特表 2024-504717 プリント回路用基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-01

(54)【発明の名称】プリント回路用基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 37/02 20060101AFI20240125BHJP

   H05K 1/03 20060101ALI20240125BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20240125BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

C04B37/02 Z

H05K1/03 610D

H05K1/03 630H

H05K3/00 R

H01L23/12 D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023544425

(86)(22)【出願日】2022-01-21

(85)【翻訳文提出日】2023-07-21

(86)【国際出願番号】 KR2022001097

(87)【国際公開番号】W WO2022158894

(87)【国際公開日】2022-07-28

(31)【優先権主張番号】10-2021-0008707

(32)【優先日】2021-01-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517232084

【氏名又は名称】エルエックス セミコン カンパニー， リミティド

(71)【出願人】

【識別番号】502130098

【氏名又は名称】株式会社ＦＪコンポジット

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李 俊昊

(72)【発明者】

【氏名】趙 南泰

(72)【発明者】

【氏名】津島 栄樹

【テーマコード（参考）】

4G026

【Ｆターム（参考）】

4G026BA16

4G026BA17

4G026BB22

4G026BB27

4G026BD04

4G026BF38

4G026BG06

4G026BH07

(57)【要約】

本出願は、プリント回路用基板の製造方法に関するものである。本出願によれば、セラミック基板と金属シートの間の接合力が優れるプリント回路用基板を製造することができ、その製造コストを減らすことができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する上面と下面の面積がS_Aであるセラミック基板(a)を用意し、前記面積S_Aを有するセラミック基板の上面と下面の上にそれぞれ蒸着層を形成し、互いに対向する上面と下面の上に上部蒸着層及び下部蒸着層がそれぞれ形成されたセラミック基板(A)を製造する第１ステップと、
前記面積S_Aより１.５倍以上大きい面積S_Bの一面を有する上部金属シート(B)及び下部金属シート(B')を用意する第２ステップと、
前記上部金属シート(B)と下部金属シート(B')の互いに対向する面積S_Bの一面の間で、２つ以上のセラミック基板(A)が平面に平行に並んで位置するように前記金属シート(B、B')と前記２つ以上のセラミック基板(A)を配置する第３ステップと、
前記上部及び下部金属シート(B、B')を熱間加圧して、上部及び下部蒸着層を媒介として前記金属シート(B、B')とセラミック基板(A)を接合する第４ステップと、を含む、プリント回路用基板の製造方法。

【請求項2】

前記上部金属シート(B)及び下部金属シート(B')の一面の面積S_Bは、前記面積S_A対比１.５～６.０倍の大きさである、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項3】

前記上部金属シート(B)及び下部金属シート(B')の一面の面積S_Bは、前記面積S_A対比１.５～２.５倍の大きさである、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項4】

前記３ステップは、
前記面積がS_Bである金属シート(B、B')の一面と前記２つ以上であるセラミック基板(A)の間の重畳面積が、上部金属シート(B)と下部金属シート(B')の間に位置するセラミック基板(A)の総面積(ST=n×SA、nは２以上の自然数として金属シート(B、B')の間に位置するセラミック基板の個数を意味する)の７０％以上となるように、前記金属シート(B、B')とセラミック基板(A)を配置する、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項5】

前記面積がS_Bである金属シート(B、B')の一面と前記２つ以上であるセラミック基板(A)の間の重畳面積が、上部金属シート(B)と下部金属シート(B')の間に位置するセラミック基板(A)の総面積(ST=n×SA、nは２以上の自然数として金属シート(B、B')の間に位置するセラミック基板の個数を意味する)の９０％以上となるように、前記金属シート(B、B')とセラミック基板(A)を配置する、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項6】

前記蒸着層は、Ag及びTiを含み、
前記Agの単位面積当たりの蒸着量は、３.５０～６.１０g/m^２の範囲であり、
前記Tiの単位面積当たりの蒸着量は、０.６１～１.３０g/m^２の範囲である、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項7】

４５０～１,３００℃の温度で、１～２５MPaの圧力を加えながら前記熱間加圧を行う、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項8】

前記Agの単位面積当たりの蒸着量は、４.００～４.６０g/m^２の範囲である、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項9】

前記Tiの単位面積当たりの蒸着量は、１.０２～１.３０g/m^２の範囲である、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項10】

前記第１ステップの蒸着は、セラミック基板(a)の上面と下面の上にそれぞれTiを含む第１蒸着層を形成するステップと、前記第１蒸着層の上にAgを含む第２蒸着層を形成するステップとを含む、請求項５に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項11】

前記セラミック基板(a)は、Si_３N_４、AlN及びAl_２O_３のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項12】

前記金属シートは、Cu、Al、Ni及びFeのうち少なくとも１つを含む、請求項１１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項13】

前記セラミック基板は、Si_３N_４及びAlNのうち１つ以上を含む、請求項１１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項14】

前記熱間加圧によって前記蒸着層に含まれた物質と前記セラミック基板に含まれた物質が反応して接合層が形成され、
前記接合層は、少なくともTiNを含む、請求項１２に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【請求項15】

前記金属シート(B、B')に対するエッチング(Etching)ステップをさらに含む、請求項１に記載のプリント回路用基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、プリント回路用基板の製造方法に関するものである。より具体的には、本出願は、生産コストを減らすことができ、基板を形成する層間接合力を向上させることができる、プリント回路用基板の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電子機器の小型化、軽量化、及び高機能化の傾向に伴い、小型機器を中心としてビルドアッププリント回路用基板(Build‐up Printed Circuit Board)の応用分野が増加したことにより、多層プリント回路用基板に対する需要が増加している。

【0003】

多層プリント回路用基板は、平面的配線から立体的配線が可能であり、特に産業用電子分野では機能素子(例えば、IC(integrated circuit)またはLSI(large scale integration)等)の集積度の向上だけではなく、電子機器の小型化、軽量化、高機能化、構造的な電気的機能統合、組立時間の短縮、及びコスト削減等に有利な製品である。

【0004】

プリント回路用基板は、アルミナ(Al_２0_３)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si_３N_４)等のセラミック基板の互いに対向する両面に銅シート(Copper Sheet)のような金属シートを接合して製造することができる。

【0005】

プリント回路用基板の接合法は、次のように大きく３種に分けることができる。主にAgで構成されたペーストを利用する活性金属法(Active metal brazing、AMB)、セラミック基板の酸化層を利用して接合するダイレクト接合法(Direct bonding)、金属の蒸着及び拡散反応を利用する拡散接合法がある。

【0006】

このうち、活性金属法は、電力半導体モジュールの動作時にAgがエッジ(Edge)部分に拡散する問題があり、ダイレクト接合法は、酸化層によって熱伝導度が低下する問題がある。反面、拡散接合法は、固相反応によって数百ナノメートル厚さの薄い蒸着層を形成することができ、活性金属法に比べて使用されるAg等の金属の量が極めて少なく、結合力が優れるので熱衝撃特性が優れるプリント回路用基板の製造が可能であるという長所がある。

【0007】

一方、プリント回路用基板は、電圧印加により繰り返し的に熱に露出されたり周辺環境の変化によって熱衝撃条件に置かれることになる。この時、セラミック基板と金属シート(例えば、銅シート)の熱膨脹係数が異なるので熱応力が発生し、繰り返し的な熱衝撃により剥離が起きやすい。

【0008】

よって、生産コストを減らしながらも、強い層間接合力を有するプリント回路用基板を製造する技術が必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本出願の一目的は、生産コストを減らすことができるプリント回路用基板の製造方法を提供することである。

【0010】

本出願の別の目的は、熱衝撃環境においても剥離が発生しないように強い層間接合力を有するプリント回路用基板を提供することである。

【0011】

本出願の前記目的及びその他の目的は、以下に詳細に説明される本出願によって全て解決することができる。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前述した目的を達成するために、一側面で、本実施例は、互いに対向する上面と下面の面積がS_Aであるセラミック基板(a)を用意し、前記面積S_Aを有するセラミック基板の上面と下面の上にそれぞれ蒸着層を形成し、互いに対向する上面と下面の上に上部蒸着層及び下部蒸着層がそれぞれ形成されたセラミック基板(A)を製造する第１ステップと、前記面積S_Aより１.５倍以上大きい面積S_Bの一面を有する上部金属シート(B)及び下部金属シート(B')を用意する第２ステップと、前記上部金属シート(B)と下部金属シート(B')の互いに対向する面積S_Bの一面の間で、２つ以上のセラミック基板(A)が平面に平行に並んで位置するように前記金属シート(B、B')と前記２つ以上のセラミック基板(A)を配置する第３ステップと、前記上部及び下部金属シート(B、B')を熱間加圧して、上部及び下部蒸着層を媒介として前記金属シート(B、B')とセラミック基板(A)を接合する第４ステップと、を含む、プリント回路用基板の製造方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0013】

本出願によれば、セラミック基板と金属シートの間の接合力が優れるプリント回路用基板を製造することができ、その製造コストを減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本出願の一実施例に係るプリント回路用基板の製造過程に関連して、セラミック基板１００、蒸着層２００及び金属シート３００が概略的に図示された断面図である。

【図2】図２は、従来技術と本出願で金属シートとセラミック基板の配置関係を概略的に図示したものである。

【図3】図３は、本出願の一実施例に係るセラミック基板１００、接合層２００a及び金属シート３００を含むプリント回路用基板の断面図である。

【図4】図４は、本出願の一実施例によって形成されたセラミック基板及び蒸着層の断面を走査電子顕微鏡(SEM)で撮影したイメージである。

【図5】図５は、本出願の一実施例によって形成されたセラミック基板、接合層及び金属シートの断面を走査電子顕微鏡(SEM)で撮影したイメージである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本出願の具体例に関する添付図面を参照して、本出願を詳しく説明する。

【0016】

明確な説明のために、説明と関係のない部分は図面で省略され、明細書全体にわたり同一または類似する構成要素に対しては同じ参照符号を使用した。また、図面に示された各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜を図って任意に拡大または縮小して図示されたので、本出願の構成の大きさと厚さが必ず図示されたものに限定されるものではない。

【0017】

本明細書で、構成間の位置に関して使用される「上」という用語は「上」または「上部」に対応する意味として使用され、特別に特定して記載しない限り、当該の位置を有する構成が他の構成に直接接してその上に存在する場合を意味することができ、またはこれらの間に他の構成が存在する場合を意味することもできる。

【0018】

本明細書で、「面積」は、特別に特定して定義しない限り、各構成をその表面の法線方向と平行する方向の上部または下部から観察する時、当該の構成が視認される面積、例えば正射影面積を意味することができる。よって、面積が言及される対象または面積比較の対象となる構成が有する凹凸等による実際面積の増減は考慮されない。

【0019】

本明細書の全体において、「含む」または「有する」の用語は、特別に特定して記載しない限り、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0020】

本明細書で、「ステップ」と「工程」の用語は、同じ意味として混用することができる。

【0021】

本出願に関する一例で、本出願は、プリント回路用基板の製造方法に関するものである。前記方法は、所定の構成が積層された積層体を製造し、これを熱間加圧する方式で行うことができる。

【0022】

例えば、図１に図示されたように、前記製造方法は、セラミック基板１００を用意し、前記セラミック基板１００の互いに対向する２つの面上に蒸着層２００を形成し、続いて前記蒸着層２００の上に金属シート３００を位置させた後、前記金属シートの外側で前記金属シートを熱間加圧(hot pressing)して前記セラミック基板１００と前記金属シート３００を接合する方式で行うことができる。

【0023】

前記製造過程に関連した本出願の具体例によれば、セラミック基板と金属シートの面積及び/またはこれらの接合前の積層位置が調節され、それにより生産コストが節減される。また、本出願の具体例によれば、蒸着成分及びその含量を調節して、セラミック基板と金属シートの間に優れる接合力を提供することができる。

【0024】

具体的には、前記方法は、
互いに対向する上面と下面の面積がS_Aであるセラミック基板(a)を用意し、前記面積S_Aを有するセラミック基板の上面と下面の上にそれぞれ蒸着層を形成し、互いに対向する上面と下面の上に上部蒸着層及び下部蒸着層がそれぞれ形成されたセラミック基板(A)を製造する第１ステップと、
前記面積S_Aより１.５倍以上大きい面積S_Bの一面を有する上部金属シート(B)及び下部金属シート(B')を用意する第２ステップと、
前記上部金属シート(B)と下部金属シート(B')の互いに対向する面積S_Bの一面の間で、２つ以上のセラミック基板(A)が平面に平行に並んで位置するように前記金属シート(B、B')と前記２つ以上のセラミック基板(A)を配置する第３ステップと、
前記上部及び下部金属シート(B、B')を熱間加圧して、上部及び下部蒸着層を媒介として前記金属シート(B、B')とセラミック基板(A)を接合する第４ステップと、を含む。

【0025】

以下では、各ステップ及び各ステップで使用される構成をより詳しく説明する。

【0026】

前記第１ステップに関連して言及されたセラミック基板(a)は、プリント回路用基板で一種の放熱性能を提供できる基板である。放熱性能を提供できれば、セラミック基板に使用される成分の種類は、特に制限されない。

【0027】

一例示で、前記セラミック基板(a)は、Si_３N_４、AlN及びAl_２O_３のうち少なくとも１つを含むことができる。具体的には、前記セラミック基板(a)は、Si_３N_４及びAlNから選択される１つ以上を含むことができる。

【0028】

一例示で、前記セラミック基板(a)は、少なくともSi_３N_４を含むことができる。Si_３N_４の曲げる強さ(flexural strength)は、一般的に６００～１,４００MPaの範囲であるが、これはセラミックのうち一番優れるレベルである。また、Si_３N_４は、約３.２×１０^－６/Kの低い熱膨脹係数を有するので高温活用が可能な素材である。その他に、Si_３N_４は、約３.２g/cm^３の密度、３０～１７８W／(m・K)の範囲の熱伝導度、及び８００～１０００K範囲の高い熱衝撃抵抗性(Thermal shock resistance)を有する。このような特性のSi_３N_４は効果的な放熱材料である。よって、Si_３N_４を含むセラミック基板を利用して製造されたプリント回路用基板は、放熱性能が優れる回路基板として機能することができる。

【0029】

前記セラミック基板(a)を製造する前記基板製造する工程や方法は、特に制限されない。

【0030】

例えば、前記セラミック基板(a)は、セラミック粉末を含んだスラリー用意工程、テープキャスティング(Tape casting)工程、打ち抜き(Punching)工程、脱脂(Burnout)工程、焼結(Sintering)工程等を経て製造される。

【0031】

前記スラリー用意工程は、粉末に有機溶媒、焼結助剤、可塑剤及び分散剤を混合してスラリーを製造する工程であってもよい。この時、前記セラミック粉末は、Si_３N_４粉末、AlN粉末、及びAl_２O_３粉末のうち少なくとも１つ以上を含むことができる。前記粉末は、ボールミル(Ball Mill)等を利用して製造することができるが、この時、粉末の平均粒径は０.８μm以下であることが好ましい。この時、平均粒径とは、使用されるｎ個の粒子の粒径大きさ分布において、中央値(Median)である粒径の大きさを意味する。例えば、１００個の粒子の大きさを、大きさが大きいものから小さいものの順に並べた時、５０番目の大きさを有する粒子の大きさを平均粒径ということができる。

【0032】

一例示で、Si_３N_４粉末が使用される場合、Si_３N_４粉末は、β‐Si_３N_４及びα‐Si_３N_４のうち少なくとも１つを含むことができる。Si_３N_４粉末としてβ‐Si_３N_４とα‐Si_３N_４を混合して使用する場合、混合する成分間の含量(例えば、重量)比は、特に限定されるものではない。

【0033】

前記有機溶媒の種類は、特に制限されないが、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、メチルエチルケトン(MEK)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、エタノール、ブタノール及びメタノールからなる群から選択される１種以上を用いることができる。

【0034】

前記焼結助剤の種類も特に制限されないが、例えば、希土類元素酸化物、アルカリ土類金属酸化物及びこれらの組合せを用いることができる。

【0035】

前記可塑剤の種類も特に制限されない。例えば、フタル酸ジ‐2‐エチルヘキシル、フタル酸ジ‐ノルマル‐ブチル(Di-n-butyl phthalate)、ブチルフタリルブチルグリコレート、ポリエチレングリコール及びフタル酸ジオクチルからなる群から選択される１種以上を可塑剤として用いることができる。

【0036】

前記分散剤も特に制限されず、例えば、ポリエステル系の分散剤、ポリアクリレート系の分散剤、ポリウレタン系の分散剤及びポリエーテル系の分散剤からなる群から選択される１種以上を用いることができる。

【0037】

前記テープキャスティング(Tape casting)工程は、前記スラリーをポリマーフィルム上に一定厚さで塗布した後乾燥チャンバに通過させて、例えば、Si_３N_４テープのようなセラミックテープを製造する工程であってもよい。

【0038】

前記打ち抜き(Punching)工程は、前記セラミックテープを圧搾(Pressing)及び切削(Cutting)して、例えば、Si_３N_４グリーンシート(Green sheet)のようなセラミックグリーンシートを製造する工程であってもよい。

【0039】

前記脱脂(Burnout)工程は、前記グリーンシート(例えば、Si_３N_４グリーンシート)を熱処理して行われる工程であってもよい。具体的には、脱脂工程は、大気または窒素雰囲気中で熱処理によって行うことができる。具体的な熱処理条件は、特に制限されないが、例えば、４００～８００℃の範囲の温度で６～１８時間前記熱処理を行うことができる。

【0040】

前記焼結(Sintering)工程は、前記脱脂されたグリーンシート(例えば、Si_３N_４グリーンシート)を焼結する工程であってもよい。前記焼結は、ガス圧焼結法(Gas pressure sintering、GPS)によって行うことができる。具体的なガス圧焼結の条件は、特に制限されないが、例えば、１６００～２０００℃の範囲の温度、窒素雰囲気及び８～１２気圧(atm)条件が形成されたガス圧焼結炉を焼結工程で用いることができる。

【0041】

前記焼結以後、研削等を含む後加工を経てSi_３N_４、AlN及びAl_２O_３のうち１つ以上を含むセラミック基板(a)が製造される。

【0042】

上述したような過程を経て製造されたセラミック基板(a)は、互いに対向する上面と下面の面積がS_Aである基板であってもよい。この時、上面と下面という表現は、互いに対向する２つ面の相対的な位置を説明するための用語であり、絶対的な位置を意味するものではない。

【0043】

セラミック基板や、これを形成する上面と下面の形態は、特に制限されない。例えば、前記セラミック基板は、板状のプレートであってもよく、その上面と下面は多角形(例えば、四角形)または円形の形状を有することができる。

【0044】

一例示で、前記セラミック基板(a)の互いに対向する上面と下面の形状(または、これら面の面積S_Aが視認される形状は四角形形状を有することができる。特に制限されないが、四角形形状の面積S_Aを有するセラミック基板(a)の大きさは、例えば横が１５０～２２０mmであり、縦が１００～１６０mmであってもよい。

【0045】

また、特に制限されないが、前記セラミック基板の厚さは０.０５～２.０mmの範囲を有することができる。

【0046】

本出願の具体例によれば、セラミック基板(a)を形成するセラミック基板(a)の互いに対向する上面と下面の上には、それぞれ蒸着層が形成される。上述したように、蒸着層が形成される前記互いに対向する上面と下面は面積S_Aを有する。

【0047】

前記蒸着層は、以下に説明される熱間加圧が加えられた後に金属シートとセラミック基板を接合させることができる。

【0048】

前記蒸着層を形成する蒸着(工程)は、特に制限されない。例えば、物理気相蒸着(Physical vapor deposition、PVD)のためのスパッタリング(Sputtering)または化学気相蒸着(Chemical vapor deposition、CVD)のような公知の蒸着方式を用いることができる。

【0049】

特に制限されないが、前記蒸着層がセラミック基板上で形成される面積は、前記S_A面積の５０％～１００％の大きさを有することができる。例えば、前記セラミック基板(a)の上面と下面それぞれに形成される蒸着層は、前記上面及び下面と同一面積大きさを有することができる。

【0050】

一例示で、前記セラミック基板(a)の上面と下面それぞれに形成される蒸着層は、前記上面及び下面と同一面積形状を有することができる。この時、面積形状が同一であるということは、面積と形状が全て同一な合同の場合だけではなく、面積の大きさは違っても面積の幾何的形状が互いに似ている場合(相似形)を含む。

【0051】

一例示で、前記セラミック基板(a)の上面と下面それぞれに形成される蒸着層は、それが形成される前記上面及び下面と同一面積大きさ及び面積形状を有することができる。

【0052】

前記蒸着層形成に使用される成分の種類は、特に制限されない。例えば、前記蒸着層は、Ag及びTiのうち１つ以上を含むことができる。

【0053】

一例示で、前記蒸着層は、Ag及びTiを含むことができる。具体的には、前記蒸着層で前記Agの単位面積当たりの蒸着量は、３.５０～６.１０g/m^２であり、前記Tiの単位面積当たりの蒸着量は、０.６１～１.３０g/m^２であってもよい。この時、「単位面積当たりの蒸着量」とは、蒸着によって形成された蒸着層の面積(m^２)に対する蒸着成分(TiまたはAg)の含量(g)を意味することができる。上記のように蒸着層の成分と蒸着量を調節する場合、接合強度を改善することができる。

【0054】

一例示で、前記蒸着層に含まれたTiの単位面積当たりの蒸着量は、０.６１～１.３０g/m^２の範囲を有することができる。金属シートとセラミック基板の間に、より強い接合力を提供する側面で、前記Tiの単位面積当たりの蒸着量は、１.０２～１.３０g/m^２の範囲であることが好ましく、具体的には１.０４～１.２０g/m^２の範囲であることがより好ましい。

【0055】

一例示で、前記蒸着層に含まれたAgの単位面積当たりの蒸着量は、３.５０～６.１０g/m^２の範囲を有することができる。金属シートとセラミック基板の間に、より強い接合力を提供する側面で、前記Agの単位面積当たりの蒸着量は、４.００～４.６０g/m^２の範囲であることが好ましい。

【0056】

上記のように互いに対向するセラミック基板(a)の上面と下面の上に蒸着層がそれぞれ形成された結果として、互いに対向する上面と下面の上には、それぞれ上部蒸着層及び下部蒸着層が形成されたセラミック基板(A)が製造される。この時、前記上部蒸着層は、前記上面上に形成された蒸着層であり、前記下部蒸着層は、前記下面の上に形成された蒸着層である。

【0057】

以下の第３及び第４ステップに関連して説明されるように、前記上部蒸着層は上部金属シート(B)と対向して配置され、前記下部蒸着層は下部金属シート(B')と対向して配置され、後の熱間加圧を経てこれら蒸着層は金属シート(B、B')とセラミック基板(A)を接合させる媒介体として機能することができる。

【0058】

一例示で、前記上部蒸着層及び下部蒸着層のうち１つ以上は、互いに成分が異なる第１蒸着層及び第２蒸着層を含むことができる。具体的には、前記第１蒸着層はTiを含むことができ、前記第２蒸着層はAgを含むことができる。この時、第１蒸着層は第２蒸着層よりもセラミック基板(a)に近接した層を意味する。即ち、前記第１蒸着層は、前記セラミック基板の上面及び下面の上に形成された層を意味し、前記第２蒸着層は、前記第１蒸着層の上に形成された層を意味することができる。例えば、図１のように、セラミック基板１００の上に第１蒸着層２１０が形成され、前記第１蒸着層の上に第２蒸着層２２０が形成される。

【0059】

前記第１蒸着層及び第２蒸着層に関連して、前記方法の蒸着(工程)は、セラミック基板(a)の上面と下面の上にそれぞれTiを含む第１蒸着層を形成(蒸着)するステップと、第１層の上にAgを含む第２蒸着層を形成(蒸着)するステップを含むことができる。それにより、図１のように、第２蒸着層２２０、第１蒸着層２１０、セラミック基板１００、第１蒸着層２１０及び第２蒸着層２２０が順次位置した積層体(即ち、セラミック基板(A))が製造される。

【0060】

一例示で、前記第１蒸着層は、前記セラミック基板の上面と下面の上に直接形成された蒸着層を意味することができる。

【0061】

一例示で、前記第２蒸着層は、前記第１層の上に直接形成された蒸着層を意味することができる。

【0062】

特に制限されないが、前記第１蒸着層及び第２蒸着層が前記セラミック基板上で形成される面積は、前記S_A面積の５０％～１００％の大きさを有することができる。

【0063】

一例示で、前記第１蒸着層は、前記上面及び下面と同一面積形状を有することができる。

【0064】

一例示で、前記第１蒸着層は、前記上面及び下面と同一面積大きさ及び面積形状を有することができる。

【0065】

一例示で、前記第２蒸着層は、前記第１蒸着層と同一面積形状を有することができる。

【0066】

一例示で、前記第２蒸着層は、前記第１蒸着層と同一面積大きさ及び面積形状を有することができる。

【0067】

一例示で、前記第１蒸着層に含まれたTiの単位面積当たりの蒸着量は、０.６１～１.３０g/m^２の範囲を有することができる。具体的には、前記Tiの単位面積当たりの蒸着量が１.０２～１.３０g/m^２の範囲を有することができ、より具体的には１.０４～１.２０g/m^２の範囲であることが、金属シートとセラミック基板の間に、より強い接合力を提供する側面で好ましい。

【0068】

一例示で、前記第２蒸着層に含まれたAgの単位面積当たりの蒸着量は、３.５０～６.１０g/m^２の範囲を有することができる。具体的には、前記Agの単位面積当たりの蒸着量が４.００～４.６０g/m^２の範囲であることが、金属シートとセラミック基板の間に、より強い接合力を提供する側面で好ましい。

【0069】

前記第２ステップは、上部及び下部蒸着層の上に位置することになる上部金属シート(B)及び下部金属シート(B')を用意するステップである。例えば、図１のように、用意された２つの金属シート３００は各蒸着層２００の上に位置することになる。

【0070】

第３ステップ及び第４ステップの行い方式を説明するために、セラミック基板(A)を製造する第１ステップ以後に金属シート(B)を用意する第２ステップが行われるものと記載したが、第１ステップと第２ステップの順序を変更することは、当業者がなしえる自明な変形である。

【0071】

本出願の具体例で使用される金属シート(B、B')は、所定面積大きさの一面を有する。具体的には、前記金属シート(B、B')の一面は、前記セラミック基板の上面及び下面面積S_Aより大きい面積S_Bを有する。より具体的には、前記金属シート(B)の一面が有する面積S_Bは、前記面積S_Aより１.５倍以上大きい。以下に説明されるように、面積S_Bを有する金属シートは、２つ以上のセラミック基板(A)が平面に平行に並ぶようにS_B面積の一面上に配置されるようにし、その結果、生産コストを減らすことができる。

【0072】

一例示で、前記面積(S_B)は、前記面積(S_A)の６.０倍以下、５.０倍以下、４.０倍以下、３.０倍または２.５倍以下を有することができる。より具体的には、前記面積(S_B)は、前記面積(S_A)の１.６倍以上、１.７倍以上、１.８倍以上、１.９倍以上または２.０倍以上を有することができ、そして２.４倍以下、２.３倍以下、２.２倍以下、または２.１倍以下を有することができる。前記面積(S_B)が大き過ぎる場合には、エッチング液を洗い流し難く、基板上に溜まったり(エッチング液の残留)、エッチングが不均一となる問題があることができる。

【0073】

一例示で、前記金属シートの形状は、前記セラミック基板の形状と同一であってもよい。

【0074】

本出願の具体例で、面積S_Aである前記セラミック基板の上面と下面が、そして面積S_Bである前記金属シート(B、B')の一面が四角形形状を有する場合、前記金属シート(B、B')の大きさは、例えば横が２５０～３００mmであり、縦が１６０～２１０mmであってもよい。

【0075】

また、特に制限されないが、前記金属シート(B、B')の厚さは０.０５～３.０mmの範囲を有することができる。

【0076】

前記金属シート(B)に含まれる金属の種類は、特に制限されない。例えば、前記金属シート(B)は、Cu、Al、Ni及びFeから選択される１以上を含むことができる。

【0077】

前記第３ステップは、２つ以上の前記セラミック基板(A)が平面に平行に並んで金属シート上に位置するように、前記セラミック基板(A)と金属シート(B、B')を配置するステップである。本出願の具体例によれば、２つ以上使用されるセラミック基板(A)の大きさと形状は同一であってもよい。

【0078】

具体的には、第３ステップは、前記上部金属シート(B)と下部金属シート(B')の互いに対向する面積S_Bの一面の間で、２つ以上のセラミック基板(A)が平面に平行に並んで位置するように前記金属シート(B、B')と前記２つ以上のセラミック基板(A)を配置するステップである。

【0079】

前記３ステップに関連して、２つ以上のセラミック基板(A)が平面に平行に並んで位置するということは、金属シート(B、B')の上に位置することになる２つ以上のセラミック基板(A)が互いに重ならず、即ち積層されないことを意味する。よって、第３ステップを通じて金属シート上に位置することになった２つ以上のセラミック基板(A)は互いに重なる面積を持たず、これらセラミック基板(A)の間の重畳面積は０(zero)である。

【0080】

前記３ステップの配置により、前記上部金属シート(B)は、前記面積S_Bを有する上部金属シート(B)の一面が(２つ以上であるセラミック基板の全ての)上部蒸着層と対向するように位置することになる。また、前記下部金属シート(B')は、前記面積S_Bを有する下部金属シート(B')の一面が(２つ以上であるセラミック基板の全ての)下部蒸着層と対向するように位置することになる。そして続く第４ステップの熱間加圧は、金属シート(B、B')の間で平面に平行に並ぶように位置する２つ以上のセラミック基板(A)を(上部及び下部蒸着層を媒介として)金属シート(B、B')と接合させる。例えば、上部金属シート(B)は、上部蒸着層を媒介として２つ以上であるセラミック基板の全ての上面と接合され、下部金属シート(B')は、下部蒸着層を媒介として２つ以上であるセラミック基板の全ての下面に接合される。

【0081】

一例示で、前記上部蒸着層は、前記金属シートの面積S_Bである一面と直接接するように、または直接対向するように配置される。

【0082】

一例示で、前記下部蒸着層は、前記金属シートの面積S_Bである一面と直接接するように、または直接対向するように配置される。

【0083】

一例示で、前記金属シート(B、B')及びセラミック基板(A)の配置に関連して、前記３ステップは、前記面積がS_Bである金属シートの一面と前記２つ以上であるセラミック基板(A)の間の重畳面積が、上部金属シート(B)と下部金属シート(B')の間に位置するセラミック基板(A)の総面積(S_T=n×S_A、nは２以上の自然数として、金属シート(B、B')の間に位置するセラミック基板の個数を意味する)の７０％以上となるように行うことができる。例えば、前記重畳面積は、上部金属シート(B)と下部金属シート(B')の間に位置するセラミック基板(A)の総面積の７５％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上または９５％以上を有することができる。

【0084】

上記のように配置された積層体に対して後述する熱間加圧が行われると、上部金属シート(B)及び下部金属シート(B')の間で同一平面上で平行に並んで位置した２つ以上のセラミック基板(A)が蒸着層またはその由来構成を媒介として上部金属シート(B)及び下部金属シート(B')に接合される。

【0085】

従来技術では、同一レベルの面積を有するセラミック基板と金属シートが接合されるのが一般的だった。しかし、本出願では、セラミック基板の面積(S_A)よりその面積(S_B)が最小１.５倍以上である金属シートが使用される(図２参照)。プリント回路用基板製造ではエッチングが行われるが、上記のような配置により１回エッチング工程の対象となるセラミック基板が２つ以上になると、有効面積が増加してより多くのエッチングピースを生産でき、同時に捨てられる部分が減少する。そして、従来技術では、エッチング工程のためのラインにエッチング対象基板を１枚ずつ投入したが、上記のように配置する場合、従来技術に比べてエッチングラインに２枚ずつ投入する効果があるので、工程時間が短縮され、関連コスト(例えば、人件費等)が減少する効果がある。また、プリント過程では、エッチングされてはいけない部分に保護フィルムを付着する工程がさらに行われるが、上述したように２枚の面積にフィルムを付着する効果があるので、関連工程に対しても時間を短縮しコスト(例えば、人件費等)を節減する効果がある。このように、本出願によれば生産コストを節減することができる。

【0086】

一例示で、前記金属シート(B、B')及びセラミック基板(A)の配置に関連して、前記少なくとも２つのセラミック基板(A)は、金属シート(B、B')のエッジから所定間隔離隔した状態で金属シートの一面上に位置するように配置される。金属シートのエッジから離隔する場合、工程中にジグによって挟まれる部分を確保でき、２つ以上のセラミック基板の間の距離が近くなるのでデッドゾーン(dead zone)が減り、原材料の浪費を防ぐことができる。

【0087】

本出願の具体例によれば、前記３ステップを経て得られた非接合積層体、即ち金属シート(B)/(平面に平行に並んで位置する)２つ以上のセラミック基板(A)/金属シート(B')の構造を有する非接合積層体を１セットのマスターカード(master card：MC)と称することができる。

【0088】

一例示で、前記方法は、前記マスターカードのスタック(stack)を製造するステップをさらに含むことができる。この時、各１セットの間には、金属シート３００の間凝着が発生しないように、異なる材料で形成された凝着防止用シート(sheet)等が挿入されてもよい。上記のような凝着防止用シートは、例えばグラファイトを含むことができる。特に制限されないが、前記スタックの形成には、公知の接合技術または接合物質を用いることができる。

【0089】

前記第４ステップは、蒸着層の上に位置した上部及び下部金属シート(B、B')を熱間加圧(hot pressing)して、セラミック基板(A)と上部及び下部金属シート(B、B')を接合するステップである。

【0090】

前記第４ステップは、例えば４５０～１,３００℃の温度で、１～２５MPaの圧力で、金属シート(B、B')をセラミック基板(A)が位置した方向に熱間加圧(Hot pressing)して行うことができる。特に制限されないが、前記熱間加圧は、例えば約１０^－１～１０^－５torrの真空雰囲気で行われてもよい。

【0091】

一例示で、前記接合時の温度の下限は、５００℃以上、６００℃以上、７００℃以上または８００℃以上であってもよい。そして、その上限は、例えば１０５０℃以下、１０００℃以下、９５０℃以下または９００℃以下であってもよい。

【0092】

一例示で、前記接合時の圧力の下限は、例えば５Mpa以上または１０Mpa以上であってもよい。そして、その上限は、例えば２０Mpa以下または１５Mpa以下であってもよい。

【0093】

前記熱間加圧により金属シート(B、B')とセラミック基板(A)は、蒸着層(または蒸着層由来の成分を含む層)を媒介として接合されていてもよい。例えば、図３は、本出願の一実施例に係る接合ステップを経て得られた基板または積層体の断面の様子を示した概略図である。図３に図示されたように、接合以後得られた積層体は、セラミック基板１００の上部面と下部面のそれぞれに接合層２００a及び金属シート３００が順に形成された構造を有する。この時、前記接合層２００aは、接合ステップを経た蒸着層または蒸着層由来の層である。

【0094】

図１及び図３～図５を参照して説明すると、熱間加圧によりセラミック基板１００、蒸着層２００及び金属シート３００のそれぞれに含まれた物質間の拡散が行われる。例えば、第１蒸着層２１０にTiが含まれ、セラミック基板(a)１００にSi_３N_４が含まれる場合、TiとSi_３N_４の間には、下記反応式１のような反応が起きる。

【0095】

［反応式１］
４Ti＋Si_３N_４->３Si＋４TiN

【0096】

即ち、前記熱間加圧によって、蒸着層２００に含まれた物質とセラミック基板１００に含まれた物質が反応して接合層２００aを形成することができ、接合層２００aはTiNを含むことができる。

【0097】

本実施例に係る接合層２００aはTiNを含む層として、セラミック基板１００と金属シート３００の間の強い接合媒介層として作用することができる。即ち、拡散接合法により接合層２００aが形成されることで、セラミック基板１００と金属シート３００の接合が行われる。

【0098】

上述したように、前記蒸着ステップにおいて第２蒸着層２２０に含まれたAgは単位面積当たりの蒸着量が３.５０～６.１０g/m^２の範囲を有することができる。より具体的には、第２蒸着層２２０に含まれたAgの単位面積当たりの蒸着量は、例えば４.００～４.６０g/m^２の範囲を有することができる。互いに異なる材料を含む層間の接合が行われる場合、相対的に強度が弱い材料を含む層に応力伝達が発生し、層間脱着が容易に発生する。よって、相対的に強度が弱い材料を含む層の強度を増加させることは、互いに異なる材料を含む層間接合において接合力を向上させることにより効果的ある。例えば、第２蒸着層２２０に含まれたAgは、前記熱間加圧時にCuを含む金属シート３００の方に拡散して界面における弱い金属シート３００の強度を補うことができる。上記のような原理で、第２蒸着層２２０に含まれたAgは、セラミック基板１００と金属シート３００の間の接合力を向上させることができる。また、第２蒸着層２２０に含まれたAgは、第１蒸着層２１０に含まれたTi及び金属シート３００に含まれたCuと一緒にCu‐Ti‐Agの３元系からなる液相を形成して濡れ性を向上させ、反応層形成の促進をサポートすることができる。

【0099】

第２蒸着層２２０に含まれたAgの単位面積当たりの蒸着量が前記範囲未満である場合、金属シート３００の強度を充分に増加させることができず、セラミック基板１００と金属シート３００の間の接合力が悪くなる。そして、第２蒸着層２２０に含まれたAgの単位面積当たりの蒸着量が前記範囲を超過する場合、必要以上のAgが蒸着されて拡散されないAg残存物を形成するので、却ってセラミック基板１００と金属シート３００の間の接合力が減少する問題がある。

【0100】

前記第１蒸着層２１０に含まれたTiの単位面積当たりの蒸着量は、０.６１～１.３０g/m^２の範囲であり、具体的には、例えば１.０２～１.３０g/m^２の範囲であることが好ましく、１.０４～１.２０g/m^２の範囲であることがより好ましい。Tiの単位面積当たりの蒸着量は、接合層２００aの厚さに関与し、セラミック基板１００と金属シート３００の間の接合力に影響を及ぼす。

【0101】

第１蒸着層２１０に含まれたTiの単位面積当たりの蒸着量が前記範囲未満である場合、接合層２００aの厚さが不十分となり、セラミック基板１００と金属シート３００の間の接合力が悪くなる。例えば、以下の比較例のようにセラミック基板１００と金属シート３００の間接合力が９N/mm未満となる。そして、第１蒸着層２１０に含まれたTiの単位面積当たりの蒸着量が前記範囲を超過する場合、蒸着量が飽和値に到達して接合力の増加程度が小さく、原材料が浪費される問題もある。

【0102】

上記のように、本出願によるプリント回路用基板の製造方法は、Agの単位面積当たりの蒸着量を３.５０～６.１０g/m^２の範囲に調節し、Tiの単位面積当たりの蒸着量を０.６１～１.３０g/m^２の範囲に調節することで、層間接合力が優れるプリント回路用基板を製造することができる。それにより、上記のように製造されたプリント回路用基板は、繰り返し的な熱衝撃環境に露出されても、剥離が発生しないか剥離発生が大幅に抑制される。

【0103】

一例示で、前記方法は、前記金属シート(B、B')に対するエッチング(Etching)ステップをさらに含むことができる。具体的には、前記接合ステップ以後、接合されたセラミック基板１００及び/または金属シート３００に対してプリント(Resist printing)工程、エッチング(Etching)工程、メッキ(Ni Plating)工程等を経てプリント回路用基板が製造される。

【0104】

図２で、赤色矢印は、熱間加圧の方向を意味し、MC(master card)は、金属シート/セラミック基板/金属シート形態の積層体を意味する。セラミック基板２つが平面上に平行に並んで配列された後接合される本願発明は従来技術に比べて生産量が高く、エッチング単価は低い。

【0105】

図４は、蒸着ステップ以後及び接合ステップ以前の断面イメージである。図４から、セラミック基板１００の上にTiを含む第１層２１０とAgを含む第２層２２０が形成されたことを確認することができる。

【0106】

図５は、接合ステップ以後の断面写真である。図５から、拡散接合法による接合ステップ以後には接合層２００aが形成され、セラミック基板１００と金属シート３００が接合されたことを確認することができる。

【0107】

以下、発明の具体的な実施例により、発明の作用、効果をより具体的に説明することにする。ただし、これは発明の例示として提示されたものとして、これにより発明の権利範囲がいかなる意味にも限定されるものではない。

【0108】

製造例(セラミック基板(a)の製造)

【0109】

ボールミル(BallMill)によって平均粒径が０.８μm以下のSi_３N_４粉末を製造する。Si_３N_４粉末に有機溶媒(例えば、トルエン、メタノール、エタノール)、焼結助剤(例えば、Y_２O_３、MgO)、可塑剤(例えば、Dioctyl Phthalate(DOP)、Polyethylen glycol(PEG))及び分散剤(例えば、BYK‐111)を添加してスラリーを製造した後、乾燥チャンバに通過させてSi_３N_４テープを製造する。Si_３N_４テープを圧搾(Pressing)及び切削(Cutting)してSi_３N_４グリーンシート(Green sheet)を製造し、６００℃で１２時間熱処理して脱脂工程を実施した。その後、ガス圧焼結法により窒素雰囲気下で１８５０℃、１MPaの条件で焼結して所定大きさ(横１９０mm×縦１３８mm×厚さ０.３２mm)のセラミック基板(a)(窒化ケイ素Si_３N_４基板)を製造した。

【0110】

実験例１：生産コスト節減確認

【0111】

製造例のセラミック基板の対向する上面と下面に順次Ti(第１蒸着層)とAg(第２蒸着層)を蒸着した。この時、Tiは、約１.０g/m^２蒸着され、Agは、約６.０８g/m^２蒸着された。上記のように製造されて第１蒸着層と第２蒸着層が互いに対向する上面と下面の両方ともに蒸着されたセラミック基板(A)を２枚用意した。

【0112】

また、２７０mm×１９０mm×０.３mm大きさの銅シート(Cusheet)を２枚用意した。

【0113】

前記銅シート１枚を置き、セラミック基板(A)２枚の間に隙間が最大限発生しないように隣接して位置させて銅シートの一面上にセラミック基板(A)２枚を配置し(この時、２つ以上のセラミック基板(A)は銅シートの上で平面に平行に並んで位置し、各セラミック基板(A)の蒸着層(Ag蒸着層)が銅シートと接して位置するように配置される)、その上に残りの１枚の銅シートを同じ方式で位置させて銅シート/(平面に平行に並んで位置する)セラミック基板(A)２枚/銅シート形態の非接合積層体を製造した。この時、２枚のセラミック基板と銅シート間の重畳面積は約９０％とした。

【0114】

以後、ホットプレス(hot press)装備で前記積層体を約１０^－４torrの雰囲気及び９８０℃の温度で１５MPaで加圧しながら処理した。その結果、銅シートと窒化ケイ素基板が互いに接合された銅シート/(平面に平行に並んで位置する)セラミック基板(A)２枚/銅シートのサンプルが得られた。

【0115】

前記サンプルをこれを利用して銅回路を製造するために銅をエッチングした。具体的には、積層体の外側両面にドライフィルム(dryfilm)を付着した後、フィルムにUVを照射して銅がエッチングされてはいけない部分(回路部分)を残して、回路部分以外の残りの部分のフィルムは剥離した。これをエッチングラインに投入して銅エッチングをした。

【0116】

その結果、セラミック基板が１つずつ接合された比較サンプル(銅シート/セラミック基板(A)１枚/銅シート)を２つエッチングする時よりも、本出願のように製造されたサンプル(銅シート/(平面に平行に並んで位置する)セラミック基板(A)２枚/銅シート)をエッチングすることが、同じ個数の回路の制作に要する時間をほぼ半分ほど減らすことができ、同じエッチング工程時間に、より多くの回路基板ピースを生産(例えば、約３０％以上生産量増加)できることを確認した。このように、本出願によればコストの節減効果が大きい。

【0117】

実験例２：接合強度の評価

【0118】

ASTM D６６８２に準じて、以下の実施例１～６及び比較例１～６の試験片に対して接合力(N/mm)を測定した。具体的には、銅シートと窒化ケイ素基板が互いに接合された銅シート/窒化ケイ素基板/銅シート構造のサンプルをエッチングして、幅５mm、長さ１００mmの銅ストリップ(strip)がセラミック基板と接合されたサンプルを用意した。万能試験機(Ametek社製のLS5)のグリップ(grip)でCuストリップ(strip)をグリップできるように、試験前にCuストリップ(strip)エッジの約１０mmを手動で分離した。万能試験機に試験片を固定してCuストリップ(strip)をグリップ(grip)でグリップし、５０mm/minの速度で分離しながらこれに対する応力を測定して接合強度を計算した。

【0119】

その結果は、以下の表１～３のようである。

【0120】

実施例１(Ti蒸着量１.０７６g/m^２、Ag蒸着量４.００５g/m^２)

【0121】

製造例の前記セラミック基板に対してスパッタリング(Sputtering)方法により７０秒間０.０２８２gのTiを蒸着して第１蒸着層を形成した。そして、前記第１層の上に３０秒間０.１０５gのAgを蒸着して第２蒸着層を形成した。この時、第１蒸着層と第２蒸着層の形成面積は、前記セラミック基板(a)のそれ(横１９０mm×縦１３８mm)と同一に調節した。ここで、Tiの単位面積当たりの蒸着量は１.０７６g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は４.００５g/m^２である。

【0122】

そして、上記のように製造されたセラミック基板(A)２枚と銅シート(横２７０mm×縦１８５mm×厚さ０.３mm)２枚を用意した。互いに隙間が最大限発生しないようにセラミック基板(A)２枚を隣接するように位置させて用意された銅シート１枚の一面上にセラミック基板(A)２枚を配置し(この時、２つのセラミック基板(A)は銅シートの上で平面に平行に並んで位置し、各セラミック基板(A)の蒸着層(Agを含む第２蒸着層)が銅シートと接して位置するように配置される)、その上に残りの１枚の銅シートを同じ方式で位置させて銅シート/(平面に平行に並んで位置する)セラミック基板(A)２枚/銅シート形態の非接合積層体を製造した。この時、２枚のセラミック基板と銅シート間の重畳面積は約９５％とした。

【0123】

以後、前記積層体を約１０^－４torrの雰囲気で９８０℃の温度及び１５MPaの圧力で熱間加圧した。

【0124】

前記一連の工程によりCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４を含む試験片を製造した。

【0125】

実施例２(Ti蒸着量１.１９４g/m^２、Ag蒸着量４.００５g/m^２)

【0126】

０.０３１３gのTiを蒸着して第１層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は１.１９４g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は４.００５g/m^２である。

【0127】

実施例３(Ti蒸着量１.０３０g/m^２、Ag蒸着量５.３３９g/m^２)

【0128】

０.０２７０gのTiを蒸着して第１層を形成し、０.１４００gのAgを蒸着して第２層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は１.０３０g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は５.３３９g/m^２である。

【0129】

実施例４(Ti蒸着量１.２２０g/m^２、Ag蒸着量５.３３９g/m^２)

【0130】

０.０３２０gのTiを蒸着して第１層を形成し、０.１４００gのAgを蒸着して第２層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は１.２２０g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は５.３３９g/m^２である。

【0131】

実施例５(Ti蒸着量１.００３g/m^２、Ag蒸着量４.００５g/m^２)

【0132】

０.０２６３gのTiを蒸着して第１層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は１.００３g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は４.００５g/m^２である。

【0133】

実施例６(Ti蒸着量０.９６１g/m^２、Ag蒸着量４.００５g/m^２)

【0134】

０.０２５２gのTiを蒸着して第１層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は０.９６１g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は４.００５g/m^２である。

【0135】

比較例１(Ti蒸着量０.３７４g/m^２、Ag蒸着量２.８６８g/m^２)

【0136】

０.００９８gのTiを蒸着して第１層を形成し、０.０７５２gのAgを蒸着して第２層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は０.３７４g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は２.８６８g/m^２である。

【0137】

比較例２(Ti蒸着量０.５９９g/m^２、Ag蒸着量２.８６８g/m^２)

【0138】

０.０１５７gのTiを蒸着して第１層を形成し、０.０７５２gのAgを蒸着して第２層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は０.５９９g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は２.８６８g/m^２である。

【0139】

比較例３(Ti蒸着量０.８４３g/m^２、Ag蒸着量２.８６８g/m^２)

【0140】

０.０２２１gのTiを蒸着して第１層を形成し、０.０７５２gのAgを蒸着して第２層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は０.８４３g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は２.８６８g/m^２である。

【0141】

比較例４(Ti蒸着量１.０３４g/m^２、Ag蒸着量２.８６８g/m^２)

【0142】

０.０３４２gのTiを蒸着して第１層を形成し、０.０７５２gのAgを蒸着して第２層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は１.３０４g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は２.８６８g/m^２である。

【0143】

比較例５(Ti蒸着量１.０４１g/m^２、Ag蒸着量６.８０８g/m^２)

【0144】

０.０２７３gのTiを蒸着して第１層を形成し、０.１７８５gのAgを蒸着して第２層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は１.０４１g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は６.８０８g/m^２である。

【0145】

比較例６(Ti蒸着量０.５９９g/m^２、Ag蒸着量４.００５g/m^２)

【0146】

０.０１５７gのTiを蒸着して第１層を形成したことを除いて、実施例１と同様な方法でCuの金属シート、TiNの接合層及びSi_３N_４のセラミック基板を含む試験片を製造した。この時、Tiの単位面積当たりの蒸着量は０.５９９g/m^２であり、Agの単位面積当たりの蒸着量は、４.００５g/m^２である。

【0147】

【表1】

【0148】

【表2】

【0149】

【表3】

【0150】

まず、実施例１、２及び比較例１～４の試験片を比較すると、Agの単位面積当たりの蒸着量が３.５０g/m^２以上である実施例１、２の試験片は、それぞれ２１.４N/mm及び２２.１N/mmの優れる接合力を見せた反面、Agの単位面積当たりの蒸着量が３.５０g/m^２未満である比較例１～４の試験片は、いずれも７.５N/mm以下の低い接合力を見せた。特に、Tiの単位面積当たりの蒸着量は比較例４の試験片が実施例１及び２の試験片より高かったにもかかわらず、少ないAg含量により比較例４の試験片がはるかに低い接合力を見せた。これは、Agの蒸着量に応じて金属シートの強度が変化(向上)して表れた結果であると考えられる。次に、実施例１、３及び比較例５の試験片を比較すると、Tiの単位面積当たりの蒸着量に大きい差がない。しかし、Agの単位面積当たりの蒸着量が６.１０g/m^２以下の実施例１、３の試験片は、それぞれ２１.４N/mm及び１６.３N/mmの優れる接合力を見せた反面、比較例５の試験片は却って接着力が１５.６N/mmに減少した。これは、過量のAg蒸着により界面にAg残存物が形成されて表れた結果であると判断される。

【0151】

次に、実施例１、２、５、６及び比較例６の試験片を比較すると、Agの単位面積当たりの蒸着量はほぼ同一である。Tiの単位面積当たりの蒸着量が０.６１g/m^２以上である実施例１、２、５、６の試験片は、最小９.４N/mm以上の接合力を見せた反面、Tiの単位面積当たりの蒸着量が０.６１g/m^２未満である比較例６の試験片は、８.６N/mm以下の低い接合力を見せた。これは、Tiの蒸着量に応じて接合層の強度が変化(向上)して表れた結果であると考えられる。特に、Tiの単位面積当たりの蒸着量が１.０２g/m^２以上である実施例１、２の試験片は、それぞれ２１.４N/mm及び２２.１N/mmの優れる接合力を見せた。

【0152】

次に、実施例１、２、４の試験片を見ると、Tiの単位面積当たりの蒸着量が１.３０g/m^２以下の実施例１、２、４の試験片は、いずれも２０N/mm以上の優れる接合力を見せた。ただし、Tiの単位面積当たりの蒸着量が１.０２g/m^２以上になると、Tiの蒸着量が増加しても接合力の向上幅が微小であるので飽和値に到達することを確認することができる。そこで、原材料のコスト浪費を防ぐと共に最適の界面間の接合力を備えるために、Tiの単位面積当たりの蒸着量は、１.３０g/m^２以下であることが好ましい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】