JPH0714945A - Oxide ceramic substrate and its use - Google Patents
Oxide ceramic substrate and its useInfo
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- JPH0714945A JPH0714945A JP5145222A JP14522293A JPH0714945A JP H0714945 A JPH0714945 A JP H0714945A JP 5145222 A JP5145222 A JP 5145222A JP 14522293 A JP14522293 A JP 14522293A JP H0714945 A JPH0714945 A JP H0714945A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱抵抗の小さい酸化物セラミックス基板、及
び熱衝撃・熱履歴に対する耐久性に著しく優れた銅回路
を有するセラミックス基板の提供。
【構成】 熱抵抗が0.20℃/W以下であることを特
徴とする酸化物セラミックス基板、及びこの酸化物セラ
ミックス基板の片面には銅回路が形成され、反対の面に
は酸化物セラミックス基板とほぼ等しい面積を有する銅
板が接合されてなることを特徴とする銅回路を有するセ
ラミックス基板。(57) [Summary] [Object] To provide an oxide ceramics substrate having a small thermal resistance and a ceramics substrate having a copper circuit having extremely excellent durability against thermal shock and thermal history. [Structure] An oxide ceramics substrate having a thermal resistance of 0.20 ° C./W or less, and a copper circuit is formed on one surface of the oxide ceramics substrate, and an oxide ceramics substrate is formed on the other surface. A ceramic substrate having a copper circuit, which is formed by joining copper plates having an area substantially equal to that of
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品の動力コント
ロール部に相当するパワーデバイスの中でも、半導体チ
ップ一つのみでデバイスとなる整流ダイオードやトラン
ジスタ等の単体デバイス、あるいは複数の半導体チップ
からなる複合デバイスに使用される酸化物セラミックス
基板及びこの酸化物セラミックス基板を用いてなる銅回
路を有するセラミックス基板に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a single device such as a rectifying diode or a transistor, which is a device with only one semiconductor chip, or a plurality of semiconductor chips, among power devices corresponding to the power control section of electronic parts. The present invention relates to an oxide ceramic substrate used for a composite device and a ceramic substrate having a copper circuit using the oxide ceramic substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ロボットやモーター等の産業機器
の高性能化に伴い、トランジスタは、バイポーラトラン
ジスタだけでなく、MOSFETや静電誘導トランジス
タ等種類も多岐にわたり、さらに大電力・高能率インバ
ーター等大電力モジュールへの変遷も進んでいる。それ
に伴い、半導体チップ自体も高機能化され、そこから発
生する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よ
く放散するため、大電力モジュール基板では従来より様
々な方法がとられてきた。特に最近では、良好な熱伝導
を有するセラミックス基板が利用できるようになったた
め、基板上に銅板などの金属板を接合し、回路を形成
後、そのままあるいはメッキ等の処理を施してから半導
体チップを実装する構造も採用されつつある。2. Description of the Related Art In recent years, along with the high performance of industrial equipment such as robots and motors, not only bipolar transistors but also various types such as MOSFETs and static induction transistors have been used. The transition to high power modules is also in progress. Along with this, the semiconductor chips themselves have become highly functional, and the heat generated from them has been increasing steadily. In order to efficiently dissipate this heat, various methods have been conventionally used in high power module substrates. Particularly in recent years, since ceramic substrates having good heat conduction have become available, semiconductor chips can be formed by bonding a metal plate such as a copper plate onto the substrate, forming a circuit, or performing a plating process or the like. A mounting structure is being adopted.
【0003】このような単体デバイス基板や複合デバイ
ス基板を使用したインバーターの用途は、ロボットやモ
ーター等から各種工作機械やエアコン、冷蔵庫、VT
R、オーディオ機器等にさらに広がることが期待されて
いる。Inverters using such a single device substrate or a composite device substrate are used for various machine tools, air conditioners, refrigerators, VTs from robots and motors.
It is expected to further spread to R and audio equipment.
【0004】セラミックス基板と銅板との接合方法とし
ては、銅板とセラミックス基板との間に活性金属を含む
ろう材を介在させ、加熱処理して接合体とする活性金属
ろう付け法や、セラミックス基板と銅板を銅の融点以下
でCu-Oの共晶温度以上で加熱接合するDBC法、さらに
はMo-Mn 法、硫化銅法、銅メタライズ法等が採用されて
いる。As a method for joining the ceramics substrate and the copper plate, an active metal brazing method in which a brazing material containing an active metal is interposed between the copper plate and the ceramics substrate and heat-treated to form a joined body, or a ceramics substrate and The DBC method of heating and joining a copper plate at a temperature lower than the melting point of copper and higher than the eutectic temperature of Cu-O, as well as a Mo-Mn method, a copper sulfide method, a copper metallization method and the like are adopted.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】単体デバイス基板や複
合デバイス基板が備えなければならない特性は、放熱、
機械的強度、接合の信頼性等であるが、これらのうち、
放熱性は基板材料の特性に負うところが大きかった。従
来、この種の基板としては、高熱伝導性の観点から、酸
化ベリリウム、酸化アルミニウム等の酸化物セラミック
ス基板が検討されてきたが、酸化ベリリウムは熱伝導性
に優れるが毒性であり、酸化アルミニウムは熱伝導率が
不足していた。また、いずれも機械的強度特にクラック
に対する信頼性が十分ではなかった。The characteristics that a single device substrate and a composite device substrate must have are heat dissipation,
Mechanical strength, reliability of joining, etc.
The heat dissipation was largely due to the characteristics of the substrate material. Conventionally, as a substrate of this kind, oxide ceramics substrates such as beryllium oxide and aluminum oxide have been studied from the viewpoint of high thermal conductivity.Beryllium oxide is excellent in thermal conductivity but toxic, and aluminum oxide is The thermal conductivity was insufficient. In addition, the mechanical strength, especially the reliability against cracks, was not sufficient.
【0006】一方、近年、トランジスタに負荷される電
力が1kWや10kWになってきているため、これまで
は余り重要視されていなかった小数点以下2桁目や3桁
目の熱抵抗値が問題とされるようになった。すなわち、
強度・熱伝導性等の特性が十分満たされたセラミックス
基板であっても、それをデバイス化する際、メタライズ
や銅板との接合界面に生じたボイド等の欠陥によってシ
リコンチップからの放熱が不十分となる、すなわち熱抵
抗が計算どおりに低くならないという問題があった。従
って、可能な限り実使用の場合と差が生じないように熱
抵抗を管理することが要求されてきた。しかし、新しい
高熱伝導セラミックス材料例えば窒化アルミニウムや炭
化ケイ素等と金属とを接合するには技術的な難点が多
く、このボイド等の欠陥をなくすることは困難であっ
た。従って、酸化物セラミックスの信頼性を高め、低熱
抵抗性を持たせた技術の出現が待たれていた。On the other hand, in recent years, the electric power applied to the transistor has become 1 kW or 10 kW, so that the thermal resistance value at the second or third digit after the decimal point, which has not been so important so far, becomes a problem. Came to be. That is,
Even if a ceramic substrate is sufficiently filled with properties such as strength and thermal conductivity, when it is made into a device, the heat dissipation from the silicon chip is insufficient due to defects such as voids generated at the metallization and the bonding interface with the copper plate. That is, there was a problem that the thermal resistance did not decrease as calculated. Therefore, it has been required to manage the thermal resistance so as not to make a difference from the case of actual use as much as possible. However, there are many technical difficulties in joining new high thermal conductivity ceramic materials such as aluminum nitride and silicon carbide to metals, and it has been difficult to eliminate defects such as voids. Therefore, the emergence of a technique that improves the reliability of oxide ceramics and has low thermal resistance has been awaited.
【0007】本発明者らは、以上のような問題点を解決
するために鋭意検討を重ねた結果、酸化物セラミックス
基板の厚みを薄くするなどして、基板の構造的な観点か
ら熱抵抗を減少させるとともに、この場合、当然予想さ
れる基板の信頼性についても何ら問題のない、換言すれ
ば、低熱抵抗であり熱衝撃や熱履歴に対しても十分な耐
久性をもった酸化物セラミックス基板を完成し、本発明
を完成するに至ったものである。The inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above problems, and as a result, reduce the thermal resistance from the structural viewpoint of the substrate by reducing the thickness of the oxide ceramic substrate. In this case, there is no problem in the expected reliability of the substrate, in other words, the oxide ceramic substrate has low thermal resistance and sufficient durability against thermal shock and thermal history. To complete the present invention.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、熱
抵抗が0.20℃/W以下であることを特徴とする酸化
物セラミックス基板、及びこの酸化物セラミックス基板
の片面には銅回路が形成され、反対の面には酸化物セラ
ミックス基板とほぼ等しい面積を有する銅板が接合され
てなることを特徴とする銅回路を有するセラミックス基
板である。That is, the present invention provides an oxide ceramic substrate having a thermal resistance of 0.20 ° C./W or less, and a copper circuit on one surface of the oxide ceramic substrate. A ceramic substrate having a copper circuit, which is formed and has a copper plate bonded to the opposite surface and having an area substantially equal to that of the oxide ceramic substrate.
【0009】以下、さらに詳しく本発明について説明す
ると、一般的に酸化物セラミックス基板の熱伝導率と熱
抵抗との関係は、(1)式として表すことができる。 RP =k・(1/λ)・(t/S) ・・・(1) RP :酸化物セラミックス基板の熱抵抗(℃/W) k :係数 λ :熱伝導率(W/mK) t :酸化物セラミックス基板の厚み(m) S :酸化物セラミックス基板の面積(m2 )The present invention will be described in more detail below. Generally, the relationship between the thermal conductivity and the thermal resistance of an oxide ceramics substrate can be expressed by equation (1). R P = k · (1 / λ) · (t / S) (1) R P : Thermal resistance of oxide ceramic substrate (° C / W) k: Coefficient λ: Thermal conductivity (W / mK) t: thickness of oxide ceramic substrate (m) S: area of oxide ceramic substrate (m 2 )
【0010】(1)式から酸化物セラミックス基板の熱
抵抗を小さくするには、熱伝導率を大きくする、厚みを
薄くする、面積を大きくするの3つの方法が考えられ
る。このうち熱伝導率は、選択する材料によって決まっ
てしまい同一材料で熱伝導率を向上させるには技術的に
困難で限界がある。また、酸化物セラミックス基板の面
積は容易に変えることができるが他の技術的な側面、例
えばモジュールの大きさ等から制限を受けるので、余り
自由に変えることはできない。そこで、本発明者らは酸
化物セラミックス基板の厚みを小さくすることに着目し
た。From the equation (1), three methods can be considered to reduce the thermal resistance of the oxide ceramic substrate: increasing the thermal conductivity, reducing the thickness, and increasing the area. Of these, the thermal conductivity is determined by the material selected, and it is technically difficult and limited to improve the thermal conductivity with the same material. Further, the area of the oxide ceramic substrate can be easily changed, but cannot be changed so freely because it is limited by other technical aspects such as the size of the module. Therefore, the present inventors have paid attention to reducing the thickness of the oxide ceramic substrate.
【0011】通常、この分野で用いられる銅回路を有す
るセラミックス基板は、例えば、基板が酸化アルミニウ
ムの場合、その厚みが0.635〜1mmである。ここ
で、例えば、その厚みを60%にしたとすると熱抵抗も
60%となる。つまり、酸化物セラミックス基板の熱伝
導率を1/0.6=1.67倍にしたのと同等の効果が
ある。本発明者らは、このような観点にたって種々検討
し、実用に際しても強度等の耐久性の問題のない酸化物
セラミックス基板を完成させたものである。Usually, a ceramic substrate having a copper circuit used in this field has a thickness of 0.635 to 1 mm when the substrate is aluminum oxide, for example. Here, for example, if the thickness is set to 60%, the thermal resistance is also 60%. That is, there is an effect equivalent to that in which the thermal conductivity of the oxide ceramic substrate is 1 / 0.6 = 1.67 times. The present inventors have made various studies from such a viewpoint, and have completed an oxide ceramics substrate having no problem of durability such as strength in practical use.
【0012】本発明において、酸化物セラミックス基板
の熱抵抗は、例えば、以下のようにして測定することが
できる。まず、図1に示される装置を用い、トランジス
タに負荷された電力(W)に対するトランジスタ温度T
1 とアルミニウム放熱ブロック温度T2 との温度差
(℃)から総熱抵抗を(RALL )を(1)式を用いて算
出する。その際の酸化物セラミックス基板のサイズとし
ては、16×20mmが適切である。In the present invention, the thermal resistance of the oxide ceramics substrate can be measured, for example, as follows. First, using the device shown in FIG. 1, the transistor temperature T with respect to the power (W) loaded in the transistor
From the temperature difference (° C.) between 1 and the aluminum heat dissipation block temperature T 2 , the total thermal resistance (R ALL ) is calculated using the equation (1). At that time, 16 × 20 mm is suitable as the size of the oxide ceramic substrate.
【0013】この総熱抵抗(RALL )は(2)式のよう
に分解することができるので、酸化物セラミックス基板
の熱抵抗Rp は(3)式で与えられる。 RALL =RTr+RGr1 +RP +RGr2 ・・・(2) RTr :トランジスタ(シリコン)の熱抵抗 RGr1 :トランジスタ側の放熱グリースの熱抵抗 RP :酸化物セラミックス基板の熱抵抗 RGr2 :アルミニウム放熱ブロック側の放熱グリースの
熱抵抗 RP =RALL −(RTr+RGr1 +RGr2 ) ・・・(3)Since this total thermal resistance (R ALL ) can be decomposed as in the equation (2), the thermal resistance R p of the oxide ceramic substrate is given by the equation (3). R ALL = R Tr + R Gr1 + R P + R Gr2 ··· (2) R Tr: Thermal resistance R of the transistor (silicon) Gr1: thermal resistance of the transistor side of the heat dissipation grease R P: thermal resistance of the oxide ceramic substrate R Gr2 : thermal resistance of the heat dissipation grease aluminum heat sink block side R P = R ALL - (R Tr + R Gr1 + R Gr2) ··· (3)
【0014】そこで、図2に示されるように、酸化物セ
ラミックス基板を挟まないで部品を組立た装置を用い、
トランジスタ温度T3 とアルミニウム放熱ブロック温度
T4の温度差を測定して酸化物セラミックス基板以外の
部品の熱抵抗を算出する。両者の差が求める酸化物セラ
ミックス基板の熱抵抗となる。この場合において、酸化
物セラミックス基板以外の部品の熱抵抗は、それを十分
に無視できるような材料、例えば厚みの十分薄い銅板等
で熱抵抗を測定し、その値で代用することもできる。Therefore, as shown in FIG. 2, an apparatus in which parts are assembled without sandwiching the oxide ceramics substrate is used.
The temperature difference between the transistor temperature T 3 and the aluminum heat radiation block temperature T 4 is measured to calculate the thermal resistance of components other than the oxide ceramic substrate. The difference between the two becomes the required thermal resistance of the oxide ceramic substrate. In this case, the thermal resistance of the components other than the oxide ceramic substrate may be measured by using a material that can be sufficiently ignored, for example, a copper plate having a sufficiently thin thickness, and the value may be used as a substitute.
【0015】しかしながら、このように酸化物セラミッ
クス基板の厚みを従来よりも薄くして銅回路を形成する
場合、その信頼性に対しては次のような問題点が考えら
れる。すなわち、通常、回路側の銅板厚の方が裏側の銅
板厚よりも厚い(例えば特公平3-51119 号公報)ので、
ヒートサイクル試験を行った場合のセラミックス基板に
対する熱応力は、銅とセラミックスとの熱膨張係数の差
から回路側に引張りの応力として作用する。従来のセラ
ミックス基板は回路側が凸になっており、このような銅
回路を有するセラミックス基板を使用すると、回路側が
さらに凸になるような反りの力、すなわち回路側に引張
りの応力を受けて反り量がさらに大きくなってしまい、
回路側の銅板が剥がれ易くなる。このような現象は、セ
ラミックス基板の厚みが薄くなると全体の強度が小さく
なるため、上記熱膨張差による熱応力に対する抗力が弱
くなる。従って、銅とセラミックスとの熱膨張差による
熱応力を可能な限り減少させる必要がある。However, when forming a copper circuit by making the thickness of the oxide ceramic substrate thinner than in the conventional case, the following problems may be considered with respect to the reliability thereof. That is, since the thickness of the copper plate on the circuit side is usually thicker than the thickness of the copper plate on the back side (eg Japanese Patent Publication No. 3-51119),
The thermal stress applied to the ceramic substrate in the heat cycle test acts as a tensile stress on the circuit side due to the difference in thermal expansion coefficient between copper and ceramics. The conventional ceramic substrate has a convex circuit side, and if a ceramic substrate with such a copper circuit is used, the warp force that makes the circuit side more convex, that is, the circuit side receives a tensile stress Has become even larger,
The copper plate on the circuit side is easily peeled off. In such a phenomenon, when the thickness of the ceramic substrate becomes thin, the overall strength becomes small, so that the resistance force against the thermal stress due to the difference in thermal expansion becomes weak. Therefore, it is necessary to reduce the thermal stress due to the difference in thermal expansion between copper and ceramics as much as possible.
【0016】そこで、本発明者らは、このような問題が
現実となった場合には、以下の対策を講ずればよいこと
を併せ見いだしたものである。すなわち、以下の方策の
少なくとも1つを講じることによって対処することがで
きる。 (イ)銅回路を有するセラミックス基板に回路側が凹と
なるような反りをもたせ、回路側に圧縮の残留応力を残
す。 (ロ)酸化物セラミックス基板と銅板を接合させた後、
非酸化性雰囲気下において、温度500〜700℃の熱
処理を加え、銅板の熱収縮によって生じる酸化物セラミ
ックス基板への熱応力を緩和させる。 (ハ)酸化物セラミックス基板の材質を破壊の原因とな
る欠陥の存在確率を減少させるためにそれ自体の強度を
高める。Therefore, the inventors of the present invention also found that the following measures should be taken when such a problem becomes a reality. That is, it can be dealt with by taking at least one of the following measures. (A) A ceramic substrate having a copper circuit is warped such that the circuit side is concave, and residual compressive stress is left on the circuit side. (B) After joining the oxide ceramics substrate and the copper plate,
A heat treatment at a temperature of 500 to 700 ° C. is applied in a non-oxidizing atmosphere to relieve the thermal stress on the oxide ceramic substrate caused by the thermal contraction of the copper plate. (C) The strength of the oxide ceramic substrate itself is increased in order to reduce the probability of existence of defects that cause destruction.
【0017】本発明の銅回路を有するセラミックス基板
の構造としては、例えば、酸化物セラミックス基板の厚
みが0.4mm、回路側の銅板の厚みが0.3〜0.5
mmである場合、裏銅板の厚みは0.1〜0.25mm
であることが望ましい。酸化物セラミックスの種類とし
ては、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、ムライト等
をあげることができる。銅板の種類については、無酸素
銅、タフピッチ銅などが使用される。酸化物セラミック
ス基板と銅板の接合法としては、活性金属ろう付け法、
DBC法のいずれでも問題はないが、接合温度の低い活
性金属ろう付け法がより好ましい。As the structure of the ceramic substrate having the copper circuit of the present invention, for example, the oxide ceramic substrate has a thickness of 0.4 mm and the copper plate on the circuit side has a thickness of 0.3 to 0.5.
If the thickness is mm, the thickness of the back copper plate is 0.1-0.25 mm
Is desirable. Examples of oxide ceramics include beryllium oxide, aluminum oxide, mullite, and the like. As for the type of copper plate, oxygen-free copper, tough pitch copper, etc. are used. As a method for joining the oxide ceramic substrate and the copper plate, an active metal brazing method,
Although there is no problem in any of the DBC methods, the active metal brazing method having a low bonding temperature is more preferable.
【0018】銅回路の形成方法としては、あらかじめ全
面に銅板を張りつけ、接合後に塩化第2鉄や塩化第2銅
によってエッチングを行う手法が望ましい。このとき、
銅板の厚みに応じて、エッチングスピード、処理温度、
塩素イオン濃度などを変化させる必要がある。パターン
の形状としては、酸化物セラミックス基板との熱膨張差
を可能な限り小さくするように、酸化物セラミックス基
板の長さに対して連続したパターンの長さが短い方が望
ましい。また、そのサイズについても、基板の長さに比
例して基板の端面にかかる熱応力が大きくなるので、可
能な限り小さい方が望ましい。As a method of forming a copper circuit, it is desirable to attach a copper plate to the entire surface in advance and perform etching with ferric chloride or cupric chloride after joining. At this time,
Depending on the thickness of the copper plate, etching speed, processing temperature,
It is necessary to change the chlorine ion concentration. As the shape of the pattern, it is desirable that the length of the continuous pattern is shorter than the length of the oxide ceramic substrate so that the difference in thermal expansion from the oxide ceramic substrate is as small as possible. Further, regarding the size, the thermal stress applied to the end face of the substrate increases in proportion to the length of the substrate, and therefore it is desirable that the size is as small as possible.
【0019】[0019]
【実施例】以下、本発明を実施例と比較例をあげて具体
的に説明する。 実施例1〜21、比較例1〜3 実施例1〜3、実施例10〜15及び比較例1〜3では
平均粒径3μm以下の酸化アルミニウム粉末、実施例4
〜9及び実施例16〜21では平均粒径1μm以下の酸
化アルミニウム粉末を含むスラリーを調整した後グリー
ンシートを成形し、バインダーを除去してから大気中1
850℃の温度で焼結し、サイズ16×20mm、厚み
0.4〜1.0mmの酸化アルミニウム基板を製造し、
その熱抵抗と熱伝導率を測定した。熱抵抗は図1及び図
2の装置を組立て測定し、また、熱伝導率はレーザーフ
ラッシュ法で測定した。EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples. Examples 1 to 21, Comparative Examples 1 to 3 In Examples 1 to 3, Examples 10 to 15 and Comparative Examples 1 to 3, aluminum oxide powder having an average particle size of 3 μm or less, Example 4
9 to Examples 16 to 21, a slurry containing an aluminum oxide powder having an average particle size of 1 μm or less was prepared, a green sheet was formed, and the binder was removed.
Sintering at a temperature of 850 ° C. to produce an aluminum oxide substrate having a size of 16 × 20 mm and a thickness of 0.4 to 1.0 mm,
The thermal resistance and thermal conductivity were measured. The thermal resistance was measured by assembling the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, and the thermal conductivity was measured by the laser flash method.
【0020】銀粉末75重量部、銅粉末25重量部、ジ
ルコニウム粉末20重量部、 テルピネオール15重量部
及び有機結合剤としてポリイソブチルメタアクリレート
のトルエン溶液を固形分で1.5重量部を混合してろう
材ペーストを調整し、それを上記で得られた酸化アルミ
ニウム基板の両面にスクリーン印刷によって全面塗布し
た。塗布量(乾燥後)は6〜8mg/cm2 とした。75 parts by weight of silver powder, 25 parts by weight of copper powder, 20 parts by weight of zirconium powder, 15 parts by weight of terpineol and 1.5 parts by weight of a solid solution of a toluene solution of polyisobutyl methacrylate as an organic binder are mixed. A brazing material paste was prepared and applied on both surfaces of the aluminum oxide substrate obtained above by screen printing. The coating amount (after drying) was 6 to 8 mg / cm 2 .
【0021】次いで、上記ろう材ペーストの塗布された
酸化アルミニウム基板の両面に、そのサイズに応じた種
々の厚みの銅板を接触配置してから炉に投入し、1×1
0-5Torrの高真空中、温度900℃で30分加熱し
た後、2℃/分程度の降温速度で室温まで冷却して活性
金属ろう付け法による接合体を製造した。そして、実施
例10〜21については、得られた接合体を別の炉に入
れ、窒素ガス中、温度650℃で2時間熱処理した後、
2℃/分程度の速度で冷却を行った。Next, copper plates having various thicknesses according to their sizes are placed in contact with both sides of the aluminum oxide substrate coated with the above-mentioned brazing material paste, and then placed in a furnace to be 1 × 1.
It was heated at a temperature of 900 ° C. for 30 minutes in a high vacuum of 0 −5 Torr and then cooled to room temperature at a temperature lowering rate of about 2 ° C./minute to manufacture a joined body by the active metal brazing method. And about Examples 10-21, after putting the obtained joined body in another furnace and heat-processing for 2 hours at 650 degreeC in nitrogen gas,
Cooling was performed at a rate of about 2 ° C./minute.
【0022】次に、上記接合体の銅板上に、UV硬化タ
イプのエッチングレジストをスクリーン印刷にて回路パ
ターンに塗布後、塩化第2銅溶液を用いてエッチング処
理を行って銅板の不要部分を溶解除去し、さらにエッチ
ングレジストを5%苛性ソーダー溶液で剥離した。エッ
チング処理後の接合体には、銅回路パターン間に残留不
要ろう材及び活性金属成分と酸化物セラミックス基板の
反応物があるのでそれを除去するため、温度60℃、1
0%フッ化アンモニウム溶液に10分間浸漬した。Next, a UV curing type etching resist is applied on the circuit pattern by screen printing on the copper plate of the above-mentioned bonded body, and then an etching treatment is performed using a cupric chloride solution to dissolve unnecessary portions of the copper plate. After removal, the etching resist was stripped with a 5% caustic soda solution. In the joined body after the etching treatment, there are residual unnecessary brazing filler metal and the active metal component and the reaction product of the oxide ceramics substrate between the copper circuit patterns.
It was immersed in a 0% ammonium fluoride solution for 10 minutes.
【0023】これら一連の処理を経て得られた銅回路を
有するセラミックス基板について、ヒートサイクル(熱
衝撃)試験を行った。ヒートサイクル試験は、気中、−
40℃×30分保持後、25℃×10分間放置、さらに
125℃×30分保持後、25℃×10分間放置を1サ
イクルとして行った。評価は、各実施例及び比較例の1
例毎にサンプルを数十枚ずつ作製し、直ちにヒートサイ
クル試験を行った。そして、3サイクル毎に各サンプル
の状態を観察し、その中で1枚のサンプルにでも銅板剥
離を起こしているものがあればその時のサイクル数を銅
板剥離開始回数とし、その数の大小にて耐ヒートサイク
ル性を評価した。また、反りは、ダイアルゲージによっ
て測定した。A heat cycle (thermal shock) test was conducted on the ceramic substrate having a copper circuit obtained through these series of treatments. The heat cycle test is in the air, −
After holding at 40 ° C. for 30 minutes, it was left at 25 ° C. for 10 minutes, further held at 125 ° C. for 30 minutes, and then left at 25 ° C. for 10 minutes as one cycle. The evaluation is 1 of each Example and Comparative Example.
Dozens of samples were prepared for each example and immediately subjected to a heat cycle test. Then, the state of each sample is observed every 3 cycles, and if even one sample has peeled copper plate, the number of cycles at that time is taken as the copper plate peeling start number, The heat cycle resistance was evaluated. The warpage was measured with a dial gauge.
【0024】実施例22 酸化アルミニウム粉末のかわりに酸化ベリリウム粉末を
用い、そのグリーンシートの焼成温度を1900℃と
し、そして、ろう材ペーストのジルコニウム粉末のかわ
りに水素化チタン粉末を用いたこと以外は実施例1に準
じて酸化ベリリウム基板を製造し、評価を行った。Example 22 Beryllium oxide powder was used instead of aluminum oxide powder, the firing temperature of the green sheet was set to 1900 ° C., and titanium hydride powder was used instead of zirconium powder of the brazing paste. A beryllium oxide substrate was manufactured in accordance with Example 1 and evaluated.
【0025】以上の結果を表1〜表4に示す。表1と表
2は実施例1〜22の結果であり、表3と表4は比較例
の結果である。そして、表1及び表3は酸化物セラミッ
クス基板についての結果であり、表2及び表4は銅板又
は銅回路を有するセラミックス基板についての結果であ
る。The above results are shown in Tables 1 to 4. Tables 1 and 2 show the results of Examples 1 to 22, and Tables 3 and 4 show the results of the comparative examples. Tables 1 and 3 show the results for the oxide ceramic substrate, and Tables 2 and 4 show the results for the ceramic substrate having a copper plate or a copper circuit.
【0026】[0026]
【表1】 [Table 1]
【0027】[0027]
【表2】 [Table 2]
【0028】[0028]
【表3】 [Table 3]
【0029】[0029]
【表4】 (注)反りの「−」は銅回路側が凸、「+」は凹になっ
ていることを表す。[Table 4] (Note) "-" in the warp means that the copper circuit side is convex and "+" is concave.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、熱抵抗の小さい酸化物
セラミックス基板が得られ、この酸化物セラミックス基
板を用いて作製された銅回路を有するセラミックス基板
は、熱衝撃や熱履歴に対する耐久性、すなわち耐ヒート
ショック性と耐ヒートサイクル性が著しく向上する。According to the present invention, an oxide ceramics substrate having a low thermal resistance is obtained, and a ceramics substrate having a copper circuit produced using this oxide ceramics substrate has durability against thermal shock and thermal history. That is, heat shock resistance and heat cycle resistance are significantly improved.
【図1】 酸化物セラミックス基板の熱抵抗を測定する
ための説明図FIG. 1 is an explanatory diagram for measuring thermal resistance of an oxide ceramic substrate.
【図2】 酸化物セラミックス基板の熱抵抗を測定する
ための説明図FIG. 2 is an explanatory diagram for measuring thermal resistance of an oxide ceramic substrate.
1 トランジスタ(「2SC−3042」底面積:16
×20mm2 ) 2 酸化物セラミックス基板(16×20mm×厚み) 3 トランジスタ側の放熱グリース 4 アルミニウム放熱ブロック側の放熱グリース 5 アルミニウム放熱ブロック(水冷式)1 transistor (“2SC-3042” bottom area: 16
× 20 mm 2 ) 2 Oxide ceramics substrate (16 × 20 mm × thickness) 3 Transistor side heat dissipation grease 4 Aluminum heat dissipation block side heat dissipation grease 5 Aluminum heat dissipation block (water cooling type)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺野 克典 福岡県大牟田市新開町1 電気化学工業株 式会社大牟田工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsunori Terano 1 Shinkai-cho, Omuta-shi, Fukuoka Electric Chemical Industry Co., Ltd. Omuta Factory
Claims (2)
を特徴とする酸化物セラミックス基板。1. An oxide ceramic substrate having a thermal resistance of 0.20 ° C./W or less.
の片面には銅回路が形成され、反対の面には酸化物セラ
ミックス基板とほぼ等しい面積を有する銅板が接合され
てなることを特徴とする銅回路を有するセラミックス基
板。2. A copper circuit is formed on one surface of the oxide ceramic substrate according to claim 1, and a copper plate having an area substantially equal to that of the oxide ceramic substrate is bonded to the other surface. Ceramic substrate with a copper circuit.
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| JP (1) | JP3219545B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1993
- 1993-06-16 JP JP14522293A patent/JP3219545B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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| JPH0323513B2 (en) * | 1986-04-24 | 1991-03-29 | Matsushita Electric Works Ltd | |
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| Publication number | Publication date |
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