JPH0794624A

JPH0794624A - 回路基板

Info

Publication number: JPH0794624A
Application number: JP23512993A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ikeda; 和男池田; Naritaka Tamura; 成敬田村; Hideki Sato; 英樹佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】リードフレームの接合強度を高めて使用時にお
けるリードフレームの剥離を防止し、動作信頼性が高
く、かつ放熱性に優れた回路基板を提供する。【構成】絶縁性基板４にリードフレーム２が接合される
とともに半導体素子３が搭載される回路基板１ａにおい
て、絶縁性基板としての窒化アルミニウム基板４と、こ
の窒化アルミニウム基板４表面のリードフレーム接合部
および素子搭載部に形成された活性金属メタライズ層５
と、この活性金属メタライズ層５の表面に形成された銅
めっき層６および／またはニッケルめっき層７とを備え
たことを特徴とする。また銅めっき層６および／または
ニッケルめっき層７の最外表面に、さらに金めっき層８
または半田層を一体に形成してもよい。さらに素子搭載
部の表面粗さは十点平均粗さ（Ｒｚ）で５μｍ以下に設
定するとよい。さらに活性金属メタライズ層５ｂは、Ｔ
ｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少くとも１種
の活性金属を含有するろう材から構成するとよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化アルミニウム基板
に半導体素子およびリードフレームを一体に接合した回
路基板に係り、特にリードフレームの接合強度を高め動
作信頼性を大幅に改善するとともに、放熱性に優れた回
路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶縁材としてのセラミックス基板
上に半導体素子およびリードフレームを一体に接合した
回路基板は、移動携帯電話の高周波モジュール用回路基
板（ＲＦパッケージ）や各種電子機器の回路基板として
広い分野で使用されている。これらの回路基板は、一般
に下記のような工程で製造されている。

【０００３】すなわち、第１工程として酸化アルミニウ
ム（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）などのセラミックス基板上
に、例えばＭｏ粉末をペースト状にしたものをスクリー
ン印刷等によって印刷してリードフレーム接合部および
半導体素子搭載部を含めた微細な導体層パターンを形成
する。次に第２工程として、導体層パターン等を印刷し
たセラミックス基板を窒素雰囲気中で１６００〜１８０
０℃程度の高温度で焼成することにより硬いメタライズ
層を形成し、しかる後に、第３工程として、上記メタラ
イズ層表面にＮｉめっきを施行し、最後の第４工程とし
て、上記Ｎｉめっき層上部にＡｇ−Ｃｕ系ろう材を介し
てリードフレームが加熱接合される。そして最終的に上
記Ｎｉめっき層を形成したメタライズ層上面に半田層を
介して半導体素子が一体に接合されることにより回路基
板が製造される。

【０００４】上記Ｍｏメタライズ層は、表面平滑性に優
れており、半導体素子（Siチップ）を接合する場合にお
いて、接合面にボイド（空隙）を形成することが少な
く、半導体素子は高い密着性をもってメタライズ層を介
しセラミックス基板上に一体に接合される。したがって
接合部にボイドを生じて熱過渡性が悪化することもな
く、動作信頼性が高い回路基板を得ることができる。

【０００５】ところで、上記セラミックス基板として
は、従来からアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）焼結体が主流とな
っているが、Ａｌ₂Ｏ₃の熱伝導率Ｋは最高でも３０Ｗ
／ｍ・Ｋと低いため、充分な放熱特性を発揮し得ない難
点があった。

【０００６】一方、半導体装置および電子機器の小型化
と歩調を合せて、半導体素子等の電子部品の高集積化お
よび高出力化が進行し、動作時における電子部品からの
発熱量も比例して増大し、より放熱特性が優れた回路基
板の開発が要請されている。

【０００７】そこでアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりも高い
熱伝導性を有するＢｅＯ（ｋ＝〜２６０Ｗ／ｍ・Ｋ），
ＳｉＣ（ｋ＝〜２７０Ｗ／ｍ・Ｋ），ＡｌＮ（ｋ＝５０
〜２２０Ｗ／ｍ・Ｋ）等のセラミックス焼結体で形成し
た回路基板も普及している。しかしながら、ＢｅＯは毒
性物質であるため世界的にその製造使用が制限される傾
向があり、一方、ＳｉＣは電気抵抗が低く高度の電気絶
縁性を要する回路基板材料としては適性に欠ける難点が
ある。

【０００８】一方、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）焼結体
は、高熱伝導性を有する絶縁体であり、また半導体素子
の主成分であるシリコン（Ｓｉ）に近い熱膨脹係数を有
することから熱膨脹差に起因する素子の劣化、基板の破
損等の故障が少なく、特に高出力化、高集積化した半導
体装置の回路基板材料として、その用途を拡大してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の回路基板においては、導体層を形成するた
めには、Ｍｏペーストによってセラミックス基板表面に
印刷された導体層パターンを１６００〜１８００℃の高
い温度で焼成する必要がある。そのためその熱影響によ
ってセラミックス基板の残留応力が増加したり、反りを
発生したり、基板中の粒界相が変化し易くなるなど製品
品質が不安定になり、製品歩留りが低下する問題点があ
る。

【００１０】また、セラミックス基板として窒化アルミ
ニウム基板を使用した場合、上記メタライズ層およびリ
ードフレームのＡｇ−Ｃｕ系ろう材に対する濡れ性が低
いため、そのままではリードフレームの接合強度が低
く、リードフレームの剥離による動作不良が生じ易い問
題がある。そのため、接合強度を高めるために、メタラ
イズ層表面に予めＮｉめっき層を形成することが必要で
あり、必然的に製造工程が煩雑化し、セラミックス回路
基板の製造コストが上昇してしまう問題点があった。す
なわち窒化アルミニウム基板に形成したメタライズ層に
銀ろう材でリードフレームをろう付け接合した場合、そ
の接合強度はピール強度で１〜２kgf/cm程度と低いた
め、要求水準が上昇した設計仕様に適合しない事態も現
れることが、本発明者らによる回路基板の試作段階で判
明した。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、リードフレームの接合強度を高めて使用
時におけるリードフレームの剥離を防止し、動作信頼性
が高く、かつ放熱性に優れた回路基板を提供することを
目的とする。

【００１２】

【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、窒化アルミニウム基板に対する半導体素
子およびリードフレームの種々の接合構造を研究し、そ
の接合強度および密着性に及ぼす影響を比較検討した。
その結果、窒化アルミニウムに対して反応性に優れ、高
い接合強度を与える活性金属メタライズ層をリードフレ
ーム接合部および素子搭載部に形成し、リードフレーム
接合部の活性金属メタライズ層にリードフレームを接合
して高い接合強度を得る一方、素子搭載部の活性金属メ
タライズ層に銅めっき層および／またはＮｉめっき層を
形成して活性金属メタライズ層の表面平滑性および半田
濡れ性を改善し、しかる後にそのめっき層を形成した活
性金属メタライズ層を介して窒化アルミニウム基板表面
に半導体素子を半田で接合することにより、半導体素子
の密着性およびリードフレームの接合強度を共に満足
し、耐熱サイクル性に優れた信頼性が高い回路基板が得
られることが判明した。また、上記めっき層表面に所定
厚さの半田層を予め形成しプリソルダー基板とすること
により、半導体素子のアッセンブリ特性が大幅に改善さ
れることが判明した。さらに上記めっき層表面に金めっ
き層を形成することにより、ワイヤボンディング特性を
向上できることも判明した。本発明は、これらの知見に
基づいて完成されたものである。

【００１３】すなわち本発明に係る回路基板は、絶縁性
基板にリードフレームが接合されるとともに半導体素子
が搭載される回路基板において、絶縁性基板としての窒
化アルミニウム基板と、この窒化アルミニウム基板表面
のリードフレーム接合部および素子搭載部に形成された
活性金属メタライズ層と、この活性金属メタライズ層表
面に形成された銅めっき層および／またはニッケルめっ
き層とを備えたことを特徴とする。また銅めっき層およ
び／またはニッケルめっき層の最外表面に、さらに金め
っき層を一体に形成するとよい。さらに素子搭載部の表
面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で５μｍ以下に設定す
る。またリードフレーム接合部に形成した活性金属メタ
ライズ層を介してリードフレームを窒化アルミニウム基
板表面に一体に接合するとともに、接合したリードフレ
ーム表面に、銅めっき層および／またはニッケルめっき
層と金めっき層とを一体に形成して構成することもでき
る。さらに銅めっき層および／またはニッケルめっき層
の最外表面に、半田層を一体に形成してもよい。また上
記半田層と、銅めっき層および／またはニッケルめっき
層と、活性金属メタライズ層とを介してリードフレーム
を窒化アルミニウム基板に一体に接合して構成してもよ
い。さらに活性金属メタライズ層は、重量％でＣｕを１
５〜３５％、Ti、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択される
少くとも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質的に
Ａｇから成る組成物または、重量％でＣｕを１５〜３５
％、Ti、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択される少くとも
１種の活性金属を１〜１０％、Ｗ，Ｍｏ，ＡｌＮ，Ｓｉ
₃Ｎ₄およびＢＮから選択される少くとも１種を５〜４
０％含有し、残部が実質的にＡｇから成る組成物で構成
するとよい。またリードフレームは、Ｃｕ，Ｃｕ合金，
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｃｕ−Ｍｏ−
Ｃｕクラッド材，Ｃｕ−（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）−Ｃ
ｕクラッド材の少なくとも１種から構成するとよい。

【００１４】本発明の回路基板において、絶縁性基板と
して使用する窒化アルミニウム基板は、他のセラミック
ス基板と比較して高い熱伝導率を有しており、優れた放
熱性を付与するための基礎材料である。この窒化アルミ
ニウム基板は、窒化アルミニウム粉末に金属酸化物等を
焼結助剤として添加し、この混合粉末を所定形状に成形
し、常圧焼結法、雰囲気加圧焼結法あるいはホットプレ
ス法等により製造したもので、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ
以上のものを使用する。

【００１５】また本発明に係る回路基板において、窒化
アルミニウム基板表面のリードフレーム接合部および素
子搭載部に形成される活性金属メタライズ層は、Ｔｉ，
Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂ等の活性金属を含有し適切な組成
比を有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材等で構成され、こ
のろう材組成物を有機溶媒中に分散して調製した接合用
組成物ペースト（活性金属ペースト）を窒化アルミニウ
ム基板表面にスクリーン印刷する等の方法で形成され
る。

【００１６】上記接合用組成物ペーストの具体例として
は、下記のようなものがある。すなわち重量％でＣｕを
１５〜３５％、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択さ
れる少くとも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調製し
た接合用組成物ペースト、または重量％でＣｕを１５〜
３５％、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択される少
くとも１種の活性金属を１〜１０％、Ｗ，Ｍｏ，Ａｌ
Ｎ，Ｓｉ₃Ｎ₄およびＢＮから選択される少くとも１種
を５〜４０％含有し、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調製した接合用組成物ペース
トを使用するとよい。

【００１７】上記活性金属は窒化アルミニウム基板に対
するろう材の濡れ性を改善するための成分であり、それ
らの配合量は、接合用組成物全体に対して１〜１０重量
％である。

【００１８】Ｗ，Ｍｏ，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄およびＢＮ
は、窒化アルミニウム基板とリードフレームとの接合部
における応力緩和を図るために有効な成分であり、５〜
４０重量％添加される。すなわち窒化アルミニウム基板
とリードフレームとを接合する場合において、両部材の
熱膨脹係数差に起因する残留熱応力を緩和するため、接
合用組成物に、窒化アルミニウム基板と金属とを接合す
る反応層を形成させる作用の他に、反応層自身に応力緩
和作用をもたせることが有効である。

【００１９】本発明では、接合用組成物の成分として、
導電性を有するＡｇ−Ｃｕを主体にしたろう材に、熱膨
脹係数がセラミックス基板に比較的に近いＷ，Ｍｏ，Ａ
ｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＢＮを添加することにより、反応層
に応力緩和作用を発揮させ、高い接合強度を有し、かつ
熱衝撃試験（ＴＣＴ）特性に優れた窒化アルミニウム回
路基板を得ることができる。特に絶縁性基板が窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）焼結体の場合には、Ａｇ−Ｃｕろう
材にＷ，Ｍｏ，ＡｌＮを添加したろう材を使用すると割
れや剥離が少ない接合体を得ることができる。

【００２０】導電性を発揮するＡｇ−Ｃｕ成分は、窒化
アルミニウム基板と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のみならず、導体層としての微細な
回路を形成する材料ともなる。

【００２１】また本発明のように、微細な導体層パター
ンを接合用組成物によって形成する場合には、生成する
液相の流れによってパターンがくずれることを防止する
ために、Ａｇ−Ｃｕ成分が共晶組成物（７２ｗｔ％Ａｇ
−２８Ｃｕ）を生成し易い組成比から離れた組成比を有
する接合用組成物を使用し、液相の生成量を低減するこ
とが肝要である。すなわち、ろう接合時に加熱昇温する
温度７００〜９５０℃の範囲で必要最少量の液相を生成
する金属成分を含む化合物系で構成された接合用組成物
を使用することが重要となる。

【００２２】上記組成物から成る活性金属メタライズ層
は、従来のＭｏメタライズ層と比較して窒化アルミニウ
ム基板に対して高い反応性を有しており、この活性金属
メタライズ層を介してリードフレームを接合することに
より、従来よりはるかに高い接合強度が得られる。しか
しながら活性金属メタライズ層は、従来のＭｏメタライ
ズ層と比較して表面の凹凸が大きく、通常１５〜２０μ
ｍ（Ｒｚ）程度の表面粗さを有し、表面平滑性に欠け
る。したがってその表面に直接半導体素子を接合すると
密着性が不充分となり、素子からの放熱性および素子自
体の接合強度が低下してしまう。

【００２３】そこで本発明の回路基板においては、活性
金属メタライズ層の表面に、さらに銅めっき等および／
またはニッケルめっき層を形成し、その表面平滑性を改
善すると同時に、半田との濡れ性を改善して素子との接
合強度を高めている。Ｃｕめっき層およびＮｉめっき層
はいずれも活性金属メタライズ層表面の凹凸部を平坦化
し、表面平滑性を改善する作用を有するため、いずれか
一方のめっき層だけ形成してもよい。しかしながら、Ｃ
ｕめっき層を形成した場合には、Ｃｕの酸化による劣化
を防止するため、化学的に安定なＮｉめっき層を併せて
形成することが望ましい。そして上記Ｃｕめっき層およ
び／またはＮｉめっき層を活性金属メタライズ層表面に
一体に形成することにより、素子搭載部の表面粗さは、
十点平均粗さ（Ｒｚ）基準で５μｍ以下となるように調
整され、素子の密着性が初めて確保される。

【００２４】また上記活性金属メタライズ層の厚さが２
０μｍを超えると、上界面側にクラックが生じ易くなる
ため、その厚さは２０μｍ以下に設定される一方、上記
Ｃｕめっき層の厚さは１〜１０μｍの範囲、Ｎｉめっき
層の厚さは１〜５μｍの範囲に設定される。各めっき層
の厚さが１μｍ未満の場合には、活性金属メタライズ層
に対する表面平滑化の改善効果が不充分となる一方、上
限厚さを超えると、剥離が起こり易く、まためっき時間
も長くなり、生産性が低下する。

【００２５】さらに上記Ｃｕめっき層および／またはＮ
ｉめっき層の最外表面に、厚さ１〜５μｍ程度の金（Ａ
ｕ）めっき層を形成することにより、ワイヤボンディン
グ性が大幅に改善されるとともに半田濡れ性が向上する
ため、半導体素子や端子部品の半田接合性が大幅に改善
される。

【００２６】また上記Ｃｕめっき層および／またはＮｉ
めっき層の最外表面に、半田層を形成することにより、
プリソルダー型回路基板とすることが可能であり、半導
体素子や端子部品のアセンブリング操作が極めて容易に
なる。上記半田層はＡｌＮ基板全面に亘って形成しても
よいが、部分的に形成してもよい。また半田層の厚さ
は、所定の接合強度を付与するために、少なくとも５０
μｍ以上に設定する必要があり、１００μｍ程度がより
好ましい。

【００２７】一方、リードフレーム構成材としては、導
電性および熱膨脹性を考慮して、Ｃｕ，Ｃｕ合金，５３
Ｆｅ−２８Ｎｉ−１８Ｃｏ（コバール合金）等のＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金，４２Ｎｉ−Ｆｅ等のＦｅ−Ｎｉ合金，
Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃｕクラッド材，Ｃｕ−（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金）−Ｃｕクラッド材等が好適である。特に上記コ
バール合金や４２Ｎｉ−Ｆｅ合金は窒化アルミニウム基
板に近似した低い熱膨脹係数を有しており、基板とリー
ドフレームとの熱膨脹差に起因する疲労劣化を効果的に
防止することができる。

【００２８】上記回路基板は、例えば次のような工程で
製造することができる。すなわち、所定形状および寸法
に加工された窒化アルミニウム基板のリードフレーム接
合部および素子搭載部に、Ｔｉなどの活性金属成分を含
む接合用組成物ペーストを使用して所定形状の回路パタ
ーン等をスクリーン印刷する。半導体素子を搭載する部
位の活性金属メタライズ層用パターンは、半導体素子の
各リードと接続するための回路パターン形状とする。

【００２９】そしてリードフレームを接合部に載置した
後に、真空中または窒素ガス等の非酸化性雰囲気で温度
７００〜９５０℃で窒化アルミニウム基板、リードフレ
ームおよび印刷パターンを加熱することにより素子搭載
部の活性金属メタライズ層の形成とリードフレームの接
合とを同時に行ない、リードフレームが一体に形成され
た窒化アルミニウム基板を得る。さらに形成された活性
金属メタライズ層を保護するために、このメタライズ層
表面上に、さらに銅、ニッケルや金等の金属めっき層を
形成するとよい。次に半導体素子（ＩＣペレット）を半
田接合によって窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板の素子
搭載部（活性金属メタライズ層）に接合することによ
り、回路基板が製造される。

【００３０】

【作用】上記構成に係る回路基板によれば、銅めっき層
および／またはニッケルめっき層を被覆することにより
表面平滑性および半田濡れ性を改善した活性金属メタラ
イズ層を形成し、その表面に半田によって半導体素子を
接合しているため、半導体素子の密着性が優れ、ボイド
発生等による素子の特性悪化を招くおそれが少ない。一
方、表面平滑性は劣るが、窒化アルミニウム基板に対す
る濡れ性に優れた活性金属メタライズ層を介してリード
フレームを窒化アルミニウム基板に一体に接合している
ため、リードフレームの接合強度は極めて高くなり、繰
返しの熱衝撃によるリードフレームの剥離がなく、耐熱
サイクル性および動作信頼性に優れ、かつ放熱性に優れ
た回路基板を提供することができる。

【００３１】また活性金属法によりメタライズ層を形成
し、リードフレームを接合しているため、従来のＭｏメ
タライズ層を形成する場合と比較して低温度で処理が可
能となる。したがって、高温度処理によって生じていた
基板の反りの発生、めっき性の悪化、半田付け強度の低
下、基板の残留応力の増加、基板の変質等が少なく、高
品質の回路基板を提供することができる。

【００３２】

【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。

【００３３】実施例１実施例１として図１および図２に示すようなリードフレ
ーム２，２ａ，２ｂおよび半導体素子３を窒化アルミニ
ウム基板４に一体に接合した回路基板１を下記のような
手順で製造した。

【００３４】すなわち直径が１２．５mmであり、熱伝導
率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋである窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）基板４の素子搭載部およびリードフレーム接合部に
３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉろう材をスクリ
ーン印刷して回路形成し、厚さ０．１５mmの銅合金製リ
ードフレーム２，２ａ，２ｂをリード接合部の回路パタ
ーン上に押圧した状態で、真空中で８５０℃に加熱する
ことにより、素子搭載部およびリードフレーム接合部に
活性金属メタライズ層５を形成すると同時に、リードフ
レーム２，２ａ，２ｂをＡｌＮ基板４に一体に接合し
た。さらに上記素子搭載部の活性金属メタライズ層５お
よびリードフレーム２，２ａ，２ｂ表面に、厚さ６μｍ
のＣｕめっき層６と厚さ５μｍのＮｉめっき層７と最終
表面処理としての厚さ３μｍのＡｕめっき層８とを順次
形成した。さらにＡｌＮ基板４の対向する両側面に放熱
用のヒートシンク９をそれぞれ接合することにより、実
施例１に係る回路基板１を調製した。

【００３５】なお上記ヒートシンク９は、半導体素子３
において発生した熱をＡｌＮ基板４を経由して系外に放
散するために設けられ、この構成材としては、Ｃｕ，Ｃ
ｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｗクラッド材、Ｍｏ，Ｍｏ合金等の
熱伝導率が高く放熱性が優れた金属材から形成される
が、実施例１においては、Ｃｕ製のものを使用した。

【００３６】この実施例１に係る回路基板１のリードフ
レーム２，２ａ，２ｂの接合強度を測定したところ、平
均のピール強度で７〜１０kgf/cmという、従来と比較し
て高い接合強度が得られ、実用上問題がないことが確認
された。

【００３７】また上記ＡｌＮ回路基板の耐久性および信
頼性を評価するために、−６５℃〜＋１５０℃の範囲で
加熱し、引き続いて＋１５０℃〜−６５℃に冷却する操
作を１サイクルとするヒートサイクル試験（ＴＣＴ）を
繰返し実施したところ、１００サイクル後においても各
リードフレームの剥離は皆無であった。

【００３８】一方、活性金属メタライズ層５に半田付け
を行ない、引張り強度を測定したところ、平均値は２kg
f/mm²と高い接合強度を有する一方、半田濡れ性はいず
れも９５％以上であり、半田接合性が良好であることが
確認できた。

【００３９】比較例１一方、活性金属メタライズ層を形成せずに半導体素子搭
載部およびリードフレーム接合部にともにモリブデンか
ら成るメタライズ層を形成し、厚さ０．１５mmの銅合金
製の各リードフレームを銀ろう材により一体に接合した
以外は実施例１と同様に処理して比較例１に係る回路基
板を調製した。

【００４０】この比較例１に係る回路基板について、実
施例１と同一条件のＴＣＴ試験を実施したところ、１０
０サイクル後において、約５８％の試料についてリード
フレームの剥離が発生し、実用に耐えないことが判明し
た。

【００４１】実施例２実施例２として図２に示すようなリードフレーム２ｃお
よび半導体素子３を窒化アルミニウム基板４ａに一体に
接合した回路基板１ａを下記のような手順で製造した。

【００４２】すなわち縦横寸法が１０mm×８mm、厚さが
０．６３５mmであり、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋであ
る窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板４ａの素子搭載部お
よびリードフレーム接合部に３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃ
ｕ−５％Ｔｉろう材をスクリーン印刷して回路形成し、
厚さ０．３mmの４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金製リードフレーム
２ｃをリード接合部の回路パターン上に押圧した状態
で、真空中で８５０℃に加熱することにより、素子搭載
部およびリードフレーム接合部に活性金属メタライズ層
５を形成すると同時に、リードフレーム２ｃをＡｌＮ基
板４ａに一体に接合した。さらに上記素子搭載部の活性
金属メタライズ層５およびリードフレーム２ｃ表面に、
厚さ６μｍのＣｕめっき層６と厚さ５μｍのＮｉめっき
層７と最終表面処理としての厚さ３μｍのＡｕめっき層
８とを順次形成することにより、実施例２に係る回路基
板１ａを調製した。

【００４３】この実施例２に係る回路基板１ａのリード
フレーム２ｃの接合強度を測定したところ、平均のピー
ル強度で５〜８kgf/cmという、従来と比較して高い接合
強度が得られ、実用上問題がないことが確認された。

【００４４】また上記回路基板の耐久性および信頼性を
評価するために、実施例１と同一条件のヒートサイクル
試験（ＴＣＴ）を繰返し実施したところ、１００サイク
ル後においても各リードフレームの接合強度の低下はな
く、剥離も皆無であった。

【００４５】比較例２一方、活性金属メタライズ層を形成せずに半導体素子搭
載部およびリードフレーム接合部にともにモリブデンか
ら成るメタライズ層を形成し、厚さ０．３mmの４２％Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金製のリードフレームを銀ろう材により一体
に接合した以外は実施例２と同様に処理して比較例２に
係る回路基板を調製した。

【００４６】この比較例２に係る回路基板について、実
施例２と同一条件のＴＣＴ試験を実施したところ、１０
０サイクル後において、約６５％の試料についてリード
フレームの剥離が発生し、実用に耐えないことが判明し
た。

【００４７】実施例３実施例３として図３に示すように、リードピン１０を窒
化アルミニウム基板４ｂに一体に接合した回路基板１ｂ
を下記のような手順で製造した。

【００４８】すなわち１９．０mm角で厚さ０．６３５mm
であり、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋである窒化アルミ
ニウム基板４ｂ表面に３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５
％Tiろう材をスクリーン印刷して所定の回路パターンを
形成した。次にこの回路パターンを真空中で８５０℃に
加熱することにより、活性金属メタライズ層５ａを一体
に形成したメタライズ基板を得た。次にこのメタライズ
基板をめっき処理することにより、活性金属メタライズ
層５ａ表面に、厚さ６μｍのＣｕめっき層６ａおよび厚
さ５μｍのＮｉめっき層７ａを順次形成した。このよう
にめっき処理したメタライズ基板表面に厚さ１００μｍ
の半田箔を載置し、水素／窒素雰囲気中で４５０℃に加
熱することにより、半田層（プリソルダー）１１を一体
に形成することにより、実施例３に係る回路基板１ｂを
調製した。

【００４９】この実施例３に係る回路基板１ｂの表面に
リードピン１０を半田付けし引張り強度Ｆを測定したと
ころ、２kgf/mm²以上という、従来と比較して高い接合
強度が得られ、実用上問題がないことが確認された。

【００５０】また上記回路基板１ｂの耐久性および信頼
性を評価するために、実施例１と同一条件でヒートサイ
クル試験（ＴＣＴ）を繰返し実施したところ、１００サ
イクル後においても引張り強度の低下が見られず健全な
状態を示した。

【００５１】実施例４実施例４として図４に示すように、厚さ０．３mmの銅製
リードフレーム２ｄを窒化アルミニウム基板４ｃに一体
に接合した回路基板１ｃを下記のような手順で製造し
た。

【００５２】すなわち１０mm×８mm、厚さ０．６３５mm
であり、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋである窒化アルミ
ニウム基板４ｃ表面に３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５
％Tiろう材をスクリーン印刷して所定の回路パターンを
形成した。次にこの回路パターンを真空中で８５０℃に
加熱することにより、活性金属メタライズ層５ｂを一体
に形成したメタライズ基板を得た。次にこのメタライズ
基板をめっき処理することにより、活性金属メタライズ
層５ｂ表面に、厚さ６μｍのＣｕめっき層６ｂおよび厚
さ５μｍのＮｉめっき層７ｂを順次形成した。このよう
にめっき処理したメタライズ基板表面に厚さ１００μｍ
の半田箔を載置し、水素／窒素雰囲気中で４５０℃に加
熱することにより、半田層（プリソルダー）１１を一体
に形成することにより、実施例４に係る回路基板１ｃを
調製した。

【００５３】この実施例４に係る回路基板１ｃの表面
に、厚さ０．３mmの銅製リードフレーム２ｄを接合し、
ピール強度を測定したところ、３〜５kgf/cmという、従
来と比較して高い接合強度が得られ、また破壊は半田層
１１内で発生した。

【００５４】また実施例４に係る回路基板１ｃについ
て、実施例１と同一条件のＴＣＴ試験を実施し、耐熱サ
イクル性を評価したところ、１００サイクル後において
も接合強度の低下は観察されず、健全な状態であった。

【００５５】実施例５Ｃｕめっき層を形成しない点以外は実施例４同様に処理
して、図５に示すような実施例５に係る回路基板１ｄを
調製した。この回路基板１ｄについて、同様に銅製リー
ドフレーム２ｄを接合してピール強度を測定したとこ
ろ、実施例４と同様に３〜５kgf/cmという高い接合強度
が得られた。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係る回路基
板によれば、銅めっき層および／またはニッケルめっき
層を被覆することにより表面平滑性および半田濡れ性を
改善した活性金属メタライズ層を形成し、その表面に半
田によって半導体素子を接合しているため、半導体素子
の密着性が優れ、ボイド発生等による素子の特性悪化を
招くおそれが少ない。一方、表面平滑性は劣るが、窒化
アルミニウム基板に対する濡れ性に優れた活性金属メタ
ライズ層を介してリードフレームを窒化アルミニウム基
板に一体に接合しているため、リードフレームの接合強
度は極めて高くなり、繰返しの熱衝撃によるリードフレ
ームの剥離がなく、耐熱サイクル性および動作信頼性に
優れ、かつ放熱性に優れた回路基板を提供することがで
きる。

【００５７】また活性金属法によりメタライズ層を形成
し、リードフレームを接合しているため、従来のＭｏメ
タライズ層を形成する場合と比較して低温度で処理が可
能となる。したがって、高温度処理によって生じていた
基板の反りの発生、めっき性の悪化、半田付け強度の低
下、基板の残留応力の増加、基板の変質等が少なく、高
品質の回路基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回路基板の第１実施例を示す平面
図。

【図２】本発明に係る回路基板の第２実施例を示す断面
図であり、かつ図１におけるII−II矢視部分断面図。

【図３】本発明に係る回路基板の第３実施例を示す断面
図。

【図４】本発明に係る回路基板の第４実施例を示す断面
図。

【図５】本発明に係る回路基板の第５実施例を示す断面
図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ回路基板２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄリードフレーム３半導体素子（Ｓｉチップ）４，４ａ，４ｂ，４ｃ窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基
板５活性金属メタライズ層６，６ａ，６ｂ銅（Ｃｕ）めっき層７，７ａ，７ｂニッケル（Ｎｉ）めっき層８金（Ａｕ）めっき層９ヒートシンク１０リードピン１１半田層（プリソルダー）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板にリードフレームが接合され
るとともに半導体素子が搭載される回路基板において、
絶縁性基板としての窒化アルミニウム基板と、この窒化
アルミニウム基板表面のリードフレーム接合部および素
子搭載部に形成された活性金属メタライズ層と、この活
性金属メタライズ層表面に形成された銅めっき層および
／またはニッケルめっき層とを備えたことを特徴とする
回路基板。
【請求項２】銅めっき層および／またはニッケルめっ
き層の最外表面に、さらに金めっき層を一体に形成した
ことを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】素子搭載部の表面粗さが十点平均粗さ
（Ｒｚ）で５μｍ以下であることを特徴とする請求項１
記載の回路基板。
【請求項４】リードフレーム接合部に形成した活性金
属メタライズ層を介してリードフレームを窒化アルミニ
ウム基板表面に一体に接合するとともに、接合したリー
ドフレーム表面に、銅めっき層および／またはニッケル
めっき層と金めっき層とを一体に形成したことを特徴と
する請求項１記載の回路基板。
【請求項５】銅めっき層および／またはニッケルめっ
き層の最外表面に、半田層を一体に形成したことを特徴
とする請求項１記載の回路基板。
【請求項６】上記半田層と、銅めっき層および／また
はニッケルめっき層と、活性金属メタライズ層とを介し
てリードフレームを窒化アルミニウム基板に一体に接合
したことを特徴する請求項５記載の回路基板。
【請求項７】活性金属メタライズ層は、重量％でＣｕ
を１５〜３５％、Ti、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択さ
れる少くとも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質
的にＡｇから成る組成物で構成されることを特徴とする
請求項１記載の回路基板。
【請求項８】活性金属メタライズ層は、重量％でＣｕ
を１５〜３５％、Ti、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択さ
れる少くとも１種の活性金属を１〜１０％、Ｗ，Ｍｏ，
ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄およびＢＮから選択される少くとも
１種を５〜４０％含有し、残部が実質的にＡｇから成る
組成物で構成されることを特徴とする請求項１記載の回
路基板。
【請求項９】リードフレームは、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃ
ｕクラッド材，Ｃｕ−（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）−Ｃｕ
クラッド材の少なくとも１種から成ることを特徴とする
請求項１記載の回路基板。