JP2000281462A - 金属−セラミックス複合基板の製造方法 - Google Patents
金属−セラミックス複合基板の製造方法Info
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- JP2000281462A JP2000281462A JP11090498A JP9049899A JP2000281462A JP 2000281462 A JP2000281462 A JP 2000281462A JP 11090498 A JP11090498 A JP 11090498A JP 9049899 A JP9049899 A JP 9049899A JP 2000281462 A JP2000281462 A JP 2000281462A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温の接合温度から室温に冷却する過程で発
生する金属−セラミックス複合基板の残留応力を除去す
ることで、その基板の反りを防止することができ、しか
も機械加工等を加えずに製造工程的に有利な温度制御の
みにより、基板の反りを防止することができる、信頼性
に優れた金属−セラミックス複合基板を提供する。 【解決手段】 セラミックス基板１に銅板２、３を直接
接合法で接合して構成した金属−セラミックス複合基板
に、室温から更に過冷却し再び室温に戻す温度サイクル
を与えることにより、接合温度から室温に冷却する過程
で発生する熱応力に起因する金属−セラミックス複合基
板の残留応力を除去する。
生する金属−セラミックス複合基板の残留応力を除去す
ることで、その基板の反りを防止することができ、しか
も機械加工等を加えずに製造工程的に有利な温度制御の
みにより、基板の反りを防止することができる、信頼性
に優れた金属−セラミックス複合基板を提供する。 【解決手段】 セラミックス基板１に銅板２、３を直接
接合法で接合して構成した金属−セラミックス複合基板
に、室温から更に過冷却し再び室温に戻す温度サイクル
を与えることにより、接合温度から室温に冷却する過程
で発生する熱応力に起因する金属−セラミックス複合基
板の残留応力を除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、パワーモジュー
ル等の大電力電子部品の実装に好適な金属−セラミック
ス複合基板の製造方法に関するものである。
ル等の大電力電子部品の実装に好適な金属−セラミック
ス複合基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、パワートランジスタモジュールや
スイッチング電源モジュール等のような大電力電子部品
の実装に使用する基板としてセラミックス基板の表面に
銅板を接合して作成された銅張りセラミックス複合基板
が使用されている。この複合基板は更に、使用するセラ
ミックス基板の種類やその製造法によって、銅−アルミ
ナ直接接合基板、銅−窒化アルミニウムろう接基板等に
分けられる。
スイッチング電源モジュール等のような大電力電子部品
の実装に使用する基板としてセラミックス基板の表面に
銅板を接合して作成された銅張りセラミックス複合基板
が使用されている。この複合基板は更に、使用するセラ
ミックス基板の種類やその製造法によって、銅−アルミ
ナ直接接合基板、銅−窒化アルミニウムろう接基板等に
分けられる。
【０００３】銅−アルミナ直接接合基板の製造方法は、
特開昭５２−３７９１４号公報に開示されるように、酸
素を含有するタフピッチ電解銅板か、または無酸素銅板
を使用して酸化性雰囲気中で加熱することによって無酸
素銅板の表面に酸化銅を１〜10μm発生させてから、銅
板とアルミナ基板を重ねて不活性雰囲気中で加熱し、銅
板とアルミナ基板との界面に銅とアルミニウムとの複合
酸化物を生成させ銅板とアルミナ基板を直接接合する、
いわゆる直接接合法(DBC法：ダイレクト・ボンディング
・カッパー法)で接合するものである。
特開昭５２−３７９１４号公報に開示されるように、酸
素を含有するタフピッチ電解銅板か、または無酸素銅板
を使用して酸化性雰囲気中で加熱することによって無酸
素銅板の表面に酸化銅を１〜10μm発生させてから、銅
板とアルミナ基板を重ねて不活性雰囲気中で加熱し、銅
板とアルミナ基板との界面に銅とアルミニウムとの複合
酸化物を生成させ銅板とアルミナ基板を直接接合する、
いわゆる直接接合法(DBC法：ダイレクト・ボンディング
・カッパー法)で接合するものである。
【０００４】例えば直接接合法においては、まず所定形
状の厚さ0.2〜0.5mmの銅回路板を、酸化アルミニウム焼
結体や窒化アルミニウム焼結体等からなる厚さ0.6〜1.0
mmのセラミックス基板上に接触配置させて約1000℃まで
加熱し、接合界面にCu-Cu2 Oの共晶液相を生成させ、こ
の液相でセラミックス基板の表面と接触させ、液相を冷
却固化することによって、セラミックス基板と銅回路板
とが接合される。このように直接接合法を適用したセラ
ミックス回路基板は、セラミックス基板と銅回路板との
接合強度が強く、またメタライズ層やろう材層を必要と
しない単純構造のため小型高実装化が可能である等の長
所を有しており、製造工程の短縮化を実現することも可
能である。
状の厚さ0.2〜0.5mmの銅回路板を、酸化アルミニウム焼
結体や窒化アルミニウム焼結体等からなる厚さ0.6〜1.0
mmのセラミックス基板上に接触配置させて約1000℃まで
加熱し、接合界面にCu-Cu2 Oの共晶液相を生成させ、こ
の液相でセラミックス基板の表面と接触させ、液相を冷
却固化することによって、セラミックス基板と銅回路板
とが接合される。このように直接接合法を適用したセラ
ミックス回路基板は、セラミックス基板と銅回路板との
接合強度が強く、またメタライズ層やろう材層を必要と
しない単純構造のため小型高実装化が可能である等の長
所を有しており、製造工程の短縮化を実現することも可
能である。
【０００５】銅−窒化アルミニウム直接接合基板の場合
は、予め窒化アルミニウム基板の表面に酸化物を形成す
る必要がある。例えば特開平３−９３６８７公報に開示
されているように、予め空気中において、約1000℃の温
度で窒化アルミニウム基板を処理し、表面に酸化物を生
成させてから、この酸化物層を介して前述の方法により
銅板と窒化アルミニウム基板を接合している。
は、予め窒化アルミニウム基板の表面に酸化物を形成す
る必要がある。例えば特開平３−９３６８７公報に開示
されているように、予め空気中において、約1000℃の温
度で窒化アルミニウム基板を処理し、表面に酸化物を生
成させてから、この酸化物層を介して前述の方法により
銅板と窒化アルミニウム基板を接合している。
【０００６】また、銅―アルミナろう接基板及び銅−窒
化アルミニウムろう接基板は、銅板とセラミックス基板
との間に低融点のろう材を用いて接合を行う。
化アルミニウムろう接基板は、銅板とセラミックス基板
との間に低融点のろう材を用いて接合を行う。
【０００７】上述のように銅−セラミックス複合基板は
広く使用されているにもかかわらず、製造中及び実用上
いくつかの問題点がある。その中で最も重大な問題点
は、電子部品の実装時に基板にそりが発生し、基板の電
子部品の実装面の反対面の金属板に直接放熱フィン等の
基板冷却用媒体を接合する場合に接合面が密着せずに放
熱性能が著しく低下する等の問題がある。
広く使用されているにもかかわらず、製造中及び実用上
いくつかの問題点がある。その中で最も重大な問題点
は、電子部品の実装時に基板にそりが発生し、基板の電
子部品の実装面の反対面の金属板に直接放熱フィン等の
基板冷却用媒体を接合する場合に接合面が密着せずに放
熱性能が著しく低下する等の問題がある。
【０００８】そりの発生は、銅の熱膨張係数がセラミッ
クスの熱膨張係数より1桁大きいことに起因する。銅板
とセラミックス基板を直接接合する場合、約1000℃まで
加熱され、接合温度から室温に冷却する過程で熱膨張係
数の違いにより、複合基板の内部に多大な熱応力が発生
する。この応力は銅板側に引張り、セラミックス基板側
に圧縮の残留応力分布として存在する。この残留応力
は、片側の銅板上に回路図をエッチング処理により作成
することにより、銅板が分断され、回路を切った前記銅
板の残留応力のみ開放され、金属−セラミックス複合基
板にそりが発生する。さらに、この残留応力は、セラミ
ックス基板にクラックを生じさせたり、あるいは金属板
剥離の発生原因等となる。また、セラミックス基板にク
ラックが生じないまでも、セラミックス基板の強度を低
下させるという悪影響を及ぼす。
クスの熱膨張係数より1桁大きいことに起因する。銅板
とセラミックス基板を直接接合する場合、約1000℃まで
加熱され、接合温度から室温に冷却する過程で熱膨張係
数の違いにより、複合基板の内部に多大な熱応力が発生
する。この応力は銅板側に引張り、セラミックス基板側
に圧縮の残留応力分布として存在する。この残留応力
は、片側の銅板上に回路図をエッチング処理により作成
することにより、銅板が分断され、回路を切った前記銅
板の残留応力のみ開放され、金属−セラミックス複合基
板にそりが発生する。さらに、この残留応力は、セラミ
ックス基板にクラックを生じさせたり、あるいは金属板
剥離の発生原因等となる。また、セラミックス基板にク
ラックが生じないまでも、セラミックス基板の強度を低
下させるという悪影響を及ぼす。
【０００９】上述のように冷却過程で発生した残留応力
は、冷却速度の調節等によりある程度は低減できるもの
の、そりの防止には至らず、重大な問題となっている。
このため、上記のようなセラミックス回路基板は、通常
セラミックス基板の裏面にも表面すなわち半導体実装部
と同一あるいは5〜50%薄い金属板を接合して、セラミッ
クス回路基板の反りを防止する方法が広く用いられてい
る。
は、冷却速度の調節等によりある程度は低減できるもの
の、そりの防止には至らず、重大な問題となっている。
このため、上記のようなセラミックス回路基板は、通常
セラミックス基板の裏面にも表面すなわち半導体実装部
と同一あるいは5〜50%薄い金属板を接合して、セラミッ
クス回路基板の反りを防止する方法が広く用いられてい
る。
【００１０】上述したような残留応力による問題の対応
策として、例えば特開平10-87385公報には、アルミニウ
ム−セラミックス直接接合法で接合したAl−セラミック
ス基板上の電子部品搭載部分をショットピーニング法に
より硬化させる方法が記載されている。また、特開平8-
250823公報には、金属板の外周縁部内側に複数の孔を形
成することが記載されている。これによりセラミックス
基板のクラック発生や強度低下を防止し、機械加工によ
って金属板の変形を防止している。更にまた、特開昭６
０―８９３５４号公報には、セラミック−金属の複合基
板製作のため、加熱後室温まで冷却する段階での破壊あ
るいは曲がり防止のため、金属エレメントをモザイク状
に組み立てることが開示されている。
策として、例えば特開平10-87385公報には、アルミニウ
ム−セラミックス直接接合法で接合したAl−セラミック
ス基板上の電子部品搭載部分をショットピーニング法に
より硬化させる方法が記載されている。また、特開平8-
250823公報には、金属板の外周縁部内側に複数の孔を形
成することが記載されている。これによりセラミックス
基板のクラック発生や強度低下を防止し、機械加工によ
って金属板の変形を防止している。更にまた、特開昭６
０―８９３５４号公報には、セラミック−金属の複合基
板製作のため、加熱後室温まで冷却する段階での破壊あ
るいは曲がり防止のため、金属エレメントをモザイク状
に組み立てることが開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たセラミックス回路基板の裏面に金属板を接合する方法
は、回路のパターンにより裏面の金属板の薄さを調節し
なければならず、薄さの決定に多大な設計工数が必要で
あり、また製造工程が繁雑になり、製造工数、材料原価
の増大を招いていた。また、特開平10-87385公報に記載
されているショットピーニング法による残留応力の除去
についても、特開平8-250823公報に記載されている機械
加工による金属板外周縁部内側に複数の孔を形成する方
法についても、更に特開昭６０―８９３５４号公報に記
載されている金属エレメントをモザイク状に組み立てる
方法についても、製造工程が繁雑になり、製造工数が増
大するという問題がある。
たセラミックス回路基板の裏面に金属板を接合する方法
は、回路のパターンにより裏面の金属板の薄さを調節し
なければならず、薄さの決定に多大な設計工数が必要で
あり、また製造工程が繁雑になり、製造工数、材料原価
の増大を招いていた。また、特開平10-87385公報に記載
されているショットピーニング法による残留応力の除去
についても、特開平8-250823公報に記載されている機械
加工による金属板外周縁部内側に複数の孔を形成する方
法についても、更に特開昭６０―８９３５４号公報に記
載されている金属エレメントをモザイク状に組み立てる
方法についても、製造工程が繁雑になり、製造工数が増
大するという問題がある。
【００１２】このようなことから、金属板接合後の冷却
過程により、金属板に生じる残留応力を開放、緩和し
て、セラミックス基板のクラック発生や強度低下を有効
に防止すると共に、機械加工等を行わず、製造工程の簡
略化が図れ、セラミックス基板の反りを防止する技術が
広く求められている。
過程により、金属板に生じる残留応力を開放、緩和し
て、セラミックス基板のクラック発生や強度低下を有効
に防止すると共に、機械加工等を行わず、製造工程の簡
略化が図れ、セラミックス基板の反りを防止する技術が
広く求められている。
【００１３】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、金属板接合後の冷却過程で金属−セ
ラミックス複合基板に生じる残留応力を緩和、開放し、
セラミックス基板の反りの発生を防止、制御し、クラッ
ク発生や強度低下を防止することができ、しかも機械加
工等の外力を加えることなく金属板の反りを防止でき
る、信頼性や製造性優れる金属−セラミックス複合基板
の製造方法を提供することを目的としている。
になされたもので、金属板接合後の冷却過程で金属−セ
ラミックス複合基板に生じる残留応力を緩和、開放し、
セラミックス基板の反りの発生を防止、制御し、クラッ
ク発生や強度低下を防止することができ、しかも機械加
工等の外力を加えることなく金属板の反りを防止でき
る、信頼性や製造性優れる金属−セラミックス複合基板
の製造方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の金属−セラミッ
クス複合基板の製造方法は、セラミックス基板と、前記
セラミックス基板の少なくとも１主面に接合された電子
部品搭載のための回路を形成する金属板とを具備する金
属−セラミックス複合基板の製造方法において、室温か
ら更に過冷却し再び室温に戻す温度サイクルを、前記金
属−セラミックス複合基板に与えるものである。
クス複合基板の製造方法は、セラミックス基板と、前記
セラミックス基板の少なくとも１主面に接合された電子
部品搭載のための回路を形成する金属板とを具備する金
属−セラミックス複合基板の製造方法において、室温か
ら更に過冷却し再び室温に戻す温度サイクルを、前記金
属−セラミックス複合基板に与えるものである。
【００１５】また本発明の金属−セラミックス複合基板
の製造方法は、セラミックス基板と、前記セラミックス
基板の少なくとも１主面に接合された電子部品搭載のた
めの回路を形成する金属板とを具備する金属−セラミッ
クス複合基板の製造方法において、前記セラミックス基
板と前記金属板とを接合する焼結工程時の温度から室温
に冷却し、この室温への冷却工程より引続いてその室温
から更に過冷却し、再び室温に戻す温度サイクルを、前
記金属−セラミックス複合基板に与えるものである。
の製造方法は、セラミックス基板と、前記セラミックス
基板の少なくとも１主面に接合された電子部品搭載のた
めの回路を形成する金属板とを具備する金属−セラミッ
クス複合基板の製造方法において、前記セラミックス基
板と前記金属板とを接合する焼結工程時の温度から室温
に冷却し、この室温への冷却工程より引続いてその室温
から更に過冷却し、再び室温に戻す温度サイクルを、前
記金属−セラミックス複合基板に与えるものである。
【００１６】また本発明の金属−セラミックス複合基板
の製造方法は、上記金属−セラミックス複合基板の製造
方法において、過冷却の下限温度を制御することで、金
属−セラミックス複合基板の残留応力値を制御し、そり
の向き、または反りの量を制御するものである。
の製造方法は、上記金属−セラミックス複合基板の製造
方法において、過冷却の下限温度を制御することで、金
属−セラミックス複合基板の残留応力値を制御し、そり
の向き、または反りの量を制御するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明に係る
金属−セラミックス複合基板の製造方法について詳細に
説明する。図１は、本発明に係る金属−セラミックス複
合基板の構造を示す平面図である。同図において、１は
セラミックス基板であり、このセラミックス基板１の表
面１ａには金属板として銅板１が接合されている。ま
た、セラミックス基板１の裏面１ｂにも同様に銅板１と
同一の薄さの銅板２が接合されており、これらにより金
属−セラミックス複合基板４が構成されている。
金属−セラミックス複合基板の製造方法について詳細に
説明する。図１は、本発明に係る金属−セラミックス複
合基板の構造を示す平面図である。同図において、１は
セラミックス基板であり、このセラミックス基板１の表
面１ａには金属板として銅板１が接合されている。ま
た、セラミックス基板１の裏面１ｂにも同様に銅板１と
同一の薄さの銅板２が接合されており、これらにより金
属−セラミックス複合基板４が構成されている。
【００１８】ここで、上記セラミックス基板１として
は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケ
イ素、ジルコニア等の各種セラミックス焼結体を用いる
ことができ、この場合、高純度の素材であればなおさら
好ましい。また用途や要求に応じて適宜選択して使用す
ることが可能である。
は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケ
イ素、ジルコニア等の各種セラミックス焼結体を用いる
ことができ、この場合、高純度の素材であればなおさら
好ましい。また用途や要求に応じて適宜選択して使用す
ることが可能である。
【００１９】また、図１に示す金属−セラミックス複合
基板における銅板２、３は、セラミックス基板１に対し
て直接接合、いわゆるＤＢＣ法により接合されている。
このようなＤＢＣ法を利用する場合の銅板２、３として
は、タフピッチ銅のような酸素を100〜3000ppmの割合で
含有する銅を用いることが好ましいが、接合時の条件に
よっては無酸素銅を用いることも可能である。
基板における銅板２、３は、セラミックス基板１に対し
て直接接合、いわゆるＤＢＣ法により接合されている。
このようなＤＢＣ法を利用する場合の銅板２、３として
は、タフピッチ銅のような酸素を100〜3000ppmの割合で
含有する銅を用いることが好ましいが、接合時の条件に
よっては無酸素銅を用いることも可能である。
【００２０】また金属板として、銅板２、３に代り、導
電性が良好で、且つ軟らかい金属、例えば銅合金、アル
ミニウム、アルミニウム合金等を用いることができる。
電性が良好で、且つ軟らかい金属、例えば銅合金、アル
ミニウム、アルミニウム合金等を用いることができる。
【００２１】セラミックス複合基板４を製造するため
に、直接接合法を用いるため、焼結時に約1000℃と高温
になる。この後、図２に示すように、室温までの冷却過
程で熱応力が発生し、残留応力となるが、本発明では接
合工程の約1000℃からの室温までの冷却工程後に過冷却
を実施することで、残留応力を除去、あるいは制御して
いる。過冷却温度は、セラミックス基板の線膨張係数を
α1、金属板の線膨張係数をα2、ヤング率をＥ、焼結温
度をＴ1、室温をＴ2、過冷却温度をＴ3、線膨張係数の
差から発生するひずみをε、ひずみεのときに金属に発
生する応力をσとすると、発生するひずみεは、 Δα＝α1−α2 [ひずみ／deg] (式1) ε＝Δα×(Ｔ1−Ｔ2) [%] (式2) となり、この時に発生する応力σを零にするために必要
なヒステリシスループ(図３)を得るために過冷却を行
い、更にひずみを発生させている。残留応力が減少する
方向のループでは、その傾きがヤング率の傾きと同等と
なるため、このひずみε0は、 ε0＝σ／Ｅ (式3) となる。ただし、図２に示すように銅のような延性材の
場合は1％未満のひずみを更に発生させても発生する応
力値に大きな差はなく材料が破断することはない。した
がって過冷却温度は、 Ｔ3＝ Ｔ2−(Ｔ1−Ｔ2)×ε0／ε [℃] (式4) となる。
に、直接接合法を用いるため、焼結時に約1000℃と高温
になる。この後、図２に示すように、室温までの冷却過
程で熱応力が発生し、残留応力となるが、本発明では接
合工程の約1000℃からの室温までの冷却工程後に過冷却
を実施することで、残留応力を除去、あるいは制御して
いる。過冷却温度は、セラミックス基板の線膨張係数を
α1、金属板の線膨張係数をα2、ヤング率をＥ、焼結温
度をＴ1、室温をＴ2、過冷却温度をＴ3、線膨張係数の
差から発生するひずみをε、ひずみεのときに金属に発
生する応力をσとすると、発生するひずみεは、 Δα＝α1−α2 [ひずみ／deg] (式1) ε＝Δα×(Ｔ1−Ｔ2) [%] (式2) となり、この時に発生する応力σを零にするために必要
なヒステリシスループ(図３)を得るために過冷却を行
い、更にひずみを発生させている。残留応力が減少する
方向のループでは、その傾きがヤング率の傾きと同等と
なるため、このひずみε0は、 ε0＝σ／Ｅ (式3) となる。ただし、図２に示すように銅のような延性材の
場合は1％未満のひずみを更に発生させても発生する応
力値に大きな差はなく材料が破断することはない。した
がって過冷却温度は、 Ｔ3＝ Ｔ2−(Ｔ1−Ｔ2)×ε0／ε [℃] (式4) となる。
【００２２】上述のＴ3の温度を基準に、Ｔ3より高い温
度を過冷却温度とすると、残留応力が完全に開放されず
に、回路側の金属面が凸となる反りが発生する。また、
Ｔ3より低い温度を過冷却温度とすると、残留応力の引
張り、圧縮が入れ替り回路側の金属面が凹となる反りが
発生するため、過冷却温度を任意に設定することで、反
りの向きを制御できる。
度を過冷却温度とすると、残留応力が完全に開放されず
に、回路側の金属面が凸となる反りが発生する。また、
Ｔ3より低い温度を過冷却温度とすると、残留応力の引
張り、圧縮が入れ替り回路側の金属面が凹となる反りが
発生するため、過冷却温度を任意に設定することで、反
りの向きを制御できる。
【００２３】また、上述のＴ3を基準にＴ3から過冷却温
度が離れる程、反りの量が多くなるため、過冷却温度を
任意に設定することで、反り量を制御することができ
る。
度が離れる程、反りの量が多くなるため、過冷却温度を
任意に設定することで、反り量を制御することができ
る。
【００２４】次に本発明に係る製造方法を、具体例を用
いて説明する。即ち、まず、セラミックス基板１として
厚さ0.635mmのアルミナ基板と、金属板として厚さ0.3mm
の銅板２，３を用意した。そして、図1に示したよう
に、アルミナ基板１の両面に2枚の銅板２，３をそれぞ
れ直接配置し、約1000℃の条件で加熱し、直接接合さ
せ、室温(20℃)まで冷却し、金属−セラミックス複合基
板４を得た。
いて説明する。即ち、まず、セラミックス基板１として
厚さ0.635mmのアルミナ基板と、金属板として厚さ0.3mm
の銅板２，３を用意した。そして、図1に示したよう
に、アルミナ基板１の両面に2枚の銅板２，３をそれぞ
れ直接配置し、約1000℃の条件で加熱し、直接接合さ
せ、室温(20℃)まで冷却し、金属−セラミックス複合基
板４を得た。
【００２５】次に金属−セラミックス複合基板４の残留
応力を除去するために、図４に示すように過冷却を行っ
た。過冷却温度は、表１に示すアルミナ基板１、銅板
２，３の材料定数から次のように算出した。 Δα=(72-17)×10-6=55×10-6 [ひずみ／deg] 55×10-6×(1000-20)=0.055( = 5.5%) 5.5％ひずみのときの応力値を図４のグラフから読み取
ると、13.3kg/mm2となり、この発生応力を零にするため
のヒステリシスループを形成するためには、 13.3／12500=0.001 ( =0.1%) のひずみを更に発生させる必要があり、そのためには、 20-(1000-20)×0.001/0.055=2.2[℃] となり、過冷却温度2.2℃を得た。そして図４に示すよ
うな室温から2.2℃まで過冷却し、室温まで再び戻す工
程を経て、目的とする金属−セラミックス複合基板４を
得た。
応力を除去するために、図４に示すように過冷却を行っ
た。過冷却温度は、表１に示すアルミナ基板１、銅板
２，３の材料定数から次のように算出した。 Δα=(72-17)×10-6=55×10-6 [ひずみ／deg] 55×10-6×(1000-20)=0.055( = 5.5%) 5.5％ひずみのときの応力値を図４のグラフから読み取
ると、13.3kg/mm2となり、この発生応力を零にするため
のヒステリシスループを形成するためには、 13.3／12500=0.001 ( =0.1%) のひずみを更に発生させる必要があり、そのためには、 20-(1000-20)×0.001/0.055=2.2[℃] となり、過冷却温度2.2℃を得た。そして図４に示すよ
うな室温から2.2℃まで過冷却し、室温まで再び戻す工
程を経て、目的とする金属−セラミックス複合基板４を
得た。
【００２６】
【表１】
【００２７】このようにして得た金属−セラミックス複
合基板４の銅板２に所定の回路をエッチング処理により
回路を作成し、電子部品をはんだ実装するために、250
℃でリフローを施したところ、金属−セラミックス複合
基板４の反りは、従来に比べ十分無視できる程度まで低
減できた。
合基板４の銅板２に所定の回路をエッチング処理により
回路を作成し、電子部品をはんだ実装するために、250
℃でリフローを施したところ、金属−セラミックス複合
基板４の反りは、従来に比べ十分無視できる程度まで低
減できた。
【００２８】なお上記の実施例において、金属−セラミ
ックス複合基板４の過冷却工程は、焼結温度（約１００
０℃）からの冷却工程に引き続いて行ったが、焼結温度
（約１０００℃）から室温へ冷却され、その室温で長時
間放置されたものに対して行っても同等の効果を奏す
る。
ックス複合基板４の過冷却工程は、焼結温度（約１００
０℃）からの冷却工程に引き続いて行ったが、焼結温度
（約１０００℃）から室温へ冷却され、その室温で長時
間放置されたものに対して行っても同等の効果を奏す
る。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属−セ
ラミックス複合基板の製造方法によれば、直接接合時の
温度から室温への冷却過程で発生する残留応力を過冷却
することで、除去、あるいは制御することが可能なた
め、金属−セラミックス複合基板の反りを防止すること
ができる。また、基板の反りの向き、反り量を制御する
ことができると共に、機械加工等を加えずに製造工程的
に有利な温度制御のみにより、基板の反りを防止するこ
とができる。従って、製造工程の簡略化および製造工数
の低減を図った上で、焼結時からの冷却に起因する基板
の反りを有効に防止することができる、信頼性に優れた
金属−セラミックス複合基板を提供することが可能とな
る。
ラミックス複合基板の製造方法によれば、直接接合時の
温度から室温への冷却過程で発生する残留応力を過冷却
することで、除去、あるいは制御することが可能なた
め、金属−セラミックス複合基板の反りを防止すること
ができる。また、基板の反りの向き、反り量を制御する
ことができると共に、機械加工等を加えずに製造工程的
に有利な温度制御のみにより、基板の反りを防止するこ
とができる。従って、製造工程の簡略化および製造工数
の低減を図った上で、焼結時からの冷却に起因する基板
の反りを有効に防止することができる、信頼性に優れた
金属−セラミックス複合基板を提供することが可能とな
る。
【図１】 本発明の実施の形態に係わる金属−セラミッ
クス複合基板の構造を示す図であって、(ａ)は平面図、
(ｂ)は断面図である。
クス複合基板の構造を示す図であって、(ａ)は平面図、
(ｂ)は断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係わる金属の応力−ひ
ずみ線図の模式図である。
ずみ線図の模式図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係わる金属の応力−ひ
ずみのヒステリシスを表す模式図である。
ずみのヒステリシスを表す模式図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係わる金属−セラミッ
クス複合基板の銅板の応力−ひずみ線図である。
クス複合基板の銅板の応力−ひずみ線図である。
１ セラミックス基板 ２、３ 銅板 ４ 金属−セラミックス複合基板
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックス基板と、前記セラミックス
基板の少なくとも１主面に接合された電子部品搭載のた
めの回路を形成する金属板とを具備する金属−セラミッ
クス複合基板の製造方法において、室温から更に過冷却
し再び室温に戻す温度サイクルを、前記金属−セラミッ
クス複合基板に与えることを特徴とする金属−セラミッ
クス複合基板の製造方法。 - 【請求項２】 セラミックス基板と、前記セラミックス
基板の少なくとも１主面に接合された電子部品搭載のた
めの回路を形成する金属板とを具備する金属−セラミッ
クス複合基板の製造方法において、前記セラミックス基
板と前記金属板とを接合する焼結工程時の温度から室温
に冷却し、この室温への冷却工程より引続いてその室温
から更に過冷却し、再び室温に戻す温度サイクルを、前
記金属−セラミックス複合基板に与えることを特徴とす
る金属−セラミックス複合基板の製造方法。 - 【請求項３】 過冷却の下限温度を制御することで、金
属−セラミックス複合基板の残留応力値を制御し、そり
の向き、または反りの量を制御することを特徴とする請
求項１または２に記載の金属−セラミックス複合基板の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11090498A JP2000281462A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 金属−セラミックス複合基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11090498A JP2000281462A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 金属−セラミックス複合基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000281462A true JP2000281462A (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=14000178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11090498A Pending JP2000281462A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 金属−セラミックス複合基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000281462A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003197824A (ja) * | 2001-12-25 | 2003-07-11 | Toshiba Corp | セラミックス回路基板 |
| CN102315179A (zh) * | 2011-09-03 | 2012-01-11 | 江苏宏微科技有限公司 | 覆金属陶瓷基板其及制作方法 |
| WO2015141384A1 (ja) * | 2014-03-20 | 2015-09-24 | 富士電機株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| CN111339685A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-06-26 | 南京航空航天大学 | 陶瓷基复合材料在高温环境下疲劳迟滞回线的模拟方法 |
| CN114727504A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-07-08 | 景旺电子科技(龙川)有限公司 | 金属陶瓷复合基板及其制作方法 |
| CN116589298A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-08-15 | 福建华清电子材料科技有限公司 | 改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法 |
| CN117457504A (zh) * | 2023-12-22 | 2024-01-26 | 成都万士达瓷业有限公司 | 一种陶瓷封装表面覆铜的生产方法 |
| CN116589298B (zh) * | 2023-05-23 | 2024-06-07 | 福建华清电子材料科技有限公司 | 改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法 |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11090498A patent/JP2000281462A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116589298A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-08-15 | 福建华清电子材料科技有限公司 | 改善翘曲的覆厚铜陶瓷基板制备方法 |
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| CN117457504A (zh) * | 2023-12-22 | 2024-01-26 | 成都万士达瓷业有限公司 | 一种陶瓷封装表面覆铜的生产方法 |
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