JPH02237054A - 複合型回路装置 - Google Patents

複合型回路装置

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JPH02237054A
JPH02237054A JP1231399A JP23139989A JPH02237054A JP H02237054 A JPH02237054 A JP H02237054A JP 1231399 A JP1231399 A JP 1231399A JP 23139989 A JP23139989 A JP 23139989A JP H02237054 A JPH02237054 A JP H02237054A
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複合型回路装置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（　ＡＩ
Ｎ　）基板とアルミナ（　Ａｔ■０，）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
、本質的に熱膨脹係数の異なるＡＩＮ基板とＡ１＊Ｏｓ
基板を、接合していろため、加速信頼性試験、例えば、
＋１２５℃〜−５０℃、一周期３０分ｌ０００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１ 本発明は、前述の問題を解決すべくなされたものであり
、熱膨脹が窒化アルミニウム基板とほぼ同じガラスセラ
ミックス基板と窒化アルミニウム基板とが接合されてい
る構造を有す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。
以下本発明を詳細に説明する。本発明は、ＡＩＮ基板に
熱膨脹率がほぼ同一のガラスセラミックス基板を接合さ
せて、クラック等の発生することが少ない信頼性の高い
複合型回路装置をつくることを目的とする。尚ガラスセ
ラミックス基板とはガラスとセラミッスクフィラーから
なるものをいう。第１図に本発明の複合型回路装置の代
表的一例の断面図を示す。第１図において１はＡＩＮ基
板、２．３はガラスセラミックス基板、４は金（　Ａｕ
　）層、５はＡＩＮ基板１とガラスセラミックス基板２
の接合部、６はガラスセラミックス基板２の開口部、７
はガラスセラミックス基板２．３の側面、８はリードフ
レーム、９は上蓋とガラスセラミックス基板３の接合部
，１０はガラスセラミックス基板３の開口部，　１１は
ＩＣのべアーチップ、１２はワイヤー１４はガラスセラ
ミックス製上蓋、である。
ＡＩＮ基板ｌとしては、このＡＩＮ基板１上に搭載する
ＩＣのべア−チップｌ１の熱放散のために、熱伝導率が
１００ｗ　／　ｍ　Ｋ以上のものが望ましい。かかるＡ
ＩＮ基板１としては例えば市販の旭硝子■製ＡＧＮ−１
．ＡＧＮ−２　（商標）等が使用できる． ガラスセラミックス基板２．３としては、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． 熱膨脹係数　４３〜６３ｘ　１０−”Ｃ−’誘電率　　
　９．０未満 使用導体　　Ａｕ（金）　．　Ａｇ（銀），Ａｇ−Ｐｄ
（銀一パラジウム），Ｃｕ（銅）．　Ａｕ−Ｐｔ（金一
白金） ？にガラスセラミックス２．３はＡＩＮ基板１と熱膨脹
係数がほぼ同じものなら特に材質は限定されず使用でき
る。一例をあげると前記した旭硝子■製のＡＩＮ基板Ａ
ＧＮ−１．ＡＧＮ−２は熱膨脹係数がほぼ４５Ｘ１０−
”Ｃ−’なのでこれを使用する場合これらとほぼ同じ熱
膨脹率のガラスセラミックスとして以下の組成のものが
使用できる。％は特に記載しない限り重量％を意味する
。
ＳｉＯ■ Ａｌｉａｓ ＭｇＯ ＢａＯ ＣａＯ ＳｒＯ Ｂ２０３ ＰｂＯ ＺｎＯ ＴＩＯｘ＋ＺｒＯ＊ ＬｉｔＯ＋　Ｎａ＊Ｏ＋　Ｋ＊０ ３８〜４８％ １〜　８％ ０〜１０％ １８〜２８％ １〜　８％ ０〜１５％ ０．５〜１５％ Ｏ〜２０％ ＩＱ〜２０％ ０〜　７％ ０〜　５％ ？ガラスフリット３０〜７０％と耐火物フイラー２８〜
７０％とＣｅＯａ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％ フオルステライト　　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％ Ａｌ！０．粉末　　　　０〜６０％ ２ＭｇＯ・ＳｉＯ■粉末　　５〜６０％からなるガラス
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ＳｉＯｉ　　　　　　　　４０〜７０％
Ａｌ．０３４〜１５％ Ｂａ０３１５〜３５％ Ｂａ０　　　　　　　　０．５　〜１５％からなるガラ
ス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Ｃｅｎ
ｔ等の酸化剤を上記組成に添加するものとする． 以上述べたガラスセラミックス基板は抗折強度２０００
ｋｇ／ｃｍ”前後であるが、更により抗折強度の優れた
他のガラスセラミックス基板について例示する． アルミナ（　ＡＩＪｓ　）　　　　　５０〜９１％Ｓｉ
Ｏｚ　　　　　　　　　　　　５〜３０％Ｐｂ０　　　
　　　　　　　　　　３〜２０％８２ｏｓ　　　　　　
　　　　　　Ｏ〜１５％アルカリ土類金属酸化物　０．
５〜１５％（　ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　）Ｔ
ｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆ　　の酸化物　　　　０〜６％このガラ
スセラミックス基板の熱膨張係数は約４２〜６３Ｘ　１
０−’（　”Ｃ−’）であり、上記組成について順次説
明してい《． このガラスセラミックス基板は、アルミナを最も多く含
んでおり、アルミナの含有量はこのガラスセラミックス
基板の強度及び配線用等の導体との反応性に関係する。
アルミナが、５０％未満の場合、このガラスセラミック
ス基板と表面導体との反応性が高まり、その結果、導体
の半田濡れ性を阻害するので好ましくなく、９１％を越
えると誘電率が９．０を越えて高くなるので好ましくな
い。また、アルミナの含有量が多い方がこのガラスセラ
ミックス基板の抗折強度は太き《なる傾向にある。
以上の点を鑑みるとアルミナの必要な範囲は５０〜９１
％である。また望ましい範囲は５５〜８０％であり、特
に望ましい範囲は６０〜７０％である。
ＳｉＯａは５％以下ではこのガラスセラミックス基板が
焼結しにくくなり、３０％以上であると抗折強度が低下
するので、５〜３０％が必要である。望ましい範囲は１
０〜２０％であり、特に望ましい範囲は１５〜１９％で
ある。
ＰｂＯは３％未満のときは、このガラスセラミックス基
板が焼結不良となるので好ましくな《、２０％以上であ
るとこのガラスセラミックス基板の誘電率が大きくなる
ので好ましくな《、必要な範囲は３〜２０％である。望
ましい範囲は１０〜１８％であり、特に望ましい範囲は
１４〜１７％である。
Ｂ２０，はフラックス成分であり、１５％より多いと耐
水性が低下するので好ましくなく、必要な範囲は０〜１
５％である。望ましい範囲は０，５〜５％であり、特に
望ましい範囲は１〜３％である。
アルカリ土類金属酸化物が０．５％より少ないと焼結不
良になり好まし《ない。１５％より多いとこのガラスセ
ラミックス基板の誘電率が太き《なるため好ましくない
。望ましい範囲は　１〜５％であり、特に望ましい範囲
は１．５〜３％である。
Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆの酸化物は、添加することにより熱膨
張率が少な《なるので好ましいが、６％を越えると誘電
率が悪《なり好ましくなく、望ましい範囲は３％以下で
ある。特に望ましい範囲は１％以下である。尚Ｔｉ＋Ｚ
ｒ＋Ｈｆの酸化物はこの３つのうち、１つだけでもよ《
、他の酸化物を？まなくともよいものとする。
以上により、このガラスセラミックス基板の組成の望ま
しい範囲は アルミナ（　Ａ１．０３　）　　　　　５５〜８０％Ｓ
Ｌ０．　　　　　　　　　　　　１０〜２０％Ｐｂ０　
　　　　　　　　　　　１０〜１８％Ｂ．０．　　　　
　　　　　　　０．　５〜５％アルカリ土類金属酸化物
　　１〜５％ Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆ　　　　　　　　　　Ｏ　〜３％であ
り、特に望ましい範囲は アルミナ（　Ａｌ■Ｏｘ　）　　　　　６０〜７０％Ｓ
Ｌ０２１５〜１９％ Ｐｂ０　　　　　　　　　　　　１４〜１７％ＢｚＯｓ
　　　　　　　　　　　　　１〜３％アルカリ土類金属
酸化物　１．５〜３％＋Ｚｒ＋ＨｆＯ〜１％ である。
なお、このガラスセラミックス基板組成物の一部は、結
晶質．非品質又はガラス質のいずれか１つの相又は、こ
れらの中の２つ以上の相が共存している場合でも本発明
の効果に変わりはない。
以上例示したこのガラスセラミックス基板組成物につい
ては、その無機成分の総量に対して、ガラス溶解時に清
澄剤，溶融促進剤として硝酸塩．亜ヒ酸，酸化アンチモ
ン，硫酸塩，フッ化物，塩化物等を０〜５％添加しても
よい。
また、着色剤（例えば耐熱性無機顔料，金属酸化物）を
０〜５％添加してもよい。
さらには、導体材料として、Ｃｕ　，Ｗ　，Ｍｏ−Ｍｎ
，Ｎｉ等の空気中で酸化される金属を用いる場合には、
窒素等の不活性雰囲気又は窒素一水素雰囲気中で、焼成
する必要が有り，その場合、該ガラスセラミックス基板
中の脱バインダーを促進するため、該ガラスセラミック
ス基板組成物中に、酸化剤として、Ｃｒ２０ｓ，ＶＪｓ
　．ＣｅＯｚ　，ＣｏＯ　，ＳｎＯｚを該ガラスセラミ
ックス基板組成物の無機成分の総量に対し、単独又は混
合で０−１０％添加するのが好ましい。
しかしながら、添加量が１０％を越えると、該？ラスセ
ラミックス基板の絶縁抵抗値が低下するので好ましくな
く、０．０５％未満の場合には、脱バインダーが促進し
に《くなる。
上記本発明にかかる酸化剤の添加の特に望ましい範囲は
０．５〜５％であり、特に望ましい範囲は１〜３％であ
る。更に上記５種の酸化剤のうち、Ｃｒ＊Ｏｓ，ＣｏＯ
が望ましく、ＣｒｘＯｓが特に望ましい。このように上
記酸化剤を添加して焼成されたセラミックス基板は、無
機成分が酸化物換算で実質的にアルミナ５０〜９１％，
　ＳＬ０■５〜３０％，Ｐｂ０　３〜２０％，　ＢｇＯ
ｓ　Ｏ〜１５％，アルカリ土類金属酸化物０、５〜１５
％，Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆの酸化物Ｏ〜６％と、上記無機成
分の総量に対して実質的に酸化クロムをＣｒａＯｔ換算
で、酸化バナジウムをＶ２Ｏ５換算で、酸化セリウムを
ＣｅＯ．換算で、酸化コバルトをＣｏＯ換算で、酸化錫
をＳｎＯｚ換算で、酸化クロム＋酸化バナジウム＋酸化
セリウム＋酸化コバルト＋酸化錫Ｏ〜１０％から構成さ
れたものとなる。
上記これらのガラスセラミックス基板は、例えば、次の
ようにして製造される。
これらのガラスセラミックス基板組成物に有機バインダ
ー．可塑剤．溶剤を添加し混練してスラリーを作成する
。この有機バインダーとしては、ブチラール樹脂，アク
リル樹脂、可塑剤としてはフタル酸ジブチル，フタル酸
ジオクチル．フタル酸ブチルーベンジル、溶剤としては
、トルエン，アルコール等いずれも常用されているもの
が使用できる。
次いでこのスラリーをシートに成形し、乾燥することに
より未焼結のシート、いわゆるグリーンシ一トが作成さ
れる。次いで、このグリーンシ一トにビアホール用等の
穴を開け、片面にＣｕ　，Ａｇ　，Ａｇ−Ｐｄ　，Ａｕ
　，Ａｕ−Ｐｔ　．Ｎｉ　，Ｗ　，　Ｍｏ−Ｍｎ，Ｍｏ
等のペーストを所定の回路に厚膜印刷する。この時、ビ
アホールにはＣｕ　．Ａｇ　．Ａｇ−Ｐｄ　，Ａｕ，　
Ａｕ−Ｐｔ，　Ｎｉ，　Ｗ，　Ｎｏ−Ｍｎ，　Ｍｏ等の
ペーストが満たされる。次に、これらの印刷グリーンシ
一トを所定の枚数重ね合わせ、熱圧着により積層化し、
焼成して、多層ガラスセラミックス基板となる。
尚焼成条件としては、Ａｇ−Ｐｄ　，Ａｕ　，Ａｕ−Ｐ
ｔ導体を用いる場合には、空気中で６００〜１０５０℃
で焼成を行ない、Ｃｕ　，Ｎｉ　，Ｗ　，Ｍｏ−Ｍｎを
用いる場合には、窒素等の不活性雰囲気又は窒素一水素
雰囲気中，６００〜１４００℃の温度で、焼成を行なう
。
以上の如く製造された多層ガラスセラミックス基板は回
路が絶縁基板を介して多層に積層されたものとなる。
以上の製造についての説明は多層ガラスセラミックス基
板について行なったが、上記のような積層化を行なわな
ければ単層セラミックス基板の製造も、勿論可能であり
、このようにして得られた単層、多層ガラスセラミック
ス基板を上記複合型回路装置に使用する。
上記したＡＩＮ基板１と上記例示の数種のガラスセラミ
ックス基板２とを複合化した場合、ＡＩＮ基板ｌの熱膨
張係数をβ、ガラスセラミックス基板２の５００℃以下
の熱膨張係数なａとすると、熱膨張係数差１α−β１≦
２０Ｘ　１０−’℃−１となり、ＡＩＮ基板とＡＩｔｏ
，基板との熱膨張率差２７〜３２ｘ　１０−ｙ℃１に比
較して非常に小さくなり望ましい。１α−β１≦１０ｘ
　１（１−ｙ℃−１が更に信頼性の点でより望ましい。
上記範囲の中で特に望ましい範囲は３　Ｘ　１０−’℃
−１≦α−β≦６　Ｘ　ｔｏ−？℃−　１である。
第４図にガラスセラミックス基板、ＡＩＮ基板の熱膨張
率一温度特性を示す。第４図においてＴｇはガラスがガ
ラス化し始めるガラス転移点であり、　７００〜１００
０℃の範囲内であって、約１００℃の幅を有する．また
Ｔ１はガラス軟化点である。第４図に示すようにガラス
は温度がＴ．を越えると熱膨張係数が、約３倍に増大す
る。ガラスがこのような複雑な特性を有するため、ガラ
スを含有したガラスセラミックス基板の熱膨張係数はＴ
ｇ間あるいは、Ｔｇ前後で変動する。
従って、上記α一βの特に望ましい範囲はこのような理
由によって特定される。第１図に示したＡＩＮ基板ｌと
ガラスセラミックス基板２を接合する場合、銀ローを使
用するにして，もガラス層を接合部５に使用するにして
も８００〜ｌ０００℃程度の温度にしなければならず、
上記α−βの特に望ましい範囲は接合部５の内部応力を
小さくするのに有効である。
上記複合化により接合部５に、熱膨脹の差を緩和するた
めの特殊な金属層を形成する必要がなく、通常の接合方
法例えば、半田，銀ロー等による金属接合や、低融点ガ
ラスを用いたガラス接合接着剤等で充分な信頼性を得る
ことが出来る。接着剤による接合の場合は通常エボキシ
系、ポリイミド系等の接着剤が使用できる。
α一β１が、２０Ｘ　１０−’℃−１を越える場合には
、熱膨脹係数差によって発生する応力を緩和する必要が
あるために特別な構造を必要とするため好まし《ない。
本発明の複合型回路装置は，第１図に示すような開口部
６，１０を有するガラスセラミックス基板２．３を用い
ることによりＩＣチップの封止が容易になると共に生産
性の悪いＡＩＮ基板１の使用量が少な《なるという利点
を有する。
開口部６，ＩＯは、工筺所に限定されず、？Ｉ数個所有
する構造であっても良い。
さらには、該ガラスセラミックス基板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（簡標），４２−アロイ
（商標）等が材質として通常使用される。
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
メッキ部である。
開口部６を有するガラスセラミックス基板２とＡＩＮ基
板１を準備し、ガラスセラミック基板２上の接合部５に
接合用の銀（Ａｇ）．銀一パラジウム　（Ｐｄ），銅（
Ｃｕ）等の金属ペーストを印刷等により形成し、焼成す
る。次にＡＩＮ基板ｌ上にベアーチップ１１搭載用の金
層４用のＡｕべ−ストを印刷等により形成し、更に接合
用の上記の金属ペーストを印刷等により形成する。そし
て１０００℃以下の温度で焼成し、上記した数種のガラ
スセラミックス基板２とＡＩＮ基板ｌの接合部５の少な
《とも一方に銀ロー等を印刷又は塗布等の方法により形
成し、加熱して、ガラスセラミックス基板２とＡＩＮ基
板ｌを接合する。尚この銀ローの替りに半田付けを行な
って接合してもよい。
銀ロー，半田を使用した場合はガラスセラミックス基板
２上の導体とＡＩＮ基板ｌ上の導体を電気的に接続でき
る利点がある。　このようにして接合されたＡＩＮ基板
１とガラスセラミックス基板２及び開口部１０を有する
ガラスセラミックス基板３を製作し、該ガラスセラミッ
クス基板３の下面とガラスセラミックス基板２の上面の
少なくとも一方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をガラスセラミック
ス基板２．３の間に挟んで加熱する。このようにしてガ
ラスセラミックス基板２．３をそれらの間に金メッキ部
ｌ５を有したリードフレーム８を挟んで接合する。次に
リ一ドフレーム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の中にべアーチップ１
１を入れ、金Ｈ４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ｌ４とガラスセラミックス基板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、ガラスセラミックス基板２と　ＡＩＮ基板ｌとの
別の接合方法について説明する。ガラスフリットに有機
ビヒクルを加えて混練し、べ一スト状としたものが接合
部５になるように塗布し、ガラスセラミックス基板２と
ＡＩＮ基板ｌとを圧着して焼成し、固化させればよい。
ペーストを塗布する部分としては、ガラスセラミックス
基板２又はＡＩＮ基板１のどちらがであればよい・が、
ガラスセラミックス基板２と　ＡＩＮ基板１の両方に塗
布してもよい． かかる接合部５のガラス層としては、このガラス層の熱
膨脹係数であるγが、Ｉβ一γ≦３０Ｘ　１Ｇ−’℃−
１であることが必要とされる。
β一γ１が３０Ｘ　ｔｏ−’℃１を越えると、該ガラス
層と、ガラスセラミックス基板２又はＡＩＮ基板ｌとの
熱膨脹係数差が太き《、接合部５の充分な信頼性が得ら
れない。望ましくは、１β一γ１≦２０Ｘ　１０−’℃
−１であり、更に望ましくは１β−γ１≦５　Ｘ　１０
−’℃−１である。
さらに、かかるガラス層としては、ガラスフリットの他
にＡｌｔｏｎ，　ＭｇＯ，ムライト，フォルステライト
，ステアタイト，コージエライト，石英，　ＡＩＮ等の
セラミック粉末をフィラーとして添加したものであって
も上記の熱膨脹係数の条件を満足すれば使用できる。ま
た、ガラスフリットの組成については、特に限定されず
、ＢｚＯｘ−ＳｉＯｔ系，　ＢａＯｓ−Ａｌｔｏｓ−Ｓ
ｉＯａ系，　ＰｂＯ−ＢａＯｚ−Ｓｉｆｔ系，　ＣａＯ
−Ｂ＊Ｏｓ−ＳｉＯｘ−ＡｌａＯｓ系，　ＢａＯ−Ｂｚ
Ｏｚ−Ｓｉｎｇ−Ａｌｉａｓ系，　ＺｎＯ−ＢｚＯｉ−
Ｓｔｏ２系等が挙げられる． さらに、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−テルビネオール等の溶剤を加えたものを用いる
ことができる。
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、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
ンシ一トに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ｌ６を接合するため、上記２枚のグリー
ンシ一トの側面７に上記Ｃｕペースト等をサイド印刷等
により形成し、焼成した後、外部端子ビンｌ６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ッキ部１７等上に接続す
る。他のＡＩＮ基板１とガラスセ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、？記外部端
子ビン１６がガラスセラミック基板２．３の間に扶持さ
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、ガラスセラミ
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。
［実施例］ （実施例１） Ａ１ａＯｓ粉末５０％，　２ＭｇＯ・ＳｉＯ■粉末５％
，ガラスフリット４５％に可塑剤，溶剤を添加して混線
、成形して厚さ１．２ｍｍのグリーンシ一トを作製した
。
上記ガラスフリット組成は、 ＳｉＯｉ　４５％，　Ａｉｔｏｓ　１０％，　Ｂ．０．
　３５％．Ｂａ０　１０％ からなっていた。
このグリーンシ一トを外寸３０　ｍｍ角で中心部に２０
　ｍｍ角の開口部を有する形状と、中心部に２５　ｍｍ
角の開口部を有する形状に１００枚ずつ打ち抜き、１０
５０℃，４時，間空気中で焼成し、第２図に示した様な
開口部６．１０を有するガラスセラミックス基板を２種
得た． このガラスセラミックス基板の熱膨脹係数αは４５Ｘ　
１０−’℃−１であった。
これとは別に、市販ＡＩＮ基板（２５ｘ　２５ｘ　１．
Ｏｍｍ）　（旭硝子■製ＡＧＮ−２、熱伝導率２００ｗ
／ｍＫ、熱膨脹係数４５Ｘ　１０−’℃−１）に金ペー
ストと銀ペーストを印刷により形成し、９００℃３時間
、空気中で焼成し、金層４と接合部５に銀層を形成した
。さらには、ガラスセラミックス基板にも同様の方法で
接合部５の部分に銀層を形成した。
これらのＡＩＮ基板とガラスセラミックス基板を市販の
銀ロー（　Ａｇ　７２％，　Ｃｕ　Ｚ８％）にて９００
℃、１０分間加熱することにより接合した．次に、該Ａ
ＩＮ基板と接合されたガラスセラミックス基板の上面と
開口部を有するガラスセラミックス基板（第２図）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
ドフレームを間に挟んで、６８０℃で１０分間加熱する
ことにより、ガラスセラミックス基板を接合した。
次にコバール製リードフレームを折り曲げ、第１図に示
す複合型回路装置を得た。なお、用いたコバール製リー
ドフレーム先端は、金メッキが、あらかじめされている
ものであった。
次に、第１図に示す如く、開口部内部にベアーチップを
４３０℃でグイボンドし、その後、金ワイヤーでボンデ
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
したような複合型回路装置を得た． この複合型回路装置を構成するガラスセラミックス基板
の熱膨脹係数αとＡＩＮ基板の熱膨脹係数βの差は， １α一βＩ　＝　４５ｘ　１０−’−　４５ｘ　１０−
’＝　０℃−１で一致していた。
この複合型回路装置１００個を、＋２５０℃〜−５０℃
、ヒートサイクル試験、一周期３０分ｌ０００サイクル
を行なったが、接合部の剥離，クラッ？等の欠陥の発生
は全くなく、気密性，信頼性共に満足するものであった
。
（実施例２） Ａｔ２ｏｚ粉末１０％，　２ＭｇＯ・ＳｉＯ■粉末５０
％，ガラスフリット４０％に可塑剤，溶剤を添加して、
混練し、成形して、厚さ　１．２ｍｍのグリーンシ一ト
を作製した。上記ガラスフリット組成は、ＳｉＯ■４５
％，　Ａｌ．０．　１０％，８＊０−　３５％．Ｂａｎ
　１０％ からなっていた。
こめグリーンシ一トと、旭硝子■製ＡＩＮ基板ＡＧＮ−
２を用いて、実施例ｌと同様にして第１図に示した如き
複合型回路装置を作製した。
ガラスセラミックス基板の熱膨脹係数は測定の結果、６
２Ｘ　１０−’℃−１であった。従って、ガラスセラミ
ックス基板と　ＡＩＮ基板との熱膨脹差１α−β１は １α−βｌ　＝　６２ｘ　１０−’　−　４５ｘ　１０
−’＝　１７ｘ　１０−’℃−１であった。
この複合型回路装置１００個を＋１２５℃〜−５０℃の
ヒートサイクル試験一周期３０分ｌ０００サイクルを実
施した結果、接合部の剥離，クラツク等の欠陥の発生は
全くなく、気密性，信頼性共に満足するものであった。
さらに、上記より温度差のある試験＋２５０℃〜−５０
℃のヒートサイクル試験を一周期３０分ｌ０００サイク
ルを実施した結果、１０００個中１個に微小なクラック
が見い出されたが、実用上問題は無いものであった。
（実施例３） Ａｔ−Ｏｓ粉末３８％．ガラスフリット５７％，　Ｃｅ
Ｏａ粉末５％に可塑剤．溶剤を添加して混練し、成形し
て厚さ　１．２ｍｍのグリーンシ一トを作製した。
上記ガラスフリットの組成は ＳｉＯａ　４０％，　Ａ１ａＯｓ　７％，　ＣａＯ　８
％，　ＢａＯ　１５％，　Ｐｂ０　１０％，ＢＪｓ　１
０％，　Ｚｎ０　１０％のものを使用した． 上記グリーンシ一トを使用して、実施例ｌと同様の方法
で同一の形状の複合型回路装置を製作した。ただし接合
部５はＡＩＮ基板．ガラスセラミックス基板とも銅層を
形成した後、銀ロー（　Ａｇ　５０％．　Ｃｕ　２５％
，　Ｚｎ　２５％）を用いて８５０℃で１０分間加熱す
ることにより接合した。
この複合型回路装置を構成するガラスセラミックス基板
の熱膨脹係数αとＡＩＮ基板の熱膨脹係数βの差は、 α一βＩ　＝　５４Ｘ　ｔｏ”−　４５Ｘ　ｔｏ”＝　
　９Ｘ１０−’℃−１ ？あった． この複合型回路装置１００個を＋２５０℃〜−５０℃の
ヒートサイクル試験一周期３０分ｌ０００サイクルを行
なったが、上記接合部の剥離，クラック等の欠陥は全く
発生せず、気密性，信頼性共に満足するものであった。
（実施例４） Ａｌｔｏｓ粉末１０％，　２ＭｇＯ・Ｓｉｎ■粉末５０
％．ガラスフリット４０％に溶剤，分散剤，有機バイン
ダー，可塑剤を添加して混線，成形して厚さ１．２　ｎ
ｍのグリーンシ一トを作製した。用いたガラスフリット
の組成は、 ＳＬ０．　４５％．　ＡｌａＯａ　１０％．　Ｂ＊Ｏｓ
　３５％．Ｂａ０　１０％ から成っていた．このグリーンシートな外寸３０　ｍｍ
角で、中心部に２０　ｍｍ角の開口部を有する形状と、
中心部に２５１Ｉｌｍ角の開口部を有する形状に打ち抜
き、各々積層，圧着した後、空気中にて１０５０℃，４
時間焼成して、第２図に示した様な、開口部６，１０を
有する多層のガラスセラミックス基板を得た。このガラ
スセラミックス基板の熱膨脹係数は６２Ｘ　１０−’℃
一であった。
これとは別に市販ＡＩＮ基板（旭硝子■製ＡＧＮ−２，
外寸：　２５Ｘ　２５Ｘ　ｌ．ｏｔｍｍ，熱伝導率２０
０ｗ　／　ｍ　Ｋ　，熱膨脹係数４５Ｘ　１０−’℃−
１》に金層を形成した． 次いで、ガラスフリットに有機ビヒクルを加えて、自動
乳鉢で混練し、さらに三本ロールを通してガラスペース
トを作製した。ここで、ガラスフリットは、上記ガラス
セラミックス基板を作製するときに用いたものと全《同
じものであった。また有機ビヒクルの組成は、エチルセ
ルロース＝５％，α−テルビネオール＝９５％から成っ
ていた。そして、このガラスペーストをＡＩＮ基板の接
合部上にスクリーン印刷し、上記開口部を有するガラス
セラミックス基板と圧着し、空気中８５０℃にて１０分
間焼成して、ＡＩＮ基板にこのガラスセラミックス基板
を接合した。
なお、この接合部のガラス層の熱膨脹係数は、４３Ｘ　
１０−’℃−８であった。
次に、上記ＡＩＮ基板と接合されたガラスセラミックス
基板の上面と上側となる上記ガラスセラミックス基板の
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、このコバール製リードフレームを
間にはさんで、開口部を有するガラスセラミックス基板
を接合した。次いでこのコバール製リードフレームを折
り曲げ、第１図に示す複合型回路装置を得た。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
金メッキが施されていた。
次に、第１図に示す如＜、ＡＩＮ基板上にベア−チップ
を、４３０℃でグイボンドし、その後、金ワイヤーでボ
ンディングを行なった。
そして、前記上蓋を、シール用ガラスペーストを用いて
、３８０℃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おいては、 １α一βｌ　＝　ｌ　６２Ｘ　１０−’−　４５Ｘ　１
０−’＝　１７Ｘ　１０−’℃−１ １β−γＩ　＝　＋　４５Ｘ　１０−’−　４３Ｘ　１
０−’　１＝　２Ｘ１０−’℃−１ であった。
この複合型回路装置１０００個について、＋２５０℃〜
−５０℃のヒートサイクル試験を一周期３０分ｌ０００
サイクル行なったが、接合部の剥離．クラック等の欠陥
の発生は全《なく、気密性，信頼性ともに充分であった
。
（実施例５） Ａｌｔｏｓ粉末３８％，ガラスフリット５７％，　Ｃｅ
ｎｔ粉末５％に溶剤，分散剤，有機バインダー，可塑剤
を添加して混練し、成形して厚さ　１．２　ｍｍのグリ
ーンシ一トを作製した。用いたガラスフリットの組成は
％で ＳｉＯ＊　４０％，　ＡｌａＯｉ　８％，Ｃａ０４％，
　ＢａＯｌ８％，　Ｐｂ０　１０％ｌＢ２０３１０−％
，　ＺｎＯ　１０％からなっていた。
このグリーンシ一トを外寸３０　ｍｍ角で、中心部に２
０　ｍｍ角の開口部を有する形状と中心部に２５　ｍｍ
角の開口部を有する形状に打ち抜き、Ｃｕ粉末と有機ビ
ヒクルからなる銅ペーストを所定の回路に印刷した後、
重ねて加圧し、圧着した。
さらに、外部端子との電気的接続をとるため、銅ペース
トを用いてサイド印刷を行ない、窒素雰囲気炉中、９０
０℃で６時間焼成し、コバール製外部端子ビンを銀ロー
（　Ａｇ　７２％，　Ｃｕ２８％）を用い、９００℃で
１０分間加熱することにより接合した。
これとは別に、旭硝子■製　ＡＩＮ基板（ＡＧＮ−２）
に金層を形成した。
次いで、ガラスフリットに有機ビヒクルを加えて、自動
乳鉢で混練し、さらに三本ロールを通してガラスペース
トを作製した。使用したガラスフリットの組成は％で Ｓｉｎｓ　４０％，　Ａｌ．０．　１５％，　Ｃａ０　
１０％，　Ｂａ０１５％，　ＰｂＯ　ｔｏ％．　Ｂ＊Ｏ
ｓ　　１０％から成っていた。また、有機ビヒクルはア
クリル樹脂をプチルカルビトールアセテートで溶解した
ものを用いた。
そしてこのガラスペーストをＡＩＮ基板接合部上にスク
リーン印刷し、開口部を有するガラスセラミックス基板
を圧着し、窒素雰囲気中８００℃で３０分間加熱して、
ガラス層を形成し、ＡＩＮ基板にガラスセラミックス基
板を接合した。このガラス層の熱膨脹係数は５１Ｘ　１
０−”Ｃ−’であった。
次に、上記ＡＩＮ基板上にベアーチップを，４３０℃で
グイボンドし、その後、金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３８０℃で１０分間加熱することにより接合し、第３
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おいては α−β＝　４９Ｘ　１０−’　−　４５ｘ　１０−’＝
　４Ｘ１０−’℃゛１ β−γｌ　＝　＋　４５Ｘ　１０−’−　５１Ｘ　１０
−’　１＝　６Ｘ１０　”Ｃ−’ であった。
この複合型回路装置１０００個について、＋２５０℃〜
−５０℃のヒートサイクル試験を一周期３０分２０００
サイクル行なったが、接合部の剥離．クラック等の欠陥
の発生は全くなく、気密性，信頼性ともに充分であった
。
さらに、この複合型回路装置１０００個について、＋３
５０℃〜−　１９５．　８℃（液体窒素）のヒートサイ
クル試験を一周期３０分２０００サイクル行なったが、
接合部の剥離クラック等の欠陥の発生は全くな《、気密
性、信頼性ともに十分であった．（実施例６） 本発明の複合型回路装置について使用する上記例示した
ガラスセラミックス基板を作製するにあたり、酸化物に
換算して表１に示した組成の粉末状のものとして用意し
、更に上記酸化剤を添加し、次いで、これらに有機バイ
ンダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてフタル酸ジブ
チル、溶剤としてトルエンを添加し、混練して粘度１０
，０００〜３０，　０００ｃｐｓのスラリーを作成した
。次いで、このスラリーを約０．２ｍｍ厚のシートにし
た後、７０℃で約２時間乾燥した。次いでこのシートを
４層に積層して、９００℃．６時間焼成し、多層ガラス
セラミックス基板を製造した。
この多層ガラスセラミックス基板について、気孔率，誘
電率，抗折強度を測定した。
さらに、この多層ガラスセラミックス基板にスクリーン
印刷法で導体ペーストを印刷し、６００〜９００℃で焼
成し、半田濡れ性を評価し、結果を表１に示した。尚表
１において焼結性が悪いと気孔性が増大して抗折強度が
低下する．実施例１に使用したガラスセラミックス基板
の替りに表一ｌの中の実施例に示す組成からなる上記多
層ガラスセラミックス基板を使用して形状・接合等の他
のすべての条件が実施例ｌと同様にして複合型回路装置
を作製した．製作した数量は、表−１の実施例の試料番
号１につき１００個、計３６００個作製した． この複合型回路装置各１００個づつを、＋２５０℃〜−
５０℃、ヒートサイクル試験、一周期３０分１０００サ
イクル行なったが、接合部の剥離．クラック等の欠陥の
発生は全《、気密性、信頼性共に満足するものであった
。
更に表−１の試料番号５，８，１４、１８のガラスセラ
ミックス基板を使用した上記複合型回路装置４００個（
試料番号１につき１００個）について、＋３５０℃〜−
１９５．　８℃（液体窒素）のヒートサイクル試験を一
周期３０分２０００サイクルを行なった。結果は以下の
とおりである． （比較例ｌ） ２ＭｇＯ・Ｓｉｆｔ粉末５５％，ガラスフリット４５％
に可塑剤．溶剤を添加して、混練し、成形して厚さ　１
．２　ｍｍのグリーンシ一トを作製した。
上記ガラスフリット組成は Ｓｔｏｗ　４５％，　Ａｌ．０３　１０％，　Ｂａｓｓ
　３５％，ＢａＯ　１０％ からなっていた。
このグリーンシ一トと旭硝子■製ＡＩＮ基板ＡＧＮ−２
を用いて、実施例ｌと同様にして実施例ｌと同様の複合
型回路装置を製作した。
該ガラスセラミック基板の熱膨脹係数を測定した結果、
６８Ｘ　ｔｏ−’℃−１であった。従ってこのガラスセ
ラミックス基板とＡＩＮ基板の熱膨脹差α−β１は α−β　ｌ　　＝　　ｌ　６８Ｘ　１０−’−　４５Ｘ
　１０−’＝　２３Ｘ　１０−”Ｃ−’ であった。
この複合回路装置１０００個を＋１２５℃，−５０℃の
ヒートサイクル試験一周期３０分ｌ０００サイクルを実
施した結果、接合部の剥離が１０００個中２３６個．接
合部のクラックが１０００個中１９個発生した。さらに
上記より温度差のある試験、＋２５０℃〜−５０℃のヒ
ートサイクル試験、一周期３０分ｌ０００サイクルを実
施した結果、接合部の剥離が１０００個中８２０個．接
合部のクラックが１０００個中１８０個発生した。
（比較例２） 実施例４と同様にして、第２図に示したような開口部を
有するガラスセラミックス基板を得た．このガラスセラ
ミックス基板の熱膨脹係数は６２Ｘ　１０−’℃−１で
あった。
次いで、このガラスセラミック基板の接合部上に銀層を
形成した。
これとは別に、旭硝子■製ＡＩＮ基板（ＡＧＮ−２）に
ベアーチップ搭載用金層及び銀層を形成した。次いで、
これらの銀層を有するガラスセラミックス基板とＡＩＮ
基板とを銀ロー（Ａｇ７２％，　Ｃｕ　２ｇ％）を用い
て、９００℃で１０分間加熱することにより接合した。
この銀ローの熱膨脹係数は１９ｏｘ　ｌｏ−”Ｃ　＋ｌ
であった。以下、実施例４と同様にして、第１図に示す
複合型回路装置を得た。この複合型回路装置においては
、１α一βｌ　＝　＋　６２Ｘ１０゜’−　４５Ｘ　１
０−’　１”　１７Ｘ　ＩＱ−”℃−１ １β一γＩ　＝　＋　４５Ｘ　ｔｏ”−　１９０　Ｘ　
ｔｏづ１＝　　１４５　　Ｘ　　１０−’℃一暑であっ
た． この複合型回路装置１０００個について、＋１２５’Ｃ
，−５０℃のヒートサイクル試験を一周期３０分１００
０サイクル行なったが、接合部の剥離；クラック等の欠
陥の発生は全くなかった．しかしながら、より厳しい条
件である＋２５０℃，−５０℃゜のヒートサイクル試験
を一周期３０分ｌ０００サイクル行なったところ、１０
００個中１個に微小なクラックが見い出され，さらに、
２０００サイクルまで継続したところ、１０００個中１
１個に剥離が、また、１３個に微小なクラックが認めら
れた．（比較例３） 実施例１に使用したガラスセラミックス基板の替りに表
−２の比較例に示す組成からなる上記多層ガラスセラミ
ックス基板を使用して形状・接合等の他のすべての条件
が実施例ｌと同様にして複合型回路装置を作製した。製
作した数量は、表−２の比較例の試料番号ｌ４について
１００個作製した。
この複合回路装置各１００個を＋１２５℃，−５０℃の
ヒートサイクル試験一周期３０分ｌ０００サイクルを実
施した結果、接合部の剥離が１００個中２２個、接合部
のクラックが１００個中２個発生した． ［使用導体ペースト］ Ａｇ−Ｐｄペースト：田中マッセイ製　ＴＥ−４８４６
Ａｕ　　ペースト二田中マッセイ製　ＴＲ−１３０ＣＣ
ｕ　　ペースト：　Ｄｕ　Ｐａｎｔ社製　　　９ｌ５３
Ａｕ−Ｐｔペースト：　ＥＳＬ社製　　　５８００ＢＮ
ｉ　　ペースト：ＥＳＬ社製　ＣＯＮＤ　５５５７Ｗ　
ペースト：■アサヒ化学研究所製 ＷＡ−１２００−ＡＧ２ Ｍｏ−Ｍｎペースト：■アサヒ化学研究所製ＷＡ−１２
００−ＡＧＩ ［特性評価法］ 気孔率　　アルキメデス法により測定した．誘電率　　
安藤電気製交流ブリッジにより　１００κＨｚの特性を
測定し評価した．温度 ２５±１℃、湿度４５±１％ 抗折強度　東洋ボールドウィン製強度試験機により測定
した．焼結基板な幅１０ｓｍ、長さ５０ｍｍに切断し２
０ＩＩＩ１の２点支持半田濡れ性’　Ａｇ−Ｐｄペース
ト： Ｓｎ　６３％，　Ｐｂ　３５％，Ａｇ２％半田，２４０
±５℃、５秒間ディップ後、半 田の濡れた面積割合を評価した． Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ−Ｐｔ導体： Ｓｎ　６４％，　Ｐｂ　３６％，半田，２５０±５℃、
５秒間ディップ後、半田の濡 れた面積割合を評価した。
Ａｕ導体： Ｉｎ　５０％，　Ｐｂ　５０％，半田．２６０±５℃、
５秒間ディップ後、半田の濡 れた面積割合を評価した。
Ｗ，　Ｍｏ−Ｍ導体：表面に下地メッキとしてｆｌｉｔ
メッキをほどこし、更にＮＬメッキ表面にＡｕメッキを
１〜２μｍほどこした後、Ｓｎ　６４％，　Ｐｂ　３６
％半田．２５０±５℃、５秒間ディップ後、半田の濡れ
た面積割合を評価した． ［発明の効果］ 本発明の複合型回路装置はへアーチップをＡＩＮ基板上
に搭載しているため放熱性に優れ、信頼性゜が高い． 更に、ＡＩＮ基板とガラスセラミックス基板の熱膨張の
差が小さいため、接合部に熱膨脹の差を緩和するための
特殊な金属層を形成する必要がない．しかも接合部に応
力が発生しにくく、接合部の剥離等の欠陥が発生しない
という優れた効果も認められる．
【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一例の断面図
． 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図二本発明の別のタイプの複合型回路装置の断面図
． 第４図：ガラスセラミックス基板とＡＩＮ基板の熱膨張
率一温度の特性図 １：ＡＩＮ基板 ２．３：ガラスセラミックス基板 ５：接合部 弟 図 弟 Ｚ 回

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）熱膨脹が窒化アルミニウム基板とほぼ同じガラス
    セラミックス基板と窒化アルミニウム基板とが接合され
    ている構造を有することを特徴とする複合型回路装置。
  2. （２）上記ガラスセラミックス基板と窒化アルミニウム
    基板の熱膨張係数の差が２０×１０＾−＾７℃＾−＾１
    以下であることを特徴とする第１項記載の複合型回路装
    置。
  3. （３）上記ガラスセラミックス基板と窒化アルミニウム
    基板の接合部に銀ローを使用したことを特徴とする第１
    項又は第２項記載の複合型回路装置。
  4. （４）上記ガラスセラミックス基板と窒化アルミニウム
    基板とがガラス層を介して接合をされていることを特徴
    とする第１項又は第２項記載の複合型回路装置。
  5. （５）上記ガラスセラミックス基板と窒化アルミニウム
    基板とが接合されている接合部と該窒化アルミニウム基
    板の熱膨張率の差が、３０×１０＾−＾７℃＾−＾３以
    下であることを特徴とする第１項又は第２項又は第３項
    又は第４項記載の複合型回路装置。
  6. （６）無機成分が重量％表示、酸化物換算で実質的にア
    ルミナ５０〜９１、ＳｉＯ＿２７５〜３０、ＰｂＯ３〜
    ２０、Ｂ＿２Ｏ＿３０〜１５、アルカリ土類金属酸化物
    ０．５〜１５、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆの酸化物０〜６からな
    り、更に上記無機成分の総量に対し、実質的にＣｒ＿２
    Ｏ＿３＋Ｖ＿２Ｏ＿５＋ＣｅＯ＿２＋ＣｏＯ＋ＳｎＯ＿
    ２を０〜１０添加してなる第１項又は第２項又は第３項
    又は第４項又は第５項記載の複合型回路装置用ガラスセ
    ラミックス基板組成物。
  7. （７）無機成分が重量％表示、実質的にアルミナ５０〜
    ９１、ＳｉＯ＿２５〜３０、ＰｂＯ３〜２０、Ｂ＿２Ｏ
    ＿３０〜１５、アルカリ土類金属酸化物０．５〜１５、
    Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｈｆの酸化物０〜６と、上記無機成分の総
    量に対して実質的に酸化クロムをＣｒ＿２Ｏ＿３換算で
    、酸化バナジウムをＶ＿２Ｏ＿５換算で、酸化セリウム
    をＣｅＯ＿２換算で、酸化コバルトをＣｏＯ換算で、酸
    化錫をＳｎＯ＿２換算で、酸化クロム＋酸化バナジウム
    ＋酸化セリウム＋酸化コバルト＋酸化錫０〜１０からな
    る第１項又は第２項又は第３項又は第４項又は第５項記
    載の複合型回路装置用ガラスセラミックス基板。
  8. （８）無機成分が重量％表示、実質的にアルミナ５０〜
    ９１、ＳｉＯ５〜３０、ＰｂＯ３〜２０、Ｂ＿２Ｏ＿３
    ０〜１５、アルカリ土類金属酸化物０．５〜１５、Ｔｉ
    ＋Ｚｒ＋Ｈｆの酸化物０〜６と、上記無機成分の総量に
    対して実質的に酸化クロムをＣｒ＿２Ｏ＿３換算で、酸
    化バナジウムをＶ＿２Ｏ＿５換算で、酸化セリウムをＣ
    ｅＯ＿２換算で、酸化コバルトをＣｏＯ換算で、酸化錫
    をＳｎＯ＿２換算で、酸化クロム＋酸化バナジウム＋酸
    化セリウム＋酸化コバルト＋酸化錫０〜１０からなるガ
    ラスセラミックス基板と窒化アルミニウム基板とが接合
    されている構造を有することを特徴とする第１項又は第
    ２項又は第３項又は第４項又は第５項記載の複合型回路
    装置。
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