陶瓷電路基板的制作方法

文檔序號:19792825發布日期:2020-01-24 14:41
陶瓷電路基板的制作方法

本發明涉及陶瓷電路基板。



背景技術:

作為用于功率模塊等的電路用基板,從導熱率、成本、安全性等方面出發而使用氧化鋁、氧化鈹、氮化硅、氮化鋁等陶瓷基板。這些陶瓷基板接合銅、鋁等金屬電路板、散熱板而作為電路基板來使用。這些對樹脂基板、以樹脂層為絕緣材料的金屬基板具有優異的絕緣性和散熱性等,因此被用作用于搭載高散熱性電子部件的基板。

在電梯、車輛、混合動力汽車等之類的功率模塊用途中,使用在陶瓷基板的表面用釬料接合金屬電路板、再在金屬電路板的規定位置搭載半導體元件而成的陶瓷電路基板。近年來針對與半導體元件的高集成化、高頻化、高輸出化等相伴的來自半導體元件的發熱量增加,使用了具有高導熱率的氮化鋁燒結體、氮化硅燒結體的陶瓷基板。

另外,陶瓷電路基板和半導體元件以往是通過使用了sn系焊料的接合法來接合,因此可預測隨著高輸出化等的發熱量增大,由焊料的再熔融所引起的可靠性下降將成為問題。進而,預期作為將來的高效率器件而倍受期待的sic的驅動溫度將達到250℃以上,比si更加高溫化,需要應用進一步的應對高溫的安裝技術。

為了解決這些技術問題,研究了利用銀等的納米粒子的接合技術。已知如果將金屬粒子制成數納米尺寸,則表觀上的熔點比塊材的熔點低,認為可以在熔點以下接合、而且接合后在達到粒子材料的熔點時熔融可成為不可逆的現象(專利文獻1)。

通過半導體元件的銀納米粒子接合,可以期待在以高耐熱性、高散熱性為目標的器件中應用。

就銀納米粒子接合的被接合物而言,已知鍍銀后的表面可以比清潔銅表面容易接合、接合強度也高。

可容易地對陶瓷電路基板的整個銅部進行鍍銀,但是銀與硫的反應性非常高。

而且,鍍銀面與emc等功率模塊密封樹脂的密合性不夠優異,因此可能導致功率模塊的性能、可靠性下降。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2011-80147



技術實現要素:

發明要解決的問題

本發明的課題在于提供一種具備耐遷移性及與模塊用密封樹脂的密合性提高的電路基板。

用于解決課題的手段

發明人為了實現上述目的而進行了深入研究,結果發現,在對導體側面實施了鍍銀的情況下,有發生由銀的遷移導致的導體間短路的可能性,另外由于導體側面成為傾斜形狀,因此樹脂中容易產生氣孔,確立了通過制成從側面除去了銀鍍層的結構從而提高耐遷移性及與模塊用密封樹脂的密合性的技術。

即,本發明為一種陶瓷電路基板,其為在使用氮化鋁或氮化硅的陶瓷基板的兩主面介由釬料而接合銅板、在至少一主面的銅板上實施了鍍銀的陶瓷電路基板,其特征在于,銅板側面不實施鍍銀,銀鍍層的厚度為0.1μm至1.5μm,鍍銀后的電路基板的表面粗糙度的算術平均粗糙度ra為0.1μm至1.5μm。

發明效果

本發明提供一種半導體元件的銀納米粒子接合容易且具有耐遷移性及與模塊用密封樹脂的高密合性的陶瓷電路基板。

附圖說明

圖1是陶瓷電路基板的剖視圖的一例

圖2是陶瓷電路基板的剖視圖的一例

圖3是陶瓷電路基板的俯視圖(圖1的俯視圖)

具體實施方式

[陶瓷電路基板]

本發明為一種陶瓷電路基板,其為在使用氮化鋁或氮化硅的陶瓷基板的兩主面介由釬料而接合銅板、在至少一主面的銅板上實施了鍍銀的陶瓷電路基板,其特征在于,銅板側面不實施鍍銀,銀鍍層的厚度為0.1μm至1.5μm,鍍銀后的電路基板的表面粗糙度的算術平均粗糙度ra為0.1μm至1.5μm。

作為本發明的陶瓷電路基板所用的陶瓷基板,沒有特別限定,可以使用:氮化硅、氮化鋁等氮化物系陶瓷;氧化鋁、氧化鋯等氧化物系陶瓷;碳化硅等碳化物系陶瓷;硼化鑭等硼化物系陶瓷等。其中,為了通過活性金屬法將金屬板接合于陶瓷基板,優選氮化鋁、氮化硅等非氧化物系陶瓷,而且從優異的機械強度、斷裂韌性的觀點出發,優選氮化硅基板。

在本發明的一個實施方式中,對陶瓷基板的厚度沒有特別限定,通常為0.1~3.0mm左右,特別地,若考慮到降低電路基板整體的熱阻率,則優選為1.0mm以下。

在本發明的一個實施方式中,金屬板中所用的金屬只要是銅、鋁、鐵、鎳、鉻、銀、鉬、鈷的單質或其合金等可以應用活性金屬法的金屬,則沒有特別限定,特別是從導電性、散熱性的觀點出發,優選為銅。

在本發明的一個實施方式中,銅板的純度優選為90%以上。通過將純度設為90%以上,在將陶瓷基板和銅板接合時,可以抑制銅板和釬料的反應變得不充分、或銅板變硬而使電路基板的可靠性下降的情況。

在本發明的一個實施方式中,對銅板的厚度沒有特別限定,通常為0.1~1.5mm,特別是從散熱性的觀點出發,優選為0.3mm以上,更優選為0.5mm以上,進一步優選為0.8mm以上。

銀鍍層的厚度優選為0.1μm至1.5μm,更優選為0.3μm至1.0μm。當比0.1μm薄時,局部會產生未鍍銀的部分,在半導體元件接合時,在半導體和銅體之間形成空隙,熱阻下降。另外,為1.5μm以上時,存在銀鍍層的密合性下降的可能性。

銀鍍層表面的算術平均粗糙度ra優選為0.1μm至1.5μm,更優選為0.1μm至1.0μm。當小于0.1μm時,需要進行銅表面的加工,制造成本變得高昂。當超過1.5μm時,存在半導體元件與銀鍍層的密合性下降的可能性。

另外,本發明的一個實施方式的陶瓷電路基板的、使用帶有由圖案間距離為0.5mm構成的梳形電極的基板在恒溫恒濕槽中在85℃、93%rh的氣氛下施加了500小時的dc1kv后的圖案間的絕緣電阻值優選為1×106ω以下。

進而,本發明的一個實施方式的陶瓷電路基板的、在2張電路基板間夾入emc樹脂并使其固化后的用拉伸試驗器測定剪切應力所得的值優選為20kg/cm2以上。

[陶瓷電路基板的制造方法]

本發明的陶瓷電路基板的制造方法是包含進行非電解鍍銀的制造方法。

銀鍍層可薄膜成型,進一步優選為能夠降低表面內的膜厚不均的非電解鍍敷。

關于導體表面的實施鍍銀的部位,可以是圖1中所示的部分的鍍銀,也可以是圖2中所示的整面鍍銀,從鍍敷費用的觀點出發,優選為部分鍍銀。

作為制成在導體側面不實施鍍銀的結構的方法,可以采用鍍銀處理后進行電路形成的方法、電路形成后進行脫銀處理的方法。

emc樹脂與金屬的表面氧化膜的密合性優異,因此相較于不易形成氧化膜的銀等貴金屬,更容易與銅表面密合。

實施例

以下通過實施例詳細說明本發明。但是,本發明的范圍不受以下的實施例限定。

[實施例]

在厚0.32mm、外形尺寸50mm×50mm的氮化硅基板的兩主面涂布以銀和銅為主要成分的接合材料后,用無氧銅c1020板夾持而層疊。邊對該層疊體加壓邊在真空中加熱而制造銅-陶瓷接合體。

在得到的接合體的表背銅板的未實施鍍銀的部分涂敷紫外線固化型的抗鍍敷劑。通過對銅露出部進行鍍銀的前處理,來調整鍍銀后的表面粗糙度。然后,進行規定時間的非電解鍍銀處理而施以0.1μm~1.5μm厚的銀鍍層。用堿溶液除去抗鍍敷劑,從而制作部分地配置有銀的銅-陶瓷接合體。

在得到的接合體的表側銅板上,通過絲網印刷將紫外線固化型的抗蝕劑涂布成電路圖案。另外,對于背側銅板,通過絲網印刷按照遮蔽整面的方式涂布抗蝕劑,以避免被蝕刻。關于蝕刻,使用cucl2液進行蝕刻處理,從而將不需要的部分溶解除去,形成了銅電路圖案。

將得到的銅電路基板浸漬于堿溶液而除去抗蝕劑,從而制作具有對導體表面實施鍍銀且其側面沒有實施鍍銀的結構的電路基板。

在得到的陶瓷電路基板的銀鍍層上用銀納米粒子接合si芯片后,在基板背面側焊接銅基板,從而模塊化。

[比較例]

通過縮短實施例的非電解鍍銀的處理時間而制作薄膜銀鍍層,通過延長處理時間而制作厚膜銀鍍層的電路基板。

沒有涂敷實施例的抗鍍敷劑而制作對銅表面整體實施了鍍銀的電路基板。

在形成電路后進行鍍銀處理,制作在導體側面實施了鍍銀的電路基板。

<銀鍍層厚度的測定>

就銀鍍層的厚度而言,通過以5000倍至10000倍的倍率進行剖面sem觀察而在長度50μm的范圍內測定厚度,對多張進行測定并取其平均值。

<表面粗糙度的算術平均粗糙度的測定>

使用裝置sj-301(株式會社三豐制)測定表面粗糙度的算術平均粗糙度,以基準長度0.8mm對銀鍍層表面的多個位置進行測定并取其平均值。

<金鍍層密合性的評價>

關于銀鍍層密合性,使用鋒利的刀具在鍍敷面以形成2mm的正方形的方式形成深達基體的切痕,貼上有粘合力的膠帶,快速且強力地對其進行拉剝,從而調查有無剝離。

<遷移評價>

關于遷移評價,使用帶有由圖案間距離為0.5mm構成的梳形電極的基板,在恒溫恒濕槽中在85℃、93%rh的氣氛下施加500小時的dc1kv。然后,測定圖案間的絕緣電阻值,分為以下的2個等級。

○:≥1×106ω、×:<1×106ω

<與emc樹脂的密合性評價>

關于與emc樹脂的密合性評價,在2張電路基板間夾入emc樹脂并使其固化后,用拉伸試驗器測定剪切應力,分為以下的2個等級。

○:≥20kg/cm2、×:<20kg/cm2

將評價結果匯總于表1。

[表1]

※對于側面無銀鍍層品,評價銅露出面與emc的密合性“—”符號表示沒有進行評價

對于側面有銀鍍層品,評價銀鍍層面與emc的密合性

如表1中所示,確認了通過制成對導體表面實施鍍銀且其側面沒有實施鍍銀的結構,從而具有耐遷移性及與模塊用密封樹脂的高密合性。

附圖標記的說明

1陶瓷基板

2銅板

3銀鍍層

再多了解一些
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