JPH11278953A - 半田付け用セラミックスメタライズ基板、その製造方法およびセラミックス−金属接合体 - Google Patents
半田付け用セラミックスメタライズ基板、その製造方法およびセラミックス−金属接合体Info
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- JPH11278953A JPH11278953A JP8163698A JP8163698A JPH11278953A JP H11278953 A JPH11278953 A JP H11278953A JP 8163698 A JP8163698 A JP 8163698A JP 8163698 A JP8163698 A JP 8163698A JP H11278953 A JPH11278953 A JP H11278953A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半田付け用セラミックスメタライズ基板をヒ
ートシンク材等に接合するに際し、相手材との熱膨張率
の差による熱応力（疲労）に起因する半田層におけるク
ラックの発生を効果的に防止し得る半田付け用セラミッ
クスメタライズ基板およびその製造方法ならびにこの基
板を用いたセラミックス−金属接合体を提供すること。 【解決手段】 半田付け用セラミックスメタライズ基板
において、メタライズ層が半田付け用セラミックスメタ
ライズ基板の半田接合面とともに該基板の側面の一部に
も形成されていることを特徴とする、半田付け用セラミ
ックスメタライズ基板。
ートシンク材等に接合するに際し、相手材との熱膨張率
の差による熱応力（疲労）に起因する半田層におけるク
ラックの発生を効果的に防止し得る半田付け用セラミッ
クスメタライズ基板およびその製造方法ならびにこの基
板を用いたセラミックス−金属接合体を提供すること。 【解決手段】 半田付け用セラミックスメタライズ基板
において、メタライズ層が半田付け用セラミックスメタ
ライズ基板の半田接合面とともに該基板の側面の一部に
も形成されていることを特徴とする、半田付け用セラミ
ックスメタライズ基板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品実装用に
使用される基板であって、特に基板裏面を半田付けによ
って相手材に接合するための半田付け用セラミックスメ
タライズ基板、その製造方法ならびに上記基板を用いた
セラミックス−金属接合体に関するものである。
使用される基板であって、特に基板裏面を半田付けによ
って相手材に接合するための半田付け用セラミックスメ
タライズ基板、その製造方法ならびに上記基板を用いた
セラミックス−金属接合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板、特に高放熱系半導体モジュ
ールにおいては、回路から発生する熱による影響を防止
するために基板の裏面をヒートシンク材等に接合して発
生熱を速やかに放熱することが重要となる。電子用基板
の裏面をヒートシンク材に接合する方法としては、接着
剤による接合（この場合は裏面にメタライズ層は不
要）、あるいは半田付けによる接合（この場合は裏面に
メタライズ層を要する）がある。この内、接着剤による
接着は耐熱応力性に比較的すぐれているが、逆に熱放散
性に劣る。一方、半田付けによる接合は熱放散性にすぐ
れているが、接合する相手材によっては熱膨張率の差に
起因する熱応力によって接合部にクラックが生じる場合
があり、甚だしい場合には基板が剥離するおそれもあ
る。
ールにおいては、回路から発生する熱による影響を防止
するために基板の裏面をヒートシンク材等に接合して発
生熱を速やかに放熱することが重要となる。電子用基板
の裏面をヒートシンク材に接合する方法としては、接着
剤による接合（この場合は裏面にメタライズ層は不
要）、あるいは半田付けによる接合（この場合は裏面に
メタライズ層を要する）がある。この内、接着剤による
接着は耐熱応力性に比較的すぐれているが、逆に熱放散
性に劣る。一方、半田付けによる接合は熱放散性にすぐ
れているが、接合する相手材によっては熱膨張率の差に
起因する熱応力によって接合部にクラックが生じる場合
があり、甚だしい場合には基板が剥離するおそれもあ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、半田付け
用セラミックスメタライズ基板をヒートシンク材等に接
合するに際し、相手材との熱膨張率の差による熱応力
（疲労）に起因する半田層におけるクラックの発生を効
果的に防止し得る半田付け用セラミックスメタライズ基
板を提供することを目的とするものであり、さらに本発
明は、このような半田付け用セラミックスメタライズ基
板の製造方法ならびにこの基板を用いたセラミックス−
金属接合体を提供することを目的とする。
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、半田付け
用セラミックスメタライズ基板をヒートシンク材等に接
合するに際し、相手材との熱膨張率の差による熱応力
（疲労）に起因する半田層におけるクラックの発生を効
果的に防止し得る半田付け用セラミックスメタライズ基
板を提供することを目的とするものであり、さらに本発
明は、このような半田付け用セラミックスメタライズ基
板の製造方法ならびにこの基板を用いたセラミックス−
金属接合体を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明による半田付け用
セラミックスメタライズ基板は、メタライズ層が半田付
け用セラミックスメタライズ基板の側面の一部にも形成
されていることを特徴とする。
セラミックスメタライズ基板は、メタライズ層が半田付
け用セラミックスメタライズ基板の側面の一部にも形成
されていることを特徴とする。
【０００５】さらに、本発明による半田付け用セラミッ
クスメタライズ基板の製造方法は、セラミックスグリー
ンシート上に導体ペーストを塗布後、導体ペースト塗布
面を含むセラミックスグリーンシートに溝を形成し、次
いで前記セラミックスグリーンシートと導体ペーストと
を同時に焼成した後、前記溝に沿ってセラミックスシー
トを分割することにより、半田付け用セラミックスメタ
ライズ基板の側面の一部にもメタライズ層を形成するこ
とを特徴とする。
クスメタライズ基板の製造方法は、セラミックスグリー
ンシート上に導体ペーストを塗布後、導体ペースト塗布
面を含むセラミックスグリーンシートに溝を形成し、次
いで前記セラミックスグリーンシートと導体ペーストと
を同時に焼成した後、前記溝に沿ってセラミックスシー
トを分割することにより、半田付け用セラミックスメタ
ライズ基板の側面の一部にもメタライズ層を形成するこ
とを特徴とする。
【０００６】さらに、本発明によるセラミックス−金属
接合体は、メタライズ層が半田付け用セラミックスメタ
ライズ基板の半田接合面とともに該基板の側面の一部に
も形成されている半田付け用セラミックスメタライズ基
板に半田を介して金属板が接合されてなることを特徴と
する。
接合体は、メタライズ層が半田付け用セラミックスメタ
ライズ基板の半田接合面とともに該基板の側面の一部に
も形成されている半田付け用セラミックスメタライズ基
板に半田を介して金属板が接合されてなることを特徴と
する。
【０００７】このように、本発明による半田付け用セラ
ミックスメタライズ基板は、セラミックス基板の半田接
合面（裏面）とともに該基板の側面の一部にも形成され
ているので、半田のフィレットが基板側面から形成させ
ることができるので、基板の裏面のみにメタライズ層が
形成されている場合に比べて応力の緩和を図ることがで
き、半田層中のクラック防止効果を飛躍的に向上させる
ことができる。
ミックスメタライズ基板は、セラミックス基板の半田接
合面（裏面）とともに該基板の側面の一部にも形成され
ているので、半田のフィレットが基板側面から形成させ
ることができるので、基板の裏面のみにメタライズ層が
形成されている場合に比べて応力の緩和を図ることがで
き、半田層中のクラック防止効果を飛躍的に向上させる
ことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による半田付け用
セラミックスメタライズ基板１ならびにこれにメッキを
施したものをヒートシンク材等の金属板４に半田３によ
って接合した状態、すなわちセラミックス−金属接合体
の断面図である。この図に示すように、本発明の半田付
け用セラミックスメタライズ基板１はセラミック基板１
ａの半田接合面とともに該セラミック基板１ａの側面の
一部にメタライズ層２が形成されている。このようなセ
ラミックスメタライズ基板を金属板４に半田付けによる
接合を行うと、半田層３によるフィレットは基板の側面
部にも形成され、これにより基板縁部に発生し易い応力
に起因するクラックを効果的に防止することができる。
セラミックスメタライズ基板１ならびにこれにメッキを
施したものをヒートシンク材等の金属板４に半田３によ
って接合した状態、すなわちセラミックス−金属接合体
の断面図である。この図に示すように、本発明の半田付
け用セラミックスメタライズ基板１はセラミック基板１
ａの半田接合面とともに該セラミック基板１ａの側面の
一部にメタライズ層２が形成されている。このようなセ
ラミックスメタライズ基板を金属板４に半田付けによる
接合を行うと、半田層３によるフィレットは基板の側面
部にも形成され、これにより基板縁部に発生し易い応力
に起因するクラックを効果的に防止することができる。
【０００９】一方、図４は従来の半田付け用セラミック
スメタライズ基板の接合状態を示すものであり、セラミ
ック基板３１の半田接合面のみにメタライズ層３２が形
成され半田付け用セラミックスメタライズ基板３０にお
いては、金属板３５を半田層３３で接合した場合、図示
のような状態となるので、基板縁部にクラック３４が生
じ易くなる。
スメタライズ基板の接合状態を示すものであり、セラミ
ック基板３１の半田接合面のみにメタライズ層３２が形
成され半田付け用セラミックスメタライズ基板３０にお
いては、金属板３５を半田層３３で接合した場合、図示
のような状態となるので、基板縁部にクラック３４が生
じ易くなる。
【００１０】なお、本発明においては、図３の断面図に
示すように、セラミック基板１ａの外縁部が切除されて
いない状態でその側面部の一部を含めてメタライズ層２
が形成されていてもよく、このような態様も本発明の範
囲に含まれる。
示すように、セラミック基板１ａの外縁部が切除されて
いない状態でその側面部の一部を含めてメタライズ層２
が形成されていてもよく、このような態様も本発明の範
囲に含まれる。
【００１１】以下、本発明を図２の製造工程図に従って
説明する。
説明する。
【００１２】図２（ａ）に示すように、セラミックグリ
ーンシート２０を用意し、その表面に導体ペーストを塗
布形成する（図２（ｂ））。このセラミックグリーンシ
ート２０の材質は、特に限定されるものではないが、放
熱性、加工性等の観点から、窒化アルミニウム、窒化ケ
イ素等の窒化物系セラミックスを基材とし、これにバイ
ンダー樹脂を混合して適度な固さに調製したものが適宜
用いられ得る。
ーンシート２０を用意し、その表面に導体ペーストを塗
布形成する（図２（ｂ））。このセラミックグリーンシ
ート２０の材質は、特に限定されるものではないが、放
熱性、加工性等の観点から、窒化アルミニウム、窒化ケ
イ素等の窒化物系セラミックスを基材とし、これにバイ
ンダー樹脂を混合して適度な固さに調製したものが適宜
用いられ得る。
【００１３】導体ペーストは特に限定されないが、好ま
しいものとしては、タングステン、モリブデン等の高融
点金属を主成分とした導体成分と、アクリル系、メチル
セルロース系等の樹脂および有機溶媒を混合して調整し
た導体ペーストなどが挙げられる。
しいものとしては、タングステン、モリブデン等の高融
点金属を主成分とした導体成分と、アクリル系、メチル
セルロース系等の樹脂および有機溶媒を混合して調整し
た導体ペーストなどが挙げられる。
【００１４】導体ペーストの塗布方法は特に限定されな
いが、均一なメタライズ層２１を迅速に形成する上で
は、スクリーン印刷による方法が好ましい。
いが、均一なメタライズ層２１を迅速に形成する上で
は、スクリーン印刷による方法が好ましい。
【００１５】次いで、図２（ｃ）に示すように、導体ペ
ースト２１を塗布形成したセラミックグリーンシートの
導体塗布面に刃を押圧してブレーク溝を形成することに
より、導体ペースト層２１が溝２２に沿って落ち込み、
ブレーク後の基板の側面に部分的にメタライズ層が回り
込む形状にする。この方法によれば、簡便かつ迅速に基
板側面にメタライズ層を形成することができる。
ースト２１を塗布形成したセラミックグリーンシートの
導体塗布面に刃を押圧してブレーク溝を形成することに
より、導体ペースト層２１が溝２２に沿って落ち込み、
ブレーク後の基板の側面に部分的にメタライズ層が回り
込む形状にする。この方法によれば、簡便かつ迅速に基
板側面にメタライズ層を形成することができる。
【００１６】なお、図示はしないが、導体ペースト２１
を塗布形成したセラミックグリーンシートを導体塗布面
側から切断することによって、切断後のシートの側面に
メタライズ層を回り込む形状に形成することも可能であ
る。
を塗布形成したセラミックグリーンシートを導体塗布面
側から切断することによって、切断後のシートの側面に
メタライズ層を回り込む形状に形成することも可能であ
る。
【００１７】さらに、図２（ｃ）に示すブレーク溝が形
成された状態でセラミックスグリーンシートと導体ペー
スト層とを同時に焼成し、上記溝に沿ってセラミックス
シートを分割することにより、セラミックス基板１ａの
側面の一部にもメタライズ層２が形成された半田付け用
セラミックスメタライズ基板１を得る（図２（ｄ））。
成された状態でセラミックスグリーンシートと導体ペー
スト層とを同時に焼成し、上記溝に沿ってセラミックス
シートを分割することにより、セラミックス基板１ａの
側面の一部にもメタライズ層２が形成された半田付け用
セラミックスメタライズ基板１を得る（図２（ｄ））。
【００１８】得られた半田付け用セラミックスメタライ
ズ基板１は、図１において説明したように、金属板４に
半田付けによる接合を行うことにより、半田層３による
フィレットは基板の側面部にも形成され、これにより基
板縁部に発生し易い応力に起因するクラックを効果的に
防止することができる。
ズ基板１は、図１において説明したように、金属板４に
半田付けによる接合を行うことにより、半田層３による
フィレットは基板の側面部にも形成され、これにより基
板縁部に発生し易い応力に起因するクラックを効果的に
防止することができる。
【００１９】半田付け用のろう材としては、一般的に使
用されている半田を用いることができる。このような半
田としては、Ｐｂ−Ｓｎ系等の半田やＡｕ−Ｓｉ系、Ａ
ｕ−Ｇｅ系等の半田が好ましく用いられ得る。
用されている半田を用いることができる。このような半
田としては、Ｐｂ−Ｓｎ系等の半田やＡｕ−Ｓｉ系、Ａ
ｕ−Ｇｅ系等の半田が好ましく用いられ得る。
【００２０】
【実施例】窒化アルミニウムグリーンシート（寸法：縦
１０ｃｍ、横１０ｃｍ、厚さ０．８ｃｍ）の片面全面
に、タングステンを主成分とする導体ペーストをスクリ
ーン印刷法により塗布し、ペーストを乾燥したのちに、
ＮＣカッターにより印刷面側からカッター刃をグリーン
シートに押し込み、１０ｍｍｘ１０ｍｍの格子状にブレ
ーク溝を形成した。上記印刷体を窒素雰囲気中９００℃
で脱脂を行った後、窒素雰囲気中において１８００℃に
て焼結してメタライズ層を形成し、さらにこのメタライ
ズ層上にニッケルメッキを施した。
１０ｃｍ、横１０ｃｍ、厚さ０．８ｃｍ）の片面全面
に、タングステンを主成分とする導体ペーストをスクリ
ーン印刷法により塗布し、ペーストを乾燥したのちに、
ＮＣカッターにより印刷面側からカッター刃をグリーン
シートに押し込み、１０ｍｍｘ１０ｍｍの格子状にブレ
ーク溝を形成した。上記印刷体を窒素雰囲気中９００℃
で脱脂を行った後、窒素雰囲気中において１８００℃に
て焼結してメタライズ層を形成し、さらにこのメタライ
ズ層上にニッケルメッキを施した。
【００２１】ブレーク溝に沿ってブレークした基板の側
面を観察したところ基板厚みの約１０％程度までの領域
にニッケルメッキが形成されていることを確認した。
面を観察したところ基板厚みの約１０％程度までの領域
にニッケルメッキが形成されていることを確認した。
【００２２】このようにして得られた基板のメタライズ
層が形成されている面を金属板（鉄板）に半田付けした
ところ基板側面に形成されているメタライズ部分から半
田のフィレットが形成されていることを確認した。
層が形成されている面を金属板（鉄板）に半田付けした
ところ基板側面に形成されているメタライズ部分から半
田のフィレットが形成されていることを確認した。
【００２３】このようにして得られた鉄板接合体（１０
０個）、および比較材として側面にメタライズ層が形成
されていない基板を鉄板に半田付けした接合体を用意
し、冷熱サイクルテスト（−４０度ｘ１時間および１５
０℃ｘ１時間からなるサイクルを１００サイクル）にか
けた後に基板エッジ部分近傍の半田断面を観察したとこ
ろ、比較材についてはすべての接合体にクラックが認め
られたが、側面にメタライズ層を形成した本発明に係る
基板を用いたものについてはすべての接合体にクラック
は認められなかった。
０個）、および比較材として側面にメタライズ層が形成
されていない基板を鉄板に半田付けした接合体を用意
し、冷熱サイクルテスト（−４０度ｘ１時間および１５
０℃ｘ１時間からなるサイクルを１００サイクル）にか
けた後に基板エッジ部分近傍の半田断面を観察したとこ
ろ、比較材についてはすべての接合体にクラックが認め
られたが、側面にメタライズ層を形成した本発明に係る
基板を用いたものについてはすべての接合体にクラック
は認められなかった。
【００２４】
【発明の効果】本発明による半田付け用セラミックスメ
タライズ基板は、セラミックス基板の半田接合面（裏
面）とともに該基板の側面の一部にも形成されているの
で、半田のフィレットが基板側面から形成させることが
できるので、基板の裏面のみにメタライズ層が形成され
ている場合に比べて応力の緩和を図ることができ、半田
層中のクラック防止効果を飛躍的に向上させることがで
きる。
タライズ基板は、セラミックス基板の半田接合面（裏
面）とともに該基板の側面の一部にも形成されているの
で、半田のフィレットが基板側面から形成させることが
できるので、基板の裏面のみにメタライズ層が形成され
ている場合に比べて応力の緩和を図ることができ、半田
層中のクラック防止効果を飛躍的に向上させることがで
きる。
【図１】本発明の一実施例による半田付け用セラミック
スメタライズ基板の構成ならびにこれを用いたセラミッ
クス−金属接合体を示す断面図。
スメタライズ基板の構成ならびにこれを用いたセラミッ
クス−金属接合体を示す断面図。
【図２】本発明の一実施例による半田付け用セラミック
スメタライズ基板の製造方法を示す工程断面図。
スメタライズ基板の製造方法を示す工程断面図。
【図３】本発明の一実施例による半田付け用セラミック
スメタライズ基板の構成を示す断面図。
スメタライズ基板の構成を示す断面図。
【図４】従来の半田付け用セラミックスメタライズ基板
の構成ならびにこれを用いたセラミックス−金属接合体
を示す断面図。
の構成ならびにこれを用いたセラミックス−金属接合体
を示す断面図。
１ 半田付け用セラミックスメタライズ基板 ２ メタライズ層（メッキ層を含む） ３ 半田層 ４ 金属板 ２０ セラミックグリーンシート ２１ 導体ペースト ２２ 溝 ３１ セラミック基板 ３２ 導体層（メッキ層を含む） ３３ 半田層 ３４ クラック ３５ 金属板
Claims (8)
- 【請求項１】半田付け用セラミックスメタライズ基板に
おいて、メタライズ層が半田付け用セラミックスメタラ
イズ基板の半田接合面とともに該基板の側面の一部にも
形成されていることを特徴とする、半田付け用セラミッ
クスメタライズ基板。 - 【請求項２】前記半田付け用セラミックスメタライズ基
板の半田付け面の外縁部が切除されていることを特徴と
する、請求項１に記載の半田付け用セラミックスメタラ
イズ基板。 - 【請求項３】前記メタライズ層にニッケルメッキが施さ
れていることを特徴とする、請求項１に記載の半田付け
用セラミックスメタライズ基板。 - 【請求項４】半田付け用セラミックスメタライズ基板の
製造方法において、セラミックスグリーンシート上に導
体ペーストを塗布後、導体ペースト塗布面を含むセラミ
ックスグリーンシートに溝を形成し、次いで前記セラミ
ックスグリーンシートと導体ペーストとを同時に焼成し
た後、前記溝に沿ってセラミックスシートを分割するこ
とにより、半田付け用セラミックスメタライズ基板の側
面の一部にもメタライズ層を形成することを特徴とす
る、半田付け用セラミックスメタライズ基板の製造方
法。 - 【請求項５】前記導体ペーストをスクリーン印刷法によ
り塗布することを特徴とする、請求項４に記載の半田付
け用セラミックスメタライズ基板の製造方法。 - 【請求項６】前記溝が、金型またはカッター刃の押圧に
よるＶ溝であることを特徴とする、請求項４に記載の半
田付け用セラミックスメタライズ基板の製造方法。 - 【請求項７】前記メタライズ層が半田付け用セラミック
スメタライズ基板の側面の一部にも形成されている半田
付け用セラミックスメタライズ基板に半田を介して金属
板が接合されてなることを特徴とする、セラミックス−
金属接合体。 - 【請求項８】金属板が鉄および鉄系金属板であることを
特徴とする、請求項７に記載のセラミックス−金属接合
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8163698A JPH11278953A (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 半田付け用セラミックスメタライズ基板、その製造方法およびセラミックス−金属接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8163698A JPH11278953A (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 半田付け用セラミックスメタライズ基板、その製造方法およびセラミックス−金属接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11278953A true JPH11278953A (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=13751833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8163698A Pending JPH11278953A (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 半田付け用セラミックスメタライズ基板、その製造方法およびセラミックス−金属接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11278953A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115348909A (zh) * | 2020-04-02 | 2022-11-15 | 株式会社Uacj | 铝制的要被硬钎焊的构件和硬钎焊体的制造方法 |
-
1998
- 1998-03-27 JP JP8163698A patent/JPH11278953A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115348909A (zh) * | 2020-04-02 | 2022-11-15 | 株式会社Uacj | 铝制的要被硬钎焊的构件和硬钎焊体的制造方法 |
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