JPH0714945A - 酸化物セラミックス基板及びその用途 - Google Patents
酸化物セラミックス基板及びその用途Info
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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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- substrate
- oxide
- copper
- oxide ceramic
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
- C04B37/021—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles in a direct manner, e.g. direct copper bonding [DCB]
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- Ceramic Products (AREA)
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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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 ）
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 ）
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）
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）
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
【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。
ていることを表す。
【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。
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。
【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
ための説明図
【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
ための説明図
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）
×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）
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (2)
- 【請求項１】 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。 - 【請求項２】 請求項１記載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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14522293A JP3219545B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 銅回路を有する酸化アルミニウム基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14522293A JP3219545B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 銅回路を有する酸化アルミニウム基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714945A true JPH0714945A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3219545B2 JP3219545B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=15380181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14522293A Expired - Fee Related JP3219545B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 銅回路を有する酸化アルミニウム基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3219545B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002252433A (ja) * | 2001-02-23 | 2002-09-06 | Dowa Mining Co Ltd | セラミックス回路基板及びその製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7299671B2 (ja) * | 2017-08-04 | 2023-06-28 | デンカ株式会社 | セラミックス回路基板 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0323513B2 (ja) * | 1986-04-24 | 1991-03-29 | Matsushita Electric Works Ltd | |
| JPH04212441A (ja) * | 1990-09-18 | 1992-08-04 | Ngk Insulators Ltd | セラミック配線基板 |
| JPH05136290A (ja) * | 1991-11-11 | 1993-06-01 | Toshiba Corp | セラミツクス回路基板 |
-
1993
- 1993-06-16 JP JP14522293A patent/JP3219545B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0323513B2 (ja) * | 1986-04-24 | 1991-03-29 | Matsushita Electric Works Ltd | |
| JPH04212441A (ja) * | 1990-09-18 | 1992-08-04 | Ngk Insulators Ltd | セラミック配線基板 |
| JPH05136290A (ja) * | 1991-11-11 | 1993-06-01 | Toshiba Corp | セラミツクス回路基板 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002252433A (ja) * | 2001-02-23 | 2002-09-06 | Dowa Mining Co Ltd | セラミックス回路基板及びその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3219545B2 (ja) | 2001-10-15 |
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