JPS593994A - 導体パタ−ンを持つ集成体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背型 この発明は成る区域では、非金属の基板に結合されてい
るが、別の区域では非金属基板に結合されていない導体
パターンを持つ電気集成体、並びにこの集成体を製造す
る方法、更に具体的に云えば、共晶結合方法（ｅｕｔｅ
ｃｔｉｃ　　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｔｅｃｈ−ｎｉｑｕｅ　
）によって非金属基板に結合された金属シートで導体パ
ターンが形成される様な集成体並びに方法に関する。

金属シートを非金属基板に結合する為に種々の共晶結合
方法がある。こういう方法は、溶融した共晶合金、典型
的には金属シートを一部分として使う共晶合金を、高い
温痩でシートと基板の間に形成することは共通である。

この高温は金属シートの融点【５近いが、それより幾分
低い。溶融した共晶合金が非金属基板をぬらし、こうし
てシートと基板の間の強力な結合部を保証する。

金属シートは、共晶結合方法を用いて基板に結合する時
に高温に熱せられると、基板の形と同形に塑性変形しが
ちであることが知られている。これは金属シートと基板
の間に一様な結合部を達成するのに望ましいことである
。然し、金属シートの選ばれた区域が基板の形と同形に
塑性変形してシートに結合されない様に保証するのが有
利である場合がある。例えば、金属シートが、通常その
上に電力トランジスタの様な熱を発生する電気装置を取
付ける導体パターンを構成する様な模様になって１／）
′て、この導体パターンが電気接続部材を含む場合、接
続部材が非金属基板の上面の一部分に架橋することが望
ましい。こうすれば、典型的に基板をその上に配置する
電気的な大地にある金属の放熱部と接続部材の間で、基
板の表面に沿って隔たる距離が大きい為、導体パターン
は一層高い電圧に耐えることが出来る。

発明の概要 従って、この発明の目的は、共晶結合方法によって非金
属基板に結合された導体パターンを持ち、この導体パタ
ーンが基板の方を向いているが、それから離れた結合さ
れない部材を含む様な電気集成体を提供することである
。

この発明の別の目的は、共晶結合方法によって非金属基
板に結合された導体パターンを持ち、この導体パターン
が基板の方を向いているが、それに結合されていない部
材を含む様な電気集成体を製造する方法を提供すること
である。

この発明の別の目的は、共晶結合方法によって非金属基
板に結合された導体パターンを持っていて、これが基板
の方を向いているが、それから離れた結合されない部材
を含んでいる電気集成体を製造するのに、結合されない
部材を構成するのに別の処理工程を必要としない方法を
提供することである。

簡単に云うど、この発明の特定の１形式では、金属シー
トの片側の選ばれた区域をぬれた化学食刻剤に露出して
、シートを部分的に食刻する。この後、高い温度で、シ
ートと基板の間に溶融した共晶合金を形成し、この共晶
合金が基板をぬらして、冷却した時に強力な安定した結
合部を作ることにより、金属シートを非金属基板に結合
する。

少なくとも有用な成る範囲の場合には、金属シー１〜の
残りの区域は基板に結合されるけれども、各々の選ばれ
た区域にある金属シートの食刻されない金属が、基板と
同形に塑性変形して基板に結合されることがないことが
判った。

この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且つ明確に
記載しであるが、この発明は以下図面について説明する
所から更によく理解されよう。

第１−にはこの発明の好ましい方法によって製造した電
気集成体１０の一部分が示されている。

集成体１０が、銅の様な金属シーｌ〜から作った導体パ
ターン１２と、セラミックく例えばアルミナ又はベリリ
ア）の様な非金属基板１４とを有する。

導体パターン１２は共晶結合方法によって基板１４に結
合されている。

導体パターン１２が電気接続部材１６を含み、これは基
板１４に結合されない。更に導体パターン１２が、完成
された導体パターン１２に典型的にある様な造作１８を
持っている。

集成体１０を製造する好ましい方法を次に第２図乃至第
４図について説明する。

第２図に示す様に、公知の写真製版技術を用いて、金属
シート２４の上面及び下面に７７１１〜レジスト・パタ
ーン２０．２２を形成する。フオｌ〜レジメ１〜・パタ
ーン２０，２−２は例えばカリフォル−ニア州のダイナ
ケム・コーポレーションによって販売されるラミナー（
登録商標）ドライフィルム重合体で構成することが出来
る。フォトレジスト・パターン２０．２２が、金属シー
ト２４の内、それによって覆われた部分を、以下説明す
る様に使う食刻剤による「侵食」又は食刻から保護する
。

特にこの発明に従って接続部材１６（第１図）にしよう
とする金属シート２４の区域２６の上側をフォトレジス
ト・パターン２０の部分２１で覆う。然し、・その下側
はフォトレジスト・パターン２２゛で覆わない。金属シ
ート２４の図面に示した残りの区域については、その上
側及び下側の両方を夫々フォトレジスト・パターン２０
．２２で覆うか、或いは例えば区域２８の様に、その上
側をも下側をも覆わない。接続部材１６（第１図）を構
成する為のフォトレジスト・パターン２０の部分２１を
設（プることは、フォトレジスト・パターン２０を構成
するのに必要な同じ処理工程の一部分として行なうこと
が出来る。

少なくとも金属シートが銅で構成される場合、塩化第２
鉄の様な湿式の化学食刻剤（図に示してない）を吹付【
プるか或いはその中に浸漬することにより、フォトレジ
スト・パターン２０．２２によって葆護された金属シー
ト２４ｉ食刻する。湿式化学食刻剤が、金属シート２４
の内、フォトレジス（〜・パターン２０．２２によって
保護されていない面を侵食し又は食刻する。特に、湿式
化学食刻剤が金属シー１〜２４の両側を食刻し、例えば
区域２８では、金属シート２４が完全に食刻される（突
板ける）。シート２４の区域２８が完全に突板けた時、
区域２６では、フＡトレジス１〜・パターン２０の部分
２１によって覆われたその上面に食刻剤が接触すること
が出来ないので、シートはこの区域そは途中までしか突
板（プない。この時点で、シート２４の区域２６は大体
途中まで食刻されている。この点で金属シート２４を湿
式化学食刻剤から取出すことが好ましい。この為、シー
ト２４０区域２６に接続部材１６（第１図）を構成する
為に、食刻工程を変更する必要はない。この時導体パタ
ーン１２〈第１図〉と同じ様な模様になっている金属シ
ート２４は第３図に示す様な外観である。

次にニューヨーク州のインランド・ケミカル・コーポレ
ーションからＣ０ＤＥ　　ＡＰＬ６１２と云う名前で販
売されているもの）様なフォトレジスト・剥離剤を用い
て、第３図に示す金属シー１〜２４からフォトレジスト
・パターン２０，２２を取去る。次に、第４図に示す様
に、パターンを定めた金属シート２４を基板１４の上に
のせる。共晶結合方法を用いて、パターンを定めた金属
シート２４を基板１４に結合する。この発明では、米国
特許第３，７６６．６３４号及び同第３，９９４．４３
０号に記載されている様な種類の共晶結合方法を使うこ
とが好ましい。こういう方法は何れも、少なくとも金属
シートが銅で構成されている所では、基板に結合しよう
とする金属シートの金属、例えば銅と熱反応性物質、例
えば酸素とで実質に構成された共晶合金を高温で形成す
ることを含む。別の共晶結合方法が、例えば米国特許第
２．８５７，６６３号に記載されている。これは、シー
トと基板の間に金属シムを介在配置することにより、金
属シートと基板の間の共晶合金を高温で形成するもので
ある。

パタニンを定めた金属シート２４を基板１４に結合する
際、長い接続部材１６を希望する時は、接続部材１６（
第１図）を構成する、パターンを定めた金属シー１へ２
４の区域２６を補助支持体３０で支持するのが有用であ
ることが判った。補助支持体３０は、パターンを定めた
金属シート２４の区域２６が結合しない材料で構成する
。少なくとも金属シート２４が銅で構成され−Ｃいて、
（共晶合金の）熱反応性物質が酸素で構成される場合、
補助支持体３０はモリブデン、タングステン、耐火レン
ガ及びその上面を黒鉛で被覆したアルミナ又はベリリア
の様なセラミックの内の１つの材料で構成するのが適当
である。パターンを定めた金属シート２４を基板１４に
結合した後、これは集成体１０の導体パターン１２の外
観を有する。補助支持体３０を使うことは、集成体１０
（第１図）を製造する際の余分の仕事を最小限で済ます
。

第５図には、この発明で達成し得る接続部材１６の寸法
を例示する為、集成体１０（第１１図）の拡大した一部
分が示されている。導体パターン１２が銅で構成され、
銅並びに酸化銅の好ましくは溶融した共晶合金が形成さ
れる高温が約１，０６５℃、即ち、銅の導体パターン１
゛２の融点、即ち、１０８３℃から約５０℃以内にある
時、厚さＴが５ミル（０，０１３ｃｙｎ）で導体パター
ン１２の厚さが１０ミル（０，０２４ｃｙｎ）で、結合
されない長さし、が７０ミル（０，１７８ｃｙｎ）であ
る接続部材１６を反復的に製造することが出来た。こう
いう結果は、結合の際に補助支持体３０（第４図）を使
わずに達成された。接続部材１６０幅Ｗは、長さしを幾
らにするかに対して大した意味はない様に思われる。

上に述べた結果は、接続部材１６を構成し得る１例を説
明したにすぎない。こういう結果に基づいて、弾性ぼり
理論から少なくとも若干の条件は、導体パターン１２の
金属の種類と厚さ並びに共晶合金の温度を前述の条件と
同じにして、結合の際、補助支持体３０（第４図）を利
用することにより、結合しない長さＬが１５０ミル（０
，４６９ｃｍ）の接続部材１６が得られると予測される
。導体パターン１′２が５ミル（０，０１３ｃｍ）の厚
さを持つ銅で構成されていて、接続部材１６がこの半分
の厚さく即ち２．５ミル又は０．００６ｃｍ）である場
合、弾性（より理論から、補助支持体３０（第４図）を
使わなければ、接続部材１６は結合しない長さＬとして
４２ミル（０，１０７ｃｉ）を持つことが出来、補助支
持体３０を使えば、結合しない長さＬとして１０９ミル
（０，２７７ｃｙｎ）が得られると予測される。更に、
所定の厚さを持つ接続部材１６に対して、結合の際にそ
れが基板１４の上方の高い所にあればある程、その長さ
しを一層長くしても、基板１４に結合しないでおくこと
が出来る。これは、この場合塑性変形によって基板１４
と同形になり、それに結合される慣れが一層少ないから
である。

更に第５図で、この発明では、通常その上に熱を発生す
る電気装置（図に示してない）を取付ける導体パターン
１２は、基板１４が典型的に取付けられる金属の放熱部
（図に示してない）に対して、高い電圧で正しく動作す
ることが出来る。これは、この発明に従って作られた接
続部材１６が、基板１４の上面の一部分の上に張出して
いるからである。従来とのこの違いにより、導体パター
ン１２と基板１４の下にある金属の放熱部との間の、基
板１４の面上の電気沿面放電通路３２の長さが長くなる
。接続部材１６の長さしが７９ミル（０゜１７８ｃｙｎ
）である場合、導体パターン１２を金属の放熱部゛に対
して６００ボルトより高い所で動作させても、電気沿面
放電通路３２に沿って再生形の閃絡が起らない。接続部
材１６が基板１４に結合されていないから、それを位置
１６′まで上向きに曲げて、使う時、接続部材１６が偶
発的に基板１４と接触しない様に保証するのが有利であ
る。

第６図はこの発明に従って製造することが出来る別の電
気集成体４０を示す。集成体４０は導体パターン４２を
基板４４に結合して構成される。

導体パターン４２と基板４４の間の結合部は共晶合金で
構成される。結合する前、導体パターン４２を基板４４
の上に配置しなければならない。導体パターン４２のそ
のま）では接続されないでいる部分′４６．４８が互い
に整合外′れになるのを防止する為、前に述べた電気接
続部材１６と同様な機械的な接続部材５０をこの発明に
従って構成することが出来る。接続部材５０は、導体パ
ターン４２が基板４４に結合された後に、例えば鋭い器
具を用いて容易に切断することが出来る。機械的な接続
部材５０を含む導体パターン４２を製造する適当な手順
は、基本的には電気接続部材１６を含む導体パターン１
２（第１図）を製造する前述の手順と同じ■稈に従うが
、部材５０の長さは、補助支持体３０（第４図）を使っ
た場合の部材１６の長さと同様である。

第７図はこの発明に従って製造することが出来る別の電
気集成体６０を含む。集成体６０は導体パターン６２．
６４が両方共基板６６に結合されることによって構成さ
れる。その結合部は共晶合金で構成される。導体パター
ン６２は導体パターン６４の厚さの半分未満の厚さを有
する。導体パターン６４がこの発明に従って製造した「
つなぎ」又は接続部材６８（一部分切欠いて示す）を含
む。

この接続部材は、薄い方の導体パターン６２に接触せず
に、その上を橋渡しする。集成体６０を製造する時、最
初に導体パタコン６２を基板６６に結合する。この後の
結合工程で、つなぎ６８を基板６６に結合する。つなぎ
６８は機械的な接続部材５０（第６図）と同様であるか
ら、これまでの説明から、つなぎ６８を持つ導体パター
ン６４を製造する適当な方法は自ずと明らかであろう。

以上説明した所から、この発明が何れも非金属基板に結
合された導体パターンを持っていて、基板に結合されな
い選ばれた区域を持つ種々の電気集成体を作ることが出
来ることが理解されよう。

更に、導体パターンの結合されない区域は余分の手間を
最小限に抑えて構成することが出来ることも理解されよ
う。

この発明を特定の実施例について説明したが、当業者に
は種々の変更が考えられよう。例えば、上に具体的に述
べた銅以外の金属を用いて、前掲米国特許に記載される
導電金属の様な導体パターンを構成することが出来る。

更に、セラミックの代りに、′例えばシリコン半導体材
料のウェーハの様な耐火性を持つ他の種類の金属基板を
使うことが出来る。この基板は集積化電子装置を持って
いてよい。更に、化学的な食刻以外に、旋削方法による
加工又はレーザによる加工の様な手段を用いて、金属シ
ートから金属を除去することが出来る。

従って、特許請求の範囲の記載は、この発明の範囲内で
可能な全ての変更を包括するものと承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従って基板に結合された導体パター
ンを持つ電気集成体の一部分の斜視図、第２図乃至第４
図は第１図の電気集成体を製造する種々の■稈を示す第
１図と同様な斜視図、第５図は第１図の矢印５の方向か
ら見た細部を示す拡大図、第６図はこの発明に従って製
造された別の電気集成体を示す斜視図、第７図はこの発
明に従って製造された更に別の電気集成体を示す断面斜
視図である。 主な符号の説明 １２：金属シート　　１４：基板 １６：接続部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）成るパターンの金属シートと非金属基板の間に高温
   で溶融した共晶合金を形成することに′よって、前記シ
   ートを基板に結合する工程を含んでいて、非金属基板に
   結合された導体パターンを持つ集成体を製造する方法に
   於て、結合する前に、基板に結合しようとする金属シー
   トの側の選ばれた区域を途中まで突抜けることにより、
   該選ばれた区域にある金属シートの残りの金属が基板に
   結合されない部材を構成することによって、前記導体パ
   ターンに結合されない部材を構成する工程を含む方法。 ２、特許請求の範囲１〉に記載した方法に於て、溶融し
   た共晶合金が実質的に金属シートの金属と略同−の金属
   並びに熱反応性物質で構成されている方法。 ３）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、熱反応
   性物質が酸素で構成される方法。 ４）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、溶融し
   た共晶合金が本質的に銅及び酸化銅で構成されている方
   法。 ５）特許請求の範囲１〉に記載した方法に於て、金属シ
   ートが銅で構成されている方法。 ６）特許請求の範囲５）に記載した方法に於て、非金属
   基板がセラミック基板で構成される方法。 ７）特許請求の範囲６）に記載した方法に於て、セラミ
   ック基板がアルミナ及びベリリアから成る群の内の１つ
   で構成される方法。 ８）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、非金属
   基板が半導体材料のウェーハで構成される方法。 ９）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、金属シ
   ートの前記側を途中まで突抜ける■稈が、化学食刻剤を
   用いて金属シートから金属を除去することで構成される
   方法。 １０）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、金属
   シートを基板に結合する工程が、金属シ−トの途中まで
   突抜けた区域を補Ｗ」支持体で支持する工程を含む方法
   。 １１）金属シート、非金属基板及び該基板並びに金属シ
   ートの少なくとも一部分の間にあって、両者を結合する
   共晶合金を含む集成体に於て、金属シートの少なくとも
   １つの選ばれた区域が、基板の面と向い合っているが、
   それから隔たる面を持っている集成体。 １２、特許請求の範囲１１）に記載した集成体に於て、
   共晶合金が実質的に金属シートの金属と同一の金属並び
   に熱反応性物質で本質的に構成されている集成体。 １３）特許請求の範囲１２）に記載した集成体に於て、
   熱反応性物質が酸素で構成されている集成体。 １１１）特許請求の範囲１１）に記載した集成体に於て
   、共晶合金が実質的に銅及び酸化銅で構成されている集
   成体。 １５）特許請求の範囲１１）に記載した集成体に於て、
   金属シー１〜が銅のシートで構成されてぃ１６）特許請
   求の範囲１５）に記載した集成体に於て、非金属基板が
   セラミック基板で構成される集成体。 １７）特許請求の範囲１６）に記載した集成体に於て、
   セラミック基板がアルミナ及びベリリアで構成される群
   の内の１つで構成される集成体。 １８）特許請求の範囲１１）に記載した集成体に於て、
   非金属シートが半導体材料のウェーハで構成される集成
   体。