JPH0429390A - セラミックス回路基板の製造方法 - Google Patents
セラミックス回路基板の製造方法Info
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- JPH0429390A JPH0429390A JP2133957A JP13395790A JPH0429390A JP H0429390 A JPH0429390 A JP H0429390A JP 2133957 A JP2133957 A JP 2133957A JP 13395790 A JP13395790 A JP 13395790A JP H0429390 A JPH0429390 A JP H0429390A
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
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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。
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、セラミックスからなる基材に銅部材を直接接
合したセラミックス回路基板の製造方法に関する。
合したセラミックス回路基板の製造方法に関する。
（従来の技術）
従来、例えば窒化アルミニウムＣＡＲＮ）セラミックス
からなる基材に銅部材を接合した回路基板を製造するに
は、活性金属であるＴｉ、Ｚｒのペーストや箔を前記基
材と銅部材の間に挟持し、真空中で加熱することによっ
て接合する方法（例えば特開昭６０−３２３４３号）が
知られている。しかしながら、かかる方法ではペースト
を塗布したり、箔を基材や銅部材の大きさに切断したり
する必要があり、更に真空中で加熱接合を行う必要があ
るため、バッチ式の炉でで加熱処理する必要がある。
からなる基材に銅部材を接合した回路基板を製造するに
は、活性金属であるＴｉ、Ｚｒのペーストや箔を前記基
材と銅部材の間に挟持し、真空中で加熱することによっ
て接合する方法（例えば特開昭６０−３２３４３号）が
知られている。しかしながら、かかる方法ではペースト
を塗布したり、箔を基材や銅部材の大きさに切断したり
する必要があり、更に真空中で加熱接合を行う必要があ
るため、バッチ式の炉でで加熱処理する必要がある。
従って、量産性に欠けるという問題があった。
また、ＡｆｉＮセラミックスからなる基材に銅部材を接
合した回路基板の製造方法としては、特開昭５９−３０
７７号公報の方法が知られている。この方法は、Ａｊ７
Ｎセラミックスの基材表面を酸化し、酸素を１００〜２
０００ｐｐｍ含む銅部材を接触させた後窒素ガスやアル
ゴンなどの不活性ガス雰囲気中で加熱して前記基材に銅
部材を接合して回路基板を製造するものである。
合した回路基板の製造方法としては、特開昭５９−３０
７７号公報の方法が知られている。この方法は、Ａｊ７
Ｎセラミックスの基材表面を酸化し、酸素を１００〜２
０００ｐｐｍ含む銅部材を接触させた後窒素ガスやアル
ゴンなどの不活性ガス雰囲気中で加熱して前記基材に銅
部材を接合して回路基板を製造するものである。
しかしながら、前記方法にあっては不活性ガス雰囲気中
で加熱を行うため、銅部材中に酸素を含んでいるにもか
かわらず接合界面での亜共晶合金液相が一部分解する。
で加熱を行うため、銅部材中に酸素を含んでいるにもか
かわらず接合界面での亜共晶合金液相が一部分解する。
組成的には、酸素が減少する。これは、１０８５℃にお
ける ２Ｃｕ２０＃ ４Ｃｕ＋０２の平行酸素分圧が１
．５Ｘ ｔｏ−６気圧であり、亜共晶合金液相も同様に
起こることが期待されるが、不活性ガス中での加熱のた
めに亜共晶合金液相が一部分解する。更に、接合のため
の加熱温度は亜共晶領域の共晶線以上の温度であるので
、その温度での平衡酸素分圧はさらに大きくなる。その
結果、還元作用により銅部材中に生成する共晶合金液相
が減少する。従って、接合界面には極微量の共晶合金液
相しか生成しておらず、接合に関与できないため、微視
的には接合されていない箇所が発生したり、接合強度の
低い回路基板になるという問題を生じる。
ける ２Ｃｕ２０＃ ４Ｃｕ＋０２の平行酸素分圧が１
．５Ｘ ｔｏ−６気圧であり、亜共晶合金液相も同様に
起こることが期待されるが、不活性ガス中での加熱のた
めに亜共晶合金液相が一部分解する。更に、接合のため
の加熱温度は亜共晶領域の共晶線以上の温度であるので
、その温度での平衡酸素分圧はさらに大きくなる。その
結果、還元作用により銅部材中に生成する共晶合金液相
が減少する。従って、接合界面には極微量の共晶合金液
相しか生成しておらず、接合に関与できないため、微視
的には接合されていない箇所が発生したり、接合強度の
低い回路基板になるという問題を生じる。
また、前記公開公報には酸素を含まない銅（無酸素銅）
の部材を使用した場合、酸素を０．０３〜０．１体積％
を含む反応性ガス雰囲気中で加熱してＡＩＮセラミック
スの基材と前記無酸素銅部材を接合することが記載され
ている。しかしながら、かかる方法にあっても次のよう
な問題を生じる。
の部材を使用した場合、酸素を０．０３〜０．１体積％
を含む反応性ガス雰囲気中で加熱してＡＩＮセラミック
スの基材と前記無酸素銅部材を接合することが記載され
ている。しかしながら、かかる方法にあっても次のよう
な問題を生じる。
雰囲気中の酸素が０．０３〜０．１体積％と多いいため
、適度の酸化反応を起こさせるための制御が困難となる
ばかりか、過度に表面酸化が進行する。このため、接合
工程後に酸化層をエツチング等により除去したり、水素
不雰囲気中で還元して除去する必要があるため、表面荒
れを招くばかりか、工程が増えて量産性の点でも問題と
なる。
、適度の酸化反応を起こさせるための制御が困難となる
ばかりか、過度に表面酸化が進行する。このため、接合
工程後に酸化層をエツチング等により除去したり、水素
不雰囲気中で還元して除去する必要があるため、表面荒
れを招くばかりか、工程が増えて量産性の点でも問題と
なる。
一方、酸化アルミニウム（アルミナ）セラミックスから
なる基材に銅部材を接合したアルミナセラミックス回路
基板の製造方法として、英国特許第７６１０４５号明細
書に記載された方法が知られている。この方法は、予め
銅部材を酸化し、その酸化層側をアルミナセラミックス
の基材上に配置し、銅の融点（１０８３℃）より高く、
酸化第一銅の融点（約１２００℃）より低い温度で加熱
するものである。
なる基材に銅部材を接合したアルミナセラミックス回路
基板の製造方法として、英国特許第７６１０４５号明細
書に記載された方法が知られている。この方法は、予め
銅部材を酸化し、その酸化層側をアルミナセラミックス
の基材上に配置し、銅の融点（１０８３℃）より高く、
酸化第一銅の融点（約１２００℃）より低い温度で加熱
するものである。
かかる加熱に際して、銅は融解するが、酸化第一銅は融
解されないと同明細書に記載されている。
解されないと同明細書に記載されている。
従って、（：ｕ−Ｃｕ２０相図上の共晶点（酸素３９０
０ｐｐｍの点）よりも酸素の多い側での接合である。こ
の方法では、銅部材の酸化は避けられないため、回路基
板への応用を考えた場合には酸化層の除去工程が必要と
なり、銅部材の表面荒れを招く。
０ｐｐｍの点）よりも酸素の多い側での接合である。こ
の方法では、銅部材の酸化は避けられないため、回路基
板への応用を考えた場合には酸化層の除去工程が必要と
なり、銅部材の表面荒れを招く。
また、アルミナセラミックスからなる基材に銅部材を接
合する別の方法としては、米国特許箱３７４４１２０号
明細叢書に記載された方法が知られている。しかしなが
ら、これらの方法は酸素濃度が０．０１〜０．５体積％
の反応性ガス雰囲気中で行うため、銅部材表面に酸化層
が生成され、これを除去するための煩雑な工程が必要と
なるばかりか、表面荒れを生じるという問題がある。
合する別の方法としては、米国特許箱３７４４１２０号
明細叢書に記載された方法が知られている。しかしなが
ら、これらの方法は酸素濃度が０．０１〜０．５体積％
の反応性ガス雰囲気中で行うため、銅部材表面に酸化層
が生成され、これを除去するための煩雑な工程が必要と
なるばかりか、表面荒れを生じるという問題がある。
更に、特公昭６０−４１５４号にはＣｕとＡＮ２０ｓの
接合が開示されている。この方法は、銅部材の表面を酸
化した後、不活性ガス中で接合を行うが、Ａ１１Ｎの場
合と同様に接合剤となる共晶合金液相は、接合温度（１
０７０℃程度）では分解し、かつ還元反応により共晶合
金液相は減ることになる。その結果、接合温度ではＡＮ
２０ｉ全面に共晶合金液相が供給されずに、微視的には
接合されない部分ができる。事実、明細書中には銅表面
に酸化の記載はない。更に、かかる明細書には結合剤を
導入する方法として銅表面を酸化する方法の他に、結合
剤と銅とからなる粒状化合物をＡＮ２０ｉ側の銅部材上
に付着させてもよいことが記載されている。この方法で
導入しても平衡酸素分圧以下の不活性ガス中で接合する
ことから、還元作用は当然起こる。また、結合剤の導入
工程が必要となる点で工程が煩雑となる。
接合が開示されている。この方法は、銅部材の表面を酸
化した後、不活性ガス中で接合を行うが、Ａ１１Ｎの場
合と同様に接合剤となる共晶合金液相は、接合温度（１
０７０℃程度）では分解し、かつ還元反応により共晶合
金液相は減ることになる。その結果、接合温度ではＡＮ
２０ｉ全面に共晶合金液相が供給されずに、微視的には
接合されない部分ができる。事実、明細書中には銅表面
に酸化の記載はない。更に、かかる明細書には結合剤を
導入する方法として銅表面を酸化する方法の他に、結合
剤と銅とからなる粒状化合物をＡＮ２０ｉ側の銅部材上
に付着させてもよいことが記載されている。この方法で
導入しても平衡酸素分圧以下の不活性ガス中で接合する
ことから、還元作用は当然起こる。また、結合剤の導入
工程が必要となる点で工程が煩雑となる。
以上述べたように、従来の技術では理想的な接合部材を
製造できないのが現状である。
製造できないのが現状である。
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、銅部材表面での酸化を殆ど生じることなく、セ
ラミックス基材に銅部材を強固に接合した回路基板を製
造し得る方法を提供しようとするものである。
もので、銅部材表面での酸化を殆ど生じることなく、セ
ラミックス基材に銅部材を強固に接合した回路基板を製
造し得る方法を提供しようとするものである。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は、表面に厚さ ０．１〜５μｍの酸化物層が形
成されたＡＩＩＮ焼結体からなる基材の酸化物層上に、
酸素を１００〜１０００ ｐｐＩ１１含む銅部材を接触
させた後、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの２元系相図の亜共晶領域の
純銅を含む側の液相線以下で、かつ銅と酸化第一銅の組
成間で結ばれる共晶線の温度以上である温度にて１＝１
００ｐｐｍの酸素を含む不活性ガス雰囲気中で加熱して
前記基材に銅部材を直接接合することを特徴とするセラ
ミックス回路基板の製造方法である。
成されたＡＩＩＮ焼結体からなる基材の酸化物層上に、
酸素を１００〜１０００ ｐｐＩ１１含む銅部材を接触
させた後、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの２元系相図の亜共晶領域の
純銅を含む側の液相線以下で、かつ銅と酸化第一銅の組
成間で結ばれる共晶線の温度以上である温度にて１＝１
００ｐｐｍの酸素を含む不活性ガス雰囲気中で加熱して
前記基材に銅部材を直接接合することを特徴とするセラ
ミックス回路基板の製造方法である。
上記ＡＪ７Ｎ焼結体表面に形成する酸化物層としては、
例えばａ Ａｐ ２０ ｓ 、酸窒化アルミニウム等
を挙げることができる。かかる酸化物層の厚さを限定し
たのは、次のような理由によるものである。酸化物層の
厚さを０．１μｍ未満にすると酸化物層のむらが存在し
、ＡＪＮの基材が直接銅部材に接触する箇所が生じるた
め、加熱に際して共晶合金液相がＡｌ）Ｎによって還元
され、目的とする接合強度を得ることができなくなる。
例えばａ Ａｐ ２０ ｓ 、酸窒化アルミニウム等
を挙げることができる。かかる酸化物層の厚さを限定し
たのは、次のような理由によるものである。酸化物層の
厚さを０．１μｍ未満にすると酸化物層のむらが存在し
、ＡＪＮの基材が直接銅部材に接触する箇所が生じるた
め、加熱に際して共晶合金液相がＡｌ）Ｎによって還元
され、目的とする接合強度を得ることができなくなる。
一方、酸化物層の厚さが５μｍを越えるとＡｇＮセラミ
ックスに比べて熱膨張率が大きい該酸化物層との熱膨張
差が顕在化してビール強度の低下を招く。
ックスに比べて熱膨張率が大きい該酸化物層との熱膨張
差が顕在化してビール強度の低下を招く。
上記銅部材中に含まれる酸素は、基材との接合の上で非
常に重要である。つまり、本発明では接合に際して雰囲
気中からの接合界面への酸素の供給を意図せず、逆に酸
素を供給すると銅部材の酸化が激しくなって表面荒れ等
の原因となることから、接合時での酸素供給を専ら銅部
材中の酸素によって行うものである。銅部材中に含まれ
る酸素は、α−Ａｉ）２０３等の酸化物層全面を濡らす
のに必要な量の共晶合金液相を生成する以上含んている
ことが必要である。この酸素量は、１１００ｐｐ以上で
ある。即ち、酸素量を１１００ｐｐ未満にすると銅部材
から接合界面に十分な量の共晶合金液相が生成しないた
め、微視的には部分的にしか接合されず、十分なビール
強度を有する回路基板が得られなくなる。一方、銅部材
に含まれる酸素量が１１０００ｐｐ＋を越えると接合時
の加熱処理により表面荒れを生じ、回路基板としての信
頼性を損なう。
常に重要である。つまり、本発明では接合に際して雰囲
気中からの接合界面への酸素の供給を意図せず、逆に酸
素を供給すると銅部材の酸化が激しくなって表面荒れ等
の原因となることから、接合時での酸素供給を専ら銅部
材中の酸素によって行うものである。銅部材中に含まれ
る酸素は、α−Ａｉ）２０３等の酸化物層全面を濡らす
のに必要な量の共晶合金液相を生成する以上含んている
ことが必要である。この酸素量は、１１００ｐｐ以上で
ある。即ち、酸素量を１１００ｐｐ未満にすると銅部材
から接合界面に十分な量の共晶合金液相が生成しないた
め、微視的には部分的にしか接合されず、十分なビール
強度を有する回路基板が得られなくなる。一方、銅部材
に含まれる酸素量が１１０００ｐｐ＋を越えると接合時
の加熱処理により表面荒れを生じ、回路基板としての信
頼性を損なう。
より好ましい銅部材中に含まれる酸素量は、１５０〜６
００ｐｐｍの範囲である。
００ｐｐｍの範囲である。
上記加熱は、第１図に示すＣｕ−ＣＬＪ２０の２元系相
図の亜共晶領域の純銅を含む側の液相線以下で、かつ銅
と酸化第一銅の組成間で結ばれる共晶線の温度以上であ
る温度、つまり同第１図の斜線で示す温度領域で行なう
。
図の亜共晶領域の純銅を含む側の液相線以下で、かつ銅
と酸化第一銅の組成間で結ばれる共晶線の温度以上であ
る温度、つまり同第１図の斜線で示す温度領域で行なう
。
上記加熱に際しては、酸素が１〜１１００ｐｐ含む窒素
、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気で行なう
。かかる雰囲気中の酸素量を限定した理由を以下に詳述
する。例えば、１０６５℃でのＣｕ２Ｏの平衡酸素分圧
は１．６Ｘ １０−’気圧であり、この値より炉内雰囲
気中の酸素量が少ないと、Ｃｕ２Ｏが分解する。共晶合
金液相も同様な作用により減少し、接合に関与する結合
剤が少なくなり、ＡｐＮ焼結体からなる基材と銅部材の
接合が十分に行なえなくなる。従って、雰囲気中の酸素
含有量は１ｐｐＩ１１以上にすることが必要である。ま
た、平衡酸素分圧より雰囲気中の酸素量が僅かに少ない
程度であれば、共晶合金液相は殆ど還元されず、予め銅
部材に前記範囲（１００〜１０１０００１）ｌ）の酸素
量を含有させることによって雰囲気を平衡酸素分圧に近
似させることが可能となる。但し、ｉ ｐｐｍ未満の酸
素量の雰囲気ではｌ［ｌＯ（ｌｐｐｍの酸素を含む銅部
材でも前記基祠表面の酸化物層に対するビール強度が実
用上の許容される強度以下となる。
、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気で行なう
。かかる雰囲気中の酸素量を限定した理由を以下に詳述
する。例えば、１０６５℃でのＣｕ２Ｏの平衡酸素分圧
は１．６Ｘ １０−’気圧であり、この値より炉内雰囲
気中の酸素量が少ないと、Ｃｕ２Ｏが分解する。共晶合
金液相も同様な作用により減少し、接合に関与する結合
剤が少なくなり、ＡｐＮ焼結体からなる基材と銅部材の
接合が十分に行なえなくなる。従って、雰囲気中の酸素
含有量は１ｐｐＩ１１以上にすることが必要である。ま
た、平衡酸素分圧より雰囲気中の酸素量が僅かに少ない
程度であれば、共晶合金液相は殆ど還元されず、予め銅
部材に前記範囲（１００〜１０１０００１）ｌ）の酸素
量を含有させることによって雰囲気を平衡酸素分圧に近
似させることが可能となる。但し、ｉ ｐｐｍ未満の酸
素量の雰囲気ではｌ［ｌＯ（ｌｐｐｍの酸素を含む銅部
材でも前記基祠表面の酸化物層に対するビール強度が実
用上の許容される強度以下となる。
一方、接合温度での平衡酸素分圧を大きく越える酸素が
雰囲気中に存在すると、銅部材が過度に酸化されて、回
路基板としてそのまま使用することができなくなる。従
って、雰囲気中の酸素量の上限値を１１００ｐｐとする
ことが必要である。また、かかる酸素量の雰囲気中で接
合する際、反応時間は数秒から数分間程度と短時間であ
ると同時に、その量は平衡酸素分圧よりも僅かに多い程
度であるため、際だった酸化反応は進行せず実用上問題
とならない。より好ましい雰囲気中の酸素量の範囲は、
１〜５０ｐｐｍである。
雰囲気中に存在すると、銅部材が過度に酸化されて、回
路基板としてそのまま使用することができなくなる。従
って、雰囲気中の酸素量の上限値を１１００ｐｐとする
ことが必要である。また、かかる酸素量の雰囲気中で接
合する際、反応時間は数秒から数分間程度と短時間であ
ると同時に、その量は平衡酸素分圧よりも僅かに多い程
度であるため、際だった酸化反応は進行せず実用上問題
とならない。より好ましい雰囲気中の酸素量の範囲は、
１〜５０ｐｐｍである。
また、本発明は酸化アルミニウムからなる基材上に、酸
素を１００〜１０００ ｐｐｍ含む銅部材を接触させた
後、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの２元系相図の亜共晶領域の純銅を
含む側の液相線以下で、かつ銅と酸化第一銅の組成間で
結ばれる共晶線の温度以上である温度にて１１−１Ｏ０
ｐｐの酸素を含む不活性ガス雰囲気中で加熱して前記基
材に銅部材を直接接合することを特徴とするセラミック
ス回路基板の製造方法である。
素を１００〜１０００ ｐｐｍ含む銅部材を接触させた
後、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの２元系相図の亜共晶領域の純銅を
含む側の液相線以下で、かつ銅と酸化第一銅の組成間で
結ばれる共晶線の温度以上である温度にて１１−１Ｏ０
ｐｐの酸素を含む不活性ガス雰囲気中で加熱して前記基
材に銅部材を直接接合することを特徴とするセラミック
ス回路基板の製造方法である。
上記銅部材中に含まれる酸素は、基材である酸化アルミ
ニウムとの接合の上で非常に重要である。
ニウムとの接合の上で非常に重要である。
つまり、本発明では接合に際して雰囲気中からの接合界
面への酸素の供給を意図せず、逆に酸素を供給すると銅
部材の酸化が激しくなって表面荒れ等の原因となること
から、接合時での酸素供給を専ら銅部材中の酸素によっ
て行うものである。銅部材中に含まれる酸素は、酸化ア
ルミニウム基材全面を濡らすのに必要な量の共晶合金液
相を生成する以上含んでいることが必要である。この酸
素量は１００ｐｐｍ以上である。即ち、酸素量を１１０
０ｐｐ未満にすると銅部材から接合界面に十分な量の共
晶合金液相が生成しないため、微視的には部分的にしか
接合されず、十分なビール強度を有する回路基板が得ら
れなくなる。一方、銅部材に含まれる酸素量が１１００
０ｐｐを越えると接合時の加熱処理により表面荒れを生
じ、回路基板としての信頼性を損なう。より好ましい銅
部材中に含まれる酸素量は、 １００〜ＢＯＯｐｐｍの
範囲である。
面への酸素の供給を意図せず、逆に酸素を供給すると銅
部材の酸化が激しくなって表面荒れ等の原因となること
から、接合時での酸素供給を専ら銅部材中の酸素によっ
て行うものである。銅部材中に含まれる酸素は、酸化ア
ルミニウム基材全面を濡らすのに必要な量の共晶合金液
相を生成する以上含んでいることが必要である。この酸
素量は１００ｐｐｍ以上である。即ち、酸素量を１１０
０ｐｐ未満にすると銅部材から接合界面に十分な量の共
晶合金液相が生成しないため、微視的には部分的にしか
接合されず、十分なビール強度を有する回路基板が得ら
れなくなる。一方、銅部材に含まれる酸素量が１１００
０ｐｐを越えると接合時の加熱処理により表面荒れを生
じ、回路基板としての信頼性を損なう。より好ましい銅
部材中に含まれる酸素量は、 １００〜ＢＯＯｐｐｍの
範囲である。
上記加熱は、第１図に示すＣｕＣｕ２Ｏの２元系相図の
亜共晶領域の純銅を含む側の液相線以下で、かつ銅と酸
化第一銅の組成間で結ばれる共晶線の温度以上である温
度、つまり同第１図の斜線で示す温度領域で行なう。
亜共晶領域の純銅を含む側の液相線以下で、かつ銅と酸
化第一銅の組成間で結ばれる共晶線の温度以上である温
度、つまり同第１図の斜線で示す温度領域で行なう。
上記加熱に際しては、酸素が２〜１１００ｐｐ含む窒素
、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気で行なう
。かかる雰囲気中の酸素量を限定した理由を以下に詳述
する。例えば、１０６５℃でのＣＬＩ２０の平衡酸素分
圧は１．６Ｘ １０−６気圧であり、この値より炉内雰
囲気中の酸素量が少ないと、Ｃｕ２Ｏが分解する。共晶
合金液相も同様な作用により減少し、接合に関与する結
合剤が少なくなり、酸化アルミニウム基材と銅部材の接
合が十分に行なえなくなる。従って、雰囲気中の酸素含
有量はｌｐｐｍ以上にすることが必要である。また、平
衡酸素分圧より雰囲気中の酸素量が僅かに少ない程度で
あれば、共晶合金液相は殆ど還元されず、予め銅部材に
前記範囲（１００〜１０１０００ｐｐの酸素量を含有さ
せることによって雰囲気を平衡酸素分圧に近似させるこ
とが可能となる。但し、ｌｐｐｍ未満の酸素量の雰囲気
では１０００ｐｐａ＋の酸素を含む銅部材を用いても前
記酸化アルミニウム基材に対するビール強度が実用上の
許容される強度以下となる。一方、接合温度での平衡酸
素分圧を大きく越える酸素が雰囲気中に存在すると、銅
部材が過度に酸化されて、回路基板としてそのまま使用
することができなくなる。従って、雰囲気中の酸素量の
上限値を１１００ｐｐとすることが必要である。また、
かかる酸素量の雰囲気中で接合する際、反応時間は数秒
から数分間程度と短時間であると同時に、その量は平衡
酸素分圧よりも作かに多い程度であるため、際たった酸
化反応は進行せず実用上問題とならない。より好ましい
雰囲気中の酸素量の範囲は、１〜５０ｐｐ１１である。
、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気で行なう
。かかる雰囲気中の酸素量を限定した理由を以下に詳述
する。例えば、１０６５℃でのＣＬＩ２０の平衡酸素分
圧は１．６Ｘ １０−６気圧であり、この値より炉内雰
囲気中の酸素量が少ないと、Ｃｕ２Ｏが分解する。共晶
合金液相も同様な作用により減少し、接合に関与する結
合剤が少なくなり、酸化アルミニウム基材と銅部材の接
合が十分に行なえなくなる。従って、雰囲気中の酸素含
有量はｌｐｐｍ以上にすることが必要である。また、平
衡酸素分圧より雰囲気中の酸素量が僅かに少ない程度で
あれば、共晶合金液相は殆ど還元されず、予め銅部材に
前記範囲（１００〜１０１０００ｐｐの酸素量を含有さ
せることによって雰囲気を平衡酸素分圧に近似させるこ
とが可能となる。但し、ｌｐｐｍ未満の酸素量の雰囲気
では１０００ｐｐａ＋の酸素を含む銅部材を用いても前
記酸化アルミニウム基材に対するビール強度が実用上の
許容される強度以下となる。一方、接合温度での平衡酸
素分圧を大きく越える酸素が雰囲気中に存在すると、銅
部材が過度に酸化されて、回路基板としてそのまま使用
することができなくなる。従って、雰囲気中の酸素量の
上限値を１１００ｐｐとすることが必要である。また、
かかる酸素量の雰囲気中で接合する際、反応時間は数秒
から数分間程度と短時間であると同時に、その量は平衡
酸素分圧よりも作かに多い程度であるため、際たった酸
化反応は進行せず実用上問題とならない。より好ましい
雰囲気中の酸素量の範囲は、１〜５０ｐｐ１１である。
（作用）
本発明によれば、表面に所定厚さの酸化物層が形成され
たＡΩＮ焼結体からなる基材の酸化物層上に、所定の酸
素を含む銅部材を接触させた後、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの２元
系相図の亜共晶領域の純銅を含む側の液相線以下で、か
つ銅と酸化第一銅の組成間で結ばれる共晶線の温度以上
である温度にて所定の酸素を含む不活性ガス雰囲気中で
加熱することによって、前記銅部材表面が過度に酸化さ
れて酸化膜が生成されることなく、前記ＡＩＮ焼結体か
らなる基材表面の酸化物層に銅部材を良好に直接接合し
たビール強度の高い高信頼性のセラミックス回路基板を
製造できる。
たＡΩＮ焼結体からなる基材の酸化物層上に、所定の酸
素を含む銅部材を接触させた後、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏの２元
系相図の亜共晶領域の純銅を含む側の液相線以下で、か
つ銅と酸化第一銅の組成間で結ばれる共晶線の温度以上
である温度にて所定の酸素を含む不活性ガス雰囲気中で
加熱することによって、前記銅部材表面が過度に酸化さ
れて酸化膜が生成されることなく、前記ＡＩＮ焼結体か
らなる基材表面の酸化物層に銅部材を良好に直接接合し
たビール強度の高い高信頼性のセラミックス回路基板を
製造できる。
また、本発明によれば酸化アルミニウムからなる基材上
に、所定の酸素を含む銅部材を接触させた後、Ｃｕ−Ｃ
ｕ２Ｏの２元系相図の亜共晶領域の純銅を含む側の液相
線以下で、かつ銅と酸化第一銅の組成間で結ばれる共晶
線の温度以上である温度にて所定の酸素を含む不活性ガ
ス雰囲気中で加熱することによって、前記銅部材表面が
過度に酸化されて酸化膜が生成されることなく、前記酸
化アルミニウム基材に銅部材を良好に直接接合したビー
ル強度の高い高信頼性のセラミックス回路基板を製造で
きる。
に、所定の酸素を含む銅部材を接触させた後、Ｃｕ−Ｃ
ｕ２Ｏの２元系相図の亜共晶領域の純銅を含む側の液相
線以下で、かつ銅と酸化第一銅の組成間で結ばれる共晶
線の温度以上である温度にて所定の酸素を含む不活性ガ
ス雰囲気中で加熱することによって、前記銅部材表面が
過度に酸化されて酸化膜が生成されることなく、前記酸
化アルミニウム基材に銅部材を良好に直接接合したビー
ル強度の高い高信頼性のセラミックス回路基板を製造で
きる。
（実施例）
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例１
まず、焼結助剤として酸化イツトリウムを３重量％含有
するＡ、９Ｎ焼結体を加工して３５ｍｍＸ ５５ｍｍＸ
Ｏ，７ｔｓの板状セラミックス基材を作製し、この
セラミックス基材を空気中で１１３０℃、３時間加熱す
ることによりセラミックス基材表面に厚さ １μｍのα
−Ａ１２０３層を形成した。つづいて、前記セラミック
ス基村上下のα−Ａ１２０３層に２０ｗＩＩＩＸ ５０
ｍｍＸ Ｏ，３ｍｍで酸素を４００ｐＩ）Ｉｎ含有す
る板状銅部材を接触させ、酸素を７ｐｐｉ含有する窒素
ガス雰囲気中で、最高温度１０７０℃、３分間保持して
加熱した。はぼ室温まで冷却した後、Ａ、ＱＮ焼結体か
らなる基材と銅部材との接合状態を観察したところ、強
固な接合が得られた。また、ビール強度試験を行なった
ところ、ｌ１ｋｇｆ／ｃｍと高い強度を有することが確
認された。
するＡ、９Ｎ焼結体を加工して３５ｍｍＸ ５５ｍｍＸ
Ｏ，７ｔｓの板状セラミックス基材を作製し、この
セラミックス基材を空気中で１１３０℃、３時間加熱す
ることによりセラミックス基材表面に厚さ １μｍのα
−Ａ１２０３層を形成した。つづいて、前記セラミック
ス基村上下のα−Ａ１２０３層に２０ｗＩＩＩＸ ５０
ｍｍＸ Ｏ，３ｍｍで酸素を４００ｐＩ）Ｉｎ含有す
る板状銅部材を接触させ、酸素を７ｐｐｉ含有する窒素
ガス雰囲気中で、最高温度１０７０℃、３分間保持して
加熱した。はぼ室温まで冷却した後、Ａ、ＱＮ焼結体か
らなる基材と銅部材との接合状態を観察したところ、強
固な接合が得られた。また、ビール強度試験を行なった
ところ、ｌ１ｋｇｆ／ｃｍと高い強度を有することが確
認された。
比較例１
実施例１と同様なＡ、９Ｎ焼結体を加工したセラミック
ス基材を空気中で加熱処理せずにそのまま酸素を４００
ｐｐ１１含有する板状銅部材を接触させ、酸素を７ｐｐ
ｃ含有する窒素ガス雰囲気中で、最高温度１０７０℃、
３分間保持して加熱した。その結果、セラミックス基材
に銅部材が一部のみ接合され、その接合部のビール強度
は１ｋｇｒ／Ｃｍと不十分であった。
ス基材を空気中で加熱処理せずにそのまま酸素を４００
ｐｐ１１含有する板状銅部材を接触させ、酸素を７ｐｐ
ｃ含有する窒素ガス雰囲気中で、最高温度１０７０℃、
３分間保持して加熱した。その結果、セラミックス基材
に銅部材が一部のみ接合され、その接合部のビール強度
は１ｋｇｒ／Ｃｍと不十分であった。
比較例２
実施例１と同様なｉＮ焼結体を加工したセラミックス基
材を空気中で１１３０℃、３時間加熱処理を行なった。
材を空気中で１１３０℃、３時間加熱処理を行なった。
つづいて、前記基材の上下面に酸素を４００ｐｐｍ含有
する板状銅部材を接触させ、酸素を０、ｌｐｐｍ含有す
る窒素ガス雰囲気中で、最高温度】０７０℃、３分間保
持して加熱した。その結果、セラミックス基材と銅部材
の接合部のビール強度は４ｋｇｒ／ｃｍで、不十分であ
った。
する板状銅部材を接触させ、酸素を０、ｌｐｐｍ含有す
る窒素ガス雰囲気中で、最高温度】０７０℃、３分間保
持して加熱した。その結果、セラミックス基材と銅部材
の接合部のビール強度は４ｋｇｒ／ｃｍで、不十分であ
った。
比較例３
実施例１と同様なＡｆｉＮ焼結体を加工したセラミック
ス基材を空気中で１１３０℃、３時間加熱処理を行なっ
た。つづいて、前記基材の上下面に無酸素の銅部材を接
触させ、酸素を３００ｐｐｍ含有する窒素ガス雰囲気中
で、最高温度１０７０℃、３０秒間保持して加熱した。
ス基材を空気中で１１３０℃、３時間加熱処理を行なっ
た。つづいて、前記基材の上下面に無酸素の銅部材を接
触させ、酸素を３００ｐｐｍ含有する窒素ガス雰囲気中
で、最高温度１０７０℃、３０秒間保持して加熱した。
その結果、セラミックス基材と銅部材の接合部のビール
強度は８ｋｇｒ／ｃａ＋であった。
強度は８ｋｇｒ／ｃａ＋であった。
しかしながら、銅部材表面が過度に酸化されて赤紫色に
変色した。
変色した。
実施例２
ます、焼結助剤として酸化マグネシウムを３重量％含有
する酸化アルミニウム焼結体を加工して３５＋ａ＋ａＸ
５５ＩＸ ０．７ｎｖの板状セラミックス基材を作
製した。つづいて、このセラミックス基材の上下面にＩ
Ｏ■Ｘ ５０ｎｖＸ ０．３ｍｍで酸素を４００ｐｐ
ｍ含有する板状銅部材を接触させ、酸素を７ｐｐｍ含有
する窒素ガス雰囲気中で、最高温度１０７０℃、３分間
保持して加熱した。はぼ室温まで冷却した後、酸化アル
ミニウム焼結体からなる基材と銅部材との接合状態を観
察したところ、強固な接合が得られた。また、ビール強
度試験を行なったところ、 ｌ１ｋｇｒ／ｃＩＩと高い
強度を有することが確認された。
する酸化アルミニウム焼結体を加工して３５＋ａ＋ａＸ
５５ＩＸ ０．７ｎｖの板状セラミックス基材を作
製した。つづいて、このセラミックス基材の上下面にＩ
Ｏ■Ｘ ５０ｎｖＸ ０．３ｍｍで酸素を４００ｐｐ
ｍ含有する板状銅部材を接触させ、酸素を７ｐｐｍ含有
する窒素ガス雰囲気中で、最高温度１０７０℃、３分間
保持して加熱した。はぼ室温まで冷却した後、酸化アル
ミニウム焼結体からなる基材と銅部材との接合状態を観
察したところ、強固な接合が得られた。また、ビール強
度試験を行なったところ、 ｌ１ｋｇｒ／ｃＩＩと高い
強度を有することが確認された。
比較例４
実施例２と同様な酸化アルミニウム焼結体を加工したセ
ラミックス基材の上下面に酸素を４００１）Ｉｌｌ含有
する板状銅部材を接触させ、酸素をＯ，ｌｐｐｍ含有す
る窒素ガス雰囲気中で、最高温度１０７０℃、３分間保
持して加熱した。その結果、セラミックス基材と銅部材
の接合部のビール強度は４ｋｇｒ／ｃｍで、不十分であ
った。
ラミックス基材の上下面に酸素を４００１）Ｉｌｌ含有
する板状銅部材を接触させ、酸素をＯ，ｌｐｐｍ含有す
る窒素ガス雰囲気中で、最高温度１０７０℃、３分間保
持して加熱した。その結果、セラミックス基材と銅部材
の接合部のビール強度は４ｋｇｒ／ｃｍで、不十分であ
った。
比較例５
実施例２と同様な酸化アルミニウム焼結体を加工したセ
ラミックス基材の上下面に無酸素の銅部材を接触させ、
酸素を３００ｐｐｍ含有する窒素ガス雰囲気中で、最高
温度１０７０℃、３０秒間保持して加熱した。その結果
、セラミックス基材と銅部材の接合部のビール強度は８
ｋｇｒ／ｃｍであった。しかしながら、銅部材表面が過
度に酸化されて赤紫色に変色した。
ラミックス基材の上下面に無酸素の銅部材を接触させ、
酸素を３００ｐｐｍ含有する窒素ガス雰囲気中で、最高
温度１０７０℃、３０秒間保持して加熱した。その結果
、セラミックス基材と銅部材の接合部のビール強度は８
ｋｇｒ／ｃｍであった。しかしながら、銅部材表面が過
度に酸化されて赤紫色に変色した。
［発明の効果］
以上詳述した如く、本発明によれば銅部材表面での酸化
を殆ど生じることなく、ＡＩＩＮ焼結体又は酸化アルミ
ニウム焼結体からなるセラミックス基材に銅部材を強固
に接合した回路基板を簡単かつ量産的に製造し得る方法
を提供できる。
を殆ど生じることなく、ＡＩＩＮ焼結体又は酸化アルミ
ニウム焼結体からなるセラミックス基材に銅部材を強固
に接合した回路基板を簡単かつ量産的に製造し得る方法
を提供できる。
第１図はＣｕ−Ｃｕ２Ｏの２元系相図である。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
第１
図
Claims (2)
- （１）表面に厚さ０．１〜５μｍの酸化物層が形成され
た窒化アルミニウム焼結体からなる基材の酸化物層上に
、酸素を１００〜１０００ｐｐｍ含む銅部材を接触させ
た後、Ｃｕ−Ｃｕ＿２Ｏの２元系相図の亜共晶領域の純
銅を含む側の液相線以下で、かつ銅と酸化第一銅の組成
間で結ばれる共晶線の温度以上である温度にて１〜１０
０ｐｐｍの酸素を含む不活性ガス雰囲気中で加熱して前
記基材に銅部材を直接接合することを特徴とするセラミ
ックス回路基板の製造方法。 - （２）酸化アルミニウムからなる基材上に、酸素を１０
０〜１０００ｐｐｍ含む銅部材を接触させた後、Ｃｕ−
Ｃｕ＿２Ｏの２元系相図の亜共晶領域の純銅を含む側の
液相線以下で、かつ銅と酸化第一銅の組成間で結ばれる
共晶線の温度以上である温度にて１〜１００ｐｐｍの酸
素を含む不活性ガス雰囲気中で加熱して前記基材に銅部
材を直接接合することを特徴とするセラミックス回路基
板の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133957A JP3011433B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | セラミックス回路基板の製造方法 |
| US07/704,094 US5176309A (en) | 1990-05-25 | 1991-05-22 | Method of manufacturing circuit board |
| DE4117004A DE4117004B4 (de) | 1990-05-25 | 1991-05-24 | Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatte |
| US07/961,845 US5280850A (en) | 1990-05-25 | 1992-10-16 | Method of manufacturing circuit board |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133957A JP3011433B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | セラミックス回路基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0429390A true JPH0429390A (ja) | 1992-01-31 |
| JP3011433B2 JP3011433B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=15117033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2133957A Expired - Lifetime JP3011433B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | セラミックス回路基板の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5176309A (ja) |
| JP (1) | JP3011433B2 (ja) |
| DE (1) | DE4117004B4 (ja) |
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1992
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