JPS6342152A - 混成集積回路基板及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は混成集積回路基板及びその製造方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする問題点）従来、パワ
ーモジュール基板等の基板の製造は、アルミナなどのセ
ラミック基板にメタライズ化処理を施して表面に金属層
を形成する方法がとられており１例えば、基板表面にＷ
、Ｍｏ等の金属ペーストを用いる方法、金属粉を含むガ
ラスペーストを印刷する方法などがあり、これらを改良
する方法として無電解メツキ等で直接金属メツキを施す
方法（特開昭６０−１９５０７９参照）などがある。し
かし、無電解メツキ法では一旦皮膜が形成されるとそれ
以上継続できないために膜厚がとれず、強度が不足する
という欠点がある。

これに対し、セラミック基板の両面に基板厚さよりも薄
い金属板（銅板）を接合する方法が研究されているが（
特開昭５９−１２１８９０）、この方法では、片面にの
み金属板を接合する場合に比べて反りや基板の割れなど
を防止できるものの、接合手段として銅と酸素との共晶
を利用する酸化処理法を採用しているため、制御が薙し
く、接着強度上問題がある。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、セラミック基
板と金属材との接着強度が大きく、かつ耐熱性、放熱性
に優れ、しかも任意厚さの金属材層を形成し得る混成集
積回路基板の製造技術を提供することを目的とするもの
である。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は、上記従来技術に
係るセラミック基板両面への金属板接合法について検討
を加え、接合手段として新たな方策を見い出すべく鋭意
研究を重ねた結果、接着剤として特定のインサート材を
使用し特定の処理を施すことにより可能であることを知
得し、本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係る混成集積回路基板は、アルミナ
等のセラミック基板と、該基板の両面に印刷、焼成した
複合金属粉末からなるインサート材と、該基板の一方の
面に該インサート材を介して加熱接合された銅箔並びに
他方の面に該インサート材を介して加熱接合された銅板
と、該銅箔及び銅板の表面に施されたレジスト印刷層と
からなることを特徴とするものである。

また、その製造方法は、アルミナ等のセラミック基板の
両面に複合金属粉末をペースト状にしたインサート材を
印刷し、これを乾燥、焼成した後、該基板の一方の面に
該インサート材を介して銅箔を、また他方の面に該イン
サート材を介して銅板を重ね合わせ、非酸化性雰囲気中
乃至は１０””Ｔｏｒｒ以下の真空中にて加熱して該基
板と銅箔及び銅板とを接合し、次いで該銅箔及び銅板の
表面にレジスト印刷を施すことを特徴とするものである
。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

まず、セラミック基板としては、従来と同様の材質のも
のでよく、アルミナ、窒化アルミニウム等、々のセラミ
ック材料を用いるる。

このセラミック基板の両面に金属板を接合するに際して
は、特に、一方の面に銅箔を、また他方の面に銅板を後
述のインサート材を使用して加熱接合するものである。

銅板はヒートシンクとして並びに熱膨張の変化に追随し
得るためにある程度の厚みを必要とし、例えば、セラミ
ック基板の厚さく通常、０．１〜１　ｍｍ＋）よりも大
きい板厚（例、２ｍｍ）とする。一方、銅箔の場合、熱
膨張の変化に追随できるが、逆に厚くなると銅箔側へイ
ンサート成分が拡散して表面層に変質を来たすので、拡
散が生じない範囲で任意の厚みのものとし、特に大電流
向けの場合には厚みを大きくとる。

インサート材によるセラミック基板と銅箔及び銅板との
接合には、特定組成のペースト状インサート材をセラミ
ック基板の両面に印刷し、加熱接合処理する。すなわち
、そのためには、インサート材として、例えばＡｇ系の
複合金属粉末をペースト状にしたものを用いる。

具体的には、例えば、Ｃｕ及びＮｉのうちの少なくとも
１種を１０〜６０ｗｔ％（以下、同じ）、Ｔｉ、Ｎｂ及
びＺｒのうちの少なくとも１種を１０〜８゜％含み、残
部が実質的にＡｇである組成を有し、各成分をメカニカ
ルアロイ法によって機械的に噛合結合した複合粉末を有
機溶媒中に分散させペースト状にしたインサート材、或
いはＣｕ及びＮｉのうちの少なくとも１種を１０〜６０
％、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒのうちの少なくとも１種を７〜
８０％、希土類元素（Ｙを含む）のうちの少なくとも１
種を５　ｐｐｍ〜３％含み、残部が実質的にＡｇである
組成を有し、各成分をメカニカルアロイ法によって機械
的に噛合結合した複合粉末を有機溶媒中に分散させ、ペ
ースト状にしたインサート材などが好ましい。このよう
な複合粉末は、いわゆるメカニカルアロイ法によって製
造することができ、各成分の金属粉末を摺潰機、ボール
ミル、アトライター等の攪拌機を用いて高速、高エネル
ギー下で所要時間混合攪拌して粉砕することにより、各
成分粒子が機械的に噛合結合した、いわゆるメカニカル
アロイ形態の複合粉末が得られる。この複合粉末の粒度
は４４μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下のものが５０
ｖｔ％以上である微粉末が望ましい。この複合粉末はペ
ースト状にするために有機溶媒中に分散させる。有機溶
媒としては、テレピネオール、ブチルカルピトール、テ
キサノール、ブチルカルピトールアセテートなどを使用
することができ、またペースト中の金属粉量は６０〜９
０ｗｔ％とするのが適当である。なお、有機溶媒の他に
界面活性剤（例、ロジン・ワックス）を少量添加したり
、またバインダーとしてエチルセルロースなどを添加し
てもよい。

次いで、第１図（、）、（ｂ）に示すように、ペースト
状インサート材２をセラミック基板１の両面に所要量印
刷し、乾燥後、焼成（脱脂処理）する。脱脂処理は、不
活性雰囲気中で５５０〜６００”Ｃで焼成するのが望ま
しく、これによりバインダー分を揮発させる。なお、イ
ンサート材及びセラミック基板の材質、銅板及び銅箔の
厚さにもよるが、銅板側の焼成膜厚が４０〜６５μ、銅
箔側の焼成膜厚が５〜１ｏμとなるようにペースト状イ
ンサート材を印刷する。

その後、セラミック基板の両面に上記インサート材を介
して銅箔３及び銅板４を各々重ね合わせ、Ｎ２、Ａｒ等
の非酸化性雰囲気中又はｌ　Ｏ−’　Ｔｏｒｒ以下の真
空中で所要時間加熱し、接合する。なお、加熱温度は、
上記組成のインサート材を用いた場合には６００〜９０
０℃が好ましく、また１〜１００ｋｇ／ａＪの加圧下で
接合する。

接合後、銅箔３及び銅板４の表面にレジスト印刷５を施
す。これは、後の回路エツチング工程で銅も腐食される
ので、これを防止するために行うものである。

上記の工程により本発明の基板が製造されるが、インサ
ート材としてＡｇ系の複合金属粉末を用いるので接着強
度及び耐熱性の優れた接合面とすることができると共に
、銅箔の厚みを自由に選択でき、かつ、ヒートシンクと
して銅板を用い、放熱シートや放熱グリースなどを用い
ていないので放熱性が非常に良い。また、得られた基板
は更に半田でプリント基板や金属ベース胴張り基板へ実
装でき、その際、か＼る基板の通常の製造工程で製造で
きる利点がある。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 一２０μに分級したスポンジチタン粉末２０部と平均粒
径１．６μの銀粉末４０部と平均粒径１．５μの銅粉末
４０部とを合計５０ｇ準備し、前処理として摺潰機で５
時間混合粉砕した。混合粉砕後、フィッシャー・サブ・
シーブ・サイザー（粒度分布測定装置）で平均粒径を測
定したところ。

１．３μであった。

更に、次の割合で摺潰機を使用して５時間、予備混練し
た。

上記混合粉砕物　　　　　　８０部 エチル・セルロース　　　　１．５部 テキサノール　　　　　１６．７部 界面活性剤　　　　　　　１．８部 予備混線の目的は、粉末表面を活性にし、ビヒクルと接
触させることによって分散性をよくするためである。予
備混線の終了後、三本ロール・ミルで本混線を行い、ペ
ースト状インサート材を得た。

一方、約２５ｍｍ口Ｘ０．６３５ｍｍｔ　　の９６％Ａ
Ｑ３０．基板、２５１１！Ｉ口Ｘ２ｍｍｔの銅板並び番
こ２５ｍ鳳口×３５μｔの銅箔を用意した。そして、銅
板を貼り付ける側のＡｌ２ｚＯ，基板に対しては、焼成
膜厚が１６μ、３０μ、４５μ、６３μ、１ｍｍになる
ように（焼成膜厚４５μとする乾燥膜厚は１２０〜１３
０μ）、２００メツシユ、バイアス張り、エマルジョン
厚さ４５μのスクリーンを使用したスクリーン印刷機に
より、上記ペースト状インサート材を三回全面にわたっ
て印刷した後、１２０℃で３０分間乾燥した。更に銅箔
を貼り付ける側のＡＱ、０．基板に対しては、上記ペー
スト状インサート材をテキサノールで１＝１に希釈し。

焼成膜厚が７μ、３１μになるようにスクリーン印刷し
た。その際に用いたスクリーンは２５０メツシユ、バイ
アス張り、エマルジョン厚さ２５μのスクリーンで、１
回で全面印刷した後、１２０℃で３０分間乾燥した。

上記乾燥後、膜厚焼成炉を使用し、Ｎ２気流中にて９０
分間プロファイルで１５分間ピーク温度（６００°Ｃ）
保持の焼成を行い、含有しているバインダー（ビヒクル
）成分を揮発させた。

次いで、上記ＡＩ２．０３基板の両面に銅板と銅箔を各
々重ね合わせ、更に全面１ｋｇの荷重をかけ、真空炉に
装入し、真空度１０”−３Ｔｏｒｒ、接合温度８５０℃
で１時間保持し、常温になってから取り出した。なお、
真空炉への装入に際しては、第２図に示すように、ステ
ンレス鋼板６及び炉体（缶体）７と銅板４及び銅箔３と
の融着を防止するため並びに反りを防止するために上下
にそれぞれＡＱ、０３板８を装着した。

得られた基板の接着強度は次のようにして調べた。

まず、ＭＥＥＫ加工機（放電砥石切断機）によって１０
ｍｍ口に切り出した。サンプルは、１枚につき１６ケ切
り出すことができた。このようなサンプルについて塩化
第２鉄水溶液を用いたエツチング処理で銅箔を取り除い
た後、次のような方法で銅板側の接着強度を測定した。

すなわち、第３図に示すように、アラルダイトＡＺ−１
５を使用して、２５ｍ１ｌｌＸ　５０ｍ＋＋＋Ｘ　２ｍ
ｍｔのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）９の中央部に銅
板側を接着し。

ＡＱ２０．基板１のアルミナ面（銅箔除去面）に１０ｍ
ｍφの銅リベット１０を接合した後、ブツシュ・プル・
テスター（金山製作所製）で銅板側の接着強度を測定し
た。

また、銅箔側の接着強度は次のような方法で測定した。

すなわち、銅箔側にレジストを印刷すると共に粘着テー
プ（住友スリー・エム社製）にて全面マスクした後、エ
ツチング処理にて銅板を取り除き、次いでレジスト及び
粘着テープを剥離して。

銅箔付きＡＱ２０．基板を得た。接着強度用テストパタ
ーンは２ｍｍ口とし、第４図に示すように、ＡＱ、Ｏ，
基板１上のテストパターンである銅箔２ｍｍ口バッド１
１に、Ｌ字型にしたＱ、６ｍｍφ＃線（スズ・メツキ処
理されたもの）１２を半田にて接合した後、バーチカル
・ボンド・テスターによって銅箔側の接着強度（初期値
、高温強度）を測定した。これらの結果を第１表及び第
２表に示す。

第１表及び第２表かられかるように、Ａ２□○。

基板と銅板又は銅箔との間のインサート材の焼成膜厚を
適当に選ぶならば（Ｎα３．４．６）、接着強度の優れ
た接合面が得られ、銅箔との接合面の耐熱性も優れてい
る。なお、Ｎα８は従来のメツキ法による接合の場合を
示し、強度が不足している。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、特定のペースト
状インサート材を使用してセラミック基板両面にそれぞ
れ銅板、銅箔を接合するので、接着強度及び耐熱性に優
れ、しかも銅箔の厚みを自由にとれるので特に大電流向
けに適し、また特別のヒートシンクを使用しないので放
熱性も非常に良い。更に、本発明の製造工程は通常のプ
リント基板製造工程を使用でき、得られた基板は半田付
けでプリント基板や金属ベース鋼張り基板などに実装で
きる等のメリットもある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明法の製造工程の一例を示
す説明図、 第２図は真空炉を用いて加熱接合する際の装入状態を示
す断面図、 第３図はＡＱ、０３基板と銅板の接着強度を試験する時
の試料取付状態を示す断面図、 第４図はＡＱ、○、基板と銅箔の接着強度を試験する時
の試料取付状態を示す断面図である。 １・・・ＡＱｚＯ，基板、２・・・インサート材、３・
、・・銅箔、４・・・銅板、５・・・レジスト印刷層。 特許出願人　　　　昭和電工株式会社 代理人弁理士　　　中　　村　　　尚 第１図 （Ｃ） ス 第２図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミナ等のセラミック基板と、該基板の両面に
   印刷、焼成した複合金属粉末からなるインサート材と、
   該基板の一方の面に該インサート材を介して加熱接合さ
   れた鋼箔並びに他方の面に該インサート材を介して加熱
   接合された銅板と。 該銅箔並びに銅板の表面に施されたレジスト印刷層とか
   らなることを特徴とする混成集積回路基板。
2. （２）アルミナ等のセラミック基板の両面に複合金属粉
   末をペースト状にしたインサート材を印刷し、これを乾
   燥、焼成した後、該基板の一方の面に該インサート材を
   介して銅箔を、また他方の面に該インサート材を介して
   鋼板を重ね合わせ、非酸化性雰囲気中乃至は１０＾−＾
   ３Ｔｏｒｒ以下の真空中にて加熱して該基板と銅箔及び
   銅板とを接合し、次いで該銅箔及び銅板の表面にレジス
   ト印刷を施すことを特徴とする混成集積回路基板の製造
   方法。