JP3526710B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents
回路基板の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い信頼性、放熱
性を要する電子部品のパワーモジュール等に使用される
金属回路を有する回路基板の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来から各種電子機器の構成部品とし
て、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ）などのセラミックス焼結体基板表面に導電層として
銅（Ｃｕ）回路板等を一体に接合した回路基板が広く使
用されている。 【０００３】このうち窒化アルミニウム回路基板は、熱
伝導性および電気伝導性に優れたＣｕ等の金属により回
路を形成しているため、回路動作の遅延が低減するとと
もに回路配線の寿命も向上する。 【０００４】回路基板の製造方法としてはいくつかの方
法が知られているが、良好な生産性を得るためには、フ
ルエッチ法がよく使われる。フルエッチ法は、セラミッ
ク基板の全面にろう材ペーストを塗布し、それを覆うよ
うに全面に金属板を接合し、回路面とする金属板上に回
路パターンをエッチングレジストにより形成させた後、
エッチング処理して不要部分を除去する。さらに金属板
の腐食防止やハンダ接合性の向上のためにＮｉなどのメ
ッキ層により金属板の表面を被覆するのが一般的であ
る。 【０００５】フルエッチ法は、生産性は良好であるが、
不要な回路部分の金属及びろう材除去工程を経るため、
エッチング後回路パターンの端や回路パターン間のセラ
ミック基板に他の方法に比較して大きな引張応力が残留
する特徴がある。特に窒化アルミニウムなどの機械的強
度の低いセラミック基板を用いた場合には、前記残留引
張応力のためにセラミック基板にクラックが発生するな
どの問題があった。 【０００６】以上の問題に対して、例えば窒化アルミニ
ウム回路基板においては、ヒートショックやヒートサイ
クルなどの熱衝撃、熱履歴によって生じる損傷に対して
十分な耐久性をもたせるため、銅回路と窒化アルミニウ
ム基板との間に介在させる接合層の厚みを例えば２０μ
ｍ以上に厚くする方法（特開平６−１９６８２８号公
報）が提案されている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接合層
の厚みを厚くすると不要なろう材の除去が困難となり、
その為残存ロウ材により絶縁不良の問題を生じることや
接合層での発生応力が大きくなるなど、未だ解決すべき
課題があった。したがって、残留応力の発生が小さく、
良好な接合層を形成する回路基板の製造方法を提供する
ことができれば、パワーモジュールへの実装工程や使用
時のヒートサイクルなどの熱応力によって金属回路の端
部や金属回路間のセラミック基板に発生するクラックを
低減し、さらにクラックが進展して破壊や絶縁耐圧の低
下に至り、使用不能となる問題を改善することができ
る。本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、
回路基板の耐食性、絶縁耐圧を損なうことなく、クラッ
ク発生を低減させ、信頼性の高いパワーモジュール用回
路基板を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、ろう材を
用いてセラミック基板に金属回路板を接合する方法につ
いて種々検討した結果、従来のようにろう材を１層形成
するのではなく、組成の異なるろう材を多層に形成する
ことにより、回路基板のクラック発生を抑制できること
を見出し、本発明を完成した。 【０００９】すなわち、本発明はろう材を用いて窒化ア
ルミニウム基板に金属回路板を接合する回路基板の製造
方法であって、活性金属成分としてＴｉ及び／又はＺｒ
を含むろう材を、窒化アルミニウム基板に接する層のろ
う材中の活性金属の含有率が、他の層のろう材の活性金
属含有率より高くなるように窒化アルミニウム基板上に
２又は３層に形成した後、熱処理して接合する回路基板
の製造方法である。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明に用いるセラミック基板と
してはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの酸化物はじめ、特
に制限はないが、熱膨張係数の小さい窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などの窒化物系の
セラミック基板では、本発明の効果が大きい。さらに具
体的に窒化アルミニウムをセラミック基板として用いる
場合には、良好な放熱性を示すためには、熱伝導率が８
０Ｗ／ｍＫ以上のものが適しており、曲げ強さは、回路
基板形成後の強さに影響を及ぼすため３５０ＭＰａ以上
のものが適当である。また、セラミック基板の形状は通
常矩形であることが多いが、形状は用途によって適宜選
択されるものであり、本発明は回路基板の形状に何ら制
約を受けるものではない。セラミック基板の厚さは、要
求される回路基板の強さによって異なるが、通常、０．
３ｍｍから１．５ｍｍのものが使われる。 【００１３】セラミック基板の片面に接合する金属回路
板、及びその裏面に接合する金属放熱板の材質は、銅、
ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン等
の純金属もしくは合金が用いられる。金属回路又は金属
放熱板の厚さは０．１〜２．０ｍｍが通常使われてい
る。 【００１４】接合する金属回路の厚さは極めて重要で、
０．０７５ｍｍ程度の厚さでは、活性金属法による接合
の場合、接合時に若干の荷重をかけるため、金属板の膨
張が妨げられ、金属板にシワを生じることがあり、量産
性に欠けるという問題がある。従って、０．１ｍｍ以上
のものを用いるのが好ましいが、あまり厚くなると、接
合金属板による熱応力によって、金属回路の剥離やセラ
ミック基板にクラックが発生するようになり、２．０ｍ
ｍ以下とする必要がある。 【００１５】本発明に用いるろう材は使用するセラミッ
ク基板や金属回路板の材質により一般に使用されている
ろう材の組成系を適宜選択すればよい。本発明の要点は
これらのろう材を組成あるいは組成比を変えて多種類用
い、それらのろう材を多層に形成することである。多層
にする方法としては通常適用されているように予め準備
した多種類のろう材ペーストをスクリーン印刷法、ロー
ルコーター法などの各種ろう材塗布法を用いて順次多層
に塗布する手法が適用可能である。すなわち、組成の異
なるろう材を準備し、目的の構成にしたがって順次ろう
材を塗布し、乾燥する工程を繰り返すことにより組成の
異なるろう材を多層に形成することができる。 【００１６】例えば、セラミック基板が窒化アルミニウ
ムや窒化珪素などの窒化物系であり、金属回路板の材質
が銅の場合には、銀、銅及び活性金属を含むろう材が好
ましい。ここで、使用する活性金属ろう材は、半導体部
品組立時に使用するハンダの融点以上のものであれば、
特に限定されるものではないが、銀−銅の共晶を利用し
た活性金属ろう材が最も一般的である。活性金属として
は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆが実績があり、好ましいといえ
る。活性金属は単に金属元素単体だけを云うのではな
く、接合温度までに、活性金属として作用するこれら、
Ｔｉ、Ｚｒ，Ｈｆの合金、或いは化合物も使用できる。
例えば、水素化チタンである。このうち、特にＴｉ及び
／又はＺｒを含むろう材が接合強度などで好適である。
また、セラミック基板に接するろう材中の活性金属含有
率が、他の層のろう材の活性金属含有率より高い事が必
要である。その理由としてセラミックス基板に接する層
の活性金属成分の移動距離が少ない為、セラミック基板
との反応が効率良く行われ、接合状態が良好となり、接
合強度の向上や残留応力の低減が達成されると考えられ
る。結果得られた回路基板の信頼性が向上する。なお、
これらのろう材中の活性金属を含むＡｇ−Ｃｕ系ろう材
の融点は組成によって異なるが８００〜９００℃程度で
ある。 【００１７】また、金属回路板にアルミニウム或いはそ
の合金を用いる場合のろう材は、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−
Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ系などの一般にアルミニウムに適用
されるろう材系を用いることができるが、このうち、特
にＡｌ−Ｓｉ系はろう材成分の金属回路板への拡散によ
る特性劣化を起こすことが少なく好ましい。なお、これ
らのろう材の融点としては６００℃程度である。 【００１８】接合処理条件は、ろう材の組成や金属回路
板の材質により適宜選択され、特に特殊な条件に限定さ
れるものではない。例えば、活性金属を含むろう材を用
いて接合処理する場合、１０−４ｔｏｒｒ以下の真空
中、ろう材の融点以上の温度で行われことができるが、
一般的な条件として、ろう材の融点の５０℃程度上の温
度を選択するのが無難である。なお、本発明の方法を適
用することにより接合が容易になり、短時間で良好な接
合層を形成することが可能である。 【００１９】その後接合体から回路基板を製造する方法
として、フルエッチ法では金属板部分を、目的形状とす
るため、化学エッチング等の方法で不要な金属板及びろ
う材を除去して、パターニングすなわち金属回路を形成
する。またＤＢＣ法等の方法を用いて回路を形成する事
も可能である。 【００２０】さらに、パターニングして回路形成後、ハ
ンダ濡れ性や耐候性の向上のために金属部分にＮｉ系な
どのメッキ処理を施すのが一般的である。メッキ方法は
電解メッキ法や無電解メッキ法など特に限定されるもの
ではない。ただし、電解メッキ法ではパターンが複雑で
電極設定位置が取り難いことから、無電解メッキ法が一
般的である。 【００２１】 【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に説明する。セラミックス基板として窒化アルミニウム
焼結基板を用いた。この窒化アルミニウム焼結基板は窒
化アルミニウム粉末に酸化イットリウム粉末３重量％配
合しドクターブレード法を用いて成形した成型体を１８
７０℃で窒素雰囲気中で焼成して得られた熱伝導率１５
０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、相対密度９９．９％、厚み０．６３
ｍｍのものを用いた。 【００２２】多層のろう材層を形成するためのペースト
の作製は通常行われるように市販のろう材用原料粉末、
銀粉末（平均粒径２μｍ、純度９９％以上）、銅粉末
（平均粒径２．５μｍ、純度９９％以上）、水素化チタ
ン粉末（粒径１０μｍ以下、純度９８％以上）、Ｚｒ粉
末（粒径４０μｍ以下、純度９８％以上）を用い、金属
元素の重量比が表１に示す量となるように配合した。こ
れらの配合した原料粉末１００重量部に対してテルピネ
ヲ−ル１５重量部と有機結合材としてポリイソブチルメ
タアクリレ−トのトルエン溶液を固形分で１．５重量部
加えて３本ロールを用いて２５０メッシュのテトロン製
メッシュを通過するまで十分混練してペーストを調製し
た。なお、この混練工程で配合した原料粉末は粉砕され
十分混合される。 【００２３】まず、表１に示す組成の第１のペーストを
窒化アルミニウム焼結基板の両面にスクリ−ン印刷によ
って全面塗布し、１５０℃で１０分間乾燥した。その際
の塗布量は乾燥後で表１に示す量となるように予め印刷
条件などを調整して行なった。この基板にさらに同様の
方法で組成の異なる第２、第３のペースト（実施例、比
較例によって異なる）を順次塗布と乾燥を繰り返して組
成の異なるろう材ペーストを多層に形成した基板を得
た。 【００２４】次に、ろう材ペ−ストを塗布した窒化アル
ミニウム基板の片面に、金属回路形成用としての厚さ
０．３ｍｍの銅板を、又その反対面に放熱用として厚さ
０．１５ｍｍの銅板を接触配置した。ＢＮ製容器中に積
載して、真空加熱炉に投入し、１×１０−４ｔｏｒｒの
真空下、表１に示す温度で１０分間加熱した後、２℃／
ｍｉｎ．の降温速度で冷却して接合体を製造した。 【００２５】次いで、この接合体の銅板上に紫外線硬化
タイプのエッチングレジストをスクリ−ン印刷法により
パターン印刷し、塩化第２銅溶液を用いて不要銅部分を
溶解除去し、さらにパターン外に残った不要ろう材や反
応生成物を、６０℃、１０％弗化アンモニウム溶液で溶
解除去した。この後、５％苛性ソ−ダ溶液でエッチング
レジストを剥離し、目的形状の回路基板を得た。これ
に、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理を施し、銅回路部分にメ
ッキ膜を形成させて、表１の実施例、比較例に示す接合
体試料を得た。 【００２６】これらの回路基板のヒートサイクル試験を
実施した。ヒートサイクル試験はＪＩＳ−Ｃ−００２５
温度変化試験法に準拠し、−４０℃で３０分間保持、＋
１２５℃で３０分間加熱する加熱冷却操作を１サイクル
とし、１５０サイクル実施した。ヒートサイクル試験
後、銅回路板及びろう材を回路形成時と同様の方法で金
属回路部及びろう材を溶解除去し、銅回路板の下側の窒
化アルミニウム焼結基板に発生したクラックの長さを測
定した。 【００２７】この接合時の残留応力によるクラックは、
回路の縁に沿って、回路の縁から回路銅板側に３ｍｍ以
内の所に回路の縁に平行に発生する。従ってクラックの
長さは、この平行に走ったクラックの長さを倍率５０倍
の実体顕微鏡下で観察し、その合計を求めた。一方、回
路周長として、回路板の縁の長さを合計（全周）した値
を求めた。実施例、比較例で回路パターンは全て同一と
したので、どの例に於いても回路周長は一定である。ク
ラック発生率をクラック長さ／回路周長で求めその結果
を表１に示した。 【００２８】表１に於いて分かりやすくするため、実施
例１〜６と、比較例１〜６は同じ番号で対応した実験と
なっている。すなわち比較例１〜６では実施例１〜６の
それぞれの多層のペースト全体の金属組成比を知るた
め、塗布乾燥した段階で多層のペーストを有機溶剤で溶
解しサンプリングして組成分析を行ない、対応する比較
例（多層でなく、一回のペースト印刷塗布）用のペース
ト作製の際に、この金属組成比の分析値を用いて原料を
配合した。また、比較例７は同一の組成のペーストを多
層に印刷した場合の例である。 【００２９】表１より本発明による実施例は比較例に比
べ、クラックの発生率が低く耐ヒートサイクル性に優れ
ていることが分かる。 【００３０】 【表１】 【００３１】 【発明の効果】本発明で示すように、組成の異なるろう
材を２又は３層に形成することにより、得られる回路基
板の耐ヒートサイクル性などの熱特性が向上する。
性を要する電子部品のパワーモジュール等に使用される
金属回路を有する回路基板の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来から各種電子機器の構成部品とし
て、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ）などのセラミックス焼結体基板表面に導電層として
銅（Ｃｕ）回路板等を一体に接合した回路基板が広く使
用されている。 【０００３】このうち窒化アルミニウム回路基板は、熱
伝導性および電気伝導性に優れたＣｕ等の金属により回
路を形成しているため、回路動作の遅延が低減するとと
もに回路配線の寿命も向上する。 【０００４】回路基板の製造方法としてはいくつかの方
法が知られているが、良好な生産性を得るためには、フ
ルエッチ法がよく使われる。フルエッチ法は、セラミッ
ク基板の全面にろう材ペーストを塗布し、それを覆うよ
うに全面に金属板を接合し、回路面とする金属板上に回
路パターンをエッチングレジストにより形成させた後、
エッチング処理して不要部分を除去する。さらに金属板
の腐食防止やハンダ接合性の向上のためにＮｉなどのメ
ッキ層により金属板の表面を被覆するのが一般的であ
る。 【０００５】フルエッチ法は、生産性は良好であるが、
不要な回路部分の金属及びろう材除去工程を経るため、
エッチング後回路パターンの端や回路パターン間のセラ
ミック基板に他の方法に比較して大きな引張応力が残留
する特徴がある。特に窒化アルミニウムなどの機械的強
度の低いセラミック基板を用いた場合には、前記残留引
張応力のためにセラミック基板にクラックが発生するな
どの問題があった。 【０００６】以上の問題に対して、例えば窒化アルミニ
ウム回路基板においては、ヒートショックやヒートサイ
クルなどの熱衝撃、熱履歴によって生じる損傷に対して
十分な耐久性をもたせるため、銅回路と窒化アルミニウ
ム基板との間に介在させる接合層の厚みを例えば２０μ
ｍ以上に厚くする方法（特開平６−１９６８２８号公
報）が提案されている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接合層
の厚みを厚くすると不要なろう材の除去が困難となり、
その為残存ロウ材により絶縁不良の問題を生じることや
接合層での発生応力が大きくなるなど、未だ解決すべき
課題があった。したがって、残留応力の発生が小さく、
良好な接合層を形成する回路基板の製造方法を提供する
ことができれば、パワーモジュールへの実装工程や使用
時のヒートサイクルなどの熱応力によって金属回路の端
部や金属回路間のセラミック基板に発生するクラックを
低減し、さらにクラックが進展して破壊や絶縁耐圧の低
下に至り、使用不能となる問題を改善することができ
る。本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、
回路基板の耐食性、絶縁耐圧を損なうことなく、クラッ
ク発生を低減させ、信頼性の高いパワーモジュール用回
路基板を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、ろう材を
用いてセラミック基板に金属回路板を接合する方法につ
いて種々検討した結果、従来のようにろう材を１層形成
するのではなく、組成の異なるろう材を多層に形成する
ことにより、回路基板のクラック発生を抑制できること
を見出し、本発明を完成した。 【０００９】すなわち、本発明はろう材を用いて窒化ア
ルミニウム基板に金属回路板を接合する回路基板の製造
方法であって、活性金属成分としてＴｉ及び／又はＺｒ
を含むろう材を、窒化アルミニウム基板に接する層のろ
う材中の活性金属の含有率が、他の層のろう材の活性金
属含有率より高くなるように窒化アルミニウム基板上に
２又は３層に形成した後、熱処理して接合する回路基板
の製造方法である。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明に用いるセラミック基板と
してはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの酸化物はじめ、特
に制限はないが、熱膨張係数の小さい窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などの窒化物系の
セラミック基板では、本発明の効果が大きい。さらに具
体的に窒化アルミニウムをセラミック基板として用いる
場合には、良好な放熱性を示すためには、熱伝導率が８
０Ｗ／ｍＫ以上のものが適しており、曲げ強さは、回路
基板形成後の強さに影響を及ぼすため３５０ＭＰａ以上
のものが適当である。また、セラミック基板の形状は通
常矩形であることが多いが、形状は用途によって適宜選
択されるものであり、本発明は回路基板の形状に何ら制
約を受けるものではない。セラミック基板の厚さは、要
求される回路基板の強さによって異なるが、通常、０．
３ｍｍから１．５ｍｍのものが使われる。 【００１３】セラミック基板の片面に接合する金属回路
板、及びその裏面に接合する金属放熱板の材質は、銅、
ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン等
の純金属もしくは合金が用いられる。金属回路又は金属
放熱板の厚さは０．１〜２．０ｍｍが通常使われてい
る。 【００１４】接合する金属回路の厚さは極めて重要で、
０．０７５ｍｍ程度の厚さでは、活性金属法による接合
の場合、接合時に若干の荷重をかけるため、金属板の膨
張が妨げられ、金属板にシワを生じることがあり、量産
性に欠けるという問題がある。従って、０．１ｍｍ以上
のものを用いるのが好ましいが、あまり厚くなると、接
合金属板による熱応力によって、金属回路の剥離やセラ
ミック基板にクラックが発生するようになり、２．０ｍ
ｍ以下とする必要がある。 【００１５】本発明に用いるろう材は使用するセラミッ
ク基板や金属回路板の材質により一般に使用されている
ろう材の組成系を適宜選択すればよい。本発明の要点は
これらのろう材を組成あるいは組成比を変えて多種類用
い、それらのろう材を多層に形成することである。多層
にする方法としては通常適用されているように予め準備
した多種類のろう材ペーストをスクリーン印刷法、ロー
ルコーター法などの各種ろう材塗布法を用いて順次多層
に塗布する手法が適用可能である。すなわち、組成の異
なるろう材を準備し、目的の構成にしたがって順次ろう
材を塗布し、乾燥する工程を繰り返すことにより組成の
異なるろう材を多層に形成することができる。 【００１６】例えば、セラミック基板が窒化アルミニウ
ムや窒化珪素などの窒化物系であり、金属回路板の材質
が銅の場合には、銀、銅及び活性金属を含むろう材が好
ましい。ここで、使用する活性金属ろう材は、半導体部
品組立時に使用するハンダの融点以上のものであれば、
特に限定されるものではないが、銀−銅の共晶を利用し
た活性金属ろう材が最も一般的である。活性金属として
は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆが実績があり、好ましいといえ
る。活性金属は単に金属元素単体だけを云うのではな
く、接合温度までに、活性金属として作用するこれら、
Ｔｉ、Ｚｒ，Ｈｆの合金、或いは化合物も使用できる。
例えば、水素化チタンである。このうち、特にＴｉ及び
／又はＺｒを含むろう材が接合強度などで好適である。
また、セラミック基板に接するろう材中の活性金属含有
率が、他の層のろう材の活性金属含有率より高い事が必
要である。その理由としてセラミックス基板に接する層
の活性金属成分の移動距離が少ない為、セラミック基板
との反応が効率良く行われ、接合状態が良好となり、接
合強度の向上や残留応力の低減が達成されると考えられ
る。結果得られた回路基板の信頼性が向上する。なお、
これらのろう材中の活性金属を含むＡｇ−Ｃｕ系ろう材
の融点は組成によって異なるが８００〜９００℃程度で
ある。 【００１７】また、金属回路板にアルミニウム或いはそ
の合金を用いる場合のろう材は、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−
Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ系などの一般にアルミニウムに適用
されるろう材系を用いることができるが、このうち、特
にＡｌ−Ｓｉ系はろう材成分の金属回路板への拡散によ
る特性劣化を起こすことが少なく好ましい。なお、これ
らのろう材の融点としては６００℃程度である。 【００１８】接合処理条件は、ろう材の組成や金属回路
板の材質により適宜選択され、特に特殊な条件に限定さ
れるものではない。例えば、活性金属を含むろう材を用
いて接合処理する場合、１０−４ｔｏｒｒ以下の真空
中、ろう材の融点以上の温度で行われことができるが、
一般的な条件として、ろう材の融点の５０℃程度上の温
度を選択するのが無難である。なお、本発明の方法を適
用することにより接合が容易になり、短時間で良好な接
合層を形成することが可能である。 【００１９】その後接合体から回路基板を製造する方法
として、フルエッチ法では金属板部分を、目的形状とす
るため、化学エッチング等の方法で不要な金属板及びろ
う材を除去して、パターニングすなわち金属回路を形成
する。またＤＢＣ法等の方法を用いて回路を形成する事
も可能である。 【００２０】さらに、パターニングして回路形成後、ハ
ンダ濡れ性や耐候性の向上のために金属部分にＮｉ系な
どのメッキ処理を施すのが一般的である。メッキ方法は
電解メッキ法や無電解メッキ法など特に限定されるもの
ではない。ただし、電解メッキ法ではパターンが複雑で
電極設定位置が取り難いことから、無電解メッキ法が一
般的である。 【００２１】 【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に説明する。セラミックス基板として窒化アルミニウム
焼結基板を用いた。この窒化アルミニウム焼結基板は窒
化アルミニウム粉末に酸化イットリウム粉末３重量％配
合しドクターブレード法を用いて成形した成型体を１８
７０℃で窒素雰囲気中で焼成して得られた熱伝導率１５
０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、相対密度９９．９％、厚み０．６３
ｍｍのものを用いた。 【００２２】多層のろう材層を形成するためのペースト
の作製は通常行われるように市販のろう材用原料粉末、
銀粉末（平均粒径２μｍ、純度９９％以上）、銅粉末
（平均粒径２．５μｍ、純度９９％以上）、水素化チタ
ン粉末（粒径１０μｍ以下、純度９８％以上）、Ｚｒ粉
末（粒径４０μｍ以下、純度９８％以上）を用い、金属
元素の重量比が表１に示す量となるように配合した。こ
れらの配合した原料粉末１００重量部に対してテルピネ
ヲ−ル１５重量部と有機結合材としてポリイソブチルメ
タアクリレ−トのトルエン溶液を固形分で１．５重量部
加えて３本ロールを用いて２５０メッシュのテトロン製
メッシュを通過するまで十分混練してペーストを調製し
た。なお、この混練工程で配合した原料粉末は粉砕され
十分混合される。 【００２３】まず、表１に示す組成の第１のペーストを
窒化アルミニウム焼結基板の両面にスクリ−ン印刷によ
って全面塗布し、１５０℃で１０分間乾燥した。その際
の塗布量は乾燥後で表１に示す量となるように予め印刷
条件などを調整して行なった。この基板にさらに同様の
方法で組成の異なる第２、第３のペースト（実施例、比
較例によって異なる）を順次塗布と乾燥を繰り返して組
成の異なるろう材ペーストを多層に形成した基板を得
た。 【００２４】次に、ろう材ペ−ストを塗布した窒化アル
ミニウム基板の片面に、金属回路形成用としての厚さ
０．３ｍｍの銅板を、又その反対面に放熱用として厚さ
０．１５ｍｍの銅板を接触配置した。ＢＮ製容器中に積
載して、真空加熱炉に投入し、１×１０−４ｔｏｒｒの
真空下、表１に示す温度で１０分間加熱した後、２℃／
ｍｉｎ．の降温速度で冷却して接合体を製造した。 【００２５】次いで、この接合体の銅板上に紫外線硬化
タイプのエッチングレジストをスクリ−ン印刷法により
パターン印刷し、塩化第２銅溶液を用いて不要銅部分を
溶解除去し、さらにパターン外に残った不要ろう材や反
応生成物を、６０℃、１０％弗化アンモニウム溶液で溶
解除去した。この後、５％苛性ソ−ダ溶液でエッチング
レジストを剥離し、目的形状の回路基板を得た。これ
に、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理を施し、銅回路部分にメ
ッキ膜を形成させて、表１の実施例、比較例に示す接合
体試料を得た。 【００２６】これらの回路基板のヒートサイクル試験を
実施した。ヒートサイクル試験はＪＩＳ−Ｃ−００２５
温度変化試験法に準拠し、−４０℃で３０分間保持、＋
１２５℃で３０分間加熱する加熱冷却操作を１サイクル
とし、１５０サイクル実施した。ヒートサイクル試験
後、銅回路板及びろう材を回路形成時と同様の方法で金
属回路部及びろう材を溶解除去し、銅回路板の下側の窒
化アルミニウム焼結基板に発生したクラックの長さを測
定した。 【００２７】この接合時の残留応力によるクラックは、
回路の縁に沿って、回路の縁から回路銅板側に３ｍｍ以
内の所に回路の縁に平行に発生する。従ってクラックの
長さは、この平行に走ったクラックの長さを倍率５０倍
の実体顕微鏡下で観察し、その合計を求めた。一方、回
路周長として、回路板の縁の長さを合計（全周）した値
を求めた。実施例、比較例で回路パターンは全て同一と
したので、どの例に於いても回路周長は一定である。ク
ラック発生率をクラック長さ／回路周長で求めその結果
を表１に示した。 【００２８】表１に於いて分かりやすくするため、実施
例１〜６と、比較例１〜６は同じ番号で対応した実験と
なっている。すなわち比較例１〜６では実施例１〜６の
それぞれの多層のペースト全体の金属組成比を知るた
め、塗布乾燥した段階で多層のペーストを有機溶剤で溶
解しサンプリングして組成分析を行ない、対応する比較
例（多層でなく、一回のペースト印刷塗布）用のペース
ト作製の際に、この金属組成比の分析値を用いて原料を
配合した。また、比較例７は同一の組成のペーストを多
層に印刷した場合の例である。 【００２９】表１より本発明による実施例は比較例に比
べ、クラックの発生率が低く耐ヒートサイクル性に優れ
ていることが分かる。 【００３０】 【表１】 【００３１】 【発明の効果】本発明で示すように、組成の異なるろう
材を２又は３層に形成することにより、得られる回路基
板の耐ヒートサイクル性などの熱特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 組成の異なるぺーストを３層に塗布した断面
図 【符号の説明】 １：窒化アルミニウム基板 ２：ペースト組成１ ３：ペースト組成２ ４：ペースト組成３ ５：金属回路板
図 【符号の説明】 １：窒化アルミニウム基板 ２：ペースト組成１ ３：ペースト組成２ ４：ペースト組成３ ５：金属回路板
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−295065（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−235750（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H05K 1/00 - 3/38
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】ろう材を用いて窒化アルミニウム基板に金
属回路板を接合してなる回路基板の製造方法であって、
活性金属成分としてＴｉ及び／又はＺｒを含むろう材
を、窒化アルミニウム基板に接する層のろう材中の活性
金属の含有率が、他の層のろう材の活性金属含有率より
高くなるように窒化アルミニウム基板上に２又は３層に
形成した後、熱処理して接合することを特徴とする回路
基板の製造方法。
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- 1996-12-17 JP JP33671796A patent/JP3526710B2/ja not_active Expired - Fee Related
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