【手続補正書】
【提出日】平成19年3月20日(2007.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】セラミックスの数々の特性、例えば電気絶縁性、低誘電特性、耐熱性、圧電特性、耐蝕性、高硬度、などの性質と金属の特性として導電性、高熱伝導性、高靭性、容易な機械加工性などの特性をうまく組み合わたセラミックスと金属の複合体は電子半導体関連部品やその製造装置部品、工作機械、センサー等の部品として数多く実用されて来た。又ガラスの場合も絶縁性、気密性などの特徴を金属の導電性、靭性などと組み合わせて気密電流導入端子などの複合部品として実用されて来た。ダイヤモンドの場合にも、その硬度を利用して切断研磨工具などとして利用されて来た。これらの複合材料の製造方法としては、最も簡単な接着剤による接着以外にセラミックス表面をメタライズ処理後にろう材を用いてろう付する方法やセラミックスの表面に活性な金属元素を含む融液を直接接触させて反応を生じさせて結合させる方法やガラスの場合には表面の酸化した金属にガラスを溶着させる方法などが一般的に実施されている。黒鉛やダイヤモンドの場合には銅合金の含浸やＮｉの電鋳などによって複合化されて来た。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら上記接着や電鋳による方法以外の複合化方法を採用する場合には高温で接合するために、たえずセラミックスあるいはガラスと金属との熱膨張率の相違による残留応力の発生やクラックの発生の問題があり、設計上互いの材質の選定にかなりの制約があり、容易に達成できる技術ではなかった。本発明はこの問題を解決しようとするものであり、Ａｌの熱膨張率が、セラミックスやガラスよりはるかに高いにもかかわらず軟質で、かつ再結晶軟化温度も低く上記残留応力を発生しにくい、あるいは除去しやすい点に着目し、より積極的にセラミックスと金属との複合材料複合体に利用しようとするものである。しかしながらガラスやセラミックスとＡｌあるいはＡｌ合金を確実に接合する一般的で容易な方法は未だ確立されていない。しかし近年になって、例えばＡｌ溶湯に直接ＡｌＮの表面を触れさせて接合するとか、Ａｌより酸化され易いＭｇを配合してＡｌ液相の表面が酸化されるのを抑制しながら接合をはかるＡｌ合金系ろう材などが提案されている。本発明はより確実に接合することの出来る一般的な方法とそれに関連する製品とを提案することを目的としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】本発明の含Ａｌ系金属とは、純Ａｌ、実用Ａｌ合金  あるいはＡｌやＡｌ合金と他の金属材料、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｒなどの金属やステンレス鋼などのようなこれらの金属の合金とＡｌやＡｌ合金とのクラッド板や粉末焼結金属、あるいは無機材料分散粒子とＡｌやＡｌ合金母相との複合材料として例えばＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮなどとＡｌ基のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金との複合材料のようなものも含むものであるである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】次に請求項３の製品について説明する。無機材料にはＡｌよりも強度が低く純Ａｌであっても緩衝効果を発揮することが出来ずに接合後破損してしまうものがある。例えばソーダガラス、鉛ガラス、バイレックス、石英、黒鉛、磁器、陶器などの強度のそれほど強くない無機材料がこれらの範疇に入る。  これらの材料とＡｌやＡｌ合金やその他の非アルミニウム系実用合金とを複合化するためには、中間に配置する材料の熱膨張係数が脆質である無機材料に近い値と若干の変形能力とを合わせ持つものであるか、あるいは熱膨張係数が大幅にかけ離れた値であってもＡｌよりも、はるかに柔軟な変形能力を有して無機材料と金属材料との間の接合歪を吸収出来るものでなければならない。前者に属する緩衝材としては熱膨張係数の小さな金属や無機材料として例えば炭化珪素、黒鉛、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ、石英、窒化硼素などの無機材料やＷ、Ｍｏ、インバー、コバールなどの金属などとの分散粒子を含有する複合体や積層板状の複合体などを用いることが出来る。又後者に属するものではＡｌ粒子を  Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉなどの単独、又は組み合わせた金属や合金で溶融あるいは半溶融させた相中に複合一体化させて製造される多孔質Ａｌ材料や溶融状態で発泡させて製造される発泡性の多孔質Ａｌ材料などを用いることが出来る。本請求項３はこの様な無機材料とＡｌやＡｌ合金あるいはその他の非Ａｌ実用合金との間に中間緩衝材料として上記のＡｌやＡｌ合金との複合材あるいは多孔質のＡｌやＡｌ合金などの熱膨張の差異を調整するためのＡｌ系緩衝材を配置してより確実強固な接合を達成して製造することを特徴とする複合体であって本発明の請求項１に記載の製造方法によって製造されるものである。この型の複合材は積層された板状あるいは円筒形状や魂状のものである。もちろんこれらの中間緩衝材を同様に前記の無機材料でＡｌよりも強度の大きな材料に適用する場合にはより高い接合強度が期待出来る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】さらに請求項４に記載の本発明の結果新たに考案された製品は、窒化アルミ、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素あるいはベリリアなどの電気絶縁性と熱伝導性とに優れたセラミックスの表面に隣接してＡｌやＡｌ合金の層を接合し、さらにこれらの金属の外側にＡｌよりも柔軟性には乏しいが導電性に優れた  ＣｕやＣｕ合金の層を３０ミクロン以上の厚さで直接にあるいは他の金属の中間隔壁層を設けて積層した構造であり本発明の請求項１によって製造することを特徴とするパワートランジスタモジュール用の基板である。この製品は、上記セラミックスとＡｌやＡｌ合金の層を本発明製造方法あるいは、それ以外の方法によって接合した後にメッキによる方法でＣｕを任意の厚さに積層したり、Ｃｄ−Ｚｎ−Ｓｎ系、Ｚｎ−Ｓｎ系、Ｚｎ系あるいはＳｎ系などのアルミ用ハンダや  Ｍｇ−Ａｌ系のろう材を用いて積層したり、あるいは最初からＡｌ液相と反応しにくく脆い金属間化合物を生成させにくい金属として厚さ３０ミクロン以下のＮｉ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｃｏなどの純金属や合金や金属の隔壁を単独あるいは複数の層としてメッキ、蒸着、スパッター、Ｃ．Ｖ．Ｄ．、イオンブレーティング、積層板、圧延クラッドなどの手法により設けておいてＡｌあるいはＡｌ合金をセラミックスと接合する際に同時に一挙に複合化することによって製造することも出来る。なおこれらの製造の際にはＡｌやＡｌ合金にメッキする為には予めこれらの表面にＺｎメッキなどを薄く施したり、あるいは化学反応的手法でＣｕを被覆したりして密着をはかったり、ＡｌやＡｌ合金と隔壁層との間の接合には一般のＡｌ用ろう材を用いることもできる。さらにこれらの隔壁層とＣｕやＣｕ合金層との間はＡｇ、Ａｕなどの融点降下元素をメッキや蒸着あるいは箔を挿入した後高温度で圧着するなどの方法によって積層基板を製造することも可能であ  る。Ｃｕ層の厚さは導電性の観点から３０ミクロン以上が実用として好ましい、ＡｌやＡｌ合金層の厚さはＣｕ層の厚さとのかね合いで決められ、歪の吸収性、熱や電気の伝導性を考慮して任意に設計することができる。なお、前記ＡｌＮ  とＡｌとの複合基板もこれらの積層基板も酸やアルカリによって金属層をエッチングして導電回路を形成させることも出来る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【実施例６】第３図に示す如く厚さ０．６５ｍｍ、幅３６ｍｍ、長さ５４ｍｍのＡｌＮの板の片側表面に無電解Ｃｕメッキを０．３ミクロン施した７のＡｌＮセラミックスの板を用意した後、同じ形状で厚さが０．３ｍｍで片面に電気Ａｇメッキを３〜５ミクロン程度施した１３のＣｕ板と３０ミクロン厚さの１１のＮｉ箔とをＡｇメッキ面がＮｉと接するように重ね合わせた後、真空中１０３０℃〜１０５０℃で加圧しながらＡｇ層を溶融させて貼り合わせて作製した積層クッラド板のＮｉ側の表面に３〜５ミクロンの厚さの無電解Ｃｕメッキを施した板、さらに同じ形状で厚さが０．２ｍｍの９のＡｌの板を凖備した。これら３枚の板をＡｌ板を中間に、他の種類の板のＣｕメッキ面がＡｌと接するように重ね合わせて若干の荷重がかかるように治具中に設置して真空中約６００℃の温度で１５分保持してＣｕメッキ層とＡｌ板表面とを互いに共融させて強固な接合複合体を作製した。同様にビーリングテストを試みたところ、セラミックスが折れてしまう程強度が高く、セラミックスの全表面が８のＣｕを含む溶融Ａｌの合金層で強固に覆われていることが観察された。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
【実施例７】第４図の如く、１４の無機材料として非晶質材料のパイレックスガラスと窓ガラス用のソーダガラスの平面を有する４ｃｍ２程度の面積のもので厚さ１〜５ｍｍ程度の試料の表面にサンドブラスト処理を施してナシ地状とした後、触媒処理を施してから無電解Ｃｕメッキを０．５ミクロン施た。さらに複合化する相手方の材料として直径１０ｍｍ程度、厚さ３．５ｍｍ程度、気孔率１５％〜２０％の多孔質の含Ｃｕ−Ａｌ基合金の板及び多孔質Ｓｉ−Ｍｇ−Ａｌ基合金の板の１６である中間緩衝材及びＳｉＣ粒子を３０体積％程度含むＡｌ基合金を母相とする複合材料の１６である中間緩衝材をＣｕメッキ面と接触させてさらにそれらの中間材の外側に３０ミクロンの電解銅箔を配置し、さらにその外側に直径１０ｍｍ長さ２０ｍｍの１８のＡｌ棒を配置した後これらを治具中に若干の荷重がかかる様に固定して真空中、６００℃の温度で１５分処理した後３〜４時間かけて室温まで徐冷した。又、比較の為にこのＡｌ棒を上記中間緩衝材料を用いずに直接上記無機材料に接合したものも同様の方法で作した。得られた複合体は中間緩衝材を用いない場合には、いずれのガラスにおいてもクラックが入って満足な接合体を得ることは出来なかった。パイレックスの場合には１５％、２０％の気孔率の多孔質材料のいずれの場合にもクラックが観察されず一方の材料として試みたＳｉＣ−Ａｌ合金複合材の場合にはクラックが観察されたのでバイレックスの場合には熱膨張係数をさらに一段と下げるためによりＳｉＣ粒子の体積％を上げて約６０体積％以上のものが有効であると考えられる。パイレックスの熱膨張係数はそれぞれ３６×１０−７／℃（０〜４００℃）、  １５０×１０−７／℃（５５２〜７５１℃）である。ソーダガラスの場合にはそれぞれ約１００×１０−７／℃（  ２５−４５０℃）、３０９〜３７３×１０−７（５００〜５８０℃）であるので  ＳｉＣ−Ａｌ基複合材料の３０体積％のものはおおよそ熱膨張係数が１００×１０−７／℃なので充分に良く対応出来る為にクラックは観察されなかった。一方逆に多孔質のアルミニウム合金材料を用いた場合にはクラックが観察され満足すべき接合体を得ることは出来なかった。この理由の詳細は不明であるがこのような相違がパイレックスとソーダガラスのＳｉＯ２含有量やその架橋構造の違いによる強度の差異あるいは高温度側における異常な膨張率の増加によって生じるものと考えられる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】本発明の製造方法によって製造される実施例１２の複合体の断面を示す模式図。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符合の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】  ２３はスパッターしたＣｕの層。