JP2000178081A - 金属―セラミックス接合基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の金属−セラミックス接合基板において
は、半田付け工程などを経ると、接合基板の抗折強度が
低下する問題があった。 【解決手段】 本発明の金属−セラミックス接合基板に
おいては、金属とセラミックスをホウケイ酸鉛ガラスま
たはホウケイ酸鉛亜鉛ガラスを含むろう材により接合す
る。上記ホウケイ酸鉛ガラスは、その成分として７０ｗ
ｔ％以上の酸化鉛（またホウケイ酸鉛亜鉛ガラスは）５
ｗｔ％以上の酸化亜鉛を含んでいる。また、上記ろう材
はＡｇ或いはＡｇ−Ｃｕを含み上記ろう材が、活性金属
としてＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒの少なくとも１種を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属−セラミックス
接合基板、より詳細には銅−窒化アルミニウム接合基板
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属とセラミックス、例えばＣｕとＡＩ
Ｎ基板を接合する場合、ろう付け方法（特開昭６０−１
７７６３４号、特開平３−１０１１５３号）や直接接合
法（特開昭５６−１６３０９３号）などが知られてい
る。このうち、ろう付け方法である特開昭６０−１７７
６３４号には、ＣｕとＡＩＮ基板の間に活性金属とし
て、Ｔｉ箔を挿入して、これを加熱溶融することでＣｕ
とＡＩＮを接合することが開示されている。また、特開
平３−１０１１５３号には、銅、銀及び活性金属とし
て、水素化チタンの粉末に有機溶剤、有機結合剤を配合
したろう材を用いて、ＣｕとＡＩＮを接合させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、Ｔｉなど
の活性金属を含有したろう材を用いて銅と窒化アルミニ
ウムを接合させた基板は、半導体組立て工程、即ち半導
体素子と銅板を接合するための半田付け工程などの温度
上昇を伴う熱処理工程を経ると、接合基板の抗折強度
が、熱処理前の初期の接合状態の時に比較して大きく低
下してしまうという問題点があった。

【０００４】そこで、本発明においては、接合基板の抗
折強度が半田付け工程の熱処理によっても低下しにくい
金属−セラミックス接合基板を提供することを課題とし
ている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は金属とセラミッ
クス、例えば銅と窒化アルミニウム基板を接合するに際
して、Ｔｉなどの活性金属を添加したろう材の替わり
に、ホウケイ酸鉛ガラス或いはホウケイ酸鉛亜鉛ガラス
を添加したろう材、或いは更に添加成分として活性金属
であるＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒの少なくとも１種を添加したろ
う材を用いることを特徴としている。

【０００６】接合基板の抗折強度が低下する原因は良く
判っていないが、例えば銅と窒化アルミニウムを接合し
た後に再度熱を加えることによって残留応力が基板に発
生して、その影響で基板の抗折強度が低下すると考えら
れる。そこで、ホウケイ酸鉛ガラス或いはホウケイ酸鉛
亜鉛ガラスといったガラス成分を添加したろう材を接合
基板に用いることで、従来のケミカルボンドと言われる
接合状態からガラスボンドの接合状態にすることによ
り、接合基板に発生する残留応力をこのガラスボンドに
よってうまく緩和或いは吸収するものと考えられる。そ
の結果接合基板の加熱後の抗折強度も、従来のケミカル
ボンドの接合基板に比較すると、その低下の割合が低く
抑えられる効果がある。

【０００７】本発明の金属−セラミックス接合基板は、
金属とセラミックスはホウケイ酸鉛ガラスを含むろう材
により接合されていることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の金属−セラミックス接合基
板は、金属が銅でセラミックスが窒化アルミニウムであ
ることを特徴とする。

【０００９】上記ホウケイ酸鉛ガラスは、その成分とし
て７０ｗｔ％以上の酸化鉛を含んでいることを特徴とす
る。

【００１０】また、本発明の金属−セラミックス接合基
板は、金属とセラミックスがホウケイ酸鉛亜鉛ガラスを
含むろう材により接合されていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の金属−セラミックス接合基
板は、金属が銅でセラミックスが窒化アルミニウムであ
ることを特徴とする。

【００１２】上記ホウケイ酸鉛亜鉛ガラスは、その成分
として５ｗｔ％以上の酸化亜鉛を含んでいることを特徴
とする。

【００１３】上記ろう材は、Ａｇ或いはＡｇ−Ｃｕを含
むことを特徴とする。

【００１４】上記ろう材は、活性金属としてＴｉ，Ｈ
ｆ，Ｚｒの少なくとも１種を含むことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明においては、金属とセラミ
ックス接合基板を接合するに当たって、Ａｇ−Ｃｕ系ろ
う材にホウケイ酸鉛ガラス或いはホウケイ酸鉛亜鉛ガラ
スに更に活性金属としてＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒの中の少なく
とも１種類が添加されたろう材を用い、このろう材をセ
ラミックス基板の表面に塗布し、これに銅板（好ましく
は無酸素銅）を接触配置し、この基板を真空中で加熱接
合したのち、エッチングにより所定の回路パターンを作
成し、更に半導体素子と銅板との接合に際して半田付け
工程と同様な加熱処理を行う。

【００１６】Ａｇ−Ｃｕ系のろう材としては、実施例に
記載された成分に限定されるものでなく、通常使用され
ているＡｇ−Ｃｕ系のろう材であれば差し支えない。ま
た、ホウケイ酸鉛ガラスは７０ｗｔ％以上の酸化鉛を、
ホウケイ酸鉛亜鉛ガラスは５ｗｔ％以上の酸化亜鉛を含
んでいることが好ましい。さらに、各特性を向上させる
元素や特性を著しく劣化させない不純物を含むことは差
し支えない。

【００１７】なお、金属とセラミックス基板の接合方法
及び回路製造方法は必ずしも上記工程に限定されるもの
でなく、金属とセラミックス基板を接合する際にろう材
を用いる方法であれば、どのような方法を用いても差し
支えない。

【００１８】（実施例１）

【００１９】ＰｂＯ及びＺｎＯが表１に示すように含有
されたガラス粉末Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤを準備した。

【００２０】

【表１】

【００２１】表２の実施例１で示すようにＡｇ粉末７
０．７ｗｔ％，Ｃｕ粉末２７．３ｗｔ％，そしてガラス
粉末Ａを２．０ｗｔ％を混合し、更にバインダーを溶む
溶剤を添加し、３本ロールで混練してろう材をペースト
状に調整し、このペースト状のろう材を市販の窒化アル
ミニウム基板（岩城硝子製：１３０Ｗ／ｍｋ）の両面に
厚さ３０μｍとなるように塗布した。

【００２２】

【表２】

【００２３】窒化アルミニウム基板の寸法は縦５０ｍ
ｍ，横３０ｍｍ，厚さ０．６３５とした。これに０．３
ｍｍ及び０．１５ｍｍの厚さで窒化アルミニウムと同じ
面積の無酸素銅を接触配置し、これを８５０℃の真空中
で加熱して銅と窒化アルミニウムを接合した。

【００２４】銅板の一方の表面にエッチングレジストを
所定の回路に合わせて塗布し、銅板をエッチング処理し
て、所定の回路を持つ基板を形成し、更に半田付けと同
じ条件として３７０℃で１０分間加熱処理した。

【００２５】得られた金属−セラミックス接合基板の抗
折強度、たわみ量等について加熱処理の前後について測
定した。

【００２６】抗折強度は、スパン間距離が３０ｍｍの上
に回路面を下にして基板を置き、スパンの中間部分を上
から荷重を加えるＪＩＳＢの７７７８に準じて三点曲げ
測定方法で行ない基板に割れが生じた時点の荷重から抗
折強度を算出した。

【００２７】たわみ量は、同様の三点曲げ測定方法を行
ない、基板に割れが生じた時点の基板の初期の状態から
の荷重負荷部のたわみ量を測定した。

【００２８】その結果を表３の実施例１に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】（実施例２−２３）

【００３１】ろう材の含有成分を表２の実施例２〜２３
に示すような成分に調整した以外はすべて実施例１と同
じ方法でＣｕ−ＡＩＮ基板を作製し、実施例１と同様に
抗折強度，たわみ量を測定した。その結果を表３の実施
例２〜２３に示す。

【００３２】（比較例１−３）

【００３３】表２の比較例１〜３で示したろう材の成分
を用いた以外は、実施例１〜２３と同様な方法で基板を
作製し、同様な測定を行った。その結果を表３の比較例
１〜３に示す。

【００３４】上記実施例に示した基板はろう材の成分の
差によって初期（加熱処理前）の抗折強度に差が見られ
るが、熱処理後は何れも２３Ｋｇｆ／ｍｍ² 以上を示し
ており、比較例と比べると、抗折強度の低下は少ない。
たわみ量についても熱処理後のたわみ量は比較例に比べ
ると大きい。

【００３５】

【発明の効果】本発明のように、Ａｇ−Ｃｕ系のろう材
にホウケイ酸鉛ガラスやホウケイ酸鉛亜鉛ガラス或い
は、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒを含んだろう材を金属とセラミッ
クスの接合に用いると、従来の活性金属が主体のろう材
による接合に比較して、加熱処理後の抗折強度の低下も
少なく、良好な接合基板を得ることが出来るようになる
大きな利益がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 正美 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 中村 潤二 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 北村 征寛 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 小花 芳樹 千葉県千葉市花見川区宮野木台三丁目17番 ４号 Ｆターム(参考） 4G026 BA01 BA16 BB21 BB22 BF02 BG02 BH07 4G062 AA08 BB05 DE03 HH04 MM27

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属とセラミックスがホウケイ酸鉛ガラ
   スを含むろう材により接合されていることを特徴とする
   金属−セラミックス接合基板。
2. 【請求項２】 金属が銅でセラミックスが窒化アルミニ
   ウムであることを特徴とする請求項１記載の金属−セラ
   ミックス接合基板。
3. 【請求項３】 上記ホウケイ酸鉛ガラスが、その成分と
   して７０ｗｔ％以上の酸化鉛を含んでいることを特徴と
   する請求項２記載の金属−セラミックス接合基板。
4. 【請求項４】 金属とセラミックスがホウケイ酸鉛亜鉛
   ガラスを含むろう材により接合されていることを特徴と
   する金属−セラミックス接合基板。
5. 【請求項５】 金属が銅でセラミックスが窒化アルミニ
   ウムであることを特徴とする請求項４記載の金属−セラ
   ミックス接合基板。
6. 【請求項６】 上記ホウケイ酸鉛亜鉛ガラスが、その成
   分として５ｗｔ％以上の酸化亜鉛を含んでいることを特
   徴とする請求項５記載の金属−セラミックス接合基板。
7. 【請求項７】 上記ろう材がＡｇ或いはＡｇ−Ｃｕを含
   むことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６
   記載の金属−セラミックス接合基板。
8. 【請求項８】 上記ろう材が、活性金属としてＴｉ，Ｈ
   ｆ，Ｚｒの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求
   項１、２、３、４、５、６または７記載の金属−セラミ
   ックス接合基板。