JP2004235503A - 回路基板の製造方法及び回路基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁基板2の少なくとも表面側に回路層3bを形成する回路層形成工程と、回路層3bを選択的に除去し回路パターン3aを形成する回路パターン形成工程とを有する回路基板の製造方法であって、前記回路層形成工程後、前記回路パターン形成工程前に、予め、回路層3a表面を粗化する粗化処理工程を有する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車や電気車両等、大電圧、大電流を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板をはじめとする、絶縁基板表面側に回路パターンを備えた各種回路基板の製造方法及び回路基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、パワーモジュール用基板やプリント配線板をはじめとする各種回路基板は、絶縁基板の少なくとも表面側に回路パターンを備えた回路基板を有する構成となっている。この基板に回路パターンを形成する際、絶縁基板の少なくとも表面側に、銅Cu又はアルミニウムAl等からなる回路層を形成し、その後、エッチングによりこの回路層を選択的に除去し、回路パターンを形成する。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−242059号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の回路基板の製造方法によれば、回路パターンを形成する際、回路層の表面粗さは一般にRa(算術平均粗さ)が約0.3であり、比較的滑らかであるため、エッチング液が回路層に浸透しにくく、回路パターン形成に時間がかかるという問題があった。また、この回路パターン表面にめっき層を形成する際、回路層表面が滑らかであることに起因して、めっき層と回路パターンとの接合強度が低い場合があるという問題があった。さらに、回路パターン表面に電子部品等を実装する際、回路層表面が滑らかであることに起因して、はんだの濡れ性が悪い、すなわちはんだ広がり率が低い場合があるという問題があった。
【0005】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、回路パターン形成時間の短縮、回路パターン表面とめっき層との接合強度の高強度化及び回路パターン表面のはんだ濡れ性を良好にすることができる回路基板の製造方法及び回路基板を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の回路基板の製造方法は、絶縁基板の少なくとも表面側に回路層を形成する回路層形成工程と、該回路層を選択的に除去し回路パターンを形成する回路パターン形成工程とを有する回路基板の製造方法であって、前記回路層形成工程後、前記回路パターン形成工程前に、予め、前記回路層表面を粗化する粗化処理工程を有することを特徴とする。
【0007】
この回路基板の製造方法では、回路層形成工程後、前記回路パターン形成工程前に、予め、前記回路層表面を粗化する粗化処理工程を有するため、エッチングにより回路パターンを形成する際に、エッチング液の回路層への浸透を促進させることができる。これにより、回路パターン形成時間の短縮を図ることができ、回路基板の高効率生産を実現することができる。また、回路パターン表面にNi等のめっき層を形成する際、前記粗化処理に起因して、回路パターン表面の沿面方向に沿った単位面積当りの、回路パターンとめっき層との接触面積を増加することができ、回路パターンとめっき層との接合を高強度にすることができる。さらに、回路パターンに電子部品等を実装する際、前記粗化処理された回路層表面の凹凸に溶融したはんだが流れ込むため、はんだの濡れ性を良好にすることができる。以上により、回路基板を製造上の不具合を発生させることなく、高効率に生産することができる。
【0008】
また、本発明の回路基板の製造方法は、前記粗化処理が、サンドブラスト法であることを特徴とする。
【0009】
この回路基板の製造方法では、前記粗化処理が、サンドブラスト法であるため回路層表面が加工硬化することになる。これにより、回路層表面内側近傍が不安定状態となることから、エッチング液の浸透をより促進させることができ、回路パターン形成時間の更なる短縮を図ることができる。
【0010】
本発明の回路基板は、絶縁基板の少なくとも表面側に回路パターンを備えた基板を有する回路基板であって、前記回路パターンを構成している回路層の表面が粗化処理されてなることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回路基板の一実施形態として、パワーモジュール用基板を図1(d)を参照しながら説明する。
【0012】
図1(d)に示すように、パワーモジュール用基板1は、絶縁基板2の表面側及び裏面側に、回路パターン3a及び放熱板4をそれぞれ備え、回路パターン3a表面には銅Cu又はニッケルNiからなるめっき層6を備えた構成となっている。また、絶縁基板2の表面及び裏面への、回路パターン3a及び放熱板4の各積層接合は、Al―Si系合金等からなるろう材5を介してなされる構成となっている。ここで、回路パターン3a及び放熱板4は一般に、アルミニウムAl合金又は銅Cu等により形成され、絶縁基板2はAlN,Al2O3粉末等を焼結することにより形成される。
【0013】
以上のように構成されたパワーモジュール用基板の製造方法について説明する。
まず、原料粉末材料として、いずれも1μm以上3μm以下の平均粒径を有するAlN粉末、Y2O3粉末、及びCaO粉末を用い、これら原料粉末を所定量ずつ配合し、これらを湿式混合した後、乾燥する。そして、これに有機バインダーを添加混合し、ドクターブレード法によりグリーンシートに形成する。そして、このグリーンシートを常圧、1800℃のN2雰囲気中に置くことで焼結して、AlN系の焼結体を形成する。
【0014】
その後、これを所定温度、所定時間加熱し、焼結体の外表面に図示しない酸化層を形成し、絶縁基板2を形成する。そして、絶縁基板2の表面及び裏面に、回路層3b及び放熱板4をそれぞれ、ろう材5を介して積層し、これを430℃以上610℃以下の真空中に置き、積層接合体10を形成した後、この積層接合体10を常温まで除冷する。
【0015】
そして、積層接合体10の回路層3b表面をサンドブラスト法(例えば、SiC粉末#400、圧力0.196MPa)により、粗化処理を施す(図1(a))。この粗化処理とは、後述するように、回路層3b表面をRa(算術平均粗さ)が、0.4μm以上、更に好ましくは0.8μm以上、Ry(最大高さ)が、3.0μm以上、更に好ましくは5.0μm以上、Rz(十点平均粗さ)が、3.0μm以上、更に好ましくは5.0μm以上、Sm(凹凸の平均間隔)が、40μm以上100μm以下、更に好ましくは60μm以上100μm以下、Δa(算術平均傾斜)が、5.0°以上、更に好ましくは8.0°以上の内少なくともいずれか1つを満たすように処理することをいう。
【0016】
その後、粗化処理された回路層3b表面に、ドライフィルムレジスト11と、回路層3bから形成する回路パターン3aのパターン形状と対応して貫通孔12aが設けられたマスクフィルム12とをこの順に積層する(図1(b))。そして、マスクフィルム12を介してドライフィルムレジスト11を紫外線により露光し、ドライフィルムレジスト11の内、マスクフィルム12に設けられた貫通孔12aの配設位置と対応した位置に配置された部分のみを選択的に硬化させる。その後、マスクフィルム12を剥離除去した後、ドライフィルムレジスト11を現像し、エッチングレジストパターン11aを形成する(図1(c))。
【0017】
そして、エッチングレジストパターン11a上からエッチング液を噴射し、回路層3b表面のうちエッチングレジストパターン11aの非形成面を溶融除去し、図1(d)に示す回路パターン3aを形成した後、エッチングレジストパターン11aを剥離除去する。その後、回路パターン3a表面に無電解めっきを施し、図1(d)に示すめっき層6を形成し、パワーモジュール用基板1を形成する。
【0018】
ここで、以上のように形成されたパワーモジュール用基板1において、回路層3b表面の粗化処理条件のみを異ならせて、複数のパワーモジュール用基板を形成し、はんだの濡れ性を評価するパラメータであるはんだ広がり率をJIS Z 3197に準拠して各別に求めた。結果を図2から図4に示す。
まず、図2において、Ra(算術平均粗さ)とはんだ広がり率との関係を示す。ここで、回路層3b表面を粗化処理していない場合、Raは、0.26μmである。また、Raを含め後述する他の表面粗さを測定する際の条件は、カットオフ値0.8mm,基準長さ0.8mm,評価長さ4mmとした。
図2において、Raが0.4μm以上である場合、はんだ広がり率の上昇が確認でき、特に、Raが0.8μm以上である場合、より好ましいはんだ広がり率、すなわちはんだ濡れ性が得られることが確認できる。
【0019】
次に、図3において、Sm(凹凸の平均間隔)とはんだ広がり率との関係を示す。この図において、Smが40μm以上である場合、はんだ広がり率の上昇が確認でき、特に、Smが60μm以上である場合、より好ましいはんだ広がり率、すなわちはんだ濡れ性が得られることが確認できる。すなわち、Smが大きい程良好なはんだ濡れ性が得られることが確認できるが、この一方で、エッチング速度は遅くなることが確認できた(図示略)。
【0020】
次に、図4において、Δa(算術平均傾斜)とはんだ広がり率との関係を示す。ここで、回路層3b表面を粗化処理していない場合、Δaは、0.7°である。この図において、Δaが5.0°以上である場合、はんだ広がり率の上昇が確認でき、特に、Δaが8.0°以上である場合、より好ましいはんだ広がり率、すなわちはんだ濡れ性が得られることが確認できる。
【0021】
次に、回路層3bの粗化処理による回路パターン3aとめっき層6との接合強度の関係について定性的に評価した。アルミニウムAlからなる回路層3b表面にNiめっき層6を形成するとともに、Niめっき層6表面に、縦横方向に各々約1mm間隔で切込みを入れた試験片を2種類形成した。すなわち、回路層3b表面のRaが約0.6μmと、回路層3b表面のRaが約0.4μmとの2種類の試験片をそれぞれについて40個形成した。
【0022】
そして、これら各試験片について、めっき層6表面の全面にテープを貼着した後、5.5N/cmの力でこのテープを剥離し、これに伴って回路層3b表面から剥離した前記1mm四方に分断されためっき層6の有無を調べた。そして、この回路層3b表面からめっき層6が剥離した試験片の数を、前記2種類の試験片について各別に調べた。この結果、Raが約0.6μmの場合、めっき層6の剥離が発生した試験片の個数は、0個であったのに対し、Raが約0.4μmの場合、3個の試験片についてめっき層6の剥離発生が確認できた。これにより、回路層6表面を粗化処理することにより、良好なめっき密着性を実現できることが確認できる。
【0023】
以上説明したように、本実施形態による回路基板の製造方法及び回路基板によれば、回路層3b形成後、回路パターン3a形成前に、予め、回路層3b表面を粗化するため、エッチングにより回路パターン3aを形成する際に、エッチング液の回路層3bへの浸透を促進させることができる。これにより、回路パターン3aの形成時間の短縮を図ることができ、パワーモジュール用基板1の高効率生産を実現することができる。具体的には、従来、すなわち回路層3b表面に粗化処理を施さずエッチングにより回路パターン3aを形成した場合と比べて約36%形成時間の短縮が確認できた。
【0024】
また、回路パターンに電子部品等を実装する際、前記粗化処理された回路パターン3a表面の凹凸に溶融したはんだが流れ込むため、はんだの濡れ性を良好にすることができる。以上により、パワーモジュール用基板1を製造上の不具合を発生させることなく、高効率に生産することができる。特に、回路層3b表面のRa,Ry,Rz,Sm及びΔaを前述した範囲に設定すると、はんだ広がり率を確実に高くすることができ、良好なはんだ濡れ性を有する回路パターン3aを確実に形成することができる。
【0025】
また、回路パターン3a表面にめっき層6を形成する際、前記粗化処理に起因して、回路パターン3a表面の沿面方向に沿った単位面積当りの、回路パターン3aとめっき層6との接触面積が増加したことにより、回路パターン3aとめっき層6との接合を高強度にすることができる。
【0026】
さらに、前記粗化処理が、サンドブラスト法であるため回路層3b表面が加工硬化することになる。これにより、回路層3b表面内側近傍が不安定状態となることから、エッチング液の浸透をより確実に促進させることができ、回路パターン3a形成時間の更なる短縮を図ることができる。
【0027】
なお、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施の形態においては、パワーモジュール用基板について説明したが、これに限らずプリント配線板であっても良い。
【0028】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る回路基板の製造方法及び回路基板によれば、エッチングにより回路パターンを形成する際に、エッチング液の回路層への浸透を促進させることができるため、回路パターン形成時間の短縮を図ることができ、回路基板の高効率生産を実現することができる。また、回路パターン表面の沿面方向に沿った単位面積当りの、回路パターンとめっき層との接触面積を増加させることができ、回路パターンとめっき層との接合を高強度にすることができる。さらに、回路パターンに電子部品等を実装する際、前記粗化処理された絶縁基板表面の凹凸に溶融したはんだが流れ込むため、はんだの濡れ性を良好とすることができる。以上により、回路基板を製造上の不具合を発生させることなく、高効率に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態として示した回路基板及びその製造方法を示す工程順側面断面図である。
【図2】本発明の一実施形態として示した回路基板の製造方法により得られた回路基板において、Raとはんだ広がり率との関係を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態として示した回路基板の製造方法により得られた回路基板において、Smとはんだ広がり率との関係を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態として示した回路基板の製造方法により得られた回路基板において、Δaとはんだ広がり率との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 パワーモジュール用基板(回路基板)
2 絶縁基板
3a 回路パターン
3b 回路層
Claims (3)
- 絶縁基板の少なくとも表面側に回路層を形成する回路層形成工程と、該回路層を選択的に除去し回路パターンを形成する回路パターン形成工程とを有する回路基板の製造方法であって、
前記回路層形成工程後、前記回路パターン形成工程前に、予め、前記回路層表面を粗化する粗化処理工程を有することを特徴とする回路基板の製造方法。 - 請求項1記載の回路基板の製造方法において、
前記粗化処理が、サンドブラスト法であることを特徴とする回路基板の製造方法。 - 絶縁基板の少なくとも表面側に回路パターンを備えた基板を有する回路基板であって、
前記回路パターンを構成している回路層の表面が粗化処理されてなることを特徴とする回路基板。
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