KR102466817B1

KR102466817B1 - 세라믹스/알루미늄 접합체, 절연 회로 기판, led 모듈, 세라믹스 부재, 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법, 절연 회로 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR102466817B1
Application number: KR1020197016412A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 데라사키
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: JP7052374B2; CN110191869B; KR20190116246A; EP3578535A4; CN110191869A; US20200006168A1; JP2018129507A; EP3578535A1; US11798856B2

Abstract

본 발명의 세라믹스/알루미늄 접합체는, 세라믹스 부재와, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 부재가 접합되어 있고, 세라믹스 부재는, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 알루미늄 부재와의 접합면에 형성된 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 갖고, 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층을 개재하여 알루미늄 부재가 접합되어 있고, 세라믹스 본체는, 질화규소상과, 이 질화규소상 사이에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 세라믹스 본체의 유리상 중 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있다.

Description

세라믹스/알루미늄 접합체, 절연 회로 기판, LED 모듈, 세라믹스 부재, 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법, 절연 회로 기판의 제조 방법

본 발명은, 세라믹스 부재와, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 부재가 접합되어 이루어지는 세라믹스/알루미늄 접합체, 세라믹스 기판과, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄판이 접합되어 이루어지는 절연 회로 기판, 이 절연 회로 기판을 구비한 LED 모듈, 상기 서술한 세라믹스/알루미늄 접합체에 사용되는 세라믹스 부재, 그리고 상기 서술한 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법, 절연 회로 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은 2017년 2월 6일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2017-019737호, 및 2018년 1월 24일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2018-009821호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

파워 모듈, LED 모듈 및 열전 모듈은, 절연층의 일방의 면에 도전 재료로 이루어지는 회로층을 형성한 절연 회로 기판에, 파워 반도체 소자, LED 소자 및 열전 소자가 접합된 구조를 구비하고 있다.

또, 상기 서술한 절연 회로 기판에 있어서는, 세라믹스 기판의 일방의 면에 도전성이 우수한 금속판을 접합하여 회로층으로 하고, 또, 타방의 면에 방열성이 우수한 금속판을 접합하여 금속층을 형성한 구조의 것도 제공되고 있다.

또한 회로층에 탑재한 소자 등으로부터 발생한 열을 효율적으로 방산시키기 위해, 절연 회로 기판의 금속층측에 히트 싱크를 접합한 히트 싱크 부착 절연 회로 기판도 제공되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에 나타내는 파워 모듈은, 세라믹스 기판의 일방의 면에 알루미늄판으로 이루어지는 회로층이 형성됨과 함께 타방의 면에 알루미늄판으로 이루어지는 금속층이 형성된 절연 회로 기판과, 이 회로층 상에는 솔더재를 개재하여 접합된 반도체 소자를 구비한 구조를 구비하고 있다.

또, 특허문헌 2, 3 에 나타내는 LED 모듈은, 세라믹스로 이루어지는 기재의 일방의 면에 도전성의 회로층이 형성되고, 절연 기판의 타방의 면에 방열체가 접합되고, 회로층 상에 발광 소자가 탑재된 구조를 구비하고 있다.

여기서, 세라믹스 기판과 회로층 및 금속층이 되는 알루미늄판을 접합할 때에는, 통상, Al-Si 계 브레이징재가 사용되고 있다.

일본 특허 공보 제3171234호 일본 공개특허공보 2013-153157호 일본 공개특허공보 2015-070199호

그런데, 상기 서술한 LED 모듈 등에 있어서는, 발광 소자가 탑재되는 회로층의 두께를 더욱 얇게 하는 것이 요구되고 있고, 예를 들어 두께 100 ㎛ 이하의 알루미늄판을 세라믹스 기판에 접합하는 경우가 있다.

이와 같이 두께가 얇은 알루미늄판을 Al-Si 계 브레이징재를 사용하여 접합한 경우에는, 회로층이 되는 알루미늄판에 브레이징재의 Si 가 확산되어 융점이 저하되고, 회로층의 일부가 용융되어 버릴 우려가 있었다.

회로층의 용융을 억제하기 위해, 접합 온도를 저하시키거나, 브레이징재의 Si 량을 줄이거나 한 경우에는, 접합이 불충분해져, 접합 신뢰성이 저하되어 버린다. 이 때문에, 발열 밀도가 높은 용도에는 적용할 수 없었다.

이상과 같이, 종래의 절연 회로 기판에 있어서는, 회로층을 얇게 형성한 경우에는, 회로층의 용융을 억제하고, 또한 회로층과 세라믹스 기판의 접합 신뢰성을 향상시키는 것은 곤란하였다.

또, LED 모듈에 있어서 강도를 확보하기 위해, 질화규소 (Si₃N₄) 로 이루어지는 세라믹스 기판이 사용되는 경우가 있다. 그러나, 질화규소 (Si₃N₄) 로 이루어지는 세라믹스 기판은, 질화규소상과, 이 질화규소상 사이에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 이 유리상과 알루미늄판의 접합이 불충분해지기 때문에, 접합 강도를 충분히 유지할 수 없었다. 또한, 이 유리상은, 질화규소의 원료를 소결할 때에 첨가되는 소결 보조제에 의해 형성된다.

이상으로부터, 질화규소 (Si₃N₄) 로 이루어지는 세라믹스 기판에 있어서는, 질화알루미늄 (AlN) 이나 산화알루미늄 (Al₂O₃) 으로 이루어지는 세라믹스 기판과 비교하여, 금속판 (특히 알루미늄판) 과의 접합 신뢰성이 떨어졌다.

본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 알루미늄 부재가 용융되는 일 없이 질화규소 (Si₃N₄) 로 이루어지는 세라믹스 부재와 신뢰성 높게 접합된 세라믹스/알루미늄 접합체, 절연 회로 기판, 이 절연 회로 기판을 구비한 LED 모듈, 상기 서술한 세라믹스/알루미늄 접합체에 사용되는 세라믹스 부재, 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법, 절연 회로 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태인 세라믹스/알루미늄 접합체는, 세라믹스 부재와, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 부재가 접합되어 이루어지는 세라믹스/알루미늄 접합체로서, 상기 세라믹스 부재는, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄 부재와의 접합면에 형성된 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 갖고, 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층을 개재하여 상기 알루미늄 부재가 접합되어 있고, 상기 세라믹스 본체는, 질화규소상과, 이 질화규소상 사이에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 세라믹스/알루미늄 접합체에 의하면, 상기 세라믹스 부재는, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄 부재와의 접합면에 형성된 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 가지고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있으므로, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층이 강고하게 결합되어 있다.

또, 세라믹스 부재의 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층과 알루미늄 부재가 접합되어 있으므로, 알루미늄 부재와 세라믹스 부재의 접합 신뢰성이 높다.

따라서, 접합 신뢰성이 우수한 세라믹스/알루미늄 접합체를 제공하는 것이 가능해진다.

여기서, 본 발명의 일 양태인 세라믹스/알루미늄 접합체에 있어서는, 상기 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄 부재와의 접합면에 상기 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체측으로부터 순서대로, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있어도 된다.

이 경우, 상기 질화알루미늄층이, 상기 서술한 바와 같이, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있으므로, 세라믹스 본체의 질화규소가 반응함으로써 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와 질화알루미늄층이 더욱 강고하게 결합되어 있다. 이로써, 세라믹스/알루미늄 접합체에 대해 냉열 사이클을 부하했을 경우에도, 세라믹스 부재와 알루미늄 부재의 접합률이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 양태인 절연 회로 기판은, 세라믹스 기판과, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄판이 접합되어 이루어지는 절연 회로 기판으로서, 상기 세라믹스 기판은, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄판과의 접합면에 형성된 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 갖고, 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층을 개재하여 상기 알루미늄판이 접합되어 있고, 상기 세라믹스 본체는, 질화규소상과, 이 질화규소상 사이에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 절연 회로 기판에 의하면, 상기 세라믹스 기판이, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 가지고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있으므로, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층이 강고하게 결합되어 있다.

또, 세라믹스 기판의 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층과 알루미늄판이 접합되어 있으므로, 알루미늄판과 세라믹스 기판의 접합 신뢰성이 우수한 절연 회로 기판을 제공하는 것이 가능해진다.

여기서, 본 발명의 일 양태인 절연 회로 기판에 있어서는, 상기 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄판과의 접합면에 상기 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체측으로부터 순서대로, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있어도 된다.

이 경우, 상기 질화알루미늄층이, 상기 서술한 바와 같이, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있으므로, 세라믹스 본체의 질화규소가 반응함으로써 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와 질화알루미늄층이 더욱 강고하게 결합되어 있다. 이로써, 절연 회로 기판에 대해 냉열 사이클을 부하했을 경우에도, 세라믹스 기판과 알루미늄판의 접합률이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 양태인 LED 모듈은, 상기 서술한 절연 회로 기판과, 상기 알루미늄판의 일방의 면측에 접합된 LED 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 LED 모듈에 있어서는, 세라믹스 기판과 알루미늄판의 접합 신뢰성이 우수한 절연 회로 기판을 사용하고 있으므로, 냉열 사이클이 부하되었을 경우에도, 박리 등의 문제가 생기는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 양태인 세라믹스 부재는, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체의 표면에 형성된 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 구비하고, 상기 세라믹스 본체는, 질화규소상과, 이 질화규소상 사이에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 세라믹스 부재에 의하면, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있으므로, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층이 강고하게 결합되어 있다.

또, 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 구비하고 있으므로, 알루미늄 부재와 양호하게 접합할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 양태인 세라믹스 부재에 있어서는, 상기 세라믹스 본체의 표면에 상기 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체측으로부터 순서대로, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있는 구성으로 해도 된다.

이 경우, 상기 질화알루미늄층이, 상기 서술한 바와 같이, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있으므로, 세라믹스 본체의 질화규소가 반응함으로써 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와 질화알루미늄층이 더욱 강고하게 결합되어 있다.

또, 본 발명의 일 양태인 세라믹스 부재에 있어서는, 상기 세라믹스 본체의 표면에 상기 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 이 질화알루미늄층 중 상기 세라믹스 본체와는 반대측의 면에, 금속 알루미늄부가 형성되어 있는 구성으로 해도 된다.

이 경우, 금속 알루미늄부를 개재하여 알루미늄 부재를 접합하는 것이 가능해져, 알루미늄 부재를 더욱 용이하게 접합할 수 있다. 또한, 금속 알루미늄부는, 질화알루미늄층 중 상기 세라믹스 본체와는 반대측의 면의 전체에 형성되어 있을 필요는 없고, 부분적으로 형성되어 있어도 된다.

본 발명의 일 양태인 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법은, 상기 서술한 세라믹스/알루미늄 접합체를 제조하는 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법으로서, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체의 표면에, 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄층을 형성하는 알루미늄층 형성 공정과, 상기 알루미늄층이 형성된 세라믹스 본체를, 상기 알루미늄층의 고상선 온도 이상의 온도까지 가열하여, 질화알루미늄층을 형성하는 질화알루미늄층 형성 공정과, 상기 질화알루미늄층을 개재하여 알루미늄 부재를 접합하는 알루미늄 부재 접합 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법에 의하면, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체의 표면에, 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄층을 형성하는 알루미늄층 형성 공정과, 상기 알루미늄층이 형성된 세라믹스 본체를, 상기 알루미늄층의 고상선 온도 이상의 온도까지 가열하여, 질화알루미늄층을 형성하는 질화알루미늄층 형성 공정을 구비하고 있다. 그 때문에, 이 질화알루미늄층 형성 공정에 있어서, 세라믹스 본체의 유리상에 Al 이 침입함과 함께, 질화규소상의 Si₃N₄ 가 분해되어 생긴 질소와 알루미늄층이 반응함으로써, 질화알루미늄층이 형성된다. 또한, 알루미늄층의 일부가 잔존함으로써, 질화알루미늄층 중 상기 세라믹스 본체와는 반대측의 면에, 금속 알루미늄부가 형성되는 경우도 있다.

그리고, 상기 질화알루미늄층을 개재하여 알루미늄 부재를 접합하는 알루미늄 부재 접합 공정을 구비하고 있으므로, 세라믹스 부재와 알루미늄 부재를 용이하게 접합할 수 있다.

따라서, 접합 신뢰성이 우수한 세라믹스/알루미늄 접합체를 제조하는 것이 가능해진다.

여기서, 본 발명의 일 양태인 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법에 있어서는, 상기 질화알루미늄층을 산화시켜 산화알루미늄층을 형성하는 산화 처리 공정과, 상기 산화알루미늄층을 개재하여 알루미늄 부재를 접합하는 알루미늄 부재 접합 공정을 구비하고 있어도 된다.

이 경우, 질화알루미늄층을 산화시킴으로써, 산화알루미늄층을 형성할 수 있다. 또한, 질화알루미늄층 중 상기 세라믹스 본체와는 반대측의 면에 금속 알루미늄부가 형성되어 있는 경우에는, 산화 처리 공정에 의해 이 금속 알루미늄부도 산화알루미늄층이 된다.

또, 상기 산화알루미늄층을 개재하여 알루미늄 부재를 접합하는 알루미늄 부재 접합 공정을 구비하고 있으므로, 세라믹스 부재와 알루미늄 부재를 용이하게 접합할 수 있다.

본 발명의 일 양태인 절연 회로 기판의 제조 방법은, 상기 서술한 절연 회로 기판을 제조하는 절연 회로 기판의 제조 방법으로서, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체의 표면에, 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄층을 형성하는 알루미늄층 형성 공정과, 상기 알루미늄층이 형성된 세라믹스 본체를, 상기 알루미늄층의 고상선 온도 이상의 온도까지 가열하여, 질화알루미늄층을 형성하는 질화알루미늄층 형성 공정과, 상기 질화알루미늄층을 개재하여 알루미늄판을 접합하는 알루미늄판 접합 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 절연 회로 기판의 제조 방법에 의하면, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체의 표면에, 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄층을 형성하는 알루미늄층 형성 공정과, 상기 알루미늄층이 형성된 세라믹스 본체를, 상기 알루미늄층의 고상선 온도 이상의 온도까지 가열하여, 질화알루미늄층을 형성하는 질화알루미늄층 형성 공정을 구비하고 있다. 그 때문에, 이 질화알루미늄층 형성 공정에 있어서, 세라믹스 본체의 유리상에 Al 이 침입함과 함께, 질화규소상의 Si₃N₄ 가 분해되어 생긴 질소와 알루미늄층이 반응함으로써, 질화알루미늄층이 형성된다. 또한, 알루미늄층의 일부가 잔존함으로써, 질화알루미늄층 중 상기 세라믹스 본체와는 반대측의 면에, 금속 알루미늄부가 형성되는 경우도 있다.

그리고, 상기 질화알루미늄층을 개재하여 알루미늄판을 접합하는 알루미늄판 접합 공정을 구비하고 있으므로, 세라믹스 기판과 알루미늄판을 용이하게 접합할 수 있다.

따라서, 접합 신뢰성이 우수한 절연 회로 기판을 제조하는 것이 가능해진다.

여기서, 본 발명의 일 양태인 절연 회로 기판의 제조 방법에 있어서는, 상기 질화알루미늄층을 산화시켜 산화알루미늄층을 형성하는 산화 처리 공정과, 상기 산화알루미늄층을 개재하여 알루미늄판을 접합하는 알루미늄판 접합 공정을 구비하고 있어도 된다.

또, 상기 산화알루미늄층을 개재하여 알루미늄판을 접합하는 알루미늄판 접합 공정을 구비하고 있으므로, 세라믹스 기판과 알루미늄판을 용이하게 접합할 수 있다.

본 발명에 의하면, 알루미늄 부재가 용융되는 일 없이 질화규소 (Si₃N₄) 로 이루어지는 세라믹스 부재와 신뢰성 높게 접합된 세라믹스/알루미늄 접합체, 절연 회로 기판, 이 절연 회로 기판을 구비한 LED 모듈, 상기 서술한 세라믹스/알루미늄 접합체에 사용되는 세라믹스 부재, 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법, 절연 회로 기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 를 사용한 LED 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 의 세라믹스 부재 (세라믹스 기판) 와 알루미늄 부재 (알루미늄판) 의 접합 계면의 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 에 있어서의 질화알루미늄층의 확대 설명도이다.
도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 에 있어서의 접합 전의 세라믹스 부재 (세라믹스 기판) 의 확대 설명도이다.
도 5 는, 본 발명의 제 1 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 의 제조 방법을 나타내는 플로우도이다.
도 6 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 7 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 를 사용한 LED 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 8 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 의 세라믹스 부재 (세라믹스 기판) 와 알루미늄 부재 (알루미늄판) 의 접합 계면의 모식도이다.
도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태인 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 의 제조 방법을 나타내는 플로우도이다.
도 10 은, 본 발명의 제 2 실시형태인 세라믹스 부재 (세라믹스 기판) 의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 11 은, 본 발명예 1 의 세라믹스/알루미늄 접합체 (절연 회로 기판) 에 있어서의 세라믹스 부재 (세라믹스 기판) 와 알루미늄 부재 (알루미늄판) 의 접합 계면의 원소 매핑도이다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 대해, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시형태)

먼저, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해, 도 1 내지 도 6 을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 관련된 세라믹스/알루미늄 접합체는, 세라믹스 부재인 세라믹스 기판 (11) 과, 알루미늄 부재인 알루미늄판 (22, 23) (회로층 (12), 금속층 (13)) 이 접합됨으로써 구성된 절연 회로 기판 (10) 으로 되어 있다.

도 1 에, 본 발명의 제 1 실시형태인 절연 회로 기판 (10) (세라믹스/알루미늄 접합체) 및 이 절연 회로 기판 (10) 을 사용한 LED 모듈 (1) 을 나타낸다.

이 LED 모듈 (1) 은, 절연 회로 기판 (10) 과, 이 절연 회로 기판 (10) 의 일방측 (도 1 에 있어서 상측) 의 면에 접합층 (2) 을 개재하여 접합된 LED 소자 (3) 와, 절연 회로 기판 (10) 의 타방측 (도 1 에 있어서 하측) 에 배치된 히트 싱크 (51) 를 구비하고 있다.

LED 소자 (3) 는, 반도체 재료로 구성되어 있고, 전기 에너지를 광으로 변환하는 광전 변환 소자이다. 또한, LED 소자 (3) 의 광 변환 효율은 20 ∼ 30 ％ 정도이고, 나머지 70 ∼ 80 ％ 의 에너지는 열이 되기 때문에, LED 모듈 (1) 에 있어서는 효율적으로 열을 방산시키는 것이 요구된다.

여기서, 이 LED 소자 (3) 와 절연 회로 기판 (10) 을 접합하는 접합층 (2) 은, 예를 들어 Au-Sn 합금은 솔더재 등으로 되어 있다.

그리고, 본 실시형태에 관련된 절연 회로 기판 (10) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 기판 (30) 과, 이 세라믹스 기판 (30) 의 일방의 면 (도 1 에 있어서 상면) 에 배치 형성된 회로층 (12) 과, 세라믹스 기판 (30) 의 타방의 면 (도 1 에 있어서 하면) 에 배치 형성된 금속층 (13) 을 구비하고 있다.

세라믹스 기판 (30) 은, 절연성이 높은 Si₃N₄ (질화규소) 로 구성되어 있다. 여기서, 세라믹스 기판 (30) 의 두께는 0.2 ∼ 1.5 ㎜ 의 범위 내로 설정되어 있고, 본 실시형태에서는 0.32 ㎜ 로 설정되어 있다.

여기서, 본 실시형태에 있어서의 세라믹스 기판 (30) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (31) 와, 이 세라믹스 본체 (31) 중 회로층 (12) 및 금속층 (13) 의 접합면에 형성된 질화알루미늄층 (36) 을 가지고 있다.

회로층 (12) 은, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 기판 (30) 의 일방의 면 (도 6 에 있어서 상면) 에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄판 (22) (알루미늄 부재) 이 접합됨으로써 형성되어 있다. 회로층 (12) 을 구성하는 알루미늄판 (22) (알루미늄 부재) 으로는, 예를 들어, 순도가 99 질량％ 이상인 알루미늄 (2 N 알루미늄) 이나 순도 99.9 질량％ 이상의 알루미늄이나 순도가 99.99 질량％ 이상인 알루미늄 등의 압연판을 사용하는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는, 순도가 99 질량％ 이상인 알루미늄 (2 N 알루미늄) 을 사용하고 있다. 또한, 회로층 (12) 의 두께는, 예를 들어 0.05 ㎜ 이상 0.8 ㎜ 이하의 범위 내로 설정되어 있고, 본 실시형태에서는, 0.2 ㎜ 로 설정되어 있다.

금속층 (13) 은, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 기판 (30) 의 타방의 면 (도 6 에 있어서 하면) 에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄판 (23) (알루미늄 부재) 이 접합됨으로써 형성되어 있다. 금속층 (13) 을 구성하는 알루미늄판 (23) (알루미늄 부재) 으로는, 예를 들어, 순도가 99 질량％ 이상인 알루미늄 (2 N 알루미늄) 이나 순도 99.9 질량％ 이상의 알루미늄이나 순도가 99.99 질량％ 이상인 알루미늄 등의 압연판을 사용하는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는, 순도가 99 질량％ 이상인 알루미늄 (2 N 알루미늄) 을 사용하고 있다. 또한, 금속층 (13) 의 두께는, 예를 들어 0.05 ㎜ 이상 1.6 ㎜ 이하의 범위 내로 설정되어 있고, 본 실시형태에서는, 0.6 ㎜ 로 설정되어 있다.

히트 싱크 (51) 는, 전술한 절연 회로 기판 (10) 을 냉각시키기 위한 것이고, 본 실시형태에 있어서는, 열전도성이 양호한 재질로 구성된 방열판으로 되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 히트 싱크 (51) 는, A6063 (알루미늄 합금) 으로 구성되어 있다.

이 히트 싱크 (51) 는, 본 실시형태에 있어서는, 절연 회로 기판 (10) 의 금속층 (13) 에 브레이징재를 사용하여 직접 접합되어 있다.

여기서, 세라믹스 기판 (30) 과 회로층 (12) 및 금속층 (13) 의 접합 계면의 확대 설명도를 도 2 에 나타낸다.

세라믹스 기판 (30) 은, 상기 서술한 바와 같이, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (31) 와, 이 세라믹스 본체 (31) 중 회로층 (12) 및 금속층 (13) 과의 접합면에 형성된 질화알루미늄층 (36) 을 가지고 있고, 이 질화알루미늄층 (36) 과 회로층 (12) 및 금속층 (13) 이 접합된 구조로 되어 있다.

여기서, 질화알루미늄층 (36) 의 두께는 4 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 질화알루미늄층 (36) 은, 세라믹스 본체 (31) 측으로부터 순서대로, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층 (36A) 과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 되고, 질소 농도가 두께 방향으로 거의 일정한 제 2 질화알루미늄층 (36B) 을 가지고 있다.

그리고, 세라믹스 본체 (31) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 질화규소상 (32) 과 유리상 (33) 을 구비하고 있고, 이 유리상 (33) 의 내부에 Al 이 존재하고 있다. 유리상 (33) 은, 질화규소의 원료를 소결할 때에 사용되는 소결 보조제에 의해 형성되는 것이고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 질화규소상 (32) 끼리의 입계 (粒界) 부분에 존재한다.

여기서, 본 실시형태에 있어서는, 접합 계면을 분석했을 때, Al, Si, O, N 의 합계값을 100 원자％ 로 했을 때, Si 가 15 원자％ 미만, 또한 O 가 3 원자％ 이상 25 원자％ 이하인 범위 내의 영역을 유리상 (33) 으로 하였다.

이 유리상 (33) 중에 존재하는 Al 량은, Al, Si, O, N 의 합계값을 100 원자％ 로 했을 때, 35 원자％ 이상 65 원자％ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 서술한 본 실시형태인 절연 회로 기판 (10) 의 제조 방법에 대해, 도 5 및 도 6 을 참조하여 설명한다.

(알루미늄층 형성 공정 S01)

질화규소로 이루어지는 판재 (세라믹스 본체 (31)) 를 준비하고, 이 세라믹스 본체 (31) 의 표면에 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄층 (41) 을 형성한다. 본 실시형태에서는, 알루미늄층 (41) 은, 순도 99 질량％ 이상의 순알루미늄으로 구성된 것으로 하였다.

여기서, 두께 1 ㎛ 미만의 알루미늄층 (41) 을 형성하는 경우에는, 스퍼터 등의 성막 기술을 적용하는 것이 바람직하다. 또, 두께 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 알루미늄층 (41) 을 형성하는 경우에는, 압연박 등을 세라믹스 본체 (31) 의 표면에 적층하는 것이 바람직하다.

또한, 알루미늄층 (41) 의 두께의 하한은 5 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 알루미늄층 (41) 의 두께의 하한은 10 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(질화알루미늄층 형성 공정 S02)

다음으로, 알루미늄층 (41) 이 형성된 세라믹스 본체 (31) 를, 알루미늄층 (41) 을 구성하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 고상선 온도 이상의 온도에서 열처리를 실시하여, 질화알루미늄층 (36) 을 형성한다. 질화알루미늄층 (36) 은 세라믹스 본체 (31) 의 표면에서 내부로 침식되는 방향으로 형성된다.

여기서, 열처리를 실시할 때에는, 용융된 알루미늄이 구상이 되는 것을 억제하기 위해, 알루미늄층 (41) 의 표면을 카본판 등으로 눌러 두는 것이 바람직하다. 또, 열처리 온도의 상한은, 증발 등을 억제하기 위해, 750 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄층 (41) 모두가 질화알루미늄층 (36) 이 되지 않아, 일부가 금속 알루미늄부 (38) 로서 존재하고 있다. 그리고, 금속 알루미늄부 (38) 와 세라믹스 본체 (31) 사이에는 질화알루미늄층 (36) 이 존재하고 있다.

여기서, 세라믹스 본체 (31) 를 상면에서 보았을 경우에 있어서의 질화알루미늄층 (36) 의 면적률은 알루미늄층 (41) 을 형성한 면적에 대해 80 ％ 이상으로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 금속 알루미늄부 (38) 와 세라믹스 본체 (31) 사이에는 질화알루미늄층 (36) 이 존재하고 있으므로, 금속 알루미늄부 (38) 의 면적과 질화알루미늄층 (36) 의 면적은 동일한 것으로 간주한다.

(알루미늄판 접합 공정 S03)

다음으로, 세라믹스 기판 (30) 의 질화알루미늄층 (36) 을 개재하여, 회로층 (12) 및 금속층 (13) 이 되는 알루미늄판 (22, 23) 을 접합한다. 여기서, 접합 수단으로는, 브레이징재를 사용한 접합, 고상 확산 접합, 과도 액상 접합 (TLP) 등의 기존의 수단을 적절히 선택할 수 있다. 본 실시형태에서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, Al-Si 계 브레이징재 (26, 27) 를 사용하여 접합하고 있다.

구체적으로는, 세라믹스 기판 (30) 과 알루미늄판 (22, 23) 을, Al-Si 계의 브레이징재 (26, 27) 를 개재시켜 적층하고, 적층 방향으로 1 ㎏f/㎠ 이상 10 ㎏f/㎠ 이하 (0.098 ㎫ 이상 0.980 ㎫ 이하) 의 범위에서 가압한 상태에서 진공 가열로에 장입 (裝入) 하고, 세라믹스 기판 (30) 과 알루미늄판 (22, 23) 을 접합하여, 회로층 (12) 및 금속층 (13) 을 형성한다.

이 때의 접합 조건으로서, 접합 분위기는, 아르곤이나 질소 등의 불활성 분위기나, 진공 분위기 등에서 실시한다. 진공 분위기의 경우에는, 10^-6 ㎩ 이상 10^-3 ㎩ 이하의 범위 내로 하면 된다. 가열 온도는 580 ℃ 이상 630 ℃ 이하의 범위 내, 상기 가열 온도에서의 유지 시간은 10 분 이상 45 분 이하의 범위 내로 설정한다.

여기서, 적층 방향의 가압 하중의 하한은 3 ㎏f/㎠ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 5 ㎏f/㎠ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 적층 방향의 가압 하중의 상한은 8 ㎏f/㎠ 이하로 하는 것이 바람직하고, 7 ㎏f/㎠ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 가열 온도의 하한은, 585 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 590 ℃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 가열 온도의 상한은, 625 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 620 ℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한 가열 온도에서의 유지 시간의 하한은, 15 분 이상으로 하는 것이 바람직하고, 20 분 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 가열 온도에서의 유지 시간의 상한은, 40 분 이하로 하는 것이 바람직하고, 30 분 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이, 알루미늄판 (22, 23) 과의 접합면의 80 ％ 이상에 금속 알루미늄부 (38) (질화알루미늄층 (36)) 가 형성되어 있으므로, 이 금속 알루미늄부 (38) 와 알루미늄판 (22, 23) 을 접합한다. 이 때문에, 비교적 저온 조건이어도, 세라믹스 기판 (30) 과 알루미늄판 (22, 23) 을 강고하게 접합할 수 있다.

이상과 같은 공정에 의해, 본 실시형태인 절연 회로 기판 (10) 이 제조된다.

(히트 싱크 접합 공정 S04)

다음으로, 절연 회로 기판 (10) 의 금속층 (13) 의 타방의 면측에, 히트 싱크 (51) 를 접합한다.

절연 회로 기판 (10) 과 히트 싱크 (51) 를, 브레이징재를 개재하여 적층하고, 적층 방향으로 가압함과 함께 진공로 내에 장입하여 브레이징을 실시한다. 이로써, 절연 회로 기판 (10) 의 금속층 (13) 과 히트 싱크 (51) 를 접합한다. 이 때, 브레이징재로는, 예를 들어, 두께 20 ∼ 110 ㎛ 의 Al-Si 계 브레이징재박 (箔) 을 사용할 수 있고, 브레이징 온도는, 알루미늄판 접합 공정 S03 에 있어서의 브레이징 온도보다 저온으로 설정하는 것이 바람직하다.

(LED 소자 접합 공정 S05)

다음으로, 절연 회로 기판 (10) 의 회로층 (12) 의 일방의 면에, LED 소자 (3) 를 솔더링에 의해 접합한다.

이상의 공정에 의해, 도 1 에 나타내는 LED 모듈 (1) 이 제출 (製出) 된다.

이상과 같은 구성의 절연 회로 기판 (10) 에 의하면, 세라믹스 기판 (30) 이, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (31) 와 질화알루미늄층 (36) 을 가지고 있고, 세라믹스 본체 (31) 의 유리상 (33) 중 질화알루미늄층 (36) 과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있으므로, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (31) 와 질화알루미늄층 (36) 이 강고하게 결합되어 있다. 또, 세라믹스 기판 (30) 의 질화알루미늄층 (36) 과 회로층 (12) (알루미늄판 (22)) 및 금속층 (13) (알루미늄판 (23)) 이 접합되어 있으므로, 세라믹스 기판 (30) 과 회로층 (12) 및 금속층 (13)의 접합 신뢰성이 높다. 따라서, 접합 신뢰성이 우수한 절연 회로 기판 (10) 을 제공하는 것이 가능해진다.

또한 본 실시형태에 있어서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 질화알루미늄층 (36) 이, 세라믹스 본체 (31) 측으로부터 순서대로, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층 (36A) 과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 되고, 질소 농도가 두께 방향에서 거의 일정한 제 2 질화알루미늄층 (36B) 을 가지고 있다. 그 때문에, 세라믹스 본체 (31) 의 질화규소가 반응함으로써 질화알루미늄층 (36) 이 형성되어 있고, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (31) 와 질화알루미늄층 (36) 이 더욱 강고하게 결합되어 있다. 이로써, 절연 회로 기판 (10) 에 대해 냉열 사이클을 부하했을 경우에도, 세라믹스 기판 (30) 과 회로층 (12) 및 금속층 (13) 의 접합률이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 접합전의 세라믹스 기판 (30) 에 있어서, 질화알루미늄층 (36) 중 알루미늄판 (22, 23) 의 어느 접합면에 금속 알루미늄부 (38) 가 형성되어 있고, 이 금속 알루미늄부 (38) 의 상기 접합면에 있어서의 면적률이 80 ％ 이상으로 되어 있다. 그 때문에, 알루미늄판 (22, 23) 과 금속 알루미늄부 (38) 가 알루미늄끼리의 접합이 되어, 접합 온도를 비교적 낮게 설정해도, 알루미늄판 (22, 23) 과 세라믹스 기판 (30) 을 강고하게 접합할 수 있다.

또한 본 실시형태인 절연 회로 기판 (10) 의 제조 방법에 의하면, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (31) 의 표면에, 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄층 (41) 을 형성하는 알루미늄층 형성 공정 S01 과, 알루미늄층 (41) 이 형성된 세라믹스 본체 (31) 를, 알루미늄층 (41) 을 구성하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 고상선 온도 이상의 온도까지 가열하여, 질화알루미늄층 (36) 을 형성하는 질화알루미늄층 형성 공정 S02 를 구비하고 있다. 그 때문에, 이 질화알루미늄층 형성 공정 S02 에 있어서, 세라믹스 본체 (31) 의 유리상 (33) 에 Al 이 침입함과 함께, 질화규소상 (32) 의 Si₃N₄ 가 분해되어 생긴 질소 (N) 와 알루미늄층 (41) 의 알루미늄 (Al) 이 반응함으로써, 질화알루미늄층 (36) 을 형성할 수 있다.

그리고, 질화알루미늄층 (36) (금속 알루미늄부 (38)) 을 개재하여 알루미늄판 (22, 23) 을 접합하는 알루미늄판 접합 공정 S03 을 구비하고 있으므로, 세라믹스 기판 (30) 과 알루미늄판 (22, 23) 을 용이하게 접합할 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해, 도 7 내지 도 10 을 참조하여 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일한 부재에는, 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.

본 실시형태에 관련된 세라믹스/알루미늄 접합체는, 세라믹스 부재인 세라믹스 기판 (130) 과, 알루미늄 부재인 알루미늄판 (122) (회로층 (112)) 이 접합됨으로써 구성된 절연 회로 기판 (110) 으로 되어 있다.

도 7 에, 본 발명의 제 2 실시형태인 절연 회로 기판 (110) 및 이 절연 회로 기판 (110) 을 사용한 LED 모듈 (101) 을 나타낸다.

이 LED 모듈 (101) 은, 절연 회로 기판 (110) 과, 이 절연 회로 기판 (110) 의 일방측 (도 7 에 있어서 상측) 의 면에 접합층 (2) 을 개재하여 접합된 LED 소자 (3) 를 구비하고 있다.

본 실시형태에 관련된 절연 회로 기판 (110) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 기판 (130) 과, 이 세라믹스 기판 (130) 의 일방의 면 (도 7 에 있어서 상면) 에 배치 형성된 회로층 (112) 을 구비하고 있다.

세라믹스 기판 (130) 은, 절연성이 높은 Si₃N₄ (질화규소) 로 구성되어 있고, 그 두께가 0.2 ∼ 1.5 ㎜ 인 범위 내로 설정되어 있고, 본 실시형태에서는 0.32 ㎜ 로 설정되어 있다.

여기서, 본 실시형태에 있어서의 세라믹스 기판 (130) 은, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (131) 와, 이 세라믹스 본체 (131) 중 회로층 (112) 과의 접합면에 형성된 산화알루미늄층 (136) 을 가지고 있다.

회로층 (112) 은, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 기판 (130) 의 일방의 면 (도 10 에 있어서 상면) 에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄판 (122) (알루미늄 부재) 이 접합됨으로써 형성되어 있다. 회로층 (112) 을 구성하는 알루미늄판 (122) (알루미늄 부재) 으로는, 예를 들어, 순도가 99 질량％ 이상인 알루미늄 (2 N 알루미늄) 이나 순도 99.9 질량％ 이상의 알루미늄이나 순도가 99.99 질량％ 이상인 알루미늄 등의 압연판이 사용하는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는, 순도가 99 질량％ 이상인 알루미늄 (2 N 알루미늄) 을 사용하고 있다. 또한, 회로층 (112) 의 두께는, 예를 들어 0.05 ㎜ 이상 0.8 ㎜ 이하의 범위 내로 설정되어 있고, 본 실시형태에서는, 0.1 ㎜ 로 설정되어 있다.

여기서, 세라믹스 기판 (130) 과 회로층 (112) 의 접합 계면의 확대 설명도를 도 8 에 나타낸다.

세라믹스 기판 (130) 은, 상기 서술한 바와 같이, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (131) 와, 이 세라믹스 본체 (131) 중 회로층 (112) 과의 접합면에 형성된 산화알루미늄층 (136) 을 가지고 있고, 이 산화알루미늄층 (136) 과 회로층 (112) 이 접합된 구조로 되어 있다.

여기서, 산화알루미늄층 (136) 의 두께는 4 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 세라믹스 본체 (131) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 질화규소상 (132) 과 유리상 (133) 을 구비하고 있고, 이 유리상 (133) 의 내부에 Al 이 존재하고 있다. 유리상 (133) 은, 질화규소의 원료를 소결할 때에 사용되는 소결 보조제에 의해 형성되는 것이고, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 질화규소상 (132) 끼리의 입계 부분에 존재한다.

여기서, 본 실시형태에 있어서는, 접합 계면을 분석했을 때, Al, Si, O, N 의 합계값을 100 원자％ 로 했을 때, Si 가 15 원자％ 미만, 또한 O 가 3 원자％ 이상 25 원자％ 이하인 범위 내의 영역을 유리상 (133) 으로 하였다.

이 유리상 (133) 중에 존재하는 Al 량은, Al, Si, O, N 의 합계값을 100 원자％ 로 했을 때, 35 원자％ 이상 65 원자％ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 서술한 본 실시형태인 절연 회로 기판 (110) 의 제조 방법에 대해, 도 9 및 도 10 을 참조하여 설명한다.

(알루미늄층 형성 공정 S101)

질화규소로 이루어지는 판재 (세라믹스 본체 (131)) 를 준비하고, 이 세라믹스 본체 (131) 의 표면에 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄층 (141) 을 형성한다. 본 실시형태에서는, 알루미늄층 (141) 은, 순도 99 질량％ 이상의 순알루미늄으로 구성된 것으로 하였다.

(질화알루미늄층 형성 공정 S102)

다음으로, 알루미늄층 (141) 이 형성된 세라믹스 본체 (131) 를, 알루미늄층 (141) 을 구성하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 고상선 온도 이상의 온도에서 열처리를 실시하여, 질화알루미늄층 (136a) 을 형성한다.

여기서, 열처리를 실시할 때에는, 용융된 알루미늄이 구상이 되는 것을 억제하기 위해, 알루미늄층 (141) 의 표면을 카본판 등으로 눌러 두는 것이 바람직하다. 또, 열처리 온도의 상한은, 증발 등을 억제하기 위해, 750 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 알루미늄층 (141) 모두가 질화알루미늄층 (136a) 이 될 필요는 없고, 일부의 알루미늄층 (141) 이 금속 알루미늄부로서 존재하고 있어도 된다.

(산화 처리 공정 S103)

다음으로, 질화알루미늄층 (136a) 이 형성된 세라믹스 본체 (131) 를 분위기로에 장입하여 산화 처리를 실시하여, 산화알루미늄층 (136) 을 형성한다. 이 때, 상기 서술한 금속 알루미늄부도 산화되어, 산화알루미늄층 (136) 의 일부가 된다.

산화 처리 공정 S103 에 있어서는, 노점 -20 ℃ 이하의 건조 공기 분위기 중에서, 처리 온도 : 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 범위 내, 상기 서술한 처리 온도에서의 유지 시간 : 1 분 이상 30 분 이하의 범위 내의 조건으로, 질화알루미늄층 (136a) 의 산화 처리를 실시하고 있다.

여기서, 분위기의 노점은, -30 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, -40 ℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 산화 처리 공정 S103 에 있어서의 처리 온도의 하한은, 1130 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1180 ℃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 산화 처리 공정 S103 에 있어서의 처리 온도의 상한은, 1250 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1200 ℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한 산화 처리 공정 S103 에 있어서의 처리 온도에서의 유지 시간의 하한은, 3 분 이상으로 하는 것이 바람직하고, 5 분 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 처리 온도에서의 유지 시간의 상한은, 20 분 이하로 하는 것이 바람직하고, 10 분 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 이 산화 처리 공정 S103 에 있어서, 질화알루미늄층 (136a) 은, 거의 모두 산화알루미늄층 (136) 이 된다.

(알루미늄판 접합 공정 S104)

다음으로, 세라믹스 기판 (130) 의 산화알루미늄층 (136) 을 개재하여, 회로층 (112) 이 되는 알루미늄판 (122) 을 접합한다. 여기서, 접합 수단으로는, 브레이징재를 사용한 접합, 고상 확산 접합, 과도 액상 접합 (TLP) 등의 기존의 수단을 적절히 선택할 수 있다. 본 실시형태에서는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, Al-Si 계 브레이징재 (126) 를 사용하여 접합하고 있다.

구체적으로는, 세라믹스 기판 (130) 과 알루미늄판 (122) 을, Al-Si 계의 브레이징재 (126) 를 개재시켜 적층하고, 적층 방향으로 1 ㎏f/㎠ 이상 10 ㎏f/㎠ 이하 (0.098 ㎫ 이상 0.980 ㎫ 이하) 의 범위에서 가압한 상태에서 진공 가열로에 장입하고, 세라믹스 기판 (130) 과 알루미늄판 (122) 을 접합하여, 회로층 (112) 을 형성한다.

이 때의 접합 조건은, 진공 조건은 10^-6 ㎩ 이상 10^-3 ㎩ 이하의 범위 내, 가열 온도는 580 ℃ 이상 630 ℃ 이하의 범위 내, 상기 가열 온도에서의 유지 시간은 10 분 이상 45 분 이하의 범위 내로 설정한다.

이상과 같은 공정에 의해, 본 실시형태인 절연 회로 기판 (110) 이 제조된다.

(LED 소자 접합 공정 S105)

다음으로, 절연 회로 기판 (110) 의 회로층 (112)의 일방의 면에, LED 소자 (3) 를 솔더링에 의해 접합한다.

이상의 공정에 의해, 도 7 에 나타내는 LED 모듈 (101) 이 제출된다.

이상과 같은 구성의 절연 회로 기판 (110), 및 LED 모듈 (101) 에 의하면, 세라믹스 기판 (130) 이, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (131) 와 산화알루미늄층 (136) 을 가지고 있고, 세라믹스 본체 (131) 와 산화알루미늄층 (136) 의 계면에 있어서, 세라믹스 본체 (131) 의 유리상 (133) 에 Al 이 존재하고 있으므로, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (131) 와 산화알루미늄층 (136) 이 강고하게 결합되어 있다. 또, 세라믹스 기판 (130) 의 산화알루미늄층 (136) 과 회로층 (112) (알루미늄판 (122)) 이 접합되어 있으므로, 세라믹스 기판 (130) 과 회로층 (112) 의 접합 신뢰성이 높다. 따라서, 접합 신뢰성이 우수한 절연 회로 기판 (110) 을 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태인 절연 회로 기판 (110) 의 제조 방법에 의하면, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체 (131) 의 표면에, 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄층 (141) 을 형성하는 알루미늄층 형성 공정 S101 과, 알루미늄층 (141) 이 형성된 세라믹스 본체 (131) 를, 알루미늄층 (141) 을 구성하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 고상선 온도 이상의 온도까지 가열하여, 질화알루미늄층 (136a) 을 형성하는 질화알루미늄층 형성 공정 S102 와, 질화알루미늄층 (136a) 이 형성된 세라믹스 본체 (131) 에 대해 산화 처리를 실시하여, 산화알루미늄층 (136) 을 형성하는 산화 처리 공정 S103 을 구비하고 있다. 그 때문에, 질화알루미늄층 형성 공정 S102 에 있어서, 세라믹스 본체 (131) 의 유리상 (133) 에 Al 이 침입함과 함께, 질화규소상 (132) 의 질소 (N) 와 알루미늄층 (141) 의 알루미늄 (Al) 이 반응함으로써, 질화알루미늄층 (136a) 이 형성되고, 산화 처리 공정 S103 에 의해 산화알루미늄층 (136) 을 형성할 수 있다.

그리고, 산화알루미늄층 (136) 을 개재하여 알루미늄판 (122) 을 접합하는 알루미늄판 접합 공정 S104 를 구비하고 있으므로, 세라믹스 기판 (130) 과 알루미늄판 (122) 을 용이하게 접합할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

예를 들어, 본 실시형태에서는, 절연 회로 기판에 LED 소자를 탑재하여 LED 모듈을 구성하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다.

예를 들어, 절연 회로 기판의 회로층에 파워 반도체 소자를 탑재하여 파워 모듈을 구성해도 되고, 절연 회로 기판의 회로층에 열전 소자를 탑재하여 열전 모듈을 구성해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 세라믹스 기판과 알루미늄판을 브레이징재를 사용하여 접합하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 고상 확산 접합에 의해 접합해도 된다. 또한 접합면에 Cu, Si 등의 첨가 원소를 고착시키고, 이들 첨가 원소를 확산시킴으로써 용융·응고시키는 과도 액상 접합법 (TLP) 에 의해 접합해도 된다. 또, 접합 계면을 반용융 상태로 하여 접합해도 된다.

또한 세라믹스 본체에 형성하는 알루미늄층으로서 순도 99 질량％ 이상의 알루미늄으로 구성된 것을 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 알루미늄 또는 알루미늄 합금이어도 된다. 여기서, 알루미늄층으로서 Mg 를 포함하는 알루미늄 합금을 사용한 경우에는, 질화알루미늄층 및 산화알루미늄층에 Mg 가 존재한다. 또한, Mg 는 활성 원소이기 때문에, 질화규소와 알루미늄층의 반응이 촉진되어, 질화알루미늄층 (및 이것을 산화 처리하여 얻어진 산화알루미늄층) 이 충분한 두께로 형성되고, 세라믹스 본체와 질화알루미늄층 (산화알루미늄층) 이 더욱 강고하게 접합된다.

실시예

이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 확인 실험의 결과에 대해 설명한다.

(실시예 1)

질화규소로 이루어지는 세라믹스판 (40 ㎜ × 40 ㎜ × 0.32 ㎜t) 을 준비하고, 상기 서술한 실시형태에 기재된 방법으로, 세라믹스판에 질화알루미늄층 및 산화알루미늄층을 형성하였다. 실시예 1 ∼ 9 에서는, 표 1 에 나타내는 조건으로 질화알루미늄층을 형성하였다. 실시예 11 ∼ 12 에서는, 표 2 에 나타내는 조건으로 산화알루미늄층을 형성하였다. 또한, 종래예에서는, 질화알루미늄층 및 산화알루미늄층을 형성하지 않았다.

그리고, 얻어진 세라믹스 기판에 대해, 알루미늄판을 표 3, 4 에 나타내는 방법으로 접합하여, 알루미늄/세라믹스 접합체 (절연 회로 기판) 를 제조하였다.

또한, 표 3, 4 에 있어서 「브레이징」 은, Al-Si 계 브레이징재 (Si : 5 mass％, 두께 7 ㎛) 를 사용하여 접합하였다.

표 3, 4 에 있어서 「고상 확산」 은, 알루미늄판과 세라믹스 기판을 고상 확산 접합에 의해 접합하였다.

표 3, 4 에 있어서 「TLP」 는, 알루미늄판의 접합면에 Cu 를 0.2 ㎎/㎠ 가 되도록 고착하고, 과도 액상 접합법 (TLP) 에 의해 접합하였다.

또한, 표 3, 4 의 알루미늄판 접합 공정의 분위기는 2.0 × 10^-4 ㎩ 의 진공 분위기로 하였다.

상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 알루미늄/세라믹스 접합체 (절연 회로 기판) 에 대해, 이하와 같이 평가하였다.

(질화알루미늄층, 산화알루미늄층, 유리상 중의 Al 의 유무의 확인)

본 발명예 1 ∼ 9 에 있어서는 질화알루미늄층 형성 공정 S02 후에, 본 발명예 11 ∼ 18 에 있어서는 산화 처리 공정 S103 후에, 세라믹스 기판의 단면을 투과형 전자 현미경 (FEI 사 제조 Titan ChemiSTEM, 가속 전압 200 ㎸) 을 사용하여 관찰하여, 질화알루미늄층의 유무, 산화알루미늄층의 유무, 유리상 중의 Al 의 유무를 확인하였다. 또한, 종래예에 있어서는, 알루미늄판을 접합하기 전의 세라믹스 기판을 관찰하였다.

또한, 유리상은, Al, Si, O, N 의 합계값을 100 원자％ 로 했을 때, Si 가 15 원자％ 미만, 또한 O 가 3 원자％ 이상 25 원자％ 이하인 범위 내의 영역으로 하였다. 평가 결과를 표 1 및 표 2 에 나타낸다. 또, 본 발명예 1 의 관찰 결과를 도 11 에 나타낸다.

(질화알루미늄층의 면적률)

질화알루미늄층의 면적률은, 질화알루미늄층을 형성 후 (질화알루미늄층 형성 공정 S02) 에, 세라믹스 본체를 상면에서 EPMA (닛폰 전자 주식회사 제조 JXA-8539F) 를 사용하여 관찰한다. 여기서, 금속 알루미늄부와 세라믹스 본체 사이에는 질화알루미늄층이 존재하고 있으므로, 금속 알루미늄부의 면적과 질화알루미늄층의 면적은 동일한 것으로 간주하고, (금속 알루미늄부의 면적/알루미늄층의 면적 × 100) 을 질화알루미늄층의 면적률 (％) 로 하였다. 이 결과를 표 1 에 나타낸다.

(냉열 사이클 시험)

냉열 충격 시험기 (에스펙 주식회사 제조 TSA-72ES) 를 사용하여, 절연 회로 기판에 대해, 기상에서, -40 ℃ 에서 5 분과 175 ℃ 에서 5 분의 800 사이클을 실시하였다.

이 후, 세라믹스 기판과 알루미늄판의 접합률을 이하와 같이 하여 평가하였다.

또한, 접합률의 평가는, 냉열 사이클 시험 전 (초기 접합률) 과 냉열 사이클 시험 후 (사이클 후 접합률) 에 실시하였다.

접합률의 평가는, 절연 회로 기판에 대해, 세라믹스 기판과 알루미늄판 (회로층 및 금속층) 의 계면의 접합률에 대해 초음파 탐상 장치 (주식회사 히타치 파워 솔루션즈 제조 FineSAT200) 를 사용하여 평가하고, 이하의 식으로부터 접합률을 산출하였다.

여기서, 초기 접합 면적이란, 접합 전에 있어서의 접합해야 할 면적, 즉 본 실시예에서는 회로층 및 금속층의 면적 (37 ㎜ × 37 ㎜) 으로 하였다.

(접합률) = {(초기 접합 면적) - (박리 면적)}/(초기 접합 면적) × 100

초음파 탐상 이미지를 2 치화 처리한 화상에 있어서 박리는 접합부 내의 백색부로 나타내므로, 이 백색부의 면적을 박리 면적으로 하였다. 이들 결과를 표 3, 4 에 기재하였다.

질화규소로 이루어지는 세라믹스판의 알루미늄판과의 접합면에 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 형성하지 않은 종래예에 있어서는, 냉열 사이클 후에 접합률이 크게 저하되였다.

이에 대해, 세라믹스판의 알루미늄판과의 접합면에 질화알루미늄층을 형성하고, 세라믹스판의 유리상에 Al 이 존재하는 본 발명예 1 - 9, 및 세라믹스판의 알루미늄판과의 접합면에 산화알루미늄층을 형성하고, 세라믹스판의 유리상에 Al 이 존재하는 본 발명예 11 - 19 에 있어서는, 냉열 사이클 전후에서의 접합률의 변화가 작았다.

또, 본 발명예 1 ∼ 9, 11 ∼ 19 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄판의 접합 방식에 관계없이, 브레이징, 고상 확산 접합, TLP 중 어느 접합 방식에 있어서도, 접합체의 냉열 사이클 후의 접합 신뢰성이 향상되는 것이 확인되었다.

또한 본 발명예 1 ∼ 9, 11 ∼ 19 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄층 및 알루미늄판의 조성에 관계없이, 순알루미늄 및 각종 알루미늄 합금이어도, 접합체의 냉열 사이클 후의 접합 신뢰성이 향상되는 것이 확인되었다.

또, 표 1 및 표 3 에 나타내는 바와 같이, 질화알루미늄층의 면적률이 높아짐에 따라, 냉열 사이클 부하시의 접합 신뢰성이 향상되는 것이 확인되었다.

(실시예 2)

다음으로, 질화규소로 이루어지는 세라믹스판 (40 ㎜ × 40 ㎜ × 0.32 ㎜t) 을 준비하고, 상기 서술한 실시형태에 기재된 방법으로, 세라믹스판에 질화알루미늄층을 형성하였다. 실시예 21 ∼ 24 에서는, 표 5 에 나타내는 조건으로 질화알루미늄층을 형성하였다.

또한, 비교예에서는, 세라믹스판의 표면에, 스퍼터에 의해 질화알루미늄층을 성막하였다.

그리고, 얻어진 세라믹스 기판에 대해, 순도 99.99 질량％ 이상 (4 N) 의 알루미늄판 (두께 20 ㎛) 을, Al-Si 계 브레이징재 (Si : 5 mass％, 두께 7 ㎛) 를 사용하여, 접합 온도 620 ℃, 유지 시간 30 min, 가압 압력 0.098 ㎫ 의 조건으로 접합하여, 알루미늄/세라믹스 접합체 (절연 회로 기판) 를 제조하였다.

상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 알루미늄/세라믹스 접합체 (절연 회로 기판) 에 대해, 실시예 1 과 동일하게, 질화알루미늄층, 유리상 중의 Al 의 유무, 질화알루미늄층의 면적률, 냉열 사이클 부하 전후의 접합률을 평가하였다. 평가 결과를 표 5 에 나타낸다.

질화규소로 이루어지는 세라믹스판의 표면에 스퍼터링에 의해 질화알루미늄층을 성막한 비교예에 있어서는, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층이 형성되어 있지 않았다. 또, 세라믹스 본체의 유리상에는 Al 이 확인되지 않았다. 그리고, 냉열 사이클 부하 후의 접합률이 크게 저하되였다.

이에 대해, 질화알루미늄층이, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있는 본 발명예 21 - 24 에 있어서는, 냉열 사이클 전후에서의 접합률의 변화가 작았다.

이상으로부터, 본 발명예에 의하면, 질화규소 (Si₃N₄) 로 이루어지는 세라믹스 부재의 접합면에, 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 형성함으로써, 알루미늄 부재가 용융되는 일 없이, 세라믹스 부재와 알루미늄 부재가 신뢰성 높게 접합된 세라믹스/알루미늄 접합체를 제공할 수 있는 것이 확인되었다.

본 발명에 의하면, 알루미늄 부재가 용융되는 일 없이 질화규소 (Si₃N₄) 로 이루어지는 세라믹스 부재와 신뢰성 높게 접합된 세라믹스/알루미늄 접합체를 제공할 수 있다.

1, 101 LED 모듈
10, 110 절연 회로 기판 (세라믹스/알루미늄 접합체)
12, 112 회로층 (알루미늄판, 알루미늄 부재)
13 금속층 (알루미늄판, 알루미늄 부재)
30, 130 세라믹스 기판 (세라믹스 부재)
31, 131 세라믹스 본체
32, 132 질화규소상
33, 133 유리상
36 질화알루미늄층
36A 제 1 질화알루미늄층
36B 제 2 질화알루미늄층
38 금속 알루미늄부
136 산화알루미늄층

Claims

세라믹스 부재와, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 부재가 접합되어 이루어지는 세라믹스/알루미늄 접합체로서,
상기 세라믹스 부재는, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄 부재와의 접합면에 형성된 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 갖고, 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층을 개재하여 상기 알루미늄 부재가 접합되어 있고,
상기 세라믹스 본체는, 질화규소상과, 이 질화규소상의 입계에 형성된 유리상을 구비하고 있고,
상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체의 일부가 반응하여 형성되고, 상기 산화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체의 일부가 반응하여 형성된 상기 질화알루미늄층이 산화함으로써 형성되고, 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층에는, 상기 세라믹스 본체로부터 연장되어 존재하는 상기 유리상이 존재하고,
상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스/알루미늄 접합체.
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄 부재와의 접합면에 상기 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체측으로부터 순서대로, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스/알루미늄 접합체.
세라믹스 기판과, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄판이 접합되어 이루어지는 절연 회로 기판으로서,
상기 세라믹스 기판은, 질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄판과의 접합면에 형성된 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 갖고, 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층을 개재하여 상기 알루미늄판이 접합되어 있고,
상기 세라믹스 본체는, 질화규소상과, 이 질화규소상의 입계에 형성된 유리상을 구비하고 있고,
상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체의 일부가 반응하여 형성되고, 상기 산화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체의 일부가 반응하여 형성된 상기 질화알루미늄층이 산화함으로써 형성되고, 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층에는, 상기 세라믹스 본체로부터 연장되어 존재하는 상기 유리상이 존재하고,
상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 절연 회로 기판.
제 3 항에 있어서,
상기 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄판과의 접합면에 상기 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체측으로부터 순서대로, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 절연 회로 기판.
제 3 항 또는 제 4 항에 기재된 절연 회로 기판과, 상기 알루미늄판의 상기 세라믹스 기판과는 반대측의 면에 접합된 LED 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체의 표면에 형성된 질화알루미늄층 또는 산화알루미늄층을 구비하고,
상기 세라믹스 본체는, 질화규소상과, 이 질화규소상의 입계에 형성된 유리상을 구비하고 있고,
상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체의 일부가 반응하여 형성되고, 상기 산화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체의 일부가 반응하여 형성된 상기 질화알루미늄층이 산화함으로써 형성되고, 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층에는, 상기 세라믹스 본체로부터 연장되어 존재하는 상기 유리상이 존재하고,
상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층 또는 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 부재.
제 6 항에 있어서,
상기 세라믹스 본체의 표면에 상기 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 상기 질화알루미늄층은, 상기 세라믹스 본체측으로부터 순서대로, 질소 농도가 50 원자％ 이상 80 원자％ 이하로 되고, 두께 방향으로 질소의 농도 경사를 갖는 제 1 질화알루미늄층과, 질소 농도가 30 원자％ 이상 50 원자％ 미만으로 된 제 2 질화알루미늄층을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 부재.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 세라믹스 본체의 표면에 상기 질화알루미늄층이 형성되어 있고, 이 질화알루미늄층 중 상기 세라믹스 본체와는 반대측의 면에, 금속 알루미늄부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 부재.
세라믹스 부재와, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 부재가 접합되어 이루어지는 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법으로서,
질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체의 표면에, 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄층을 형성하는 알루미늄층 형성 공정과,
상기 알루미늄층이 형성된 세라믹스 본체를, 상기 알루미늄층의 고상선 온도 이상의 온도까지 가열하여, 질화알루미늄층을 형성하는 질화알루미늄층 형성 공정과,
상기 질화알루미늄층을 개재하여 알루미늄 부재를 접합하는 알루미늄 부재 접합 공정을 구비하고 있고,
상기 세라믹스/알루미늄 접합체에 있어서는, 상기 세라믹스 부재는, 상기 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄 부재와의 접합면에 형성된 질화알루미늄층을 갖고, 상기 질화알루미늄층을 개재하여 상기 알루미늄 부재가 접합되어 있고, 상기 세라믹스 본체가, 질화규소상과, 이 질화규소상의 입계에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 상기 질화알루미늄층에도 상기 유리상이 존재하고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하는 것을 특징으로 하는 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 질화알루미늄층을 산화시켜 산화알루미늄층을 형성하는 산화 처리 공정과, 상기 산화알루미늄층을 개재하여 알루미늄 부재를 접합하는 알루미늄 부재 접합 공정을 구비하고 있고,
상기 세라믹스/알루미늄 접합체에 있어서는, 상기 세라믹스 부재는, 상기 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄 부재와의 접합면에 형성된 산화알루미늄층을 갖고, 상기 산화알루미늄층을 개재하여 상기 알루미늄 부재가 접합되어 있고, 상기 세라믹스 본체는, 질화규소상과, 이 질화규소상 사이의 입계에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 상기 산화알루미늄층에도 상기 유리상이 존재하고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하는 것을 특징으로 하는 세라믹스/알루미늄 접합체의 제조 방법.
세라믹스 기판과, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄판이 접합되어 이루어지는 절연 회로 기판의 제조 방법으로서,
질화규소로 이루어지는 세라믹스 본체의 표면에, 두께 20 ㎛ 이하의 알루미늄층을 형성하는 알루미늄층 형성 공정과,
상기 알루미늄층이 형성된 세라믹스 본체를, 상기 알루미늄층의 고상선 온도 이상의 온도까지 가열하여, 질화알루미늄층을 형성하는 질화알루미늄층 형성 공정과,
상기 질화알루미늄층을 개재하여 알루미늄판을 접합하는 알루미늄판 접합 공정을 구비하고 있고,
상기 절연 회로 기판에 있어서는, 상기 세라믹스 기판은, 상기 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄판과의 접합면에 형성된 질화알루미늄층을 갖고, 상기 질화알루미늄층을 개재하여 상기 알루미늄판이 접합되어 있고, 상기 세라믹스 본체가, 질화규소상과, 이 질화규소상의 입계에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 상기 질화알루미늄층에도 상기 유리상이 존재하고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 질화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하는 것을 특징으로 하는 절연 회로 기판의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 질화알루미늄층을 산화시켜 산화알루미늄층을 형성하는 산화 처리 공정과, 상기 산화알루미늄층을 개재하여 알루미늄판을 접합하는 알루미늄판 접합 공정을 구비하고 있고,
상기 절연 회로 기판에 있어서는, 상기 세라믹스 기판은, 상기 세라믹스 본체와, 이 세라믹스 본체 중 상기 알루미늄판과의 접합면에 형성된 산화알루미늄층을 갖고, 상기 산화알루미늄층을 개재하여 상기 알루미늄판이 접합되어 있고, 상기 세라믹스 본체가, 질화규소상과, 이 질화규소상의 입계에 형성된 유리상을 구비하고 있고, 상기 산화알루미늄층에도 상기 유리상이 존재하고 있고, 상기 세라믹스 본체의 상기 유리상 중 상기 산화알루미늄층과의 계면측 부분에 Al 이 존재하는 것을 특징으로 하는 절연 회로 기판의 제조 방법.