JP2008150288A - Method for manufacturing metal-ceramic joined body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属−セラミックス接合体の製造方法に関し、特に活性金属含有ろう材によりセラミックス部材と金属部材が接合された金属−セラミックス接合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal-ceramic bonded body, and more particularly to a method for manufacturing a metal-ceramic bonded body in which a ceramic member and a metal member are bonded with an active metal-containing brazing material.
絶縁基板として使用されている金属−セラミックス接合体では、接合後の熱衝撃によりセラミックス部材と金属部材との間に発生する熱膨張差による熱応力により、セラミックス部材中にクラックが発生し易い。このような熱応力を緩和させる方法として、金属部材の沿面部分を薄くする方法、すなわち金属部材の周縁部に段構造またはフィレットを形成する方法が知られている。 In a metal / ceramic bonded body used as an insulating substrate, cracks are likely to occur in the ceramic member due to thermal stress due to a thermal expansion difference generated between the ceramic member and the metal member due to thermal shock after bonding. As a method of relieving such thermal stress, a method of thinning a creeping portion of a metal member, that is, a method of forming a step structure or a fillet at the peripheral edge of the metal member is known.
このような構造を実現するため、ろう材（活性ペースト材）を介してセラミックス基板と金属板とを接合した後、金属板上にレジストを塗布してエッチングすることにより金属回路を形成する際に、ろう材と金属板のエッチング時間を制御することにより、金属回路の周縁部にフィレットを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。 In order to realize such a structure, when a ceramic circuit and a metal plate are joined via a brazing material (active paste material), a resist is applied to the metal plate and etched to form a metal circuit. A method is known in which a fillet is formed on the peripheral edge of a metal circuit by controlling the etching time of the brazing material and the metal plate (see, for example, Patent Document 1).
また、セラミックス基板全体に活性ペーストを印刷し、その上に金属板を積層し、加熱によりセラミックス基板と金属板とを接合し、金属板上にレジストを塗布してエッチングすることにより金属回路を形成し、金属回路間の不要なろう材をろう材除去液で除去し、金属回路板の表面にそれより少し小さいレジストを塗布し、金属回路板だけ溶解させる薬液を使用してエッチングすることにより、金属回路の周縁部にフィレットを形成する２回エッチングの方法も知られている。 Also, the active paste is printed on the entire ceramic substrate, a metal plate is laminated on it, the ceramic substrate and the metal plate are joined by heating, a resist is applied to the metal plate, and etching is performed to form a metal circuit. Then, unnecessary brazing material between metal circuits is removed with a brazing material removing liquid, a slightly smaller resist is applied to the surface of the metal circuit board, and etching is performed using a chemical solution that dissolves only the metal circuit board. A two-time etching method is also known in which a fillet is formed on the peripheral edge of a metal circuit.
さらに、セラミックス基板上に回路形状の活性ペーストを印刷し、同様に金属板を接合した後、活性ペースト材より少し小さいレジスト（フィレットを形成することができるような寸法に設定されたレジスト）を塗布してエッチングすることにより、金属回路の周縁部にフィレットを形成する方法も知られている。 Furthermore, after printing circuit-form active paste on the ceramic substrate and joining the metal plates in the same way, apply a resist slightly smaller than the active paste material (resist set to dimensions that can form a fillet). A method of forming a fillet at the peripheral edge of a metal circuit by etching is also known.
しかし、上記の特開平１０−３２６９４９号公報に開示された方法では、フィレットの寸法、すなわちフィレットの幅を自由に変更することが困難であり、繰り返しヒートサイクルに対してより高い信頼性の金属−セラミックス接合体を提供することが困難である。また、金属回路間に残留する不要なろう材やろう材に含まれる活性金属成分とセラミックス基板との反応物を除去するために、金属板を溶かす薬液とは別に、フッ化アンモニウムなどを含む薬液を必要とする。 However, in the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-326949, it is difficult to freely change the fillet dimensions, that is, the fillet width, and the metal is more reliable for repeated heat cycles. It is difficult to provide a ceramic joined body. Moreover, in order to remove the unnecessary brazing material remaining between the metal circuits and the reaction product between the active metal component contained in the brazing material and the ceramic substrate, a chemical solution containing ammonium fluoride or the like separately from the chemical solution for dissolving the metal plate Need.
また、上記の２回エッチングの方法では、レジスト塗布工程とエッチング工程をそれぞれ２回ずつ行う必要があり、不要なろう材を除去する工程も必要となるので、工数の増加による製造コストの増大が無視できない。 Further, in the above-described two-time etching method, it is necessary to perform the resist coating step and the etching step twice, and a step of removing unnecessary brazing material is also required, which increases the manufacturing cost due to an increase in man-hours. It cannot be ignored.
さらに、上記の回路形状のペーストを印刷した後にエッチングする方法では、ろう材が溶けて金属回路間に流れ込む場合があり、ろう材除去工程を必要とする場合がある。 Furthermore, in the method of etching after printing the circuit-shaped paste, the brazing material may melt and flow between the metal circuits, which may require a brazing material removal step.
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、フィレットの幅を自由に変更することができ、且つろう材除去液およびろう材除去工程を不要にして工数および製造コストを削減することができる、金属−セラミックス接合体の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、フィレットの幅を自由に変更することができ且つ繰り返しヒートサイクルに対してより高い信頼性の金属−セラミックス接合体の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a conventional problem, the present invention can freely change the width of the fillet, and eliminates the need for the brazing material removing liquid and the brazing material removing process, thereby reducing the number of steps and the manufacturing cost. An object of the present invention is to provide a method for producing a metal / ceramic bonded body that can be manufactured. Another object of the present invention is to provide a method for producing a metal / ceramic bonded body that can freely change the width of the fillet and has higher reliability with respect to repeated heat cycles.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス部材上の所定の領域（例えば回路形成領域）に活性金属含有ろう材を塗布し、セラミックス部材と金属部材とを接合せず且つ加熱接合時に流動する活性金属含有ろう材が回路形成領域以外の領域（例えば非回路形成領域）に移動するのを防止する非活性ペースト材を非回路形成領域に塗布することにより、フィレットの幅を自由に変更することができ且つろう材除去工程を不要にすることができることを見出し、さらに、レジストを活性金属含有ろう材に対して所望の大きさに印刷することにより、フィレットの幅を自由に変更することができ且つ繰り返しヒートサイクルに対する金属−セラミックス接合体の信頼性を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors applied an active metal-containing brazing material to a predetermined region (for example, a circuit formation region) on the ceramic member, and joined the ceramic member and the metal member. And applying a non-active paste material to the non-circuit forming region to prevent the active metal-containing brazing material flowing during heat bonding from moving to a region other than the circuit forming region (for example, a non-circuit forming region). It has been found that the width can be changed freely and the brazing material removal step can be eliminated, and further, the width of the fillet can be reduced by printing the resist to the desired size on the active metal containing brazing material. It is found that the metal-ceramic bonding body can be freely changed and the reliability of the metal-ceramic bonding body against repeated heat cycles can be improved. It has been completed.
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合体の製造方法は、活性金属含有ろう材を介して接合されたセラミックス部材と金属部材とからなる金属−セラミックス接合体の製造方法において、セラミックス部材上の所定の領域に活性金属含有ろう材を塗布し、セラミックス部材上の活性金属含有ろう材を取り囲む領域にセラミックス部材と反応しない非活性ペースト材を塗布した後に、活性金属含有ろう材および非活性ペースト材の上に金属部材を配置して、セラミックス部材と金属部材とを接合することを特徴とする。 That is, the method for producing a metal-ceramic bonded body according to the present invention is a method for manufacturing a metal-ceramic bonded body comprising a ceramic member and a metal member bonded via an active metal-containing brazing material. After applying the active metal-containing brazing material to the region and applying the non-active paste material that does not react with the ceramic member to the region surrounding the active metal-containing brazing material on the ceramic member, A metal member is disposed on the ceramic member and the ceramic member and the metal member are joined.
この金属−セラミックス接合体の製造方法において、セラミックス部材と金属部材とを接合した後、金属部材上における活性金属含有ろう材に対応する領域にレジストを塗布して、エッチングにより金属部材の不要部分を除去することにより、セラミックス部材上に金属回路を形成するのが好ましい。また、レジストが塗布される領域の外周の全部または一部を活性金属含有ろう材が塗布される領域の外周より−２．０〜＋０．５ｍｍだけ大きくするのが好ましい。さらに、金属部材の外周の全部または一部において活性金属含有ろう材が金属部材から０．０１〜２．０ｍｍだけはみ出すようにするのが好ましい。金属部材としては、銅部材を使用することができる。また、非活性ペースト材が高融点の金属、セラミックスまたは樹脂からなるのが好ましい。 In this metal-ceramic bonded body manufacturing method, after bonding a ceramic member and a metal member, a resist is applied to the region corresponding to the active metal-containing brazing material on the metal member, and unnecessary portions of the metal member are etched. By removing, it is preferable to form a metal circuit on the ceramic member. Further, it is preferable that the whole or a part of the outer periphery of the region to which the resist is applied is larger by −2.0 to +0.5 mm than the outer periphery of the region to which the active metal-containing brazing material is applied. Furthermore, it is preferable that the active metal-containing brazing material protrudes from the metal member by 0.01 to 2.0 mm at all or part of the outer periphery of the metal member. A copper member can be used as the metal member. The inactive paste material is preferably made of a high melting point metal, ceramic or resin.
上述したように、本発明によれば、セラミックス部材上の所定の領域（例えば回路形成領域）に活性金属含有ろう材を塗布し、セラミックス部材と金属部材とを接合せず且つ加熱接合時に流動する活性金属含有ろう材が回路形成領域以外の領域（例えば非回路形成領域）に移動するのを防止する非活性ペースト材を非回路形成領域に塗布し、さらに、レジストを活性金属含有ろう材に対して所望の大きさに、例えば、活性金属含有ろう材より一回り小さく塗布することにより、フィレットの寸法を制御することができ、このフィレットの形成によって、繰り返しヒートサイクルによるクラック発生を防止することができる。 As described above, according to the present invention, the active metal-containing brazing material is applied to a predetermined region (for example, a circuit forming region) on the ceramic member, and the ceramic member and the metal member are not bonded and flow at the time of heat bonding. A non-active paste material that prevents the active metal-containing brazing material from moving to a region other than the circuit formation region (for example, a non-circuit formation region) is applied to the non-circuit formation region, and a resist is applied to the active metal-containing brazing material. By applying the filler to a desired size, for example, slightly smaller than the active metal-containing brazing material, the size of the fillet can be controlled, and the formation of this fillet can prevent the occurrence of cracks due to repeated heat cycles. it can.
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合体の製造方法の実施の形態を説明する。 Embodiments of a method for producing a metal / ceramic bonded body according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
まず、図１および図３に示すように、セラミックス部材（例えばセラミックス基板）１０上の所定の領域（例えば回路形成領域）に活性金属含有ろう材１２を塗布する。また、セラミックス基板１０上の活性金属含有ろう材１２を取り囲む領域（例えば非回路形成領域）に非活性ペースト材１４を塗布する。この非活性ペースト材１４は、活性金属含有ろう材１２より薄くするのが好ましく、また、活性金属含有ろう材１２から僅かに離間して塗布するのが好ましい。次に、図２および図３に示すように、活性金属含有ろう材１２および非活性ペースト材１４上に金属部材（例えば金属板）１６を載せて加熱接合する。この加熱接合した金属板１６上に、回路形成領域に対して所望の大きさの領域、すなわち活性金属含有ろう材１２に対して所望の大きさの領域、例えば、活性金属含有ろう材１２より一回り小さいパターンレジスト１８を印刷した後、図４に示すように、エッチングにより金属板１６の不要部分および非活性ペースト材１４を除去する。ここで、非活性ペースト材１４は、セラミックス基板１０にバインダにより吸着されているだけであるので、エッチングにより除去される。次に、パターンレジスト１８を除去した後、図５に示すように、金属板１６および活性金属含有ろう材１２上に無電解ニッケルメッキ２０を施す。
First, as shown in FIGS. 1 and 3, an active metal-containing brazing
上述したように、本発明による金属−セラミックス接合体の製造方法の実施の形態では、セラミックス部材に活性金属含有ろう材を所定の領域（例えば回路形成領域）に塗布し、セラミックス部材と金属部材とを接合せず且つ加熱接合時に流動する活性金属含有ろう材が回路形成領域以外の領域（例えば非回路形成領域）に移動するのを防止する非活性ペースト材を非回路形成領域に塗布することにより、各回路形成領域間（パターン間）における加熱接合時の活性金属含有ろう材の流入を阻止することができる。 As described above, in the embodiment of the method for producing a metal / ceramic bonded body according to the present invention, an active metal-containing brazing material is applied to a predetermined region (for example, a circuit forming region) on a ceramic member, By applying a non-active paste material to the non-circuit forming region that prevents the active metal-containing brazing material flowing during the heat bonding from moving to a region other than the circuit forming region (for example, the non-circuit forming region). The inflow of the active metal-containing brazing material at the time of heat joining between the circuit forming regions (between patterns) can be prevented.
また、金属部材を活性金属含有ろう材に対して所望の大きさにすることにより、例えば、金属部材の領域を活性金属含有ろう材の外周の全部または一部から−２．０〜＋０．５０ｍｍだけ大きい領域（（−）は小さい場合を示す）にすることにより、金属部材の外周の全部または一部において活性金属含有ろう材の焼結体が金属部材から０．０１〜２．０ｍｍだけはみ出すようにすることができる。このようなはみ出しは「フィレット」と呼ばれているが、このようなフィレット構造とすることにより、繰り返しヒートサイクルに対する金属−セラミックス接合体の信頼性を向上させることができる。フィレットの幅を０．０１〜２．０ｍｍとするのは、フィレットの幅が０．０１ｍｍより小さいと、繰り返しヒートサイクル１００回未満でクラックの発生がみられ、逆にフィレットの幅が２．０ｍｍより大きいと、回路のファインパターン化に支障をきたすからである。 Further, by setting the metal member to a desired size with respect to the active metal-containing brazing material, for example, the region of the metal member is -2.0 to +0.50 mm from all or part of the outer periphery of the active metal-containing brazing material. By making the region as large as possible ((-) indicates a small case), the sintered body of the active metal-containing brazing material protrudes from the metal member by 0.01 to 2.0 mm at all or part of the outer periphery of the metal member. Can be. Such a protrusion is called a “fillet”. By using such a fillet structure, it is possible to improve the reliability of the metal-ceramic bonding body against repeated heat cycles. The fillet width is set to 0.01 to 2.0 mm. If the fillet width is smaller than 0.01 mm, cracks are observed in less than 100 repeated heat cycles, and conversely the fillet width is 2.0 mm. If it is larger, it will hinder the fine patterning of the circuit.
また、セラミックス基板の裏面に放熱板を接合する場合には、セラミックス基板の表面側（回路形成側）および裏面側（放熱板側）のいずれにフィレットを形成してもよく、両面にフィレットを形成すれば、セラミックス基板にクラックが発生するのを抑制する効果が大きくなる。また、活性金属含有ろう材に対するレジストの大きさを制御することにより、フィレットを有しないものを作製することもできる。 When joining a heat sink to the back side of a ceramic substrate, fillets may be formed on either the front side (circuit forming side) or the back side (heat sink side) of the ceramic substrate, and fillets are formed on both sides. If it does so, the effect which suppresses that a crack generate | occur | produces in a ceramic substrate will become large. Moreover, the thing which does not have a fillet can also be produced by controlling the magnitude | size of the resist with respect to an active metal containing brazing material.
セラミックス部材としては、アルミナなどの酸化物や、窒化アルミニウムや窒化ケイ素などの非酸化物などのセラミックス部材を使用することができ、通常、一辺の長さが１０〜２００ｍｍで厚さが０．２５〜２．０ｍｍのセラミックス部材が使用される。金属部材としては、銅、アルミニウム、ニッケルなどの単一金属の箔や板、またはマンガニン、黄銅、ステンレスなどの合金の箔や板を使用することができ、０．１〜５．０ｍｍの厚さの箔や板を使用することが多い。しかし、本発明では、セラミックス部材や金属部材の大きさや厚さは、特に限定されるものではない。 As the ceramic member, a ceramic member such as an oxide such as alumina or a non-oxide such as aluminum nitride or silicon nitride can be used. Usually, the length of one side is 10 to 200 mm and the thickness is 0.25. A ceramic member of ~ 2.0 mm is used. As the metal member, a single metal foil or plate such as copper, aluminum or nickel, or an alloy foil or plate such as manganin, brass or stainless steel can be used, and the thickness is 0.1 to 5.0 mm. Often used foil or plate. However, in the present invention, the size and thickness of the ceramic member and the metal member are not particularly limited.
非活性ペースト材としては、タングステンやモリブデンなどの高融点金属、アルミナ、マグネシア、シリカなどの酸化物や、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などのセラミックス、あるいは樹脂などの粉末をビヒクルに加えて乳鉢や３本ロールミルなどで混練することにより作製されたペースト材が使用される。 Inactive paste materials include refractory metals such as tungsten and molybdenum, oxides such as alumina, magnesia, and silica, ceramics such as nitrides such as silicon nitride, boron nitride, and aluminum nitride, or powders such as resins. In addition, a paste material prepared by kneading with a mortar or a three-roll mill is used.
また、活性金属含有ろう材および非活性ペースト材の好ましい厚さは０．０１〜０．０５ｍｍである。 Moreover, the preferable thickness of an active metal containing brazing material and an inactive paste material is 0.01-0.05 mm.
以下、本発明による金属−セラミックス接合体の製造方法の実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, the Example of the manufacturing method of the metal-ceramics joined body by this invention is described in detail.
［実施例１］
１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の表面側の回路形成領域に活性金属含有ろう材としてチタンを含む銀ペーストをスクリーン印刷し、その回路形成領域の周りの非回路領域に非活性ペーストとして窒化ホウ素ペーストを塗布した。また、窒化アルミニウム基板の裏面側の放熱用金属板形成領域に活性金属含有ろう材としてチタンを含む銀ペーストをスクリーン印刷し、その放熱用金属板形成領域の周りの領域に非活性ペーストとして窒化ホウ素ペーストを塗布した。次に、窒化アルミニウム基板の両面の活性金属含有ろう材および非活性ペースト上に厚さ０．３ｍｍの銅箔を載せ、真空加熱炉に投入して、１０−５ｔｏｒｒ以下、８５０℃で加熱接合した。
[Example 1]
A silver paste containing titanium as an active metal-containing brazing material is screen-printed on a circuit formation region on the surface side of an aluminum nitride substrate having a thickness of 100 mm × 100 mm and a thickness of 0.635 mm, and inactive in non-circuit regions around the circuit formation region A boron nitride paste was applied as a paste. Also, a silver paste containing titanium as an active metal-containing brazing material is screen-printed on the heat-dissipating metal plate forming region on the back side of the aluminum nitride substrate, and boron nitride is used as an inactive paste around the heat-dissipating metal plate forming region. The paste was applied. Next, a copper foil having a thickness of 0.3 mm is placed on the active metal-containing brazing material and the non-active paste on both surfaces of the aluminum nitride substrate, put into a vacuum heating furnace, and heat bonded at 10 −5 torr or less at 850 ° C. did.
次に、この加熱接合した両面の銅箔上に、それぞれの活性金属含有ろう材より一回り小さいレジストを印刷し、塩化第２銅エッチング液によりエッチングした。さらに、レジストを除去した後、形成された銅回路および放熱用銅板上に無電解ニッケルメッキを３μｍ施し、最終製品とした。この製造工程により２０枚の基板を作製したところ、銅回路および放熱用銅板の外周部に幅０．３ｍｍのフィレットが形成され、いずれの基板にも活性金属含有ろう材の流れがなかった。 Next, a resist slightly smaller than each active metal-containing brazing material was printed on the heat-bonded copper foils on both sides and etched with a cupric chloride etchant. Further, after removing the resist, 3 μm of electroless nickel plating was applied on the formed copper circuit and heat dissipation copper plate to obtain a final product. When 20 substrates were produced by this manufacturing process, a fillet having a width of 0.3 mm was formed on the outer periphery of the copper circuit and the heat-dissipating copper plate, and no active metal-containing brazing material flowed on any of the substrates.
このようにして得られた基板について、室温→−４０℃×３０分→室温×１０分→１２５℃×３０分→室温×１０分を１サイクルとする繰り返しヒートサイクルを５００回行った。この処理後に銅回路、放熱用銅板および活性金属含有ろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を顕微鏡観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、銅回路および放熱用銅板の外周部分にフィレットを形成する効果が認められた。 The substrate thus obtained was subjected to 500 repeated heat cycles of room temperature → −40 ° C. × 30 minutes → room temperature × 10 minutes → 125 ° C. × 30 minutes → room temperature × 10 minutes. After this treatment, the copper circuit, the heat radiating copper plate and the active metal-containing brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with a microscope. The effect of forming fillets was observed.
［実施例２］
５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのアルミナ基板の表面側の回路形成領域に活性金属含有ろう材としてチタンを含む銀ペーストをスクリーン印刷し、その回路形成領域の周りの非回路領域に非活性ペーストとして二酸化珪素ペーストを塗布した。また、アルミナ基板の裏面側の放熱用金属板形成領域に活性金属含有ろう材としてチタンを含む銀ペーストをスクリーン印刷し、その放熱用金属板形成領域の周りの領域に非活性ペーストとして二酸化珪素ペーストを塗布した。次に、アルミナ基板の両面の活性金属含有ろう材および非活性ペースト上に厚さ０．３ｍｍの銅箔を載せ、真空加熱炉に投入して、１０−５ｔｏｒｒ以下、８５０℃で加熱接合した。
[Example 2]
A silver paste containing titanium as an active metal-containing brazing material is screen-printed on a circuit forming region on the surface side of an alumina substrate having a size of 50 mm × 50 mm and a thickness of 0.25 mm, and the non-active paste is formed on the non-circuit region around the circuit forming region. As a result, a silicon dioxide paste was applied. In addition, a silver paste containing titanium as an active metal-containing brazing material is screen-printed on the heat-dissipating metal plate forming region on the back side of the alumina substrate, and a silicon dioxide paste as an inactive paste around the heat-dissipating metal plate forming region Was applied. Next, a copper foil having a thickness of 0.3 mm was placed on the active metal-containing brazing filler metal and the non-active paste on both sides of the alumina substrate, put into a vacuum heating furnace, and heat-bonded at 850 ° C. or less at 10 −5 torr. .
次に、この加熱接合した両面の銅箔上に、それぞれの活性金属含有ろう材より一回り小さいレジストを印刷し、塩化第２銅エッチング液によりエッチングした。さらに、レジストを除去した後、形成された銅回路および放熱用銅板上に無電解ニッケルメッキを３μｍ施し、最終製品とした。この製造工程により２０枚の基板を作製したところ、銅回路および放熱用銅板の外周部に幅０．３ｍｍのフィレットが形成され、いずれの基板にも活性金属含有ろう材の流れがなかった。 Next, a resist slightly smaller than each active metal-containing brazing material was printed on the heat-bonded copper foils on both sides and etched with a cupric chloride etchant. Further, after removing the resist, 3 μm of electroless nickel plating was applied on the formed copper circuit and heat dissipation copper plate to obtain a final product. When 20 substrates were produced by this manufacturing process, a fillet having a width of 0.3 mm was formed on the outer periphery of the copper circuit and the heat-dissipating copper plate, and no active metal-containing brazing material flowed on any of the substrates.
このようにして得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを１０００回行った。この処理後に銅回路、放熱用銅板および活性金属含有ろう材を除去してアルミナ基板の表面を顕微鏡観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、銅回路および放熱用銅板の外周部分にフィレットを形成する効果が認められた。 The substrate thus obtained was subjected to the same repeated heat cycle 1000 times as in Example 1. After this treatment, the copper circuit, the heat dissipating copper plate and the active metal-containing brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with a microscope. The effect of forming was recognized.
［実施例３］
４０ｍｍ×７０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの窒化珪素基板の表面側の回路形成領域に活性金属含有ろう材としてチタンを含む銀ペーストをスクリーン印刷し、その回路形成領域の周りの非回路領域に非活性ペーストとしてモリブデンペーストを塗布した。また、窒化珪素基板の裏面側の放熱用金属板形成領域に活性金属含有ろう材としてチタンを含む銀ペーストをスクリーン印刷し、その放熱用金属板形成領域の周りの領域に非活性ペーストとしてモリブデンペーストを塗布した。次に、窒化珪素基盤の両面の活性金属含有ろう材および非活性ペースト上に厚さ０．３ｍｍの銅箔を載せ、真空加熱炉に投入して、１０−５ｔｏｒｒ以下、８５０℃で加熱接合した。
[Example 3]
A silver paste containing titanium as an active metal-containing brazing material is screen-printed on a circuit forming region on the surface side of a silicon nitride substrate having a size of 40 mm × 70 mm and a thickness of 0.3 mm, and inactive in non-circuit regions around the circuit forming region. Molybdenum paste was applied as a paste. Also, a silver paste containing titanium as an active metal-containing brazing material is screen-printed on the heat-dissipating metal plate forming region on the back side of the silicon nitride substrate, and a molybdenum paste as an inactive paste around the heat-dissipating metal plate forming region. Was applied. Next, a copper foil having a thickness of 0.3 mm is placed on the active metal-containing brazing material and the non-active paste on both sides of the silicon nitride base, and is put into a vacuum heating furnace, and is heated and bonded at 10 −5 torr or less at 850 ° C. did.
次に、この加熱接合した両面の銅箔上に、それぞれ活性金属含有ろう材より一回り小さいレジストを印刷し、塩化第２銅エッチング液によりエッチングした。さらに、レジストを除去した後、形成された銅回路および放熱用銅板上に無電解ニッケルメッキを３μｍ施し、最終製品とした。この製造工程により２０枚の基板を作製したところ、銅回路および放熱用銅板の外周部に幅０．３ｍｍのフィレットが形成され、いずれの基板にも活性金属含有ろう材の流れがなかった。 Next, a resist slightly smaller than the active metal-containing brazing material was printed on each of the heat-bonded copper foils on both sides and etched with a cupric chloride etchant. Further, after removing the resist, 3 μm of electroless nickel plating was applied on the formed copper circuit and heat dissipation copper plate to obtain a final product. When 20 substrates were produced by this manufacturing process, a fillet having a width of 0.3 mm was formed on the outer periphery of the copper circuit and the heat-dissipating copper plate, and no active metal-containing brazing material flowed on any of the substrates.
このようにして得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを１５００回行った。この処理後に銅回路、放熱用銅板および活性金属含有ろう材を除去して窒化珪素基板の表面を顕微鏡観察したところ、窒化珪素基板にクラックの発生はなく、銅回路および放熱用銅板の外周部分にフィレットを形成する効果が認められた。 For the substrate thus obtained, the same repeated heat cycle as in Example 1 was performed 1500 times. After this treatment, the copper circuit, the heat radiating copper plate and the active metal-containing brazing material were removed and the surface of the silicon nitride substrate was observed with a microscope. The effect of forming fillets was observed.
［実施例４］
非活性ペーストとしてアルミナペーストを使用した以外は実施例１と同様の方法により２０枚の基板を作製したところ、実施例１と同様に銅回路および放熱用銅板の外周部に幅０．３ｍｍのフィレットが形成され、いずれの基板にも活性金属含有ろう材の流れがなかった。
[Example 4]
Twenty substrates were prepared by the same method as in Example 1 except that alumina paste was used as the non-active paste. As in Example 1, a 0.3 mm wide fillet was formed on the outer periphery of the copper circuit and heat dissipation copper plate. And no flow of the active metal-containing brazing material was found on any of the substrates.
このようにして得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを５００回行った。この処理後に銅回路、放熱用銅板および活性金属含有ろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を顕微鏡観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、銅回路および放熱用銅板の外周部分にフィレットを形成する効果が認められた。 The substrate thus obtained was subjected to the same repeated heat cycle 500 times as in Example 1. After this treatment, the copper circuit, the heat radiating copper plate and the active metal-containing brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with a microscope. The effect of forming fillets was observed.
［実施例５］
非活性ペーストとして二酸化珪素ペーストを使用した以外は実施例１と同様の方法により２０枚の基板を作製したところ、実施例１と同様に銅回路および放熱用銅板の外周部に幅０．３ｍｍのフィレットが形成され、いずれの基板にも活性金属含有ろう材の流れがなかった。
[Example 5]
Twenty substrates were prepared by the same method as in Example 1 except that silicon dioxide paste was used as the inactive paste. As in Example 1, the width of 0.3 mm was formed on the outer periphery of the copper circuit and the heat dissipation copper plate. Fillets were formed and there was no flow of active metal-containing brazing material on any of the substrates.
このようにして得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを５００回行った。この処理後に銅回路、放熱用銅板および活性金属含有ろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を顕微鏡観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、銅回路および放熱用銅板の外周部分にフィレットを形成する効果が認められた。 The substrate thus obtained was subjected to the same repeated heat cycle 500 times as in Example 1. After this treatment, the copper circuit, the heat radiating copper plate and the active metal-containing brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with a microscope. The effect of forming fillets was observed.
［実施例６］
非活性ペーストとして酸化マグネシウムペーストを使用した以外は実施例１と同様の方法により２０枚の基板を作製したところ、実施例１と同様に銅回路および放熱用銅板の外周部に幅０．３ｍｍのフィレットが形成され、いずれの基板にも活性金属含有ろう材の流れがなかった。
[Example 6]
Twenty substrates were produced by the same method as in Example 1 except that magnesium oxide paste was used as the non-active paste. As in Example 1, the width of the outer periphery of the copper circuit and the heat-dissipating copper plate was 0.3 mm. Fillets were formed and there was no flow of active metal-containing brazing material on any of the substrates.
このようにして得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを５００回行った。この処理後に銅回路、放熱用銅板および活性金属含有ろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を顕微鏡観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、銅回路の外周部分にフィレットを形成する効果が認められた。 The substrate thus obtained was subjected to the same repeated heat cycle 500 times as in Example 1. After this treatment, the copper circuit, the heat-dissipating copper plate and the active metal-containing brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with a microscope. As a result, there was no crack in the aluminum nitride substrate, and a fillet was formed on the outer periphery of the copper circuit. The effect was recognized.
［比較例１］
５０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の表面側の回路形成領域および裏面側の放熱用金属板形成領域に実施例１と同じ銀ペーストを介して厚さ０．３ｍｍの銅箔を加熱接合した。加熱接合された基板上に銅回路および放熱用銅板を形成するため、回路形成領域および放熱用金属板形成領域にレジストを印刷した。このレジストの印刷後、塩化第２銅エッチング液によりエッチングし、フィレットを有しない（ろう材として使用した銀ペーストがはみ出していない）２０枚の銅回路基板を作製したところ、５枚の基板に活性金属含有ろう材の流れがあった。
[Comparative Example 1]
A copper foil having a thickness of 0.3 mm is applied to the circuit forming region on the front side of the aluminum nitride substrate having a thickness of 50 mm × 30 mm and a thickness of 0.635 mm and the metal plate for heat radiation on the back side through the same silver paste as in Example 1. Heat bonding was performed. In order to form a copper circuit and a heat radiating copper plate on the heat-bonded substrate, a resist was printed on the circuit forming region and the heat radiating metal plate forming region. After printing this resist, it was etched with a cupric chloride etchant to produce 20 copper circuit boards having no fillet (the silver paste used as the brazing material did not protrude). There was a flow of metal-containing brazing material.
このようにして得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを５００回行った。この処理後に銅回路、放熱用銅板および銀ペーストを除去して窒化アルミニウム基板の表面を顕微鏡観察したところ、窒化アルミニウム基板上に形成されていた銅回路および放熱用銅板に沿って、目視で容易に確認できるクラックの発生が認められた。 The substrate thus obtained was subjected to the same repeated heat cycle 500 times as in Example 1. After this treatment, the copper circuit, the heat radiating copper plate and the silver paste were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with a microscope, and it was easy to visually observe the copper circuit and the heat radiating copper plate formed on the aluminum nitride substrate. The generation | occurrence | production of the crack which can be confirmed was recognized.
［比較例２］
窒化アルミニウム基板に代えてアルミナ基板を使用した以外は比較例１と同様の方法により（フィレットを有しない）２０枚の基板を作製したところ、１０枚の基板に活性金属含有ろう材の流れがあった。
[Comparative Example 2]
20 substrates (without fillets) were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that an alumina substrate was used in place of the aluminum nitride substrate, and there was a flow of active metal-containing brazing material on the 10 substrates. It was.
このようにして得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを５００回行った。この処理後に銅回路、放熱用銅板および銀ペーストを除去してアルミナの表面を顕微鏡観察したところ、アルミナ基板上に形成されていた銅回路および放熱用銅板に沿って、目視で容易に確認できるクラックの発生が認められた。 The substrate thus obtained was subjected to the same repeated heat cycle 500 times as in Example 1. After this treatment, the copper circuit, the heat dissipation copper plate and the silver paste were removed and the surface of the alumina was observed with a microscope. A crack that can be easily confirmed visually along the copper circuit and the heat dissipation copper plate formed on the alumina substrate. Occurrence was observed.
１０ セラミックス部材
１２ 活性金属含有ろう材
１４ 非活性ペースト材
１６ 金属部材
１８ レジスト
２０ 無電解ニッケルメッキ
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| JPH05198917A (en) * | 1992-01-20 | 1993-08-06 | Toshiba Corp | Manufacture of ceramic circuit board |
| JP2512763B2 (en) * | 1987-08-29 | 1996-07-03 | 株式会社 徳力本店 | Stop-off agent for brazing |
| JPH10326949A (en) * | 1997-05-26 | 1998-12-08 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Circuit board |
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