JPWO2014175459A1 - 複合積層体および電子装置 - Google Patents
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- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
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- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/60—Forming at the joining interface or in the joining layer specific reaction phases or zones, e.g. diffusion of reactive species from the interlayer to the substrate or from a substrate to the joining interface, carbide forming at the joining interface
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- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
- C04B2237/706—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the metallic layers or articles
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- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
- C04B2237/708—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the interlayers
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Abstract
【課題】 長期信頼性に優れた金属板および複合積層体等を提供する。【解決手段】 第1金属層1、第2金属層2、第3金属層3、および第4層4を有する複合積層体12である。第1金属層1は、銅を含有する。第2金属層2は、第1金属層1の下面に配置されている。第3金属層3は、第2金属層2の下面に配置されており、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀と、を含有する。第4層4は、第3金属層3の下面に配置されている。第3金属層3は、第3金属層3から第2金属層2にかけて部分的に入り込んだ金属部2Aを有している。【選択図】図2
Description
本発明は、複合積層体および電子装置に関するものである。
パワーモジュールまたはスイッチングモジュール等の例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)として、電子素子が複合積層体に搭載された電子装置が用いられる。複合積層体は、例えば、銅からなる金属層が、ろう材を介してセラミック基板に接合された接合体が用いられる。電子素子は、金属層に搭載され、例えばボンディングワイヤによって金属層に電気的に接続される。
しかしながら、上記従来技術の複合積層体においては、金属層とセラミック基板との熱膨張率の差に起因した熱応力によって、前記ろう材が金属層から剥がれたり、このろう材にクラックが発生したりする可能性がある、という問題点があった。
本発明の一つの態様の複合積層体は、第1金属層、第2金属層、第3金属層、および第4層を有している。前記第1金属層は、銅(Cu)を含有する。前記第2金属層は、前記第1金属層の下面に配置されている。前記第3金属層は、前記第2金属層の下面に配置されており、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀(Ag)と、を含有する。前記第4層は、前記第3金属層の下面に配置されている。前記第3金属層は、該第3金属層から前記第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部を有している。
本発明の他の態様の複合積層体は、第1金属層、第2金属層、および第3層を有している。前記第1金属層は、銅(Cu)を含有する。前記第2金属層は、前記第1金属層の下面に配置されている。前記第3層は、前記第2金属層の下面に配置されている。前記第2金属層には、前記第3層から前記第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部が設けられている。前記金属部が、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀(Ag)と、を含有している。
本発明の一つの態様の電子装置は、上記構成の複合積層体と、該複合積層体に搭載された電子部品とを含んでいる。
本発明の一つの態様による複合積層体によれば、第3金属層は、該第3金属層から第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部を有していることから、第2金属層と第3金属層との間で大きなアンカー効果を得ることができる。そのため、第1金属層に第3金属層が強固に接合されるので、内部における層間の剥がれを抑制することができる。
本発明の他の態様による複合積層体によれば、第2金属層に、第3層から第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部が設けられていることから、第2金属層と第3層とが金属部を介してアンカー効果を得ることができる。そのため、第1金属層に第3層が強固に接合されるので、内部における層間の剥がれを抑制することができる。
本発明の一つの態様による電子装置によれば、上記構成の複合積層体を有しているので、層間の剥がれを抑制することができる。
以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、複合積層体および電子装置は、仮想のxyz空間内に設けられて、xy平面上に載置されている。また、本実施形態における上方とは仮想のz軸の正方向のことである。
(第1の実施形態)
図1に示す例のように、本実施形態における複合積層体12は、第1金属層1、第2金属層2、第3金属層3および第4層4を有している。また、実施形態の複合積層体12は、第1金属層1に電子部品6が搭載されて電子装置が形成されている。
図1に示す例のように、本実施形態における複合積層体12は、第1金属層1、第2金属層2、第3金属層3および第4層4を有している。また、実施形態の複合積層体12は、第1金属層1に電子部品6が搭載されて電子装置が形成されている。
第1金属層1は、銅を含有している。第1金属層1は、例えば、回路導体として用いられる。また、第1金属層1は、回路導体に限らず、複合積層体12に搭載される電子部品のマウント用の金属部材、接地導体用の金属部材または放熱板等としても用いることができる。このように、第1金属層1は、例えば数十A程度の比較的大きな電流を通電するための導電路、または放熱材として用いられる。
この場合、第4層4と第1金属層1との熱膨張率の差に起因した熱応力で、両部材を接合するろう材が、第1金属層1から剥がれたり、このろう材にクラックが発生したりする可能性があり、これを防ぐために、複合積層体12は以下のような形態になっている。
すなわち、本実施形態の複合積層体12は、第1金属層1、第2金属層2、第3金属層3および第4層4が順次上下方向(z軸方向)に積層されて形成されている。第1金属層1の下面に、第2金属層2が設けられ、第2金属層2の下面に、第3金属層3が設けられ、第3金属層3の下面に、第4層4が設けられている。
第1金属層1は、例えば銅または銅を主成分とする合金材料によって形成されている。第1金属層1は、放熱性の観点から、熱伝導率の高い金属材料が用いられ、高熱伝導率の金属材料である銅(Cu)が好適に用いられる(Cuの熱伝導率:395W/m・K)。Cuのインゴット(塊)に圧延加工法または打ち抜き加工法等の機械的加工、またはエッチング等の化学的加工のような金属加工法を施すことによって、例えば厚さが10〜300μmの平板状で所定パターンに形成される。
第1金属層1に用いられる銅は、例えば無酸素銅である。第1金属層1の材料として無酸素銅を用いると、第1金属層1と第4層4とを接合する際に、銅の表面が銅中に存在する酸素によって酸化されることが低減されるとともに、接合材7(後述)との濡れ性が良好となるので、第1金属層1と第4層4との接合強度が向上される。
第3金属層3は、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀と、を含有する。
また、図1に示す例の実施形態では、第3金属層3は、Ti、HfおよびZrのうち少なくとも1種をさらに含有している。これら活性金属によって、第1金属層1が、第4層に接合される。
第3金属層3の厚みは、例えば約5〜100μm程度であればよい。
第2金属層2は、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、銅とを含む合金を含有している。第2金属層2は、第3金属層3から拡散した、第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、第1金属層1に含まれる銅が結合して合金化した層と解釈してよい。
第4層4は、図1に示す例の本実施形態においては、セラミックス基板である。第4層4は、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス,ムライト質セラミックス,炭化ケイ素質セラミックス,窒化アルミニウム質セラミックス,または窒化ケイ素質セラミックス等のセラミックスからなる。これらセラミック材料の中では放熱性に影響する熱伝導性の点に関して、炭化ケイ素質セラミックス,窒化アルミニウム質セラミックス,または窒化ケイ素質セラミックスが好ましく、強度の点に関して、窒化ケイ素質セラミックスまたは炭化ケイ素質セラミックスが好ましい。
第4層4が窒化ケイ素質セラミックスのように比較的強度の高いセラミック材料からなる場合、より厚みの大きい第1金属層1を用いたとしても第4層4にクラックが入る可能性が低減されるので、小型化を図りつつより大きな電流を流すことができる複合積層体12を実現することができる。
第4層4の厚みは、薄い方が熱伝導性の点ではよく、例えば約0.1mm〜1mmであり、複合積層体12の大きさまたは用いる材料の熱伝導率または強度に応じて選択すればよい。
第4層4は、例えば窒化ケイ素質セラミックスからなる場合であれば、窒化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化マグネシウム,および酸化イットリウム等の原料粉末に適当な有機バインダー,可塑剤,および溶剤を添加混合して泥漿物に従来周知のドクターブレード法またはカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート(セラミック生シート)を形成し、次にこのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工等を施して所定形状となすとともに、必要に応じて複数枚を積層して成形体となし、しかる後、これを窒化雰囲気等の非酸化性雰囲気にて1600〜2000℃の温度で焼成することによって製作される。
なお、第1金属層1に、導電性が高くかつ耐食性およびろう材(接合材7等)との濡れ性が良好な金属をめっき法により被着させておいてもよい。この場合には、第1金属層1と外部電気回路および接合材7等との接合がより容易かつ強固なものとなり得る。また、第1金属層1と外部電気回路等との間の電気的な接続をより良好なものとすることができる。
めっき金属としては、例えばニッケル、コバルト、銅および金等の金属材料、またはこれらの金属材料を主成分とする合金材料が挙げられる。例えば、内部にリンを8〜15質量%含有するニッケル−リンのアモルファス合金のめっき層であれば、ニッケルめっき層の表面酸化を抑制して接合材7等の濡れ性等を長く維持することができるので好ましい。ニッケルに対するリンの含有量が8〜15質量程度であると、ニッケル−リンのアモルファス合金が形成されやすくなって、めっき層に対する接合材7等の接着強度を向上させることができる。このニッケルめっき層の厚みは、例えば1.5〜10μm程度であればよい。
図2は、図1のA部の拡大図である。図2に示す例のように、第3金属層3は、第3金属層3から第2金属層2にかけて部分的に入り込んだ金属部2Aを有している。これにより、第2金属層2と第3金属層3との間で大きなアンカー効果を得ることができる。そのため、第1金属層1に第3金属層3が強固に接合されるので、内部における層間の剥がれを抑制することができる。
図2に示す例においては、金属部2Aの幅は、約20〜100μmである。また、金属部2Aの長さは約50〜150μmである。また、複数の金属部2Aが設けられている。
第3金属層3は、第1金属層1と第4層4とを接合する接合層である。そのため、第3金属層3は、ろう材としての機能を有する、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀と、を含有している。例えば、第3金属層3は、銀−スズろう材である。
このろう材としての第3金属層3を介した第1金属層1と第4層4との接合をより強固なものとするために、第1金属層1と第3金属層3との間に、合金層として第2金属層2が設けられる。
また、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、Agとの合金からなる金属部2Aが、第2金属層2内に部分的に入り込んでいる。例えば、金属部2Aは、Ag−In合金を含んでいる。
金属部2Aは、断面を見たときに、第2グループの金属とAgとの合金が全体の70%〜100%を占めていることが好ましい。また、金属部2Aにおいて、第2グループの金属とAgとの合金が、全体の70%〜100%を占めている場合、残り約0〜30%の面積はAg単体、Ag‐In‐Sn合金、Ag‐Sn合金、In‐Sn合金等で占められている。
合金が占める断面積を算出する場合には、まず、金属部2Aの断面について、波長分散型X線分光器(WDS)によって各元素のマッピングを行う。そして、例えば、第2グループの金属と、Agとが重なっている領域の面積を算出することで、合金の断面積を算出する。また、単体の金属が占める断面積を算出する場合には、他の元素と重なっていない領域の面積を算出すればよい。
このような金属部2Aが第2金属層2内に、例えば図2に示すように入り組んだ形態で部分的に入り込んでいることによって、第3金属層3と第1金属層1との間で大きなアンカー効果が得られる。このアンカー効果によって第1金属層1と第3金属層3とが互い強固に接合されている。
なお、図2の例における第3金属層3は、銀のマトリクス内に銀−銅等の銀系合金の結晶粒が分散した形態になっている。すなわち、第3金属層3全体がほぼ均一な組成になっているのではなく、一部において第1金属層1からの拡散成分である銅等の金属成分が偏在している。第3金属層3は、このように一部の成分が偏在した部分を含んでいても構わない。
第1金属層1の第4層4に対する接合は、ろう付けによって行なわれる。この場合、例えば、第4層4の上面にろう材層を介して第1金属層1を位置決めして仮固定し、その後、これらを例えば電気炉中で一体的に加熱した後冷却することによって、第1金属層1が第4層4に接合される。
この場合に使用されるろう材が、第3金属層3となる。第3金属層3となるろう材の具体的な組成としては、例えば以下のようなものが挙げられる。すなわち、ろう材において、Agが30〜70質量%、Tiが1〜5質量%、第1グループから選択される少なくとも1つの金属が20〜40質量%、および第2グループから選択される少なくとも1つの金属が1〜40質量%程度である。より具体的な例としては、Agが69質量%、Tiが1質量%、Snが20質量%、およびInが10質量%のものが挙げられる。
第3金属層3は、上記の金属成分以外に、1〜20質量%程度の銅などを含有していても構わない。
本発明の複合積層体12を製作する工程において、例えば、第3金属層3となる金属材料(ろう材)として、銀を主成分とするろう材に、第1グループから選択される少なくとも1つの金属が20〜40質量%、および第2グループから選択される少なくとも1つの金属を、ろう材の融点が約600℃になるように添加する。
この場合の組成としては、例えば前述した例のものが挙げられる。このろう材(第3金属層3)を間に挟んで第1金属層1と第4層4とを互いに対向させて仮固定し、これを、例えば上記融点より50℃程度高い温度、またはそれよりも高い温度で熱処理する。熱処理の温度を上記融点近傍に設定する場合は、熱処理の時間を例えば1時間以上に設定する。
ここで、ろう材(第3金属層3)は、第1グループの金属を、20〜40質量%と高濃度で含有するので、上記の熱処理中に、第1グループの金属が、第1金属層1中の銅と反応して第2金属層2が形成される。反応中の第2金属層2は硬度が低いので、第3金属層3中で形成された第2グループの金属と銀との金属部2Aは、第2金属層2中に伸展していきやすい。よって、図2に示すように、第2金属層2内に金属部2Aを、入り組んだ形態で入り込ませることができる。なお、図2に示す例の金属部2Aの形状は、ろう材に含有される第1グループの金属が、20質量%以上であり、30質量%より小さい場合の例である。
また、第1金属層1が回路導体として用いられる場合には、所定の回路導体のパターンに加工(いわゆるパターンニング)を施す必要がある。この場合、例えばあらかじめ所定のパターニングを施した第1金属層1を回路導体として第4層4の上に積層して、ろう材を介してろう付け(焼成)するにより行なうことができる。
また、第4層4上に第1金属層1を接合した後、その金属板を所定の回路パターンに加工するようにしてもよい。
第1金属層1の具体的なパターニングの方法としては、例えば、マスキングを併用したエッチング加工が挙げられる。Cu(第1金属層1)のエッチングには、塩化第二鉄が用いられる。
以上のようにして、複合積層体12が作製される。複合積層体12は、例えば電子部品6を搭載するための基板として用いられる。なお、図1の例では第4層4の二つの主面(上下面)にそれぞれ第1金属層1が接合されている。第4層4の上面に接合された三つの金属板のうち中央のものに電子部品6が搭載され、左右二つのものに電子部品6が電気的に接続されている。
電子部品6は、例えば、トランジスタ、CPU(Central Processing Unit)用のLSI(Large Scale Integrated circuit)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、またはMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor)等の半導体素子である。電子部品6は、例えば、金属または導電性樹脂等からなる接合材7によって第1金属層1の一部の上面に接合されている。接合材7は、例えば、半田、金−スズ(Au−Sn)合金、またはスズ−銀−銅(Sn−Ag−Cu)合金等である。この場合、第1金属層1のうち電子部品6が接合されたものは、第1金属層1上に搭載される電子素子2で発生する熱を放熱するための放熱板として機能する。
また、第1金属層1の一部は、ボンディングワイヤ等の導電性接続材8を介して電子部品6と電気的に接続されている。これらの第1金属層1は、回路導体として機能し、電子部品6と外部電気回路(図示せず)等とを電気的に接続する。
(第2の実施形態)
次に、図3、図4を用いて、第2の実施形態を説明する。第1の実施形態と異なり、本実施形態では、第4層4として、第1金属層1よりも熱膨張率が小さい金属層が用いられている。その他で、第1の実施形態と同じ符号の部材は、第1の実施形態と同じものとする。
次に、図3、図4を用いて、第2の実施形態を説明する。第1の実施形態と異なり、本実施形態では、第4層4として、第1金属層1よりも熱膨張率が小さい金属層が用いられている。その他で、第1の実施形態と同じ符号の部材は、第1の実施形態と同じものとする。
図3に示す例においては、本実施形態における複合積層体12は、第1金属層1、第2金属層2、第3金属層3および第4層4を有している。
また、図4に示す例においては、複合積層体12の第4層4は、セラミックス基板である第5層5に接合されている。その際、複合積層体12のうち第4層4が第5層5に接合されることにより、第1金属層1と第5層5との界面部分に生じる熱応力が効果的に低減される。これにより、第5層5にクラック等の機械的な破壊が生じることが抑制できる。
また、第4層4は、第5層5に比べてヤング率が小さく、靭性が大きいため、例えば第4層4自体の変形によって熱応力が緩和され得る。そのため、第4層4内におけるクラック等の機械的な破壊も効果的に抑制される。
第4層4は、第1金属層1の熱膨張を抑えるためのものであり、Cuよりも熱膨張率の小さいモリブデン(Mo)、タングステン(W)、またはInvar(インバー)等の鉄−ニッケル(Fe−Ni)合金等の金属材料を用いて、第1金属層1と同様の方法で5〜300μmの厚みの平板状で所定パターンに形成される。
第1金属層1の熱膨張率、および第4層4の熱膨張率は、主成分となる金属材料の物性値であると解釈すればよい。主成分とは、50体積%以上を占める材料のことであると解釈してよい。
また、第3金属層3は、Ti、HfおよびZrのうち少なくとも1種をさらに含有していることが好ましい。この場合には、活性金属であるTi等が第1金属層1および第4層4に対して強固に接合される。この活性金属を介して第3金属層3が第4層4に強固に接合される。そのため接合強度がさらに向上する。したがって、複合積層体12内において、層間の剥がれ等の機械的な破壊がより効果的に抑制される。
第4層4の第5層5に対する接合は、例えば銀およびTiを含むろう材13を介したろう付けによって行なわれる。この場合、例えば、第5層5の上面にろう材13の層を介して第1金属層1〜第4層4の積層体を位置決めして仮固定し、その後、これらを例えば電気炉中で一体的に加熱した後冷却することによって、前記積層体が第5層5に接合される。
この場合のろう材13は、活性金属であるTiを含む銀ろう材であり、前記積層体(実際には第4層4)に加えて、セラミックスからなる第5層5に対しても強固に接合される。したがって、第5層5に対して第4層4が強固に接合され、例えば第5層5と第1金属層1との熱膨張差に起因した熱応力が生じたとしても、この熱応力で前記積層体が第5層5から剥がれるようなことは効果的に抑制される。
ろう材13内についても、第3金属層3の場合と同様に、銀系合金の結晶が偏在していても構わない。ろう材13における銀系合金としては、銀とインジウムの合金、および銀とTiとの合金等が挙げられる。
なお、第1金属層1〜第4層4の第5層5に対する接合は、いったん第1金属層1〜第4層4を互いに接合した積層体を製作した後、これを第5層5に接合するようにしてもよいし、第1金属層1〜第4層4と第5層5との接合を同時に行なうようにしてもよい。第1金属層1〜第4層4と第5層5との接合を同時に行なう場合には、接合(ろう付け)の回数が1回で済むため、生産性をより高めることができる。この場合、第5層5から近い順に、ろう材13が液相から固相に変化する様にろう材成分を調整し、第1金属層1〜第4層4の積層体と第5層5を加圧しながら焼成するとよい。
エッチングの具体的な手順は、例えば以下の通りである。
すなわち、Cu(第1金属層1)を塩化第二鉄でエッチングして、ろう材接合部(第3金属層3)をフッ硝酸でエッチングして、低熱膨張材(第4層4)がMoのときは、濃硝酸1容+濃硫酸1容+水3容の酸化性酸性液などでエッチングする。第4層4(低熱膨張材)がInvarからなるときは、塩化第二鉄などが使用される。また、第4層4がW/Mo(合金)からなるときは、フェリシアン酸塩を含むアルカリ溶液が使用される。
図5は、図4に示す複合積層体12およびそれを用いた電子装置の変形例を示す断面図である。図5において図4と同様の部位には同様の符号を付している。図5の例においては、平面視における第1金属層1および第4層4の大きさに比べて第3金属層3の大きさが大きくなっている。言い換えれば、第3金属層3の外周の位置が、第1金属層1および第4層4の外周の位置よりも外側になっている。これにより、第3金属層3の外周部分が第1金属層1および第4層4の外側面にまで延びて付着している。
このような場合には、第3金属層3の第1金属層1および第4層4に対する接合面積がより大きくなる。また、第3金属層3の外周部分における第1金属層1および第4層4の外側面に対する接合部分が、第1金属層1と第4層4との間に生じる熱応力が作用する方向に対して交差するようになる。そのため、この場合には、第3金属層3を介した第1金属層1と第4層4との接合の信頼性が向上し得る。
このような構造は、例えば第3金属層3を介して第1金属層1と第4層4とを接合する際に、第3金属層3の量を調整して、その一部が第1金属層1および第4層4の外側面にまで延びるようにして形成することができる。また、第3金属層3と第1金属層1が接合された周縁部は、ろう材がメニスカスを作り、R形状を成していると、接合部に集中する応力が分散される。
なお、複合積層体12が回路導体として用いられる場合には、第3金属層3の量が多くなり過ぎると、第3金属層3が回路導体の主面にまで広がってしまう可能性がある。この場合、回路導体に対するボンディングワイヤ(導電性接続材8)のボンディング性等の回路基板としての特性が低くなる可能性がある。したがって、第3金属層3のうち第1金属層1および第4層4の外側面まで延びる量は、第1金属層1および第4層4の厚み程度以下に抑えられていることが好ましい。
(第3の実施形態)
次に、図6〜図8を用いて、第3の実施形態を説明する。第1の実施形態と異なり、本実施形態では、第3金属層3が設けられていない。第1および第2の実施形態と同じ符号の部材は、第1および第2の実施形態と同じものとする。
次に、図6〜図8を用いて、第3の実施形態を説明する。第1の実施形態と異なり、本実施形態では、第3金属層3が設けられていない。第1および第2の実施形態と同じ符号の部材は、第1および第2の実施形態と同じものとする。
図6に示す例においては、複合積層体12は、第1金属層1と、第2金属層2と、第3層11とを有している。第2金属層2は、第1金属層1の下面に配置されており、第3層11は、第2金属層2の下面に配置されている。第1金属層1は、第1の実施形態で用いられたものと同様である。第2金属層2は、第1の実施形態と同様に、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、銅とを含む合金を含有している。
また、図6に示す例においては、第3層11は、第1の実施形態で説明した第4層4と同じくセラミックス基板である。
また、第3層11は、第2の実施形態で説明した第4層4と同じく、第1金属層1よりも熱膨張率が小さい金属層であってもよい。この場合には、図4に示す例のように、第3層11が、ろう材等の接合材によりセラミックス基板に接合される。
図7は、図6におけるA部の拡大図である。図7に示す例においては、第2金属層2に、第3層11から第2金属層2にかけて部分的に入り込んだ金属部2Aが設けられている。これにより、第2金属層2と第3層11とが金属部2Aを介してアンカー効果を得ることができる。そのため、第1金属層1に第3層11が強固に接合されるので、内部における層間の剥がれを抑制することができる。
また、図7に示す例においては、金属部2Aが、複雑に絡み合った三次元網目構造となっている。よって、金属部2Aは、より複雑な形状となって第2金属層2中に設けられることとなるので、第2金属層2と第3層11との間におけるアンカー効果を更に向上させることができる。
この金属部2Aは、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀と、を含有している。
このような例の金属部2Aを作製するためには、ろう材として、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀と、を含有し、かつ第1グループの金属の含有量が30〜40質量%程度のものを用いる。このろう材を、第1金属層1と第3層11との間に配置してろう付けを行うことにより、ろう材中に含まれる第1グループの金属と、第1金属層1に含まれる銅が結合して合金化した第2金属層2を形成するとともに、ろう材中の成分が第3層11から離れる方向に拡散して、第2金金属層2内に金属部2Aが形成される。
図8は、図6におけるA部の変形例の拡大図である。図8に示す例においては、金属部2Aが、ひも状となって複雑に絡み合った三次元網目構造となっているので、高いアンカー効果を得ることができる。
このような例の金属部2Aを作製するためには、ろう材として、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀と、を含有し、かつ第1グループの金属の含有量が20〜40質量%程度、第2グループの金属の含有量が30〜40質量%程度のものを用いる。このろう材を、第1金属層1と第3層11との間に配置してろう付けを行うことにより、ろう材中に含まれる第1グループの金属と、第1金属層1に含まれる銅が結合して合金化した第2金属層2を形成するとともに、ろう材中の成分が第3層11から離れる方向に拡散して、第2金属層2内に金属部2Aが形成される。
なお、本発明の金属板等は上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。
1・・・第1金属層
2・・・第2金属層
2A・・金属部
3・・・第3金属層
4・・・第4層
5・・・第5層
6・・・電子部品
7・・・接合材
8・・・導電性接続材
11・・・第3層
12・・・複合積層体
2・・・第2金属層
2A・・金属部
3・・・第3金属層
4・・・第4層
5・・・第5層
6・・・電子部品
7・・・接合材
8・・・導電性接続材
11・・・第3層
12・・・複合積層体
本発明の一つの態様の複合積層体は、第1金属層、第2金属層、第3金属層、および第4層を有している。前記第1金属層は、銅(Cu)を含有する。前記第2金属層は、前記第1金属層の下面に配置されている。前記第3金属層は、前記第2金属層の下面に配置されており、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀(Ag)と、を含有する。前記第4層は、前記第3金属層の下面に配置されている。前記第3金属層は、該第3金属層から前記第2金属層にかけて入り組んだ形態で部分的に入り込んだ金属部を有している。
本発明の他の態様の複合積層体は、第1金属層、第2金属層、および第3層を有している。前記第1金属層は、銅(Cu)を含有する。前記第2金属層は、前記第1金属層の下面に配置されている。前記第3層は、前記第2金属層の下面に配置されている。前記第2金属層には、前記第3層から前記第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部が設けられている。前記金属部が、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀(Ag)と、を含有している。前記金属部は三次元網目構造である。
本発明の一つの態様による複合積層体によれば、第3金属層は、該第3金属層から第2金属層にかけて入り組んだ形態で部分的に入り込んだ金属部を有していることから、第2金属層と第3金属層との間で大きなアンカー効果を得ることができる。そのため、第1金属層に第3金属層が強固に接合されるので、内部における層間の剥がれを抑制することができる。
本発明の他の態様による複合積層体によれば、第2金属層に、第3層から第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部が設けられ、金属部が三次元網目構造であることから、第2金属層と第3層とが金属部を介してアンカー効果を得ることができる。そのため、第1金属層に第3層が強固に接合されるので、内部における層間の剥がれを抑制することができる。
このような金属部2Aが第2金属層2内に、例えば図2に示すように入り組んだ形態で部分的に入り込んでいることによって、第3金属層3と第2金属層2との間で大きなアンカー効果が得られる。このアンカー効果によって第1金属層1と第3金属層3とが互いに強固に接合されている。
本発明の一つの態様の複合積層体は、第1金属層、第2金属層、第3金属層、および第4層を有している。前記第1金属層は、銅(Cu)を含有する。前記第2金属層は、前記第1金属層の下面に配置されている。前記第3金属層は、前記第2金属層の下面に配置されており、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀(Ag)と、を含有する。前記第4層は、前記第3金属層の下面に配置されている。前記第3金属層が、Agを30〜70質量%の割合で含有しているとともに、前記第1グループから選択される少なくとも1つの金属を20〜40質量%の割合で含有している。前記第3金属層は、該第3金属層から前記第2金属層にかけて入り組んだ形態で部分的に入り込んだ金属部を有している。
本発明の他の態様の複合積層体は、第1金属層、第2金属層、および第3層を有してい
る。前記第1金属層は、銅(Cu)を含有する。前記第2金属層は、前記第1金属層の下面に配置されている。前記第3層は、前記第2金属層の下面に配置されている。前記第2金属層には、前記第3層から前記第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部が設けられている。前記金属部が、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀(Ag)と、を含有している。前記金属部は三次元網目構造である。前記第1金属層と前記第3層とが、前記第1グループから選択される少なくとも1つの金属の含有量が30〜40質量%であるろう材によって接合されている。
る。前記第1金属層は、銅(Cu)を含有する。前記第2金属層は、前記第1金属層の下面に配置されている。前記第3層は、前記第2金属層の下面に配置されている。前記第2金属層には、前記第3層から前記第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部が設けられている。前記金属部が、Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、銀(Ag)と、を含有している。前記金属部は三次元網目構造である。前記第1金属層と前記第3層とが、前記第1グループから選択される少なくとも1つの金属の含有量が30〜40質量%であるろう材によって接合されている。
Claims (13)
- 銅を含有する第1金属層と、
該第1金属層の下面に配置されている第2金属層と、
該第2金属層の下面に配置されており、
Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、
In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、
銀と、を含有する第3金属層と、
該第3金属層の下面に配置されている第4層と、を備えており、
前記第3金属層は、該第3金属層から前記第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部を有していることを特徴とする複合積層体。 - 前記第3金属層が、Ti、HfおよびZrのうち少なくとも1種をさらに含有していることを特徴とする請求項1記載の複合積層体。
- 前記金属部は、Ag−In合金を含有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の複合積層体。
- 前記第4層は、前記第1金属層よりも熱膨張率が小さい金属層であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の複合積層体。
- 前記第4層がMoを主成分として含有していることを特徴とする請求項4に記載の複合積層体。
- 前記第4層は、セラミックス基板である第5層に接合されている
ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の複合積層体。 - 前記第4層は、セラミックス基板である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の複合積層体。 - 請求項6又は請求項7に記載の複合積層体と、該複合積層体に搭載された電子部品とを備えることを特徴とする電子装置。
- 銅を含有する第1金属層と、
該第1金属層の下面に配置されている第2金属層と、
該第2金属層の下面に配置されている第3層と、を有しており、
前記第2金属層に、前記第3層から前記第2金属層にかけて部分的に入り込んだ金属部が設けられており、
該金属部が
Sn、Al、Gaから成る第1グループから選択される少なくとも1つの金属と、
In、Sbから成る第2グループから選択される少なくとも1つの金属と、
銀と、を含有していることを特徴とする複合積層体。 - 前記第3層は、前記第1金属層よりも熱膨張率が小さい金属層であることを特徴とする請求項9に記載の複合積層体。
- 前記第3層は、セラミックス基板に接合されている
ことを特徴とする請求項10に記載の複合積層体。 - 前記第3層は、セラミックス基板である
ことを特徴とする請求項9に記載の複合積層体。 - 請求項11又は請求項12に記載の複合積層体と、該複合積層体に搭載された電子部品とを備えることを特徴とする電子装置。
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