JPH1112051A - 接合材 - Google Patents
接合材Info
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- JPH1112051A JPH1112051A JP16282997A JP16282997A JPH1112051A JP H1112051 A JPH1112051 A JP H1112051A JP 16282997 A JP16282997 A JP 16282997A JP 16282997 A JP16282997 A JP 16282997A JP H1112051 A JPH1112051 A JP H1112051A
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- Japan
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- copper
- metal member
- joining
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-
- 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】
【課題】セラミック体と銅から成る金属部材とを接合材
を介して直接強固に接合することができない。 【解決手段】銀が４５重量％乃至９５重量％、チタン、
ジルコニウム、ハフニウムの少なくとも１種が１重量％
乃至１０重量％、錫が０．１重量％乃至５０重量％、残
部が銅から成り、セラミック体と銅で形成された金属部
材とを接合するための接合材。
を介して直接強固に接合することができない。 【解決手段】銀が４５重量％乃至９５重量％、チタン、
ジルコニウム、ハフニウムの少なくとも１種が１重量％
乃至１０重量％、錫が０．１重量％乃至５０重量％、残
部が銅から成り、セラミック体と銅で形成された金属部
材とを接合するための接合材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミック体と銅で
形成された金属部材とを接合させるための接合材に関す
るものである。
形成された金属部材とを接合させるための接合材に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車等の大電力を駆動源とする機
器では、その駆動のための電力をコントロールするパワ
ーモジュールにおいて大電力を取り扱う必要がある。こ
のようなパワーモジュールに使用される回路基板として
は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック
スから成る絶縁基体の表面にタングステンやモリブデン
等のメタライズ金属層を被着させておき、該メタライズ
金属層に銅板から成る回路導体を銀ロウ等のロウ材を介
し接合させた構造を有している。
器では、その駆動のための電力をコントロールするパワ
ーモジュールにおいて大電力を取り扱う必要がある。こ
のようなパワーモジュールに使用される回路基板として
は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック
スから成る絶縁基体の表面にタングステンやモリブデン
等のメタライズ金属層を被着させておき、該メタライズ
金属層に銅板から成る回路導体を銀ロウ等のロウ材を介
し接合させた構造を有している。
【０００３】なお、前記パワーモジュールに使用される
回路基板において、セラミックスから成る絶縁基体に被
着されているメタライズ金属層は、絶縁基体に銅板から
成る回路導体をロウ付けするための下地金属として作用
し、絶縁基体となる生セラミック体もしくはこれを焼成
して得たセラミック体の表面に、タングステン、モリブ
デン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー及び溶
剤を添加混合し、ペースト状となしたものをスクリーン
印刷法により塗布し、しかる後、これを還元雰囲気中で
焼成し、高融点金属粉末とセラミック体とを焼結一体化
させることによってセラミックスからなる絶縁基体の表
面に所定パターンに被着される。
回路基板において、セラミックスから成る絶縁基体に被
着されているメタライズ金属層は、絶縁基体に銅板から
成る回路導体をロウ付けするための下地金属として作用
し、絶縁基体となる生セラミック体もしくはこれを焼成
して得たセラミック体の表面に、タングステン、モリブ
デン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー及び溶
剤を添加混合し、ペースト状となしたものをスクリーン
印刷法により塗布し、しかる後、これを還元雰囲気中で
焼成し、高融点金属粉末とセラミック体とを焼結一体化
させることによってセラミックスからなる絶縁基体の表
面に所定パターンに被着される。
【０００４】しかしながら、この従来のパワーモジュー
ルに使用される回路基板のごとく、セラミック体と銅か
ら成る金属部材との接合は、セラミック体表面に予めメ
タライズ金属層を被着させておかなければならず、セラ
ミック体表面にメタライズ金属層を被着させる場合、予
め金属ペーストを準備する必要があり、該金属ペースト
はタングステン、モリブデン等の高融点金属粉末をスク
リーン印刷機のメッシュを通過する程度の粒径となるよ
うに微粉砕するとともに有機バインダー及び溶剤を添加
し、ペースト状となすことによって製作されることか
ら、金属ペーストの作製に多大な時間と手間を要すると
いう欠点を有する。
ルに使用される回路基板のごとく、セラミック体と銅か
ら成る金属部材との接合は、セラミック体表面に予めメ
タライズ金属層を被着させておかなければならず、セラ
ミック体表面にメタライズ金属層を被着させる場合、予
め金属ペーストを準備する必要があり、該金属ペースト
はタングステン、モリブデン等の高融点金属粉末をスク
リーン印刷機のメッシュを通過する程度の粒径となるよ
うに微粉砕するとともに有機バインダー及び溶剤を添加
し、ペースト状となすことによって製作されることか
ら、金属ペーストの作製に多大な時間と手間を要すると
いう欠点を有する。
【０００５】また前記タングステンやモリブデン等を使
用したメタライズ金属層は酸化アルミニウム質焼結体に
代表される酸化物系セラミック体にしか被着せず、窒化
アルミニウム質焼結体や炭化珪素質焼結体に代表される
窒化物系セラミック体、炭化物系セラミック体には被着
しないことからセラミック体と金属部材との接合におい
てセラミック体側の材質に大きな制約を受けるという欠
点も有していた。
用したメタライズ金属層は酸化アルミニウム質焼結体に
代表される酸化物系セラミック体にしか被着せず、窒化
アルミニウム質焼結体や炭化珪素質焼結体に代表される
窒化物系セラミック体、炭化物系セラミック体には被着
しないことからセラミック体と金属部材との接合におい
てセラミック体側の材質に大きな制約を受けるという欠
点も有していた。
【０００６】そこで上記欠点を解消するために、セラミ
ック体に銅から成る金属部材を直接、接合させることの
できる接合材として、チタン、ニオブ、ジルコニウムの
少なくとも１種が０．５〜４重量％、銅が３５〜９０重
量％、残部が銀から成る接合材が提案されている（特開
平５ー２４６７７０号公報参照）。
ック体に銅から成る金属部材を直接、接合させることの
できる接合材として、チタン、ニオブ、ジルコニウムの
少なくとも１種が０．５〜４重量％、銅が３５〜９０重
量％、残部が銀から成る接合材が提案されている（特開
平５ー２４６７７０号公報参照）。
【０００７】かかる接合材を使用してのセラミック体と
銅から成る金属部材の接合は、セラミック体と銅から成
る金属部材との間に接合材を配置し、次にこれを真空
中、８５０℃の温度に加熱し、チタン、ニオブ、ジルコ
ニウムの少なくとも１種から成る活性金属をセラミック
体に拡散させるとともに、銀と銅の共晶物を銅から成る
金属部材に接合させることによってセラミック体と銅か
ら成る金属部材とを直接、接合するようになっている。
銅から成る金属部材の接合は、セラミック体と銅から成
る金属部材との間に接合材を配置し、次にこれを真空
中、８５０℃の温度に加熱し、チタン、ニオブ、ジルコ
ニウムの少なくとも１種から成る活性金属をセラミック
体に拡散させるとともに、銀と銅の共晶物を銅から成る
金属部材に接合させることによってセラミック体と銅か
ら成る金属部材とを直接、接合するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この接
合材を用いてセラミック体と銅から成る金属部材とを接
合させた場合、金属部材を形成する銅の一部が接合材中
に溶解して接合材の融点が上昇、特に金属部材と接触す
る領域の融点が局部的に大きく上昇し、これに起因して
金属部材に対する接合材の濡れ性が大きく低下するとと
もに接合材中にボイド（孔）が多量に形成されて接合強
度が大きく劣化するという欠点を誘発した。
合材を用いてセラミック体と銅から成る金属部材とを接
合させた場合、金属部材を形成する銅の一部が接合材中
に溶解して接合材の融点が上昇、特に金属部材と接触す
る領域の融点が局部的に大きく上昇し、これに起因して
金属部材に対する接合材の濡れ性が大きく低下するとと
もに接合材中にボイド（孔）が多量に形成されて接合強
度が大きく劣化するという欠点を誘発した。
【０００９】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は銅から成る金属部材に対する接合材の濡
れ性を良好とし、セラミック体と金属部材とを直接、強
固に接合させることができる接合材を提供することにあ
る。
で、その目的は銅から成る金属部材に対する接合材の濡
れ性を良好とし、セラミック体と金属部材とを直接、強
固に接合させることができる接合材を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック体と
銅で形成された金属部材とを接合するための接合材は、
銀が４５重量％乃至９５重量％、チタン、ジルコニウ
ム、ハフニウムの少なくとも１種が１重量％乃至１０重
量％、錫が０．１重量％乃至５０重量％、残部が銅より
成ることを特徴とするものである。
銅で形成された金属部材とを接合するための接合材は、
銀が４５重量％乃至９５重量％、チタン、ジルコニウ
ム、ハフニウムの少なくとも１種が１重量％乃至１０重
量％、錫が０．１重量％乃至５０重量％、残部が銅より
成ることを特徴とするものである。
【００１１】本発明の接合材によれば、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウムの少なくとも１種がセラミック体に
拡散して接合材とセラミック体との接合が強固と成り、
また金属部材に対して銀、銅が錫により濡れ性が改善さ
れて良好に接合し、これによってセラミック体と銅から
成る金属部材とが接合材を介して直接、強固に接合す
る。
ニウム、ハフニウムの少なくとも１種がセラミック体に
拡散して接合材とセラミック体との接合が強固と成り、
また金属部材に対して銀、銅が錫により濡れ性が改善さ
れて良好に接合し、これによってセラミック体と銅から
成る金属部材とが接合材を介して直接、強固に接合す
る。
【００１２】また本発明の接合材によれば、接合材中の
チタン、ジルコニウム、ハフニウムの少なくとも１種を
セラミック体に拡散させることによってセラミック体と
接合材とが接合することからセラミック体の材質は酸化
アルミニウム質焼結体に代表される酸化物系セラミック
体に限らず窒化アルミニウム質焼結体や炭化珪素質焼結
体に代表される窒化物系セラミック体や炭化物系セラミ
ック体にも強固に接合し、その結果、セラミック体と金
属部材との接合においてセラミック体側の材質に大きな
制約を受けることもない。
チタン、ジルコニウム、ハフニウムの少なくとも１種を
セラミック体に拡散させることによってセラミック体と
接合材とが接合することからセラミック体の材質は酸化
アルミニウム質焼結体に代表される酸化物系セラミック
体に限らず窒化アルミニウム質焼結体や炭化珪素質焼結
体に代表される窒化物系セラミック体や炭化物系セラミ
ック体にも強固に接合し、その結果、セラミック体と金
属部材との接合においてセラミック体側の材質に大きな
制約を受けることもない。
【００１３】なお、本発明の接合材において、銀の量が
４５重量％未満となるとセラミック体と金属部材とを接
合する際、銅と錫の金属間化合物の生成量が増大し、接
合材を脆弱なものとして、接合の機械的強度の信頼性が
大きく低下してしまい、また９５重量％を超えると接合
材と銅から成る金属部材との濡れ性が低下し、接合材中
にボイドが形成されて接合強度が大きく劣化してしま
う。従って、接合材中の銀の量は４５重量％乃至９５重
量％の範囲に特定される。
４５重量％未満となるとセラミック体と金属部材とを接
合する際、銅と錫の金属間化合物の生成量が増大し、接
合材を脆弱なものとして、接合の機械的強度の信頼性が
大きく低下してしまい、また９５重量％を超えると接合
材と銅から成る金属部材との濡れ性が低下し、接合材中
にボイドが形成されて接合強度が大きく劣化してしま
う。従って、接合材中の銀の量は４５重量％乃至９５重
量％の範囲に特定される。
【００１４】またチタン、ジルコニウム、ハフニウム等
はその量が１重量％未満であるとセラミック体と接合材
との接合強度が弱く、また１０重量％を超えると接合材
が脆弱なものとなり接合の機械的強度の信頼性が大きく
低下してしまう。従って、接合材中のチタン、ジルコニ
ウム、ハフニウムの少なくとも１種の量は１重量％乃至
１０重量％の範囲に特定される。
はその量が１重量％未満であるとセラミック体と接合材
との接合強度が弱く、また１０重量％を超えると接合材
が脆弱なものとなり接合の機械的強度の信頼性が大きく
低下してしまう。従って、接合材中のチタン、ジルコニ
ウム、ハフニウムの少なくとも１種の量は１重量％乃至
１０重量％の範囲に特定される。
【００１５】また錫はその量が０．１重量％未満である
と金属部材の銅の一部が接合材中に溶解して接合材の融
点が上昇するのを有効に防止することができず、接合材
中にボイドが形成されて接合強度が大きく劣化してしま
い、また５０重量％を超えると銅と錫の金属間化合物の
生成量が増大し、接合材を脆弱なものとして接合の機械
的強度の信頼性が大きく低下してしまう。従って、接合
材中の錫の量は０．１重量％乃至５０重量％の範囲に特
定される。
と金属部材の銅の一部が接合材中に溶解して接合材の融
点が上昇するのを有効に防止することができず、接合材
中にボイドが形成されて接合強度が大きく劣化してしま
い、また５０重量％を超えると銅と錫の金属間化合物の
生成量が増大し、接合材を脆弱なものとして接合の機械
的強度の信頼性が大きく低下してしまう。従って、接合
材中の錫の量は０．１重量％乃至５０重量％の範囲に特
定される。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に本発明を実施例に基づき鋭明
する。まず、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、錫（Ｓｎ）及び銅
（Ｃｕ）の粉末を第１表に示す組成に秤量し、次にこれ
に有機ビヒクルを添加しペースト状として接合材試料を
準備する。
する。まず、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、錫（Ｓｎ）及び銅
（Ｃｕ）の粉末を第１表に示す組成に秤量し、次にこれ
に有機ビヒクルを添加しペースト状として接合材試料を
準備する。
【００１７】次に前記接合材試料を酸化アルミニウム質
焼結体（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化アルミニウム質焼結体（Ａ
ｌＮ）及び炭化珪素質焼結体（ＳｉＣ）から成る長さ２
５ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの平板状セラ
ミック体の表面に、長さ２０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ５０
μｍに塗布し、更にその上面に長さ２０ｍｍ、幅２ｍ
ｍ、厚さ０．３ｍｍの銅板を載置させ、しかる後、これ
を真空中（１０-5Ｔｏｒｒ）、８５０℃の温度で２０分
間熱処理し、接合材試料を介してセラミック体と銅板と
を接合させる。
焼結体（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化アルミニウム質焼結体（Ａ
ｌＮ）及び炭化珪素質焼結体（ＳｉＣ）から成る長さ２
５ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの平板状セラ
ミック体の表面に、長さ２０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ５０
μｍに塗布し、更にその上面に長さ２０ｍｍ、幅２ｍ
ｍ、厚さ０．３ｍｍの銅板を載置させ、しかる後、これ
を真空中（１０-5Ｔｏｒｒ）、８５０℃の温度で２０分
間熱処理し、接合材試料を介してセラミック体と銅板と
を接合させる。
【００１８】そして最後に接合された銅板の長さ方向の
端をセラミック体に対して垂直方向に引っ張り、銅板が
セラミック体より剥がれた際の引っ張り力を求め、これ
をセラミック体と金属部材の接合強度として調べた。
端をセラミック体に対して垂直方向に引っ張り、銅板が
セラミック体より剥がれた際の引っ張り力を求め、これ
をセラミック体と金属部材の接合強度として調べた。
【００１９】また同時に、セラミック体と銅板とを接合
した後の接合材を超音波顕微鏡で観察し、接合材に形成
されているボイドの面積を調べ、接合材に形成されてい
るボイドの発生率を求めた。
した後の接合材を超音波顕微鏡で観察し、接合材に形成
されているボイドの面積を調べ、接合材に形成されてい
るボイドの発生率を求めた。
【００２０】なお、試料番号２５〜２８は本発明と比較
するための比較試料であり、試料番号２６〜２８はセラ
ミック体に予め表面がニッケルメッキ層で被覆されたタ
ングステンから成るメタライズ金属層を被着させてお
き、該メタライズ金属層に銅板を銀ロウ材を介して接合
したものである。
するための比較試料であり、試料番号２６〜２８はセラ
ミック体に予め表面がニッケルメッキ層で被覆されたタ
ングステンから成るメタライズ金属層を被着させてお
き、該メタライズ金属層に銅板を銀ロウ材を介して接合
したものである。
【００２１】また、比較試料２５は特開平５ー２４６７
７０号公報に記載されている接合材である。
７０号公報に記載されている接合材である。
【００２２】上記の結果を第１表に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】上記実施例からも判るように従来の接合
材を使用してセラミック体と銅から成る金属部材とを接
合させた場合、金属部材を形成する銅の一部が接合材中
に溶解して接合材の融点が上昇し、これに起因して金属
部材に対する接合材の濡れ性が大きく低下するとともに
接合材中にボイド（孔）が多量に形成されて接合強度が
７．６Ｋｇｆ／ｃｍ以下と低い値になってしまうのに対
し、本発明の接合材は接合材の融点上昇が有効に防止さ
れ、接合材と金属部材との濡れ性を良好としてセラミッ
ク体に金属部材を１２．４Ｋｇｆ／ｃｍ以上の接合強度
で接合させることが可能となる。
材を使用してセラミック体と銅から成る金属部材とを接
合させた場合、金属部材を形成する銅の一部が接合材中
に溶解して接合材の融点が上昇し、これに起因して金属
部材に対する接合材の濡れ性が大きく低下するとともに
接合材中にボイド（孔）が多量に形成されて接合強度が
７．６Ｋｇｆ／ｃｍ以下と低い値になってしまうのに対
し、本発明の接合材は接合材の融点上昇が有効に防止さ
れ、接合材と金属部材との濡れ性を良好としてセラミッ
ク体に金属部材を１２．４Ｋｇｆ／ｃｍ以上の接合強度
で接合させることが可能となる。
【００２５】また本発明の接合材は、接合材中のチタ
ン、ジルコニウム、ハフニウムの少なくとも１種をセラ
ミック体に拡散させることによってセラミック体と接合
材とが接合することからセラミック体の材質は酸化アル
ミニウム質焼結体に代表される酸化物系セラミック体に
限らず窒化アルミニウム質焼結体や炭化珪素質焼結体に
代表される窒化物系セラミック体や炭化物系セラミック
体にも強固に接合し、その結果、セラミック体と金属部
材との接合においてセラミック体側の材質に大きな制約
を受けることもない。
ン、ジルコニウム、ハフニウムの少なくとも１種をセラ
ミック体に拡散させることによってセラミック体と接合
材とが接合することからセラミック体の材質は酸化アル
ミニウム質焼結体に代表される酸化物系セラミック体に
限らず窒化アルミニウム質焼結体や炭化珪素質焼結体に
代表される窒化物系セラミック体や炭化物系セラミック
体にも強固に接合し、その結果、セラミック体と金属部
材との接合においてセラミック体側の材質に大きな制約
を受けることもない。
Claims (1)
- 【請求項１】銀が４５重量％乃至９５重量％、チタン、
ジルコニウム、ハフニウムの少なくとも１種が１重量％
乃至１０重量％、錫が０．１重量％乃至５０重量％、残
部が銅から成り、セラミック体と銅で形成された金属部
材とを接合するための接合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16282997A JPH1112051A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 接合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16282997A JPH1112051A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 接合材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1112051A true JPH1112051A (ja) | 1999-01-19 |
Family
ID=15762039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16282997A Pending JPH1112051A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 接合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1112051A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014091673A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-19 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化物系セラミックス回路基板 |
| WO2018221492A1 (ja) * | 2017-05-30 | 2018-12-06 | デンカ株式会社 | セラミックス回路基板及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-06-19 JP JP16282997A patent/JPH1112051A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014091673A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-19 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化物系セラミックス回路基板 |
| WO2018221492A1 (ja) * | 2017-05-30 | 2018-12-06 | デンカ株式会社 | セラミックス回路基板及びその製造方法 |
| CN110691762A (zh) * | 2017-05-30 | 2020-01-14 | 电化株式会社 | 陶瓷电路基板和其制造方法 |
| KR20200013677A (ko) * | 2017-05-30 | 2020-02-07 | 덴카 주식회사 | 세라믹스 회로 기판 및 그 제조 방법 |
| JPWO2018221492A1 (ja) * | 2017-05-30 | 2020-03-26 | デンカ株式会社 | セラミックス回路基板及びその製造方法 |
| US11277908B2 (en) | 2017-05-30 | 2022-03-15 | Denka Company Limited | Ceramic circuit board and method for producing same |
| JP2022161988A (ja) * | 2017-05-30 | 2022-10-21 | デンカ株式会社 | セラミックス回路基板及びその製造方法 |
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