JPH0715100A - Ceramic board having metallic circuit and production thereof - Google Patents

Ceramic board having metallic circuit and production thereof

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Publication number
JPH0715100A
JPH0715100A JP17068693A JP17068693A JPH0715100A JP H0715100 A JPH0715100 A JP H0715100A JP 17068693 A JP17068693 A JP 17068693A JP 17068693 A JP17068693 A JP 17068693A JP H0715100 A JPH0715100 A JP H0715100A
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JP
Japan
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circuit
metal
circuit pattern
ceramic substrate
metal foil
Prior art date
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Pending
Application number
JP17068693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Tsujimura
好彦 辻村
Yoshiyuki Nakamura
美幸 中村
Koichi Uchino
紘一 内野
Katsunori Terano
克典 寺野
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
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Publication date
Application filed by Denki Kagaku Kogyo KK filed Critical Denki Kagaku Kogyo KK
Priority to JP17068693A priority Critical patent/JPH0715100A/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/20Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • H05K3/386Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of an organic polymeric bonding layer, e.g. adhesive

Abstract

PURPOSE:To form a circuit accurately by bonding a metallic circuit, obtained by removing the parts other than a circuit pattern from a detachable metal foil holding the circuit pattern, to the upper and lower surfaces of a ceramic board. CONSTITUTION:A metal foil 1, from which circuit patterns 2, 3 are punched by press, is fitted to the original position on the upper surface of an aluminium nitride board coated with a binder paste whereas a trimmed metal foil 5, from which a planar circuit pattern 6 is punched by press, is fitted to the original position on the lower surface of the board. It is then placed in a furnace thus producing a bonded body. The bonded body is then manually peeled off at the part not bonded with the aluminium nitride board, i.e., the part other than the circuit pattern, and then a copper circuit and a planar copper circuit are formed, respectively, on the upper and lower surfaces of the aluminium nitride board.

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、電子部品のパワーモジ
ュール等に使用される金属回路を有するセラミックス基
板及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic substrate having a metal circuit used for a power module of electronic parts and the like and a method for manufacturing the same.

【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等の大
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様
々な方法が取られてきた。特に最近、良好な熱伝導を有
するセラミックス基板を利用することができるようにな
ったため、基板上に銅板などの金属板を接合し、回路を
形成後、そのままあるいはメッキ等の処理を施してから
半導体素子を実装する構造も採用されつつある。このよ
うな大電力モジュール基板を使用したインバーターの用
途は、ロボットやモーター等から各種工作機械、鉄道、
エレベーター、そして将来は電気自動車の分野にまで拡
大することが期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, along with the high performance of industrial equipment such as robots and motors, the transition of high power modules such as high power and high efficiency inverters is progressing, and the heat generated from semiconductor elements is also increasing. I am following. In order to efficiently dissipate this heat, various methods have been conventionally used in high power module substrates. In particular, recently, it has become possible to use a ceramic substrate having good heat conduction, so that a metal plate such as a copper plate is bonded onto the substrate, a circuit is formed, and the semiconductor substrate is processed as it is or after plating or the like. A structure for mounting an element is also being adopted. Inverters using such high power module boards are used for various machine tools, railways, robots, motors, etc.
It is expected to expand to the field of elevators and, in the future, electric vehicles.

【0003】従来、このような大電力モジュール基板の
金属回路は、あらかじめ打ち抜かれたか又はエッチング
によって形成された金属箔回路を固着剤によりセラミッ
クス基板に接合するか(以下、「パターン搭載法」とい
う)、又はセラミックス基板の上面及び下面に回路が形
成されていない金属箔を固着させ、その上面及び下面に
エッチングレジストを回路パターン状に印刷してから不
要部分を除去すること(以下、「エッチング法」とい
う)によって形成されていた。さらには、最近に至り、
取り外し可能な回路パターンの保持されてなる金属箔か
ら回路パターン以外の部分を除去して回路を形成するこ
とも提案されている(特開平3−102891号公報、
WO91/16805号公報)。
Conventionally, such a metal circuit of a high-power module substrate is formed by bonding a metal foil circuit, which has been punched out or formed by etching, to a ceramics substrate with a fixing agent (hereinafter referred to as "pattern mounting method"). Alternatively, a metal foil on which no circuit is formed is fixed to the upper and lower surfaces of the ceramic substrate, and an etching resist is printed in a circuit pattern on the upper and lower surfaces to remove unnecessary portions (hereinafter, referred to as "etching method"). It was formed by. Furthermore, recently
It has also been proposed to remove a portion other than the circuit pattern from the metal foil on which the removable circuit pattern is held to form a circuit (Japanese Patent Laid-Open No. 3-102891).
WO 91/16805).

【0004】金属とセラミックスを接合する方法には種
々あるが、回路基板の製造という点からは、Mo−Mn
法、活性金属ろう付け法、硫化銅法、DBC法、銅メタ
ライズ法などがあげられる。
There are various methods for joining metal and ceramics, but from the viewpoint of manufacturing a circuit board, Mo--Mn is used.
Method, active metal brazing method, copper sulfide method, DBC method, copper metallizing method and the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】パターン搭載法は、セ
ラミックス基板上に固着剤のパターンと金属箔回路パタ
ーン相互の位置決めを行うのに、あらかじめ金属箔回路
パターンのパーツを石膏製、エポキシ樹脂製、金属製等
の回路パターン形状の型にはめ込み、それを受け取るこ
とによって行われるため、搭載に手間取ったり、取扱い
が極めて精密で僅かな振動によっても回路が動いてしま
うという欠点があった。一方、エッチング法は、複雑な
回路に対応できる利点はあるが、大電流を対象とする回
路基板では金属箔が厚くなるのでエッチングに長時間か
かり、またエッチング処理液によっては回路が台形に形
成されることもあって、この技術には高度な熟練が必要
であった。
According to the pattern mounting method, the parts of the metal foil circuit pattern are previously made of gypsum, epoxy resin, or the like in order to position the adhesive pattern and the metal foil circuit pattern on the ceramic substrate. Since it is carried out by fitting it into a mold of a circuit pattern shape made of metal or the like and receiving it, there is a drawback in that it takes time to mount the circuit, handling is extremely precise, and the circuit moves even with slight vibration. On the other hand, the etching method has the advantage of being able to handle complex circuits, but it takes a long time to etch because the metal foil becomes thicker on circuit boards intended for large currents, and depending on the etching solution, the circuit may form a trapezoidal shape. As a result, this technique required a high degree of skill.

【0006】さらには、アルミナ及び窒化アルミニウム
などのセラミックス基板を対象とした活性金属ろう材を
使用するエッチング法は、表面のみが酸化銅となってい
る銅箔でアルミナ面を金属化処理するDBC接合法(特
開昭59−121175号公報)と異なり、セラミック
ス基板と金属箔との接合の際に、導電性の固着剤(ろう
材)ペーストをセラミックス基板の全面に塗布して接合
体を製造するので、金属箔をエッチングする際に再度レ
ジストをパターン印刷する必要があり、しかも不要な固
着剤をもフッ酸等の薬液でエッチングしなければならな
かったので、金属箔のエッチング液と薬液とが混入する
のを防止するのに極めて厳格な管理が必要であり、また
量産性にも優れているとは言えなかった。
Furthermore, the etching method using an active metal brazing material for a ceramic substrate such as alumina and aluminum nitride is a DBC contact for metallizing the alumina surface with a copper foil whose surface is only copper oxide. Unlike the legal method (Japanese Patent Laid-Open No. 59-121175), when bonding the ceramic substrate and the metal foil, a conductive adhesive (brazing material) paste is applied to the entire surface of the ceramic substrate to manufacture a bonded body. Therefore, when etching the metal foil, it is necessary to pattern print the resist again, and since the unnecessary fixing agent also had to be etched with a chemical solution such as hydrofluoric acid, the etching solution for the metal foil and the chemical solution were Extremely strict control is required to prevent mixing, and it cannot be said that mass productivity is excellent.

【0007】また、IGBT等の高度なパワーモジュー
ルが開発されている今日にあって、将来はさらなるイン
テリジェント化を進めたパワーモジュールの期待が高ま
っているが、このような用途に対する回路基板として
は、制御部と駆動部における回路の表面厚みを変えるこ
とが考えられる。さらには、回路裏面の厚みも変え回路
とセラミックス基板との間に部分的に非接合部を設ける
ことが望ましいと考えられる。しかし、エッチング法に
よって、回路裏面に厚みの変化をもたせることは難し
く、また、回路表面の厚みを変えるにしても、ハーフエ
ッチ法やレジスト膜の2回塗布が必要となるので厚みの
管理が大変となり、均一製品を得るには、生産効率が著
しく劣り実用的なプロセスとはいえなかった。
At the present time when advanced power modules such as IGBTs have been developed, expectations for power modules that have been made more intelligent are increasing in the future, but as a circuit board for such applications, It is conceivable to change the surface thickness of the circuit in the controller and the driver. Further, it is considered desirable to partially provide a non-bonding portion between the circuit and the ceramic substrate by changing the thickness of the back surface of the circuit. However, it is difficult to change the thickness on the back surface of the circuit by the etching method, and even if the thickness of the circuit surface is changed, it is necessary to apply the half-etching method and the resist film twice, which makes it difficult to control the thickness. Therefore, in order to obtain a uniform product, the production efficiency was remarkably inferior and it was not a practical process.

【0008】一方、取り外し可能な回路パターンが保持
されてなる金属箔を用いて回路を形成する方法において
は、回路パターン以外の金属箔と固着剤とが接触・固着
するのを避けるため、固着剤を回路パターンと同一形状
に印刷する必要があったので作業が煩雑となり、これま
た量産性に優れているとは言えなかった。しかも、この
方法によって形成された金属回路の表面及び/又は裏面
は、均一平面であったので、上記インテリジェント化を
進めたパワーモジュールに対しては、十分に対応するこ
とができなかった。
On the other hand, in the method of forming a circuit using a metal foil having a removable circuit pattern held therein, in order to avoid contact and fixation between the metal foil other than the circuit pattern and the adhesive agent, the adhesive agent is used. Since it was necessary to print the same in the same shape as the circuit pattern, the work became complicated, and it could not be said that it was excellent in mass productivity. Moreover, since the front surface and / or the back surface of the metal circuit formed by this method is a uniform plane, it has not been possible to sufficiently cope with the power module which has advanced the above-mentioned intelligentization.

【0009】本発明は、以上の欠点を解決することを目
的とするものであり、回路を精度よく形成させると共に
回路パターンの位置ズレをなくし、しかも量産性に優れ
た金属回路を有するセラミックス基板の製造方法を提供
するものである。また、本発明は、インテリジェント化
を進めたパワーモジュール用回路基板として、量産性の
ある金属回路を有するセラミックス基板を提供すること
を目的とするものである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, and it is possible to form a circuit with high accuracy, eliminate a positional deviation of a circuit pattern, and to provide a ceramic substrate having a metal circuit excellent in mass productivity. A manufacturing method is provided. Another object of the present invention is to provide a ceramics substrate having a metal circuit that can be mass-produced, as a circuit substrate for a power module that has been made more intelligent.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、セ
ラミックス基板の上面及び下面に、取り外し可能な回路
パターンが保持されてなる金属箔から回路パターン以外
の部分を除去することによって得られた金属回路が接合
されてなるものであって、上記金属回路を構成している
金属回路部分同士間の組合せのうち少なくとも一組に厚
み差が持たされているか、又は上記金属回路を構成して
いる金属回路部分のうち少なくとも一つの金属回路部分
の表面及び/又は裏面に厚み差が設けられてなるもので
あることを特徴とする金属回路を有するセラミックス基
板、及びこの金属回路を有するセラミックス基板の製造
に適用できる方法として、セラミックス基板の上面及び
下面の全体に固着剤を塗布してから取り外し可能な回路
パターンが保持されてなる金属箔を重ね合わせし、加熱
接合後、上記金属箔の回路パターン以外の部分を剥離し
てセラミックス基板の上面と下面に金属回路を形成さ
せ、次いで不要な固着剤を薬液で除去することを特徴と
する金属回路を有するセラミックス基板の製造方法並び
にこの製造方法において、金属箔が、回路パターン部分
同士間の組合せのうち少なくとも一組に厚み差を有した
ものであるか、又は少なくとも一つの回路パターン部分
の表面及び/又は裏面に厚み差を有してなるものである
ことを特徴とする金属回路を有するセラミックス基板の
製造方法である。
That is, the present invention provides a metal obtained by removing a portion other than a circuit pattern from a metal foil having removable circuit patterns held on the upper and lower surfaces of a ceramic substrate. A circuit is joined, and at least one of the combinations of the metal circuit parts forming the metal circuit has a thickness difference, or a metal forming the metal circuit. A ceramic substrate having a metal circuit, characterized in that at least one of the circuit portions has a thickness difference provided on the front surface and / or the back surface thereof, and a ceramic substrate having the metal circuit. As an applicable method, a removable circuit pattern is held after applying the adhesive to the entire upper and lower surfaces of the ceramic substrate. After stacking the metal foils formed by the above, after heating and joining, peel off parts other than the circuit pattern of the metal foils to form metal circuits on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate, and then remove unnecessary adhesive with a chemical solution. In the method for manufacturing a ceramic substrate having a metal circuit characterized by, and the manufacturing method, the metal foil has a thickness difference in at least one of the combinations between the circuit pattern portions, or at least one of A method of manufacturing a ceramic substrate having a metal circuit, characterized in that the front surface and / or the back surface of a circuit pattern portion has a thickness difference.

【0011】以下、さらに詳しく本発明について説明す
ると、本発明で用いられる金属箔とは、通常、金属板と
呼ばれる肉厚の大きいものも含まれ、例えば銅、鉄、ニ
ッケル、アルミニウム、真鍮、ステンレス鋼等の金属箔
であり、これらの合金又は異種金属により部分的あるい
は全面にメッキ処理が施されたものであってもよい。例
えば、回路基板に半導体を搭載後ワイヤーボンディング
を容易にするために、ニッケルメッキ又は金メッキ等が
施された銅箔等であってもよい。
The present invention will be described in more detail below. The metal foil used in the present invention also includes a metal plate usually called a metal plate having a large thickness, for example, copper, iron, nickel, aluminum, brass, stainless steel. It may be a metal foil of steel or the like, which may be partially or entirely plated with an alloy of these or a dissimilar metal. For example, in order to facilitate wire bonding after mounting a semiconductor on a circuit board, nickel foil or gold plated copper foil may be used.

【0012】セラミックス基板の上面に接合される取り
外し可能な回路パターンが保持されてなる金属箔を得る
方法としては、金属箔から回路パターン相当部分を一旦
抜き落とした後もとの状態にはめ戻すか、又は回路パタ
ーン相当の大部分を切り離して一部分が抜け落ちる直前
までの溝を形成しておく方法等を採用することができ
る。前者は、プレス打ち抜き金型、ならいセーパー、な
らいフライス等によって行うことができ、また、後者
は、塩化鉄などを用いる化学エッチングによって行うこ
とができる。これらのうち、本発明に好適な方法は、プ
レス打ち抜きであり、これによって、量産性が高まりし
かもセラミックス基板に目印を付けておくことも可能と
なるので位置合わせが容易となる。プレス打ち抜きは、
一回のプレスで全回路パターンを打ち抜いてもよく、ま
た数回に分けて部分的に回路パターンを打ち抜いていく
いわゆる順送タイプのプレス打ち抜きであってもよい。
これらは、回路パターンの複雑さ、金属箔への保持方法
及び金属箔の厚さによって使い分けられる。
As a method for obtaining a metal foil having a removable circuit pattern bonded to the upper surface of a ceramic substrate, a method of removing the portion corresponding to the circuit pattern from the metal foil and then returning it to the original state is described. Alternatively, it is possible to employ a method in which most of the circuit pattern is separated and a groove is formed until just before part of the circuit pattern falls off. The former can be performed by a press punching die, a profile saver, a profile milling machine, and the latter can be performed by chemical etching using iron chloride or the like. Of these, the method suitable for the present invention is press punching, which increases the mass productivity and allows the ceramic substrate to be marked, so that the positioning becomes easy. Press punching
All circuit patterns may be punched by one press, or so-called progressive press punching may be performed in which the circuit patterns are partially punched in several times.
These are properly used depending on the complexity of the circuit pattern, the method of holding the metal foil, and the thickness of the metal foil.

【0013】一方、セラミックス基板の下面に接合され
る取り外し可能な回路パターンが保持されてなる金属箔
についても、上記と同様にして製作することができる。
この金属箔によって形成される回路パターンは、通常、
セラミックス基板端部から0.1〜5mm程度好ましく
は0.1〜1mm程度縁取りされた面状回路パターンで
あり、ヒートシンクに取り付けられるものである。本発
明においては、このような面状回路パターンに限られる
ことはなく、任意な回路パターンが描かれたものであっ
てもよい。
On the other hand, a metal foil holding a removable circuit pattern bonded to the lower surface of the ceramic substrate can be manufactured in the same manner as above.
The circuit pattern formed by this metal foil is usually
It is a planar circuit pattern that is trimmed from the end of the ceramic substrate by about 0.1 to 5 mm, preferably about 0.1 to 1 mm, and is attached to the heat sink. In the present invention, it is not limited to such a planar circuit pattern, and any circuit pattern may be drawn.

【0014】本発明のように、金属回路を構成している
金属回路部分同士間の組合せのうち少なくとも一組に厚
み差を持たせるか、又は金属回路を構成している金属回
路部分のうち少なくとも一つの金属回路部分の表面及び
/又は裏面に厚み差を設けるには、取り外し可能な回路
パターンが保持されてなる金属箔において、回路パター
ン部分同士間の組合せのうち少なくとも一組に厚み差を
持たせた金属箔を用いるか、又は少なくとも一つの回路
パターン部分の表面及び/又は裏面に厚み差を持たせた
金属箔を用いることによって行うことができる。後者の
場合、厚み差は、連続的に変化させるよりも段差を設け
る等によって極端に変えることが望ましく、その段差
は、片面及び/又は両面に1又は2以上設けられる。
As in the present invention, at least one of the combinations of the metal circuit parts forming the metal circuit has a thickness difference, or at least the metal circuit parts forming the metal circuit. In order to provide a thickness difference on the front surface and / or the back surface of one metal circuit portion, in the metal foil holding the removable circuit pattern, at least one of the combinations of the circuit pattern portions has a thickness difference. This can be done by using a metal foil provided with the metal foil or by using a metal foil having a thickness difference on the front surface and / or the back surface of at least one circuit pattern portion. In the latter case, it is desirable that the thickness difference be extremely changed by providing a step rather than continuously changing it, and the step is provided on one surface and / or on both surfaces by one or more.

【0015】また、本発明においては、半田付け部分の
ように熱膨張係数の大きく異なる回路部分とセラミック
ス基板との接触を避けるため、回路部分の一部に曲げ加
工等を行い、セラミックス基板との非接触部分を形成す
ることもできる。
Further, in the present invention, in order to avoid contact between a ceramic substrate and a circuit portion having a large coefficient of thermal expansion such as a soldered portion, a part of the circuit portion is bent to form a ceramic substrate. The non-contact portion can also be formed.

【0016】本発明で使用される取り外し可能な回路パ
ターンが保持されてなる金属箔の裏面は同一平面にはな
く、回路パターンの部分とそれ以外の部分とには段差が
あるので、セラミックス基板にこれを接合するに際して
は、回路パターン以外の部分をセラミックス基板から浮
かせ、固着剤との接触を回避して接合できる特長があ
る。
Since the back surface of the metal foil holding the removable circuit pattern used in the present invention is not on the same plane and there is a step between the circuit pattern portion and the other portion, the ceramic substrate has When bonding this, there is a feature that parts other than the circuit pattern can be floated from the ceramic substrate to avoid contact with the adhesive agent and be bonded.

【0017】本発明で用いられるセラミックス基板して
は、アルミナ、シリコンカーバイド、窒化アルミニウ
ム、ベリリア等をあげることができる。また、固着剤と
しては、金属成分として、Ag及びCuを主成分としT
i、Zr等の活性金属を副成分とする活性金属箔(例え
ば特開昭58−140381号公報)又は活性金属粉の
ペースト(例えば特開昭56−163093号公報)が
望ましく、特にAg69〜75重量部とCu25〜31
重量部の合計量100重量部あたりZr3〜35重量部
を含むペーストが好適である。ペーストを調合するに
は、有機溶剤及び必要に応じての有機結合剤が用いら
れ、そ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、テルピネオール、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、ポリメチルメタクリレート等が使用され
る。
Examples of the ceramic substrate used in the present invention include alumina, silicon carbide, aluminum nitride, beryllia and the like. Further, as the fixing agent, as a metal component, Ag and Cu as a main component and T
An active metal foil (for example, JP-A-58-140381) or a paste of active metal powder (for example, JP-A-56-163093) containing an active metal such as i or Zr as a subcomponent is preferable, and Ag69 to 75 is particularly preferable. Parts by weight and Cu 25-31
A paste containing 3 to 35 parts by weight of Zr per 100 parts by weight of the total weight is suitable. To prepare the paste, an organic solvent and an organic binder as necessary are used, and as the organic solvent, methylcellosolve, ethylcellosolve, terpineol, isophorone, toluene, etc., and as an organic binder, Ethyl cellulose, methyl cellulose, polymethyl methacrylate, etc. are used.

【0018】セラミックス基板の上面及び下面に金属回
路を形成させるには、セラミックス基板の上面及び下面
の全体に固着剤を5〜10mg/cm2 (乾燥後)程度
塗布した後、取り外し可能で、しかも必要に応じて、回
路パターン部分同士間の少なくとも一つに厚み差を有す
るか、又は回路パターン部分の表面及び/又は裏面に厚
み差を持たせ回路パターンが保持されてなる金属箔をそ
の上面と下面に配置し、10-4Torr以下の高真空
下、温度880〜950℃で0.3〜3時間程度保持し
てそれらを接合した後、回路パターン以外の部分を手作
業等によって剥離することによって行うことができる。
次いで、金属回路間等に残留している不要な固着剤をフ
ッ酸単独、又は硝酸、硫酸、塩酸等の無機酸とフッ酸と
の混酸、あるいは王水、水酸化ナトリウム溶液、フッ化
アンモニウム溶液、過酸化水素水等の薬液に浸すか又は
シャワーをして除去する。この場合、薬液を40〜80
℃に温めておくと効果的である。
In order to form a metal circuit on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate, the adhesive is applied to the entire upper and lower surfaces of the ceramic substrate in an amount of 5 to 10 mg / cm 2 (after drying), and then removable. If necessary, at least one of the circuit pattern portions may have a thickness difference, or a metal foil having a circuit pattern held on the top surface and / or the back surface of the circuit pattern portion may have a thickness difference between the top surface thereof. After arranging them on the lower surface and keeping them under a high vacuum of 10 -4 Torr or less at a temperature of 880 to 950 ° C. for about 0.3 to 3 hours to join them, peel off parts other than the circuit pattern by hand or the like. Can be done by
Then, the unnecessary adhesive agent remaining between the metal circuits is hydrofluoric acid alone, or a mixed acid of inorganic acid such as nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid and hydrofluoric acid, or aqua regia, sodium hydroxide solution, ammonium fluoride solution. Dip in a chemical solution such as hydrogen peroxide solution or shower to remove. In this case, add 40 to 80
It is effective to warm it to ℃.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明を実施例と比較例をあげて具体
的に説明する。 実施例1 Ag粉末75重量部、Cu粉末25重量部、Zr粉末2
0重量部、テルピネオール15重量部及び有機結合剤と
してポリイソブチルメタアクリレートのトルエン溶液を
固形分で1.5重量部加えてよく混合し、固着剤ペース
トを調整した。これをサイズ75×70mm、厚み0.
635mmの窒化アルミニウム基板の上面及び下面の全
体にスクリーン印刷によって塗布した。その際の塗布量
(乾燥後)は6〜8mg/cm2 とした。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples. Example 1 Ag powder 75 parts by weight, Cu powder 25 parts by weight, Zr powder 2
A binder solution was prepared by adding 0 parts by weight, 15 parts by weight of terpineol and 1.5 parts by weight of a solid solution of a toluene solution of polyisobutyl methacrylate as an organic binder and mixing them well. This has a size of 75 × 70 mm and a thickness of 0.
The entire upper and lower surfaces of a 635 mm aluminum nitride substrate were applied by screen printing. The coating amount (after drying) at that time was 6 to 8 mg / cm 2 .

【0020】次に、この固着剤ペーストの塗布された窒
化アルミニウム基板の上面には、サイズ75×70m
m、厚み0.3mmの銅箔であって、しかも回路パター
ン2、3がプレス打ち抜きにより一旦抜き落とした後も
との位置にはめ込まれた図1に示される金属箔1、及び
下面には、サイズ75×70mm、厚み0.25mmの
銅箔であって、しかも端部から1mm縁取りされた面状
回路パターン6がプレス打ち抜きにより一旦抜き落とし
た後もとの位置にはめ込まれた図2に示される金属箔5
をそれぞれ重ね合わせてから炉に投入し、1×10-5
orrの高真空中、温度900℃で30分間加熱した
後、2℃/分の降温速度で冷却し接合体を製造した。
Next, on the upper surface of the aluminum nitride substrate coated with the adhesive paste, a size of 75 × 70 m is formed.
m, a thickness of 0.3 mm, and the metal foil 1 shown in FIG. 1 in which the circuit patterns 2 and 3 were once removed by press punching and then fitted in the original position, and the lower surface, FIG. 2 shows a copper foil having a size of 75 × 70 mm and a thickness of 0.25 mm, in which the planar circuit pattern 6 having a 1 mm edge from the end is once removed by press punching and then fitted in the original position. Metal foil 5
It was charged into the furnace from the superposed respectively, 1 × 10 -5 T
After heating in a high vacuum of orr at a temperature of 900 ° C. for 30 minutes, the bonded body was manufactured by cooling at a temperature decrease rate of 2 ° C./minute.

【0021】得られた接合体について、窒化アルミニウ
ム基板と接合されていない部分すなわち回路パターン以
外の部分の銅箔を手で引き剥して取り除き、窒化アルミ
ニウム基板の上面には銅回路を、そして下面には面状銅
回路を形成させた。次いで、銅回路間等に残留している
不要な固着剤及び活性金属成分と窒化アルミニウム基板
との反応物を除去するため、それを温度60℃、10%
フッ化アンモニウム溶液に10分間浸漬した。
With respect to the obtained joined body, the copper foil on the portion not joined to the aluminum nitride substrate, that is, the portion other than the circuit pattern is peeled off by hand, and the copper circuit is formed on the upper surface of the aluminum nitride substrate and the copper foil is formed on the lower surface. Formed a planar copper circuit. Next, in order to remove unnecessary adhesives and active metal components remaining between the copper circuits and the reaction product with the aluminum nitride substrate, the temperature is kept at 60 ° C. and 10%.
It was immersed in an ammonium fluoride solution for 10 minutes.

【0022】得られた銅回路を有するセラミックス基板
について、銅回路部分の剥離強度をプッシュプルゲージ
により測定したところ、10kg/cmであった。
The peel strength of the copper circuit portion of the obtained ceramic substrate having a copper circuit was measured by a push-pull gauge to be 10 kg / cm.

【0023】さらに、ヒートサイクル(熱衝撃)試験
を、気中、−40℃×30分保持後、25℃×10分間
放置、さらに125℃×30分保持後、25℃×10分
間放置を1サイクルとして行った。試験は、試料10枚
について行い、3サイクル毎に試料の状態を観察し、そ
の1枚の試料にでも銅板剥離を起こしているものがあれ
ばその時のサイクル数を銅板剥離開始回数として測定し
た。その結果は、300回であった。
Further, the heat cycle (thermal shock) test was carried out by holding in air at −40 ° C. for 30 minutes, then leaving at 25 ° C. for 10 minutes, further holding at 125 ° C. for 30 minutes, then leaving at 25 ° C. for 10 minutes. It went as a cycle. The test was conducted on 10 samples, and the state of the sample was observed every 3 cycles. If any of the samples had copper plate peeling, the number of cycles at that time was measured as the copper plate peeling start frequency. The result was 300 times.

【0024】比較例1 実施例1と同様にして、窒化アルミニウム基板の上面及
び下面に固着剤ペーストを塗布し、その上面には厚み
0.3mmの銅板を、下面には厚み0.25mmの銅板
をそれぞれ接触配置してから炉に投入し、1×10-5
orrの高真空中、900℃、30分間加熱した後、2
℃/分の降温速度で冷却して接合体を製造した。
Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1, the adhesive paste was applied to the upper and lower surfaces of the aluminum nitride substrate, a copper plate having a thickness of 0.3 mm was formed on the upper surface, and a copper plate having a thickness of 0.25 mm was formed on the lower surface. After placing them in contact with each other, they are put into a furnace, and 1 × 10 −5 T
After heating in a high vacuum of orr at 900 ° C for 30 minutes, 2
A joined body was manufactured by cooling at a temperature falling rate of ° C / min.

【0025】次に、この接合体の上面及び下面にUV硬
化タイプのエッチングレジストをスクリーン印刷で図1
及び図2に示す回路パターンに塗布後、塩化第2銅溶液
を用いてエッチング処理を行って銅板不要部分を溶解除
去し、さらにエッチングレジストを5%苛性ソーダ溶液
で剥離した。このエッチング処理後の接合体には、銅回
路間等に残留している不要な固着剤や活性金属成分と窒
化アルミニウム基板との反応物があるので、それを除去
するため、温度60℃、10%フッ化アンモニウム溶液
に10分間浸漬した。
Next, a UV curing type etching resist is screen-printed on the upper surface and the lower surface of the joined body by screen printing as shown in FIG.
After applying the circuit pattern shown in FIG. 2, an etching treatment was performed using a cupric chloride solution to dissolve and remove unnecessary portions of the copper plate, and the etching resist was stripped with a 5% caustic soda solution. In the bonded body after this etching treatment, there is a reaction product between the aluminum nitride substrate and the unnecessary adhesive agent or active metal component remaining between the copper circuits or the like. % Ammonium fluoride solution for 10 minutes.

【0026】得られた銅回路を有するセラミックス基板
の銅板剥離開始回数は200回であった。
The number of times of initiation of peeling of the copper plate of the obtained ceramic substrate having a copper circuit was 200 times.

【0027】実施例2 実施例1において、金属箔1として、回路パターン2の
厚みが0.5mmで、回路パターン3の厚みが0.3m
mであるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にし
て銅回路を有するセラミックス基板を製造したところ、
その銅回路部分の剥離強度は10kg/cmであり、ま
たその銅板剥離開始回数は300回であった。
Example 2 In Example 1, as the metal foil 1, the circuit pattern 2 had a thickness of 0.5 mm and the circuit pattern 3 had a thickness of 0.3 m.
When a ceramic substrate having a copper circuit was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the m substrate was used,
The peel strength of the copper circuit portion was 10 kg / cm, and the copper plate peeling start number was 300 times.

【0028】実施例3 実施例1において、金属箔1として、裏面の厚み差はな
いが、回路パターン2aの厚みが0.5mmで回路パタ
ーン2bの厚みが0.3mmであり、回路パターン3の
厚みが0.3mmであるものを用いたこと以外は、実施
例1と同様にして銅回路を有するセラミックス基板を製
造したところ、その銅回路部分の剥離強度は10kg/
cmであり、またその銅板剥離開始回数は300回であ
った。
Example 3 In Example 1, although there was no difference in the thickness of the back surface of the metal foil 1, the circuit pattern 2a had a thickness of 0.5 mm and the circuit pattern 2b had a thickness of 0.3 mm. A ceramic substrate having a copper circuit was produced in the same manner as in Example 1 except that the one having a thickness of 0.3 mm was used, and the peel strength of the copper circuit portion was 10 kg /
cm, and the number of times of peeling of the copper plate was 300 times.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、金属回路の加工精度が
高く、回路パターンの位置ズレもなく、目的とする定格
電流を安定して流すことができる金属回路を有するセラ
ミックス基板を製造することができる。また、従来のパ
ターン搭載法やエッチング法に比べて製造工程が簡素で
短時間で製造できるので量産性にも優れている。
According to the present invention, it is possible to manufacture a ceramic substrate having a metal circuit that has a high processing accuracy of a metal circuit, does not have a positional deviation of a circuit pattern, and can flow a target rated current in a stable manner. You can Further, as compared with the conventional pattern mounting method and etching method, the manufacturing process is simple and the manufacturing can be performed in a short time, so that it is excellent in mass productivity.

【0030】さらには、本発明の金属回路を有するセラ
ミックス基板は、制御部と駆動部を共存させた最密実装
でかつ大電流容量のインテリジェントな混成集積用回路
基板として使用した場合、その工業的価値は極めて大き
い。
Furthermore, the ceramic substrate having a metal circuit of the present invention is industrially used when it is used as an intelligent hybrid integrated circuit substrate with a close packing and a large current capacity in which a control unit and a driving unit coexist. The value is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 セラミックス基板の上面に接合される取り外
し可能な回路パターンが保持されてなる金属箔の一例を
示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing an example of a metal foil that holds a removable circuit pattern bonded to the upper surface of a ceramic substrate.

【図2】 セラミックス基板の下面に接合される取り外
し可能な回路パターンが保持されてなる金属箔の一例を
示す平面図。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a metal foil holding a removable circuit pattern bonded to the lower surface of a ceramic substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 取り外し可能な回路パターンが保持されてなる金属
箔 2 回路パターン 3 回路パターン 4 回路パターン以外の部分 5 取り外し可能な回路パターンが保持されてなる金属
箔 6 回路パターン 7 回路パターン以外の部分
1 Metal foil holding removable circuit pattern 2 Circuit pattern 3 Circuit pattern 4 Part other than circuit pattern 5 Metal foil holding removable circuit pattern 6 Circuit pattern 7 Part other than circuit pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺野 克典 福岡県大牟田市新開町1 電気化学工業株 式会社大牟田工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsunori Terano 1 Shinkai-cho, Omuta-shi, Fukuoka Electric Chemical Industry Co., Ltd. Omuta Factory

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス基板の上面及び下面に、取
り外し可能な回路パターンが保持されてなる金属箔から
回路パターン以外の部分を除去することによって得られ
た金属回路が接合されてなるものであって、上記金属回
路を構成している金属回路部分同士間の組合せのうち少
なくとも一組に厚み差が持たされているか、又は上記金
属回路を構成している金属回路部分のうち少なくとも一
つの金属回路部分の表面及び/又は裏面に厚み差が設け
られてなるものであることを特徴とする金属回路を有す
るセラミックス基板。
1. A metal circuit obtained by removing a portion other than a circuit pattern from a metal foil having a removable circuit pattern held on the upper surface and the lower surface of a ceramic substrate. , At least one of the combinations between the metal circuit parts forming the metal circuit has a thickness difference, or at least one metal circuit part among the metal circuit parts forming the metal circuit A ceramic substrate having a metal circuit, wherein a thickness difference is provided on the front surface and / or the back surface of the ceramic substrate.
【請求項2】 セラミックス基板の上面及び下面の全体
に固着剤を塗布してから取り外し可能な回路パターンが
保持されてなる金属箔を重ね合わせし、加熱接合後、上
記金属箔の回路パターン以外の部分を剥離してセラミッ
クス基板の上面と下面に金属回路を形成させ、次いで不
要な固着剤を薬液で除去することを特徴とする金属回路
を有するセラミックス基板の製造方法。
2. A metal foil having a removable circuit pattern, which is applied to the entire upper and lower surfaces of a ceramics substrate, is superposed on each other, and after heating and bonding, other than the circuit pattern of the metal foil. A method for manufacturing a ceramic substrate having a metal circuit, comprising the steps of peeling off a portion to form a metal circuit on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate, and then removing unnecessary adhesive with a chemical solution.
【請求項3】 金属箔が、回路パターン部分同士間の組
合せのうち少なくとも一組に厚み差を有したものである
か、又は少なくとも一つの回路パターン部分の表面及び
/又は裏面に厚み差を有してなるものであることを特徴
とする請求項2記載の金属回路を有するセラミックス基
板の製造方法。
3. The metal foil has a thickness difference in at least one of the combinations between the circuit pattern portions, or has a thickness difference in the front surface and / or the back surface of at least one circuit pattern portion. The method for producing a ceramic substrate having a metal circuit according to claim 2, wherein
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JP10240493 1993-04-28
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014168811A (en) * 2013-03-05 2014-09-18 Mitsubishi Materials Corp Brazing sheet, brazing sheet constitution body, and method for manufacturing power module circuit substrate

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