JP2001144433A - セラミックス回路基板 - Google Patents
セラミックス回路基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高い信頼性が要求される用途に適用できるセラ
ミックス回路基板を提供する。 【解決手段】セラミックス基板の少なくとも一主面にア
ルミニウムを主成分とする金属板をろう材層を介して接
合してなるセラミックス回路基板であり、前記金属板と
ろう材層との接合界面或いはその近傍にＭｇを偏在させ
てなることを特徴とするセラミックス回路基板である。
ミックス回路基板を提供する。 【解決手段】セラミックス基板の少なくとも一主面にア
ルミニウムを主成分とする金属板をろう材層を介して接
合してなるセラミックス回路基板であり、前記金属板と
ろう材層との接合界面或いはその近傍にＭｇを偏在させ
てなることを特徴とするセラミックス回路基板である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
等に使用される高信頼性のセラミックス回路基板に関す
る。
等に使用される高信頼性のセラミックス回路基板に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、熱発生の大きい半導体素子等
を搭載するためのパワーモジュール等の回路基板とし
て、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス等の絶縁性に優
れたセラミックス基板の表面に、導電性を有する回路層
を接合してなる回路基板が広く普及している。
を搭載するためのパワーモジュール等の回路基板とし
て、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス等の絶縁性に優
れたセラミックス基板の表面に、導電性を有する回路層
を接合してなる回路基板が広く普及している。
【０００３】しかし、前記パワーモジュールにおいて
は、機器類の小型化、高性能化に伴って、熱発生量や熱
密度が増加する傾向にあり、信頼性高く安定動作を得る
ために半導体素子等から発生する熱を放散して、半導体
素子が破壊されない温度より充分低くすることが一層重
要な課題となってきており、前記回路基板の特性として
電気絶縁性が高いことに加え、より一層高い熱伝導性が
要求されている。
は、機器類の小型化、高性能化に伴って、熱発生量や熱
密度が増加する傾向にあり、信頼性高く安定動作を得る
ために半導体素子等から発生する熱を放散して、半導体
素子が破壊されない温度より充分低くすることが一層重
要な課題となってきており、前記回路基板の特性として
電気絶縁性が高いことに加え、より一層高い熱伝導性が
要求されている。
【０００４】上記の要求に伴って、高熱伝導性の窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックスを基板材料と
して用い、放熱性の高い銅（Ｃｕ）からなる回路を有す
る銅回路基板が開発されている。しかし、前記銅回路基
板は機械的特性が不十分であり、実使用条件下で、半導
体素子の作動に伴う繰り返しの熱サイクルや動作環境の
温度変化等で、セラミックス部分の銅回路層の接合部付
近にクラックが発生しやすい等信頼性が低く、適用され
る用途が制限されるという問題がある。
ルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックスを基板材料と
して用い、放熱性の高い銅（Ｃｕ）からなる回路を有す
る銅回路基板が開発されている。しかし、前記銅回路基
板は機械的特性が不十分であり、実使用条件下で、半導
体素子の作動に伴う繰り返しの熱サイクルや動作環境の
温度変化等で、セラミックス部分の銅回路層の接合部付
近にクラックが発生しやすい等信頼性が低く、適用され
る用途が制限されるという問題がある。
【０００５】この問題の解決として、例えば特開平４−
１２５５４号公報や特開平４−１８７４６号公報に、回
路材料として銅よりも降伏耐力の小さいアルミニウム
（Ａｌ）を用いたセラミックス回路基板が開示されてい
る。
１２５５４号公報や特開平４−１８７４６号公報に、回
路材料として銅よりも降伏耐力の小さいアルミニウム
（Ａｌ）を用いたセラミックス回路基板が開示されてい
る。
【０００６】しかし、例えば−４０℃から１２５℃まで
の繰り返し冷却、加熱するような耐ヒートサイクル性に
ついてみると、前記回路基板であっても１０００回程度
でアルミニウム回路材の剥離が起こったり、また、３５
０℃での耐熱性試験に曝した場合にアルミニウム回路材
に膨れが発生したりする等の問題が生じ、高信頼性を要
求される用途には充分に対応できない。
の繰り返し冷却、加熱するような耐ヒートサイクル性に
ついてみると、前記回路基板であっても１０００回程度
でアルミニウム回路材の剥離が起こったり、また、３５
０℃での耐熱性試験に曝した場合にアルミニウム回路材
に膨れが発生したりする等の問題が生じ、高信頼性を要
求される用途には充分に対応できない。
【０００７】また、特開平８−２０８３５９号公報に
は、Ａｌの溶湯を用いてＡｌを直接に窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）基板に接合した回路基板が開示されている。
この発明によれば、Ａｌ回路基板単体で３０００回を越
える耐ヒートサイクル性が達成されている。
は、Ａｌの溶湯を用いてＡｌを直接に窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）基板に接合した回路基板が開示されている。
この発明によれば、Ａｌ回路基板単体で３０００回を越
える耐ヒートサイクル性が達成されている。
【０００８】しかし、Ａｌ溶湯を用いてセラミックス基
板にＡｌ回路を直接に接合しているために、Ａｌ回路層
の厚さのバラツキが大きく、信頼性の高い回路基板が安
定して得られないだけでなく、製造面に於いては、Ａｌ
溶湯が酸化されないように不活性雰囲気中でＡｌ溶湯の
管理をする必要があるなど、設備費や設備の維持管理が
かかりコストアップになるという問題がある。更に、前
記の耐熱性に関しても必ずしも満足できるものではな
い。
板にＡｌ回路を直接に接合しているために、Ａｌ回路層
の厚さのバラツキが大きく、信頼性の高い回路基板が安
定して得られないだけでなく、製造面に於いては、Ａｌ
溶湯が酸化されないように不活性雰囲気中でＡｌ溶湯の
管理をする必要があるなど、設備費や設備の維持管理が
かかりコストアップになるという問題がある。更に、前
記の耐熱性に関しても必ずしも満足できるものではな
い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記公知技
術の事情に鑑みてなされたものであり、例えば、電気自
動車や鉄道等の用途向けのパワーモジュールのような、
高い信頼性が要求される用途に適用できるセラミックス
回路基板を提供することを目的とするものである。
術の事情に鑑みてなされたものであり、例えば、電気自
動車や鉄道等の用途向けのパワーモジュールのような、
高い信頼性が要求される用途に適用できるセラミックス
回路基板を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意検討した結果、アルミニウム（Ａ
ｌ）を主成分とする金属板とセラミックス基板とをろう
材層を介して接合する際に、金属板とろう材層との接合
界面或いはその近傍、更にはセラミックス基板とろう材
層との接合界面或いはその近傍にＭｇを偏在させること
で、低温でも接合密着性が向上し、これまで見落として
いたような微小なボイドが発生する等の接合不良を回避
できることを見い出し、次の検討を経て、本発明に至っ
たものである。即ち、一般的に金属中でＭｇは拡散が早
いとともに酸素との親和性が大きいため、接合界面近傍
にある接合不良を誘発するような酸化物を捕獲除去する
と推察されるので、接合界面或いはその近傍にＭｇを偏
在させることにより、良好な接合状態を得ることがで
き、得られる回路基板について、耐ヒートサイクルだけ
でなく、耐熱性も著しく向上できるものと考えられる。
を達成するために鋭意検討した結果、アルミニウム（Ａ
ｌ）を主成分とする金属板とセラミックス基板とをろう
材層を介して接合する際に、金属板とろう材層との接合
界面或いはその近傍、更にはセラミックス基板とろう材
層との接合界面或いはその近傍にＭｇを偏在させること
で、低温でも接合密着性が向上し、これまで見落として
いたような微小なボイドが発生する等の接合不良を回避
できることを見い出し、次の検討を経て、本発明に至っ
たものである。即ち、一般的に金属中でＭｇは拡散が早
いとともに酸素との親和性が大きいため、接合界面近傍
にある接合不良を誘発するような酸化物を捕獲除去する
と推察されるので、接合界面或いはその近傍にＭｇを偏
在させることにより、良好な接合状態を得ることがで
き、得られる回路基板について、耐ヒートサイクルだけ
でなく、耐熱性も著しく向上できるものと考えられる。
【００１１】本発明者らは、上記の考えに基づいていろ
いろ実験的検討を重ね、本発明に至ったものであり、本
発明は、セラミックス基板の少なくとも一主面にアルミ
ニウムを主成分とする金属板をろう材層を介して接合し
てなるセラミックス回路基板であり、前記金属板とろう
材層との接合界面或いはその近傍にＭｇを偏在させてな
ることを特徴とするセラミックス回路基板である。ま
た、セラミックス基板とろう材層との接合界面或いはそ
の近傍にもＭｇを偏在させることが好ましい。更に、ろ
う材としてＭｇを０．０５質量％以上３質量％以下含ま
れるＡｌ系合金を用いて接合させると効果的である。ま
た、本発明に於いて、セラミックスが、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素からなる群より選ばれた一種以上からなる
ことを特徴とするセラミックス回路基板であることが好
ましい。
いろ実験的検討を重ね、本発明に至ったものであり、本
発明は、セラミックス基板の少なくとも一主面にアルミ
ニウムを主成分とする金属板をろう材層を介して接合し
てなるセラミックス回路基板であり、前記金属板とろう
材層との接合界面或いはその近傍にＭｇを偏在させてな
ることを特徴とするセラミックス回路基板である。ま
た、セラミックス基板とろう材層との接合界面或いはそ
の近傍にもＭｇを偏在させることが好ましい。更に、ろ
う材としてＭｇを０．０５質量％以上３質量％以下含ま
れるＡｌ系合金を用いて接合させると効果的である。ま
た、本発明に於いて、セラミックスが、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素からなる群より選ばれた一種以上からなる
ことを特徴とするセラミックス回路基板であることが好
ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の回路基板は、セラミック
ス基板の少なくとも一主面にアルミニウムを主成分とす
る金属板をろう材層を介して接合してなる構造を有する
ものであればどの様なものであっても構わない。
ス基板の少なくとも一主面にアルミニウムを主成分とす
る金属板をろう材層を介して接合してなる構造を有する
ものであればどの様なものであっても構わない。
【００１３】本発明では、前記構造を有するセラミック
ス回路基板に於いて、金属板とろう材層との接合界面或
いはその近傍にＭｇを偏在させてなることを特徴とす
る。また、セラミックス基板とろう材層との接合界面或
いはその近傍にもＭｇを偏在させることが好ましい。こ
の理由は、上述した通りに、Ｍｇは金属中で拡散が比較
的早いとともに酸素との親和性が大きいので、接合界面
或いはその近傍にある接合不良を誘発するような酸化物
を捕獲除去する効果を有し、結果として、これまで見落
としていたような微少なボイド発生等の接合不良を回避
できるし、低温でも接合密着性が向上し、良好な接合状
態を得ることができるためと考えられる。
ス回路基板に於いて、金属板とろう材層との接合界面或
いはその近傍にＭｇを偏在させてなることを特徴とす
る。また、セラミックス基板とろう材層との接合界面或
いはその近傍にもＭｇを偏在させることが好ましい。こ
の理由は、上述した通りに、Ｍｇは金属中で拡散が比較
的早いとともに酸素との親和性が大きいので、接合界面
或いはその近傍にある接合不良を誘発するような酸化物
を捕獲除去する効果を有し、結果として、これまで見落
としていたような微少なボイド発生等の接合不良を回避
できるし、低温でも接合密着性が向上し、良好な接合状
態を得ることができるためと考えられる。
【００１４】本発明において、Ｍｇの偏在は、例えばセ
ラミックス回路基板の断面をＥＰＭＡ（電子線プローブ
マイクロアナライザー）等の装置を用いることで分析で
きる。Ｍｇは、接合の阻害を起こす酸化物の多いと考え
られるＡｌを主成分とする金属板とろう材層との接合界
面或いはその近傍、及び／又は、セラミックス基板とろ
う材層との接合界面或いはその近傍に偏在する。ここで
界面の近傍とは、主に接合を阻害する酸化物が存在する
領域であり、接合に用いる材料の種類や形態等によって
変わってくるため特に規定はしないが、例えば接合材に
箔を使う場合は接合界面から５μｍ程度以内の領域内を
示す。また、Ｍｇの偏在の程度については接合界面或い
はその近傍に存在する酸化物の量で変わるため、特に規
定する必要はないが、本発明者らの実験に基づけば、マ
トリックス部（ろう材層内部）のＭｇ量に比べて、前記
界面或いはその近傍のＭｇ量が１．５倍以上の濃度比で
偏在していれば本発明の目的を達成することができる。
ラミックス回路基板の断面をＥＰＭＡ（電子線プローブ
マイクロアナライザー）等の装置を用いることで分析で
きる。Ｍｇは、接合の阻害を起こす酸化物の多いと考え
られるＡｌを主成分とする金属板とろう材層との接合界
面或いはその近傍、及び／又は、セラミックス基板とろ
う材層との接合界面或いはその近傍に偏在する。ここで
界面の近傍とは、主に接合を阻害する酸化物が存在する
領域であり、接合に用いる材料の種類や形態等によって
変わってくるため特に規定はしないが、例えば接合材に
箔を使う場合は接合界面から５μｍ程度以内の領域内を
示す。また、Ｍｇの偏在の程度については接合界面或い
はその近傍に存在する酸化物の量で変わるため、特に規
定する必要はないが、本発明者らの実験に基づけば、マ
トリックス部（ろう材層内部）のＭｇ量に比べて、前記
界面或いはその近傍のＭｇ量が１．５倍以上の濃度比で
偏在していれば本発明の目的を達成することができる。
【００１５】Ｍｇの偏在を起こすには、例えば回路材と
するＡｌを主成分とする金属板にＭｇを添加した合金を
用いてもよいし、接合ろう材をＭｇを添加した系として
もよい。勿論前記二つの方法を併用することもできる。
Ｍｇは接合温度領域付近では拡散が充分に早く、接合を
阻害するような酸化物を還元し、その部分にトラップさ
れるかたちで偏在が起こるからである。
するＡｌを主成分とする金属板にＭｇを添加した合金を
用いてもよいし、接合ろう材をＭｇを添加した系として
もよい。勿論前記二つの方法を併用することもできる。
Ｍｇは接合温度領域付近では拡散が充分に早く、接合を
阻害するような酸化物を還元し、その部分にトラップさ
れるかたちで偏在が起こるからである。
【００１６】Ａｌを主成分とする金属板にＭｇを含ませ
る場合には、金属板の耐食性や溶融開始点を大幅に低下
させたり、金属板の耐力を大幅に上昇させない程度の含
有量にする必要があり、具体的には、３質量％以下にす
ればよい。
る場合には、金属板の耐食性や溶融開始点を大幅に低下
させたり、金属板の耐力を大幅に上昇させない程度の含
有量にする必要があり、具体的には、３質量％以下にす
ればよい。
【００１７】Ｍｇを含むＡｌ系合金ろう材のみを用いる
場合、接合界面或いはその近傍に含まれる接合を阻害す
るような酸素成分をＭｇが還元できる量以上にすれば良
いが、Ｍｇが接合温度条件下で気散することも考慮する
と、Ｍｇは少なくとも０．０５質量％程度必要である。
また、Ｍｇの含有量の上限については３質量％である。
３質量％を超えてＭｇが含有されると、理由は不明であ
るが、金属板とろう材層、ろう材層とセラミックス基板
のそれぞれの界面の密着強度が低下してしまう。こと
に、前記と同じ理由で、０．０５質量％〜３質量％の範
囲のうち０．１質量％以上２．０質量％以下がより好ま
しい範囲である。
場合、接合界面或いはその近傍に含まれる接合を阻害す
るような酸素成分をＭｇが還元できる量以上にすれば良
いが、Ｍｇが接合温度条件下で気散することも考慮する
と、Ｍｇは少なくとも０．０５質量％程度必要である。
また、Ｍｇの含有量の上限については３質量％である。
３質量％を超えてＭｇが含有されると、理由は不明であ
るが、金属板とろう材層、ろう材層とセラミックス基板
のそれぞれの界面の密着強度が低下してしまう。こと
に、前記と同じ理由で、０．０５質量％〜３質量％の範
囲のうち０．１質量％以上２．０質量％以下がより好ま
しい範囲である。
【００１８】また、Ｍｇを含むＡｌ系合金ろう材中の他
の合金成分については、特に規定しないが、接合時の残
留応力を低減することなどを考慮すると比較的低融点で
ある組成が好ましく、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系、Ａ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｍｇ−
Ａｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ａｕ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｎｉ系、Ａ
ｌ−Ｍｇ−Ｃｅ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃａ系、或いはこれら
の混合系でも構わない。更に、本発明のろう材の不純物
として、その量が本発明の目的を損なわない限り含有さ
れていても構わず、このような不純物の代表としてはＦ
ｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ等が挙げられる。
の合金成分については、特に規定しないが、接合時の残
留応力を低減することなどを考慮すると比較的低融点で
ある組成が好ましく、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系、Ａ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｍｇ−
Ａｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ａｕ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｎｉ系、Ａ
ｌ−Ｍｇ−Ｃｅ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃａ系、或いはこれら
の混合系でも構わない。更に、本発明のろう材の不純物
として、その量が本発明の目的を損なわない限り含有さ
れていても構わず、このような不純物の代表としてはＦ
ｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ等が挙げられる。
【００１９】本発明に用いる前記のＭｇを含むＡｌ系合
金ろう材の作り方については、例えば、黒鉛-炭化ケイ
素複合材のルツボにアルミニウムだけを溶融させ、そこ
に所定量の金属を添加し、充分撹拌溶解する。続いてフ
ラックスを添加、充分撹拌して鉱滓等を除去後、溶解し
たろう材合金を型に流し込み冷却固化させる。その後、
圧延機を通して徐々に箔化するか、粉体化すればよい。
また、所望の組成となるように金属粉末を秤量し、有機
溶媒に分散してスラリーとする方法でも構わない。
金ろう材の作り方については、例えば、黒鉛-炭化ケイ
素複合材のルツボにアルミニウムだけを溶融させ、そこ
に所定量の金属を添加し、充分撹拌溶解する。続いてフ
ラックスを添加、充分撹拌して鉱滓等を除去後、溶解し
たろう材合金を型に流し込み冷却固化させる。その後、
圧延機を通して徐々に箔化するか、粉体化すればよい。
また、所望の組成となるように金属粉末を秤量し、有機
溶媒に分散してスラリーとする方法でも構わない。
【００２０】また、セラミックス基板としては、電気絶
縁性で熱伝導性に富むものならばどの様なものでも構わ
ず、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やベリリア（Ｂｅ
Ｏ）を添加した炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素、窒化ア
ルミニウム等を挙げることができる。これらの内では、
電力が大きなパワーデバイスの場合は、熱の発生が大き
いことを考慮すると、絶縁耐圧が高く、熱伝導性の高い
ことから窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ
3Ｎ4）が好適である。
縁性で熱伝導性に富むものならばどの様なものでも構わ
ず、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やベリリア（Ｂｅ
Ｏ）を添加した炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素、窒化ア
ルミニウム等を挙げることができる。これらの内では、
電力が大きなパワーデバイスの場合は、熱の発生が大き
いことを考慮すると、絶縁耐圧が高く、熱伝導性の高い
ことから窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ
3Ｎ4）が好適である。
【００２１】本発明の回路基板は、アルミニウムを主成
分とする金属板と窒化アルミニウム基板等のセラミック
ス基板とを前記ろう材を用いて加熱接合した後、エッチ
ングする方法、或いは、金属板から打ち抜き法等により
予め回路パターンを形成し、これをセラミックス基板に
前記ろう材を用いて接合する方法等によって製造するこ
とができる。
分とする金属板と窒化アルミニウム基板等のセラミック
ス基板とを前記ろう材を用いて加熱接合した後、エッチ
ングする方法、或いは、金属板から打ち抜き法等により
予め回路パターンを形成し、これをセラミックス基板に
前記ろう材を用いて接合する方法等によって製造するこ
とができる。
【００２２】尚、前述のろう材を用いてアルミニウムを
主成分とする金属板とセラミックス基板とを接合（ろう
接）する場合、接合する面に１０5〜５×１０6Ｐａの垂
直力を付加することが望ましい。
主成分とする金属板とセラミックス基板とを接合（ろう
接）する場合、接合する面に１０5〜５×１０6Ｐａの垂
直力を付加することが望ましい。
【００２３】
【実施例】〔実施例１〜７、比較例〕セラミックス基板
として、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍの窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）基板および窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）
基板で、レーザーフラッシュ法による熱伝導率がそれぞ
れ１８３Ｗ／ｍＫおよび７２Ｗ／ｍＫで、３点曲げ強さ
の平均値が４２０ＭＰａおよび５９０ＭＰａであるもの
を用意した。
として、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍの窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）基板および窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）
基板で、レーザーフラッシュ法による熱伝導率がそれぞ
れ１８３Ｗ／ｍＫおよび７２Ｗ／ｍＫで、３点曲げ強さ
の平均値が４２０ＭＰａおよび５９０ＭＰａであるもの
を用意した。
【００２４】アルミニウムを主成分とする金属板（アル
ミニウム板）としては厚さ０．４ｍｍのＪＩＳ準拠材を
用いた。
ミニウム板）としては厚さ０．４ｍｍのＪＩＳ準拠材を
用いた。
【００２５】ろう材については、まず、黒鉛−炭化ケイ
素複合材のルツボにアルミニウムを溶融させ、そこに所
望組成の金属を添加し、充分撹拌溶解し、必要に応じて
フラックスを添加、充分撹拌して、鉱滓等を除去後、溶
解した合金を型に流し込み冷却固化させた。次に、得ら
れた合金はロール圧延機を用いて、圧延とアニールとを
繰り返して徐々に所望厚さの合金箔とした。作製したい
ろいろな合金箔ろう材の組成は蛍光Ｘ線法（化学分析で
校正した）にて定量評価を行った。
素複合材のルツボにアルミニウムを溶融させ、そこに所
望組成の金属を添加し、充分撹拌溶解し、必要に応じて
フラックスを添加、充分撹拌して、鉱滓等を除去後、溶
解した合金を型に流し込み冷却固化させた。次に、得ら
れた合金はロール圧延機を用いて、圧延とアニールとを
繰り返して徐々に所望厚さの合金箔とした。作製したい
ろいろな合金箔ろう材の組成は蛍光Ｘ線法（化学分析で
校正した）にて定量評価を行った。
【００２６】セラミックス基板の両面に、ろう材を介し
て、前記アルミニウム板を重ね、垂直方向に３．５×１
０6Ｐａで加圧し、１．３３×１０-2Ｐａの真空中で、
６００℃の条件下でろう接して２１個の接合体を得た。
セラミックス基板と金属板の組み合わせ、並びにその接
合に用いたろう材の組成を表１に示した。ここで、比較
例としては、ろう材並びにアルミニウム板のいずれもＭ
ｇを含有しないものを選択することで、ろう材と金属板
並びにろう材とセラミックス基板の界面或いはその近傍
にＭｇが偏在しないセラミックス回路基板を得て、実施
例と同じ評価を行った。
て、前記アルミニウム板を重ね、垂直方向に３．５×１
０6Ｐａで加圧し、１．３３×１０-2Ｐａの真空中で、
６００℃の条件下でろう接して２１個の接合体を得た。
セラミックス基板と金属板の組み合わせ、並びにその接
合に用いたろう材の組成を表１に示した。ここで、比較
例としては、ろう材並びにアルミニウム板のいずれもＭ
ｇを含有しないものを選択することで、ろう材と金属板
並びにろう材とセラミックス基板の界面或いはその近傍
にＭｇが偏在しないセラミックス回路基板を得て、実施
例と同じ評価を行った。
【００２７】
【表１】
【００２８】前記接合体２１個のうちＭｇの偏在を評価
する１個を除いた残り２０個について、目視及び超音波
探傷法による接合状態の確認を行い、異常の認められな
かったものについては、次の回路形成を行った。各接合
体のアルミニウム板表面の所望部分にエッチングレジス
トをスクリーン印刷した後、塩化第二鉄溶液にてエッチ
ング処理し、回路パターンを形成した。続いて、レジス
トを剥離した後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキを３μｍ厚さで
施してセラミックス回路基板とした。得られたセラミッ
クス回路基板について、次に示す信頼性評価試験を行っ
た。これらの結果を表２に示す。
する１個を除いた残り２０個について、目視及び超音波
探傷法による接合状態の確認を行い、異常の認められな
かったものについては、次の回路形成を行った。各接合
体のアルミニウム板表面の所望部分にエッチングレジス
トをスクリーン印刷した後、塩化第二鉄溶液にてエッチ
ング処理し、回路パターンを形成した。続いて、レジス
トを剥離した後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキを３μｍ厚さで
施してセラミックス回路基板とした。得られたセラミッ
クス回路基板について、次に示す信頼性評価試験を行っ
た。これらの結果を表２に示す。
【００２９】＜信頼性評価試験＞セラミックス回路基板
に−４０℃×２０分〜室温×１０分〜１２５℃×２０分
〜室温×１０分を１サイクルとするヒートサイクルを３
０００回負荷した。その後、セラミックス回路基板につ
いて、目視及び超音波探傷法により、回路の剥離やセラ
ミックス基板におけるクラックの発生状況等の異常の有
無を観察する。
に−４０℃×２０分〜室温×１０分〜１２５℃×２０分
〜室温×１０分を１サイクルとするヒートサイクルを３
０００回負荷した。その後、セラミックス回路基板につ
いて、目視及び超音波探傷法により、回路の剥離やセラ
ミックス基板におけるクラックの発生状況等の異常の有
無を観察する。
【００３０】＜Ｍｇの偏在評価＞接合体２１個より任意
の１個を抜き取り、金属板とろう材層との界面並びにそ
の近傍について、その断面部１００ｍｍ（５０ｍｍ長さ
の任意の部分を２箇所）をＥＰＭＡにて観察する。ま
た、信頼性評価試験後のセラミックス回路基板について
も実施する。
の１個を抜き取り、金属板とろう材層との界面並びにそ
の近傍について、その断面部１００ｍｍ（５０ｍｍ長さ
の任意の部分を２箇所）をＥＰＭＡにて観察する。ま
た、信頼性評価試験後のセラミックス回路基板について
も実施する。
【００３１】
【表２】
【００３２】実施例、比較例との対比から明かな通り
に、本発明のセラミックス回路基板はいずれも、金属板
とろう材層との界面或いはその近傍にＭｇが偏在してお
り、良好な接合状態となっており、ヒートサイクル３０
００回負荷後であっても回路材の剥離等の異常は認めら
れず、高信頼性の回路基板であることが明らかである。
に、本発明のセラミックス回路基板はいずれも、金属板
とろう材層との界面或いはその近傍にＭｇが偏在してお
り、良好な接合状態となっており、ヒートサイクル３０
００回負荷後であっても回路材の剥離等の異常は認めら
れず、高信頼性の回路基板であることが明らかである。
【００３３】
【発明の効果】本発明のセラミックス回路基板は、ろう
材層の接合界面或いはその近傍にＭｇを偏在させること
で、低温でも接合阻害を引き起こすと考えられる酸化物
を除去することができ、その結果、非常に良好な接合が
可能となり、繰り返しの熱サイクルでも耐久性のある高
信頼性のセラミックス回路基板を得ることができ、産業
上非常に有用である。
材層の接合界面或いはその近傍にＭｇを偏在させること
で、低温でも接合阻害を引き起こすと考えられる酸化物
を除去することができ、その結果、非常に良好な接合が
可能となり、繰り返しの熱サイクルでも耐久性のある高
信頼性のセラミックス回路基板を得ることができ、産業
上非常に有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野々垣 良三 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内 (72)発明者 伊吹山 正浩 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 4G026 BA16 BA17 BB21 BF20 BG06 BG22 BH07 5E343 AA24 BB28 CC01 DD52 EE21 ER36 GG02
Claims (4)
- 【請求項１】セラミックス基板の少なくとも一主面にア
ルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属板をろう材層を
介して接合してなるセラミックス回路基板において、金
属板とろう材層との接合界面或いはその近傍にマグネシ
ウム（Ｍｇ）を偏在させてなることを特徴とするセラミ
ックス回路基板。 - 【請求項２】セラミックス基板とろう材層との接合界面
或いはその近傍にＭｇを偏在させてなることを特徴とす
る請求項１記載のセラミックス回路基板。 - 【請求項３】Ｍｇが０．０５質量％以上３質量％以下含
まれるＡｌ系合金ろう材を介して接合されてなることを
特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミックス
回路基板。 - 【請求項４】セラミックス基板が、窒化アルミニウム、
窒化珪素からなる群より選ばれた１種以上からなること
を特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の
セラミックス回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32789499A JP2001144433A (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | セラミックス回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32789499A JP2001144433A (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | セラミックス回路基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001144433A true JP2001144433A (ja) | 2001-05-25 |
Family
ID=18204186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32789499A Pending JP2001144433A (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | セラミックス回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001144433A (ja) |
Cited By (5)
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-
1999
- 1999-11-18 JP JP32789499A patent/JP2001144433A/ja active Pending
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