JP2013248657A - ろう材、ろう材による接合方法及び半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭素材料にアルミニウムまたはアルミニウム合金を含浸させた複合部材からなる伝熱層4(または、放熱基板6)と絶縁基板5とを接合するろう材であって、このろう材は、0.1〜2.0重量%のTiと、Cuを22〜32重量%、Siを3.4〜7.4重量%、残部がAlと不可避的不純物からなる混合物と、を含有する。伝熱層4は、半導体素子2が設けられる配線層3と絶縁基板5との間に設けられる。伝熱層4にろう材を塗布し、ろう材の塗布面に絶縁基板5に設け、伝熱層4を絶縁基板5方向に押圧して加熱し、ろう付けを行う。
【選択図】図1
Description
(1)ろう材の調製
ろう材が、1.6重量%のTiと、Cuを26.6重量%、Siを5.4重量%、残部がAlである混合物とを含有するようにTi粉末(粒子径:38μm以下)、Cu粉末(50%粒子径:1μm)、Si粉末(50%粒子径:5μm)、Al粉末(50%粒子径:3μm)を混合し、4元混合粉末を得た(いずれの粉末も高純度化学研究所製)。Ti粉末は、Al,Cu,Si粉末と比較して粒子径が大きいので、予め乳鉢で粉砕してから他の粉末と混合した。この4元混合粉末をボールミルで1h混合し、その後ペースト状となるようにエタノールを適量加えて実施例1のろう材を調製した。
図1に示す半導体モジュール1の伝熱層4及び放熱基板6として、ALC400(エーエムテクノロジー社製)を用いた。また、絶縁基板5として、AlN基板を用いた。なお、実施例の説明では、伝熱層4と絶縁基板5との接合について詳細に説明するが、放熱基板6と絶縁基板5も同様の方法で接合することができる。
(1)ろう材の調製
ろう材が、0.8重量%のTiと、Cuを26.6重量%、Siを5.4重量%、残部がAlである混合物とを含有するようにTi,Cu,Si,Al粉末を混合し、4元混合粉末を得た(いずれの粉末も高純度化学研究所製)。各粉末は、実施例1と同じものを用いた。そして、実施例1と同様にTi粉末を予め乳鉢で粉砕してから他の粉末と混合した。この4元混合粉末をボールミルで1h混合し、その後ペースト状となるようにエタノールを適量加えて実施例2のろう材を調製した。
実施例1の接合方法と同様に、伝熱層の一面に実施例2のろう材を塗布し、絶縁基板上にろう材を介して伝熱層を設けた。押圧部材により伝熱層を絶縁基板方向に押圧した状態で、アルゴン雰囲気中、所定の接合温度まで加熱してろう付けを行い5つの接合試料を得た。
(1)ろう材の調製
ろう材が、Cuが26.6重量%、Siが5.4重量%、残部がAlである混合物となるようにCu,Si,Al粉末を混合し、3元混合粉末を得た(いずれの粉末も高純度化学研究所製)。各粉末は、実施例1と同じものを用いた。この3元混合粉末をボールミルで1h混合し、その後ペースト状となるようにエタノールを適量加えて比較例1のろう材を調製した。
実施例1の接合方法と同様に、伝熱層の一面に比較例1のろう材を塗布し、絶縁基板上にろう材を介して伝熱層を設けた。押圧部材により伝熱層を絶縁基板方向に押圧した状態で、アルゴン雰囲気中、所定の接合温度まで加熱してろう付けを行い5つの接合試料を得た。
(1)ろう材の調製
ろう材が、2.5重量%のTiと、Cuを26.6重量%、Siを5.4重量%、残部がAlである混合物とを含有するようにTi,Cu,Si,Al粉末を混合し、4元混合粉末を得た(いずれの粉末も高純度化学研究所製)。各粉末は、実施例1と同じものを用いた。そして、実施例1と同様にTi粉末を予め乳鉢で粉砕してから他の粉末と混合した。この4元混合粉末をボールミルで1h混合し、その後ペースト状となるようにエタノールを適量加えて比較例2のろう材を調製した。
実施例1の接合方法と同様に、伝熱層の一面に実施例2のろう材を塗布し、絶縁基板上にろう材を介して伝熱層を設けた。押圧部材により伝熱層を絶縁基板方向に押圧した状態で、アルゴン雰囲気中、所定の接合温度まで加熱してろう付けを行い5つの接合試料を得た。
(1)目視による接合部の評価
550℃,575℃,600℃で接合した接合試料は、実施例1,2及び比較例1,2のいずれのろう材を用いた場合であっても、伝熱層と絶縁基板が良好に接合されていることが目視により確認された。
実施例1,2及び比較例1,2の各ろう材を用いて、525℃,550℃,575℃,600℃で接合した接合試料に対してヒートサイクル試験を行った。ヒートサイクル試験は、125℃(保持時間30min)と−40℃(保持時間30min)とを交互に1000サイクル繰り返す試験を行った。接合試料の接合部の評価は、ヒートサイクル試験後の伝熱層と絶縁基板との間の接合部に剥離が生じたかどうかを目視で評価した。表2に、接合部の評価結果を示す。表2では、伝熱層と絶縁基板が剥離しなかった接合試料には○を付し、伝熱層と絶縁基板に剥離が確認された接合試料には×を付した。
2…半導体素子
3…配線層
4…伝熱層(第1複合部材)
5…絶縁基板
6…放熱基板(第2複合部材)
7…水冷ジャケット(放熱器)
7a…冷媒流路
8…ボルト
9…ろう材
10…押圧部材
13…伝熱層
14…放熱基板
15…応力緩和層
Claims (6)
- 0.1〜2.0重量%のTiと、
Cuを22〜32重量%、Siを3.4〜7.4重量%、残部がAlと不可避的不純物からなる混合物と、を含有する
ことを特徴とするろう材。 - 前記ろう材は、
Al粉末、Cu粉末、Si粉末、Ti粉末の混合物に、溶媒を混合してなる
ことを特徴とする請求項1に記載のろう材。 - 前記ろう材は、炭素材料にアルミニウムまたはアルミニウム合金を含浸させた複合部材と、絶縁基板とを接合する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のろう材。 - 炭素材料にアルミニウムまたはアルミニウム合金を含浸させた複合部材に、0.1〜2.0重量%のTiと、Cuを22〜32重量%、Siを3.4〜7.4重量%、残部がAlと不可避的不純物からなる混合物と、を含有するろう材を介して絶縁基板を設け、
前記複合部材と前記絶縁基板とを圧着して、当該ろう材を不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で加熱しろう付けする
ことを特徴とするろう材による接合方法。 - 半導体素子と、
当該半導体素子が設けられる配線層と、
この配線層が、炭素材料にアルミニウムまたはアルミニウム合金を含浸させた第1複合部材を介して設けられる絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記配線層が設けられる面の反対側の面に、炭素材料にアルミニウムまたはアルミニウム合金を含浸させた第2複合部材を介して設けられる放熱器と、を有し、
前記第1複合部材と前記絶縁基板の接合部、または前記第2複合部材と前記絶縁基板の接合部の少なくとも一方の接合部を、0.1〜2.0重量%のTiと、Cuを22〜32重量%、Siを3.4〜7.4重量%、残部がAlと不可避的不純物からなる混合物と、を含有するろう材で接合する
ことを特徴とする半導体モジュール。 - 前記第1複合部材または前記第2複合部材のろう接面にニッケル層を形成する
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体モジュール。
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2012
- 2012-06-04 JP JP2012126665A patent/JP5935517B2/ja active Active
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