JPH0738424B2 - 混成集積回路基板及びその製造方法 - Google Patents

混成集積回路基板及びその製造方法

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JPH0738424B2
JPH0738424B2 JP61185915A JP18591586A JPH0738424B2 JP H0738424 B2 JPH0738424 B2 JP H0738424B2 JP 61185915 A JP61185915 A JP 61185915A JP 18591586 A JP18591586 A JP 18591586A JP H0738424 B2 JPH0738424 B2 JP H0738424B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は混成集積回路基板及びその製造方法に関する。
(従来の技術及び解決しようとする問題点) 従来、いわゆるハイブリッド基板と称される混成集積回
路基板は、一般に、メッキ処理を含む多数の工程で製造
されていた。
例えば、第2図に示すように、アルミナ等のセラミック
基板1の両面にMo、Mo-MnやW等の金属ペースト20を印
刷し、乾燥後、水素気流中にて約1200〜1600℃で焼成し
てメタライズ層を形成し、その上にNiメッキ処理を施し
てメッキ層21を形成し脱水素処理した後、ヒートシンク
としてNiメッキ処理Cu板22を半田付け23を行うという多
段工程による方法である。
しかし、このような方法は水素気流中で、しかも高温で
焼成したり、メッキ処理したり、或いは更にヒートシン
クを半田付けするなど複雑な工程を必要とすると共に、
Mo、W等を介して接合した場合の回路面には抵抗体とし
てはチップ抵抗しか使用できず、また回路面はせいぜい
500μ程度であるので細線を描くことができず、シート
抵抗も高いという欠点がある。更に、銅板(ヒートシン
ク)の接合は半田付けによるために接合面に気泡が介在
したり、回路面に半田付けする場合には銅板の接合に用
いた半田を使用できず、銅板自身が酸化変色したり、回
路面も酸化したりしていた。またこの方法でMoメタライ
ズを使用する方式は、通常の厚膜ペーストを用いたハイ
ブリッド基板の製造は大気中で厚膜ペーストを焼成する
ので適用できず、樹脂等で接合するという制約がある。
一方、貴金属ペーストを使用し、導体、抵抗体、誘電体
ペーストを印刷して850℃付近で焼成し、回路を形成す
る方法もあるが、この場合のヒートシンクへの接合には
放熱グリースや放熱シートを用い、有機接着剤に無機フ
ィラーを添加したものを用いているので、放熱性に大き
な問題があるうえ、耐熱性にも問題があった。
本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、セラミック基
板とヒートシンク材との接着強度が大きく、かつ耐熱
性、放熱性に優れた混成集積回路基板であって、これを
簡単な工程で通常の厚膜ペーストを使用して製造し得る
技術を提供することを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明者は、通常の厚膜ペー
ストを使用する方法でセラミック基板とヒートシンク材
との接合性に優れた方策について鋭意研究を重ねた結
果、接着剤として特定のペースト状インサート材を使用
し特定の処理を施すことにより可能であることを知得
し、本発明をなしたものである。
すなわち、本発明に係る混成集積回路基板は、アルミナ
等のセラミック基板と、該基板の片面に形成された印刷
回路面と、該基板の他方の面全体に印刷、焼成されたCu
及びNiのうち少なくとも1種を10〜60wt%、Ti、Nb、Zr
のうち少なくとも1種を10〜80wt%含み、残部がAgであ
る組成を有する金属からなるインサート材と、このイン
サート材を介して該基板に加熱接合された銅板等のヒー
トシンク材からなることを特徴とするものである。
また、その製造方法は、アルミナ等のセラミック基板の
片面に厚膜ペーストを用いて回路を印刷すると共に、他
方の面全体にCu及びNiのうち少なくとも1種を10〜60wt
%、Ti、Nb、Zrのうち少なくとも1種を10〜80wt%含
み、残部がAgである組成を有する金属粉末をペースト状
にしたインサート材を印刷し、これを乾燥、焼成後、イ
ンサート材上に銅板等のヒートシンク材を重ね合せ、非
酸化性雰囲気中又は10-3Torr以下の真空中にて加熱して
該基板とヒートシンク材を接合することを特徴とするも
のである。
以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
まず、セラミック基板としては、従来と同様の材質のも
のでよく、アルミナ、窒化アルミナ等々のセラミック材
料を用いる。
セラミック基板の片面、すなわち回路印刷面には、第1
図(a)、(b)に示すように通常の厚膜ペースト(卑
金属ペーストを含む)2を使用する厚膜技術によって導
体、抵抗体、誘電体回路をセラミック基板1上に印刷す
る。印刷後、従来と同様、レベリングし、乾燥する。
一方、セラミック基板1の他方の面、すなわちヒートシ
ンク材4を取付ける面には、第1図(b)に示すよう
に、Cu及びNiのうち少なくとも1種を10〜60wt%、Ti、
Nb、Zrのうち少なくとも1種を10〜80wt%含み、残部が
Agである組成のペースト状インサート材3を全面に所要
量印刷し、加熱接合処理する。すなわち、そのために
は、インサート材としては、例えばAg系で複合金属粉末
をペースト状にしたものを用いる。
具体的には、例えば、Cu及びNiのうちの少なくとも1種
を10〜60wt%(以下、同じ)、Ti、Nb及びZrのうちの少
なくとも1種を10〜80%含み、残部が実質的にAgである
組成を有し、各成分をメカニカルアロイ法によって機械
的に噛合結合した複合粉末を有機溶媒中に分散させペー
スト状にしたインサート材、或いはCu及びNiのうちの少
なくとも1種を10〜60%、Ti、Nb及びZrのうちの少なく
とも1種を7〜80%、希土類元素(Yを含む)のうちの
少なくとも1種を5ppm〜3%含み、残部が実質的にAg系
である組成を有し、各成分をメカニカルアロイ法によっ
て機械的に噛合結合した複合粉末を有機溶媒中に分散さ
せペースト状にしたインサート材などが好ましい。この
ような複合粉末は、いわゆるメカニカルアロイ法によっ
て製造することができ、各成分の金属粉末を擂潰機、ボ
ールミル、アトライター等の攪拌機を用いて高速、高エ
ネルギー下で所要時間混合攪拌して粉砕することによ
り、各成分粒子が機械的に噛合結合した、いわゆるメカ
ニカルアロイ形態の複合粉末が得られる。この複合粉末
の粒度は44μm以下、好ましくは10μm以下のものが50
wt%以上である微粉末が望ましい。この複合粉末はペー
スト状にするために有機溶媒中に分散させる。有機溶媒
としては、テレピネオール、ブチルカルビトール、テキ
サノール、ブチルカルビトールアセテートなどを使用す
ることができ、またペースト中の金属粉量は60〜90wt%
とするのが適当である。なお、有機溶媒の他に界面活性
剤(例、ロジン・ワックス)を少量添加したり、またバ
インダーとしてエチルセルロースなどを添加してもよ
い。
ペースト状インサート材の膜厚は、インサート材及びセ
ラミック基板の材質、銅板の厚みにもよるが、焼成膜厚
が45〜65μとなるような膜厚にする。
印刷後は、レベリングし、乾燥し、その後、焼成(脱脂
処理)するが、脱脂処理は不活性雰囲気中で約600℃で
焼成するのが望ましく、これによりバインダー分を揮発
させる。
次いで、第1図(c)に示すように、インサート材印刷
面にヒートシンク材4、すなわちヒートシンクやマザー
・ボードになる銅板又はアルミニウム板(いずれもニッ
ケルメッキしたものを含む)を合体させ、N2、Arなどの
非酸化性雰囲気中又は10-3Torr以下の真空中で所要時間
加熱し、接合する。加熱温度は上記組成のインサート材
を用いた場合、600〜900℃が好ましく、また1〜100kg/
cm2の加圧下で接合する。
なお、抵抗体の場合には、第1図(d)に示すように、
導体2の上に抵抗体2′を印刷する。
次に本発明の実施例を示す。
(実施例) −20μに分級したスポンジチタン粉末20部と平均粒径1.
6μの銀粉末40部と平均粒径1.5μの銅粉末40部とを合計
50g準備し、前処理として擂潰機で5時間混合粉砕し
た。混合粉砕後、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザ
ー(粒度分布測定装置)で平均粒径を測定したところ、
1.3μであった。
更に、次の割合で擂潰機を使用して5時間、予備混練し
た。
上記混合粉砕物 80部 エチル・セルロース 1.5部 テキサノール 16.7部 界面活性剤 1.8部 予備混練の目的は、粉末表面を活性にし、ビヒクルと接
触させることによって分散性をよくするためである。予
備混練の終了後、三本ロール・ミルで本混練を行い、ペ
ースト状インサート材を得た。
一方、約25mm口×0.635mmtの96%Al2O3基板及び25mm口
×2mmtの銅板を用意した。そして、銅板を貼り付ける側
のAl2O3基板に対しては、焼成膜厚が16μ、30μ、45
μ、63μ、1mmになるように(焼成膜厚45μとする乾燥
膜厚は120〜130μ)、200メッシュ、バイアス張り、エ
マルジョン厚さ45μのスクリーンを使用したスクリーン
印刷機により、上記ペースト状インサート材を全面印刷
した。厚みの制御は印刷→乾燥を繰り返し、三回全面に
わたって印刷した。印刷後、120℃で30分間最終乾燥し
た。
一方、Al2O3基板の裏側には、Remex社製厚膜導電ペース
トAg/Pb♯2034、Cu♯5814を標準パターンを使用して印
刷し、15分間レベリングした後に105℃で約1時間乾燥
し、またRemex社製Ru系抵抗ペーストを印刷し、同様に
レベリングし、乾燥した。なお、印刷は200メッシュ、
バイアス張り、エマルジョン厚さ45μのステンレススク
リーン使用したスクリーン印刷機により行なった。
このように両面に印刷した後、厚膜焼成炉を使用し、N2
気流中にて90分間プロファイルで15分間ピーク温度(60
0℃)保持の焼成を行い、含有しているバインダー(ビ
ヒクル)成分を揮発させた。
次いで、上記Al2O3基板のインサート材印刷面に銅板を
重ね合せ、更に全面1kgの荷重をかけ、真空炉に装入
し、真空度10-3Torr、接合温度850℃で1時間保持し、
常温になってから取り出した。なお、真空炉への装入に
際しては、第3図に示すように、ステンレス鋼板(SUS3
04)5と99.5%Al2O3板6を用いて回路部を保護する状
態にした。
得られた基板の接着強度は次のようにして調べた。
まず、銅板とAl2O3基板の接着強度については、厚膜ペ
ーストを印刷しないサンプルを使い、MEEK加工機(放電
砥石切断機)によって10mm口に切り出した。サンプル
は、1枚につき16ヶ切り出すことができた。このような
サンプルについて次のような方法で銅板側の接着強度を
測定した。すなわち、第4図に示すように、接着剤7と
してアラルダイトAZ-15を使用して、25mm×50mm×2mmt
のステンレス鋼板(SUS304)8の中央部に銅板側を接着
し、Al2O3基板1のアルミナ面に10mmφの銅リベット9
を接合した後、プッシュ・プル・テスター(今田製作所
製)で銅板4側の接着強度を測定した。
一方、Al2O3基板に厚膜ペーストを用いて標準テスト・
パターンにより印刷した面の接着強度については、測定
パターンは2mm口のパッドとし、第5図に示すように、
そのパッド部10にL字型にした0.6mmφ銅線(スズ・メ
ッキ処理)11を2Ag-62Sn-36Pbの銀入り半田12にて固定
し、バーチカル・ボンド・テスターにより回路接着強度
を求めた。更にラスペクト比10:1のテストパターンによ
り、抵抗値、シート抵抗、T.C.Rも測定した。
以上の結果を第1表及び第2表に示す。
第1表及び第2表からわかるように、Al2O3基板と銅板
の間のインサート材の焼成膜厚を適当に選ぶならば(N
o.3、4)、接着強度の優れた接合面を得ることがで
き、回路面の接着強度及び回路面積も本発明法の処理に
影響されず十分確保されると共にシート抵抗も低く抑え
られ、他の回路特性も良好である。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、特定のペースト
状インサート材を使用してセラミック基板に銅板等のヒ
ートシンク材を接合するので、接着強度及び耐熱性に優
れ、しかも通常の厚膜ペーストを用いて回路面を印刷で
きると共に特別のヒートシンクを使用せずに放熱性も向
上でき、更に製造工程が大幅に簡略化される。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明法の製造工程の一例を示
す説明図、 第2図(a)〜(d)は従来法の製造工程を示す説明
図、 第3図は真空炉を用いて加熱接合する際の装入状態を示
す断面図、 第4図はAl2O3基板と銅板の接着強度を試験する時の試
料取付状態を示す断面図、 第5図はAl2O3基板と回路面の接着強度を試験する時の
試料取付状態を示す断面図である。 1……Al2O3基板、2……厚膜ペースト、3……インサ
ート材、4……ヒートシンク材。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミナ等のセラミック基板と、該基板の
    片面に形成された印刷回路面と、該基板の他方の面全体
    に形成された、Cu及びNiのうち少なくとも1種を10〜60
    wt%、Ti、Nb、Zrのうち少なくとも1種を10〜80wt%含
    み、残部がAgである組成を有する金属からなるインサー
    ト材と、このインサート材を介して該基板に加熱接合さ
    れた銅板等のヒートシンク材からなることを特徴とする
    混成集積回路基板。
  2. 【請求項2】アルミナ等のセラミック基板の片面に厚膜
    ペーストを用いて回路を印刷すると共に、他方の面全体
    にCu及びNiのうち少なくとも1種を10〜60wt%、Ti、N
    b、Zrのうち少なくとも1種を10〜80wt%含み、残部がA
    gである組成を有する金属粉末をペースト状にしたイン
    サート材を印刷し、これを乾燥、焼成後、インサート材
    上に銅板等のヒートシンク材を重ね合せ、非酸化性雰囲
    気中又は10-3Torr以下の真空中にて加熱して該基板とヒ
    ートシンク材を接合することを特徴とする混成集積回路
    基板の製造方法。
JP61185915A 1986-08-07 1986-08-07 混成集積回路基板及びその製造方法 Expired - Lifetime JPH0738424B2 (ja)

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