接合体
【課題】接合強度が高く、放熱特性および耐熱性にも優れる接合体を提供する。
【解決手段】本発明は、半導体素子３０と、半導体素子３０を実装する回路層２０が形成された絶縁性を有するセラミックス基板１０と、を備え、半導体素子３０と回路層２０は、アルミニウムを主成分とし、ゲルマニウム、マグネシウム、珪素、銅からなる群より選択される少なくも１種類を含有するアルミニウム系ろう材６０により、真空中または不活性雰囲気中でろう付けすることにより接合されている。
【解決手段】本発明は、半導体素子３０と、半導体素子３０を実装する回路層２０が形成された絶縁性を有するセラミックス基板１０と、を備え、半導体素子３０と回路層２０は、アルミニウムを主成分とし、ゲルマニウム、マグネシウム、珪素、銅からなる群より選択される少なくも１種類を含有するアルミニウム系ろう材６０により、真空中または不活性雰囲気中でろう付けすることにより接合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路層が形成された絶縁基板に半導体素子を実装した接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、産業用、自動車用などの電力制御からモータ制御まで、幅広い分野に使用される省エネルギー化のキーデバイスとして、パワーモジュールが知られている。パワーモジュールは、基材である絶縁基板（例えばセラミックス基板）の一方の面に、ろう付された金属板からなる回路パターン上に半導体チップ（トランジスタ）を実装し、他方の面に、ろう付された金属板を介して放熱板を配設した装置である（例えば、特許文献１参照）。このようなパワーモジュールにおいて、半導体チップは、回路パターン上に半田付けにより接合されている。
【０００３】
一方、半導体素子を金属基板に接合する方法として、平均直径が１００ｎｍ以下の金属微粒子を有機系の溶剤に分散させた金属ナノペーストを用いた方法（例えば、特許文献２参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５８４１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、半導体チップを半田により接合した場合、半田は耐熱性が低いため、熱サイクルでクラックが発生してしまうおそれがあった。
【０００６】
また、特許文献２の接合方法では、金属ナノペーストは耐熱性に優れるものの、接合時にボイドが発生するおそれがあり、ボイドが生じた場合、接合部の熱抵抗が増大し放熱性が低下するという問題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性にも優れる接合体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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る接合体は、半導体素子と、前記半導体素子を実装する回路層が形成された絶縁性を有するセラミックス基板と、を備え、前記半導体素子と前記回路層とはアルミニウム系ろう材により接合されたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記セラミックス基板は窒化物系セラミックスからなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記半導体素子は、炭化珪素素子であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記アルミニウム系ろう材は、ゲルマニウム、マグネシウム、珪素、銅からなる群より選択される少なくとも１種類を含有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記回路層は、銅、銀、または金からなる群から選択される金属、または該金属を含む合金からなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記セラミックス基板と前記回路層との間に、アルミニウム、銀、ニッケル、金、または銅からなる群から選択される金属、または該金属を含む合金からなる金属部材を備え、前記金属部材と前記セラミックス基板とはアルミニウム系ろう材で接合され、前記回路層は、マスクを介して、前記金属部材の表面に、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成されたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記半導体素子と前記回路層を接合する第１のアルミニウム系ろう材の接合温度は、前記金属部材と前記セラミックス基板とを接合する第２のアルミニウム系ろう材の接合温度以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記セラミックス基板は、ＤＢＣ基板であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記セラミックス基板は、アルミニウム系ろう材により銅または銅合金からなる回路層を接合した活性金属接合基板であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回路層が形成された絶縁性を有するセラミックス基板上に形成された回路層と半導体素子とを、アルミニウム系ろう材により接合することにより、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性に優れる接合体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る接合体であるパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示すパワーモジュールの作製方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は、コールドスプレー装置の概要を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態の変形例１に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態の変形例２に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る接合体であるパワーモジュールの構成を示す断面図である。図１に示すパワーモジュール１００は、絶縁基板であるセラミックス基板１０と、セラミックス基板１０の一方の面に金属部材５０を介して形成された回路層２０と、回路層２０上に実装された半導体素子３０と、セラミックス基板１０の回路層２０とは反対側の面に金属部材５０を介して設けられた放熱部材４０とを備える。
【００２１】
セラミックス基板１０は、絶縁性材料からなる略板状の部材である。絶縁性材料としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物系セラミックスや、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ステアタイト、フォルステライト、ムライト、チタニア、シリカ、サイアロン等の酸化物系セラミックスが用いられる。耐熱性、熱伝導性等の観点から窒化物系セラミックスが好ましい。
【００２２】
回路層２０は、例えば、アルミニウムや銅、銀等の良好な電気伝導度を有する金属または前記金属を含む合金からなる。回路層２０は、後述するコールドスプレー法によって形成される。この回路層２０には、半導体素子３０等に対して電気信号を伝達するための回路パターンが形成されている。
【００２３】
半導体素子３０は、ダイオード、トランジスタ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子によって実現される。なお、半導体素子３０は、高電圧で使用が可能なパワーデバイス、特に耐熱性に優れる炭化珪素チップであることが好ましく、使用の目的に合わせてセラミックス基板１０上に複数個設けられても良い。
【００２４】
放熱部材４０は、回路層２０と同様に、後述するコールドスプレー法によって形成された金属皮膜層であり、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金等の良好な熱伝導性を有する金属又は合金からなる。放熱部材４０を介して、半導体素子３０から発生した熱がセラミックス基材１０を介して外部に放出される。放熱効率を高めるために、放熱部材４０のセラミックス基板１０と接合される面と反対の面には、切削加工により放熱部材４０の表面積を増大させる多数の溝部を設けてもよい。
【００２５】
金属部材５０は、セラミックス基板１０の表面にアルミニウム系ろう材６０により接合されている。金属部材５０は、セラミックス基板１０と金属または合金からなる回路層２０、またはセラミックス基板１０と金属または合金からなる放熱部４０とを接合する際の、接合強度を向上しうる。
【００２６】
金属部材５０は、厚さが例えば０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の箔状の圧延部材である。本実施の形態においては、このように厚さの小さい部材を用いることにより、セラミックス基板１０との接合や、その他の熱処理工程の際、金属部材５０とセラミックス基板１０との間における熱膨張率の差に起因する破損を防止することとしている。なお、アルミニウム系ろう材６０上に配置する金属部材５０としては、箔状に限定されず、厚さが約１ｍｍ以下であれば、板状の金属部材を配置しても良い。
【００２７】
金属部材５０としては、セラミックス基板１０に対してろう付による接合が可能であり、且つ、後述するコールドスプレー法による皮膜形成が可能な程度の硬度を有する金属または合金が用いられる。この硬度の範囲はコールドスプレー法における成膜条件等によっても異なるため、一概には定められないが、概ね、ビッカース硬度が１００ＨＶ以下の金属部材であれば適用することができる。具体的には、アルミニウム、銀、ニッケル、金、銅、又はこれらの金属を含む合金等が挙げられる。
【００２８】
アルミニウム系ろう材６０は、セラミックス基板１０の種類や、金属部材５０の種類に応じて適宜選択することができる。アルミニウム系ろう材６０は、アルミニウムを主成分とし、ゲルマニウム、マグネシウム、珪素、銅の内の少なくとも１種を含有するものが好ましい。なお、本明細書において、アルミニウムを主成分とするとは、アルミニウムの配合割合を５０質量％以上とすることを意味する。
【００２９】
本実施の形態で使用されるアルミニウム系ろう材６０として、たとえば、特許第３９７７８７５号公報に記載される、５〜４５質量％のゲルマニウム、５〜１５質量％の珪素、２〜１０質量％のマグネシウム、残部がアルミニウムであるろう材が好適に使用できる。
【００３０】
また、たとえば、特許第３３９８２０４号公報に記載される、１２〜２２質量％の銅、７〜９質量％の珪素、０．２〜１質量％のマグネシウム、６９〜７７質量％のアルミニウムを含有するろう材が好適に使用できる。
【００３１】
さらに、たとえば、特許第３１６８２２７号公報に記載される、５０〜８０質量％のアルミニウム、５〜５０質量％のゲルマニウム、４〜１０質量％の珪素、０．５〜５質量％のマグネシウム、０．５〜２５質量％の銅、０．５〜１０質量％のニッケルを含有するろう材が好適に使用できる。
【００３２】
さらにまた、特許第３３９８２０３号公報に記載される、１０〜４０質量％の銅、１０〜４０質量％の銀、０．１〜５質量％のマグネシウム、４０〜４９質量％のアルミニウムを含有するろう材や、１０〜４０質量％のゲルマニウム、１０〜４０質量％の銀、２〜１０質量％の珪素、０．１〜５質量％のマグネシウム、４０〜４９質量％のアルミニウムを含有するろう材が好適に使用できる。
【００３３】
上記に例示したアルミニウム系ろう材６０において、ゲルマニウム、珪素、銅、銀は、いずれもアルミニウム系ろう材６０に添加することによりろう材の融点を下げる効果を有するため、アルミニウム系ろう材６０の添加成分として適している。また、アルミニウム−銅−銀、およびアルミニウム−ゲルマニウム−銀は、各３元系で融点の低い共晶を生成するため、アルミニウム系ろう材６０の主成分として適している。
【００３４】
また、上記に例示したアルミニウム系ろう材６０において、マグネシウムは、金属部材５０としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用する場合、ろう付け時に揮発したマグネシウムによりアルミニウムまたはアルミニウム合金表面の酸化物を還元して、ろう材の濡れ性を向上するため、接合強度を向上できる。また、セラミックス基板１０として、アルミナ系セラミックスが使用される場合も、セラミックス表面の酸化膜を分解して、濡れ性を向上できるため接合強度の向上を図ることができる。したがって、マグネシウムはアルミニウム系ろう材６０の添加成分として適している。
【００３５】
アルミニウム系ろう材６０をセラミックス基板１０表面に配置する方法としては、公知の種々の方法が用いられる。例えば、有機溶剤及び有機バインダーを含むペースト状のろう材をスクリーン印刷法によってセラミックス基板１０に塗布しても良い。また、箔状のろう材（ろう材箔）をセラミックス基板１０上に載置しても良い。或いは、蒸着法やスパッタ法等によりろう材をセラミックス基板１０の表面に付着させても良い。
【００３６】
金属部材５０とセラミックス基板１０とのろう付けは、使用するアルミニウム系ろう材６０、金属部材５０およびセラミックス基板１０によっても変動するが、真空中または窒素ガス等の不活性雰囲気中で、５００℃〜６３０℃の温度範囲、好ましくは５５０℃〜６００℃の温度範囲で加熱することにより行う。
【００３７】
次に、パワーモジュール１００の製造方法について、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、図１に示すパワーモジュール１００の製造方法を示すフローチャートである。図３は、コールドスプレー装置の概要を示す模式図である。
【００３８】
まず、スクリーン印刷等によりセラミックス基板１０の表面にアルミニウム系ろう材６０を配置する（ステップＳ１）。
【００３９】
続いて、アルミニウム系ろう材６０上に金属部材５０を配置する（ステップＳ２）。本実施の形態では、セラミックス基板１０の両面にアルミニウム系ろう材６０を介して金属部材５０を接合する。セラミックス基板１０の両面にアルミニウム系ろう材６０を配置後、金属部材５０を配置してもよく、またセラミックス基板１０の片面にアルミニウム系ろう材６０および金属部材５０を配置した後、もう一方の面にアルミニウム系ろう材６０および金属部材５０を配置してもよい。
【００４０】
アルミニウム系ろう材６０および金属部材５０を表面に配置したセラミックス基板１０を所定時間、所定温度に保持して真空中において熱処理を施す（ステップＳ３）。この熱処理により、アルミニウム系ろう材６０が溶融し、セラミックス基板１０と金属部材５０との接合体が得られる。
【００４１】
図１に示すように、セラミックス基板１０の両面に金属部材５０を接合する場合には、アルミニウム系ろう材６０を両面に配置したセラミックス基板１０を２枚の金属部材５０によって挟んだものを熱処理することにより、セラミックス基板１０の両面に金属部材５０を接合することができる。
【００４２】
続いて、コールドスプレー法により金属部材５０上に金属皮膜層を積層し、放熱部材４０を形成する（ステップＳ４）。図３は、金属皮膜層の形成に使用されるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。
【００４３】
図３に示すコールドスプレー装置７０は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器７１と、金属皮膜層の材料の粉末を収容し、スプレーガン７３に供給する粉末供給装置７２と、加熱された圧縮ガス及びそこに供給された材料粉末を基材に噴射するガスノズル７４と、ガス加熱器７１及び粉末供給装置７２に対する圧縮ガスの供給量をそれぞれ調節するバルブ７５及び７６とを備える。
【００４４】
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。ガス加熱器７１に供給された圧縮ガスは、例えば５０℃以上であって、金属皮膜層の材料粉末の融点よりも低い範囲の温度に加熱された後、スプレーガン７３に供給される。圧縮ガスの加熱温度は、好ましくは３００〜９００℃である。
一方、粉末供給装置７２に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置７２内の材料粉末をスプレーガン７３に所定の吐出量となるように供給する。
【００４５】
加熱された圧縮ガスは末広形状をなすガスノズル７４により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。この際の圧縮ガスのガス圧力は、１〜５ＭＰａ程度とすることが好ましい。圧縮ガスの圧力をこの程度に調整することにより、金属部材５０に対する金属皮膜層の密着強度の向上を図ることができるからである。より好ましくは、２〜４ＭＰａ程度の圧力で処理すると良い。スプレーガン７３に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま、セラミックス基板１０上の金属部材５０に高速で衝突して堆積し、皮膜を形成する。なお、材料粉末をセラミックス基板１０に向けて固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、図３に示すコールドスプレー装置７０に限定されるものではない。
【００４６】
放熱部材４０を形成後、セラミックス基板１０の他方の面にコールドスプレー法により回路層２０を形成する（ステップＳ５）。回路層２０は、例えば、金属部材５０の上層に回路パターンが形成されたメタルマスク等を配置し、コールドスプレー装置７０等により、回路層２０を形成する金属または合金の粉末を用いて皮膜形成を行えば良い。
【００４７】
回路層２０の形成後、回路層２０上にアルミニウム系ろう材６０を配置する（ステップＳ６）。
【００４８】
その後、アルミニウム系ろう材６０上に半導体素子３０を配置し（ステップＳ７）、熱処理して（ステップＳ８）、半導体素子を回路層２０上に接合する。これにより、図１に示すパワーモジュール１が完成する。
【００４９】
なお、半導体素子３０を回路層２０に接合するアルミニウム系ろう材６０は、金属基板５０をセラミックス基板１０に接合するアルミニウム系ろう材６０と、配合する金属およびその割合が同一のものを使用することも可能である。しかしながら、半導体素子３０を回路層２０に接合するアルミニウム系ろう材６０のろう付け温度が、金属基板５０とセラミックス基板１０とを接合するアルミニウム系ろう材６０のろう付け温度より低くなるものを選択することが好ましい。
【００５０】
本実施の形態では、セラミックス基板１０上に形成された回路層２０に、アルミニウム系ろう材６０により半導体素子３０を接合することにより、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性に優れる接合体を得ることができる。
【００５１】
また、本実施の形態の変形例として、セラミックス基板１０として、回路層２０がセラミックス基板１０に直接接合されたＤＢＣ基板（「Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ基板」、以下、ＤＢＣ基板という）を使用したパワーモジュールを例示することができる。図４は、本発明の実施の形態の変形例１に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【００５２】
図４に示すパワーモジュール２００は、回路層２０および銅板８１が直接セラミックス基板１０に接合されたＤＢＣ基板８０と、回路層２０上に実装された半導体素子３０と、銅板８１を介して設けられた放熱部材４０とを備える。
【００５３】
ＤＢＣ基板８０の回路層２０は、銅または銅合金から形成される。実施の形態と同様に、回路層２０上にスクリーン印刷法等によりアルミニウム系ろう材６０を配置した後、アルミニウム系ろう材６０上に半導体素子３０を配置して、真空中または不活性雰囲気中で熱処理することにより、半導体素子３０を回路層２０上に接合する。
【００５４】
放熱部材４０は、アルミニウム系ろう材６０により銅板８１と接合される。放熱部材４０の銅板への接合は、アルミニウム系ろう材６０以外のろう材も使用しうる。また、ろう付けのほか、機械締結部材等を使用して放熱部材４０を銅板８１に接合してもよい。
【００５５】
本変形例において、ＤＢＣ基板８０上に直接接合された回路層２０に、アルミニウム系ろう材６０により半導体素子３０を接合することにより、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性に優れる接合体を得ることができる。
【００５６】
さらに、本実施の形態の変形例として、セラミックス基板１０として、回路層２０および銅板８１がセラミックス基板１０にろう材により接合されたＡＭＣ基板（「Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ基板」、以下、ＡＭＣ基板という）を使用したパワーモジュールを例示することができる。図５は、本発明の実施の形態の変形例２に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【００５７】
図５に示すパワーモジュール３００は、回路層２０および銅板８１が、アルミニウム系ろう材６０によりセラミックス基板１０に接合されたＡＭＣ基板８２と、回路層２０上に実装された半導体素子３０と、銅板８１を介して設けられた放熱部材４０とを備える。なお、セラミックス基板１０と、回路層２０および銅板８１とを接合するろう材は、アルミニウム系ろう材６０以外の他の金属系のろう材も使用しうる。
【００５８】
ＡＭＣ基板８２の回路層２０は、銅または銅合金から形成される。実施の形態と同様に、回路層２０上にスクリーン印刷法等によりアルミニウム系ろう材６０を配置した後、アルミニウム系ろう材６０上に半導体素子３０を配置して、真空中または不活性雰囲気中で熱処理することにより、半導体素子３０を回路層２０上に接合する。
【００５９】
放熱部材４０は、アルミニウム系ろう材６０により銅板８１と接合される。放熱部材４０の銅板への接合は、アルミニウム系ろう材６０以外のろう材も使用しうる。また、ろう付けのほか、機械締結部材等を使用して放熱部材４０を銅板８１に接合してもよい。
【００６０】
本変形例において、ＡＭＣ基板８２上に直接接合された回路層２０に、アルミニウム系ろう材６０により半導体素子３０を接合することにより、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性に優れる接合体を得ることができる。
【実施例】
【００６１】
本実施の形態に係る接合体に使用されるアルミニウム系ろう材等によりテストピースを作製し、引張強度を測定した。
【００６２】
（実施例１）
アルミニウム系ろう材（Ｇｅ ３５ｍａｓｓ％−Ｓｉ １２ｍａｓｓ％−Ｍｇ ０．７ｍａｓｓ％−Ｃｕ ０．７ｍａｓｓ％−Ａｌ 残部、固相線温度 ７２１Ｋ、液相線温度
７８３Ｋ）から長さ４０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ０．１７ｍｍのテストピースを作製し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づき引張試験を行った。表１に、試験結果を示す。なお、表１に示す引張強度は、ｎ＝５での平均値である。
【００６３】
（比較例１）
Ｐｂ−Ｓｎ系半田（Ｐｂ ５０ｍａｓｓ％−Ｓｎ ５０ｍａｓｓ％）から長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍのテストピースを作製し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づき引張試験を行った。表１に、試験結果を示す。なお、表１に示す引張強度は、実施例１と同様にｎ＝５での平均値である。
【００６４】
（比較例２）
Ａｇ−Ｓｎ系半田（Ａｇ ２．５ｍａｓｓ％−Ｓｎ ９７．５ｍａｓｓ％）から長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１１ｍｍのテストピースを作製し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づき引張試験を行った。表１に、試験結果を示す。なお、表１に示す引張強度は、、実施例１と同様にｎ＝５での平均値である。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１に示すように、アルミニウム系ろう材は、比較例１および２の半田材に比べて３倍以上の引張強度を示している。この数値からも明らかなように、アルミニウム系ろう材により銅板（回路層）と半導体素子とを接合すると、耐久性を高めることができる。
【００６７】
実施例１、ならびに比較例１および２の各材料について、その材料構成により熱伝導率を算出した。表２に算出した熱伝導率を示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
表２に示すように、アルミニウム系ろう材は、比較例１および２の半田材に比べて、非常に大きな熱伝導率を示す。この数値からも明らかなように、アルミニウム系ろう材により銅板（回路層）と半導体素子とを接合すると、放熱特性を向上することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明にかかる接合体は、高い接合強度、ならびに放熱特性および耐熱性が要求される分野に有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ セラミックス基板
２０ 回路層
３０ 半導体素子
４０ 放熱部材
５０ 金属部材
６０ アルミニウム系ろう材
７０ コールドスプレー装置
７１ ガス加熱器
７２ 粉末供給装置
７３ スプレーガン
７４ ガスノズル
７５ バルブ
８０ ＤＭＣ基板
８１ 銅板
８２ ＡＭＣ基板
１００、２００、３００ パワーモジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路層が形成された絶縁基板に半導体素子を実装した接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、産業用、自動車用などの電力制御からモータ制御まで、幅広い分野に使用される省エネルギー化のキーデバイスとして、パワーモジュールが知られている。パワーモジュールは、基材である絶縁基板（例えばセラミックス基板）の一方の面に、ろう付された金属板からなる回路パターン上に半導体チップ（トランジスタ）を実装し、他方の面に、ろう付された金属板を介して放熱板を配設した装置である（例えば、特許文献１参照）。このようなパワーモジュールにおいて、半導体チップは、回路パターン上に半田付けにより接合されている。
【０００３】
一方、半導体素子を金属基板に接合する方法として、平均直径が１００ｎｍ以下の金属微粒子を有機系の溶剤に分散させた金属ナノペーストを用いた方法（例えば、特許文献２参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５８４１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、半導体チップを半田により接合した場合、半田は耐熱性が低いため、熱サイクルでクラックが発生してしまうおそれがあった。
【０００６】
また、特許文献２の接合方法では、金属ナノペーストは耐熱性に優れるものの、接合時にボイドが発生するおそれがあり、ボイドが生じた場合、接合部の熱抵抗が増大し放熱性が低下するという問題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性にも優れる接合体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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る接合体は、半導体素子と、前記半導体素子を実装する回路層が形成された絶縁性を有するセラミックス基板と、を備え、前記半導体素子と前記回路層とはアルミニウム系ろう材により接合されたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記セラミックス基板は窒化物系セラミックスからなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記半導体素子は、炭化珪素素子であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記アルミニウム系ろう材は、ゲルマニウム、マグネシウム、珪素、銅からなる群より選択される少なくとも１種類を含有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記回路層は、銅、銀、または金からなる群から選択される金属、または該金属を含む合金からなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記セラミックス基板と前記回路層との間に、アルミニウム、銀、ニッケル、金、または銅からなる群から選択される金属、または該金属を含む合金からなる金属部材を備え、前記金属部材と前記セラミックス基板とはアルミニウム系ろう材で接合され、前記回路層は、マスクを介して、前記金属部材の表面に、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成されたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記半導体素子と前記回路層を接合する第１のアルミニウム系ろう材の接合温度は、前記金属部材と前記セラミックス基板とを接合する第２のアルミニウム系ろう材の接合温度以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記セラミックス基板は、ＤＢＣ基板であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る接合体は、上記発明において、前記セラミックス基板は、アルミニウム系ろう材により銅または銅合金からなる回路層を接合した活性金属接合基板であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回路層が形成された絶縁性を有するセラミックス基板上に形成された回路層と半導体素子とを、アルミニウム系ろう材により接合することにより、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性に優れる接合体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る接合体であるパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示すパワーモジュールの作製方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は、コールドスプレー装置の概要を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態の変形例１に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態の変形例２に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る接合体であるパワーモジュールの構成を示す断面図である。図１に示すパワーモジュール１００は、絶縁基板であるセラミックス基板１０と、セラミックス基板１０の一方の面に金属部材５０を介して形成された回路層２０と、回路層２０上に実装された半導体素子３０と、セラミックス基板１０の回路層２０とは反対側の面に金属部材５０を介して設けられた放熱部材４０とを備える。
【００２１】
セラミックス基板１０は、絶縁性材料からなる略板状の部材である。絶縁性材料としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物系セラミックスや、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ステアタイト、フォルステライト、ムライト、チタニア、シリカ、サイアロン等の酸化物系セラミックスが用いられる。耐熱性、熱伝導性等の観点から窒化物系セラミックスが好ましい。
【００２２】
回路層２０は、例えば、アルミニウムや銅、銀等の良好な電気伝導度を有する金属または前記金属を含む合金からなる。回路層２０は、後述するコールドスプレー法によって形成される。この回路層２０には、半導体素子３０等に対して電気信号を伝達するための回路パターンが形成されている。
【００２３】
半導体素子３０は、ダイオード、トランジスタ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子によって実現される。なお、半導体素子３０は、高電圧で使用が可能なパワーデバイス、特に耐熱性に優れる炭化珪素チップであることが好ましく、使用の目的に合わせてセラミックス基板１０上に複数個設けられても良い。
【００２４】
放熱部材４０は、回路層２０と同様に、後述するコールドスプレー法によって形成された金属皮膜層であり、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金等の良好な熱伝導性を有する金属又は合金からなる。放熱部材４０を介して、半導体素子３０から発生した熱がセラミックス基材１０を介して外部に放出される。放熱効率を高めるために、放熱部材４０のセラミックス基板１０と接合される面と反対の面には、切削加工により放熱部材４０の表面積を増大させる多数の溝部を設けてもよい。
【００２５】
金属部材５０は、セラミックス基板１０の表面にアルミニウム系ろう材６０により接合されている。金属部材５０は、セラミックス基板１０と金属または合金からなる回路層２０、またはセラミックス基板１０と金属または合金からなる放熱部４０とを接合する際の、接合強度を向上しうる。
【００２６】
金属部材５０は、厚さが例えば０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の箔状の圧延部材である。本実施の形態においては、このように厚さの小さい部材を用いることにより、セラミックス基板１０との接合や、その他の熱処理工程の際、金属部材５０とセラミックス基板１０との間における熱膨張率の差に起因する破損を防止することとしている。なお、アルミニウム系ろう材６０上に配置する金属部材５０としては、箔状に限定されず、厚さが約１ｍｍ以下であれば、板状の金属部材を配置しても良い。
【００２７】
金属部材５０としては、セラミックス基板１０に対してろう付による接合が可能であり、且つ、後述するコールドスプレー法による皮膜形成が可能な程度の硬度を有する金属または合金が用いられる。この硬度の範囲はコールドスプレー法における成膜条件等によっても異なるため、一概には定められないが、概ね、ビッカース硬度が１００ＨＶ以下の金属部材であれば適用することができる。具体的には、アルミニウム、銀、ニッケル、金、銅、又はこれらの金属を含む合金等が挙げられる。
【００２８】
アルミニウム系ろう材６０は、セラミックス基板１０の種類や、金属部材５０の種類に応じて適宜選択することができる。アルミニウム系ろう材６０は、アルミニウムを主成分とし、ゲルマニウム、マグネシウム、珪素、銅の内の少なくとも１種を含有するものが好ましい。なお、本明細書において、アルミニウムを主成分とするとは、アルミニウムの配合割合を５０質量％以上とすることを意味する。
【００２９】
本実施の形態で使用されるアルミニウム系ろう材６０として、たとえば、特許第３９７７８７５号公報に記載される、５〜４５質量％のゲルマニウム、５〜１５質量％の珪素、２〜１０質量％のマグネシウム、残部がアルミニウムであるろう材が好適に使用できる。
【００３０】
また、たとえば、特許第３３９８２０４号公報に記載される、１２〜２２質量％の銅、７〜９質量％の珪素、０．２〜１質量％のマグネシウム、６９〜７７質量％のアルミニウムを含有するろう材が好適に使用できる。
【００３１】
さらに、たとえば、特許第３１６８２２７号公報に記載される、５０〜８０質量％のアルミニウム、５〜５０質量％のゲルマニウム、４〜１０質量％の珪素、０．５〜５質量％のマグネシウム、０．５〜２５質量％の銅、０．５〜１０質量％のニッケルを含有するろう材が好適に使用できる。
【００３２】
さらにまた、特許第３３９８２０３号公報に記載される、１０〜４０質量％の銅、１０〜４０質量％の銀、０．１〜５質量％のマグネシウム、４０〜４９質量％のアルミニウムを含有するろう材や、１０〜４０質量％のゲルマニウム、１０〜４０質量％の銀、２〜１０質量％の珪素、０．１〜５質量％のマグネシウム、４０〜４９質量％のアルミニウムを含有するろう材が好適に使用できる。
【００３３】
上記に例示したアルミニウム系ろう材６０において、ゲルマニウム、珪素、銅、銀は、いずれもアルミニウム系ろう材６０に添加することによりろう材の融点を下げる効果を有するため、アルミニウム系ろう材６０の添加成分として適している。また、アルミニウム−銅−銀、およびアルミニウム−ゲルマニウム−銀は、各３元系で融点の低い共晶を生成するため、アルミニウム系ろう材６０の主成分として適している。
【００３４】
また、上記に例示したアルミニウム系ろう材６０において、マグネシウムは、金属部材５０としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用する場合、ろう付け時に揮発したマグネシウムによりアルミニウムまたはアルミニウム合金表面の酸化物を還元して、ろう材の濡れ性を向上するため、接合強度を向上できる。また、セラミックス基板１０として、アルミナ系セラミックスが使用される場合も、セラミックス表面の酸化膜を分解して、濡れ性を向上できるため接合強度の向上を図ることができる。したがって、マグネシウムはアルミニウム系ろう材６０の添加成分として適している。
【００３５】
アルミニウム系ろう材６０をセラミックス基板１０表面に配置する方法としては、公知の種々の方法が用いられる。例えば、有機溶剤及び有機バインダーを含むペースト状のろう材をスクリーン印刷法によってセラミックス基板１０に塗布しても良い。また、箔状のろう材（ろう材箔）をセラミックス基板１０上に載置しても良い。或いは、蒸着法やスパッタ法等によりろう材をセラミックス基板１０の表面に付着させても良い。
【００３６】
金属部材５０とセラミックス基板１０とのろう付けは、使用するアルミニウム系ろう材６０、金属部材５０およびセラミックス基板１０によっても変動するが、真空中または窒素ガス等の不活性雰囲気中で、５００℃〜６３０℃の温度範囲、好ましくは５５０℃〜６００℃の温度範囲で加熱することにより行う。
【００３７】
次に、パワーモジュール１００の製造方法について、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、図１に示すパワーモジュール１００の製造方法を示すフローチャートである。図３は、コールドスプレー装置の概要を示す模式図である。
【００３８】
まず、スクリーン印刷等によりセラミックス基板１０の表面にアルミニウム系ろう材６０を配置する（ステップＳ１）。
【００３９】
続いて、アルミニウム系ろう材６０上に金属部材５０を配置する（ステップＳ２）。本実施の形態では、セラミックス基板１０の両面にアルミニウム系ろう材６０を介して金属部材５０を接合する。セラミックス基板１０の両面にアルミニウム系ろう材６０を配置後、金属部材５０を配置してもよく、またセラミックス基板１０の片面にアルミニウム系ろう材６０および金属部材５０を配置した後、もう一方の面にアルミニウム系ろう材６０および金属部材５０を配置してもよい。
【００４０】
アルミニウム系ろう材６０および金属部材５０を表面に配置したセラミックス基板１０を所定時間、所定温度に保持して真空中において熱処理を施す（ステップＳ３）。この熱処理により、アルミニウム系ろう材６０が溶融し、セラミックス基板１０と金属部材５０との接合体が得られる。
【００４１】
図１に示すように、セラミックス基板１０の両面に金属部材５０を接合する場合には、アルミニウム系ろう材６０を両面に配置したセラミックス基板１０を２枚の金属部材５０によって挟んだものを熱処理することにより、セラミックス基板１０の両面に金属部材５０を接合することができる。
【００４２】
続いて、コールドスプレー法により金属部材５０上に金属皮膜層を積層し、放熱部材４０を形成する（ステップＳ４）。図３は、金属皮膜層の形成に使用されるコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。
【００４３】
図３に示すコールドスプレー装置７０は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器７１と、金属皮膜層の材料の粉末を収容し、スプレーガン７３に供給する粉末供給装置７２と、加熱された圧縮ガス及びそこに供給された材料粉末を基材に噴射するガスノズル７４と、ガス加熱器７１及び粉末供給装置７２に対する圧縮ガスの供給量をそれぞれ調節するバルブ７５及び７６とを備える。
【００４４】
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。ガス加熱器７１に供給された圧縮ガスは、例えば５０℃以上であって、金属皮膜層の材料粉末の融点よりも低い範囲の温度に加熱された後、スプレーガン７３に供給される。圧縮ガスの加熱温度は、好ましくは３００〜９００℃である。
一方、粉末供給装置７２に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置７２内の材料粉末をスプレーガン７３に所定の吐出量となるように供給する。
【００４５】
加熱された圧縮ガスは末広形状をなすガスノズル７４により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。この際の圧縮ガスのガス圧力は、１〜５ＭＰａ程度とすることが好ましい。圧縮ガスの圧力をこの程度に調整することにより、金属部材５０に対する金属皮膜層の密着強度の向上を図ることができるからである。より好ましくは、２〜４ＭＰａ程度の圧力で処理すると良い。スプレーガン７３に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま、セラミックス基板１０上の金属部材５０に高速で衝突して堆積し、皮膜を形成する。なお、材料粉末をセラミックス基板１０に向けて固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、図３に示すコールドスプレー装置７０に限定されるものではない。
【００４６】
放熱部材４０を形成後、セラミックス基板１０の他方の面にコールドスプレー法により回路層２０を形成する（ステップＳ５）。回路層２０は、例えば、金属部材５０の上層に回路パターンが形成されたメタルマスク等を配置し、コールドスプレー装置７０等により、回路層２０を形成する金属または合金の粉末を用いて皮膜形成を行えば良い。
【００４７】
回路層２０の形成後、回路層２０上にアルミニウム系ろう材６０を配置する（ステップＳ６）。
【００４８】
その後、アルミニウム系ろう材６０上に半導体素子３０を配置し（ステップＳ７）、熱処理して（ステップＳ８）、半導体素子を回路層２０上に接合する。これにより、図１に示すパワーモジュール１が完成する。
【００４９】
なお、半導体素子３０を回路層２０に接合するアルミニウム系ろう材６０は、金属基板５０をセラミックス基板１０に接合するアルミニウム系ろう材６０と、配合する金属およびその割合が同一のものを使用することも可能である。しかしながら、半導体素子３０を回路層２０に接合するアルミニウム系ろう材６０のろう付け温度が、金属基板５０とセラミックス基板１０とを接合するアルミニウム系ろう材６０のろう付け温度より低くなるものを選択することが好ましい。
【００５０】
本実施の形態では、セラミックス基板１０上に形成された回路層２０に、アルミニウム系ろう材６０により半導体素子３０を接合することにより、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性に優れる接合体を得ることができる。
【００５１】
また、本実施の形態の変形例として、セラミックス基板１０として、回路層２０がセラミックス基板１０に直接接合されたＤＢＣ基板（「Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ基板」、以下、ＤＢＣ基板という）を使用したパワーモジュールを例示することができる。図４は、本発明の実施の形態の変形例１に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【００５２】
図４に示すパワーモジュール２００は、回路層２０および銅板８１が直接セラミックス基板１０に接合されたＤＢＣ基板８０と、回路層２０上に実装された半導体素子３０と、銅板８１を介して設けられた放熱部材４０とを備える。
【００５３】
ＤＢＣ基板８０の回路層２０は、銅または銅合金から形成される。実施の形態と同様に、回路層２０上にスクリーン印刷法等によりアルミニウム系ろう材６０を配置した後、アルミニウム系ろう材６０上に半導体素子３０を配置して、真空中または不活性雰囲気中で熱処理することにより、半導体素子３０を回路層２０上に接合する。
【００５４】
放熱部材４０は、アルミニウム系ろう材６０により銅板８１と接合される。放熱部材４０の銅板への接合は、アルミニウム系ろう材６０以外のろう材も使用しうる。また、ろう付けのほか、機械締結部材等を使用して放熱部材４０を銅板８１に接合してもよい。
【００５５】
本変形例において、ＤＢＣ基板８０上に直接接合された回路層２０に、アルミニウム系ろう材６０により半導体素子３０を接合することにより、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性に優れる接合体を得ることができる。
【００５６】
さらに、本実施の形態の変形例として、セラミックス基板１０として、回路層２０および銅板８１がセラミックス基板１０にろう材により接合されたＡＭＣ基板（「Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ基板」、以下、ＡＭＣ基板という）を使用したパワーモジュールを例示することができる。図５は、本発明の実施の形態の変形例２に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【００５７】
図５に示すパワーモジュール３００は、回路層２０および銅板８１が、アルミニウム系ろう材６０によりセラミックス基板１０に接合されたＡＭＣ基板８２と、回路層２０上に実装された半導体素子３０と、銅板８１を介して設けられた放熱部材４０とを備える。なお、セラミックス基板１０と、回路層２０および銅板８１とを接合するろう材は、アルミニウム系ろう材６０以外の他の金属系のろう材も使用しうる。
【００５８】
ＡＭＣ基板８２の回路層２０は、銅または銅合金から形成される。実施の形態と同様に、回路層２０上にスクリーン印刷法等によりアルミニウム系ろう材６０を配置した後、アルミニウム系ろう材６０上に半導体素子３０を配置して、真空中または不活性雰囲気中で熱処理することにより、半導体素子３０を回路層２０上に接合する。
【００５９】
放熱部材４０は、アルミニウム系ろう材６０により銅板８１と接合される。放熱部材４０の銅板への接合は、アルミニウム系ろう材６０以外のろう材も使用しうる。また、ろう付けのほか、機械締結部材等を使用して放熱部材４０を銅板８１に接合してもよい。
【００６０】
本変形例において、ＡＭＣ基板８２上に直接接合された回路層２０に、アルミニウム系ろう材６０により半導体素子３０を接合することにより、接合強度が高く、放熱特性および耐熱性に優れる接合体を得ることができる。
【実施例】
【００６１】
本実施の形態に係る接合体に使用されるアルミニウム系ろう材等によりテストピースを作製し、引張強度を測定した。
【００６２】
（実施例１）
アルミニウム系ろう材（Ｇｅ ３５ｍａｓｓ％−Ｓｉ １２ｍａｓｓ％−Ｍｇ ０．７ｍａｓｓ％−Ｃｕ ０．７ｍａｓｓ％−Ａｌ 残部、固相線温度 ７２１Ｋ、液相線温度
７８３Ｋ）から長さ４０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ０．１７ｍｍのテストピースを作製し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づき引張試験を行った。表１に、試験結果を示す。なお、表１に示す引張強度は、ｎ＝５での平均値である。
【００６３】
（比較例１）
Ｐｂ−Ｓｎ系半田（Ｐｂ ５０ｍａｓｓ％−Ｓｎ ５０ｍａｓｓ％）から長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍのテストピースを作製し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づき引張試験を行った。表１に、試験結果を示す。なお、表１に示す引張強度は、実施例１と同様にｎ＝５での平均値である。
【００６４】
（比較例２）
Ａｇ−Ｓｎ系半田（Ａｇ ２．５ｍａｓｓ％−Ｓｎ ９７．５ｍａｓｓ％）から長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１１ｍｍのテストピースを作製し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づき引張試験を行った。表１に、試験結果を示す。なお、表１に示す引張強度は、、実施例１と同様にｎ＝５での平均値である。
【００６５】
【表１】
【００６６】
表１に示すように、アルミニウム系ろう材は、比較例１および２の半田材に比べて３倍以上の引張強度を示している。この数値からも明らかなように、アルミニウム系ろう材により銅板（回路層）と半導体素子とを接合すると、耐久性を高めることができる。
【００６７】
実施例１、ならびに比較例１および２の各材料について、その材料構成により熱伝導率を算出した。表２に算出した熱伝導率を示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
表２に示すように、アルミニウム系ろう材は、比較例１および２の半田材に比べて、非常に大きな熱伝導率を示す。この数値からも明らかなように、アルミニウム系ろう材により銅板（回路層）と半導体素子とを接合すると、放熱特性を向上することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明にかかる接合体は、高い接合強度、ならびに放熱特性および耐熱性が要求される分野に有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ セラミックス基板
２０ 回路層
３０ 半導体素子
４０ 放熱部材
５０ 金属部材
６０ アルミニウム系ろう材
７０ コールドスプレー装置
７１ ガス加熱器
７２ 粉末供給装置
７３ スプレーガン
７４ ガスノズル
７５ バルブ
８０ ＤＭＣ基板
８１ 銅板
８２ ＡＭＣ基板
１００、２００、３００ パワーモジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を実装する回路層が形成された絶縁性を有するセラミックス基板と、
を備え、前記半導体素子と前記回路層とはアルミニウム系ろう材により接合されたことを特徴とする接合体。
【請求項２】
前記セラミックス基板は窒化物系セラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の接合体。
【請求項３】
前記半導体素子は、炭化珪素素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の接合体。
【請求項４】
前記アルミニウム系ろう材は、ゲルマニウム、マグネシウム、珪素、銅からなる群より選択される少なくとも１種類を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項５】
前記回路層は、銅、銀、金からなる群から選択される金属、または該金属を含む合金からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項６】
前記セラミックス基板と前記回路層との間に、アルミニウム、銀、ニッケル、金、または銅からなる群から選択される金属、または該金属を含む合金からなる金属部材を備え、
前記金属部材と前記セラミックス基板とはアルミニウム系ろう材で接合され、
前記回路層は、マスクを介して、前記金属部材の表面に、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項７】
前記半導体素子と前記回路層を接合する第１のアルミニウム系ろう材の接合温度は、前記金属部材と前記セラミックス基板とを接合する第２のアルミニウム系ろう材の接合温度以下であることを特徴とする請求項６に記載の接合体。
【請求項８】
前記セラミックス基板は、ＤＢＣ基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項９】
前記セラミックス基板は、アルミニウムろう材により銅または銅合金からなる回路層を接合した活性金属接合基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を実装する回路層が形成された絶縁性を有するセラミックス基板と、
を備え、前記半導体素子と前記回路層とはアルミニウム系ろう材により接合されたことを特徴とする接合体。
【請求項２】
前記セラミックス基板は窒化物系セラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の接合体。
【請求項３】
前記半導体素子は、炭化珪素素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の接合体。
【請求項４】
前記アルミニウム系ろう材は、ゲルマニウム、マグネシウム、珪素、銅からなる群より選択される少なくとも１種類を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項５】
前記回路層は、銅、銀、金からなる群から選択される金属、または該金属を含む合金からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項６】
前記セラミックス基板と前記回路層との間に、アルミニウム、銀、ニッケル、金、または銅からなる群から選択される金属、または該金属を含む合金からなる金属部材を備え、
前記金属部材と前記セラミックス基板とはアルミニウム系ろう材で接合され、
前記回路層は、マスクを介して、前記金属部材の表面に、金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項７】
前記半導体素子と前記回路層を接合する第１のアルミニウム系ろう材の接合温度は、前記金属部材と前記セラミックス基板とを接合する第２のアルミニウム系ろう材の接合温度以下であることを特徴とする請求項６に記載の接合体。
【請求項８】
前記セラミックス基板は、ＤＢＣ基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合体。
【請求項９】
前記セラミックス基板は、アルミニウムろう材により銅または銅合金からなる回路層を接合した活性金属接合基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７１８７３（Ｐ２０１３−７１８７３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３３０２（Ｐ２０１１−２１３３０２）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
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