JPH06216481A - セラミックス銅回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】優れた放熱性、耐熱サイクル性および接合強度
を有し、半導体パワーモジュール用部品として好適な窒
化けい素銅回路基板を提供する。 【構成】熱伝導率が６０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋである窒化
けい素基板表面に、活性金属を含有する接合材を介し
て、銅回路板を一体に接合したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス基板に銅
回路板等を一体に接合したセラミックス銅回路基板に係
り、特に高い信頼性、放熱性および接合強度を要する半
導体パワーモジュール用に好適なセラミックス銅回路基
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から各種電子機器の構成部品とし
て、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）などのセラミックス焼
結体基板表面に導電層としての銅回路板等を一体に接合
したセラミックス銅回路基板が広く使用されている。

【０００３】このセラミックス銅回路基板は、上記Ａｌ
₂ Ｏ₃ やＡｌＮなどのセラミックス焼結体基板表面に銅
回路板等を直接配置した状態で加熱し、加熱によって発
生する銅と酸素との共晶化合物を接合材としてセラミッ
クス基板表面に銅板を直接強固に接合するＤＢＣ（ダイ
レクトボンディングカッパ法）やＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ペ
ーストなど活性金属を含有した接合材を介してセラミッ
クス基板と銅回路板とを一体に接合する活性金属法など
によって製造されていた。

【０００４】上記のように熱伝導性および電気伝導性に
優れた銅により回路板を形成しているため、回路動作の
遅延が減少するとともに回路配線の寿命も向上する。ま
た半田等の接合材料に対する濡れ性が向上し、セラミッ
クス焼結体表面に半導体素子（ＩＣチップ）や電極板を
高い接合強度で接合することができ、その結果、半導体
素子からの発熱の放散性や素子の動作信頼性を良好に保
つことができる。またセラミックス基板の裏面にも銅板
を接合することにより、セラミックス基板の応力緩和お
よび反り（熱変形）防止の目的も達成できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記セ
ラミックス銅回路基板のうち、Ａｌ₂ Ｏ₃ 基板を使用し
た銅回路基板においては、Ａｌ₂ Ｏ₃ の熱伝導率が低い
ために良好な放熱性が得られず、半導体素子の高密度集
積化および高出力化に伴う放熱対策に充分対応できない
問題点があった。

【０００６】また酸化ベリリウム（ＢｅＯ）基板を使用
した場合においては、特にＢｅＯは酸化物系のセラミッ
クスの中では最も熱伝導率が高い放熱性に優れた材料で
あるが、その毒性のため製造上および取扱い上の難点が
多い。

【０００７】さらにＡｌＮ基板を使用した場合には、熱
伝導率が高く充分な放熱性が得られるが、ＡｌＮ基板自
体の強度が低いため、繰り返して作用する熱負荷によっ
てクラックが生じ易く、いわゆる耐熱サイクル性が小さ
いという問題点があった。その結果、使用中に繰り返し
作用する熱負荷によって銅回路板が剥離して放熱性が急
減し、電子機器の動作信頼性が低下する問題点があっ
た。

【０００８】また従来のＡｌＮ基板を使用した銅回路基
板においては、その構造強度をある程度確保するために
ＡｌＮ基板の厚さを大きく設定する必要があり、高密度
実装化に対する障害となっていた。また厚さが大きいＡ
ｌＮ基板を使用した銅回路基板は靭性に乏しく撓みにく
いため、例えばこの等回路基板を実装用ボードにねじ止
めする場合、ねじ込み時にＡｌＮ基板に作用する曲げ応
力によってＡｌＮ基板が容易に割れてしまうという問題
点もあった。

【０００９】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、特に優れた放熱性・耐熱サイクル性お
よび接合強度を有し、半導体パワーモジュール用部品と
して好適なセラミックス銅回路基板を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため、種々のセラミックス焼結体を調製すると
ともにその焼結体に銅回路板を接合してセラミックス銅
回路基板を調製し、それらの放熱性、銅回路板の接合強
度、耐熱サイクル性、および撓み量等を比較検討した。

【００１１】その結果、ＡｌＮ，Ａｌ₂ Ｏ₃ と比較して
曲げ強度や破壊靭性値（Ｋ_IC）などの機械的特性に優れ
る窒化けい素は、焼成プロセス条件を最適化することに
より、６０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋという高い熱伝導率を有
する焼結体となることが判明した。そしてこの窒化けい
素焼結体表面に、所定量の活性金属を含有するろう材
（接合材）を介して銅回路板を一体に接合することによ
り、窒化けい素基板に対する銅回路板の接合強度が高
く、耐熱サイクル性が良好な回路基板が得られることも
判明した。さらに上記のような高い熱伝導率を有し、機
械的強度が高い窒化けい素基板を使用することにより、
従来のＡｌ₂ Ｏ₃ 基板やＡｌＮ基板と同等の強度を与え
るように設定した場合には窒化けい素基板の厚さを１／
２程度に減少させることができる。したがって、厚さ低
減による熱抵抗の減少に伴い、従来の高熱伝導性ＡｌＮ
基板を使用した場合と同等の放熱性を有する窒化けい素
銅回路基板が得られることが確認された。本発明は上記
知見に基づいて完成されたものである。

【００１２】すなわち本発明に係る窒化けい素メタライ
ズ基板は、熱伝導率が６０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋである窒
化けい素基板表面に、活性金属を含有する接合材を介し
て、銅回路板を一体に接合したことを特徴とする。

【００１３】また接合材は、重量％でＣｕを１５〜３５
％、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なく
とも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質的にＡｇ
から成る組成物を有機溶媒中に分散してなることを特徴
とする。

【００１４】ここで本発明に係る窒化けい素メタライズ
基板に使用される熱伝導率６０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋの窒
化けい素基板は下記のように組成およびプロセス条件を
最適化して製造される。すなわち、酸素を１．７重量％
以下、Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇなどの不純物陽イオン元素を
０．３重量％以下、α相型窒化けい素を９０重量％以上
含有し、平均粒径０．８μｍ以下の窒化けい素粉末に、
希土類元素を酸化物に換算して２〜７．５重量％と、ア
ルミニウムをアルミナ換算で０．５〜２重量％添加した
原料混合体を成形して成形体を調製し、得られた成形体
を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰囲気加圧焼結
し、上記焼結温度から、上記希土類元素により焼結時に
形成された液相が凝固する温度までに至る焼結体の冷却
速度を毎時１００℃以下に設定して製造される。

【００１５】上記製造方法によれば、窒化けい素基板の
結晶組織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気
孔率が１．５％以下、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、
三点曲げ強度が室温で８０kg／mm² 以上の機械的特性お
よび熱伝導特性が共に優れた窒化けい素基板が得られ
る。

【００１６】また上記製造方法において使用され、基板
の主成分となる窒化けい素粉末としては、焼結性、強度
および熱伝導率を考慮して、酸素含有量が１．７重量％
以下、好ましくは０．５〜１．５重量％、Ｆｅ，Ｍｇ，
Ｃｅなどの不純物陽イオン元素含有量が０．３重量％以
下、好ましくは０．２重量％以下に抑制され、焼結性が
優れたα相型窒化けい素を９０重量％以上、好ましくは
９３重量％以上含有し、平均粒径が０．８μｍ以下、好
ましくは０．４〜０．６μｍ程度の微細な窒化けい素粉
末を使用するとよい。

【００１７】平均粒径が０．８μｍ以下の微細な原料粉
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が１．５％以下の緻密な焼結体基板を形成すること
が可能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するお
それも減少する。またＦｅ，Ｍｇ，Ｃａなどの不純物陽
イオン元素も熱伝導性を阻害する物質となるため、６０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を確保するためには、上記不
純物陽イオン元素の含有量は０．３重量％以下に設定さ
れる。特にβ相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化
けい素を９０重量％以上含有する窒化けい素原料粉末を
使用することにより、高密度の焼結体基板を製造するこ
とができる。

【００１８】また窒化けい素原料粉末に焼結助剤として
添加する希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結操作に
より、これらの酸化物となる物質が単独で、または２種
以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよいが、特に
酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）が好ましい。これらの焼
結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相を生成
し、焼結促進剤として機能する。

【００１９】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料粉末に対して２〜７．５重量％の範囲に設定される。
この添加量が２重量％未満と過少の場合は、焼結体基板
が緻密化されず低強度で低熱伝導率の焼結体基板が形成
される。一方、添加量が７．５重量％を超える過量とな
ると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の低下や強度が
低下し始めるので上記範囲に設定される。特に好ましく
は３〜６重量％に設定することが望ましい。

【００２０】さらに上記基板製法における他の添加成分
としてのアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）は、上記希土類元素の
焼結促進剤の機能を助長する役目を果すものであり、特
に加圧焼結を行なう場合に著しい効果を発揮するもので
ある。アルミニウム源としてのＡｌ₂ Ｏ₃ の添加量が
０．５重量％未満の場合においては緻密化が不充分であ
る一方、２重量％を超える過量となる場合には過量の粒
界相を生成したり、または窒化けい素に固溶し始め、熱
伝導の低下が起こるため、添加量は０．５〜２重量％の
範囲に設定される。特に強度、熱伝導率共に良好な性能
を確保するためには添加量を０．７〜１．５重量％の範
囲に設定することが望ましい。

【００２１】また焼結体基板の気孔率はメタライズ基板
の熱伝導率および強度に大きく影響するため１．５％以
下に設定される。気孔率が１．５％を超えると熱伝導の
妨げとなり、焼結体基板の熱伝導率が低下するとともに
強度低下が起こる。

【００２２】また、窒化けい素結晶組織に形成される粒
界相は焼結体基板の熱伝導率に大きく影響するため、本
発明で使用する窒化けい素基板においては粒界相の２０
％以上が結晶相で占めるように設定される。結晶相が２
０％未満では熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるよう
な放熱特性に優れ、かつ高温強度に優れた焼結体が得ら
れないからである。

【００２３】さらに上記のように窒化けい素基板の気孔
率を１．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に形成
される粒界相の２０％以上が結晶相で占めるようにする
ためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜２０００
℃で０．５〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ焼結操作
完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下
に調整制御することが必要である。

【００２４】焼結温度を１８００℃未満に設定した場合
には、焼結体の緻密化が不充分で気孔率が１．５vol%以
上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してしま
う。一方焼結温度が２０００℃を超えると窒化けい素成
分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではなく、
常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より窒化
けい素の分解蒸発が始まる。

【００２５】上記焼結操作完了直後における焼結体の冷
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める面積割合が２０％未満となり、強度
および熱伝導性が共に低下してしまう。

【００２６】上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲
は、所定の焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記
液相凝固温度に至るまでの焼結体基板の冷却速度を毎時
１００℃以下、好ましくは５０℃以下に制御することに
より、粒界相の大部分が結晶相になり、熱伝導率および
機械的強度が共に優れた焼結体基板が得られる。

【００２７】上記窒化けい素基板は、例えば以下のよう
なプロセスを経て製造される。すなわち前記所定の粒
径、および不純物含有量の微細な窒化けい素粉末に対し
て所定量の焼結助剤、有機バインダ等の必要な添加剤を
加えて原料混合体を調整し、次に得られた原料混合体を
成形して所定形状の成形体を得る。原料混合体の成形法
としては、汎用の金型プレス法、ドクターブレード法の
ようなシート成形法などが適用できる。上記成形操作に
引き続いて、成形体を非酸化性雰囲気中で温度６００〜
８００℃で１〜２時間加熱して、予め添加していた有機
バインダを充分に除去し、脱脂する。次に脱脂処理され
た成形体を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガスなどの不
活性ガス雰囲気中で１８００〜２０００℃の温度で所定
時間雰囲気加圧焼結を行なう。

【００２８】上記製法によって製造された窒化けい素基
板は気孔率１．５％以下で、６０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋ
（２５℃）の熱伝導率を有し、また三点曲げ強度が常温
で８０kg／mm² 以上と機械的特性にも優れている。

【００２９】また上記窒化けい素基板表面に一体に接合
される導電層としての銅回路板は、リン脱酸銅、無酸素
銅など、導電性および熱導電性に優れた銅材料から形成
される。そして板状の銅材料をプレス処理したり、エッ
チング処理することにより、所定の回路パターンを有す
る銅回路板が形成される。

【００３０】本発明において、上記銅回路板を窒化けい
素基板に接合するための接合材としては、Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｈｆ，Ｎｂなどのような活性金属を含有し、適切な組成
比を有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材などが使用され
る。上記活性金属はＳｉ₃ Ｎ₄基板に対するろう材の濡
れ性を改善し銅回路板との接合強度を高める成分であ
り、例えばＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂなどがあり、それら
の配合量は、接合材全体に対して１〜１０重量％であ
る。この配合量の範囲において、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 基板と銅回
路板との接合部の剪断強度が大きな値をとる。またＡｇ
−Ｃｕ成分は、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 基板とＴｉとの接合層の形成
を促進する成分として有効であり、Ｔｉを拡散させ強固
な接合体を形成するのに寄与する。

【００３１】本発明に係る窒化けい素銅回路基板は、例
えば次のような手順で製造される。すなわち上記組成を
有する接合材にアクリル樹脂系バインダー、テレピネオ
ールおよびオレイン酸を添加して接合材ペーストを調製
し、この接合材ペーストをスクリーン印刷法等によって
窒化けい素基板表面に所定パターンで印刷する。次に印
刷パターンに沿って銅回路板を配置するとともに、この
銅回路板上に重錘を載置して銅回路板を圧着する。この
状態で窒化けい素基板全体を加熱炉に収容し、真空中で
温度７００〜９５０℃で５〜３０分間昇温加熱して接合
処理する。

【００３２】

【作用】上記構成に係る窒化けい素銅回路基板によれ
ば、活性金属を含有する接合材を介して銅回路板を高熱
伝導性窒化けい素基板表面に一体に接合しているため、
窒化けい素基板と銅回路板との接合強度の経時劣化が少
なく、高い放熱性および接合強度を有する耐久性に優れ
た窒化けい素銅回路基板を得ることができる。

【００３３】特に従来のＡｌＮ基板およびＡｌ₂ Ｏ₃ 基
板と比較して機械的強度が極めて大きい窒化けい素基板
を使用しているため、回路基板全体の強度を従来と同等
の強度に設定した場合には窒化けい素基板の厚さを１／
２程度に低減でき、より高密度な実装が可能となる上
に、厚さの減少に比例して熱抵抗が減少し、従来材であ
るＡｌＮ基板と同等の放熱性を得ることもできる。

【００３４】さらにセラミックス基板の厚さを従来と比
較して１／２程度に減少させることが可能になり、また
靭性値が高く薄いＳｉ₃ Ｎ₄ 基板を使用しているため、
銅回路基板全体の弾性率も小さく、撓み許容量も大きく
なる。したがって、銅回路基板を実装ボードにねじ止め
する際に大きな外力を受けた場合においても銅回路基板
に割れを発生することが少なく、製品歩留りを大幅に改
善することもできる。

【００３５】さらに窒化けい素基板の熱膨脹係数が、Ｓ
ｉを主成分とする半導体素子の熱膨脹係数に近似するこ
とになり、半導体素子を一体に接合し繰り返し熱衝撃を
作用させた場合においても熱膨脹差に起因する応力の発
生が少なく、クラックなどの欠陥が生じにくい利点があ
る。

【００３６】

【実施例】次に本発明を以下に示す実施例を参照して具
体的に説明する。

【００３７】実施例１〜５ 酸素１．３重量％、陽イオン不純物０．１５重量％含有
し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径０．５５μ
ｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤として平均
粒径０．７μｍのＹ₂ Ｏ₃ （酸化イットリウム）粉末５
重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）
粉末１．５重量％を添加し、エチルアルコール中で２４
時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末混合体を調整し
た。次に得られた原料粉末混合体に有機バインダを所定
量添加して均一に混合した後に、１０００kg／cm² の成
形圧力でプレス成形し、長さ５０mm×幅５０mm×厚さ５
mmの成形体を多数製作した。次に得られた成形体を７０
０℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂した後に、この
脱脂体を窒素ガス雰囲気中７．５気圧にて１９００℃で
６時間保持し、緻密化焼結を実施した後に、焼結炉に付
設した加熱装置への通電量を制御して焼結炉内温度が１
５００℃まで降下するまでの間における焼結体の冷却速
度が５０℃／hrとなるように調整して焼結体を冷却し、
それぞれ実施例１〜５用の窒化けい素基板を多数調製し
た。

【００３８】一方、重量％比率でＡｇ粉末、Ｃｕ粉末お
よび活性金属粉末を表１左欄に示す組成となるように混
合して５種類の混合体を調製し、各混合体に分散媒とし
てのアクリル樹脂系バインダーおよびオレイン酸を添加
し、さらにテレピネオールを加えたものを擂回機で混合
後、三段ロールで混練してＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系他の接合
材ペーストを調製した。

【００３９】次に各接合材ペーストを、前記製法で調製
した高熱伝導性窒化けい素基板表面にスクリーン印刷
し、さらに印刷パターンに沿って、厚さ０．３mmのリン
脱酸銅で形成した銅回路板を配置するとともに、この銅
回路板上に重錘を載置して銅回路板を窒化けい素基板上
に圧着した。この圧着状態のまま基板全体を加熱炉に収
容し、１０^-4Torr以下の真空中で温度８５０℃で１０分
間加熱処理することにより、窒化けい素基板上に銅回路
板を一体に接合して実施例１〜５に係る窒化けい素銅回
路基板をそれぞれ製造した。

【００４０】比較例１〜３ 一方、セラミックス基板として、実施例１〜５と同一寸
法のＡｌ₂ Ｏ₃ 焼結体基板（比較例１用）、ＡｌＮ焼結
体基板（比較例２用）およびＢｅＯ焼結体基板（比較例
３用）をそれぞれ使用し、各焼結体基板表面に表１に示
す組成を有する接合材ペーストを印刷するとともに、そ
の上部に実施例１〜５と同一寸法の銅回路板をそれぞれ
圧着後、実施例１〜５と同様な条件で銅回路板を加熱接
合してそれぞれ比較例１〜３に係る各種セラミックス銅
回路基板を多数調製した。

【００４１】こうして調製した実施例１〜５および比較
例１〜３に係る各セラミックス銅回路基板について、室
温（２５℃）における熱伝導率、３点曲げ強度、銅回路
板の接合強度、撓み量等の特性値を計測した。なお、接
合強度は、各試料メタライズ基板を下記条件のヒートサ
イクルを１００回繰り返す熱衝撃試験（ＴＣＴ）を実施
した後における銅回路板のピール強度として測定した。
ヒートサイクルは−５０℃で３０分間冷却し、室温で１
０分間保持し、＋１５０℃で３０分間加熱し、室温で１
０分間保持する加熱冷却操作を１サイクルとした。

【００４２】また実施例１〜５および比較例１〜３に係
るセラミックス銅回路基板について上記熱衝撃試験を５
００回（サイクル）繰り返し、各１００回終了毎に銅回
路板のピール強度の経時変化を測定し、基板の耐熱サイ
クル性を評価した。また５００回の熱衝撃試験終了後に
おいて、エッチングにより各セラミックス基板より銅回
路板および接合材層を除去し、各セラミックス基板につ
いて蛍光探傷検査を実施し、セラミックス基板に微小ク
ラックが発生した割合を計測した。

【００４３】以上の測定結果を下記表１および図１に示
す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１および図１に示す結果から明らかなよ
うに、実施例１〜５に係る窒化けい素銅回路基板によれ
ば、活性金属を含有する接合材を介して銅回路板を高熱
伝導性窒化けい素基板表面に強固に接合しているため、
ヒートサイクル試験後においても銅回路板の接合強度の
経時的な低下が少なく、耐久性（耐熱サイクル性）およ
び放熱性に優れた窒化けい素銅回路基板が得られた。特
に実施例１〜５に係る窒化けい素銅回路基板において
は、５００回の熱衝撃試験終了後においても、窒化けい
素基板自体に割れが発生することもなく、いずれも優れ
た耐熱サイクル性を示すことが確認された。

【００４６】特に同じ厚さでセラミックス基板を調製し
た場合には、比較例２に示すＡｌＮ基板を用いた場合よ
り熱伝導率は低下するが、ＡｌＮ基板と同等の強度を付
与するようにＳｉ₃ Ｎ₄ 基板の厚さを設定すると厚さは
ＡｌＮ基板の１／２程度になる。そのため、６０〜１８
０Ｗ／ｍ・Ｋの高熱伝導率を有するＳｉ₃ Ｎ₄ 基板を使
用することにより、ＡｌＮ基板を使用した場合と同等の
放熱性を有する銅回路基板が得られた。また基板厚さを
低減できるため、半導体素子をより高密度に実装した半
導体モジュールが実現した。

【００４７】一方、比較例１に係るＡｌ₂ Ｏ₃ 銅回路基
板によれば、熱伝導率が低く半導体モジュールの高出力
化に対応できず、また比較例２のＡｌＮ銅回路基板は熱
伝導率は高いが、熱衝撃試験の繰返し数の増加に伴って
接合強度が経時的に低下し、基板の割れも多くなり、製
品歩留りが低下した。さらに比較例３のＢｅＯメタライ
ズ基板においては、熱伝導率は高いが曲げ強度が小さ
く、薄型化することは困難であった。

【００４８】

【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る窒化けい素
銅回路基板は、活性金属を含有する接合材を介して銅回
路板を高熱伝導性窒化けい素基板表面に一体に接合して
いるため、窒化けい素基板と銅回路板との接合強度の経
時劣化が少なく、高い放熱性および接合強度を有する耐
久性に優れた窒化けい素銅回路基板を得ることができ
る。

【００４９】特に従来のＡｌＮ基板およびＡｌ₂ Ｏ₃ 基
板と比較して機械的強度が極めて大きい窒化けい素基板
を使用しているため、回路基板全体の強度を従来と同等
の強度に設定した場合には窒化けい素基板の厚さを１／
２程度に低減でき、より高密度な実装が可能となる上
に、厚さの減少に比例して熱抵抗が減少し、従来材であ
るＡｌＮ基板と同等の放熱性を得ることもできる。

【００５０】さらにセラミックス基板の厚さを従来と比
較して１／２程度に減少させることが可能になり、また
靭性値が高く薄いＳｉ₃ Ｎ₄ 基板を使用してるため、銅
回路基板全体の弾性率も小さく、撓み許容量も大きくな
る。したがって、銅回路基板を実装ボードにねじ止めす
る際に大きな外力を受けた場合においても銅回路基板に
割れを発生することが少なく、製品歩留りを大幅に改善
することもできる。

【００５１】さらに窒化けい素基板の熱膨脹係数が、Ｓ
ｉを主成分とする半導体素子の熱膨脹係数に近似するこ
とになり、半導体素子を一体に接合し繰り返し熱衝撃を
作用させた場合においても熱膨脹差に起因する応力の発
生が少なく、クラックなどの欠陥が生じにくい利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱衝撃試験（ＴＣＴ）のサイクル数と、銅回路
板のピール強度との関係を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 3/20 Ｚ 7511−4Ｅ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導率が６０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋであ
   る窒化けい素基板表面に、活性金属を含有する接合材を
   介して、銅回路板を一体に接合したことを特徴とするセ
   ラミックス銅回路基板。
2. 【請求項２】 接合材は、重量％でＣｕを１５〜３５
   ％、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なく
   とも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質的にＡｇ
   から成る組成物を有機溶媒中に分散してなることを特徴
   とする請求項１記載のセラミックス銅回路基板。