表面改質した窒化アルミニウムと金属の低温接合

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本研究ではAlNとCuの接合において、インサート金属として低融点のSn-Pbはんだを用い、接合温度の低温化を目標とした。AlNとはんだはそのままでは界面反応を起こさず、ぬれ性も乏しいことから、以下に示すふたつのプロセスのようにAlNを表面改質することによりAlNとはんだの間の反応性およびぬれ性を確保することにした。すなわち、[1]AlN表面にTiをコーティングし、熱処理を行いTi膜とAlNの界面反応を確保した後、はんだとのぬれ性改善の目的で再度Cu膜を形成する。[2]AlN上に窒化物をコーティングし、熱処理を行わず再度Cu膜を形成する。まず、Ti+Cuの二層メタライズしたAlNとOFCのはんだ付接合強さに及ぼすTi膜熱処理時の保持時間の影響を調査したところ、Ti膜熱処理温度1273K、保持時間が0ksのとき接合強さが最も高く約20MPaとなっていたが、熱処理時間が増加するに伴い接合強さはやや低下した。AlN-OFCはんだ付継手は良好な熱疲労特性を有するとともに、接合継手の平均熱伝導度はAlN母材の熱伝導度よりも高い値を示しており、良好な熱伝導特性が得られることが明らかとなった。一方、TiNおよびCrN膜のAlNに対する密着強さはいずれも50MPa程度であり、金属膜に比べ2倍以上の良好な値を示した。また、TiN→Ti傾斜膜においても窒化物膜と同程度の密着強さが得られた。窒化物+Cu二層プレーティングを施した場合、AlNに対する密着強さは若干低下するものの、約40MPa程度を示していた。窒化物を下地膜としてプレーティングしたAlNとOFCをはんだ付したところ、割れや欠陥が認められない組織的に良好な接合継手を得ることができた。また、接合強さは平均で約33MPaの値を示し、大部分ははんだと接合材の界面部分で破断していた。