JP2013157389A - Circuit board and electronic apparatus equipped with the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circuit board in which a metal wiring layer has excellent heat radiation characteristics capable of quickly radiating heat generated by an operation of an electronic component, and which has high reliability and long-term usability by improving an adhesion strength between a ceramic sintered body and the metal wiring layer thereby to decrease separation of the metal wiring layer due to a cooling cycle when an operation and non-operation of the electronic are repeated, and provide an electronic apparatus in which electronic components are mounted on the circuit board.SOLUTION: A circuit board comprises a metal wiring layer on at least one principal surface of a ceramic sintered body. The metal wiring layer contains a glass component. The number of pores having an equivalent circle diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less per unit area in a unit area of the metal wiring layer is 35% or more and 65% or less with respect to the total number of pores.

Description

本発明は、回路基板およびこの回路基板に電子部品を搭載してなる電子装置に関する。   The present invention relates to a circuit board and an electronic device in which electronic components are mounted on the circuit board.

半導体素子、発熱素子、ペルチェ素子等の各種電子部品の搭載に用いられる回路基板は、セラミック焼結体の少なくとも一方の主面に金属配線層を備えてなるものであり、この回路基板における金属配線層上に電極パッド等を介して電子部品を搭載してなる電子装置が各種機器において使用されている。   A circuit board used for mounting various electronic components such as a semiconductor element, a heating element, and a Peltier element is provided with a metal wiring layer on at least one main surface of a ceramic sintered body. An electronic device in which an electronic component is mounted on a layer via an electrode pad or the like is used in various devices.

そして、このような回路基板には、搭載される電子部品の動作時に生じる熱によって、セラミック焼結体から金属配線層の剥離が少ないことが求められていることから、セラミック焼結体と金属配線層との密着強度を向上させるべく金属配線層となるペースト材の構成や金属配線層の形成方法の検討がなされている。   Such a circuit board is required to have less peeling of the metal wiring layer from the ceramic sintered body due to heat generated during operation of the mounted electronic component. In order to improve the adhesion strength with the layer, the structure of the paste material that becomes the metal wiring layer and the formation method of the metal wiring layer have been studied.

例えば、特許文献１には、銅導体ペーストを基板上に印刷し、焼成することにより銅膜を形成する厚膜回路基板の製造方法において、セラミックス基板上にガラスフリットを含有する銅導体ペーストを印刷、乾燥して１層目の層を形成し、続いてその上にガラスフリットを含有しない銅導体ペーストを印刷、乾燥してなる層を少なくとも１層形成した後、焼成して厚膜の銅膜を形成することを特徴とする銅導体ペーストを用いた厚膜回路基板の製造方法が提案されている。   For example, in Patent Document 1, a copper conductor paste containing glass frit is printed on a ceramic substrate in a method for manufacturing a thick film circuit board in which a copper film is formed by printing a copper conductor paste on a substrate and firing the copper conductor paste. And drying to form a first layer, printing a copper conductor paste containing no glass frit thereon, forming at least one layer after drying, and then firing to form a thick copper film There has been proposed a method for manufacturing a thick film circuit board using a copper conductor paste, characterized in that the film is formed.

特開2003−243804号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-243804

近年の電子部品の高集積化、電子装置の小型化や薄型化によって、回路基板の体積当たりに加わる熱量が大きくなってきていることから、これまで以上に信頼性の高い回路基板とすべく、電子部品の動作と非動作とを繰り返したときの冷熱サイクルによる剥離を少なくすることが求められている。   Due to the recent high integration of electronic components and the miniaturization and thinning of electronic devices, the amount of heat applied per volume of the circuit board has increased, so in order to make the circuit board more reliable than ever, There is a demand for reducing peeling due to a cooling cycle when the operation and non-operation of an electronic component are repeated.

本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、長期間にわたって使用可能な信頼性の高い回路基板およびこの回路基板に電子部品を搭載してなる電子装置を提供するものである。   The present invention has been devised to satisfy the above-described requirements, and provides a highly reliable circuit board that can be used for a long period of time and an electronic device in which electronic components are mounted on the circuit board.

本発明の回路基板は、セラミック焼結体の少なくとも一方の主面に金属配線層を備えてなり、該金属配線層はガラス成分を含有し、前記金属配線層の単位面積において、円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し35％以上65％以下であることを特徴とするものである。   The circuit board of the present invention comprises a metal wiring layer on at least one main surface of the ceramic sintered body, the metal wiring layer contains a glass component, and has a circle equivalent diameter in a unit area of the metal wiring layer. The number of pores of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less is 35% or more and 65% or less of the total number of pores.

また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の回路基板に電子部品を搭載してなることを特徴とするものである。   The electronic device of the present invention is characterized in that an electronic component is mounted on the circuit board of the present invention having the above-described configuration.

本発明の回路基板は、セラミック焼結体の少なくとも一方の主面に金属配線層を備えて
なり、該金属配線層はガラス成分を含有し、前記金属配線層の単位面積において、円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し35％以上65％以下であることにより、高い密着強度を有することとなる。それにより、電子部品の動作と非動作とを繰り返したときの冷熱サイクルによる剥離が少ない、信頼性の高い回路基板とすることができる。 The circuit board of the present invention comprises a metal wiring layer on at least one main surface of the ceramic sintered body, the metal wiring layer contains a glass component, and has a circle equivalent diameter in a unit area of the metal wiring layer. When the number of pores of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less is 35% or more and 65% or less of the total number of pores, high adhesion strength is obtained. Thereby, it is possible to obtain a highly reliable circuit board with less peeling due to the cooling and heating cycle when the operation and non-operation of the electronic component are repeated.

また、本発明の電子装置によれば、上記構成の本発明の回路基板に電子部品を搭載してなることにより、長期間にわたって使用可能な信頼性の高い電子装置とすることができる。   In addition, according to the electronic device of the present invention, a highly reliable electronic device that can be used for a long period of time can be obtained by mounting electronic components on the circuit board of the present invention having the above-described configuration.

本実施形態の回路基板を備える電子装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of an electronic device provided with the circuit board of this embodiment. 本実施形態の回路基板を備える電子装置の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of an electronic apparatus provided with the circuit board of this embodiment. 回路基板の金属配線層の密着強度の測定方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the measuring method of the adhesive strength of the metal wiring layer of a circuit board.

以下、本実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of this embodiment will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態の回路基板を備える電子装置の一例を示す断面図である。本実施形態の回路基板10は、セラミック焼結体11の少なくとも一方の主面に金属配線層12を備えてなるものであり、本実施形態の電子装置１は、回路基板10上に電子部品13を搭載してなるものである。そして、図１においては、回路基板10は、セラミック焼結体11の一方の主面11ａに金属配線層12を備えている例を示し、電子装置１は、金属配線層12上に電極パッド14を介して電子部品13を搭載している例を示している。   FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an electronic device including the circuit board of the present embodiment. The circuit board 10 of the present embodiment is provided with the metal wiring layer 12 on at least one main surface of the ceramic sintered body 11, and the electronic device 1 of the present embodiment has an electronic component 13 on the circuit board 10. It is something that is equipped with. 1 shows an example in which the circuit board 10 includes a metal wiring layer 12 on one main surface 11a of the ceramic sintered body 11, and the electronic device 1 has an electrode pad 14 on the metal wiring layer 12. The example which mounts the electronic component 13 via is shown.

そして、本実施形態の回路基板10において、金属配線層12はガラス成分を含有し、金属配線層12の単位面積あたりにおいて、円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し35％以上65％以下であることが重要である。   In the circuit board 10 of the present embodiment, the metal wiring layer 12 contains a glass component, and the number of pores having a circle-equivalent diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less per unit area of the metal wiring layer 12 is It is important that it is 35% to 65% of the total.

金属配線層12は、主面11ａの単位面積において、円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し35％以上65％以下であることから、金属配線層12に含有されるガラス成分が、セラミック焼結体11と金属配線層12との界面に存在するほか、金属配線層12に存在する円相当径で1.1μｍ以下の気孔に入り込み、セラミック焼結体11と金属
配線層12との界面に存在するガラス成分と、気孔に入り込んだガラス成分とのアンカー効果によって、高い密着強度を得ることができる。それにより、回路基板10上に搭載した電子部品の動作の繰り返しによる冷熱サイクルによって、セラミック焼結体と金属配線層とが剥離することを少なくでき、信頼性の高い回路基板とすることができる。 In the metal wiring layer 12, the number of pores having an equivalent circle diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less in the unit area of the main surface 11a is 35% or more and 65% or less with respect to the total number of pores. In addition to being present at the interface between the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12, the glass component contained in the metal enters the pores having a circle equivalent diameter of 1.1 μm or less present in the metal wiring layer 12, and the ceramic sintered body 11 High adhesion strength can be obtained by the anchor effect of the glass component present at the interface between the metal wiring layer 12 and the glass component that has entered the pores. As a result, the ceramic sintered body and the metal wiring layer are less likely to be peeled off by a thermal cycle caused by repeated operations of the electronic components mounted on the circuit board 10, and a highly reliable circuit board can be obtained.

ここで、気孔の円相当径の気孔分布の測定については、以下の方法で算出することができる。   Here, the measurement of the pore distribution of the equivalent circle diameter of the pores can be calculated by the following method.

例えば、セラミック焼結体11の主面11ａに金属配線層12を備えてなる回路基板10を、主面11ａに垂直な方向に切断し、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）にて研磨した断面を測定面とする。次に、測定面における金属配線層12について、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて2610μｍ２の領域で観察し、単位面積当たりの気孔分布を、画像解析装置を用いて解析して数値化する。具体的には、画像解析のソフトウェアには（株）三谷商事製の型名Ｗｉｎ ＲＯＯＦを用いて各気孔の面積を求め、その面積から各気孔の円相当径を
算出して気孔径の分布を求めればよい。 For example, a cross section obtained by cutting a circuit board 10 having a metal wiring layer 12 on a main surface 11a of a ceramic sintered body 11 in a direction perpendicular to the main surface 11a and polishing with a cross section polisher (CP) is measured. And Next, the metal wiring layer 12 on the measurement surface is observed in an area of 2610 μm 2 using an SEM (scanning electron microscope), and the pore distribution per unit area is analyzed and digitized using an image analyzer. . Specifically, the image analysis software uses Mitani Shoji's model name Win ROOF to determine the area of each pore, and the equivalent circle diameter of each pore is calculated from the area to calculate the distribution of pore diameters. Find it.

但し、本実施形態においては、金属配線層12に気孔粒径が0.2μｍ未満の結晶が有して
いる場合もあるが、本実施形態に用いた気孔粒径の測定方法では気孔粒径が0.2μｍ未満
の結晶を検知できないため割愛している。 However, in the present embodiment, the metal wiring layer 12 may have crystals having a pore particle size of less than 0.2 μm. However, in the pore particle size measurement method used in this embodiment, the pore particle size is 0.2. Omitted because crystals less than μm cannot be detected.

なお、金属配線層12に気孔径が0.2μｍ未満の気孔を有していても、これらの気孔は微
細であり、ガラス成分が侵入しづらいことから、密着強度に影響を与えにくい。 Even if the metal wiring layer 12 has pores having a pore diameter of less than 0.2 μm, these pores are fine and it is difficult for the glass component to enter, so that the adhesion strength is hardly affected.

また、この金属配線層12に存在する気孔は、円相当径で最大径が12μｍ以下であることが好ましい。円相当径で最大径が12μｍ以下であれば、熱の伝播が遮られることなく高い放熱特性を有し、電子部品13の動作によって生じる熱を素早く放熱することができる。   The pores present in the metal wiring layer 12 preferably have an equivalent circle diameter and a maximum diameter of 12 μm or less. If the equivalent circle diameter and the maximum diameter is 12 μm or less, the heat propagation is not interrupted, and heat generated by the operation of the electronic component 13 can be quickly dissipated.

次に、本実施形態の回路基板10を構成する金属配線層12は、金属としては、例えば、銅、銀またはアルミニウムからなることが好ましく、特に銅からなるときには、銅は熱伝導性が高いため放熱特性を高めることができる。また、銅を主成分とし、ジルコニウム、チタン、モリブデン，スズまたは亜鉛のうち少なくとも１種を副成分として含有してもよい。なお、ここで主成分とは、金属配線層12を構成する全成分100質量％のうち、50質量％
を超える成分のことをいう。 Next, the metal wiring layer 12 constituting the circuit board 10 of the present embodiment is preferably made of, for example, copper, silver or aluminum as the metal, and particularly when copper is used, copper has high thermal conductivity. Heat dissipation characteristics can be improved. Moreover, you may contain copper as a main component and contain at least 1 sort (s) as a subcomponent among zirconium, titanium, molybdenum, tin, or zinc. Here, the main component is 50% by mass out of 100% by mass of all components constituting the metal wiring layer 12.
It means a component exceeding.

また、本実施形態の回路基板10を構成するセラミック焼結体11は、酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの複合焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体またはムライト質焼結体を用いることができる。なお、加工性が比較的容易でありながら機械的強度に優れている観点から、セラミック焼結体11が酸化アルミニウム質焼結体からなることが好ましい。   The ceramic sintered body 11 constituting the circuit board 10 of the present embodiment includes an aluminum oxide sintered body, a zirconium oxide sintered body, a composite sintered body of aluminum oxide and zirconium oxide, and a silicon nitride sintered body. An aluminum nitride sintered body or a mullite sintered body can be used. It should be noted that the ceramic sintered body 11 is preferably made of an aluminum oxide sintered body from the viewpoint of excellent mechanical strength while being relatively easy to process.

図２は、本実施形態の回路基板を備える電子装置の他の例を示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating another example of an electronic device including the circuit board of the present embodiment.

本実施形態の回路基板20は、金属配線層12が２層よりなる構成であること以外は、図１で示した回路基板10と同じである。   The circuit board 20 of the present embodiment is the same as the circuit board 10 shown in FIG. 1 except that the metal wiring layer 12 is composed of two layers.

本実施形態の回路基板20において、金属配線層12を、セラミック焼結体11側の第１の金属配線層12ａと、第１の金属配線層12ａの上に設けられた第２の金属配線層12ｂとからなり、第２の金属配線層12ｂにおけるガラス成分の含有量が、第１の金属配線層12ａにおけるガラス成分の含有量よりも少ない構成とすることが好ましい。   In the circuit board 20 of the present embodiment, the metal wiring layer 12 is divided into a first metal wiring layer 12a on the ceramic sintered body 11 side and a second metal wiring layer provided on the first metal wiring layer 12a. The glass component content in the second metal wiring layer 12b is preferably less than the glass component content in the first metal wiring layer 12a.

金属配線層12を、第１の金属配線層12ａと、第１の金属配線層12ａよりもガラス成分の含有量が少ない第２の金属配線層12ｂとで構成するので、第２の金属配線層12ｂの上にめっきを形成する際に、めっき液に溶出するガラスの量が少なくなり、めっき液のガラスによる汚染を少なくすることができる。それにより、めっきを良好に形成できる。さらに、熱伝導性の低いガラス成分が少ないことから熱伝導性を上げることができるので、熱的信頼性が高くなる。   Since the metal wiring layer 12 is composed of the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b having a glass component content smaller than that of the first metal wiring layer 12a, the second metal wiring layer When plating is formed on 12b, the amount of glass eluted into the plating solution is reduced, and contamination of the plating solution with glass can be reduced. Thereby, plating can be formed satisfactorily. Furthermore, since there are few glass components with low heat conductivity, since heat conductivity can be raised, thermal reliability becomes high.

ここで、第１の金属配線層12ａと第２の金属配線層12ｂとを確認する方法について説明する。例えば、主面11ａに垂直な方向に切断し、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）にて研磨した断面を測定面とし、表面を炭素などで蒸着後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い倍率1000〜2000倍程度で観察し、セラミック焼結体11と金属配線層12の界面に存在するガラス成分の成分を、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線）分析する。そして、得られた主要な成分の中から、セラミック焼結体11および金属配線層12の主成分以外で最も成分が多かった元素について、ＥＰＭＡを用いて金属配線層12においてマッピングを行ない、その元素が集中して検出された層の領域を第１の金属配線層12ａとすれば良い。なお、後述する第１の金属配線層12ａと第２の金属配線層12ｂとの厚みは、任意の複数箇所、例えば５箇所の厚みを測定して、それらの値の平均値とすればよい。なお、第２の金属配線層12
ｂの厚みは、金属配線層12の全体の厚みから第１の金属配線層12ａの厚みを差し引くことによって算出してもよい。 Here, a method for confirming the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b will be described. For example, a cross section cut in a direction perpendicular to the main surface 11a and polished by a cross section polisher (CP) is used as a measurement surface, and the surface is deposited with carbon or the like, and then a magnification of 1000 to 2000 using an SEM (scanning electron microscope). The glass component component existing at the interface between the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 is analyzed by EDS (energy dispersive X-ray). Then, among the obtained main components, the element having the largest component other than the main components of the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 is mapped in the metal wiring layer 12 using EPMA, and the element The region of the layer in which the concentration is detected may be used as the first metal wiring layer 12a. In addition, the thickness of the 1st metal wiring layer 12a and the 2nd metal wiring layer 12b mentioned later should just measure the thickness of arbitrary several places, for example, 5 places, and let it be the average value of those values. The second metal wiring layer 12
The thickness of b may be calculated by subtracting the thickness of the first metal wiring layer 12a from the total thickness of the metal wiring layer 12.

また、第１の金属配線層12ａの単位面積あたりにおける円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の割合が、第２の金属配線層12ｂの単位面積あたりにおける円相当径で0.2μ
ｍ以上1.1μｍ以下の気孔の割合よりも高いことが好ましい。第１の金属配線層12ａの単
位面積あたりにおける円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の割合が、第２の金属配線層12ｂの単位面積あたりにおける円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の割合よりも高いと、電子部品13を金属配線層12の上部、すなわち、第２の金属配線層12ｂの上部に実装する場合には、第２の金属配線層12ｂにおいて、円相当径で1.1μｍ以下の気孔が少
ないので電子部品13が発する熱が散乱しにくくなるので、第２の金属配線層12ｂから第１の金属配線層12ａに効率よく熱を伝えることができ、セラミック焼結体11と金属配線層12の界面へ効率よく伝えることができるので、熱的信頼性を高くすることができる。 Further, the ratio of pores having a circle equivalent diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less per unit area of the first metal wiring layer 12a is 0.2 μm in circle equivalent diameter per unit area of the second metal wiring layer 12b.
It is preferably higher than the proportion of pores of m or more and 1.1 μm or less. The proportion of pores with an equivalent circle diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less per unit area of the first metal wiring layer 12a is 0.2 μm or more and 1.1 μm or less of the equivalent circle diameter per unit area of the second metal wiring layer 12b. If the electronic component 13 is mounted on the upper part of the metal wiring layer 12, that is, on the upper part of the second metal wiring layer 12b, the equivalent circle diameter in the second metal wiring layer 12b. Since there are few pores of 1.1 μm or less, the heat generated by the electronic component 13 is difficult to scatter, so heat can be efficiently transferred from the second metal wiring layer 12b to the first metal wiring layer 12a, and the ceramic sintered Since heat can be efficiently transmitted to the interface between the body 11 and the metal wiring layer 12, thermal reliability can be increased.

また、第２の金属配線層12ｂの平均気孔率が、第１の金属配線層12ａの平均気孔率よりも小さいことが好ましい。第２の金属配線層12ｂの平均気孔率が、第１の金属配線層12ａの平均気孔率よりも小さければ、電子部品13を金属配線層12の上部、すなわち、第２の金属配線層12ｂの上部に実装する場合には、電子部品13が発する熱を、伝熱面積の大きい第２の金属配線層12ｂから伝熱面積の小さい第１の金属配線層12ａに伝導させることができ、セラミック焼結体11と金属配線層12の界面へ効率よく伝えることができるので、熱的信頼性を高くすることができる。   The average porosity of the second metal wiring layer 12b is preferably smaller than the average porosity of the first metal wiring layer 12a. If the average porosity of the second metal wiring layer 12b is smaller than the average porosity of the first metal wiring layer 12a, the electronic component 13 is placed above the metal wiring layer 12, that is, the second metal wiring layer 12b. When mounted on the top, the heat generated by the electronic component 13 can be conducted from the second metal wiring layer 12b having a large heat transfer area to the first metal wiring layer 12a having a small heat transfer area. Since heat can be efficiently transmitted to the interface between the bonded body 11 and the metal wiring layer 12, thermal reliability can be increased.

また、第２の金属配線層12ｂの断面における気孔の面積占有率が、６面積％以上13面積％以下であることが好ましい。第２の金属配線層12ｂの断面における気孔の面積占有率が、６面積％以上13面積％以下であれば、高い熱伝導性を維持した状態で金属配線層12ｂの熱膨張を緩和できるので、熱を発する電子部品13を金属配線層12の上部、すなわち、第２の金属配線層12ｂの上部に実装する場合には、熱膨張係数の小さな電子部品13を実装した場合でも、冷熱サイクルによって金属配線層12と電子部品13とが剥離することが少なくなり、熱的信頼性が高くすることができる。   In addition, the area occupation ratio of the pores in the cross section of the second metal wiring layer 12b is preferably 6 area% or more and 13 area% or less. If the area occupation ratio of the pores in the cross section of the second metal wiring layer 12b is not less than 6 area% and not more than 13 area%, the thermal expansion of the metal wiring layer 12b can be reduced while maintaining high thermal conductivity. When the electronic component 13 that generates heat is mounted on the upper part of the metal wiring layer 12, that is, on the second metal wiring layer 12b, even when the electronic component 13 having a small thermal expansion coefficient is mounted, The wiring layer 12 and the electronic component 13 are less likely to be peeled off, and the thermal reliability can be increased.

ここで、気孔の面積占有率、最大径の測定については、気孔の円相当径の気孔分布の測定と同様に行なえばよい。   Here, the measurement of the area occupancy of the pores and the maximum diameter may be performed in the same manner as the measurement of the pore distribution of the equivalent circle diameter of the pores.

また、金属配線層12における第１の金属配線層12ａの厚みの割合が40％以上60％以下であることが好ましい。金属配線層12における第１の金属配線層12ａの厚みの割合が40％以上60％以下であれば、密着強度を高める第１の金属配線層12ａと、優れた放熱特性を示す第２の金属配線層12ｂがそれぞれ適度な厚みを有することから、高い密着強度と熱伝導性とを維持できるので、さらに熱的信頼性が高くすることができる。   In addition, the thickness ratio of the first metal wiring layer 12a in the metal wiring layer 12 is preferably 40% or more and 60% or less. If the ratio of the thickness of the first metal wiring layer 12a in the metal wiring layer 12 is not less than 40% and not more than 60%, the first metal wiring layer 12a that improves the adhesion strength and the second metal that exhibits excellent heat dissipation characteristics Since each of the wiring layers 12b has an appropriate thickness, high adhesion strength and thermal conductivity can be maintained, so that thermal reliability can be further increased.

以下、本実施形態の回路基板10の製造方法の一例について説明する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the circuit board 10 of the present embodiment will be described.

まず、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の粉末と、焼結助剤である酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）等の粉末とを用いて公知の方法により酸化アルミニウム質焼結体を作製する。 First, oxidation is performed by a known method using powder of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and powder of silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO) or the like as a sintering aid. An aluminum sintered body is produced.

次に、金属配線層12を形成する金属ペーストの一例について説明する。まず、銅、銀またはアルミニウムを主成分とする金属粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを準備する。また、必要に応じて金属ペーストには、金属酸化物粉末を加えてもよい。   Next, an example of a metal paste for forming the metal wiring layer 12 will be described. First, a metal powder mainly composed of copper, silver, or aluminum, a glass powder, and an organic vehicle are prepared. Moreover, you may add a metal oxide powder to a metal paste as needed.

まず、金属配線層12を形成するための金属ペースト１について説明する。金属粉末とし
ては、平均粒径が1.0μｍ以上3.5μｍ以下である第１の金属粉末を65質量％以上75質量％以下、平均粒径が第１の金属粉末より小さいである第２の金属粉末を25質量％以上35質量％以下で混合した金属粉末を用いる。 First, the metal paste 1 for forming the metal wiring layer 12 will be described. As the metal powder, the first metal powder having an average particle size of 1.0 μm or more and 3.5 μm or less is 65% by mass or more and 75% by mass or less, and the second metal powder having an average particle size smaller than the first metal powder. A metal powder in which 25 to 35 mass% is mixed is used.

ここで、第２の金属粉末の平均粒径は、第１の金属粉末の平均粒径の35％以上45％以下であることが好ましい。このような金属粉末を用いることにより、質量比率が高く、平均粒径の大きい第１の金属粉末の粒子同士の隙間に、平均粒径が第１の金属粉末の平均粒径の小さい第２の金属粉末が入ることによって、金属ペーストの焼結性を向上させることができるうえに、また、平均粒径の小さい第２の金属粉末が存在することによって、焼結後の金属配線層12において、円相当径で1.1μｍ以下の小さな気孔を多く有することができ
る。そして、セラミック焼結体11と金属配線層12との界面に存在するガラスが、円相当径で1.1μｍ以下の気孔に入り込み、アンカー効果が得られることによって密着強度が向上
する。 Here, the average particle diameter of the second metal powder is preferably 35% or more and 45% or less of the average particle diameter of the first metal powder. By using such a metal powder, a second material having a small average particle diameter and a small average particle diameter of the first metal powder is formed in a gap between the particles of the first metal powder having a high mass ratio and a large average particle diameter. The metal powder can improve the sinterability of the metal paste, and in addition, the presence of the second metal powder having a small average particle size allows the metal wiring layer 12 after sintering to have the following characteristics: It can have many small pores with an equivalent circle diameter of 1.1 μm or less. Then, the glass present at the interface between the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 enters pores having a circle-equivalent diameter of 1.1 μm or less, and an anchor effect is obtained, thereby improving the adhesion strength.

特に、第１の金属粉末を68質量％以上72質量％以下、第２の金属粉末を28質量％以上32質量％以下とした金属粉末を用いることが好ましい。このような配合比であるならば、金属配線層12は緻密になるので、ガラスが気孔に入り込んだ際には、より高い密着強度を得ることができる。   In particular, it is preferable to use a metal powder in which the first metal powder is 68% by mass to 72% by mass and the second metal powder is 28% by mass to 32% by mass. With such a compounding ratio, the metal wiring layer 12 becomes dense, so that higher adhesion strength can be obtained when the glass enters the pores.

また、ガラス粉末は、軟化点が500℃以上700℃以下のものを用いることが好ましく、特に、600℃以上700℃以下のものが好ましい。軟化点が600℃以上700℃以下であるときには、焼成の際にガラスが軟化して動きやすく、セラミック焼結体11と金属配線層12との界面にガラス成分が存在しながら、円相当径で1.1μｍ以下の気孔に入りやすくなる。   The glass powder preferably has a softening point of 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and particularly preferably 600 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. When the softening point is 600 ° C. or more and 700 ° C. or less, the glass softens and moves easily during firing, and there is a glass component at the interface between the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12, and the equivalent circle diameter It becomes easy to enter pores of 1.1 μm or less.

そして、この様なガラスの種類としては、例えば、ＳｉＯ２系、ＺｎＯ系、Ｒ２Ｏ−ＳｉＯ２系（Ｒ：アルカリ金属元素）、Ｒ２Ｏ−ＺｎＯ−ＳｉＯ２系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系、Ｒ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、Ｒ２Ｏ−ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系、Ｒ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系、Ｒ２Ｏ−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系などが挙げられる。 Then, as the kinds of such glass, for example, SiO 2 system, ZnO-based, R 2 O-SiO 2 system (R: alkali metal element), R 2 O-ZnO- SiO 2 system, SiO 2 -B 2 O 3 system, SiO 2 —ZnO—B 2 O 3 system, R 2 O—SiO 2 —B 2 O 3 system, R 2 O—ZnO—SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Bi 2 O 3 system, SiO 2 —ZnO—B 2 O 3 —Bi 2 O 3 system, R 2 O—SiO 2 —B 2 O 3 —Bi 2 O 3 system, R 2 O—SiO 2 —ZnO— such as B 2 O 3 -Bi 2 O 3 systems.

また、ガラス粉末の平均粒径は、第１の金属粉末の平均粒径に対して８％以上60％以下であることが好ましい。この様にガラス粉末の平均粒径がこの範囲ならば、焼成の際に、軟化したガラスが動きやすいうえに、金属粉末の隙間に入り込むことができ、ガラス成分が金属配線層12の円相当径で1.1μｍ以下である気孔に入り込みやすいので、セラミック
焼結体11と金属配線層12との密着強度を向上することができる。 Moreover, it is preferable that the average particle diameter of glass powder is 8% or more and 60% or less with respect to the average particle diameter of 1st metal powder. Thus, if the average particle size of the glass powder is in this range, the softened glass can move easily during firing, and can enter the gaps of the metal powder, and the glass component has an equivalent circle diameter of the metal wiring layer 12. Therefore, the adhesion strength between the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 can be improved.

また、ガラス成分は酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を含有していることが好ましい。Ｂｉ２Ｏ３を含有することによって、セラミック焼結体と金属配線層との濡れ性が向上する。それにより、金属配線層とセラミック焼結体との密着強度を向上することができる。 Moreover, it is preferable that the glass component contains bismuth oxide (Bi 2 O 3 ). By containing Bi 2 O 3 , the wettability between the ceramic sintered body and the metal wiring layer is improved. Thereby, the adhesion strength between the metal wiring layer and the ceramic sintered body can be improved.

また、有機ビヒクルは、有機バインダを有機溶剤に溶解したものであり、例えば、有機バインダと有機溶剤の比率は、有機バインダ１に対し、有機溶剤が２〜６である。そして、有機バインダとしては、例えば、ポリブチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル類、ニトロセルロース、エチルセルロース、酢酸セルロース、ブチルセルロース等のセルロース類、ポリオキシメチレン等のポリエーテル類、ポリブタジエン、ポリイソプレン等のポリビニル類から選択される１種もしくは２種以上を混合して用いることができる。   The organic vehicle is obtained by dissolving an organic binder in an organic solvent. For example, the ratio of the organic binder to the organic solvent is 2 to 6 for the organic binder 1. Examples of the organic binder include acrylics such as polybutyl methacrylate and polymethyl methacrylate, celluloses such as nitrocellulose, ethyl cellulose, cellulose acetate, and butyl cellulose, polyethers such as polyoxymethylene, polybutadiene, polyisoprene, and the like. 1 type or 2 types or more selected from these polyvinyls can be used.

また、有機溶剤としては、例えば、カルビトール、カルビトールアセテート、テルピネ
オール、メタクレゾール、ジメチルイミダゾール、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルホルムアミド、ジアセトンアルコール、トリエチレングリコール、パラキシレン、乳酸エチル、イソホロンから選択される１種もしくは２種以上を混合して用いることができる。 The organic solvent is selected from, for example, carbitol, carbitol acetate, terpineol, metacresol, dimethylimidazole, dimethylimidazolidinone, dimethylformamide, diacetone alcohol, triethylene glycol, paraxylene, ethyl lactate, and isophorone. 1 type or 2 types or more can be mixed and used.

そして、金属ペーストとなる、金属粉末、ガラス粉末、有機ビヒクルの配合比としては、金属ペースト100質量％のうち、金属粉末を77.0質量％以上87.0質量％以下、ガラス粉
末を0.5質量％以上５質量％以下、有機ビヒクルを10質量％以上20質量％以下の範囲とす
る。なお、ガラス粉末が５質量％を超えると、ガラス成分は熱伝導率が低いため、放熱特性が低下する傾向がある。 The compounding ratio of the metal powder, glass powder, and organic vehicle used as the metal paste is 77.0% by mass to 87.0% by mass of the metal powder and 0.5% by mass to 5% by mass of the glass powder out of 100% by mass of the metal paste. %, And the organic vehicle is in the range of 10% by mass to 20% by mass. In addition, when glass powder exceeds 5 mass%, since a glass component has low heat conductivity, there exists a tendency for a thermal radiation characteristic to fall.

また、金属ペーストに金属酸化物を含有させるときには、セラミック焼結体11が酸化アルミニウム質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体であれば、酸化銅（ＣｕＯまたはＣｕ２Ｏ）であることが好ましい。このように、金属ペーストに金属酸化物である酸化銅を含有しているときには、アルミン酸銅（ＣｕＡｌ２Ｏ４またはＣｕＡｌＯ２）が生成されやすくなり、セラミック焼結体11と金属配線層12との密着強度を高くすることができる。 When the metal paste contains a metal oxide, if the ceramic sintered body 11 is an aluminum oxide sintered body or an aluminum nitride sintered body, it is preferably copper oxide (CuO or Cu 2 O). . Thus, when the metal paste contains copper oxide, which is a metal oxide, copper aluminate (CuAl 2 O 4 or CuAlO 2 ) is easily generated, and the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 The adhesion strength can be increased.

また、セラミック焼結体11が酸化アルミニウム質焼結体であれば、金属ペーストに含有される金属酸化物は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましい。これにより、金属配線層12の熱膨張係数を酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数に近づけることができ、セラミック焼結体11と金属配線層12との熱膨張係数差によって、セラミック焼結体11と金属配線層12とが剥離するおそれを少なくすることができる。 If the ceramic sintered body 11 is an aluminum oxide sintered body, the metal oxide contained in the metal paste is preferably aluminum oxide (Al 2 O 3 ). As a result, the thermal expansion coefficient of the metal wiring layer 12 can be brought close to the thermal expansion coefficient of the aluminum oxide sintered body, and the ceramic sintered body can be determined by the difference in the thermal expansion coefficient between the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12. The possibility that 11 and metal wiring layer 12 are peeled off can be reduced.

次に、第２の金属配線層12ｂを形成するための金属ペースト２について説明する。   Next, the metal paste 2 for forming the second metal wiring layer 12b will be described.

金属粉末としては、平均粒径が1.0μｍ以上3.5μｍ以下である金属粉末のみを用いても良いが、金属ペースト１と同じく、異なる平均粒径を混合した金属粉末を用いても良い。   As the metal powder, only a metal powder having an average particle diameter of 1.0 μm or more and 3.5 μm or less may be used, but similarly to the metal paste 1, a metal powder having a different average particle diameter may be used.

また、有機ビヒクルおよび有機溶剤は金属ペースト１で用いたものと同じものを使用すれば良い。   Further, the same organic vehicle and organic solvent as those used in the metal paste 1 may be used.

そして、金属ペースト２となる、金属粉末、有機ビヒクルの配合比としては、金属ペースト100質量％のうち、金属粉末を80質量％〜90質量％、有機ビヒクルを10質量％以上20
質量％以下の範囲とする。 And as a compounding ratio of the metal powder and organic vehicle used as the metal paste 2, among 100% by mass of the metal paste, the metal powder is 80% to 90% by mass, and the organic vehicle is 10% by mass or more 20%.
The range is not more than mass%.

そして、金属配線層12がガラス成分を含む場合には、公知のスクリーン印刷法を用いて金属ペースト１を印刷し、乾燥，脱脂および非酸化雰囲気で焼成するが、所望の厚さを得るためには、この作業を複数回行なうか、または、印刷，乾燥および脱脂までの工程を複数回行なった後に、一括して焼成しても良い。   When the metal wiring layer 12 contains a glass component, the metal paste 1 is printed using a known screen printing method, dried, degreased, and fired in a non-oxidizing atmosphere. In order to obtain a desired thickness, May be baked in a lump after performing this operation a plurality of times, or after performing a plurality of steps up to printing, drying and degreasing.

また、金属配線層12として、第１の金属配線層12ａと第１の金属配線層12ａよりガラス成分の含有量が少ない金属配線層12ｂとで構成する場合には、公知のスクリーン印刷法を用いて金属ペースト１を印刷し、乾燥，脱脂および非酸化雰囲気で焼成し、所望の厚さになるまで作業を繰り返した後、その上に、金属ペースト２を印刷し、乾燥，脱脂および非酸化雰囲気で焼成することによって、金属配線層12を形成するが、金属ペーストを印刷するごとに乾燥および非酸化雰囲気で焼成することが好ましい。   When the metal wiring layer 12 is composed of the first metal wiring layer 12a and the metal wiring layer 12b having a glass component content less than that of the first metal wiring layer 12a, a known screen printing method is used. The metal paste 1 is printed, dried, degreased and fired in a non-oxidizing atmosphere, and the operation is repeated until a desired thickness is obtained, and then the metal paste 2 is printed thereon, followed by drying, degreasing and non-oxidizing atmosphere. Although the metal wiring layer 12 is formed by firing with, it is preferable to fire in a dry and non-oxidizing atmosphere each time the metal paste is printed.

この様に、金属ペーストを印刷するごとに乾燥，脱脂および焼成することによって、第１の金属配線層12ａに存在するガラスが第２の金属配線層12ｂに移動することを妨げることができるので、第１の金属配線層12ａの上に、第１の金属配線層よりもガラス成分の含有量が少ない第２の金属配線層12ｂを形成することができる。それにより、第２の金属配
線層12ｂの熱伝導率を損なうことを少なくすることができる。 Thus, by drying, degreasing and firing each time the metal paste is printed, it is possible to prevent the glass existing in the first metal wiring layer 12a from moving to the second metal wiring layer 12b. A second metal wiring layer 12b having a glass component content lower than that of the first metal wiring layer can be formed on the first metal wiring layer 12a. Thereby, it is possible to reduce the loss of the thermal conductivity of the second metal wiring layer 12b.

また、以上の様な工程をふむことで、各層を形成する際に金属ペーストに含まれる有機ビヒクルを蒸発し取り除くことができるので、金属配線層12に膨れが生じずに形成することができる上に、有機物が残存しにくいので、放熱特性および導電性を高い状態に維持することができる。   In addition, by including the steps as described above, the organic vehicle contained in the metal paste can be evaporated and removed when forming each layer, so that the metal wiring layer 12 can be formed without swelling. In addition, since the organic matter hardly remains, the heat dissipation characteristics and conductivity can be maintained in a high state.

なお、セラミック焼結体11の主面に形成した金属ペーストは、乾燥時間の短縮や金属ペーストの酸化を防ぐ目的で80℃以上150℃以下で乾燥することが好ましい。   The metal paste formed on the main surface of the ceramic sintered body 11 is preferably dried at 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower for the purpose of shortening the drying time and preventing oxidation of the metal paste.

また、金属ペーストを構成する金属粉末が銅であるときには、最高温度が850℃以上1050℃以下、保持時間が0.5時間以上３時間以下で焼成すればよい。また、金属ペーストを構成する金属粉末がアルミニウムであるときには、最高温度が500℃以上600℃以下、保持時間が0.5時間以上３時間以下で焼成すればよい。さらに、金属ペーストを構成する金属粉
末が銀であるときには、最高温度が800℃以上1000℃以下、保持時間が0.5時間以上３時間以下で焼成すればよい。なお、この焼成時の雰囲気は、金属ペーストの酸化を抑制すべく非酸化雰囲気で焼成する。そして、以上のような焼成条件で焼成することによって、セラミック焼結体11の主面11ａに金属配線層12を備えた回路基板10を得ることができる。 Further, when the metal powder constituting the metal paste is copper, the maximum temperature may be 850 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, and the holding time may be 0.5 hours or longer and 3 hours or shorter. Further, when the metal powder constituting the metal paste is aluminum, the maximum temperature is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less, and the holding time is 0.5 hours or more and 3 hours or less. Furthermore, when the metal powder constituting the metal paste is silver, the maximum temperature may be 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and the holding time may be 0.5 hours or longer and 3 hours or shorter. Note that the firing atmosphere is performed in a non-oxidizing atmosphere to suppress oxidation of the metal paste. Then, by firing under the firing conditions as described above, the circuit board 10 provided with the metal wiring layer 12 on the main surface 11a of the ceramic sintered body 11 can be obtained.

また、金属配線層12における第１の金属配線層12ａおよび第２の金属配線層12ｂの厚さは、金属ペーストを構成する金属粉末、有機ビヒクル、ガラス粉末の構成比によって粘性を変更するか、もしくは、印刷回数を変更することによって、調整をすることができる。   In addition, the thickness of the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b in the metal wiring layer 12 varies depending on the composition ratio of the metal powder, the organic vehicle, and the glass powder constituting the metal paste, Alternatively, the adjustment can be made by changing the number of times of printing.

また、金属配線層12の表面に部分的もしくは全面にめっき処理を行なってもよい。このようにめっき処理を行なうことによって、電極パッド14やボンディングワイヤ15などの密着処理がしやすくなり、金属配線層12が酸化腐蝕するのを抑制することができる。めっきの種類としては公知のめっきであればよく、例えば、金めっき、銀めっきまたはニッケル−金めっきなどが挙げられる。   In addition, the surface of the metal wiring layer 12 may be partially or entirely plated. By performing the plating process in this manner, it is possible to easily perform the adhesion process of the electrode pads 14 and the bonding wires 15, and to suppress the metal wiring layer 12 from being oxidized and corroded. As the type of plating, any known plating may be used, and examples thereof include gold plating, silver plating, or nickel-gold plating.

また、金属配線層12の形成において、セラミック焼結体11の主面の例えば全面に第１の領域12ａと第２の領域12ｂとを有する金属配線層12を形成してから、金属配線層12の必要領域にレジスト膜を形成し、塩化第二鉄、塩化第二銅またはアルカリからなるエッチング液等を用いてエッチングし、その後、水酸化ナトリウム水溶液等を用いてレジスト膜を除去することで、必要領域に金属配線層12を形成してもよい。   In forming the metal wiring layer 12, the metal wiring layer 12 having the first region 12 a and the second region 12 b is formed on, for example, the entire main surface of the ceramic sintered body 11, and then the metal wiring layer 12 is formed. Forming a resist film in the necessary region, etching using an etching solution made of ferric chloride, cupric chloride or alkali, and then removing the resist film using an aqueous sodium hydroxide solution, The metal wiring layer 12 may be formed in a necessary region.

また、金属配線層12の厚みが20μｍ以上80μｍ以下であることが好ましい。金属配線層12の厚みが20μｍ以上80μｍ以下であるときには、電子部品13の動作による熱を放熱することができるとともに、セラミック焼結体11との高い密着強度が得られ、エッチングによる金属配線層12の形成において、金属配線層12の間隔を狭くすることができ、狭ピッチ化および細線化を図ることができる。   The thickness of the metal wiring layer 12 is preferably 20 μm or more and 80 μm or less. When the thickness of the metal wiring layer 12 is not less than 20 μm and not more than 80 μm, heat from the operation of the electronic component 13 can be dissipated and high adhesion strength with the ceramic sintered body 11 can be obtained, and the metal wiring layer 12 by etching is obtained. In the formation, the interval between the metal wiring layers 12 can be narrowed, and a narrow pitch and a thin line can be achieved.

また、セラミック焼結体11に貫通孔を設けて、貫通孔内に同様の金属ペーストを充填し、この貫通孔を覆うように金属ペーストを塗布して焼成したり、さらに、セラミック焼結体11の他方主面にも金属ペーストを塗布して焼成したりすることによって、放熱特性を向上させることもできる。   Further, a through hole is provided in the ceramic sintered body 11, the same metal paste is filled in the through hole, and the metal paste is applied and fired so as to cover the through hole. The heat radiation characteristics can also be improved by applying a metal paste to the other main surface of the metal and baking it.

また、本実施形態の回路基板10および20は、板状だけでなく、シートを積層することによって内部に流路を形成したセラミック焼結体11を備えても良い。内部に流路を形成することによって、気体および液体からなる冷媒を流すことによって、より熱的信頼性の高い回路基板10および20にすることができる。   In addition, the circuit boards 10 and 20 of the present embodiment may include not only a plate shape but also a ceramic sintered body 11 in which a flow path is formed by stacking sheets. By forming a flow path inside, it is possible to make circuit boards 10 and 20 with higher thermal reliability by flowing a refrigerant composed of gas and liquid.

また、金属配線層12はセラミック焼結体11の両方の主面に形成してもよく、両方の主面に形成することによって、さらに放熱特性を向上することができる。   Further, the metal wiring layer 12 may be formed on both main surfaces of the ceramic sintered body 11, and the heat dissipation characteristics can be further improved by forming the metal wiring layer 12 on both main surfaces.

そして、上述した製造方法により得られた本実施形態の回路基板10は、セラミック焼結体11と金属配線層12とが強固に密着されているとともに、金属配線層12は、放熱特性に優れているため、電子部品13の動作の繰り返しによって、セラミック焼結体11と金属配線層12とが剥離することが少ない。さらに本実施形態の回路基板20は、回路基板10の特性に加えさらに放熱特性が優れているので電子部品13が故障したり寿命が短くなるおそれを少なくすることができる。   The circuit board 10 of the present embodiment obtained by the manufacturing method described above has the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 firmly adhered, and the metal wiring layer 12 has excellent heat dissipation characteristics. Therefore, the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 are unlikely to peel off due to repeated operations of the electronic component 13. Furthermore, since the circuit board 20 of the present embodiment is further excellent in heat dissipation characteristics in addition to the characteristics of the circuit board 10, it is possible to reduce the possibility that the electronic component 13 breaks down or the life is shortened.

また、本実施形態の回路基板10および20の製造方法は上述した製造方法に限るものではない。   Further, the manufacturing method of the circuit boards 10 and 20 of the present embodiment is not limited to the manufacturing method described above.

なお、回路基板10および20は、分割溝が形成されたセラミック焼結体11を用いて、上述した方法で本実施形態の回路基板10および20を多数個形成し、その後分割すれば、効率よく作製可能である。   Note that the circuit boards 10 and 20 can be efficiently obtained by forming a large number of the circuit boards 10 and 20 of the present embodiment by the above-described method using the ceramic sintered body 11 in which the division grooves are formed, and then dividing the circuit boards 10 and 20. It can be produced.

そして、金属配線層12上に、電極パッド14を設け、この電極パッド14上に電子部品13を搭載することにより、本実施形態の電子装置１および２とすることができる。この本実施形態の電子装置１は、本実施形態の回路基板10および20に電子部品13を搭載してなることにより、長期間にわたって使用可能な信頼性の高い電子装置１および２となる。   Then, by providing the electrode pad 14 on the metal wiring layer 12 and mounting the electronic component 13 on the electrode pad 14, the electronic devices 1 and 2 of this embodiment can be obtained. The electronic device 1 of the present embodiment is a highly reliable electronic device 1 and 2 that can be used for a long period of time by mounting the electronic component 13 on the circuit boards 10 and 20 of the present embodiment.

なお、回路基板10および20上に実装される電子部品13としては、作動時に大きな発熱をする電子部品13が挙げられ、例えば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子、インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）素子、金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子、フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子、ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子、ショットキー・バリア・ダイオード（ＳＢＤ）等の半導体素子、昇華型サーマルプリンタヘッドまたはサーマルインクジェットプリンタヘッド用の発熱素子、ペルチェ素子等を用いることができる。   The electronic component 13 mounted on the circuit boards 10 and 20 includes an electronic component 13 that generates a large amount of heat during operation. For example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element, an intelligent power module ( IPM) element, metal oxide field effect transistor (MOSFET) element, light emitting diode (LED) element, freewheeling diode (FWD) element, giant transistor (GTR) element, Schottky barrier diode (SBD), etc. These semiconductor elements, heating elements for sublimation thermal printer heads or thermal ink jet printer heads, Peltier elements, and the like can be used.

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following examples.

金属配線層12における気孔分布の変化によって、回路基板10のセラミック焼結体11と金属配線層12との密着強度，熱伝導率および熱的信頼性がどのように変化するか確認した。   It was confirmed how the adhesion strength, thermal conductivity, and thermal reliability between the ceramic sintered body 11 of the circuit board 10 and the metal wiring layer 12 change due to the change in the pore distribution in the metal wiring layer 12.

まず、酸化珪素および酸化マグネシウムを焼結助剤とし、酸化アルミニウムの含有量が96質量％の酸化アルミニウム質焼結体を作製した。なお、セラミック焼結体11には、試料を多数個取りできるように、溝加工を施した。   First, an aluminum oxide sintered body having an aluminum oxide content of 96% by mass was prepared using silicon oxide and magnesium oxide as sintering aids. The ceramic sintered body 11 was grooved so that a large number of samples could be taken.

次に、各試料の作製のために使用する金属ペースト１を作製した。金属ペースト１の作製方法は以下の通りである。   Next, the metal paste 1 used for preparation of each sample was produced. The manufacturing method of the metal paste 1 is as follows.

まず、第１の金属粉末は平均粒径が2.8μｍのものを準備し、第２の金属粉末は平均粒
径が0.7μｍ以上1.4μｍ以下の範囲で異なる８種類を準備し、第１の金属粉末を70質量％と第２の金属粉末を30質量％として混合し、銅からなる金属粉末を準備した。そして、金属粉末を82質量％と、Ｂｉ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の平均粒径が1.3μｍであり、
軟化点が630℃であるガラス粉末を３質量％と、有機ビヒクルを15質量％（有機バインダ
であるアクリル樹脂を３質量％と、有機溶剤であるテルピネオールを12質量％）とを調合し金属ペースト１を８種類作製した。 First, the first metal powder is prepared with an average particle size of 2.8 μm, and the second metal powder is prepared with 8 different types within the range of the average particle size of 0.7 μm or more and 1.4 μm or less. 70% by mass of the powder and 30% by mass of the second metal powder were mixed to prepare a metal powder made of copper. Then, a 82 wt% metal powder, an average particle diameter of 1.3μm of Bi 2 O 3 -SiO 2 -B 2 O 3 system,
3% by weight of glass powder with a softening point of 630 ° C., 15% by weight of organic vehicle (3% by weight of acrylic resin as organic binder, 12% by weight of terpineol as organic solvent), and a metal paste 8 types of 1 were produced.

そして、得られた金属ペーストを用いてセラミック焼結体11の一方の主面にスクリーン印刷を行ない、乾燥，脱脂および焼成を行なうことによって金属配線層12を得た。なお、金属配線層12の厚みは70μｍとなるように形成した。また、乾燥は大気雰囲気で100℃の
温度にて乾燥させ、焼成は、酸素濃度を５ｐｐｍに調整した窒素雰囲気の中で、焼成温度を940℃、焼成時間を0.8時間で焼成することにより、セラミック焼結体11の一方の主面に金属配線層12を備えた試料Ｎｏ．１〜８の回路基板を得た。 Then, screen printing was performed on one main surface of the ceramic sintered body 11 using the obtained metal paste, and drying, degreasing and firing were performed to obtain a metal wiring layer 12. The metal wiring layer 12 was formed to have a thickness of 70 μm. Moreover, drying is performed at a temperature of 100 ° C. in an air atmosphere, and firing is performed by firing at a firing temperature of 940 ° C. and a firing time of 0.8 hours in a nitrogen atmosphere in which the oxygen concentration is adjusted to 5 ppm. Sample No. 1 provided with a metal wiring layer 12 on one main surface of the sintered body 11. Circuit boards 1 to 8 were obtained.

そして、気孔分布を求めるために、セラミック焼結体11の主面11ａに金属配線層12を備えてなる回路基板10を、主面11ａに垂直な方向に切断し、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）としてイオンミリング装置（日本電子株式会社製、型式：ＳＭ−09010）にて研
磨した断面を測定面とし、測定面における金属配線層12について、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて2610μｍ２の領域で観察し、単位面積当たりの気孔分布を（株）三谷商事製の型名Ｗｉｎ ＲＯＯＦを用いて解析して数値化した。 Then, in order to obtain the pore distribution, the circuit board 10 provided with the metal wiring layer 12 on the main surface 11a of the ceramic sintered body 11 is cut in a direction perpendicular to the main surface 11a as a cross section polisher (CP). A cross section polished by an ion milling device (manufactured by JEOL Ltd., model: SM-09010) is used as a measurement surface, and the metal wiring layer 12 on the measurement surface is measured in an area of 2610 μm 2 using an SEM (scanning electron microscope). Observation was made, and the pore distribution per unit area was analyzed and digitized using a model name Win ROOF manufactured by Mitani Corporation.

次に、金属配線層12の密着強度の測定方法を説明する。   Next, a method for measuring the adhesion strength of the metal wiring layer 12 will be described.

図３は、本実施形態の基体本体の表面へ被着させた金属配線層12に対する密着強度の測定方法を示す断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for measuring the adhesion strength to the metal wiring layer 12 deposited on the surface of the base body of the present embodiment.

まず、密着強度を測定するための準備として、準備した試料Ｎｏ．１〜８の回路基板に金属配線層12をエッチングすることによって２×２ｍｍ２となるようにし、その金属配線層12の表面に、Ｓｎ−Ｐｂ（６：４半田）系で全体に対してＡｇを２質量％とした半田16を用い、フラックスはタムラ化研株式会社製（商品名：ＸＡ−100）を用い、225±５℃の温度で径が0.6ｍｍのめっき導線（銅線にＳｎめっき）17を金属配線層12に半田付けした
。 First, as a preparation for measuring the adhesion strength, the prepared sample No. Etching the metal wiring layer 12 on the circuit boards 1 to 8 results in 2 × 2 mm 2, and the surface of the metal wiring layer 12 is made of Sn—Pb (6: 4 solder) system with Ag as a whole. Solder 16 containing 2% by mass is used, the flux is Tamura Kaken Co., Ltd. (trade name: XA-100), and the diameter is 0.6 mm at a temperature of 225 ± 5 ° C. (Sn plating on copper wire) ) 17 was soldered to the metal wiring layer 12.

次に、このめっき導線17を7.62ｍｍ／分の速度で引っ張り、金属配線層12がセラミック焼結体11から剥離するときの強度を測定してセラミック焼結体11に対する金属配線層12の密着強度とした。この試験装置は、ＡＮＺＡ ＴＥＣＨ社製のダイ・シェアリング・テス
タ（型番：520Ｄ）を使用した。また、測定数は各試料数10個について測定し、その平均
値を求めた。なお、めっき導線17が金属配線層12から剥離した場合はデータから除外し、金属配線層12がセラミックス焼結体11から剥離したときのデータを金属配線層12の密着強度とした。 Next, the plating lead wire 17 is pulled at a speed of 7.62 mm / min, and the strength when the metal wiring layer 12 peels from the ceramic sintered body 11 is measured to measure the adhesion strength of the metal wiring layer 12 to the ceramic sintered body 11 It was. This test apparatus used a die sharing tester (model number: 520D) manufactured by ANZA TECH. The number of measurements was measured for 10 samples, and the average value was obtained. The case where the plating conductor 17 peeled off from the metal wiring layer 12 was excluded from the data, and the data obtained when the metal wiring layer 12 peeled off from the ceramic sintered body 11 was defined as the adhesion strength of the metal wiring layer 12.

また、熱伝導率の測定方法は、各試料からセラミック焼結体11と金属配線層12とが密着した直径が10ｍｍの試験片を切り出し、アルキメデス法で密度を求めた後、ＪＩＳ Ｒ1611−2010に準拠したレーザーフラッシュ法によって求めた。   In addition, the measurement method of thermal conductivity is to cut out a test piece having a diameter of 10 mm in which the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 are in close contact with each sample, and after obtaining the density by Archimedes method, JIS R1611-2010 It was determined by a compliant laser flash method.

また、ヒートサイクル試験として、冷熱衝撃試験装置を用いて各試料の環境温度を、室温（25℃）から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125℃で15分保持した後、
室温まで降温するというサイクルを１サイクルとしたヒートサイクル試験を行なった。なお、各試料の試料数は40個とし、1500サイクル〜3500サイクルの間で50サイクル毎に各試料につき一つずつ取出し、セラミック焼結体11と金属配線層12との界面の観察を行ない、剥離が確認されたときのサイクル回数を表１に示した。剥離の確認は、ＳＥＭを用いて1000倍の倍率で観察して行なった。 In addition, as a heat cycle test, the temperature of each sample was lowered from room temperature (25 ° C.) to −45 ° C. and held for 15 minutes using a thermal shock test apparatus, and then heated up to 125 ° C. for 15 minutes. After holding
A heat cycle test was performed in which the cycle of lowering the temperature to room temperature was one cycle. In addition, the number of samples of each sample is 40, and one sample is taken out every 50 cycles between 1500 cycles to 3500 cycles, and the interface between the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 is observed. Table 1 shows the number of cycles when peeling was confirmed. The confirmation of peeling was performed by observing at 1000 times magnification using SEM.

以上の算出値、測定値等の結果を表１に示す。   The results of the above calculated values and measured values are shown in Table 1.

Figure 2013157389
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表１に示すように、金属配線層12の単位面積あたりにおいて、円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し35％未満である試料Ｎｏ．１は、ガラス成分によるアンカー効果が少なかったために密着強度が42Ｎ／２×２ｍｍ２、熱伝導率が70Ｗ／ｍ・Ｋであり、サイクル回数は1650回数と少なかった。また、金属配線層12の単位面積あたりにおいて、円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し65％を超える試料Ｎｏ．８は、平均粒径の小さい気孔にガラス成分が多く入り込みセラミック焼結体11と金属配線層12との界面に存在するガラス成分が減少するために、熱伝導率が83Ｗ／ｍ・Ｋと高いものの、密着強度が、43Ｎ／２×２ｍｍ２と低く、サイクル回数は1700回数と少なかった。これらに対し、金属配線層12の単位面積あたりにおいて、円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し35％以上65％以下である試料Ｎｏ．２〜７は、密着強度が49Ｎ／２×２ｍｍ２以上61Ｎ／２×２ｍｍ２以下、熱伝導率が72Ｗ／ｍ・Ｋ以上81Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、サイクル回数が1800回以上と多く、放熱特性が高く、信頼性が高い回路基板であることがわかった。特に、金属配線層12の単位面積あたりにおいて、円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し45％以上60％以下である試料Ｎｏ．４〜６は、密着強度が57Ｎ／２×２ｍｍ２以上かつ熱伝導率が78Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、サイクル回数が1950回以上と多く、金属配線層12の密着強度および放熱特性が高く、より信頼性が高い回路基板であることがわかった。 As shown in Table 1, per unit area of the metal wiring layer 12, the number of pores having an equivalent circle diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less is less than 35% with respect to the total number of pores. In No. 1, since the anchor effect by the glass component was small, the adhesion strength was 42 N / 2 × 2 mm 2 , the thermal conductivity was 70 W / m · K, and the number of cycles was as small as 1650. Further, per unit area of the metal wiring layer 12, the number of pores having an equivalent circle diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less exceeded 65% with respect to the total number of pores. No. 8 has a high thermal conductivity of 83 W / m · K because a large amount of glass component enters the pores having a small average particle diameter and the glass component existing at the interface between the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 decreases. However, the adhesion strength was as low as 43 N / 2 × 2 mm 2 and the number of cycles was as low as 1700. On the other hand, in the unit area of the metal wiring layer 12, Sample No. in which the number of pores having an equivalent circle diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less is 35% or more and 65% or less with respect to the total number of pores. 2-7, the adhesion strength of 49N / 2 × 2mm 2 or 61N / 2 × 2mm 2 or less, the thermal conductivity is not more than 72W / m · K or more 81 W / m · K, the number of cycles at least 1800 times and most It was found that the circuit board has high heat dissipation characteristics and high reliability. In particular, in the case where the number of pores having a circle equivalent diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less per unit area of the metal wiring layer 12 is 45% or more and 60% or less with respect to the total number of pores, Sample No. Nos. 4 to 6 have an adhesion strength of 57 N / 2 × 2 mm 2 or more, a thermal conductivity of 78 W / m · K or more, a high number of cycles of 1950 or more, and high adhesion strength and heat dissipation characteristics of the metal wiring layer 12. It was found to be a more reliable circuit board.

次に、第１の金属配線層12ａと第２の金属配線層12ｂとを作製し、各層の厚みが異なることによって密着強度，熱伝導率，サイクル回数およびめっきの量産性がどのように変化するか確認を行なった。   Next, the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b are manufactured, and how the adhesion strength, thermal conductivity, the number of cycles, and the mass productivity of plating change depending on the thickness of each layer. It was confirmed.

セラミック焼結体11については、実施例１と同じものを準備した。また、第１の金属配線層12ａを形成するための金属ペースト１は、実施例１の試料Ｎｏ．４を作製するのに用いた金属ペーストと同じものを使用した。   About the ceramic sintered compact 11, the same thing as Example 1 was prepared. Further, the metal paste 1 for forming the first metal wiring layer 12a is the sample No. 1 of Example 1. The same metal paste used to make 4 was used.

そして、第２の金属配線層12ｂを形成するための金属ペースト２は、金属ペースト１と同じ金属粉末を使用し、金属粉末を85質量％と、有機ビヒクルを15質量％（有機バインダであるアクリル樹脂を３質量％と、有機溶剤であるテルピネオールを12質量％）とを調合した金属ペースト２と、金属ペースト１と同じ金属粉末とガラス粉末を使用し、金属粉末を81.0質量％と、ガラス粉末を4.0質量％と、有機ビヒクルを15質量％（有機バインダで
あるアクリル樹脂を３質量％と、有機溶剤であるテルピネオールを12質量％）とを調合した金属ペースト２’を作製した。 The metal paste 2 for forming the second metal wiring layer 12b uses the same metal powder as that of the metal paste 1, the metal powder being 85% by mass, the organic vehicle being 15% by mass (acrylic being an organic binder). Metal paste 2 prepared by mixing 3% by weight of resin and 12% by weight of terpineol, an organic solvent, and the same metal powder and glass powder as metal paste 1, using 81.0% by weight of metal powder and glass powder A metal paste 2 ′ was prepared by blending 4.0% by weight of the organic solvent, 15% by weight of the organic vehicle (3% by weight of the acrylic resin as the organic binder, and 12% by weight of terpineol as the organic solvent).

そして、得られた金属ペースト１，２および２’を用いてセラミック焼結体11の一方の主面にスクリーン印刷を行ない、乾燥，脱脂および焼成を行なうことによって、第１の金
属配線層12ａおよび第２の金属配線層12ｂが表２の示す厚みになるように調整した金属配線層12を得た。なお、試料Ｎｏ．９〜14の第２の金属配線層12ｂは金属ペースト２で作製しており、試料Ｎｏ．15の第２の金属配線層12ｂは金属ペースト２’で作製した。また、金属配線層12の厚みは70μｍとなるように形成した。また、乾燥条件および焼成条件は実施例１と同じである。この工程によって、セラミック焼結体11の一方の主面に金属配線層12を備えた試料Ｎｏ．９〜15の回路基板20を得た。 Then, screen printing is performed on one main surface of the ceramic sintered body 11 using the obtained metal pastes 1, 2 and 2 ′, and drying, degreasing and firing are performed, whereby the first metal wiring layer 12a and The metal wiring layer 12 adjusted so that the thickness of the second metal wiring layer 12b was as shown in Table 2 was obtained. Sample No. The second metal wiring layers 12b of 9 to 14 are made of the metal paste 2, and sample Nos. Fifteen second metal wiring layers 12b were made of metal paste 2 ′. The metal wiring layer 12 was formed to have a thickness of 70 μm. The drying conditions and firing conditions are the same as in Example 1. By this step, the sample No. 1 having the metal wiring layer 12 on one main surface of the ceramic sintered body 11 was obtained. 9 to 15 circuit boards 20 were obtained.

なお、試料Ｎｏ．16は、実施例１の試料Ｎｏ．６と同じ工程で作製された回路基板10であり、第２の金属配線層12ｂは存在しない。   Sample No. 16 shows the sample No. of Example 1. 6 is the circuit board 10 manufactured in the same process as step 6, and the second metal wiring layer 12b does not exist.

また、第１の金属配線層12ａと第２の金属配線層12ｂとのガラス成分の量はＥＤＳ分析によって確認して、試料Ｎｏ．９〜14においては、第１の金属配線12ａより第２の金属配線層12ｂの方がガラス成分の量が少なく、試料Ｎｏ．15においては、第１の金属配線12ａより第２の金属配線層12ｂの方が、ガラス成分の量が多いことは確認済みである。   Further, the amount of the glass component in the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b was confirmed by EDS analysis, and the sample No. In Nos. 9 to 14, the second metal wiring layer 12b has a smaller amount of glass component than the first metal wiring 12a. In 15, it has been confirmed that the amount of glass component is larger in the second metal wiring layer 12b than in the first metal wiring 12a.

そして、実施例１と同様の方法により、密着強度，熱伝導率およびサイクル回数を測定した。   Then, the adhesion strength, the thermal conductivity, and the number of cycles were measured by the same method as in Example 1.

また、第１の金属配線層12ａと第２の金属配線層12ｂとを確認する方法について説明する。主面11ａに垂直な方向に切断し、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）としてイオンミリング装置（日本電子株式会社製、型式：ＳＭ−09010）にて研磨した断面を測定面
とし、表面を炭素などで蒸着後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い倍率1000〜2000倍程度で観察し、セラミック焼結体11と金属配線層12の界面に存在するガラス成分の成分を、ＥＤＳ分析した。その結果、得られた主要な成分の中から、セラミック焼結体11および金属配線層12の主成分以外で最も成分が多かった元素は珪素（Ｓｉ）であったので、ＥＰＭＡを用いてマッピングを行ない、珪素が集中して検出された層の領域を第１の金属配線層12ａとした。そして、第１の金属配線層12ａの厚みを測定し、第２の金属配線層12ｂの厚みは、金属配線層12の厚みから第１の金属配線層12ａの厚みを差し引くことにより算出し、この作業を５箇所で行ない、その平均値を表２に示した。 In addition, a method for confirming the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b will be described. Cut in a direction perpendicular to the main surface 11a, and a cross section polished with an ion milling device (manufactured by JEOL Ltd., model: SM-09010) as a cross section polisher (CP) is used as a measurement surface, and the surface is deposited with carbon or the like. Then, it observed at about 1000-2000 times magnification using SEM (scanning electron microscope), and the EDS analysis of the component of the glass component which exists in the interface of the ceramic sintered compact 11 and the metal wiring layer 12 was carried out. As a result, among the main components obtained, the element having the most components other than the main components of the ceramic sintered body 11 and the metal wiring layer 12 was silicon (Si), and therefore mapping was performed using EPMA. The region of the layer in which silicon was concentrated and detected was used as the first metal wiring layer 12a. Then, the thickness of the first metal wiring layer 12a is measured, and the thickness of the second metal wiring layer 12b is calculated by subtracting the thickness of the first metal wiring layer 12a from the thickness of the metal wiring layer 12, The operation was carried out at five locations, and the average values are shown in Table 2.

そして、めっきの量産性を評価するために、Ｎｉめっき液を用いた溶出試験を行なった。まず、各試料に予めＰｄめっきを施し、カルボン酸塩、リン酸塩および硫酸ニッケルを主成分とする公知の配合比であるＮｉめっきの新液を用いて、試験温度を84℃、めっき時間を15分として、その際のＮｉめっきの厚みを測定した。このときのめっき厚みを煮出前めっき厚みとする。   And in order to evaluate the mass productivity of plating, the elution test using Ni plating solution was done. First, Pd plating is performed on each sample in advance, and a test temperature is set to 84 ° C. and plating time is set using a new solution of Ni plating having a known mixing ratio mainly composed of carboxylate, phosphate and nickel sulfate. The thickness of Ni plating at that time was measured as 15 minutes. The plating thickness at this time is defined as the plating thickness before boiling.

次に同じ工程で作製された各試料にＰｄめっきを施さず、Ｎｉめっきの新液中に温度を84℃、時間を８時間で放置した煮出し液を作製した。その後、前記、煮出し液中に同じ工程で作製された各試料にＰｄめっきを施し、試験温度を84℃、めっき時間を15分として、その際のＮｉめっきの厚みを測定した。このときのめっき厚みを煮出後めっき厚みとする。そして、その煮出前めっき厚みと煮出後めっき厚みとの差を評価した。   Next, each sample produced in the same process was not subjected to Pd plating, and a boiled liquid was produced in a new Ni plating solution at a temperature of 84 ° C. for 8 hours. Thereafter, Pd plating was applied to each sample prepared in the same step in the boiled liquid, and the thickness of the Ni plating at that time was measured at a test temperature of 84 ° C. and a plating time of 15 minutes. The plating thickness at this time is defined as the plating thickness after boiling. And the difference of the plating thickness before the boiling and the plating thickness after boiling was evaluated.

つまり、煮出前めっき厚みが3.0μｍで、煮出後めっき厚みが2.4μｍならば、煮出前めっき厚みと煮出後めっき厚みとのめっき析出速度差は−20％である。この析出速度差がマイナス側に大きくなればめっきの乗りが悪くなったことを意味する。   That is, if the plating thickness before boiling is 3.0 μm and the plating thickness after boiling is 2.4 μm, the plating deposition rate difference between the plating thickness before boiling and the plating thickness after boiling is −20%. If this difference in deposition rate becomes larger on the minus side, it means that the plating has become worse.

以上の算出値、測定値等の結果を表２に示す。   The results of the above calculated values and measured values are shown in Table 2.

Figure 2013157389
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表２に示すように、金属配線層12が第１の金属配線層12ａのみで構成された試料Ｎｏ．16と第１の金属配線層より第２の金属配線層の方がガラス成分の多い試料Ｎｏ．15は、ガラス成分がめっき液に溶出してしまい煮出前めっき厚みと煮出後めっき厚みとのめっき析出速度差はそれぞれ−75.0％および−85.0％であるのに対し、金属配線層12が第１の金属配線層12ａと第１の金属配線層12ａよりもガラス成分の少ない第２の金属配線層12ｂとで構成された試料Ｎｏ．９〜14は、煮出前めっき厚みと煮出後めっき厚みとのめっき析出速度差は−10.8％以上であり、金属配線層のめっき厚みの差が少ないことからめっきの量産性に優れていることがわかる。特に、第２の金属配線層の厚みが40％以上である試料Ｎｏ．９〜13は、煮出前めっき厚みと煮出後めっき厚みとのめっき析出速度差は0.0％であり
、めっきの量産性により優れていることがわかる。 As shown in Table 2, the sample wiring No. 12 in which the metal wiring layer 12 is composed of only the first metal wiring layer 12a. Sample No. 16 in which the second metal wiring layer has a higher glass component than the first metal wiring layer and the first metal wiring layer. 15 shows that the glass component is eluted in the plating solution, and the plating deposition rate difference between the plating thickness before boiling and the plating thickness after boiling is -75.0% and -85.0%, respectively. Sample No. 1 composed of one metal wiring layer 12a and a second metal wiring layer 12b having a glass component smaller than that of the first metal wiring layer 12a. For Nos. 9 to 14, the plating deposition rate difference between the plating thickness before boiling and the plating thickness after boiling is -10.8% or more, and since the difference in plating thickness of the metal wiring layer is small, it is excellent in mass production of plating. I understand. In particular, the sample No. 2 in which the thickness of the second metal wiring layer is 40% or more. Nos. 9 to 13 show that the plating deposition rate difference between the plating thickness before boiling and the plating thickness after boiling is 0.0%, which is superior to the mass productivity of plating.

また、金属配線層12における第１の金属配線層12ａの厚みの割合が、40％未満である試料Ｎｏ．９は、熱伝導率が117Ｗ／ｍ・Ｋと高いものの、密着強度が39Ｎ／２×２ｍｍ２
と低く、サイクル回数は2400回と少なかった。そして、金属配線層12における第１の金属配線層12ａの厚みの割合が、60％を超える試料Ｎｏ．14は、密着強度が60Ｎ／２×２ｍｍ２と高いものの、熱伝導率が98Ｗ／ｍ・Ｋと低く、サイクル回数は2400回と少なかった。これらに対し、金属配線層12における第１の金属配線層12ａの厚みの割合が、40％以上60％以下である試料Ｎｏ．10〜13は、密着強度が45Ｎ／２×２ｍｍ２以上かつ熱伝導率が101Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、サイクル回数は2500回数以上であった。特に、金属配線層12に
おける第１の金属配線層12ａの厚みの割合が、50％以上55％以下である試料Ｎｏ．11および12は、密着強度が52Ｎ／２×２ｍｍ２以上かつ熱伝導率が104Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
サイクル回数は2550回以上であり、より放熱特性が高く、より信頼性が高い回路基板であることがわかった。 Further, the sample No. 1 in which the thickness ratio of the first metal wiring layer 12a in the metal wiring layer 12 is less than 40%. No. 9 has a high thermal conductivity of 117 W / m · K, but an adhesion strength of 39 N / 2 × 2 mm 2
The number of cycles was as low as 2400. Sample No. 1 in which the thickness ratio of the first metal wiring layer 12a in the metal wiring layer 12 exceeds 60%. No. 14 had a high adhesion strength of 60 N / 2 × 2 mm 2 but a low thermal conductivity of 98 W / m · K, and the number of cycles was as low as 2400. On the other hand, in the case of sample no. For Nos. 10 to 13, the adhesion strength was 45 N / 2 × 2 mm 2 or more, the thermal conductivity was 101 W / m · K or more, and the number of cycles was 2500 or more. In particular, the sample No. 1 in which the thickness ratio of the first metal wiring layer 12a in the metal wiring layer 12 is 50% to 55%. 11 and 12 have an adhesion strength of 52 N / 2 × 2 mm 2 or more and a thermal conductivity of 104 W / m · K or more,
The number of cycles was 2550 times or more, and it was found that the circuit board had higher heat dissipation characteristics and higher reliability.

次に、第１の金属配線層12ａと第２の金属配線層12ｂとを作製し、金属配線層12の断面において、第１の金属配線層12ａと第２の金属配線層12ｂの気孔分布が異なることによって密着強度，熱伝導率およびサイクル回数がどのように変化するか確認を行なった。   Next, the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b are manufactured, and the pore distribution of the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b is shown in the cross section of the metal wiring layer 12. We confirmed how adhesion strength, thermal conductivity, and the number of cycles changed due to differences.

セラミック焼結体11については、実施例１および２と同じものを準備した。また、第１の金属配線層12ａを形成するための金属ペースト１は、実施例１の試料Ｎｏ．６を使用するのに用いた金属ペーストと同じものを使用した。   About the ceramic sintered compact 11, the same thing as Example 1 and 2 was prepared. Further, the metal paste 1 for forming the first metal wiring layer 12a is the sample No. 1 of Example 1. The same metal paste used to use 6 was used.

そして、第２の金属配線層12ｂを形成するための金属ペースト２は２種類準備した。一つは、実施例２の試料Ｎｏ．12を作製するために使用した金属ペースト２である。そして、もう一つは、金属ペースト２と同じ有機ビヒクル、第１の金属粉末および第２の金属粉末を使用するが、その金属粉末の混合比が金属粉末：第２の金属粉末＝80質量％：20質量％となるようにし、金属粉末を85質量％と、有機ビヒクルを15質量％（有機バインダであるアクリル樹脂を３質量％と、有機溶剤であるテルピネオールを12質量％）とを調合した金属ペースト２”を準備した。   Two types of metal pastes 2 for forming the second metal wiring layer 12b were prepared. One is sample No. 2 in Example 2. 12 is a metal paste 2 used to make 12; The other uses the same organic vehicle, the first metal powder, and the second metal powder as the metal paste 2, but the mixing ratio of the metal powder is metal powder: second metal powder = 80 mass%. : 20% by mass, 85% by mass of metal powder, 15% by mass of organic vehicle (3% by mass of acrylic resin as organic binder, and 12% by mass of terpineol as organic solvent) Metal paste 2 "was prepared.

そして、実施例２の試料Ｎｏ．12と同じ製造工程で作製した試料Ｎｏ．17の回路基板20と、金属ペースト２の代わりに金属ペースト２”を使用した以外は実施例２の試料Ｎｏ．12と同じ製造工程で作製した試料Ｎｏ．18の回路基板20を得た。   And sample No. 2 of Example 2 was used. Sample No. 12 produced in the same manufacturing process as No. 12 was used. A circuit board 20 of Sample No. 18 produced in the same manufacturing process as Sample No. 12 of Example 2 was obtained except that the circuit board 20 of 17 and the metal paste 2 ″ were used instead of the metal paste 2.

そして、実施例１と同様の方法により、気孔の分布、密着強度，熱伝導率およびサイクル回数を測定した。   Then, the pore distribution, adhesion strength, thermal conductivity, and cycle number were measured in the same manner as in Example 1.

以上の算出値、測定値等の結果を表３に示す。   The results of the above calculated values and measured values are shown in Table 3.

Figure 2013157389
Figure 2013157389

表３に示すように、気孔の分布については、試料Ｎｏ．17は、第１の金属配線層12ａの単位面積あたりにおける円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の割合が60％、第２の金属配線層12ｂの単位面積あたりにおける円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の割合が65％であった。また、試料Ｎｏ．18は、第１の金属配線層12ａの単位面積あたりにおける円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の割合が60％、第２の金属配線層12ｂの単位面積あたりにおける円相当径で0.2μｍ以上1.1μｍ以下の気孔の割合が55％であった。   As shown in Table 3, the distribution of the pores is shown in Sample No. No. 17 is a circle equivalent diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less per unit area of the first metal wiring layer 12a of 60%, and the circle equivalent diameter per unit area of the second metal wiring layer 12b is 0.2%. The ratio of pores having a size of from μm to 1.1 μm was 65%. Sample No. 18 is a circle equivalent diameter per unit area of the first metal wiring layer 12a having a ratio of pores of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less of 60%, and the circle equivalent diameter per unit area of the second metal wiring layer 12b is 0.2%. The ratio of pores of μm or more and 1.1 μm or less was 55%.

試料Ｎｏ．17は、密着強度55Ｎ／２×２ｍｍ２、熱伝導率が104Ｗ／ｍ・Ｋであり、サ
イクル回数は1950回であるのに対し、試料Ｎｏ．18は、密着強度55Ｎ／２×２ｍｍ２、熱伝導率が104Ｗ／ｍ・Ｋであり、サイクル回数は2100回であることから、熱の伝導が効率
よく行なわれたので、サイクル回数が向上し、熱的信頼性が向上したと考えられる。 Sample No. No. 17 has an adhesion strength of 55 N / 2 × 2 mm 2 , a thermal conductivity of 104 W / m · K, and a cycle number of 1950. No. 18 has an adhesion strength of 55 N / 2 × 2 mm 2 , a thermal conductivity of 104 W / m · K, and a cycle count of 2100, so heat conduction was performed efficiently, so the cycle count was improved. It is considered that the thermal reliability has been improved.

次に、第１の金属配線層12ａと第２の金属配線層12ｂとを作製し、金属配線層12の断面において、第２の金属配線層12ｂの気孔の面積占有率が異なることによって密着強度，熱伝導率およびサイクル回数がどのように変化するか確認を行なった。   Next, the first metal wiring layer 12a and the second metal wiring layer 12b are prepared, and the adhesion strength is different due to the difference in the area occupancy ratio of the pores of the second metal wiring layer 12b in the cross section of the metal wiring layer 12. We confirmed how the thermal conductivity and the number of cycles changed.

セラミック焼結体11については、実施例１および２と同じものを準備した。   About the ceramic sintered compact 11, the same thing as Example 1 and 2 was prepared.

また、第１の金属配線層12ａを形成するための金属ペースト１は、実施例２の試料Ｎｏ．10を使用するのに用いた金属ペーストと同じものを使用した。また、第２の金属配線層12ｂを形成するための金属ペースト２は、第１の金属粉末は平均粒径が2.8μｍのものを
準備、第２の金属粉末は平均粒径が0.8μｍ以上1.4μｍ以下の範囲で異なる７種類を準備し、第１の金属粉末を70質量％と第２の金属粉末を30質量％として混合し、銅からなる金属粉末を準備し、金属粉末を85質量％と、有機ビヒクルを15質量％（有機バインダであるアクリル樹脂を３質量％と、有機溶剤であるテルピネオールを12質量％）とを調合し金属ペースト２を作製した。 In addition, the metal paste 1 for forming the first metal wiring layer 12a is the same as the sample No. 2 in Example 2. The same metal paste used to use 10 was used. In addition, as the metal paste 2 for forming the second metal wiring layer 12b, the first metal powder having an average particle diameter of 2.8 μm is prepared, and the second metal powder has an average particle diameter of 0.8 μm or more and 1.4. Prepare 7 different types within the range of μm or less, mix 70% by mass of the first metal powder and 30% by mass of the second metal powder, prepare a metal powder made of copper, and 85% by mass of the metal powder. Then, 15% by mass of an organic vehicle (3% by mass of an acrylic resin as an organic binder and 12% by mass of terpineol as an organic solvent) was prepared to prepare a metal paste 2.

そして、得られた金属ペースト１および２を用いてセラミック焼結体11の一方の主面にスクリーン印刷を行ない、乾燥，脱脂および焼成を行なうことによって、第１の金属配線層12ａの厚みが55％、第２の金属配線層12ｂの厚みが45％になるように調整した金属配線層12を得た。なお、金属配線層12の厚みは70μｍとなるように形成した。また、乾燥条件
および焼成条件は実施例１と同じである。この工程によって、セラミック焼結体11の一方の主面に金属配線層12を備えた試料Ｎｏ．19〜25の回路基板20を得た。なお、試料Ｎｏ．17に用いた第２の金属粉末は平均粒径が0.8μｍであり以後0.1μｍずつ大きくなっている。 Then, screen printing is performed on one main surface of the ceramic sintered body 11 using the obtained metal pastes 1 and 2, and the thickness of the first metal wiring layer 12a is 55 by performing drying, degreasing and firing. %, The metal wiring layer 12 adjusted so that the thickness of the second metal wiring layer 12b was 45% was obtained. The metal wiring layer 12 was formed to have a thickness of 70 μm. The drying conditions and firing conditions are the same as in Example 1. By this step, the sample No. 1 having the metal wiring layer 12 on one main surface of the ceramic sintered body 11 was obtained. 19 to 25 circuit boards 20 were obtained. Sample No. The second metal powder used in 17 has an average particle size of 0.8 μm and thereafter increases by 0.1 μm.

そして、実施例１と同様の方法により、密着強度、熱伝導率およびサイクル回数を測定した。   Then, the adhesion strength, the thermal conductivity, and the number of cycles were measured by the same method as in Example 1.

なお、試料Ｎｏ．21は実施例２の試料Ｎｏ．12と同じ製造方法で作製された。   Sample No. 21 shows the sample No. of Example 2. It was produced by the same manufacturing method as 12.

気孔の平均気孔率の測定については、気孔の円相当径の気孔分布の測定と同様のソフトを用いて行なった。   The average porosity of the pores was measured using the same software as the measurement of the pore distribution of the equivalent circle diameter of the pores.

以上の算出値、測定値等の結果を表３に示す。   The results of the above calculated values and measured values are shown in Table 3.

Figure 2013157389
Figure 2013157389

表４に示すように、第２の金属配線層12ａの断面における気孔の面積占有率が、6.0面
積％未満である試料Ｎｏ．24は、熱伝導率が120Ｗ／ｍ・Ｋと高いものの、密着強度が50
Ｎ／２×２ｍｍ２と低く、サイクル回数は2250回と少なかった。そして、第２の金属配線層12ａの断面における気孔の面積占有率が、13.0面積％を超える試料Ｎｏ．19は、密着強度が55Ｎ／２×２ｍｍ２と高いものの、熱伝導率が96Ｗ／ｍ・Ｋと低く、サイクル回数は2200回と少なかった。これらに対し、第２の金属配線層12ａの断面における気孔の面積占有率が、6.0面積％以上13.0面積％以下である試料Ｎｏ．20〜23は、密着強度が51Ｎ／２
×２ｍｍ２以上かつ熱伝導率が100Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、サイクル回数は2350回以上で
あった。特に、第２の金属配線層12ａの断面における気孔の面積占有率が、7.3面積％以
上10.1面積％以下である試料Ｎｏ．21および22は、密着強度が52Ｎ／２×２ｍｍ２かつ熱伝導率が108Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、サイクル回数は2550回以上であり、より放熱特性が
高く、より信頼性が高い回路基板であることがわかった。 As shown in Table 4, the sample area No. in which the area occupation ratio of the pores in the cross section of the second metal wiring layer 12a is less than 6.0 area%. 24 has a high thermal conductivity of 120 W / m · K, but the adhesion strength is 50
N / 2 × 2 mm 2 was low, and the number of cycles was as small as 2250. And the sample area number of the pores in the cross section of the second metal wiring layer 12a exceeds 13.0 area%. No. 19 had a high adhesion strength of 55 N / 2 × 2 mm 2 but a low thermal conductivity of 96 W / m · K, and the number of cycles was as low as 2200. On the other hand, in sample No. 2 in which the area occupation ratio of the pores in the cross section of the second metal wiring layer 12a is 6.0 area% or more and 13.0 area% or less. 20-23, adhesion strength is 51N / 2
× 2 mm 2 or more and the thermal conductivity constant of 100W / m · K or more, the cycle number was more than 2350 times. In particular, Sample No. 2 in which the area occupation ratio of the pores in the cross section of the second metal wiring layer 12a is 7.3 area% or more and 10.1 area% or less. 21 and 22 are circuit boards with an adhesion strength of 52 N / 2 × 2 mm 2 , a thermal conductivity of 108 W / m · K or more, a cycle number of 2550 times or more, higher heat dissipation characteristics and higher reliability. I found out that

また、第２の金属配線層12ｂの断面における気孔の面積占有率が、第１の金属配線層12ａの断面における気孔の面積占有率よりも小さい試料Ｎｏ．25は、第２の金属配線層12ｂの断面における気孔の面積占有率が、第１の金属配線層12ａの断面における気孔の面積占有率よりも大きい試料Ｎｏ．24と比較して、密着強度および熱伝導率がほとんど変わらないものの、サイクル回数が試料Ｎｏ．24の方が多く、より熱的信頼性が高くなることがわかる。   In addition, the sample area No. 1 in which the area occupation ratio of the pores in the cross section of the second metal wiring layer 12b is smaller than the area occupation ratio of the pores in the cross section of the first metal wiring layer 12a. Sample No. 25 has a pore area occupancy ratio in the cross section of the second metal wiring layer 12b larger than a pore area occupancy ratio in the cross section of the first metal wiring layer 12a. Compared with 24, the adhesion strength and the thermal conductivity are almost the same, but the cycle number is the same as that of sample No. 24. It can be seen that 24 is more, and the thermal reliability is higher.

１：電子装置
10：回路基板
11：セラミック焼結体
11ａ：主面
12：金属配線層
12ａ：第１の金属配線層
12ｂ：第２の金属配線層
13：電子部品
14：電極パッド
15：ボンディングワイヤ 1: Electronic device
10: Circuit board
11: Ceramic sintered body
11a: Main surface
12: Metal wiring layer
12a: first metal wiring layer
12b: Second metal wiring layer
13: Electronic components
14: Electrode pad
15: Bonding wire

Claims (5)

セラミック焼結体の少なくとも一方の主面に金属配線層を備えてなり、該金属配線層はガラス成分を含有し、前記金属配線層の単位面積あたりにおいて、円相当径で０．２μｍ以上１．１μｍ以下の気孔の数が、気孔の全数に対し３５％以上６５％以下であることを特徴とする回路基板。   A metal wiring layer is provided on at least one main surface of the ceramic sintered body, the metal wiring layer contains a glass component, and has a circle equivalent diameter of 0.2 μm or more per unit area of the metal wiring layer. A circuit board, wherein the number of pores of 1 μm or less is 35% or more and 65% or less with respect to the total number of pores. 前記金属配線層が、前記セラミック焼結体側の第１の金属配線層と該第１の金属配線層上に設けられた第２の金属配線層とを備え、該第２の金属配線層におけるガラス成分の含有量が、前記第１の金属配線層におけるガラス成分の含有量よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。   The metal wiring layer includes a first metal wiring layer on the ceramic sintered body side and a second metal wiring layer provided on the first metal wiring layer, and the glass in the second metal wiring layer The circuit board according to claim 1, wherein the content of the component is smaller than the content of the glass component in the first metal wiring layer. 前記第１の金属配線層の単位面積あたりにおける円相当径で０．２μｍ以上１．１μｍ以下の気孔の割合が、前記第２の金属配線層の単位面積あたりにおける円相当径で０．２μｍ以上１．１μｍ以下の気孔の割合よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。   The proportion of pores having a circle equivalent diameter of 0.2 μm or more and 1.1 μm or less per unit area of the first metal wiring layer is 0.2 μm or more of circle equivalent diameter per unit area of the second metal wiring layer. The circuit board according to claim 2, wherein the circuit board has a porosity higher than 1.1 μm. 前記金属配線層における前記第１の金属配線層の厚みの割合が４０％以上６０％以下であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回路基板。   4. The circuit board according to claim 2, wherein a ratio of a thickness of the first metal wiring layer in the metal wiring layer is 40% or more and 60% or less. 5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回路基板に電子部品を実装してなることを特徴とする電子装置。   An electronic apparatus comprising an electronic component mounted on the circuit board according to claim 1.
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