JP3283119B2 - 回路基板 - Google Patents
回路基板Info
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- ceramic substrate
- lead
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/40—Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
- H05K3/4007—Surface contacts, e.g. bumps
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- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子等に使用され
る回路基板に係り、特に動作中に作用する熱サイクルに
よって基板にクラックが発生することが少なく、信頼性
が高く、また容易に製造することが可能な回路基板に関
する。
る回路基板に係り、特に動作中に作用する熱サイクルに
よって基板にクラックが発生することが少なく、信頼性
が高く、また容易に製造することが可能な回路基板に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、絶縁材としてのセラミックス基板
に、銅または銅合金から成る導電層を直接接合した回路
基板の実用化が試みられている。この回路基板１は、図
３に示すように、例えば酸化アルミニウム（アルミナ：
Ａｌ2 Ｏ3 ）などのセラミックス基板２表面の所定位置
に、ＣｕまたはＣｕ合金から成る導電層３ａ，３ｂを配
置し、基板方向に押圧した状態で銅と酸素との共晶温度
以上に加熱し、生成したＣｕ−Ｏ共晶液相を接合剤とし
て利用し、導電層３ａ，３ｂを直接的に接合する銅直接
接合法（Direct Bonding Copper 法）によって製造され
る。また導電層３ａ上部には導出端子４の一端が接合さ
れる。
に、銅または銅合金から成る導電層を直接接合した回路
基板の実用化が試みられている。この回路基板１は、図
３に示すように、例えば酸化アルミニウム（アルミナ：
Ａｌ2 Ｏ3 ）などのセラミックス基板２表面の所定位置
に、ＣｕまたはＣｕ合金から成る導電層３ａ，３ｂを配
置し、基板方向に押圧した状態で銅と酸素との共晶温度
以上に加熱し、生成したＣｕ−Ｏ共晶液相を接合剤とし
て利用し、導電層３ａ，３ｂを直接的に接合する銅直接
接合法（Direct Bonding Copper 法）によって製造され
る。また導電層３ａ上部には導出端子４の一端が接合さ
れる。
【０００３】上記回路基板１によれば導電層３ａ，３ｂ
とセラミックス基板２との間に、汎用の接着剤等の介在
物が存在しないため、両者間の熱抵抗が小さく、導電層
３ａ，３ｂ上に設けられた半導体素子の発熱を系外に迅
速に放散させることが可能である。
とセラミックス基板２との間に、汎用の接着剤等の介在
物が存在しないため、両者間の熱抵抗が小さく、導電層
３ａ，３ｂ上に設けられた半導体素子の発熱を系外に迅
速に放散させることが可能である。
【０００４】しかしながら、上記導電層３ａに接続され
た導出端子４は半導体素子の作動に伴い繰り返しの熱衝
撃を受けて伸縮するために、導出端子４の接合部付近の
セラミックス基板２にクラックが発生し易く、耐久性が
低い欠点があった。その対策として図３に示すように、
導出端子４を接合した導電層３ａ部分とセラミックス基
板２との間に空間部分５を形成し、この空間部分５によ
り導出端子４の熱変形を吸収する構造も採用されてい
る。
た導出端子４は半導体素子の作動に伴い繰り返しの熱衝
撃を受けて伸縮するために、導出端子４の接合部付近の
セラミックス基板２にクラックが発生し易く、耐久性が
低い欠点があった。その対策として図３に示すように、
導出端子４を接合した導電層３ａ部分とセラミックス基
板２との間に空間部分５を形成し、この空間部分５によ
り導出端子４の熱変形を吸収する構造も採用されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
に係る回路基板においては、導出端子４を接合した導電
層３ａ部分が、セラミックス基板２表面に接合しないよ
うに、高さが０．３〜０．５mm程度の空間部分５をプレ
ス成形等によって形成することが必須となり、必然的に
製造コストが上昇する欠点があった。
に係る回路基板においては、導出端子４を接合した導電
層３ａ部分が、セラミックス基板２表面に接合しないよ
うに、高さが０．３〜０．５mm程度の空間部分５をプレ
ス成形等によって形成することが必須となり、必然的に
製造コストが上昇する欠点があった。
【０００６】また突出した空間部分５を設けたために導
電層３ａが平坦にならず、銅直接接合法によって接合す
る際に導電層３ａ全体をセラミックス基板２表面に均一
に押圧することが困難になり、導電層３ａの接合強度に
ばらつきを生じる問題点がある。
電層３ａが平坦にならず、銅直接接合法によって接合す
る際に導電層３ａ全体をセラミックス基板２表面に均一
に押圧することが困難になり、導電層３ａの接合強度に
ばらつきを生じる問題点がある。
【０００７】さらに空間部分５をプレス加工にて形成す
る際に、空間部分５に対応する部分の導電層３ａの肉厚
が減少し易く、導電層３ａ部分の通電容量が低下してし
まう問題点があった。
る際に、空間部分５に対応する部分の導電層３ａの肉厚
が減少し易く、導電層３ａ部分の通電容量が低下してし
まう問題点があった。
【０００８】一方、半導体装置および電子機器の小型化
と歩調を合せて、半導体素子等の電子部品の高集積化お
よび高出力化が進行し、動作時における電子部品からの
発熱量も比例して増大し、より耐熱サイクル性、放熱特
性および耐久性が優れた回路基板の開発が要請されてい
る。
と歩調を合せて、半導体素子等の電子部品の高集積化お
よび高出力化が進行し、動作時における電子部品からの
発熱量も比例して増大し、より耐熱サイクル性、放熱特
性および耐久性が優れた回路基板の開発が要請されてい
る。
【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、半導体素子の作動中にセラミックス基板
の割れや導電層の剥離が発生せず、信頼性が高い回路基
板を提供することを目的とする。
たものであり、半導体素子の作動中にセラミックス基板
の割れや導電層の剥離が発生せず、信頼性が高い回路基
板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため、セラミックス基板にクラックが発生する
現象を解明し、次のような知見を得た。すなわちセラミ
ックス基板と銅製導電層との熱膨脹差は１００〜１４０
×１０-7／℃と大きく、このようなセラミックス基板に
銅製導電層を一体に接合した回路基板においては、両者
の接合面に熱膨脹差による熱応力を生じ、この熱応力が
セラミックス基板の強度以上となるとセラミックス基板
が破壊する。そこでセラミックス基板と銅製導電層との
間で発生する熱応力が小さくなるように両者の板厚を選
定し、無理のない状態で使用している。
達成するため、セラミックス基板にクラックが発生する
現象を解明し、次のような知見を得た。すなわちセラミ
ックス基板と銅製導電層との熱膨脹差は１００〜１４０
×１０-7／℃と大きく、このようなセラミックス基板に
銅製導電層を一体に接合した回路基板においては、両者
の接合面に熱膨脹差による熱応力を生じ、この熱応力が
セラミックス基板の強度以上となるとセラミックス基板
が破壊する。そこでセラミックス基板と銅製導電層との
間で発生する熱応力が小さくなるように両者の板厚を選
定し、無理のない状態で使用している。
【００１１】しかしながら、上記セラミックス基板に半
導体素子を実装した状態では、外部回路と接続するため
の導出端子が銅製導電層に接合され、この接合部におい
て熱応力が局部的に増大することになる。したがってこ
の状態で半導体素子を作動させ、温度上昇−下降サイク
ルを繰り返すと、導出端子付近のセラミックス基板に過
大な熱応力が作用し、基板が破壊に至ることを確認し
た。
導体素子を実装した状態では、外部回路と接続するため
の導出端子が銅製導電層に接合され、この接合部におい
て熱応力が局部的に増大することになる。したがってこ
の状態で半導体素子を作動させ、温度上昇−下降サイク
ルを繰り返すと、導出端子付近のセラミックス基板に過
大な熱応力が作用し、基板が破壊に至ることを確認し
た。
【００１２】そして本発明者らは導出端子部分の導電層
の接合構造を工夫することにより、接合部分の熱応力を
大幅に緩和することに成功した。すなわち、活性金属を
含有する接合剤組成物（活性金属ペースト）を所定形状
に基板表面に印刷し、導出端子接合部分を除く導電層
を、活性金属層を介してセラミックス基板に接合したと
きに、導電層とセラミックス基板との接合強度が高まる
とともに、セラミックス基板の割れを大幅に低減するこ
とが可能になった。また上記活性金属層を介する接合構
造によれば、平板状の導電層をそのまま接合する場合に
おいても、未接合部を容易に形成することが可能となる
ことが判明した。本発明は上記知見に基づいて完成され
たものである。
の接合構造を工夫することにより、接合部分の熱応力を
大幅に緩和することに成功した。すなわち、活性金属を
含有する接合剤組成物（活性金属ペースト）を所定形状
に基板表面に印刷し、導出端子接合部分を除く導電層
を、活性金属層を介してセラミックス基板に接合したと
きに、導電層とセラミックス基板との接合強度が高まる
とともに、セラミックス基板の割れを大幅に低減するこ
とが可能になった。また上記活性金属層を介する接合構
造によれば、平板状の導電層をそのまま接合する場合に
おいても、未接合部を容易に形成することが可能となる
ことが判明した。本発明は上記知見に基づいて完成され
たものである。
【００１３】すなわち本発明に係る回路基板は、セラミ
ックス基板の表面に形成された活性金属層を介して平板
状の導電層がセラミックス基板に一体に接合され、上記
導電層に導出端子が接続されるとともに、上記導出端子
を接続した導電層とセラミックス基板との間に未接合部
を設けたことを特徴とする。また活性金属層は、Ｔｉ，
Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少くとも１種の活
性金属を含有するろう材から構成するとよい。さらに導
出端子は湾曲部を有し、この湾曲部において軸方向に伸
縮自在に構成するとよい。またセラミックス基板は、酸
化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ），炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）および窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）から選択される少
なくとも１種のセラミックス材料で形成する。
ックス基板の表面に形成された活性金属層を介して平板
状の導電層がセラミックス基板に一体に接合され、上記
導電層に導出端子が接続されるとともに、上記導出端子
を接続した導電層とセラミックス基板との間に未接合部
を設けたことを特徴とする。また活性金属層は、Ｔｉ，
Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少くとも１種の活
性金属を含有するろう材から構成するとよい。さらに導
出端子は湾曲部を有し、この湾曲部において軸方向に伸
縮自在に構成するとよい。またセラミックス基板は、酸
化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ），炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）および窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）から選択される少
なくとも１種のセラミックス材料で形成する。
【００１４】本発明の回路基板に使用するセラミックス
基板としては、電気絶縁特性に優れた酸化アルミニウム
（Ａｌ2 Ｏ3 ）を使用することができる。特に放熱性に
優れた回路基板を形成するためには、熱伝導率が高い窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ）、炭化けい素（ＳｉＣ）が好ましい。なお、炭化け
い素は絶縁抵抗がやや低い一方、酸化ベリリウムは毒性
の点で難点がある。したがって、電気絶縁性および放熱
性に共に優れた回路基板を形成するためにはセラミック
ス基板として窒化アルミニウムを使用することが望まし
い。またセラミックス基板の厚さを０．３〜１mmの範囲
とする一方、後述する導電層の厚さを０．１〜０．５mm
の範囲に設定して両者を組み合せると、熱膨脹差による
影響を受けにくくなる。
基板としては、電気絶縁特性に優れた酸化アルミニウム
（Ａｌ2 Ｏ3 ）を使用することができる。特に放熱性に
優れた回路基板を形成するためには、熱伝導率が高い窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ）、炭化けい素（ＳｉＣ）が好ましい。なお、炭化け
い素は絶縁抵抗がやや低い一方、酸化ベリリウムは毒性
の点で難点がある。したがって、電気絶縁性および放熱
性に共に優れた回路基板を形成するためにはセラミック
ス基板として窒化アルミニウムを使用することが望まし
い。またセラミックス基板の厚さを０．３〜１mmの範囲
とする一方、後述する導電層の厚さを０．１〜０．５mm
の範囲に設定して両者を組み合せると、熱膨脹差による
影響を受けにくくなる。
【００１５】本発明に係る回路基板において、平板状の
導電層の接合を行なうために形成される活性金属層は、
Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂ等の活性金属を含有し適切
な組成比を有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材等で構成さ
れ、このろう材組成物を有機溶媒中に分散して調製した
接合用組成物ペーストをセラミックス基板表面にスクリ
ーン印刷する等の方法で形成される。
導電層の接合を行なうために形成される活性金属層は、
Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂ等の活性金属を含有し適切
な組成比を有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材等で構成さ
れ、このろう材組成物を有機溶媒中に分散して調製した
接合用組成物ペーストをセラミックス基板表面にスクリ
ーン印刷する等の方法で形成される。
【００１６】上記接合用組成物ペーストの具体例として
は、下記のようなものがある。すなわち重量％でＣｕを
１５〜３５％、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択さ
れる少くとも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質
的にＡｇから成る組成物を有機溶媒中に分散して調製し
た接合用組成物ペースト、または重量％でＣｕを１５〜
３５％、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択される少
くとも１種の活性金属を１〜１０％、Ｗ，Ｍｏ，Ａｌ
Ｎ，Ｓｉ3 Ｎ4 およびＢＮから選択される少くとも１種
を５〜４０％含有し、残部が実質的にＡｇから成る組成
物を有機溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペース
トを使用するとよい。
は、下記のようなものがある。すなわち重量％でＣｕを
１５〜３５％、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択さ
れる少くとも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質
的にＡｇから成る組成物を有機溶媒中に分散して調製し
た接合用組成物ペースト、または重量％でＣｕを１５〜
３５％、Ｔｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＮｂから選択される少
くとも１種の活性金属を１〜１０％、Ｗ，Ｍｏ，Ａｌ
Ｎ，Ｓｉ3 Ｎ4 およびＢＮから選択される少くとも１種
を５〜４０％含有し、残部が実質的にＡｇから成る組成
物を有機溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペース
トを使用するとよい。
【００１７】上記活性金属はセラミックス基板に対する
ろう材の濡れ性を改善するための成分であり、特に窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）基板に対して有効である。それ
らの活性金属の配合量は、接合用組成物全体に対して１
〜１０重量％が適量である。Ｗ，Ｍｏ，ＡｌＮ，Ｓｉ3
Ｎ4 およびＢＮは、セラミックス基板と導電層との接合
部における応力緩和を図るために有効な成分であり、５
〜４０重量％添加される。すなわちセラミックス基板と
導電層とを接合する場合において、両部材の熱膨脹係数
差に起因する残留熱応力を緩和するため、接合用組成物
に、セラミックス基板と金属とを接合する反応層を形成
させる作用の他に、反応層自身に応力緩和作用をもたせ
ることが有効である。
ろう材の濡れ性を改善するための成分であり、特に窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）基板に対して有効である。それ
らの活性金属の配合量は、接合用組成物全体に対して１
〜１０重量％が適量である。Ｗ，Ｍｏ，ＡｌＮ，Ｓｉ3
Ｎ4 およびＢＮは、セラミックス基板と導電層との接合
部における応力緩和を図るために有効な成分であり、５
〜４０重量％添加される。すなわちセラミックス基板と
導電層とを接合する場合において、両部材の熱膨脹係数
差に起因する残留熱応力を緩和するため、接合用組成物
に、セラミックス基板と金属とを接合する反応層を形成
させる作用の他に、反応層自身に応力緩和作用をもたせ
ることが有効である。
【００１８】本発明では、接合用組成物の成分として、
導電性を有するＡｇ−Ｃｕを主体にしたろう材に、熱膨
脹係数がセラミックス基板に比較的に近いＷ，Ｍｏ，Ａ
ｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＢＮを添加することにより、反応層
に応力緩和作用を発揮させ、高い接合強度を有し、かつ
熱衝撃試験（ＴＣＴ）特性に優れた回路基板を得ること
ができる。特にセラミックス基板が窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）焼結体の場合には、Ａｇ−Ｃｕろう材にＷ，
Ｍｏ，ＡｌＮを添加したろう材を使用すると割れや剥離
が少ない接合体を得ることができる。
導電性を有するＡｇ−Ｃｕを主体にしたろう材に、熱膨
脹係数がセラミックス基板に比較的に近いＷ，Ｍｏ，Ａ
ｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＢＮを添加することにより、反応層
に応力緩和作用を発揮させ、高い接合強度を有し、かつ
熱衝撃試験（ＴＣＴ）特性に優れた回路基板を得ること
ができる。特にセラミックス基板が窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）焼結体の場合には、Ａｇ−Ｃｕろう材にＷ，
Ｍｏ，ＡｌＮを添加したろう材を使用すると割れや剥離
が少ない接合体を得ることができる。
【００１９】導電性を発揮するＡｇ−Ｃｕ成分は、セラ
ミックス基板とＴｉとの接合層の形成を促進する成分と
して有効であり、Ｔｉを拡散させ強固な接合体を形成す
るのに寄与するのみならず、導体層としての微細な回路
を形成する材料ともなる。
ミックス基板とＴｉとの接合層の形成を促進する成分と
して有効であり、Ｔｉを拡散させ強固な接合体を形成す
るのに寄与するのみならず、導体層としての微細な回路
を形成する材料ともなる。
【００２０】また本発明のように、微細な導電層パター
ンを接合用組成物によって形成する場合には、生成する
液相の流れによってパターンがくずれることを防止する
ために、Ａｇ−Ｃｕ成分が共晶組成物（７２ｗｔ％Ａｇ
−２８Ｃｕ）を生成し易い組成比から離れた組成比を有
する接合用組成物を使用し、液相の生成量を低減するこ
とが肝要である。すなわち、ろう接合時に加熱昇温する
温度７００〜９５０℃の範囲で必要最少量の液相を生成
する金属成分を含む化合物系で構成された接合用組成物
を使用することが重要となる。
ンを接合用組成物によって形成する場合には、生成する
液相の流れによってパターンがくずれることを防止する
ために、Ａｇ−Ｃｕ成分が共晶組成物（７２ｗｔ％Ａｇ
−２８Ｃｕ）を生成し易い組成比から離れた組成比を有
する接合用組成物を使用し、液相の生成量を低減するこ
とが肝要である。すなわち、ろう接合時に加熱昇温する
温度７００〜９５０℃の範囲で必要最少量の液相を生成
する金属成分を含む化合物系で構成された接合用組成物
を使用することが重要となる。
【００２１】一方、導電層および導出端子の構成材とし
ては、導電性および熱膨脹性を考慮して、Ｃｕ，Ｃｕ合
金，５３Ｆｅ−２８Ｎｉ−１８Ｃｏ（コバール合金）等
のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，４２Ｎｉ−Ｆｅ等のＦｅ−Ｎ
ｉ合金，Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃｕクラッド材，Ｃｕ−（Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金）−Ｃｕクラッド材等が好適である。特
に上記コバール合金や４２Ｎｉ−Ｆｅ合金はセラミック
ス基板に近似した低い熱膨脹係数を有しており、基板と
導電層との熱膨脹差に起因する疲労劣化を効果的に防止
することができる。
ては、導電性および熱膨脹性を考慮して、Ｃｕ，Ｃｕ合
金，５３Ｆｅ−２８Ｎｉ−１８Ｃｏ（コバール合金）等
のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，４２Ｎｉ−Ｆｅ等のＦｅ−Ｎ
ｉ合金，Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃｕクラッド材，Ｃｕ−（Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金）−Ｃｕクラッド材等が好適である。特
に上記コバール合金や４２Ｎｉ−Ｆｅ合金はセラミック
ス基板に近似した低い熱膨脹係数を有しており、基板と
導電層との熱膨脹差に起因する疲労劣化を効果的に防止
することができる。
【００２２】また導出端子の途中に複数の切込み等を形
成することにより、湾曲部を形成し、この湾曲部におい
て導出端子が伸縮自在となるように構成し、導出端子自
体に伸縮機能をもたせて熱膨脹の影響を低減することも
効果的である。すなわち導電層に接合した導出端子に湾
曲部を形成し、熱応力を緩和吸収する構造を採用するこ
とにより、未接合部による応力吸収効果と相俟ってセラ
ミックス基板に作用する応力の影響を大幅に低減するこ
とができる。
成することにより、湾曲部を形成し、この湾曲部におい
て導出端子が伸縮自在となるように構成し、導出端子自
体に伸縮機能をもたせて熱膨脹の影響を低減することも
効果的である。すなわち導電層に接合した導出端子に湾
曲部を形成し、熱応力を緩和吸収する構造を採用するこ
とにより、未接合部による応力吸収効果と相俟ってセラ
ミックス基板に作用する応力の影響を大幅に低減するこ
とができる。
【００２３】上記回路基板は、例えば次のような工程で
製造される。すなわち、未接合部を形成する部位を除い
たセラミックス基板表面に、前記接合用組成物ペースト
（活性金属ペースト）をスクリーン印刷法等によって塗
布し乾燥して活性金属層パターンを形成する。次に、こ
の活性金属層パターン上に導電層となる銅板等を接触配
置した状態で、真空中または不活性ガス雰囲気中で、例
えばＡｇ−Ｃｕ共融温度である７８０℃以上、銅の融点
である１０８３℃以下の温度に加熱することにより、上
記導電層となる銅板等を活性金属層を介してセラミック
ス基板表面に一体に接合する。このとき接合用組成物ペ
ーストを塗布しない部分においては、導電層とセラミッ
クス基板とが接合されず未接合部を形成する。また未接
合部に対向した導電層表面に導出端子がろう接合され
る。
製造される。すなわち、未接合部を形成する部位を除い
たセラミックス基板表面に、前記接合用組成物ペースト
（活性金属ペースト）をスクリーン印刷法等によって塗
布し乾燥して活性金属層パターンを形成する。次に、こ
の活性金属層パターン上に導電層となる銅板等を接触配
置した状態で、真空中または不活性ガス雰囲気中で、例
えばＡｇ−Ｃｕ共融温度である７８０℃以上、銅の融点
である１０８３℃以下の温度に加熱することにより、上
記導電層となる銅板等を活性金属層を介してセラミック
ス基板表面に一体に接合する。このとき接合用組成物ペ
ーストを塗布しない部分においては、導電層とセラミッ
クス基板とが接合されず未接合部を形成する。また未接
合部に対向した導電層表面に導出端子がろう接合され
る。
【００２４】上記活性金属層の厚さにほぼ等しい未接合
部の隙間幅は、０．０１mm以上であれば、十分に熱応力
を吸収できる一方、隙間幅を０．３mmを超えるように設
定すると活性金属層の厚さが過大になり、基板と導電層
との間の熱抵抗が増大し、回路基板の放熱性が低下す
る。したがって未接合部の隙間幅は０．０１〜０．３mm
の範囲が好適である。また導出端子の伸縮によってセラ
ミックス基板に作用する熱応力を低減するために、未接
合部の長さは、導出端子と導電層との接合部の長さより
大きくすることが望ましい。
部の隙間幅は、０．０１mm以上であれば、十分に熱応力
を吸収できる一方、隙間幅を０．３mmを超えるように設
定すると活性金属層の厚さが過大になり、基板と導電層
との間の熱抵抗が増大し、回路基板の放熱性が低下す
る。したがって未接合部の隙間幅は０．０１〜０．３mm
の範囲が好適である。また導出端子の伸縮によってセラ
ミックス基板に作用する熱応力を低減するために、未接
合部の長さは、導出端子と導電層との接合部の長さより
大きくすることが望ましい。
【００２５】
【作用】上記構成に係る回路基板によれば、導出端子が
接続された導電層部分とセラミックス基板とが接合され
ず、両者間に未接合部が形成されているため、導出端子
に生じた熱応力は未接合部において吸収され、この熱応
力が直接セラミックス基板に作用することがない。した
がって、セラミックス基板の割れの発生が少なく、耐久
性に優れた回路基板を提供することができる。
接続された導電層部分とセラミックス基板とが接合され
ず、両者間に未接合部が形成されているため、導出端子
に生じた熱応力は未接合部において吸収され、この熱応
力が直接セラミックス基板に作用することがない。した
がって、セラミックス基板の割れの発生が少なく、耐久
性に優れた回路基板を提供することができる。
【００２６】また、未接合部を形成する部位を除くセラ
ミックス基板表面に接合用組成物ペーストを印刷し、印
刷された活性金属層パターンに、平板状の導電層を部分
的に接合することにより、未接合部が容易に形成するこ
とができる。特に突出したブリッジ部や凹凸部を形成し
ない平板状の導電層をそのまま使用した場合においても
未接合部が容易に形成でき、ブリッジ部等を形成した導
電層を使用する場合と比較して構成部品の加工工数が少
なく、回路基板を安価に製造できる。またプレス加工等
をせずに平板状の導電層をそのまま使用できるため、加
工による導電層の減肉がなく、導電層の通電容量が低下
するおそれもなくなる等、優れた効果が発揮される。
ミックス基板表面に接合用組成物ペーストを印刷し、印
刷された活性金属層パターンに、平板状の導電層を部分
的に接合することにより、未接合部が容易に形成するこ
とができる。特に突出したブリッジ部や凹凸部を形成し
ない平板状の導電層をそのまま使用した場合においても
未接合部が容易に形成でき、ブリッジ部等を形成した導
電層を使用する場合と比較して構成部品の加工工数が少
なく、回路基板を安価に製造できる。またプレス加工等
をせずに平板状の導電層をそのまま使用できるため、加
工による導電層の減肉がなく、導電層の通電容量が低下
するおそれもなくなる等、優れた効果が発揮される。
【００２７】
【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。
照して説明する。
【００２８】実施例１ 図１は実施例１に係る回路基板の構成示す斜視図、図２
は図１におけるII−II矢視部分断面図である。
は図１におけるII−II矢視部分断面図である。
【００２９】すなわち実施例１に係る回路基板１ａは、
セラミックス基板２ａの表面に形成された活性金属層６
を介して平板状の導電層３ｃ，３ｄがセラミックス基板
２ａに一体に接合され、上記導電層３ｃに導出端子４ａ
が接続されるとともに、上記導出端子４ａを接続した導
電層３ｃとセラミックス基板２ａとの間に未接合部７を
設けて構成される。また導出端子４ａの途中には複数の
切込み８が形成されて湾曲部９が形成されており、この
湾曲部９において導出端子４ａが軸方向に伸縮自在とな
るよう構成されている。さらに導電層３ｄの表面には半
導体素子１０が半田付けされている。
セラミックス基板２ａの表面に形成された活性金属層６
を介して平板状の導電層３ｃ，３ｄがセラミックス基板
２ａに一体に接合され、上記導電層３ｃに導出端子４ａ
が接続されるとともに、上記導出端子４ａを接続した導
電層３ｃとセラミックス基板２ａとの間に未接合部７を
設けて構成される。また導出端子４ａの途中には複数の
切込み８が形成されて湾曲部９が形成されており、この
湾曲部９において導出端子４ａが軸方向に伸縮自在とな
るよう構成されている。さらに導電層３ｄの表面には半
導体素子１０が半田付けされている。
【００３０】上記回路基板１ａは下記のような手順で製
造した。すなわち厚さ０．６mmの窒化アルミニウム基板
２ａの両面の所定位置、すなわち未接合部を形成する部
位を除いた表面に、３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５％
Ｔｉろう材をスクリーン印刷し乾燥して活性金属層パタ
ーンを形成した。この活性金属層パターン上の所定位置
に導電層３ｃ，３ｄ，３ｅとしての平板状銅回路板を接
触配置させた状態で、真空中で温度８５０℃で１０分間
保持し、接合体を得た。さらに銅から成る導出端子４ａ
を、導電層３ｃの未接合部７に対向する部位に半田接合
する一方、導電層３ｄ表面に半導体素子１０を半田接合
するとともに、半導体素子１０の電極と導電層３ｃと
を、Ａｕ，Ａｌ等の金属細線１１によって電気的に接続
して、実施例１に係る回路基板１ａを調製した。
造した。すなわち厚さ０．６mmの窒化アルミニウム基板
２ａの両面の所定位置、すなわち未接合部を形成する部
位を除いた表面に、３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５％
Ｔｉろう材をスクリーン印刷し乾燥して活性金属層パタ
ーンを形成した。この活性金属層パターン上の所定位置
に導電層３ｃ，３ｄ，３ｅとしての平板状銅回路板を接
触配置させた状態で、真空中で温度８５０℃で１０分間
保持し、接合体を得た。さらに銅から成る導出端子４ａ
を、導電層３ｃの未接合部７に対向する部位に半田接合
する一方、導電層３ｄ表面に半導体素子１０を半田接合
するとともに、半導体素子１０の電極と導電層３ｃと
を、Ａｕ，Ａｌ等の金属細線１１によって電気的に接続
して、実施例１に係る回路基板１ａを調製した。
【００３１】上記回路基板は、通常、樹脂ケース内に配
置され、その周囲にシリコン樹脂ゲル剤を充填した後
に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で封止した状態で使
用される。
置され、その周囲にシリコン樹脂ゲル剤を充填した後
に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で封止した状態で使
用される。
【００３２】そして上記回路基板１ａの耐久性および信
頼性を評価するために下記のような熱衝撃試験（ヒート
サイクル試験：ＴＣＴ）を実施し、回路基板におけるク
ラック発生状況を調査した。ヒートサイクル試験は、−
５０℃から＋１５０℃までの範囲で加熱し、引き続いて
＋１５０℃から−５０℃まで冷却するまでを１サイクル
とする昇温−降温サイクルを繰り返して付加するもので
ある。
頼性を評価するために下記のような熱衝撃試験（ヒート
サイクル試験：ＴＣＴ）を実施し、回路基板におけるク
ラック発生状況を調査した。ヒートサイクル試験は、−
５０℃から＋１５０℃までの範囲で加熱し、引き続いて
＋１５０℃から−５０℃まで冷却するまでを１サイクル
とする昇温−降温サイクルを繰り返して付加するもので
ある。
【００３３】その結果、実施例１に係る回路基板は、３
００サイクル経過後においても、ＡｌＮ基板の割れや導
電層の剥離が皆無であり、優れた耐久性と信頼性とを有
することが確認された。
００サイクル経過後においても、ＡｌＮ基板の割れや導
電層の剥離が皆無であり、優れた耐久性と信頼性とを有
することが確認された。
【００３４】比較例１ 実施例１において導電層３ｃに対向するＡｌＮ基板２ａ
全面に接合用組成物ペーストをスクリーン印刷して、未
接合部を形成せずに導電層３ｃを接合した以外は実施例
１と同様に処理して同一寸法を有する比較例１に係る回
路基板を製造した。
全面に接合用組成物ペーストをスクリーン印刷して、未
接合部を形成せずに導電層３ｃを接合した以外は実施例
１と同様に処理して同一寸法を有する比較例１に係る回
路基板を製造した。
【００３５】この比較例１に係る回路基板について、実
施例１と同一条件のＴＣＴ試験を実施したところ、１０
０サイクル後において、５８％の試料について導出端子
付近のＡｌＮ基板にクラックが発生し、実用に耐えない
ことが判明した。
施例１と同一条件のＴＣＴ試験を実施したところ、１０
０サイクル後において、５８％の試料について導出端子
付近のＡｌＮ基板にクラックが発生し、実用に耐えない
ことが判明した。
【００３６】実施例２ 厚さ０．８mmの窒化アルミニウム基板２ａの両面の所定
位置、すなわち未接合部を形成する部位を除いた表面
に、３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉろう材をス
クリーン印刷し乾燥して活性金属層パターンを形成し
た。この活性金属層パターン上に平板状銅板を接触配置
させた状態で、真空中で温度８５０℃で１０分間保持
し、接合体を得た。次に得られた接合体の銅板部をエッ
チング処理して、所定の回路パターンを有する導電層３
ｃ，３ｄ，３ｅを形成した。さらに銅から成る導出端子
４ａを、導電層３ｃの未接合部７に対向する部位に半田
接合する一方、導電層３ｄ表面に半導体素子１０を半田
接合して、実施例２に係る回路基板を調製した。
位置、すなわち未接合部を形成する部位を除いた表面
に、３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉろう材をス
クリーン印刷し乾燥して活性金属層パターンを形成し
た。この活性金属層パターン上に平板状銅板を接触配置
させた状態で、真空中で温度８５０℃で１０分間保持
し、接合体を得た。次に得られた接合体の銅板部をエッ
チング処理して、所定の回路パターンを有する導電層３
ｃ，３ｄ，３ｅを形成した。さらに銅から成る導出端子
４ａを、導電層３ｃの未接合部７に対向する部位に半田
接合する一方、導電層３ｄ表面に半導体素子１０を半田
接合して、実施例２に係る回路基板を調製した。
【００３７】そして上記実施例２に係る回路基板の耐久
性および信頼性を評価するために実施例１と同一条件で
熱衝撃試験（ヒートサイクル試験：ＴＣＴ）を実施し、
回路基板におけるクラック発生状況を調査した。
性および信頼性を評価するために実施例１と同一条件で
熱衝撃試験（ヒートサイクル試験：ＴＣＴ）を実施し、
回路基板におけるクラック発生状況を調査した。
【００３８】その結果、実施例２に係る回路基板は、３
００サイクル経過後においても、ＡｌＮ基板の割れや導
電層の剥離が皆無であり、優れた耐久性と信頼性とを有
することが確認された。
００サイクル経過後においても、ＡｌＮ基板の割れや導
電層の剥離が皆無であり、優れた耐久性と信頼性とを有
することが確認された。
【００３９】比較例２ 実施例２において導電層３ｃに対向するＡｌＮ基板２ａ
全面に接合用組成物ペーストをスクリーン印刷して、未
接合部を形成せずに導電層３ｃを接合した以外は実施例
２と同様に処理して同一寸法を有する比較例２に係る回
路基板を製造した。
全面に接合用組成物ペーストをスクリーン印刷して、未
接合部を形成せずに導電層３ｃを接合した以外は実施例
２と同様に処理して同一寸法を有する比較例２に係る回
路基板を製造した。
【００４０】この比較例２に係る回路基板について、実
施例２と同一条件でＴＣＴ試験を実施したところ、１０
０サイクル後において、３２％の試料について導出端子
付近のＡｌＮ基板にクラックが発生し、実用に耐えない
ことが判明した。
施例２と同一条件でＴＣＴ試験を実施したところ、１０
０サイクル後において、３２％の試料について導出端子
付近のＡｌＮ基板にクラックが発生し、実用に耐えない
ことが判明した。
【００４１】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係る回路基
板によれば、導出端子が接続された導電層部分とセラミ
ックス基板とが接合されず、両者間に未接合部が形成さ
れているため、導出端子に生じた熱応力は未接合部にお
いて吸収され、この熱応力が直接セラミックス基板に作
用することがない。したがって、セラミックス基板の割
れの発生が少なく、耐久性に優れた回路基板を提供する
ことができる。
板によれば、導出端子が接続された導電層部分とセラミ
ックス基板とが接合されず、両者間に未接合部が形成さ
れているため、導出端子に生じた熱応力は未接合部にお
いて吸収され、この熱応力が直接セラミックス基板に作
用することがない。したがって、セラミックス基板の割
れの発生が少なく、耐久性に優れた回路基板を提供する
ことができる。
【００４２】また、未接合部を形成する部位を除くセラ
ミックス基板表面に接合用組成物ペーストを印刷し、印
刷された活性金属層パターンに、平板状の導電層を部分
的に接合することにより、未接合部が容易に形成するこ
とができる。特に突出したブリッジ部や凹凸部を形成し
ない平板状の導電層をそのまま使用した場合においても
未接合部が容易に形成でき、ブリッジ部等を形成した導
電層を使用する場合と比較して構成部品の加工工数が少
なく、回路基板を安価に製造できる。またプレス加工等
をせずに平板状の導電層をそのまま使用できるため、加
工による導電層の減肉がなく、導電層の通電容量が低下
するおそれもなくなる等、優れた効果が発揮される。
ミックス基板表面に接合用組成物ペーストを印刷し、印
刷された活性金属層パターンに、平板状の導電層を部分
的に接合することにより、未接合部が容易に形成するこ
とができる。特に突出したブリッジ部や凹凸部を形成し
ない平板状の導電層をそのまま使用した場合においても
未接合部が容易に形成でき、ブリッジ部等を形成した導
電層を使用する場合と比較して構成部品の加工工数が少
なく、回路基板を安価に製造できる。またプレス加工等
をせずに平板状の導電層をそのまま使用できるため、加
工による導電層の減肉がなく、導電層の通電容量が低下
するおそれもなくなる等、優れた効果が発揮される。
【図１】本発明に係る回路基板の一実施例を示す斜視
図。
図。
【図２】図１におけるII−II矢視部分断面図。
【図３】従来の回路基板の構成例を示す断面図。
１，１ａ 回路基板 ２，２ａ セラミックス基板（ＡｌＮ基板） ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ 導電層（銅板） ４，４ａ 導出端子 ５ 空間部分 ６ 活性金属層 ７ 未接合部 ８ 切込み ９ 湾曲部 １０ 半導体素子（Ｓｉチップ） １１ 金属細線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 成敬 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (56)参考文献 特開 平５−21641（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−245555（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136290（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/12
Claims (4)
- 【請求項１】 セラミックス基板の表面に形成された活
性金属層を介して平板状の導電層がセラミックス基板に
一体に接合され、複数の湾曲部を有する導出端子が上記
導電層に接続されるとともに、上記導出端子を接続した
導電層とセラミックス基板との間に未接合部を設けたこ
とを特徴とする回路基板。 - 【請求項２】 活性金属層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆおよび
Ｎｂから選択される少くとも１種の活性金属を含有する
ろう材から成ることを特徴とする請求項１記載の回路基
板。 - 【請求項３】 導出端子は湾曲部を有し、この湾曲部に
おいて軸方向に伸縮自在に構成したことを特徴とする請
求項１記載の回路基板。 - 【請求項４】 セラミックス基板は、酸化アルミニウム
（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベ
リリウム（ＢｅＯ），炭化けい素（ＳｉＣ）および窒化
けい素（Ｓｉ３Ｎ４）から選択される少なくとも１種の
セラミックス材料で形成されたことを特徴とする請求項
１記載の回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23512793A JP3283119B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23512793A JP3283119B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794623A JPH0794623A (ja) | 1995-04-07 |
| JP3283119B2 true JP3283119B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=16981456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23512793A Expired - Lifetime JP3283119B2 (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3283119B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4057407B2 (ja) * | 2002-12-12 | 2008-03-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体パワーモジュール |
| US7776426B2 (en) | 2005-03-04 | 2010-08-17 | Dowa Metaltech Co., Ltd. | Ceramic circuit substrate and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61245555A (ja) * | 1985-04-24 | 1986-10-31 | Toshiba Corp | 半導体用端子接続構体 |
| JPH05136290A (ja) * | 1991-11-11 | 1993-06-01 | Toshiba Corp | セラミツクス回路基板 |
| JP2955399B2 (ja) * | 1991-07-12 | 1999-10-04 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板 |
-
1993
- 1993-09-21 JP JP23512793A patent/JP3283119B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0794623A (ja) | 1995-04-07 |
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