JP2001127224A - 絶縁性アルミナ質基板およびアルミナ質銅貼回路基板 - Google Patents
絶縁性アルミナ質基板およびアルミナ質銅貼回路基板Info
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- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
Abstract
(57)【要約】
【課題】アルミナセラミックスを基材としてなり、銅を
含む導体が内蔵された絶縁性を有する高熱伝導性を有す
るアルミナ質基板と、これを絶縁基板として用い、放熱
特性に優れた銅貼回路基板を得る。 【解決手段】相対密度が９５％以上のＭｎＯ2を２．０
〜１０．０重量％の割合で含有するアルミナを主成分と
するセラミックスからなる絶縁基板１表面に、銅箔また
は銅板からなる配線層２が被着形成されてなるアルミナ
質銅貼回路基板において、絶縁基板１内部に、銅を１０
〜７０重量％、タングステンおよび／またはモリブデン
を３０〜９０重量％の割合で含有する導体からなり平面
導体３と垂直導体４を格子状に埋設し、平面的にみて、
垂直導体４の断面積の合計を絶縁基板１の面積の４０〜
８０％とし、熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とする。
含む導体が内蔵された絶縁性を有する高熱伝導性を有す
るアルミナ質基板と、これを絶縁基板として用い、放熱
特性に優れた銅貼回路基板を得る。 【解決手段】相対密度が９５％以上のＭｎＯ2を２．０
〜１０．０重量％の割合で含有するアルミナを主成分と
するセラミックスからなる絶縁基板１表面に、銅箔また
は銅板からなる配線層２が被着形成されてなるアルミナ
質銅貼回路基板において、絶縁基板１内部に、銅を１０
〜７０重量％、タングステンおよび／またはモリブデン
を３０〜９０重量％の割合で含有する導体からなり平面
導体３と垂直導体４を格子状に埋設し、平面的にみて、
垂直導体４の断面積の合計を絶縁基板１の面積の４０〜
８０％とし、熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高熱伝導性を有す
る絶縁性のアルミナ質基板と、それを絶縁基板としその
表面に銅箔または銅板を貼り付けた銅貼回路基板に関す
る。
る絶縁性のアルミナ質基板と、それを絶縁基板としその
表面に銅箔または銅板を貼り付けた銅貼回路基板に関す
る。
【０００２】
【従来技術】近年、産業機器の分野ではＭＯＳＦＥＴや
ＩＧＢＴなどのパワー系デバイスを用いたパワーモジュ
ールが電車、電気自動車などの電動車両における制御基
板に適用されつつある。これらのパワー系デバイスに使
用される電流は数十〜数百Ａを超え、また電圧も数百Ｖ
と非常に高電力となるため、パワー系デバイスから発生
する熱も大きく、この熱によるデバイスの誤動作あるい
は破壊を防止するために、発生熱をいかに系外に放出す
るかが大きな問題になっている。そのために、かかるパ
ワー系デバイスを搭載する配線基板に対しては、絶縁基
板として高い熱伝導性が要求されている。
ＩＧＢＴなどのパワー系デバイスを用いたパワーモジュ
ールが電車、電気自動車などの電動車両における制御基
板に適用されつつある。これらのパワー系デバイスに使
用される電流は数十〜数百Ａを超え、また電圧も数百Ｖ
と非常に高電力となるため、パワー系デバイスから発生
する熱も大きく、この熱によるデバイスの誤動作あるい
は破壊を防止するために、発生熱をいかに系外に放出す
るかが大きな問題になっている。そのために、かかるパ
ワー系デバイスを搭載する配線基板に対しては、絶縁基
板として高い熱伝導性が要求されている。
【０００３】従来から、デバイスから発生した熱を放熱
するための好適なセラミックスとしては、炭化珪素、ベ
リリウム、窒化アルミニウム等のセラミックスが用いら
れてきたが、量産性、安全性などの点から窒化アルミニ
ウム質セラミックスが最も多く用いられてきた。
するための好適なセラミックスとしては、炭化珪素、ベ
リリウム、窒化アルミニウム等のセラミックスが用いら
れてきたが、量産性、安全性などの点から窒化アルミニ
ウム質セラミックスが最も多く用いられてきた。
【０００４】しかし、窒化アルミニウム質セラミックス
は非常に高価であることから、使用される分野が限られ
ている。しかしながら、安価な材料として一般に絶縁基
板として用いられるアルミナセラミックスは熱伝導率が
せいぜい十数Ｗ／ｍ・Ｋであり、パワーデバイス等に使
用するには十分な熱放散性があるとは言えない。そこ
で、このアルミナセラミックスの絶縁基板の放熱性を向
上させるために、基板内部にビア導体やメタライズ層を
形成する方法が検討されている。
は非常に高価であることから、使用される分野が限られ
ている。しかしながら、安価な材料として一般に絶縁基
板として用いられるアルミナセラミックスは熱伝導率が
せいぜい十数Ｗ／ｍ・Ｋであり、パワーデバイス等に使
用するには十分な熱放散性があるとは言えない。そこ
で、このアルミナセラミックスの絶縁基板の放熱性を向
上させるために、基板内部にビア導体やメタライズ層を
形成する方法が検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】アルミナセラミックス
に用いられる導体材料は、アルミナセラミックスの焼成
温度が通常１６００℃以上と高温であるために、このア
ルミナセラミックスと同時焼成可能なメタライズとし
て、高融点金属であるタングステンまたはモリブデンを
主とする導体材料が一般的に用いられているが、タング
ステンあるいはモリブデンは熱伝導率としてはそれほど
高くなく、アルミナ基板内部に具備させることによる熱
伝導性の向上効果はあまり期待できない。
に用いられる導体材料は、アルミナセラミックスの焼成
温度が通常１６００℃以上と高温であるために、このア
ルミナセラミックスと同時焼成可能なメタライズとし
て、高融点金属であるタングステンまたはモリブデンを
主とする導体材料が一般的に用いられているが、タング
ステンあるいはモリブデンは熱伝導率としてはそれほど
高くなく、アルミナ基板内部に具備させることによる熱
伝導性の向上効果はあまり期待できない。
【０００６】良熱伝導材料として銅が最もよく知られて
いるが、銅の融点が１１００℃付近であって、アルミナ
セラミックスと同時焼成すると焼成中に銅成分がアルミ
ナセラミックス中に拡散あるいは揮散してしまい良好な
導体層が形成できないものであった。
いるが、銅の融点が１１００℃付近であって、アルミナ
セラミックスと同時焼成すると焼成中に銅成分がアルミ
ナセラミックス中に拡散あるいは揮散してしまい良好な
導体層が形成できないものであった。
【０００７】一方、特許第２６６６７４４号には、平均
粒径１μｍ以下のアルミナの微粉末を用い１２００℃以
下の低温で金、銀、銅、等と同時焼成する方法が開示さ
れているが、このような微粉を用いることは工程上、大
きな困難を伴うことになり、コストアップにつながるも
のである。
粒径１μｍ以下のアルミナの微粉末を用い１２００℃以
下の低温で金、銀、銅、等と同時焼成する方法が開示さ
れているが、このような微粉を用いることは工程上、大
きな困難を伴うことになり、コストアップにつながるも
のである。
【０００８】また、特許第２８２２８１１号には、銅を
含有するビア導体を同時焼成により形成し、配線抵抗の
小さい基板構造が開示されているが、ビア導体が基板表
裏面に露出しているため基板の絶縁性が保てない。ま
た、特開平７−１５１０１には１０８３℃〜１８００℃
にて銅等と同時焼成する方法が開示されているが、前記
と同様にビアが基板表裏面に露出しているため基板の絶
縁性が保てないため放熱基板として使用できない。
含有するビア導体を同時焼成により形成し、配線抵抗の
小さい基板構造が開示されているが、ビア導体が基板表
裏面に露出しているため基板の絶縁性が保てない。ま
た、特開平７−１５１０１には１０８３℃〜１８００℃
にて銅等と同時焼成する方法が開示されているが、前記
と同様にビアが基板表裏面に露出しているため基板の絶
縁性が保てないため放熱基板として使用できない。
【０００９】従って、本発明は、アルミナセラミックス
を基材としてなり、銅を含む導体が内蔵された絶縁性を
有する高熱伝導性を有するアルミナ質基板と、これを絶
縁基板として用い、放熱特性に優れた銅貼回路基板を提
供することを目的とする。
を基材としてなり、銅を含む導体が内蔵された絶縁性を
有する高熱伝導性を有するアルミナ質基板と、これを絶
縁基板として用い、放熱特性に優れた銅貼回路基板を提
供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
に対して検討を重ねた結果、アルミナセラミックスを基
材として、内部に銅と、タングステンおよび／またはモ
リブデンとの複合材料からなる導体によって、平面導体
と垂直導体とを格子状に埋設することによって、銅の拡
散または揮散を抑制し、銅の拡散距離を小さくできるこ
とを見出し本発明に至った。
に対して検討を重ねた結果、アルミナセラミックスを基
材として、内部に銅と、タングステンおよび／またはモ
リブデンとの複合材料からなる導体によって、平面導体
と垂直導体とを格子状に埋設することによって、銅の拡
散または揮散を抑制し、銅の拡散距離を小さくできるこ
とを見出し本発明に至った。
【００１１】即ち、本発明の絶縁性アルミナ質基板は、
相対密度９５％以上のアルミナを主成分とするセラミッ
クスからなる基板内部に、銅を１０〜７０重量％、タン
グステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０重量％
の割合で含有する導体からなる平面導体と垂直導体とを
埋設してなり、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるこ
とを特徴とするものである。
相対密度９５％以上のアルミナを主成分とするセラミッ
クスからなる基板内部に、銅を１０〜７０重量％、タン
グステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０重量％
の割合で含有する導体からなる平面導体と垂直導体とを
埋設してなり、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるこ
とを特徴とするものである。
【００１２】また、本発明のアルミナ質銅貼回路基板
は、相対密度９５％以上のアルミナを主成分とするセラ
ミックスからなる絶縁基板表面に、銅箔または銅板から
なる配線層が被着形成されてなり、前記絶縁基板内部
に、銅を１０〜７０重量％、タングステンおよび／また
はモリブデンを３０〜９０重量％の割合で含有する導体
からなり平面導体と垂直導体を埋設してなり、且つ熱伝
導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするもの
である。
は、相対密度９５％以上のアルミナを主成分とするセラ
ミックスからなる絶縁基板表面に、銅箔または銅板から
なる配線層が被着形成されてなり、前記絶縁基板内部
に、銅を１０〜７０重量％、タングステンおよび／また
はモリブデンを３０〜９０重量％の割合で含有する導体
からなり平面導体と垂直導体を埋設してなり、且つ熱伝
導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするもの
である。
【００１３】なお、上記の絶縁性アルミナ質基板および
アルミナ質銅貼回路基板においては、アルミナを主成分
とするセラミックスが、ＭｎＯ2を２．０〜１０．０重
量％の割合で含有することによって１５００℃以下の低
温で焼成することができる結果、銅の拡散などを防止す
ることができる。
アルミナ質銅貼回路基板においては、アルミナを主成分
とするセラミックスが、ＭｎＯ2を２．０〜１０．０重
量％の割合で含有することによって１５００℃以下の低
温で焼成することができる結果、銅の拡散などを防止す
ることができる。
【００１４】また、前記平面導体および前記垂直導体
と、前記絶縁基板表面との絶縁層の厚さを１００〜３０
０μｍとすることによって、基板全体としての熱抵抗を
小さくすることができる。
と、前記絶縁基板表面との絶縁層の厚さを１００〜３０
０μｍとすることによって、基板全体としての熱抵抗を
小さくすることができる。
【００１５】さらに、平面的にみて、前記垂直導体の断
面積の合計が、前記絶縁基板の面積の４０〜８０％を占
めることが基板の熱抵抗を下げ、高熱伝導化を図る上で
望ましい。
面積の合計が、前記絶縁基板の面積の４０〜８０％を占
めることが基板の熱抵抗を下げ、高熱伝導化を図る上で
望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の絶縁性のアルミ
ナ質基板を絶縁基板として用いたアルミナ質銅貼回路基
板の概略断面図を示した。
ナ質基板を絶縁基板として用いたアルミナ質銅貼回路基
板の概略断面図を示した。
【００１７】図１の回路基板においては、アルミナセラ
ミックスからなる絶縁基板１を具備し、この絶縁基板１
の表面には、銅箔または銅板からなる配線層２が被着形
成されている。そして、この絶縁基板１の内部には、平
面導体３および垂直導体４が格子状に埋設されている。
また、この配線層２の表面には、パワー素子、トランジ
スタ素子などの発熱性素子５が搭載される。
ミックスからなる絶縁基板１を具備し、この絶縁基板１
の表面には、銅箔または銅板からなる配線層２が被着形
成されている。そして、この絶縁基板１の内部には、平
面導体３および垂直導体４が格子状に埋設されている。
また、この配線層２の表面には、パワー素子、トランジ
スタ素子などの発熱性素子５が搭載される。
【００１８】本発明によれば、この平面導体３および垂
直導体４が、アルミナセラミックスと同時焼成によって
形成されたものであり、これらを形成している導体が、
銅を１０〜７０重量％、タングステンおよび／又はモリ
ブデンを３０〜９０重量％の割合で含有する導体からな
ることが重要である。
直導体４が、アルミナセラミックスと同時焼成によって
形成されたものであり、これらを形成している導体が、
銅を１０〜７０重量％、タングステンおよび／又はモリ
ブデンを３０〜９０重量％の割合で含有する導体からな
ることが重要である。
【００１９】これは、この絶縁基板１内部に内蔵された
平面導体３および垂直導体４が銅単味からなると、熱膨
張差によって絶縁層間にデラミネーションが発生してし
まうのに対して、タングステンあるいはモリブデンを所
定量含有せしめることによって、アルミナセラミックス
との熱膨張差が小さく成るためにデラミネーションの発
生を抑制することができる。
平面導体３および垂直導体４が銅単味からなると、熱膨
張差によって絶縁層間にデラミネーションが発生してし
まうのに対して、タングステンあるいはモリブデンを所
定量含有せしめることによって、アルミナセラミックス
との熱膨張差が小さく成るためにデラミネーションの発
生を抑制することができる。
【００２０】従って、本発明において、銅の含有量が１
０重量％よりも少ない、言い換えればタングステンまた
はモリブデンの含有量が９０重量％よりも多いと、熱拡
散が小さくなり、高熱伝導化が達成できず、銅含有量が
７０重量％よりも多く、言い換えれば、タングステンあ
るいはモリブデンの含有量が３０重量％よりも少ないと
デラミネーションが発生する。なお望ましい範囲は、銅
が４０〜６０重量％、タングステンおよび／またはモリ
ブデンが６０〜４０重量％である。
０重量％よりも少ない、言い換えればタングステンまた
はモリブデンの含有量が９０重量％よりも多いと、熱拡
散が小さくなり、高熱伝導化が達成できず、銅含有量が
７０重量％よりも多く、言い換えれば、タングステンあ
るいはモリブデンの含有量が３０重量％よりも少ないと
デラミネーションが発生する。なお望ましい範囲は、銅
が４０〜６０重量％、タングステンおよび／またはモリ
ブデンが６０〜４０重量％である。
【００２１】また、この平面導体３および垂直導体４
は、実質的に信号の伝達には寄与しないことから、平面
導体３と垂直導体４とを格子状に配設することができ
る。例えば、図１の絶縁基板１の断面図に示されるよう
に、平面導体３を基板表面に平行に複数層形成するとと
もに、図２の絶縁基板１の平面透視図に示されるよう
に、所定の直径を有する垂直導体４をアレイ状にその平
面導体３同士を接続するように配置することによって、
絶縁基板１全体の放熱性を均一化することができるとと
もに、絶縁基板の高熱伝導化を図ることができる。
は、実質的に信号の伝達には寄与しないことから、平面
導体３と垂直導体４とを格子状に配設することができ
る。例えば、図１の絶縁基板１の断面図に示されるよう
に、平面導体３を基板表面に平行に複数層形成するとと
もに、図２の絶縁基板１の平面透視図に示されるよう
に、所定の直径を有する垂直導体４をアレイ状にその平
面導体３同士を接続するように配置することによって、
絶縁基板１全体の放熱性を均一化することができるとと
もに、絶縁基板の高熱伝導化を図ることができる。
【００２２】この時、例えば、配線層２の表面に搭載さ
れた発熱性素子から発生した熱を絶縁基板１の裏面に伝
達する役目は、主として垂直導体４が担うことになる。
従って絶縁基板１の厚み方向への熱伝達性を向上させる
上で、この絶縁基板１を平面的にみたときの、図２で示
されるような垂直導体４の断面積の合計が、絶縁基板１
の面積の４０〜８０％を占めることが望ましい。特に、
垂直導体４の直径は０．０５〜１ｍｍが適当であり、ま
たこの直径はすべて同一ではなく、放熱性が特に要求さ
れる発熱性素子５搭載部の直下部分のみを他の部分より
も直径を大きくしたり、特に密に配設することもでき
る。
れた発熱性素子から発生した熱を絶縁基板１の裏面に伝
達する役目は、主として垂直導体４が担うことになる。
従って絶縁基板１の厚み方向への熱伝達性を向上させる
上で、この絶縁基板１を平面的にみたときの、図２で示
されるような垂直導体４の断面積の合計が、絶縁基板１
の面積の４０〜８０％を占めることが望ましい。特に、
垂直導体４の直径は０．０５〜１ｍｍが適当であり、ま
たこの直径はすべて同一ではなく、放熱性が特に要求さ
れる発熱性素子５搭載部の直下部分のみを他の部分より
も直径を大きくしたり、特に密に配設することもでき
る。
【００２３】また、絶縁基板１から熱を厚み方向に伝達
する場合、絶縁基板１の表面から平面導体３や垂直導体
４までの絶縁層ａ，ｂの厚さが厚すぎると、熱伝達性が
低下し、また薄すぎると、銅の拡散によって絶縁基板表
面の絶縁性が低下してしまうために、平面導体３および
垂直導体４と、絶縁基板１表面間に存在する絶縁層ａ，
ｂの厚さが１００〜３００μｍであることが望ましい。
する場合、絶縁基板１の表面から平面導体３や垂直導体
４までの絶縁層ａ，ｂの厚さが厚すぎると、熱伝達性が
低下し、また薄すぎると、銅の拡散によって絶縁基板表
面の絶縁性が低下してしまうために、平面導体３および
垂直導体４と、絶縁基板１表面間に存在する絶縁層ａ，
ｂの厚さが１００〜３００μｍであることが望ましい。
【００２４】なお、本発明における絶縁基板の絶縁性と
は、少なくともこの絶縁層ａ，ｂにおける体積固有抵抗
が１０13Ω−ｃｍ以上であることを意味するものであ
り、銅の拡散が顕著に発生するとこの部分の絶縁性が劣
化し、抵抗値は１０13Ω−ｃｍよりも低くなってしま
う。
は、少なくともこの絶縁層ａ，ｂにおける体積固有抵抗
が１０13Ω−ｃｍ以上であることを意味するものであ
り、銅の拡散が顕著に発生するとこの部分の絶縁性が劣
化し、抵抗値は１０13Ω−ｃｍよりも低くなってしま
う。
【００２５】一方、絶縁基板１を構成するアルミナセラ
ミックスとしては、相対密度が９５％以上の緻密質から
なり、前記平面導体３および垂直導体４と同時焼成する
上で、焼結助剤として、ＭｎＯ2、ＳｉＯ2およびＭｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化物を合計
で２〜１５重量％の割合で含有することが望ましい。こ
れらの焼結助剤の量が２重量％よりも少ないと、前記銅
含有導体からなる平面導体３や垂直導体４との同時焼結
性が低下し、１５重量％よりも多いと、アルミナセラミ
ックス自体の熱伝導性が低下するためである。
ミックスとしては、相対密度が９５％以上の緻密質から
なり、前記平面導体３および垂直導体４と同時焼成する
上で、焼結助剤として、ＭｎＯ2、ＳｉＯ2およびＭｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化物を合計
で２〜１５重量％の割合で含有することが望ましい。こ
れらの焼結助剤の量が２重量％よりも少ないと、前記銅
含有導体からなる平面導体３や垂直導体４との同時焼結
性が低下し、１５重量％よりも多いと、アルミナセラミ
ックス自体の熱伝導性が低下するためである。
【００２６】特に、このアルミナセラミックスは、銅の
拡散を防止する上で、１５００℃以下、特に１２００〜
１４００℃の温度で焼成することが望ましい。このよう
な低温焼結性を達成するためには、ＭｎＯ2を酸化物換
算で２〜１０重量％の割合で含有せしめることが望まし
い。
拡散を防止する上で、１５００℃以下、特に１２００〜
１４００℃の温度で焼成することが望ましい。このよう
な低温焼結性を達成するためには、ＭｎＯ2を酸化物換
算で２〜１０重量％の割合で含有せしめることが望まし
い。
【００２７】なお、このアルミナセラミックス中には、
さらに着色剤としての遷移金属、あるいはその化合物を
１０重量％以下の割合で含んでもよい。
さらに着色剤としての遷移金属、あるいはその化合物を
１０重量％以下の割合で含んでもよい。
【００２８】さらに、銅貼回路基板において、絶縁基板
１の表面に形成される銅箔または銅板からなる配線層２
は、例えば、絶縁基板１の表面に銅箔または銅板を活性
金属（Ｔｉ，Ｚｉ，Ｈｆ）を含有するロウ材によって接
合したり、いわゆるＤＢＣ法によって接合することもで
きる。その後、この金属箔や金属板の表面にレジスト塗
布、露光現像、エッチング処理、レジスト除去の工程を
経て、配線パターンを形成することによって作製され
る。
１の表面に形成される銅箔または銅板からなる配線層２
は、例えば、絶縁基板１の表面に銅箔または銅板を活性
金属（Ｔｉ，Ｚｉ，Ｈｆ）を含有するロウ材によって接
合したり、いわゆるＤＢＣ法によって接合することもで
きる。その後、この金属箔や金属板の表面にレジスト塗
布、露光現像、エッチング処理、レジスト除去の工程を
経て、配線パターンを形成することによって作製され
る。
【００２９】また、この配線層２の表面には、トランジ
スタ素子、パワー素子、ＩＧＢＴなどの発熱性素子を搭
載することもできる。
スタ素子、パワー素子、ＩＧＢＴなどの発熱性素子を搭
載することもできる。
【００３０】また、この絶縁基板１の裏面には、アルミ
ニウム、銅板、銅−タングステン、などの高熱伝導性を
有するヒートシンクを接合して、絶縁基板１を経由して
伝達されたをヒートシンクによって系外に放熱すること
ができる。
ニウム、銅板、銅−タングステン、などの高熱伝導性を
有するヒートシンクを接合して、絶縁基板１を経由して
伝達されたをヒートシンクによって系外に放熱すること
ができる。
【００３１】次に、本発明のアルミナ質基板の製造方法
について具体的に説明する。まず、アルミナセラミック
スの主成分となるアルミナ原料粉末と、焼結助剤成分と
してＭｎＯ2、ＳｉＯ2およびＭｇＯ、ＣａＯ粉末等を２
〜１５重量％の割合で添加混合する。そして、この混合
粉末を用いて、絶縁層を形成するためのシート状成形体
を作製する。
について具体的に説明する。まず、アルミナセラミック
スの主成分となるアルミナ原料粉末と、焼結助剤成分と
してＭｎＯ2、ＳｉＯ2およびＭｇＯ、ＣａＯ粉末等を２
〜１５重量％の割合で添加混合する。そして、この混合
粉末を用いて、絶縁層を形成するためのシート状成形体
を作製する。
【００３２】シート状成形体は、周知の成形方法によっ
て作製することができ、例えば、上記混合粉末に有機バ
インダーや溶媒を添加してスラリーを調製し、ドクター
ブレード法によって形成したり、混合粉末に有機バイン
ダーを加え、プレス成形、圧延成形等により１００〜２
５０μｍの厚みのシート状成形体を作製できる。
て作製することができ、例えば、上記混合粉末に有機バ
インダーや溶媒を添加してスラリーを調製し、ドクター
ブレード法によって形成したり、混合粉末に有機バイン
ダーを加え、プレス成形、圧延成形等により１００〜２
５０μｍの厚みのシート状成形体を作製できる。
【００３３】そして、このシート状成形体に対して垂直
導体を形成するための直径が０．０５〜１ｍｍの貫通孔
をシート状成形体に対してマイクロドリル、レーザー等
により形成する。
導体を形成するための直径が０．０５〜１ｍｍの貫通孔
をシート状成形体に対してマイクロドリル、レーザー等
により形成する。
【００３４】そして、この貫通孔内に、銅１０〜７０重
量％と、タングステンおよび／またはモリブデンを３０
〜９０重量％の割合で配合した金属粉末を含む導体ペー
ストを、この貫通孔内にスクリーン印刷法によって充填
する。また、平面導体としては、このように垂直導体を
形成したシート状成形体の表面にスクリーン印刷法など
によって上記ペーストを印刷塗布する。
量％と、タングステンおよび／またはモリブデンを３０
〜９０重量％の割合で配合した金属粉末を含む導体ペー
ストを、この貫通孔内にスクリーン印刷法によって充填
する。また、平面導体としては、このように垂直導体を
形成したシート状成形体の表面にスクリーン印刷法など
によって上記ペーストを印刷塗布する。
【００３５】その後、同様にして平面導体および／また
は垂直導体を形成したシート状成形体を作製した後、適
宜圧着積層し作製した積層体上下面に導体ペーストが塗
布されていないシートを積層圧着する。
は垂直導体を形成したシート状成形体を作製した後、適
宜圧着積層し作製した積層体上下面に導体ペーストが塗
布されていないシートを積層圧着する。
【００３６】その後、この積層体を焼成する。本発明に
よれば、この焼成を、水素および窒素を含む非酸化性雰
囲気中、１５００℃以下，特に１２００〜１４００℃の
温度で行うことが望ましい。また、所望により、アルゴ
ンガス等の不活性ガスを混入してもよい。
よれば、この焼成を、水素および窒素を含む非酸化性雰
囲気中、１５００℃以下，特に１２００〜１４００℃の
温度で行うことが望ましい。また、所望により、アルゴ
ンガス等の不活性ガスを混入してもよい。
【００３７】これは、焼成温度が１５００℃より高い
と、アルミナセラミックスの主結晶相の粒径が大きくな
り異常粒成長が発生するようになり、銅がセラミックス
中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなると
ともに拡散速度も速くなる結果、銅の拡散距離を３０μ
ｍ以下に抑制することが困難となるためである。
と、アルミナセラミックスの主結晶相の粒径が大きくな
り異常粒成長が発生するようになり、銅がセラミックス
中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなると
ともに拡散速度も速くなる結果、銅の拡散距離を３０μ
ｍ以下に抑制することが困難となるためである。
【００３８】次に、上記のようにして作製された絶縁基
板に、Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ａｕ−Ｔｉなどの活性
金属を含有するロウ材のペーストを塗布し、厚さ０．１
ｍｍ以上の銅箔あるいは銅板を積層し、８００〜９００
℃で加圧しながら焼き付けを行う。焼き付け後、銅箔や
銅板にレジスト塗布、露光、現像、エッチング処理、レ
ジスト剥離などの手法によって、所定の回路パターンか
らなる金属回路を形成することにより銅貼基板を得る。
板に、Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ａｕ−Ｔｉなどの活性
金属を含有するロウ材のペーストを塗布し、厚さ０．１
ｍｍ以上の銅箔あるいは銅板を積層し、８００〜９００
℃で加圧しながら焼き付けを行う。焼き付け後、銅箔や
銅板にレジスト塗布、露光、現像、エッチング処理、レ
ジスト剥離などの手法によって、所定の回路パターンか
らなる金属回路を形成することにより銅貼基板を得る。
【００３９】また、この配線基板に対して、パワー素子
を搭載するには、金属回路上に半田ペーストを塗布した
後、自動実装装置にて実装し、３００〜４００℃で加熱
してロウ付けする。
を搭載するには、金属回路上に半田ペーストを塗布した
後、自動実装装置にて実装し、３００〜４００℃で加熱
してロウ付けする。
【００４０】さらに、銅貼基板をヒートシンクなどに実
装する場合には、Ｐｂ−Ｓｎ共晶半田などの半田ペース
トを塗布し、３００〜４００℃でロウ付けすればよい。
装する場合には、Ｐｂ−Ｓｎ共晶半田などの半田ペース
トを塗布し、３００〜４００℃でロウ付けすればよい。
【００４１】
【実施例】アルミナ粉末（平均粒径０．６５μｍ）を主
成分として表１、２に示すような各種焼結助剤と、成形
用有機樹脂（バインダー）としてアクリル系バインダー
と、トルエンを溶媒として混合した後、ドクターブレー
ド法にて厚さ１００〜２５０μｍのシート状に成形し
た。そして、所定箇所に径６００μｍの貫通孔をレーザ
ー光で形成した。なお、この貫通孔は、その数を増減す
ることによって、垂直導体の面積比率が異なる種々のも
のを作製した。
成分として表１、２に示すような各種焼結助剤と、成形
用有機樹脂（バインダー）としてアクリル系バインダー
と、トルエンを溶媒として混合した後、ドクターブレー
ド法にて厚さ１００〜２５０μｍのシート状に成形し
た。そして、所定箇所に径６００μｍの貫通孔をレーザ
ー光で形成した。なお、この貫通孔は、その数を増減す
ることによって、垂直導体の面積比率が異なる種々のも
のを作製した。
【００４２】次に、銅粉末（平均粒径５μｍ）とＷ粉末
（平均粒径１．２μｍ）あるいはＭｏ粉末（平均粒径１
μｍ）とを表１および２に示す比率で混合しアクリル系
バインダーとをアセトンを溶媒として導体ペーストを調
製し、貫通孔内にこの導体ペーストを充填した。さら
に、この導体ペーストを用いてシート状成形体の表面に
平面導体を印刷した。
（平均粒径１．２μｍ）あるいはＭｏ粉末（平均粒径１
μｍ）とを表１および２に示す比率で混合しアクリル系
バインダーとをアセトンを溶媒として導体ペーストを調
製し、貫通孔内にこの導体ペーストを充填した。さら
に、この導体ペーストを用いてシート状成形体の表面に
平面導体を印刷した。
【００４３】上記のようにして作製した各シート状成形
体を位置合わせして積層圧着して成形体積層体を作製し
た後、その積層体の上下面に所定の種々の厚みを有する
シート状成形体を積層した。
体を位置合わせして積層圧着して成形体積層体を作製し
た後、その積層体の上下面に所定の種々の厚みを有する
シート状成形体を積層した。
【００４４】その後、この成形体積層体を、水分を含む
酸素含有雰囲気中（Ｎ2＋Ｏ2またはＨ2＋Ｎ2＋Ｈ2Ｏ）
で脱脂を行った後、表１に示した温度、雰囲気にて焼成
した。
酸素含有雰囲気中（Ｎ2＋Ｏ2またはＨ2＋Ｎ2＋Ｈ2Ｏ）
で脱脂を行った後、表１に示した温度、雰囲気にて焼成
した。
【００４５】得られた焼結体の熱伝導率をレーザーフラ
ッシュ法により測定し、その結果を表１、２に示した。
また、比較として、導体を含まない時のアルミナセラミ
ックスの熱伝導率を測定し、導体層の効果を確認した。
ッシュ法により測定し、その結果を表１、２に示した。
また、比較として、導体を含まない時のアルミナセラミ
ックスの熱伝導率を測定し、導体層の効果を確認した。
【００４６】次に得られた絶縁基板を用い、活性金属ロ
ウを塗布し、銅板を接合し、エッチング処理によって配
線回路を形成し、配線回路層表面にニッケル無電解メッ
キを施した。そして、この回路基板の配線層上に実際に
半導体チップを実装して発熱させ絶縁基板の熱抵抗を測
定し、その結果を表１、２に示した。
ウを塗布し、銅板を接合し、エッチング処理によって配
線回路を形成し、配線回路層表面にニッケル無電解メッ
キを施した。そして、この回路基板の配線層上に実際に
半導体チップを実装して発熱させ絶縁基板の熱抵抗を測
定し、その結果を表１、２に示した。
【００４７】また、絶縁基板の体積固有抵抗として、絶
縁基板の表面に形成した配線層と絶縁基板に内蔵した最
上部の平面導体間の体積固有抵抗を測定し表１、２に示
した。
縁基板の表面に形成した配線層と絶縁基板に内蔵した最
上部の平面導体間の体積固有抵抗を測定し表１、２に示
した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】表１、２に示すように、絶縁基板中のＭｎ
Ｏ2量が２重量％よりも少ない試料Ｎｏ．１，２におい
ては焼結性が劣化し相対密度９５％以上に焼結できなか
った。またＭｎＯ2量が１０重量％よりも多い試料Ｎ
ｏ．８においては、磁器自体の熱伝導率が低下するとと
もに、絶縁性の劣化が起こった。導体組成において、銅
の含有量が１０重量％よりも少ない試料Ｎｏ．９，１０
では、絶縁基板の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋよりも低く
なった。また、７０重量％よりも大きい試料Ｎｏ．１７
では、絶縁基板との熱膨張率差から内部導体との間に剥
離が発生すると共に銅の拡散が起こり絶縁性の劣化が起
こった。
Ｏ2量が２重量％よりも少ない試料Ｎｏ．１，２におい
ては焼結性が劣化し相対密度９５％以上に焼結できなか
った。またＭｎＯ2量が１０重量％よりも多い試料Ｎ
ｏ．８においては、磁器自体の熱伝導率が低下するとと
もに、絶縁性の劣化が起こった。導体組成において、銅
の含有量が１０重量％よりも少ない試料Ｎｏ．９，１０
では、絶縁基板の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋよりも低く
なった。また、７０重量％よりも大きい試料Ｎｏ．１７
では、絶縁基板との熱膨張率差から内部導体との間に剥
離が発生すると共に銅の拡散が起こり絶縁性の劣化が起
こった。
【００５１】また、同時焼成の温度が１２００℃よりも
低い試料Ｎｏ．２１では未焼結となった。１５００℃よ
りも高い試料Ｎｏ．２８では、銅がセラミックス中に拡
散し絶縁基板の絶縁性が劣化した。
低い試料Ｎｏ．２１では未焼結となった。１５００℃よ
りも高い試料Ｎｏ．２８では、銅がセラミックス中に拡
散し絶縁基板の絶縁性が劣化した。
【００５２】表面絶縁層の厚みが１００μｍよりも小さ
い試料Ｎｏ．２９では内部導体層から銅が拡散するため
絶縁性が劣化した。また表面絶縁層の厚みが３００μｍ
よりも大きい試料Ｎｏ．３４では、絶縁層自体の熱伝導
率が律速し内部導体の効果が得られなかった。
い試料Ｎｏ．２９では内部導体層から銅が拡散するため
絶縁性が劣化した。また表面絶縁層の厚みが３００μｍ
よりも大きい試料Ｎｏ．３４では、絶縁層自体の熱伝導
率が律速し内部導体の効果が得られなかった。
【００５３】垂直導体の総断面積の面積比率が４０％よ
りも小さい試料Ｎｏ．３５では垂直導体からの熱放散が
小さく熱抵抗、熱伝導率が劣化した。また、垂直導体の
面積比率が８０％よりも大きい試料Ｎｏ．３８では内部
導体層から銅が拡散するため絶縁基板自体の絶縁性が劣
化した。
りも小さい試料Ｎｏ．３５では垂直導体からの熱放散が
小さく熱抵抗、熱伝導率が劣化した。また、垂直導体の
面積比率が８０％よりも大きい試料Ｎｏ．３８では内部
導体層から銅が拡散するため絶縁基板自体の絶縁性が劣
化した。
【００５４】またこれらの比較例に対して、本発明の配
線基板によれば、相対密度９５％以上、熱伝導率が３０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗が１０13Ω−ｃｍ以上、
熱抵抗が３０℃／Ｗ以下の優れた絶縁性と放熱特性を具
備するものであった。
線基板によれば、相対密度９５％以上、熱伝導率が３０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗が１０13Ω−ｃｍ以上、
熱抵抗が３０℃／Ｗ以下の優れた絶縁性と放熱特性を具
備するものであった。
【００５５】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ア
ルミナセラミックスを基材としてなり、銅を含む高熱伝
導性の導体からなる平面導体および垂直導体を内蔵する
とともに、その銅の拡散を防止し、高熱伝導性および高
絶縁性のアルミナ質基板を得ることができるとともに、
この基板を絶縁基板としその表面に銅箔や銅板からなる
配線層を形成することによって、放熱性に優れた銅貼回
路基板を提供することができる。
ルミナセラミックスを基材としてなり、銅を含む高熱伝
導性の導体からなる平面導体および垂直導体を内蔵する
とともに、その銅の拡散を防止し、高熱伝導性および高
絶縁性のアルミナ質基板を得ることができるとともに、
この基板を絶縁基板としその表面に銅箔や銅板からなる
配線層を形成することによって、放熱性に優れた銅貼回
路基板を提供することができる。
【図１】本発明のアルミナ質銅貼基板の一実施態様を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図２】本発明のアルミナ質銅貼基板の絶縁基板におけ
る垂直導体の配置を説明するための平面透過図である。
る垂直導体の配置を説明するための平面透過図である。
１ 絶縁基板 ２ 配線層 ３ 平面導体 ４ 垂直導体 ５ 発熱性素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/09 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ (72)発明者 長谷川 智英 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内 (72)発明者 牧野 晃久 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 4E351 AA08 BB01 BB23 BB24 BB26 BB30 BB31 CC12 CC18 CC22 DD04 DD17 DD21 EE02 EE03 GG01 4G030 AA07 AA25 AA36 AA37 BA12 CA08 GA20 5F036 AA01 BA04 BA26 BB01 BD01 BD13
Claims (8)
- 【請求項１】相対密度が９５％以上のアルミナを主成分
とするセラミックスからなる基板内部に、銅を１０〜７
０重量％、タングステンおよび／またはモリブデンを３
０〜９０重量％の割合で含有する導体からなる平面導体
と垂直導体とを埋設してなり、且つ熱伝導率が３０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする絶縁性アルミナ質基
板。 - 【請求項２】前記アルミナを主成分とするセラミックス
が、ＭｎＯ2を２．０〜１０．０重量％の割合で含有す
ることを特徴とする請求項１記載の絶縁性アルミナ質基
板。 - 【請求項３】前記平面導体および前記垂直導体と、前記
基板表面との絶縁層の厚さが１００〜３００μｍである
ことを特徴とする請求項１記載の絶縁性アルミナ質基
板。 - 【請求項４】平面的にみて、前記垂直導体の断面積の合
計が、前記基板の面積の４０〜８０％を占めることを特
徴とする請求項１記載の絶縁性アルミナ質基板。 - 【請求項５】相対密度が９５％以上のアルミナを主成分
とするセラミックスからなる絶縁基板表面に、銅箔また
は銅板からなる配線層が被着形成されてなるアルミナ質
銅貼回路基板において、前記絶縁基板内部に、銅を１０
〜７０重量％、タングステンおよび／またはモリブデン
を３０〜９０重量％の割合で含有する導体からなり平面
導体と垂直導体を埋設してなり、且つ熱伝導率が３０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするアルミナ質銅貼回
路基板。 - 【請求項６】前記アルミナを主成分とするセラミックス
からなる絶縁基板が、ＭｎＯ2を２．０〜１０．０重量
％の割合で含有することを特徴とする請求項５記載のア
ルミナ質銅貼回路基板。 - 【請求項７】前記平面導体および前記垂直導体と、前記
絶縁基板表面との絶縁層の厚さが１００〜３００μｍで
あることを特徴とする請求項５記載のアルミナ質銅貼回
路基板。 - 【請求項８】平面的にみて、前記垂直導体の断面積の合
計が、前記絶縁基板の面積の４０〜８０％を占めること
を特徴とする請求項５記載のアルミナ質銅貼回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30965399A JP3929660B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 絶縁性アルミナ質基板およびアルミナ質銅貼回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30965399A JP3929660B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 絶縁性アルミナ質基板およびアルミナ質銅貼回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001127224A true JP2001127224A (ja) | 2001-05-11 |
| JP3929660B2 JP3929660B2 (ja) | 2007-06-13 |
Family
ID=17995650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30965399A Expired - Fee Related JP3929660B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 絶縁性アルミナ質基板およびアルミナ質銅貼回路基板 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005520334A (ja) * | 2002-03-13 | 2005-07-07 | スチュルス−ハーダー，ジャーヘン | 金属−セラミック基板、好ましくは銅−セラミック基板を製造するプロセス |
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-
1999
- 1999-10-29 JP JP30965399A patent/JP3929660B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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