JPH0585850A - 窒化アルミニウム基板と銅板の接合用ロウペースト - Google Patents
窒化アルミニウム基板と銅板の接合用ロウペーストInfo
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＡｌＮ基板と銅板の接合体の接合強度のばら
つきを小さくし、またヒートサイクルテスト後の接合体
の接合強度の劣化を小さくすることにより、接合体の信
頼性及び耐久性を向上させる。 【構成】 ロウペーストは、Ｔｉ、Ｃｕ及びＡｇからな
る金属粉末にＡｌＮ粉末を添加し、さらに残部が有機ビ
ヒクル（有機物）からなる。ＡｌＮ粉末が添加されたロ
ウペーストを用いると、ロウ材中に分散しているＡｌＮ
粉末のためにロウ材層の熱膨張率が小さくなり、ロウ材
層の熱膨張率がＡｌＮ基板に近くなる。この結果、熱処
理後にＡｌＮ基板にかかる残留応力が小さくなる。Ａｌ
Ｎ粉末は、金属粉末１００重量部に対してほぼ０.５〜
１０重量部添加する。
つきを小さくし、またヒートサイクルテスト後の接合体
の接合強度の劣化を小さくすることにより、接合体の信
頼性及び耐久性を向上させる。 【構成】 ロウペーストは、Ｔｉ、Ｃｕ及びＡｇからな
る金属粉末にＡｌＮ粉末を添加し、さらに残部が有機ビ
ヒクル（有機物）からなる。ＡｌＮ粉末が添加されたロ
ウペーストを用いると、ロウ材中に分散しているＡｌＮ
粉末のためにロウ材層の熱膨張率が小さくなり、ロウ材
層の熱膨張率がＡｌＮ基板に近くなる。この結果、熱処
理後にＡｌＮ基板にかかる残留応力が小さくなる。Ａｌ
Ｎ粉末は、金属粉末１００重量部に対してほぼ０.５〜
１０重量部添加する。
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
銅板の接合用ロウペーストに関する。具体的にいうと、
例えばＩＣパッケージやパワーダイオードなどの基板と
して用いられる窒化アルミニウム−銅接合基板を作製す
る際に用いられる接合用ロウペーストに関する。
銅板の接合用ロウペーストに関する。具体的にいうと、
例えばＩＣパッケージやパワーダイオードなどの基板と
して用いられる窒化アルミニウム−銅接合基板を作製す
る際に用いられる接合用ロウペーストに関する。
【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
が用いられてきたが、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。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。
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
が用いられてきたが、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。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。
【０００３】図１（ａ）（ｂ）はＡｌＮ基板と銅板の接
合方法を示す断面図である。この接合体４は、図１
（ａ）に示すように表面が平坦な銅板１にＴｉ−Ｃｕ−
Ａｇ系ロウペースト３を塗布した後、銅板１のペースト
印刷面をＡｌＮ基板２に仮接着し、その上から荷重をか
けた状態で真空中において熱処理を施してロウペースト
３を溶融させ、その後固化したＴｉ−Ｃｕ−Ａｇ系ロウ
材層を介して図１（ｂ）のようにＡｌＮ基板２の表面に
銅板１を強固に接合させたものである。こうしてＡｌＮ
基板２と接合された銅板１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する。また、銅板１は
配線パターンとしても使用できる。
合方法を示す断面図である。この接合体４は、図１
（ａ）に示すように表面が平坦な銅板１にＴｉ−Ｃｕ−
Ａｇ系ロウペースト３を塗布した後、銅板１のペースト
印刷面をＡｌＮ基板２に仮接着し、その上から荷重をか
けた状態で真空中において熱処理を施してロウペースト
３を溶融させ、その後固化したＴｉ−Ｃｕ−Ａｇ系ロウ
材層を介して図１（ｂ）のようにＡｌＮ基板２の表面に
銅板１を強固に接合させたものである。こうしてＡｌＮ
基板２と接合された銅板１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する。また、銅板１は
配線パターンとしても使用できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法で製造された接合体にあっては、ＡｌＮ基板
と銅板との接合強度に大きなばらつきを生じたり、ヒー
トサイクルテスト後に接合強度が大きく劣化したりする
ため、接合体の信頼性及び耐久性に大きな問題があっ
た。
ような方法で製造された接合体にあっては、ＡｌＮ基板
と銅板との接合強度に大きなばらつきを生じたり、ヒー
トサイクルテスト後に接合強度が大きく劣化したりする
ため、接合体の信頼性及び耐久性に大きな問題があっ
た。
【０００５】本発明は叙上の従来例の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、ＡｌＮ基
板と銅板の接合体の接合強度のばらつきを小さくし、ま
たヒートサイクルテスト後の接合体の接合強度の劣化を
小さくすることにより、接合体の信頼性及び耐久性を向
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、ＡｌＮ基
板と銅板の接合体の接合強度のばらつきを小さくし、ま
たヒートサイクルテスト後の接合体の接合強度の劣化を
小さくすることにより、接合体の信頼性及び耐久性を向
上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による窒化アルミ
ニウム基板と銅板の接合用ロウペーストは、窒化アルミ
ニウム基板と銅板を接合するためのロウペーストであっ
て、金属粉末と、金属粉末合計１００重量部に対してほ
ぼ０.５重量部以上１０重量部以下添加された窒化アル
ミニウム粉末と、有機ビヒクルとからなることを特徴と
している。
ニウム基板と銅板の接合用ロウペーストは、窒化アルミ
ニウム基板と銅板を接合するためのロウペーストであっ
て、金属粉末と、金属粉末合計１００重量部に対してほ
ぼ０.５重量部以上１０重量部以下添加された窒化アル
ミニウム粉末と、有機ビヒクルとからなることを特徴と
している。
【０００７】また、典型的には、前記金属粉末として
は、銅、銀及びチタン元素を含むものを用いることがで
きる。
は、銅、銀及びチタン元素を含むものを用いることがで
きる。
【０００８】
【作用】本発明の接合用ロウペーストにあっては、Ｔｉ
−Ｃｕ−Ａｇ系等の金属粉末からなるロウ材中にＡｌＮ
粉末が分散しているので、熱処理後のロウ材層の熱膨張
率が小さくなり、ＡｌＮ粉末を添加していないロウ材層
に比較して当該ロウ材層の熱膨張率がＡｌＮ基板に近く
なる。このため、熱処理後にＡｌＮ基板にかかる残留応
力が小さくなる。この結果、熱処理時の冷却及びヒート
サイクル時の熱衝撃に起因するＡｌＮ基板側のクラック
が発生しなくなり、ＡｌＮ基板と銅板の接合体の接合強
度のばらつきや、ヒートサイクル後の接合強度の劣化を
小さくすることができる。
−Ｃｕ−Ａｇ系等の金属粉末からなるロウ材中にＡｌＮ
粉末が分散しているので、熱処理後のロウ材層の熱膨張
率が小さくなり、ＡｌＮ粉末を添加していないロウ材層
に比較して当該ロウ材層の熱膨張率がＡｌＮ基板に近く
なる。このため、熱処理後にＡｌＮ基板にかかる残留応
力が小さくなる。この結果、熱処理時の冷却及びヒート
サイクル時の熱衝撃に起因するＡｌＮ基板側のクラック
が発生しなくなり、ＡｌＮ基板と銅板の接合体の接合強
度のばらつきや、ヒートサイクル後の接合強度の劣化を
小さくすることができる。
【０００９】なお、ＴｉＮ粉末の添加量が、金属粉末１
００重量部に対してほぼ０.５重量部以下であると、接
合の初期強度のばらつきが大きく、ヒートサイクル後の
接合強度の劣化も著しくなる。また、ほぼ１０重量部以
上であると、初期接合強度が小さく、十分な接合強度を
得られない。
００重量部に対してほぼ０.５重量部以下であると、接
合の初期強度のばらつきが大きく、ヒートサイクル後の
接合強度の劣化も著しくなる。また、ほぼ１０重量部以
上であると、初期接合強度が小さく、十分な接合強度を
得られない。
【００１０】
【実施例】本発明の典型的な実施例による接合用ロウペ
ーストは、Ｔｉ、Ｃｕ及びＡｇからなる金属粉末にＡｌ
Ｎ粉末が添加され、さらに残部が有機ビヒクル（有機
物）からなるものである。
ーストは、Ｔｉ、Ｃｕ及びＡｇからなる金属粉末にＡｌ
Ｎ粉末が添加され、さらに残部が有機ビヒクル（有機
物）からなるものである。
【００１１】このようなＡｌＮ粉末が添加されたロウペ
ーストを塗布した銅板等の金属板をＡｌＮ基板に重ね、
荷重をかけながら熱処理して接合させると、ロウ材中に
分散しているＡｌＮ粉末のためにロウ材層の熱膨張率が
小さくなり、ロウ材層の熱膨張率がＡｌＮ基板に近くな
る。この結果、熱処理後にＡｌＮ基板にかかる残留応力
が小さくなって、熱処理時の冷却及びヒートサイクル時
の熱衝撃に起因するＡｌＮ基板側のクラックが発生しな
くなり、ＡｌＮ基板と銅板の接合体の接合強度のばらつ
きや、ヒートサイクル後の接合強度の劣化を小さくする
ことができる。
ーストを塗布した銅板等の金属板をＡｌＮ基板に重ね、
荷重をかけながら熱処理して接合させると、ロウ材中に
分散しているＡｌＮ粉末のためにロウ材層の熱膨張率が
小さくなり、ロウ材層の熱膨張率がＡｌＮ基板に近くな
る。この結果、熱処理後にＡｌＮ基板にかかる残留応力
が小さくなって、熱処理時の冷却及びヒートサイクル時
の熱衝撃に起因するＡｌＮ基板側のクラックが発生しな
くなり、ＡｌＮ基板と銅板の接合体の接合強度のばらつ
きや、ヒートサイクル後の接合強度の劣化を小さくする
ことができる。
【００１２】このロウペーストにおけるＡｌＮの最適な
添加量を求めるため、以下のような数種のサンプルを作
製し、その接合強度を評価した。この結果を以下に説明
する。
添加量を求めるため、以下のような数種のサンプルを作
製し、その接合強度を評価した。この結果を以下に説明
する。
【００１３】まず、ＴｉとＡｇとＣｕを一般的に用いら
れている重量比で混合して金属粉末を調製し、表１の
「ＡｌＮ添加量」の欄に示すように当該金属粉末の合計
１００重量部に対してＡｌＮ粉末をそれぞれ０重量部、
０.１重量部、０.５重量部、１重量部、３重量部、５重
量部、１０重量部、２０重量部の割合で添加し、さらに
残部に有機物を加えてサンプルNo.１〜８のロウぺース
トを準備した。なお、表１のサンプルNo.において記号
＊の付されているものは、本発明の範囲外のサンプルで
ある。
れている重量比で混合して金属粉末を調製し、表１の
「ＡｌＮ添加量」の欄に示すように当該金属粉末の合計
１００重量部に対してＡｌＮ粉末をそれぞれ０重量部、
０.１重量部、０.５重量部、１重量部、３重量部、５重
量部、１０重量部、２０重量部の割合で添加し、さらに
残部に有機物を加えてサンプルNo.１〜８のロウぺース
トを準備した。なお、表１のサンプルNo.において記号
＊の付されているものは、本発明の範囲外のサンプルで
ある。
【００１４】
【表１】
【００１５】つぎに、サンプルNo.１〜８のロウペース
トを用いてＡｌＮ基板と銅板の接合強度を測定した。す
なわち、サンプルNo.１〜８の各ロウペースト１３を厚
さ１００μｍの銅板１１に塗布し、６０℃のオーブン中
で乾燥させた後、銅板１１を２ｍｍ角のサイズにカット
した。この２ｍｍ角の銅板１１をペースト印刷面を接触
させてＡｌＮ基板１２に仮接着し、真空中において９５
０℃で１０分間熱処理を施し、ＡｌＮ基板１２と銅板１
１の接合体１４を作製した。ついで、図２に示すよう
に、サンプルNo.１〜８の各ロウペースト１３によって
ＡｌＮ基板１２に接合された各銅板１１にリード線１５
を半田１６によって固着し、このリード線１５をＬ形に
折り曲げて銅板１１の面に対して垂直に引っ張って接合
強度を測定した。こうして、各サンプルNo.１〜８毎に
接合体１４の接合強度（初期強度）を求めた。この結果
を表１の「初期強度」の欄に示す。
トを用いてＡｌＮ基板と銅板の接合強度を測定した。す
なわち、サンプルNo.１〜８の各ロウペースト１３を厚
さ１００μｍの銅板１１に塗布し、６０℃のオーブン中
で乾燥させた後、銅板１１を２ｍｍ角のサイズにカット
した。この２ｍｍ角の銅板１１をペースト印刷面を接触
させてＡｌＮ基板１２に仮接着し、真空中において９５
０℃で１０分間熱処理を施し、ＡｌＮ基板１２と銅板１
１の接合体１４を作製した。ついで、図２に示すよう
に、サンプルNo.１〜８の各ロウペースト１３によって
ＡｌＮ基板１２に接合された各銅板１１にリード線１５
を半田１６によって固着し、このリード線１５をＬ形に
折り曲げて銅板１１の面に対して垂直に引っ張って接合
強度を測定した。こうして、各サンプルNo.１〜８毎に
接合体１４の接合強度（初期強度）を求めた。この結果
を表１の「初期強度」の欄に示す。
【００１６】つぎに、上記サンプルNo.１〜８のロウペ
ーストを用いてＡｌＮ基板と銅板のヒートサイクル後の
接合強度を測定した。すなわち、サンプルNo.１〜８の
各ロウペースト１３を用い、上記接合方法と同様にして
２ｍｍ角にカットした厚さ１００μｍの銅板１１をＡｌ
Ｎ基板１２に仮接着し、熱処理を施してＡｌＮ基板１２
と銅板１１の接合体１４を作製した後、−５５℃及び１
２５℃間で１００サイクルのヒートサイクルテストを行
なった。ついで、ヒートサイクル後に各接合体１４の銅
板１１に図２のようにリード線１５を半田付けし、この
リード線１５を銅板１１の面に対して垂直に引っ張って
接合強度を測定した。こうして、各サンプルNo.１〜８
毎に接合体１４のヒートサイクル後における接合強度を
求めた。この結果を表１の「ヒートサイクル後」の欄に
示す。
ーストを用いてＡｌＮ基板と銅板のヒートサイクル後の
接合強度を測定した。すなわち、サンプルNo.１〜８の
各ロウペースト１３を用い、上記接合方法と同様にして
２ｍｍ角にカットした厚さ１００μｍの銅板１１をＡｌ
Ｎ基板１２に仮接着し、熱処理を施してＡｌＮ基板１２
と銅板１１の接合体１４を作製した後、−５５℃及び１
２５℃間で１００サイクルのヒートサイクルテストを行
なった。ついで、ヒートサイクル後に各接合体１４の銅
板１１に図２のようにリード線１５を半田付けし、この
リード線１５を銅板１１の面に対して垂直に引っ張って
接合強度を測定した。こうして、各サンプルNo.１〜８
毎に接合体１４のヒートサイクル後における接合強度を
求めた。この結果を表１の「ヒートサイクル後」の欄に
示す。
【００１７】表１から明らかなように、サンプルNo.１
のようにロウペースト中にＡｌＮ粉末が含まれない場
合、あるいはサンプルNo.２のようにＡｌＮ粉末の添加
量が０.５重量部よりも少ない場合には、接合体の初期
強度は強いが、その値のばらつきが大きく、ヒートサイ
クル後の接合強度の劣化が著しかった。一方、サンプル
No.８のようにＡｌＮ粉末の添加量が１０重量部よりも
大きい場合には、初期強度のばらつき及びヒートサイク
ル後の接合強度の劣化は少ないが、初期接合強度でも平
均１.０kgf／（２ｍｍ角）と小さく、十分な接合強度を
得られなかった。
のようにロウペースト中にＡｌＮ粉末が含まれない場
合、あるいはサンプルNo.２のようにＡｌＮ粉末の添加
量が０.５重量部よりも少ない場合には、接合体の初期
強度は強いが、その値のばらつきが大きく、ヒートサイ
クル後の接合強度の劣化が著しかった。一方、サンプル
No.８のようにＡｌＮ粉末の添加量が１０重量部よりも
大きい場合には、初期強度のばらつき及びヒートサイク
ル後の接合強度の劣化は少ないが、初期接合強度でも平
均１.０kgf／（２ｍｍ角）と小さく、十分な接合強度を
得られなかった。
【００１８】これに対し、ＡｌＮ添加量が０.５重量部
〜１０重量部の範囲内にあるサンプルNo.３〜７のロウ
ペーストを用いた場合には、接合強度が２.０kgf／（２
ｍｍ角）と大きく、接合強度のばらつきも小さく、ヒー
トサイクル後の劣化も小さくなった。したがって、Ａｌ
Ｎ粉末の添加量は、金属粉末１００重量部に対してほぼ
０.５〜１０重量部の範囲内が最適であった。
〜１０重量部の範囲内にあるサンプルNo.３〜７のロウ
ペーストを用いた場合には、接合強度が２.０kgf／（２
ｍｍ角）と大きく、接合強度のばらつきも小さく、ヒー
トサイクル後の劣化も小さくなった。したがって、Ａｌ
Ｎ粉末の添加量は、金属粉末１００重量部に対してほぼ
０.５〜１０重量部の範囲内が最適であった。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、ロウ材層の熱膨張率が
ＡｌＮ基板の熱膨張率に近くなり、熱処理後にＡｌＮ基
板にかかる残留応力が小さくなる。この結果、熱処理時
の冷却及びヒートサイクル時の熱衝撃に起因するＡｌＮ
基板側のクラックが発生しなくなり、ＡｌＮ基板と銅板
の接合体の接合強度のばらつきや、ヒートサイクル後の
接合強度の劣化を小さくすることができる。
ＡｌＮ基板の熱膨張率に近くなり、熱処理後にＡｌＮ基
板にかかる残留応力が小さくなる。この結果、熱処理時
の冷却及びヒートサイクル時の熱衝撃に起因するＡｌＮ
基板側のクラックが発生しなくなり、ＡｌＮ基板と銅板
の接合体の接合強度のばらつきや、ヒートサイクル後の
接合強度の劣化を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）はセラミック基板と銅板の接合方
法を示す断面図である。
法を示す断面図である。
【図２】接合体のピール強度を測定する方法を示す概略
断面図である。
断面図である。
１１ 銅板 １２ ＡｌＮ基板 １３ ロウペースト
───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)
- 【請求項１】 窒化アルミニウム基板と銅板を接合する
ためのロウペーストであって、 金属粉末と、金属粉末合計１００重量部に対してほぼ
０.５重量部以上１０重量部以下添加された窒化アルミ
ニウム粉末と、有機ビヒクルとからなることを特徴とす
る窒化アルミニウム基板と銅板の接合用ロウペースト。 - 【請求項２】 前記金属粉末が、銀、銅及びチタン元素
を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニ
ウム基板と銅板の接合用ロウペースト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28061291A JPH0585850A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 窒化アルミニウム基板と銅板の接合用ロウペースト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28061291A JPH0585850A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 窒化アルミニウム基板と銅板の接合用ロウペースト |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0585850A true JPH0585850A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=17627469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28061291A Pending JPH0585850A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 窒化アルミニウム基板と銅板の接合用ロウペースト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0585850A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140199115A1 (en) * | 2011-08-02 | 2014-07-17 | Alpha Metals, Inc. | Solder compositions |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP28061291A patent/JPH0585850A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140199115A1 (en) * | 2011-08-02 | 2014-07-17 | Alpha Metals, Inc. | Solder compositions |
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