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JP-2026077977-A - セラミックス板、包装体、セラミックス板の製造方法、モジュールおよび電気・電子製品

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Abstract

【課題】半田付けにより電子部品と適切に接続可能なセラミックス板を提供すること。 【解決手段】板状セラミックス部材の表面の少なくとも一部にメッキ膜を備えるセラミックス板。このセラミックス板を、昇温脱離ガス分析法により、２５℃から４００℃まで、５℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱したときの、２５０℃におけるセラミックス板の単位質量あたりの水素の放出量Ａ ２５０ は、イオン電流値による質量スペクトル強度で５．０×１０ －１０ Ａ／ｇ以下である。 【選択図】図２

Inventors

  • 後藤 大助
  • 大野 弘

Assignees

  • デンカ株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260309
Priority Date
20230227

Claims (13)

  1. 板状セラミックス部材の表面の少なくとも一部にメッキ膜を備えるセラミックス板であって、 昇温脱離ガス分析法により、当該セラミックス板を、２５℃から４００℃まで、５℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱したときの、２５０℃における当該セラミックス板の単位質量あたりの水素の放出量Ａ ２５０ が、イオン電流値による質量スペクトル強度で５．０×１０ －１０ Ａ／ｇ以下であるセラミックス板。
  2. 請求項１に記載のセラミックス板であって、 前記昇温脱離ガス分析法による測定で、３００℃における当該セラミックス板の単位質量あたりの水素の放出量をＡ ３００ としたとき、Ａ ２５０ ／Ａ ３００ の値が０．３以下であるセラミックス板。
  3. 請求項１または２に記載のセラミックス板であって、 前記昇温脱離ガス分析法による測定で、３００℃における当該セラミックス板の単位質量あたりの水素の放出量Ａ ３００ が、イオン電流値による質量スペクトル強度で５．０×１０ －９ Ａ／ｇ以下であるセラミックス板。
  4. 請求項１または２に記載のセラミックス板であって、 前記メッキ膜は、無電解メッキ膜であるセラミックス板。
  5. 請求項１または２に記載のセラミックス板であって、 前記メッキ膜は、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくともいずれかの元素を含むセラミックス板。
  6. 請求項１または２に記載のセラミックス板であって、 前記板状セラミックス部材の材質は、金属－炭化珪素複合体であるセラミックス板。
  7. 請求項６に記載のセラミックス板であって、 前記金属－炭化珪素複合体における前記金属は、アルミニウムおよびマグネシウムからなる群より選ばれる少なくともいずれかを含むセラミックス板。
  8. 請求項１または２に記載のセラミックス板であって、 前記昇温脱離ガス分析法による測定における、当該セラミックス板の単位質量あたりの水素積算放出量が、２×１０ －２ ｍＬ／ｇ以下であるセラミックス板。
  9. 請求項１または２に記載のセラミックス板を、包装容器により密封した包装体。
  10. 請求項１または２に記載のセラミックス板の製造方法であって、 板状セラミックス部材の表面の少なくとも一部にメッキ膜を備える材料を、１９０℃以上で加熱する加熱工程を含むセラミックス板の製造方法。
  11. 請求項１０に記載のセラミックス板の製造方法であって、 前記加熱工程は、３０分以上行われるセラミックス板の製造方法。
  12. 請求項１または２に記載のセラミックス板と、電子部品とが、半田により接続されたモジュール。
  13. 請求項１２に記載のモジュールを備えた電気・電子製品。

Description

本発明は、セラミックス板、包装体、セラミックス板の製造方法、モジュールおよび電気・電子製品に関する。より具体的には、メッキ膜を備えるセラミックス板、そのセラミックス板を包装容器により密封した包装体、そのセラミックス板の製造方法、そのセラミックス板を用いたモジュールおよびそのモジュールを備えた電気・電子製品に関する。 電気・電子製品において、電子部品から発生する熱を逃がすための放熱部材として、セラミックス板、具体的には金属と炭化珪素等のセラミックスとの複合体を含むセラミックス板、が用いられることがある。 放熱部材は、典型的には板状セラミックス部材の表面の少なくとも一部にメッキ膜を備える。 熱を放出する電子部品と放熱部材との接続には、一般に半田が用いられる。よって、放熱部材がメッキ膜を備えることで、半田の濡れ性が高まり、電子部品と放熱部材とを接続しやすくなる。 例えば、特許文献１や２には、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属－炭化珪素質複合体を備えた板状の放熱部材が記載されている。これら文献には、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属－炭化珪素質複合体の表面にＮｉメッキを施して、板状の放熱部材を製造することが記載されている。また、これら文献には、放熱部材とパワー素子とを、半田付けにより接続することが記載されている。 国際公開第２０２０／１５８７７４号国際公開第２０２０／１５８７７５号 セラミックス板について説明するための図である。セラミックス板について説明するための図である。セラミックス板の製造方法について説明するための図である。 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。 図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 煩雑さを避けるため、同一図面内に同一の構成要素が複数ある場合には、その１つのみに符号を付し、全てには符号を付さない場合がある。 図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応しない。 本明細書中、数値範囲の説明における「Ｘ～Ｙ」との表記は、特に断らない限り、Ｘ以上Ｙ以下のことを表す。例えば、「１～５質量％」とは「１質量％以上５質量％以下」を意味する。 本明細書における「セラミックス」の語は、特に断らない限り、狭義のセラミックスだけでなく、金属とセラミックスからなる複合材料も包含する意味で用いられる。特に、後述するように、板状セラミックス部材の材質は、金属と、炭化珪素等のセラミックスと、の複合体であることができる。 ＜セラミックス板１＞ 図１および図２は、本実施形態のセラミックス板（セラミックス板１）を模式的に示した図である。図１はセラミックス板１の一方の主面を上面として上面視したときのセラミックス板１の形状を表す。図２は図１のａ－ａ’断面図である。 セラミックス板１は、板状セラミックス部材３の、表面の少なくとも一部（全部であってもよい）に、メッキ膜５を備える。 セラミックス板１には、１または２以上の孔７が空いていてもよい。 上面視したときのセラミックス板１の形状は、通常、実質的に矩形である。実質的に矩形であるセラミックス板１の四隅のうちの１つまたは全部は、直角形状ではなく、やや丸みを帯びた形状であってもよい。もちろん、四隅は直角形状であってもよい。 セラミックス板１は、実質的に歪みが無く表面が平坦な板状であってもよいし、湾曲を有する板状であってもよい。セラミックス板１が、他の部品と、ネジ等の固定部材で固定して用いられる場合、他の部品との接合面が凸型に湾曲していることで、固定部材で固定された際にその接合面が「適度に平ら」になり、他の部品との接合性（密着性）を高めることができる。 図１に示されるセラミックス板１の縦横の長さは、通常、４０ｍｍ×９０ｍｍから１４０ｍｍ×２５０ｍｍ程度である。また、図２に示されるセラミックス板１の厚みは、例えば２～６ｍｍ、好ましくは３～５ｍｍである。セラミックス板１の厚みが一様ではない場合には、少なくともセラミックス板１の重心部分における厚みが上記範囲にあることが好ましい。または、セラミックス板１の厚みが一様ではない場合には、孔以外の各部分での厚みが上記範囲内に収まっていることが好ましい。 昇温脱離ガス分析法により、セラミックス板１を、２５℃から４００℃まで、５℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱したときの、２５０℃におけるセラミックス板１の単位質量あたりの水素の放出量Ａ２５０は、イオン電流値による質量スペクトル強度で５．０×１０－１０Ａ／ｇ以下である。 ここで、水素の放出量Ａ２５０は、昇温脱離ガス分析法により、上記加熱で放出される水素の量を連続的に測定して、縦軸：セラミックス板１の単位質量あたりの水素の放出量（イオン電流値による質量スペクトル強度）Ａ、横軸：温度Ｔ、のプロットをすることで得られる水素ガス放出曲線の、温度Ｔ＝２５０℃での水素の放出量Ａのことである。 Ａ２５０がイオン電流値による質量スペクトル強度で５．０×１０－１０Ａ／ｇ以下であるセラミックス板１は、適切な原材料を用い、適切な製造プロセスを経ることで製造することができる。製造プロセスは、セラミックス板の表面の少なくとも一部にメッキ膜を備える材料を、１９０℃以上で加熱する工程を含むことが好ましい。 原材料や製造プロセスに関する詳細は追って説明する。 本実施形態のセラミックス板が、半田付けにより電子部品と適切に接続可能である理由は、本発明者による検討の経緯に基づき、以下のように説明される。念のため述べておくと、以下説明は推測を含み、また、以下説明により本発明は限定されない。 本発明者らは、セラミックス板と電子部品とを半田付けにより適切に接続することができない場合がある原因を、様々な観点から検討した。 検討を通じ、セラミックス板と電子部品とを接合する半田の中にボイドが発生することがあり、このボイドが、セラミックス板と電子部品との間の接合性を悪化させているらしいことを、本発明者らは新たに知見した。 さらに検討を進め、半田中のボイドは、メッキ膜から放出される水素に起因するらしいことを本発明者らは新たに知見した。具体的には、メッキ膜を備えるセラミックス板と電子部品とをリフローにより半田で接合する場合、リフローの加熱によってメッキ膜から水素ガスが放出される場合がある。この水素ガスが溶融した半田の中に取り込まれて、そしてそのまま半田が固化することで、固化した半田中にボイドが含まれてしまうらしいことを、本発明者らは新たに知見した。 このような新たな知見に基づき、本発明者らは、セラミックス板を加熱したときの水素の放出量を、セラミックス板と電子部品との半田による接合性向上の設計指標として設定した。そして、この指標が小さいセラミックス板を新たに設計した。その結果、Ａ２５０がイオン電流値による質量スペクトル強度で５．０×１０－１０Ａ／ｇ以下であるセラミックス板１を完成させた。 完成したセラミックス板１は、半田付けにより電子部品を適切に接続することが可能なものである。 セラミックス板１についての説明を続ける。 （板状セラミックス部材３：特に材質および製法） 板状セラミックス部材３の材質は、好ましくは金属－炭化珪素複合体である。また、金属－炭化珪素複合体における金属は、好ましくはアルミニウムおよびマグネシウムからなる群より選ばれる少なくともいずれかを含む。 板状セラミックス部材３の製造に好ましく用いられる方法は、高圧下で多孔質体に金属を含浸させる高圧鍛造法である。より具体的には、溶湯鍛造法またはダイキャスト法を採用することができる。高圧鍛造法は、高圧に耐えられる容器内に炭化珪素の多孔体（プリフォーム）を装填し、これに金属の溶湯を高圧で含浸させて複合体を得る方法である。 大量に安定して製造することができるという理由から、板状セラミックス部材３の製造方法としては、溶湯鍛造法が特に好ましい。以下、溶湯鍛造法による製造方法を説明する。 ・炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の製造 板状セラミックス部材３の製造においては、まず、平板状の炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）を形成する。これの製造方法に関して特に制限はなく、公知の方法で製造することが可能である。例えば、原料である炭化珪素（ＳｉＣ）粉末にシリカ若しくはアルミナ等を結合材として添加して混合、成形し、８００℃以上で焼成することによって製造することができる。念のため述べておくと、ここで、原料としてシリカやアルミナ等を用いてよいように、炭化珪素多孔体は、化学成分として炭化珪素のみにより構成されずともよく、例えば全体の５０体積％以上が炭化珪素により構成されていればよい。 成形方法についても特に制限は無く、プレス成形、押し出し成形、鋳込み成形等を採用することができる。また、必要に応じて保形用バインダーの使用が可能である。 炭化珪素多孔体に金属を含浸させた板状セラミックス部材３の重要な特性は、熱伝導率と熱膨張係数である。炭化珪素多孔体中のＳｉＣ含有率の高い方が、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さくなるため好ましい。ただし、含有率が高くなりすぎると、金属が十分に含浸しない場合がある。 実用的には、平均粒子径が好ましくは４０μｍ以上の粗いＳｉＣ粒子を４０質量％以上含み、ＳｉＣプリフォームの相対密度が好ましくは５５％以上７５％以下の範囲にあるものが好適である。炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の強度は、取り扱い時や含浸中の割れを防ぐため、曲げ強度で３ＭＰａ以上あることが好ましい。平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（例えば日本電子社製「ＪＳＭ－Ｔ２００型」）と画像解析装置（例えば日本アビオニクス社製）を用い、１０００個の粒子について求めた径の平均値を算出することによって求めることができる。相対密度は、アルキメデス法等によって測定することができる。 炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の原料であるＳｉＣ粉については、粗粉と微粉を適宜併用するなどして、粒度調整を行うことが好ましい。こうすることで、炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の強度と、最終的に得られる放熱部材の熱伝導率の高さとを両立させやすい。 具体的には、（ｉ）平均粒子径４０μｍ以上１５０μｍ以下のＳｉＣ粗粉と、（ｉｉ）平均粒子径５μｍ以上１５μｍ以下のＳｉＣ微粉を混合した混合粉末が好適である。ここで、混合粉末中の（ｉ）と（ｉｉ）の量比は、好ましくは、（ｉ）が４０質量％以上８０質量％以下、（ｉｉ）が２０質量％以上６０質量％以下である。 炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）は、ＳｉＣ粉末に結合材を添加した混合物の成形体を、脱脂、焼成などすることにより得られる。焼成温度が８００℃以上であれば、焼成時の雰囲気に関係なく、曲げ強度が３ＭＰａ以上の炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）を得やすい。 ただし、酸化性雰囲気中では、１１００℃を超える温度で焼成すると、ＳｉＣの酸化が促進され、金属－炭化珪素複合体の熱伝導率が低下してしまう場合がある。よって、酸化性雰囲気中では、１１００℃以下の温度で焼成することが好ましい。 焼成時間は、炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の大きさ、焼成炉への投入量、焼成雰囲気等の条件に合わせて適宜決めればよい。 炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォーム）は、成形時に所定の形状にする場合、１枚ずつ乾燥を行うか、ＳｉＣプリフォーム間にプリフォーム形状と等しい形状のカーボン等のスペーサーを用いて乾燥することで、乾燥による形状の変化（例えば湾曲量の変化）を抑えることができる。また、焼成に関しても乾燥時と同様の処理を行うことにより、内部組織の変化に伴う形状変化を防ぐことが可能である。 ・金属の含浸 高圧鍛造法等により、上記のようにして得られた炭化珪素多孔体（ＳｉＣプリフォー