JP2001274534A - セラミックス銅回路基板およびその製造方法 - Google Patents
セラミックス銅回路基板およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ハンダ濡れ性を改善して半導体実装性および半
導体実装後の接合信頼性を向上させたセラミックス銅回
路基板を得るとともに、コスト低減を図ったセラミック
ス銅回路基板の製造方法を得る。 【解決手段】セラミックス基板表面に銅回路板を接合し
た構造を有するセラミックス銅回路基板において、銅回
路板の表面部分における含有酸素量が、１００ｐｐｍ以
下（０は含まず）であることを特徴とする。
導体実装後の接合信頼性を向上させたセラミックス銅回
路基板を得るとともに、コスト低減を図ったセラミック
ス銅回路基板の製造方法を得る。 【解決手段】セラミックス基板表面に銅回路板を接合し
た構造を有するセラミックス銅回路基板において、銅回
路板の表面部分における含有酸素量が、１００ｐｐｍ以
下（０は含まず）であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に高出力トラン
ジスタおよびパワーモジュール等の実装に使用されるセ
ラミックス銅回路基板およびその製造方法に関するもの
である。
ジスタおよびパワーモジュール等の実装に使用されるセ
ラミックス銅回路基板およびその製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス基板に金属回路板を接合し
たセラミックス回路基板は、電子部品や機械部品等に広
く適用されている。
たセラミックス回路基板は、電子部品や機械部品等に広
く適用されている。
【０００３】セラミックスと金属は、原子構造が異なる
ためセラミックス基板と金属回路板とを接合する場合に
は、反応性等の化学的性質、熱膨張率などの物理的性質
が大きく異なる。このため種々の接合方法が開発されて
いるが、主として直接接合法および活性金属法の二種類
の方法がある。
ためセラミックス基板と金属回路板とを接合する場合に
は、反応性等の化学的性質、熱膨張率などの物理的性質
が大きく異なる。このため種々の接合方法が開発されて
いるが、主として直接接合法および活性金属法の二種類
の方法がある。
【０００４】金属回路板を銅とした銅直接接合（ＤＢ
Ｃ：Ｄｉｒｅｃｔ ＢｏｎｄｉｎｇＣｏｐｐｅｒ）法
は、セラミックス基板と銅回路板とを銅（Ｃｕ）および
酸素（Ｏ）の共晶反応を利用して接合する方法である。
例えば、セラミックス基板として酸化アルミニウム（ア
ルミナ：Ａｌ２Ｏ３）を適用した場合には、銅回路板
（Ｃｕ）中の酸素（Ｏ）と、セラミックス基板（Ａｌ２
Ｏ３）中の酸素（Ｏ）との反応を利用して接合される。
Ｃ：Ｄｉｒｅｃｔ ＢｏｎｄｉｎｇＣｏｐｐｅｒ）法
は、セラミックス基板と銅回路板とを銅（Ｃｕ）および
酸素（Ｏ）の共晶反応を利用して接合する方法である。
例えば、セラミックス基板として酸化アルミニウム（ア
ルミナ：Ａｌ２Ｏ３）を適用した場合には、銅回路板
（Ｃｕ）中の酸素（Ｏ）と、セラミックス基板（Ａｌ２
Ｏ３）中の酸素（Ｏ）との反応を利用して接合される。
【０００５】一方、活性金属法は、セラミックス基板と
銅板との接合にＡｇ、ＣｕおよびＴｉ等の活性な金属の
粉末に有機化合物等のバインダおよび溶媒を混合してな
るＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用い、このろう材により
接合する方法である。例えば、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）焼結体をセラミックス基板としたセラミックス回路
基板は、以下のように製造される。
銅板との接合にＡｇ、ＣｕおよびＴｉ等の活性な金属の
粉末に有機化合物等のバインダおよび溶媒を混合してな
るＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用い、このろう材により
接合する方法である。例えば、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）焼結体をセラミックス基板としたセラミックス回路
基板は、以下のように製造される。
【０００６】まず、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）基板上にスクリーン印刷し、この
印刷面上に銅（Ｃｕ）回路板を配置する。その後、約８
５０℃の温度で加熱処理し、窒化アルミニウム基板と銅
回路板とを接合し、セラミックス銅回路基板とする。
ルミニウム（ＡｌＮ）基板上にスクリーン印刷し、この
印刷面上に銅（Ｃｕ）回路板を配置する。その後、約８
５０℃の温度で加熱処理し、窒化アルミニウム基板と銅
回路板とを接合し、セラミックス銅回路基板とする。
【０００７】ところで、近年、高出力トランジスタ、パ
ワーモジュール等の実装に使用されるセラミックス銅回
路基板は、最終的には産業機械等に搭載されるため、高
い実装信頼性が要求される。また、実装後であっても、
銅回路板とこの銅回路板に接合されるボンディングワイ
ヤとは、熱膨張係数の違いにより繰り返し応力に晒され
るため高い接合強度が要求される。従って、高実装性信
頼性を得るためにセラミックス銅回路基板表面のハンダ
濡れ性が良好であることが要求される。
ワーモジュール等の実装に使用されるセラミックス銅回
路基板は、最終的には産業機械等に搭載されるため、高
い実装信頼性が要求される。また、実装後であっても、
銅回路板とこの銅回路板に接合されるボンディングワイ
ヤとは、熱膨張係数の違いにより繰り返し応力に晒され
るため高い接合強度が要求される。従って、高実装性信
頼性を得るためにセラミックス銅回路基板表面のハンダ
濡れ性が良好であることが要求される。
【０００８】例えば、特開平３−１１４２８０号公報に
は、銅の酸素含有量を５０ｐｐｍ以下（特に、３０ｐｐ
ｍ以下）とした銅回路板を有する窒化アルミニウムが掲
載されている。また、特開平５−２１３６７７号公報に
は、酸素含有量を１５ｐｐｍ以下とした銅板とアルミナ
あるいはＡｌＮ基板の接合方法が掲載されている。
は、銅の酸素含有量を５０ｐｐｍ以下（特に、３０ｐｐ
ｍ以下）とした銅回路板を有する窒化アルミニウムが掲
載されている。また、特開平５−２１３６７７号公報に
は、酸素含有量を１５ｐｐｍ以下とした銅板とアルミナ
あるいはＡｌＮ基板の接合方法が掲載されている。
【０００９】これらの公知例に記載された活性金属法に
より製造されたセラミックス銅回路基板は、ろう材とし
て用いた活性金属のＴｉとセラミックス基板（ＡｌＮ）
中のＮとが共有結合してＴｉＮとなり、このＴｉＮによ
り接合層を形成しているため、極めて高い接合強度が得
られる。また、活性金属法では、当初より酸素含有量の
少ない銅回路基板を用いているため、最終的に得られる
セラミックス銅回路基板の銅回路板の酸素量をも低減で
き、酸化物の残存によるハンダ濡れ低下を防止できる。
より製造されたセラミックス銅回路基板は、ろう材とし
て用いた活性金属のＴｉとセラミックス基板（ＡｌＮ）
中のＮとが共有結合してＴｉＮとなり、このＴｉＮによ
り接合層を形成しているため、極めて高い接合強度が得
られる。また、活性金属法では、当初より酸素含有量の
少ない銅回路基板を用いているため、最終的に得られる
セラミックス銅回路基板の銅回路板の酸素量をも低減で
き、酸化物の残存によるハンダ濡れ低下を防止できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性金
属法では高い接合強度を得られるものの、ろう材として
Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇなどの高価な金属粉末を用いているた
め、ＤＢＣ法に比較してコストがかかるといった問題を
有していた。
属法では高い接合強度を得られるものの、ろう材として
Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇなどの高価な金属粉末を用いているた
め、ＤＢＣ法に比較してコストがかかるといった問題を
有していた。
【００１１】そこで、ＤＢＣ法を用いて低コストを実現
するとともに、ハンダ濡れ性の改善が要求されることと
なった。
するとともに、ハンダ濡れ性の改善が要求されることと
なった。
【００１２】ＤＢＣ法で作製したセラミックス銅回路基
板に高出力トランジスタ、パワーモジュール等の半導体
素子を実装する場合には、銅回路板表面を還元性雰囲気
中で清浄もしくはエッチング等の化学的処理を施すこと
により、銅回路板表面を清浄にするとともに銅回路板表
面の酸化を防止している。しかし、ＤＢＣ法ではもとも
と酸素を介在させて接合する方法であるため、例えば、
酸素を２００ｐｐｍ以上含む銅回路板を用いる。このた
め、ＤＢＣ接合を行った場合に、銅回路板中の酸素が銅
回路表面に析出するなどにより、銅回路表面部分のハン
ダ濡れ性が十分ではないという問題を有していた。従っ
て、ＤＢＣ法により作製されたセラミックス銅回路基板
は、銅回路板のセラミックス基板との非接合面である表
面部分のハンダ濡れ性が悪いため各種半導体素子を実装
する場合に信頼性のある接合状態を保てていないのが現
状であった。従来、このような問題点を解決するために
半導体素子を実装する際に、還元性雰囲気中にて実装す
る方法も用いられていたが、還元性雰囲気とは一般的に
水素成分を含む雰囲気であり安全上の問題から必ずしも
好まれるものではなかった。
板に高出力トランジスタ、パワーモジュール等の半導体
素子を実装する場合には、銅回路板表面を還元性雰囲気
中で清浄もしくはエッチング等の化学的処理を施すこと
により、銅回路板表面を清浄にするとともに銅回路板表
面の酸化を防止している。しかし、ＤＢＣ法ではもとも
と酸素を介在させて接合する方法であるため、例えば、
酸素を２００ｐｐｍ以上含む銅回路板を用いる。このた
め、ＤＢＣ接合を行った場合に、銅回路板中の酸素が銅
回路表面に析出するなどにより、銅回路表面部分のハン
ダ濡れ性が十分ではないという問題を有していた。従っ
て、ＤＢＣ法により作製されたセラミックス銅回路基板
は、銅回路板のセラミックス基板との非接合面である表
面部分のハンダ濡れ性が悪いため各種半導体素子を実装
する場合に信頼性のある接合状態を保てていないのが現
状であった。従来、このような問題点を解決するために
半導体素子を実装する際に、還元性雰囲気中にて実装す
る方法も用いられていたが、還元性雰囲気とは一般的に
水素成分を含む雰囲気であり安全上の問題から必ずしも
好まれるものではなかった。
【００１３】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、ハンダ濡れ性を改善して半導体
実装性および半導体実装後の接合信頼性を向上させたセ
ラミックス銅回路基板を得ることを目的とする。
になされたものであり、ハンダ濡れ性を改善して半導体
実装性および半導体実装後の接合信頼性を向上させたセ
ラミックス銅回路基板を得ることを目的とする。
【００１４】また、ＤＢＣ法の適用により、コスト低減
を図ったセラミックス銅回路基板の製造方法を得ること
を目的とする。
を図ったセラミックス銅回路基板の製造方法を得ること
を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために、銅回路板に含有される酸素量および
適用するセラミックス基板の種類を種々変えて研究した
結果、セラミックス銅回路板の接合工程において、窒素
雰囲気下で１０６０℃以上の温度で２０分以上、好まし
くは３０分以上の時間で接合することにより銅回路表面
に還元効果が現れることを見出した。そして、この還元
効果を用いて、銅回路板の表面部分における含有酸素量
を１００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍは含まず）とし、銅回路
板のハンダ漏れ性を向上させることで、本願発明を完成
させたものである。従来のＤＢＣ法は接合時間が２０分
未満であった。確かに、ＤＢＣ法によれば２０分未満、
例えば１０６０℃以上の温度で１０分程度加熱すること
によりセラミックス基板と銅板を接合することは可能で
あるが、このようなセラミックス銅回路基板では銅回路
板表面の酸素量が１００ｐｐｍを超えてしまいハンダ濡
れ性が十分ではなかった。これに対し、本発明では接合
時間を２０分以上、さらには３０分以上と長くすること
によりセラミックス基板と銅回路板を強固に接合すると
共に、非接合面である銅回路板表面に実質的な還元作用
を施すものである。
を達成するために、銅回路板に含有される酸素量および
適用するセラミックス基板の種類を種々変えて研究した
結果、セラミックス銅回路板の接合工程において、窒素
雰囲気下で１０６０℃以上の温度で２０分以上、好まし
くは３０分以上の時間で接合することにより銅回路表面
に還元効果が現れることを見出した。そして、この還元
効果を用いて、銅回路板の表面部分における含有酸素量
を１００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍは含まず）とし、銅回路
板のハンダ漏れ性を向上させることで、本願発明を完成
させたものである。従来のＤＢＣ法は接合時間が２０分
未満であった。確かに、ＤＢＣ法によれば２０分未満、
例えば１０６０℃以上の温度で１０分程度加熱すること
によりセラミックス基板と銅板を接合することは可能で
あるが、このようなセラミックス銅回路基板では銅回路
板表面の酸素量が１００ｐｐｍを超えてしまいハンダ濡
れ性が十分ではなかった。これに対し、本発明では接合
時間を２０分以上、さらには３０分以上と長くすること
によりセラミックス基板と銅回路板を強固に接合すると
共に、非接合面である銅回路板表面に実質的な還元作用
を施すものである。
【００１６】すなわち、請求項１記載の発明は、セラミ
ックス基板表面に銅回路板を接合した構造を有するセラ
ミックス銅回路基板において、前記銅回路板のセラミッ
クス基板との非接合面である表面部分における含有酸素
量が、１００ｐｐｍ以下（０は含まず）であることを特
徴とする。
ックス基板表面に銅回路板を接合した構造を有するセラ
ミックス銅回路基板において、前記銅回路板のセラミッ
クス基板との非接合面である表面部分における含有酸素
量が、１００ｐｐｍ以下（０は含まず）であることを特
徴とする。
【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載のセ
ラミックス銅回路基板において、銅回路板のセラミック
ス基板との接合面の含有酸素量が２００〜４００ｐｐｍ
であることを特徴とする。
ラミックス銅回路基板において、銅回路板のセラミック
ス基板との接合面の含有酸素量が２００〜４００ｐｐｍ
であることを特徴とする。
【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１または２
に記載のセラミックス銅回路基板において、銅回路板の
銅純度が９９．９６％以上であることを特徴とする。
に記載のセラミックス銅回路基板において、銅回路板の
銅純度が９９．９６％以上であることを特徴とする。
【００１９】請求項４記載の発明は、請求項１記載のセ
ラミックス銅回路基板において、セラミックス基板は、
窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア、
またはアルミナとジルコニアとの化合物からなることを
特徴とする。
ラミックス銅回路基板において、セラミックス基板は、
窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア、
またはアルミナとジルコニアとの化合物からなることを
特徴とする。
【００２０】請求項５記載の発明は、セラミックス基板
と銅回路板とを直接接合するセラミックス銅回路基板の
製造方法において、接合時の加熱温度を１０６０℃以上
とし、窒素流量を制御して銅回路板表面の酸素量を１０
０ｐｐｍ以下としたセラミックス銅回路基板を得ること
を特徴とする。
と銅回路板とを直接接合するセラミックス銅回路基板の
製造方法において、接合時の加熱温度を１０６０℃以上
とし、窒素流量を制御して銅回路板表面の酸素量を１０
０ｐｐｍ以下としたセラミックス銅回路基板を得ること
を特徴とする。
【００２１】本発明において、接合時の温度は１０６０
℃以上としているが、好ましくは１０６５〜１０８３℃
である。１０６５℃未満では、接合に必要なＣｕ−Ｏ系
共晶体の生成が十分ではなく、１０８３℃を超えると銅
板の融点を超えてしまうので好ましくない。
℃以上としているが、好ましくは１０６５〜１０８３℃
である。１０６５℃未満では、接合に必要なＣｕ−Ｏ系
共晶体の生成が十分ではなく、１０８３℃を超えると銅
板の融点を超えてしまうので好ましくない。
【００２２】請求項６記載の発明は、請求項３記載のセ
ラミックス銅回路基板の製造方法において、銅回路板と
して、２００〜４００ｐｐｍの酸素を含む銅を用いるこ
とを特徴とする。
ラミックス銅回路基板の製造方法において、銅回路板と
して、２００〜４００ｐｐｍの酸素を含む銅を用いるこ
とを特徴とする。
【００２３】請求項７記載の発明は、請求項３記載のセ
ラミックス銅回路基板の製造方法において、銅回路板表
面の酸素量を１００ｐｐｍ以下にするために窒素気流中
に３０分以上保持することを特徴とする。
ラミックス銅回路基板の製造方法において、銅回路板表
面の酸素量を１００ｐｐｍ以下にするために窒素気流中
に３０分以上保持することを特徴とする。
【００２４】接合時の窒素雰囲気は酸素含有量１００ｐ
ｐｍ以下が好ましい。酸素含有量が１００ｐｐｍを超え
ると銅回路板の表面を酸化してしまうため銅回路板の表
面の酸素量が１００ｐｐｍを超え易くなる。
ｐｍ以下が好ましい。酸素含有量が１００ｐｐｍを超え
ると銅回路板の表面を酸化してしまうため銅回路板の表
面の酸素量が１００ｐｐｍを超え易くなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、実施例１ないし実施例５、比較例１ないし比較例５
を用いて説明する。
て、実施例１ないし実施例５、比較例１ないし比較例５
を用いて説明する。
【００２６】実施例１（試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．３） ＡｌＮの原料粉末に、焼結助剤を添加して原料混合体を
得た。焼結助剤として、Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３をＡ
ｌＮ原料粉末に対して、Ａｌ２Ｏ３を１ｗｔ％、Ｙ２Ｏ
３を３ｗｔ％添加した。
得た。焼結助剤として、Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３をＡ
ｌＮ原料粉末に対して、Ａｌ２Ｏ３を１ｗｔ％、Ｙ２Ｏ
３を３ｗｔ％添加した。
【００２７】次に、この原料混合体にバインダおよび溶
剤を添加した後、ドクターブレード法により厚さ０．８
ｍｍのシート形状に形成した。その後、脱脂工程を経た
後、１７５０℃から１８００℃の温度範囲で２時間焼結
を行った。
剤を添加した後、ドクターブレード法により厚さ０．８
ｍｍのシート形状に形成した。その後、脱脂工程を経た
後、１７５０℃から１８００℃の温度範囲で２時間焼結
を行った。
【００２８】焼結後、シートを縦５０ｍｍ、横２５ｍｍ
の大きさの区画に切断した。
の大きさの区画に切断した。
【００２９】このようにして得られた厚さ０．８ｍｍの
ＡｌＮ基板を空気雰囲気中の加熱炉に導入して、１３０
０℃の温度にて１２時間加熱し、ＡｌＮ基板全表面に酸
化物層（Ａｌ２Ｏ３皮膜）を形成した。
ＡｌＮ基板を空気雰囲気中の加熱炉に導入して、１３０
０℃の温度にて１２時間加熱し、ＡｌＮ基板全表面に酸
化物層（Ａｌ２Ｏ３皮膜）を形成した。
【００３０】次に、ＡｌＮ基板に接合する銅回路板を準
備した。
備した。
【００３１】銅回路板は、酸素を２８０〜４００ｐｐｍ
含有するタフピッチ電解銅（純度９９．９６％）からな
り、厚さが０．３ｍｍである。この銅回路板を縦３０ｍ
ｍ×横２０ｍｍの形状に切断した。
含有するタフピッチ電解銅（純度９９．９６％）からな
り、厚さが０．３ｍｍである。この銅回路板を縦３０ｍ
ｍ×横２０ｍｍの形状に切断した。
【００３２】このようにして得られた銅回路板を酸化処
理したＡｌＮ基板の表面側に接触配置する一方、ＡｌＮ
基板の背面側に縦４５ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ０．１３
ｍｍの銅板を裏当て材として接触配置した。
理したＡｌＮ基板の表面側に接触配置する一方、ＡｌＮ
基板の背面側に縦４５ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ０．１３
ｍｍの銅板を裏当て材として接触配置した。
【００３３】上記の形状を有する銅回路板および裏当て
材を配したものを、表１に示す窒素ガス雰囲気および温
度に設定した加熱炉に挿入し、表１に示す時間加熱する
ことで、ＡｌＮ基板の上下面に銅回路板を直接接合した
試料Ｎｏ．１ないしＮｏ．３のセラミックス銅回路基板
を得た。各試料のセラミックス銅回路基板の銅回路板表
面をＥＰＭＡ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｐｒｏｂｅ ｆｏｒ
ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ）または２次イオン質量
分析法（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｏｎ−ｍａｓｓ ｓｐ
ｅｃｔｒｏｇｒａｐｈｙ：略称ＳＩＭＳ）により分析し
たところ、試料Ｎｏ．１の回路表面酸素量は８ｐｐｍ、
試料Ｎｏ．２の回路表面酸素量は４３ｐｐｍ、試料Ｎ
ｏ．３の回路表面酸素量は９２ｐｐｍであった。
材を配したものを、表１に示す窒素ガス雰囲気および温
度に設定した加熱炉に挿入し、表１に示す時間加熱する
ことで、ＡｌＮ基板の上下面に銅回路板を直接接合した
試料Ｎｏ．１ないしＮｏ．３のセラミックス銅回路基板
を得た。各試料のセラミックス銅回路基板の銅回路板表
面をＥＰＭＡ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｐｒｏｂｅ ｆｏｒ
ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ）または２次イオン質量
分析法（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｏｎ−ｍａｓｓ ｓｐ
ｅｃｔｒｏｇｒａｐｈｙ：略称ＳＩＭＳ）により分析し
たところ、試料Ｎｏ．１の回路表面酸素量は８ｐｐｍ、
試料Ｎｏ．２の回路表面酸素量は４３ｐｐｍ、試料Ｎ
ｏ．３の回路表面酸素量は９２ｐｐｍであった。
【００３４】
【表１】
【００３５】実施例２（試料Ｎｏ．４、試料Ｎｏ．５） 本実施例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍの窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）基板を用い、試
料Ｎｏ．４およびＮｏ．５のセラミックス銅回路基板を
作製した。なお、製造手順は実施例１と同様である。各
試料の回路表面酸素量を表１に示す。
０．８ｍｍの窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）基板を用い、試
料Ｎｏ．４およびＮｏ．５のセラミックス銅回路基板を
作製した。なお、製造手順は実施例１と同様である。各
試料の回路表面酸素量を表１に示す。
【００３６】実施例３（試料Ｎｏ．６、試料Ｎｏ．７） 本実施例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板を用いた。製
造手順は実施例１とほぼ同様であるが、アルミナ基板で
あることから、基板表面に酸化膜を形成しなかった。各
試料の回路表面酸素量を表１に示す。
０．８ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板を用いた。製
造手順は実施例１とほぼ同様であるが、アルミナ基板で
あることから、基板表面に酸化膜を形成しなかった。各
試料の回路表面酸素量を表１に示す。
【００３７】実施例４（試料Ｎｏ．８、試料Ｎｏ．９） 本実施例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍのジルコニア（ＺｒＯ２）基板を用いた。製
造手順は実施例１とほぼ同様であるが、ジルコニア基板
であることから、基板表面に酸化膜を形成しなかった。
各試料の回路表面酸素量を表１に示す。
０．８ｍｍのジルコニア（ＺｒＯ２）基板を用いた。製
造手順は実施例１とほぼ同様であるが、ジルコニア基板
であることから、基板表面に酸化膜を形成しなかった。
各試料の回路表面酸素量を表１に示す。
【００３８】実施例５（試料Ｎｏ．１０、試料Ｎｏ．１
１） 本実施例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍのアルミナとジルコニアの化合物（Ａｌ２Ｏ
３を６０ｗｔ％とＺｒＯ２を４０ｗｔ％添加した混合
物）基板を用いた。製造手順は実施例１とほぼ同様であ
り、アルミナとジルコニアの化合物基板であることか
ら、基板表面に酸化膜を形成しなかった。各試料の回路
表面酸素量を表１に示す。
１） 本実施例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍのアルミナとジルコニアの化合物（Ａｌ２Ｏ
３を６０ｗｔ％とＺｒＯ２を４０ｗｔ％添加した混合
物）基板を用いた。製造手順は実施例１とほぼ同様であ
り、アルミナとジルコニアの化合物基板であることか
ら、基板表面に酸化膜を形成しなかった。各試料の回路
表面酸素量を表１に示す。
【００３９】比較例１（試料Ｎｏ．１２〜試料Ｎｏ．１
５） 本比較例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用い
た。製造手順は、実施例１とほぼ同様である。実施例１
と異なるのは、セラミックス基板と銅回路板とを接合す
る際の接合条件である窒素ガスの雰囲気、接合時間およ
び接合温度を本発明の範囲外としたものであり、試料Ｎ
ｏ．１２およびＮｏ．１３は窒素雰囲気条件を、試料Ｎ
ｏ．１４は接合温度を、試料Ｎｏ．１５接合時間をそれ
ぞれ変えたものである。このような接合条件下で作製さ
れたセラミックス銅回路基板の表面をＥＰＭＡもしくは
ＳＩＭＳ分析したところ、試料Ｎｏ．１２ないし試料Ｎ
ｏ．１５は銅回路板の表面の酸素量がいずれも１００ｐ
ｐｍを超えるものであった。なお、試料Ｎｏ．１４は接
合温度が１０００℃と低いため十分な接合体を得られな
かったため、銅回路板の表面の酸素量の測定は行わなか
った。
５） 本比較例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用い
た。製造手順は、実施例１とほぼ同様である。実施例１
と異なるのは、セラミックス基板と銅回路板とを接合す
る際の接合条件である窒素ガスの雰囲気、接合時間およ
び接合温度を本発明の範囲外としたものであり、試料Ｎ
ｏ．１２およびＮｏ．１３は窒素雰囲気条件を、試料Ｎ
ｏ．１４は接合温度を、試料Ｎｏ．１５接合時間をそれ
ぞれ変えたものである。このような接合条件下で作製さ
れたセラミックス銅回路基板の表面をＥＰＭＡもしくは
ＳＩＭＳ分析したところ、試料Ｎｏ．１２ないし試料Ｎ
ｏ．１５は銅回路板の表面の酸素量がいずれも１００ｐ
ｐｍを超えるものであった。なお、試料Ｎｏ．１４は接
合温度が１０００℃と低いため十分な接合体を得られな
かったため、銅回路板の表面の酸素量の測定は行わなか
った。
【００４０】比較例２（試料Ｎｏ．１６、試料Ｎｏ．１
７） 本比較例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍの窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）基板を用いた。
製造手順は実施例２とほぼ同様である。実施例２と異な
るのは、表１に示す窒素ガス雰囲気を変えて、試料Ｎ
ｏ．１６は回路表面酸素量を１４１ｐｐｍとし、試料Ｎ
ｏ．１７は回路表面酸素量を１２５ｐｐｍとしたことで
ある。
７） 本比較例においては、セラミックス基板として、厚さ
０．８ｍｍの窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）基板を用いた。
製造手順は実施例２とほぼ同様である。実施例２と異な
るのは、表１に示す窒素ガス雰囲気を変えて、試料Ｎ
ｏ．１６は回路表面酸素量を１４１ｐｐｍとし、試料Ｎ
ｏ．１７は回路表面酸素量を１２５ｐｐｍとしたことで
ある。
【００４１】比較例３（試料Ｎｏ．１８、試料Ｎｏ．１
９） 本比較例においては、厚さ０．８ｍｍのアルミナ（Ａｌ
２Ｏ３）基板を用いた。製造手順は、実施例３とほぼ同
様である。実施例３と異なるのは、表１に示す窒素ガス
雰囲気を変えて、試料Ｎｏ．１８は回路表面酸素量を１
５３ｐｐｍとし、試料Ｎｏ．１９は回路表面酸素量を１
４４ｐｐｍとしたことである。
９） 本比較例においては、厚さ０．８ｍｍのアルミナ（Ａｌ
２Ｏ３）基板を用いた。製造手順は、実施例３とほぼ同
様である。実施例３と異なるのは、表１に示す窒素ガス
雰囲気を変えて、試料Ｎｏ．１８は回路表面酸素量を１
５３ｐｐｍとし、試料Ｎｏ．１９は回路表面酸素量を１
４４ｐｐｍとしたことである。
【００４２】比較例４（試料Ｎｏ．２０、試料Ｎｏ．２
１） 本比較例においては、厚さ０．８ｍｍのジルコニア（Ｚ
ｒＯ２）基板を用いた。製造手順は、実施例４とほぼ同
様である。実施例４と異なるのは、表１に示す窒素ガス
雰囲気を変えて、試料Ｎｏ．２０は回路表面酸素量を１
３７ｐｐｍとし、試料Ｎｏ．２１は回路表面酸素量を１
３７ｐｐｍとしたことである。
１） 本比較例においては、厚さ０．８ｍｍのジルコニア（Ｚ
ｒＯ２）基板を用いた。製造手順は、実施例４とほぼ同
様である。実施例４と異なるのは、表１に示す窒素ガス
雰囲気を変えて、試料Ｎｏ．２０は回路表面酸素量を１
３７ｐｐｍとし、試料Ｎｏ．２１は回路表面酸素量を１
３７ｐｐｍとしたことである。
【００４３】比較例５（試料Ｎｏ．２２、試料Ｎｏ．２
３） 本比較例においては、厚さ０．８ｍｍのアルミナとジル
コニアの化合物（Ａｌ ２Ｏ３を６０ｗｔ％とＺｒＯ２を
４０ｗｔ％添加した混合物）基板を用いた。製造手順は
実施例５とほぼ同様である。実施例５と異なるのは、表
１に示す窒素ガス雰囲気を変えて、試料Ｎｏ．２０は回
路表面酸素量を１２５ｐｐｍとし、試料Ｎｏ．２３は回
路表面酸素量を１４３ｐｐｍとしたことである。
３） 本比較例においては、厚さ０．８ｍｍのアルミナとジル
コニアの化合物（Ａｌ ２Ｏ３を６０ｗｔ％とＺｒＯ２を
４０ｗｔ％添加した混合物）基板を用いた。製造手順は
実施例５とほぼ同様である。実施例５と異なるのは、表
１に示す窒素ガス雰囲気を変えて、試料Ｎｏ．２０は回
路表面酸素量を１２５ｐｐｍとし、試料Ｎｏ．２３は回
路表面酸素量を１４３ｐｐｍとしたことである。
【００４４】このようにして得られた実施例１ないし実
施例５および比較例１ないし比較例５の各試料につい
て、フラックスを使用し、Ｓｎ：Ｐｂ＝６：４の割合と
したハンダにおける濡れ性を評価した。濡れ性の評価
は、濡れ率（％）の測定により行い、この濡れ率はハン
ダ付けを行なった面積に対する濡れた面積の割合を算出
したものである。この結果を表１に示す。
施例５および比較例１ないし比較例５の各試料につい
て、フラックスを使用し、Ｓｎ：Ｐｂ＝６：４の割合と
したハンダにおける濡れ性を評価した。濡れ性の評価
は、濡れ率（％）の測定により行い、この濡れ率はハン
ダ付けを行なった面積に対する濡れた面積の割合を算出
したものである。この結果を表１に示す。
【００４５】表１に示すように、銅回路板表面部分の含
有酸素量が１００ｐｐｍを超える比較例の各試料と比較
して、本実施例のように、銅回路板表面部分の含有酸素
量を１００ｐｐｍ以下とすることにより、試料Ｎｏ．１
ないし試料Ｎｏ．１１はいずれもハンダ濡れ率が９０％
以上、さらには９４％以上であり、セラミックス基板の
種類によらずハンダ濡れ性を向上できる。
有酸素量が１００ｐｐｍを超える比較例の各試料と比較
して、本実施例のように、銅回路板表面部分の含有酸素
量を１００ｐｐｍ以下とすることにより、試料Ｎｏ．１
ないし試料Ｎｏ．１１はいずれもハンダ濡れ率が９０％
以上、さらには９４％以上であり、セラミックス基板の
種類によらずハンダ濡れ性を向上できる。
【００４６】従って、本実施形態によれば、銅回路板中
の酸素含有量を１００ｐｐｍ以下とすることにより、濡
れ性を大幅に改善できるため、高い半導体実装性を得ら
れる。そのためセラミックス銅回路基板の製造後に銅回
路板の表面に存在する酸素成分等を除去する必要がない
ため半導体実装工程を簡素化できる。特に、エッチング
等の化学処理は廃液等の問題もあることから環境問題に
も対応可能である。
の酸素含有量を１００ｐｐｍ以下とすることにより、濡
れ性を大幅に改善できるため、高い半導体実装性を得ら
れる。そのためセラミックス銅回路基板の製造後に銅回
路板の表面に存在する酸素成分等を除去する必要がない
ため半導体実装工程を簡素化できる。特に、エッチング
等の化学処理は廃液等の問題もあることから環境問題に
も対応可能である。
【００４７】また、ＤＢＣ法では、セラミックス基板と
銅回路板との接触面を微視的に見た場合、酸素（Ｏ）の
部分が空洞となった凹凸接触面となるため、活性金属法
と比較して、半導体実装後の使用時の温度変化による残
留応力はある程度小さい値となる。このため、使用時の
温度変化による接合面の損傷を防止できることから、半
導体実装性のみならず、半導体実装後のセラミックス回
路基板の接合信頼性を得ることができる。
銅回路板との接触面を微視的に見た場合、酸素（Ｏ）の
部分が空洞となった凹凸接触面となるため、活性金属法
と比較して、半導体実装後の使用時の温度変化による残
留応力はある程度小さい値となる。このため、使用時の
温度変化による接合面の損傷を防止できることから、半
導体実装性のみならず、半導体実装後のセラミックス回
路基板の接合信頼性を得ることができる。
【００４８】さらに、本実施形態によれば、セラミック
ス基板と銅回路板とを直接接合するＤＢＣ法を適用して
いるため、高価な金属を用いる活性金属法を用いる場合
と比較してコスト低減を図ることができる。
ス基板と銅回路板とを直接接合するＤＢＣ法を適用して
いるため、高価な金属を用いる活性金属法を用いる場合
と比較してコスト低減を図ることができる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
窒素ガスにより雰囲気制御を行い、銅板を直接接合させ
た回路基板を作製する際、窒素ガス量に応じて、銅回路
板表面の酸素量を１００ｐｐｍ以下に制御することで、
ハンダ濡れ性を改善し、半導体実装性および半導体実装
後の接合信頼性を向上できる。
窒素ガスにより雰囲気制御を行い、銅板を直接接合させ
た回路基板を作製する際、窒素ガス量に応じて、銅回路
板表面の酸素量を１００ｐｐｍ以下に制御することで、
ハンダ濡れ性を改善し、半導体実装性および半導体実装
後の接合信頼性を向上できる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/03 ６１０ Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ 1/09 25/04 Ｃ 3/38 (72)発明者 田中 忠 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 4E351 AA09 BB01 BB24 BB30 CC19 CC31 CC33 DD04 DD33 GG01 GG15 5E343 AA02 AA24 AA39 BB15 BB24 BB67 DD55 EE32 GG02
Claims (7)
- 【請求項１】 セラミックス基板表面に銅回路板を接合
した構造を有するセラミックス銅回路基板において、前
記銅回路板のセラミックス基板との非接合面である表面
部分における含有酸素量が、１００ｐｐｍ以下（０は含
まず）であることを特徴とするセラミックス銅回路基
板。 - 【請求項２】 請求項１記載のセラミックス銅回路基板
において、銅回路板のセラミックス基板との接合面の含
有酸素量が２００〜４００ｐｐｍであることを特徴とす
るセラミックス銅回路基板。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載のセラミックス
銅回路基板において、銅回路板の銅純度が９９．９６％
以上であることを特徴とするセラミックス銅回路基板。 - 【請求項４】 請求項１記載のセラミックス銅回路基板
において、セラミックス基板は、窒化アルミニウム、窒
化珪素、アルミナ、ジルコニア、またはアルミナとジル
コニアとの化合物からなることを特徴とするセラミック
ス銅回路基板。 - 【請求項５】 セラミックス基板と銅回路板とを直接接
合するセラミックス銅回路基板の製造方法において、接
合時の加熱温度を１０６０℃以上とし、窒素流量を制御
して銅回路板表面の酸素量を１００ｐｐｍ以下としたセ
ラミックス銅回路基板を得ることを特徴とするセラミッ
クス銅回路基板の製造方法。 - 【請求項６】 請求項３記載のセラミックス銅回路基板
の製造方法において、銅回路板として、２００〜４００
ｐｐｍの酸素を含む銅を用いることを特徴とするセラミ
ックス銅回路基板の製造方法。 - 【請求項７】 請求項３記載のセラミックス銅回路基板
の製造方法において、銅回路板表面の酸素量を１００ｐ
ｐｍ以下にするために窒素気流中に３０分以上保持する
ことを特徴とするセラミックス銅回路基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085568A JP4557354B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | セラミックス銅回路基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085568A JP4557354B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | セラミックス銅回路基板の製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010065755A Division JP5050070B2 (ja) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | セラミックス銅回路基板および半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001274534A true JP2001274534A (ja) | 2001-10-05 |
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ID=18601894
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000085568A Expired - Lifetime JP4557354B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | セラミックス銅回路基板の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4557354B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011077087A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Sumitomo Metal Electronics Devices Inc | パワーモジュール用基板及びその製造方法 |
| JP2013201330A (ja) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Hitachi Ltd | パワーモジュールの製造方法、及びパワーモジュール |
| CN115939928A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-04-07 | 四川富乐华半导体科技有限公司 | 一种半导体激光器的热沉结构及其制备方法 |
Citations (5)
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| JPS61227035A (ja) * | 1985-03-30 | 1986-10-09 | 株式会社東芝 | セラミツクス回路基板 |
| JPH02232326A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-14 | Kobe Steel Ltd | セラミックスとの接合性の良い銅材 |
| JPH0360192A (ja) * | 1989-07-28 | 1991-03-15 | Hitachi Cable Ltd | 銅配線セラミック基板および製造方法 |
| JPH09191059A (ja) * | 1996-12-04 | 1997-07-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | パワー半導体モジュール基板 |
| JPH1075025A (ja) * | 1996-05-31 | 1998-03-17 | Toshiba Corp | セラミックス回路基板 |
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000085568A patent/JP4557354B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
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| WO2013145471A1 (ja) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | 株式会社日立製作所 | パワーモジュールの製造方法、及びパワーモジュール |
| CN115939928A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-04-07 | 四川富乐华半导体科技有限公司 | 一种半导体激光器的热沉结构及其制备方法 |
| CN115939928B (zh) * | 2023-03-10 | 2023-06-16 | 四川富乐华半导体科技有限公司 | 一种半导体激光器的热沉结构及其制备方法 |
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| JP4557354B2 (ja) | 2010-10-06 |
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