JPH0846325A - セラミックス配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属板とセラミックス基板との接合の不具合
による不良品の発生を低減してセラミックス基板上に微
細なパターンの金属配線板を正確に、かつ安価に形成で
き、さらには耐熱衝撃性が優れ従来よりも高い信頼性が
得られるセラミックス配線基板の製造方法の提供。 【構成】 セラミックス基板１の表面に活性金属ろう材
を含む接合用ペーストを用いて、配線パターン形状の接
合用ペースト２を、またパターンの外に配線パターンで
ない外周部の接合用ペースト３を該パターンを囲むよう
に印刷塗布し、基板の塗布面と金属板４とを合わせて積
層配置し、熱処理して接合し、接合体の金属板上に配線
パターンに応じたレジスト５を形成後、エッチングによ
り金属板の不要部分を溶解除去して配線パターン６を有
する金属配線板を形成し、さらにパターン外側に残った
ろう材部もエッチングして配線基板を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属板とセラミックス
基板とをろう材層を介して接合したセラミックス配線基
板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス基板は、高電気絶縁性、高
熱伝導性、低熱膨脹性等の特徴を有することから、電子
部品特に高出力、高電力型の半導体素子の搭載用基板と
して実用化されている。セラミックス基板を電子部品の
搭載用基板として利用する場合には、電気回路の形成等
を目的として、金属と接合することが不可欠である。配
線基板を製造する際のセラミックス基板と金属配線板と
の接合方法としては、所用形状の銅配線板とセラミック
ス基板とを直接接合させるいわゆるダイレクト・ボンド
・カッパー（ＤＢＣ）法や、活性金属を用いる接合方法
等が知られている。

【０００３】ＤＢＣ法は、所用形状の銅回路をセラミッ
クス基板上に直接接合できることから、製造工程の短縮
を図れる等の利点を有するものの、接合面全体の接合品
質を安定に保つことが難しく、未接合部分が残りやすい
ために、微細な配線パターンを形成することは困難であ
った。そこで、セラミックス基板上に板状の銅板等を活
性金属法により均一に接合し、銅板にエッチング処理を
施して、微細な配線パターンを形成することが行われて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たセラミックス基板に活性金属を塗布後接合する方法に
は、以下の問題や要求があった。

【０００５】１．パターンの外周に未接合部分が発生し
やすい。

【０００６】金属板を側面から見ると外周が少し浮き上
がって見えるものが多いが、これはパターンの外周の接
合が完全でないことによるもので未接合による不良であ
る。この未接合はパターンの内部にはなく外周において
のみ特定されることから接合化学反応そのもののばらつ
きによるものではなく、金属板とセラミックスの収縮率
の違いによる歪みの発生といった物理的なことに起因す
る現象であるとと思われる。

【０００７】２．耐熱衝撃性の向上 金属板とセラミックスを接合した配線基板において、最
も要求が厳しいのは耐熱衝撃性を代表とする信頼性の向
上である。活性金属法は接合強度の高い接合体を生じる
が、接合界面に脆い反応生成物をつくるので耐熱衝撃性
が直接接合基板と比べ低くなる可能性がある。実際に
は、ろう材層を熱応力緩衝層として設計する等の方法で
直接接合基板と同等以上の特性を有するものが得られて
いるが、さらに高い信頼性が求められている。

【０００８】したがって本発明の目的は、金属板とセラ
ミックス基板との接合の不具合による不良品の発生を低
減してセラミックス基板上に微細なパターンの金属配線
板を正確に、かつ安価に形成でき、さらには耐熱衝撃性
が優れ、従来よりも高い信頼性がを持つセラミックス配
線基板の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成すべく研究の結果、セラミックス基板上に接合用ペー
ストで塗布された配線パターン形状のペースト層の外側
外周部に該パターンを取り囲むように接合用ペーストを
塗布して金属板と接合すれば、前述の未接合部の発生を
防止できること、あるいは前記接合用ペーストのパター
ン内に一部未接合部を設け、すなわち、たとえば配線パ
ターン形状ペースト層の内側にその外周に沿って一定の
幅を持つ溝状に接合用ペーストを塗布しない部分を設け
て接合後、熱処理、金属板のエッチング等を経て金属配
線を形成すれば、得られる配線基板はヒートサイクル性
が格別に向上することを見いだし本発明に到達した。

【００１０】したがって本発明は第１に、金属板および
セラミックス基板を用いて、活性金属含有ろう材を含む
接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パタ
ーン形状に塗布し、金属板とセラミックス基板とを積層
配置後、熱処理を施してこれらを接合し、さらにエッチ
ング処理して所望の配線パターンを有する金属配線板を
形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗
布された配線パターン形状の接合用ペースト層の外側外
周部に該パターンを取り囲むようにさらに接合用ペース
トを塗布する工程を含むことを特徴とするセラミックス
配線基板の製造方法を提供することであり、第２に、金
属板およびセラミックス基板を用いて、活性金属含有ろ
う材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望
の配線パターン形状に塗布し、金属板とセラミックス基
板とを積層配置後、熱処理を施してこれらを接合し、さ
らにエッチング処理して所望の配線パターンを有する金
属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法に
おいて、接合用ペースト層の一部に未接合部を設けるこ
とにより、すなわち、たとえば塗布された配線パターン
形状ペースト層の内側にその外周に沿って一定の幅を持
つ接合用ペーストを塗布しない部分を設けておくことを
特徴とするセラミックス配線基板の製造方法を提供する
ことであり、第３に、金属板およびセラミックス基板を
用いて、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセ
ラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布し、
金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施
してこれらを接合し、さらにエッチング処理して所望の
配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミック
ス配線基板の製造方法において、塗布された所望の配線
パターン形状の接合用ペースト層の外側外周部に該パタ
ーンを取り囲むようにさらに接合用ペーストを塗布し、
かつ該配線パターン形状ペースト層の内側に前記第２の
場合と同様に、たとえばその外周に沿って一定の幅を持
つ溝状に接合用ペーストを塗布しない部分を設けておく
ことを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法を提
供することである。

【００１１】

【作用】活性金属ろう材を含む接合用ペーストをセラミ
ックス基板に塗布するに際し、所望の配線パターン形状
の接合用ペースト層の外側外周部に、該パターン形状を
取り囲むようにさらに接合用ペーストを塗布しておくこ
とにより、パターン外周部の未接合欠陥が激減する。

【００１２】また、活性金属ろう材を含む接合用ペース
トを所望の配線パターン形状に塗布した層そのものの中
に一部未接合部を設けることにより、すなわち、たとえ
ばその内側にその外周に沿って該ペーストを塗布しない
溝状の非接触部を設けることにより耐熱衝撃性が格段に
向上する。

【００１３】

【実施例１】図１（ａ）〜（ｅ）は本実施例に用いられ
たセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図で
ある。これらを参照して以下説明する。

【００１４】（１）まず、図１（ａ）に示すように、寸
法縦２５×横５０×厚さ０．６３５mmのセラミックス基
板１の表面に、活性金属ろう材を含む接合用ペーストを
用いて所望の配線パターン形状の接合用ペースト２を、
またパターンの外側に配線パターンでない外周部の接合
用ペースト３を所望のパターンを囲むように、この場合
直線状にスクリーン印刷法を用いて塗布する。なお基板
１の裏面にも別の配線パターン形状の接合用ペースト２
を塗布しておく。

【００１５】ここで接合用ペーストとしては、Ａｇ−Ｃ
ｕの共晶組成を持つものに、活性金属成分たるＴｉを適
量配合したものが用いられる。上記ろう材への活性金属
の添加量は例えば２％である。また、セラミックス基板
としては酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）基板を用い
た。

【００１６】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、接
合用ペースト２および３を塗布した面と２枚の金属板４
を合わせて接合配置する。金属板としては縦２５×横５
０×厚さ０．３mmの銅板を用いた。

【００１７】（３）この後、用いた活性金属含有ろう材
に応じた条件（雰囲気、温度、時間等）により熱処理を
施し、金属板４とセラミックス基板１とを接合する。接
合は１０^-4Torrの真空中、８５０℃の温度で２０分程度
加熱処理することにより行われる。

【００１８】（４）次いで、セラミックス基板１と金属
板４との接合体に位置合わせを行い、金属板４上に、同
図（ｃ）に示すように、配線パターンに応じたレジスト
５を形成する。このレジストを形成した状態で、金属板
４に応じたエッチング液例えばＦｅＣｌ₃ 液でシャワリ
ングし、金属板４の不要部分を溶解除去して、同図
（ｄ）に見られるように、所望の配線パターン６を有す
る金属配線板を形成する。

【００１９】（５）次いで、所望の配線パターン形状の
外側に残ったろう材部は必要に応じて特殊なエッチング
液を用いて溶解除去し、同図（ｅ）に見られるように、
所望の配線パターン６を有するセラミックス配線基板を
得る。

【００２０】

【実施例２】図２（ａ）〜（ｈ）は本実施例に用いられ
たセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図
（ａ〜ｄ）および各斜視図それぞれに対応する断面図
（ｅ〜ｈ）である。これらを参照して以下説明する。

【００２１】（１）まず、図２（ａ）、（ｅ）に示すよ
うに、寸法縦２５×横５０×厚さ０．６３５mmのセラミ
ックス基板１の表面に、活性金属ろう材を含む接合用ペ
ーストを所望の配線パターン形状に印刷するに際し、該
パターン形状を外周とし、それより０．５mm内側に幅
０．５mmのろう材を印刷しないパターン非接触部７を設
けるようにした。なお基板１の裏面にも別の配線パター
ン形状の接合用ペーストを塗布した。

【００２２】ここで接合用ペーストとしては、Ａｇ−Ｃ
ｕの共晶組成を持つものに活性金属成分たるＴｉを適量
配合した活性金属ろう材を樹脂結合剤および分散媒によ
ってペースト化したものが用いられる。

【００２３】上記ろう材への活性金属の添加量は２％で
あった。また、セラミックス基板としては酸化アルミニ
ウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）基板を用いた。

【００２４】（２）次に、接合用ペーストを塗布した面
と２枚の金属板４を合わせて同図（ｂ）、（ｆ）に示す
ように、接合配置する。金属板４には縦２５×横５０×
厚さ０．３mmの銅板を用いた。

【００２５】（３）この後、用いた活性金属含有ろう材
に応じた条件（雰囲気、温度、時間等）により熱処理を
施し、金属板４とセラミックス基板１とを接合する。接
合は例えば１０^-4Torrの真空中、８５０℃で２０分加熱
処理することにより行われる。

【００２６】（４）次いで、セラミックス基板１と金属
板４との接合体に位置合わせを行い、同図（ｃ）、
（ｇ）のように、２枚の金属板４の上下にそれぞれの配
線パターンに応じたレジスト５を形成する。このレジス
トを形成した状態で、金属板４に応じたエッチング液例
えばＦｅＣｌ₃ 液でシャワリングし、金属板４の不要部
分を溶解除去して、同図（ｄ）、（ｈ）に示すように、
所望の配線パターン６を有する金属配線板を形成し、所
望のセラミックス配線基板を得る。

【００２７】

【実施例３】寸法が縦２５×横５０×厚さ０．６３５mm
の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板に、所望の配線パタ
ーン形状の接合用ペーストおよび該パターン形状を取り
囲むように幅２mmで厚みは該パターン形状と同じくした
Ａｇ−Ｃｕ系の接合用ペーストを塗布した。

【００２８】金属板としては縦２５×横５０×厚さ０．
３mmの銅板を用いた。このＡｌＮ基板と銅板とを積層配
置した後、１０^-4Torrの真空中、８５０℃で２０分間加
熱処理し、銅板とＡｌＮ基板とを接合した。

【００２９】この接合体に精密に位置合わせを行って、
銅板上にレジストを配線パターンに応じて印刷した後、
ＦｅＣｌ₃ 液でエッチングした。このエッチング処理に
より銅板の不要部分を溶解除去して、さらに残った外周
部の接合用ペーストについてもエッチング除去し、所望
とする配線パターンを有する銅配線板を形成し、目的と
する配線基板を得た。

【００３０】

【実施例４】実施例３の場合と同じ寸法のＡｌＮ基板
に、所望の配線パターン形状の接合用ペーストを塗布す
るに際し、該パターン形状の外側から０．５mm内側に幅
０．５mmのろう材を印刷しないパターン非接合部を設け
てＡｇ−Ｃｕ系接合用ペーストを塗布した。金属板とし
て、縦２５×横５０×厚さ０．３mmの銅板を用いた。

【００３１】以下、銅板とＡｌＮ基板の接合、熱処理、
レジストの形成およびエッチング等は実施例２に述べら
れている要領にしたがって処理し、所望の配線パターン
を有する銅配線板を形成し、目的とする配線基板を得
た。

【００３２】

【実施例５】図３は本実施例においてセラミックス基板
の表面に施される接合用ペーストの塗布状況を示す斜視
図である。

【００３３】実施例３の場合と同じ寸法のＡｌＮ基板１
の表面に、活性金属を含む接合用ペーストを所望の配線
パターン形状に印刷するに際し、該配線パターン形状の
接合用ペースト２の外周から０．５mm内側に幅０．５mm
のろう材を印刷しないパターン非接合部７を設け、さら
に該パターン形状の外側外周部にも上記所望パターンを
取り囲むように、幅２mmで厚みは所望パターンと同じく
したＡｇ−Ｃｕ系の外周部接合用ペースト３をスクリー
ン印刷法で塗布した。

【００３４】以下、銅板（寸法縦２５×横５０×厚さ
０．３mm）とＡｌＮ基板との接合、熱処理、レジストの
形成、エッチング等一連の処理工程は実施例１に述べら
れている要領にしたがって処理し、所望の配線パターン
を有する銅配線板を形成し、目的とする配線基板を得
た。

【００３５】

【比較例１】実施例１の場合と同じ銅板、Ａｌ₂ Ｏ₃ 基
板および接合用ペーストを用いた。ただし、接合用ペー
ストは所望の配線パターン形状のみＡｌ₂ Ｏ₃ 基板上に
塗布し、積層配置した。熱処理以降は実施例１と同様に
行った。

【００３６】

【比較例２】実施例３の場合と同じ銅板、ＡｌＮ基板お
よび接合用ペーストを用いた。ただし、接合用ペースト
は所望の配線パターン形状のみＡｌＮ基板上に塗布し、
積層配置した。熱処理以降は実施例３と同様に行った。

【００３７】以上の実施例１〜５および比較例１〜２に
おいて得られた各配線基板について、配線パターン外側
部の未接合発生の有無、ならびにヒートサイクル特性を
調べ、結果を評価として表１に示した。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１の評価によれば、接合用ペーストによ
り配線パターン形状の外側外周部に接合部を設けること
により、外周部に従来発生していた接合不完全による不
良品の発生がなくなり、一方所望配線パターン形状の内
側に接合用ペーストを塗布しないパターン非接合部を設
けておくことによってヒートサイクル特性が格段に向上
することを示している。特に、実施例５の場合のよう
に、パターンの外側外周部にもパターンを取り囲むよう
に接合部を設け、かつパターン内側に非接合部を設けて
おくと、パターンの外側外周部の未接合を防止するとと
もに、向上したヒートサイクル性を兼ね備えた配線基板
が得られることになる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クス配線基板の製造方法によれば、接合の不具合による
不良品の発生を低減できるので、セラミックス基板上に
微細なパターンの金属配線板を正確に、かつ安価に形成
することが可能となる。

【００４１】また、所望の配線パターン形状の内側に接
合用ペーストを塗布しない非接合部を設けることによ
り、配線基板としての耐熱衝撃性の指標となるヒートサ
イクル特性が格段に向上したセラミックス配線基板が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に用いられたセラミックス配
線基板の製造工程を順に示す斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例に用いられたセラミックス
配線基板の製造工程を順に示す斜視図とこれに対応する
断面図である。

【図３】本発明のさらに別の実施例において、セラミッ
クス基板の表面に施される接合用ペーストの塗布状況を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１ セラミックス基板 ２ 配線パターン形状の接合用ペースト ３ 外周部の接合用ペースト ４ 金属板 ５ レジスト ６ 配線パターン ７ パターン非接合部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１０月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】ここで接合用ペーストとして、Ａｇ−Ｃｕ
の共晶組成を持つものに、活性金属成分たるＴｉを適量
配合したものが用いられる。上記ろう材への活性金属の
添加量は例えば２．５％である。また、セラミックス基
板としては酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）基板を用い
た。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】上記ろう材への活性金属の添加量は２．５
％であった。また、セラミックス基板としては酸化アル
ミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）基板を用いた。

フロントページの続き (72)発明者 小野 隆司 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性金属含有ろう材を含む接合用ペース
   トをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗
   布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処
   理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板
   の不要部分を溶解除去して所望の配線パターンを有する
   金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法
   において、塗布された配線パターン形状ペースト層の外
   側外周部に該パターン形状ペースト層を取り囲むように
   さらに接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミック
   ス基板とを積層配置することを特徴とするセラミックス
   配線基板の製造方法。
2. 【請求項２】 活性金属含有ろう材を含む接合用ペース
   トをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗
   布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処
   理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板
   の不要部分を溶解除去して所望の配線パターンを有する
   金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法
   において、前記塗布された配線パターン形状ペースト層
   自体がその内側に一部接合用ペースト未塗布の部分を有
   するものとなるようにペースト層を形成した後金属板と
   セラミックス基板とを積層配置することを特徴とするセ
   ラミックス配線基板の製造方法。
3. 【請求項３】 活性金属含有ろう材を含む接合用ペース
   トをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗
   布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処
   理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板
   の不要部分を溶解除去して所望の配線パターンを有する
   金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法
   において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその
   内側に一部接合用ペースト未塗布の部分を有するものと
   なるようにペースト層を形成し、かつ塗布された所望の
   配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該パターン
   形状ペースト層を取り囲むようにさらに接合用ペースト
   を塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置す
   ることを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法。