JPH01248648A - セラミックス回路基板 - Google Patents

セラミックス回路基板

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JPH01248648A JP63077225A JP7722588A JPH01248648A JP H01248648 A JPH01248648 A JP H01248648A JP 63077225 A JP63077225 A JP 63077225A JP 7722588 A JP7722588 A JP 7722588A JP H01248648 A JPH01248648 A JP H01248648A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックス基板上に銅回路板を直接接合し
てなるセラミックス回路基板に関する。
（従来の技術） 近年、パワートランスモジュール用基板やスイッチング
電源モジュール用基板等の回路基板としてセラミックス
基板上に銅回路板等の金属板を接合させたものがよく用
いられている。
このようなセラミックス回路基板の製造方法として、所
要形状の銅回路板をセラミックス基板上に接触配置させ
て加熱し、接合界面にＣｕ−０の共晶液相を生成させ、
この液相によりセラミックス基板の表面を濡らし、次い
で冷却固化してセラミックス基板と銅回路板とを直接接
合させる、いわゆるＤＢＣ法（ダイレクト・ボンディン
グ−カッパー法）が多用されるようになってきている。
このＤＢＣ法により形成されたセラミックス回路基板は
、セラミックス基板と銅回路板との接合強度が強く、単
純構造なので小型高実装化が可能であり、また作業工程
も短縮できるなどの長所を有している。
（発明が解決しようとする課題） ところで、上述したようなセラミックス回路基板に半導
体素子などを実際に塔載して使用する際には、第１図に
示すように、セラミックス基板１上に形成された銅回路
板２のマウント部２ａに半導体素子などの電子部品３を
半田付けなどによって塔載し、この電子部品３の電極と
銅回路板２における配線層として形成されたターミナル
電極２ｂとをＡｉワイヤ４などによってボンディングし
て電気的に接続させて用いられている。
このワイヤーボンディングは、一般に超音波エネルギー
を利用した超音波ボンディングが多用されているが、上
述したような銅回路板を有するセラミックス回路基板に
おいてはワイヤと銅回路板との接着性が一定しないとい
う問題があった。
すなわち、超音波ボンディング時にワイヤが銅回路板に
充分に接着されなかったり、またワイヤが銅回路板中に
めり込んでしまうなどの問題が発生している。
本発明はこのような従来技術の課題に対処するためにな
されたもので、銅回路板とボンディングワイヤとの接着
性を向上させるとともに安定させ、各種電子装置を構成
した′際の信頼性を向上させたセラミックス回路基板を
提供することを目的としている。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、セラミックス基板上に、所要形状の
銅回路板が加熱接合されてなるセラミックス回路基板に
おいて、前記銅回路板の硬度がビッカース硬度で４０ｋ
ｇ／−〜１００ｋｇ／　ｍ−の範囲であることを特徴と
している。
本発明において銅回路板の硬度を上述のように限定した
理由は、銅回路板のビッカース硬度が４０ｋｇ／ｉｆよ
り小さいと銅回路板が軟らかすぎて、超音波ボンディン
グ時に超音波エネルギーにより銅回路板が浸蝕されたり
、ボンディングワイヤーが接合部で不必要に伸び、接合
部近傍での破断の原因となる。また、ビッカース硬度が
１００ｋｇ／■イより大きいと超音波ボンディング時に
超音波が減衰して接着性が低下することによる。銅回路
板のビッカース硬度は、特に８０ｋｇ／−〜８０ｋｇ／
−の範囲が好ましい。
この銅回路板の硬度は、銅のインゴットを薄い銅板に仕
上げる工程における焼鈍の温度や時間、あるいは圧延時
の加工率によって制御することでき、これらを適正な条
件とすることにより所望の硬度を有する銅部材が得られ
る。また、銅部材とセラミックス基板とを接合させるた
めの加熱処理によっても若干鋼部材の硬度が変化するた
め、予め処理条件に応じて出発物となる銅部材の硬度を
決定する。
また、使用する銅部材としては少なくとも接合表面に結
合剤となる酸素を１１００ｐｐ〜３０００ｐＩ）■程度
の割合で含有する銅を圧延してなるものが好ましく、こ
の銅回路板の厚さは０．２５１ｇ＋〜０．（＋ｍｓの範
囲が有効である。
本発明に使用するセラミックス基板としては、アルミナ
、ベリリアなどの酸化物系のセラミックス焼結体や窒化
アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ケイ素な
どの非酸化物系のセラミックス焼結体など、各種セラミ
ックス基板を使用することが可能である。
なお、非酸化物系のセラミックス基板を使用する場合に
は、予め接合表面を酸化処理してから使用することが好
ましい。
本発明のセラミックス回路基板は、たとえば以下のよう
にして製造される。
すなわちまず、所定の硬度を有する銅部材を用い、所要
の回路形状に加工した・ものを、あるいは平板状の銅板
をセラミックス基板上に接触配置し、銅の融点（ＩＯＨ
℃）以下で銅と酸素の共晶温度（１０６５℃）以上の温
度に加熱することにより接合し、必要に応じて銅板にエ
ツチング加工などを施して回路パターンを形成すること
により得られる。
なお、加熱接合時の雰囲気は銅回路板として酸素を含有
する銅板を使用する場合には不活性ガス雰囲気が好まし
く、酸素を含有しない銅板を使用する場合には８０ｐｐ
ｍ〜３９００ｐｐｍ程度の酸素を含有する雰囲気が好ま
しい。
（作　用） 本発明のセラミックス回路基板においては、銅回路板の
硬度をビッカース硬度で４０ｋｇ／ｍｍ２〜１００ｋｇ
／−の範囲に規制している。これにより、超音波ボンデ
ィングに際して、ボンディングワイヤの接着力不足や銅
回路板内へのめり込みなどが低減され、安定してワイヤ
ボンディングを行うことが可能となり、モジュールとし
た際の信頼性が向上する。
（実施ｆ１） 次に、本発明の実施例について説明する。
実施例１〜３ まず、第１図に示すように、アルミナを主成分とするセ
ラミックス基板（アルミナ９６重量％、他に焼結助剤成
分を４重量％含む）１の両面に次表に示すビッカース硬
度を有する厚さ　０．３ｍａ＋の銅回路板２をそれぞれ
接触配置し、窒素ガス雰囲気中で１０７５℃、１０分の
条件で加熱して接合させ、それぞれセラミックス回路基
板を作製した。
このようにして得たセラミックス回路基板における銅回
路板２のビッカース硬度は、それぞれ次表に示す通りで
あった。
次に、これらセラミックス回路基板の銅回路板２におけ
るマウント部２ａにそれぞれシリコンチップ３を半田付
けによって搭載し、超音波ボンディング法によって半導
体素子３の電極と銅回路板２のターミナル電極２ｂにそ
れぞれＡβワイヤ４を接合した。次いで、このＡｊ２ワ
イヤ４の接合強度を破壊試験により測定した。その結果
も合せて次表に示す。
なお、表中における比較例は、銅回路板のビッカース硬
度が６０ｋｇ／−と　１３０ｋｇ／−であること以外は
実施例と同様にしてセラミックス回路基板および半導体
モジュールを作製し、同様にＡｊ２ワイヤの接合強度を
破壊試験により測定したものである。
（以下余白） ｔｌ：接合強度は破壊が生じた際のビール強度で評価し
たものである。
前表の破壊試験の結果からも明らかなように、この実施
例の各セラミックス回路基板は、Ａλワイヤー中央部か
ら破断しているとともにその際の接合強度も太き（、よ
って強固にかつ安定してＡβワイヤーが接合されていた
ことがわかる。これに対して、銅回路板の硬度の小さい
比較例１によるセラミックス回路基板においては接合強
度も小さく、また接合部近傍で破断していることから、
Ａβワイヤーに不必要な伸びが発生していたことがわか
り、また銅回路板の硬度の大きい比較例２のセラミック
ス回路基板においては、ワイヤーのはがれが起こり、明
らかに接合強度が不足していたことがわかる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明のセラミックス回路基板にお
いては、銅回路板の硬度を適正な値にしたので、超音波
による銅回路板とボンディングワイヤとの接着性が向上
し安定したものとなる。したがって、半導体モジュール
のような各種電子装置を作製した際に信頼性に優れたも
のが得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のセラミックス回路基板の構成の一例お
よびその銅回路板に半導体素子を実装した状態゛を示す
図である。 １・・・・・・・・・セラミックス基板゛２・・・−・
・・・・・銅回路板 ３・・・・・・・・・半導体素子 ４・・・・・・・・・Ａβワイヤ 出願人　　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第１図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）セラミックス基板上に、所要形状の銅回路板が加
    熱接合されてなるセラミックス回路基板において、 前記銅回路板の硬度が、ビッカース硬度で４０ｋｇ／ｍ
    ｍ＾２〜１００ｋｇ／ｍｍ＾２の範囲であることを特徴
    とするセラミックス回路基板。
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