JP2013173666A - Method for producing metal/ceramic bonding substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属−セラミックス接合基板の製造方法に関し、特に、活性金属含有ろう材により金属部材がセラミックス部材に接合された金属−セラミックス接合基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate, and more particularly to a method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate in which a metal member is bonded to a ceramic member with an active metal-containing brazing material.
絶縁基板として使用されている金属−セラミックス接合基板では、接合後の熱衝撃によりセラミックス部材と金属部材との間に発生する熱膨張差による熱応力により、セラミックス部材にクラックが発生し易い。このような熱応力を緩和させる方法として、金属部材の沿面部分を薄くする方法、すなわち金属部材の周縁部に段構造またはフィレットを形成する方法が知られている。 In a metal / ceramic bonding substrate used as an insulating substrate, cracks are likely to occur in the ceramic member due to thermal stress due to a thermal expansion difference generated between the ceramic member and the metal member due to thermal shock after bonding. As a method of relieving such thermal stress, a method of thinning a creeping portion of a metal member, that is, a method of forming a step structure or a fillet at the peripheral edge of the metal member is known.
このような構造を実現するため、活性金属含有ろう材を介してセラミックス部材に接合された金属板の表面の所定部分にレジストを印刷し、金属板の不要部分をエッチングして金属回路を形成した後、レジストを除去し、金属回路間に残留する不要なろう材を除去し、再度この金属回路の表面にレジストを印刷して再度エッチングし、レジストを剥離して除去することにより、すなわち回路パターン印刷工程と金属回路エッチング工程をそれぞれ２回ずつ行うことにより、金属回路の周縁部にフィレットを形成する方法が知られている。 In order to realize such a structure, a resist was printed on a predetermined portion of the surface of the metal plate joined to the ceramic member via the active metal-containing brazing material, and an unnecessary portion of the metal plate was etched to form a metal circuit. After that, the resist is removed, the unnecessary brazing material remaining between the metal circuits is removed, the resist is printed again on the surface of the metal circuit, the etching is performed again, and the resist is removed and removed, that is, the circuit pattern. A method is known in which a fillet is formed on the peripheral edge of a metal circuit by performing a printing process and a metal circuit etching process twice.
また、セラミックス基板上に金属回路パターンを形成した後に不要ろう材を無機酸−フッ酸系などの薬液で処理して除去し、金属回路を備えたセラミックス回路基板を形成する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。 Also known is a method of forming a ceramic circuit board provided with a metal circuit by forming a metal circuit pattern on the ceramic substrate and then removing the unnecessary brazing filler metal by treating with an inorganic acid-hydrofluoric acid type chemical solution. (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、金属回路の周縁部にフィレットを形成するために回路パターン印刷工程と金属回路エッチング工程をそれぞれ２回ずつ行う方法では、工程が煩雑であり、また、工数の増加による製造コストの増大を招いている。 However, the method of performing the circuit pattern printing process and the metal circuit etching process twice each in order to form a fillet at the peripheral edge of the metal circuit is complicated and increases the manufacturing cost due to an increase in man-hours. It is.
また、特許文献１に開示された方法では、不要な活性金属含有ろう材を除去するために無機酸−フッ酸系などのエッチング液を使用しているので、活性金属含有ろう材により形成された２つの層、すなわち主に活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属によって形成された層（以下「金属層」という）と主に活性金属含有ろう材の活性金属およびその化合物によって形成された層（以下「活性金属層」という）のうちの金属層を過剰にエッチング（サイドエッチング）する場合があり、フィレットを形成するのが困難な場合がある。また、無機酸−フッ酸系のエッチング液は、セラミックスにダメージを与え易く、耐ヒートサイクル性などの信頼性が低下する場合がある。 Further, in the method disclosed in Patent Document 1, since an etching solution such as an inorganic acid-hydrofluoric acid system is used to remove unnecessary active metal-containing brazing material, the active metal-containing brazing material is used. Two layers, a layer formed mainly by a metal other than the active metal of the active metal-containing brazing material (hereinafter referred to as “metal layer”) and a layer formed mainly by the active metal of the active metal-containing brazing material and its compound The metal layer (hereinafter referred to as “active metal layer”) may be excessively etched (side etching), and it may be difficult to form a fillet. In addition, an inorganic acid-hydrofluoric acid-based etching solution tends to damage ceramics, and reliability such as heat cycle resistance may be reduced.
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、少ない工程で金属回路の周縁部に所望のフィレットを形成して低コストで高信頼性の金属−セラミックス接合基板を製造する方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a low-cost and highly reliable metal / ceramic bonding substrate by forming a desired fillet at the peripheral edge of a metal circuit with a small number of steps in view of such conventional problems. The purpose is to do.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属により形成された金属層の一部を薬剤によりエッチングした後、活性金属含有ろう材の活性金属層を除去する際に、金属回路と活性金属含有ろう材の金属層のエッチングを抑制し且つ活性金属層を選択的にエッチングする薬剤を使用して、金属回路内部への金属層の過剰なエッチング（サイドエッチング）を抑制して活性金属層をエッチングすることにより、少ない工程で金属回路の周縁部にフィレットを形成して低コストで高信頼性の金属−セラミックス接合基板を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have etched a part of the metal layer formed of a metal other than the active metal of the active metal-containing brazing material with a chemical agent, and then used the active metal-containing brazing material. When the active metal layer is removed, an agent that suppresses etching of the metal circuit and the metal layer of the active metal-containing brazing material and selectively etches the active metal layer is used to remove the metal layer into the metal circuit. By manufacturing the active metal layer while suppressing excessive etching (side etching), a fillet is formed on the peripheral edge of the metal circuit in a small number of steps, and a low-cost and highly reliable metal-ceramic bonding substrate is manufactured. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面に活性金属含有ろう材を介して金属部材を接合する金属−セラミックス接合基板の製造方法において、セラミックス基板の少なくとも一方の面に活性金属含有ろう材を介して金属部材を接合した後に、金属部材の表面の所定の部分にレジストを塗布して金属部材の一部をエッチングし、レジストを除去した後、主に活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属により形成された金属層の一部を、活性金属と錯体を形成する化合物と酸化剤とアンモニアを含む薬剤によりエッチングし、その後、活性金属と錯体を形成する化合物と酸化剤を含み、金属部材のエッチングと主に活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属により形成された金属層のエッチングを抑制し且つ主に活性金属含有ろう材の活性金属およびその化合物により形成された活性金属層を選択的にエッチングする薬剤を使用して、活性金属含有ろう材の活性金属層の一部を選択的にエッチングすることにより、セラミックス基板上に金属回路を形成し、その後、金属回路を化学研磨して金属回路の周縁部にフィレットを形成することを特徴とする。 That is, the method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention includes a method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate in which a metal member is bonded to at least one surface of a ceramic substrate via an active metal-containing brazing material. After joining the metal member to the one surface via the active metal-containing brazing material, after applying a resist to a predetermined part of the surface of the metal member and etching a part of the metal member, removing the resist, mainly A part of the metal layer formed of a metal other than the active metal of the brazing filler containing the active metal is etched with a compound that forms a complex with the active metal, an agent containing an oxidizing agent and ammonia, and then forms a complex with the active metal. Formed by a metal other than an active metal of an active metal-containing brazing material and etching of a metal member One of the active metal layers of the active metal-containing brazing material using an agent that suppresses the etching of the layer and selectively etches the active metal layer mainly formed of the active metal and its compound of the active metal-containing brazing material. A metal circuit is formed on a ceramic substrate by selectively etching the portion, and then the metal circuit is chemically polished to form a fillet at the peripheral edge of the metal circuit.
この金属−セラミックス接合基板の製造方法において、選択的にエッチングする薬剤が、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをさらに含んでもよい。また、活性金属と錯体を形成する化合物が酸性化合物またはその塩であるのが好ましい。この酸性化合物として、カルボン酸系の化合物を使用することができ、クエン酸、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸（ＨＥＤＴＡ）、１，３−プロパンジアミン三酢酸（１，３ＰＤＴＡ）、ニトリロ３酢酸（ＮＴＡ）およびヒドロキシエチリデン２リン酸（ＨＥＤＴ）から選ばれる酸性化合物を使用するのが好ましい。 In this method for producing a metal / ceramic bonding substrate, the selective etching agent may further contain sodium hydroxide or potassium hydroxide. The compound that forms a complex with the active metal is preferably an acidic compound or a salt thereof. As this acidic compound, a carboxylic acid compound can be used. Citric acid, diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA), 1,3-propanediamine It is preferred to use an acidic compound selected from acetic acid (1,3PDTA), nitrilotriacetic acid (NTA) and hydroxyethylidene diphosphate (HEDT).
上記の金属−セラミックス接合基板の製造方法において、フィレットの幅が３０μｍ以上であるのが好ましい。また、活性金属含有ろう材を、セラミックス基板上の金属回路を形成する領域を含み且つその領域より広い領域に配置させるのが好ましい。また、活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属が、銀、銅、ニッケル、スズ、亜鉛およびインジウムから選ばれる少なくとも１種の金属であるのが好ましい。さらに、活性金属含有ろう材の活性金属が、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムから選ばれる少なくとも１種の金属であるのが好ましい。 In the above method for producing a metal / ceramic bonding substrate, the width of the fillet is preferably 30 μm or more. In addition, the active metal-containing brazing material is preferably disposed in a region that includes a region that forms a metal circuit on the ceramic substrate and is wider than that region. The metal other than the active metal of the active metal-containing brazing material is preferably at least one metal selected from silver, copper, nickel, tin, zinc and indium. Furthermore, the active metal of the active metal-containing brazing material is preferably at least one metal selected from titanium, zirconium and hafnium.
また、上記の金属−セラミックス接合基板の製造方法において、酸化剤が、過酸化水素、二クロム酸カリウムおよび過マンガン酸カリウムから選ばれる酸化剤であるのが好ましい。 In the above method for producing a metal / ceramic bonding substrate, the oxidizing agent is preferably an oxidizing agent selected from hydrogen peroxide, potassium dichromate and potassium permanganate.
また、活性金属含有ろう材の活性金属層の一部を選択的にエッチングする工程において、撹拌処理を行うのが好ましく、拌処理が、揺動、液の対流、バブリングおよび超音波付与から選ばれる少なくとも一つであるのが好ましい。 Further, in the step of selectively etching a part of the active metal layer of the active metal-containing brazing material, it is preferable to perform a stirring process, and the stirring process is selected from rocking, liquid convection, bubbling and application of ultrasonic waves. At least one is preferred.
さらに、金属回路の全面または一部の面にＮｉまたはＮｉ合金めっきを施すのが好ましい。 Furthermore, it is preferable to perform Ni or Ni alloy plating on the entire surface or a part of the surface of the metal circuit.
本発明によれば、金属層のエッチングを抑制し且つ活性金属層のみを選択的に除去するエッチング液を使用することにより、銅回路印刷工程と銅回路エッチング工程をそれぞれ１回ずつ行うだけで、サイドエッチングを防止して所望のフィレットを形成することができ、セラミックスへのダメージも少なく、低コストで高信頼性の金属−セラミックス接合基板を提供することができる。 According to the present invention, by using an etchant that suppresses etching of the metal layer and selectively removes only the active metal layer, the copper circuit printing process and the copper circuit etching process are performed only once, Side etching can be prevented to form a desired fillet, and damage to the ceramic can be reduced, and a highly reliable metal / ceramic bonding substrate can be provided at low cost.
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態を説明する。 Embodiments of a method for producing a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図１に示すように、セラミックス基板１０を用意し（図１（ａ））、このセラミックス基板１０の両面にペースト状の活性金属含有ろう材１２をスクリーン印刷し（図１（ｂ））、その上に金属部材１４を配置し、実質的に真空または非酸化性雰囲気中において加熱した後に冷却することにより、セラミックス基板１０の両面に金属部材１４を接合する。この接合により、活性金属含有ろう材１２は、主に活性金属含有ろう材の活性金属およびその化合物によって形成された層（活性金属層）１２ａと、主に活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属によって形成された層（金属層）１２ｂになる（図１（ｃ））。但し、これらの層１２ａと１２ｂは、必ずしも図示したように明確に分離された層ではなく、これらの境界がある程度明確な場合の他、ろう材の種類や厚さ、その他の条件により見かけ上一層になって観察される場合もある。但し、見かけ上一層でも、セラミックス基板１０と金属部材１４の間には、接合に寄与する活性金属とセラミックスの反応性生物が必ず存在し、便宜上、この反応性生物も活性金属層１２に含まれるものとする。また、活性金属含有ろう材１２は、箔状またはスパッタリングなどにより形成された膜状などでもよい。
As shown in FIG. 1, a
セラミックス基板１０として、アルミナやシリカなどを主成分とする酸化物、または窒化アルミニウムや窒化ケイ素や炭化ケイ素などを主成分とする非酸化物からなり、５〜２００ｍｍ×５〜２００ｍｍ程度の大きさで０．２５〜３．０ｍｍの厚さの基板を使用することができる。また、活性金属含有ろう材１２の活性金属成分として、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種以上を使用することができる。さらに、金属部材１４として、銅、アルミニウム、ニッケルなどの単一金属、マンガニンや黄銅などの銅合金、またはステンレスなどの合金からなり、０．１〜０．５ｍｍの厚さの金属箔または金属板を使用することができる。
The
次に、図２に示すように、接合した金属部材１４の両面に、所望の回路パターンのレジスト１６を印刷し（図２（ａ））、塩化第２銅エッチング液や塩化鉄エッチング液などにより不要な金属部材１４をエッチングして除去し（図２（ｂ））、レジスト１６を除去する（図２（ｃ））。なお、レジスト１６は、ドライフィルムなどの他の方法によって形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 2, a
次に、図３〜図５に示すように、金属回路間の不要な金属層１２ｂを例えば３％のＥＤＴＡを含む溶液により除去した（図３（ａ））後、金属回路間の不要な活性金属層１２ａを薬液により除去し（図３（ｂ））、化学研磨を施し（図４（ａ））、その後、メッキ１８を施して、所定の幅のフィレットが形成された金属−セラミックス金属接合基板を得る（図４（ｂ）、図５）。また、化学研磨液や処理時間を変えることにより、フィレットの幅を自在に制御することができ、例えば、０〜２５０μｍの範囲で自在に制御することができる。なお、本明細書中においてフィレットの幅とは図６に示すＤをいう。また、図１〜図４では金属部材の側面をセラミックス基板に対して垂直に描いており、図６では金属部材の側面を傾斜して描いているが、これらの図は模式的に描いた図であり、実際には金属部材の側面はエッチングされるので、図示したように傾斜したり円弧状になる場合が多い。
Next, as shown in FIGS. 3 to 5,
不要な活性金属層１２ａを除去するために使用する薬液としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなどの活性金属と錯体を形成するカルボン酸系の化合物や分子内に１つ以上のアミノ基を有する化合物と、過酸化水素、二クロム酸カリウム、過マンガン酸カリウムなどの酸化剤と、錯体を水溶性にするために添加する酸またはアルカリとを含む薬剤を使用することができる。酸またはアルカリは、活性金属と錯体を形成する化合物に応じて選択することができ、カルボン酸系などの酸性化合物の場合には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリを使用する。この場合の薬液のｐＨは、好ましくは７〜１０であり、さらに好ましくは８．５〜９．５である。ｐＨが１０より高いと液が分解し、ｐＨが７より低いと酸性化合物が溶け難くなるからである。また、アミン系などのアルカリ性化合物の場合には、塩酸、硫酸、硝酸などの酸を使用する。 Examples of the chemical solution used for removing the unnecessary active metal layer 12a include carboxylic acid-based compounds that form complexes with active metals such as titanium, zirconium, and hafnium, and compounds that have one or more amino groups in the molecule. An agent containing an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, potassium dichromate or potassium permanganate and an acid or alkali added to make the complex water-soluble can be used. The acid or alkali can be selected according to the compound that forms a complex with the active metal, and in the case of an acidic compound such as a carboxylic acid, an alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide is used. In this case, the pH of the chemical solution is preferably 7 to 10, and more preferably 8.5 to 9.5. This is because if the pH is higher than 10, the solution is decomposed, and if the pH is lower than 7, the acidic compound is hardly dissolved. In the case of an amine-based alkaline compound, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid is used.
以下、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。 Examples of the method for producing a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention will be described in detail below.
［実施例１］
４５ｍｍ×４５ｍｍの大きさで厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の両面に、活性金属成分として３重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝８０：１７：３）をスクリーン印刷し、その上に厚さ０．３ｍｍの銅板を配置し、真空中で８５０℃に加熱して窒化アルミニウム基板の両面に銅板を接合した。
[Example 1]
An active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Ti = 80: 17: 3) containing 3% by weight of titanium as an active metal component is formed on both sides of an aluminum nitride substrate having a size of 45 mm × 45 mm and a thickness of 0.635 mm. Screen printing was performed, a copper plate having a thickness of 0.3 mm was placed thereon, and the copper plate was bonded to both surfaces of the aluminum nitride substrate by heating to 850 ° C. in a vacuum.
次に、両面の銅板上に所定の回路パターンのレジストを印刷した後、塩化第２銅エッチング液により不要な銅板をエッチングし、３％ＮａＯＨ溶液によりレジストを除去して銅回路を形成した。 Next, after a resist having a predetermined circuit pattern was printed on the copper plates on both sides, an unnecessary copper plate was etched with a cupric chloride etchant, and the resist was removed with a 3% NaOH solution to form a copper circuit.
その後、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な窒化チタンを主成分とする活性金属層の一部を、５％の過酸化水素と３％のアンモニア水と１．６重量％のＥＤＴＡとからなる溶液により２０℃で１５分間エッチングして除去した。このエッチング後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。 Thereafter, an unnecessary metal layer (metal layer other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the active metal layer mainly composed of unnecessary titanium nitride are removed. It was removed by etching at 20 ° C. for 15 minutes with a solution consisting of 5% hydrogen peroxide, 3% aqueous ammonia and 1.6 wt% EDTA. When the appearance was visually observed after this etching, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and side etching was not confirmed.
次に、銅回路間の不要な窒化チタンを主成分とする活性金属層を、５％のクエン酸と１０％の過酸化水素と４．５％の水酸化カリウムを含む薬液により３０℃で３０分間選択的にエッチングして除去した。 Next, an active metal layer mainly composed of unnecessary titanium nitride between copper circuits is formed at 30 ° C. with a chemical solution containing 5% citric acid, 10% hydrogen peroxide, and 4.5% potassium hydroxide. It was removed by selective etching for 1 minute.
次に、硫酸−過酸化水素系の研磨液により銅回路を４５℃で５分間処理して化学研磨した後、厚さ２．５μｍのメッキを施し、金属−セラミックス接合基板を作製した。 Next, the copper circuit was treated with a sulfuric acid-hydrogen peroxide-based polishing solution at 45 ° C. for 5 minutes for chemical polishing, and then plated with a thickness of 2.5 μm to produce a metal / ceramic bonding substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約５０μｍ幅のフィレットが形成されていた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 50 μm was formed.
また、得られた基板について、２０℃→−４０℃×３０分→２０℃×１０分→１２５℃×３０分→２０℃×１０分を１サイクルとする繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 Moreover, about the obtained board | substrate, after repeating the heat cycle 300 times which makes 20 degreeC->-40 degreeC x 30 minutes-> 20 degreeC x10 minutes-> 125 degreeC x 30 minutes-> 20 degreeC x10 minutes 1 cycle, When the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope, cracks were not generated in the aluminum nitride substrate, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［比較例１］
４５ｍｍ×４５ｍｍの大きさで厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の両面に、活性金属成分として３重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝８０：１７：３）をスクリーン印刷し、その上に厚さ０．３ｍｍの銅板を配置し、真空中で８５０℃に加熱して窒化アルミニウム基板の両面に銅板を接合した。
[Comparative Example 1]
An active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Ti = 80: 17: 3) containing 3% by weight of titanium as an active metal component is formed on both sides of an aluminum nitride substrate having a size of 45 mm × 45 mm and a thickness of 0.635 mm. Screen printing was performed, a copper plate having a thickness of 0.3 mm was placed thereon, and the copper plate was bonded to both surfaces of the aluminum nitride substrate by heating to 850 ° C. in a vacuum.
次に、両面の銅板上に所定の回路パターンのレジストを印刷した後、塩化第２銅エッチング液により不要な銅板をエッチングし、３％ＮａＯＨ溶液によりレジストを除去して銅回路を形成した。 Next, after a resist having a predetermined circuit pattern was printed on the copper plates on both sides, an unnecessary copper plate was etched with a cupric chloride etchant, and the resist was removed with a 3% NaOH solution to form a copper circuit.
その後、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要なろう材を、硫酸−弗化水素酸−過酸化水素の混酸により３５℃で２０分間処理して除去した。この処理後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間が見られた。 Thereafter, unnecessary brazing material remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate was removed by treatment with a mixed acid of sulfuric acid-hydrofluoric acid-hydrogen peroxide at 35 ° C. for 20 minutes. When the appearance was visually observed after this treatment, a gap was found between the copper circuit and the aluminum nitride substrate.
次に、硫酸−過酸化水素系の研磨液により銅回路を４５℃で５分間処理して化学研磨した後、厚さ２．５μｍのメッキを施し、金属−セラミックス接合基板を作製した。 Next, the copper circuit was treated with a sulfuric acid-hydrogen peroxide-based polishing solution at 45 ° C. for 5 minutes for chemical polishing, and then plated with a thickness of 2.5 μm to produce a metal / ceramic bonding substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、フィレットは形成されておらず、図７に模式的に示すように、金属層がサイドエッチングされ（図７においてＤ’はサイドエッチ量を示す）、窒化アルミニウム基板と銅回路の間に約３０μｍの隙間が形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板に目視で確認できるクラックが発生していた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, no fillet was formed, and the metal layer was side-etched as schematically shown in FIG. 7 (D ′ in FIG. As shown, a gap of about 30 μm was formed between the aluminum nitride substrate and the copper circuit. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. Cracks that could be visually confirmed occurred.
［実施例２］
５０ｍｍ×３０ｍｍの大きさで厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の両面に、活性金属成分として３重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝８０：１７：３）を介して、厚さ０．２５ｍｍの銅板を、１０−５ｔｏｒｒ以下、８５０℃で加熱接合した。
[Example 2]
An active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Ti = 80: 17: 3) containing 3% by weight of titanium as an active metal component is formed on both sides of an aluminum nitride substrate having a size of 50 mm × 30 mm and a thickness of 0.635 mm. Then, a copper plate having a thickness of 0.25 mm was heat-bonded at 850 ° C. or less at 10 −5 torr or less.
次に、両面の銅板上に所定の回路パターンのレジストを印刷した後、塩化第２銅エッチング液により不要な銅板をエッチングし、３％ＮａＯＨ溶液によりレジストを除去して銅回路を形成した。 Next, after a resist having a predetermined circuit pattern was printed on the copper plates on both sides, an unnecessary copper plate was etched with a cupric chloride etchant, and the resist was removed with a 3% NaOH solution to form a copper circuit.
その後、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な窒化チタンを主成分とする活性金属層の一部を、５％の過酸化水素と３％のアンモニア水と１．６重量％のＥＤＴＡとからなる溶液により２０℃で１５分間エッチングして除去した。このエッチング後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。 Thereafter, an unnecessary metal layer (metal layer other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the active metal layer mainly composed of unnecessary titanium nitride are removed. It was removed by etching at 20 ° C. for 15 minutes with a solution consisting of 5% hydrogen peroxide, 3% aqueous ammonia and 1.6 wt% EDTA. When the appearance was visually observed after this etching, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and side etching was not confirmed.
次に、銅回路間の不要な窒化チタンを主成分とする活性金属層を、２％のＤＴＰＡ・５Ｎａと５％の過酸化水素を含む薬液により３０℃で３０分間選択的にエッチングして除去した。 Next, the active metal layer mainly composed of unnecessary titanium nitride between the copper circuits is removed by selective etching at 30 ° C. for 30 minutes with a chemical solution containing 2% DTPA · 5Na and 5% hydrogen peroxide. did.
次に、硫酸−過酸化水素系の研磨液により銅回路を４５℃で５分間処理して化学研磨した後、厚さ３μｍの無電解ニッケルメッキを施し、金属−セラミックス接合基板を作製した。 Next, the copper circuit was treated with a sulfuric acid-hydrogen peroxide-based polishing solution at 45 ° C. for 5 minutes for chemical polishing, and then electroless nickel plating with a thickness of 3 μm was applied to produce a metal / ceramic bonding substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約５０μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 50 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence of cracks, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［比較例２］
５０ｍｍ×３０ｍｍの大きさで厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の両面に、活性金属成分として３重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝８０：１７：３）を介して、厚さ０．２５ｍｍの銅板を、１０−５ｔｏｒｒ以下、８５０℃で加熱接合した。
[Comparative Example 2]
An active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Ti = 80: 17: 3) containing 3% by weight of titanium as an active metal component is formed on both sides of an aluminum nitride substrate having a size of 50 mm × 30 mm and a thickness of 0.635 mm. Then, a copper plate having a thickness of 0.25 mm was heat-bonded at 850 ° C. or less at 10 −5 torr or less.
次に、両面の銅板上に所定の回路パターンのレジストを印刷した後、塩化第２銅エッチング液により不要な銅板をエッチングし、３％ＮａＯＨ溶液によりレジストを除去して銅回路を形成した。 Next, after a resist having a predetermined circuit pattern was printed on the copper plates on both sides, an unnecessary copper plate was etched with a cupric chloride etchant, and the resist was removed with a 3% NaOH solution to form a copper circuit.
その後、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要なろう材を、塩酸−弗化水素酸−過酸化水素の混酸により３５℃で２０分間エッチングして除去した。このエッチング後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間が見られた。 Thereafter, unnecessary brazing material remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate was removed by etching at 35 ° C. for 20 minutes with a mixed acid of hydrochloric acid-hydrofluoric acid-hydrogen peroxide. When the appearance was visually observed after this etching, a gap was found between the copper circuit and the aluminum nitride substrate.
次に、硫酸−過酸化水素系の研磨液により銅回路を化学研磨した後、厚さ３μｍの無電解ニッケルメッキを施し、金属−セラミックス接合基板を作製した。 Next, the copper circuit was chemically polished with a sulfuric acid-hydrogen peroxide-based polishing liquid, and then electroless nickel plating with a thickness of 3 μm was applied to produce a metal-ceramic bonding substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、フィレットは形成されておらず、金属層がサイドエッチングされ、窒化アルミニウム基板と銅回路の間に約３０μｍの隙間が形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックが発生していた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, no fillet was formed, the metal layer was side-etched, and a gap of about 30 μm was formed between the aluminum nitride substrate and the copper circuit. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. Cracks have occurred.
［実施例３］
活性金属成分として３重量％のハフニウムを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｈｆ＝８０：１７：３）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として３％のエチレンジアミンと５％の過マンガン酸カリウムと３．８％の塩酸を含む薬液を使用し、化学研磨の時間を４分間とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 3]
Using an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Hf = 80: 17: 3) containing 3% by weight of hafnium as an active metal component, 3% as an etching solution for selectively etching an unnecessary active metal layer A metal / ceramic bonding substrate was formed in the same manner as in Example 1 except that a chemical solution containing ethylenediamine, 5% potassium permanganate and 3.8% hydrochloric acid was used and the chemical polishing time was 4 minutes. Produced. In this example, unnecessary metal layers (metal layers other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the unnecessary active metal layer were removed by etching. When the appearance was visually observed later, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約４０μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 40 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence of cracks, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［比較例３］
活性金属成分として３重量％のハフニウムを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｈｆ＝８０：１７：３）を使用した以外は、比較例２と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この比較例では、ろう材を除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間が見られた。
[Comparative Example 3]
A metal / ceramic bonding substrate was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that an active metal-containing brazing material containing 3% by weight of hafnium (Ag: Cu: Hf = 80: 17: 3) was used as the active metal component. Produced. In this comparative example, when the appearance was visually observed after the brazing material was removed, a gap was observed between the copper circuit and the aluminum nitride substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、フィレットは形成されておらず、金属層がサイドエッチングされ、窒化アルミニウム基板と銅回路の間に約３０μｍの隙間が形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックが発生していた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, no fillet was formed, the metal layer was side-etched, and a gap of about 30 μm was formed between the aluminum nitride substrate and the copper circuit. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. Cracks have occurred.
［実施例４］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として３重量％のＺｒＨ２を含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｓｎ：ＺｒＨ２＝８０：１２：５：３）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として３％のＥＤＴＡ・４Ｎａと４％の二クロム酸カリウムを含む薬液を使用し、化学研磨の時間を４分間とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間およびアルミナ基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 4]
Using an alumina substrate and using an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Sn: ZrH 2 = 80: 12: 5: 3) containing 3% by weight of ZrH 2 as an active metal component, an unnecessary active metal layer A chemical solution containing 3% EDTA · 4Na and 4% potassium dichromate was used as an etchant for selectively etching the film, and the chemical polishing time was set to 4 minutes. A metal-ceramic bonding substrate was prepared. In this embodiment, an unnecessary metal layer (metal layer other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the alumina substrate and a part of the unnecessary active metal layer are removed by etching. When the appearance was visually observed, there was no gap between the copper circuit and the alumina substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約４０μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 40 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［比較例４］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として３重量％のＺｒＨ２を含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｓｎ：ＺｒＨ２＝８０：１２：５：３）を使用した以外は、比較例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この比較例では、ろう材を除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間が見られた。
[Comparative Example 4]
Comparative Example 1 except that an alumina substrate was used and an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Sn: ZrH 2 = 80: 12: 5: 3) containing 3% by weight of ZrH 2 as an active metal component was used. A metal / ceramic bonding substrate was produced by the same method as described above. In this comparative example, when the appearance was visually observed after removing the brazing material, a gap was observed between the copper circuit and the alumina substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、フィレットは形成されておらず、金属層がサイドエッチングされ、アルミナ基板と銅回路の間に約３０μｍの隙間が形成されていた。また、得られて基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックが発生していた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, no fillet was formed, the metal layer was side-etched, and a gap of about 30 μm was formed between the alumina substrate and the copper circuit. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle as in Example 1 300 times, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. It has occurred.
［実施例５］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として３重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｎｉ：Ｔｉ＝７５：１５：７：３）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として２％のＨＥＤＴＡ・３Ｎａと５％の過酸化水素を含む薬液を使用し、化学研磨の時間を５分３０秒間とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間およびアルミナ基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 5]
Using an alumina substrate and using an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Ni: Ti = 75: 15: 7: 3) containing 3% by weight of titanium as an active metal component, an unnecessary active metal layer is selected. In the same manner as in Example 1, except that a chemical solution containing 2% HEDTA · 3Na and 5% hydrogen peroxide was used as an etching solution for etching, and the chemical polishing time was 5 minutes and 30 seconds, A metal-ceramic bonding substrate was produced. In this embodiment, an unnecessary metal layer (metal layer other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the alumina substrate and a part of the unnecessary active metal layer are removed by etching. When the appearance was visually observed, there was no gap between the copper circuit and the alumina substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約５５μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 55 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［比較例５］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として３重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｎｉ：Ｔｉ＝７５：１５：７：３）を使用した以外は、比較例２と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この比較例では、ろう材を除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間が見られた。
[Comparative Example 5]
The same as Comparative Example 2 except that an alumina substrate was used and an active metal-containing brazing material containing 3 wt% titanium as the active metal component (Ag: Cu: Ni: Ti = 75: 15: 7: 3) was used. By this method, a metal / ceramic bonding substrate was produced. In this comparative example, when the appearance was visually observed after removing the brazing material, a gap was observed between the copper circuit and the alumina substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、フィレットは形成されておらず、金属層がサイドエッチングされ、アルミナ基板と銅回路の間に約３０μｍの隙間が形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックが発生していた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, no fillet was formed, the metal layer was side-etched, and a gap of about 30 μm was formed between the alumina substrate and the copper circuit. Moreover, about the obtained board | substrate, after performing 300 times of repeated heat cycles similar to Example 1, the copper circuit and the brazing material were removed, and when the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope, the alumina substrate was cracked. It has occurred.
［実施例６］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として３重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｉｎ：Ｚｎ：Ｔｉ＝７０：１５：７：５：３）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として３％の３ＰＤＴＡと７％の過酸化水素と１．８％の水酸化ナトリウムを含む薬液を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間およびアルミナ基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 6]
Using an alumina substrate and using an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: In: Zn: Ti = 70: 15: 7: 5: 3) containing 3% by weight of titanium as an active metal component, unnecessary activity In the same manner as in Example 1, except that a chemical solution containing 3% 3PDTA, 7% hydrogen peroxide and 1.8% sodium hydroxide was used as an etchant for selectively etching the metal layer, -A ceramic bonded substrate was prepared. In this embodiment, an unnecessary metal layer (metal layer other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the alumina substrate and a part of the unnecessary active metal layer are removed by etching. When the appearance was visually observed, there was no gap between the copper circuit and the alumina substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約５０μｍのフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet of about 50 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［比較例６］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として３重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｉｎ：Ｚｎ：Ｔｉ＝７０：１５：７：５：３）を使用した以外は、比較例２と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この比較例では、ろう材を除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間が見られた。
[Comparative Example 6]
Except for using an alumina substrate and using an active metal-containing brazing material containing 3% by weight of titanium as an active metal component (Ag: Cu: In: Zn: Ti = 70: 15: 7: 5: 3) A metal / ceramic bonding substrate was produced in the same manner as in Example 2. In this comparative example, when the appearance was visually observed after removing the brazing material, a gap was observed between the copper circuit and the alumina substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、フィレットは形成されておらず、金属層がサイドエッチングされ、アルミナ基板と銅回路の間に約３０μｍの隙間が形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックが発生していた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, no fillet was formed, the metal layer was side-etched, and a gap of about 30 μm was formed between the alumina substrate and the copper circuit. Moreover, about the obtained board | substrate, after performing 300 times of repeated heat cycles similar to Example 1, the copper circuit and the brazing material were removed, and when the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope, the alumina substrate was cracked. It has occurred.
［実施例７］
活性金属成分として１．５重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝９０：８．５：１．５）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として２％のクエン酸と９％の過酸化水素と１．８％の水酸化カリウムを含む薬液を使用し、この薬液により３７℃で６０分間選択的にエッチングし、化学研磨の時間を４分間とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 7]
Using an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Ti = 90: 8.5: 1.5) containing 1.5% by weight of titanium as an active metal component, an unnecessary active metal layer is selectively etched. A chemical solution containing 2% citric acid, 9% hydrogen peroxide and 1.8% potassium hydroxide is used as an etchant, and this chemical solution is selectively etched at 37 ° C. for 60 minutes to reduce the time for chemical polishing. A metal / ceramic bonding substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the time was 4 minutes. In this example, unnecessary metal layers (metal layers other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the unnecessary active metal layer were removed by etching. When the appearance was visually observed later, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約４０μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 40 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence of cracks, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［実施例８］
不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として１．８％のＤＴＰＡ・５Ｎａと６％の過酸化水素を含む薬液を使用した以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 8]
A metal-ceramic was produced in the same manner as in Example 7 except that a chemical solution containing 1.8% DTPA · 5Na and 6% hydrogen peroxide was used as an etchant for selectively etching an unnecessary active metal layer. A bonded substrate was produced. In this example, unnecessary metal layers (metal layers other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the unnecessary active metal layer were removed by etching. When the appearance was visually observed later, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約３５μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 35 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［実施例９］
活性金属成分として１．５重量％のハフニウムを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｈｆ＝８１．５：１７：１．５）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として１．５％のエチレンジアミンと５％の過マンガン酸カリウムと２％の塩酸を含む薬液を使用した以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 9]
An active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Hf = 81.5: 17: 1.5) containing 1.5% by weight of hafnium as an active metal component is used, and an unnecessary active metal layer is selectively etched. A metal / ceramic bonding substrate was produced in the same manner as in Example 7 except that a chemical solution containing 1.5% ethylenediamine, 5% potassium permanganate and 2% hydrochloric acid was used as the etching solution. In this example, unnecessary metal layers (metal layers other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the unnecessary active metal layer were removed by etching. When the appearance was visually observed later, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約４０μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 40 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence of cracks, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［実施例１０］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として１．５重量％のＺｒＨ２を含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｓｎ：ＺｒＨ２＝８１．５：１２：５：１．５）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として２％のＥＤＴＡ・４Ｎａと４％の二クロム酸カリウムを含む薬液を使用した以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間およびアルミナ基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 10]
An alumina substrate is used, and an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Sn: ZrH 2 = 81.5: 12: 5: 1.5) containing 1.5% by weight of ZrH 2 as an active metal component is used. In the same manner as in Example 7, except that a chemical solution containing 2% EDTA · 4Na and 4% potassium dichromate was used as an etchant for selectively etching an unnecessary active metal layer, metal-ceramics were obtained. A bonded substrate was produced. In this embodiment, an unnecessary metal layer (metal layer other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the alumina substrate and a part of the unnecessary active metal layer are removed by etching. When the appearance was visually observed, there was no gap between the copper circuit and the alumina substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約４０μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 40 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［実施例１１］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として１．５重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｎｉ：Ｔｉ＝７６．５：１５：７：１．５）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として２％のＮＴＡ・３Ｎａと５％の過酸化水素を含む薬液を使用し、化学研磨の時間を５分間とした以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間およびアルミナ基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 11]
Using an alumina substrate and using an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: Ni: Ti = 76.5: 15: 7: 1.5) containing 1.5 wt% titanium as an active metal component, unnecessary As in Example 7, except that a chemical solution containing 2% NTA.3Na and 5% hydrogen peroxide was used as an etchant for selectively etching an active metal layer, and the chemical polishing time was 5 minutes. By this method, a metal / ceramic bonding substrate was produced. In this embodiment, an unnecessary metal layer (metal layer other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the alumina substrate and a part of the unnecessary active metal layer are removed by etching. When the appearance was visually observed, there was no gap between the copper circuit and the alumina substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約４５μｍ幅のフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet having a width of about 45 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［実施例１２］
アルミナ基板を使用し、活性金属成分として１．５重量％のチタンを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｉｎ：Ｚｎ：Ｔｉ＝７１．５：１５：７：５：１．５）を使用し、不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として１．５％の３ＰＤＴＡと７％の過酸化水素と１．０％の水酸化ナトリウムを含む薬液を使用し、化学研磨の時間を５分間とした以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間およびアルミナ基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路とアルミナ基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 12]
Using an alumina substrate, an active metal-containing brazing material (Ag: Cu: In: Zn: Ti = 71.5: 15: 7: 5: 1.5) containing 1.5% by weight of titanium as an active metal component A chemical solution containing 1.5% 3PDTA, 7% hydrogen peroxide, and 1.0% sodium hydroxide is used as an etchant for selectively etching unnecessary active metal layers. A metal / ceramic bonding substrate was produced in the same manner as in Example 7 except that the duration was 5 minutes. In this embodiment, an unnecessary metal layer (metal layer other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the alumina substrate and a part of the unnecessary active metal layer are removed by etching. When the appearance was visually observed, there was no gap between the copper circuit and the alumina substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約５０μｍのフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet of about 50 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［実施例１３］
不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として１．８％のＨＥＤＴＡ・３Ｎａと８％の過酸化水素を含む薬液を使用した以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 13]
A metal-ceramic was produced in the same manner as in Example 7 except that a chemical solution containing 1.8% HEDTA.3Na and 8% hydrogen peroxide was used as an etchant for selectively etching an unnecessary active metal layer. A bonded substrate was produced. In this example, unnecessary metal layers (metal layers other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the unnecessary active metal layer were removed by etching. When the appearance was visually observed later, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約３５μｍのフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet of about 35 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［実施例１４］
不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として１．８％のＨＥＤＰ・４Ｎａと８％の過酸化水素を含む薬液を使用した以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 14]
A metal-ceramic was produced in the same manner as in Example 7 except that a chemical solution containing 1.8% HEDP · 4Na and 8% hydrogen peroxide was used as an etchant for selectively etching an unnecessary active metal layer. A bonded substrate was produced. In this example, unnecessary metal layers (metal layers other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the unnecessary active metal layer were removed by etching. When the appearance was visually observed later, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約３５μｍのフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet of about 35 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［実施例１５］
不要な活性金属層を選択的にエッチングするエッチング液として２％のＤＴＰＡ・５Ｎａと７％の過酸化水素を含む薬液を使用した以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この実施例では、銅回路間および窒化アルミニウム基板の端部に残った不要な金属層（活性金属含有ろう材の活性金属以外の金属層）と不要な活性金属層の一部をエッチングにより除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間はなく、サイドエッチは確認されなかった。
[Example 15]
A metal / ceramic bonding substrate was obtained in the same manner as in Example 7 except that a chemical solution containing 2% DTPA · 5Na and 7% hydrogen peroxide was used as an etchant for selectively etching an unnecessary active metal layer. Was made. In this example, unnecessary metal layers (metal layers other than the active metal of the active metal-containing brazing material) remaining between the copper circuits and at the end of the aluminum nitride substrate and a part of the unnecessary active metal layer were removed by etching. When the appearance was visually observed later, there was no gap between the copper circuit and the aluminum nitride substrate, and no side etch was confirmed.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、約３５μｍのフィレットが形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去してアルミナ基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、アルミナ基板にクラックの発生はなく、繰り返しヒートサイクルに対する信頼性を高めるフィレットの効果が確認された。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, a fillet of about 35 μm was formed. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the alumina substrate was observed with an optical microscope. There was no occurrence, and the effect of the fillet to improve the reliability against repeated heat cycles was confirmed.
［比較例７］
銅回路間およびセラミックス基板の端部に残った不要なろう材を、５％の過酸化水素と３％のアンモニア水と１．６重量％のＥＤＴＡとからなる溶液により２０℃で４５分間エッチングして除去した以外は、比較例２と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この比較例では、ろう材を除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間が見られた。
[Comparative Example 7]
Unnecessary brazing material remaining between the copper circuits and at the edge of the ceramic substrate is etched for 45 minutes at 20 ° C. with a solution of 5% hydrogen peroxide, 3% ammonia water and 1.6% by weight EDTA. A metal / ceramic bonding substrate was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that the substrate was removed. In this comparative example, when the appearance was visually observed after the brazing material was removed, a gap was observed between the copper circuit and the aluminum nitride substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、フィレットは形成されておらず、金属層がサイドエッチングされ、窒化アルミニウム基板と銅回路の間に約５０μｍの隙間が形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックが発生していた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, no fillet was formed, the metal layer was side-etched, and a gap of about 50 μm was formed between the aluminum nitride substrate and the copper circuit. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. Cracks have occurred.
［比較例８］
活性金属成分として３重量％のハフニウムを含む活性金属含有ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｈｆ＝８０：１７：３）を使用した以外は、比較例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。この比較例では、ろう材を除去した後に外観を目視したところ、銅回路と窒化アルミニウム基板の間に隙間が見られた。
[Comparative Example 8]
A metal / ceramic bonding substrate was prepared in the same manner as in Comparative Example 7 except that an active metal-containing brazing material containing 3% by weight of hafnium (Ag: Cu: Hf = 80: 17: 3) was used as the active metal component. Produced. In this comparative example, when the appearance was visually observed after the brazing material was removed, a gap was observed between the copper circuit and the aluminum nitride substrate.
このようにして得られた基板の断面を観察したところ、フィレットは形成されておらず、金属層がサイドエッチングされ、窒化アルミニウム基板と銅回路の間に約７０μｍの隙間が形成されていた。また、得られた基板について、実施例１と同様の繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、銅回路とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックが発生していた。 When the cross section of the substrate thus obtained was observed, no fillet was formed, the metal layer was side-etched, and a gap of about 70 μm was formed between the aluminum nitride substrate and the copper circuit. Further, the obtained substrate was subjected to the same repeated heat cycle 300 times as in Example 1, and then the copper circuit and the brazing material were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope. Cracks have occurred.
なお、実施例１〜１５および比較例１〜８の結果を表１〜表５に示す。 In addition, the result of Examples 1-15 and Comparative Examples 1-8 is shown in Table 1-Table 5.
１０ セラミックス基板
１２ 活性金属含有ろう材
１２ａ 活性金属層
１２ｂ 金属層
１４ 金属部材
１６ レジスト
１８ メッキ
DESCRIPTION OF
Claims (13)
13. The method for producing a metal / ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein Ni or Ni alloy plating is performed on the entire surface or a part of the surface of the metal circuit.
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