KR20200013677A

KR20200013677A - 세라믹스 회로 기판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200013677A
Application number: KR1020197035817A
Authority: KR
Inventors: 아키마사 유아사; 유사쿠 하라다; 다카히로 나카무라; 슈헤이 모리타; 고우지 니시무라
Original assignee: 덴카 주식회사
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2020-02-07
Also published as: KR102479866B1; US11277908B2; JPWO2018221492A1; EP3632880A1; JP7301740B2; US20210176859A1; CN110691762B; EP3632880B1; EP3632880A4; CN110691762A; WO2018221492A1; JP2022161988A

Abstract

(과제) 내열 사이클 특성이 우수한 세라믹스 회로 기판을 제공한다.
(해결 수단) 세라믹스 기판의 적어도 일방의 주면에, 접합 브레이징재를 개재하여 금속판이 접합되어 있고, 상기 접합 브레이징재는 금속 성분으로서, Ag 93.0 ∼ 99.4 질량부, Cu 0.1 ∼ 5.0 질량부, Sn 0.5 ∼ 2.0 질량부의 합계 100 질량부에 대해, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 니오브에서 선택되는 적어도 1 종의 활성 금속을 0.5 ∼ 4.0 질량부 함유하고, 세라믹스 기판과 금속판 사이의 접합 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평균 사이즈가 3.5 ㎛ 이하이고, 개수 밀도가 0.015 개/㎛² 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판으로 한다. 접합 온도 855 ∼ 900 ℃, 유지 시간 10 ∼ 60 분으로 접합하는 것을 포함하는 세라믹스 회로 기판의 제조 방법으로 한다.

Description

세라믹스 회로 기판 및 그 제조 방법

본 발명은, 세라믹스 회로 기판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

엘리베이터, 차량, 하이브리드 카 등과 같은 파워 모듈 용도에는, 알루미나, 베릴리아, 질화규소, 질화알루미늄 등의 세라믹스 기판의 표면에, 금속 회로판을 브레이징재로 접합하고, 추가로 금속 회로판의 소정의 위치에 반도체 소자를 탑재한 세라믹스 회로 기판이 사용된다.

최근에는, 반도체 소자의 고출력화, 고집적화에 수반하여, 반도체 소자로부터의 발열량은 증가의 일로를 걷고 있다. 이 발열을 효율적으로 방산시키기 위해, 고절연성, 고열전도성을 갖는 질화알루미늄 소결체나 질화규소 소결체의 세라믹스 기판이 사용되고 있다.

그러나, 세라믹스 기판과 금속판은 열 팽창률이 크게 상이하기 때문에, 반복되는 냉열 사이클의 부하에 의해 세라믹스 기판과 금속판의 접합 계면에 열 팽창률차에서 기인하는 열 응력이 발생한다. 특히, 접합부 부근의 세라믹스 기판측에 압축과 인장의 잔류 응력이 작용함으로써, 세라믹스 기판에 크랙이 발생하고, 접합 불량 또는 열 저항 불량을 초래하여, 전자 기기로서의 동작 신뢰성이 저하되어 버리는 등의 문제를 갖는다.

그래서, 특허문헌 1, 2, 3 에는, In, Zn, Cd, Sn 을 Ag-Cu 계 브레이징재에 첨가하고, 접합 온도를 저하시킴으로써 열 응력의 발생을 저감시키고, 접합 후의 잔류 응력을 저감시킴으로써, 세라믹스 회로 기판의 신뢰성을 높이는 방법이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 평9-283656호 일본 공개특허공보 2014-118310호 일본 공개특허공보 2015-65313호

그러나, 종래 기술에 있어서는, 보다 잔류 응력을 저감시키기 위해, Ag-Cu 브레이징재에 5 ％ 이상의 저융점 금속을 배합함으로써, 브레이징재층의 융점이 저하되어, Ag-Cu-저융점 금속계 조직을 형성하는 시간이 길어지고, 불균일한 Ag-Cu-저융점 금속 브레이징재층 조직이 된다. 그 결과, 내열 사이클 테스트에 있어서, 세라믹스 회로 기판에 발생하는 열 응력을 완화시키는 효과가 저하되고, 세라믹스 회로 기판의 신뢰성을 저하시킨다는 문제가 있다. 본 발명의 과제는, 신뢰성이 높은 세라믹스 회로 기판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명자는, 세라믹스 기판과 금속 회로판을 접합하는 브레이징재에 함유시키는 원소의 양을 다양하게 바꾸어 세라믹스 회로 기판을 조정하여, 브레이징재에 함유시키는 원소의 양이 세라믹스 회로 기판의 내열 사이클 특성에 미치는 영향을 비교 검토하였다. 그 결과, Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직의 Cu 리치상의 평균 사이즈를 작게 하는 것 및 Cu 리치상의 개수 밀도를 증가시키는 것에 의해, 세라믹스 회로 기판의 내열 사이클 특성이 향상되는 것이 판명되었다. 본 발명은 이들 지견에 기초하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명은, 세라믹스 회로 기판의 적어도 일방의 주면 (主面) 과 금속판이 Ag-Cu-Sn 브레이징재를 개재하여 접합된 세라믹스 회로 기판의 단면의 접합 계면의 SEM 에 의한 반사 전자 이미지의 3000 배 배율 시야에 있어서, 접합 계면에 연속적으로 형성된 상기 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평균 사이즈가 3.5 ㎛ 이하이고, Cu 리치상의 개수 밀도가 0.015 개/㎛² 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판이다.

바꾸어 말하면, 본 발명은, 세라믹스 기판의 적어도 일방의 주면에, 접합 브레이징재를 개재하여 금속판이 접합되어 있고, 상기 접합 브레이징재는 금속 성분으로서, Ag 93.0 ∼ 99.4 질량부, Cu 0.1 ∼ 5.0 질량부, Sn 0.5 ∼ 2.0 질량부의 합계 100 질량부에 대해, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 니오브에서 선택되는 적어도 1 종의 활성 금속을 0.5 ∼ 4.0 질량부 함유하고, 세라믹스 기판과 금속판 사이의 접합 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평균 사이즈가 3.5 ㎛ 이하이고, 개수 밀도가 0.015 개/㎛² 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판이다.

본 발명에 의하면, 신뢰성이 높은 세라믹스 회로 기판이 제공된다. 보다 상세하게는, 1.0 ％ 이하의 접합 보이드율을 갖고, 또한, -55 ℃ 내지 150 ℃ 의 히트 사이클 시험 2000 사이클에 있어서 크랙률 1.0 ％ 미만의 세라믹스 회로 기판이 제공된다.

도 1 은, Cu 리치상의 평균 사이즈가 3.0 ㎛ 이고, Cu 리치상의 개수 밀도가 0.016 개/㎛² 인 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직의 세라믹스 회로 기판의 일례이다.

[세라믹스 회로 기판]

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 세라믹스 기판의 적어도 일방의 주면에, 접합 브레이징재를 개재하여 금속판이 접합되어 있고, 상기 접합 브레이징재는 금속 성분으로서, Ag 93.0 ∼ 99.4 질량부, Cu 0.1 ∼ 5.0 질량부, Sn 0.5 ∼ 2.0 질량부의 합계 100 질량부에 대해, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 니오브에서 선택되는 적어도 1 종의 활성 금속을 0.5 ∼ 4.0 질량부 함유하고, 세라믹스 기판과 금속판 사이의 접합 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평균 사이즈가 3.5 ㎛ 이하이고, 개수 밀도가 0.015 개/㎛² 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판이다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판에 사용되는 세라믹스 기판으로는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 질화규소, 질화알루미늄 등의 질화물계 세라믹스, 산화알루미늄, 산화지르코늄 등의 산화물계 세라믹스, 탄화규소 등의 탄화물계 세라믹스, 붕화란탄 등의 붕화물계 세라믹스 등을 사용할 수 있다. 단, 금속판을 활성 금속법으로 세라믹스 기판에 접합하기 위해, 질화알루미늄, 질화규소 등의 비산화물계 세라믹스가 바람직하고, 또한, 우수한 기계 강도, 파괴 인성의 관점에서, 질화규소 기판이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 세라믹스 기판의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.1 ∼ 3.0 mm 정도의 것이 일반적이고, 특히, 회로 기판 전체의 열 저항률 저감을 고려하면, 2.0 mm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.2 mm 이하이다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 금속판은 세라믹스 기판의 양 주면 또는 일방의 주면에 접합되고, 금속판에 사용하는 금속은, 구리, 혹은 구리 합금이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 금속판의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.1 ∼ 1.5 mm 의 것이 일반적이고, 특히, 방열성의 관점에서, 0.3 mm 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 mm 이상이다.

본 발명자는, 세라믹스 회로 기판에 있어서의 우수한 내열 사이클 특성을 달성하기 위해 예의 검토를 실시한 결과, Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직의 Cu 리치상의 평균 사이즈를 작게 하는 것 및 Cu 리치상의 개수 밀도를 증가시키는 것에 의해, 세라믹스 회로 기판의 내열 사이클 특성이 향상되는 것을 알아냈다. 또한, 브레이징재의 주성분인 Ag 분말의 배합량을 높이고, Cu, Sn 등의 원소의 첨가량을 줄임으로써 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직의 Cu 리치상의 평균 사이즈가 작아지는 것 및 Cu 리치상의 개수 밀도가 증가하는 것을 알아내어, 미세하며 또한 균일한 Cu 리치상을 갖는 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직을 형성할 수 있는 것이 판명되었다.

본 실시형태에 있어서, 세라믹스 회로 기판의 단면을 주사형 전자 현미경으로 반사 전자 이미지를 관찰한 경우에, Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중에 조성을 반영하여 흑색으로 관찰되는 상을 Cu 리치상으로서 정의하였다. 또, 관찰된 Cu 리치상의 무게 중심 직경을 측정하고, 그 평균치를 Cu 리치상의 평균 사이즈로 정의하였다.

또, 본 실시형태에 있어서, 상기의 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직의 미세함 및 균일함의 정도를 나타내는 지표로서, 세라믹스 회로 기판의 임의의 단면에 있어서의 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 중의 Cu 리치상의 개수를 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직의 면적으로 나눈 값을 Cu 리치상의 개수 밀도로서 정의하였다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판의 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평균 사이즈는 3.5 ㎛ 이하가 바람직하고, 3.0 ㎛ 이하가 보다 바람직하며, 2.8 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다. 본 발명의 세라믹스 회로 기판의 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 개수 밀도는 0.015 개/㎛² 이상인 것이 바람직하고, 0.018 개/㎛² 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.025 개/㎛² 이상인 것이 더욱 바람직하다. Cu 리치상의 평균 사이즈를 3.5 ㎛ 이하, 및 Cu 리치상의 개수 밀도를 0.015 개/㎛² 이하로 함으로써, Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직이 불균일해져, 내열 사이클 특성 평가에 있어서, 세라믹스 회로 기판에 발생하는 열 응력을 완화시키는 효과가 저하되고, 세라믹스 회로 기판의 내열 사이클 특성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 세라믹스 회로 기판의 접합 보이드율은, 1.0 ％ 이하가 바람직하고, 0.8 ％ 이하가 보다 바람직하며, 0.5 ％ 이하가 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시형태의 세라믹스 회로 기판의, -55 ℃ 내지 150 ℃ 의 히트 사이클 시험 2000 사이클에 있어서의 크랙률은 1.0 ％ 미만인 것이 바람직하고, 0.8 ％ 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 브레이징재는, 브레이징재층 중에 티탄, 지르코늄, 하프늄, 니오브에서 선택되는 적어도 1 종의 활성 금속을 함유하는 Ag-Cu-Sn 계 브레이징재로 구성된다. Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직에 있어서의 Cu 리치상의 형성을, 금속판으로부터 브레이징재에 구리의 용입을 주로 하여 제어함으로써, 미세하며 또한 균일한 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직을 만들 수 있다. Ag-Cu-Sn 계 브레이징재의 배합비는, 미세한 Cu 리치상을 형성하기 쉬운 배합비로 설정하는 것이 바람직하고, 특히 금속판으로부터의 구리의 용입을 고려한 배합 (Ag 분말과 Cu 분말과 Sn 분말의 합계 100 질량부에 있어서, Ag 분말이 93.0 ∼ 99.4 질량부, Cu 분말이 0.1 ∼ 5.0 질량부, Sn 분말이 0.5 ∼ 2.0 질량부) 인 것이 바람직하다.

상기 Ag 분말로는, 비표면적 0.1 ∼ 0.5 ㎡/g 의 Ag 분말을 사용하면 된다. 0.5 ㎡/g 보다 비표면적이 큰 Ag 분말을 사용하면 응집되기 쉽거나, 산소 농도가 높거나 하여, 접합 불량으로 이어질 가능성이 있다. 또, 0.1 ㎡/g 이상의 비표면적을 갖는 Ag 분말을 사용함으로써, Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직이 불균일해져, 세라믹스 회로 기판의 신뢰성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또, 비표면적의 측정은 가스 흡착법을 이용함으로써, 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 브레이징재 분말 중에 함유하는 Cu 분말은, Ag-Cu-Sn 계 브레이징재의 융해성을 향상시키기 위한 성분으로, 그것들의 배합량은 0.1 ∼ 5.0 질량부가 바람직하다. Cu 분말의 배합량을 0.1 질량부 이상으로 함으로써, 브레이징재의 융해성이 저하되어, 접합 불량으로 이어질 가능성이 억제된다. 또, Cu 분말의 배합량을 5.0 질량부 이하로 함으로써, Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평균 사이즈가 커져, 내열 사이클 평가에 있어서, 세라믹스 회로 기판에 발생하는 열 응력을 완화시키는 효과가 저하되고, 세라믹스 회로 기판의 신뢰성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 브레이징재 분말 중에 함유하는 Sn 분말은, 세라믹스 기판에 대한 브레이징재의 접촉각을 작게 하고, 브레이징재의 젖음성을 개선하기 위한 성분으로, 그것들의 배합량은 0.5 ∼ 2.0 질량부가 바람직하다. Sn 분말의 배합량을 0.5 질량부 이상으로 함으로써, 세라믹스 기판과의 젖음성이 저하되어, 접합 불량으로 이어질 가능성이 억제된다. Sn 분말의 배합량을 2.0 질량부 이하로 함으로써, Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평균 사이즈가 커져, 내열 사이클 평가에 있어서, 세라믹스 회로 기판에 발생하는 열 응력을 완화시키는 효과가 저하되고, 세라믹스 회로 기판의 신뢰성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 브레이징재 중에 함유되는 활성 금속은, Ag 분말과 Cu 분말 및 Sn 분말의 합계 100 질량부에 대해, 0.5 ∼ 4.0 질량부가 바람직하다. 활성 금속의 함유량을 0.5 질량부 이상으로 함으로써, 세라믹스 기판과 브레이징재의 젖음성이 양호하지 않아, 접합 불량이 발생하기 쉬워지는 것을 억제할 수 있다. 한편, 활성 금속의 함유량을 4.0 질량부 이하로 함으로써, 저융점 금속과 접합 계면에 취약한 합금층을 형성하고, 내열 사이클성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 활성 금속은, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 니오브 등의 금속 및 이것들의 수소화물에서 선택할 수 있지만, 이것들 중에서도 티탄, 수소화티탄이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 브레이징재의 두께는, 건조 기준으로 5 ∼ 40 ㎛ 가 바람직하다. 브레이징재 두께를 5 ㎛ 이상으로 함으로써, 액상의 형성이 불충분해져, 접합 보이드가 많이 생기는 것을 억제할 수 있고, 한편, 40 ㎛ 이하로 함으로써, 접합층을 제거하는 시간이 길어져 생산성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 도포 방법은 특별히 한정되지 않고, 기판 표면에 균일하게 도포할 수 있는 스크린 인쇄법, 롤 코터법 등의 공지된 도포 방법을 채용할 수 있다.

[세라믹스 회로 기판의 제조 방법]

본 발명의 세라믹스 회로 기판의 제조 방법은, 접합 온도 855 ∼ 900 ℃, 유지 시간 10 ∼ 60 분으로 접합하는 것을 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 세라믹스 기판과 금속판의 접합은, 진공 중에서 855 ℃ ∼ 900 ℃ 의 온도 또한 10 ∼ 60 분의 시간으로 접합하는 것이 바람직하다. 접합 온도를 855 ℃ 이상 또한 유지 시간을 10 분 이상으로 함으로써, 금속판으로부터의 Cu 의 용입이 부족하여, 세라믹스 기판과 금속판의 접합성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 한편, 접합 온도를 900 ℃ 이하 또한 유지 시간을 60 분 이하로 함으로써, 접합시의 열 팽창률차에서 유래하는 열 스트레스가 증가하여, 세라믹스 회로 기판의 신뢰성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 회로 기판에 회로 패턴을 형성하기 위해, 금속판에 에칭 레지스트를 도포하여 에칭한다. 에칭 레지스트에 관하여 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 일반적으로 사용되고 있는 자외선 경화형이나 열 경화형의 것을 사용할 수 있다. 에칭 레지스트의 도포 방법에 관해서는 특별히 제한은 없고, 예를 들어 스크린 인쇄법 등의 공지된 도포 방법을 채용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 회로 패턴을 형성하기 위해 금속판의 에칭 처리를 실시한다. 에칭액에 관해서도 특별히 제한은 없고, 일반적으로 사용되고 있는 염화 제 2 철 용액이나 염화 제 2 구리 용액, 황산, 과산화수소수 등을 사용할 수 있지만, 바람직한 것으로서, 염화 제 2 철 용액이나 염화 제 2 구리 용액을 들 수 있다. 에칭에 의해 불필요한 금속 부분을 제거한 질화물 세라믹스 회로 기판에는, 도포한 브레이징재, 그 합금층, 질화물층 등이 남아 있어, 할로겐화암모늄 수용액, 황산, 질산 등의 무기산, 과산화수소수를 함유하는 용액을 사용하여, 그것들을 제거하는 것이 일반적이다. 회로 형성 후 에칭 레지스트의 박리를 실시하지만, 박리 방법은 특별히 한정되지 않고 알칼리 수용액에 침지시키는 방법 등이 일반적이다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위는 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

두께 0.32 mm 의 질화규소 기판에, Ag 분말 (후쿠다 금속 박분 공업 (주) 제조 : Ag-HWQ 2.5 ㎛) 99.0 질량부, Cu 분말 (후쿠다 금속 박분 공업 (주) 제조 : Cu-HWQ 3 ㎛) 0.5 질량부, Sn 분말 (후쿠다 금속 박분 공업 (주) 제조 : Sn-HPN 3 ㎛) 0.5 질량부의 합계 100 질량부에 대해, 수소화티탄 분말 (토호 테크 (주) 제조 : TCH-100) 을 3.5 질량부 함유하는 활성 금속 브레이징재를 도포량 8 mg/㎠ 가 되도록 스크린 인쇄법으로 도포하였다. 그 후, 질화규소 기판의 일방의 면에 회로 형성용 금속판을, 타방의 면에 방열판 형성용 금속판 (모두 두께 0.8 mm, 순도 99.60 ％ 의 C1020 무산소동판) 을 겹치고, 890 ℃ 또한 20 분의 조건에서 접합하였다. 접합된 구리판에 에칭 레지스트를 인쇄하고, 염화 제 2 구리 용액으로 에칭하여 회로 패턴을 형성하였다. 추가로 불화암모늄/과산화수소 용액으로 브레이징재층, 질화물층을 제거하였다.

＜접합 보이드율＞

초음파 탐상 장치 ((주) 히타치 파워 솔루션 제조 : ES5000) 로 관찰되는 세라믹스 회로 기판의 접합 보이드율은, 접합 보이드의 면적을 계측하고, 구리 회로 패턴의 면적으로 나누어 산출하였다.

＜Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 관찰＞

Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상은, 주사형 전자 현미경 (니혼 전자 JSM-6380) 을 사용하여, 세라믹스 회로 기판의 단면의 접합 계면의 임의의 위치에 있어서 반사 전자 이미지에 의해, 세로 60 ㎛ × 가로 80 ㎛ 의 시야를, 3000 배의 배율로 3 시야분 관찰함으로써 평가하였다. 이 방법에 의해, 입경 0.1 ㎛ 이상의 Cu 리치상을 관찰할 수 있다. 관찰 배율을, 지나치게 고배율로 하면 시야가 좁아져 충분한 수의 Cu 리치상을 관찰할 수 없게 되고, 반대로 지나치게 저배율로 하면 1 ㎛ 미만의 Cu 리치상을 관찰할 수 없게 되기 때문에, 3000 배로 하였다.

＜Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평가＞

전술한 방법으로 얻어진 SEM 이미지를 해석하여 측정하였다. 화상 해석을 위한 소프트웨어는, MediaCybernetics 사 제조 화상 처리 소프트웨어 Image-Pro Plus 를 사용하였다. 본 발명의 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상은, 입경이 0.3 ㎛ 부터 수 ㎛ 까지 다양하고, 주사형 전자 현미경으로 관찰 가능한 입경 0.1 ㎛ 이상의 Cu 리치상을 대상으로 하여, 해석을 실시하였다. Cu 리치상의 평균 사이즈는, 3 시야분 관찰하고, 관찰된 모든 Cu 리치상의 무게 중심 직경을 측정하여, 그 평균치로 하였다. 또, Cu 리치상의 개수 밀도에 대해서는, 화상 해석 소프트웨어 Image-Pro Plus 를 사용하여 Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직의 면적을 계측하고, 이하의 식 (I) 로 Cu 리치상의 개수 밀도를 구하였다.

Cu 리치상의 개수 밀도 (개/㎛²) ＝ Cu 리치상의 개수/Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직의 면적 ··· (I)

＜내히트 사이클성의 평가＞

제작한 세라믹스 회로 기판을 -55 ℃ 에서 15 분, 25 ℃ 에서 15 분, 150 ℃ 에서 15 분, 25 ℃ 에서 15 분을 1 사이클로 하는 내히트 사이클 시험으로, 2000 사이클 반복 시험을 실시한 후, 염화철 및 불화암모늄/과산화수소 에칭으로 금속판 및 브레이징재층을 박리하고, 세라믹스 기판의 표면에 발생한 수평 크랙 면적을 스캐너에 의해 600 dpi × 600 dpi 의 해상도로 포착하고, 화상 해석 소프트웨어 GIMP2 (임계치 140) 로 2 치화하여 산출한 후, 수평 크랙 면적을 산출하고, 구리 회로 패턴 면적으로 나누어, 수평 크랙률을 구하였다.

[실시예 2 ∼ 12]

표 1 에 나타내는 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 실시하였다.

[비교예 1]

접합에 사용하는 브레이징재에, Cu 분말 및 Sn 분말을 사용하지 않는 것 이외에, 실시예 1 과 동일하게 하여 세라믹스 회로 기판을 얻었다.

[비교예 2 ∼ 6]

질화규소 기판에 금속판을 접합할 때에, Ag 분말 93.0 ∼ 99.4 질량부와 Cu 분말 0.1 ∼ 5.0 질량부 및 Sn 분말 0.5 ∼ 2.0 질량부의 합계 100 질량부에 대해, 수소화티탄을 0.5 ∼ 4.0 질량부 배합하고, 855 ∼ 900 ℃ 의 온도 또한 10 ∼ 60 분의 유지 시간으로 접합함으로써, 내열 사이클 평가에서 수평 크랙률 1.0 ％ 이하인 세라믹스 회로 기판이 얻어졌다.

1 : 세라믹스 기판
2 : 금속판
3 : Ag-Cu-Sn 브레이징재층 조직
4 : Cu 리치상
5 : 접합 계면

Claims

세라믹스 기판의 적어도 일방의 주면에, 접합 브레이징재를 개재하여 금속판이 접합되어 있고, 상기 접합 브레이징재는 금속 성분으로서, Ag 93.0 ∼ 99.4 질량부, Cu 0.1 ∼ 5.0 질량부, Sn 0.5 ∼ 2.0 질량부의 합계 100 질량부에 대해, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 니오브에서 선택되는 적어도 1 종의 활성 금속을 0.5 ∼ 4.0 질량부 함유하고, 세라믹스 기판과 금속판 사이의 접합 브레이징재층 조직 중의 Cu 리치상의 평균 사이즈가 3.5 ㎛ 이하이고, 개수 밀도가 0.015 개/㎛² 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제 1 항에 있어서,
접합 온도 855 ∼ 900 ℃, 유지 시간 10 ∼ 60 분으로 접합하는 것을 포함하는, 세라믹스 회로 기판의 제조 방법.