JP3460167B2 - Method for manufacturing aluminum nitride circuit board having metal circuit - Google Patents

Method for manufacturing aluminum nitride circuit board having metal circuit

Info

Publication number
JP3460167B2
JP3460167B2 JP08414996A JP8414996A JP3460167B2 JP 3460167 B2 JP3460167 B2 JP 3460167B2 JP 08414996 A JP08414996 A JP 08414996A JP 8414996 A JP8414996 A JP 8414996A JP 3460167 B2 JP3460167 B2 JP 3460167B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
metal
weight
parts
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP08414996A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH09275256A (en
Inventor
博人 堀内
美幸 中村
康人 伏井
好彦 辻村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denki Kagaku Kogyo KK filed Critical Denki Kagaku Kogyo KK
Priority to JP08414996A priority Critical patent/JP3460167B2/en
Publication of JPH09275256A publication Critical patent/JPH09275256A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3460167B2 publication Critical patent/JP3460167B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属回路を有する窒化
アルミニウム回路基板の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum nitride circuit board having a metal circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ロボットやモーター等の産業機器
の高性能化に伴い、大電力・高能率インバーター等大電
力モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発生
する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よく
放散させるため、大電力モジュール基板では従来より様
々な方法が取られてきた。特に最近、良好な熱伝導を有
するセラミックス基板が利用できるようになったため、
セラミックス基板上に銅板等の金属板を接合し、回路を
形成後、そのままあるいはメッキ等の処理を施してから
半導体素子を実装する構造も採用されつつある。
2. Description of the Related Art In recent years, with the high performance of industrial equipment such as robots and motors, the transition of high power and high efficiency inverters and other high power modules has progressed, and the heat generated from semiconductor elements has also continued to increase. ing. In order to efficiently dissipate this heat, various methods have been conventionally used for high power module substrates. Especially recently, since ceramic substrates with good heat conduction have become available,
A structure is also being adopted in which a metal plate such as a copper plate is bonded onto a ceramic substrate to form a circuit, and then a semiconductor element is mounted as it is or after a treatment such as plating is performed.

【0003】このようなモジュールは、当初、簡単な工
作機械に使用されてきたが、ここ数年、溶接機、電車の
駆動部、電気自動車に使用されるようになり、より厳し
い要求たとえば電流密度を上げるための回路銅厚の増
加、熱衝撃等に対する耐久性の向上、更なる小型化が要
求されるようになってきた。これらの要求に対応可能な
セラミックス基板は、現時点では窒化アルミニウム基板
のみである。
Such a module was initially used for a simple machine tool, but has been used for a few years in a welding machine, a train drive part, an electric vehicle, and more stringent requirements such as a current density. In order to increase the thickness, it has been required to increase the circuit copper thickness, improve the durability against thermal shock, and further reduce the size. At present, the only ceramic substrate that can meet these requirements is an aluminum nitride substrate.

【0004】金属とセラミックスを接合する方法には種
々あるが、銅板と窒化アルミニウム基板との接合には、
両者間に活性金属を含むろう材を介在させ加熱処理して
接合体とする活性金属ろう付け法(例えば特開昭60-177
634 号公報)や、表面が酸化処理された窒化アルミニウ
ム基板と銅板を銅の融点以下でCu−Oの共晶温度以上
で加熱接合するDBC法(例えば特開昭56-163093 号公
報)等がある。
There are various methods for joining a metal and a ceramic, but for joining a copper plate and an aluminum nitride substrate,
An active metal brazing method in which a brazing material containing an active metal is interposed between the two and heat-treated to form a joined body (for example, JP-A-60-177).
No. 634), and a DBC method (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 56-163093) in which an aluminum nitride substrate whose surface is oxidized and a copper plate are heated and bonded at a temperature lower than the melting point of copper and higher than the eutectic temperature of Cu—O. is there.

【0005】活性金属ろう付け法は、DBC法に比べて
以下の利点がある。 (1)接合体を得るための処理温度が低いので、窒化ア
ルミニウム基板と銅板の熱膨張差によって生じる残留応
力が小さい。 (2)ろう材が延性金属であるので、ヒートショックや
ヒートサイクルに対する耐久性が大である。
The active metal brazing method has the following advantages over the DBC method. (1) Since the processing temperature for obtaining the bonded body is low, the residual stress caused by the difference in thermal expansion between the aluminum nitride substrate and the copper plate is small. (2) Since the brazing material is a ductile metal, it is highly durable against heat shock and heat cycles.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性金
属ろう付け法を用いても、ヒートショックやヒートサイ
クルに対する耐久性が十分とはいえず新しい技術の出現
が待たれていた。そこで、金属回路板(通常はセラミッ
クス基板の上面に設けられる)の体積が反対面の金属放
熱板の体積の50〜90%となるように調整したり(特
開昭63−24815号公報)、放熱側銅板の厚さを回
路側銅板の厚さの50%以下とすること(特開平5−1
70564号公報)の提案があるが、これらのみでは上
記厳しい要求に対しては不十分である。
However, even if the active metal brazing method is used, the durability against heat shock and heat cycle cannot be said to be sufficient, and the advent of a new technique has been awaited. Therefore, the volume of the metal circuit board (usually provided on the upper surface of the ceramic substrate) is adjusted to be 50 to 90% of the volume of the metal heat dissipation plate on the opposite surface (Japanese Patent Laid-Open No. 63-24815). The thickness of the heat radiation side copper plate should be 50% or less of the thickness of the circuit side copper plate (JP-A-5-1).
No. 70564), but these alone are not sufficient to meet the above strict requirements.

【0007】したがって、窒化アルミニウム焼結体等の
セラミックス自体の改善が不可欠となる。セラミックス
の焼結には常圧焼結法とホットプレス法がある。常圧焼
結法はホットプレス法に比べて簡単かつ量産的にセラミ
ックスを製造することができるが、焼結体にポアなどの
欠陥を生じやすく、また焼結助剤成分とセラミックス成
分との反応によって生成した第2、第3相が比較的高い
蒸気圧を持つため偏析を生じやすく、ホットプレス法で
製造した焼結体に比べて熱衝撃性は弱くなる傾向があ
る。特に、窒化アルミニウム焼結体にはこの傾向が顕著
である。
Therefore, improvement of ceramics such as aluminum nitride sintered body is essential. There are an atmospheric pressure sintering method and a hot pressing method for sintering ceramics. Compared with the hot pressing method, the atmospheric pressure sintering method can produce ceramics more easily and mass-produced, but it tends to cause defects such as pores in the sintered body, and the reaction between the sintering aid component and the ceramic component. Since the second and third phases generated by have a relatively high vapor pressure, segregation is likely to occur, and the thermal shock resistance tends to be weaker than that of the sintered body produced by the hot pressing method. In particular, this tendency is remarkable in the aluminum nitride sintered body.

【0008】一方、セラミックスの脆性を改善する手段
として、純安定な正方晶ジルコニアを部分的に安定化し
て分散させたいわゆる「ジルコニアタフンドセラミック
ス」はすでに実用化段階に入っている。これは、正方晶
が安定な単斜晶へ変態する際にともなう体積変化を利用
して破壊エネルギーを吸収したりクラックの進行を阻害
することにより、靭性を強化する方法であるが、ジルコ
ニアの熱伝導性があまり良好ではないので高熱伝導性の
要求される絶縁基板としては適当ではない。
On the other hand, as a means for improving the brittleness of ceramics, so-called "zirconia tahund ceramics", in which pure stable tetragonal zirconia is partially stabilized and dispersed, has already been put into practical use. This is a method of strengthening the toughness by absorbing the fracture energy and inhibiting the progress of cracks by utilizing the volume change accompanying the transformation of tetragonal crystal to stable monoclinic crystal. Since the conductivity is not so good, it is not suitable as an insulating substrate that requires high thermal conductivity.

【0009】本発明の目的は、窒化アルミニウム基板の
表面に正方晶ジルコニアをその熱伝導性を損なわせるこ
とがない程度に生成させ、正方晶ジルコニアが有する靱
性を利用し、ヒートショックやヒートサイクルに対する
耐久性を更に改善した金属回路を有する窒化アルミニウ
ム回路基板を製造する方法を提供することである。
The object of the present invention is to generate tetragonal zirconia on the surface of an aluminum nitride substrate to the extent that its thermal conductivity is not impaired, and to utilize the toughness of tetragonal zirconia to withstand heat shock and heat cycle. A method of manufacturing an aluminum nitride circuit board having a metal circuit with further improved durability.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、イット
リアを焼結助剤として製造された窒化アルミニウム基板
を酸化処理して、X線回折によるαーアルミナ(10
4)面の回折線強度I104とアルミン酸イットリウム
(400)の回折線強度I400の比(I104/I4
00)が0.1〜2.5となるよう表面にアルミナを形
成させた後、それと金属板とを、銀69〜100重量部
と銅0〜31重量部の合計量100重量部あたり、ジル
コニウム又はその化合物を0.5〜10重量部含む活性
金属ろう材で、10―7〜10―5Torrの真空中、
温度700〜900℃の条件で接合した後、該接合体の
金属をエッチングして回路を形成させることを特徴とす
る金属回路を有する窒化アルミニウム回路基板の製造方
法、及びイットリアを焼結助剤として製造された窒化ア
ルミニウム基板を酸化処理して、X線回折によるαーア
ルミナ(104)面の回折線強度I104とアルミン酸
イットリウム(400)の回折線強度I400の比(I
104/I400)が0.1〜2.5となるようその表
面にアルミナを形成させた後、それと金属回路パターン
とを、銀69〜100重量部と銅0〜31重量部の合計
量100重量部あたり、ジルコニウム又はその化合物を
0.5〜10重量部含む活性金属ろう材で、10―7〜
10―5Torrの真空中、温度700〜900℃の条
件で接合し回路を形成させることを特徴とする金属回路
を有する窒化アルミニウム回路基板の製造方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION That is, the present invention is, It
The aluminum nitride substrate manufactured by using the rear as a sintering aid was subjected to an oxidation treatment, and α-alumina (10
4) Diffraction line intensity I 104 of surface and yttrium aluminate
The ratio of the diffraction line intensity I400 of (400) (I104 / I4
00) is 0.1 to 2.5 , alumina is formed on the surface, and then it and a metal plate are mixed with 69 to 100 parts by weight of silver.
An active metal brazing material containing 0.5 to 10 parts by weight of zirconium or a compound thereof per 100 parts by weight of copper and 0 to 31 parts by weight of copper in a vacuum of 10 −7 to 10 −5 Torr.
A method of manufacturing an aluminum nitride circuit board having a metal circuit, which comprises forming a circuit by etching the metal of the bonded body after bonding under the condition of a temperature of 700 to 900 ° C. , and yttria as a sintering aid. The manufactured aluminum nitride substrate is subjected to oxidation treatment, and then α
Luminous (104) plane diffraction line intensity I104 and aluminate
Ratio of diffraction line intensity I400 of yttrium (400) (I
104 / I400) is 0.1 to 2.5 and alumina is formed on the surface thereof , and then the metal circuit pattern is added to 69 to 100 parts by weight of silver and 0 to 31 parts by weight of copper.
Zirconium or its compound per 100 parts by weight
Active metal brazing filler metal containing 0.5 to 10 parts by weight , and 10-7 to
In a vacuum of 10-5 Torr, at a temperature of 700 to 900 ° C
A method for manufacturing an aluminum nitride circuit board having a metal circuit, which is characterized in that bonding is performed under certain conditions to form a circuit.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、更に詳細に本発明を説明す
る。
The present invention will be described in more detail below.

【0012】本発明の特徴は、窒化アルミニウム基板と
金属回路とが接合層を介して接合された回路基板におい
て、十分な接合強度を保持しつつ、破壊の起点である窒
化アルミニウム基板の表面又はその近傍に正方晶ジルコ
ニアを、窒化アルミニウム基板表面にあるアルミナ成分
と活性金属ろう材のジルコニウム成分との反応によって
形成させ、熱伝導性を損なうことなく、ヒートショック
やヒートサイクルに対する耐久性を更に改善したことで
ある。
A feature of the present invention is that, in a circuit board in which an aluminum nitride substrate and a metal circuit are bonded via a bonding layer, the surface of the aluminum nitride substrate, which is the starting point of the breakage, or the sufficient bonding strength is maintained. Tetragonal zirconia was formed in the vicinity by the reaction between the alumina component on the surface of the aluminum nitride substrate and the zirconium component of the active metal brazing material, further improving the durability against heat shock and heat cycle without impairing the thermal conductivity. That is.

【0013】今日、信頼性の点で最も改善が望まれてい
る回路基板は、パワーモジュール等に使用されている銅
厚付け回路基板であり、通常、厚み0.15〜0.5m
mの銅回路を窒化アルミニウム基板に形成させている
が、熱履歴を受けると銅と窒化アルミニウムの熱膨張差
によって応力が生じる。小さな応力は主に銅板の弾性・
塑性変形で吸収されるが、繰り返しの熱履歴の間に蓄積
された応力や、大きな温度変化によって生じた応力は、
窒化アルミニウム基板の破壊によって解放される。つま
り、熱的なストレスで窒化アルミニウム基板が損傷を受
ける場合は、金属が接合されている界面すなわち窒化ア
ルミニウム基板基板表面とその近傍が破壊の起点とな
る。従って、窒化アルミニウム基板の表面又はその近傍
にのみ正方晶ジルコニアを存在させると大きな靱性の改
善効果につながり、しかも正方晶ジルコニアの存在量も
少なくすることができるので窒化アルミニウム回路基板
の熱伝導性には大きな悪影響を与えない。
Today, the circuit board most desired to be improved in terms of reliability is a copper-thickened circuit board used in power modules and the like, and usually has a thickness of 0.15 to 0.5 m.
Although a copper circuit of m is formed on the aluminum nitride substrate, when a thermal history is applied, stress is generated due to the difference in thermal expansion between copper and aluminum nitride. Small stress is mainly due to the elasticity of the copper plate
Although absorbed by plastic deformation, the stress accumulated during repeated thermal history and the stress generated by large temperature changes are
It is released by breaking the aluminum nitride substrate. That is, when the aluminum nitride substrate is damaged by the thermal stress, the interface where the metal is bonded, that is, the surface of the aluminum nitride substrate substrate and its vicinity becomes the starting point of the destruction. Therefore, the presence of tetragonal zirconia only on or near the surface of the aluminum nitride substrate leads to a large toughness improving effect, and since the amount of tetragonal zirconia can be reduced, the thermal conductivity of the aluminum nitride circuit board can be reduced. Does not have a great adverse effect.

【0014】本発明において、正方晶ジルコニアの存在
量は、X線回折によって容易に知ることができる。すな
わち、金属回路を有する窒化アルミニウム基板から、金
属回路と接合層を硝酸、フッ酸等の酸類で溶解し、残っ
た窒化アルミニウム基板をX線回折分析を行い回折線強
度比を求めることによって行うことができる。正方晶ジ
ルコニアの存在があまり少ないと靭性の改善効果が小さ
くなり、またあまり大きいと熱抵抗が大きくなる。そこ
で、本発明においては、0. 02≦IZ /IA≦0. 3
が適当である。ここに、IA は窒化アルミニウムの(1
01)面の回折線強度、IZ は正方晶ジルコニアの(1
11)面の回折線強度である。X線回折においては、窒
化アルミニウム基板の表面又はその近傍の正方晶ジルコ
ニアが測定され内部のそれは無視されるが、本発明にお
いては窒化アルミニウム基板の表面又はその近傍の正方
晶ジルコニアの存在が重要であるのでこの測定法が採用
される。
In the present invention, the amount of tetragonal zirconia present can be easily determined by X-ray diffraction. That is, the metal circuit and the bonding layer are dissolved with an acid such as nitric acid or hydrofluoric acid from an aluminum nitride substrate having a metal circuit, and the remaining aluminum nitride substrate is subjected to X-ray diffraction analysis to obtain a diffraction line intensity ratio. You can If the presence of tetragonal zirconia is too small, the effect of improving the toughness will be small, and if it is too large, the thermal resistance will be large. Therefore, in the present invention, 0.02 ≦ I Z / I A ≦ 0.3
Is appropriate. Where I A is (1 of aluminum nitride
The diffraction line intensity of the (01) plane, I Z, is (1) of tetragonal zirconia.
11) Diffraction line intensity of plane. In X-ray diffraction, tetragonal zirconia on the surface of the aluminum nitride substrate or in the vicinity thereof is measured and is ignored, but in the present invention, the presence of tetragonal zirconia on the surface of the aluminum nitride substrate or in its vicinity is important. This measurement method is adopted because it exists.

【0015】本発明において、窒化アルミニウム基板の
表面又はその近傍に正方晶ジルコニアを存在させるに
は、窒化アルミニウム基板を酸化処理してその表面にア
ルミナ層を形成させ、それと金属板又は金属回路パター
ンとをジルコニウム又はその化合物を含む活性金属ろう
材により加熱接合させる際の反応によって行うことがで
きる。
In the present invention, in order to allow tetragonal zirconia to exist on the surface of the aluminum nitride substrate or in the vicinity thereof, the aluminum nitride substrate is oxidized to form an alumina layer on the surface thereof, and a metal plate or a metal circuit pattern is formed thereon. Can be carried out by a reaction during heat bonding with an active metal brazing material containing zirconium or a compound thereof.

【0016】窒化アルミニウム基板の表面のアルミナ層
があまり多量であると表面から部分的又は全体的に剥離
してしまうことがあるので、その厚みは10μm以下で
あることが望ましい。その下限は必要量の少なくとも1
/10である。ここで、必要量とは活性金属ろう材のジ
ルコニウムがすべてジルコニアになるために必要な量で
ある。
If the amount of the alumina layer on the surface of the aluminum nitride substrate is too large, it may peel off partially or entirely from the surface. Therefore, the thickness is preferably 10 μm or less. The lower limit is at least 1 of the required amount
It is / 10. Here, the necessary amount is the amount necessary for all zirconium of the active metal brazing material to become zirconia.

【0017】窒化アルミニウム基板の表面のアルミナ層
を形成させるには、窒化アルミニウム基板を、大気中、
950〜1300℃で15分〜90分程度熱処理するこ
とが好ましい。950℃未満の温度ではアルミナ層が生
成せず、また1300℃をこえるとアルミナ層の生成速
度の増大によって不均一な反応層が生成し、十分な接合
強度が得られなくなる。
In order to form the alumina layer on the surface of the aluminum nitride substrate, the aluminum nitride substrate is placed in the atmosphere,
It is preferable to perform heat treatment at 950 to 1300 ° C. for about 15 to 90 minutes. If the temperature is lower than 950 ° C., the alumina layer is not formed, and if it exceeds 1300 ° C., the non-uniform reaction layer is formed due to the increase in the formation rate of the alumina layer, and sufficient bonding strength cannot be obtained.

【0018】中でも、イットリアを焼結助剤として製造
された窒化アルミニウム基板を上記条件で酸化処理し、
X線回折によるαーアルミナ(104)面の回折線強度
10 4 とアルミン酸イットリウム(400)の回折線強
度I400 の比(I104 /I40 0 )が0.1〜2.5とし
た窒化アルミニウム基板が最適である。このような窒化
アルミニウム基板を用いることによって、αーアルミナ
は活性金属ろう材のジルコニア成分と反応し熱応力の緩
衝層となり、またアルミン酸イットリウムは活性金属ろ
う材と反応し強固な接合層を形成する。そのため、強固
な接合強度を維持しながら、ヒートショックやヒートサ
イクルに対する耐久性が更に高まった窒化アルミニウム
回路基板を製造することができる。
Among them, an aluminum nitride substrate manufactured by using yttria as a sintering aid is subjected to an oxidation treatment under the above conditions,
The ratio (I 104 / I 40 0 ) of the diffraction line intensity I 10 4 on the α-alumina (104) plane by X-ray diffraction and the diffraction line intensity I 400 of yttrium aluminate (400) was set to 0.1 to 2.5. Aluminum nitride substrates are the most suitable. By using such an aluminum nitride substrate, α-alumina reacts with the zirconia component of the active metal brazing material to form a thermal stress buffer layer, and yttrium aluminate reacts with the active metal brazing material to form a strong bonding layer. . Therefore, it is possible to manufacture an aluminum nitride circuit board having further improved durability against heat shock and heat cycle while maintaining a strong bonding strength.

【0019】本発明で使用される活性金属ろう材の金属
成分は、銀、銅、銀−銅、亜鉛、インジウム、カドミウ
ム、スズ等を主成分とし、溶融時のセラミックス基板と
の濡れ性を確保するために活性金属を副成分とする。そ
の活性金属は、窒化アルミニウム基板と反応して酸化物
や窒化物を生成させ、それらの生成物がろう材と窒化ア
ルミニウム基板との結合を強固なものにする。活性金属
の具体例をあげれば、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、ニオブ、タンタル、バナジウムやこれらの化合物で
ある。本発明においては、金属成分の主成分は銀又は銀
−銅が好ましいが、活性金属成分はジルコニウム又はそ
の化合物が必須成分となる。好ましい活性金属成分は、
ジルコニウム又はその化合物と他の活性金属成分特にチ
タン又はその化合物と併用することである。これらの比
率の一例は、銀69〜100重量部と銅0〜31重量部
の合計量100重量部あたり、ジルコニウム又はその化
合物0.5〜10重量部特に1〜8重量部である。ジル
コニウム又はその化合物があまり多いと接合温度が高く
なって接合後に室温まで冷却する際に生じる熱応力が大
きくなり、またあまり少ないと生成する正方晶ジルコニ
アも少なくなって靭性の改善効果が小さくなる。
The metal component of the active metal brazing material used in the present invention is mainly composed of silver, copper, silver-copper, zinc, indium, cadmium, tin, etc., and ensures wettability with the ceramic substrate during melting. Therefore, an active metal is used as a sub ingredient. The active metal reacts with the aluminum nitride substrate to generate an oxide or a nitride, and these products strengthen the bond between the brazing material and the aluminum nitride substrate. Specific examples of the active metal include titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, vanadium and compounds thereof. In the present invention, the main component of the metal component is preferably silver or silver-copper, but the active metal component is zirconium or its compound as an essential component. The preferred active metal component is
The use of zirconium or its compounds in combination with other active metal components, especially titanium or its compounds. One example of these ratios is 0.5 to 10 parts by weight, especially 1 to 8 parts by weight of zirconium or its compound per 100 parts by weight of the total amount of 69 to 100 parts by weight of silver and 0 to 31 parts by weight of copper. When the amount of zirconium or its compound is too much, the joining temperature becomes high and the thermal stress generated when cooling to room temperature after joining becomes large, and when it is too little, the amount of tetragonal zirconia produced becomes small and the effect of improving the toughness becomes small.

【0020】活性金属ろう材は、通常はペーストで使用
され、それは上記金属成分に有機溶剤と必要に応じて有
機結合剤を加え、ロール、ニーダ、万能混合機、らいか
い機等で混合することによって調製することができる。
有機溶剤としてはメチルセルソルブ、テルピネオール、
イソホロン、トルエン等、また有機結合剤としてはエチ
ルセルロース、メチルセルロース、ポリメタクリレート
等が使用される。
The active metal brazing material is usually used in a paste, which is prepared by adding an organic solvent and, if necessary, an organic binder to the above metal components and mixing them with a roll, a kneader, a universal mixer, a raider or the like. Can be prepared by.
As the organic solvent, methyl cellosolve, terpineol,
Isophorone, toluene, etc. are used, and as the organic binder, ethyl cellulose, methyl cellulose, polymethacrylate, etc. are used.

【0021】表面にアルミナ層を形成させた窒化アルミ
ニウム基板と金属板又は金属回路のパターンとの接合条
件は、10-7〜10-5Torr程度の真空中、温度70
0〜900℃程度好ましくは750〜850℃程度であ
る。
The bonding conditions of the aluminum nitride substrate having the alumina layer formed on the surface thereof and the metal plate or the pattern of the metal circuit are in a vacuum of about 10 -7 to 10 -5 Torr and at a temperature of 70.
It is about 0 to 900 ° C, preferably about 750 to 850 ° C.

【0022】窒化アルミニウム基板の厚みとしては、厚
すぎると熱抵抗が大きくなり、また薄すぎると耐久性が
なくなるので、0.3〜0.8mm程度が好ましい。
The thickness of the aluminum nitride substrate is preferably about 0.3 to 0.8 mm because if it is too thick, the thermal resistance will increase, and if it is too thin, the durability will decrease.

【0023】窒化アルミニウム基板の表面状態は重要で
あり、微少な欠陥や窪み等は金属板又は金属回路パター
ンとの接触面積に大きな悪影響を与えるため平滑である
ことが望ましく、それには酸化処理する前又は酸化処理
した後でホーニング処理が施されていることが望まし
い。
The surface condition of the aluminum nitride substrate is important, and since minute defects and dents have a great adverse effect on the contact area with the metal plate or the metal circuit pattern, it is desirable that the surface is smooth. Alternatively, it is desirable that the honing treatment is performed after the oxidation treatment.

【0024】金属回路の材質としては、銅、アルミニウ
ム、タングステン、モリブデン等が使用されるが、銅が
一般的である。金属回路の厚みとしては、近年、電流密
度が増加していく傾向から0.3mmよりも厚い方が好
ましい。また、本発明においては、窒化アルミニウム基
板の表面に金属回路が、またその裏面には金属放熱板が
形成された構造の回路基板であってもよく、その金属放
熱板の材質については上記したものが使用され、またそ
の厚みは0.2mm以下であることが好ましい。
Copper, aluminum, tungsten, molybdenum, etc. are used as the material of the metal circuit, but copper is generally used. The thickness of the metal circuit is preferably thicker than 0.3 mm because the current density tends to increase in recent years. Further, in the present invention, a circuit board having a structure in which a metal circuit is formed on the surface of the aluminum nitride substrate and a metal heat dissipation plate is formed on the back surface thereof may be used, and the material of the metal heat dissipation plate is as described above. Is used, and its thickness is preferably 0.2 mm or less.

【0025】窒化アルミニウム基板の一方の面に金属回
路、他方の面に金属放熱板を形成する方法としては、窒
化アルミニウム基板と金属板との接合体をエッチングす
る方法、金属板から打ち抜かれた金属回路パターン及び
/又は金属放熱板パターンを窒化アルミニウム基板に接
合する方法等によって行うことができる。
As a method of forming a metal circuit on one surface of the aluminum nitride substrate and a metal heat dissipation plate on the other surface, a method of etching a bonded body of the aluminum nitride substrate and the metal plate, and a metal stamped from the metal plate are used. It can be performed by a method of joining the circuit pattern and / or the metal heat sink plate pattern to the aluminum nitride substrate.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明を実施例と比較例をあげて具体
的に説明する。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples.

【0027】実施例1〜4 比較例1 窒化アルミニウム粉末96重量部、イットリア粉末4重
量部、オレイン酸2重量部を振動ミルにて予備混合した
後、エチルセルロース8重量部、グリセリントリオレー
ト3重量部及び水12重量部を配合しミキサーで混合し
た。この混合物を成型速度1.0m/分、成型圧力55
〜70kg/cm2 で押出成型を行い、遠赤外線にて1
20℃、5分間乾燥した後、480℃で10時間空気中
にて脱脂し、温度1950℃で30分の焼成を行った。
Examples 1 to 4 Comparative Example 1 96 parts by weight of aluminum nitride powder, 4 parts by weight of yttria powder and 2 parts by weight of oleic acid were premixed in a vibration mill, and then 8 parts by weight of ethyl cellulose and 3 parts by weight of glycerin trioleate. And 12 parts by weight of water were mixed and mixed with a mixer. This mixture is molded at a molding speed of 1.0 m / min and a molding pressure of 55.
Extrusion molding at ~ 70kg / cm 2 and 1 in far infrared
After drying at 20 ° C. for 5 minutes, it was degreased in air at 480 ° C. for 10 hours, and baked at a temperature of 1950 ° C. for 30 minutes.

【0028】得られた窒化アルミニウム焼結体から窒化
アルミニウム基板(60mm×36mm×0.65m
m)を機械加工しホーニング処理した後、大気中110
0℃で30分間加熱処理をして窒化アルミニウム基板表
面にアルミナ層を形成させた。そのX線回折分析を行
い、αーアルミナ(104)面の回折線強度I104 とア
ルミン酸イットリウム(400)の回折線強度I400
比(I104 /I400 )を測定したところ、1.0であっ
た。
From the obtained aluminum nitride sintered body, an aluminum nitride substrate (60 mm × 36 mm × 0.65 m
m) is machined and honed, then in air 110
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 30 minutes to form an alumina layer on the surface of the aluminum nitride substrate. When the subjected to X-ray diffraction analysis to determine the ratio of the diffraction intensity I 400 of the α-alumina (104) plane diffraction intensity I 104 and yttrium aluminate of (400) (I 104 / I 400), 1.0 Met.

【0029】金属粉末を表1に示される割合で配合し、
この金属成分100重量部にテルピネオール14重量部
とポリイソブチルメタアクリレートのトルエン溶液を固
形分で7重量部加え、らいかい機で混練して活性金属ろ
う材ペーストを調整した。このろう材ペーストを上記で
製造された窒化アルミニウム基板の回路面(表面)にス
クリーン印刷によってパターン率=0.20のL字型パ
ターンに塗布し、放熱面側(裏面)には全面塗布した。
その際の塗布量(乾燥後)は9mg/cm2 とした。
Metal powders were mixed in the proportions shown in Table 1,
To 100 parts by weight of this metal component, 14 parts by weight of terpineol and 7 parts by weight of a solid solution of a toluene solution of polyisobutylmethacrylate were added, and the mixture was kneaded by a raker machine to prepare an active metal brazing material paste. This brazing paste was applied to the circuit surface (front surface) of the aluminum nitride substrate manufactured above by screen printing to form an L-shaped pattern having a pattern ratio of 0.20, and the entire surface of the heat dissipation surface (back surface) was applied.
The coating amount (after drying) at that time was 9 mg / cm 2 .

【0030】次に、表面には60mm×36mm×0.
3mmの厚みをもつ銅板を、また裏面には60mm×3
6mm×0.15mmの厚みをもつ銅板を接触配置して
から、真空度1×10-6Torr以下の真空下、表1に
示す温度で30分熱処理した後、2℃/分の降温速度で
冷却して窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を製造し
た。
Next, on the surface, 60 mm × 36 mm × 0.
A copper plate with a thickness of 3 mm and a back surface of 60 mm x 3
After placing a copper plate having a thickness of 6 mm × 0.15 mm in contact with the copper plate, heat treatment was performed for 30 minutes at a temperature shown in Table 1 under a vacuum of 1 × 10 −6 Torr or less, and then at a temperature decrease rate of 2 ° C./minute. After cooling, a joined body of the aluminum nitride substrate and the copper plate was manufactured.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】次いで、この接合体の銅板上にUV硬化タ
イプのエッチングレジストをスクリーン印刷で塗布後、
塩化第2銅溶液を用いてエッチング処理を行って銅板不
要部分を溶解除去し、更にエッチングレジストを5%苛
性ソーダ溶液で剥離した。このエッチング処理後の接合
体には、銅回路パターン間に残留不要ろう材や活性金属
成分と窒化アルミニウム基板との反応物があるので、そ
れを温度60℃、10%フッ化アンモニウム溶液に10
分間浸漬して除去した。その後、厚さ2μmのNiメッ
キを行い、銅回路を有する窒化アルミニウム回路基板を
製造した。
Then, a UV curing type etching resist is applied by screen printing on the copper plate of this joined body,
An etching treatment was performed using a cupric chloride solution to dissolve and remove unnecessary portions of the copper plate, and the etching resist was peeled off with a 5% caustic soda solution. In the bonded body after this etching treatment, there is a residual unnecessary brazing material or a reaction product of the active metal component and the aluminum nitride substrate between the copper circuit patterns.
It was immersed for a minute and removed. Then, Ni plating having a thickness of 2 μm was performed to manufacture an aluminum nitride circuit board having a copper circuit.

【0033】比較例2〜6 大気中1100℃で30分間の加熱処理を行わない窒化
アルミニウム基板を用いたこと以外は、実施例1〜4又
は比較例1と同様にして銅回路を有する窒化アルミニウ
ム回路基板を製造した。
Comparative Examples 2 to 6 Aluminum nitride having a copper circuit was prepared in the same manner as in Examples 1 to 4 or Comparative Example 1 except that an aluminum nitride substrate which was not heat-treated at 1100 ° C. for 30 minutes in the atmosphere was used. A circuit board was manufactured.

【0034】このようにして製造された銅回路を有する
窒化アルミニウム回路基板について、ピール強度をプッ
シュプル測定器(引張り速度:50mm/分)により測
定した。また、気中、−40℃×30分保持後、25℃
×10分間放置、更に125℃×30分保持後、25℃
×10分間放置を1サイクルとした耐ヒートサイクル試
験を試料10について行い、放熱銅板又は銅回路が剥離
開始したヒートサイクル回数を測定した。更に、回路基
板の放熱銅板と銅回路及び接合層を上記薬液で除去し、
残った窒化アルミニウム基板についてX線回折分析を行
い、正方晶ジルコニア量(IZ /IA )を測定した。そ
れらの結果を表2に示す。
The peel strength of the aluminum nitride circuit board having the copper circuit thus manufactured was measured by a push-pull measuring device (pulling speed: 50 mm / min). In addition, after holding at -40 ° C for 30 minutes in air, 25 ° C
× 10 minutes, 125 ° C × 30 minutes, 25 ° C
A heat cycle resistance test was conducted on Sample 10 by leaving it for 1 cycle for 10 minutes as a cycle, and the number of heat cycles at which the heat dissipation copper plate or the copper circuit started to peel was measured. Furthermore, the heat dissipation copper plate of the circuit board and the copper circuit and the bonding layer are removed with the above chemical solution,
The remaining aluminum nitride substrate was subjected to X-ray diffraction analysis to measure the amount of tetragonal zirconia (I Z / I A ). The results are shown in Table 2.

【0035】[0035]

【表2】 [Table 2]

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、ヒートサイクルに対す
る耐久性を一段と向上させた金属回路を有する窒化アル
ミニウム回路基板を製造することができる。
According to the present invention, it is possible to manufacture an aluminum nitride circuit board having a metal circuit with further improved durability against heat cycles.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−102629(JP,A) 特開 平4−149075(JP,A) 特開 平6−53357(JP,A) 特開 平7−101774(JP,A) 特開 平7−305162(JP,A) 特開 平2−306653(JP,A) 特開 平5−63110(JP,A) 特開 平7−170041(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 1/03 630 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-5-102629 (JP, A) JP-A-4-149075 (JP, A) JP-A-6-53357 (JP, A) JP-A-7-101774 (JP , A) JP-A-7-305162 (JP, A) JP-A-2-306653 (JP, A) JP-A-5-63110 (JP, A) JP-A-7-170041 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H05K 1/03 630

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イットリアを焼結助剤として製造された
窒化アルミニウム基板を酸化処理して、X線回折による
αーアルミナ(104)面の回折線強度I104とアル
ミン酸イットリウム(400)の回折線強度I400の
比(I104/I400)が0.1〜2.5となるよう
表面にアルミナを形成させた後、それと金属板とを、銀
69〜100重量部と銅0〜31重量部の合計量100
重量部あたり、ジルコニウム又はその化合物を0.5〜
10重量部含む活性金属ろう材で、10―7〜10―5
Torrの真空中、温度700〜900℃の条件で接合
した後、該接合体の金属をエッチングして回路を形成さ
せることを特徴とする金属回路を有する窒化アルミニウ
ム回路基板の製造方法。
An aluminum nitride substrate manufactured by using yttria as a sintering aid is subjected to an oxidation treatment, and then subjected to X-ray diffraction.
Diffraction line intensity I104 of α-alumina (104) plane
Diffraction line intensity I400 of yttrium mynate (400)
After forming alumina on the surface so that the ratio (I104 / I400) is 0.1 to 2.5 , the alumina and the metal plate are mixed with silver.
Total amount of 69-100 parts by weight and copper 0-31 parts by weight 100
0.5 to 0.5 parts by weight of zirconium or its compound per part by weight.
Active metal brazing material containing 10 parts by weight , 10-7 to 10-5
A method for manufacturing an aluminum nitride circuit board having a metal circuit, comprising: forming a circuit by bonding the metal of the bonded body in a Torr vacuum at a temperature of 700 to 900 ° C. and then etching the metal.
【請求項2】 イットリアを焼結助剤として製造された
窒化アルミニウム基板を酸化処理して、X線回折による
αーアルミナ(104)面の回折線強度I104とアル
ミン酸イットリウム(400)の回折線強度I400の
比(I104/I400)が0.1〜2.5となるよう
表面にアルミナを形成させた後、それと金属回路パター
ンとを、銀69〜100重量部と銅0〜31重量部の合
計量100重量部あたり、ジルコニウム又はその化合物
0.5〜10重量部含む活性金属ろう材で、10―7
〜10―5Torrの真空中、温度700〜900℃の
条件で接合し回路を形成させることを特徴とする金属回
路を有する窒化アルミニウム回路基板の製造方法。
2. An aluminum nitride substrate manufactured by using yttria as a sintering aid is subjected to an oxidation treatment and then subjected to X-ray diffraction.
Diffraction line intensity I104 of α-alumina (104) plane
Diffraction line intensity I400 of yttrium mynate (400)
After forming alumina on the surface so that the ratio (I104 / I400) is 0.1 to 2.5, 69 to 100 parts by weight of silver and 0 to 31 parts by weight of copper are added to the alumina and the metal circuit pattern. Of
Active metal brazing filler metal containing 0.5 to 10 parts by weight of zirconium or a compound thereof per 100 parts by weight of the metal is 10-7.
10 to 5 Torr vacuum, 700 to 900 ℃ temperature
A method for manufacturing an aluminum nitride circuit board having a metal circuit, which comprises bonding under the conditions to form a circuit.
JP08414996A 1996-04-05 1996-04-05 Method for manufacturing aluminum nitride circuit board having metal circuit Expired - Fee Related JP3460167B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08414996A JP3460167B2 (en) 1996-04-05 1996-04-05 Method for manufacturing aluminum nitride circuit board having metal circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08414996A JP3460167B2 (en) 1996-04-05 1996-04-05 Method for manufacturing aluminum nitride circuit board having metal circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09275256A JPH09275256A (en) 1997-10-21
JP3460167B2 true JP3460167B2 (en) 2003-10-27

Family

ID=13822457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP08414996A Expired - Fee Related JP3460167B2 (en) 1996-04-05 1996-04-05 Method for manufacturing aluminum nitride circuit board having metal circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3460167B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005061049A1 (en) * 2005-12-19 2007-06-21 Curamik Electronics Gmbh Metal-ceramic substrate
JP5128829B2 (en) * 2007-02-28 2013-01-23 Dowaメタルテック株式会社 Metal-ceramic bonding substrate and brazing material used therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09275256A (en) 1997-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3211856B2 (en) Circuit board
JPH10326949A (en) Circuit board
JPH09162325A (en) Nitride silicon circuit board and its manufacturing method
JPH11121889A (en) Circuit board
JP3460167B2 (en) Method for manufacturing aluminum nitride circuit board having metal circuit
JPH09181423A (en) Ceramic circuit board
JP3308883B2 (en) Board
JP3454331B2 (en) Circuit board and method of manufacturing the same
JP3526710B2 (en) Circuit board manufacturing method
JP3419620B2 (en) Method for manufacturing ceramic circuit board having metal circuit
JP3182354B2 (en) Circuit board and its evaluation method
JP3257869B2 (en) Circuit board
JP3585338B2 (en) Aluminum nitride substrate and its use
JP3190282B2 (en) Circuit board manufacturing method
JPH04322491A (en) Manufacture of ceramic circuit board
JP2001127388A (en) Silicon nitride circuit board and its manufacturing method
JP3308807B2 (en) Circuit board and method of manufacturing the same
JP3560357B2 (en) Manufacturing method of aluminum nitride sintered body
JP4557354B2 (en) Method for manufacturing ceramic copper circuit board
JP3460155B2 (en) Aluminum nitride substrate and circuit board
JP3537320B2 (en) Circuit board
JP3255310B2 (en) Aluminum nitride substrate with copper circuit
JP3260222B2 (en) Circuit board manufacturing method
JP3155885B2 (en) Circuit board
JPH11307690A (en) Electric component

Legal Events

Date Code Title Description
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090815

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100815

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120815

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees