JPH03147391A - セラミック絶縁基板およびその製造方法 - Google Patents

セラミック絶縁基板およびその製造方法

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JPH03147391A
JPH03147391A JP28560489A JP28560489A JPH03147391A JP H03147391 A JPH03147391 A JP H03147391A JP 28560489 A JP28560489 A JP 28560489A JP 28560489 A JP28560489 A JP 28560489A JP H03147391 A JPH03147391 A JP H03147391A
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Japan
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thick film
substrate
paste
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manufactured
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JP28560489A
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English (en)
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Michio Hirai
平井 迪夫
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814Conductive parts
    • H01L21/4846Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H01L21/4867Applying pastes or inks, e.g. screen printing
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トランジスタや半導体集積回路等を実装する
際に使用されるセラミック絶縁基板およびその製造方法
に関し、詳しくは、絶縁性と放熱性に優れ、かつ軽量化
または小型化に適したセラミック絶縁基板、および低温
、かつ短時間の焼イ」ですみ、その焼付を大気中または
窒素ガス雰囲気中でも遂行できる、前記セラミック絶縁
基板の製造方法に関するものである。
〔発明の背景〕
従来、この種のセラミック絶縁基板は、例えば、添付図
面の第2図(イ)で示されるように、厚さ0.4正以上
のアルミナ基板1の両面にMoまたはW等の高融点金属
を含む厚膜ペースト2を印刷して、トランジスタ等のチ
ップおよび放熱板等の接続用パターンを形成させ、つい
で、所定の場所に厚膜ペースト2が付着しているアルミ
ナ基板1を水素ガスのような還元ガスの雰囲気中、15
00°Cのような高温で長時間熱処理する(焼き付ける
)という方法によって製造されており、それによって、
第2図の(ロ)で示されるように、高融点金属を含む厚
膜3をアルミナ基板表面に形成させるとともに、この高
融点金属4をアルミナ中に拡散させて、その拡散箇所に
おけるアルミナの断熱距離を短くしていた。
しかしながら、上に述べたような、高融点金属をアルミ
ナ中に拡散させることによってアルミナ絶縁基板に放熱
性をもたせる場合には、従来のアルミナ基板が前述のよ
うに厚いところから、元来アルミナ基板における熱放散
が阻害されるとともに、この基板が組み込まれる電子装
置の小型化および軽量化が困難になり、また、厚膜の形
成および金属の拡散には高融点の金属を用いるため、焼
付温度を高くするとともに焼付時間を長くしなりればな
らず、それに伴って高融点金属が酸化されて酸化物の形
で揮散し易くなるので、水素ガスのような還元性ガスの
雰囲気の下で焼き付ける必要があり、そしてMoおよび
Wのような高融点金属ははんだの接着性が悪いので、こ
れらの高融点金属を含む厚膜上にNiまたはAuめっき
等の導電性の高いめっきを被着しておかなければならな
いという問題があった。
本発明者等は、上述のような問題点に鑑みて種々研究を
重ねた結果、 (1)セラミック絶縁基板を製造するに当たって、ゾル
−ゲル法によって製造される、従来のセラミック基板よ
りも薄い、厚さ二〇、4鵬未満のセラミック基板、例え
ばアルミナ基板を使用すると、このアルミナ基板は、薄
くても絶縁性に優れ、かつ薄いために、これから種々の
電子装置を組み立てる場合には、装置の小型化および軽
量化が図れること、 (2)アルミナ基板が上記のように薄ければ、その断熱
距離はもともと小さく、したがって従来のように高融点
金属の拡散現象を利用してアルミナ基板の断熱距離を短
縮しなくても、アルミナ基板自体が、従来のものよりも
優れた放熱性を発揮すること、 (3)上記のように高融点金属の拡散層をアルミナ中に
形成させる必要がないところから、比較的融点が低く、
かつ導電性に富むCu、 NuまたはAgPd等の金属
の厚膜ペーストからなるパッドパターンを前記アルミナ
基板に印刷し、これを焼き付けることによって厚膜のみ
を形成させればよく、それによって、85O’Cのよう
な低温においても、さらに大気中または窒素ガス雰囲気
のような還元性ガス雰囲気以外の雰囲気中でも焼付でき
るとともに、時間のかかる高融点金属の拡散処理が不要
となるので、焼付に要する時間は全体として短縮し、さ
らに厚膜全体の導電性が向上するところから、アルミナ
基板に金めつき等のめっきを施さなくてもすむこと、 を見出した。
〔発明の目的および構成〕
本発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、絶縁
性と放熱性に優れ、かつ軽量化および小型化に適したセ
ラミック絶縁基板および低温、かつ短時間の熱処理です
み、その熱処理を大気中または窒素ガス雰囲気中のよう
な還元ガス以外の雰囲気中でも遂行できる前記セラミッ
ク絶縁基板の製造方法を堤供することを目的とし、 (1)ゾル−ゲル法によって製造された薄いセラミック
基板表面に、パッドパターンに印刷された厚膜ペースト
を焼き付けることによって形成された厚膜が付着してな
る、セラミック絶縁基板、(2)表裏両面に導電性金属
の薄膜が被着している、ゾル−ゲル法によって製造され
た薄いセラミツク基板表面に、パッドパターンに印刷さ
れた厚膜ペーストを焼き付けることによって形成された
厚膜が付着してなる、セラミック絶縁基板、(3)下記
の工程、すなわち、 (a)  ゾル−ゲル法によって製造された薄いセラミ
ック基板を用意し、 (b)  前記基板上に、厚膜ペーストをパッドパター
ンに印刷し、そして (c)  前記パッドパターンの厚膜ペーストを焼き付
けて前記基板表面に厚膜を形成させる、という工程から
なる、前記厚膜が付着してなるセラミック絶縁基板の製
造方法、および (4)下記の工程、すなわち、 (a)  表裏両面に導電性金属の薄膜が被着している
、ゾル−ゲル法によって製造された薄いセラミック基板
を用意し、 (b)  前記基板上に、厚膜ペーストをパッドパター
ンに印刷し、そして (c)  前記パッドパターンの厚膜ペーストを焼き付
けて前記基板表面に厚膜を形成させる、という工程から
なる、前記厚膜が付着してなるセラミック絶縁基板の製
造方法、 に係わるものである。
(発明の詳細な説明〕 以下、本発明を具体的に説明する。
(+)  薄いセラミック基板 本発明において用いられる薄いセラミック基板とは、ゾ
ル−ゲル法によって製造される、厚さ二0.4 tss
未満のセラミック基板を意味しており、そしてこの厚さ
は好ましくは0.03〜0.2 mra、さらに好まし
くは0.1〜0.2 trmであって、そのうち3.7
〜3.9の比重を有するアルミナ基板が好ましく使用さ
れる。
このようなゾル−ゲル法によって製造される厚さ:0.
4mm未満の薄いセラミック基板、例えば、アルミナ基
板のアルミナは下記のような特性を有し、それ自体高い
絶縁性を具えているので、このようなアルミナからなる
基板は薄くても、粉末法によって製造された従来のアル
ミナ基板よりも優れた絶縁性を示す。
密度    ・・・・・・3.75g/cTA以上気孔
率        0% 絶縁耐圧  ・・・・・・  30KV/am(2)厚
膜ペースト 基板上でバンドパターンに印刷される厚膜ペーストとし
ては、従来の厚膜技術において用いられるペースト、例
えば、Cu、Ni、AgPd、Ag、Au、Pt、Pd
RhまたはRu等の金属粉末およびガラス粉末等を混合
したものに有機樹脂および有機溶剤等を加えて練り合わ
せて糊状としたものが使用され、そしてこの厚膜ペース
トは、スクリーン印刷法または転写印刷法のような方法
により基板上に印刷されて、所定のパッドパターンを形
成する。
(3)焼付処理 上記のように印刷されたペーストを適当な雰囲気中、例
えば大気中、窒素ガス雰囲気中または還元ガス雰囲気中
、一般に600〜900°Cの温度で30〜60分間焼
くと、前記ペーストは、金属および金属酸化物の粒子が
ガラスにより包まれて結合した厚膜に変化し、この厚膜
は、トランジスタや半導体集積回路等の発熱体または放
熱構造物等の接着用パッドとして役立つ。
以上のようにして製造された本発明のセラミック絶縁基
板は、パワートランジスタまたはLSI等を実装する場
合の絶縁基板として使用され、とりわけ、大電流用回路
等の発熱を伴う電気素子を実装させる場合に優れた放熱
性を発揮する絶縁基板として好都合に使用される。
〔実施例] ついで、実施例を参照して本発明を説明するが、本発明
は勿論これらの実施例に限定されない。
実施例1 添付図面の第1図に示されるように、まず、ゾル−ゲル
法によって製造された、厚さ:0.2mmのアルミナ基
板5を用意し、ついで、その基板の表裏両面にそれぞれ
トランジスタおよび放熱板接続用のパッドをスクリーン
印刷機により、Cu微粉末、ガラス粉末、有機溶剤およ
び有機バインダを含有するCuペーストで印刷した。
ついで、印刷された上記ペーストを、微量(10ppm
以下)の酸素を含む窒素ガス中で、温度=850°Cに
45分間保持する条件の下で焼き付けた後、形成された
Cu印刷部の表面に順にNiおよびAuのめっき膜を施
すことによって、第1図に示されるような、アルミナ基
板5の表裏両面にそれぞれトランジスタおよび放熱板接
続用の厚膜6,6゛を有する本発明の絶縁基板1を製造
した。
なお、上記のめっき膜は省くこともできる。
つぎに、前記のアルミナMI&を、従来の粉末法により
製造された厚さ:0.4mmのアルミナ基板に、また前
記Cuペーストを、Mo粉末およびガラス粉末等を混合
したものに有機樹脂および有機溶剤等を加えて練り合わ
せて糊状としたMoペーストに、そして焼付時間を4時
間に、焼付雰囲気を水素ガス雰囲気にそれぞれ変えた以
外は、上記と同様な手順により、比較用の絶縁基板1を
製造した。
以上のようにして製造した各絶縁基板について絶縁性お
よび熱抵抗を調べたところ、次の結果が得られた。
(以下余白) 絶縁性   熱抵抗 本発明絶縁基板530にν/m+o  0.07cal
/am=sec−’C比較絶縁基板1  14KV/m
m  0.06cal/cmesec−”C実施例2 前記2種のアルミナ基板上に、予めスパッタリングによ
って順にNiCrおよびCuを被着させたものをそれぞ
れ出発基板として使用した以外は、実施例1と同様な手
順にしたがって本発明絶縁基板5“および比較絶縁基板
1′をそれぞれ製造した。
絶縁性  熱抵抗 本発明絶縁基板5’  30KV/mm  O,07c
al/cm−sec−”C比較絶縁基板1’   II
KV/mm  0.06cal/Cm−5ec−”C以
上の実施例によって得られた結果から、本発明絶縁基板
5および5“はそれぞれ比較絶縁基板1および1′より
も優れた絶縁性および放熱性を有することがわかる。
〔発明の効果〕
以上述べた説明から明らかなように、未発明によれば、
優れた絶縁性と放熱性を有し、かつ軽量化および小型化
に適したセラミック絶縁基板、および低温、かつ短時間
の焼付ですみ、その焼付を大気中または窒素中のような
還元ガス雰囲気以外の雰囲気中でも遂行できる前記セラ
ミック絶縁基板の製造方法が堤供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の代表的なセラミック絶縁基板を示す断
面図、そして第2図は従来のアルミナ絶縁基板の製造過
程を示す断面図であって、その(イ)は製造途中の状態
を示し、そして(ロ)は完成された状態を示す。図にお
いて 1.5・・・・・・アルミナ基板、2・・・・・・厚膜
ペースト3.6・・・・・・厚膜。 第1図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ゾルーゲル法によって製造された薄いセラミック
    基板表面に、パッドパターンに印刷された厚膜ペースト
    を焼き付けることによって形成された厚膜が付着してな
    る、セラミック絶縁基板。
  2. (2)表裏両面に導電性金属の薄膜が被着している、ゾ
    ルーゲル法によって製造された薄いセラミック基板表面
    に、パッドパターンに印刷された厚膜ペーストを焼き付
    けることによって形成された厚膜が付着してなる、セラ
    ミック絶縁基板。
  3. (3)下記の工程、すなわち、 (a)ゾルーゲル法によって製造された薄いセラミック
    基板を用意し、 (b)前記基板上に、厚膜ペーストをパッドパターンに
    印刷し、そして (c)前記パッドパターンの厚膜ペーストを焼き付けて
    前記基板表面に厚膜を形成させる、という工程からなる
    、前記厚膜が付着してなるセラミック絶縁基板の製造方
    法。
  4. (4)下記の工程、すなわち、 (a)表裏両面に導電性金属の薄膜が被着している、ゾ
    ルーゲル法によって製造された薄いセラミック基板を用
    意し、 (b)前記基板上に、厚膜ペーストをパッドパターンに
    印刷し、そして (c)前記パッドパターンの厚膜ペーストを焼き付けて
    前記基板表面に厚膜を形成させる、という工程からなる
    、前記厚膜が付着してなるセラミック絶縁基板の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19717611B4 (de) * 1996-04-26 2005-07-21 Denso Corp., Kariya Struktur zum Anbringen von elektronischen Komponenten

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