JPS61121489A - 基板製造用Ｃｕ配線シ−ト - Google Patents
基板製造用Ｃｕ配線シ−トInfo
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- JPS61121489A JPS61121489A JP24410784A JP24410784A JPS61121489A JP S61121489 A JPS61121489 A JP S61121489A JP 24410784 A JP24410784 A JP 24410784A JP 24410784 A JP24410784 A JP 24410784A JP S61121489 A JPS61121489 A JP S61121489A
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はセラミックス基体との接合性を改善し九基板製
造用Ｃｕ配線シートに関するものである。
造用Ｃｕ配線シートに関するものである。
一般に半導体用基板、例えば半導体用モジュールの絶縁
材として、セラミックス基板が多用されている。これら
セラミックス基板、特に高出力半導体用基板への適用に
際しては、半導体素子間を電気的に接続するＣｕ部材（
Ｃｕ配線シート）とセラミックス基体との接合技術が不
可欠である。
材として、セラミックス基板が多用されている。これら
セラミックス基板、特に高出力半導体用基板への適用に
際しては、半導体素子間を電気的に接続するＣｕ部材（
Ｃｕ配線シート）とセラミックス基体との接合技術が不
可欠である。
従来、このような基板として用いられるセラミックスと
しては、Ａｔ２０３がほとんどであったが、近年、半導
体素子から発生する熱を基板からも放熱させるように、
電気的な絶縁性のみならず、放熱性にも優れたＡｔＮの
ような高熱伝導性セラミックスが開発され、その幅広い
応用が期待されている。
しては、Ａｔ２０３がほとんどであったが、近年、半導
体素子から発生する熱を基板からも放熱させるように、
電気的な絶縁性のみならず、放熱性にも優れたＡｔＮの
ような高熱伝導性セラミックスが開発され、その幅広い
応用が期待されている。
しかしながら、セラミックスと金属とは夫々異なった原
子結合状態を有するため、両者を接合する場合、それら
の反応性など化学的性質を始めとして、熱膨張率などの
物理的性質も大きく異っている。特にＡｔＮセラミック
スのように窒化物セラミックスは、Ａｔ２０３等の酸化
物セラミックスに比べて、金属との濡れ性が悪く、通常
多く用いられている高融点金属メタライジングなどの接
合方法ではＣｕ配線シートを接合することができず、Ａ
ｔＮセラミックを基板とする半導体モジュール基板の製
造が難しかった。
子結合状態を有するため、両者を接合する場合、それら
の反応性など化学的性質を始めとして、熱膨張率などの
物理的性質も大きく異っている。特にＡｔＮセラミック
スのように窒化物セラミックスは、Ａｔ２０３等の酸化
物セラミックスに比べて、金属との濡れ性が悪く、通常
多く用いられている高融点金属メタライジングなどの接
合方法ではＣｕ配線シートを接合することができず、Ａ
ｔＮセラミックを基板とする半導体モジュール基板の製
造が難しかった。
本発明は、上記問題点を解決し、容易にセラミックス基
体との接合が強固に行え、しかも加工性に優れた基板製
造用Ｃｕ配線シートを提供するものである。
体との接合が強固に行え、しかも加工性に優れた基板製
造用Ｃｕ配線シートを提供するものである。
本発明は、配線層となるＣｕ薄板の表面に、活性金属あ
るいは、活性金属および軟質金属から成る活性層を設け
、活性層をセラミック基板側に配置して加熱し、活性層
を合金化することによりセラミックス基板と強固に接合
することを特徴とするものである。
るいは、活性金属および軟質金属から成る活性層を設け
、活性層をセラミック基板側に配置して加熱し、活性層
を合金化することによりセラミックス基板と強固に接合
することを特徴とするものである。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明において活性層となる活性金属としては、例えば
Ｔｊ、 Ｚｒ、 Ｈｆなど周期律表第Ｆ／Ａ族元素の中
から選ばれた何れか少なくとも１種以上、もしくはこれ
らを主成分とする合金が用いられる。また軟質金属とし
ては、ＡｇあるいはＣｕなどが挙げられる。
Ｔｊ、 Ｚｒ、 Ｈｆなど周期律表第Ｆ／Ａ族元素の中
から選ばれた何れか少なくとも１種以上、もしくはこれ
らを主成分とする合金が用いられる。また軟質金属とし
ては、ＡｇあるいはＣｕなどが挙げられる。
また本発明のＣｕ配線シートの接合対象となるセラミッ
クス基板としては、従来多く用いられているＡｔ２０３
の他、窒化アルミニウム（Ａ／、Ｎ）や炭化珪素（Ｓｔ
Ｃ）などの高熱伝導性セラミックスなどに広く適用する
ことができる。
クス基板としては、従来多く用いられているＡｔ２０３
の他、窒化アルミニウム（Ａ／、Ｎ）や炭化珪素（Ｓｔ
Ｃ）などの高熱伝導性セラミックスなどに広く適用する
ことができる。
本発明においてＣｕ薄板の表面に形成される活性層の厚
さは０．５〜１０μｍ程度が良く、活性層が活性金属と
、ＡｇやＣｕなどの軟質金属との複合層の場合には、活
性金属層の厚さが０．１〜５μｍ。
さは０．５〜１０μｍ程度が良く、活性層が活性金属と
、ＡｇやＣｕなどの軟質金属との複合層の場合には、活
性金属層の厚さが０．１〜５μｍ。
Ａｇ層が９μｍ以下、Ｃｕ層が９μｍ以下とすることに
よシ、過剰の接合材（活性層）がＣｕ薄板とセラミック
ス基板との間の接合界面からはみ出すこともなく、容易
に且つ確実に接合することができる。
よシ、過剰の接合材（活性層）がＣｕ薄板とセラミック
ス基板との間の接合界面からはみ出すこともなく、容易
に且つ確実に接合することができる。
例えばＴ１層が単層の場合には、その厚さは０．５〜１
０μｍが好ましく、またＡｇ層＋Ｔｉ層の複合層からな
る厚さ０．５〜１０μｍの活性層を設ける場合には、Ａ
ｇ層が０．２〜９μｍ、Ｔｉ等の活性金属層が０．１〜
５μｍとなることが好ましい。またＡｇ層＋Ｔｉ層−）
−Ｃｕ層の三層からなる厚さ０．５〜１０μｍの複合層
を設ける場合には、ＡｇＪ＠０．２〜９μｍ、Ｔ１層等
の活性金属Ｋｊ０．１〜５μｍＸＣｕ層９μｍ以下とす
ることが好ましい。
０μｍが好ましく、またＡｇ層＋Ｔｉ層の複合層からな
る厚さ０．５〜１０μｍの活性層を設ける場合には、Ａ
ｇ層が０．２〜９μｍ、Ｔｉ等の活性金属層が０．１〜
５μｍとなることが好ましい。またＡｇ層＋Ｔｉ層−）
−Ｃｕ層の三層からなる厚さ０．５〜１０μｍの複合層
を設ける場合には、ＡｇＪ＠０．２〜９μｍ、Ｔ１層等
の活性金属Ｋｊ０．１〜５μｍＸＣｕ層９μｍ以下とす
ることが好ましい。
なお本発明において活性層の厚さを上記範囲に規冗した
理由は、０．５μｍ未満であると、Ｃｕ配線シートとセ
ラミックス基板との高い接合強度が得られず、また１０
μｍを、低えると加熱溶融時に、溶融材が接合部の外部
まではみ出して広がシ、隣接する配線層との短絡など絶
縁基板としての機能を損うことになるからである。
理由は、０．５μｍ未満であると、Ｃｕ配線シートとセ
ラミックス基板との高い接合強度が得られず、また１０
μｍを、低えると加熱溶融時に、溶融材が接合部の外部
まではみ出して広がシ、隣接する配線層との短絡など絶
縁基板としての機能を損うことになるからである。
本発明において、Ｃｕ薄板の表面に、活性層を設ける方
法としては、例えば次の方法がある。
法としては、例えば次の方法がある。
■蒸着、スパッタリング、メッキなどの方法により、直
接、活性金属層や軟質金属層を堆積する方法、■活性金
属や軟質金属箔をＣｕ薄板の上に接着剤で接合する方法
、■活性金属や軟質金属の粉末を有機溶剤などでペース
ト状にしたものをＣｕ薄板の上に塗布する方法、あるい
は上記■〜■を組合せた方法でも良い。
接、活性金属層や軟質金属層を堆積する方法、■活性金
属や軟質金属箔をＣｕ薄板の上に接着剤で接合する方法
、■活性金属や軟質金属の粉末を有機溶剤などでペース
ト状にしたものをＣｕ薄板の上に塗布する方法、あるい
は上記■〜■を組合せた方法でも良い。
本発明において活性層のセラミック基体とＣｕ薄板との
介在順序は、いかなる順序でも良いが、セラミックス基
体表面側から、先ず活性金属層、次に軟質金属層の順で
、特にＡｇ層、Ｃｕ層の順に介在させる方法が最も安定
した接合部を得ることができる。また活性金属層と軟質
金属層との複合層の場合、各金属は１層ずつに限定され
るものではなく、複数層介在させても良い。
介在順序は、いかなる順序でも良いが、セラミックス基
体表面側から、先ず活性金属層、次に軟質金属層の順で
、特にＡｇ層、Ｃｕ層の順に介在させる方法が最も安定
した接合部を得ることができる。また活性金属層と軟質
金属層との複合層の場合、各金属は１層ずつに限定され
るものではなく、複数層介在させても良い。
また本発明のＣｕ配線シートを目的形状に加工する方法
としては、例えばプレス加工あるいはフォトエツチング
法など何れの方法でも良いが、本発明シートは延性に富
み、エツチングも谷易なＣｕ層４板を基体とする構造で
、その上に１０μｍ以下の活性層を設けただけであるた
め、加工性に優れている。
としては、例えばプレス加工あるいはフォトエツチング
法など何れの方法でも良いが、本発明シートは延性に富
み、エツチングも谷易なＣｕ層４板を基体とする構造で
、その上に１０μｍ以下の活性層を設けただけであるた
め、加工性に優れている。
次に本発明のＣｕ配線シートをセラミックス基体に接合
する方法について説明する。
する方法について説明する。
本発明のＣｕ配線シートを、その活性層側をセラミック
ス基体に重ね、両者の接合部を真空雰囲気中、あるいは
不活性ガス雰囲気中で、高周波誘導などにより加熱する
。この場合、加熱時には、基本的に加圧は不要であるが
、接合界面を密着させる程度の低荷重（０〜ｌＫ４／ｌ
ｔ’）を加えても良い。
ス基体に重ね、両者の接合部を真空雰囲気中、あるいは
不活性ガス雰囲気中で、高周波誘導などにより加熱する
。この場合、加熱時には、基本的に加圧は不要であるが
、接合界面を密着させる程度の低荷重（０〜ｌＫ４／ｌ
ｔ’）を加えても良い。
また加熱温度はＣｕ薄板の融点よシ低いことが必要で、
好ましくは７８０〜１０８２℃の範囲で加熱すれば良い
。このような熱処理により、セラミックス基体とＣｕ薄
板との間に、例えばＣｕ−Ｔｌ。
好ましくは７８０〜１０８２℃の範囲で加熱すれば良い
。このような熱処理により、セラミックス基体とＣｕ薄
板との間に、例えばＣｕ−Ｔｌ。
あるいはＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉなどの合金融液が生成され、
この合金融液が接合部の外部にまではみ出すことなく、
その後の冷却により凝固して、セラミックス基体とＣｕ
薄板とが強固に接合され、高出力半導体基板等に適する
セラミックス基板が製造される。
この合金融液が接合部の外部にまではみ出すことなく、
その後の冷却により凝固して、セラミックス基体とＣｕ
薄板とが強固に接合され、高出力半導体基板等に適する
セラミックス基板が製造される。
（実施例１）
活性層としてＴ１を蒸着法にて厚さ５μｍに堆積したＣ
ｕ配線シート１をフォトエツチング法により所定の形状
に加工する。次に第１図に示すように、複数枚のＣｕ配
線シート１と、絶縁板、放熱板およびヒートシンクを兼
ねたＡｔＮ基体２とをトリクレンとアセトンで洗浄、脱
脂した後、活性層を接合面として、ＡｔＮ基体２の上に
重ね、２ Ｘ １０＝ Ｔｏｒｒの真空度に保持したホ
ットブレス中にセットした。
ｕ配線シート１をフォトエツチング法により所定の形状
に加工する。次に第１図に示すように、複数枚のＣｕ配
線シート１と、絶縁板、放熱板およびヒートシンクを兼
ねたＡｔＮ基体２とをトリクレンとアセトンで洗浄、脱
脂した後、活性層を接合面として、ＡｔＮ基体２の上に
重ね、２ Ｘ １０＝ Ｔｏｒｒの真空度に保持したホ
ットブレス中にセットした。
次いでＡｔＮ基体２とＣｕ配線シート１との間に、上下
方向よシ０．ＩＫ９／−の圧力を加えながら高周波誘導
加熱により、接合部を９３０℃に１０分間保持し、Ｃｕ
−Ｔｉ合金融液を生成した。加熱後、Ａｒガス雰囲気に
て冷却し、第１図に示すようにＴ１活性層が溶融・凝固
した合金層３に、よりＡｔＮ基体２の上にＣｕ配線シー
ト１を接合したｔ４ワー半導体モジュール基板４を製造
した。
方向よシ０．ＩＫ９／−の圧力を加えながら高周波誘導
加熱により、接合部を９３０℃に１０分間保持し、Ｃｕ
−Ｔｉ合金融液を生成した。加熱後、Ａｒガス雰囲気に
て冷却し、第１図に示すようにＴ１活性層が溶融・凝固
した合金層３に、よりＡｔＮ基体２の上にＣｕ配線シー
ト１を接合したｔ４ワー半導体モジュール基板４を製造
した。
このようにして得られたパワー半導体モノエール基板４
は、ＡｔＮ基体２とＣｕ配線シート１とが、合金層３に
より強固に接合し、且つ合金層３が、接合部からはみ出
していない良好な接合状態が得られた。
は、ＡｔＮ基体２とＣｕ配線シート１とが、合金層３に
より強固に接合し、且つ合金層３が、接合部からはみ出
していない良好な接合状態が得られた。
また上記モジュール基板４に、第２図に示すように、半
導体素子５をＰｂ−８ｎ系半田６を介して実装した。
導体素子５をＰｂ−８ｎ系半田６を介して実装した。
このパワー半導体モジー−ルについて、半導体素子５か
らＡｔＮ基体２の方向（厚み方向）への熱伝導率を測定
したところ、８８Ｗ／に−１であり、半導体素子５から
の多量の発熱がＣｕ配線シート１、合金層３を通ｐ Ａ
ｔＮ基体２に良好に放出し、Ｃｕ配線シート１とＡｔＮ
基体２との接合が良好であることが確認された。
らＡｔＮ基体２の方向（厚み方向）への熱伝導率を測定
したところ、８８Ｗ／に−１であり、半導体素子５から
の多量の発熱がＣｕ配線シート１、合金層３を通ｐ Ａ
ｔＮ基体２に良好に放出し、Ｃｕ配線シート１とＡｔＮ
基体２との接合が良好であることが確認された。
（実施例２）
活性層としてＴ１を蒸着法にて２μｍ堆積し、その上に
５μｍ厚のＡｇ箔を有機溶剤で接着したＣｕ配線シート
１を打ち抜き加工により所定の形状に加工した。次にこ
のＣｕ配線シート１と、ＡｔＮ基体２とをトリクレンと
アセトンで洗浄・脱脂した後、活性層を接合面としてＡ
ｔＮ基体２の上に重ね、２Ｘ１０ Ｔｏｒｒの真空度
に保持したホットブレス中にセットした。
５μｍ厚のＡｇ箔を有機溶剤で接着したＣｕ配線シート
１を打ち抜き加工により所定の形状に加工した。次にこ
のＣｕ配線シート１と、ＡｔＮ基体２とをトリクレンと
アセトンで洗浄・脱脂した後、活性層を接合面としてＡ
ｔＮ基体２の上に重ね、２Ｘ１０ Ｔｏｒｒの真空度
に保持したホットブレス中にセットした。
次にＡｔＮ基体２とＣｕ配線シート１との間に上下方向
より０．０５ Ｋ９７Ｍ１２の圧力を加え、高周波誘導
加熱により接合部を８３０℃に１０分間加熱して、Ｔｌ
−Ａｇ−Ｃｕ合金融液を生成した。加熱後、Ａｒガス雰
囲気にて冷却し、第１図に示すようにＴ ｉ−Ａｇ活性
層が溶融・凝固した合金層により、ＡｔＮ基体２の上に
Ｃｕ配線シート１を接合したパワー半導体モジュール基
板４を製造した。
より０．０５ Ｋ９７Ｍ１２の圧力を加え、高周波誘導
加熱により接合部を８３０℃に１０分間加熱して、Ｔｌ
−Ａｇ−Ｃｕ合金融液を生成した。加熱後、Ａｒガス雰
囲気にて冷却し、第１図に示すようにＴ ｉ−Ａｇ活性
層が溶融・凝固した合金層により、ＡｔＮ基体２の上に
Ｃｕ配線シート１を接合したパワー半導体モジュール基
板４を製造した。
このようにして得られたパワー半導体モノニール基板４
は、ＡｔＮ基体２とＣｕ配線シート１とが合金層３によ
り強固に接合し、且つ合金層３が接合部からはみ出して
いない良好な接合状態が得られた。
は、ＡｔＮ基体２とＣｕ配線シート１とが合金層３によ
り強固に接合し、且つ合金層３が接合部からはみ出して
いない良好な接合状態が得られた。
以上説明した如く、本発明に係る基板製造用Ｃｕ配線シ
ートによれば、容易にセラミックス基体との接合が強固
に行え、しかも加工性にも優れ、特に金属との濡れ性の
悪いＡｔＮ基体などの接合性に優れ、絶縁性と放熱性を
兼ね備えたパワー半導体モゾユール基板の製造に好適な
ものである。
ートによれば、容易にセラミックス基体との接合が強固
に行え、しかも加工性にも優れ、特に金属との濡れ性の
悪いＡｔＮ基体などの接合性に優れ、絶縁性と放熱性を
兼ね備えたパワー半導体モゾユール基板の製造に好適な
ものである。
第１図は本発明の実施例によるパワー半導体モノー−ル
基板の断面図、第２図は第１図のモジュール基板に半導
体素子を実装したパワー半導体モジュールの断面図であ
る。 １・・・Ｃｕ配線シート、２・・・ＡｔＮ基体、３・・
・合金層、４・・・・！ワー半導体モノニール基板、５
・・・半導体素子、６・・・半田。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 産業１図 第２図
基板の断面図、第２図は第１図のモジュール基板に半導
体素子を実装したパワー半導体モジュールの断面図であ
る。 １・・・Ｃｕ配線シート、２・・・ＡｔＮ基体、３・・
・合金層、４・・・・！ワー半導体モノニール基板、５
・・・半導体素子、６・・・半田。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 産業１図 第２図
Claims (3)
- （１）Ｃｕ薄板の表面に、活性金属あるいは、活性金属
および軟質金属から成る活性層を設けたことを特徴とす
る基板製造用Ｃｕ配線シート。 - （２）活性層が０．１〜１０μｍの活性金属層、９μｍ
以下のＡｇ層、９μｍ以下のＣｕ層から成り、活性層全
体の厚みが０．５〜１０μｍであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の基板製造用Ｃｕ配線シート。 - （３）活性金属が、周期律表第IVＡ族元素の中から選ば
れた何れか少なくとも１種以上、もしくはそれを主成分
とする合金であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の基板製造用Ｃｕ配線シート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24410784A JPS61121489A (ja) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | 基板製造用Ｃｕ配線シ−ト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24410784A JPS61121489A (ja) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | 基板製造用Ｃｕ配線シ−ト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61121489A true JPS61121489A (ja) | 1986-06-09 |
| JPH0518477B2 JPH0518477B2 (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=17113855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24410784A Granted JPS61121489A (ja) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | 基板製造用Ｃｕ配線シ−ト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61121489A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991016805A1 (en) * | 1990-04-16 | 1991-10-31 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Ceramic circuit board |
| WO1997004483A1 (fr) * | 1995-07-21 | 1997-02-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Plaquette de circuits imprimes de ceramique |
| JP2594475B2 (ja) * | 1990-04-16 | 1997-03-26 | 電気化学工業株式会社 | セラミックス回路基板 |
| JPH09181423A (ja) * | 1990-04-16 | 1997-07-11 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミックス回路基板 |
| JP2009071297A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-04-02 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造装置及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
-
1984
- 1984-11-19 JP JP24410784A patent/JPS61121489A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991016805A1 (en) * | 1990-04-16 | 1991-10-31 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Ceramic circuit board |
| US5354415A (en) * | 1990-04-16 | 1994-10-11 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for forming a ceramic circuit board |
| JP2594475B2 (ja) * | 1990-04-16 | 1997-03-26 | 電気化学工業株式会社 | セラミックス回路基板 |
| JPH09181423A (ja) * | 1990-04-16 | 1997-07-11 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミックス回路基板 |
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| JP2009071297A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-04-02 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造装置及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0518477B2 (ja) | 1993-03-12 |
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