JP3512977B2 - 高信頼性半導体用基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度セラミック
金属複合体からなる回路基板に関し、更に詳しくは自動
車や電車等の基板として好適な高ヒートサイクル特性を
有する高信頼性半導体用基板である。
金属複合体からなる回路基板に関し、更に詳しくは自動
車や電車等の基板として好適な高ヒートサイクル特性を
有する高信頼性半導体用基板である。
【０００２】
【従来の技術】従来より、パワーハイブリットＩＣや大
電力パワーモジュール等熱が大量に発生する電子部品の
実装基板としては、導電回路を有するセラミック回路基
板が広く用いられており、特に近年では、高熱電導率を
有するＡｌＮセラミック回路基板を製造するために、セ
ラミック基板の製造・通電回路の形成などに様々な工夫
がなされている。
電力パワーモジュール等熱が大量に発生する電子部品の
実装基板としては、導電回路を有するセラミック回路基
板が広く用いられており、特に近年では、高熱電導率を
有するＡｌＮセラミック回路基板を製造するために、セ
ラミック基板の製造・通電回路の形成などに様々な工夫
がなされている。
【０００３】このうちヒートサイクル特性を上げるため
の工夫として、特公平７−９３３２６号公報、特開平１
−５９９８６号公報のように、回路基板を構成する金属
板の端部が２段あるいは薄肉部を有する形状であった
り、また本出願人による特公平７−７７９８９号公報
「セラミックスと金属の接合体の製造法」に開示するよ
うに、フィレット部を設けて端部の熱応力を緩和する方
法は公知である。
の工夫として、特公平７−９３３２６号公報、特開平１
−５９９８６号公報のように、回路基板を構成する金属
板の端部が２段あるいは薄肉部を有する形状であった
り、また本出願人による特公平７−７７９８９号公報
「セラミックスと金属の接合体の製造法」に開示するよ
うに、フィレット部を設けて端部の熱応力を緩和する方
法は公知である。
【０００４】これらの方法によって製造された基板は、
従来の端部の段差がない基板に比較してヒートサイクル
特性は向上し、数百サイクルまでクラックが発生してい
ないことが報告されている。しかしながら近年、大電力
用基板や自動車用基板としてはヒートサイクル特性が１
５００サイクル以上の高信頼性のものが要求されてお
り、上記の方式ではこれらの要求を満たす基板の開発は
なされていなかった。
従来の端部の段差がない基板に比較してヒートサイクル
特性は向上し、数百サイクルまでクラックが発生してい
ないことが報告されている。しかしながら近年、大電力
用基板や自動車用基板としてはヒートサイクル特性が１
５００サイクル以上の高信頼性のものが要求されてお
り、上記の方式ではこれらの要求を満たす基板の開発は
なされていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来法に
おいては、ヒートサイクル特性としてはせいぜい５０〜
数１００サイクルが常識であったため、自動車や電車等
の大電力パワーモジュール基板の実用化が難しかった。
おいては、ヒートサイクル特性としてはせいぜい５０〜
数１００サイクルが常識であったため、自動車や電車等
の大電力パワーモジュール基板の実用化が難しかった。
【０００６】本発明は、新規な製造手段を開発すること
によって、ヒートサイクル特性が１５００サイクル以上
の自動車や電車向けの大電力パワーモジュール基板を提
供することを目的とする。
によって、ヒートサイクル特性が１５００サイクル以上
の自動車や電車向けの大電力パワーモジュール基板を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、斯かる課題
を解決するために鋭意研究したところ、回路基板の端部
を３段以上とし、特定の背厚みや幅を設けることによっ
て、ヒートサイクル特性が飛躍的に向上することを見い
だし、本発明を提供することができた。
を解決するために鋭意研究したところ、回路基板の端部
を３段以上とし、特定の背厚みや幅を設けることによっ
て、ヒートサイクル特性が飛躍的に向上することを見い
だし、本発明を提供することができた。
【０００８】すなわち本発明は、第１に、セラミックと
金属との接合回路基板において、少なくとも回路側の導
体回路端部が３段以上の段差を有し、最下段の厚さｔ１
と幅ｌ１がそれぞれ導体総厚みの１５％以下および５〜
５００μｍであり、中段の厚さｔ２と幅ｌ２はそれぞれ
導体総厚みの２５〜５５％および１００〜５００μｍで
あり、最上段の厚さｔ３が導体総厚みの３０〜６０％で
あり、最下段の厚さと中段の厚さの合計（ｔ１＋ｔ２）
が導体総厚みの７０％以下であり、最下段の幅と中段の
幅の合計（ｌ１＋ｌ２）が１ｍｍ以下であることを特徴
とする高信頼性半導体用基板；第２に、上記導体回路端
部において、最下段が活性金属ろう材からなり、他の段
が金属よりなることを特徴とする上記第１記載の高信頼
性半導体用基板；第３に、上記導体回路端部において、
その全ての段が金属よりなることを特徴とする上記第１
記載の高信頼性半導体用基板；第４に、上記導体回路端
部における活性金属ろう材が活性金属としてＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆのうち少なくとも１種を含むろう材であること
を特徴とする上記第２記載の高信頼性半導体用基板であ
る。
金属との接合回路基板において、少なくとも回路側の導
体回路端部が３段以上の段差を有し、最下段の厚さｔ１
と幅ｌ１がそれぞれ導体総厚みの１５％以下および５〜
５００μｍであり、中段の厚さｔ２と幅ｌ２はそれぞれ
導体総厚みの２５〜５５％および１００〜５００μｍで
あり、最上段の厚さｔ３が導体総厚みの３０〜６０％で
あり、最下段の厚さと中段の厚さの合計（ｔ１＋ｔ２）
が導体総厚みの７０％以下であり、最下段の幅と中段の
幅の合計（ｌ１＋ｌ２）が１ｍｍ以下であることを特徴
とする高信頼性半導体用基板；第２に、上記導体回路端
部において、最下段が活性金属ろう材からなり、他の段
が金属よりなることを特徴とする上記第１記載の高信頼
性半導体用基板；第３に、上記導体回路端部において、
その全ての段が金属よりなることを特徴とする上記第１
記載の高信頼性半導体用基板；第４に、上記導体回路端
部における活性金属ろう材が活性金属としてＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆのうち少なくとも１種を含むろう材であること
を特徴とする上記第２記載の高信頼性半導体用基板であ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明で使用するセラミック基板
は、アルミナ基板や窒化アルミニウム・窒化ケイ素から
なる窒化物セラミック基板であり、回路を形成する金属
としては銅板を用いる。
は、アルミナ基板や窒化アルミニウム・窒化ケイ素から
なる窒化物セラミック基板であり、回路を形成する金属
としては銅板を用いる。
【００１０】本発明において３段以上の段差は次のよう
な手段で作製した。すなわち活性金属ろう材を用いて銅
板をセラミック基板に接合する方法（活性金属法）にお
いては、セラミック基板としての窒化アルミニウムやア
ルミナ基板の両面に活性金属ろう材ペーストを全面塗布
した上に、回路用銅板として厚さ０．３ｍｍの銅板を、
反対側には厚さ０．２５ｍｍの放熱用銅板を接触させ、
真空炉内で８５０℃に加熱して接合させて接合体を得
た。次いでこの接合体の銅板上にエッチングレジストを
塗布し、塩化鉄溶液でエッチング処理をして回路パター
ンを形成した後不要なろう材を除去する。次に段差を形
成するために２回目のレジストを塗布して、塩化鉄溶液
でエッチング処理を施して銅回路板を２段とした。更
に、端部を３段とするために、上記と同様に３回目のレ
ジストを塗布して、塩化鉄溶液でエッチング処理を施し
て最下段にろう材が端部となる回路を形成した。この場
合、エッチング条件によって１回目の端部としてはろう
材のみを、あるいはろう材と銅板の２段からなる端部で
それぞれ任意の厚みを有する基板を得ることができる。
な手段で作製した。すなわち活性金属ろう材を用いて銅
板をセラミック基板に接合する方法（活性金属法）にお
いては、セラミック基板としての窒化アルミニウムやア
ルミナ基板の両面に活性金属ろう材ペーストを全面塗布
した上に、回路用銅板として厚さ０．３ｍｍの銅板を、
反対側には厚さ０．２５ｍｍの放熱用銅板を接触させ、
真空炉内で８５０℃に加熱して接合させて接合体を得
た。次いでこの接合体の銅板上にエッチングレジストを
塗布し、塩化鉄溶液でエッチング処理をして回路パター
ンを形成した後不要なろう材を除去する。次に段差を形
成するために２回目のレジストを塗布して、塩化鉄溶液
でエッチング処理を施して銅回路板を２段とした。更
に、端部を３段とするために、上記と同様に３回目のレ
ジストを塗布して、塩化鉄溶液でエッチング処理を施し
て最下段にろう材が端部となる回路を形成した。この場
合、エッチング条件によって１回目の端部としてはろう
材のみを、あるいはろう材と銅板の２段からなる端部で
それぞれ任意の厚みを有する基板を得ることができる。
【００１１】銅板をセラミック基板に直接接合する方法
（直接接合法）においては、アルミナ基板の両面に回路
用銅板としての厚さ０．３ｍｍの銅板を、反対面には厚
さ０．２５ｍｍの銅板を接触させて加熱炉中で１０６３
℃に加熱して接合体を得た。次いで上記と同様にエッチ
ングレジストを塗布し、塩化鉄溶液でエッチング処理を
して回路パターンを形成した。次に段差を形成するため
に２回目のレジストを塗布して、塩化物溶液でエッチン
グ処理を施して２段とした。更に、端部を３段とするた
めに、上記と同様に３回目のレジストを塗布して、塩化
鉄溶液でエッチング処理を施して回路用銅板に３段の端
部を形成した。
（直接接合法）においては、アルミナ基板の両面に回路
用銅板としての厚さ０．３ｍｍの銅板を、反対面には厚
さ０．２５ｍｍの銅板を接触させて加熱炉中で１０６３
℃に加熱して接合体を得た。次いで上記と同様にエッチ
ングレジストを塗布し、塩化鉄溶液でエッチング処理を
して回路パターンを形成した。次に段差を形成するため
に２回目のレジストを塗布して、塩化物溶液でエッチン
グ処理を施して２段とした。更に、端部を３段とするた
めに、上記と同様に３回目のレジストを塗布して、塩化
鉄溶液でエッチング処理を施して回路用銅板に３段の端
部を形成した。
【００１２】上記のような方法で得た３段の端部を有す
る回路用基板のヒートサイクル特性を、＋１２５℃で３
０分、−４０℃で３０分となるヒートサイクル条件下で
調べたところ、従来品では得られなかった１５００サイ
クル以上の結果を得ることができた。
る回路用基板のヒートサイクル特性を、＋１２５℃で３
０分、−４０℃で３０分となるヒートサイクル条件下で
調べたところ、従来品では得られなかった１５００サイ
クル以上の結果を得ることができた。
【００１３】本発明では、更にヒートサイクル特性を向
上させるために回路用銅板ばかりでなく、反対面に接合
した放熱板用の銅板の端部にも段差を設けたところ、上
記ろう接合基板及び直接接合基板のいずれについても、
ヒートサイクルが２０００サイクル以上になってもクラ
ックの発生が見られなかった。
上させるために回路用銅板ばかりでなく、反対面に接合
した放熱板用の銅板の端部にも段差を設けたところ、上
記ろう接合基板及び直接接合基板のいずれについても、
ヒートサイクルが２０００サイクル以上になってもクラ
ックの発生が見られなかった。
【００１４】以下、実施例をもって本発明の詳細を説明
するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではな
い。
するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではな
い。
【００１５】
【実施例１】セラミック基板１として５３×２９×０．
６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板を４枚用意し、この
基板両面にＡｇ７１．０％、Ｃｕ１６．５％、Ｔｉ２．
５％からなるろう材２のペーストを全面塗布し、その両
面に厚さ０．３ｍｍの回路用銅板３と厚さ０．２５ｍｍ
の放熱板４用の銅板とを接触させ、真空炉内で８５０℃
にて加熱接合した。
６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板を４枚用意し、この
基板両面にＡｇ７１．０％、Ｃｕ１６．５％、Ｔｉ２．
５％からなるろう材２のペーストを全面塗布し、その両
面に厚さ０．３ｍｍの回路用銅板３と厚さ０．２５ｍｍ
の放熱板４用の銅板とを接触させ、真空炉内で８５０℃
にて加熱接合した。
【００１６】次いで回路状にエッチングレジストを塗布
し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、回路パターン
を形成すると共に不要なろう材を除去した。
し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、回路パターン
を形成すると共に不要なろう材を除去した。
【００１７】次いで回路面の端部に段差を形成するため
に、２回目のレジストを塗布しエッチング処理を行って
２段目の段差を形成した。
に、２回目のレジストを塗布しエッチング処理を行って
２段目の段差を形成した。
【００１８】更に端部を３段とするために、３回目のレ
ジストを塗布し塩化鉄溶液でエッチング処理し、図１
（Ａ）（Ｂ）に示すように最下段にろう材からなる段を
有する回路基板としてそれぞれ２枚ずつ２組の基板を得
た。
ジストを塗布し塩化鉄溶液でエッチング処理し、図１
（Ａ）（Ｂ）に示すように最下段にろう材からなる段を
有する回路基板としてそれぞれ２枚ずつ２組の基板を得
た。
【００１９】得られた２枚の（Ａ）の３段からなる基板
の厚さや幅については、最下段のｔ１＝２０μｍ ｌ１
＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝０．１ｍｍ ｌ２＝
０．３ｍｍであり、最上段のｔ３＝０．１８ｍｍであっ
た。
の厚さや幅については、最下段のｔ１＝２０μｍ ｌ１
＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝０．１ｍｍ ｌ２＝
０．３ｍｍであり、最上段のｔ３＝０．１８ｍｍであっ
た。
【００２０】他の形態として（Ｂ）に示すような３段か
らなる２枚の基板の厚さや幅については、最下段のｔ１
＝４０μｍ ｌ１＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝
０．１３ｍｍ ｌ２＝０．３ｍｍであり、最上段のｔ３
＝０．１３ｍｍであった。
らなる２枚の基板の厚さや幅については、最下段のｔ１
＝４０μｍ ｌ１＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝
０．１３ｍｍ ｌ２＝０．３ｍｍであり、最上段のｔ３
＝０．１３ｍｍであった。
【００２１】得られた（Ａ）（Ｂ）のうち各１枚ずつを
選んで、＋１２５℃で３０分、−４０℃で３０分を１サ
イクルとするヒートサイクル試験を行ったところ、表１
に示すように１５００サイクルではクラックの発生が見
られず、２０００サイクルで微細なクラックが発生して
いた。
選んで、＋１２５℃で３０分、−４０℃で３０分を１サ
イクルとするヒートサイクル試験を行ったところ、表１
に示すように１５００サイクルではクラックの発生が見
られず、２０００サイクルで微細なクラックが発生して
いた。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【実施例２】上記実施例１で得た残りの（Ａ）（Ｂ）各
１枚ずつを用意し、回路形成面の反対側の放熱面が２段
となるようにレジストを塗布し、エッチング処理を施し
て図２（Ａ）（Ｂ）に示すように回路面が３段、放熱部
が２段からなる２組の基板を得た。これらのヒートサイ
クル特性を実施例１と同様の方法で試験したところ、表
１に併せて示したように２０００サイクルでもクラック
の発生が見られず、従来品に比較して格段のヒートサイ
クル特性を有することが分かった。
１枚ずつを用意し、回路形成面の反対側の放熱面が２段
となるようにレジストを塗布し、エッチング処理を施し
て図２（Ａ）（Ｂ）に示すように回路面が３段、放熱部
が２段からなる２組の基板を得た。これらのヒートサイ
クル特性を実施例１と同様の方法で試験したところ、表
１に併せて示したように２０００サイクルでもクラック
の発生が見られず、従来品に比較して格段のヒートサイ
クル特性を有することが分かった。
【００２４】
【実施例３】セラミック基板１として５３×２９×０．
６３５ｍｍのアルミナ基板を４枚用意し、この基板両面
にＡｇ７１．０％、Ｃｕ１６．５％、Ｔｉ２．５％から
なるろう材２のペーストを全面塗布し、その両面に厚さ
０．３ｍｍの回路用銅板３と厚さ０．２５ｍｍの放熱板
４用の銅板とを接触させ、真空炉内で８５０℃にて加熱
接合した。
６３５ｍｍのアルミナ基板を４枚用意し、この基板両面
にＡｇ７１．０％、Ｃｕ１６．５％、Ｔｉ２．５％から
なるろう材２のペーストを全面塗布し、その両面に厚さ
０．３ｍｍの回路用銅板３と厚さ０．２５ｍｍの放熱板
４用の銅板とを接触させ、真空炉内で８５０℃にて加熱
接合した。
【００２５】次いで回路状にエッチングレジストを塗布
し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、回路パターン
を形成すると共に不要なろう材を除去した。
し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、回路パターン
を形成すると共に不要なろう材を除去した。
【００２６】次いで回路面の端部に段差を形成するため
に、２回目のレジストを塗布しエッチング処理を行って
２段目の段差を形成した。
に、２回目のレジストを塗布しエッチング処理を行って
２段目の段差を形成した。
【００２７】更に端部を３段とするために、３回目のレ
ジストを塗布し塩化鉄溶液でエッチング処理し、図１
（Ａ）（Ｂ）に示すように最下段にろう材からなる段を
有する回路基板としてそれぞれ２枚ずつ２組の基板を得
た。
ジストを塗布し塩化鉄溶液でエッチング処理し、図１
（Ａ）（Ｂ）に示すように最下段にろう材からなる段を
有する回路基板としてそれぞれ２枚ずつ２組の基板を得
た。
【００２８】得られた２枚の（Ａ）の３段からなる基板
の厚さや幅については、最下段のｔ１＝２０μｍ ｌ１
＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝０．１ｍｍ ｌ２＝
０．３ｍｍであり、最上段のｔ３＝０．１８ｍｍであっ
た。
の厚さや幅については、最下段のｔ１＝２０μｍ ｌ１
＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝０．１ｍｍ ｌ２＝
０．３ｍｍであり、最上段のｔ３＝０．１８ｍｍであっ
た。
【００２９】他の形態として（Ｂ）に示すような３段か
らなる２枚の基板の厚さや幅については、最下段のｔ１
＝４０μｍ ｌ１＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝
０．１３ｍｍ ｌ２＝０．３ｍｍであり、最上段のｔ３
＝０．１３ｍｍであった。
らなる２枚の基板の厚さや幅については、最下段のｔ１
＝４０μｍ ｌ１＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝
０．１３ｍｍ ｌ２＝０．３ｍｍであり、最上段のｔ３
＝０．１３ｍｍであった。
【００３０】得られた（Ａ）（Ｂ）のうち各１枚ずつを
選んで、＋１２５℃で３０分、−４０℃で３０分を１サ
イクルとするヒートサイクル試験を行ったところ、表１
に示すように１５００サイクルではクラックの発生が見
られず、２０００サイクルで微細なクラックが発生して
いた。
選んで、＋１２５℃で３０分、−４０℃で３０分を１サ
イクルとするヒートサイクル試験を行ったところ、表１
に示すように１５００サイクルではクラックの発生が見
られず、２０００サイクルで微細なクラックが発生して
いた。
【００３１】
【実施例４】上記実施例３で得た残りの（Ａ）（Ｂ）各
１枚ずつを用意し、回路形成面の反対側の放熱面が２段
となるようにレジストを塗布し、エッチング処理を施し
て図２（Ａ）（Ｂ）に示すように回路面が３段、放熱部
が２段からなる２組の基板を得た。これらのヒートサイ
クル特性を実施例１と同様の方法で試験したところ、表
１に併せて示したように２０００サイクルでもクラック
の発生が見られず、従来品に比較して格段のヒートサイ
クル特性を有することが分かった。
１枚ずつを用意し、回路形成面の反対側の放熱面が２段
となるようにレジストを塗布し、エッチング処理を施し
て図２（Ａ）（Ｂ）に示すように回路面が３段、放熱部
が２段からなる２組の基板を得た。これらのヒートサイ
クル特性を実施例１と同様の方法で試験したところ、表
１に併せて示したように２０００サイクルでもクラック
の発生が見られず、従来品に比較して格段のヒートサイ
クル特性を有することが分かった。
【００３２】以上、ろう材を用いてセラミックと金属と
を接合した接合回路基板について、導体回路端部に特定
の寸法条件を満たす３段の段差を設けた場合のヒートサ
イクル特性の改善効果を実施例を示して証明したが、セ
ラミックスと金属とを直接接合したアルミナ−銅の接合
体についても同様な効果が得られることを確認した。以
下の参考例によりこれを示す。
を接合した接合回路基板について、導体回路端部に特定
の寸法条件を満たす３段の段差を設けた場合のヒートサ
イクル特性の改善効果を実施例を示して証明したが、セ
ラミックスと金属とを直接接合したアルミナ−銅の接合
体についても同様な効果が得られることを確認した。以
下の参考例によりこれを示す。
【００３３】
【参考例１】セラミック基板１として５３×２９×０．
６３５ｍｍのアルミナ基板を４枚用意し、この基板両面
に厚さ０．３ｍｍの回路用銅板３と厚さ０．２５ｍｍの
放熱板４用の銅板とを接触させ、加熱炉内で１０６３℃
にて加熱して直接接合した。
６３５ｍｍのアルミナ基板を４枚用意し、この基板両面
に厚さ０．３ｍｍの回路用銅板３と厚さ０．２５ｍｍの
放熱板４用の銅板とを接触させ、加熱炉内で１０６３℃
にて加熱して直接接合した。
【００３４】次いで回路状にエッチングレジストを塗布
し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、回路パターン
を形成すると共に不要なろう材を除去した。
し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、回路パターン
を形成すると共に不要なろう材を除去した。
【００３５】次いで回路面の端部に段差を形成するため
に、２回目のレジストを塗布しエッチング処理を行って
２段目の段差を形成した。
に、２回目のレジストを塗布しエッチング処理を行って
２段目の段差を形成した。
【００３６】更に端部を３段とするために、３回目のレ
ジストを塗布し塩化鉄溶液でエッチング処理し、図３
（Ａ）（Ｂ）に示すように回路用銅板が３段を有する回
路基板としてそれぞれ２枚ずつ２組の基板を得た。
ジストを塗布し塩化鉄溶液でエッチング処理し、図３
（Ａ）（Ｂ）に示すように回路用銅板が３段を有する回
路基板としてそれぞれ２枚ずつ２組の基板を得た。
【００３７】得られた２枚の（Ａ）の３段からなる基板
の厚さや幅については、最下段のｔ１＝２０μｍ ｌ１
＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝０．１ｍｍ ｌ２＝
０．３ｍｍであり、最上段のｔ３＝０．１８ｍｍであっ
た。
の厚さや幅については、最下段のｔ１＝２０μｍ ｌ１
＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝０．１ｍｍ ｌ２＝
０．３ｍｍであり、最上段のｔ３＝０．１８ｍｍであっ
た。
【００３８】他の形態として（Ｂ）に示すような３段か
らなる２枚の基板の厚さや幅については、最下段のｔ１
＝４０μｍ ｌ１＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝
０．１３ｍｍ ｌ２＝０．３ｍｍであり、最上段のｔ３
＝０．１３ｍｍであった。
らなる２枚の基板の厚さや幅については、最下段のｔ１
＝４０μｍ ｌ１＝０．３ｍｍであり、中段のｔ２＝
０．１３ｍｍ ｌ２＝０．３ｍｍであり、最上段のｔ３
＝０．１３ｍｍであった。
【００３９】得られた（Ａ）（Ｂ）のうち各１枚ずつを
選んで、＋１２５℃で３０分、−４０℃で３０分を１サ
イクルとするヒートサイクル試験を行ったところ、表１
に示すように１５００サイクルではクラックの発生が見
られず、２０００サイクルで微細なクラックが発生して
いた。
選んで、＋１２５℃で３０分、−４０℃で３０分を１サ
イクルとするヒートサイクル試験を行ったところ、表１
に示すように１５００サイクルではクラックの発生が見
られず、２０００サイクルで微細なクラックが発生して
いた。
【００４０】
【参考例２】上記参考例１で得た残りの（Ａ）（Ｂ）各
１枚ずつを用意し、回路形成面の反対側の放熱面が２段
となるようにレジストを塗布し、エッチング処理を施し
て図４（Ａ）（Ｂ）に示すように回路面が３段、放熱部
が２段からなる２組の基板を得た。これらのヒートサイ
クル特性を実施例１と同様の方法で試験したところ、表
１に併せて示したように２０００サイクルでもクラック
の発生が見られず、従来品に比較して格段のヒートサイ
クル特性を有することが分かった。
１枚ずつを用意し、回路形成面の反対側の放熱面が２段
となるようにレジストを塗布し、エッチング処理を施し
て図４（Ａ）（Ｂ）に示すように回路面が３段、放熱部
が２段からなる２組の基板を得た。これらのヒートサイ
クル特性を実施例１と同様の方法で試験したところ、表
１に併せて示したように２０００サイクルでもクラック
の発生が見られず、従来品に比較して格段のヒートサイ
クル特性を有することが分かった。
【００４１】
【比較例１】セラミック基板１として５３×２９×０．
６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板と同じ大きさのアル
ミナ基板とを用意し、活性金属法では、窒化アルミニウ
ム基板に実施例１において用いた活性金属ろう材２のペ
ーストを全面塗布し、その両面に厚さ０．３ｍｍの銅板
と放熱板４としての厚さ０．２５ｍｍの銅板とを接触さ
せて、真空炉内で８５０℃にて加熱接合し、一方、直接
接合法では、セラミック基板１としてのアルミナ基板の
両面に回路用基板３および放熱板４として同じ厚みの銅
板を接触させたものを、加熱炉内で１０６３℃で加熱接
合させた。
６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板と同じ大きさのアル
ミナ基板とを用意し、活性金属法では、窒化アルミニウ
ム基板に実施例１において用いた活性金属ろう材２のペ
ーストを全面塗布し、その両面に厚さ０．３ｍｍの銅板
と放熱板４としての厚さ０．２５ｍｍの銅板とを接触さ
せて、真空炉内で８５０℃にて加熱接合し、一方、直接
接合法では、セラミック基板１としてのアルミナ基板の
両面に回路用基板３および放熱板４として同じ厚みの銅
板を接触させたものを、加熱炉内で１０６３℃で加熱接
合させた。
【００４２】得られた接合基板の回路用銅板３にエッチ
ングレジストを塗布し、塩化鉄溶液でエッチング処理を
行い、図５（Ａ）（Ｂ）に示すような従来の通常タイプ
の回路基板を得た。これらのヒートサイクル特性を実施
例１と同様に試験したところ約５０サイクルで微細なク
ラックが発生していることを確認した。
ングレジストを塗布し、塩化鉄溶液でエッチング処理を
行い、図５（Ａ）（Ｂ）に示すような従来の通常タイプ
の回路基板を得た。これらのヒートサイクル特性を実施
例１と同様に試験したところ約５０サイクルで微細なク
ラックが発生していることを確認した。
【００４３】
【比較例２】セラミック基板１として５３×２９×０．
６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板を２枚用意し、この
基板両面にＡｇ７１．０％、Ｃｕ１６．５％、Ｔｉ２．
５％からなるろう材２のペーストを全面塗布し、その両
面に厚さ０．３ｍｍの回路用基板３としての銅板と厚さ
０．２５ｍｍの放熱板４用の銅板とを接触させ、真空炉
内で８５０℃にて加熱接合した。
６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板を２枚用意し、この
基板両面にＡｇ７１．０％、Ｃｕ１６．５％、Ｔｉ２．
５％からなるろう材２のペーストを全面塗布し、その両
面に厚さ０．３ｍｍの回路用基板３としての銅板と厚さ
０．２５ｍｍの放熱板４用の銅板とを接触させ、真空炉
内で８５０℃にて加熱接合した。
【００４４】次いで回路状にエッチングレジストを塗布
し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、回路パターン
を形成すると共に不要なろう材を除去した。
し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、回路パターン
を形成すると共に不要なろう材を除去した。
【００４５】次いで回路基板の端部に段差を付けるため
に、２回目のエッチングレジストを銅パターンより小さ
く塗布し、１回目と同様に塩化鉄溶液でエッチング処理
を行い図６（Ａ）に示す形状の回路基板を得た。この場
合の下段の端部におけるｔ１＝０．１ｍｍ ｌ１＝０．
３ｍｍであり、上段の段差厚みをｔ２＝０．２ｍｍとし
た。
に、２回目のエッチングレジストを銅パターンより小さ
く塗布し、１回目と同様に塩化鉄溶液でエッチング処理
を行い図６（Ａ）に示す形状の回路基板を得た。この場
合の下段の端部におけるｔ１＝０．１ｍｍ ｌ１＝０．
３ｍｍであり、上段の段差厚みをｔ２＝０．２ｍｍとし
た。
【００４６】このようにして得た回路基板の２組を、図
６（Ａ）（Ｂ）に示されるように放熱部に段差がないも
のと段差があるものとに分けてヒートサイクル試験を行
ったところ、表１に併せて示したように段差のない基板
では、３００サイクルまでクラックの発生は見られなか
ったが、４００サイクルで微細なクラックが発生してい
ることを確認した。一方、段差のある回路基板の場合
は、４００サイクルまでクラックの発生は見られなかっ
たが、５００サイクルで微細なクラックが発生している
ことを確認した。
６（Ａ）（Ｂ）に示されるように放熱部に段差がないも
のと段差があるものとに分けてヒートサイクル試験を行
ったところ、表１に併せて示したように段差のない基板
では、３００サイクルまでクラックの発生は見られなか
ったが、４００サイクルで微細なクラックが発生してい
ることを確認した。一方、段差のある回路基板の場合
は、４００サイクルまでクラックの発生は見られなかっ
たが、５００サイクルで微細なクラックが発生している
ことを確認した。
【００４７】
【比較例３】セラミック基板１として５３×２９×０．
６３５ｍｍのアルミナ基板を２枚用意し、該アルミナ基
板上に銅板を接触配置し、窒素ガス雰囲気中１０６３℃
で加熱して接合基板を得た。次いでエッチングレジスト
を塗布し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、パター
ンを形成した。
６３５ｍｍのアルミナ基板を２枚用意し、該アルミナ基
板上に銅板を接触配置し、窒素ガス雰囲気中１０６３℃
で加熱して接合基板を得た。次いでエッチングレジスト
を塗布し、塩化鉄溶液でエッチング処理を行い、パター
ンを形成した。
【００４８】次いで回路基板の端部に段差を付けるため
に、２回目のエッチングレジストを銅パターンより小さ
く塗布し、１回目と同様に塩化鉄溶液でエッチング処理
を行い図７に示す形状の回路基板を得た。この場合の下
段の端部におけるｔ１＝０．１ｍｍ ｌ１＝０．３ｍｍ
であり、上段の段差厚みをｔ２＝０．２ｍｍとした。
に、２回目のエッチングレジストを銅パターンより小さ
く塗布し、１回目と同様に塩化鉄溶液でエッチング処理
を行い図７に示す形状の回路基板を得た。この場合の下
段の端部におけるｔ１＝０．１ｍｍ ｌ１＝０．３ｍｍ
であり、上段の段差厚みをｔ２＝０．２ｍｍとした。
【００４９】このようにして得た回路基板の２組を、図
７（Ａ）（Ｂ）に示されるように放熱部に段差がないも
のと段差があるものとに分けてヒートサイクル試験を行
ったところ、表１に併せて示したように段差のない基板
では、３００サイクルまでクラックの発生は見られなか
ったが、４００サイクルで微細なクラックが発生してい
ることを確認した。一方、段差のある回路基板の場合
は、４００サイクルまでクラックの発生は見られなかっ
たが、５００サイクルで微細なクラックが発生している
ことを確認した。
７（Ａ）（Ｂ）に示されるように放熱部に段差がないも
のと段差があるものとに分けてヒートサイクル試験を行
ったところ、表１に併せて示したように段差のない基板
では、３００サイクルまでクラックの発生は見られなか
ったが、４００サイクルで微細なクラックが発生してい
ることを確認した。一方、段差のある回路基板の場合
は、４００サイクルまでクラックの発生は見られなかっ
たが、５００サイクルで微細なクラックが発生している
ことを確認した。
【００５０】
【発明の効果】上述のように本発明に係る回路基板は、
従来公知の段差を有する基板に比べ、その段差を少なく
とも３段以上に形成することによってヒートサイクル特
性を大幅に向上できるものであり、これにより従来は使
用不可能だった自動車や電車等の大電力パワーモジュー
ル基板として用いることができるものである。
従来公知の段差を有する基板に比べ、その段差を少なく
とも３段以上に形成することによってヒートサイクル特
性を大幅に向上できるものであり、これにより従来は使
用不可能だった自動車や電車等の大電力パワーモジュー
ル基板として用いることができるものである。
【図１】本発明実施例１および３によって得られた回路
基板の一部断面図である。
基板の一部断面図である。
【図２】本発明実施例２および４によって得られた回路
基板の一部断面図である。
基板の一部断面図である。
【図３】参考例１によって得られた回路基板の一部断面
図である。
図である。
【図４】参考例２によって得られた回路基板の一部断面
図である。
図である。
【図５】本発明比較例１によって得られた回路基板の一
部断面図である。
部断面図である。
【図６】本発明比較例２によって得られた回路基板の一
部断面図である。
部断面図である。
【図７】本発明比較例３によって得られた回路基板の一
部断面図である。
部断面図である。
１ セラミック基板
２ ろう材
３ 回路用基板
４ 放熱板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高原 昌也
東京都千代田区丸の内１丁目８番２号
同和鉱業株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−152461（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−221265（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−59986（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/12 - 23/15
H01L 25/07
H01L 25/18
Claims (4)
- 【請求項１】 セラミックと金属との接合回路基板にお
いて、少なくとも回路側の導体回路端部が３段以上の段
差を有し、最下段の厚さｔ１と幅ｌ１がそれぞれ導体総
厚みの１５％以下および５〜５００μｍであり、中段の
厚さｔ２と幅ｌ２はそれぞれ導体総厚みの２５〜５５％
および１００〜５００μｍであり、最上段の厚さｔ３が
導体総厚みの３０〜６０％であり、最下段の厚さと中段
の厚さの合計（ｔ１＋ｔ２）が導体総厚みの７０％以下
であり、最下段の幅と中段の幅の合計（ｌ１＋ｌ２）が
１ｍｍ以下であることを特徴とする高信頼性半導体用基
板。 - 【請求項２】 上記導体回路端部において、最下段が活
性金属ろう材からなり、他の段が金属よりなることを特
徴とする請求項１記載の高信頼性半導体用基板。 - 【請求項３】 上記導体回路端部において、その全ての
段が金属よりなることを特徴とする請求項１記載の高信
頼性半導体用基板。 - 【請求項４】 上記導体回路端部における活性金属ろう
材が活性金属としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうち少なくとも
１種を含むろう材であることを特徴とする請求項２記載
の高信頼性半導体用基板。
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