JPH0497965A - ガラスセラミック基板と金属との接合方法 - 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】 （概要〕 ガラスセラミック基板と金属との接合方法に関し、 ガラスセラミック基板と金属との密着性を向上すること
を目的とし、 メタライズを施したガラスセラミ・ンク基板と金属板と
の接合に際し、融点の異なる二層のろう材を用い、融点
の高いろう材をガラスセラミック基板側に、また融点の
低いろう材を金属側に位置決めし、荷重焼成して一体化
することを特徴としてガラスセラミンク基板と金属との
接合方法を構成する。

Ｃ産業上の利用分野〕 本発明はガラスセラミックスよりなる多層回路基板と金
属板との接合方法に関する。

大計の情報を迅速に処理する必要から光通信が広く行わ
れるようになった。

こ＼で光通信の特徴は信号の多重化と共に高速伝送が可
能なことである。

そこで、ＬＳＩやＶＬＳ　ｌなどの半導体素子は信号の
高速化に適するように素子構成がなされている。

また、これを搭載する回路基板は低損失で熱伝導性が良
く、また電子回路は電気抵抗の少ない金属材料を用いて
パターン形成することが必要である。

［従来の技術〕 発明者等はこの問題を解決するために基板材料としてガ
ラスセラミックスを用い、電子回路を銅（Ｃｕ）を用い
て形成した新しい構造のガラスセラミック基板を提案し
ている。

（特願平１−５５３１３８．特願平１−５５９１１８な
ど）発明者等は伝送損失が少なく、高周波特性の優れた
多層セラミック回路基板を実用化するためには、 ■　導体パターンの構成材料として抵抗率の少ないＣｕ
を使用できること、 ■　基板材料は誘電率が小さく、高周波特性が優れてい
ること、 ■　基板の放熱性が優れていること、 などの条件を満たす材料として硼珪酸ガラスとアルミナ
とからなる複合誘電体を選んだ。

また、 ■　半導体素子と多層セラミック回路基板とのワイヤボ
ンディングの配線距離を短くすること、■　半導体素子
の放熱性を良くすること、などの条件を満たす構造とし
て第２図（Ａ）および（Ｂ）に示す構造を提案している
。

すなわち、半導体素子１を搭載する領域２を窓開けして
ガラスセラミック基板３を作り、この窓開けした領域２
の底に熱伝導性の優れた窒化アルミニウム（ＡｆＮ　）
基板４を設置し、この上に半導体素子１を接着した後に
半導体素子１の周辺に設けられているパッドとガラスセ
ラミンク基板３に設けられているパッドとをワイヤポン
デイグする構造である。

このような構造をとるガラスセラミック基板３はアース
電位を基板の全域に亙って得るために金属パッケージに
接合する必要がある。

従来は、この方法として第３図に示すようにガラスセラ
ミック基板３の裏面にＣｕペーストなどの導体ペースト
を塗布して後、焼成するなどの方法でメタライズ層６を
形成し、低融点のろう材７を用いて金属パッケージ５に
接合する方法が採られていた。

然し、ろう材７が溶けた場合、メタライズ層６にろう材
７が侵入することから体積膨張が生じ、またメタライズ
層６を構成するガラスの基板との接触面積が減少する結
果として接着強度が低下し、セラミック基板３が剥離し
易くなることが問題であった。

（発明が解決しようとする課題］ 半導体素子を搭載したガラスセラミンク基板はアース電
位を基板の全域に亙って得るために金属パッケージに接
合する必要がある。

この方法として金属パッケージとしてはガラスセラミッ
クスと熱膨張係数が近い金属からなるものを用い、融点
が約６００　’Ｃの低融点ろう材を用いて接合を行って
いた。

然し、接合に当たってろう材が溶ける際に、このろう材
がメタライズ層とガラスセラミック基板との接合部にま
で侵入して体積膨張を生じ、またバインダとして働いて
いるガラスの接触面積を減少させる結果、密着強度が低
下して剥離を起こすと云う問題がある。

そこで、この問題を解決することが課題である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題はメタライズを施したガラスセラミンク基板
と金属板との接合に際し、融点の異なる二層のろう材を
用い、融点の高いろう材をガラスセラミック基板側に、
また融点の低いろう材を金属側に位置決めし、荷重焼成
して一体化することを特徴としてガラスセラミック基板
と金属との接合方法を構成することにより解決すること
が可能となる。

〔作用〕

従来の構成におて剥離が起き易いのは溶融したろう材が
メタライズ層に侵入するためであることから、発明者等
は侵入を阻止し、ろう材の成分をメタライズ層に拡散さ
せて密着させることで解決できると考えた。

第１図は本発明の原理図であって、融点は異なるが成分
が近領している二つのろう材を一体化して用い、ガラス
セラミック基板３のメタライズ層６の側にはろう付け温
度においては溶融しない融点の高いろう材９を用い、ま
た金属パッケージ５の側にはろう付け温度において熔融
する融点の低いろう材工０を使用するものである。

そして、ろう付け温度において融点の低いろう材１０は
溶融し、一方、融点の高いろう材９は溶融しないことが
必要で、実験の結果、融点の異なる二層のろう材の融点
の差は１０〜５０℃が適当であることが判った。

そして、金属パッケージ５の上に重し１１を置き、不活
性雰囲気中で予め設定したろう付け温度で加熱すればよ
い。

このようにすれば、融点の高いろう材９はメタライズ層
に拡散して密着し、また金属パンケージ５は融点の低い
ろう材１０を介して融点の高いろう材９と溶融密着する
ので、強固な接合が可能となる。

〔実施例］ 融点の異なる二層のろう材を構成するためにデグサ社製
の次の４種類のろう材を使用した。

第１表 実施例１：　（融点差３０゛Ｃの場合）組成比が硼珪酸
ガラス５０重景％、アルミナ５０重足％のガラスセラミ
ック基板上にＣｕペースト（品番６００１．デュポン社
）をスクリーン印刷し、乾燥した後、Ｎ２雰囲気中で６
００℃で１０分焼成してメタライズ層を作った。

このメタライズ層の上に厚さが０．１ｍｍのろう材Ａと
ろう材Ｂとを載せ、この上に金（篩）メツキを施した鉄
・ニッケル合金（Ｎｉ　：　Ｐｅ−４２：　５８）より
なるパッケージを置き、この上に１００　ｇの重しを載
せてＮ２雰囲気中で６８０℃で５分間に亙って熱処理し
、ガラスセラミック基板とパッケージとを接合した。

こ＼て、焼成温度として６４０℃より高い６８０℃をと
る理由はガラスセラミック基板の熱容量によるもので、
５分間の焼成では基板温度は６４０℃には達しないこと
による。

この密着強度は測定の結果２０ＭＰａであり、従来の一
層ろう材を用いたちの一密着密度が６ＭＰａであるのに
較べ充分な値を得ることができた。

実施例２：　（融点差５０゛Ｃの場合）実施例１と全く
同様にしてガラスセラミック基板の上にＣｕのメタライ
ズ層を形成した。

二のメタライズ層の上に厚さが０．１ｍｍのろう材りと
ろう材Ｃとを載せ、この上に金（Ａｕ）メツキを施した
鉄・二・ノケル合金（Ｎｉ　：　Ｆｅ−４２：　５８）
よりなるパッケージを置き、この上に１００ｇの重しを
載せてＮ２雰囲気中で７９０℃で５分間に亙って熱処理
し、ガラスセラミック基板とパッケージとを接合した。

この密着強度は測定の結果２０　Ｍ　Ｐａであり、従来
の一層ろう材を用いたちの＼密着密度が６ＭＰａである
のに較べ優れた結果を得ることができた。

実施例３：　（融点差７０℃の場合） 実施例１と全く同様にしでガラスセラミック基板の上に
Ｃｕのメタライズ層を形成した。

このメタライズ層の上に厚さが０．１ｍｍのろう材Ｃと
ろう材へとを載せ、この上に金（Ａｕ）メツキを施した
鉄・ニッケル合金（Ｎｉ　：　Ｆｅ＝４２　：　５８）
よりなるパッケージを置き、この上に１００ｇの重しを
載せてＮ２雰囲気中で７１０℃で５分間に亙って熱処理
し、ガラスセラミック基板とパンケージとを接合した。

この密着強度は測定の結果１５ＭＰａであり、従来の一
層ろう材を用いたもの＼密着密度が６ＭＰａであるのに
較べ優れた結果を得ることができた。

比較例１：　（融点差３０℃、但し配置が逆）実施例１
と全く同様にしてガラスセラミック基板の上にＣｕのメ
タライズ層を形成した。

このメタライズ層の上に厚さが０．１ｍｍのろう材Ｂと
ろう材Ａとを載せ、この上に金（Ａｕ）メツキを施した
鉄・ニッケル合金（Ｎｉ　：　Ｆｅ＝４２　：　５Ｂ）
よりなるパッケージを置き、この上に１００　ｇの重し
を載せてＮ２雰囲気中で６８０℃で５分間に亙って熱処
理し、ガラスセラミック基板とパッケージとを接合した
。

この密着強度は測定の結果６ＭＰａであり、従来の一層
ろう材を用いたものと同じ値で不良であった。

比較例２：　（融点差１５０℃２但し配置が逆）実施例
１と全く同様にしてガラスセラミック基板の上にＣｕの
メタライズ層を形成した。

このメタライズ層の上に厚さが０．１胴のろう材Ｂとろ
う材りとを載せ、この上に金（Ａｕ）メツキを施した鉄
・ニッケル合金（Ｎｉ　：　Ｆｅ＝４２　：　５８）よ
りなるパッケージを置き、この上に１００ｇの重しを載
せてＮ２雰囲気中で８３０℃で５分間に亙って熱処理し
、ガラスセラミック基板とパッケージとを接合した。

この密着強度は測定の結果ＩＭＰａであり、従来の一層
ろう材を用いたものより劣っていた。

［発明の効果］ 以上記したように本発明の実施により、ガラスセラミッ
ク基板を金属パッケージに接着する場合に剥離を生じな
いのは勿論、従来に較べて強固な接合を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施法を示す原理図、第２図は発明者
等が提案している基板構造（Ａ）と半導体素子の装着方
法を示す断面図（Ｂ）第３図は金属パッケージとの接合
を示す断面図、である。 図において、 ｌは半導体素子、　　　　　２は領域、３はガラスセラ
ミンク基板、 ５は金属パッケージ、　　　６はメタライズ層、９は融
点の高いろう材、　１０は融点の低いろう材、である。 第１図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）メタライズを施したガラスセラミック基板と金属
   板との接合に際し、融点の異なる二層のろう材を用い、
   融点の高いろう材をガラスセラミック基板側に、また融
   点の低いろう材を金属側に位置決めし、荷重焼成して一
   体化することを特徴とするガラスセラミック基板と金属
   との接合方法。
2. （２）前記記載の融点の異なる二層のろう材の融点の差
   は１０〜５０℃であり、ろう付け温度において融点の低
   いろう材は溶融し、一方、融点の高いろう材は溶融しな
   いことを特徴とする請求項１記載のガラスセラミック基
   板と金属との接合方法。