JP2009253275A - セラミック印刷回路基板の原板及び原板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セラミック基板上に物理気相蒸着のためのスパッタリング方法により接着層及び厚膜の高密度の電気伝導層を形成し、優れた放熱特性及び電気的な特性を有するセラミック印刷回路基板の原板及びその原板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の原板製造方法は、セラミック基板上に物理気相蒸着のためのスパッタリング方法により接着層を形成するステップと、前記接着層上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、圧縮残留応力を有する第１薄膜を蒸着するステップと、前記第１薄膜上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、引張残留応力を有する第２薄膜を蒸着するステップと、前記第１薄膜及び第２薄膜を蒸着するステップを繰り返し、全体の残留応力が予め設定された範囲内で制御された厚膜の電気伝導層を蒸着するステップと、を含む。
【選択図】図５
【解決手段】本発明の原板製造方法は、セラミック基板上に物理気相蒸着のためのスパッタリング方法により接着層を形成するステップと、前記接着層上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、圧縮残留応力を有する第１薄膜を蒸着するステップと、前記第１薄膜上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、引張残留応力を有する第２薄膜を蒸着するステップと、前記第１薄膜及び第２薄膜を蒸着するステップを繰り返し、全体の残留応力が予め設定された範囲内で制御された厚膜の電気伝導層を蒸着するステップと、を含む。
【選択図】図５
Description
本発明は、セラミック印刷回路基板の原板及びその製造方法に関し、詳細には、セラミック基板上に物理気相蒸着のためのスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法により厚膜の高密度電気伝導層を形成し、優れた放熱特性及び電気的な特性を有するセラミック印刷回路基板の原板及びその原板の製造方法に関する。
最近の電子機器は、集積化及び小型化の流れに適合するよう製造されている。電子機器の小型化に伴う様々な問題の１つは、内部品において発生する熱の効果的な発散である。小型化及び集積化された電子機器内では、多くのエネルギーが熱として消費され、このような熱は、再度内部電子部品の劣化を起こすことで、誤動作及び寿命の短縮などの問題を引き起こす恐れがある。
電子機器内で発生する熱を排出するために、従来から幅広く採用される方法として、ファン（ｆａｎ）を利用した機器内の強制対流方法、熱源にヒットシンク（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）を取り付けて熱の発散を極大化する方法などが一般的であり、その中でも最近発表されているセラミック印刷回路基板は、電気的な熱の発生が多い高電圧の電力電子分野、 ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）照明及びＬＣＤバックライト（ＬＣＤ Ｂａｃｋ Ｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）などの分野を始めとして注目を浴びている。
従来のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法として、セラミック基板と銅薄板とを直接に接着させる方法（ＤＢＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）があった。図１は、従来の直接接着によるセラミック印刷回路基板における原板の断面図であり、図２は、従来の直接接着によるセラミック印刷回路基板における原板の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図１を参照すると、直接接着方式のセラミック印刷回路基板における原板は、セラミック基板１０と、基板１０の表面に直接的に接着される銅薄板４０から構成される。
直接接着方法は、基板１０を備えるＳ２０１ステップと、基板１０及び銅薄板４０を酸素と銅の共融点まで加熱するＳ２０３ステップと、加熱した 基板１０に界面酸素を拡散させて銅薄板４０と融合させることによって、互いに接着させるＳ２０５ステップとを順次に行うことで印刷回路基板の原板を形成する。
かかる直接接着方法は、共融点（酸素及び銅の共融点１０６５℃）まで熱を加えた後に接着を行うため、優れた接着性を有する原板が獲得できるものの、熱融着の工程によって対面的な基板の製造に限界があり、共融点の低い材料でのみ厚膜を形成しなければならないという限界がある。また、銅膜を形成する材料として薄板を利用するため、約２００マイクロメータ（μｍ）以下の厚さを有する銅膜の製造が難しいという問題がある。
その他にも銅膜の形成のみを考慮すると、半導体の製造工程上のスパッタリングを用いて銅薄膜を蒸着する方法が考慮される。しかし、従来に知らされたスパッタリング方法は、半導体の集積程度に使われる数ｎｍ程度の薄膜に過ぎず、印刷回路基板のための数十μｍないし数百μｍの厚膜は不可能であるとみなされている。これは、形成される膜の応力を制御するにあたって限界があるからである。
本発明の目的は、セラミック基板上に物理気相蒸着のためのスパッタリング方法により厚膜の高密度の電気伝導層を形成し、優れた放熱特性及び電気的な特性を有するセラミック印刷回路基板の原板及び原板の製造方法を提供することにある。
前述した目的を達成するために、電気伝導層の一面に放熱のためのセラミック基板が形成されたセラミック印刷回路基板における原板の製造方法は、前記セラミック基板を備えるステップと、前記セラミック基板上に物理気相蒸着のためのスパッタリング方法により接着層を形成するステップと、前記接着層上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、圧縮残留応力を有する第１薄膜を蒸着するステップと、前記第１薄膜上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、引張残留応力を有する第２薄膜を蒸着するステップと、前記第１薄膜及び第２薄膜を蒸着するステップを繰り返し、全体の残留応力が予め設定された範囲内で制御された厚膜の前記電気伝導層を蒸着するステップと、を含む。第１薄膜と第２薄膜とが同じ物質（例えば、銅）で形成されることが好ましい。
ここで、前記接着層が、熱の伝達特性に優れた金属、酸化物、窒化物、炭化物、または高分子樹脂の中から選択された少なくとも１つの物質の単一膜または多層膜から形成され、前記基板及び電気伝導層と物理的または化学的に結合することが好ましい。
また、前記第１薄膜が、−１０ＧＰａないし−０．０００１ＧＰａの圧縮応力の範囲内で形成され、前記第２薄膜が、０．０００１ＧＰａないし１０ＧＰａの引張応力の範囲内で形成されることが好ましい。
この場合、前記第１薄膜を蒸着するステップは、前記第１薄膜が前記圧縮応力の範囲を有するよう、スパッタリングのためのプラズマを直流電源を用いて生成することができる。このため、前記プラズマによりスパッタリングされた粒子のエネルギーが、５ｅＶ以下になるよう前記直流電源が制御されることが好ましい。
また、前記第２薄膜を蒸着するステップは、前記第２薄膜が前記引張応力の範囲を有するよう、スパッタリングのためのプラズマを直流パルス電源または交流電源を用いて生成することができる。このため、前記プラズマによりスパッタリングされた粒子のエネルギーが、５ｅＶ以上、１００ｅＶ以下になるよう、前記直流パルス電源または交流電源が制御されることが好ましい。
実施形態に応じて、前記第１薄膜及び第２薄膜が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、またはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）の中から選択されたいずれか１つであるか、その合金であることが好ましい。
他の実施形態に応じて、本発明の製造方法は、前記接着層上に第２薄膜を先に蒸着し、第２薄膜に第１薄膜を蒸着する順で繰り返し蒸着して電気伝導層を形成することもできる。
本発明の更なる実施形態に係るセラミック印刷回路基板の原板は、セラミック基板と、該セラミック基板上に物理気相蒸着された接着層と、該接着層上に物理気相蒸着された電気伝導層と、を備える。ここで、該電気伝導層が、物理気相蒸着されて圧縮残留応力を有する伝導性金属の第１薄膜と、物理気相蒸着されて引張残留応力を有する伝導性金属の第２薄膜とが交番に繰り返して蒸着されることによって形成され得る。
本発明のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法は、基板の表面に 金属の厚膜を形成するにあたって、スパッタリング方法を採用することで基板表面と金属厚膜との間の接着性を向上させることができる。
また、本発明の原板の製造方法は、電気伝導層を厚膜に形成するにあたって、その残留応力を容認できる範囲内で制御することができる。これを介して、高密度の接着層及び電気伝導層の製造が可能となる。
また、接着層は、樹脂で形成された従来の接着層とは異なって蒸着により形成されることから、その接着力が極めて優秀で、かつ高密度の接着層による良好な放熱特性を有する。
スパッタリングによる接着層及び電気伝導層の形成は、対面的なセラミック印刷回路基板の原板製造を可能にして製造時間が短縮されることにより、量産性を引き上げると共に、生産単価が節減され得るという効果がある。
また、本発明の原板の製造方法は、電気伝導層を厚膜に形成するにあたって、その残留応力を容認できる範囲内で制御することができる。これを介して、高密度の接着層及び電気伝導層の製造が可能となる。
また、接着層は、樹脂で形成された従来の接着層とは異なって蒸着により形成されることから、その接着力が極めて優秀で、かつ高密度の接着層による良好な放熱特性を有する。
スパッタリングによる接着層及び電気伝導層の形成は、対面的なセラミック印刷回路基板の原板製造を可能にして製造時間が短縮されることにより、量産性を引き上げると共に、生産単価が節減され得るという効果がある。
以下、図面を参照して本発明を更に詳説する。
図３は、本発明の方法により製造されるセラミック印刷回路基板における原板の分解斜視図であって、本発明の方法によりセラミック基板の両面に金属（銅）厚膜が形成された両面基板の一例である。
本発明の方法に基づいて, セラミック印刷回路基板の原板が製造されると、次の工程として、印刷回路のパターンが図３のように銅厚膜に形成され、最終的には印刷回路基板になる。本発明は、図３のセラミック印刷回路基板のための原板の製造方法を提示する。
図３は、本発明の方法により製造されるセラミック印刷回路基板における原板の分解斜視図であって、本発明の方法によりセラミック基板の両面に金属（銅）厚膜が形成された両面基板の一例である。
本発明の方法に基づいて, セラミック印刷回路基板の原板が製造されると、次の工程として、印刷回路のパターンが図３のように銅厚膜に形成され、最終的には印刷回路基板になる。本発明は、図３のセラミック印刷回路基板のための原板の製造方法を提示する。
図４は、本発明の方法に基づいて製造されるセラミック印刷回路基板における原板の断面図である。
同図を参照すると、本発明により製造されるセラミック印刷回路基板の原板４００は、セラミック基板４１０と、該セラミック基板４１０の表面に形成された接着層４３０（または接着層）と、該接着層４３０の上面に形成された電気伝導層４５０とを備える。電気伝導層４５０は、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３を備え、原板の製造工程が完了した後、上面に実装される電気、電子、または機械素子間の電気的な接続のための導線として加工される。第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３は、少なくとも１回以上、交番に繰り返して蒸着されることによって電気伝導層４５０が形成される。
また、本発明に係るセラミック印刷回路基板の原板は、セラミック基板４１０の裏面に第２接着層及び第２電気伝導層を形成することによって、両面の印刷回路基板の原板としても製造され得る。
同図を参照すると、本発明により製造されるセラミック印刷回路基板の原板４００は、セラミック基板４１０と、該セラミック基板４１０の表面に形成された接着層４３０（または接着層）と、該接着層４３０の上面に形成された電気伝導層４５０とを備える。電気伝導層４５０は、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３を備え、原板の製造工程が完了した後、上面に実装される電気、電子、または機械素子間の電気的な接続のための導線として加工される。第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３は、少なくとも１回以上、交番に繰り返して蒸着されることによって電気伝導層４５０が形成される。
また、本発明に係るセラミック印刷回路基板の原板は、セラミック基板４１０の裏面に第２接着層及び第２電気伝導層を形成することによって、両面の印刷回路基板の原板としても製造され得る。
図５は、図４のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法を説明するために提供される製造工程図であって、以下は図５を参照して本発明のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法を説明する。
＜基板の準備、Ｓ５０１ステップ＞
本発明の原板４００の製造のために、セラミック素材の基板４１０が備えられる。セラミック基板４１０の材料は、放熱特性に優れたセラミック材料であればいずれのも可能であるが、 酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化バリウム（ＢａＯ）、及びサファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）の中から選択されることが好ましい。このようなセラミック基板４１０は耐久性及び放熱特性に優れ、印刷回路基板に実装された機械、電気または電子素子で発生する熱の排出に優れる性能を有する。
本発明の原板４００の製造のために、セラミック素材の基板４１０が備えられる。セラミック基板４１０の材料は、放熱特性に優れたセラミック材料であればいずれのも可能であるが、 酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化バリウム（ＢａＯ）、及びサファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）の中から選択されることが好ましい。このようなセラミック基板４１０は耐久性及び放熱特性に優れ、印刷回路基板に実装された機械、電気または電子素子で発生する熱の排出に優れる性能を有する。
＜接着層の形成、Ｓ５０３ステップ＞
接着層４３０は、本発明の物理気相蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）のためにスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法によってセラミック基板４１０上に形成される。接着層４３０は、電気伝導層４５０とセラミック基板４１０とを接着させると同時に、電気伝導層４５０で発生する熱をセラミック基板４１０に伝達する役割を果たす。
接着層４３０は、本発明の物理気相蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）のためにスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法によってセラミック基板４１０上に形成される。接着層４３０は、電気伝導層４５０とセラミック基板４１０とを接着させると同時に、電気伝導層４５０で発生する熱をセラミック基板４１０に伝達する役割を果たす。
スパッタリング方法による接着層４３０は、熱の伝達特性 及び接着性に優れた物質から形成され、セラミック基板４１０及び電気伝導層４５０の種類とその化学的な特性に応じて、金属、 酸化物、窒化物、高分子樹脂、または炭化物などの様々な物質が使用され得る。
ここで、接着層４３０用の金属は、チタニウム（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、及びタングステン（Ｗ）の中から選択された少なくとも１つが該当され得る。酸化物は、シリコン系の酸化物（ＳｉＯx）、チタニウム系の酸化物（ＴｉＯx）、アルミニウム系の酸化物（ＡｌxＯy）、またはクロム系の酸化物（ＣｒＯx）に該当し、窒化物は、シリコン系の窒化物（ＳｉxＮy）、チタニウム系の窒化物（ＴｉxＮy）、アルミニウム系の窒化物（ＡｌＮ）、またはホウ素系の窒化物（ＢＮ）に該当され得る。炭化物は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタニウム（ＴｉＣ）、または炭化クロム（ＣｒＣ）に該当され得る。そして、高分子樹脂は、優れた熱伝達特性及び絶縁性を有する高分子物質に該当する。
必要に応じて、接着層４３０は、同じ物質または相異なる物質の多層膜として形成され得る。相異なる物質の多層膜として形成する場合は、セラミック基板４１０及び電気伝導層４５０両方のすべてに優れた物理的または化学的な結合を有する接着層４３０の物質がない場合、セラミック基板４１０との結合性が良い物質と、電気伝導層４５０との結合性が良好な物質の多層膜を形成する。
接着層４３０の厚さは、セラミック基板４１０の厚さを共に考慮して所定の耐電圧特性を有し得るよう考慮されることが好ましく、略１ｎｍ〜１μｍの厚さが好ましい。
接着層４３０を形成するためのスパッタリング方法は、後述する電気伝導層４５０の形成のためのスパッタリング方法を対応される方式で適用することもできる。接着層４３０が多層膜として形成される場合、電気伝導層４５０の蒸着方法と同じ応力制御が求められる。
＜電気伝導層の形成、Ｓ５０５ステップ＞
電気伝導層４５０は、所定の伝導性導電体の金属をスパッタリング方法に基づいて接着層４３０に蒸着することによって形成され得る。
電気伝導層４５０の素材は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、またはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）の中から選択されたいずれか１つであるか、その合金であるが、これに限定せず伝導性金属のいずれも可能である。更に、前記金属の中でも銅（Ｃｕ）をターゲット（ｔａｒｇｅｔ）にして使用した銅（Ｃｕ）の厚膜として形成されることが好ましい。言い換えれば、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３は伝導性金属から形成され、第１薄膜４５１と第２薄膜４５３とが同じ物質（例えば、銅）で形成されることが好ましい。
電気伝導層４５０は、所定の伝導性導電体の金属をスパッタリング方法に基づいて接着層４３０に蒸着することによって形成され得る。
電気伝導層４５０の素材は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、またはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）の中から選択されたいずれか１つであるか、その合金であるが、これに限定せず伝導性金属のいずれも可能である。更に、前記金属の中でも銅（Ｃｕ）をターゲット（ｔａｒｇｅｔ）にして使用した銅（Ｃｕ）の厚膜として形成されることが好ましい。言い換えれば、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３は伝導性金属から形成され、第１薄膜４５１と第２薄膜４５３とが同じ物質（例えば、銅）で形成されることが好ましい。
電気伝導層４５０は、略５μｍ〜５００μｍの厚さの厚膜で形成されることが好ましく、このような厚さの厚膜形成は、１ｎｍないし１０μｍの厚さの第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３を交番に繰り返して蒸着することにより、電気伝導層４５０または原板４００全体の残留応力を容認できる範囲の分だけ相殺させることで可能にする。これを介して、本発明は、従来の厚膜形成に係る応力問題を解消することができる。
第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３は、物理気相蒸着のためのスパッタリング方法により形成され、マグネトロン（ｍａｇｎｅｔｒｏｎ）のスパッタリング方法が好ましい。
一般に、スパッタリングは、半導体集積回路の製造工程において薄膜コーティングのために幅広く採用される方法である。
一般に、スパッタリングは、半導体集積回路の製造工程において薄膜コーティングのために幅広く採用される方法である。
以下、図６を参照して本発明の接着層及び電気伝導層の形成方法について説明する。同図は、本発明の製造工程で使用され得るスパッタ（ Ｓｐｕｔｔｅｒ）の構造を簡略に示す図面であって、真空のためのポンプ装置、チャンバ（Ｃｈａｍｂｅｒ）内に充填する不活性ガスの吸／排気手段、冷却のための冷却手段、その他の部分は図示せず、かつその説明も省略する。
同図を参照すると、スパッタ６００は、チャンバ６１０に備えられた第１蒸着源６３０及び第２蒸着源６５０を備える。第１蒸着源６３０は、第１薄膜４５１のための第１ターゲット６３１、該第１ターゲット６３１に直流電源を供給するための直流電源装置６３３、及びマグネトロン６３５を備える。第２蒸着源６５０は、第２薄膜４５３のための第２ターゲット６５１、該第２ターゲット６５１に直流パルス（ＤＣ ｐｕｌｓｅ）を供給するための直流パルス電源装置６５３、及びマグネトロン６５５を備える。スパッタ６００は、第１蒸着源６３０及び第２蒸着源６５０を複数備えることができ、蒸着源の全体が１つの同じチャンバ６１０内に備えられ得る。また、各蒸着源ごとに別個のチャンバに分離された形を有することもできる。チャンバ６１０内部は、プラズマを生成する不活性気体、例えば、アルゴン（Ａｒ）などが充填される。
第２蒸着源６５０は、直流パルス電源装置６５３の代わりに交流電源装置を備え、第２ターゲット６５１に交流電源を供給することができる。ただし、以下では直流パルス電源装置６５３が備えられた場合について主に説明する。
マグネトロン６３５、６５５は、チャンバ６１０内で生成されるプラズマをターゲット６３１、６５１の近い領域に拘束するための磁界を形成する。前述したように、第１ターゲット６３１及び第２ターゲット６５１は、同じ物質、例えば、銅で形成することが好ましい。
マグネトロン６３５、６５５は、チャンバ６１０内で生成されるプラズマをターゲット６３１、６５１の近い領域に拘束するための磁界を形成する。前述したように、第１ターゲット６３１及び第２ターゲット６５１は、同じ物質、例えば、銅で形成することが好ましい。
化学的に不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）がチャンバ６１０内に流入し、直流電源装置６３３と直流パルス電源装置６５３とが順次に第１ターゲット６３１及び第２ターゲット６５１に電源を供給しつつ、スパッタリングによる蒸着が行なわれる。
直流電源装置６３３が動作すると、チャンバ６１０内のアルゴンがプラズマ化する。このプラズマは、マグネトロン６３５による磁界によって第１ターゲット６３１の近い領域に拘束される。正帯電されたアルゴンイオンは、負帯電された第１ターゲット６３１により引き寄せられて衝突し、その衝撃によって第１ターゲットの粒子が第１ターゲット６３１からスパッタリングされる。第１ターゲット６３１からスパッタリングされた粒子は、接着層４３０に蒸着されることによって、第１ターゲット物質の膜である第１薄膜４５１が形成される。この場合、スパッタリング工程上のチャンバ６１０の圧力は、約１ ｍＴｏｒｒ 〜１０ｍＴｏｒｒであることが好ましい。
同じ圧力の条件で、セラミック基板４１０が所定の速度で移動することに関わって、第２蒸着源６５０が動作し、同じ方法で第２薄膜４５３が第１薄膜４５１上に蒸着される。
直流電源により動作する第１蒸着源６３０によって、第１ターゲット６３１からスパッタリングされた粒子が蒸着して形成される第１薄膜４５１は、圧縮残留の応力の特性を有する。
直流電源により形成されるプラズマは、直流パルスまたは交流電源によるプラズマよりも相対的に低いエネルギー及び小さなイオン線束（ｆｌｕｘ）を有することから、第１ターゲット６３１からスパッタリングされた粒子も低い運動エネルギー及びイオン線速を有することになる。かかる低いエネルギー粒子が接着層４３０に蒸着されると、圧縮残留応力を有する第１薄膜４５１が形成される。圧縮応力は、略−１０ＧＰａないし−０．０００１ＧＰａ（ギガパスカル）の範囲内で制御され得る。このために、直流プラズマによりスパッタリングされた粒子のエネルギーＥが５ｅＶ未満になるよう、直流電源装置の直流電源を制御することが好ましい。
直流パルス電源により動作する第２蒸着源６５０によって、第２ターゲット６５１からスパーリングされた粒子が蒸着して形成される第２薄膜４５３は、引張残留応力の特性を有する。
直流パルス電源により形成されるプラズマは、直流プラズマに比べて相対的に高いエネルギー及び大きいイオン線速を有することから、第２ターゲット６５１からスパッタリングされた粒子も高いエネルギー及び線速を有することになる。かかる粒子が第１薄膜４５１に蒸着され、引張残留応力を有する第２薄膜４５３が形成される。第２薄膜４５３が有する引張応力は、略０．０００１ＧＰａないし１０ＧＰａの範囲内で制御され得る。このために、直流パルス（または交流）プラズマによりスパッタリングされた粒子のエネルギーＥが、次の数式１を満足するよう、直流パルス（または交流）電源装置の直流パルス（または交流）電源を制御することが好ましい。
［数式１］
５ｅＶ≦Ｅ≦１００ｅＶ
直流パルス電源の制御は、その電圧のサイズ、デューティサイクル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）、周波数のいずれか１つを制御する。
５ｅＶ≦Ｅ≦１００ｅＶ
直流パルス電源の制御は、その電圧のサイズ、デューティサイクル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）、周波数のいずれか１つを制御する。
図７は、相異なるデューティサイクルを有する直流パルス電圧でスパッタリングされたイオン粒子の線速を撮影した写真であって、直流パルス電圧のデューティサイクルが３０％の状態で発生したスパッタリングされた粒子の線速が、デューティサイクルが５０％の状態で発生した粒子の線速よりも大きいことが分かる。結局、デューティサイクルが１００％になる直流電源よりも直流パルス電圧でスパッタリングされた粒子の線速がはるかに大きいことが分かる。同様に、図８は、相異なるデューティサイクルを有する直流パルス電圧でスパッタリングされた粒子のエネルギーを測定したグラフであって、直流電源よりも直流パルス電圧でスパッタリングされた粒子のエネルギーがはるかに大きいことが分かる。したがって、互いに対比して相殺される第１薄膜４５１の圧縮残留応力値及び第２薄膜４５３の引張残留応力値、またはその応力値のための直流電源装置６３３、及び直流パルス電源装置６５３の制御変数は実験的に求められ得る。
第１薄膜４５１の圧縮残留応力は、第２薄膜４５３の引張残留応力により全体または一部が相殺される。このような第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３は、その応力が互いに相殺されるよう交番に繰り返して形成されることによって、その応力が全体的に制御される厚膜の電気伝導層４５０が形成される。図９は、本発明の方法に基づいて製造されたセラミック印刷回路基板における原板の断面写真であって、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の接着層上に１５０μｍ厚さの高密度の電気伝導層厚膜が蒸着されていることが分かる。
第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３による電気伝導層４５０の残留応力は、次の数式２の通りである。
第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３による電気伝導層４５０の残留応力は、次の数式２の通りである。
［数式２］
σ＝ｎ（Ｓc＋Ｓt）
ここで、σは電気伝導層４５０の総残留応力であり、Ｓcは第１薄膜４５１の圧縮応力であり、Ｓtは第２薄膜４５３の引張応力である。そして、ｎは第１薄膜及び第２薄膜の対の数である。図４における原板４００は、ｎが４の場合であって、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３が４回繰り返して蒸着されることが分かる。同じ厚さの電気伝導層４５０であっても、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３そのものの厚さ、または全体の電気伝導層４５０の厚さに応じて、ｎは異なり得る。Ｓc及びＳtにおいても同じ値でない場合もあり得る。
電気伝導層４５０全体の応力σは厚膜の特性に応じて異なり、完全に相殺されて０になることもあり得る。
σ＝ｎ（Ｓc＋Ｓt）
ここで、σは電気伝導層４５０の総残留応力であり、Ｓcは第１薄膜４５１の圧縮応力であり、Ｓtは第２薄膜４５３の引張応力である。そして、ｎは第１薄膜及び第２薄膜の対の数である。図４における原板４００は、ｎが４の場合であって、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３が４回繰り返して蒸着されることが分かる。同じ厚さの電気伝導層４５０であっても、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３そのものの厚さ、または全体の電気伝導層４５０の厚さに応じて、ｎは異なり得る。Ｓc及びＳtにおいても同じ値でない場合もあり得る。
電気伝導層４５０全体の応力σは厚膜の特性に応じて異なり、完全に相殺されて０になることもあり得る。
図６のスパッタリング装置は、２つの蒸着源を配置した一例であって、必ずこれに限定されるのではない。例えば、チャンバ６１０には複数の蒸着源が配置され、全体の蒸着源が同時に動作することができる。このとき、チャンバ６１０には複数の基板が配置され、その複数の基板が所定の速度で移動しつつ、複数の蒸着源により同時に蒸着過程が進行されることもあり得る。
実施形態によって、接着層４３０に引張残留応力を有する第２薄膜４５３が先に蒸着され、その上に圧縮残留応力を有する第１薄膜４５１が蒸着されるという順で厚膜が形成されることもあり得る。
接着層４３０も電気伝導層４５０の形成と同じ方法により行なわれる。ただし、接着層４３０を形成する前のセラミック基板４１０が使用され、ターゲットの物質が異なる。
スパッタリングによる膜は高密度で形成されるため、電気伝導層４５０は、優れた電気的な特性及び熱の伝達特性を有する。また、スパッタリングによる電気伝導層４５０の形成は高速で対面的な膜を形成することによって、ＬＣＤバックライト回路などに使用され得る対面的なセラミック印刷回路基板における原板の製造にも適する。
本発明により製造された原板４００上に、最終的に形成される印刷回路のパターンは、写真工程（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ）、エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）工程などの半導体製造工程によって第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３に形成され得る。したがって、第１薄膜４５１及び第２薄膜４５３のうち、電気的な導線またはパッドを形成しない部分は除去され、図３に示すように電気導線のパターンが形成されたセラミック印刷回路基板が形成されるのである。
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
４００ セラミック印刷回路基板の原板
４１０ セラミック基板
４３０ 接着層
４５０ 電気伝導層
４５１ 第１薄膜
４５３ 第２薄膜
６００ スパッタ
６１０ チャンバ
６３０ 第１蒸着源
６３１ 第１ターゲット
６３３ 直流電源装置
６３５ マグネトロン
６５０ 第２蒸着源
６５１ 第２ターゲット
６５３ 直流パルス電源装置 (または交流電源装置)
６５５ マグネトロン
４１０ セラミック基板
４３０ 接着層
４５０ 電気伝導層
４５１ 第１薄膜
４５３ 第２薄膜
６００ スパッタ
６１０ チャンバ
６３０ 第１蒸着源
６３１ 第１ターゲット
６３３ 直流電源装置
６３５ マグネトロン
６５０ 第２蒸着源
６５１ 第２ターゲット
６５３ 直流パルス電源装置 (または交流電源装置)
６５５ マグネトロン
Claims (13)
- 電気伝導層の一面に放熱のためのセラミック基板が形成されたセラミック印刷回路基板における原板の製造方法であって、
前記セラミック基板を備えるステップと、
前記セラミック基板上に物理気相蒸着のためのスパッタリング方法により接着層を形成するステップと、
前記接着層上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、圧縮残留応力を有する第１薄膜を蒸着するステップと、
前記第１薄膜上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、引張残留応力を有する第２薄膜を蒸着するステップと、
前記第１薄膜及び第２薄膜を蒸着するステップを繰り返し、全体の残留応力が予め設定された範囲内で制御された厚膜の前記電気伝導層を蒸着するステップと、を含むことを特徴とするセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。 - 電気伝導層の一面に放熱のためのセラミック基板が形成されたセラミック印刷回路基板における原板の製造方法であって、
前記セラミック基板を備えるステップと、
前記セラミック基板上に物理気相蒸着のためのスパッタリング方法により接着層を形成するステップと、
前記接着層上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、引張残留応力を有する第２薄膜を蒸着するステップと、
前記第２薄膜上にスパッタリング方法により伝導性金属からなり、圧縮残留応力を有する第１薄膜を蒸着するステップと、
前記第２薄膜及び第１薄膜を蒸着するステップを繰り返し、全体の残留応力が予め設定された範囲内で制御された厚膜の前記電気伝導層を蒸着するステップと、を含むことを特徴とするセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。 - 前記接着層が、熱の伝達特性に優れた金属、酸化物、窒化物、炭化物、または高分子樹脂の中から選択された少なくとも１つの物質の単一膜または多層膜から形成され、前記基板及び電気伝導層と物理的または化学的に結合することを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。
- 前記第１薄膜及び第２薄膜が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、またはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）の中から選択されたいずれか１つであるか、その合金であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。
- 前記第１薄膜が、−１０ＧＰａないし−０．０００１ＧＰａの圧縮応力の範囲内で形成され、
前記第２薄膜が、０．０００１ＧＰａないし１０ＧＰａの引張応力の範囲内で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。 - 前記第１薄膜を蒸着するステップは、前記第１薄膜が前記圧縮応力の範囲を有するよう、スパッタリングのためのプラズマを直流電源を用いて生成することを特徴とする請求項５に記載のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。
- 前記プラズマによりスパッタリングされた粒子のエネルギーが、５ｅＶ以下になるよう前記直流電源が制御されることを特徴とする請求項６に記載のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。
- 前記第２薄膜を蒸着するステップは、前記第２薄膜が前記引張応力の範囲を有するよう、スパッタリングのためのプラズマを直流パルス電源または交流電源を用いて生成することを特徴とする請求項５に記載のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。
- 前記プラズマによりスパッタリングされた粒子のエネルギーが、５ｅＶ以上、１００ｅＶ以下になるよう、前記直流パルス電源または交流電源が制御されることを特徴とする請求項８に記載のセラミック印刷回路基板における原板の製造方法。
- セラミック基板と、
該セラミック基板上に物理気相蒸着された接着層と、
該接着層上に物理気相蒸着された電気伝導層と、を備え、
該電気伝導層が、
物理気相蒸着されて圧縮残留応力を有する伝導性金属の第１薄膜と、物理気相蒸着されて引張残留応力を有する伝導性金属の第２薄膜とが交番に繰り返して蒸着されたものであることを特徴とするセラミック印刷回路基板の原板。 - 前記接着層が、熱の伝達特性に優れた金属、酸化物、窒化物、炭化物、または高分子樹脂の中から選択された少なくとも１つの物質の単一膜または多層膜から形成され、前記基板及び電気伝導層と化学的に結合することを特徴とする請求項１０に記載のセラミック印刷回路基板の原板。
- 前記第１薄膜及び第２薄膜が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、またはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）の中から選択されたいずれか１つであるか、その合金であることを特徴とする請求項１０に記載のセラミック印刷回路基板の原板。
- 前記第１薄膜が、−１０ＧＰａないし−０．０００１ＧＰａの圧縮応力の範囲内で形成され、
前記第２薄膜が、０．０００１ＧＰａないし１０ＧＰａの引張応力の範囲内で形成されることを特徴とする請求項１０に記載のセラミック印刷回路基板の原板。
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