JP2002111211A - Ceramic wiring board - Google Patents

Ceramic wiring board

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JP2002111211A
JP2002111211A JP2000296940A JP2000296940A JP2002111211A JP 2002111211 A JP2002111211 A JP 2002111211A JP 2000296940 A JP2000296940 A JP 2000296940A JP 2000296940 A JP2000296940 A JP 2000296940A JP 2002111211 A JP2002111211 A JP 2002111211A
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Japan
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ceramic
insulating substrate
brazing material
wiring board
ceramic insulating
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JP2000296940A
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Sasaki
康博 佐々木
Shinya Terao
慎也 寺尾
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic wiring board in which a metallic sheet and a ceramic insulating substrate are stably joined to each other with a brazing material and the metallic sheet has a high joining strength. SOLUTION: In the ceramic wiring board A, wiring or a heat sink is formed by joining the metallic sheet 2 composed mainly of Al or Cu to the surface of the ceramic insulating substrate 1 composed of Al2O3, AlN, Si3N4, etc., with the brazing material 4. The center-line average height (Ra) of the surface of the joint between the insulating substrate 1 and metallic sheet 2 is adjusted to 0.05-10 μm and, at the same time, a metallic layer 3 composed of Al, Ni, etc., and having superior wettability to the brazing material 4 is formed on the surface of the substrate 1 to a thickness of 1-10 μm.

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、セラミック絶縁基
板の表面に、半導体素子の他にコンデンサや抵抗体等の
各種電子部品が搭載される混成集積回路基板や、パワー
モジュール基板等のセラミック絶縁基板の表面に配線や
ヒートシンクを形成してなるセラミック配線基板に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic insulating substrate such as a hybrid integrated circuit substrate on which various electronic components such as capacitors and resistors are mounted in addition to a semiconductor element on a surface of a ceramic insulating substrate, and a ceramic insulating substrate such as a power module substrate. And a ceramic wiring board having a wiring and a heat sink formed on the surface of the ceramic wiring board.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、半導体素子収納用パッケージや混成
集積回路基板等に用いられる配線基板は、一般にアルミ
ナ質焼結体等の電気絶縁性のセラミック焼結体から成る
セラミック絶縁基板を用い、その内部及び表面に、タン
グステン(W)、モリブデン(Mo)、マンガン(M
n)等の高融点金属から成る複数の配線層を配設すると
共に、各配線層を絶縁基板内に設けた前記高融点金属か
ら成るビアホール導体で接続した構造を成している。さ
らに低抵抗配線が必要となる回路には、セラミック絶縁
基板の表層にCuペーストを印刷し、融点より低い温度
で焼成しCu厚膜配線を形成する。さらに、Cu厚膜配
線で対応できない大電流用配線や、パワー素子等、熱を
放散するためヒートシンクを必要とする場合、AlやC
uからなる金属板を、銀ろう系、Alろう系等のろう材
や半田等でセラミック絶縁基板表面に接合して形成され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a wiring board used for a package for housing a semiconductor element, a hybrid integrated circuit board, or the like, a ceramic insulating substrate made of an electrically insulating ceramic sintered body such as an alumina sintered body is generally used. And tungsten (W), molybdenum (Mo), manganese (M
n) and a plurality of wiring layers made of a high melting point metal are arranged, and each wiring layer is connected by a via hole conductor made of the high melting point metal provided in an insulating substrate. For circuits requiring low-resistance wiring, a Cu paste is printed on the surface layer of the ceramic insulating substrate and fired at a temperature lower than the melting point to form a Cu thick film wiring. Further, when a heat sink is required to dissipate heat, such as a wiring for a large current that cannot be handled by a Cu thick film wiring or a power element, the Al or C
A metal plate made of u is joined to the surface of the ceramic insulating substrate with a brazing material such as a silver brazing alloy or an Al brazing alloy, solder, or the like.

【0003】また、高熱伝導性が要求されるパワーモジ
ュール基板等は、熱伝導性の優れたAlN基板、Si3
4基板に、上記同様の接合法でAl又はCuからなる
金属板を接合して配線やヒートシンクが形成される。そ
して、これらの配線層表面に半田濡れ性の優れた金属層
をめっき等により形成して、各種電子部品が半田実装さ
れ、回路が形成される。
[0003] Power module substrates and the like that require high thermal conductivity include AlN substrates and Si 3 substrates having excellent thermal conductivity.
A metal plate made of Al or Cu is joined to the N 4 substrate by the same joining method as described above to form a wiring or a heat sink. Then, a metal layer having excellent solder wettability is formed on the surface of these wiring layers by plating or the like, and various electronic components are solder-mounted to form a circuit.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Alや
Cuなどの金属板を接合してなるセラミック絶縁基板に
おいて、ろう材等の接合層の厚みバラツキや、接合層中
のボイドや、金属板と接合層間の界面におけるボイドの
存在により、金属板とセラミック絶縁基板の接合状態が
悪いと、接合信頼性の劣化や電子部品等の電気的接続や
熱伝導性が悪化するという問題があった。
However, in a ceramic insulating substrate in which a metal plate such as Al or Cu is bonded, a thickness variation of a bonding layer such as a brazing material, a void in the bonding layer, or bonding to a metal plate. If the bonding state between the metal plate and the ceramic insulating substrate is poor due to the presence of voids at the interface between the layers, there has been a problem that the bonding reliability is deteriorated, and the electrical connection and thermal conductivity of electronic components and the like are deteriorated.

【0005】特に、セラミック絶縁基板においては、そ
の表面状態によってろう材との濡れ性等が変化し、金属
板をろう付けした場合の接合強度が低下するなどの問題
があった。
[0005] In particular, in the case of a ceramic insulating substrate, there is a problem that the wettability with a brazing material changes depending on the surface state, and the bonding strength when a metal plate is brazed is reduced.

【0006】本発明は、前記課題を解消せんとして成さ
れたもので、その目的は、金属板とセラミック絶縁基板
の接合において、ろう材による接合の安定性に優れ、金
属板の接合強度の高いセラミック配線基板を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object the object of joining a metal plate and a ceramic insulating substrate with excellent joining stability with a brazing material and a high joining strength of the metal plate. An object of the present invention is to provide a ceramic wiring board.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、金属板と接合
するセラミック絶縁基板表面の表面粗さを中心線平均粗
さ(Ra)で0.05〜10μmとするとともに、セラ
ミック絶縁基板表面にろう材の濡性が向上するようにセ
ラミック表面に1〜10μmの厚さの金属層を形成し
て、セラミック絶縁基板−金属層−ろう材−金属部材の
接合構造を形成することによって、セラミック絶縁基板
に対するろう材の濡れ性が常に安定し、金属板の接合強
度を高めることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a ceramic insulating substrate having a center line average roughness (Ra) of 0.05 to 10 .mu.m and a surface roughness of the ceramic insulating substrate. By forming a metal layer having a thickness of 1 to 10 μm on the ceramic surface so as to improve the wettability of the brazing material, and forming a joint structure of a ceramic insulating substrate, a metal layer, a brazing material, and a metal member, the ceramic insulating material is formed. The wettability of the brazing material to the substrate is always stable, and the joining strength of the metal plate can be increased.

【0008】つまり、本発明のセラミック配線基板によ
れば、金属板と接合するセラミック絶縁基板表面の表面
粗さ(Ra)を0.05〜10μmとすることによっ
て、アンカー効果による物理的接合が安定するため、金
属板とセラミック絶縁基板のろう剤を介した接合信頼性
が向上する。さらにろう材とセラミック絶縁基板との間
に存在する金属層の厚みを1〜10μmとすることによ
り、ろう材との濡れ性を改善することによって金属板を
強固に接合することができる。これによって、配線層や
ヒートシンクとして機能する金属板による電気的接続信
頼性や熱放散性を高めることができる。
That is, according to the ceramic wiring board of the present invention, by setting the surface roughness (Ra) of the surface of the ceramic insulating substrate to be bonded to the metal plate to 0.05 to 10 μm, the physical bonding by the anchor effect is stabilized. Therefore, the bonding reliability between the metal plate and the ceramic insulating substrate via the brazing material is improved. Further, by setting the thickness of the metal layer existing between the brazing material and the ceramic insulating substrate to 1 to 10 μm, the wettability with the brazing material is improved, so that the metal plate can be firmly joined. Thereby, the electrical connection reliability and the heat dissipation by the metal plate functioning as the wiring layer and the heat sink can be improved.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミック配線基
板を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明のセ
ラミック配線基板の一実施例を示す斜視図であり、図2
は図1のセラミック配線基板の断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a ceramic wiring board according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of the ceramic wiring board of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ceramic wiring board of FIG.

【0010】図1のセラミック配線基板Aによれば、複
数の絶縁層1a〜1cを積層してなるセラミック絶縁基
板1の表面に金属板2を接合して配線層2が形成してな
り、配線基板Aにおける配線層2の表面あるいはセラミ
ック絶縁基板1の所定の部分に電子部品7が実装されて
いる。セラミック絶縁基板1表面に形成された配線層2
は、図2の断面図に示すように、セラミック絶縁基板1
の内部に形成されたビアホール導体5あるいは内部配線
層6を経由して、絶縁基板1の他方の表面に導出されて
いる。
According to the ceramic wiring board A of FIG. 1, a wiring layer 2 is formed by joining a metal plate 2 to the surface of a ceramic insulating substrate 1 formed by laminating a plurality of insulating layers 1a to 1c. The electronic component 7 is mounted on the surface of the wiring layer 2 on the substrate A or on a predetermined portion of the ceramic insulating substrate 1. Wiring layer 2 formed on surface of ceramic insulating substrate 1
Is a ceramic insulating substrate 1 as shown in the sectional view of FIG.
Via the via-hole conductor 5 or the internal wiring layer 6 formed inside the insulating substrate 1.

【0011】本発明によれば、上記の配線層2を形成す
る金属板2は、図3の拡大断面図に示すように、セラミ
ック絶縁基板1の表面にろう材との濡れ性に優れた金属
層3が形成されており、この金属層3に対してろう材か
らなる接合層4を介して金属板2が接合された構造から
なる。
According to the present invention, as shown in the enlarged sectional view of FIG. 3, the metal plate 2 on which the wiring layer 2 is formed is formed of a metal having excellent wettability with a brazing material on the surface of the ceramic insulating substrate 1. A layer 3 is formed, and the metal plate 2 is bonded to the metal layer 3 via a bonding layer 4 made of a brazing material.

【0012】本発明によれば、かかる接合構造におい
て、セラミック絶縁基板1の配線層2を形成する金属板
2を接合する表面の中心線平均粗さ(Ra)を0.05
〜10μmとすることが重要である。この表面粗さを限
定したのは、Raが0.05μmより小さいと金属板2
との接合強度が低く、またRaが10μmより大きいと
金属層3が均一に形成されず、ろう材との濡れ性が悪化
して、接合層4内部に空隙(ボイド)が発生し、金属板
2との接合強度が低下してしまう。特に、上記の表面粗
さ(Ra)は1.5〜5μmが最適である。このような
表面粗さは、通常、セラミック焼結体の表面をブラスト
加工や研磨加工等によって容易に調整できるが、使用す
るセラミック原料粉末の粒径や、成形方法、および焼成
条件などによって焼き上げ面を上記の表面粗さに制御す
ることも可能である。
According to the present invention, in such a bonding structure, the center line average roughness (Ra) of the surface of the ceramic insulating substrate 1 to which the metal plate 2 forming the wiring layer 2 is bonded is 0.05.
It is important that the thickness be 10 μm to 10 μm. The reason for limiting this surface roughness is that Ra is smaller than 0.05 μm.
If Ra is less than 10 μm, the metal layer 3 is not formed uniformly, the wettability with the brazing material is deteriorated, voids are generated inside the bonding layer 4, 2, the bonding strength with the second metal is reduced. Particularly, the surface roughness (Ra) is optimally 1.5 to 5 μm. Such surface roughness can usually be easily adjusted by blasting or polishing the surface of the ceramic sintered body. However, the baked surface depends on the particle size of the ceramic raw material powder to be used, the molding method, and the firing conditions. Can be controlled to the above-mentioned surface roughness.

【0013】また、金属層3は、接合層4を構成するろ
う材との濡れ性に優れたものであれば、特に問わない
が、ろう材の種類に応じて、Au、Ni、Cu、Agの
群から適宜選択して形成することが望ましい。例えば、
Al板を接合する場合にろう材としてAlSi系ろうを
用いた場合には、AlまたはNiが好適である。また、
Cu板を接合する場合、ろう材としてAgCuを用いた
場合には、CuまたはNiが好適である。
The metal layer 3 is not particularly limited as long as it has excellent wettability with the brazing material constituting the bonding layer 4, but it depends on the type of the brazing material, and may be Au, Ni, Cu, Ag. It is desirable to select from the group as appropriate and form. For example,
When an AlSi brazing material is used as a brazing material when joining an Al plate, Al or Ni is preferable. Also,
When joining a Cu plate, when AgCu is used as the brazing material, Cu or Ni is preferable.

【0014】この金属層3は、AlやCuは蒸着やめっ
き法によって、またNiはめっき法等によって安易に形
成することができる。
The metal layer 3 can be easily formed by vapor deposition or plating of Al or Cu, and easily formed of Ni by plating or the like.

【0015】また、本発明によれば、この金属層3の厚
みが1〜10μmであることが重要である。これは、金
属層の厚みが1μmよりも薄いと、金属層3をセラミッ
ク絶縁基板1表面に均一に形成できないためろう材の濡
れ性が悪化してしまい、10μmよりも厚いとセラミッ
ク絶縁基板1との熱膨張差などによって金属層3の膨れ
や剥離の発生、さらにコストアップにつながる。この金
属層3の厚みは、1.5〜5μmが最適である。
According to the present invention, it is important that the thickness of the metal layer 3 is 1 to 10 μm. This is because if the thickness of the metal layer is less than 1 μm, the metal layer 3 cannot be formed uniformly on the surface of the ceramic insulating substrate 1 so that the wettability of the brazing material deteriorates. Swelling and peeling of the metal layer 3 due to the difference in thermal expansion of the metal layer 3 and further increase the cost. The optimal thickness of the metal layer 3 is 1.5 to 5 μm.

【0016】また、接合層4を形成するろう材は、金属
板2を構成するAlまたはCuの融点より低い温度で溶
融し、良好に接続するものならいずれでもよいが、具体
的には、Al板を接合する場合には、Al−Si系ろう
材が、またCu板を接合する場合には、Al−Si系ろ
う材や、Ag−Cu系ろう材が好適に用いられるが、A
l板を接合する場合に、Al−Si系ろう材にろう材の
融点を下げるためCuやSnを添加したものは厳しい環
境下では腐食し劣化する恐れがあるため、耐環境性の点
からCuやSnが1重量%以下のAl−Si系ろう材が
好適である。
The brazing material forming the bonding layer 4 may be any material that melts at a temperature lower than the melting point of Al or Cu constituting the metal plate 2 and provides good connection. When joining plates, an Al-Si brazing material is preferably used. When joining Cu plates, an Al-Si brazing material or an Ag-Cu brazing material is preferably used.
When joining l-plates, an Al-Si brazing material to which Cu or Sn is added in order to lower the melting point of the brazing material may be corroded and deteriorated in a severe environment. Al-Si-based brazing filler metal containing 1% by weight or less of Sn is preferable.

【0017】接合される金属板2としては、Cuまたは
Alから構成されるが、低抵抗化が要求される場合に
は、Cuを主成分とする金属が、また接合信頼性を高め
る上ではAlを主成分とする金属から構成することが望
ましい。
The metal plate 2 to be joined is made of Cu or Al. If low resistance is required, a metal containing Cu as a main component is used. It is desirable to constitute from the metal which has as a main component.

【0018】また、前記絶縁基板1は一般にセラミック
配線基板に適用されるアルミナ(Al23)、ムライト
(3Al23・2SiO2)、窒化アルミニウム(Al
N)、窒化珪素(Si34)、炭化珪素(SiC)等を
主成分とするセラミック焼結体であればいずれにも適用
でき、その要求特性に応じて適宜使え分ければよい。例
えば、高熱伝導性が要求されるパワーモジュール基板で
は熱伝導性の点からAlNを主成分とするセラミック焼
結体が好適である。また、強度が要求される場合には、
Si34を主成分とするセラミック焼結体が好適に用い
られる。安価に形成する場合には、Al23を主成分と
するセラミック焼結体が好適に用いられる。また、多層
化する上では、Al23またはAlNを主成分とするセ
ラミック焼結体が好適である。
The insulating substrate 1 is generally made of alumina (Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), aluminum nitride (Al
N), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC) and the like can be applied to any ceramic sintered body as a main component, and may be appropriately used according to the required characteristics. For example, for a power module substrate requiring high thermal conductivity, a ceramic sintered body containing AlN as a main component is preferable from the viewpoint of thermal conductivity. When strength is required,
A ceramic sintered body containing Si 3 N 4 as a main component is preferably used. In the case of inexpensive formation, a ceramic sintered body mainly containing Al 2 O 3 is preferably used. For multilayering, a ceramic sintered body containing Al 2 O 3 or AlN as a main component is preferable.

【0019】多層構造のセラミック配線基板を作製する
ための具体的な方法としては、例えばAl23を主成分
とするセラミック焼結体を例にとって説明すると、まず
アルミナ(Al23)、シリカ(SiO2)、マグネシ
ア(MgO)、カルシア(CaO)等の原料粉末に周知
の有機性バインダーと有機溶剤、可塑剤、分散剤等を添
加混合して調製した泥漿を、周知のドクターブレード法
やカレンダーろうル法等のシート成形法により成形した
セラミックグリーンシートに所定の打ち抜き加工を施す
と共にこれを複数枚積層し、1550〜1800℃の温
度で焼成することにより得られる。
As a specific method for producing a ceramic wiring board having a multilayer structure, for example, a ceramic sintered body mainly containing Al 2 O 3 will be described. First, alumina (Al 2 O 3 ) A slurry prepared by adding a known organic binder, an organic solvent, a plasticizer, a dispersant, and the like to a raw material powder such as silica (SiO 2 ), magnesia (MgO), and calcia (CaO) is mixed with a known doctor blade method. It is obtained by subjecting a ceramic green sheet formed by a sheet forming method such as a calendering method to a predetermined punching process, laminating a plurality of the sheets, and firing at a temperature of 1550 to 1800 ° C.

【0020】また、ビアホール導体5は、タングステン
(W)やモリブデン(Mo)、レニウム(Re)、コバ
ルト(Co)等の高融点金属を主成分とするものが挙げ
られ、特に絶縁基板1との熱膨張率の整合性及びコスト
の点からはW,Moが好適である。
The via-hole conductor 5 is mainly composed of a high melting point metal such as tungsten (W), molybdenum (Mo), rhenium (Re), and cobalt (Co). W and Mo are preferred from the viewpoint of the matching of the coefficient of thermal expansion and the cost.

【0021】一方、セラミック絶縁基板1と同時焼成し
て形成される内部配線層6については、上記スルーホー
ル導体と同様の高融点金属が使用できる。更にセラミッ
ク絶縁基板1の表面において、熱伝導性や低抵抗配線が
必要とされる場合、ポストファイヤー法やメッキ法によ
り銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、アルミ
ニウム(Al)の群から選ばれる少なくとも1種で形成
できる。
On the other hand, for the internal wiring layer 6 formed by firing simultaneously with the ceramic insulating substrate 1, the same high melting point metal as that of the through-hole conductor can be used. Further, when thermal conductivity or low-resistance wiring is required on the surface of the ceramic insulating substrate 1, copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni), aluminum (Al) is formed by a post-fire method or a plating method. It can be formed of at least one member selected from the group.

【0022】セラミック絶縁基板がAl23、AlN、
Si34の場合、前記同時焼成の場合には焼成温度と融
点の関係からWが好適である。
The ceramic insulating substrate is made of Al 2 O 3 , AlN,
In the case of Si 3 N 4, in the case of the simultaneous firing, W is preferable from the relationship between the firing temperature and the melting point.

【0023】このようにして形成された多層化したセラ
ミック配線基板に対して、蒸着法やメッキ法によって金
属層3を1〜10μmの厚みで形成した後、所定のろう
材を塗布して金属板2を重ねた後、リフロー炉にてA
l、Cu板をAlSiろう材で接合する場合には、50
0〜610℃、Cu板をAgCuろう材で接合する場合
には、800〜900℃で加熱することによって金属板
2をセラミック絶縁基板1の表面に接合することができ
る。
A metal layer 3 having a thickness of 1 to 10 μm is formed on the multilayered ceramic wiring board thus formed by a vapor deposition method or a plating method, and then a predetermined brazing material is applied thereto to form a metal plate. After stacking two, A in a reflow furnace
1, when joining a Cu plate with an AlSi brazing material, 50
When joining a Cu plate with an AgCu brazing material at 0 to 610 ° C, the metal plate 2 can be joined to the surface of the ceramic insulating substrate 1 by heating at 800 to 900 ° C.

【0024】[0024]

【実施例】実施例1 次に、以下のようにして本発明の配線基板を評価した。
評価にあたっては、絶縁基板としてAl23焼結体から
なる絶縁基板を用いた。まずAl23粉末に、Si
2、CaO、MgOの粉末を合計で5重量%を添加し
たAl23組成物にアクリル系の有機性バインダーと可
塑剤、溶剤や分散剤を添加混合して泥漿を調整し、該泥
漿をドクターブレード法により厚さ約300μmのシー
トに成形した。このセラミックグリーンシートを複数枚
積層後、1750℃で焼成し、厚さ1mmのセラミック
絶縁基板を作製した。
EXAMPLE 1 Next, the wiring board of the present invention was evaluated as follows.
In the evaluation, an insulating substrate made of an Al 2 O 3 sintered body was used as the insulating substrate. First, Al 2 O 3 powder, Si
A slurry is prepared by adding and mixing an acrylic organic binder, a plasticizer, a solvent and a dispersant to an Al 2 O 3 composition containing a total of 5% by weight of O 2 , CaO and MgO powders. Was formed into a sheet having a thickness of about 300 μm by a doctor blade method. After laminating a plurality of these ceramic green sheets, they were fired at 1750 ° C. to produce a ceramic insulating substrate having a thickness of 1 mm.

【0025】次に、金属板を接合するセラミック絶縁基
板表面を、ブラストと研磨加工を行ない、表面粗さ(R
a)が0.03〜12.0μmの複数の基板を作製し
た。
Next, the surface of the ceramic insulating substrate to which the metal plate is bonded is blasted and polished to obtain a surface roughness (R).
a) A plurality of substrates having a thickness of 0.03 to 12.0 μm were prepared.

【0026】その後、これら表面粗さが異なる各々のセ
ラミック絶縁基板の金属板接合箇所に、蒸着法によって
厚さが0.5〜7.0μmのAlからなる金属層を形成
した。そして、このAlの金属層の上にAlSiろうを
介して、厚さ0.3mm、10mm□のAl板を真空雰
囲気中600℃で熱処理し、接合した。
After that, a metal layer made of Al having a thickness of 0.5 to 7.0 μm was formed by a vapor deposition method at the metal plate joining portion of each of the ceramic insulating substrates having different surface roughness. Then, an Al plate having a thickness of 0.3 mm and a thickness of 10 mm □ was heat-treated at 600 ° C. in a vacuum atmosphere via an AlSi braze on the Al metal layer and joined.

【0027】上記の方法で作製したAl板を接合したセ
ラミック配線基板に対して以下の評価を行なった。ま
ず、X線透過装置でAl板下のボイド率(接合面積5m
m□当りのボイド面積率)を評価した。次に、Al板を
垂直に引張り、Al板が基板から剥がれるまでの接合強
度を評価した。
The following evaluation was performed on the ceramic wiring board to which the Al plate manufactured by the above method was joined. First, the void ratio under the Al plate (bonding area 5 m
The void area ratio per m □ was evaluated. Next, the Al plate was pulled vertically, and the bonding strength until the Al plate was peeled from the substrate was evaluated.

【0028】図4は、セラミック絶縁基板の表面粗さ
(Ra)とAl板の接合強度との関係を示し、Alから
なる金属層の厚みによる変化も合わせて評価したもので
ある。
FIG. 4 shows the relationship between the surface roughness (Ra) of the ceramic insulating substrate and the bonding strength of the Al plate, and also evaluates the change due to the thickness of the metal layer made of Al.

【0029】図4によれば、Al金属層の厚み0.5〜
10μmで良好であって、セラミック絶縁基板表面の表
面粗さ(Ra)が0.05μmから急激に接合強度が向
上し、Raが1μm以上では接合強度があまり変化しな
いことがわかる。しかし、Al金属層の厚みが12μm
となると、接合強度が低くなり、特にセラミック絶縁基
板の表面粗さがRa6μmよりも小さいと著しい強度低
下が観られた。
According to FIG. 4, the thickness of the Al metal layer is 0.5 to
10 μm is good, and it can be seen that the bonding strength sharply increases from the surface roughness (Ra) of the ceramic insulating substrate surface of 0.05 μm, and that the bonding strength does not change much when Ra is 1 μm or more. However, the thickness of the Al metal layer is 12 μm
, The bonding strength was reduced, and particularly when the surface roughness of the ceramic insulating substrate was smaller than Ra 6 μm, a remarkable reduction in strength was observed.

【0030】図5は、ろう材からなる接合層中のボイド
率とAl金属層の厚みとの関係を示し、合わせてセラミ
ック絶縁基板の表面粗さによる変化も合わせて評価した
ものである。図5によれば、絶縁基板の表面粗さRaが
12.0μmの場合、金属層の厚みを変えてもボイド率
を効果的に減少させることができず、Al金属層の厚み
を5μmとしても19%のボイド率を有するものであっ
た。
FIG. 5 shows the relationship between the void ratio in the joining layer made of a brazing material and the thickness of the Al metal layer, and also evaluates the change due to the surface roughness of the ceramic insulating substrate. According to FIG. 5, when the surface roughness Ra of the insulating substrate is 12.0 μm, the void ratio cannot be effectively reduced even when the thickness of the metal layer is changed, and even when the thickness of the Al metal layer is set to 5 μm. It had a void ratio of 19%.

【0031】また、Al金属層の厚みが0.5μmで
は、表面粗さに関係なく、ボイド率が20%以上であっ
た。つまり、表面粗さRa0.05〜10μm、Al蒸
着厚み1〜10μmの条件で、ボイド率を17%以下に
減少することができた。
When the thickness of the Al metal layer was 0.5 μm, the void ratio was 20% or more regardless of the surface roughness. That is, the void ratio could be reduced to 17% or less under the conditions of a surface roughness Ra of 0.05 to 10 μm and an Al deposition thickness of 1 to 10 μm.

【0032】実施例2 実施例1と同様にしてセラミック絶縁基板を作製した。
そして、この金属板を接合するセラミック絶縁基板表面
を、ブラストと研磨加工を行ない、表面粗さ(Ra)が
3.0μmの基板を作製した。
Example 2 A ceramic insulating substrate was manufactured in the same manner as in Example 1.
Then, the surface of the ceramic insulating substrate to which the metal plate was bonded was blasted and polished to produce a substrate having a surface roughness (Ra) of 3.0 μm.

【0033】その後、セラミック絶縁基板の金属板接合
箇所に、めっき法によって厚さが2.0μmのCuから
なる金属層を形成した。そして、このCuの金属層の上
にAgCuろうを介して、厚さ0.3mm、10mm□
のCu板を真空雰囲気中850℃で熱処理し、接合し
た。
Thereafter, a metal layer made of Cu having a thickness of 2.0 μm was formed by plating at the joint of the ceramic insulating substrate with the metal plate. Then, on this Cu metal layer, a thickness of 0.3 mm and a thickness of 10 mm
Was heat-treated at 850 ° C. in a vacuum atmosphere and joined.

【0034】上記の方法で作製したCu板を接合したセ
ラミック配線基板に対して実施例1と同様にして評価し
た。その結果、ボイド率は10%であり、接合強度も3
5(N/5mm□)と高い強度を示した。
The evaluation was performed in the same manner as in Example 1 for the ceramic wiring board to which the Cu plate manufactured by the above method was joined. As a result, the void ratio was 10%, and the bonding strength was 3%.
5 (N / 5 mm □), indicating a high strength.

【0035】これに対して、Cu金属層を形成すること
なく、AgCuろう材によってCu板を接合したところ
う、接合強度は9(N/5mm□)と低いものであっ
た。
On the other hand, when the Cu plates were joined by the AgCu brazing material without forming the Cu metal layer, the joining strength was as low as 9 (N / 5 mm □).

【0036】[0036]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセラミック
絶縁基板によれば、金属板と接合するセラミック絶縁基
板表面の表面粗さおよびろう材との濡れ性に優れた金属
層の厚みを制御することによって、ろう材の濡れ性に優
れ、接合層中のボイドが低減し、金属板を強固に接合す
ることができる。これらの結果、電気的接続や熱伝導性
が良好な金属板とセラミック絶縁基板の接合が可能とな
る。よって大電流化に適応し得る信頼性に優れた、例え
ば、車載環境のような厳しい環境下においても故障する
ことなく稼働させることが可能となる。
As described in detail above, according to the ceramic insulating substrate of the present invention, the surface roughness of the surface of the ceramic insulating substrate joined to the metal plate and the thickness of the metal layer excellent in wettability with the brazing material are controlled. By doing so, the wettability of the brazing material is excellent, voids in the bonding layer are reduced, and the metal plate can be bonded firmly. As a result, it is possible to join a metal plate and a ceramic insulating substrate having good electrical connection and thermal conductivity. Therefore, it is possible to operate without failure even in a severe environment such as an in-vehicle environment, which is excellent in reliability that can be adapted to a large current.

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

【図1】本発明のセラミック配線基板の一実施例を示す
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a ceramic wiring board of the present invention.

【図2】本発明のセラミック配線基板の一実施例を示す
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing one embodiment of the ceramic wiring board of the present invention.

【図3】本発明のセラミック配線基板における金属板の
接合部を示す拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a joint portion of a metal plate in the ceramic wiring board of the present invention.

【図4】金属板の接合強度、セラミック絶縁基板の表面
粗さ、及び金属層厚みの関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the bonding strength of a metal plate, the surface roughness of a ceramic insulating substrate, and the thickness of a metal layer.

【図5】ボイド率、セラミック絶縁基板の表面粗さ、及
び金属層厚みの関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship among a void ratio, a surface roughness of a ceramic insulating substrate, and a metal layer thickness.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A セラミック配線基板 1 セラミック絶縁基板 2 配線層(金属板) 3 金属層 4 接合層(ろう材) 5 ビアホール導体 6 内部配線層 7 電子部品 A ceramic wiring board 1 ceramic insulating substrate 2 wiring layer (metal plate) 3 metal layer 4 bonding layer (brazing material) 5 via hole conductor 6 internal wiring layer 7 electronic component

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミック絶縁基板の表面に、Al又はC
uのいずれかを主成分とする金属板をろう材からなる接
合層を介して接合することによって配線層あるいはヒー
トシンクが形成されたセラミック配線基板であって、前
記セラミック絶縁基板の前記金属板との接合部表面の中
心線平均粗さ(Ra)が0.05〜10μmであるとと
もに、前記セラミック配線基板表面にろう材との濡れ性
に優れた金属層を1〜10μmの厚みで形成してなるこ
とを特徴とするセラミック配線基板。
An Al or C on a surface of a ceramic insulating substrate.
u is a ceramic wiring board on which a wiring layer or a heat sink is formed by bonding a metal plate containing any one of the main components via a bonding layer made of a brazing material. A center line average roughness (Ra) of the joint surface is 0.05 to 10 μm, and a metal layer having excellent wettability with a brazing material is formed on the surface of the ceramic wiring board in a thickness of 1 to 10 μm. A ceramic wiring substrate, characterized in that:
【請求項2】前記セラミック絶縁基板が、Al23、A
lN、Si34の群から選ばれる少なくとも1種からな
ることを特徴とする請求項1記載のセラミック配線基
板。
2. The method according to claim 1, wherein said ceramic insulating substrate is made of Al 2 O 3 , A
2. The ceramic wiring board according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of 1N and Si 3 N 4 .
【請求項3】前記ろう材との濡れ性に優れた金属層が、
Al、Ni、Cuの群から選ばれる少なくとも1種から
なることを特徴とする請求項1または請求項2記載のセ
ラミック配線基板。
3. The metal layer having excellent wettability with the brazing material,
3. The ceramic wiring board according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of Al, Ni, and Cu.
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