JP2003283064A - セラミック回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱サイクル性及びエッチング性に優れてお
り、更に、エッチングに要する時間を短縮できるセラミ
ック回路基板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 本回路基板はセラミック基板上にＣｕを
主成分とした金属回路層及び放熱層のうちの少なくとも
金属回路層がろう材によって各々接合されており、上記
ろう材は、６．０〜６０％のＳｎ、２．０〜９．５％の
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ及びＺｒのうちの少なくとも１種、及
び残部Ｃｕとからなり、Ａｇを含有しない。ろう材は更
に、５．１％以下のＹ及び／又はＹ化合物（Ｙ_３Ｏ
_２等）を含有することができる。本回路基板は、セラミ
ック基板に上記ろう材を用いて接合し、接合された金属
回路板及びそれに対応するろう材層をパターン形成して
金属回路を形成し、ろう材及びセラミッ基板の基材との
反応によって形成された導電性の反応層のうち上記金属
回路のパターン間により露出した部分を除去して製造さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミック回路基板
及びその製造方法に関する。更に詳しくは、耐熱サイク
ル性及びエッチング性に優れており、更に、エッチング
に要する時間を短縮することができるセラミック回路基
板及びその製造方法に関する。本発明のセラミック回路
基板は、半導体装置、産業用電装部品、自動車用電装部
品等に広く利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体装置等に使用される回
路基板としてアルミナ焼結体、窒化アルミニウム焼結
体、窒化珪素焼結体等のセラミック絶縁板（以下、セラ
ミック基板とする。）の表面に導電性を有する金属回路
板を接合し、その上に半導体素子を搭載したセラミック
回路基板が普及している。近年、このようなセラミック
回路基板を使用した半導体装置の高出力化、半導体素子
の高集積化が急速に進行し、セラミック回路基板に繰り
返して作用する熱応力や熱負荷も増加する傾向があり、
セラミック回路基板に対しても上記熱応力や熱サイクル
に対して十分な耐熱サイクル性と耐久性、放熱性が要求
される。そこで、放熱性を高めるため、上記金属回路板
の他に金属の放熱板を接合したセラミック回路基板が知
られている。更に、これらの金属回路板や放熱板を接合
する方法として、ＤＢＣ接合や、ＡｇＣｕろう材を使用
する方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の接
合方法では、半導体装置の高出力化、半導体素子の高集
積化による熱応力や熱負荷の増加に十分に対応できない
場合がある。その理由として以下のことが挙げられる。
即ち、これら半導体装置において、半導体Ｓｉチップ実
稼動温度（約２００℃）から非稼動温度（室温〜使用環
境下によっては−４０℃）の熱サイクル（熱応力）がセ
ラミック回路基板に負荷され、更に、熱膨張係数差に起
因する残留応力も加わる。そこで、ＤＢＣ接合の場合、
上記応力に耐えるだけの十分な力を持っていない。この
ため、金属回路層は接合剥離を起こしやすい。また、Ａ
ｇＣｕろう材で接合したセラミック回路基板の場合、セ
ラミック層／金属層界面にろう材層（主にＡｇＣｕ共晶
相）が形成され、一般的に、共晶合金は延性に乏しく、
更に、Ａｇ基であるためろう材層の耐力が小さい。これ
により、耐熱サイクル性に最も左右する反応層が熱サイ
クルにより疲労しやすい。従って、ＡｇＣｕろう材で接
合したセラミック回路基板は、その部分から破壊（接合
力劣化）を引き起こしやすい。このため、金属回路層は
接合剥離を起こしやすい。

【０００４】また、上記ＡｇＣｕろう材で接合する方法
では、エッチング工程に長い時間を要するという問題点
がある。それは以下の理由による。即ち、上記ろう材層
はＡｇ基であるため、塩化鉄溶液でのエッチング工程に
おいてはＡｇＣｕろう材層を溶解することができず、セ
ラミック層上に残存することとなり、例えば硝酸系溶液
により、ろう材層の除去を別途行わなければならない。
このとき、ＡｇＣｕろう材層の厚さは数十μｍであるた
め、これらを除去するのに時間がかかるからである。更
に、上記エッチング工程のとき、ＡｇＣｕろう材層の溶
解時には金属回路層のＣｕも同時に溶解しており、長時
間要す場合にはパターン精度を悪化させることとなる。
そこで、工数の削減法として、ろう材を予め回路パター
ンで印刷を行い、接合、エッチングを行う手法が考えら
れるが、印刷パターンとエッチングパターンのずれによ
り未接合部が生じ回路基板として信頼性の低いものとな
る。

【０００５】そこで、本発明は、上記問題点を解決する
ためになされたものであり、耐熱サイクル性及びエッチ
ング性に優れており、更に、エッチングに要する時間を
短縮することができるセラミック回路基板及びその製造
方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック回路
基板は、 セラミック基板上にＣｕを主成分とした金属
回路層及び放熱層のうちの少なくとも金属回路層が活性
金属を含んだろう材を用いた活性ろう付けによって接合
されているセラミック回路基板において、該ろう材は、
該ろう材の全質量を１００質量％とした場合、６．０〜
６０質量％のＳｎと、２．０〜９．５質量％のＴｉ、Ｎ
ｂ、Ｈｆ及びＺｒのうちの少なくとも１種（以下活性金
属とする。）と、残部Ｃｕとからなり、Ａｇを含有しな
いことを特徴とする。また、上記ろう材は、更にＹ及び
Ｙ化合物のうちの少なくとも１種を含有し、該ろう材の
全質量を１００質量％とした場合、Ｙ質量換算で５．０
質量％以下とすることができる。更に、本発明のセラミ
ック回路基板の製造方法は、セラミック基板上にＣｕを
主成分とした金属回路板及び放熱板のうちの少なくとも
金属回路板を、全質量１００質量％に対して、６．０〜
６０質量％Ｓｎ、２．０〜９．５質量％Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈ
ｆ、及びＺｒのうちの少なくとも１種、及び残部Ｃｕか
らなり、Ａｇを含有しない金属組成となるろう材層を介
して配置した後、活性ろう付けによって接合し、その
後、接合された金属回路板をパターン形成して所定の金
属回路を形成し、次いで、該金属回路のパターン間に露
出した上記ろう材及びセラミック基板の基材との反応に
よって形成された導電性の反応層を除去することを特徴
とする。また、上記ろう材は、更にＹ及びＹ化合物のう
ちの少なくとも１種を含有し、該Ｙ及びＹ化合物のうち
の少なくとも１種を含むろう材の全質量を１００質量％
とした場合、Ｙ質量換算で５．０質量％以下とすること
ができる。更に、上記ろう材層は、上記ろう材の組成を
有する合金粉末又は上記ろう材の組成を構成する各種金
属単体からなる金属粉末を含有するペーストを塗布する
ことにより作製されたものとすることができる。また、
上記ろう材層は、上記ろう材の組成を有する合金箔によ
り作製されたものとすることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のセラミック回路基板は、セラミック基板上にＣ
ｕを主成分とした金属回路層及びＣｕを主成分とした放
熱層、或いは、セラミック基板上にＣｕを主成分とした
金属回路層のみがろう材により接合されたものであり、
上記「Ｃｕを主成分とする」の意味は、通常、Ｃｕ８０
質量％以上、好ましくは９０質量％以上（１００質量％
を含む。）である。このセラミック基板の材料として、
アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素等を使用するこ
とができる。

【０００８】また、上記ろう材は、Ｓｎと、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、Ｈｆ及びＺｒのうちの少なくとも１種（以下活性金
属とする。）と、Ｃｕとからなり、Ａｇを含有しないの
もである。また、それらの含有割合は、この材層の全質
量を１００質量％とした場合、６．０〜６０質量％、好
ましくは９〜５５質量％、より好ましくは１５〜５０質
量％、更に好ましくは２８〜４０質量％Ｓｎ、２．０〜
９．５質量％、好ましくは２．０〜８．０質量％、より
好ましくは３．０〜５．０質量％、更に好ましくは３．
５〜５．０質量％活性金属、及び残部Ｃｕからなる。こ
こで、これらの活性金属のうち、Ｔｉが好ましい。

【０００９】即ち、本発明のセラミック回路基板におい
て、ろう材層をＣｕ基とすることにより、金属回路層と
セラミック層との耐力耐熱サイクル性を向上させ、更
に、エッチングの際に、接合された金属回路板と、それ
に対応するろう材層とを同時にパターン形成することが
できる。このとき、Ｓｎの含有量が５．９質量％未満の
場合、接合されるＣｕを主成分とする金属回路板より融
点を低くすることが困難であり、ろう材溶解時に十分な
流動性を確保することが困難であるため、好ましくな
い。更に、Ｓｎの含有量が６０質量％を超える場合、上
記ろう材層と上記セラミック層との耐熱サイクル性が低
下するため、好ましくない。また、活性金属の含有量が
１．９％未満の場合、上記活性金属とセラミック層との
反応による接合強度、及びセラミックへのろう材濡れ性
が不十分であり、更に、活性金属の含有量が９．５質量
％を超える場合、耐熱サイクル性が低下するため、好ま
しくない。また、このセラミック回路基板は、上記ろう
材の金属組成を６．０〜６０質量％Ｓｎ且つ２．０〜
９．５質量％Ｔｉ、好ましくは６．０〜６０質量％Ｓｎ
且つ２．０〜８．０質量％Ｔｉ、より好ましくは６．０
〜６０質量％Ｓｎ且つ２．０〜５．０質量％Ｔｉ、更に
好ましくは１０．５〜６０質量％Ｓｎ且つ２．０〜７．
０質量％Ｔｉ、特に好ましくは１５．０〜５０．０質量
％Ｓｎ且つ３．０〜５．０質量％Ｔｉとすることができ
る。

【００１０】更に、上記ろう材はＹ及び／又はＹ化合物
（以下、Ｙ等とする。）を含有することができる。ここ
で、Ｙ化合物とはＣ，Ｎ，Ｏ，Ｆ，Ｃｌ，Ｈ等からなる
化合物が挙げられ、例えばＹ_２Ｏ_３窒化イットリウム、
炭化イットリウム、フッ化イットリウム、塩化イットリ
ウム、炭酸イットリウム等が好ましい。これらのＹ等は
１種のみ用いてもよく、２種以上を併用しても良い。ま
た、上記Ｙ等の含有量は、Ｙ質量換算（本明細書におい
て、以下同じ。）において５．０質量％以下、好ましく
は１〜５質量％、より好ましくは２〜４質量％とするこ
とができる。即ち、Ｙ等の含有量が５．０質量％を超え
ると、接合強度の向上を図ることが困難であり、これに
より、十分な耐熱サイクル性を得ることが困難なため好
ましくない。また、上記ろう材の金属組成を、ろう材の
全質量を１００質量％とした場合、８．５〜５５質量％
Ｓｎ、且つ、０．５〜５．０質量％Ｙ等、且つ、２〜９
質量％Ｔｉ、好ましくは９〜５５質量％Ｓｎ、０．５〜
５．０質量％Ｙ等、且つ、２．０〜８．５質量％Ｔｉ、
より好ましくは１５〜５０質量％Ｓｎ、０．５〜４．５
質量％Ｙ等、且つ、２．０〜８．５質量％Ｔｉ、更に好
ましくは２３〜５０質量％Ｓｎ、３．５〜４．０質量％
Ｙ等、且つ、３．０〜４．０質量％Ｔｉとすることがで
きる。

【００１１】次に、本発明のセラミック回路基板の製造
方法について説明する。まず、アルミナ、窒化アルミニ
ウム、炭化珪素等により形成されたセラミック基板上に
Ｃｕを主成分とした金属回路板及び放熱板、或いは、Ｃ
ｕを主成分とした金属回路板をろう材より接合する。こ
のとき、金属回路板又は放熱板として、厚さ０．１〜
０．６ｍｍ程度のものを使用することができる。

【００１２】また、上記「所定の金属組成となるろう
材」としては、これを使用する各金属原料が上記所定の
金属組成割合になるように、この所定の原料を選択使用
すればよい意味である。このろう材の態様としては、例
えば、（１）各種金属単体粉末の混合、（２）所定の金
属組成となる合金粉末単独、（３）２種以上の金属の合
金粉末同士との混合、又はこの合金粉末と各種金属単体
粉末との混合、（４）所定の金属組成になるように組成
された金属箔、（５）更にはこられの組み合わせ等が挙
げられる。尚、上記金属粉末のうち活性金属（Ｔｉ等）
の場合は、その一部又は全部をその水素化物粉末に置き
換えてもよい。この場合、活性純金属の水素化物粉末又
は活性金属からなる合金の水素化物粉末等を用いてもよ
い。更に、ろう材において、Ｙ等を含有する場合であっ
ても、このＹとして、上記に示すように、金属単体粉
末、他の金属元素との合金粉末若しくは合金箔、それら
の組み合わせ等として使用することができる。また、Ｙ
化合物としては、Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｆ，Ｃｌ，Ｈ等からなる
化合物が挙げられ、例えばＹ_２Ｏ_３、窒化イットリウ
ム、炭化イットリウム、フッ化イットリウム、塩化イッ
トリウム、炭酸イットリウム等が好ましい。これらＹ等
は１種のみ用いてもよく、２種以上を併用しても良い。

【００１３】また、上記ろう材の形態として、金属粉末
を含有するペースト（以下ペーストろう材とする）又は
合金箔（以下、ろう材箔とする）等を使用することがで
きる。

【００１４】このペーストろう材は、上記金属粉末を溶
剤、バインダの中に分散させることによって作製され
る。上記溶剤としてブチルカルビトールアセテート、テ
ルピノール等が挙げられる。これらの溶剤は１種のみ用
いてもよく、２種以上を併用しても良い。バインダとし
てエチルセルロース、ポリメチルメタクリレート等が挙
げられる。これらのバインダは１種のみ用いてもよく、
２種以上を併用しても良い。この金属粉末の粒径は５〜
７０μｍとすることができる。

【００１５】また、上記ろう材箔として、各々の金属元
素が上記所定の割合で含有しているものを使用すること
ができる。更に、このろう材箔は、厚さ１０〜６０μｍ
のものを使用することができる。

【００１６】上記セラミック基板と上記金属回路板及び
放熱板との接合は、ペーストろう材を使用する場合、こ
のペーストろう材をセラミック基板の両面又は片面に印
刷、乾燥後、真空下で上記セラミック基板の両面に各々
金属回路板、放熱板を配置し、或いは、片面のみにペー
ストろう材が印刷されているときは、ペーストろう材が
印刷された面に金属回路板を配置し、その状態で加熱す
ることにより行うことができる。このとき、加熱すると
きの気圧は約１×１０^−４〜９×１０^−４ｔｏｒｒとす
ることが好ましい。加熱温度は８００〜１０７０℃、好
ましくは８５０〜１０７０℃とすることができる。ま
た、ろう材箔で接合する場合、上記セラミック基板の両
面又は片面に、このろう材箔を載せ、その後、ペースト
ろう材の場合と同様の方法で接合することができる。

【００１７】次に、接合された上記金属回路板及びそれ
に対応するろう材層をエッチングすることにより、セラ
ミック回路基板が得られる。このエッチングは、例え
ば、次に示された方法により行う。即ち、まず、上記エ
ッチングを行う面にエッチングレジストを印刷し、塩化
第２鉄水溶液等のエッチング液を用いて、接合された上
記金属回路板及びそれに対応するろう材層のパターン形
成を行う。次いで、上記接合したときのろう材（未反応
Ｔｉ）や、ろう材と上記セラミック基板の基材との反応
により、上記ろう材層の下層に厚さ数μｍの導電性のＴ
ｉＮ等の反応層が生成されているので、このろう材及び
反応層のうちの金属回路のパターン間に露出した部分を
除去して絶縁形成を行う。この絶縁形成は、硝酸や過酸
化水素水、硫酸を添加したフッ酸系溶液（例えば、フッ
化水素溶液、フッ化アンモニウム等）、好ましくはフッ
化水素溶液の中にパターン形成されたセラミック回路基
板を浸漬することによって行うことができる。

【００１８】大気中において、１５０℃３０分→室温１
５分→−４０℃３０分→室温３０分を１サイクルとした
場合における２０００サイクル後のクラックの長さを比
較した場合、ＤＢＣ基板では金属回路が剥離してしまう
のに対し、上記セラミック回路基板は、例えば窒化珪素
を用いた接合回路基板において１２０μｍ以下好ましく
は１００μｍ以下、より好ましくは９０μｍ以下、更に
好ましくは８０μｍ以下、特に好ましくは６０μｍ以下
とすることができる。従って、耐熱サイクル性が優れた
セラミック回路基板を得ることができる。特に、このセ
ラミック回路基板は、上記ろう材の金属組成を６．０〜
６０質量％Ｓｎ且つ２．０〜９．５質量％Ｔｉとするこ
とにより、例えば窒化珪素を用いた接合回路基板におい
て、クラックの長さを９８μｍ以下とすることができ
る。更に、この金属組成を（１）６．０〜６０質量％Ｓ
ｎ且つ２．０〜８．０質量％Ｔｉの場合、例えば窒化珪
素を用いた接合回路基板において、クラックの長さを９
５μｍ以下、（２）６．０〜６０質量％Ｓｎ且つ２．０
〜５．０質量％Ｔｉの場合、例えば窒化珪素を用いた接
合回路基板において、クラックの長さを８３μｍ以下、
（３）１０．５〜６０質量％Ｓｎ且つ２．０〜７．０質
量％Ｔｉの場合、例えば窒化珪素を用いた接合回路基板
において、クラックの長さを８５μｍ以下、（４）１
５．０〜５０．０質量％Ｓｎ且つ３．０〜５．０質量％
Ｔｉの場合、例えば窒化珪素を用いた接合回路基板にお
いて、クラックの長さを７２μｍ以下とすることができ
る。

【００１９】また、ＤＢＣ基板では金属回路が剥離して
しまうのに対し、上記ろう材層がＹ及び／又はＹ化合物
を上記所定の割合で含有するものである場合、例えば窒
化珪素を用いた接合回路基板において、クラックの長さ
を１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下、より好ま
しくは６０μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下とす
ることができ耐熱サイクル性がより優れたセラミック回
路基板を得ることができる。更に、上記ろう材の金属組
成を、８．５〜５５質量％Ｓｎ、且つ、０．５〜５．０
質量％Ｙ等、且つ、２〜９質量％Ｔｉとすることによ
り、例えば窒化珪素を用いた接合回路基板において、ク
ラックの長さを１００μｍ以下とすることができる。特
に、この金属組成が（１）９〜５５質量％Ｓｎ、０．５
〜５．０質量％Ｙ等、且つ、２．０〜８．５質量％Ｔｉ
の場合、クラックの長さを８５μｍ以下、（２）１５〜
５０質量％Ｓｎ、０．５〜４．５質量％Ｙ等、且つ、
２．０〜８．５質量％Ｔｉの場合、クラックの長さを８
１μｍ以下、（３）２３〜５０質量％Ｓｎ、３．５〜
４．０質量％Ｙ等、且つ、３．０〜４．０質量％Ｔｉの
場合、クラックの長さを４６μｍ以下とすることができ
る。

【００２０】また、本発明のセラミック回路基板の製造
方法によれば、絶縁形成は、セラミック基板を硝酸や過
酸化水素水、硫酸を添加したフッ酸系溶液に数秒、浸漬
するだけで、行うことができる。これにより、エッチン
グ工程の時間短縮を図ることができる。更に、絶縁形成
エッチングの際にＣｕの溶解を最小限に抑えることが可
能となり、結果、回路形成後のパターン間の距離・精度
・外観に優れるものとなる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例について説
明する。 １．実施例のセラミック回路基板の作製 実施例として、上記所定の金属が上記所定の割合で含有
されたろう材で接合されたセラミック回路基板（実施例
１〜３７）を、次の方法により作製した。即ち、まず、
セラミック基板に金属回路及び放熱板、又は金属回路板
のみをろう材で接合した。このセラミック基板として表
１〜５に示される材料、厚さのものを使用し、更に、面
の大きさは縦３０ｍｍ、横６０ｍｍとした。また、この
金属回路板、放熱板として、面の大きさは縦３０ｍｍ、
横６０ｍｍであって、表１〜５に示される厚さの無酸素
銅板を用いた。

【００２２】また、このろう材として、金属粉末のペー
スト（以下、ペーストろう材）又は合金箔（厚さ３０μ
ｍ、以下、ろう材箔）を使用した。この金属粉末又はろ
う材箔に含有されている各金属元素、及びその含有割合
を表１〜５に示した。ここで、この金属粉末として、各
種金属単体粉末を秤量したもの（粒径５〜７０μｍ）、
又は各金属元素を含有する合金粉末（粒径５〜７０μ
ｍ）を使用した。また、このペーストろう材の調整は、
上記金属粉末を溶剤（テルピノール）及びバインダ（エ
チルセルロース）に混合することにより行った。尚、表
２〜５の「ろう材の種類」の欄において、ペーストろう
材を用いたものは、いずれの金属粉末を使用したかを示
し、ろう材箔を使用したものは「ろう材箔」とした。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】また、上記接合は、ペーストろう材の場
合、セラミック基板の両面又は片面にペーストろう材を
印刷・乾燥後、セラミック基板の両面に金属回路板及び
放熱板を配置し、或いは、上記セラミック基板の一方の
面のみに金属回路板を配置して、気圧１０^−４ｔｏｒｒ
の状況下で、表１〜５に示される条件で加熱することに
より行った。更に、ろう材箔の場合、上記合金箔をセラ
ミック基板の両面又は片面に配置し、その後、上記ペー
ストろう材の場合と同様の方法により行った。

【００２９】次に、上記セラミック基板に接合された金
属回路板及びそれに対応するろう材層エッチングを次の
ように行った。即ち、まず、互いに隣り合っているパタ
ーンの間隔が１ｍｍとなるようにエッチングレジストを
印刷し、その後、上記セラミック基板を塩化第２鉄水溶
液に浸漬してパターン形成を行った。その結果（浸漬時
間）を、表１、３〜５の「エッチング時間」における
「パターン形成」の欄に示した。次いで、接合したとき
におけるろう材及びセラミック基板の基材との反応によ
り上記ろう材層の下層に厚さ数μｍの導電性のＴｉＮ等
の反応層等が生成されているので、上記セラミック基板
をフッ化水素系溶液に浸漬して、パターン間の絶縁形成
を行った。その結果（フッ化水素系溶液の浸漬時間）
を、表１、３〜５の「エッチング時間」における「絶縁
形成」の欄に示した。

【００３０】２．比較例のセラミック回路基板の作製 比較例１〜６、１３として、ＡｇＣｕ系ろう材により接
合されたセラミック回路基板を本実施例と同様の方法に
よって作製し、パターン形成の時間及び絶縁形成の時間
を表１、３示した。また、比較例７〜１２、１５〜２８
として、上記所定の金属を使用しているが、その含有割
合が上記所定の割合から外れているろう材により接合さ
れたセラミック回路基板を本実施例と同様の方法によっ
て作製し、パターン形成の時間及び絶縁形成の時間を表
３〜５に示した。更に、比較例１４として、１０７０℃
×４０分、１×１０^−４ｔｏｒｒの状況下でＤＢＣ接合
を行ったものも作製した。また、比較例２９〜３４とし
て、ＡｇＣｕ系ペーストろう材により予め回路パターン
で印刷された試料を次のように作製した。即ち、表６に
示される材料及び厚さのセラミック基板に、表６に示さ
れる組成のＡｇＣｕ系ペーストろう材を回路パターンと
同パターンで印刷・乾燥した。そして、上記セラミック
基板上に金属回路板及び放熱板を接合し、接合された金
属回路板及び放熱板の上にペーストろう材印刷とずれな
いようにエッチングレジストを印刷し、エッチングを行
った。

【００３１】

【表６】

【００３２】３．評価 （１）エッチング精度の評価 上記接合されたセラミック基板のパターン形成を行った
後、及び絶縁形成を行った後におけるパターン間の距離
を投影機により測定を行った。更に、パターン直線性
と、金属回路層１におけるエッチングダレ１１（図２参
照）の発生具合とを目視により観察し、その結果を表２
に示した。尚、「直線性」の欄において、目視により直
線性が優れているものを「○」、劣っているものを
「×」とし、「ダレ」の欄において、目視によりエッチ
ングダレ１１が確認されたものを「×」、確認されなか
ったものを「○」とした。

【００３３】（２）パターンずれの観察（比較例の試料
の評価） ＡｇＣｕ系ペーストろう材が予め回路パターンで印刷さ
れたセラミック回路基板（表６の比較例２９〜３４）に
ついて、パターン形成後に断面観察を行い接合パターン
とエッチングパターンとのずれを測定した。その結果を
表６に示した。

【００３４】（３）熱サイクル試験（クラックの長さの
測定） 表３〜５に示された組成のＡｇＣｕろう材（表３、比較
例１３）ＣｕＳｎＴｉろう材（表３）、ＣｕＳｎＴｉＹ
ろう材（表４）、活性金属としてＮｂ、Ｈｆ、Ｚｒを用
いたろう材（表５）、及びＤＢＣ接合によって接合され
た試料（表３、比較例１４）を大気中１５０℃３０分→
室温１５分→−４０℃３０分→室温１５分を１サイクル
として２０００サイクルの熱サイクルを加え、その後、
切断して界面観察を行い、金属回路層／セラミック層界
面におけるクラック長さを測定した。

【００３５】３．実施例の効果 表１、３によれば、ＡｇＣｕ系ろう材で接合した場合
（比較例１〜６、１３）、絶縁形成を行うのにセラミッ
ク基板を５分間フッ化水素溶液に浸漬しなければならな
い。即ち、ＡｇＣｕ系ろう材の場合、パターン形成を行
ったとき、数十μｍの厚さのＡｇＣｕ系ろう材層はエッ
チングされずに残っているため、絶縁形成の際にこれを
除去するのに数分がかかるからである。そこで、表６に
示されるように、予め回路パターンと同パターンでＡｇ
Ｃｕ系ろう材を印刷することにより、絶縁形成の工程の
省略化を図ったが（比較例２９〜３４）、このように接
合されたセラミック基板は、全ての試料で接合パターン
とエッチングパターンとのずれが認められ、そのずれは
０．２〜１ｍｍとなり、セラミック層と金属回路層との
未接合部に及んでいる。これにより、これらはセラミッ
ク回路基板として、信頼性にかけるものである。従っ
て、予め回路パターンと同パターンでＡｇＣｕ系ろう材
を印刷することにより、絶縁形成の工程を省略すること
は困難であることが判る。

【００３６】これに対し、ＣｕＳｎＴｉろう材、ＣｕＳ
ｎＴｉＹろう材又は上記ろう材のＴｉを他の活性金属に
置き換えたろう材で接合した場合（実施例１〜３７、比
較例７〜１２、１５〜２０）、試料をわずか２０秒間フ
ッ化水素系溶液に浸漬するだけで、絶縁形成を行うこと
ができる。即ち、ＣｕＳｎＴｉろう材又はＣｕＳｎＴｉ
Ｙろう材の場合、ろう材層がＣｕ基であるため、パター
ン形成の際にそのほとんどが除去されるからである。更
にこのとき、接合時における上記ろう材とセラミック基
板との反応により上記ろう材層の下層に生成された反応
層等が残るが、この厚さはわずか数μｍであるので、試
料をわずか数十秒間フッ化水素系溶液に浸漬するだけ
で、これらは除去できる。従って、本発明のセラミック
回路基板の製造方法は、エッチング工程の時間短縮を図
ることができる。

【００３７】また、表２によれば、従来のＡｇＣｕ系ろ
う材で接合した場合（比較例１〜６）、絶縁形成後にお
けるパターン間距離は１．２５ｍｍ以上であり、レジス
トで印刷したパターン間距離（１．００ｍｍ）よりも２
５％以上も大きい。また、金属回路層１（図１、２参
照）におけるパターンの直線性は良くないことが確認さ
れ、更に、図２に示すエッチングダレ１１がおきている
ことが確認された。これにより、エッチング精度があま
り良くないことが判る。

【００３８】これに対し、ＣｕＳｎＴｉろう材又はＣｕ
ＳｎＴｉＹろう材で接合した試料の場合（実施例１〜
６）、絶縁形成後におけるパターン間距離は１．１０ｍ
ｍ以下であり、レジストで印刷したパターン間距離
（１．００ｍｍ）よりも最大１０％大きいだけである。
また、金属回路層１におけるエッチングパターンの直線
性が良かった。更に、図２示すエッチングダレ１１は確
認されず、図１に示されるように、金属回路層１は鋭く
エッチングされていることが確認された。これにより、
本発明のセラミック回路基板（実施例１〜６）は、エッ
チング精度が良いことが判る。

【００３９】また、表３に示において、ＡｇＣｕ系ろう
材で接合した試料（比較例１３）の場合、クラックの長
さが２１５μｍとなり、クラックの長さがかなり大き
い。また、ＤＢＣにより接合された試料の場合（比較例
１４）、回路金属は剥離してしまう。また、表３、４に
おいて、ＣｕＳｎＴｉろう材又はＣｕＳｎＴｉＹろう材
で接合された試料であっても、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｙの含有量
が所定の割合（Ｓｎ質量６．０〜６０％、Ｔｉ２．０〜
９．５質量％、Ｙ５質量％以下、残部Ｃｕ）ではない場
合（比較例１３〜２４）、クラックの長さが１２０μｍ
以上と比較的大きい。これにより、耐熱サイクル性が十
分でない場合がある。これに対し、表３、４に示される
ように、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｕが上記所定の割合で含有する
ろう材の場合（実施例７〜２９）、クラックの長さを１
２０μｍ以下とすることができる。従って、耐熱サイク
ル性が十分大きいセラミック回路基板が得られることが
判る。

【００４０】また、表３に示されるように、Ｓｎ及びＴ
ｉの含有量を１５〜４５質量％Ｓｎ、３．０〜４．０質
量％Ｔｉとすることにより（実施例１１〜１４、１７〜
１９）、クラックの長さを４５〜７２μｍとすることが
できる。更に、Ｓｎ及びＴｉの含有量を２３〜３３質量
％Ｓｎ、４．０〜５．０質量％Ｔｉとすることにより
（実施例１７〜１９）、クラックの長さを４５〜６４μ
ｍとすることができる。これにより、耐熱サイクル性が
優れていることが判る。

【００４１】また、表４に示されるように、更に、Ｙが
所定の割合で含有されたろう材の場合、クラックの長さ
を１００μｍ以下にすることができる。これにより、Ｙ
を所定の割合で含有することにより、耐熱サイクル性の
優れたセラミック回路基板を得ることができる。

【００４２】更に、表４において、Ｓｎ、Ｔｉ及びＹの
含有量を１５〜５５質量％Ｓｎ、２．０〜８．５質量％
Ｔｉ、０．５〜５．０質量％Ｙとした場合（実施例２
１、２３〜２５、２７〜２９）、クラックの長さを４０
〜７５μｍとすることができる。また、Ｓｎ、Ｔｉ及び
Ｙの含有量を２３〜５０質量％Ｓｎ、３．０〜４．０質
量％Ｔｉ、３．５〜４．０質量％Ｙとした場合（実施例
２４、２５、２７、２９）クラックの長さを４０〜４６
μｍとすることができ、Ｙを含有していないろう材と比
較して、耐熱サイクル性がより優れたセラミック回路基
板を得ることができる。

【００４３】また、表５に示されるように、活性金属と
してＮｂ、Ｈｆ、Ｚｒを使用したろう材の場合（実施例
３０〜３７）であっても、クラックの長さを１２０μｍ
以下にすることができる。従って、活性金属としてＮ
ｂ、Ｈｆ、Ｚｒを使用しても、耐熱サイクル性が十分大
きいセラミック回路基板が得られることが判る。

【００４４】尚、本発明において、上記具体的実施例に
限定されず、目的、用途に応じて、本発明の範囲内で種
々変更した実施例とすることができる。例えば、本実施
例では、活性金属の純金属粉末を使用したが、その純金
属粉末以外にその水素化物粉末を用いることができる。
更に、本実施例では、各々の金属を上記所定の割合で含
有した合金粉末を使用したが、合金粉末に含有されてい
る活性金属の一部又は全部をその水素化物とすることが
できる。更に本実施例では、Ｙの純金属粉末を使用した
が、それ以外に、Ｙ_２Ｏ_３粉末等のＹ化合物粉末を使用
することができる。また、セラミック基板、金属回路板
及び放熱板の面の大きさは必ずしも（３０×６０）ｍｍ
^２とする必要はなく、セラミック基板、金属回路板及び
放熱板の厚さも設計に応じて、適宜変えることができ
る。また、回路パターンを形成する場合において、互い
に隣り合っているパターン間の距離を１ｍｍにする必要
はなく、用途に応じて任意の回路パターンを形成しても
良い。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、強力な熱サイクルがかかって
もセラミック層と金属回路層との界面にクラックが発生
しにくいため、耐熱サイクル性が優れたセラミック回路
基板を提供することができる。また、本発明は、互いに
隣り合っているパターン間の距離を１ｍｍとなるように
エッチングレジストを印刷した場合、そのパターン間の
距離を１．１０以下にすることができる。更に、エッチ
ングダレが起こりにくく、直線性が優れている。従っ
て、エッチングの精度が良いセラミック回路基板を提供
することができる。更に、本発明のセラミック回路基板
の製造方法は、パターン形成の際にろう材層のほとんど
が除去されるので、エッチング工程の時間短縮を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック回路基板のエッチング性能
を示す説明断面図である。

【図２】従来のセラミック回路基板のエッチング性能を
示す説明断面図である。

【符号の説明】 １；金属回路層、２；セラミック基板、１１；エッチン
グダレ。

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/06 Ｈ０５Ｋ 3/06 Ａ Ｆターム(参考） 4G026 BA03 BA14 BA16 BB17 BB23 BF11 BF17 BF24 BF42 BF44 BG02 BG23 BH07 5E338 AA02 AA18 CC08 CD23 EE02 EE32 5E339 AB06 AD03 BC02 BD03 BD06 BD11 BE13 CC02 CD01 CE13 CE18 GG02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板上にＣｕを主成分とした
   金属回路層及び放熱層のうちの少なくとも金属回路層が
   活性金属を含んだろう材を用いた活性ろう付けによって
   接合されているセラミック回路基板において、 該ろう材は、該ろう材の全質量を１００質量％とした場
   合、６．０〜６０質量％のＳｎと、２．０〜９．５質量
   ％のＴｉ、Ｎｂ、Ｈｆ及びＺｒのうちの少なくとも１種
   と、残部Ｃｕとからなり、Ａｇを含有しないことを特徴
   とするセラミック回路基板。
2. 【請求項２】 上記ろう材は、更にＹ及びＹ化合物のう
   ちの少なくとも１種を含有し、該ろう材の全質量を１０
   ０質量％とした場合、Ｙ質量換算で５．０質量％以下で
   ある請求項１に記載のセラミック回路基板。
3. 【請求項３】 セラミック基板上にＣｕを主成分とした
   金属回路板及び放熱板のうちの少なくとも金属回路板
   を、全質量１００質量％に対して、６．０〜６０質量％
   Ｓｎ、２．０〜９．５質量％Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、及びＺ
   ｒのうちの少なくとも１種、及び残部Ｃｕからなり、Ａ
   ｇを含有しない金属組成となるろう材層を介して配置し
   た後、活性ろう付けによって接合しその後、接合された
   金属回路板をパターン形成して所定の金属回路を形成
   し、次いで、該金属回路のパターン間に露出した上記ろ
   う材及びセラミック基板の基材との反応によって形成さ
   れた導電性の反応層を除去することを特徴とするセラミ
   ック回路基板の製造方法。
4. 【請求項４】 上記ろう材は、更にＹ及びＹ化合物のう
   ちの少なくとも１種を含有し、該Ｙ及びＹ化合物のうち
   の少なくとも１種を含むろう材の全質量を１００質量％
   とした場合、Ｙ質量換算で５．０質量％以下である請求
   項５に記載のセラミック回路基板の製造方法。
5. 【請求項５】 上記ろう材層は、上記ろう材の組成を有
   する合金粉末又は上記ろう材の組成を構成する各種金属
   単体からなる金属粉末を含有するペーストを塗布するこ
   とにより作製されたものである請求項３又は４に記載の
   セラミック回路基板の製造方法。
6. 【請求項６】 上記ろう材層は、上記ろう材の組成を有
   する合金箔により作製されたものである請求項３又は４
   に記載のセラミック回路基板の製造方法。