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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ろう材を部分的に点接合または線接合させる
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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属とセラミックスと
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。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属としての銅板とセラミッ
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。

【０００３】このうち活性金属ろう接法は、ＤＢＣ法に
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。

【０００４】上記活性金属ろう接法に使用されるろう材
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記ろう材を用いて窒
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。

【０００６】したがって本発明の目的は、従来のろう接
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記目的を
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。

【０００８】すなわち、本発明は第１に、セラミックス
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。

【０００９】本発明の第２は、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
合基板に関する。

【００１０】本発明の第３は、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。

【００１１】

【作用】本発明において使用するろう材としては、Ａｇ
−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。

【００１２】Ａｇ−Ｃｕ系ろう材としては、上記の二種
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。

【００１３】この他、本発明においては酸化物としてＴ
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。

【００１４】従来はこれらの活性金属ろう材をペースト
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。

【００１５】以下実施例をもって詳しく説明するが、本
発明の範囲はこれらに限定されるものではない。

【００１６】

【実施例１】セラミックス基板１として５３mm×２９mm
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）。

【００１７】上記点状印刷の面積率を全面印刷に比べ５
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）。

【００１８】次いで、上記複合基板の銅板表面に所定の
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）。

【００１９】得られた基板表面のろう材の塗布状態は図
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。

【００２０】

【実施例２】セラミックス基板１として５３mm×２９mm
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。

【００２１】これらのろう材上に上部金属板４として厚
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。

【００２２】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（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。

【００２３】

【表１】ろう材ペーストの組成：Ａｇ＝７０％、Ｃｕ＝
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）

【００２４】表１の結果から、本発明例（点接合法）を
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。

【００２５】

【実施例３】ろう材ペーストを直径０．８mmの円形点状
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。

【００２６】得られた複合基板を用い、ピール強度、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た。結果は実
施例２の場合とほぼ同様のものであった。

【００２７】

【実施例４】図４のろう材全面塗布の部分はそのままと
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。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【発明の効果】上記のように本発明は、ろう材の塗布形
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるろう材の塗布パター
ンを示す平面図である。

【図２】本発明の実施例１におけるろう材の塗布パター
ンを示す断面図である。

【図３】本発明の実施例１におけるエッチング処理後の
電子回路を形成した基板の断面図である。

【図４】本発明の実施例１におけるエッチング処理後の
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。

【図５】本発明の実施例３および実施例４におけるろう
材の塗布パターンを示す平面図である。

【図６】本発明の実施例４におけるろう材の塗布パター
ンを示す平面図である。

【符号の説明】

１ セラミックス基板 ２ 点状塗布ろう材 ３ 部分全面塗布部 ４ 上部金属板 ５ 下部金属板 ６ 全面塗布ろう材 ７ 回路部 ８ 線状塗布ろう材

───────────────────────────────────────────────────── 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】 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。
2. 【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。
3. 【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。