JP2008205492A - 回路基板材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁体2の両主面に金属層3、4を形成して金属−絶縁体複合部材を得た後に、回路形成用の金属層3の全面または一部にエッチングレジスト6を形成する。その後、金属層3の少なくとも一部にミリング加工を施し、次いでエッチング加工を施し、その後にエッチングレジスト6を除去することによって、幅または径cが金属層の厚さdに対して、c/d≦2.5の関係を満たすスリットや孔などの凹状部10を有する回路基板材料を製造する。
【選択図】図2
Description
た金属−絶縁体複合部材が用いられている。また、この種の回路基板材料に対する回路パターンの形成に当たっては、セラミック板材等と金属層との熱膨張差への対策、複合部材における熱応力集中の抑制、耐熱衝撃性の向上等、もっぱら熱的な面への配慮がなされてきている。その一例として、回路基板にかかるヒートサイクルやヒートショックによるクラック発生の対策として、熱応力の集中を抑制するべく、回路を形成する金属層に多数のスリット(切り込み)を設ける技術の提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。
接合するというプレスによる方法は、プレス金型の作製がいちいち必要であるため、少量多品種生産には不向きであるという問題がある。また、金属板の厚いものに微細なスリットをプレス加工してから絶縁体に加熱接合すると、熱膨 張や絶縁体との位置ズレ等が生
じ、寸法精度を確保することが困難である。
工する際の加工負荷の軽減、レジスト工程負荷の軽減を図ることができて、寸法精度の向上が図れる回路基板材料の製造方法を 提供することを目的とする。
c/d≦2.5
の関係が成立していることを特徴とする。
(a+b)/d≦5
の関係が成立していることを特徴とする。
c/d≦2.5
の関係を満たす凹状部を形成することを特徴とする。
の関係を満たす凹状部を形成することを特徴とする。
ジストを形成してから、金属層の少なくとも一部にミリングカッタで切削加工を施し、次いでエッチング加工を施し、その後に前記エッチングレジストを除去することによって、幅または径cが金属層の厚さdに対して、
c/d≦2.5
の関係を満たす凹状部を形成することを特徴とする。
c/d≦2.5
の関係を満たす凹状部を形成することを特徴とする。
c/d≦2.5
の関係を満たす凹状部を形成することを特徴とする。
前記凹状部は、スリットおよび/または孔および/またはシンボルであることを特徴とする。
c/d≦2.5
の関係を満足するように設定してあるので、つまり、金属層の厚さのわりに細小の凹状部を形成してあるので、回路基板のダウンサイジングに寄与することができる。
ので、産業機器の各分野へ好個に適用できる。
グ加工を続けて行う場合には、そのエッチングの時間、エッチング液の劣化等、エッチング加工における負荷を軽減することができる。従って、幅や径に比して深さ(つまり金属層の厚さ)のある凹状部の加工、つまり、幅または径cが金属層の厚さdに対して、
c/d≦2.5
の関係にあるような凹状部の加工を、高精度かつ高効率に行うことができる。しかも、凹状部の加工により例えば金属層で回路パターンを形成する場合、エッチング法のみによる場合に比して、回路形成処理の均一性をすぐれたものにできるため、回路パターン間隔の寸法精度、パターンの直線性の向上を図ることができる。また、ミリング加工を、凹状部の加工の主体とすることができるために、凹状部の内側面のテーパ角度を任意に設定できるし、エッチング法のみの場合に比べて、スカートを立てることができて、微細パターンの形成が可能となる。
図1は パワーモジュール用の回路基板を構成する実施形態の回路基板材料1の概略構
成図で、(a)は全体構成を示す断面図、(b)は(a)のIb部の拡大図である。この回路基板材料1は、絶縁体基板(絶縁体)2の両主面に、金属層(金属膜あるいは金属板とも言う)3、4を、一方は回路形成用、他方はヒートシンク 用として、形成した金属
−絶縁体複合部材を基板材料として加工したものであり、回路形成用の金属層3に、その表面側からミリング加工を主体として形成した 凹状部10を備えることを特徴としてい
る。この場合の凹状部10の概念の中には、回路パターン形成のための、金属層3を貫通する開口やスリットの他、位置 決めなどのための小孔、あるいは、文字や記号等のシン
ボルを描くためのスリット、孔、開口、更には、金属層3を貫通しない深さのディンプル等も含まれる。
c/d≦2.5
の関係が成立するサイズのものであり、通常のエッチングでは得られないレベルの、深さ(金属層3の厚さ)の割りに幅や孔の小さいものである。ここで、cは、凹状部10の最大幅(または最大径)を有する断面方向における幅(または径)を指している。
c=(a+b)/2
と見なす。つまり、(a+b)/2は上下端の幅の平均値であるから、c/dは、数値的には、凹状部10の断面を長方形と近似した時の縦横比に相当する。
なお、c/dが2.5を超える凹状部、例えば、
c/d≧3
の範囲の凹状部は、ミリング加工によらない通常のレジスト印刷およびエッチング加工でも得られるレベルのものであり、それ以下の値にc/dを制限できることに、ミリング加工を導入することの意義がある。
〔(a+b)/2〕/d≦2.5
の条件式は、書き換えると、
(a+b)/d≦5
となる。
ッタがその下層の絶縁体に接触して、絶縁体にクラック等を生じさせる危険がある。
するクラックの発生を防止しつつ、金属層3の厚さのわりに幅(または径)の小さい凹状部10を形成することができる。但し、その場合も、基板材料の反り量の影響や加工時の振動などを考慮して、ミリング加工の深さを決めることが好ましい。なお、ミリングマシンに取り付けられたミリングカッタと、被加工物である基板材料との位置関係を三次元同時制御することにより、極力、カッタと絶縁体との接触を避けることができ、深い位置までミ リング加工の範囲を拡大することができる。
また、金属層3の厚さは、厚い方が本発明の効果が発揮されるという観点より、0.1mm以上、好ましくは0.15mm以上、さらに好ましくは0.3mm以上がよい。また、絶縁体基板2の材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素などのセラミック、絶縁性樹脂、あるいは、絶縁樹脂中にセラミックス粉がフィラーとして分散しているものなどを挙げることができる。また、絶縁体基板2と金属層3、4の接合は、両部材を直接接触させて加熱接合する直接接合、ろう材を介在させて加熱処理するろう材接合、金属溶湯中で絶縁体基板の表面を被覆する溶湯接合、メッキ法、等の公知手段を採用することができる。また、金属層3の全表面または所定箇所に、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、錫、またはそれらの合金をメッキして、導電性や半田 濡れ性の向上を図ってもよい。また、金属層3に防錆処理を施してもよい。
回路基板材料1を得る第1の製造方法では、まず、図2(イ)、(ロ)に示すように、絶縁体基板2の両主面に所定厚さの金属層(金属板)3、4を接合して、金属−絶縁体複合部材を作成する。次に、(ハ)に示すように、この複合部材の回路形成用の金属層3の全表面にエッチングレジスト6を塗布する。次いで、この基板材料をミリングマシーンに取り付け、コンピュータでミリングカッタを三次元同時制御することにより、(ニ)に示すように所定深さまでミリング加工し、僅かの金属残層3aを残して凹状部10を形成する。その後、(ホ)に示すようにエッチングを行なって、凹状部10の底部の金属残層3
aを除去し、最後に(ヘ)に示すように金属層3の表面のエッチングレジスト6を除去し、これにより回路基板材料1を得る。
ように、金属層3の表面にエッチングレジスト6を形成し(凹状部10の底部はレジストせず)、その後、(ホ)に示すようにエッチングを行なって、凹状部10の底部の金属残層3aを除去し、最後に(ヘ)に示すように金属層3の表面のエッチングレジスト6を除去し、これにより回路基板材料1を得る。この方法の場合は、ミリングパターンとレジストパターンを位置合わせすることが好ましい。この位置合わせを行うことにより、ミリング加工で掘ったところ(凹状部10の内面)にレジストが流れ込み、エッチング加工の際に不要部がエッチングされず、パターンがゆがむ可能性を回避することができる。
また、所望により、上述の回路基板材料の製造方法を用いて、パターンの外周部に凹状部を設けたり、c/d≧2.5の関係にあるような凹状部を設けることも可能である。
(イ)円柱形状(直胴状)のミリングカッタ20Aを使用することにより、凹状部10の内側面部を垂直に加工することができる。
(ロ)先細りテーパ状のミリングカッタ20Bを使用することにより、凹状部10の内側面を傾斜面に加工することができる。傾斜面に加工した場合、応力緩和のメリットが得られる。
(ハ)先拡がりテーパ状のミリングカッタ20Cを使用することにより、凹状部10の内側面を逆傾斜面に加工することができる。この逆傾斜面に加工した場合、絶縁距離(b)を確保し易いというメリットを得ることが出来る。
(ニ)先端に段差を有するミリングカッタ20Dを使用することにより、1個のミリングカッタ加工で、凹状部10の内側面に段差を付けることができる。この段差を付けた場合、セラミック基板への応力緩和が大きくなり、耐熱衝撃性向上というメリットを得ることが出来る。
・第1にミリングカッタの回転数を上げる。
・第2にミリングカッタの切刃のすくい角を大きくとる。
・第3に被加工材とミリングカッタの接触する刃先先端の潤滑を行う。
・第4にミリングカッタの刃先の局所冷却を実施する。
実施例1では、図2に示した工程に従って、ミリングマシーン(ミッツ株式会社製:SPR−21T)を使用して、金属−絶縁体複合部材の金属層3に孔(凹状部10)の形成を行った。
なるエッチングレジスト6を塗布した。次いで、(ニ)の工程で、この基板をミリングマシーンに取り付け、コンピュータでミリングドリルを三次元同時制御することにより、ミリング加工を施した。即ち、0.4mm径のミリングドリルでアルミニウム板の所定部分に、100μm厚さにアルミニウム残層3aを残して、孔(凹状部10)を形成した。
実施例2では、ミリングドリル径を0.6mmにした以外は、実施例1と同様の条件で処理を行った。孔径(トップ・ボトム)及び(a+b)/d値を表1に示す。この場合も、大きな板厚のアルミニウム板に、小径の貫通孔(凹状部)を高精度に形成することができた。
実施例3では、アルミニウム板の厚さを0.4mm、ミリングドリル径を0.3mmにした以外は、実施例1と同様の条件で処理を行った。孔径(トップ・ボトム)及び(a+b)/d値を表1に示す。この場合も、大きな板厚のアルミニウム板に、小径の貫通孔(凹状部)を高精度に形成することができた。
実施例4では、ミリングドリル径を0.4mmにした以外は、実施例3と同様の条件で処理を行った。孔径(トップ・ボトム)及び(a+b)/d値を表1に示す。この場合も、大きな板厚のアルミニウム板に、小径の貫通孔(凹状部)を高精度に形成することができた。
実施例5では、ミリングドリル径を0.6mmにした以外は、実施例3と同様の条件で処理を行った。孔径(トップ・ボトム)及び(a+b)/d値を表1に示す。この場合も、大きな板厚のアルミニウム板に、小径の貫通孔(凹状部)を高精度に形成することができた。
実施例6では、図3に示した工程に従って、ミリングマシーン(ミッツ株式会社製:SPR−21T)を使用して、金属−絶縁体複合部材の金属層に孔の形成を行った。
面積のアルミニウム板を回路形成用金属膜材(金属層3)およびヒートシンク用金属膜材(金属層4)としてそれぞれ接触させ、不活性雰囲気中で740℃に60分間加熱し、その後冷却するという直接接合法により複合部材を作製した。その後、(ハ)の工程で、この基板をミリングマシーンに取り付け、コンピュータでミリングドリルを三次元同時制御することにより、ミリング加工を施した。即ち、0.6mm径のミリングドリルでアルミニウム板の所定部分に、100μm厚さにアルミニウム残層3aを残して、孔(凹状部10)を形成した。次いで、(ニ)の工程で、回路形成用のアルミニウム板(金属層3)の必要箇所の表面(少なくとも凹状部10の底面を除く面)に、アクリル樹脂系からなるエッチングレジスト6を塗布した。
実施例7では、アルミニウム板の厚さを0.5mmにした以外は、実施例6と同様の条件で処理した。孔径(トップ・ボトム)及び(a+b)/d値を表1に示す。この場合も、大きな板厚のアルミニウム板に、小径の貫通孔(凹状部)を高精度に形成することができた。
実施例8〜10では、表1のアルミニウム板の厚みとミリングドリルの径の組合せにて
、実施例1の工程で孔部以外の箇所が通常のレジスト形成、次いでエッチング処理で所定の寸法が出るような条件でエッチングした。即ち、実施例8及び9では、実施例1の3倍のエッチング時間とし、実施例10では、実施例1の 2.5倍のエッチング時間とした
。孔径(トップ・ボトム)及び(a+b)/d値を表1に示す。この場合、大きな板厚のアルミニウム板でも、外径寸法を維持しながら、小径の貫通孔(凹状部)を高精度に形成することができた。
比較例1では、実施例と異なり、ミリングマシーンを使用せず、金属−絶縁体複合部材の金属層に孔(凹状部)の形成を行った。
形成用金属膜材およびヒートシンク用金属膜材としてそれぞれ接触させ、不活性雰囲気中で740℃に60分間加熱し、その後冷却するという直接 接合法により複合部材を作製
した。その後、この複合部材の回路形成用のアルミニウム板の表面に、φ0.3mmのレジスト抜き径を設けたアクリル樹脂系からなるエッチングレジストを塗布した。
その後、ミリング加工を施すことなく、塩化第二鉄30〜40%、塩酸5〜15%、残部が水からなるエッチング液を用いて、実施例10と同時間のエッチングを行ない、アルミニウム層を除去し、3%水酸化ナトリウム水溶液からなるエッチング液を用いアルミニウム板の表面のエッチングレジストを除去し、回路基板材料を得た。孔径(トップ・ボトム)及び(a+b)/d値を表1に示す。この場合、貫通孔を形成することはできなかった。
複合部材のエッチング時間を、比較例1の2.3倍とした以外は、比較例1と同様の処理をおこなって、回路基板材料を得た。孔径(トップ・ボトム)及び(a +b)/d値
を表1に示す。この場合、貫通孔は形成できたが、過剰なエッチングのためエッチングレジストが剥がれてしまった結果、スカート長さが大きくなり(a+b)/2の値が5を超えてしまいファイン化が出来なかった。
レジスト塗布の際に設けるレジスト抜き径を、φ0.6mmとした以外は、比較例1と同様の処理をおこなって、回路基板材料を得た。孔径(トップ・ボトム) 及び(a+b
)/d値を表1に示す。この場合、貫通孔は形成できたが、過剰なエッチングのためサイドエッチングが進行した結果、(a+b)/2の値が5を 超えてしまいファイン化が出
来なかった。
2 絶縁体基板(絶縁体)
3,4 金属層
6 エッチングレジスト
10 凹状部
Claims (3)
- 絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成して金属−絶縁体複合部材を得た後に、金属層にミリングカッタで切削加工を施し、次いでエッチング加工を施すことによって、幅または径cが金属層の厚さdに対して、
c/d≦2.5
の関係を満たす凹状部を形成することを特徴とする回路基板材料の製造方法。 - 絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成して金属−絶縁体複合部材を得た後に、金属層の全面または一部にエッチングレジストを形成してから、前記金属層の少なくとも一部にミリングカッタで切削加工を施し、次いでエッチング加工を施し、その後に前記エッチングレジストを除去することによって、幅または径cが金属層の厚さdに対して、
c/d≦2.5
の関係を満たす凹状部を形成することを特徴とする回路基板材料の製造方法。 - 前記凹状部は、スリットおよび/または孔および/またはシンボルであることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の回路基板材料の製造方法。
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