JPH09234826A - 金属−セラミックス複合基板及びその製造法 - Google Patents
金属−セラミックス複合基板及びその製造法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の金属−セラミックス複合基板及びその
製造法によって得た優れた金属−セラミックス複合基板
はヒートサイクル耐量が悪い欠点があった。 【解決手段】 本発明の金属−セラミックス複合基板及
びその製造法においては、溶湯アルミニウムをセラミッ
クス基板上の少なくとも一主面に形成せしめ、上記金属
部分に銅及びまたはモリブデン材を積層せしめる。
製造法によって得た優れた金属−セラミックス複合基板
はヒートサイクル耐量が悪い欠点があった。 【解決手段】 本発明の金属−セラミックス複合基板及
びその製造法においては、溶湯アルミニウムをセラミッ
クス基板上の少なくとも一主面に形成せしめ、上記金属
部分に銅及びまたはモリブデン材を積層せしめる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
等の大電力電子部品の実装に好適な金属−セラミックス
複合基板及びその製造方法に関し、更に詳しくは特に優
れたヒートサイクル耐量が要求される自動車用電子部品
の実装に好適な複合基板及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
等の大電力電子部品の実装に好適な金属−セラミックス
複合基板及びその製造方法に関し、更に詳しくは特に優
れたヒートサイクル耐量が要求される自動車用電子部品
の実装に好適な複合基板及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】従来、パワーモジュールのような大電力
電子部品の実装に使用する基板として、セラミックス基
板の表面に銅板を接合して作製された銅張りセラミック
ス複合基板が使用されている。この複合基板は更に、使
用するセラミックス基板の種類やその製造法によって、
銅／アルミナ直接接合基板、銅／窒化アルミニウム直接
接合基板、銅／アルミナろう接基板、及び銅／窒化アル
ミニウムろう接基板に分けられている。
電子部品の実装に使用する基板として、セラミックス基
板の表面に銅板を接合して作製された銅張りセラミック
ス複合基板が使用されている。この複合基板は更に、使
用するセラミックス基板の種類やその製造法によって、
銅／アルミナ直接接合基板、銅／窒化アルミニウム直接
接合基板、銅／アルミナろう接基板、及び銅／窒化アル
ミニウムろう接基板に分けられている。
【０００３】このうち、銅／アルミナ直接接合基板は、
特開昭５２−３７９１４号公報に開示されるように、酸
素を含有する銅板を使用するか、無酸素銅板を使用して
酸化性雰囲気中で加熱することによって無酸素銅板の表
面に酸化銅を発生させてから、銅板とアルミナ基板を重
ねて不活性雰囲気中で加熱し、銅板とアルミナ基板との
界面に銅とアルミニウムとの複合酸化物を生成させ銅板
とアルミナ基板とを接合するものである。
特開昭５２−３７９１４号公報に開示されるように、酸
素を含有する銅板を使用するか、無酸素銅板を使用して
酸化性雰囲気中で加熱することによって無酸素銅板の表
面に酸化銅を発生させてから、銅板とアルミナ基板を重
ねて不活性雰囲気中で加熱し、銅板とアルミナ基板との
界面に銅とアルミニウムとの複合酸化物を生成させ銅板
とアルミナ基板とを接合するものである。
【０００４】一方、銅／窒化アルミニウム直接接合基板
の場合には、予め窒化アルミニウム基板の表面に酸化物
を形成する必要がある。例えば特開平３−９３６８７号
公報に開示するように、予め空気中において、約１００
０℃の温度で窒化アルミニウム基板を処理し、表面に酸
化物を生成させてから、この酸化物層を介して上述の方
法により銅板と窒化アルミニウム基板とを接合してい
る。
の場合には、予め窒化アルミニウム基板の表面に酸化物
を形成する必要がある。例えば特開平３−９３６８７号
公報に開示するように、予め空気中において、約１００
０℃の温度で窒化アルミニウム基板を処理し、表面に酸
化物を生成させてから、この酸化物層を介して上述の方
法により銅板と窒化アルミニウム基板とを接合してい
る。
【０００５】また銅／アルミナろう接基板及び銅／窒化
アルミニウムろう接基板は、銅板とセラミックス基板と
の間に低触点のろう材を用いて接合するが、この場合、
使用するろう材に銅の他、融点を下げる為の合金元素及
びセラミックスとの濡れを良くする為の合金元素が添加
され、一例としてＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のような活性金属
ろう材がよく使用されている。
アルミニウムろう接基板は、銅板とセラミックス基板と
の間に低触点のろう材を用いて接合するが、この場合、
使用するろう材に銅の他、融点を下げる為の合金元素及
びセラミックスとの濡れを良くする為の合金元素が添加
され、一例としてＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のような活性金属
ろう材がよく使用されている。
【０００６】上述のように銅／セラミックス複合基板は
広く使用されるにもかかわらず、製造中及び実用上幾つ
かの問題点がある。その中で最も重大な問題点は、電子
部品の実装及び使用中にセラミックス基板の内部にクラ
ックが形成し、基板の表裏間が電気的に導通することに
よる故障である。
広く使用されるにもかかわらず、製造中及び実用上幾つ
かの問題点がある。その中で最も重大な問題点は、電子
部品の実装及び使用中にセラミックス基板の内部にクラ
ックが形成し、基板の表裏間が電気的に導通することに
よる故障である。
【０００７】これは銅の熱膨張係数がセラミックスの係
数より約一桁大きいことに起因する。接合時、セラミッ
クス基板と銅は１０００℃近くまで加熱され、接合温度
から室温に冷却する時に、熱膨張係数の違いにより複合
基板の内部に多大の熱応力が発生する。
数より約一桁大きいことに起因する。接合時、セラミッ
クス基板と銅は１０００℃近くまで加熱され、接合温度
から室温に冷却する時に、熱膨張係数の違いにより複合
基板の内部に多大の熱応力が発生する。
【０００８】また、パワーモジュール等の電子部品を実
装するときに、銅・セラミックス複合基板は４００℃近
くまで加熱されるため、さらに使用環境や使用中の発熱
により、同複合基板の温度が常に変化し、同複合基板に
変動熱応力が掛けられる。これらの熱応力によってセラ
ミックス基板にクラックが発生する。
装するときに、銅・セラミックス複合基板は４００℃近
くまで加熱されるため、さらに使用環境や使用中の発熱
により、同複合基板の温度が常に変化し、同複合基板に
変動熱応力が掛けられる。これらの熱応力によってセラ
ミックス基板にクラックが発生する。
【０００９】上記複合基板の重要な評価項目の一つにヒ
ートサイクル耐量がある。これは基板を−４０℃から１
２５℃まで繰り返し、加熱・冷却する際の熱応力によっ
て基板にクラックが発生するまでの循環回数で示してい
るが、直接接合法で作製した銅・セラミックス複合基板
は約５０回で、ろう接法で作製した同複合基板のこの特
性値は５０回以下である。
ートサイクル耐量がある。これは基板を−４０℃から１
２５℃まで繰り返し、加熱・冷却する際の熱応力によっ
て基板にクラックが発生するまでの循環回数で示してい
るが、直接接合法で作製した銅・セラミックス複合基板
は約５０回で、ろう接法で作製した同複合基板のこの特
性値は５０回以下である。
【００１０】しかもこのような特性を得るために、セラ
ミックス基板の厚さを両主表面に接合された銅板の厚さ
の合計より厚くするという制限条件が有り、セラミック
ス基板の厚さを基板本来の電気絶縁性を保つために必要
な厚さより倍以上に厚くしなければならないという問題
があった。この為、上記複合基板にとってもう一つ重要
な特性である熱伝導性の方は犠牲にされているのが現状
である。
ミックス基板の厚さを両主表面に接合された銅板の厚さ
の合計より厚くするという制限条件が有り、セラミック
ス基板の厚さを基板本来の電気絶縁性を保つために必要
な厚さより倍以上に厚くしなければならないという問題
があった。この為、上記複合基板にとってもう一つ重要
な特性である熱伝導性の方は犠牲にされているのが現状
である。
【００１１】近年、電気自動車用パワーモジュールの開
発により、ヒートサイクル耐量の優れた複合基板への要
望が特に高まっており、例えば電気自動車の様に温度変
化が激しく、振動が大きい使用条件の場合、複合基板の
ヒートサイクル耐量が３０００回以上必要であると言わ
れているが現在使用されている銅・セラミックス複合基
板では、このような要望に対応できない。
発により、ヒートサイクル耐量の優れた複合基板への要
望が特に高まっており、例えば電気自動車の様に温度変
化が激しく、振動が大きい使用条件の場合、複合基板の
ヒートサイクル耐量が３０００回以上必要であると言わ
れているが現在使用されている銅・セラミックス複合基
板では、このような要望に対応できない。
【００１２】銅と同じような優れた電気と熱の伝導性を
有するアルミニウムを導電回路材料として使う構想は以
前からあり、例えば特開昭５９−１２１８９０号にこの
ような構想が記述されている。アルミニウムとセラミッ
クスとの接合に一般的にろう接法が使用され、特開平３
−１２５４６３号、特開平４−１２５５４号及び特開平
４−１８７４６号にろう接法で作製したアルミニウム−
セラミックス基板を開示している。これによると、作製
したアルミニウム−セラミックス基板のヒートサイクル
耐量は約２００回であり、上述のように高いヒートサイ
クル耐量が要求される用途には、依然として充分対応で
きないものであった。
有するアルミニウムを導電回路材料として使う構想は以
前からあり、例えば特開昭５９−１２１８９０号にこの
ような構想が記述されている。アルミニウムとセラミッ
クスとの接合に一般的にろう接法が使用され、特開平３
−１２５４６３号、特開平４−１２５５４号及び特開平
４−１８７４６号にろう接法で作製したアルミニウム−
セラミックス基板を開示している。これによると、作製
したアルミニウム−セラミックス基板のヒートサイクル
耐量は約２００回であり、上述のように高いヒートサイ
クル耐量が要求される用途には、依然として充分対応で
きないものであった。
【００１３】しかも、この方法の場合、接合は真空中で
行わなければならないし、また非酸化物セラミックスの
場合、あらかじめ予備処理を施し、セラミックスの表面
に酸化物を形成しなければならず、製造コストおよび熱
伝導性の面においても満足できないところがあった。
行わなければならないし、また非酸化物セラミックスの
場合、あらかじめ予備処理を施し、セラミックスの表面
に酸化物を形成しなければならず、製造コストおよび熱
伝導性の面においても満足できないところがあった。
【００１４】本発明者らは、ろう接に使用されるろう材
は接合する金属より硬いとの事実に着眼した。硬いろう
材の使用により、金属自身が持つ応力緩和機能が阻害さ
れ、基板中に比較的大きい熱応力が発生し、ヒートサイ
クル耐量などは低下する。熱応力が低く、ヒートサイク
ル耐量の優れた基板を開発するために本発明者らは発明
者の一人の以前の発明（特願平４−３５５２１１号）を
さらに改良し、アルミニウム−セラミックス直接接合基
板を作製した。これらの基板を評価したところ、優れた
ヒートサイクル耐量が確認された（特願平７−２７２６
２号）。
は接合する金属より硬いとの事実に着眼した。硬いろう
材の使用により、金属自身が持つ応力緩和機能が阻害さ
れ、基板中に比較的大きい熱応力が発生し、ヒートサイ
クル耐量などは低下する。熱応力が低く、ヒートサイク
ル耐量の優れた基板を開発するために本発明者らは発明
者の一人の以前の発明（特願平４−３５５２１１号）を
さらに改良し、アルミニウム−セラミックス直接接合基
板を作製した。これらの基板を評価したところ、優れた
ヒートサイクル耐量が確認された（特願平７−２７２６
２号）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】アルミ−セラミックス
基板は優れたヒートサイクル耐量を持つ一方基板の上に
搭載した電子部品に瞬間電力をかける時に発生した熱の
吸収能力および電気伝導率は銅より劣っている。また、
ヒートサイクルの後、Ａｌの表面にしわが発生し、その
上に搭載する電子部品に悪影響を及ぼすおそれがある。
基板は優れたヒートサイクル耐量を持つ一方基板の上に
搭載した電子部品に瞬間電力をかける時に発生した熱の
吸収能力および電気伝導率は銅より劣っている。また、
ヒートサイクルの後、Ａｌの表面にしわが発生し、その
上に搭載する電子部品に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために、本発明者らは更に上述の方法で作製したＡｌ−
セラミックス基板の上の電子部品搭載部分に銅またはＭ
ｏをまた、電気導通部分に銅を積層した。このように作
製した基板のヒートサイクル耐量を調べたところ、すぐ
れたヒートサイクル耐量を有することが確認され、上述
の問題点が解決でき、本発明を提出することができた。
ために、本発明者らは更に上述の方法で作製したＡｌ−
セラミックス基板の上の電子部品搭載部分に銅またはＭ
ｏをまた、電気導通部分に銅を積層した。このように作
製した基板のヒートサイクル耐量を調べたところ、すぐ
れたヒートサイクル耐量を有することが確認され、上述
の問題点が解決でき、本発明を提出することができた。
【００１７】すなわち本発明において、第１の発明は、
セラミックス基板の少なくとも一主面にアルミニウム材
からなる電気導通及び電子部品搭載のための金属部分を
形成した金属−セラミックス複合基板において、上記金
属部分上に銅またはモリブテン材を積層して成ることを
特徴とする金属−セラミックス複合基板に関する。
セラミックス基板の少なくとも一主面にアルミニウム材
からなる電気導通及び電子部品搭載のための金属部分を
形成した金属−セラミックス複合基板において、上記金
属部分上に銅またはモリブテン材を積層して成ることを
特徴とする金属−セラミックス複合基板に関する。
【００１８】また、本発明における第２の発明は、セラ
ミックス基板の少なくとも一主面にアルミニウム材を接
合せしめる第１工程、次いで得られた接合体表面をエッ
チング処理することにより所定の回路を形成する第２工
程、次いで得られた回路のうち電子部品搭載のための金
属部分に銅又はモリブデン材を積層せしめる第３工程、
とから成ることを特徴とする金属−セラミックス複合基
板の製造法に関する。
ミックス基板の少なくとも一主面にアルミニウム材を接
合せしめる第１工程、次いで得られた接合体表面をエッ
チング処理することにより所定の回路を形成する第２工
程、次いで得られた回路のうち電子部品搭載のための金
属部分に銅又はモリブデン材を積層せしめる第３工程、
とから成ることを特徴とする金属−セラミックス複合基
板の製造法に関する。
【００１９】また本発明における第３の発明は、セラミ
ックス基板の少なくとも一主面にアルミニウム材を接合
し、該アルミニウム材上に電気導通及び電子部品搭載の
ための銅及びまたはモリブデン材の一種を積層してなる
ことを特徴とする金属−セラミックス複合基板に関す
る。
ックス基板の少なくとも一主面にアルミニウム材を接合
し、該アルミニウム材上に電気導通及び電子部品搭載の
ための銅及びまたはモリブデン材の一種を積層してなる
ことを特徴とする金属−セラミックス複合基板に関す
る。
【００２０】また本発明における第４の発明は、セラッ
ミックス基板の少なくとも一主面全面にアルミニウムろ
う材を接合せしめる第１工程、次いで得られたアルミニ
ウム材上に銅及びまたはモリブデン材を接合せしめる第
２工程、次いで得られた接合体表面エッチング処理する
ことにより所定の回路を形成する第３工程、とから成る
ことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造法に
関する。
ミックス基板の少なくとも一主面全面にアルミニウムろ
う材を接合せしめる第１工程、次いで得られたアルミニ
ウム材上に銅及びまたはモリブデン材を接合せしめる第
２工程、次いで得られた接合体表面エッチング処理する
ことにより所定の回路を形成する第３工程、とから成る
ことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造法に
関する。
【００２１】本発明において使用する基板としては、ア
ルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、ジルコニア等の
セラミックス基板やガラス等であり、この場合、高純度
の素材であればなおさらに好ましい。
ルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、ジルコニア等の
セラミックス基板やガラス等であり、この場合、高純度
の素材であればなおさらに好ましい。
【００２２】また、本発明でベースあるいは接合材とし
て用いる金属はアルミニウムの純金属であるが、これに
より導電性が向上し、且つ柔らかさを得るものである
が、これを接合材として用いた場合には、ヒートサイク
ル特性向上に大きく寄与している。この場合、純度が高
い程導電性が向上するが、逆に価格が高くなるため、本
発明では９９．９％（３Ｎ）の純アルミニウムを使用し
た。
て用いる金属はアルミニウムの純金属であるが、これに
より導電性が向上し、且つ柔らかさを得るものである
が、これを接合材として用いた場合には、ヒートサイク
ル特性向上に大きく寄与している。この場合、純度が高
い程導電性が向上するが、逆に価格が高くなるため、本
発明では９９．９％（３Ｎ）の純アルミニウムを使用し
た。
【００２３】この金属とセラミックス基板との接合は溶
湯接合法で行ない、これにより高い接合強度と未接欠陥
の少ない複合基板が得られる。また、接合雰囲気として
窒素雰囲気下で行なうことができるため、従来法のよう
に真空下で行なう必要がなく製造コストが安くなり、更
に、窒化アルミニウム基板や炭化硅素基板にも、表面改
質することなく直接に接合することができる。
湯接合法で行ない、これにより高い接合強度と未接欠陥
の少ない複合基板が得られる。また、接合雰囲気として
窒素雰囲気下で行なうことができるため、従来法のよう
に真空下で行なう必要がなく製造コストが安くなり、更
に、窒化アルミニウム基板や炭化硅素基板にも、表面改
質することなく直接に接合することができる。
【００２４】セラミックス基板の厚さとアルミニウム金
属の厚さとの関係においては、従来の銅張りのセラミッ
クス複合基板に比べ、金属の厚さを更に厚くする一方、
セラミックス基板の厚さを逆に薄くすることができるた
め、金属／セラミックスの厚さの比は従来品より更に大
きくすることができる。この結果、本発明複合基板の放
熱性及び流れる電流の量は増大することが容易に考えら
れる。
属の厚さとの関係においては、従来の銅張りのセラミッ
クス複合基板に比べ、金属の厚さを更に厚くする一方、
セラミックス基板の厚さを逆に薄くすることができるた
め、金属／セラミックスの厚さの比は従来品より更に大
きくすることができる。この結果、本発明複合基板の放
熱性及び流れる電流の量は増大することが容易に考えら
れる。
【００２５】上記溶湯接合法で得られた金属−セラミッ
クス複合基板の一主面にエッチングレジストを加熱圧着
し、遮光、現像処理を行なって所望のパターンを形成し
た後、塩化第２鉄溶液にてエッチングを行なって回路を
形成する。
クス複合基板の一主面にエッチングレジストを加熱圧着
し、遮光、現像処理を行なって所望のパターンを形成し
た後、塩化第２鉄溶液にてエッチングを行なって回路を
形成する。
【００２６】本発明においては得られた回路のうち特に
電子部品搭載部分にアルミニウム材の他に銅又はモリブ
デン材の少なくとも１種以上を積層し、ヒートサイクル
耐量及び耐熱衝撃特性の優れた複合基板を得るが、この
場合の積層手段としては上記金属を半田接合する方法や
超音波法あるいはアーク溶接法を用いて所定形状に積層
する。
電子部品搭載部分にアルミニウム材の他に銅又はモリブ
デン材の少なくとも１種以上を積層し、ヒートサイクル
耐量及び耐熱衝撃特性の優れた複合基板を得るが、この
場合の積層手段としては上記金属を半田接合する方法や
超音波法あるいはアーク溶接法を用いて所定形状に積層
する。
【００２７】更に別な製造法は、上記溶湯接合法で一旦
接合したアルミニウム材の上に導電性の良い銅板を半田
接合、あるいはアーク溶接法にて接合して得た複合基板
にエッチングレジストを加熱圧着し、遮光、現像処理を
行なって所望のパターンを形成した後、塩化第２鉄溶液
あるいは塩化第２銅溶液にて上面の銅板と下板のアルミ
ニウム材を同じ形状にエッチングを行なって回路を形成
する方法である。
接合したアルミニウム材の上に導電性の良い銅板を半田
接合、あるいはアーク溶接法にて接合して得た複合基板
にエッチングレジストを加熱圧着し、遮光、現像処理を
行なって所望のパターンを形成した後、塩化第２鉄溶液
あるいは塩化第２銅溶液にて上面の銅板と下板のアルミ
ニウム材を同じ形状にエッチングを行なって回路を形成
する方法である。
【００２８】この方法によって得られた複合基板は、下
板のアルミニウム板の作用によりヒートサイクル特性が
向上し、一方銅板の厚みも厚く成る事から導電性が向上
するという効果を有するものである。
板のアルミニウム板の作用によりヒートサイクル特性が
向上し、一方銅板の厚みも厚く成る事から導電性が向上
するという効果を有するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明複合基
板（以下、金属−セラミックス直接接合基板とする）に
ついて詳細に説明する。
板（以下、金属−セラミックス直接接合基板とする）に
ついて詳細に説明する。
【００３０】（実施例１）
【００３１】図３は本発明のアルミニウム−セラミック
ス直接接合基板を製造するための設備の原理図である。
純度９９．９％のアルミニウムをルツボ６にセットして
から蓋９をしめて、ケース８の内部に窒素ガスを充填す
る。ルツボ６をヒーター７で７５０℃に加熱し、アルミ
ニウムを溶化してから、ルツボ６内に設けたガイド一体
型ダイス１０の左側入口からセラミックス基板１として
３６ｍｍ×５２ｍｍ×０．６３５ｍｍのアルミナ基板を
順番に挿入した。ルツボ６内に入った該アルミナ基板に
アルミニウム溶湯を接触させ、次いで出口側において凝
固させることによって、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム
板が両面に接合されたアルミニウム−アルミナ直接接合
基板を得た。
ス直接接合基板を製造するための設備の原理図である。
純度９９．９％のアルミニウムをルツボ６にセットして
から蓋９をしめて、ケース８の内部に窒素ガスを充填す
る。ルツボ６をヒーター７で７５０℃に加熱し、アルミ
ニウムを溶化してから、ルツボ６内に設けたガイド一体
型ダイス１０の左側入口からセラミックス基板１として
３６ｍｍ×５２ｍｍ×０．６３５ｍｍのアルミナ基板を
順番に挿入した。ルツボ６内に入った該アルミナ基板に
アルミニウム溶湯を接触させ、次いで出口側において凝
固させることによって、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム
板が両面に接合されたアルミニウム−アルミナ直接接合
基板を得た。
【００３２】次いで、該複合基板上のアルミニウム部に
エッチングレジストを加熱圧着し、遮光、現像処理を行
なって所望のパターンを形成した後、塩化第２鉄溶液に
てエッチングを行なって回路５を形成した。更に回路表
面をＺｎ置換してＮｉめっき処理を施した後、図１に示
すように電子部品搭載部３上にＰｂ−Ｓｎ低温共晶半田
を２５０℃で溶融接合し、その上に電子部品搭載部３よ
り各１ｍｍ幅づつ小さい厚さ０．３ｍｍの銅板４を積層
して目的とする金属−セラミックス直接接合基板を得
た。
エッチングレジストを加熱圧着し、遮光、現像処理を行
なって所望のパターンを形成した後、塩化第２鉄溶液に
てエッチングを行なって回路５を形成した。更に回路表
面をＺｎ置換してＮｉめっき処理を施した後、図１に示
すように電子部品搭載部３上にＰｂ−Ｓｎ低温共晶半田
を２５０℃で溶融接合し、その上に電子部品搭載部３よ
り各１ｍｍ幅づつ小さい厚さ０．３ｍｍの銅板４を積層
して目的とする金属−セラミックス直接接合基板を得
た。
【００３３】該接合基板のヒートサイクル耐量を調べた
ところ、ヒートサイクル１０００回でもクラックの発生
は見られなかった。
ところ、ヒートサイクル１０００回でもクラックの発生
は見られなかった。
【００３４】（実施例２）
【００３５】セラミックス基板としてアルミナに代えて
窒化アルミニウム板（３６ｍｍ×５２ｍｍ×０．６３５
ｍｍ）を用いた他は、実施例１と同様の手段でアルミニ
ウム−窒化アルミニウム直接接合基板を得た。
窒化アルミニウム板（３６ｍｍ×５２ｍｍ×０．６３５
ｍｍ）を用いた他は、実施例１と同様の手段でアルミニ
ウム−窒化アルミニウム直接接合基板を得た。
【００３６】次いで図１に示すように電子部品搭載部３
より各１ｍｍ幅づつ小さく超音波法によって厚さ０．１
ｍｍの銅板４を積層して接合した金属−セラミックス直
接接合基板を得、ヒートサイクル耐量を調べたところ、
ヒートサイクル３０００回でもクラックの発生は見られ
なかった。
より各１ｍｍ幅づつ小さく超音波法によって厚さ０．１
ｍｍの銅板４を積層して接合した金属−セラミックス直
接接合基板を得、ヒートサイクル耐量を調べたところ、
ヒートサイクル３０００回でもクラックの発生は見られ
なかった。
【００３７】（実施例３）
【００３８】実施例１で得られたアルミニウム−アルミ
ナ直接接合基板を用い、アーク溶接法で厚さ１ｍｍの銅
板４を同様に接合して得た複合基板のヒートサイクル耐
量を調べたところ、実施例１同様ヒートサイクル１００
０回でもクラックの発生は見られなかった。
ナ直接接合基板を用い、アーク溶接法で厚さ１ｍｍの銅
板４を同様に接合して得た複合基板のヒートサイクル耐
量を調べたところ、実施例１同様ヒートサイクル１００
０回でもクラックの発生は見られなかった。
【００３９】（実施例４）
【００４０】実施例１で得られたアルミニウム−アルミ
ナ直接接合基板を用い、銅板の代わりに厚さ０．２ｍｍ
のＮｉめっきを施したモリブデン板（厚さ０．２ｍｍ）
をＰｂ−Ｓｎ低温共晶半田を介して２５０℃で溶融接合
して得た複合基板のヒートサイクル耐量を調べたとこ
ろ、実施例１同様にヒートサイクル１０００回でもクラ
クの発生は見られなかった。
ナ直接接合基板を用い、銅板の代わりに厚さ０．２ｍｍ
のＮｉめっきを施したモリブデン板（厚さ０．２ｍｍ）
をＰｂ−Ｓｎ低温共晶半田を介して２５０℃で溶融接合
して得た複合基板のヒートサイクル耐量を調べたとこ
ろ、実施例１同様にヒートサイクル１０００回でもクラ
クの発生は見られなかった。
【００４１】（実施例５）
【００４２】実施例１で得られたアルミニウム−アルミ
ナ直接接合基板を用い、銅板の代わりに厚さ０．２ｍｍ
のモリブデン材をＰｂ−Ｓｎ低温共晶半田を介して２５
０℃で溶融接合して得た複合基板のヒートサイクル耐量
を調べたところ、実施例１同様にヒートサイクル１００
０回でもクラックの発生は見られなく電気自動車向けパ
ワーモジュール基板として好ましいものであった。
ナ直接接合基板を用い、銅板の代わりに厚さ０．２ｍｍ
のモリブデン材をＰｂ−Ｓｎ低温共晶半田を介して２５
０℃で溶融接合して得た複合基板のヒートサイクル耐量
を調べたところ、実施例１同様にヒートサイクル１００
０回でもクラックの発生は見られなく電気自動車向けパ
ワーモジュール基板として好ましいものであった。
【００４３】（実施例６）
【００４４】実施例１に示す装置を用いてアルミニウム
−アルミナ直接接合基板を得たが、この場合、アルミニ
ウムの厚みは実施例１の０．５ｍｍではなく、０．１ｍ
ｍに調節した。次いで０．５ｍｍ厚の銅板を半田付けし
てアルミナ基板の両面にアルミニウム材、銅板という順
番に接合した複合基板を得た。
−アルミナ直接接合基板を得たが、この場合、アルミニ
ウムの厚みは実施例１の０．５ｍｍではなく、０．１ｍ
ｍに調節した。次いで０．５ｍｍ厚の銅板を半田付けし
てアルミナ基板の両面にアルミニウム材、銅板という順
番に接合した複合基板を得た。
【００４５】次いで、該複合基板上の銅部にエッチング
レジストを加熱圧着し、遮光、現像処理を行なって所望
のパターンを形成した後、塩化第２銅溶液にてエッチン
グを行なって図４に示すような銅板とアルミニウム材と
が同じ形状に形成された回路を作成した。
レジストを加熱圧着し、遮光、現像処理を行なって所望
のパターンを形成した後、塩化第２銅溶液にてエッチン
グを行なって図４に示すような銅板とアルミニウム材と
が同じ形状に形成された回路を作成した。
【００４６】（実施例７）
【００４７】窒化アルミニウム基板の両主面に溶湯接合
法を用いて０．１ｍｍ厚のアルミニウムを接合した後、
塩化第２鉄溶液にてエッチングを行い回路を形成し、こ
の回路の電気導通部分に０．３ｍｍ厚の銅板を接合し、
複合基板を得た。
法を用いて０．１ｍｍ厚のアルミニウムを接合した後、
塩化第２鉄溶液にてエッチングを行い回路を形成し、こ
の回路の電気導通部分に０．３ｍｍ厚の銅板を接合し、
複合基板を得た。
【００４８】（実施例８）
【００４９】窒化アルミニウム基板の両主面に溶湯接合
法を用いて０．１ｍｍ厚のアルミニウムを接合した後、
塩化第２鉄溶液にてエッチングを行い回路を形成し、こ
の回路の電気導通部分に０．３ｍｍ厚のモリブデン板を
接合し、複合基板を得た。
法を用いて０．１ｍｍ厚のアルミニウムを接合した後、
塩化第２鉄溶液にてエッチングを行い回路を形成し、こ
の回路の電気導通部分に０．３ｍｍ厚のモリブデン板を
接合し、複合基板を得た。
【００５０】（実施例９）
【００５１】窒化アルミニウム基板の両主面に溶湯接合
法を用いて０．１ｍｍ厚のアルミニウムを接合した後、
塩化第２鉄溶液にてエッチングを行い回路を形成し、こ
の回路の電気導通部分に０．３ｍｍ厚の銅板を接合し、
この銅板のうちの電子部品搭載部に０．３ｍｍ厚のモリ
ブデン板を接合し複合基板を得た。
法を用いて０．１ｍｍ厚のアルミニウムを接合した後、
塩化第２鉄溶液にてエッチングを行い回路を形成し、こ
の回路の電気導通部分に０．３ｍｍ厚の銅板を接合し、
この銅板のうちの電子部品搭載部に０．３ｍｍ厚のモリ
ブデン板を接合し複合基板を得た。
【００５２】これら実施例７〜９の複合基板を用いてヒ
ートサイクル特性を調べたところ、実施例６と同様３０
００回以上であってもクラックの発生は見られなかっ
た。
ートサイクル特性を調べたところ、実施例６と同様３０
００回以上であってもクラックの発生は見られなかっ
た。
【００５３】（比較例１）
【００５４】比較のため実施例１に示すアルミナ基板を
用いて、厚さ０．３ｍｍの銅板を１０７０℃で直接接合
して得た複合基板にエッチング処理を施して図１に示す
と同一の電子回路を形成した銅−セラミックス基板を
得、実施例同様ヒートサイクル耐量を調べたところ、ヒ
ートサイクル４０回でクラックが発生した。
用いて、厚さ０．３ｍｍの銅板を１０７０℃で直接接合
して得た複合基板にエッチング処理を施して図１に示す
と同一の電子回路を形成した銅−セラミックス基板を
得、実施例同様ヒートサイクル耐量を調べたところ、ヒ
ートサイクル４０回でクラックが発生した。
【００５５】（比較例２）
【００５６】比較のため実施例２に示す窒化アルミニウ
ム基板を用いて、厚さ０．３ｍｍの銅板をＡｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ活性金属ろう材を介して７８０℃で加熱接合して得
た複合基板にエッチング処理を施して図１に示すと同一
の電子回路を形成した銅−セラミックス基板を得、実施
例２と同様ヒートサイクル耐量を調べたところ、ヒート
サイクル４０回でクラックが発生した。
ム基板を用いて、厚さ０．３ｍｍの銅板をＡｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ活性金属ろう材を介して７８０℃で加熱接合して得
た複合基板にエッチング処理を施して図１に示すと同一
の電子回路を形成した銅−セラミックス基板を得、実施
例２と同様ヒートサイクル耐量を調べたところ、ヒート
サイクル４０回でクラックが発生した。
【００５７】
【発明の効果】上述のように本発明方法及び装置によっ
て得た金属／セラミックス直接接合基板は、従来の複合
基板では得られなかったヒートサイクル耐量に富み、電
気自動車向けのように大電力パワーモジュール基板とし
て特に好ましいものである。
て得た金属／セラミックス直接接合基板は、従来の複合
基板では得られなかったヒートサイクル耐量に富み、電
気自動車向けのように大電力パワーモジュール基板とし
て特に好ましいものである。
【図１】本発明に係る金属／セラミックス直接接合基板
の模式平面図である。
の模式平面図である。
【図２】図１の金属／セラミックス直接基板の縦断側面
図である。
図である。
【図３】本発明複合基板の製造装置の原理図である。
【図４】実施例６及び７で得られた複合基板の縦断側面
図である。
図である。
１ セラミックス基板 ２ アルミニウム ３ 電子部品搭載部 ４ 銅板あるいはモリブデン板 ５ 回路 ６ ルツボ ７ ヒーター ８ ケース ９ 蓋 １０ ガイド一体型ダイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜庭 正美 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 (72)発明者 木村 正美 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 (6)
- 【請求項１】 セラミックス基板の少なくとも一主面に
アルミニウム材からなる電気導通及び電子部品搭載のた
めの金属部分を形成した金属−セラミックス複合基板に
おいて、上記金属部分上に銅またはモリブテン材を積層
して成ることを特徴とする金属−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主面に
アルミニウム材を接合せしめる第１工程、 次いで得られた接合体表面をエッチング処理することに
より所定の回路を形成する第２工程、 次いで得られた回路のうち電子部品搭載のための金属部
分に銅又はモリブデン材を積層せしめる第３工程、 とから成ることを特徴とする金属−セラミックス複合基
板の製造法。 - 【請求項３】 セラミックス基板の少なくとも一主面に
アルミニウム材を接合し、該アルミニウム材上に電気導
通及び電子部品搭載のための銅またはモリブデン材を積
層して成ることを特徴とする金属−セラミックス複合基
板。 - 【請求項４】 セラミックス基板の少なくとも一主面に
アルミニウム材を接合し、該アルミニウム材上に電気導
通及び電子部品搭載のための銅及びモリブデン材を積層
して成ることを特徴とする金属−セラミックス複合基
板。 - 【請求項５】 セラッミックス基板の少なくとも一主面
全面にアルミニウム材を接合せしめる第１工程、 次いで得られたアルミニウム材上に銅またはモリブデン
材を接合せしめる第２工程、 次いで得られた接合体表面エッチング処理することによ
り所定の回路を形成する第３工程、とから成ることを特
徴とする金属−セラミックス複合基板製造法。 - 【請求項６】 セラッミックス基板の少なくとも一主面
全面にアルミニウム材を接合せしめる第１工程、 次いで得られたアルミニウム材上に銅及びモリブデン材
を接合せしめる第２工程、 次いで得られた接合体表面エッチング処理することによ
り所定の回路を形成する第３工程、とから成ることを特
徴とする金属−セラミックス複合基板製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8358797A JPH09234826A (ja) | 1995-12-28 | 1996-12-27 | 金属−セラミックス複合基板及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (3)
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| JP35235495 | 1995-12-28 | ||
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-12-27 JP JP8358797A patent/JPH09234826A/ja active Pending
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