JPH0551273A - 窒化アルミニウム基板と金属板の接合体 - Google Patents
窒化アルミニウム基板と金属板の接合体Info
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- JPH0551273A JPH0551273A JP23712691A JP23712691A JPH0551273A JP H0551273 A JPH0551273 A JP H0551273A JP 23712691 A JP23712691 A JP 23712691A JP 23712691 A JP23712691 A JP 23712691A JP H0551273 A JPH0551273 A JP H0551273A
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- aluminum nitride
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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
- H05K1/03—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
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 活性金属を含むロウ材とＡｌＮ基板の接合面
積が大きい場合にも、非接合領域を低減させ、ＡｌＮ基
板と金属板との接合を確実にし、接合体の信頼性を向上
させる。 【構成】 ＡｌＮ粉末に焼結助剤としてＹ2Ｏ3及びＴｉ
Ｎを添加混合し、さらに有機バインダを加えたものを成
形し、焼成してＡｌＮ基板２を製作する。ついで、Ｔｉ
−Ａｇ−Ｃｕの混合粉末よりなるロウ材１のペーストを
用いてＡｌＮ基板２の両面にＣｕ板等の金属板３を重
ね、熱処理して金属板３をＡｌＮ基板２に接合させる。
接合時には、ロウ材中のＴｉとＡｌＮ基板中のＡｌＮか
ら生成されるＴｉＮがＡｌＮ基板中のＴｉＮと合体成長
し、ＴｉＮ層の生成面積が大きくなる。
積が大きい場合にも、非接合領域を低減させ、ＡｌＮ基
板と金属板との接合を確実にし、接合体の信頼性を向上
させる。 【構成】 ＡｌＮ粉末に焼結助剤としてＹ2Ｏ3及びＴｉ
Ｎを添加混合し、さらに有機バインダを加えたものを成
形し、焼成してＡｌＮ基板２を製作する。ついで、Ｔｉ
−Ａｇ−Ｃｕの混合粉末よりなるロウ材１のペーストを
用いてＡｌＮ基板２の両面にＣｕ板等の金属板３を重
ね、熱処理して金属板３をＡｌＮ基板２に接合させる。
接合時には、ロウ材中のＴｉとＡｌＮ基板中のＡｌＮか
ら生成されるＴｉＮがＡｌＮ基板中のＴｉＮと合体成長
し、ＴｉＮ層の生成面積が大きくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化アルミニウム基板
と金属板の接合体に関する。具体的には、本発明に係る
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。
と金属板の接合体に関する。具体的には、本発明に係る
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、高速化及び
高出力化に伴う発熱量の増大に対応するため、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、従来よりアルミナ基板
が用いられていたが、最近では熱伝導率の高い窒化アル
ミニウム（以下、ＡｌＮと記す。）基板が注目されてい
る。しかし、実装基板としての放熱性を良好にするため
には、ＡｌＮ基板にヒートシンクとして厚さ数１００μ
ｍの銅板等の金属板を接合させる必要がある。
高出力化に伴う発熱量の増大に対応するため、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、従来よりアルミナ基板
が用いられていたが、最近では熱伝導率の高い窒化アル
ミニウム（以下、ＡｌＮと記す。）基板が注目されてい
る。しかし、実装基板としての放熱性を良好にするため
には、ＡｌＮ基板にヒートシンクとして厚さ数１００μ
ｍの銅板等の金属板を接合させる必要がある。
【０００３】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
に金属板を接合させている。すなわち、Ｔｉ、Ａｇ
（銀）、Ｃｕ（銅）の混合粉末よりなるロウ材のペース
トをＡｌＮ基板と金属板の間に厚膜印刷した後、真空中
においてこの接合体に熱処理を施し、ロウ材を溶融させ
てＡｌＮ基板と金属板を強固に接合させている。こうし
てＡｌＮ基板と接合された金属板は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し、また配線パ
ターンとしても使用される。
ン）等の活性金属を添加したロウ材を用いてＡｌＮ基板
に金属板を接合させている。すなわち、Ｔｉ、Ａｇ
（銀）、Ｃｕ（銅）の混合粉末よりなるロウ材のペース
トをＡｌＮ基板と金属板の間に厚膜印刷した後、真空中
においてこの接合体に熱処理を施し、ロウ材を溶融させ
てＡｌＮ基板と金属板を強固に接合させている。こうし
てＡｌＮ基板と接合された金属板は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し、また配線パ
ターンとしても使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにして製作
された接合体においては、ＡｌＮ基板とロウ材の界面で
ＴｉとＡｌＮが反応してＴｉＮ（窒化チタン）を生成
し、これによりＡｌＮ基板と金属板が接合している。
された接合体においては、ＡｌＮ基板とロウ材の界面で
ＴｉとＡｌＮが反応してＴｉＮ（窒化チタン）を生成
し、これによりＡｌＮ基板と金属板が接合している。
【０００５】しかし、Ｔｉ−Ａｇ−Ｃｕの混合粉末より
なるペーストでロウ材を形成している場合には、ＡｌＮ
基板と金属板の接合面積が大きくなると、ＡｌＮ基板と
金属板の接合面の全面にＴｉＮ層を形成させるのが困難
になる。この結果、従来例にあっては、ＴｉＮ層が生成
せず確実に接合されていない領域が生じ易く、接合の信
頼性が低下し、また、非接合部で熱伝導が妨げられて放
熱性が阻害されるという問題があった。
なるペーストでロウ材を形成している場合には、ＡｌＮ
基板と金属板の接合面積が大きくなると、ＡｌＮ基板と
金属板の接合面の全面にＴｉＮ層を形成させるのが困難
になる。この結果、従来例にあっては、ＴｉＮ層が生成
せず確実に接合されていない領域が生じ易く、接合の信
頼性が低下し、また、非接合部で熱伝導が妨げられて放
熱性が阻害されるという問題があった。
【０００６】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、活性金属
を含むロウ材とＡｌＮ基板の接合を確実にし、接合体の
信頼性を向上させることにある。
されたものであり、その目的とするところは、活性金属
を含むロウ材とＡｌＮ基板の接合を確実にし、接合体の
信頼性を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化アルミニウ
ム基板と金属板の接合体は、窒化アルミニウム基板と金
属板を活性金属を含むロウ材を用いて接合した接合体に
おいて、窒化アルミニウム基板が、ロウ材中に含まれる
活性金属と同種類の元素の窒化物を分散させたものであ
ることを特徴としている。
ム基板と金属板の接合体は、窒化アルミニウム基板と金
属板を活性金属を含むロウ材を用いて接合した接合体に
おいて、窒化アルミニウム基板が、ロウ材中に含まれる
活性金属と同種類の元素の窒化物を分散させたものであ
ることを特徴としている。
【０００８】
【作用】活性金属を含んだロウ材を用いて窒化アルミニ
ウム基板と金属板を接合させると、ロウ材中の活性金属
が窒化アルミニウム基板との界面に移動し、ＡｌＮと反
応して窒化物となる。この際、窒化アルミニウム基板内
の表面近傍に活性金属の窒化物が分散していると、ロウ
材中の活性金属と窒化アルミニウム基板中のＡｌＮから
生成される窒化物が窒化アルミニウム基板中の窒化物と
合体成長しようとするため、窒化アルミニウム基板と金
属板との接合に寄与する窒化物の生成面積が大きくな
り、接合強度が大きくなるとともに接合の信頼性が向上
する。
ウム基板と金属板を接合させると、ロウ材中の活性金属
が窒化アルミニウム基板との界面に移動し、ＡｌＮと反
応して窒化物となる。この際、窒化アルミニウム基板内
の表面近傍に活性金属の窒化物が分散していると、ロウ
材中の活性金属と窒化アルミニウム基板中のＡｌＮから
生成される窒化物が窒化アルミニウム基板中の窒化物と
合体成長しようとするため、窒化アルミニウム基板と金
属板との接合に寄与する窒化物の生成面積が大きくな
り、接合強度が大きくなるとともに接合の信頼性が向上
する。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例によるＡｌＮ基板２
と金属板３との接合体を示す正面図である。以下、この
接合体を製造順序に従って説明する。まず、ＡｌＮ粉末
に焼結助剤として１重量％のＹ2Ｏ3（酸化イットリウ
ム）及び１.５重量％（Ｔｉ換算で０.９重量％）のＴｉ
Ｎを添加混合し、さらに有機バインダを加え、厚さ０.
９ｍｍのシート状に成形してグリーンシートを得た。焼
結収縮を考慮して焼成後に２インチ角となる寸法にグリ
ーンシートを打ち抜いた後、打ち抜かれた成形体を窒素
中において８００℃で２時間熱処理を施し、引き続き空
気中において５５０℃で２時間熱処理を施し、成形体か
らバインダを飛散させた。
と金属板３との接合体を示す正面図である。以下、この
接合体を製造順序に従って説明する。まず、ＡｌＮ粉末
に焼結助剤として１重量％のＹ2Ｏ3（酸化イットリウ
ム）及び１.５重量％（Ｔｉ換算で０.９重量％）のＴｉ
Ｎを添加混合し、さらに有機バインダを加え、厚さ０.
９ｍｍのシート状に成形してグリーンシートを得た。焼
結収縮を考慮して焼成後に２インチ角となる寸法にグリ
ーンシートを打ち抜いた後、打ち抜かれた成形体を窒素
中において８００℃で２時間熱処理を施し、引き続き空
気中において５５０℃で２時間熱処理を施し、成形体か
らバインダを飛散させた。
【００１０】ついで、バインダを飛散させた成形体を窒
化硼素（ＢＮ）製のセッターに挟み、その状態で窒素中
において１８５０℃で５時間焼成した。このようにして
作製したＡｌＮ基板２は黒色の外観を呈していた。ま
た、このＡｌＮ基板２の熱伝導率及び絶縁抵抗を測定し
たところ、熱伝導率は１８０Ｗ／ｍ・゜Ｋ、絶縁抵抗は
１０13Ω−ｃｍであった。
化硼素（ＢＮ）製のセッターに挟み、その状態で窒素中
において１８５０℃で５時間焼成した。このようにして
作製したＡｌＮ基板２は黒色の外観を呈していた。ま
た、このＡｌＮ基板２の熱伝導率及び絶縁抵抗を測定し
たところ、熱伝導率は１８０Ｗ／ｍ・゜Ｋ、絶縁抵抗は
１０13Ω−ｃｍであった。
【００１１】また、Ｔｉが５重量％、Ａｇが６９重量
％、Ｃｕが２６重量％（金属部のみの重量比）となるよ
うにＴｉ−Ａｇ−Ｃｕの混合粉末よりなるロウ材１のペ
ーストを調製した。
％、Ｃｕが２６重量％（金属部のみの重量比）となるよ
うにＴｉ−Ａｇ−Ｃｕの混合粉末よりなるロウ材１のペ
ーストを調製した。
【００１２】しかる後、このロウ材１のペーストを用い
て２インチ角のＡｌＮ基板２の両面に縦横各５０ｍｍ、
厚み０.３ｍｍのＣｕ板等の金属板３を加圧して貼り合
せ、真空中（≦１０-4Torr）において９５０℃で１０分
間熱処理し、金属板３をＡｌＮ基板２に接合させた。
て２インチ角のＡｌＮ基板２の両面に縦横各５０ｍｍ、
厚み０.３ｍｍのＣｕ板等の金属板３を加圧して貼り合
せ、真空中（≦１０-4Torr）において９５０℃で１０分
間熱処理し、金属板３をＡｌＮ基板２に接合させた。
【００１３】このロウ付け時においては、ロウ材中のＴ
ｉがＡｌＮ基板との界面に移動し、ＡｌＮと反応してＴ
ｉＮとなる。しかも、ＡｌＮ基板内にＴｉＮが分散して
いるので、ロウ材中のＴｉとＡｌＮ基板中のＡｌＮから
生成されるＴｉＮがＡｌＮ基板中のＴｉＮと合体成長し
ようとするため、ＴｉＮ層の生成面積が大きくなり、Ａ
ｌＮ基板と金属板との接合強度が大きくなる。
ｉがＡｌＮ基板との界面に移動し、ＡｌＮと反応してＴ
ｉＮとなる。しかも、ＡｌＮ基板内にＴｉＮが分散して
いるので、ロウ材中のＴｉとＡｌＮ基板中のＡｌＮから
生成されるＴｉＮがＡｌＮ基板中のＴｉＮと合体成長し
ようとするため、ＴｉＮ層の生成面積が大きくなり、Ａ
ｌＮ基板と金属板との接合強度が大きくなる。
【００１４】なお、ＡｌＮ基板中に分散しているＴｉ等
の活性金属の窒化物は、金属元素に換算して１.０重量
％以下であれば、ＡｌＮ基板の特性に悪影響を及ぼさな
いことが確認されている（特開平２−８３２６６号公
報）。
の活性金属の窒化物は、金属元素に換算して１.０重量
％以下であれば、ＡｌＮ基板の特性に悪影響を及ぼさな
いことが確認されている（特開平２−８３２６６号公
報）。
【００１５】つぎに、接合体の剥離強度を測定するた
め、上記ＡｌＮ基板と上記ロウ材のペーストを用い、Ａ
ｌＮ基板の片面に縦横各２ｍｍ、厚みが０.３ｍｍのＣ
ｕ板を６０枚加圧して貼り合せ、真空中（≦１０-4Tor
r）において９５０℃で１０分間熱処理し、６０枚のＣ
ｕ板をＡｌＮ基板に接合させ、実施例の接合体を作製し
た。
め、上記ＡｌＮ基板と上記ロウ材のペーストを用い、Ａ
ｌＮ基板の片面に縦横各２ｍｍ、厚みが０.３ｍｍのＣ
ｕ板を６０枚加圧して貼り合せ、真空中（≦１０-4Tor
r）において９５０℃で１０分間熱処理し、６０枚のＣ
ｕ板をＡｌＮ基板に接合させ、実施例の接合体を作製し
た。
【００１６】同様にして、焼結助剤としてＹ2Ｏ3のみを
含んだ市販のＡｌＮ基板（２インチ角）と前記ロウ材の
ペーストを用い、このＡｌＮ基板の片面に縦横各２ｍ
ｍ、厚みが０.３ｍｍのＣｕ板を６０枚加圧して貼り合
せ、真空中（≦１０-4Torr）において９５０℃で１０分
間熱処理し、６０枚のＣｕ板をＡｌＮ基板に接合させ、
比較例の接合体を作製した。
含んだ市販のＡｌＮ基板（２インチ角）と前記ロウ材の
ペーストを用い、このＡｌＮ基板の片面に縦横各２ｍ
ｍ、厚みが０.３ｍｍのＣｕ板を６０枚加圧して貼り合
せ、真空中（≦１０-4Torr）において９５０℃で１０分
間熱処理し、６０枚のＣｕ板をＡｌＮ基板に接合させ、
比較例の接合体を作製した。
【００１７】このようにして作製された実施例及び比較
例の接合体を用い、各Ｃｕ板に直径８ｍｍの錫メッキ銅
線をＬ形に半田付けし、実施例及び比較例の各６０サン
プルについて剥離強度を測定した。この結果を表１に示
す。
例の接合体を用い、各Ｃｕ板に直径８ｍｍの錫メッキ銅
線をＬ形に半田付けし、実施例及び比較例の各６０サン
プルについて剥離強度を測定した。この結果を表１に示
す。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１において、ｘは剥離強度の平均値、ｍ
ｉｎ，ｍａｘは剥離強度の最小値および最大値、σはバ
ラツキ（標準偏差）である。この表１より理解されるよ
うに、比較例と比較して、実施例では剥離強度の平均値
及び最小値が大きく、接合強度を向上させることができ
た。また、実施例では、剥離強度のバラツキも比較例よ
り小さくなった。
ｉｎ，ｍａｘは剥離強度の最小値および最大値、σはバ
ラツキ（標準偏差）である。この表１より理解されるよ
うに、比較例と比較して、実施例では剥離強度の平均値
及び最小値が大きく、接合強度を向上させることができ
た。また、実施例では、剥離強度のバラツキも比較例よ
り小さくなった。
【００２０】さらに、これら実施例及び比較例の接合体
を硝酸水溶液に浸漬し、金属部分を溶解させ、Ｃｕ板の
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。その結果、比較例では８２.０％であったのに対
し、実施例では９６.１％となり、接合性の改善が認め
られた。
を硝酸水溶液に浸漬し、金属部分を溶解させ、Ｃｕ板の
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。その結果、比較例では８２.０％であったのに対
し、実施例では９６.１％となり、接合性の改善が認め
られた。
【００２１】なお、上記実施例ではＴｉＮをＡｌＮ粉末
に混合（分散）したが、ＴｉＯ2等のＴｉ酸化物など他
の化合物で焼成時に窒化物に変化するものをＡｌＮ粉末
に混合しても同様な構造のＡｌＮ基板となり、同等の接
合特性を得ることができる。
に混合（分散）したが、ＴｉＯ2等のＴｉ酸化物など他
の化合物で焼成時に窒化物に変化するものをＡｌＮ粉末
に混合しても同様な構造のＡｌＮ基板となり、同等の接
合特性を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、ロウ材中の活性金属が
窒化アルミニウム基板との界面に移動してＡｌＮと反応
して窒化物となる際、窒化アルミニウム基板内の表面近
傍に分散している活性金属の窒化物と合体成長し、窒化
アルミニウム基板と金属板との接合に寄与する窒化物の
生成面積が大きくなる。この結果、窒化アルミニウム基
板と金属板との接合強度が大きくなり、接合の信頼性も
向上する。従って、半導体デバイスの基板として好適な
接合体となる。
窒化アルミニウム基板との界面に移動してＡｌＮと反応
して窒化物となる際、窒化アルミニウム基板内の表面近
傍に分散している活性金属の窒化物と合体成長し、窒化
アルミニウム基板と金属板との接合に寄与する窒化物の
生成面積が大きくなる。この結果、窒化アルミニウム基
板と金属板との接合強度が大きくなり、接合の信頼性も
向上する。従って、半導体デバイスの基板として好適な
接合体となる。
【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。
１ ロウ材 ２ ＡｌＮ基板 ３ 金属板
───────────────────────────────────────────────────── 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】 窒化アルミニウム基板と金属板を活性金
属を含むロウ材を用いて接合した接合体において、 窒化アルミニウム基板が、ロウ材中に含まれる活性金属
と同種類の元素の窒化物を分散させたものであることを
特徴とする窒化アルミニウム基板と金属板の接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23712691A JPH0551273A (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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23712691A JPH0551273A (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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551273A true JPH0551273A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=17010798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23712691A Pending JPH0551273A (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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0551273A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012209466A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Mitsubishi Materials Corp | 黒色化窒化アルミニウム基板からなるパワーモジュール用セラミックス基板およびその製造方法 |
| JP2023025496A (ja) * | 2021-08-10 | 2023-02-22 | 日本特殊陶業株式会社 | 接合体、その製造方法、および電極埋設部材 |
-
1991
- 1991-08-22 JP JP23712691A patent/JPH0551273A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012209466A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Mitsubishi Materials Corp | 黒色化窒化アルミニウム基板からなるパワーモジュール用セラミックス基板およびその製造方法 |
| JP2023025496A (ja) * | 2021-08-10 | 2023-02-22 | 日本特殊陶業株式会社 | 接合体、その製造方法、および電極埋設部材 |
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