JPS63254031A

JPS63254031A - 回路基板の製造方法

Info

Publication number: JPS63254031A
Application number: JP62088538A
Authority: JP
Inventors: 孝志荘司
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1988-10-20
Also published as: JPH0468138B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は回路基板の製造に係り、より詳細には、セラミ
ック基板に導電性金属板を接合して回路基板を製造する
方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする問題点）従来、いわ
ゆるハイブリット基板と称される混成集積回路基板等々
の回路基板の製造には、一般に、アルミナなどのセラミ
ック基板にメタライズ化処理を施して表面に金属層を形
成する方法が採用されている。例えば、セラミック基板
の両面にＭｏ等の金属ペーストを印刷し、乾燥後、焼成
してメタライズ層を形成し、その上にＮｉメッキ層を形
成し脱水素処理した後、ヒートシンクとして銅板又はＮ
ｉメッキ処理銅板を半田にて接合するという多段工程に
よる方法がある。

一方、半導体モジュール用基板等の製造として、セラミ
ック基板の両面に基板厚さよりも薄い銅板等の金属板を
酸化により接合する方法（特開昭５９−１２１８９０号
）も研究されており、この方法は、片面にのみ金属板を
接合する方法に比べて反りや基板割れなどを防止できる
利点がある。

しかし、上記いずれの方法においても、その後の熱処理
等における熱サイクル過程で、セラミック基板と導電性
金属板との接合部が剥離し、耐熱衝撃性が劣るという問
題がある。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、セラミック基
板と導電性金属板の接合部の耐熱ｉ撃性を向上し得る回
路基板を製造する方法を提供することを目的とするもの
である。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため１本発明者は、従来の方法が半
田又は酸化等の手段を採用していた点に鑑みて、新たな
接合手段を見い出すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の
物理的構造を有する接着材を使用することにより、可能
であることを見い出したものである。

すなわち、本発明に係る回路基板の製造方法は、セラミ
ック基板上に回路を形成する回路基板の製造に際し、該
セラミック基板上に、メカニカルアロイ法によって機械
的に噛合結合した複合粉末からなる接着材を用いて導電
性金属板を貼着した後、該金属板表面をピーニング処理
することを特徴とするものである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

まず、セラミック基板としては、従来と同様の材質のも
のでよく、アルミナ（Ａ（１２０３）、窒化アルミニウ
ム（ＡμＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等々のセラミック材
料を用いる。

このセラミック基板の湖面又は片面に導電性金属板を接
合するに際しては、後述の接着材を使用して加熱接合す
るものである。接合すべき導電性金属板は、銅板乃至銅
箔、ステンレス板、アルミニウム板など、目的に応じて
適宜材質のものを使用することができる。例えば、銅板
をヒートシンクとして接合する場合には、ヒートシンク
として並びに熱膨張の変化１巳追随し得るためにある程
度の厚みを必要とし、セラミック基板の厚さく通常、０
．１〜１　ｍｍ）よりも大きい板厚（例、２　ｍｍ）と
する。

また、銅箔の場合には、熱膨張の変化に追随できるが、
逆に厚くなると銅箔側へ接着材成分が拡散して表面層に
変質を来すので、拡散が生じない範囲で任意の厚みのも
のとするのがよい。

接着材としては、メカニカルアロイ法によって機械的に
噛合結合した複合粉末からなるものを使用する必要があ
り、例えば、成分系としては複合金属粉末系のもの、金
属粉末と非金属粉末を含む複合粉末系のもの等があり、
使用態様としてはペースト状にしたものが望ましい。

接着材の具体例を以下に示す。

（１）　　Ｃｕ及びＮｉのうちの少なくとも１種を１０
〜６０％（重量％、以下同じ。）、Ｔ１、Ｎｂ及びＺｒ
のうちの少なくとも１種を１０〜８０％含み、残部が実
質的にＡｇからなる組成を有する複合粉末を有機溶媒中
に分散させたペースト状のもの。

接合温度は６００〜９００℃が好ましい。

（２）　　Ｃｕ及びＮｉのうちの少なくとも１種を１０
〜６０％、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒのうちの少なくとも１種
を７〜９０％、希土類元素（Ｙを含む）のうちの少なく
とも１種を５　ｐｐｍ−３％を含み、残部が実質的にＡ
ｇからなる組成を有する複合粉末を有機溶媒中に分散さ
せたペースト状のもの。この接着材は特にＳｉＣを基板
材料とする場合に適する。接合温度は６００〜９００℃
が好ましい。

（３）上記（１）又は（２）の接着材において、５μｍ
以下のＡＱ、０３、Ｍｏ及びＳｉｏ２のうちのいずれか
１種を１〜１０％含む接着材。この接着材はアルミナ、
窒化アルミニウム、ＳｉＣ等の各種セラミック材料を基
板とする場合でも適する。接合温度は８３０〜９００℃
が好ましい。

（４）　　Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの少なくとも１種
：１５〜２５％、Ｎｉ：５〜１５％、Ａｇ：３５〜４５
％、Ｃｕ：２５〜３５％及びＳｉ：１〜７％からなる組
成を有する複合粉末を有機溶媒中に分散させてペースト
状にしたもの。この接着材はＳｉＣを基板材料とする場
合に好適である。接合温度は７５０〜９５０℃が好ま′
しい。

（５）　　Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂのうちの少なくとも１種
：１０〜２０％、Ｎｉ：５〜１０％、Ｃｕ：１８〜２８
％、Ｓｉ：２〜１０％、ＳｉＣ：１０〜３０％及び残部
がＡｇからなる組成を有する複合粉末を有機溶媒中に分
散させたペースト状のもの。この接着材は特にＳｉＣを
セラミック基板材料とする場合に好適である。接合温度
は７５０〜９５０℃が好ましい。

上記いずれの接着材も、セラミック基板表面と導電性金
属板表面に印刷し、乾燥、脱脂処理した後、適宜接合条
件で、例えば、１〜１０ｋｇ／ｃｍ２の荷重をかけなが
ら１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以下の減圧下又は不活性雰囲気中で
上記加熱温度にて加熱接合することにより、貼着すれば
よい。

なお、上記接着材は、粉末状、シート状等の態様で使用
することも可能である。

接合後、或いは回路を形成した後、導電性金属板の表面
にピーニング処理を施す。ピーニング処理は通常行われ
る条件でよく、エアーブラスト処理等を挙げることがで
きる。この処理により、金属板に圧縮応力が与えられる
ので、熱サイクル過程で金属板に収縮方向の引張応力が
働いても、圧縮応力と打消し合い、残留応力が緩和乃至
均等分散化されるため、接合部が剥離したり、基板が割
れるようなことがなくなる。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）原料粉末として、第１表に示す成分の粉末を準備し配合
（重量部）した。

なお、同表中、Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ系の接着材の場合には
、スポンジチタン（−２０μｍに分級）粉末　　２０部銀
粉末（平均粒径１．６μｍ）４０部銅粉末（平均粒径１．５μｍ）　　　　　　　　４０部
を準備した。

また、Ｔｉ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−８Ｌ−ＳｉＣ系の接着
材の場合には、スポンジチタン（−２０μｍに分級）粉末　　１６部銀
粉末（平均粒径１．６μｍ）３２部カーボニルニッケル粉末　　　　　　　　８部シリコン
粉末　　　　　　　　　　　　　６部ＳｉＣ微粉末　　
　　　　　　　　　　１４部を準備した。

前処理として、これらを摺潰機を用いて５時間混合粉砕
し複合粉末とした。混合粉砕後、フィッシャー・サブ・
シーブ・サイザーで平均粒径を測定したところ、いずれ
も１．３μｍであった。

次いで、この混合粉砕物に次の割合でビヒクルを配合し
、摺潰機を使用して５時間、予備混練した。予備混練の
目的は、粉末表面を活性にし、ビヒクルと接触させるこ
とにより、分散性をよくするためである。

上記混合粉砕物　　　　　　　８０重量部エチルセルロ
ース　　　　　　１．５Ｎテキサノール　　　　　　　
１６．７　　＃界面活性剤　　　　　　　　　１．８　
〃予備混線が終了した後、３本ロール・ミルを用いて本
混練を行い、ペースト状の接着用材料とした。

次に、約２．５ｍｍ口Ｘ０．６３５ｎｖ＋ｔの寸法の９
６％Ａｎ、○、基板、Ａ１２Ｎ基板及びＳｉＣ基板と、
２５ｍｍ口で同表に示す板厚（１１１ｍ）の銅板及び５
ＵＳ３０４板のそれぞれの片側全面に、２００メツシユ
、バイアス張り、エマルジョン厚さ４５μｍのスクリー
ンを使用して、スクリーン印刷機により上記ペーストを
印刷した。

印刷後、１２０℃で３０分間乾燥し、６００’Ｃで窒素
気流中にて２０分間脱脂処理した。

次いで、第１表に示す組合せで、８５０℃、窒素気流中
で基板を中心にサンドインチ構造となるように基板両面
に金属板を重ね、貼り合せて加熱接合した。

接合後、切り出したサンプルについて、冷熱サイクル試
験を実施した。この試験では、接合したサンプルをその
まま冷熱サイクル試験装置に装着し、−５５℃Ｘ３０分
間、＋１５０’ＣＸ３０分間を１サイクルとして、基板
が破壊するまでのサイクル数にてチェックした。

また、接合後、金属板表面にピーニング処理を施したサ
ンプルについても、上記冷熱サンクル試験を実施した。

なお、ピーニング処理としては、アルミナ（商品名Ａ−
４０モランダム）＃８ｏを使用し、圧力３　ｋｇ／ｃｍ
２でエアーブラスト処理を行った・以上の試験結果を第１表に併記する。

同表より明らかなとおり、ピーニング処理を行わない回
路基板は殆ど５サイクルで回路基板が剥離したのに対し
、ピーニング処理を行った本発明例による回路基板はい
ずれも５０サイクル以上まで剥離せず、顕著な耐熱衝撃
性を示した。また、本発明例ではいずれの材質のセラミ
ック基板や導電性金属板の接合にも適用できることがわ
かる。

なお、剥離モードはいずれも基板の中央で割れるもので
あった。

【以下余白１（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、セラミック基板
上への導電性金属板の接合に際して、特定の物理的構造
を有する複合粉末からなる接着材を使用するので、厳し
い熱履歴を繰返し受けても回路基板の剥離乃至割れを効
果的に防止することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

　セラミック基板上に回路を形成する回路基板の製造に
際し、該セラミック基板上に、メカニカルアロイ法によ
って機械的に噛合結合した複合粉末からなる接着材を用
いて導電性金属板を貼着した後、該金属板表面をピーニ
ング処理することを特徴とする回路基板の製造方法。