(57)【要約】      （修正有）【課題】クラックの発生を防止することのできる接合体を提供すること。【解決手段】セラミック部材３の金属部材挿入孔４内に、鍔部２Ｂを有する金属部材の先端部２Ａが金属部材挿入孔内の途中に位置するように、ロー材５を介して接合されて成り、金属部材挿入孔の内周面及び挿入孔近傍のセラミック部材の表面に形成され、金属部材の先端から金属部材挿入孔の入口の反対に向かってはみ出すように、かつ鍔部からはみ出すように形成されて成るメタライズ層７を備え、ロー材の輪郭が、金属部材の軸線を通る縦断面において、金属部材におけるロー材の端縁部５Ａとセラミック部材におけるメタライズ層上のロー材の端縁部５Ｂとを結ぶ仮想線Ｘ２に対して、金属部材挿入孔側に凹形状に形成されて成ることを特徴とする接合体。【選択図】図３
2007053397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材挿入孔を有するセラミック部材の前記金属部材挿入孔内に、鍔部を有する金属部材が、前記金属部材の先端部が前記金属部材挿入孔内の途中に位置するように、かつ前記鍔部が前記セラミック部材の表面に向かうように前記金属部材挿入孔に前記金属部材が配置され、ロー材を介して接合されて成り、
前記セラミック部材が、
前記セラミック部材における金属部材挿入孔の内周面及び前記金属部材挿入孔近傍のセラミック部材の表面に形成され、配置された金属部材の先端から金属部材挿入孔の入口の反対に向かってはみ出すように、かつ前記鍔部からはみ出すように形成されて成るメタライズ層を備え、
前記ロー材の輪郭が、前記金属部材の軸線を通る縦断面において、前記金属部材におけるロー材の端縁部と前記セラミック部材におけるメタライズ層上のロー材の端縁部とを結ぶ仮想線に対して、金属部材挿入孔側に凹形状に形成されて成ることを特徴とする接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セラミックから成る半導体基板と、半導体素子とを接合する用途等、金属とセラミックとを接合することが一般的に行われている。この金属とセラミックとを接合する手法として様々な手法が提案されている。
【０００３】
半導体素子を基板に接合し、封止する手段として、例えば、窒化アルミニウム回路基板と低熱膨張金属からなるメタルフレームとの間に軟質金属枠体を介在させてロウ付け接合され、この窒化アルミニウム回路基板の貫通孔にタングステン又はモリブデンからなるメタルリードを挿通してロウ付け封止したことを特徴とする半導体用封止装置部品、が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１４０５２７号公報（請求項１、図１）
【０００５】
しかしながら、前述の特許文献１記載の発明においては、例えば、ＡｌＮ回路基板のメタライズ層端面に、銀ロウが溜まり易く、ＡｌＮ回路基板と銀ロウとの熱膨張係数差による引っ張り応力が発生するため、ＡｌＮ回路基板にクラックが発生するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、クラックの発生を防止することのできる接合体を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段は、金属部材挿入孔を有するセラミック部材の前記金属部材挿入孔内に、鍔部を有する金属部材が、前記金属部材の先端部が前記金属部材挿入孔内の途中に位置するように、かつ前記鍔部が前記セラミック部材の表面に向かうように前記金属部材挿入孔に前記金属部材が配置され、ロー材を介して接合されて成り、
前記セラミック部材が、
前記セラミック部材における金属部材挿入孔の内周面及び前記金属部材挿入孔近傍のセラミック部材の表面に形成され、配置された金属部材の先端から金属部材挿入孔の入口の反対に向かってはみ出すように、かつ前記鍔部からはみ出すように形成されて成るメタライズ層を備え、
前記ロー材の輪郭が、前記金属部材の軸線を通る縦断面において、前記金属部材におけるロー材の端縁部と前記セラミック部材におけるメタライズ層上のロー材の端縁部とを結ぶ仮想線に対して、金属部材挿入孔側に凹形状に形成されて成ることを特徴とする接合体である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鍔部を有する金属部材の先端から金属部材挿入孔の入口の反対に向かってはみ出すように、かつ前記鍔部からはみ出すように形成されて成るメタライズ層を備えて成る場合も、ロー材がメタライズ層に滑らかに広がるため、前記端縁部で生じるセラミック部材と、金属部材との熱膨張係数の差による引張応力が軽減されるので、クラックの発生を防止することのできる接合体を提供することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、前記金属部材の軸線を通る縦断面において、前記ロー材の輪郭が、前記金属部材におけるロー材の端縁部と前記セラミック部材におけるメタライズ層上のロー材の端縁部とを結ぶ仮想線に対して、金属部材挿入孔側に凹形状であることにより、メタライズ層上のロー材の端縁部で生じる、セラミック部材と、金属部材との熱膨張係数の差による引張応力の引張方向成分が小さくなり、その結果、引張応力が軽減するので、クラックの発生を防止することのできる接合体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１参考実施形態］
[接合体]
図１には、本発明に対して参考となる第１参考実施形態に係る接合体１が示されている。接合体１は、金属部材２と、セラミック部材３とを有して成る。
【００１１】
[金属部材]
金属部材２は、円柱形状をしたピン部材である。本参考実施形態において、金属部材２は、円柱形状であるが、これに限られず、三角柱状、四角柱状、五角柱状、板状等の断面視多角形状の柱状のピン部材であっても、また管状体であってもよい。金属部材２の材料としては、特に制限はなく、鉄、銅、及びアルミニウム並びに合金等、様々な金属材料を採用することができる。
【００１２】
[セラミック部材]
セラミック部材３は、金属部材挿入孔４を有している。そして、前記金属部材２は、前記金属部材挿入孔４の内部の途中に、前記金属部材２の先端２Ａが位置するように前記金属部材挿入孔４に配置され、ロー材５を介して、セラミック部材３に接合されている。
【００１３】
金属部材挿入孔４は、金属部材２を配置可能な形状、大きさを有していればよく、金属部材２を接合・固定するために、金属部材２の挿入方向の断面よりも、少し大き目の寸法を有することが好ましい。また、ロー材５に関しては、後述する。さらに、前記セラミック部材３は、Ｃ／Ｒ面部６と、メタライズ層７とを備えて成る。
【００１４】
[Ｃ／Ｒ面部]
Ｃ／Ｒ面部６は、前記金属部材挿入孔４における前記金属部材２を配置する入口４Ａ側の縁辺にＣ／Ｒ面加工を施して形成されて成る。
【００１５】
Ｃ/Ｒ面加工は、Ｃ面加工および／またはＲ面加工を施すことをいう。また、Ｃ面加工は、１つの傾斜角θを有するＣ面に限られず、複数のＣ面（途中で傾斜角θが折れ曲がったもの）でもよい。
【００１６】
Ｃ面加工により形成される傾斜角θは、３０〜７５度が好ましく、４５〜７５度がより好ましい。傾斜角θは、３０度未満であると、メタライズ層７の形成が困難と成る場合がある。傾斜角θは、７５度以下であると、メタライズ層７の形成およびロー材５の使用量の制御が容易である。
【００１７】
さらに、Ｒ面加工は、１つの半径Ｒを有するＲ面（曲面）に限られず、複数のＲ面（途中で半径Ｒが変化したもの）でもよい。
【００１８】
Ｒ面加工の半径Ｒは、０．１〜５ｍｍが好ましい。半径Ｒは、０．１ｍｍ以上であると、ロー材の使用量の制御が容易になる。半径Ｒは、５ｍｍ以下であると、メタライズ層７の形成およびロー材５の使用量の制御が容易になる。
【００１９】
[メタライズ層]
メタライズ層７は、前記Ｃ／Ｒ面部６の表面及び前記金属部材挿入孔４に配置された前記金属部材２の先端２Ａから金属部材挿入孔４の入口４Ａの反対に向かってはみ出すように、前記金属部材挿入孔４の内周面に形成されて成る。
【００２０】
メタライズ層７としては、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｗ−Ｍｎ等の金属が挙げられる。メタライズ層７の形成方法としては、特に制限はなく、公知の形成方法を採用することができる。
【００２１】
メタライズ層７の厚みとしては、特に制限はなく、金属部材２を金属部材挿入孔４に接合・固定するために、必要な厚みを有していればよい。
【００２２】
[ロー材およびロー材の状態]
ロー材５は、金属部材２およびセラミック部材３を接合できるロー材であればよく、本第１参考実施形態においては、銀ロウを採用している。ロー材５としては、他には、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）等を含有するロー材を使用することができる。
【００２３】
ロー付けの方法としては、特に制限はなく、板材、箔材、線材を接合部にセットし溶融してもよいし、ペーストを塗布した後に熱処理もしてもよく、公知の方法を採用することができる。
【００２４】
また、前記金属部材２の軸線Ｘ１を通る縦断面において、前記ロー材５の輪郭が、前記金属部材２におけるロー材５の端縁部５Ａと前記セラミック部材３におけるメタライズ層７上のロー材５の端縁部５Ｂとを結ぶ仮想線Ｘ２に対して、金属部材挿入孔４側に凹形状である。
【００２５】
上述のような第１参考実施形態によれば、次のような作用・効果がある。
（１）メタライズ層７を伴うＣ／Ｒ面部６を備えることにより、ロー材５が流れ込む一定の余地ができるので、ロー流れ状態が安定し、その制御も容易となる。これにより、従来のセラミック形態では発生しやすかった、主に金属部材２及びセラミック部材３の寸法公差による嵌め合いの寸法差によって生じる、メタライズ層７上のロー材５の端縁部５Ｂに生じる過大なロー溜まりを抑えることができる。この結果、前記端縁部５Ｂで生じるセラミック部材３と、金属部材２及びロー材５との熱膨張係数の差による引張応力が軽減されるので、クラックの発生を防止できる接合体１を提供することができる。またメタライズ層７を金属部材２の先端２Ａより長く形成することにより、ロー材５がメタライズ層７上を滑らかに形成できるため、端縁部５Ｃでの引張応力が軽減でき、クラックの発生を防止できる接合体１を提供することができる。
【００２６】
（２）前記ロー材５の輪郭が、前記金属部材２におけるロー材５の端縁部５Ａと前記セラミック部材３におけるメタライズ層７上のロー材５の端縁部５Ｂとを結ぶ仮想線Ｘ２に対して、金属部材挿入孔４側に凹形状であることにより、メタライズ層７上のロー材５の端縁部５Ａで生じる、セラミック部材３と、金属部材２との熱膨張係数の差による引張応力の引張方向成分が小さくなり、その結果、引張応力が軽減されるので、クラックの発生を防止することのできる接合体１を提供することができる。
【００２７】
本発明に係る接合体１は、半導体基板と、半導体素子とを接合する際の接合体のみならず、セラミック部材と金属部材とを接合する用途に好適に用いることができる。
【００２８】
［第２参考実施形態］
次に、本発明に対する第２参考実施形態を説明する。なお、以下の説明では既に説明した部分、部材と同一のものは同一符号を付してその説明を簡略する。
【００２９】
[接合体]
本発明に対する第２参考実施形態に係る接合体８は、図２に示されるように、第１参考実施形態に係る接合体１とは、前記金属部材２の先端が前記金属部材挿入孔４の出口４Ｂから突出するように前記金属部材挿入孔４に前記金属部材２が配置されている点、およびセラミック部材３における出口４Ｂ側の縁辺にも形成されて成るＣ／Ｒ面部６を備えて成る点が異なる。
【００３０】
上述のような第２参考実施形態によれば、前記第１参考実施形態の作用・効果（（１）を除く）に加えて次のような作用・効果がある。
【００３１】
（３）前記金属部材２の先端２Ａが前記金属部材挿入孔４の出口４Ｂから突出するように前記金属部材挿入孔４に前記金属部材２が配置されている場合も、入口４Ａ側の縁辺及び出口４Ｂ側の縁辺に形成されて成るＣ／Ｒ面部６を備えて成ることにより、金属部材２及びセラミック部材３の嵌め合いの寸法差によるメタライズ層７上のロー材５の端縁部５Ｂに生じる過大なロー溜まりを抑え、前記端縁部５Ｂで生じるセラミック部材３と、金属部材２との熱膨張係数の差による引張応力が軽減されるので、クラックの発生を防止することのできる接合体８を提供することができる。
【００３２】
［本発明の実施形態］
次に、本発明の実施形態を説明する。
[接合体]
本発明の実施形態に係る接合体９は、図３に示されるように、第１参考実施形態に係る接合体１とは、鍔部２Ｂを有する金属部材２の先端２Ａから金属部材挿入孔４の入口４Ａの反対に向かってはみ出すように、かつ前記鍔部２Ｂからはみ出すように、セラミック部材３の表面に形成されて成るメタライズ層７を備えて成る点が異なる。
【００３３】
鍔部２Ｂは、金属部材２の周面から突出しており、平面視した際の形状は円形状である。この鍔部２Ｂは、金属部材２の周面から突出していればよく、その大きさ、形状には特に制限はない。鍔部２Ｂの平面視した際の形状としては、楕円形状、三角形状、四角形状、五角形状等の多角形状等が挙げられる。
【００３４】
上述のような本発明の実施形態によれば、前記第１参考実施形態の作用・効果（（１）を除く）に加えて次のような作用・効果がある。
【００３５】
（４）鍔部２Ｂを有する金属部材２の先端２Ａから金属部材挿入孔４の入口４Ａの反対に向かってはみ出すように、かつ前記鍔部２Ｂからはみ出すように形成されて成るメタライズ層７を備えて成る場合も、ロー材５がメタライズ層７に滑らかに広がるため、前記端縁部５Ｂで生じるセラミック部材３と、金属部材２との熱膨張係数の差による引張応力が軽減されるので、クラックの発生を防止することのできる接合体９を提供することができる。
【００３６】
［第３参考実施形態］
次に本発明に対する第３参考実施形態を説明する。
【００３７】
[接合体]
本発明に対する第３参考実施形態に係る接合体１０は、図４に示されるように、第１参考実施形態に係る接合体１とは、鍔部２Ｂを有する金属部材２の先端２Ａが前記金属部材挿入孔４の出口４Ｂから突出するように前記金属部材挿入孔４に前記金属部材２が配置される点、および出口４Ｂ側の縁辺に形成されて成るＣ／Ｒ面部を備えて成る点が異なる。
【００３８】
鍔部２Ｂは、金属部材２の周面から突出しており、平面視、円形状である。この鍔部２Ｂは、金属部材２の周面から突出していればよく、その大きさ、形状には特に制限はない。鍔部２Ｂの平面視した際の形状としては、楕円形状、三角形状、四角形状、五角形状等の多角形状等が挙げられる。
【００３９】
上述のような第３参考実施形態によれば、前記第１参考実施形態の作用・効果（（２）を除く）に加えて次のような作用・効果がある。
【００４０】
（５）鍔部２Ｂを有する金属部材２の先端２Ａが前記金属部材挿入孔４の出口４Ｂから突出するように前記金属部材挿入孔４に前記金属部材２が配置され、そして、鍔部２Ｂを有する金属部材２の先端２Ａから金属部材挿入孔４の入口４Ａの反対に向かってはみ出すように、かつ前記鍔部２Ｂからはみ出すように形成されて成るメタライズ層７を備えて成る場合も、出口４Ｂ側の縁辺に形成されて成るＣ／Ｒ面部６を備えて成ることにより、金属部材及びセラミック部材の嵌め合いの寸法差によりメタライズ層７上のロー材５の端縁部５Ｂに生じやすい過大なロー溜まりを抑えるから、前記端縁部５Ｂで生じるセラミック部材３と、金属部材２との熱膨張係数の差による引張応力が軽減されるので、クラックの発生を防止することのできる接合体１０を提供することができる。また、メタライズ層７を鍔部２Ｂよりはみ出して形成することにより、ロー材５がメタライズ層７に滑らかに広がるため、端縁部５Ｂでの引っ張り応力が軽減されるので、クラックの発生を防止することのできる接合体１０を提供することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は実施例の内容に限定されるものではない。
【００４２】
［実施例、比較例］
以下の表１に示す条件で、図１または図２に示される接合体を製造した。実施例においては、Ｃ／Ｒ面部および金属部材挿入孔の内周面におけるメタライズ層の先端よりのはみ出しが有ることが条件となる。比較例においては、上記の条件は具備していない。そして、接合体製造時において、金属部材とセラミック部材との接合後に、クラック発生の有無の確認を行った。
【００４３】
【表１】
2007053397.tif 000003
【００４４】
また、図２に示される接合体において、Ｃ／Ｒ面部のＣ面加工の傾斜角θを変化させて、メタライズ層形成時のメタライズ塗布性、およびロー材量の制御に関して評価を行った。
【００４５】
【表２】
2007053397.tif 000004
【００４６】
表１によれば、参考実施例１においては、Ｃ／Ｒ面部および金属部材挿入孔の内周面におけるメタライズ層の先端よりのはみ出しが有るため、参考実施例２においては、Ｃ／Ｒ面部が有るため、比較例で発生した、Ｃ／Ｒ面部または内周面のいずれにおいてもクラック発生が無いことが確認された。したがって、参考実施例に係る接合体は、クラックの発生を防止することがわかった。
【００４７】
また、表２によれば、Ｃ面加工の傾斜角θは、メタライズ層形成時のメタライズ塗布性、およびロー材量の制御に関して、４５〜７５度がより好ましいことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明に対する第１参考実施形態に係る接合体を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に対する第２参考実施形態に係る接合体を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に対する実施形態に係る接合体を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明に対する第３参考実施形態に係る接合体を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    接合体
２    金属部材
３    セラミック部材
４    金属部材挿入孔
５    ロー材
６    Ｃ／Ｒ面部
７    メタライズ層
８    接合体
９    接合体
１０    接合体
２Ａ    先端
２Ｂ    鍔部
４Ａ    入口
４Ｂ    出口
５Ａ    端縁部
５Ｂ    端縁部
５Ｃ    端縁部
Ｘ１    軸線
Ｘ２    仮想線
θ    傾斜角
【図１】
2007053397.tif 000005
【図２】
2007053397.tif 000006
【図３】
2007053397.tif 000007
【図４】
2007053397.tif 000008