JP5743503B2 - Brazing material, circuit board using the same, and electronic device - Google Patents

Brazing material, circuit board using the same, and electronic device Download PDF

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Description

本発明は、セラミックス基板の一方の主面に回路部材を、他方の主面に放熱部材を接合する際に用いられるろう材に関するものである。また、セラミックス基板に、このろう材からなる接合層を介して回路部材および放熱部材が接合された回路基板およびこの回路基板の回路部材上に電子部品が搭載された電子装置に関するものである。   The present invention relates to a brazing material used when a circuit member is bonded to one main surface of a ceramic substrate and a heat radiating member is bonded to the other main surface. The present invention also relates to a circuit board in which a circuit member and a heat radiating member are bonded to a ceramic substrate via a bonding layer made of this brazing material, and an electronic device in which an electronic component is mounted on the circuit member of the circuit board.

近年、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)素子,インテリジェント・パワー・モジュール(IPM)素子,金属酸化膜形電界効果トランジスタ(MOSFET)素子,発光ダイオード(LED)素子,フリーホイーリングダイオード(FWD)素子,ジャイアント・トランジスター(GTR)素子等の半導体素子,昇華型サーマルプリンターヘッド素子,サーマルインクジェットプリンターヘッド素子等の各種電子部品が回路基板の回路部材上に搭載された電子装置が用いられている。   In recent years, insulated gate bipolar transistor (IGBT) devices, intelligent power module (IPM) devices, metal oxide field effect transistor (MOSFET) devices, light emitting diode (LED) devices, freewheeling diode (FWD) devices An electronic device in which various electronic components such as a semiconductor element such as a giant transistor (GTR) element, a sublimation thermal printer head element, and a thermal ink jet printer head element are mounted on a circuit member of a circuit board is used.

そして、電子部品を搭載する回路部材を設けてなる回路基板としては、セラミックス基板の一方の主面に回路部材として銅板を接合し、他方の主面に放熱性の良好な放熱部材として銅板を接合してなる回路基板が用いられており、セラミックス基板と、回路部材および放熱部材との接合にはろう材が用いられている。   And as a circuit board provided with a circuit member for mounting electronic components, a copper plate is bonded to one main surface of the ceramic substrate as a circuit member, and a copper plate is bonded to the other main surface as a heat radiating member with good heat dissipation. Thus, a brazing material is used for joining the ceramic substrate, the circuit member and the heat radiating member.

そのため、セラミックス基板に回路部材および放熱部材を接合する際に用いられるろう材には高い接合強度が求められ、このろう材を用いて回路部材および放熱部材が接合された回路基板には、放熱特性に優れ長期間の使用に耐え得る高い信頼性が求められている。   Therefore, the brazing material used when joining the circuit member and the heat radiating member to the ceramic substrate is required to have high bonding strength, and the circuit board in which the circuit member and the heat radiating member are joined using the brazing material has heat radiation characteristics. And high reliability that can withstand long-term use is demanded.

このような回路基板として、例えば特許文献1には、カーボン粉末と、Ti,Zr,HfおよびNbから選択される少なくとも1種の活性金属とを含有する銀−銅系ろう材層を介して、セラミックス基板に金属回路板を接合して成るセラミックス回路基板が提案されている。また、銀−銅系ろう材層は、さらにIn,Zn,CdおよびSnから選択される少なくとも1種の元素を含有することにより、ろう材の融点を低下させて金属回路板の接合温度を低下させられることが記載されている。   As such a circuit board, for example, Patent Document 1 discloses a silver-copper brazing material layer containing carbon powder and at least one active metal selected from Ti, Zr, Hf, and Nb. A ceramic circuit board formed by bonding a metal circuit board to a ceramic board has been proposed. The silver-copper brazing material layer further contains at least one element selected from In, Zn, Cd and Sn, thereby lowering the melting point of the brazing material and lowering the bonding temperature of the metal circuit board. It is described that it can be made.

また、特許文献2には、流動性がよく、接合強度も高い上に、耐食性が良好なろう材として、Zn20〜40wt%,Ag10〜15wt%,P0.005〜0.07wt%,Sn0.1〜1wt%,Al0.1〜1wt%,さらに副成分として、Fe,Pb,Cr,Co,Ni,Ti,Z
r,Hf,Sb,Bi,In,B,Mo,Si,Mg,Beのうち1種または2種以上含み、残部が銅および不可避的不純物からなる銅基ろう接合金が提案されている。
Patent Document 2 discloses a brazing material having good fluidity, high bonding strength, and good corrosion resistance, Zn20-40 wt%, Ag10-15 wt%, P0.005-0.07 wt%, Sn0.1- 1 wt%, Al 0.1-1 wt%, and additional components such as Fe, Pb, Cr, Co, Ni, Ti, Z
There has been proposed a copper-based brazing joint gold containing one or more of r, Hf, Sb, Bi, In, B, Mo, Si, Mg, and Be, with the balance being copper and inevitable impurities.

特開平9−283656号公報JP-A-9-283656 特開昭63−93496号公報JP 63-93496 A

近年、高集積化の進展によって、セラミックス基板上に配置する複数の回路部材の間隔は狭くなってきている。そのため、セラミックス基板上に配置する複数の回路部材の接合に用いられるろう材には、複数の回路部材のそれぞれの接合部からはみ出しにくく、はみ出したろう材同士が接することによって短絡するおそれが少ないことが求められている。   In recent years, with the progress of high integration, the interval between a plurality of circuit members arranged on a ceramic substrate has been narrowed. Therefore, the brazing material used for joining a plurality of circuit members arranged on the ceramic substrate is unlikely to protrude from the respective joints of the plurality of circuit members, and there is little risk of short-circuiting when the brazing materials that have protruded contact each other. It has been demanded.

また、ろう材に含まれる活性金属は、酸化されやすいものであるため、酸化によって接合強度が低下するおそれを少なくしなければならないという課題があった。   Moreover, since the active metal contained in the brazing material is easily oxidized, there is a problem that the possibility that the bonding strength is reduced due to the oxidation must be reduced.

本発明は上記課題を解決すべく案出されたものであり、接合部における不要なはみ出しを少なくできるとともに、活性金属の酸化による接合強度低下の少ないろう材を提供することを目的とするものである。また、このろう材を用いることにより、隣り合う回路部材の間隔が狭くなっても短絡のおそれが少なく、高集積化に対応することができ、回路部材および放熱部材と支持基板との接合強度の高い回路基板を提供することを目的とするものである。さらに、この回路基板における回路部材上に電子部品を搭載した電子装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been devised to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a brazing material capable of reducing unnecessary protrusion at the joint and reducing the joint strength due to oxidation of the active metal. is there. In addition, by using this brazing material, there is less risk of short circuit even when the interval between adjacent circuit members is narrow, and it is possible to cope with high integration, and the bonding strength between the circuit member and the heat dissipation member and the support substrate can be increased. The object is to provide a high circuit board. Furthermore, it aims at providing the electronic device which mounted the electronic component on the circuit member in this circuit board.

本発明のろう材は、主成分として30.5質量%以上の銀および35質量%以上50質量%以下の銅を含むとともに、インジウム,亜鉛および錫から選択される少なくとも1種の元素Aを1質量%以上24質量%以下と、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも1種の元素Bの水素化合物を0.5質量%以上9質量%以下と、モリブデン,オスミウム,レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも1種の元素Cを0.5質量%以上9質量%以下からなることを特徴とするものである。 Brazing material of the present invention, along with containing 30.5 mass% or more of silver and 35 wt% to 50 wt% of copper as a main component, indium, at least one element A selected from zinc and tin 1 From 0.5 mass% to 9 mass% of a hydrogen compound of at least one element B selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten It comprises at least one element C selected from 0.5 mass% to 9 mass% .

また、本発明の回路基板は、絶縁性の支持基板の第1主面側に銅を含む回路部材を、前記第1主面に対向する第2主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなる回路基板であって、前記回路部材は、前記支持基板の前記第1主面上に複数個並べて配置されて、上記構成のろう材からなる接合層を介して前記支持基板と接合されていることを特徴とするものである。   The circuit board of the present invention is a circuit in which a circuit member containing copper is provided on the first main surface side of the insulating support substrate, and a heat radiating member is provided on the second main surface side facing the first main surface. A plurality of circuit members arranged side by side on the first main surface of the support substrate and bonded to the support substrate via a bonding layer made of a brazing material having the above-described configuration. It is a feature.

また、本発明の電子装置は、上記構成の回路基板における前記回路部材上に電子部品を搭載したことを特徴とするものである。   The electronic device according to the present invention is characterized in that an electronic component is mounted on the circuit member in the circuit board having the above-described configuration.

本発明のろう材によれば、主成分として銀および銅を含むとともに、インジウム,亜鉛および錫から選択される少なくとも1種の元素Aと、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも1種の元素Bの水素化合物と、モリブデン,オスミウムおよびタングステンから選択される少なくとも1種の元素Cとを含むことにより、ろう材の流れ性が良好であるとともに被接合部材との濡れ性が良好であることから、被接合部材間に生じる空隙を減少させることができるので、高い接合強度を得ることができる。また、元素Bが水素化合物からなることにより、元素Bの金属粉末よりも酸化しにくいので、酸化によって接合強度が低下するおそれを少なくすることができる。さらに、融点が高く粘性が低くなり過ぎるのを抑えることのできる元素Cを含むことにより、接合部における不要なはみ出しを少なくできるので、はみ出したろう材が接することによる短絡のおそれを少なくできる。   According to the brazing material of the present invention, it contains silver and copper as main components, and at least one element A selected from indium, zinc and tin, and at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium. By including the hydrogen compound of element B and at least one element C selected from molybdenum, osmium and tungsten, the flowability of the brazing material is good and the wettability with the member to be joined is good. As a result, voids generated between the members to be joined can be reduced, so that high joining strength can be obtained. In addition, since the element B is made of a hydrogen compound, the element B is less likely to be oxidized than the metal powder of the element B, so that the possibility that the bonding strength is lowered due to the oxidation can be reduced. Further, by including element C that has a high melting point and can prevent the viscosity from becoming too low, unnecessary protrusion at the joint can be reduced, so that the possibility of short circuit due to contact of the protruding brazing material can be reduced.

また、本発明の回路基板によれば、絶縁性の支持基板の第1主面側に銅を含む回路部材を、第1主面に対向する第2主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなる回路基板であって、回路部材は支持基板の第1主面上に複数個並べて配置されて、本発明のろう材からなる接合層を介して支持基板と接合されていることにより、接合部における不要なはみ出しが少なく、隣り合う回路部材間の短絡のおそれを少なくできるので、高集積化に対応可能な回路基板とすることができる。また、支持基板と回路部材および放熱部材との間に生じる空隙が少なく高い接合強度を有しているので、信頼性の高い回路基板とすることができる。   Further, according to the circuit board of the present invention, the circuit member containing copper is provided on the first main surface side of the insulating support substrate, and the heat radiation member is provided on the second main surface side facing the first main surface. In the circuit board, a plurality of circuit members are arranged side by side on the first main surface of the support substrate, and are bonded to the support substrate via the bonding layer made of the brazing material of the present invention. Since there are few unnecessary protrusions and the possibility of short circuit between adjacent circuit members can be reduced, a circuit board capable of high integration can be obtained. In addition, since the gap generated between the support substrate, the circuit member, and the heat dissipation member is small and the bonding strength is high, a highly reliable circuit board can be obtained.

また、本発明の電子装置によれば、本発明の回路基板における回路部材上に電子部品を
搭載したことにより、隣り合う回路部材間の短絡がほとんど発生しなくなるので、信頼性の高い電子装置とすることができる。
In addition, according to the electronic device of the present invention, since the electronic component is mounted on the circuit member of the circuit board of the present invention, the short circuit between the adjacent circuit members hardly occurs. can do.

本実施形態の回路基板の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、(c)は底面図である。An example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line A-A 'in (a), and (c) is a bottom view. 本実施形態の回路基板の他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のB−B’線での断面図であり、(c)は底面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the BB 'line | wire of (a), (c) is a bottom view. . 本実施形態の回路基板のさらに他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のC−C’線での断面図であり、(c)は底面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is a sectional view in the CC 'line of (a), (c) is a bottom view. is there. 本実施形態の回路基板のさらに他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のD−D’線での断面図であり、(c)は底面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is a sectional view in the DD 'line of (a), (c) is a bottom view. is there.

以下、本実施形態のろう材およびこれを用いた回路基板ならびに電子装置の例について説明する。   Hereinafter, examples of the brazing material of the present embodiment, a circuit board using the same, and an electronic device will be described.

図1は、本実施形態の回路基板の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、(c)は底面図である。   1A and 1B show an example of a circuit board according to the present embodiment, in which FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1A, and FIG. It is.

図1に示す例の回路基板10は、絶縁性の支持基板21の第1主面21aに銅を含む回路部材41(41a,41b)を、第2主面21bに放熱部材42をそれぞれ設けてなる回路基板10であって、回路基板10にそれぞれ設けてなる回路部材41および放熱部材42は、ろう材からなる接合層31a,31b,32を介して支持基板21と接合されている。   The circuit board 10 of the example shown in FIG. 1 has a circuit member 41 (41a, 41b) containing copper on the first main surface 21a of the insulating support substrate 21 and a heat dissipation member 42 on the second main surface 21b. The circuit board 10 and the circuit member 41 and the heat dissipating member 42 provided on the circuit board 10 are bonded to the support substrate 21 via bonding layers 31a, 31b, 32 made of brazing material.

そして、本実施形態において、支持基板21と回路部材41および放熱部材42との接合に用いられるろう材が、主成分として銀および銅を含むとともに、インジウム,亜鉛および錫から選択される少なくとも1種の元素Aと、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも1種の元素Bの水素化合物と、モリブデン,オスミウム,レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも1種の元素Cとを含んでなる。   In the present embodiment, the brazing material used for joining the support substrate 21 to the circuit member 41 and the heat dissipation member 42 contains silver and copper as main components, and at least one selected from indium, zinc, and tin. Element A, a hydrogen compound of at least one element B selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, and at least one element C selected from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten.

また、接合層31a,31b,32となるろう材における主成分は、銀および銅からなり、ここで主成分とは、ろう材を構成する全成分100質量%のうち、合算で50質量%以上を占め
る成分をいう。
In addition, the main component in the brazing material to be the bonding layers 31a, 31b, and 32 is made of silver and copper. Here, the main component is 50% by mass or more in total among 100% by mass of all the components constituting the brazing material. The component which occupies.

そして、ろう材に含まれる、インジウム,亜鉛および錫から選択される少なくとも1種である元素Aは、融点が低く溶融しやすいため、ろう材の流れ性が良好となることから、ろう材からなるそれぞれの接合層31a,31b,32と支持基板21,回路部材41または放熱部材42との間に生じる空隙(ろう材が追従できずに残る隙間)を少なくできる。この空隙については、その有無を超音波探傷法により確認することができる。   The element A, which is at least one selected from indium, zinc and tin, contained in the brazing material has a low melting point and is easy to melt, so that the flowability of the brazing material is improved. It is possible to reduce gaps (gaps that remain after the brazing material cannot follow) between the bonding layers 31a, 31b, and 32 and the support substrate 21, the circuit member 41, or the heat dissipation member 42. The presence or absence of this void can be confirmed by ultrasonic flaw detection.

また、ろう材に含まれる、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも1種である元素Bの水素化合物は、支持基板21,回路部材41および放熱部材42との濡れ性が良好であり、元素Aを含むことによる、流れ性が良好であり空隙を少なくできる効果と相まって、支持基板21と回路部材41および放熱部材42との接合強度を高くすることができる。そして、元素Bの水素化合物は、元素Bの金属粉末よりも酸化しにくいという特徴を有しているので、酸化によって接合強度が低下するおそれを少なくすることができる。この接合強度については、JIS C 6481−1996に準拠して引きはがし強さを測定することにより確認することができる。元素Bの水素化合物は、例えば、組成式がそれぞれTiH,ZrH,HfH,NbHとして示される水素化チタン,水素
化ジルコニウム,水素化ハフニウム,水素化ニオブである。
Further, the hydrogen compound of element B which is at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium contained in the brazing material has good wettability with the support substrate 21, the circuit member 41 and the heat dissipation member 42. Combined with the effect of including the element A that the flowability is good and the voids can be reduced, the bonding strength between the support substrate 21, the circuit member 41, and the heat dissipation member 42 can be increased. And since the hydrogen compound of element B has the characteristic that it is harder to oxidize than the metal powder of element B, it is possible to reduce the possibility that the bonding strength is reduced by oxidation. The bonding strength can be confirmed by measuring the peel strength in accordance with JIS C 6481-1996. The hydrogen compound of element B is, for example, titanium hydride, zirconium hydride, hafnium hydride, or niobium hydride whose composition formulas are shown as TiH 2 , ZrH 2 , HfH 2 , and NbH 2 , respectively.

また、ろう材に含まれる、モリブデン,オスミウム,レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも1種である元素Cは、融点が高く溶融しにくいため、ろう材の粘性が低くなり過ぎるのを抑えて接合部における接合層31a,31bの不要なはみ出しを少なくできる。なお、本実施形態において、回路部材41a,41bの各側面より接合層31a,31bが0.2mmを超えてはみ出していることを、不要なはみ出しという。この接合層31a,31
bのはみ出している長さについては、光学顕微鏡で測定することができる。
In addition, since the element C, which is at least one selected from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten, contained in the brazing material has a high melting point and is difficult to melt, it suppresses the viscosity of the brazing material from becoming too low, so that the joint portion Thus, unnecessary protrusion of the bonding layers 31a and 31b can be reduced. In the present embodiment, the fact that the bonding layers 31a and 31b protrude beyond 0.2 mm from the side surfaces of the circuit members 41a and 41b is referred to as unnecessary protrusion. These bonding layers 31a, 31
The protruding length of b can be measured with an optical microscope.

そして、このろう材は、主成分として銀および銅を含むとともに、上述の特徴を有する元素A,BおよびCを含むことにより、ろう材の流れ性が良好であるとともに、支持基板21と回路部材41および放熱部材42との濡れ性が良好であることから、支持基板21と回路部材41および放熱部材42との間に生じる空隙を減少させることができるので、高い接合強度を得ることができる。また、元素Bが水素化合物からなることにより、元素Bの金属粉末よりも酸化しにくいので、支持基板21と回路部材41および放熱部材42との接合強度が酸化によって低下するおそれを少なくすることができる。さらに、融点が高く粘性が低くなり過ぎるのを抑えることのできる元素Cを含むことにより、接合部における不要なはみ出しを少なくできるので、はみ出したろう材が接することによる短絡のおそれを少なくできる。   The brazing material contains silver and copper as main components, and includes the elements A, B and C having the above-described characteristics, so that the brazing material has good flowability, and the support substrate 21 and the circuit member. Since the wettability with 41 and the heat radiating member 42 is good, the gap generated between the support substrate 21 and the circuit member 41 and the heat radiating member 42 can be reduced, so that a high bonding strength can be obtained. Further, since the element B is made of a hydrogen compound, it is less likely to oxidize than the metal powder of the element B, so that the possibility that the bonding strength between the support substrate 21, the circuit member 41, and the heat radiating member 42 is lowered due to oxidation may be reduced. it can. Further, by including element C that has a high melting point and can prevent the viscosity from becoming too low, unnecessary protrusion at the joint can be reduced, so that the possibility of short circuit due to contact of the protruding brazing material can be reduced.

また、上述の特徴を得ることのできる元素A,BおよびCの好ましい含有量としては、ろう材を構成する全成分100質量%のうち、元素Aの含有量が2質量%以上22質量%以下
であり、元素Bの含有量が1質量%以上8質量%以下であり、元素Cの含有量が1質量%以下8質量%以下であることが好適である。そして、残部が主成分である銀および銅となる。
Moreover, as preferable content of the elements A, B, and C that can obtain the above-described characteristics, the content of the element A is 2% by mass or more and 22% by mass or less among 100% by mass of all the components constituting the brazing material. It is preferable that the content of the element B is 1% by mass or more and 8% by mass or less, and the content of the element C is 1% by mass or less and 8% by mass or less. And the remainder becomes silver and copper which are the main ingredients.

また、ろう材における銅の含有量は、35質量%以上50質量%以下であることが好適である。銅の含有量が上記範囲であることにより、ろう材の流れ性を良好にすることができるとともに、銀および銅をそれぞれ単独で用いる場合よりも低い温度で支持基板21と回路部材41および放熱部材42とを空隙の少ない状態で良好に接合することができる。なお、ろう材を構成する各元素の同定および含有量については、蛍光X線分析法またはICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法により求めればよい。   The copper content in the brazing material is preferably 35% by mass or more and 50% by mass or less. When the copper content is in the above range, the flowability of the brazing material can be improved, and the support substrate 21, the circuit member 41, and the heat radiating member at a lower temperature than when silver and copper are used alone, respectively. 42 can be satisfactorily bonded to each other with few voids. In addition, what is necessary is just to obtain | require about the identification and content of each element which comprises a brazing material by a fluorescent X ray analysis method or ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopy analysis method.

そして、図1に示す例の回路基板10は、絶縁性の支持基板21の第1主面21aに銅を含む回路部材41a,41bを、第1主面21aに対向する第2主面21bに放熱部材42をそれぞれ設けてなる回路基板10であって、回路部材41a,41bは、支持基板21の第1主面21aに複数個並べて配置されて、上記いずれかの構成の本実施形態のろう材からなるそれぞれの接合層31a,31bを介して支持基板21と接合されていることを特徴とするものである。   The circuit board 10 of the example shown in FIG. 1 has circuit members 41a and 41b containing copper on the first main surface 21a of the insulating support substrate 21 and a second main surface 21b opposite to the first main surface 21a. In the circuit board 10 provided with the heat dissipating members 42, a plurality of circuit members 41a and 41b are arranged side by side on the first main surface 21a of the support substrate 21. It is characterized in that it is bonded to the support substrate 21 via bonding layers 31a and 31b made of a material.

この回路基板10は、回路部材41a,41bが本実施形態のろう材からなる接合層31a,31bを介して支持基板21と接合されていることにより、接合部における不要なはみ出しが少なく、隣り合う回路部材41a,41b間の短絡のおそれを少なくできるので、高集積化に対応可能な回路基板10とすることができる。また、支持基板21と回路部材41a,41bとの間に生じる空隙が少なく高い接合強度を有しているので、信頼性の高い回路基板10とすることができる。   The circuit board 10 is adjacent to the circuit board 41a and 41b by bonding to the support substrate 21 via the bonding layers 31a and 31b made of the brazing material of the present embodiment. Since the possibility of a short circuit between the circuit members 41a and 41b can be reduced, the circuit board 10 that can cope with high integration can be obtained. In addition, since the gap generated between the support substrate 21 and the circuit members 41a and 41b is small and the bonding strength is high, the circuit substrate 10 can be made highly reliable.

また、接合層31,32における元素Cの平均結晶粒径が3μm以上10μm以下であることが好適である。接合層31,32における元素Cは、平均結晶粒径が3μm以上10μm以下であるときには、接合部における不要なはみ出しをさらに少なくできるので、隣り合う回路部材41間の短絡のおそれをさらに少なくできる。また、支持基板21と回路部材41との間に
生じる空隙が十分抑制されるので、さらに高い接合強度を得ることができる。
The average crystal grain size of element C in the bonding layers 31 and 32 is preferably 3 μm or more and 10 μm or less. Since the element C in the bonding layers 31 and 32 has an average crystal grain size of 3 μm or more and 10 μm or less, unnecessary protrusion at the bonding portion can be further reduced, so that the possibility of short circuit between adjacent circuit members 41 can be further reduced. In addition, since the gap generated between the support substrate 21 and the circuit member 41 is sufficiently suppressed, higher bonding strength can be obtained.

なお、接合層31,32における元素Cの平均結晶粒径は、以下のようにして求めればよい。それぞれ50質量%の過酸化水素水および希硫酸が混合された溶液の温度を40℃とし、この溶液に接合層31,32を1分間浸漬して、エッチングした後、電子針微小部分析装置(Electron Probe Micro Analysis)を用いて元素Cを同定し、JIS H 0501−1986(I
SO 2624−1973)に記載されている切断法に準拠して元素Cの平均結晶粒径を求めればよい。そして、接合層31,32における元素Cの平均結晶粒径が3μm以上10μm以下とすうには、ろう材における元素Cの平均粒径を3μm以上10μm以下とすればよい。
The average crystal grain size of the element C in the bonding layers 31 and 32 may be obtained as follows. The temperature of the solution in which 50% by mass of hydrogen peroxide and dilute sulfuric acid were mixed was set to 40 ° C., the bonding layers 31 and 32 were immersed in this solution for 1 minute, etched, and then subjected to an electron needle microanalyzer ( Element C was identified using Electron Probe Micro Analysis, and JIS H 0501-1986 (I
The average crystal grain size of element C may be determined in accordance with the cutting method described in SO 2624-1973). In order that the average crystal grain size of the element C in the bonding layers 31 and 32 is 3 μm or more and 10 μm or less, the average grain size of the element C in the brazing material may be 3 μm or more and 10 μm or less.

また、接合層31,32を構成する全成分100質量%のうち、酸素の含有量が2質量%以下
であることが好適である。酸素の含有量が上記範囲であることにより、ろう材を構成する各元素の酸化が抑制されているので、回路部材41および放熱部材42と支持基板21との接合強度が低下するおそれを少なくできる。なお、接合層31,32に含まれる酸素の含有量は、赤外線吸収法により求めればよい。そして、接合層31,32を構成する全成分100質量%の
うち、酸素の含有量を2質量%以下とするには、接合層31,32となるろう材を構成する元素Bが水素化合物からなることによるろう材の酸化抑制と、接合時の熱処理の雰囲気を真空雰囲気とすればよい。
In addition, it is preferable that the oxygen content is 2% by mass or less, out of 100% by mass of all components constituting the bonding layers 31 and 32. Since the oxygen content is within the above range, the oxidation of each element constituting the brazing material is suppressed, so that the possibility that the bonding strength between the circuit member 41 and the heat dissipation member 42 and the support substrate 21 is reduced can be reduced. . Note that the oxygen content in the bonding layers 31 and 32 may be obtained by an infrared absorption method. And in order to make oxygen content into 2 mass% or less among 100 mass% of all the components which comprise the joining layers 31 and 32, the element B which comprises the brazing material used as the joining layers 31 and 32 is made from a hydrogen compound. The atmosphere of the brazing material oxidation suppression and the heat treatment at the time of joining may be a vacuum atmosphere.

また、接合層31,32を構成する全成分100質量%のうち、炭素の含有量が0.05質量%以
下であることが好適である。接合層31,32の炭素の含有量が0.05質量%以下であるときには、元素Bと炭素と化合して生じる、クラックの起点となりやすい炭化物の含有量が制限されるので、接合層31,32にクラックが発生しにくくなる。なお、接合層31,32に含まれる炭素の含有量は、赤外線吸収法により求めればよい。そして、接合層31,32を構成する全成分100質量%のうち、炭素の含有量を0.05質量%以下とするには、接合時の熱処理を
、真空雰囲気中において、800℃以上900℃以下の範囲で加熱する前に、窒素雰囲気中において、350℃以上500℃以下の範囲で加熱すればよい。
In addition, it is preferable that the carbon content is 0.05% by mass or less among 100% by mass of all the components constituting the bonding layers 31 and 32. When the carbon content of the bonding layers 31 and 32 is 0.05% by mass or less, the content of carbides that are formed by combining with the element B and carbon and easily start cracks is limited. Cracks are less likely to occur. Note that the carbon content in the bonding layers 31 and 32 may be obtained by an infrared absorption method. And in order to make carbon content 0.05 mass% or less among 100 mass% of all the components which comprise the joining layers 31 and 32, heat processing at the time of joining is performed at 800 degreeC or more and 900 degrees C or less in a vacuum atmosphere. Before heating in the range, heating may be performed in a range of 350 ° C. to 500 ° C. in a nitrogen atmosphere.

次に、回路基板10を構成する支持基板21は、回路部材41a,41bや放熱部材42を接合可能な大きさを有するものであり、厚みは用途によって異なるが、熱抵抗を抑制し、耐久性を維持するには、厚みは0.13mm以上0.64mm以下とすることが好適である。   Next, the support substrate 21 constituting the circuit board 10 has such a size that the circuit members 41a and 41b and the heat radiating member 42 can be joined to each other. In order to maintain the thickness, the thickness is preferably 0.13 mm or more and 0.64 mm or less.

また、支持基板21の第1主面21aおよび第2主面21bには直径が0.15mm以上のピンホール状の欠陥がないことが好適である。直径が0.15mm以上のピンホール状の欠陥がなければ、支持基板21の第1主面21aおよび第2主面21bに水分が吸着しにくいので、回路基板10を湿度の高い環境で用いることができる。   Further, it is preferable that the first main surface 21a and the second main surface 21b of the support substrate 21 have no pinhole-like defects having a diameter of 0.15 mm or more. If there is no pinhole-shaped defect having a diameter of 0.15 mm or more, moisture is hardly adsorbed on the first main surface 21a and the second main surface 21b of the support substrate 21, so that the circuit board 10 is used in a high humidity environment. it can.

また、支持基板21は、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることが好適である。このセラミックスは焼結体または単結晶のいずれでもよい。   Further, the support substrate 21 is preferably made of ceramics mainly composed of silicon nitride or aluminum nitride. This ceramic may be either a sintered body or a single crystal.

なお、ここでいう主成分とは、セラミックスを構成する全成分100質量%のうち、50質
量%以上を占める成分をいう。この主成分の同定については、X線回折法を用い、主成分の含有量については蛍光X線分析法またはICP発光分光分析法により求めればよい。具体的な主成分の含有量の求め方については、支持基板21の主成分が窒化珪素であるときには、蛍光X線分析法またはICP発光分光分析法で珪素の含有量を求め、窒化物に換算すれば窒化珪素の含有量を求めることができる。また、支持基板21の主成分が窒化アルミニウムであるときには、上記と同様の方法でアルミニウムの含有量を求め、窒化物に換算すれば窒化アルミニウムの含有量を求めることができる。
In addition, the main component here means the component which occupies 50 mass% or more among 100 mass% of all the components which comprise ceramics. For the identification of the main component, an X-ray diffraction method is used, and the content of the main component may be determined by a fluorescent X-ray analysis method or an ICP emission spectroscopic analysis method. As for a specific method for determining the content of the main component, when the main component of the support substrate 21 is silicon nitride, the content of silicon is determined by fluorescent X-ray analysis or ICP emission spectroscopic analysis, and converted to nitride. Then, the content of silicon nitride can be obtained. Further, when the main component of the support substrate 21 is aluminum nitride, the aluminum content can be obtained by calculating the aluminum content by the same method as described above and converting it to a nitride.

そして、支持基板21が窒化珪素を主成分とするセラミックスからなるときには、40W/
(m・K)以上の熱伝導率を有しているとともに、3点曲げ強度が500MPa以上、動的弾性率が300GPa以上、ビッカース硬度(Hv)が13GPa以上、さらに破壊靱性(K
)が5MPam1/2以上の優れた機械的特性を有しているため、回路基板10を構成した際、特に耐クリープ性やヒートサイクルに対する耐久性が向上し、信頼性に優れているので長期間にわたって使用することができる回路基板10となる。
When the support substrate 21 is made of ceramics mainly composed of silicon nitride, 40 W /
It has a thermal conductivity of (m · K) or more, a three-point bending strength of 500 MPa or more, a dynamic elastic modulus of 300 GPa or more, a Vickers hardness (Hv) of 13 GPa or more, and a fracture toughness (K 1
C ) has an excellent mechanical property of 5 MPam 1/2 or more, and therefore, when the circuit board 10 is constructed, particularly, the creep resistance and durability against heat cycle are improved and the reliability is excellent. The circuit board 10 can be used over a long period of time.

ここで、機械的特性については、回路基板10にエッチング等の処理を施し、回路部材41,放熱部材42および接合層31,32を取り除いた支持基板21を用いて行なう。まず、3点曲げ強度については、JIS R 1601−2008(ISO 14704:2000(MOD))に準拠して測定すればよい。なお、支持基板21の厚みが薄く、支持基板21から切り出した試験片の厚みを3mmとすることができないときには、支持基板21の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。   Here, regarding the mechanical characteristics, the circuit board 10 is subjected to processing such as etching, and the circuit board 41, the heat radiating member 42, and the support layers 21 and 32 are removed, and the support board 21 is used. First, the three-point bending strength may be measured according to JIS R 1601-2008 (ISO 14704: 2000 (MOD)). When the thickness of the support substrate 21 is thin and the thickness of the test piece cut out from the support substrate 21 cannot be 3 mm, the thickness of the support substrate 21 is evaluated as it is as the thickness of the test piece. It is preferable to satisfy the numerical value.

また、動的弾性率については、JIS R 1602−1995で規定される超音波パルス法に準拠して測定すればよい。なお、支持基板21の厚みが薄く、支持基板21から切り出した試験片の厚みを4mmとすることができないときには、支持基板21の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。   The dynamic modulus of elasticity may be measured in accordance with the ultrasonic pulse method specified in JIS R 1602-1995. When the thickness of the support substrate 21 is thin and the thickness of the test piece cut out from the support substrate 21 cannot be 4 mm, the thickness of the support substrate 21 is evaluated as it is as the thickness of the test piece. It is preferable to satisfy the numerical value.

ビッカース硬度(Hv)および破壊靱性(K1C)については、それぞれJIS R 1610−2003(ISO 14705:2000(MOD)),JIS R 1607−1995で規定される
圧子圧入法(IF法)に準拠して測定すればよい。なお、支持基板21の厚みが薄く、支持基板21から切り出した試験片の厚みをそれぞれJIS R 1610−2003(ISO 14705
:2000(MOD)),JIS R 1607−1995 圧子圧入法(IF法)で規定する0.5m
m,3mmとすることができないときには、支持基板21の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価して、その結果が上記数値を満足することが好ましい。
Vickers hardness (Hv) and fracture toughness (K 1C ) conform to the indenter press-in method (IF method) defined in JIS R 1610-2003 (ISO 14705: 2000 (MOD)) and JIS R 1607-1995, respectively. To measure. The thickness of the support substrate 21 is thin, and the thickness of the test piece cut out from the support substrate 21 is JIS R 1610-2003 (ISO 14705).
: 2000 (MOD)), JIS R 1607-1995 0.5m specified by the indenter press-fitting method (IF method)
When m cannot be 3 mm, it is preferable that the thickness of the support substrate 21 is evaluated as it is as the thickness of the test piece, and the result satisfies the above numerical value.

ただし、そのままの厚みで評価して上記数値を満足することができないほどに支持基板21の厚みが薄いときには、試験片寸法や得られた測定値から計算式により各機械的特性値を求めればよい。   However, when the thickness of the support substrate 21 is so thin that the above-mentioned numerical value cannot be satisfied by evaluating the thickness as it is, each mechanical characteristic value may be obtained by a calculation formula from the test piece dimensions and the obtained measurement values. .

なお、上記機械的特性を得るには、主成分である窒化珪素を少なくとも80質量%以上含有していることが好適で、その他の添加成分として、酸化エルビウム,酸化マグネシウム,酸化珪素,酸化モリブデンおよび酸化アルミニウム等が含まれていてもよい。   In order to obtain the above mechanical characteristics, it is preferable to contain at least 80% by mass of silicon nitride as a main component, and other additive components include erbium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, molybdenum oxide and Aluminum oxide or the like may be included.

また、支持基板21が窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなるときには、熱伝導率が150W/(m・K)以上であるため、回路基板10の放熱特性を高くすることが
できる。
Further, when the support substrate 21 is made of ceramics whose main component is aluminum nitride, the heat conductivity is 150 W / (m · K) or more, so that the heat dissipation characteristics of the circuit board 10 can be enhanced.

また、支持基板21の電気的特性は、体積固有抵抗が常温で1012Ω・m以上かつ300℃
で1010Ω・m以上であることが好ましい。支持基板21がこれらの電気的特性を有していることにより、支持基板21の第1主面21aに設けられる回路部材41上に搭載される電子部品の動作時に回路部材41側から放熱部材42側への電流のリークを抑制することができるため、電力損失を発生させないとともに、電子装置の誤動作を低減することができる。
The electrical characteristics of the support substrate 21 are such that the volume resistivity is 10 12 Ω · m or more at room temperature and 300 ° C.
Is preferably 10 10 Ω · m or more. Since the support substrate 21 has these electrical characteristics, when the electronic component mounted on the circuit member 41 provided on the first main surface 21a of the support substrate 21 operates, the heat dissipation member 42 from the circuit member 41 side. Since current leakage to the side can be suppressed, power loss is not generated, and malfunction of the electronic device can be reduced.

また、回路基板10は、元素Bが支持基板21の第1主面21a近傍の金属元素と化学結合していることが好適であり、元素Bと支持基板21の第1主面21a近傍の金属元素との化学結合は高い共有結合性を有するので、回路部材41と支持基板21との接合強度を高くすることができる。   In the circuit board 10, it is preferable that the element B is chemically bonded to a metal element in the vicinity of the first main surface 21 a of the support substrate 21, and the metal in the vicinity of the element B and the first main surface 21 a of the support substrate 21 is used. Since the chemical bond with the element has a high covalent bond, the bonding strength between the circuit member 41 and the support substrate 21 can be increased.

ここで、支持基板21の第1主面21a近傍とは、支持基板21の主面21aの表面から20μm
までの深さの範囲をいう。そして、例えば元素Bがチタンであって、支持基板21が窒化珪素を主成分とするセラミックスからなるときには、化学結合した化合物は、TiSi(但し、xは1以上3以下である。)およびTiSi等である。この元素Bが支持基板21の第1主面21a近傍の金属元素と化学結合している状態については、X線回折法を用いて同定することができる。
Here, the vicinity of the first main surface 21 a of the support substrate 21 is 20 μm from the surface of the main surface 21 a of the support substrate 21.
The depth range up to. For example, when the element B is titanium and the support substrate 21 is made of ceramics whose main component is silicon nitride, the chemically bonded compounds are TiSi x (where x is 1 or more and 3 or less) and Ti. 5 Si 3 or the like. The state in which the element B is chemically bonded to the metal element in the vicinity of the first main surface 21a of the support substrate 21 can be identified using an X-ray diffraction method.

また、回路基板10を構成する回路部材41a,41bは、回路基板10における回路部材41a
,41b上に搭載される電子部品(図示しない)の形状等によって回路部材41a,41bの形状が決められ、電子部品の発熱量や回路部材41a,41bを流れる電流の大きさ等に対応できることが要求される。この要求に応えられる厚みとしては、例えば、0.2mm以上0.6mm以下である。
The circuit members 41a and 41b constituting the circuit board 10 are the circuit members 41a in the circuit board 10.
The shape of the circuit members 41a and 41b is determined depending on the shape of the electronic components (not shown) mounted on the terminals 41b, and can correspond to the amount of heat generated by the electronic components and the magnitude of the current flowing through the circuit members 41a and 41b. Required. The thickness that can meet this requirement is, for example, 0.2 mm or more and 0.6 mm or less.

また、回路基板10を構成する放熱部材42は、発熱した電子部品からの熱を逃がすという機能を有するものであり、支持基板21の厚みが0.13mm以上0.64mm以下であり、回路部材41a,41bの厚みが0.2mm以上0.6mm以下であるとき、放熱部材42の厚みは、例えば、0.2mm以上0.6mm以下である。また、接合層31a,31b,32の厚みは、例えば10μm以上20μm以下である。   The heat dissipating member 42 constituting the circuit board 10 has a function of releasing heat from the generated electronic components, the thickness of the support board 21 is 0.13 mm or more and 0.64 mm or less, and the circuit members 41a and 41b The thickness of the heat dissipation member 42 is, for example, not less than 0.2 mm and not more than 0.6 mm. Further, the thickness of the bonding layers 31a, 31b, and 32 is, for example, not less than 10 μm and not more than 20 μm.

また、回路基板10を構成する回路部材41および放熱部材42は、熱伝導性の高い金属である銅を主成分とすることが好適である。なお、ここでいう主成分とは、それぞれ回路部材41および放熱部材42を構成する全成分100質量%のうち、50質量%以上を占める成分であ
り、80質量%以上を占めるのが好ましい。
Further, it is preferable that the circuit member 41 and the heat radiating member 42 constituting the circuit board 10 are mainly composed of copper which is a metal having high thermal conductivity. The main component here is a component that occupies 50% by mass or more, and preferably 80% by mass or more, out of 100% by mass of the total components constituting the circuit member 41 and the heat radiating member 42, respectively.

回路部材41を主成分とする銅としては、電気抵抗が低く、熱伝導率が高いため、回路特性(電子部品の発熱を抑制し、電力損失を少なくする特性)や放熱特性に優れた銅の含有量の多い、無酸素銅,タフピッチ銅およびりん脱酸銅から選ばれる1種以上であることが好適である。特に、無酸素銅のうち、銅の含有量が99.995質量%以上である線形結晶無
酸素銅,単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のいずれかを用いることが好適である。
Copper with the circuit member 41 as its main component has low electrical resistance and high thermal conductivity, so copper with excellent circuit characteristics (characteristics that suppress heat generation of electronic components and reduce power loss) and heat dissipation characteristics It is preferable that the content is at least one selected from oxygen-free copper, tough pitch copper, and phosphorous deoxidized copper. In particular, among oxygen-free copper, it is preferable to use any of linear crystalline oxygen-free copper, single-crystal high-purity oxygen-free copper, and vacuum-dissolved copper having a copper content of 99.995% by mass or more.

このように銅の含有量の多い回路部材41を設けた回路基板10は、降伏応力が低く、高温下で塑性変形しやすくなるため、支持基板21から回路部材41が剥がれることが少なく、より信頼性の高い回路基板10となる。また、銅の含有量が多い放熱部材42を設けた回路基板10は、放熱特性のさらに高いものとなる。なお、回路部材41および放熱部材42を構成する各成分の含有量は、蛍光X線分析法またはICP発光分光分析法により求めることができる。   The circuit board 10 provided with the circuit member 41 having a high copper content in this way has a low yield stress and is likely to be plastically deformed at a high temperature. Therefore, the circuit member 41 is less likely to be peeled off from the support substrate 21 and more reliable. It becomes the circuit board 10 with high property. Further, the circuit board 10 provided with the heat dissipating member 42 having a high copper content has higher heat dissipating characteristics. The content of each component constituting the circuit member 41 and the heat radiating member 42 can be determined by fluorescent X-ray analysis or ICP emission spectroscopic analysis.

また、回路部材41および放熱部材42の各体積固有抵抗は、5×10−8Ω・m以下、特に3×10−8Ω・m以下であることが望ましい。 Further, it is desirable that each volume resistivity of the circuit member 41 and the heat radiating member 42 is 5 × 10 −8 Ω · m or less, particularly 3 × 10 −8 Ω · m or less.

図2〜図4は、本実施形態の回路基板の他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)はそれぞれの図2〜図4(a)のB−B’線,C−C’線およびD−D’線での断面図であり、(c)は底面図である。なお、図2〜図4において、図1と同様の部材には同じ符号を用いて示す。   2 to 4 show other examples of the circuit board of the present embodiment, (a) is a plan view, (b) is a BB ′ line in each of FIGS. 2 to 4 (a), It is sectional drawing in CC 'line and DD' line, (c) is a bottom view. 2 to 4, members similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図2に示す例の回路基板10は、支持基板21の第1主面21aに複数個並べて配置される回路部材41aおよび回路部材41bを平面視したときの大きさが同等であり、第2主面21bに設けられる放熱部材42の構成は図1に示す例の回路基板10と同じである。図2に示す例のように、支持基板21の第1主面21aに大きさが同等の回路部材41aおよび回路部材41bが配置されているときには、図1に示す例の回路基板10と比較して、回路基板10の製造工程
で発生する支持基板21の反りを抑制することができる。
The circuit board 10 of the example shown in FIG. 2 has the same size when viewed in plan from a plurality of circuit members 41a and circuit members 41b arranged side by side on the first main surface 21a of the support substrate 21. The structure of the heat dissipation member 42 provided on the surface 21b is the same as that of the circuit board 10 in the example shown in FIG. When the circuit member 41a and the circuit member 41b having the same size are arranged on the first main surface 21a of the support substrate 21 as in the example shown in FIG. 2, the circuit board 10 of the example shown in FIG. Thus, warpage of the support substrate 21 that occurs in the manufacturing process of the circuit board 10 can be suppressed.

また、図3に示す例の回路基板10は、支持基板21の第1主面21aに複数の回路部材41が複数行,複数列に配置されており、第2主面21bに設けられる放熱部材42は図1に示す例の回路基板10と同じである。図3に示す例のように、支持基板21の第1主面21aに大きさの等しい複数の回路部材41が複数行,複数列に配置されているときには、図1に示す例の回路基板10と比較して、回路基板10の製造工程で発生する支持基板21の反りを抑制することができる。   Further, in the circuit board 10 of the example shown in FIG. 3, a plurality of circuit members 41 are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns on the first main surface 21a of the support substrate 21, and a heat dissipation member provided on the second main surface 21b. 42 is the same as the circuit board 10 of the example shown in FIG. When the plurality of circuit members 41 having the same size are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns on the first main surface 21a of the support substrate 21 as in the example shown in FIG. 3, the circuit substrate 10 of the example shown in FIG. As compared with the above, it is possible to suppress the warp of the support substrate 21 that occurs in the manufacturing process of the circuit board 10.

さらに、図4に示す例の回路基板10は、支持基板21の第1主面21aに複数の回路部材41が複数行,複数列に配置されており、第2主面21bに複数の放熱部材42が複数行,複数列に配置されている回路基板10である。図4に示す例のように、第1主面21aおよび第2主面21bにそれぞれ大きさの等しい回路部材41および放熱部材42が複数行,複数列に配置されているときには、回路基板10の製造工程で発生する支持基板21の反りを抑制することができるとともに、支持基板21を境界とする上下の対称性がよくなるので、図3に示す例の回路基板10と比較して、それぞれの回路部材41に搭載する電子部品の発熱にばらつきが生じても、それぞれの放熱部材42で放熱することができるので、放熱部材42の剥がれにくい信頼性の高い回路基板10とすることができる。   Furthermore, in the circuit board 10 of the example shown in FIG. 4, a plurality of circuit members 41 are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns on the first main surface 21a of the support substrate 21, and a plurality of heat radiation members are provided on the second main surface 21b. Reference numeral 42 denotes a circuit board 10 arranged in a plurality of rows and columns. When the circuit members 41 and the heat radiating members 42 having the same size are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns on the first main surface 21a and the second main surface 21b as in the example shown in FIG. Since the warpage of the support substrate 21 generated in the manufacturing process can be suppressed and the vertical symmetry with the support substrate 21 as a boundary is improved, each circuit can be compared with the circuit substrate 10 shown in FIG. Even if the heat generation of the electronic components mounted on the member 41 varies, heat can be dissipated by the respective heat dissipating members 42, so that the circuit board 10 with high reliability that prevents the heat dissipating members 42 from peeling off can be obtained.

次に、本実施形態のろう材の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of the manufacturing method of the brazing material of this embodiment will be described.

ろう材は、主成分となる銀および銅の粉末と、インジウム,亜鉛および錫から選択される少なくとも1種の元素Aからなる粉末と、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも1種の元素Bの水素化合物からなる粉末と、モリブデン,オスミウム,レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも1種の元素Cからなる粉末とを用意する。そして、所定量秤量して混合した後、樹脂および有機溶媒を添加し、順次混練して脱気することによってペースト状のろう材を得ることができる。   The brazing material is composed of silver and copper powders as main components, at least one element A selected from indium, zinc and tin, and at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium. A powder comprising a hydrogen compound of element B and a powder comprising at least one element C selected from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten are prepared. Then, a predetermined amount is weighed and mixed, and then a resin and an organic solvent are added, and then kneaded and deaerated sequentially to obtain a paste-like brazing material.

ここで、樹脂としては、例えば、アクリル樹脂,メチルセルロース,エチルセルロース,ニトロセルロース,ポリレート,ポリメタレート等を用いることができ、有機溶媒としては、例えば、テルピネオール等のアルコール,アセトン,トルエン,キシレン,ジエチレングリコールモノブチルエーテル等を用いることができる。   Here, as the resin, for example, acrylic resin, methyl cellulose, ethyl cellulose, nitrocellulose, polylate, polymetalate and the like can be used, and as the organic solvent, for example, alcohol such as terpineol, acetone, toluene, xylene, diethylene glycol monobutyl ether Etc. can be used.

あるいは、ろう材を構成する混合粉末に、無機化合物フラックスおよび有機溶媒を添加し、順次混練して脱気することによっても、ペースト状のろう材を得ることができる。このとき、無機化合物フラックスに用いる無機化合物としては、例えば、ホウ酸(HBO),ホウフッ化水素酸(HBF)等の酸、塩化リチウム(LiCl),塩化マグネシウム(MgCl)等の塩化物、フッ化ナトリウム(NaF)等のフッ化物、臭化カリウム(KBr)等の臭化物、4ホウ酸カリウム5水和物(K・5HO)等を用いることができる。 Alternatively, a paste-like brazing material can also be obtained by adding an inorganic compound flux and an organic solvent to the mixed powder constituting the brazing material, and sequentially kneading and degassing. At this time, examples of the inorganic compound used for the inorganic compound flux include acids such as boric acid (H 3 BO 3 ) and borohydrofluoric acid (HBF 4 ), lithium chloride (LiCl), and magnesium chloride (MgCl 2 ). chloride, sodium fluoride (NaF) fluoride such as, bromides such as potassium bromide (KBr), can be used potassium 4 borate pentahydrate (K 2 B 4 O 7 · 5H 2 O) , etc. .

特に、ろう材における元素A,元素Bの水素化合物および元素Cの各含有量は、元素Aの含有量が2質量%以上22質量%以下であり、元素Bの水素化合物の含有量が1質量%以上8質量%以下であり、元素Cの含有量が1質量%以下8質量%以下であることが好適であり、上記範囲の含有量とするには、本実施形態のろう材を構成する粉末100質量%のう
ち、元素Aからなる粉末,元素Bの水素化合物からなる粉末,元素Cからなる粉末の各含有量をそれぞれ2質量%以上22質量%以下、1質量%以上8質量%以下および1質量%以下8質量%以下とすればよい。
In particular, the content of the hydrogen compound of element A, element B and element C in the brazing material is such that the content of element A is 2 mass% or more and 22 mass% or less, and the content of the hydrogen compound of element B is 1 mass. % To 8% by mass, and the content of element C is preferably 1% by mass or less and 8% by mass or less. To make the content within the above range, the brazing material of this embodiment is configured. Of 100% by mass of powder, the content of the powder consisting of element A, the powder consisting of hydrogen compound of element B, and the powder consisting of element C is 2% by mass or more and 22% by mass or less, and 1% by mass or more and 8% by mass or less. And 1% by mass or less and 8% by mass or less.

また、ろう材における銅の含有量を35質量%以上50質量%以下とするには、ろう材を構
成する粉末100質量%のうち、銅の粉末の含有量を35質量%以上50質量%以下とすればよ
い。
Moreover, in order to make the copper content in the brazing material 35 mass% or more and 50 mass% or less, the copper powder content in the brazing material 100 mass% is 35 mass% or more and 50 mass% or less. And it is sufficient.

また、接合層31,32における元素Cの平均結晶粒径を3μm以上10μm以下とするには、平均粒径が3μm以上10μm以下である、元素Cからなる粉末を用いればよい。   Further, in order to set the average crystal grain size of the element C in the bonding layers 31 and 32 to 3 μm or more and 10 μm or less, a powder made of the element C having an average grain size of 3 μm or more and 10 μm or less may be used.

以上のような製造方法で得られたろう材は、流れ性が良好であるとともに、支持基板21,回路部材41および放熱部材42とろう材との濡れ性が良好であることから、支持基板21と回路部材41および放熱部材42との間に生じる空隙を減少させることができるので、高い接合強度を得ることができる。また、元素Bが水素化合物からなることにより、元素Bの金属粉末よりも酸化しにくいので、酸化によって支持基板21と回路部材41および放熱部材42との接合強度が低下するおそれを少なくすることができる。さらに、融点が高く粘性が低くなり過ぎるのを抑えることのできる元素Cを含むことにより、接合部における不要なはみ出しを少なくできるので、はみ出したろう材が接することによる短絡のおそれを少なくできる。   The brazing material obtained by the manufacturing method as described above has good flowability and good wettability between the support substrate 21, the circuit member 41 and the heat radiation member 42 and the brazing material. Since the gap generated between the circuit member 41 and the heat dissipation member 42 can be reduced, a high bonding strength can be obtained. In addition, since the element B is made of a hydrogen compound, it is less likely to be oxidized than the metal powder of the element B, so that the possibility that the bonding strength between the support substrate 21, the circuit member 41, and the heat radiating member 42 is reduced due to the oxidation may be reduced. it can. Further, by including element C that has a high melting point and can prevent the viscosity from becoming too low, unnecessary protrusion at the joint can be reduced, so that the possibility of short circuit due to contact of the protruding brazing material can be reduced.

次に、本実施形態の回路基板の製造方法として、図1に示す回路基板10の例について説明する。   Next, an example of the circuit board 10 shown in FIG. 1 will be described as a method for manufacturing the circuit board of the present embodiment.

まず、長さが30mm以上250mm以下,幅が10mm以上200mm以下,厚みが0.13mm以上0.64mm以下の窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる支持基板21を作製し、支持基板21を800℃以上900℃以下で熱処理することで、支持基板21の表面に付着した有機物や残留炭素を除去する。   First, a support substrate 21 made of ceramics mainly composed of silicon nitride or aluminum nitride having a length of 30 mm to 250 mm, a width of 10 mm to 200 mm, and a thickness of 0.13 mm to 0.64 mm is prepared. By performing heat treatment at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less, organic substances and residual carbon adhering to the surface of the support substrate 21 are removed.

次に、熱処理した支持基板21の第1主面21aおよび第2主面21bに、ペースト状の本実施形態のろう材を回路部材41および放熱部材42の配置に合わせて、スクリーン印刷法,加圧印刷法および刷毛塗り法等のいずれかの方法で塗布した後、120℃以上150℃以下で乾燥させる。   Next, the paste material of the present embodiment is applied to the first main surface 21a and the second main surface 21b of the heat-treated support substrate 21 in accordance with the arrangement of the circuit member 41 and the heat radiating member 42. After applying by any method such as pressure printing method and brush coating method, it is dried at 120 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

そして、支持基板21の第1主面21aに塗布して乾燥させた本実施形態のろう材の上に、銅を含む複数の回路部材41a,41bを、第2主面21bに塗布して乾燥させた本実施形態のろう材の上に、放熱部材42を配置し、真空雰囲気中において、800℃以上900℃以下の範囲で加熱することにより、回路部材41a,41bおよび放熱部材42を本実施形態のろう材からなるそれぞれの接合層31a,31b,32を介して支持基板21に接合した回路基板10を得ることができる。なお、上記熱処理を真空雰囲気で行なうことにより、接合層31a,31b,32の酸素の含有量を2質量%以下とすることができる。また、元素Bが支持基板21の第1主面21a近傍の金属元素と化学結合している回路基板10を得るには、上記温度を840℃以上900℃以下にすればよい。   Then, a plurality of circuit members 41a and 41b containing copper are applied to the second main surface 21b and dried on the brazing material of the present embodiment applied to the first main surface 21a of the support substrate 21 and dried. The heat dissipating member 42 is disposed on the brazing material of the present embodiment, and the circuit members 41a and 41b and the heat dissipating member 42 are implemented by heating in a vacuum atmosphere in a range of 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. Thus, the circuit board 10 bonded to the support substrate 21 through the bonding layers 31a, 31b, 32 made of the brazing material can be obtained. Note that by performing the heat treatment in a vacuum atmosphere, the oxygen content of the bonding layers 31a, 31b, and 32 can be reduced to 2% by mass or less. In order to obtain the circuit board 10 in which the element B is chemically bonded to the metal element in the vicinity of the first main surface 21a of the support substrate 21, the temperature may be set to 840 ° C. or more and 900 ° C. or less.

また、接合層31a,31b,32における炭素の含有量がそれぞれ0.05質量%以下である回路基板10を得るには、接合時の熱処理を、窒素雰囲気中において、350℃以上500℃以下の範囲で加熱した後、真空雰囲気中において、800℃以上900℃以下の範囲で加熱すればよい。   Further, in order to obtain the circuit board 10 in which the carbon contents in the bonding layers 31a, 31b, and 32 are each 0.05% by mass or less, heat treatment at the time of bonding is performed in a nitrogen atmosphere in a range of 350 ° C. or more and 500 ° C. or less. After heating, heating may be performed in a vacuum atmosphere in the range of 800 ° C to 900 ° C.

また、回路部材41として、複数配置される回路部材41を覆う大きさの銅を含む金属箔を支持基板21の主面21aに本実施形態のろう材を介して接合した後に、例えば、1行2列,2行4列,3行2列,3行3列等の行列状等の区分配置に合わせて、接合された金属箔の表面にレジストを印刷し、120℃以上150℃以下でレジストを乾燥させて、硝弗硫酸,弗硝酸、塩酸または塩化第2鉄水溶液等を接合体に吹き付けることにより、金属箔の表面にレジストが印刷されていない部分を除去し、さらに水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウ
ム水溶液等のアルカリ水溶液を用いてレジストを除去することで、本実施形態の回路基板10を構成する回路部材41としてもよい。
Further, as a circuit member 41, after joining a metal foil containing copper having a size covering a plurality of circuit members 41 to the main surface 21a of the support substrate 21 via the brazing material of this embodiment, for example, one row Resist is printed on the surface of the bonded metal foil in accordance with the matrix, such as 2 columns, 2 rows, 4 columns, 3 rows, 2 columns, 3 rows, 3 columns, etc. Is dried and sprayed with nitric hydrosulfuric acid, hydrofluoric nitric acid, hydrochloric acid or ferric chloride aqueous solution to the joined body to remove the portion where the resist is not printed on the surface of the metal foil. The circuit member 41 constituting the circuit board 10 of the present embodiment may be obtained by removing the resist using an alkaline aqueous solution such as an aqueous potassium hydroxide solution.

また、銅を含む回路部材41の酸化を抑制するため、回路部材41の表面をパラジウムを介してニッケルまたは金で被覆してもよい。さらに、放熱部材42についても、放熱部材42の表面をパラジウムを介してニッケルまたは金で被覆してもよい。   Further, in order to suppress oxidation of the circuit member 41 containing copper, the surface of the circuit member 41 may be covered with nickel or gold through palladium. Further, with respect to the heat radiating member 42, the surface of the heat radiating member 42 may be covered with nickel or gold via palladium.

あるいは、回路部材41および放熱部材42の各表面を化学研磨した後、2−アミノピリジン,2−アミノキノリン,2−アミノピリミジン,6−アミノピリミジン,2−アミノピラジン,2−アミノキナゾリン,4−アミノキナゾリン,2−アミノキノキサリン,8−アミノプリン,2−アミノベンゾイミダゾール,アミノトリアジン,アミノトリアゾールおよびこれらの置換誘導体のうちの少なくとも1種を含む水溶液に浸漬処理することにより、酸化を抑制してもよい。   Alternatively, after chemically polishing the surfaces of the circuit member 41 and the heat dissipation member 42, 2-aminopyridine, 2-aminoquinoline, 2-aminopyrimidine, 6-aminopyrimidine, 2-aminopyrazine, 2-aminoquinazoline, 4- Oxidation is suppressed by immersion treatment in an aqueous solution containing at least one of aminoquinazoline, 2-aminoquinoxaline, 8-aminopurine, 2-aminobenzimidazole, aminotriazine, aminotriazole and substituted derivatives thereof. Also good.

以上のような製造方法で得られた回路基板10は、支持基板21の第1主面21a側に銅を含む回路部材41を、第1主面21aに対向する第2主面21b側に放熱部材42をそれぞれ設けてなり、回路部材41が支持基板21の第1主面21a上に複数個並べて配置されて、本実施形態のろう材からなる接合層31を介して接合されていることにより、接合部における不要なはみ出しが少なく、隣り合う回路部材41a,41b間の短絡のおそれが少ないので、高集積化に対応可能な回路基板10とすることができる。また、支持基板21と回路部材41との間に生じる空隙が少なく高い接合強度を有しているので信頼性の高い回路基板10とすることができる。さらに、回路基板10を構成する回路部材41として、含有量が99.995質量%以上の銅を用いれば、回路部材41上に電子部品を搭載したときに、電子部品から発生した熱を長期間にわたって効率よく放熱することができる。   The circuit board 10 obtained by the manufacturing method as described above has a circuit member 41 containing copper on the first main surface 21a side of the support substrate 21 and heat radiation on the second main surface 21b side facing the first main surface 21a. Each of the members 42 is provided, and a plurality of circuit members 41 are arranged side by side on the first main surface 21a of the support substrate 21 and are bonded via the bonding layer 31 made of the brazing material of the present embodiment. Since there is little unnecessary protrusion at the joint and there is little risk of short circuit between the adjacent circuit members 41a and 41b, the circuit board 10 that can cope with high integration can be obtained. In addition, since the gap generated between the support substrate 21 and the circuit member 41 is small and the bonding strength is high, the circuit substrate 10 with high reliability can be obtained. Furthermore, if copper having a content of 99.995% by mass or more is used as the circuit member 41 constituting the circuit board 10, when the electronic component is mounted on the circuit member 41, the heat generated from the electronic component is efficient over a long period of time. It can dissipate heat well.

また、上述した特性を有する本実施形態の回路基板10における回路部材41上に、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)素子,インテリジェント・パワー・モジュール(IPM)素子,金属酸化膜形電界効果トランジスタ(MOSFET)素子,発光ダイオード(LED)素子,フリーホイーリングダイオード(FWD)素子,ジャイアント・トランジスター(GTR)素子等の半導体素子,昇華型サーマルプリンターヘッド素子,サーマルインクジェットプリンターヘッド素子等の各種電子部品を搭載した電子装置は、短絡のおそれが少ないので高い信頼性を得ることができる。   In addition, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element, an intelligent power module (IPM) element, a metal oxide film type field effect transistor (on the circuit member 41 in the circuit board 10 of the present embodiment having the above-described characteristics) Various electronic components such as semiconductor elements such as MOSFET) elements, light emitting diode (LED) elements, free wheeling diode (FWD) elements, giant transistor (GTR) elements, sublimation thermal printer head elements, thermal ink jet printer head elements, etc. Since the mounted electronic device is less likely to be short-circuited, high reliability can be obtained.

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.

まず、表1〜表3に示す含有量となるように、各種粉末を所定量秤量して混合した後、メチルセルロースおよびテルピネオールを添加し、順次混練して脱気することによって、ペースト状のろう材を得た。なお、表1〜表3では、元素A,元素Bの水素化合物および元素Cが1種である場合は、それぞれA1,B1およびC1の各欄にそれらの元素記号を、元素A,元素Bの水素化合物および元素Cが2種の場合は、それぞれA1およびA2,B1およびB2,C1およびC2の各欄にそれらの元素記号を記した。   First, a predetermined amount of various powders are weighed and mixed so as to have the contents shown in Tables 1 to 3, and then methylcellulose and terpineol are added, sequentially kneaded and deaerated to obtain a paste-like brazing material. Got. In Tables 1 to 3, when the hydrogen compound of element A and element B and element C are one kind, their element symbols are shown in the respective columns of A1, B1 and C1, respectively. When the hydrogen compound and the element C were two kinds, their element symbols were written in the respective columns of A1 and A2, B1 and B2, C1 and C2, respectively.

次に、窒化珪素を主成分とするセラミックスからなり、長さが60mm,幅が30mm,厚みが0.32mmである支持基板21を準備し、支持基板21を840℃で熱処理することによって
、支持基板21の表面に付着した有機物や残留炭素を除去した。その後、熱処理した支持基板21の第1主面21aおよび第2主面21bに、図2に示す回路部材41a,41bおよび放熱部材42の配置に対応する部分にペースト状のろう材をスクリーン印刷で塗布した後、135℃
で乾燥させることによって、接合層31a,31b,32を形成した。
Next, a support substrate 21 made of ceramics mainly composed of silicon nitride, having a length of 60 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 0.32 mm is prepared, and the support substrate 21 is heat-treated at 840 ° C. Organic substances and residual carbon adhering to the surface of 21 were removed. Thereafter, paste-like brazing material is screen-printed on the first main surface 21a and the second main surface 21b of the heat-treated support substrate 21 at portions corresponding to the arrangement of the circuit members 41a and 41b and the heat radiation member 42 shown in FIG. 135 ℃ after coating
The bonding layers 31a, 31b, and 32 were formed by drying the film.

そして、支持基板21の第1主面21aに無酸素銅からなる回路部材41a,41bを、第1主面21aに対向する第2主面21bに無酸素銅からなる放熱部材42をそれぞれ接合層31a,31b,32に接するように配置して、真空雰囲気中において、840℃で加熱することにより、
回路部材41a,41bおよび放熱部材42がそれぞれの接合層31a,31b,32を介して支持基板21に接合された回路基板を得た。
Then, circuit members 41a and 41b made of oxygen-free copper are formed on the first main surface 21a of the support substrate 21, and a heat dissipation member 42 made of oxygen-free copper is formed on the second main surface 21b opposite to the first main surface 21a. By placing in contact with 31a, 31b, 32 and heating at 840 ° C in a vacuum atmosphere,
A circuit board was obtained in which the circuit members 41a, 41b and the heat dissipation member 42 were bonded to the support substrate 21 via the respective bonding layers 31a, 31b, 32.

なお、支持基板21の第1主面21aに無酸素銅からなる金属箔を接合した後に、回路部材41a,41bが図2に示す形状および配置となるように、この金属箔の表面の一部にレジストを印刷して、135℃でレジストを乾燥させて、塩化第2鉄水溶液等を接合体に吹き付け
ることにより、金属箔の表面にレジストが印刷されていない部分を除去し、さらに水酸化ナトリウム水溶液を用いてレジストを除去することによっても、回路部材41a,41bとすることができる。
Part of the surface of the metal foil so that the circuit members 41a and 41b have the shape and arrangement shown in FIG. 2 after joining the metal foil made of oxygen-free copper to the first main surface 21a of the support substrate 21. The resist is printed on the substrate, dried at 135 ° C., and a ferric chloride aqueous solution or the like is sprayed onto the joined body to remove the portion where the resist is not printed on the surface of the metal foil. The circuit members 41a and 41b can also be obtained by removing the resist using an aqueous solution.

この回路部材41a,41bは、それぞれ一辺が24mmの正方形状であり、厚みが0.3mm
であり、回路部材41aと回路部材41bとの間隔を2mmとした。また、放熱部材42は、長さが58mmであり、幅が26mmであり、厚みを0.3mmとした。さらに、接合層31a,31
b,32は、回路部材41a,41bおよび放熱部材42に合わせた形状とし、厚みを0.02mmとした。
Each of the circuit members 41a and 41b has a square shape with a side of 24 mm and a thickness of 0.3 mm.
The distance between the circuit member 41a and the circuit member 41b was 2 mm. Further, the heat dissipating member 42 had a length of 58 mm, a width of 26 mm, and a thickness of 0.3 mm. Further, the bonding layers 31a and 31
b and 32 were shaped to match the circuit members 41a and 41b and the heat dissipation member 42, and the thickness was 0.02 mm.

そして、回路部材41a,41bの側面と支持基板21の側面とを垂直に結ぶ線上における、回路部材41aおよび回路部材41bの各側面からはみ出している接合層31aおよび接合層31bの最大長さを、光学顕微鏡により倍率を50倍で測定し、この最大長さをはみ出し長さとした。なお、本実施例において、このはみ出し長さが0.2mmを超えているときには、不
要なはみ出しを生じているものとする。
Then, the maximum lengths of the bonding layer 31a and the bonding layer 31b protruding from the side surfaces of the circuit member 41a and the circuit member 41b on the line that vertically connects the side surfaces of the circuit members 41a and 41b and the side surface of the support substrate 21, The magnification was measured at 50 times with an optical microscope, and this maximum length was defined as the protruding length. In this embodiment, it is assumed that an unnecessary protrusion occurs when the protrusion length exceeds 0.2 mm.

また、超音波探傷法により支持基板21と接合層31a,31bとの間に生じている空隙を平面視した面積Sを測定し、空隙が全くない状態の面積、すなわち回路部材41a,41bの主面の面積Sとし、面積Sに対する面積Sの比率(=S/S×100)を求め、
この値を空隙率とした。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を50MHz,ゲインを30dB,スキャンピッチを100μmとした。
Further, the bonding layer 31a and the supporting substrate 21 by ultrasonic flaw detection method, the area S V viewed from above the gap that occurs between the 31b was measured and the state voids no area, or circuit members 41a, 41b of the As the area S O of the main surface, the ratio of the area S V to the area S O (= S V / S O × 100) is obtained,
This value was taken as the porosity. Here, the measurement conditions of the ultrasonic flaw detection method were a flaw detection frequency of 50 MHz, a gain of 30 dB, and a scan pitch of 100 μm.

また、回路部材41aの引きはがし強さをJIS C 6481−1996に準拠して測定することにより、回路部材41aと支持基板21との接合強度を評価した。なお、回路部材41aの幅をエッチングにより24mmから10mmに狭くした後に引きはがし強さを測定した。   Further, the bonding strength between the circuit member 41a and the support substrate 21 was evaluated by measuring the peel strength of the circuit member 41a in accordance with JIS C 6481-1996. The peel strength was measured after the width of the circuit member 41a was reduced from 24 mm to 10 mm by etching.

また、各ろう材を構成する各元素の同定および含有量については、蛍光X線分析法により求めた。これら測定値および計算値を表1〜表3に示す。   Moreover, about the identification and content of each element which comprises each brazing material, it calculated | required by the fluorescent X ray analysis method. These measured values and calculated values are shown in Tables 1 to 3.

Figure 0005743503
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Figure 0005743503
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表1〜表3に示す通り、試料No.2,3,5〜7,9〜92は、銀および銅を主成分とし、インジウム,亜鉛および錫から選択される少なくとも1種の元素Aと、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも1種の元素Bの水素化合物と、モリブデン,オスミウム,レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも1種の元素Cとを含むろう材からなる接合層31a,31bを介して回路部材41a,41bが支持
基板21と接合されていることから、ろう材の流れ性が良好であるとともに、支持基板21と回路部材41a,41bとの濡れ性が良好であることから、支持基板21と回路部材41a,41bとの間に生じる空隙が少ないので高い接合強度が得られるとともに、0.2mmを超える不
要なはみ出しがないので、短絡のおそれの少ない回路基板とすることができることがわかった。
As shown in Tables 1 to 3, Sample No. 2, 3, 5 to 7, 9 to 92 are mainly composed of silver and copper, and at least one element A selected from indium, zinc and tin, and at least selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium The circuit members 41a and 41b are supported on the support substrate via bonding layers 31a and 31b made of a brazing material containing one kind of hydrogen compound of element B and at least one kind of element C selected from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten. Since the brazing material has good flowability and the wettability between the support substrate 21 and the circuit members 41a and 41b is good, the support substrate 21 and the circuit members 41a and 41b Since there are few voids between the two, high bonding strength can be obtained, and there is no unnecessary protrusion exceeding 0.2 mm, so that a circuit board with a low risk of short-circuiting can be obtained. I understood.

また、元素A,元素Bの水素化合物および元素Cがそれぞれインジウム,水素化チタンおよびモリブデンであり、元素A,元素Bの水素化合物の含有量が同じで、元素Cの含有量が異なる試料No.9〜18を比べると、試料No,10〜17は元素Cのが1質量%以上8質量%以下であることから、接合層31aおよび接合層31bのはみ出しがなく、支持基板21と接合層31との間の空隙も少ないことがわかった。   In addition, the hydrogen compounds of element A and element B and the element C are indium, titanium hydride, and molybdenum, respectively, and the content of the hydrogen compound of element A and element B is the same, but the content of element C is different. When comparing Nos. 9 to 18, Sample Nos. 10 to 17 have an element C content of 1% by mass or more and 8% by mass or less, so that there is no protrusion of the bonding layer 31a and the bonding layer 31b. It was found that there were also few gaps between them.

また、元素A,元素Bの水素化合物および元素Cがそれぞれインジウム,水素化チタンおよびモリブデンであり、元素A,元素Cの含有量が同じで、元素Bの水素化合物の含有量が異なる試料No.5〜7,43〜45を比べると、試料No.6,7,43,44は元素Bの水素化合物が1質量%以上8質量%以下であることから、引きはがし強さが30kN/m以上であり、回路部材41aと支持基板21との接合強度が高いことがわかった。   Samples No. 2 and No. B, in which the hydrogen compound of element A and element B and the element C are indium, titanium hydride, and molybdenum, respectively, have the same contents of element A and element C, and different contents of the hydrogen compound of element B. When comparing 5-7 and 43-45, sample no. 6, 7, 43, and 44, since the hydrogen compound of element B is 1% by mass or more and 8% by mass or less, the peel strength is 30 kN / m or more, and the bonding strength between the circuit member 41a and the support substrate 21 Was found to be expensive.

また、元素A,元素Bの水素化合物および元素Cがそれぞれインジウム,チタンおよびモリブデンであり、元素Bの水素化合物,元素Cの含有量が同じで、元素Aの含有量が異なる試料No.2,3,7,12〜15,70〜72を比べると、試料No.3,7,12〜15,70,71は、元素Aが2質量%以上22質量%以下であることから、支持基板21と接合層31との間の空隙率がゼロであり、接合強度が高く、はみ出し長さも短いことがわかった。   Further, the hydrogen compounds of element A and element B and the element C are indium, titanium and molybdenum, respectively, and the contents of the hydrogen compound of element B and element C are the same, but the contents of element A are different. 2, 3, 7, 12-15, 70-72, sample No. 3, 7, 12 to 15, 70, 71, since the element A is 2% by mass or more and 22% by mass or less, the porosity between the support substrate 21 and the bonding layer 31 is zero, and the bonding strength is It was high and the length of protrusion was short.

また、元素A,元素Bの水素化合物および元素Cの種類および各含有量が同じである試料No.11〜15を比べると、試料No.12,13,14は、銅の含有量が35質量%以上50質量%以下であることから、空隙がない上、接合強度が十分確保され、はみ出していないこと
がわかった。
In addition, the sample Nos. 1 and 2 in which the types and contents of the hydrogen compounds of element A and element B and element C are the same. When comparing 11 to 15, sample No. Since 12, 13 and 14 had a copper content of 35% by mass or more and 50% by mass or less, it was found that there was no void and sufficient bonding strength was ensured and no protrusion occurred.

まず、銀が51.5質量%,銅が40質量%であり、元素Aとして錫、元素Bの水素化合物として水素化チタン、元素Cとしてモリブデンの各含有量がそれぞれ3質量%,2.5質量%
および3質量%となるように秤量した各種粉末を混合した後、メチルセルロースおよびテルピネオールを添加し、順次混練して脱気することによって、ペースト状のろう材を得た。なお、モリブデンの粉末は、表4に示す平均粒径の粉末を用いた。
First, 51.5% by mass of silver and 40% by mass of copper, the contents of tin as element A, titanium hydride as a hydrogen compound of element B, and molybdenum as element C are 3% by mass and 2.5% by mass, respectively.
After mixing various powders weighed to 3% by mass, methylcellulose and terpineol were added, and the mixture was kneaded and degassed in order to obtain a paste-like brazing material. In addition, the powder of the average particle diameter shown in Table 4 was used for the powder of molybdenum.

次に、窒化珪素を主成分とするセラミックスからなり、長さが60mm,幅が30mm,厚みが0.32mmである支持基板21を準備した後、回路部材41a,41bおよび放熱部材42を支持基板21に加熱して接合する温度を840℃から900℃に変更する以外は、実施例1に示した方法と同じ方法により回路基板を得た。   Next, after preparing a support substrate 21 made of ceramics mainly composed of silicon nitride and having a length of 60 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 0.32 mm, the circuit members 41a and 41b and the heat dissipation member 42 are attached to the support substrate 21. A circuit board was obtained by the same method as shown in Example 1 except that the bonding temperature was changed from 840 ° C to 900 ° C.

そして、実施例1に示した方法と同様の方法ではみ出し長さ,空隙率および引きはがし強さを求め、それぞれ表4に示した。   Then, the protruding length, the void ratio, and the peeling strength were obtained by the same method as that shown in Example 1, and are shown in Table 4, respectively.

また、接合層31におけるモリブデンの平均結晶粒径は、それぞれ50質量%の過酸化水素水および希硫酸が混合された溶液の温度を40℃とし、この溶液に接合層31を1分間浸漬して、エッチングした後、電子針微小部分析装置(Electron Probe Micro Analysis)を用
いてモリブデンを同定し、JIS H 0501−1986(ISO 2624−1973)に記載されている切断法に準拠して求めた。
The average crystal grain size of molybdenum in the bonding layer 31 is set such that the temperature of the solution in which 50% by mass of hydrogen peroxide and dilute sulfuric acid are mixed is 40 ° C., and the bonding layer 31 is immersed in this solution for 1 minute. After etching, molybdenum was identified using an electron probe microanalyzer (Electron Probe Micro Analysis) and determined in accordance with the cutting method described in JIS H 0501-1986 (ISO 2624-1973).

Figure 0005743503
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表4に示す通り、接合層31における元素Cの平均結晶粒径が3μm以上10μm以下である試料No.94〜97は、接合部における不要なはみ出しが抑制されるとともに、支持基板21と回路部材41との間に生じる空隙が十分抑制されているので、高い接合強度が得られていることがわかった。   As shown in Table 4, the sample No. 1 in which the average crystal grain size of the element C in the bonding layer 31 is 3 μm or more and 10 μm or less. Nos. 94 to 97 were found to have high bonding strength because unnecessary protrusion at the bonding portion was suppressed and the gap generated between the support substrate 21 and the circuit member 41 was sufficiently suppressed. .

まず、銀が51.5質量%,銅が40質量%であり、元素Aとして錫、元素Bの水素化合物として水素化チタン、元素Cとしてモリブデンの各含有量がそれぞれ3質量%,2.5質量%
および3質量%となるように秤量した各種粉末を混合した後、メチルセルロースおよびテルピネオールを添加し、表5に示す雰囲気で順次混練して脱気することによって、ペースト状のろう材を得た。なお、上記雰囲気が真空雰囲気である場合については、その到達真空度を、また、得られたろう材に含まれる酸素の含有量を赤外線吸収法によって測定し、その値をそれぞれ表5に示した。
First, 51.5% by mass of silver and 40% by mass of copper, the contents of tin as element A, titanium hydride as a hydrogen compound of element B, and molybdenum as element C are 3% by mass and 2.5% by mass, respectively.
After mixing various powders weighed to 3% by mass, methylcellulose and terpineol were added, and the mixture was sequentially kneaded and deaerated in the atmosphere shown in Table 5 to obtain a paste-like brazing material. In addition, when the said atmosphere was a vacuum atmosphere, the ultimate vacuum degree and the content of oxygen contained in the obtained brazing material were measured by an infrared absorption method, and the values are shown in Table 5, respectively.

次に、窒化珪素を主成分とするセラミックスからなり、長さが60mm,幅が30mm,厚みが0.32mmである支持基板21を準備した後、実施例1に示した方法と同じ方法により回路基板を得た。   Next, after preparing a support substrate 21 made of ceramics mainly composed of silicon nitride and having a length of 60 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 0.32 mm, a circuit board is formed by the same method as shown in Example 1. Got.

そして、実施例1と同様に回路部材41aの引きはがし強さをJIS C 6481−1996に準拠して測定し、その値を表5に示した。   The peel strength of the circuit member 41a was measured according to JIS C 6481-1996 as in Example 1, and the values are shown in Table 5.

Figure 0005743503
Figure 0005743503

表5に示す通り、酸素の含有量が2質量%以下であるろう材を用いた試料No.100,101は、酸素の含有量が2質量%を超えるろう材を用いた試料No.99よりも引きはがし強さが高く、高い接合強度を得られていることがわかった。   As shown in Table 5, Sample No. using a brazing material having an oxygen content of 2% by mass or less. Samples Nos. 100 and 101 are sample Nos. Using brazing filler metals having an oxygen content exceeding 2 mass%. It was found that the peel strength was higher than 99 and a high bonding strength was obtained.

まず、銀が51.5質量%,銅が40質量%であり、元素Aとして錫、元素Bの水素化合物として水素化チタン、元素Cとしてモリブデンの各含有量がそれぞれ3質量%,2.5質量%
および3質量%となるように秤量した各種粉末を混合した後、メチルセルロースおよびテルピネオールを添加し、順次混練して脱気することにより、ペースト状のろう材を得た。
First, 51.5% by mass of silver and 40% by mass of copper, the contents of tin as element A, titanium hydride as a hydrogen compound of element B, and molybdenum as element C are 3% by mass and 2.5% by mass, respectively.
After mixing various powders weighed to 3% by mass, methylcellulose and terpineol were added, and the mixture was kneaded and degassed in order to obtain a paste-like brazing material.

次に、窒化珪素を主成分とするセラミックスからなり、長さが60mm,幅が30mm,厚みが0.32mmである支持基板21を準備し、支持基板21を800℃以上900℃以下で熱処理することによって、支持基板21の表面に付着した有機物や残留炭素を除去した。その後、熱処理した支持基板21の第1主面21aおよび第2主面21bに、図2に示す回路部材41a,41bおよび放熱部材42の配置に対応する部分にペースト状のろう材をスクリーン印刷で塗布した後、135℃で乾燥させることによって、接合層31a,31b,32を形成した。   Next, a support substrate 21 made of ceramics mainly composed of silicon nitride, having a length of 60 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 0.32 mm is prepared, and the support substrate 21 is heat-treated at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less. Thus, organic substances and residual carbon adhering to the surface of the support substrate 21 were removed. Thereafter, paste-like brazing material is screen-printed on the first main surface 21a and the second main surface 21b of the heat-treated support substrate 21 at portions corresponding to the arrangement of the circuit members 41a and 41b and the heat radiation member 42 shown in FIG. After the application, the bonding layers 31a, 31b, and 32 were formed by drying at 135 ° C.

そして、支持基板21の第1主面21aに無酸素銅からなる回路部材41a,41bを、第1主面21aに対向する第2主面21bに無酸素銅からなる放熱部材42をそれぞれ接合層31a,31b,32に接するように配置して、窒素雰囲気中において、表6に示す温度で加熱した後、真空雰囲気中において、850℃で加熱することにより、回路部材41a,41bおよび放熱部
材42がそれぞれの接合層31a,31b,32を介して支持基板21に接合された回路基板を得た。
Then, circuit members 41a and 41b made of oxygen-free copper are formed on the first main surface 21a of the support substrate 21, and a heat dissipation member 42 made of oxygen-free copper is formed on the second main surface 21b opposite to the first main surface 21a. The circuit members 41a, 41b and the heat radiation member 42 are disposed so as to be in contact with 31a, 31b, 32, heated in a nitrogen atmosphere at a temperature shown in Table 6, and then heated in a vacuum atmosphere at 850 ° C. Obtained a circuit board bonded to the support substrate 21 through the respective bonding layers 31a, 31b, 32.

そして、接合層31a,31b,32に含まれる炭素の含有量を赤外線吸収法により求めた。また、回路基板のヒートサイクル試験を行ない、3000サイクル以降100サイクル経過する
毎に、光学顕微鏡を用いて500倍の倍率で接合層31a,31b,32に生じるクラックの有無を確認した。なお、1サイクルは、室温から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125℃で15分保持した後、室温まで降温するというサイクルとした。クラックが接合層31
a,31b,32のいずれかに確認されたサイクル数を表6に示す。
Then, the carbon content contained in the bonding layers 31a, 31b, and 32 was determined by an infrared absorption method. Further, a heat cycle test of the circuit board was performed, and every time 100 cycles after 3000 cycles, the presence or absence of cracks generated in the bonding layers 31a, 31b, and 32 was confirmed using an optical microscope at a magnification of 500 times. One cycle was a cycle in which the temperature was lowered from room temperature to −45 ° C. and held for 15 minutes, the temperature was raised and held at 125 ° C. for 15 minutes, and then the temperature was lowered to room temperature. Crack is bonding layer 31
Table 6 shows the number of cycles confirmed in any one of a, 31b, and 32.

Figure 0005743503
Figure 0005743503

表6に示す通り、接合層31a,31b,32における炭素の含有量がそれぞれ0.05質量%以
下である試料No.103,104は、元素Bであるチタンと化合して、クラックの起点となり
やすい炭化物の含有量が制限されているので、接合層31a,31b,32にクラックが発生し
にくくなっていることがわかった。
As shown in Table 6, the sample Nos. In which the carbon contents in the bonding layers 31a, 31b, and 32 are each 0.05% by mass or less. 103 and 104 are combined with titanium, which is the element B, and the carbide content that tends to be the starting point of cracks is limited, so that it is found that cracks are less likely to occur in the bonding layers 31a, 31b, and 32. It was.

窒化アルミニウムおよび窒化珪素を主成分とするセラミックスからなる支持基板21を準備し、無酸素銅およびSUS304からなる回路部材41および放熱部材42を実施例1と同様
の本実施形態のろう材からなる接合層31,32を介して接合した回路基板を作製した。そして、このような材質および構成の回路基板の回路部材41の主面に単位面積当たり40W/mの熱量を与えたものとみなしたシミュレーションを行ない、回路基板の熱抵抗を推定した。その推定値を表7に示す。
A support substrate 21 made of ceramics mainly composed of aluminum nitride and silicon nitride is prepared, and a circuit member 41 and a heat radiating member 42 made of oxygen-free copper and SUS304 are joined together by the brazing material of this embodiment similar to that of the first embodiment. A circuit board bonded through layers 31 and 32 was fabricated. Then, a simulation was performed assuming that a heat amount of 40 W / m 2 per unit area was given to the main surface of the circuit member 41 of the circuit board having such a material and configuration, and the thermal resistance of the circuit board was estimated. The estimated values are shown in Table 7.

Figure 0005743503
Figure 0005743503

表7に示す通り、回路部材41および放熱部材42がSUS304からなる試料No.106,108,110に対し、回路部材41および放熱部材42が無酸素銅からなる試料No.105,107,109は、同じ材質の支持基板21を用いた試料と比較して、シミュレーション結果の熱抵抗値
が小さかった。この結果より、銅は鉄より熱伝導率が高いので、放熱特性を高められることがわかった。
As shown in Table 7, the circuit member 41 and the heat radiating member 42 are made of SUS304. For sample Nos. 106, 108, and 110, the circuit member 41 and the heat radiating member 42 are made of oxygen-free copper. 105, 107, and 109 had smaller thermal resistance values as a result of the simulation than the sample using the support substrate 21 made of the same material. From this result, it was found that copper has a higher thermal conductivity than iron, so that the heat dissipation characteristics can be improved.

まず、銀が51.5質量%,銅が40質量%であり、元素Aとしてインジウム、元素Bの水素化合物として水素化チタン、元素Cとしてモリブデンの各含有量がそれぞれ3質量%,2.5質量%および3質量%となるように秤量した各種粉末を混合した後、メチルセルロース
およびテルピネオールを添加し、順次混練して脱気することにより、ペースト状のろう材を得た。このろう材を用いて、表8に示す接合の熱処理温度とした以外は実施例1と同様の方法で回路基板を得た。
First, 51.5% by mass of silver and 40% by mass of copper, the contents of indium as element A, titanium hydride as a hydrogen compound of element B, and molybdenum as element C are 3%, 2.5% and 3%, respectively. After mixing various powders weighed so as to be in mass%, methylcellulose and terpineol were added, and the mixture was kneaded and degassed in order to obtain a paste-like brazing material. Using this brazing material, a circuit board was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature for bonding shown in Table 8 was used.

そして、X線回折法を用いて同定することにより、チタンが支持基板21の第1主面近傍にある珪素と化学結合している状態を確認し、珪化チタンの有無を表8に記入した。また、実施例1と同様に回路部材41aの引きはがし強さをJIS C 6481−1996に準拠して測定し、その値を表8に示した。   Then, by identifying using the X-ray diffraction method, it was confirmed that titanium was chemically bonded to silicon in the vicinity of the first main surface of the support substrate 21, and the presence or absence of titanium silicide was entered in Table 8. Further, as in Example 1, the peel strength of the circuit member 41a was measured in accordance with JIS C 6481-1996, and the value is shown in Table 8.

Figure 0005743503
Figure 0005743503

表8に示す通り、試料No.111,112は、珪化チタンが同定されており、珪化チタンが同定されなかった試料No.113よりも引きはがし強さの値が高くなった。従って、接合
時に840℃以上900℃以下の温度で熱処理することによって、窒化珪素を主成分とする支持基板21の第1主面21a近傍の珪素と元素Bであるチタンとが化学結合し、チタンと珪素と
の結合が高い共有結合性を有するので、接合強度を高められることがわかった。
As shown in Table 8, sample no. Samples Nos. 111 and 112, in which titanium silicide was identified and titanium silicide was not identified. The peel strength was higher than 113. Therefore, by performing heat treatment at a temperature of 840 ° C. or more and 900 ° C. or less during bonding, silicon in the vicinity of the first main surface 21a of the support substrate 21 mainly composed of silicon nitride and titanium which is element B are chemically bonded. It has been found that the bonding strength can be increased because the bond between silicon and silicon has a high covalent bond.

また、このように優れた本実施形態の回路基板の回路部材上に電子部品を搭載したところ、短絡のおそれの少ない信頼性の高い電子装置とすることができた。   In addition, when an electronic component was mounted on the circuit member of the circuit board according to the present embodiment which was excellent as described above, a highly reliable electronic device with little risk of short-circuiting could be obtained.

10:回路基板
21:支持基板
31,32:接合層
41:回路部材
42:放熱部材
10: Circuit board
21: Support substrate
31, 32: Bonding layer
41: Circuit members
42: Heat dissipation member

Claims (8)

主成分として30.5質量%以上の銀および35質量%以上50質量%以下の銅を含むとともに、インジウム,亜鉛および錫から選択される少なくとも1種の元素Aを1質量%以上24質量%以下と、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも1種の元素Bの水素化合物を0.5質量%以上9質量%以下と、モリブデン,オスミウム,レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも1種の元素Cを0.5質量%以上9質量%以下からなることを特徴とするろう材。 The main component contains 30.5% by mass or more of silver and 35% by mass or more and 50% by mass or less of copper, and at least one element A selected from indium, zinc and tin is 1% by mass to 24% by mass. If, titanium, zirconium, and at least one 9% by mass to 0.5% by mass of hydrogen compounds of the elements B following selected from hafnium and niobium, molybdenum, osmium, of at least one selected from rhenium and tungsten A brazing material comprising element C in an amount of 0.5 mass% to 9 mass% . 絶縁性の支持基板の第1主面側に銅を含む回路部材を、前記第1主面に対向する第2主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなる回路基板であって、前記回路部材は、前記支持基板の前記第1主面上に複数個並べて配置されて、請求項1に記載のろう材からなるそれぞれの接合層を介して前記支持基板と接合されていることを特徴とする回路基板。 A circuit board in which a circuit member containing copper is provided on a first main surface side of an insulating support substrate and a heat dissipation member is provided on a second main surface side opposite to the first main surface, wherein the circuit member is A circuit, wherein a plurality of the support substrates are arranged side by side on the first main surface of the support substrate, and are bonded to the support substrate via respective bonding layers made of the brazing material according to claim 1. substrate. 前記接合層における前記元素Cの平均結晶粒径が3μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項に記載の回路基板。 The circuit board according to claim 2 , wherein an average crystal grain size of the element C in the bonding layer is 3 μm or more and 10 μm or less. 前記接合層を構成する全成分100質量%のうち、酸素の含有量が2質量%以下であることを特徴とする請求項または請求項に記載の回路基板The circuit board according to claim 2 or claim 3, characterized in that of all components 100% by mass constituting the bonding layer, the oxygen content is not more than 2 wt%. 前記接合層を構成する全成分100質量%のうち、炭素の含有量が0.05質量%以下であることを特徴とする請求項乃至請求項のいずれかに記載の回路基板。 Of all components 100% by mass constituting the bonding layer, the circuit board according to any one of claims 2 to 4, wherein the content of carbon is less than 0.05 wt%. 前記支持基板は、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする請求項に記載の回路基板。 The circuit board according to claim 2 , wherein the support substrate is made of ceramics mainly composed of silicon nitride or aluminum nitride. 前記元素Bが前記支持基板の前記第1主面近傍の金属元素と化学結合していることを特徴とする請求項に記載の回路基板。 The circuit board according to claim 6 , wherein the element B is chemically bonded to a metal element in the vicinity of the first main surface of the support substrate. 請求項乃至請求項のいずれかに記載の回路基板における前記回路部材上に電子部品を搭載したことを特徴とする電子装置。
Electronic device characterized in that an electronic component is mounted on the circuit member in the circuit board according to any one of claims 2 to 7.
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