JP2011071260A - Laminating material and manufacturing method thereof, and insulated laminating material and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、積層材およびその製造方法、絶縁積層材およびその製造方法に関し、たとえばＬＥＤやパワーデバイスなどの半導体素子の冷却を行うのに用いられる積層材およびその製造方法、ＬＥＤやパワーデバイスなどの半導体素子が実装される絶縁積層材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated material and a manufacturing method thereof, an insulating laminated material and a manufacturing method thereof, for example, a laminated material used for cooling a semiconductor element such as an LED and a power device, a manufacturing method thereof, an LED and a power device, and the like. The present invention relates to an insulating laminated material on which a semiconductor element is mounted and a manufacturing method thereof.
この明細書において、元素記号で表現された材料は純材料を意味するが、不可避の不純物を含有する工業的な純材料も含むものとする。 In this specification, a material represented by an element symbol means a pure material, but also includes an industrial pure material containing inevitable impurities.
たとえば、セラミック層と金属層とからなる積層材として、セラミック粉末からなる焼結体層と金属箔とが交互に配置されており、焼結体層が、セラミック粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜてシート状に成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されている積層材が知られている（特許文献１参照）。 For example, as a laminated material composed of a ceramic layer and a metal layer, sintered body layers made of ceramic powder and metal foil are alternately arranged, and the sintered body layer comprises ceramic powder, resin and plasticizer. A laminated material formed by using a green sheet mixed and formed into a sheet and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method is known (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献１記載の積層材の金属層は、金属箔からなるので、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、金属箔の変形や破断が発生するとともに、セラミック板およびＡｌ板の変形や破断に起因してグリーンシート中の粉末が厚み方向に位置ずれするので、積層材の両面の平面度が低下する。したがって、特許文献１記載の積層材の上下両面の平面度が十分ではなく、研磨などのサイジング工程による仕上げ処理が必要になるという問題がある。 However, since the metal layer of the laminated material described in Patent Document 1 is made of a metal foil, the metal foil is deformed or broken during the sintering of the powder by the discharge plasma sintering method, and the ceramic plate and the Al plate are deformed. Since the powder in the green sheet is displaced in the thickness direction due to or breakage, the flatness of both sides of the laminated material is lowered. Therefore, there is a problem that the flatness of the upper and lower surfaces of the laminated material described in Patent Document 1 is not sufficient, and a finishing process by a sizing process such as polishing is required.
この発明の目的は、上記問題を解決し、平面度が向上した積層材およびその製造方法、絶縁積層材およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a laminated material having improved flatness, a method for producing the same, an insulating laminated material, and a method for producing the same.
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。 In order to achieve the above object, the present invention comprises the following aspects.
1)基板と、金属粉末、金属とセラミックとの混合粉末および金属と炭素との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末からなり、かつ基板の少なくとも一面に形成された焼結体層とを備えており、基板が、焼結体層を形成する粉末に含まれる金属の融点以上の融点または分解点を有するセラミックからなり、焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜてシート状に成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されている積層材。 1) A sintered body layer formed of at least one surface of a substrate, which is made of one type of powder selected from the group consisting of a substrate, metal powder, mixed powder of metal and ceramic, and mixed powder of metal and carbon And the substrate is made of a ceramic having a melting point or decomposition point equal to or higher than the melting point of the metal contained in the powder forming the sintered body layer, and the sintered body layer comprises the powder, a resin and a plasticizer. A laminated material formed by using a green sheet formed into a sheet by mixing and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method.
2)基板が、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックからなる上記1)記載の積層材。 2) The laminated material according to 1) above, wherein the substrate is made of one kind of ceramic selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO.
3)厚みが０．３ｍｍ以上である基板と、金属粉末、金属とセラミックとの混合粉末および金属と炭素との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末からなり、かつ基板の少なくとも一面に形成された焼結体層とを備えており、基板が、焼結体層を形成する粉末に含まれる金属の融点以上の融点を有する材料からなり、焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜてシート状に成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されている積層材。 3) It consists of a substrate having a thickness of 0.3 mm or more, and one kind of powder selected from the group consisting of metal powder, mixed powder of metal and ceramic, and mixed powder of metal and carbon, and at least one surface of the substrate The substrate is made of a material having a melting point equal to or higher than the melting point of the metal contained in the powder forming the sintered body layer, and the sintered body layer includes the above powder, A laminated material formed by using a green sheet formed by mixing a resin and a plasticizer into a sheet and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method.
4)基板が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金、ＣｕとＭｏとの複合材料、ＣｕとＷとの複合材料、ＡｌとＳｉＣとの複合材料、ＡｌとＡｌＮとの複合材料、ＳｉとＳｉＣとの複合材料、Ａｌと短炭素繊維との複合材料、およびＡｌと炭素粒子との複合材料のうちの少なくとも１つの材料からなる上記3)記載の積層材。 4) The substrate is made of Al, Cu, Ag, Au, Al alloy, Cu alloy, Ag alloy, Au alloy, Cu and Mo composite material, Cu and W composite material, Al and SiC composite material, Al The laminated material according to 3) above, comprising at least one of a composite material of AlN and AlN, a composite material of Si and SiC, a composite material of Al and short carbon fibers, and a composite material of Al and carbon particles .
5)金属粉末が、Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末である上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の積層材。 5) The above 1) to 1), wherein the metal powder is one powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder. The laminated material according to any one of 4).
6)金属粉末が、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末およびＣｕ粉末とＷ粉末との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末である上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の積層材。 6) The metal powder is one of the powders 1) to 4) selected from the group consisting of a mixed powder of Cu powder and Mo powder and a mixed powder of Cu powder and W powder. The laminated material described.
7)金属とセラミックとの混合粉末が、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末およびＳｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末である上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の積層材。 7) One kind of metal / ceramic mixed powder selected from the group consisting of Al powder and SiC powder, Al powder and AlN powder, and Si powder and SiC powder. The laminated material according to any one of 1) to 4) above, which is a powder.
8)金属と炭素との混合粉末が、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末である上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の積層材。 8) Among the above 1) to 4), the mixed powder of metal and carbon is one powder selected from the group consisting of a mixed powder of Al and short carbon fibers and a mixed powder of Al and carbon particles. The laminated material in any one of.
9)上下両面の平面度が１００μｍ以下である上記1)〜8)のうちのいずれかに記載の積層材。 9) The laminated material according to any one of 1) to 8) above, wherein the flatness of both upper and lower surfaces is 100 μm or less.
10)ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックからなる基板と、基板の一面に形成され、かつＡｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末からなる第１焼結体層と、基板の他面に形成され、かつＣｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の混合粉末からなる第２焼結体層とを備えており、第１および第２焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤を混ぜて成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されている絶縁積層材。 10) a substrate made of one kind of ceramic selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO; and formed on one surface of the substrate; A first sintered body layer made of one metal powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder, and a substrate; And mixed powder of Cu powder and Mo powder, mixed powder of Cu powder and W powder, mixed powder of Al powder and SiC powder, mixed powder of Al powder and AlN powder, Si powder And a second sintered body layer made of a mixed powder selected from the group consisting of a mixed powder of Al and short carbon fibers and a mixed powder of Al and carbon particles. First and second sintered body layers , And the powder, with using a green sheet formed by mixing a resin and a plasticizer, an insulating laminate material formed by sintering by spark plasma sintering powders in the green sheet.
11)第１焼結体層および第２焼結体層のうち少なくとも第２焼結体層が、円形である上記10)記載の絶縁積層材。 11) The insulating laminated material according to 10) above, wherein at least the second sintered body layer of the first sintered body layer and the second sintered body layer is circular.
12)第１焼結体層および第２焼結体層のうち少なくとも第２焼結体層が、だ円形である上記10)記載の絶縁積層材。 12) The insulating laminated material according to 10) above, wherein at least the second sintered body layer of the first sintered body layer and the second sintered body layer has an oval shape.
13)第１焼結体層および第２焼結体層のうち少なくとも第２焼結体層が、角が丸くなった多角形状である上記10)記載の絶縁積層材。 13) The insulating laminate according to 10) above, wherein at least the second sintered body layer of the first sintered body layer and the second sintered body layer has a polygonal shape with rounded corners.
14)上下両面の平面度が１００μｍ以下である上記10)〜13)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。 14) The insulating laminate according to any one of 10) to 13) above, wherein the flatness of both upper and lower surfaces is 100 μm or less.
15)上記10)〜14)のうちのいずれかに記載された絶縁積層材における第２焼結体層が放熱材に接合されており、第２焼結体層と放熱材との接合が、第２焼結体層を形成する際のグリーンシート中の粉末の放電プラズマ焼結により行われているパワーモジュール用ベース。 15) The second sintered body layer in the insulating laminate described in any one of 10) to 14) is joined to the heat dissipation material, and the second sintered body layer and the heat dissipation material are joined together. The base for power modules currently performed by the discharge plasma sintering of the powder in the green sheet at the time of forming a 2nd sintered compact layer.
16)金属粉末、金属とセラミックとの混合粉末および金属と炭素との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形したグリーンシートを用意すること、
グリーンシートに含まれる金属の融点以上の融点または分解点を有するセラミックからなる基板を用意すること、
基板の少なくとも一面にグリーンシートを積層し、基板およびグリーンシートを積層方向の両側から加圧すること、
グリーンシートを加熱してグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂すること、
ならびにグリーンシートに含まれていた粉末を放電プラズマ焼結して基板の少なくとも一面に、粉末からなる焼結体層を形成することを特徴とする積層材の製造方法。
16) A green sheet formed by mixing a powder selected from the group consisting of a metal powder, a mixed powder of metal and ceramic and a mixed powder of metal and carbon, a resin and a plasticizer, into a sheet shape. To prepare,
Preparing a substrate made of a ceramic having a melting point or decomposition point equal to or higher than the melting point of the metal contained in the green sheet;
Laminating a green sheet on at least one surface of the substrate and pressurizing the substrate and the green sheet from both sides in the laminating direction;
Heating and degreasing the green sheet resin and plasticizer by heating the green sheet,
And a method for producing a laminated material, characterized in that the powder contained in the green sheet is subjected to discharge plasma sintering to form a sintered body layer made of the powder on at least one surface of the substrate.
17)基板が、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックからなる上記16)記載の積層材の製造方法。 17) The laminated material according to 16) above, wherein the substrate is made of one kind of ceramic selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO. Production method.
18)金属粉末、金属とセラミックとの混合粉末および金属と炭素との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形したグリーンシートを用意すること、
グリーンシートに含まれる金属の融点以上の融点を有する材料からなり、かつ厚みが０．３ｍｍ以上である基板を用意すること、
基板の少なくとも一面にグリーンシートを積層し、基板およびグリーンシートをその積層方向の両側から加圧すること、
グリーンシートを加熱してグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂すること、
ならびにグリーンシートに含まれていた粉末を放電プラズマ焼結して基板の少なくとも一面に、粉末からなる焼結体層を形成することを特徴とする積層材の製造方法。
18) A green sheet formed by mixing a powder selected from the group consisting of a metal powder, a mixed powder of metal and ceramic and a mixed powder of metal and carbon, a resin and a plasticizer, into a sheet shape. To prepare,
Preparing a substrate made of a material having a melting point equal to or higher than the melting point of the metal contained in the green sheet and having a thickness of 0.3 mm or more;
Laminating a green sheet on at least one surface of the substrate, and pressurizing the substrate and the green sheet from both sides in the laminating direction;
Heating and degreasing the green sheet resin and plasticizer by heating the green sheet,
And a method for producing a laminated material, characterized in that the powder contained in the green sheet is subjected to discharge plasma sintering to form a sintered body layer made of the powder on at least one surface of the substrate.
19)基板が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金、ＣｕとＭｏとの複合材料、ＣｕとＷとの複合材料、ＡｌとＳｉＣとの複合材料、ＡｌとＡｌＮとの複合材料、ＳｉとＳｉＣとの複合材料、Ａｌと短炭素繊維との複合材料、およびＡｌと炭素粒子との複合材料のうちの少なくとも１つの材料からなる上記1)８記載の積層材の製造方法。 19) The substrate is made of Al, Cu, Ag, Au, Al alloy, Cu alloy, Ag alloy, Au alloy, a composite material of Cu and Mo, a composite material of Cu and W, a composite material of Al and SiC, Al The laminate according to 1) above, comprising at least one of a composite material of AlN and AlN, a composite material of Si and SiC, a composite material of Al and short carbon fibers, and a composite material of Al and carbon particles A method of manufacturing the material.
20)グリーンシートに含まれる粉末の平均粒径が１５０μｍ以下である上記16)〜19)のうちのいずれかに記載の積層材の製造方法。 20) The method for producing a laminated material according to any one of 16) to 19) above, wherein the average particle size of the powder contained in the green sheet is 150 μm or less.
21)グリーンシートの樹脂および可塑剤の加熱脱脂の際の基板およびグリーンシートの加圧を０．１〜１０ＭＰａで行う上記16)〜20)のうちのいずれかに記載の積層材の製造方法。 21) The method for producing a laminated material according to any one of the above 16) to 20), wherein the green sheet resin and the plasticizer are heated and degreased under pressure at 0.1 to 10 MPa.
22)グリーンシートの樹脂および可塑剤の加熱脱脂を、基板およびグリーンシートの積層方向にパルス電流を通電することにより行う上記16)〜21)のうちのいずれかに記載の積層材の製造方法。 22) The method for producing a laminated material according to any one of 16) to 21) above, wherein the heat degreasing of the resin and the plasticizer of the green sheet is performed by passing a pulse current in the laminating direction of the substrate and the green sheet.
23)グリーンシートに含まれていた粉末の放電プラズマ焼結を、基板およびグリーンシートを積層方向の両側から１０〜１００ＭＰで加圧しながら行う上記16)〜22)のうちのいずれかに記載の積層材の製造方法。 23) The lamination according to any one of 16) to 22) above, wherein the discharge plasma sintering of the powder contained in the green sheet is performed while pressing the substrate and the green sheet at 10 to 100 MP from both sides in the lamination direction. A method of manufacturing the material.
24)グリーンシートに含まれていた粉末の放電プラズマ焼結を、グリーンシートに含まれる金属の融点よりも１０〜１５０℃低い温度で行う上記16)〜23)のうちのいずれかに記載の積層材の製造方法。 24) The lamination according to any one of 16) to 23) above, wherein the discharge plasma sintering of the powder contained in the green sheet is performed at a temperature lower by 10 to 150 ° C. than the melting point of the metal contained in the green sheet. A method of manufacturing the material.
25)ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックからなる基板を用意すること、
Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形した第１グリーンシートを用意すること、
Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形した第２グリーンシートを用意すること、
基板の一面に第１グリーンシートを積層するとともに、同他面に第２グリーンシートを積層し、基板および両グリーンシートをその積層方向の両側から加圧すること、
両グリーンシートを加熱してグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂すること、
ならびに両グリーンシートに含まれていた粉末を放電プラズマ焼結して基板の両面に、それぞれ粉末からなる焼結体層を形成することを特徴とする絶縁積層材の製造方法。
25) preparing a substrate made of one kind of ceramic selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO;
A metal powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder is mixed with a resin and a plasticizer. Preparing a first green sheet molded into a sheet,
Mixed powder of Cu powder and Mo powder, mixed powder of Cu powder and W powder, mixed powder of Al powder and SiC powder, mixed powder of Al powder and AlN powder, mixed powder of Si powder and SiC powder, A second green sheet formed by mixing a powder selected from the group consisting of a mixed powder of Al and short carbon fibers and a mixed powder of Al and carbon particles, a resin and a plasticizer, and forming the sheet. To prepare,
Laminating the first green sheet on one side of the substrate, laminating the second green sheet on the other side, and pressurizing the substrate and both green sheets from both sides in the laminating direction;
Heating and degreasing the green sheet resin and plasticizer by heating both green sheets;
In addition, a method for producing an insulating laminated material is characterized in that the powder contained in both green sheets is subjected to discharge plasma sintering to form a sintered body layer made of powder on both surfaces of the substrate.
26)グリーンシートに含まれる粉末の平均粒径が１５０μｍ以下である上記25)記載の絶縁積層材の製造方法。 26) The method for producing an insulating laminated material according to 25) above, wherein the average particle size of the powder contained in the green sheet is 150 μm or less.
27)グリーンシートの樹脂および可塑剤の加熱脱脂の際の基板および両グリーンシートの加圧を０．１〜１０ＭＰａで行う上記25)または26)記載の絶縁積層材の製造方法。 27) The method for producing an insulating laminate according to the above 25) or 26), wherein the green sheet resin and the plasticizer are heated and degreased by heating at a pressure of 0.1 to 10 MPa.
28)グリーンシートの樹脂および可塑剤の加熱脱脂を、基板および両グリーンシートの積層方向にパルス電流を通電することにより行う上記25)〜27)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材の製造方法。 28) Production of insulating laminate according to any one of 25) to 27) above, wherein the heat degreasing of the resin and plasticizer of the green sheet is performed by passing a pulse current in the direction of lamination of the substrate and both green sheets. Method.
29)グリーンシートに含まれていた粉末の放電プラズマ焼結を、基板および両グリーンシートの積層方向の両側から１０〜１００ＭＰで加圧しながら行う上記25)〜28)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材の製造方法。 29) The discharge plasma sintering of the powder contained in the green sheet is performed while applying pressure at 10 to 100 MP from both sides in the stacking direction of the substrate and both green sheets. Insulating laminate manufacturing method.
30)グリーンシートに含まれていた粉末の放電プラズマ焼結を、グリーンシートに含まれる金属の融点よりも１０〜１５０℃低い温度で行う上記25)〜29)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材の製造方法。 30) The insulation according to any one of 25) to 29) above, wherein the discharge plasma sintering of the powder contained in the green sheet is performed at a temperature lower by 10 to 150 ° C. than the melting point of the metal contained in the green sheet. A method for producing a laminated material.
上記1)、2)および5)〜8)の積層材によれば、基板と、金属粉末、金属とセラミックとの混合粉末および金属と炭素との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末からなり、かつ基板の少なくとも一面に形成された焼結体層とを備えており、基板が、焼結体層を形成する粉末に含まれる金属の融点以上の融点または分解点を有するセラミックからなり、焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜてシート状に成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されているから、積層材の上下両面の平面度を向上させ、たとえば１００μｍ以下とすることができる。すなわち、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、グリーンシート中の粉末を基板の少なくとも一面に均一の厚みに配置することが可能になるので、積層材の両面の平面度を向上させることができる。また、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、基板の変形や破断が防止されるとともに、基板の変形や破断に起因するグリーンシート中の粉末の厚み方向への位置ずれが防止されるので、積層材の両面の平面度を向上させることができる。したがって、積層材の上下両面の平面度が特許文献１記載の積層材に比べて向上し、研磨などのサイジング工程による仕上げ処理が不要になる。 According to the laminated material of 1), 2) and 5) to 8) above, one kind selected from the group consisting of a substrate, a metal powder, a mixed powder of metal and ceramic, and a mixed powder of metal and carbon And a sintered body layer formed on at least one surface of the substrate, and the substrate is made of a ceramic having a melting point or a decomposition point equal to or higher than the melting point of the metal contained in the powder forming the sintered body layer. The sintered body layer uses a green sheet formed by mixing the powder, resin and plasticizer into a sheet shape, and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method. Since it is formed, the flatness of the upper and lower surfaces of the laminated material can be improved, for example, 100 μm or less. That is, when the powder is sintered by the discharge plasma sintering method, it becomes possible to arrange the powder in the green sheet with a uniform thickness on at least one surface of the substrate, so that the flatness of both sides of the laminated material can be improved. it can. In addition, during powder sintering by the discharge plasma sintering method, deformation and breakage of the substrate are prevented, and displacement in the thickness direction of the powder in the green sheet due to deformation and breakage of the substrate is prevented. Further, the flatness of both surfaces of the laminated material can be improved. Therefore, the flatness of the upper and lower surfaces of the laminated material is improved as compared with the laminated material described in Patent Document 1, and a finishing process by a sizing process such as polishing becomes unnecessary.
しかも、焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜてシート状に成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されているので、焼結体層を任意の形状に正確に形成することが可能になり、焼結体層の形状（平面形状）が円形、だ円形、角が丸くなった多角形の場合にも、形状精度が向上する。 Moreover, the sintered body layer uses a green sheet formed by mixing the above powder, resin and plasticizer into a sheet shape, and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method. Because it is formed, it becomes possible to accurately form the sintered body layer in any shape, and when the shape (planar shape) of the sintered body layer is a circle, an ellipse, or a polygon with rounded corners In addition, the shape accuracy is improved.
上記3)〜8)の積層材によれば、厚みが０．３ｍｍ以上である基板と、金属粉末、金属とセラミックとの混合粉末および金属と炭素との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末からなり、かつ基板の少なくとも一面に形成された焼結体層とを備えており、基板が、焼結体層を形成する粉末に含まれる金属の融点以上の融点を有する材料からなり、焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜてシート状に成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されているから、積層材の上下両面の平面度を向上させ、たとえば１００μｍ以下とすることができる。すなわち、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、グリーンシート中の粉末を基板の少なくとも一面に均一の厚みに配置することが可能になるので、積層材の両面の平面度を向上させることができる。また、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、基板の変形や破断が防止されるとともに、基板の変形や破断に起因するグリーンシート中の粉末の厚み方向への位置ずれが防止されるので、積層材の両面の平面度を向上させることができる。したがって、積層材の上下両面の平面度が特許文献１記載の積層材に比べて向上し、研磨などのサイジング工程による仕上げ処理が不要になる。 According to the laminates of 3) to 8) above, 1 selected from the group consisting of a substrate having a thickness of 0.3 mm or more, a metal powder, a mixed powder of metal and ceramic, and a mixed powder of metal and carbon And a sintered body layer formed on at least one surface of the substrate, and the substrate is made of a material having a melting point equal to or higher than the melting point of the metal contained in the powder forming the sintered body layer. The sintered body layer is formed by using a green sheet formed by mixing the above powder, resin and plasticizer into a sheet shape, and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method. Therefore, the flatness of the upper and lower surfaces of the laminated material can be improved, for example, 100 μm or less. That is, when the powder is sintered by the discharge plasma sintering method, it becomes possible to arrange the powder in the green sheet with a uniform thickness on at least one surface of the substrate, so that the flatness of both sides of the laminated material can be improved. it can. In addition, during powder sintering by the discharge plasma sintering method, deformation and breakage of the substrate are prevented, and displacement in the thickness direction of the powder in the green sheet due to deformation and breakage of the substrate is prevented. Further, the flatness of both surfaces of the laminated material can be improved. Therefore, the flatness of the upper and lower surfaces of the laminated material is improved as compared with the laminated material described in Patent Document 1, and a finishing process by a sizing process such as polishing becomes unnecessary.
しかも、焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜてシート状に成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されているので、焼結体層を任意の形状に正確に形成することが可能になり、焼結体層の形状（平面形状）が円形、だ円形、角が丸くなった多角形の場合にも、形状精度が向上する。 Moreover, the sintered body layer uses a green sheet formed by mixing the above powder, resin and plasticizer into a sheet shape, and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method. Because it is formed, it becomes possible to accurately form the sintered body layer in any shape, and when the shape (planar shape) of the sintered body layer is a circle, an ellipse, or a polygon with rounded corners In addition, the shape accuracy is improved.
上記10)〜14)の絶縁積層材によれば、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックからなる基板と、基板の一面に形成され、かつＡｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末からなる第１焼結体層と、基板の他面に形成され、かつＣｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の混合粉末からなる第２焼結体層とを備えており、第１および第２焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤を混ぜて成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されているから、絶縁積層材の上下両面の平面度を向上させ、たとえば１００μｍ以下とすることができる。すなわち、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、グリーンシート中の粉末を基板の両面に均一の厚みに配置することが可能になるので、絶縁積層材の両面の平面度を向上させることができる。また、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、基板の変形や破断が防止されるとともに、基板の変形や破断に起因するグリーンシート中の粉末の厚み方向への位置ずれが防止されるので、絶縁積層材の両面の平面度を向上させることができる。したがって、積層材の上下両面の平面度が特許文献１記載の積層材に比べて向上し、研磨などのサイジング工程による仕上げ処理が不要になる。 According to the insulating laminates of the above 10) to 14), from one kind of ceramic selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO. And a metal selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder. A first sintered body layer made of powder, formed on the other surface of the substrate and mixed powder of Cu powder and Mo powder, mixed powder of Cu powder and W powder, mixed powder of Al powder and SiC powder, A mixed powder selected from the group consisting of mixed powder of Al powder and AlN powder, mixed powder of Si powder and SiC powder, mixed powder of Al and short carbon fiber, and mixed powder of Al and carbon particles A second sintered body layer comprising The first and second sintered body layers use a green sheet formed by mixing the powder, resin and plasticizer, and the powder in the green sheet is sintered by a discharge plasma sintering method. Therefore, the flatness of the upper and lower surfaces of the insulating laminated material can be improved, for example, 100 μm or less. That is, when the powder is sintered by the discharge plasma sintering method, it becomes possible to arrange the powder in the green sheet on both sides of the substrate with a uniform thickness, so that the flatness of both sides of the insulating laminate can be improved. it can. In addition, during powder sintering by the discharge plasma sintering method, deformation and breakage of the substrate are prevented, and displacement in the thickness direction of the powder in the green sheet due to deformation and breakage of the substrate is prevented. The flatness of both surfaces of the insulating laminate can be improved. Therefore, the flatness of the upper and lower surfaces of the laminated material is improved as compared with the laminated material described in Patent Document 1, and a finishing process by a sizing process such as polishing becomes unnecessary.
しかも、第１および第２焼結体層が、上記粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜてシート状に成形したグリーンシートを使用するとともに、当該グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成されているので、第１および第２焼結体層を任意の形状に正確に形成することが可能になり、第１および第２焼結体層の形状（平面形状）が円形、だ円形、角が丸くなった多角形の場合にも、形状精度が向上する。 Moreover, the first and second sintered body layers use a green sheet formed by mixing the above powder, resin and plasticizer into a sheet shape, and the powder in the green sheet is obtained by a discharge plasma sintering method. Since it is formed by sintering, the first and second sintered body layers can be accurately formed into arbitrary shapes, and the shape (planar shape) of the first and second sintered body layers. The shape accuracy is improved even when is a circle, an ellipse, or a polygon with rounded corners.
また、上記10)〜14)の絶縁積層材の場合、基板が電気絶縁層となるとともに、第１焼結体層が配線層となり、さらに第２焼結体層が応力緩和層になり、応力緩和層がアルミニウム、銅などの高熱伝導性材料からなるヒートシンクなどの放熱材に接合されることによってパワーモジュール用ベースが形成され、このパワーモジュール用ベースの配線層にパワーデバイスが実装されてパワーモジュールが構成される。そして、パワーデバイスと放熱材の間には、配線層、電気絶縁層および応力緩和層が存在するだけであるから、パワーデバイスから放熱材までの熱伝導の経路が短くなり、パワーデバイスから発せられる熱の放熱性能が向上する。また、配線層および応力緩和層が、粉末の焼結体層からなるので、配線層および応力緩和層と電気絶縁層との間には熱伝導率の低いろう材を介在させる必要はなく、電気絶縁層と配線層および応力緩和層との間の熱伝導性が優れたものになる。 In the case of the insulating laminates 10) to 14) described above, the substrate serves as an electrical insulation layer, the first sintered body layer serves as a wiring layer, and the second sintered body layer serves as a stress relaxation layer. A power module base is formed by bonding the relaxation layer to a heat sink or other heat-dissipating material made of a highly thermally conductive material such as aluminum or copper, and a power device is mounted on the wiring layer of the power module base. Is configured. And since there are only a wiring layer, an electrical insulation layer and a stress relaxation layer between the power device and the heat dissipation material, the heat conduction path from the power device to the heat dissipation material is shortened and emitted from the power device. The heat dissipation performance is improved. In addition, since the wiring layer and the stress relaxation layer are made of a powder sintered body layer, it is not necessary to interpose a brazing material having low thermal conductivity between the wiring layer and the stress relaxation layer and the electrical insulating layer. The thermal conductivity between the insulating layer, the wiring layer and the stress relaxation layer is excellent.
しかも、絶縁積層材の電気絶縁層と放熱材との熱膨張係数の相違に起因して放熱材が電気絶縁層に引っ張られて反ろうとすることによりパワーモジュール用ベースに熱応力が発生した場合にも、応力緩和層の働きにより熱応力が緩和されるので、電気絶縁層にクラックが生じたり、放熱材の応力緩和層への接合面に反りが生じたりすることが防止される。したがって、放熱性能が長期間にわたって維持される。 Moreover, when thermal stress is generated in the base for the power module due to the heat dissipation material being pulled and warped due to the difference in thermal expansion coefficient between the electrical insulation layer and the heat dissipation material of the insulating laminate. However, since the thermal stress is relieved by the action of the stress relieving layer, it is possible to prevent cracks in the electrical insulating layer and warpage of the joining surface of the heat dissipation material to the stress relieving layer. Therefore, the heat dissipation performance is maintained for a long time.
上記11)〜13)の絶縁積層材の場合、上述したパワーモジュールにおいて、絶縁積層材の電気絶縁層と放熱材との熱膨張係数の相違に起因して放熱材が電気絶縁層に引っ張られて反ろうとすることによりパワーモジュール用ベースに熱応力が発生した場合にも、応力緩和層の外形に、熱応力の集中するエッジ部が存在しないので、応力緩和層と放熱材との剥離を一層確実に防止することができる。 In the case of the insulating laminates of the above 11) to 13), in the power module described above, the heat dissipation material is pulled by the electrical insulation layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the electric insulation layer of the insulation laminate and the heat dissipation material. Even when thermal stress is generated in the power module base due to warping, there is no edge where heat stress is concentrated on the outer shape of the stress relaxation layer, so that the stress relaxation layer and the heat dissipation material are more reliably separated. Can be prevented.
上記15)のパワーモジュール用ベースによれば、配線層にパワーデバイスが実装されたパワーモジュールにおけるパワーデバイスと放熱材の間には、配線層、電気絶縁層および応力緩和層が存在するだけであるから、パワーデバイスから放熱材までの熱伝導の経路が短くなり、パワーデバイスから発せられる熱の放熱性能が向上する。また、配線層および応力緩和層が粉末の焼結体層からなるので、配線層および応力緩和層の熱伝導性が優れたものになる。 According to the power module base of 15) above, there is only a wiring layer, an electrical insulating layer, and a stress relaxation layer between the power device and the heat dissipation material in the power module in which the power device is mounted on the wiring layer. Therefore, the heat conduction path from the power device to the heat dissipation material is shortened, and the heat dissipation performance of the heat generated from the power device is improved. In addition, since the wiring layer and the stress relaxation layer are made of a powder sintered body layer, the thermal conductivity of the wiring layer and the stress relaxation layer is excellent.
しかも、絶縁積層材の電気絶縁層と放熱材との熱膨張係数の相違に起因して放熱材が電気絶縁層に引っ張られて反ろうとすることによりパワーモジュール用ベースに熱応力が発生した場合にも、応力緩和層の働きにより熱応力が緩和されるので、電気絶縁層にクラックが生じたり、放熱材の応力緩和層への接合面に反りが生じたりすることが防止される。したがって、放熱性能が長期間にわたって維持される。 Moreover, when thermal stress is generated in the base for the power module due to the heat dissipation material being pulled and warped due to the difference in thermal expansion coefficient between the electrical insulation layer and the heat dissipation material of the insulating laminate. However, since the thermal stress is relieved by the action of the stress relieving layer, it is possible to prevent cracks in the electrical insulating layer and warpage of the joining surface of the heat dissipation material to the stress relieving layer. Therefore, the heat dissipation performance is maintained for a long time.
上記16)の積層材の製造方法によれば、上記1)の積層材を簡単に製造することができる。 According to the method for producing a laminated material of 16), the laminated material of 1) can be easily produced.
上記18)の積層材の製造方法によれば、上記3)の積層材を簡単に製造することができる。 According to the method for producing a laminated material of 18), the laminated material of 3) can be produced easily.
上記20)の積層材の製造方法によれば、内部欠陥のない焼結体層を簡単に製造することができる。 According to the method for producing a laminated material of 20), a sintered body layer having no internal defects can be easily produced.
上記21)の積層材の製造方法によれば、グリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂する際のグリーンシートの反りを防止することができる。 According to the method for producing a laminated material of 21), the green sheet can be prevented from warping when the resin and plasticizer of the green sheet are heated and degreased.
上記22)の積層材の製造方法によれば、グリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂するための加熱装置を別個に用意する必要がなくなる。 According to the method for producing a laminated material of the above 22), it is not necessary to separately prepare a heating device for heating and degreasing the resin and the plasticizer of the green sheet.
上記23)の積層材の製造方法によれば、内部欠陥のない焼結体層を簡単に製造することができるとともに、当該焼結体層と隣接する基板との間での接合欠陥の発生を防止することができる。 According to the method for producing a laminated material of 23) above, it is possible to easily produce a sintered body layer having no internal defects, and to generate a bonding defect between the sintered body layer and an adjacent substrate. Can be prevented.
上記24)の積層材の製造方法によれば、内部欠陥のない焼結体層を簡単に製造することができる。 According to the method for producing a laminated material of 24), a sintered body layer having no internal defects can be easily produced.
上記25)の絶縁積層材の製造方法によれば、上記10)の絶縁積層材を簡単に製造することができる。 According to the method for manufacturing an insulating laminate of 25), the insulating laminate of 10) can be easily manufactured.
上記26)の絶縁積層材の製造方法によれば、内部欠陥のない焼結体層を簡単に製造することができる。 According to the method for producing an insulating laminate material of the above 26), a sintered body layer having no internal defect can be easily produced.
上記27)の絶縁積層材の製造方法によれば、グリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂する際のグリーンシートの反りを防止することができる。 According to the method for producing an insulating laminated material of the above 27), the green sheet can be prevented from warping when the resin and the plasticizer of the green sheet are heated and degreased.
上記28)の絶縁積層材の製造方法によれば、グリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂するための加熱装置を別個に用意する必要がなくなる。 According to the method for producing an insulating laminate of 28), it is not necessary to separately prepare a heating device for heating and degreasing the resin and plasticizer of the green sheet.
上記29)の絶縁積層材の製造方法によれば、内部欠陥のない２つの焼結体層を簡単に製造することができるとともに、両焼結体層と基板との間での接合欠陥の発生を防止することができる。 According to the method for producing an insulating laminated material of 29), it is possible to easily produce two sintered body layers having no internal defects, and generation of joint defects between the both sintered body layers and the substrate. Can be prevented.
上記30)の絶縁積層材の製造方法によれば、内部欠陥のない焼結体層を簡単に製造することができる。 According to the method for producing an insulating laminated material of 30), a sintered body layer having no internal defect can be easily produced.
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１〜図３および図８〜図１１の上下を上下というものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the top and bottom of FIGS. 1 to 3 and FIGS.
実施形態１
この実施形態は図１〜図４に示すものである。図１はこの発明による絶縁積層材を示し、図２は図１の絶縁積層材を用いたパワーモジュール用ベースを示す。また、図３は図１の絶縁積層材の製造方法を示し、図４は図１の絶縁積層材を製造する際の加熱条件を示す。
Embodiment 1
This embodiment is shown in FIGS. FIG. 1 shows an insulating laminate according to the present invention, and FIG. 2 shows a power module base using the insulating laminate of FIG. 3 shows a method for manufacturing the insulating laminate shown in FIG. 1, and FIG. 4 shows heating conditions when the insulating laminate shown in FIG. 1 is manufactured.
図１において、絶縁積層材(1)は、セラミックからなる基板(2)と、基板(2)の一面（上面）に形成された第１焼結体層(3)と、基板(2)の他面（下面）に形成された第２焼結体層(4)とよりなる。 In FIG. 1, an insulating laminate (1) includes a substrate (2) made of ceramic, a first sintered body layer (3) formed on one surface (upper surface) of the substrate (2), and a substrate (2). The second sintered body layer (4) is formed on the other surface (lower surface).
絶縁積層材(1)の上下両面、すなわち第１焼結体層(3)の上面および第２焼結体層(4)の下面の平面度は、それぞれ１００μｍ以下である。また、絶縁積層材(1)、すなわち基板(2)、第１焼結体層(3)および第２焼結体層(4)は、それぞれ平面から見て角が直角となった正方形または長方形である。 The flatness of the upper and lower surfaces of the insulating laminate (1), that is, the upper surface of the first sintered body layer (3) and the lower surface of the second sintered body layer (4) is 100 μm or less, respectively. Also, the insulating laminate (1), that is, the substrate (2), the first sintered body layer (3), and the second sintered body layer (4) are each a square or rectangle with a right angle when viewed from the plane. It is.
基板(2)は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックからなり、電気絶縁層として用いられる。基板(2)の厚みは０．３ｍｍ以上であり、上下両面の平面度は１００μｍ以下となっていることが好ましい。基板(2)は、たとえばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックの粉末を、適当な焼結助剤を用いて放電プラズマ焼結法により焼結することにより形成される。また、基板(2)は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックの粉末を用いて熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）することにより形成してもよい。 The substrate (2) is made of one kind of ceramic selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO, and is used as an electrical insulating layer. . The thickness of the substrate (2) is preferably 0.3 mm or more, and the flatness of both upper and lower surfaces is preferably 100 μm or less. For the substrate (2), for example, one kind of ceramic powder selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO is appropriately sintered. It is formed by sintering by an electric discharge plasma sintering method using an auxiliary agent. The substrate (2) is hot using one kind of ceramic powder selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO. It may be formed by isostatic pressing (HIP).
ここで、各セラミックの融点または分解点は、ＡｌＮ：２２００℃、Ａｌ２Ｏ３：２０５０℃、Ｓｉ３Ｎ４：１９００℃、ＳｉＣ：２０００℃、Ｙ２Ｏ３：２４００℃、ＣａＯ：２５７０℃、ＢＮ：３０００℃、ＢｅＯ：２５７０℃である。 Here, the melting point or decomposition point of each ceramic is AlN: 2200 ° C., Al 2 O 3 : 2050 ° C., Si 3 N 4 : 1900 ° C., SiC: 2000 ° C., Y 2 O 3 : 2400 ° C., CaO: 2570 ° C. , BN: 3000 ° C., BeO: 2570 ° C.
第１焼結体層(3)は、Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末の焼結体からなり、導電性を有しているとともに、配線層として用いられる。第１焼結体層(3)は、Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末と、適当な樹脂および可塑剤とを混ぜて成形したグリーンシートを使用するとともに、グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成される。グリーンシートに用いられる粉末の平均粒径は１５０μｍ以下であることが好ましい。グリーンシートに用いられる樹脂としては、たとえばブチルアルコール系の樹脂が用いられる。グリーンシートにおける粉末と、樹脂および可塑剤との配合比は、重量比率で粉末：（樹脂＋可塑剤）＝８０：２０〜９５：５であることが好ましい。 The first sintered body layer (3) is one metal powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder. It is made of a sintered body, has conductivity, and is used as a wiring layer. The first sintered body layer (3) is one metal powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder. And a green sheet formed by mixing an appropriate resin and a plasticizer, and the powder in the green sheet is sintered by a discharge plasma sintering method. The average particle size of the powder used for the green sheet is preferably 150 μm or less. As the resin used for the green sheet, for example, a butyl alcohol resin is used. The blending ratio of the powder in the green sheet to the resin and the plasticizer is preferably powder: (resin + plasticizer) = 80: 20 to 95: 5 by weight ratio.
ここで、第１焼結体層(3)を構成する各金属粉末を形成する金属の融点は、Ａｌ：６６０℃、Ｃｕ：１０８３℃、Ａｇ：９６１℃、Ａｕ：１０６３℃であり、基板(2)の融点または分解点は、これらの金属の融点以上となっている。また、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金およびＡｕ合金の融点は、通常、Ａｌ、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕの融点よりも低い。 Here, the melting point of the metal forming each metal powder constituting the first sintered body layer (3) is Al: 660 ° C., Cu: 1083 ° C., Ag: 961 ° C., Au: 1063 ° C., and the substrate ( The melting point or decomposition point of 2) is higher than the melting point of these metals. Moreover, the melting point of Al alloy, Cu alloy, Ag alloy and Au alloy is usually lower than the melting point of Al, Cu, Ag and Au.
なお、図示は省略したが、第１焼結体層(3)には回路が形成されている。回路は、第１焼結体層(3)を形成した後にエッチングにより形成されたり、あるいは第１焼結体層(3)を放電プラズマ焼結する際に形成されたりする。 Although not shown, a circuit is formed in the first sintered body layer (3). The circuit is formed by etching after the first sintered body layer (3) is formed, or formed when the first sintered body layer (3) is sintered by discharge plasma.
第２焼結体層(4)は、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の混合粉末の焼結体からなり、応力緩和層として用いられる。第２焼結体層(4)は、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の混合粉末と、適当な樹脂および可塑剤とを混ぜて成形したグリーンシートを使用するとともに、グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成される。各種混合粉末の焼結体は、複合材料になる。したがって、第２焼結体層(4)は、Ｃｕ−Ｍｏ複合材料、Ｃｕ−Ｗ複合材料、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料、Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料、Ａｌ−短炭素繊維複合材料およびＡｌ−炭素粒子複合材料のうちの１種になる。グリーンシートに用いられる粉末の平均粒径は１５０μｍ以下であることが好ましい。なお、上記短炭素繊維の長さも１５０μｍ以下であることが好ましい。グリーンシートに用いられる樹脂としては、たとえばブチルアルコール系の樹脂が用いられる。グリーンシートにおける粉末と、樹脂および可塑剤との配合比は、重量比率で粉末：（樹脂＋可塑剤）＝８０：２０〜９５：５であることが好ましい。 The second sintered body layer (4) is a mixed powder of Cu powder and Mo powder, a mixed powder of Cu powder and W powder, a mixed powder of Al powder and SiC powder, and a mixed powder of Al powder and AlN powder. It consists of a sintered body of a mixed powder selected from the group consisting of a mixed powder of Si powder and SiC powder, a mixed powder of Al and short carbon fibers, and a mixed powder of Al and carbon particles, and stress relaxation Used as a layer. The second sintered body layer (4) is a mixed powder of Cu powder and Mo powder, a mixed powder of Cu powder and W powder, a mixed powder of Al powder and SiC powder, and a mixed powder of Al powder and AlN powder. A mixed powder of Si powder and SiC powder, a mixed powder of Al and short carbon fibers, and a mixed powder selected from the group consisting of a mixed powder of Al and carbon particles, and an appropriate resin and plasticizer, It is formed by using a green sheet formed by mixing and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method. A sintered body of various mixed powders becomes a composite material. Therefore, the second sintered body layer (4) is made of Cu-Mo composite material, Cu-W composite material, Al-SiC composite material, Al-AlN composite material, Si-SiC composite material, Al-short carbon fiber composite material. And Al-carbon particle composite material. The average particle size of the powder used for the green sheet is preferably 150 μm or less. In addition, it is preferable that the length of the said short carbon fiber is also 150 micrometers or less. As the resin used for the green sheet, for example, a butyl alcohol resin is used. The blending ratio of the powder in the green sheet to the resin and the plasticizer is preferably powder: (resin + plasticizer) = 80: 20 to 95: 5 by weight ratio.
ここで、第２焼結体層(4)を形成する複合材料の素材となる混合材料の融点は、ＣｕとＭｏとの混合材料：１０８３℃、ＣｕとＷとの混合材料：１０８３℃、ＡｌとＳｉＣとの混合材料：６６０℃、ＡｌとＡｌＮとの混合材料：６６０℃、ＳｉとＳｉＣとの混合材料：１４１０℃、Ａｌと短炭素繊維との混合材料：６６０℃、Ａｌと炭素粒子との混合材料：６６０℃となっており、基板(2)の融点または分解点は、これらの材料の融点以上となっている。なお、混合材料の融点とは、混合材料を形成する２つの材料のうちの低融点材料の融点をいうものとする。 Here, the melting point of the mixed material as the material of the composite material forming the second sintered body layer (4) is as follows: mixed material of Cu and Mo: 1083 ° C., mixed material of Cu and W: 1083 ° C., Al And SiC mixed material: 660 ° C, Al and AlN mixed material: 660 ° C, Si and SiC mixed material: 1410 ° C, Al and short carbon fiber mixed material: 660 ° C, Al and carbon particles The mixed material: 660 ° C. The melting point or decomposition point of the substrate (2) is equal to or higher than the melting point of these materials. Note that the melting point of the mixed material refers to the melting point of the low melting point material of the two materials forming the mixed material.
図２に示すように、絶縁積層材(1)の第２焼結体層(4)が放熱材(5)に接合されることによってパワーモジュール用ベース(6)が構成される。第２焼結体層(4)と放熱材(5)との接合は、第２焼結体層(4)を形成する際の上記グリーンシート中の粉末の放電プラズマ焼結により行われる。 As shown in FIG. 2, the power module base (6) is formed by joining the second sintered body layer (4) of the insulating laminate (1) to the heat dissipating material (5). The joining of the second sintered body layer (4) and the heat dissipating material (5) is performed by spark plasma sintering of the powder in the green sheet when the second sintered body layer (4) is formed.
なお、放熱材(5)は、たとえば内部に冷却流体通路を有する中空体の上壁からなることがある。冷却流体としては、液体および気体のいずれを用いてもよい。また、放熱材(5)は、第２焼結体層(4)が接合されたのと反対側の面に放熱フィンが設けられた放熱基板からなることがある。 The heat dissipating material (5) may be composed of, for example, an upper wall of a hollow body having a cooling fluid passage inside. Either a liquid or a gas may be used as the cooling fluid. Further, the heat dissipating material (5) may be composed of a heat dissipating substrate provided with heat dissipating fins on the surface opposite to the side where the second sintered body layer (4) is bonded.
図示は省略したが、パワーモジュール用ベース(6)の絶縁積層材(1)の第１焼結体層(3)に、パワーデバイスがはんだ付により実装されてパワーモジュールが構成されることがある。当該パワーモジュールにおいて、パワーデバイスから発せられた熱は、第１焼結体層(3)、基板(2)および第２焼結体層(4)を経て放熱材(5)に伝えられ、放熱材(5)から放熱される。このとき、絶縁積層材(1)の基板(2)と放熱材(5)との熱膨張率の相違に起因して放熱材(5)が基板(2)に引っ張られて反ろうとすることによりパワーモジュール用ベース(6)に熱応力が発生した場合にも、第２焼結体層(4)の働きにより熱応力が緩和されるので、基板(2)にクラックが生じたり、放熱材(5)の第２焼結体層(4)への接合面に反りが生じたりすることが防止される。 Although not shown, the power module may be configured by soldering the power device to the first sintered body layer (3) of the insulating laminate (1) of the power module base (6). . In the power module, the heat generated from the power device is transferred to the heat dissipation material (5) through the first sintered body layer (3), the substrate (2), and the second sintered body layer (4). Heat is dissipated from the material (5). At this time, due to the difference in coefficient of thermal expansion between the substrate (2) of the insulating laminate (1) and the heat dissipation material (5), the heat dissipation material (5) is pulled by the substrate (2) and tries to warp. Even when thermal stress is generated in the power module base (6), the thermal stress is relieved by the action of the second sintered body layer (4). It is possible to prevent warping of the joint surface to the second sintered body layer (4) of 5).
次に、絶縁積層材(1)の製造方法について、図３および図４を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the insulating laminated material (1) will be described with reference to FIGS.
すなわち、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮおよびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種のセラミックからなり、かつ一般的な製法で作製された基板(2)を用意する。基板(2)の両面の平面度は１００μｍ以下であり、厚みは０．３ｍｍ以上であることが好ましい。 That is, a substrate made of one kind of ceramic selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO and manufactured by a general manufacturing method Prepare (2). The flatness of both surfaces of the substrate (2) is preferably 100 μm or less, and the thickness is preferably 0.3 mm or more.
また、Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形した第１グリーンシート(10)を用意する。上記金属粉末としては、一般的な製法で作製されたものを用いる。また、上記金属粉末を、遊星型ボールミル、アトライタミル、ポットミルなどを用いてメカニカルアロイングし、さらに微細な粉末にしてもよい。メカニカルアロイングに要する時間は１〜１５時間である。メカニカルアロイングを行っていない粉末、およびメカニカルアロイングにより微細にされた粉末の平均粒径は１５０μｍ以下とすることが好ましい。そして、上記金属粉末と、たとえばブチルアルコール系の樹脂および適当な可塑剤とを、重量比率で粉末：（樹脂＋可塑剤）＝８０：２０〜９５：５となるように配合するとともに、ドクターブレード法によりシート状に成形することにより、第１グリーンシート(10)を作製する。 Also, one kind of metal powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder is mixed with a resin and a plasticizer. A first green sheet (10) formed into a sheet is also prepared. As said metal powder, what was produced by the general manufacturing method is used. The metal powder may be mechanically alloyed using a planetary ball mill, an attritor mill, a pot mill, or the like to make a finer powder. The time required for mechanical alloying is 1 to 15 hours. The average particle size of the powder not subjected to mechanical alloying and the powder refined by mechanical alloying is preferably 150 μm or less. The metal powder, for example, a butyl alcohol resin and a suitable plasticizer are blended in a weight ratio such that powder: (resin + plasticizer) = 80: 20 to 95: 5, and a doctor blade The first green sheet (10) is produced by forming into a sheet by the method.
また、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の混合粉末と、適当な樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形した第２グリーンシート(11)を用意する。上記混合粉末を構成するＣｕ粉末、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末、Ａｌ粉末、Ｓｉ粉末、ＳｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末、炭素粒子および短炭素繊維としては、一般的な製法で作製されたものを用いる。また、Ｃｕ粉末、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末、Ａｌ粉末、Ｓｉ粉末、ＳｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末、炭素粒子および短炭素繊維を、遊星型ボールミル、アトライタミル、ポットミルなどを用いてメカニカルアロイングし、さらに微細にしてもよい。メカニカルアロイングに要する時間は１〜１５時間である。メカニカルアロイングを行っていない粉末、およびメカニカルアロイングにより微細にされた粉末の平均粒径は１５０μｍ以下であることが好ましい。ここで、Ｃｕ−Ｍｏ複合材料からなる第２焼結体層(4)を形成する場合には、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＣｕ：Ｍｏ＝１５：８５〜４０：６０となるように混合して混合粉末を得る。Ｃｕ−Ｗ複合材料からなる第２焼結体層(4)を形成する場合には、Ｃｕ粉末とＷ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＣｕ：Ｗ＝１０：９０〜２０：８０となるように混合して混合粉末を得る。Ａｌ−ＳｉＣ複合材料からなる第２焼結体層(4)を形成する場合には、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＡｌ：ＳｉＣ＝２０：８０〜８０：２０となるように混合して混合粉末を得る。Ａｌ−ＡｌＮ複合材料からなる第２焼結体層(4)を形成する場合には、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＡｌ：ＡｌＮ＝２０：８０〜８０：２０となるように混合して混合粉末を得る。Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料からなる第２焼結体層(4)を形成する場合には、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＳｉ：ＳｉＣ＝１５：８５〜２０：８０となるように混合して混合粉末を得る。Ａｌ−炭素粒子複合材料からなる第２焼結体層(4)を形成する場合には、Ａｌ粉末と炭素粒子とを、両者の混合比が体積割合でＡｌ：炭素粒子＝４０：６０〜９０：１０となるように混合して混合粉末を得る。Ａｌ−短炭素繊維複合材料からなる第２焼結体層(4)を形成する場合には、Ａｌ粉末と短炭素繊維とを、両者の混合比が体積割合でＡｌ：短炭素繊維＝４０：６０〜９０：１０となるように混合して混合粉末を得る。そして、上記混合粉末と、たとえばブチルアルコール系の樹脂および適当な可塑剤とを、重量比率で粉末：（樹脂＋可塑剤）＝８０：２０〜９５：５となるように配合するとともに、ドクターブレード法によりシート状に成形することにより、第２グリーンシート(11)を作製する。 Also, mixed powder of Cu powder and Mo powder, mixed powder of Cu powder and W powder, mixed powder of Al powder and SiC powder, mixed powder of Al powder and AlN powder, mixed powder of Si powder and SiC powder A powder, a mixed powder of Al and short carbon fibers, and a mixed powder selected from the group consisting of a mixed powder of Al and carbon particles, and an appropriate resin and plasticizer are mixed together to form a sheet. A second green sheet (11) is prepared. As the Cu powder, Mo powder, W powder, Al powder, Si powder, SiC powder, AlN powder, carbon particles, and short carbon fibers constituting the mixed powder, those produced by a general manufacturing method are used. In addition, Cu powder, Mo powder, W powder, Al powder, Si powder, SiC powder, AlN powder, carbon particles and short carbon fibers are mechanically alloyed using a planetary ball mill, attritor mill, pot mill, etc. to make them finer. May be. The time required for mechanical alloying is 1 to 15 hours. The average particle size of the powder not subjected to mechanical alloying and the powder refined by mechanical alloying is preferably 150 μm or less. Here, when forming the 2nd sintered compact layer (4) which consists of a Cu-Mo composite material, Cu: Mo = 15: 85 to Cu powder and Mo powder are mixed by volume ratio of both. Mix to obtain 40:60 to obtain a mixed powder. When forming the 2nd sintered compact layer (4) which consists of a Cu-W composite material, Cu: W = 10: 90-20: 80 by the volume ratio of both Cu powder and W powder. To obtain a mixed powder. In the case of forming the second sintered body layer (4) made of the Al—SiC composite material, the Al powder and the SiC powder are mixed at a volume ratio of Al: SiC = 20: 80 to 80:20. To obtain a mixed powder. In the case of forming the second sintered body layer (4) made of the Al—AlN composite material, the Al powder and the AlN powder are mixed at a volume ratio of Al: AlN = 20: 80 to 80:20. To obtain a mixed powder. When forming the 2nd sintered compact layer (4) which consists of Si-SiC composite materials, Si: SiC = 15: 85-20: 80 by the mixing ratio of both by volume ratio of Si powder and SiC powder. To obtain a mixed powder. In the case of forming the second sintered body layer (4) made of an Al-carbon particle composite material, the Al powder and the carbon particles are mixed at a volume ratio of Al: carbon particles = 40: 60 to 90. : Mix to obtain 10 to obtain a mixed powder. In the case of forming the second sintered body layer (4) made of the Al-short carbon fiber composite material, the Al powder and the short carbon fiber are mixed at a volume ratio of Al powder and short carbon fiber: Al: short carbon fiber = 40: The mixed powder is obtained by mixing so as to be 60 to 90:10. The above mixed powder, for example, a butyl alcohol resin and a suitable plasticizer are blended in a weight ratio such that powder: (resin + plasticizer) = 80: 20 to 95: 5, and a doctor blade The second green sheet (11) is produced by forming into a sheet by the method.
ついで、黒鉛製の放電プラズマ焼結用ダイス(12)内に、第１グリーンシート(10)、基板(2)および第２グリーンシート(11)をこの順序で上側から配置する。また、ダイス(12)内における第１グリーンシート(10)、基板(2)および第２グリーンシート(11)の上下に黒鉛製パンチ(13)(14)を配置するとともに、上パンチ(13)の上面および下パンチ(14)の下面にそれぞれ電極（図示略）を接触させる。
Next, the first green sheet (10), the substrate (2) and the second green sheet (11) are arranged in this order from the upper side in a graphite discharge plasma sintering die (12). In addition, graphite punches (13) and (14) are arranged above and below the first green sheet (10), the substrate (2) and the second green sheet (11) in the die (12), and the upper punch (13). An electrode (not shown) is brought into contact with the upper surface of the
ついで、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中において、上下両パンチ(13)(14)により上下両方、すなわち基板(2)および両グリーンシート(10)(11)の積層方向の両側から加圧しつつ、両グリーンシート(10)(11)の樹脂および可塑剤を加熱脱脂しうる温度で、かつ両グリーンシート(10)(11)に含まれる粉末の焼結温度よりも低い温度まで加熱し（図４の第１の昇温）、当該温度に所定時間保持して両グリーンシート(10)(11)の樹脂および可塑剤を加熱脱脂する（図４の第１の保持）。両グリーンシート(10)(11)の樹脂および可塑剤の加熱脱脂温度までの加熱昇温は、両電極間、すなわち基板(2)および両グリーンシート(10)(11)の積層方向にパルス電流を通電することにより行うことが好ましいが、これに限定されるものではなく、別個に用意した加熱装置によりダイス(12)の周囲から行ってもよい。また、樹脂および可塑剤の加熱脱脂ための所定温度での保持は、樹脂および可塑剤を加熱脱脂しうる温度で、かつ両グリーンシート(10)(11)に含まれる粉末の焼結温度よりも低い温度であれば、一定であってもよいし、変動してもよい。 Next, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa, both the upper and lower punches (13) and (14) are pressed from both the upper and lower sides, that is, both sides of the substrate (2) and both green sheets (10) and (11) in the stacking direction. The green sheet (10) (11) is heated to a temperature at which the resin and plasticizer can be heated and degreased and to a temperature lower than the sintering temperature of the powder contained in both the green sheets (10) (11) (see FIG. 4). (First temperature increase), the resin and the plasticizer of both green sheets (10) and (11) are heated and degreased while being held at the temperature for a predetermined time (first holding in FIG. 4). Heating up to the heating and degreasing temperature of the resin and plasticizer of both green sheets (10) and (11) is caused by a pulse current between both electrodes, that is, in the stacking direction of the substrates (2) and both green sheets (10) and (11). However, the present invention is not limited to this, and may be performed around the dice (12) by a separately prepared heating device. Further, holding at a predetermined temperature for heat degreasing of the resin and the plasticizer is a temperature at which the resin and the plasticizer can be heat degreased, and is higher than the sintering temperature of the powder contained in both the green sheets (10) and (11). As long as the temperature is low, the temperature may be constant or may vary.
ついで、上下両パンチ(13)(14)による基板(2)および両グリーンシート(10)(11)への加圧力を増大させるとともに、両電極間にパルス電流を通電することにより、第１グリーンシート(10)に含まれる粉末および第２グリーンシート(11)に含まれる粉末の焼結温度まで加熱昇温するとともに（図４の第２の昇温）、当該焼結温度に所定時間保持し（図４の第２の保持）、両グリーンシート(10)(11)に含まれていた粉末を放電プラズマ焼結することによって、第１焼結体層(3)および第２焼結体層(4)を形成する。こうして、絶縁積層材(1)が製造される。 Next, by increasing the pressure applied to the substrate (2) and both green sheets (10) and (11) by the upper and lower punches (13) and (14), and applying a pulse current between both electrodes, the first green While heating up to the sintering temperature of the powder contained in the sheet (10) and the powder contained in the second green sheet (11) (second temperature rise in FIG. 4), the sintering temperature is maintained for a predetermined time. (Second holding in FIG. 4), the first sintered body layer (3) and the second sintered body layer are obtained by subjecting the powder contained in both green sheets (10) and (11) to spark plasma sintering. Form (4). Thus, the insulating laminated material (1) is manufactured.
第１グリーシート(10)に含まれる粉末および第２グリーンシート(11)に含まれる粉末を放電プラズマ焼結する条件は、形成する第１焼結体層(3)および第２焼結体層(4)の大きさにより異なるが、たとえば通電するパルス電流４００〜２０００Ａ、加圧力１０〜１００ＭＰａ、焼結温度保持時間１〜４０ｍｉｎであり、上記粉末は抵抗加熱により４００〜１４００℃の範囲の焼結温度に加熱されることになる。 The conditions for spark plasma sintering of the powder contained in the first green sheet (10) and the powder contained in the second green sheet (11) are the first sintered body layer (3) and the second sintered body layer to be formed. Although it differs depending on the size of (4), for example, a pulse current of 400 to 2000 A to be applied, a pressing force of 10 to 100 MPa, a sintering temperature holding time of 1 to 40 min, and the above powder is baked in the range of 400 to 1400 ° C. by resistance heating. It will be heated to the condensation temperature.
図５〜図７は絶縁積層材の第２焼結体層の変形例を示す。 5-7 shows the modification of the 2nd sintered compact layer of an insulating laminated material.
図５に示す第２焼結体層(15)は、平面から見て円形である。 The second sintered body layer (15) shown in FIG. 5 has a circular shape when viewed from above.
図６に示す第２焼結体層(16)は、平面から見てだ円形である。 The second sintered body layer (16) shown in FIG. 6 has an oval shape when viewed from the plane.
図７に示す第２焼結体層(17)は、平面から見て角が丸くなった多角形状、ここでは長方形状である。 The second sintered body layer (17) shown in FIG. 7 has a polygonal shape with rounded corners when viewed from the plane, in this case, a rectangular shape.
図５〜図７に示す第２焼結体層(15)(16)(17)の場合、基板(2)としては、第２焼結体層(15)(16)(17)と同形同大のものや、第２焼結体層(15)(16)(17)と同形で、かつ大きさの大きいものや、第２焼結体層(15)(16)(17)と異形で、かつ大きさの大きいものが用いられる。 In the case of the second sintered body layers (15), (16) and (17) shown in FIGS. 5 to 7, the substrate (2) has the same shape as the second sintered body layers (15), (16) and (17). Same size, same shape as the second sintered body layer (15) (16) (17) and larger size, or different shape from the second sintered body layer (15) (16) (17) In addition, a large size is used.
また、絶縁積層材(1)の第１焼結体層(3)も、図５〜図７に示す第２焼結体層(15)(16)(17)と同様に、円形、だ円形、角が丸くなった多角形状であってもよい。この場合も、基板(2)としては、第１焼結体層(3)と同形同大のものや、第１焼結体層(3)と同形で、かつ大きさの大きいものや、第１焼結体層(3)と異形で、かつ大きさの大きいものが用いられる。 In addition, the first sintered body layer (3) of the insulating laminate (1) is also circular or elliptical like the second sintered body layers (15), (16) and (17) shown in FIGS. A polygonal shape with rounded corners may be used. Also in this case, the substrate (2) has the same shape and size as the first sintered body layer (3), the same shape as the first sintered body layer (3) and a large size, Those having a different shape from the first sintered body layer (3) and a large size are used.
実施形態２
この実施形態は、図８および図９に示すものである。図８はこの発明による積層材を示し、図９は図８の積層材の製造方法を示す。
This embodiment is shown in FIG. 8 and FIG. FIG. 8 shows a laminated material according to the present invention, and FIG. 9 shows a method for producing the laminated material of FIG.
図８において、積層材(20)は、基板(21)と、基板(21)の一面（上面）に形成された焼結体層(22)とよりなる。積層材(20)の上下両面、すなわち焼結体層(22)の上面および基板(21)の下面の平面度は、それぞれ１００μｍ以下である。 In FIG. 8, the laminated material (20) includes a substrate (21) and a sintered body layer (22) formed on one surface (upper surface) of the substrate (21). The flatness of the upper and lower surfaces of the laminate (20), that is, the upper surface of the sintered body layer (22) and the lower surface of the substrate (21) is 100 μm or less, respectively.
基板(21)は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金、ＣｕとＭｏとの複合材料、ＣｕとＷとの複合材料、ＡｌとＳｉＣとの複合材料、ＡｌとＡｌＮとの複合材料、ＳｉとＳｉＣとの複合材料、Ａｌと短炭素繊維との複合材料、およびＡｌと炭素粒子との複合材料のうちの少なくとも１つの材料からなる。基板(21)の厚みは０．３ｍｍ以上であり、両面の平面度は１００μｍ以下となっている。基板(21)は、適当な公知の方法により形成される。基板(21)を構成する材料の融点は、上記実施形態１で述べたとおりであり、基板(21)を構成する複合材料の融点とは、複合材料を形成する２つの材料のうちの低融点材料の融点をいうものとする。 The substrate (21) is made of Al, Cu, Ag, Au, Al alloy, Cu alloy, Ag alloy, Au alloy, a composite material of Cu and Mo, a composite material of Cu and W, a composite material of Al and SiC, It is made of at least one of a composite material of Al and AlN, a composite material of Si and SiC, a composite material of Al and short carbon fibers, and a composite material of Al and carbon particles. The thickness of the substrate (21) is 0.3 mm or more, and the flatness of both surfaces is 100 μm or less. The substrate (21) is formed by a suitable known method. The melting point of the material constituting the substrate (21) is as described in the first embodiment, and the melting point of the composite material constituting the substrate (21) is the low melting point of the two materials forming the composite material. It shall mean the melting point of the material.
焼結体層(22)は、Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末の焼結体からなることがある。この場合、焼結体層(22)は、Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末と、適当な樹脂および可塑剤とを混ぜて成形したグリーンシートを使用するとともに、グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成される。グリーンシートに用いられる粉末の平均粒径は１５０μｍ以下であることが好ましい。グリーンシートに用いられる樹脂としては、たとえばブチルアルコール系の樹脂が用いられる。グリーンシートにおける粉末と、樹脂および可塑剤との配合比は、重量比率で粉末：（樹脂＋可塑剤）＝８０：２０〜９５：５であることが好ましい。 The sintered body layer (22) is made of a metal powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder. May consist of union. In this case, the sintered body layer (22) is one metal selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder. It is formed by using a green sheet formed by mixing powder, an appropriate resin and a plasticizer, and sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method. The average particle size of the powder used for the green sheet is preferably 150 μm or less. As the resin used for the green sheet, for example, a butyl alcohol resin is used. The blending ratio of the powder in the green sheet to the resin and the plasticizer is preferably powder: (resin + plasticizer) = 80: 20 to 95: 5 by weight ratio.
ここで、焼結体層(22)を構成する各金属粉末を形成する金属の融点は、実施形態１で述べたとおりである。 Here, the melting point of the metal forming each metal powder constituting the sintered body layer (22) is as described in the first embodiment.
また、焼結体層(22)は、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の混合粉末の焼結体からなることがある。この場合、焼結体層(22)は、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の混合粉末と、適当な樹脂および可塑剤とを混ぜて成形したグリーンシートを使用するとともに、グリーンシート中の粉末を放電プラズマ焼結法により焼結することによって形成される。各種混合粉末の焼結体は、複合材料になる。したがって、焼結体層(22)は、Ｃｕ−Ｍｏ複合材料、Ｃｕ−Ｗ複合材料、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料、Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料、Ａｌ−短炭素繊維複合材料およびＡｌ−炭素粒子複合材料のうちの１種になる。グリーンシートに用いられる粉末の平均粒径は１５０μｍ以下であることが好ましい。なお、上記短炭素繊維の長さも１５０μｍ以下であることが好ましい。グリーンシートに用いられる樹脂としては、たとえばブチルアルコール系の樹脂が用いられる。グリーンシートにおける粉末と、樹脂および可塑剤との配合比は、重量比率で粉末：（樹脂＋可塑剤）＝８０：２０〜９５：５であることが好ましい。 Also, the sintered body layer (22) is a mixed powder of Cu powder and Mo powder, a mixed powder of Cu powder and W powder, a mixed powder of Al powder and SiC powder, a mixed powder of Al powder and AlN powder. It may be composed of a sintered body of a mixed powder selected from the group consisting of a mixed powder of Si powder and SiC powder, a mixed powder of Al and short carbon fibers, and a mixed powder of Al and carbon particles. . In this case, the sintered body layer (22) is a mixed powder of Cu powder and Mo powder, a mixed powder of Cu powder and W powder, a mixed powder of Al powder and SiC powder, a mixture of Al powder and AlN powder. A powder, a mixed powder of Si powder and SiC powder, a mixed powder of Al and short carbon fibers, and a mixed powder selected from the group consisting of a mixed powder of Al and carbon particles, and an appropriate resin and plasticizer Are formed by sintering the powder in the green sheet by a discharge plasma sintering method. A sintered body of various mixed powders becomes a composite material. Therefore, the sintered body layer (22) is composed of Cu-Mo composite material, Cu-W composite material, Al-SiC composite material, Al-AlN composite material, Si-SiC composite material, Al-short carbon fiber composite material, and Al. -Become one of the carbon particle composites. The average particle size of the powder used for the green sheet is preferably 150 μm or less. In addition, it is preferable that the length of the said short carbon fiber is also 150 micrometers or less. As the resin used for the green sheet, for example, a butyl alcohol resin is used. The blending ratio of the powder in the green sheet to the resin and the plasticizer is preferably powder: (resin + plasticizer) = 80: 20 to 95: 5 by weight ratio.
ここで、焼結体層(22)を形成する各混合粉末の素材となる混合材料の融点は、実施形態１の第２焼結体層(22)の場合と同様であり、混合材料の融点とは、混合材料を形成する２つの材料のうちの低融点材料の融点をいうものとする。 Here, the melting point of the mixed material that is the raw material of each mixed powder forming the sintered body layer (22) is the same as that of the second sintered body layer (22) of Embodiment 1, and the melting point of the mixed material. The term “melting point” refers to the melting point of the low melting point material of the two materials forming the mixed material.
そして、基板(21)を構成する材料と、焼結体層(22)を形成する材料とは、基板(21)を構成する材料の融点が、焼結体層(22)を形成する粉末に含まれる金属の融点以上となるように、上述した各種の材料から適宜選択される。 The material that forms the substrate (21) and the material that forms the sintered body layer (22) are such that the melting point of the material that forms the substrate (21) is the powder that forms the sintered body layer (22). It is appropriately selected from the various materials described above so as to be equal to or higher than the melting point of the contained metal.
次に、積層材(20)の製造方法について、図９を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of a laminated material (20) is demonstrated with reference to FIG.
すなわち、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金、ＣｕとＭｏとの複合材料、ＣｕとＷとの複合材料、ＡｌとＳｉＣとの複合材料、ＡｌとＡｌＮとの複合材料、ＳｉとＳｉＣとの複合材料、Ａｌと短炭素繊維との複合材料、およびＡｌと炭素粒子との複合材料のうちの少なくとも１つの材料からなり、かつ一般的な製法で作製された基板(21)を用意する。基板(21)の両面の平面度は１００μｍ以下であり、厚みは０．３ｍｍ以上である。 That is, Al, Cu, Ag, Au, Al alloy, Cu alloy, Ag alloy, Au alloy, composite material of Cu and Mo, composite material of Cu and W, composite material of Al and SiC, Al and AlN Made of at least one of a composite material of Si, SiC, a composite material of Al and short carbon fibers, and a composite material of Al and carbon particles, and produced by a general manufacturing method. A substrate (21) is prepared. The flatness of both surfaces of the substrate (21) is 100 μm or less, and the thickness is 0.3 mm or more.
また、Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末と、適当な樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形したグリーンシート(23)を用意する。上記金属粉末としては、一般的な製法で作製されたものを用いる。また、上記粉末を、遊星型ボールミル、アトライタミル、ポットミルなどを用いてメカニカルアロイングし、さらに微細な粉末にしてもよい。メカニカルアロイングに要する時間は１〜１５時間である。メカニカルアロイングを行っていない粉末、およびメカニカルアロイングにより微細にされた粉末の平均粒径は１５０μｍ以下とすることが好ましい。そして、上記金属粉末と、たとえばブチルアルコール系の樹脂および適当な可塑剤とを、重量比率で粉末：（樹脂＋可塑剤）＝８０：２０〜９５：５となるように配合するとともに、ドクターブレード法によりシート状に成形することにより、グリーンシート(23)を作製する。 Also, one metal powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder, and an appropriate resin and plasticizer A green sheet (23) is prepared by mixing the above and forming into a sheet shape. As said metal powder, what was produced by the general manufacturing method is used. Further, the powder may be mechanically alloyed using a planetary ball mill, an attritor mill, a pot mill or the like to make a finer powder. The time required for mechanical alloying is 1 to 15 hours. The average particle size of the powder not subjected to mechanical alloying and the powder refined by mechanical alloying is preferably 150 μm or less. The metal powder, for example, a butyl alcohol resin and a suitable plasticizer are blended in a weight ratio such that powder: (resin + plasticizer) = 80: 20 to 95: 5, and a doctor blade A green sheet (23) is produced by forming into a sheet by the method.
また、金属粉末と、樹脂および可塑剤とからなるグリーンシート(23)の代わりに、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の混合粉末と、適当な樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形したグリーンシート(23)を用意する。上記混合粉末を構成するＣｕ粉末、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末、Ａｌ粉末、Ｓｉ粉末、ＳｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末、炭素粒子および短炭素繊維としては、一般的な製法で作製されたものを用いる。また、Ｃｕ粉末、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末、Ａｌ粉末、Ｓｉ粉末、ＳｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末、炭素粒子および短炭素繊維を、遊星型ボールミル、アトライタミル、ポットミルなどを用いてメカニカルアロイングし、さらに微細にしてもよい。メカニカルアロイングに要する時間は１〜１５時間である。メカニカルアロイングを行っていない粉末、およびメカニカルアロイングにより微細にされた粉末の平均粒径は１５０μｍ以下であることが好ましい。ここで、Ｃｕ−Ｍｏ複合材料からなる焼結体層(22)を形成する場合には、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＣｕ：Ｍｏ＝１５：８５〜４０：６０となるように混合して混合粉末を得る。Ｃｕ−Ｗ複合材料からなる焼結体層(22)を形成する場合には、Ｃｕ粉末とＷ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＣｕ：Ｗ＝１０：９０〜２０：８０となるように混合して混合粉末を得る。Ａｌ−ＳｉＣ複合材料からなる焼結体層(22)を形成する場合には、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＡｌ：ＳｉＣ＝２０：８０〜８０：２０となるように混合して混合粉末を得る。Ａｌ−ＡｌＮ複合材料からなる焼結体層(22)を形成する場合には、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＡｌ：ＡｌＮ＝２０：８０〜８０：２０となるように混合して混合粉末を得る。Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料からなる焼結体層(22)を形成する場合には、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末とを、両者の混合比が体積割合でＳｉ：ＳｉＣ＝１５：８５〜２０：８０となるように混合して混合粉末を得る。Ａｌ−炭素粒子複合材料からなる焼結体層(22)を形成する場合には、Ａｌ粉末と炭素粒子とを、両者の混合比が体積割合でＡｌ：炭素粒子＝４０：６０〜９０：１０となるように混合して混合粉末を得る。Ａｌ−短炭素繊維複合材料からなる焼結体層(22)を形成する場合には、Ａｌ粉末と短炭素繊維とを、両者の混合比が体積割合でＡｌ：短炭素繊維＝４０：６０〜９０：１０となるように混合して混合粉末を得る。そして、上記混合粉末と、たとえばブチルアルコール系の樹脂および適当な可塑剤とを、重量比率で粉末：（樹脂＋可塑剤）＝８０：２０〜９５：５となるように配合するとともに、ドクターブレード法によりシート状に成形することにより、グリーンシート(23)を作製する。 Also, instead of the green sheet (23) made of metal powder, resin and plasticizer, mixed powder of Cu powder and Mo powder, mixed powder of Cu powder and W powder, mixed of Al powder and SiC powder One kind selected from the group consisting of powder, mixed powder of Al powder and AlN powder, mixed powder of Si powder and SiC powder, mixed powder of Al and short carbon fiber, and mixed powder of Al and carbon particles A green sheet (23) is prepared by mixing the mixed powder with an appropriate resin and a plasticizer and forming into a sheet shape. As the Cu powder, Mo powder, W powder, Al powder, Si powder, SiC powder, AlN powder, carbon particles, and short carbon fibers constituting the mixed powder, those produced by a general manufacturing method are used. In addition, Cu powder, Mo powder, W powder, Al powder, Si powder, SiC powder, AlN powder, carbon particles and short carbon fibers are mechanically alloyed using a planetary ball mill, attritor mill, pot mill, etc. to make them finer. May be. The time required for mechanical alloying is 1 to 15 hours. The average particle size of the powder not subjected to mechanical alloying and the powder refined by mechanical alloying is preferably 150 μm or less. Here, when forming the sintered compact layer (22) which consists of a Cu-Mo composite material, Cu: Mo = 15: 85-40: The mixing ratio of both of Cu powder and Mo powder is a volume ratio. The mixed powder is obtained by mixing so as to be 60. In the case of forming the sintered body layer (22) made of the Cu-W composite material, the mixing ratio of Cu powder and W powder is Cu: W = 10: 90 to 20:80 in volume ratio. To obtain a mixed powder. When forming the sintered body layer (22) made of the Al—SiC composite material, the mixing ratio of the Al powder and the SiC powder becomes Al: SiC = 20: 80 to 80:20 in volume ratio. To obtain a mixed powder. When forming the sintered body layer (22) made of the Al—AlN composite material, the mixing ratio of the Al powder and the AlN powder is Al: AlN = 20: 80 to 80:20 in volume ratio. To obtain a mixed powder. In the case of forming the sintered body layer (22) made of the Si-SiC composite material, the mixing ratio of Si powder and SiC powder is Si: SiC = 15: 85 to 20:80 in volume ratio. To obtain a mixed powder. In the case of forming the sintered body layer (22) made of the Al-carbon particle composite material, the Al powder and the carbon particles are mixed at a volume ratio of Al: carbon particles = 40: 60 to 90:10. To obtain a mixed powder. In the case of forming the sintered body layer (22) made of the Al-short carbon fiber composite material, the Al powder and the short carbon fiber are mixed at a volume ratio of Al powder and short carbon fiber: Al: short carbon fiber = 40: 60 to Mix to obtain 90:10 to obtain a mixed powder. The above mixed powder, for example, a butyl alcohol resin and a suitable plasticizer are blended in a weight ratio such that powder: (resin + plasticizer) = 80: 20 to 95: 5, and a doctor blade A green sheet (23) is produced by forming into a sheet by the method.
ついで、黒鉛製の放電プラズマ焼結用ダイス(24)内に、グリーンシート(23)および基板(21)をこの順序で上側から配置する。また、ダイス(24)内におけるグリーンシート(23)および基板(21)の上下に黒鉛製パンチ(25)(26)を配置するとともに、上パンチ(25)の上面および下パンチ(26)の下面にそれぞれ電極（図示略）を接触させる。 Next, the green sheet (23) and the substrate (21) are arranged in this order from the upper side in a graphite discharge plasma sintering die (24). In addition, graphite punches (25) and (26) are arranged above and below the green sheet (23) and the substrate (21) in the die (24), and the upper surface of the upper punch (25) and the lower surface of the lower punch (26) Each is contacted with an electrode (not shown).
ついで、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中において、上下両パンチ(25)(26)により上下両方、すなわち基板(21)およびグリーンシート(23)の積層方向の両側から加圧しつつ、グリーンシート(23)の樹脂および可塑剤を加熱脱脂しうる温度で、かつグリーンシート(23)に含まれる粉末の焼結温度よりも低い温度まで加熱し、当該温度に所定時間保持してグリーンシート(23)の樹脂および可塑剤を加熱脱脂する。グリーンシート(23)の樹脂および可塑剤の加熱脱脂温度までの加熱昇温は、両電極間、すなわち基板(1)およびグリーンシート(23)の積層方向にパルス電流を通電することにより行うことが好ましいが、これに限定されるものではなく、別個に用意した加熱装置によりダイス(24)の周囲から行ってもよい。また、樹脂および可塑剤の加熱脱脂ための所定温度での保持は、樹脂および可塑剤を加熱脱脂しうる温度で、かつグリーンシート(23)に含まれる粉末の焼結温度よりも低い温度であれば、一定であってもよいし、変動してもよい。 Next, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa, the green sheet (23) while being pressed from both the upper and lower sides by the upper and lower punches (25) and (26), that is, from both sides in the stacking direction of the substrate (21) and the green sheet (23). The resin of the green sheet (23) is heated to a temperature at which the resin and plasticizer can be heated and degreased and to a temperature lower than the sintering temperature of the powder contained in the green sheet (23) and held at that temperature for a predetermined time. And degrease the plasticizer by heating. Heating up to the heating and degreasing temperature of the resin and plasticizer of the green sheet (23) can be performed by applying a pulse current between both electrodes, that is, in the stacking direction of the substrate (1) and the green sheet (23). Although it is preferable, it is not limited to this, and it may be performed from the periphery of the die (24) by a separately prepared heating device. Further, the resin and the plasticizer may be kept at a predetermined temperature for heat degreasing at a temperature at which the resin and the plasticizer can be heat degreased and lower than the sintering temperature of the powder contained in the green sheet (23). For example, it may be constant or may vary.
ついで、上下両パンチ(25)(26)による基板(21)およびグリーンシート(23)への加圧力を増大させるとともに、両電極間にパルス電流を通電することにより、グリーンシート(23)に含まれる粉末の焼結温度まで加熱昇温するとともに、当該焼結温度に所定時間保持し、グリーンシート(23)に含まれていた粉末を放電プラズマ焼結することによって、焼結体層(22)を形成する。こうして、積層材(20)が製造される。 Next, the pressure applied to the substrate (21) and the green sheet (23) by the upper and lower punches (25) and (26) is increased, and a pulse current is passed between both electrodes, so that it is included in the green sheet (23). The sintered body layer (22) is heated to a sintering temperature of the powder to be heated and held at the sintering temperature for a predetermined time, and the powder contained in the green sheet (23) is subjected to discharge plasma sintering. Form. In this way, a laminated material (20) is manufactured.
グリーンシート(23)に含まれる粉末を放電プラズマ焼結する条件は、形成する焼結体層(22)の大きさにより異なるが、たとえば通電するパルス電流４００〜２０００Ａ、加圧力１０〜１００ＭＰａ、焼結温度保持時間１〜４０ｍｉｎであり、上記粉末は抵抗加熱により４００〜１４００℃の範囲の焼結温度に加熱されることになる。 The conditions for spark plasma sintering of the powder contained in the green sheet (23) vary depending on the size of the sintered body layer (22) to be formed. For example, a pulse current of 400 to 2000 A to be applied, a pressure of 10 to 100 MPa, The sintering temperature holding time is 1 to 40 min, and the powder is heated to a sintering temperature in the range of 400 to 1400 ° C. by resistance heating.
以下、この発明による積層材の具体的実施例について、比較例とともに説明する。 Hereinafter, specific examples of the laminated material according to the present invention will be described together with comparative examples.
実施例１
縦：３４ｍｍ、横：２８ｍｍ、厚み：０．６３５ｍｍのＡｌＮ製基板を用意した。基板の両面の平面度は２０μｍである。
Example 1
An AlN substrate having a length of 34 mm, a width of 28 mm, and a thickness of 0.635 mm was prepared. The flatness of both sides of the substrate is 20 μm.
また、純度９９．９wt％のＡｌからなる平均粒径１００μｍのＡｌ粉末と、ブチルアルコール系の樹脂および適当な可塑剤とを混合し、ドクターブレード法によりシート状に成形することにより、縦：３４ｍｍ、横：２８ｍｍ、厚み：１ｍｍのグリーンシートを２枚作製した。各グリーンシート中の樹脂および可塑剤の含有量［（樹脂＋可塑剤）／グリーンシート］は、１０．７wt％であった。 Also, by mixing Al powder having an average particle diameter of 100 μm made of Al with a purity of 99.9 wt%, a butyl alcohol resin and a suitable plasticizer, and forming into a sheet by the doctor blade method, the length: 34 mm Two green sheets having a width of 28 mm and a thickness of 1 mm were produced. The content of resin and plasticizer in each green sheet [(resin + plasticizer) / green sheet] was 10.7 wt%.
ついで、基板を２枚のグリーンシートで挟み、図３に示す場合と同様にして、基板および両グリーンシートを黒鉛製の放電プラズマ焼結用ダイス内に配置した。そして、ダイス内における基板および両グリーンシートの上下に黒鉛製パンチを配置するとともに、上パンチの上面および下パンチの下面にそれぞれ電極（図示略）を接触させた。 Next, the substrate was sandwiched between two green sheets, and the substrate and both green sheets were placed in a graphite discharge plasma sintering die in the same manner as shown in FIG. Then, graphite punches were placed above and below the substrate and both green sheets in the die, and electrodes (not shown) were brought into contact with the upper surface of the upper punch and the lower surface of the lower punch, respectively.
ついで、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中において、上下両パンチにより基板および両グリーンシートを上下両方から５ＭＰａの圧力で加圧しつつ、両電極間に最大６００Ａのパルス電流を通電することにより基板および両グリーンシートを３００℃に加熱するとともに、３００℃で５分間保持することによってグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂した。 Next, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa, the substrate and both green sheets are energized by applying a pulse current of 600 A at the maximum between both electrodes while pressing the substrate and both green sheets with both upper and lower punches at a pressure of 5 MPa. The sheet was heated to 300 ° C. and held at 300 ° C. for 5 minutes to heat and degrease the green sheet resin and plasticizer.
ついで、上下両パンチによる基板および両グリーンシートへの加圧力を２０ＭＰａまで増大し、両電極間に最大１５００Ａのパルス電流を通電することにより基板および両グリーンシートを５５０℃に加熱するとともに、５５０℃で５分間保持することによって放電プラズマ焼結を行い、基板の両面に、それぞれＡｌ粉末からなるとともに基板に接合された焼結体層を形成した。ついで、両電極間の通電を停止した後、冷却することにより３層構造の積層材を製造した。 Next, the pressure applied to the substrate and both green sheets by both upper and lower punches is increased to 20 MPa, and a pulse current of maximum 1500 A is applied between both electrodes to heat the substrate and both green sheets to 550 ° C. and 550 ° C. Was held for 5 minutes to perform discharge plasma sintering, and a sintered body layer made of Al powder and bonded to the substrate was formed on both sides of the substrate. Next, after energization between both electrodes was stopped, the laminate was cooled to produce a laminated material having a three-layer structure.
製造された積層材の両面の平面度を測定したところ、３０μｍであった。また、製造された積層材のかさ密度はバルク体密度の９９．９％であった。 It was 30 micrometers when the flatness of both surfaces of the manufactured laminated material was measured. Moreover, the bulk density of the manufactured laminated material was 99.9% of the bulk density.
実施例２
純度９９．９９wt％のＡｌからなる縦：３４ｍｍ、横：２８ｍｍ、厚み：０．６ｍｍのＡｌ製基板を用意した。基板の両面の平面度は３２μｍである。
Example 2
An Al substrate made of Al having a purity of 99.99 wt% and having a length of 34 mm, a width of 28 mm, and a thickness of 0.6 mm was prepared. The flatness of both surfaces of the substrate is 32 μm.
また、純度９９．９９wt％のＡｌからなる平均粒径２０μｍのＡｌ粉末と、ブチルアルコール系樹脂および適当な可塑剤とを混合し、ドクターブレード法によりシート状に成形することにより、縦：３４ｍｍ、横：２８ｍｍ、厚み：１ｍｍのグリーンシートを作製した。グリーンシート中の樹脂および可塑剤の含有量［（樹脂＋可塑剤）／グリーンシート］は、１１．５wt％であった。 Further, by mixing Al powder having an average particle diameter of 20 μm made of Al with a purity of 99.99 wt%, a butyl alcohol resin and a suitable plasticizer, and molding into a sheet by a doctor blade method, the length: 34 mm, A green sheet having a width of 28 mm and a thickness of 1 mm was produced. The content of resin and plasticizer in the green sheet [(resin + plasticizer) / green sheet] was 11.5 wt%.
ついで、基板の上にグリーンシートを配置し、図９に示す場合と同様にして、基板およびグリーンシートを黒鉛製の放電プラズマ焼結用ダイス内に配置した。そして、ダイス内における基板およびグリーンシートの上下に黒鉛製パンチを配置するとともに、上パンチの上面および下パンチの下面にそれぞれ電極（図示略）を接触させた。 Next, a green sheet was placed on the substrate, and the substrate and the green sheet were placed in a discharge plasma sintering die made of graphite in the same manner as shown in FIG. Then, graphite punches were placed above and below the substrate and the green sheet in the die, and electrodes (not shown) were brought into contact with the upper surface of the upper punch and the lower surface of the lower punch, respectively.
ついで、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中において、上下両パンチにより基板およびグリーンシートを上下両方から５ＭＰａの圧力で加圧しつつ、両電極間に最大４００Ａのパルス電流を通電することにより基板およびグリーンシートを３００℃に加熱するとともに、３００℃で５分間保持することによってグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂した。 Next, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa, the substrate and the green sheet were energized with a pulse current of 400 A at the maximum between both electrodes while pressing the substrate and the green sheet with both upper and lower punches at a pressure of 5 MPa. The resin and plasticizer of the green sheet were heated and degreased by heating to 300 ° C. and holding at 300 ° C. for 5 minutes.
ついで、上下両パンチによる基板およびグリーンシートへの加圧力を２０ＭＰａまで増大し、両電極間に最大９５０Ａのパルス電流を通電することにより基板およびグリーンシートを５５０℃に加熱するとともに、５５０℃で５分間保持することによって放電プラズマ焼結を行い、基板の一面に、Ａｌ粉末からなりかつ基板に接合された焼結体層を形成した。ついで、両電極間の通電を停止した後、冷却することにより２層構造の積層材を製造した。 Next, the pressure applied to the substrate and the green sheet by both upper and lower punches is increased to 20 MPa, and a pulse current of a maximum of 950 A is applied between both electrodes to heat the substrate and the green sheet to 550 ° C., and 5 at 550 ° C. Spark plasma sintering was performed by holding for a minute, and a sintered body layer made of Al powder and bonded to the substrate was formed on one surface of the substrate. Next, after energization between both electrodes was stopped, the laminate was cooled to produce a laminated material having a two-layer structure.
製造された積層材の両面の平面度を測定したところ、４４μｍであった。また、製造された積層材のかさ密度はバルク体密度の９９．３％であった。 It was 44 micrometers when the flatness of both surfaces of the manufactured laminated material was measured. Moreover, the bulk density of the manufactured laminated material was 99.3% of the bulk density.
比較例１
純度９９．９９wt％のＡｌからなる縦：３４ｍｍ、横：２８ｍｍ、厚み：０．１５ｍｍのＡｌ基板を用意した。Ａｌ基板の両面の平面度は３２μｍである。
Comparative Example 1
An Al substrate made of Al having a purity of 99.99 wt% and having a length of 34 mm, a width of 28 mm, and a thickness of 0.15 mm was prepared. The flatness of both surfaces of the Al substrate is 32 μm.
また、純度９９．９９wt％のＡｌからなる平均粒径２０μｍのＡｌ粉末と、ブチルアルコール系樹脂および適当な可塑剤とを混合し、ドクターブレード法によりシート状に成形することにより、縦：３４ｍｍ、横：２８ｍｍ、厚み：１ｍｍのグリーンシートを作製した。グリーンシート中の樹脂および可塑剤の含有量［（樹脂＋可塑剤）／グリーンシート］は、１１．５wt％であった。 Further, by mixing Al powder having an average particle diameter of 20 μm made of Al with a purity of 99.99 wt%, a butyl alcohol resin and a suitable plasticizer, and molding into a sheet by a doctor blade method, the length: 34 mm, A green sheet having a width of 28 mm and a thickness of 1 mm was produced. The content of resin and plasticizer in the green sheet [(resin + plasticizer) / green sheet] was 11.5 wt%.
ついで、基板の上にグリーンシートを配置し、図９に示す場合と同様にして、基板およびグリーンシートを黒鉛製の放電プラズマ焼結用ダイス内に配置した。そして、ダイス内における基板およびグリーンシートの上下に黒鉛製パンチを配置するとともに、上パンチの上面および下パンチの下面にそれぞれ電極（図示略）を接触させた。 Next, a green sheet was placed on the substrate, and the substrate and the green sheet were placed in a discharge plasma sintering die made of graphite in the same manner as shown in FIG. Then, graphite punches were placed above and below the substrate and the green sheet in the die, and electrodes (not shown) were brought into contact with the upper surface of the upper punch and the lower surface of the lower punch, respectively.
ついで、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中において、上下両パンチにより基板およびグリーンシートを上下両方から５ＭＰａの圧力で加圧しつつ、両電極間に最大３４０Ａのパルス電流を通電することにより基板およびグリーンシートを３００℃に加熱するとともに、３００℃で５分間保持することによってグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂した。 Next, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa, the substrate and the green sheet were pressed by applying a pulse current of 340 A at the maximum between both electrodes while pressing the substrate and the green sheet from both the upper and lower sides with a pressure of 5 MPa. The resin and plasticizer of the green sheet were heated and degreased by heating to 300 ° C. and holding at 300 ° C. for 5 minutes.
ついで、上下両パンチによる基板およびグリーンシートへの加圧力を２０ＭＰａまで増大し、両電極間に最大９００Ａのパルス電流を通電することにより基板およびグリーンシートを５５０℃に加熱するとともに、５５０℃で５分間保持することによって放電プラズマ焼結を行い、基板の一面に、Ａｌ粉末からなりかつ基板に接合された焼結体層を形成した。ついで、両電極間の通電を停止した後、冷却することにより２層構造の積層材を製造した。 Next, the pressure applied to the substrate and the green sheet by both upper and lower punches is increased to 20 MPa, and a pulse current of 900 A at maximum is applied between both electrodes to heat the substrate and the green sheet to 550 ° C. and at 5 ° C. to 5 ° C. Spark plasma sintering was performed by holding for a minute, and a sintered body layer made of Al powder and bonded to the substrate was formed on one surface of the substrate. Next, after energization between both electrodes was stopped, the laminate was cooled to produce a laminated material having a two-layer structure.
製造された積層材の両面の平面度を測定したところ、１５３μｍであった。また、製造された積層材のかさ密度はバルク体密度の９８．９％であった。 It was 153 micrometers when the flatness of both surfaces of the manufactured laminated material was measured. Moreover, the bulk density of the manufactured laminated material was 98.9% of the bulk density.
比較例２
縦：３４ｍｍ、横：２８ｍｍ、厚み：０．６３５ｍｍのＡｌＮ製基板を用意した。基板の両面の平面度は２６μｍである。
Comparative Example 2
An AlN substrate having a length of 34 mm, a width of 28 mm, and a thickness of 0.635 mm was prepared. The flatness of both surfaces of the substrate is 26 μm.
また、純度９９．９wt％のＡｌからなる平均粒径１００μｍのＡｌ粉末を用意した。 Moreover, an Al powder having an average particle diameter of 100 μm made of Al having a purity of 99.9 wt% was prepared.
ついで、図１０に示すように、基板(30)を黒鉛製の放電プラズマ焼結用ダイス(31)内に配置するとともに、ダイス内における基板(30)の上下両側部分にＡｌ粉末(32)を充填した。そして、ダイス(31)内における基板(30)およびＡｌ粉末(32)の上下に黒鉛製パンチ(33)(34)を配置するとともに、上パンチ(33)の上面および下パンチ(34)の下面にそれぞれ電極（図示略）を接触させた。 Next, as shown in FIG. 10, the substrate (30) is placed in a graphite discharge plasma sintering die (31), and Al powder (32) is placed on both upper and lower sides of the substrate (30) in the die. Filled. The graphite punches (33) and (34) are arranged above and below the substrate (30) and the Al powder (32) in the die (31), and the upper surface of the upper punch (33) and the lower surface of the lower punch (34). Each was contacted with an electrode (not shown).
ついで、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中において、上下両パンチ(33)(34)により基板(30)およびＡｌ粉末(32)を上下両方から２０ＭＰａの圧力で加圧しつつ、両電極間に最大１５４０Ａのパルス電流を通電することにより基板(30)およびＡｌ粉末(32)を５５０℃に加熱するとともに、５５０℃で５分間保持することによって放電プラズマ焼結を行い、基板(30)の両面に、それぞれＡｌ粉末(32)からなりかつＡｌ基板(30)に接合された焼結体層を形成した。ついで、両電極間の通電を停止した後、冷却することにより３層構造の積層材を製造した。 Next, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa, while pressing the substrate (30) and the Al powder (32) with both upper and lower punches (33) and (34) at a pressure of 20 MPa from both the upper and lower sides, a maximum of 1540 A is provided between both electrodes. The substrate (30) and the Al powder (32) are heated to 550 ° C. by applying a pulse current, and held at 550 ° C. for 5 minutes to perform discharge plasma sintering, on both sides of the substrate (30). A sintered body layer made of Al powder (32) and bonded to the Al substrate (30) was formed. Next, after energization between both electrodes was stopped, the laminate was cooled to produce a laminated material having a three-layer structure.
製造された積層材の両面の平面度を測定したところ、１２３μｍであった。また、製造された積層材のかさ密度はバルク体密度の９９．０％であった。 It was 123 micrometers when the flatness of both surfaces of the manufactured laminated material was measured. Moreover, the bulk density of the manufactured laminated material was 99.0% of the bulk density.
比較例３
純度９９．９９wt％のＡｌからなる縦：３４ｍｍ、横：２８ｍｍ、厚み：０．６ｍｍの基板を用意した。基板の両面の平面度は３０μｍである。
Comparative Example 3
A substrate made of Al having a purity of 99.99 wt% was prepared having a length of 34 mm, a width of 28 mm, and a thickness of 0.6 mm. The flatness of both sides of the substrate is 30 μm.
また、純度９９．９９wt％のＡｌからなる平均粒径２０μｍのＡｌ粉末を用意した。 Moreover, an Al powder having an average particle diameter of 20 μm made of Al having a purity of 99.99 wt% was prepared.
ついで、図１１に示すように、基板(40)を黒鉛製の放電プラズマ焼結用ダイス(41)内に配置するとともに、ダイス(41)内における基板(40)の上側部分にＡｌ粉末(42)を充填した。そして、ダイス(41)内の基板(40)およびＡｌ粉末(42)の上下に黒鉛製パンチ(43)(44)を配置するとともに、上パンチの上面および下パンチの下面にそれぞれ電極（図示略）を配置した。 Next, as shown in FIG. 11, the substrate (40) is placed in a graphite discharge plasma sintering die (41), and Al powder (42) is placed on the upper portion of the substrate (40) in the die (41). ). Then, graphite punches (43) and (44) are arranged above and below the substrate (40) and the Al powder (42) in the die (41), and electrodes (not shown) are respectively provided on the upper surface of the upper punch and the lower surface of the lower punch. ) Was placed.
ついで、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中において、上下両パンチ(43)(44)により基板(40)およびＡｌ粉末(42)を上下両方から２０ＭＰａの圧力で加圧しつつ、両電極間に最大１３３０Ａのパルス電流を通電することにより基板(40)およびＡｌ粉末(42)を５５０℃に加熱するとともに、５５０℃で５分間保持することによって放電プラズマ焼結を行い、基板(40)の上面に、Ａｌ粉末(42)からなりかつに接合されたＡｌ焼結体層を形成した。ついで、両電極間の通電を停止した後、冷却することにより２層構造の積層材を製造した。 Next, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa, while pressing the substrate (40) and the Al powder (42) from both the upper and lower sides with a pressure of 20 MPa from both the upper and lower punches (43) and (44), a maximum of 1330 A is provided between both electrodes. The substrate (40) and the Al powder (42) are heated to 550 ° C. by applying a pulse current, and the discharge plasma sintering is performed by holding the substrate at 550 ° C. for 5 minutes. An Al sintered body layer composed of the powder (42) and bonded thereto was formed. Next, after energization between both electrodes was stopped, the laminate was cooled to produce a laminated material having a two-layer structure.
製造された積層材の両面の平面度を測定したところ、１０４μｍであった。また、製造された積層材のかさ密度はバルク体密度の９９．１％であった。 It was 104 micrometers when the flatness of both surfaces of the manufactured laminated material was measured. Moreover, the bulk density of the manufactured laminated material was 99.1% of the bulk density.
上記実施例１〜２および比較例１の結果から明らかなように、セラミックからなる基板の場合、および基板の厚みが０．３ｍｍ以上の場合、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、基板の変形や破断が防止されるとともに、基板の変形や破断に起因するグリーンシート中の粉末の厚み方向への位置ずれが防止されるので、得られた積層材の両面の平面度を向上させることができる。これに対して、基板がＡｌからなり、かつ厚みが０．３ｍｍ未満の場合、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、基板の変形や破断が発生するとともに、基板の変形や破断に起因してグリーンシート中の粉末が厚み方向に位置ずれするので、得られた積層材の両面の平面度が低下する。 As is clear from the results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 above, in the case of a substrate made of ceramic, and when the thickness of the substrate is 0.3 mm or more, the substrate is sintered at the time of powder sintering by the discharge plasma sintering method. In addition to preventing deformation and breakage of the substrate, it is possible to prevent positional displacement in the thickness direction of the powder in the green sheet due to deformation and breakage of the substrate, so that the flatness of both sides of the obtained laminate material is improved. Can do. On the other hand, when the substrate is made of Al and the thickness is less than 0.3 mm, the substrate is deformed or broken when the powder is sintered by the discharge plasma sintering method, and the substrate is deformed or broken. Then, since the powder in the green sheet is displaced in the thickness direction, the flatness of both surfaces of the obtained laminated material is lowered.
また、上記実施例１〜２および比較例２〜３の結果から明らかなように、グリーンシートを用いた場合、放電プラズマ焼結法による粉末の焼結時に、グリーンシート中の粉末を、基板の少なくとも一面に均一の厚みに配置することが可能になるので、得られた積層材の両面の平面度を向上させることができる。これに対し、放電プラズマ焼結用ダイス内に粉末を直接充填する場合、均一の厚みに充填することができないので、得られた積層材の両面の平面度が低下する。 Further, as is clear from the results of Examples 1-2 and Comparative Examples 2-3 described above, when the green sheet was used, the powder in the green sheet was reduced when the powder was sintered by the discharge plasma sintering method. Since it becomes possible to arrange | position with uniform thickness on at least one surface, the flatness of both surfaces of the obtained laminated material can be improved. On the other hand, when the powder is directly filled in the discharge plasma sintering die, the flatness of both sides of the obtained laminated material is lowered because the powder cannot be filled with a uniform thickness.
この発明による積層材は、たとえば半導体素子の冷却を行うのに好適に用いられる。 The laminated material according to the present invention is suitably used for cooling a semiconductor element, for example.
(1)：絶縁積層材
(2)：基板
(3)：第１焼結体層
(4)(15)(16)(17)：第２焼結体層
(5)：放熱材
(6)：パワーモジュール用ベース
(10)：第１グリーンシート
(11)：第２グリーンシート
(20)：積層材
(21)：基板
(22)：焼結体層
(23)：グリーンシート
(1): Insulation laminate
(2): Board
(3): First sintered body layer
(4) (15) (16) (17): Second sintered body layer
(5): Heat dissipation material
(6): Base for power module
(10): First green sheet
(11): Second green sheet
(20): Laminated material
(21): Board
(22): Sintered body layer
(23): Green sheet
Claims (30)
グリーンシートに含まれる金属の融点以上の融点または分解点を有するセラミックからなる基板を用意すること、
基板の少なくとも一面にグリーンシートを積層し、基板およびグリーンシートを積層方向の両側から加圧すること、
グリーンシートを加熱してグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂すること、
ならびにグリーンシートに含まれていた粉末を放電プラズマ焼結して基板の少なくとも一面に、粉末からなる焼結体層を形成することを特徴とする積層材の製造方法。 A green sheet is prepared by mixing a powder selected from the group consisting of a metal powder, a mixed powder of metal and ceramic, and a mixed powder of metal and carbon, and a resin and a plasticizer. thing,
Preparing a substrate made of a ceramic having a melting point or decomposition point equal to or higher than the melting point of the metal contained in the green sheet;
Laminating a green sheet on at least one surface of the substrate and pressurizing the substrate and the green sheet from both sides in the laminating direction;
Heating and degreasing the green sheet resin and plasticizer by heating the green sheet,
And a method for producing a laminated material, characterized in that the powder contained in the green sheet is subjected to discharge plasma sintering to form a sintered body layer made of the powder on at least one surface of the substrate.
グリーンシートに含まれる金属の融点以上の融点を有する材料からなり、かつ厚みが０．３ｍｍ以上である基板を用意すること、
基板の少なくとも一面にグリーンシートを積層し、基板およびグリーンシートをその積層方向の両側から加圧すること、
グリーンシートを加熱してグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂すること、
ならびにグリーンシートに含まれていた粉末を放電プラズマ焼結して基板の少なくとも一面に、粉末からなる焼結体層を形成することを特徴とする積層材の製造方法。 A green sheet is prepared by mixing a powder selected from the group consisting of a metal powder, a mixed powder of metal and ceramic, and a mixed powder of metal and carbon, and a resin and a plasticizer. thing,
Preparing a substrate made of a material having a melting point equal to or higher than the melting point of the metal contained in the green sheet and having a thickness of 0.3 mm or more;
Laminating a green sheet on at least one surface of the substrate, and pressurizing the substrate and the green sheet from both sides in the laminating direction;
Heating and degreasing the green sheet resin and plasticizer by heating the green sheet,
And a method for producing a laminated material, characterized in that the powder contained in the green sheet is subjected to discharge plasma sintering to form a sintered body layer made of the powder on at least one surface of the substrate.
Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末、Ａｌ合金粉末、Ｃｕ合金粉末、Ａｇ合金粉末およびＡｕ合金粉末よりなる群から選ばれた１種の金属粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形した第１グリーンシートを用意すること、
Ｃｕ粉末とＭｏ粉末との混合粉末、Ｃｕ粉末とＷ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌ粉末とＡｌＮ粉末との混合粉末、Ｓｉ粉末とＳｉＣ粉末との混合粉末、Ａｌと短炭素繊維との混合粉末およびＡｌと炭素粒子との混合粉末よりなる群から選ばれた１種の粉末と、樹脂および可塑剤とを混ぜ合わせてシート状に成形した第２グリーンシートを用意すること、
基板の一面に第１グリーンシートを積層するとともに、同他面に第２グリーンシートを積層し、基板および両グリーンシートをその積層方向の両側から加圧すること、
両グリーンシートを加熱してグリーンシートの樹脂および可塑剤を加熱脱脂すること、
ならびに両グリーンシートに含まれていた粉末を放電プラズマ焼結して基板の両面に、それぞれ粉末からなる焼結体層を形成することを特徴とする絶縁積層材の製造方法。 Preparing a substrate made of one kind of ceramic selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, Y 2 O 3 , CaO, BN and BeO;
A metal powder selected from the group consisting of Al powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, Al alloy powder, Cu alloy powder, Ag alloy powder and Au alloy powder is mixed with a resin and a plasticizer. Preparing a first green sheet molded into a sheet,
Mixed powder of Cu powder and Mo powder, mixed powder of Cu powder and W powder, mixed powder of Al powder and SiC powder, mixed powder of Al powder and AlN powder, mixed powder of Si powder and SiC powder, A second green sheet formed by mixing a powder selected from the group consisting of a mixed powder of Al and short carbon fibers and a mixed powder of Al and carbon particles, a resin and a plasticizer, and forming the sheet. To prepare,
Laminating the first green sheet on one side of the substrate, laminating the second green sheet on the other side, and pressurizing the substrate and both green sheets from both sides in the laminating direction;
Heating and degreasing the green sheet resin and plasticizer by heating both green sheets;
In addition, a method for producing an insulating laminated material is characterized in that the powder contained in both green sheets is subjected to discharge plasma sintering to form a sintered body layer made of powder on both surfaces of the substrate.
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