JP2002111211A - セラミック配線基板 - Google Patents
セラミック配線基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】金属板とセラミック絶縁基板の接合において、
ろう材による接合の安定性に優れ、金属板の接合強度の
高いセラミック配線基板を提供する。 【解決手段】Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4などのセラミ
ック絶縁基板１の表面に、Ａｌ又はＣｕのいずれかを主
成分とする金属板２をろう材４によって接合することに
よって配線あるいはヒートシンクが形成されたセラミッ
ク配線基板Ａであって、セラミック絶縁基板１の金属板
２との接合部表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０５
〜１０μｍであるとともに、基板１表面にろう材との濡
れ性に優れたＡｌやＮｉなどの金属層３を１〜１０μｍ
の厚みで形成する。
ろう材による接合の安定性に優れ、金属板の接合強度の
高いセラミック配線基板を提供する。 【解決手段】Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4などのセラミ
ック絶縁基板１の表面に、Ａｌ又はＣｕのいずれかを主
成分とする金属板２をろう材４によって接合することに
よって配線あるいはヒートシンクが形成されたセラミッ
ク配線基板Ａであって、セラミック絶縁基板１の金属板
２との接合部表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０５
〜１０μｍであるとともに、基板１表面にろう材との濡
れ性に優れたＡｌやＮｉなどの金属層３を１〜１０μｍ
の厚みで形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック絶縁基
板の表面に、半導体素子の他にコンデンサや抵抗体等の
各種電子部品が搭載される混成集積回路基板や、パワー
モジュール基板等のセラミック絶縁基板の表面に配線や
ヒートシンクを形成してなるセラミック配線基板に関す
るものである。
板の表面に、半導体素子の他にコンデンサや抵抗体等の
各種電子部品が搭載される混成集積回路基板や、パワー
モジュール基板等のセラミック絶縁基板の表面に配線や
ヒートシンクを形成してなるセラミック配線基板に関す
るものである。
【０００２】
【従来技術】従来、半導体素子収納用パッケージや混成
集積回路基板等に用いられる配線基板は、一般にアルミ
ナ質焼結体等の電気絶縁性のセラミック焼結体から成る
セラミック絶縁基板を用い、その内部及び表面に、タン
グステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍ
ｎ）等の高融点金属から成る複数の配線層を配設すると
共に、各配線層を絶縁基板内に設けた前記高融点金属か
ら成るビアホール導体で接続した構造を成している。さ
らに低抵抗配線が必要となる回路には、セラミック絶縁
基板の表層にＣｕペーストを印刷し、融点より低い温度
で焼成しＣｕ厚膜配線を形成する。さらに、Ｃｕ厚膜配
線で対応できない大電流用配線や、パワー素子等、熱を
放散するためヒートシンクを必要とする場合、ＡｌやＣ
ｕからなる金属板を、銀ろう系、Ａｌろう系等のろう材
や半田等でセラミック絶縁基板表面に接合して形成され
ている。
集積回路基板等に用いられる配線基板は、一般にアルミ
ナ質焼結体等の電気絶縁性のセラミック焼結体から成る
セラミック絶縁基板を用い、その内部及び表面に、タン
グステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍ
ｎ）等の高融点金属から成る複数の配線層を配設すると
共に、各配線層を絶縁基板内に設けた前記高融点金属か
ら成るビアホール導体で接続した構造を成している。さ
らに低抵抗配線が必要となる回路には、セラミック絶縁
基板の表層にＣｕペーストを印刷し、融点より低い温度
で焼成しＣｕ厚膜配線を形成する。さらに、Ｃｕ厚膜配
線で対応できない大電流用配線や、パワー素子等、熱を
放散するためヒートシンクを必要とする場合、ＡｌやＣ
ｕからなる金属板を、銀ろう系、Ａｌろう系等のろう材
や半田等でセラミック絶縁基板表面に接合して形成され
ている。
【０００３】また、高熱伝導性が要求されるパワーモジ
ュール基板等は、熱伝導性の優れたＡｌＮ基板、Ｓｉ3
Ｎ4基板に、上記同様の接合法でＡｌ又はＣｕからなる
金属板を接合して配線やヒートシンクが形成される。そ
して、これらの配線層表面に半田濡れ性の優れた金属層
をめっき等により形成して、各種電子部品が半田実装さ
れ、回路が形成される。
ュール基板等は、熱伝導性の優れたＡｌＮ基板、Ｓｉ3
Ｎ4基板に、上記同様の接合法でＡｌ又はＣｕからなる
金属板を接合して配線やヒートシンクが形成される。そ
して、これらの配線層表面に半田濡れ性の優れた金属層
をめっき等により形成して、各種電子部品が半田実装さ
れ、回路が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａｌや
Ｃｕなどの金属板を接合してなるセラミック絶縁基板に
おいて、ろう材等の接合層の厚みバラツキや、接合層中
のボイドや、金属板と接合層間の界面におけるボイドの
存在により、金属板とセラミック絶縁基板の接合状態が
悪いと、接合信頼性の劣化や電子部品等の電気的接続や
熱伝導性が悪化するという問題があった。
Ｃｕなどの金属板を接合してなるセラミック絶縁基板に
おいて、ろう材等の接合層の厚みバラツキや、接合層中
のボイドや、金属板と接合層間の界面におけるボイドの
存在により、金属板とセラミック絶縁基板の接合状態が
悪いと、接合信頼性の劣化や電子部品等の電気的接続や
熱伝導性が悪化するという問題があった。
【０００５】特に、セラミック絶縁基板においては、そ
の表面状態によってろう材との濡れ性等が変化し、金属
板をろう付けした場合の接合強度が低下するなどの問題
があった。
の表面状態によってろう材との濡れ性等が変化し、金属
板をろう付けした場合の接合強度が低下するなどの問題
があった。
【０００６】本発明は、前記課題を解消せんとして成さ
れたもので、その目的は、金属板とセラミック絶縁基板
の接合において、ろう材による接合の安定性に優れ、金
属板の接合強度の高いセラミック配線基板を提供するこ
とにある。
れたもので、その目的は、金属板とセラミック絶縁基板
の接合において、ろう材による接合の安定性に優れ、金
属板の接合強度の高いセラミック配線基板を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属板と接合
するセラミック絶縁基板表面の表面粗さを中心線平均粗
さ（Ｒａ）で０．０５〜１０μｍとするとともに、セラ
ミック絶縁基板表面にろう材の濡性が向上するようにセ
ラミック表面に１〜１０μｍの厚さの金属層を形成し
て、セラミック絶縁基板−金属層−ろう材−金属部材の
接合構造を形成することによって、セラミック絶縁基板
に対するろう材の濡れ性が常に安定し、金属板の接合強
度を高めることができる。
するセラミック絶縁基板表面の表面粗さを中心線平均粗
さ（Ｒａ）で０．０５〜１０μｍとするとともに、セラ
ミック絶縁基板表面にろう材の濡性が向上するようにセ
ラミック表面に１〜１０μｍの厚さの金属層を形成し
て、セラミック絶縁基板−金属層−ろう材−金属部材の
接合構造を形成することによって、セラミック絶縁基板
に対するろう材の濡れ性が常に安定し、金属板の接合強
度を高めることができる。
【０００８】つまり、本発明のセラミック配線基板によ
れば、金属板と接合するセラミック絶縁基板表面の表面
粗さ（Ｒａ）を０．０５〜１０μｍとすることによっ
て、アンカー効果による物理的接合が安定するため、金
属板とセラミック絶縁基板のろう剤を介した接合信頼性
が向上する。さらにろう材とセラミック絶縁基板との間
に存在する金属層の厚みを１〜１０μｍとすることによ
り、ろう材との濡れ性を改善することによって金属板を
強固に接合することができる。これによって、配線層や
ヒートシンクとして機能する金属板による電気的接続信
頼性や熱放散性を高めることができる。
れば、金属板と接合するセラミック絶縁基板表面の表面
粗さ（Ｒａ）を０．０５〜１０μｍとすることによっ
て、アンカー効果による物理的接合が安定するため、金
属板とセラミック絶縁基板のろう剤を介した接合信頼性
が向上する。さらにろう材とセラミック絶縁基板との間
に存在する金属層の厚みを１〜１０μｍとすることによ
り、ろう材との濡れ性を改善することによって金属板を
強固に接合することができる。これによって、配線層や
ヒートシンクとして機能する金属板による電気的接続信
頼性や熱放散性を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミック配線基
板を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明のセ
ラミック配線基板の一実施例を示す斜視図であり、図２
は図１のセラミック配線基板の断面図である。
板を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明のセ
ラミック配線基板の一実施例を示す斜視図であり、図２
は図１のセラミック配線基板の断面図である。
【００１０】図１のセラミック配線基板Ａによれば、複
数の絶縁層１ａ〜１ｃを積層してなるセラミック絶縁基
板１の表面に金属板２を接合して配線層２が形成してな
り、配線基板Ａにおける配線層２の表面あるいはセラミ
ック絶縁基板１の所定の部分に電子部品７が実装されて
いる。セラミック絶縁基板１表面に形成された配線層２
は、図２の断面図に示すように、セラミック絶縁基板１
の内部に形成されたビアホール導体５あるいは内部配線
層６を経由して、絶縁基板１の他方の表面に導出されて
いる。
数の絶縁層１ａ〜１ｃを積層してなるセラミック絶縁基
板１の表面に金属板２を接合して配線層２が形成してな
り、配線基板Ａにおける配線層２の表面あるいはセラミ
ック絶縁基板１の所定の部分に電子部品７が実装されて
いる。セラミック絶縁基板１表面に形成された配線層２
は、図２の断面図に示すように、セラミック絶縁基板１
の内部に形成されたビアホール導体５あるいは内部配線
層６を経由して、絶縁基板１の他方の表面に導出されて
いる。
【００１１】本発明によれば、上記の配線層２を形成す
る金属板２は、図３の拡大断面図に示すように、セラミ
ック絶縁基板１の表面にろう材との濡れ性に優れた金属
層３が形成されており、この金属層３に対してろう材か
らなる接合層４を介して金属板２が接合された構造から
なる。
る金属板２は、図３の拡大断面図に示すように、セラミ
ック絶縁基板１の表面にろう材との濡れ性に優れた金属
層３が形成されており、この金属層３に対してろう材か
らなる接合層４を介して金属板２が接合された構造から
なる。
【００１２】本発明によれば、かかる接合構造におい
て、セラミック絶縁基板１の配線層２を形成する金属板
２を接合する表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．０５
〜１０μｍとすることが重要である。この表面粗さを限
定したのは、Ｒａが０．０５μｍより小さいと金属板２
との接合強度が低く、またＲａが１０μｍより大きいと
金属層３が均一に形成されず、ろう材との濡れ性が悪化
して、接合層４内部に空隙（ボイド）が発生し、金属板
２との接合強度が低下してしまう。特に、上記の表面粗
さ（Ｒａ）は１．５〜５μｍが最適である。このような
表面粗さは、通常、セラミック焼結体の表面をブラスト
加工や研磨加工等によって容易に調整できるが、使用す
るセラミック原料粉末の粒径や、成形方法、および焼成
条件などによって焼き上げ面を上記の表面粗さに制御す
ることも可能である。
て、セラミック絶縁基板１の配線層２を形成する金属板
２を接合する表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．０５
〜１０μｍとすることが重要である。この表面粗さを限
定したのは、Ｒａが０．０５μｍより小さいと金属板２
との接合強度が低く、またＲａが１０μｍより大きいと
金属層３が均一に形成されず、ろう材との濡れ性が悪化
して、接合層４内部に空隙（ボイド）が発生し、金属板
２との接合強度が低下してしまう。特に、上記の表面粗
さ（Ｒａ）は１．５〜５μｍが最適である。このような
表面粗さは、通常、セラミック焼結体の表面をブラスト
加工や研磨加工等によって容易に調整できるが、使用す
るセラミック原料粉末の粒径や、成形方法、および焼成
条件などによって焼き上げ面を上記の表面粗さに制御す
ることも可能である。
【００１３】また、金属層３は、接合層４を構成するろ
う材との濡れ性に優れたものであれば、特に問わない
が、ろう材の種類に応じて、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇの
群から適宜選択して形成することが望ましい。例えば、
Ａｌ板を接合する場合にろう材としてＡｌＳｉ系ろうを
用いた場合には、ＡｌまたはＮｉが好適である。また、
Ｃｕ板を接合する場合、ろう材としてＡｇＣｕを用いた
場合には、ＣｕまたはＮｉが好適である。
う材との濡れ性に優れたものであれば、特に問わない
が、ろう材の種類に応じて、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇの
群から適宜選択して形成することが望ましい。例えば、
Ａｌ板を接合する場合にろう材としてＡｌＳｉ系ろうを
用いた場合には、ＡｌまたはＮｉが好適である。また、
Ｃｕ板を接合する場合、ろう材としてＡｇＣｕを用いた
場合には、ＣｕまたはＮｉが好適である。
【００１４】この金属層３は、ＡｌやＣｕは蒸着やめっ
き法によって、またＮｉはめっき法等によって安易に形
成することができる。
き法によって、またＮｉはめっき法等によって安易に形
成することができる。
【００１５】また、本発明によれば、この金属層３の厚
みが１〜１０μｍであることが重要である。これは、金
属層の厚みが１μｍよりも薄いと、金属層３をセラミッ
ク絶縁基板１表面に均一に形成できないためろう材の濡
れ性が悪化してしまい、１０μｍよりも厚いとセラミッ
ク絶縁基板１との熱膨張差などによって金属層３の膨れ
や剥離の発生、さらにコストアップにつながる。この金
属層３の厚みは、１．５〜５μｍが最適である。
みが１〜１０μｍであることが重要である。これは、金
属層の厚みが１μｍよりも薄いと、金属層３をセラミッ
ク絶縁基板１表面に均一に形成できないためろう材の濡
れ性が悪化してしまい、１０μｍよりも厚いとセラミッ
ク絶縁基板１との熱膨張差などによって金属層３の膨れ
や剥離の発生、さらにコストアップにつながる。この金
属層３の厚みは、１．５〜５μｍが最適である。
【００１６】また、接合層４を形成するろう材は、金属
板２を構成するＡｌまたはＣｕの融点より低い温度で溶
融し、良好に接続するものならいずれでもよいが、具体
的には、Ａｌ板を接合する場合には、Ａｌ−Ｓｉ系ろう
材が、またＣｕ板を接合する場合には、Ａｌ−Ｓｉ系ろ
う材や、Ａｇ−Ｃｕ系ろう材が好適に用いられるが、Ａ
ｌ板を接合する場合に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材にろう材の
融点を下げるためＣｕやＳｎを添加したものは厳しい環
境下では腐食し劣化する恐れがあるため、耐環境性の点
からＣｕやＳｎが１重量％以下のＡｌ−Ｓｉ系ろう材が
好適である。
板２を構成するＡｌまたはＣｕの融点より低い温度で溶
融し、良好に接続するものならいずれでもよいが、具体
的には、Ａｌ板を接合する場合には、Ａｌ−Ｓｉ系ろう
材が、またＣｕ板を接合する場合には、Ａｌ−Ｓｉ系ろ
う材や、Ａｇ−Ｃｕ系ろう材が好適に用いられるが、Ａ
ｌ板を接合する場合に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材にろう材の
融点を下げるためＣｕやＳｎを添加したものは厳しい環
境下では腐食し劣化する恐れがあるため、耐環境性の点
からＣｕやＳｎが１重量％以下のＡｌ−Ｓｉ系ろう材が
好適である。
【００１７】接合される金属板２としては、Ｃｕまたは
Ａｌから構成されるが、低抵抗化が要求される場合に
は、Ｃｕを主成分とする金属が、また接合信頼性を高め
る上ではＡｌを主成分とする金属から構成することが望
ましい。
Ａｌから構成されるが、低抵抗化が要求される場合に
は、Ｃｕを主成分とする金属が、また接合信頼性を高め
る上ではＡｌを主成分とする金属から構成することが望
ましい。
【００１８】また、前記絶縁基板１は一般にセラミック
配線基板に適用されるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ムライト
（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳｉＣ）等を
主成分とするセラミック焼結体であればいずれにも適用
でき、その要求特性に応じて適宜使え分ければよい。例
えば、高熱伝導性が要求されるパワーモジュール基板で
は熱伝導性の点からＡｌＮを主成分とするセラミック焼
結体が好適である。また、強度が要求される場合には、
Ｓｉ3Ｎ4を主成分とするセラミック焼結体が好適に用い
られる。安価に形成する場合には、Ａｌ2Ｏ3を主成分と
するセラミック焼結体が好適に用いられる。また、多層
化する上では、Ａｌ2Ｏ3またはＡｌＮを主成分とするセ
ラミック焼結体が好適である。
配線基板に適用されるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ムライト
（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳｉＣ）等を
主成分とするセラミック焼結体であればいずれにも適用
でき、その要求特性に応じて適宜使え分ければよい。例
えば、高熱伝導性が要求されるパワーモジュール基板で
は熱伝導性の点からＡｌＮを主成分とするセラミック焼
結体が好適である。また、強度が要求される場合には、
Ｓｉ3Ｎ4を主成分とするセラミック焼結体が好適に用い
られる。安価に形成する場合には、Ａｌ2Ｏ3を主成分と
するセラミック焼結体が好適に用いられる。また、多層
化する上では、Ａｌ2Ｏ3またはＡｌＮを主成分とするセ
ラミック焼結体が好適である。
【００１９】多層構造のセラミック配線基板を作製する
ための具体的な方法としては、例えばＡｌ2Ｏ3を主成分
とするセラミック焼結体を例にとって説明すると、まず
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、マグネシ
ア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の原料粉末に周知
の有機性バインダーと有機溶剤、可塑剤、分散剤等を添
加混合して調製した泥漿を、周知のドクターブレード法
やカレンダーろうル法等のシート成形法により成形した
セラミックグリーンシートに所定の打ち抜き加工を施す
と共にこれを複数枚積層し、１５５０〜１８００℃の温
度で焼成することにより得られる。
ための具体的な方法としては、例えばＡｌ2Ｏ3を主成分
とするセラミック焼結体を例にとって説明すると、まず
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、マグネシ
ア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の原料粉末に周知
の有機性バインダーと有機溶剤、可塑剤、分散剤等を添
加混合して調製した泥漿を、周知のドクターブレード法
やカレンダーろうル法等のシート成形法により成形した
セラミックグリーンシートに所定の打ち抜き加工を施す
と共にこれを複数枚積層し、１５５０〜１８００℃の温
度で焼成することにより得られる。
【００２０】また、ビアホール導体５は、タングステン
（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、コバ
ルト（Ｃｏ）等の高融点金属を主成分とするものが挙げ
られ、特に絶縁基板１との熱膨張率の整合性及びコスト
の点からはＷ，Ｍｏが好適である。
（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、コバ
ルト（Ｃｏ）等の高融点金属を主成分とするものが挙げ
られ、特に絶縁基板１との熱膨張率の整合性及びコスト
の点からはＷ，Ｍｏが好適である。
【００２１】一方、セラミック絶縁基板１と同時焼成し
て形成される内部配線層６については、上記スルーホー
ル導体と同様の高融点金属が使用できる。更にセラミッ
ク絶縁基板１の表面において、熱伝導性や低抵抗配線が
必要とされる場合、ポストファイヤー法やメッキ法によ
り銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミ
ニウム（Ａｌ）の群から選ばれる少なくとも１種で形成
できる。
て形成される内部配線層６については、上記スルーホー
ル導体と同様の高融点金属が使用できる。更にセラミッ
ク絶縁基板１の表面において、熱伝導性や低抵抗配線が
必要とされる場合、ポストファイヤー法やメッキ法によ
り銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミ
ニウム（Ａｌ）の群から選ばれる少なくとも１種で形成
できる。
【００２２】セラミック絶縁基板がＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、
Ｓｉ3Ｎ4の場合、前記同時焼成の場合には焼成温度と融
点の関係からＷが好適である。
Ｓｉ3Ｎ4の場合、前記同時焼成の場合には焼成温度と融
点の関係からＷが好適である。
【００２３】このようにして形成された多層化したセラ
ミック配線基板に対して、蒸着法やメッキ法によって金
属層３を１〜１０μｍの厚みで形成した後、所定のろう
材を塗布して金属板２を重ねた後、リフロー炉にてＡ
ｌ、Ｃｕ板をＡｌＳｉろう材で接合する場合には、５０
０〜６１０℃、Ｃｕ板をＡｇＣｕろう材で接合する場合
には、８００〜９００℃で加熱することによって金属板
２をセラミック絶縁基板１の表面に接合することができ
る。
ミック配線基板に対して、蒸着法やメッキ法によって金
属層３を１〜１０μｍの厚みで形成した後、所定のろう
材を塗布して金属板２を重ねた後、リフロー炉にてＡ
ｌ、Ｃｕ板をＡｌＳｉろう材で接合する場合には、５０
０〜６１０℃、Ｃｕ板をＡｇＣｕろう材で接合する場合
には、８００〜９００℃で加熱することによって金属板
２をセラミック絶縁基板１の表面に接合することができ
る。
【００２４】
【実施例】実施例１ 次に、以下のようにして本発明の配線基板を評価した。
評価にあたっては、絶縁基板としてＡｌ2Ｏ3焼結体から
なる絶縁基板を用いた。まずＡｌ2Ｏ3粉末に、Ｓｉ
Ｏ2、ＣａＯ、ＭｇＯの粉末を合計で５重量％を添加し
たＡｌ2Ｏ3組成物にアクリル系の有機性バインダーと可
塑剤、溶剤や分散剤を添加混合して泥漿を調整し、該泥
漿をドクターブレード法により厚さ約３００μｍのシー
トに成形した。このセラミックグリーンシートを複数枚
積層後、１７５０℃で焼成し、厚さ１ｍｍのセラミック
絶縁基板を作製した。
評価にあたっては、絶縁基板としてＡｌ2Ｏ3焼結体から
なる絶縁基板を用いた。まずＡｌ2Ｏ3粉末に、Ｓｉ
Ｏ2、ＣａＯ、ＭｇＯの粉末を合計で５重量％を添加し
たＡｌ2Ｏ3組成物にアクリル系の有機性バインダーと可
塑剤、溶剤や分散剤を添加混合して泥漿を調整し、該泥
漿をドクターブレード法により厚さ約３００μｍのシー
トに成形した。このセラミックグリーンシートを複数枚
積層後、１７５０℃で焼成し、厚さ１ｍｍのセラミック
絶縁基板を作製した。
【００２５】次に、金属板を接合するセラミック絶縁基
板表面を、ブラストと研磨加工を行ない、表面粗さ（Ｒ
ａ）が０．０３〜１２．０μｍの複数の基板を作製し
た。
板表面を、ブラストと研磨加工を行ない、表面粗さ（Ｒ
ａ）が０．０３〜１２．０μｍの複数の基板を作製し
た。
【００２６】その後、これら表面粗さが異なる各々のセ
ラミック絶縁基板の金属板接合箇所に、蒸着法によって
厚さが０．５〜７．０μｍのＡｌからなる金属層を形成
した。そして、このＡｌの金属層の上にＡｌＳｉろうを
介して、厚さ０．３ｍｍ、１０ｍｍ□のＡｌ板を真空雰
囲気中６００℃で熱処理し、接合した。
ラミック絶縁基板の金属板接合箇所に、蒸着法によって
厚さが０．５〜７．０μｍのＡｌからなる金属層を形成
した。そして、このＡｌの金属層の上にＡｌＳｉろうを
介して、厚さ０．３ｍｍ、１０ｍｍ□のＡｌ板を真空雰
囲気中６００℃で熱処理し、接合した。
【００２７】上記の方法で作製したＡｌ板を接合したセ
ラミック配線基板に対して以下の評価を行なった。ま
ず、Ｘ線透過装置でＡｌ板下のボイド率（接合面積５ｍ
ｍ□当りのボイド面積率）を評価した。次に、Ａｌ板を
垂直に引張り、Ａｌ板が基板から剥がれるまでの接合強
度を評価した。
ラミック配線基板に対して以下の評価を行なった。ま
ず、Ｘ線透過装置でＡｌ板下のボイド率（接合面積５ｍ
ｍ□当りのボイド面積率）を評価した。次に、Ａｌ板を
垂直に引張り、Ａｌ板が基板から剥がれるまでの接合強
度を評価した。
【００２８】図４は、セラミック絶縁基板の表面粗さ
（Ｒａ）とＡｌ板の接合強度との関係を示し、Ａｌから
なる金属層の厚みによる変化も合わせて評価したもので
ある。
（Ｒａ）とＡｌ板の接合強度との関係を示し、Ａｌから
なる金属層の厚みによる変化も合わせて評価したもので
ある。
【００２９】図４によれば、Ａｌ金属層の厚み０．５〜
１０μｍで良好であって、セラミック絶縁基板表面の表
面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍから急激に接合強度が向
上し、Ｒａが１μｍ以上では接合強度があまり変化しな
いことがわかる。しかし、Ａｌ金属層の厚みが１２μｍ
となると、接合強度が低くなり、特にセラミック絶縁基
板の表面粗さがＲａ６μｍよりも小さいと著しい強度低
下が観られた。
１０μｍで良好であって、セラミック絶縁基板表面の表
面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍから急激に接合強度が向
上し、Ｒａが１μｍ以上では接合強度があまり変化しな
いことがわかる。しかし、Ａｌ金属層の厚みが１２μｍ
となると、接合強度が低くなり、特にセラミック絶縁基
板の表面粗さがＲａ６μｍよりも小さいと著しい強度低
下が観られた。
【００３０】図５は、ろう材からなる接合層中のボイド
率とＡｌ金属層の厚みとの関係を示し、合わせてセラミ
ック絶縁基板の表面粗さによる変化も合わせて評価した
ものである。図５によれば、絶縁基板の表面粗さＲａが
１２．０μｍの場合、金属層の厚みを変えてもボイド率
を効果的に減少させることができず、Ａｌ金属層の厚み
を５μｍとしても１９％のボイド率を有するものであっ
た。
率とＡｌ金属層の厚みとの関係を示し、合わせてセラミ
ック絶縁基板の表面粗さによる変化も合わせて評価した
ものである。図５によれば、絶縁基板の表面粗さＲａが
１２．０μｍの場合、金属層の厚みを変えてもボイド率
を効果的に減少させることができず、Ａｌ金属層の厚み
を５μｍとしても１９％のボイド率を有するものであっ
た。
【００３１】また、Ａｌ金属層の厚みが０．５μｍで
は、表面粗さに関係なく、ボイド率が２０％以上であっ
た。つまり、表面粗さＲａ０．０５〜１０μｍ、Ａｌ蒸
着厚み１〜１０μｍの条件で、ボイド率を１７％以下に
減少することができた。
は、表面粗さに関係なく、ボイド率が２０％以上であっ
た。つまり、表面粗さＲａ０．０５〜１０μｍ、Ａｌ蒸
着厚み１〜１０μｍの条件で、ボイド率を１７％以下に
減少することができた。
【００３２】実施例２ 実施例１と同様にしてセラミック絶縁基板を作製した。
そして、この金属板を接合するセラミック絶縁基板表面
を、ブラストと研磨加工を行ない、表面粗さ（Ｒａ）が
３．０μｍの基板を作製した。
そして、この金属板を接合するセラミック絶縁基板表面
を、ブラストと研磨加工を行ない、表面粗さ（Ｒａ）が
３．０μｍの基板を作製した。
【００３３】その後、セラミック絶縁基板の金属板接合
箇所に、めっき法によって厚さが２．０μｍのＣｕから
なる金属層を形成した。そして、このＣｕの金属層の上
にＡｇＣｕろうを介して、厚さ０．３ｍｍ、１０ｍｍ□
のＣｕ板を真空雰囲気中８５０℃で熱処理し、接合し
た。
箇所に、めっき法によって厚さが２．０μｍのＣｕから
なる金属層を形成した。そして、このＣｕの金属層の上
にＡｇＣｕろうを介して、厚さ０．３ｍｍ、１０ｍｍ□
のＣｕ板を真空雰囲気中８５０℃で熱処理し、接合し
た。
【００３４】上記の方法で作製したＣｕ板を接合したセ
ラミック配線基板に対して実施例１と同様にして評価し
た。その結果、ボイド率は１０％であり、接合強度も３
５（Ｎ／５ｍｍ□）と高い強度を示した。
ラミック配線基板に対して実施例１と同様にして評価し
た。その結果、ボイド率は１０％であり、接合強度も３
５（Ｎ／５ｍｍ□）と高い強度を示した。
【００３５】これに対して、Ｃｕ金属層を形成すること
なく、ＡｇＣｕろう材によってＣｕ板を接合したところ
う、接合強度は９（Ｎ／５ｍｍ□）と低いものであっ
た。
なく、ＡｇＣｕろう材によってＣｕ板を接合したところ
う、接合強度は９（Ｎ／５ｍｍ□）と低いものであっ
た。
【００３６】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセラミック
絶縁基板によれば、金属板と接合するセラミック絶縁基
板表面の表面粗さおよびろう材との濡れ性に優れた金属
層の厚みを制御することによって、ろう材の濡れ性に優
れ、接合層中のボイドが低減し、金属板を強固に接合す
ることができる。これらの結果、電気的接続や熱伝導性
が良好な金属板とセラミック絶縁基板の接合が可能とな
る。よって大電流化に適応し得る信頼性に優れた、例え
ば、車載環境のような厳しい環境下においても故障する
ことなく稼働させることが可能となる。
絶縁基板によれば、金属板と接合するセラミック絶縁基
板表面の表面粗さおよびろう材との濡れ性に優れた金属
層の厚みを制御することによって、ろう材の濡れ性に優
れ、接合層中のボイドが低減し、金属板を強固に接合す
ることができる。これらの結果、電気的接続や熱伝導性
が良好な金属板とセラミック絶縁基板の接合が可能とな
る。よって大電流化に適応し得る信頼性に優れた、例え
ば、車載環境のような厳しい環境下においても故障する
ことなく稼働させることが可能となる。
【図１】本発明のセラミック配線基板の一実施例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】本発明のセラミック配線基板の一実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明のセラミック配線基板における金属板の
接合部を示す拡大断面図である。
接合部を示す拡大断面図である。
【図４】金属板の接合強度、セラミック絶縁基板の表面
粗さ、及び金属層厚みの関係を示すグラフである。
粗さ、及び金属層厚みの関係を示すグラフである。
【図５】ボイド率、セラミック絶縁基板の表面粗さ、及
び金属層厚みの関係を示すグラフである。
び金属層厚みの関係を示すグラフである。
Ａ セラミック配線基板 １ セラミック絶縁基板 ２ 配線層（金属板） ３ 金属層 ４ 接合層（ろう材） ５ ビアホール導体 ６ 内部配線層 ７ 電子部品
Claims (3)
- 【請求項１】セラミック絶縁基板の表面に、Ａｌ又はＣ
ｕのいずれかを主成分とする金属板をろう材からなる接
合層を介して接合することによって配線層あるいはヒー
トシンクが形成されたセラミック配線基板であって、前
記セラミック絶縁基板の前記金属板との接合部表面の中
心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０５〜１０μｍであるとと
もに、前記セラミック配線基板表面にろう材との濡れ性
に優れた金属層を１〜１０μｍの厚みで形成してなるこ
とを特徴とするセラミック配線基板。 - 【請求項２】前記セラミック絶縁基板が、Ａｌ2Ｏ3、Ａ
ｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4の群から選ばれる少なくとも１種からな
ることを特徴とする請求項１記載のセラミック配線基
板。 - 【請求項３】前記ろう材との濡れ性に優れた金属層が、
Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも１種から
なることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセ
ラミック配線基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000296940A JP2002111211A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | セラミック配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000296940A JP2002111211A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | セラミック配線基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002111211A true JP2002111211A (ja) | 2002-04-12 |
Family
ID=18779133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000296940A Pending JP2002111211A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | セラミック配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002111211A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005032225A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | セラミック回路基板、その製造方法およびパワーモジュール |
| EP2557597A1 (en) * | 2010-04-07 | 2013-02-13 | Shimadzu Corporation | Radiation detector and method for producing same |
-
2000
- 2000-09-28 JP JP2000296940A patent/JP2002111211A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005032225A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | セラミック回路基板、その製造方法およびパワーモジュール |
| JPWO2005032225A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2006-12-07 | 株式会社東芝 | セラミック回路基板、その製造方法およびパワーモジュール |
| US7482685B2 (en) | 2003-09-25 | 2009-01-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic circuit board, method for making the same, and power module |
| JP4664816B2 (ja) * | 2003-09-25 | 2011-04-06 | 株式会社東芝 | セラミック回路基板、その製造方法およびパワーモジュール |
| EP2557597A1 (en) * | 2010-04-07 | 2013-02-13 | Shimadzu Corporation | Radiation detector and method for producing same |
| EP2557597A4 (en) * | 2010-04-07 | 2014-11-26 | Shimadzu Corp | RADIATION DETECTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME |
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