JPH02202041A - 複合型回路装置及び接合用ペースト - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複合型回路装置及び接合用ペーストに関するも
のである。

［従来の技術］ 従来複合型回路装置としては窒化アルミニウム（ＡＩＮ
）基板とアルミナ（Ａ１２０＊）基板等のセラミックス
基板の間に接着のための金属層と緩衝のための金属層を
設けたものが特開昭６３−１８６８７号公報によって報
告されているが、本質的に熱膨張係数の異なるＡＩＮ基
板とＡ１□０．基板を、接合しているため、加速信頼性
試験、例えば、＋１２５℃〜−５０℃、−周期３０分１
０００サイクルを実施した場合、接合部に、剥離、クラ
ック等の欠陥が発生し、気密性が低下するという欠点を
有していた。

［発明の解決しようとする課題］ 本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解
消しようとするものであり、従来知られていなかった複
合型回路装置及び接合用ペーストを新規に提供すること
を目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり
、セラミックス基板と窒化アルミニウム基板とを接合し
てなる複合型回路装置において、接合部が０．５〜２５
重量％のフィラーと合金からなり、該合金の組成は接合
部の総量に対してチタン０．１〜１０重量％、銀５５〜
７６重量％、銅１５〜３３重量％からなることを特徴と
する複合型回路装置等を提供するものである。

以下図面等に従って本発明の詳細な説明する。本発明は
ＡＩＮ基板とセラミックス基板を銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ
）−チタン（Ｔｉ）合金の粉末と低熱膨張率フィラー粉
末からなるものを使用し、接合して信頼性の高い複合型
回路装置等をつくることを目的とする。

第１図に本発明の複合型回路装置の代表的−例の断面図
を示す、第１図において１はＡＩＮ基板、２，３はセラ
ミックス基板、４は金（Ａｕ）層、５はＡＩＮ基板１と
セラミックス基板２の接合部、６はセラミックス基板２
の開口部、７はセラミックス基板２．３の側面、８はリ
ードフレーム、９は上蓋とセラミックス基板３の接合部
、ＩＯはセラミックス基板３の開口部、１１はＩＣのベ
アーチップ、１２はワイヤー、１４はセラミックス製上
蓋、である。

ＡＩＮ基板１としては、このＡＩＮ基板１上に搭載する
ＩＣのベアーチップ１１の熱放散のために、熱伝導率が
１００ｗ／ｍＫ以上のものが望ましい、かかるＡＩＮ基
板１としては例えば市販の旭硝子■製ＡＧＮ−１，ＡＧ
Ｎ−２（商品名）等が使用できる。

セラミックス基板２．３としては、アルミナ（ＡＩＪｓ
）　、ガラスセラミックス等の材質が使用でき、回路パ
ターンを形成する必要があるため例えば、次の特性をも
つものが望ましい。

熱膨張係数　　４３〜６３Ｘ　１０−’℃−誘　電　率
　　９．０未満 使用導体　　Ａｕ、　Ａｇ　（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（パラ
ジウム）、Ｃｕ（銅） 更にセラミックス基板２．３は特に材質は限定されない
が、ＡＩＮ基板基板熱膨張係数がほぼ同じものを使用す
ることが、クラック等の防止のために望ましい。

一例をあげると前記した旭硝子■製のＡＩＮ基板ＡＧＮ
−１，ＡＧＮ−２は熱膨張係数がほぼ４５Ｘ　１０−’
℃−１なのでこれを使用する場合これらとほぼ同じ熱膨
張率のものとして以下の組成のものが望ましい。％は特
に記載しない限り重量％を意味する。

Ｓｉｎ。

Ａ１□０゜ ｇＯ ａＯ ａＯ ｒＯ Ｂ２０゜ ｂ０ ３８〜４８％ １〜８％ ０〜１０％ １８〜２８％ １〜８％ ０〜１５％ ０．５〜１５％ ０〜２０％ Ｚｎ０　　　　　　　　　　　１０〜２０％Ｔｉ０ａ＋
Ｚｒ０ｚ　　　　　　　　（１〜　７％Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ
ａＯ＋に＊０　　　０〜５％のガラスフリット３０〜７
０％と耐火物フィラー２８〜７０％とＣｅ０ａ等の酸化
剤からなり、該耐火物フィラーは アルミナ　　　　　２０〜６０％ ジルコン　　　　　　０〜４０％ コージェライト　　　０〜３０％ フォルステライト　　０〜３０％ からなる。

また他の一例としては ガラスフリット　　２５〜６５％ Ａ１．０．粉末　　　　０〜６０％ ２Ｍｇ０・ＳｉＯ□粉末　　５〜６０％からなるセラミ
ックス基板用組成物から製造され、上記ガラスフリット
の組成は ＳＬ０□　　　　　　４０〜７０％ Ａｌ２Ｏ，４〜１５％ ＢＪｓ　　　　　　　１５〜３５％ ＢａＯＯ，５〜１５％ からなるセラミックス基板等が使用できる。

尚必要な場合は、有機バインダーの除去のためのＣｅＯ
＊等の酸化剤を上記組成に添加するものとする。

上記したＡＩＮ基板１とセラミックス基板２とを複合化
した場合、ＡＩＮ基板基板熱膨張係数をβ、セラミック
ス基板２の熱膨張係数なαとすると、熱膨張係数差１α
−β１≦０〜２０Ｘ　１Ｇ−’℃−１となって、クラッ
ク防止上望ましいが、１α−β１≦ＩＯＸ　１０−’℃
−１の材質等を選ぶことが更に信頼性の点でより望まし
い。

本発明にかかる接合部５はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金と低熱
膨張フィラーからなるものであり、接合部の総量に対し
て以下の組成のものが使用できる。尚％は特に記載しな
い限り重量％を意味する。

Ａｇ　　　　　　　　　　　　　　　５５　〜７６％Ｃ
ｕ　　　　　　　　　　　　　　１５〜３３％Ｔｉ　　
　　　　　　　　　　　　　Ｏ，１〜１０％低熱膨張フ
ィラー　０．５〜２５％ 本発明にがかるＡｇ、　Ｃｕの組成範囲は、Ａｇ−Ｃｕ
−Ｔｉ合金の融点がＡｇとＣｕの割合により影響される
ため、Ｃｕ１５〜３３％、Ａｇ５５〜７６％の組成が好
ましい。合金の安定性を考慮すると共晶点であるＣｕ　
　２８％、Ａｇ　　７２％の組成が融点も低く共晶点で
あるため特に望ましく、この付近のＣｕ２７〜２９％、
Ａｇ７１〜７３％程度が望ましい。

Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中のＴｉは、接合の加熱時（７０
０〜９００℃）の際に、ＡＩＮ基板１及びセラミックス
基板２中に拡散し、強固な接合層を生成する成分である
ため必須な成分であり、０．１％未満では効果に貧しく
好ましくなく、１０％を越えると、接合層がもろくなる
ため好ましくない。望ましい範囲は、０．５〜５％であ
り、特に望ましくは、１〜３％である。

低熱膨張率フィラー粉末は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の熱
膨張率を低下させ、ＡＩＮ基板１やセラミックス基板２
に近ずける働きをするものであって、必須の成分であり
、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金と接合の加熱（７００〜９００
℃）の際に反応しない物質であることが望ましい。

通常、Ｗ、　Ｍｏ、Ｏｓ、　ＬａＢａ、　ＴａＢａ、Ｗ
Ｊ、ＳｉＣ，ＬＣ。

ＷＣ，ＴａＮから選ばれた少なくとも１種を低熱膨張フ
ィラーとして使用する。

本発明にかかる低熱膨張フィラーは、添加量が０．５％
未満では、効果に貧しく、２５％を越えると相対的にＡ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の割合が低下し、接着力が低下する
とともに、もろ（なるので好ましくない。

好ましい範囲は、１〜１５％であり、特に好ましくは３
〜ｌＯ％である。

尚、本発明にかかる低熱膨張フィラーは、上記Ｗ等の物
質に限定されず、上記作用を奏するものであればどんな
ものでも使用できる。

開口部６．ｌＯは、１箇所に限定されず、複数個所有す
る構造であっても良い。

さらには、該セラミックス基板２．３の誘電率は信号伝
達速度の遅延を防止するため９．０未満であることが好
ましい。

リードフレーム８は、コバール（商標）、４２−アロイ
（商標）等が材質として通常使用される。

上記の複合型回路装置のセラミックス基板２．３の配線
用導体は、通常、Ａｕ、　Ａｇ、　Ａｇ−Ｐｄ、　Ｃｕ
等が使用される。

以上説明した第１図に示す複合型回路装置は以下のよう
に製作される。

第２図は、第１図に示す複合型回路装置の製作手順を示
す各部品の断面図である。第２図において１３はシール
用ガラス、　１５はリードフレーム８の上に形成された
金メツキである。

まず、上記したようなＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末、低熱
膨張率フィラー粉末を上記の所定の割合で、混合し、印
刷性を付与するため、有機ビヒクルを加え混練し、接合
用ペーストを準備する。

有機ビヒクルとしては特に限定されず、エチルセルロー
スやアクリル樹脂等の有機バインダーにアセトンやα−
テルピネオール等の溶剤を加えたものを用いることがで
きる。

次に前記したような材質を使用して開口部６を有するセ
ラミックス基板２とＡＩＮ基板１を準備し、ＡＩＮ基板
１、セラミックス基板２上の少な（とも一方の接合部５
に、塗布等の方法により上記接合用ペーストを形成する
。その後セラミックス基板２，３とＡＩＮ基板１とを圧
着して焼成（７００〜９００℃）し、接合が完了する。

次にＡＩＮ基板１上にベアーチップ１１搭載用の金層４
用のＡｕペーストを印刷等により形成し、焼成する。

尚、このＡｕペーストのＡＩＮ基板基板上形成と焼成は
、上記したＡＩＮ基板１とセラミックス基板２，３との
接合の焼成前に行なってもよく、またこのＡｕペースト
の焼成と上記ＡＩＮ基板１とセラミックス基板２，３と
の接合の焼成を同時に行うこともできる。

このようにして接合されたＡＩＮ基板１とセラミックス
基板２及び開口部１０を有するセラミックス基板３を製
作し、該セラミックス基板３の下面とセラミックス基板
２の上面にシール用ガラスペーストを印刷等の手段によ
り形成し、リードフレーム８をセラミックス基板２．３
の間に挟んで加熱する。このようにしてセラミックス基
板２．３をそれらの間に金メツキ部１５を有したリード
フレーム８を挾んで接合する。次にリードフレーム８を
折り曲げ第１図に示すようにする。次に第１図に示すご
と（開口部６の中にベアーチップ１１を入れ、金層４上
に搭載させて接合させ、シリコンと金の共晶を生じさせ
て接合させ、金等のワイヤー１２でボンディングを行な
う。最後にシール用ガラスペーストを上蓋１４とセラミ
ックス基板３の接合部９の少なくとも一方に塗布、印刷
等の方法で形成し、加熱して接合する。

また、別のタイプの複合型回路装置について断面図を第
３図に示し、どのようにして製作されるかについて説明
する。

開口部を有する２枚のガラスセラミックス基板のグリー
ンシートにＣｕペースト、Ａｇペースト、Ａｇ−Ｐｄペ
ースト、Ａｕペースト等を所定の回路に印刷等により形
成した後、積層して加圧し圧着する。更にコバール製等
の外部端子ビン１６を接合するため、上記２枚のグリー
ンシートの側面７に上記Ｃｕペースト等のサイド印刷等
により形成し、焼成した後、外部端子ビン１６を銀ロー
、半田等を使用し加熱して接合する。ワイヤー１２は上
記したＣｕペースト等からできたガラスセラミックス基
板上の導体上に形成された金メツキ部１７等上に接続す
る。他のＡＩＮ基板基板上ラミックス基板の接合等につ
いては第１図に示した複合型回路装置と同じである。

このようにして製作した複合型回路装置は、上記外部端
子ビン１６が２枚のセラミックス基板の間に挟持されて
いない構造となる。尚、本発明の複合型回路装置は第１
図、第３図に示した構造に限定されず、セラミックス基
板２とＡＩＮ基板１とが接合されている構造を有するも
のはすべて含まれるものとする。

なお、本発明にかかる接合用ペーストはＭｇ。

Ｃａ、　Ｓｒ、　Ｂａ、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｆｅ、　Ｃｕ
、　Ｚｎ、　Ｎｉ、　Ｚｒ、　Ｔｉ、　Ｓｎ、　Ｓｂ、
　Ａｌ。

ＳＬ等を酸化物換算で０．２％程度含有していてもよい
。

［作用］ 本発明におけるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の接合作用は、必
ずしも明確ではないが、合金中のＴｉが、接合の際の加
熱温度７００〜９００℃においてセラミックス基板及び
ＡＩＮ基板中に拡散し、強固な接合層を形成するものと
考えられる。

さらには、低熱膨張率フィラーは、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合
金の熱膨張率を低下させ、接合部の応力歪の発生を防止
し、接合部のクラック、剥離等の欠陥の発生を防止する
作用を示すものと考えられる。

［実施例］ 実施例Ｉ Ａ１．０３粉末１０％、２Ｍｇ０・ＳｉＯ□粉末５０％
、ガラスフリット粉末４０％に溶剤、分散剤、バインダ
ー、可塑剤を添加して混線、成型して厚さ１　、２ｍｍ
のグリーンシートを作製した。用いたガラスフリット粉
末の組成は、ＳｉＯ□：４５％、Ａｌｔｏｓ：１０％、
Ｂｔｕｓ：３５％、ＢａＯ：１０％から成っていた。こ
のグリーンシートを外寸３０ｍａ＋角で、中心部に２０
ｍｍ＋角の窓孔部を有する形状と、中心部に２５ｍｍ角
の開口部を有する形状に打ち抜き、各々、空気中にて１
０５０℃、４ｈｒ焼成して、第１図に示した様な開口部
６．１０を有するセラミックス基板２．３を得た。この
セラミックス基板の熱膨張係数は６２Ｘ　１０−’℃−
であった。

これとは別に市販ＡＩＮ基板（旭硝子■製ＡＧＮ−２、
外寸：　２５Ｘ　２５ｘ　１．Ｏｔｍｍ、熱伝導率２０
０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数４５Ｘ　１０−’℃−１）に金
Ｍ（第１図４）を形成した。

次いで、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末と低膨張フィラー粉
末、有機ビヒクルをアルミナ磁性乳鉢中で混練し、三本
ロールを通してペースト状に調整し、接合用ペーストを
作製した。

ここで用いたＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金、低膨張フィラーの
組成は［表−１］の上段に示した。

また、有機ビヒクル組成は、エチルセルロース樹脂５％
、α−テルピネオール９５％より成っていた。

そして、この接合用ペーストを上記ＡＩＮ基板上にスク
リーン印刷し、開口部を有する上記積層されたセラミッ
クス基板２と圧着し、空気中８５０℃にて１０分間焼成
して接合を行った。

次に開口部を有するセラミックス基板２の上面と開口部
を有するセラミックス基板３の下面にシール用ガラスペ
ーストを印刷し、コバール製リードフレームを間にはさ
んで、６８０℃にて１０分間加熱することにより、セラ
ミックス基板２．３を接合した。次いで、コバール製リ
ードフレームを折り曲げ、第１図に示すバーケージ構成
物を得た。なお、用いたコバール製リードフレームの先
端には、あらかじめＡｕメツキが施されていた。

次に第１図に示す如く、開ロ部６内部にＩＣのベアーチ
ップを４３０℃でグイボンドし、その後、金のワイヤー
で、ボンディングを行なった。

そして、上蓋をシール用ガラスペーストを用いて、３８
０℃で１０分間加熱することにより接合し、第１図に示
した如き、複合型回路装置を得た。

この複合型回路装置について一５０℃−十１２５℃のヒ
ートサイクル試験１分間１０００サイクルを行ない、接
合部の剥離、クラック等の欠陥の有無について評価する
と共にＨｅリーク量の測定を行ない、気密性について評
価を行なった。

評価結果を表＝１の下段に示した。

［表−１］の試料番号１−１０は、実施例であり、本発
明の接合用ペーストを用いてセラミックス基板とＡＩＮ
基板を接合したサンプルの評価結果であるが、クラック
、剥離等の欠陥は発生せず、Ｈｅリーク量もＩ　Ｘ　１
０−”ｃｃ／ｓｅｅ以下と優れた気密性を示した。

［表−１］の試料番号１１〜１６は、比較例であり、本
発明の組成以外の接合用ペーストを用いて接合したサン
プルの評価結果であるが、クラック、剥離等の欠陥が発
生し、Ｈｅリーク量も大きく、気密性に乏しいものであ
った。

−２′ン 実施例２ ＡｌｚＯｚ粉末９６％、スピネル２％、タルク２％に溶
剤、分散剤、バインダー、可塑剤を添加して混線、成型
して厚さ１．２ｍｍのグリーンシートを作製した。

このグリーンシートを用いて、実施例１と同様に第１図
に示した如き複合型回路装置を得た。

なお、このＡ１□０，９６％グリーンシートの焼成条件
は、１６００℃、１６８時間、Ｎ、−Ｈ，（５％）中の
焼成であった。

この複合型回路装置について、−５０℃−十１２５℃の
ヒートサイクル試験１分間１０００サイクルを行ない、
接合部の剥離、クラック等の欠陥の有無について評価す
ると共にＨｅリーク量の測定を行ない、気密性について
評価を行なった。

評価結果を［表−２１の下段に示した。

［表−２］の１〜ｌＯは、本発明の接合用ペーストを用
いて、ガラスセラミックス基板とＡＩＮ基板を接合した
サンプルの評価結果であるが、クラック、剥離等の欠陥
は発生せず、Ｈｅリーク量も５　ｘ　１０−”ｃｃ／ｓ
ｅｃ以下と優れた気密性を示した。

［表−２］の１１〜１７は、本発明の組成以外の接合用
ペーストを用いて接合したサンプルの評価結果であるが
、クラック、剥離等の欠陥が発生し、Ｈｅリーク量も太
き（、気密性に乏しいものであった。

［発明の効果］ 本発明においては、セラミックス基板と＾ＩＮ基板をＡ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金によって、金属層を介さず、直接接
合するため、セラミックス基板、ＡＩＮ基板にあらかじ
め金属層を形成する必要がな（、工程を簡略化できると
いう利点を有すると共に、接合部に剥離・クラック等の
欠陥のない、気密性に優れた回路基板を新規に提供する
ものであり、その工業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図二本発明の複合型回路装置の代表的−例の断面図
。 第２図：第１図に示す複合型回路装置の製作手順を示す
各部品の断面図。 第３図：第１図とは別のタイプの複合型回路装置の断面
図。 １：ＡＩＮ基板 ２．３：セラミックス基板 ５二接合部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）セラミックス基板と窒化アルミニウム基板とを接合
   してなる複合型回路装置において、接合部が０．５〜２
   ５重量％のフィラーと合金からなり、該合金の組成は接
   合部の総量に対してチタン０．１〜１０重量％、銀５５
   〜７６重量％、銅１５〜３３重量％からなることを特徴
   とする複合型回路装置。 ２）フィラー粉末と合金粉末と有機ビヒクルからなり、
   該フィラー粉末と該合金粉末の総量に対して固形分が フィラー０．５〜２５重量％ チタン０．１〜１０重量％ 銀５５〜７６重量％ 銅１５〜３３重量％ からなることを特徴とするセラミックス用 接合ペースト。