JPH0736467B2 - セラミックス回路基板の製造法 - Google Patents

セラミックス回路基板の製造法

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JPH0736467B2
JPH0736467B2 JP3191184A JP19118491A JPH0736467B2 JP H0736467 B2 JPH0736467 B2 JP H0736467B2 JP 3191184 A JP3191184 A JP 3191184A JP 19118491 A JP19118491 A JP 19118491A JP H0736467 B2 JPH0736467 B2 JP H0736467B2
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brazing
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克典 寺野
美幸 中村
康人 伏井
好彦 辻村
博人 堀内
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    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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    • C23F1/14Aqueous compositions
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パワー半導体モジュー
ル等に使用される金属板をセラミックス基板に接合し、
半導体回路を形成してなるセラミックス回路基板の製造
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、金属とセラミックスを接合す
る方法として様々なものがあるが、特に、回路基板の製
造という点からは、Mo−Mn法、活性金属ろう付法、硫化
銅法、DBC 法、銅メタライス法が挙げられる。これらの
中で大電力モジュール基板の製造では、現在、金属とし
て銅を用い、セラミックスとの接合方法として活性金属
ろう付法又はDBC 法を用いることが主流となっており、
さらに高熱伝導性を有する窒化アルミニウムを絶縁基板
として使用することが普及されつつある。
【0003】この銅板と窒化アルミニウム基板を接合す
る方法としては、活性金属ろう付法として、銅板と窒化
アルミニウム基板の間に活性金属を含むろう材を介在さ
せ、加熱処理し接合体を形成する方法(例えば特開昭60
-177634 号公報)や、DBC 法として、銅板と表面を酸化
処理してなる窒化アルミニウム基板とを銅の融点以下の
温度かつCu2O−O の共晶温度以上で加熱接合する方法
(例えば特開昭56-163093 号公報)などが知られてい
る。活性金属ろう付法はDBC 法に比べて次の利点があ
る。 (1)接合温度が低いので、AlN −Cuの熱膨張差によっ
て生じる残留応力が小さい。 (2)接合層が延性金属であるのでヒートショックやヒ
ートサイクルに対して耐久性が大きい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この活
性金属ろう付法では、加熱処理により接合した際に絶縁
間、つまり銅板回路以外の電気絶縁性を要求される部分
にもろう材が流れ出し、銅板部をメッキ処理する際には
この上にメッキされパターン外メッキとなる欠点があ
る。この欠点を解決するため、本出願人は先に、窒化ア
ルミニウム基板に銅板回路部を形成する方法において、
銅板を接合しない部分にはろう材を塗布せず、その他の
部分にはすべてろう材を塗布し、銅板を加熱処理により
接合してなる接合体を、塩化第二銅、塩化第二鉄等でエ
ッチングして銅板回路を形成し、絶縁間に存在する不要
なろう材を、HF単独又はHNO3、H2SO4 及びHCl から選ば
れた少なくとも一種の無機酸とHFとの混酸などの薬液で
処理する方法(国際出願番号PCT/JP90/01502) を提案し
た。しかし、この方法では、絶縁間の不要なろう材の除
去効果が十分でないので、銅板部をメッキ処理する際に
歩留りが低下する。しかも、完全なろう材除去処理を行
うには長時間必要とするため、銅板を接合しているろう
材まで侵食され、接合強度や耐ヒートショック性、耐ヒ
ートサイクル性が低下する恐れがあった。
【0005】本発明の目的は、絶縁間の不要なろう材の
除去不足によるパターン外メッキを改善して歩留りを向
上させ、しかも、ろう材除去処理による接合強度の低下
を少なくし、耐ヒートショック性、耐ヒートサイクル性
に優れたセラミックス回路基板の製造法を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ろ
う材ペーストをセラミックス基板上に塗布し、その上に
金属板を接合してから金属をエッチングした後、まずハ
ロゲン化水素及び/又はハロゲン化アンモニウムを含む
水溶液で、次いで無機酸と過酸化水素を含む水溶液で処
理することにより不要ろう材を除去するか、又は上記の
ように金属をエッチングした後に、ハロゲン化水素及び
/又はハロゲン化アンモニウム、無機酸及び過酸化水素
を含む水溶液で処理することによって不要なろう材を除
去することを特徴とするセラミックス回路基板の製造法
である。
【0007】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0008】通常、活性金属ろう付法によりセラミック
スと金属板を接合する場合、活性金属がセラミックス基
板と反応して界面で反応生成物を形成し、金属板とろう
材の金属成分が加熱時に相互に拡散して強固に接合す
る。この反応生成物を除去するために、本発明ではハロ
ゲン化水素及び/又はハロゲン化アンモニウムを用いる
が、特にハロゲンとしてはフッ素が望ましい。中でも安
全性の点からNH4Fが最適であるので、以下、それを例に
とってさらに説明する。
【0009】NH4Fを含む溶液での処理条件としては、温
度は室温(18℃)〜95℃の範囲で不要なろう材を除去す
ることができるが、望ましくは40〜95℃特に60〜95℃で
ある。この条件においては、活性金属とセラミックス基
板との反応生成物の生成量が増加した場合でも容易に不
要なろう材を除去することができる。NH4F濃度としては
0.1 〜40重量%が好ましく、特に1〜20重量%更には1
〜10重量%が最適である。NH4F濃度が0.1 重量%よりも
少ないと不要なろう材の除去効果が小さく、一方、40重
量%よりも多いと金属回路部のろう材まで浸透してしま
い、必要な接合強度を保持できなくなる。しかも、セラ
ミックス基板と金属回路の接合している面積が減少する
ため、耐ヒートショック性、耐ヒートサイクル性も低下
し、金属回路部が剥離してしまう。
【0010】本発明の最大の特徴は、金属板とろう材の
金属成分から成る合金成分を、ハロゲン化水素及び/又
はハロゲン化アンモニウムを含む水溶液で処理してか
ら、又はその処理と同時に、H2SO4 、HNO3、HCl 等の無
機酸とH2O2を含む溶液を用いて除去することにあり、無
機酸の中でもH2SO4 が最も望ましい。これは、HFの解離
定数がKa=10-4程度であることから、HF、NH4F等を含む
溶液には金属の溶解力が小さいため単独でろう材成分を
完全に除去することができないが、H2SO4 等の無機酸と
H2O2を含む溶液により金属成分を酸化させ溶解除去する
ことによって均一かつ短時間で除去することができる。
【0011】H2SO4 等の無機酸の濃度は5〜40重量%が
好ましく、特に7〜30重量%更には10〜23重量%が最適
である。5重量%よりも少ないと合金成分の溶解力が小
さくなるため十分な除去効果は得られず、一方、40重量
%よりも多いと合金成分の溶解力が多くなり過ぎて金属
回路部まで溶解してしまう。
【0012】H2O2の濃度は1〜30重量%が好ましく、特
に5〜25重量%更には7〜15重量%が最適である。1重
量%よりも少ないと合金成分の溶解力が小さくなるため
十分な除去効果は得られず、30重量%よりも多いとH2O2
の分解が激しく液組成のコントロールが困難となり一定
条件で処理するのが困難となる。
【0013】本発明においては、以上のようなNH4F等の
ハロゲン化水素及び/又はハロゲン化アンモニウムによ
る処理とH2SO4 等の無機酸とH2O2を含む溶液での処理を
別々に行ってもよいが、これらの成分を含む溶液により
2つの処理を同時に行っても同様の効果が得られる。
【0014】本発明における活性金属については、セラ
ミックス基板と反応してろう材の濡れ性が確保されれば
特に限定するものではないが、使用の容易さやセラミッ
クス基板との反応の容易さを考えれば、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム及びこれらを主成分とする合金、あ
るいはろう材の融点までに分解してそれらを生成する化
合物が好ましく、特にチタン、チタン−ジルコニウム合
金、ジルコニウム及びこれらの水素化合物が最適であ
る。
【0015】本発明で使用されるろう材の金属組成は特
に限定するものではないが、活性金属を除いた成分とし
ては、Ni、Cu、Ag−Cu、Ag−Niなどが挙げられる。ろう
材の溶融温度の低さや使用の容易さから考えると、特に
Ag−Cuを主成分とするものが好ましい。
【0016】また、本発明における金属板についても、
その組成を特に限定するものではないが、銅、ニッケ
ル、アルミニウム及びこれらを主成分とする合金などが
一般的でる。パワー半導体モジュール基板への適用を考
えた場合、金属板として銅板を使用することが望まし
い。
【0017】さらに、セラミックス基板としては、窒化
ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニ
ウム、及びこれらの複合系を主成分とするものなどが挙
げられるが、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムが最
も一般的である。特にパワー半導体モジュール基板への
適用を考えた場合、高熱伝導性を有する窒化アルミニウ
ムが最も好ましい。
【0018】本発明での接合は通常の活性金属ろう付法
であり、真空下又は不活性雰囲気下で行なわれる。活性
金属と反応容易な雰囲気は好ましくなく、特に高温では
活性が十分に保てる雰囲気が必要である。
【0019】なお、本発明における「不要なろう材」と
は、回路間、縁面及び側面に存在する活性金属ろう材を
意味し、残存することによって回路間及び基板表裏の絶
縁抵抗を妨げるものである。
【0020】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。
【0021】実施例1〜12、比較例1〜2 重量割合で、銀粉末72部、銅粉末28部、金属ジルコニウ
ム粉末5部及びテレピネオール15部と有機バインダーと
してポリイソブチルメタアクリレートのトルエン溶液を
固形分で1.5 部加えてよく混練し、ろう材ペーストを調
整した。このろう材ペーストを70×40×0.65mmの窒化ア
ルミニウム基板の両面にスクリーン印刷した。
【0022】次に、この基板を150 ℃で5分間乾燥後、
両面に70×40×0.25mmの銅板を接触配置し、炉に投入し
た。この試料をまず高純度窒素ガス気流中400 ℃で熱処
理して有機成分を十分除去後、10℃/min で880 ℃まで
昇温し、1×10-6torr 下、880 ℃で20分間加熱接合
し、更に2℃/min の降温速度で室温まで冷却して接合
体とした。
【0023】この接合体の銅板上に紫外線硬化型のエッ
チングレジストをスクリーン印刷機で回路パターン上に
塗布後、塩化第二銅溶液を用いてエッチング処理を行っ
た。
【0024】次に、上記エッチング処理品を不要なろう
材除去の第1処理として、HF又はNH4Fの1〜10重量%溶
液で70℃、15分間処理し、更に第2処理として、H2S
O4 、HNO3及びHCl のうち、1種を8〜30重量%及びH2O
24〜15重量%の混合溶液で50℃、5分間処理した。
【0025】各試料は、ろう材除去状態をチェック後、
以下に従う接合強度を測定した。また、同様に製作した
試料について、耐ヒートサイクル性(気中)及び耐ヒー
トショック性(液中)のテストを行い、電極の剥離状態
を観察した。それらの結果を表1に示す。
【0026】(1)ろう材除去状態評価 方法:目視による 基準:○:完全に除去 △:部分的に残留 ×:全体的に残留
【0027】(2)ピール強度(接合強度) 測定機器:プッシュブルゲージIMADA 製DPS II 20R 測定条件:引張速度;50mm/min
【0028】(3)耐ヒートサイクル性 測定機器:ロータリー熱衝撃試験機 八島製作所製 TS
ER-2252-A 測定条件:(気中)−40℃×30分→25℃×10分→125℃
×30分→25℃×10分 500サイクル 基準:A:電極剥離なし B:一部電極剥離 C:完全に電極剥離
【0029】(4)耐ヒートショック性 測定機器:冷熱衝撃試験器 八島製作所 TSEL-2200-2 測定条件:(液中)0℃×10分→ 100℃×10分 300サイ
クル 基準:A:電極剥離なし B:一部電極剥離 C:完全に電極剥離
【0030】
【表1】
【0031】実施例13〜24 実施例1と同様にして塩化第二銅によってエッチング処
理をして得られた試料を、表2に示す組成の溶液で50℃
×15分処理を行い、実施例1と同様な評価を行った。そ
れらの結果を表2に示す。
【0032】
【表2】
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、金属板とセラミックス
基板との接合状態を低下させたり、また耐ヒートショッ
ク性や耐ヒートサイクル性をも低下させることなく、不
要なろう材成分を容易に除去し、パターン外メッキをな
くすることができるので歩留りの向上を図ることができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀内 博人 福岡県大牟田市新開町1 電気化学工業株 式会社 大牟田工場内 審査官 沼沢 幸雄 (56)参考文献 特開 平3−18087(JP,A) 特開 昭63−47382(JP,A) 特開 平2−209789(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ろう材ペーストをセラミックス基板上に
    塗布し、その上に金属板を接合してから金属をエッチン
    グした後、まずハロゲン化水素及び/又はハロゲン化ア
    ンモニウムを含む水溶液で、次いで無機酸と過酸化水素
    を含む水溶液で処理することによって不要なろう材を除
    去することを特徴とするセラミックス回路基板の製造
    法。
  2. 【請求項2】 ろう材ペーストをセラミックス基板上に
    塗布し、その上に金属板を接合してから金属をエッチン
    グした後、ハロゲン化水素及び/又はハロゲン化アンモ
    ニウム、無機酸及び過酸化水素を含む水溶液で処理する
    ことによって不要なろう材を除去することを特徴とする
    セラミックス回路基板の製造法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019054294A1 (ja) * 2017-09-12 2020-08-27 株式会社東芝 セラミックス回路基板の製造方法
JP2020161524A (ja) * 2019-03-25 2020-10-01 三菱マテリアル株式会社 絶縁回路基板の製造方法及びその絶縁回路基板

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3269745B2 (ja) * 1995-01-17 2002-04-02 株式会社日立製作所 モジュール型半導体装置
US7069645B2 (en) 2001-03-29 2006-07-04 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing a circuit board
JP4811756B2 (ja) * 2001-09-28 2011-11-09 Dowaメタルテック株式会社 金属−セラミックス接合回路基板の製造方法
JP4394477B2 (ja) * 2003-03-27 2010-01-06 Dowaホールディングス株式会社 金属−セラミックス接合基板の製造方法
JP5299160B2 (ja) * 2003-03-27 2013-09-25 Dowaメタルテック株式会社 金属−セラミックス接合基板の製造方法
KR101393760B1 (ko) * 2007-04-17 2014-05-30 엘지이노텍 주식회사 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법
WO2013183315A1 (ja) 2012-06-04 2013-12-12 株式会社Neomaxマテリアル シールリングおよびシールリングの製造方法
JP6928297B2 (ja) * 2019-12-12 2021-09-01 三菱マテリアル株式会社 銅/セラミックス接合体、及び、絶縁回路基板
EP4074678A4 (en) * 2019-12-12 2023-11-29 Mitsubishi Materials Corporation COPPER/CERAMIC ASSEMBLY AND INSULATED PRINTED CIRCUIT BOARD

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019054294A1 (ja) * 2017-09-12 2020-08-27 株式会社東芝 セラミックス回路基板の製造方法
JP2020161524A (ja) * 2019-03-25 2020-10-01 三菱マテリアル株式会社 絶縁回路基板の製造方法及びその絶縁回路基板

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