JP3636706B2 - セラミックｄｂｃ基板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスＤＢＣ基板に関し、特に本発明は、銅回路板をセラミックス基板に強固に接着させてなるセラミックスＤＢＣ基板を提案する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体部品は、大電力化、モジュール化、高集積化、高信頼性化および低価格化が急速に進んでいる。これらの実現のためにセラミックス基板上に直接銅回路板を接着し、放熱性を大幅に向上させ、かつ銅回路上に直接半導体を実装することのできる放熱性の優れた半導体実装基板（以下、ＤＢＣ基板と称する）が実現されており、例えばパワートランジスタモジュール、高周波パワートランジスタ、大容量パワートランジスタあるいはイグナイタ用パワートランジスタ等にアルミナＤＢＣ基板や窒化アルミニウムＤＢＣ基板が実用化されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献】
特開昭６３−３１８７５９号公報
【特許文献】
特開昭５８−０４６６９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１、２に記載されているようなＤＢＣ基板における銅回路板は、基板表面の酸化物とＣｕＯの共融相を介して接着するものが一般的であるが、この基板は製造時の処理条件のコントロールが難しく、しかも接着強度の点でやや信頼性に欠ける欠点を有していた。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、前記ＤＢＣ基板における銅回路板を強固に接着するための技術を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、このような課題を解決すべく種々検討した結果、セラミックス基板の表面に薄い金属銅被膜層を形成した後、前記金属銅被膜層の上に酸化銅を介して銅回路板を載置し加熱することにより、これらを極めて強固に接着できることを見出した。
即ち、本発明は、セラミック基板の凹凸加工表面に金属銅被膜層を有し、その金属銅被膜層上にはさらに銅回路板が形成されてなるセラミックＤＢＣ基板であって、前記金属銅被膜層と銅回路板とは、その間に、該金属銅被膜層の接着面側に形成された酸化被膜の酸化銅と該銅回路板の銅とからなる共晶相を有することを特徴とするセラミックＤＢＣ基板である。
なお、本発明において、セラミック基板は、窒化アルミニウムであることが好ましい。
【０００７】
本発明は、セラミック基板の表面にスパッタリング法または真空蒸着法により金属銅被膜層を形成した後、前記金属銅被膜層上に形成した酸化被膜の酸化銅を介して銅回路板を載置し加熱して形成したものである。
なお、本発明において、前記酸化被膜の厚さは、０．３〜５μｍであること、および銅回路板載置後の加熱は、１０６８〜１０７５℃の温度で行うことが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるセラミックスＤＢＣ基板について説明する。
本発明に係るＤＢＣ基板によれば、セラミックス基板の表面にスパッタリング法、化学銅めっき法および真空蒸着法から選ばれるいずれかの方法で金属銅被膜層を形成することが必要である。その理由は、セラミックス基板の表面に直接形成される金属銅被膜層は、その後に銅回路板が接着されるため、極めて強固にセラミックス基板の表面に接着していることが重要であり、前記スパッタリング法、化学銅めっき法および真空蒸着法は、いずれもセラミックス基板の表面に極めて強固に接着された金属銅被膜層を形成することができるからである。なお、前記セラミックス基板の表面は、予め清浄化処理やアンカーとなる凹凸加工を施しておくことが有利である。
【０００９】
前記金属銅被膜層の厚さは、０．３〜５μｍの範囲であることが有利である。その理由は、０．３μｍより薄いと金属銅被膜層に銅回路板を効率的に接着させることが困難であるからであり、一方５μｍより厚い金属銅被膜層は、形成に長時間を要し効率的でないからである。また本発明によれば、前記スパッタリング法、化学銅めっき法あるいは真空蒸着法によって形成された金属被膜層は、形成された後１０６８〜１０７５℃の温度で熱処理を施すことが有利である。
【００１０】
本発明によれば、セラミックス基板の表面の金属銅被膜層の上に形成した酸化被膜の酸化銅を介して銅回路板を載置し加熱することが必要である。その理由は、金属銅被膜層の上に酸化銅を介して銅回路板を載置し加熱することにより、酸化銅によって銅の融点を低下させることができ、極めて容易にしかも強固に金属銅被膜層と銅回路板を接着することができるからである。なお、前記スパッタリング法、化学銅めっき法および真空蒸着法等によって金属銅被膜層を直接厚く形成することも考えられるが、前記方法はいずれも膜の生成速度が極めて遅いため、効率的でない。
【００１１】
本発明によれば、前記金属銅被膜層と銅回路板との間の酸化銅は、金属銅被膜層の表面に形成された酸化被膜であることが好ましい。その理由は、前記酸化銅は、前記金属銅被膜層と銅回路板の表面の融点を低下させて、金属銅被膜層と銅回路板を融合させる目的で介在させるものであり、前記金属銅被膜層の表面に形成された酸化被膜は、極めて効率的に金属銅被膜層あるいは銅回路板の表面を溶融させることができるからである。
【００１２】
本発明によれば、前記酸化被膜の厚さの合計が０．３〜５μｍであることが好ましい。その理由は、０．３μｍより薄いと金属銅被膜層あるいは銅回路板の表面を効率的に溶融させることが困難であるからであり、一方５μｍより厚いと溶融量の制御が困難になり、均一な接着層を形成することが困難になるからである。
【００１３】
本発明によれば、前記セラミックス基板の表面の金属銅被膜層の上に酸化銅を介して銅回路板を載置し加熱する際の加熱温度は、１０６８〜１０７５℃の範囲内であることが好ましい。その理由は、１０６８℃より低いと酸化銅と銅の共晶相を形成することができず、一方１０７５℃より高いと銅回路板自体が溶融してしまうからである。
【００１４】
本発明によれば、前記セラミックス基板としては、酸化アルミニウム、酸化ベリリウムあるいは窒化アルミニウム等のセラミックス基板を使用することができる。
【００１５】
次に本発明を実施例によって詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１）
（１） 平均粒径が０．８μｍ、酸素含有率が０．９重量％の窒化アルミニウム粉末１０００ｇと、純度が９９．９重量％のＹ2 Ｏ3 ５０ｇと、アクリル樹脂系バインダー１１０ｇと、エチルアルコール１８０ｇと酢酸エチル１８０ｇとをボールミル中に装入し、２４時間混合した後、ドクターブレード法で１ｍｍの厚さのシートを成形した。
（２） 前記工程で得たシート状成形体を、脱脂炉に装入し窒素気流中で３００℃迄２℃／ｍｉｎの割合で昇温し、脱脂処理を行った。
（３） 前記脱脂処理を施した接合体をＡｌＮ坩堝中に装入し、１８５０℃で２時間焼結した。坩堝周辺の雰囲気は窒素気流とした。
（４） 前記工程で得た焼結体をＧＣ＃７００の砥粒で研削して表面のＹＡＧ層を除去した後、１００℃の蒸留水中に２時間浸漬した。
（５） さらに、約７０℃に調節されたＮａＯＨ１５％、ｍ−エタノールアミン２％，水８３％の混合液に２分間浸漬して凹凸加工をした。その後Ｓｎ−Ｐｄ液に浸漬し核付与処理を行い、化学銅めっき液に０．５時間浸漬して銅めっき処理を行い、０．５μｍのめっき層を形成した。
（６） 前記銅めっき処理後、４００℃の空気中で１時間加熱した後さらに１２００℃の窒素気流中で１時間加熱し、厚さ０．３ｍｍの銅板を載せて１０７２℃の窒素ガス中で１０分間加熱して銅板を接合した。
上記工程によって得られたセラミックス基板と銅板とは極めて強固に接着していることが認められた。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、セラミックス基板の表面に薄い金属銅被膜層を形成した後、前記金属銅被膜層の上に酸化銅を介して銅板を載置し加熱することにより、極めて強固に接着することができる。
Claims (2)
- セラミック基板の凹凸加工表面に金属銅被膜層を有し、その金属銅被膜層上にはさらに銅回路板が形成されてなるセラミックＤＢＣ基板であって、前記金属銅被膜層と銅回路板とは、その間に、該金属銅被膜層の接着面側に形成された酸化被膜の酸化銅と該銅回路板の銅とからなる共晶相を有することを特徴とするセラミックＤＢＣ基板。
- セラミック基板は、窒化アルミニウムである請求項１に記載のセラミックＤＢＣ基板。
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