JP2001102703A - Circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
等に使用される高信頼性回路基板に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly reliable circuit board used for a power module or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、パワーモジュール等に利用される
半導体装置においては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ベリリ
ア（ＢｅＯ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）等のセラミックス板の表裏面に、銅（Ｃ
ｕ）やアルミニウム（Ａｌ）、あるいはそれらの金属を
成分とする合金等の回路板と放熱板とがそれぞれ設けら
れている回路基板が、金属基板ないしは樹脂基板を用い
た回路基板に比して、高絶縁性が安定して得られる特徴
があり、好ましく用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor device used for a power module or the like, a ceramic plate made of alumina (Al 2 O 3 ), beryllia (BeO), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN) or the like is used. Copper (C)
u), aluminum (Al), or a circuit board provided with a circuit board such as an alloy containing these metals as components and a heat radiating plate, compared to a circuit board using a metal substrate or a resin substrate, It has a feature that high insulation properties can be obtained stably, and is preferably used.
【０００３】基板となるセラミックス板に、回路板或い
は放熱板を設ける方法としては、ろう材を用いたろう付
け法とろう材を用いない方法に大別される。後者の代表
的な方法として、タフピッチ銅板とアルミナをＣｕ−Ｏ
の共晶点を利用して接合するＤＢＣ法が知られている。A method of providing a circuit board or a heat radiating plate on a ceramic plate serving as a substrate is roughly classified into a brazing method using a brazing material and a method using no brazing material. As a typical method of the latter, a tough pitch copper plate and alumina are Cu-O
The DBC method of joining using the eutectic point of the above is known.
【０００４】しかし、回路板の材質が銅の場合は、該回
路板とセラミックス基板や半田との熱膨張差に起因する
熱応力の発生が避けられず、繰り返しの熱履歴によって
セラミックス基板や半田にクラックを発生し、回路基板
としての信頼性が十分ではないという欠点を有してい
る。However, when the material of the circuit board is copper, thermal stress due to the difference in thermal expansion between the circuit board and the ceramic substrate or solder is unavoidable. Cracks are generated and the reliability as a circuit board is not sufficient.
【０００５】これに対して、熱伝導性や電気伝導性では
やや銅に劣るものの、アルミニウムを回路材質に選定す
れば、熱応力を受けても容易に塑性変形するのでセラミ
ックス基板や半田へかかる応力は緩和され、信頼性が飛
躍的に改善される。また、回路金属全体がアルミニウム
でなくて他種金属と接合ろう材付近にアルミニウム金属
を主成分とする金属を使用する複合金属基板（以下Ａｌ
複合金属基板と称する）においても同様の高信頼性が得
られる。[0005] On the other hand, although thermal conductivity and electrical conductivity are somewhat inferior to copper, if aluminum is selected as a circuit material, plastic deformation easily occurs even when subjected to thermal stress, so that stress applied to a ceramic substrate or solder is reduced. Is relieved and reliability is dramatically improved. In addition, a composite metal substrate (hereinafter referred to as Al) that uses a metal mainly composed of aluminum metal in the vicinity of a brazing filler metal that is joined to another kind of metal instead of the entire circuit metal being aluminum.
A similar high reliability can be obtained in the case of a composite metal substrate.
【０００６】前記Ａｌ回路の形成方法としては、(１)Ａ
ｌ板又はＡｌ合金板をろう付けしてからエッチングする
方法、(２)溶融アルミニウムをセラミックス板に接触、
冷却して両者の接合体を製造した後、凝固アルミニウム
を機械研削して厚みを整え、その後エッチングする溶湯
法が知られている。即ち、Ａｌ回路基板としては、アル
ミニウム板をＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材を用いＡｌＮ板へ
接合されたもの、溶湯法によりアルミニウム金属がＡｌ
Ｎ板へ直接接合されたものの２種類が公用となってい
る。As a method of forming the Al circuit, (1) A
(1) a method of brazing and etching an aluminum plate or an aluminum alloy plate, (2) contacting molten aluminum with a ceramic plate,
There is known a molten metal method in which after cooling to produce a joined body, solidified aluminum is mechanically ground to adjust its thickness, and then etched. That is, as an Al circuit board, an aluminum plate bonded to an AlN plate using an Al-Si alloy brazing material, and aluminum metal formed of aluminum by a molten metal method.
Two types, which are directly bonded to the N plate, are used in public.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来まで
のＡｌ回路基板やＡｌ複合金属基板は、前記回路板とセ
ラミックス基板との接合密着強度が弱いためにヒートサ
イクルによる回路端部からの剥離が生じやすい問題点が
ある。この様な回路金属の剥離はシリコンチップからの
放熱性を悪化させてしまうため、パワーモジュールの寿
命を短くする要因となるのでさらなる改善が望まれてい
る。However, in conventional Al circuit boards and Al composite metal substrates, peeling from circuit ends due to heat cycles is liable to occur due to a low bonding strength between the circuit board and the ceramic substrate. There is a problem. Such peeling of the circuit metal deteriorates the heat radiation from the silicon chip, which shortens the life of the power module. Therefore, further improvement is desired.
【０００８】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、これまで省みることが無かったろう材とセラミック
スとの界面構造に着目し、前記製造法によるＡｌ回路基
板は、接合層界面において、セラミックス表面の酸化層
を介して接合しているが、一般的に金属とセラミックス
酸化層との接合強度は弱く、ヒートサイクルの繰り返し
により金属回路の剥離が発生してしまうことが原因であ
ると推察し、この改善についていろいろ検討を重ね、そ
の接合界面構造とヒートサイクル試験における金属剥離
特性との関係を実験的に見出し、本発明を完成させたも
のである。The present invention has been made in view of the above, and pays attention to the interface structure between the brazing material and the ceramic, which has not been omitted until now. Although bonding is performed via the oxide layer on the surface, the bonding strength between the metal and the ceramic oxide layer is generally weak, and it is speculated that the cause is that the metal circuit peels off due to repeated heat cycles. Various studies have been made on this improvement, and the relationship between the bonding interface structure and the metal peeling property in a heat cycle test has been experimentally found, thereby completing the present invention.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、アルミ
ニウム或いはアルミニウム合金からなる回路板或いはセ
ラミックス基板に接する側にアルミニウム或いはアルミ
ニウム合金を有するＡｌ複合金属からなる回路板とセラ
ミックス基板とが、マグネシウム（Ｍｇ）と酸素（Ｏ）
とを含む層を介して接合されてなることを特徴とする回
路基板である。That is, the present invention relates to a circuit board made of aluminum or an aluminum alloy or a circuit board made of an Al composite metal having aluminum or an aluminum alloy on the side in contact with a ceramic substrate, and a ceramic board made of magnesium. (Mg) and oxygen (O)
A circuit board characterized by being joined via a layer containing:
【００１０】また、本発明は、回路板が、アルミニウム
純度が９９．５％から９９．９９％のアルミニウム合
金、或いは銅箔またはモリブデン箔とアルミニウム箔と
の複合箔とからなることを特徴とする前記の回路基板で
あある。Further, the present invention is characterized in that the circuit board is made of an aluminum alloy having an aluminum purity of 99.5% to 99.99%, or a composite foil of a copper foil or a molybdenum foil and an aluminum foil. The above circuit board.
【００１１】また、本発明は、前記マグネシウム（Ｍ
ｇ）と酸素（Ｏ）とを含む層の厚さが２ｎｍ以上２０ｎ
ｍ以下であることを特徴とする前記回路基板である。The present invention also relates to the above-mentioned magnesium (M
g) and a layer containing oxygen (O) has a thickness of 2 nm or more and 20 n or more.
m or less.
【００１２】更に、本発明は、セラミックス板が窒化ア
ルミニウム、酸化アルミニウム又は窒化珪素からなるこ
とを特徴とする前記の回路基板である。Further, the present invention is the above circuit board, wherein the ceramic plate is made of aluminum nitride, aluminum oxide or silicon nitride.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】前記したとおりに、現在のとこ
ろ、Ａｌ回路基板としては、アルミニウム板をＡｌ−Ｓ
ｉ系合金ろう材を用いＡｌＮ板へ接合されたものと溶湯
法によりアルミニウム金属がＡｌＮ板へ直接接合された
ものの２種類が知られているが、これら回路基板におけ
る回路板とセラミックス基板との接合構造は、表面層の
アルミニウム酸化層にアルミニウムが直に接触すること
により接合しており、このような界面構造は発明者らの
ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による接合界面の断面観察
によっても確かめられている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, at present, as an Al circuit board, an aluminum plate is made of Al-S
Two types are known, one joined to an AlN plate by using an i-type alloy brazing material and the other joined directly to an AlN plate by an aluminum alloy by a molten metal method. The structure is bonded by direct contact of aluminum with the aluminum oxide layer of the surface layer. Such an interface structure can be confirmed by the inventors' observation of the cross section of the bonded interface by TEM (transmission electron microscope). ing.
【００１４】しかし、このようなアルミニウム酸化層へ
アルミニウムが直に接触している接合界面は接合強度が
強くなく、例えば、これらの回路基板をヒートサイクル
試験を繰りかえした場合には、接合境界において剥利が
発生しており、その剥利面を調べてみると、セラミック
ス基板表面のアルミニウム酸化層であった。このことは
接合界面における接合強度の低さを示すものである。However, the bonding interface where aluminum is in direct contact with such an aluminum oxide layer does not have a high bonding strength. For example, when these circuit boards are subjected to a heat cycle test, they are peeled off at the bonding boundary. When the stripped surface was examined, it was found to be an aluminum oxide layer on the surface of the ceramic substrate. This indicates that the bonding strength at the bonding interface is low.
【００１５】そこで、発明者らは、セラミックス基板、
金属板、両者の接合用ろう材のいろいろな組み合わせに
ついて、回路基板を作製し、ヒートサイクル試験を行な
い、回路剥利が生じ始める回数を調べると共に、試験後
の回路基板の回路板／ろう材／セラミックス基板の接合
界面の構造を調べることにより、その望ましい界面構造
を見出し、前記問題の解決を意図したものである。そし
て、マグネシウム（Ｍｇ）と酸素（Ｏ）とを含む層を介
在するときに回路剥離しがたい接合界面が得られること
を見出し、本発明に至ったものである。Therefore, the inventors have proposed a ceramic substrate,
For various combinations of the metal plate and the brazing material for joining the two, a circuit board is manufactured, a heat cycle test is performed, the number of times that circuit peeling starts to occur is examined, and a circuit board / brazing material / By examining the structure of the bonding interface of the ceramic substrate, a desirable interface structure is found, and the above-mentioned problem is intended to be solved. The inventors have found that a bonding interface that is difficult to peel off can be obtained when a layer containing magnesium (Mg) and oxygen (O) is interposed, leading to the present invention.
【００１６】接合界面にマグネシウム（Ｍｇ）と酸素
（Ｏ）とを含む層を介在するときに、回路剥離し難い、
極めて良好な接合状態が得られることの理由について
は、本発明者らは、アルミニウム酸化層へアルミニウム
金属が接触している状態に比べて、ろう材とセラミック
ス表面の間に反応物が生成することにより接合が強固に
なるためと考えている。従って、回路板或いはろう材中
にマグネシウムを存在させ、前記回路板或いはろう材を
軟化状態でセラミックス基板と接触させることで、セラ
ミックス基板表面にわずかに存在する酸化層と前記マグ
ネシウムとが反応し極めて強固な接合界面が形成される
のである。When a layer containing magnesium (Mg) and oxygen (O) is interposed at the bonding interface, circuit peeling is difficult.
Regarding the reason why an extremely good bonding state can be obtained, the present inventors consider that a reactant is generated between the brazing material and the ceramic surface as compared with a state where the aluminum metal is in contact with the aluminum oxide layer. It is thought that the bonding is strengthened. Therefore, when magnesium is present in the circuit board or the brazing material, and the circuit board or the brazing material is brought into contact with the ceramic substrate in a softened state, the oxide layer slightly present on the surface of the ceramic substrate reacts with the magnesium, thereby extremely A strong bonding interface is formed.
【００１７】また、本発明者らの検討結果によれば、マ
グネシウム（Ｍｇ）と酸素（Ｏ）とを含む層の厚さにつ
いては、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい範囲であ
る。理由は不明であるが、前記の範囲以外の場合、即ち
２ｎｍ未満或いは２０ｎｍを超える場合には、接合状態
が不良となり、本発明の目的を達成できないことがあ
る。According to the study results of the present inventors, the thickness of the layer containing magnesium (Mg) and oxygen (O) is preferably in the range of 2 nm to 20 nm. Although the reason is unclear, if it is out of the above range, that is, if it is less than 2 nm or exceeds 20 nm, the bonding state becomes poor and the object of the present invention may not be achieved in some cases.
【００１８】本発明に用いられる回路板については、セ
ラミックス基板に接する側にアルミニウム或いはアルミ
ニウム合金の層が設けられていれば、どの様なものでも
構わない。例えば、アルミニウム単体を用いる場合に
は、１０００系の純アルミニウムは勿論、接合が容易な
４０００系のＡｌ−Ｓｉ系合金や、６０００系のＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金等が一般的に用いられる。このうち本
発明の目的を達成するためには、降伏耐力の低い高純度
アルミニウムが望ましい。一方、アルミニウム純度を高
めていくと製造コストが高くなるので、前記降伏耐力と
絡めて、アルミニウム純度として９９．５〜９９．９９
％が選択される。The circuit board used in the present invention may be of any type as long as an aluminum or aluminum alloy layer is provided on the side in contact with the ceramic substrate. For example, in the case of using aluminum alone, not only 1000 series pure aluminum but also 4000 series Al-Si series alloy or 6000 series Al-Si
Mg-Si based alloys and the like are generally used. Among them, high-purity aluminum having a low yield strength is desirable in order to achieve the object of the present invention. On the other hand, when the aluminum purity is increased, the manufacturing cost is increased. Therefore, in conjunction with the yield strength, the aluminum purity is 99.5 to 99.99.
% Is selected.
【００１９】また、本発明に用いられる回路板につい
て、アルミニウム又はアルミニウム合金層と、例えば
銅、モリブデン等の他種金属の層からなる複合金属（以
下、Ａｌ複合金属という）を用いることができる。銅層
を有するＡｌ複合金属を用いた回路板は、アルミニウム
単独でできた回路板に比して回路に大きな電流を負荷す
る場合に有利であり、また、半導体素子等を半田付けが
容易であるという特徴があり、好ましい。また、前記銅
層或いはモリブデン層を有するＡｌ複合金属を回路板に
用いるとき、本発明品を、従来の回路基板製造工程にそ
のまま適用できるという効果がある。Further, for the circuit board used in the present invention, a composite metal (hereinafter, referred to as an Al composite metal) composed of an aluminum or aluminum alloy layer and a layer of another metal such as copper or molybdenum can be used. A circuit board using an Al composite metal having a copper layer is advantageous when a large current is applied to a circuit as compared with a circuit board made of aluminum alone, and it is easy to solder a semiconductor element or the like. This feature is preferable. Further, when the Al composite metal having the copper layer or the molybdenum layer is used for a circuit board, there is an effect that the product of the present invention can be directly applied to a conventional circuit board manufacturing process.
【００２０】尚、前記Ｃｕを有するＡｌ複合金属からな
る回路板をもつ回路基板を作成する場合の問題点とし
て、アルミニウムと銅との複合体金属の作製おいて、両
者の接合時にアルミニウムと銅とが激しく反応してしま
い、脆い金属間化合物の厚い層を生成してしまうことで
ある。このため、予め銅箔のアルミニウム箔に接する面
にＮｉメッキを施すことで金属間化合物の生成反応を防
止できる。A problem in producing a circuit board having a circuit board made of the Al composite metal having Cu is as follows. In the production of a composite metal of aluminum and copper, aluminum, copper, Reacts violently, producing a thick layer of brittle intermetallic compound. Therefore, by subjecting the surface of the copper foil that is in contact with the aluminum foil to Ni plating in advance, the generation reaction of the intermetallic compound can be prevented.
【００２１】基材となるセラミックス板としては、電気
絶縁性で熱伝導性に富むものならばどの様なものでも構
わない。例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やベリリア（Ｂ
ｅＯ）を添加した炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ
3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を挙げることが
できるが、これらの内では、アルミナがもっとも汎用的
であり好ましいが、一方で、パワーデバイス用途では、
電力が大きく熱の発生が大きいことを考慮すると、絶縁
耐圧が高く、熱伝導性の高いことから窒化アルミニウム
板や窒化珪素が好ましい。The ceramic plate serving as the base material may be any one as long as it is electrically insulating and has high thermal conductivity. For example, alumina (Al 2 O 3 ) or beryllia (B
eO) -added silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si
3 N 4), there may be mentioned aluminum nitride (AlN) or the like, Of these, the alumina is preferably the most versatile on the one hand, in a power device applications,
Considering that electric power is large and heat generation is large, an aluminum nitride plate or silicon nitride is preferable because of its high withstand voltage and high thermal conductivity.
【００２２】本発明の回路基板を作製する方法として
は、アルミニウムを主成分とする金属板またはＡｌ複合
金属板と、窒化アルミニウム板等のセラミックス板とを
前記ろう材を用いて加熱接合した後、エッチングする方
法、或いは、金属板から打ち抜き法等により予め回路パ
ターンを形成し、これをセラミックス板にろう材を用い
て接合する方法等によって製造することができる。The method for manufacturing the circuit board of the present invention is as follows. After a metal plate or an aluminum composite metal plate containing aluminum as a main component and a ceramic plate such as an aluminum nitride plate are heated and joined using the brazing material, It can be manufactured by a method of etching, or a method of forming a circuit pattern in advance by a punching method or the like from a metal plate and joining the circuit pattern to a ceramic plate using a brazing material.
【００２３】接合に使用するろう材の成分は、本発明の
目的を達成するためにマグネシウムを含有することの
他、アルミニウムよりも低い融点で接合するためにＣ
ｕ、Ｓｉ、Ｇｅからなる群の少なくとも１種以上の元素
とを含むアルミニウムであることが好ましい。前記ろう
材は、更にＺｎ、Ｍｎ、Ｆｅなどアルミニウム金属に含
まれる一般的な不純物元素が存在しても良い。In order to achieve the object of the present invention, the components of the brazing filler metal used for joining include magnesium in addition to C for joining at a lower melting point than aluminum.
It is preferable to use aluminum containing at least one element selected from the group consisting of u, Si, and Ge. The brazing material may further contain general impurity elements contained in aluminum metal, such as Zn, Mn, and Fe.
【００２４】前記ろう材の作り方については、例えば、
黒鉛-炭化珪素複合材のルツボにアルミニウムだけを溶
融させ、そこに所定量の金属を添加し、充分撹拌溶解す
る。続いてフラックスを添加、充分撹拌して鉱滓等を除
去後、溶解したろう材合金を型に流し込み冷却固化させ
る。その後、圧延機を通して徐々に箔化して、必要に応
じてアニールを加え、最終的に２０μｍ厚さの箔にすれ
ばよい。また、所望組成の金属粉を混合したものを有機
溶媒に分散した形態でも構わない。Regarding how to make the brazing material, for example,
Only aluminum is melted in a graphite-silicon carbide composite crucible, a predetermined amount of metal is added thereto, and sufficiently stirred and dissolved. Subsequently, after adding a flux and sufficiently stirring to remove slag and the like, the molten brazing alloy is poured into a mold and solidified by cooling. Thereafter, the foil is gradually formed into a foil through a rolling mill, and if necessary, annealed to form a foil having a thickness of 20 μm. Further, a mixture of metal powders having a desired composition may be dispersed in an organic solvent.
【００２５】前記ろう材は５００℃〜６３０℃の温度範
囲で少なくとも一部が液相を形成するものが良い。即
ち、５００℃未満では接合強度や均一性の面で問題が生
じることがあるし、６３０℃を越える温度では、アルミ
ニウム板の融点に近くなるため炉の温度制御が厳しくな
るからである。尚、前記ろう材を用いて回路板とセラミ
ックス板とを接合する場合、接合する面に１〜５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ2の垂直力を付加することが望ましい。Preferably, the brazing material forms a liquid phase at least partially in a temperature range of 500 ° C. to 630 ° C. That is, if the temperature is lower than 500 ° C., a problem may occur in terms of bonding strength and uniformity, and if the temperature exceeds 630 ° C., the temperature of the furnace becomes strict because the melting point is close to the melting point of the aluminum plate. When the circuit board and the ceramic board are joined using the brazing material, 1 to 50 kg is applied to the joining surface.
It is desirable to apply a normal force of f / cm 2 .
【００２６】以下、実施例と比較例をあげて、本発明を
更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
【００２７】[0027]
【実施例】〔実施例１〜１２、比較例１〜８〕セラミッ
クス板として、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍの
窒化アルミニウム板および窒化珪素板で、レーザーフラ
ッシュ法による熱伝導率がそれぞれ１７５Ｗ／ｍＫ、７
５Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強さの平均値が４２０ＭＰａ、５
６０ＭＰａのものを用意した。EXAMPLES [Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 to 8] As a ceramic plate, a 50 mm × 50 mm × 0.635 mm aluminum nitride plate and a silicon nitride plate, each having a thermal conductivity of 175 W / mK by a laser flash method. , 7
5 W / mK, average value of three-point bending strength is 420 MPa, 5
The thing of 60 MPa was prepared.
【００２８】回路板として厚さ０．４ｍｍのＪＩＳ呼称
１０８５材を用意した。さらに、Ａｌ複合金属体として
使用するために、無酸素銅の片面にＮｉメッキを施した
ものと、厚み１００μmの純度９９．９％のアルミニウ
ム箔を用意した。As a circuit board, a JIS nominal 1085 material having a thickness of 0.4 mm was prepared. Furthermore, in order to use it as an Al composite metal body, one obtained by subjecting one surface of oxygen-free copper to Ni plating and an aluminum foil having a thickness of 100 μm and a purity of 99.9% were prepared.
【００２９】窒化アルミニウム板の表裏両面に、表１に
示す各種組成のろう材合金箔（２０μｍ厚さ）を介して
重ね、垂直方向に３５ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧した。そし
て、１０-4Ｔｏｒｒの真空中、温度５５０℃〜６３０℃
の条件下で加圧しながらアルミニウム板と窒化アルミニ
ウム基板とを接合した。接合後、アルミニウム板表面の
所望部分にエッチングレジストをスクリーン印刷して、
塩化第二鉄溶液にてエッチング処理し回路パターンを形
成した。次いで、レジストを剥離した後、無電解Ｎｉ−
Ｐメッキを３μｍ行い、回路基板とした。The aluminum nitride plate was overlaid on both front and rear surfaces with brazing alloy foils (thickness: 20 μm) of various compositions shown in Table 1 and vertically pressed at 35 kgf / cm 2 . And a temperature of 550 ° C. to 630 ° C. in a vacuum of 10 −4 Torr.
The aluminum plate and the aluminum nitride substrate were joined while pressing under the conditions described above. After joining, screen printing of the etching resist on the desired part of the aluminum plate surface,
The circuit pattern was formed by etching with a ferric chloride solution. Next, after removing the resist, the electroless Ni-
P plating was performed at 3 μm to obtain a circuit board.
【００３０】また、一部については、窒化アルミニウム
板の表裏両面に、表１に示す各種組成の２０μmろう材
合金箔をを重ね、次に厚さ１００μmの９９．９％純ア
ルミニウム箔を重ね、さらにＮｉメッキを施された厚さ
０．３mmの無酸素銅板にを重ねた。そして接合温度６３
０℃〜６５０℃の温度で接合し、前記のエッチング方法
に基づきＡｌ複合金属回路基板を作成した。実施例、比
較例の各々の接合条件を表１、表２に示す。As for a part, 20 μm brazing alloy alloy foils having various compositions shown in Table 1 are laminated on both sides of the aluminum nitride plate, and then 99.9% pure aluminum foil having a thickness of 100 μm is laminated. Further, a nickel-plated oxygen-free copper plate having a thickness of 0.3 mm was overlaid. And the bonding temperature 63
Bonding was performed at a temperature of 0 ° C. to 650 ° C., and an Al composite metal circuit board was formed based on the above-described etching method. Tables 1 and 2 show the joining conditions of the examples and comparative examples.
【００３１】[0031]
【表１】 [Table 1]
【００３２】[0032]
【表２】 [Table 2]
【００３３】得られた回路基板について、以下に示すよ
うに界面構造の観察と信頼性の評価を行った。この結果
を表３に示した。With respect to the obtained circuit board, the interface structure was observed and the reliability was evaluated as described below. The results are shown in Table 3.
【００３４】＜界面構造の観察＞接合後の基板を断面方
向に切りだしてイオンシニング装置で薄片化した。そし
てＴＥＭ（透過型電子顕微鏡：日本電子ＪＥＭ２０１
０）と元素分析装置（ＥＤＳ）により接合界面構造を観
察した。<Observation of Interface Structure> The bonded substrate was cut out in the cross-sectional direction and sliced by an ion thinning apparatus. And a TEM (transmission electron microscope: JEOL JEM201)
0) and the elementary analyzer (EDS) were used to observe the junction interface structure.
【００３５】＜信頼性評価＞回路基板を−５０℃×３０
分→室温×１０分→１５０℃×３０分→室温×１０分を
１サイクルとするヒートサイクルに３０００回負荷し
た。途中或いは終了後に、目視及び超音波探傷により、
回路板の剥離やセラミックス基板におけるクラック発生
状況等の異常の有無を観察した。<Evaluation of Reliability> The circuit board was -50 ° C. × 30.
Min. → room temperature × 10 minutes → 150 ° C. × 30 minutes → room temperature × 10 minutes. On the way or after the end, by visual inspection and ultrasonic flaw detection,
The presence or absence of abnormalities such as the peeling of the circuit board and the occurrence of cracks in the ceramic substrate was observed.
【００３６】[0036]
【表３】 [Table 3]
【００３７】実施例から明らかなように、本発明品は、
接合界面にマグネシウムと酸素とを含む層が存在してお
り、いずれも信頼性評価において、ヒートサイクル１０
００回後でも回路剥離やハンダクラック等の異常は認め
られず、高信頼性回路基板としては充分な性能を有する
ものである。特に、前記マグネシウムと酸素とを含む層
の厚みが２ｎｍ〜２０ｎｍものは信頼性がより優れてい
た。As is clear from the examples, the product of the present invention
A layer containing magnesium and oxygen is present at the bonding interface, and in any case, the reliability was evaluated by heat cycle 10
No abnormalities such as circuit peeling and solder cracks were observed even after the 00th operation, and the board had sufficient performance as a highly reliable circuit board. In particular, when the thickness of the layer containing magnesium and oxygen was 2 nm to 20 nm, the reliability was more excellent.
【００３８】[0038]
【発明の効果】本発明の回路基板は、Ａｌ回路基板或い
はＡｌ複合金属回路基板の接合界面にグネシウムと酸素
とを含む層が存在して、従来のＡｌ回路基板よりも信頼
性が極めて高いという特徴があり、産業上非常に有用で
ある。According to the circuit board of the present invention, a layer containing gnesium and oxygen is present at the bonding interface of the Al circuit board or the Al composite metal circuit board, and the reliability is extremely higher than that of the conventional Al circuit board. It has characteristics and is very useful in industry.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野々垣 良三 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内 (72)発明者 伊吹山 正浩 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 4E351 AA07 AA08 AA09 BB01 BB33 BB36 BB38 CC06 DD04 DD10 DD17 DD19 DD21 DD54 GG02 GG03 GG04 5E343 AA24 BB22 BB24 BB28 BB39 BB44 BB59 BB67 DD32 DD54 DD76 ER39 GG02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Ryozo Nogaki 3-5-1 Asahicho, Machida-shi, Tokyo Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Masahiro Ibukiyama 3 Asahicho, Machida-shi, Tokyo No. 5-1 F-term in Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. Central Research Laboratory 4E351 AA07 AA08 AA09 BB01 BB33 BB36 BB38 CC06 DD04 DD10 DD17 DD19 DD21 DD54 GG02 GG03 GG04 5E343 AA24 BB22 BB24 BB28 BB39 BB44 BB59 BB67 DD63 GG02
Claims (5)
ックス板に対向する面がアルミニウムを主成分とする金
属からなる回路板を設けてなるセラミックス回路基板で
あって、セラミックス板に隣接してマグネシウム（Ｍ
ｇ）と酸素（Ｏ）とを含む層が存在することを特徴とす
るセラミックス回路基板。1. A ceramic circuit board comprising a ceramic board provided with a circuit board at least on a surface facing the ceramic board made of a metal containing aluminum as a main component.
A ceramic circuit board, characterized by having a layer containing g) and oxygen (O).
から９９．９９％のアルミニウム合金からなることを特
徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板。2. The circuit board has an aluminum purity of 99.5%.
2. The ceramic circuit board according to claim 1, wherein said ceramic circuit board is made of an aluminum alloy of from 9 to 99.99%.
ニウム箔との複合箔とからなることを特徴とする請求項
１記載のセラミックス回路基板。3. The ceramic circuit board according to claim 1, wherein the circuit board is made of a composite foil of a copper foil or a molybdenum foil and an aluminum foil.
が、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請
求項１、請求項２又は請求項３記載のセラミックス回路
基板。4. The ceramic circuit board according to claim 1, wherein the thickness of the layer containing magnesium and oxygen is 2 nm or more and 20 nm or less.
化珪素又は酸化アルミニウムのいずれかからなることを
特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項
４記載のセラミックス回路基板。5. The ceramic circuit board according to claim 1, wherein the ceramic plate is made of any one of aluminum nitride, silicon nitride, and aluminum oxide.
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