JP3182354B2 - 回路基板及びその評価方法 - Google Patents
回路基板及びその評価方法Info
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- JP3182354B2 JP3182354B2 JP29998196A JP29998196A JP3182354B2 JP 3182354 B2 JP3182354 B2 JP 3182354B2 JP 29998196 A JP29998196 A JP 29998196A JP 29998196 A JP29998196 A JP 29998196A JP 3182354 B2 JP3182354 B2 JP 3182354B2
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- circuit
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- 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
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
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- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品のパワー
モジュール等に使用される回路基板及びその耐ヒートサ
イクル性の評価方法に関するものである。
モジュール等に使用される回路基板及びその耐ヒートサ
イクル性の評価方法に関するものである。
【０００２】近年、ロボットやモーター等の産業機器の
高性能化に伴い、大電力・高能率インバーター等大電力
モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発生す
る熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よく放
散するため、大電力モジュール基板では従来より様々な
方法が取られてきた。特に最近では、熱伝導性の良好な
セラミックス基板が利用できるようになったため、セラ
ミックス基板上に銅等の金属板を接合し、金属回路を形
成後、そのままあるいはメッキ等の処理を施してから半
導体素子を実装する構造が採用されている。また、この
場合において、金属回路の反対面には、放熱フィンを取
り付けるための金属放熱板を接合する構造もある。
高性能化に伴い、大電力・高能率インバーター等大電力
モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発生す
る熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よく放
散するため、大電力モジュール基板では従来より様々な
方法が取られてきた。特に最近では、熱伝導性の良好な
セラミックス基板が利用できるようになったため、セラ
ミックス基板上に銅等の金属板を接合し、金属回路を形
成後、そのままあるいはメッキ等の処理を施してから半
導体素子を実装する構造が採用されている。また、この
場合において、金属回路の反対面には、放熱フィンを取
り付けるための金属放熱板を接合する構造もある。
【０００３】このような回路基板を作製するには、Ａｇ
とＣｕを主成分とし、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ等の活性金属成
分を副成分として含有するろう材をセラミックス基板に
回路パターン状に印刷した後、回路パターンと同形状の
金属板を載置し加熱接合する方法、ろう材を回路パター
ン状に印刷後ベタ金属板を加熱接合し、不要な金属をエ
ッチングして金属回路を形成する方法、ろう材を全面に
塗布した後ベタ金属板を加熱接合し、不要な金属とろう
材をエッチング等により除去して金属回路を形成する方
法、等により行われている（例えばＷＯ９１／１６８０
５号公報）。このような作製方法は、いずれも活性金属
を含むろう材を用いる技術であるので活性金属ろう付け
法とも呼ばれている。
とＣｕを主成分とし、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ等の活性金属成
分を副成分として含有するろう材をセラミックス基板に
回路パターン状に印刷した後、回路パターンと同形状の
金属板を載置し加熱接合する方法、ろう材を回路パター
ン状に印刷後ベタ金属板を加熱接合し、不要な金属をエ
ッチングして金属回路を形成する方法、ろう材を全面に
塗布した後ベタ金属板を加熱接合し、不要な金属とろう
材をエッチング等により除去して金属回路を形成する方
法、等により行われている（例えばＷＯ９１／１６８０
５号公報）。このような作製方法は、いずれも活性金属
を含むろう材を用いる技術であるので活性金属ろう付け
法とも呼ばれている。
【０００４】活性金属ろう付け法には、（１）金属板と
セラミックス基板とを接合する温度がＤＢＣ法よりも低
いので、セラミックス基板と金属板との熱膨張差によっ
て生じる残留熱応力が小さい、（２）ろう材が延性金属
であるので、ヒートショックやヒートサイクルによる耐
ヒートサイクル性が大である、という利点がある。ここ
で、ＤＢＣ法とはセラミックス基板と銅板とをろう材を
使用せずに共晶を利用して直接接合する方法である。
セラミックス基板とを接合する温度がＤＢＣ法よりも低
いので、セラミックス基板と金属板との熱膨張差によっ
て生じる残留熱応力が小さい、（２）ろう材が延性金属
であるので、ヒートショックやヒートサイクルによる耐
ヒートサイクル性が大である、という利点がある。ここ
で、ＤＢＣ法とはセラミックス基板と銅板とをろう材を
使用せずに共晶を利用して直接接合する方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな活性金属ろう付け法で作製された回路基板において
も、一段と耐ヒートサイクル性を向上させたものが要求
されている。
うな活性金属ろう付け法で作製された回路基板において
も、一段と耐ヒートサイクル性を向上させたものが要求
されている。
【０００６】本発明の目的は、耐ヒートサイクル性を従
来以上に向上させた回路基板を提供することである。
来以上に向上させた回路基板を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、銅
回路とセラミックス基板とが、Ａｇ成分とＣｕ成分と活
性金属成分を含むろう材を用いて接合されてなる回路基
板の評価方法であって、以下の方法で測定される銅回路
中に固体拡散しているＡｇ層の厚みの大きさによって回
路基板の耐ヒートサイクル性を評価することを特徴とす
る回路基板の評価方法である。
回路とセラミックス基板とが、Ａｇ成分とＣｕ成分と活
性金属成分を含むろう材を用いて接合されてなる回路基
板の評価方法であって、以下の方法で測定される銅回路
中に固体拡散しているＡｇ層の厚みの大きさによって回
路基板の耐ヒートサイクル性を評価することを特徴とす
る回路基板の評価方法である。
【０００８】〔測定方法〕回路基板の断面を研磨後、電
子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により、１μｍ
当たりの電子線照射条件を１５．０ｋＶ、１．０６×１
０-7Ａ、３０ｍｓｅｃとして分析を行い、Ａｇ強度ＩA
が２０≦ＩA ≦４０を示す層の厚みを測定してＡｇ層の
厚みとする。
子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により、１μｍ
当たりの電子線照射条件を１５．０ｋＶ、１．０６×１
０-7Ａ、３０ｍｓｅｃとして分析を行い、Ａｇ強度ＩA
が２０≦ＩA ≦４０を示す層の厚みを測定してＡｇ層の
厚みとする。
【０００９】また、本発明は、上記評価方法で評価した
ときに、銅回路中に固体拡散しているＡｇ層の厚みが５
〜４０μｍであることを特徴とする回路基板である。
ときに、銅回路中に固体拡散しているＡｇ層の厚みが５
〜４０μｍであることを特徴とする回路基板である。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明すると、銅板とセラミックス基板とが接合された回
路基板の耐ヒートサイクル性（信頼性）を向上させるに
は、セラミックス基板自体の強度を向上させることの他
に、銅板の耐疲労特性を低下させないこと、すなわち銅
板の機械的特性を低下させないようにしてセラミックス
基板と接合させることが重要となる。
説明すると、銅板とセラミックス基板とが接合された回
路基板の耐ヒートサイクル性（信頼性）を向上させるに
は、セラミックス基板自体の強度を向上させることの他
に、銅板の耐疲労特性を低下させないこと、すなわち銅
板の機械的特性を低下させないようにしてセラミックス
基板と接合させることが重要となる。
【００１２】高純度の無酸素銅は、加熱処理すると柔ら
かくなり塑性変形しやすいので、熱膨張係数の異なるセ
ラミックス基板と接合させてもセラミックス基板に損傷
を与え難いが、これにわずかな不純物が入ると、硬化し
やすくなり、銅本来の特性である塑性変形しやすい性質
が失われ、残留応力となってセラミックス基板に損傷を
与えるようになる（丸田隆美：伸銅技術研究会誌 2(196
3)，89.)。
かくなり塑性変形しやすいので、熱膨張係数の異なるセ
ラミックス基板と接合させてもセラミックス基板に損傷
を与え難いが、これにわずかな不純物が入ると、硬化し
やすくなり、銅本来の特性である塑性変形しやすい性質
が失われ、残留応力となってセラミックス基板に損傷を
与えるようになる（丸田隆美：伸銅技術研究会誌 2(196
3)，89.)。
【００１３】したがって、回路基板の銅板としては、無
酸素銅が好ましいが、特に酸素以外の不純物も銅板中に
混入させないようにすることが重要なことである。活性
金属ろう付け法において、銅板中に固体拡散しやすい物
質はＡｇである。
酸素銅が好ましいが、特に酸素以外の不純物も銅板中に
混入させないようにすることが重要なことである。活性
金属ろう付け法において、銅板中に固体拡散しやすい物
質はＡｇである。
【００１４】本発明において、セラミックス基板と銅板
とがろう材ペーストを介した状態で温度を高めていく
と、まずろう材が銅板と接触している部分から溶融し、
次いでＡｇリッチの組成から共晶組成に移行するが、更
に温度が高まるとＡｇの拡散が開始すると考えた。した
がって、この場合において、ワークが受け取るエネルギ
ーＥは、銅板とＡｇのみの反応を考慮した場合、Ｅ＝Ｅ
1 ＋Ｅ2 となる。ここで、Ｅ1 はＡｇ(S) ＋Ｃｕ(S) →
ＡｇＣｕ（共晶）によって消費するエネルギーであり、
Ｅ2 は銅板中へＡｇが固体拡散する際の消費エネルギー
である。Ｅ1 はろう材中のＡｇ量によって定まるもので
あり、Ａｇリッチの組成ほど大きくなると考えられる。
したがって、ろう材中のＡｇ量が極端に少ないか、又は
共晶組成に近いとＥ1 が小さくなり、Ａｇの拡散が起こ
りやすくなる。
とがろう材ペーストを介した状態で温度を高めていく
と、まずろう材が銅板と接触している部分から溶融し、
次いでＡｇリッチの組成から共晶組成に移行するが、更
に温度が高まるとＡｇの拡散が開始すると考えた。した
がって、この場合において、ワークが受け取るエネルギ
ーＥは、銅板とＡｇのみの反応を考慮した場合、Ｅ＝Ｅ
1 ＋Ｅ2 となる。ここで、Ｅ1 はＡｇ(S) ＋Ｃｕ(S) →
ＡｇＣｕ（共晶）によって消費するエネルギーであり、
Ｅ2 は銅板中へＡｇが固体拡散する際の消費エネルギー
である。Ｅ1 はろう材中のＡｇ量によって定まるもので
あり、Ａｇリッチの組成ほど大きくなると考えられる。
したがって、ろう材中のＡｇ量が極端に少ないか、又は
共晶組成に近いとＥ1 が小さくなり、Ａｇの拡散が起こ
りやすくなる。
【００１５】Ａｇの固体拡散はわずかなエネルギーによ
っても起こるため、可能な限りＡｇリッチの組成から共
晶組成に移行する際のエネルギー消費を大きくしてＡｇ
の拡散に与えるエネルギーを少なくすることが重要とな
る。すなわち、Ｅ≒Ｅ1 （Ｅ2 ≒０）とすることであ
り、そのためには接合温度を可能な限り低くすること等
が考えられる。本発明で採用した手段は、ろう材の金属
成分と接合条件の適性化である。すなわち、ろう材の金
属成分の主成分であるＡｇ成分とＣｕ成分の重量比をＡ
ｇ成分：Ｃｕ成分＝８０〜９５：２０〜５とすると共
に、接合を真空度１０-5〜１×１０-6Ｔｏｒｒの高真空
中、温度８００〜８４０℃で行い、しかも７００℃から
の昇温速度を１０℃／分以上と速くして行うことであ
る。
っても起こるため、可能な限りＡｇリッチの組成から共
晶組成に移行する際のエネルギー消費を大きくしてＡｇ
の拡散に与えるエネルギーを少なくすることが重要とな
る。すなわち、Ｅ≒Ｅ1 （Ｅ2 ≒０）とすることであ
り、そのためには接合温度を可能な限り低くすること等
が考えられる。本発明で採用した手段は、ろう材の金属
成分と接合条件の適性化である。すなわち、ろう材の金
属成分の主成分であるＡｇ成分とＣｕ成分の重量比をＡ
ｇ成分：Ｃｕ成分＝８０〜９５：２０〜５とすると共
に、接合を真空度１０-5〜１×１０-6Ｔｏｒｒの高真空
中、温度８００〜８４０℃で行い、しかも７００℃から
の昇温速度を１０℃／分以上と速くして行うことであ
る。
【００１６】本発明において、銅回路中に固体拡散して
いるＡｇ層の厚みは、回路基板の断面を研磨後、電子線
マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、例えば日本電子社
製「ＪＸＡ−８６００Ｍ」を用い、１μｍ当たりの電子
線照射条件を１５．０ｋＶ、１．０６×１０-7Ａ、３０
ｍｓｅｃとして分析を行い、Ａｇ強度ＩA が２０≦Ｉ A
≦４０を示す層の厚みとして定義される。
いるＡｇ層の厚みは、回路基板の断面を研磨後、電子線
マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、例えば日本電子社
製「ＪＸＡ−８６００Ｍ」を用い、１μｍ当たりの電子
線照射条件を１５．０ｋＶ、１．０６×１０-7Ａ、３０
ｍｓｅｃとして分析を行い、Ａｇ強度ＩA が２０≦Ｉ A
≦４０を示す層の厚みとして定義される。
【００１７】本発明の回路基板は、セラミックス基板、
接合層及び銅回路から構成されていると考えた場合、Ａ
ｇ強度ＩA が４０をこえる領域は、活性金属成分や、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｚｎ等の金属間化合物や合金等が多く含まれ
ている接合層であるので、銅回路中に固体拡散している
Ａｇ層の厚みを評価する領域としては適切ではない。ま
た、Ａｇ強度ＩA が２０未満の領域である銅回路の表面
部ないしはセラミックス基板の領域ではＡｇが固体拡散
しておらず、これまたＡｇ層の厚みを評価する領域とし
ては適切ではない。本発明においては、Ａｇ強度ＩA が
２０≦ＩA ≦４０を示す層の厚みを銅回路中に固体拡散
しているＡｇ層の厚みと定義した場合、その値の大きさ
によって回路基板の耐ヒートサイクル性の善し悪しを評
価することができるものである。
接合層及び銅回路から構成されていると考えた場合、Ａ
ｇ強度ＩA が４０をこえる領域は、活性金属成分や、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｚｎ等の金属間化合物や合金等が多く含まれ
ている接合層であるので、銅回路中に固体拡散している
Ａｇ層の厚みを評価する領域としては適切ではない。ま
た、Ａｇ強度ＩA が２０未満の領域である銅回路の表面
部ないしはセラミックス基板の領域ではＡｇが固体拡散
しておらず、これまたＡｇ層の厚みを評価する領域とし
ては適切ではない。本発明においては、Ａｇ強度ＩA が
２０≦ＩA ≦４０を示す層の厚みを銅回路中に固体拡散
しているＡｇ層の厚みと定義した場合、その値の大きさ
によって回路基板の耐ヒートサイクル性の善し悪しを評
価することができるものである。
【００１８】本発明の回路基板においては、銅回路中に
固体拡散しているＡｇ層の厚みは５〜４０μｍである。
Ａｇ層の厚みが５μｍ未満では、セラミックス基板と銅
板との接合が不十分となり、また４０μｍをこえると、
銅板の塑性変形特性が失われセラミックス基板に損傷を
与え、いずれの場合においても回路基板の耐ヒートサイ
クル性を一段と高めることができなくなる。本発明にお
いては、回路基板の任意の５箇所以上の箇所で測定され
たＡｇ層の厚みの平均値が５〜４０μｍであることが好
ましい。
固体拡散しているＡｇ層の厚みは５〜４０μｍである。
Ａｇ層の厚みが５μｍ未満では、セラミックス基板と銅
板との接合が不十分となり、また４０μｍをこえると、
銅板の塑性変形特性が失われセラミックス基板に損傷を
与え、いずれの場合においても回路基板の耐ヒートサイ
クル性を一段と高めることができなくなる。本発明にお
いては、回路基板の任意の５箇所以上の箇所で測定され
たＡｇ層の厚みの平均値が５〜４０μｍであることが好
ましい。
【００１９】次に、本発明の回路基板の製造方法につい
て説明する。
て説明する。
【００２０】本発明で使用されるセラミックス基板とし
ては、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等があげ
られるが、熱伝導率の高い窒化アルミニウムが望まし
い。窒化アルミニウム基板を製造する際の焼結助剤とし
ては、希土類酸化物（例えばイットリア）、アルカリ土
類金属酸化物（例えばカルシア）等が好ましいが、特に
イットリアが望ましい。焼結助剤の割合は、窒化アルミ
ニウム粉末と焼結助剤の合計に対し２〜５重量％含有し
ていることが望ましい。また、セラミックス基板の厚み
は、厚すぎると熱抵抗が大きくなり、薄すぎると耐久性
がなくなるため、０．５〜０．８ｍｍ程度であることが
好ましい。
ては、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等があげ
られるが、熱伝導率の高い窒化アルミニウムが望まし
い。窒化アルミニウム基板を製造する際の焼結助剤とし
ては、希土類酸化物（例えばイットリア）、アルカリ土
類金属酸化物（例えばカルシア）等が好ましいが、特に
イットリアが望ましい。焼結助剤の割合は、窒化アルミ
ニウム粉末と焼結助剤の合計に対し２〜５重量％含有し
ていることが望ましい。また、セラミックス基板の厚み
は、厚すぎると熱抵抗が大きくなり、薄すぎると耐久性
がなくなるため、０．５〜０．８ｍｍ程度であることが
好ましい。
【００２１】セラミックス基板の表面性状は重要であ
り、微少な欠陥や窪み等は、銅板との接合時の接触面積
に大きな影響を与えるため、平滑であることが望まし
い。したがって、ホーニング処理や機械加工等による研
磨を行うことが望ましい。
り、微少な欠陥や窪み等は、銅板との接合時の接触面積
に大きな影響を与えるため、平滑であることが望まし
い。したがって、ホーニング処理や機械加工等による研
磨を行うことが望ましい。
【００２２】一方、銅回路の厚みとしては、近年、電流
密度が向上していく傾向から０．３ｍｍよりも厚い方が
好ましく、また裏面に放熱銅板を設ける場合はその厚み
を０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。
密度が向上していく傾向から０．３ｍｍよりも厚い方が
好ましく、また裏面に放熱銅板を設ける場合はその厚み
を０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２３】セラミックス基板の一方の面に銅回路、他
方の面には放熱銅板を形成する方法としては、セラミッ
クス基板と銅板との接合体をエッチングする方法、銅板
から打ち抜かれた銅回路及び／又は放熱銅板のパターン
をセラミックス基板に接合する方法等によって行うこと
ができ、これらの際における銅板又は銅パターンとセラ
ミックス基板との接合方法としては、活性金属ろう付け
法が採用される。
方の面には放熱銅板を形成する方法としては、セラミッ
クス基板と銅板との接合体をエッチングする方法、銅板
から打ち抜かれた銅回路及び／又は放熱銅板のパターン
をセラミックス基板に接合する方法等によって行うこと
ができ、これらの際における銅板又は銅パターンとセラ
ミックス基板との接合方法としては、活性金属ろう付け
法が採用される。
【００２４】活性金属ろう付け法におけるろう材の金属
成分は、Ａｇ成分とＣｕ成分を主成分とし、溶融時のセ
ラミックス基板との濡れ性を確保するために、活性金属
を副成分とする。この活性金属成分は、セラミックス基
板と反応して酸化物や窒化物を生成させ、それらの生成
物がろう材とセラミックス基板との結合を強固なものに
する。活性金属の具体例をあげれば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖやこれらの化合物である。これらの
比率としては、Ａｇ８０〜９５重量部とＣｕ２０〜５重
量部の合計量１００重量部あたり活性金属１〜７重量部
である。
成分は、Ａｇ成分とＣｕ成分を主成分とし、溶融時のセ
ラミックス基板との濡れ性を確保するために、活性金属
を副成分とする。この活性金属成分は、セラミックス基
板と反応して酸化物や窒化物を生成させ、それらの生成
物がろう材とセラミックス基板との結合を強固なものに
する。活性金属の具体例をあげれば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖやこれらの化合物である。これらの
比率としては、Ａｇ８０〜９５重量部とＣｕ２０〜５重
量部の合計量１００重量部あたり活性金属１〜７重量部
である。
【００２５】銅板とセラミックス基板の接合温度は、温
度が高すぎると、銅回路中へのＡｇの拡散が進み銅回路
の残留応力として残りやすくなり、また温度が低すぎる
と、銅板とセラミックス基板が充分に接合しなくなるた
め、８００〜８４０℃とする。更には、接合温度までの
昇温速度を可能な限り速くすることが好ましく、特に７
００℃からの昇温速度を１０℃／分以上とする。接合時
の雰囲気は、真空度１×１０-5〜１×１０-6Ｔｏｒｒの
高真空中である。真空度１×１０-5未満では接合が不十
分となり、また真空度１×１０-6Ｔｏｒｒをこえる高真
空中では却ってろう材の活性が高まり過ぎ、いずれの場
合も耐ヒートサイクル性は向上しない。
度が高すぎると、銅回路中へのＡｇの拡散が進み銅回路
の残留応力として残りやすくなり、また温度が低すぎる
と、銅板とセラミックス基板が充分に接合しなくなるた
め、８００〜８４０℃とする。更には、接合温度までの
昇温速度を可能な限り速くすることが好ましく、特に７
００℃からの昇温速度を１０℃／分以上とする。接合時
の雰囲気は、真空度１×１０-5〜１×１０-6Ｔｏｒｒの
高真空中である。真空度１×１０-5未満では接合が不十
分となり、また真空度１×１０-6Ｔｏｒｒをこえる高真
空中では却ってろう材の活性が高まり過ぎ、いずれの場
合も耐ヒートサイクル性は向上しない。
【００２６】
【実施例】以下、本発明を実施例と比較例をあげて具体
的に説明する。
的に説明する。
【００２７】実施例１〜５ 比較例１〜６ 窒化アルミニウム粉末９６重量部、焼結助剤（イットリ
ア）４重量部の合計１００重量部に対し、表面処理剤と
してオレイン酸を２重量部を添加し、振動ミルにて予備
混合を行った。更に、有機結合剤としてエチルセルロー
ス８重量部、可塑剤としてグリセリントリオレート３重
量部及び水１２重量部と共にミキサーで混合を行い、そ
の混練物を成型速度１．０ｍ／分、成型圧力５５〜７０
ｋｇ／ｃｍ2 で押出成型を行った。
ア）４重量部の合計１００重量部に対し、表面処理剤と
してオレイン酸を２重量部を添加し、振動ミルにて予備
混合を行った。更に、有機結合剤としてエチルセルロー
ス８重量部、可塑剤としてグリセリントリオレート３重
量部及び水１２重量部と共にミキサーで混合を行い、そ
の混練物を成型速度１．０ｍ／分、成型圧力５５〜７０
ｋｇ／ｃｍ2 で押出成型を行った。
【００２８】この押出成型体を遠赤外線で１２０℃、５
分間乾燥を行った後、４８０℃で１０時間空気中で脱脂
を行い温度１８５０℃で焼成を行った。得られた窒化ア
ルミニウム焼結体の表面をホーニング処理して十分に清
浄化し、６０ｍｍ×３６ｍｍ×０．６５ｍｍの大きさに
加工して窒化アルミニウム基板とした。
分間乾燥を行った後、４８０℃で１０時間空気中で脱脂
を行い温度１８５０℃で焼成を行った。得られた窒化ア
ルミニウム焼結体の表面をホーニング処理して十分に清
浄化し、６０ｍｍ×３６ｍｍ×０．６５ｍｍの大きさに
加工して窒化アルミニウム基板とした。
【００２９】Ａｇ粉末とＣｕ粉末の割合を表１に示すよ
うに種々変化させたもの１００重量部に、Ｚｒ粉末３重
量部、Ｔｉ粉末３重量部、テルピネオール１５重量部及
び有機結合剤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５重量部を加えてよく混練し、
ろう材ペーストを調整した。このろう材ペーストを窒化
アルミニウム基板の表面（回路側）にスクリーン印刷に
よってパターン率０．２０のＬ字型パターンに塗布する
と共に、裏面（放熱側）には全面塗布した。その際の塗
布量（乾燥後）は９ｍｇ／ｃｍ2 とした。
うに種々変化させたもの１００重量部に、Ｚｒ粉末３重
量部、Ｔｉ粉末３重量部、テルピネオール１５重量部及
び有機結合剤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５重量部を加えてよく混練し、
ろう材ペーストを調整した。このろう材ペーストを窒化
アルミニウム基板の表面（回路側）にスクリーン印刷に
よってパターン率０．２０のＬ字型パターンに塗布する
と共に、裏面（放熱側）には全面塗布した。その際の塗
布量（乾燥後）は９ｍｇ／ｃｍ2 とした。
【００３０】次いで、回路側には６０ｍｍ×３６ｍｍ×
０．３ｍｍの銅板を、また放熱側には６０ｍｍ×３６ｍ
ｍ×０．１５ｍｍの銅板をそれぞれ接触配置してから、
雰囲気の真空度及び温度７００℃以上の昇温速度を表１
の条件にして同表に示す接合温度まで昇温し、その温度
で３０分保持した後、２℃／分の降温速度で冷却して接
合体を製造した。
０．３ｍｍの銅板を、また放熱側には６０ｍｍ×３６ｍ
ｍ×０．１５ｍｍの銅板をそれぞれ接触配置してから、
雰囲気の真空度及び温度７００℃以上の昇温速度を表１
の条件にして同表に示す接合温度まで昇温し、その温度
で３０分保持した後、２℃／分の降温速度で冷却して接
合体を製造した。
【００３１】得られた接合体にＵＶ硬化タイプのエッチ
ングレジストをろう材ペーストパターンに合わせてスク
リーン印刷により塗布した後、塩化第２銅溶液を用いて
エッチングして銅板不要部分を溶解除去し、更にエッチ
ングレジストを５％苛性ソーダ溶液で剥離した。このエ
ッチング処理された接合体には、銅回路パターン間には
残留する不要ろう材や活性金属成分と窒化アルミニウム
基板との反応物があるので、それを除去するため、温度
６０℃、１０％フッ化アンモニウム溶液に１０分間浸漬
した。
ングレジストをろう材ペーストパターンに合わせてスク
リーン印刷により塗布した後、塩化第２銅溶液を用いて
エッチングして銅板不要部分を溶解除去し、更にエッチ
ングレジストを５％苛性ソーダ溶液で剥離した。このエ
ッチング処理された接合体には、銅回路パターン間には
残留する不要ろう材や活性金属成分と窒化アルミニウム
基板との反応物があるので、それを除去するため、温度
６０℃、１０％フッ化アンモニウム溶液に１０分間浸漬
した。
【００３２】これら一連の処理を経て製作された回路基
板について、放熱側から押した場合の３点曲げ強度をス
パン３０ｍｍ、クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／分の
条件で測定した。また、耐ヒートサイクイル性を評価す
るため、大気中、−４０℃×３０分保持後、２５℃×１
０分間放置、更に１２５℃×３０分保持後、２５℃×１
０分間放置を１サイクルとした耐久性試験を行い、銅回
路又は放熱銅板が剥離開始したサイクル数を測定した。
また、銅回路中にＡｇが固体拡散したＡｇ層の厚みを上
記に従い任意の５箇所で測定しその値を平均した。それ
らの結果を表１に示す。
板について、放熱側から押した場合の３点曲げ強度をス
パン３０ｍｍ、クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／分の
条件で測定した。また、耐ヒートサイクイル性を評価す
るため、大気中、−４０℃×３０分保持後、２５℃×１
０分間放置、更に１２５℃×３０分保持後、２５℃×１
０分間放置を１サイクルとした耐久性試験を行い、銅回
路又は放熱銅板が剥離開始したサイクル数を測定した。
また、銅回路中にＡｇが固体拡散したＡｇ層の厚みを上
記に従い任意の５箇所で測定しその値を平均した。それ
らの結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、耐ヒートサイクル性を
一段と高めた回路基板を提供することができる。
一段と高めた回路基板を提供することができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 3/00 - 3/38
Claims (2)
- 【請求項１】 銅回路とセラミックス基板とが、Ａｇ成
分とＣｕ成分と活性金属成分を含むろう材を用いて接合
されてなる回路基板の評価方法であって、以下の方法で
測定される銅回路中に固体拡散しているＡｇ層の厚みの
大きさによって回路基板の耐ヒートサイクル性を評価す
ることを特徴とする回路基板の評価方法。 〔測定方法〕回路基板の断面を研磨後、電子線マイクロ
アナライザー（ＥＰＭＡ）により、１μｍ当たりの電子
線照射条件を１５．０ｋＶ、１．０６×１０-7Ａ、３０
ｍｓｅｃとして分析を行い、Ａｇ強度ＩA が２０≦ＩA
≦４０を示す層の厚みを測定してＡｇ層の厚みとする。 - 【請求項２】 請求項１記載の評価方法で評価したとき
に、銅回路中に固体拡散しているＡｇ層の厚みが５〜４
０μｍであることを特徴とする回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29998196A JP3182354B2 (ja) | 1996-11-12 | 1996-11-12 | 回路基板及びその評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29998196A JP3182354B2 (ja) | 1996-11-12 | 1996-11-12 | 回路基板及びその評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10145039A JPH10145039A (ja) | 1998-05-29 |
| JP3182354B2 true JP3182354B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=17879318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29998196A Expired - Lifetime JP3182354B2 (ja) | 1996-11-12 | 1996-11-12 | 回路基板及びその評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3182354B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000031609A (ja) * | 1998-07-16 | 2000-01-28 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板 |
| WO2013115359A1 (ja) | 2012-02-01 | 2013-08-08 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法、および銅部材接合用ペースト |
| JP2017041567A (ja) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | デンカ株式会社 | セラミックス回路基板の製造方法 |
| EP3598485B1 (en) * | 2015-12-28 | 2020-10-07 | NGK Insulators, Ltd. | Bonded substrate and method for manufacturing bonded substrate |
| WO2021149789A1 (ja) * | 2020-01-23 | 2021-07-29 | デンカ株式会社 | セラミックス－銅複合体、及びセラミックス－銅複合体の製造方法 |
-
1996
- 1996-11-12 JP JP29998196A patent/JP3182354B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10145039A (ja) | 1998-05-29 |
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