JPH07187839A - 窒化物系セラミックス−金属接合体およびその製造方法 - Google Patents
窒化物系セラミックス−金属接合体およびその製造方法Info
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- JPH07187839A JPH07187839A JP32865493A JP32865493A JPH07187839A JP H07187839 A JPH07187839 A JP H07187839A JP 32865493 A JP32865493 A JP 32865493A JP 32865493 A JP32865493 A JP 32865493A JP H07187839 A JPH07187839 A JP H07187839A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高接合強度を満足すると共に、優れた耐熱サ
イクル特性を示し、かつ量産性に優れた窒化物系セラミ
ックス−金属接合体を提供する。 【構成】 窒化物系セラミック板と金属板とを、Ti、Z
r、HfおよびNbから選ばれた少なくとも 1種の活性金属
とInとを含むろう材を介して接合した窒化物系セラミッ
クス−金属接合体である。接合処理は、量産性等に優れ
る連続炉の使用が可能な窒素雰囲気中で行う。活性金属
およびIn含有ろう材を用いることにより接合温度が低下
し、窒素雰囲気中においても良好な接合特性が得られる
と共に、耐熱サイクル特性が向上する。
イクル特性を示し、かつ量産性に優れた窒化物系セラミ
ックス−金属接合体を提供する。 【構成】 窒化物系セラミック板と金属板とを、Ti、Z
r、HfおよびNbから選ばれた少なくとも 1種の活性金属
とInとを含むろう材を介して接合した窒化物系セラミッ
クス−金属接合体である。接合処理は、量産性等に優れ
る連続炉の使用が可能な窒素雰囲気中で行う。活性金属
およびIn含有ろう材を用いることにより接合温度が低下
し、窒素雰囲気中においても良好な接合特性が得られる
と共に、耐熱サイクル特性が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱サイクル特性の向
上を図った窒化物系セラミックス−金属接合体およびそ
の製造方法に関する。
上を図った窒化物系セラミックス−金属接合体およびそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、窒化アルミニウムのような窒
化物系セラミックス基板と金属板との接合方法として
は、所要形状の銅板と窒化物系セラミックス基板とを直
接接合させる、いわゆるＤＢＣ法（ダイレクト・ボンデ
ィング・カッパー法）や、4A族元素や5A族元素のような
活性金属を用いた活性金属法等が知られている。
化物系セラミックス基板と金属板との接合方法として
は、所要形状の銅板と窒化物系セラミックス基板とを直
接接合させる、いわゆるＤＢＣ法（ダイレクト・ボンデ
ィング・カッパー法）や、4A族元素や5A族元素のような
活性金属を用いた活性金属法等が知られている。
【０００３】活性金属法は、Ti、Zr、Hf、Nb等の金属元
素がセラミックス材料に対して濡れやすく、反応しやす
いことを利用した接合法である。具体的には、窒化物系
セラミックス基板と金属板とを活性金属を添加した活性
金属ろう材を介して積層し、この積層体を真空中もしく
はアルゴン雰囲気中で焼成することによって、窒化物系
セラミックス基板と金属板とを接合している。
素がセラミックス材料に対して濡れやすく、反応しやす
いことを利用した接合法である。具体的には、窒化物系
セラミックス基板と金属板とを活性金属を添加した活性
金属ろう材を介して積層し、この積層体を真空中もしく
はアルゴン雰囲気中で焼成することによって、窒化物系
セラミックス基板と金属板とを接合している。
【０００４】ところで、窒化物系セラミックス基板を用
いる場合には、上記したように焼成雰囲気を真空中もし
くはアルゴン雰囲気としなければならない。これは、活
性金属法ではTi等の活性金属と窒化物系セラミックス基
板中の窒素との反応を利用して高接合強度を得ているた
めであり、一般的な焼成雰囲気として多用されている窒
素雰囲気中で接合（焼成）を行うと、活性金属が雰囲気
中の窒素と反応してしまい、その結果として接合はなさ
れなくなるためである。
いる場合には、上記したように焼成雰囲気を真空中もし
くはアルゴン雰囲気としなければならない。これは、活
性金属法ではTi等の活性金属と窒化物系セラミックス基
板中の窒素との反応を利用して高接合強度を得ているた
めであり、一般的な焼成雰囲気として多用されている窒
素雰囲気中で接合（焼成）を行うと、活性金属が雰囲気
中の窒素と反応してしまい、その結果として接合はなさ
れなくなるためである。
【０００５】すなわち、活性金属法による接合機構にお
いては、加熱によるろう材成分の液相化が活性金属と窒
化物系セラミックス基板との反応を促進すると考えられ
ており、上記したように活性金属がろう材成分の液相化
温度に達する以前に雰囲気中の窒素と反応してしまう
と、液相化温度に達した時点では、既に窒化物系セラミ
ックス基板中の窒素と反応する活性金属がほとんど存在
しなくなってしまう。このようなことから、窒化物系セ
ラミックス基板に活性金属法を適用して金属板を接合す
る際には、量産性に劣るバッチ式炉しか使用できない真
空中で焼成したり、ガス自体が高価であると共に、やは
りバッチ式炉を用いることが一般的なアルゴン雰囲気中
で焼成しなければならず、量産性が極めて低く、かつ製
造コストが高いという問題を有していた。
いては、加熱によるろう材成分の液相化が活性金属と窒
化物系セラミックス基板との反応を促進すると考えられ
ており、上記したように活性金属がろう材成分の液相化
温度に達する以前に雰囲気中の窒素と反応してしまう
と、液相化温度に達した時点では、既に窒化物系セラミ
ックス基板中の窒素と反応する活性金属がほとんど存在
しなくなってしまう。このようなことから、窒化物系セ
ラミックス基板に活性金属法を適用して金属板を接合す
る際には、量産性に劣るバッチ式炉しか使用できない真
空中で焼成したり、ガス自体が高価であると共に、やは
りバッチ式炉を用いることが一般的なアルゴン雰囲気中
で焼成しなければならず、量産性が極めて低く、かつ製
造コストが高いという問題を有していた。
【０００６】一方、窒化物系セラミックス基板と金属板
との接合体には、高接合強度が求められると共に、セラ
ミックス材料の熱膨張率は金属材料のそれに比べて小さ
いため、この熱膨張差に起因する欠点の発生を抑制する
ことが強く求められている。すなわち、熱膨張率が大き
く異なる窒化物系セラミックス基板と金属板とを接合す
ると、接合後の冷却過程で熱膨張差に起因する残留応力
が生じ、外部応力との相乗によって接合強度が大幅に低
下したり、また接合後の冷却過程や熱サイクルの付加に
よって応力の最大点からクラックが発生したり、さらに
は窒化物系セラミックス基板が破壊される等の問題を招
いている。このようなことから、接合体の耐熱サイクル
特性の向上を図ることが強く望まれていた。
との接合体には、高接合強度が求められると共に、セラ
ミックス材料の熱膨張率は金属材料のそれに比べて小さ
いため、この熱膨張差に起因する欠点の発生を抑制する
ことが強く求められている。すなわち、熱膨張率が大き
く異なる窒化物系セラミックス基板と金属板とを接合す
ると、接合後の冷却過程で熱膨張差に起因する残留応力
が生じ、外部応力との相乗によって接合強度が大幅に低
下したり、また接合後の冷却過程や熱サイクルの付加に
よって応力の最大点からクラックが発生したり、さらに
は窒化物系セラミックス基板が破壊される等の問題を招
いている。このようなことから、接合体の耐熱サイクル
特性の向上を図ることが強く望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の活性金属法を適用した窒化物系セラミックス基板と金
属板との接合体は、接合雰囲気として真空やアルゴン雰
囲気を用いなければならず、量産性が極めて低いと共
に、製造コストが高いという問題を有していた。また、
熱サイクルの付加等によりクラック等が発生しやすいこ
とから、耐熱サイクル特性の向上を図ることが強く望ま
れていた。
の活性金属法を適用した窒化物系セラミックス基板と金
属板との接合体は、接合雰囲気として真空やアルゴン雰
囲気を用いなければならず、量産性が極めて低いと共
に、製造コストが高いという問題を有していた。また、
熱サイクルの付加等によりクラック等が発生しやすいこ
とから、耐熱サイクル特性の向上を図ることが強く望ま
れていた。
【０００８】本発明は、このような課題を対処するため
になされたもので、高接合強度を満足すると共に、優れ
た耐熱サイクル特性を示し、かつ量産性に優れた窒化物
系セラミックス−金属接合体およびその製造方法を提供
することを目的としている。
になされたもので、高接合強度を満足すると共に、優れ
た耐熱サイクル特性を示し、かつ量産性に優れた窒化物
系セラミックス−金属接合体およびその製造方法を提供
することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者は、上記
目的を達成するために、従来の窒化物系セラミックス−
金属接合基板について種々の観点から検討を行った結
果、活性金属ろう材中にInを添加して接合温度を低下さ
せることにより、接合雰囲気として窒素雰囲気を使用す
ることが可能となると共に、耐熱サイクル特性を向上さ
せることができることを見出した。
目的を達成するために、従来の窒化物系セラミックス−
金属接合基板について種々の観点から検討を行った結
果、活性金属ろう材中にInを添加して接合温度を低下さ
せることにより、接合雰囲気として窒素雰囲気を使用す
ることが可能となると共に、耐熱サイクル特性を向上さ
せることができることを見出した。
【００１０】本発明は、上記知見に基いてなされたもの
で、本発明の窒化物系セラミックス−金属接合体は、窒
化物系セラミック板と、前記窒化物系セラミック板にろ
う材層を介して接合された金属板とを具備する接合体で
あって、前記窒化物系セラミック板と金属板とが、Ti、
Zr、HfおよびNbから選ばれた少なくとも 1種の活性金属
とInとを含む前記ろう材層を介して窒素雰囲気中で接合
されてなることを特徴としている。
で、本発明の窒化物系セラミックス−金属接合体は、窒
化物系セラミック板と、前記窒化物系セラミック板にろ
う材層を介して接合された金属板とを具備する接合体で
あって、前記窒化物系セラミック板と金属板とが、Ti、
Zr、HfおよびNbから選ばれた少なくとも 1種の活性金属
とInとを含む前記ろう材層を介して窒素雰囲気中で接合
されてなることを特徴としている。
【００１１】また、本発明の窒化物系セラミックス−金
属接合体の製造方法は、窒化物系セラミック板および金
属板の少なくとも一方の表面に、Ti、Zr、HfおよびNbか
ら選ばれた少なくとも 1種の活性金属とInとを含むろう
材ペーストの塗布層を形成する工程と、前記ろう材ペー
ストの塗布層を介して、前記窒化物系セラミック板と金
属板とを積層する工程と、前記積層体を窒素雰囲気中で
焼成し、前記窒化物系セラミック体と金属板とを接合す
る工程とを有することを特徴としている。
属接合体の製造方法は、窒化物系セラミック板および金
属板の少なくとも一方の表面に、Ti、Zr、HfおよびNbか
ら選ばれた少なくとも 1種の活性金属とInとを含むろう
材ペーストの塗布層を形成する工程と、前記ろう材ペー
ストの塗布層を介して、前記窒化物系セラミック板と金
属板とを積層する工程と、前記積層体を窒素雰囲気中で
焼成し、前記窒化物系セラミック体と金属板とを接合す
る工程とを有することを特徴としている。
【００１２】本発明に用いる窒化物系セラミックス板と
しては、窒化アルミニウムや窒化ケイ素を主成分とし、
酸化イットリウムや酸化アルミニウム等の焼結助剤成分
を含む窒化アルミニウム焼結体や窒化ケイ素焼結体、ま
たSi、Al、 Oおよび Nを主構成元素とするサイアロン焼
結体等、主構成元素の 1つとして窒素を含むセラミック
ス焼結体であれば種々のものを用いることができる。ま
た、金属板は用途に応じて各種の金属材料から適宜選択
すればよく、例えばCu板、Cu合金板、Ni板、Ni合金板、
WやMo等の単体板や合金板等が例示される。これら金属
板には、予め例えば回路形状等に応じてパターニングを
施しておいてもよい。
しては、窒化アルミニウムや窒化ケイ素を主成分とし、
酸化イットリウムや酸化アルミニウム等の焼結助剤成分
を含む窒化アルミニウム焼結体や窒化ケイ素焼結体、ま
たSi、Al、 Oおよび Nを主構成元素とするサイアロン焼
結体等、主構成元素の 1つとして窒素を含むセラミック
ス焼結体であれば種々のものを用いることができる。ま
た、金属板は用途に応じて各種の金属材料から適宜選択
すればよく、例えばCu板、Cu合金板、Ni板、Ni合金板、
WやMo等の単体板や合金板等が例示される。これら金属
板には、予め例えば回路形状等に応じてパターニングを
施しておいてもよい。
【００１３】本発明の窒化物系セラミックス−金属接合
体は、上述したような窒化物系セラミックス板と金属板
とを、Ti、Zr、HfおよびNbから選ばれた少なくとも 1種
の活性金属とInとを含むろう材（以下、Inおよび活性金
属含有ろう材と記す）を用いて、窒素雰囲気中で接合し
たものである。ここで用いるろう材成分としては、例え
ば Ag-Cuの共晶組成（72wt%Ag-28wt%Cu)もしくはその近
傍組成の Ag-Cu系ろう材やCu系ろう材等が例示される。
そして、本発明ではこのようなろう材に上記活性金属と
Inとを添加したInおよび活性金属含有ろう材を用いる。
体は、上述したような窒化物系セラミックス板と金属板
とを、Ti、Zr、HfおよびNbから選ばれた少なくとも 1種
の活性金属とInとを含むろう材（以下、Inおよび活性金
属含有ろう材と記す）を用いて、窒素雰囲気中で接合し
たものである。ここで用いるろう材成分としては、例え
ば Ag-Cuの共晶組成（72wt%Ag-28wt%Cu)もしくはその近
傍組成の Ag-Cu系ろう材やCu系ろう材等が例示される。
そして、本発明ではこのようなろう材に上記活性金属と
Inとを添加したInおよび活性金属含有ろう材を用いる。
【００１４】上記したようなろう材に添加する活性金属
量は、ろう材の全量に対して 2〜 6重量% の範囲とする
ことが好ましく、またインジウムの添加量はろう材の全
量に対して12〜20重量% の範囲とすることが好ましい。
活性金属量が 2重量% 未満であると、窒化物系セラミッ
クス板への十分な接合がなされず、 6重量% を超える
と、逆に耐熱サイクル特性の低下を招くおそれがある。
また、インジウム量が12重量% 未満であると、融点の低
下効果を十分に得ることができず、また20重量%を超え
ると、脆弱な金属間化合物を生成しやすくなる。
量は、ろう材の全量に対して 2〜 6重量% の範囲とする
ことが好ましく、またインジウムの添加量はろう材の全
量に対して12〜20重量% の範囲とすることが好ましい。
活性金属量が 2重量% 未満であると、窒化物系セラミッ
クス板への十分な接合がなされず、 6重量% を超える
と、逆に耐熱サイクル特性の低下を招くおそれがある。
また、インジウム量が12重量% 未満であると、融点の低
下効果を十分に得ることができず、また20重量%を超え
ると、脆弱な金属間化合物を生成しやすくなる。
【００１５】上記Inおよび活性金属含有ろう材はInによ
り融点が低下し、例えば Ag-Cu系ろう材の場合には通常
の 780℃から 680℃程度まで融点が下がる。これによ
り、例えば実際の接合を 700〜 800℃程度の温度で行う
ことが可能となる。一方、活性金属と窒化物系セラミッ
クス板中の窒素との反応は、 500〜 600℃程度から進行
し始める。従って、Inおよび活性金属含有ろう材を用い
た場合には、窒素雰囲気中で接合を行っても、上記反応
開始温度とろう材の液相形成温度との差が小さいことか
ら、上記接合温度に到達した後においても、活性金属と
窒化物系セラミックス板中の窒素との反応が十分に進行
する。
り融点が低下し、例えば Ag-Cu系ろう材の場合には通常
の 780℃から 680℃程度まで融点が下がる。これによ
り、例えば実際の接合を 700〜 800℃程度の温度で行う
ことが可能となる。一方、活性金属と窒化物系セラミッ
クス板中の窒素との反応は、 500〜 600℃程度から進行
し始める。従って、Inおよび活性金属含有ろう材を用い
た場合には、窒素雰囲気中で接合を行っても、上記反応
開始温度とろう材の液相形成温度との差が小さいことか
ら、上記接合温度に到達した後においても、活性金属と
窒化物系セラミックス板中の窒素との反応が十分に進行
する。
【００１６】言い換えれば、上記Inおよび活性金属含有
ろう材は、 700℃程度の温度から液相を形成し、活性金
属と窒化物系セラミックス板との反応が促進される。こ
の活性金属と窒化物系セラミックス板との反応は、活性
金属と窒素との反応開始温度とあまり差のない温度から
液相により促進されつつ進行するため、結果として雰囲
気中の窒素と活性金属との反応は抑制される。従って、
窒素雰囲気中においても十分な接合強度を得ることが可
能となる。このように窒素雰囲気中での接合が可能とな
ることにより、量産性に優れた連続炉が使用可能とな
る。
ろう材は、 700℃程度の温度から液相を形成し、活性金
属と窒化物系セラミックス板との反応が促進される。こ
の活性金属と窒化物系セラミックス板との反応は、活性
金属と窒素との反応開始温度とあまり差のない温度から
液相により促進されつつ進行するため、結果として雰囲
気中の窒素と活性金属との反応は抑制される。従って、
窒素雰囲気中においても十分な接合強度を得ることが可
能となる。このように窒素雰囲気中での接合が可能とな
ることにより、量産性に優れた連続炉が使用可能とな
る。
【００１７】また、上述したようにInおよび活性金属含
有ろう材を用いることによって、実際の接合温度を 800
〜 900℃程度の温度から 700〜 800℃程度の温度まで低
下させることが可能であるため、接合温度を低下させた
分だけ残留応力が低くなり、よって接合体の耐熱サイク
ル特性を向上させることができる。
有ろう材を用いることによって、実際の接合温度を 800
〜 900℃程度の温度から 700〜 800℃程度の温度まで低
下させることが可能であるため、接合温度を低下させた
分だけ残留応力が低くなり、よって接合体の耐熱サイク
ル特性を向上させることができる。
【００１８】本発明の窒化物系セラミックス−金属接合
体は、例えば以下のようにして製造する。
体は、例えば以下のようにして製造する。
【００１９】まず、窒化物系セラミックス板と金属板と
を用意し、上述したようなInおよび活性金属含有ろう材
をペースト化したものを、例えば窒化物系セラミックス
板側に塗布する。ろう材層の塗布厚は、耐熱サイクル特
性の向上を図る上で、加熱接合後のろう材層の層厚があ
まり厚くならないように、例えば40μm 以下となるよう
にすることが好ましい。
を用意し、上述したようなInおよび活性金属含有ろう材
をペースト化したものを、例えば窒化物系セラミックス
板側に塗布する。ろう材層の塗布厚は、耐熱サイクル特
性の向上を図る上で、加熱接合後のろう材層の層厚があ
まり厚くならないように、例えば40μm 以下となるよう
にすることが好ましい。
【００２０】次に、ろう材ペーストを塗布した窒化物系
セラミックス板上に、金属板を積層配置し、窒素雰囲気
中にて使用したろう材に応じた温度、例えば Ag-Cu系ろ
う材であれば上述したように 700〜 800℃程度の温度で
熱処理し、このろう材による液相により活性金属と窒化
物系セラミックス板との反応を促進して、窒化物系セラ
ミックス板と金属板とを接合する。
セラミックス板上に、金属板を積層配置し、窒素雰囲気
中にて使用したろう材に応じた温度、例えば Ag-Cu系ろ
う材であれば上述したように 700〜 800℃程度の温度で
熱処理し、このろう材による液相により活性金属と窒化
物系セラミックス板との反応を促進して、窒化物系セラ
ミックス板と金属板とを接合する。
【００２１】接合のための熱処理は窒素雰囲気中で行う
ため、前述したように連続炉を用いることが可能とな
り、量産性を大幅に向上させることができると共に、製
造コストの低減を図ることが可能となる。また、得られ
る接合体は、前述したように高接合強度を有すると共
に、耐熱サイクル特性に優れたものとなる。
ため、前述したように連続炉を用いることが可能とな
り、量産性を大幅に向上させることができると共に、製
造コストの低減を図ることが可能となる。また、得られ
る接合体は、前述したように高接合強度を有すると共
に、耐熱サイクル特性に優れたものとなる。
【００２２】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【００２３】実施例１ まず、63×29× 0.635mmの形状を有し、熱伝導率が170W
/m Kの窒化アルミニウム基板を用意した。一方、重量比
がIn:Ag:Cu:Ti=14.0:59.0:23.0:4.0のInおよび活性金属
含有ろう材を用意し、このろう材に樹脂バインダおよび
分散媒を適量加え、十分に混合してInおよびTi含有ろう
材ペーストを作製した。このInおよびTi含有ろう材ペー
ストを上記窒化アルミニウム基板表面に塗布厚が30μm
となるようにスクリーン印刷した。
/m Kの窒化アルミニウム基板を用意した。一方、重量比
がIn:Ag:Cu:Ti=14.0:59.0:23.0:4.0のInおよび活性金属
含有ろう材を用意し、このろう材に樹脂バインダおよび
分散媒を適量加え、十分に混合してInおよびTi含有ろう
材ペーストを作製した。このInおよびTi含有ろう材ペー
ストを上記窒化アルミニウム基板表面に塗布厚が30μm
となるようにスクリーン印刷した。
【００２４】次に、上記ろう材ペーストの塗布層上に、
厚さ 0.3mmのリン脱酸銅板を配置し、これを窒素雰囲気
中にて 700℃×10分の条件下で、連続炉（トンネル炉）
を用いて熱処理し、窒化アルミニウム基板と銅板とを接
合させて、目的とする窒化アルミニウム−銅接合基板を
得た。この接合基板を後述する特性評価に供した。
厚さ 0.3mmのリン脱酸銅板を配置し、これを窒素雰囲気
中にて 700℃×10分の条件下で、連続炉（トンネル炉）
を用いて熱処理し、窒化アルミニウム基板と銅板とを接
合させて、目的とする窒化アルミニウム−銅接合基板を
得た。この接合基板を後述する特性評価に供した。
【００２５】比較例１ 重量比がAg:Cu:Ti=67.7:26.3:6.0のInを含まないTi含有
ろう材を用意し、これをペースト化したものを実施例１
と同素材の窒化アルミニウム基板表面に塗布した。この
Ti含有ろう材ペーストの塗布層上に、実施例１と同素材
の銅板を配置し、バッチ式炉を用いて 1×10-4Torrの真
空中にて 850℃×10分の条件下で熱処理した。得られた
窒化アルミニウム−銅接合基板を後述する特性評価に供
した。
ろう材を用意し、これをペースト化したものを実施例１
と同素材の窒化アルミニウム基板表面に塗布した。この
Ti含有ろう材ペーストの塗布層上に、実施例１と同素材
の銅板を配置し、バッチ式炉を用いて 1×10-4Torrの真
空中にて 850℃×10分の条件下で熱処理した。得られた
窒化アルミニウム−銅接合基板を後述する特性評価に供
した。
【００２６】比較例２ 接合時の雰囲気を 1×10-4Torrの真空中とすると共に、
バッチ式炉を用いる以外は、実施例１と同様にして窒化
アルミニウム−銅接合基板を作製し、後述する特性評価
に供した。
バッチ式炉を用いる以外は、実施例１と同様にして窒化
アルミニウム−銅接合基板を作製し、後述する特性評価
に供した。
【００２７】比較例３ 接合時の雰囲気をAr雰囲気とすると共に、バッチ式炉を
用いる以外は、実施例１と同様にして窒化アルミニウム
−銅接合基板を作製し、後述する特性評価に供した。
用いる以外は、実施例１と同様にして窒化アルミニウム
−銅接合基板を作製し、後述する特性評価に供した。
【００２８】比較例４ 比較例１と同様に、Inを含まないTi含有ろう材を用い
て、実施例１と同様に窒素雰囲気中にて 850℃で接合を
行ったところ、窒化アルミニウム基板に対してほとんど
接合がなされておらず、到底実用に供し得るようなもの
ではなかった。また、接合温度を実施例１と同様に 700
℃としたところ、ろう材による液相が形成されず、同様
にほとんど接合がなされなかった。
て、実施例１と同様に窒素雰囲気中にて 850℃で接合を
行ったところ、窒化アルミニウム基板に対してほとんど
接合がなされておらず、到底実用に供し得るようなもの
ではなかった。また、接合温度を実施例１と同様に 700
℃としたところ、ろう材による液相が形成されず、同様
にほとんど接合がなされなかった。
【００２９】上述した実施例１および比較例１〜３で作
製した各窒化アルミニウム−銅接合基板の特性を以下の
ようにして評価した。まず、 -40℃×30分＋RT×10分＋
125℃×30分＋RT×10分を 1サイクルとして、熱サイク
ル試験(TCT) を行った後、各接合基板の接合強度として
ピール強度を測定した。また、同様に熱サイクル試験(T
CT) を行った後、各接合基板の耐熱サイクル特性として
健全率η(%) を算出した。この健全率ηは耐熱サイクル
特性を示す指標であり、η=100% はクラックがない状態
を示し、η=0% は全面にクラックが発生したことを示す
ものである。図１に TCTのサイクル数とピール強度との
関係を、また図２に TCTのサイクル数と耐熱サイクル特
性（健全率η）との関係を示す。
製した各窒化アルミニウム−銅接合基板の特性を以下の
ようにして評価した。まず、 -40℃×30分＋RT×10分＋
125℃×30分＋RT×10分を 1サイクルとして、熱サイク
ル試験(TCT) を行った後、各接合基板の接合強度として
ピール強度を測定した。また、同様に熱サイクル試験(T
CT) を行った後、各接合基板の耐熱サイクル特性として
健全率η(%) を算出した。この健全率ηは耐熱サイクル
特性を示す指標であり、η=100% はクラックがない状態
を示し、η=0% は全面にクラックが発生したことを示す
ものである。図１に TCTのサイクル数とピール強度との
関係を、また図２に TCTのサイクル数と耐熱サイクル特
性（健全率η）との関係を示す。
【００３０】図１から明らかなように、比較例１による
接合基板は当初の接合強度は大きいものの、 TCTによる
接合強度の劣化がはげしいのに対し、実施例１による窒
化アルミニウム−銅接合基板は、 TCTによる強度劣化が
ほとんど見られないことが分かる。また、真空中やアル
ゴン雰囲気中で接合した比較例２、３の接合基板と比べ
ても、ほとんど遜色のない強度特性が得られていること
が分かる。
接合基板は当初の接合強度は大きいものの、 TCTによる
接合強度の劣化がはげしいのに対し、実施例１による窒
化アルミニウム−銅接合基板は、 TCTによる強度劣化が
ほとんど見られないことが分かる。また、真空中やアル
ゴン雰囲気中で接合した比較例２、３の接合基板と比べ
ても、ほとんど遜色のない強度特性が得られていること
が分かる。
【００３１】また、図２から明らかなように、比較例１
による接合基板は TCTのサイクル数の増加と共にクラッ
クが増加しているのに対し、実施例１による窒化アルミ
ニウム−銅接合基板は、 500サイクルの TCT後において
もクラックは発生せず、耐熱サイクル特性が大幅に向上
していることが分かる。また、真空中やアルゴン雰囲気
中で接合した比較例２、３の接合基板と比べても、ほと
んど遜色のない耐熱サイクル特性が得られていることが
分かる。
による接合基板は TCTのサイクル数の増加と共にクラッ
クが増加しているのに対し、実施例１による窒化アルミ
ニウム−銅接合基板は、 500サイクルの TCT後において
もクラックは発生せず、耐熱サイクル特性が大幅に向上
していることが分かる。また、真空中やアルゴン雰囲気
中で接合した比較例２、３の接合基板と比べても、ほと
んど遜色のない耐熱サイクル特性が得られていることが
分かる。
【００３２】上述したように、比較例２、３による接合
基板は、実施例１の接合基板とほぼ同等の特性を有して
いるが、製造コストに関しては実施例１の約 1.5倍であ
り、またバッチ式炉を用いているため、極めて量産性に
乏しいものであった。
基板は、実施例１の接合基板とほぼ同等の特性を有して
いるが、製造コストに関しては実施例１の約 1.5倍であ
り、またバッチ式炉を用いているため、極めて量産性に
乏しいものであった。
【００３３】このように、Inおよび活性金属含有ろう材
を用いることによって、窒素雰囲気中で接合を行った場
合においても高接合強度を得ることができ、さらに接合
温度を低下させることができるため、耐熱サイクル特性
に優れた窒化物系セラミックス−金属接合体を再現性よ
く得ることが可能となる。そして、窒素雰囲気中での接
合を実現することによって、量産性に優れると共に製造
コストが低い連続炉の使用が可能となる。
を用いることによって、窒素雰囲気中で接合を行った場
合においても高接合強度を得ることができ、さらに接合
温度を低下させることができるため、耐熱サイクル特性
に優れた窒化物系セラミックス−金属接合体を再現性よ
く得ることが可能となる。そして、窒素雰囲気中での接
合を実現することによって、量産性に優れると共に製造
コストが低い連続炉の使用が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
接合強度を有すると共に、耐熱サイクル特性に優れた窒
化物系セラミックス−金属接合体を、連続炉の使用が可
能な窒素雰囲気中で作製（接合）することが可能とな
る。従って、窒化物系セラミックス−金属接合体の工業
製品として極めて重要な信頼性および量産性を大幅に向
上させることが可能となる。
接合強度を有すると共に、耐熱サイクル特性に優れた窒
化物系セラミックス−金属接合体を、連続炉の使用が可
能な窒素雰囲気中で作製（接合）することが可能とな
る。従って、窒化物系セラミックス−金属接合体の工業
製品として極めて重要な信頼性および量産性を大幅に向
上させることが可能となる。
【図１】 本発明の一実施例による窒化アルミニウム−
銅接合基板の TCTのサイクル数とピール強度との関係を
示す図である。
銅接合基板の TCTのサイクル数とピール強度との関係を
示す図である。
【図２】 本発明の一実施例による窒化アルミニウム−
銅接合基板の TCTのサイクル数と耐熱サイクル特性（健
全率η）との関係を示す図である。
銅接合基板の TCTのサイクル数と耐熱サイクル特性（健
全率η）との関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化物系セラミック板と、前記窒化物系
セラミック体にろう材層を介して接合された金属板とを
具備する接合体であって、 前記窒化物系セラミック板と金属板とが、Ti、Zr、Hfお
よびNbから選ばれた少なくとも 1種の活性金属とInとを
含む前記ろう材層を介して窒素雰囲気中で接合されてな
ることを特徴とする窒化物系セラミックス−金属接合
体。 - 【請求項２】 窒化物系セラミック板および金属板の少
なくとも一方の表面に、Ti、Zr、HfおよびNbから選ばれ
た少なくとも 1種の活性金属とInとを含むろう材ペース
トの塗布層を形成する工程と、 前記ろう材ペーストの塗布層を介して、前記窒化物系セ
ラミック板と金属板とを積層する工程と、 前記積層体を窒素雰囲気中で焼成し、前記窒化物系セラ
ミック板と金属板とを接合する工程とを有することを特
徴とする窒化物系セラミックス−金属接合体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32865493A JPH07187839A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 窒化物系セラミックス−金属接合体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32865493A JPH07187839A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 窒化物系セラミックス−金属接合体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07187839A true JPH07187839A (ja) | 1995-07-25 |
Family
ID=18212680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32865493A Withdrawn JPH07187839A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 窒化物系セラミックス−金属接合体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07187839A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022244769A1 (ja) | 2021-05-19 | 2022-11-24 | 株式会社 東芝 | 接合体の製造方法およびそれを用いたセラミックス回路基板の製造方法 |
| EP4112586A1 (de) * | 2021-06-29 | 2023-01-04 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Verfahren zur herstellung eines metall-keramik-substrats mittels einem durchlaufofen |
| EP4112587A1 (de) * | 2021-06-29 | 2023-01-04 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Verfahren zur herstellung eines metall-keramik-substrats mittels schnellem heizen |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32865493A patent/JPH07187839A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022244769A1 (ja) | 2021-05-19 | 2022-11-24 | 株式会社 東芝 | 接合体の製造方法およびそれを用いたセラミックス回路基板の製造方法 |
| EP4112586A1 (de) * | 2021-06-29 | 2023-01-04 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Verfahren zur herstellung eines metall-keramik-substrats mittels einem durchlaufofen |
| EP4112587A1 (de) * | 2021-06-29 | 2023-01-04 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Verfahren zur herstellung eines metall-keramik-substrats mittels schnellem heizen |
| JP2023007425A (ja) * | 2021-06-29 | 2023-01-18 | ヘレウス ドイチェラント ゲーエムベーハー ウント カンパニー カーゲー | 金属セラミック基材を製造するための方法 |
| JP2023007427A (ja) * | 2021-06-29 | 2023-01-18 | ヘレウス ドイチェラント ゲーエムベーハー ウント カンパニー カーゲー | 金属セラミック基材を製造するための方法及び炉 |
| US12059739B2 (en) | 2021-06-29 | 2024-08-13 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Method for producing a metal-ceramic substrate |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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