CN111919517A - 陶瓷-金属接合体及其制造方法、多连片陶瓷-金属接合体及其制造方法 - Google Patents

陶瓷-金属接合体及其制造方法、多连片陶瓷-金属接合体及其制造方法 Download PDF

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新井皓也
驹崎雅人
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Abstract

本发明的陶瓷‑金属接合体的制造方法为在陶瓷基板的至少一个面接合有金属层的陶瓷‑金属接合体的制造方法，具有：槽形成工序，形成横穿陶瓷基板的接合金属层的接合区域而延伸的槽；及接合工序，在槽形成工序后，将厚度0.4mm以下的由铝或铝合金构成的金属板通过Al‑Si系钎料箔而层叠在陶瓷基板的接合区域，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，将金属板接合在接合区域，从而形成金属层。

Description

陶瓷-金属接合体及其制造方法、多连片陶瓷-金属接合体及 其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在陶瓷基板接合有由铝或铝合金构成的金属层的陶瓷-金属接合体的制造方法、多连片陶瓷-金属接合体的制造方法、陶瓷-金属接合体及多连片陶瓷-金属接合体。本申请主张基于2018年4月9日申请的日本专利申请2018-074477号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
以往，提案有作为热电元件或LED元件的配线基板而使用将在陶瓷板的两面接合有金属层的陶瓷-金属接合体单片化而成的陶瓷电路基板。在该陶瓷-金属接合体中，陶瓷板与构成金属层的金属板的接合使用钎料来进行。例如，作为使用钎料来接合陶瓷板与金属板的技术，公开有在专利文献1所记载的功率模块用基板的制造方法。
在该专利文献1所记载的功率模块用基板的制造方法中，对可形成多个功率模块用基板的具有宽广面积的陶瓷母材的表面照射激光，以将陶瓷母材划分成各功率模块用基板的大小的方式来预先设置划线(分割槽)，并且将由铝或铝合金构成的金属板使用Al-Si系钎料而接合在该陶瓷母材的两面之后，以去除划线上的金属部分的方式来进行蚀刻，其后，沿着该划线对陶瓷基板进行分割，由此实现单片化，制造各个功率模块用基板。并且，在该接合时，进行利用碳板夹住由陶瓷母材和在该陶瓷母材的两面使用钎料而设置的金属板构成的层叠体的两面并加压的同时加热的方法。
专利文献1：日本特开2015-185606号公报
另外，在接合在陶瓷基板的金属层较薄的情况下，若利用碳板夹持上述层叠体的两面并将它们以加压状态进行加热，则熔融后的钎料会在金属层的表面上成为液相而成为焊斑，明显的情况下会产生碳板附着在陶瓷基板的金属层上的问题。
因此，期望能够抑制接合在陶瓷基板的金属层的表面上的焊斑的陶瓷-金属接合体及其制造方法。
并且，在将接合在陶瓷基板的两面的金属板进行蚀刻来形成多个金属层的情况下，为了使制造工序简洁，要求使两面的蚀刻速率基本相同。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，控制接合在陶瓷基板的两面的金属板的蚀刻速率，并且抑制在接合在陶瓷基板的金属层的表面上形成的焊斑的产生。
本发明的陶瓷-金属接合体的制造方法为在陶瓷基板的至少一个面接合有金属层的陶瓷-金属接合体的制造方法，具有：槽形成工序，形成横穿所述陶瓷基板的接合所述金属层的接合区域而延伸的槽；及接合工序，在所述槽形成工序后，将厚度0.4mm以下的由铝或铝合金构成的金属板通过Al-Si系钎料箔而层叠在所述陶瓷基板的所述接合区域，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，将所述金属板接合在所述接合区域，从而形成所述金属层。
换言之，一种陶瓷-金属接合体的制造方法，具有：槽形成工序，形成设定在陶瓷基板的至少一个面并横穿接合金属层的接合区域而延伸的槽；及接合工序，在所述槽形成工序后，将厚度0.4mm以下的由铝或铝合金构成的金属板通过Al-Si系钎料箔而层叠在所述陶瓷基板的所述接合区域，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，将所述金属板接合在所述接合区域，从而形成所述金属层。
在此，若通过Al-Si系钎料箔而将由铝或铝合金构成的金属板层叠在未形成有上述槽的陶瓷基板的接合区域，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，则在金属层的厚度为0.4mm以下且较薄的情况下，在所熔融的钎料中所包含的Si成分会扩散至金属层的表面，并在该表面产生液相而成为焊斑。
相对于此，在本发明中，由于在陶瓷基板形成有横穿陶瓷基板的接合金属层的接合区域而延伸的槽，因此在将通过Al-Si系钎料箔而将金属板层叠在陶瓷基板的接合区域而成的层叠体朝层叠方向施加荷重的同时进行加热而接合时，由于熔融后的钎料的剩余量会沿着形成于陶瓷基板的槽而被排出至接合区域的外侧，因此防止熔融后的钎料的Si成分扩散至金属层的表面，能够抑制在金属表面产生液相，从而能够抑制焊斑的产生。
在本发明的陶瓷-金属接合体的制造方法中，优选在所述槽形成工序中，以所述接合区域中的所述槽的开口面积小于所述接合区域的面积的5％的方式形成所述槽。
在此，若接合区域中的槽的开口面积为接合区域的面积的5％以上，则由于接合面积会减少，因此有陶瓷基板与金属板的接合性降低的可能性。
相对于此，在上述方式中，由于接合区域中的槽的开口面积小于接合区域的面积的5％，因此能够将陶瓷基板的接合区域与金属板牢固地接合。
在此，接合区域的面积及槽的开口面积为从上面观察形成有槽的陶瓷基板时的面积。
在本发明的陶瓷-金属接合体的制造方法中，优选在所述槽形成工序中，所述槽形成于所述陶瓷基板的所述接合区域的80％面积的槽形成区域内，且所述槽形成区域的中心与所述接合区域的中心一致。
换言之，优选在所述槽形成工序中，在具有与所述接合区域的中心一致的中心并具有所述接合区域的面积的80％的面积的槽形成区域形成所述槽。
另外，此处的接合区域的面积为从上面观察陶瓷基板时的面积。
在此，在通过槽形成工序形成的槽形成于上述陶瓷基板的接合区域的80％面积的槽形成区域外的情况下、或在接合区域的80％面积的槽形成区域的中心与陶瓷基板的中心不一致的情况下，即在以仅通过陶瓷基板的接合区域的周围附近的方式来形成槽的情况下，难以将所熔融的钎料从接合区域的大致整个区域排出。
相对于此，在上述方式中，由于通过槽形成工序形成的槽形成于陶瓷基板的接合区域的80％面积的槽形成区域内，且所述槽形成区域的中心与接合区域的中心一致，因此能够有效地将所熔融的钎料从接合区域的大致整个区域排出，并能够进一步抑制焊斑的产生。
在该制造方法中，所述Al-Si系钎料箔中的Si浓度优选为5质量％以上且12质量％以下。
本发明的多连片陶瓷-金属接合体的制造方法为在可分割成多个陶瓷基板的大小的陶瓷母材的至少一个面接合有金属层的多连片陶瓷-金属接合体的制造方法，具有：槽形成工序，形成横穿所述陶瓷母材的接合所述金属层的接合区域而延伸的槽、及用于分割所述陶瓷母材来形成所述各陶瓷基板的划线；及接合工序，在所述槽形成工序之后，将厚度0.4mm以下的由铝或铝合金构成的金属板通过Al-Si系钎料箔而层叠在所述陶瓷母材的所述接合区域，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，将所述金属板接合在所述接合区域，从而形成所述金属层，所述金属板形成为横跨通过所述划线划分的多个区域的大小。
换言之，一种制造方法，具有：槽形成工序，在陶瓷母材的至少一个面，形成用于将所述陶瓷母材划分成多个陶瓷基板的至少一条划线(分割槽)，并且在所述陶瓷母材的至少一个面设定覆盖多个所述陶瓷基板而接合的金属板的接合区域，并形成横穿该接合区域而延伸的至少一条槽；及接合工序，将由铝或铝合金构成并覆盖所述接合区域的厚度0.4mm以下的金属板通过Al-Si系钎料箔而层叠在所述陶瓷母材的所述接合区域，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，将所述金属板接合在所述接合区域，从而形成金属层。
根据这种结构，能够将多连片陶瓷-金属接合体沿着划线(分割槽)而容易地单片化，能够有效地制造多个陶瓷电路基板。另外，在划线上也接合金属板的情况下，由于能够将所熔融的钎料从划线及上述槽这两个结构排出至接合区域的外侧，因此能够抑制焊斑的产生。
另外，由于上述槽形成于陶瓷母材，所熔融的钎料被排出至接合区域的外侧，因此扩散至金属层内的Si原子的含量变少。因此，由于多连片陶瓷-金属接合体的蚀刻速率提高，因此在对该多连片陶瓷-金属接合体进行蚀刻处理时，能够有效地执行蚀刻处理。
在本发明的多连片陶瓷-金属接合体的制造方法中，优先在所述陶瓷母材的两面具有所述接合区域，在所述槽形成工序中，在所述陶瓷母材的一个面形成有所述划线，并在另一个面形成有所述槽。
换言之，优选将所述接合区域设定在所述陶瓷母材的两面，在所述槽形成工序中，在所述陶瓷母材的一个面形成一条以上的所述划线，并在另一个面形成一条以上的所述槽，在所述接合工序中通过将所述金属板接合在各所述接合区域而将所述金属层形成于所述陶瓷母材的所述两面。
在上述方式中，在陶瓷母材的一个面形成划线(分割槽)，并在另一个面形成槽，因此，与仅在一面形成有划线及槽的情况相比，扩散至表面侧的金属层内的Si原子的含量与扩散至背面侧的金属层内的Si原子的含量之差会变小。即，由于陶瓷母材的表面侧的金属层的Si浓度与背面侧的金属层的Si浓度之差变小，因此能够通过大致相同的蚀刻速率对各金属层进行蚀刻，并能够对陶瓷-金属接合体的两面同时进行处理。
在本发明的多连片陶瓷-金属接合体的制造方法中，优选在所述槽形成工序中，所述槽形成于所述接合区域的80％面积的槽形成区域内，且所述槽形成区域的中心与所述接合区域的中心一致。
在上述方式中，由于在具有接合区域的80％面积的槽形成区域内形成槽，且槽形成区域的中心与接合区域的中心一致，因此，能够有效地将所熔融的钎料从接合区域的大致整个区域排出，并能够进一步抑制焊斑的产生。
本发明的陶瓷-金属接合体在陶瓷基板中的至少一个面接合有金属层，具备：陶瓷基板，形成有横穿接合所述金属层的接合区域而延伸的槽；及所述金属层，通过Al-Si系钎料而接合在所述陶瓷基板的所述接合区域，所述金属层的厚度为0.4mm以下并由铝或铝合金构成。
换言之，一种陶瓷-金属接合体，具备：陶瓷基板，具有设定在至少一个面并接合金属层的接合区域与横穿所述接合区域而延伸的槽；和所述金属层，通过Al-Si系钎料而接合在所述陶瓷基板的所述接合区域，并且由铝或铝合金构成且厚度为0.4mm以下。
本发明的多连片陶瓷-金属接合体在可分割成多个陶瓷基板的大小的陶瓷母材的至少一个面接合有金属层，具有：陶瓷母材，形成有横穿接合所述金属层的接合区域而延伸的槽及用于分割各陶瓷基板的划线；及所述金属层，通过Al-Si系钎料而接合在所述陶瓷母材的所述接合区域，所述金属层的厚度为0.4mm以下并由铝或铝合金构成，所述金属层形成为横跨通过所述划线划分的多个区域的大小。
换言之，一种多连片陶瓷-金属接合体，具有：陶瓷母材，具备在至少一个面具有接合金属层的接合区域并横穿该接合区域而延伸的槽与用于分割成多个陶瓷基板的划线(分割槽)；及所述金属层，通过Al-Si系钎料而接合在所述陶瓷母材的所述接合区域，并由铝或铝合金构成且厚度为0.4mm以下，所述金属层横跨通过所述划线划分的多个区域。
根据本发明，能够抑制在接合在陶瓷基板的金属层的表面上形成的焊斑的产生。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的陶瓷电路基板的截面的剖视图。
图2A是表示第一实施方式中的陶瓷电路基板的制造工序(槽形成工序)的图。
图2B是表示第一实施方式中的陶瓷电路基板的制造工序(接合工序)的图。
图2C是表示第一实施方式中的陶瓷电路基板的制造工序的图。
图3是将第一实施方式中的形成有槽的陶瓷基板的一部分放大表示的剖视图。
图4是第一实施方式中的形成有槽的陶瓷电路基板的俯视图。
图5是本发明的第二实施方式所涉及的通过槽而分割的陶瓷电路基板的俯视图。
图6是从表面侧观察第二实施方式中的形成有槽的陶瓷母材的俯视图。
图7A是表示第二实施方式中的陶瓷电路基板的制造工序(槽形成工序)的图。
图7B是表示第二实施方式中的陶瓷电路基板的制造工序(接合工序)的图。
图7C是表示第二实施方式中的陶瓷电路基板的制造工序(蚀刻工序)的图。
图7D是表示第二实施方式中的陶瓷电路基板的制造工序(分割工序)的图。
图8是表示第二实施方式中的陶瓷电路基板的制造方法的流程图。
图9是从表面侧观察第二实施方式的变形例所涉及的形成有槽的陶瓷母材的俯视图。
具体实施方式
以下，针对本发明的各实施方式使用附图来进行说明。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式的陶瓷电路基板1的截面的剖视图。
陶瓷电路基板1相当于本发明的陶瓷-金属接合体，且形成为俯视观察时纵向尺寸为5mm及横向尺寸为5mm的矩形状，用作例如热电变换元件的配线基板。如图1所示，这种陶瓷电路基板1具备陶瓷基板2和使用钎料而接合在陶瓷基板2的两面的金属层3、4。
陶瓷基板2为通过由氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝等构成的陶瓷材料形成且厚度L1(参考图3)为0.3mm～1.0mm的大致正方形板材。如图1所示，在该陶瓷基板2的表面2a及背面2b形成有槽21a、21b。
各金属层3、4为通过纯铝或铝合金形成且厚度为0.4mm以下(例如，0.25mm)的大致正方形板材。作为这些金属层3、4，能够适用纯度99.00质量％以上的纯铝、纯度99.99质量％以上的纯铝、或JIS3003的铝合金等。
另外，各金属层3、4与陶瓷基板2使用Al-Si系钎料而接合。该钎料中的Si浓度优选为5质量％～12质量％，更优选为7.5质量％～10.5质量％。若Al-Si系钎料中的Si浓度小于5质量％，则有可能因热导致的熔融性降低而使接合性变差，若Si浓度超过12质量％，则有可能Al-Si系钎料变硬而使轧制性降低。
接着，针对如上述构成的陶瓷电路基板1的制造方法来进行说明。在该制造方法中，如图2A所示，在陶瓷基板2的两面2a、2b形成槽21a、21b(槽形成工序)，如图2B所示，在陶瓷基板2的两面2a、2b通过Al-Si系钎料箔5而接合作为金属层3、4的金属板30、40(接合工序)，如图2C所示制造作为陶瓷-金属接合体的陶瓷电路基板1。以下，按照工序顺序进行说明。
(槽形成工序)
首先，如图2A所示，在矩形板状的陶瓷基板2的表面2a形成槽21a及在背面2b形成槽21b。如该图2A所示，例如通过照射激光L来线状地去除陶瓷基板2的表面2a及背面2b而形成槽21a、21b。
另外，在槽形成工序中，例如能够使用CO2激光、YAG激光、YVO4激光、YLF激光等来进行槽21a、21b的加工。
图3是将形成有槽21b的陶瓷基板2的一部分放大表示的剖视图，图4是陶瓷电路基板1的俯视图。另外，在图3中，放大表示背面2b的槽21b。
如图3所示，在厚度尺寸L1的陶瓷基板2的表面2a及背面2b的各个面上，形成深度尺寸L2、宽度尺寸L3的槽21a、21b。因此，陶瓷基板2中的形成有槽21a、21b的部位的厚度尺寸L4小于未形成有槽21a、21b的陶瓷基板2的厚度尺寸L1。
另外，对于厚度L1为0.3mm～1.0mm的陶瓷基板2，优选将槽21a、21b的深度尺寸L2设为0.1mm～0.3mm(＜L1)、宽度尺寸L3设为0.05mm～0.2mm。例如，在本实施方式中，陶瓷基板2的厚度L1设定为0.635mm、槽21a、21b的深度L2设定为0.2mm、槽21a、21b的宽度L3设定为0.1mm、陶瓷基板2的形成有槽21a、21b的部分的剩余厚度L4设定为0.435mm。
如观察表面2a的图4所示，表面2a的槽21a位于陶瓷基板2的表面2a中的比中央更靠近左侧的位置上，且为在图4的表面2a的上侧的边与下侧的边之间延伸的直线状的槽。另外，从表面2a侧观察，背面2b的槽21b位于表面2a的比中央更靠近右侧的位置，且为在图4的表面2a的上侧的边与下侧的边之间延伸的直线状的槽。即，各槽21a、21b隔着间隔大致平行配置，并且形成为不重叠。
在陶瓷基板2的表面2a及背面2b，设定有接合金属板30、40的大致正方形的接合区域6。此外，在接合区域6的内侧，设定有大致正方形的槽形成区域61，所述大致正方形的槽形成区域61具有与接合区域6的中心一致的中心，并具有接合区域6的面积Ar3的80％面积。如图4所示，槽21a、21b形成于槽形成区域61内。形成于槽形成区域61内的各槽21a、21b的两端部形成至陶瓷基板2的表面2a及背面2b的两端缘。即，各槽21a、21b横穿接合区域6而延伸，其两端部延伸至接合区域6的外侧。
表面2a中的槽21a的开口面积Ar1(槽21a的宽度尺寸L3×接合区域6的长度L5)设定为小于表面2a的接合区域6的面积Ar3(L5×L5)的5％。同样地，背面2b中的槽21b的开口面积Ar2(槽21b的宽度尺寸L3×接合区域6的长度L5)设定为小于背面2b的接合区域6的面积Ar3(L5×L5)的5％。即，槽21a以成为Ar3×0.05＞Ar1的方式形成于表面2a。同样地，槽21b以成为Ar3×0.05＞Ar2的方式形成于背面2b。
另外，在形成该槽21a、21b时，优选至少端部中的一端形成至陶瓷基板2的端缘，但不一定要两端都延伸至陶瓷基板2的端缘。即，各槽21a、21b只要以能够将在后述的接合工序中熔融的钎料排出至接合区域6的外侧的程度延伸到接合区域6外即可。
虽省略图示，但通过清洗液清洗形成有这种槽21a、21b的陶瓷基板2。
(接合工序)
接着，如图2B所示，将厚度尺寸为0.4mm以下的金属板30、40使用Al-Si系钎料(Al-Si系钎料箔5)而接合于在槽21a、21b的形成后清洗的陶瓷基板2。由此，形成如图2C所示的在陶瓷基板2的两面2a、2b接合有金属层3、4的陶瓷电路基板1。
具体而言，在陶瓷基板2的表面2a及背面2b的各接合区域6，分别通过Al-Si系钎料箔5层叠金属板30、40，将这些层叠体通过碳板来挟持，并朝层叠方向施加荷重(维持加压的状态)的同时在真空中进行加热，由此将陶瓷基板2与金属板30、40接合。
优选朝层叠方向的加压设为0.1MPa～0.5MPa、加热温度设为630℃～650℃。并且，优选Al-Si系钎料箔5为厚度5μm～15μm。但，加热温度设为低于金属板30、40的熔点。另外，作为Al-Si系钎料，能够使用Al-Si钎料或Al-Si-Cu钎料，除此之外，也能够使用Al-Si-Mg钎料等。
在此，在陶瓷基板2的两面2a、2b未形成有槽21a、21b的情况下，若在接合区域6通过Al-Si系钎料箔5层叠由铝或铝合金构成的金属板30、40，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，则由于金属层3、4的厚度为0.4mm以下且较薄，因此在所熔融的钎料中包含的Si成分会扩散至金属层3、4的表面，并在该表面产生液相而形成焊斑。
相对于此，在本实施方式中，由于在陶瓷基板2形成有横穿陶瓷基板2的接合金属层3、4的接合区域6而延伸的槽21a、21b，因此在对通过Al-Si系钎料箔5而将金属板30、40层叠在陶瓷基板2的接合区域6而成的层叠体朝层叠方向施加荷重的同时进行加热来接合时，由于所熔融的钎料的剩余量会沿着槽21a、21b而被排出至陶瓷基板2的接合区域6的外侧，因此能够抑制金属层3、4的表面的焊斑的形成。
在此，也考虑通过将Al-Si系钎料箔5的厚度减薄，来抑制所熔融的钎料的Si成分扩散至金属层3、4的表面，但这种Al-Si系钎料存在轧制的极限，例如，难以成为5μm以下。另外，硅含量也难以设为小于5质量％。因此，在对在陶瓷基板2的接合区域6通过Al-Si系钎料箔5层叠金属板30、40而成的层叠体朝层叠方向施加荷重的同时进行加热而接合时，所熔融的钎料的量会增加至必要以上，产生多余的量。
相对于此，在本实施方式中，由于所熔融的钎料的多余的量被排出至接合区域6的外侧，因此使接合面的Si成分减少，能够抑制焊斑的产生。
另外，由于槽21a、21b的各开口面积Ar1、Ar2小于表面2a及背面2b各自的接合区域6的面积Ar3的5％，因此能够将陶瓷基板2的表面2a及背面2b(接合区域6)与金属板30、40牢固地接合。
此外，由于槽21a、21b形成于槽形成区域61，且该槽形成区域61的中心与接合区域6的中心相一致，因此能够有效地将所熔融的钎料从接合区域6的大致整个区域排出，并能够进一步抑制焊斑的产生。
[第二实施方式]
图5表示本发明的第二实施方式所涉及的陶瓷电路基板1A的俯视图，图6是从表面20a侧观察形成有槽(划线(分割槽)21c及非分割槽21d)的陶瓷母材20的俯视图。
关于本实施方式的陶瓷电路基板1A，制造方法与第一实施方式不同，通过在可分割成多个陶瓷基板12的大小的陶瓷母材20的两面形成槽(划线21c及非分割槽21d)之后，在陶瓷母材20的两面通过Al-Si系钎料箔层叠金属板30A、40A并接合之后，沿着划线21c分割而形成。若将分割后的各个陶瓷电路基板1A与第一实施方式的陶瓷电路基板1进行比较，则与第一实施方式的不同点在于，仅在背面12b形成有两条非分割槽21d。
作为非分割槽21d，如图5所示，形成有：通过陶瓷基板12的背面12b的中心，并在背面12b的上侧的边与下侧的边之间延伸的直线状的槽；及通过背面12b的中心，并在图5的背面12b的左侧的边与右侧的边之间延伸的直线状的槽。
陶瓷基板12是通过分割图6所示的陶瓷母材20而形成的。非分割槽21d形成于陶瓷母材20的背面20b中的槽形成区域61A内。槽形成区域61A具有在陶瓷母材20中作为接合金属板40的区域的接合区域6A的面积的80％的面积，槽形成区域61A的中心与接合区域6A的中心一致。
形成于槽形成区域61A内的各非分割槽21d的两端部形成至陶瓷母材20的背面20b的两端缘。即，各非分割槽21d横穿接合区域6A而延伸，其两端部延伸至接合区域6A的外侧。
接合区域6A中的非分割槽21d的开口面积(沿纵向延伸的非分割槽21d的开口面积+沿横向延伸的非分割槽21d的开口面积-各非分割槽21d所重叠的区域的面积)设为小于接合区域6A的面积的5％。
接着，针对陶瓷电路基板1A的制造方法进行说明。在该制造方法中，准备可形成多个陶瓷基板12的大小的陶瓷母材20，如图7A～图7D所示，在陶瓷母材20的两面形成多个槽21c、21d(图7A)，并在陶瓷母材20的两面接合作为金属层3A、4A的金属板30A、40A而首先制造出多连片陶瓷-金属接合体50(图7B)。
接着，将该多连片陶瓷-金属接合体50沿着划线21c进行蚀刻(图7C)，镀覆后进行分割单片化(图7D)，由此制造多个陶瓷电路基板1A。以下，按照槽形成工序、接合工序、蚀刻工序、镀覆工序及分割工序的顺序进行详细说明(参考图8)。
(槽形成工序)
首先，如图7A所示，在矩形板状的陶瓷母材20的表面20a形成划线21c，并在背面20b形成非分割槽21d。如该图7A所示，划线21c及非分割槽21d例如通过照射激光L并线状地去除陶瓷母材20的表面20a及背面20b而形成。划线21c在后述的分割工序中成为陶瓷母材20的分割的起点。
在槽形成工序中形成的非分割槽21d的宽度尺寸及深度尺寸与第一实施方式的槽21b的宽度尺寸及深度尺寸相同，宽度为0.05mm～0.2mm、深度为0.1mm～0.3mm。划线21c的宽度尺寸及深度尺寸形成为与非分割槽21d的宽度尺寸及深度尺寸相同或大于非分割槽21d的宽度尺寸及深度尺寸，例如，划线21c的宽度尺寸设定为0.05mm～0.3mm，深度尺寸设定为0.1mm～0.3mm。
如图6中以实线所示，在陶瓷母材20的表面20a形成有沿纵向延伸的四条划线21c与沿横向延伸的三条划线21c。沿纵向延伸的四条划线21c中的每一个划线在横向上隔着规定间隔而配置，沿横向延伸的三条划线21c中的每一个划线在纵向上隔着规定间隔而配置。
另一方面，如图6中以虚线所示，在陶瓷母材20的背面20b形成有沿纵向延伸的三条非分割槽21d与沿横向延伸的两条非分割槽21d。沿纵向延伸的三条非分割槽21d中的每一个非分割槽在横向上隔着规定间隔，且与在陶瓷母材20的俯视观察时配置于表面20a的沿纵向延伸的四条划线21c错开地配置。另外，沿横向延伸的两条非分割槽21d中的每一个非分割槽在纵向上隔着规定间隔，且与在上述俯视观察时配置于表面20a的朝横向延伸的三条条划线21c错开地配置。
如图6所示，在陶瓷母材20，设定有接合金属板30A、40A的大致长方形的接合区域6A。此外，在接合区域6A的内侧，设定有大致长方形的槽形成区域61A，所述大致长方形的槽形成区域61A具有与接合区域6A的中心一致的中心，并具有接合区域6A的面积的80％面积。在槽形成工序中，非分割槽21d形成于槽形成区域61A内。彼此大致平行的划线21c与非分割槽21d隔着规定间隔而形成。
具体而言，在本实施方式中，由于形成多个10mm见方的陶瓷基板12(陶瓷电路基板1A)，因此在陶瓷母材20的表面20a以10mm间隔形成划线21c，并且在背面20b以10mm间隔形成非分割槽21d，且这些表面20a的划线21c与背面20b的非分割槽21d在陶瓷母材20的面方向上错开5mm(以5mm间隔)而配置。因此，若将陶瓷母材20以俯视观察进行投影，则位于表面20a的划线21c与位于背面20b的非分割槽21d在纵向及横向的各方向上交替地以5mm间距而配置。
陶瓷母材20的周边部为边缘部，并不作为陶瓷基板12来使用。若在后述的分割工序中，沿着划线21c分割陶瓷母材20，则形成六个俯视观察时为10mm见方的陶瓷基板12(陶瓷电路基板1A)。
(接合工序)
接着，如第7B图所示，在划线21c及非分割槽21d的形成后清洗的陶瓷母材20的接合区域6A，使用Al-Si系钎料来接合厚度尺寸为0.4mm以下且横跨通过划线21c划分的六个区域(成为各个陶瓷基板12的区域)的大小的金属板30A、40A，。由此，形成在陶瓷母材20的两面20a、20b接合有金属板30A、40A的多连片陶瓷-金属接合体50。
具体而言，在陶瓷母材20的两面的去除上述周边部的接合区域6A，分别通过Al-Si系钎料箔5层叠金属板30A、40A，并将这些层叠体通过碳板来挟持，朝层叠方向施加荷重的同时在真空中进行加热，由此将陶瓷母材20与金属板30A、40A进行接合。
在本实施方式中，如上述，在表面20a形成有纵向四条、横向三条的划线21c，在背面20b形成有纵向三条、横向两条的非分割槽21d，可以说这些划线21c及非分割槽21d的条数是在表面20a与背面20b中大致相等的条数。因此，若在接合工序中在真空状态下加热上述层叠体，则所熔融的钎料的剩余量在表面20a沿着划线21c大致等量地流出至层叠体的外侧，在背面20b沿着非分割槽21d大致等量地流出至层叠体的外侧。因此，在金属板30A、40A与陶瓷母材20之间残留大致等量的所熔融的钎料，该所熔融的钎料的Si原子会扩散至金属板30A、40A内，从而成为包含大致等量的Si原子的金属板30A、40A。由此，金属板30A、40A的Si浓度成为大致相同。
另外，由于所熔融的钎料的剩余量沿着划线21c及非分割槽21d被排出至层叠体的外侧(接合区域6A的外侧)，因此可抑制金属板30A、40A的表面的焊斑的产生。
(蚀刻工序)
将多连片陶瓷-金属接合体50的接合在陶瓷母材20的金属板30A、40A，沿着划线21c进行蚀刻。蚀刻可通过公知的手法进行，例如在对必要的部位进行遮蔽之后，使用氯化铁溶液进行蚀刻。通过蚀刻，形成俯视观察时大致矩形状的金属层3A、4A。由此，如图7C所示，在陶瓷母材20的通过划线21c划分的各区域设置有金属层3A、4A。
在该情况下，由于陶瓷母材20的表面20a侧的金属板30A与背面20b侧的金属板40A的Si浓度相同，因此可通过相同的蚀刻速率对各金属板30A、40A进行蚀刻，因此多连片陶瓷-金属接合体50的两面同时被蚀刻处理。
(镀覆工序)
接着，虽省略图示，但根据需要，对多连片陶瓷-金属接合体50实施镀金、镀银、镀镍等的镀覆处理。由此，制造出对多连片陶瓷-金属接合体50的金属层3A、4A实施了镀覆处理的多连片陶瓷-金属接合体50。
另外，在本实施方式中，在多连片陶瓷-金属接合体50的两面实施镀覆处理，但并不限于此，例如，也可仅在一个面实施镀覆处理。
(分割工序)
最后，通过将接合有金属层3A、4A的陶瓷母材20沿着划线21c进行分割，如图7D所示，将陶瓷母材20单片化，制造多个(六个)陶瓷电路基板1A。
另外，由于在分割工序中，在陶瓷母材20的位于最外缘侧的区域(陶瓷母材20的位于比最靠近外缘的划线21c更靠外侧的区域)，因在上述的接合工序中流出至外侧的所熔融的钎料的剩余量凝固而形成有焊瘤，因此，在事先摘除焊瘤之后，沿着各划线21c对陶瓷母材20进行单片化。
如此，在本实施方式的陶瓷电路基板1A的制造方法中，由于在陶瓷母材20的两面(表面20a及背面20b)分别形成了大致相同数量的划线21c及非分割槽21d，因此，在陶瓷母材20的表面20a及背面20b这两面，使用Al-Si系钎料来接合层叠有金属板30A、40A的层叠体时，在表面20a及背面20b中的任一面，大致等量的所熔融的钎料的剩余量也沿着划线21c及非分割槽21d而被排出至层叠体的外侧。
因此，使扩散至陶瓷母材20的表面20a侧的金属板30A内的Si原子的含量与扩散至背面20b侧的金属板40A内的Si原子的含量成为大致等量。即，由于陶瓷母材20的表面20a侧的金属板30A与背面20b侧的金属板40A的Si浓度相同，因此能够通过相同的蚀刻速率对各金属板30A、40A进行蚀刻，从而能够对多连片陶瓷-金属接合体50的两面同时进行处理。
另外，由于非分割槽21d形成于槽形成区域61A内，且槽形成区域61A的中心与接合区域6A的中心一致，因此能够有效地将所熔融的钎料的剩余量从陶瓷母材20的接合区域6A的大致整个区域排出，并能够进一步抑制焊斑的产生。
另外，本发明并不限定于上述各实施方式，可在不脱离本发明的宗旨的范围内添加各种变更。
例如，在上述第二实施方式中，虽将划线21c及非分割槽21d分别以10mm间隔进行了配置，但并不限于此，这些划线21c及非分割槽21d的配置间隔能够根据陶瓷电路基板1的尺寸来适当变更。另外，虽在陶瓷母材20的表面20a形成有纵向四条、横向三条的划线21c，在背面20b形成有纵向三条、横向两条的非分割槽21d，但其数量及形成位置能够根据陶瓷母材的尺寸等适当变更。另外，划线(分割槽)也可形成于两面。
图9是观察第二实施方式的变形例所涉及的形成有用于制造多个陶瓷电路基板的槽21c、21e的陶瓷母材20A的表面的俯视图。
如图9所示，本变形例的陶瓷母材20A形成为能够通过以划线21c进行分割而制造九个俯视观察时为10mm见方的陶瓷电路基板的大小。在该陶瓷母材20A的表面，如图9中以实线所示，形成有沿纵向延伸的四条划线21c与沿横向延伸的四条划线21c。沿纵向延伸的四条划线21c中的每一个划线在横向上隔着规定间隔而配置，沿横向延伸的四条划线21c中的每一个划线在纵向上隔着规定间隔而配置。
如图9所示，在陶瓷母材20A设定有接合金属板的大致正方形的接合区域6B。此外，在接合区域6B的内侧，设定有大致正方形的槽形成区域61B，该大致正方形的槽形成区域61B具有与接合区域6B的中心一致的中心，并具有接合区域6B的面积的80％的面积。
在陶瓷母材20的背面，如图9中以虚线所示，形成有沿陶瓷母材20A的对角线状延伸的两条非分割槽21e。在本变形例中，以通过槽形成区域61B的方式形成有非分割槽21e。
若在形成有这种划线21c及非分割槽21e的陶瓷母材20A的两面的接合区域6B接合金属板，并沿着划线21c进行单片化，则会形成五个形成有非分割槽21e的陶瓷电路基板，且形成四个未形成有非分割槽21e的陶瓷电路基板。
在本变形例中，由于非分割槽21e在陶瓷母材20A的对角线上延伸，因此能够使陶瓷母材20A难以被非分割槽21e划分。
另外，在本变形例中非分割槽21e也形成于槽形成区域61B内，且槽形成区域61B的中心与该接合区域6B的中心相一致，因此，能够将所熔融的钎料从划线21c及非分割槽21e中的每一个排出至接合区域6B的外侧，从而能够抑制焊斑的产生。
在上述第二实施方式中，虽在镀覆处理后将各陶瓷电路基板1进行了分割，但并不限于此，也可在分割工序后对各陶瓷电路基板1实施镀覆处理。另外，也可无镀覆处理工序。
另外，在上述第二实施方式中，划线21c的宽度尺寸及深度尺寸虽设为与非分割槽21d的宽度尺寸及深度尺寸相同或大于非分割槽21d的宽度尺寸及深度尺寸，但只要是非分割槽不大于划线即可。
另外，在上述各实施方式中，槽21a、21b、划线21c和非分割槽21d、21e虽通过激光加工而形成，但并非限定于此，例如，也能够通过金刚石划片器等的其他加工方法而实施。
实施例
[试验步骤]
在实施例1、实施例2及比较例1、比较例2中，在纵50mm×横50mm的四边形板状的陶瓷母材的表面，在纵向上以5mm间隔形成有九条作为划线(分割槽)发挥功能的槽，在横向上以5mm间隔形成有九条作为划线(分割槽)发挥功能的槽。
在实施例1及实施例2中，在背面形成沿陶瓷母材的对角线延伸的两条槽(非分割槽)，在比较例1及比较例2中，在背面不形成槽。
另外，划线的宽度尺寸设为0.1mm、深度尺寸设为0.15mm，非分割槽的宽度尺寸设为0.05mm、深度尺寸设为0.1mm。
在这种陶瓷母材的两面的接合区域(纵49mm×横49mm)，分别通过Si浓度7.5质量％、厚度12μm的Al-Si系钎料箔，来层叠表1所示的组成的厚度0.1mm的金属板，并将这些层叠体通过碳板来挟持，朝层叠方向施加荷重(维持加压的状态)的同时在真空中进行加热，由此将陶瓷母材与金属板接合而制造多连片陶瓷-金属接合体。此时，朝层叠方向的加压设为0.3MPa、加热温度设为640℃、加压时间设为60分钟。
对上述的多连片陶瓷-金属接合体的各个表面，在以划线划分的5mm×5mm的区域，形成4mm×4mm的抗蚀层。另外，以使从上面观察5mm×5mm的区域时的中心与从上面观察4mm×4mm的抗蚀层时的中心一致的方式来形成抗蚀层。另外，在多连片陶瓷-金属接合体的背面，也以与表面相同的图案来形成抗蚀层。
接着，对多连片陶瓷-金属接合体进行蚀刻处理，分割金属板来形成金属层，并且剥离了抗蚀层。另外，作为蚀刻溶液，使用了氯化铁溶液。
测定蚀刻处理后的被划分的金属层的宽度尺寸，将表面的各金属层的宽度尺寸的平均值与背面的各金属层的宽度尺寸的平均值之差(蚀刻处理后的金属层的宽度尺寸差)示于表1中。关于该被划分的金属层的宽度尺寸的测定，对任意的五个被划分的金属层通过尺寸测定器(光学显微镜)进行测定，在表面与背面测定了相同的部位。
[表1]
Figure BDA0002706201250000141
如表1的结果可知，关于在陶瓷母材的两面形成有槽的实施例1及实施例2，蚀刻处理后的金属层的宽度尺寸差为0.04mm以下。即，通过将槽形成于两面，从而能够使蚀刻处理后的被划分的金属层的宽度(大小)在表背分别一致。尤其，在作为金属层而使用JIS3003铝合金时，其效果较大。
换言之，能够确认到：通过在陶瓷母材的两面设置槽，从而能够将钎料的剩余量从接合部分排出，因此金属板中的Si浓度在两面大致相等，蚀刻速率也在两面大致相等。
另外，在实施例1、实施例2中，两面皆无法确认到焊斑的产生，但在比较例1、比较例2中，在无槽的背面产生了焊斑。即，能够确认到：通过形成槽，从而能够将钎料的剩余量从接合部分排出，并且能够抑制焊斑的产生。
产业上的可利用性
能够使接合在陶瓷基板的两面的金属板的蚀刻速率相等。能够抑制接合在陶瓷基板的金属层的表面的焊斑的产生。
符号说明
1、1A 陶瓷电路基板(陶瓷-金属接合体)
2、12 陶瓷基板
2a、12a 表面
2b、12b 背面
3、4、3A、4A 金属层
5 Al-Si系钎料箔
6、6A、6B 接合区域
61、61A、61B 槽形成区域
20、20A 陶瓷母材
20a 表面
20b 背面
21a、21b 槽
21d、21e 非分隔槽(槽)
21c 划线(分割槽)
30、40 金属板
50 多连片陶瓷-金属接合体

Claims (9)

1.一种陶瓷-金属接合体的制造方法，该制造方法为在陶瓷基板的至少一个面接合有金属层的陶瓷-金属接合体的制造方法，其特征在于，具有：
槽形成工序，形成横穿所述陶瓷基板的接合所述金属层的接合区域而延伸的槽；及
接合工序，在所述槽形成工序后，将厚度0.4mm以下的由铝或铝合金构成的金属板通过Al-Si系钎料箔而层叠在所述陶瓷基板的所述接合区域，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，将所述金属板接合在所述接合区域，从而形成所述金属层。
2.根据权利要求1所述的陶瓷-金属接合体的制造方法，其特征在于，
在所述槽形成工序中，以所述接合区域中的所述槽的开口面积小于所述接合区域的面积的5％的方式来形成所述槽。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷-金属接合体的制造方法，其特征在于，
在所述槽形成工序中，所述槽形成于所述陶瓷基板的所述接合区域的80％的面积的槽形成区域内，且所述槽形成区域的中心与所述接合区域的中心一致。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷-金属接合体的制造方法，其特征在于，
所述Al-Si系钎料箔中的Si浓度为5质量％以上且12质量％以下。
5.一种多连片陶瓷-金属接合体的制造方法，该制造方法为在可分割成多个陶瓷基板的大小的陶瓷母材的至少一个面接合有金属层的多连片陶瓷-金属接合体的制造方法，其特征在于，具有：
槽形成工序，形成横穿所述陶瓷母材的接合所述金属层的接合区域而延伸的槽、及用于分割所述陶瓷母材来形成各所述陶瓷基板的划线；及
接合工序，在所述槽形成工序之后，将厚度0.4mm以下的由铝或铝合金构成的金属板通过Al-Si系钎料箔而层叠在所述陶瓷母材的所述接合区域，并朝层叠方向施加荷重的同时进行加热，将所述金属板接合在所述接合区域，从而形成所述金属层，
所述金属板形成为横跨通过所述划线划分的多个区域的大小。
6.根据权利要求5所述的多连片陶瓷-金属接合体的制造方法，其特征在于，
在所述陶瓷母材的两面具有所述接合区域，
在所述槽形成工序中，在所述陶瓷母材的一个面形成所述划线，并在另一个面形成所述槽。
7.根据权利要求5或6所述的多连片陶瓷-金属接合体的制造方法，其特征在于，
在所述槽形成工序中，所述槽形成于所述接合区域的80％面积的槽形成区域内，且所述槽形成区域的中心与所述接合区域的中心一致。
8.一种陶瓷-金属接合体，在陶瓷基板的至少一个面接合有金属层，所述陶瓷-金属接合体的特征在于，具备：
陶瓷基板，形成有横穿接合所述金属层的接合区域而延伸的槽；及
所述金属层，通过Al-Si系钎料而接合在所述陶瓷基板的所述接合区域，所述金属层的厚度为0.4mm以下并由铝或铝合金构成。
9.一种多连片陶瓷-金属接合体，在可分割成多个陶瓷基板的大小的陶瓷母材的至少一个面接合有金属层，所述多连片陶瓷-金属接合体的特征在于，具有：
陶瓷母材，形成有横穿接合所述金属层的接合区域而延伸的槽、及用于分割各陶瓷基板的划线；及
所述金属层，通过Al-Si系钎料而接合在所述陶瓷母材的所述接合区域，所述金属层的厚度为0.4mm以下并由铝或铝合金构成，
所述金属层形成为横跨通过所述划线划分的多个区域的大小。
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