JPH05327139A - 銅板接合アルミナ基板 - Google Patents
銅板接合アルミナ基板Info
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- JPH05327139A JPH05327139A JP12764992A JP12764992A JPH05327139A JP H05327139 A JPH05327139 A JP H05327139A JP 12764992 A JP12764992 A JP 12764992A JP 12764992 A JP12764992 A JP 12764992A JP H05327139 A JPH05327139 A JP H05327139A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- copper plate
- bonded
- thickness
- alumina substrate
- side copper
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】活性金属を含む合金のろう材で接合した銅板接
合アルミナ基板に発生する亀裂の発生と進行を抑制す
る。 【構成】アルミナ基板３の一方の面に０．３ｍｍより厚
い回路側銅板１を活性金属Ｔｉを含むＴｉ−Ａｇ−Ｃｕ
ろう材２で接合し、他方の面に放熱側銅板５を、同じろ
う材４により、接合した基板において、放熱側銅板５の
厚さを回路側銅板１の厚さの７０％以下とする。
合アルミナ基板に発生する亀裂の発生と進行を抑制す
る。 【構成】アルミナ基板３の一方の面に０．３ｍｍより厚
い回路側銅板１を活性金属Ｔｉを含むＴｉ−Ａｇ−Ｃｕ
ろう材２で接合し、他方の面に放熱側銅板５を、同じろ
う材４により、接合した基板において、放熱側銅板５の
厚さを回路側銅板１の厚さの７０％以下とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大電流を使用する電子
部品搭載用基板として用いられる、耐熱サイクル性に優
れた銅板接合アルミナ基板に関する。
部品搭載用基板として用いられる、耐熱サイクル性に優
れた銅板接合アルミナ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】大電流を使用する電子部品搭載用基板と
して、アルミナ基板の両面に銅板を接合した基板が用い
られている。このような銅板接合アルミナ基板を実用化
するには、銅板接合アルミナ基板に−４０℃〜＋１２５
℃の熱負荷を１０００回与えてアルミナ基板に回路側か
ら放熱側まで貫通する亀裂が入らないことが要求され
る。
して、アルミナ基板の両面に銅板を接合した基板が用い
られている。このような銅板接合アルミナ基板を実用化
するには、銅板接合アルミナ基板に−４０℃〜＋１２５
℃の熱負荷を１０００回与えてアルミナ基板に回路側か
ら放熱側まで貫通する亀裂が入らないことが要求され
る。
【０００３】試験中に、金属とアルミナ基板の熱膨張率
の差に起因して、アルミナ基板に熱応力が発生し、回路
側銅板と基板の角に亀裂が発生する。この亀裂は熱サイ
クル数の増加と共に、基板内部に基板面から約４５度の
方向に進行し、ひどい場合には、回路側から放熱側まで
貫通する。亀裂の発生を抑制するために、放熱側銅板の
体積を回路側銅板の体積の５０〜９５％となるように調
整する技術が提案されている（特開昭６３−２４８１９
５号公報）。しかし、この公報においては、接合方法が
記述されていない。本発明における銅板接合アルミナ基
板のように、活性金属を含有したろう材を用いて、銅板
とアルミナ基板を接合した基板においては、この技術で
は亀裂の発生を充分に抑制することはできず、実際には
使用できない。
の差に起因して、アルミナ基板に熱応力が発生し、回路
側銅板と基板の角に亀裂が発生する。この亀裂は熱サイ
クル数の増加と共に、基板内部に基板面から約４５度の
方向に進行し、ひどい場合には、回路側から放熱側まで
貫通する。亀裂の発生を抑制するために、放熱側銅板の
体積を回路側銅板の体積の５０〜９５％となるように調
整する技術が提案されている（特開昭６３−２４８１９
５号公報）。しかし、この公報においては、接合方法が
記述されていない。本発明における銅板接合アルミナ基
板のように、活性金属を含有したろう材を用いて、銅板
とアルミナ基板を接合した基板においては、この技術で
は亀裂の発生を充分に抑制することはできず、実際には
使用できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図１にろう材を用いて
接合した銅板接合アルミナ基板の典型的な断面図を示
す。１は回路側銅板、２は回路側ろう材、３はアルミナ
基板、４は放熱側ろう材、５は放熱側銅板である。室温
における合金のろう材の降伏応力は約７０ｋｇ／ｍｍ2
であり、銅の降伏応力の約５ｋｇ／ｍｍ2 と比較して非
常に大きいので、ろう材の塑性変形によって、それほど
熱応力は緩和されない。さらに、アルミナは一般に金属
との熱膨張率の差が大きい。したがって、活性金属を含
むろう材を用いて銅板とアルミナ基板を接合した基板に
は、熱サイクル試験中にアルミナに大きな熱応力が発生
し、亀裂が入り易く、特開昭６３−２４８１９５号公報
に記述されているような、放熱側銅板の体積を回路側銅
板の体積の５０〜９５％にするという技術では亀裂の発
生と進行を充分に抑制することができない。本発明にお
いては活性金属を含む合金のろう材を介して接合した銅
板接合アルミナ基板に発生する亀裂の発生と進行を抑制
して、実際の使用に耐える製品を提供することを目的と
している。
接合した銅板接合アルミナ基板の典型的な断面図を示
す。１は回路側銅板、２は回路側ろう材、３はアルミナ
基板、４は放熱側ろう材、５は放熱側銅板である。室温
における合金のろう材の降伏応力は約７０ｋｇ／ｍｍ2
であり、銅の降伏応力の約５ｋｇ／ｍｍ2 と比較して非
常に大きいので、ろう材の塑性変形によって、それほど
熱応力は緩和されない。さらに、アルミナは一般に金属
との熱膨張率の差が大きい。したがって、活性金属を含
むろう材を用いて銅板とアルミナ基板を接合した基板に
は、熱サイクル試験中にアルミナに大きな熱応力が発生
し、亀裂が入り易く、特開昭６３−２４８１９５号公報
に記述されているような、放熱側銅板の体積を回路側銅
板の体積の５０〜９５％にするという技術では亀裂の発
生と進行を充分に抑制することができない。本発明にお
いては活性金属を含む合金のろう材を介して接合した銅
板接合アルミナ基板に発生する亀裂の発生と進行を抑制
して、実際の使用に耐える製品を提供することを目的と
している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミナ基板
の一方の面に０．３ｍｍより厚い回路側銅板を、他方の
面に放熱側銅板を、活性金属を含むろう材を介して、そ
れぞれ接合した基板において、放熱側銅板の厚さが回路
側銅板の厚さの７０％以下であることを特徴とする銅板
接合アルミナ基板である。
の一方の面に０．３ｍｍより厚い回路側銅板を、他方の
面に放熱側銅板を、活性金属を含むろう材を介して、そ
れぞれ接合した基板において、放熱側銅板の厚さが回路
側銅板の厚さの７０％以下であることを特徴とする銅板
接合アルミナ基板である。
【０００６】
【作用】本発明に使用される活性金属にはＴｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ等がある。回路側銅板の厚さを０．４ｍｍに固定し
て、放熱側銅板の厚さを０．４、０．３、０．２、０．
１、０．０ｍｍにおいて有限要素法による熱応力解析を
した。その結果、放熱側の銅板が薄くなればなる程、ア
ルミナ基板に発生する熱応力は減少し、亀裂が発生しに
くくなるとの知見を得た。この解析結果をもとにして、
実際の使用に充分に耐える銅板接合アルミナ基板の開発
に成功した。
Ｈｆ等がある。回路側銅板の厚さを０．４ｍｍに固定し
て、放熱側銅板の厚さを０．４、０．３、０．２、０．
１、０．０ｍｍにおいて有限要素法による熱応力解析を
した。その結果、放熱側の銅板が薄くなればなる程、ア
ルミナ基板に発生する熱応力は減少し、亀裂が発生しに
くくなるとの知見を得た。この解析結果をもとにして、
実際の使用に充分に耐える銅板接合アルミナ基板の開発
に成功した。
【０００７】
【実施例】５４ｍｍ×３６ｍｍ、厚さ０．６３５±０．
０５ｍｍのアルミナ基板の両面にＴｉ−Ａｇ−Ｃｕろう
材を介在させた後、真空中（１０-6Ｔｏｒｒ）、約８５
０℃で３０分熱処理して、以下の実施例における条件下
で回路側銅板と放熱側銅板を接合した。熱サイクル試験
においては、銅板接合アルミナ基板に−４０℃〜１２５
℃の熱負荷（１サイクル６０分）を与えて、１００、２
００、４００、６００、８００、１０００回にて試料を
採集した。そして、銅板とろう材を除去後、破断面の電
子顕微鏡写真を撮影して、厚さ方向の亀裂の長さを測定
し、５個の試料の値を平均した。
０５ｍｍのアルミナ基板の両面にＴｉ−Ａｇ−Ｃｕろう
材を介在させた後、真空中（１０-6Ｔｏｒｒ）、約８５
０℃で３０分熱処理して、以下の実施例における条件下
で回路側銅板と放熱側銅板を接合した。熱サイクル試験
においては、銅板接合アルミナ基板に−４０℃〜１２５
℃の熱負荷（１サイクル６０分）を与えて、１００、２
００、４００、６００、８００、１０００回にて試料を
採集した。そして、銅板とろう材を除去後、破断面の電
子顕微鏡写真を撮影して、厚さ方向の亀裂の長さを測定
し、５個の試料の値を平均した。
【０００８】＜条件＞ 回路側銅板：厚さ ０．４、０．６、１．０ｍｍ アルミナ基板：厚さ ０．６３５ｍｍ 放熱側銅板：寸法 ３０×３２ｍｍ 厚さ ０．０５、０．２８、０．４２、０．３５、０．
５５、０．７０、０．８５ｍｍ 表１に回路側銅板の厚さが０．４ｍｍの銅板接合アルミ
ナ基板の熱サイクル試験における厚さ方向の亀裂の長さ
の変化を示す。放熱側銅板の厚さが０．３５ｍｍの接合
体は熱サイクル数１０００回で亀裂が貫通する。０．２
８ｍｍにすると１０００回でも亀裂の長さは０．１９８
ｍｍであり充分に使用に耐える。０．０５ｍｍにする
と、６００回まで亀裂は発生せず、１０００回でも亀裂
の長さは０．０４１ｍｍであり、さらに良くなる。
５５、０．７０、０．８５ｍｍ 表１に回路側銅板の厚さが０．４ｍｍの銅板接合アルミ
ナ基板の熱サイクル試験における厚さ方向の亀裂の長さ
の変化を示す。放熱側銅板の厚さが０．３５ｍｍの接合
体は熱サイクル数１０００回で亀裂が貫通する。０．２
８ｍｍにすると１０００回でも亀裂の長さは０．１９８
ｍｍであり充分に使用に耐える。０．０５ｍｍにする
と、６００回まで亀裂は発生せず、１０００回でも亀裂
の長さは０．０４１ｍｍであり、さらに良くなる。
【０００９】表２に回路側銅板の厚さが０．６ｍｍの銅
板接合アルミナ基板の熱サイクル試験における厚さ方向
の亀裂の長さの変化を示す。放熱側銅板の厚さが０．５
５ｍｍの接合体は熱サイクル数８００回で亀裂が貫通す
る。０．４２ｍｍにすると１０００回でも亀裂の長さ
は、０．３５４ｍｍであり使用に耐える。０．０５ｍｍ
にすると４００回まで亀裂は発生しない。１０００回で
も亀裂の長さは０．０９２ｍｍであり、さらに良くな
る。
板接合アルミナ基板の熱サイクル試験における厚さ方向
の亀裂の長さの変化を示す。放熱側銅板の厚さが０．５
５ｍｍの接合体は熱サイクル数８００回で亀裂が貫通す
る。０．４２ｍｍにすると１０００回でも亀裂の長さ
は、０．３５４ｍｍであり使用に耐える。０．０５ｍｍ
にすると４００回まで亀裂は発生しない。１０００回で
も亀裂の長さは０．０９２ｍｍであり、さらに良くな
る。
【００１０】表３に回路側銅板の厚さが１．０ｍｍの銅
板接合アルミナ基板の熱サイクル試験における厚さ方向
の亀裂の長さの変化を示す。放熱側銅板の厚さが０．８
５ｍｍの接合体は熱サイクル数６００回で亀裂が貫通す
る。０．７０ｍｍにすると１０００回において亀裂の長
さは０．４５２ｍｍであり使用に耐える。０．０５ｍｍ
にすると１０００回における亀裂の長さは、０．１３９
ｍｍであり、さらに良くなる。
板接合アルミナ基板の熱サイクル試験における厚さ方向
の亀裂の長さの変化を示す。放熱側銅板の厚さが０．８
５ｍｍの接合体は熱サイクル数６００回で亀裂が貫通す
る。０．７０ｍｍにすると１０００回において亀裂の長
さは０．４５２ｍｍであり使用に耐える。０．０５ｍｍ
にすると１０００回における亀裂の長さは、０．１３９
ｍｍであり、さらに良くなる。
【００１１】したがって、０．３ｍｍより厚い回路側銅
板をもつ銅板接合アルミナ基板において、放熱側銅板の
厚さを回路側の銅板の厚さの７０％以下にした銅板接合
アルミナ基板は、−４０℃〜１２５℃の熱負荷を１００
０回かけても亀裂が貫通せず、実際の使用に充分耐え
る。また、この基板は、他の金属と他のセラミックス基
板の組み合わせにおいても同様な効果がある。
板をもつ銅板接合アルミナ基板において、放熱側銅板の
厚さを回路側の銅板の厚さの７０％以下にした銅板接合
アルミナ基板は、−４０℃〜１２５℃の熱負荷を１００
０回かけても亀裂が貫通せず、実際の使用に充分耐え
る。また、この基板は、他の金属と他のセラミックス基
板の組み合わせにおいても同様な効果がある。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【表３】
【００１５】
【発明の効果】上記したように、本発明における銅板接
合アルミナ基板においては、アルミナ基板に発生する熱
応力が小さく、亀裂の発生と進行を充分に抑制すること
が可能であり、実際の使用に充分に耐えることができ
る。
合アルミナ基板においては、アルミナ基板に発生する熱
応力が小さく、亀裂の発生と進行を充分に抑制すること
が可能であり、実際の使用に充分に耐えることができ
る。
【図１】ろう材により接合した銅板接合アルミナ基板の
模式的断面図である。
模式的断面図である。
１ 回路側銅板 ２ 回路側ろう材 ３ アルミナ基板 ４ 放熱側ろう材 ５ 放熱側銅板
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミナ基板の一方の面に０．３ｍｍよ
り厚い回路側銅板を、他方の面に放熱側銅板を、活性金
属を含む合金のろう材を介してそれぞれ接合した基板に
おいて、放熱側銅板の厚さが回路側銅板の厚さの７０％
以下であることを特徴とする銅板接合アルミナ基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12764992A JPH05327139A (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 銅板接合アルミナ基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12764992A JPH05327139A (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 銅板接合アルミナ基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05327139A true JPH05327139A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=14965318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12764992A Withdrawn JPH05327139A (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 銅板接合アルミナ基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05327139A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000031609A (ja) * | 1998-07-16 | 2000-01-28 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板 |
| JP2000156529A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-06-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 熱電変換材料と電極の接合方法及び熱電変換素子 |
| JP2002121083A (ja) * | 2000-10-10 | 2002-04-23 | Kyocera Corp | セラミック部材と金属部材の接合体及びこれを用いたウエハ支持部材 |
-
1992
- 1992-05-20 JP JP12764992A patent/JPH05327139A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000031609A (ja) * | 1998-07-16 | 2000-01-28 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板 |
| JP2000156529A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-06-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 熱電変換材料と電極の接合方法及び熱電変換素子 |
| JP2002121083A (ja) * | 2000-10-10 | 2002-04-23 | Kyocera Corp | セラミック部材と金属部材の接合体及びこれを用いたウエハ支持部材 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990803 |