專利名稱：金剛石和鋁的接合體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠作為功率半導(dǎo)體器件的熱沉(heat sink)等加以利用的金剛石和鋁的接合體及其制造方法。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件是被用作功率控制用等的半導(dǎo)體器件。IGBT(絕緣柵雙極晶體管)和MOSFET (功率場效應(yīng)晶體管的一種)等的功率半導(dǎo)體器件的熱沉，具有有著高導(dǎo)熱性和絕緣性的熱沉基體，和被接合在該熱沉基體的表面的金屬膜。所述熱沉基體由A1N、 Si3N4、Al2O3等陶瓷構(gòu)成。與功率半導(dǎo)體器件接合的所述金屬膜，其厚度需要適應(yīng)功率半導(dǎo)體器件上所流通的電流量，有著厚達100 μ m以上的膜厚。該金屬膜還承擔(dān)著緩和功率半導(dǎo)體器件與熱沉基體的熱應(yīng)力以及作為均熱片(heat spreader)的任務(wù)。因為對于金屬膜要求其導(dǎo)電性高， 熱傳導(dǎo)率高，實用上廉價，所以多使用Cu和Al。不過，作為由金剛石構(gòu)成的熱沉基體，通過以之取代由陶瓷構(gòu)成的所述熱沉基體， 能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體器件壽命的延長化，另外，還可以應(yīng)對功率半導(dǎo)體器件的更高輸出功率化。金剛石具有高熱傳導(dǎo)性(室溫下全部的物質(zhì)中最大)，小的低熱膨脹率和優(yōu)異的電絕緣性。在特開平11-26887號公報中，公開有一種具有金剛石制熱沉的半導(dǎo)體激光器。該半導(dǎo)體激光器顯示在圖3中。圖3是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的圖，是表示具有金剛石制熱沉的半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造的圖。半導(dǎo)體激光器，如圖3所示，由如下構(gòu)成板狀的基板55 ；形成于基板55的表面的、膜厚為3 μ m 9 μ m的氣相合成金剛石層M ；以覆蓋氣相合成金剛石層的表面的方式設(shè)置的金屬化(metallize)層53 ；在金屬化層53上經(jīng)由厚2 μ m 8 μ m的釬料層52接合的半導(dǎo)體激光器芯片51。所述基板55由Si構(gòu)成。所述金屬化層53是用于將半導(dǎo)體激光器芯片51釬焊到基板55表面所形成的氣相合成金剛石層M上所需要的。所述金屬化層53是從與氣相合成金剛石層M接觸的一側(cè)開始，按Ti、Pt、Au的順序?qū)盈B而成。金剛石制熱沉由形成于所述基板55表面的氣相合成金剛石層M和金屬化層53構(gòu)成。表面被覆有氣相合成金剛石層M的金剛石被覆基板呈0. 75mmX0. 75mm的正方形，如圖3所示，該金剛石被覆基板的周圍全部面(表面、背面、側(cè)面)被Ti、Pt、Au金屬化。而且，在金屬化的金剛石被覆板上，使用AuSn合金釬料，以290°C的釬焊溫度釬焊有由0. 3mmX0. 3mmX0. Imm的InGaAsP構(gòu)成的半導(dǎo)體激光器芯片51。前述的現(xiàn)有金剛石制熱沉是尺寸很小的半導(dǎo)體激光器用熱沉，大小為 0.3mmX0.3mm左右。因此，該金屬化層可以是厚數(shù)μ m的薄膜，對于金屬化層來說，即使是使用理想的材料，諸如Au、Pt這樣的貴金屬，也不太會招致成本升高。但是，具有前述的由Au、Pt這樣的貴金屬構(gòu)成的金屬化層的金剛石制熱沉，作為流通大電流的Icm大小級別的功率半導(dǎo)體器件用，因為會招致大幅度的成本提升，所以不能采用。近年來，在大功率用的逆變器電路中，例如有釬焊接合了厚數(shù)百μ m、由Al或Cu構(gòu)成的金屬膜的陶瓷制熱沉，被組裝在大小為20mmX30mm左右，由A1N、A1203等構(gòu)成的板狀的陶瓷制熱沉基體上。然后在所述金屬膜上，接合有Icm大小級別的很大的IGBT和FWD (反向恢復(fù)用二極管)等的功率半導(dǎo)體器件。功率半導(dǎo)體器件的接合多采用釬焊接合。所述金屬膜在作為電流通路的同時，還承擔(dān)著均熱片的任務(wù)。使用金剛石制熱沉基體替代這種面積比較大的陶瓷制熱沉基體時，金屬膜不使用 Au等這樣高價的貴金屬，而是合理的使用廉價的Al或Cu。Al和Cu被認為有各自的長處和短處，根據(jù)用途分別使用，例如想使熱沉本身輕量時，則Al有利。專利文獻1特開平11-26887號公報

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的課題在于，提供一種金剛石和鋁的接合體及其制造方法，其具有金剛石板和用于安裝功率半導(dǎo)體器件等的發(fā)熱物的由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜，即使用 2cm大小級別的大面積的金屬膜，金剛石板和該金屬膜的附著性也很高，翹曲小。為了解決上述的課題，在本申請發(fā)明中，闡述以下的技術(shù)性手段。第一發(fā)明是金剛石和鋁的接合體，其特征在于，在金剛石板上，按照從該金剛石板側(cè)開始的順序，具有由含硅鋁合金構(gòu)成的中間層和由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜。第二發(fā)明是根據(jù)第一發(fā)明所述的金剛石和鋁的接合體，其特征在于，所述中間層是傾斜組織，Si的平均含量為5質(zhì)量％以上的部分的厚度為5 μ m 100 μ m。第三發(fā)明是根據(jù)第一或第二發(fā)明所述的金剛石和鋁的接合體，其特征在于，所述金屬膜和所述中間層的合計厚度為20μπι 1mm。第四發(fā)明是根據(jù)第一 第三發(fā)明中任一項所述的金剛石和鋁的接合體，其特征在于，所述金剛石板的所述中間層側(cè)的表面粗糙度Ra在1 μ m 10 μ m的范圍。第五發(fā)明是一種金剛石和鋁的接合體的制造方法，是制造在金剛石板上，按照從該金剛石板側(cè)開始的順序，具有由含硅鋁合金構(gòu)成的中間層和由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜的金剛石和鋁的接合體的方法，其中，準備在金剛石板上形成有由純鋁或含硅鋁合金構(gòu)成的金屬層的第一構(gòu)件，和在由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜上被覆有含硅鋁合金釬料的第二構(gòu)件，在所述第一構(gòu)件的所述金屬層的表面和/或在所述第二構(gòu)件的所述含硅鋁合金釬料的表面涂布釬焊用助焊劑，以使涂布有釬焊用助焊劑的該表面成為重合面的方式使所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件重合，在惰性氣體氣氛中或真空氣氛中加熱該重合的所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件，通過加熱使所述含硅鋁合金釬料熔融，從而將所述金屬膜釬焊到所述第一構(gòu)件上。第六發(fā)明是根據(jù)第五發(fā)明的金剛石和鋁的接合體的制造方法，其特征在于，在釬焊溫度為590 605°C，釬焊時間為5 10分鐘的范圍進行所述釬焊。本發(fā)明的金剛石和鋁的接合體，在金剛石板的表面經(jīng)由含硅鋁合金所構(gòu)成的中間層而接合由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜，因為具有如此構(gòu)造，所以即使是2cm大小級別的大面積的金屬膜，金剛石板和該金屬膜的附著性也很高，翹曲也很小，例如適合作為Icm大
4小級別的功率半導(dǎo)體器件用的熱沉使用。根據(jù)本發(fā)明的金剛石和鋁的接合體的制造方法，能夠得到即使是2cm大小級別的大面積的金屬膜，金剛石板和該金屬膜的附著性也很高，翹曲也很小的金剛石和鋁的接合體。


圖1是用于說明本發(fā)明的一個實施例的金剛石和鋁的接合體的制造工序的剖面圖。圖2是用于說明圖1所示的制造工序的后續(xù)制造工序的剖面圖。圖3是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的圖，是表示具有金剛石制熱沉的半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造的剖面圖。符號說明l Si基板2…氣相合成金剛石膜10…第一構(gòu)件11…氣相合成金剛石板12…Al-Si 金屬層20…第二構(gòu)件21…Al金屬膜22…含硅鋁合金釬料31...Al-Si 中間層41... K-Al-F 系助焊劑
具體實施例方式以下，對于本發(fā)明更詳細地進行說明。(1)本發(fā)明的金剛石和鋁的接合體，在氣相合成金剛石板上，按照從該氣相合成金剛石板的一側(cè)開始的順序，具有由含硅鋁合金構(gòu)成的中間層(以下也稱為“Al-Si中間層”。)和由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜(以下也僅稱為“Al金屬膜”。)，具有氣相合成金剛石板/Al-Si中間層/Al金屬膜這樣的層疊結(jié)構(gòu)。Al和金剛石的C(碳)為了直接進行化學(xué)結(jié)合而需要高溫，在600°C以下兩者不能形成堅固的接合。在本發(fā)明的金剛石 鋁接合體中，使Al-Si中間層介于氣相合成金剛石板和Al金屬膜之間，由此Al-Si中間層中的Si的一部分與氣相合成金剛石板的C發(fā)生化學(xué)結(jié)合，形成堅固的接合界面。在本發(fā)明的金剛石和鋁的接合體中，通過使Al-Si中間層介于氣相合成的金剛石板和Al金屬膜之間，對于氣相合成金剛石板釬焊Al金屬膜而進行接合時，與釬焊溫度為 590 600°C和金屬膜為Cu的情況相比，可在比較低的溫度下進行釬焊。如此由于釬焊溫度低，在本發(fā)明的金剛石和鋁的接合體中，釬焊后回歸室溫時發(fā)生在接合體上的應(yīng)力減小， 很難產(chǎn)生結(jié)合體的翹曲和Al金屬膜的剝離。還有，氣相合成金剛石板/Si單體層/Al-Si層/Al金屬膜這樣的層疊結(jié)構(gòu)，和氣相合成金剛石板/Si單體層/Al層/Al-Si層/Al金屬膜這樣的層疊結(jié)構(gòu)，都不能獲得對于氣相合成金剛石板堅固接合Al金屬膜的效果。說到原因，是由于所述具有Si單體的層疊結(jié)構(gòu)，與氣相合成金剛石板接合的層為 Si單體層，很脆，與Al金屬膜的接合強度低。另外，對于氣相合成金剛石板釬焊Al金屬膜而進行接合時，在釬焊溫度600°C左右的釬焊過程中，Si單體層的Si原子向Al-Si層側(cè)擴散，但必須在長時間持續(xù)進行熱處理(釬焊)，直至該擴散達到大致接近平衡的狀態(tài)。若釬焊時間不足，則高濃度的Si和Al的混合層殘留在與氣相合成金剛石板的界面，因為該混合層是很脆的微晶，所以接合體的接合強度降低。另外，具有Si單體層的層疊結(jié)構(gòu)，對于氣相合成金剛石板釬焊Al金屬膜而進行接合時，需要在氣相合成金剛石板上，進行Si單體層的成膜和鋁層或含硅鋁合金層的成膜這兩個階段的成膜。因此，存在單位時間內(nèi)的生產(chǎn)率差(生產(chǎn)量低)這樣的缺點。相對于此， 本發(fā)明的金剛石和鋁的接合體不需要Si單體層的成膜，單位時間內(nèi)的生產(chǎn)率優(yōu)異(生產(chǎn)量
1 ) O(2)其次，對于所述氣相合成金剛石板進行說明。若運用微波等離子體化學(xué)氣相蒸鍍(CVD)法等的氣相合成法，則例如能夠很容易地形成例如2cm大小級別的大面積的多晶金剛石。一般來說，與相單晶金剛石相比，多晶金剛石機械的強度高。本發(fā)明的金剛石和鋁的接合體的氣相合成金剛石板，優(yōu)選其表面的表面粗糙度Ra(JIS B0601所規(guī)定的算術(shù)平均粗糙度Ra)為1 10 μ m的范圍。如果表面粗糙度Ra在所述范圍，則在錨定(anchor)效應(yīng)下，與在其表面所形成的層的接合強度高。若表面粗糙度Ra比所述范圍小，則與在其表面所形成的層的接合強度弱。另外，若表面粗糙度Ra比所述范圍大，則與在其表面所形成的層的接合界面容易產(chǎn)生空隙而不為優(yōu)選。另外，所述氣相合成金剛石板的表面，也可以由{100}、{111}、{311}、{110}等代表性的低次的晶面構(gòu)成，但更優(yōu)選的是，用掃描型電子顯微鏡以5000倍左右的倍率進行表面觀察時，低次的晶面越不能清楚地判別，表面越粗糙越好。這樣的粗糙面狀態(tài)能夠通過含氧氣氛下的蝕刻實現(xiàn)。作為具體的方法有，氧等離子體處理、氧中熱處理、在大氣中利用氣體燃燒器的火焰烘烤氣相合成金剛石板表面等方法。由此，在氣相合成金剛石板的表面使所述Al-Si中間層存在時，不僅有只來自氣相合成金剛石板的表面粗糙度的錨定效果，而且由于氣相合成金剛石板的表面積增加帶來的與 Al-Si中間層的Si原子的化學(xué)結(jié)合點的增加，致使與所述Al-Si中間層的接合強度增加。此外附帶的是，氣相合成金剛石板的表面變成氧終端，氣相合成金剛石板的C和 Al-Si中間層的Si原子的結(jié)合也能夠以C-O-Si的形態(tài)存在。如此，若氣相合成金剛石板的表面被氧終端化，則即使表面積相同時，與氫終端多的情況相比，化學(xué)結(jié)合點也有所增加，接合強度增加。(3)接著，對于所述Al-Si中間層進行說明。本發(fā)明的金剛石和鋁的接合體中， Al-Si中間層和Al金屬膜的界面也可以不明確，Al-Si中間層也可以是傾斜組成。另外， Al-Si中間層可以不是均勻組織，而是分散組織。Al-Si中間層經(jīng)釬焊(熱處理)致使Si 擴散，因此通常變成傾斜組成。另外，容易變成分散組織。反之，Al-Si中間層成為傾斜組織或分散組織，也是釬焊(熱處理)被適當(dāng)進行的證據(jù)。Al-Si中間層的Si的含量優(yōu)選5 30質(zhì)量％的范圍。所述Al-Si中間層，優(yōu)選Si的平均含量為5質(zhì)量％以上的部分的厚度為5 100 μ m，更優(yōu)選為10 50 μ m。Al-Si中間層的厚度薄，該Al-Si中間層由釬焊形成時，當(dāng)然使用厚度薄的含硅鋁合金釬料。因此，所述厚度低于5 μ m的Al-Si中間層通過釬焊被形成于氣相合成金剛石板和 Al金屬膜之間時，在氣相合成金剛石板側(cè)的凹凸表面和Al金屬膜側(cè)的凹凸表面不會遍及所述厚度很薄的含硅鋁合金釬料。因此在接合部產(chǎn)生空隙，或在所形成的Al-Si中間層產(chǎn)生氣孔，接合結(jié)構(gòu)體的接合強度降低。所述空隙不僅使接合強度降低，而且還成為使熱阻抗降低的要因。另一方面，Al-Si中間層與純鋁相比，電阻率高，熱傳導(dǎo)率低，從這一點出發(fā)， 若Al-Si中間層的所述厚度超過ΙΟΟμπι，則從Al-Si中間層與純鋁相比，電阻率高、熱傳導(dǎo)率低這一點不為優(yōu)選。(4)接下來，對于所述Al金屬膜進行說明。Al金屬膜從低阻抗且高熱傳導(dǎo)率的觀點出發(fā)，最優(yōu)選由純Al構(gòu)成，但并不限定于此，也可以含有一些雜質(zhì)，另外也可以由鋁合金構(gòu)成。作為鋁合金的添加元素(合金元素)，雖然沒有特別限定，但例如可列舉Mg、Ti、Si、 ai等，也可以合計含有10質(zhì)量％左右。該Al金屬膜的厚度，不是由Al金屬膜單獨決定的，而是與由包含所述Al-Si中間層在內(nèi)的厚度而決定的厚度相稱。即，Al合金膜和Al-Si中間層合計的厚度優(yōu)選為20 μ m Imm,更優(yōu)選為100 200 μ m。所述合計的厚度低于20 μ m時，接合界面的應(yīng)力小，因此接合結(jié)構(gòu)體發(fā)生翹曲，或 Al合金膜產(chǎn)生剝離的可能性變低。另一方面，所述合計的厚度超過Imm時，接合界面的應(yīng)力變得過大，得不到消除接合結(jié)構(gòu)體的翹曲和Al金屬膜的剝離的效果。還有，為了能夠抵銷翹曲，優(yōu)選的構(gòu)造是，不僅在氣相合成金剛石板的表面?zhèn)鹊拿妫跉庀嗪铣山饎偸宓谋趁嬉簿哂信c表側(cè)的面有著同面積、同厚度的Al-Si中間層和Al金屬膜。(5)接下來，對于本發(fā)明的金剛石·鋁接合體的制造方法進行說明。該制造方法， 首先是準備第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，該第一構(gòu)件，其在氣相合成金剛石板表面形成有由純鋁或含硅鋁合金構(gòu)成的金屬層；該第二構(gòu)件，其在由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜(以下也稱為“Al金屬膜”)上被覆有含硅鋁合金釬料。所述氣相合成金剛石板，例如通過微波等離子體CVD法制作。另外，氣相合成金剛石板表面的所述金屬層的形成，也可以通過蒸鍍法或濺射法進行。如前述，通過預(yù)先在氣相合成金剛石板上形成所述金屬層，能夠在釬焊之前就使所述金屬層緊密附著在氣相合成金剛石板的凹凸表面。另外，作為所述金屬層而形成含硅鋁合金層時，該含硅鋁合金層，其Si含量比所述含硅鋁合金釬料的Si含量少。由此，能夠在釬焊中防止所述含硅鋁合金層先于所述含硅鋁合金釬料發(fā)生軟化而剝離。其次，在所述第一構(gòu)件的所述金屬層的表面和/或所述第二構(gòu)件的所述含硅鋁合金釬料的表面涂布釬焊用助焊劑，以使涂布有釬焊用助焊劑的該表面成為重合面的方式使所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件重合。所述釬焊用助焊劑，優(yōu)選助焊劑成分為氟化物系的K-Al-F系助焊劑。作為K-Al-F 系助焊劑，可列舉KAlF4 · K2AlF5 · H2O0接下來，一邊對于該重合的所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件以兩構(gòu)件緊貼的方式加壓加重，一邊在惰性氣體氣氛中(氮氣或氬氣氣氛中)或真空氣氛中進行加熱，通過加熱使所述含硅鋁合金釬料熔融，在所述第一構(gòu)件上釬焊所述Al金屬膜。
所述釬焊以如下條件進行即可釬焊溫度590 605°C，釬焊時間5 10分鐘。如此，能夠得到在氣相合成金剛石板上，按照從該氣相合成金剛石板側(cè)開始的順序，具有由含硅鋁合金構(gòu)成的中間層和由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜，能夠得到適合作為 Icm大小級別的功率半導(dǎo)體器件用的熱沉的金剛石·鋁接合體。還有，形成于氣相合成金剛石板的所述金屬層，也可以由不含Si的純鋁構(gòu)成。說到原因是由于，通過釬焊，所述含硅鋁合金釬料所含的Si會在比較短的時間內(nèi)擴散到該金屬層中。作為結(jié)果是，所得到的金剛石和鋁的接合體，與氣相合成金剛石板接合的層含有 Si，使Al-Si中間層介于氣相合成金剛石板和Al金屬膜之間。實施例以下，參照圖1和圖2，對于本發(fā)明的實施例進行說明。圖1是用于說明本發(fā)明的一個實施例的金剛石和鋁的接合體的制造工序的剖面圖，圖2是用于說明圖1所示的制造工序的后續(xù)制造工序的剖面圖。(a)如圖1的(a)所示，通過微波等離子體CVD法，在縱橫尺寸為20mm大小，厚度為 Imm的Si基板1上形成氣相合成金剛石膜2。在微波CVD裝置的室內(nèi)流通流量1980sCCm的氫和流量20SCCm的混合氣體，室內(nèi)的氣壓設(shè)定為16kPa。然后，向室內(nèi)導(dǎo)入微波功率60kW、 頻率915MHz的微波。由此，使所述混合氣體等離子體化，在Si基板1的上表面形成氣相合成金剛石膜2。所述Si基板1以接觸等離子體的方式被設(shè)置在基板架上。從支架背面對金屬制的所述基板架進行水冷，由此進行溫度調(diào)整，使Si基板1的表面溫度達到950°C。 Si基板1的表面溫度由紅外放射溫度計測量。預(yù)先計測該成膜條件下的成膜速度，形成厚 200 μ m的氣相合成金剛石膜11’。(b)因為在所述Si基板1的側(cè)面也會形成金剛石膜(參照圖1的(a))，所以該側(cè)面的金剛石膜由磨光盤(scaif)除去(參照圖1的(b))。(c)接著，研磨除去Si基板1，即使不存在Si基板1，仍會得到經(jīng)過處理的氣相合成金剛石板11。在除去了 Si基板1的氣相合成金剛石板11只會稍微產(chǎn)生翹曲(參照圖1 的(C))。(d)通過對產(chǎn)生翹曲的氣相合成金剛石板11進行磨光盤研磨，得到?jīng)]有翹曲的氣相合成金剛石板11 (參照圖1的(d))。(e)接著，在大氣中通過丁烷燃燒器的火焰，對于氣相合成金剛石板11的正背兩面均等地進行短時間烘烤(10 20秒)，由此在氣相合成金剛石板11的表面形成有既定的表面粗糙度的凹凸表面，并且，使氣相合成金剛石板11的表面氧終端化(參照圖1的(e))。 氣相合成金剛石板11的表面粗糙度Ra為1 10 μ m的范圍。在該經(jīng)過表面粗糙度的調(diào)整 (表面粗糙化)和氧終端化的氣相合成金剛石板11表面，形成后述的由含硅鋁合金構(gòu)成的 Al-Si金屬層12。氣相合成金剛石板11的表面被氧終端化，還能夠通過XPS (光電子能譜)等物理測量法進行確認，在水滴垂落于該表面時，未能測定到接觸角，能夠確認到親水性。還有，如果作為對象的表面被氫終端化，則變成疏水性，因此水滴垂落于該表面時，水滴的接觸角達到90°以上。這是公知的。(f)接著，在經(jīng)過表面粗糙度調(diào)整(表面粗糙化)和氧終端化的氣相合成金剛石板 11表面(在本實施例中，氣相合成金剛石板11的單面)，形成由含硅鋁合金構(gòu)成的Al-Si金屬層12。即，氣相合成金剛石板11，以距四邊的邊緣0. 5mm內(nèi)的邊緣部分未進行成膜的方式，在所述邊緣部分由粘附膠帶覆蓋的狀態(tài)下，被配置在磁控管濺射裝置的濺射室內(nèi)。然后，使用含硅鋁合金靶(Si含量7質(zhì)量％ )，在氣相合成金剛石板11上形成厚0. 2的Al-Si 金屬層(Si含量7質(zhì)量％ ) 12。濺射條件如下，氣氛氣體氬氣；氣壓0. 3Pa ；DC電流3mA/ cm2。形成Al-Si金屬層12之后，除去所述粘附膠帶。如此，得到在氣相合成金剛石板11表面形成有Al-Si金屬層12的第一構(gòu)件10 (參照圖2的(f))。(g)準備第二構(gòu)件20，其在由純鋁構(gòu)成的厚350 μ m的Al金屬膜21的單面，被覆有厚50 μ m的含硅鋁合金釬料22。作為含硅鋁合金釬料22，使用JIS A4045合金(A1-10質(zhì)量％ Si合金)的釬料。 第二構(gòu)件20的縱橫尺寸為19mm大小(19mmX 19mm)。然后如圖2的(g)所示，在第一構(gòu)件10的Al-Si金屬層12的表面，和第二構(gòu)件20 的含硅鋁合金釬料22的表面涂布K-Al-F系助焊劑41 (涂布量5g/m2)。(h)接下來，如圖2的(h)所示，使涂布有K-Al-F系助焊劑41的所述表面成為重合的面，如此使第一構(gòu)件10和第二構(gòu)件20重合。然后，釬焊是一邊對于作為釬料對象物的、 即被重合的第一構(gòu)件10和第二構(gòu)件20加壓加重(lOg/cm2左右)，一邊使用熱處理爐進行。所述熱處理爐內(nèi)的氣氛為氧濃度IOppm以下的氮氣氣氛。然后，用30分鐘時間使所述釬焊對象物升溫至590°C之后，以溫度590 600°C X 時間10分鐘的條件進行釬焊。接著，用30分鐘時間使經(jīng)過釬焊的釬焊對象物把溫度降低至200°C，之后取出到熱處理爐外，使之自然冷卻至室溫。(i)如此，制作出了在氣相合成金剛石板11上，按照從該氣相合成金剛石板11側(cè)開始的順序，具有由含硅鋁合金構(gòu)成的Al-Si中間層31和Al金屬膜21，適合作為Icm大小級別的功率半導(dǎo)體器件用的熱沉的金剛石·鋁接合體(參照圖2的(i))。然后，所制作的金剛石·鋁接合體的翹曲，由Al金屬膜21表面的中心點與Al金屬膜21的表面的邊緣的高度的差進行評價時，可知低于0. 01mm，能夠得到良好的效果。另外，觀察所制作的金剛石 鋁接合體的截面時，可知也沒有發(fā)生Al金屬膜21從氣相合成金剛石板11剝離，能夠得到預(yù)期的接合構(gòu)造。另外，在氣相合成金剛石板11上，形成不含Si的純鋁所構(gòu)成的金屬層而取代所述 Al-Si金屬層12，以之作為第一構(gòu)件，制作金剛石·鋁接合體。然后，對于該金剛石·鋁接合體，進行針對氣相合成金剛石板和中間層的界面的基于EDX法(能量色散型X射線光譜法)的分析。其結(jié)果是，在所述界面檢測出Si的存在。由此能夠確認，在釬焊作用下，含硅鋁合金釬料22所含的Si擴散到由所述純鋁構(gòu)成的金屬層中，作為氣相合成金剛石板11接合的層而形成Al-Si中間層。
權(quán)利要求
1.一種金剛石和鋁的接合體，其特征在于，在金剛石板上，按照從該金剛石板側(cè)開始的順序，具有由含硅鋁合金構(gòu)成的中間層和由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石和鋁的接合體，其特征在于，所述中間層形成傾斜組織，并且Si的平均含量為5質(zhì)量％以上的部分的厚度為5 μ m 100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金剛石和鋁的接合體，其特征在于，所述金屬膜和所述中間層的合計厚度為20 μ m 1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的金剛石和鋁的接合體，其特征在于，所述金剛石板的所述中間層側(cè)的表面的表面粗糙度Ra在1 10 μ m的范圍。
5.一種金剛石和鋁的接合體的制造方法，其特征在于，是制造在金剛石板上，按照從該金剛石板側(cè)開始的順序，具有由含硅鋁合金構(gòu)成的中間層和由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜的金剛石和鋁的接合體的方法，其中，準備在金剛石板上形成有由純鋁或含硅鋁合金構(gòu)成的金屬層的第一構(gòu)件，和在由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜上被覆有含硅鋁合金釬料的第二構(gòu)件，在所述第一構(gòu)件的所述金屬層的表面和/或在所述第二構(gòu)件的所述含硅鋁合金釬料的表面涂布釬焊用助焊劑，以使涂布有釬焊用助焊劑的該表面成為重合面的方式使所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件重合，在惰性氣體氣氛中或真空氣氛中加熱該重合的所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件，通過加熱使所述含硅鋁合金釬料熔融，從而將所述金屬膜釬焊到所述第一構(gòu)件上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金剛石和鋁的接合體的制造方法，其特征在于，在釬焊溫度為590 605°C，釬焊時間為5 10分鐘的范圍進行所述釬焊。
全文摘要
提供一種金剛石和鋁的接合體及其制造方法，其具有用于安裝金剛石板和功率半導(dǎo)體器件等的發(fā)熱物的由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜，即使用2cm大小級別的大面積的金屬膜，金剛石板和該金屬膜的附著性也很高，翹曲小。一種金剛石和鋁的接合體，其在金剛石板(11)上，按照從該金剛石板(11)側(cè)開始的順序，具有由含硅鋁合金構(gòu)成的中間層(31)和由純鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬膜(21)。
文檔編號H01L23/373GK102263073SQ20111014507
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者橫田嘉宏, 橘武史, 長尾護 申請人:株式會社神戶制鋼所