JPH0518477B2 - - Google Patents
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- JPH0518477B2 JPH0518477B2 JP24410784A JP24410784A JPH0518477B2 JP H0518477 B2 JPH0518477 B2 JP H0518477B2 JP 24410784 A JP24410784 A JP 24410784A JP 24410784 A JP24410784 A JP 24410784A JP H0518477 B2 JPH0518477 B2 JP H0518477B2
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Landscapes
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はセラミツクス基体との接合性を改善し
た基板製造用Cu配線シートに関するものである。
た基板製造用Cu配線シートに関するものである。
一般に半導体用基板、例えば半導体用モジユー
ルの絶縁材として、セラミツクス基体が多用され
ている。これらセラミツクス基体、特に高出力半
導体用基板への適用に際しては、半導体素子間を
電気的に接続するCu部材（Cu配線シート）とセ
ラミツクス基体との接合技術が不可欠である。
ルの絶縁材として、セラミツクス基体が多用され
ている。これらセラミツクス基体、特に高出力半
導体用基板への適用に際しては、半導体素子間を
電気的に接続するCu部材（Cu配線シート）とセ
ラミツクス基体との接合技術が不可欠である。
従来、このような基板として用いられるセラミ
ツクスとしては、Al2O3がほとんどであつたが、
近年、半導体素子から発生する熱を基板からも放
熱させるように、電気的な絶縁性のみならず、放
熱性にも優れたAlNのような高熱伝導性セラミ
ツクスが開発され、その幅広い応用が期待されて
いる。
ツクスとしては、Al2O3がほとんどであつたが、
近年、半導体素子から発生する熱を基板からも放
熱させるように、電気的な絶縁性のみならず、放
熱性にも優れたAlNのような高熱伝導性セラミ
ツクスが開発され、その幅広い応用が期待されて
いる。
しかしながら、セラミツクスと金属とは夫々異
なつた原子結合状態を有するため、両者を接合す
る場合、それらの反応性など化学的性質を始めと
して、熱膨張率などの物理的性質も大きく異なつ
ている。特にAlNセラミツクスのように窒化物
セラミツクスは、Al2O3等の酸化物セラミツクス
に比べて、金属との濡れ性が悪く、通常多く用い
られている高融点金属メタライジングなどの接合
方法ではCu配線シートを接合することができず、
AlNセラミツクを基板とする半導体モジユール
基板の製造が難しかつた。
なつた原子結合状態を有するため、両者を接合す
る場合、それらの反応性など化学的性質を始めと
して、熱膨張率などの物理的性質も大きく異なつ
ている。特にAlNセラミツクスのように窒化物
セラミツクスは、Al2O3等の酸化物セラミツクス
に比べて、金属との濡れ性が悪く、通常多く用い
られている高融点金属メタライジングなどの接合
方法ではCu配線シートを接合することができず、
AlNセラミツクを基板とする半導体モジユール
基板の製造が難しかつた。
〔発明の目的〕
本発明は、上記問題点を解決し、容易にセラミ
ツクス基体との接合が強固に行え、しかも加工性
に優れた基板製造用Cu配線シートを提供するも
のである。
ツクス基体との接合が強固に行え、しかも加工性
に優れた基板製造用Cu配線シートを提供するも
のである。
本発明は、配線層となるCu薄板の表面に、活
性金属あるいは、活性金属および軟質金属から成
る活性層を設け、活性層をセラミツクス基板側に
配置して加熱して、活性層を合金化することによ
りセラミツクス基板と強固に接合することを特徴
とするものである。
性金属あるいは、活性金属および軟質金属から成
る活性層を設け、活性層をセラミツクス基板側に
配置して加熱して、活性層を合金化することによ
りセラミツクス基板と強固に接合することを特徴
とするものである。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明において活性層となる活性金属として
は、例えばTi、Zr、Hfなど周期律表第Ａ族元
素の中から選ばれた何れか少なくとも１種以上、
もしくはこれらを主成分とする合金が用いられ
る。また軟質金属としては、AgあるいはCuなど
が挙げられる。
は、例えばTi、Zr、Hfなど周期律表第Ａ族元
素の中から選ばれた何れか少なくとも１種以上、
もしくはこれらを主成分とする合金が用いられ
る。また軟質金属としては、AgあるいはCuなど
が挙げられる。
また本発明のCu配線シートの接合対象となる
セラミツクス基板としては、従来多く用いられて
いるAl2O3の他、窒化アルミニウム（AlN）や炭
化珪素（SiC）などの高熱伝導性セラミツクスな
どに広く適用することができる。
セラミツクス基板としては、従来多く用いられて
いるAl2O3の他、窒化アルミニウム（AlN）や炭
化珪素（SiC）などの高熱伝導性セラミツクスな
どに広く適用することができる。
本発明においてCu薄板の表面に形成される活
性層の厚さは0.5〜10μｍ程度が良く、活性層が活
性金属と、AgやCuなどの軟質金属との複合層の
場合には、活性金属層の厚さが0.1〜5μｍ、Ag層
が9μｍ以下、Cu層が9μｍ以下とすることにより、
過剰の接合材（活性層）がCu薄板とセラミツク
ス基板との間の接合界面からはみ出すこともな
く、容易に且つ確実に接合することができる。
性層の厚さは0.5〜10μｍ程度が良く、活性層が活
性金属と、AgやCuなどの軟質金属との複合層の
場合には、活性金属層の厚さが0.1〜5μｍ、Ag層
が9μｍ以下、Cu層が9μｍ以下とすることにより、
過剰の接合材（活性層）がCu薄板とセラミツク
ス基板との間の接合界面からはみ出すこともな
く、容易に且つ確実に接合することができる。
例えばTi層が単層の場合には、その厚さは0.5
〜10μｍが好ましく、またAg層＋Ti層の複合層
からなる厚さ0.5〜10μｍの活性層を設ける場合に
は、Ag層が0.2〜9μｍ、Ti等の活性金属層が0.1
〜5μｍとなることが好ましい。またAg層＋Ti層
＋Cu層の三層からなる厚さ0.5〜10μｍの複合層
を設ける場合には、Ag層0.2〜9μｍ、Ti層等の活
性金属層0.1〜5μｍ、Cu層9μｍ以下とすることが
好ましい。
〜10μｍが好ましく、またAg層＋Ti層の複合層
からなる厚さ0.5〜10μｍの活性層を設ける場合に
は、Ag層が0.2〜9μｍ、Ti等の活性金属層が0.1
〜5μｍとなることが好ましい。またAg層＋Ti層
＋Cu層の三層からなる厚さ0.5〜10μｍの複合層
を設ける場合には、Ag層0.2〜9μｍ、Ti層等の活
性金属層0.1〜5μｍ、Cu層9μｍ以下とすることが
好ましい。
なお本発明において活性層の厚さを上記範囲に
規定した理由は、0.5μｍ未満であると、Cu配線
シートとセラミツクス基板との高い接合強度が得
られず、また10μｍを越えると加熱溶融時に、溶
融材が接合部の外部まではみ出して広がり、隣接
する配線層との短絡など絶縁基板としての機能を
損うことになるからである。
規定した理由は、0.5μｍ未満であると、Cu配線
シートとセラミツクス基板との高い接合強度が得
られず、また10μｍを越えると加熱溶融時に、溶
融材が接合部の外部まではみ出して広がり、隣接
する配線層との短絡など絶縁基板としての機能を
損うことになるからである。
本発明において、Cu薄板の表面に、活性層を
設ける方法としては、例えば次の方法がある。
設ける方法としては、例えば次の方法がある。
蒸着、スパツタリング、メツキなどの方法に
より、直接、活性金属層や軟質金属層を堆積する
方法、活性金属や軟質金属箔をCu薄板の上に
接着剤で接合する方法、活性金属や軟質金属の
粉末を有機溶剤などでペースト状にしたものを
Cu薄板の上に塗布する方法、あるいは上記〜
を組合せた方法でも良い。
より、直接、活性金属層や軟質金属層を堆積する
方法、活性金属や軟質金属箔をCu薄板の上に
接着剤で接合する方法、活性金属や軟質金属の
粉末を有機溶剤などでペースト状にしたものを
Cu薄板の上に塗布する方法、あるいは上記〜
を組合せた方法でも良い。
本発明において活性層のセラミツク基体とCu
薄板との介在順序は、いかなる順序でも良いが、
セラミツクス基体表面側から、先ず活性金属層、
次に軟質金属層の順で、特にAg層、Cu層の順に
介在させる方法が最も安定した接合部を得ること
ができる。また活性金属層と軟質金属層との複合
層の場合、各金属は１層ずつに限定されるもので
はなく、複数層介在させても良い。
薄板との介在順序は、いかなる順序でも良いが、
セラミツクス基体表面側から、先ず活性金属層、
次に軟質金属層の順で、特にAg層、Cu層の順に
介在させる方法が最も安定した接合部を得ること
ができる。また活性金属層と軟質金属層との複合
層の場合、各金属は１層ずつに限定されるもので
はなく、複数層介在させても良い。
また本発明のCu配線シートを目的形状に加工
する方法としては、例えばプレス加工あるいはフ
オトエツチング法など何れの方法でも良いが、本
発明シートは延性に富み、エツチングも容易な
Cu薄板を基体とする構造で、その上に10μｍ以下
の活性層を設けただけであるため、加工性に優れ
ている。
する方法としては、例えばプレス加工あるいはフ
オトエツチング法など何れの方法でも良いが、本
発明シートは延性に富み、エツチングも容易な
Cu薄板を基体とする構造で、その上に10μｍ以下
の活性層を設けただけであるため、加工性に優れ
ている。
次に本発明のCu配線シートをセラミツクス基
体に接合する方法について説明する。
体に接合する方法について説明する。
本発明のCu配線シートを、その活性層側をセ
ラミツクス基体に重ね、両者の接合部を真空雰囲
気中、あるいは不活性ガス雰囲気中で、高周波誘
導などにより加熱する。この場合、加熱時には、
基本的に加圧は不要であるが、接合界面を密着さ
せる程度の低荷重（０〜１Kg／mm2）を加えても良
い。
ラミツクス基体に重ね、両者の接合部を真空雰囲
気中、あるいは不活性ガス雰囲気中で、高周波誘
導などにより加熱する。この場合、加熱時には、
基本的に加圧は不要であるが、接合界面を密着さ
せる程度の低荷重（０〜１Kg／mm2）を加えても良
い。
また加熱温度はCu薄板の融点より低いことが
必要で、好ましくは780〜1082℃の範囲で加熱す
れば良い。このように熱処理により、セラミツク
ス基体とCu薄板との間に、例えばCu−Ti、ある
いはAg−Cu−Tiなどの合金融液が生成され、こ
の合金融液が接合部の外部にまではみ出すことな
く、その後の冷却により凝固して、セラミツクス
基体とCu薄板とが強固に接合され、高出力半導
体基板等に適するセラミツクス基板が製造され
る。
必要で、好ましくは780〜1082℃の範囲で加熱す
れば良い。このように熱処理により、セラミツク
ス基体とCu薄板との間に、例えばCu−Ti、ある
いはAg−Cu−Tiなどの合金融液が生成され、こ
の合金融液が接合部の外部にまではみ出すことな
く、その後の冷却により凝固して、セラミツクス
基体とCu薄板とが強固に接合され、高出力半導
体基板等に適するセラミツクス基板が製造され
る。
実施例 １
活性層としてTiを蒸着法にて厚さ5μｍに堆積
したCu配線シート１をフオトエツチング法によ
り所定の形状に加工する。次に第１図に示すよう
に、複数枚のCu配線シート１と、絶縁板、放熱
板およびヒートシンクを兼ねたAlN基体２とを
トリクレンとアセトンで洗浄、脱脂した後、活性
層を接合面として、AlN基板２の上に重ね、２
×10-5Torrの真空度に保持したホツトプレス中
にセツトした。
したCu配線シート１をフオトエツチング法によ
り所定の形状に加工する。次に第１図に示すよう
に、複数枚のCu配線シート１と、絶縁板、放熱
板およびヒートシンクを兼ねたAlN基体２とを
トリクレンとアセトンで洗浄、脱脂した後、活性
層を接合面として、AlN基板２の上に重ね、２
×10-5Torrの真空度に保持したホツトプレス中
にセツトした。
次いでAlN基体２とCu配線シート１との間に、
上下方向より0.1Kg／mm2の圧力を加えながら高周
波誘導加熱により、接合部を930℃に10分間保持
し、Cu−Ti合金融液を生成した。加熱後、Arガ
ス雰囲気にて冷却し、第１図に示すようにTi活
性層が溶融・凝固した合金層３によりAlN基体
２の上にCu配線シート１を接合したパワー半導
体モジユール基板４を製造した。
上下方向より0.1Kg／mm2の圧力を加えながら高周
波誘導加熱により、接合部を930℃に10分間保持
し、Cu−Ti合金融液を生成した。加熱後、Arガ
ス雰囲気にて冷却し、第１図に示すようにTi活
性層が溶融・凝固した合金層３によりAlN基体
２の上にCu配線シート１を接合したパワー半導
体モジユール基板４を製造した。
このようにして得られたパワー半導体モジユー
ル基板４は、AlN基体２とCu配線シート１とが、
合金層３により強固に接合し、且つ合金層３が、
接合部からはみ出していない良好な接合状態が得
られた。
ル基板４は、AlN基体２とCu配線シート１とが、
合金層３により強固に接合し、且つ合金層３が、
接合部からはみ出していない良好な接合状態が得
られた。
また上記モジユール基板４に、第２図に示すよ
うに、半導体素子５をPb−Sn系半田６を介して
実装した。
うに、半導体素子５をPb−Sn系半田６を介して
実装した。
このパワー半導体モジユールについて、半導体
素子５からAlN基体２の方向（厚み方向）への
熱伝導率を測定したところ、88W／Ｋ・cmであ
り、半導体素子５からの多量の発熱がCu配線シ
ート１、合金層３を通りAlN基体２に良好に放
出し、Cu配線シート１とAlN基体２との接合が
良好であることが確認された。
素子５からAlN基体２の方向（厚み方向）への
熱伝導率を測定したところ、88W／Ｋ・cmであ
り、半導体素子５からの多量の発熱がCu配線シ
ート１、合金層３を通りAlN基体２に良好に放
出し、Cu配線シート１とAlN基体２との接合が
良好であることが確認された。
実施例 ２
活性層としてTiを蒸着法にて2μｍ堆積し、そ
の上に5μｍ厚のAg箔を有機溶剤で接着したCu配
線シート１を打ち抜き加工により所定の形状に加
工した。次にこのCu配線シート１と、AlN基体
２とをトリクレンとアセトンで洗浄・脱脂した
後、活性層を接合面としてAlN基体２の上に重
ね、２×10-5Torrの真空度に保持したホツトプ
レス中にセツトした。
の上に5μｍ厚のAg箔を有機溶剤で接着したCu配
線シート１を打ち抜き加工により所定の形状に加
工した。次にこのCu配線シート１と、AlN基体
２とをトリクレンとアセトンで洗浄・脱脂した
後、活性層を接合面としてAlN基体２の上に重
ね、２×10-5Torrの真空度に保持したホツトプ
レス中にセツトした。
次にAlN基体２とCu配線シート１との間に上
下方向より0.05Kg／mm2の圧力を加え、高周波誘導
加熱により接合部を830℃に10分間加熱して、Ti
−Ag−Cu合金融液を生成した。加熱後、Arガス
雰囲気にて冷却し、第１図に示すようにTi−Ag
活性層が溶融・凝固した合金層により、AlN基
体２の上にCu配線シート１を接合したパワー半
導体モジユール基板４を製造した。
下方向より0.05Kg／mm2の圧力を加え、高周波誘導
加熱により接合部を830℃に10分間加熱して、Ti
−Ag−Cu合金融液を生成した。加熱後、Arガス
雰囲気にて冷却し、第１図に示すようにTi−Ag
活性層が溶融・凝固した合金層により、AlN基
体２の上にCu配線シート１を接合したパワー半
導体モジユール基板４を製造した。
このようにして得られたパワー半導体モジユー
ル基板４は、AlN基体２とCu配線シート１とが
合金層３により強固に接合し、且つ合金層３が接
合部からはみ出していない良好な接合状態が得ら
れた。
ル基板４は、AlN基体２とCu配線シート１とが
合金層３により強固に接合し、且つ合金層３が接
合部からはみ出していない良好な接合状態が得ら
れた。
以上説明した如く、本発明に係る基板製造用
Cu配線シートによれば、容易にセラミツクス基
体との接合が強固に行え、しかも加工性にも優
れ、特に金属との濡れ性の悪いAlN基体などの
接合性に優れ、絶縁性と放熱性を兼ね備えたパワ
ー半導体モジユール基板の製造に好適なものであ
る。
Cu配線シートによれば、容易にセラミツクス基
体との接合が強固に行え、しかも加工性にも優
れ、特に金属との濡れ性の悪いAlN基体などの
接合性に優れ、絶縁性と放熱性を兼ね備えたパワ
ー半導体モジユール基板の製造に好適なものであ
る。
第１図は本発明の実施例によるパワー半導体モ
ジユール基板の断面図、第２図は第１図のモジユ
ール基板に半導体素子を実装したパワー半導体モ
ジユールの断面図である。 １……Cu配線シート、２……AlN基体、３…
…合金層、４……パワー半導体モジユール基板、
５……半導体素子、６……半田。
ジユール基板の断面図、第２図は第１図のモジユ
ール基板に半導体素子を実装したパワー半導体モ
ジユールの断面図である。 １……Cu配線シート、２……AlN基体、３…
…合金層、４……パワー半導体モジユール基板、
５……半導体素子、６……半田。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Cu薄板の表面に、活性金属あるいは、活性
金属および軟質金属から成る活性層を設けたこと
を特徴とする基板製造用Cu配線シート。 ２ 活性層が0.1〜10μｍの活性金属層、9μｍ以下
のAg層、9μｍ以下のCu層から成り、活性層全体
の厚みが0.5〜10μｍであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の基板製造用Cu配線シー
ト。 ３ 活性金属が、周期律表第Ａ族元素の中から
選ばれた何れか少なくとも１種以上、もしくはそ
れを主成分とする合金であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の基板製造用Cu配線シ
ート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24410784A JPS61121489A (ja) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | 基板製造用Ｃｕ配線シ−ト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24410784A JPS61121489A (ja) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | 基板製造用Ｃｕ配線シ−ト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61121489A JPS61121489A (ja) | 1986-06-09 |
| JPH0518477B2 true JPH0518477B2 (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=17113855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24410784A Granted JPS61121489A (ja) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | 基板製造用Ｃｕ配線シ−ト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61121489A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2594475B2 (ja) * | 1990-04-16 | 1997-03-26 | 電気化学工業株式会社 | セラミックス回路基板 |
| JP4077888B2 (ja) * | 1995-07-21 | 2008-04-23 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板 |
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-
1984
- 1984-11-19 JP JP24410784A patent/JPS61121489A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61121489A (ja) | 1986-06-09 |
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