CN113646149B - 氮化物陶瓷基板的制造方法及氮化物陶瓷基材 - Google Patents

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Abstract

首先，利用激光，在氮化物陶瓷基材(100)的第1面(102)形成划线(110)。接着，沿着划线(110)将氮化物陶瓷基材(100)分割。划线(110)包含多个凹部(112)。多个凹部(112)在氮化物陶瓷基材(100)的第1面(102)形成为一列。多个凹部(112)各自的深度(d)为多个凹部(112)各自的开口宽度(w)的0.70倍以上、1.10倍以下。多个凹部(112)各自的开口宽度(w)为多个凹部(112)的中心间距离(p)的1.00倍以上、1.10倍以下。

Description

氮化物陶瓷基板的制造方法及氮化物陶瓷基材
技术领域
本发明涉及氮化物陶瓷基板的制造方法及氮化物陶瓷基材。
背景技术
作为电子部件，有时使用氮化物陶瓷基板。从各种观点、例如高导热率或高绝缘性的观点考虑，氮化物陶瓷基板是优异的。氮化物陶瓷基板可用于各种电子装置，例如可用于功率模块。
例如，如专利文献1～3所记载的，包括氮化物陶瓷基板在内的各种陶瓷基板可以通过利用激光划片将陶瓷基材分割而制造。在陶瓷基材上，利用激光划片而形成划线。陶瓷基材沿着划线而被分割成多个陶瓷基板。
专利文献1中记载了利用激光划片将氮化物陶瓷基材分割成多个氮化物陶瓷基板。利用激光划片而形成的划线包含在氮化物陶瓷基材的表面形成为一列的多个凹部。凹部的开口宽度为0.04mm～0.5mm，凹部的深度为氮化物陶瓷基材的厚度的1/4～1/3，多个凹部的中心间距离为0.2mm以下。
专利文献2中记载了利用激光划片将氧化铝基材分割成多个氧化铝基板。利用激光划片而形成的划线包含在氮化物陶瓷基材的表面形成为一列的多个凹部。凹部具有圆锥形状。
专利文献3中记载了利用激光划片将氮化硅基材分割成多个氮化硅基板。利用激光划片而形成的划线具有沿一个方向连续地延伸的槽。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-324301号公报
专利文献2：日本特开2013-175667号公报
专利文献3：日本特开2014-42066号公报
发明内容
发明要解决的课题
对于氮化物陶瓷基材，有时要求钎料从氮化物陶瓷基材的良好除去、划线在SAT(Scanning Acoustic Tomography，扫描声波显微镜)中的映入的减少以及氮化物陶瓷基材的良好分割。
本发明的目的的一例在于实现钎料从氮化物陶瓷基材的良好除去、划线在SAT中的映入的减少以及氮化物陶瓷基材的良好分割。本发明的其他目的根据本说明书的记载而明确。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式为氮化物陶瓷基板的制造方法，其包括下述工序：
利用激光在氮化物陶瓷基材的第1面形成划线的工序；和
沿着上述划线将上述氮化物陶瓷基材分割的工序，
其中，上述划线包含在上述氮化物陶瓷基材的上述第1面形成为一列的多个凹部，
上述多个凹部各自的深度为上述多个凹部各自的开口宽度的0.70倍以上、1.10倍以下,
上述多个凹部的各自的上述开口宽度为上述多个凹部的中心间距离的1.00倍以上、1.10倍以下。
本发明的另一方式为氮化物陶瓷基材，
其具备形成有划线的第1面，
上述划线包含在上述第1面形成为一列的多个凹部，
上述多个凹部各自的深度为上述多个凹部各自的开口宽度的0.70倍以上、1.10倍以下,
上述多个凹部的各自的上述开口宽度为上述多个凹部的中心间距离的1.00倍以上、1.10倍以下。
发明的效果
根据本发明的一个方式，能够实现钎料从氮化物陶瓷基材的良好除去、划线在SAT中的映入的减少以及氮化物陶瓷基材的良好分割。
附图说明
[图1]为实施方式涉及的氮化物陶瓷基材的俯视图。
[图2]为图1的A-A’截面图。
[图3]为图2所示的凹部的放大图。
[图4]为氮化物陶瓷基材的整体的一例的俯视图。
[图5]为图4所示的区域α的放大图。
[图6]为图4所示的区域β的放大图。
[图7]为用于对实施方式中的氮化物陶瓷基板(基底板)的制造方法的一例进行说明的图。
[图8]为用于对实施方式中的氮化物陶瓷基板(基底板)的制造方法的一例进行说明的图。
[图9]为用于对实施方式中的氮化物陶瓷基板(基底板)的制造方法的一例进行说明的图。
[图10]为用于对实施方式中的氮化物陶瓷基板(基底板)的制造方法的一例进行说明的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，所有附图中，对同样的构成要素标注同样的标记，适当省略说明。
图1为实施方式涉及的氮化物陶瓷基材100的俯视图。图2为图1的A-A’截面图。图3为图2所示的凹部112的放大图。
使用图2来说明实施方式中的氮化物陶瓷基板的制造方法的概要。首先，利用激光，在氮化物陶瓷基材100的第1面102形成划线110。接着，沿着划线110将氮化物陶瓷基材100分割。划线110包含多个凹部112。多个凹部112在氮化物陶瓷基材100的第1面102形成为一列。多个凹部112各自的深度d为多个凹部112各自的开口宽度w的0.70倍以上、1.10倍以下。多个凹部112各自的开口宽度w为多个凹部112中心间距离p的1.00倍以上、1.10倍以下。
根据本实施方式，能够实现钎料从氮化物陶瓷基材100的良好除去、划线在SAT(Scanning Acoustic Tomography)中的映入的减少以及氮化物陶瓷基材100的良好分割。详细情况如后文所述，本申请的发明人首次发现，钎料从氮化物陶瓷基材100的除去、划线在SAT中的映入及氮化物陶瓷基材100的分割各特性取决于各种参数、尤其是凹部112的深度d、凹部112的开口宽度w及多个凹部112中心间距离p。本申请的发明人经研究后明确了凹部112的深度d、凹部112的开口宽度w及多个凹部112中心间距离p处于上述的关系时，可实现钎料从氮化物陶瓷基材100的良好除去、划线在SAT中的映入的减少以及氮化物陶瓷基材100的良好分割。
使用图1及图2，对氮化物陶瓷基材100的详细情况进行说明。
氮化物陶瓷基材100例如可以为氮化硅基材或氮化铝基材，更具体而言，为氮化硅质烧结体基材或氮化铝质烧结体基材。
氮化物陶瓷基材100具有第1面102及第2面104。图1及图2所示的例子中，在第1面102形成了划线110。第2面104位于第1面102的相反侧。氮化物陶瓷基材100的厚度t为第1面102与第2面104之间的距离。
划线110包含多个凹部112。如图1所示，各凹部112的开口具有圆形形状。多个凹部112实质上以等间隔(中心间距离p)排列。图1中的A-A’线从各凹部112中心通过。即，图2所示的截面包含凹部112中心。图2所示的例子中，凹部112的宽度越朝向凹部112的下端越窄，凹部112的开口宽度w为凹部112的上端的宽度。图2所示的例子中，凹部112的深度d为凹部112的上端与下端之间的距离。
凹部112的深度d例如可以为氮化物陶瓷基材100的厚度t的9/64倍以上、2/9倍以下，或者可以为45μm以上、90μm以下。若凹部112的深度d过浅，则无法沿着划线110良好地分割氮化物陶瓷基材100。另一方面，若凹部112的深度d过深，则可能难以去除进入了凹部112的钎料。相对于此，凹部112的深度d在上述的范围内时，能够减少上述障碍。
使用图3对氮化物陶瓷基材100的详细情况进行说明。
凹部112具有前端带圆形的圆锥形状，在图3所示的截面中，具有带圆形的底面。在包含凹部112中心的截面(例如，图1的A-A’截面或沿着与图1的A-A’线正交的方向的截面)中，凹部112的两侧面以凹部112的一个内侧面的上端UE1处的虚拟切线l1与凹部112的另一内侧面的上端UE2处的虚拟切线l2呈角度θ(前端角度)相交的方式倾斜。前端角度θ例如可以为30°以上。
氮化物陶瓷基材100可以具有隆起114。隆起114位于凹部112的周围。隆起114是因在激光的加热的影响下氮化物陶瓷基材100的一部分突起而形成的。
隆起114可以被除去。隆起114例如可以通过湿喷砂而除去。
图4为氮化物陶瓷基材100整体的一例的俯视图。
氮化物陶瓷基材100的划线110包含多个第1划线110a及多个第2划线110b。第1划线110a沿第1方向(图4内的X方向)延伸。第2划线110b沿第2方向(图4内的Y方向)延伸。第2方向与第1方向相交，图4所示的例子中，第2方向与第1方向正交。
通过多个第1划线110a及多个第2划线110b，划定出多个划分区域RG。多个划分区域RG配置成矩阵状。各划分区域RG实质上具有矩形形状。通过沿着划线110将氮化物陶瓷基材100分割，从氮化物陶瓷基材100中切出多个划分区域RG(多个氮化物陶瓷基板)。
图5为图4所示的区域α的放大图。区域α包含通过第1划线110a与第2划线110b的交叉而形成的划线110的交叉。
第1划线110a包含多个凹部112(第1组凹部112)。第2划线110b包含多个凹部112(第2组凹部112)。第2组凹部112中位于最接近第1划线110a的位置的凹部112不与第1组凹部112中的任意凹部重叠。假如第1划线110a所含的第1组凹部112及第2划线110b所含的第2组凹部112彼此重叠，则在氮化物陶瓷基材100的分割后有可能在凹部112彼此的重叠部分处产生氮化物陶瓷基材100的缺损。与此相对，根据本实施方式，能够减少氮化物陶瓷基材100的分割后的氮化物陶瓷基材100的缺损。
第2划线110b所含的第2组凹部112中，位于最接近第1划线110a的位置的凹部112中心在第2方向(Y方向)上与第1划线110a的中心线C1相隔距离g2。距离g2例如为第2组凹部112中心间距离p2的1.50倍以下，优选为1.10倍以下。通过这样的方式，第2划线110b所含的第2组凹部112中位于最接近第1划线110a的位置的凹部112可以配置在第1划线110a的附近。因此，能够实现第1划线110a与第2划线110b的交叉处的氮化物陶瓷基材100的良好分割。
图6为图4所示的区域β的放大图。区域β包含通过第1划线110a与第2划线110b的交叉而形成的划线110的角。
在划线110的角(图6)处，也与划线110的交叉(图5)同样地，第2组凹部112中位于最接近第1划线110a的位置的凹部112不与第1组凹部112中的任意凹部重叠，第2划线110b所含的第2组凹部112中位于最接近第1划线110a的位置的凹部112配置于第1划线110a的附近。因此，在划线110的角(图6)处，也能够减少氮化物陶瓷基材100后的氮化物陶瓷基材100的缺损，能够实现第1划线110a与第2划线110b的交叉处的氮化物陶瓷基材100的良好分割。
图7～图10为用于对实施方式中的氮化物陶瓷基板(基底板)的制造方法的一例进行说明的图。
首先，如图7所示，利用激光，在氮化物陶瓷基材100的第1面102形成划线110(凹部112)。通过这样的方式，划定出划分区域RG(也参见图4)。激光例如可以为二氧化碳激光、光纤激光或YAG激光，特别地，可以为1kHz以上的脉冲频率及25W以上且500W以下的功率的二氧化碳激光。
接着，如图8所示,在氮化物陶瓷基材100的第1面102上及第2面104上各自形成钎料120及金属层130。
钎料120可以为活性金属钎料。就活性金属钎料而言，例如，作为金属，包含Ag、Cu及Sn中的至少一者，作为活性金属，包含Ti及Zr中的至少一者。钎料120可以通过涂布来形成。在该情况下，钎料120的一部分会进入划线110(凹部112)。
金属层130介由钎料120与氮化物陶瓷基材100接合。
接着，通过超声波探伤检测对氮化物陶瓷基材100及金属层130的接合进行检测。本申请的发明人发现，在一定的条件下，由超声波探伤检测所得到的探伤图像中映现有划线110。划线110向探伤图像的映入被判定为氮化物陶瓷基材100与金属层130之间的接合空隙，从而无法或难以识别由钎料120引起的接合空隙，因此优选使其减少。详细情况如后文所述，本申请的发明人首次发现，划线110向SAT的映入取决于各种参数、尤其是凹部112的深度d、凹部112的开口宽度w及多个凹部112中心间距离p。
接着，如图9所示，在氮化物陶瓷基材100的第1面102上的金属层130上形成抗蚀剂140，在氮化物陶瓷基材100的第2面104上的金属层130上形成抗蚀剂140。
接着，如图10所示，在残留图9所示的抗蚀剂140的状态下，利用蚀刻液(例如，氯化铁溶液、氯化铜溶液、硫酸或过氧化氢水溶液)选择性地对钎料120及金属层130进行蚀刻。氮化物陶瓷基材100的第1面102上的金属层130形成为电路层132。氮化物陶瓷基材100的第2面104上的金属层130形成为散热层134。
如图10所示，有时在划线110(凹部112)内残留有钎料120。划线110(凹部112)内残留的钎料120可以通过溶液(例如，卤代铵水溶液、无机酸(例如，硫酸或硝酸)或过氧化氢水溶液)而除去。详细情况如后文所述，本申请的发明人首次发现，该溶液向划线110(凹部112)的进入难易度(即，钎料120从氮化物陶瓷基材100的除去的特性)取决于各种参数、尤其是凹部112的深度d、凹部112的开口宽度w及多个凹部112中心间距离p。
接着，沿着划线110将氮化物陶瓷基材100分割，形成多个氮化物陶瓷基板(基底板)。详细情况如后文所述，本申请的发明人首次发现，氮化物陶瓷基材100的分割的特性取决于各种参数、尤其是凹部112的深度d、凹部112的开口宽度w及多个凹部112中心间距离p。
氮化物陶瓷基材(基底板)可以用作电子部件。例如，可以在氮化物陶瓷基材(基底板)的电路层132上介由焊料而安装半导体元件。
实施例
(实施例1)
实施例1中，以下述方式进行操作，制造氮化物陶瓷基材100。
氮化物陶瓷基材100为厚度0.32mm的氮化硅质烧结体基材。
通过二氧化碳激光，形成划线110(多个凹部112)。凹部112的深度d(例如，图2)、凹部112的开口宽度w(例如，图2)、多个凹部112中心间距离p(例如，图2)及凹部112的前端角度θ(例如，图3)如表1所示。
(实施例2～7及比较例1～5)
就实施例2～7及比较例1～5而言，关于凹部112的深度d(例如，图2)、凹部112的开口宽度w(例如，图2)、多个凹部112中心间距离p(例如，图2)、凹部112的前端角度θ(例如，图3)及划线110的形成中使用的激光的种类，如表1所示。除了表1所示的方面以外，实施例2～7及比较例1～5与实施例1相同。
(钎料从氮化物陶瓷基材的除去)
如使用图7～图10进行说明的，使用抗蚀剂140及蚀刻液选择性地对钎料120及金属层130进行蚀刻。进而，利用溶液，将氮化物陶瓷基材100中残留的钎料120(例如，划线110(凹部112)内残留的钎料120)除去。
实施例1～7及比较例1～4中的钎料120的残留如表1所示。在表1的“钎料的除去”的列内，“○”表示未确认到钎料120在划线110(凹部112)内残留，“×”表示确认到钎料120在划线110(凹部112)内残留。
(划线在SAT中的映入)
在氮化物陶瓷基材100上形成钎料120后，利用钎料120将氮化物陶瓷基材100与金属层130接合，然后，利用超声波探伤检测，对氮化物陶瓷基材100及金属层130的接合进行检测。
实施例1～7及比较例1～4中的划线110在SAT中的映入如表1所示。在表1的“SAT”的列内，“○”表示未确认到划线110在超声波探伤检测的SAT中的映入，“×”表示确认到划线110在超声波探伤检测的SAT中的映入。
(氮化物陶瓷基材的分割)
在除去氮化物陶瓷基材100中残留的钎料120后，利用4点弯曲试验，沿着划线110将氮化物陶瓷基材100分割。
实施例1～7及比较例1～4中的氮化物陶瓷基材100被分割时的最大弯曲应力如表1所示。
实施例1～7及比较例1～4中的氮化物陶瓷基材100的分割不良率如表1所示。
[表1]
Figure GDA0003261128070000101
由比较例1可知，比w/p为0.60以下时，氮化物陶瓷基材100难以良好地分割。
由比较例2可知，比d/w为0.45以下时，氮化物陶瓷基材100难以良好地分割。
由比较例3可知，比d/w为1.20以上时，难以从氮化物陶瓷基材100中良好地除去钎料120。
由比较例4可知，比w/p为1.16以上时，难以减少划线110在SAT中的映入。
由上述研究可知，比d/w例如可以为0.70以上、1.10以下，优选0.75以上、1.08以下，比w/p例如可以为1.00以上、1.10以下，优选1.00以上、1.07以下。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但这些只是本发明的示例，也可以采用上述以外的各种构成。
本申请主张以于2019年3月15日提出申请的日本申请特愿2019-048079号为基础的优先权，其全部公开内容并入本文中。
附图标记说明
100 氮化物陶瓷基材
102 第1面
104 第2面
110 划线
110a 第1划线
110b 第2划线
112 凹部
114 隆起
120 钎料
130 金属层
132 电路层
134 散热层
140 抗蚀剂

Claims (8)

1.氮化物陶瓷基板的制造方法，其包括下述工序：
利用激光在氮化物陶瓷基材的第1面形成划线的工序；和
沿着所述划线将所述氮化物陶瓷基材分割的工序，
其中，所述划线包含在所述氮化物陶瓷基材的所述第1面形成为一列的多个凹部，
所述多个凹部各自的深度为45μm以上且90μm以下、且为所述多个凹部各自的开口宽度的0.70倍以上且1.10倍以下，
所述多个凹部各自的所述开口宽度为所述多个凹部的中心间距离的1.00倍以上且1.10倍以下。
2.如权利要求1所述的氮化物陶瓷基板的制造方法，其中，形成所述划线的工序中，在所述多个凹部各自的周围形成隆起。
3.如权利要求2所述的氮化物陶瓷基板的制造方法，其还包括下述工序：在形成所述划线后，将所述多个凹部各自的周围的所述隆起除去。
4.如权利要求1所述的氮化物陶瓷基板的制造方法，其中，所述多个凹部各自的所述深度为所述氮化物陶瓷基材的厚度的9/64倍以上且2/9倍以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的氮化物陶瓷基板的制造方法，其中，所述划线包含第1划线和第2划线，所述第1划线包含所述多个凹部中的第1组凹部、且沿第1方向延伸，所述第2划线包含所述多个凹部中的第2组凹部、且沿与所述第1方向相交的第2方向延伸，
所述第2组凹部中位于最接近所述第1划线的位置的凹部不与所述第1组凹部中的任意凹部重叠。
6.如权利要求5所述的氮化物陶瓷基板的制造方法，其中，所述第2组凹部中位于最接近所述第1划线的位置的所述凹部的中心在所述第2方向上与所述第1划线的中心线相隔所述第2组凹部的中心间距离的1.50倍以下的距离。
7.如权利要求1至4中任一项所述的氮化物陶瓷基板的制造方法，其中，所述氮化物陶瓷基材为氮化硅基材或氮化铝基材。
8.氮化物陶瓷基材，其具备形成有划线的第1面，
所述划线包含在所述第1面形成为一列的多个凹部，
所述多个凹部各自的深度为45μm以上且90μm以下、且为所述多个凹部各自的开口宽度的0.70倍以上且1.10倍以下，
所述多个凹部各自的所述开口宽度为所述多个凹部的中心间距离的1.00倍以上且1.10倍以下。
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