JPH0214189B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0214189B2 JPH0214189B2 JP59163894A JP16389484A JPH0214189B2 JP H0214189 B2 JPH0214189 B2 JP H0214189B2 JP 59163894 A JP59163894 A JP 59163894A JP 16389484 A JP16389484 A JP 16389484A JP H0214189 B2 JPH0214189 B2 JP H0214189B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite material
- copper
- ceramic substrate
- carbon fiber
- ceramic
- 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
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は、セラミツク基板及びその製造方法に
係わり、特に好ましくは、セラミツク基板の表層
に半導体素子であるシリコンや放熱板との接合を
阻害しない金属層を被覆した半導体素子搭載用セ
ラミツク基板及びその製造方法に関する。 〔発明の背景〕 炭化ケイ素に少量のベリリアを含むセラミツク
は、高熱伝導性と高電気絶縁性を兼ね備えた新し
いタイプのセラミツクである。このように優れた
特性を有するセラミツクは、半導体素子搭載用基
板等に用いられるが、半導体素子のシリコン等と
接合するため、表層を金属化する必要がある。 従来、セラミツク表層を金属化する方法は、用
途及び目的によつて種々ある。例えば、アルミナ
セラミツクへの金属化法は、特開昭55−113683号
にも述べられているように金属用組成物ペースト
をセラミツク上に塗布し、水素中あるいは水素と
窒素の混合気中で焼結して金属化層を作り、しか
る後ニツケルめつき等を施す方法が一般的に行わ
れている。そこで従来の方法で炭化ケイ素を主成
分とするセラミツク表層を金属化、すなわち、モ
リブデン粉末ペーストを印刷し、1300〜1500℃の
湿潤水素雰囲気及び乾燥水素雰囲気中で焼成して
金属化し電気ニツケルめつきする構造では、熱処
理による信頼性がニツケルめつき厚みに左右され
ると言う問題がある。 ここで、従来製造法の問題点について考察す
る。第２図に示すように、炭化ケイ素を主成分と
するセラミツク基体１表層を金属化２２して電気
ニツケルめつき２３した従来構造は、金属化層と
セラミツク境界からはく離を起しやすい。そし
て、第２図に示す従来構造の金属化層がはく離す
る原因は、炭化ケイ素、モリブデン及びニツケル
の熱膨張率が異なることにある。すなわち、炭化
ケイ素は3.5×10-6／℃、モリブデン4.9×10-6／
℃と炭化ケイ素とモリブデンとの熱膨張率は大差
ないのに比べ、ニツケルの熱膨張率は13.6×
10-6／℃と大きいため、熱処理の際の冷却時にお
いて、ニツケル層の収縮がセラミツク及びモリブ
デン層に比べ大となり、収縮小なモリブデン層と
セラミツクを引張り、相対的強さから金属化層と
セラミツク境界にはく離を起してしまうことにあ
る。特に、ニツケルめつき膜厚分布が不均一であ
つたり厚目であつたりすると、熱処理による収縮
応力が大きくなり、金属化層はよりはく離しやす
くなつてしまう。そのため、ニツケルめつき膜は
薄目に均一に分布しなければならないとの制約が
ある。 他方、半導体素子搭載用基板に用いられるセラ
ミツクは小形であり、大量に生産される。一般
に、小形物を一度に多数めつきする方法にバレル
めつき法がある。しかし、バレルめつきは、ダミ
ーを介して通電するため、めつき電流密度が一定
でなく、めつき膜厚分布もまた均一でない。した
がつて、炭化ケイ素を主成分とするセラミツク表
層を金属化し、バレル電気ニツケルめつきする
と、ニツケルめつき膜厚分布が不均一であるため
に、熱処理の際の収縮応力の不均一から金属化層
がはく離しやすくなつてしまう。
係わり、特に好ましくは、セラミツク基板の表層
に半導体素子であるシリコンや放熱板との接合を
阻害しない金属層を被覆した半導体素子搭載用セ
ラミツク基板及びその製造方法に関する。 〔発明の背景〕 炭化ケイ素に少量のベリリアを含むセラミツク
は、高熱伝導性と高電気絶縁性を兼ね備えた新し
いタイプのセラミツクである。このように優れた
特性を有するセラミツクは、半導体素子搭載用基
板等に用いられるが、半導体素子のシリコン等と
接合するため、表層を金属化する必要がある。 従来、セラミツク表層を金属化する方法は、用
途及び目的によつて種々ある。例えば、アルミナ
セラミツクへの金属化法は、特開昭55−113683号
にも述べられているように金属用組成物ペースト
をセラミツク上に塗布し、水素中あるいは水素と
窒素の混合気中で焼結して金属化層を作り、しか
る後ニツケルめつき等を施す方法が一般的に行わ
れている。そこで従来の方法で炭化ケイ素を主成
分とするセラミツク表層を金属化、すなわち、モ
リブデン粉末ペーストを印刷し、1300〜1500℃の
湿潤水素雰囲気及び乾燥水素雰囲気中で焼成して
金属化し電気ニツケルめつきする構造では、熱処
理による信頼性がニツケルめつき厚みに左右され
ると言う問題がある。 ここで、従来製造法の問題点について考察す
る。第２図に示すように、炭化ケイ素を主成分と
するセラミツク基体１表層を金属化２２して電気
ニツケルめつき２３した従来構造は、金属化層と
セラミツク境界からはく離を起しやすい。そし
て、第２図に示す従来構造の金属化層がはく離す
る原因は、炭化ケイ素、モリブデン及びニツケル
の熱膨張率が異なることにある。すなわち、炭化
ケイ素は3.5×10-6／℃、モリブデン4.9×10-6／
℃と炭化ケイ素とモリブデンとの熱膨張率は大差
ないのに比べ、ニツケルの熱膨張率は13.6×
10-6／℃と大きいため、熱処理の際の冷却時にお
いて、ニツケル層の収縮がセラミツク及びモリブ
デン層に比べ大となり、収縮小なモリブデン層と
セラミツクを引張り、相対的強さから金属化層と
セラミツク境界にはく離を起してしまうことにあ
る。特に、ニツケルめつき膜厚分布が不均一であ
つたり厚目であつたりすると、熱処理による収縮
応力が大きくなり、金属化層はよりはく離しやす
くなつてしまう。そのため、ニツケルめつき膜は
薄目に均一に分布しなければならないとの制約が
ある。 他方、半導体素子搭載用基板に用いられるセラ
ミツクは小形であり、大量に生産される。一般
に、小形物を一度に多数めつきする方法にバレル
めつき法がある。しかし、バレルめつきは、ダミ
ーを介して通電するため、めつき電流密度が一定
でなく、めつき膜厚分布もまた均一でない。した
がつて、炭化ケイ素を主成分とするセラミツク表
層を金属化し、バレル電気ニツケルめつきする
と、ニツケルめつき膜厚分布が不均一であるため
に、熱処理の際の収縮応力の不均一から金属化層
がはく離しやすくなつてしまう。
本発明の目的は、熱処理による信頼性が高く、
また、生産性を高めたセラミツク基板及びその製
造方法を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明を概説すれば、本発明の第１の発明はセ
ラミツク基板に関する発明であつて、絶縁性炭化
ケイ素からなるセラミツク製基体と、この基体上
に接合される銅又はアルミニウム−炭素繊維複合
材料層と、この複合材料層上に形成される金属被
覆層を備えていることを特徴とする。 そして、本発明の第２の発明は、セラミツク基
板の製造方法に関する発明であつて、絶縁性炭化
ケイ素からなるセラミツク製基体に、銅又はアル
ミニウム−炭素繊維複合材料層を接合させる工
程、該工程の前又は後で該複合材料層表面に該炭
素繊維が露出しないように処理する工程、及び最
後に金属めつきを行う工程の各工程を包含するこ
とを特徴とする。 本発明方法において使用する銅又はアルミニウ
ムマトリツクスに炭素繊維を埋め込んだ形態の銅
又はアルミニウム−炭素繊維複合材料は、熱伝導
性及び導電性が良く、熱膨張率が低い等の特性を
有すると共に、銅又はアルミニウムマトリツクス
は柔軟性を有するので応力緩和材にもなる。 本発明者等は、本発明によるセラミツク基板で
は、熱処理により金属めつき層に生じる収縮応力
が銅（又はアルミニウム）−炭素繊維複合材料に
よつて緩和されるので、金属化層のはく離を防止
できることを見出した。 本発明において使用する前記複合材料は公知の
材料であり、例えば銅−炭素繊維複合材料は、特
開昭53−128274号公報に、他方アルミニウム−炭
素繊維複合材料は、特開昭49−18891号公報に記
載されている。 しかし、前述したように、銅（又はアルミニウ
ム）−炭素繊維複合材料は、銅（又はアルミニウ
ム）マトリツクスに炭素繊維を埋め込んだ形態で
あり、表面に炭素繊維が露出していると均一な金
属めつきができない。そこで、銅（又はアルミニ
ウム）−炭素繊維複合材料の表面に炭素繊維が露
出しない形態にすることにより均一な金属めつき
層が得られる。 また、セラミツク製基体に接合した銅（又はア
ルミニウム）−炭素繊維複合材料は、金属めつき
膜に悪影響を及ばさないばかりでなく、本発明の
セラミツク基板の１用途である半導体素子搭載用
基板としての特性にも何ら悪影響を及ぼさない。 したがつて、本発明のセラミツク基板は、セラ
ミツク本来の特性を損わないばかりでなく、銅
（又はアルミニウム）−炭素繊維複合材料の特性を
も兼ね備えた新規構造を有する。そして、金属め
つきをする手段としてバレルめつき法を用いて
も、熱処理による信頼性を低下させないので、該
基板の量産ができることも見出した。 しかして、本発明方法において重要なる、炭素
繊維が露出しないように処理する工程は、それ自
体公知の方法で行つてよく、例えば、該複合材料
を接合する前又は後で、該複合材料を銅箔をつけ
るか、めつきで覆えばよく、あるいは、ホツトプ
レスで複合材料をサンドイツチすればよい。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例によつて更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されな
い。 なお、第１図は、本発明のセラミツク基板の１
例の構造を示す断面概略図である。第１図におい
て、符号１はセラミツク基体、２は銅（又はアル
ミニウム）−炭素繊維複合材、３は接合材、４は
めつきした金属材を意味する。 実施例 １ 造粒−ホツトプレス−切断・研削した厚み0.6
mm、幅９mm、長さ13mmの炭化ケイ素に少量のベリ
リアを含むセラミツク基体と、直径6μｍの炭素
繊維を45％含み表面を厚み20μｍの銅箔で覆つた
厚み0.1mm、幅８mm、長さ12mmの銅−炭素繊維複
合材料を、厚み25μｍのマンガンろうを用いアル
ゴン雰囲気中、温度870℃、保持時間１秒の条件
で接合し、酸性浴中で表面活性化処理した後、硫
酸ニツケル240ｇ／、塩化ニツケル45ｇ／、
ホウ酸30ｇ／から成るワツト浴又はスルフアミ
ン酸ニツケル375ｇ／、ホウ酸30ｇ／、ラウ
リル硫酸ナトリウム0.4ｇ／から成るスルフア
ミン酸ニツケルめつき浴を用い、温度50℃、めつ
き電流密度1A／ｄm2、回転速度5rpmで平均厚み
２、５、10μｍにバレルニツケルめつきしてセラ
ミツク／銅−炭素繊維複合材料／ニツケルの複合
板を作製した。 以上の方法で作製したセラミツク／銅−炭素繊
維複合材料／ニツケル複合板を、水素雰囲気中、
温度500℃、保持時間５分の熱処理をした結果、
第２表に示すように金属化層がはく離する等の変
形は認められなかつた。表中○印は金属化層に変
形のないことを示す。
また、生産性を高めたセラミツク基板及びその製
造方法を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明を概説すれば、本発明の第１の発明はセ
ラミツク基板に関する発明であつて、絶縁性炭化
ケイ素からなるセラミツク製基体と、この基体上
に接合される銅又はアルミニウム−炭素繊維複合
材料層と、この複合材料層上に形成される金属被
覆層を備えていることを特徴とする。 そして、本発明の第２の発明は、セラミツク基
板の製造方法に関する発明であつて、絶縁性炭化
ケイ素からなるセラミツク製基体に、銅又はアル
ミニウム−炭素繊維複合材料層を接合させる工
程、該工程の前又は後で該複合材料層表面に該炭
素繊維が露出しないように処理する工程、及び最
後に金属めつきを行う工程の各工程を包含するこ
とを特徴とする。 本発明方法において使用する銅又はアルミニウ
ムマトリツクスに炭素繊維を埋め込んだ形態の銅
又はアルミニウム−炭素繊維複合材料は、熱伝導
性及び導電性が良く、熱膨張率が低い等の特性を
有すると共に、銅又はアルミニウムマトリツクス
は柔軟性を有するので応力緩和材にもなる。 本発明者等は、本発明によるセラミツク基板で
は、熱処理により金属めつき層に生じる収縮応力
が銅（又はアルミニウム）−炭素繊維複合材料に
よつて緩和されるので、金属化層のはく離を防止
できることを見出した。 本発明において使用する前記複合材料は公知の
材料であり、例えば銅−炭素繊維複合材料は、特
開昭53−128274号公報に、他方アルミニウム−炭
素繊維複合材料は、特開昭49−18891号公報に記
載されている。 しかし、前述したように、銅（又はアルミニウ
ム）−炭素繊維複合材料は、銅（又はアルミニウ
ム）マトリツクスに炭素繊維を埋め込んだ形態で
あり、表面に炭素繊維が露出していると均一な金
属めつきができない。そこで、銅（又はアルミニ
ウム）−炭素繊維複合材料の表面に炭素繊維が露
出しない形態にすることにより均一な金属めつき
層が得られる。 また、セラミツク製基体に接合した銅（又はア
ルミニウム）−炭素繊維複合材料は、金属めつき
膜に悪影響を及ばさないばかりでなく、本発明の
セラミツク基板の１用途である半導体素子搭載用
基板としての特性にも何ら悪影響を及ぼさない。 したがつて、本発明のセラミツク基板は、セラ
ミツク本来の特性を損わないばかりでなく、銅
（又はアルミニウム）−炭素繊維複合材料の特性を
も兼ね備えた新規構造を有する。そして、金属め
つきをする手段としてバレルめつき法を用いて
も、熱処理による信頼性を低下させないので、該
基板の量産ができることも見出した。 しかして、本発明方法において重要なる、炭素
繊維が露出しないように処理する工程は、それ自
体公知の方法で行つてよく、例えば、該複合材料
を接合する前又は後で、該複合材料を銅箔をつけ
るか、めつきで覆えばよく、あるいは、ホツトプ
レスで複合材料をサンドイツチすればよい。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例によつて更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されな
い。 なお、第１図は、本発明のセラミツク基板の１
例の構造を示す断面概略図である。第１図におい
て、符号１はセラミツク基体、２は銅（又はアル
ミニウム）−炭素繊維複合材、３は接合材、４は
めつきした金属材を意味する。 実施例 １ 造粒−ホツトプレス−切断・研削した厚み0.6
mm、幅９mm、長さ13mmの炭化ケイ素に少量のベリ
リアを含むセラミツク基体と、直径6μｍの炭素
繊維を45％含み表面を厚み20μｍの銅箔で覆つた
厚み0.1mm、幅８mm、長さ12mmの銅−炭素繊維複
合材料を、厚み25μｍのマンガンろうを用いアル
ゴン雰囲気中、温度870℃、保持時間１秒の条件
で接合し、酸性浴中で表面活性化処理した後、硫
酸ニツケル240ｇ／、塩化ニツケル45ｇ／、
ホウ酸30ｇ／から成るワツト浴又はスルフアミ
ン酸ニツケル375ｇ／、ホウ酸30ｇ／、ラウ
リル硫酸ナトリウム0.4ｇ／から成るスルフア
ミン酸ニツケルめつき浴を用い、温度50℃、めつ
き電流密度1A／ｄm2、回転速度5rpmで平均厚み
２、５、10μｍにバレルニツケルめつきしてセラ
ミツク／銅−炭素繊維複合材料／ニツケルの複合
板を作製した。 以上の方法で作製したセラミツク／銅−炭素繊
維複合材料／ニツケル複合板を、水素雰囲気中、
温度500℃、保持時間５分の熱処理をした結果、
第２表に示すように金属化層がはく離する等の変
形は認められなかつた。表中○印は金属化層に変
形のないことを示す。
以上説明したように、本発明によれば、熱処理
による信頼性が高く、工程省略等により生産性の
高いセラミツク基板及びその製造方法が提供され
た点で、顕著な効果が奏せられた。
による信頼性が高く、工程省略等により生産性の
高いセラミツク基板及びその製造方法が提供され
た点で、顕著な効果が奏せられた。
第１図は本発明のセラミツク基板の１例の構造
を示す断面概略図、第２図は従来のセラミツク基
板の１例の構造を示す断面概略図である。 １：セラミツク基体、２：銅（又はアルミニウ
ム）−炭素繊維複合材、３：接合材、４：めつき
した金属材、２２：金属化層、２３：ニツケルめ
つき材。
を示す断面概略図、第２図は従来のセラミツク基
板の１例の構造を示す断面概略図である。 １：セラミツク基体、２：銅（又はアルミニウ
ム）−炭素繊維複合材、３：接合材、４：めつき
した金属材、２２：金属化層、２３：ニツケルめ
つき材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 絶縁性炭化ケイ素からなるセラミツク製基体
と、この基体上に接合される銅又はアルミニウム
−炭素繊維複合材料層と、この複合材料層上に形
成される金属被覆層を備えていることを特徴とす
るセラミツク基板。 ２ 絶縁性炭化ケイ素からなるセラミツク製基体
に、銅又はアルミニウム−炭素繊維複合材料層を
接合させる工程、該工程の前又は後で該複合材料
層表面に該炭素繊維が露出しないように処理する
工程、及び最後に金属めつきを行う工程の各工程
を包含することを特徴とするセラミツク基板の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59163894A JPS6141538A (ja) | 1984-08-06 | 1984-08-06 | セラミツク基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59163894A JPS6141538A (ja) | 1984-08-06 | 1984-08-06 | セラミツク基板及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6141538A JPS6141538A (ja) | 1986-02-27 |
| JPH0214189B2 true JPH0214189B2 (ja) | 1990-04-06 |
Family
ID=15782826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59163894A Granted JPS6141538A (ja) | 1984-08-06 | 1984-08-06 | セラミツク基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6141538A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2667313B2 (ja) * | 1991-07-15 | 1997-10-27 | 三菱電機株式会社 | 混成集積回路装置 |
| DE10320838B4 (de) * | 2003-05-08 | 2014-11-06 | Rogers Germany Gmbh | Faserverstärktes Metall-Keramik/Glas-Verbundmaterial als Substrat für elektrische Anwendungen, Verfahren zum Herstellen eines derartigen Verbundmaterials sowie Verwendung dieses Verbundmaterials |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55113683A (en) * | 1979-02-21 | 1980-09-02 | Kyoto Ceramic | Method and composition of metallizing carbide type ceramic body |
| JPS55127044A (en) * | 1979-03-26 | 1980-10-01 | Hitachi Ltd | Electric circuit substrate and its manufacture |
| JPS5745248A (en) * | 1980-09-01 | 1982-03-15 | Hitachi Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1984
- 1984-08-06 JP JP59163894A patent/JPS6141538A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6141538A (ja) | 1986-02-27 |
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