JP2006130934A - 窒化アルミニウム基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 窒化アルミニウム焼結体基板を簡単に分割して、表面への付着物の発生がなく、分割後に強度の低下がなく且つ寸法精度に優れた窒化アルミニウム基板を得る方法を提供する。
【解決手段】 窒化アルミニウム焼結体基板１の表面に端から端まで連続した浅い傷１ａを傷付け工具５を用いて形成した後、その傷１ａに沿って窒化アルミニウム焼結体基板１を分割する。傷付け工具５の刃先エッジ部は、超硬合金又はダイヤモンドからなることが好ましい。また、表面に形成した傷１ａの深さは、窒化アルミニウム焼結体基板１の厚みに対して１／１００以上１／１０以下であることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化アルミニウム基板の製造方法、詳しくは大きな窒化アルミニウム焼結体基板を分割して複数の窒化アルミニウム基板を得る方法に関する。

従来から、セラミックス焼結体基板を複数のセラミックス基板に分割する方法としては、一般にダイヤモンド等の砥粒を含有させた切断刃でダイシングを行う方法、及びレーザ光線で切断する方法が知られている。これらの方法では、セラミックス焼結体基板を一度に完全に切断する場合のほか、ハーフカットした後に外力を加えて分割することも行われている。

前記切断刃によるダイシングは最も一般的に行われている方法であり、例えば切断刃に対してセラミックス焼結体基板をＸ方向及び／又はＹ方向に相対的に移動させながら切断する。ダイシングの中でも、所定深さまでハーフカットした後にセラミックス焼結体基板に外力を加えて分割する方法は、一度に完全に切断する場合に比較して、処理能力が高いこと、切断刃の摩耗が少ないことなどの理由から、加工コストを抑えることができる。

また、レーザ光線による切断では、一般にドット状にレーザを照射してセラミックス焼結体基板に微小な穴を連続的に形成する。形成された微小な穴がセラミックス焼結体基板を貫通する場合は、セラミックス焼結体基板を一度で完全に分割することになる。微小な穴がセラミックス焼結体基板を貫通しない場合はハーフカットとなり、その後外力を加えて分割する。この場合においても、ハーフカット後に分割する方が、一度に完全に切断する場合に比較して一般に処理時間が短いため、加工コストを抑えることができる。

尚、あまり一般的な方法ではないが、セラミックスの成形体にハーフカットを施し、これを焼結してセラミックス焼結体基板とした後、ハーフカットの部分に沿ってセラミックス焼結体基板を分割する方法もある。

上記したセラミックス焼結体基板を分割する従来の方法のうち、図３に示すように、例えば窒化アルミニウム焼結体基板１を切断刃３によるダイシングで切断する場合には、切断刃３の刃幅ｄの分だけセラミックスが切屑として捨てられてしまう。また、切断刃３は摩耗が激しく、一般にダイヤモンドを使用することが多い。このような事情から、切断刃３を用いたダイシングでは、加工コストが高くなるという問題点がある。

しかも、切断刃３によるダイシングでハーフカットした後、ハーフカット溝に沿って分割する一般的な方法では、図４に示すように、分割して得られる各窒化アルミニウム基板２にハーフカットによる切り残し部分２ａが付いてくるので、所望の基板寸法Ｄに対して最大で切断刃３の刃幅ｄの２倍に相当する寸法のバラツキが生じてしまう。また、窒化アルミニウム基板２に切り残し部分２ａが残ることで、破壊起点となりうる部分が多数存在する結果、窒化アルミニウム基板２の破壊強度が相対的に低下するという欠点がある。

また、切断刃によるダイシングでは、切断中の切断刃やセラミックス焼結体基板の加熱を防ぐために水などの冷却媒体を注水するが、セラミックス焼結体基板が窒化アルミニウムである場合には、基板に水分が付着した状態で放置するとアンモニアが発生してしまうという問題もある。

一方、レーザ光線による切断では、レーザ光線で穴を形成して行くために、完全な切断であっても又ハーフカットであっても、得られるセラミックス基板にレーザの痕跡が残存してしまう。このレーザ照射の痕跡部分が破壊起点となって、分割後のセラミックス基板の強度が低下しやすい。また、セラミックス基板の熱伝導率が高い場合には、照射されたレーザの熱が基板上に拡散するため、レーザの照射時間を長くするか、若しくはレーザの出力を上げる等の処置が必要になるため、加工コストが高くなるという問題がある。

加えて、レーザ光線を照射した場合、昇華しきれなかったセラミックス成分がレーザで形成された穴の周辺部に付着又は溶着する。これらの付着物はセラミックス基板上に凸形状で存在するため、例えば焼き付けタイプのメタライズ層を形成する場合などにペーストをスクリーン印刷したとき、印刷パターン又はその焼成後のメタライズ層に欠陥が発生したり、これらの付着物が印刷スクリーンにダメージを与え、最悪の場合にはスクリーンが破損するという問題がある。

尚、成形体にハーフカットを施し、焼結後に分割する方法の場合、焼結による収縮バラツキが影響を生じるため、特にセラミックス基板が大型化する程、その寸法精度が低下するという欠点がある。

本発明は、このような従来の事情に鑑み、セラミックス焼結体基板、特に窒化アルミニウム焼結体基板を分割して複数の窒化アルミニウム基板とする際に、簡単に実施できてコストの削減が可能であり、表面への付着物の発生がないうえ、分割後に強度の低下がなく且つ寸法精度に優れた窒化アルミニウム基板を得る方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する窒化アルミニウム基板の製造方法は、窒化アルミニウム焼結体基板の表面に端から端まで連続した浅い傷を傷付け工具を用いて形成した後、その傷に沿って窒化アルミニウム焼結体基板を分割することを特徴とする。

上記本発明による窒化アルミニウム基板の製造方法において、傷付け工具の刃先エッジ部は、超硬合金又はダイヤモンドからなることが好ましい。また、表面に形成した傷の深さは、窒化アルミニウム焼結体基板の厚みに対して１／１００以上１／１０以下であることが好ましい。

本発明によれば、傷付け工具を用いる簡単な方法によって、窒化アルミニウム焼結体基板を分割して複数の窒化アルミニウム基板を安価な加工コストで製造することができ、しかも得られる窒化アルミニウム基板は強度の低下がなく、且つ寸法精度にも優れている。

また、本発明によれば、窒化アルミニウム自身が粒界破壊しやすいため、窒化アルミニウム焼結体基板を容易に分割でき、得られる窒化アルミニウム基板の寸法精度が高くなるうえ、冷却媒体として水を使わないのでアンモニアの発生もない。更に、分割後の窒化アルミニウム基板へのペーストの印刷においても、表面に付着物が存在しないので、スクリーンに傷が付く恐れがない。

本発明方法においては、図１に示すように、傷付け工具５の刃先エッジ部５ａで、窒化アルミニウム焼結体基板１の一表面上に、連続した浅い傷１ａを表面の端から端まで形成する。次に、この傷付けした窒化アルミニウム焼結体基板１に外力を加えることにより、図２に示すように、この傷１ａを破壊起点として厚み方向に傷が伝わり、傷１ａに沿って窒化アルミニウム焼結体基板１が分割され、複数の窒化アルミニウム基板４が得られる。尚、傷１ａを付ける表面は、窒化アルミニウム焼結体基板１の両表面でもよいが、通常一方の表面のみで充分である。両表面に傷付けする場合は、表裏での傷１ａの位置決めや方向性に注意する必要がある。

本発明で用いる傷付け工具５としては、その刃先エッジ部５ａが超硬合金やダイヤモンドなどの硬質材料からなるものが好ましく、特にダイヤモンドは基板の強度低下を招くことが少ないので好ましい。一般に超硬合金やダイヤモンドなどの硬質材料は窒化アルミニウムより硬度が高く、耐久性に優れているために、シャープな傷を連続的に窒化アルミニウム焼結体基板１に形成することができる。

また、窒化アルミニウム焼結体基板１の表面に形成する傷１ａは、従来の切断刃を用いたダイシングでのハーフカットに比べ、傷付け工具５の刃先エッジ部５ａで形成するので遥かに浅く、しかも傷幅も非常に小さくなる。従って、得られる窒化アルミニウム基板４の寸法バラツキを小さくできると共に、傷付けに要する時間が短くなり、切屑として捨てられる窒化アルミニウムも極めて少なくすむので、加工コストの低減を図ることができる。

本発明において、窒化アルミニウム焼結体基板１の表面に形成する傷１ａの深さは、窒化アルミニウム焼結体基板１の厚みに対して１／１００以上１／１０以下が好ましい。傷１ａの深さが窒化アルミニウム焼結体基板１の厚みの１／１００未満の場合、外力を加えても傷１ａに沿って分割されないことがある。また、傷１ａの深さが厚みの１／１０を越えると、傷１ａを形成した窒化アルミニウム焼結体基板１にそのままスクリーン印刷等を行う際に、窒化アルミニウム焼結体基板１が破断しやすくなる。

しかも、窒化アルミニウム焼結体基板１の表面の傷１ａは凹形状となるため、例えばメタライズ層形成用ペーストのスクリーン印刷を行っても、印刷スクリーンにダメージを与えることはない。このため、窒化アルミニウム焼結体基板１に傷１ａを具備させた状態のまま、表面に印刷など処理を行うことも可能である。また、レーザ光線での加工の場合のように表面付着物が発生しないので、メタライズ層に付着物による欠陥が発生することもない。

尚、具体的な傷付け加工としては、例えばステッパーなどに窒化アルミニウム焼結体基板を載置固定し、傷付け工具と窒化アルミニウム焼結体基板をＸ方向又はＹ方向に相対的に移動させることにより、窒化アルミニウム焼結体基板表面に所定のピッチで精度良く傷付け加工を行うことが可能である。また、その際に傷付け工具に加える荷重を調整することにより、傷の深さを調節することも可能である。

窒化アルミニウム焼結体基板は数μｍ程度の窒化アルミニウム粒子から形成されており、各粒子が互いに粒界相によって接着した構造となっている。このため、表面に傷を形成した窒化アルミニウム焼結体基板に外力を加えて分割する際に、傷が破壊起点となって粒界相に傷が次々に伝わり、容易に分割することができる。その結果、分割面の形状が非常に滑らかであり、破壊起点となり得る部分も少なく、レーザカットの場合のように窒化アルミニウム自体の強度低下を引き起こすこともないので、本来の強度を保持した窒化アルミニウム基板を得ることができる。

従来の窒化アルミニウム焼結体基板のダイシング加工では、基板と切断刃の摩擦熱から切断刃を保護するために、水のような冷却媒体を使用している。この水がダイシングにより露出した酸化被膜に覆われていない表面に付着すると、窒化アルミニウムと水とが反応してアンモニアを発生することがある。しかし、本発明方法によれば、傷付け加工やその後の分割時に水などの冷却媒体を使用する必要がないので、窒化アルミニウム焼結体基板であってもアンモニアが発生することはない。

また、本発明方法により傷付けして分割する窒化アルミニウム焼結体基板の硬さとしては、ビッカース硬度で１５００Ｈｖ以下が好ましい。ビッカース硬度が１５００Ｈｖを越える場合には、傷付け工具で窒化アルミニウム焼結体基板に傷付け加工しても傷の深さが相対的に浅くなりやすいため、外力を加えて分割する際に傷の形状に沿って分割されにくく、局所的に破損が生じる危険がある。

本発明によれば、図１のごとく表面に傷１ａを付けた窒化アルミニウム焼結体基板１を分割することで、図２に示すように複数の窒化アルミニウム基板４が得られる。この分割により得られた窒化アルミニウム基板４は、傷１ａに沿って厚み方向に分割されるので、窒化アルミニウム基板４の表面４ａと分割面４ｂとの縁に沿って連続した浅い傷跡１ｂが残る。この傷跡１ｂの深さは、窒化アルミニウム基板４の厚みに対して１／１００以上１／１０以下の範囲であることが望ましい。

［実施例１］
縦横５０ｍｍ、厚み０.６３５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体基板（ビッカース硬度１２００Ｈｖ）を用意した。この窒化アルミニウム焼結体基板の表面に、それぞれ超硬合金又は人工ダイヤモンドの刃先エッジ部を有する傷付け工具を用いて傷を形成した。形成した傷は基板表面の端から端まで達する直線状の浅い傷（深さ３０μｍ）であり、５.０ｍｍピッチで基板全面に形成した。次に、これらの窒化アルミニウム焼結体基板に外力を加え、傷に沿って複数の窒化アルミニウム基板に分割した。

また、上記と同じ窒化アルミニウム焼結体基板を、レーザ光線及び切断刃でのダイシングにより、一度に完全に切断するか又はハーフカットした後に外力を加えて、上記と同じ５.０ｍｍのピッチで分割した。尚、レーザ光線は直径１２０μｍ及びピッチ１２０μｍで基板に照射し、ハーフカットの場合はレーザの到達する深さが基板の厚み方向に２００〜２５０μｍとなるように照射時間を調整した。また、ダイシングに関しては刃幅０.２ｍｍの切断刃を使用して注水しながら加工し、ハーフカットの場合にはその深さを３００μｍとした。

このようにして得られた各窒化アルミニウム基板について、分割後の幅方向の寸法（目標５.０ｍｍ）及びその公差、３点曲げ強度、ペーストのスクリーン印刷時における印刷性、分割の際における基板破損の有無、及びアンモニア発生の有無を評価した。尚、強度の評価は、傷付け加工した側の窒化アルミニウム基板表面を下側にして、２つの支点（間隔３０μｍ）で支えた中間点に荷重を加え、破断したときの荷重を測定した。また、寸法測定は、窒化アルミニウム基板の長さ方向に４等分した各３点における幅方向の寸法を測定した。得られた結果を下記表１に示した。

以上の結果から分かるように、本発明の分割方法においては、切断刃によるダイシングよりも高い寸法精度が得られ、またレーザ光線による場合に比べて窒化アルミニウム本来の強度を低下させることなく、簡単に窒化アルミニウム焼結体基板を分割して複数の窒化アルミニウム基板を製造することができる。また、刃先エッジ部がダイヤモンドからなる傷付け工具を用いると、基板強度の低下が少なく、分割時の破損も無くなるため、特に好ましいことが分かる。

［実施例２］
下記表２に示すように厚みの異なる２種の窒化アルミニウム焼結体基板（縦横５０ｍｍ）を用意した。各窒化アルミニウム焼結体基板の表面に、実施例１と同様に人工ダイヤモンドの刃先エッジ部を有する傷付け工具を用いて、実施例１と同一形状の傷を下記表２に示す種々の深さに形成した。次に、傷付けした各窒化アルミニウム焼結体基板の表面にＡｇペーストをスクリーン印刷し、焼き付けした後、外力を加えて傷を起点として分割した。得られた試料１〜１０の各窒化アルミニウム基板５００枚について、分割性を確認した結果を下記表２に併せて示した。

この表２から分かるように、殆どの試料で良好な分割が可能であったが、試料１と試料６ではスクリーン印刷時の圧力により５００枚中の１枚（０.２％）のみが破断し、また試料５と試料１０では５００枚中の１枚（０.２％）のみが傷に沿った分割ができず、目的とする形状の基板が得られなかった。また、傷に沿って目的形状に分割された全窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様に幅方向の寸法（目標５.０ｍｍ）を測定したところ、全て５.０±０.０３ｍｍの範囲内であることが分かった。

本発明方法による窒化アルミニウム焼結体基板への傷付け加工を示す概略の断面図である。 本発明方法により分割された窒化アルミニウム基板を示す概略の断面図である。 従来の切断刃による窒化アルミニウム焼結体基板のダイシングを示す概略の断面図である。 従来のダイシングによるハーフカット後に分割された窒化アルミニウム基板を示す概略の断面図である。

符号の説明

１ 窒化アルミニウム焼結体基板
１ａ 傷
１ｂ 傷跡
２ 窒化アルミニウム基板
２ａ 切り残し部分
３ 切断刃
４ 窒化アルミニウム基板
４ａ 表面
４ｂ 分割面
５ 傷付け工具
５ａ 刃先エッジ部

Claims (5)

1. 窒化アルミニウム焼結体基板の表面に端から端まで連続した浅い傷を傷付け工具を用いて形成した後、その傷に沿って窒化アルミニウム焼結体基板を分割することを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
2. 傷付け工具の刃先エッジ部が超硬合金又はダイヤモンドからなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
3. 表面に形成した傷の深さが窒化アルミニウム焼結体基板の厚みに対して１／１００以上１／１０以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
4. 窒化アルミニウム焼結体基板のビッカース硬度が１５００Ｈｖ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
5. 窒化アルミニウム焼結体基板への傷の形成時及び分割時に冷却媒体を使用しないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
   
   
   

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