JP2001332854A - Ceramic circuit board - Google Patents

Ceramic circuit board

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JP2001332854A
JP2001332854A JP2000153704A JP2000153704A JP2001332854A JP 2001332854 A JP2001332854 A JP 2001332854A JP 2000153704 A JP2000153704 A JP 2000153704A JP 2000153704 A JP2000153704 A JP 2000153704A JP 2001332854 A JP2001332854 A JP 2001332854A
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JP
Japan
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circuit board
metal plate
ceramic circuit
ceramic
brazing material
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JP2000153704A
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Japanese (ja)
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Takayuki Naba
隆之 那波
Yutaka Komorida
裕 小森田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a ceramic circuit board in which heat-resistance cycle characteristics and bending strength characteristics are improved, to obtain a ceramic circuit board which is improved in reliability in a corrosive atmosphere and prevented from short-circuiting between metal plates, and to obtain a ceramic circuit board which is improved in the soldering yield of an Si chip, etc., in postprocessing. SOLUTION: A ceramic circuit board has a metal plate 2 joined integrally with the top surface of a ceramic substrate 1 across a solder layer 3. The area of the join surface A between the metal plate 2 and solder material layer 3 is smaller than the surface area of the metal plate 2 on the side of a nonjoin surface B, and the area of the join surface C between the solder material layer 3 and ceramic substrate 1 is larger than the area of the join area A between the metal plate 2 and solder material layer 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス回路
基板に関するものであり、耐熱サイクル特性、曲げ強度
特性、腐食性環境下における信頼性、ハンダ付け歩留ま
り性を改善したセラミックス回路基板に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic circuit board, and more particularly to a ceramic circuit board having improved heat cycle characteristics, bending strength characteristics, reliability in a corrosive environment, and improved soldering yield.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art A ceramic circuit board in which a metal circuit board is bonded to a ceramic substrate has been widely applied to electronic parts, mechanical parts, and the like.

【0003】セラミックスと金属とは、原子構造が異な
ることから、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、従来から、セラミ
ックス基板と金属回路板とを接合する方法が種々開発さ
れている。
[0003] Since ceramics and metals have different atomic structures, when joining a ceramic substrate and a metal circuit board, chemical properties such as reactivity and physical properties such as thermal expansion coefficient differ greatly. For this reason, conventionally, various methods for joining a ceramic substrate and a metal circuit board have been developed.

【0004】例えば、セラミックス基板と銅板からなる
金属回路板とを高融点金属のMo、Wなどにより接合す
る高融点金属法、銅および酸素の共晶反応を利用して接
合する銅直接接合法(DBC:Direct Bond
ing Copper)が挙げられる。さらに、IVa
族元素やVa族元素をろう材として用いる活性金属法な
どが挙げられる。
For example, a refractory metal method for joining a ceramic substrate and a metal circuit board made of a copper plate using a refractory metal such as Mo and W, and a copper direct joining method for joining using a eutectic reaction of copper and oxygen ( DBC: Direct Bond
ing Copper). In addition, IVa
An active metal method using a group III element or a group V element as a brazing filler metal is exemplified.

【0005】特に、活性金属法では、ろう材としてAg
−Cu−Ti系を用い、セラミックス基板として窒化ケ
イ素(Si)基板を用いた場合、活性金属である
Tiと窒化ケイ素基板中のNとが共有結合することによ
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。
[0005] In particular, in the active metal method, Ag is used as a brazing material.
When a silicon nitride (Si 3 N 4 ) substrate is used as a ceramic substrate using a Cu—Ti system, Ti as an active metal and N in the silicon nitride substrate are covalently bonded to form a bonding layer. Therefore, extremely high bonding strength can be obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来からの高い接合強
度の要求に加え、近年、セラミックス回路基板には、高
耐熱サイクル性および大きな曲げ荷重に対してもセラミ
ックスが破壊されず大きくたわむ高い曲げ強度(抗折強
度)特性が求められている。従来技術では、高い接合強
度を得られるものの、耐熱サイクル性や曲げ強度が十分
要求を満たすとは言い難かった。
In addition to the conventional demands for high bonding strength, in recent years, ceramic circuit boards have high heat resistance and high bending strength, which does not break the ceramic even under a large bending load. (Bending strength) characteristics are required. In the prior art, although high bonding strength can be obtained, it has been difficult to say that the heat cycle resistance and the bending strength sufficiently satisfy the requirements.

【0007】本発明の第1の目的は、この問題を解決す
るためになされたものであり、特に、耐熱サイクル特性
および曲げ強度特性の良好なセラミックス回路基板を得
ることを目的とする。
A first object of the present invention is to solve this problem, and in particular, to obtain a ceramic circuit board having good heat cycle characteristics and bending strength characteristics.

【0008】また、従来のセラミックス回路基板は、銅
などの金属板の断面形状は、非接合面側からセラミック
ス基板と金属板との接合面側にかけてなだらかに広がっ
ており、富士山の山裾のような形状をしていた。このた
め、例えば、Ag−Cu−Ti系ろう材を用いた活性金
属法での接合後にろう材が金属板表面にはい上がりやす
くなり、後工程でSiチップ等をハンダ付けする際など
に、はい上がったTiなどのろう材によってハンダ濡れ
性が低下してハンダ付け不良となっていた。一方、チッ
プを搭載するために、チップの必要な面積(体積)以上
の金属板が存在する(裾野部分に相当)ことになるた
め、耐熱サイクル性の向上を阻害してしまうという問題
を有していた。
Further, in the conventional ceramic circuit board, the cross-sectional shape of a metal plate such as copper is gently spread from the non-joining surface side to the joining surface side of the ceramic substrate and the metal plate. Had a shape. For this reason, for example, after joining by the active metal method using an Ag-Cu-Ti-based brazing material, the brazing material is likely to rise on the surface of the metal plate, and when soldering a Si chip or the like in a later process, it is possible to apply a soldering material. Solder wettability such as raised Ti lowers solder wettability, resulting in poor soldering. On the other hand, there is a problem that a metal plate having an area (volume) larger than a required area of the chip is required to mount the chip (corresponding to a foot portion), which hinders improvement in heat cycle resistance. I was

【0009】本発明の第2の目的は、上記問題を解決す
るためになされたものであり、耐熱サイクル性を向上さ
せ、また、後工程におけるSiチップ等のハンダ歩留り
を向上させたセラミックス回路基板を得ることを目的と
する。
A second object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a ceramic circuit board with improved heat cycle resistance and improved yield of solder such as Si chips in a later process. The purpose is to obtain.

【0010】さらに、従来のセラミックス回路基板で
は、セラミックス基板に接合した銅板をエッチングして
パターニングしてそのまま製品とするか、銅板全面にN
iなどのメッキを施して製品としていた。
Further, in a conventional ceramic circuit board, a copper plate bonded to a ceramic substrate is etched and patterned to produce a product as it is, or the entire surface of the copper plate is
The product was plated with i.

【0011】銅板にメッキを施さない場合、例えば、自
動車用を想定した腐食性雰囲気中でのモジュール信頼性
試験では、チップやハンダに覆われていない銅板側面が
腐食されやすく、信頼性低下を招いていた。同時に、特
にパターンが微細な場合には、電気的変化や熱変化に対
してもエレクトロマイグレーション、ストレスマイグレ
ーションが発生しやすいといった問題を有していた。
If the copper plate is not plated, for example, in a module reliability test in a corrosive atmosphere for automobiles, the side of the copper plate that is not covered with chips or solder is likely to be corroded, leading to a reduction in reliability. I was At the same time, particularly when the pattern is fine, there is a problem that electromigration and stress migration are likely to occur even with an electrical change or a thermal change.

【0012】本発明の第3の目的は、上記問題を解決す
るためになされたものであり、腐食性雰囲気における信
頼性の向上およびエレクトロマイグレーション、ストレ
スマイグレーションを防止したセラミックス回路基板を
得ることを目的とする。
A third object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to obtain a ceramic circuit board having improved reliability in a corrosive atmosphere and preventing electromigration and stress migration. And

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を解決すべく金属板の側面部を種々改良して研究を行っ
た結果、本発明に至ったものである。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made various improvements on the side surface of a metal plate in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, have reached the present invention.

【0014】すなわち、請求項1記載の発明は、セラミ
ックス基板表面にろう材層を介して金属板を一体に接合
したセラミックス回路基板において、金属板とろう材層
との接合面の面積が、金属板の非接合面側の表面積より
小さく、ろう材層とセラミックス基板との接合面の面積
が金属板とろう材層との接合面の面積より大きいことを
特徴とする。
That is, according to the first aspect of the present invention, in a ceramic circuit board in which a metal plate is integrally joined to a surface of a ceramic substrate via a brazing material layer, the area of the joining surface between the metal plate and the brazing material layer is made of metal. It is characterized in that it is smaller than the surface area of the non-joining surface side of the plate, and the area of the joining surface between the brazing material layer and the ceramic substrate is larger than the area of the joining surface between the metal plate and the brazing material layer.

【0015】本発明によれば、接合端での応力集中が緩
和され、残留応力を低減できることから、接合強度や耐
熱サイクル性の向上を図ることが可能となる。
According to the present invention, the concentration of stress at the joint end is reduced, and the residual stress can be reduced, so that the joint strength and the heat cycle resistance can be improved.

【0016】請求項2記載の発明は、金属板の非接合面
側の表面端部と、金属板とろう材層との接合面の端部と
の水平距離が50μm以下であ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である。
The invention according to claim 2 is characterized in that the horizontal distance between the end of the non-joining surface of the metal plate and the end of the joining surface between the metal plate and the brazing material layer is 50 μm or less. The ceramic circuit board according to claim 1.

【0017】本発明において、水平距離を50μm以下
と規定したが、50μmを超えるとセラミックス基板の
応力増大につながり耐熱サイクル性の低下を招くとこに
なる。
In the present invention, the horizontal distance is specified to be 50 μm or less. However, when the horizontal distance exceeds 50 μm, the stress of the ceramic substrate is increased and the heat cycle resistance is lowered.

【0018】請求項3記載の発明は、ろう材層とセラミ
ックス基板との接合面の端部と、金属板とろう材層との
接合面の端部との水平距離が20〜50μmであること
を特徴とする請求項1記載のセラミックス回路基板であ
る。
The horizontal distance between the end of the joining surface between the brazing material layer and the ceramic substrate and the end of the joining surface between the metal plate and the brazing material layer is preferably 20 to 50 μm. The ceramic circuit board according to claim 1, wherein:

【0019】本発明において、水平距離を20〜50μ
mと規定したが、20μm未満であるとセラミックス基
板の応力増大につながり耐熱サイクル性の低下を招くこ
とになり、50μmを超えると金属回路パターン間の電
気絶縁性が低下するため隣接するパターンとの短絡現象
の原因となりやすい。
In the present invention, the horizontal distance is 20 to 50 μm.
However, if it is less than 20 μm, the stress of the ceramic substrate is increased and the heat cycle resistance is reduced. If it is more than 50 μm, the electrical insulation between the metal circuit patterns is reduced. It is likely to cause a short circuit phenomenon.

【0020】請求項4記載の発明は、金属板が、非接合
面側から金属板とろう材層との接合面側に向かい幅狭と
なり、金属板の非接合面側の表面端部から金属板とろう
材層との接合面の端部に向かい傾斜する傾斜部を備えた
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
である。
According to a fourth aspect of the present invention, the metal plate narrows in width from the non-joining surface side to the joining surface side of the metal plate and the brazing material layer, and the metal plate extends from the surface end on the non-joining surface side of the metal plate. 2. The ceramic circuit board according to claim 1, further comprising an inclined portion inclined toward an end of a joining surface between the plate and the brazing material layer.

【0021】請求項5記載の発明は、ろう材層が、T
i、Zr、Hf、AlおよびNbから選ばれた少なくと
も1種の活性金属を含有す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である。
According to a fifth aspect of the present invention, the brazing material layer is made of T
2. The method according to claim 1, further comprising at least one active metal selected from i, Zr, Hf, Al and Nb.
It is a ceramic circuit board of said description.

【0022】請求項6記載の発明は、セラミックス基板
が、窒化ケイ素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である。
The invention according to claim 6 is the ceramic circuit board according to claim 1, wherein the ceramic substrate is made of silicon nitride.

【0023】窒化ケイ素は素体強度が大きいため、セラ
ミックス基板として窒化ケイ素を適用することで、後述
するように、セラミックス回路基板の3点曲げ強度も6
00MPa以上と大きいものとなる。
Since silicon nitride has a high elementary strength, by using silicon nitride as a ceramic substrate, the three-point bending strength of the ceramic circuit substrate is also reduced to 6 as described later.
This is as large as 00 MPa or more.

【0024】請求項7記載の発明は、窒化ケイ素の熱伝
導率が、65W/m・K以上であることを特徴とする請
求項6記載のセラミックス回路基板である。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the ceramic circuit board according to the sixth aspect, wherein the silicon nitride has a thermal conductivity of 65 W / m · K or more.

【0025】本発明において、セラミックス基板は半導
体モジュールへ組み込まれた際の熱抵抗低減のために、
窒化ケイ素の熱伝導率は65W/(m・K)以上、好ま
しくは85W/(m・K)以上であることが必要であ
る。
In the present invention, the ceramic substrate is used to reduce the thermal resistance when incorporated into a semiconductor module.
It is necessary that the thermal conductivity of silicon nitride is 65 W / (m · K) or more, preferably 85 W / (m · K) or more.

【0026】請求項8記載の発明は、ろう材層の厚さ
が、60μm以下であることを特徴とする請求項6記載
のセラミックス回路基板である。
The invention according to claim 8 is the ceramic circuit board according to claim 6, wherein the thickness of the brazing material layer is 60 μm or less.

【0027】セラミックス基板として窒化アルミニウム
を適用した場合には、特願平5−49590号公報に記
載されているように、ろう材層厚さは40μm以下であ
ることが求められるのに対し、本発明では、セラミック
ス基板として窒化けい素を用いているため、窒化けい素
の強度が大きいことから、ろう材層厚さは60μm以下
であっても十分特性を発揮することが可能となる。
When aluminum nitride is used as the ceramic substrate, the thickness of the brazing material layer is required to be 40 μm or less, as described in Japanese Patent Application No. 5-49590. In the present invention, since silicon nitride is used as the ceramic substrate, the strength of the silicon nitride is large, so that even if the thickness of the brazing filler metal layer is 60 μm or less, it is possible to exhibit sufficient characteristics.

【0028】請求項9記載の発明は、3点曲げ強度が、
600MPa以上であることを特徴とする請求項6記載
のセラミックス回路基板である。
According to a ninth aspect of the present invention, the three-point bending strength is:
7. The ceramic circuit board according to claim 6, wherein the pressure is 600 MPa or more.

【0029】請求項10記載の発明は、セラミックス基
板表面に金属板が接合されたセラミックス回路基板にお
いて、金属板の非接合面側に向かって、セラミックス基
板と金属板との接合面の面積よりも断面積が大きくなる
金属板形状を有することを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in a ceramic circuit board in which a metal plate is bonded to a surface of a ceramic substrate, the area of the bonding surface between the ceramic substrate and the metal plate is reduced toward the non-bonding surface side of the metal plate. It has a metal plate shape having a large cross-sectional area.

【0030】このような形状を有する金属板の作製方法
としては、上下からプレスすることで金属板の側面に予
め突起を設ける、または、エッチングやワイヤー放電加
工で所定のパターニングされた金属板を用い、接合後の
セラミックスと金属板との線膨張係数差により、上端に
比較して下端が縮んだ形状の金属板とする、などの方法
が挙げられる。このような金属板を作製するためには、
金属板にある程度の厚みは必要であり、好ましくは0.
1〜0.8mm、さらに好ましくは0.2〜0.5mm
である。
As a method of manufacturing a metal plate having such a shape, a protrusion is provided in advance on the side surface of the metal plate by pressing from above or below, or a metal plate which has been subjected to predetermined patterning by etching or wire electric discharge machining is used. And a method of forming a metal plate having a shape in which the lower end is smaller than the upper end due to the difference in linear expansion coefficient between the ceramics after bonding and the metal plate. To make such a metal plate,
The metal plate needs to have a certain thickness, and preferably has a thickness of 0.1 mm.
1 to 0.8 mm, more preferably 0.2 to 0.5 mm
It is.

【0031】請求項11記載の発明は、金属板の非接合
面側の表面端部と、金属板とセラミックス基板との接合
面の端部とを結ぶ直線位置よりも金属板の側面が幅広と
なる突出形状を有することを特徴とする請求項10記載
のセラミックス回路基板である。
According to the eleventh aspect of the present invention, the side surface of the metal plate is wider than a straight line connecting the end of the surface of the metal plate on the non-bonding surface side and the end of the bonding surface between the metal plate and the ceramic substrate. The ceramic circuit board according to claim 10, wherein the ceramic circuit board has a protruding shape.

【0032】本発明によれば、金属板側面に突出形状を
有する、すなわち、金属板の非接合面側の表面端部と、
金属板とセラミックス基板との接合面の端部とを結ぶ直
線位置よりも金属板がはみ出した部分が存在しているた
め、金属板表面への接合に用いたろう材のはい上がりを
防止し、後工程でのチップなどの実装時のハンダ濡れ性
を悪化させずに接合することが可能となる。
According to the present invention, the metal plate has a projecting shape on the side surface, that is, the surface end on the non-joining surface side of the metal plate;
Since there is a portion where the metal plate protrudes beyond the straight line connecting the end of the joining surface between the metal plate and the ceramic substrate, the brazing material used for joining to the surface of the metal plate is prevented from rising, and Bonding can be performed without deteriorating solder wettability when mounting a chip or the like in a process.

【0033】また、従来、金属板の断面形状は、非接合
面側からセラミックス基板と金属板との接合面側にかけ
てなだらかに広がっており、富士山の山裾のような形状
をしていたが、本発明では、チップを搭載するのに最小
限必要な非接合面側の表面積とし、接合面側は、断面積
を小さくすることで金属板を最小限必要な大きさにとど
めたため、TCTによるクラックがセラミックスに発生
しにくくなり耐熱サイクル性向上を図ることができる。
Conventionally, the cross-sectional shape of the metal plate has been gently spread from the non-bonding surface side to the bonding surface side of the ceramic substrate and the metal plate, and has a shape like the foot of Mt. Fuji. In the present invention, the minimum surface area of the non-bonding surface side necessary for mounting the chip is set, and the metal plate is kept to the minimum necessary size by reducing the cross-sectional area on the bonding surface side. It hardly occurs in ceramics, and the heat cycle resistance can be improved.

【0034】請求項12記載の発明は、金属板とセラミ
ックス基板との接合面の端部と、金属板側面の最端部と
の水平距離が5〜200μmであることを特徴とする請
求項10記載のセラミックス回路基板である。
According to a twelfth aspect of the present invention, the horizontal distance between the end of the joint surface between the metal plate and the ceramic substrate and the end of the side surface of the metal plate is 5 to 200 μm. It is a ceramic circuit board of said description.

【0035】本発明において、水平距離を5〜200μ
mの範囲としたが、水平距離が5μm未満であるとろう
材のはい上がり防止効果が得られず、また、水平距離が
200μmを超えると、パターン間の耐電圧が小さくな
るためである。
In the present invention, the horizontal distance is 5 to 200 μm.
However, if the horizontal distance is less than 5 μm, the effect of preventing the brazing material from rising cannot be obtained, and if the horizontal distance exceeds 200 μm, the withstand voltage between the patterns becomes small.

【0036】請求項13記載の発明は、セラミックス基
板表面に金属板が接合されたセラミックス回路基板にお
いて、金属板の側面表面に皮膜層を形成したことを特徴
とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in a ceramic circuit board in which a metal plate is bonded to a surface of a ceramic substrate, a coating layer is formed on a side surface of the metal plate.

【0037】請求項14記載の発明は、皮膜層が、A
g、Ti、Zr、Hf、Al、Ni、InおよびSnの
少なくとも1種または2種以上の合金を含有することを
特徴とする請求項13記載のセラミックス回路基板であ
る。
[0037] In the invention according to claim 14, the coating layer is made of A
14. The ceramic circuit board according to claim 13, wherein the ceramic circuit board contains at least one or more alloys of g, Ti, Zr, Hf, Al, Ni, In and Sn.

【0038】本発明において、皮膜層として、Ag、T
i、Zr、Hf、Al、Ni、InおよびSnから1種
の金属を選択して含有させているが、各元素の添加によ
り以下のような効果を得ることができる。Ag等の各元
素は腐食性を向上させることができ、例えば、NOx、
硫化水素等の腐食性ガス下の環境においても優れた耐熱
サイクル性を示すことが可能となる。
In the present invention, Ag, T
Although one kind of metal is selected from i, Zr, Hf, Al, Ni, In and Sn, the following effects can be obtained by adding each element. Each element such as Ag can improve the corrosiveness, for example, NOx,
It is possible to exhibit excellent heat cycle resistance even in an environment under corrosive gas such as hydrogen sulfide.

【0039】また、皮膜層は、2種以上の元素を含有さ
せても良く、さらにはこれら元素を組合せた合金を含有
させてもよい。このような合金としてはAg−Sn合金
等が挙げられる。
The coating layer may contain two or more kinds of elements, and may further contain an alloy in which these elements are combined. Such an alloy includes an Ag-Sn alloy and the like.

【0040】本発明のように、金属板の側面表面に、A
g、Al、NiおよびSnの少なくとも1種の金属を付
着させて合金化させたため、金属板は腐食性雰囲気にも
極めて安定となった。
As in the present invention, A
Since at least one metal selected from the group consisting of g, Al, Ni and Sn was deposited and alloyed, the metal plate was extremely stable even in a corrosive atmosphere.

【0041】また、金属板側面の表面全体を合金化した
ため、電気的変化や熱変化に対してもエレクトロマイグ
レーションおよびストレスマイグレーションの発生を防
止できる。
In addition, since the entire surface of the side surface of the metal plate is alloyed, the occurrence of electromigration and stress migration can be prevented even with respect to an electrical change or a thermal change.

【0042】請求項15記載の発明は、皮膜層の厚さ
が、0.5μm以上であることを特徴とする請求項13
記載のセラミックス回路基板である。
According to a fifteenth aspect of the present invention, the thickness of the coating layer is 0.5 μm or more.
It is a ceramic circuit board of said description.

【0043】皮膜層の厚さが0.5μm未満であると、
腐食性雰囲気での安定性が不十分であり、電気的変化や
熱変化に対してエレクトロマイグレーションおよびスト
レスマイグレーションが発生する可能性があるため、皮
膜層の厚さを0.5μm以上とすることが好ましい。
When the thickness of the coating layer is less than 0.5 μm,
Since the stability in a corrosive atmosphere is insufficient and electromigration and stress migration may occur due to electrical or thermal changes, the thickness of the coating layer should be 0.5 μm or more. preferable.

【0044】請求項16記載の発明は、金属板がCu板
であることを特徴とする請求項10または13記載のセ
ラミックス回路基板である。
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided the ceramic circuit board according to the tenth or thirteenth aspect, wherein the metal plate is a Cu plate.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックス回路
基板について、表1〜表4および図1〜図4を用いて説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A ceramic circuit board according to the present invention will be described below with reference to Tables 1 to 4 and FIGS.

【0046】第1実施形態(表1〜表2、図1〜図2) 本実施形態においては、セラミックス基板として厚さ
0.635mmの窒化ケイ素(Si)を用い、金
属板として厚さ0.3mmのCu板を用いて活性金属法
によりセラミックス回路基板を作製した。
First Embodiment (Tables 1 and 2, FIGS. 1 and 2) In this embodiment, 0.635 mm-thick silicon nitride (Si 3 N 4 ) is used as a ceramic substrate, and a thick metal plate is used. A ceramic circuit board was manufactured by an active metal method using a 0.3 mm-thick Cu plate.

【0047】まず、予めCu板をエッチングにより上端
から下端にかけて幅狭の形状とし、金属板の側面をCu
板上端の表面端部から金属板下端の端部に向かい傾斜し
た形状とした。
First, the Cu plate is previously formed into a narrow shape from the upper end to the lower end by etching, and the side surface of the metal plate is
The shape was inclined from the surface end of the plate upper end to the end of the metal plate lower end.

【0048】次に、重量比でAg:Cu:In:Ti=
63:23:10:4の活性金属ろう材ペーストを窒化
ケイ素(Si)基板上に印刷厚さ30μmとして
スクリーン印刷し、乾燥後のペースト上にCu板を載置
して、1×10−4Torr以下の真空中、760℃の
温度で20分接合して、図1に示すセラミックス回路基
板を作製した。得られたセラミックス回路基板を図1お
よび図2に示す。
Next, the weight ratio of Ag: Cu: In: Ti =
63: 23: 10: 4 active metal brazing material paste was screen-printed on a silicon nitride (Si 3 N 4 ) substrate with a printing thickness of 30 μm, and a Cu plate was placed on the dried paste to obtain 1 × The bonding was performed in a vacuum of 10 −4 Torr or less at a temperature of 760 ° C. for 20 minutes to produce a ceramic circuit board shown in FIG. The obtained ceramic circuit board is shown in FIG. 1 and FIG.

【0049】図1(a)はセラミックス回路基板の表側
を示す上面図、図1(b)はその裏側を示す上面図であ
る。図1(a)および(b)に示すように、セラミック
ス基板1上にCu板2が各々配置されている。
FIG. 1A is a top view showing the front side of the ceramic circuit board, and FIG. 1B is a top view showing the back side thereof. As shown in FIGS. 1A and 1B, a Cu plate 2 is arranged on a ceramic substrate 1.

【0050】セラミックス回路基板の表側基板の断面を
図2(a)および(b)に示す。図2(a)に示すよう
に、セラミックス基板1上に活性金属を含むろう材から
なるろう材層3を介してCu板2aが接合されており、
Cu板2aとろう材層3との接合面Aの面積が、Cu板
2aの非接合面B側の表面積より小さく、ろう材層3と
セラミックス基板1との接合面Cの面積がCu板2aと
ろう材層3との接合面Aの面積より大きくなっている。
FIGS. 2A and 2B show cross sections of the front side substrate of the ceramic circuit board. As shown in FIG. 2A, a Cu plate 2a is joined on a ceramic substrate 1 via a brazing material layer 3 made of a brazing material containing an active metal.
The area of the joining surface A between the Cu plate 2a and the brazing material layer 3 is smaller than the surface area of the non-joining surface B side of the Cu plate 2a, and the area of the joining surface C between the brazing material layer 3 and the ceramic substrate 1 is Cu plate 2a. It is larger than the area of the joint surface A with the brazing material layer 3.

【0051】このセラミックス回路基板の一端部の断面
を拡大して図2(b)に示す。
FIG. 2B is an enlarged sectional view of one end of the ceramic circuit board.

【0052】図2(b)に示すように、Cu板2aの非
接合面B側の表面端部からCu板2aとろう材層3との
接合面Aの端部に向かい傾斜する傾斜部4を有する。
As shown in FIG. 2 (b), an inclined portion 4 inclined from the surface end on the non-joining surface B side of the Cu plate 2a to the end of the joining surface A between the Cu plate 2a and the brazing material layer 3. Having.

【0053】そして、Cu板2aの非接合面B側の表面
端部と、Cu板2aとろう材層3との接合面Aの端部と
の水平距離X、およびろう材層3とセラミックス基板1
との接合面Cの端部と、Cu板2aの非接合面B側の表
面端部との水平距離Yとを、表1に示すように種々変化
させて、試料No.1ないしNo.10のサンプルを作
製した。
The horizontal distance X between the end of the surface of the Cu plate 2a on the non-bonding surface B side and the end of the bonding surface A between the Cu plate 2a and the brazing material layer 3, and the relationship between the brazing material layer 3 and the ceramic substrate 1
The horizontal distance Y between the end of the joining surface C of the sample No. and the surface end of the Cu plate 2a on the non-joining surface B side was changed variously as shown in Table 1 to obtain a sample No. 1 to No. 1 Ten samples were made.

【0054】[0054]

【表1】 [Table 1]

【0055】なお、実施例の試料No.1ないし試料N
o.5では、水平距離Xを50μm以下とし、水平距離
Yを20〜50μmの範囲としたものであり、比較例の
試料No.6ないし試料No.10では、水平距離Xお
よび水平距離Yを上記の範囲外としたものである。
It should be noted that the sample Nos. 1 to sample N
o. 5, the horizontal distance X was 50 μm or less, and the horizontal distance Y was in the range of 20 to 50 μm. 6 to sample no. In No. 10, the horizontal distance X and the horizontal distance Y are outside the above ranges.

【0056】得られた試料No.1ないし試料No.1
0のセラミックス回路基板について接合強度を測定する
とともに、TCT試験を行いクラック発生の有無を調査
した。測定条件は、−40℃×30min→RT.(室
温)×10min→125℃×30min→RT.×1
0minを1サイクルとしたTCT試験を行い、200
サイクル後のセラミックス基板にクラックの発生の有無
を確認した。また、TCT試験前のCu板2の接合強度
(ピール強度)の測定を行った。その結果を表1に示
す。
The obtained sample No. 1 to Sample No. 1
In addition to measuring the bonding strength of the ceramic circuit board of No. 0, a TCT test was performed to investigate whether cracks occurred. The measurement conditions were as follows: −40 ° C. × 30 min → RT. (Room temperature) × 10 min → 125 ° C. × 30 min → RT. × 1
A TCT test with 0 min as one cycle was performed, and 200
The presence or absence of cracks in the ceramic substrate after the cycle was checked. Further, the bonding strength (peel strength) of the Cu plate 2 before the TCT test was measured. Table 1 shows the results.

【0057】表1から分かる通り、本実施例にかかる試
料No.1〜No.5についてはクラックの発生は確認
されなかった。それに対し、試料No.7〜No.10
はクラックの発生が確認された。これは、試料No.
7、No.9、No.10についてはY値が20μm未
満であることから耐熱サイクル特性が不十分であるため
である。また、試料No.8のようにY値が本発明の範
囲内であってもX値が50μmを超えて大きいと耐熱サ
イクル特性は劣化することが確認された。
As can be seen from Table 1, the sample Nos. 1 to No. For No. 5, no crack was observed. On the other hand, the sample No. 7-No. 10
The occurrence of cracks was confirmed. This corresponds to Sample No.
7, no. 9, No. This is because the thermal cycle characteristics of Sample No. 10 are insufficient because the Y value is less than 20 μm. In addition, the sample No. As shown in 8, it was confirmed that even when the Y value was within the range of the present invention, when the X value was larger than 50 μm, the heat cycle characteristics deteriorated.

【0058】また、試料No.6については他の比較例
ほどクラックの発生が確認されなかったが、若干のクラ
ックは発生していたため「やや有」と表記した。これは
基板に用いるセラミックスがAlNやAlと比べ
て強度の高いSi基板を用いたためX値が本発明
の範囲外であってもクラックの発生がやや抑えられたた
めであると考えらる。同様に、試料No.6はX値が大
きいため例えば試料No.1と比べて接合強度もかなり
低いことが判明した。
The sample No. For No. 6, the occurrence of cracks was not confirmed as in the other comparative examples. This is because cracks were slightly suppressed even when the X value was out of the range of the present invention because the ceramic used for the substrate was a Si 3 N 4 substrate having a higher strength than AlN or Al 2 O 3. I think. Similarly, for sample no. For example, sample No. 6 has a large X value, It was also found that the bonding strength was considerably lower than that of No. 1.

【0059】このように本発明の好ましいX値、Y値を
満たすセラミックス回路基板においては耐熱サイクル特
性および接合強度の両方に関し優れた特性を示すことが
分かった。
As described above, it has been found that the ceramic circuit board satisfying the preferable X value and Y value of the present invention exhibits excellent characteristics with respect to both the heat cycle characteristics and the bonding strength.

【0060】次に、水平距離Xおよび水平距離Yをそれ
ぞれ30μm、40μmとし、印刷厚さおよびパターン
形成方法を種々変えて、試料No.11ないし試料N
o.20のセラミックス回路基板を作製した。作製した
各セラミックス回路基板の3点曲げ強度を測定するとと
もに、耐熱サイクル性を評価した。なお、測定条件は、
3点曲げ強度ではスパンを50mmとして測定し、耐熱
サイクル性評価では、−40℃×30min→RT.×
10min→125℃×30min→RT.×10mi
nを1サイクルとしたTCT試験を実施し、200サイ
クル後のクラックの有無を指数ηとして評価したもので
ある。指数ηは、100%を「TCTによるクラックな
し」、0%を「TCTにより全面的にクラック発生」と
して示したものである。この結果を表2に示す。
Next, the horizontal distance X and the horizontal distance Y were set to 30 μm and 40 μm, respectively, and the printing thickness and pattern forming method were variously changed. 11 to sample N
o. Twenty ceramic circuit boards were produced. The three-point bending strength of each of the produced ceramic circuit boards was measured, and the heat cycle resistance was evaluated. The measurement conditions are
In the three-point bending strength, the span was measured at 50 mm, and in the evaluation of the heat cycle resistance, −40 ° C. × 30 min → RT. ×
10 min → 125 ° C. × 30 min → RT. × 10mi
A TCT test was performed with n as one cycle, and the presence or absence of cracks after 200 cycles was evaluated as an index η. The index η indicates that 100% is “no crack due to TCT” and 0% is “crack is generated entirely by TCT”. Table 2 shows the results.

【0061】[0061]

【表2】 [Table 2]

【0062】表2に示すように、実施例の試料No.1
1および試料No.12では曲げ強度が705MPaま
たは610MPaを示し、比較例と比べて曲げ強度が向
上していた。また、指数ηが100を示していることか
ら耐熱サイクル性が向上していた。
As shown in Table 2, the sample Nos. 1
1 and sample no. In No. 12, the bending strength was 705 MPa or 610 MPa, and the bending strength was improved as compared with the comparative example. Further, since the index η was 100, the heat cycle resistance was improved.

【0063】本実施形態によれば、接合面Aの面積が非
接合面B側の表面積より小さく、接合面Cの面積が接合
面Aの面積より大きい形状とすることで、セラミックス
回路基板の接合端での応力集中を緩和して残留応力を低
減でき、接合強度や耐熱サイクル性の向上を図ることが
でき、これにより、後工程でのSiチップ等のハンダ付
け歩留まりを向上させたセラミックス回路基板を得られ
る。
According to this embodiment, the area of the bonding surface A is smaller than the surface area of the non-bonding surface B, and the area of the bonding surface C is larger than the area of the bonding surface A. A ceramic circuit board that can reduce stress concentration at the edges and reduce residual stress, improve bonding strength and heat cycle resistance, and thereby improve the yield of soldering of Si chips and the like in subsequent processes. Can be obtained.

【0064】第2実施形態(表3、図3) 本実施形態においては、予め金属板をワイヤー放電加工
して、金属板の側面に突出部を有する形状とした。この
金属板を用いて、活性金属法またはDBC法により実施
例および比較例のセラミックス回路基板を作製した。
Second Embodiment (Table 3, FIG. 3) In this embodiment, a metal plate is subjected to wire electric discharge machining in advance to have a shape having a projecting portion on a side surface of the metal plate. Using this metal plate, ceramic circuit boards of Examples and Comparative Examples were manufactured by an active metal method or a DBC method.

【0065】セラミックス基板は、表3に示すように、
窒化ケイ素(Si)、アルミナ(Al)ま
たは窒化アルミ(AlN)を用いた。また、金属板とし
ては、主にCu板、試料No.25ではAl板、試料N
o.26ではKovar(Ni−Co−Fe系合金)板
を用いた。また、比較例の試料No.30ではNi板と
した。なお、各セラミックス基板の厚さは0.635m
m、金属板の厚さは0.3mmに統一した。
As shown in Table 3, the ceramic substrate
Silicon nitride (Si 3 N 4 ), alumina (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN) was used. As the metal plate, a Cu plate, a sample No. 25 is an Al plate, sample N
o. In 26, a Kovar (Ni-Co-Fe alloy) plate was used. In addition, the sample No. of the comparative example. In No. 30, a Ni plate was used. The thickness of each ceramic substrate is 0.635 m
m, and the thickness of the metal plate were unified to 0.3 mm.

【0066】[0066]

【表3】 [Table 3]

【0067】活性金属法では、重量比でAg:Cu:I
n:Ti=63:23:10:4の活性金属ろう材ペー
ストをセラミックス基板上に印刷厚さ30μmとしてス
クリーン印刷し、乾燥後のペースト上に金属板を載置し
て、真空中、760℃の温度で20分接合してセラミッ
クス回路基板を作製した。
In the active metal method, the weight ratio of Ag: Cu: I
An active metal brazing material paste of n: Ti = 63: 23: 10: 4 is screen-printed on a ceramic substrate with a printing thickness of 30 μm, a metal plate is placed on the dried paste, and 760 ° C. in vacuum At a temperature of 20 minutes to produce a ceramic circuit board.

【0068】一方、DBC法では、セラミックス基板上
にCu板を配し、窒素ガス雰囲気下、1080℃の温度
に設定した加熱炉に挿入し、セラミックス基板上にCu
板を直接接合したセラミックス回路基板を得た。DBC
法により得られたセラミックス回路基板を図3に示す。
On the other hand, in the DBC method, a Cu plate is placed on a ceramic substrate, and inserted into a heating furnace set at a temperature of 1080 ° C. in a nitrogen gas atmosphere.
A ceramic circuit board in which the plates were directly joined was obtained. DBC
FIG. 3 shows a ceramic circuit board obtained by the method.

【0069】図3(a)は、セラミックス回路基板の表
側を示す上面図であり、セラミックス基板1上にCu板
2が配置され、さらにCu板2上にSiチップ5が配置
される。
FIG. 3A is a top view showing the front side of the ceramic circuit board, in which a Cu plate 2 is arranged on a ceramic substrate 1 and a Si chip 5 is arranged on the Cu plate 2.

【0070】図3(b)は、セラミックス回路基板の裏
側の一端部を示す断面図であり、Cu板2の非接合面側
の表面端部6と、Cu板2とセラミックス基板1との接
合面の端部7とを結ぶ直線位置よりもCu板2の側面が
幅広となる突出部8を有する。
FIG. 3B is a cross-sectional view showing one end on the back side of the ceramic circuit board, in which the surface end 6 on the non-bonding surface side of the Cu plate 2 is bonded to the Cu plate 2 and the ceramic substrate 1. The side surface of the Cu plate 2 has a protruding portion 8 whose width is wider than a linear position connecting the end portion 7 of the surface.

【0071】また、Cu板2とセラミックス基板1との
接合面の端部7と、Cu板2側面に形成された突出部8
の最端部9との水平距離Zは、実施例の試料No.21
ないし試料No.28では、5〜200μmの範囲とし
た。
Further, the end 7 of the joining surface between the Cu plate 2 and the ceramic substrate 1 and the protrusion 8 formed on the side surface of the Cu plate 2
The horizontal distance Z from the end 9 of the sample No. 21
Or sample No. In No. 28, the range was 5 to 200 μm.

【0072】このようにして得られた試料No.21〜
試料No.32までの各セラミックス回路基板につい
て、濡れ性および耐熱サイクル性の評価を行った。な
お、濡れ性評価は、各セラミックス回路基板の金属板上
に、Siチップをハンダ63にてハンダ付けして濡れ性
を評価したものである。また、耐熱サイクル性は、−4
0℃×30min→RT.×10min→RT.×10
minを1サイクルとしてTCT試験を実施し、500
サイクル後にセラミックスに生じるクラックの有無を観
察することにより評価を行ったものである。この結果を
表3に示す。
The sample no. 21-
Sample No. Up to 32 ceramic circuit boards were evaluated for wettability and heat cycle resistance. The wettability was evaluated by soldering a Si chip on a metal plate of each ceramic circuit board with a solder 63 to evaluate the wettability. The heat cycle resistance is -4.
0 ° C. × 30 min → RT. × 10 min → RT. × 10
The TCT test was performed with the min as one cycle, and 500
The evaluation was performed by observing the presence or absence of cracks generated in the ceramic after the cycle. Table 3 shows the results.

【0073】表3に示すように、活性金属法およびDB
C法を用いた接合方法であっても水平距離Zを5〜20
0μmの範囲としたセラミックス回路基板では、いずれ
の場合においてもハンダ濡れ性が良好であり、セラミッ
クスにクラックが発生しなかった。
As shown in Table 3, the active metal method and DB
Even in the joining method using the C method, the horizontal distance Z is set to 5 to 20.
In the case of the ceramic circuit board having a thickness of 0 μm, the solder wettability was good in any case, and no crack was generated in the ceramic.

【0074】従って、本実施形態によれば、耐熱サイク
ル性を向上できるとともに、後工程におけるSiチップ
等のハンダ付け歩留まりを向上させたセラミックス回路
基板を得ることができる。それに対し、試料No.29
〜No.32のものは、いずれもボイドが発生しハンダ
濡れ性に不具合が生じた。これはX値が小さいため金属
板側面からろう材のはい上がり現象が起きたためであ
る。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain a ceramic circuit board having improved heat cycle resistance and improved yield of soldering of a Si chip or the like in a later step. On the other hand, the sample No. 29
-No. In all of the samples of No. 32, voids were generated, and a problem occurred in solder wettability. This is because the brazing material bulges from the side of the metal plate due to the small X value.

【0075】第3実施形態(表4、図4) 本実施形態においては、セラミックス基板としてAlN
基板、金属板としてCu板を用い、活性金属法またはD
BC法によりセラミックス回路基板を作製した。
Third Embodiment (Table 4, FIG. 4) In the present embodiment, AlN is used as the ceramic substrate.
Using a Cu plate as the substrate and metal plate, the active metal method or D
A ceramic circuit board was manufactured by the BC method.

【0076】また、Cu板の側面表面にAg、Ti、Z
r、Hf、Al、Ni、InまたはSnの少なくとも1
種または2種以上の金属を含有する皮膜層を形成する方
法として、ろう材はい上がりとメッキとを用いた。
Further, Ag, Ti, Z
at least one of r, Hf, Al, Ni, In or Sn
As a method of forming a film layer containing a seed or two or more metals, brazing material plating and plating were used.

【0077】ろう材はい上がりにより皮膜層を形成する
場合、ろう材は、Ag−Cu−Tiを基本とした組成に
Ag、Ti、Zr、Hf、Al、Ni、InまたはSn
の少なくとも1種の金属を微量添加したものとし、真空
中、790℃の温度で1時間接合してろう材をCu板側
面にはい上がらせ、この後の100℃/時間以下の徐冷
にて合金化させた皮膜層を形成した。
In the case where the brazing material is used to form a film layer by rising, the brazing material is made of Ag-Cu-Ti-based composition, Ag, Ti, Zr, Hf, Al, Ni, In or Sn.
A small amount of at least one metal is added, and the brazing material is put on the side of the Cu plate by joining at 790 ° C. for 1 hour in a vacuum, and then slowly cooled at 100 ° C./hour or less. An alloyed coating layer was formed.

【0078】また、メッキにより皮膜層を形成する場合
には、接合したCu板をエッチングした後、Cu板表面
をマスキングし、その後、Cu板側面のみにAg、A
l、Ni、Sn等にてメッキし、550℃以下にてシン
ターすることにより、Cu板の側面表面に皮膜層を形成
した。
When a coating layer is formed by plating, the surface of the Cu plate is masked after etching the joined Cu plate, and then Ag and A are applied only to the side surfaces of the Cu plate.
A coating layer was formed on the side surface of the Cu plate by plating with 1, Ni, Sn or the like and sintering at 550 ° C. or lower.

【0079】表4に示すように、皮膜層の形成方法とし
て、試料No.33ではろう材はい上がりを用い、試料
No.34および試料No.35ではAgでメッキを行
い、試料No.36ではSnでメッキを行った。なお、
実施例は、いずれも厚さ1〜2μmの皮膜層を形成し
た。
As shown in Table 4, Sample No. 1 was used as a method of forming a coating layer. In the case of Sample No. 33, the brazing material was used. 34 and sample no. In No. 35, plating was performed with Ag. In No. 36, plating was performed with Sn. In addition,
In each of the examples, a coating layer having a thickness of 1 to 2 μm was formed.

【0080】[0080]

【表4】 [Table 4]

【0081】各セラミックス回路基板にSiチップを6
3ハンダにてハンダ付けした後、裏銅板にCuヒートシ
ンクベースをはんだ付けしてモジュール化した。
Each chip has 6 ceramic chips
After soldering with three solders, a Cu heat sink base was soldered to the back copper plate to form a module.

【0082】図4は、DBC法により得られたセラミッ
クス回路基板を示すものであり、図4(a)は、セラミ
ックス回路基板の表側を示し、セラミックス基板1上に
Cu板2が配置され、Cu板2上にSiチップ5が配置
されている。また、図4(b)は、セラミックス回路基
板の一端部を拡大して示す断面図であり、セラミックス
基板1上のCu板2の側面表面に皮膜層10が形成され
ている。
FIG. 4 shows a ceramic circuit board obtained by the DBC method. FIG. 4 (a) shows the front side of the ceramic circuit board. An Si chip 5 is arranged on the plate 2. FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view showing one end of the ceramic circuit board. A coating layer 10 is formed on the side surface of the Cu plate 2 on the ceramic substrate 1.

【0083】Cu板2の側面表面に皮膜層10を形成し
たセラミックス回路基板について、耐熱サイクル特性を
調査した。また、Cu板2間、例えば、Cu板2aとC
u板2bとの間、またはCu板2bとCu板2cとの間
における短絡の有無を調査した。なお、耐熱サイクル特
性は、NOxを5vol%含有した大気中などの腐食性
ガス中にて、−40℃×30min→RT.×10mi
n→125℃×30min→RT.×10minを1サ
イクルとするTCT試験で、500サイクル後のCu板
2腐食の有無を観察することで調査した。また、Cu板
2間の短絡の有無については、相対湿度が90%、温度
60℃の恒温高湿槽内で、実際にモジュールに1kVの
電圧を150時間負荷してCu板2間における短絡の有
無の確認を行ったものである。この調査結果を表4に示
す。
With respect to the ceramic circuit board in which the coating layer 10 was formed on the side surface of the Cu plate 2, the heat cycle characteristics were examined. Further, between the Cu plates 2, for example, the Cu plate 2a and the C
The presence or absence of a short circuit between the u plate 2b or the Cu plate 2b and the Cu plate 2c was examined. In addition, the heat cycle characteristics were determined in a corrosive gas such as air containing 5 vol% of NOx at -40 ° C. × 30 min → RT. × 10mi
n → 125 ° C. × 30 min → RT. It was investigated by observing the presence or absence of corrosion of the Cu plate 2 after 500 cycles in a TCT test with 1 cycle of × 10 min. The presence or absence of a short circuit between the Cu plates 2 was determined by actually applying a voltage of 1 kV to the module for 150 hours in a constant temperature and high humidity chamber at a relative humidity of 90% and a temperature of 60 ° C. It is a confirmation of the presence or absence. Table 4 shows the results of this investigation.

【0084】表4に示すように、ろう材はい上がりまた
はメッキなどにより皮膜層10を形成した実施例の試料
No.33ないし試料No.36では、いずれにおいて
もCu板腐食が生じていないため耐熱サイクル性が向上
して腐食性雰囲気での信頼性が向上していた。また、実
施例ではCu板2間の短絡がみられないことから、エレ
クトロマイグレーションおよびストレスマイグレーショ
ンの発生を防止できた。
As shown in Table 4, the sample No. of the embodiment in which the coating layer 10 was formed by brazing or plating was used. 33 to sample no. In No. 36, since no Cu plate corrosion occurred, the heat cycle resistance was improved and the reliability in a corrosive atmosphere was improved. In addition, since no short circuit was observed between the Cu plates 2 in the example, the occurrence of electromigration and stress migration could be prevented.

【0085】従って、本実施形態によれば、金属板側面
に皮膜層10を形成することにより、腐食性雰囲気での
信頼性を向上できるとともに、金属板間の短絡を防止で
きることから、多様化する微細配線パターンにも対応す
ることが可能である。特に、NOxなどの腐食性ガス中
雰囲気においても優れた特性を示すことから自動車部品
などに搭載されるセラミックス回路基板に有効である。
また、実施形態1および実施形態2を組合せれば耐熱サ
イクル性、接合強度、耐腐食性、短絡防止などさらに優
れた特性を持つセラミックス回路基板を形成することが
できる。このときはX値をZ値に置換えるものとする。
Therefore, according to the present embodiment, by forming the coating layer 10 on the side surface of the metal plate, the reliability in a corrosive atmosphere can be improved, and a short circuit between the metal plates can be prevented. It is also possible to cope with fine wiring patterns. In particular, it exhibits excellent characteristics even in an atmosphere of a corrosive gas such as NOx, and is therefore effective for ceramic circuit boards mounted on automobile parts and the like.
When the first and second embodiments are combined, a ceramic circuit board having more excellent properties such as heat cycle resistance, bonding strength, corrosion resistance, and short circuit prevention can be formed. In this case, the X value is replaced with the Z value.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クス回路基板によれば、耐熱サイクル特性および曲げ強
度特性を向上できる。また、腐食性雰囲気における信頼
性を向上させて、金属板間でのエレクトロマイグレーシ
ョン、ストレスマイグレーションが発生することのない
セラミックス回路基板を得られる。さらに、後工程にお
けるSiチップ等のハンダ付け歩留まりを向上させたセ
ラミックス回路基板を得られる。
As described above, according to the ceramic circuit board of the present invention, the heat cycle characteristics and the bending strength characteristics can be improved. Further, the reliability in a corrosive atmosphere is improved, and a ceramic circuit board free of electromigration and stress migration between metal plates can be obtained. Further, it is possible to obtain a ceramic circuit board having an improved soldering yield of a Si chip or the like in a later step.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態のセラミックス回路基板
を示す図であり、(a)は表側を示す上面図、(b)は
その裏側を示す上面図。
1A and 1B are diagrams showing a ceramic circuit board according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a top view showing the front side, and FIG. 1B is a top view showing the back side.

【図2】本発明の第1実施形態のセラミックス回路基板
を示す図であり、(a)は全体を示す断面図、(b)は
一端を拡大して示す断面図。
FIGS. 2A and 2B are views showing a ceramic circuit board according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view showing the entirety, and FIG.

【図3】本発明の第2実施形態における、セラミックス
回路基板の金属パターンを示す図であり、(a)は表側
を示す上面図、(b)は一端を拡大して示す断面図。
3A and 3B are diagrams illustrating a metal pattern of a ceramic circuit board according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a top view illustrating a front side, and FIG.

【図4】本発明の第3実施形態のセラミックス回路基板
を示す図であり、(a)は表側を示す上面図、(b)は
一端を拡大して示す断面図。
4A and 4B are diagrams showing a ceramic circuit board according to a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a top view showing the front side, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing one end enlarged.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックス基板 2 金属板 3 ろう材層 4 傾斜部 5 Siチップ 6 Cu板の非接合面側の表面端部 7 Cu板とセラミックス基板との接合面の端部 8 突出部 9 突出部の最端部 10 皮膜層 REFERENCE SIGNS LIST 1 ceramic substrate 2 metal plate 3 brazing material layer 4 inclined portion 5 Si chip 6 surface end of non-joining surface side of Cu plate 7 end of joining surface between Cu plate and ceramic substrate 8 projecting portion 9 end of projecting portion Part 10 Coating layer

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/24 H05K 3/24 Z Fターム(参考) 4G026 BA03 BA14 BA16 BB28 BD14 BF16 BG02 BG04 BH07 5E343 AA02 AA24 BB13 BB14 BB24 BB28 BB33 BB35 BB67 DD52 EE42 EE55 EE58 GG02 GG16 GG20 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05K 3/24 H05K 3/24 Z F-term (Reference) 4G026 BA03 BA14 BA16 BB28 BD14 BF16 BG02 BG04 BH07 5E343 AA02 AA24 BB13 BB14 BB24 BB28 BB33 BB35 BB67 DD52 EE42 EE55 EE58 GG02 GG16 GG20

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス基板表面にろう材層を介し
て金属板を一体に接合したセラミックス回路基板におい
て、金属板とろう材層との接合面の面積が、金属板の非
接合面側の表面積より小さく、ろう材層とセラミックス
基板との接合面の面積が金属板とろう材層との接合面の
面積より大きいことを特徴とするセラミックス回路基
板。
In a ceramic circuit board in which a metal plate is integrally joined to a surface of a ceramic substrate via a brazing material layer, an area of a joining surface between the metal plate and the brazing material layer is a surface area on a non-joining surface side of the metal plate. A ceramic circuit board, wherein the area of the bonding surface between the brazing material layer and the ceramic substrate is smaller than the area of the bonding surface between the metal plate and the brazing material layer.
【請求項2】 金属板の非接合面側の表面端部と、金属
板とろう材層との接合面の端部との水平距離が50μm
以下であ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 horizontal distance between the end of the surface of the metal plate on the non-joining surface side and the end of the joining surface between the metal plate and the brazing material layer is 50 μm.
The ceramic circuit board according to claim 1, wherein:
【請求項3】 ろう材層とセラミックス基板との接合面
の端部と、金属板とろう材層との接合面の端部との水平
距離が20〜50μmであ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 horizontal distance between the end of the joining surface between the brazing material layer and the ceramic substrate and the end of the joining surface between the metal plate and the brazing material layer is 20 to 50 μm. 1
The ceramic circuit board as described.
【請求項4】 金属板は、非接合面側から金属板とろう
材層との接合面側に向かい幅狭となり、金属板の非接合
面側の表面端部から金属板とろう材層との接合面の端部
に向かい傾斜する傾斜部を備えた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。
4. The metal plate becomes narrower in width from the non-joining surface side to the joining surface side of the metal plate and the brazing material layer, and the metal plate and the brazing material layer are joined from the surface end of the non-joining surface side of the metal plate. 2. The ceramic circuit board according to claim 1, further comprising an inclined portion inclined toward an end of the joining surface of the ceramic circuit board.
【請求項5】 ろう材層が、Ti、Zr、Hf、Alお
よびNbから選ばれた少なくとも1種の活性金属を含有
す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。
5. The ceramic circuit board according to claim 1, wherein the brazing material layer contains at least one active metal selected from Ti, Zr, Hf, Al and Nb.
【請求項6】 セラミックス基板が、窒化ケイ素からな
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。
6. The ceramic circuit board according to claim 1, wherein the ceramic substrate is made of silicon nitride.
【請求項7】 窒化ケイ素の熱伝導率が、65W/m・
K以上であることを特徴とする請求項6記載のセラミッ
クス回路基板。
7. The thermal conductivity of silicon nitride is 65 W / m ·
The ceramic circuit board according to claim 6, wherein K is not less than K.
【請求項8】 ろう材層の厚さが、60μm以下である
ことを特徴とする請求項6記載のセラミックス回路基
板。
8. The ceramic circuit board according to claim 6, wherein the thickness of the brazing material layer is 60 μm or less.
【請求項9】 3点曲げ強度が、600MPa以上であ
ることを特徴とする請求項6記載のセラミックス回路基
板。
9. The ceramic circuit board according to claim 6, wherein the three-point bending strength is 600 MPa or more.
【請求項10】 セラミックス基板表面に金属板が接合
されたセラミックス回路基板において、金属板の非接合
面側に向かって、セラミックス基板と金属板との接合面
の面積よりも断面積が大きくなる金属板形状を有するこ
とを特徴とするセラミックス回路基板。
10. In a ceramic circuit board in which a metal plate is bonded to a surface of a ceramic substrate, a metal having a cross-sectional area larger than an area of a bonding surface between the ceramic substrate and the metal plate toward a non-bonding surface side of the metal plate. A ceramic circuit board having a plate shape.
【請求項11】 金属板の非接合面側の表面端部と、金
属板とセラミックス基板との接合面の端部とを結ぶ直線
位置よりも金属板の側面が幅広となる突出形状を有する
ことを特徴とする請求項10記載のセラミックス回路基
板。
11. A protruding shape in which the side surface of the metal plate is wider than a straight line connecting the surface end of the non-bonding surface side of the metal plate and the end of the bonding surface between the metal plate and the ceramic substrate. The ceramic circuit board according to claim 10, wherein:
【請求項12】 金属板とセラミックス基板との接合面
の端部と、金属板側面の最端部との水平距離が5〜20
0μmであることを特徴とする請求項10記載のセラミ
ックス回路基板。
12. The horizontal distance between the end of the joining surface between the metal plate and the ceramic substrate and the end of the side surface of the metal plate is 5 to 20.
The ceramic circuit board according to claim 10, wherein the thickness is 0 µm.
【請求項13】 セラミックス基板表面に金属板が接合
されたセラミックス回路基板において、金属板の側面表
面に皮膜層を形成したことを特徴とするセラミックス回
路基板。
13. A ceramic circuit board in which a metal plate is bonded to a surface of a ceramic substrate, wherein a coating layer is formed on a side surface of the metal plate.
【請求項14】 皮膜層が、Ag、Ti、Zr、Hf、
Al、Ni、InおよびSnの少なくとも1種または2
種以上の合金を含有することを特徴とする請求項13記
載のセラミックス回路基板。
14. The coating layer is made of Ag, Ti, Zr, Hf,
At least one of Al, Ni, In and Sn or 2
14. The ceramic circuit board according to claim 13, comprising at least one kind of alloy.
【請求項15】 皮膜層の厚さが、0.5μm以上であ
ることを特徴とする請求項13記載のセラミックス回路
基板。
15. The ceramic circuit board according to claim 13, wherein the thickness of the coating layer is 0.5 μm or more.
【請求項16】 金属板がCu板であることを特徴とす
る請求項10または13記載のセラミックス回路基板。
16. The ceramic circuit board according to claim 10, wherein the metal plate is a Cu plate.
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