JP7032042B2 - 厚膜ペーストを用いて改善された直接接合銅(direct-bonded copper)基板 - Google Patents
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Description
a.セラミック基板を含み、このセラミック基板の少なくとも一方の面が
b.金属被膜を備えている
金属-セラミック基板によって達成される。
本発明の金属-セラミック基板は、金属被膜(被覆又はコーティング)がセラミック基板上に直接的に施され(applied)かつ焼成又は焼いた厚膜層(baked thick-film layer)により囲まれていることを特徴とする。
(導電性厚膜ペースト)
本発明の第1の実施形態において、厚膜層は、導電性厚膜ペースト(electrically conductive thick-film paste)から得られる。それにより、本発明によって金属-セラミック基板上に得られ(形成され)る厚膜層もまた、導電性を有するように設計される。
本発明の第2の実施形態において、厚膜層は、電気絶縁性厚膜ペースト(electrically insulating thick-film paste)から得られる。従って、本発明によって金属-セラミック基板上に得られ(又は形成され)る厚膜層もまた、電気絶縁性を有するように設計される。
第1及び第2の実施形態の厚膜ペーストは、好ましくは、厚膜ペーストを焼成する(又は焼く)ことによって蒸発するか又は分解する有機ベヒクルを含む。
(1)有機ベヒクルの量に対して、それぞれ、好ましくは1~10重量%の量、より好ましくは2~8重量%の量、さらにより好ましくは3~7重量%の量の結合剤(binder);
(2)有機ベヒクルの量に対して、それぞれ、好ましくは0~10重量%の量、より好ましくは0%~8重量%の量、さらにより好ましくは0.01~6重量%の量の界面活性剤;
(3)有機ベヒクルの量に対して、それぞれ、好ましくは0~5重量%の量、より好ましくは0~13重量%の量、さらにより好ましくは5~11重量%の量の添加剤;
(4)有機ベヒクルの量として、記載した成分(i)~(iv)の総量が100重量%までの量で添加される少なくとも1つの溶媒
を含む。
第1及び第2の実施形態の厚膜ペーストは、好ましくはガラス材料を含む。ガラス材料として適切な成分は、PbO、Bi2O3、TeO2、ZnO、B2O3、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、K2O、Na2O、MgO、Fe2O3、CaO、Cr2O3及びLi2Oからなる群より選択できる。
ガラス材料の量に対して0~90重量%の量、より好ましくは0.1~80重量%の量、さらにより好ましくは0.1~70重量%の量のPbO;
ガラス材料の量に対して0~90重量%の量、より好ましくは0.1~80重量%の量、さらにより好ましくは0.1~70重量%の量のTeO2;
ガラス材料の量に対して0~90重量%の量、より好ましくは0.1~80重量%の量、さらにより好ましくは0.1~70重量%の量のBi2O3;
ガラス材料の量に対して0~5重量%の量、より好ましくは0.01~2重量%の量、さらにより好ましくは0.1~1重量%の量のZnO;
ガラス材料の量に対して0~30重量%の量、より好ましくは1~20重量%の量、さらにより好ましくは1~15重量%の量のB2O3;
ガラス材料の量に対して0~90重量%の量、より好ましくは10~80重量%の量、さらにより好ましくは20~70重量%の量のSiO2;
ガラス材料の量に対して0~10重量%の量、より好ましくは0.01~8重量%の量、さらにより好ましくは0.1~5重量%の量のAl2O3;
ガラス材料の量に対して0~20重量%の量、より好ましくは0.1~15重量%の量、さらにより好ましくは1~10重量%の量のTiO2;
ガラス材料の量に対して0~5重量%の量、より好ましくは0.01~2重量%の量、さらにより好ましくは0.03~1重量%の量のZrO2;
ガラス材料の量に対して0~20重量%の量、より好ましくは0.1~15重量%の量、さらにより好ましくは1~10重量%の量のK2O;
ガラス材料の量に対して0~10重量%の量、より好ましくは0.1~7重量%の量、さらにより好ましくは0.1~5重量%の量のNa2O;
ガラス材料の量に対して0~5重量%の量、より好ましくは0.01~2重量%の量、さらにより好ましくは0.1~1重量%の量のMgO;
ガラス材料の量に対して0~5重量%の量、より好ましくは0~2重量%の量、さらにより好ましくは0~1重量%の量のFe2O3;
ガラス材料の量に対して0~30重量%の量、より好ましくは1~20重量%の量、さらにより好ましくは1~15重量%の量のCaO;
ガラス材料の量に対して0~5重量%の量、より好ましくは0.01~2重量%の量、さらにより好ましくは0.01~1重量%の量のCr2O3;
ガラス材料の量に対して0~5重量%の量、より好ましくは0.01~2重量%の量、さらにより好ましくは0.1~1重量%の量のLi2O
を含む。
本発明の金属-セラミック基板は、DCB(direct copper bond)、DAB(direct aluminum bond)又はAMB(active metal brazing)の基板であってもよい。また、本明細書に記載される技術は、厚膜ペーストをセラミック基板と金属箔との間に備えた金属-セラミック基板も対象とする。このような金属-セラミック基板は、先願であるが未公開の、「Thick-film paste mediated ceramics bonded with metal or metal hybrid foils」と題された欧州特許出願第15201817.2号(EP 15 201 817.2)に記載されている。
1.セラミック基板
2.金属被膜
3.嵌合又は型嵌めの方法で金属被膜上に配設される厚膜層
4.金属被膜2の層厚さ
5.厚膜層3の層厚さ。
さらに、本発明は、本発明の金属-セラミック基板の調製方法に関する。
a.セラミック基板とその上に施された金属被膜とを含むDCB、DAB若しくはAMB基板、又は厚膜ペーストをセラミック基板と金属箔との間に備えた金属-セラミック基板を提供する工程;
b.セラミック基板の金属被膜の周囲に厚膜ペーストを施す(又は塗布する)工程;
c.必要に応じて、厚膜ペーストを乾燥する工程;及び
d.厚膜ペーストを焼成する(又は焼く)工程。
本発明によって使用される厚膜ペーストは、導電性(第1の実施形態)又は電気絶縁性(第2の実施形態)を有するように設計できる。
さらなる態様において、本発明は、金属-セラミック基板上に厚膜層を調製するための厚膜ペーストの使用に関し、この使用は、金属-セラミック基板の熱安定性を改善する。
以下の厚膜ペースト1及び2は、DCB法によって調製された市販の金属-セラミック基板上に施すことができる(又は塗布できる)。銅箔の厚さは、300又は600μmである。
以下を有する組成のガラス粉末50.00重量%
0.36重量% ZnO;
9.59重量% B2O3;
60.83重量% SiO2;
3.18重量% Al2O3;
6.42重量% TiO2;
0.05重量% ZrO2;
6.55重量% K2O;
2.84重量% Na2O;
0.43重量% MgO;
0.14重量% Fe2O3;
8.85重量% CaO;
0.01重量% Cr2O3;及び
0.68重量% Li2O;
以下を有する組成の有機ベヒクル50重量%
92.50重量% テキサノール;及び
7.50重量% エチルセルロース。
銅粉末85.00重量%;
Bi2O3粉末3.00重量%;
以下を有する組成のガラス粉末3.00重量%
0.36重量% ZnO;
9.59重量% B2O3;
60.83重量% SiO2;
3.18重量% Al2O3;
6.42重量% TiO2;
0.05重量% ZrO2;
6.55重量% K2O;
2.84重量% Na2O;
0.43重量% MgO;
0.14重量% Fe2O3;
8.85重量% CaO;
0.01重量% Cr2O3;及び
0.68重量% Li2O;
以下を有する組成の有機ベヒクル9重量%
43.00重量% テキサノール;
23.00重量% ブチルジグライム(ブチルジグリム);及び
34.00重量% メタクリル酸イソブチル。
Claims (15)
- a.セラミック基板を含み、このセラミック基板の少なくとも一方の面が
b.金属被膜を備えている
金属-セラミック基板であって、
前記金属被膜が、前記セラミック基板上に直接的に施され、かつ焼成厚膜層によって少なくとも部分的に囲まれ、
前記厚膜層が、前記金属被膜の層厚さと同じか又は小さい層厚さを有することを特徴とする、金属-セラミック基板。 - 厚膜層が、厚膜ペーストを焼成して得られることを特徴とする請求項1記載の金属-セラミック基板。
- 厚膜層が、導電性又は電気絶縁性厚膜ペーストから得られることを特徴とする請求項2記載の金属-セラミック基板。
- 厚膜ペーストが、導電性であり、かつ少なくとも金属、少なくとも有機ベヒクル、少なくとも1つの接着促進剤及び/又はガラス材料を含むことを特徴とする請求項3記載の金属-セラミック基板。
- 厚膜ペーストが、電気絶縁性であり、かつ少なくとも金属酸化物及び/又はガラス材料、少なくとも1つの有機ベヒクル、並びに必要に応じて少なくとも1つの顔料を含むことを特徴とする請求項3記載の金属-セラミック基板。
- 厚膜ペーストが、接着促進剤としてのBi2O3を、厚膜ペーストの量に対して0.1~5重量%の量で含むことを特徴とする請求項4記載の金属-セラミック基板。
- 電気絶縁性厚膜ペーストの固形分が、30~80重量%であることを特徴とする請求項5又は6記載の金属-セラミック基板。
- 厚膜層が、金属被膜の周囲の側部に沿って延び、金属被膜に垂直な方向に対しての幅が少なくとも30μmであることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の金属-セラミック基板。
- セラミック基板が、2つの隣接して配置された金属被膜を有し、かつ厚膜層が、実質的に、隣接する金属被膜の間に形成された間隙を完全に充填していることを特徴とする請求項1~8のいずれか一項に記載の金属-セラミック基板。
- 以下の工程:
a.セラミック基板と、このセラミック基板上の金属被膜とを含むDCB、DAB又はAMB基板を供給する工程;
b.セラミック基板上の金属被膜の周囲に厚膜ペーストを施す工程;
c.必要に応じて、厚膜ペーストを乾燥する工程;及び
d.厚膜ペーストを焼成する工程
を特徴とする、請求項1記載の金属-セラミック基板を製造する方法。 - 方法工程bにおいて、厚膜ペーストが、インクジェット法、ディスペンス法、スクリーン印刷法、孔版印刷法、パッド法、浸漬法によるか又はスパチュラ法によって基板上に施されることを特徴とする請求項10記載の方法。
- 厚膜層が、導電性又は電気絶縁性厚膜ペーストから得られることを特徴とする請求項10又は11記載の方法。
- 請求項1~9のいずれかに記載の金属-セラミック基板を製造する方法であることを特徴とする請求項10~12のいずれか一項に記載の方法。
- 金属-セラミック基板の熱安定性を改善するための請求項1記載の厚膜層の使用。
- 厚膜層が、導電性又は電気絶縁性厚膜ペーストから得られることを特徴とする請求項14記載の使用。
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