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JP2016152324A - Method for manufacturing metal-ceramic circuit board - Google Patents

Method for manufacturing metal-ceramic circuit board Download PDF

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JP2016152324A JP2015029354A JP2015029354A JP2016152324A JP 2016152324 A JP2016152324 A JP 2016152324A JP 2015029354 A JP2015029354 A JP 2015029354A JP 2015029354 A JP2015029354 A JP 2015029354A JP 2016152324 A JP2016152324 A JP 2016152324A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a metal-ceramic circuit board, in which a surface of a metal coating film is smoothed, the metal coating film being formed using a cold spray method on a metal circuit board that is formed on one surface of a ceramic substrate, and in which a metal coating film adhering to a portion other than the metal circuit board on the one surface of the ceramic substrate can be removed.SOLUTION: A metal coating film comprising copper or a copper alloy is formed using a cold spray method on a metal circuit board that is formed on one surface of a ceramic substrate and comprises aluminum or an aluminum alloy, and then, a surface of the metal coating film on the metal circuit board and a portion other than the metal circuit board on the one surface of the ceramic substrate are subjected to blast treatment.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、金属−セラミックス回路基板の製造方法に関し、特に、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が形成された金属−セラミックス回路基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a metal-ceramic circuit board, and more particularly, to a method for manufacturing a metal-ceramic circuit board in which a metal circuit board is formed on one surface of a ceramic substrate.

従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するために使用されるパワーモジュールでは、セラミックス基板の一方の面に所定の回路パターンを有する金属回路板が形成された金属−セラミックス回路基板が使用されている。   Conventionally, in a power module used to control a large current of an electric vehicle, a train, a machine tool, etc., a metal-ceramic circuit board in which a metal circuit board having a predetermined circuit pattern is formed on one surface of the ceramic board. Is used.

このような金属−セラミックス回路基板では、金属回路板上に搭載された半導体チップにより発生した熱の放散性を向上させるためには、金属回路板が厚い方が望ましい。しかし、セラミックス基板に接合した金属板をエッチング処理して金属回路板を形成する場合には、金属板が厚くなると、エッチング処理時間が長くなり、製造コストが増大する。   In such a metal-ceramic circuit board, it is desirable that the metal circuit board is thick in order to improve the dissipation of heat generated by the semiconductor chip mounted on the metal circuit board. However, when the metal plate bonded to the ceramic substrate is etched to form a metal circuit board, the thicker the metal plate, the longer the etching process time and the manufacturing cost.

このような問題を解消するため、絶縁層上に張り合わせた金属箔を加工して回路パターンを形成した後、回路パターン上にコールドスプレー法により金属材料を積層して厚みを上積みする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to solve such problems, a method has been proposed in which a metal foil laminated on an insulating layer is processed to form a circuit pattern, and then a metal material is laminated on the circuit pattern by a cold spray method to increase the thickness. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2006−319146号公報(段落番号0014)JP 2006-319146 A (paragraph number 0014)

しかし、特許文献1のように、コールドスプレー法(金属材料の融点または軟化温度より低い温度の作動ガスにより金属微粒子を固相状態のまま基材に超音速で衝突させて金属皮膜を形成する技術)により金属回路板上の所定の部分に金属皮膜を形成する場合には、金属皮膜に対応する形状の開口部が形成されたマスクを介して金属回路板上に金属微粒子を衝突させるので、マスクを精度よく位置決めする必要があり、また、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が形成された金属−セラミックス回路基板では、セラミックス基板上に金属微粒子が衝突して付着することによって絶縁不良を生じるおそれがある。また、マスク上にも金属微粒子が付着して堆積するため、メタルマスクの交換が必要になり、製造コストが増大する。   However, as disclosed in Patent Document 1, a cold spray method (a technique in which a metal film is formed by colliding metal fine particles against a substrate at a supersonic speed in a solid state with a working gas having a temperature lower than the melting point or softening temperature of the metal material. ), When the metal film is formed on a predetermined portion on the metal circuit board, the metal fine particles collide with the metal circuit board through the mask having an opening having a shape corresponding to the metal film. In a metal-ceramic circuit board in which a metal circuit board is formed on one surface of the ceramic substrate, metal fine particles collide and adhere to the ceramic substrate, resulting in an insulation failure. There is a fear. Further, since the metal fine particles adhere to and deposit on the mask, the metal mask needs to be replaced, and the manufacturing cost increases.

一方、コールドスプレー法により金属板上に金属皮膜を形成した後、回路パターンに対応する形状のレジストを金属皮膜上に形成してエッチング処理により回路パターンを形成することもできるが、金属皮膜による肉盛分だけエッチング処理時間が長くなり、製造コストが増大する。また、コールドスプレー法により形成された金属皮膜は多孔であり、表面が粗くなっているので、表面にレジストやエッチング液の残渣が生じ易く、表面の変色や腐食が生じるおそれがあり、表面の半田濡れ性が低下したり、表面にめっきする場合にめっきの密着性が低下するおそれがある。   On the other hand, after a metal film is formed on a metal plate by the cold spray method, a resist having a shape corresponding to the circuit pattern can be formed on the metal film and a circuit pattern can be formed by an etching process. The etching process time is increased by the height, and the manufacturing cost increases. In addition, since the metal film formed by the cold spray method is porous and the surface is rough, resist and etching liquid residues are likely to be generated on the surface, which may cause discoloration and corrosion of the surface. When the wettability is lowered or plating is performed on the surface, the adhesion of the plating may be lowered.

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セラミックス基板の一方の面に形成した金属回路板上にコールドスプレー法により形成した金属皮膜の表面を滑らかにするとともにセラミックス基板の一方の面の金属回路板以外の部分に付着した金属皮膜を除去することができる、金属−セラミックス回路基板の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of such a conventional problem, the present invention smoothes the surface of the metal film formed by the cold spray method on the metal circuit board formed on one surface of the ceramic substrate, and It aims at providing the manufacturing method of the metal-ceramics circuit board which can remove the metal film adhering to parts other than the metal circuit board of a surface.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板の一方の面に形成した金属回路板上にコールドスプレー法により金属皮膜を形成した後、金属回路板上の金属皮膜の表面と、セラミックス基板の一方の面の金属回路板以外の部分をブラスト処理することにより、金属回路板上の金属皮膜の表面を滑らかにするとともにセラミックス基板の一方の面の金属回路板以外の部分に付着した金属皮膜を除去することができる、金属−セラミックス回路基板の製造方法を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have formed a metal film on a metal circuit board formed on one surface of a ceramic substrate by a cold spray method, and then formed a metal film on the metal circuit board. And smoothing the surface of the metal film on the metal circuit board and other than the metal circuit board on one side of the ceramic substrate by blasting the surface other than the metal circuit board on one side of the ceramic substrate It has been found that a method for producing a metal-ceramic circuit board capable of removing the metal film adhering to the portion can be provided, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に形成した金属回路板上にコールドスプレー法により金属皮膜を形成した後、金属回路板上の金属皮膜の表面と、セラミックス基板の一方の面の金属回路板以外の部分をブラスト処理することを特徴とする。   That is, the method for producing a metal-ceramic circuit board according to the present invention includes forming a metal film on a metal circuit board formed on one surface of the ceramic substrate by a cold spray method, and then forming a surface of the metal film on the metal circuit board. A part other than the metal circuit board on one surface of the ceramic substrate is blasted.

この金属−セラミックス回路基板の製造方法において、ブラスト処理がウェットブラスト処理であるのが好ましい。また、ブラスト処理の前または後に熱処理するのが好ましく、この熱処理を350〜400℃で0.5〜5時間行うのが好ましい。また、金属回路板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、金属皮膜が銅または銅合金からなるのが好ましい。また、セラミックス基板の他方の面にベース板を形成してもよい。   In this metal-ceramic circuit board manufacturing method, the blasting process is preferably a wet blasting process. Moreover, it is preferable to heat-process before or after blasting, and it is preferable to perform this heat processing at 350-400 degreeC for 0.5 to 5 hours. The metal circuit board is preferably made of aluminum or an aluminum alloy, and the metal film is preferably made of copper or a copper alloy. A base plate may be formed on the other surface of the ceramic substrate.

本発明によれば、セラミックス基板の一方の面に形成した金属回路板上にコールドスプレー法により形成した金属皮膜の表面を滑らかにするとともにセラミックス基板の一方の面の金属回路板以外の部分に付着した金属皮膜を除去することができる、金属−セラミックス回路基板の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, the surface of the metal film formed by the cold spray method is smoothed on the metal circuit board formed on one surface of the ceramic substrate, and is adhered to a portion other than the metal circuit board on one surface of the ceramic substrate. It is possible to provide a method for producing a metal-ceramic circuit board capable of removing the metal film.

本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板に金属回路板を接した状態を示す断面図である。In embodiment of the manufacturing method of the metal-ceramics circuit board by this invention, it is sectional drawing which shows the state which contacted the metal circuit board to the ceramic substrate. 本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、金属皮膜を形成した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in which the metal film was formed in embodiment of the manufacturing method of the metal-ceramics circuit board by this invention. 本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、ブラスト処理後の状態を示す断面図である。In embodiment of the manufacturing method of the metal-ceramics circuit board by this invention, it is sectional drawing which shows the state after a blast process.

以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態について説明する。   Embodiments of a method for producing a metal-ceramic circuit board according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

まず、図1に示すように、セラミックス基板10の一方の面に金属回路板12が接合した金属−セラミックス回路基板を製造する。この金属−セラミックス回路基板は、鋳型内において金属溶湯をセラミックス基板10の一方の面に接触させ、冷却して固化させること(所謂溶湯接合法)により回路用金属板を形成してセラミックス基板10の一方の面に接合することによって金属−セラミックス接合基板を製造した後、回路用金属板上に回路パターンに対応する形状のレジストを形成してエッチング処理により金属回路板12を形成することによって製造することができる。この場合、金属溶湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であるのが好ましい。あるいは、所謂溶湯接合法に代えて、セラミックス基板10の一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板12を直接またはろう材を介して接合してもよい。   First, as shown in FIG. 1, a metal-ceramic circuit board in which a metal circuit board 12 is bonded to one surface of a ceramic board 10 is manufactured. In this metal-ceramic circuit board, a metal plate for circuit is formed by bringing a molten metal into contact with one surface of the ceramic substrate 10 in a mold and cooling to solidify (so-called molten metal bonding method). After the metal-ceramic bonding substrate is manufactured by bonding to one surface, a resist having a shape corresponding to the circuit pattern is formed on the circuit metal plate, and the metal circuit plate 12 is formed by etching. be able to. In this case, the molten metal is preferably a molten aluminum or aluminum alloy. Alternatively, instead of the so-called molten metal bonding method, the metal circuit board 12 made of aluminum or an aluminum alloy may be bonded to one surface of the ceramic substrate 10 directly or via a brazing material.

次に、図2に示すように、セラミックス基板10の一方の面に形成した金属回路板12上にコールドスプレー法により金属皮膜14を形成する。金属皮膜12の材料として、銅、銀、ニッケルまたはこれらの合金を使用することができるが、銀は高価であり、ニッケルは導電率が低いため、銅または銅合金を使用するのが好ましい。このコールドスプレーでは、金属皮膜14の材料の融点または軟化温度より低い温度の(空気、ヘリウム、窒素などの)作動ガスにより、金属微粒子(好ましくは銅または銅合金の微粒子)を固相状態のまま金属回路板12に超音速で衝突させて(好ましくは銅または銅合金からなる)金属皮膜14を形成する。このコールドスプレーにより、金属回路板12上に金属皮膜14が形成されるとともに、セラミックス基板10の一方の面(の金属回路板12以外の部分(金属回路板12間を含む金属回路板12の周囲の部分))にも(金属回路板12上の金属皮膜14より薄い)金属皮膜(または金属微粒子)14’が付着する。また、このコールドスプレーは、セラミックス基板10の一方の面(の金属回路板12以外の部分)に付着する金属皮膜(または金属微粒子)14’の付着強度が小さくなるように行えばよく、一般的なコールドスプレーの条件で行うことができる。なお、このようにコールドスプレーにより金属回路板12上に金属皮膜14を形成して肉盛することにより、みかけの導電率を向上させることができる。   Next, as shown in FIG. 2, a metal film 14 is formed on the metal circuit board 12 formed on one surface of the ceramic substrate 10 by a cold spray method. Although copper, silver, nickel, or an alloy thereof can be used as the material of the metal film 12, it is preferable to use copper or a copper alloy because silver is expensive and nickel has a low conductivity. In this cold spray, metal fine particles (preferably fine particles of copper or copper alloy) are kept in a solid state by a working gas (air, helium, nitrogen, etc.) lower than the melting point or softening temperature of the material of the metal coating 14. The metal film 14 is formed by colliding with the metal circuit board 12 at supersonic speed (preferably made of copper or a copper alloy). By this cold spraying, a metal film 14 is formed on the metal circuit board 12, and one surface of the ceramic substrate 10 (a part other than the metal circuit board 12 (the periphery of the metal circuit board 12 including the space between the metal circuit boards 12). The metal film (or metal fine particles) 14 ′ (thinner than the metal film 14 on the metal circuit board 12) is also attached. In addition, this cold spray may be performed so that the adhesion strength of the metal film (or metal fine particles) 14 ′ adhering to one surface of the ceramic substrate 10 (part other than the metal circuit board 12) is reduced. It can be performed under the condition of a cold spray. In addition, apparent conductivity can be improved by forming the metal film 14 on the metal circuit board 12 by the cold spray and building up.

次に、図3に示すように、金属回路板12上の金属皮膜14の表面と、セラミックス基板10の一方の面の金属回路板12以外の部分をブラスト処理して、不要な金属皮膜(または金属微粒子)14’を除去する。このブラスト処理は、金属回路板12上の金属皮膜14の表面を滑らかにすることができるとともにセラミックス基板10の一方の面(の金属回路板12以外の部分)に付着した金属皮膜(または金属微粒子)14’を除去することができるように、セラミックス基板10が割れない程度の一般的なブラスト処理の条件で行えばよい。このようなブラスト処理により、セラミックス基板10の一方の面(の金属回路板12以外の部分)に付着した金属皮膜(または金属微粒子)14’を機械的に除去しても、金属回路板12上に形成された金属皮膜14は、セラミックス基板10と金属皮膜(または金属微粒子)14’との密着強度と比べて、金属回路板12との密着強度が高いので、除去されないことがわかった。金属回路板12上の金属皮膜14の表面をブラスト処理することにより、表面が滑らかになるとともに、金属皮膜14中の空隙部(ボイド)を低減することができる。このブラスト処理は、(液体中に微粒子を含む研磨材スラリーを被処理面に噴射する)ウェットブラスト処理であるのが好ましい。   Next, as shown in FIG. 3, the surface of the metal film 14 on the metal circuit board 12 and a portion other than the metal circuit board 12 on one surface of the ceramic substrate 10 are blasted to remove an unnecessary metal film (or Metal fine particles) 14 'are removed. This blasting process can smooth the surface of the metal film 14 on the metal circuit board 12 and also adheres to the metal film (or metal fine particles) attached to one surface of the ceramic substrate 10 (part other than the metal circuit board 12). ) 14 'may be removed under general blasting conditions such that the ceramic substrate 10 is not broken. Even if the metal film (or metal fine particles) 14 ′ adhering to one surface (a part other than the metal circuit board 12) of the ceramic substrate 10 is mechanically removed by such a blasting process, It was found that the metal film 14 formed on the metal film 14 was not removed because the adhesion strength with the metal circuit board 12 was higher than the adhesion strength between the ceramic substrate 10 and the metal film (or metal fine particles) 14 '. By blasting the surface of the metal film 14 on the metal circuit board 12, the surface becomes smooth and voids (voids) in the metal film 14 can be reduced. This blasting treatment is preferably a wet blasting treatment (injecting an abrasive slurry containing fine particles in a liquid onto the surface to be treated).

また、金属回路板12と金属皮膜14との密着性を向上させるとともに金属皮膜14中のボイドを低減するために、ブラスト処理の前または後に(金属回路板12と金属皮膜14が溶融しない温度で)熱処理してもよい。この熱処理を350〜400℃で0.5〜5時間行うのが好ましい。この熱処理により、金属皮膜14を緻密化することができるとともに、金属皮膜14上の半田濡れ性を改善することができる。この熱処理は、金属皮膜14の酸化を防止するために、窒素などの不活性雰囲気中において行うのが好ましい。   Further, in order to improve the adhesion between the metal circuit board 12 and the metal film 14 and reduce voids in the metal film 14, before or after the blast treatment (at a temperature at which the metal circuit board 12 and the metal film 14 do not melt). ) Heat treatment may be performed. This heat treatment is preferably performed at 350 to 400 ° C. for 0.5 to 5 hours. By this heat treatment, the metal film 14 can be densified and the solder wettability on the metal film 14 can be improved. This heat treatment is preferably performed in an inert atmosphere such as nitrogen in order to prevent oxidation of the metal film 14.

また、上述した実施の形態の金属−セラミックス回路基板の製造方法により、パワーモジュール用の金属−セラミックス回路基板を製造する場合には、金属回路板12上に金属皮膜14を形成して肉盛することにより、みかけの導電率を向上させて、大電流を流すことができるようにするために、金属皮膜14の厚さが150μm以上であるのが好ましく、200μm以上であるのがさらに好ましく、250μm以上であるのが最も好ましい。   Further, when a metal-ceramic circuit board for a power module is manufactured by the method for manufacturing a metal-ceramic circuit board according to the above-described embodiment, a metal film 14 is formed on the metal circuit board 12 to build up. Therefore, in order to improve the apparent conductivity and allow a large current to flow, the thickness of the metal film 14 is preferably 150 μm or more, more preferably 200 μm or more, and 250 μm. The above is most preferable.

以下、本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。   Examples of the method for producing a metal-ceramic circuit board according to the present invention will be described in detail below.

[実施例1]
まず、セラミックス基板として90mm×40mm×0.64mmの大きさのAlN基板を鋳型内に配置し、アルミニウム溶湯をAlN基板の両面に接触させ、冷却して固化させることにより、86mm×36mm×0.4mmの大きさの回路用アルミニウム板を形成してAlN基板の一方の面に接合するとともに、110mm×50mm×5mmの大きさのアルミニウムベース板を形成してAlN基板の他方の面に接合して、AlN基板の両面にそれぞれ回路用アルミニウム板とアルミニウムベース板が直接接合した金属−セラミックス接合基板を製造した。
[Example 1]
First, an AlN substrate having a size of 90 mm × 40 mm × 0.64 mm is placed in a mold as a ceramic substrate, and a molten aluminum is brought into contact with both surfaces of the AlN substrate and cooled and solidified to be 86 mm × 36 mm × 0.00 mm. A circuit aluminum plate having a size of 4 mm is formed and bonded to one surface of the AlN substrate, and an aluminum base plate having a size of 110 mm × 50 mm × 5 mm is formed and bonded to the other surface of the AlN substrate. A metal-ceramic bonding substrate in which an aluminum plate for circuit and an aluminum base plate were directly bonded to both surfaces of the AlN substrate was manufactured.

次に、スプレーコートにより回路用アルミニウム板上の全面にフォトレジストインクを塗布し、このフォトレジストインクを紫外線照射により硬化させてレジストを形成し、回路パターンに対応する部分以外のレジストにレーザーを照射してレジストの不要部分を除去し、塩化第二鉄溶液で湿式エッチング処理を行うことにより、回路用アルミニウム板の不要部分を除去して所望の回路パターンの(互いに離間した2つの)アルミニウム回路板を形成した後、フォトレジストを剥離した。このフォトレジスト剥離後のAlN基板の表面の表面粗さとして算術平均粗さRaを算出したところ、0.2μmであった。   Next, a photoresist ink is applied to the entire surface of the circuit aluminum plate by spray coating, the photoresist ink is cured by ultraviolet irradiation to form a resist, and the resist other than the portion corresponding to the circuit pattern is irradiated with a laser. Then, unnecessary portions of the resist are removed, and wet etching treatment is performed with a ferric chloride solution to remove unnecessary portions of the aluminum plate for circuit and to form an aluminum circuit board (two spaced apart) of a desired circuit pattern. After forming, the photoresist was peeled off. When the arithmetic average roughness Ra was calculated as the surface roughness of the surface of the AlN substrate after the photoresist was peeled, it was 0.2 μm.

次に、コールドスプレー装置(CGT社製のKINETIC3000)を使用し、作動ガスとしての600℃(銅の融点または軟化温度より低い温度)の窒素ガスにより、銅微粒子(福田金属箔粉工業株式会社製、粒径20μm)を固相状態のままアルミニウム回路板に超音速で衝突させて、アルミニウム回路板上に厚さ0.2mmの銅皮膜を形成した。このコールドスプレーにより、アルミニウム回路板上に銅皮膜が形成されるとともに、AlN基板の一方の面(のアルミニウム回路板以外の部分)にも銅皮膜(または銅微粒子)が付着していた。このアルミニウム回路板上の銅皮膜の表面の算術平均粗さRaを算出したところ、4.0μmであった。なお、AlN基板の一方の面(のアルミニウム回路板以外の部分)に付着した銅皮膜(または銅微粒子)のうち、アルミニウム回路板間に付着した銅皮膜(または銅微粒子)の厚さは、アルミニウム回路板上の銅皮膜の厚さの50〜70%程度であったが、それ以外の部分に付着した銅皮膜(または銅微粒子)はわずかな量であった。   Next, using a cold spray device (KINETIC 3000 manufactured by CGT) and using a nitrogen gas at 600 ° C. (temperature lower than the melting point or softening temperature of copper) as a working gas, copper fine particles (manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Co., Ltd.) The particle size of 20 μm) was allowed to collide with the aluminum circuit board at a supersonic speed in the solid state to form a copper film having a thickness of 0.2 mm on the aluminum circuit board. By this cold spray, a copper film was formed on the aluminum circuit board, and a copper film (or copper fine particles) was also attached to one surface (a part other than the aluminum circuit board) of the AlN substrate. The arithmetic average roughness Ra of the surface of the copper film on the aluminum circuit board was calculated to be 4.0 μm. Of the copper film (or copper fine particles) adhering to one surface of the AlN substrate (part other than the aluminum circuit board), the thickness of the copper film (or copper fine particles) adhering between the aluminum circuit boards is aluminum. Although it was about 50-70% of the thickness of the copper film on a circuit board, the copper film (or copper fine particle) adhering to the other part was a small quantity.

次に、アルミニウム回路板上に形成された銅皮膜の表面と、AlN基板の一方の面(のアルミニウム回路板以外の部分)に付着した銅皮膜(または銅微粒子)をウェットブラスト装置により研磨した。このウェットブラスト装置の処理条件として、ブラストエアー圧0.2MPa、処理速度2m/分、放射角度90°とし、水中に平均粒径14μmのアルミナ粒子を15体積%含む研磨材スラリーを使用した。   Next, the surface of the copper film formed on the aluminum circuit board and the copper film (or copper fine particles) adhering to one surface of the AlN substrate (the part other than the aluminum circuit board) were polished by a wet blast apparatus. As the treatment conditions of this wet blasting apparatus, an abrasive slurry containing blast air pressure of 0.2 MPa, a treatment speed of 2 m / min, a radiation angle of 90 °, and 15% by volume of alumina particles having an average particle diameter of 14 μm in water was used.

このようにして作製した金属−セラミックス回路基板について、アルミニウム回路板上の銅皮膜の表面と、AlN基板の一方の面のアルミニウム回路板が形成されていない部分(アルミニウム回路板の回りの部分)を光学顕微鏡により観察したところ、アルミニウム回路板上の銅皮膜の表面が滑らかになり、AlN基板に付着していた不要な銅皮膜(または銅微粒子)が十分に除去され、AlN基板の一方の面のアルミニウム回路板の回りの部分が十分に露出して、アルミニウム回路板間の絶縁が確保されていた。なお、ブラスト処理後の銅皮膜とセラミックス基板の表面の算術平均粗さRaを算出したところ、それぞれ1.9μmと0.2μmであった。また、アルミニウム回路板の導電率を渦流式導電率計により測定したところ、70.5%IACSであった。   For the metal-ceramic circuit board thus fabricated, the surface of the copper film on the aluminum circuit board and the part where the aluminum circuit board on one side of the AlN board is not formed (the part around the aluminum circuit board). When observed with an optical microscope, the surface of the copper film on the aluminum circuit board was smoothed, the unnecessary copper film (or copper fine particles) adhering to the AlN substrate was sufficiently removed, and one surface of the AlN substrate was removed. A portion around the aluminum circuit board was sufficiently exposed, and insulation between the aluminum circuit boards was secured. The arithmetic average roughness Ra of the surface of the copper film and the ceramic substrate after blasting was calculated to be 1.9 μm and 0.2 μm, respectively. Further, the electrical conductivity of the aluminum circuit board was measured by an eddy current conductivity meter and found to be 70.5% IACS.

また、AlN基板に接合したアルミニウム回路板上に形成された銅皮膜を窒素雰囲気中においてアルミニウムの融点以下の温度370℃で1時間加熱して熱処理を行った後、AlN基板の接合面に略垂直な方向に切断した断面を光学顕微鏡により観察したところ、アルミニウム回路板と銅皮膜の界面に、明らかに異なる2つの組織が認められ、金属間化合物が生成していることが確認された。また、この熱処理後の金属−セラミックス接合基板を−40℃×30分→125℃×30分を1サイクルとしたヒートサイクル試験を1000サイクル行った後にも、銅皮膜はアルミニウム回路板から剥離しなかった。   The copper film formed on the aluminum circuit board bonded to the AlN substrate is heated in a nitrogen atmosphere at a temperature equal to or lower than the melting point of aluminum at 370 ° C. for 1 hour, and then substantially perpendicular to the bonding surface of the AlN substrate. When a cross section cut in various directions was observed with an optical microscope, two distinctly different structures were observed at the interface between the aluminum circuit board and the copper film, confirming the formation of an intermetallic compound. In addition, the copper film does not peel from the aluminum circuit board even after 1000 cycles of a heat cycle test in which the metal-ceramic bonding substrate after this heat treatment is performed at -40 ° C. × 30 minutes → 125 ° C. × 30 minutes as one cycle. It was.

[実施例2]
銅皮膜の厚さを0.3mmとした以外は、実施例1と同様の方法により、金属−セラミックス回路基板を作製し、ブラスト処理後のアルミニウム回路板上の銅皮膜の表面とAlN基板の一方の面のアルミニウム回路板が形成されていない部分(アルミニウム回路板の回りの部分)を観察したところ、アルミニウム回路板上の銅皮膜の表面が滑らかになり、AlN基板に付着していた不要な銅皮膜(または銅微粒子)が十分に除去され、AlN基板の一方の面のアルミニウム回路板の回りの部分が十分に露出して、アルミニウム回路板間の絶縁が確保されていた。
[Example 2]
A metal-ceramic circuit board was produced by the same method as in Example 1 except that the thickness of the copper film was 0.3 mm, and one of the surface of the copper film on the aluminum circuit board after blasting and one of the AlN substrates When the surface of the aluminum circuit board where the aluminum circuit board was not formed (the part around the aluminum circuit board) was observed, the surface of the copper film on the aluminum circuit board became smooth and unnecessary copper adhering to the AlN substrate. The film (or copper fine particles) was sufficiently removed, and the portion around the aluminum circuit board on one side of the AlN substrate was sufficiently exposed to ensure insulation between the aluminum circuit boards.

また、AlN基板に接合したアルミニウム回路板上に形成された銅皮膜を窒素雰囲気中においてアルミニウムの融点以下の温度370℃で1時間および2時間加熱して熱処理を行った後、アルミニウム回路板の導電率を実施例1と同様の方法により測定したところ、それぞれ87.9%IACSおよび88.2%IACSであった。   The copper film formed on the aluminum circuit board bonded to the AlN substrate is heat-treated at a temperature of 370 ° C. below the melting point of aluminum for 1 hour and 2 hours in a nitrogen atmosphere, and then subjected to heat treatment. When the rate was measured by the same method as in Example 1, they were 87.9% IACS and 88.2% IACS, respectively.

[実施例3]
銅皮膜の厚さを0.1mmとした以外は、実施例1と同様の方法により、金属−セラミックス回路基板を作製し、ブラスト処理後のアルミニウム回路板上の銅皮膜の表面とAlN基板の一方の面のアルミニウム回路板が形成されていない部分(アルミニウム回路板の回りの部分)を観察したところ、アルミニウム回路板上の銅皮膜の表面が滑らかになり、AlN基板に付着していた不要な銅皮膜(または銅微粒子)が十分に除去され、AlN基板の一方の面のアルミニウム回路板の回りの部分が十分に露出して、アルミニウム回路板間の絶縁が確保されていた。
[Example 3]
A metal-ceramic circuit board was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the copper film was 0.1 mm, and one of the surface of the copper film on the aluminum circuit board after blasting and one of the AlN substrates When the surface of the aluminum circuit board where the aluminum circuit board was not formed (the part around the aluminum circuit board) was observed, the surface of the copper film on the aluminum circuit board became smooth and unnecessary copper adhering to the AlN substrate. The film (or copper fine particles) was sufficiently removed, and the portion around the aluminum circuit board on one side of the AlN substrate was sufficiently exposed to ensure insulation between the aluminum circuit boards.

10 セラミックス基板
12 金属回路板
14 金属皮膜
14’ 金属皮膜(または金属微粒子)

10 Ceramic substrate 12 Metal circuit board 14 Metal film 14 'Metal film (or metal fine particles)

Claims (7)

セラミックス基板の一方の面に形成した金属回路板上にコールドスプレー法により金属皮膜を形成した後、金属回路板上の金属皮膜の表面と、セラミックス基板の一方の面の金属回路板以外の部分をブラスト処理することを特徴とする、金属−セラミックス回路基板の製造方法。 After forming a metal film on the metal circuit board formed on one side of the ceramic substrate by the cold spray method, the surface of the metal film on the metal circuit board and the part other than the metal circuit board on one side of the ceramic substrate A method for producing a metal-ceramic circuit board, comprising performing blasting. 前記ブラスト処理がウェットブラスト処理であることを特徴とする、請求項1に記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。 2. The method for manufacturing a metal-ceramic circuit board according to claim 1, wherein the blasting process is a wet blasting process. 前記ブラスト処理の前または後に熱処理することを特徴とする、請求項1または2に記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。 The method for producing a metal-ceramic circuit board according to claim 1 or 2, wherein heat treatment is performed before or after the blast treatment. 前記熱処理を350〜400℃で0.5〜5時間行うことを特徴とする、請求項3に記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。 The method for producing a metal-ceramic circuit board according to claim 3, wherein the heat treatment is performed at 350 to 400 ° C for 0.5 to 5 hours. 前記金属回路板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。 The method for producing a metal-ceramic circuit board according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal circuit board is made of aluminum or an aluminum alloy. 前記金属皮膜が銅または銅合金からなることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。 6. The method for producing a metal-ceramic circuit board according to claim 1, wherein the metal film is made of copper or a copper alloy. 前記セラミックス基板の他方の面にベース板を形成することを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。 The method for producing a metal-ceramic circuit board according to claim 1, wherein a base plate is formed on the other surface of the ceramic substrate.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018135490A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-26 デンカ株式会社 Method for producing ceramic circuit board
CN110168140A (en) * 2017-01-17 2019-08-23 国立大学法人信州大学 The manufacturing method of ceramic circuit board
JP2019141879A (en) * 2018-02-21 2019-08-29 Dowaメタルテック株式会社 Aluminum-ceramic bonded substrate and method for manufacturing same
WO2020262015A1 (en) 2019-06-28 2020-12-30 Dowaメタルテック株式会社 Metal-ceramic joined substrate and manufacturing method thereof
JP2021040039A (en) * 2019-09-03 2021-03-11 Dowaメタルテック株式会社 Metal-ceramic circuit board and method for manufacturing the same
US11570901B2 (en) * 2017-02-24 2023-01-31 National Institute For Materials Science Method for manufacturing aluminum circuit board
CN117583721A (en) * 2024-01-18 2024-02-23 天蔚蓝电驱动科技(江苏)有限公司 Processing methods and devices for doping copper wires with high conductivity materials and modified copper wires

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08222833A (en) * 1995-02-09 1996-08-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Flexible wiring board wiring pattern forming method
JPH10261862A (en) * 1997-03-17 1998-09-29 Matsushita Electric Works Ltd Manufacture of circuit board
JP2003283107A (en) * 2002-03-22 2003-10-03 Yazaki Corp Thermal spray circuit body and method of manufacturing thermal spray circuit body
JP2006319146A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Fuji Electric Holdings Co Ltd Wiring board
JP2013019020A (en) * 2011-07-11 2013-01-31 Toyota Motor Corp Method for manufacturing power module
JP2014130989A (en) * 2012-11-28 2014-07-10 Dowa Metaltech Kk Electronic component mounting board and manufacturing method therefor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08222833A (en) * 1995-02-09 1996-08-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Flexible wiring board wiring pattern forming method
JPH10261862A (en) * 1997-03-17 1998-09-29 Matsushita Electric Works Ltd Manufacture of circuit board
JP2003283107A (en) * 2002-03-22 2003-10-03 Yazaki Corp Thermal spray circuit body and method of manufacturing thermal spray circuit body
JP2006319146A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Fuji Electric Holdings Co Ltd Wiring board
JP2013019020A (en) * 2011-07-11 2013-01-31 Toyota Motor Corp Method for manufacturing power module
JP2014130989A (en) * 2012-11-28 2014-07-10 Dowa Metaltech Kk Electronic component mounting board and manufacturing method therefor

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110169213B (en) * 2017-01-17 2022-05-27 电化株式会社 Method for manufacturing ceramic circuit board
US11160172B2 (en) 2017-01-17 2021-10-26 Denka Company Limited Method for producing ceramic circuit board
CN110169213A (en) * 2017-01-17 2019-08-23 电化株式会社 The manufacturing method of ceramic circuit board
WO2018135490A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-26 デンカ株式会社 Method for producing ceramic circuit board
JPWO2018135499A1 (en) * 2017-01-17 2019-12-12 国立大学法人信州大学 Manufacturing method of ceramic circuit board
EP3573436A4 (en) * 2017-01-17 2019-12-18 Denka Company Limited METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC PRINTED CIRCUIT BOARD
CN110168140A (en) * 2017-01-17 2019-08-23 国立大学法人信州大学 The manufacturing method of ceramic circuit board
JPWO2018135490A1 (en) * 2017-01-17 2019-12-19 デンカ株式会社 Manufacturing method of ceramic circuit board
JP6991516B2 (en) 2017-01-17 2022-01-12 国立大学法人信州大学 Manufacturing method of ceramic circuit board
US11570901B2 (en) * 2017-02-24 2023-01-31 National Institute For Materials Science Method for manufacturing aluminum circuit board
JP7062464B2 (en) 2018-02-21 2022-05-06 Dowaメタルテック株式会社 Aluminum-ceramic bonded substrate and its manufacturing method
JP2019141879A (en) * 2018-02-21 2019-08-29 Dowaメタルテック株式会社 Aluminum-ceramic bonded substrate and method for manufacturing same
WO2020262015A1 (en) 2019-06-28 2020-12-30 Dowaメタルテック株式会社 Metal-ceramic joined substrate and manufacturing method thereof
JP2021040039A (en) * 2019-09-03 2021-03-11 Dowaメタルテック株式会社 Metal-ceramic circuit board and method for manufacturing the same
JP7358123B2 (en) 2019-09-03 2023-10-10 Dowaメタルテック株式会社 Metal-ceramic circuit board and its manufacturing method
CN117583721A (en) * 2024-01-18 2024-02-23 天蔚蓝电驱动科技(江苏)有限公司 Processing methods and devices for doping copper wires with high conductivity materials and modified copper wires

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