JPH0551272A - 窒化アルミニウム基板と金属板の接合体の製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム基板と金属板の接合体の製造方法Info
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- JPH0551272A JPH0551272A JP23712591A JP23712591A JPH0551272A JP H0551272 A JPH0551272 A JP H0551272A JP 23712591 A JP23712591 A JP 23712591A JP 23712591 A JP23712591 A JP 23712591A JP H0551272 A JPH0551272 A JP H0551272A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化アルミニウム基板と金属板の接合性を改
善すると共に、熱処理時におけるＡｌＮ基板と金属板の
位置ずれを防止する。 【構成】 Ｃｕ板１の上にペースト印刷によりＣｕ−Ａ
ｇ層２を形成し、その上にペースト印刷によりＴｉ層３
を形成し、さらにその上にＡｌＮ基板４を重ね合わせ、
この後、真空中で熱処理を行ない、Ｃｕ板１とＡｌＮ基
板４の接合体５を製造する。
善すると共に、熱処理時におけるＡｌＮ基板と金属板の
位置ずれを防止する。 【構成】 Ｃｕ板１の上にペースト印刷によりＣｕ−Ａ
ｇ層２を形成し、その上にペースト印刷によりＴｉ層３
を形成し、さらにその上にＡｌＮ基板４を重ね合わせ、
この後、真空中で熱処理を行ない、Ｃｕ板１とＡｌＮ基
板４の接合体５を製造する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放熱性の良好な窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）基板と金属板を接合させた接合体
の製造方法に関する。このＡｌＮ基板と金属板の接合体
は、例えばＩＣ（集積回路）パッケージやパワーダイオ
ード等を実装するための基板として用いられるものであ
る。
ルミニウム（ＡｌＮ）基板と金属板を接合させた接合体
の製造方法に関する。このＡｌＮ基板と金属板の接合体
は、例えばＩＣ（集積回路）パッケージやパワーダイオ
ード等を実装するための基板として用いられるものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高密度化、高速化およ
び高出力化に伴う発熱量の増大に対応させるため、基板
材料としては放熱性に優れたものが要求されてきてい
る。放熱性に優れた基板材料としては、従来より常用さ
れているアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）に代わり、熱伝導率の高
いＡｌＮ基板が注目されている。
び高出力化に伴う発熱量の増大に対応させるため、基板
材料としては放熱性に優れたものが要求されてきてい
る。放熱性に優れた基板材料としては、従来より常用さ
れているアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）に代わり、熱伝導率の高
いＡｌＮ基板が注目されている。
【０００３】しかしながら、実装基板としての放熱性を
良くするためには、ヒートシンクとして厚さ数１００μ
ｍの金属板をＡｌＮ基板に接合させ、半導体デバイスで
発生した熱を金属板へ伝え、金属板から空中へ放熱させ
る必要がある。
良くするためには、ヒートシンクとして厚さ数１００μ
ｍの金属板をＡｌＮ基板に接合させ、半導体デバイスで
発生した熱を金属板へ伝え、金属板から空中へ放熱させ
る必要がある。
【０００４】このため、従来にあっては、Ｔｉ（チタ
ン）等の活性金属を添加したロウ材を用いてＡｌＮ基板
に銅板等の金属板を接合させている。
ン）等の活性金属を添加したロウ材を用いてＡｌＮ基板
に銅板等の金属板を接合させている。
【０００５】図３は従来例におけるＡｌＮ基板と金属板
の接合方法を示す断面図である。まず、厚膜印刷により
金属板３１上にＴｉ，Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）の混合粉
末よりなるペーストでロウ材層３２を形成した後、Ａｌ
Ｎ基板３３をロウ材層３２の上から金属板３１に重ね、
これに真空中で熱処理を施してロウ材層３２を溶融させ
る。しかして、ＡｌＮ基板３３とロウ材層３２の界面に
ＴｉＮ層が生成し、これによりＡｌＮ基板３３と金属板
３１が接合される。
の接合方法を示す断面図である。まず、厚膜印刷により
金属板３１上にＴｉ，Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）の混合粉
末よりなるペーストでロウ材層３２を形成した後、Ａｌ
Ｎ基板３３をロウ材層３２の上から金属板３１に重ね、
これに真空中で熱処理を施してロウ材層３２を溶融させ
る。しかして、ＡｌＮ基板３３とロウ材層３２の界面に
ＴｉＮ層が生成し、これによりＡｌＮ基板３３と金属板
３１が接合される。
【０００６】この結果、金属板３１はＡｌＮ基板３３に
一体に接合されてヒートシンクとして働き、実装基板と
しての放熱性を良好にする。また、この金属板３１はエ
ッチング等によってパターニングすることにより、配線
パターンとしても使用できる。
一体に接合されてヒートシンクとして働き、実装基板と
しての放熱性を良好にする。また、この金属板３１はエ
ッチング等によってパターニングすることにより、配線
パターンとしても使用できる。
【０００７】しかしながら、このような接合方法にあっ
ては、ＡｌＮ基板３３と金属板３１の接合面積が大きい
場合には、ＡｌＮ基板３３と金属板３１の接合面全面に
ＴｉＮ層を形成させるのは困難であった。従って、この
方法で製造した接合体には、接合の信頼性が低く、また
ＴｉＮ層が形成されていない領域においては熱伝導が悪
く、放熱性が低下するという問題があった。
ては、ＡｌＮ基板３３と金属板３１の接合面積が大きい
場合には、ＡｌＮ基板３３と金属板３１の接合面全面に
ＴｉＮ層を形成させるのは困難であった。従って、この
方法で製造した接合体には、接合の信頼性が低く、また
ＴｉＮ層が形成されていない領域においては熱伝導が悪
く、放熱性が低下するという問題があった。
【０００８】また、図４は別な従来例におけるＡｌＮ基
板と金属板の接合方法を示す断面図である。これは、Ａ
ｌＮ基板４１と金属板４２の間にＴｉ箔４３及びＣｕ−
Ａｇ系のロウ材の箔４４を挟み込み、これを熱処理して
ＡｌＮ基板４１と金属板４２を接合させるものである。
板と金属板の接合方法を示す断面図である。これは、Ａ
ｌＮ基板４１と金属板４２の間にＴｉ箔４３及びＣｕ−
Ａｇ系のロウ材の箔４４を挟み込み、これを熱処理して
ＡｌＮ基板４１と金属板４２を接合させるものである。
【０００９】しかし、この接合方法にあっては、ＡｌＮ
基板４１と金属板４２の間に挟まれる箔４３，４４の薄
さには限界があり、昇温時に溶融したロウ材の融液量を
コントロールすることが困難であるため、熱処理時にロ
ウ材の融液が潤滑層となってＡｌＮ基板４１と金属板４
２がずれ動き易く、金属板４２の位置決め精度が悪くな
るという問題があった。
基板４１と金属板４２の間に挟まれる箔４３，４４の薄
さには限界があり、昇温時に溶融したロウ材の融液量を
コントロールすることが困難であるため、熱処理時にロ
ウ材の融液が潤滑層となってＡｌＮ基板４１と金属板４
２がずれ動き易く、金属板４２の位置決め精度が悪くな
るという問題があった。
【００１０】また、Ｔｉ箔４３の薄さにも限界があるた
め、接合界面に生成するＴｉＮ層が厚くなりすぎ、Ｔｉ
Ｎ層そのものは脆性材料であるので接合の信頼性が低下
するという問題もあった。
め、接合界面に生成するＴｉＮ層が厚くなりすぎ、Ｔｉ
Ｎ層そのものは脆性材料であるので接合の信頼性が低下
するという問題もあった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、ＡｌＮ基板と金属板の接合性を改善し、また熱
処理時におけるＡｌＮ基板と金属板の位置ずれを防止す
ることにある。
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、ＡｌＮ基板と金属板の接合性を改善し、また熱
処理時におけるＡｌＮ基板と金属板の位置ずれを防止す
ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による窒化アルミ
ニウム基板と金属板の接合体の製造方法は、厚膜もしく
は薄膜形成技術を用いて銅−銀層及びチタン層を形成す
ることにより、金属板と窒化アルミニウム基板の間に金
属板側から銅−銀層及びチタン層を挟み込んだ後、真空
中において熱処理を施すことにより窒化アルミニウム基
板と金属板とを接合させることを特徴としている。
ニウム基板と金属板の接合体の製造方法は、厚膜もしく
は薄膜形成技術を用いて銅−銀層及びチタン層を形成す
ることにより、金属板と窒化アルミニウム基板の間に金
属板側から銅−銀層及びチタン層を挟み込んだ後、真空
中において熱処理を施すことにより窒化アルミニウム基
板と金属板とを接合させることを特徴としている。
【００１３】
【作用】本発明にあっては、窒化アルミニウム基板の側
にＴｉ層を挟み込んでいるので、接合面全面にわたって
Ｔｉ層とＡｌＮ基板を効果的に反応させてＴｉＮ層を形
成することができ、金属板と窒化アルミニウム基板の接
合信頼性が高く、放熱性も良好となる。
にＴｉ層を挟み込んでいるので、接合面全面にわたって
Ｔｉ層とＡｌＮ基板を効果的に反応させてＴｉＮ層を形
成することができ、金属板と窒化アルミニウム基板の接
合信頼性が高く、放熱性も良好となる。
【００１４】また、本発明にあっては、例えばペースト
印刷のような厚膜形成技術や例えば真空蒸着、スパッタ
リング等の薄膜形成技術によりＣｕ−Ａｇ層とＴｉ層を
形成しているので、Ｃｕ−Ａｇ層及びＴｉ層の厚みを薄
くコントロールすることができ、熱処理時に生成する融
液量を接合のための必要最小量にすることができ、Ａｌ
Ｎ基板と金属板の位置ずれを防止できる。
印刷のような厚膜形成技術や例えば真空蒸着、スパッタ
リング等の薄膜形成技術によりＣｕ−Ａｇ層とＴｉ層を
形成しているので、Ｃｕ−Ａｇ層及びＴｉ層の厚みを薄
くコントロールすることができ、熱処理時に生成する融
液量を接合のための必要最小量にすることができ、Ａｌ
Ｎ基板と金属板の位置ずれを防止できる。
【００１５】さらに、Ｔｉ層の厚みを薄くすることによ
って生成するＴｉＮ層も薄くなるので、接合体の接合信
頼性が一層向上する。
って生成するＴｉＮ層も薄くなるので、接合体の接合信
頼性が一層向上する。
【００１６】
【実施例】図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の一実施例
による窒化アルミニウム基板４とＣｕ板１の接合体５の
製造方法を示す正面図である。この図に従って当該接合
体５の製造方法を説明する。
による窒化アルミニウム基板４とＣｕ板１の接合体５の
製造方法を示す正面図である。この図に従って当該接合
体５の製造方法を説明する。
【００１７】まず、図１（ａ）に示すように、縦横各２
ｍｍ、厚さ３００μｍのＣｕ板１の上にＣｕ：Ａｇの重
量比が２８：７２で残部が有機物からなるＣｕ−Ａｇペ
ーストを約２０μｍの厚みにペースト印刷し、これを乾
燥させてＣｕ−Ａｇ層２を形成する。
ｍｍ、厚さ３００μｍのＣｕ板１の上にＣｕ：Ａｇの重
量比が２８：７２で残部が有機物からなるＣｕ−Ａｇペ
ーストを約２０μｍの厚みにペースト印刷し、これを乾
燥させてＣｕ−Ａｇ層２を形成する。
【００１８】ついで、Ｃｕ−Ａｇ層２の上にＴｉ粉末と
有機物からなるＴｉペーストを約５μｍの厚みにペース
ト印刷し、これを乾燥させてＴｉ層３を形成する。
有機物からなるＴｉペーストを約５μｍの厚みにペース
ト印刷し、これを乾燥させてＴｉ層３を形成する。
【００１９】この後、図１（ｂ）に示すように、Ｃｕ−
Ａｇ層２及びＴｉ層３を２層に印刷したＣｕ板１を反転
させて縦横各１０ｍｍのＡｌＮ基板４の上に重ね、１０
-5〜１０-4Torrの真空中において９５０℃で１０分間熱
処理を施す。
Ａｇ層２及びＴｉ層３を２層に印刷したＣｕ板１を反転
させて縦横各１０ｍｍのＡｌＮ基板４の上に重ね、１０
-5〜１０-4Torrの真空中において９５０℃で１０分間熱
処理を施す。
【００２０】この結果、ＡｌＮ基板４とＴｉ層３との界
面にＴｉＮ層が形成され、図１（ｃ）に示すように、Ｃ
ｕ−Ａｇ層２とＴｉ層３が溶融して形成されたロウ材６
によってＣｕ板１とＡｌＮ基板４とが強固に接合され
る。しかも、熱処理時に生成する融液量をコントロール
してＣｕ板１とＡｌＮ基板４との位置ずれを防止するこ
とができる。
面にＴｉＮ層が形成され、図１（ｃ）に示すように、Ｃ
ｕ−Ａｇ層２とＴｉ層３が溶融して形成されたロウ材６
によってＣｕ板１とＡｌＮ基板４とが強固に接合され
る。しかも、熱処理時に生成する融液量をコントロール
してＣｕ板１とＡｌＮ基板４との位置ずれを防止するこ
とができる。
【００２１】次に、図１の実施例の製造方法により接合
体のサンプルを１００個製造し、その剥離強度（ピール
強度）を測定した。同時に、Ｔｉ：Ａｇ：Ｃｕの重量比
が１０：６５：２５で残部が有機物からなるロウ材ペー
ストを使用して実施例と同様な寸法の比較例のサンプル
を１００個製造し、その剥離強度を測定した。
体のサンプルを１００個製造し、その剥離強度（ピール
強度）を測定した。同時に、Ｔｉ：Ａｇ：Ｃｕの重量比
が１０：６５：２５で残部が有機物からなるロウ材ペー
ストを使用して実施例と同様な寸法の比較例のサンプル
を１００個製造し、その剥離強度を測定した。
【００２２】これらの剥離強度の測定は、実施例及び比
較例によるサンプル接合体に直径８ｍｍの錫メッキ銅線
をＬ形にハンダ付けして行なった。この測定結果を表１
に示す。
較例によるサンプル接合体に直径８ｍｍの錫メッキ銅線
をＬ形にハンダ付けして行なった。この測定結果を表１
に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】ここで、ｘは各１００個のサンプルについ
ての剥離強度の平均値、ｍｉｎ及びｍａｘは剥離強度の
最小値及び最大値、σは剥離強度のバラツキ（標準偏
差）を示している。
ての剥離強度の平均値、ｍｉｎ及びｍａｘは剥離強度の
最小値及び最大値、σは剥離強度のバラツキ（標準偏
差）を示している。
【００２５】この表１の結果によれば、比較例と比較し
て、実施例のほうが剥離強度が高くなっており、そのバ
ラツキも小さくなっており、本発明の効果が確認され
た。
て、実施例のほうが剥離強度が高くなっており、そのバ
ラツキも小さくなっており、本発明の効果が確認され
た。
【００２６】また、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の
別な実施例による窒化アルミニウム基板４とＣｕ板１の
接合体５の製造方法を示す正面図である。この実施例で
は、縦横各２５．４ｍｍ、厚さ３００μｍのＣｕ板１の
上に図１（ａ）と同様にしてＣｕ−Ａｇペーストを印刷
してＣｕ−Ａｇ層２を形成し、さらに、その上にＴｉペ
ーストを印刷してＴｉ層３を形成した後、一対の金属板
を縦横各３０ｍｍのＡｌＮ基板４の上下両面に重ね、１
０-5〜１０-4Torrの真空中において９５０℃で１０分間
熱処理を施した。
別な実施例による窒化アルミニウム基板４とＣｕ板１の
接合体５の製造方法を示す正面図である。この実施例で
は、縦横各２５．４ｍｍ、厚さ３００μｍのＣｕ板１の
上に図１（ａ）と同様にしてＣｕ−Ａｇペーストを印刷
してＣｕ−Ａｇ層２を形成し、さらに、その上にＴｉペ
ーストを印刷してＴｉ層３を形成した後、一対の金属板
を縦横各３０ｍｍのＡｌＮ基板４の上下両面に重ね、１
０-5〜１０-4Torrの真空中において９５０℃で１０分間
熱処理を施した。
【００２７】ついで、このようにして製造された接合体
５を用いてＴｉＮ層の生成面積を測定した。すなわち、
当該接合体５を硝酸水溶液に浸漬して金属部分を溶解さ
せ、Ｃｕ板１の面積に対するＴｉＮ層の生成面積を画像
解析により測定した。
５を用いてＴｉＮ層の生成面積を測定した。すなわち、
当該接合体５を硝酸水溶液に浸漬して金属部分を溶解さ
せ、Ｃｕ板１の面積に対するＴｉＮ層の生成面積を画像
解析により測定した。
【００２８】同様に、Ｔｉ：Ａｇ：Ｃｕの重量比が１
０：６５：２５で残部が有機物からなるロウ材ペースト
を使用して図２の実施例と同様な寸法の比較例の接合体
５を製造し、図２の実施例と同様にしてＣｕ板１の面積
に対するＴｉＮ層の生成面積を測定した。
０：６５：２５で残部が有機物からなるロウ材ペースト
を使用して図２の実施例と同様な寸法の比較例の接合体
５を製造し、図２の実施例と同様にしてＣｕ板１の面積
に対するＴｉＮ層の生成面積を測定した。
【００２９】この結果、比較例ではＴｉＮ層の生成面積
比率が９２.６％であるのに対し、実施例ではＴｉＮ層
の生成面積比率は９９.８％であった。すなわち、本発
明の方法によれば、Ｔｉ層とＡｌＮ基板とを効果的に反
応させることができ、接合性を大幅に改善できることが
わかった。
比率が９２.６％であるのに対し、実施例ではＴｉＮ層
の生成面積比率は９９.８％であった。すなわち、本発
明の方法によれば、Ｔｉ層とＡｌＮ基板とを効果的に反
応させることができ、接合性を大幅に改善できることが
わかった。
【００３０】なお、上記各実施例では、Ｃｕ−Ａｇ層及
びＴｉ層の厚みは、数μｍ〜数１０μｍ程度が好まし
い。また、Ｃｕ−Ａｇ層及びＴｉ層はペースト印刷（例
えば、スクリーン印刷）によって形成したが、これ以外
にも蒸着法やスパッタリング等の薄膜形成技術によって
形成してもよいし、Ｃｕ−Ａｇ層とＴｉ層のうち一層を
薄膜形成技術で作成し、他の一層を厚膜形成技術で作成
してもよい。
びＴｉ層の厚みは、数μｍ〜数１０μｍ程度が好まし
い。また、Ｃｕ−Ａｇ層及びＴｉ層はペースト印刷（例
えば、スクリーン印刷）によって形成したが、これ以外
にも蒸着法やスパッタリング等の薄膜形成技術によって
形成してもよいし、Ｃｕ−Ａｇ層とＴｉ層のうち一層を
薄膜形成技術で作成し、他の一層を厚膜形成技術で作成
してもよい。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、Ｔｉ層とＡｌＮ基板を
効果的に反応させて接合面のほぼ全面にわたってＴｉＮ
層を形成することができ、金属板と窒化アルミニウム基
板の接合面積が大きくなっても非接合部分がほとんど生
じず、しかも、ＴｉＮ層が厚くなり過ぎることもない。
したがって、ＡｌＮ基板と金属板の接合信頼性を高め、
放熱性を良好にすることができる。
効果的に反応させて接合面のほぼ全面にわたってＴｉＮ
層を形成することができ、金属板と窒化アルミニウム基
板の接合面積が大きくなっても非接合部分がほとんど生
じず、しかも、ＴｉＮ層が厚くなり過ぎることもない。
したがって、ＡｌＮ基板と金属板の接合信頼性を高め、
放熱性を良好にすることができる。
【００３２】また、Ｃｕ−Ａｇ層及びＴｉ層の厚みを薄
くコントロールすることができ、熱処理時に生成する融
液量を接合のための必要最小量にすることができるの
で、ＡｌＮ基板と金属板の位置ずれを防止できる。
くコントロールすることができ、熱処理時に生成する融
液量を接合のための必要最小量にすることができるの
で、ＡｌＮ基板と金属板の位置ずれを防止できる。
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の一実施例による
接合体の製造方法を示す正面図である。
接合体の製造方法を示す正面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の別な実施例によ
る接合体の製造方法を示す正面図である。
る接合体の製造方法を示す正面図である。
【図３】従来の接合体の製造方法を示す断面図である。
【図４】従来の他の接合体の製造方法を示す断面図であ
る。
る。
１ Ｃｕ板 ２ Ｃｕ−Ａｇ層 ３ Ｔｉ層 ４ ＡｌＮ基板 ５ 接合体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂部 行雄 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】 厚膜もしくは薄膜形成技術を用いて銅−
銀層及びチタン層を形成することにより、金属板と窒化
アルミニウム基板の間に金属板側から銅−銀層及びチタ
ン層を挟み込んだ後、真空中において熱処理を施すこと
により窒化アルミニウム基板と金属板とを接合させるこ
とを特徴とする窒化アルミニウム基板と金属板の接合体
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23712591A JPH0551272A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 窒化アルミニウム基板と金属板の接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23712591A JPH0551272A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 窒化アルミニウム基板と金属板の接合体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551272A true JPH0551272A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=17010785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23712591A Pending JPH0551272A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 窒化アルミニウム基板と金属板の接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0551272A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10163378A (ja) * | 1996-12-04 | 1998-06-19 | Toshiba Corp | 配線基板およびその製造方法 |
-
1991
- 1991-08-22 JP JP23712591A patent/JPH0551272A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10163378A (ja) * | 1996-12-04 | 1998-06-19 | Toshiba Corp | 配線基板およびその製造方法 |
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