JPH04295066A - セラミック−金属接合体の製造方法 - 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、セラミック基板と金属
板を接合させたセラミック−金属接合体の製造方法に関
する。具体的にいえば、本発明は、例えばＩＣパッケー
ジやパワーダイオード等を搭載するための基板として用
いられるセラミック−金属接合体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック−金属接合体は、セラミック
基板の両主面に金属板を接合させたものであり、金属板
はチタン（Ｔｉ）などの活性金属を添加したロウ材を用
いてセラミック基板にロウ付けされている（図２参照）
。この接合体は、例えばＩＣパッケージやパワーダイオ
ード等の半導体デバイスを搭載するための基板として用
いられる。半導体デバイスは、その高密度化、高速化、
高出力化に伴い発熱量が増大しているため、このような
接合体を基板として用いれば、金属板がヒートシンクと
して働き、半導体デバイスで発生した熱を効率よく空中
へ放熱させることができる。

【０００３】この接合体を作製するには、まずセラミッ
ク基板または金属板にロウ材ペーストを印刷し、ロウ材
ペーストを挟んで金属板とセラミック基板を積層する。 ついで、真空中において熱処理を施すと、熱処理によっ
てロウ材が溶融する。溶融したロウ材は、冷却によって
固化され、セラミック基板と金属板は固化したロウ材に
よって強固に接合される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ロウ材ペース
トを挟んで積層されたセラミック基板と金属板の熱処理
は、ロウ材中のチタン等の活性金属を酸化させないよう
真空中で行われるため、ロウ材中の金属が飛散してセラ
ミック基板に付着し易い。そして、ロウ材中の金属がセ
ラミック基板の金属板を接合されない領域（絶縁領域）
に付着すると、金属板相互の絶縁抵抗が低くなったり、
また、金属板の表面にメッキを施す際にセラミック基板
上にもメッキ金属が付着したりし、基板材料としての信
頼性が低下する問題があった。

【０００５】また、熱処理工程においては、溶融したロ
ウ材が潤滑層として働くため、セラミック基板と金属板
がずれ動き易く、そのため従来のような接合方法では、
セラミック基板に対する金属板の位置決め精度が悪かっ
た。

【０００６】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、金属板の位
置決めを容易に行え、しかも基板材料としての信頼性が
高い接合体を得ることができるセラミック−金属接合体
の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック−金
属接合体の製造方法は、セラミック基板の一部に回路用
金属板をロウ付けしてセラミック−金属接合体を製造す
る方法において、セラミック基板表面の金属板接合部分
以外の領域に窒化珊素ペーストを成膜し、セラミック基
板表面の金属接合部分にロウ材を塗布して金属板を重ね
、この後熱処理を施すことによりセラミック基板と金属
板を接合させることを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明にあっては、セラミック基板表面の金属
板接合部分以外の領域に成膜された窒化珊素ペーストが
マスクとして働くため、ロウ材中から飛散した金属がセ
ラミック基板の金属板接合部分以外の領域に付着するこ
とを防止できる。

【０００９】また、この窒化珊素ペーストの膜厚をロウ
材層の厚みよりも大きくしておけば、窒化珊素ペースト
の膜が金属板の位置決め治具として働き、ロウ付け時な
いし熱処理時におけるセラミック基板と金属板の位置ず
れを防止することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例によるセラミック−
金属接合体の製造方法を具体的に説明する。図１は本発
明の一実施例によるセラミック−金属接合体の製造工程
における熱処理前の状態を示しており、図２はこの実施
例の方法によって製造されたセラミック−金属接合体の
正面図である。

【００１１】まず、次のようにしてセラミック基板１を
準備した。セラミック基板材料として窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）を選択し、これに焼結助剤として酸化イット
リウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を３重量％の割合で添加混合し
、さらに有機バインダを加えてシート状に成形した。こ
のグリーンシートを焼成後の寸法が縦２インチ、横１イ
ンチとなるように打ち抜いた後、窒素雰囲気中において
８５０℃で５時間熱処理してバインダを飛散させ、さら
に窒素雰囲気中において１８５０℃で５時間焼成し、セ
ラミック基板（窒化アルミニウム基板）１を得た。

【００１２】ついで、金属板２として、熱膨張→接合→
冷却収縮の過程における寸法変化を考慮した平面寸法の
銅（Ｃｕ）板を準備した。なお、この銅板の厚さは３０
０μｍとした。

【００１３】さらに、チタン（Ｔｉ）５重量％、銀（Ａ
ｇ）６９重量％、銅（Ｃｕ）２６重量％からなる混合粉
にエチルセルロース５重量％と有機溶剤を添加してロウ
材ペースト３を作製した。また、窒化珊素（ＢＮ）粉末
にエチルセルロース５重量％と有機溶剤を添加して窒化
珊素ペースト４を作製した。

【００１４】こうして準備が完了した後、まず、セラミ
クス基板１の上下両面の金属板接合部分以外の領域に窒
化珊素ペースト４を１００μｍの厚みとなるように予め
印刷し、ついで片面にロウ材ペースト３を印刷された金
属板２をロウ材ペースト３を挟むようにしてセラミクス
基板１の金属板接合部分に押し当てた。ここで、ロウ材
ペースト３の膜厚は、窒化珊素ペースト４の膜厚よりも
かなり薄くなっている。さらに、図１に示すように、金
属板２の上から上下両面に窒化珊素板５を重ね、上から
５００ｇの銅製重り６で荷重をかけ、窒化珊素板５を介
して金属板２に均一な圧力を加えた。この状態で１×１
０−５Ｔｏｒｒ以上の真空中において、９５０℃で１０
分間熱処理を行なった。熱処理後は、銅製重り６及び窒
化珊素板５を取り除き、有機溶剤中で超音波洗浄するこ
とによって窒化珊素ペースト４を除去し、図２のような
セラミック−金属接合体７を得た。

【００１５】このようにして製作したセラミクス−金属
接合体７では、セラミクス基板１と金属板２との位置ず
れが発生しなかった。また、窒化珊素ペースト４の除去
前に、金属板２の表面にニッケル（Ｎｉ）の無電解メッ
キを施したが、セラミクス基板１にニッケルメッキは付
着しなかった。

【００１６】つぎに、本発明の実施例による接合体の製
造方法と比較するため、下記のように比較例１及び比較
例２の方法によっても接合体を製造した。 （比較例１）比較例１では、窒化珊素ペーストをセラミ
クス基板に塗布することなく、それ以外については実施
例と同様にしてセラミクス−金属接合体を製作した。こ
の場合、セラミクス基板に対して金属板の寸法の数％の
大きさの位置ずれが発生した。また、この接合体にニッ
ケル無電解メッキを施した場合、セラミクス基板にニッ
ケルメッキの付着がみられた。

【００１７】（比較例２）比較例２では、窒化珊素の代
わりに窒化アルミニウム粉末を用いたペーストを調製し
、この窒化アルミニウムペーストをセラミクス基板の金
属板接合部分以外の領域に塗布し、実施例と同様にして
セラミクス−金属接合体を作製した。この場合、ロウ材
のエッジ部に窒化アルミニウム粉末が接着し、良好な接
合体を得ることができなかった。

【００１８】なお、上記実施例のセラミック−金属接合
体は、比較例と効果を比較するためのサンプルであって
、金属板の寸法等は実際の製品寸法を表したものではな
い。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、窒化珊素ペーストによ
ってロウ材からの飛散金属がセラミック基板の金属板接
合部分以外の領域に付着することを防止できる。したが
って、セラミック基板に接合された金属板相互の絶縁抵
抗の低下を防止でき、また、金属板へのメッキ時にセラ
ミック基板上にもメッキ金属が付着することを防止でき
、基板材料としての信頼性を高めることができる。

【００２０】また、この窒化珊素ペーストの膜厚をロウ
材層の厚みよりも大きくしておけば、ロウ付け時ないし
熱処理時におけるセラミック基板と金属板の位置ずれを
防止することができ、金属板とセラミック基板の位置決
め精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるセラミック−金属接合
体の製造方法を示す正面図である。

【図２】同上の方法によって製作されたセラミック−金
属接合体の正面図である。

【符号の説明】

１　　セラミック基板 ２　　金属板 ３　　ロウ材ペースト ４　　窒化珊素ペースト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミック基板の一部に回路用金属板
   をロウ付けしてセラミック−金属接合体を製造する方法
   において、セラミック基板表面の金属板接合部分以外の
   領域に窒化珊素ペーストを成膜し、セラミック基板表面
   の金属接合部分にロウ材を塗布して金属板を重ね、この
   後熱処理を施すことによりセラミック基板と金属板を接
   合させることを特徴とするセラミック−金属接合体の製
   造方法。