JPS6347957A

JPS6347957A - 電子部品用積層基板

Info

Publication number: JPS6347957A
Application number: JP19193086A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Umeda; 梅田　正和; Takeshi Kuroda; 健黒田
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1986-08-15
Publication date: 1988-02-29

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】利用産業分野この発明は、各種の電子部品を装着するための絶縁膜を
有する積層基板に係り、特に、基板上に・１潴置するシ
リコン半導体との熱膨張係数差が少なく、耐熱強度がす
ぐれ、かつ製造が容易なハイブリッ）ＩＣ用の積層基板
に関する。

背景技術ハイブリットＩＣを装着、積載するための基板として、
従来、エポキシ樹脂板をガラス繊維にて補強してなる基
板上に、Ｃｕ仮を装着した積層構造の所謂、銅張りガラ
スエポキシ基板が良く知られている。

また、アルミナ系基板あるいは４０％Ｎｉ　　Ｆｅ合合
板、Ｃｕ合金板等の封着合金板上に、樹脂からなる絶縁
膜を被覆した積層構造の所謂、高分子絶縁膜形成金属板
、さらに、鉄板上にほうろうにて絶縁膜を形成した積層
構造のほうろう引き鉄基板などが知られている。

前記の銅張りガラスエポキシ基板は、熱伝導及び耐熱性
が低く、載置するシリコン半導体との熟膨脹係数差が大
きいため、割れ発生の問題があり、また、アルミナ系基
板は、熱伝導が悪い上に、而・ｒ衝撃に弱い欠点がある
。

また、高分子絶縁膜形成金属板は、使用温度である４５
０″Ｃでの耐熱性が悪い問題があり、はうろう引き鉄基
板は、製造上、１０００　℃以上の焼成を必要とし、工
程数、コスト的に種々の問題があった。

発明の目的この発明は、ハイブリッ）ＩＣ用の絶縁膜を有する積層
基板のかかる現状に鑑み、基板上に載置するシリコン半
導体との熱膨張係数差が少なく、耐熱強度がすぐれ、が
っ製造が容易な積層基板を目的としている。

発明の構成と効果この発明は、４５０℃の使用温度におけるすぐれた耐熱
性、熱伝導性を有し、強度が高く、基板上に載置するシ
リコン半導体との熱膨張係数差が少なく、割れ発生が少
なく、がつ製造が容易である絶縁膜を有する積層基板を
目的に、種々検討した結果、Ｃｒ含有の封着合金板の主
面に、熱処理によりＣｒ２Ｏ３を主とする酸化被膜を形
成して、前記酸化被膜を介して絶縁膜であるフリット層
を設ける、あるいはさらに、フリット層上に高融点ガラ
ス層を設けると、前記封着合金板と絶縁膜との密着性が
改善され、前記目的が達成されることを知見し、発明を
完成したものである。

すなわち、この発明は、Ｃｒ含有の封着合金板の少なくとも１主面に、Ｃｒ２Ｏ
３を主とする優先酸化被膜を介在させてフリット層と高
融点ガラス層を順に被覆したことを特徴とする電子部品
用積層基板であり、さらに、Ｃｒ含有の封着合金板の両主面に、Ｃｒ２Ｏ３を主とす
る優先酸化被膜を介在させて、一主面に高融点ガラス層
を被覆し、また他生面にフリット層と高融点ガラス層を
順に被覆したことを特徴とする電子部品用積層基板であ
る。

発明の図面に基づく開示第１図ａ、ｂ、ｃはこの発明による積層基板の断面説明
図である。

この発明による積層基板の製造工程を説明すると、例え
ばａ図に示す如く、板厚２ｍｍ以下のＮｉ４０〜５０ｗ
ｔ％−Ｃｒ４〜８ｗｔ％−Ｆｅ合金板、あるいは、Ｃｒ
　１５〜３０ｗｔ％−Ｆｅ合金板からなるＣｒ含有の封
着合金基板（１）を、平坦なセラミック板で挟み、加圧
しながら露点１０〜５０℃の湿潤Ｈ２ガス中で、１００
０℃〜１３００℃に加熱して、前記合金基板（１）の一
主面に、膜厚１０ｐｍ以下、好ましくは１〜５ｐｍ厚み
のＣｒ２Ｏ３を主とする優先酸化被膜（２）を形成し、
この封着合金基板（１）の（・優先酸化被膜（２）上に
、粒度１００ｍｅｓｈ〜３００ｍｅｓｈのフリットをス
クリーン印刷により被着させ、乾燥、脱バインダーした
後、フリットの軟化点以上に加熱、溶融させることによ
り、封着合金基板（１）上に優先酸化被膜（２）を介し
て絶縁膜であるフリット層（３）を被着する。

さらに、フリット層（３）上に、板厚０．４ｍｍ〜１．０ｍｍの溶融温度５５０℃以上の高融
点ガラス板層（４）を配置し、高融点ガラス板層（４）
の溶融温度以下で加熱、加圧すると、前記フリット層（
３）は溶融するが、フリット層（３）上に、絶縁膜であ
る高融点ガラス仮居（４）が設けられ、封着合金基板（
１）の一主面上に優先酸化被膜（２）を介してフリット
層（３）と高融点ガラス層（４）を設けた積層基板が得
られる。

また、ｂ図に示す如く、前記合金基板（１）の両主面に
、Ｃｒ２Ｏ３を主とする優先酸化被膜（２）を形成し、
この封着合金基板（１）の両主面に、前記酸化被膜を介
して溶融点５００℃以下、粒度１００ｍｅｓｈ〜３００ｍｅｓｈのフリットをスクリー
ン印刷により被着させ、乾燥、脱バインダーした後、フ
リットの軟化点以上に加熱、溶融させ、さらに、両フリ
ット層（３Ｘ３）上に、板厚０．４ｍｍ〜１．０ｍｍの
溶融点５５０℃以上の高融点ガラス板（４）を配置し、
高融点ガラス板（４）の溶融温度以下で加熱、加圧する
と、封着合金基板（１）の両生面上に１に光酸化被膜（
２）を介して絶縁膜であるフリット層（３）と高融点ガ
ラス板（４）を被着した積層基板を得ることができる。

また、０図に示す如く、封着合金基板（１）の両主面に
優先酸化被膜（２）を設け、一主面には板ｊプ０．４ｍ
ｒｒｒ−１，０ｍｍの溶融点５５０°Ｃ以上の高融点ガ
ラス板（４）を配置し、高融点ガラス板（４）の溶融温
度以下で加熱、加圧して高融点ガラス層（４）を被着さ
せ、一方、積層基板の他生面には、粒度１００ｍｅｓｈ〜３００ｍｅｓｈのフリットをスクリー
ン印刷により被着させ、乾燥、脱バインダーした後、フ
リットの軟ｆ１点以上に加熱、溶融させてフリット層（
３）を被着し、さらにその上に、板厚０．４ｍｍ〜１．
０ｍｍの溶融点５５０℃以上の高融点ガラス板層（４）
を配置し、高融点ガラス板層（４）の溶融温度以下で加
熱、加圧すると、前記フリット層（３）は溶融するが、
フリット層（３）上に、絶縁膜である高融点ガラス層（
４）が設けられ、封着合金基板（１）の一主面上に優先
酸化被膜（２）を介して高融点ガラス層（４）、さらに
、他生面は優先酸化被膜（２）を介してフリット層（３
）と高融点ガラス層（４）を設けた積層基板が得られる
。

発明の好ましい実施態様この発明において、Ｃｒを含有した封着合金基板のＦｅ
−０ｒ−Ｎｉ系合金は、Ｎｉが４０％未満では、熱膨張
係数が小さくなりすぎ、高融点ガラス板との熱膨張係数
差が大きくなり好ましくなく、また、５０％を越えると
、前記の熱膨張係数差が大きくなりすぎるため、Ｎｉは
４０〜５０％に限定する。

また、Ｃｒは４％未満では、熱処理後に緻密な酸化膜が
生成されず好ましくなく、また、８％を越えると、前記
の熱膨張係数差が大きくなりすぎるため、Ｃｒは４〜８
％に限定する。

Ｃは、絶縁膜との反応により生成される発泡防止のため
に、０．０５％以下にする必要がある。

また、封着合金の溶製時の脱酸、表面酸化膜の生成、合
金基板と酸化被膜層との密着性改善のため、Ｍｎ　０．
１〜０．５％、Ｓｉ　Ｏ，１〜０．５％、ＡＩ　０．１
〜０．５％のうち少なくとも１種の含有が好ましく、ま
た、必要に応じて、被膜密着性の改善のため、Ｔｉ、　
Ｚｒ、ＲＥ、　ＡＩの少なくとも１種を０．３％以下含
有してもよい。

また、この発明において、Ｃｒを含有した封着合金基板
のＦｅ−Ｃｒ系合金は、Ｃｒは１５％未満では、熟膨脹
係数が大きくなりすぎるため好ましくなく、３０％を越
えると合金基板の加工性が劣化するため、Ｃｒは１５〜
３０％に限定する。

Ｆｅ−Ｃｒ系合金において、Ｃは、絶縁膜との反応によ
り生成される発泡防止のために、０．０５％以下にする
必要がある。

また、Ｆｅ−０ｒ系封着合金の溶製時の脱酸効果、表面
酸化膜の生成、合金基板と酸化被膜層との密着性改善の
ため、Ｍｎ０．１〜０．５％、Ｓｉ　０．１〜０．５％
、ＡＩ　０．１〜０．５％のうち少なくとも１種の含有
が好ましく、また、必要に応じて、被膜密着性の改善の
ため、Ｔｉ、　Ｚｒ、　ＲＥＳＡｌの少なくとも１種を
０．６％以下含有してもよい。

また、フリット層としては、粒度１００ｍｅｓｈ　〜３００ｍｅｓｈ　　のＰｂＯ系
、ＰｂＯ−Ｂ２０３系、ＰｂＯＢ２Ｏ３−８ｉ０２、等
のガラス粉末が好ましく、溶融温度は、５００℃以下の
ものが好ましく、熱膨張係数は、前記合金基板の熟膨脹
係数（９０〜ｌｌ０ＸＩＯ−７／’Ｃ）より小さく、か
つ７０　Ｘ　１０−７７’Ｃより大きいものが好ましい
。

この発明において、高融点ガラスは、板厚０．４ｍｍ−
１，０ｍｍのソーダガラス、ホウ珪酸ガラスなどの高融
点ガラスが好ましく、溶融温度は、フリット層の溶融温
度より５０°Ｃ以上高く、かつ５５０℃以上のものが好
ましい。また、熱膨張係数は、前記合金基板の熱膨張係
数（９０〜ｌｌ０ＸＩＯ−７／″Ｃ）より小さく、かつ
７０　Ｘ　１０−７／’Ｃより大きいものが好ましい。

前記フリット層を封着合金基板に設ける際、スクリーン
印刷によるフリット膜厚みは最大０．１５ｍｍであり、
厚く絶縁層を設けるには、高融点ガラス層を形成するか
、あるいはフリット層の上に高融点ガラス層を形成する
のが好ましく、フリット層が封着合金基板と高融点ガラ
ス層間で接着剤の機能を果たす。

この発明による積層基板において、封着合金基板（Ａ）
と一主面に被着したフリット層（Ｂ）との層厚比は、Ａ
／Ｂ　：　１０／１〜５が好ましく、層厚比が１０１１
を越えると、フリット層が薄くなりすぎ、合金板及びガ
ラス板の僅かな凹凸やそりにより均一な接着ができない
問題があり、また、層厚比が１０１５未満では、熟膨脹
差による熱応力により、そりやガラスクラックの発生や
バインダーの除去が困ＦＪ：ｆＵになリ、溶着時、残留
バインダーが気泡となり接着強度を低下する問題を生じ
る。

また、封着合金基板の両主面に高融点ガラス居を設ける
場合の層厚比は、Ｃ／Ｂ／Ａ／Ｂ／Ｃ＝　０．５〜５７１〜５／１０／１
〜５１０．５〜５が好ましい。

また、封着合金基板（Ａ）の一主面に高融点ガラス層（
Ｃ）、他生面にフリット層（Ｂ）を介して高融点ガラス
層（Ｃ）を設ける場合、層厚比は、Ａ／Ｂ／Ｃ＝　１０
／１〜５１０．５〜５が好ましい。Ａ／Ｃの層厚比が１
０１０．５を越えると、ガラス板が薄くなりすぎ、製造
時の取り扱いが困難となり好ましくなく、また、層厚比
が１０１５未満では、熟膨脹差による熱応力により、そ
りやガラスクラックの発生等及び熱伝導の低下等の問題
を生じるため好ましくない。

実施例実施例ＩＣ０，０１ｗｔ％、Ｓｉ　０．２ｗｔ％、Ｍｎ　０．２
ｗｔ％、Ｃｒ　５．７ｗｔ％、Ｎｉ　４２．０ｗｔ％、
Ａｌ　０．２５　ｗｔ％、Ｚｒ　Ｏ，０５ｗｔ％、残部
Ｆｅがらなり、熟膨脹係数９８Ｘ１．０−７°Ｃを有し
、幅１１００ｒｎ　Ｘ　ＩＮＮ１３０ｍｍＸ長さ３００
ｍｍ寸法からなる封着合金基板の両主面を、アルカリ脱
脂により清浄化した後、前記合金基板を平坦なアルミナ
系セラミック板にて挟み、１５　ｇ／ｃｍ２の加圧力に
て、露点４０℃の湿潤Ｈ２中で１２５０°Ｃに加熱し、
前記合金基板表面に、３．５μｍ厚みのＣｒ２Ｏ３を主
とする優先酸化層を形成するとともに熱矯正して平坦化
した。

溶融温度４５０°Ｃ１熟膨脹係数９４Ｘ　１０−７／°
Ｃノ性質を有する粒度３００ｍｅｓｈのＰｂｏ系ガラス
粉末に、粘結剤としてニトロセルローズを５％添加して
スラリー状となした後、スクリーン印刷により、前記合
金基板の一生面の優先酸化層上に、幅９５ｍｍＸ長さ２
５０ｍｍ寸法に被着させ、１２０’Ｃ１３０分の乾燥処
理を行い、ついで３５０’Ｃ１９０分の脱ハインターシ
た後、４５０”Ｃに加熱、溶融させることにより、封着
合金基板上に優先酸化被膜を介して厚み０．１０ｍｍの
フリット層を被着した。

前記フリット層上に、溶融温度７６０’Ｃ１熟膨脹係数
８７　Ｘ　１０−７／’Ｃの性質を有し、幅１００ｍｍ
Ｘ板厚０．４ｍｍＸ長さ３００ｍｍ寸法からなるソーダ
ガラスからなる高融点ガラス板を載せ、５０　ｇ／ｃｍ
２の加圧力、４５０°Ｃの加熱温度にて、加熱、加圧し
て接着し、封着合金基板の一生面にフリット層を介して
高融点ガラス層を設けた積層基板を得た。。

この積層時の合金基板とフリット層と高融点ガラス層と
の層厚比は、１０／　１／　４であった。

得られたこの発明による積層基板について、その耐熱性
、熱膨張率、熱伝導度及び強度を評価した。その結果は
第１表に示すとおりである。

耐熱性、熱膨張率、熱伝導度及び強度の評価方法は以下
のとうりである。

耐熱性；３０°Ｃ×３０分、５００″ＣＸ３０分、３０
’ＣＸ３０分のヒートパターンを３回繰り返し、全体形状の変化及びガラス、フリットにクラック、欠は等の欠陥発生の有無を確認する。

熱膨張率　；　　３０’Ｃから５００℃までの伸びを測
定した。

熱伝導度；３０°Ｃにおける値を測定した。単位はｃａ
ｌ／ｃｍ−ｓ−ｄｅｇで表示する。

強度；　板厚みの１００培の半径を有する円弧面に沿っ
て曲げが可能か否かにて評価した。表中の○印は割れ発生せず、△印は微小割れ発生、×印は完全に割れることを表している。

なお、第１表の比較例の銅張りガラスエポキシ基板、ア
ルミナ系基板及びほうろう引き鉄基板の試料寸法は、幅
１００ｍｍＸ板厚１ｍｍＸ長さ３００ｍｍであった。

実施例２ＣＯ，００５ｗｔ％、Ｓｉ　Ｏ，２０ｗｔ％、Ｍｎ　０
．４０ｗｔ％、Ｃｒ　５．５ｗｔ％、Ｎｉ　４７．Ｏｗ
ｔ％、Ａｌ　０．２５　ｗｔ％、Ｚｒ　Ｏ，０５ｗｔ％
、残部Ｆｅからなり、熱膨張係数９５×１０−７／°ｃ
を有し、幅１００ｍｍＸ板厚１．５ｍｍＸ長さ３００ｍ
ｍ寸法からなる封着合金基板の一生面を、アルカリ脱脂
により清浄化した後、前記合金基板を平坦なアルミナ系
セラミック板にて挟み、５０　ｇ／ｃｍ２の加圧力にて
、露点４０°Ｃの湿潤Ｈ２中テ１２００℃に加熱し、ｎ
ＩＩ記合金基板表面に、１．５ｐｍ厚みのＣｒ２Ｏ３を
主とする優先酸化層を形成した。その後、前記合金基板
を熱矯正して平坦化した。

前記合金基板の一生面の優先酸化被膜層上に、溶融温度
７６０℃、熟膨脹係数８７　Ｘ　１０−７／’Ｃの性質
を有し、輻１００ｍｍＸ板厚０．４ｍｍＸ長さ３００ｍ
ｍ寸法からなるソーダガラスを載せ、３０　ｇ／ｃｍ２
の加圧力、９００°Ｃの加熱温度にて、加熱、加圧して
接着し、封着合金基板の一生面に優先酸化被膜層を介し
て高融点ガラス層を設けた。

次に、溶融温度４５０℃、熱膨張係数９４　Ｘ　１０−
７７’Ｃの性質を有する粒度３００ｍｅｓｈのＰｂＯガ
ラス粉末に、粘結剤としてニトロセルローズを７％添加
してスラリー状となした後、スクリーン印刷により、前
記合金基板の他生面の優先酸化被膜層上に、輻９５ｍｍ
Ｘ長さ２５０ｍｍ寸法に被着させ、１２０℃、３０分の
乾燥処理を行い、ついで３５０℃、６０分の脱バインダ
ーした後、４５０℃に加熱、溶融させることにより、封
着合金基板上に優先酸化被膜層を介して厚み０．１５ｍ
ｍのフリット層を被着した。

前記合金基板の他生面のフリット層上に、溶融温度７６
０℃、熟膨脹係数８７　Ｘ　１０−７／’Ｃの性質を有
し、幅１００ｍｍＸ板厚０．４ｍｍＸ長さ３００ｍｍ寸
法からなるソーダガラスからなる高融点ガラス板を載せ
、５０　ｇ／ｃｍ２の加圧力、４５０℃の加熱温度にて
、加熱、加圧して接着し、封着合金基板の一生面に高融
点ガラス層を、他生面にはフリット層を介して高融点ガ
ラス層を設けた積層基板を得た。

この積層時の合金基板とフリット層と高融点ガラス層と
の層厚比は、１５　／　１．５．／４　　であった。

以下余白第１表

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂ、ｃは、この発明による積層基板の断面説
明図である。１・・・封着合金基板、２・・・優先酸化被膜層、３・
・・フリット層、４・・・高融点ガラス層。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃｒ含有の封着合金板の少なくとも１主面に、Ｃｒ＿２
Ｏ＿３を主とする優先酸化被膜を介在させてフリット層
と高融点ガラス層を順に被覆したことを特徴とする電子
部品用積層基板。２Ｃｒ含有の封着合金板の両主面に、Ｃｒ＿２Ｏ＿３を主
とする優先酸化被膜を介在させて、一主面に高融点ガラ
ス層を被覆し、また他生面にフリット層と高融点ガラス
層を順に被覆したことを特徴とする電子部品用積層基板
。