JPH058866B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH058866B2 JPH058866B2 JP61208942A JP20894286A JPH058866B2 JP H058866 B2 JPH058866 B2 JP H058866B2 JP 61208942 A JP61208942 A JP 61208942A JP 20894286 A JP20894286 A JP 20894286A JP H058866 B2 JPH058866 B2 JP H058866B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- copper
- alumina
- alumina substrate
- metallized
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Description
本発明は電子、電気部品、特にシリコン（Si）
チツプを搭載するために用いられるセラミツクス
配線基板の製造方法に関する。 従来、接合信頼性の要求されるセラミツクス基
板を製造する方法としてアルミナグリーンシート
上にＷ、Ｗ−Al2O3もしくはＷ−Al2O3−SiO2な
ど、又はMo、Mo−Al2O3もしくはＷ−Moなど
を印刷法で塗布しアルミナと同時焼成する方法
と、既に焼成されたアルナ基板にMo−Mn、Mo
−Mn−Ti、Mo−SiO2、Mo−MnO2−TiO2、
MoO3−MnO2−TiO2−SiO2、Mo−Fe、Ｗ−
Mn、またはＷ−Feなどを印刷法で塗布して焼成
する方法が知られている。特にアルミナグリーン
シートと同時焼成するメタライズ法は高い接合信
頼性が得られる事で知られている。 MoやＷはアルミナセラミツクスと熱膨張特性
が近似しており焼結性も類似しているので両者の
マツチングが非常に良く、このため、たとえば
Mo−Mn法は最も信頼性の高い真空気密シール
法として利用されてきた。この方法は、粒径が
3μｍ以下のMo粉末にMnを５〜20％含有させた
ものを有機バインダーと共に混合してペースト状
にし、筆塗り、スプレー、スクリーン印刷等によ
りセラミツクス表面へ塗布した後、加湿された水
素ガス中で1300〜1500℃の温度で焼結を行いセラ
ミツクスの表面をメタライズする方法である。こ
のとき、水素ガスはMoを金属状態に保持させる
ために必要であり、水分は高温でMnやごく一部
のMoを酸化させるために必要である。メタライ
ズを行なうときMnは高温でMnOになり1140℃以
上ではアルミナセラミツクスの主成分である
Al2O3および不純物であるSiO2とともにガラス相
を形成する。このMn含有ガラスは表面がごく一
部酸化したMoに対してぬれやすく、メタライズ
される部分の焼結を促進し、このため、密着強度
の高い緻密なメタライズ層が得られる。この後、
Niメツキが施され各種の部品がろう付けされる。
このようにして得られたメタライズ層をもつアル
ミナ基板に発熱量の多いパワートランジスタを搭
載する場合、チツプ搭載面の反対側に放熱板（銅
板）をろう付けにより取りつけることがしばしば
必要となる。このような場合、Siチツプ側から見
ると、放熱板との間にはアルミナ、Ｗ又はMoメ
タライズ層、Niメツキ層、ろう材層など熱伝導
性の悪い材料の層を多層存在させることになるた
め、放熱効率上の必要からセラミツクス基板全体
が大きくなると言う欠点がある。 一方、アルミナ基板と銅板を直接接合する方法
が特許公開昭52−37914に開示されている。アル
ミナ基板と銅板の接合温度は、1065〜1083℃に限
られ、焼成雰囲気は微量の酸素を含んだ中性雰囲
気とする必要がある。通常前記メタライズ層の形
成に使用される温度は1300〜1500℃であり、還元
性雰囲気で行なわれる。したがつて銅との直接接
合は原理的にメタライズと同時に行なうことは出
来ない。上の如き温度条件の違いから、メタライ
ズを先に行ないその後、メタライズされていない
側のアルミナ基板面に銅を直接接合させる工程を
とる必要がある。しかし銅の直接接合雰囲気は、
中性雰囲気中に微量の酸素を含んでいる為、上述
の順序で銅の接合を行なうとメタライズ面が接合
時に酸化されるため、その後メタライズ面の表面
に施こすNiメツキにメツキ不良を発生させる問
題がある。 本発明の目的は高い接合信頼性を有し、かつ熱
放散性がよく、小型で軽量のセラミツクス配線基
板の製造方法を提供する事である。 即ち、本発明によれば、アルミナ基板の片面に
ＷおよびMoの一種又は二種を含む導体ペースト
を塗布し、これを1300〜1500℃の温度および還元
性雰囲気で熱処理して片面をメタライズしてアル
ミナ基板をつくり、この基板のメタライズされて
いない片面に、1065〜1083℃の温度、及び0.1〜
20ppmの酸素濃度範囲にある中性雰囲気で銅材を
直接接合させることにより接合信頼性が高く放熱
性のよいセラミツクス配線基板が得られる。本発
明者の見出したところによれば、銅の直接接合を
行なうときの酸素含有中性雰囲気の酸素濃度を
20ppm以下にコントロールすればメタライズ面の
酸化は起らず、又酸素濃度を0.1ppm未満にする
と、銅とアルミナ基板は接合されない。したがつ
て、銅−アルミナを直接接合させたセラミツクス
配線基板は加熱温度1065〜1083℃、中性雰囲気中
の酸素濃度0.1ppm以上かつ20ppm以下で製造す
る必要がある。 片面がメタライズされ、他の片面に銅が直接接
合されているアルミナ基板の銅面に回路構成を行
なう為には、通常プリント基板等で行なわれてい
るエツチング法を利用することが可能である。こ
のエツチング工程は第１図に示す手順で行なわれ
る。エツチングレジストとしてはインク、液状レ
ジスト、ドライフイルムなどが使用される。イン
クの場合はスクリーン印刷によりパターンを直接
銅面に塗布し、乾燥、硬化させる。液状レジスト
の場合はロールコーター、デイツプコーター等で
塗布した後乾燥させ、マスクを載せて露光した後
現像してエツチングレジストとする。ドライフイ
ルムの場合はラミネーターにより感光性ドライフ
イルムを銅面にはり、マスクを載せ露光、現像を
行ないエツチングレジストとする。エツチングは
通常塩化第２鉄溶液または塩化第２銅溶液で行な
う。エツチング終了後レジストを除去すれば必要
とされる銅回路がアルミナ基板上に形成されてい
るのがわかる。 本発明によれば、銅回路面にSiチツプを搭載し
た場合、チツプで発生した熱は銅回路を通して放
散するため熱伝導性の悪いMo、Ｗにくらべ小型
化できる利点をもつている。また、第１表に示す
ように銅とアルミナの直接接合体に於ては、銅の
熱膨張率がアルミナとほぼ同等であるため、熱サ
イクルによるSiチツプの破壊が起らない。
チツプを搭載するために用いられるセラミツクス
配線基板の製造方法に関する。 従来、接合信頼性の要求されるセラミツクス基
板を製造する方法としてアルミナグリーンシート
上にＷ、Ｗ−Al2O3もしくはＷ−Al2O3−SiO2な
ど、又はMo、Mo−Al2O3もしくはＷ−Moなど
を印刷法で塗布しアルミナと同時焼成する方法
と、既に焼成されたアルナ基板にMo−Mn、Mo
−Mn−Ti、Mo−SiO2、Mo−MnO2−TiO2、
MoO3−MnO2−TiO2−SiO2、Mo−Fe、Ｗ−
Mn、またはＷ−Feなどを印刷法で塗布して焼成
する方法が知られている。特にアルミナグリーン
シートと同時焼成するメタライズ法は高い接合信
頼性が得られる事で知られている。 MoやＷはアルミナセラミツクスと熱膨張特性
が近似しており焼結性も類似しているので両者の
マツチングが非常に良く、このため、たとえば
Mo−Mn法は最も信頼性の高い真空気密シール
法として利用されてきた。この方法は、粒径が
3μｍ以下のMo粉末にMnを５〜20％含有させた
ものを有機バインダーと共に混合してペースト状
にし、筆塗り、スプレー、スクリーン印刷等によ
りセラミツクス表面へ塗布した後、加湿された水
素ガス中で1300〜1500℃の温度で焼結を行いセラ
ミツクスの表面をメタライズする方法である。こ
のとき、水素ガスはMoを金属状態に保持させる
ために必要であり、水分は高温でMnやごく一部
のMoを酸化させるために必要である。メタライ
ズを行なうときMnは高温でMnOになり1140℃以
上ではアルミナセラミツクスの主成分である
Al2O3および不純物であるSiO2とともにガラス相
を形成する。このMn含有ガラスは表面がごく一
部酸化したMoに対してぬれやすく、メタライズ
される部分の焼結を促進し、このため、密着強度
の高い緻密なメタライズ層が得られる。この後、
Niメツキが施され各種の部品がろう付けされる。
このようにして得られたメタライズ層をもつアル
ミナ基板に発熱量の多いパワートランジスタを搭
載する場合、チツプ搭載面の反対側に放熱板（銅
板）をろう付けにより取りつけることがしばしば
必要となる。このような場合、Siチツプ側から見
ると、放熱板との間にはアルミナ、Ｗ又はMoメ
タライズ層、Niメツキ層、ろう材層など熱伝導
性の悪い材料の層を多層存在させることになるた
め、放熱効率上の必要からセラミツクス基板全体
が大きくなると言う欠点がある。 一方、アルミナ基板と銅板を直接接合する方法
が特許公開昭52−37914に開示されている。アル
ミナ基板と銅板の接合温度は、1065〜1083℃に限
られ、焼成雰囲気は微量の酸素を含んだ中性雰囲
気とする必要がある。通常前記メタライズ層の形
成に使用される温度は1300〜1500℃であり、還元
性雰囲気で行なわれる。したがつて銅との直接接
合は原理的にメタライズと同時に行なうことは出
来ない。上の如き温度条件の違いから、メタライ
ズを先に行ないその後、メタライズされていない
側のアルミナ基板面に銅を直接接合させる工程を
とる必要がある。しかし銅の直接接合雰囲気は、
中性雰囲気中に微量の酸素を含んでいる為、上述
の順序で銅の接合を行なうとメタライズ面が接合
時に酸化されるため、その後メタライズ面の表面
に施こすNiメツキにメツキ不良を発生させる問
題がある。 本発明の目的は高い接合信頼性を有し、かつ熱
放散性がよく、小型で軽量のセラミツクス配線基
板の製造方法を提供する事である。 即ち、本発明によれば、アルミナ基板の片面に
ＷおよびMoの一種又は二種を含む導体ペースト
を塗布し、これを1300〜1500℃の温度および還元
性雰囲気で熱処理して片面をメタライズしてアル
ミナ基板をつくり、この基板のメタライズされて
いない片面に、1065〜1083℃の温度、及び0.1〜
20ppmの酸素濃度範囲にある中性雰囲気で銅材を
直接接合させることにより接合信頼性が高く放熱
性のよいセラミツクス配線基板が得られる。本発
明者の見出したところによれば、銅の直接接合を
行なうときの酸素含有中性雰囲気の酸素濃度を
20ppm以下にコントロールすればメタライズ面の
酸化は起らず、又酸素濃度を0.1ppm未満にする
と、銅とアルミナ基板は接合されない。したがつ
て、銅−アルミナを直接接合させたセラミツクス
配線基板は加熱温度1065〜1083℃、中性雰囲気中
の酸素濃度0.1ppm以上かつ20ppm以下で製造す
る必要がある。 片面がメタライズされ、他の片面に銅が直接接
合されているアルミナ基板の銅面に回路構成を行
なう為には、通常プリント基板等で行なわれてい
るエツチング法を利用することが可能である。こ
のエツチング工程は第１図に示す手順で行なわれ
る。エツチングレジストとしてはインク、液状レ
ジスト、ドライフイルムなどが使用される。イン
クの場合はスクリーン印刷によりパターンを直接
銅面に塗布し、乾燥、硬化させる。液状レジスト
の場合はロールコーター、デイツプコーター等で
塗布した後乾燥させ、マスクを載せて露光した後
現像してエツチングレジストとする。ドライフイ
ルムの場合はラミネーターにより感光性ドライフ
イルムを銅面にはり、マスクを載せ露光、現像を
行ないエツチングレジストとする。エツチングは
通常塩化第２鉄溶液または塩化第２銅溶液で行な
う。エツチング終了後レジストを除去すれば必要
とされる銅回路がアルミナ基板上に形成されてい
るのがわかる。 本発明によれば、銅回路面にSiチツプを搭載し
た場合、チツプで発生した熱は銅回路を通して放
散するため熱伝導性の悪いMo、Ｗにくらべ小型
化できる利点をもつている。また、第１表に示す
ように銅とアルミナの直接接合体に於ては、銅の
熱膨張率がアルミナとほぼ同等であるため、熱サ
イクルによるSiチツプの破壊が起らない。
【表】
本発明の方法は片面がメタライズされているア
ルミナ基板のメタライズされていないほうの片面
に銅板を直接接合させる目的に特に有利に採用で
きる。片面メタライズアルミナ基板の作成はアル
ミナグリーンシートに導体ペーストを印刷法など
の通常の塗布法で塗布して水素雰囲気中で焼成し
て作成したものでもよいし、既に焼成されている
アルミナ基板の導体ペーストを印刷法などで塗布
して水素雰囲気中で焼成して作成したものでもよ
い。 以下実施例により説明する。 実施例 １ アルミナグリーンシートの片面にＷペーストを
塗布し、水素気流中で焼成した。焼成は1470℃の
温度で行なつた。この基板のＷメタライズされて
いない表面に厚さ80μｍの銅板を載せ、酸素濃度
4ppmのN2雰囲気炉中に1070℃で、10分間保持し
た。用いたアルミナ基板のサイズは36×47.7mmで
厚さ0.635mmであつた。Ｗメタライズした面積は
19.5×13.2mmであつた。直接接合させた銅板の寸
法は24.5×36.2mmである。試料を炉中より取り出
した所、Ｗメタライズ面は銅を直接接合させる以
前のメタライズ面と同様の表面をしており、Ni
メツキを行なつても良好なメツキ性を示した。 参考例 実施例１のものと実質上同じ試料および実験条
件を用いＷメタライズ及び銅板の直接接合を行な
つた。ただし銅の直接接合時の酸素濃度は24ppm
とした。この時銅はアルミナ基板と良好に接合さ
れたが、Ｗメタライズ面は黒く変色していた。
Niメツキを行なつた所、良好なメツキは行なえ
なかつた。 実施例 ２ 実施例１で得られた基板の銅表面を＃400のパ
フで研摩し、感光性ドライフイルムをラミネート
し、回路構成されたネガフイルムを載せ露光し、
現像を行なつた。この時Ｗメタライズ面にもドラ
イフイルムをラミネートした。エツチング液とし
て塩化第２銅溶液を使用し良好なパターンをエツ
チングにより作成した。ドライフイルムは５％
NaOH水溶液で剥離し、酸中和した後乾燥させ
た。次に、この試料を用いてNiメツキを施した
所、実施例１で作成されたNiメツキ同様良好な
メツキが得られた。
ルミナ基板のメタライズされていないほうの片面
に銅板を直接接合させる目的に特に有利に採用で
きる。片面メタライズアルミナ基板の作成はアル
ミナグリーンシートに導体ペーストを印刷法など
の通常の塗布法で塗布して水素雰囲気中で焼成し
て作成したものでもよいし、既に焼成されている
アルミナ基板の導体ペーストを印刷法などで塗布
して水素雰囲気中で焼成して作成したものでもよ
い。 以下実施例により説明する。 実施例 １ アルミナグリーンシートの片面にＷペーストを
塗布し、水素気流中で焼成した。焼成は1470℃の
温度で行なつた。この基板のＷメタライズされて
いない表面に厚さ80μｍの銅板を載せ、酸素濃度
4ppmのN2雰囲気炉中に1070℃で、10分間保持し
た。用いたアルミナ基板のサイズは36×47.7mmで
厚さ0.635mmであつた。Ｗメタライズした面積は
19.5×13.2mmであつた。直接接合させた銅板の寸
法は24.5×36.2mmである。試料を炉中より取り出
した所、Ｗメタライズ面は銅を直接接合させる以
前のメタライズ面と同様の表面をしており、Ni
メツキを行なつても良好なメツキ性を示した。 参考例 実施例１のものと実質上同じ試料および実験条
件を用いＷメタライズ及び銅板の直接接合を行な
つた。ただし銅の直接接合時の酸素濃度は24ppm
とした。この時銅はアルミナ基板と良好に接合さ
れたが、Ｗメタライズ面は黒く変色していた。
Niメツキを行なつた所、良好なメツキは行なえ
なかつた。 実施例 ２ 実施例１で得られた基板の銅表面を＃400のパ
フで研摩し、感光性ドライフイルムをラミネート
し、回路構成されたネガフイルムを載せ露光し、
現像を行なつた。この時Ｗメタライズ面にもドラ
イフイルムをラミネートした。エツチング液とし
て塩化第２銅溶液を使用し良好なパターンをエツ
チングにより作成した。ドライフイルムは５％
NaOH水溶液で剥離し、酸中和した後乾燥させ
た。次に、この試料を用いてNiメツキを施した
所、実施例１で作成されたNiメツキ同様良好な
メツキが得られた。
第１図は本発明に用いるエツチング工程図であ
る。
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アルミナ基板の片面にＷおよびMoの一種又
は二種を含む導体ペーストを塗布し、これを1300
〜1500℃の温度及び還元性雰囲気条件下でメタラ
イズする第一工程と； 次いで、該アルミナ基板のメタライズされてい
ない片面に銅材を接触させ、1065〜1083℃の温度
下で且つ酸素濃度が0.1〜20ppmの範囲にある中
性雰囲気で該銅材をアルミナ基板に直接接合させ
る第二工程と； および、直接接合された該アルミナ基板の銅面
にエツチングにより回路構成する第三工程； とからなる、セラミツクス配線基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20894286A JPS6365653A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | セラミックス配線基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20894286A JPS6365653A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | セラミックス配線基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6365653A JPS6365653A (ja) | 1988-03-24 |
| JPH058866B2 true JPH058866B2 (ja) | 1993-02-03 |
Family
ID=16564687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20894286A Granted JPS6365653A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | セラミックス配線基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6365653A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4130352B2 (ja) | 2002-03-29 | 2008-08-06 | Ｄｏｗａホールディングス株式会社 | ベース一体型の金属セラミックス接合部材の湿式処理方法、および当該湿式処理方法により製造されたパワーモジュール用部材並びにパワーモジュール |
| JP5554599B2 (ja) * | 2010-03-24 | 2014-07-23 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | 金属−セラミックス接合回路基板の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60150653A (ja) * | 1984-01-18 | 1985-08-08 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JPS60156791A (ja) * | 1984-01-25 | 1985-08-16 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 石炭の水添液化方法 |
-
1986
- 1986-09-05 JP JP20894286A patent/JPS6365653A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6365653A (ja) | 1988-03-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |