JP3003179B2 - ガラスセラミック基板と金属との接合方法 - Google Patents
ガラスセラミック基板と金属との接合方法Info
- Publication number
- JP3003179B2 JP3003179B2 JP2212164A JP21216490A JP3003179B2 JP 3003179 B2 JP3003179 B2 JP 3003179B2 JP 2212164 A JP2212164 A JP 2212164A JP 21216490 A JP21216490 A JP 21216490A JP 3003179 B2 JP3003179 B2 JP 3003179B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic substrate
- glass ceramic
- brazing material
- metal
- melting point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ガラスセラミック基板と金属との接合方法に関し、 ガラスセラミック基板と金属との密着性を向上するこ
とを目的とし、 メタライズを施したガラスセラミック基板と金属板と
の接合に際し、融点の異なる二層のろう材を用い、融点
な高いろう材をガラスセラミック基板側に、また融点の
低いろう材を金属側に位置決めし、荷重焼成して一体化
することを特徴としてガラスセラミック基板と金属との
接合方法を構成する。
とを目的とし、 メタライズを施したガラスセラミック基板と金属板と
の接合に際し、融点の異なる二層のろう材を用い、融点
な高いろう材をガラスセラミック基板側に、また融点の
低いろう材を金属側に位置決めし、荷重焼成して一体化
することを特徴としてガラスセラミック基板と金属との
接合方法を構成する。
本発明はガラスセラミックスよりなる多層回路基板と
金属板との接合方法に関する。
金属板との接合方法に関する。
大量の情報を迅速に処理する必要から光通信が広く行
われるようになった。
われるようになった。
こゝで光通信の特徴は信号の多重化と共に高速伝送が
可能なことである。
可能なことである。
そこで、LSIやVLSIなどの半導体素子は信号の高速化
に適するように素子構成がなされている。
に適するように素子構成がなされている。
また、これを搭載する回路基板は低損失で熱伝導性が
良く、また電子回路は電気抵抗の少ない金属材料を用い
てパターン形成することが必要である。
良く、また電子回路は電気抵抗の少ない金属材料を用い
てパターン形成することが必要である。
発明者等はこの問題を解決するために基板材料として
ガラスセラミックスを用い、電子回路を銅（Cu）を用い
て形成した新しい構造のガラスセラミック基板を提案し
ている。
ガラスセラミックスを用い、電子回路を銅（Cu）を用い
て形成した新しい構造のガラスセラミック基板を提案し
ている。
（特願平１−553138,特願平１−559118など） 発明者等は伝送損失が少なく、高周波特性の優れた多
層セラミック回路基板を実用化するためには、 導体パターンの構成材料として抵抗率の少ないCuを
使用できること、 基板材料は誘電率が小さく、高周波特性が優れてい
ること、 基板の放熱性が優れていること、 などの条件を満たす材料として硼珪酸ガラスとアルミナ
とからなる複合誘電体を選んだ。
層セラミック回路基板を実用化するためには、 導体パターンの構成材料として抵抗率の少ないCuを
使用できること、 基板材料は誘電率が小さく、高周波特性が優れてい
ること、 基板の放熱性が優れていること、 などの条件を満たす材料として硼珪酸ガラスとアルミナ
とからなる複合誘電体を選んだ。
また、 半導体素子と多層セラミック回路基板とのワイヤボ
ンディングの配線距離を短くすると、 半導体素子の放熱性を良くすること、 などの条件を満たす構造として第２図（Ａ）および
（Ｂ）に示す構造を提案している。
ンディングの配線距離を短くすると、 半導体素子の放熱性を良くすること、 などの条件を満たす構造として第２図（Ａ）および
（Ｂ）に示す構造を提案している。
すなわち、半導体素子１を搭載する領域２を窓開けし
てガラスセラミック基板３を作り、この窓開けした領域
２の底に熱伝導性の優れた窒化アルミニウム（AlN）基
板４を設置し、この上に半導体素子１を接着した後に半
導体素子１の周辺に設けられているパッドとガラスセラ
ミック基板３に設けられているパッドとワイヤボンディ
ングする構造である。
てガラスセラミック基板３を作り、この窓開けした領域
２の底に熱伝導性の優れた窒化アルミニウム（AlN）基
板４を設置し、この上に半導体素子１を接着した後に半
導体素子１の周辺に設けられているパッドとガラスセラ
ミック基板３に設けられているパッドとワイヤボンディ
ングする構造である。
このような構造をとるガラスセラミック基板３はアー
ス電位を基板の全域に亙って得るために金属パッケージ
に接合する必要がある。
ス電位を基板の全域に亙って得るために金属パッケージ
に接合する必要がある。
従来は、この方法として第３図に示すようにガラスセ
ラミック基板３の裏面にCuペーストなどの導体ペースト
を塗布して後、焼成するなどの方法でメタライズ層６を
形成し、低融点のろう材７を用いて金属パッケージ５に
接合する方法が採られていた。
ラミック基板３の裏面にCuペーストなどの導体ペースト
を塗布して後、焼成するなどの方法でメタライズ層６を
形成し、低融点のろう材７を用いて金属パッケージ５に
接合する方法が採られていた。
然し、ろう材７が溶けた場合、メタライズ層６にろう
材７が挿入することから体積膨張が生じ、またメタライ
ズ層６を構成するガラスの基板との接触面積が減少する
結果として接着強度が低下し、セラミック基板３が剥離
し易くなることが問題であった。
材７が挿入することから体積膨張が生じ、またメタライ
ズ層６を構成するガラスの基板との接触面積が減少する
結果として接着強度が低下し、セラミック基板３が剥離
し易くなることが問題であった。
半導体素子を搭載したガラスセラミック基板はアース
電位を基板の全域に亙って得るために金属パッケージに
接合する必要がある。
電位を基板の全域に亙って得るために金属パッケージに
接合する必要がある。
この方法として金属パッケージとしてはガラスセラミ
ックスと熱膨張係数が近い金属からなるものを用い、融
点が約600℃の低融点ろう材を用いて接合を行ってい
た。
ックスと熱膨張係数が近い金属からなるものを用い、融
点が約600℃の低融点ろう材を用いて接合を行ってい
た。
然し、接合に当たってろう材が溶ける際に、このろう
材がメタライズ層とガラスセラミック基板との接合部に
まで侵入して体積膨張を生じ、またバインダとして働い
ているガラスの接触面積を減少させる結果、密着強度が
低下して剥離を起こすと云う問題がある。
材がメタライズ層とガラスセラミック基板との接合部に
まで侵入して体積膨張を生じ、またバインダとして働い
ているガラスの接触面積を減少させる結果、密着強度が
低下して剥離を起こすと云う問題がある。
そこで、この問題を解決することが課題である。
上記の課題は、メタライズを施したガラスセラミック
基板と金属板とを、融点の異なる二層のろう材用いて接
合する接合方法において、該二層のろう材の融点の差が
10〜50℃であって、融点の高い鑞材をガラスセラミック
基板側に、また融点の低いろう材を金属側に位置決め
し、融点の低いよう材は溶融し、一方、融点の高いろう
材は溶融しないろう付け温度において荷重焼成して一体
化するガラスセラミック基板と金属の接合方法により解
決することが可能になる。
基板と金属板とを、融点の異なる二層のろう材用いて接
合する接合方法において、該二層のろう材の融点の差が
10〜50℃であって、融点の高い鑞材をガラスセラミック
基板側に、また融点の低いろう材を金属側に位置決め
し、融点の低いよう材は溶融し、一方、融点の高いろう
材は溶融しないろう付け温度において荷重焼成して一体
化するガラスセラミック基板と金属の接合方法により解
決することが可能になる。
従来の構成におて剥離が起き易いのは溶融したろう材
がメタライズ層に侵入するためであることから、発明者
等は侵入を阻止し、ろう材の成分をメタライズ層に拡散
させて密着させることで解決できると考えた。
がメタライズ層に侵入するためであることから、発明者
等は侵入を阻止し、ろう材の成分をメタライズ層に拡散
させて密着させることで解決できると考えた。
第１図は本発明の原理図であって、融点は異なるが成
分が近似している二つのろう材を一体化して用い、ガラ
スセラミック基板３のメタライズ層６の側にはろう付け
温度においては溶融しない融点の高いろう材９を用い、
また金属パッケージ５の側にはろう付け温度において溶
融する融点の低いろう材10を使用するものである。
分が近似している二つのろう材を一体化して用い、ガラ
スセラミック基板３のメタライズ層６の側にはろう付け
温度においては溶融しない融点の高いろう材９を用い、
また金属パッケージ５の側にはろう付け温度において溶
融する融点の低いろう材10を使用するものである。
そして、ろう付け温度において融点の低いろう材10は
溶融し、一方、融点の高いろう材９は溶融しないことが
必要で、実験の結果、融点の異なる二層のろう材の融点
の差は10〜50℃が適当であることが判った。
溶融し、一方、融点の高いろう材９は溶融しないことが
必要で、実験の結果、融点の異なる二層のろう材の融点
の差は10〜50℃が適当であることが判った。
そして、金属パッケージ５の上に重し11を置き、不活
性雰囲気中で予め設定したろう付け温度で加熱すればよ
い。
性雰囲気中で予め設定したろう付け温度で加熱すればよ
い。
このようにすれば、融点の高いろう材９はメタライズ
層に拡散して密着し、また金属パッケージ５は融点の低
いろう材10を介して融点の高いろう材９と融点密着する
ので、強固な接合が可能となる。
層に拡散して密着し、また金属パッケージ５は融点の低
いろう材10を介して融点の高いろう材９と融点密着する
ので、強固な接合が可能となる。
融点の異なる二層のろう材を構成するためにデグサ社
製の次の４種類のろう材を使用した。
製の次の４種類のろう材を使用した。
実施例1:（融点差30℃の場合） 組成比が硼珪酸ガラス50重量％，アルミナ50重量％の
ガラスセラミック基板上にCuペースト（品番6001,デュ
ポン社）をスクリーン印刷し、乾燥した後、N2雰囲気中
で600℃で10分焼成してメタライズ層を作った。
ガラスセラミック基板上にCuペースト（品番6001,デュ
ポン社）をスクリーン印刷し、乾燥した後、N2雰囲気中
で600℃で10分焼成してメタライズ層を作った。
このメタライズ層の上に厚さが0.1mmのよう材Ａとろ
う材Ｂとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝4:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で680℃で
５分間亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッケ
ージとを接合した。
う材Ｂとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝4:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で680℃で
５分間亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッケ
ージとを接合した。
こゝで、焼成温度として640℃より高い680℃をとる理
由はガラスセラミック基板の熱容量によるもので、５分
間の焼成では基板温度は640℃には達しないことによ
る。
由はガラスセラミック基板の熱容量によるもので、５分
間の焼成では基板温度は640℃には達しないことによ
る。
この密着強度は測定の結果20MPaであり、従来の一層
ろう材を用いたものゝ密着密度が6MPaであるのに較べ充
分な値を得ることができた。
ろう材を用いたものゝ密着密度が6MPaであるのに較べ充
分な値を得ることができた。
実施例2:（融点差50℃の場合） 実施例１と全く同様にしてガラスセラミック基板の上
にCuのメタライズ層を形成した。
にCuのメタライズ層を形成した。
このメタライズ層の上に厚さが0.1mmのろう材Ｄとろ
う材Ｃとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝42:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で790℃で
５分間に亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッ
ケージとを接合した。
う材Ｃとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝42:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で790℃で
５分間に亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッ
ケージとを接合した。
この密着強度は測定の結果20MPaであり、従来の一層
ろう材を用いたものゝ密着密度が6MPaであるのに較べ優
れた結果を得ることができた。
ろう材を用いたものゝ密着密度が6MPaであるのに較べ優
れた結果を得ることができた。
実施例3:（融点差70℃の場合） 実施例１と全く同様にしてガラスセラミック基板の上
にCuのメタライズ層を形成した。
にCuのメタライズ層を形成した。
このメタライズ層の上に厚さが0.1mmのろう材Ｃとろ
う材Ａとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝42:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で710℃で
５分間に亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッ
ケージとを接合した。
う材Ａとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝42:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で710℃で
５分間に亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッ
ケージとを接合した。
この密度強度は測定の結果15MPaであり、従来の一層
ろう材を用いたものゝ密着密度が6MPaであるのに較べ優
れた結果を得ることができた。
ろう材を用いたものゝ密着密度が6MPaであるのに較べ優
れた結果を得ることができた。
比較例1:（融点差30℃，但し配置が逆） 実施例１と全く同様にしてガラスセラミック基板の上
にCuのメタライズ層を形成した。
にCuのメタライズ層を形成した。
このメタライズ層の上に厚さが0.1mmのろう材Ｂとろ
う材Ａとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝42:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で680℃で
５分間に亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッ
ケージとを接合した。
う材Ａとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝42:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で680℃で
５分間に亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッ
ケージとを接合した。
この密着強度は測定の結果6MPaであり、従来の一層ろ
う材を用いたものと同じ値で不良であった。
う材を用いたものと同じ値で不良であった。
比較例2:（融点差150℃，但し配置が逆） 実施例１と全く同様にしてガラスセラミック基板の上
にCuのメタライズ層を形成した。
にCuのメタライズ層を形成した。
このメタライズ層の上に厚さが0.1mmのろう材Ｂとろ
う材Ｄとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝42:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で830℃で
５分間に亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッ
ケージとを接合した。
う材Ｄとを載せ、この上に金（Au）メッキを施した鉄・
ニッケル合金（Ni:Fe＝42:58）よりなるパッケージを置
き、この上に100gの重しを載せてN2雰囲気中で830℃で
５分間に亙って熱処理し、ガラスセラミック基板とパッ
ケージとを接合した。
この密着強度は測定の結果1MPaであり、従来の一層ろ
う材を用いたものより劣っていた。
う材を用いたものより劣っていた。
以上記したように本発明の実施により、ガラスセラミ
ック基板を金属パッケージに接着する場合に剥離を生じ
ないのは勿論、従来に較べて強固な接合を得ることがで
きる。
ック基板を金属パッケージに接着する場合に剥離を生じ
ないのは勿論、従来に較べて強固な接合を得ることがで
きる。
第１図は本発明の実施法を示す原理図、 第２図は発明者等が提案している基板構造（Ａ）と半導
体素子の装着方法を示す断面図（Ｂ） 第３図は金属パッケージとの接合を示す断面図、 である。 図において、 １は半導体素子、２は領域、 ３はガラスセラミック基板、 ５は金属パッケージ、６はメタライズ層、 ９は融点の高いろう材、10は融点の低いろう材、 である。
体素子の装着方法を示す断面図（Ｂ） 第３図は金属パッケージとの接合を示す断面図、 である。 図において、 １は半導体素子、２は領域、 ３はガラスセラミック基板、 ５は金属パッケージ、６はメタライズ層、 ９は融点の高いろう材、10は融点の低いろう材、 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−194879（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/00
Claims (1)
- 【請求項１】メタライズを施したガラスセラミック基板
と金属板とを、融点の異なる二層のろう材用いて接合す
る接合方法において、該二層のろう材の融点の差が10〜
50℃であって、融点の高い鑞材をガラスセラミック基板
側に、また融点の低いろう材を金属側に位置決めし、融
点の低いろう材は溶融し、一方、融点の高いろう材は溶
融しないよう付け温度において荷重焼成して一体化する
ことを特徴とするガラスセラミック基板と金属との接合
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2212164A JP3003179B2 (ja) | 1990-08-11 | 1990-08-11 | ガラスセラミック基板と金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2212164A JP3003179B2 (ja) | 1990-08-11 | 1990-08-11 | ガラスセラミック基板と金属との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0497965A JPH0497965A (ja) | 1992-03-30 |
| JP3003179B2 true JP3003179B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=16617966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2212164A Expired - Lifetime JP3003179B2 (ja) | 1990-08-11 | 1990-08-11 | ガラスセラミック基板と金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3003179B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0907215B1 (de) * | 1997-10-02 | 2002-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Abdichten einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle oder eines Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapels |
-
1990
- 1990-08-11 JP JP2212164A patent/JP3003179B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0497965A (ja) | 1992-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4612601A (en) | Heat dissipative integrated circuit chip package | |
| JPS6232695A (ja) | セラミツクス回路基板 | |
| JP2572823B2 (ja) | セラミック接合体 | |
| JP3003179B2 (ja) | ガラスセラミック基板と金属との接合方法 | |
| JP3610247B2 (ja) | 配線基板 | |
| JP2002043478A (ja) | セラミック回路基板 | |
| JP3279844B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2652014B2 (ja) | 複合セラミック基板 | |
| JP3441194B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP3279846B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH05267496A (ja) | セラミックス配線基板の製造方法 | |
| JPH09199857A (ja) | 回路基板、その製造方法、電子デバイス実装体、ペースト組成物およびグリーンシート | |
| JP2687646B2 (ja) | セラミック回路基板の製造方法 | |
| JPH07207452A (ja) | 金属粉末組成物及びそれを用いたメタライズ基板の製造方法 | |
| JPH0760882B2 (ja) | ろう付け方法 | |
| JP2508545B2 (ja) | 半導体装置用基板 | |
| JP3134234B2 (ja) | メタライズ基板及びその製造方法 | |
| JP2000349098A (ja) | セラミック基板と半導体素子の接合体及びその製造方法 | |
| JP3808358B2 (ja) | 配線基板 | |
| JPH08288643A (ja) | 配線基板 | |
| JP3393745B2 (ja) | 配線基板 | |
| JP3297615B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPS60136390A (ja) | セラミツクモジユ−ル | |
| JPH02240995A (ja) | 電子部品実装用セラミックス基板 | |
| JPS60198892A (ja) | ピン付き多層セラミツク基板の製造方法 |