JP2000323618A

JP2000323618A - 銅回路接合基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000323618A
Application number: JP12703499A
Authority: JP
Inventors: Kenjiro Higaki; 賢次郎桧垣; Hiroshi Hiiragidaira; 啓柊平; Kazutaka Sasaki; 一隆佐々木; Takashi Ishii; 隆石井; Hirohiko Nakada; 博彦仲田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子やリードフレーム等のセラミック
基材への実装時や使用時に、熱応力による基板の破損や
反りがなく、接合強度が高く、ハイパワーモジュールに
も適用できる信頼性の高い銅回路接合基板を提供する。【解決手段】セラミック基材１の片面上又は両面上に
順に設けた、高融点金属層２と、ニッケルと銅の少なく
とも１種を主成分とする金属介在層３と、銅を主体とす
る導体層４とを備え、金属介在層３の平面方向の長さ及
び幅が高融点金属層２のそれらより０.０５ｍｍ以上短
く、金属介在層３の外周端縁が高融点金属層２の外周端
縁の内側にあり、且つ導体層４の外周端縁が金属介在層
３の外周端縁上にあるか又はその内側にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック基材に
銅を主体とする導体層を設けた半導体装置用の銅回路接
合基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置に用いられる絶縁基材として
は、従来より、酸化アルミニウム系セラミック（Ａｌ₂
Ｏ₃を主成分とするセラミック、以下アルミナと言
う）、窒化アルミニウム系セラミック（ＡｌＮを主成分
とするセラミック、以下窒化アルミニウムと言う）、窒
化ケイ素系セラミック（Ｓｉ₃Ｎ₄を主成分とするセラミ
ック、以下窒化ケイ素と言う）等のセラミックが用いら
れている。これらの基材上に、タングステン（Ｗ）やモ
リブデン（Ｍｏ）を主成分とするメタライズ回路や、銅
（Ｃｕ）を主成分とする回路を形成したものが半導体Ｉ
Ｃ用回路基板として用いられてきた。

【０００３】絶縁基材に用いられる上記各セラミック
は、電気絶縁性及び機械強度に優れていると共に、高い
熱伝導率を有している。その熱伝導率は市販のものでア
ルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウムの順に、それぞ
れ１７、６０、１７０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。中でも窒
化アルミニウムは、アルミナ及び窒化ケイ素とほぼ同等
の電気絶縁性を有しながら、１００Ｗ／ｍ・Ｋを越える
優れた熱伝導率を備えているため、回路基板用基材とし
て最近脚光を浴びている材料である。

【０００４】また、これらセラミックの熱膨張率をみる
と、窒化アルミニウムは室温から銀ろう付け温度（約８
００℃）までの平均熱膨張率が５.５×１０^-6／℃と小
さいため、Ｓｉ（熱膨張率４.０×１０^-6／℃）の半導
体チップとの接合整合性は良い。窒化ケイ素は窒化アル
ミニウムに比べて熱伝導率は低いが、その熱膨張率は窒
化アルミニウムとほぼ同程度であり、更に窒化アルミニ
ウムに比べ高い機械的強度を有しているため、最近では
厚みを薄くすることによって熱抵抗を抑え、回路基板用
の基材として利用され始めている。

【０００５】しかしながら、窒化アルミニウムを含め上
記各セラミックの熱膨張率は小さいため、そのセラミッ
ク基材上に形成する導体回路との整合性は満足すべきも
のではない。特に、銅（熱膨張率１６.７×１０^-6／
℃）を主成分とする導体回路をセラミック基材上に形成
する場合には、両者の熱膨張率の整合性が非常に悪い。
このため、導体回路の接合段階及び実際に基板として用
いられる実用段階で生じる接合界面での熱応力により、
セラミック基材が破損したり変形したりし易かった。そ
こで従来から、セラミック基材と銅回路との接合は、通
常それらの間に種々の熱応力緩和のための介在層を介挿
して行われてきた。

【０００６】一般に、窒化物セラミックスと金属との接
合に関しては、間に種々の介在層を形成した事例が知ら
れている。例えば、特公平２−３４９０８号公報には、
セラミックス側から順に低弾性率金属及び／又は展延性
を有する金属からなる層、脆性材料層、低熱膨張率材料
層を介在させた接合形態が記載されている。しかし、こ
の種の多層介在層による接合は、それぞれの介在層での
熱伝導率を低下させ易いため、放熱基板への適用には実
用上限界がある。

【０００７】そこで通常は、窒化アルミニウム基材とリ
ードフレームや外囲器等の金属部材とを接合する場合、
窒化アルミニウム基材の表面にＷ、Ｍｏ等のメタライズ
層を設け、これを介して銀ロウ付けによって接合を行っ
てきた。例えば、特開昭６３−２８９９５０号公報で
は、窒化アルミニウム上のＷメタライズ層に高熱伝導率
で且つ熱緩衝性の高い無酸素銅をリードフレームとして
用い（同公報第１図及び第２図参照）、場合によっては
窒化アルミニウム上のＷメタライズ層と無酸素銅リード
フレームに濡れ性を改善するためのＮｉ層を形成して、
これらを銀ロウ付けにより接合している。このＷメタラ
イズ層を介して無酸素銅リードフレームを接合する方法
によれば、通常のコバール等のリードフレームに比べて
ロウ付け時の加熱による接合界面の熱応力が大幅に緩和
されるため、接合強度の低下が生じることはない。

【０００８】しかし、無酸素銅は軟質であるため、リー
ドフレームとしての形状維持が難しいという問題があ
る。更に、このように銀ロウ層を介して銅系の部材を窒
化アルミニウム基材に接合する場合には、銀ロウと窒化
アルミニウムとの熱膨張差によるロウ付時の熱応力作用
が大きいため、冷却後の窒化アルミニウム基材に割れや
反り等の破損変形が生じ易い。このため、銀リッチで且
つ軟質の特殊で高価な銀ロウ材を用いて冷却時の応力を
低下させたり、銀ロウ層をより薄くするために少量領域
での厳密なコントロールが必要になるという問題があ
る。

【０００９】このため、銀ロウ等のロウ材層に代わる方
法として、導体の金属部材を窒化アルミニウム基材に直
接接合する方法が検討されてきた。その１つに、いわゆ
るＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法があ
る。例えば、特開昭５９−４０４０４号公報には、窒化
アルミニウム基材表面に同焼結体の焼結助剤であるアル
ミニウム、希土類元素、アルカリ土類元素の酸化物から
なる結合層か又は単に窒化アルミニウム自体の酸化層を
形成し、他方の金属部材には少量の同種酸化物結合剤
（酸素のみの場合を含む）を含ませるか又は予めその表
面にこれらの結合層を形成しておき、窒化アルミニウム
基材上の結合層又は酸化層と金属部材又はその結合層と
の親和性を利用して、両者を直接接合する方法が開示さ
れている。例えば、金属部材が銅である場合には、その
表面の銅酸化物を利用し、銅の融点未満且つ銅酸化物と
銅の共晶温度以上の温度範囲で熱処理を行って、表面に
酸化層を形成した窒化アルミニウムと接合している。

【００１０】類似の方法が特開昭６０−３２３４３号公
報にも開示され、具体的には窒化アルミニウム基材と銅
放熱板との間に薄い活性金属（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）
を含む銅合金共晶層を介在させる接合法が紹介されてい
る。更に、「エレクトロニクスセラミクス」１９８８年
１１月号の第１７頁〜２１頁には、上記ＤＢＣ法が報告
されている。これによると、まず窒化アルミニウム基材
表面に数μｍまでの薄い酸化アルミニウム層を形成し、
これにＣｕ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃共晶層を介して銅との接合を
行っている。

【００１１】しかしながら、以上のような銅酸化物と銅
の共晶域を利用した銅とセラミックの接合は、上記「エ
レクトロニクスセラミックス」中の図４に記載のよう
に、セラミック基材上の酸化物層の厚みを狭い範囲でコ
ントロールしない限り、接合強度のバラツキが大きくな
る。また、この方法でも、基本的には、窒化アルミニウ
ムと銅部材間の酸化アルミニウムとの熱膨張率差によ
り、基板の割れや反り等の破損変形が生じ易い。更に、
１０００℃付近での銅−酸化銅共晶接合のため、特殊な
酸素分圧雰囲気を作る必要があるうえ、これによって銅
部材表面が酸化される結果、銅部材に更に半田接合を行
う際には表面を研磨するなど、余分の手間がかかる。ま
た、銅部材を窒化アルミニウム基材に実装する場合、そ
の非実装部を設ける際の位置決め及び実装する溶融部と
の境目を再現性よく形成するための手間がかかる。

【００１２】尚、上記特開昭６０−３２３４３号公報等
に記載の活性金属による接合方法では、高価な活性金属
ロウ材が必要となり、ロウ付時には１０^-4Ｔｏｒｒ以下
の高い真空度が必要となる。また、窒素中でのロウ付時
には予めロウ材に多量のＴｉを含有させるなど、特殊な
金属ロウ材の調整を必要とする場合が多い。更に、活性
金属ロウ材を用いると、セラミック基材との界面にボイ
ドが生じなくなるため割れやすく、上記ロウ材のため熱
抵抗が増加する恐れもある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
銅部材とセラミック基材とを酸化層若しくは活性化金属
ロウ剤層を介在させて直接接合する方法では、銅とセラ
ミックの熱膨張差のために、製造時や使用時に発生する
熱応力によってセラミック基材に割れや反りを生じさせ
たり、銅部材の剥離を生じさせるなど、著しく信頼性に
欠けるという欠点があった。また、銅共晶による接合で
は酸化雰囲気を接合界面に導入するため銅部材表面に溝
を形成する必要があり、活性金属ロウ材を用いて接合す
る場合には回路形成のエッチング時にエッチング液の周
り込みがあるため、セラミック基材と銅部材の間に空間
が発生して放電の原因となったり、接合強度のバラツキ
が大きくなりやすいうえ、接合方法が繁雑でコストの増
加を招いていた。

【００１４】本発明者らは、既に特開平９−２７５１６
６号により、上記した従来の問題点を解決し、導体層の
接合時や使用時の熱応力によって生じるセラミック基材
の破損変形を防止でき、導体層とセラミック基材間の空
間に発生する放電現象を回避することが可能であって、
コストの抑制を図ると共に、安定した接合強度が得られ
る銅回路接合基板を提案した。即ち、この銅回路接合基
板は、セラミック基材上に該基材側から順に、主に高融
点金属からなる高融点金属層と、融点が１０００℃以下
でニッケル、銅、鉄の少なくとも１種を主成分とする金
属介在層とを備え、該金属介在層上に銅を主体とする導
体層を接合したものである。

【００１５】上記の銅回路接合基板において、高融点金
属層はセラミック基材と銅を主体とする導体層との間の
熱膨張係数の差によって発生する熱応力を緩和する機能
を果し、一方金属介在層は高融点金属層と導体層との間
の接合時の濡れ性を改善する機能を果す。この接合構造
は通常の銀ロウや半田等のロウ材層が接合部分に含まれ
ない点が特徴的であり、従来ロウ材層を含む場合に発生
しやすかったセラミック基材の割れや基板の反りの防止
に有効である。また、活性金属を含む共晶相やＣｕ₂Ｏ
−Ａｌ₂Ｏ₃共晶層によって接合されたＤＢＣ法等の場合
に生じる諸問題もほぼ解消された。

【００１６】また、本発明者らは、上記出願において、
導体層と金属介在層との接合界面における導体層の平面
方向の長さ及び幅を金属介在層のそれよりも短くした接
合構造や、導体層の側面と金属介在層の上面とのなす角
度を８０度以下とする接合構造についても提案した。こ
のような接合構造にすることによって、導体層に通電し
た時に、セラミック基材と導体層との間に生じる放電現
象を回避することができる。

【００１７】しかしながら、本発明者らが先に提案した
上記銅回路接合基板であっても、最も使用環境が過酷で
基板サイズが大きく、工作機械、電気自動車、電鉄等の
用途に使われている高出力のモジュール（ハイパワーモ
ジュール）では応力緩和が必ずしも十分ではないため、
より高い信頼性を有する銅回路接合基板が要望されてい
る。

【００１８】本発明は、このような現状に鑑み、上記特
開平９−２７５１６６号公報に提案した導体回路接合基
板に更に改良を加え、各接合部の接合強度に優れ、特に
冷熱サイクルにおける信頼性が極めて高く、ハイパワー
モジュール用として有用な銅回路接合基板を提供するこ
とを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する銅回路接合基板は、セラミック基
材と、セラミック基材の片面上又は両面上に該基材側か
ら順に設けた、主に高融点金属からなる高融点金属層
と、ニッケルと銅の少なくとも１種を主成分とする少な
くとも１層の金属介在層と、銅を主体とする導体層とを
備えた銅回路接合基板であって、前記高融点金属層と金
属介在層との接合界面における金属介在層の平面方向の
長さ及び幅が高融点金属層のそれらより０.０５ｍｍ以
上短く、該金属介在層の外周端縁が高融点金属層の外周
端縁の内側にあり、且つ前記導体層の外周端縁が金属介
在層の外周端縁上にあるか又はその内側にあることを特
徴とするものである。

【００２０】上記本発明の銅回路接合基板においては、
前記金属介在層が少なくとも銅、ニッケル、リンの２種
以上を含む合金層からなることが好ましく、また前記導
体層の最外表面又は最外表面及び側面に、Ｎｉを主体と
する外層が形成されていることがより好ましい。尚、こ
の場合、セラミックス基材及び高融点金属層の露呈した
外表面には、金属介在層を形成したその主面を除いて、
Ｎｉを主体とする外層は形成しない。

【００２１】上記本発明の銅回路接合基板は、冷熱サイ
クルにおける信頼性が高く、ハイパワーモジュールに代
表される半導体装置用の基板として好適である。更に、
その導体層に半導体素子をダイボンディングすることに
よって、ハイパワーモジュール等の半導体装置を提供す
ることができる。

【００２２】本発明の銅回路接合基板の製造方法の一つ
は、焼結体からなるセラミック基材上に高融点金属を含
むペーストを塗布し、焼成して高融点金属層を形成する
工程と、銅を主体とする導体層の前記高融点金属層との
接合面側に、平面方向の長さ及び幅が該高融点金属層の
それらより０.０５ｍｍ以上短く、ニッケルと銅の少な
くとも１種を主成分とする金属介在層を形成する工程
と、該金属介在層を介して前記高融点金属層を設けたセ
ラミック基材と前記導体層とを金属介在層の外周端縁が
高融点金属層の外周端縁の内側にあるように、該金属介
在層を介して前記高融点金属層を設けたセラミック基材
と前記導体層とを該導体層の融点未満の温度で接合する
工程とを含むことを特徴とする。

【００２３】また、本発明の銅回路接合基板の他の製造
方法は、セラミック基材上に銅を主体とする導体層を備
える銅回路接合基板の製造方法であって、セラミック原
料粉末の成形体上に高融点金属を含むペーストを塗布
し、焼成してセラミック基材を得ると同時に該セラミッ
ク基材上に高融点金属層を形成する工程と、銅を主体と
する導体層の前記高融点金属層との接合面側に、平面方
向の長さ及び幅が該高融点金属層のそれらより０.０５
ｍｍ以上短く、ニッケルと銅の少なくとも１種を主成分
とする金属介在層を形成する工程と、該金属介在層を介
して前記高融点金属層を設けたセラミック基材と前記導
体層とを金属介在層の外周端縁が高融点金属層の外周端
縁の内側にあるように、該金属介在層を介して前記高融
点金属層を設けたセラミック基材と前記導体層とを該導
体層の融点未満の温度で接合する工程とを含むことを特
徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の銅回路接合基板では、金
属介在層と高融点金属層との接合界面において、金属介
在層の平面方向の長さ及び幅は高融点金属層よりも０.
０５ｍｍ以上短くなっていて、且つ金属介在層の外周端
縁は高融点金属層の外周端縁の内側に位置している。具
体的には、図１に示すように、金属介在層３の高融点金
層層２と直接接合されている主面は、その主面の平面方
向の長さ及び幅方向と共に直下に形成された高融点金属
層２のそれよりも少なくとも０.０５ｍｍ短く、好まし
くは０.０５〜１ｍｍの範囲で短くなっている。また、
この金属介在層３の主面に対し垂直方向から見て、金属
介在層３の外周端縁が直下の高融点金属層２の外周端縁
からはみ出さないように配置されている。

【００２５】尚、従来のこの種の基板では、図２のよう
に、金属介在層１３の高融点金属層１２と直接接合され
ている主面は、その直下の高融点金属層１２の主面と外
周寸法が同一で且つ両者の外周端縁が一致していた。し
かしながら、実際に導体層１４と高融点金属層１２を金
属介在層１３を液相にすることによって接合した場合、
図４に示すように、液相になった金属介在層１３は高融
点金属層１２の外周端側に流れ、表面張力によって高融
点金属層１２の外周端部に溜まり１３ａを形成すること
が確認された。その結果、従来の基板では導体層１４と
セラミック基材１１との間の熱膨張係数の差によって発
生した熱応力が溜まり１３ａが形成された高融点金属層
１２の外周端部に集中し、セラミックス基材１１が割れ
やすくなることが判明した。

【００２６】一方、本発明の場合には、上記のごとく金
属介在層３の外周端縁が高融点金属層２の外周端縁より
内側に位置しているので、図３に示すように、接合時に
液相となった金属介在層３が高融点金属層２上を外周方
向に流れても、高融点金属層２の外周端部に溜まりを形
成することがない。従って、熱応力が高融点金属層２の
外周端部に集中することがなく、導電層４の外周端部か
ら高融点金属層２の外周端部にかかる熱応力を更に分散
させることができ、この部分でのセラミックス基材１の
割れが殆ど起こらなくなる。

【００２７】また、本発明においては、図１に示すよう
に導体層４の外周端縁が、金属介在層３の外周端縁上に
あるか、又はその内側にあるように配置して、金属介在
層３の外周端縁からはみ出さないようにする。尚、セラ
ミック基材１と高融点金属層２の組み合わせにおいても
同様に、高融点金属層２の長さ及び幅をセラミック基材
１より小さくすることができる。これにより、セラミッ
ク基材１の表裏面間の絶縁が保たれ、またセラミック基
材１の外周端部に熱応力が集中して破損するのを防止で
きる。

【００２８】本発明で用いるセラミック基材について
は、熱伝導率及び電気絶縁耐圧の高いものが望ましく、
これに加えて機械的な強度や靭性にも優れているものが
望ましい。また、この種の銅回路接合基板の使用環境の
拡大に伴い、湿気やガス雰囲気に対する耐久性にも優れ
ていることが重要になりつつある。以上の点を考慮する
と、セラミック基材としては、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）系か、又は窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）系のものが望ま
しい。しかし、負荷容量や使用条件によっては、アルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）系、その他の単一主成分のもの、若しく
は幾つかの主成分で複合化された各種のセラミックスが
選択される場合もある。

【００２９】これらのセラミック基材は、通常用いられ
ているＹ₂Ｏ₃等の希土類元素化合物やＣａＯ等のアルカ
リ土類元素化合物のような焼結助剤を添加したものでよ
く、必要により更にＴｉＮ等の他の遷移元素化合物のよ
うな各種添加成分を含むことができる。また、セラミッ
ク基材の相対密度は９５％以上、好ましくは９８％以上
とする。相対密度が９５％未満では基材の機械的強度が
低下し、熱衝撃に対する信頼性が低下するからである。
尚、セラミック基材の高融点金属層形成面には、予め酸
素を含む薄層が形成されていても良く、更に例えばＡ
ｌ、Ｓｉ、希土類元素、アルカリ土類元素等の酸化物を
含むことができる。これらセラミック基材の熱伝導率は
高いほど望ましく、例えばＡｌＮ系では１００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上、好ましくは１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、またＳｉ₃Ｎ
₄系では３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましく６０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上、及びＡｌ₂Ｏ₃系では２０Ｗ／ｍＫ・以上、好ましく
４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。

【００３０】セラミック基材の表面上に設ける高融点金
属層の役割は、回路形成等の一般的な表面金属化処理だ
けに留まらず、銅を主体とする導体層とセラミック基材
の熱膨張率差によって生ずる熱応力を高融点金属層が受
け止め、セラミック基材に加わる熱応力を緩和する。更
に、形成する高融点金属層の表面を平滑にし、好ましく
は表面粗さを平均粗さＲａで４μｍ以下にすることによ
り、応力緩和効果を更に安定させ、接合強度のバラツキ
を低減し、冷熱サイクルに対する特性を一層向上するこ
とができる。また、焼付け後の高融点金属層の厚みは３
〜５０μｍに制御することが望ましい。厚みが３μｍ未
満ではセラミック基材との十分な接合強度が得にくく、
また厚みが５０μｍを越えると金属介在層形成後の反り
量が増す傾向が大きくなるからである。

【００３１】かかる高融点金属層の主成分は高融点金属
であり、例えばＷ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等の金属で
ある。この高融点金属層には、セラミック基材との接合
性を改善するため、同焼結体中に添加される希土類元
素、アルカリ土類元素、Ｓｉ、Ａｌ並びにその他の遷移
元素を含むガラスフリットを含んでいてもよい。高融点
金属層の焼付け後の成分構成は高融点金属を８０体積％
以上とし、前述のようなガラスフリットを２０体積％以
下とすることが好ましい。高融点金属が８０体積％未満
では高融点金属層の熱伝導性が低下し易くなり、ガラス
フリットが２０体積％を越える場合も同様である。

【００３２】金属介在層は、１０００℃以下で溶融し、
高融点金属層と銅を主体とする導体層とを接合せしめる
と共に、高融点金属層と導体層とセラミック基材の熱膨
張率差によって生ずる熱応力を緩和する。このような金
属介在層としては、Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を主
成分とする１種以上の層からなり、特にＮｉ−Ｐの組成
を有する層、あるいは少なくともＣｕ、Ｎｉ、Ｐの２種
以上の合金からなる層が好適である。製造時の積層に当
たっては、セラミック基材側から順に、例えば、Ｎｉ−
Ｂ層とＮｉ−Ｐ層の２層の積層構成や、同じくＣｕ−Ｐ
層、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ層、Ｎｉ−Ｐ層、Ｎｉ−Ｂ層のよう
な多層の積層構成で行っても良い。接合後の金属介在層
は、積層された成分であるＣｕ、Ｎｉ、Ｐの２種以上が
少なくとも１層形成される。金属介在層の厚みは２〜４
０μｍとするのが好ましく、２〜１０μｍが更に好まし
い。厚みが２μｍ未満では高融点金属層と導体層との間
の十分な接合強度が得くくなり、また厚みが４０μｍを
越えると金属介在層によって全体の放熱性が低下し易く
なる。

【００３３】上記の高融点金属層と金属介在層を介して
セラミック基材に接合される銅を主体とする導体層とし
ては、無酸素銅、タフピッチ銅等の銅単体を初め、銅モ
リブデン合金、銅タングステン合金、銅モリブデン・タ
ングステン合金等の銅合金、あるいは高い電気伝導度と
低い熱膨張率を兼ね備えた銅−モリブデン−銅のような
クラッド材を挙げることができる。尚、この導体層上に
は、必要に応じて、例えばコバール等のＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ系合金、４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ及び
その合金、Ｃｕ及びその合金、Ｗ、Ｍｏ又はこれらの合
金等からなり、半導体装置としてセラミック基材の外囲
に配設される金属部材が直接又は間接に接合されていて
も良い。

【００３４】導体層の側面から見た断面形状は、通常は
図１のように矩形であるが、放電現象を避けるためには
導体層の外周端部に角部や突起が無いことが望ましく、
また熱応力の部分的な集中を防ぐためには断面を曲線状
又は階段状にすることが好ましい。例えば、図５に示す
ように導体層４の外周端部断面を内側に凸状をなす曲線
状や、逆に外側に凸状をなす曲線状としたり、図６に示
すように階段状にすることができる。

【００３５】更に、本発明の銅回路接合基板において
は、図７に示すように導体層４の最外表面にＮｉを主体
とする外層５ａを設けたり、図８のように導体層４の最
外表面及び側面にＮｉを主体とする外層５ｂを形成する
ことができる。Ｎｉを主体とする外層としては、例え
ば、Ｎｉや、Ｎｉ−Ｂ系の合金が挙げられる。このよう
にＮｉを主体として外層５ａ、５ｂを設けることによ
り、耐湿性を向上させることができる。

【００３６】次に、本発明の銅回路接合基板の製造方法
について説明する。本発明の製造方法は、基本的に、セ
ラミック基材上に高融点金属層を形成する工程と、銅を
主体とする導体層の上記高融点金属層との接合面側に金
属介在層を形成する工程と、この金属介在層を介してセ
ラミック基材と銅を主体とする導体層とを導体層の融点
未満の温度で接合する工程とを含むものである。また、
上記製造方法の好ましい態樣として、導体層の高融点金
属層との接合面と反対側の面に、又は接合面と反対側の
面及びその側面に、Ｎｉを主体とする外層を接合前に形
成する工程を含むことができる。

【００３７】セラミック基材は、例えば、ＡｌＮ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃のような主成分粉末を用い、既に述べた
ような種々の焼結助剤粉末等を混合し、得られた原料混
合粉末を成形し、その成形体を焼結することによって得
られる。その後必要に応じて、高融点金属層を形成する
面に、例えば酸化層を形成するなど、金属化を容易にす
るための前処理を行うこともできる。

【００３８】セラミックス基材上に予め高融点金属層を
形成する方法としては、ポスタファイヤーメタライズ法
とコファイヤーメタライズ法の２方法がある。ポスタフ
ァイヤーメタライズ方法では、上記のように焼結された
焼結体からなるセラミック基材上に、高融点金属ペース
トを印刷塗布し、これを非酸化性雰囲気中で焼成して焼
き付ける。一方、コファイヤーメタライズ法では、前記
のセラミック基材の原料混合粉末を成形した成形体上に
高融点金属ペーストを印刷塗布し、これを非酸化性雰囲
気中で焼成して、成形体を焼結すると同時にその上に高
融点金属層を形成する。コファイヤーメタライズ法は、
ポストファイヤーメタライズ法に比べ製造コストが低
く、高融点金属層とセラミック基材との高い接合強度が
得られるので、工業的に有利な方法である。尚、使用す
る高融点金属ペーストは、前述のとおりＷ等の高融点金
属に必要に応じてガラスフリットを混合し、更に有機バ
インダーや有機溶媒を混合して調整するる。

【００３９】導体層を形成するための素材は通常板材を
用いる。その板材の外形寸法を、予め、セラミックス基
材上に形成した高融点金属層の主面よりも長さ及び幅と
もに０.０５ｍｍ以上短く、好ましくは０.０５〜１ｍｍ
程度短く加工する。また、導体層の端部断面形状につい
ても、好ましくは前述のごとく曲面状又は階段状等に加
工する。尚、これらの加工方法は、既存の板材の成形加
工の方法であれば、いかなる方法でも適用できる。

【００４０】本発明の方法では、上記導体層の高融点金
属層との接合面側に、予め金属介在層を形成する。これ
は、簡便で安価に本発明の構造体を形成できるからであ
る。例えば、高融点金属層側に金属介在層を形成しよう
とすると、予めマスキングを行ってメッキを行い、メッ
キ後にエッチングを行う必要があり、手間がかかること
になる。好ましい金属介在層としてはＮｉ−Ｐ層があ
り、Ｎｉ−Ｐ層の上にＣｕ層を形成することが更に好ま
しい。金属介在層の形成方法は種々考えられ、例えば電
気メッキや無電解メッキ、溶射塗布、蒸着、印刷等が挙
げられる。しかしながら、形成時の生産性を考慮する
と、メッキによって形成するのが最も効率が良く、確実
に厚みその他の品質を確保することができる。その場
合、特に密着性を考慮して、導体層上にＮｉ−Ｂ層を形
成し、その上にＮｉ−Ｐ層及びＣｕ層を形成してもよ
い。

【００４１】また、導体層上にＮｉを主体とする外層を
形成する場合には、導体層を高融点金属層と接合する前
に、導体層の高融点金属層との接合面と反対側の面、又
はその接合面と反対側の面及び側面に、Ｎｉを主体とす
る外層を形成しておく。このＮｉを主体とする外層もメ
ッキによって形成するのが最も効率が良く、確実に厚み
等の層の品質を確保することができる。メッキ方法も同
様に電解メッキ又は無電解メッキのいずれの方法でもよ
い。このようにして形成した金属介在層及び外層は、非
酸化性雰囲気中で焼成することが好ましい。

【００４２】次に、高融点金属層を形成したセラミック
基材と、金属介在層又は金属介在層と外層を形成した導
体層とを、その高融点金属層と金属介在層とが対向する
ように重ね合わせ、加熱処理して接合することにより、
本発明の銅回路接合基板とする。この加熱処理は、金属
介在層が液相化する温度以上で且つ導体層素材の融点未
満の温度範囲、通常は７００〜１０００℃の温度範囲に
おいて、非酸化性雰囲気中又は１０^-4Ｔｏｒｒ以下の真
空中で行う。加熱処理温度が導体層の融点以上になる
と、導体層の外周形状及び形成した回路パターンが崩れ
易くなる。この加熱処理により、金属介在層は一旦液相
となり、前述のようにＣｕ、Ｎｉ、Ｐの２種以上を含む
少なくとも１つの層を形成する。このため、冷却時に新
たな組成の合金、例えばＣｕ−ＰやＣｕ−Ｎｉ−Ｐ等の
組成の合金を生成することもある。

【００４３】尚、上記接合時に導体層とセラミック基材
の相互の位置ずれを防止するため、必要に応じて、例え
ば炭素質、アルミナ質、窒化アルミニウム質等の耐火物
を素材とする治具を用いて両者を仮固定し、位置ずれを
防止することもできる。また、位置ずれを防止すると共
に、実用上必要な接合強度レベルを確実に得るため、必
要に応じて仮固定した両者に適正な荷重を負荷すること
もできる。

【００４４】このようにして得られる本発明の銅回路接
合基板においては、接合部の接合強度が、剥離強度で実
用上不具合を生じない０.５ｋｇ／ｍｍ以上の高いレベ
ルとなり、しかもこの高レベルの接合強度が安定して得
られる。尚、剥離強度の測定方法は、以下の通りであ
る。即ち、図９に示すように、セラミック基材１上に設
けた高融点金属層２及び金属介在層３を介して、厚み
０.１ｍｍ及び幅４.０ｍｍの導体層４を長さＬ＝３ｍｍ
となるように接合する。この場合、導体層４には接合部
と直角となるように導体層４を折り曲げて把持部４ａを
形成する。その後、この把持部４ａを上方に引っ張るこ
とによって、導体層４を含めた接合層又はそれらの接合
界面の一部が剥離し始める引っ張り荷重を、長さＬの１
ｍｍ当たりに換算した値を剥離強度の値とする。

【００４５】

【実施例】実施例１平均粒径１μｍのＡｌＮ粉末と、平均粒径０.６μｍの
Ｙ₂Ｏ₃粉、及び平均粒径０.３μｍのＣａＯ粉末を、そ
れぞれ９７重量％、１.５重量％、及び１.５重量％とな
るように秤取し、エタノール溶媒中ボールミルにて２４
時間混合して、焼結助剤がＹ₂Ｏ₃−ＣａＯからなるＡｌ
Ｎ系の混合原料粉末を得た。更に、この混合原料粉末１
００重量部に対し、有機バインダーとしてＰＶＢを１０
重量部加えてスラリー化した。このスラリーの一部を噴
霧乾燥し、得られた粉末を成形プレスにて成形した。

【００４６】これらの成形体の半数を、窒素雰囲気中に
て１７００℃で５時間焼結した。得られたＡｌＮ焼結体
の相対密度（理論密度を１００％としたとき、水中法で
測定した実測密度の比率）はいずれも９９％であり、表
面には実用上問題となるよう空孔等の欠陥は無かった。
また、レーザーフラッシュ法で測定したＡｌＮ焼結体の
熱伝導率は１５０〜１６０Ｗ／ｍ・Ｋであった。

【００４７】これらのＡｌＮ焼結体の片方の主面に、高
融点金属ペーストをスクリーン印刷により塗布し、ポス
トファイヤーメタライズ法により高融点金属層を成形し
た。即ち、高融点金属のＷ粉末８０重量％をボールミル
に少量ずつ添加し、溶剤１０重量％、ＳｉＯ₂−ＣａＯ
−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス５重量％、有機バインダー５重量％と
混合して高融点金属ペーストとした。このペーストをＡ
ｌＮ焼結体上に塗布し、窒素雰囲気中で脱バインダーし
た後、窒素雰囲気中にて１６５０℃で１時間焼成して高
融点金属層を形成した。得られた高融点金属層の厚みは
２０±１０μｍであった。

【００４８】残りの半数の成形体を用いて、コファイヤ
ーメタライズ法により高融点金属層を形成した。即ち、
成形体の片方の主面上に上記と同じ高融点金属ペースト
を印刷塗布し、窒素雰囲気中にて６００℃で脱バインダ
ーした後、窒素雰囲気中にて１７００℃で５時間焼成し
て、成形体を焼結すると共に高融点金属ペーストを焼き
付けた。得られた高融点金属層の厚みは２０±１０μｍ
であった。以上の工程でＷ高融点金属層を形成したメタ
ライズ基板のサイズは、全て幅５０ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍ、厚み０.８ｍｍであった。

【００４９】次に、長さ及び幅ともに高融点金属層より
０.１ｍｍ短く（△Ｌ＝０.１ｍｍ）且つ厚みが０.３ｍ
ｍの銅板と、長さ及び幅ともに高融点金属層より０.５
ｍｍ短く（△Ｌ＝０.５ｍｍ）且つ厚みが０.３ｍｍの銅
板を各３０枚用意し、それらの片面上にＮｉ−Ｐメッキ
を行い、窒素雰囲気中にて６００℃で３０分間保持して
焼成し、金属介在層とした。得られた金属介在層にはフ
クレ、ハガレ等の異常は見られなかった。また、いずれ
の試料も、金属介在層のメッキ厚は６±１μｍの範囲に
入っていた。尚、銅板の素材はＪＩＳＣ１０２０の銅
素材を用い、その端部断面形状は図１の矩形、図５の曲
面状、及び図６の階段状の３種類を各１０枚づつ作製し
た。

【００５０】更に、前記のごとく高融点金属層を形成し
たメタライズ基板と、上記Ｎｉ−Ｐの金属介在層を形成
した銅板とを、銅板のＮｉ−Ｐメッキ面（金属介在層）
が高融点金属層と密着するように対向させて黒鉛製のセ
ッター上に並べ、窒素気流中において１０００℃×３０
分間の無負荷での炉中接合を行い、銅回路接合基板を作
製した。

【００５１】得られた各基板を１００倍の光学顕微鏡で
観察し、金属介在層の外周端縁が高融点金属層の外周端
縁からはみ出していないことを確認した。また、接合後
の各試料には、超音波探傷面分析により異常な欠陥は認
められなかった。更に、接合後の断面を１０００倍のＳ
ＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、全ての試
料の界面にクラック、ピンホール等は認められなかっ
た。また、導体層の剥離強度は、全て１.５〜２.５ｋｇ
／ｍｍの範囲に入っていた。

【００５２】このようにして作製した各銅回路接合基板
について、−５５℃×１０分→＋１６０℃×１０分の条
件で１０００サイクルのヒートサイクル試験を行い、２
０倍の実体顕微鏡で接合端面部の剥がれやクラック等の
欠陥の有無を調査して、欠陥の存在による不良数を求め
下記表１に示した。

【００５３】比較例１実施例１と同様にポストファイヤーメタライズ法とコフ
ァイヤーメタライズ法により、ＡｌＮのセラミック基材
上に高融点金属層を形成した後、そのメタライズ基板の
高融点金属層上にＮｉ−Ｐメッキを行い、窒素雰囲気中
にて６００℃で３０分間保持してＮｉ−Ｐの金属介在層
とした。得られた金属介在層にフクレ、ハガレ等の異常
は見られなかった。また、いずれの試料も金属介在層の
メッキ厚は６±１μｍの範囲に入っていた。これらの各
試料の金属介在層上に、実施例１で用いたもとの同じ銅
板（ただしＮｉ−Ｐメッキは施していない）を載せ、実
施例１と同様に接合を行って銅回路接合基板を作製し
た。

【００５４】接合後の比較例の各試料について、超音波
探傷面分析を実施したところ異常な欠陥は認められなか
った。また、接合後の各試料の断面を１０００倍のＳＥ
Ｍ（走査型電子顕微鏡）で観察をしたところ、その界面
にクラック、ピンホール等は見られなかった。更に、各
試料の導体層の剥離強度は、全て１.３〜２.５ｋｇ／ｍ
ｍの範囲に入っていた。このようにして作製した比較例
の各試料の銅回路接合基板について、実施例１と同じヒ
ートサイクル試験を施し、欠陥の有無による不良数を求
めた。

【００５５】上記実施例１及び比較例１の各試料につい
て、ヒートサイクル試験後の不良数に関する結果を、高
融点金属層の製法、導体層と高融点金属層の寸法差△
Ｌ、及び導体層の断面形状と共に、下記表１に示した。

【００５６】

【表１】（注）製法におけるＰＦはポストファイヤーメタライズ
法を、ＣＦはコファイヤーメタライズ法を表す。

【００５７】実施例２上記実施例１で作製した各メタライズ基板を用い、導体
層とする銅板の片面上にＮｉ−Ｐメッキのみを行う代わ
りに、厚み６±１μｍのＮｉ−Ｐメッキ及びその上に厚
み２±１μｍのＣｕメッキを行い、且つ窒素気流中にお
いて９５０℃×３０分間の無負荷での炉中接合を行った
こと以外は、全て上記実施例１と同様にして銅回路接合
基板を作製した。

【００５８】接合後、１００倍の光学顕微鏡での観察に
より、全ての試料の金属介在層の外周端縁が高融点金属
層の外周端縁からはみ出していないことを確認した。ま
た、接合後に超音波探傷面分析をした結果、全ての試料
に異常な欠陥は認められなかった。更に、接合後の断面
を１０００倍のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した
ところ、接合界面にクラック、ピンホール等は見られな
かった。また、接合後の金属介在層はＮｉ、Ｐ、Ｃｕが
拡散してできた合金層となっていることを、ＥＤＸ（En
ergy Dispersion X−ray Analyzer）により確認した。
尚、導体層の剥離強度は、全て１.８〜３.０ｋｇ／ｍｍ
の範囲に入っていた。

【００５９】このようにして作製した各試料の銅回路接
合基板について、−５５℃×１０分→＋１６０℃×１０
分の条件で１０００サイクルのヒートサイクル試験を行
い、２０倍の実体顕微鏡で接合端面部の剥がれやクラッ
ク等の欠陥の有無を調査し、欠陥による不良数を求めて
下記表２に示した。

【００６０】比較例２上記実施例１で作製した各メタライズ基板を用い、その
高融点金属層上に厚み２±１μｍのＣｕメッキ及びその
上に厚み６±１μｍのＮｉ−Ｐメッキを行い、これらの
メタライズ基板に実施例１で用いたものと同じ銅板（た
だしメッキは施していない）を載せ、実施例２と同様に
接合を行った。

【００６１】接合後の比較例の各試料は、超音波探傷面
分析の結果、異常な欠陥は認められなかった。また、接
合後の断面を１０００倍のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
で観察したところ、接合界面にクラック、ピンホール等
は見られなかった。尚、導体層の剥離強度は、全て１.
４〜２.３ｋｇ／ｍｍの範囲に入っていた。

【００６２】上記比較例２の各試料について、実施例２
と同様に評価したヒートサイクル試験後の不良数を、そ
れぞれの高融点金属層の製法、導体層と高融点金属層の
寸法差△Ｌ、及び導体層の断面形状と共に、下記表２に
示した。

【００６３】

【表２】（注）製法におけるＰＦはポストファイヤーメタライズ
法を、ＣＦはコファイヤーメタライズ法を表す。

【００６４】実施例３上記実施例１で作製した各メタライズ基板を用い、銅板
の片面上にＮｉ−Ｐメッキのみを行う代わりに、厚み６
±１μｍのＮｉ−Ｐメッキ及びその上に厚み２±１μｍ
のＣｕメッキを行い、銅板の他方の面（導体層主面）に
外層として厚み２±１μｍのＮｉ−Ｂメッキを行って、
窒素気流中において９５０℃×３０分間の無負荷で炉中
接合を行ったこと以外は、実施例１と同様にして、図５
に示すように導体層の端部断面形状が曲面状であり且つ
図７に示すように導体層上にＮｉ−Ｂの外層を有する銅
回路接合基板を作製した。

【００６５】接合後１００倍の光学顕微鏡観察によっ
て、全ての試料の金属介在層の外周端縁が高融点金属層
の外周端縁からはみ出していないことを確認した。ま
た、接合後の各試料について超音波探傷面分析をした結
果、異常な欠陥は認められなかった。更に、接合後の断
面を１０００倍のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察を
したところ、接合界面にクラック、ピンホール等は見ら
れなかった。

【００６６】このようにして作製した試料１０個と、実
施例２で作製した導体層が図５に示す曲面状の端部断面
形状を有する試料１０個に対し、温度８５℃で湿度９０
％の条件下で２時間の耐湿試験を５回繰り返し、各耐湿
試験毎に各試料の外周の目視試験を行って、特に導体層
主面の変色及び変質状況を確認した。この場合、試料は
試験前後に導体層主面のＸ線回析によって、その表面の
相の状況変化を確認した。

【００６７】その結果、Ｎｉ−Ｂの外層を導体層主面上
に形成することによって耐湿性が格段に向上し、外層を
形成した試料はいずれも５回の耐湿試験後も導体層主面
の変色及び変質、並びに主面の相の変化は認められなか
った。しかし、外層を導体層主面上に形成していない試
料では、初回の耐湿試験後に導体層の表面に薄い亜酸化
銅の層が形成され、変質が認められた。

【００６８】実施例４上記実施例１で作製した各メタライズ基板を用い、銅板
の片面上にＮｉ−Ｐメッキのみを行う代わりに、厚み６
±１μｍのＮｉ−Ｐメッキ及びその上に厚み２±１μｍ
のＣｕメッキを行い、銅板の他方の面には外層として厚
み２±１μｍのＮｉ−Ｂメッキを行って、窒素気流中に
おいて９５０℃×３０分間の無負荷での炉中接合を行っ
たこと以外は、全て実施例１と同様にして銅回路接合基
板を作製した。尚、この実施例４では、上記全ての層及
び銅板をセラミック基材の両面に形成した。

【００６９】接合後１００倍の光学顕微鏡観察によっ
て、全て試料の金属介在層の外周端縁が高融点金属層の
外周端縁からはみ出していないことを確認した。また、
接合後の各試料について超音波探傷面分析をした結果、
異常な欠陥等は認められなかった。更に、接合後の断面
を１０００倍のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した
ところ、各試料の接合界面にクラック、ピンホール等は
見られなかった。

【００７０】得られた各基板は図１０に示すように、Ａ
ｌＮ焼結体のセラミック基材１の両面に基材側から順に
高融点金属層２、金属介在層３、導体層４、及び外層５
を備えた構造であり、この主面と反対側をＣｕ−Ｗ合金
製の放熱板６に共晶半田７を用いて接合した。更に、半
導体素子８を導体層４の主面上の外層５にダイボンディ
ングしてリード９で接続し、図１１に示すように、外部
端子１６を備えたケーシング１５に収納した後、樹脂１
７を充填して半導体装置とした。

【００７１】このようにして作製した半導体装置につい
て、−５５℃×１０分→＋１６０℃×１０分の条件で１
０００サイクルのヒートサイクル試験を行い、２０倍の
実体顕微鏡で接合部の亀裂や剥離、表面の変質等の実用
上障害となるような不具合の有無を調査し、その結果を
不良数として下記表３に示した。

【００７２】比較例４上記実施例１で作製したメタライズ基板の高融点金属層
上に、厚み２±１μｍのＣｕメッキ及びその上に厚み６
±１μｍのＮｉ−Ｐメッキを行い、これに実施例１で用
いたものと同じ銅板（ただしメッキは施していない）を
載せ、上記実施例４と同様に接合を行って銅回路接合基
板を作製した。

【００７３】接合後の各試料について、超音波探傷面分
析の結果、異常な欠陥は認められなかった。また、接合
後の断面を１０００倍のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で
観察をしたところ、接合界面にクラック、ピンホール等
は見られなかった。このようにして作製した銅回路接合
基板に、外層として厚み２±１μｍのＮｉ−Ｂメッキを
施した後、上記実施例４と同様に半導体装置を作製し
た。得られた半導体装置に対し、上記実施例４と同じヒ
ートサイクル試験及び評価を行い、その結果を表３に併
せて示した。

【００７４】

【表３】（注）製法におけるＰＦはポストファイヤーメタライズ
法を、ＣＦはコファイヤーメタライズ法を表す。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、リードフレームのよう
な金属部材からなる導体層を窒化アルミニウム等のセラ
ミック基材上に実装する際に、従来のロウ付けや共晶接
合で発生していた基材の破損や変形をなくし、反りを抑
制すると共に、接合強度が高く、大幅に信頼性を向上さ
せた半導体装置用の銅回路接合基板を簡単且つ安価に提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の銅回路接合基板の具体例を示す概略の
断面図である。

【図２】従来の銅回路接合基板を示す概略の断面図であ
る。

【図３】本発明の銅回路接合基板における金属介在層の
外周端部を模式的に示す概略の断面図である。

【図４】従来の銅回路接合基板における金属介在層の外
周端部を模式的に示す概略の断面図である。

【図５】本発明の導体層の端部断面形状が曲面状の銅回
路接合基板を示す概略の断面図である。

【図６】本発明の導体層の端部断面形状が階段状の銅回
路接合基板を示す概略の断面図である。

【図７】本発明の外層を備えた銅回路接合基板を示す概
略の断面図である。

【図８】本発明の外層を備えた別の銅回路接合基板を示
す概略の断面図である。

【図９】本発明の銅回路接合基板における剥離強度の測
定方法を説明するための断面図である。

【図１０】実施例４で作製した銅回路接合基板を放熱板
に接合した部材を示す概略の断面図である。

【図１１】実施例４で作製した半導体装置を示す概略の
一部切欠側面図である。

【符号の説明】

１、１１セラミック基材２、１２高融点金属
層３、１３金属介在層４、１４導体層
５、５ａ、５ｂ外層６放熱板７共晶半田８半導体素子
９リード１５ケーシング１６外部端子１７樹
脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木一隆兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者石井隆兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者仲田博彦兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 4E351 AA09 AA12 BB01 BB30 BB31 BB35 BB38 CC06 CC07 CC08 CC09 CC12 CC23 CC31 CC33 DD04 DD17 DD19 DD28 DD47 DD52 EE10 EE11 GG01 GG02 GG04 5E343 AA02 AA23 BB13 BB17 BB24 BB39 BB40 BB44 BB57 BB67 BB72 BB73 BB75 BB78 CC07 DD02 DD22 DD33 DD43 DD64 ER23 ER37 ER39 ER57 GG16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基材と、セラミック基材の片
面上又は両面上に該基材側から順に設けた、主に高融点
金属からなる高融点金属層と、ニッケル、銅の少なくと
も１種を主成分とする少なくとも１層の金属介在層と、
銅を主体とする導体層とを備えた銅回路接合基板であっ
て、前記高融点金属層と金属介在層との接合界面におけ
る金属介在層の平面方向の長さ及び幅が高融点金属層の
それらより０.０５ｍｍ以上短く、該金属介在層の外周
端縁が高融点金属層の外周端縁の内側にあり、且つ前記
導体層の外周端縁が金属介在層の外周端縁上にあるか又
はその内側にあることを特徴とする銅回路接合基板。
【請求項２】前記金属介在層が少なくとも銅、ニッケ
ル、リンの２種以上を含む合金層からなることを特徴と
する、請求項１に記載の銅回路接合基板。
【請求項３】前記導体層の最外表面又は該最外表面及
び側面に、Ｎｉを主体とする外層が形成されていること
を特徴とする、請求項１又は２に記載の銅回路接合基
板。
【請求項４】前記セラミック基材が窒化アルミニウム
系セラミックからなることを特徴とする、請求項１〜３
のいずれかに記載の銅回路接合基板。
【請求項５】前記高融点金属層がタングステンである
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の銅
回路接合基板。
【請求項６】請求項１〜５の銅回路接合基板に半導体
素子をダイボンディングしてなる半導体装置。
【請求項７】セラミック基材上に銅を主体とする導体
層を備える銅回路接合基板の製造方法であって、焼結体
からなるセラミック基材上に高融点金属を含むペースト
を塗布し、焼成して高融点金属層を形成する工程と、銅
を主体とする導体層の前記高融点金属層との接合面側
に、平面方向の長さ及び幅が該高融点金属層のそれらよ
り０.０５ｍｍ以上短く、ニッケルと銅の少なくとも１
種を主成分とする金属介在層を形成する工程と、該金属
介在層を介して前記高融点金属層を設けたセラミック基
材と前記導体層とを金属介在層の外周端縁が高融点金属
層の外周端縁の内側にあるように、該導体層の融点未満
の温度で接合する工程とを含むことを特徴とする銅回路
接合基板の製造方法。
【請求項８】セラミック基材上に銅を主体とする導体
層を備える銅回路接合基板の製造方法であって、セラミ
ック原料粉末の成形体上に高融点金属を含むペーストを
塗布し、焼成してセラミック基材を得ると同時に該セラ
ミック基材上に高融点金属層を形成する工程と、銅を主
体とする導体層の前記高融点金属層との接合面側に、平
面方向の長さ及び幅が該高融点金属層のそれらより０.
０５ｍｍ以上短く、ニッケルと銅の少なくとも１種を主
成分とする金属介在層を形成する工程と、該金属介在層
を介して前記高融点金属層を設けたセラミック基材と前
記導体層とを金属介在層の外周端縁が高融点金属層の外
周端縁の内側にあるように、該導体層の融点未満の温度
で接合する工程とを含むことを特徴とする銅回路接合基
板の製造方法。
【請求項９】前記金属介在層として、前記導体層上に
ニッケル−リン層を形成するか又は該ニッケル−リン層
とその上に更に銅層を形成することを特徴とする、請求
項７又は８に記載の銅回路接合基板の製造方法。
【請求項１０】前記導体層とセラミック基材との接合
前に、前記導体層の高融点金属層との接合面と反対側の
面又は該接合面と反対側の面及びその側面に、Ｎｉを主
体とする外層を形成することを特徴とする、請求項７〜
９のいずれかに記載の銅回路接合基板の製造方法。