JPH0361353B2

JPH0361353B2 -

Info

Publication number: JPH0361353B2
Application number: JP23280586A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shoji
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1991-09-19
Also published as: JPS6387791A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は回路基板の製造に係り、特にAl₂O₃基
板を使用した回路基板を経済的に製造する方法に
関する。（従来の技術）従来、いわゆるハイブリツト基板と称される混
成集積回路基板等々の回路基板は、一般に、メツ
キ処理を含む多数の工程で製造されていた。例えば、第３図に示すように、アルミナ（96
％）のセラミツク基板１の両面にMo、Mo−Mn
やＷ等の金属ペースト２０を印刷し、乾燥後、水
素気流中にて約1200〜1600℃で焼成してメタライ
ズ層を形成し、その上にNiメツキ処理を施して
メツキ層２１を形成し脱水素処理した後、ヒート
シンクとして銅板又はNiメツキ処理銅板２２を
半田２３にて接合するという多段工程による方法
である。しかし、このような方法は水素気流中で、しか
も高温で焼成したり、メツキ処理したり、或いは
更にヒートシンクは半田付けするなど複雑な工程
を必要とすると共に、Mo、Ｗ等を介して接合し
た場合の回路面には抵抗体としてはチツプ抵抗し
か使用できず、また回路面はせいぜい500μ程度
であるので細線を描くことができず、シート抵抗
も高いという欠点がある。更に、銅板（ヒートシ
ンク）の接合は半田付けによるために接合面に気
泡が介在したり、回路面に半田付けする場合には
銅板の接合に用いた半田を使用できず、銅板自身
が酸化変色したり、回路面も酸化したりしてい
た。またこの方法でMoメタライズを使用する方
式は、通常の厚膜ペーストを用いた回路基板の製
造は大気中で厚膜ペーストを焼成するので適用で
きず、樹脂等で接合するという制約がある。一方、貴金属ペーストを使用し、導体、抵抗
体、誘電体ペーストを印刷して850℃付近で焼成
し、回路を形成する方法もあるが、この場合のヒ
ートシンクへの接合には放熱グリースや放熱シー
トを用い、有機接着剤に無機フイラーを添加した
ものを用いているので、放熱性に大きな問題があ
るうえ、耐熱性にも問題があつた。本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、アル
ミナ基板に対する各種部品の接合並びに回路形成
が容易で放熱性の良好な回路基板を経済的に製造
し得る方法を提供することを目的とするものであ
る。（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明者は、従来の
回路基板の製造工程が多数工程となる原因を究明
したところ、導電ペーストが接着強度や耐熱性に
問題があると共に半田付けのためにメツキ処理を
必要とする組成物であることが判明した。そこ
で、これらの問題を解決し、メツキ処理を必要と
せず簡易な工程で回路基板を製造し得る新規な導
電ペーストを見い出すべく鋭意研究に務めた。その結果、貴金属を主体としない金属質で接着
強度並びに耐熱性に優れた導電性接着ペーストを
開発するに至り、このペーストを使用して接着並
びに回路形成する回路基板の製造方法を確立した
ものである。すなわち、本発明は、Cuを10〜60％、Ti、Nb
及びZrのうちの１種又は２種以上を10〜80％含
み、残部が10〜80％のAgからなる組成を有し、
かつ、少なくとも、各成分粉末がメカニカルアロ
イ法によつて機械的に噛合結合した複合粉末を含
有し、ビヒクルにてペースト状にした導電ペース
トを使用して、Al₂O₃基板の片側の接合面に全面
印刷すると共に該基板の反対側の回路形成面にス
クリーン印刷法で上記ペーストを用いて導電回路
を形成した後、不活性雰囲気中で脱脂処理し、次
いで、10^-3Torr以下の減圧下又は不活性雰囲気
中、800〜930℃で熱処理することを特徴とする高
放熱性回路基板の製造方法を要旨とするものであ
る。以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。前述の如く、本発明法に用いる導電ペースト
は、セラミツクであるAl₂O₃基板に対して接着剤
と導電体の双方の性質を兼備しているので、この
基板とヒートシンクである金属板等との接着並び
に基板上への回路印刷が同時に可能となるもので
ある。まず、本発明法に用いる導電ペーストの化学成
分は、接着剤として所望の性能を発揮するため
に、Cu（Ａ成分）を10〜60％を含み、Ti、Nb及
びZrのうちの１種又は２種以上（Ｂ成分）を10
〜80％を含み、残部が10〜80％のAgである組成
にする必要がある。Ａ成分が60％を超えると接着
力がでず、またＢ成分が80％を超えると接合層
（インサート層）の硬度が高くなり、熱シヨツク
に弱くなり、Agが80％を超えると高価になると
共に、Ａ成分やＢ成分が少なくなりすぎてそれら
の添加効果が得られなくなる。Cuは接合温度を
低くし、回路形成の場合、表面層がAg／Cuリツ
チ層となるため、半田濡れ性が向上する。Ｂ成分
としてTiを含む場合、アルミナ基板と金属との
境界面にAl₂O₃／TiO₂層が形成され、特に接着力
が向上する。特にＡ成分が20〜50％、Ｂ成分が10％を超え60
％以下で、残部がAgである組成の場合には、耐
熱性、接着力共に優れている。上記化学成分を有する導電ペーストは、いわゆ
るメカニカルアロイ法によつて製造することがで
き、各成分の金属粉末を擂潰機、ボールミル、ア
トライター等の微粉砕機を用いて高速、高エネル
ギー下で所要時間混合撹拌して粉砕することによ
り、各成分粒子が機械的に噛高結合したいわゆる
メカニカルアロイ形態の複合粉末が得られる。こ
の複合粉末の粒度は44μｍ以下、好ましくは10μ
ｍ以下のものが50wt％以上である微粉末が望ま
しい。このように複合粉末形態の粒子を少なくとも含
有している粉末は、ペースト状にすために有機溶
媒（ビヒクル）中に分散させる。有機溶媒として
は、テレピネオール、ブチルカルビトール、テキ
サノール、ブチルカルビトールアセテートなどを
使用することができ、またペースト中の金属粉量
は60〜90wt％とするのが適当である。なお、有
機溶媒を他に分散剤や界面活性剤（例、ロジン・
ワツクス）を少量添加したり、またバインダーと
してエチルセルロースなどを添加してもよい。次に、上記導電ペーストを使用して回路基板を
製造するプロセスについて説明する。第１図は上記プロセスの一例を示しており、ま
ず、所定の形状、寸法のAl₂O₃基板１を準備する
(a)。次いで、スクリーン印刷機を用いてこの基板
１の回路形成面に上記導電ペーストを用いて回路
２を印刷形成すると共に基板１の接合面に上記導
電ペーストを用いて全面印刷して接着層（インサ
ート層）３を形成する(b)。印刷後は乾燥し、印刷面を脱脂処理する。この
脱脂処理はN₂等の不活性雰囲気中で行い、バイ
ンダー分（ビヒクル成分）を脱脂せしめるが、
600℃以下の温度で10分間以上加熱するとよい。
なお、600℃以上の高温下で脱脂処理すると接着
能力が低下するので留意する。次いで、ヒートシンク銅板等々の必要な接合部
品の取付けが行われる。ヒートシンクとしては敢
えてNiメツキ処理銅板を使用する必要はなく、
銅板等の金属板４をそのまま用い、これを基板の
接合面に印刷された接着層３に重ね合わせる。このように取付けを行つた後、基板状に形成し
た接着層並びに印刷回路を熱処理する。すなわ
ち、次の条件により加熱接着及び焼成を行う。すなわち、接合部品をAl₂O₃基板に接合するに
当つては、上記のようにして銅板などのヒートシ
ンク等を接着層を介して基板に重ね合せた状態
で、１〜10Kg／cm²の荷重をかけながら、
10^-3Torr以下の減圧下或いはN₂等の不活性雰囲
気中で800〜930℃の温度で所要時間（例、10分間
以上）熱処理する。加熱温度が930℃以上の高温
であると溶着現象が生じ、また800℃以下では接
合が不充分となる。また印刷回路を焼成する場合
は、勿論、荷重をかける必要はなく、上記熱処理
条件と同じ条件で熱処理する必要があるが、不活
性雰囲気中で焼成すると回路面の半田濡れ性が悪
くなるので、留意する。なお、ヒートシンクの接合を必要としない場合
でも、接合面に接着層を形成して上記熱処理を施
しておけば、Niメツキを行わずとも半田付けに
よつてマザー・ボードに貼り付けることができ
る。また、抵抗体が必要な場合には市販のRuO₂
系ペーストを併わせて使用することができる。実
装に際しては、導電ペーストが熱処理されている
ので、従来のようにメツキ処理を施すことなく、
通常の半田処理を容易に行うことができる。次に、本発明の実施例を示す。（実施例）いずれも325メツシユ以下の粉末である各成分
の粉末を、Ti粉末20ｇ、Ag粉末40ｇ及びCu粉末
30ｇの割合で配合し、擂潰機にて約３時間混合粉
砕し、粒度を10μｍ以下に微粉砕した。次いで、ペースト状にするために次の割合で配
合した。上記混合微粉末 100ｇエチルセルロース 18.3ｇテキサノール 20.8ｇ活性剤 2.2ｇこの組成物141.3ｇを万能ミキサーにて予備混
練した後、３本ロール・ミルを用いて本混練し、
ペーストとした。次に、25mm×25mm×0.635mmｔの寸法のAl₂O₃
（96％）基板の片面（第１図で下側）に上記ペー
ストをスクリーン印刷機にて全面印刷した。スク
リーンはステンレス製200メツシユ、バイアス張
りで、エマルジヨン厚さ45μｍのものを使用し
た。印刷後、室温にて10分間レベリングし、更に
105℃で30分間乾燥した。またAl₂O₃基板の反対
側（第１図で上側）にも同様にして上記ペースト
を用いて回路パターンを印刷し、105℃で30分間
乾燥した。なお、焼成後の膜厚が15〜18μｍとな
るように印刷した。乾燥後、厚膜焼成炉を使用
し、窒素気流中でピーク温度600℃×８分間の60
分間プロフアイルにて脱脂処理を施した。次いで、以下の３通りの方法で熱処理等を行つ
た。すなわち、本発明例１の場合は、上記Al₂O₃
基板について印刷回路の焼成を行つた後、全面印
刷面に銅板（ヒートシンク）４を熱間圧着により
取付けた（第２図ａ参照）。本発明例２の場合は、
上記Al₂O₃基板について印刷回路の焼成を行つた
後、半田付けにより銅板（ヒートシンク）４を取
付けた（第２図ｂ参照）。本発明例３の場合は、
上記Al₂O₃基板について印刷回路の焼成を行つた
後、半田付けにより銅板（ヒートシンク）４を取
付け、また回路形成面にRuO₂系厚膜ペースト
（Remex社製）を使用して抵抗体６を形成した
（第２図ｃ参照）。その際の熱間圧着条件としては、25mm×25mm×
２mmｔの銅板をAl₂O₃基板の全面印刷面に重ね合
せた状態で１Kg／cm²の荷重をかけ、10^-5Torrの
真空下、850℃×30分間加熱処理した。また印刷
回路の焼成は、荷重をかけることなく、
10^-5Torrの真空下、850℃×30分間加熱処理し
た。得られた各基板の構造は、第２図に示すよう
に、Al₂O₃基板１の一方の面には印刷回路２が焼
成されており、他方の面には、本発明例１の場
合、全面印刷されたインサート層３を介して銅板
４が熱間圧着されており、本発明例２の場合、全
面印刷された後に焼成したインサート層３に銅板
４が半田層５を介して半田付けされており、本発
明例３の場合、本発明例２の構造に更に抵抗体６
が形成されている。なお、比較のため、第４図ａに示すように、
Moペーストを使用してAl₂O₃基板１の片面に回
路２０を形成し、反対面にメタライズ層２０′を
形成し、これらにNiメツキ２１を施した後、メ
タライズ層を介して銅板２２を半田２３にて接合
した回路基板（比較例１）、Ag／Pdペーストを
使用してAl₂O₃基板１の片側に回路２０を形成
し、反対面に放熱グリース２４を用いて銅板２２
を整合した回路基板（比較例２）をそれぞれ製造
した。これらの構造の回路基板について各種試験を実
施し、第１表に示す結果を得た。同表から明らか
なように、本発明例の場合、回路面の半田濡れ性
も全面印刷焼成面の半田濡れ性も良好であり、し
たがつて、銅板を半田付けした場合（本発明例
２）には特に接着強度が大きい。勿論、銅板を熱
間圧着して直接接合した場合（本発明例１）でも
接着強度が充分得られ、通常の厚膜ペーストに比
べて２倍位大きい。また導電ペーストにフリツト
が含まれていないのでシート抵抗が低く接着強度
が大きいので、信頼性が高く、特に高周波領域で
使用する回路形成も可能となる。更に熱抵抗も小
さいので、SiC基板の使用と相俟つて回路基板の
放熱性が極めてよい。一方、比較例はいずれもシート抵抗が高く、接
着強度が低い。更に熱抵抗も大きく、放熱グリー
スを使用しても本発明例よりも熱抵抗が劣つてい
る。

【表】（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、貴金属
を主体にしない特定成分の鉄着兼導電ペーストを
使用するので、特に放電性の優れた回路基板を複
雑な工程によらずに経済的に製造できるのみなら
ず、以下に示すような多くの利点が得られる。 (1) 基板上の回路形成と反対面の接着層（インサ
ート層）形成とを同時に行うことができ、しか
もメツキ処理を要しないので、製造工程を大幅
に短縮でき、また導電ペーストが貴金属を主体
にしないものであるので、極めて経済的に回路
基板を製造することができる。 (2) 通常の厚膜ペーストはフリツト（ガラス）を
含んでいるのでシート抵抗が高く、熱シヨツ
ク、熱サイクル等の信頼性に難があるのに対
し、本発明による印刷回路にはフリツトが含ま
れていないのでシート抵抗が低く、接着強度や
耐熱性に優れているので、信頼性が高く、特に
高周波領域で使用する回路の形成も可能であ
る。 (3) 基板と金属との境界面にAl₂O₃／TiO₂等の層
が形成されるので、接着強度も通常の厚膜ペー
ストに比べて約２倍程度大きい。 (6) 半田濡れ性が良好であり、したがつて、メツ
キ処理を必要とせずに接合部品の半田付けが可
能である。また、金属板のヒートシンクの接合
を必要としない場合でも、基板の接着面に全面
印刷し焼成しておけば、半田付けによりマザ
ー・ボードに貼り付けることができる。 (7) 異形状の部品と接合、配線可能であり、低抗
体が必要であれば、市販のRuO₂系ペーストを
併せて使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造プロセスを示
す工程図、第２図ａ，ｂ，ｃは上記実施例により
製造された回路基板の構造を示す断面図、第３図
はアルミナ基板を用いた従来の回路基板の製造プ
ロセスを示す工程図である。第４図ａ，ｂは従来
の回路基板の構造例を示す断面図である。１……基板、２……印刷回路、３……接着層
（インサート層）、４……銅板（ヒートシンク）、
５……半田層、６……抵抗体。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で（以下、同じ）、Cuを10〜60％、
Ti、Nb及びZrのうちの１種又は２種以上を10〜
80％を含み、残部が10〜80％のAgからなる組成
を有し、かつ、少なくとも、各成分粉末がメカニ
カルアロイ法によつて機械的に噛合結合した複合
粉末を含有し、ビヒクルにてペースト状にした導
電接着ペーストを使用して、Al₂O₃基板の片側の
接合面に全面印刷すると共に該基板の反対側の回
路形成面にスクリーン印刷法で上記ペーストを用
いて導電回路を形成した後、不活性雰囲気中で脱
油処理し、次いで、10^-3Torr以下の減圧下又は
不活性雰囲気中、800〜930℃で熱処理することを
特徴とする高放熱性回路基板の製造方法。２前記複合粉末は、粒度が10μｍ以下で、全粉
末の50wt％以上含まれている特許請求の範囲第
１項記載の方法。３接合部品をAl₂O₃基板に接合する場合には、
接合面に１〜10Kg／cm²の荷重をかけながら前記熱
処理を行う特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の方法。