JP2013227194A

JP2013227194A - 金属−セラミックス接合基板の製造方法

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Publication number: JP2013227194A
Application number: JP2013052639A
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Inventors: Hideyo Osanai; 英世小山内
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Publication date: 2013-11-07
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Abstract

【課題】セラミックス基板と銅板の接合強度に優れ且つ耐ヒートサイクル特性に優れた金属−セラミックス接合基板を安価に製造することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス基板１０の少なくとも一方の面（主面）にレーザー光を照射して、セラミックス基板１０の少なくとも一方の面にアルミニウム膜１２を形成し、アルミニウム膜１２上に銅板１４を配置してアルミニウム膜１２を介して銅板１４をセラミックス基板１０に接合させた後、銅板１４上にエッチングレジストマスク１６を形成して、銅板１４の不要部分をエッチング除去した後にエッチングレジストマスク１６を除去し、必要に応じて、銅板１４の表面にめっき皮膜または防錆層１８を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、金属−セラミックス接合基板の製造方法に関し、特に、銅板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板の製造方法に関する。

従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するためにパワーモジュールが使用されており、このようなパワーモジュールには、銅板などの金属板がセラミックス基板に接合した金属−セラミックス接合基板が使用されている。

このような金属−セラミックス接合基板を製造する方法として、アルミニウムまたはアルミニウム合金の層を介してセラミックス板と銅板を接合する方法（例えば、特許文献１参照）、接合後の含有酸素濃度が１００〜５００ｐｐｍになる銅板をセラミックス基板上に配置して不活性ガス雰囲気中で１０６５〜１０８３℃に加熱することにより、銅板をセラミックス基板に直接接合する方法（例えば、特許文献２参照）、ＡｇとＣｕと活性金属を含むろう材を介して金属板をセラミックス基板上に配置して７８０〜８７０℃に加熱することにより、ろう材を介して金属板をセラミックス基板に接合する方法（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。

一方、金属化合物からなるセラミックス材料に不活性雰囲気でレーザーを照射し、セラミックス材料の表面部を選択的に溶融し、成分金属を析出させることにより、セラミックスに導体層を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２０００−１１９０７１号公報（段落番号００１６）特開昭６１−２２７０３５号公報（第２頁）特開平１０−２５１０７５号公報（段落番号０００９−００２２）特開平４−１１６１７７号公報（第２頁）

しかし、特許文献１の方法では、金属−セラミックス接合基板のように比較的面積が大きいセラミックス基板とアルミニウムまたはアルミニウム合金の層との間の接合に欠陥が発生し易く、良好な接合界面を得るのが困難である。

また、特許文献２の方法では、銅板をセラミックス基板に接合する際に１０００℃を超える高い温度に加熱する必要があるため、銅板とセラミックス基板の熱膨張係数の差に起因する残留応力が大きくなり、金属−セラミックス接合基板のヒートサイクル特性などの信頼性が十分でない場合がある。また、１０００℃に耐える炉などを使用する必要があり、設備コストや加熱のためのエネルギーコストが高くなる。

さらに、特許文献３の方法では、金属板をセラミックス基板に接合する際に８００℃程度に加熱する必要があり、加熱のためのエネルギーコストが高くなる。また、高価なＡｇを含むろう材を使用しているため、材料コストが高くなる。さらに、セラミックス基板に接合した金属板から回路パターンを形成するために、金属板をエッチング除去する工程に加えて、ろう材をエッチング除去する工程が必要になり、加工コストが高くなる。

一方、特許文献４の方法では、セラミックス材料の表面部が局所的に加熱されて溶融して、セラミックス材料の表面部に凹凸が大きい導体層が形成されることにより、細かい回路パターンを形成するのが困難になる場合がある。また、この方法によりセラミックス材料の表面部に形成された凹凸が大きい導体層を接合層として利用して、セラミックス材料に銅板を接合することを試みたところ、多数の接合欠陥が発生して、実質的に接合することができなかった。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セラミックス基板と銅板の接合強度に優れ且つ耐ヒートサイクル特性に優れた金属−セラミックス接合基板を安価に製造することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ＡｌＮまたはＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするセラミックス基板の少なくとも一方の面に波長３００〜１５００ｎｍのレーザー光を照射して、そのセラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜上に銅板を配置して加熱することにより、アルミニウム膜を介して銅板をセラミックス基板に接合すれば、セラミックス基板と銅板の接合強度に優れ且つ耐ヒートサイクル特性に優れた金属−セラミックス接合基板を安価に製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、ＡｌＮまたはＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするセラミックス基板の少なくとも一方の面に波長３００〜１５００ｎｍのレーザー光を照射して、そのセラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜上に銅板を配置して加熱することにより、アルミニウム膜を介して銅板をセラミックス基板に接合することを特徴とする。

この金属−セラミックス接合基板の製造方法において、セラミックス基板の少なくとも一方の面の回路パターンと略同一の平面形状の部分にレーザー光を照射して、セラミックス基板の少なくとも一方の面の回路パターンと略同一の平面形状の部分にアルミニウム膜を形成するのが好ましい。この場合、銅板上に回路パターンと略同一の平面形状のエッチングレジストマスクを形成して、銅板の不要部分をエッチングにより除去した後、エッチングレジストマスクを除去して、銅板を回路パターンと略同一の平面形状にするのが好ましい。また、銅板を回路パターンと略同一の平面形状にした後、銅板の表面にめっき皮膜または防錆層を形成してもよい。

また、上記の金属−セラミックス接合基板の製造方法において、セラミックス基板の少なくとも一方の面の略全面にレーザー光を照射して、セラミックス基板の少なくとも一方の面の略全面にアルミニウム膜を形成してもよい。この場合、銅板上に回路パターンと略同一の平面形状のエッチングレジストマスクを形成して、銅板の不要部分とアルミニウム膜の不要部分をエッチングにより除去した後、エッチングレジストマスクを除去して、銅板を回路パターンと略同一の平面形状にするのが好ましい。また、銅板を回路パターンと略同一の平面形状にした後、銅板の表面にめっき皮膜または防錆層を形成してもよい。

さらに、上記の金属−セラミックス接合基板の製造方法において、加熱を大気中または不活性ガス雰囲気中で行うのが好ましく、加熱の温度がアルミニウムと銅の共晶点以上で且つ６５０℃以下であるのが好ましい。また、アルミニウム膜が略均一の厚さのアルミニウム膜であるのが好ましく、アルミニウム膜の厚さが１〜５０μｍであるのが好ましい。さらに、アルミニウム膜の表面粗さＲａが５μｍ以下であるのが好ましい。

本発明によれば、セラミックス基板と銅板の接合強度に優れ且つ耐ヒートサイクル特性に優れた金属−セラミックス接合基板を安価に製造することができる。

本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態により、セラミックス基板の表面にアルミニウム膜を形成した状態を示す平面図である。図１のＩＢ−ＩＢ線断面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態により、アルミニウム膜を介してセラミックス基板上に銅板を積層した状態を示す断面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態により、アルミニウム膜を介してセラミックス基板に接合した銅板上にエッチングレジストマスクを形成した状態を示す断面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態により、アルミニウム膜を介してセラミックス基板に接合した銅板の不要部分をエッチング除去した後にエッチングレジストマスクを除去した状態を示す断面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態により、アルミニウム膜を介してセラミックス基板に接合した銅板の表面にめっき皮膜または防錆層を形成した状態を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態について詳細に説明する。

金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態では、セラミックス基板１０の少なくとも一方の面（主面）にレーザー光を照射して、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、（セラミックス基板１０の少なくとも一方の面のレーザー照射部分を分解して）セラミックス基板１０の少なくとも一方の面にアルミニウム膜１２を形成し、図２に示すように、アルミニウム膜１２上に銅板１４を配置してアルミニウム膜１２を介して銅板１４をセラミックス基板１０に接合させた後、図３に示すように、銅板１４上にエッチングレジストマスク１６を形成して、図４に示すように、銅板１４の不要部分をエッチング除去した後にエッチングレジストマスク１６を除去し、必要に応じて、図５に示すように、銅板１４の表面にめっき皮膜または防錆層１８を形成する。

セラミックス基板１０として、ＡｌＮまたはＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする（セラミックスの焼結体からなる）セラミックス基板を使用する。通常、ＡｌＮを主成分とする窒化アルミニウム基板は、Ｙ_２Ｏ_３などの焼結助剤を数％含有し、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする酸化アルミニウム基板は、ＣａＯやＳｉＯ_２などの焼結助剤を数％含有している。

セラミックス基板１０に波長が長いレーザー光（例えば、波長１０μｍ程度のＣＯ_２レーザー光など）を照射すると、セラミックス基板１０へのダメージが大きく、凹凸の少ないアルミニウム膜１２を形成することができなくなる。そのため、セラミックス基板１０に照射するレーザー光の波長は、セラミックス基板１０の材質によって適切な波長があると考えられる。ＡｌＮまたはＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするセラミックス基板１０の場合には、セラミックス基板１０に照射するレーザー光の波長は、３００〜１５００ｎｍであり、５００〜１５００ｎｍであるのが好ましく、８００〜１２００ｎｍであるのがさらに好ましい。この範囲の波長のレーザー光を照射すれば、セラミックス基板１０へのダメージを抑えて、凹凸の少ないアルミニウム膜１２を形成することができる。

このような波長のレーザー光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー照射装置、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザー照射装置、Ｙｂファイバーレーザー照射装置などを使用して照射するのが好ましい。なお、レーザー光の照射は、大気中で行ってもよいが、レーザー光の照射により形成されるアルミニウム膜１２の不要な酸化を防止するために、不活性ガス中で行うのが好ましい。

例えば、Ｙｂファイバーレーザー照射装置により波長１０９０ｎｍ程度のレーザー光をセラミックス基板１０に照射して、セラミックス基板１０上に形成されるアルミニウム膜１２の凹凸が小さくなるようにレーザー出力を制御すれば、略均一の厚さの凹凸の小さい良好なアルミニウム膜１２をセラミックス基板１０上に形成することができる。

このようにして形成されるアルミニウム膜１２は、表面粗さＲａが５μｍ以下であるのが好ましく、３μｍ以下であるのがさらに好ましい。

ＡｌＮまたはＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするセラミックス基板１０にレーザー光を照射すると、レーザー光が照射された部分のＡｌＮまたはＡｌ_２Ｏ_３が昇華して、セラミックス基板１０上にＡｌが再付着してアルミニウム膜１２が形成されると考えられる。例えば、２ＡｌＮ→２Ａｌ＋Ｎ_２や２Ａｌ_２Ｏ_３→４Ａｌ＋３Ｏ_２のような反応が起きていると考えられ、Ｎ_２やＯ_２は気体として放出される。

レーザーを走査またはレーザー内のミラーにより、セラミックス基板１０の所定の部分（例えば、所望の回路パターン形状に対応する部分）にレーザー光を照射すれば、所定の形状（例えば、回路パターン形状とほぼ同一形状）のアルミニウム膜１２を形成することができる。なお、アルミニウム膜１２の厚さは、好ましくは１〜５０μｍ程度、さらに好ましくは２〜３０μｍであり、銅板１４をセラミックス基板１０に接合させるために、ある程度の厚さが必要であるが、アルミニウム膜１２の厚さが厚過ぎると、アルミニウム膜１２の表面粗さが大きくなるので好ましくない。

このようにしてセラミックス基板１０の両面に所定の形状（例えば、回路パターン形状とほぼ同一形状）の略均一の厚さのアルミニウム膜１２を形成した後、アルミニウム膜１２を覆うように銅板１４を配置し、加熱することによりアルミニウム膜１２を介して銅板１４をセラミックス基板１０に接合させる。この加熱接合は、大気中または不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。レーザー光の照射によりアルミニウム膜１２がセラミックス基板１０上に良好な密着力で形成されており、アルミニウム膜１２に銅板１４を接合させるだけでよく、アルミニウム膜１２や銅板１４はチタンなどの活性金属を含んでいないため、大気中または不活性ガス雰囲気中でアルミニウム膜１２を介して銅板１４をセラミックス基板１０に接合させることができる。そのため、加熱接合を真空中で行う必要はないので、設備コストが高く且つ生産性が低い真空炉を使用する必要がない。なお、アルミニウムと銅の共晶点は５４８℃であり、純アルミニウムの融点は６６０℃であるので、加熱接合はアルミニウムと銅の共晶温度以上で６５０℃以下、好ましくは６３０℃以下の低温で行うことができるため、銅板１４をセラミックス基板１０に直接接合する場合やろう材を介して接合する場合と比べて、セラミックス基板１０に加わる残留応力を小さくすることができる。また、加熱接合は、銅板１４とアルミニウム膜１２の接触が均一になるように、銅板１４上におもりなどを載せて圧力をかけて行うのが好ましい。

このようにしてセラミックス基板１０の両面に接合した銅板１４上に所定の形状（例えば、回路パターン形状）のアルカリ除去タイプのエッチングレジストマスク１６を形成する。このエッチングレジストマスク１６は、例えば、レジストインクをスクリーン印刷により銅板１４上に所定の形状（例えば、回路パターン形状）に塗布して紫外線（ＵＶ）または熱などにより硬化させるか、あるいは、レジストインクをロールコーターにより銅板１４の全面に塗布してＵＶまたは熱などにより硬化させた後に所定の形状（例えば、回路パターン形状）の部分以外の不要部分を（ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、Ｙｂレーザーなどの）レーザーで除去することにより形成することができる。

このようにしてエッチングレジストマスク１６を形成した後、エッチング液により（例えば、塩化鉄または塩化銅を含むエッチング液をスプレー噴射して）銅板１４の不要部分をエッチング除去した後、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ薬液でエッチングレジストマスク１６を除去する。このように所定の形状（例えば、回路パターン形状とほぼ同一形状）のアルミニウム膜１２を形成すれば、他の部分（例えば、回路パターン形状以外の部分）にアルミニウム膜１２が形成されていないため、アルミニウム膜１２をエッチングにより除去する必要がなくなり、アルミニウム膜１２をエッチングする工程を省略することができる。また、回路パターン間にアルミニウム膜１２が存在していないため、エッチング後に銅板１４の不要部分が残り難く、エッチングによる銅板１４の形状が良好になる。

エッチングレジストマスク１６を除去した後、必要に応じて銅板１４の表面にめっき皮膜または防錆層１８を形成する。めっき皮膜として、Ｎｉめっき、Ｎｉ合金めっき、Ａｕめっきなどのめっき皮膜を形成することができる。このめっき皮膜は、単層でもよいが、Ｎｉめっき皮膜の上にＡｕめっき皮膜を形成した複数のめっき層でもよい。なお、回路パターンが形成されている場合、無電解めっきをすれば、それぞれの回路パターンに電極を形成しなくてもよくなる。また、めっき皮膜を形成する代わりに、ベンゾトリアゾールなどを吸着させて防錆処理を行うことにより、銅板１４の表面に防錆層を形成してもよい。

また、セラミックス基板１０の両面の略全面にレーザー光を照射して、セラミックス基板１０の両面の略全面にアルミニウム膜１２を形成し、アルミニウム膜１２上に銅板１４を配置してアルミニウム膜１２を介して銅板１４をセラミックス基板１０に接合させた後、銅板１４の表面に所望の回路パターン形状の（例えば、アルカリ除去タイプの）エッチングレジストマスク１６を形成して、銅板１４およびアルミニウム膜１２の不要部分をエッチング除去した後にエッチングレジストマスク１６を（例えば、アルカリ薬液で）除去することにより、回路パターンを形成してもよい。この場合、銅板１２とアルミニウム膜１２の材質が異なるためにエッチング速度も異なるので、銅板１４をエッチング除去する工程と、アルミニウム膜１２をエッチング除去する工程がそれぞれ必要となる場合があり、また、セラミックス基板１０の回路パターン形状に対応する部分にレーザー光を照射して回路パターン形状とほぼ同一形状のアルミニウム膜１２を形成する場合と比べて、エッチングにより良好な寸法精度の回路パターンを形成し難くなる場合がある。

以下、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。

［実施例１］
まず、セラミックス基板１０として、長さ４１ｍｍ、幅３５ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮを主成分とする窒化アルミニウム基板を用意した。

次に、ファイバーレーザマーカ（株式会社キーエンス製のＭＤ−Ｆ３０００、Ｙｂファイバーレーザー）を使用して、波長１０９０ｎｍで、加工条件をレーザー出力３０Ｗ（１００％出力）、スキャンスピード３，０００ｍｍ／ｓ、パルス周波数６０Ｈｚとして、セラミックス基板１０の一方の面（表面）の略全面にレーザー光を照射してアルミニウム膜１２を形成するとともに、セラミックス基板１０の他方の面（裏面）の略全面にレーザー光を照射してアルミニウム膜１２を形成した。このレーザー照射により、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）に略均一の厚さ約５μｍのアルミニウム膜１２が形成されているのが確認された。

次に、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）に形成されたアルミニウム膜１２にそれぞれ接触してアルミニウム膜１２を全て覆い且つセラミックス基板１０を挟むように、長さ４０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの２枚の無酸素銅板１４を配置し、上側（表面側）の銅板１４上に重さ１００ｇのおもりを載置して、真空中において６００℃に加熱することにより、アルミニウム膜１２を介して銅板１４をセラミックス基板１０に接合させて金属−セラミックス接合基板を得た。この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板１０と銅板１４との間の接合の９０°ピール強度を測定したところ、１００Ｎ／ｃｍ程度であり、良好な接合強度であった。

［実施例２］
窒化アルミニウム基板の代わりにＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする酸化アルミニウム基板を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）にアルミニウム膜１２を形成した。このレーザー照射により、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）に略均一の厚さ約５μｍのアルミニウム膜１２が形成されているのが確認された。

次に、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を得た。この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板１０と銅板１４との間の接合の９０°ピール強度を測定したところ、１００Ｎ／ｃｍ程度であり、良好な接合強度であった。

［実施例３］
セラミックス基板１０の一方の面（表面）のレーザー光の照射を回路パターン形状に行って回路パターン形状のアルミニウム膜１２を形成した以外は、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）にアルミニウム膜１２を形成した。このレーザー照射により、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）に略均一の厚さ約５μｍのアルミニウム膜１２が形成されているのが確認された。

次に、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）に形成されたアルミニウム膜１２にそれぞれ接触してアルミニウム膜１２を全て覆い且つセラミックス基板１０を挟むように、長さ４０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの２枚の無酸素銅板１４を配置し、上側（表面側）の銅板１４上に重さ１００ｇのおもりを載置して、窒素ガスの不活性雰囲気中において６００℃に加熱することにより、アルミニウム膜１２を介して銅板１４をセラミックス基板１０に接合させて金属−セラミックス接合基板を得た。

次に、セラミックス基板１０の一方の面（表面）に接合された銅板１４の表面に、回路パターン形状のアルミニウム膜１２に対応するように、回路パターン形状のアルカリ除去タイプのエッチングレジストマスク１６をスクリーン印刷により形成するとともに、セラミックス基板１０の他方の面（裏面）に接合された銅板１４の表面の略全面に、アルカリ除去タイプのエッチングレジストマスク１６をスクリーン印刷により形成した。

次に、エッチング液として塩化第二銅溶液を使用し、銅板１４の不要部分を溶解させて除去した後、エッチングレジストマスク１６を水酸化ナトリウム水溶液で剥離させ、銅回路パターンが形成された金属−セラミックス接合基板を得た。

なお、本実施例では、回路パターン形状のアルミニウム膜を形成したため、エッチング工程としては、銅板１４をエッチングする工程のみを行い、アルミニウム膜１２をエッチングする工程は不要であった。

［実施例４］
窒化アルミニウム基板の代わりにＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする酸化アルミニウム基板を使用した以外は、実施例３と同様の方法により、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）にアルミニウム膜１２を形成した。このレーザー照射により、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）に略均一の厚さ約５μｍのアルミニウム膜１２が形成されているのが確認された。

次に、実施例３と同様の方法により、銅回路パターンが形成された金属−セラミックス接合基板を得た。なお、本実施例でも、回路パターン形状のアルミニウム膜を形成したため、エッチング工程としては、銅板１４をエッチングする工程のみを行い、アルミニウム膜１２をエッチングする工程は不要であった。

［実施例５］
セラミックス基板１０を挟むように無酸素銅板１４を配置した後、一軸加圧装置で銅板１４上に約１０ｋｇの荷重を付与しながら加熱した以外は、実施例３と同様の方法により、銅回路パターンが形成された金属−セラミックス接合基板を得た。なお、本実施例でも、回路パターン形状のアルミニウム膜を形成したため、エッチング工程としては、銅板１４をエッチングする工程のみを行い、アルミニウム膜１２をエッチングする工程は不要であった。

［実施例６］
セラミックス基板１０を挟むように無酸素銅板１４を配置した後、一軸加圧装置で銅板１４上に約１０ｋｇの荷重を付与しながら加熱した以外は、実施例４と同様の方法により、銅回路パターンが形成された金属−セラミックス接合基板を得た。なお、本実施例でも、回路パターン形状のアルミニウム膜を形成したため、エッチング工程としては、銅板１４をエッチングする工程のみを行い、アルミニウム膜１２をエッチングする工程は不要であった。

［実施例７］
まず、セラミックス基板１０として、長さ４０ｍｍ、幅３７ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮを主成分とする窒化アルミニウム基板を用意した。

次に、スキャンスピード１，０００ｍｍ／ｓとし、セラミックス基板１０の両面（表面と裏面）のそれぞれ３０ｍｍ×３０ｍｍの範囲にレーザー光を５回照射した以外は、実施例１と同様の方法により、アルミニウム膜１２を形成した。このアルミニウム膜１２が形成されたセラミックス基板１０の表面をレーザー顕微鏡写真で観察したところ、ＡｌＮの上に金属光沢の略均一の厚さ２０μｍのアルミニウム膜が形成されているのが確認された。なお、この写真では、アルミニウム膜が格子状に観察されたが、これは、レーザー光を５回照射した際のスキャン方向をＸとＹの交互に行ったためである。

次に、アルミニウム膜１２の中心付近に長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０.２５ｍｍの平面形状が略矩形の無酸素銅Ｃ１０２０からなる銅板１４を載せた後、ダイボンダーを使用して、４ＭＰａの圧力でアルミニウム膜１２が形成されたセラミックス基板１０と銅板１４を挟み、大気中において最高温度４００℃で５分間保持して加熱することにより、アルミニウム膜１２を介して銅板１４をセラミックス基板１０に接合させて金属−セラミックス接合基板を得た。この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板１０と銅板１４との間の接合の９０°ピール強度を測定したところ、１００Ｎ／ｃｍ以上であり、良好に接合されていた。

また、この金属−セラミックス接合基板を気槽ヒートサイクル装置に投入し、−４０℃×３０分→２５℃×１０分→１２５℃×３０分→２５℃×１０分→−４０℃×３０分のヒートサイクルを１,０００サイクル繰り返すヒートサイクル試験後に金属−セラミックス接合基板を観察したところ、セラミックス基板１０と銅板１４の剥離は認められなかった。

また、この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板１０の一方の面のアルミニウム膜１２が形成されていない部分の表面粗さＲａと、アルミニウム膜１２の銅板１４に覆われていない部分の表面粗さＲａを測定したところ、セラミックス基板１０の表面粗さＲａは０．１μｍであり、アルミニウム膜１２の表面粗さＲａは１．６μｍであった。

［実施例８］
加熱の際の保持時間を１０分間とした以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を得た。この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板１０と銅板１４との間の接合の９０°ピール強度を測定したところ、１００Ｎ／ｃｍ以上であり、良好に接合されていた。また、実施例７と同様の方法により、ヒートサイクル試験後に金属−セラミックス接合基板を観察したところ、セラミックス基板１０と銅板１４の剥離は認められなかった。

また、この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板１０の一方の面のアルミニウム膜１２が形成されていない部分の表面粗さＲａと、アルミニウム膜１２の銅板１４に覆われていない部分の表面粗さＲａを測定したところ、セラミックス基板１０の表面粗さＲａは０．１μｍであり、アルミニウム膜１２の表面粗さＲａは２．２μｍであった。

［比較例］
加熱の際の最高温度を３５０℃とした以外は、実施例７と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製することを試みたが、セラミックス基板１０と銅板１４との間の接合強度が十分ではなかった。

１０セラミックス基板
１２アルミニウム膜
１４銅板
１６エッチングレジストマスク
１８めっき皮膜または防錆膜

Claims

ＡｌＮまたはＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするセラミックス基板の少なくとも一方の面に波長３００〜１５００ｎｍのレーザー光を照射して、そのセラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜上に銅板を配置して加熱することにより、アルミニウム膜を介して銅板をセラミックス基板に接合することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記セラミックス基板の少なくとも一方の面の回路パターンと略同一の平面形状の部分に前記レーザー光を照射して、前記セラミックス基板の少なくとも一方の面の前記回路パターンと略同一の平面形状の部分に前記アルミニウム膜を形成することを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記銅板上に前記回路パターンと略同一の平面形状のエッチングレジストマスクを形成して、前記銅板の不要部分をエッチングにより除去した後、エッチングレジストマスクを除去して、前記銅板を前記回路パターンと略同一の平面形状にすることを特徴とする、請求項２に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記セラミックス基板の少なくとも一方の面の略全面に前記レーザー光を照射して、前記セラミックス基板の少なくとも一方の面の略全面に前記アルミニウム膜を形成することを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記銅板上に回路パターンと略同一の平面形状のエッチングレジストマスクを形成して、前記銅板の不要部分と前記アルミニウム膜の不要部分をエッチングにより除去した後、エッチングレジストマスクを除去して、前記銅板を前記回路パターンと略同一の平面形状にすることを特徴とする、請求項４に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記銅板を前記回路パターンと略同一の平面形状にした後、前記銅板の表面にめっき皮膜または防錆層を形成することを特徴とする、請求項３または５に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記加熱が大気中または不活性ガス雰囲気中で行われることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記加熱の温度がアルミニウムと銅の共晶点以上で且つ６５０℃以下であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記アルミニウム膜が略均一の厚さのアルミニウム膜であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記アルミニウム膜の厚さが１〜５０μｍであることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記アルミニウム膜の表面粗さＲａが５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。