JPH11340600A - セラミックス回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックス基板の両面に回路層を形成し半導
体モジュール等を小型に形成することが可能なセラミッ
クス回路基板を提供する。 【解決手段】表面側から裏面側に貫通する貫通孔５を有
するセラミックス基板２と、上記貫通孔５内に充填され
た導電体６と、上記セラミックス基板２の表面側および
裏面側にそれぞれ形成された金属回路層３，４とを備
え、上記表面側および裏面側に形成された金属回路層
３，４が上記導電体６を介して導通していることを特徴
とするセラミックス回路基板１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス回路基
板に係り、特にセラミックス基板の両面に回路層を形成
し半導体モジュールを小型に形成することができるセラ
ミックス回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パワートランジスタモジュールや
スイッチング電源モジュール等の半導体モジュールを構
成する回路基板として、セラミックス基板上に銅板等の
金属板を接合したセラミックス回路基板が広く使用され
ている。また、上記セラミックス基板としては、電気絶
縁性を有すると共に、熱伝導性に優れた窒化アルミニウ
ム基板や窒化けい素基板等が一般的に使用されている。

【０００３】上述したような銅板で回路を構成したセラ
ミックス回路基板１１は、例えば図７〜図９に示すよう
にセラミックス基板１２の一方の表面に金属回路板１３
としての銅板を接合する一方、他方の表面に裏金属板１
４としての銅板を接合して形成される。なお、上記裏金
属板１４はセラミックス基板１２の表面側に接合される
金属回路板１３とほぼ等しい重量割合で接合され、セラ
ミックス基板１２の両面における金属量を等しくするこ
とによりセラミックス基板と金属との熱膨張差によるセ
ラミックス回路基板１１の反りを防止するために接合さ
れるものであり、回路層としては使用されていない。

【０００４】上記セラミックス基板１２表面に各種金属
板などの回路層を形成する手法としては、下記のような
直接接合法，高融点金属メタライズ法，活性金属法など
が使用されている。直接接合法は、例えばセラミックス
基板１２上に銅板を、Ｃｕ−Ｃｕ₂ Ｏ等の共晶液相を利
用して直接接合する、いわゆる銅直接接合法（ＤＢＣ
法：Direct Bonding Copper 法）であり、高融点金属メ
タライズ法はＭｏやＷなどの高融点金属をセラミックス
基板表面に焼き付けて金属回路層を形成する方法であ
る。また、活性金属法は、４Ａ族元素や５Ａ族元素のよ
うな活性金属を含むろう材層を介してセラミックス基板
１２上に金属板を一体に接合する方法である。

【０００５】また、具体的な回路の形成方法としては、
予めプレス加工やエッチング加工によりパターニングし
た銅板を用いたり、接合後にエッチング等の手法により
パターニングする等の方法が知られている。また、メタ
ライズ法によってセラミックス基板表面に一体に形成し
たメタライズ層をエッチング処理して所定の回路パター
ンを形成する方法も採用されている。これらＤＢＣ法や
活性金属ろう付け法およびメタライズ法により得られる
セラミックス回路基板は、いずれも単純構造で熱抵抗が
小さく、大電流型や高集積型の半導体チップに対応でき
る等の利点を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、セラミックス回
路基板を使用した半導体装置の高出力化、半導体素子の
高集積化が急速に進行する一方、半導体モジュールの小
型化に伴い、セラミックス回路基板への高密度実装化も
要求されている。

【０００７】しかしながら、従来のセラミックス回路基
板においては、単なる平板状のセラミックス基板の表面
側にのみ回路パターンを形成する一方、裏面側にはセラ
ミックス回路基板の反りを防止するための裏金属板を接
合した構造を有するため、高集積化した半導体素子（Ｓ
ｉチップ）を表面側に搭載した場合には、半導体素子の
各端子を表面側にのみに形成した回路パターン（配線
層）にそれぞれ接合する必要があった。そのため、高集
積化した半導体素子の各端子を各回路パターンに接続す
るためには、大型のセラミックス基板を使用することが
必須であり、半導体装置のダウンサイジングの技術的要
請に対応することが困難であるという問題点があった。

【０００８】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、セラミックス基板の両面に回路層を
形成し半導体モジュール等を小型に形成することが可能
なセラミックス回路基板を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明者は、特にセラミックス回路基板において
回路層（回路パターン）を形成する面積を増加させるこ
とが可能となる構造を種々検討した。その結果、特にセ
ラミックス基板の表面側のみだけではなく裏面側にも回
路パターンを形成し、表面側の回路パターンと裏面側の
回路パターンとを確実に導通させることにより、裏面側
の回路パターンも、表面側に搭載される半導体素子の配
線層として利用でき、実質的に配線層の形成密度を２倍
に高めることができ、ひいてはセラミックス回路基板を
小型に形成できるという知見を得た。

【００１０】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち、本発明に係るセラミックス回路基
板は、表面側から裏面側に貫通する貫通孔を有するセラ
ミックス基板と、上記貫通孔内に充填された導電体と、
上記セラミックス基板の表面側および裏面側にそれぞれ
形成された金属回路層とを備え、上記表面側および裏面
側に形成された金属回路層が上記導電体を介して導通し
ていることを特徴とする。

【００１１】また、セラミックス基板の表面側および裏
面側に形成された金属回路層が金属板から成ることを特
徴とする。さらにセラミックス基板の表面側および裏面
側に形成された金属回路層がメタライズ層から成ること
を特徴とする。

【００１２】また、導電体と金属回路層とを一体に形成
することもできる。さらに、導電体は貫通孔に注入され
た溶融金属の凝固体から形成してもよい。また、導電体
は貫通孔に充填された金属ステムから構成してもよい。

【００１３】さらに、金属回路層が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｎｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含
有するように構成してもよい。また、金属回路層が金属
板から成り、この金属板が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂか
ら選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう
材層を介してセラミックス基板に接合されていることを
特徴とする。さらに、セラミックス基板の一方の表面に
形成される金属回路層が金属板から成り、この金属板の
セラミックス基板との接合面側に金属ステムから成る導
電体を予め接合したことを特徴とする。

【００１４】また、セラミックス基板の一方の表面に金
属回路層としての金属板が直接接合されている一方、セ
ラミックス基板の他方の表面に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎ
ｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有する
ろう材層を介して他の金属回路層としての金属板が接合
されていることを特徴とする。

【００１５】本発明に係るセラミックス回路基板に使用
されるセラミックス基板としては、特に限定されるもの
ではなく、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ₂ Ｏ₃ ）
等の酸化物系セラミックス基板の他に、窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ），窒化けい素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ），窒化チタン
（ＴｉＮ）等の窒化物、炭化けい素（ＳｉＣ），炭化チ
タン（ＴｉＣ）等の炭化物、またはほう化ランタン等の
ほう化物等の非酸化物系セラミックス基板でもよい。こ
れらのセラミックス基板には酸化イットリウムなどの焼
結助剤等が含有されていてもよい。

【００１６】また、セラミックス基板の厚さ方向に貫通
して形成される貫通孔は、この内部に充填した導電体を
介してセラミックス基板の表面側および裏面側に形成し
た金属回路層を相互に導通するために、セラミックス基
板が成形体である段階において打抜きまたはドリリング
等により穿設される。上記貫通孔の形状、大きさは特に
限定されるものではないが、導電体ペーストを充填する
際の流動性および容易性を考慮して内径が０．５〜１．
５mm程度の円柱状の貫通孔が望ましい。

【００１７】上記貫通孔に充填する導電体としては電気
伝導性を有するものであれば、特に限定されないが、貫
通孔に注入された溶融金属の凝固体から構成してもよい
し、または、貫通孔の内径よりやや小さい外径を有する
金属ステムで構成してもよい。また、上記導電体は、後
述する金属回路層の少なくとも一方と一体に形成しても
よい。

【００１８】また上記金属回路層および導電体を構成す
る金属としては、銅，アルミニウム，鉄，ニッケル，ク
ロム，銀，モリブデン，タングステン，コバルトの単体
またはその合金など、基板成分との共晶化合物を生成し
たり、直接接合法や活性金属法またはメタライズ法を適
用できる金属であれば特に限定されないが、特に導電性
および価格の観点から銅，アルミニウムまたはその合金
が好ましい。

【００１９】上記金属回路層は、上記のような金属を含
有するペースト、例えばＭｏ−ＴｉＮ系導体ペースト，
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｉｎ系ペースト，Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
系ペーストをセラミックス基板の両面に印刷塗布した後
に、窒素ガス（Ｎ₂ ）などの非酸化性雰囲気中で温度１
６００〜１８００℃程度で焼成して形成されるメタライ
ズ層で構成してもよい。

【００２０】なお、上記金属回路層としてのメタライズ
層がＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから選択される少なくとも
１種の活性金属を含有することにより、接合過程で活性
金属がセラミックス基板側に拡散・吸着し反応生成物を
生じ、活性金属の偏析層が形成され、この偏析層により
金属回路層とセラミックス基板との接合強度を大幅に高
めることができる。

【００２１】また、上記金属回路層は、金属板をセラミ
ックス基板両面に直接接合法によって接合したり、Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから選択される少なくとも１種の
活性金属を含有するろう材層を介してセラミックス基板
に接合したりして形成することもできる。

【００２２】金属板の厚さは、通電容量等を勘案して決
定されるが、セラミックス基板の厚さを０．２５〜１．
２mmの範囲とする一方、金属板の厚さを０．１〜０．５
mmの範囲に設定して両者を組み合せると熱膨張差による
変形などの影響を受けにくくなる。

【００２３】特に金属回路層として銅回路板を使用し直
接接合法によって接合する場合には、酸素を１００〜１
０００ｐｐｍ含有するタフピッチ電解銅から成る銅回路
板を使用し、さらに銅回路板表面に所定厚さの酸化銅層
を予め形成することにより、直接接合時に、発生するＣ
ｕ−Ｏ共晶の量を増加させ、基板と銅回路板との接合強
度を、より向上させることができる。

【００２４】上記酸化銅層などの酸化物層は、例えば金
属板を大気中において温度１５０〜３６０℃の範囲にて
２０〜１２０秒間加熱する表面酸化処理を実施すること
によって形成される。ここで、酸化銅層の厚さが１μｍ
未満の場合は、Ｃｕ−Ｏ共晶の発生量が少なくなるた
め、基板と銅回路板との未接合部分が多く、接合強度を
向上させる効果は少ない。一方、酸化銅層の厚さが１０
μｍを超えるように過大にしても、接合強度の改善効果
が少なく、却って銅回路板の導電特性を阻害することに
なる。したがって、銅回路板表面に形成する酸化銅層の
厚さは１〜１０μｍの範囲が好ましい。そして同様の理
由により２〜５μｍの範囲がより望ましい。

【００２５】なお、直接接合法はＡｌ₂ Ｏ₃ などの酸化
物系セラミックス基板のみについては直ちに適用可能で
あり、一方、窒化アルミニウムや窒化けい素などの非酸
化物系セラミックス基板にそのまま適用しても基板に対
する濡れ性が低いため、金属板の充分な接合強度が得ら
れない。

【００２６】そこでセラミックス基板として非酸化物系
セラミックスを使用する場合には、その非酸化物系セラ
ミックス基板の表面に予め酸化物層を形成し、基板に対
する濡れ性を高める必要がある。この酸化物層は上記非
酸化物系セラミックス基板を、空気中などの酸化雰囲気
中で温度１０００〜１４００℃程度で２〜１５時間加熱
して形成される。この酸化物層の厚さが０．５μｍ未満
の場合には、上記濡れ性の改善効果が少ない一方、１０
μｍを超えるように厚く形成しても改善効果が飽和する
ため、酸化物層の厚さは０．５〜１０μｍの範囲が必要
であり、より好ましくは１〜５μｍの範囲が望ましい。

【００２７】本発明に係るセラミックス回路基板におい
て、活性金属法によって金属回路板を接合する際に形成
されるろう材層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから選択さ
れる少なくとも１種の活性金属を含有し適切な組成比を
有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材等で構成され、このろう材組
成物を有機溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペー
ストをセラミックス基板表面にスクリーン印刷する等の
方法で形成される。

【００２８】上記接合用組成物ペーストの具体例として
は、下記のようなものがある。すなわち重量％でＣｕを
１５〜３５％、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから選択される
少くとも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質的に
Ａｇから成る組成物を有機溶媒中に分散して調製した接
合用組成物ペーストを使用するとよい。

【００２９】上記活性金属はセラミックス基板に対する
ろう材の濡れ性を改善するための成分であり、特に窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）基板に対して有効である。上記
の活性金属の配合量は、接合用組成物全体に対して１〜
１０重量％が適量である。

【００３０】また本発明に係るセラミックス回路基板を
製造する際に、セラミックス基板の一方の表面に形成さ
れる金属回路層を金属板で形成し、この金属板のセラミ
ックス基板との接合面側に金属ステムから成る導電体を
予め接合しておくことにより、セラミックス基板の貫通
孔に嵌入する導電体によってセラミックス基板に対する
金属板の位置決めが容易になり、位置決め精度が高いセ
ラミックス回路基板が得られる。

【００３１】また、セラミックス基板の一方の表面に金
属回路層としての金属板を直接接合する一方、セラミッ
クス基板の他方の表面に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから
選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材
層を介して他の金属回路層としての金属板を接合するこ
とにより、各接合方法に応じた接合強度を有する各金属
回路層を組み合せたセラミックス回路基板が得られる。

【００３２】なお、上記のようにセラミックス基板の表
面側と裏面側とにおいて接合方法を変える場合、例えば
銅板を使用した直接接合法においては、接合温度が１０
６５℃と高温度になる一方、活性金属法では接合温度は
６００〜８５０℃程度となる。ここで活性金属法によっ
て一方の金属板を接合した後に、より高い接合温度で他
方の金属板を直接接合法によって接合した場合には、活
性金属法で接合した接合部が劣化してしまうため、必ず
直接接合法により、一方の金属板を接合した後に、活性
金属法で他方の金属板を接合する必要がある。

【００３３】そして、上記のようにセラミックス基板の
表面側および裏面側に一体に接合した金属板、メタライ
ズ層を必要に応じてエッチング加工することにより、所
定の回路パターン（配線層）を有するセラミックス回路
基板が形成される。なお、上記のように形成した回路パ
ターンの表面に厚さ２〜５μｍ程度のＮｉ，Ａｕめっき
層を形成することにより、半導体素子などの電子部品と
の接合強度をより高めることが可能になる。

【００３４】上記構成に係るセラミックス回路基板によ
れば、セラミックス基板の表面側のみだけではなく、裏
面側にも金属回路層が形成され、表面側の金属回路層と
裏面側の金属回路層とが導電体を介して導通するように
形成されているため、裏面側の金属回路層も配線層とし
て利用でき、配線層の密度を倍増でき、所要配線層を従
来と同一とすればセラミックス回路基板を小形に形成す
ることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について添
付図面を参照し、以下の実施例に基づいて、より具体的
に説明する。

【００３６】実施例１ 図１および図２に示すように縦２５mm×横５０mm×厚さ
０．６３５mmのセラミックス基板２としての窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）基板を用意した。このＡｌＮ基板には
厚さ方向に貫通する内径０．８mmの貫通孔５が穿設され
ている。

【００３７】次に上記ＡｌＮ基板２の両面にＡｇ−Ｃｕ
−Ｔｉ−Ｉｎ系ろう材ペーストを所定形状にスクリーン
印刷してろう材層を形成するとともに、各貫通孔５にろ
う材ペーストを十分に充填した。さらに、厚さ０．２mm
の無酸素銅から成る金属回路板３，４をそれぞれＡｌＮ
基板２の表面側および裏面側の所定位置に押圧配置した
状態で加熱炉に入れ、１．３×１０^-8ＭＰａ以下の高真
空中で温度８００℃に加熱することにより、上記ろう材
層を介して各金属回路板３，４をＡｌＮ基板２に一体に
接合すると同時に、上記表面側の金属回路板３と裏面側
の金属回路板４とを電気的に接続する導電体６を形成し
た。

【００３８】さらに各金属回路板３，４をエッチング処
理することにより、図１に示すような所定の金属回路パ
ターンを有する金属回路層とするとともに、この金属回
路層の表面に厚さ５μｍのＮｉめっき層を形成すること
により、図１〜図３に示すような実施例１に係るセラミ
ックス回路基板１を製造した。

【００３９】上記実施例のセラミックス回路基板によれ
ば、セラミックス基板の表面側のみならず裏面側にも金
属回路層が形成されているため、配線層の密度を倍増す
ることができ、高い集積度を有する半導体素子も搭載す
ることができる。また、従来と比較してセラミックス回
路基板を比較的に安価に、かつ小型に形成することがで
きる。

【００４０】実施例２ 実施例１において使用した、貫通孔を穿設した窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）基板を溶融した銅中に浸漬し、各貫
通孔に溶融銅を注入した後に引き上げて、注入した銅を
凝固せしめて導電体を形成した。

【００４１】以下、実施例１と同様にしてセラミックス
基板の両面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｉｎ系ろう材ペースト
を所定形状にスクリーン印刷してろう材層を形成した。
さらに、厚さ０．２mmの無酸素銅から成る金属回路板を
ＡｌＮ基板の表面側および裏面側の所定位置に押圧配置
した状態で加熱炉に入れ、１．３×１０^-8ＭＰａ以下の
真空中で温度８００℃に加熱することにより、上記ろう
材層を介して各金属回路板をＡｌＮ基板に一体に接合し
た。さらに、実施例１と同様にエッチング処理した後
に、Ｎｉめっき層を形成することにより、実施例２に係
るセラミックス回路基板を製造した。

【００４２】上記実施例２に係るセラミックス回路基板
においても、実施例１と同様に、セラミックス基板の両
面に形成された金属回路層が導電体を介して確実に導通
されており、電気抵抗および熱抵抗をともに小さく保っ
た状態で小型で高密度実装が可能なセラミックス回路基
板が得られた。

【００４３】実施例３ 直径０．７mm×高さ０．６mmの銅製の円柱状の金属ステ
ムを調製し、この金属ステムを、実施例１において使用
したＡｌＮ基板２の各貫通孔５に埋設して導電体６とし
た点以外は、実施例２と同様な条件でろう材ペーストの
印刷塗布，金属回路板３，４の加熱接合，エッチング処
理およびＮｉめっき層の形成を行って実施例３に係るセ
ラミックス回路基板を調製した。

【００４４】上記実施例３に係るセラミックス回路基板
においても、実施例１と同様に、セラミックス基板２の
両面に形成された金属回路層３，４が導電体６を介して
確実に導通されており、電気抵抗および熱抵抗をともに
小さく保った状態で小型で高密度実装が可能なセラミッ
クス回路基板が得られた。

【００４５】実施例４ 実施例１において使用した、貫通孔を有するＡｌＮ基板
の両面に、Ａｇ−Ｃｉｕ−Ｔｉ−Ｉｎ系ろう材ペースト
を所定形状にスクリーン印刷することにより、図１に示
すような所定形状の回路パターンを形成するとともに、
各貫通孔にろう材ペーストを十分に充填した。この状態
で加熱炉に入れ、１．３×１０^-8ＭＰａ以下の真空中で
温度８００℃に加熱することによりメタライズ層をそれ
ぞれ形成し、さらに各メタライズ層表面に厚さ５μｍの
Ｎｉめっき層を形成することにより、実施例４に係るセ
ラミックス回路基板を調製した。

【００４６】上記実施例４に係るセラミックス回路基板
においても、実施例１と同様に、セラミックス基板の両
面に形成された金属回路層が導電体を介して確実に導通
されており、比較的安価に小型で高密度実装が可能なセ
ラミックス回路基板が得られた。

【００４７】実施例５ 実施例１において使用した、貫通孔を有するＡｌＮ基板
の両面に、Ｍｏ−ＴｉＮ系ペーストを所定形状にスクリ
ーン印刷することにより、図１に示すような所定形状の
回路パターンを形成するとともに、各貫通孔にペースト
を十分に充填した。この状態で加熱炉に入れ、０．２Ｍ
Ｐａの窒素ガス（Ｎ₂ ）雰囲気中で温度１７５０℃にて
加熱することによりメタライズ層をそれぞれ形成し、さ
らに各メタライズ層表面に厚さ５μｍのＮｉめっき層を
形成することにより、実施例５に係るセラミックス回路
基板を調製した。

【００４８】上記実施例５に係るセラミックス回路基板
においても、実施例１と同様に、セラミックス基板の両
面に形成された金属回路層が導電体を介して確実に導通
されており、小型で高密度実装が可能なセラミックス回
路基板が得られた。特にメタライズ層の接合界面にＴｉ
Ｎの偏析層が形成されるため、メタライズ層の接合強度
が実施例４と比較して約２０％増加していた。

【００４９】実施例６ 実施例１において使用した、貫通孔を穿設した窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）基板を溶融した銅中に浸漬し、各貫
通孔に溶融銅を注入した後に引き上げて、注入した銅を
凝固せしめて導電体を形成した。

【００５０】次に、セラミックス基板の両面にＡｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ−Ｉｎ系ろう材ペーストを所定形状にスクリー
ン印刷して配線層を形成した。さらに、この状態で加熱
炉に入れ、１．３×１０^-8ＭＰａ以下の真空中で温度８
００℃に加熱することにより、メタライズ層をそれぞれ
形成し、さらに各メタライズ層表面に厚さ５μｍのＮｉ
めっき層を形成することにより、実施例６に係るセラミ
ックス回路基板を製造した。

【００５１】上記実施例６に係るセラミックス回路基板
においても、実施例１と同様に、セラミックス基板の両
面に形成された金属回路層が導電体を介して確実に導通
されており、小型で高密度実装が可能なセラミックス回
路基板が得られた。

【００５２】実施例７ 直径０．７mm×高さ０．６mmの銅製の円柱状の金属ステ
ムを調製し、この金属ステムを、実施例１において使用
したＡｌＮ基板２の各貫通孔５に埋設して導電体６とし
た点以外は、実施例６と同様な条件でろう材ペーストの
印刷塗布，メタライズ層の形成およびＮｉめっき層の形
成を行って実施例７に係るセラミックス回路基板を調製
した。

【００５３】上記実施例７に係るセラミックス回路基板
においても、実施例１と同様に、セラミックス基板２の
両面に形成されたメタライズ層が導電体６を介して確実
に導通されており、小型で高密度実装が可能なセラミッ
クス回路基板が得られた。

【００５４】実施例８ 図４に示すように、実施例１において使用した、貫通孔
５を穿設したＡｌＮ基板２の裏面側にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
−Ｉｎ系ろう材ペーストを金属回路パターン状にスクリ
ーン印刷して、ろう材層７を形成した。一方、上記Ａｌ
Ｎ基板２の各貫通孔５に対応する位置に、直径０．７mm
×高さ０．６mmの導電体６としての突起をそれぞれ有す
るタフピッチ電解銅製の厚さ０．２mmの金属板８をソフ
トエッチング法により作成した。

【００５５】次に上記のように作成した金属板８の突起
（導電体６）をＡｌＮ基板２の貫通孔５に挿入して金属
板８の位置決めを行った。また、ＡｌＮ基板２の表面側
にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｉｎ系ろう材ペーストを金属回路
パターン状にスクリーン印刷した後に、この状態で加熱
炉に入れ、１．３×１０^-8ＭＰａ以下の高真空中で温度
８００℃にて熱処理することにより、図５に示すよう
に、ＡｌＮ基板２の表面側にメタライズ層９を一体に形
成するとともに、ＡｌＮ基板２の裏面側にろう材層７を
介して金属板８を一体に接合した実施例８に係るセラミ
ックス回路基板１ａを調製した。

【００５６】このセラミックス回路基板１ａにおいて
も、ＡｌＮ基板２の表面側に形成されたメタライズ層９
と裏面側に接合された金属板８とが導電体６を介して導
通されており、このメタライズ層９および金属板８が共
に配線層として利用できるため、小型で高密度実装が可
能なセラミックス回路基板が得られた。特に、予め導電
体６としての突起を金属板８に形成しており、この突起
を貫通孔５に挿入してＡＡｌＮ基板２に対する金属板８
の位置決めがなされるため、位置ずれがなく、接合操作
が容易なセラミックス回路基板が得られた。

【００５７】実施例９ 実施例１において用意した、貫通孔を穿設したＡｌＮ基
板を、空気雰囲気の加熱炉中で１３００℃で１２時間加
熱することにより、ＡｌＮ基板の全表面を酸化し、厚さ
２μｍの酸化物層（Ａｌ₂ Ｏ₃ 皮膜）を形成した。

【００５８】一方、酸素を４０７ｐｐｍ含有し、厚さ
０．２mmのタフピッチ電解銅から成る金属板を用意し、
この金属板をＡｌＮ基板の表面側に接触配置した状態で
窒素ガス雰囲気の連続炉で１０７５℃にて１分間加熱す
ることにより、ＡｌＮ基板の表面側に銅製の金属板を直
接接合した。

【００５９】次にＡｌＮ基板の裏面側にＡｇ−Ｃｕ−Ｔ
ｉ−Ｉｎ系ろう材ペーストを金属回路パターン状にスク
リーン印刷してろう材層を形成するとともに、ＡｌＮ基
板の各貫通孔に上記ろう材ペーストを十分に充填した。

【００６０】一方、無酸素銅から成る厚さ０．２mmの金
属板を用意し、この金属板を、ＡｌＮ基板の裏面側のろ
う材層表面に押圧配置した状態で、加熱炉に挿入し、
１．３×１０^-8ＭＰａ以下の高真空中で温度８００℃に
加熱することにより、金属板を一体に接合するととも
に、貫通孔に充填したろう材ペーストを固化せしめ導電
体とした。さらに上記のようにＡｌＮ基板の両面に接合
した各金属板をエッチング処理して所定の金属回路層と
し、この金属回路層の表面に厚さ５μｍのＮｉめっき層
をそれぞれ形成することにより、実施例９に係るセラミ
ックス回路基板を調製した。

【００６１】上記実施例９に係るセラミックス回路基板
においても、実施例１と同様に、セラミックス基板の両
面に形成された金属回路層が導電体を介して確実に導通
されており、小型で高密度実装が可能なセラミックス回
路基板が得られた。また、ＡｌＮ基板を酸化して形成し
た酸化物層（Ａｌ₂ Ｏ₃ 皮膜）を介して金属板を接合し
ているため、高接合強度および高耐熱サイクル性をも有
している。

【００６２】実施例１０ 実施例１において用意した、貫通孔を穿設したＡｌＮ基
板を、空気雰囲気の加熱炉中で１３００℃で１２時間加
熱することにより、ＡｌＮ基板全表面を酸化し、厚さ２
μｍの酸化物層（Ａｌ₂ Ｏ₃ 皮膜）を形成した。

【００６３】一方、酸素を４０７ｐｐｍ含有し、厚さ
０．２mmのタフピッチ電解銅から成る金属板と、直径
０．７mm×高さ０．６mmのタフピッチ電解銅から成る金
属ステムとを用意し、この金属板をＡｌＮ基板の表面側
に接触配置する一方、タフピッチ銅製金属ステムを、Ａ
ｌＮ基板の各貫通孔に埋設した状態で窒素ガス雰囲気の
連続炉で１０７５℃にて１分間加熱することにより、Ａ
ｌＮ基板の表面側に銅製の金属板を直接接合すると同時
に金属板と各金属ステムとを直接接合した。

【００６４】次にＡｌＮ基板の裏面側にＡｇ−Ｃｕ−Ｔ
ｉ−Ｉｎ系ろう材ペーストを金属回路パターン状にスク
リーン印刷してろう材層を形成した。

【００６５】一方、無酸素銅から成る厚さ０．２mmの金
属板を用意し、この金属板を、ＡｌＮ基板の裏面側のろ
う材層表面に押圧配置した状態で、加熱炉に挿入し、
１．３×１０^-8ＭＰａ以下の高真空中で温度８００℃に
加熱することにより、金属板を一体に接合した。さらに
上記のようにＡｌＮ基板の両面に接合した各金属板をエ
ッチング処理して所定の金属回路層とし、この金属回路
層の表面に厚さ５μｍのＮｉめっき層をそれぞれ形成す
ることにより、実施例１０に係るセラミックス回路基板
１ｂを調製した。

【００６６】この実施例１０のセラミックス回路基板１
ｂは、図６に示すように、酸化物層を形成したＡｌＮ基
板２の表面側にろう材層７を介して金属回路層３，３が
一体に接合される一方、ＡｌＮ基板２の裏面側には金属
回路層４が直接接合されており、ＡｌＮ基板２の表面側
の金属回路層３，３と裏面側の金属回路層４とは、導電
体６としての金属ステム（Ｃｕステム）およびろう材層
７を介して導通している。

【００６７】上記実施例１０に係るセラミックス回路基
板１ｂにおいても、ＡｌＮ基板２の両面に形成した金属
回路層３，４が確実に導通されており、表面側に搭載さ
れる半導体素子の配線層として使用することができ、小
型で高密度実装が可能なセラミックス回路基板が得られ
た。また、ＡｌＮ基板を酸化して形成した酸化物層（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 皮膜）を介して金属板を接合しているため、高
接合強度および高耐熱サイクル性をも有している。

【００６８】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るセラミッ
クス回路基板によれば、セラミックス基板の表面側のみ
だけではなく、裏面側にも金属回路層が形成され、表面
側の金属回路層と裏面側の金属回路層とが導電体を介し
て導通するように形成されているため、裏面側の金属回
路層も配線層として利用でき、配線層の密度を倍増で
き、所要配線層を従来と同一とすればセラミックス回路
基板を小形に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックス回路基板の構成例を
示す平面図。

【図２】図１に示すセラミックス回路基板の断面図。

【図３】図１に示すセラミックス回路基板の底面図。

【図４】他の実施例に係るセラミックス回路基板のセラ
ミックス基板と金属板との接合構造を示す分解斜視図。

【図５】本発明に係るセラミックス回路基板の他の実施
例を示す断面図。

【図６】本発明に係るセラミックス回路基板のその他の
実施例を示す断面図。

【図７】従来のセラミックス回路基板の構造例を示す平
面図。

【図８】図７に示すセラミックス回路基板の断面図。

【図９】図７に示すセラミックス回路基板の底面図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１１ セラミックス回路基板 ２，１２ セラミックス基板（ＡｌＮ基板） ３，４，１３ 金属回路板（金属回路層） ５ 貫通孔 ６ 導電体 ７ ろう材層 ８ 金属板（銅板） ９ メタライズ層 １４ 裏金属板

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面側から裏面側に貫通する貫通孔を有
   するセラミックス基板と、上記貫通孔内に充填された導
   電体と、上記セラミックス基板の表面側および裏面側に
   それぞれ形成された金属回路層とを備え、上記表面側お
   よび裏面側に形成された金属回路層が上記導電体を介し
   て導通していることを特徴とするセラミックス回路基
   板。
2. 【請求項２】 セラミックス基板の表面側および裏面側
   に形成された金属回路層が金属板から成ることを特徴と
   する請求項１記載のセラミックス回路基板。
3. 【請求項３】 セラミックス基板の表面側および裏面側
   に形成された金属回路層がメタライズ層から成ることを
   特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板。
4. 【請求項４】 導電体と金属回路層とが一体に形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回
   路基板。
5. 【請求項５】 導電体は貫通孔に注入された溶融金属の
   凝固体から成ることを特徴とする請求項１記載のセラミ
   ックス回路基板。
6. 【請求項６】 導電体は貫通孔に充填された金属ステム
   から成ることを特徴とする請求項１記載のセラミックス
   回路基板。
7. 【請求項７】 金属回路層が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ
   から選択される少なくとも１種の活性金属を含有するこ
   とを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板。
8. 【請求項８】 金属回路層が金属板から成り、この金属
   板が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから選択される少なくと
   も１種の活性金属を含有するろう材層を介してセラミッ
   クス基板に接合されていることを特徴とする請求項１記
   載のセラミックス回路基板。
9. 【請求項９】 セラミックス基板の一方の表面に形成さ
   れる金属回路層が金属板から成り、この金属板のセラミ
   ックス基板との接合面側に金属ステムから成る導電体を
   予め接合したことを特徴とする請求項６記載のセラミッ
   クス回路基板。
10. 【請求項１０】 セラミックス基板の一方の表面に金属
    回路層としての金属板が直接接合されている一方、セラ
    ミックス基板の他方の表面に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ
    から選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろ
    う材層を介して他の金属回路層としての金属板が接合さ
    れていることを特徴とする請求項１記載のセラミックス
    回路基板。