JP2590255B2 - セラミックスとの接合性の良い銅材 - Google Patents
セラミックスとの接合性の良い銅材Info
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- JP2590255B2 JP2590255B2 JP1052855A JP5285589A JP2590255B2 JP 2590255 B2 JP2590255 B2 JP 2590255B2 JP 1052855 A JP1052855 A JP 1052855A JP 5285589 A JP5285589 A JP 5285589A JP 2590255 B2 JP2590255 B2 JP 2590255B2
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- Japan
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- ceramics
- copper material
- copper
- bonding
- plating
- Prior art date
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/302—Cu as the principal constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミックスとの接合性の良い銅材に関す
る。
る。
［従来の技術］ セラミックスに銅材を接合した接合体がハイブリット
ICなどの電子部品に多く用いられている。これらの接合
は、従来、モリブデンやタングステンなどの有機バイン
ダーを含む金属ペーストをセラミックス上に印刷した
後、雰囲気炉で加熱して金属ペーストをメタライズさせ
てメタライズ層を形成し、次いで、メタライズ層をニッ
ケルメッキした後、銅材をハンダ付けにより接合させる
といった種々の工程を含む複雑な方法で行われていた。
ICなどの電子部品に多く用いられている。これらの接合
は、従来、モリブデンやタングステンなどの有機バイン
ダーを含む金属ペーストをセラミックス上に印刷した
後、雰囲気炉で加熱して金属ペーストをメタライズさせ
てメタライズ層を形成し、次いで、メタライズ層をニッ
ケルメッキした後、銅材をハンダ付けにより接合させる
といった種々の工程を含む複雑な方法で行われていた。
これに対し、セラミックスと銅材との接合界面に銅の
酸化物（Cu2O）を生成させてセラミックスと銅を直接接
合させるという簡単な工程からなる方法が開発され、注
目されてる。この方法は、セラミックスと銅材とを直接
接触させた状態で単に加熱処理して両者を接合させるも
のである。銅−酸素の２元状態図から理解されるよう
に、1065℃以上の温度に加熱して酸素を接触界面に供給
することにより、Cu2O液相を形成させることができる
が、これを利用してセラミックスと銅材とを直接接合さ
せるのである。酸素の供給方法には銅中の酸素による方
法（タフピッチ銅使用）と雰囲気中に存在させた酸素に
よる方法（無酸素銅使用）とがあり、タフピッチ銅を使
った接合法が一般的に用いられている。
酸化物（Cu2O）を生成させてセラミックスと銅を直接接
合させるという簡単な工程からなる方法が開発され、注
目されてる。この方法は、セラミックスと銅材とを直接
接触させた状態で単に加熱処理して両者を接合させるも
のである。銅−酸素の２元状態図から理解されるよう
に、1065℃以上の温度に加熱して酸素を接触界面に供給
することにより、Cu2O液相を形成させることができる
が、これを利用してセラミックスと銅材とを直接接合さ
せるのである。酸素の供給方法には銅中の酸素による方
法（タフピッチ銅使用）と雰囲気中に存在させた酸素に
よる方法（無酸素銅使用）とがあり、タフピッチ銅を使
った接合法が一般的に用いられている。
この直接接合法はそれ以前の接合法に比べて工程も簡
単で種々の利点を有しているが、なお解決すべき問題点
が幾つか残っている。
単で種々の利点を有しているが、なお解決すべき問題点
が幾つか残っている。
それは、銅が融点近傍まで加熱されて保持されるた
め、30ppm前後含有されるS,Fe,Si,Ag,Pb,Niなどの不純
物元素により局所的に融点が著しく低下して、銅材の表
面（素子が搭載される表面）が極端に荒れる現象や、接
触面で同様の局所的融点低下が起ってぬれの面積が減り
良好な接合が得られないという現象が起る場合があるな
どである。
め、30ppm前後含有されるS,Fe,Si,Ag,Pb,Niなどの不純
物元素により局所的に融点が著しく低下して、銅材の表
面（素子が搭載される表面）が極端に荒れる現象や、接
触面で同様の局所的融点低下が起ってぬれの面積が減り
良好な接合が得られないという現象が起る場合があるな
どである。
このため、接合歩留りが著しく低下してコストアップ
につながること、銅表面が荒れて素子の搭載が不可能と
なるなどの欠点があった。
につながること、銅表面が荒れて素子の搭載が不可能と
なるなどの欠点があった。
したがって、使用されるタフピッチ銅は、不純物元素
であるS,Fe,Si,Ag,Pb,Niなどの含有量をそれぞれ10ppm
以下にする必要があり、工業的には、溶解炉の炉材、操
業条件など非常にきびしい制約を受けることになる。
であるS,Fe,Si,Ag,Pb,Niなどの含有量をそれぞれ10ppm
以下にする必要があり、工業的には、溶解炉の炉材、操
業条件など非常にきびしい制約を受けることになる。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記に説明したような従来技術に鑑みなさ
れたものであり、本発明の目的は、Ｓなどの不純物制御
を厳密に行う必要のない、セラミックスとの接合性の良
い銅材を提供することを目的とする。
れたものであり、本発明の目的は、Ｓなどの不純物制御
を厳密に行う必要のない、セラミックスとの接合性の良
い銅材を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明の銅材は、酸素濃度が180〜300ppmであり、残
部はCuおよび不可避不純物からなるタフピッチ銅に１〜
20μｍの純度99.95重量％以上のCu層を設けたことを特
徴とするセラミックスと接合性の良い銅材である。
部はCuおよび不可避不純物からなるタフピッチ銅に１〜
20μｍの純度99.95重量％以上のCu層を設けたことを特
徴とするセラミックスと接合性の良い銅材である。
［作用］ 本発明に係るセラミックスと接合性の良い銅材につい
て以下詳細に説明する。
て以下詳細に説明する。
酸素は、セラミックスと直接金属接合させる上での必
須の元素であり、180ppm未満の濃度では接合界面での酸
素の供給量が不十分であり、接合不良が発生する。ま
た、300ppmを超える濃度では、接合性は良好であるが、
高純度Cu層が１〜20μｍ施されていても、素子が搭載さ
れる表面が荒れる（過剰のO2が粒界に集まり、表面あら
さが大きくなる）。よって、酸素濃度は180〜300ppmと
する。
須の元素であり、180ppm未満の濃度では接合界面での酸
素の供給量が不十分であり、接合不良が発生する。ま
た、300ppmを超える濃度では、接合性は良好であるが、
高純度Cu層が１〜20μｍ施されていても、素子が搭載さ
れる表面が荒れる（過剰のO2が粒界に集まり、表面あら
さが大きくなる）。よって、酸素濃度は180〜300ppmと
する。
高純度Cu層は、セラミックスとの接合界面において、
不可避的に混入して不純物元素による局所的融点の低下
を抑制し、界面でのCu2O液相を十分に存在させ、良好な
接合界面を得る効果を有する。
不可避的に混入して不純物元素による局所的融点の低下
を抑制し、界面でのCu2O液相を十分に存在させ、良好な
接合界面を得る効果を有する。
高純度Cu層の厚さが、１μｍ未満ではその効果は少な
く、20μｍを超えると接合性が低下する。よって、高純
度Cu層の厚さは１〜20μｍとする。
く、20μｍを超えると接合性が低下する。よって、高純
度Cu層の厚さは１〜20μｍとする。
また、高純度Cu層を設けない場合、素子が搭載される
タフピッチ表面は、Cu2O液相の形成により、凸凹が生
じ、表面粗さが著しく大きくなる（Rmax10μｍ以上）
が、高純度Cu層を１〜20μｍ設けることにより表面が比
較的平滑になり、素子搭載の品質安定につながる。この
場合、高純度Cu層の厚さは厚くなるほど良いが、セラミ
ックスとの接合性ならびに表面粗さおよびコスト面か
ら、１〜20μｍが適切である。
タフピッチ表面は、Cu2O液相の形成により、凸凹が生
じ、表面粗さが著しく大きくなる（Rmax10μｍ以上）
が、高純度Cu層を１〜20μｍ設けることにより表面が比
較的平滑になり、素子搭載の品質安定につながる。この
場合、高純度Cu層の厚さは厚くなるほど良いが、セラミ
ックスとの接合性ならびに表面粗さおよびコスト面か
ら、１〜20μｍが適切である。
高純度Cu層のCu濃度は、99.95％以上であり、たとえ
ば、めっき処理により設ければよい。なお、メッキの場
合、めっきのままでもよいが、素材表面の平滑性をさら
に良好にし、また、急蔵ガスの除去のため、Cuめっき
後、圧延および燒純処理を行ってもよい。
ば、めっき処理により設ければよい。なお、メッキの場
合、めっきのままでもよいが、素材表面の平滑性をさら
に良好にし、また、急蔵ガスの除去のため、Cuめっき
後、圧延および燒純処理を行ってもよい。
なお、本発明において接合の対象となるセラミックス
の種類には特に限定されないが、たとえば、Al2O3,AlO3
・SiO2などがあげられ、また、これらのセラミックスは
適宜の基本上に形成された膜であってもよい。
の種類には特に限定されないが、たとえば、Al2O3,AlO3
・SiO2などがあげられ、また、これらのセラミックスは
適宜の基本上に形成された膜であってもよい。
［実施例］ 本発明に係るセラミックスと接合性の良い銅材をその
実施によって以下に詳説する。
実施によって以下に詳説する。
第１表に示す含有成分および成分割合のタフピッチ銅
の0.3mmt材を供試材とした。
の0.3mmt材を供試材とした。
セラミックスはアルミナ質の1.5mmt×30mmw×500mml
のものを使用した。
のものを使用した。
接合させる銅材はあらかじめ0.3mmt×25mmw×45mmlに
エッチング加工にて準備した。Cuめっきはエッチング加
工前硫酸銅めっき浴にて実施した。
エッチング加工にて準備した。Cuめっきはエッチング加
工前硫酸銅めっき浴にて実施した。
接合試験は、セラミックスとを銅材を重ねて、N2ガス
100％雰囲気中（露点−50℃）で、1070℃×10分加熱処
理後、外観検査（×40）を行い、フクレの発生有無にて
接合性を評価した。また、銅材表面の表面粗さ測定およ
び走査電子顕微鏡により表面状況を観察した。
100％雰囲気中（露点−50℃）で、1070℃×10分加熱処
理後、外観検査（×40）を行い、フクレの発生有無にて
接合性を評価した。また、銅材表面の表面粗さ測定およ
び走査電子顕微鏡により表面状況を観察した。
第２表に試験条件ならびに試験結果を示す。
また、セラミックスに接合した銅材の表面を走査電子
顕微鏡観察した結果のうち、代表例としてNo.1（実施
例）とNo.8（比較例）を第１図（ａ），（ｂ）に示す。
顕微鏡観察した結果のうち、代表例としてNo.1（実施
例）とNo.8（比較例）を第１図（ａ），（ｂ）に示す。
第２表および第１図より明らかなように、No.1〜No.6
（実施例）は、比較例より、セラミックスとの接合性が
良好であり、素子などが搭載される銅材表面もRmax×10
μｍ以下と平滑性に優れていた。
（実施例）は、比較例より、セラミックスとの接合性が
良好であり、素子などが搭載される銅材表面もRmax×10
μｍ以下と平滑性に優れていた。
これに対してNo.7およびNo.8（比較例）はCuめっき処
理がなく、フクレの発生が多く、銅材表面の凹凸が発生
している。
理がなく、フクレの発生が多く、銅材表面の凹凸が発生
している。
No.9,10,11,12（比較例）は、めっきの有無にかかわ
らず、O2濃度が300ppmを超えており、フクレの発生は少
なかったが、表面粗さが大きかった。
らず、O2濃度が300ppmを超えており、フクレの発生は少
なかったが、表面粗さが大きかった。
No.13,14,15（比較例）はO2濃度が180ppm未満であ
り、Cuめっきの有無を問わず、銅材表面の表面粗さは良
好であるが、接合性に問題がある。
り、Cuめっきの有無を問わず、銅材表面の表面粗さは良
好であるが、接合性に問題がある。
No.16（比較例）は、不純物規制を行ったタフピッチ
銅であり、接合性、表面粗さとも本発明と同等である
が、工業的に製造する上で、No.16ほどに不純物を規制
するためには、相当量の設備が必要になり、コストアッ
プ・生産性低下につながる。
銅であり、接合性、表面粗さとも本発明と同等である
が、工業的に製造する上で、No.16ほどに不純物を規制
するためには、相当量の設備が必要になり、コストアッ
プ・生産性低下につながる。
［発明の効果］ 本発明によれば、極限の不純物規制を行う必要もな
く、従来のタフピッチ銅にCuめっき層を存在させるとに
よりセラミックスとの接合性の良好な銅材を提供するこ
とができ、たとえば、電子部品としてのセラミックス−
銅複合材の品質、生産性の向上に多大に寄与するもので
ある。
く、従来のタフピッチ銅にCuめっき層を存在させるとに
よりセラミックスとの接合性の良好な銅材を提供するこ
とができ、たとえば、電子部品としてのセラミックス−
銅複合材の品質、生産性の向上に多大に寄与するもので
ある。
第１図（ａ）は本発明No.1の銅材を用いてアルミナセラ
ミックスに直接接合した銅材表面の結晶粒の状態を示す
走査電子顕微鏡写真である。第１図（ｂ）は比較例No.8
の銅材を用いてアルミナセラミックに直接接合した銅材
表面の結晶粒の状態を示す走査電子顕微鏡写真である。
ミックスに直接接合した銅材表面の結晶粒の状態を示す
走査電子顕微鏡写真である。第１図（ｂ）は比較例No.8
の銅材を用いてアルミナセラミックに直接接合した銅材
表面の結晶粒の状態を示す走査電子顕微鏡写真である。
Claims (1)
- 【請求項１】酸素濃度が180〜300ppmであり、残部はCu
および不可避不純物からなるタフピッチ銅に１〜20μｍ
の純度99.95重量％以上のCu層を設けたことを特徴とす
るセラミックスと接合性の良い銅材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1052855A JP2590255B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | セラミックスとの接合性の良い銅材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1052855A JP2590255B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | セラミックスとの接合性の良い銅材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02232326A JPH02232326A (ja) | 1990-09-14 |
| JP2590255B2 true JP2590255B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=12926475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1052855A Expired - Lifetime JP2590255B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | セラミックスとの接合性の良い銅材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590255B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997029216A1 (en) * | 1996-02-09 | 1997-08-14 | Brush Wellman Inc. | Alloy c11004 |
| JP4557354B2 (ja) * | 2000-03-27 | 2010-10-06 | 株式会社東芝 | セラミックス銅回路基板の製造方法 |
| JP4241397B2 (ja) | 2002-04-19 | 2009-03-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 回路基板の製造方法 |
| JP4206915B2 (ja) * | 2002-12-27 | 2009-01-14 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板 |
| US8194391B2 (en) | 2007-12-21 | 2012-06-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Multilayer ceramic electronic component and manufacturing method thereof |
| JP5239731B2 (ja) * | 2007-12-21 | 2013-07-17 | 株式会社村田製作所 | 積層セラミック電子部品およびその製造方法 |
| JP5282634B2 (ja) * | 2008-06-25 | 2013-09-04 | 株式会社村田製作所 | 積層セラミック電子部品およびその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62282797A (ja) * | 1986-05-29 | 1987-12-08 | Dowa Mining Co Ltd | セラミツクス−銅直接接合用銅材 |
-
1989
- 1989-03-07 JP JP1052855A patent/JP2590255B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02232326A (ja) | 1990-09-14 |
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