JPH09162325A - 窒化珪素回路基板及びその製造方法 - Google Patents
窒化珪素回路基板及びその製造方法Info
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- JPH09162325A JPH09162325A JP31936895A JP31936895A JPH09162325A JP H09162325 A JPH09162325 A JP H09162325A JP 31936895 A JP31936895 A JP 31936895A JP 31936895 A JP31936895 A JP 31936895A JP H09162325 A JPH09162325 A JP H09162325A
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- circuit board
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械的特性、熱抵抗、安全性の総合評価に優
れた窒化珪素回路基板を提供すること。 【解決手段】 窒化珪素基板に金属回路もしくは金属回
路と金属放熱板が活性金属を含む接合層を介して形成さ
れてなるものであって、上記接合層の厚みが２０μｍ以
下でかつ金属回路及び金属放熱板の酸素含有量が５０ｐ
ｐｍ以下であることを特徴とする窒化珪素回路基板。
れた窒化珪素回路基板を提供すること。 【解決手段】 窒化珪素基板に金属回路もしくは金属回
路と金属放熱板が活性金属を含む接合層を介して形成さ
れてなるものであって、上記接合層の厚みが２０μｍ以
下でかつ金属回路及び金属放熱板の酸素含有量が５０ｐ
ｐｍ以下であることを特徴とする窒化珪素回路基板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品のパワー
モジュール等に使用される金属回路を有する窒化珪素回
路基板及びその製造方法に関する。
モジュール等に使用される金属回路を有する窒化珪素回
路基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】活性金属ろう付け法による窒化アルミニ
ウム回路基板の製造方法としては以下に示すような方法
が知られている。 （１）窒化アルミニウム基板全面にろう材ペーストを塗
布し、それを覆うように全面に銅板を接合し、接合体の
銅板上に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、エッチング処理して不要部分を除去するフル
エッチ法。 （２）窒化アルミニウム基板上にろう材ペーストを回路
パターンに印刷し、その全面を覆うように銅板を接合
し、接合体の銅板上に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、エッチング処理して銅回路を形
成させるパターン印刷法。 （３）窒化アルミニウム基板上にろう材ペーストを回路
パターンに印刷し、その回路パターンを少なくとも覆う
ようにあらかじめ作製された銅回路板を接合する搭載
法。
ウム回路基板の製造方法としては以下に示すような方法
が知られている。 （１）窒化アルミニウム基板全面にろう材ペーストを塗
布し、それを覆うように全面に銅板を接合し、接合体の
銅板上に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、エッチング処理して不要部分を除去するフル
エッチ法。 （２）窒化アルミニウム基板上にろう材ペーストを回路
パターンに印刷し、その全面を覆うように銅板を接合
し、接合体の銅板上に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、エッチング処理して銅回路を形
成させるパターン印刷法。 （３）窒化アルミニウム基板上にろう材ペーストを回路
パターンに印刷し、その回路パターンを少なくとも覆う
ようにあらかじめ作製された銅回路板を接合する搭載
法。
【０００３】しかしながら、上記方法には一長一短があ
る。すなわち、（１）の方法は生産性は良好であるが、
不要ろう材除去工程を経るため、接合層の厚みを厚くす
ることは困難であり、従って銅板と窒化アルミニウム基
板との熱応力差を緩和することができず、熱衝撃、熱履
歴によって生じる損傷に対して十分な耐久性が得られな
いという問題がある。
る。すなわち、（１）の方法は生産性は良好であるが、
不要ろう材除去工程を経るため、接合層の厚みを厚くす
ることは困難であり、従って銅板と窒化アルミニウム基
板との熱応力差を緩和することができず、熱衝撃、熱履
歴によって生じる損傷に対して十分な耐久性が得られな
いという問題がある。
【０００４】これに対し、（２）、（３）の方法では、
不要ろう材除去工程がないので上記問題はないが、スク
リーン印刷法によるろう材塗布量に限界があること、高
度な印刷技術が必要であること、工程の煩雑化による生
産性が低下することの問題がある。
不要ろう材除去工程がないので上記問題はないが、スク
リーン印刷法によるろう材塗布量に限界があること、高
度な印刷技術が必要であること、工程の煩雑化による生
産性が低下することの問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の窒化アルミニウ
ム回路基板においては、ヒートショックやヒートサイク
ルなどの熱衝撃、熱履歴によって生じる損傷に対して十
分な耐久性をもたせるため、銅回路と窒化アルミニウム
基板との間に介在させる接合層の厚みを例えば２０μｍ
以上に厚くされている（特開平６−１９６８２８号公
報）。しかしながら、接合層の厚みを厚くすると不要な
ろう材の除去が困難となる問題、更には窒化アルミニウ
ム焼結体の機械的強度が小さいという問題等、窒化アル
ミニウム回路基板には未だ解決すべき課題があった。
ム回路基板においては、ヒートショックやヒートサイク
ルなどの熱衝撃、熱履歴によって生じる損傷に対して十
分な耐久性をもたせるため、銅回路と窒化アルミニウム
基板との間に介在させる接合層の厚みを例えば２０μｍ
以上に厚くされている（特開平６−１９６８２８号公
報）。しかしながら、接合層の厚みを厚くすると不要な
ろう材の除去が困難となる問題、更には窒化アルミニウ
ム焼結体の機械的強度が小さいという問題等、窒化アル
ミニウム回路基板には未だ解決すべき課題があった。
【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、機械的特性、熱伝導性及び安全性（毒性）の総合評
価に優れた回路基板を提供することを目的とする。
り、機械的特性、熱伝導性及び安全性（毒性）の総合評
価に優れた回路基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、以
下を要旨とする窒化珪素回路基板及びその製造方法であ
る。 （請求項１）窒化珪素基板に金属回路もしくは金属回路
と金属放熱板が活性金属を含む接合層を介して形成され
てなるものであって、上記接合層の厚みが２０μｍ以下
でかつ金属回路及び金属放熱板の酸素含有量が５０ｐｐ
ｍ以下であることを特徴とする窒化珪素回路基板。 （請求項２）金属回路もしくは金属回路と金属放熱板の
材質が銅であり、しかもそのビッカース硬度が１００以
下であることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素回路
基板。 （請求項３）窒化珪素基板上に、活性金属もしくは活性
金属を含む化合物を含んでなるろう材ペーストを塗布す
る工程、塗布ペーストを覆うに十分な広さの金属板を接
合する工程、接合体の金属板上に回路パターンをエッチ
ングレジストにより形成させる工程、エッチング処理し
て金属回路を形成する工程、及び金属回路間に存在する
ろう材を除去する工程からなることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載の窒化珪素回路基板の製造方法。
下を要旨とする窒化珪素回路基板及びその製造方法であ
る。 （請求項１）窒化珪素基板に金属回路もしくは金属回路
と金属放熱板が活性金属を含む接合層を介して形成され
てなるものであって、上記接合層の厚みが２０μｍ以下
でかつ金属回路及び金属放熱板の酸素含有量が５０ｐｐ
ｍ以下であることを特徴とする窒化珪素回路基板。 （請求項２）金属回路もしくは金属回路と金属放熱板の
材質が銅であり、しかもそのビッカース硬度が１００以
下であることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素回路
基板。 （請求項３）窒化珪素基板上に、活性金属もしくは活性
金属を含む化合物を含んでなるろう材ペーストを塗布す
る工程、塗布ペーストを覆うに十分な広さの金属板を接
合する工程、接合体の金属板上に回路パターンをエッチ
ングレジストにより形成させる工程、エッチング処理し
て金属回路を形成する工程、及び金属回路間に存在する
ろう材を除去する工程からなることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載の窒化珪素回路基板の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、さらに詳しく本発明につい
て説明する。
て説明する。
【０００９】本発明で使用される窒化珪素基板には特に
制限はなく、その例をあげれば、窒化珪素原料粉末に、
焼結助剤としてＹ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｇ
ｄ等の希土類元素の酸化物の１種もしくは２種以上、更
にはＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ等を添加し、それを非
酸化性雰囲気下好ましくは窒素雰囲気下で常圧もしくは
加圧焼結して製造されたものである。中でも、焼結助剤
としてＭｇＯとＹ2 Ｏ 3 を用いて製造された窒化珪素基
板が好ましく、特に熱伝導率が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のも
のが最適である。窒化珪素基板の曲げ強度については、
回路基板の強度に影響を及ぼすため、５００ＭＰａ以上
が好ましい。
制限はなく、その例をあげれば、窒化珪素原料粉末に、
焼結助剤としてＹ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｇ
ｄ等の希土類元素の酸化物の１種もしくは２種以上、更
にはＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ等を添加し、それを非
酸化性雰囲気下好ましくは窒素雰囲気下で常圧もしくは
加圧焼結して製造されたものである。中でも、焼結助剤
としてＭｇＯとＹ2 Ｏ 3 を用いて製造された窒化珪素基
板が好ましく、特に熱伝導率が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のも
のが最適である。窒化珪素基板の曲げ強度については、
回路基板の強度に影響を及ぼすため、５００ＭＰａ以上
が好ましい。
【００１０】窒化珪素基板の厚みとしては、要求される
回路基板強度によって異なるが、窒化珪素は高強度、高
靭性であるので従来の窒化アルミニウム基板で採用され
ている典型厚み０．６ｍｍ程度よりも１／２程度の厚み
に薄くすることができるため、低熱抵抗化すなわち高熱
伝導性の実現が可能となる。
回路基板強度によって異なるが、窒化珪素は高強度、高
靭性であるので従来の窒化アルミニウム基板で採用され
ている典型厚み０．６ｍｍ程度よりも１／２程度の厚み
に薄くすることができるため、低熱抵抗化すなわち高熱
伝導性の実現が可能となる。
【００１１】本発明において、窒化珪素基板に形成され
る金属回路もしくは金属回路と金属放熱板について説明
すると、その材質は、銅、ニッケル、アルミニウム、タ
ングステン等の純金属もしくは合金が用いられる。その
金属回路又は金属放熱板の厚みは０．３〜２．０ｍｍが
好ましい。なお、本発明においては、裏面の金属放熱板
は必ずしも形成させる必要はない。
る金属回路もしくは金属回路と金属放熱板について説明
すると、その材質は、銅、ニッケル、アルミニウム、タ
ングステン等の純金属もしくは合金が用いられる。その
金属回路又は金属放熱板の厚みは０．３〜２．０ｍｍが
好ましい。なお、本発明においては、裏面の金属放熱板
は必ずしも形成させる必要はない。
【００１２】本発明の重要な点は、金属回路及び金属放
熱板の酸素含有量を５０ｐｐｍ以下好ましくは３０ｐｐ
ｍ以下とすることである。その理由は、後述のように接
合層の厚みを例え２０μｍ以下の適正値にしてもこの条
件を逸脱すると特に接合強度が低下するからである。
熱板の酸素含有量を５０ｐｐｍ以下好ましくは３０ｐｐ
ｍ以下とすることである。その理由は、後述のように接
合層の厚みを例え２０μｍ以下の適正値にしてもこの条
件を逸脱すると特に接合強度が低下するからである。
【００１３】本発明においては、金属回路又は金属放熱
板の材質としては銅が好ましく、特にビッカース硬度
（Ｈｖ）が１００以下のものを使用すると、接合強度、
耐ヒートサイクル性に優れた窒化珪素回路基板を製造す
ることができる。従来の窒化アルミニウム回路基板にお
いては、硬度の大きい金属回路又は金属放熱板を接合し
た場合、応力緩和が小さく、耐熱履歴性、耐熱衝撃性が
低くなるので、硬度の小さい銅、ビッカース硬度で５５
以下の銅の使用が推奨されている（特開平６−３５０２
１５号公報）。本発明では、セラミックス基板として窒
化珪素焼結体を用い、金属回路又は金属放熱板の酸素濃
度５０ｐｐｍ以下とすることにより、硬度１００以下と
いう広範囲の銅の使用可能となった。なお、硬度の小さ
い金属を得るための具体的な方法としては焼き鈍しがあ
り、その一例を示すと、銅板を４００〜５００℃程度の
温度で２〜３時間程度保持する方法であり、それによっ
てビッカース硬度４０〜６０の銅板が得られる。
板の材質としては銅が好ましく、特にビッカース硬度
（Ｈｖ）が１００以下のものを使用すると、接合強度、
耐ヒートサイクル性に優れた窒化珪素回路基板を製造す
ることができる。従来の窒化アルミニウム回路基板にお
いては、硬度の大きい金属回路又は金属放熱板を接合し
た場合、応力緩和が小さく、耐熱履歴性、耐熱衝撃性が
低くなるので、硬度の小さい銅、ビッカース硬度で５５
以下の銅の使用が推奨されている（特開平６−３５０２
１５号公報）。本発明では、セラミックス基板として窒
化珪素焼結体を用い、金属回路又は金属放熱板の酸素濃
度５０ｐｐｍ以下とすることにより、硬度１００以下と
いう広範囲の銅の使用可能となった。なお、硬度の小さ
い金属を得るための具体的な方法としては焼き鈍しがあ
り、その一例を示すと、銅板を４００〜５００℃程度の
温度で２〜３時間程度保持する方法であり、それによっ
てビッカース硬度４０〜６０の銅板が得られる。
【００１４】更には、本発明においては、接合強度と耐
ヒートサイクル性を高めるために、金属回路又は金属放
熱板として、平均結晶粒子径が４００μｍ以上で、平均
サブ粒界密度が２０ｍｍ／ｍｍ2 以下の銅を用いること
が好ましい。平均結晶粒子径と平均サブ粒界密度の測定
方法については特願平６−２６９８１８号明細書に記載
されている。
ヒートサイクル性を高めるために、金属回路又は金属放
熱板として、平均結晶粒子径が４００μｍ以上で、平均
サブ粒界密度が２０ｍｍ／ｍｍ2 以下の銅を用いること
が好ましい。平均結晶粒子径と平均サブ粒界密度の測定
方法については特願平６−２６９８１８号明細書に記載
されている。
【００１５】本発明に係る接合層は、活性金属を含むろ
う材ペーストを用いて形成されたものである。ここで使
用されるろう材ペーストの金属成分は、例えば金属回路
又は金属放熱板の材質が銅である場合、ＡｇもしくはＡ
ｇとＣｕを含むろう材成分と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎ
ｂ、Ｔａ等又はその化合物からなる活性金属成分であ
る。これらの割合については、Ａｇ６０〜１００重量
％、Ｃｕ０〜４０重量％の合計１００重量部に対し、活
性金属成分２〜２５重量部が好ましい。活性金属成分の
割合が２重量部未満では形成される接合層の窒化物層が
少なくなって窒化珪素焼結体との接合強度が十分でなく
なり、また２５重量部を越えると接着強度は増すが、残
留応力の緩和が困難となりクラックが発生し易くなる。
う材ペーストを用いて形成されたものである。ここで使
用されるろう材ペーストの金属成分は、例えば金属回路
又は金属放熱板の材質が銅である場合、ＡｇもしくはＡ
ｇとＣｕを含むろう材成分と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎ
ｂ、Ｔａ等又はその化合物からなる活性金属成分であ
る。これらの割合については、Ａｇ６０〜１００重量
％、Ｃｕ０〜４０重量％の合計１００重量部に対し、活
性金属成分２〜２５重量部が好ましい。活性金属成分の
割合が２重量部未満では形成される接合層の窒化物層が
少なくなって窒化珪素焼結体との接合強度が十分でなく
なり、また２５重量部を越えると接着強度は増すが、残
留応力の緩和が困難となりクラックが発生し易くなる。
【００１６】ろう材ペーストには上記金属成分の他に、
有機バインダー成分として例えばエチルセルロース、メ
チルセルロース、ポリメチルメタクリレート、ポリイソ
ブチルメタクリレート（ＰＩＢＭＡ）等が、有機溶剤成
分としては例えばメチルセルソルブ、エチルセルソル
ブ、テルピネオール、イソホロン、トルエン等が用いら
れる。上記金属成分と、有機バインダー成分、有機溶剤
成分とを適切量混合することによりろう材ペーストが調
製される。
有機バインダー成分として例えばエチルセルロース、メ
チルセルロース、ポリメチルメタクリレート、ポリイソ
ブチルメタクリレート（ＰＩＢＭＡ）等が、有機溶剤成
分としては例えばメチルセルソルブ、エチルセルソル
ブ、テルピネオール、イソホロン、トルエン等が用いら
れる。上記金属成分と、有機バインダー成分、有機溶剤
成分とを適切量混合することによりろう材ペーストが調
製される。
【００１７】本発明において重要なことは、接合層の厚
みを２０μｍ以下、好ましくは５〜１５μｍにすること
である。接合層の厚みが２０μｍを越えると金属回路又
は金属放熱板の酸素含有量が５０ｐｐｍ以下と適切であ
っても、接合強度が低下して所期の目的を達成すること
ができなくなる。本発明のように接合層の厚みを薄くす
ることの別の利点はフルエッチ法を採用したときに不要
ろう材の除去が容易となることである。
みを２０μｍ以下、好ましくは５〜１５μｍにすること
である。接合層の厚みが２０μｍを越えると金属回路又
は金属放熱板の酸素含有量が５０ｐｐｍ以下と適切であ
っても、接合強度が低下して所期の目的を達成すること
ができなくなる。本発明のように接合層の厚みを薄くす
ることの別の利点はフルエッチ法を採用したときに不要
ろう材の除去が容易となることである。
【００１８】本発明の回路基板を製造するには上記
（１）、（２）、（３）のいずれの方法でもよいが、生
産性の点からフルエッチ法が好ましい。以下この方法に
ついて、金属回路、金属放熱板の材質が銅である場合に
ついて説明する。
（１）、（２）、（３）のいずれの方法でもよいが、生
産性の点からフルエッチ法が好ましい。以下この方法に
ついて、金属回路、金属放熱板の材質が銅である場合に
ついて説明する。
【００１９】先ず、窒化珪素基板の表面全体に活性金属
を含むろう材ペーストを塗布し、次いでそのペースト面
を覆うに十分な広さのベタ銅板を接触配置する。ろう材
ペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷法、ロー
ルコーター法、はけ塗り法等を採用する。金属放熱板を
形成させた構造の回路基板を作製する場合には、窒化珪
素基板の裏面にも同様にしてベタ銅板を接触配置する。
を含むろう材ペーストを塗布し、次いでそのペースト面
を覆うに十分な広さのベタ銅板を接触配置する。ろう材
ペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷法、ロー
ルコーター法、はけ塗り法等を採用する。金属放熱板を
形成させた構造の回路基板を作製する場合には、窒化珪
素基板の裏面にも同様にしてベタ銅板を接触配置する。
【００２０】ベタ銅板の配置された窒化珪素基板は、８
００〜９５０℃好ましくは８２０〜９００℃の温度で熱
処理して両者の接合体を製造する。８００℃未満の温度
では窒化珪素板と銅板との濡れが不良となって十分な接
合強度を発現せず、また９５０℃を越えると残留応力の
影響が強くなり好ましくない。熱処理雰囲気としては、
Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス雰囲気下でもよいが、真空雰
囲気の方がろう材の濡れの点で望ましい。熱処理後の冷
却は、残留応力を極力少なくするために冷却速度を５℃
／分以下特に２℃／分以下とする。
００〜９５０℃好ましくは８２０〜９００℃の温度で熱
処理して両者の接合体を製造する。８００℃未満の温度
では窒化珪素板と銅板との濡れが不良となって十分な接
合強度を発現せず、また９５０℃を越えると残留応力の
影響が強くなり好ましくない。熱処理雰囲気としては、
Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス雰囲気下でもよいが、真空雰
囲気の方がろう材の濡れの点で望ましい。熱処理後の冷
却は、残留応力を極力少なくするために冷却速度を５℃
／分以下特に２℃／分以下とする。
【００２１】このようにして製造された接合体の銅板上
に、紫外線硬化型、熱硬化型等のエッチングレジストを
用いて回路パターンをスクリーン印刷し、紫外線照射、
熱処理等によりレジストを硬化させレジスト回路パター
ンを形成させる。
に、紫外線硬化型、熱硬化型等のエッチングレジストを
用いて回路パターンをスクリーン印刷し、紫外線照射、
熱処理等によりレジストを硬化させレジスト回路パター
ンを形成させる。
【００２２】次いで、エッチング処理してパターン外の
不要な銅やろう材等を除去した後、エッチングレジスト
膜を除去して銅回路を有する窒化珪素回路基板とする。
その後、銅回路の酸化と腐食を防止するため、必要に応
じてＮｉメッキ等により選択的に銅回路上に保護膜を形
成させる。ここで使用されるエッチング液としては、銅
のエッチングに通常用いられている塩化第２鉄溶液が、
ろう材の除去にはフッ化水素アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ・
ＨＦ）、過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）等の（温）水溶液が用
いられる。
不要な銅やろう材等を除去した後、エッチングレジスト
膜を除去して銅回路を有する窒化珪素回路基板とする。
その後、銅回路の酸化と腐食を防止するため、必要に応
じてＮｉメッキ等により選択的に銅回路上に保護膜を形
成させる。ここで使用されるエッチング液としては、銅
のエッチングに通常用いられている塩化第２鉄溶液が、
ろう材の除去にはフッ化水素アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ・
ＨＦ）、過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）等の（温）水溶液が用
いられる。
【００２３】本発明の窒化珪素回路基板と他の一般的な
セラミックス回路基板とを熱抵抗（熱伝導性）、安全性
（毒性等）、機械的特性について評価すると表１のよう
になる。すなわち、熱抵抗に関しては、窒化珪素の熱伝
導率は窒化アルミニウム、ベリリアよりも低いが、高強
度、高靭性であることからその薄板化及び銅の厚板化に
よる接合が可能となるので回路基板の熱抵抗を窒化アル
ミニウム回路基板やベリリア回路基板にかなり近づける
ことが可能となる。安全性に関しては、窒化珪素、窒化
アルミニウム、アルミナでは問題はないが、ベリリアが
問題となる。機械的特性に関しては、窒化珪素基板は他
のセラミックス基板に比べて高靱性でありその基板厚み
を薄く設計することができる。従って、窒化珪素基板で
作製された回路基板は、熱抵抗を小さくすることがで
き、また弾性率も小さいので撓み許容量の大きなものと
なる。以上のことから、本発明の窒化珪素回路基板は他
のセラミックス回路基板よりも熱抵抗、安全性及び機械
的特性の総合評価において最も優れているといえる。
セラミックス回路基板とを熱抵抗（熱伝導性）、安全性
（毒性等）、機械的特性について評価すると表１のよう
になる。すなわち、熱抵抗に関しては、窒化珪素の熱伝
導率は窒化アルミニウム、ベリリアよりも低いが、高強
度、高靭性であることからその薄板化及び銅の厚板化に
よる接合が可能となるので回路基板の熱抵抗を窒化アル
ミニウム回路基板やベリリア回路基板にかなり近づける
ことが可能となる。安全性に関しては、窒化珪素、窒化
アルミニウム、アルミナでは問題はないが、ベリリアが
問題となる。機械的特性に関しては、窒化珪素基板は他
のセラミックス基板に比べて高靱性でありその基板厚み
を薄く設計することができる。従って、窒化珪素基板で
作製された回路基板は、熱抵抗を小さくすることがで
き、また弾性率も小さいので撓み許容量の大きなものと
なる。以上のことから、本発明の窒化珪素回路基板は他
のセラミックス回路基板よりも熱抵抗、安全性及び機械
的特性の総合評価において最も優れているといえる。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【実施例】以下、本発明を実施例と比較例をあげて具体
的に説明する。
的に説明する。
【００２６】実施例１〜９ 窒化珪素粉末９０重量％、酸化マグネシウム３重量％、
酸化イットリウム７重量％、有機バインダー（ポリビニ
ルブチラール）、有機可塑剤（アジピン酸ジオクリ
ル）、添加剤（トリオレイン酸グリセリン）及び有機溶
剤（トルエンとイソプロピルアルコール）を所定量、ボ
ールミルを用いて混合し、得られたスラリーを脱泡処理
した後、ドクターブレード法によりシート状に成形し
た。得られたシートを所定形状に打ち抜き、脱脂した
後、窒素ガス加圧雰囲気中で焼成し窒化珪素基板を製造
した。得られた窒化珪素基板は、厚み０．６ｍｍ、熱伝
導率８９Ｗ／ｍｋ、室温３点曲げ強度１０００ＭＰａで
あった。
酸化イットリウム７重量％、有機バインダー（ポリビニ
ルブチラール）、有機可塑剤（アジピン酸ジオクリ
ル）、添加剤（トリオレイン酸グリセリン）及び有機溶
剤（トルエンとイソプロピルアルコール）を所定量、ボ
ールミルを用いて混合し、得られたスラリーを脱泡処理
した後、ドクターブレード法によりシート状に成形し
た。得られたシートを所定形状に打ち抜き、脱脂した
後、窒素ガス加圧雰囲気中で焼成し窒化珪素基板を製造
した。得られた窒化珪素基板は、厚み０．６ｍｍ、熱伝
導率８９Ｗ／ｍｋ、室温３点曲げ強度１０００ＭＰａで
あった。
【００２７】表２に示す割合にした銀粉末と銅粉末に、
水素化チタン７．５重量部、ＰＩＢＭＡ（ポリイソブチ
ルメタクリレート）８重量部、テルピネオール１５重量
部を混合してろう材ペーストを調製した。このペースト
を窒化珪素基板の両面にスクリーン印刷法により種々量
塗布し乾燥した後、酸素含有量５０ｐｐｍ又は３０ｐｐ
ｍの銅板（厚み：金属回路用表銅板０．３ｍｍ、金属放
熱用裏銅板０．２５ｍｍ）を両面に接触配置し、真空中
８４０℃、３０分間熱処理を行い、冷却速度２℃／分と
して冷却し窒化珪素基板と銅板の接合体を得た。
水素化チタン７．５重量部、ＰＩＢＭＡ（ポリイソブチ
ルメタクリレート）８重量部、テルピネオール１５重量
部を混合してろう材ペーストを調製した。このペースト
を窒化珪素基板の両面にスクリーン印刷法により種々量
塗布し乾燥した後、酸素含有量５０ｐｐｍ又は３０ｐｐ
ｍの銅板（厚み：金属回路用表銅板０．３ｍｍ、金属放
熱用裏銅板０．２５ｍｍ）を両面に接触配置し、真空中
８４０℃、３０分間熱処理を行い、冷却速度２℃／分と
して冷却し窒化珪素基板と銅板の接合体を得た。
【００２８】この接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチ
ングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに
印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不
要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと
過酸化水素を含む水溶液に浸積し、銅回路パターン間の
不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、
無電解Ｎｉメッキにより銅回路に選択的にＮｉ保護膜を
形成させ窒化珪素回路基板を完成させた。
ングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに
印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不
要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと
過酸化水素を含む水溶液に浸積し、銅回路パターン間の
不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、
無電解Ｎｉメッキにより銅回路に選択的にＮｉ保護膜を
形成させ窒化珪素回路基板を完成させた。
【００２９】作製された回路基板について、以下に従
い、回路基板の接合層の厚み、銅回路の酸素含有量とビ
ッカース硬度（Ｈｖ）、回路基板の３点曲げ強度、ピー
ル強度を測定し、更にヒートサイクル試験を行った。そ
れらの結果を表２に示す。 （１）回路基板の接合層の厚み：断面を鏡面研磨し、Ｓ
ＥＭ観察により測定した。 （２）銅回路の酸素含有量：酸素窒素分析計（ＬＥＣＯ
社製「ＴＣ−４３６」）を使用して測定した。 （３）銅回路のビッカース硬度（Ｈｖ）：ビッカース硬
度計（明石製作所社製「ＡＶＫ−Ｃ１」）を使用して測
定した。 （４）回路基板の３点曲げ強度：幅２５ｍｍの回路基板
をスパン３０ｍｍとし、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準じて測
定した。 （５）回路基板のピール強度：幅３ｍｍの銅ラインに端
子を接合し、引張強度試験機（ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製
「ＵＣＴ−１Ｔ」）を使用して測定した。 （６）回路基板のヒートサイクル試験：大気中、−４０
℃×３０分放置後、２５℃×１０分間放置、更に１２５
℃×３０分放置後、２５℃×１０分間放置を１サイクル
とし、所定数のサイクルを行った後、３点曲げ強度及び
ピール強度を測定し、いずれかが低下したサイクル数を
測定した。
い、回路基板の接合層の厚み、銅回路の酸素含有量とビ
ッカース硬度（Ｈｖ）、回路基板の３点曲げ強度、ピー
ル強度を測定し、更にヒートサイクル試験を行った。そ
れらの結果を表２に示す。 （１）回路基板の接合層の厚み：断面を鏡面研磨し、Ｓ
ＥＭ観察により測定した。 （２）銅回路の酸素含有量：酸素窒素分析計（ＬＥＣＯ
社製「ＴＣ−４３６」）を使用して測定した。 （３）銅回路のビッカース硬度（Ｈｖ）：ビッカース硬
度計（明石製作所社製「ＡＶＫ−Ｃ１」）を使用して測
定した。 （４）回路基板の３点曲げ強度：幅２５ｍｍの回路基板
をスパン３０ｍｍとし、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準じて測
定した。 （５）回路基板のピール強度：幅３ｍｍの銅ラインに端
子を接合し、引張強度試験機（ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製
「ＵＣＴ−１Ｔ」）を使用して測定した。 （６）回路基板のヒートサイクル試験：大気中、−４０
℃×３０分放置後、２５℃×１０分間放置、更に１２５
℃×３０分放置後、２５℃×１０分間放置を１サイクル
とし、所定数のサイクルを行った後、３点曲げ強度及び
ピール強度を測定し、いずれかが低下したサイクル数を
測定した。
【００３０】実施例１０ 接合前に銅板を４００℃、３時間焼き鈍し、そのビッカ
ース硬度（ＨＶ）を４２に低下させたものを用いたこと
以外は実施例３と同様にして窒化珪素回路基板を製造し
評価を行った。
ース硬度（ＨＶ）を４２に低下させたものを用いたこと
以外は実施例３と同様にして窒化珪素回路基板を製造し
評価を行った。
【００３１】実施例１１ ニッケル粉末６０重量部、水素化チタン４０重量部、テ
ルピネオール１２重量部を混合しペーストとし、窒化珪
素基板上に塗布し乾燥後、ニッケル板を接触配置し、真
空中１０５０℃、３０分間熱処理を行い、２℃／分で冷
却し、窒化珪素基板とニッケル板の接合体を得た。この
接合体のニッケル板上に、実施例１と同様にレジストの
回路パターンを形成し、水酸化ナトリウム溶液で５分間
処理することにより、パターン外の不要Ｎｉ及びろう材
層を除去して窒化珪素回路基板を製造し評価を行った。
ルピネオール１２重量部を混合しペーストとし、窒化珪
素基板上に塗布し乾燥後、ニッケル板を接触配置し、真
空中１０５０℃、３０分間熱処理を行い、２℃／分で冷
却し、窒化珪素基板とニッケル板の接合体を得た。この
接合体のニッケル板上に、実施例１と同様にレジストの
回路パターンを形成し、水酸化ナトリウム溶液で５分間
処理することにより、パターン外の不要Ｎｉ及びろう材
層を除去して窒化珪素回路基板を製造し評価を行った。
【００３２】比較例１〜２ 酸素含有量が７０ｐｐｍ又は１００ｐｐｍの銅板を用い
たこと以外は実施例３と同様にして窒化珪素回路基板を
製造し評価を行った。その結果、いずれもピール強度が
小さく、銅回路と接合層との濡れが生じていない部分も
あった。
たこと以外は実施例３と同様にして窒化珪素回路基板を
製造し評価を行った。その結果、いずれもピール強度が
小さく、銅回路と接合層との濡れが生じていない部分も
あった。
【００３３】比較例３〜４ 接合層の厚みを２５μｍ又は３０μｍとしたこと以外は
実施例３と同様にして窒化珪素回路基板を製造し評価を
行った。その結果、接合層の厚みの増大にともなって強
度低下し、またろう材除去に必要な時間も長くなった。
実施例３と同様にして窒化珪素回路基板を製造し評価を
行った。その結果、接合層の厚みの増大にともなって強
度低下し、またろう材除去に必要な時間も長くなった。
【００３４】比較例５ 窒化アルミニウム基板を用い、接合層の厚みを１０μｍ
としたこと以外は実施例３に準じて窒化アルミニウム回
路基板を製造し評価を行った。その結果、窒化珪素回路
基板よりも機械的強度、耐ヒートサイクル性が弱く、信
頼性の点で問題があった。
としたこと以外は実施例３に準じて窒化アルミニウム回
路基板を製造し評価を行った。その結果、窒化珪素回路
基板よりも機械的強度、耐ヒートサイクル性が弱く、信
頼性の点で問題があった。
【００３５】
【表２】
【００３６】実施例１２ 比較例６ 窒化珪素基板厚み０．４ｍｍ、表銅板厚み０．８ｍｍ、
裏銅板厚み０．７ｍｍとしたこと以外は実施例３と同様
にして窒化珪素回路基板を製造した（実施例１２）。一
方、窒化アルミニウム基板厚み０．６４ｍｍ、表銅板厚
み０．３ｍｍ、裏銅板厚み０．２５ｍｍとしたこと以外
は実施例３に準じて窒化アルミニウム回路基板を製造し
た（比較例６）。
裏銅板厚み０．７ｍｍとしたこと以外は実施例３と同様
にして窒化珪素回路基板を製造した（実施例１２）。一
方、窒化アルミニウム基板厚み０．６４ｍｍ、表銅板厚
み０．３ｍｍ、裏銅板厚み０．２５ｍｍとしたこと以外
は実施例３に準じて窒化アルミニウム回路基板を製造し
た（比較例６）。
【００３７】これらの回路基板について３点曲げ強度を
測定するとともに、回路基板の表面には底面積１６×２
０ｍｍのトランジスタを発熱源として装着し、裏面には
厚み３ｍｍの銅板をヒートシンクとしてハンダ付けして
仮のモジュールを作製し、熱抵抗を測定した。それらの
結果を表３に示す。
測定するとともに、回路基板の表面には底面積１６×２
０ｍｍのトランジスタを発熱源として装着し、裏面には
厚み３ｍｍの銅板をヒートシンクとしてハンダ付けして
仮のモジュールを作製し、熱抵抗を測定した。それらの
結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、機械的特性、熱抵抗、
安全性の総合評価に優れた窒化珪素回路基板を提供する
ことができる。
安全性の総合評価に優れた窒化珪素回路基板を提供する
ことができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 窒化珪素基板に金属回路もしくは金属回
路と金属放熱板が活性金属を含む接合層を介して形成さ
れてなるものであって、上記接合層の厚みが２０μｍ以
下でかつ金属回路及び金属放熱板の酸素含有量が５０ｐ
ｐｍ以下であることを特徴とする窒化珪素回路基板。 - 【請求項２】 金属回路もしくは金属回路と金属放熱板
の材質が銅であり、しかもそのビッカース硬度が１００
以下であることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素回
路基板。 - 【請求項３】 窒化珪素基板上に、活性金属もしくは活
性金属を含む化合物を含んでなるろう材ペーストを塗布
する工程、塗布ペーストを覆うに十分な広さの金属板を
接合する工程、接合体の金属板上に回路パターンをエッ
チングレジストにより形成させる工程、エッチング処理
して金属回路を形成する工程、及び金属回路間に存在す
るろう材を除去する工程からなることを特徴とする請求
項１又は請求項２記載の窒化珪素回路基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31936895A JPH09162325A (ja) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | 窒化珪素回路基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31936895A JPH09162325A (ja) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | 窒化珪素回路基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09162325A true JPH09162325A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18109377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31936895A Pending JPH09162325A (ja) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | 窒化珪素回路基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09162325A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003069217A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-07 | Kyocera Corp | 回路基板の製造方法 |
| JP2006128286A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Kyocera Corp | 金属セラミック複合体とその接合方法およびこれを用いた放熱基板 |
| JP2007066995A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Hitachi Metals Ltd | セラミックス配線基板、その製造方法及び半導体モジュール |
| US7372132B2 (en) | 2004-03-15 | 2008-05-13 | Hitachi, Ltd. | Resin encapsulated semiconductor device and the production method |
| JP2011124585A (ja) * | 2011-01-07 | 2011-06-23 | Hitachi Metals Ltd | セラミックス配線基板、その製造方法及び半導体モジュール |
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| JP2013177290A (ja) * | 2012-02-01 | 2013-09-09 | Mitsubishi Materials Corp | 銅部材接合用ペーストおよび接合体の製造方法 |
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| JP2014172802A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Mitsubishi Materials Corp | 銅部材接合用ペースト、接合体、及びパワーモジュール用基板 |
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| WO2015029478A1 (ja) | 2013-08-29 | 2015-03-05 | 日立金属株式会社 | セラミックス回路基板の製造方法 |
| JPWO2022202144A1 (ja) * | 2021-03-24 | 2022-09-29 |
-
1995
- 1995-12-07 JP JP31936895A patent/JPH09162325A/ja active Pending
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| JPWO2022202144A1 (ja) * | 2021-03-24 | 2022-09-29 | ||
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