JPH09157055A - 点接合または線接合を有する金属−セラミックス複合基板およびその製造方法 - Google Patents
点接合または線接合を有する金属−セラミックス複合基板およびその製造方法Info
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Abstract
ことによって耐熱衝撃性や通炉耐量に優れた金属−セラ
ミックス複合基板とその製造法を提供する。 【構成】 セラミックス基板1としてAlN基板を用
い、Ag、CuおよびTiからなる従来公知のろう材ペ
ーストを用いて、基板1の表面上に円形点状に印刷した
点状塗布ろう材2と、部分的にろう材を全面印刷した部
分全面塗布部3を形成し、この部分全面塗布部3を半導
体搭載部とする。上記点状印刷の面積率を全面印刷に比
べ70%程度に調整したろう材上に、金属板4として
0.3mmの銅板を接合すると共に、基板の裏面には下部
金属板5として0.25mmの銅板を全面塗布ろう材6に
よって接合し、接合体を830℃で焼成して金属−セラ
ミックス複合基板を得る。しかる後、銅板表面に所定の
電子回路パターンをエッチングにより形成して銅回路部
7を有する窒化アルミニウム基板を得る。
Description
を接合して複合基板と成す製造方法並びに基板自体に関
し、特にろう材を部分的に点接合あるいは線接合させる
ことによって耐熱衝撃性や通炉耐量に優れた複合基板を
提供することを目的とする。
クス基板としての窒化アルミニウム(AlN)基板とを
接合する方法として、特開昭60−166165号公報
記載の「窒化物系セラミックスと金属との接合方法」に
開示する活性金属ろう接法や、銅板と窒化アルミニウム
基板とをそれらの表面を改質させて直接接合するDBC
法(例えば特開昭56−163093号公報)等が知ら
れている。
比較して接合強度が高く、得られた接合体はヒートサイ
クルに対して耐久性が高い等の特性を有することから、
酸化物系セラミックス基板以外の例えば窒化物セラミッ
クス基板と銅板との接合に多用されるようになった。
としては、Ag−Cu−活性金属(Ti、Zr、Hfの
いずれか1種)からなるろう材(特開昭60−1661
65号公報)や、Ag−Cu−水素化チタンからなる活
性金属ペースト材(特開平3−101153号公報)が
実用化されている。
化アルミニウム基板の上下面に銅板を接合して回路基板
を形成することは実用化されているが、近年の回路用基
板には、大電力化に対応できるよう、放熱性、電気絶縁
性に加え、より高強度でかつ耐熱衝撃性に優れた基板の
開発が望まれていた。また東芝「特開平7−9462
3」の浮きパターンもあるが、端子付け部分は耐熱衝撃
性は優れているものの、浮きパターン部以外は従来と同
程度の耐熱衝撃性しかなかった。
合法によって得られる複合基板より優れた耐熱衝撃性を
有する複合基板とその製造方法を提供することにある。
達成すべく鋭意研究した結果、従来公知の活性金属ろう
材を使用する場合においても、セラミックス基板上に全
面塗布するのでなく、丸形や角形の部分的点状あるいは
線状にろう材を塗布することによって、熱応力の小さい
複合基板を得ることができることを見出し、本発明を提
案することができた。
基板の少なくとも一面にろう材を丸や角の点状あるいは
線状に塗布し、その上に金属板を接合して成ることを特
徴とする、点接合あるいは線接合を有する金属−セラミ
ックス複合基板に関する。
くとも一面にろう材を点状または線状と部分全面とに塗
布し、その上に金属板を接合して成ることを特徴とす
る、点接合または線接合を有する金属−セラミックス複
合基板に関する。
板とをろう材で接合して複合基板を製造する方法におい
て、上記ろう材をセラミックス基板上に点状または線状
に、あるいは点状または線状と部分全面状とに塗布する
第1工程と、次いで該ろう材上に金属板を重ね、加熱接
合して金属−セラミックス基板接合体を得る第2工程
と、得られた接合体の金属板上にエッチングレジストに
より回路パターンを形成した後、エッチング処理により
金属回路を形成する第3工程とからなることを特徴とす
る、点接合または線接合を有する金属−セラミックス複
合基板の製造方法に関するものである。
−Cu系のろう材が好ましく、Agの含有量は60〜9
5重量%、好ましくは65〜80重量%範囲内である。
またCuの含有量は5〜40重量%、好ましくは20〜
35重量%範囲内である。AgおよびCuの含有量がこ
れらの範囲を越えると共晶ができにくく、Cu板あるい
はセラミックスとの反応性が悪くなるため接着力が弱く
なってしまうからである。
の金属の他に活性金属から成るろう材が好ましい。活性
金属を添加することによって接着強度を高めることがで
きる。ここに言う活性金属とは、Ti、Zr、Hfなど
周期律表の4A族のうちの少なくとも一種であり、添加
形態としては、金属体として、あるいは水素化物として
用いてもよく、添加量としては、0.5〜4.5重量%
の範囲が好ましい。これは0.5重量%未満では生成さ
れる窒化物層が少なくなり接着強度がなく、一方、4.
5重量%を越えると逆に接着強度は高くなるものの、残
留応力が増大し接合後にクラックが発生しやすくなると
いう欠点があるからである。
iOやTiO2 を0.25〜0.9重量%の範囲で添加
することによって、耐ヒートサイクル性、抗折強度、た
わみ量、通炉耐量等の特性向上に寄与させている。
状にして、セラミックス基板に対して所定の形状にある
いは全面に塗布し、その上に金属板を加熱接合していた
が、本発明においては上記ろう材を点状あるいは線状
に、例えば直径0.3〜1.0mmの円形または0.3〜
1.0mm平方の角形状に、0.2〜1.0mmの間隔を空
けてセラミックス基板上に印刷する。あるいは他の形態
として、幅0.3〜1.0mm×長さ2〜3mmの線を斜線
状に0.3〜1.0mmの間隔を空けて印刷する形状でも
構わない。上記の点接合や線接合したものは、全面塗布
あるいは回路形状にろう材を塗布して加熱接合したもの
に比べて予め計画的に未接合部分を作り出したものであ
り、熱衝撃時の基板に対する熱応力が小さくなることか
ら、結果として従来の全面接合基板より耐熱衝撃性や通
炉耐量が格段に向上することを見い出し、本発明を提供
するに至ったのである。
発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
のAlN基板を用い、ろう材としては、固形分が70.
0重量%のAg、27.0重量%のCuおよび2.5重
量%のTiからなる従来公知のろう材ペーストを用い
た。セラミックス基板1の表面上には、図1に示すよう
に、ろう材ペーストを直径0.8mmの円形点状に印刷し
た点状塗布ろう材2と、部分的にろう材を全面印刷した
部分全面塗布部3を形成し、この部分全面塗布部3を半
導体搭載部とした(第1工程)。
0%程度に調整したろう材上に、上部金属板4として厚
み0.3mmの銅板を接合すると共に、セラミックス基板
の裏面には、下部金属板5として厚み0.25mmの銅板
を全面塗布ろう材6によって接合し、これらの接合体を
加熱炉中で830℃にて焼成して図2に示す金属−セラ
ミックス複合基板を得た(第2工程)。
電子回路パターンをエッチングレジストにより形成させ
た後、塩化第二鉄を主成分とするエッチング液で銅の不
要部分を除去し、次いでエッチングレジスト膜を除去す
ることによって図3に示す銅回路部7を有する窒化アル
ミニウム基板を形成した(第3工程)。
4に示すように点接合と部分全面接合との境界は明白な
ものであった。
のAlN基板を用い、その表面に、実施例1で用いたA
g−Cu−Tiペーストろう材を塗布した。塗布の方法
としては、全面塗布(従来例)を行った他、直径5mmの
円形点状のろう材2をその印刷面積率が10%、30
%、50%、70%となるように調整してセラミックス
基板上に塗布を行った。
さ0.3mmの銅板を接合すると共に、セラミックス基板
の裏面には下部金属板5として厚さ0.25mmの銅板を
全面塗布したろう材6で接合し、加熱炉中で830℃の
一定温度で加熱接合し、所望の金属−セラミックス複合
基板を得た。
ル強度、ヒートサイクル(クラックの発生した回数)、
抗折強度、たわみ量、通炉耐量についての特性を調べ、
その結果を表1に併せて示した。
27.0%、Ti=2.5% 金属板:0.3mm厚Cu板(上部)および0.25mm厚
Cu板(下部)
従来例(全面塗布法)と比較すると、本発明の点接合の
ろう材印刷面積が10%の場合においてのみ、ピール強
度が市場要求値の10kg/cm 以下の5.7kg/cm を示す
が、本発明例のその他の特性値は従来例に比べて格段に
向上していることが明らかとなった。すなわち、表1の
データから、ろう材印刷面積率が30〜70%の範囲で
接合して得られた金属−セラミックス複合基板が特に耐
熱衝撃性に強いものであると判断することができる。
に印刷する代りに0.8×0.8(mm)の各形点状に印刷
したこと以外は実施例2と同じことを繰り返した。
ートサイクル(クラックの発生した回数)、抗折強度、
たわみ量、通炉耐量についての特性を調べた。結果は実
施例2の場合とほぼ同様のものであった。
し、点状塗布の部分を図5または図6に示すように太さ
0.3〜1.0mmの斜線状塗布とし、ろう材2の印刷面
積率が70%、50%、30%、10%となるようにし
たこと以外は実施例2と同じことを繰り返して、金属セ
ラミックス複合基板を得た。得られた各複合基板を用
い、これらのピール強度、ヒートサイクル、抗折強度、
たわみ量、通炉耐量についての特性を調べ、その結果を
表2に示した。
状を従来の全面塗布法に代え、点接合(円形、角形、斜
線形)によって未接部を設けて接合するだけであるが、
この方法によって耐熱衝撃性に優れた金属−セラミック
ス複合基板を得ることができた。
ンを示す平面図である。
ンを示す断面図である。
電子回路を形成した基板の断面図である。
電子回路を形成した基板のろう材の塗布パターンを示す
平面図である。
材の塗布パターンを示す平面図である。
ンを示す平面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 セラミックス基板の少なくとも一面にろ
う材を点状または線状に塗布し、その上に金属板を接合
して成ることを特徴とする、点接合または線接合を有す
る金属−セラミックス複合基板。 - 【請求項2】 セラミックス基板の少なくとも一面にろ
う材を点状または線状と部分全面とに塗布し、その上に
金属板を接合して成ることを特徴とする、点接合または
線接合を有する金属−セラミックス複合基板。 - 【請求項3】 金属板とセラミックス基板とをろう材で
接合して複合基板を製造する方法において、上記ろう材
をセラミックス基板上に点状または線状に、あるいは点
状または線状と部分全面とに塗布する第1工程と、次い
で該ろう材上に金属板を重ね、加熱接合して金属−セラ
ミックス基板接合体を得る第2工程と、得られた接合体
の金属板上にエッチングレジストにより回路パターンを
形成した後、エッチング処理により金属回路を形成する
第3工程とからなることを特徴とする点接合または線接
合を有する金属−セラミックス複合基板の製造方法。
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