层叠体和层叠体的制造方法

申请号 CN201180055230.2 申请日 2011-11-17 公开(公告)号 CN103282546B 公开(公告)日 2016-02-17
申请人 日本发条株式会社; 发明人 山内雄一郎; 斋藤慎二; 赤林优; 平野智资;
摘要 本 发明 能够得到陶瓷与金属被膜之间的密合强度高的层叠体,其具备绝缘性的陶瓷基材(10)、形成于陶瓷基材(10)的表面的 中间层 (50)以及在中间层(50)的表面形成的金属被膜(40),其中,所述中间层(50)具有含金属的主成分金属层(51)和包含金属、金属的 氧 化物或者金属的氢化物的活性成分层(52),所述金属被膜(40)通过将含金属的粉体与气体一起 加速 、并且以固相状态直接喷射并堆积于所述表面而形成。
权利要求

1.一种层叠体,其特征在于,其具备绝缘性的陶瓷基材、形成于所述陶瓷基材的表面的中间层、以及在所述中间层的表面形成的金属被膜,
所述中间层具有含金属的主成分金属层和包含金属、金属的化物或者金属的氢化物的活性成分层,
所述金属被膜通过将含金属的粉体与气体一起加速、并且以固相状态直接喷射并堆积于所述表面而形成,
所述活性成分层包含选自、锆、铪、锗的任一种金属或这些金属的氢化物中的至少1种,
所述主成分金属层包含选自金、、镍中的至少1种。
2.根据权利要求1所述的层叠体,其特征在于,
所述中间层通过在真空中进行热处理而形成。
3.一种层叠体,其特征在于,其具备绝缘性的陶瓷基材、形成于所述陶瓷基材的表面的中间层、以及在所述中间层的表面形成的金属被膜,
所述中间层具有含金属的主成分金属层和包含金属、金属的氧化物或者金属的氢化物的活性成分层,
所述金属被膜通过将含金属的粉体与气体一起加速、并且以固相状态直接喷射并堆积于所述表面而形成,
所述活性成分层包含选自钛、锆、铪、锗、、铝、铬、铟或者这些金属的氧化物或者这些金属的氢化物中的至少1种,
所述主成分金属层含有金或银中的至少1种。
4.根据权利要求3所述的层叠体,其特征在于,
所述中间层通过在大气中进行热处理而形成。
5.一种层叠体的制造方法,其特征在于,其是制造在陶瓷基材的表面形成有金属被膜的层叠体的制造方法,包括以下步骤:
钎料配设步骤,对于所述陶瓷基材的表面配设钎料;
中间层形成步骤,通过对利用所述钎料配设步骤配设有所述钎料的所述陶瓷基材进行热处理,从而形成具有主成分金属层和活性成分层的中间层,所述主成分金属层为在所述金属被膜侧形成的层,所述活性成分层为与所述主成分金属层接触、并且以与该主成分金属层接触的面不同的面与所述陶瓷基材结合而层叠的层;以及
金属被膜形成步骤,在利用所述中间层形成步骤形成的所述中间层的所述主成分金属层的表面形成所述金属被膜,所述金属被膜通过将含金属的粉体与气体一起加速、并且以固相状态直接喷射并堆积于所述表面而形成,
所述钎料包含作为所述主成分金属层的主成分使用的金属或含有该金属的合金、以及作为所述活性成分层使用的活性金属或活性金属的氧化物、氢化物,
作为所述主成分金属层的主成分使用的金属为选自金、银、铜、铝、镍中的至少1种,所述活性金属为选自钛、锆、铪、锗、硼、硅、铝、铬、铟中的任一种。
6.根据权利要求5所述的层叠体的制造方法,其特征在于,
所述中间层形成步骤在真空中进行,
所述钎料包含作为所述主成分金属层的主成分使用的金属或含有该金属的合金、以及作为所述活性成分层使用的活性金属或活性金属的氢化物,
作为所述主成分金属层的主成分使用的金属为选自金、银、铜、铝、镍中的至少1种,所述活性金属为选自钛、锆、铪、锗中的任一种。
7.根据权利要求5所述的层叠体的制造方法,其特征在于,
所述中间层形成步骤在大气中进行,
所述钎料包含作为所述主成分金属层的主成分使用的金属或含有该金属的合金、以及作为所述活性成分层使用的活性金属或活性金属的氧化物、氢化物,
作为所述主成分金属层的主成分使用的金属为金或银中的至少1种,
所述活性金属为选自选自钛、锆、铪、锗、硼、硅、铝、铬、铟中的任一种。

说明书全文

层叠体和层叠体的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于电路基板间等的层叠体和该层叠体的制造方法。

背景技术

[0002] 以往,作为在从产业用、汽车用等的电控制到引擎控制的广泛领域中使用的节能化的关键器件,可举出电源模。电源模块具有隔着作为基材的绝缘基板形成了冷却用或加热用的热介质的移动路径的温度调节部(冷却部或加热部)。温度调节部使用例如在作为绝缘基板的陶瓷基材的表面形成有金属被膜的层叠体。通过使用该温度调节装置,使得从在未形成绝缘基板的温度调节部的一侧的面上层叠的芯片(晶体管)产生的热被转移至金属被膜并向外部发散,由此可进行电源模块的冷却。此外,在绝缘基板与芯片之间形成基于金属被膜的电路图案,该部分也使用在陶瓷基材的表面形成有金属被膜的层叠体。
[0003] 可是,上述层叠体中,在陶瓷基材与金属被膜之间要求高密合强度。作为在陶瓷基材的表面形成金属被膜的方法,可举出喷法、冷喷雾法。喷镀法是通过对基材喷射加热至熔融或接近熔融状态的喷镀材料而形成被膜的方法。
[0004] 另一方面,冷喷雾法是如下的方法:将形成被膜的材料的粉末与在熔点或软化点以下的状态的不活泼气体一起从头窄尾宽(拉瓦尔)喷管喷射,通过使形成被膜的材料以固相状态直接与基材冲撞,由此在基材的表面形成被膜(例如,参照专利文献1)。冷喷雾法与喷镀法相比温度低,因此热应力的影响得到缓和,由此能够得到不发生相变化也得到抑制的金属被膜。特别是在基材和形成被膜的材料都是金属时,形成被膜的粉末与基材冲撞,由此在粉末与基材之间产生塑性变形,可以得到锚固效果。另外还期待以下效果:当在产生塑性变形的区域中粉末冲撞基材时,互相破坏氧化被膜,产生在新生面之间形成的金属键,得到高密合强度的层叠体。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:美国专利第5302414号说明书

发明内容

[0008] 发明要解决的课题
[0009] 然而,在专利文献1公开的冷喷雾法中,当基材为陶瓷且形成被膜的粉末为金属时,存在以下问题:塑性变形仅在金属侧产生,得不到陶瓷与金属之间的充分锚固效果,形成陶瓷与金属被膜之间的密合强度弱的层叠体。
[0010] 本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于:当使用冷喷雾法制作在陶瓷基材上形成有金属被膜的层叠体时,提供陶瓷与金属被膜之间的密合强度高的层叠体以及该层叠体的制造方法。
[0011] 解决课题的方法
[0012] 为了解决上述课题、达成目的,本发明的层叠体的特征在于,具备绝缘性的陶瓷基材、形成于上述陶瓷基材的表面的中间层、以及在上述中间层的表面形成的金属被膜,上述中间层具有含金属的主成分金属层和包含金属、金属的氧化物或者金属的氢化物的活性成分层,上述金属被膜通过将含金属的粉体与气体一起加速、并且以固相状态直接喷射并堆积于上述表面而形成。
[0013] 另外,本发明的层叠体的特征在于,在上述的发明中,上述中间层通过在真空中进行热处理而形成。
[0014] 另外,本发明的层叠体的特征在于,在上述的发明中,上述活性成分层包含选自、锆、铪、锗的任一种金属或金属的氢化物中的至少1种。
[0015] 另外,本发明的层叠体的特征在于,在上述的发明中,上述主成分金属层包含选自金、、镍中的至少1种。
[0016] 另外,本发明的层叠体的特征在于,在上述的发明中,上述中间层通过在大气中进行热处理而形成。
[0017] 另外,本发明的层叠体的特征在于,在上述的发明中,上述活性成分层包含选自钛、锆、铪、锗、、铝、铬、铟或者金属的氧化物或者 金属的氢化物中的至少1种。
[0018] 另外,本发明的层叠体的特征在于,在上述的发明中,上述主成分金属层含有金或银中的至少1种。
[0019] 另外,本发明的层叠体的制造方法的特征在于,其是制造在陶瓷基材的表面形成有金属被膜的层叠体的制造方法,包括以下步骤:钎料配设步骤,对于上述陶瓷基材的表面配设包含金属、金属的氧化物或者金属的氢化物的钎料;中间层形成步骤,通过对利用上述钎料配设步骤配设有上述钎料的上述陶瓷基材进行热处理,从而形成中间层;以及金属被膜形成步骤,在利用上述中间层形成步骤形成的上述中间层的表面形成上述金属被膜,上述金属被膜通过将含金属的粉体与气体一起加速、并且以固相状态直接喷射并堆积于上述表面而形成。
[0020] 另外,本发明的层叠体的制造方法的特征在于,在上述的发明中,上述中间层形成步骤在真空中进行。
[0021] 另外,本发明的层叠体的制造方法,在上述的发明中,上述中间层形成步骤在大气中进行。
[0022] 发明效果
[0023] 本发明的层叠体和层叠体的制造方法发挥以下效果:在陶瓷基材与金属被膜之间形成含主成分金属层和活性成分层的中间层,使主成分金属层结合于金属被膜,使活性成分层结合于陶瓷基材,由此在使用冷喷雾法对陶瓷基材形成金属被膜时得到陶瓷与金属被膜之间的密合强度高的层叠体。附图说明
[0024] 图1是表示本发明的实施方式的电源模块的构成的示意图。
[0025] 图2是表示图1所示的电源模块的重要部的构成的剖面图。
[0026] 图3是示意性地表示本发明的实施方式的电源模块的重要部的构成的剖面图。
[0027] 图4是示意性地表示本发明的实施方式的电源模块的重要部的构成的剖面图。
[0028] 图5是表示本发明的实施方式的电源模块的制造中使用的冷喷雾装 置的概况的示意图。
[0029] 图6是表示不使用冷喷雾法的以往的电源模块的构成的一例的示意图。
[0030] 图7是表示本发明的实施例1的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0031] 图8是表示本发明的实施例1的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0032] 图9是表示本发明的实施例1的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0033] 图10是表示本发明的实施例1的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0034] 图11是表示本发明的实施例1的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0035] 图12是表示对图11所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0036] 图13是表示对图11所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0037] 图14是表示对图11所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0038] 图15是表示对图11所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0039] 图16是表示对图11所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0040] 图17是表示进行密合强度评价的评价装置的大致构成的示意图。
[0041] 图18是表示本发明的实施例2的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0042] 图19是表示本发明的实施例3的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0043] 图20是表示本发明的实施例3的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0044] 图21是表示对图20所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0045] 图22是表示对图20所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0046] 图23是表示对图20所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0047] 图24是表示对图20所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0048] 图25是表示对图20所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。
[0049] 图26是表示本发明的实施例4的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0050] 图27是表示本发明的比较例1的层叠体的剖面反射电子图像的图。
[0051] 图28是表示本发明的比较例2的层叠体的剖面反射电子图像的图。

具体实施方式

[0052] 以下,结合附图对用于实施本发明的实施方式进行详细地说明。此外,本发明不受以下的实施方式的限定。另外,在以下的说明中参照的各图仅仅是以能理解本发明内容的程度大致性地表示形状、大小和位置关系。即,本发明不仅仅限于各图中例示的形状、大小和位置关系。
[0053] 首先,参照附图详细地说明本发明的实施方式的层叠体。此外,在以下的说明中,对作为层叠体的例子的电源模块进行了说明。图1是表示本发明的实施方式的电源模块的构成的示意图。图2是表示图1所示的电源模块的重要部的构成的剖面图。
[0054] 电源模块1具有:作为绝缘基板的陶瓷基材10、层叠于陶瓷基材10的铜电路20、层叠于铜电路20上且利用焊料C1进行固定的芯片30、以及包含铝等金属被膜且层叠于陶瓷基材10的与铜电路20不同的面的散热片40。
[0055] 陶瓷基材10呈大致板状,由绝缘性的部件构成。作为绝缘性的部件,例如可举出氧化铝、氧化镁、氧化锆、块滑石(steatite)、镁橄榄石、莫来石(mullite)、二氧化钛、二氧化硅、赛隆(sialon)等氧化物、氮化铝、氮化硅、化硅等。
[0056] 对于铜电路20,在陶瓷基材10的面上使用铜进行图案化,由此形成用于对所层叠的芯片30等传达电信号的电路图案。
[0057] 芯片30通过二极管、晶体管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)等半导体元件来实现。此外,芯片30可根据使用目的而在陶瓷基材10上设置多个。
[0058] 散热片40是利用后述的冷喷雾法层叠于陶瓷基材10的表面的金属被膜。作为该金属被膜,可举出铜、铜合金、铝、铝合金、银、银合金等。利用金属被膜,使从芯片30产生的热经由陶瓷基材10放出至外部。
[0059] 陶瓷基材10与散热片40之间形成图2所示的中间层50。中间层50具有:形成于散热片40侧的主成分金属层51和形成于陶瓷基材10侧的活性成分层52。
[0060] 主成分金属层51使用铝、镍、铜、银、金中的任一种金属而形成。主成分金属层51,以与同活性成分层52的接触面不同的面与散热片40以金属键层叠。
[0061] 活性成分层52使用钛、锆、铪、锗、硼、硅、铝、铬、铟、、钼、钨、锰中的任一种或它们的氧化物、氢化物来形成。活性成分层2,以与同主成分金属层51的接触面不同的面与陶瓷基材10以共价键层叠。
[0062] 接下来,参照图3~5对于电源模块1的中间层的形成进行说明。图3、4示意性地表示电源模块中的中间层的形成的剖面图。图5是表示金属被膜的形成中使用的冷喷雾装置的概况的示意图。
[0063] 首先,如图3所示,对于陶瓷基材10的一个表面,利用丝网印刷法涂布作为中间层50使用的钎料。这里,钎料包含作为主成分金属层使用的金属或合金、以及作为活性成分层使用的金属或金属的氧化物、氢化物等,其呈现出混合有机溶剂和有机粘合剂而成的糊状。
[0064] 涂布作为中间层50的钎料后,在800~1000℃的真空中或大气中保持1小时。保持1小时后,中间层50呈现出如图4所示那样分离成主成分金属层51和活性成分层52的状态。
[0065] 这里,在钎料中的成分中,对于在真空中保持的主成分金属层和活性成分层而言,作为主成分金属层中使用的材料,可举出金、银、铜、铝、镍;作为活性成分层中使用的材料,可举出钛、锆、铪、锗中的任一种金属或它们的氢化物。
[0066] 另外,对于大气中保持的主成分金属层和活性成分层而言,作为主成分金属层中使用的材料,可举出金、银;作为活性成分层中使用的材料,可举出钛、锆、铪、锗、硼、硅、铝、铬、铟、钒、钼、钨、锰的任一种或它们的氧化物或者氢化物。
[0067] 此外,对于在大气中保持的主成分金属层而言,只要是即使在大气中熔化也不氧化的金属就能够应用。另外,在大气中保持的活性成分层中,可以使用硅、、钛、锆的氮化物、碳化物和氢化物。只要是上述主成分 金属层和活性成分层的组合,则可使用任意组合。主成分金属层和活性成分层含有已列举的金属或氧化物或者氢化物中的至少1种。另外,也可以使用将已列举的金属的任一种作为主成分的合金。
[0068] 随后,中间层50分离成主成分金属层51和活性成分层52,且主成分金属层51处于外露的状态,使用冷喷雾法在主成分金属层51的露出侧的表面形成金属被膜。基于冷喷雾法的被膜形成,利用图5所示的冷喷雾装置60来进行。
[0069] 冷喷雾装置60具备:加热压缩气体的气体加热器61、收容要对被喷镀物喷镀的粉末材料且将其供给于喷枪64的粉末供给装置62、以及将喷枪64中与被加热后的压缩气体混合的材料粉末喷射至基材的气体喷嘴63。
[0070] 作为压缩气体,使用氦气、氮气、空气等。供给的压缩气体利用65和66分别供给于气体加热器61和粉末供给装置62。供给于气体加热器61的压缩气体,被加热至例如50~700℃后,供给于喷枪64。更优选以将喷射到层叠于陶瓷基材10的中间层50的主成分金属层51上的喷镀材料粉末的上限温度控制在金属材料的熔点以下的方式对压缩气体进行加热。这是由于:通过使粉末材料的加热温度控制在金属材料的熔点以下,能够抑制金属材料的氧化。
[0071] 供给于粉末供给装置62的压缩气体,将粉末供给装置62内的、例如粒径为10~100μm左右的材料粉末以规定的喷出量供给于喷枪64。利用呈头窄尾宽形状的气体喷嘴
63使被加热后的压缩气体成为超声速流(约340m/s以上)。供给于喷枪64的粉末材料通过被投入到该压缩气体的超声速流中而被加速,以固相状态直接高速与基材冲撞,形成被膜。此外,只要是能够使材料粉末以固相状态冲撞于基材而形成被膜的装置即可,并不限定于图5的冷喷雾装置60。
[0072] 通过上述冷喷雾装置60,形成图1、2所示的金属被膜(散热片40)。此外,对于所使用的钎料,以呈现出混合有机溶剂和有机粘合剂而成的糊状的钎料为例进行了说明,但是在含有作为主成分金属层使用的金属或合金、以及作为活性成分层使用的金属或金属的氧化物、氢化物等时,也可以是呈箔状的钎料。
[0073] 根据上述实施方式的层叠体,与通过以往的冷喷雾法得到的层叠体相比,能够得到高密合强度的层叠体。由此,能够形成具有膜厚较厚的金属被膜的层叠体。另外,由于在使用的陶瓷基材上也形成中间层,因而不管是氧化物、氮化物、碳化物都可使用,由此能够提高所使用的陶瓷基材的选择性。
[0074] 另外,在不使用冷喷雾法的以往的电源模块中,当在陶瓷基材表面形成金属被膜时,使用用于接合陶瓷基材表面与金属被膜之间的焊料、热复合物(thermal compound)。图6是示出不使用冷喷雾法的以往的电源模块的构成的一例的示意图。如图6所示,电源模块
100具有:利用密封材料等的粘接层C1粘接于作为绝缘基板的陶瓷基材10的铜电路20、层叠于铜电路20上且利用焊料C2进行固定的芯片30、以铝等金属被膜形成且利用密封材料等的粘接层C3粘接在陶瓷基材10的与铜电路20不同的面上的铜箔81、焊料C4、以及经由铜基材82和热复合物83接合于陶瓷基材10的散热片40。
[0075] 与此相对,本发明的层叠体与图6所示的以往的层叠体相比,能够制成具有简易构成的薄层结构。另外,即使为同等厚度的层叠体,也能扩大散热片等主要的构成部分所占的区域,能够拓宽层叠体的设计宽度。
[0076] 此外,对于金属被膜而言,以使从芯片产生的热发散的散热片为例进行了说明,但也可以是借助金属被膜对芯片等层叠于陶瓷基材的物质进行加热而设置的构件。
[0077] 另外,对于上述中间层,以在陶瓷基材与作为散热片的金属被膜之间设置的中间层为例进行了说明,但也可以是在陶瓷基材与铜电路之间设置的中间层。
[0078] 实施例
[0079] 这里,参照表1说明本发明的实施例。此外,本发明不受以下的实施例限定。
[0080] 表1
[0081]
[0082] (实施例1)
[0083] 实施例1中,对于中间层501而言,主成分金属层511使用银-铜合金,活性成分层521使用氢化钛,制作了层叠体。另外,使用氧化铝作为陶瓷基材101,使用铝作为金属被膜401。该层叠体的剖面反射电子图像示于图7~10。图7的剖面反射电子图像是40倍的电子图像,图8的剖面反射电子图像是500倍的电子图像,图9、10的剖面反射电子图像是2000倍的电子显微图像。此外,中间层501的主成分金属层511和活性成分层521通过在涂布钎料后在800℃的真空中保持1小时而形成。
[0084] 如图7~10所示,中间层501与陶瓷基材101及金属被膜401维持接合状态而不发生剥离。另外,如图9、10所示,中间层501中,主成分金属层511形成在金属被膜401侧,活性成分层521形成在陶瓷基材101侧。
[0085] 进而,本实施例1中,对于陶瓷基材101、金属被膜401和中间层501,确认了各自所含有的元素分布。图11是表示进行了元素分析的剖面反射电子图像(500倍)的图。另外,图12~16是表示对图11所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。在图12~16所示的剖面元素分布分析结果中,随着分析对象的元素的含量增多,显示的颜色变红,随着含量变少,显示的颜色变蓝。即,含量越多,呈现出越红的颜色。图12~16中,白色对应蓝色,并且按照浅灰色对应绿色、第二深的灰色对应黄色、最深的灰色对应红色的方式变换成灰色标度。
[0086] 图12中表示银的含量的剖面元素分布分析结果。银以主成分金属层511中的银-铜合金的形式使用,中间层501显示红色。
[0087] 图13中表示铝的含量的剖面元素分布分析结果。铝使用在金属被膜 401中,并且包含在陶瓷基材101中的氧化铝(氧化铝)中。因此,图13中金属被膜401显示红色,陶瓷基材101显示成绿色。
[0088] 图14中表示铜的含量的剖面元素分布分析结果。铜以主成分金属层511中的银-铜合金的形式使用,中间层501显示成黄色(部分红色)。
[0089] 图15中表示钛的含量的剖面元素分布分析结果。钛作为活性成分层521使用,中间层501的陶瓷基材101侧显示红色。
[0090] 图16中表示氧的含量的剖面元素分布分析结果。氧包含在陶瓷基材101的氧化铝(氧化铝)中,陶瓷基材101显示红色。
[0091] 另外,对实施例1的层叠体进行了密合强度评价。图17是表示进行了密合强度评价的评价装置的大致构成的示意图。图17所示的评价装置70具备:载置至少包含陶瓷基材10和作为金属被膜的散热片40的层叠体(实施例1~4、比较例1~3)的试样台71、以及对层叠体施加沿着图中下方的力的销72。
[0092] 销72由铝形成,通过固化环氧树脂的粘接剂G而与层叠体密合。此外,粘接剂G通过在150℃保持1小时而被固化。随后,通过将销72的前端部72a沿着离开层叠体的方向拉伸,由此对陶瓷基材与金属被膜之间的密合强度进行了评价。密合强度评价的评价结果示于表1。
[0093] 对实施例1的层叠体施加60MPa的拉伸应力时,粘接剂G断裂,销72从实施例1的层叠体脱离。本试验中,在评价试验后确认断裂位置,由此在粘接剂G从金属被膜剥离时,制成密合强度处于60MPa以上的层叠体。由此,陶瓷基材与金属被膜之间的密合强度为60MPa以上,得到具有作为层叠体的高密合强度的结果。
[0094] (实施例2)
[0095] 实施例2中,对于中间层501而言,主成分金属层511使用银-铜合金,活性成分层521使用氢化钛,制作了层叠体。另外,使用氧化铝作为陶瓷基材101,使用铜作为金属被膜402。该层叠体的剖面反射电子图像(300倍)示于图18。此外,中间层501的主成分金属层511和活性成分层521通过在涂布钎料后在800℃的真空中保持1小时而形成。
[0096] 如图18所示,中间层501与陶瓷基材101及金属被膜402维持接合状态而不发生剥离。即使金属被膜不是铝而是铜,也能得到维持接合状态 的层叠体。
[0097] 另外,对于实施例2的层叠体,也进行了利用图17所示的评价装置70的密合强度评价。根据上述密合强度评价,陶瓷基材与金属被膜之间的密合强度为60MPa以上,得到具有作为层叠体的高密合强度的结果。
[0098] (实施例3)
[0099] 实施例3中,对于中间层502而言,主成分金属层使用银,活性成分层使用2重量%的锗,并添加15重量%的硼,制作了层叠体。另外,使用氧化铝作为陶瓷基材101,使用铜作为金属被膜402。该层叠体的剖面反射电子图像(300倍)示于图19。此外,中间层502的主成分金属层和活性成分层通过在涂布钎料后在850℃的大气中保持1小时而形成。
[0100] 如图19所示,中间层502与陶瓷基材101及金属被膜402维持接合状态而不发生剥离。即使在大气中形成中间层502时,也能得到维持接合状态的层叠体。
[0101] 进而,对于陶瓷基材101、金属被膜402和中间层502,确认了各自所含有的元素分布。图20表示进行了元素分析的剖面反射电子图像(500倍)。另外,图21~25是表示对图20所示的剖面反射电子图像的剖面元素分布分析结果的图。图21~25所示的剖面元素分布分析结果中,随着分析对象的元素的含量增多,显示的颜色变红,随着含量变少,显示的颜色变蓝。即,随着含量增多,从蓝色变化成红色。图21~25中,白色对应蓝色,并且按照浅灰色对应绿色、第二深的灰色对应黄色、最深的灰色对应红色的方式变换成灰色标度。
[0102] 图21中表示银的含量的剖面元素分布分析结果。银作为主成分金属层使用,中间层502显示红色。
[0103] 图22中表示铝的含量的剖面元素分布分析结果。铝包含在陶瓷基材101中的氧化铝(氧化铝)中,陶瓷基材101显示成绿色或黄色。
[0104] 图23中表示铜的含量的剖面元素分布分析结果。铜作为金属被膜402使用,金属被膜402显示成红色。
[0105] 图24中表示锗的含量的剖面元素分布分析结果。锗作为活性成分层使用,中间层502的陶瓷基材101侧显示为绿色。此外,认为在本实施例3的中间层502的活性成分层中还包含所添加的硼。
[0106] 图25中表示氧的含量的剖面元素分布分析结果。氧包含在陶瓷基材101的氧化铝(氧化铝)中,陶瓷基材101显示红色。另外,本实施例3中,由于在大气中形成中间层502,因此中间层502中的氧化后的金属部分显示为绿色。
[0107] 另外,对实施例3的层叠体也进行了利用图17所示的评价装置70的密合强度评价。根据上述密合强度评价,陶瓷基材与金属被膜之间的密合强度为60MPa以上,得到具有作为层叠体的高密合强度的结果。
[0108] (实施例4)
[0109] 实施例4中,对于中间层503而言,主成分金属层使用银,活性成分层使用2重量%的氢化钛,并添加0.4重量%的铝,制作了层叠体。另外,使用氧化铝作为陶瓷基材101,使用铜作为金属被膜402。该层叠体的剖面反射电子图像(500倍)示于图26。此外,中间层503的主成分金属层511和活性成分层521通过在涂布钎料后在970℃的大气中保持1小时而形成。
[0110] 如图26所示,中间层503与陶瓷基材101及金属被膜402维持接合状态而不发生剥离。即使在金属被膜不是铝而是铜、且在大气中形成中间层时,也能得到维持接合状态的层叠体。
[0111] 另外,对实施例4的层叠体也进行了利用图17所示的评价装置70的密合强度评价。根据上述密合强度评价,陶瓷基材与金属被膜之间的密合强度为60MPa以上,得到具有作为层叠体的高密合强度的结果。
[0112] (比较例1)
[0113] 作为与本实施例1相对的比较例,对作为陶瓷基材101的氧化铝,并未形成中间层,而利用冷喷雾法使作为金属被膜401的铝形成被膜,制作了层叠体。该层叠体的剖面反射电子图像(2000倍)示于图27。
[0114] 如图27所示,利用冷喷雾法直接使铝在陶瓷基材101上形成被膜时,陶瓷基材101与金属被膜401发生剥离。
[0115] (比较例2)
[0116] 作为与本实施例2相对的比较例,对作为陶瓷基材101的氧化铝,并未形成中间层,而利用冷喷雾法使作为金属被膜402的铜形成被膜,制作了层叠体。该层叠体的剖面反射电子图像(2000倍)示于图28。
[0117] 如图28所示,利用冷喷雾法直接使铜在陶瓷基材101上形成被膜时,陶瓷基材101与金属被膜402发生剥离。
[0118] (比较例3)
[0119] 作为与本实施例3、4相对的比较例,对作为陶瓷基材的氧化铝,使用银在大气中(850℃,1小时)形成中间层之后,利用冷喷雾法使作为金属被膜的铜形成被膜,制作了层叠体。此外,本比较例3中具有在中间层中不包含活性成分层的构成。
[0120] 利用冷喷雾法在成膜有银作为中间层的陶瓷基材上使铜形成被膜时,陶瓷基材与金属被膜(作为中间层的银)发生剥离。
[0121] 产业上的可利用性
[0122] 如上所述,本发明的层叠体和该层叠体的制造方法在将陶瓷基材和金属被膜接合时有用。
[0123] 符号说明
[0124] 1,100 电源模块
[0125] 10,101 陶瓷基材
[0126] 20 铜电路
[0127] 30 芯片
[0128] 40,401,402 散热片(金属被膜)
[0129] 50,501,502,503 中间层
[0130] 51,511 主成分金属层
[0131] 52,521 活性成分层
[0132] 60 冷喷雾装置
[0133] 61 气体加热器
[0134] 62 粉末供给装置
[0135] 63 气体喷嘴
[0136] 64 喷枪
[0137] 70 评价装置
[0138] 71 试样台
[0139] 72 销
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