JP7460656B2 - Manufacturing method of bonded substrate - Google Patents

Manufacturing method of bonded substrate Download PDF

Info

Publication number
JP7460656B2
JP7460656B2 JP2021560819A JP2021560819A JP7460656B2 JP 7460656 B2 JP7460656 B2 JP 7460656B2 JP 2021560819 A JP2021560819 A JP 2021560819A JP 2021560819 A JP2021560819 A JP 2021560819A JP 7460656 B2 JP7460656 B2 JP 7460656B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intermediate product
surface pressure
temperature
copper plate
brazing material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021560819A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2021106097A1 (en
Inventor
隆 海老ヶ瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of JPWO2021106097A1 publication Critical patent/JPWO2021106097A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7460656B2 publication Critical patent/JP7460656B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • 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
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

本発明は、接合基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a bonded substrate.

窒化ケイ素セラミックスは、高い熱伝導性及び高い絶縁性を有する。このため、銅板が接合層を介して窒化ケイ素セラミックス基板に接合された接合基板は、パワー半導体素子が実装される絶縁放熱基板として好適に用いられる。 Silicon nitride ceramics have high thermal conductivity and high insulation properties. Therefore, a bonded substrate in which a copper plate is bonded to a silicon nitride ceramic substrate via a bonding layer is suitably used as an insulated heat dissipation substrate on which a power semiconductor element is mounted.

当該接合基板は、多くの場合は、ろう材層を銅板と窒化ケイ素セラミックス基板との間に有する中間品を作製し、作製した中間品に対して熱処理を行って銅板と窒化ケイ素セラミックス板との間に接合層を生成させることにより製造される。 In many cases, the bonded substrate is produced by producing an intermediate product having a brazing material layer between the copper plate and the silicon nitride ceramic substrate, and then heat-treating the produced intermediate product to bond the copper plate and the silicon nitride ceramic plate. It is manufactured by creating a bonding layer in between.

また、中間品に対して熱処理を行う際に、中間品に対してホットプレスを行うことも提案されている。 It has also been proposed to hot press the intermediate product when heat treating the intermediate product.

例えば、特許文献１に記載された技術においては、窒化珪素基板の一方主面上にろう材が塗布され、塗布されたろう材の塗布面に銅板が重ね合わされ、加熱加圧接合によって接合基板が得られる（段落００２４及び００２５）。 For example, in the technology described in Patent Document 1, a brazing material is applied on one main surface of a silicon nitride substrate, a copper plate is superimposed on the surface of the applied brazing material, and a bonded substrate is obtained by heat and pressure bonding. (paragraphs 0024 and 0025).

特許第６４８２１４４号公報Patent No. 6482144

しかし、接合基板が製造される際に中間品に対してホットプレスが行われる場合は、製造される接合基板にうねり等の変形が生じることがある。However, when hot pressing is performed on an intermediate product during the production of a bonded substrate, deformations such as undulations may occur in the bonded substrate produced.

本発明は、この問題に鑑みてなされた。本発明が解決しようとする課題は、接合基板が製造される際に中間品に対してホットプレスが行われる場合に、製造される接合基板の変形を抑制することである。The present invention was made in consideration of this problem. The problem that the present invention aims to solve is to suppress deformation of the bonded substrate when hot pressing is performed on an intermediate product during the manufacture of the bonded substrate.

窒化ケイ素セラミックス基板が準備される。活性金属ろう材及びバインダを含むろう材層が、窒化ケイ素セラミックス基板の２つの主面のそれぞれの上に０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚さにて形成される。活性金属ろう材は、活性金属としてのチタンと活性金属以外の金属としての銀とを含む。それぞれのろう材層上に銅板が配置される。これにより、窒化ケイ素セラミックス基板、ろう材層及び銅板を含む中間品が得られる。中間品に対してホットプレスが行われる。これより、銅板を窒化ケイ素セラミックス基板に接合する接合層が生成する。中間品に対してホットプレスが行われる際には、接合のための加圧が中間品に対して行われずに中間品の温度が脱バインダ温度まで上げられる。これにより、バインダの脱バインダが行われる。また、中間品の温度が脱バインダ温度から最高温度まで上げられる。その途上で、中間品に加えられる面圧があらかじめ設定されている面圧プロファイルにおける５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の最高面圧まで上げられる。その際には、接合のための加圧を中間品に対して行うことを開始した後に、中間品に加える面圧が最高面圧よりも低い第１の面圧まで上げられて維持された後、中間品に加える面圧が第１の面圧から最高面圧まで上げられる。
A silicon nitride ceramic substrate is prepared. A brazing material layer containing an active metal brazing material and a binder is formed on each of the two main surfaces of the silicon nitride ceramic substrate with a thickness of 0.1 μm to 10 μm. The active metal brazing material contains titanium as an active metal and silver as a metal other than the active metal. A copper plate is placed on each brazing material layer. As a result, an intermediate product containing a silicon nitride ceramic substrate, a brazing material layer, and a copper plate is obtained. The intermediate product is hot-pressed. As a result, a bonding layer that bonds the copper plate to the silicon nitride ceramic substrate is generated. When the intermediate product is hot-pressed, the intermediate product is not pressurized for bonding, and the temperature of the intermediate product is raised to a binder removal temperature. As a result, the binder is removed. Also, the temperature of the intermediate product is raised from the binder removal temperature to a maximum temperature. During this process, the surface pressure applied to the intermediate product is raised to a maximum surface pressure of 5 MPa to 30 MPa in a preset surface pressure profile. In this case, after starting to apply pressure to the intermediate product for bonding, the surface pressure applied to the intermediate product is increased to and maintained at a first surface pressure lower than the maximum surface pressure, and then the surface pressure applied to the intermediate product is increased from the first surface pressure to the maximum surface pressure.

本発明によれば、銅板の温度が上がって銅板が塑性変形しやすくなった後に銅板に加えられる面圧が最高面圧まで上げられる。このため、接合基板が製造された後に銅板の内部に応力が残留することを抑制することができる。これにより、銅板の内部に残留する応力に起因する接合基板の変形が生じることを抑制することができる。According to the present invention, the surface pressure applied to the copper plate is increased to the maximum surface pressure after the temperature of the copper plate has risen and the copper plate has become susceptible to plastic deformation. This makes it possible to suppress residual stress inside the copper plate after the bonded substrate is manufactured. This makes it possible to suppress deformation of the bonded substrate caused by residual stress inside the copper plate.

この発明の目的、特徴、局面及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 The objects, features, aspects, and advantages of this invention will become more apparent from the following detailed description and accompanying drawings.

第１実施形態の接合基板の例を模式的に図示する断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a bonded substrate according to the first embodiment. 第１実施形態の接合基板の製造の流れを図示するフローチャートである。3 is a flowchart illustrating the flow of manufacturing a bonded substrate according to the first embodiment. 第１実施形態の接合基板の製造の途上で得られる中間品を模式的に図示する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating an intermediate product obtained in the course of manufacturing the bonded substrate of the first embodiment. 第１実施形態の接合基板の製造の途上で得られる中間品を模式的に図示する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating an intermediate product obtained in the course of manufacturing the bonded substrate of the first embodiment. 第１実施形態の接合基板の製造の途上で得られる中間品を模式的に図示する断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a schematic diagram of an intermediate product obtained during the manufacturing process of the bonded substrate according to the first embodiment; FIG. 参考例の温度プロファイル及び面圧プロファイルを示す図である。13A and 13B are diagrams showing a temperature profile and a surface pressure profile of a reference example. 第１実施形態の接合基板の製造の途上でホットプレスが行われる際の温度プロファイル及び面圧プロファイルの第１の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a first example of a temperature profile and a surface pressure profile when hot pressing is performed during the manufacture of the bonded substrate of the first embodiment. 第１実施形態の接合基板の製造の途上でホットプレスが行われる際の温度プロファイル及び面圧プロファイルの第２の例を示す図である。11A and 11B are diagrams showing a second example of a temperature profile and a surface pressure profile when hot pressing is performed during the manufacture of the bonded substrate of the first embodiment. 第１実施形態の接合基板が製造される途上で接合のための加圧を中間品に対して行うことが開始される前後の中間品の断面を模式的に図示する断面図である。4A to 4C are cross-sectional views each showing a schematic cross section of an intermediate product before and after pressure application for bonding is started to be applied to the intermediate product during the manufacturing of the bonded substrate of the first embodiment; 図７に図示される温度プロファイル及び面圧プロファイルにしたがってホットプレスが行われた第１実施形態の接合基板の中間品の超音波探傷装置（ＳＡＴ）像を図示する図である。8 is a diagram illustrating an image of an intermediate product of the bonded substrate of the first embodiment, which is hot-pressed according to the temperature profile and the surface pressure profile shown in FIG. 7, taken with a scanning ultrasonic tester (SAT). FIG. 図８に図示される温度プロファイル及び面圧プロファイルにしたがってホットプレスが行われた第１実施形態の接合基板の中間品のＳＡＴ像を図示する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a SAT image of an intermediate product of the bonded substrate of the first embodiment, which was hot pressed according to the temperature profile and surface pressure profile illustrated in FIG. 8 .

１ 接合基板
図１は、第１実施形態の接合基板の例を模式的に図示する断面図である。 1 Bonded Substrate FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of the bonded substrate of the first embodiment.

図１に図示される第１実施形態の接合基板１は、窒化ケイ素セラミックス基板１１、銅板１２及び接合層１３を備える。接合基板１がこれらの要素以外の要素を備えてもよい。 A bonding substrate 1 according to the first embodiment illustrated in FIG. 1 includes a silicon nitride ceramic substrate 11, a copper plate 12, and a bonding layer 13. The bonded substrate 1 may include elements other than these elements.

銅板１２及び接合層１３は、窒化ケイ素セラミックス基板１１の主面１１ｓ上に配置される。接合層１３は、銅板１２を窒化ケイ素セラミックス基板１１の主面１１ｓに接合する。 The copper plate 12 and the bonding layer 13 are arranged on the main surface 11s of the silicon nitride ceramic substrate 11. Bonding layer 13 bonds copper plate 12 to main surface 11s of silicon nitride ceramic substrate 11.

銅板１２は、活性金属を含む接合層１３を介して窒化ケイ素セラミックス基板１１に接合される。接合層１３に含まれる活性金属は、チタン及びジルコニウムからなる群より選択される少なくとも１種の活性金属である。接合層１３が活性金属以外の金属を含んでもよい。接合層１３に含まれる活性金属以外の金属は、銀、銅、インジウム及びスズからなる群より選択される少なくとも１種の金属である。接合層１３が、窒化ケイ素セラミックス基板１１から供給された窒素及び／又はケイ素を含んでもよい。供給された窒素及び／又はケイ素が活性金属と化合物を形成していてもよい。接合層１３が、銅板１２から供給された銅を含んでもよい。 Copper plate 12 is bonded to silicon nitride ceramic substrate 11 via bonding layer 13 containing an active metal. The active metal contained in the bonding layer 13 is at least one active metal selected from the group consisting of titanium and zirconium. Bonding layer 13 may contain metals other than active metals. The metal other than the active metal contained in the bonding layer 13 is at least one metal selected from the group consisting of silver, copper, indium, and tin. Bonding layer 13 may include nitrogen and/or silicon supplied from silicon nitride ceramic substrate 11 . The supplied nitrogen and/or silicon may form a compound with the active metal. Bonding layer 13 may include copper supplied from copper plate 12 .

接合基板１は、どのように用いられてもよいが、例えばパワー半導体素子が実装される絶縁放熱基板として用いられる。The bonding substrate 1 may be used in any manner, for example as an insulating heat dissipation substrate on which power semiconductor elements are mounted.

２ 接合基板の製造方法
図２は、第１実施形態の接合基板の製造の流れを図示するフローチャートである。図３、図４及び図５は、第１実施形態の接合基板の製造の途上で得られる中間品を模式的に図示する断面図である。 2. Method for Manufacturing Bonded Substrate Fig. 2 is a flow chart illustrating the flow of manufacturing the bonded substrate of the first embodiment. Figs. 3, 4, and 5 are cross-sectional views that typically illustrate intermediate products obtained during the manufacturing process of the bonded substrate of the first embodiment.

第１実施形態の接合基板１の製造においては、図２に示される工程Ｓ１０１からＳ１０５までが順次に実行される。In manufacturing the bonded substrate 1 of the first embodiment, steps S101 to S105 shown in Figure 2 are carried out sequentially.

工程Ｓ１０１においては、窒化ケイ素セラミックス基板１１が準備される。 In step S101, silicon nitride ceramic substrate 11 is prepared.

工程Ｓ１０２においては、図３に図示されるように、窒化ケイ素セラミックス基板１１の主面１１ｓ上に、ろう材層１３ｉが形成される。 In step S102, as illustrated in FIG. 3, a brazing material layer 13i is formed on the main surface 11s of the silicon nitride ceramic substrate 11.

ろう材層１３ｉが形成される際には、活性金属ろう材、バインダ及び溶剤を含むペーストが調製される。ペーストが分散剤、消泡剤等をさらに含んでもよい。続いて、調製されたペーストが窒化ケイ素セラミックス基板１１の主面１１ｓ上にスクリーン印刷され、窒化ケイ素セラミックス基板１１の主面１１ｓ上にスクリーン印刷膜が形成される。続いて、形成されたスクリーン印刷膜に含まれる溶剤が揮発させられる。これにより、スクリーン印刷膜が、ろう材層１３ｉに変化する。ろう材層１３ｉは、活性金属ろう材及びバインダを含む。ろう材層１３ｉがこの方法とは異なる方法により形成されてもよい。 When forming the brazing material layer 13i, a paste containing an active metal brazing material, a binder, and a solvent is prepared. The paste may further contain a dispersant, an antifoaming agent, and the like. Subsequently, the prepared paste is screen printed on the main surface 11s of the silicon nitride ceramic substrate 11, and a screen printed film is formed on the main surface 11s of the silicon nitride ceramic substrate 11. Subsequently, the solvent contained in the formed screen-printed film is evaporated. As a result, the screen-printed film changes into a brazing material layer 13i. The brazing material layer 13i includes an active metal brazing material and a binder. The brazing material layer 13i may be formed by a method different from this method.

活性金属ろう材は、水素化活性金属粉末及び金属粉末を含む。水素化活性金属粉末は、チタン及びジルコニウムからなる群より選択される少なくとも１種の活性金属の水素化物を含む。金属粉末は、銀を含む。金属粉末が、銀以外の金属を含んでもよい。銀以外の金属は、銅、インジウム及びスズからなる群より選択される少なくとも１種の金属である。銅、インジウム及びスズからなる群より選択される少なくとも１種の金属が活性金属ろう材に含まれる場合は、活性金属ろう材の融点が低下する。The active metal brazing material includes a hydrogenation active metal powder and a metal powder. The hydrogenation active metal powder includes a hydride of at least one active metal selected from the group consisting of titanium and zirconium. The metal powder includes silver. The metal powder may include a metal other than silver. The metal other than silver is at least one metal selected from the group consisting of copper, indium, and tin. When at least one metal selected from the group consisting of copper, indium, and tin is included in the active metal brazing material, the melting point of the active metal brazing material decreases.

活性金属ろう材は、望ましくは４０重量％以上８０重量％以下の銀を含む。 The active metal brazing material desirably contains 40% by weight or more and 80% by weight or less of silver.

活性金属ろう材は、望ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下の平均粒子径を有する粉末からなる。平均粒子径は、市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置により粒度分布を測定し、測定した粒度分布からＤ５０（メジアン径）を算出することにより得ることができる。活性金属ろう材がこのように小さい平均粒子径を有する粉末からなることにより、ろう材層１３ｉを薄くすることができる。The active metal brazing material is preferably made of a powder having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less. The average particle diameter can be obtained by measuring the particle size distribution using a commercially available laser diffraction type particle size distribution measuring device and calculating the D50 (median diameter) from the measured particle size distribution. By making the active metal brazing material out of a powder having such a small average particle diameter, the brazing material layer 13i can be made thin.

ろう材層１３ｉは、望ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有し、さらに望ましくは０．１μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する。 The brazing material layer 13i preferably has a thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less.

工程Ｓ１０３においては、図４に図示されるように、形成されたろう材層１３ｉ上に銅板１２ｉが配置される。これにより、窒化ケイ素セラミックス基板１１、銅板１２ｉ及びろう材層１３ｉを備える中間品１ｉが得られる。 In step S103, as illustrated in FIG. 4, a copper plate 12i is placed on the formed brazing material layer 13i. As a result, an intermediate product 1i including the silicon nitride ceramic substrate 11, the copper plate 12i, and the brazing material layer 13i is obtained.

工程Ｓ１０４においては、得られた中間品１ｉに対してホットプレスが行われる。これにより、図５に図示されるように、接合層１３ｊが生成する。これらにより、図５に図示される、窒化ケイ素セラミックス基板１１、銅板１２ｊ及び接合層１３ｊを備える中間品１ｊが得られる。接合層１３ｊは、銅板１２ｊを窒化ケイ素セラミックス基板１１に接合している。In step S104, the obtained intermediate product 1i is hot pressed. This produces a bonding layer 13j as shown in Figure 5. This produces an intermediate product 1j including a silicon nitride ceramic substrate 11, a copper plate 12j, and a bonding layer 13j as shown in Figure 5. The bonding layer 13j bonds the copper plate 12j to the silicon nitride ceramic substrate 11.

中間品１ｉに対してホットプレスが行われる場合は、望ましくは、中間品１ｉが、真空中又は不活性ガス中で、８００℃以上９００℃以下の最高温度ＴＭＡＸを有する温度プロファイルにしたがって加熱されながら、５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の最高面圧ＰＭＡＸを有する面圧プロファイルにしたがって窒化ケイ素セラミックス基板１１の厚さ方向に加圧される。これにより、ろう材層１３ｉが０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有する場合のようなろう材層１３ｉが薄い場合においても、ボイドを形成することなく銅板１２ｉを窒化ケイ素セラミックス基板１１に接合することができる。When hot pressing is performed on the intermediate product 1i, the intermediate product 1i is preferably heated in a vacuum or in an inert gas according to a temperature profile having a maximum temperature TMAX of 800°C to 900°C, while being pressed in the thickness direction of the silicon nitride ceramic substrate 11 according to a surface pressure profile having a maximum surface pressure PMAX of 5 MPa to 30 MPa. This allows the copper plate 12i to be joined to the silicon nitride ceramic substrate 11 without forming voids, even when the brazing material layer 13i is thin, such as when the brazing material layer 13i has a thickness of 0.1 μm to 10 μm.

中間品１ｉに対してホットプレスが行われる間に、ろう材層１３ｉに含まれる銀等の金属成分の全部又は一部が窒化ケイ素セラミックス基板１１及び／又は銅板１２ｉに拡散させられてもよい。中間品１ｉに対してホットプレスが行われる間に、窒化ケイ素セラミックス基板１１に含まれる窒素及び／又はケイ素がろう材層１３ｉに拡散させられてもよい。銅板１１ｉに含まれる銅がろう材層１３ｉに拡散させられてもよい。 While hot pressing is performed on the intermediate product 1i, all or part of a metal component such as silver contained in the brazing material layer 13i may be diffused into the silicon nitride ceramic substrate 11 and/or the copper plate 12i. While hot pressing is performed on the intermediate product 1i, nitrogen and/or silicon contained in the silicon nitride ceramic substrate 11 may be diffused into the brazing material layer 13i. Copper contained in the copper plate 11i may be diffused into the brazing material layer 13i.

工程Ｓ１０５においては、銅板１２ｊ及び接合層１３ｊがエッチング法等によってパターニングされる。これにより、銅板１２ｊが、図１に図示されるパターニングされた銅板１２に変化する。また、接合層１３ｊが、図１に図示されるパターニングされた接合層１３に変化する。銅板１２ｊ及び接合層１３ｊのパターニングが省略されてもよい。 In step S105, the copper plate 12j and the bonding layer 13j are patterned by etching or the like. This changes the copper plate 12j into the patterned copper plate 12 illustrated in FIG. Further, the bonding layer 13j changes to the patterned bonding layer 13 illustrated in FIG. Patterning of the copper plate 12j and the bonding layer 13j may be omitted.

３ 温度プロファイル及び面圧プロファイル
図６は、参考例の温度プロファイル及び面圧プロファイルを示す図である。図７は、第１実施形態の接合基板の製造の途上でホットプレスが行われる際の温度プロファイル及び面圧プロファイルの第１の例を示す図である。図８は、第１実施形態の接合基板の製造の途上でホットプレスが行われる際の温度プロファイル及び面圧プロファイルの第２の例を示す図である。 3 Temperature Profile and Surface Pressure Profile FIG. 6 is a diagram showing the temperature profile and surface pressure profile of a reference example. FIG. 7 is a diagram showing a first example of a temperature profile and a surface pressure profile when hot pressing is performed during the manufacture of the bonded substrate of the first embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a second example of a temperature profile and a surface pressure profile when hot pressing is performed during the manufacture of the bonded substrate of the first embodiment.

図６、図７及び図８に図示される温度プロファイルにおいては、まず、中間品１ｉの温度が、室温から脱バインダ温度ＴＢまで上げられる。また、中間品１ｉの温度が、設定された時間に渡って脱バインダ温度ＴＢで維持される。これにより、ろう材層１３ｉに含まれるバインダの脱バインダが行われる。続いて、中間品１ｉの温度が、脱バインダ温度ＴＢから最高温度ＴＭＡＸまで上げられる。また、中間品１ｉの温度が、設定された時間に渡って最高温度ＴＭＡＸで維持される。続いて、中間品１ｉの温度が、最高温度ＴＭＡＸから室温まで下げられる。 In the temperature profiles shown in Figures 6, 7, and 8, first, the temperature of the intermediate product 1i is raised from room temperature to the binder removal temperature TB. The temperature of the intermediate product 1i is maintained at the binder removal temperature TB for a set time. This removes the binder contained in the brazing material layer 13i. Next, the temperature of the intermediate product 1i is raised from the binder removal temperature TB to the maximum temperature TMAX. The temperature of the intermediate product 1i is maintained at the maximum temperature TMAX for a set time. Next, the temperature of the intermediate product 1i is lowered from the maximum temperature TMAX to room temperature.

図６に図示される面圧プロファイルにおいては、中間品１ｉの温度が脱バインダ温度ＴＢに到達する前に、接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことが開始され、中間品１ｉに加えられる面圧が最高面圧ＰＭＡＸまで上げられる。このため、図６に図示される面圧プロファイルにしたがって中間品１ｉに対してホットプレスが行われた場合は、銅板１２ｉの温度が上がって銅板１２ｉが塑性変形しやすくなる前に、接合のための加圧を銅板１２ｉに対して行うことが開始され、銅板１２ｉに加えられる面圧が最高面圧ＰＭＡＸまで上げられる。このため、熱膨張しようとする銅板１２ｉが拘束され、接合基板１が製造された後に銅板１２の内部に応力が残留する。これにより、銅板１２の内部に残留する応力に起因する接合基板１の変形、破損等が生じる。例えば、接合基板１のうねり、クラック等が生じる。また、図６に図示される面圧プロファイルにしたがって中間品１ｉに対してホットプレスが行われた場合は、ろう材層１３ｉに含まれるバインダの脱バインダが行われる前に接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことが開始される。このため、脱バインダが不十分になり、窒化ケイ素セラミックス基板１１と銅板１２との間の接合強度が低下する。In the surface pressure profile shown in FIG. 6, before the temperature of the intermediate product 1i reaches the binder removal temperature TB, pressure is applied to the intermediate product 1i for bonding, and the surface pressure applied to the intermediate product 1i is increased to the maximum surface pressure PMAX. Therefore, when hot pressing is performed on the intermediate product 1i according to the surface pressure profile shown in FIG. 6, pressure is applied to the copper plate 12i for bonding before the temperature of the copper plate 12i rises and the copper plate 12i becomes prone to plastic deformation, and the surface pressure applied to the copper plate 12i is increased to the maximum surface pressure PMAX. Therefore, the copper plate 12i, which is about to expand thermally, is restrained, and stress remains inside the copper plate 12 after the bonded substrate 1 is manufactured. As a result, deformation, damage, etc. of the bonded substrate 1 occurs due to the stress remaining inside the copper plate 12. For example, undulation, cracks, etc. of the bonded substrate 1 occur. 6, the intermediate product 1i is pressed for bonding before the binder contained in the brazing material layer 13i is removed, which results in insufficient removal of the binder and a decrease in the bonding strength between the silicon nitride ceramic substrate 11 and the copper plate 12.

これに対して、図７及び図８に図示される面圧プロファイルにおいては、接合のための加圧が中間品１ｉに対して行われずに中間品１ｉの温度が脱バインダ温度ＴＢまで上げられる。また、中間品１ｉの温度が脱バインダ温度ＴＢから最高温度ＴＭＡＸまで上げられる途上で、接合のための加圧を銅板１２ｉに対して行うことが開始され、中間品１ｉに加えられる面圧が最高面圧ＰＭＡＸまで上げられる。このため、図７及び図８に図示される面圧プロファイルにしたがって中間品１ｉに対してホットプレスが行われた場合は、銅板１２ｉの温度が上がって銅板１２ｉが塑性変形しやすくなった後に、接合のための加圧を銅板１２ｉに対して行うことが開始され、銅板１２ｉに加えられる面圧が最高面圧ＰＭＡＸまで上げられる。このため、熱膨張しようとする銅板１２ｉが拘束されることを抑制することができ、接合基板１が製造された後に銅板１２の内部に応力が残留することを抑制することができる。これにより、銅板１２の内部に残留する応力に起因する接合基板１の変形、破損等が生じることを抑制することができる。例えば、接合基板１のうねり、クラック等が生じることを抑制することができる。また、図７及び図８に図示される面圧プロファイルにしたがって中間品１ｉに対してホットプレスが行われた場合は、脱バインダが行われている間は、接合のための加圧が中間品１ｉに対して行われず動き止めのための加圧が中間品１ｉに対して行われる。動き止めのための加圧が中間品１ｉに対して行われている間に中間品１ｉに加えられる面圧は、接合のための加圧が中間品１ｉに対して行われている間に中間品１ｉに加えられる面圧より低いが中間品１ｉが動くことを抑制することができる低い面圧、例えば０．１～０．３ＭＰａ程度の低い面圧に維持される。このため、接合のための加圧が中間品１ｉに対して行われるにより脱バインダが阻害されることを抑制することができ、製造された接合基板１に備えられる接合層１３への残炭を抑制することができる。 On the other hand, in the surface pressure profiles shown in FIGS. 7 and 8, the temperature of the intermediate product 1i is raised to the binder removal temperature TB without applying pressure for bonding to the intermediate product 1i. In addition, while the temperature of the intermediate product 1i is being raised from the binder removal temperature TB to the maximum temperature TMAX, pressure for bonding starts to be applied to the copper plate 12i, and the surface pressure applied to the intermediate product 1i reaches the maximum. Surface pressure can be raised up to PMAX. Therefore, when hot pressing is performed on the intermediate product 1i according to the contact pressure profiles shown in FIGS. 7 and 8, after the temperature of the copper plate 12i rises and the copper plate 12i becomes more likely to be plastically deformed, Applying pressure for bonding to the copper plate 12i is started, and the surface pressure applied to the copper plate 12i is increased to the maximum surface pressure PMAX. Therefore, it is possible to prevent the copper plate 12i that is about to thermally expand from being restrained, and it is possible to suppress stress from remaining inside the copper plate 12 after the bonded substrate 1 is manufactured. Thereby, deformation, damage, etc. of the bonded substrate 1 due to stress remaining inside the copper plate 12 can be suppressed. For example, it is possible to suppress the occurrence of waviness, cracks, etc. in the bonded substrate 1. In addition, when hot pressing is performed on the intermediate product 1i according to the contact pressure profiles shown in FIGS. 7 and 8, the pressure for joining is applied to the intermediate product 1i while the binder is being removed. Pressure is applied to the intermediate product 1i to prevent it from moving, but not to the intermediate product 1i. The surface pressure applied to the intermediate product 1i while the pressure for locking is applied to the intermediate product 1i is The surface pressure is maintained at a low surface pressure of about 0.1 to 0.3 MPa, which is lower than the surface pressure applied to the product 1i but can suppress movement of the intermediate product 1i. Therefore, it is possible to prevent binder removal from being inhibited due to pressure applied to the intermediate product 1i for bonding, and to prevent residual carbon from being deposited on the bonding layer 13 provided in the manufactured bonded substrate 1. Can be suppressed.

図７に図示される面圧プロファイルにおいては、中間品１ｉに加えられる面圧が、１段階で最高面圧ＰＭＡＸまで上げられる。図７に図示される面圧プロファイルにおいては、中間品１ｉの温度が上げられてろう材層１３ｉが溶融を開始した後に、接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことが開始され、中間品１ｉに加えられる面圧が最高面圧ＰＭＡＸまで上げられる。 In the surface pressure profile illustrated in FIG. 7, the surface pressure applied to the intermediate product 1i is increased to the maximum surface pressure PMAX in one step. In the contact pressure profile illustrated in FIG. 7, after the temperature of the intermediate product 1i is raised and the brazing material layer 13i starts to melt, applying pressure for joining starts to the intermediate product 1i. , the surface pressure applied to the intermediate product 1i is increased to the maximum surface pressure PMAX.

図８に図示される面圧プロファイルにおいては、中間品１ｉに加えられる面圧が、２段階で最高面圧ＰＭＡＸまで上げられる。図８に図示される面圧プロファイルにおいては、接合のための加圧が中間品１ｉに対して行われずに中間品１ｉの温度が脱バインダ温度ＴＢまで上げられる。また、中間品１ｉの温度が脱バインダ温度ＴＢまで上げられた後に、接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことが開始される。また、接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことが開始された後に、まず、中間品１ｉに加えられる面圧が、第１の面圧Ｐ１まで上げられ、設定された時間に渡って第１の面圧Ｐ１で維持される。続いて、中間品１ｉに加えられる面圧が、第１の面圧Ｐ１から第２の面圧（最高面圧）ＰＭＡＸまで上げられ、設定された時間に渡って第２の面圧ＰＭＡＸで維持される。第２の面圧ＰＭＡＸは、第１の面圧Ｐ１より高い。中間品１ｉに加えられる面圧は、中間品１ｉの温度が脱バインダ温度ＴＢから最高温度ＴＭＡＸに上げられる途上で第２の面圧（最高面圧）ＰＭＡＸまで上げられる。これにより、銅板１２ｉの温度が上がって銅板１２ｉが塑性変形しやすくなる前は、比較的に弱い第１の面圧Ｐ１で銅板１２ｉが窒化ケイ素セラミックス基板１１に向かって押し付けられる。このため、窒化ケイ素セラミックス基板１１が割れることを抑制することができる。 In the contact pressure profile illustrated in FIG. 8, the contact pressure applied to the intermediate product 1i is increased to the maximum contact pressure PMAX in two stages. In the surface pressure profile illustrated in FIG. 8, the temperature of the intermediate product 1i is raised to the binder removal temperature TB without applying pressure for bonding to the intermediate product 1i. Further, after the temperature of the intermediate product 1i is raised to the binder removal temperature TB, applying pressure for bonding to the intermediate product 1i is started. Further, after the application of pressure for joining has started to the intermediate product 1i, first, the surface pressure applied to the intermediate product 1i is increased to the first surface pressure P1, and at the set time. The first surface pressure P1 is maintained across the entire surface. Subsequently, the surface pressure applied to the intermediate product 1i is increased from the first surface pressure P1 to the second surface pressure (maximum surface pressure) PMAX, and is maintained at the second surface pressure PMAX for a set time. be done. The second surface pressure PMAX is higher than the first surface pressure P1. The surface pressure applied to the intermediate product 1i is raised to a second surface pressure (maximum surface pressure) PMAX while the temperature of the intermediate product 1i is raised from the binder removal temperature TB to the maximum temperature TMAX. As a result, before the temperature of the copper plate 12i rises and the copper plate 12i becomes easily plastically deformed, the copper plate 12i is pressed toward the silicon nitride ceramic substrate 11 with a relatively weak first surface pressure P1. Therefore, cracking of the silicon nitride ceramic substrate 11 can be suppressed.

図９（ａ）は、第１実施形態の接合基板が製造される途上で中間品への接合のための加圧を中間品に対して行うことが開始される前の中間品の断面を模式的に図示する断面図である。図９（ｂ）は、第１実施形態の接合基板が製造される途上で接合のための加圧を中間品に対して行うことが開始された後の中間品の断面を模式的に図示する断面図である。 Figure 9(a) is a cross-sectional view that shows a schematic cross-section of an intermediate product before pressure is applied to the intermediate product for bonding during the manufacture of the bonded substrate of the first embodiment. Figure 9(b) is a cross-sectional view that shows a schematic cross-section of an intermediate product after pressure is applied to the intermediate product for bonding during the manufacture of the bonded substrate of the first embodiment.

銅板１２ｉの銅板主面１２ｉｓは、ろう材層１３ｉが配置される側を向く。銅板１２ｉの銅板主面１２ｉｓは、接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことが開始される前に、図９（ａ）に図示されるように、ろう材層１３ｉに接触する接触領域Ｒ１、及びろう材層１３ｉに接触しない非接触領域Ｒ２を有する。銅板１２ｉの銅板主面１２ｉｓの非接触領域Ｒ２は、主に、銅板１２ｉが反っている場合に、銅板１２ｉの銅板主面１２ｉｓの周辺部に生じ、銅板１２ｉの銅板主面１２ｉｓが矩形状の平面形状を有する場合は矩形状の平面形状の四隅に生じる。The copper plate main surface 12is of the copper plate 12i faces the side on which the brazing material layer 13i is arranged. Before pressure is applied to the intermediate product 1i for joining, the copper plate main surface 12is of the copper plate 12i has a contact region R1 that contacts the brazing material layer 13i and a non-contact region R2 that does not contact the brazing material layer 13i, as shown in FIG. 9(a). The non-contact region R2 of the copper plate main surface 12is of the copper plate 12i mainly occurs in the peripheral portion of the copper plate main surface 12is of the copper plate 12i when the copper plate 12i is warped, and occurs at the four corners of the rectangular planar shape when the copper plate main surface 12is of the copper plate 12i has a rectangular planar shape.

第１の面圧Ｐ１は、接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことが開始された後に、図９（ｂ）に図示されるように、銅板１２ｉが平坦化されて銅板１２ｉの銅板主面１２ｉｓの非接触領域Ｒ２がろう材層１３ｉに接触する面圧であり、望ましくは、１．０ＭＰａ以上である。これにより、中間品１ｉに加えられる面圧が第１の面圧Ｐ１まで上げられた際に、銅板１２ｉの銅板主面１２ｉｓの非接触領域Ｒ２がろう材層１３ｉに接触する。これにより、銅板１２ｊの銅板主面１２ｉｓの全領域を接合層１３ｊにより窒化ケイ素セラミックス基板１１に接合することができる。この効果は、活性金属ろう材が銀を含み銅を含まない場合に顕著に現れる。活性金属ろう材が銀を含み銅を含まないが銅板１２ｉの銅板主面１２ｉｓの非接触領域Ｒ２がろう材層１３ｉに接触する場合は、中間品１ｉに対してホットプレスが行われる際に、銅板１２ｉからろう材層１３ｉに含まれるチタンの粒子に銅が拡散することにより、ろう材層１３ｉ中にチタンと銅との化合物が生成し、接合を阻害する銀とチタンとの化合物が生成することが抑制されるためである。 The first surface pressure P1 is applied after the intermediate product 1i is started to be pressurized for bonding, and the copper plate 12i is flattened and the copper plate 12i is The surface pressure is such that the non-contact area R2 of the main surface 12is of the copper plate contacts the brazing material layer 13i, and is preferably 1.0 MPa or more. As a result, when the surface pressure applied to the intermediate product 1i is increased to the first surface pressure P1, the non-contact region R2 of the copper plate main surface 12is of the copper plate 12i comes into contact with the brazing material layer 13i. Thereby, the entire area of the copper plate main surface 12is of the copper plate 12j can be bonded to the silicon nitride ceramic substrate 11 by the bonding layer 13j. This effect is noticeable when the active metal brazing material contains silver and does not contain copper. If the active metal brazing material contains silver and does not contain copper, but the non-contact region R2 of the copper plate main surface 12is of the copper plate 12i contacts the brazing material layer 13i, when hot pressing is performed on the intermediate product 1i, As copper diffuses from the copper plate 12i into the titanium particles included in the brazing material layer 13i, a compound of titanium and copper is generated in the brazing material layer 13i, and a compound of silver and titanium that inhibits bonding is generated. This is because things are suppressed.

接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことは、望ましくは、中間品１ｉの温度が５００℃以上７００℃以下である間に開始される。脱バインダ温度ＴＢは、５００℃程度であり、チタンと銅との化合物が形成され始める温度は、７００℃程度であるためである。The application of pressure to the intermediate product 1i for bonding is desirably started while the temperature of the intermediate product 1i is between 500°C and 700°C. This is because the binder removal temperature TB is about 500°C, and the temperature at which a compound of titanium and copper begins to form is about 700°C.

また、第１の面圧Ｐ１は、望ましくは、５ＭＰａ以下である。第１の面圧Ｐ１が５ＭＰａより高い場合は、銅板１２ｉが窒化ケイ素セラミックス基板１１に向かって強く押し付けられて窒化ケイ素セラミックス基板１１が割れやすくなる傾向が現れる。第２の面圧Ｐ２は、望ましくは、５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である。第２の面圧Ｐ２が５ＭＰａより低い場合は、銅板１２ｉの窒化ケイ素セラミックス基板１１への接合性が低下する傾向が現れる。第２の面圧Ｐ２が３０ＭＰａより高い場合は、銅板１２ｉが窒化ケイ素セラミックス基板１１に向かって強く押し付けられて窒化ケイ素セラミックス基板１１が割れやすくなる傾向が現れる。 Further, the first surface pressure P1 is preferably 5 MPa or less. When the first surface pressure P1 is higher than 5 MPa, the copper plate 12i is strongly pressed toward the silicon nitride ceramic substrate 11, and the silicon nitride ceramic substrate 11 tends to be easily broken. The second surface pressure P2 is preferably 5 MPa or more and 30 MPa or less. When the second surface pressure P2 is lower than 5 MPa, there is a tendency for the bonding properties of the copper plate 12i to the silicon nitride ceramic substrate 11 to decrease. When the second surface pressure P2 is higher than 30 MPa, the copper plate 12i is strongly pressed toward the silicon nitride ceramic substrate 11, and the silicon nitride ceramic substrate 11 tends to be easily broken.

図８に図示される面圧プロファイルにおいては、望ましくは、中間品１ｉの温度が５００℃以上７００℃以下である間に、接合のための加圧を中間品１ｉに対して行うことが開始され、中間品１ｉに加えられる面圧が第１の面圧Ｐ１まで上げられる。また、中間品１ｉの温度がさらに上げられてろう材層１３ｉが溶融を開始した後に、中間品１ｉに加えられる面圧が第１の面圧Ｐ１から第２の面圧ＰＭＡＸまで上げられる。 In the surface pressure profile illustrated in FIG. 8, it is preferable that the pressure for joining is started on the intermediate product 1i while the temperature of the intermediate product 1i is 500°C or more and 700°C or less. , the surface pressure applied to the intermediate product 1i is increased to the first surface pressure P1. Further, after the temperature of the intermediate product 1i is further increased and the brazing material layer 13i starts melting, the surface pressure applied to the intermediate product 1i is increased from the first surface pressure P1 to the second surface pressure PMAX.

４ 実施例
上述した接合基板１の製造方法にしたがって接合基板１を製造した。活性金属ろう材に含まれる活性金属としては、チタンを用いた。活性金属ろう材に含まれる活性金属以外の金属としては、銀を用いた。ホットプレスは、図６、図７及び図８に図示される温度プロファイル及び面圧プロファイルにしたがって行った。脱バインダ温度ＴＢは、５５０℃とした。最高温度ＴＭＡＸは、８２０℃とした。第１の面圧Ｐ１は、２．５ＭＰａとした。第２の面圧（最高面圧）ＰＭＡＸは、２２ＭＰａとした。 4 Example A bonded substrate 1 was manufactured according to the manufacturing method of the bonded substrate 1 described above. Titanium was used as the active metal contained in the active metal brazing material. Silver was used as the metal other than the active metal contained in the active metal brazing material. Hot pressing was performed according to the temperature profile and surface pressure profile shown in Figures 6, 7, and 8. The binder removal temperature TB was 550°C. The maximum temperature TMAX was 820°C. The first surface pressure P1 was 2.5 MPa. The second surface pressure (maximum surface pressure) PMAX was 22 MPa.

図６、図７及び図８に図示される温度プロファイル及び面圧プロファイルにしたがってホットプレスが行われた接合基板１の温度を室温から３００℃まで上げてから再び室温まで戻し、製造された接合基板１の温度を室温まで戻した後に接合基板１に生じたうねりの有無を確認した。その結果、図６に図示される温度プロファイル及び面圧プロファイルにしたがってホットプレスが行われた接合基板１には、長さ２０ｍｍ当たり高さ２０μｍ程度の大きなうねりが生じた。しかし、図７及び図８に図示される温度プロファイル及び面圧プロファイルにしたがってホットプレスが行われた接合基板１には、長さ２０ｍｍ当たり高さ１μｍ程度のわずかなうねりしか生じなかった。The temperature of the bonded substrate 1 hot-pressed according to the temperature profile and surface pressure profile shown in Figures 6, 7, and 8 was raised from room temperature to 300°C and then returned to room temperature, and the presence or absence of waviness in the bonded substrate 1 was confirmed after the temperature of the manufactured bonded substrate 1 was returned to room temperature. As a result, large waviness of about 20 μm in height per 20 mm in length was generated in the bonded substrate 1 hot-pressed according to the temperature profile and surface pressure profile shown in Figure 6. However, only slight waviness of about 1 μm in height per 20 mm in length was generated in the bonded substrate 1 hot-pressed according to the temperature profile and surface pressure profile shown in Figures 7 and 8.

また、図７及び図８に図示される温度プロファイル及び面圧プロファイルにしたがってホットプレスが行われた中間品１ｊを超音波探傷装置（ＳＡＴ）により観察し、ＳＡＴ像を得た。図７及び図８に図示される温度プロファイル及び面圧プロファイルにしたがってホットプレスが行われた中間品１ｊのＳＡＴ像をそれぞれ図１０及び図１１に示す。図１０に図示されるＳＡＴ像からは、銅板１２ｊの四隅において接合が不十分であることを理解することができ、図１１に図示されるＳＡＴ像からは、銅板１２ｊの全体において接合が十分であることを理解することができる。In addition, intermediate product 1j, which was hot pressed according to the temperature profile and surface pressure profile shown in Figures 7 and 8, was observed with an ultrasonic flaw detector (SAT) to obtain an SAT image. SAT images of intermediate product 1j, which was hot pressed according to the temperature profile and surface pressure profile shown in Figures 7 and 8, are shown in Figures 10 and 11, respectively. From the SAT image shown in Figure 10, it can be seen that the bonding is insufficient at the four corners of copper plate 12j, and from the SAT image shown in Figure 11, it can be seen that the bonding is sufficient throughout copper plate 12j.

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 Although this invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects, and the invention is not limited thereto. It is understood that countless variations not illustrated can be envisaged without departing from the scope of the invention.

１ 接合基板
１１ 窒化ケイ素セラミックス基板
１２，１２ｉ 銅板
１３ 接合層
１３ｉ ろう材層 1 Bonding substrate 11 Silicon nitride ceramic substrate 12, 12i Copper plate 13 Bonding layer 13i Brazing material layer

Claims (5)

a) ２つの主面を有する窒化ケイ素セラミックス基板を準備する工程と、
b) 前記２つの主面のそれぞれの上に活性金属ろう材及びバインダを含むろう材層を０．１μｍ以上１０μｍ以下の厚さに形成する工程と、
c) それぞれの前記ろう材層上に銅板を配置して前記窒化ケイ素セラミックス基板、前記ろう材層及び前記銅板を備える中間品を得る工程と、
d) 前記中間品に対してホットプレスを行って、前記銅板を前記窒化ケイ素セラミックス基板に接合する接合層を生成させる工程と、
を備え、
前記活性金属ろう材は、活性金属としてのチタンと前記活性金属以外の金属としての銀とを含み、
前記工程d)は、
d-1) 接合のための加圧を前記中間品に対して行わずに前記中間品の温度を脱バインダ温度まで上げて前記バインダの脱バインダを行う工程と、
d-2) 前記中間品の温度を前記脱バインダ温度から最高温度まで上げ、前記中間品の温度を前記脱バインダ温度から前記最高温度まで上げる途上で前記中間品に加える面圧を、あらかじめ設定されている面圧プロファイルにおける５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の最高面圧まで上げる工程と、
を備え、
前記工程d-2)は、
d-2-1) 接合のための加圧を前記中間品に対して行うことを開始した後に、前記中間品に加える面圧を前記最高面圧よりも低い第１の面圧まで上げ前記第１の面圧で維持する工程と、
d-2-2) 前記中間品に加える面圧を前記第１の面圧から前記最高面圧まで上げる工程と、
を備える
接合基板の製造方法。 a) providing a silicon nitride ceramic substrate having two major surfaces;
b) forming a brazing material layer containing an active brazing metal material and a binder on each of the two main surfaces to a thickness of 0.1 μm to 10 μm;
c) placing a copper plate on each of the brazing filler metal layers to obtain an intermediate product including the silicon nitride ceramic substrate, the brazing filler metal layer, and the copper plate;
d) hot pressing the intermediate product to generate a bonding layer that bonds the copper plate to the silicon nitride ceramic substrate;
Equipped with
The active metal brazing material contains titanium as an active metal and silver as a metal other than the active metal,
The step d) comprises:
d-1) a step of removing the binder by increasing the temperature of the intermediate product to a binder removal temperature without applying pressure to the intermediate product for bonding;
d-2) increasing the temperature of the intermediate product from the binder removal temperature to a maximum temperature, and increasing a surface pressure applied to the intermediate product during the process of increasing the temperature of the intermediate product from the binder removal temperature to the maximum temperature to a maximum surface pressure of 5 MPa or more and 30 MPa or less in a preset surface pressure profile;
Equipped with
The step d-2) is
d-2-1) after starting to apply pressure to the intermediate product for bonding, increasing the surface pressure applied to the intermediate product to a first surface pressure lower than the maximum surface pressure and maintaining the surface pressure at the first surface pressure;
d-2-2) increasing the surface pressure applied to the intermediate product from the first surface pressure to the maximum surface pressure;
Equipped
A method for manufacturing a bonded substrate. 前記工程b)においては、前記ろう材層を前記活性金属ろう材及び前記バインダを含むペーストのスクリーン印刷により形成する、
請求項１の接合基板の製造方法。 In the step b), the brazing material layer is formed by screen printing a paste containing the active brazing metal material and the binder.
A method for producing the bonded substrate according to claim 1. 前記工程d-2-1)は、前記中間品の温度が５００℃以上７００℃以下である間に前記中間品に加える面圧を前記第１の面圧まで上げる
請求項１の接合基板の製造方法。 2. The method for producing a bonded substrate according to claim 1 , wherein said step d-2-1) comprises increasing a surface pressure applied to said intermediate product to said first surface pressure while the temperature of said intermediate product is in the range of 500° C. to 700° C. 前記第１の面圧は、１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下である
請求項１から３までのいずれかの接合基板の製造方法。 4. The method for manufacturing a bonded substrate according to claim 1, wherein the first surface pressure is 1 MPa or more and 5 MPa or less . 前記活性金属ろう材は、銀を含み、銅を含まず、
前記工程d)は、前記銅板から前記ろう材層に銅を拡散させ、前記ろう材層中にチタンと銅との化合物を生成させる
請求項１から４までのいずれかの接合基板の製造方法。 The active metal brazing material contains silver and does not contain copper,
5. The method of manufacturing a bonded substrate according to claim 1 , wherein in step d), copper is diffused from the copper plate into the brazing material layer to generate a compound of titanium and copper in the brazing material layer.
JP2021560819A 2019-11-27 2019-11-27 Manufacturing method of bonded substrate Active JP7460656B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/046299 WO2021106097A1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Method for manufacturing bonded substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2021106097A1 JPWO2021106097A1 (en) 2021-06-03
JP7460656B2 true JP7460656B2 (en) 2024-04-02

Family

ID=76129259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021560819A Active JP7460656B2 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Manufacturing method of bonded substrate

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7460656B2 (en)
WO (1) WO2021106097A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011071260A (en) 2009-09-25 2011-04-07 Showa Denko Kk Laminating material and manufacturing method thereof, and insulated laminating material and manufacturing method thereof
JP2013214566A (en) 2012-03-30 2013-10-17 Mitsubishi Materials Corp Manufacturing method of substrate for power module with heat sink
WO2018155014A1 (en) 2017-02-23 2018-08-30 日本碍子株式会社 Insulated heat dissipating board
JP2018145047A (en) 2017-03-03 2018-09-20 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 Method for producing metal/ceramic circuit board

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61137688A (en) * 1984-12-07 1986-06-25 Hitachi Zosen Corp Production of composite member made of material having different linear expansion coefficient
JP6111764B2 (en) * 2013-03-18 2017-04-12 三菱マテリアル株式会社 Power module substrate manufacturing method
CN115295523A (en) * 2017-03-30 2022-11-04 株式会社东芝 Ceramic copper circuit board and semiconductor device using the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011071260A (en) 2009-09-25 2011-04-07 Showa Denko Kk Laminating material and manufacturing method thereof, and insulated laminating material and manufacturing method thereof
JP2013214566A (en) 2012-03-30 2013-10-17 Mitsubishi Materials Corp Manufacturing method of substrate for power module with heat sink
WO2018155014A1 (en) 2017-02-23 2018-08-30 日本碍子株式会社 Insulated heat dissipating board
JP2018145047A (en) 2017-03-03 2018-09-20 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 Method for producing metal/ceramic circuit board

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021106097A1 (en) 2021-06-03
JPWO2021106097A1 (en) 2021-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6100605B2 (en) Manufacturing method of multilayer clad material
JP6621402B2 (en) Bonded body of ceramic member and metal member and manufacturing method thereof
JP7453288B2 (en) Manufacturing method of bonded substrate
JP4978221B2 (en) Circuit board manufacturing apparatus and manufacturing method, and cushion sheet used in the manufacturing method
JP6455056B2 (en) Manufacturing method and pressure device for power module substrate with heat sink
US20230360897A1 (en) Sputtering target-backing plate assembly, manufacturing method therefor, and recovery method for sputtering target
JP4382154B2 (en) Heat spreader and manufacturing method thereof
JP7460656B2 (en) Manufacturing method of bonded substrate
JPWO2019188885A1 (en) Manufacturing method of joints for insulated circuit boards and joints for insulated circuit boards
JP7311625B2 (en) BONDED SUBSTRATE AND BONDED SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD
JP6084915B2 (en) Bonded body of ceramic member and metal member and manufacturing method thereof
JP7431857B2 (en) Manufacturing method of bonded substrate
JP7289910B2 (en) BONDED SUBSTRATE AND BONDED SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD
JP2014073919A (en) Method for manufacturing nitride-based ceramic substrate
JP6769169B2 (en) Method for manufacturing a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body
JP2986531B2 (en) Manufacturing method of aluminum nitride substrate bonded with copper
WO2021112029A1 (en) Bonded substrate, and method for producing bonded substrate
JP7230602B2 (en) Insulated circuit board and its manufacturing method
JP7400179B2 (en) Ceramic structure for semiconductor manufacturing equipment and its manufacturing method
JP7024128B1 (en) Sputtering target-backing plate joint, its manufacturing method and recovery method of sputtering target
WO2022070881A1 (en) Sputtering target-backing plate assembly, method for manufacturing the same, and sputtering target recovery method
JP2018041867A (en) Heat dissipation substrate and method of manufacturing heat dissipation substrate
JP6437162B1 (en) Semiconductor element assembly, semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor element assembly
TWI547380B (en) A multilayer article with bronze layer and stacked silicon carbide ceramic layer, and method for manufacturing same
KR20230165710A (en) Methods of making heating blocks, heating blocks, and semiconductor processing systems having heating blocks

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221006

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231219

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240126

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240319

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240321

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7460656

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150