JPH04163946A

JPH04163946A - セラミック回路基板

Info

Publication number: JPH04163946A
Application number: JP29116490A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Komorida; 裕小森田; Kazuo Matsumura; 松村　和男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1992-06-09

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）本発明は半導体装基板として有用なセラミック回路基板
に係り、特にセラミック基板上に銅回路板を直接接合し
たＤＢＣ方式によるセラミック回路基板に関する。

（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
基板上に銅板等の金属板を接合させたものが用いられて
いる。

従来から、このようなセラミック回路基板を製造するに
は、セラミック基板の表面にモリブデンペースト等を塗
布、焼結することによりメタライズして、その上に金属
板をろう付けして接合することにより行われてきたが、
近年所定形状に打ち抜かれた銅回路板を、例えば酸化ア
ルミニウム焼結体や窒化アルミニウム焼結体からなるセ
ラミック基板上に接触配置させて加熱し、接合界面にＣ
ｕ−０の共晶液相を生成させ、この液相によりセラミッ
ク基板の表面を濡らし、次いで冷却固化してセラミック
基板と銅回路板を直接接合させる、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回路基板は、
セラミック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
縮できる等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、このような従来のＤＢＣ法においては、使用
する銅回路板の酸素含有量が少ながったり、ムラがあっ
たりすると、この部分の共晶液相が発生しにくくなり、
セラミック基板表面の濡れが不十分となって、セラミッ
ク基板と銅回路板の部分的な接合不良を招くという問題
があった。

またセラミック基板が非酸化物系でその酸化処理にムラ
があったりした場合にも同様の問題を生じた。

このような部分的な接合不良は、いわゆる「ふくれ」や
「ハガレＪの原因となり、放熱性が低下する、接合強度
が弱くなる等の不都合を招く。

本発明はこのような問題点を解消するためになされたも
ので、ＤＢＣ法による部分的な接合不良の発生を防止し
、「ふくれ」や「ハガレ」のない特性の良いセラミック
回路基板を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のセラミック回路基板は、セラミック基板上に銅
回路板を接触配置し加熱によりＣｕ−０の共晶を生成し
接合させてなるセラミック回路基板において、前記銅回
路板が銅にＡｇおよび／またはＴｊを分散させた銅合金
からなることを特徴としている。

本発明に使用される銅回路板は、例えば次のようにして
製造される。

タフピッチ銅、無酸素銅等の胴中に、ＡｇまたはＴｉ、
あるいはこれらの両金属を混合分散させて銅合金を得る
。この場合、合金元素をできるだけ均一に分散させるこ
とが望ましい。

ＡｇおよびＴｉの含有量は、Ａｇ単独で１〜２０％、Ｔ
ｉ単独で１〜２０％、ＡｇおよびＴｉをともに含有する
場合には、これらの合計量がＩ〜ＳＯＮを越えない範囲
が望ましい。より好ましい範囲は、Ａｇ単独で５〜１０
％、Ｔｉ単独で２〜ｌＯ％、ＡｇおよびＴｉをともに含
有する場合、これらの合計量が３〜２０％を越えない範
囲である。Ｔｉの配合量が多すぎると放熱性や導電性が
低下し、逆にＡｇまたはＴｉの配合量が少なすぎると接
合不良部分が発生するようになる。

酸次いでこのような銅合金を圧延し、厚さ０．１５〜０
．５１程度の銅板とした後、常法により回路を形成する
ことにより得られる。

また本発明に使用されるセラミック基板としては、アル
ミナ、ベリリア等の酸化物系のセラミック焼結体や窒化
アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ケイ素等
の非酸化物系のセラミック焼結体等からなるセラミック
基板があげられる。

なお、非酸化物系のセラミック基板を使用する場合には
、銅回路板とセラミック基板とのぬれ性を改善して強固
に接着させるため、あらかじ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回路基板は、前述のＡｇまたはＴｉ
、あるいはこれらの両金属を胴中に分散させた銅合金か
らなる銅回路板をセラミック基板上に接触配置させ、加
熱することにより得られる。この加熱温度は、銅の融点
（１０８３℃）以下で銅と酸素の共晶温度（１０６５℃
）以上である。また、銅回路板が酸素を含有する銅の合
金からなる場合は、不活性ガス雰囲気中で加熱を行うこ
とが好ましく、素を含有しない銅の合金からなる場合は
、８０〜３９００ｐｐａ＋の酸素雰囲気中で加熱を行う
ことが好ましい。

（作　用）本発明のセラミック回路基板においては、銅にＡｇおよ
び／またはＴｉを分散させた銅合金からなる銅回路板を
使用してセラミック基板と加熱接合しているので、銅回
路板とセラミック基板との接合界面に部分的にＣｕ−０
の共晶液相が生じない箇所も良好に接合され、部分的な
接合不良を生じることがない。

すなわちＡｇを単独分散させた銅合金を使用したもので
は、Ａｇのロウ材的性質により、またＴＩを単独分散さ
せた銅合金を使用したものでは、ＴＩの活性金属として
の性質により、さらにＡｇおよびＴＩを分散させた銅合
金を使用したものでは、Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇの活性金属ロ
ウとしての作用により、銅回路板とセラミック基板との
接合界面に部分的にＣｕ’Ｏの共晶液相が生じない箇所
も含めて全体が均一がっ良好に接合される。

したがって後にこれらの接合界面に「ふくれ」や「ハガ
レ」を生し、放熱性が低下したり、接合強度が弱くなる
等の特性低下を招くことがない。

（実施例）次に本発明の実施例を記載する。

実施例１まず、タフピッチ胴中にＡｇを１０％含有する銅合金を
圧延して銅板を作成し、次いで打抜き加工を施して厚さ
　０　、４ｇ＋ｍの銅回路板を形成した。

このように形成した銅回路板を、酸化処理を施した５０
ａａ＋Ｘ　２５ｍＩＩＸ　２．０■ｌの窒化アルミニウ
ムを主成分（９６％、他に４％の焼結助剤を含む）とす
るセラミック基板の上に接触配置し、窒素ガス雰囲気中
で約１０７０℃の温度で３０分間加熱し接合させた。

実施例２．３タフピッチ銅中にＴｊを５％含有する銅合金、タフピッ
チ胴中にＴｉを５％、Ａｇを１０％含有する銅合金を用
いた点を除いて実施例１と同様にしてセラミック回路基
板を製造した。

実施例４アルミナを主成分（９６％、他に４％の焼結助剤を含む
）とするセラミック基板を用いた点を除いて実施例１と
同様にしてセラミック回路基板を製造した。

比較例１〜４タフピッチ胴中にＴｊ、　Ａｇを添加しない点を除いて
実施例１〜４とそれぞれ同様にしてセラミック回路基板
を製造した。

これらの実施例１〜４の各セラミック回路基板における
セラミック基板と銅回路板との接合強度を測定し、それ
ぞれ対応する比較例１〜４のそれと比較したところ、い
ずれも２０〜３０％の強度増加がみられた。また各実施
例のセラミック回路基板には、「ふ（れ」や「ハガレ」
などの部分的接合不良箇所は確認されなかった。

［発明の効果］以上説明したように本発明のセラミック回路基板によれ
ば、銅にＡｇおよび／またはＴｉを分散させた銅合金か
らなる銅回路板を使用してセラミック基板と加熱接合し
ているので、「ふくれ」や「ハガレ」といった部分的な
接合不良の発生かなく、しかも接合強度の高い特性の良
いセラミック回路基板が得られる。

出願人　　　　　　株式会社　東芝代理人　弁理士　　須　山　佐　−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミック基板上に銅回路板を接触配置し加熱に
よりＣｕ−Ｏの共晶を生成し接合させてなるセラミック
回路基板において、前記銅回路板が銅にＡｇおよび／ま
たはＴｉを分散させた銅合金からなることを特徴とする
セラミック回路基板。