電子デバイス及びその製造方法
【課題】絶縁基材と金属基材とを低い加熱温度で接合することができ、しかも、接合部の熱伝導性に優れる電子デバイス及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁基材３に金属基材５を接合した電子デバイス１の製造方法において、絶縁基材３上に活性金属を含むメタライズ層７を形成し、メタライズ層７上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層９を形成し、第１中間層９上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜１１を形成し、微粒子膜１１上に金属基材５を配置して加熱及び加圧することにより絶縁基材３と金属基材５とを接合することを特徴とする。
【解決手段】絶縁基材３に金属基材５を接合した電子デバイス１の製造方法において、絶縁基材３上に活性金属を含むメタライズ層７を形成し、メタライズ層７上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層９を形成し、第１中間層９上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜１１を形成し、微粒子膜１１上に金属基材５を配置して加熱及び加圧することにより絶縁基材３と金属基材５とを接合することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子等を搭載するセラミックス回路基板などの絶縁基材と放熱板等の金属基材とを接合した電子デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ、パワーデバイス等の電子素子からの発熱量が増大し、その放熱対策が重要になってきている。パワーデバイスを例に取ると、ＩＧＢＴに代表されるパワートランジスタから発生する熱を効率的に外部に発散させながら、同時に電気的に外部と絶縁する必要があるため、電子素子を搭載するための配線が形成されたセラミック基板などの絶縁基材に放熱板として銅板のような熱伝導性の高い金属基材を接合させた電子デバイスが知られている。
【０００３】
このような電子デバイスにおける絶縁基材と金属基材との接合方法としては、絶縁基材と銅板とを加熱処理により直接接合させる直接接合法や、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブなどの活性金属を含有する活性金属ろう材を用いて絶縁基材と金属基材とを接合する活性金属法が知られているほか、ハンダを用いた接合方法やシリコンゴムやエポキシ樹脂などの合成樹脂を用いた接合方法などが知られている。
【０００４】
しかしながら、直接接合法は、セラミックス基板表面を酸化させ銅と酸素の共晶反応を利用するため、１０００度程度の高温に加熱する必要がある。そのため、絶縁基材に既に電子素子が取り付けられている等、絶縁基材を高温に加熱できない場合に直接接合法が使用できないとともに、銅とセラミックスの熱膨張率が大きく異なることから、直接接合法による接合では大きな接合応力が残存し、電子デバイスの反りや破損が生じやすく信頼性に欠けるという問題がある。
【０００５】
活性金属法では、絶縁基材と金属基材との接合するろう材内に気泡が生じやすく、絶縁基材と金属基材との接合部の熱伝導率が低いため、絶縁基材に搭載された電子素子から発生する熱を金属基材に効率よく伝達できず、金属基材の放熱作用を妨げる問題がある。また、活性金属法は、直接接合法より低い加熱温度（例えば、７００度程度）で接合することができるが、反りや破損を抑え電子デバイスの信頼性を更に向上させるため、接合時の加熱温度を更に低くすること望まれている。
【０００６】
また、ハンダや合成樹脂を用いた接合方法は、活性金属法や直接接合法より低い加熱温度で接合することができるものの、活性金属法と同様、接合部に気泡が生じやすく絶縁基材と金属基材との接合部の熱伝導率が低いという問題がある。
【０００７】
そこで、絶縁基板と金属基材との間に、金属微粒子と活性金属を含有する接合剤を介在させ、金属微粒子の融点未満の接合温度に加熱して、絶縁基板と金属基材とを接合する方法が提案されている（例えば、下記引用文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、接合剤には金属微粒子や活性金属だけでなく溶媒が含まれており、接合温度に加熱しても絶縁基板と金属板との間に溶媒中の有機物質が残留するため、十分な熱伝導率及び接合強度が得られないおそれがあり、特に、接合温度を低く設定した場合、有機物質が残留しやすくなるため、熱伝導率及び接合強度の悪化が顕著になる問題がある。
【特許文献１】特開２００６−１２０９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、絶縁基材と金属基材とを低い加熱温度で接合することができ、しかも、接合部の熱伝導性に優れる電子デバイス及びその製造方法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】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討したところ、銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜を介して絶縁基材と金属基材とを低い加熱温度で接合でき、しかも、接合部の熱伝導性に優れる電子デバイスが得られることを見い出し、本発明を関するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係る電子デバイスの製造方法は、絶縁基材に金属基材を接合した電子デバイスの製造方法において、前記絶縁基材上に活性金属を含むメタライズ層を形成し、前記メタライズ層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層を形成し、前記第１中間層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる第１微粒子膜を形成し、前記第１微粒子膜上に前記金属基材を配置して加熱及び加圧することで前記絶縁基材と前記金属基材とを接合することを特徴とする。
【００１２】
上記発明において、前記金属基材上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第２中間層を形成し、前記第２中間層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる第２微粒子膜を形成し、前記第１微粒子膜及び前記第２微粒子膜を対向配置して加熱及び加圧することで前記絶縁基材と前記金属基材とを接合してもよい。
【００１３】
また、上記発明において第１微粒子膜及び前記第２微粒子膜を構成する微粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
また、上記発明において、スパッタリング法によって前記微粒子膜を形成することが好ましく、かかる場合において、微粒子がパラジウム、白金、イリジウム、ニッケルから選択された１種又は２種以上の金属を含むことが好ましい。
【００１５】
更にまた、上記発明において、前記活性金属がチタン、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、タンタルから選択された１種又は２種以上の金属であることが好ましく、前記絶縁基材が窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂より選択される１種の絶縁材を含むことが好ましく、前記金属基材が銅又はアルミニウムからなることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜を介して絶縁基材と金属基材とを接合することで、低い加熱温度であっても熱伝導性良好に接合することができる。
【００１７】
特に、微粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であると第１微粒子膜及び第２微粒子膜の表面積が大きくなり、低い加熱温度であっても該微粒子に含まれる金属原子が拡散して絶縁基材と金属基材とを接合しやすくなる。
【００１８】
また、本発明は、上記製造方法により得られる電子デバイスを提供するものであって、すなわち、本発明に係る電子デバイスは、絶縁基材に金属基材を接合した電子デバイスにおいて、前記絶縁基材上に形成され活性金属を含むメタライズ層と、前記メタライズ層上に形成され銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層と、前記第１中間層上に形成され銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜と、を介して前記絶縁基材と前記金属基材とが接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、絶縁基材と金属基材とを低い加熱温度で接合することができるとともに、接合部の熱伝導性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る電子デバイス１の断面図である。
【００２１】
電子デバイス１は、例えば、ＩＧＢＴ等のパワートランジスタを搭載する絶縁基板３と放熱板としての金属板５とを接合したものである。
【００２２】
絶縁基板３は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス材や、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの樹脂といった絶縁材からなり、図１に示すように、メタライズ層７と、第１中間層９と、第１微粒子膜１１と、を介して金属板５と接合されている。
【００２３】
金属板５を構成する金属材料は、特に限定されないが、導電性及び熱伝導率などの点から銅、アルミニウム等が好ましい。
【００２４】
メタライズ層７は、絶縁基板３の表面に形成されており、絶縁基板３に対して濡れ性が良く強固な金属層を形成できる金属材料、例えば、チタン、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、タンタル等の活性金属から選択された１種又は２種以上の金属から構成されている。
【００２５】
第１中間層９は、メタライズ層７の表面に形成されており、銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む金属から構成されている。この第１中間層９の表面には、銅及び銀の少なくとも一方の金属を含む微粒子を接合してなる第１微粒子膜１１が形成されている。
【００２６】
次に、上記の電子デバイス１を製造する方法について、図２を参照しながら説明する。
【００２７】
まず、高周波マグネトロンスパッタ装置のチャンバ内に絶縁基板３を収容し、ガス分圧０．１０〜１．０Ｐａ（例えば、０．１５Ｐａ）のアルゴンガス雰囲気において、電力３００Ｗ、基板温度２００℃、アルゴンガス流量６ｓｃｃｍの条件で活性金属（本実施形態では、チタン）をスパッタし、絶縁基材３の少なくとも一方の面に厚さ１００ｎｍ〜２５０ｎｍのチタン等の活性金属からなるメタライズ層７を形成する。
【００２８】
次いで、直流マグネトロンスパッタ装置のチャンバ内にメタライズ層７が形成された絶縁基材３を収容し、ガス分圧０．１０〜１．０Ｐａ（例えば、０．１５Ｐａ）のアルゴンガス雰囲気において、電力２００Ｗ、基板温度２００℃、アルゴンガス流量６ｓｃｃｍの条件で銅及び銀の少なくとも一方をスパッタし、メタライズ層７の上面に厚さ１００〜５００ｎｍの第１中間層９を形成する。
【００２９】
次いで、直流マグネトロンスパッタ装置のチャンバ内に第１中間層９が形成された絶縁基材３を収容し、ガス分圧１．０〜１００Ｐａ（例えば、４．４Ｐａ）のアルゴンガス雰囲気において、電力２００Ｗ、基板温度２０℃（室温）、アルゴンガス流量１２ｓｃｃｍの条件で銅及び銀の少なくとも一方をスパッタすることで、図２（ａ）に示すように、第１中間層９の上面に銅及び銀の少なくとも一方の金属を含む粒子を接合してなる第１微粒子膜１１を形成する。この第１微粒子膜１１は、銅及び銀の少なくとも一方の金属を含む微粒子が、原子分子の相互拡散により直接接合してなり、電子デバイス１の製造における絶縁基板３のハンドリング時に脱落することがない程度の接合力をもって第１中間層９上に付着している。
【００３０】
なお、第１微粒子膜１１を構成する粒子の平均粒径が小さいほど第１微粒子膜１１の表面積が大きくなり、低い加熱温度であっても該微粒子に含まれる金属原子が拡散して金属板５と接合しやすくなることから、第１微粒子膜１１を構成する粒子の平均粒径は１００ｎｍ以下が好ましく、５〜１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００３１】
第１微粒子膜１１の形成は、絶縁基板３上に第１中間層９を形成した後、チャンバ内から取り出すことなく上記のようにスパッタ条件を変更して行っても良い。また、第１微粒子膜１１を構成する粒子の粒径は、投入電力、ガス分圧、基板温度等のスパッタ条件を変更することで調整することができる。
【００３２】
なお、第１微粒子膜１１を構成する粒子は、銅及び銀以外にパラジウム、白金、イリジウム、ニッケル等の金属を、例えば、０〜１０ｗｔ％程度含有しても良く、これにより、第１微粒子膜１１を安定して形成することができる。
【００３３】
また、金属板５は絶縁基板３との接合面５’を鏡面研磨やエッチング等により洗浄する。
【００３４】
そして、図２（ｂ）に示すように、絶縁基板３上に形成された第１微粒子膜１１と金属板５の接合面５ａとを対向配置し、例えば、１０５〜１０６Ｎ／ｍ２の圧力で絶縁基板３と金属板５とを押圧し密着させ、真空中においてこの押圧状態を、例えば、１５０℃〜３００℃以下で２時間保持することで第１微粒子膜１１を構成する金属原子を拡散させて絶縁基板３と金属板５とを接合する。
【００３５】
本実施形態によれば、１５０℃〜３００℃程度の低い加熱温度で絶縁基板３と金属板５とを接合することができるため、反りや破損を抑え信頼性の高い電子デバイス１を得ることができるとともに、第１微粒子膜１１を拡散させて絶縁基板３と金属板５とを接合するため接合部の熱伝導性に優れている。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。上記した第１実施形態と同一又は対応する要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
本実施形態は、金属板５上に第２中間層１３及び第２微粒子膜１５を形成する点で上記した第１実施形態と相違する。
【００３８】
すなわち、金属板５の少なくとも一方の面に、絶縁基板３に形成した第１中間層９と同様の条件によるスパッタ法により、銅及び銀の少なくとも一方の金属からなる厚さ１００〜５００ｎｍの第２中間層１３を形成する。
【００３９】
次いで、絶縁基板３に形成した第１微粒子膜１１と同様の条件によるスパッタ法により、第２中間層１３上に銅及び銀の少なくとも一方の金属を含む微粒子を接合してなる第２微粒子膜１５を形成する。なお、第２微粒子層１５を構成する粒子も、第１微粒子層１１と同様、接合時の加熱温度を低く設定するため、平均粒径が１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
そして、図３に示すように、絶縁基板３上に形成された第１微粒子膜１１と金属板５上に形成された第２微粒子膜１５とを対向配置し、例えば、１０５〜１０６Ｎ／ｍ２の圧力で絶縁基板３と金属板５とを押圧し密着させ、真空中においてこの押圧状態を、例えば、例えば、１５０℃〜３００℃以下で２時間保持することで第１微粒子膜１１及び第２微粒子膜１５を構成する金属原子を拡散させて絶縁基板３と金属板５とを接合する。
【００４１】
本実施形態では、絶縁基板３上の第１微粒子膜１１と金属板５上の第２微粒子膜１５とを同一金属に設定することが好ましく、絶縁基板３と金属板５とをより強固に接合することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態では第２中間層１３の上に第２微粒子膜１５を形成したが、第２中間層１３を設けることなく金属板５上に第２微粒子膜１５を形成してもよく、また、金属板５と中間層１３との間にチタン等の活性金属からなるメタライズ層を介在させてもよい。
【００４３】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
本発明の実施例１について、図４を参照して説明する。
【００４５】
（１）絶縁基板３
窒化アルミニウムからなる厚さ０．３ｍｍの絶縁基板３の両面にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのチタンからなるメタライズ層７ａ，７ｂを形成し、各第１メタライズ層７ａ，７ｂの上にスパッタ法により厚さ５００ｎｍの銅からなる第１中間層９ａ，９ｂを形成し、更に、各第１中間層９ａ，９ｂの上にスパッタ法により厚さ１００ｎｍの銅からなる第１微粒子膜１１ａ，１１ｂを形成し、図４（ａ）に示す構造の絶縁基板３を得た。なお、メタライズ層７ａ，７ｂを形成するスパッタ条件は、ガス分圧０．１５Ｐａのアルゴンガス雰囲気、電力３００Ｗ、基板温度２００℃、アルゴンガス流量６ｓｃｃｍであり、第１中間層９ａ，９ｂを形成するスパッタ条件は、ガス分圧０．１５Ｐａのアルゴンガス雰囲気、電力２００Ｗ、基板温度２００℃、アルゴンガス流量６ｓｃｃｍであり、第１微粒子膜１１ａ，１１ｂを形成するスパッタ条件は、ガス分圧４．４Ｐａのアルゴンガス雰囲気、電力２００Ｗ、基板温度２０℃（室温）、アルゴンガス流量１２ｓｃｃｍである。
【００４６】
（２）第１金属板５ａ
銅からなる厚さ１．０ｍｍの第１金属板５ａの片面を鏡面研磨により洗浄して、図４（ｂ）にしめすような絶縁基板３との接合面５ａ’とした第１金属板５ａを得た。
【００４７】
（３）第２金属板５ｂ
アルミニウムからなる厚さ１．０ｍｍの第２金属板５ｂの片面にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのチタンからなる第２メタライズ層１７ｂを形成し、第２メタライズ層１７ｂの上にスパッタ法により厚さ５００ｎｍの銅からなる第２中間層１３ｂを形成し、更に、第２中間層１３ｂの上にスパッタ法により銅からなる厚さ１００ｎｍの第２微粒子膜１５ｂを形成し、図４（ｃ）に示す構造の第２金属板５ｂを得た。なお、第２微粒子膜１５ｂは第１微粒子膜１１ａ，１１ｂと同じスパッタ条件によって形成した。
【００４８】
（４）第１微粒子膜、及び第２微粒子膜を構成する微粒子の平均粒径の測定
絶縁基板３に形成した第１微粒子膜１１ａ，１１ｂと第２金属板５ｂに形成した第２微粒子膜１５ｂについて、ＸＲＤ（X-ray diffraction）装置〔(株)リガク製、ＲＩＮＴ２５００ＶＨＦ〕により下記の条件で測定して得たＸ線回折スペクトルから、２θ＝約４３．３°におけるＣｕ（１１１）面のピークの半値幅を求めると０．０８５４°以上であった。
【００４９】
（管球）ＣｕＫα線
（管電圧）４０ｋＶ
（管電流）１５０ｍＡ
（スキャンスピード）５．０°／ｍｉｎ
（開始角度）３０°
（終了角度）１００°
そして、第１微粒子膜１１ａ，１１ｂ及び第２微粒子膜１５ｂを構成する微粒子（結晶子）の平均粒径Ｄを、下記式（１）のＳｃｈｅｒｒｅｒの式を用い、Ｃｕ（１１１）面のピークより求めると１００ｎｍ以下であった。
【００５０】
Ｄ（１０−１０ｍ）＝０．９λ／βｃｏｓθ （１）
ただし式（１）中のλはＸ線源の波長（ＣｕＫα線：１．５４１×１０−１０ｍ）、βはＣｕ（１１１）面のピークの半値幅（ｒａｄ）、θは当該ピークのブラック角（ｄｅｇｒｅｅ）である。
【００５１】
（５）接合
絶縁基板３の一方の面に形成された第１微粒子膜１１ａと第１金属板５ａの接合面５ａ’とを対向配置し、絶縁基板３の他方の面に形成された第１微粒子膜１１ｂと第２金属板５ｂに形成された第２微粒子膜１５ｂとを対向配置し、絶縁基板３を介在させ第１金属板５ａと第２金属板５ｂとを１０５Ｎ／ｍ２の圧力で押圧し、真空中においてこの押圧状態を、３００℃で２時間保持することで、図４（ｄ）に示す電子デバイス１を得た。
【００５２】
（実施例２）
実施例２では、銅に替えて銀をスパッタして第１中間層９ａ，９ｂ、第２中間層１３ａ，１３ｂ、第１微粒子膜１１ａ，１１ｂ、及び第２微粒子膜１５ｂの各層を形成する点で実施例１と相違するが、他の点は実施例１と同じ構成の電子デバイス１を得た。
【００５３】
本実施例２において、第１微粒子膜１１ａ，１１ｂ及び第２微粒子膜１５ｂを構成する粒子（結晶子）の平均粒径Ｄを、上記した実施例１と同様、ＸＲＤ装置で測定したＣｕ（１１１）面のピークの半値幅から式（１）を用いて求めたところ、Ｃｕ（１１１）面のピークの半値幅が０．０８５４°以上であり、平均粒径Ｄが１００ｎｍ以下であった。
【００５４】
（比較例１）
（１）絶縁基板１０３
窒化アルミニウムからなる厚さ０．３ｍｍの絶縁基板１０３の両面にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのチタンからなる第１メタライズ層１０７ａ，１０７ｂを形成し、各第１メタライズ層１０７ａ，１０７ｂの上にスパッタ法により厚さ５００ｎｍの銅からなる第１中間層１０９ａ，１０９ｂを形成し、図５（ａ）に示す構造の絶縁基板１０３を得た。
【００５５】
なお、絶縁基板１０３は、実施例１，２で用いた絶縁基板３と同じものを用いた。また、第１メタライズ層１０７ａ，１０７ｂ及び第１中間層１０９ａ，１０９ｂは、実施例１，２における第１メタライズ層７ａ，７ｂ及び第１中間層９ａ，９ｂと同じスパッタ条件によって形成した。
【００５６】
（２）第１金属板１０５ａ
銅からなる厚さ１．０ｍｍの第１金属板１０５ａの片面を鏡面研磨により洗浄して、図５（ｂ）に示すような絶縁基板１０３との接合面１０５ａ’とした第１金属板１０５ａを得た。
【００５７】
なお、第１金属板１０５ａは、実施例１，２で用いた第１金属板５ａと同じものを用いた。
【００５８】
（３）第２金属板１０５ｂ
アルミニウムからなる厚さ１．０ｍｍの第２金属板１０５ｂの片面にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのチタンからなる第２メタライズ層１１７ｂを形成し、第２メタライズ層１１７ｂの上にスパッタ法により厚さ５００ｎｍの銅からなる第２中間層１１３ｂを形成し、図５（ｃ）に示す構造の第２金属板１０５ｂを得た。
【００５９】
なお、第２金属板１０５ｂは、実施例１，２で用いた第２金属板５ｂと同じものを用いた。また、第１メタライズ層１１７ｂ及び第１中間層１１３ｂは、実施例１，２における第１メタライズ層７ａ，７ｂ及び第１中間層９ａ，９ｂと同じスパッタ条件によって形成した。
【００６０】
（４）接合
絶縁基板１０３の一方の面に形成された第１中間層１０９ａ上に厚さ０．５３ｍｍのハンダ層１０４ａを介して第１金属板１０５ａの接合面１０５ａ’を接合し、他方の面に形成された第２中間層１０９ｂ上に厚さ０．５３ｍｍのハンダ層１０４ｂを介して第２金属板に形成された第２中間層１１３ｂを接合して、図５（ｄ）に示す電子デバイス１００を得た。
【００６１】
（比較例２）
銅からなる第１金属板１２５ａの片面に厚さ０．１７ｍｍのシリコンゴム層１２４を介してアルミニウムからなる第２金属板１２５ｂを接合して、図６（ａ）に示す電子デバイス１２０を得た。
【００６２】
なお、絶縁基板１２３、第１金属板１２５ａ、第２金属板１２５ｂは、実施例１，２で用いた絶縁基板３、第１金属板５ａ、第２金属板５ｂと同じものを用いた。
【００６３】
（比較例３）
銅からなる第１金属板１４５ａの片面に厚さ０．１７ｍｍのエポキシ樹脂層１４４を介してアルミニウムからなる第２金属板１４５ｂを接合して、図６（ｂ）に示す電子デバイス１４０を得た。
【００６４】
なお、第１金属板１４５ａ、第２金属板１４５ｂは、実施例１，２で用いた第１金属板５ａ、第２金属板５ｂと同じものを用いた。
【００６５】
（比較例４）
比較例１で用いた絶縁基板１０３、第１金属板１０５ａ、及び第２金属板１０５ｂを用い、絶縁基板１０３の一方の面に形成された第１中間層１０９ａと第１金属板１０５ａの接合面１０５ａ’とを対向配置し、絶縁基板１０３の他方の面に形成された第１中間層１０９ｂと第２金属板１０５ｂに形成された第２中間層１１３ｂとを対向配置し、実施例１，２の微粒子膜や比較例１のようなハンダ層を設けること無く絶縁基板１０３を介在させ第１金属板１０５ａと第２金属板１０５ｂとを１０５Ｎ／ｍ２の圧力で押圧し、真空中においてこの押圧状態を、３００℃で２時間保持して電子デバイスを得た。
【００６６】
実施例１，２及び比較例１〜４で得られた電子デバイスについて、接合の可否及び熱伝導率を評価した。各評価の測定方法は以下の通りである。
【００６７】
・接合：３００℃以下で接合できたものを「○」とし、３００℃以下で接合できなかったものを「×」と評価した。
【００６８】
・熱伝導率：熱伝導率定数測定装置（アルバック理工株式会社製：ＴＣ−７０００）を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。
【表１】
【００６９】
表１に示すように、実施例１，２及び比較例１〜３では３００℃以下の加熱温度で接合することができ電子デバイスが得られたが、比較例４では３００℃以下の加熱温度で絶縁基板１０３と第１金属板１０５ａ及び第２金属板１０５ｂとを接合することができなかった。
【００７０】
また、実施例１，２であると、各比較例１〜３に比べて、２.１倍以上の熱伝導率を有し、絶縁基板と第１，２金属板とを接合する接合部の熱伝導率が高いことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子デバイスの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図５】比較例１に係る電子デバイスの断面図である。
【図６】比較例に係る電子デバイスの断面図であって、（ａ）は比較例２、（ｂ）は比較例３を示す。
【符号の説明】
【００７２】
１…電子デバイス
３…絶縁基材
５…金属基材
７…メタライズ層
９…第１中間層
１１…微粒子膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子等を搭載するセラミックス回路基板などの絶縁基材と放熱板等の金属基材とを接合した電子デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ、パワーデバイス等の電子素子からの発熱量が増大し、その放熱対策が重要になってきている。パワーデバイスを例に取ると、ＩＧＢＴに代表されるパワートランジスタから発生する熱を効率的に外部に発散させながら、同時に電気的に外部と絶縁する必要があるため、電子素子を搭載するための配線が形成されたセラミック基板などの絶縁基材に放熱板として銅板のような熱伝導性の高い金属基材を接合させた電子デバイスが知られている。
【０００３】
このような電子デバイスにおける絶縁基材と金属基材との接合方法としては、絶縁基材と銅板とを加熱処理により直接接合させる直接接合法や、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブなどの活性金属を含有する活性金属ろう材を用いて絶縁基材と金属基材とを接合する活性金属法が知られているほか、ハンダを用いた接合方法やシリコンゴムやエポキシ樹脂などの合成樹脂を用いた接合方法などが知られている。
【０００４】
しかしながら、直接接合法は、セラミックス基板表面を酸化させ銅と酸素の共晶反応を利用するため、１０００度程度の高温に加熱する必要がある。そのため、絶縁基材に既に電子素子が取り付けられている等、絶縁基材を高温に加熱できない場合に直接接合法が使用できないとともに、銅とセラミックスの熱膨張率が大きく異なることから、直接接合法による接合では大きな接合応力が残存し、電子デバイスの反りや破損が生じやすく信頼性に欠けるという問題がある。
【０００５】
活性金属法では、絶縁基材と金属基材との接合するろう材内に気泡が生じやすく、絶縁基材と金属基材との接合部の熱伝導率が低いため、絶縁基材に搭載された電子素子から発生する熱を金属基材に効率よく伝達できず、金属基材の放熱作用を妨げる問題がある。また、活性金属法は、直接接合法より低い加熱温度（例えば、７００度程度）で接合することができるが、反りや破損を抑え電子デバイスの信頼性を更に向上させるため、接合時の加熱温度を更に低くすること望まれている。
【０００６】
また、ハンダや合成樹脂を用いた接合方法は、活性金属法や直接接合法より低い加熱温度で接合することができるものの、活性金属法と同様、接合部に気泡が生じやすく絶縁基材と金属基材との接合部の熱伝導率が低いという問題がある。
【０００７】
そこで、絶縁基板と金属基材との間に、金属微粒子と活性金属を含有する接合剤を介在させ、金属微粒子の融点未満の接合温度に加熱して、絶縁基板と金属基材とを接合する方法が提案されている（例えば、下記引用文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、接合剤には金属微粒子や活性金属だけでなく溶媒が含まれており、接合温度に加熱しても絶縁基板と金属板との間に溶媒中の有機物質が残留するため、十分な熱伝導率及び接合強度が得られないおそれがあり、特に、接合温度を低く設定した場合、有機物質が残留しやすくなるため、熱伝導率及び接合強度の悪化が顕著になる問題がある。
【特許文献１】特開２００６−１２０９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、絶縁基材と金属基材とを低い加熱温度で接合することができ、しかも、接合部の熱伝導性に優れる電子デバイス及びその製造方法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】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討したところ、銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜を介して絶縁基材と金属基材とを低い加熱温度で接合でき、しかも、接合部の熱伝導性に優れる電子デバイスが得られることを見い出し、本発明を関するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係る電子デバイスの製造方法は、絶縁基材に金属基材を接合した電子デバイスの製造方法において、前記絶縁基材上に活性金属を含むメタライズ層を形成し、前記メタライズ層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層を形成し、前記第１中間層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる第１微粒子膜を形成し、前記第１微粒子膜上に前記金属基材を配置して加熱及び加圧することで前記絶縁基材と前記金属基材とを接合することを特徴とする。
【００１２】
上記発明において、前記金属基材上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第２中間層を形成し、前記第２中間層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる第２微粒子膜を形成し、前記第１微粒子膜及び前記第２微粒子膜を対向配置して加熱及び加圧することで前記絶縁基材と前記金属基材とを接合してもよい。
【００１３】
また、上記発明において第１微粒子膜及び前記第２微粒子膜を構成する微粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
また、上記発明において、スパッタリング法によって前記微粒子膜を形成することが好ましく、かかる場合において、微粒子がパラジウム、白金、イリジウム、ニッケルから選択された１種又は２種以上の金属を含むことが好ましい。
【００１５】
更にまた、上記発明において、前記活性金属がチタン、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、タンタルから選択された１種又は２種以上の金属であることが好ましく、前記絶縁基材が窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂より選択される１種の絶縁材を含むことが好ましく、前記金属基材が銅又はアルミニウムからなることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜を介して絶縁基材と金属基材とを接合することで、低い加熱温度であっても熱伝導性良好に接合することができる。
【００１７】
特に、微粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であると第１微粒子膜及び第２微粒子膜の表面積が大きくなり、低い加熱温度であっても該微粒子に含まれる金属原子が拡散して絶縁基材と金属基材とを接合しやすくなる。
【００１８】
また、本発明は、上記製造方法により得られる電子デバイスを提供するものであって、すなわち、本発明に係る電子デバイスは、絶縁基材に金属基材を接合した電子デバイスにおいて、前記絶縁基材上に形成され活性金属を含むメタライズ層と、前記メタライズ層上に形成され銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層と、前記第１中間層上に形成され銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜と、を介して前記絶縁基材と前記金属基材とが接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、絶縁基材と金属基材とを低い加熱温度で接合することができるとともに、接合部の熱伝導性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る電子デバイス１の断面図である。
【００２１】
電子デバイス１は、例えば、ＩＧＢＴ等のパワートランジスタを搭載する絶縁基板３と放熱板としての金属板５とを接合したものである。
【００２２】
絶縁基板３は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス材や、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの樹脂といった絶縁材からなり、図１に示すように、メタライズ層７と、第１中間層９と、第１微粒子膜１１と、を介して金属板５と接合されている。
【００２３】
金属板５を構成する金属材料は、特に限定されないが、導電性及び熱伝導率などの点から銅、アルミニウム等が好ましい。
【００２４】
メタライズ層７は、絶縁基板３の表面に形成されており、絶縁基板３に対して濡れ性が良く強固な金属層を形成できる金属材料、例えば、チタン、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、タンタル等の活性金属から選択された１種又は２種以上の金属から構成されている。
【００２５】
第１中間層９は、メタライズ層７の表面に形成されており、銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む金属から構成されている。この第１中間層９の表面には、銅及び銀の少なくとも一方の金属を含む微粒子を接合してなる第１微粒子膜１１が形成されている。
【００２６】
次に、上記の電子デバイス１を製造する方法について、図２を参照しながら説明する。
【００２７】
まず、高周波マグネトロンスパッタ装置のチャンバ内に絶縁基板３を収容し、ガス分圧０．１０〜１．０Ｐａ（例えば、０．１５Ｐａ）のアルゴンガス雰囲気において、電力３００Ｗ、基板温度２００℃、アルゴンガス流量６ｓｃｃｍの条件で活性金属（本実施形態では、チタン）をスパッタし、絶縁基材３の少なくとも一方の面に厚さ１００ｎｍ〜２５０ｎｍのチタン等の活性金属からなるメタライズ層７を形成する。
【００２８】
次いで、直流マグネトロンスパッタ装置のチャンバ内にメタライズ層７が形成された絶縁基材３を収容し、ガス分圧０．１０〜１．０Ｐａ（例えば、０．１５Ｐａ）のアルゴンガス雰囲気において、電力２００Ｗ、基板温度２００℃、アルゴンガス流量６ｓｃｃｍの条件で銅及び銀の少なくとも一方をスパッタし、メタライズ層７の上面に厚さ１００〜５００ｎｍの第１中間層９を形成する。
【００２９】
次いで、直流マグネトロンスパッタ装置のチャンバ内に第１中間層９が形成された絶縁基材３を収容し、ガス分圧１．０〜１００Ｐａ（例えば、４．４Ｐａ）のアルゴンガス雰囲気において、電力２００Ｗ、基板温度２０℃（室温）、アルゴンガス流量１２ｓｃｃｍの条件で銅及び銀の少なくとも一方をスパッタすることで、図２（ａ）に示すように、第１中間層９の上面に銅及び銀の少なくとも一方の金属を含む粒子を接合してなる第１微粒子膜１１を形成する。この第１微粒子膜１１は、銅及び銀の少なくとも一方の金属を含む微粒子が、原子分子の相互拡散により直接接合してなり、電子デバイス１の製造における絶縁基板３のハンドリング時に脱落することがない程度の接合力をもって第１中間層９上に付着している。
【００３０】
なお、第１微粒子膜１１を構成する粒子の平均粒径が小さいほど第１微粒子膜１１の表面積が大きくなり、低い加熱温度であっても該微粒子に含まれる金属原子が拡散して金属板５と接合しやすくなることから、第１微粒子膜１１を構成する粒子の平均粒径は１００ｎｍ以下が好ましく、５〜１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００３１】
第１微粒子膜１１の形成は、絶縁基板３上に第１中間層９を形成した後、チャンバ内から取り出すことなく上記のようにスパッタ条件を変更して行っても良い。また、第１微粒子膜１１を構成する粒子の粒径は、投入電力、ガス分圧、基板温度等のスパッタ条件を変更することで調整することができる。
【００３２】
なお、第１微粒子膜１１を構成する粒子は、銅及び銀以外にパラジウム、白金、イリジウム、ニッケル等の金属を、例えば、０〜１０ｗｔ％程度含有しても良く、これにより、第１微粒子膜１１を安定して形成することができる。
【００３３】
また、金属板５は絶縁基板３との接合面５’を鏡面研磨やエッチング等により洗浄する。
【００３４】
そして、図２（ｂ）に示すように、絶縁基板３上に形成された第１微粒子膜１１と金属板５の接合面５ａとを対向配置し、例えば、１０５〜１０６Ｎ／ｍ２の圧力で絶縁基板３と金属板５とを押圧し密着させ、真空中においてこの押圧状態を、例えば、１５０℃〜３００℃以下で２時間保持することで第１微粒子膜１１を構成する金属原子を拡散させて絶縁基板３と金属板５とを接合する。
【００３５】
本実施形態によれば、１５０℃〜３００℃程度の低い加熱温度で絶縁基板３と金属板５とを接合することができるため、反りや破損を抑え信頼性の高い電子デバイス１を得ることができるとともに、第１微粒子膜１１を拡散させて絶縁基板３と金属板５とを接合するため接合部の熱伝導性に優れている。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。上記した第１実施形態と同一又は対応する要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
本実施形態は、金属板５上に第２中間層１３及び第２微粒子膜１５を形成する点で上記した第１実施形態と相違する。
【００３８】
すなわち、金属板５の少なくとも一方の面に、絶縁基板３に形成した第１中間層９と同様の条件によるスパッタ法により、銅及び銀の少なくとも一方の金属からなる厚さ１００〜５００ｎｍの第２中間層１３を形成する。
【００３９】
次いで、絶縁基板３に形成した第１微粒子膜１１と同様の条件によるスパッタ法により、第２中間層１３上に銅及び銀の少なくとも一方の金属を含む微粒子を接合してなる第２微粒子膜１５を形成する。なお、第２微粒子層１５を構成する粒子も、第１微粒子層１１と同様、接合時の加熱温度を低く設定するため、平均粒径が１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
そして、図３に示すように、絶縁基板３上に形成された第１微粒子膜１１と金属板５上に形成された第２微粒子膜１５とを対向配置し、例えば、１０５〜１０６Ｎ／ｍ２の圧力で絶縁基板３と金属板５とを押圧し密着させ、真空中においてこの押圧状態を、例えば、例えば、１５０℃〜３００℃以下で２時間保持することで第１微粒子膜１１及び第２微粒子膜１５を構成する金属原子を拡散させて絶縁基板３と金属板５とを接合する。
【００４１】
本実施形態では、絶縁基板３上の第１微粒子膜１１と金属板５上の第２微粒子膜１５とを同一金属に設定することが好ましく、絶縁基板３と金属板５とをより強固に接合することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態では第２中間層１３の上に第２微粒子膜１５を形成したが、第２中間層１３を設けることなく金属板５上に第２微粒子膜１５を形成してもよく、また、金属板５と中間層１３との間にチタン等の活性金属からなるメタライズ層を介在させてもよい。
【００４３】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
本発明の実施例１について、図４を参照して説明する。
【００４５】
（１）絶縁基板３
窒化アルミニウムからなる厚さ０．３ｍｍの絶縁基板３の両面にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのチタンからなるメタライズ層７ａ，７ｂを形成し、各第１メタライズ層７ａ，７ｂの上にスパッタ法により厚さ５００ｎｍの銅からなる第１中間層９ａ，９ｂを形成し、更に、各第１中間層９ａ，９ｂの上にスパッタ法により厚さ１００ｎｍの銅からなる第１微粒子膜１１ａ，１１ｂを形成し、図４（ａ）に示す構造の絶縁基板３を得た。なお、メタライズ層７ａ，７ｂを形成するスパッタ条件は、ガス分圧０．１５Ｐａのアルゴンガス雰囲気、電力３００Ｗ、基板温度２００℃、アルゴンガス流量６ｓｃｃｍであり、第１中間層９ａ，９ｂを形成するスパッタ条件は、ガス分圧０．１５Ｐａのアルゴンガス雰囲気、電力２００Ｗ、基板温度２００℃、アルゴンガス流量６ｓｃｃｍであり、第１微粒子膜１１ａ，１１ｂを形成するスパッタ条件は、ガス分圧４．４Ｐａのアルゴンガス雰囲気、電力２００Ｗ、基板温度２０℃（室温）、アルゴンガス流量１２ｓｃｃｍである。
【００４６】
（２）第１金属板５ａ
銅からなる厚さ１．０ｍｍの第１金属板５ａの片面を鏡面研磨により洗浄して、図４（ｂ）にしめすような絶縁基板３との接合面５ａ’とした第１金属板５ａを得た。
【００４７】
（３）第２金属板５ｂ
アルミニウムからなる厚さ１．０ｍｍの第２金属板５ｂの片面にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのチタンからなる第２メタライズ層１７ｂを形成し、第２メタライズ層１７ｂの上にスパッタ法により厚さ５００ｎｍの銅からなる第２中間層１３ｂを形成し、更に、第２中間層１３ｂの上にスパッタ法により銅からなる厚さ１００ｎｍの第２微粒子膜１５ｂを形成し、図４（ｃ）に示す構造の第２金属板５ｂを得た。なお、第２微粒子膜１５ｂは第１微粒子膜１１ａ，１１ｂと同じスパッタ条件によって形成した。
【００４８】
（４）第１微粒子膜、及び第２微粒子膜を構成する微粒子の平均粒径の測定
絶縁基板３に形成した第１微粒子膜１１ａ，１１ｂと第２金属板５ｂに形成した第２微粒子膜１５ｂについて、ＸＲＤ（X-ray diffraction）装置〔(株)リガク製、ＲＩＮＴ２５００ＶＨＦ〕により下記の条件で測定して得たＸ線回折スペクトルから、２θ＝約４３．３°におけるＣｕ（１１１）面のピークの半値幅を求めると０．０８５４°以上であった。
【００４９】
（管球）ＣｕＫα線
（管電圧）４０ｋＶ
（管電流）１５０ｍＡ
（スキャンスピード）５．０°／ｍｉｎ
（開始角度）３０°
（終了角度）１００°
そして、第１微粒子膜１１ａ，１１ｂ及び第２微粒子膜１５ｂを構成する微粒子（結晶子）の平均粒径Ｄを、下記式（１）のＳｃｈｅｒｒｅｒの式を用い、Ｃｕ（１１１）面のピークより求めると１００ｎｍ以下であった。
【００５０】
Ｄ（１０−１０ｍ）＝０．９λ／βｃｏｓθ （１）
ただし式（１）中のλはＸ線源の波長（ＣｕＫα線：１．５４１×１０−１０ｍ）、βはＣｕ（１１１）面のピークの半値幅（ｒａｄ）、θは当該ピークのブラック角（ｄｅｇｒｅｅ）である。
【００５１】
（５）接合
絶縁基板３の一方の面に形成された第１微粒子膜１１ａと第１金属板５ａの接合面５ａ’とを対向配置し、絶縁基板３の他方の面に形成された第１微粒子膜１１ｂと第２金属板５ｂに形成された第２微粒子膜１５ｂとを対向配置し、絶縁基板３を介在させ第１金属板５ａと第２金属板５ｂとを１０５Ｎ／ｍ２の圧力で押圧し、真空中においてこの押圧状態を、３００℃で２時間保持することで、図４（ｄ）に示す電子デバイス１を得た。
【００５２】
（実施例２）
実施例２では、銅に替えて銀をスパッタして第１中間層９ａ，９ｂ、第２中間層１３ａ，１３ｂ、第１微粒子膜１１ａ，１１ｂ、及び第２微粒子膜１５ｂの各層を形成する点で実施例１と相違するが、他の点は実施例１と同じ構成の電子デバイス１を得た。
【００５３】
本実施例２において、第１微粒子膜１１ａ，１１ｂ及び第２微粒子膜１５ｂを構成する粒子（結晶子）の平均粒径Ｄを、上記した実施例１と同様、ＸＲＤ装置で測定したＣｕ（１１１）面のピークの半値幅から式（１）を用いて求めたところ、Ｃｕ（１１１）面のピークの半値幅が０．０８５４°以上であり、平均粒径Ｄが１００ｎｍ以下であった。
【００５４】
（比較例１）
（１）絶縁基板１０３
窒化アルミニウムからなる厚さ０．３ｍｍの絶縁基板１０３の両面にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのチタンからなる第１メタライズ層１０７ａ，１０７ｂを形成し、各第１メタライズ層１０７ａ，１０７ｂの上にスパッタ法により厚さ５００ｎｍの銅からなる第１中間層１０９ａ，１０９ｂを形成し、図５（ａ）に示す構造の絶縁基板１０３を得た。
【００５５】
なお、絶縁基板１０３は、実施例１，２で用いた絶縁基板３と同じものを用いた。また、第１メタライズ層１０７ａ，１０７ｂ及び第１中間層１０９ａ，１０９ｂは、実施例１，２における第１メタライズ層７ａ，７ｂ及び第１中間層９ａ，９ｂと同じスパッタ条件によって形成した。
【００５６】
（２）第１金属板１０５ａ
銅からなる厚さ１．０ｍｍの第１金属板１０５ａの片面を鏡面研磨により洗浄して、図５（ｂ）に示すような絶縁基板１０３との接合面１０５ａ’とした第１金属板１０５ａを得た。
【００５７】
なお、第１金属板１０５ａは、実施例１，２で用いた第１金属板５ａと同じものを用いた。
【００５８】
（３）第２金属板１０５ｂ
アルミニウムからなる厚さ１．０ｍｍの第２金属板１０５ｂの片面にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのチタンからなる第２メタライズ層１１７ｂを形成し、第２メタライズ層１１７ｂの上にスパッタ法により厚さ５００ｎｍの銅からなる第２中間層１１３ｂを形成し、図５（ｃ）に示す構造の第２金属板１０５ｂを得た。
【００５９】
なお、第２金属板１０５ｂは、実施例１，２で用いた第２金属板５ｂと同じものを用いた。また、第１メタライズ層１１７ｂ及び第１中間層１１３ｂは、実施例１，２における第１メタライズ層７ａ，７ｂ及び第１中間層９ａ，９ｂと同じスパッタ条件によって形成した。
【００６０】
（４）接合
絶縁基板１０３の一方の面に形成された第１中間層１０９ａ上に厚さ０．５３ｍｍのハンダ層１０４ａを介して第１金属板１０５ａの接合面１０５ａ’を接合し、他方の面に形成された第２中間層１０９ｂ上に厚さ０．５３ｍｍのハンダ層１０４ｂを介して第２金属板に形成された第２中間層１１３ｂを接合して、図５（ｄ）に示す電子デバイス１００を得た。
【００６１】
（比較例２）
銅からなる第１金属板１２５ａの片面に厚さ０．１７ｍｍのシリコンゴム層１２４を介してアルミニウムからなる第２金属板１２５ｂを接合して、図６（ａ）に示す電子デバイス１２０を得た。
【００６２】
なお、絶縁基板１２３、第１金属板１２５ａ、第２金属板１２５ｂは、実施例１，２で用いた絶縁基板３、第１金属板５ａ、第２金属板５ｂと同じものを用いた。
【００６３】
（比較例３）
銅からなる第１金属板１４５ａの片面に厚さ０．１７ｍｍのエポキシ樹脂層１４４を介してアルミニウムからなる第２金属板１４５ｂを接合して、図６（ｂ）に示す電子デバイス１４０を得た。
【００６４】
なお、第１金属板１４５ａ、第２金属板１４５ｂは、実施例１，２で用いた第１金属板５ａ、第２金属板５ｂと同じものを用いた。
【００６５】
（比較例４）
比較例１で用いた絶縁基板１０３、第１金属板１０５ａ、及び第２金属板１０５ｂを用い、絶縁基板１０３の一方の面に形成された第１中間層１０９ａと第１金属板１０５ａの接合面１０５ａ’とを対向配置し、絶縁基板１０３の他方の面に形成された第１中間層１０９ｂと第２金属板１０５ｂに形成された第２中間層１１３ｂとを対向配置し、実施例１，２の微粒子膜や比較例１のようなハンダ層を設けること無く絶縁基板１０３を介在させ第１金属板１０５ａと第２金属板１０５ｂとを１０５Ｎ／ｍ２の圧力で押圧し、真空中においてこの押圧状態を、３００℃で２時間保持して電子デバイスを得た。
【００６６】
実施例１，２及び比較例１〜４で得られた電子デバイスについて、接合の可否及び熱伝導率を評価した。各評価の測定方法は以下の通りである。
【００６７】
・接合：３００℃以下で接合できたものを「○」とし、３００℃以下で接合できなかったものを「×」と評価した。
【００６８】
・熱伝導率：熱伝導率定数測定装置（アルバック理工株式会社製：ＴＣ−７０００）を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。
【表１】
【００６９】
表１に示すように、実施例１，２及び比較例１〜３では３００℃以下の加熱温度で接合することができ電子デバイスが得られたが、比較例４では３００℃以下の加熱温度で絶縁基板１０３と第１金属板１０５ａ及び第２金属板１０５ｂとを接合することができなかった。
【００７０】
また、実施例１，２であると、各比較例１〜３に比べて、２.１倍以上の熱伝導率を有し、絶縁基板と第１，２金属板とを接合する接合部の熱伝導率が高いことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子デバイスの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図５】比較例１に係る電子デバイスの断面図である。
【図６】比較例に係る電子デバイスの断面図であって、（ａ）は比較例２、（ｂ）は比較例３を示す。
【符号の説明】
【００７２】
１…電子デバイス
３…絶縁基材
５…金属基材
７…メタライズ層
９…第１中間層
１１…微粒子膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基材に金属基材を接合した電子デバイスの製造方法において、
前記絶縁基材上に活性金属を含むメタライズ層を形成し、
前記メタライズ層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層を形成し、
前記第１中間層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる第１微粒子膜を形成し、
前記第１微粒子膜上に前記金属基材を配置して加熱及び加圧することで前記絶縁基材と前記金属基材とを接合することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記金属基材上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第２中間層を形成し、
前記第２中間層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる第２微粒子膜を形成し、
前記第１微粒子膜及び前記第２微粒子膜を対向配置して加熱及び加圧することで前記絶縁基材と前記金属基材とを接合することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記微粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
スパッタリング法によって前記第１微粒子膜及び前記第２微粒子膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記微粒子がパラジウム、白金、イリジウム、ニッケルから選択された１種又は２種以上の金属を含むことを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記活性金属がチタン、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、タンタルから選択された１種又は２種以上の金属であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記絶縁基材が窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ポリイミド樹脂、及びポリエーテルエーテルケトン樹脂より選択される１種の絶縁材を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記金属基材が、銅又はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項９】
絶縁基材に金属基材を接合した電子デバイスにおいて、
前記絶縁基材上に形成され活性金属を含むメタライズ層と、
前記メタライズ層上に形成され銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層と、
前記第１中間層上に形成され銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜と、
を介して前記絶縁基材と前記金属基材とが接合されていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１】
絶縁基材に金属基材を接合した電子デバイスの製造方法において、
前記絶縁基材上に活性金属を含むメタライズ層を形成し、
前記メタライズ層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層を形成し、
前記第１中間層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる第１微粒子膜を形成し、
前記第１微粒子膜上に前記金属基材を配置して加熱及び加圧することで前記絶縁基材と前記金属基材とを接合することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記金属基材上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第２中間層を形成し、
前記第２中間層上に銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる第２微粒子膜を形成し、
前記第１微粒子膜及び前記第２微粒子膜を対向配置して加熱及び加圧することで前記絶縁基材と前記金属基材とを接合することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記微粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
スパッタリング法によって前記第１微粒子膜及び前記第２微粒子膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記微粒子がパラジウム、白金、イリジウム、ニッケルから選択された１種又は２種以上の金属を含むことを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記活性金属がチタン、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、タンタルから選択された１種又は２種以上の金属であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記絶縁基材が窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ポリイミド樹脂、及びポリエーテルエーテルケトン樹脂より選択される１種の絶縁材を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記金属基材が、銅又はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項９】
絶縁基材に金属基材を接合した電子デバイスにおいて、
前記絶縁基材上に形成され活性金属を含むメタライズ層と、
前記メタライズ層上に形成され銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む第１中間層と、
前記第１中間層上に形成され銅及び銀の少なくとも一方の元素を含む微粒子を接合してなる微粒子膜と、
を介して前記絶縁基材と前記金属基材とが接合されていることを特徴とする電子デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１７７０８４（Ｐ２００９−１７７０８４Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６６１０（Ｐ２００８−１６６１０）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（３０５０１１７８７）睦月電機株式会社 (9)
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（３０５０１１７８７）睦月電機株式会社 (9)
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【Ｆターム（参考）】
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