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Info
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
に本発明を説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
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。
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。
Claims (2)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3191184A JPH0736467B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | セラミックス回路基板の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3191184A JPH0736467B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | セラミックス回路基板の製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0513920A JPH0513920A (ja) | 1993-01-22 |
JPH0736467B2 true JPH0736467B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=16270301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3191184A Expired - Lifetime JPH0736467B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | セラミックス回路基板の製造法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH0736467B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1991
- 1991-07-05 JP JP3191184A patent/JPH0736467B2/ja not_active Expired - Lifetime
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