部材との位置ずれを確実に抑制でき、前記第一部材と前記第二部材とを位置精度良く接合することが可能となる。
　本発明の態様３の接合体の製造方法は、本発明の態様２の接合体の製造方法において、前記積層工程では、乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して積層した前記第一部材と前記第二部材に対して、積層方向に加圧する構成とされており、加圧圧力が０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲内、加圧時間が５秒以上６０秒以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の態様３の接合体の製造方法によれば、積層工程において、上述の加圧条件で、乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して積層した前記第一部材と前記第二部材を積層方向に加圧しているので、前記第一部材と前記第二部材との位置ずれをさらに確実に抑制でき、前記第一部材と前記第二部材とをさらに位置精度良く接合することが可能となる。
　本発明の態様４の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面に金属片が接合されてなる回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記絶縁層および前記金属片の接合面の少なくとも一方又は両方に、上述の接合用金属ペーストを塗布する接合用金属ペースト塗布工程と、塗布した前記接合用金属ペーストを乾燥させる乾燥工程と、乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して前記絶縁層と前記金属片とを積層する積層工程と、前記接合用金属ペーストを介して積層した前記絶縁層と前記金属片を熱処理して接合する接合工程と、を備えており、前記積層工程では、乾燥後の前記接合用金属ペーストの粘着力により、前記絶縁層と前記金属片との位置ずれを抑制することを特徴としている。
　上述した「絶縁層の一方の面に金属片が接合されてなる回路層」は、「絶縁層の一方の面に接合された金属片で構成される回路層」を意味している。
　本発明の態様４の絶縁回路基板の製造方法によれば、上述の接合用金属ペーストを塗布して乾燥させた後に、前記絶縁層と前記金属片とを積層しており、乾燥後の前記接合用金属ペーストの粘着力により、前記絶縁層と前記金属片との位置ずれを抑制する構成とされているので、仮止め材を用いることなく、前記絶縁層と前記金属片との位置ずれを確実に抑制でき、前記絶縁層と前記金属片とを位置精度良く接合することが可能となる。
　本発明の態様５の絶縁回路基板の製造方法は、本発明の態様４の絶縁回路基板の製造方法において、前記積層工程では、乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して積層した前記絶縁層と前記金属片に対して、積層方向に加圧する構成とされており、加圧圧力が０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲内、加圧時間が５秒以上６０秒以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の態様４の絶縁回路基板の製造方法によれば、積層工程において、上述の加圧条件で、乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して積層した前記絶縁層と前記金属片を積層方向に加圧しているので、前記絶縁層と前記金属片との位置ずれをさらに確実に抑制でき、前記絶縁層と前記金属片とをさらに位置精度良く接合することが可能となる。
　本発明によれば、仮止め材を用いることなく、接合する部材の位置ずれを抑制でき、位置精度良く接合することが可能な接合用金属ペースト、および、この接合用金属ペーストを用いた接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面説明図である。 図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。 図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。 図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
　以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
　図１に、本発明の実施形態である接合用金属ペーストを用いた絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板１０、および、この絶縁回路基板１０用いたパワーモジュール１を示す。
　このパワーモジュール１は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の一方側（図１において上側）にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、絶縁回路基板１０の他方側（図１において下側）に配設されたヒートシンク３１と、を備えている。
　はんだ層２は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
　半導体素子３は、半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて種々の半導体素子が選択される。
　絶縁回路基板１０は、図１に示すように、絶縁層となるセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１において下面）に形成された金属層１３と、を備えている。
　セラミックス基板１１（絶縁層）は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）等で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されている。本実施形態では、セラミックス基板としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用い、厚さは０．６３５ｍｍに設定されている。
　なお、セラミックス基板１１としてＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）を用いる場合、厚さは０．３２ｍｍとすることが好ましい。
　回路層１２は、図３および図４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に銅、銅合金、アルミニウム、又は、アルミニウム合金からなる金属片２２が接合されることにより形成されている。ペーストの粘着力は、ペーストの塗布面積に対する金属片２２の接触面積の比率に比例する。本実施形態では、金属片２２の接合面の全体がペーストに接触していることを前提としている。銅又は銅合金としては、無酸素銅やタフピッチ銅等を用いることができる。また、アルミニウム又はアルミニウム合金としては純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）やＡ３００３合金、Ａ６０６３合金などの圧延板等を用いることができる。本実施形態においては、回路層１２を構成する金属片２２として、無酸素銅の圧延板を打抜いたものが用いられている。
　この回路層１２には、上述の金属片２２をパターン状に接合することで回路パターンが形成されており、その一方の面（図１において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面とされている。ここで、回路層１２の厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．８ｍｍに設定されている。
　金属層１３は、図３および図４に示すように、セラミックス基板１１の他方の面に銅、銅合金、アルミニウム、又は、アルミニウム合金からなる金属片２３が接合されることにより形成されている。ペーストの粘着力は、ペーストの塗布面積に対する金属片２３の接触面積の比率に比例する。本実施形態では、金属片２３の接合面の全体がペーストに接触していることを前提としている。金属片２３としては、無酸素銅やタフピッチ銅、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）やＡ３００３合金、Ａ６０６３合金などの圧延板等で構成されたものを用いることができる。本実施形態においては、金属層１３を構成する金属片２３として、無酸素銅の圧延板が用いられている。
ここで、金属層１３の厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．８ｍｍに設定されている。
　ヒートシンク３１は、絶縁回路基板１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク３１は、熱伝導性が良好な材質で構成されており、本実施形態においては、アルミニウム又はアルミニウム合金（例えばＡ６０６３合金等）で構成されている。このヒートシンク３１の厚さは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
　なお、ヒートシンク３１と絶縁回路基板１０の金属層１３とは、固相拡散接合されている。
　次に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図２から図４を用いて説明する。
（接合用金属ペースト塗布工程Ｓ０１）
　まず、図３に示すように、セラミックス基板１１（第一部材）の一方の面のうち複数の金属片２２（第二部材）が接合される予定の領域に、本実施形態である接合用金属ペースト２５を塗布する。また、セラミックス基板１１（第一部材）の他方の面のうち金属片２３（第二部材）が接合される予定の領域に、本実施形態である接合用金属ペースト２５を塗布する。
　なお、接合用金属ペースト２５の塗布厚さは、後述する乾燥工程Ｓ０２の後で５μｍ以上２０μｍ以下の範囲内となるように、設定することが好ましい。
　ここで、本実施形態である接合用金属ペースト２５について説明する。
　本実施形態である接合用金属ペースト２５は、金属粉末と、アクリル樹脂と、アジピン酸エステルからなる可塑剤と、溶剤と、を含有する。
　そして、本実施形態である接合用金属ペースト２５においては、可塑剤の含有量が３．２ｍａｓｓ％以上１０．４ｍａｓｓ％以下の範囲内とされるとともに、可塑剤の質量Ａとアクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂが０．２≦Ａ／Ｂ≦１．３の範囲内とされている。また、アクリル樹脂の含有量は３．２ｍａｓｓ％以上８．０ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。
　また、アジピン酸エステルからなる可塑剤として、例えば、アジピン酸ジイソノニル、アジピン酸ジイソデシル、アジピン酸ビス（２－エチルヘキシル）、アジピン酸ビス（２－ブトキシエチル）などを用いることができる。溶剤としては、α－テルピネオール、テキサノール(イソ酪酸３－ヒドロキシ－２，２，４－トリメチルペンチル)やブチルカルビトールアセタートなどを用いることができる。
　なお、本実施形態である接合用金属ペースト２５においては、接合用金属ペーストを１００ｍａｓｓ％として、金属粉末の含有量は、５０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましく、溶剤の含有量は、５．８ｍａｓｓ％以上３１．６ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。
　また、金属粉末は、接合する部材に応じて適宜選択される。ＡｌＮやＳｉ３Ｎ４からなるセラミックス基板と銅または銅合金を接合する際は、ＡｇとＣｕとＴｉ等の活性金属または活性金属の水素化物が含まれる混合粉末または合金粉末を用いる。ＡｌＮやＳｉ３Ｎ４からなるセラミックス基板とアルミニウムまたはアルミニウム合金を接合する際は、アルミニウムとケイ素、またはアルミニウムと銅等の混合粉末を用いる。本実施形態では、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１と無酸素銅からなる金属片２２，２３を接合することから、金属粉末として、Ａｇ粉末と活性金属であるＴｉ粉末との混合粉末を用いている。また、ＡｇとＴｉの混合比（質量比）は、Ａｇ／Ｔｉ＝１．２以上２６．７以下の範囲内としている。
　さらに、金属粉末の平均粒径は、１μｍ以上５μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
　なお、上記各含有量は、接合用金属ペーストを１００ｍａｓｓ％とした時の値である。
（乾燥工程Ｓ０２）
　次に、塗布した接合用金属ペースト２５を乾燥させる。乾燥条件は、乾燥温度を１００℃以上１５５℃以下の範囲内、乾燥時間を５分以上３０分以下の範囲内、とすることが好ましい。この乾燥工程Ｓ０２で、ほとんどの溶媒は揮発する。接合用金属ペースト２５を乾燥させる乾燥雰囲気としては、大気雰囲気、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気、真空雰囲気などが挙げられる。
　本実施形態である接合用金属ペースト２５においては、上述のように、アクリル樹脂とアジピン酸エステルからなる可塑剤とを含有し、可塑剤の含有量が３．２ｍａｓｓ％以上１０．４ｍａｓｓ％以下の範囲内とされるとともに、可塑剤の質量Ａとアクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂが０．２≦Ａ／Ｂ≦１．３の範囲内とされていることから、乾燥工程Ｓ０２後にも可塑剤が残存してアクリル樹脂の粘着性が確保されることで、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａにおいて粘着力が発現することになる。
　ここで、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａにおいてさらなる粘着力を発現させるためには、可塑剤の含有量の下限を３．４ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、３．５ｍａｓｓ％以上とすることがより好ましい。一方、可塑剤の含有量の上限を６．０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましく、５．０ｍａｓｓ％以下とすることがより好ましい。
　また、可塑剤の質量Ａとアクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂを０．２以上とすることが好ましく、０．４以上とすることがより好ましく、０．５以上とすることがさらに好ましい。一方、可塑剤の質量Ａとアクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂを１．３以下とすることが好ましく、１．０以下とすることがより好ましく、０．８以下とすることがさらに好ましい。
（積層工程Ｓ０３）
　次に、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａを介して、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２となる金属片２２を積層し、セラミックス基板１１の他方の面に金属層１３となる金属片２３を積層する。このとき、セラミックス基板１１の一方の面においては、複数の金属片２２をパターン状に配置することにより、回路パターンが形成される。
　本実施形態においては、積層工程Ｓ０３では、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａを介して積層したセラミックス基板１１と金属片２２，２３を積層方向に加圧してもよい。このときの加圧条件は、加圧圧力が０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲内、加圧時間が５秒以上６０秒以下の範囲内とすることが好ましい。
（接合工程Ｓ０４）
　そして、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａを介して積層したセラミックス基板１１と金属片２２，２３とを熱処理して接合する。加熱温度は接合する金属片により適宜選択される。金属片が銅や銅合金であった場合はＡｇとＣｕの共晶点以上、アルミニウムまたはアルミニウム合金であった場合はアルミニウムと接合用金属ペースト内に含まれる金属との共晶点以上とされている。
　本実施形態では金属層２２、２３として無酸素銅が用いられているため、接合工程Ｓ０４における加熱温度は、ＡｇとＣｕの共晶点温度以上とされており、具体的には７９０℃以上８３０℃以下の範囲内とされている。また、接合工程Ｓ０４における保持時間は、５分以上６０分以下の範囲内とされている。なお、接合工程Ｓ０４における加熱温度は、８００℃以上８２０℃以下の範囲内とすることが好ましい。また、接合工程Ｓ０４における保持時間は、１０分以上３０分以下の範囲内とすることが好ましい。
　さらに、加熱保持後の冷却速度は、特に限定はないが、２℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲内とすることが好ましい。
　以上のような工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。
（ヒートシンク接合工程Ｓ０５）
　次に、この絶縁回路基板１０の金属層１３の他方側にヒートシンク３１を積層し、絶縁回路基板１０とヒートシンク３１とが積層した積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、アルミニウムと銅との共晶温度未満の加熱温度で保持することにより、金属層１３とヒートシンク３１を固相拡散接合する。
　このヒートシンク接合工程Ｓ０５における接合条件は、真空条件は１０－３Ｐａ以下、加熱温度は５１０℃以上５４５℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間が４５分以上１２０分以下の範囲内に設定されている。
（半導体素子接合工程Ｓ０６）
　次いで、回路層１２の一方の面に、はんだ材を介して半導体素子３を積層し、加熱炉内においてはんだ接合する。
　上記のようにして、図１に示すパワーモジュール１が製造される。
　以上のような構成とされた本実施形態である接合用金属ペースト２５によれば、アクリル樹脂と、アジピン酸エステルからなる可塑剤と、を含有しており、可塑剤の含有量が３．２ｍａｓｓ％以上１０．４ｍａｓｓ％以下の範囲内とされるとともに、可塑剤の質量Ａとアクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂが０．２≦Ａ／Ｂ≦１．３の範囲内とされているので、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａにおいて十分な粘着力（例えば、０．０２ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ以下の粘着力）が発現されることになり、仮止め材を用いることなく、接合するセラミックス基板１１と金属片２２，２３との位置ずれを抑制することができる。よって、金属片２２，２３を位置精度良く接合することが可能となる。
　また、本実施形態によれば、仮止め材を用いて金属片を仮止めする際に、仮止め材の一部が炭化し、回路パターン間に付着して炭素残渣となり、回路層のパターン間の絶縁性が不十分になる問題を回避することができる。
　また、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａを介してセラミックス基板１１と金属片２２，２３とを積層しており、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａの粘着力により、セラミックス基板１１と金属片２２，２３との位置ずれを抑制する構成とされているので、仮止め材を用いることなく、セラミックス基板１１と金属片２２，２３の位置ずれを確実に抑制でき、セラミックス基板１１と金属片２２，２３とを位置精度良く接合することが可能となる。
　さらに、積層工程Ｓ０３において、加圧圧力：０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲内、加圧時間：５秒以上６０秒以下の範囲内の加圧条件で、乾燥後の接合用金属ペースト２５ａを介して積層したセラミックス基板１１と金属片２２，２３を積層方向に加圧した場合には、セラミックス基板１１と金属片２２，２３との位置ずれをさらに確実に抑制でき、セラミックス基板１１と金属片２２，２３をさらに位置精度良く接合することが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施形態では、絶縁回路基板の回路層にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
　また、本実施形態では、絶縁層をセラミックス基板で構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、絶縁層をアクリル樹脂等で構成したものであってもよい。
　また、本実施形態では、絶縁回路基板（金属層）とヒートシンクとを固相拡散接合によって接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ろう付け、ＴＬＰ等の他の接合方法を適用してもよい。
　さらに、本実施形態では、ヒートシンクをアルミニウムから成るものとして説明したが、これに限定されることはなく、銅等で構成されていてもよいし、内部に冷却媒体が流通される流路を備えたものであってもよい。
　以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
　表２記載のセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ（ＡｌＮ）、４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３２ｍｍｔ（Ｓｉ３Ｎ４））、および、無酸素銅からなる金属片（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．８ｍｍｔ）を準備した。そして、表１に示す組成の接合用金属ペーストを準備した。
　セラミックス基板の一方の面に、接合用金属ペーストを塗布し、その後、表２に示す条件で乾燥した。なお、接合用金属ペーストの塗布厚さは、乾燥後で５～２０μｍとなるように調整した。
　乾燥した接合用金属ペーストの上に、金属片を積層した。このとき、表２に示す加圧圧力および加圧時間で、積層方向に加圧した。
　なお、セラミックス基板の一方の面には、回路パターンを形成するために、２枚の金属片を回路パターン間の距離（金属片同士の距離）が１．０ｍｍとなるように配置した。
　次に、表２に示す条件で加熱し、その後、加熱温度から７００℃までの冷却速度を３℃／分として熱処理し、セラミックス基板と金属片とを接合し、絶縁回路基板（接合体）を製造した。
　そして、以下の項目について評価した。
（シェア強度）
　乾燥後の接合用金属ペーストを介して積層したセラミックス基板と金属片について、株式会社レスカ製ボンディングテスタＰＴＲ－１１０１を用いて、シェア強度を測定した。
ツールを金属片の側面にあて、セラミックス基板に対して水平方向、すなわちセラミックス基板の一方の面に平行な方向へ動かし、金属片がペーストからはがれたときにかかっていた荷重を測定した。なお、シェア速度（ツールを動かす速度）を０．０５ｍｍ／ｓとした。評価結果を表２に示す。
（接合性評価）
　接合後のセラミックス基板と金属片との接合界面の接合率について、超音波探傷装置（株式会社日立パワーソリューションズ製ＦｉｎｅＳＡＴ２００）を用いて評価し、以下の式から算出した。ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち回路層の面積とした。回路層が複数の部分に分離されている場合には、それらの接合面積の合計を初期接合面積とした。また、この場合には、剥離している部分の面積の合計を剥離面積とした。超音波探傷像を二値化処理した画像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積（非接合部面積）とした。
（接合率）＝｛（初期接合面積）－（非接合部面積）｝／（初期接合面積）×１００
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　比較例１においては、アジピン酸ジイソノニルからなる可塑剤の含有量が３．０ｍａｓｓ％とされており、接合用金属ペーストの粘着力が不十分であって、シェア強度が０ＭＰａとなった。
　比較例２においては、アジピン酸ジイソノニルからなる可塑剤の含有量が１０．６ｍａｓｓ％とされており、接合用金属ペーストの粘着力が不十分であって、シェア強度が０ＭＰａとなった。
　比較例３においては、可塑剤Ａとアクリル樹脂Ｂとの質量比Ａ／Ｂが０．１とされており、接合用金属ペーストの粘着力が不十分であって、シェア強度が０ＭＰａとなった。
　比較例４においては、可塑剤Ａとアクリル樹脂Ｂとの質量比Ａ／Ｂが１．４とされており、接合用金属ペーストの粘着力が不十分であって、シェア強度が０ＭＰａとなった。
　比較例５においては、可塑剤を含有しておらず、接合用金属ペーストの粘着力が不十分であって、シェア強度が０ＭＰａとなった。
　これに対して、本発明例１～７においては、アジピン酸エステルからなる可塑剤の含有量が３．２ｍａｓｓ％以上１０．４ｍａｓｓ％以下の範囲内とされるとともに、前記可塑剤の質量Ａと前記アクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂが０．２≦Ａ／Ｂ≦１．３の範囲内とされており、接合用金属ペーストの粘着力が確保され、シェア強度が０．０２ＭＰａ以上となった。
　本実施例の結果から、本発明例によれば、仮止め材を用いることなく、接合する部材の位置ずれを抑制でき、位置精度良く接合することが可能な接合用金属ペースト、および、この接合用金属ペーストを用いた絶縁回路基板の製造方法（接合体の製造方法）を提供可能であることが確認された。
　本発明によれば、仮止め材を用いることなく、接合する部材の位置ずれを抑制でき、位置精度良く接合することが可能な接合用金属ペースト、および、この接合用金属ペーストを用いた接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。
１　パワーモジュール
３　半導体素子
１０　絶縁回路基板
１１　セラミックス基板（絶縁層）
１２　回路層
１３　金属層
２２　金属片
２３　金属片

Claims (5)

  1. 　金属粉末と、アクリル樹脂と、アジピン酸エステルからなる可塑剤と、溶剤と、を含有し、
    　前記可塑剤の含有量が３．２ｍａｓｓ％以上１０．４ｍａｓｓ％以下の範囲内とされるとともに、前記可塑剤の質量Ａと前記アクリル樹脂の質量Ｂとの比Ａ／Ｂが０．２≦Ａ／Ｂ≦１．３の範囲内とされていることを特徴とする接合用金属ペースト。
  2. 　第一部材と第二部材とが接合された接合体の製造方法であって、
    　前記第一部材および前記第二部材の接合面の少なくとも一方又は両方に、請求項１に記載の接合用金属ペーストを塗布する接合用金属ペースト塗布工程と、
    　塗布した前記接合用金属ペーストを乾燥させる乾燥工程と、
    　乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して前記第一部材と前記第二部材と積層する積層工程と、
    　前記接合用金属ペーストを介して積層した前記第一部材と前記第二部材を熱処理して接合する接合工程と、
    　を備えており、
    　前記積層工程では、乾燥後の前記接合用金属ペーストの粘着力により、前記第一部材と前記第二部材との位置ずれを抑制することを特徴とする接合体の製造方法。
  3. 　前記積層工程では、乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して積層した前記第一部材と前記第二部材に対して、積層方向に加圧する構成とされており、加圧圧力が０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲内、加圧時間が５秒以上６０秒以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項２に記載の接合体の製造方法。
  4. 　絶縁層と、この絶縁層の一方の面に金属片が接合されてなる回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
    　前記絶縁層および前記金属片の接合面の少なくとも一方又は両方に、請求項１に記載の接合用金属ペーストを塗布する接合用金属ペースト塗布工程と、
    　塗布した前記接合用金属ペーストを乾燥させる乾燥工程と、
    　乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して前記絶縁層と前記金属片と積層する積層工程と、
    　前記接合用金属ペーストを介して積層した前記絶縁層と前記金属片を熱処理して接合する接合工程と、
    　を備えており、
    　前記積層工程では、乾燥後の前記接合用金属ペーストの粘着力により、前記絶縁層と前記金属片との位置ずれを抑制することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
  5. 　前記積層工程では、乾燥後の前記接合用金属ペーストを介して積層した前記絶縁層と前記金属片に対して、積層方向に加圧する構成とされており、加圧圧力が０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲内、加圧時間が５秒以上６０秒以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項４に記載の絶縁回路基板の製造方法。
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