JP2005520334A - 金属−セラミック基板、好ましくは銅−セラミック基板を製造するプロセス - Google Patents

Abstract

本発明は、（プロセスでは）少なくとも１つの金属箔をセラミック層またはセラミック基板の表面側に高温結合プロセスを用いて一度に接触させ、そして金属箔が、導電性トラック、接触面などを形成するために、少なくとも１つの表面側で構造化される、金属セラミック基板、特に銅−セラミック基板を製造するための新規プロセスに関する。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルで請求するプロセスに関する。

電気配線及び回路のための金属−セラミック基板及び特に銅−セラミック基板の製造は、最も変化に富むバージョンで既知である。いわゆる「ＤＣＢプロセス」（直接銅結合技術）を用いて導電性トラック、端子などをセラミック上、たとえば酸化アルミニウムセラミック上に形成するために必要である、金属コーティングの製造も特にここで既知であり、金属コーティングを形成し、そしてその表面側に金属及び反応性ガス、好ましくは酸素の化学化合物の層またはコーティング（融着層）を持つ、金属または銅箔あるいは金属または銅シートを使用する。たとえばＵＳ−ＰＳ ３７ ４４ １２０またはＤＥ−ＰＳ ２３ １９ ８５４に記載のこのプロセスにおいて、この層またはこのコーティング（融着層）は、金属（たとえば銅）の融点より低い融点を持つ共晶を形成するので、セラミック上に箔を置くことによって、及びすべての層を加熱することにより、それらは本質的に融着層または酸化物層の区域のみにおいて、金属または銅の上で溶融することによって相互に結合することができる。次に、このＤＣＢプロセスは以下のプロセスステップを持つ：
−均質な酸化銅層が生じるような銅箔の酸化；
−銅箔をセラミック層へ配置；
−複合物を約１０２５〜１０８３℃、たとえば約１０７１℃のプロセス温度に加熱；
−室温に冷却。

金属箔を少なくともセラミック層の表面側に使用した後、金属箔、たとえば銅箔（またＤＣＢ銅）のそこでの構成化が起きて導電性トラック、接触面などを形成する。

さらにいわゆる活性ブレージングプロセス（ＤＥ ２２ １３ １１５；ＥＰ−Ａ−１５３ ６１８）は、特に金属−セラミック基板を製造する場合にも既知である。このプロセスにおいて、約８００〜１０００℃の温度にて、金属箔、たとえば銅箔とセラミック基板、たとえば窒化アルミニウムセラミックとの間に、銅、銀及び／または金などの主成分に加えて活性金属も含有する硬ろうを用いて、結合が形成される。たとえば群Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒのうちの１元素である活性金属は、硬ろうとセラミックとの間に化学反応によって結合を形成するが、硬ろうと金属との間の結合は金属ブレージング結合である。

金属−セラミック基板の製造は、大きな面積のセラミック基板上で複数の個々の基板が相互に隔設されて形成され、次にそれぞれ導電性トラック、接触面などを持つように、好ましくは多面取りプリントパネル上で行う。次にこの多面取りプリントパネルは、好ましくはレーザによってセラミック基板に製造される分割ライン上で、たとえば組立後の切断によって後の個々の基板に分割することができる。

本発明の目的は、改良特性をもつ金属−セラミック基板の製造が容易にできるプロセスを考案することである。請求項１で請求したプロセスは、この目的を達成するために考案されている。

本発明で請求される高温結合プロセスは、６５０℃を超える温度にて、それぞれの金属箔及びセラミック基板またはセラミック層の間の結合を形成するプロセスである。したがって高温結合プロセスは、上述の直接結合プロセスであり、銅を使用する場合、上述のＤＣＢプロセスである。しかしながら本発明の目的の高温結合プロセスは、上述の活性ブレージングプロセスでもある。

驚くべきことに、高温結合プロセスによってセラミック基板に施される金属コーティングにおいて、ブレージングレジストの特に信頼性のある付着が達成されることが見出された。本発明の根底にある研究成果により、これは明らかに、高温結合プロセスで発生する（粒子拡張）金属コーティングの材料構造の粒子拡張が、原因であるとすることができる。

本発明において、少なくとも１つのコーティングのブレージングレジストへの塗布（ブレージングレジストコーティング）は、たとえば適切な金属コーティングの構造化の直後に、場合により中間洗浄の後に行う。このことは、少なくとも１つのブレージングレジストコーティングの塗布前に、ブレージングレジストの付着に悪影響を及ぼす、金属表面の考えられる汚れを防止する。また驚くべきことに、ＤＣＢ銅によって形成される金属表面の場合、ＤＣＢプロセスによって塗布された銅金属コーティングがより高い酸素比を持っているが、ブレージングレジストの特に信頼性のある付着が達成され、ブレージングレジストのブレージング中の下方への移動は効果的に防止される。

本発明で請求されるプロセスにおいてさらに、適切な金属コーティングの構造化の前にでも、ブレージングレジストを金属コーティングに塗布することも可能である。従来のエッチング及びマスキング技法を金属コーティングの構造化に使用する場合、エッチングレジストはたとえばフォトレジストまたはシルクスクリーンレジストの形で塗布され、ブレージングレジストでは、エッチング使用される従来の薬剤に匹敵するレジストが使用され、及び／またはエッチングレジストからのマスクの除去は、従来ここで使用されるアルカリ溶液に対して特に耐性である。エポキシ樹脂ベースレジストはここで、ブレージングレジストとして特に適している。

本発明で請求されるプロセスにおいて、金属コーティングのセラミック基板への塗布は、直接結合技法を用いて行われることが、上記で仮定された。もちろん本発明において、他の高温結合プロセスまたは技法、たとえば活性ブレージングプロセスを使用することができる。

好ましくはよくあることだが、金属−セラミック基板が多面取りプリントパネルで製造される場合、分割ラインがセラミック基板に形成される前に、したがってブレージングレジストの付着に悪影響を及ぼす金属表面の酸化及び／または汚損が、分割ラインを形成したときにたとえばレーザプラズマによって発生する前に、ブレージングレジストが塗布される。

本発明の成果は、従属請求項の主題である。本発明は、各種の実施形態の図を用いて、以下に詳説する。

図１及び２は、セラミック層２、ならびにセラミック層２の２つの表面側に設けられ、導電性トラック、接触面などを形成するために必要な方法で構造化され、銅より成る金属コーティング３及び４より成る、セラミック−銅基板を示す。金属コーティング３及び４のある区域において、ブレージングエナメルコーティング５は塗布され、塗布はたとえば帯状になされるが、異なる形状を有することも可能であり、基板１と部品との組立時に、使用する硬ろうによって湿らされる金属コーティング３及び４のその区域と接する。たとえば構造化によって形成される接触面の端部及び導電性トラックに沿って延在するコーティング５によって、基板１の組立に使用するブレージング化合物は、導電性経路、接点などの間に形成されて電気的にそれらを隔てる中間スペース６に流出することが阻止され、その結果、導電性トラック間に生じた短絡が防止される。

基板１は、図２に示したプロセスステップ、すなわち第一の銅箔３’及び４’を、これらの銅箔３’及び４’がその全面でセラミック層２の１つの表面側に一度に結合されるように、ＤＣＢ技法を用いてセラミック層２に接触させることによって製造する。

続いて図２のステップｂ）及びｃ）に従って、従来のエッチング及びマスキング技法を用いて、フォトレジストまたはエッチングレジストのマスク７の塗布及びそれに続く、マスク７（位置ｂ）に覆われていない銅箔３’及び４’の区域のエッチングによる除去によって、構造化金属コーティング３及び４の形成のために銅箔３’及び４’の構造化が起こり、そして最後にマスク７の除去後に、セラミック層２ならびに構造化金属コーティング３及び４より成る、位置ｃに示す中間製品が得られる。次のプロセスステップにおいて、たとえばスクリーン印刷プロセスによってブレージングレジストコーティング５が形成され、最後に位置ｄにて再び示される基板１が得られる。

ブレージングレジストコーティング５は、ブレージングレジストの硬化後にこれらのコーティング５が０．５〜１００ミクロンの厚さを持つように行われる。たとえばエポキシドベースのレジストは、ブレージングレジストとして使用される。ブレージングレジストは加熱によって硬化される。

ブレージングレジストがＤＣＢプロセスの直後に、またはエッチング及びマスキング技法による銅箔３’及び４’の構造化の完了直後に塗布される場合、銅箔へのブレージングレジストの最適付着が実現され、特にブレージングレジストコーティングは、ブレージングレジストの塗布前に金属表面を洗浄する根本的な必要性を伴わずに、基板１の後での組立中の硬ろうによる下方への移動が効果的に防止されることが見出されている。

しかしながら上述のプロセスにおいて、金属コーティング３及び４の表面を構造化後にさらに洗浄することも可能である。この追加の洗浄及びまたは中間洗浄では、たとえばまたコーティング３及び４の表面区域を除去することにより、最も多様な洗浄プロセスが考えられる。特にこの目的で、酸性過酸化水素溶液または酸性過硫酸ナトリウム溶液を利用することにより、化学プロセスが使用できる。さらに、プラズマエッチング及び／または電気化学または電解質エッチング（銅の電解除去）による、金属コーティング３及び４の表面の中間洗浄も可能である。その上、純粋な機械洗浄プロセス、たとえばブラッシング、研磨なども使用可能である。

図３は、ブレージングレジストコーティング５に接する金属コーティング３及び４が、少なくとも表面区域で化学エッチングプロセスによって表面８まで除去される、銅−セラミック基板１ａの部分断面を拡大して示す。ブレージングレジストコーティング５は、本明細書では、エッチング中のマスキングとして使用される。エッチング液は基本的には、銅を溶解する薬剤、たとえば酸性過酸化水素、酸性過硫酸ナトリウム、塩化銅、塩化鉄などでもよい。除去はたとえば厚さ０．１〜２０ミクロンで行なわれ、そのため次にブレージングレジストコーティング５は、除去により形成された表面８に突出する突出部９に位置する。この仕上げは、ブレージングレジストコーティング５の作用を大きく改善することができる。

さらに図５により、ブレージングレジストコーティング５の下の除去されていない金属コーティング３及び４の元の表面よりも低いまたは同一平面上にその表面が位置する追加の表面金属コーティング１０の、研磨表面８への塗布の可能性がある。金属コーティング１０はたとえば、耐食性金属表面または一般に、この基板１ｂのさらなる処理を大きく改善する表面を形成する。追加金属コーティング１０の金属はたとえば、ニッケルまたはリン含有ニッケルである。追加金属コーティング１０の塗布はたとえば、化学沈殿による電流を伴わずに行われる。

しかし基本的には、金属コーティング１０を、たとえばニッケルの表面８と直接、接するより低い第一の層及び金またはスズの外部層からたとえば成る、複数の層で形成することも可能である。

図５及び６は、別の考えられる実施形態として、部品区域５’の少なくとも１つのブレージングレジストコーティング５が、この区域５’における基板の表面上に、バーコードまたはデータマトリクスコードの形の光学可視構造を生じるような適切な技法によって作用する基板１ｃを示す。たとえばカメラシステムによって読取可能であるこのコードは次に、それぞれの基板に関する各種のデータ、たとえば商品番号などだけでなく、たとえば生産の監視及び／制御に必要な他のデータ、たとえば生産日、バッチ番号なども含有する。

区域５’の構造化はたとえば、レーザを用いて、構造またはコードをブレージングレジストコーティング５内に焼き付けることによって、または構造用にコーティング５を部分的に焼き払うことによって行う。

好ましくは基板１−１ｃは、多面取りプリントパネルとして製造され、すなわちそれに従って大型セラミック基板は最初に、上述の方法で２つの表面側に銅箔３’及び４’が供給され、それらは次に構造化された金属コーティング３及び４が単一の銅−セラミック基板の導電性トラック、接触面などだけでなく、共通のセラミックプレート上にこれらの複数の個々の基板も形成するように構成される。構造化の後、及び好ましくはブレージングレジストコーティング５の塗布の後にも、セラミック基板のいわゆる「レーザスクラビング」が起こり、多面取り基板をたとえば部品との組立後に、個別の基板に分割することができる分割線が形成される。スクラビングは、たとえばレーザ（たとえばＣＯ_２またはＹＡＧレーザ）によって行われる。次にスクラビングに使用されたレーザは、区域５’の構造化またはコードの添付に使用できる。

図７は、図２と比べて変更された製造プロセスにてセラミック−銅基板１を製造するための個々のプロセスステップを、図２と同様の図に示す。次に図７の位置に従って、たとえばＤＣＢ技法を用いて、１つの金属箔３’及び４’がセラミック層２の両側に一度に添付される。このプロセスステップの直後及び銅箔３’及び４’の構造化の前に、ブレージングレジストコーティング５（図７の位置ｂ）が行われる。続いてのプロセスステップｃ及びｄにおいて、次に構造化金属コーティング３及び４の形成のための銅箔３’及び４’の構造化の形成が、従来のエッチング及びマスキング技法を用いて、エッチングレジストのマスク７の塗布によって、たとえば印刷技法（たとえばスクリーン印刷によって）によるまたはフォトレジストを用いた写真技法によるエッチングレジストの構造化塗布によって、及びそれに続くマスク７（位置ｄ）によって覆われていない銅箔３’及び４’の区域のエッチング除去によって行われ、そして最後にマスク７を除去または「剥離」した後に、構造化金属コーティング３及び４上にブレージングレジストコーティング５された銅−セラミック基板１が得られる。ブレージングレジストコーティングでは、マスキング及びエッチング技法で使用された従来の物質に比較して、マスク７の除去に使用される物質（アルカリ溶液）に対して耐性であるレジストが使用される。本発明で請求されるプロセスのこのバージョンにおけるブレージングレジストは代わりに、エポキシ樹脂ベースのレジストでもよい。

このプロセスにおいて金属箔３’及び４’ならびに後で構造化される金属コーティング３及び４へのエッチングレジストの特に信頼性のある付着も達成されることが見出された；次に、特にこのことはＤＣＢプロセスにおける銅の粒子拡張が原因であるとすることができる。

本発明は各種のバージョンについて上記で説明した。本発明の基礎をなす発明概念からこのように逸脱することなく、多くの他の変更及び修正が可能であることは言うまでもない。

金属箔または銅箔のセラミック層２への結合は、ＤＣＢプロセスを用いて行われることが上記で仮定された。特にセラミック層２がたとえば窒化アルミニウムセラミックから成る場合は、基本的に他の高温結合プロセス、たとえば活性ブレージングプロセスを使用することができる。

参照番号リスト
１ａ、１ｂ、１ｃ 銅−セラミック基板
２ セラミック層
３、４ 構造化金属コーティング
３’、４’銅箔
５ ブレージングレジストコーティング
５’ 構造化区域
６ 中間スペース
７ マスク
８ 除去によって形成された金属または銅表面
９ 突出部
１０ 追加表面金属コーティング

本発明で請求するプロセスを用いて製造された銅−セラミック基板を、簡易断面図で示す； 図１の基板を製造するための、本発明で請求するプロセスの１つの考えられる実施形態の各種プロセスステップを位置ａ−ｄに示す； 隣接金属表面の金属除去後のブレージングレジストコーティングの区域における、本発明で請求するプロセスを用いて製造された基板の部分断面を拡大して示す； 図３と同様であるが、次の金属コーティングを伴う図を示す； 図３と同様であるが、構造化ブレージングレジストコーティングを伴う図を示す； 構造化ブレージングレジストコーティングの俯瞰図を示す； 本発明で請求する別のバージョンでの、図２と同様の図を示す。

Claims (22)

1. （プロセスでは）少なくとも１つの金属箔（３’、４’）をセラミック層またはセラミック基板（２）の表面側に高温結合プロセスを用いて一度に接触させ、そして金属箔（３、４）が導電性トラック、接触面などを形成するために、少なくとも１つの表面側で構造化される、金属セラミック基板、特に銅−セラミック基板を製造するためのプロセスであって、高温結合プロセスの後に、ブレージングレジストの少なくとも１つのコーティング（５）が少なくとも１つの金属箔（３’、４’）または少なくとも１つの金属コーティング（３、４）に塗布されることを特徴とする、プロセス。
2. 高温結合が６５０℃を超える温度にて実施される、請求項１に記載のプロセス。
3. 高温結合が直接結合プロセスである、請求項１または２に記載のプロセス。
4. 高温結合が活性ブレージングプロセスである、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
5. ブレージングレジストの少なくとも１つのコーティング（５）が構造化の前に塗布される、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
6. ブレージングレジストの少なくとも１つのコーティング（５）が構造化の後に塗布される、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 金属箔が銅箔であり、それらがＤＣＢプロセスまたは活性ブレージングプロセスによってセラミック基板（２）上に供給される、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
8. 少なくとも１つの金属箔（３’、４’）の構造化が、マスキング−エッチングプロセスによって行われ、ブレージングレジストの少なくとも１つのコーティング（５）がこの構造化の直後に塗布される、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 少なくとも１つの金属箔（３’、４’）の構造化が、マスキング−エッチングプロセスによって行われ、ブレージングレジストの少なくとも１つのコーティング（５）がエッチングレジストの塗布の直前に塗布される、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
10. ブレージングレジストコーティング（５）の塗布後に、金属コーティングの金属がこのブレージングレジストコーティング（５）に接する表面区域で少なくとも除去される、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
11. 除去がたとえば過酸化水素、過硫酸ナトリウム、塩化銅または塩化鉄を用いたエッチングによって行われる、請求項１０に記載のプロセス。
12. 除去が０．１〜２０ミクロンの厚さで行われる、請求項１０または１１に記載のプロセス。
13. 少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）の塗布の前に、好ましくは金属コーティングの表面区域の除去によって金属表面の洗浄が行われる、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
14. 洗浄が化学除去によって及び／またはプラズマエッチングによって及び／または電気エッチングによって及び／または電解除去によって及び／または機械作業、たとえばブラッシングまたは研磨によって行われる、請求項１３に記載のプロセス。
15. 化学洗浄が過酸化水素溶液または過硫酸ナトリウム溶液を使用して実施される、請求項１４に記載のプロセス。
16. 表面金属コーティング（１０）が少なくとも１つの金属コーティングの少なくとも１つの表面区域（８）に塗布され、その区域が好ましくは除去によって形成され、少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）に付着する、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
17. 表面金属コーティング（１０）によって形成された表面が少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）の表面と水平またはほぼ水平であり、あるいは少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）の下の未処理表面と水平またはほぼ水平であるように、表面金属コーティングが塗布される、請求項１６に記載のプロセス。
18. 表面金属コーティング（１０）によって形成された表面が少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）の表面レベル上に、または少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）の下の未処理表面の表面レベル上に突出するように、表面金属コーティングが塗布される、請求項１６に記載のプロセス。
19. この表面金属コーティング（１０）によって形成された表面が少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）の、または少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）の下の未処理表面の表面レベルよりもやや低くなるように、表面金属コーティングが塗布される、請求項１６に記載のプロセス。
20. ブレージングレジストコーティングにエポキシドベースレジストが使用され、ブレージングレジストコーティングが熱によって硬化する、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
21. 少なくとも１つのブレージングレジストコーティングが０．５〜１００ミクロンの厚さを持つ、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
22. 少なくとも１つのブレージングレジストコーティング（５）が、光学読取式コードを形成するために、区域（５’）で構成される、先行請求項のいずれか一項に記載のプロセス。
    

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