JPH04177752A - 非酸化物系セラミックス又はそれを主体とする回路基板とその製法及び上記回路基板を用いた電子装置 - Google Patents

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〕 本発明は非酸化物系セラミックス回路基板とその製法及
び上記回路基板を用いた電子装置に関する。

〔従来の技術〕

酸化物系セラミックス例えはアルミナやベリリヤは、電
子装置用の絶縁部品、配線基板、外囲器部品等として広
範に使用されている。例えは、（１）三菱電機技報、Ｖ
ｏｌ、５４．　Ｎｏ、１０．６９６−６９９頁（１９８
０年）における　パハイブリッドＩＣイクナイタパと題
する論文において、パワートランジスタ素子とそれを制
御するための受動素子を搭載する回路領域とを、別々に
分割したアルミナセラミックス基板上に搭載し、これら
相互間の電気的連絡を金属細線のボンディングによって
行っている自動車エンジン制御用電子装置か開示されて
いる。（２）ＩＥＥＥＴｒａｎｓ、　　ｏｎ　Ｍｉｃｒ
ｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｉｅｓ、　
　Ｖｏｌ。

ＭＴＴ−１９，Ｎｏ、　７．６０９−６１６頁（１９７
１年）における”Ｐｒｏｄｕｃｔ　　Ｄｅｓｉｇｎ　　
ｏｆ　　ａ　　ｔ（ｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ　　５−Ｂａｎ
ｄ　　ＭＩＣＭｏｄｕｌｅ　ｆｏｒ　Ｐｈａｓｅｄ　Ａ
ｒｒａｙｓ”と題する論文において、制御用回路領域を
アルミナ基板上に搭載し、パワートランジスタ素子を搭
載したベリリヤ基板を」二記アルミナ基板に隣接して配
置し、これら相互間の電気的連絡を他の金属部材によっ
て行っている高周波信号制御用電子装置が開示されてい
る。

一方、非酸化物系セラミックス、例えは窒化アルミニウ
ムや炭化珪素は、近年の焼結技術や精製技術の向上に伴
って、電子部品用基板材料として好ましい物性か付与さ
れるに至っている。（３）［１ＥＥＥＴｒａｎｓ、　　
ｏｎ　Ｃ，Ｉｆ、Ｍ、Ｔ、、　　ＣｔｌＭＴ−８，Ｎｏ
、２．２４７−２５２頁（１９８５年）における”ＡＩ
Ｎ　５ｕｂｓｔｒａｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ＨｉｇｈＴｈｅ
ｒｍａｌ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ”　と題する論文
では、高密度、高純度に精製された窒化アルミニウム粉
を加圧焼結して、熱伝導率１６０Ｗ／ｍ−ｋ（室温）、
電気抵抗５Ｘ］０３Ω・ｃｍ（室温）、誘電率８．９（
Ｉ　Ｍｔ（ｚ）、屈曲強度５０ｋｇ／ｍｍ２、熱膨張係
数４．３　Ｘ　１０−６／℃（室温、−４００℃）なる
性質を付与したことを開示している。

また、（４）特公昭５８−１５９５３号公報では、ベリ
リヤ添加した炭化珪素の加圧焼結体に熱伝導率０．２５
ｃａｌ／ｃｍ−ｓ’ｃ以上、抵抗率１０７Ω・ｃｍ以上
（室温）、熱膨張係数／Ｉ　Ｘ　１０−６／℃以下なる
性質を付与した電気的装置用基板を開示している。

」１記先行技術（３）、（４）から、窒化アルミニウム
や炭化珪素をはじめとする非酸化物系セラミックス焼結
体は、それらの持つ個々の特徴を活かすことにより、上
記（１）、（２）に記載のものをはじめとする種々の電
子装置の性能向上に資することか期待される。このため
には、半導体基体あるいは金属やセラミックスからなる
他部材を該焼結体」二に一体的に接合するための金属化
層あるいは機能素子間の導体配線としての金属化層を、
上記焼結体」二に形成する必要がある。

窒化アルミニウム焼結体に対する従来の金属化技術の一
例として、（５）特開昭６０−１．７８６８７号公ｆｇ
、に、酸化銅を含有した導体ペーストを印刷、焼成して
得た高熱伝導性基板、（６）特開昭６１−８４０８９号
公報に、厚膜導体層と窒化アルミニウム間に、ケミカル
ボンド形成のＰｂ、　Ｓｉの少なくとも１種及びＯとが
共存した接合層が形成されている高熱伝導性基板、（７
）特開昭６２−１８２１８２号公報に、窒化アルミニウ
ム基板上に酸化アルミニウム層を介して厚膜導体層か形
成された金属化面を有する窒化アルミニウム焼結体、（
８）特開昭６２−２０２８８６号公報に、窒化アルミニ
ウム焼結体」二に酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビス
マス、酸化アンチモンの１種又は２種以上を含む介在層
を設けて、厚膜導体層か形成された金属化面を有する窒
化アルミニウム焼結体、そして（９）第３回マイクロエ
レクトロニクスシンポジウム論文集、　＋４５−１４８
頁（１９８９年）における’Ａｌ２Ｏ３及びＡＩＮ基板
川厚用銅系ペーストの特性″と題する論文ては、Ｚｌ（
０−ＢＪ３−３１０２系結晶化カラス、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ
２Ｏその他金属酸化物を添加した窒化アルミニウム用厚
膜銅系ペーストが、それぞれ開示されている。なお、酸
化物基板用に用いられる厚膜銅系ペーストとしては、例
えば、特開昭４７−３３２７２号公報等に見られるよう
に各種酸化物を添加したものか報告されている。

〔発明か解決しようとする問題点〕

」１記先行技術（１）及び（２）において、パワー素子
と制御回路とを、別々に、分割されたセラミックス基板
」二に搭載しているのは、次の理由による。パワートラ
ンジスタ素子は一般に発熱か著しく、それを搭載するセ
ラミックス基板、特にメタライズ層に繰返し過大な熱応
力ないし熱歪が作用する。

そのため基板としては、接着強度が高くしかも剥離等の
故障を生じない信頼性の高いもの、即ち、メタライズ基
板、例えばモリブデンやタングステンの如き高融点金属
を焼結した基板が要求されるからである。

所で、先行技術例（５）−（９）に示したような非酸化
物系セラミックス形成された厚膜導体層は、いずれも高
融点金属のような高温焼成によるメタライズ層に比へ接
着強度が低く、熱応力ないし熱歪の印加に対する信頼性
を確保しにくい。例えば本発明者らが実験した結果ては
、（５）　−（９）の技術に基づいた場合は約４　ｋｇ
／ｍｍ２以下であり、パワー素子と１ｒ１ｊ御回路とを
同一の基板」二に搭載するに足る接着強度は得られなか
った。

このような従来技術において十分満足できる接着強度か
得られていないのは、銅系厚膜導体層と非酸化物系セラ
ミックスの表面との間の主要な接着担体であるガラス層
が、上記セラミックス表面にぬれにくいことによる。即
ち、非酸化物系セラミックスは非酸化性雰囲気下での焼
成によってはその表面は酸化されず、カラス質に対する
親和性が欠如したままの状態に維持されるからである。

過大な熱応力或いは熱歪か作用しても強固な接着強度が
維持され、剥離等の故障を生じない信頼性の高いメタラ
イズ層か厚膜導体によって実現できれば、上記先行技術
（１）及び（２）におけるパワー素子搭載部と制御回路
形成部とを、単一の高熱伝導基板に形成できる。これに
より、パワ一部の優れた放熱性と信頼性の確保と、制御
回路の高密度実装化か可能になる。また、電子装置の信
号速度を高めることも可能になる。

したかって、本発明は上述した在来技術の欠点を補い、
パワー素子と制御回路素子を同一の高熱伝導性基板上に
搭載することを可能にし、特に、消費電力が０．２Ｗ／
ｍｍ２以上のパワー素子の発熱に基つく熱応力ないし熱
歪に対する信頼性を維持するとともに、５０ＭＨｚ以上
の高周波電気信号の伝達を可能にした回路基板とその製
法、及び上記回路基板を電気回路に組込んだ電子装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１発明は非酸化物系セラミックスに厚膜銅系
導体層を設けた回路基板に関するものであって、上記非
酸化物系セラミックスと厚膜導体層とで構成される界面
に、上記セラミックス表面を酸化させる作用を持つ金属
酸化物とともにガラス質物質が介在することを基本とす
る。上記金属酸化物は、４００℃から銅の融点までの温
度範囲において酸素を放出する物質であって、具体的に
はカドミウム、セシウム、マンガン、プラセオジウム、
イツトリウム、ジルコニウム、コバルト、鉄、ランタン
、リチウム、モリブデン、マグネシウムのそれぞれ酸化
物の群から選択された少なくとも１種から構成される。

第２の発明は、非酸化物系セラミックスに厚膜銅系導体
層を設けた回路基板の製法に関するものであって、上記
非酸化物系セラミックス上に銅を主成分とする導体組成
物を塗布した後、非酸化性雰囲気下で加熱する際、上記
非酸化物系セラミックスの表面が、金属酸化物を酸素源
として酸化されることを基本とする。この際、上記表面
は、４００℃から銅の融点までの範囲の非酸化性雰囲気
下で酸化される。

第３の発明は、上記非酸化物系セラミックス回路基板が
、電気信号をスイッチング又は増幅又は変換する回路に
組込まれた電子装置であることを基本とする。

〔作　用〕

本発明において、非酸化物系セラミックス表面を酸化す
るための金属酸化物は、同セラミックス基板とその上に
設けられる銅系厚膜導体層との接着性の維持に寄与する
。本発明においては、酸化のための酸素源としてカドミ
ウム、セシウム、マンガン、プラセオジウム、イツトリ
ウム、ジルコニウム、コバルト、鉄、ランタン、リチウ
ム、モリブデン、マグネシウムの群から選択された少な
くとも１種の酸化物を用いる。上記酸化物は、非酸化性
雰囲気のもとで酸素を放出して基板表面の所定部を酸化
させ、基板上に塗布された導体組成物から同基板表面に
向って流動するガラス物質に対して良好なぬれ性（ある
いは親和性）を付与する。

第１表は、上記金属酸化物の非酸化性雰囲気（１１ｅ）
下における酸素放出開始温度を示す。窒化アルミニウム
、炭化珪素、窒化硼素、窒化珪素等の非酸化物系セラミ
ックスの表面は、上記金属酸化物を酸素源として酸化さ
れる。その際に、非酸化物系セラミックスの表面は、金
属酸化物が溶融カラス物質によって基板表面に輸送され
ることにより効果的に酸化される。所て、金属酸化物は
、導体組成物中の銅粒子の焼結か開始する前の段階で基
板表面に移動する必要かあり、溶融ガラス物質は、この
移動に寄与する。したかって、ガラス物質は、銅を主成
分とする導体の焼結開始温度から溶融温度までの間（銅
粒子：　４００−１０８３℃）で軟化し、表面に流動す
る物性を有するものである必要かある。

（本質以下余白） 第１表 上記酸素供給源物質による酸化は、セラミックス表面の
極めて薄い領域（数人ないし数十人）に限られるため、
非酸化物系セラミックスにおいて一般的に観測される酸
化層形成に伴う同層の多孔質及び機械的強度の低下か避
けられる。また、カラス物質に対するぬれ性付与のため
には、表面酸化層は所定面に過不足なく形成されている
必要かあるが、上記数人ないし数十人の厚さはこれの確
保のために十分であるばかりでなく、優れた接着強度の
維持に対しても程よく作用する。

〔実施例〕

次に実施例により本発明を更に詳細に説明する。

第１実施例ではパワー素子とそれを制御するための制御
回路を同一基板に搭載した回路基板と、その回路を応用
した電子装置、即ちイグナイタモジュール装置、そして
その電子装置を応用した配電器装置について説明する。

回路基板と装置を得るにあたり、重量比で導体金属粉末
としての銅粉末（平均粒径１μｍ）７０％、ガラス粉末
（平均粒径２．５μｍ）　１５％、酸素供給源物質粉末
（平均粒径２．５μｍ）１．５％、そして残部がエチル
セルロース樹脂とα−テルピネオールからなる有機ビヒ
クルとで構成された混合組成物を作製した。ガラス粉末
は、組成（重量比）Ｓｉ２０（１４，５％　）　　Ｂ２
Ｏ３（４，２％）−Ａｌ２Ｏ２（１，５％）−ＰｂＯ（
７０，０％）−ＺｎＯ（９，１％）で、熱膨張係数７．
３　Ｘ　１０−’／’Ｃそして軟化点５００℃なる物性
を有する。酸素供給源物質として、カドミウム、セシウ
ム、マンガン、プロトン、イッ１ヘリウム、ジルコニウ
ム、コバルト、鉄、ランタン、リチウム、モリブデンの
酸化物を用いた。

上記組成物を窒化アルミニウム基板上に印刷した後、９
００℃，１０ｍ１ｎの焼成処理を施して、銅配線を有す
る回路基板を得た。この焼成処理の期間中の室温から４
００℃まての昇温過程て酸素濃度を１１００ｐｐに保ち
、以降の昇温及び降温過程ては窒素雰囲気に保った。第
２表は銅導体層の初期接着強度と酸素供給源物質の種類
の関係である。同表には比較例として、上記酸素供給源
物質の代りに他の金属酸化物粉末を添加した場合の接着
強度も示す。

（本質以下余白） 第２表 酸素供給源物質添加の場合の接着強度はいずれも６、５
　ｋｇ／ｍｍ２以上の実用可能な値を示している。しか
し比較例では、実施例を上回る強度は得られていない。

第１図（ａ）は銅導体（１０１，ＩＩＩ）を形成した回
路基板１０である。パワー素子搭載部用金属層（銅、厚
さ１３μｍ）領域１０１とパワー素子制御回路形成用の
配線金属層（銅、同１３μｍ）領域１１１を窒化アルミ
ニウム焼結体基板１００上に設け、配線金属層１１１の
所望部に抵抗体１１３Ａ（１００−７５ＱΩ）を配して
いる。領域１０１にはパワー素子としてのトランジスタ
チップ（５Ｘ　５　ｍｍ、　　５　Ｗ、　　１５Ａ）１
０３がＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎはんだにより６個並列に搭
載されている。配線金属層領域１．１１上の所要部には
オーバコート樹脂か設けられ、そしてチップコンデンサ
ｌ１３Ｃ及びミニモールドトランジスタ１１３ｄがＰｂ
−６０ｗｔ％Ｓｎはんだにより設けられている。金属層
領域１０１　と１１１　との間及びトランジスタチップ
１０３と金属層領域１１１との間はアルミニウム細線（
直径３５０μ川）Ｉ０５ｉ：Ｚより接続されている。窒
化アルミニウム基板１００の素子が搭載されない面のほ
ぼ全面にも金属層（銅、厚さ１３μｍ　）１２１か設け
られ、トランジスタチップ１０３か搭載される部分にほ
ぼ対応する領域を除く部分に樹脂１２３（樹脂１１３Ｂ
と同質）か設けられている。なお、用いた基板１００は
、微量のＹ２Ｏ３粉末とともに窒化アルミニウム粉末を
１７００℃て常圧焼結して得た。焼結体（厚さ０．８　
ｍｍ、熱伝導率１７Ｗ／ｍ−Ｋ、抵抗率１０１３Ω・Ｃ
ｍ以上）である。

第１図（ｂ）及び（Ｃ）は、酸素供給源物質としてＭｎ
Ｏ□を用いた場合の、上記金属層１０１．１１１のそれ
ぞれ一５５〜１５０℃の温度サイクル試験（１０００回
）及び１５０℃の高温放置試験（１０００ｈ）による接
着強度の推移を示す例である。強度はいずれの試験でも
６．５　ｋｇＺ川ｍ用以上と、実用可能な値に保たれて
いる。また、第３表は上記温度サイクル試験（１０００
回）及び間欠通電試験（チップ温度・５０〜１２０℃，
９００００回）前後の、トランジスタチップ１０３の熱
抵抗を示す。

試験後の熱抵抗はほとんど低下しておらず、十分実用に
足る値を示している。また、他の酸素供給源物質を用い
た場合も、ＭｎＯ２を添加した場合とほぼ同等の接着強
度信頼性及び放熱信頼性を示した。

このように優れた特性が得られたのは、金属層１０１、
１１１の接着を強固に保つことが可能になったことによ
る。

第３表 （’Ｃ／ｗ） 第２図は上述のプロセスによって得た基板の、銅導体層
及び窒化アルミニウム界面のＸ線光電子分光分析（ＸＰ
Ｓ）によるＸＰＳピーク面積比分布の典型型（酸素供給
源物質にＭｎＯ２を用いた場合）を示す。

ここで、ピーク面積比はＡｌ２ｐに対するＯｌｓ又はＮ
ｌｓのピーク波形面積の割合であり、横軸はスパッタリ
ング時間で厚さ方向の距離に対応し、スパッタリング時
間Ｏｍｉｎは基板１００の表面に対応する。同図には、
上記組成物に酸素供給源物質を添加しない場合の比較例
も示した。基板表面領域のｏｉｓ／Ａｌ２ｐ比は実施例
の方か比較例より大きく、そして同領域のＮ’ｌｓ／Ａ
ｌ２ｐ比は実施例の方か比較例より小さい。このような
傾向は、酸素供給源かＭｎＯ□以外の場合でも同様であ
った。これらの結果は、供給源物質から放出された酸素
がセラミックス表面を適度に酸化させ、カラス物質のぬ
れ性付与に好ましい役割を演じていることを示唆する。

上記物質を酸素源として表面酸化は、加熱雰囲気か窒素
以外の場合、例えばアルコン、ヘリウム、ネオン、水素
．酸化炭素、二酸化炭素の群から選択された少なくとも
１種、あるいはこれらの気体と窒素からなる場合であっ
ても可能である。

第３図（ａ）において、２００は電子装置として自動車
エンジン制御用イクナイタモジュール装置であり、回路
基板ｌＯはアルミニウムにニッケルめっきを施したパッ
ケージ２０１にはんだ（Ｐｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ−１３ｗ
ｔ％Ｂｉ）２０２を介して搭載されている。このはんだ
付けはフラックスとともに上記はんだのシートを介装し
、２００℃のベルト炉を通して実施した。次いで、パッ
ケージ２０１内にシリコーン樹脂を充填、硬化させた後
、キャップ２０３を取付けて第３図（ｂ）の回路構成の
モジュール装置２００を完成させた。

トランジスタチップ１０３とその制御回路が同一基板１
００上で近接しており、パワー素子部と制御回路が別々
の基板に設けられた従来装置より、約３１５と小型なモ
ジュール装置か得られた。

第４表 なお、モジュール装置２００は他の回路装置とともにハ
ウジングに取付けられ、第４表に示す仕様の配電器装置
か完成された。

第４図（ａ）は同装置の出力電圧及び入力電流と配電器
回転数の関係の典型例で、酸素供給源物質がＭｎＯ２の
場合について示す。本実施例で得た配電器装置（曲線Ａ
）は、パワー素子部と制御回路か個別の基板に設けられ
た従来のモジュール装置を組み込んだ配電器装置（曲線
Ｂ）に比べ、出力電圧は全回転数範囲てしかも小さい入
力電流のもとで高い値を得ている。また、アイドル回転
域では、従来の装置より小さい入力電流のもとで高い出
力電圧が得られている。これより、本実施例配電器装置
では、低速回転域ては消費電力を抑制し高速回転域では
十分なコイル遮断電流を得られることを示している。第
４図（ｂ）は同装置の閉路率と配電器回転数の関係を示
す。この閉路率制御は、低速回転域では消費電力を抑制
し高速回転域では十分なコイル遮断電流を得るのに重要
な因子である。

同図はバッテリ電圧をパラメータとした場合であるが、
電源電圧の変動に対しても閉路率制御か最適になされて
いる。なお、配電器装置はその取付部温度が８０℃にな
るエンジンルーム内に搭載されたが、閉路率制御は良好
になされた。酸素供給源物質かＭｎＯ□以外の場合につ
いても第４図と同等の特性が得られた。

第２実施例では、酸素供給源物質としてのＭｎＯ□とＹ
２Ｏ３の混合粉末（平均粒径２．５１ｔ　ｍ）　１．５
ｗｔ％を、導体金属粉末としての銅粉末（平均粒径１μ
ｍ）７０ｗｔ％、ガラス粉末（平均粒径２．５　μｍ　
）１５ｗｔ％、そして残部のエチルセルロース樹脂とα
−テルピネオールからなる有機ビヒクルとで構成された
混合組成物を作製し、第１実施例と同様にして、パワー
素子とそれを制御するための制御回路を同一基板に搭載
した回路基板と、その回路を応用した電子装置、即ちイ
グナイタモジュール装置、そしてその電子装置を応用し
た配電器装置を得た。

得られた回路基板、同回路基板を応用した電子装置、そ
してその電子装置を応用した配電器装置はいずれも、第
１実施例と同等の性能を示した。

このように、本発明における酸素供給源物質は１種類の
物質に限られる必要はなく、第１表に掲げた酸素供給源
物質を任意の組合せで用いることが可能である。

第３実施例では、酸素供給源物質としてのＭｎＯ２とＹ
２Ｏ３の混合粉末又はＭｎＯ□とＢ！２ｃｈの混合粉末
（千均粒径２．５μｍ　）１５ｗｔ％を、導体金属粉末
としての銅粉末（平均粒径１μｍ　）７０ｗｔ％、ガラ
ス粉末（平均粒径２．５μｍ　）１５ｗｔ％、そして残
部のエチルセルロース樹脂とα−テルピネオールからな
る有機ビヒクルとで構成された混合組成物を作製し、第
１実施例と同様にして、パワー素子とそれを制御するた
めの制御回路を同一基板に搭載した回路基板と、その回
路を応用した電子装置、即ちイグナイタモジュール装置
、そしてその電子装置を応用した配電器装置を得゛た。

得られた回路基板、同回路基板を応用した電子装置、そ
してその電子装置を応用した配電器装置はいずれも、第
１実施例と同等の性能を示した。

また、本実施例の回路基板上の銅導体層は、溶融はんだ
に対するぬれ性が第１実施例で得た銅導体層よりも約２
０％優れることか確認された。このように、本発明にお
ける酸素供給源物質は、第２表に掲げた比較例酸化物と
ともに任意の組合せで用いることができる。

次に、第４実施例としての、パワー素子とそれを制御す
るための制御回路を同一基板に搭載した回路基板と、そ
の回路を応用した高周波電圧増幅回路装置、そしてこの
装置を応用した高精細テレビジョン装置を説明する。

第５図は上記回路基板の要部断面図である。回路基板Ｉ
Ｏはパワー素子搭載部用金属層（銅、厚さ１３μｍ）領
域１０１と制御回路形成用金属層（銅、同１３μｍ）領
域１１１を窒化アルミニウム基板１００上に搭載してい
る。領域１０１はパワー素子としての電界効果型トラン
ジスタチップ（２Ｘ２ｍｍ、　　５Ｗ、　　１５Ａ）１
０３がＰｂ−５０ｗｔ％Ｓｎはんだにより搭載され、領
域１１１には抵抗体１１３Ａ、オーバコート樹脂１１３
Ｂが厚膜ペーストの印刷、焼成により設けられ、そして
チップコンデンサ１１３Ｃやダイオードチップ１１３ｄ
がＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎはんだにより設けられている。

金属層領域１０１　と１１１　との間及びトランジスタ
チップ１０３と金属層領域１１１　との間は金細線（直
径３５μｍ　）１０５により接続されている。基板１０
０の素子か搭載されない面のほぼ全面にも金属層（銅、
厚さ１３μｍ　）１２１が設けられ、トランジスタチッ
プ１０３が搭載される部分にほぼ対応する領域を除く部
分に樹脂１２３（樹脂１１３Ｂと同質）が設けられてい
る。上記回路基板１０は第１実施例と同様の手順及び材
料構成を用いて作製した。

回路基板１０の金属層ｔｏｔ、　ｉｎは、第１実施例と
同様の温度サイクル試験及び高温放置試験によっても接
着強度は６．５　ｋｇ／ｍｍ２を下回ることはなかった
。また、トランジスタチップ１０３の熱抵抗は、第１実
施例と同様の温度サイクル試験及び間欠通電試験によっ
ても、初期値と同等の値が維持された。

回路基板１０は、第１実施例と同様に、アルミニウムに
ニッケルめっきを施したパッケージ２０１にはんだ（Ｐ
ｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｂｉ）２０２を介して搭
載した。

このはんだ付けはフラックスとともに上記はんだのシー
トを介装して、２１０℃のベルト炉を通して実施した。

次いて、パッケージ２０１内にシリコーン樹脂を充填、
硬化せしめた後、キャップ２０３を取付けて高周波電圧
増幅回路装置２００を完成させた。

第６図は上記装置２００の入力電圧及び出力電圧の波形
である。出力電圧は３５Ｖと入力電圧の０．７■に対し
て５０倍の値か得られ、出力電圧波形も立ち上かり及び
立ち下がりとも０．２ｎｓ以下の時定数を示している。

即ち、上記装置２００は２５０ＭＨｚ帯の高周波電圧制
御用として実用可能である。このような高速信号に追随
できる理由の第１に、トランジスタチップ１０３とその
周辺回路間及び制御回路配線の電気的連絡路を可及的に
短縮したことが挙げられる。特に、電気的連絡路を短縮
できたのは、パワー素子とその制御回路を同一基板上に
搭載することを可能にしたこと、そして高い接着強度と
信頼性を有する低抵抗（３，５ｍΩ／口）の導体層の形
成により、配線インピーダンスを下げ得たことによる。

上記高周波電圧増幅回路装置２００は、最終的に電子銃
の信号制御用として、画素２０００　Ｘ　２０００のテ
レビジョン装置に組込まれた。この結果、上記装置２０
０は画像表示の高精細化に有効なことが確認された。

第５実施例では第１実施例と同様にして回路基板１０及
びこれを用いたイグナイタモジュール装置２００を完成
させた。この際用いた非酸化物系セラミックス基板は、
窒化硼素セラミックス、炭化珪素セラミックス、そして
窒化珪素セラミックスである。回路基板１０上の導体は
第１実施例と同等の性能を示した。このことは、本発明
は窒化アルミニウム以外の非酸化物系セラミックスに対
しても適用可能なことを意味する。また、上記回路基板
１０を用いたイグナイタモジュール装置２００及び上記
イグナイタモジュール装置２００を搭載した配電器装置
も、第１実施例と同様の性能を示した。

（本質以下余白） 第５表 ＊：結晶化ガラス 第６実施例では第１実施例と同様にして回路基板１０及
びこれを用いたイグナイタモジュール装置２００を完成
させた。この際用いた銅導体組成物は第１実施例におい
て適用したものと基本的には同等であるが、ガラス粉末
として第５表に示す組成及び物性を有する材料を用いて
いる。回路板１０上の導体は第１実施例と同等の性能を
示した。このことは、第５表に示した各種ガラス材を適
用した場合であっても、本発明の優れた効果を享受でき
ることを意味する。また、上記回路基板１０を用いたイ
グナイタモジュール組成物２００及び上記イグナイタモ
ジュール組成物２００を搭載した配電器装置も、第１実
施例と同様の性能を示した。

本発明では、ガラス質物質は軟化点か４００ないし７５
０℃てあれば任意の組成のものでよい。軟化点が規定さ
れるのは、４００℃を下回ると導体層におけるガラス質
の分散が十分てなく導体層の耐はんだ食われ性が低下す
ること、７５０℃を上回るとガラス質の流動が不十分て
適量の接着担体層の形成が困難であると同時にはんだぬ
れ性か低下すること、そして４００°ないし７５０℃の
範囲ではガラス質の基板表面への流動と酸素供給源物質
の輸送とかバランス良く行われ、接着強度の向上か可能
となることによる。第６実施例及び第１実施例で示した
ガラス質物質はいずれも上記の温度範囲にあるため、は
んだぬれ性や食われ性を損なうことなく接着強度の確保
か可能となる。

第７図はガラス質物質の軟化点と耐はんだ食われ性、は
んだぬれ性そして接着強度の関係を示す。

はんだぬれ性（Ｐｂ−６０ｗｔ％Ｓｎはんた浴中に回路
基板１０を浸漬（２５０℃，５ｍ１ｎ）した時のはんだ
のぬれ面積の割合〕は、軟化点が低いほど優れ、耐はん
だ食われ性（上記浸漬の繰返しによって導体層が消失す
る回数）は軟化点の高いほど優れ、そして接着強度は４
００°ないし７５０℃の範囲で高い値か得られている。

上記三者の性能かいずれも優れる温度範囲は４００〜７
５０℃である。

第７実施例では第１実施例と同様にして回路基板１０及
びこれを用いたイグナイタモジュール装置２００を完成
させた。この際、銅導体組成物は第１実施例において適
用したものと基本的には同様であるが、導体金属粉末と
して銅粉末９５％及び銀、パラジウム、白金、金の各粉
末５％（いずれも重量％）の混合粉末を用いた。この場
合でも、回路基板１０上の導体は第１実施例と同等の性
能を示した。このことは、導体金属粉末として銅粉末の
みを用いる場合たけてなく、銅粉末と銀、パラジウム、
白金、金のいずれかとの混合粉末を用いた場合でも本発
明の効果を享受できることを意味する。

また、上記回路基板１０を用いたイグナイタモジュール
装置２００及び上記イグナイタモジュール装置２００を
搭載した配電器装置も、第１実施例と同様の性能を示し
た。

なお、本発明回路基板や電子装置において、厚膜導体層
は金属成分か銅又は銅と銀、パラジウム、白金、金から
なる群から選択された１種の金属とからなることに限定
されるものではなく、銅板外の上記金属が複数種にわた
り含まれる場合であっても本発明の効果は変らない。

本発明の回路基板や電子装置において、非酸化物系セラ
ミックス基板は、それぞれ窒化アルミニウム、窒化硼素
、炭化珪素、そして窒化珪素を主成分とする場合のみに
限定されない。例えば、本発明では（１）上記導体の焼
成される部分が窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪素
、そして窒化珪素の群から選択された少なくとも１種か
らなる場合、（２）窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化
珪素、そして窒化珪素の群から選択された少なくとも１
種と、酸化アルミニウム、酸化ベリリウムの群から選択
された少なくとも１種とが複合化された場合、そして（
３）窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪素、窒化珪素
、酸化アルミニウム、そして酸化ベリリウムの群から選
択された２種以上の物質から構成された場合も、非酸化
物系セラミックス基板の範囲に含まれる。

本発明における電子装置は、例えば第１実施例における
イグナイタモジュール装置２００や第４実施例における
高周波電圧増幅回路装置２００に限定されず、例えば第
１実施例における配電器装置や第４実施例におけるテレ
ビジョン装置も本発明電子装置の範囲に含まれる。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように、本発明によれば、パワー素子と
その制御回路の同一基板上搭載を可能にした非酸化物系
セラミックス回路基板及びこれを用いた高性能、高信頼
性の電子装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の回路基板の鳥瞳図と導体層の接
着強度の信頼性の関係、第２図は本発明実施例て得た回
路基板の銅導体層と窒化アルミニウム基板間界面におけ
る元素の分布、第３図は本発明実施例で得た電子装置の
構成、第４図は本発明実施例で得た電子装置の性能、第
５図は本発明実施例で得た電子装置の要部断面図、第６
図は本発明実施例で得た電子装置の性能、そして第７図
は本発明回路基板の性能を示す図である。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．非酸化物系セラミックスに銅又は銅を主成分とする
   厚膜導体層を設けた回路基板であって、上記非酸化物系
   セラミックスと厚膜導体層とで構成される界面に、上記
   非酸化物系セラミックス表面を酸化させる金属酸化物と
   ともにガラス質物質が介在することを特徴とする回路基
   板。
2. ２．上記金属酸化物が、４００℃から銅の融点までの間
   の温度で酸素を放出する物質であることを特徴とする請
   求項１記載の回路基板。
3. ３．上記金属酸化物が、カドミウム、セシウム、マンガ
   ン、プラセオジウム、イットリウム、ジルコニウム、コ
   バルト、鉄、ランタン、リチウム、モリブデン、マグネ
   シウムのそれぞれ酸化物の群から選択された少なくとも
   １種であることを特徴とする請求項１または２に記載の
   回路基板。
4. ４．上記金属酸化物として、ビスマス、クロム、ニオブ
   、鉛、アンチモン、タンタル、チタン、バナジウム、タ
   ングステン、亜鉛、銅、ジルコニウム、ハフニウム、カ
   ルシウムのそれぞれ酸化物の群から選択された少なくと
   も１種をさらに有している請求項３に記載の回路基板。
5. ５．上記ガラス質物質が、４００°ないし７５０℃で軟
   化する物質であることを特徴とする請求項１ないし４に
   記載の回路基板。
6. ６．上記厚膜導体層が銅と、銀、パラジウム、白金、金
   の群から選択された少なくとも１種の金属との合金であ
   ることを特徴とする請求項１ないし５に記載の回路基板
   。
7. ７．上記非酸化物系セラミックスが窒化アルミニウム、
   炭化珪素、窒化硼素、窒化珪素の群から選択された少な
   くとも１種からなることを特徴とする請求項１ないし６
   に記載の回路基板。
8. ８．上記非酸化物系セラミックスが窒化アルミニウム、
   炭化珪素、窒化硼素、窒化珪素の群から選択された少な
   くとも１種の主成分と、酸化アルミニウム、酸化ベリリ
   ウムの群から選択された少なくとも１種との複合体から
   なることを特徴とする請求項１ないし７に記載の回路基
   板。
9. ９．上記非酸化物系セラミックス上に、半導体素子か搭
   載されたことを特徴とする請求項１ないし８に記載の回
   路基板。
10. １０．上記半導体素子が１ｍｍ２当り０．２Ｗ以上の電
    力を消費することを特徴とする請求項９に記載の回路基
    板。
11. １１．上記非酸化物系セラミックス上に、上記半導体素
    子とともに受動素子が搭載されていることを特徴とする
    請求項９ないし１０に記載の回路基板。
12. １２．上記回路基板が周波数５０ＭＨｚ以上の電気信号
    を取扱う回路に組込まれたことを特徴とする請求項９な
    いし１１に記載の回路基板。
13. １３．上記回路が電気信号を増幅する回路であることを
    特徴とする請求項１２に記載の回路基板。
14. １４．非酸化物系セラミックスに銅又は銅を主成分とし
    ガラス物質を含有する厚膜導体層を設けた回路基板であ
    って、上記非酸化物系セラミックスの表面が厚膜導体層
    の作用によりその数Åから数十Åが酸化されていて上記
    ガラス物質に対して良好な親和性を付与していることを
    特徴とする回路基板。
15. １５．非酸化物系セラミックス上に銅を主成分とする導
    体組成物を塗布した後、非酸化性雰囲気下で加熱する際
    、上記非酸化物系セラミックスの表面が、金属酸化物を
    酸素源として酸化されることを特徴とする回路基板の製
    法。
16. １６．上記非酸化物系セラミックスの表面が、４００゜
    Ｃから銅の融点までの間の温度で酸化されることを特徴
    とする請求項１５に記載の回路基板の製法。
17. １７．上記酸素源、カドミウム、セシウム、マンガン、
    プラセオジウム、イットリウム、ジルコニウム、コバル
    ト、鉄、ランタン、リチウム、モリブデン、マグネシウ
    ムのそれぞれ酸化物の群から選択された少なくとも１種
    の金属酸化物が放出する酸素であることを特徴とする請
    求項１５または１６に記載の回路基板の製法。
18. １８．上記非酸化性雰囲気が、窒素、アルゴン、水素、
    一酸化炭素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオンの群から選
    択された少なくとも１種からなることを特徴とする請求
    項１５ないし１８に記載の回路基板の製法。
19. １９．非酸化物系セラミックス上に銅を主成分とする厚
    膜導体層を設けた回路基板であって、上記非酸化物系セ
    ラミックスと厚膜導体層とで構成される界面に、上記非
    酸化物系セラミックス表面を酸化させる金属酸化物とと
    もにガラス質物質が介在する回路基板か、電気信号をス
    イッチング又は増幅又は変換する電気回路に組込まれた
    ことを特徴とする電子装置。
20. ２０．上記非酸化物系セラミックス上に半導体素子が搭
    載された回路基板が、電気回路に組込まれたことを特徴
    とする請求項１９に記載の電子装置。
21. ２１．上記半導体素子が１ｍｍ＾２当り０．２Ｗ以上の
    電力を消費することを特徴とする請求項１９または２０
    に記載の電子装置。
22. ２２．上記非酸化物系セラミックス上に、上記半導体素
    子とともに受動素子が搭載されたことを特徴とする請求
    項１９ないし２１に記載の電子装置。
23. ２３．上記回路基板が、周波数５０ＭＨｚ以上の電気信
    号を取扱う上記電気回路に組込まれたことを特徴とする
    請求項１９ないし２２に記載の電子装置。
24. ２４．上記電気回路が、電気信号を増幅する回路である
    ことを特徴とする請求項１９ないし２３に記載の電子装
    置。
25. ２５．上記電気回路がディスプレイ装置の電気信号増幅
    用の回路であることを特徴とする請求項１９ないし２４
    に記載の電子装置。
26. ２６．上記電気回路がエンジンの回転数制御用の回路で
    あることを特徴とする請求項１９ないし２５に記載の電
    子装置。