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発明の名称 アルミニウム−セラミックス接合基板
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2000−226269(P2000−226269A)
公開日 平成12年8月15日(2000.8.15)
出願番号 特願平11−27616
出願日 平成11年2月4日(1999.2.4)
代理人 【識別番号】100062982
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 誠一 (外1名)
【テーマコード(参考)】
4G026
【Fターム(参考)】
4G026 BA01 BA16 BB27 BF02 BF22 BG02 BH07 
発明者 桜庭 正美 / 木村 正美 / 寧 暁山 / 中村 潤二
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 アルミニウムとセラミックスがホウケイ酸鉛ガラスを含むろう材により接合されていることを特徴とするアルミニウム−セラミックス接合基板。
【請求項2】 上記セラミックスが窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項1記載のアルミニウム−セラミックス接合基板。
【請求項3】 上記ホウケイ酸鉛ガラスが、その成分として70wt%以上の酸化鉛を含んでいることを特徴とする請求項1または2記載のアルミニウム−セラミックス接合基板。
【請求項4】 上記ろう材がAlを主たる成分としていることを特徴とする請求項1、2または3記載のアルミニウム−セラミックス接合基板。
【請求項5】 上記ろう材がAlを主たる成分としかつSiとホウケイ酸ガラスを含むことを特徴とする請求項1、2、3または4記載のアルミニウム−セラミックス接合基板。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム−セラミックス接合基板、より詳細にはアルミニウム−窒化アルミニウム接合基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】金属とセラミックス、例えばAlとAIN基板を接合する場合、ろう付け方法としては特開平3−125463号や特開平4−12554号などが知られている。これには、AlとAIN基板を接合するに際して、AIN基板の表面をエッチング処理により粗面化した状態で表面酸化層を形成し、その上に、Al−Si系合金またはAl−Ge系合金からなるろう材を介して、Al板をAIN基板に接合することが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のろう材によるAlとAlN基板の接合では、接合の界面に多数のボイドが発生してしまい、その影響で接合界面の熱伝導が十分でないと言う問題点があった。
【0004】そのため、従来のろう材を用いて接合したアルミニウムと窒化アルミニウム基板を接合させた基板は基板上のチップが機能した時に発生する熱を十分に放出することが困難になっている。
【0005】また、上記文献の場合は、窒化アルミニウム基板の表面を酸化処理して粗面化した状態で表面酸化層を形成した後、ろう材を介して接合するため、工程が複雑になると同時に、酸化処理条件の管理などの問題が発生してきた。
【0006】そこで、本発明においては、接合基板のボイドの発生率を抑えることによって熱伝導率が十分な金属−セラミックス接合基板を提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム−セラミックス接合基板は、アルミニウムとセラミックスがホウケイ酸鉛ガラスを含むろう材により接合されていることを特徴とする。
【0008】上記セラミックスは窒化アルミニウムであることを特徴とする。
【0009】上記ホウケイ酸鉛ガラスは、その成分として70wt%以上の酸化鉛を含んでいることを特徴とする。
【0010】上記ろう材はAlを主たる成分としていることを特徴とする。
【0011】上記ろう材はAlを主たる成分としかつSiとホウケイ酸ガラスを含むことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明においては、アルミニウムとセラミックス基板を接合して接合基板を作成するに当たって、AlまたはAl−Si系ろう材にホウケイ酸鉛ガラスが添加されたろう材を用い、このろう材をセラミックス基板の表面に塗布し、これにアルミニウム板を接触配置し、この基板を真空中で加熱接合したのち、エッチングにより所定の回路パターンを作成する。
【0013】Al系のろう材およびAl−Si系のろう材としては、実施例に記載された成分に限定されるものでなく、通常使用されているAl系ろう材或いはAl−Si系のろう材であれば差し支えない。
【0014】上記ホウケイ酸鉛ガラスは70wt%以上の酸化鉛を含んでいることが好ましい。さらに、各特性を向上させる元素や特性を著しく劣化させない不純物を含むことは差し支えない。
【0015】なお、アルミニウムとセラミックス基板の接合方法及び回路製造方法は必ずしも上記工程に限定されるものでなく、アルミニウムとセラミックス基板を接合する際にろう材を用いる方法であれば、どのような方法を用いても差し支えない。
【0016】(実施例1)
【0017】PbOが表1に示すように含有されたガラス粉末A,B,及びCを準備した。
【0018】
【表1】

【0019】表2の実施例1で示すようにアルミニウム粉末97.0wt%と、ガラス粉末A3.0wt%を混合し、更にバインダーを溶む溶剤を添加し、3本ロールで混練してろう材をペースト状に調整し、このペースト状のろう材を市販の窒化アルミニウム基板(岩城硝子製:130W/mk)の両面に厚さ30μmとなるように塗布した。
【0020】
【表2】

【0021】窒化アルミニウム基板の寸法は縦50mm、横30mm、厚さ0.635mmとした。これに0.4mmの厚さで窒化アルミニウムと同じ面積のアルミ板を窒化アルミニウム基板の両面に接触配置し、これを600℃の真空中で加熱してアルミと窒化アルミニウムを接合した。
【0022】アルミニウム基板の一方の表面にエッチングレジストを所定の回路に合わせて塗布し、アルミニウム基板をエッチング処理して、所定の回路を持つ基板を形成した。
【0023】得られたアルミニウム−窒化アルミニウム接合基板の接合界面のボイド率および最大ボイド径を日立建機製の超音波探傷装置(miscope−i)にて測定した。
【0024】(実施例2−12)
【0025】ろう材の含有成分を表2の実施例2〜12に示すような成分に調整した以外はすべて実施例1と同じ方法でAl−AIN基板を作製し、実施例1と同様にボイド率及び最大ボイド径を測定した。
【0026】(比較例1)
【0027】表2の比較例1で示したろう材の成分を用いた以外は、実施例1と同じ方法で基板を作製し、同様な測定を行った。
【0028】上記実施例に示した基板はボイド率がいずれも1.02%以下であるのに対し比較例は2.95%と実施例の倍以上のボイド率を示している。また、最大ボイド径について比べても、実施例がいずれも0.7mm以下であるのに対し、実施例は2.5mmと、これも3倍以上の大きさである。
【0029】接合基板の接合界面にボイドが発生する原因は良く判っていないが、例えばアルミニウムと窒化アルミニウム基板を接合する場合、ホウケイ酸鉛ガラスといったガラス成分を添加したろう材を接合基板の接合に用いることで、従来のケミカルボンドと言われる接合状態からガラスボンドの接合状態にすることにより、ボイドの発生を抑制するものと考えられる。
【0030】
【発明の効果】本発明のように、アルミニウム系のろう材にホウケイ酸鉛ガラスを含んだろう材をアルミニウムとセラミックスの接合に用いると、従来のAl−Si系のろう材による接合に比較して、ボイド率も少なくまた最大ボイド径の小さい良好な接合基板を得ることが出来るようになる大きな利益がある。




 

 


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