JPH10152384A - 銅張り窒化アルミニウム基板の製造方法 - Google Patents
銅張り窒化アルミニウム基板の製造方法Info
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- JPH10152384A JPH10152384A JP31098296A JP31098296A JPH10152384A JP H10152384 A JPH10152384 A JP H10152384A JP 31098296 A JP31098296 A JP 31098296A JP 31098296 A JP31098296 A JP 31098296A JP H10152384 A JPH10152384 A JP H10152384A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化アルミニウム基板を酸化処理した後、銅
板を基板に接触させ、銅の融点以下、Cu-Oの共晶温度以
上の温度に加熱して銅板を基板に直接接合させるＤＢＣ
法による銅張り窒化アルミニウム基板の製造において、
酸化処理条件の最適化により接合強度の高い銅張り窒化
アルミニウム基板を製造する。 【解決手段】 酸化処理を、露点が−30℃以下の酸素含
有ガス雰囲気中で窒化アルミニウム基板を1100〜1300℃
の温度に加熱することにより行う。
板を基板に接触させ、銅の融点以下、Cu-Oの共晶温度以
上の温度に加熱して銅板を基板に直接接合させるＤＢＣ
法による銅張り窒化アルミニウム基板の製造において、
酸化処理条件の最適化により接合強度の高い銅張り窒化
アルミニウム基板を製造する。 【解決手段】 酸化処理を、露点が−30℃以下の酸素含
有ガス雰囲気中で窒化アルミニウム基板を1100〜1300℃
の温度に加熱することにより行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大電力用の半導体
デバイスであるパワー半導体モジュール（以下、パワー
モジュールという）などに使用されるセラミックス回路
基板の製造に用いる銅張り窒化アルミニウム基板の製造
方法に関する。より詳しくは、本発明は、ＤＢＣ(direc
t bond copper)法により窒化アルミニウム基板に銅板を
直接接合する前に該基板の表面を酸化するための熱処理
に特徴のある方法に関する。
デバイスであるパワー半導体モジュール（以下、パワー
モジュールという）などに使用されるセラミックス回路
基板の製造に用いる銅張り窒化アルミニウム基板の製造
方法に関する。より詳しくは、本発明は、ＤＢＣ(direc
t bond copper)法により窒化アルミニウム基板に銅板を
直接接合する前に該基板の表面を酸化するための熱処理
に特徴のある方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、モーターや無停電電源装置のコン
トロールに用いるインバータ等のパワーモジュールの大
電力化、高性能化が進展し、基板からの発熱量も増加の
一途をたどっている。そのため、発生する多量の熱を効
率よく放散させるため、セラミックス基板の使用が増え
ている。また、セラミックス基板の材質も、従来のアル
ミナ基板から、熱伝導率の高い窒化アルミニウム基板の
使用割合が多くなっている。
トロールに用いるインバータ等のパワーモジュールの大
電力化、高性能化が進展し、基板からの発熱量も増加の
一途をたどっている。そのため、発生する多量の熱を効
率よく放散させるため、セラミックス基板の使用が増え
ている。また、セラミックス基板の材質も、従来のアル
ミナ基板から、熱伝導率の高い窒化アルミニウム基板の
使用割合が多くなっている。
【０００３】パワーモジュール用の窒化アルミニウム基
板の回路形成方法としては、予めパンチングやエッチン
グにより回路形成された金属板 (例、銅板) をセラミッ
クス基板に接合する方法か、またはセラミックス基板に
銅板を接合した後、得られた銅張り基板の銅板上に樹脂
質のレジストを所望の回路パターン状に印刷し、レジス
トで被覆されていない不要部分（非回路部）の銅板をエ
ッチングにより除去する方法が一般に行われている。
板の回路形成方法としては、予めパンチングやエッチン
グにより回路形成された金属板 (例、銅板) をセラミッ
クス基板に接合する方法か、またはセラミックス基板に
銅板を接合した後、得られた銅張り基板の銅板上に樹脂
質のレジストを所望の回路パターン状に印刷し、レジス
トで被覆されていない不要部分（非回路部）の銅板をエ
ッチングにより除去する方法が一般に行われている。
【０００４】セラミックス基板と銅板との接合方法とし
ては多くの方法が知られているが、メタライズ層を介す
ることなく直接接合する方法として、活性金属ロウ付け
法とＤＢＣ法とがあり、銅張り窒化アルミニウム基板も
一般にこれらのいずれかの方法により製造されることが
多い。
ては多くの方法が知られているが、メタライズ層を介す
ることなく直接接合する方法として、活性金属ロウ付け
法とＤＢＣ法とがあり、銅張り窒化アルミニウム基板も
一般にこれらのいずれかの方法により製造されることが
多い。
【０００５】活性金属ロウ付け法は、活性金属 (例、T
i、Zr、Hf等) を含むロウ材を介在させて真空中で加熱
接合する方法である。この方法は、850 ℃前後の比較的
低温で銅板を接合することができ、接合界面の残留応力
が小さいという利点があるが、ロウ材ペーストの塗布工
程や、非回路部の銅板をエッチングにより除去した後の
非回路部に露出する不要ロウ材の除去工程といった、手
間がかかる余分な工程が必要となり、工程数が増える。
その上、不要ロウ材の除去にフッ化物水溶液といった腐
食性の強い液体を使用する必要があり、また加熱接合を
真空中で実施する必要があるためバッチ炉しか使えない
ので、量産性に劣るという欠点もある。
i、Zr、Hf等) を含むロウ材を介在させて真空中で加熱
接合する方法である。この方法は、850 ℃前後の比較的
低温で銅板を接合することができ、接合界面の残留応力
が小さいという利点があるが、ロウ材ペーストの塗布工
程や、非回路部の銅板をエッチングにより除去した後の
非回路部に露出する不要ロウ材の除去工程といった、手
間がかかる余分な工程が必要となり、工程数が増える。
その上、不要ロウ材の除去にフッ化物水溶液といった腐
食性の強い液体を使用する必要があり、また加熱接合を
真空中で実施する必要があるためバッチ炉しか使えない
ので、量産性に劣るという欠点もある。
【０００６】ＤＢＣ法は、酸素含有雰囲気中で加熱して
表面を酸化させた窒化アルミニウム基板と銅板を、不活
性ガス雰囲気中において、銅の融点以下、Cu-Oの共晶温
度以上の温度 (一般に1065℃以上、1083℃以下) に加熱
して、両部材の界面に酸化第１銅 (Cu2O) を生成させる
ことにより基板に銅板を直接接合する方法である。この
方法は、接合時の加熱温度は高くなるが、工程数が少な
い上、酸化処理と加熱接合のいずれの加熱も連続式加熱
炉で実施することができるので、量産性の面で極めて有
利である。
表面を酸化させた窒化アルミニウム基板と銅板を、不活
性ガス雰囲気中において、銅の融点以下、Cu-Oの共晶温
度以上の温度 (一般に1065℃以上、1083℃以下) に加熱
して、両部材の界面に酸化第１銅 (Cu2O) を生成させる
ことにより基板に銅板を直接接合する方法である。この
方法は、接合時の加熱温度は高くなるが、工程数が少な
い上、酸化処理と加熱接合のいずれの加熱も連続式加熱
炉で実施することができるので、量産性の面で極めて有
利である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＤＢＣ法による銅張り
窒化アルミニウム基板の製造に関して、使用する銅板に
100〜2000 ppmの酸素を含む銅板を使用すること (特開
昭59−3077号公報）、銅板接合時の加熱温度雰囲気や加
熱温度を特定条件に制御すること (特開平４−29390 号
公報) などが提案されている。
窒化アルミニウム基板の製造に関して、使用する銅板に
100〜2000 ppmの酸素を含む銅板を使用すること (特開
昭59−3077号公報）、銅板接合時の加熱温度雰囲気や加
熱温度を特定条件に制御すること (特開平４−29390 号
公報) などが提案されている。
【０００８】しかし、銅板を接合する前の窒化アルミニ
ウム基板の酸化処理の条件に関しては、これまで特に検
討されておらず、従来は空気等の酸素含有雰囲気中にお
いて所定の量または厚みの酸化層が窒化アルミニウム基
板の表面に形成されるまで基板を1100〜1300℃の温度に
加熱することで、この酸化処理を実施していた。
ウム基板の酸化処理の条件に関しては、これまで特に検
討されておらず、従来は空気等の酸素含有雰囲気中にお
いて所定の量または厚みの酸化層が窒化アルミニウム基
板の表面に形成されるまで基板を1100〜1300℃の温度に
加熱することで、この酸化処理を実施していた。
【０００９】本発明の目的は、ＤＢＣ法による銅張り窒
化アルミニウム基板の製造において、銅板接合前の窒化
アルミニウム基板の酸化処理の条件を最適化することに
より、接合強度の高い銅張り窒化アルミニウム基板を製
造することのできる方法を提供することである。
化アルミニウム基板の製造において、銅板接合前の窒化
アルミニウム基板の酸化処理の条件を最適化することに
より、接合強度の高い銅張り窒化アルミニウム基板を製
造することのできる方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＤＢＣ法
における窒化アルミニウム基板の酸化処理の条件につい
て検討した結果、この処理に用いる酸素含有ガス雰囲気
の露点が銅板接合後の接合強度に大きく影響し、酸素含
有ガス雰囲気の露点を−25℃以下と低くすると、接合強
度の高い銅張り窒化アルミニウム基板が得られることを
見出した。
における窒化アルミニウム基板の酸化処理の条件につい
て検討した結果、この処理に用いる酸素含有ガス雰囲気
の露点が銅板接合後の接合強度に大きく影響し、酸素含
有ガス雰囲気の露点を−25℃以下と低くすると、接合強
度の高い銅張り窒化アルミニウム基板が得られることを
見出した。
【００１１】本発明の要旨は、窒化アルミニウム基板を
酸素含有ガス雰囲気中で1100〜1300℃の温度に加熱して
酸化処理してから、該基板に銅板を接触配置し、銅の融
点以下、Cu-Oの共晶温度以上の温度に加熱して基板に銅
板を接合させることからなる銅張り窒化アルミニウム基
板の製造方法において、該酸化処理を露点が−25℃以下
の酸素含有ガス雰囲気中で行うことを特徴とする、銅張
り窒化アルミニウム基板の製造方法である。
酸素含有ガス雰囲気中で1100〜1300℃の温度に加熱して
酸化処理してから、該基板に銅板を接触配置し、銅の融
点以下、Cu-Oの共晶温度以上の温度に加熱して基板に銅
板を接合させることからなる銅張り窒化アルミニウム基
板の製造方法において、該酸化処理を露点が−25℃以下
の酸素含有ガス雰囲気中で行うことを特徴とする、銅張
り窒化アルミニウム基板の製造方法である。
【００１２】本発明の方法により窒化アルミニウム基板
と銅板の接合強度が著しく向上する理由は次のように推
測される。窒化アルミニウム基板の酸化処理を、露点が
−25℃より高い酸素含有ガス雰囲気中で行うと、AlＮが
主に雰囲気中の水蒸気(H2O) により酸化されるのに対
し、酸素含有ガス雰囲気の露点が−25℃以下になると、
雰囲気中の水蒸気量が少なくなり、AlＮの表面が直接酸
素(O2)によって酸化されるようになり、酸化処理で生成
する基板表面の酸化層が緻密となる。その結果、銅板と
の接合時の密着性が良好となり、かつ接合時の界面にお
けるボイド率が大きく低下して、接合強度が著しく向上
する。
と銅板の接合強度が著しく向上する理由は次のように推
測される。窒化アルミニウム基板の酸化処理を、露点が
−25℃より高い酸素含有ガス雰囲気中で行うと、AlＮが
主に雰囲気中の水蒸気(H2O) により酸化されるのに対
し、酸素含有ガス雰囲気の露点が−25℃以下になると、
雰囲気中の水蒸気量が少なくなり、AlＮの表面が直接酸
素(O2)によって酸化されるようになり、酸化処理で生成
する基板表面の酸化層が緻密となる。その結果、銅板と
の接合時の密着性が良好となり、かつ接合時の界面にお
けるボイド率が大きく低下して、接合強度が著しく向上
する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の方法に用いるセラミック
ス基板は、熱伝導率が高く、放熱特性がよいため、パワ
ーモジュール用の基板として好適な窒化アルミニウム基
板である。窒化アルミニウム基板の焼結方法は特に制限
されない。例えば、窒化アルミニウム粉末を焼結助剤を
用いずにホットプレス法により焼結した基板、酸化イッ
トリウム、酸化セリウム等の希土類金属酸化物、酸化マ
グネシウム、酸化カルシウム等のアルカリ土類金属酸化
物、および酸化アルミニウム等から選ばれた少なくとも
１種の焼結助剤を窒化アルミニウム粉末に添加して成形
した後、常圧焼成した基板のいずれでもよい。
ス基板は、熱伝導率が高く、放熱特性がよいため、パワ
ーモジュール用の基板として好適な窒化アルミニウム基
板である。窒化アルミニウム基板の焼結方法は特に制限
されない。例えば、窒化アルミニウム粉末を焼結助剤を
用いずにホットプレス法により焼結した基板、酸化イッ
トリウム、酸化セリウム等の希土類金属酸化物、酸化マ
グネシウム、酸化カルシウム等のアルカリ土類金属酸化
物、および酸化アルミニウム等から選ばれた少なくとも
１種の焼結助剤を窒化アルミニウム粉末に添加して成形
した後、常圧焼成した基板のいずれでもよい。
【００１４】焼結助剤として特に好ましいのは、酸化イ
ットリウムとアルカリ土類金属酸化物と酸化アルミニウ
ムとの混合物からなるものである。この焼結助剤を用い
て焼結させた窒化アルミニウム基板に本発明の方法を適
用すると、特に高い銅板との接合強度を得ることができ
る。窒化アルミニウム基板の厚みも特に制限されない
が、通常は 0.1〜1.0 mm、特に 0.3〜0.8 mmの範囲が好
ましい。
ットリウムとアルカリ土類金属酸化物と酸化アルミニウ
ムとの混合物からなるものである。この焼結助剤を用い
て焼結させた窒化アルミニウム基板に本発明の方法を適
用すると、特に高い銅板との接合強度を得ることができ
る。窒化アルミニウム基板の厚みも特に制限されない
が、通常は 0.1〜1.0 mm、特に 0.3〜0.8 mmの範囲が好
ましい。
【００１５】本発明によれば、窒化アルミニウム基板を
まず露点が−25℃以下の酸素含有ガス雰囲気中で加熱す
ることにより酸化処理して、表面に酸化層を形成する。
加熱雰囲気を構成する酸素含有ガスは、空気が最も簡便
であるが、純酸素ガス、或いは酸素を不活性ガス (例、
窒素、二酸化炭素、またはアルゴン等の希ガス) および
／または空気で希釈したガスなども使用できる。ガス中
の酸素濃度は20％以上とすることが好ましい。
まず露点が−25℃以下の酸素含有ガス雰囲気中で加熱す
ることにより酸化処理して、表面に酸化層を形成する。
加熱雰囲気を構成する酸素含有ガスは、空気が最も簡便
であるが、純酸素ガス、或いは酸素を不活性ガス (例、
窒素、二酸化炭素、またはアルゴン等の希ガス) および
／または空気で希釈したガスなども使用できる。ガス中
の酸素濃度は20％以上とすることが好ましい。
【００１６】酸素含有ガスの露点を−25℃以下にするに
は、使用するガスを予め適当な手段(例、圧縮、乾燥剤
による乾燥など) で乾燥すればよい。乾燥剤の例は合成
ゼオライトである。酸化処理の雰囲気ガスの露点が−30
℃以下になると、本発明による接合強度の向上効果が一
段と高くなる。ガスの露点が−40℃以下になっても、良
好な接合強度が確保されるが、露点をこのように低くす
るにはコストがかかる。従って、酸素含有ガスの好まし
い露点範囲は−40℃〜−30℃である。
は、使用するガスを予め適当な手段(例、圧縮、乾燥剤
による乾燥など) で乾燥すればよい。乾燥剤の例は合成
ゼオライトである。酸化処理の雰囲気ガスの露点が−30
℃以下になると、本発明による接合強度の向上効果が一
段と高くなる。ガスの露点が−40℃以下になっても、良
好な接合強度が確保されるが、露点をこのように低くす
るにはコストがかかる。従って、酸素含有ガスの好まし
い露点範囲は−40℃〜−30℃である。
【００１７】酸化処理の温度は、従来と同様に1100〜13
00℃、好ましくは1130〜1270℃の範囲内である。温度が
1100℃より低いと、酸化処理に時間がかかりすぎるか、
十分な厚みの酸化層を形成することができない。1300℃
より高温で酸化させると、酸化の制御が困難となり、所
定の厚みまたは量の酸化層を形成することが難しくな
る。
00℃、好ましくは1130〜1270℃の範囲内である。温度が
1100℃より低いと、酸化処理に時間がかかりすぎるか、
十分な厚みの酸化層を形成することができない。1300℃
より高温で酸化させると、酸化の制御が困難となり、所
定の厚みまたは量の酸化層を形成することが難しくな
る。
【００１８】この酸化処理により、窒化アルミニウム基
板の表面のAlＮが酸化されて、α−Al2O3 が表面に生成
し、基板の重量が増加する。従って、酸化による基板の
重量増加 (酸化増量) が酸化層の厚み (または酸化量)
の尺度となる。酸化処理した窒化アルミニウム基板にＤ
ＢＣ法で銅板を接合する場合の接合強度は、この酸化増
量に大きく依存することが判明した。
板の表面のAlＮが酸化されて、α−Al2O3 が表面に生成
し、基板の重量が増加する。従って、酸化による基板の
重量増加 (酸化増量) が酸化層の厚み (または酸化量)
の尺度となる。酸化処理した窒化アルミニウム基板にＤ
ＢＣ法で銅板を接合する場合の接合強度は、この酸化増
量に大きく依存することが判明した。
【００１９】本発明の方法により基板と銅板との接合強
度を向上させるには、一般に酸化増量が0.05〜0.3 mg/c
m2 (厚みでは約１〜５μｍに相当) となるように酸化を
制御することが好ましい。接合強度が最高になる酸化増
量の最適値は、窒化アルミニウム基板の焼結助剤の有無
やその種類に応じて異なるので、実験により酸化増量の
最適値を求めることが好ましい。例えば、焼結助剤が酸
化イットリウム(Y2O3)である場合には、0.1 mg/cm2前後
の酸化増量が最適であり、焼結助剤がさらに酸化カルシ
ウム(CaO) や酸化アルミニウム(Al2O3) を含有する場合
には、0.15 mg/cm2 前後のより多い酸化増量の時に接合
強度が最高になる。従って、酸化処理の加熱時間は、所
定の酸化増量が得られるように選択すればよいが、通常
この時間は30分〜３時間の範囲内である。
度を向上させるには、一般に酸化増量が0.05〜0.3 mg/c
m2 (厚みでは約１〜５μｍに相当) となるように酸化を
制御することが好ましい。接合強度が最高になる酸化増
量の最適値は、窒化アルミニウム基板の焼結助剤の有無
やその種類に応じて異なるので、実験により酸化増量の
最適値を求めることが好ましい。例えば、焼結助剤が酸
化イットリウム(Y2O3)である場合には、0.1 mg/cm2前後
の酸化増量が最適であり、焼結助剤がさらに酸化カルシ
ウム(CaO) や酸化アルミニウム(Al2O3) を含有する場合
には、0.15 mg/cm2 前後のより多い酸化増量の時に接合
強度が最高になる。従って、酸化処理の加熱時間は、所
定の酸化増量が得られるように選択すればよいが、通常
この時間は30分〜３時間の範囲内である。
【００２０】こうして露点が−30℃以下の酸素含有ガス
雰囲気中で酸化処理した窒化アルミニウム基板に銅板を
接触配置し、銅の融点以下、Cu-Oの共晶温度以上の温度
に加熱して基板に銅板を接合させ、銅張り窒化アルミニ
ウム基板を得る。この工程は、従来より公知の方法に従
って実施すればよい。
雰囲気中で酸化処理した窒化アルミニウム基板に銅板を
接触配置し、銅の融点以下、Cu-Oの共晶温度以上の温度
に加熱して基板に銅板を接合させ、銅張り窒化アルミニ
ウム基板を得る。この工程は、従来より公知の方法に従
って実施すればよい。
【００２１】銅板としては、無酸素銅板と微量 (例、10
0 〜1000 ppm) の酸素を含有する銅板のいずれも使用で
きるが、酸素を含有する銅板の方が好ましい。使用する
銅板の厚みは特に制限されないが、通常は 0.2〜0.3 mm
程度である。
0 〜1000 ppm) の酸素を含有する銅板のいずれも使用で
きるが、酸素を含有する銅板の方が好ましい。使用する
銅板の厚みは特に制限されないが、通常は 0.2〜0.3 mm
程度である。
【００２２】基板と銅板との接合に要する加熱温度は、
銅の融点以下、Cu-Oの共晶温度以上の温度であるが、こ
の温度は一般に1065℃以上、1083℃以下である。この温
度に加熱することにより、基板表面に形成された酸化層
中の酸素により銅板表面の銅が酸化されて、基板と銅板
との界面に酸化第１銅の層が生成することにより、基板
と銅板とが接合する。
銅の融点以下、Cu-Oの共晶温度以上の温度であるが、こ
の温度は一般に1065℃以上、1083℃以下である。この温
度に加熱することにより、基板表面に形成された酸化層
中の酸素により銅板表面の銅が酸化されて、基板と銅板
との界面に酸化第１銅の層が生成することにより、基板
と銅板とが接合する。
【００２３】加熱接合の雰囲気は、不活性ガス雰囲気
(例、窒素；アルゴン、ヘリウム等の希ガス；二酸化炭
素等の１種もしくは２種以上からなる雰囲気) とするこ
とが好ましい。コストを考慮すると、窒素ガス雰囲気が
有利である。特開平４−29390号公報に提案されている
ように、雰囲気中に少量 (例、100 ppm 以下) の酸素を
存在させてもよい。加熱時間は、十分な接合強度が得ら
れるように実験により設定すればよいが、通常は保持時
間が10〜20分程度である。
(例、窒素；アルゴン、ヘリウム等の希ガス；二酸化炭
素等の１種もしくは２種以上からなる雰囲気) とするこ
とが好ましい。コストを考慮すると、窒素ガス雰囲気が
有利である。特開平４−29390号公報に提案されている
ように、雰囲気中に少量 (例、100 ppm 以下) の酸素を
存在させてもよい。加熱時間は、十分な接合強度が得ら
れるように実験により設定すればよいが、通常は保持時
間が10〜20分程度である。
【００２４】本発明の方法により製造された銅張り窒化
アルミニウム基板から、レジストを用いて常法により回
路を形成することができる。具体的には、スクリーン印
刷等の手法でレジスト (例、紫外線硬化型または熱硬化
型) を所定の回路パターンに印刷し、紫外線照射または
加熱によりレジストを硬化させた後、レジストで被覆さ
れていない部分の銅板をエッチングにより除去する。エ
ッチング液としては、塩化第２鉄または塩化第２銅を主
成分とする水溶液が一般に使用され、浸漬または噴霧に
よりエッチングが行われる。その後、残った回路部分の
銅板の上に残留するレジストを除去する (例、水酸化ナ
トリウム等のアルカリ水溶液または有機溶剤) と、窒化
アルミニウム製のセラミックス回路基板が得られる。
アルミニウム基板から、レジストを用いて常法により回
路を形成することができる。具体的には、スクリーン印
刷等の手法でレジスト (例、紫外線硬化型または熱硬化
型) を所定の回路パターンに印刷し、紫外線照射または
加熱によりレジストを硬化させた後、レジストで被覆さ
れていない部分の銅板をエッチングにより除去する。エ
ッチング液としては、塩化第２鉄または塩化第２銅を主
成分とする水溶液が一般に使用され、浸漬または噴霧に
よりエッチングが行われる。その後、残った回路部分の
銅板の上に残留するレジストを除去する (例、水酸化ナ
トリウム等のアルカリ水溶液または有機溶剤) と、窒化
アルミニウム製のセラミックス回路基板が得られる。
【００２５】
（実施例１）焼結助剤としてY2O3、CaO およびAl2O3 の
混合物 (混合重量比35：40：25) を窒化アルミニウム粉
末100 重量部に対して７〜10重量部の割合で混合して成
形および常圧焼結させた窒化アルミニウム基板 (厚み
0.8mm) を用いた。
混合物 (混合重量比35：40：25) を窒化アルミニウム粉
末100 重量部に対して７〜10重量部の割合で混合して成
形および常圧焼結させた窒化アルミニウム基板 (厚み
0.8mm) を用いた。
【００２６】この窒化アルミニウム基板を、露点の異な
る空気中で、1100〜1300℃の温度に酸化増量がほぼ0.15
mg/cm2 になるまで加熱した。その後、酸化処理した基
板の両面に酸素含有量が 100〜1000 ppmの銅板 (厚み0.
3mm)をセットし、窒素ガス雰囲気中で最高温度1070℃に
10分間保持して、基板の両面に銅板を接合した。
る空気中で、1100〜1300℃の温度に酸化増量がほぼ0.15
mg/cm2 になるまで加熱した。その後、酸化処理した基
板の両面に酸素含有量が 100〜1000 ppmの銅板 (厚み0.
3mm)をセットし、窒素ガス雰囲気中で最高温度1070℃に
10分間保持して、基板の両面に銅板を接合した。
【００２７】得られた銅張り窒化アルミニウム基板の90
°ピール強度 (水平に固定した銅張り窒化アルミニウム
基板から銅板を垂直上方に (基板に対して90°の角度
で) 引き上げて剥離するのに要する力：接合強度の尺
度) を、ピール強度試験機により測定した。また、この
銅張り基板の写真から、基板と銅板の界面のボイド率を
求めた。これらの試験結果を、それぞれ図１(a) および
(b) に示す。なお、この写真から、酸化処理時の空気の
露点が−30℃の場合には、露点が−20℃以上と高い場合
に比べて、酸化層が緻密であることも確認された。
°ピール強度 (水平に固定した銅張り窒化アルミニウム
基板から銅板を垂直上方に (基板に対して90°の角度
で) 引き上げて剥離するのに要する力：接合強度の尺
度) を、ピール強度試験機により測定した。また、この
銅張り基板の写真から、基板と銅板の界面のボイド率を
求めた。これらの試験結果を、それぞれ図１(a) および
(b) に示す。なお、この写真から、酸化処理時の空気の
露点が−30℃の場合には、露点が−20℃以上と高い場合
に比べて、酸化層が緻密であることも確認された。
【００２８】図１からわかるように、酸化処理時の露点
が−25℃、特に−30℃以下になると、ピール強度、即
ち、銅板と基板との接合強度が著しく向上し、界面での
ボイド率が著しく低下した。これらの結果および前述し
た写真から、本発明による接合強度の向上は、酸化処理
で生成した酸化層が緻密で、銅板との密着性がよく、Al
Ｎ−Cu界面のボイドが少ないためであると考えられる。
が−25℃、特に−30℃以下になると、ピール強度、即
ち、銅板と基板との接合強度が著しく向上し、界面での
ボイド率が著しく低下した。これらの結果および前述し
た写真から、本発明による接合強度の向上は、酸化処理
で生成した酸化層が緻密で、銅板との密着性がよく、Al
Ｎ−Cu界面のボイドが少ないためであると考えられる。
【００２９】（実施例２）窒化アルミニウム粉末100 重
量部に焼結助剤としてY2O3を３〜５重量部混合して成形
および常圧焼結させた窒化アルミニウム基板 (これを基
板Ａとする) 、および実施例１で用いた窒化アルミニウ
ム基板 (これを基板Ｂとする) の２種類の基板を用い
た。
量部に焼結助剤としてY2O3を３〜５重量部混合して成形
および常圧焼結させた窒化アルミニウム基板 (これを基
板Ａとする) 、および実施例１で用いた窒化アルミニウ
ム基板 (これを基板Ｂとする) の２種類の基板を用い
た。
【００３０】この２種類の基板を、露点が−20℃および
−30℃の乾燥空気中で1100〜1300℃の温度範囲内の各種
温度に0.5 時間加熱して酸化処理を行った。この酸化処
理後の酸化増量を測定した後、実施例１と同様にして銅
板のセットと加熱を行い、銅板を基板に接合させた。
−30℃の乾燥空気中で1100〜1300℃の温度範囲内の各種
温度に0.5 時間加熱して酸化処理を行った。この酸化処
理後の酸化増量を測定した後、実施例１と同様にして銅
板のセットと加熱を行い、銅板を基板に接合させた。
【００３１】得られた銅張り窒化アルミニウム基板のピ
ール強度の測定結果を酸化増量との関係として図２に示
す。図２からわかるように、酸化処理時の雰囲気ガスの
露点が−30℃であると、露点が−20℃である場合に比べ
て、酸化増量に関係なく、接合強度が約２kg/cm も向上
した。
ール強度の測定結果を酸化増量との関係として図２に示
す。図２からわかるように、酸化処理時の雰囲気ガスの
露点が−30℃であると、露点が−20℃である場合に比べ
て、酸化増量に関係なく、接合強度が約２kg/cm も向上
した。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、ＤＢＣ法により銅板を
窒化アルミニウム基板に直接接合する前の基板の酸化処
理の条件の最適化 (雰囲気ガスの露点の制御) という簡
単な手段によって、銅板の接合強度を著しく向上させる
ことができ、かつ基板と銅板との界面のボイドを著しく
少なくすることができる。
窒化アルミニウム基板に直接接合する前の基板の酸化処
理の条件の最適化 (雰囲気ガスの露点の制御) という簡
単な手段によって、銅板の接合強度を著しく向上させる
ことができ、かつ基板と銅板との界面のボイドを著しく
少なくすることができる。
【００３３】回路形成後に得られたセラミックス回路基
板の上にＩＣ等の電子部品を搭載した後、電子部品に力
が加わった時に、基板と回路 (銅板) の界面で剥離が起
こって製品不良または動作不良となることがあるが、接
合強度の向上によって、このような剥離を防止すること
ができ、パッケージの信頼性や製品の歩留り率を向上さ
せることができる。
板の上にＩＣ等の電子部品を搭載した後、電子部品に力
が加わった時に、基板と回路 (銅板) の界面で剥離が起
こって製品不良または動作不良となることがあるが、接
合強度の向上によって、このような剥離を防止すること
ができ、パッケージの信頼性や製品の歩留り率を向上さ
せることができる。
【図１】図１(a) は酸化処理雰囲気の露点が90°ピール
強度に及ぼす影響を、図１(b)は該露点が基板−銅板界
面のボイド率に及ぼす影響を示す。
強度に及ぼす影響を、図１(b)は該露点が基板−銅板界
面のボイド率に及ぼす影響を示す。
【図２】２種類の窒化アルミニウム基板Ａ、Ｂについ
て、酸化処理雰囲気の露点が−20℃および−30℃である
場合の酸化増量と90°ピール強度との関係を示す。
て、酸化処理雰囲気の露点が−20℃および−30℃である
場合の酸化増量と90°ピール強度との関係を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 3/38 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ
Claims (1)
- 【請求項１】 窒化アルミニウム基板を酸素含有ガス雰
囲気中で1100〜1300℃の温度に加熱して酸化処理してか
ら、該基板に銅板を接触配置し、銅の融点以下、Cu-Oの
共晶温度以上の温度に加熱して基板に銅板を接合させる
ことからなる銅張り窒化アルミニウム基板の製造方法に
おいて、該酸化処理を露点が−25℃以下の酸素含有ガス
雰囲気中で行うことを特徴とする、銅張り窒化アルミニ
ウム基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31098296A JPH10152384A (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 銅張り窒化アルミニウム基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31098296A JPH10152384A (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 銅張り窒化アルミニウム基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10152384A true JPH10152384A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18011734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31098296A Withdrawn JPH10152384A (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 銅張り窒化アルミニウム基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10152384A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1101750A1 (de) * | 1999-11-17 | 2001-05-23 | Electrovac, Fabrikation Elektrotechnischer Spezialartikel Gesellschaft M.B.H. | Verfahren zur Vorbereitung eines AIuminiumnitridsubstrates auf die Verbindung mit einer Kupferschicht |
| JP2005520334A (ja) * | 2002-03-13 | 2005-07-07 | スチュルス−ハーダー，ジャーヘン | 金属−セラミック基板、好ましくは銅−セラミック基板を製造するプロセス |
| JPWO2005075382A1 (ja) * | 2004-02-09 | 2007-10-11 | 株式会社トクヤマ | メタライズドセラミックス成形体、その製法およびペルチェ素子 |
| JP2008066628A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Tohoku Univ | メタライズドセラミック基板の製造方法 |
| US8342384B2 (en) | 2002-03-13 | 2013-01-01 | Curamik Electronics Gmbh | Method for the production of a metal-ceramic substrate, preferably a copper ceramic substrate |
| CN110843272A (zh) * | 2018-08-21 | 2020-02-28 | 比亚迪股份有限公司 | 陶瓷覆铜板及其制备工艺和应用 |
-
1996
- 1996-11-21 JP JP31098296A patent/JPH10152384A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1101750A1 (de) * | 1999-11-17 | 2001-05-23 | Electrovac, Fabrikation Elektrotechnischer Spezialartikel Gesellschaft M.B.H. | Verfahren zur Vorbereitung eines AIuminiumnitridsubstrates auf die Verbindung mit einer Kupferschicht |
| JP2005520334A (ja) * | 2002-03-13 | 2005-07-07 | スチュルス−ハーダー，ジャーヘン | 金属−セラミック基板、好ましくは銅−セラミック基板を製造するプロセス |
| US8342384B2 (en) | 2002-03-13 | 2013-01-01 | Curamik Electronics Gmbh | Method for the production of a metal-ceramic substrate, preferably a copper ceramic substrate |
| JPWO2005075382A1 (ja) * | 2004-02-09 | 2007-10-11 | 株式会社トクヤマ | メタライズドセラミックス成形体、その製法およびペルチェ素子 |
| JP4712559B2 (ja) * | 2004-02-09 | 2011-06-29 | 株式会社トクヤマ | メタライズドセラミックス成形体、その製法およびペルチェ素子 |
| JP2008066628A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Tohoku Univ | メタライズドセラミック基板の製造方法 |
| CN110843272A (zh) * | 2018-08-21 | 2020-02-28 | 比亚迪股份有限公司 | 陶瓷覆铜板及其制备工艺和应用 |
| CN110843272B (zh) * | 2018-08-21 | 2021-04-20 | 比亚迪股份有限公司 | 陶瓷覆铜板及其制备工艺和应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040203 |