JP2001339155A - セラミック回路基板 - Google Patents
セラミック回路基板Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】セラミック基板上に金属回路板を、燐接する金
属回路板間に電気的短絡を発生することなく、またセラ
ミック基板に割れ等を発生することなく強固に接着させ
ることができるセラミック回路基板を提供すること。 【解決手段】セラミック基板１の上面に活性金属ロウ材
層２を介して金属回路板３を取着して成るセラミック回
路基板であって、活性金属ロウ材層２は銀粉末と銅粉末
および／または銀−銅合金粉末から成るロウ材粉末と、
チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素
化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末とより成
り、かつ内部に融点が１２００℃以上、平均粒径が１〜
１０μｍの金属粉末２ａを５〜２０重量％含有してい
る。
属回路板間に電気的短絡を発生することなく、またセラ
ミック基板に割れ等を発生することなく強固に接着させ
ることができるセラミック回路基板を提供すること。 【解決手段】セラミック基板１の上面に活性金属ロウ材
層２を介して金属回路板３を取着して成るセラミック回
路基板であって、活性金属ロウ材層２は銀粉末と銅粉末
および／または銀−銅合金粉末から成るロウ材粉末と、
チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素
化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末とより成
り、かつ内部に融点が１２００℃以上、平均粒径が１〜
１０μｍの金属粉末２ａを５〜２０重量％含有してい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック基板に
金属回路板を活性金属ロウ材により接合したセラミック
回路基板に関するものである。
金属回路板を活性金属ロウ材により接合したセラミック
回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、パワーモジュール用基板やスイッ
チングモジュール用基板等の回路基板として、セラミッ
ク基板上に銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハ
フニウムまたはその水素化物を添加した活性金属ロウ材
を介して銅等から成る金属回路板を直接接合させたセラ
ミック回路基板が用いられている。
チングモジュール用基板等の回路基板として、セラミッ
ク基板上に銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハ
フニウムまたはその水素化物を添加した活性金属ロウ材
を介して銅等から成る金属回路板を直接接合させたセラ
ミック回路基板が用いられている。
【０００３】かかるセラミック回路基板は、一般にセラ
ミック基板として酸化アルミニウム質焼結体、窒化アル
ミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結
体等の電気絶縁性のセラミックス材料が使用されてお
り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合に
は、具体的には以下の方法によって製作されている。
ミック基板として酸化アルミニウム質焼結体、窒化アル
ミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結
体等の電気絶縁性のセラミックス材料が使用されてお
り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合に
は、具体的には以下の方法によって製作されている。
【０００４】即ち、 （１）まず、銀−銅合金にチタン、ジルコニウム、ハフ
ニウムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種を添加
した活性金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合してロウ
材ペーストを作製する。 （２）次に、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネ
シウム、酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当
な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿
状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法
やカレンダーロール法等のテープ成形技術を採用して複
数のセラミックグリーンシートを得た後、所定寸法に形
成し、次に前記セラミックグリーンシートを必要に応じ
て上下に積層するとともに、還元雰囲気中、約１６００
℃の温度で焼成し、セラミックグリーンシートを焼結一
体化させて酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミッ
ク基板を形成する。 （３）次に、前記セラミック基板上に前記ロウ材ペース
トを間に挟んで銅等から成る所定パターンの金属回路板
を載置させる。 （４）そして最後に、前記セラミック基板と金属回路板
との間に配されているロウ材ペーストを還元雰囲気中で
約９００℃の温度に加熱し、セラミック基板に活性金属
粉末を介して銀−銅合金からなるロウ材を接合させると
ともに該ロウ材を金属回路板に接合させることによって
セラミック回路基板が製作される。
ニウムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種を添加
した活性金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合してロウ
材ペーストを作製する。 （２）次に、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネ
シウム、酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当
な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿
状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法
やカレンダーロール法等のテープ成形技術を採用して複
数のセラミックグリーンシートを得た後、所定寸法に形
成し、次に前記セラミックグリーンシートを必要に応じ
て上下に積層するとともに、還元雰囲気中、約１６００
℃の温度で焼成し、セラミックグリーンシートを焼結一
体化させて酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミッ
ク基板を形成する。 （３）次に、前記セラミック基板上に前記ロウ材ペース
トを間に挟んで銅等から成る所定パターンの金属回路板
を載置させる。 （４）そして最後に、前記セラミック基板と金属回路板
との間に配されているロウ材ペーストを還元雰囲気中で
約９００℃の温度に加熱し、セラミック基板に活性金属
粉末を介して銀−銅合金からなるロウ材を接合させると
ともに該ロウ材を金属回路板に接合させることによって
セラミック回路基板が製作される。
【０００５】なお、前記活性金属ロウ材及び金属回路板
の露出表面には酸化腐蝕を有効に防止すると同時に金属
回路板に半導体素子等の電子部品を接着固定する半田等
の接着材との接合を強固にするため、ニッケル等の金属
がメッキ法等の技術を用いることによって被着されてい
る。
の露出表面には酸化腐蝕を有効に防止すると同時に金属
回路板に半導体素子等の電子部品を接着固定する半田等
の接着材との接合を強固にするため、ニッケル等の金属
がメッキ法等の技術を用いることによって被着されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のセラミック回路基板においては、セラミック基板へ
の金属回路板の接合はセラミック基板上にロウ材ペース
トを挟んで銅等から成る所定パターンの金属回路板を載
置させた後、これを還元雰囲気中、約９００℃の温度に
加熱することによって行われており、前記ロウ材ペース
トは液相線温度以上の温度で加熱されることから、ロウ
材の粘性が著しく低下して大きく熔け広がり、この熔け
広がったロウ材によって隣接する金属回路板間が電気的
に短絡するという欠点を有していた。
来のセラミック回路基板においては、セラミック基板へ
の金属回路板の接合はセラミック基板上にロウ材ペース
トを挟んで銅等から成る所定パターンの金属回路板を載
置させた後、これを還元雰囲気中、約９００℃の温度に
加熱することによって行われており、前記ロウ材ペース
トは液相線温度以上の温度で加熱されることから、ロウ
材の粘性が著しく低下して大きく熔け広がり、この熔け
広がったロウ材によって隣接する金属回路板間が電気的
に短絡するという欠点を有していた。
【０００７】そこで上記欠点を解消するためにロウ材ペ
ーストの厚みを、例えば、１０μｍ未満と薄くすること
が考えられる。
ーストの厚みを、例えば、１０μｍ未満と薄くすること
が考えられる。
【０００８】しかしながら、ロウ材ペーストの厚みを薄
くすると、セラミック基板上に金属回路板を取着する
際、セラミック基板と金属回路板との間に発生する両者
の熱膨張係数の相違に起因する応力を前記ロウ材が有効
に吸収することができなくなり、その結果、前記応力に
よってセラミック基板にクラックや割れが発生するとい
う欠点が誘発されてしまう。
くすると、セラミック基板上に金属回路板を取着する
際、セラミック基板と金属回路板との間に発生する両者
の熱膨張係数の相違に起因する応力を前記ロウ材が有効
に吸収することができなくなり、その結果、前記応力に
よってセラミック基板にクラックや割れが発生するとい
う欠点が誘発されてしまう。
【０００９】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的はセラミック基板上に金属回路板を、燐接
する金属回路板間に電気的短絡を発生することなく、ま
たセラミック基板に割れ等を発生することなく強固に接
着させることができるセラミック回路基板を提供するこ
とにある。
で、その目的はセラミック基板上に金属回路板を、燐接
する金属回路板間に電気的短絡を発生することなく、ま
たセラミック基板に割れ等を発生することなく強固に接
着させることができるセラミック回路基板を提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック回路
基板は、セラミック基板の上面に活性金属ロウ材層を介
して金属回路板を取着して成るセラミック回路基板であ
って、前記活性金属ロウ材層は銀粉末と銅粉末および／
または銀−銅合金粉末から成るロウ材粉末と、チタン、
ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素化物の少
なくとも１種から成る活性金属粉末とより成り、かつ内
部に融点が１２００℃以上、平均粒径が１〜１０μｍの
金属粉末を５〜２０重量％含有していることを特徴とす
るものである。
基板は、セラミック基板の上面に活性金属ロウ材層を介
して金属回路板を取着して成るセラミック回路基板であ
って、前記活性金属ロウ材層は銀粉末と銅粉末および／
または銀−銅合金粉末から成るロウ材粉末と、チタン、
ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素化物の少
なくとも１種から成る活性金属粉末とより成り、かつ内
部に融点が１２００℃以上、平均粒径が１〜１０μｍの
金属粉末を５〜２０重量％含有していることを特徴とす
るものである。
【００１１】本発明のセラミック回路基板によれば、セ
ラミック基板上に金属回路板を接合する金属活性ロウ材
層が、銀粉末と銅粉末および／または銀−銅合金粉末か
ら成るロウ材粉末と、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種から成る活
性金属粉末とより成り、かつ内部に融点が１２００℃以
上、平均粒径が１〜１０μｍの金属粉末を５〜２０重量
％含有していることからセラミック基板上に前記活性金
属ロウ材層を介して金属回路板を接合させる際、ロウ材
が液相線温度以上の温度に加熱されて溶融したとしても
該溶融したロウ材はその内部に含有されている金属粉末
との接触による抵抗によって粘度が高くなり、その結
果、ロウ材が隣接する金属回路板間に大きく熔け広がる
ことはなく、隣接する金属回路板間の電気的な独立が維
持されて製品としてのセラミック回路基板を常に正常に
機能させることができる。
ラミック基板上に金属回路板を接合する金属活性ロウ材
層が、銀粉末と銅粉末および／または銀−銅合金粉末か
ら成るロウ材粉末と、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種から成る活
性金属粉末とより成り、かつ内部に融点が１２００℃以
上、平均粒径が１〜１０μｍの金属粉末を５〜２０重量
％含有していることからセラミック基板上に前記活性金
属ロウ材層を介して金属回路板を接合させる際、ロウ材
が液相線温度以上の温度に加熱されて溶融したとしても
該溶融したロウ材はその内部に含有されている金属粉末
との接触による抵抗によって粘度が高くなり、その結
果、ロウ材が隣接する金属回路板間に大きく熔け広がる
ことはなく、隣接する金属回路板間の電気的な独立が維
持されて製品としてのセラミック回路基板を常に正常に
機能させることができる。
【００１２】また同時に、前記ロウ材は金属粉末によっ
て熔け広がりが有効に抑制されるためセラミック基板と
金属回路板との間には所定量のロウ材が介在することと
なり、その結果、セラミック基板と金属回路板との接合
が強固となるとともにセラミック基板と金属回路板との
熱膨張係数の相違に起因して応力が発生したとしてもそ
の応力は前記ロウ材で吸収され、セラミック基板にクラ
ックや割れ等が発生するのを有効に防止することもでき
る。
て熔け広がりが有効に抑制されるためセラミック基板と
金属回路板との間には所定量のロウ材が介在することと
なり、その結果、セラミック基板と金属回路板との接合
が強固となるとともにセラミック基板と金属回路板との
熱膨張係数の相違に起因して応力が発生したとしてもそ
の応力は前記ロウ材で吸収され、セラミック基板にクラ
ックや割れ等が発生するのを有効に防止することもでき
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１及び図２は、本発明のセラミック
回路基板の一実施例を示し、１はセラミック基板、２は
活性金属ロウ材層、３は金属回路板である。
詳細に説明する。図１及び図２は、本発明のセラミック
回路基板の一実施例を示し、１はセラミック基板、２は
活性金属ロウ材層、３は金属回路板である。
【００１４】前記セラミック基板１は四角形状をなし、
その上面に金属回路板３が活性金属ロウ材層２を介して
ロウ付けされている。
その上面に金属回路板３が活性金属ロウ材層２を介して
ロウ付けされている。
【００１５】前記セラミック基板１はその上面に接合さ
れる金属回路板３を支持する支持部材として作用し、酸
化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素
質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結
体等の電気絶縁材料で形成されている。
れる金属回路板３を支持する支持部材として作用し、酸
化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素
質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結
体等の電気絶縁材料で形成されている。
【００１６】前記セラミック基板１は、例えば、酸化ア
ルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、
酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料
粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合
して泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドクタ
ーブレード法やカレンダーロール法を採用することによ
ってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）
を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに
適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層
し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作さ
れる。
ルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、
酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料
粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合
して泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドクタ
ーブレード法やカレンダーロール法を採用することによ
ってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）
を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに
適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層
し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作さ
れる。
【００１７】また前記セラミック基板１はその上面に金
属回路板３が活性金属ロウ材層２を介して接合されてお
り、該金属回路板３には半導体素子等の電子部品が接続
され、半導体素子等の電子部品に電気信号や電力を供給
する作用をなす。
属回路板３が活性金属ロウ材層２を介して接合されてお
り、該金属回路板３には半導体素子等の電子部品が接続
され、半導体素子等の電子部品に電気信号や電力を供給
する作用をなす。
【００１８】前記金属回路板３は銅等の金属材料から成
り、銅等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加
工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例
えば、厚さが５００μｍで所定パターン形状に製作され
る。
り、銅等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加
工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例
えば、厚さが５００μｍで所定パターン形状に製作され
る。
【００１９】なお、前記金属回路板３はこれを無酸素銅
で形成しておくと、該無酸素銅はセラミック基板１上に
活性金属ロウ材層２を介して接合する際、銅の表面が銅
中に存在する酸素により酸化されることなく活性金属ロ
ウ材２との濡れ性が良好となり、その結果、セラミック
基板１への活性金属ロウ材層２を介しての接合が強固と
なる。従って、前記金属回路板３はこれを無酸素銅で形
成しておくことが好ましい。
で形成しておくと、該無酸素銅はセラミック基板１上に
活性金属ロウ材層２を介して接合する際、銅の表面が銅
中に存在する酸素により酸化されることなく活性金属ロ
ウ材２との濡れ性が良好となり、その結果、セラミック
基板１への活性金属ロウ材層２を介しての接合が強固と
なる。従って、前記金属回路板３はこれを無酸素銅で形
成しておくことが好ましい。
【００２０】また前記金属回路板３はその表面にニッケ
ルから成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡
れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、
金属回路板３と外部電気回路との電気的接続を良好と成
すとともに金属回路板３に半導体素子等の電子部品を強
固に接着させることができる。従って、前記金属回路板
３はその表面にニッケルから成る、良導電性で、かつ耐
蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法によ
り被着させておくことが好ましい。
ルから成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡
れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、
金属回路板３と外部電気回路との電気的接続を良好と成
すとともに金属回路板３に半導体素子等の電子部品を強
固に接着させることができる。従って、前記金属回路板
３はその表面にニッケルから成る、良導電性で、かつ耐
蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法によ
り被着させておくことが好ましい。
【００２１】更に前記金属回路板３の表面にニッケルか
ら成るメッキ層を被着させる場合、燐を８〜１５重量％
含有させたニッケル−燐のアモルファス合金としておく
とニッケルメッキ層の表面酸化を良好に防止して金属回
路板３に半導体素子等の電子部品を半田等の接着材を介
して確実、強固に電気的接続することができる。従っ
て、前記金属回路板３の表面にニッケルから成るメッキ
層を被着させる場合、内部に燐を８〜１５重量％の範囲
に、好適には１０〜１５重量％の範囲に含有させてニッ
ケル−燐のアモルファス合金としておくことが好まし
い。
ら成るメッキ層を被着させる場合、燐を８〜１５重量％
含有させたニッケル−燐のアモルファス合金としておく
とニッケルメッキ層の表面酸化を良好に防止して金属回
路板３に半導体素子等の電子部品を半田等の接着材を介
して確実、強固に電気的接続することができる。従っ
て、前記金属回路板３の表面にニッケルから成るメッキ
層を被着させる場合、内部に燐を８〜１５重量％の範囲
に、好適には１０〜１５重量％の範囲に含有させてニッ
ケル−燐のアモルファス合金としておくことが好まし
い。
【００２２】また更に、前記金属回路板３の表面にニッ
ケルから成るメッキ層を被着させる場合、ニッケルメッ
キ層の厚みが１．５μｍ未満となると金属回路板３の表
面をニッケルメッキ層で完全に被覆することができなく
なって金属回路板３の酸化腐蝕を有効に防止することが
困難となってしまい、また３μｍを超えるとニッケルメ
ッキ層の内部に内在する内在応力が大きくなってセラミ
ック基板１に反りや割れ等が発生してしまう危険性があ
る。特にセラミック基板１の厚さが７００μｍ以下の薄
いものになった場合には、このセラミック基板１の反り
や割れ等が顕著となってしまう。従って、前記金属回路
板３の表面にニッケルから成るメッキ層を被着させる場
合、ニッケルメッキ層の厚みは１．５μｍ〜３μｍの範
囲としておくことが好ましい。
ケルから成るメッキ層を被着させる場合、ニッケルメッ
キ層の厚みが１．５μｍ未満となると金属回路板３の表
面をニッケルメッキ層で完全に被覆することができなく
なって金属回路板３の酸化腐蝕を有効に防止することが
困難となってしまい、また３μｍを超えるとニッケルメ
ッキ層の内部に内在する内在応力が大きくなってセラミ
ック基板１に反りや割れ等が発生してしまう危険性があ
る。特にセラミック基板１の厚さが７００μｍ以下の薄
いものになった場合には、このセラミック基板１の反り
や割れ等が顕著となってしまう。従って、前記金属回路
板３の表面にニッケルから成るメッキ層を被着させる場
合、ニッケルメッキ層の厚みは１．５μｍ〜３μｍの範
囲としておくことが好ましい。
【００２３】前記金属回路板３はセラミック基板１上に
活性金属ロウ材層２を介して接合されており、該活性金
属ロウ材層２は金属回路板３をセラミック基板１上に直
接接合させる作用をなす。
活性金属ロウ材層２を介して接合されており、該活性金
属ロウ材層２は金属回路板３をセラミック基板１上に直
接接合させる作用をなす。
【００２４】前記活性金属ロウ材層２は、銀粉末と銅粉
末および／または銀−銅合金粉末から成るロウ材粉末
と、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの
水素化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末とより
成り、かつ内部に融点が１２００℃以上、平均粒径が１
〜１０μｍの金属粉末２ａを５〜２０重量％含有してい
る。
末および／または銀−銅合金粉末から成るロウ材粉末
と、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの
水素化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末とより
成り、かつ内部に融点が１２００℃以上、平均粒径が１
〜１０μｍの金属粉末２ａを５〜２０重量％含有してい
る。
【００２５】前記活性金属ロウ材層２によるセラミック
基板１への金属回路板３の接合は、まず銀粉末と銅粉末
および／または銀−銅合金粉末等から成るロウ材粉末
と、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの
水素化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末と、融
点が１２００℃以上、平均粒径が１〜１０μｍの金属粉
末２ａと、有機溶剤、溶媒とを混合して活性金属ロウ材
ペーストを作製し、次にこの活性金属ロウ材ペーストを
セラミック基板１上に従来周知のスクリーン印刷技術を
用いて所定パターンに印刷し、次に印刷された活性金属
ロウ材ペースト上に金属回路板３を載置させ、しかる
後、これを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、約９０
０℃の温度で加熱処理し、セラミック基板１に活性金属
粉末を介して銀−銅合金からなるロウ材を接合させると
ともに該ロウ材を金属回路板３に接合させることによっ
て行なわれる。この場合、加熱によって溶融したロウ材
はその内部に含有されている金属粉末との接触による抵
抗によって粘度が高くなり、その結果、ロウ材が隣接す
る金属回路板間３に大きく熔け広がることはなく、隣接
する金属回路板３間の電気的な独立が維持されて製品と
してのセラミック回路基板を常に正常に機能させること
ができる。また同時に、前記ロウ材は金属粉末２ａによ
って熔け広がりが有効に抑制されるためセラミック基板
１と金属回路板３との間には所定量のロウ材が介在する
こととなり、その結果、セラミック基板１と金属回路板
３との接合が強固となるとともにセラミック基板１と金
属回路板３との熱膨張係数の相違に起因して応力が発生
したとしてもその応力は前記ロウ材で吸収され、セラミ
ック基板１にクラックや割れ等が発生するのを有効に防
止することもできる。
基板１への金属回路板３の接合は、まず銀粉末と銅粉末
および／または銀−銅合金粉末等から成るロウ材粉末
と、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの
水素化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末と、融
点が１２００℃以上、平均粒径が１〜１０μｍの金属粉
末２ａと、有機溶剤、溶媒とを混合して活性金属ロウ材
ペーストを作製し、次にこの活性金属ロウ材ペーストを
セラミック基板１上に従来周知のスクリーン印刷技術を
用いて所定パターンに印刷し、次に印刷された活性金属
ロウ材ペースト上に金属回路板３を載置させ、しかる
後、これを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、約９０
０℃の温度で加熱処理し、セラミック基板１に活性金属
粉末を介して銀−銅合金からなるロウ材を接合させると
ともに該ロウ材を金属回路板３に接合させることによっ
て行なわれる。この場合、加熱によって溶融したロウ材
はその内部に含有されている金属粉末との接触による抵
抗によって粘度が高くなり、その結果、ロウ材が隣接す
る金属回路板間３に大きく熔け広がることはなく、隣接
する金属回路板３間の電気的な独立が維持されて製品と
してのセラミック回路基板を常に正常に機能させること
ができる。また同時に、前記ロウ材は金属粉末２ａによ
って熔け広がりが有効に抑制されるためセラミック基板
１と金属回路板３との間には所定量のロウ材が介在する
こととなり、その結果、セラミック基板１と金属回路板
３との接合が強固となるとともにセラミック基板１と金
属回路板３との熱膨張係数の相違に起因して応力が発生
したとしてもその応力は前記ロウ材で吸収され、セラミ
ック基板１にクラックや割れ等が発生するのを有効に防
止することもできる。
【００２６】前記活性金属ロウ材層２の銀粉末と銅粉末
および／または銀−銅合金粉末等から成るロウ材粉末は
金属回路板３に強固に接合し、またチタン、ジルコニウ
ム、ハフニウムおよびこれらの水素化物の少なくとも１
種から成る活性金属粉末は銀−銅合金からなるロウ材及
びセラミック基板１に強固し、これによって金属回路板
３をセラミック基板１に接合させる。
および／または銀−銅合金粉末等から成るロウ材粉末は
金属回路板３に強固に接合し、またチタン、ジルコニウ
ム、ハフニウムおよびこれらの水素化物の少なくとも１
種から成る活性金属粉末は銀−銅合金からなるロウ材及
びセラミック基板１に強固し、これによって金属回路板
３をセラミック基板１に接合させる。
【００２７】なお、前記活性金属ロウ材層２を構成する
チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素
化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末はその量が
２重量％未満となると活性金属の絶対量が不足して活性
金属ロウ材層２をセラミック基板１に強固に接合させる
ことが困難となる危険性があり、また５重量％を超える
と活性金属ロウ材層２とセラミック基板１との間に脆弱
な反応層が厚く形成され、結果的に活性金属ロウ材層２
とセラミック基板１との接合強度が低下してしまう危険
性がある。従って、前記活性金属ロウ材層２を構成する
チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素
化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末はその量を
２〜５重量％の範囲にしておくことが好ましい。
チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素
化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末はその量が
２重量％未満となると活性金属の絶対量が不足して活性
金属ロウ材層２をセラミック基板１に強固に接合させる
ことが困難となる危険性があり、また５重量％を超える
と活性金属ロウ材層２とセラミック基板１との間に脆弱
な反応層が厚く形成され、結果的に活性金属ロウ材層２
とセラミック基板１との接合強度が低下してしまう危険
性がある。従って、前記活性金属ロウ材層２を構成する
チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素
化物の少なくとも１種から成る活性金属粉末はその量を
２〜５重量％の範囲にしておくことが好ましい。
【００２８】また前記活性金属ロウ材層２はその内部に
融点が１２００℃以上、平均粒径が１〜１０μｍの金属
粉末２ａが５〜２０重量％含有されている。
融点が１２００℃以上、平均粒径が１〜１０μｍの金属
粉末２ａが５〜２０重量％含有されている。
【００２９】前記金属粉末２ａは溶融したロウ材の熔け
広がりを抑制する作用をなし、該金属粉末２ａの含有に
よって活性金属ロウ材層２は大きく熔け広がることはな
く、これによって隣接する金属回路板３間の電気的な独
立が維持され、製品としてのセラミック回路基板を常に
正常に機能させることができるとともにセラミック基板
１と金属回路板３との間に介在する活性金属ロウ材層２
の量を所定量としてセラミック基板１と金属回路板３と
の接合を強固とし、かつセラミック基板１と金属回路板
３との熱膨張係数の相違に起因して発生する応力を有効
に吸収し、セラミック基板１にクラックや割れ等が発生
するのを防止することができる。
広がりを抑制する作用をなし、該金属粉末２ａの含有に
よって活性金属ロウ材層２は大きく熔け広がることはな
く、これによって隣接する金属回路板３間の電気的な独
立が維持され、製品としてのセラミック回路基板を常に
正常に機能させることができるとともにセラミック基板
１と金属回路板３との間に介在する活性金属ロウ材層２
の量を所定量としてセラミック基板１と金属回路板３と
の接合を強固とし、かつセラミック基板１と金属回路板
３との熱膨張係数の相違に起因して発生する応力を有効
に吸収し、セラミック基板１にクラックや割れ等が発生
するのを防止することができる。
【００３０】前記金属粉末２ａはその融点が１２００℃
以上の金属材料、具体的にはタングステン、モリブデ
ン、マンガン等からなり、融点が１２００℃以上と高い
ことからセラミック基板１に活性金属ロウ材層２を介し
て金属回路板３を接合させる際、金属粉末２ａに熱に印
加されても金属粉末２ａが溶融することはなく、その結
果、金属粉末２ａによってロウ材の熔け広がりを有効に
抑制することができる。
以上の金属材料、具体的にはタングステン、モリブデ
ン、マンガン等からなり、融点が１２００℃以上と高い
ことからセラミック基板１に活性金属ロウ材層２を介し
て金属回路板３を接合させる際、金属粉末２ａに熱に印
加されても金属粉末２ａが溶融することはなく、その結
果、金属粉末２ａによってロウ材の熔け広がりを有効に
抑制することができる。
【００３１】なお、前記金属粉末２ａはその平均粒径が
１μｍ未満となると金属粉末２ａの比表面積が大きくな
って金属粉末２ａ表面に形成される酸化皮膜中に多くの
酸素が存在し、該酸素によって活性金属ロウ材層２のセ
ラミック基板１や金属回路板３に対する濡れ性が低下し
て、前記セラミック基板１に活性金属ロウ材層２を介し
て金属回路板３を強固に接合させることができず、また
１０μｍを超えると金属粉末２ａの比表面積が小さくな
り、溶融したロウ材の金属粉末２ａとの接触による抵抗
が小さくなってロウ材の熔け広がりを有効に抑制するこ
とができない。従って、前記金属粉末２ａの平均粒径は
１〜１０μｍの範囲に特定される。
１μｍ未満となると金属粉末２ａの比表面積が大きくな
って金属粉末２ａ表面に形成される酸化皮膜中に多くの
酸素が存在し、該酸素によって活性金属ロウ材層２のセ
ラミック基板１や金属回路板３に対する濡れ性が低下し
て、前記セラミック基板１に活性金属ロウ材層２を介し
て金属回路板３を強固に接合させることができず、また
１０μｍを超えると金属粉末２ａの比表面積が小さくな
り、溶融したロウ材の金属粉末２ａとの接触による抵抗
が小さくなってロウ材の熔け広がりを有効に抑制するこ
とができない。従って、前記金属粉末２ａの平均粒径は
１〜１０μｍの範囲に特定される。
【００３２】また前記金属粉末２ａはその添加量が５重
量％未満となると溶融したロウ材の金属粉末２ａとの接
触による抵抗が小さくなってロウ材の熔け広がりを有効
に抑制することができず、また２０重量％を超えるとセ
ラミック基板１および金属回路板３に対するロウ材の接
合面積が狭くなってセラミック基板１への金属回路板３
の接合強度が低下してしまう。従って、前記金属粉末２
ａの添加量は５〜２０重量％の範囲に特定される。
量％未満となると溶融したロウ材の金属粉末２ａとの接
触による抵抗が小さくなってロウ材の熔け広がりを有効
に抑制することができず、また２０重量％を超えるとセ
ラミック基板１および金属回路板３に対するロウ材の接
合面積が狭くなってセラミック基板１への金属回路板３
の接合強度が低下してしまう。従って、前記金属粉末２
ａの添加量は５〜２０重量％の範囲に特定される。
【００３３】かくして、上述のセラミック回路基板によ
れば、セラミック基板１の上面に活性金属ロウ材層２を
介して接合された金属回路板３に半導体素子等の電子部
品を接続させるとともに金属回路板３を外部電気回路に
接続させれば半導体素子等の電子部品に金属回路板３を
介して外部電気回路より電気信号や電力が供給される。
れば、セラミック基板１の上面に活性金属ロウ材層２を
介して接合された金属回路板３に半導体素子等の電子部
品を接続させるとともに金属回路板３を外部電気回路に
接続させれば半導体素子等の電子部品に金属回路板３を
介して外部電気回路より電気信号や電力が供給される。
【００３４】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例ではセ
ラミック基板１がアルミニウム質焼結体で形成された例
を示したが、電子部品が多量の熱を発し、この熱を効率
良く除去したい場合にはセラミック基板１を熱伝導率の
高い窒化アルミニウム質焼結体や窒化珪素質焼結体で形
成すれば良く、金属回路板３に高速で電気信号を伝播さ
せたい場合にはセラミック基板１を誘電率の低いムライ
ト質焼結体で形成すれば良い。
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例ではセ
ラミック基板１がアルミニウム質焼結体で形成された例
を示したが、電子部品が多量の熱を発し、この熱を効率
良く除去したい場合にはセラミック基板１を熱伝導率の
高い窒化アルミニウム質焼結体や窒化珪素質焼結体で形
成すれば良く、金属回路板３に高速で電気信号を伝播さ
せたい場合にはセラミック基板１を誘電率の低いムライ
ト質焼結体で形成すれば良い。
【００３５】
【発明の効果】本発明のセラミック回路基板によれば、
セラミック基板上に金属回路板を接合する金属活性ロウ
材が、銀粉末と銅粉末および／または銀−銅合金粉末か
ら成るロウ材粉末と、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種から成る活
性金属粉末とより成り、かつ内部に融点が１２００℃以
上、平均粒径が１〜１０μｍの金属粉末を５〜２０重量
％含有していることからセラミック基板上に前記活性金
属ロウ材を介して金属回路板を接合させる際、ロウ材が
液相線温度以上の温度に加熱されて溶融したとしても該
溶融したロウ材はその内部に含有されている金属粉末と
の接触による抵抗によって粘度が高くなり、その結果、
ロウ材が隣接する金属回路板間に大きく熔け広がること
はなく、隣接する金属回路板間の電気的な独立が維持さ
れて製品としてのセラミック回路基板を常に正常に機能
させることができる。
セラミック基板上に金属回路板を接合する金属活性ロウ
材が、銀粉末と銅粉末および／または銀−銅合金粉末か
ら成るロウ材粉末と、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種から成る活
性金属粉末とより成り、かつ内部に融点が１２００℃以
上、平均粒径が１〜１０μｍの金属粉末を５〜２０重量
％含有していることからセラミック基板上に前記活性金
属ロウ材を介して金属回路板を接合させる際、ロウ材が
液相線温度以上の温度に加熱されて溶融したとしても該
溶融したロウ材はその内部に含有されている金属粉末と
の接触による抵抗によって粘度が高くなり、その結果、
ロウ材が隣接する金属回路板間に大きく熔け広がること
はなく、隣接する金属回路板間の電気的な独立が維持さ
れて製品としてのセラミック回路基板を常に正常に機能
させることができる。
【００３６】また同時に、前記ロウ材は金属粉末によっ
て熔け広がりが有効に抑制されるためセラミック基板と
金属回路板との間には所定量のロウ材が介在することと
なり、その結果、セラミック基板と金属回路板との接合
が強固となるとともにセラミック基板と金属回路板との
熱膨張係数の相違に起因して応力が発生したとしてもそ
の応力は前記ロウ材で吸収され、セラミック基板にクラ
ックや割れ等が発生するのを有効に防止することもでき
る。
て熔け広がりが有効に抑制されるためセラミック基板と
金属回路板との間には所定量のロウ材が介在することと
なり、その結果、セラミック基板と金属回路板との接合
が強固となるとともにセラミック基板と金属回路板との
熱膨張係数の相違に起因して応力が発生したとしてもそ
の応力は前記ロウ材で吸収され、セラミック基板にクラ
ックや割れ等が発生するのを有効に防止することもでき
る。
【図１】本発明のセラミック回路基板の一実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示すセラミック回路基板の要部拡大図で
ある。
ある。
１・・・・セラミック基板 ２・・・・活性金属ロウ材層 ２ａ・・・金属粉末 ３・・・・金属回路板
Claims (1)
- 【請求項１】セラミック基板の上面に活性金属ロウ材層
を介して金属回路板を取着して成るセラミック回路基板
であって、前記活性金属ロウ材層は銀粉末と銅粉末およ
び／または銀−銅合金粉末から成るロウ材粉末と、チタ
ン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素化物
の少なくとも１種から成る活性金属粉末とより成り、か
つ内部に融点が１２００℃以上、平均粒径が１〜１０μ
ｍの金属粉末を５〜２０重量％含有していることを特徴
とするセラミック回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000158696A JP4493158B2 (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | セラミック回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000158696A JP4493158B2 (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | セラミック回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001339155A true JP2001339155A (ja) | 2001-12-07 |
| JP4493158B2 JP4493158B2 (ja) | 2010-06-30 |
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ID=18663127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000158696A Expired - Fee Related JP4493158B2 (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | セラミック回路基板 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4493158B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140126155A1 (en) * | 2011-06-30 | 2014-05-08 | Hitachi Metals, Ltd. | Brazing material, brazing material paste, ceramic circuit substrate, ceramic master circuit substrate, and power semiconductor module |
| WO2020184510A1 (ja) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 日本碍子株式会社 | 接合基板及び接合基板の製造方法 |
| WO2020209121A1 (ja) * | 2019-04-09 | 2020-10-15 | 日本碍子株式会社 | 接合基板及び接合基板の製造方法 |
| CN115870660A (zh) * | 2021-09-29 | 2023-03-31 | 比亚迪股份有限公司 | 活性金属焊膏组合物、焊膏及焊接陶瓷与金属的方法 |
-
2000
- 2000-05-29 JP JP2000158696A patent/JP4493158B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US20140126155A1 (en) * | 2011-06-30 | 2014-05-08 | Hitachi Metals, Ltd. | Brazing material, brazing material paste, ceramic circuit substrate, ceramic master circuit substrate, and power semiconductor module |
| US9780011B2 (en) * | 2011-06-30 | 2017-10-03 | Hitachi Metals, Ltd. | Brazing material, brazing material paste, ceramic circuit substrate, ceramic master circuit substrate, and power semiconductor module |
| WO2020184510A1 (ja) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 日本碍子株式会社 | 接合基板及び接合基板の製造方法 |
| JPWO2020184510A1 (ja) * | 2019-03-14 | 2021-12-09 | 日本碍子株式会社 | 接合基板及び接合基板の製造方法 |
| JP7289910B2 (ja) | 2019-03-14 | 2023-06-12 | 日本碍子株式会社 | 接合基板及び接合基板の製造方法 |
| WO2020209121A1 (ja) * | 2019-04-09 | 2020-10-15 | 日本碍子株式会社 | 接合基板及び接合基板の製造方法 |
| JPWO2020209121A1 (ja) * | 2019-04-09 | 2020-10-15 | ||
| JP7289911B2 (ja) | 2019-04-09 | 2023-06-12 | 日本碍子株式会社 | 接合基板及び接合基板の製造方法 |
| EP3955284A4 (en) * | 2019-04-09 | 2023-09-20 | NGK Insulators, Ltd. | BONDED SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING BONDED SUBSTRATE |
| JP7373038B2 (ja) | 2019-04-09 | 2023-11-01 | 日本碍子株式会社 | 接合基板 |
| US11917752B2 (en) | 2019-04-09 | 2024-02-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Bonded substrate and manufacturing method of bonded substrate |
| CN115870660A (zh) * | 2021-09-29 | 2023-03-31 | 比亚迪股份有限公司 | 活性金属焊膏组合物、焊膏及焊接陶瓷与金属的方法 |
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|---|---|
| JP4493158B2 (ja) | 2010-06-30 |
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