JPH04322491A - Manufacture of ceramic circuit board - Google Patents

Manufacture of ceramic circuit board

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Publication number
JPH04322491A
JPH04322491A JP11655391A JP11655391A JPH04322491A JP H04322491 A JPH04322491 A JP H04322491A JP 11655391 A JP11655391 A JP 11655391A JP 11655391 A JP11655391 A JP 11655391A JP H04322491 A JPH04322491 A JP H04322491A
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JP
Japan
Prior art keywords
metal
brazing material
circuit board
metal plate
copper
Prior art date
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Pending
Application number
JP11655391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Tsujimura
好彦 辻村
Yoshiyuki Nakamura
中村 美幸
Katsunori Terano
克典 寺野
Yasuto Fushii
康人 伏井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denki Kagaku Kogyo KK filed Critical Denki Kagaku Kogyo KK
Priority to JP11655391A priority Critical patent/JPH04322491A/en
Publication of JPH04322491A publication Critical patent/JPH04322491A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enhance the safety and the peeling strength of the title circuit board and to increase the productivity of the circuit board by a method wherein a ceramic board is coated with the paste of a brazing material, a metal sheet is bonded onto it, the metal is etched and remaining brazing material is removed by using an aqueous solution which contains ammonium halogenide. CONSTITUTION:Ammonium halogenide, especially ammonium fluoride, is used to remove remaining brazing material; thereby the brazing material is removed under the condition of neutrality (pH=7) or close to it. As advantages of removing the inessential brazing material at a pH close to 7, a bad effect on a human body is small and the degree of corrosion to a metal such as copper or the like used to form a metal circuit is weakened. Since a bonded layer is not corrosion, the peeling strength of the title circuit board is not lowered. The concentration of the solution of ammonium halogenide is desirably at 2 to 15wt.%.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、パワー半導体モジュー
ル等に使用される金属板をセラミックス基板に接合して
半導体回路を形成してなるセラミックス回路基板の製造
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic circuit board used in power semiconductor modules, etc., in which a metal plate is bonded to a ceramic substrate to form a semiconductor circuit.

【0002】0002

【従来の技術】近年、ロボットやモーター等の産業機器
の高性能化に伴い、大電力・高能率インバーターなど大
電力モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発
生する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よ
く放散するため、大電力モジュール基板では従来よりさ
まざまな方法がとられてきた。とくに最近、良好な熱伝
導率を有するセラミックス基板の出現により、基板上に
金属板を接合して回路を形成後、そのまま金属板上に半
導体素子を搭載する構造も採用されている。
[Background Art] In recent years, as the performance of industrial equipment such as robots and motors has improved, the use of high-power modules such as high-power, high-efficiency inverters has progressed, and the heat generated from semiconductor elements is also increasing. ing. In order to efficiently dissipate this heat, various methods have been used in the past for high-power module boards. In particular, recently, with the advent of ceramic substrates having good thermal conductivity, a structure has been adopted in which a circuit is formed by bonding a metal plate onto the substrate, and then a semiconductor element is directly mounted on the metal plate.

【0003】従来より、金属とセラミックスを接合する
方法には様々な方法があるが、とくに回路基板の製造と
いう点からはMo−Mn法、活性金属ろう付法、硫化銅
法、DBC法、銅メタライズ法があげられる。これらの
中で大電力モジュール基板の製造では、現在、金属とし
て銅を用い、セラミックスとの接合方法として活性金属
ろう付法又はDBC 法を用いることが主流となってお
り、さらに高熱伝導性を有する窒化アルミニウムを絶縁
基板として使用することが普及しつつある。
Conventionally, there are various methods for joining metals and ceramics, but from the viewpoint of manufacturing circuit boards, the Mo-Mn method, active metal brazing method, copper sulfide method, DBC method, copper One example is the metallization method. Among these, in the manufacture of high-power module boards, the current mainstream is to use copper as the metal and the active metal brazing method or DBC method as the bonding method to ceramics. The use of aluminum nitride as an insulating substrate is becoming popular.

【0004】従来の銅板と窒化アルミニウム基板を接合
する方法としては、銅板と窒化アルミニウム基板との間
に活性金属を含むろう材を介在させ、加熱処理し接合体
を形成する活性金属法(たとえば特開昭60−1776
34 号公報) や、銅板と表面を酸化処理してなる窒
化アルミニウム基板とを銅の融点以下でCu2O−Oの
共晶温度以上で加熱接合するDBC 法(たとえば特開
昭56−163093 号公報) などが知られている
Conventional methods for joining copper plates and aluminum nitride substrates include the active metal method (for example, the active metal method, in which a brazing material containing an active metal is interposed between the copper plate and the aluminum nitride substrate, and the bonded body is formed by heat treatment). Kaisho 60-1776
34 Publication), or the DBC method (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 163093/1983), in which a copper plate and an aluminum nitride substrate whose surface has been oxidized are joined by heating at a temperature below the melting point of copper and above the eutectic temperature of Cu2O-O. etc. are known.

【0005】活性金属法はDBC 法に比べて次の利点
を有する。 (1) 接合処理温度が低いので、Aln−Cuの熱膨
張差によって生じる残留応力が小さい。 (2) 接合層が延性金属であるので、ヒートショック
やヒートサイクルに対して耐久性が大である。
The active metal method has the following advantages over the DBC method. (1) Since the bonding treatment temperature is low, the residual stress caused by the difference in thermal expansion of Aln-Cu is small. (2) Since the bonding layer is made of ductile metal, it has great durability against heat shock and heat cycles.

【0006】本出願人は、ろう材ペーストをセラミック
ス基板に全面塗布しその全面に金属板を接合した後に金
属をエッチングし、不要ろう材を薬液で除去してなる生
産性の大なるセラミックス回路基板の製造法を提案した
(PCT/JP90/01502) 。
[0006] The present applicant has proposed a ceramic circuit board with high productivity, which is made by applying a brazing paste to the entire surface of a ceramic substrate, bonding a metal plate to the entire surface, etching the metal, and removing unnecessary brazing material with a chemical solution. (PCT/JP90/01502).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記発明の
改良であり、薬液としてハロゲン化アンモニウム水溶液
を用いることによって、1)安全性及び2)ピール強度
等をさらに高めた生産性の大なるセラミックス回路基板
を製造することを目的とするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention is an improvement of the above-mentioned invention, and by using an ammonium halide aqueous solution as a chemical solution, 1) safety and 2) increased productivity with further improved peel strength, etc. The purpose is to manufacture ceramic circuit boards.

【0008 】0008]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ろ
う材ペーストをセラミックス基板に塗布し、その上に金
属板を接合した後に金属をエッチングし、次いでハロゲ
ン化アンモニウムを含む水溶液で不要ろう材を除去する
ことを特徴とするセラミックス回路基板の製造法である
[Means for Solving the Problems] That is, the present invention applies a brazing paste to a ceramic substrate, and after bonding a metal plate thereon, etches the metal, and then uses unnecessary brazing paste in an aqueous solution containing ammonium halide. This is a method of manufacturing a ceramic circuit board characterized by removing.

【0009】以下、さらに詳しく本発明について説明す
る。
The present invention will be explained in more detail below.

【0010】本発明の最大の特徴は、不要ろう材の除去
薬液としてハロゲン化アンモニウム、その中でも特にフ
ッ化アンモニウムを用いることによって、中性(pH=
7)又はその付近の条件でろう材を除去することである
。pHが7付近で不要ろう材を除去する利点としては、
人体に与える害が少ないこと、及び金属回路を形成する
際に用いられる銅等の金属に対して浸食の程度が弱まる
ことである。しかも接合層が浸食されることもないので
ピール強度は低下しない。
The greatest feature of the present invention is that ammonium halides, especially ammonium fluoride, are used as the chemical solution for removing unnecessary brazing filler metal, thereby achieving a neutral (pH=
7) or similar conditions to remove the brazing filler metal. The advantages of removing unnecessary brazing filler metal when the pH is around 7 are as follows:
It causes less harm to the human body, and the degree of corrosion against metals such as copper used in forming metal circuits is reduced. Moreover, since the bonding layer is not eroded, the peel strength does not decrease.

【0011】ハロゲン化アンモニウムとしては、フッ化
アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、
ヨウ化アンモニウム等をあげることができるが、これら
の中、フッ化アンモニウムは、金属光沢を増加させる化
学研磨材としての作用もあるので、それを用いることよ
って、不要ろう材の除去と共に、金属回路表面を研磨し
光沢を増すことができる。
Examples of ammonium halides include ammonium fluoride, ammonium chloride, ammonium bromide,
Examples include ammonium iodide, but among these, ammonium fluoride also acts as a chemical polishing agent that increases metal luster. The surface can be polished to increase gloss.

【0012】ハロゲン化アンモニウム水溶液の濃度は2
〜15重量%が望ましい。2重量%未満では不要ろう材
の除去効果が十分でなく、一方15重量%をこえると取
扱性と安全性が悪くなる。
The concentration of the ammonium halide aqueous solution is 2
~15% by weight is desirable. If it is less than 2% by weight, the removal effect of unnecessary brazing filler metal will not be sufficient, while if it exceeds 15% by weight, handling and safety will deteriorate.

【0013】本発明でいう不要ろう材とは、金属回路パ
ターン間に存在するろう材を意味する。このような不要
ろう材は、金属回路パターン間にもともと存在している
ろう材(これは例えばろう材をセラミックス基板の全面
に配置した場合に起こる。)であるか、又は金属板の接
合時に金属回路パターン間にはみ出したろう材である。 不要ろう材の成分は、使用時に調整されたろう材成分ば
かりでなく、ろう材の活性金属成分がセラミックスと反
応して生成した窒化物層や金属とセラミックスとが反応
して生成した合金層などである。
[0013] The term "unnecessary brazing material" as used in the present invention means a brazing material existing between metal circuit patterns. Such unnecessary brazing filler metal may be brazing filler metal that originally exists between metal circuit patterns (this occurs, for example, when brazing filler metal is placed over the entire surface of a ceramic substrate), or it may be the brazing filler metal that originally exists between the metal circuit patterns (this occurs, for example, when brazing filler metal is placed over the entire surface of a ceramic substrate), or the metal This is the brazing filler metal that protrudes between the circuit patterns. The components of unnecessary brazing filler metal include not only the brazing filler metal components adjusted at the time of use, but also a nitride layer formed when the active metal component of the filler metal reacts with ceramics, and an alloy layer formed when metal and ceramics react. be.

【0014】本発明で使用されるろう材の金属成分は、
Ti成分、Zr成分、Hf成分等の活性金属成分の一種
又は二種以上と銅(Cu)成分、ニッケル(Ni)成分
等の活性金属成分以外の金属成分の一種又は二種以上で
ある。ろう材の低融点化のために銀(Ag)成分をさら
に存在させることもできる。
The metal components of the brazing filler metal used in the present invention are:
These include one or more active metal components such as a Ti component, a Zr component, and a Hf component, and one or more metal components other than the active metal components such as a copper (Cu) component and a nickel (Ni) component. A silver (Ag) component may further be present in order to lower the melting point of the brazing filler metal.

【0015】本発明において活性金属成分以外の金属成
分として最も好適なAg成分とCu成分を併用した場合
、Ag成分60〜85重量%でCu成分40〜15重量
%の組成が望ましく、特に熱処理温度の低下と接合強度
の増大の点からAg成分72重量%でCu成分28重量
%のいわゆる共晶組成又はその付近の組成が最適である
In the present invention, when the Ag component, which is the most suitable metal component other than the active metal component, and the Cu component are used in combination, a composition of 60 to 85% by weight of the Ag component and 40 to 15% by weight of the Cu component is desirable. From the viewpoint of reducing the bonding strength and increasing the bonding strength, a so-called eutectic composition of 72% by weight of Ag and 28% by weight of Cu is optimal.

【0016】本発明で使用するろう材ペーストは、上記
ろう材の金属成分と有機溶剤とで構成されおり、取扱性
の点からさらに有機結合剤を含ませることもできる。金
属成分は、金属粉末、合金粉末及び化合物の中から適切
な形態で供給される。金属成分の具体的な組み合わせを
例示すれば次のとおりである。すなわち、Ag−Cu−
Ti、Ag−Cu−Zr、Ag−Cu−Hf、Ag−C
u−TiH2、Cu−Ti 、Cu−Zr 、Ni−T
i、Ni−Zr 、Ni−ZrH2、Ni−TiH2 
、Cu−TiH2 、Ag−Cu−Zr−Ti 、Ag
−Cu−Zr−TiH2 などである。ただし、活性金
属成分の化合物の場合には、接合温度までに分解してT
i、Zr、Hf等の活性金属の単体を遊離するものでな
ければならない。
The brazing material paste used in the present invention is composed of the metal component of the brazing material described above and an organic solvent, and may further contain an organic binder for ease of handling. The metal component is supplied in a suitable form among metal powder, alloy powder and compound. Specific examples of combinations of metal components are as follows. That is, Ag-Cu-
Ti, Ag-Cu-Zr, Ag-Cu-Hf, Ag-C
u-TiH2, Cu-Ti, Cu-Zr, Ni-T
i, Ni-Zr, Ni-ZrH2, Ni-TiH2
, Cu-TiH2, Ag-Cu-Zr-Ti, Ag
-Cu-Zr-TiH2, etc. However, in the case of a compound of active metal components, it decomposes by the bonding temperature and T
It must be capable of liberating active metals such as i, Zr, and Hf.

【0017】本発明で使用するペーストには、上記金属
成分と共に副成分として、AlN 、Si3N4 、A
l2O3 、窒素ホウ素(BN)から選ばれた一種又は
二種以上のセラミックス粉末を含有させることもできる
。セラミックス粉末を含有させることによって、ペース
トを金属回路パターンに塗布した際に生じやすい不要ろ
う材の発生が起こりにくくなる。この理由については、
セラミックス粉末が過剰の活性金属成分を消費させてセ
ラミックス基板との過剰な濡れを抑えるため、金属回路
パターン外での不要ろう材(反応生成物層)の生成を防
ぎやすくできたためと本発明者らは考えている。
The paste used in the present invention contains AlN, Si3N4, A
It is also possible to contain one or more ceramic powders selected from l2O3 and boron nitrogen (BN). By containing ceramic powder, unnecessary brazing material, which tends to occur when a paste is applied to a metal circuit pattern, is less likely to occur. For this reason,
The present inventors believe that this is because the ceramic powder consumes excess active metal components and suppresses excessive wetting with the ceramic substrate, making it easier to prevent unnecessary brazing filler metal (reaction product layer) from forming outside the metal circuit pattern. is thinking.

【0018】セラミックス粉末の粒度としては、塗布し
たペーストの厚さが、通常、10〜40μm であるこ
とを考慮すれば、最大径が50μm を越えるとよくな
いので、好ましくは30μm 以下特に20μm 以下
である。また、その平均粒径についても、あまり大きい
とセラミックス粉末の添加量が増えて接合状態に悪影響
を与えるので15μm を越えるものは望ましくなく、
好ましくは10μm 以下特に5μm 以下である。
Considering that the thickness of the applied paste is usually 10 to 40 μm, the particle size of the ceramic powder is preferably 30 μm or less, especially 20 μm or less, since it is not good if the maximum diameter exceeds 50 μm. be. Also, regarding the average particle size, it is not desirable to have an average particle diameter of more than 15 μm, as if it is too large, the amount of ceramic powder added will increase, which will adversely affect the bonding condition.
The thickness is preferably 10 μm or less, particularly 5 μm or less.

【0019】以上の金属成分と必要に応じてのセラミッ
クス粉末とを用いてろう材ペーストを調整するには、有
機溶剤又は有機溶剤と有機結合剤と共に混合機例えばロ
ール、ニーダ、バンバリミキサー、万能混合機、らいか
い機等を用いて混合する。その際の有機溶剤としては、
メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、テレピネオール
、イソホロン、トルエン等、また、有機結合剤としては
、エチルセルロース、メチルセルロース、ポリメチルメ
タアクリレート(PMMA)、ポリイソブチルメタアク
リレート(PIBMA) 等が使用される。
In order to prepare a brazing paste using the above-mentioned metal components and ceramic powder as required, a mixer such as a roll, kneader, Banbury mixer, or universal mixer is used together with an organic solvent or an organic solvent and an organic binder. Mix using a grinder, a grinder, etc. The organic solvent used in this case is
Methyl cellosolve, ethyl cellosolve, terpineol, isophorone, toluene, etc. are used, and as the organic binder, ethyl cellulose, methyl cellulose, polymethyl methacrylate (PMMA), polyisobutyl methacrylate (PIBMA), etc. are used.

【0020】ろう材ペースト成分の量的割合については
、活性金属成分以外の金属成分100重量部に対し活性
金属成分3〜40重量部、セラミックス粉末0〜10重
量部好ましくは活性金属成分の使用量よりも5〜35重
量部少ない量特に10〜30重量部少ない量の範囲内に
あって1〜9重量部特に2〜8重量部、有機溶剤10〜
30重量部、有機結合剤0〜5重量部である。ろう材ペ
ーストの粘度としては1,000 〜20,000cp
s が望ましい。
Regarding the quantitative ratio of the brazing paste components, it is preferable that the amount of active metal component used is 3 to 40 parts by weight of the active metal component and 0 to 10 parts by weight of the ceramic powder per 100 parts by weight of the metal components other than the active metal component. 5 to 35 parts by weight less than 10 to 30 parts by weight, especially 1 to 9 parts by weight, especially 2 to 8 parts by weight, organic solvents 10 to 30 parts by weight
30 parts by weight, and 0 to 5 parts by weight of the organic binder. The viscosity of the brazing paste is 1,000 to 20,000 cp
s is desirable.

【0021】本発明で使用されるセラミックス基板の材
質は、窒化アルミニウム(AlN) 、窒化ケイ素(S
i3N4) 、酸化アルミニウム(Al2O3) 、ム
ライト等から選ばれた少なくとも一種又は二種以上を主
成分とするものであり、熱伝導率の大きい窒化アルミニ
ウムが好ましい。
The materials of the ceramic substrate used in the present invention include aluminum nitride (AlN), silicon nitride (S
The main component is at least one or two or more selected from aluminum oxide (Al2O3), aluminum oxide (Al2O3), mullite, etc., and aluminum nitride, which has high thermal conductivity, is preferred.

【0022】窒化アルミニウム基板としては、公知の方
法で製造されたものが不都合なく使用でき、その一例を
示せば、焼結助剤を添加せずにホットプレス法により焼
結したもの、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化サ
マリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の I
IIa 金属酸化物、希土類元素酸化物、アルカリ土類
金属酸化物などの焼結助剤を窒化アルミニウム粉末に添
加し、成形後、常圧焼結したものなどである。
As the aluminum nitride substrate, those manufactured by known methods can be used without any inconvenience; examples include those sintered by a hot press method without adding a sintering aid, yttrium oxide, I such as cerium oxide, samarium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, etc.
IIa Sintering aids such as metal oxides, rare earth element oxides, and alkaline earth metal oxides are added to aluminum nitride powder, which is then molded and then sintered under normal pressure.

【0023】本発明で使用される金属板の材質について
は特に制限はなく、通常は、銅、ニッケル、銅合金、ニ
ッケル合金が用いられる。また、その厚みについても特
に制限はなく、通常、金属箔と言われている肉厚の薄い
ものでも使用可能であり、0.1 〜1.0mm 好ま
しくは0.2 〜0.5mm のものが用いられる。金
属板の形状については以下の三種類のものが使用される
[0023] There are no particular restrictions on the material of the metal plate used in the present invention, and copper, nickel, copper alloy, and nickel alloy are usually used. Further, there is no particular restriction on the thickness, and even a thin one called metal foil can be used, and a thickness of 0.1 to 1.0 mm, preferably 0.2 to 0.5 mm is usable. used. Regarding the shape of the metal plate, the following three types are used.

【0024】■少なくとも金属回路パターンを含み、そ
れよりも広い面積を有する金属板(以下、この金属板を
ベタ金属板という)。ベタ金属板を使用する場合、ろう
材ペーストは、少なくとも金属回路パターンを含み、そ
れよりも広い面積にわたってセラミックス基板上に配置
する。従って、ろう材ペーストはセラミックス基板全面
に配置することもできるし、また金属回路パターンと同
形に配置することもできる。
(1) A metal plate that includes at least a metal circuit pattern and has a larger area than the metal circuit pattern (hereinafter, this metal plate is referred to as a solid metal plate). When using a solid metal plate, the brazing paste includes at least the metal circuit pattern and is placed on the ceramic substrate over a wider area. Therefore, the brazing paste can be placed over the entire surface of the ceramic substrate, or can be placed in the same shape as the metal circuit pattern.

【0025】■金属回路部分と金属回路部分よりも薄い
肉厚を有する金属回路以外の部分とからなる金属板(以
下、この金属板をハーフエッチ金属板という)。金属回
路以外の部分(薄肉部)を形成するには化学エッチング
法による溶解が望ましく、またろう材は金属回路パター
ンと同形に配置することが望ましい。
(1) A metal plate consisting of a metal circuit portion and a portion other than the metal circuit having a thickness thinner than the metal circuit portion (hereinafter, this metal plate will be referred to as a half-etched metal plate). In order to form portions other than the metal circuit (thin wall portion), it is desirable to dissolve the metal by chemical etching, and it is also desirable to arrange the brazing material in the same shape as the metal circuit pattern.

【0026】ハーフエッチ金属板を使用する利点は次の
とおりである。 i)   金属回路パターンをエッチングで形成させる
場合のエッチングレジストの塗布は、ロールコーター等
の簡便で生産性の高い方法を採用することができる。 ii)  スクリーン印刷によりエッチングレジストを
セラミックス基板全面に塗布することができる。 iii) エッチングの際に、ハーフエッチ金属板の金
属回路以外の部分(薄肉部)にはエッチングレジスト塗
布膜がのらないため、金属回路部分と金属回路以外の部
分との切り離しが容易となる。 iv)  金属回路パターン外に生じた不要ろう材は、
エッチング後のハロゲン化アンモニウム水溶液処理によ
って容易に除去することができる。
The advantages of using half-etched metal plates are as follows. i) When forming a metal circuit pattern by etching, a simple and highly productive method such as a roll coater can be used to apply the etching resist. ii) Etching resist can be applied to the entire surface of the ceramic substrate by screen printing. iii) During etching, since the etching resist coating film is not applied to the parts (thin parts) of the half-etched metal plate other than the metal circuit, it becomes easy to separate the metal circuit part from the part other than the metal circuit. iv) Unnecessary brazing material generated outside the metal circuit pattern is
It can be easily removed by treatment with an ammonium halide aqueous solution after etching.

【0027】■金属回路部分と金属回路以外の部分とか
らなっており、機械的な力を加えることによって両者を
容易に切り離すことができる状態になっている金属板(
以下、この金属板をプッシュバック金属板という)。 プッシュバック金属板は例えば次のようにして製造する
ことができる。 i)   金属回路部分を金属板からいったん抜き落と
しその後もとの状態にはめ戻す。 ii)  金属回路部分が抜け落ちる直前まで溝を設け
る。 iii) 上記ii) において、溝の大部分を貫通さ
せ金属回路部分と金属回路以外の部分の大部分を切り離
しておく。 上記i)〜iii)の方法において、金属回路部分と金
属回路以外の部分の厚みは同じであってもよく、また異
なっていてもよい。そして、金属回路部分の形成法とし
ては、金属回路パターンを備えたプレス金型、セーパー
、フライス等を用いてもよいし化学エッチングによって
もよい。
■A metal plate consisting of a metal circuit part and a part other than the metal circuit, which can be easily separated by applying mechanical force.
Hereinafter, this metal plate will be referred to as a pushback metal plate). The pushback metal plate can be manufactured, for example, as follows. i) Remove the metal circuit part from the metal plate and then put it back in its original state. ii) Provide a groove until just before the metal circuit part falls off. iii) In ii) above, most of the groove is penetrated to separate the metal circuit portion from most of the portions other than the metal circuit. In the methods i) to iii) above, the thickness of the metal circuit portion and the portion other than the metal circuit may be the same or different. As a method for forming the metal circuit portion, a press mold, a saper, a milling cutter, etc. having a metal circuit pattern may be used, or chemical etching may be used.

【0028】プッシュバック金属板を使用するに際して
は、ろう材は金属回路パターンと同形に配置することが
望ましく、セラミックス基板にプッシュバック金属板を
接合させた後、金属回路以外の金属部分を引き離すこと
によって金属回路パターンを容易に形成させることがで
きる。金属回路パターン外に生じた不要ろう材は、ハロ
ゲン化アンモニウム水溶液で処理して除去する。
When using a pushback metal plate, it is desirable that the brazing material be arranged in the same shape as the metal circuit pattern, and after bonding the pushback metal plate to the ceramic substrate, the metal parts other than the metal circuit should be separated. A metal circuit pattern can be easily formed by this method. Unnecessary brazing material generated outside the metal circuit pattern is removed by treatment with an aqueous ammonium halide solution.

【0029】セラミックス基板に金属板を接合後、金属
板にエッチングレジストを塗布しエッチングにより金属
回路パターンを形成する。プッシュバック金属板を用い
たときにはこの操作は必要でない。本発明に用いられる
エッチングレジストとしては、紫外線硬化型や熱硬化型
などがあげられる。また、エッチング液としては、金属
板が銅板又は銅合金板であれば、塩化第2鉄溶液、塩化
第2銅溶液、硫酸、過酸化水素等の溶液が使用される。 好ましくは、塩化第2鉄溶液、塩化第2銅溶液である。 一方、金属板がニッケル又はニッケル合金の場合は、通
常、塩化第2鉄溶液が用いられる。
After the metal plate is bonded to the ceramic substrate, an etching resist is applied to the metal plate and a metal circuit pattern is formed by etching. This operation is not necessary when using pushback metal plates. Examples of the etching resist used in the present invention include ultraviolet curing type and thermosetting type. Further, as the etching solution, if the metal plate is a copper plate or a copper alloy plate, a solution such as a ferric chloride solution, a cupric chloride solution, sulfuric acid, or hydrogen peroxide is used. Preferably, a ferric chloride solution or a cupric chloride solution is used. On the other hand, if the metal plate is nickel or a nickel alloy, a ferric chloride solution is usually used.

【0030】本発明は、上記材料を用い、セラミックス
基板にろう材ペーストを配置する工程、金属板を接合す
る工程、金属回路パターンを形成する工程及び不要ろう
材を除去する工程を経て、セラミックス回路基板が製造
される。
The present invention uses the above-mentioned materials to form a ceramic circuit through the steps of arranging a brazing material paste on a ceramic substrate, joining metal plates, forming a metal circuit pattern, and removing unnecessary brazing material. A substrate is manufactured.

【0031】セラミックス基板にろう材ペーストを配置
するには、スクリーン印刷法やロールコーターによる塗
布法が採用されるが、ペーストを基板全面に塗布する場
合は、生産性の点から後者が望ましい。
[0031] In order to arrange the brazing paste on the ceramic substrate, a screen printing method or a coating method using a roll coater is adopted, but when the paste is to be coated on the entire surface of the substrate, the latter is preferable from the viewpoint of productivity.

【0032】ろう材ペーストが塗布されたセラミックス
基板は、そのペーストを覆うに十分な広さの金属板を配
置後熱処理される。熱処理温度は金属板とろう材の種類
によって適切な条件が異なるが、金属板の融点に満たな
い温度で行われなければならない。具体的な条件の例を
示すと、ろう材の金属成分として、Ag−Cu−活性金
属系では830 ℃以上、Cu− 活性金属系では92
0 ℃以上、Ni− 活性金属系では1000℃以上な
どである。熱処理雰囲気としては、Ar、He等の不活
性ガス雰囲気下でもよいが、真空雰囲気がろう材の濡れ
性の点で望ましい。熱処理後冷却することによって金属
板とセラミックス基板との接合体を得ることができる。 セラミックス基板と金属板との熱膨張係数の差が大きい
ので、熱処理後の冷却速度を大きくすると得られた接合
体には、残留応力に起因するクラックや欠損を生じるこ
とがある。そのため本発明では、残留応力を極力少なく
するために冷却速度を5℃/分以下特に2℃/分以下と
するのが望ましい。
The ceramic substrate coated with the brazing paste is heat-treated after a metal plate having a sufficient width to cover the paste is placed. Appropriate conditions for heat treatment vary depending on the type of metal plate and brazing filler metal, but the heat treatment must be performed at a temperature below the melting point of the metal plate. To give an example of specific conditions, the metal component of the brazing filler metal is 830 °C or higher for Ag-Cu-active metal system, and 92 °C for Cu-active metal system.
0° C. or higher, and 1000° C. or higher for Ni-active metal systems. The heat treatment atmosphere may be an inert gas atmosphere such as Ar or He, but a vacuum atmosphere is preferable from the viewpoint of wettability of the brazing material. By cooling after the heat treatment, a joined body of the metal plate and the ceramic substrate can be obtained. Since there is a large difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic substrate and the metal plate, if the cooling rate after heat treatment is increased, cracks or defects may occur in the resulting joined body due to residual stress. Therefore, in the present invention, in order to reduce residual stress as much as possible, it is desirable to set the cooling rate to 5° C./min or less, particularly 2° C./min or less.

【0033】次に、エッチングレジストを用いて目的と
した金属回路パターンを形成する。ハーフエッチ金属板
を用いた場合は、エッチングレジストの塗布はロールコ
ーターで実施するのが望ましい。なぜならば、ロールコ
ーターでハースエッチ金属板の全面にエッチングレジス
トを塗布した場合であっても、金属回路以外の薄肉部に
は塗布されないので、その薄肉部の除去が容易となり、
生産性が高まるからである。プッシュバック金属板を用
いた場合、エッチングレジストの塗布は、特別の場合を
除き、行う必要がない。次いで、エッチングによって金
属の不要部分を除去した後、エッチングレジスト膜を剥
離し金属回路パターンを備えたセラミックス基板とする
。プッシュバック金属板の金属回路以外の部分を機械的
に引き離すことによって金属回路パターンを備えたセラ
ミックス基板となる。この段階においては、金属回路パ
ターン間にはもともと配置したろう材成分やその合金層
・窒化物層あるいは金属回路パターン外にはみ出した不
要ろう材がまだ残っている状態にあるので次の工程でそ
れを除去する。
Next, a desired metal circuit pattern is formed using an etching resist. When a half-etched metal plate is used, it is desirable to apply the etching resist using a roll coater. This is because even if the etching resist is applied to the entire surface of the Haas-etched metal plate using a roll coater, it will not be applied to the thin parts other than the metal circuit, making it easier to remove the thin parts.
This is because productivity increases. When a pushback metal plate is used, it is not necessary to apply an etching resist except in special cases. Next, after removing unnecessary parts of the metal by etching, the etching resist film is peeled off to obtain a ceramic substrate having a metal circuit pattern. By mechanically separating the portion of the pushback metal plate other than the metal circuit, a ceramic substrate with a metal circuit pattern is obtained. At this stage, the originally placed brazing filler metal components, their alloy layers, nitride layers, or unnecessary brazing filler metal protruding outside the metal circuit patterns still remain between the metal circuit patterns, so they will be removed in the next process. remove.

【0034】上記金属回路パターンが形成されたセラミ
ックス基板はハロゲン化アンモニウム水溶液で処理され
て不要ろう材が除去され、本発明のセラミックス回路基
板となる。処理時間は3 〜30分、処理温度は20〜
80℃が好ましい。また処理と同時及び/又は処理後の
洗浄工程において超音波を付与することは効果的である
The ceramic substrate on which the metal circuit pattern has been formed is treated with an ammonium halide aqueous solution to remove unnecessary brazing material, resulting in the ceramic circuit substrate of the present invention. Processing time is 3-30 minutes, processing temperature is 20-30 minutes.
80°C is preferred. It is also effective to apply ultrasonic waves simultaneously with the treatment and/or in the cleaning step after the treatment.

【0035】[0035]

【実施例】以下、実施例をあげてさらに具体的に本発明
を説明する。
[Examples] The present invention will now be explained in more detail with reference to Examples.

【0036】実施例1  比較例1 重量割合で、銀粉末72部、銅粉末28部、金属ジルコ
ニウム粉末を20部及びテレピネオール15部を混合し
て、ろう材ペーストを調整した。これを60mm×30
mm×0.65mmt の窒化アルミニウム基板の両面
にロールコーターを用いて基板全面に塗布した。塗布量
は7〜10mg/cm2 とした。
Example 1 Comparative Example 1 A brazing filler metal paste was prepared by mixing 72 parts of silver powder, 28 parts of copper powder, 20 parts of metallic zirconium powder, and 15 parts of terpineol in weight proportions. This is 60mm x 30
The coating was applied to both sides of an aluminum nitride substrate measuring mm x 0.65 mm using a roll coater. The coating amount was 7 to 10 mg/cm2.

【0037】上記ろう材ペースト塗布基板を乾燥した後
、両面に60mm×30mm×0.25mmt のベタ
銅板を接触配置してから炉に投入し、高真空中、920
 ℃で0.3 時間加熱した後、2℃/分の速度で冷却
して接合体を製造した。 試料数はそれぞれ10枚とした。
After drying the brazing paste-coated substrate, solid copper plates of 60 mm x 30 mm x 0.25 mm were placed on both sides in contact with each other, and then placed in a furnace and heated for 920 minutes in a high vacuum.
After heating at 0.3°C for 0.3 hours, the composite was cooled at a rate of 2°C/min to produce a bonded body. The number of samples was 10 for each.

【0038】次に、これらの接合体の銅板上に、スクリ
ーン印刷により紫外線硬化型エッチングレジストを回路
パターンに塗布後、塩化第2鉄溶液でエッチング処理を
行って不要銅板部分を除去し次いでエッチングレジスト
を剥離した。
Next, an ultraviolet curing type etching resist is applied to the circuit pattern on the copper plates of these joints by screen printing, and then an etching process is performed with a ferric chloride solution to remove unnecessary copper plate parts, and then the etching resist is removed. was peeled off.

【0039】得られた接合体には、銅回路パターン間に
ろう材がまだ残っているのでこれを除去するため、40
℃の5%のフッ化アンモニウム水溶液(実施例1)又は
40℃の5%フッ酸水溶液(比較例1)でそれぞれ15
分間の処理を行った。
In the obtained bonded body, there was still some brazing material between the copper circuit patterns, so in order to remove this,
15% with a 5% ammonium fluoride aqueous solution (Example 1) at 40°C or a 5% hydrofluoric acid aqueous solution (Comparative Example 1) at 40°C.
The process was carried out for 1 minute.

【0040】得られたセラミックス回路基板について、
銅回路パターンのピール強度を市販の測定器具を用いて
測定した。その結果を表1に示す。
Regarding the obtained ceramic circuit board,
The peel strength of the copper circuit pattern was measured using a commercially available measuring instrument. The results are shown in Table 1.

【0041】[0041]

【表1】[Table 1]

【0042】実施例2〜8  比較例2〜7重量割合で
銀粉末72部、銅粉末28部、ジルコニウム粉末又はチ
タン粉末を表2又は表3に示すような重量部で混合し、
さらに、テレピネオール15部及びPIBMA1部を混
合してろう材ペーストを調整し、それらを実施例1と同
様な方法により窒化アルミニウム基板に塗布した。
Examples 2 to 8 Comparative Examples 2 to 7 72 parts of silver powder, 28 parts of copper powder, and zirconium powder or titanium powder were mixed in the weight proportions shown in Table 2 or Table 3,
Further, 15 parts of terpineol and 1 part of PIBMA were mixed to prepare a brazing paste, which was applied to an aluminum nitride substrate in the same manner as in Example 1.

【0043】これらの基板上に実施例1と同様な銅板を
接触配置してからそれぞれ10枚づつを炉に投入し、高
真空中、880 ℃の温度で0.2 時間加熱した後、
冷却して接合体を製造した。
[0043] Copper plates similar to those in Example 1 were placed on top of these substrates in contact with each other, and 10 of each were placed in a furnace and heated in a high vacuum at a temperature of 880°C for 0.2 hours.
A joined body was produced by cooling.

【0044】次いで、実施例1と同様な方法により、エ
ッチングして不要銅板部分を除去した後、回路間に残っ
ている不要ろう材を表2に示す条件で除去し、セラミッ
クス回路基板を製造してピール強度を測定した。それら
の結果を表2及び表3に示す。
Next, the unnecessary copper plate portions were removed by etching in the same manner as in Example 1, and the unnecessary brazing filler metal remaining between the circuits was removed under the conditions shown in Table 2 to produce a ceramic circuit board. The peel strength was measured. The results are shown in Tables 2 and 3.

【0045】[0045]

【表2】[Table 2]

【0046】[0046]

【表3】[Table 3]

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明によれば、ピール強度の著しい低
下などを生じることのない金属板とセラミックス基板と
の接合体が得られ、工程上の歩留りが大幅に向上し、安
全性も高まる。
According to the present invention, it is possible to obtain a joined body of a metal plate and a ceramic substrate that does not cause a significant decrease in peel strength, and the yield in the process is greatly improved and safety is also enhanced.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  ろう材ペーストをセラミックス基板上
に塗布し、その上に金属板を接合した後に金属をエッチ
ングし、次いでハロゲン化アンモニウムを含む水溶液で
不要ろう材を除去することを特徴とするセラミックス回
路基板の製造法。
1. Ceramics characterized by applying a brazing material paste onto a ceramic substrate, bonding a metal plate thereon, etching the metal, and then removing unnecessary brazing material with an aqueous solution containing ammonium halide. Method of manufacturing circuit boards.
JP11655391A 1991-04-22 1991-04-22 Manufacture of ceramic circuit board Pending JPH04322491A (en)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06216481A (en) * 1993-01-19 1994-08-05 Toshiba Corp Ceramic-copper circuit
JPH0846325A (en) * 1994-07-26 1996-02-16 Dowa Mining Co Ltd Manufacture of ceramic wiring board
JP2005520334A (en) * 2002-03-13 2005-07-07 スチュルス−ハーダー,ジャーヘン Process for producing a metal-ceramic substrate, preferably a copper-ceramic substrate
US7069645B2 (en) 2001-03-29 2006-07-04 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing a circuit board
US8342384B2 (en) 2002-03-13 2013-01-01 Curamik Electronics Gmbh Method for the production of a metal-ceramic substrate, preferably a copper ceramic substrate
JP2016522313A (en) * 2013-03-28 2016-07-28 ジェニコア スプウカ ス オルガニザツィーノン オトゥポビエジャルノシチョンGenicore Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Powder material solidification apparatus and method

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