JPH04290488A - 非酸化物系セラミックス回路基板の製法および該基板を用いた電子装置の製法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，非酸化物系セラミック
ス回路基板の製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化物系セラミックス、例えばアルミナ
やベリリヤは、電子装置用の絶縁部品、配線基板、外囲
器部品等に広く使用されている。例えば、（１）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、
別個のアルミナセラミックス基板上に搭載し、両者の電
気的接続をボンディングワイヤによって行った自動車エ
ンジン制御用電子装置が知られている〔“ハイブリッド
ＩＣイグナイタ”：三菱電機技報、Ｖｏｌ．５４，Ｎｏ
．１０，６９６〜６９９頁（１９８０年）〕。

【０００３】（２）制御用回路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
上記アルミナ基板と隣接して配置し、これら相互間の電
気的接続を他の金属部材によって行った高周波信号制御
用電子装置が知られている〔“Ｐｒｏｄｕｃｔ　　Ｄｅ
ｓｉｇｎ　　ｏｆ　　ａ　　Ｈｉｇｈ−ＰｏｗｅｒＳ−
Ｂａｎｄ　　ＭＩＣ　　Ｍｏｄｕｌｅ　　ｆｏｒ　　Ｐ
ｈａｓｅｄ　　Ａｒｒａｙｓ”：ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎ
ｓ．　　ｏｎ　　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　　Ｔｈｅｏｒｙ
Ｔｅｃｈｎｉｑｉｅｓ，Ｖｏｌ．ＭＴＴ−１９、Ｎｏ．
７，　　６０９〜６１６頁（１９７１年）〕。

【０００４】一方、非酸化物系セラミックス、例えば、
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）は
、近年の精製，焼結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を有する材料が得られるよう
になってきた。

【０００５】（３）高純度に精製されたＡｌＮ粉を加圧
焼結して、熱伝導率１６０Ｗ／ｍ・Ｋ（室温）、電気抵
抗率５×１０１３Ω・ｃｍ（室温）、誘電率８．９（１
ＭＨｚ）、屈曲強度５０ｋｇ／ｍｍ２、熱膨張係数４．
３×１０￣６／℃（室温〜４００℃）のものが得られた
ことが記載されている〔“ＡｌＮ　　Ｓｕｂｓｔｒａｔ
ｅｓｗｉｔｈ　　Ｈｉｇｈ　　Ｔｈｅｒｍａｌ　　Ｃｏ
ｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ”：ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．　　ｏ
ｎ　　Ｃ．Ｈ．Ｍ．Ｔ．，ＣＨＭＴ−８，Ｎｏ．２，　
　２４７〜２５２頁（１９８５年）〕。

【０００６】（４）熱伝導率０．２５ｃａｌ／ｃｍ・ｓ
・℃以上、電気抵抗率１０７Ω・ｃｍ以上（室温）、熱
膨張係数４×１０￣６／℃以下のベリリヤ添加ＳｉＣの
加圧焼結体を用いた電気装置用基板が提案されている〔
特公昭５８−１５９５３号公報〕。

【０００７】前記（３），（４）からＡｌＮやＳｉＣ等
の非酸化物系セラミックス焼結体は、それが有する特長
をうまく活かして用いることにより、前記電子装置の性
能向上が期待される。そのためには、半導体素子等の電
子部品あるいは他の金属部品を一体的に接合できる金属
層、あるいは配線層をこれらのセラミックス焼結体上に
形成する必要がある。こしたものゝ一例として、ＡｌＮ
焼結体に対する従来の金属化技術としては、（５）酸化
銅を含む導体ペーストをＡｌＮ基板上に印刷，焼成した
高熱伝導性基板（特開昭６０−１７８６８７号公報）。

【０００８】（６）ＡｌＮと厚膜導体層との間にケミカ
ルボンドを形成するＰｂ、Ｓｉの少なくとも１種と酸素
とが共存した接合層を形成した高熱伝導性基板（特開昭
６１−８４０８９号公報）。

【０００９】（７）ＡｌＮ基板上に酸化アルミニウム層
を介して厚膜導体層からなる金属化面を形成したＡｌＮ
基板（特開昭６２−１８２１８２号公報）。

【００１０】（８）ＡｌＮ焼結体上に酸化鉛、酸化ゲル
マニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンの１種以上を
含む介在層を設けて、厚膜導体層からなる金属化面を形
成したＡｌＮ焼結体（特開昭６２−２０２８８６号公報
）。

【００１１】（９）ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系結晶
化ガラス、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏその他金属酸化物を添加
したＡｌＮ用厚膜銅系ペースト〔“Ａｌ２Ｏ３およびＡ
ｌＮ基板用厚膜銅系ペーストの特性”：第３回マイクロ
エレクトロニクスシンポジウム論文集，１４５〜１４８
頁（１９８９年）〕。

【００１２】（１０）厚膜銅系ペーストを窒素雰囲気中
でＡｌＮ基板上に焼成する際、接着強度を高めるために
、有機ビヒクルのバーンアウトに必要な酸素を多く添加
する〔“Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ａ　　
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　　ＢａｓｅｄＡｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
　　ｆｏｒ　　ｔｈｅ　　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
　　ｏｆＴｈｉｃｋ−Ｆｉｌｍｓ　　ｏｖｅｒ　　Ａｌ
ｕｍｉｎｕｍ　　ＮｉｔｒｉｄｅＳｕｂｓｔｒａｔｅｓ
”：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　　ｏｆ　　６ｔｈＩｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ　　Ｃｏｎｆ．，２７９〜２８６頁（１９９０年
）〕。

【００１３】などがある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記先行技術（１）お
よび（２）において、パワー素子と制御回路とを別個の
セラミックス基板に搭載しているのは次の理由による。

【００１５】パワートランジスタ素子は発熱が著しく、
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ため、接着強度が高
く、しかも剥離等が生じにくいメタライズ基板、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成し
た基板が要求されるからである。即ち、前記（５）〜（
９）に開示されている厚膜導体層は、上記高融点金属の
ような高温焼成によるメタライズ層に比べて接着強度が
低く、熱応力ないし熱歪に対する信頼性が劣ることによ
る。

【００１６】本発明者らの検討によれば、（５）〜（９
）記載の技術に基づいて行った場合は、その厚膜導体層
の接着強度は４ｋｇ／ｍｍ２以下で、パワー素子と制御
回路とを同一の基板上に搭載するに足る強度を得ること
はできなかった。また、（１０）によれば、接着強度の
不足はある程度回避できたが、銅導体層の酸化によって
Ｐｂ−Ｓｎ系はんだに対するぬれ性の低下が顕著である
。これは、回路素子等の搭載を不可能にするだけでなく
、銅配線層の電気抵抗を高めて高周波信号制御用等の電
子装置の機能低下を招く原因になる。即ち、接着強度が
不十分であると電子装置の製造時あるいは稼働時に過大
な熱応力または熱歪を受けて導体剥離、回路断線等の故
障を生じ易くなる。

【００１７】こうした熱応力または熱歪を受けても剥離
等が生じない強固な接着強度を有し、高信頼性のメタラ
イズが厚膜導体において実現できれば、パワー素子と制
御回路部とを同一の基板に搭載することができ、高密度
実装が可能になる。また、電子装置の信号伝送速度を高
めることも可能になる。

【００１８】なお、接着強度に悪影響を及ぼさずにはん
だ等のろう材に対するぬれ性を向上させる方法としては
、 （Ｉ）酸素濃度の高い雰囲気下で導体層を形成した後、
非酸化性雰囲気下で再焼成する、 （ＩＩ）焼成の初期（ガラスを接着界面へ流動させる段
階）で酸素濃度を高め、焼成の後期（上記流動が完了し
た段階）で非酸化性雰囲気にする、等が考えられる。

【００１９】しかし、（Ｉ）の場合は２段階の焼成工程
が必要であり、（ＩＩ）の場合は焼成炉内に酸素濃度の
高い領域と極めて低い領域とを２つ設けなければならず
、生産性が悪い。

【００２０】本発明の目的は、上記に鑑みてなされたも
ので、基板との強固な接着強度と、優れたはんだぬれ性
を備えた非酸化物系セラミックス回路基板を提供するこ
とにある。

【００２１】また、本発明の他の目的は、消費電力が０
．２Ｗ／ｍｍ２以上のパワー素子と制御回路素子を同一
基板に搭載した５０ＭＨｚ以上の高周波電気信号の伝達
を可能とする非酸化物系セラミックス回路基板を提供す
ることにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の要旨は次のとおりである。

【００２３】（１）　　焼成することによりセラミック
ス基板上に導体層を形成できる導体組成物が銅を主成分
とする金属と、導体層の焼成温度よりも低温領域側で酸
素を放出して活性遊離金属を生成する金属酸化物と、接
着用ガラスおよび有機ビヒクルを含み、該導体組成物に
より非酸化物系セラミックス基板上の所定の箇所に導体
層を形成し、酸素濃度が＜１００〜１０００ｐｐｍの不
活性雰囲気中で焼成することを特徴とする非酸化物系セ
ラミックス回路基板の製法。

【００２４】（２）　　銅を主成分とする金属と、鉄、
コバルト、カドミウム、マンガン、チタン、プラセオジ
ウムから選ばれる金属の少なくとも１種の酸化物と、接
着用ガラスおよび有機ビヒクルを含む導体組成物からな
る導体層を、非酸化物系セラミックス基板上の所定の箇
所に形成する工程と、酸素濃度が＜１００〜１０００ｐ
ｐｍの不活性雰囲気中で焼成する工程を含むことを特徴
とする非酸化物系セラミックス回路基板の製法。

【００２５】（３）　　非酸化物系セラミックス回路基
板上に電子部品を搭載した電子装置であって、前記回路
基板が銅を主成分とする金属と、鉄、コバルト、カドミ
ウム、マンガン、チタン、プラセオジウムから選ばれる
金属の少なくとも１種の酸化物と、接着用ガラスおよび
有機ビヒクルを含む導体組成物からなる導体層を、基板
上の所定の箇所に形成する工程と、酸素濃度が＜１００
〜１０００ｐｐｍの不活性雰囲気中で焼成する工程と、
該回路基板に電子部品を搭載する工程を含むことを特徴
とする電子装置の製法。

【００２６】また、前記回路基板は電気信号をスイッチ
ング，増幅または変換する回路を組込んだ電子装置も含
まれる。

【００２７】前記セラミックス基板としては、ＡｌＮ，
ＳｉＣ，窒化ホウ素，窒化ケイ素の非酸化物系セラミッ
クスの基板、あるいは、酸化アルミニウムまたは酸化ベ
リリウムと前記非酸化物系セラミックスとの複合基板が
用いられる。

【００２８】前記導体組成物からなる導体層の焼成は７
００℃〜銅の融点までの温度で焼成することが大切であ
る。該導体層の形成は、通常の厚膜印刷法等の手法によ
って任意のパターン状に形成することができる。なお、
導体層の導体源である金属は銅に限定されない。例えば
、銀，パラジウム，白金，金の少なくとも１種と銅とを
含む金属であってもよい。

【００２９】

【作用】図１は、厚膜銅系導体の基板との接着強度とは
んだぬれ性に及ぼす焼成雰囲気中の酸素濃度の関係を示
すグラフである。この例は銅粉末、接着用ガラス粉末お
よび有機ビヒクルからなる導体組成物に前記金属酸化物
として酸化鉄を添加したもの（Ａ）と、酸化鉄を添加し
ないもの（Ｂ）について比較した。

【００３０】図から明らかなようにセラミックス基板と
の接着強度は酸化鉄の有（Ａ），無（Ｂ）にそれほどの
差はないが、焼成雰囲気中の酸素濃度には影響されて、
約１００ｐｐｍを超えると大きくなる。酸素濃度の低い
領域（１００ｐｐｍ以下）では、接着用ガラスの熱分解
が生じてガラスの高軟化点化が進行し、接着界面へのガ
ラスの溶融，流動が妨げられるものと考える。このこと
は、図２に示す各種接着用ガラスの熱分解による酸素放
出量からも窺い知ることができる。図２から明らかなよ
うに、ガラスを単独（Ｃ）で焼成した場合は、酸素放出
量は少なくガラスの熱分解は少ないことが分かる。しか
し、ガラスを銅粉末（Ｄ）あるいは銅粉末とＡｌＮ（非
酸化物系セラミックス）粉末（Ｅ）の共存下で焼成した
場合、酸素放出量は著しく増加しておりガラスが熱分解
し易いことが分かる。即ち、こうした銅あるいは銅と非
酸化物系セラミックスが共存するとガラスが高軟化点化
し易いことを示唆している。

【００３１】しかし、図１に示すように酸素量が１００
ｐｐｍを超えると上記ガラスの熱分解（ガラスの高軟化
点化）が抑制され、ガラスが溶融，流動して導体層の接
着剤としての役割を果すのである。従って、本発明にお
いて、導体層の接着力を高めるには焼成雰囲気中に１０
０ｐｐｍを超える濃度の酸素を添加する必要がある。な
お、実用的な接着強度３ｋｇ／２ｍｍ以上を得るために
は、酸素濃度は１５０ｐｐｍ以上とするのが好ましい。 なお、酸素濃度を１０００ｐｐｍより高くしてもそれ以
上接着強度は向上せず、むしろはんだぬれ性が低下する
傾向があるので好ましくない。

【００３２】一方、はんだぬれ性は、前記酸化鉄を添加
しなかったもの（Ｂ´）は焼成雰囲気中の酸素濃度が約
７０ｐｐｍを超えると急激に低下している。これは、導
体層中の銅が酸化されるためである。酸化鉄を添加した
もの（Ａ´）は、酸素濃度７０ｐｐｍを超えてもはんだ
ぬれ性が低下しないのは、次の理由によると考える。

【００３３】図３は酸化鉄を不活性ガス（Ｈｅ）中で焼
成した場合の加熱温度と酸素放出量の関係を示すもので
ある。酸化鉄は５００℃付近で酸素を放出し、それより
も高温になると殆ど放出しなくなる。従って、５００℃
よりも高温側領域においては遊離鉄を多量に含んだ状態
になっているものと推定される。この遊離鉄は活性で、
焼結途上に形成された酸化銅を還元して自らは酸化鉄と
なる。こうした金属酸化物の作用，効果によって酸素濃
度１００ｐｐｍ以上においても銅の酸化を防ぎ、良好な
はんだぬれ性を与えるものと推定される。

【００３４】また、前記酸化鉄は導体層中に均一に分散
されており、これが後述の溶融ろう材による食込みを抑
制する作用があるものと考える。

【００３５】以上のことから本発明の導体層に添加する
金属酸化物は、導体層の焼結開始温度よりも低温領域（
７００℃以下）において、酸素を放出し活性遊離金属を
生成する物質がよい。これら酸化物は混合物またはこれ
らのガラス化したものでもよい。

【００３６】また、上記金属酸化物に併用することによ
って、はんだぬれ性を更に改善できるものとして、ビス
マス、クロム、銅、鉛、タングステン、セシウム、マグ
ネシウム、モリブデン、アンチモン、亜鉛、ジルコニウ
ム、ランタン、ニオブ，タンタル，バナジウム，イット
リウムのそれぞれ酸化物，またはこれら酸化物の混合物
、あるいはこれらがガラス化したものが挙げられる。

【００３７】

【実施例】本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

【００３８】〔実施例　　１〕回路導体層の導体金属粉
末として、銅粉末（平均粒径１μｍ）７０重量％、ガラ
ス粉末（平均粒径２．５μｍ）１５重量％、金属酸化物
粉末（平均粒径２．５μｍ）１．５重量％、そして残部
が有機ビヒクル（エチルセルロース樹脂／α−テルピネ
オール）とで構成された混合組成物を作成した。上記ガ
ラス粉末は、ＳｉＯ２（１４．５重量％）−Ｂ２Ｏ３（
４．２重量％）−Ａｌ２Ｏ３（１．５重量％）−ＰｂＯ
（７０．０重量％）−ＺｎＯ（９．１重量％）からなる
組成のガラスで、熱膨張係数が７．３×１０￣６／℃、
軟化点５００℃の物性を有するものである。なお、前記
金属酸化物としては、鉄、コバルト、カドミウム、マン
ガン、チタン、プラセオジウムの各酸化物を用いた。

【００３９】上記組成物をＡｌＮ基板上に印刷し、空気
中で１２０℃，１０分保持して組成物に含まれている有
機ビヒクルを除去した後、窒素気流中で９００℃，１０
分の焼成処理を施し、配線として銅導体層１０１、１１
１および１２１を有する図５に示すような回路基板１０
０を得た。なお、ＡｌＮ基板１０は、Ｙ２Ｏ３粉末（Ａ
ｌＮに対して５重量％を添加）とＡｌＮ粉末とをＮ２雰
囲気中１７００℃で常圧焼結して得た焼結体（２５ｍｍ
×３５ｍｍ×厚さ０．６３ｍｍ、熱伝導率１７０Ｗ／ｍ
・Ｋ、抵抗率１０１３Ω・ｃｍ以上）である。図４は、
この焼成の際の温度プロファイルおよび酸素濃度を示す
。同図において、曲線１は温度プロファイル、曲線２は
本実施例の場合の酸素濃度、そして曲線３は酸素無添加
の場合の酸素濃度をそれぞれ示す。

【００４０】本実施例では、酸素は室温から６００℃ま
での昇温過程のゾーンで添加し、酸素濃度を５００ｐｐ
ｍに調整した。次いで６００〜９００℃の昇温過程およ
び９００℃の保温過程では約２００ｐｐｍ、そして降温
過程では約６０ｐｐｍに保持した。また、酸素無添加の
場合は、２〜３ｐｐｍに調整した。

【００４１】なお、図５において、パワー素子搭載用金
属層（銅、厚さ１３μｍ）領域１０１とパワー素子制御
回路形成用配線金属層（銅、厚さ１３μｍ）領域１１１
をＡｌＮ焼結体基板１０上に設け、配線金属層１１１の
所望部に抵抗体１１３Ａ（１００〜７５０Ω）を配して
いる。領域１０１にはパワー素子としてトランジスタチ
ップ（５×５ｍｍ、５Ｗ、１５Ａ）１０３が６個並列（
図示省略）にＰｂ−６０重量％Ｓｎはんだにより接着さ
れ搭載されている。配線金属層領域１１１上の所定部分
には樹脂がオーバコートされている。そしてチップコン
デンサ１１３Ｃおよびミニモールドトランジスタ１１３
ＤがＰｂ−Ｓｎはんだにより接着されている。金属層領
域１０１と１１１との間およびトランジスタチップ１０
３と金属層領域１１１との間はアルミニウム細線（直径
３５０μｍ）１０５により接続されている。ＡｌＮ基板
１０の素子を搭載しない面のほぼ全域にも金属層（銅、
厚さ１３μｍ）１２１が設けられ、トランジスタチップ
１０３が搭載される部分を除く領域にも樹脂がオーバコ
ートされている。

【００４２】図６は基板表面と銅導電層の接合部のＥＰ
ＭＡ分析による物質の分布図である。なお、銅導電層の
金属酸化物が酸化鉄の場合を示す。

【００４３】ＡｌＮ基板と銅導体層との境界部にはガラ
スの主要成分であるＰｂが濃縮して存在しており、銅導
体層の内部には金属酸化物に含まれていたＦｅが検出さ
れている。また、境界部はガラスと共にＦｅの存在が確
認される。金属酸化物がコバルト、カドミウム、マンガ
ン、チタン、プラセオジウムの酸化物である場合も、図
６と同様な分布が確認された。

【００４４】次に、銅導体層１０１、１１１および１２
１のＰｂ−Ｓｎはんだに対するぬれ性を調べた。２３０
℃の上記はんだ浴中に回路基板を５秒間ディップしたと
きのはんだの初期ぬれ面積は９８％と極めて優れたぬれ
性を示すことが確認された。

【００４５】また、導体層１０１、１１１および１２１
の表面の銅酸化物の量をＸ線回折で調べた。銅酸化物量
は前記金属酸化物を添加した場合は、添加しない場合の
約１／３０と極めて少ないことが確認された。同様にＸ
線回折によりガラスの主成分である鉛酸化物の量につい
ても調べたが、前記金属酸化物を添加せずに酸素濃度１
０ｐｐｍの雰囲気中で焼成した場合に比べ、約１／７０
と少ないことが確認された。

【００４６】上記の回路基板の初期ぬれ性が優れている
のは、高酸素濃度で焼成したことにより接着ガラスが基
板界面へよく流動し、金属酸化物の作用により銅酸化物
が還元されたことによるものと考える。

【００４７】一方、上記回路基板を前記はんだ浴中にデ
ィップを１０回繰り返したところ、はんだのぬれ面積は
１００％と向上し、はんだ食われによるぬれ面積の低下
は認められなかった。これは、図６に示すように金属酸
化物が銅導体層中に適度に残留し、銅とはんだとの実質
的な接触面積を狭める作用によるものである。金属酸化
物無添加の導体組成物を酸素濃度１０ｐｐｍで焼成した
回路基板についても前記ディップを繰り返し施したとこ
ろ、ディップ３回で導体層が剥離した。はんだ食われが
生じ易いことが分かった。

【００４８】次に、−５５〜１５０℃のヒートサイクル
試験（１０００回）および１５０℃における高温放置試
験（１０００時間）を行い、導体層１０１および１１１
の接着強度を調べた。接着強度は初期の４．５ｋｇ／２
ｍｍが、上記試験後では３．５ｋｇ／２ｍｍであり、実
用的に支障のないことを確認した。

【００４９】本実施例においては焼成処理を窒素気流中
で行ったが、窒素に限定するものではない。例えば、ア
ルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、水
素、酸化炭素、水素化炭素等、あるいはこれらと窒素と
の混合気体であっても同様の結果が得られる。

【００５０】本実施例の銅導体層は、約７００℃から焼
結を開始する。接着用ガラスが所定の役割を果すために
は、同ガラスが基板との境界面に溶融，流動することが
必要である。そして、それは銅導体層が完全に焼結する
前（焼結が完了するまでの温度で）に終了されねばなら
ない。焼結後では溶融ガラスの流路が断たれてしまうら
である。従って、接着用ガラスとしては、軟化点７００
℃未満、より好ましくは６５０℃以下のガラスが望まし
い。また、同ガラスの熱分解による高軟化点化を抑制す
るために、金属酸化物は７００℃を越えない温度、より
好ましくは６００℃までに酸素を放出するものが望まし
い。

【００５１】〔実施例　　２〕図７は、電子装置として
の自動車エンジン制御用イグナイタモジュール装置の要
部断面図（ａ）および回路図（ｂ）である。回路基板１
０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−６０重量％Ｓｎ−１３重量％Ｂ
ｉ）２０２を介して搭載されている。はんだ付けはフラ
ックスと該はんだシートを介装し２００℃のベルト炉を
通して行った。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、図（ｂ）の回路構成の自動車エンジン制御用イグナ
イタモジュール装置を完成させた。

【００５２】該モジュール装置２００は、トランジスタ
チップ１０３とその制御回路が同一基板１０上に近接し
て設けられている。パワー素子部と制御回路が別個の基
板に設けられた従来装置よりも面積で約３／５に小型化
することができた。

【００５３】上記モジュール装置のトランジスタチップ
１０３に間欠的に通電（チップ温度：５０〜１２０℃、
９０，０００回）し、トランジスタチップ１０３とパッ
ケージ２０１間のヒートサイクルによる熱抵抗の変化を
調べた。その結果、試験後の熱抵抗（０．８℃／Ｗ）は
初期のそれと全く変化しなかった。

【００５４】このように、本実施例の回路基板は銅導体
層が基板に強固に接着されており、熱ストレスに対して
も十分な接着強度が得られることが明らかである。

【００５５】〔実施例　　３〕次に、この自動車エンジ
ン制御用イグナイタモジュール装置は、他の回路装置と
共にハウジングに取付けられ、表１に示す仕様の配電装
置に組み込んだ。

【００５６】

【表１】

【００５７】図８は前記配電装置の出力電圧入力電流お
よび閉道率と、配電器回転数の関係を示すグラフの一例
で、金属酸化物がＭｎＯ２の場合を示すものである。

【００５８】本実施例で得た配電装置は、パワー素子と
制御回路を別個の基板に設けた従来のモジュールを組み
込んだ配電装置に比べて、出力電圧は全回転数範囲で大
きく、しかも入力電流は小さくてよいことが分かる。特
に、アイドル回転域で、従来より小さい入力電流で高い
出力電圧が得られと云う優れた効果がある。本実施例の
配電装置は、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が得られることを示して
いる。

【００５９】また、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１２Ｖ
，１４Ｖ，１６Ｖ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が最適になされている。なお、配
電装置はその取付部温度が８０℃以上になるエンジンル
ーム内に搭載して実験を行ったが、閉路率制御は良好で
あった。

【００６０】〔実施例　　４〕実施例１と同じ導体組成
物を用いて、ＳｉＣ、ＳｉＮおよびＢＮの各基板上に印
刷法により導体層を形成し、酸素濃度１０〜９００ｐｐ
ｍの窒素雰囲気中で９００℃、１０分間の焼成処理を施
した。前記実施例と同様にして、パワー素子とその制御
回路を同一基板上に搭載した回路基板、該回路基板を用
いた電子装置（イグナイタモジュール装置）、および該
電子装置を用いた配電装置を作製した。なお、上記電子
装置には、酸素濃度７０ｐｐｍ以上で焼成した回路基板
を用いた。

【００６１】図９は、焼成雰囲気の酸素濃度とはんだぬ
れ性、接着強度の関係を示すグラフである。なお、金属
酸化物として酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いた。○印は
ＳｉＣ基板、△印はＳｉＮ基板、そして□印はＢＮ基板
の場合を示す。

【００６２】図から酸素濃度が約１５０ｐｐｍ以上で実
用的な接着強度３．０ｋｇ／２ｍｍ以上が得られ、そし
てはんだぬれ性も低下しないことを確認した。また、金
属酸化物が鉄、コバルト、カドミウム、マンガン、プラ
セオジウムの各酸化物の場合も同様な効果があることを
確認した。

【００６３】なお、以上の実施例では、非酸化物系セラ
ミックスとしては単体の基板を用いたが、これらの混合
焼結体あるいは各セラミックスの積層複合体でも同様な
効果を得ることができる。また、酸化アルミニウムや酸
化ベリリウム等の酸化物セラミックスとの積層複合体で
も上記に準じた効果を得ることができる。

【００６４】本実施例によって得た回路基板、該回路基
板を用いた電子装置は、前記実施例の場合と遜色ない結
果を示した。

【００６５】〔実施例　　５〕次に、パワー素子と制御
回路を同一基板に搭載した回路基板、該回路基板を用い
た高周波電圧増幅回路装置、および該装置を用いた高精
細テレビジョンについて説明する。

【００６６】図１０は、上記回路基板の要部断面図であ
る。回路基板１００はパワー素子搭載部用導体層（銅に
銀を５重量％添加、厚さ１３μｍ）領域１０１と制御回
路形成用導体層（銅に銀を５重量％添加、同１３μｍ）
領域１１１をＡｌＮ基板１００上に形成されている。領
域１０１にはパワー素子として電界効果型トランジスタ
チップ（２×２ｍｍ、５ｗ、１５Ａ）１０３がＰｂ−Ｓ
ｎ（５０重量％）はんだにより接合され、領域１１１に
は抵抗体１１３Ａ、オーバコート樹脂１１３Ｂが厚膜ペ
ースト法による印刷により設けられ、チップコンデンサ
１１３Ｃ，ダイオ−ドチップ１１３ＤがＰｂ−６０重量
％Ｓｎはんだにより接合されている。

【００６７】導体層領域１０１と１１１との間、トラン
ジスタチップ１０３と導体層領域１１１との間は金細線
（直径３５μｍ）１０５により接続されている。基板１
０上の素子を搭載しない部分にも導体層（銅、厚さ１３
μｍ）１２１が設けられ、トランジスタチップ１０３の
搭載部分以外には樹脂１２３（樹脂１１３Ｂと同質）が
形成されている。

【００６８】本回路基板１００の作成に当たっては、実
施例１の導体組成物の銅粉末に、焼結後の成分がＡｇ５
重量％含むよう銀粉末を添加した。また、金属酸化物と
しては酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化ビスマスの等量
（重量比）混合粉末を用いた。

【００６９】本実施例によって得た回路基板の導体層の
初期接着強度は４ｋｇ／２ｍｍ以上を示し、前記実施例
と同じヒートサイクル試験および高温放置試験によって
も接着強度は３ｋｇ／２ｍｍを下回ることはなかった。 また、はんだぬれ性および半だの耐食われ性を調べたが
、初期ぬれ面積は１００％であり、繰返しディップ（１
０回）でも食われによるぬれ性低下は認めらず、接着強
度およびはんだぬれ性ともに優れた結果を示した。

【００７０】前記回路基板１００は、図７のアルミニウ
ムにニッケルめっきを施したパッケージ２０１にはんだ
（Ｐｂ−６０重量％Ｓｎ−８重量％Ｂｉ）を介して搭載
し、２１０℃のベルト炉を通して接着を行った。パッー
ケジ２０１内にシリコーン樹脂を充填、硬化した後、キ
ャップ２０３を取付けて高周波電圧増幅回路装置を完成
させた。また、トランジスタチップ１０３とパッケージ
間の熱抵抗は、間欠通電試験によっても、初期値と同等
の値０．７℃／Ｗが維持された。

【００７１】図１１は上記装置２００の入力電圧および
出力電圧の波形である。出力電圧は３５Ｖと入力電圧の
０．７Ｖに対して５０倍の値が得られ、出力電圧波形も
立上りおよび立下がりとも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は、トランジスタチップ１０３と
その周辺回路間および制御回路配線の電気的接続を可及
的に短縮したことが挙げられる。特に、パワー素子とそ
の制御回路とを同一基板上に搭載することによって達成
することができた。また、高い接着強度と信頼性を有す
る低抵抗の導体層（２ｍΩ／□）を形成したことにより
、配線のインピーダンスを下げ得たことにもよる。

【００７２】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２０００×２０００画
素の高精細テレビジョンに組込まれた。この結果、上記
装置２００は画像表示の高精細化に有効なことが確認さ
れた。

【００７３】〔実施例　　６〕実施例１と同様に回路基
板１００およびイグナイタモジュールを完成させた。こ
れに用いた銅導体組成物は、実施例１で用いたものと基
本的に同じであるが、ガラス粉末としてに表２示す組成
および物性のものを用いた。

【００７４】

【表２】

【００７５】表２に示す各種ガラスを適用した回路基板
は、実施例１と同等の性能を示した。また、回路基板１
００を用いたイグナイタモジュールおよびこれを搭載し
た配電装置も、前記各実施例と同等の性能を示した。

【００７６】本実施例の結果から、ガラスは軟化点が７
００℃以下のものであれば任意の組成のものを用いるこ
とができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、導体層の接着強度およ
びはんだぬれ性が優れたセラミックス回路基板を提供す
ることができる。

【００７８】また、該回路基板を用いることにより、パ
ワー素子とその制御回路の同一基板上に搭載することが
でき、電子装置の小型化を図ることができる。

【００７９】更にまた、高周波信号の伝達に適した構造
の電子装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】焼成雰囲気中の酸素濃度と回路導体層の基板と
の接着強度およびはんだぬれ性に及ぼす焼成雰囲気中の
酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図２】各種ガラス軟化点と不活性ガス雰囲気中での熱
分解による酸素放出量との関係図である。

【図３】酸化鉄の加熱温度と酸素放出量の関係を示すグ
ラフである。

【図４】導体層焼成の温度プロファイルおよび焼成雰囲
気中の酸素濃度との関係図である。

【図５】本発明の実施例に基づく回路基板要部の模式斜
視図である。

【図６】回路基板断面のＥＰＭＡ分析による物質の分布
を示すグラフである。

【図７】自動車エンジン制御用イグナイタモジュール装
置の模式断面図（ａ図）およびその回路図（ｂ図）であ
る。

【図８】自動車エンジン用配電器の回転数と、入力電流
−出力電圧ならびに閉路率との関係を示すグラフである
。

【図９】焼成雰囲気中の酸素濃度と、回路導体層の基板
との接着強度およびはんだぬれ性に及ぼす焼成雰囲気中
の酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図１０】本発明の他の実施例に基づく回路基板要部の
模式側断面図である。

【図１１】本発明の回路基板を用いた高周波電圧増幅回
路装置の入出力電圧波形を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…非酸化物系セラミックス基板、２０…銅系導体組
成物、１０１，１１１，１２１…銅系導体層、１１３Ａ
…抵抗体、１０３…パワー素子、１１３Ｂ，１２３…樹
脂、１１３Ｃ…チップコンデンサ、１１３Ｄ…ミニモー
ルドトランジスタ、１０４，１１４…はんだ、１０５…
金属細線、１００…回路基板、２００…電子装置、２０
１…パッケージ、２０２…はんだ、２０３…キャップ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焼成することによりセラミックス基板上に
   導体層を形成できる導体組成物が銅を主成分とする金属
   と、導体層の焼成温度よりも低温領域側で酸素を放出し
   て活性遊離金属を生成する金属酸化物と、接着用ガラス
   および有機ビヒクルを含み、該導体組成物により非酸化
   物系セラミックス基板上の所定の箇所に導体層を形成し
   、酸素濃度が＜１００〜１０００ｐｐｍの不活性雰囲気
   中で焼成することを特徴とする非酸化物系セラミックス
   回路基板の製法。
2. 【請求項２】前記金属酸化物が７００℃以下で酸素を放
   出する物質であることを特徴とする請求項１に記載の非
   酸化物系セラミックス回路基板の製法。
3. 【請求項３】銅を主成分とする金属と、鉄、コバルト、
   カドミウム、マンガン、チタン、プラセオジウムから選
   ばれる金属の少なくとも１種の酸化物と、接着用ガラス
   および有機ビヒクルを含む導体組成物からなる導体層を
   、非酸化物系セラミックス基板上の所定の箇所に形成す
   る工程と、酸素濃度が＜１００〜１０００ｐｐｍの不活
   性雰囲気中で焼成する工程を含むことを特徴とする非酸
   化物系セラミックス回路基板の製法。
4. 【請求項４】前記セラミックス基板が窒化アルミニウム
   ，炭化ケイ素，窒化ホウ素，窒化ケイ素から選ばれる非
   酸化物系セラミックスの基板、酸化アルミニウムまたは
   酸化ベリリウムと前記非酸化物系セラミックスとの複合
   基板のいずれかであることを特徴とする請求項１，２ま
   たは３に記載の非酸化物系セラミックス回路基板の製法
   。
5. 【請求項５】非酸化物系セラミックス回路基板上に電子
   部品を搭載した電子装置であって、前記回路基板が銅を
   主成分とする金属と、鉄、コバルト、カドミウム、マン
   ガン、チタン、プラセオジウムから選ばれる金属の少な
   くとも１種の酸化物と、接着用ガラスおよび有機ビヒク
   ルを含む導体組成物からなる導体層を、基板上の所定の
   箇所に形成する工程と、酸素濃度が＜１００〜１０００
   ｐｐｍの不活性雰囲気中で焼成する工程と、該回路基板
   に電子部品を搭載する工程を含むことを特徴とする電子
   装置の製法。