WO2020179893A1 - 回路基板の製造方法 - Google Patents
回路基板の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020179893A1 WO2020179893A1 PCT/JP2020/009546 JP2020009546W WO2020179893A1 WO 2020179893 A1 WO2020179893 A1 WO 2020179893A1 JP 2020009546 W JP2020009546 W JP 2020009546W WO 2020179893 A1 WO2020179893 A1 WO 2020179893A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- substrate
- circuit board
- layer
- metal plate
- metal layer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
-
- 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
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
-
- 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
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a circuit board in which a metal plate containing copper as a main component is bonded to an insulating substrate.
- Power semiconductor elements that operate with a large current are mounted on a circuit board and used.
- a metal plate that serves as a wiring pattern is bonded onto an insulating substrate that is insulating and has high mechanical strength. Consists of The metal plate is also used for heat dissipation during operation of the mounted power semiconductor element.
- ceramic materials such as alumina, aluminum nitride, and silicon nitride, which have high insulation and mechanical strength, are used as the material for the insulating substrate.
- a material constituting the metal plate copper or an alloy thereof having high conductivity and thermal conductivity is used.
- the thermal expansion coefficient of the material forming the insulating substrate and the material forming the metal plate are greatly different from each other, during the cooling/heating cycle, the circuit board is deformed or warped due to the difference in thermal expansion. Therefore, the metal plate may be peeled off from the insulating substrate. Therefore, it is required that the bonding strength between the metal plate and the insulating substrate in the circuit board is high.
- a brazing material is used to bond such different substances with high bonding strength.
- a brazing material paste in which a binder (organic material) and metal particles constituting the brazing material are mixed is applied onto the substrate, the brazing material is melted, and then solidified between the metal plate and the insulating substrate. The joining is performed by.
- the type of brazing material metal material constituting the brazing material
- a metal made of copper is not particularly provided with a layer for joining a brazing material or the like for joining between the metal plate and the insulating substrate as described above.
- a direct bonding method direct bonding copper: DBC
- DBC direct bonding copper
- a metal plate made of copper and a ceramic substrate are brought into close contact with each other to a predetermined high temperature, so that the copper constituting the metal plate and oxygen slightly contained in the metal plate are co-crystal liquid phases. And the liquid phase acts like a braze for bonding.
- the thickness of the bonding layer is substantially negligible, and the insulating substrate and the metal plate are substantially directly bonded.
- This joining method is particularly effective when the ceramic substrate is an oxide such as alumina.
- an insulating substrate ceramic substrate
- a nitride-based (aluminum nitride, silicon nitride, etc.) ceramic material having a higher thermal conductivity has been widely used. There is. In such a nitride-based ceramic substrate, the wettability of the eutectic liquid phase on the surface is low, and thus it is difficult to obtain uniform high bonding strength with DBC.
- Patent Document 2 describes a technique for joining a metal plate and a ceramic substrate using an active metal brazing material containing Ti, which is an active metal.
- TiN formed from Ti contributes to the bonding.
- the active metal brazing material contains Ag and Cu, and the bonding layer after melting and solidification is mainly composed of an Ag—Cu alloy.
- DBC there is substantially no bonding layer, whereas in this case, such a bonding layer is formed between the metal plate and the ceramic substrate.
- Ti is preferentially diffused to the side of the ceramic substrate to form TiN, and then the above-mentioned joining layer is formed, so that uniform bonding is achieved. A bond is obtained. Therefore, unlike DBC, when such an active metal brazing material is used, strong bonding can be performed even on a nitride-based ceramic substrate.
- the thermal conductivity of the bonded layer (alloy layer) formed in this way is generally lower than that of a metal plate or the like. Therefore, in order to obtain sufficient heat dissipation characteristics as a circuit board, it is necessary to make the bonding layer sufficiently thin. On the other hand, when the above-mentioned active metal brazing material (brazing material) is used, it is difficult to make the bonding layer sufficiently thin, so that it is difficult to increase the heat dissipation efficiency.
- the mechanical strength of the bonding layer itself may not always be sufficient, and the bonding layer itself may break during the thermal cycle. For this reason, the durability of the circuit board using the active metal brazing material against the cooling and heating cycle was not sufficient.
- the metal plate may be made sufficiently thick.
- DBC Density Polyethylene
- the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an invention that solves the above problems.
- the present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
- the method for manufacturing a circuit board of the present invention is a method for manufacturing a circuit board having a structure in which a metal plate made of copper (Cu) or a copper alloy is bonded to the surface of an insulating substrate.
- the substrate and the metal plate are laminated in a form between the metal plate and the substrate and the metal plate in a non-oxidizing atmosphere at a temperature at which a reaction occurs between the reaction metal layer and the metal plate and the substrate. It is characterized by comprising a hot pressing step of applying pressure between metal plates.
- the reactive metal layer contains titanium (Ti).
- Ti titanium
- the method of manufacturing a circuit board according to the present invention is characterized in that the thickness of the reaction metal layer is set in the range of 0.01 to 1 ⁇ m.
- the circuit board manufacturing method of the present invention is characterized in that the substrate is made of a material containing any one of alumina, silicon nitride, aluminum nitride, and beryllium as a main component.
- the method for manufacturing a circuit board of the present invention is characterized in that the hot pressing step is performed at a temperature of 600° C. or higher and a pressure of 1 MPa or higher.
- the method for producing a circuit board of the present invention is characterized in that, in the reaction metal layer forming step, an antioxidant layer made of a material different from the reaction metal layer is formed on the reaction metal layer. ..
- the antioxidant layer contains any one of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), tin (Sn), platinum (Pt), and aluminum (Al). Is characterized by.
- the circuit board manufacturing method of the present invention is characterized in that the reactive metal layer film forming step is performed by a sputtering method.
- the method for manufacturing a circuit board of the present invention is characterized in that, in the hot pressing step, the metal plate is pressurized via a spacer, and the spacer is composed of any of a carbon plate, a heat-resistant glass plate, and a ceramic plate.
- the present invention is configured as described above, it is possible to obtain a high bonding strength between the metal plate and the substrate while thinning the bonding layer formed between the metal plate and the substrate in the circuit board. it can.
- FIG. 1A to 1F are process cross-sectional views showing an outline of this manufacturing method.
- the circuit board manufactured here is configured by bonding the metal plate 20 to the surface (the upper surface in FIG. 1A etc.) of the insulating board 10.
- the substrate 10 shown in FIG. 1A is formed by oxidizing nitride-based ceramics such as silicon nitride (SiN) and aluminum nitride (AlN), and oxidation of alumina (aluminum oxide: Al 2 O 3 ), beryllium oxide (beryllium oxide: BeO), and the like. It is composed of an insulating ceramic material whose main component is physical ceramics.
- a power semiconductor element that operates at high power can be mounted on the material and used preferably.
- nitride-based ceramics such as silicon nitride has a higher thermal conductivity than oxide-based ceramics, the heat dissipation efficiency of the circuit board using the same can be increased.
- a metal plate 20 used as a wiring for a power semiconductor element and a heat sink is bonded onto the substrate 10.
- the metal plate 20 is made of copper (Cu) or a copper alloy.
- FIGS. 1A to 1F a process until the metal plate 20 is joined to the substrate 10 is shown.
- the thickness of the substrate 10 is, for example, several hundred ⁇ m or more, and the size (length and width) is about 100 mm, and a ceramic substrate made of the above materials can be used as the substrate 10.
- the reaction metal layer 11 is composed of a material that forms the substrate 10 and a material that forms the metal plate 20 (Cu) at a high temperature, and a metal that forms a reaction layer or an alloy.
- a material that forms the substrate 10 for example, titanium (Ti) is used. Is used. Ti forms an alloy with Cu in the substrate 20, and forms TiN as a compound when the substrate 10 is a nitride-based material, and TiO as a compound when the substrate 10 is an oxide-based material. It can be used particularly preferably.
- the reaction metal layer 11 is formed by, for example, a sputtering method, and its thickness is formed to be significantly thinner than that of the substrate 10, the metal plate 20, and the brazing material (active metal brazing material) applied and used.
- the thickness is, for example, in the range of 0.01 ⁇ m to 10 ⁇ m.
- the reactive metal layer 11 is used only for reacting with the substrate 10 and the metal plate 20 to form a bonding layer, and is preferably thin in order to thin the bonding layer.
- a vacuum deposition method may be used as another method capable of forming a thin film without oxidizing the reactive metal layer 11 as in the sputtering method.
- the reactive metal is formed.
- An antioxidant layer 12 is continuously deposited on the layer 11.
- the antioxidant layer 12 is made of a metal that is less likely to oxidize in the atmosphere than the reactive metal layer 11 and that allows the copper forming the substrate 20 to react with the reactive metal layer 11 through the antioxidant layer 12 at high temperatures.
- gold Au
- silver Au
- copper Cu
- tin Sn
- platinum Pt
- aluminum Al
- the antioxidant layer 12 is provided to suppress the oxidation of the reactive metal layer 11 in the atmosphere and the bonding is mainly formed by the reactive metal layer 11, the antioxidant layer 12 is formed by the reactive metal layer 11 and the metal plate. It is preferably thin enough to allow reaction with the 20 side (alloy reaction).
- the antioxidant layer 12 can be formed by a sputtering method in the same manner as the reactive metal layer 11, the substrate 10 in which the reactive metal layer 11 is formed on the surface (FIG. 1B) is not taken out into the atmosphere. After the film formation of the reactive metal layer 11 (FIG. 1B), the antioxidant layer 12 can be formed by a sputtering method in a vacuum (in a reduced pressure atmosphere).
- a metal plate 20 separate from the substrate 10 is prepared (FIG. 1D), and this is brought into close contact with the side of the substrate 10 on which the reactive metal layer 11 and the like are formed, and as shown in FIG. 1E, in the thickness direction.
- Hot pressing is performed by applying pressure and heating (hot pressing step).
- the substrate 10 and the metal plate 20 are sandwiched by the hot press base 100 on the lower side and the spacer 110 on the upper side, and are pressurized at a predetermined pressure.
- the atmosphere at this time is preferably a non-oxidizing atmosphere (for example, in vacuum or in argon), the temperature is preferably in the range of 600° C. to 1080° C., and the pressure is preferably in the range of 1 MPa to 100 MPa. If the temperature and pressure are too low, joining is difficult, and if the temperature and pressure are too high, the shape and thickness of the metal plate 20 greatly change due to plastic deformation. If the temperature exceeds 1080° C., melting of Cu occurs.
- a bonding layer 15 formed by reacting the reactive metal layer 11 with the surrounding material is formed, whereby the metal plate 20 is bonded to the substrate 10.
- the bonding layer 15 is emphasized in FIG. 1F, as will be described later, the thickness of the bonding layer 15 is actually compared with the thickness of the bonding layer formed when a brazing material is used. Can be ignored.
- the metal plate 20 When the metal plate 20 is used as wiring, the metal plate 20 is appropriately etched and patterned after the metal plate 20 is bonded to the substrate 10 as shown in FIG. 1F. This step can be performed in the same manner as when DBC or an active metal brazing material is used. The same applies to the step of mounting a power semiconductor element or the like thereafter.
- the metal plate 20 is bonded to the upper surface side of the substrate 10, but another metal plate 20 can be bonded to the lower surface side as well.
- the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 of FIGS. 1B and 1C are similarly formed on the lower surface side (reactive metal layer forming step), and the metal plate 20 is provided on the lower surface side as well.
- Pressing may be performed (hot pressing process).
- the above patterning can be performed individually on the upper surface side and the lower surface side, as in the case of using DBC or an active metal brazing material.
- the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 are sequentially formed on the substrate 10, and then the metal plate 20 is joined, but conversely, it faces the substrate 10 on the metal plate 20.
- the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 may be sequentially formed on the side surface (the lower surface in FIGS. 1A to 1F).
- the metal plate 20 and the substrate 10 can be joined by performing the same hot pressing step as described above.
- the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 may be formed on both the substrate 10 and the metal plate 20, respectively.
- the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 are formed on only one of the substrate 10 and the metal plate 20.
- the metal plate 20 may be plastically deformed in the hot press process. Such plastic deformation affects the deformation and warpage of the circuit board after the circuit board is manufactured or when a subsequent thermal cycle is applied.
- plastic deformation occurs during cooling to room temperature after the hot press process, the stress of the metal plate 20 and the bonding layer 15 at room temperature is reduced, and the warpage of this circuit board at room temperature can be reduced. Therefore, the temperature and pressure in the hot press process can be set not only according to the bonding condition but also according to the warping condition of the circuit board. That is, warping (deformation) of the circuit board at room temperature can be reduced by causing plastic deformation of the metal plate 20 during cooling from the hot pressing step.
- the pressure of the hot pressing step is such that the bonding layer 15 is formed as described above by the hot pressing step. You can also set the temperature. In this case, the antioxidant layer 12 is unnecessary. The same applies when the oxide layer can be removed by various treatments before the hot press step.
- the sputtering method it is easy to continuously form the antioxidant layer 12 and the reactive metal layer 11, thereby ensuring the oxidation of the reactive metal layer 11 before the hot pressing step. Since it can be suppressed, it is particularly preferable to sequentially form the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 by a sputtering method.
- the antioxidant layer 12 when the reactive metal layer 11 is Ti, it is preferable to form the antioxidant layer 12 because Ti is oxidized in the air. However, since this oxidation progresses gradually, this situation also depends on the time interval from the reaction metal layer forming step to the hot pressing step. For example, the antioxidant layer 12 is particularly effective when the time interval is several days or more, but when the time interval is negligibly short, the antioxidant layer 12 may not be formed.
- the eutectic liquid phase of Cu and oxygen (O) constituting the metal plate contributes to the bonding, and there are two types of O, one contained in the metal plate and the other contained in the substrate.
- O is contained only in a trace amount at the impurity level. Therefore, the bonding strength by DBC is affected by the composition of the metal plate and the substrate, and as described above, when the substrate is made of nitride ceramics, for example, it is difficult to obtain high bonding strength. ..
- Ti used here as the reactive metal layer 11 is Cu, which is the main component constituting the metal plate 20, and N (in the case of nitride) and O (oxidation) in the ceramic material constituting the substrate 10. (In the case of a product) and the like to form an alloy layer (bonding layer 15). Therefore, regardless of whether the material constituting the substrate 10 is a nitride-based material or an oxide-based material, the bonding layer 15 is stably formed.
- the reactive metal layer 11 is made of Ti (pure Ti), but as long as the bonding layer 15 is formed in the same manner as described above, the reactive metal layer 11 is made of a material other than Ti. It may be contained. Similarly, as long as it can react with O, N, etc. on the substrate 10 side and Cu on the metal plate 20 side, and as described above, a thin film can be formed on the substrate 10 side or the metal plate 20 side. Other metals may be used as the main component of the reaction metal layer 11.
- FIG. 2A a metal plate made of copper (oxygen-free copper) is joined to a ceramic substrate made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) using an active metal brazing material in which Ag and Ti are added to Cu.
- FIG. 2B is a cross-sectional SEM photograph of a circuit board formed by joining the metal plate (metal plate 10) to the ceramic substrate (board 10) by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention. Is.
- Ti having a thickness of 0.05 ⁇ m was used as the reactive metal layer 11
- Ag having a thickness of 0.1 ⁇ m was used as the antioxidant layer 12.
- a bonding layer having a thickness of about 10 ⁇ m can be clearly confirmed at the boundary between the substrate and the metal plate, but in the case of FIG. 2B as an example, the bonding layer is I can't confirm. Further, the unevenness of the metal plate / substrate interface in FIG. 2B directly reflects the unevenness of the substrate surface. That is, the bonding layer 15 in FIG. 1F is actually very thin, and is significantly thinner than 1 ⁇ m. Alternatively, a bonding layer having a thickness that can be clearly confirmed by at least SEM is not formed. Therefore, the heat dissipation efficiency of the circuit board can be increased regardless of the thermal conductivity of the bonding layer.
- the thermal conductivity of Ti constituting the reactive metal layer 11 is significantly lower than that of Cu constituting the metal plate 20. Therefore, if Ti remains thick as the reactive metal layer 11 in the bonding layer 15, the substantial thermal conductivity of the bonding layer 15 decreases. On the other hand, since it is only the portion of the reactive metal layer 11 that is alloyed by the reaction of Ti, the Cu of the metal plate 20, the metal element in the substrate 10, and the like, the portion that is alloyed in this way is formed. As long as it is performed, it is preferable that the reaction metal layer 11 is thin, and it is preferable that after the hot pressing step, there are few portions where Ti in the reaction metal layer 11 remains as it is. Therefore, the thickness of the reactive metal layer 11 in FIG.
- 1C is preferably 1 ⁇ m or less. When this thickness exceeds 1 ⁇ m, the thermal conductivity of the circuit board becomes low. Further, in order to improve the throughput during manufacturing, it is preferable that the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 formed by the sputtering method are thin. On the other hand, even when the thickness of the reactive metal layer 11 is set to the lower limit (for example, about 0.01 ⁇ m) of the thickness that can be controlled by film formation by the sputtering method, a strong bond can be obtained. Further, when the thickness of the reactive metal layer 11 is less than 0.01 ⁇ m, it is difficult to control the film thickness, so that an effective film thickness cannot be uniformly obtained, and sufficient bonding strength is obtained. Can be difficult.
- the thickness of the reactive metal layer 11 is preferably in the range of 0.01 to 1 ⁇ m.
- the difference in thermal expansion between the metal plate 20 made of Cu and the substrate 10 made of ceramic material becomes large, so that a large shear strain is generated between the metal plate 20 and the substrate 10. Occurs. It is difficult for the bonding interface (bonding layer 15) to take charge of this shear strain only when the bonding layer 15 is thin, and it is difficult to obtain high bonding strength by the bonding layer 15.
- the pressure and temperature in the hot press process By adjusting the pressure and temperature in the hot press process, the shrinkage and expansion of the metal plate 20 can be restrained, so that this shear strain can be reduced. That is, in the above manufacturing method, the setting of pressure and temperature in the hot pressing process is particularly important. At this time, by bringing the thermal expansion coefficient of the spacer 110 used in FIG.
- this shear strain can be particularly reduced.
- a material for such a spacer 110 it is particularly preferable to use a CIP (Cold Isostatic Press) material carbon plate, a heat-resistant plate, and a ceramic plate similar to the substrate 10.
- CIP Cold Isostatic Press
- the size of the substrate 10 was 190 mm ⁇ 138 mm ⁇ 0.32 mm
- the size of the metal plate 20 was 190 mm ⁇ 138 mm.
- Ti was used as the reaction metal layer 11, the thickness was changed, and the hot pressing conditions were kept constant to measure the bonding strength.
- the Ti film was formed by DC sputtering, the power was set to 400 W, and only a film forming time was changed to set a plurality of kinds of film thicknesses.
- the antioxidant layer 12 was made of Ag having a thickness of 0.1 ⁇ m, and the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 were formed on the substrate 10 side as shown in FIG. 1C.
- the hot press conditions were 800° C. and 10 MPa.
- the metal plate 20 was a 0.3 mm copper (oxygen-free copper) plate, the substrate 10 was SiN, and the spacer 110 was a CIP carbon plate.
- the film thickness of Ti was calculated from the weight before and after the film formation.
- the metal plate 20 in the structure (circuit board) after bonding is etched to a size of 2 mm square, a copper wire is soldered to the surface, and the load of pulling the copper wire in the vertical direction to peel it off is measured. Then, it was calculated by dividing by the area (4 mm 2 ). The results are shown in Table 1.
- the joint strength was measured by changing the hot press conditions (temperature, pressure).
- the film thickness of the reactive metal layer (Ti) is 0.05 ⁇ m
- the antioxidant layer 12 is Ag with a film thickness of 0.1 ⁇ m
- the reactive metal layer 11 and the antioxidant layer 12 are on the substrate 10 side as shown in FIG. 1C.
- the metal plate 20 was a 0.3 mm thick copper plate
- the substrate 10 was SiN
- the spacer 110 was a CIP carbon plate. The results are shown in Table 2.
- BeO beryllium
- Hot pressing was performed at 850 ° C. and 10 MPa using 0.05 ⁇ m Ti as the reactive metal layer 11 and 0.05 ⁇ m Ag as the antioxidant layer 12. It was difficult to measure the bonding strength similar to the above because the material of the substrate 10 was different, but FIG. 3 shows a photograph of the interface after peeling as described above.
- BeO itself constituting the substrate 10 is destroyed, it can be confirmed that at least the bonding strength exceeds the fracture strength of the substrate 10. Therefore, the above manufacturing method is effective even when a BeO substrate is used.
- Al 2 O 3 , AlN, or the like can be used in addition to SiN and BeO. All of these materials have high insulation properties and are preferably used as materials for circuit boards. In addition, O and N that react with the reactive metal layer 11 are included as constituent elements.
- Zr can be used as the material constituting the reactive metal layer 11 in addition to the above Ti. Like Ti, Zr can be easily formed with a film thickness in the above range by a sputtering method.
- metal plate 20 a metal plate 20 made of pure copper (oxygen-free copper) was used in the above example, but it is clear that the above manufacturing method is similarly effective as long as it contains at least copper as a main component. Is. Therefore, a copper alloy can be used as the metal plate 20.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
回路基板において、金属板と基板との間に形成される接合層を薄くしつつ、金属板と基板との間の高い接合強度を得る。 図1Cに示されるように、この基板(10)の上に、反応金属層(11)、酸化防止層(12)が順次成膜される(反応金属層成膜工程)。反応金属層(11)は、高温下で基板(10)を構成する材料、金属板(20)を構成する材料(Cu)と反応層や合金を形成するような金属で構成され、この材料としては例えばチタン(Ti)が用いられる。その後、基板(10)と別体の金属板(20)を準備し、これを基板(10)における反応金属層(11)等が形成された側と密着させ、厚さ方向に圧力を印加すると共に加熱するホットプレスを行う(ホットプレス工程)。
Description
本発明は、絶縁性の基板に、銅を主成分とする金属板が接合された回路基板の製造方法に関する。
大電流で動作するパワー半導体素子等は回路基板上に搭載されて用いられ、この回路基板は、絶縁性で高い機械的強度をもつ絶縁性基板の上に、配線パターンとなる金属板が接合されて構成される。金属板は、搭載するパワー半導体素子の動作時における放熱のためにも用いられる。
一般的に、絶縁性基板を構成する材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等の、絶縁性、機械的強度が高いセラミックス材料が用いられる。金属板を構成する材料としては、導電率、熱伝導率が高い銅あるいはその合金が用いられる。パワー半導体素子を搭載したこのような回路基板が用いられた機器においては、パワー半導体素子の動作時にはその発熱により温度が上昇し、停止時には温度が室温に近づくという動作が繰り返されるため、この回路基板には多数回の冷熱サイクルが印加される。前記のような絶縁性基板を構成する材料と金属板を構成する材料の熱膨張係数は大きく異なるため、この冷熱サイクルに際しては、熱膨張の差に起因して回路基板の変形、反りが発生し、このために金属板が絶縁性基板から剥離するおそれがある。このため、回路基板における金属板と絶縁性基板との間の接合強度が高いことが要求される。
一般的には、このような異なる物質同士を高い接合強度で接合するためには、ろう材が用いられている。この場合、バインダ(有機材料)とろう材を構成する金属粒子とが混合されたろう材ペーストが基板上に塗布され、ろう材を溶融させた後で金属板と絶縁性基板の間で固化させることによって、接合が行われる。ろう材(ろう材を構成する金属材料)の種類は、金属板や絶縁性基板よりも融点が十分に低く、かつろう材が溶融した後で固化して形成された接合層によって、金属板と絶縁性基板との間の接合強度が安定して十分に高くなるように選定される。
これに対し、例えば特許文献1には、上記のような金属板と絶縁性基板との間の接合のためにろう材等の接合のための層を特に設けずに、銅で構成された金属板とセラミックス基板とを接合する直接接合法(ダイレクトボンディングカッパー:DBC)が記載されている。DBCにおいては、銅で構成された金属板とセラミックス基板を密着させて所定の高温とすることにより、金属板を構成する銅と、金属板中に僅かに含有される酸素との共晶液相を発生させ、この液相がろう材と同様に接合のために機能する。ただし、上記のように塗布による厚いろう材を用いる場合とは異なり、実質的には接合層の厚さは無視できる程度となり、実質的には絶縁性基板と金属板が直接接合される。この接合法は、セラミックス基板がアルミナ等の酸化物である場合には特に有効である。しかしながら、近年は、放熱特性の向上のために、より高い熱伝導率をもつ窒化物系(窒化アルミニウム、窒化珪素等)のセラミックス材料で構成された絶縁性基板(セラミックス基板)が広く用いられている。このような窒化物系のセラミックス基板においては、表面における共晶液相の濡れ性が低くなるために、DBCで一様な高い接合強度を得ることが困難であった。
一方、例えば特許文献2には、活性金属であるTiを含有した活性金属ろう材を用いて金属板とセラミックス基板とを接合する技術が記載されている。この技術においては、Tiから形成されるTiNが接合に寄与する。また、活性金属ろう材にはAg、Cuが含まれ、溶融、固化後の接合層は主に主にAg-Cu合金で構成される。DBCの場合には実質的には接合層は存在しないのに対し、この場合には、このような接合層が金属板とセラミックス基板の間に形成される。窒化物で構成されたセラミックス基板との接合の際には、まずTiが優先的にセラミックス基板側に拡散してTiNが形成された上で上記の接合層が形成されることによって、一様な接合が得られる。このため、DBCとは異なり、このような活性金属ろう材を用いた場合には、窒化物系のセラミックス基板に対しても強固な接合を行うことができる。
このように形成される接合層(合金層)の熱伝導率は、一般的には金属板等と比べて低い。このため、回路基板としての十分な放熱特性を得るためには、この接合層を十分に薄くすることが必要であった。これに対し、上記のような活性金属ろう材(ろう材)を用いた場合には、接合層を十分に薄くすることは困難であるため、放熱効率を高くすることが困難であった。
また、この接合層自身の機械的強度は必ずしも十分ではない場合もあり、接合層自身が冷熱サイクルに際して破壊することがあった。このため、活性金属ろう材を用いた回路基板の冷熱サイクルに対する耐久性は十分ではなかった。
また、回路基板の放熱効率を高めるためには、金属板を十分に厚くする場合もある。DBCを用いた場合において、例えば0.3mm以上の厚さの金属板を強固に接合することは実際には困難であった。このため、DBCを用いた場合においても、厚い金属板を用いた場合には冷熱サイクルに対する耐久性は必ずしも十分ではなかった。
このため、金属板と基板との間に形成される接合層を薄くしつつ、金属板と基板との間の高い接合強度を得ることのできる技術が望まれた。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の回路基板の製造方法は、絶縁性の基板の表面に銅(Cu)又は銅合金で構成された金属板が接合された構成を具備する回路基板の製造方法であって、前記基板、前記金属板のうちの少なくともいずれかの表面に、前記基板及び前記金属板と反応をする金属を含む反応金属層を成膜する反応金属層成膜工程と、前記反応金属層が前記基板と前記金属板との間にある形態で前記基板と前記金属板とを積層し、非酸化雰囲気中で、前記反応金属層と前記金属板及び前記基板との間で反応が生じる温度で前記基板と前記金属板の間に圧力を印加するホットプレス工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記反応金属層はチタン(Ti)を含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記反応金属層の厚さを0.01~1μmの範囲とすることを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記基板はアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ベリリアのうちのいずれかを主成分とする材料で構成されたことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記ホットプレス工程を、温度600℃以上の範囲、圧力1MPa以上の範囲で行うことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記反応金属層成膜工程において、前記反応金属層の上に、前記反応金属層とは異なる材料で構成された酸化防止層を形成することを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記酸化防止層は金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、錫(Sn)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)のいずれかを含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記反応金属層成膜工程はスパッタリング法により行われることを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記ホットプレス工程において、前記金属板はスペーサを介して加圧され、前記スペーサはカーボン板、耐熱ガラス板、セラミックス板のいずれかで構成されたことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、絶縁性の基板の表面に銅(Cu)又は銅合金で構成された金属板が接合された構成を具備する回路基板の製造方法であって、前記基板、前記金属板のうちの少なくともいずれかの表面に、前記基板及び前記金属板と反応をする金属を含む反応金属層を成膜する反応金属層成膜工程と、前記反応金属層が前記基板と前記金属板との間にある形態で前記基板と前記金属板とを積層し、非酸化雰囲気中で、前記反応金属層と前記金属板及び前記基板との間で反応が生じる温度で前記基板と前記金属板の間に圧力を印加するホットプレス工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記反応金属層はチタン(Ti)を含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記反応金属層の厚さを0.01~1μmの範囲とすることを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記基板はアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ベリリアのうちのいずれかを主成分とする材料で構成されたことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記ホットプレス工程を、温度600℃以上の範囲、圧力1MPa以上の範囲で行うことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記反応金属層成膜工程において、前記反応金属層の上に、前記反応金属層とは異なる材料で構成された酸化防止層を形成することを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記酸化防止層は金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、錫(Sn)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)のいずれかを含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記反応金属層成膜工程はスパッタリング法により行われることを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記ホットプレス工程において、前記金属板はスペーサを介して加圧され、前記スペーサはカーボン板、耐熱ガラス板、セラミックス板のいずれかで構成されたことを特徴とする。
本発明は以上のように構成されているので、回路基板において、金属板と基板との間に形成される接合層を薄くしつつ、金属板と基板との間の高い接合強度を得ることができる。
本発明の実施の形態に係る回路基板の製造方法について説明する。図1A~図1Fは、この製造方法の概要を示す工程断面図である。ここで製造される回路基板は、絶縁性の基板10の表面(図1A等における上面)に金属板20が接合されて構成される。図1Aに示された基板10は、窒化珪素(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)等の窒化物系セラミックスや、アルミナ(酸化アルミニウム:Al2O3)、ベリリア(酸化ベリリウム:BeO)等の酸化物系セラミックスを主成分とする絶縁性のセラミックス材料で構成される。これらの材料は、いずれも、高い絶縁性、機械的強度を有するため、この上に例えば大電力で動作するパワー半導体素子(パワーMOSFET等)を搭載して好ましく用いることができる。特に、窒化珪素等の窒化物系セラミックスは、酸化物系セラミックスと比べて高い熱伝導率をもつため、これを用いた回路基板の放熱効率を高くすることができる。
この基板10の上に、パワー半導体素子の配線や放熱板として用いられる金属板20が接合される。金属板20は銅(Cu)や銅合金で構成される。図1A~図1Fにおいては、この金属板20が基板10に接合されるまでの工程が示されている。基板10の厚さは例えば数100μm以上、大きさ(縦横)は100mm程度であり、上記の材料で構成されたセラミックス基板を基板10として用いることができる。
次に、図1B、図1Cに示されるように、この基板10の上に、反応金属層11、酸化防止層12が順次成膜される(反応金属層成膜工程)。反応金属層11は、高温下で基板10を構成する材料、金属板20を構成する材料(Cu)と反応層や合金を形成するような金属で構成され、この材料としては例えばチタン(Ti)が用いられる。Tiは、基板20におけるCuと合金を形成すると共に、基板10が窒化物系の材料である場合には化合物としてTiNを、酸化物系の材料である場合には化合物としてTiOを形成するため、特に好ましく用いることができる。
反応金属層11の成膜は、例えばスパッタリング法によって行われ、その厚さは基板10や金属板20や、塗布されて使用されるろう材(活性金属ろう材)よりも大幅に薄く形成され、その厚さは例えば0.01μm~10μmの範囲とされる。反応金属層11は、後述するように、これが基板10や金属板20と反応して接合層を形成するためのみに用いられ、接合層を薄くするためには、薄いことが好ましい。
Tiは大気中では容易に酸化するが、上記のスパッタリング法は真空中(減圧雰囲気中)で行われ、反応金属層成膜工程の間に反応金属層11が酸化することは抑制される。反応金属層成膜工程においては、スパッタリング法と同様に反応金属層11を酸化させずに薄く成膜することのできる他の方法として、真空蒸着法を用いてもよい。
また、後述するホットプレス工程が行われる前において、反応金属層11が形成された後で大気中に取り出された際に酸化することを防止するために、図1Cに示されるように、反応金属層11の上に酸化防止層12が連続して成膜される。酸化防止層12は、反応金属層11よりも大気中で酸化しにくく、かつ高温下では酸化防止層12を通して基板20を構成する銅と反応金属層11とが反応することが可能な金属で構成され、具体的には、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、錫(Sn)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)のいずれかを用いることができる。酸化防止層12は反応金属層11の大気中での酸化を抑制するために設けられ、接合は主に反応金属層11によって形成されるため、酸化防止層12は、反応金属層11と金属板20側との反応(合金反応)が可能となる程度に薄いことが好ましい。
酸化防止層12は、反応金属層11と同様にスパッタリング法で成膜することができるため、反応金属層11が表面に成膜された状態(図1B)の基板10を大気中に取り出すことなく、反応金属層11の成膜(図1B)に引き続いて真空中(減圧雰囲気中)で酸化防止層12をスパッタリング法で成膜することができる。
その後、基板10と別体の金属板20を準備し(図1D)、これを基板10における反応金属層11等が形成された側と密着させ、図1Eに示されるように、厚さ方向に圧力を印加すると共に加熱するホットプレスを行う(ホットプレス工程)。ここで、基板10、金属板20は、下側でホットプレス基台100、上側でスペーサ110によって挟持されて所定の圧力で加圧される。この際の雰囲気は非酸化雰囲気(例えば真空中、アルゴン中)とし、温度は600℃~1080℃の範囲、圧力は1MPa~100MPaの範囲が好ましい。温度、圧力が低すぎる場合には接合が困難であり、温度、圧力が高すぎる場合には塑性変形により金属板20の形状や厚さが大きく変動する。温度が1080℃を超える場合には、Cuの溶融が発生する。
これにより、図1Fに示されるように、反応金属層11が周囲の材料と反応して形成された接合層15が形成され、これによって金属板20が基板10と接合される。なお、図1Fでは接合層15は強調して示されているが、後述するように、実際にはこの接合層15の厚さはろう材を用いた場合に形成される接合層の厚さと比べて無視できる程度となる。
金属板20を配線として用いる場合には、図1Fに示されるように金属板20が基板10に接合された後で、金属板20は適宜エッチングされてパターニングされる。この工程は、DBCや活性金属ろう材を用いた場合と同様に行うことができる。その後に、パワー半導体素子等を搭載する工程についても同様である。
また、図1A~図1Fの例では基板10の上面側に金属板20が接合されたが、下面側にも同様に他の金属板20を接合することもできる。この場合には、図1B、図1Cの反応金属層11、酸化防止層12を下面側にも同様に形成し(反応金属層形成工程)、下面側にも金属板20を設けた状態でホットプレスを行えばよい(ホットプレス工程)。この場合、上記のパターニングは、DBCや活性金属ろう材を用いた場合と同様に、上面側と下面側で個別に行うことができる。
また、上記の例では、基板10の上に反応金属層11、酸化防止層12が順次形成された上で、金属板20が接合されたが、逆に、金属板20における基板10と相対する側の面(図1A~図1Fにおいては下側の面)に反応金属層11、酸化防止層12を順次形成してもよい。この場合においても、上記と同様のホットプレス工程を行うことにより、金属板20と基板10を接合することができる。あるいは、基板10、金属板20の両者にそれぞれ反応金属層11、酸化防止層12を形成してもよい。ただし、製造工程を簡略化し、かつ形成される接合層を薄くするためには、反応金属層11、酸化防止層12は、基板10、金属板20のうちの一方にのみ形成することが好ましい。
また、前記の通り、ホットプレス工程においては、金属板20が塑性変形することがある。このような塑性変形は、回路基板の製造後、あるいはその後の熱サイクルが印加された際の回路基板の変形、反りの状態に影響を及ぼす。ホットプレス工程後の室温までの冷却時に塑性変形が生じた場合には、室温時における金属板20や接合層15の応力が低減され、この回路基板の室温時における反りを小さくすることができる。このため、ホットプレス工程の温度、圧力は、接合の状況だけでなく、このような回路基板の反りの状況に応じても設定することができる。すなわち、ホットプレス工程からの冷却時において金属板20に塑性変形を発生させることにより、回路基板の室温時における反り(変形)を小さくすることができる。
また、室温時において反応金属層11(Ti)の最表面に薄い酸化層が形成された場合でも、ホットプレス工程によって前記のように接合層15が形成されるように、ホットプレス工程の圧力、温度を設定することもできる。この場合においては、上記の酸化防止層12は不要である。また、ホットプレス工程の前に酸化層が各種の処理により除去可能な場合においても同様である。ただし、前記のように、スパッタリング法によれば酸化防止層12と反応金属層11を連続的に形成することは容易であり、これによってホットプレス工程の前における反応金属層11の酸化を確実に抑制することができるため、スパッタリング法によって反応金属層11、酸化防止層12を順次形成することが特に好ましい。例えば反応金属層11をTiとした場合には、Tiは空気中で酸化するために、酸化防止層12を形成することが好ましい。ただし、この酸化は徐々に進行するため、この状況は反応金属層成膜工程からホットプレス工程までの時間間隔にも依存する。例えば、この時間間隔が数日以上である場合には、酸化防止層12は特に有効であるが、この時間間隔が無視できる程度に短い場合には、酸化防止層12を形成しなくともよい。
例えば、DBCにおいては、金属板を構成するCuと酸素(O)の共晶液相が接合に寄与し、このOとしては、金属板中に含まれるものと、基板に含まれるものがあり、金属板中において、Oは不純物レベルで微量にのみ含まれる。このため、DBCによる接合強度は、金属板や基板の組成に影響を受け、前記のように、例えば基板が窒化物セラミックスで構成される場合には、高い接合強度を得ることが困難であった。
これに対して、ここで反応金属層11として用いられるTiは、金属板20を構成する主成分であるCuや、基板10を構成するセラミックス材料中のN(窒化物の場合)やO(酸化物の場合)等と反応して合金層(接合層15)を形成する。このため、基板10を構成する材料が窒化物系、酸化物系のどちらであっても、安定して接合層15が形成される。
活性金属ろう材を用いた場合でも、同様に界面にTiが存在する。しかしながら、Tiの含有量は1%程度と少ないため、状況は全く異なり、上記のような薄く強固な接合層15のみによる接合は得られない。
なお、上記の例では、反応金属層11がTi(純Ti)で構成されるものとしたが、上記と同様に接合層15が形成される限りにおいて、反応金属層11がTi以外の材料を含有していてもよい。また、同様に基板10側のO、N等や金属板20側のCuと反応をすることができ、かつ上記の通りに基板10側又は金属板20側に薄く成膜が可能である限りにおいて、他の金属を反応金属層11の主成分としてもよい。
図2Aは、窒化珪素(Si3N4)で構成されたセラミックス基板上にAg、CuにTiが添加された活性金属ろう材を用いて銅(無酸素銅)で構成された金属板を接合して形成された回路基板の断面SEM写真である。これに対して、図2Bは、本発明の実施例となる製造方法によって上記のセラミックス基板(基板10)に上記の金属板(金属板10)を接合して形成された回路基板の断面SEM写真である。ここでは、反応金属層11としては厚さ0.05μmのTi、酸化防止層12としては厚さ0.1μmのAgが用いられた。
活性金属ろう材を用いた図2Aの場合には、厚さが10μm程度の接合層が基板と金属板の境界で明確に確認できるが、実施例となる図2Bの場合には、接合層が確認できない。また、図2Bにおける金属板/基板界面の凹凸は、基板表面の凹凸をそのまま反映している。すなわち、図1Fにおける接合層15は実際には非常に薄くなり、1μmよりも大幅に薄くなる。あるいは、少なくともSEMで明確に確認できる程度の厚さの接合層が形成されていることはない。このため、接合層の熱伝導率によらず、回路基板の放熱効率を高くすることができる。
また、反応金属層11を構成するTiの熱伝導率は金属板20を構成するCuと比べて大幅に低い。このため、接合層15中においてTiが反応金属層11のまま厚く残存していると、接合層15の実質的な熱伝導率が低下する。一方、接合に寄与するのは反応金属層11におけるTiと金属板20のCu、基板10中の金属元素等が反応して合金化した部分だけであるため、このように合金化した部分が形成される限りにおいて、反応金属層11は薄いことが好ましく、ホットプレス工程後において反応金属層11中のTiがそのままの状態で残存した部分が少ないことが好ましい。このため、図1Cにおける反応金属層11の厚さは、1μm以下とすることが好ましい。この厚さが1μmを超える場合には、回路基板の熱伝導率が低くなる。また、製造の際のスループットを向上させるためにも、スパッタリング法によって成膜される反応金属層11、酸化防止層12は薄いことが好ましい。一方、反応金属層11の厚さをスパッタリング法による成膜で制御可能な厚さの下限(例えば0.01μm程度)と設定した場合においても、強固な接合を得ることができる。また、反応金属層11の厚さが0.01μm未満である場合には、膜厚の制御が困難であるために、有効な膜厚が均一に得られないために十分な接合強度を得ることが困難となる場合がある。ただし、ろう材を塗布によって形成する場合と比べて、上記のように反応金属層11等をスパッタリング法によって成膜する場合には、これらを十分に薄くすることができる。このため、反応金属層11の厚さは0.01~1μmの範囲とすることが好ましい。
また、ホットプレス工程を行う際には、Cuで構成された金属板20とセラミックス材料で構成された基板10の熱膨張差が大きくなるため、金属板20と基板10の間には大きな剪断歪みが発生する。この剪断歪を接合界面(接合層15)のみが受け持つことは、接合層15が薄い場合には困難であり、接合層15による高い接合強度を得ることが困難である。ホットプレス工程における圧力や温度を調整することにより、金属板20の収縮、膨張を拘束することができるため、この剪断歪を低減することができる。すなわち、上記の製造方法においては、ホットプレス工程における圧力、温度の設定が特に重要である。この際、図1Eで用いられるスペーサ110の熱膨張係数を、基板10の熱膨張係数と近づけることで、特にこの剪断歪を低減することができる。このようなスペーサ110の材料としてCIP(Cold Isostatic Press)材カーボン板、耐熱板、基板10と同様のセラミック板を用いることが特に好ましい。
以下に、上記の製造方法によって実際に回路基板を製造し、金属板の接合強度を測定した結果について説明する。ここで、基板10の大きさは190mm×138mm×0.32mmとされ、金属板20の大きさは190mm×138mmとされた。
初めに、反応金属層11としてTiを用い、その膜厚を変えてホットプレス条件は一定として接合強度を測定した。Tiの成膜はDCスパッタリングにより行い、そのパワーは400Wとし、成膜時間のみを変えて複数種類の膜厚を設定した。酸化防止層12は膜厚0.1μmのAgとされ、反応金属層11、酸化防止層12は図1Cのとおり、基板10側に形成された。ホットプレス条件は800℃、10MPaとされた。金属板20は0.3mmの銅(無酸素銅)板、基板10はSiNとされ、スペーサ110はCIP材カーボン板とされた。Tiの膜厚は、成膜前後の重量から算出された。接合強度は、接合後の構造(回路基板)における金属板20を2mm角のサイズにエッチング加工し、その表面に銅のワイヤをハンダ付けし、銅ワイヤを鉛直方向に引っ張って剥離する荷重を測定し、面積(4mm2)で割ることで、算出した。結果を表1に示す。
この結果より、反応金属層11がない(膜厚0μm)場合と比べて、反応金属層11を形成することにより、一様に20N/mm2以上の高い接合強度が得られることが確認できる。
次に、ホットプレスの条件(温度、圧力)を変えて、接合強度を測定した。ここで、反応金属層(Ti)の膜厚は0.05μm、酸化防止層12は膜厚0.1μmのAgとされ、反応金属層11、酸化防止層12は図1Cのとおり、基板10側に形成された。金属板20は0.3mm厚の銅板、基板10はSiNとされ、スペーサ110はCIP材カーボン板とされた。結果を表2に示す。
この結果より、ホットプレス工程を温度600℃以上、圧力1MPa~100MPaで行うことにより、一様に20N/mm2以上の高い接合強度が得られることが確認できる。
また、基板10として、ベリリア(BeO)を用いて同様に回路基板を形成した。反応金属層11として0.05μmのTi、酸化防止層12として0.05μmのAgを用い、ホットプレスを850℃、10MPaで行った。基板10の材料が異なるために、上記と同様の接合強度の測定は困難であったが、上記のような剥離後の界面の写真を図3に示す。ここでは、基板10を構成するBeO自身が破壊されているため、少なくとも接合強度が基板10の破壊強度を超えていることが確認できる。このため、上記の製造方法は、BeO基板を用いた場合においても有効である。
上記の製造方法における基板10としては、SiN,BeOの他に、Al2O3、AlN等を用いることができる。これらの材料は、いずれも高い絶縁性をもち、回路基板の材料として好ましく用いられる。また、構成元素として、反応金属層11と反応をするO、Nが含まれる。
これに対応して、反応金属層11を構成する材料としては、上記のTiの他に、Zrを用いることもできる。Zrも、Tiと同様にスパッタリング法によって上記の範囲の膜厚で容易に製膜することができる。
また、金属板20として、上記の例では純銅(無酸素銅)製のものが用いられたが、少なくとも銅を主成分とするものであれば上記の製造方法が同様に有効であることは明らかである。このため、銅合金を上記の金属板20として用いることができる。
10 基板
11 反応金属層
12 酸化防止層
15 接合層
20 金属板
100 ホットプレス基台
110 スペーサ
11 反応金属層
12 酸化防止層
15 接合層
20 金属板
100 ホットプレス基台
110 スペーサ
Claims (9)
- 絶縁性の基板の表面に銅(Cu)又は銅合金で構成された金属板が接合された構成を具備する回路基板の製造方法であって、
前記基板、前記金属板のうちの少なくともいずれかの表面に、前記基板及び前記金属板と反応をする金属を含む反応金属層を成膜する反応金属層成膜工程と、
前記反応金属層が前記基板と前記金属板との間にある形態で前記基板と前記金属板とを積層し、非酸化雰囲気中で、前記反応金属層と前記金属板及び前記基板との間で反応が生じる温度で前記基板と前記金属板の間に圧力を印加するホットプレス工程と、
を具備することを特徴とする回路基板の製造方法。 - 前記反応金属層はチタン(Ti)を含むことを特徴とする請求項1に記載の回路基板の製造方法。
- 前記反応金属層の厚さを0.01~1μmの範囲とすることを特徴とする請求項2に記載の回路基板の製造方法。
- 前記基板はアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ベリリアのうちのいずれかを主成分とする材料で構成されたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の回路基板の製造方法。
- 前記ホットプレス工程を、温度600℃以上の範囲、圧力1MPa以上の範囲で行うことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の回路基板の製造方法。
- 前記反応金属層成膜工程において、前記反応金属層の上に、前記反応金属層とは異なる材料で構成された酸化防止層を形成することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の回路基板の製造方法。
- 前記酸化防止層は金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、錫(Sn)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)のいずれかを含むことを特徴とする請求項6に記載の回路基板の製造方法。
- 前記反応金属層成膜工程はスパッタリング法により行われることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の回路基板の製造方法。
- 前記ホットプレス工程において、前記金属板はスペーサを介して加圧され、前記スペーサはカーボン板、耐熱ガラス板、セラミックス板のいずれかで構成されたことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の回路基板の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019041480A JP2020145335A (ja) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 回路基板の製造方法 |
JP2019-041480 | 2019-03-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2020179893A1 true WO2020179893A1 (ja) | 2020-09-10 |
Family
ID=72338228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2020/009546 WO2020179893A1 (ja) | 2019-03-07 | 2020-03-06 | 回路基板の製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020145335A (ja) |
WO (1) | WO2020179893A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023013684A1 (ja) | 2021-08-03 | 2023-02-09 | 京セラ株式会社 | セラミック焼結体、セラミック基板、実装用基板、電子装置及びセラミック焼結体の製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60177635A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Toshiba Corp | 良熱伝導性基板の製造方法 |
JPH02177463A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-07-10 | Mitsubishi Electric Corp | セラミック―金属複合基板の製造方法 |
JP2007227867A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-09-06 | Kyocera Corp | 放熱基板およびこれを用いた半導体装置 |
JP2012200730A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Hitachi Metals Ltd | 接合方法、接合治具、回路基板 |
JP2018140929A (ja) * | 2017-02-28 | 2018-09-13 | 三菱マテリアル株式会社 | 銅/セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅/セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63252975A (ja) * | 1987-04-09 | 1988-10-20 | 古河電気工業株式会社 | セラミツクス材と金属部材との接合方法 |
JPS649878A (en) * | 1987-07-02 | 1989-01-13 | Agency Ind Science Techn | Bonding between silicon nitride ceramics and metal |
-
2019
- 2019-03-07 JP JP2019041480A patent/JP2020145335A/ja active Pending
-
2020
- 2020-03-06 WO PCT/JP2020/009546 patent/WO2020179893A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60177635A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Toshiba Corp | 良熱伝導性基板の製造方法 |
JPH02177463A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-07-10 | Mitsubishi Electric Corp | セラミック―金属複合基板の製造方法 |
JP2007227867A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-09-06 | Kyocera Corp | 放熱基板およびこれを用いた半導体装置 |
JP2012200730A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Hitachi Metals Ltd | 接合方法、接合治具、回路基板 |
JP2018140929A (ja) * | 2017-02-28 | 2018-09-13 | 三菱マテリアル株式会社 | 銅/セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅/セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020145335A (ja) | 2020-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5226511B2 (ja) | セラミックス−金属接合体、その製造方法およびそれを用いた半導体装置 | |
JP3126977B2 (ja) | 補強された直接結合銅構造体 | |
JP5641451B2 (ja) | 金属セラミック基板 | |
CN107787259B (zh) | 用于制造复合材料的方法 | |
US20050263877A1 (en) | Laminated radiation member, power semiconductor apparatus, and method for producing the same | |
JPH07202063A (ja) | セラミックス回路基板 | |
JP4014528B2 (ja) | ヒートスプレッダモジュールの製造方法及びヒートスプレッダモジュール | |
JP2007528601A (ja) | 信頼性が高く、費用効果があり、熱的に強いAuSnダイ取付け技術 | |
JPH08255973A (ja) | セラミックス回路基板 | |
JP2003055058A (ja) | セラミック体と銅板の接合方法 | |
KR100374379B1 (ko) | 기판 | |
WO2020179893A1 (ja) | 回路基板の製造方法 | |
JP3408298B2 (ja) | 高熱伝導性窒化けい素メタライズ基板,その製造方法および窒化けい素モジュール | |
JP2001085808A (ja) | 回路基板 | |
JP2002274964A (ja) | 接合体の製造方法 | |
JP2018111111A (ja) | 金属接合体及び半導体装置の製造方法 | |
JP5640569B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法 | |
JPS6126231A (ja) | 金属‐セラミツク複合素子およびその製法 | |
JP4557398B2 (ja) | 電子素子 | |
JP3192911B2 (ja) | セラミックス回路基板 | |
JPH11154719A (ja) | 窒化珪素回路基板、半導体装置及び窒化珪素回路基板の製造方法 | |
JP3794454B2 (ja) | 窒化物セラミックス基板 | |
JP2003192462A (ja) | 窒化珪素回路基板およびその製造方法 | |
JP2000124585A (ja) | アルミニウム−窒化アルミニウム絶縁基板の製造方法 | |
JP7400109B2 (ja) | 金属-セラミック基板を生産する方法及びそのような方法によって生産された金属-セラミック基板 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20766400 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20766400 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |