JPH0468138B2 - - Google Patents
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- JPH0468138B2 JPH0468138B2 JP62088538A JP8853887A JPH0468138B2 JP H0468138 B2 JPH0468138 B2 JP H0468138B2 JP 62088538 A JP62088538 A JP 62088538A JP 8853887 A JP8853887 A JP 8853887A JP H0468138 B2 JPH0468138 B2 JP H0468138B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- adhesive
- powder
- ceramic substrate
- bonding
- metal plate
- Prior art date
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- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は回路基板の製造に係り、より詳細に
は、セラミツク基板に導電性金属を接合して回路
基板を製造する方法に関する。 （従来の技術及び解決しようとする問題点） 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の製造には、一般
に、アルミナなどのセラミツク基板にメタライズ
化処理を施して表面に金属層を形成する方法が採
用されている。例えば、セラミツク基板の両面に
Mo等の金属ペーストを印刷し、乾燥後、焼成し
てメタライズ層を形成し、その上にNiメツキ層
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メツキ処理銅板を半田にて接合する
という多段工程による方法がある。 一方、半導体モジユール用基板等の製造とし
て、セラミツク基板の両面に基板厚さよりも薄い
銅板等の金属板を酸化により接合する方法（特開
昭59−121890号）も研究されており、この方法
は、片面にのみ金属板を接合する方法に比べて反
りや基板割れなどを防止できる利点がある。 しかし、上記いずれの方法においても、その後
の熱処理等における熱サイクル過程で、セラミツ
ク基板と導電性金属板との接合部が剥離し、耐熱
衝撃性が劣るという問題がある。 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、セラ
ミツク基板と導電性金属板の接合部の耐熱衝撃性
を向上し得る回路基板を製造する方法を提供する
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
方法が半田又は酸化等の手段を採用していた点に
鑑みて、新たな接合手段を見い出すべく鋭意研究
を重ねた結果、特定の物理的構造を有する接着材
を使用することにより、可能であることを見い出
したものである。 すなわち、本発明に係る回路基板の製造方法
は、セラミツク基板上に回路を形成する回路基板
の製造に際し、該セラミツク基板上に、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
末からなる接着剤を用いて導電性金属板を貼着し
た後、該金属板表面をピーニング処理することを
特徴とするものである。 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。 まず、セラミツク基板としては、従来と同様の
材質のものでよく、アルミナ（Al2O3）、窒化ア
ルミニウム（AlN）、炭化珪素（SiO）等々のセ
ラミツク材料を用いる。 このセラミツク基板の両面又は片面に導電性金
属板を接合するに際しては、後述の接着剤を使用
して加熱接合するものである。接合すべき導電性
金属板は、銅板乃至銅箔、ステンレス板、アルミ
ニウム板など、目的に応じて適宜材質のものを使
用することができる。例えば、銅板をヒートシン
クとして接合する場合には、ヒートシンクとして
並びに熱膨張の変化に追随し得るためにある程度
の厚みを必要とし、セラミツク基板の厚さ（通
常、0.1〜１mm）よりも大きい板厚（例、２mm）
とする。また、銅箔の場合には、熱膨張の変化に
追随できるが、逆に厚くなると銅箔側へ接着材成
分が拡散して表面層に変質を来すので、拡散が生
じない範囲で任意の厚みのものとするのがよい。 接着材としては、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からなるものを使
用する必要があり、例えば、成分系としては複合
金属粉末系のもの、金属粉末と非金属粉末を含む
複合粉末系のもの等があり、使用態様としてはペ
ースト状にしたものが望ましい。 接着材の具体例を以下に示す。 (1) Cu及びNiのうちの少なくとも１種を10〜60
％（重量％、以下同じ。）、Ti、Nb及びZrのう
ちの少なくとも１種を10〜80％含み、残部が実
質的にAgからなる組成を有する複合粉末を有
機溶媒中に分散させたペースト状のもの。接合
温度は600〜900℃が好ましい。 (2) Cu及びNiのうちの少なくとも１種を10〜60
％、Ti、Nb及びZrのうちの少なくとも１種を
７〜90％、希土類元素（Ｙを含む）のうちの少
なくとも１種を5ppm〜３％を含み、残部が実
質的にAgからなる組成を有する複合粉末を有
機溶媒中に分散させたペースト状のもの。この
接着材は特にSiCを基板材料とする場合に適す
る。接合温度は600〜900℃が好ましい。 (3) 上記(1)又は(2)の接着材において、5μｍ以下
のAl2O3、Mo及びSiO2のうちのいずれか１種
を１〜10％含む接着材。この接着材はアルミ
ナ、窒化アルミニウム、SiC等の各種セラミツ
ク材料を基板とする場合でも適する。接合温度
は830〜900℃が好ましい。 (4) Ti、Zr及びNbのうちの少なくとも１種：15
〜25％、Ni：５〜15％、Ag：35〜45％、Cu：
25〜35％及びSi：１〜７％からなる組成を有す
る複合粉末を有機溶媒中に分散させてペースト
状にしたもの。この接着材はSiCを基板材料と
する場合に好適である。接合温度は750〜950℃
が好ましい。 (5) Ti、Zr及びNbのうちの少なくとも１種：10
〜20％、Ni：５〜10％、Cu：18〜28％、Si：
２〜10％、SiC：10〜30％及び残部がAgからな
る組成を有する複合粉末を有機溶媒中に分散さ
せたペースト状のもの。この接着材は特にSiC
をセラミツク基板材料とする場合に好適であ
る。接合温度は750〜950℃が好ましい。 上記いずれの接着材も、セラミツク基板表面と
導電性金属板表面に印刷し、乾燥、脱脂処理した
後、適宜接合条件で、例えば、１〜10Kg／cm2の荷
重をかけながら10-3Torr以下の減圧下又は不活
性雰囲気中で上記加熱温度にて加熱接合すること
により、貼着すればよい。 なお、上記接着材は、粉末状、シート状等の態
様で使用することも可能である。 接合後、或いは回路を形成した後、導電性金属
板の表面にピーニング処理を施す。ピーニング処
理は通常行われる条件でよく、エアーブラスト処
理等を挙げることができる。この処理により、金
属板に圧縮応力が与えられるので、熱サイクル過
程で金属板に収縮方向の引張応力が働いても、圧
縮応力と打消し合い、残留応力が緩和乃至均等分
散化されるため、接合部が剥離したり、基板が割
れるようなことがなくなる。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 原料粉末として、第１表に示す成分の粉末を準
備し配合（重量部）した。 なお、同表中、Ti−Cu−Ag系の接着材の場合
には、 スポンジチタン（−20μｍに分級）粉末 20部 銀粉末（平均粒径1.6μｍ） 40部 銅粉末（平均粒径1.5μｍ） 40部 を準備した。 また、Ti−Ag−Cu−Ni−Si−SiC系の接着材
の場合には、 スポンジチタン（−20μｍに分級）粉末 16部 銀粉末（平均粒径1.6μｍ） 32部 カーボニルニツケル粉末 ８部 シリコン粉末 ６部 SiC微粉末 14部 を準備した。 前処理として、これらを擂潰機を用いて５時間
混合粉砕し複合粉末とした。混合粉砕後、フイツ
シヤー・サブ・シーブ・サイザーで平均粒径を測
定したところ、いずれも1.3μｍであつた。 次いで、この混合粉砕物に次の割合でビヒクル
を配合し、擂潰機を使用して５時間、予備混練し
た。予備混練の目的は、粉末表面を活性にし、ビ
ヒクルと接触させることにより、分散性をよくす
るためである。 上記混合粉砕物 80重量部 エチルセルロース 1.5 〃 テキサノール 16.7 〃 界面活性剤 1.8 〃 予備混練が終了した後、３本ロール・ミルを用
いて本混練を行い、ペースト状の接着用材料とし
た。 次に、約2.5mm□×0.635mmｔの寸法の96％
Al2O3基板、AlN基板及びSiC基板と、25mm□で
同表に示す板厚（mm）の銅板及びSUS304板のそ
れぞれの片側全面に、200メツシユ、バイアス張
り、エマルジヨン厚さ45μｍのスクリーンを使用
して、スクリーン印刷機により上記ペーストを印
刷した。 印刷後、120℃で30分間乾燥し、600℃で窒素気
流中にて20分間脱脂処理した。 次いで、第１表に示す組合せで、850℃、窒素
気流中で基板を中心にサンドイツチ構造となるよ
うに基板両面に金属板を重ね、貼り合せて加熱接
合した。 接合後、切り出したサンプルについて、冷熱サ
イクル試験を実施した。この試験では、接合した
サンプルをそのまま冷熱サイクル試験装置に装着
し、−55℃×30分間、＋150℃×30分間を１サイク
ルとして、基板が破壊するまでのサイクル数にて
チエツクした。 また、接合後、金属板表面にピーニング処理を
施したサンプルについても、上記冷熱サイクル試
験を実施した。なお、ピーニング処理としては、
アルミナ（商品名Ａ−40モランダム）＃80を使用
し、圧力３Kg／cm2でエアーブラスト処理を行つ
た。 以上の試験結果を第１表に併記する。 同表により明らかなとおり、ピーニング処理を
行わない回路基板は殆ど５サイクルで回路基板が
剥離したのに対し、ピーニング処理を行つた本発
明例による回路基板はいずれも50サイクル以上ま
で剥離せず、顕著な耐熱衝撃性を示した。また、
本発明例ではいずれの材質のセラミツク基板や導
電性金属板の接合にも適用できることがわかる。 なお、剥離モードはいずれも基板の中央で割れ
るものであつた。
は、セラミツク基板に導電性金属を接合して回路
基板を製造する方法に関する。 （従来の技術及び解決しようとする問題点） 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の製造には、一般
に、アルミナなどのセラミツク基板にメタライズ
化処理を施して表面に金属層を形成する方法が採
用されている。例えば、セラミツク基板の両面に
Mo等の金属ペーストを印刷し、乾燥後、焼成し
てメタライズ層を形成し、その上にNiメツキ層
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メツキ処理銅板を半田にて接合する
という多段工程による方法がある。 一方、半導体モジユール用基板等の製造とし
て、セラミツク基板の両面に基板厚さよりも薄い
銅板等の金属板を酸化により接合する方法（特開
昭59−121890号）も研究されており、この方法
は、片面にのみ金属板を接合する方法に比べて反
りや基板割れなどを防止できる利点がある。 しかし、上記いずれの方法においても、その後
の熱処理等における熱サイクル過程で、セラミツ
ク基板と導電性金属板との接合部が剥離し、耐熱
衝撃性が劣るという問題がある。 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、セラ
ミツク基板と導電性金属板の接合部の耐熱衝撃性
を向上し得る回路基板を製造する方法を提供する
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
方法が半田又は酸化等の手段を採用していた点に
鑑みて、新たな接合手段を見い出すべく鋭意研究
を重ねた結果、特定の物理的構造を有する接着材
を使用することにより、可能であることを見い出
したものである。 すなわち、本発明に係る回路基板の製造方法
は、セラミツク基板上に回路を形成する回路基板
の製造に際し、該セラミツク基板上に、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
末からなる接着剤を用いて導電性金属板を貼着し
た後、該金属板表面をピーニング処理することを
特徴とするものである。 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。 まず、セラミツク基板としては、従来と同様の
材質のものでよく、アルミナ（Al2O3）、窒化ア
ルミニウム（AlN）、炭化珪素（SiO）等々のセ
ラミツク材料を用いる。 このセラミツク基板の両面又は片面に導電性金
属板を接合するに際しては、後述の接着剤を使用
して加熱接合するものである。接合すべき導電性
金属板は、銅板乃至銅箔、ステンレス板、アルミ
ニウム板など、目的に応じて適宜材質のものを使
用することができる。例えば、銅板をヒートシン
クとして接合する場合には、ヒートシンクとして
並びに熱膨張の変化に追随し得るためにある程度
の厚みを必要とし、セラミツク基板の厚さ（通
常、0.1〜１mm）よりも大きい板厚（例、２mm）
とする。また、銅箔の場合には、熱膨張の変化に
追随できるが、逆に厚くなると銅箔側へ接着材成
分が拡散して表面層に変質を来すので、拡散が生
じない範囲で任意の厚みのものとするのがよい。 接着材としては、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からなるものを使
用する必要があり、例えば、成分系としては複合
金属粉末系のもの、金属粉末と非金属粉末を含む
複合粉末系のもの等があり、使用態様としてはペ
ースト状にしたものが望ましい。 接着材の具体例を以下に示す。 (1) Cu及びNiのうちの少なくとも１種を10〜60
％（重量％、以下同じ。）、Ti、Nb及びZrのう
ちの少なくとも１種を10〜80％含み、残部が実
質的にAgからなる組成を有する複合粉末を有
機溶媒中に分散させたペースト状のもの。接合
温度は600〜900℃が好ましい。 (2) Cu及びNiのうちの少なくとも１種を10〜60
％、Ti、Nb及びZrのうちの少なくとも１種を
７〜90％、希土類元素（Ｙを含む）のうちの少
なくとも１種を5ppm〜３％を含み、残部が実
質的にAgからなる組成を有する複合粉末を有
機溶媒中に分散させたペースト状のもの。この
接着材は特にSiCを基板材料とする場合に適す
る。接合温度は600〜900℃が好ましい。 (3) 上記(1)又は(2)の接着材において、5μｍ以下
のAl2O3、Mo及びSiO2のうちのいずれか１種
を１〜10％含む接着材。この接着材はアルミ
ナ、窒化アルミニウム、SiC等の各種セラミツ
ク材料を基板とする場合でも適する。接合温度
は830〜900℃が好ましい。 (4) Ti、Zr及びNbのうちの少なくとも１種：15
〜25％、Ni：５〜15％、Ag：35〜45％、Cu：
25〜35％及びSi：１〜７％からなる組成を有す
る複合粉末を有機溶媒中に分散させてペースト
状にしたもの。この接着材はSiCを基板材料と
する場合に好適である。接合温度は750〜950℃
が好ましい。 (5) Ti、Zr及びNbのうちの少なくとも１種：10
〜20％、Ni：５〜10％、Cu：18〜28％、Si：
２〜10％、SiC：10〜30％及び残部がAgからな
る組成を有する複合粉末を有機溶媒中に分散さ
せたペースト状のもの。この接着材は特にSiC
をセラミツク基板材料とする場合に好適であ
る。接合温度は750〜950℃が好ましい。 上記いずれの接着材も、セラミツク基板表面と
導電性金属板表面に印刷し、乾燥、脱脂処理した
後、適宜接合条件で、例えば、１〜10Kg／cm2の荷
重をかけながら10-3Torr以下の減圧下又は不活
性雰囲気中で上記加熱温度にて加熱接合すること
により、貼着すればよい。 なお、上記接着材は、粉末状、シート状等の態
様で使用することも可能である。 接合後、或いは回路を形成した後、導電性金属
板の表面にピーニング処理を施す。ピーニング処
理は通常行われる条件でよく、エアーブラスト処
理等を挙げることができる。この処理により、金
属板に圧縮応力が与えられるので、熱サイクル過
程で金属板に収縮方向の引張応力が働いても、圧
縮応力と打消し合い、残留応力が緩和乃至均等分
散化されるため、接合部が剥離したり、基板が割
れるようなことがなくなる。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 原料粉末として、第１表に示す成分の粉末を準
備し配合（重量部）した。 なお、同表中、Ti−Cu−Ag系の接着材の場合
には、 スポンジチタン（−20μｍに分級）粉末 20部 銀粉末（平均粒径1.6μｍ） 40部 銅粉末（平均粒径1.5μｍ） 40部 を準備した。 また、Ti−Ag−Cu−Ni−Si−SiC系の接着材
の場合には、 スポンジチタン（−20μｍに分級）粉末 16部 銀粉末（平均粒径1.6μｍ） 32部 カーボニルニツケル粉末 ８部 シリコン粉末 ６部 SiC微粉末 14部 を準備した。 前処理として、これらを擂潰機を用いて５時間
混合粉砕し複合粉末とした。混合粉砕後、フイツ
シヤー・サブ・シーブ・サイザーで平均粒径を測
定したところ、いずれも1.3μｍであつた。 次いで、この混合粉砕物に次の割合でビヒクル
を配合し、擂潰機を使用して５時間、予備混練し
た。予備混練の目的は、粉末表面を活性にし、ビ
ヒクルと接触させることにより、分散性をよくす
るためである。 上記混合粉砕物 80重量部 エチルセルロース 1.5 〃 テキサノール 16.7 〃 界面活性剤 1.8 〃 予備混練が終了した後、３本ロール・ミルを用
いて本混練を行い、ペースト状の接着用材料とし
た。 次に、約2.5mm□×0.635mmｔの寸法の96％
Al2O3基板、AlN基板及びSiC基板と、25mm□で
同表に示す板厚（mm）の銅板及びSUS304板のそ
れぞれの片側全面に、200メツシユ、バイアス張
り、エマルジヨン厚さ45μｍのスクリーンを使用
して、スクリーン印刷機により上記ペーストを印
刷した。 印刷後、120℃で30分間乾燥し、600℃で窒素気
流中にて20分間脱脂処理した。 次いで、第１表に示す組合せで、850℃、窒素
気流中で基板を中心にサンドイツチ構造となるよ
うに基板両面に金属板を重ね、貼り合せて加熱接
合した。 接合後、切り出したサンプルについて、冷熱サ
イクル試験を実施した。この試験では、接合した
サンプルをそのまま冷熱サイクル試験装置に装着
し、−55℃×30分間、＋150℃×30分間を１サイク
ルとして、基板が破壊するまでのサイクル数にて
チエツクした。 また、接合後、金属板表面にピーニング処理を
施したサンプルについても、上記冷熱サイクル試
験を実施した。なお、ピーニング処理としては、
アルミナ（商品名Ａ−40モランダム）＃80を使用
し、圧力３Kg／cm2でエアーブラスト処理を行つ
た。 以上の試験結果を第１表に併記する。 同表により明らかなとおり、ピーニング処理を
行わない回路基板は殆ど５サイクルで回路基板が
剥離したのに対し、ピーニング処理を行つた本発
明例による回路基板はいずれも50サイクル以上ま
で剥離せず、顕著な耐熱衝撃性を示した。また、
本発明例ではいずれの材質のセラミツク基板や導
電性金属板の接合にも適用できることがわかる。 なお、剥離モードはいずれも基板の中央で割れ
るものであつた。
【表】
【表】
（発明の効果）
以上詳述したように、本発明によれば、セラミ
ツク基板上への導電性金属板の接合に際して、特
定の物理的構造を有する複合粉末からなる接着材
を使用するので、厳しい熱履歴を繰返し受けても
回路基板の剥離乃至割れを効果的に防止すること
ができる。
ツク基板上への導電性金属板の接合に際して、特
定の物理的構造を有する複合粉末からなる接着材
を使用するので、厳しい熱履歴を繰返し受けても
回路基板の剥離乃至割れを効果的に防止すること
ができる。
Claims (1)
- １ セラミツク基板上に回路を形成する回路基板
の製造に際し、該セラミツク基板上に、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
末からなる接着材を用いて導電性金属板を貼着し
た後、該金属板表面をピーニング処理することを
特徴とする回路基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62088538A JPS63254031A (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 回路基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62088538A JPS63254031A (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 回路基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63254031A JPS63254031A (ja) | 1988-10-20 |
| JPH0468138B2 true JPH0468138B2 (ja) | 1992-10-30 |
Family
ID=13945619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62088538A Granted JPS63254031A (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 回路基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63254031A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6536991B2 (ja) * | 2015-03-03 | 2019-07-03 | 国立大学法人大阪大学 | 接合構造体および接合構造体の製造方法 |
| JP7513984B2 (ja) * | 2020-10-05 | 2024-07-10 | 国立大学法人東北大学 | セラミックス－金属接合体の残留応力緩和方法、セラミックス－金属接合体、およびセラミックス－金属接合体の製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4443249A (en) * | 1982-03-04 | 1984-04-17 | Huntington Alloys Inc. | Production of mechanically alloyed powder |
| JPS6063337A (ja) * | 1983-09-14 | 1985-04-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 耐熱性導電材料 |
| JPS60208402A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-21 | Fukuda Kinzoku Hakufun Kogyo Kk | 分散強化型銅合金粉末の製造方法 |
| JPS6132752A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-15 | 松下電工株式会社 | セラミツクス回路板の製法 |
| JPS61125195A (ja) * | 1984-11-22 | 1986-06-12 | 松下電工株式会社 | セラミツクス回路板の製法 |
-
1987
- 1987-04-10 JP JP62088538A patent/JPS63254031A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63254031A (ja) | 1988-10-20 |
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