JPH1087385A - 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
製造法によって得た金属−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
部分にショットピーニング層を形成して硬化せしめる。
Description
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又は電車用電
子部品の実装に好適な複合基板及びその製造法を提供す
ることを目的とする。
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成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/窒化アルミニウムろう
接基板等に分けられている。
−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。
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。
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
ろう材はよく使用されている。
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。
数より約一桁大きいことに起因するが、接合の場合、セ
ラミックス基板と銅が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。
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
変動熱応力がかけられる。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。
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500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。
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号公報にこ
のような構想が記述されている。アルミニウムとセラミ
ックスとの接合は一般的にろう接法が使用され、特開平
3−125463号公報、特開平4−12554号公報
及び特開平4−18746号公報にろう接法で作成した
アルミニウム−セラミックス基板を開示しているが、こ
れによると、上述のような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。
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なく、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。
ックス基板が優れたヒートサイクル耐量を持つ一方、ヒ
ートサイクルの後のAlの表面にしわ(以下、凹凸とい
う)が発生し、その上に搭載する電子部品に悪影響を及
ぼす恐れがあるという問題があった。
ために、本発明者らはアルミニウム−セラミックス直接
接合法で作成したAl−セラミックス基板の上の電子部
品搭載部分をショットピーニング法により硬化させたと
ころ、優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。
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、上記金属部分の表面に
ショットピーニング層を形成したことを特徴とする金属
−セラミックス複合基板に関する。
くとも一主面に溶湯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にショットピーニング処理
を施す第2工程、次いで得られたアルミニウム表面をエ
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。
ルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、
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。
アルミニウム又はアルミニウム合金であるが、これによ
り導電性が向上し、且つ、軟らかさを得るものである。
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。
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ケイ素基板にも、表面
改質することなく直接に接合することができる(第1工
程)。
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。
クス複合基板の一主面にショットピーニング法でガラス
ビーズ粉を吹き付けて上記一主面を硬化するが、この場
合、吹き付ける粉末としてはガラスビーズ粉の他、銅粉
や鋳物粉を用いても良い。
との関係にもよるが少なくとも2kg/cm2 であれ
ば、目的とする硬化が得られることが確認できた(第2
工程)。
部分をエッチング処理することにより所定回路を形成す
るが、この場合、金属部分の上に所定回路状にエッチン
グレジストを塗布した後、塩酸第1鉄溶液でエッチング
処理して目的とする電子回路を得る(第3工程)。
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。
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2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℃で加熱し、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−セラミックス直
接接合基板を得た。
セラミックス直接接合基板をセラミックス基板受け台1
2上に設置し直径0.2mmのガラスビーズ粉13を用
い、スプレーガン11によって表1に示す圧力と時間条
件における吹き付けを行って、金属表面を硬化させた。
バフ研磨を行って金属面を平らな面とした。
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置換して無電解ニッケル−リンメッキ槽内にて
15分間浸漬して厚さ3μmのリン12%含有するNi
層を積層した金属−セラミックス直接接合基板を得た。
ところ、ヒートサイクル1000回でもクラックの発生
は見られなかった上、回路面にしわは見られなかった。
り金属面を硬化させるには圧力2〜5kg/cm2 の範
囲で吹き付けを行えば良いが、吹き付け時間を変えるこ
とによって適正な硬度を得ることができることが判明し
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。
より各1mm幅づつ小さく無電解法によって厚さ3μm
のニッケル材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
られなかった上、回路面にしわは見られなかった。
用いて、厚さ0.3mmの銅板を1063℃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
ートサイクル数十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系活性金属ろう材を介して780℃で加熱接合して
得た接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
トサイクル数十回でクラックが発生した。
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。
の模式平面図である。
図である。
ある。
Claims (2)
- 【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、上記金属部分の表面にショットピーニング層を
形成した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
溶湯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にショットピーニング処理を施す
第2工程、 次いで得られたアルミニウム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。
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JP26018696A JP3890540B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 金属−セラミックス複合基板及びその製造法 |
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-
1996
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