JP2018137277A - Method for manufacturing copper-aluminum conjugant, method for manufacturing insulative circuit board, and method for manufacturing heat sink-attacked insulative circuit board - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも低温又は短時間で確実に固相拡散接合できるとともに、過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅部材とアルミニウム部材との接合界面において剥離が生じることを抑制でき、パワーサイクル信頼性に優れた銅/アルミニウム接合体を得ることができる銅/アルミニウム接合体の製造方法を提供する。【解決手段】銅又は銅合金からなる銅部材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材とが接合されてなる銅/アルミニウム接合体の製造方法であって、前記アルミニウム部材の接合面にジンケート処理を行うジンケート処理工程S02と、前記ジンケート処理された前記アルミニウム部材の接合面に前記銅部材を積層する銅部材積層工程S03と、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを積層方向に加圧した状態で加熱し、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを固相拡散接合する固相拡散接合工程S04と、を備えている。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To reliably perform solid phase diffusion bonding at a lower temperature or in a shorter time than before, and to prevent peeling from occurring at a bonding interface between a copper member and an aluminum member even when a power cycle under severe conditions is loaded. Provided is a method for producing a copper / aluminum joined body capable of obtaining a copper / aluminum joined body excellent in power cycle reliability. A method of manufacturing a copper / aluminum joined body in which a copper member made of copper or a copper alloy and an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy are joined, and a zincate treatment is applied to a joint surface of the aluminum member. A zincate treatment step S02 to be performed, a copper member laminating step S03 of laminating the copper member on the joint surface of the zincate-treated aluminum member, and heating in a state where the aluminum member and the copper member are pressed in the laminating direction. And a solid phase diffusion bonding step S04 for solid phase diffusion bonding the aluminum member and the copper member. [Selection diagram] Figure 2
Description
この発明は、銅又は銅合金からなる銅部材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材とが接合されてなる銅/アルミニウム接合体の製造方法、および、これを用いた絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a copper / aluminum joined body in which a copper member made of copper or a copper alloy and an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy are joined, and a method for producing an insulated circuit board using the same, The present invention relates to a method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink.
パワーモジュール、LEDモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、LED素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
例えば、風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子においては、発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、AlN(窒化アルミニウム)、Al2O3(アルミナ)、Si3N4(窒化ケイ素)などからなるセラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して形成した回路層と、を備えたパワーモジュール用基板が、従来から広く用いられている。なお、パワージュール用基板としては、セラミックス基板の他方の面に金属板を接合して金属層が形成したものも提供されている。
The power module, the LED module, and the thermoelectric module have a structure in which a power semiconductor element, an LED element, and a thermoelectric element are bonded to an insulating circuit board in which a circuit layer made of a conductive material is formed on one surface of the insulating layer. .
For example, in a power semiconductor element for high power control used to control wind power generation, electric vehicles, hybrid vehicles, etc., since the amount of heat generation is large, as a substrate on which this is mounted, AlN (aluminum nitride), A ceramic substrate made of Al 2 O 3 (alumina), Si 3 N 4 (silicon nitride), and the like, and a circuit layer formed by bonding a metal plate having excellent conductivity to one surface of the ceramic substrate. Conventionally, power module substrates have been widely used. As the power joule substrate, a substrate in which a metal layer is formed by bonding a metal plate to the other surface of the ceramic substrate is also provided.
ここで、絶縁回路基板(パワーモジュール用基板)の回路層および金属層として、アルミニウム層と銅層とが積層された接合体を用いることが検討されている。例えば、特許文献1、2には、回路層又は金属層を、セラミックス基板に接合されたアルミニウム層とこのアルミニウム層に固相拡散接合された銅層とからなる2層構造としたパワーモジュール用基板が提案されている。
回路層又は金属層を、アルミニウム層と銅層との2層構造とすることにより、ヒートサイクル負荷時に発生する熱歪をアルミニウム層で吸収してセラミックス基板の割れを抑制できるとともに、銅層によって熱を面方向に広げることにより放熱特性を向上させることが可能となる。
Here, as a circuit layer and a metal layer of an insulating circuit substrate (power module substrate), use of a joined body in which an aluminum layer and a copper layer are stacked is being studied. For example,
By making the circuit layer or the metal layer into a two-layer structure of an aluminum layer and a copper layer, the aluminum layer absorbs thermal strain generated at the time of heat cycle load and can suppress cracking of the ceramic substrate. It is possible to improve the heat dissipation characteristics by spreading in the surface direction.
さらに、上述のパワーモジュール、LEDモジュール及び熱電モジュールにおいては、回路層に搭載した半導体素子等から発生した熱を効率的に放散させるために、絶縁回路基板の金属層側にヒートシンクを接合したヒートシンク付絶縁回路基板も使用されている。
例えば、特許文献3においては、金属層がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、ヒートシンクが銅又は銅合金で構成されており、金属層とヒートシンクとを固相拡散接合したヒートシンク付き絶縁回路基板が提案されている。
また、特許文献4においては、金属層及びヒートシンクがアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、これらの間に銅又は銅合金からなる接合材を配設し、金属層と接合材、接合材とヒートシンクとを固相拡散接合したヒートシンク付き絶縁回路基板が提案されている。
さらに、特許文献5においては、金属層及びヒートシンクが銅又は銅合金で構成され、これらの間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を配設し、金属層と接合材、接合材とヒートシンクとを固相拡散接合したヒートシンク付き絶縁回路基板が提案されている。
Furthermore, in the above-mentioned power module, LED module, and thermoelectric module, in order to efficiently dissipate the heat generated from the semiconductor elements mounted on the circuit layer, the heat sink is attached to the metal layer side of the insulated circuit board. Insulated circuit boards are also used.
For example,
In Patent Document 4, the metal layer and the heat sink are made of aluminum or an aluminum alloy, and a bonding material made of copper or copper alloy is disposed between them, and the metal layer and the bonding material, and the bonding material and the heat sink. An insulated circuit board with a heat sink bonded by solid phase diffusion bonding has been proposed.
Furthermore, in Patent Document 5, the metal layer and the heat sink are made of copper or a copper alloy, a bonding material made of aluminum or an aluminum alloy is disposed between them, and the metal layer and the bonding material, and the bonding material and the heat sink are arranged. An insulated circuit board with a heat sink bonded by solid phase diffusion bonding has been proposed.
ところで、最近では、絶縁回路基板に搭載されるパワー半導体素子、LED素子及び熱電素子等においては、発熱密度が高くなる傾向にあり、絶縁回路基板には従来にも増して、さらに過酷な条件のパワーサイクルに対する信頼性が求められている。
ここで、上述のように、アルミニウムと銅とを固相拡散接合した構造を有する絶縁回路基板及びヒートシンク付き絶縁回路基板においては、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した際に、銅部材とアルミニウム部材との接合界面において剥離が生じることがあった。
また、固相拡散接合によって確実に銅部材とアルミニウム部材とを接合する際には、加熱温度を比較的高く設定するとともに保持時間を比較的長く設定する必要があり、絶縁回路基板に大きな熱的負荷が掛かってしまうといった問題があった。
Recently, power semiconductor elements, LED elements, thermoelectric elements and the like mounted on an insulating circuit board tend to have a higher heat generation density, and the insulating circuit board has a more severe condition than the conventional one. Reliability for power cycle is required.
Here, as described above, in an insulated circuit board having a structure in which aluminum and copper are solid phase diffusion bonded and an insulated circuit board with a heat sink, a copper member is loaded when a power cycle under severer conditions than before is loaded. In some cases, peeling occurred at the bonding interface between the aluminum member and the aluminum member.
In addition, when the copper member and the aluminum member are reliably bonded by solid phase diffusion bonding, it is necessary to set the heating temperature relatively high and the retention time relatively long, which causes a large thermal There was a problem that the load was applied.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、従来よりも低温又は短時間で確実に固相拡散接合できるとともに、過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅部材とアルミニウム部材との接合界面において剥離が生じることを抑制でき、パワーサイクル信頼性に優れた銅/アルミニウム接合体を得ることができる銅/アルミニウム接合体の製造方法、および、これを用いた絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is capable of solid phase diffusion bonding reliably at a lower temperature or in a shorter time than the prior art, and is a copper member even when a power cycle under severe conditions is loaded. Of producing a copper / aluminum bonded body capable of suppressing the occurrence of peeling at the bonded interface between the aluminum member and the aluminum member and obtaining a copper / aluminum bonded body having excellent power cycle reliability, and an insulating circuit using the same An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a substrate and a method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink.
上述の課題を解決するために、本発明の銅/アルミニウム接合体の製造方法は、銅又は銅合金からなる銅部材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材とが接合されてなる銅/アルミニウム接合体の製造方法であって、前記アルミニウム部材の接合面にジンケート処理を行い、前記接合面の酸化アルミニウムを除去するジンケート処理工程と、前記ジンケート処理された前記アルミニウム部材の接合面に前記銅部材を積層する銅部材積層工程と、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを積層方向に加圧した状態で加熱し、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを固相拡散接合する固相拡散接合工程と、を備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a method for producing a copper / aluminum bonded body according to the present invention is a copper / aluminum bonded structure in which a copper member made of copper or a copper alloy and an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy are bonded. A zincate treatment step of performing a zincate treatment on a joint surface of the aluminum member and removing aluminum oxide on the joint surface; and a copper member on the joint surface of the aluminum member subjected to the zincate treatment. A copper member laminating step of laminating, and a solid phase diffusion bonding step of heating the aluminum member and the copper member in a state of being pressed in the laminating direction, and solid-phase diffusion bonding the aluminum member and the copper member. It is characterized by having.
この構成の銅/アルミニウム接合体の製造方法によれば、前記アルミニウム部材の接合面にジンケート処理を行うジンケート処理工程を備えているので、アルミニウム部材の表面の酸化アルミニウムを亜鉛に置換して強固な酸化アルミニウム膜を除去することが可能となる。そして、酸化アルミニウム膜が除去されたアルミニウム部材に銅部材を積層して積層方向に加圧して加熱することにより、接合界面においてAl原子とCu原子との相互拡散が促進され、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを強固に固相拡散接合することが可能となる。
よって、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅部材とアルミニウム部材との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを確実に固相拡散接合することができる。
なお、ジンケート処理により、アルミニウム部材の接合面に酸化アルミニウムの代わりにZn原子が存在することになるが、このZn原子は、昇温過程においてアルミニウム部材側へと拡散するため、前記アルミニウム部材と前記銅部材と固相拡散接合に対して特に影響は与えない。
According to the method for manufacturing a copper / aluminum bonded body having this structure, since the zincate treatment step for performing a zincate treatment is provided on the joint surface of the aluminum member, the aluminum oxide on the surface of the aluminum member is replaced with zinc to be strong. The aluminum oxide film can be removed. Then, by laminating the copper member on the aluminum member from which the aluminum oxide film has been removed and pressurizing and heating in the laminating direction, interdiffusion between Al atoms and Cu atoms is promoted at the bonding interface, and the aluminum member and the It becomes possible to solid-phase diffusion-bond the copper member firmly.
Therefore, even when a power cycle under conditions that are severer than before is applied, it is possible to suppress the occurrence of peeling at the bonding interface between the copper member and the aluminum member. Further, even when the heating temperature is set lower than the conventional one and the holding time is set shorter, the aluminum member and the copper member can be reliably solid phase diffusion bonded.
The zincate treatment causes Zn atoms to be present instead of aluminum oxide on the bonding surface of the aluminum member. This Zn atom diffuses to the aluminum member side in the temperature rising process, so the aluminum member and the There is no particular effect on the copper member and solid phase diffusion bonding.
本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる回路層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、前記回路層を、上述の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴としている。 In the method for manufacturing an insulated circuit board according to the present invention, a circuit layer is formed by laminating an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy and a copper layer made of copper or a copper alloy on one surface of the insulating layer. A method for manufacturing an insulated circuit board, wherein the circuit layer is formed by the above-described method for manufacturing a copper / aluminum bonded body.
また、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層の一方の面に回路層が形成されるとともに、前記絶縁層の他方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる金属層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属層を、上述の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴としている。 In the method for manufacturing an insulated circuit board according to the present invention, a circuit layer is formed on one surface of an insulating layer, and an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy and a copper or copper alloy are formed on the other surface of the insulating layer. A method of manufacturing an insulating circuit board having a metal layer formed by laminating a copper layer made of a metal layer, wherein the metal layer is formed by the above-described method for manufacturing a copper / aluminum joined body. Yes.
さらに、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる回路層が形成され、前記絶縁層の他方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる金属層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、前記回路層及び前記金属層を、上述の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴としている。 Furthermore, in the method for manufacturing an insulated circuit board according to the present invention, a circuit layer is formed by laminating an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy and a copper layer made of copper or a copper alloy on one surface of the insulating layer. And a method of manufacturing an insulated circuit board in which a metal layer formed by laminating an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy and a copper layer made of copper or a copper alloy is formed on the other surface of the insulating layer. The circuit layer and the metal layer are formed by the above-described method for manufacturing a copper / aluminum bonded body.
これらの構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、絶縁層の一方の面に形成された回路層、及び、絶縁層の他方の面に形成された金属層の少なくとも一方又は両方が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなる銅層とが積層された構造とされており、アルミニウム層の接合面にジンケート処理を行った上でアルミニウム層と銅層とが固相拡散接合されているので、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても前記アルミニウム層と前記銅層との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、前記アルミニウム層と前記銅層とを確実に固相拡散接合することができるので、固相拡散接合時において絶縁層に作用する熱負荷を低減することができる。
According to the method for manufacturing an insulating circuit board having these configurations, at least one or both of the circuit layer formed on one surface of the insulating layer and the metal layer formed on the other surface of the insulating layer are made of aluminum or An aluminum layer made of an aluminum alloy and a copper layer made of copper or a copper alloy are laminated, and the aluminum layer and the copper layer are solid phase diffusion bonded after a zincate treatment is performed on the bonding surface of the aluminum layer. Therefore, even when a power cycle under severer conditions than before is loaded, it is possible to suppress the occurrence of peeling at the bonding interface between the aluminum layer and the copper layer.
In addition, even if the heating temperature is lower than that of the prior art and the holding time is set shorter, the aluminum layer and the copper layer can be reliably solid-phase diffusion bonded. It is possible to reduce the thermal load acting on the.
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、他方が銅又は銅合金で構成されており、前記金属層と前記ヒートシンクとを、上述の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴としている。 The method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink according to the present invention includes an insulating layer, a circuit layer formed on one surface of the insulating layer, a metal layer formed on the other surface of the insulating layer, and the metal layer. A heat sink disposed on the side, and a method of manufacturing an insulating circuit board with a heat sink, wherein either one of the bonding surface of the metal layer and the bonding surface of the heat sink is made of aluminum or an aluminum alloy, and Is made of copper or a copper alloy, and the metal layer and the heat sink are joined by the above-described method for producing a copper / aluminum joined body.
この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、他方が銅又は銅合金で構成されており、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成された前記金属層又は前記ヒートシンクの接合面にジンケート処理を行った上で、金属層とヒートシンクとが固相拡散接合されているので、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても金属層とヒートシンクとの接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層とヒートシンクとを確実に固相拡散接合することができるので、固相拡散接合時において絶縁層に作用する熱負荷を低減することができる。
According to the method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink having this configuration, one of the bonding surface of the metal layer and the bonding surface of the heat sink is made of aluminum or an aluminum alloy, and the other is made of copper or a copper alloy. In addition, since the metal layer and the heat sink are subjected to a zincate treatment on the joint surface of the metal layer or the heat sink made of aluminum or an aluminum alloy, the metal layer and the heat sink are bonded by solid phase diffusion. Even when a power cycle is applied, it is possible to suppress the occurrence of peeling at the bonding interface between the metal layer and the heat sink.
In addition, even if the heating temperature is lower than that of the prior art and the holding time is set shorter, the metal layer and the heat sink can be reliably solid-phase diffusion bonded, so that it acts on the insulating layer during solid-phase diffusion bonding. Thermal load can be reduced.
また、本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間に銅又は銅合金からなる接合材を配設し、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、銅又は銅合金からなる前記接合材とを、上述の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴としている。 The method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink of the present invention includes an insulating layer, a circuit layer formed on one surface of the insulating layer, a metal layer formed on the other surface of the insulating layer, A heat sink disposed on the metal layer side, and a method of manufacturing an insulated circuit board with a heat sink, wherein one or both of the joint surface of the metal layer and the joint surface of the heat sink is aluminum or an aluminum alloy. A bonding material made of copper or a copper alloy is disposed between the bonding surface of the metal layer and the bonding surface of the heat sink, and the bonding surface of the metal layer made of aluminum or an aluminum alloy and the heat sink One or both of the joining surfaces and the joining material made of copper or a copper alloy are joined by the above-described method for producing a copper / aluminum joined body. It is.
この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間に銅又は銅合金からなる接合材を配設し、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、銅又は銅合金からなる前記接合材とを、ジンケート処理を行った上で固相拡散接合しているので、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても、金属層及びヒートシンクのいずれか一方又は両方と接合材との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層及びヒートシンクのいずれか一方又は両方と接合材とを確実に固相拡散接合することができるので、固相拡散接合時において絶縁層に作用する熱負荷を低減することができる。
According to the method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink having this configuration, one or both of the joint surface of the metal layer and the joint surface of the heat sink are made of aluminum or an aluminum alloy, and the joint surface of the metal layer A bonding material made of copper or a copper alloy is disposed between the bonding surface of the heat sink and the heat sink, and one or both of the bonding surface of the metal layer and the bonding surface of the heat sink made of aluminum or aluminum alloy, and copper Alternatively, since the solid state diffusion bonding is performed after the zincate treatment is performed on the bonding material made of a copper alloy, the metal layer and the heat sink of the metal layer and the heat sink are loaded even when a power cycle under severer conditions than before is applied. Generation | occurrence | production of peeling in the joining interface of any one or both and a joining material can be suppressed.
In addition, even if the heating temperature is lower than that of the prior art and the holding time is set shorter, either or both of the metal layer and the heat sink and the bonding material can be reliably solid-phase diffusion bonded. The thermal load acting on the insulating layer at the time of diffusion bonding can be reduced.
さらに、本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方が銅又は銅合金で構成されており、前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を配設し、銅又は銅合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記接合材とを、上述の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴としている。 Furthermore, the method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink according to the present invention includes an insulating layer, a circuit layer formed on one surface of the insulating layer, a metal layer formed on the other surface of the insulating layer, A heat sink disposed on the metal layer side, and a method of manufacturing an insulated circuit board with a heat sink, wherein one or both of the joint surface of the metal layer and the joint surface of the heat sink is copper or a copper alloy. A bonding material made of aluminum or an aluminum alloy is disposed between the bonding surface of the metal layer and the bonding surface of the heat sink, and the bonding surface of the metal layer made of copper or a copper alloy and the heat sink One or both of the bonding surfaces and the bonding material made of aluminum or aluminum alloy are bonded by the above-described method for manufacturing a copper / aluminum bonded body. It is set to.
この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方が銅又は銅合金で構成されており、前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を配設し、銅又は銅合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記接合材とを、ジンケート処理を行った上で固相拡散接合しているので、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても、金属層及びヒートシンクのいずれか一方又は両方と接合材との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層及びヒートシンクのいずれか一方又は両方と接合材とを確実に固相拡散接合することができるので、固相拡散接合時において絶縁層に作用する熱負荷を低減することができる。
According to the method of manufacturing an insulated circuit board with a heat sink having this configuration, one or both of the joint surface of the metal layer and the joint surface of the heat sink are made of copper or a copper alloy, and the joint surface of the metal layer A bonding material made of aluminum or an aluminum alloy is disposed between the bonding surface of the heat sink and the heat sink, and one or both of the bonding surface of the metal layer and the bonding surface of the heat sink made of copper or a copper alloy, and aluminum Alternatively, since the solid state diffusion bonding is performed after the zincate treatment is performed on the bonding material made of an aluminum alloy, the metal layer and the heat sink can be used even when a severe power cycle is applied. Generation | occurrence | production of peeling in the joining interface of any one or both and a joining material can be suppressed.
In addition, even if the heating temperature is lower than that of the prior art and the holding time is set shorter, either or both of the metal layer and the heat sink and the bonding material can be reliably solid-phase diffusion bonded. The thermal load acting on the insulating layer at the time of diffusion bonding can be reduced.
本発明によれば、従来よりも低温又は短時間で確実に固相拡散接合できるとともに、過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅部材とアルミニウム部材との接合界面において剥離が生じることを抑制でき、パワーサイクル信頼性に優れた銅/アルミニウム接合体を得ることができる銅/アルミニウム接合体の製造方法、および、これを用いた絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, solid phase diffusion bonding can be reliably performed at a lower temperature or in a shorter time than conventional, and peeling occurs at the bonding interface between the copper member and the aluminum member even when a severe power cycle is applied. A method of manufacturing a copper / aluminum bonded body capable of suppressing the above and obtaining a copper / aluminum bonded body excellent in power cycle reliability, a method of manufacturing an insulating circuit board using the same, and an insulating circuit board with a heat sink A manufacturing method can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Each embodiment described below is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. Not necessarily.
<第1の実施形態>
図1に、本発明の第1の実施形態である銅/アルミニウム接合体の製造方法を用いて製造された絶縁回路基板10、及び、この絶縁回路基板10を用いたパワーモジュール1を示す。
なお、本実施形態における銅/アルミニウム接合体は、図1に示す絶縁回路基板10において、アルミニウム部材としてアルミニウム層12A及び銅部材として銅層12Bが接合されてなる回路層12、アルミニウム部材としてアルミニウム層13A及び銅部材として銅層13Bが接合されてなる金属層13とされている。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows an
The copper / aluminum bonded body according to the present embodiment includes a circuit layer 12 in which an
図1に示すパワーモジュール1は、絶縁回路基板10と、この絶縁回路基板10の一方の面(図1において上面)に第1はんだ層2を介して接合されたパワー半導体素子3と、絶縁回路基板10の下側に第2はんだ層50を介して接合されたヒートシンク41と、を備えている。なお、ヒートシンク41が接合された絶縁回路基板10が、本実施形態におけるヒートシンク付き絶縁回路基板40とされている。
A power module 1 shown in FIG. 1 includes an insulating
パワー半導体素子3は、Si等の半導体材料で構成されている。絶縁回路基板10とパワー半導体素子3とを接合する第1はんだ層2は、例えばSn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材(いわゆる鉛フリーはんだ材)とされている。
The
ヒートシンク41は、絶縁回路基板10側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク41は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態では無酸素銅で構成されている。絶縁回路基板10とヒートシンク41とを接合する第2はんだ層50は、例えばSn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材(いわゆる鉛フリーはんだ材)とされている。
The
そして、本実施形態に係る絶縁回路基板10は、図1に示すように、絶縁層(セラミックス基板11)と、この絶縁層(セラミックス基板11)の一方の面(図1において上面)に配設された回路層12と、絶縁層(セラミックス基板11)の他方の面(図1において下面)に配設された金属層13と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the insulated
絶縁層は、絶縁性の高いセラミックス基板11、例えばAlN(窒化アルミニウム)、Si3N4(窒化ケイ素)、Al2O3(アルミナ)等で構成されている。本実施形態では、絶縁層は、AlN(窒化アルミニウム)からなるセラミックス基板11とされている。また、絶縁層(セラミックス基板11)の厚さは、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。
The insulating layer is made of a highly insulating
回路層12は、図1に示すように、セラミックス基板11の一方の面に配設されたアルミニウム層12Aと、このアルミニウム層12Aの一方の面に積層された銅層12Bと、を有している。
ここで、回路層12におけるアルミニウム層12Aの厚さは、0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では0.4mmに設定されている。
また、回路層12における銅層12Bの厚さは、0.1mm以上6.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、1.0mmに設定されている。
As shown in FIG. 1, the circuit layer 12 has an
Here, the thickness of the
Further, the thickness of the
金属層13は、図1に示すように、セラミックス基板11の他方の面に配設されたアルミニウム層13Aと、このアルミニウム層13Aの他方の面に積層された銅層13Bと、を有している。
ここで、金属層13におけるアルミニウム層13Aの厚さは、0.1mm以上3.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では0.4mmに設定されている。
また、金属層13における銅層13Bの厚さは、0.1mm以上6.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、1.0mmに設定されている。
As shown in FIG. 1, the
Here, the thickness of the
Further, the thickness of the
ここで、アルミニウム層12A、13Aは、図4に示すように、セラミックス基板11の一方の面及び他方の面に、アルミニウム及びアルミニウム合金からなるアルミニウム板22A、23Aが接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、アルミニウム層12A、13Aとなるアルミニウム板22A、23Aは、純度が99mass%以上のアルミニウム(2Nアルミニウム)で構成されている。
Here, as shown in FIG. 4, the aluminum layers 12A and 13A are formed by joining
In the present embodiment, the
銅層12B、13Bは、アルミニウム層12A、13Aに、銅又は銅合金からなる銅板22B、23Bが接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、銅層12B、13Bを構成する銅板22B、23Bは、無酸素銅の圧延板とされている。
ここで、アルミニウム層12A、13Aと、銅層12B、13Bは、それぞれ固相拡散接合されている。
The copper layers 12B and 13B are formed by joining
In this embodiment, the
Here, the aluminum layers 12A and 13A and the copper layers 12B and 13B are solid-phase diffusion bonded, respectively.
次に、本実施形態である接合体の製造方法を適用した絶縁回路基板10の製造方法について、図2から図4を参照して説明する。
Next, the manufacturing method of the insulated
(アルミニウム層形成工程S01)
まず、図4に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図4において上面)に、Al−Si系のろう材24を介してアルミニウム層12Aとなるアルミニウム板22Aを積層し、セラミックス基板11の他方の面(図4において下面)に、Al−Si系のろう材25を介してアルミニウム層13Aとなるアルミニウム板23Aを積層する。次いで、真空条件下(10−6Pa以上10−3Pa以下)において、積層方向に圧力1〜35kgf/cm2の範囲で加圧した状態で600℃以上640℃以下の加熱温度で5分以上180分以下保持し、アルミニウム板22Aとセラミックス基板11とアルミニウム板23Aを接合し、アルミニウム層12A、13Aを形成する。
(Aluminum layer forming step S01)
First, as shown in FIG. 4, an aluminum plate 22 </ b> A that becomes the aluminum layer 12 </ b> A is laminated on one surface (the upper surface in FIG. 4) of the
(ジンケート処理工程S02)
次に、アルミニウム層12A、13Aのうち銅板22B、23Bとの接合面に対して、ジンケート処理を行う。ジンケート処理工程S02について、図3のフロー図を参照して説明する。
ジンケート処理工程S02においては、図3に示すように、まず、接合面の脱脂を行う(脱脂工程S21)。
(Jincate treatment step S02)
Next, a zincate process is performed on the joint surfaces of the aluminum layers 12A and 13A with the
In the zincate treatment step S02, as shown in FIG. 3, first, the bonding surfaces are degreased (degreasing step S21).
次いで、NaOHと酸化亜鉛を含むジンケート処理液に浸漬することにより、脱脂後の接合面に対してエッチング処理を行って接合面の酸化アルミニウム膜を除去するとともに、酸化アルミニウム膜が除去された接合面を亜鉛で置換する(第1亜鉛置換工程S22)。
この第1亜鉛置換工程S22においては、エッチング処理によって接合面の酸化アルミニウム膜を除去することにより、接合面には外方に向けて突出する突起部が露呈され、この突起部を起点として亜鉛粒子が成長することになる。
Next, by immersing in a zincate treatment solution containing NaOH and zinc oxide, the bonded surface after degreasing is etched to remove the aluminum oxide film on the bonded surface, and the bonded surface from which the aluminum oxide film has been removed Is replaced with zinc (first zinc replacement step S22).
In the first zinc replacement step S22, the aluminum oxide film on the bonding surface is removed by etching treatment, so that a protruding portion protruding outward is exposed on the bonding surface, and the zinc particles start from this protruding portion. Will grow.
次いで、置換した亜鉛粒子を剥離する(剥離工程S23)。この剥離工程S23においては、硝酸を用いることで亜鉛粒子が溶解されるとともに、接合面に0.3mm程度の薄く均一な酸化被膜が形成されることになる。 Next, the substituted zinc particles are peeled off (peeling step S23). In the peeling step S23, the nitric acid is used to dissolve the zinc particles, and a thin and uniform oxide film of about 0.3 mm is formed on the joint surface.
次いで、NaOHと酸化亜鉛を含むジンケート処理液に再度浸漬し、接合面に形成された酸化被膜を除去するとともに、酸化被膜が除去された接合面を亜鉛で置換する(第2亜鉛置換工程S24)。
この第2亜鉛置換工程S24においては、エッチング処理によって接合面の均一な酸化被膜を除去するとともに、薄く均一な亜鉛皮膜が形成されることになる。
Next, it is immersed again in a zincate treatment solution containing NaOH and zinc oxide to remove the oxide film formed on the joint surface, and the joint surface from which the oxide film has been removed is replaced with zinc (second zinc replacement step S24). .
In the second zinc replacement step S24, the uniform oxide film on the joint surface is removed by the etching process, and a thin and uniform zinc film is formed.
(銅板積層工程S03)
次に、ジンケート処理されたアルミニウム層12A、13Aの接合面に、銅層12B、13Bとなる銅板22B、23Bを積層する。
(Copper plate lamination step S03)
Next,
(固相拡散接合工程S04)
次に、積層された銅板22Bと、アルミニウム層12A,13Aが形成されたセラミックス基板11と、銅板23Bと、を積層方向に加圧した状態で真空炉内に装入し、所定温度に加熱することにより、銅板22Bとアルミニウム層12A、銅板23Bとアルミニウム層13Aを固相拡散接合する。
(Solid phase diffusion bonding step S04)
Next, the
この固相拡散接合工程S04における真空炉の真空度は、10−6Pa以上10−3Pa以下の範囲内とされ、積層方向の加圧荷重が1kgf/cm2以上35kgf/cm2以下の範囲とされている。
また、加熱温度は480℃以上548℃未満の範囲内とされている。好ましくは、500℃以上548℃未満の範囲内とするとよい。
加熱温度での保持時間は5分以上60分以下とするとよい。好ましくは30分以上60分以下の範囲内とするとよい。
Degree of vacuum in the vacuum furnace in the solid phase diffusion bonding step S04 is within a range of not less than 10 -6 Pa or more 10 -3 Pa, applied load is 1 kgf / cm 2 or more 35 kgf / cm 2 or less in the range in the stacking direction It is said that.
The heating temperature is in the range of 480 ° C. or more and less than 548 ° C. Preferably, the temperature is in the range of 500 ° C. or more and less than 548 ° C.
The holding time at the heating temperature is preferably 5 minutes or more and 60 minutes or less. Preferably it is good to set it within the range of 30 minutes or more and 60 minutes or less.
なお、ジンケート処理工程S02により、アルミニウム層12A,13Aの接合面にZn原子が存在することになるが、このZn原子は、固相拡散接合工程S04における昇温過程において、アルミニウム層12A,13A側へと拡散するため、アルミニウム層12A,13Aと銅層12B、13Bとの固相拡散接合に対して特に影響は与えない。
上記のようにして、本実施形態である絶縁回路基板10が製造される。
The zincate treatment step S02 causes Zn atoms to exist on the bonding surfaces of the aluminum layers 12A and 13A. The Zn atoms are present on the side of the aluminum layers 12A and 13A in the temperature rising process in the solid phase diffusion bonding step S04. Therefore, the solid phase diffusion bonding between the aluminum layers 12A and 13A and the copper layers 12B and 13B is not particularly affected.
As described above, the insulated
(ヒートシンク接合工程S05)
次に、絶縁回路基板10の金属層13に、はんだ材を介してヒートシンク41を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板40が製造される。
(Heat sink joining step S05)
Next, a
As described above, the insulated circuit board with a
(パワー半導体接合工程S06)
次に、回路層12の一方の面(銅層12Bの表面)に、はんだ材を介してパワー半導体素子3を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール1が製造される。
(Power semiconductor bonding step S06)
Next, the
As described above, the power module 1 according to the present embodiment is manufactured.
以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板10の製造方法においては、セラミックス基板11の一方の面に形成された回路層12及び他方の面に形成された金属層13が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層12A、13Aと銅又は銅合金からなる銅層12B、13Bとが積層された構造とされており、アルミニウム層12A、13Aの接合面にジンケート処理を行うジンケート処理工程S02を有して入るので、アルミニウム層12A、13Aの接合面の酸化アルミニウム膜を除去することができ、固相拡散接合工程S04において、接合界面でのAl原子とCu原子との相互拡散が促進され、アルミニウム層12A、13Aと銅層12B、13Bとを強固に固相拡散接合することが可能となる。
In the manufacturing method of the insulated
よって、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であってもアルミニウム層12A、13Aと銅層12B、13Bとの接合界面における剥離の発生を抑制することができる。また、固相拡散接合工程S04における加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、アルミニウム層12A、13Aと銅層12B、13Bとを確実に固相拡散接合することができ、固相拡散接合工程S04におけるセラミックス基板11等への熱負荷を低く抑えることができる。
Therefore, even when a power cycle under conditions that are severer than before is applied, it is possible to suppress the occurrence of peeling at the bonding interface between the aluminum layers 12A and 13A and the copper layers 12B and 13B. Further, even if the heating temperature in the solid phase diffusion bonding step S04 is set low and the holding time is set short, the aluminum layers 12A, 13A and the copper layers 12B, 13B can be reliably solid phase diffusion bonded. The thermal load on the
また、本実施形態である絶縁回路基板10によれば、セラミックス基板11の一方の面及び他方の面に比較的変形抵抗の小さいアルミニウム層12A,13Aが形成されているので、冷熱サイクルが負荷された際に生じる熱応力をアルミニウム層12A,13Aの変形によって吸収でき、セラミックス基板11に割れが発生することを抑制できる。
さらに、アルミニウム層12A,13Aのうちセラミックス基板11とは反対側の面には、比較的変形抵抗の大きい銅層12B、13Bが形成されているので、冷熱サイクルが負荷された際に回路層12及び金属層13の表面の変形が抑制され、回路層12とパワー半導体素子3を接合する第1はんだ層2、及び、金属層13とヒートシンク41を接合する第2はんだ層50における亀裂の発生を抑制でき、接合信頼性を向上できる。また、銅層12B、13Bにおいて、熱を面方向に拡げることができ、絶縁回路基板10の放熱特性を向上させることができる。
Further, according to the insulated
Furthermore, since the copper layers 12B and 13B having a relatively large deformation resistance are formed on the surface of the aluminum layers 12A and 13A opposite to the
<第2の実施形態>
図5に、本発明の第2の実施形態である銅/アルミニウム接合体の製造方法を用いて製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板140、及び、このヒートシンク付き絶縁回路基板140を用いたパワーモジュール101を示す。なお、第1の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
なお、本実施形態における銅/アルミニウム接合体は、図5に示すヒートシンク付き絶縁回路基板140において、アルミニウム部材としての金属層113及びヒートシンク141と、銅部材としての接合材150と、が接合されたものとされている。
<Second Embodiment>
FIG. 5 shows an
In the copper / aluminum bonded body according to the present embodiment, the
図5に示すパワーモジュール101は、ヒートシンク付き絶縁回路基板140と、このヒートシンク付き絶縁回路基板140の一方の面(図5において上面)に第1はんだ層2を介して接合されたパワー半導体素子3と、を備えている。また、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板140は、絶縁回路基板110と、この絶縁回路基板110の金属層113側に配設されたヒートシンク141とを備えている。
A
ヒートシンク141は、絶縁回路基板110側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク141は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態では、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、更に具体的にはA6063で構成されている。
The
絶縁回路基板110は、図5に示すように、絶縁層としてのセラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面(図5において上面)に配設された回路層112と、セラミックス基板11の他方の面(図5において下面)に配設された金属層113と、を備えている。
As shown in FIG. 5, the insulating
回路層112は、図7に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図7において上面)に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板122が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層112は、純度が99%以上のアルミニウム(2Nアルミニウム)の圧延板がセラミックス基板11に接合されることで形成されている。なお、回路層112となるアルミニウム板122の厚さは0.1mm以上1.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
As shown in FIG. 7, the
金属層113は、図7に示すように、セラミックス基板11の他方の面(図7において下面)にアルミニウム板123が接合されることにより形成されている。本実施形態において、金属層113を構成するアルミニウム板123は、純度99.99mass%以上のアルミニウム(4Nアルミニウム)の圧延板とされている。なお、接合されるアルミニウム板123の厚さは0.1mm以上3.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、1.6mmに設定されている。
As shown in FIG. 7, the
そして、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板140においては、図5に示すように、金属層113とヒートシンク141とが、銅又は銅合金からなる接合材150を介して接合されている。
ここで、金属層113と接合材150、接合材150とヒートシンク141は、それぞれ固相拡散接合されている。
And in the insulated
Here, the
次に、本実施形態である銅/アルミニウム接合体の製造方法を適用したヒートシンク付き絶縁回路基板140の製造方法について、図6から図8を参照して説明する。
Next, the manufacturing method of the insulated
(回路層及び金属層形成工程S101)
まず、図7に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図7において上面)に、Al−Si系のろう材24を介して回路層112となるアルミニウム板122を積層し、セラミックス基板11の他方の面(図7において下面)に、Al−Si系のろう材25を介して金属層113となるアルミニウム板123を積層する。次いで、真空条件下(10−6Pa以上10−3Pa以下)において、積層方向に圧力1〜35kgf/cm2の範囲で加圧した状態で600℃以上640℃以下の加熱温度で5分以上180分以下保持し、アルミニウム板122とセラミックス基板11とアルミニウム板123を接合し、回路層112及び金属層113を形成する。
上記のようにして、本実施形態である絶縁回路基板110が製造される。
(Circuit layer and metal layer forming step S101)
First, as shown in FIG. 7, an
As described above, the insulated
(ジンケート処理工程S102)
次に、金属層113の接合材150との接合面、及び、ヒートシンク141の接合体150との接合面に対して、ジンケート処理を行う。このジンケート処理工程は、第1の実施形態と同様に、NaOHと酸化亜鉛を含むジンケート処理液を用いて実施する。
このジンケート処理工程S102により、金属層113の接合材150との接合面、及び、ヒートシンク141の接合材150との接合面においては、酸化アルミニウム膜が除去され、薄く均一な亜鉛皮膜が形成されることになる。
(Jincate processing step S102)
Next, a zincate process is performed on the bonding surface of the
By this zincate treatment step S102, the aluminum oxide film is removed on the bonding surface of the
(接合材積層工程S103)
次に、図8に示すように、ジンケート処理された金属層113とヒートシンク141との間に、銅又は銅合金からなる接合材150を介在させて、これらを積層する。
なお、本実施形態では、接合材150は、無酸素銅の圧延板とされており、その厚さが0.05mm以上3.0mm以下の範囲内とされている。
(Jointing material lamination step S103)
Next, as shown in FIG. 8, a zincate-treated
In the present embodiment, the
(固相拡散接合工程S104)
次に、積層された絶縁回路基板110と接合材150とヒートシンク141を、積層方向に加圧した状態で真空炉内に装入し、所定温度に加熱することにより、金属層113と接合材150、接合材150とヒートシンク141をそれぞれ固相拡散接合する。
(Solid phase diffusion bonding step S104)
Next, the laminated insulating
この固相拡散接合工程S104における真空炉の真空度は、10−6Pa以上10−3Pa以下の範囲内とされ、積層方向の加圧荷重が1kgf/cm2以上35kgf/cm2以下の範囲とされている。
また、加熱温度は480℃以上548℃未満の範囲内とされている。好ましくは、500℃以上548℃未満の範囲内とするとよい。
加熱温度での保持時間は5分以上60分以下とするとよい。好ましくは30分以上60分以下の範囲内とするとよい。
上記のようにして、本実施形態であるヒートシンク付絶縁回路基板140が製造される。
Degree of vacuum in the vacuum furnace in the solid phase diffusion bonding step S104 is within the range of not less than 10 -6 Pa or more 10 -3 Pa, applied load is 1 kgf / cm 2 or more 35 kgf / cm 2 or less in the range in the stacking direction It is said that.
The heating temperature is in the range of 480 ° C. or more and less than 548 ° C. Preferably, the temperature is in the range of 500 ° C. or more and less than 548 ° C.
The holding time at the heating temperature is preferably 5 minutes or more and 60 minutes or less. Preferably it is good to set it within the range of 30 minutes or more and 60 minutes or less.
As described above, the insulating circuit board with
(パワー半導体接合工程S105)
次に、回路層112の一方の面に、はんだ材を介してパワー半導体素子3を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール101が製造される。
(Power semiconductor bonding step S105)
Next, the
As described above, the
以上のような構成とされた本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板140の製造方法においては、絶縁回路基板110の金属層113とヒートシンク141とがそれぞれアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、これら金属層113とヒートシンク141との間に銅又は銅合金からなる接合材150が介在されており、金属層113及びヒートシンク141の接合面にジンケート処理を行った上で、金属層113と接合材150、接合材150とヒートシンク141を固相拡散接合しているので、接合面の酸化アルミニウムが除去されており、接合界面でのAl原子とCu原子との相互拡散が促進され、金属層113と接合材150、接合材150とヒートシンク141を強固に固相拡散接合することが可能となる。
In the manufacturing method of the insulated circuit board with
よって、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても金属層113と接合材150、接合材150とヒートシンク141との接合界面における剥離の発生を抑制することができ、絶縁回路基板110側の熱をヒートシンク141側へと放散することが可能となる。
また、固相拡散接合工程S104における加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層113と接合材150、接合材150とヒートシンク141とを確実に固相拡散接合することができ、固相拡散接合工程S104におけるセラミックス基板11等への熱負荷を低く抑えることができる。
Therefore, even when a power cycle having a severer condition than before is loaded, it is possible to suppress the occurrence of peeling at the bonding interface between the
Further, even if the heating temperature in the solid phase diffusion bonding step S104 is set low and the holding time is set short, the
<第3の実施形態>
図9に、本発明の第3の実施形態である銅/アルミニウム接合体の製造方法を用いて製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板240、及び、このヒートシンク付き絶縁回路基板240を用いたパワーモジュール201を示す。なお、第1の実施形態及び第2の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
なお、本実施形態における銅/アルミニウム接合体は、図9に示すヒートシンク付き絶縁回路基板240において、アルミニウム部材としての金属層113と、銅部材としてのヒートシンク241と、が接合されたものとされている。
<Third Embodiment>
FIG. 9 shows an
The copper / aluminum bonded body in this embodiment is obtained by bonding the
図9に示すパワーモジュール201は、ヒートシンク付き絶縁回路基板240と、このヒートシンク付き絶縁回路基板240の一方の面(図9において上面)に第1はんだ層2を介して接合されたパワー半導体素子3と、を備えている。
また、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板240は、絶縁回路基板110と、この絶縁回路基板110の金属層113側に配設されたヒートシンク241とを備えている。
The
The insulated circuit board with
ヒートシンク241は、絶縁回路基板110側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク241は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態では、銅又は銅合金で構成されており、更に具体的には無酸素銅の圧延板で構成されている。
The
そして、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板240においては、図9に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金から成る金属層113と、銅又は銅合金からなるヒートシンク241とが、直接、固相拡散接合されている。
In the insulated circuit board with
次に、本実施形態である銅/アルミニウム接合体の製造方法を適用したヒートシンク付き絶縁回路基板240の製造方法について、図10及び図11を参照して説明する。
Next, the manufacturing method of the insulated
(回路層及び金属層形成工程S201)
まず、図11に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図11において上面)に、Al−Si系のろう材24を介して回路層112となるアルミニウム板122を積層し、セラミックス基板11の他方の面(図11において下面)に、Al−Si系のろう材25を介して金属層113となるアルミニウム板123を積層する。
次いで、真空条件下(10−6Pa以上10−3Pa以下)において、積層方向に圧力1〜35kgf/cm2の範囲で加圧した状態で600℃以上640℃以下の加熱温度で 5分以上180分以下保持し、ア、アルミニウム板122とセラミックス基板11とアルミニウム板123を接合し、回路層112及び金属層113を形成する。
上記のようにして、本実施形態である絶縁回路基板110が製造される。
(Circuit layer and metal layer forming step S201)
First, as shown in FIG. 11, an
Next, under vacuum conditions (10 −6 Pa or more and 10 −3 Pa or less), a pressure of 1 to 35 kgf / cm 2 is applied in the stacking direction at a heating temperature of 600 ° C. or more and 640 ° C. or less for 5 minutes or more. The
As described above, the insulated
(ジンケート処理工程S202)
次に、金属層113のヒートシンク241との接合面に対して、ジンケート処理を行う。このジンケート処理工程は、第1の実施形態と同様に、NaOHと酸化亜鉛を含むジンケート処理液を用いて実施する。
このジンケート処理工程S202により、金属層113のヒートシンク241との接合面においては、酸化アルミニウム膜が除去され、薄く均一な亜鉛皮膜が形成されることになる。
(Jincate processing step S202)
Next, a zincate process is performed on the joint surface of the
By this zincate treatment step S202, the aluminum oxide film is removed from the joint surface of the
(ヒートシンク積層工程S203)
次に、図11に示すように、ジンケート処理された金属層113にヒートシンク241を積層する。
(Heat sink lamination step S203)
Next, as shown in FIG. 11, a
(固相拡散接合工程S204)
次に、積層された絶縁回路基板110とヒートシンク241を、積層方向に加圧した状態で真空炉内に装入し、所定温度に加熱することにより、金属層113とヒートシンク241を固相拡散接合する。
(Solid phase diffusion bonding step S204)
Next, the laminated insulating
この固相拡散接合工程S204における真空炉の真空度は、10−6Pa以上10−3Pa以下の範囲内とされ、積層方向の加圧荷重が1kgf/cm2以上35kgf/cm2以下の範囲とされている。
また、加熱温度は480℃以上548℃未満の範囲内とされている。好ましくは、500℃以上548℃未満の範囲内とするとよい。
加熱温度での保持時間は5分以上60分以下とするとよい。好ましくは30分以上60分以下の範囲内とするとよい。
上記のようにして、本実施形態であるヒートシンク付絶縁回路基板240が製造される。
Degree of vacuum in the vacuum furnace in the solid phase diffusion bonding step S204 is within the range of not less than 10 -6 Pa or more 10 -3 Pa, applied load is 1 kgf / cm 2 or more 35 kgf / cm 2 or less in the range in the stacking direction It is said that.
The heating temperature is in the range of 480 ° C. or more and less than 548 ° C. Preferably, the temperature is in the range of 500 ° C. or more and less than 548 ° C.
The holding time at the heating temperature is preferably 5 minutes or more and 60 minutes or less. Preferably it is good to set it within the range of 30 minutes or more and 60 minutes or less.
As described above, the insulated circuit board with
(パワー半導体接合工程S205)
次に、回路層112の一方の面に、はんだ材を介してパワー半導体素子3を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール201が製造される。
(Power semiconductor bonding step S205)
Next, the
As described above, the
以上のような構成とされた本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板240の製造方法においては、絶縁回路基板110の金属層113とヒートシンク241とが、直接、固相拡散接合されており、金属層113のヒートシンク241との接合面にジンケート処理を行った上で、金属層113とヒートシンク241を固相拡散接合しているので、接合面の酸化アルミニウムが除去されており、接合界面でのAl原子とCu原子との相互拡散が促進され、金属層113とヒートシンク241を強固に固相拡散接合することが可能となる。
In the manufacturing method of the insulated circuit board with
よって、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても金属層113とヒートシンク241との接合界面における剥離の発生を抑制することができ、絶縁回路基板110側の熱をヒートシンク241側へと効率的に放熱することができる。
また、固相拡散接合工程S204における加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層113とヒートシンク241とを確実に固相拡散接合することができ、固相拡散接合工程S204におけるセラミックス基板11等への熱負荷を低く抑えることができる。
Therefore, even when a power cycle having a severer condition than before is applied, it is possible to suppress the occurrence of peeling at the bonding interface between the
Further, even when the heating temperature in the solid phase diffusion bonding step S204 is set low and the holding time is set short, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
例えば、本実施形態では、絶縁回路基板にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板の回路層にLED素子を搭載してLEDモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。 For example, in the present embodiment, the power module is configured by mounting the power semiconductor element on the insulating circuit board. However, the present invention is not limited to this. For example, an LED module may be configured by mounting LED elements on a circuit layer of an insulated circuit board, or a thermoelectric module may be configured by mounting thermoelectric elements on a circuit layer of an insulated circuit board.
また、第1の実施形態の絶縁回路基板においては、回路層及び金属層の両方がアルミニウム層と銅層とが積層された構造とされたものとして説明したが、これに限定されることはなく、回路層及び金属層のいずれか一方がアルミニウム層と銅層とが積層された構造とされたものであってもよい。
さらに、第1の実施形態の絶縁回路基板においては、金属層を形成したものとして説明したが、回路層がアルミニウム層と銅層とが積層された構造とされていれば、金属層を形成しないものであってもよい。
Moreover, in the insulated circuit board of 1st Embodiment, although demonstrated as what was made into the structure where both the circuit layer and the metal layer laminated | stacked the aluminum layer and the copper layer, it is not limited to this Any one of the circuit layer and the metal layer may have a structure in which an aluminum layer and a copper layer are laminated.
Furthermore, in the insulated circuit board of the first embodiment, the metal layer is formed. However, if the circuit layer has a structure in which an aluminum layer and a copper layer are laminated, the metal layer is not formed. It may be a thing.
また、第2の実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板においては、金属層及びヒートシンクの接合面をアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されたものとし、これらの間に銅又は銅合金からなる接合材を介在させ、金属層と接合材、接合材とヒートシンクとをそれぞれ固相拡散接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属層及びヒートシンクの接合面を銅又は銅合金で構成されたものとし、これらの間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を介在させ、金属層と接合材、接合材とヒートシンクとをそれぞれ固相拡散接合してもよい。この場合、固相拡散接合前に、接合材の接合面に対してジンケート処理を行うことになる。 In the insulated circuit board with a heat sink according to the second embodiment, the joining surface of the metal layer and the heat sink is made of aluminum or an aluminum alloy, and a joining material made of copper or a copper alloy is interposed therebetween. The metal layer and the bonding material, and the bonding material and the heat sink have been described as solid phase diffusion bonding, but the present invention is not limited to this, and the bonding surface of the metal layer and the heat sink is made of copper or a copper alloy. In this case, a bonding material made of aluminum or an aluminum alloy may be interposed between the metal layer and the bonding material, and the bonding material and the heat sink may be solid phase diffusion bonded. In this case, the zincate treatment is performed on the bonding surface of the bonding material before the solid phase diffusion bonding.
さらに、第2の実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板においては、金属層と接合材、接合材とヒートシンクがそれぞれ固相拡散接合されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属層と接合材、接合材とヒートシンクのいずれか一方が固相拡散接合されたものであってもよい。この場合、アルミニウム部材のうち銅部材と固相拡散接合される接合面にジンケート処理を実施すればよい。 Furthermore, in the insulated circuit board with a heat sink according to the second embodiment, the metal layer and the bonding material, and the bonding material and the heat sink are described as solid phase diffusion bonded, but the present invention is not limited to this. Any one of the layer and the bonding material, or the bonding material and the heat sink may be solid phase diffusion bonded. In this case, a zincate process may be performed on the bonding surface of the aluminum member that is solid phase diffusion bonded to the copper member.
また、第3の実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板においては、金属層をアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されたものとし、ヒートシンクを銅又は銅合金で構成されたものとし、金属層とヒートシンクとを、直接、固相拡散接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属層を銅又は銅合金で構成されたものとし、ヒートシンクをアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されたものとし、金属層とヒートシンクとを、直接、固相拡散接合してもよい。この場合、固相拡散接合前に、ヒートシンクの接合面に対してジンケート処理を行うことになる。 In the insulated circuit board with a heat sink of the third embodiment, the metal layer is made of aluminum or an aluminum alloy, the heat sink is made of copper or a copper alloy, and the metal layer and the heat sink are Although described as a direct solid phase diffusion bonding, it is not limited to this, the metal layer is made of copper or a copper alloy, the heat sink is made of aluminum or an aluminum alloy, and the metal The layer and the heat sink may be directly solid phase diffusion bonded. In this case, the zincate process is performed on the bonding surface of the heat sink before the solid phase diffusion bonding.
さらに、本実施形態では、絶縁層としてセラミックス基板を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、絶縁樹脂等で絶縁層を構成してもよい。
また、セラミックス基板とアルミニウム板とをろう材を用いて接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、過渡液相接合法(TLP)やAgペーストなどによって接合しても良い。
Furthermore, in this embodiment, although the ceramic substrate was demonstrated as an insulating layer, it is not limited to this, You may comprise an insulating layer with insulating resin etc.
Moreover, although it demonstrated as what joins a ceramic substrate and an aluminum plate using a brazing material, it is not limited to this, You may join by a transient liquid phase joining method (TLP), Ag paste, etc.
さらに、ヒートシンクの構造や材質は、実施形態で例示されたものに限定されることはない。例えば、冷却媒体が流通する流路を備えたものであってもよい。また、炭素質部材にアルミニウムが含浸されたアルミニウム複合材料(例えばAlSiC)等で構成されていてもよい。このアルミニウム複合材料においても、接合面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるスキン層が形成されていれば、金属層や接合材と固相拡散接合することができる。 Furthermore, the structure and material of the heat sink are not limited to those exemplified in the embodiment. For example, it may be provided with a flow path through which the cooling medium flows. Moreover, you may be comprised with the aluminum composite material (for example, AlSiC) etc. in which the carbonaceous member was impregnated with aluminum. Also in this aluminum composite material, solid phase diffusion bonding can be performed with a metal layer or a bonding material if a skin layer made of aluminum or an aluminum alloy is formed on the bonding surface.
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
図4のフロー図に記載した手順に従って、図12に示す条件で固相拡散接合を行い、発明例及び従来例のヒートシンク付パワーモジュールを作製した。なお、積層方向の加圧荷重は8kgf/cm2とした。なお、従来例では、ジンケート処理を実施しなかった。
なお、セラミックス基板は、AlNで構成され、40mm×40mm、厚さ0.635mmのものを使用した。
また、回路層及び金属層のアルミニウム層は、4Nアルミニウムの圧延板で構成され、37mm×37mm、厚さ0.1mmのものを使用した。
回路層及び金属層の銅層は、無酸素銅の圧延板で構成され、37mm×37mm、厚さ0.3mmのものを使用した。
金属層は、4Nアルミニウムの圧延板で構成され、37mm×37mm、厚さ1.6mmのものを使用した。
ヒートシンクは、A6063合金の圧延板で構成され、50mm×50mm、厚さ5mmのものを使用した。
また、固相拡散接合は、真空加熱炉内の圧力が、10−6Pa以上、10−3Pa以下の範囲内で行った。
半導体素子は、IGBT素子とし、12.5mm×9.5mm、厚さ0.25mmのものを使用した。
Below, the result of the confirmation experiment performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated.
According to the procedure described in the flow chart of FIG. 4, solid phase diffusion bonding was performed under the conditions shown in FIG. 12, and power modules with heat sinks of the invention example and the conventional example were manufactured. The pressing load in the stacking direction was 8 kgf / cm 2 . In the conventional example, no zincate treatment was performed.
The ceramic substrate was made of AlN, and had a size of 40 mm × 40 mm and a thickness of 0.635 mm.
Moreover, the aluminum layer of a circuit layer and a metal layer was comprised with the rolling plate of 4N aluminum, and used the thing of 37 mm x 37 mm and thickness 0.1mm.
The copper layer of the circuit layer and the metal layer was composed of a rolled plate of oxygen-free copper, and a layer of 37 mm × 37 mm and a thickness of 0.3 mm was used.
The metal layer was composed of a 4N aluminum rolled plate, and was 37 mm × 37 mm and 1.6 mm thick.
The heat sink was composed of a rolled plate of A6063 alloy, and a 50 mm × 50 mm, 5 mm thick one was used.
Further, the solid phase diffusion bonding was performed in a range where the pressure in the vacuum heating furnace was 10 −6 Pa or more and 10 −3 Pa or less.
As the semiconductor element, an IGBT element having a size of 12.5 mm × 9.5 mm and a thickness of 0.25 mm was used.
(パワーサイクル試験)
パワーサイクル試験は、Sn−Ag−Cuはんだを用いてIGBT素子を銅層へはんだ付けするとともに、アルミニウム合金からなる接続配線をボンディングしてヒートシンク付パワーモジュールとし、これを用いて行った。ヒートシンク中の冷却水温度、流量を一定とした状態で、IGBT素子への通電を、通電(ON)で素子表面温度160℃、非通電(OFF)で素子表面温度60℃となる1サイクルを10秒毎に繰り返すようにして調整し、これを15万回繰り返すパワーサイクル試験を実施した。
このヒートサイクル試験前後及びパワーサイクル試験前後における、アルミニウム層と銅層との界面における接合率を測定した。
(Power cycle test)
The power cycle test was performed by using an Sn-Ag-Cu solder to solder an IGBT element to a copper layer and bonding a connection wiring made of an aluminum alloy to form a power module with a heat sink. With the cooling water temperature and flow rate in the heat sink constant, the IGBT element is energized for 10 cycles of energization (ON) at an element surface temperature of 160 ° C. and non-energization (OFF) at an element surface temperature of 60 ° C. The power cycle test was performed by repeating the adjustment every second and repeating this 150,000 times.
The bonding rate at the interface between the aluminum layer and the copper layer was measured before and after the heat cycle test and before and after the power cycle test.
(アルミニウム層と銅層との界面の接合率評価)
パワーサイクル試験後のヒートシンク付パワーモジュールに対して、アルミニウム層と銅層との界面の接合率について超音波探傷装置を用いて評価し、以下の式から算出した。ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち本実施例ではアルミニウム層及び銅層の面積とした。超音波探傷像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積とした。
(接合率)={(初期接合面積)−(剥離面積)}/(初期接合面積)
(Evaluation of bonding rate at the interface between the aluminum layer and the copper layer)
For the power module with a heat sink after the power cycle test, the bonding rate at the interface between the aluminum layer and the copper layer was evaluated using an ultrasonic flaw detector and calculated from the following formula. Here, the initial bonding area is the area to be bonded before bonding, that is, the area of the aluminum layer and the copper layer in this embodiment. In the ultrasonic flaw detection image, peeling is indicated by a white portion in the joint, and thus the area of the white portion was taken as the peeling area.
(Bonding rate) = {(initial bonding area) − (peeling area)} / (initial bonding area)
評価結果を図12に示す。図12においては、パワーサイクル試験後の接合率が90%以上のものを「◎」、パワーサイクル試験後の接合率が80%以上90%未満のものを「○」、パワーサイクル試験後の接合率が80%未満のものを「×」と表記した。 The evaluation results are shown in FIG. In FIG. 12, “◎” indicates that the joining rate after the power cycle test is 90% or more, and “◯” indicates that the joining rate after the power cycle test is 80% or more and less than 90%, and the joining after the power cycle test. Those with a rate of less than 80% were indicated as “x”.
ジンケート処理を実施した本発明例(図12(b))においては、ジンケート処理を実施しなかった比較例(図12(a))に比べて、同一の接合条件において、パワーサイクル試験後の接合率が良くなっていることが確認される。
また、ジンケート処理を実施した本発明例においては、接合温度が低い場合、あるいは、保持時間が短い場合であっても、接合率が高く、確実に固相拡散接合されていることが確認される。
In the example of the present invention in which the zincate treatment was performed (FIG. 12B), compared with the comparative example in which the zincate treatment was not performed (FIG. 12A), the bonding after the power cycle test was performed under the same bonding conditions. It is confirmed that the rate is getting better.
In the present invention example in which the zincate treatment was performed, even when the bonding temperature is low or the holding time is short, it is confirmed that the bonding rate is high and solid phase diffusion bonding is surely performed. .
以上のことから、本発明例によれば、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅層とアルミニウム層との接合界面において剥離が生じることを抑制でき、パワーサイクル信頼性に優れた絶縁回路基板を得ることができた。 From the above, according to the example of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of delamination at the bonding interface between the copper layer and the aluminum layer even when a power cycle under a severer condition than before is loaded. Insulated circuit board with excellent properties could be obtained.
1、101、201 パワーモジュール
3 パワー半導体素子
10 絶縁回路基板
11 セラミックス基板
12 回路層
13 金属層
12A、13A アルミニウム層(アルミニウム部材)
12B、13B 銅層(銅部材)
110 絶縁回路基板
113 金属層(アルミニウム部材)
140 ヒートシンク付き絶縁回路基板
141 ヒートシンク(アルミニウム部材)
150 接合材(銅部材)
240 ヒートシンク付き絶縁回路基板
241 ヒートシンク(銅部材)
S02、S102、S202 ジンケート処理工程
S03 銅板積層工程(銅部材積層工程)
S04、S104、S204 固相拡散接合工程
S103 接合材積層工程(銅部材積層工程)
S203 ヒートシンク積層工程(銅部材積層工程)
1, 101, 201
12B, 13B Copper layer (copper member)
110
140
150 Bonding material (copper member)
240
S02, S102, S202 Jincate treatment step S03 Copper plate lamination step (copper member lamination step)
S04, S104, S204 Solid phase diffusion bonding step S103 Bonding material laminating step (copper member laminating step)
S203 Heat sink lamination process (copper member lamination process)
Claims (7)
前記アルミニウム部材の接合面にジンケート処理を行うジンケート処理工程と、
前記ジンケート処理された前記アルミニウム部材の接合面に前記銅部材を積層する銅部材積層工程と、
前記アルミニウム部材と前記銅部材とを積層方向に加圧した状態で加熱し、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを固相拡散接合する固相拡散接合工程と、
を備えていることを特徴とする銅/アルミニウム接合体の製造方法。 A copper / aluminum joint manufacturing method in which a copper member made of copper or a copper alloy and an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy are joined,
A zincate treatment step for carrying out a zincate treatment on the joint surface of the aluminum member;
A copper member laminating step of laminating the copper member on the joint surface of the aluminum member subjected to the zincate treatment;
A solid phase diffusion bonding step in which the aluminum member and the copper member are heated in a state of being pressurized in the stacking direction, and the aluminum member and the copper member are solid phase diffusion bonded;
The manufacturing method of the copper / aluminum joined body characterized by the above-mentioned.
前記回路層を、請求項1に記載の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。 A method of manufacturing an insulated circuit board in which a circuit layer formed by laminating an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy and a copper layer made of copper or a copper alloy is formed on one surface of the insulating layer,
The method for manufacturing an insulated circuit board, wherein the circuit layer is formed by the method for manufacturing a copper / aluminum bonded body according to claim 1.
前記金属層を、請求項1に記載の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。 A metal in which a circuit layer is formed on one surface of an insulating layer and an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy and a copper layer made of copper or a copper alloy are laminated on the other surface of the insulating layer A method of manufacturing an insulated circuit board on which a layer is formed,
The method for manufacturing an insulated circuit board, wherein the metal layer is formed by the method for manufacturing a copper / aluminum bonded body according to claim 1.
前記回路層及び前記金属層を、請求項1に記載の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。 A circuit layer is formed by laminating an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy and a copper layer made of copper or a copper alloy on one surface of the insulating layer, and the other surface of the insulating layer is made of aluminum or A method for producing an insulated circuit board having a metal layer formed by laminating an aluminum layer made of an aluminum alloy and a copper layer made of copper or a copper alloy,
The method for producing an insulated circuit board, wherein the circuit layer and the metal layer are formed by the method for producing a copper / aluminum bonded body according to claim 1.
前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、他方が銅又は銅合金で構成されており、
前記金属層と前記ヒートシンクとを、請求項1に記載の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 A heat sink comprising: an insulating layer; a circuit layer formed on one surface of the insulating layer; a metal layer formed on the other surface of the insulating layer; and a heat sink disposed on the metal layer side. A method of manufacturing an insulated circuit board with a cover, comprising:
Either one of the joining surface of the metal layer and the joining surface of the heat sink is composed of aluminum or an aluminum alloy, and the other is composed of copper or a copper alloy,
The said metal layer and the said heat sink are joined by the manufacturing method of the copper / aluminum joined body of Claim 1, The manufacturing method of the insulated circuit board with a heat sink characterized by the above-mentioned.
前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、
前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間に銅又は銅合金からなる接合材を配設し、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、銅又は銅合金からなる前記接合材とを、請求項1に記載の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 A heat sink comprising: an insulating layer; a circuit layer formed on one surface of the insulating layer; a metal layer formed on the other surface of the insulating layer; and a heat sink disposed on the metal layer side. A method of manufacturing an insulated circuit board with a cover, comprising:
Either one or both of the joining surface of the metal layer and the joining surface of the heat sink are made of aluminum or an aluminum alloy,
A bonding material made of copper or a copper alloy is disposed between the bonding surface of the metal layer and the bonding surface of the heat sink,
2. The copper / aluminum bonded body according to claim 1, wherein one or both of a bonding surface of the metal layer made of aluminum or an aluminum alloy and a bonding surface of the heat sink and the bonding material made of copper or a copper alloy are used. A method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink, characterized by joining by a manufacturing method.
前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方が銅又は銅合金で構成されており、
前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を配設し、
銅又は銅合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記接合材とを、請求項1に記載の銅/アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 Insulation with heat sink, comprising: an insulating layer; a circuit layer formed on one surface of the insulating layer; a metal layer formed on the other surface of the insulating layer; and a heat sink bonded to the metal layer. A circuit board manufacturing method comprising:
Either one or both of the joining surface of the metal layer and the joining surface of the heat sink are made of copper or a copper alloy,
A bonding material made of aluminum or an aluminum alloy is disposed between the bonding surface of the metal layer and the bonding surface of the heat sink,
2. The copper / aluminum bonded body according to claim 1, wherein one or both of a bonding surface of the metal layer made of copper or a copper alloy and a bonding surface of the heat sink and the bonding material made of aluminum or an aluminum alloy are used. A method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink, characterized by joining by a manufacturing method.
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