JPS6387791A - 高放熱性回路基板の製造方法 - Google Patents

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） 本発明は回路基板の製造に係り、特にＡＱ２０゜基板を
使用した回路基板を経済的に製造する方法に関する。 （従来の技術） 従来、いわゆるハイブリット基板と称される混成集積回
路基板等々の回路基板は、一般に、メッキ処理を含む多
数の工程で製造されていた。 例えば、第３図に示すように、アルミナ（９６％）のセ
ラミック基板１の両面にＭｏ、Ｍｏ−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１２
００〜１６００℃で焼成してメタライズ層を形成し、そ
の上にＮｉメッキ処理を施してメッキ層２１を形成し脱
水素処理した後、ヒートシンクとして銅板又はＮｉメッ
キ処理銅板２２を半田２３にて接合するという多段工程
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、メッキ処理したり、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、
ＭＯｌＷ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
１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
た回路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、アルミナ基板
に対する各種部品の接合並びに回路形成が容易で放熱性
の良好な回路基板を経済的に製造し得る方法を提供する
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、従来の回路基板
の製造工程が多数工程となる原因を究明したところ、導
電ペーストが接着強度や耐熱性に問題があると共に半田
付けのためにメッキ処理を必要とする組成物であること
が判明した。そこで。 これらの問題を解決し、メッキ処理を必要とせず簡易な
工程で回路基板を製造し得る新規な導電ペーストを見い
出すべく鋭意研究に努めた。 その結果、貴金属を主体としない金属質で接着強度並び
に耐熱性に優れた導電性接着ペーストを開発するに至り
、このペーストを使用して接着並びに回路形成する回路
基板の製造方法を確立したものである。 すなわち、本発明は、Ｃｕ及びＮｉのうちの１種又は２
種を１０〜６０％、Ｔ１、Ｎｂ及びＺｒのうちの１種又
は２種以上を１０〜８０％含み、残部がＡｇからなる組
成を有し、かつ、少なくとも。 各成分粉末が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含有し、ビヒクルにてペースト状に
した導電ペーストを使用して。 ＡＱ２０３基板の接合面に全面印刷すると共に該基板の
回路形成面にスクリーン印刷法で導電回路を形成した後
、不活性雰囲気中で脱脂処理し、次いで、１０−”Ｔｏ
ｒｒ以下の減圧下又は不活性雰囲気中、８００〜９３０
℃で熱処理することを特徴とする高放熱性回路基板の製
造方法を要旨とするものである。 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 前述の如く１本発明法に用いる導電ペーストは、セラミ
ックであるＡｆｆｉ、０３基板に対して接着剤と導電体
の双方の性質を兼備しているので、この基板とヒートシ
ンクである金属板等との接着並びに基板上への回路印刷
が同時に可能となるものである。 まず、本発明法に用いる導電ペーストの化学成分は、接
着剤として所望の性能を発揮するために、Ｃｕ及びＮｉ
のうちの１種又は２種（Ａ成分）を１０〜６０％を含み
、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒのうちの１種又は２種以上（Ｂ成
分）を１０〜８０％を含み、残部がＡｇである組成にす
る必要がある。Ａ成分が６０％を超えると接着力がです
、またＢ成分が８０％を超えると接合層（インサート層
）の硬度が高くなり、熱ショックに弱くなる。Ｃｕは接
合温度を低くシ５回路形成の場合、表面層がＡｇ／Ｃｕ
リッチ層となるため、半田濡れ性が向上する。Ｂ成分と
してＴｉを含む場合、アルミナ基板と金属との境界面に
Ａ　ｆｌ、Ｏ□／Ｔｉｅ２層が形成され、特に接着力が
向上するａＮｉは特に基板に金属板を接合する場合、接
合後の冷却時に金属板側が剥離するのを防止するのに有
効で、熱膨張率を緩和する作用がある。 特にＡ成分が２０〜５０％、Ｂ成分が１０％を超え６０
％以下で、残部がＡｇである組成の場合には、耐熱性、
接着力共に優れている。 上記化学成分を有する導電ペーストは、いわゆるメカニ
カ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、アトライター等の微粉砕
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。この複合粉末の粒度は４４μｍ以下、好ましくは１
０μｍ以下のものが５０ｖｔ％以上である微粉末が望ま
しい。 このように複合粉末形態の粒子を少なくとも含有してい
る粉末は、ペースト状にするために有機溶媒（ビヒクル
）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６０〜９０ｖｔ％とするのが適当であ
る。なお、有機溶媒の他に分散剤や界面活性剤（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。 次に、上記導電ペーストを使用して回路基板を製造する
プロセスについて説明する。 第１図は上記プロセスの一例を示しており、まず、所定
の形状、寸法のＡｌ、Ｏ，基板１を準備する（ａ）０次
いで、スクリーン印刷機を用いてこの基板１の回路形成
面に回路２を印刷形成すると共に基板１の接合面に全面
印刷して接着層（インサート層）３を形成する（ｂ）。 印刷後は乾燥し、印刷面を脱脂処理する。この脱脂処理
はＮ２等の不活性雰囲気中で行い、バインダー分（ビヒ
クル成分）を脱脂せしめるが、６００’Ｃ以下の温度で
１０分間以上加熱するとよい。 なお、６００℃以上の高温下で脱脂処理すると接着能力
が低下するので留意する。 次いで、ヒートシンク銅板等々の必要な接合部品の取付
けが行われる。ヒートシンクとしては敢えてＮｉメッキ
処理銅板を使用する必要はなく。 銅板等の金属板４をそのまま用い、これを基板の接合面
に印刷された接着層３に重ね合わせる。 このように取付けを行った後、基板上に形成した接着層
並びに印刷回路を熱処理し、次の条件により加熱接着及
び焼成を行う。 すなわち、接合部品をＡＱ、０３基板に接合するに当っ
ては、上記のようにして銅板などのヒートシンク等を接
着層を介して基板に重ね合せた状態で、１〜１０ｋｇ／
ａ１の荷重をかけながら、１Ｏ−３Ｔ　ｏｒｒ以下の減
圧下或いはＮ２等の不活性雰囲気中で８００〜９３０℃
の温度で所要時間（例、１０分間以上）熱処理する。加
熱温度が９３０℃以上の高温であると溶着現象が生じ、
また８００℃以下では接合が不充分となる。また印刷回
路を焼成する場合は、勿論、荷重をかける必要はなく、
上記熱処理条件と同じ条件で熱処理する必要があるが、
不活性雰囲気中で焼成すると回路面の半田濡れ性が悪く
なるので、留意する。 なお、ヒートシンクの接合を必要としない場合でも、接
合面に接着層を形成して上記熱処理を施しておけば、Ｎ
ｉメッキを行わずとも半田付けによってマザー・ボード
に貼り付けることができる。 また、抵抗体が必要な場合には市販のＲｕｂ２系ペース
トを併わせで使用することができる。実装に際しては、
導電ペーストが熱処理されているので、従来のようにメ
ッキ処理を施すことなく１通常の半田処理を容易に行う
ことができる。 次に、本発明の実施例を示す。 （実施例） いずれも３２５メツシユ以下の粉末である各成分の粉末
を、Ｔｉ粉末２０ｇ、Ａｇ粉末４０ｇ及びＣｕ粉末３０
ｇの割合で配合し、摺潰機にて約３時間混合粉砕し１粒
度を１０μｍ以下に微粉砕した。 次いで、ペースト状にするために次の割合で配合した。 上記混合微粉末　　　　　１００ｇ エチルセルロース　　　　　１８．３ｇテキサノール　
　　　　　　２０．８ｇ活性剤　　　　　　　　　　　
２．２ｇこの組成物１４１．３ｇを万能ミキサーにて予
備混練した後、３本西−ル・ミルを用いて本混練し、ペ
ーストとした。　　　′ 次に、２５ｍｍＸ　２５ｍｍＸ　０　、６３５ｍｍｔの
寸法のＡ　Ｑ、Ｏ，（９６％）基板の片面に上記ペース
トをスクリーン印刷機にて全面印刷した。スクリーンは
ステンレス製２００メツシユ、バイアス張りで、エマル
ジョン厚さ４５μ閣のものを使用した。印刷後、室温に
て１０分間レベリングし、更に１０５℃で３０分間乾燥
した。またＡｌ５Ｏ，基板の反対側にも同様にして回路
パターンを印刷し、１０５℃で３０分間乾燥した。なお
、焼成後の膜厚が１５〜１８μ■となるように印刷した
。乾燥後、厚膜焼成炉を使用し、窒素気流中でピーク温
度６００℃×８分間の６０分間プロファイルにて脱脂処
理を施した。 次いで、上記ＡＱ＊ｏｓ基板について印刷回路の焼成を
行うと共に、全面印刷面に銅板（ヒートシンク）を熱間
圧着しこより（本発明例１）或いは該印刷面の焼成後に
半田付けにより（本発明例２．３）取付けた。また回路
形成面にＲｕｂ、系厚膜ペースト（Ｒｅｒｒｒｅｘ社ｔ
Ｓ＞を使用して抵抗体を形成した（本発明例３）。 その際の熱間圧着条件としては、２５ｍｍＸ２５ｍｍＸ
２ｍｍｔの銅板をＡｌ１．０３基板の全面印刷面に重ね
合せた状態で１　ｋｇ／ａｌの荷重をかけ、１Ｏ−ｓＴ
　ｏｒｒの真空下、８５０℃×３０分間加熱処理した。 また印刷回路の焼成及び全面印刷面に銅板を半田付けす
る前の焼成の各条件は上記加熱処理と同様である。 得られた各基板の構造は、第２図に示すように。 ＡＱ、○、基板１の一方の面には印刷回路２が焼成され
ており、他方の面には１本発明例１の場合、全面印刷さ
れたインサート層３を介して銅板４が熱間圧着されてお
り、本発明例２の場合、全面印刷された後に焼成したイ
ンサート層３に銅板４が半田層５を介して半田付けされ
ており、本発明例３の場合１本発明例２の構造に更に抵
抗体６が形成されている。 なお、比較のため、第４図（ａ）に示すように、Ｍｏペ
ーストを使用してＡＱ、Ｏ，基板１の片面に回路２ｏを
形成し、反対面にメタライズ層２０’を形成し、これら
にＮｉメッキ２１を施した後、メタライズ層を介して銅
板２２を半田２３にて接合した回路基板（比較例１）、
Ａｇ／Ｐｄペーストを使用してＡＱ＊○、基板１の片側
に回路２０を形成し、反対面に放熱グリース２４を用い
て銅板２２を接合した回路基板（比較例２）をそれぞれ
製造した。 これらの構造の回路基板について各種試験を実施し、第
１表に示す結果を得た。同表から明らかなように、本発
明例の場合、回路面の半田濡れ性も全面印刷焼成面の半
田濡れ性も良好であり、したがって、銅板を半田付けし
た場合（本発明例２）には特に接着強度が大きい、勿論
、銅板を熱間圧着して直接接合した場合（本発明例１）
でも接着強度が充分得られ１通常の厚膜ペーストに比べ
て２倍位大きい。また導電ペーストにフリットが含まれ
ていないのでシート抵抗が低く接着強度が大きいので、
信頼性が高く、特に高周波領域で使用する回路形成も可
能となる。更に熱抵抗も小さいので、ＳｉＣ基板の使用
と相俟って回路基板の放熱性が極めてよい。 一方、比較例はいずれもシート抵抗が高く、接着強度が
低い、更に熱抵抗も大きく、放熱グリースを使用しても
本発明例よりも熱抵抗が劣っている。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、貴金属を主体に
しない特定成分の接着兼導電ペーストを使用するので、
特に放熱性の優れた回路基板を複雑な工程によらずに経
済的に製造できるのみならず、以下に示すような多くの
利点が得られる。 （１）基板上の回路形成と反対面の接着層（インサート
Ｍ）形成とを同時に行うことができ、しかもメッキ処理
を要しないので、製造工程を大幅に短縮でき、また導電
ペーストが貴金属を主体にしないものであるので、極め
て経済的に回路基板を製造することができる。 （２）　　通常の厚膜ペーストはフリット（ガラス）を
含んでいるのでシート抵抗が高く、熱ショック、熱サイ
クル等の信頼性に難があるのに対し、本発明による印刷
回路にはフリットが含まれていないのでシート抵抗が低
く、接着強度や耐熱性に優れているので、信頼性が高く
、特に高周波領域で使用する回路の形成も可能である。 （３）基ｗと金ｘとのａ界面にＡＱ、Ｏ，／ＴｉＯ。 等の層が形成されるので、接着強度も通常の厚膜ペース
トに比べて約２倍程度大きい。 （６）半田濡れ性が良好であり、したがって。 メッキ処理を必要とせずに接合部品の半田付けが可能で
ある。また、金属板のヒートシンクの接合を必要としな
い場合でも、基板の接着面に全面印刷し焼成しておけば
、半田付けによりマザー・ボードに貼り付けることがで
きる。 （７）異形状の部品も接合、配線可能であり、抵抗体が
必要であれば、市販のＲｕ　Ｏ、系ペーストを併せて使
用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造プロセスを示す工程図
、 第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は上記実施例により製造
された回路基板の構造を示す断面図、 第３図はアルミナ基板を用いた従来の回路基板の製造プ
ロセスを示す工程図である。 第４図（ａ）、（ｂ）は従来の回路基板の構造例を示す
断面図である。 １・・・基板、２・・・印刷回路、３・・・接着層（イ
ンサート層）、４・・・銅板（ヒートシンク）、５・・
・半田層。 ６・・・抵抗体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃｕ及びＮｉのうちの
   １種又は２種を１０〜６０％、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒのう
   ちの１種又は２種以上を１０〜８０％を含み、残部がＡ
   ｇからなる組成を有し、かつ、少なくとも、各成分粉末
   がメカニカルアロイ法によって機械的に噛合結合した複
   合粉末を含有し、ビヒクルにてペースト状にした導電ペ
   ーストを使用して、Ａｌ＿２Ｏ＿３基板の接合面に全面
   印刷すると共に該基板の回路形成面にスクリーン印刷法
   で導電回路を形成した後、不活性雰囲気中で脱脂処理し
   、次いで、１０＾−＾３Ｔｏｒｒ以下の減圧下又は不活
   性雰囲気中、８００〜９３０℃で熱処理することを特徴
   とする高放熱性回路基板の製造方法。
2. （２）前記複合粉末は、粒度が１０μｍ以下で、全粉末
   の５０ｗｔ％以上含まれている特許請求の範囲第１項記
   載の方法。
3. （３）接合部品をＡｌ＿２Ｏ＿３基板に接合する場合に
   は、接合面に１〜１０ｋｇ／ｃｍ＾２の荷重をかけなが
   ら前記熱処理を行う特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の方法。