JPS6342153A

JPS6342153A - 混成集積回路基板及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6342153A
Application number: JP18591586A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shoji; 孝志荘司
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1988-02-23
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH0738424B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は混成集積回路基板及びその製造方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする問題点）従来、いわ
ゆるハイブリッド基板と称される混成集積回路基板は、
一般に、メツキ処理を含む多数の工程で製造されていた
。

例えば、第２図に示すように、アルミナ等のセラミック
基板１の両面にＭＯｌＭｏ−ＭｎやＷ等の金属ペースト
２０を印刷し、乾燥後、水素気流中にて約１２００〜１
６００℃で焼成してメタライズ層を形成し、その上にＮ
ｉメツキ処理を施してメツキ層２１を形成し脱水素処理
した後、ヒートシンクとしてＮｉメツキ処処理Ｃ抜板２
２半田付け２３を行うという多段工程による方法である
。

しかし、このような方法は水素気流中で、しかも高温で
焼成したり、メツキ処理したり、或いは更にヒートシン
クを半田付けするなど複雑な工程を必要とすると共に１
Ｍｏ、Ｗ等を介して接合した場合の回路面には抵抗体と
してはチップ抵抗しか使用できず、また回路面はせいぜ
い５００μ程度であるので細線を描くことができず、シ
ート抵抗も高いという欠点がある。更に、銅板（ヒート
シンク）の接合は半田付けによるために接合面に気泡が
介在したり、回路面に半田付けする場合には銅板の接合
に用いた半田を使用できず、銅板自身が酸化変色したり
、回路面も酸化したりしていた。またこの方法でＭＯメ
タライズを使用する方式は、通常の厚膜ペーストを用い
たハイブリッド基板の製造は大気中で厚膜ペーストを焼
成するので適用できず、樹脂等で接合するという制約が
ある。

一方、貴金属ペーストを使用し、導体、抵抗体、誘電体
ペーストを印刷して８５０℃付近で焼成し、回路を形成
する方法もあるが、この場合のヒートシンクへの接合に
は放熱グリースや放熱シートを用い、有機接着剤に無機
フィラーを添加したものを用いているので、放熱性に大
きな問題があるうえ、耐熱性にも問題があった。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、セラミック基
板とヒートシンク材との接着強度が゛大きく、かつ耐熱
性、放熱性に優れた混成集積回路基板であって、これを
簡単な工程で通常の厚膜ペーストを使用して製造し得る
技術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１通常の厚膜ペー
ストを使用する方法でセラミック基板とヒートシンク材
との接合性に優れた方策について鋭意研究を重ねた結果
、接着剤として特定のペースト状インサート材を使用し
特定の処理を施すことにより可能であることを知得し、
本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係る混成集積回路基板は。

アルミナ等のセラミック基板と、該基板の片面に形成さ
れた印刷回路面と、該基板の他方の面全体に印刷、焼成
された複合金属粉末からなるインサート材と、このイン
サート材を介して該基板に加熱接合された銅板等のヒー
トシンク材からなることを特徴とするものである。

また、その製造方法は、アルミナ等のセラミック基板の
片面に厚膜ペーストを用いて回路を印刷すると共に、他
方の面全体に複合金属粉末をペースト状にしたインサー
ト材を印刷し、これを乾燥、焼成後、インサート材上に
銅板等のヒートシンク材を重ね合せ、非酸化性雰囲気中
又は１０−’Ｔｏｒｒ以下の真空中にて加熱して該基板
とヒートシンク材を接合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、セラミック基板としては、従来と同様の材質のも
のでよく、アルミナ、窒化アルミナ等々のセラミック材
料を用いる。

セラミック基板の片面、すなわち回路印刷面には、第１
図（ａ）、　（ｂ）に示すように通常の厚膜ペースト（
卑金属ペーストを含む）２を使用する厚膜技術によって
導体、抵抗体、誘電体回路をセラミック基板１上に印刷
する。印刷後、従来と同様、レベリングし、乾燥する。

一方、セラミック基板１の他方の面、すなわちヒートシ
ンク材４を取付ける面には、第１図（ｂ）に示すように
、特定組成のペースト状インサート材３を全面に所要量
印刷し、加熱接合処理する。

すなわち、そのためには、インサート材としては、例え
ばＡｇ系で複合金属粉末をペースト状にしたものを用い
る。

具体的には、例えば、Ｃｕ及びＮｉのうちの少なくとも
１種を１０〜６０シｔ％（以下、同じ）、　”ｒｉ、Ｎ
ｂ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である組成を有し、各成分をメカ
ニカル７コイ法によって機械的に噛合結合した複合粉末
を有機溶媒中に分散させペースト状にしたインサート材
、或いはＣｕ及びＮｉのうちの少なくとも１種を１０〜
６０％、Ｔ１、Ｎｂ及びＺｒのうちの少なくとも１種を
７〜８０％、希土類元素（Ｙを含む）のうちの少なくと
も１種を５　ｐｐｍ〜３％含み、残部が実質的にＡｇ系
である組成を有し、各成分をメカニカルアロイ法によっ
て機械的に噛合結合した複合粉末を有機溶媒中に分散さ
せペースト状にしたインサート材などが好ましい。この
ような複合粉末は、いわゆるメカニヵルアロイ法によっ
て製造することができ、各成分の金属粉末を摺潰機、ボ
ールミル、アトライター等の攪拌機を用いて高速、高エ
ネルギー下で所要時間混合攪拌して粉砕することにより
、各成分粒子が機械的に噛合結合した、いわゆるメカニ
カルアロイ形態の複合粉末が得られるにの複合粉末の粒
度は４４μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下のものが５
０すｔ％以上である微粉末が望ましい、この複合粉末は
ペースト状にするために有機溶媒中に分散させる。有機
溶媒としては、テレピネオール、ブチルカルピトール、
テキサノール、ブチルカルピトールアセテートなどを使
用することができ、またペースト中の金属粉量は６０〜
９０ｗｔ％とするのが適当である。なお、有機溶媒の他
に界面活性剤（例、ロジン・ワックス）を少量添加した
り、またバインダーとしてエチルセルロースなどを添加
してもよい。

ペースト状インサート材の膜厚は、インサート材及びセ
ラミック基板の材質、鋼板の厚みにもよるが、焼成膜厚
が４５〜６５μとなるような膜厚にする。

印刷後は、レベリングし、乾燥し、その後、焼成（脱脂
処理）するが、脱脂処理は不活性雰囲気中で約６００℃
で焼成するのが望ましく、これによりバインダー分を揮
発させる。

次いで、第１図（ｃ）に示すように、インサート材印刷
面にヒートシンク材４、すなわちヒートシンクやマザー
・ボードになる銅板又はアルミニウム板（いずれもニッ
ケルメッキしたものを含む）を合体させ、Ｎ２、Ａｒな
どの非酸化性雰囲気中又は１Ｏ−ｆｆＴｏｒｒ以下の真
空中で所要時間加熱し、接合する。加熱温度は上記組成
のインサート材を用いた場合、６００〜９００℃が好ま
しく、また１〜１００　ｋｇ／ａＪの加圧下で接合する
。

なお、抵抗体の場合には、第１図（ｄ）に示すように、
導体２の上に抵抗体２′を印刷する。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）＝２０μに分級したスポンジチタン粉末２０部と平均粒
径１．６μの銀粉末４０部と平均粒径１゜５μの銅粉末
４０部とを合計５０ｇ準備し、前処理として摺潰機で５
時間混合粉砕した。混合粉砕後、フィッシャー・サブ・
シーブ・サイザー（粒度分布測定袋Ｗ）で平均粒径を測
定したところ、１．３μであった。

更に、次の割合で摺潰機を使用して５時間、予備混練し
た。

上記混合粉砕物　　　　　　８０部エチル・セルロース　　　　１．５部テキサノール　　　　　１６．７部界面活性剤　　　　　　　１．８部予備混線の目的は、粉末表面を活性にし、ビヒクルと接
触させることによって分散性をよくするためである。予
備混線の終了後、三本ロール・ミルで本混線を行い、ペ
ースト状インサート材を得た。

一方、約２５ｍｍ口Ｘ０．６３５ｍｍｔの９６％ＡＮ２
０３基板及び２５ｍｎ＋口Ｘ２ｍｍｔの銅板を用意した
。そして、銅板を貼り付ける側のＡｌ２Ｏ，基板に対し
ては、焼成膜厚が１６μ、３０μ、４５μ、６３μ、１
ｍｍになるように（焼成膜厚４５μとする乾燥膜厚は１
２０〜１３０μ）、２００メツシユ、バイアス張り、エ
マルジョン厚さ４５μのスクリーンを使用したスクリー
ン印刷機により、上記ペースト状インサート材を全面印
刷した。厚みの制御は印刷→乾燥を繰り返し、三回全面
にわたって印刷した。印刷後、１２０℃で３０分間最終
乾燥した。

一方、Ａｌ２Ｏ，基板の裏側には、Ｒｅｍｅｘ社製厚膜
導電ペーストＡｇ／Ｐｄ＃２０３４、Ｃｕ＃５８１４を
＃Ａ＄パターンを使用して印刷し、１５分間レベリング
した後に１０５℃で約１時間乾燥し。

またＲ　ｅｍｅｘ社製Ｒｕ系抵抗ペーストを印刷し、同
様にレベリングし、乾燥した。なお、印刷は２゜Ｏメツ
シュ、バイアス張り、エマルジョン厚さ４５μのステン
レススクリーンを使用したスクリーン印刷機により行な
った。

このように両面に印刷した後、厚膜焼成炉を使用し、Ｎ
２気流中にて９０分間プロファイルで１５分間ピーク温
度（６００℃）保持の焼成を行い、含有しているバイン
ダー（ビヒクル）成分を揮発させたゆ次いで、上記Ａｆ１．０３．Ｗ板のインサート材印刷面
に銅板を重ね合せ、更に全面１ｋｇの荷重をかけ、真空
炉に装入し、真空度１０　”−’　Ｔｏｒｒ、接合温度
８５０℃で１時間保持し、常温になってから取り出した
。なお、真空炉への装入に際しては、第３図に示すよう
に、ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）５と９９．５％Ａ
Ｑ２０３板６を用いて回路部を保護する状態にした。

得られた基板の接着強度は次のようにして調べた。

まず、銅板とＡＱ、Ｏ，基板の接着強度については、厚
膜ペーストを印刷しないサンプルを使い。

ＭＥＥＫ加工機（放電砥石切断４！＆）によって１０ｍ
ｍ口に切り出した。サンプルは、１枚につき１６ケ切り
出すことができた。このようなサンプルについて次のよ
うな方法で銅板側の接着強度を測定した。すなわち、第
４図に示すように、接着剤７としてアラルダイトＡＺ−
１５を使用して、２５ｍｍＸ　５０ｍｍＸ　２ｍｍｔの
ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）８の中央部に銅板側を
接着し、ＡＱ、Ｏ，基板１のアルミナ面に１０ＩｎＩ！
ｌφの銅リベット９を接合した後、ブツシュ・プル・テ
スター（全国製作所製）で銅板４側の接着強度を測定し
た。

一方、ＡＱ２０．基板に厚膜ペーストを用いて標準テス
ト・パターンにより印刷した面の接着強度については、
測定パターンは２ｍｍ口のパッドとし、第５図に示すよ
うに、そのパッド部１０にＬ字型にした０　、　６　ｍ
ｍφ銅線（スズ・メツキ処理）１１を２Ａｇ−６２Ｓｎ
−３６Ｐｂの銀入り半田１２にて固定し、バーチカル・
ボンド・テスターにより回路接着強度を求めた。更にラ
スペクト比１０：１のテストパターンにより、抵抗値、
シート抵抗、Ｔ。

Ｃ，Ｒも測定した。

以上の結果を第１表及び第２表に示す。

【以下余白１第１表及び第２表かられかるように、ＡＱ、□○。

基板と銅板の間のインサート材の焼成膜厚を適当に選ぶ
ならば（Ｎα３．４）、接着強度の優れた接合面を得る
ことができ、回路面の接着強度及び回路面積も本発明法
の処理に影響されず十分確保されると共にシート抵抗も
低く抑えられ、他の回路特性も良好である。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、特定のペースト
状インサート材を使用してセラミック基板に銅板等のヒ
ートシンク材を接合するので、接着強度及び耐熱性に優
れ、しかも通常の厚膜ペーストを用いて回路面を印刷で
きると共に特別のヒートシンクを使用せずに放熱性も向
上でき、更に製造工程が大幅に簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明法の製造工程の一例を示
す説明図、第２図（ａ）〜（ｄ）は従来法の製造工程を示す説明図
、第３図は真空炉を用いて加熱接合する際の装入状態を示
す断面図、第４図はＡＱ、、Ｏ，基板と銅板の接着強度を試験する
時の試料取付状態を示す断面図、第５図はＡＱ、Ｏ，基板と回路面の接着強度を試験する
時の試料取付状態を示す断面図である。１・・・ＡＱ２０．基板、　　　２・・・厚膜ペースト
、３・・・インサート材、　　４・・・ヒートシンク材
。特許出願人　　　　昭和電工株式会社代理人弁理士　　　中　　村　　　尚第３図旦第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミナ等のセラミック基板と、該基板の片面に
形成された印刷回路面と、該基板の他方の面全体に印刷
、焼成された複合金属粉末からなるインサート材と、こ
のインサート材を介して該基板に加熱接合された銅板等
のヒートシンク材からなることを特徴とする混成集積回
路基板。
（２）アルミナ等のセラミック基板の片面に厚膜ペース
トを用いて回路を印刷すると共に、他方の面全体に複合
金属粉末をペースト状にしたインサート材を印刷し、こ
れを乾燥、焼成後、インサート材上に銅板等のヒートシ
ンク材を重ね合せ、非酸化性雰囲気中又は１０＾−＾３
Ｔｏｒｒ以下の真空中にて加熱して該基板とヒートシン
ク材を接合することを特徴とする混成集積回路基板の製
造方法。