JPH0570256A - Ceramic joined substrate - Google Patents
Ceramic joined substrateInfo
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- JPH0570256A JPH0570256A JP23331691A JP23331691A JPH0570256A JP H0570256 A JPH0570256 A JP H0570256A JP 23331691 A JP23331691 A JP 23331691A JP 23331691 A JP23331691 A JP 23331691A JP H0570256 A JPH0570256 A JP H0570256A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス接合基板に
係り、特に最終的な使用単位となるセラミックス接合体
を個別に製造する必要がなく、多数のセラミックス接合
体を同時に効率良く製造することが可能なセラミックス
接合基板に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramics bonded substrate, and in particular, it is not necessary to individually manufacture a ceramics bonded body as a final use unit, and it is possible to efficiently manufacture many ceramics bonded bodies at the same time. Ceramics bonded substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来からセラミックス基板に、金属、金
属化合物、または金属とセラミックスとの混合物などの
異種材料を一体に接合したセラミックス接合体が電子機
器等に広く使用されている。例えば、セラミックス基板
上に半導体素子を搭載する場合には、両者の接合強度を
高めるために、セラミックス基板上に予め導体層を形成
し、さらにめっき処理を施しセラミックス接合体を形成
した後に、半導体素子を半田接合等によって接合してい
た。2. Description of the Related Art Conventionally, a ceramics joined body in which different kinds of materials such as a metal, a metal compound, or a mixture of metal and ceramics are integrally joined to a ceramics substrate has been widely used in electronic devices and the like. For example, when mounting a semiconductor element on a ceramics substrate, in order to increase the bonding strength between the two, a conductor layer is previously formed on the ceramics substrate, and then a plating process is performed to form a ceramics bonded body. Were joined by soldering or the like.
【０００３】このセラミックス接合体の代表例として、
アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板や窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）基板上にＭｏ板を接合したモジュールやパッケージ
などがある。このようなセラミックス板と金属板とを一
体に接合する方法が、種々実用化されている。例えば特
開昭５９−３０７６、特開昭５９−３０７７、特開昭５
９−４０４０４号公報には、窒化アルミニウム基板にＣ
ｕ板を直接接合してモジュール等のセラミックス接合体
を形成する方法が開示されている。また“マイクロ接合
研究会資料ＭＪ−１３３−９０”（溶接学会１９９０年
２月８日発行）には、窒化アルミニウム基板に銅板をろ
う材により一体に接合してセラミックス接合体を形成す
る方法が開示されている。As a typical example of this ceramics joined body,
Alumina (Al 2 O 3 ) substrate and aluminum nitride (Al
N) There are modules and packages in which a Mo plate is bonded on a substrate. Various methods for integrally bonding such a ceramic plate and a metal plate have been put into practical use. For example, JP-A-59-3076, JP-A-59-3077 and JP-A-5-
No. 9-40404 discloses that C is applied to an aluminum nitride substrate.
A method of directly joining u plates to form a ceramic joined body such as a module is disclosed. Further, "Micro Joining Research Group Material MJ-133-90" (published on February 8, 1990 by the Welding Society) discloses a method of integrally joining a copper plate to an aluminum nitride substrate with a brazing material to form a ceramics joined body. Has been done.
【０００４】そして、これらのモジュール等のセラミッ
クス接合体は、セラミックス基板と金属板とをそれぞれ
１個ずつ個別に接合して組み立てられていた。The ceramics bonded body of these modules and the like has been assembled by individually bonding one ceramics substrate and one metal plate.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
電子機器の高速化、小型化に伴う半導体部品の高密度実
装化がより希求され、必然的にセラミックス接合体もよ
り寸法が小さなものが要求されている。ところが、セラ
ミックス接合体の小型化が現実化するに伴って製造工程
における構成材料のハンドリングが困難になるととも
に、構成材料相互の位置合せも困難になり、セラミック
ス接合体の製造効率が大幅に低下してしまう問題点があ
った。However, in recent years,
As electronic devices have become faster and smaller, higher density packaging of semiconductor components has been more desired, and inevitably ceramic bonding bodies having smaller dimensions have been required. However, as miniaturization of ceramics bonded bodies becomes more practical, it becomes difficult to handle the constituent materials in the manufacturing process, and it becomes difficult to align the constituent materials with each other, resulting in a significant decrease in the manufacturing efficiency of the ceramics bonded body. There was a problem that caused it.
【０００６】一方、銅板を窒化アルミニウム基板表面に
直接接合してセラミックス接合体を形成する場合には、
発生した酸素などの気相成分が接合面に巻き込まれ、膨
れや未接合部が生じ易く、その結果、熱伝導性や強度が
低下したセラミックス接合体が発生し易い問題点もあっ
た。On the other hand, when a copper plate is directly bonded to the surface of an aluminum nitride substrate to form a ceramic bonded body,
There is also a problem that gas phase components such as generated oxygen are easily caught in the joint surface to cause swelling and unjoined portions, and as a result, a ceramic joined body having reduced thermal conductivity and strength is likely to occur.
【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、最終的な使用単位であるセラミックス
接合体を個別に製造する必要がなく、多数のセラミック
ス接合体を同時に効率良く製造することが可能なセラミ
ックス接合基板を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is not necessary to individually manufacture a ceramic bonded body which is a final unit of use, but a large number of ceramic bonded bodies can be manufactured efficiently at the same time. An object of the present invention is to provide a ceramics-bonded substrate that can be manufactured.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
るために本発明は、セラミックス基板に異種材料層を一
体に接合したセラミックス接合基板において、上記セラ
ミックス基板および異種材料層の表面部にそれぞれ切欠
き溝を形成したことを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a ceramics-bonded substrate in which a heterogeneous material layer is integrally bonded to a ceramics substrate. It is characterized in that a notch groove is formed.
【０００９】本発明におけるセラミックス基板として
は、例えばアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の酸化物系セラミ
ックス基板、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素等
の非酸化物系セラミックス基板などが例示される。Examples of the ceramic substrate in the present invention include oxide ceramic substrates such as alumina (Al 2 O 3 ) and non-oxide ceramic substrates such as aluminum nitride, silicon nitride and silicon carbide.
【００１０】また異種材料層を形成する材料としては、
例えばＣｕ材、軟鋼材、高融点金属材などの金属材、そ
の化合物、あるいはセラミックス粉末と金属粉末との混
合物の焼結体等が挙げられるが、これらに限定されるも
のではない。As a material for forming the different material layer,
Examples thereof include Cu materials, mild steel materials, metal materials such as refractory metal materials, compounds thereof, and sintered bodies of a mixture of ceramic powder and metal powder, but are not limited thereto.
【００１１】切欠き溝は、セラミックス接合基板に曲げ
応力等を作用させた場合に、応力集中作用によってセラ
ミック接合基板が容易に破断し、複数のセラミックス接
合体に分離できるようにするために設けられる。The notch groove is provided so that when a bending stress or the like is applied to the ceramic bonded substrate, the ceramic bonded substrate is easily broken by the stress concentration action and can be separated into a plurality of ceramic bonded bodies. ..
【００１２】切欠き溝の断面形状は、応力集中を容易に
受け易いＶ形状が好ましく、開口縁の幅は０．０５〜
０．５mm、深さ０．１〜５mm程度が望ましい。切欠き溝
の配設ピッチは、最終的に使用されるセラミックス接合
体の寸法によって適宜決定される。The cross-sectional shape of the notch groove is preferably V-shaped so as to easily receive stress concentration, and the width of the opening edge is 0.05 to.
0.5 mm and a depth of 0.1 to 5 mm are desirable. The disposition pitch of the notch grooves is appropriately determined according to the dimensions of the finally-used ceramic bonded body.
【００１３】セラミックス基板に形成する切欠き溝は、
成形体の段階でプレス成形やグリーンシートにパンチン
グする方法等により形成する。一方、異種材料層に形成
する切欠き溝は、板状素材段階でプレス成形やエッチン
グ処理等によって形成してもよいが、セラミックス基板
と異種材料層とを一体に接合した後に、レーザ加工機等
によって形成してもよい。The notch groove formed in the ceramic substrate is
It is formed by a method such as press molding or punching into a green sheet at the stage of the molded body. On the other hand, the notch groove formed in the dissimilar material layer may be formed by press molding or etching treatment at the plate-shaped material stage, but after the ceramic substrate and the dissimilar material layer are integrally bonded, a laser processing machine or the like is used. It may be formed by.
【００１４】上記のセラミックス接合基板の製造方法の
一例としては、下記の手順が採用される。すなわち予め
切欠き溝を形成したセラミックス基板と、同じく切欠き
溝を形成した異種材料層とを、ろう材を使用して一体に
接合して形成される。The following procedure is adopted as an example of the method for manufacturing the above-mentioned ceramics bonded substrate. That is, it is formed by integrally joining a ceramics substrate in which a notch groove is formed in advance and a dissimilar material layer in which a notch groove is also formed, using a brazing material.
【００１５】上記の他に、セラミックス基板と、異種材
料層としての金属材とを一体に接合する方法としては、
例えば、接着剤法、高融点金属法、溶射法、酸化物法な
どがある。接着剤法は、主に有機接着剤を使用しセラミ
ックス基板と金属材等との面接合を行なう方法である。
高融点金属法は、Ｍｏ，Ｍｏ−Ｍｎ等の高融点金属の微
粉末をセラミックス基板上で焼結してコーティングし、
さらにＮｉめっきを施した後にろう材によって金属等と
接合する方法である。また溶射法は、金属表面に下盛り
層として、金属サーメット等を溶射した後に、セラミッ
ク微粉末を溶射コーティングする方法である。酸化物法
は、セラミックス基板と金属間に酸化銅等の金属酸化物
をインサート材として介装し、高温度に加熱して接合す
る方法である。In addition to the above, as a method of integrally joining the ceramics substrate and the metal material as the dissimilar material layer,
For example, there are an adhesive method, a refractory metal method, a thermal spraying method, an oxide method and the like. The adhesive method is a method in which an organic adhesive is mainly used to perform surface bonding between a ceramic substrate and a metal material or the like.
In the high melting point metal method, fine powder of high melting point metal such as Mo or Mo-Mn is sintered and coated on a ceramic substrate,
Further, it is a method in which after Ni plating is applied, it is joined to a metal or the like by a brazing material. The thermal spraying method is a method in which a metal cermet or the like is thermally sprayed as a lower layer on a metal surface, and then ceramic fine powder is thermally sprayed and coated. The oxide method is a method of interposing a metal oxide such as copper oxide as an insert material between a ceramic substrate and a metal, and heating at a high temperature to bond them.
【００１６】ここでセラミックス基板として窒化アルミ
ニウム焼結体を使用する場合には、接合に使用するろう
材としては、金属、金属の化合物または金属とセラミッ
クスとの混合物に対して良好な接合特性を有するＴｉ−
Ａｇ−Ｃｕ系のろう材が好適である。この理由は、Ａｇ
−Ｃｕ系ろう材などを単体で使用しても、窒化アルミニ
ウムに対する濡れ性が低い反面、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒなど
の活性金属を添加したＡｇ−Ｃｕろう材では濡れ性が大
幅に向上し、ろう材と窒化アルミニウムとの接合強度が
高まるからである。またＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材に
Ｗ，Ｍｏなどを添加したろう材も好適である。Ａｇ−Ｃ
ｕ系はセラミックスとＴｉとの接合層の形成を促進する
成分として有用であり、強固なセラミックス接合体を製
造することに寄与するのみならず、導体層としての回路
も形成することができる。When an aluminum nitride sintered body is used as the ceramic substrate, the brazing material used for joining has good joining characteristics with respect to a metal, a compound of metal or a mixture of metal and ceramics. Ti-
Ag-Cu based brazing filler metal is suitable. The reason for this is Ag
Even if a Cu-based brazing material is used alone, the wettability with respect to aluminum nitride is low, but with an Ag-Cu brazing material containing an active metal such as Ti, Hf, Zr, the wettability is significantly improved. This is because the bonding strength between the material and aluminum nitride is increased. A brazing material obtained by adding W, Mo, etc. to an Ag-Cu-Ti based brazing material is also suitable. Ag-C
The u system is useful as a component that promotes the formation of a bonding layer of ceramics and Ti, and not only contributes to the production of a strong ceramic bonded body but also forms a circuit as a conductor layer.
【００１７】またセラミックス基板に異種材料層として
の銅板を接合するには、結合剤としての酸素を含む銅板
とセラミックス基板とを積層して加熱し、接合面に生じ
た銅と酸素との共晶生成物によって両部材を一体に接合
する直接接合法が有利である。To bond a copper plate serving as a different material layer to a ceramic substrate, a copper plate containing oxygen as a binder and a ceramic substrate are laminated and heated to form a eutectic of copper and oxygen on the bonding surface. A direct joining method in which both members are joined together by the product is advantageous.
【００１８】上記のように製造されたセラミックス接合
基板は、切欠き溝の底部方向に折り曲げることにより、
厚さ方向に容易に破断し、複数のセラミックス接合体に
分離される。したがって従来のように微小寸法に形成し
たセラミックス基板および異種材料層を個別に組み合
せ、セラミックス接合体を１個ずつ順次製造していた場
合と異なり、本発明に係るセラミックス接合基板によれ
ば、実質的に多数の微小セラミックス基板および微小異
種材料層を同時に接合することが可能であり、さらに形
成された大型のセラミックス接合基板を単に切欠き溝に
沿って破断するだけで、多数の小型のセラミックス接合
体を効率的に製造することができる。The ceramic-bonded substrate manufactured as described above is bent in the direction of the bottom of the cutout groove,
It is easily broken in the thickness direction and separated into a plurality of ceramic bonded bodies. Therefore, unlike the conventional case where ceramic substrates and heterogeneous material layers formed in minute dimensions are individually combined to sequentially produce ceramic bonded bodies one by one, the ceramic bonded substrate according to the present invention is substantially It is possible to simultaneously bond a large number of minute ceramics substrates and minute heterogeneous material layers to each other, and a large number of small ceramics bonded bodies can be formed by simply breaking the formed large-sized ceramics bonding substrate along the notch grooves. Can be manufactured efficiently.
【００１９】[0019]
【実施例】次に本発明の実施例について添付図面を参照
しながら以下に説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００２０】実施例１ １辺の長さが１インチの正方形状の窒化アルミニウムグ
リーンシートに予めプレス成形により切欠き溝を形成し
たものを、温度１７００〜１８００℃で焼成し窒化アル
ミニウム基板を形成した。一方、異種材料層としての銅
板にも同様に切欠き溝を形成した。またＡｇ粉末、Ｃｕ
粉末およびＴｉ粉末をそれぞれ重量比で３０：６５：５
の割合で配合した混合物にエチルセルロースおよび酢酸
ブチルを添加し、さらにテレピネオールを加え、擂回機
で混合後、３段ロールで混練してろう材ペーストを調製
した。 Example 1 A square aluminum nitride green sheet having a side length of 1 inch and a notched groove previously formed by press molding was fired at a temperature of 1700 to 1800 ° C. to form an aluminum nitride substrate. .. On the other hand, a notch groove was similarly formed in the copper plate serving as the different material layer. Also, Ag powder, Cu
Powder and Ti powder in a weight ratio of 30: 65: 5, respectively
Ethyl cellulose and butyl acetate were added to the mixture blended in the ratio of, and terpineol was further added, mixed by a mixer and kneaded with a three-stage roll to prepare a brazing paste.
【００２１】次にろう材ペーストを上記窒化アルミニウ
ム基板の接合面に印刷により塗布した後に、この窒化ア
ルミニウムおよび銅板の双方に形成した切欠き溝の開口
縁が接合面と反対側の自由面に位置するように両部材を
重ね、８００〜９５０℃に加熱して一体に接合し、図１
に示すようなセラミックス接合基板１を得た。Next, after the brazing material paste is applied by printing to the joint surface of the aluminum nitride substrate, the opening edges of the notch grooves formed in both the aluminum nitride and copper plates are located on the free surface opposite to the joint surface. As shown in FIG. 1, the two members are stacked and heated to 800 to 950 ° C. to integrally join them.
A ceramics-bonded substrate 1 as shown in was obtained.
【００２２】このセラミックス接合基板１は、セラミッ
クス基板としての窒化アルミニウム基板２と、異種材料
層としての銅板３とがろう材４を介して一体に接合され
ている。窒化アルミニウム基板２の切欠き溝５および銅
板３の切欠き溝６の形成位置は一致しており、また両切
欠き溝５，６の開口縁５ａ，６ａが両部材の接合面Ｃの
反対側の自由面に位置するように形成されている。In this ceramics bonded substrate 1, an aluminum nitride substrate 2 as a ceramics substrate and a copper plate 3 as a different material layer are integrally bonded via a brazing material 4. The notch groove 5 of the aluminum nitride substrate 2 and the notch groove 6 of the copper plate 3 are formed at the same position, and the opening edges 5a and 6a of both notch grooves 5 and 6 are opposite to the joint surface C of both members. Is formed so as to be located on the free surface of.
【００２３】こうして得られたセラミックス接合基板１
を、図２に矢印で示す方向に折り曲げる（スクライブす
る）ことによって、切欠き溝５の底部に曲げ応力が集中
して該部が破断し、１辺の長さが５mmの正方形状の多数
の微小なセラミックス接合体７に分離される。したがっ
て微小な窒化アルミニウム基板と微小な銅板との接合体
が容易に多数個同時に製造することが可能となり、セラ
ミックス接合体７の製造効率および製造コストを大幅に
改善できることが確認された。The ceramic-bonded substrate 1 thus obtained
By bending (scribing) in the direction shown by the arrow in FIG. 2, bending stress concentrates on the bottom of the notch groove 5 and the portion breaks, and a large number of squares with a side length of 5 mm are formed. It is separated into minute ceramics bonded bodies 7. Therefore, it has been confirmed that a large number of bonded bodies of a minute aluminum nitride substrate and a minute copper plate can be easily manufactured at the same time, and the manufacturing efficiency and manufacturing cost of the ceramic bonded body 7 can be significantly improved.
【００２４】比較例１ 比較例１として、１辺が１インチの正方形状窒化アルミ
ニウム基板に銅板をセッティング後、温度１０７０〜１
１００℃にて加熱して、銅−酸素の共晶化合物によって
両者を一体に接合した。なお窒化アルミニウム基板およ
び銅板の双方とも切欠き溝は形成していない。そして得
られたセラミックス接合基板をダイシングソーで切断分
離することにより１辺の長さが５mmの正方形状の微小セ
ラミックス接合体を製造した。 Comparative Example 1 As Comparative Example 1, after setting a copper plate on a square aluminum nitride substrate having a side of 1 inch, the temperature was changed to 1070 to 1
Both were integrally bonded by heating at 100 ° C. and a copper-oxygen eutectic compound. Notch grooves were not formed on both the aluminum nitride substrate and the copper plate. Then, the obtained ceramic-bonded substrate was cut and separated with a dicing saw to manufacture a square micro-ceramic bonded body having a side length of 5 mm.
【００２５】しかしながら、ダイシングソーで切断分離
する工程において多大な加工時間を要し、また異種材料
の同時切断のため、ブレードの消耗が激しく、製造効率
は実施例１の場合の１／５以下に低下し、実用化は困難
であることが判明した。However, in the step of cutting and separating with a dicing saw, a great amount of processing time is required, and because of simultaneous cutting of different materials, consumption of the blade is severe, and the manufacturing efficiency is 1/5 or less of that of the first embodiment. It turned out to be difficult to put into practical use.
【００２６】次に図３〜４を参照して本発明に係るセラ
ミックス接合基板の第２実施例を説明する。Next, a second embodiment of the ceramics bonded substrate according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【００２７】実施例２ 実施例１において用意した１インチ角の窒化アルミニウ
ム基板２と銅板３とを図３に示すように積層した状態で
温度１０７０〜１１００℃に加熱することによって接合
面Ｃに生じた銅−酸素の共晶生成物により、基板２およ
び銅板３の両部材を一体に接合し、図３に示すような、
実施例２のセラミックス接合基板１ａを製造した。 Example 2 A 1-inch square aluminum nitride substrate 2 and a copper plate 3 prepared in Example 1 were laminated on each other as shown in FIG. With the copper-oxygen eutectic product, both members of the substrate 2 and the copper plate 3 are integrally joined, and as shown in FIG.
The ceramic bonded substrate 1a of Example 2 was manufactured.
【００２８】このセラミックス接合基板１ａにおいて
は、セラミックス基板２および銅板３の切欠き溝５，６
の形成位置を一致させるとともに、銅板３の切欠き溝６
の開口縁６ａが接合面Ｃに接するように形成されてい
る。In this ceramics bonded substrate 1a, the cutout grooves 5, 6 of the ceramics substrate 2 and the copper plate 3 are formed.
Of the copper plate 3 and the notch groove 6 of the copper plate 3
The opening edge 6a is formed so as to contact the joint surface C.
【００２９】こうして得られたセラミックス接合基板１
ａを、図４に矢印で示す方向に折り曲げることによって
切欠き溝５，６の底部に応力集中が起こって破断を生
じ、１辺の長さが２mmの正方形状の微小なセラミックス
接合体７ａが得られる。したがって実施例１と同様に、
微小なセラミックス接合体７ａを、多数個同時に製造す
ることができる。The ceramic-bonded substrate 1 thus obtained
By bending a in the direction indicated by the arrow in FIG. 4, stress concentration occurs at the bottoms of the cutout grooves 5 and 6, causing fracture, and a square minute ceramic bonded body 7a having a side length of 2 mm is formed. can get. Therefore, as in Example 1,
A large number of minute ceramics bonded bodies 7a can be manufactured simultaneously.
【００３０】すなわち、従来のように切欠き溝を形成せ
ず、互いに平坦な接合面を有する基板と銅板とを直接接
合する方法の場合、接合面に酸素やろう材蒸気などの気
相成分が滞留し易く、膨れや未接合部を生じ易い欠点が
あった。しかし本実施例では上記気相成分は、接合面Ｃ
に開口する切欠き溝６内に収容されるため、膨れや気相
の巻込み等の欠陥を生じることが少なく、両部材間の接
合強度を大幅に高めることができる。That is, in the case of a method of directly joining a substrate and a copper plate having flat joint surfaces to each other without forming a notch groove as in the conventional case, a vapor phase component such as oxygen or brazing material vapor is present on the joint surface. It has a drawback that it easily stays and tends to cause swelling and unbonded portions. However, in this embodiment, the vapor phase component is the bonding surface C
Since it is housed in the notched groove 6 that opens to the bottom, defects such as swelling and gas phase entrainment are less likely to occur, and the joint strength between both members can be greatly increased.
【００３１】また実施例２のように窒化アルミニウムセ
ラミックス基板２と銅板３とを共晶化合物により直接接
合したセラミックス接合基板１ａにおいては、従来のよ
うな接着剤を使用する必要がない。したがって接着剤に
起因する熱伝導性の低下が起こらず、放熱特性が優れた
セラミックス接合体７ａを得ることができた。Further, in the ceramics bonding substrate 1a in which the aluminum nitride ceramics substrate 2 and the copper plate 3 are directly bonded by the eutectic compound as in the second embodiment, it is not necessary to use the conventional adhesive. Therefore, the decrease in thermal conductivity due to the adhesive did not occur, and the ceramic bonded body 7a having excellent heat dissipation characteristics could be obtained.
【００３２】比較例２ 銅板として切欠き溝６を形成しないものを使用した以外
は、実施例２と同一条件でセラミックス接合基板を製造
した。しかしながら、得られたセラミックス接合基板に
は、接合面に接して切欠き溝が形成されていないため、
気相成分の巻込みや滞留が部分的に生じ、膨れが一部に
観察された。 Comparative Example 2 A ceramic bonded substrate was manufactured under the same conditions as in Example 2 except that a copper plate having no notch groove 6 was used. However, in the obtained ceramics-bonded substrate, since the notch groove is not formed in contact with the bonding surface,
Partial entrapment and retention of gas phase components and partial swelling were observed.
【００３３】次に図５〜８を参照して本発明に係るセラ
ミックス接合基板の第３実施例を説明する。Next, a third embodiment of the ceramics bonded substrate according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【００３４】実施例３ 窒化アルミニウムグリーンシートにプレス成形機を使用
して予め切欠き溝を形成したものを温度１７００〜１８
００℃で焼成して、図５に示すように、表裏両面に千鳥
状に所定間隔で切欠き溝５を形成した窒化アルミニウム
基板２を用意した。一方、酸化銅粉とアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3 ）粉末を均一に混合した混合体を還元焼結して、さ
らに切欠き溝６を表裏両面に千鳥状に形成したアルミナ
分散銅板８を、図６に示すように調製した。 Example 3 An aluminum nitride green sheet having a notch groove previously formed therein by using a press molding machine is heated to a temperature of 1700-18.
By firing at 00 ° C., as shown in FIG. 5, an aluminum nitride substrate 2 was prepared in which notched grooves 5 were formed in a zigzag pattern at predetermined intervals on both front and back surfaces. On the other hand, copper oxide powder and alumina (Al 2
O 3) a powder by reduction sintering uniformly mixed mixture and the alumina dispersion copper plate 8 formed in a zigzag pattern further grooves 6 notches on both sides, was prepared as shown in FIG.
【００３５】次に実施例１において調製したろう材ペー
スト４を、図５に示すように、窒化アルミニウム基板２
の接合面側の表面部および切欠き溝５に塗布する一方、
図６に示すように、アルミナ分散銅板８に形成した接合
面側の切欠き溝６にも塗布した。Next, as shown in FIG. 5, the brazing filler metal paste 4 prepared in Example 1 was used as the aluminum nitride substrate 2
While applying to the surface portion on the joint surface side of and the notch groove 5,
As shown in FIG. 6, it was also applied to the notch groove 6 formed on the alumina-dispersed copper plate 8 on the joint surface side.
【００３６】次に図７に示すように、ステンレス鋼（Ｓ
ＵＳ３０４）製の冷却管９を、アルミナ分散銅板８に形
成した一部の切欠き溝６内に載置し、さらにその切欠き
溝６の開口縁６ａに切欠き溝５の開口縁５ａが対向する
ように、窒化アルミニウム基板２を位置決めし積層し
た。ここで冷却管９は対向した切欠き溝５，６によって
形成される空間のうちの半分の空間に配設した。Next, as shown in FIG. 7, stainless steel (S
A cooling pipe 9 made of US304) is placed in a part of the cutout groove 6 formed in the alumina-dispersed copper plate 8, and the opening edge 6a of the cutout groove 6 faces the opening edge 5a of the cutout groove 5. Thus, the aluminum nitride substrates 2 were positioned and laminated. Here, the cooling pipe 9 is arranged in half of the space formed by the notched grooves 5 and 6 facing each other.
【００３７】そして積層した状態で温度８５０℃で真空
中で１０分間加熱することにより、冷却管９、窒化アル
ミニウム基板２およびアルミナ分散銅板８がろう材４に
よって一体に接合されたセラミックス接合基板１ｂを製
造した。By heating the stacked layers in a vacuum at a temperature of 850 ° C. for 10 minutes, the ceramic bonding substrate 1b in which the cooling pipe 9, the aluminum nitride substrate 2 and the alumina-dispersed copper plate 8 are integrally bonded by the brazing material 4 is formed. Manufactured.
【００３８】本実施例に係るセラミックス接合基板１ｂ
についても、図８に示すように、冷却管９が配設されて
いない切欠き溝５，６部分を折り曲げることにより、そ
れぞれ微小なセラミックス接合体７ｂに分離することが
可能であり、実施例１〜２と同様に、製造効率を大幅に
改善できる。Ceramics bonded substrate 1b according to this embodiment
Also, as shown in FIG. 8, by bending the notched grooves 5 and 6 where the cooling pipe 9 is not arranged, it is possible to separate the ceramic bonded bodies 7b into fine ceramic bonded bodies 7b, respectively. As in the case of ~ 2, the manufacturing efficiency can be greatly improved.
【００３９】また上記効果に加えて、本実施例では接合
面において対向した切欠き溝５，６によって形成される
空間に冷却管９を配置しているため、より放熱特性に優
れたセラミックス接合体を得ることができる。In addition to the above effects, in this embodiment, since the cooling pipe 9 is arranged in the space formed by the notched grooves 5 and 6 facing each other on the joint surface, the ceramic joint body having more excellent heat dissipation characteristics. Can be obtained.
【００４０】すなわち、近年の半導体素子の高周波化お
よび高出力化に伴って半導体素子の発熱量も増大してい
る。したがって半導体素子を搭載するセラミックス接合
体には、熱を逃がし易くする特性が必要になる。この対
応の一環として、ＢｅＯやＳｉＣなどの高熱伝導性セラ
ミックス基板をヒートシンクとする構造も実用化されて
いる。この構造によりＡｌ2 Ｏ3 セラミックス基板を使
用していた場合と比較して熱の除去効率はやや改善さ
れ、特別な冷却システムを採用せずとも高出力の半導体
素子を搭載できるようになった。That is, the amount of heat generated by the semiconductor element is increasing with the recent increase in the frequency and output of the semiconductor element. Therefore, the ceramic bonded body on which the semiconductor element is mounted needs to have a property of facilitating heat dissipation. As part of this measure, a structure in which a highly heat-conductive ceramic substrate such as BeO or SiC is used as a heat sink has been put into practical use. With this structure, the heat removal efficiency is slightly improved as compared with the case where the Al 2 O 3 ceramic substrate is used, and it becomes possible to mount a high-power semiconductor element without using a special cooling system.
【００４１】しかしながら、高速化の要請がより高ま
り、半導体素子の出力がさらに増大すると、上記のよう
な高熱伝導性セラミックス基板だけでは対応できなくな
り、風冷や水冷などの冷却システムを採用して素子の熱
抵抗をより低減することが必要になる。水冷方式では、
例えば IEPS.CONFERENCE,P118-124,1989.9に開示されて
いるように、ヒートシンクとなるセラミックス基板表面
に水冷用の端子を、ある接触圧力を保持させつつ接触さ
せて熱交換する例がある。However, when the demand for higher speed is further increased and the output of the semiconductor element is further increased, it is not possible to deal with the above-mentioned high thermal conductive ceramics substrate alone, and a cooling system such as air cooling or water cooling is adopted. It is necessary to further reduce the thermal resistance. With the water cooling method,
For example, as disclosed in IEPS. CONFERENCE, P118-124, 1989.9, there is an example in which a water-cooling terminal is brought into contact with a surface of a ceramic substrate serving as a heat sink while maintaining a certain contact pressure to perform heat exchange.
【００４２】本実施例においては、セラミックス基板２
およびアルミナ分散銅板８にそれぞれ形成した切欠き溝
５，６を対向させて形成される空間内に冷却管９を配設
しているため、より信頼性が高い放熱特性を発揮させる
ことができる。In this embodiment, the ceramic substrate 2
Since the cooling pipe 9 is arranged in the space formed by facing the notched grooves 5 and 6 formed in the alumina-dispersed copper plate 8, respectively, more reliable heat dissipation characteristics can be exhibited.
【００４３】ちなみに、図８に示すように製造したセラ
ミックス接合体７ｂに出力１５Ｗのの半導体素子を搭載
し、冷却管９内に冷却水を流通させた状態で熱抵抗値を
測定した結果、２℃／Ｗと低い値が得られた。By the way, as shown in FIG. 8, a ceramic joined body 7b manufactured as shown in FIG. 8 was mounted with a semiconductor element having an output of 15 W, and the thermal resistance was measured in a state in which cooling water was circulated in the cooling pipe 9. As a result, 2 A low value of ° C / W was obtained.
【００４４】比較例３ 一方、比較のため、冷却管を配設しない点を除き、実施
例３と全く同一条件で同一寸法のセラミックス接合体を
製造し、同一出力の半導体素子を搭載して熱抵抗値を測
定したところ、５℃／Ｗと相対的に極めて高い値が得ら
れた。 Comparative Example 3 On the other hand, for comparison, a ceramic bonded body having the same dimensions and the same dimensions as in Example 3 was manufactured except that a cooling pipe was not provided, and a semiconductor element with the same output was mounted on the ceramic bonded body. When the resistance value was measured, a relatively high value of 5 ° C./W was obtained.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明の通り本発明に係るセラミック
ス接合基板は、切欠き溝の底部方向に折り曲げることに
より、厚さ方向に容易に破断し、複数のセラミックス接
合体に分離される。したがって従来のように微小寸法に
形成したセラミックス基板および異種材料層を個別に組
み合せ、セラミックス接合体を１個ずつ順次製造してい
た場合と異なり、本発明に係るセラミックス接合基板に
よれば、実質的に多数の微小セラミックス基板および微
小異種材料層を同時に接合することが可能であり、さら
に形成された大型のセラミックス接合基板を単に切欠き
溝に沿って破断するだけで、多数の小型のセラミックス
接合体を効率的に製造することができる。As described above, the ceramic bonded substrate according to the present invention is easily broken in the thickness direction by being bent in the direction of the bottom of the notch and separated into a plurality of ceramic bonded bodies. Therefore, unlike the conventional case where ceramic substrates and heterogeneous material layers formed in minute dimensions are individually combined to sequentially produce ceramic bonded bodies one by one, the ceramic bonded substrate according to the present invention is substantially It is possible to simultaneously bond a large number of minute ceramics substrates and minute heterogeneous material layers to each other, and a large number of small ceramics bonded bodies can be formed by simply breaking the formed large-sized ceramics bonding substrate along the notch grooves. Can be manufactured efficiently.
【図１】本発明に係るセラミックス接合基板の第１実施
例を示す部分断面図。FIG. 1 is a partial sectional view showing a first embodiment of a ceramics bonded substrate according to the present invention.
【図２】図１に示すセラミックス接合基板の切欠き溝に
沿って破断して得られるセラミックス接合体を示す断面
図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a ceramics bonded body obtained by breaking along the notched grooves of the ceramics bonded substrate shown in FIG.
【図３】本発明に係るセラミックス接合基板の第２実施
例を示す部分断面図。FIG. 3 is a partial sectional view showing a second embodiment of the ceramics bonded substrate according to the present invention.
【図４】図３に示すセラミックス接合基板の切欠き溝に
沿って破断して得られるセラミックス接合体を示す断面
図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a ceramic bonded body obtained by breaking along the notched groove of the ceramic bonded substrate shown in FIG.
【図５】本発明に係るセラミックス接合基板の第３実施
例を構成する窒化アルミニウム基板を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing an aluminum nitride substrate which constitutes a third embodiment of the ceramics bonded substrate according to the present invention.
【図６】本発明に係るセラミックス接合基板の第３実施
例を構成するアルミナ分散銅板を示す部分断面図。FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing an alumina-dispersed copper plate that constitutes a third embodiment of a ceramics bonded substrate according to the present invention.
【図７】本発明に係るセラミックス接合基板の第３実施
例を示す部分断面図。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a third embodiment of the ceramics bonded substrate according to the present invention.
【図８】図７に示すセラミックス接合基板の切欠き溝に
沿って破断して得られるセラミックス接合体を示す断面
図。8 is a cross-sectional view showing a ceramic bonded body obtained by breaking along the notched groove of the ceramic bonded substrate shown in FIG.
１，１ａ，１ｂ セラミックス接合基板 ２ 窒化アルミニウム基板（セラミックス基板） ３ 銅板（異種材料層） ４ ろう材（ペースト） ５，６ 切欠き溝 ５ａ，６ａ 開口縁 ７，７ａ，７ｂ セラミックス接合体 ８ アルミナ分散銅板 ９ 冷却管 Ｃ 接合面 1, 1a, 1b Ceramics bonded substrate 2 Aluminum nitride substrate (ceramics substrate) 3 Copper plate (dissimilar material layer) 4 Brazing material (paste) 5, 6 Notched groove 5a, 6a Opening edge 7, 7a, 7b Ceramic bonded body 8 Alumina Dispersed copper plate 9 Cooling pipe C Joint surface
───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Shigetaka Tamura 4-4, 2 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Keihin Office
Claims (5)
接合したセラミックス接合基板において、上記セラミッ
クス基板および異種材料層の表面部にそれぞれ切欠き溝
を形成したことを特徴とするセラミックス接合基板。1. A ceramics bonded substrate having a ceramics substrate and a heterogeneous material layer integrally bonded to each other, wherein notches are formed in the surface portions of the ceramics substrate and the heterogeneous material layer, respectively.
材料層の切欠き溝の形成位置を一致させるとともに、双
方の切欠き溝の開口縁が、セラミックス基板と異種材料
層との接合面の反対側に位置するように形成したことを
特徴とする請求項１記載のセラミックス接合基板。2. A notch groove of a ceramics substrate and a notch groove of a different material layer are formed at the same position, and the opening edges of both notch grooves are on the opposite side of the joint surface between the ceramic substrate and the different material layer. The ceramics-bonded substrate according to claim 1, wherein the ceramics-bonded substrate is formed so as to be located at the position.
材料層の切欠き溝の形成位置を一致させるとともに、一
方の切欠き溝の開口縁がセラミックス基板と異種材料層
との接合面に接するように形成したことを特徴とする請
求項１記載のセラミックス接合基板。3. A notch groove of a ceramic substrate and a notch groove of a different material layer are formed at the same position, and an opening edge of one notch groove is in contact with a joint surface between the ceramic substrate and the different material layer. The ceramic-bonded substrate according to claim 1, which is formed.
材料層の切欠き溝の形成位置を一致させるとともに、双
方の切欠き溝の開口縁が、セラミックス基板と異種材料
層との接合面に接するように形成し、対向した切欠き溝
によって形成される空間に冷却管を配設したことを特徴
とする請求項１記載のセラミックス接合基板。4. The notch groove of the ceramic substrate and the notch groove of the different material layer are formed at the same position, and the opening edges of both notch grooves are in contact with the joint surface between the ceramic substrate and the different material layer. The ceramic-bonded substrate according to claim 1, wherein the cooling pipe is arranged in a space formed by the notched groove facing each other.
たはアルミナから成ることを特徴とする請求項１記載の
セラミックス接合基板。5. The ceramic bonded substrate according to claim 1, wherein the ceramic substrate is made of aluminum nitride or alumina.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23331691A JPH0570256A (en) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | Ceramic joined substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23331691A JPH0570256A (en) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | Ceramic joined substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570256A true JPH0570256A (en) | 1993-03-23 |
Family
ID=16953223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23331691A Pending JPH0570256A (en) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | Ceramic joined substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0570256A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832204A (en) * | 1994-07-19 | 1996-02-02 | Dowa Mining Co Ltd | Production of ceramic wiring board |
| JP2014083798A (en) * | 2012-10-25 | 2014-05-12 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | Method of segmenting laminated ceramic substrate |
| JP2019186354A (en) * | 2018-04-09 | 2019-10-24 | 三菱マテリアル株式会社 | Manufacturing method of ceramic-metal junction body, manufacturing method of multi-piece ceramic-metal junction body, ceramic-metal junction body and multi-piece ceramic-metal junction body |
-
1991
- 1991-09-12 JP JP23331691A patent/JPH0570256A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832204A (en) * | 1994-07-19 | 1996-02-02 | Dowa Mining Co Ltd | Production of ceramic wiring board |
| JP2014083798A (en) * | 2012-10-25 | 2014-05-12 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | Method of segmenting laminated ceramic substrate |
| JP2019186354A (en) * | 2018-04-09 | 2019-10-24 | 三菱マテリアル株式会社 | Manufacturing method of ceramic-metal junction body, manufacturing method of multi-piece ceramic-metal junction body, ceramic-metal junction body and multi-piece ceramic-metal junction body |
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