JPH0344064A - 窒化アルミニュウム基板と金属板との接合構造 - Google Patents
窒化アルミニュウム基板と金属板との接合構造Info
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- JPH0344064A JPH0344064A JP1180034A JP18003489A JPH0344064A JP H0344064 A JPH0344064 A JP H0344064A JP 1180034 A JP1180034 A JP 1180034A JP 18003489 A JP18003489 A JP 18003489A JP H0344064 A JPH0344064 A JP H0344064A
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- Japan
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- metal
- aluminum nitride
- layer
- nitride substrate
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
- H10W72/07351—Connecting or disconnecting of die-attach connectors characterised by changes in properties of the die-attach connectors during connecting
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/30—Die-attach connectors
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えばＩＣパッケージ、パワーダイオードや
パワートランジスタ等の発熱部品を窒化アルミニュウム
基板を介して金属基板に接合する際の、該金属基板と上
記窒化アル兆ニュウム基板との接合構造に関し、特に両
者の接合強度を向上できるとともに、熱膨張率の差によ
る剥離を防止できるようにした構造に関する。
パワートランジスタ等の発熱部品を窒化アルミニュウム
基板を介して金属基板に接合する際の、該金属基板と上
記窒化アル兆ニュウム基板との接合構造に関し、特に両
者の接合強度を向上できるとともに、熱膨張率の差によ
る剥離を防止できるようにした構造に関する。
一般にパワーダイオード等の発熱部品は、その内部温度
が所定の限界温度を越えないように常時放熱する必要が
ある。そのため従来から熱伝導率の大きい窒化アルミニ
ュウム基板をヒートシンクとして使用し、この窒化アル
ミニュウム基板を金属基板、例えば銅基板上に接合する
構造が採用されている。このような発熱部品を窒化アル
ミニュウム基板を介して銅基板に接合する構造として、
従来、第２図に示すものがある。これは、銅基板１上に
ばんだ２により窒化アルミニュウム基板３を接続し、該
アルミニュウム基板３上に同しくはんだ４によりパワー
ダイオード５を接続して構成されている。
が所定の限界温度を越えないように常時放熱する必要が
ある。そのため従来から熱伝導率の大きい窒化アルミニ
ュウム基板をヒートシンクとして使用し、この窒化アル
ミニュウム基板を金属基板、例えば銅基板上に接合する
構造が採用されている。このような発熱部品を窒化アル
ミニュウム基板を介して銅基板に接合する構造として、
従来、第２図に示すものがある。これは、銅基板１上に
ばんだ２により窒化アルミニュウム基板３を接続し、該
アルミニュウム基板３上に同しくはんだ４によりパワー
ダイオード５を接続して構成されている。
しかしながら、上記従来の銅基板１と窒化アルミニュウ
ム基板３とをはんだ２により接合する構造は、該アルミ
ニュウム基板３は金属融液との濡れ性が悪いことから、
所定の接合強度を得難いという問題点がある。また、上
記窒化アルミニュウム基板３と銅基板１とは両者の熱膨
張率の差が大きいことから、周囲の温度変化の影響で剥
離し易く、品質に対する信頼性が低いという問題点もあ
る。
ム基板３とをはんだ２により接合する構造は、該アルミ
ニュウム基板３は金属融液との濡れ性が悪いことから、
所定の接合強度を得難いという問題点がある。また、上
記窒化アルミニュウム基板３と銅基板１とは両者の熱膨
張率の差が大きいことから、周囲の温度変化の影響で剥
離し易く、品質に対する信頼性が低いという問題点もあ
る。
本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、窒化
アルミニュウム基板と金属基板との接合強度を向上でき
るとともに、熱膨張率の差に起因して生しる剥離を防止
できる窒化アル嵩ニュウム基板と金属基板との接合構造
を提供することを目的としている。
アルミニュウム基板と金属基板との接合強度を向上でき
るとともに、熱膨張率の差に起因して生しる剥離を防止
できる窒化アル嵩ニュウム基板と金属基板との接合構造
を提供することを目的としている。
そこで本発明は、窒化アル旦ニュウム基板の表面に窒化
チタン層を形成するとともに、該チタン層の表面に金属
材層を形成し、該金属材層の表面にろう材、又ははんだ
により金属基板を接合したことを特徴とする窒化アルミ
ニュウム基板と金属基板との接合構造である。
チタン層を形成するとともに、該チタン層の表面に金属
材層を形成し、該金属材層の表面にろう材、又ははんだ
により金属基板を接合したことを特徴とする窒化アルミ
ニュウム基板と金属基板との接合構造である。
ここで、本発明において上記構成を採用した理由につい
て説明する。
て説明する。
、まず、窒化アルミニュウム基板に窒化チタン層を形成
したのは、窒化アルミニュウム板の濡れ性を改善するた
めである。また、この窒化チタン層は上記窒化アルくニ
ュウム基板にＴｉＮペーストを塗布し、これを焼き付け
て形成することにより実現できる。
したのは、窒化アルミニュウム板の濡れ性を改善するた
めである。また、この窒化チタン層は上記窒化アルくニ
ュウム基板にＴｉＮペーストを塗布し、これを焼き付け
て形成することにより実現できる。
１１、上記窒化チタン層に金属層を形成したのは、この
金属層が窒化アルミニュウム基板と金属基板との接合強
度を向上させる上で必要不可欠であるからである。この
場合、上記金属層は厚さ１μｍ以上にするのが望ましく
、この厚さが１μｍ以下では満足できる強度が得られな
い。また、上記厚さの上限は特に規定しないが、１０μ
ｍ程度が好ましい。これ以上厚くしても接合強度は向上
しないからである。さらに、上記金属層には、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属が採用でき、これの形成方法と
しては、電解めっき法２厚膜印刷法、スパッタリング法
等が採用できる。
金属層が窒化アルミニュウム基板と金属基板との接合強
度を向上させる上で必要不可欠であるからである。この
場合、上記金属層は厚さ１μｍ以上にするのが望ましく
、この厚さが１μｍ以下では満足できる強度が得られな
い。また、上記厚さの上限は特に規定しないが、１０μ
ｍ程度が好ましい。これ以上厚くしても接合強度は向上
しないからである。さらに、上記金属層には、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属が採用でき、これの形成方法と
しては、電解めっき法２厚膜印刷法、スパッタリング法
等が採用できる。
本発明に係る窒化アルミニュウム基板と金属基板との接
合構造によれば、窒化アルミニュウム基板に窒化チタン
層を形成するとともに、この表面に金属材層を形成し、
該金属材層にろう材又ははんだにより金属基板を接合し
たので、低濡れ性による接合強度の悪化を解消でき、上
記金属基板との接合強度を大幅に向上できるとともに、
窒化アルミニュウム基板と金属基板との熱膨張率の差に
よる応力を緩和でき、温度変化による剥離の問題も解消
できる。従って、本発明の接合構造をＩＣパッケージや
パワーダイオード等の発熱部品の接合基板として採用し
た場合は、必要な接合強度を確保し、かつ発熱による剥
離を防止しながら、上記室・化アルミニュウム基板をヒ
ートシンクとして効率よく活用でき、品質に対する信頼
性を大幅に向上できる。
合構造によれば、窒化アルミニュウム基板に窒化チタン
層を形成するとともに、この表面に金属材層を形成し、
該金属材層にろう材又ははんだにより金属基板を接合し
たので、低濡れ性による接合強度の悪化を解消でき、上
記金属基板との接合強度を大幅に向上できるとともに、
窒化アルミニュウム基板と金属基板との熱膨張率の差に
よる応力を緩和でき、温度変化による剥離の問題も解消
できる。従って、本発明の接合構造をＩＣパッケージや
パワーダイオード等の発熱部品の接合基板として採用し
た場合は、必要な接合強度を確保し、かつ発熱による剥
離を防止しながら、上記室・化アルミニュウム基板をヒ
ートシンクとして効率よく活用でき、品質に対する信頼
性を大幅に向上できる。
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による窒化アルミニュウム基
板と金属基板との接合構造を説明するための図である。
板と金属基板との接合構造を説明するための図である。
本実施例ではパワーダイオード等の発熱電子部品を金属
基板上に接合する場合を例にとって説明する。
基板上に接合する場合を例にとって説明する。
図において、１０はパワーダイオード（図示せず）等の
発熱電子部品が搭載される窒化アル呉ニュウム基板であ
り、これは銅基板１１に接合されている。上記窒化アル
ミニュウム基板１０の銅基板１１との対向面には窒化チ
タン層１２が被覆形成されている。この窒化チタン層１
２はＴｉＮペーストを焼き付けて形成されたものである
。また、上記窒化チタン層１２の下側表面にはＣｕめっ
きによる金属層１３が被覆形成されており、該金属層１
３は厚さ１μｍ以上になるように形成されている。
発熱電子部品が搭載される窒化アル呉ニュウム基板であ
り、これは銅基板１１に接合されている。上記窒化アル
ミニュウム基板１０の銅基板１１との対向面には窒化チ
タン層１２が被覆形成されている。この窒化チタン層１
２はＴｉＮペーストを焼き付けて形成されたものである
。また、上記窒化チタン層１２の下側表面にはＣｕめっ
きによる金属層１３が被覆形成されており、該金属層１
３は厚さ１μｍ以上になるように形成されている。
そして、上記金属層１３と上記銅基板１１とはＡｇ
Ｃｕからなるろう材１４により接合されている。なお、
上記金属層１３と銅基板１１とははんだにより接合して
もよい。
Ｃｕからなるろう材１４により接合されている。なお、
上記金属層１３と銅基板１１とははんだにより接合して
もよい。
次に本実施例の作用効果について説明する。
本実施例においては、発熱電子部品からの熱を熱伝導性
の高い窒化アルミニュウム基板１０を介して常時放熱し
ており、これにより上記発熱電子部品の内部温度が所定
の限界温度を越えないようにしている。
の高い窒化アルミニュウム基板１０を介して常時放熱し
ており、これにより上記発熱電子部品の内部温度が所定
の限界温度を越えないようにしている。
ここで、従来の接合構造は、銅基板と窒化アルミニュウ
ム基板とを単にはんだで接合する構造であることから、
両者の接合強度が低く、しかも両者の熱膨張率の差が起
因して剥離し易いという問題があった。これに対して、
本実施例では、窒化アルごニュウム基板１０を、これの
表面に順次形成した窒化チタン層１２．銅めっき金属層
１３を介してＡｇ−Ｃｕろう材１４で銅基板１１に接合
したので、両者の接合強度を大幅に向上できるとともに
、窒化アルミニュウム基板１０と銅基板１１との熱膨張
率の差による応力を緩和でき、温度変化による剥離を防
止でき、品質に対する信頼性を向上できる。
ム基板とを単にはんだで接合する構造であることから、
両者の接合強度が低く、しかも両者の熱膨張率の差が起
因して剥離し易いという問題があった。これに対して、
本実施例では、窒化アルごニュウム基板１０を、これの
表面に順次形成した窒化チタン層１２．銅めっき金属層
１３を介してＡｇ−Ｃｕろう材１４で銅基板１１に接合
したので、両者の接合強度を大幅に向上できるとともに
、窒化アルミニュウム基板１０と銅基板１１との熱膨張
率の差による応力を緩和でき、温度変化による剥離を防
止でき、品質に対する信頼性を向上できる。
なお、上記実施例ではパワーダイオード等の発熱部品を
窒化アルミニュウム基板を介して銅基板に接合する場合
を例にとって説明したが、本発明の接合構造はこれに限
られるものではなく、他の用途においても勿論適用でき
る。
窒化アルミニュウム基板を介して銅基板に接合する場合
を例にとって説明したが、本発明の接合構造はこれに限
られるものではなく、他の用途においても勿論適用でき
る。
また、上記実施例では、金属層にＣｕを採用したが、こ
れは他にｆｉ、ｕ、Ａｇ、Ｎｉ等を採用してもよくこの
場合においても接合強度を向上できる。
れは他にｆｉ、ｕ、Ａｇ、Ｎｉ等を採用してもよくこの
場合においても接合強度を向上できる。
さらに、上記金属層を形成する方法として、上記実施例
では電解めっきを例にとったが、他に厚膜印刷法、スパ
ッタリング法等が採用できる。
では電解めっきを例にとったが、他に厚膜印刷法、スパ
ッタリング法等が採用できる。
さらにまた、上記実施例では、金属基板として銅基板を
例にとったが、これは他の金属板の場合にも適用できる
。
例にとったが、これは他の金属板の場合にも適用できる
。
ここで、本実施例の接合構造を実現するための一具体例
を説明するとともに、その効果を確認するために行った
試験について説明する。
を説明するとともに、その効果を確認するために行った
試験について説明する。
■ まず、窒化アルミニュウム（Ａ＃Ｎ）粉末と、焼結
助剤として酸化イツトリウム（ｙｚ○３）粉末とをＹ＄
備する。上記／’ＩＮ粉末にＹ２Ｏ３粉末を３ｗｔ％添
加、混合し、これに有機バインダーを加えてシート材を
形成する。このシート材の表面にＡ４ＮとＴｉＮとを重
量比１：１に混合したＡ７！Ｎ−ＴｉＮペーストを塗布
した後、乾燥し、これにより窒化アルくニュウム基板を
形成する。
助剤として酸化イツトリウム（ｙｚ○３）粉末とをＹ＄
備する。上記／’ＩＮ粉末にＹ２Ｏ３粉末を３ｗｔ％添
加、混合し、これに有機バインダーを加えてシート材を
形成する。このシート材の表面にＡ４ＮとＴｉＮとを重
量比１：１に混合したＡ７！Ｎ−ＴｉＮペーストを塗布
した後、乾燥し、これにより窒化アルくニュウム基板を
形成する。
■ 上記窒化アルミニュウム基板の上面にＴｉＮペース
トを塗布し、これを窒素雰囲気中にて８００℃×２時間
で脱バインダー処理を行い、しかる後窒素雰囲気中にて
１８５０℃×５時間で焼威し、体焼結する。これにより
、窒化アルごニュウム基板１０の上面に窒化チタン層１
２が形成される。
トを塗布し、これを窒素雰囲気中にて８００℃×２時間
で脱バインダー処理を行い、しかる後窒素雰囲気中にて
１８５０℃×５時間で焼威し、体焼結する。これにより
、窒化アルごニュウム基板１０の上面に窒化チタン層１
２が形成される。
■ 上記窒化チタン層１２の上面に、電解めっきにより
厚さ１μｍ以上のＣｕ膜を被覆し、これにより金属層１
３を形成する。この金属層Ｉ３の上面に、Ａｇ−Ｃｕか
らなるろう材１４により、厚さ３００ μｍの銅基板１
１を接合し、これによりこれにより本実施例の接合構造
が構成される。
厚さ１μｍ以上のＣｕ膜を被覆し、これにより金属層１
３を形成する。この金属層Ｉ３の上面に、Ａｇ−Ｃｕか
らなるろう材１４により、厚さ３００ μｍの銅基板１
１を接合し、これによりこれにより本実施例の接合構造
が構成される。
次に上記製造方法により作成された窒化アルミニュウム
基板１０と銅基板１１との接合強度を測定した。この測
定は、上記銅基板１■にリード線を半田付は接続し、こ
のリード線を上記窒化アルミニュウム基板１０と銅基板
１１との接合面に対して垂直方向に、該接合面が離れる
まで引張って、その接合強度を測定した。
基板１０と銅基板１１との接合強度を測定した。この測
定は、上記銅基板１■にリード線を半田付は接続し、こ
のリード線を上記窒化アルミニュウム基板１０と銅基板
１１との接合面に対して垂直方向に、該接合面が離れる
まで引張って、その接合強度を測定した。
表はその結果を示し、試料隘１は上記金属層１３の膜厚
を０．５μｍにした場合、以下ｍ２．Ｎｎ３゜階４はそ
れぞれ膜厚を１．０μｍ、１０μｍ、５０μｍにした場
合を示す。
を０．５μｍにした場合、以下ｍ２．Ｎｎ３゜階４はそ
れぞれ膜厚を１．０μｍ、１０μｍ、５０μｍにした場
合を示す。
同表からも明らかなように、金属層１３の膜厚が０．５
μｍの場合は、接合強度が０．２ ｋｇ／ ｖｓ■２と
低く、満足できる値が得られていない。これに対して膜
厚１．０ μｍ以上にした場合は、いずれも接合強度は
３〜６ｋｇ／ｍ”と高くなっていることがわかる。一方
、上記膜厚を１０μｍ以上にしても、接合強度は向上し
ておらず、コストの観点から上記金属層の厚さは１〜１
０μｍの範囲内が好ましいといえる。
μｍの場合は、接合強度が０．２ ｋｇ／ ｖｓ■２と
低く、満足できる値が得られていない。これに対して膜
厚１．０ μｍ以上にした場合は、いずれも接合強度は
３〜６ｋｇ／ｍ”と高くなっていることがわかる。一方
、上記膜厚を１０μｍ以上にしても、接合強度は向上し
ておらず、コストの観点から上記金属層の厚さは１〜１
０μｍの範囲内が好ましいといえる。
以上のように本発明に係る窒化アルくニュウム基板と金
属基板との接合構造によれば、窒化アルミニュウム基板
の表面に順次窒化チタン層、金属材層を形成し、該金属
材層の表面にろう、又ははんだにより金属基板を接合し
たので、窒化アルミニュウム基板と金属基板との接合強
度を向上できるとともに、熱膨張率の差による剥離の問
題を解消できる効果がある。
属基板との接合構造によれば、窒化アルミニュウム基板
の表面に順次窒化チタン層、金属材層を形成し、該金属
材層の表面にろう、又ははんだにより金属基板を接合し
たので、窒化アルミニュウム基板と金属基板との接合強
度を向上できるとともに、熱膨張率の差による剥離の問
題を解消できる効果がある。
／Ｑ
／
第１図は本発明の一実施例による窒化アル旦ニュウム基
板と金属基板との接合構造を説明するための断面図、第
２図は従来の接合構造を示す断面図である。 図において、１０は窒化アルミニュウム基板、１１は銅
基板、１２は窒化チタン層、１３は銅めっき金属層、１
４はＡｇ−Ｃｕろう材である。
板と金属基板との接合構造を説明するための断面図、第
２図は従来の接合構造を示す断面図である。 図において、１０は窒化アルミニュウム基板、１１は銅
基板、１２は窒化チタン層、１３は銅めっき金属層、１
４はＡｇ−Ｃｕろう材である。
Claims (1)
- （１）窒化アルミニュウム基板の表面に窒化チタン層を
形成し、該チタン層の表面に金属材層を形成するととも
に、該金属材層の表面にろう材、又ははんだにより金属
板を接合したことを特徴とする窒化アルミニュウム基板
と金属板との接合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180034A JPH0344064A (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 窒化アルミニュウム基板と金属板との接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180034A JPH0344064A (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 窒化アルミニュウム基板と金属板との接合構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0344064A true JPH0344064A (ja) | 1991-02-25 |
Family
ID=16076320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1180034A Pending JPH0344064A (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 窒化アルミニュウム基板と金属板との接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0344064A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108033810A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-15 | 北京科技大学 | 一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法 |
-
1989
- 1989-07-11 JP JP1180034A patent/JPH0344064A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108033810A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-15 | 北京科技大学 | 一种氮化铝陶瓷覆铜板的制备方法 |
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