JP2017005182A - セラミックス配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線パターン形成時のエッチングプロセスを簡略化できると共に、ロウ材の利用効率を高めること。【解決手段】少なくとも第一面１４に溝１２Ｇが設けられた接合用銅板１０の接合面１４Ｃに、ロウ材を主成分として含むロウ材層２０を形成するロウ材層形成工程と、絶縁体基板３０と、接合用銅板１０とを、ロウ材層２０が絶縁体基板３０と接触するように積層して焼成することにより、絶縁体基板３０と接合用銅板１０とを接合する接合工程と、絶縁体基板３０と接合用銅板１０とが接合された積層体４２の接合用銅板１０が設けられた側の表面１６を、溝１２Ｇが貫通孔１２ＴＨとなるまでエッチングするエッチング工程と、を少なくとも経て、セラミックス配線板６０を製造するセラミックス配線板の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックス配線板の製造方法に関するものである。

セラミックス配線板は、種々の用途に利用できるが、放熱性、絶縁性、耐熱性等に優れるため、特に産業用の高電圧・高電流用の電源関係に幅広く利用されており、種々の技術が提案されている（たとえば、特許文献１〜３等参照）。

特開平９−２６０５４６号公報 特開平９−３２１３５４号公報 特開２０１３−５５２６４号公報

このセラミックス配線板としては、アルミナセラミックス等の酸化物系セラミックスからなるセラミックス基板と銅板とを、銅板表面の酸化物をソルダー（ロウ材）として利用することで接合する酸化物ソルダー法を利用して作製されるセラミックス配線板や、チタンやハフニウム等の活性金属を含有する銀ロウを用いて接合する活性金属ロウ材法を利用して作製されるセラミックス配線板が知られている。活性金属ロウ材法を利用して作製されるセラミックス配線板では、通常、窒化ケイ素等の窒化物系セラミックスからなるセラミックス基板が用いられる。

一方、セラミックス配線板の製造に際しては配線パターンを形成するために、少なくとも銅板のエッチング処理が必要となる。さらに、セラミックス基板と銅板との接合に際して、ロウ材を接合界面全面に付与している場合には、パターン化された個々の配線間の絶縁を確保するために、セラミックス基板と銅板との間に配置されたロウ材の部分的なエッチングも必要になる。このような場合、銅用のエッチャントおよびロウ材用のエッチャントの各々を用いたエッチング工程が必要になる上に、使用したエッチャントの廃液処理コストも増える。また、エッチング処理で除去されるロウ材は、セラミックス配線板を構成しないため、高価なロウ材の利用効率も低下する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、セラミックス基板と銅板とをロウ材用いて接合するプロセスを経てセラミックス配線板を製造する場合において、配線パターン形成時のエッチングプロセスを簡略化できると共に、ロウ材の利用効率を高めることができるセラミックス配線板の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
本発明のセラミックス配線板の製造方法は、少なくとも一方の面に溝が設けられた接合用銅板の溝が設けられた面のうち、溝が設けられていない部分の表面に、ロウ材を主成分として含むロウ材層を形成するロウ材層形成工程と、セラミックスおよびガラスセラミックスから選択される絶縁体材料からなる絶縁体基板と、接合用銅板とを、ロウ材層が絶縁体基板と接触するように積層して焼成することにより、絶縁体基板と接合用銅板とを接合する接合工程と、絶縁体基板と接合用銅板とが接合された積層体の接合用銅板が設けられた側の表面を、溝が貫通孔となるまでエッチングするエッチング工程と、を少なくとも経て、セラミックス配線板を製造することを特徴とする。

本発明のセラミックス配線板の製造方法の一実施形態は、接合用銅板の厚みを１００％とした場合の溝の深さが４０％〜８０％であることが好ましい。

本発明のセラミックス配線板の製造方法の他の実施形態は、接合用銅板の平面方向において、溝が接合用銅板の外周端まで達するように連続して設けられていることが好ましい。

本発明のセラミックス配線板の製造方法の他の実施形態は、絶縁体材料が、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素からなる群より選択される窒化物系セラミックスであることが好ましい。

本発明のセラミックス配線板の製造方法の他の実施形態は、絶縁体材料が、炭化ケイ素であることが好ましい。

本発明のセラミックス配線板の製造方法の他の実施形態は、ロウ材は、銀およびニッケルの少なくともいずれかを主成分として含むことが好ましい。

本発明のセラミックス配線板の製造方法の他の実施形態は、接合用銅板が、両面が平坦面からなる銅板の少なくとも一方の面の一部分を選択的にエッチングすることで溝を形成する溝形成工程を経て製造されることが好ましい。

本発明のセラミックス配線板の製造方法の他の実施形態は、ロウ材層形成工程において、メッシュ状の開口部が一様に形成されたスクリーンマスクを用いてスクリーン印刷を行うことによりロウ材層を形成することが好ましい。

本発明によれば、セラミックス基板と銅板とをロウ材用いて接合するプロセスを経てセラミックス配線板を製造する場合において、配線パターン形成時のエッチングプロセスを簡略化できると共に、ロウ材の利用効率を高めることができるセラミックス配線板の製造方法を提供することができる。

本発明のセラミックス配線板の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明のセラミックス配線板の製造方法に用いられる接合用銅板の製造方法の一例を示す模式断面図である。

図１は、本実施形態のセラミックス配線板の製造方法の一例を示す模式断面図であり、具体的には、本実施形態のセラミックス配線板の製造方法を構成する３つの主要な工程、すなわち、ロウ材層形成工程（図１（Ａ）、（Ｂ））、接合工程（図１（Ｃ）、図１（Ｄ））、および、エッチング工程（図１（Ｅ）、（Ｆ））について説明する図である。

−ロウ材層形成工程−
まず、ロウ材層形成工程では、少なくとも一方の面に溝１２Ｇが設けられた接合用銅板１０の溝１２Ｇが設けられた面（第一面１４）のうち、溝１２Ｇが設けられていない部分の表面（接合面１４Ｃ）に、ロウ材を主成分として含むロウ材層２０を形成する。

なお、ロウ材層形成工程において使用する接合用銅板１０は、予め溝１２Ｇが設けられているのであればその製造方法は特に限定されない。しかしながら、接合用銅板１０は、たとえば、両面が平坦面からなる銅板の少なくとも一方の面の一部分（溝１２Ｇとなる領域）を選択的にエッチングすることで溝１２Ｇを形成する溝形成工程を経て作製されたものでもよい。この場合、具体的には、図２に示す手順で接合用銅板１０を製造することができる。まず、両面が平坦面からなり、表面の酸化層やコンタミネーション等が、エッチングや洗浄等の表面処理によって予め除去された銅板１００を準備する（図２（Ａ））。次に、この銅板１００の両面に、レジスト膜を形成する。この際、銅板１００の片面（第一面１４）側には、溝１２Ｇの平面パターンがマスク部分となるようにメッシュ状の開口部が形成されたスクリーンマスクを用いて、溝１２Ｇが形成される位置に開口部ＯＰを有するレジスト膜１１０をスクリーン印刷により形成する。また、ベタ膜状のレジスト膜１２０を第二面１６（第一面１４と反対側の面）に形成する（図２（Ｂ））。その後、レジスト膜１１０、１２０付きの銅板１００を、銅用エッチャントを噴霧する機構を備えたエッチング処理装置により、レジスト膜１１０の開口部ＯＰに露出する銅板１００の表面をエッチングすることで、溝１２Ｇが形成された銅板１００、すなわち接合用銅板１０を得る（図２（Ｃ））。そして、レジスト膜１１０、１２０を有機溶剤等を用いて除去することで、図１（Ａ）に示すようにロウ材層形成工程に用いる接合用銅板１０を準備できる。

なお、溝１２Ｇは、上述した方法以外にも、銅板１００のプレス成形加工や、切削加工、フォトリソグラフィーを利用したパターニングとエッチングとを組み合わせる方法など、公知の溝形成方法を適宜利用して形成してもよい。なお、フォトリソグラフィーを利用する場合は、レジストを塗布してレジスト膜を形成し、これをパターニングしてもよく、感光性フィルムを熱圧着した後、これをパターニングしてもよい。

ロウ材層２０の形成に際しては、粒子状のロウ材を、フラックスやバインダー、溶剤などを用いてペースト化したペースト状ロウ材を用いることができる。接合用銅板１０の第一面１４にペースト状ロウ材を付与する場合、溝１２Ｇと、溝１２Ｇ以外の部分（接合面１４Ｃ）とでは段差があるため、接合面１４Ｃのみに選択的にペースト状のロウ材を付与してロウ材層２０を形成することが極めて容易である。なお、ロウ材層２０を形成する場合は、スクリーン印刷等の公知の印刷・塗布・成膜方法を適宜利用することができる。スクリーン印刷を利用する場合は、溝１２Ｇの平面パターンがマスク部分となるように開口部が形成されたスクリーンマスク（部分開口マスク）を用いてロウ材層２０を形成してもよく、メッシュ状の開口部が一様に形成されたスクリーンマスク（全面開口マスク）を用いてロウ材層２０を形成してもよい。

なお、全面開口マスクを用いたスクリーン印刷時には、全面開口マスクの接合用銅板１０側の面の全面にペースト状ロウ材が刷り出て来る。しかしながら、溝１２Ｇの底面と、全面開口マスクとの間にはギャップが形成される。このため、ペースト状ロウ材は、接合面１４Ｃには容易に付着できても、溝１２Ｇの内壁面には基本的に付着しない。それゆえ、全面開口マスクを用いても接合面１４Ｃにのみ選択的にロウ材層２０を形成できる。これに加えて、全面開口マスクは、部分開口マスクと比べて、スクリーン印刷に際して接合用銅板１０に対して位置決め不要であり、溝１２Ｇのパターン（言い換えれば、配線パターン）に関係無く利用可能である。また、全面開口マスクのうち溝１２Ｇに対応する領域において、接合用銅板１０側の面に刷り出た余分なペースト状ロウ材は、スクリーン印刷機の裏掻き機能により回収されて再利用される。このため、部分開口マスクを使用する場合と同様に、全面開口マスクを使用する場合においても、ペースト状ロウ材のロスは発生しない。これらの点を考慮すると、スクリーン印刷に際しては、位置決め不要で配線パターンに関係無く利用できる全面開口マスクを用いることが特に好ましい。

ここで、全面開口マスクを用いたスクリーン印刷に際して、全面開口マスクの接合用銅板１０側の面に刷り出されるペースト状ロウ材の刷り出し厚みＴｐは、接合面１４Ｃ上に形成されるロウ材層２０の厚みに応じて適宜選択することができる。但し、溝１２Ｇがペースト状ロウ材により埋め込まれるのを避けるため、ペースト状ロウ材の刷り出し厚みＴｐは、溝１２Ｇの深さＴｇとロウ材層２０の厚みとの合計値よりも小さくなるように設定されることが好ましく、ペースト状ロウ材の刷り出し厚みＴｐは、溝１２Ｇの深さＴｇよりも小さくなるように設定されることがより好ましい。また、溝１２Ｇの深さＴｇとペースト状ロウ材の刷り出し厚みＴｐとのギャップΔＴ（＝溝１２Ｇの深さＴｇ−ペースト状ロウ材の刷り出し厚みＴｐ）は、２０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上がより好ましい。

−接合工程−
接合工程では、まず、図１（Ｃ）に示すように、セラミックスおよびガラスセラミックスから選択される絶縁体材料からなる絶縁体基板３０と、接合用銅板１０とを、ロウ材層２０が絶縁体基板３０と接触するように積層する。そして、積層することで得られた第一中間積層体４０を焼成することにより、絶縁体基板３０と接合用銅板１０とを接合する。これにより絶縁体基板３０と接合用銅板１０とが、焼成されたロウ材層２０（焼成後ロウ材層２２）により接合された第二中間積層体４２を得る（図１（Ｄ））。

なお、図１（Ｃ）に示す例では、絶縁体基板３０の両面にロウ材層２０を介して接合用銅板１０を積層した５層構造の第一中間積層体４０を作製している。しかし、第一中間積層体４０は、絶縁体基板３０の片面にロウ材層２０を介して接合用銅板１０を積層した３層構造の積層体であってもよい。この点は、第一中間積層体４０に対応した層構造を持つ第二中間積層体４２およびセラミックス配線板６０（図１（Ｆ）にて後述）についても同様である。但し、セラミックス配線板６０の厚み方向における応力バランスが崩れるのを防いで、セラミックス配線板６０の反りや、絶縁体基板３０の破損が生じるのを抑制する観点から、作製するセラミックス配線板６０は図１（Ｆ）に示すように５層構造であることが特に好ましい。

−エッチング工程−
続いて、エッチング工程では、絶縁体基板３０と接合用銅板１０とが接合された積層体（第二中間積層体４２）の接合用銅板１０が設けられた側の表面（接合用銅板１０の第二面１６）を、溝１２Ｇが貫通孔１２ＴＨとなるまでエッチングする。

エッチングは、たとえば、図１（Ｅ）に示すように行うことができる。すなわち、まず、第二中間積層体４２の両面（接合用銅板１０の第二面１６）に、溝１２Ｇの平面パターンがマスク部分となるように開口部が形成されたスクリーンマスクを用いてスクリーン印刷により、レジスト膜１１０を形成する。この場合、レジスト膜１１０の開口部ＯＰの位置が、第二中間積層体４２を構成する接合用銅板１０の溝１２Ｇの位置と略一致するようにスクリーン印刷を行う。次に、レジスト膜１１０が形成された第二中間積層体４２を、塩化第二銅水溶液や塩化第二鉄水溶液などの銅用エッチャントを用いてエッチング（たとえば、スプレーエッチングなど）することにより、レジスト膜１１０の開口部ＯＰに露出する銅板１００の表面をエッチングする。これにより、第二面１６と溝１２Ｇの底部とが連通して、貫通孔１２ＴＨが形成される。そして、最後に、レジスト膜１１０をアルカリ水溶液等の剥離剤を用いて除去する。

なお、溝１２Ｇの底部と第二面１６との間の肉厚（エッチング代）が小さい場合は、レジスト膜１１０を形成するプロセス（図１（Ｅ））を省いて、第二面１６全面をエッチングするだけでもよい。また、レジスト膜１１０の形成方法としては、上述したスクリーン印刷を用いた方法に限定されず、たとえば、フォトリソグラフィーなどその他公知の方法を適宜利用することもできる。

これにより、図１（Ｆ）に示すように、絶縁体基板３０と、絶縁体基板３０の少なくとも片面に設けられ、かつ、貫通孔１２ＴＨを有する接合用銅板１０からなる配線層５０と、絶縁体基板３０と配線層５０との間に配置された焼成後ロウ材層２２と、を備えたセラミックス配線板６０を得ることができる。このセラミックス配線板６０では、エッチング工程が完了した時点において、配線パターンを構成する配線層５０が存在する領域にのみ対応して焼成後ロウ材層２２が設けられている。

以上に説明した本実施形態のセラミックス配線板の製造方法では、ロウ材層形成工程において、配線パターンとなる領域（接合面１４Ｃ）のみにロウ材層２０を形成するため、その後の工程において、配線パターンに合わせてロウ材層２０（あるいは焼成後ロウ材層２２）をエッチングしなくてもよい。このため、セラミックス配線板６０の製造に際して、ロウ材の利用効率を非常に高くすることができる。これに加えて、ロウ材層２０（あるいは焼成後ロウ材層２２）のエッチング処理が不要であるため、セラミックス配線板６０の製造に際してはエッチャントとして基本的に銅用エッチャントのみを用いればよい。したがって、エッチングプロセスも簡略化できる。これに加えて、銅材とロウ材とに各々対応した２種類のエッチャントを使用する必要も無いため、廃液処理コストの増大も抑制できる。

これに加えて、産業用の高電圧・高電流用の電源用途では、アルミナセラミックス基板に対して、酸化物ソルダー法を利用して銅板を接合したセラミックス配線板が従来より広く利用されているため、これに伴いこのタイプのセラミックス配線板の製造に用いられる銅板のエッチング技術が既に確立されている。それゆえ、エッチング工程では、既存の低コスト、高信頼性、廃液・銅のリサイクル性に優れた既存のセラミックス配線板製造用の銅エッチング技術をそのまま利用することができる。この点は、接合用銅板１０を、図２に例示したようにエッチングを利用して作製する場合も同様である。さらに、ロウ材層２０（あるいは焼成後ロウ材層２２）が銀ロウを主成分として含む場合、これらの層のエッチングに用いるエッチャントとしては、腐食性を有するなど、取り扱いの難しいフッ化物系の薬剤を使うことが多い。それゆえ、このようなエッチャントは、エッチング設備や廃液処理のコストが著しく高くなる。しかしながら、本実施形態のセラミックス配線板の製造方法では、ロウ材層２０（あるいは焼成後ロウ材層２２）のエッチングが不要であるため、上述した問題を回避できる。

一方、ペースト状ロウ材を用いて形成されたロウ材層２０中には、ロウ材以外にフラックスやバインダーなどに起因する各種の有機成分（松ヤニ等の植物性天然樹脂や、バインダー樹脂など）が含まれる。これに加えて、ロウ材層２０の形成に際して、空気がロウ材層２０中に取り込まれるなどにより、ロウ材層２０中に空隙が形成されることもある。それゆえ絶縁体基板３０と接合用銅板１０とを接合するために焼成を実施した場合、有機成分の揮発や熱分解等に起因して発生するガスや、ロウ材層２０中に形成された空隙が、焼成後ロウ材層２２中のボイド欠陥の発生原因となりやすい。そして、このようなボイド欠陥が発生した場合は、接合用銅板１０と絶縁体基板３０との接合強度を低下させるなどにより、最終的に製造されるセラミックス配線板の信頼性を悪化させる場合もある。

しかしながら、接合工程に用いられる第一中間積層体４０内には、接合用銅板１０と、絶縁体基板３０との間に、溝１２Ｇに起因する中空部Ｓが形成されている（図１（Ｃ））。このため、焼成時において、ロウ材層２０中に発生したガスや、ロウ材層２０中に元々存在した空隙中の空気が、仮に第一中間積層体４０の側端面側へと抜けることができなくても、中空部Ｓ側へと抜けることが容易である。それゆえ、本実施形態のセラミックス配線板の製造方法では、焼成後ロウ材層２２中のボイド欠陥の発生も抑制できる。

なお、ボイド欠陥の発生をより一層抑制する観点からは、接合用銅板１０の平面方向において、溝１２Ｇが接合用銅板１０の外周端まで達するように連続して設けられていることが好ましい。この場合、溝１２Ｇに対応して、第一中間積層体４０中に中空部Ｓが形成されるため、中空部Ｓは、第一中間積層体４０の外部と連通する解放空間となる。ここで、中空部Ｓが、第一中間積層体４０の外部と連通していない閉鎖空間であれば、ロウ材層２０中に発生したガスや、元々存在した空隙中の空気が、中空部Ｓ内に閉じ込められることになる。この場合、閉鎖空間である中空部Ｓ内の圧力が徐々に高まると、ガスや空気が中空部Ｓへと抜けることが困難になるため、ボイド欠陥が発生し易くなる。しかし、中空部Ｓが解放空間である場合、焼成中においても、中空部Ｓ内の圧力が増大することは無いため、ボイド欠陥の発生をより一層抑制できる。また、第一中間積層体４０の焼成は、大気圧下で実施してもよいが、ボイド欠陥をより確実に抑制する観点からは減圧環境下（たとえば、１０^−２Ｔｏｒｒ以下）にて実施することが望ましい。また、大気圧下、減圧環境下のいずれの場合でも、必要に応じて空気を他のガス（たとえば、窒素と水素との混合ガス）に置換した雰囲気下にて焼成することもできる。

なお、配線パターンに合わせてロウ材層２０（あるいは焼成後ロウ材層２２）を形成するためには、ａ）絶縁体基板３０の表面に、配線パターンに対応したロウ材層２０をスクリーン印刷などにより形成した後、ｂ）絶縁体基板３０と銅板１００とを貼り合せ、ｃ）貼り合せて得られた積層体を焼成し、ｄ）最後に、銅板１００を配線パターンに合わせてエッチングする方法を採用することも考えられる。しかしながら、この方法では、配線パターンに対応して形成されたロウ材層２０あるいは焼成後ロウ材層２２が、絶縁体基板３０の平面方向に流れたり溶けだしたりして滲みが大きくなるため、配線パターンを構成する個々の配線間の絶縁不良が生じやすい。これは、銅板１００と絶縁体基板３０との隙間が、平面方向において一様に狭く、毛細管現象により滲みが促進されやすいと考えられるためである。しかし、本実施形態のセラミックス配線板の製造方法では、中空部Ｓの存在する箇所においてはこのような毛細管現象による滲みは著しく阻害されることになる。

これに加えて、積層体を焼成する工程において、ロウ材層２０から発生したガスや、ロウ材層２０中の空隙に閉じ込められていた空気の逃げ場も殆ど無いため、ボイド欠陥が発生し易い。しかし、本実施形態のセラミックス配線板の製造方法では、配線パターンに対応して形成されたロウ材層２０あるいは焼成後ロウ材層２２が流れたり溶けたりする場合でも、これらの材料は溝１２Ｇの側壁面方向へも滲みが広がる余地があるため、絶縁不良の原因となる絶縁体基板３０の平面方向への滲みの広がりは抑制される。また、第一中間積層体４０を焼成する際には、ボイド欠陥の原因となるガスや空気の逃げ場として、中空部Ｓも存在している。したがって、上述した方法と比べて、本実施形態のセラミックス配線板の製造方法では、絶縁不良やボイド欠陥をより確実に抑制できる。

接合用銅板１０に設けられる溝１２Ｇの深さは特に限定されるものでは無いが、接合用銅板１０の厚みＴｓを１００％とした場合の溝１２Ｇの深さＴｇが４０％〜８０％であることが好ましく、５０％〜８０％であることがより好ましく、７０％〜８０％であることがさらに好ましい。深さＴｇを４０％以上とすることにより、エッチング工程において貫通孔１２ＴＨを形成する際のエッチング量、言い換えればエッチャント使用量やエッチング時間の増大を抑制することが容易になる。また、溝１２Ｇの深さＴｇが浅い場合にはロウ材層形成工程で利用するロウ材層２０の成膜方法によっては、溝１２Ｇ内にもロウ材層２０が形成されるおそれがある。この場合、最終的に作製されるセラミックス配線板６０において、溝１２Ｇが存在していた位置に形成された貫通孔１２ＴＨによって隔てられた個々の配線間の絶縁が不十分となる場合がある。しかしながら、深さＴｇを４０％以上とすることで、このような絶縁不良をより確実に抑制できる。なお、溝深さＴｇの下限値は絶対値としては、１２０μｍ以上が好ましく、１５０μｍ以上が好ましい。また、深さＴｇを８０％以下とすることで、接合用銅板１０全体の強度の確保が容易となり、ロウ材層形成工程や接合工程において接合用銅板１０が破損するのを防ぐことが容易となる。

次に、本実施形態のセラミックス配線板の製造方法において使用する各種の部材について説明する。ロウ材層形成工程で使用する接合用銅板１０としては、図２に一例を示したように、銅板１００を適宜加工して得られたものが利用できる。接合用銅板１０の厚みは特に限定されるものでは無いが、たとえば、０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．２〜１．０ｍｍであることがより好ましい。また、溝１２Ｇの幅やパターン形状は、製造するセラミックス配線板６０の配線パターンに応じて適宜選択される。

ロウ材層２０の形成に用いるペースト状ロウ材中に含まれるロウ材としては、公知のロウ材が適宜利用できるが、たとえば、銀やニッケルなどを主成分として含むロウ材（いわゆる銀ロウ、ニッケルロウなど）を挙げることができる。これらの中でも、特に銀と銅とを主成分として含む銀ロウを好適に用いることができる。このような銀ロウとしては、たとえば、銀が１５〜８０質量％（より好ましくは３０〜７５質量％）であり、銀を除く残部が、ａ）銅、あるいは、ｂ）銅に加えてその他の成分（たとえば、ｉ）Ｔｉ、Ｈｆなどのような活性金属として利用できる第四族元素（チタン族元素）、ｉｉ）Ｚｎ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｐｄなどのその他の各種金属、ｉｉｉ）Ｐ、Ｓｉなどの非金属）がさらに適量含まれていてもよい。

なお、銀ロウ、ニッケルロウ等のロウ材の種類を問わず、ロウ材にはその他の成分として活性金属が好ましくは０．５〜５質量％、より好ましくは１〜３質量％程度含まれることが特に好ましい。また、ペースト状ロウ材として使用する際には、ロウ材と、ペースト化に使用するフラックスやバインダーの他に、水素化チタン等の活性金属含有物質をさらにペースト状ロウ材に添加することもできる。特に、ロウ材自体に活性金属が含まれない場合には、ペースト状ロウ材中にロウ材と共に活性金属含有物質も含まれていることが好ましい。また、銅材からなる接合用銅板１０とセラミックス等からなる絶縁体基板３０とでは、熱膨張率が異なるため接合工程における焼成に起因する反りが発生し易くなる可能性がある。それゆえ、ロウ材のロウ付け温度は９００℃以下が好ましく、８５０℃以下がより好ましい。なお、ロウ付け温度を９００℃以下とすることが容易である観点からは、コスト面で有利なニッケルロウよりも銀ロウが好適である。

また、ロウ材は、ＪＩＳ規格等で定められた公知の規格品を用いることもできる。例えば、銀ロウの規格品としては、ＪＩＳ−Ｚ−３２６１に規定されるＢＡｇ−１、ＢＡｇ−１Ａ、ＢＡｇ−２、ＢＡｇ−３、ＢＡｇ−４、ＢＡｇ−５、ＢＡｇ−６、ＢＡｇ−７、ＢＡｇ−７Ａ、ＢＡｇ−７Ｂ、ＢＡｇ−８、ＢＡｇ−８Ａ、ＢＡｇ−１８、ＢＡｇ−２０、ＢＡｇ−２０Ａ、ＢＡｇ−２１、ＢＡｇ−２４などを用いることができ、ニッケルロウの規格品としては、ＪＩＳ−Ｚ−３２６５に規定されるＢＮｉ−１、ＢＮｉ−１Ａ、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−３、ＢＮｉ−４、ＢＮｉ−５、ＢＮｉ−６、ＢＮｉ−７を用いることができる。また、規格品の組成に対して上述したその他の成分をさらに適量添加したロウ材も用いることができる。たとえば、Ｔｉ等の活性金属を添加する場合、その添加量は、たとえば、上述した規格品組成のロウ材１００質量部に対して０．５〜５質量部が好ましく、１〜３質量部がより好ましい。

ロウ材は、ペースト状ロウ材中では粒子状で分散含有されるが、この粒径については適宜選択することができる。しかしながら、形成されるロウ材層２０の厚みとの関係で、ロウ材粒子の最大粒径は、ロウ材層２０の厚みに対して約１／３〜１／２以下であることが好ましい。また、最大粒径の絶対値としては、６０μｍ以下が好ましく、４５μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以下がさらに好ましい。最大粒径を上述した範囲内とすることにより、ロウ材層２０の形成に際して、溝１２Ｇがペースト状ロウ材により埋め込まれてしまうことをより確実に防止できる。

また、接合工程において用いられる絶縁体基板３０としては、各種のセラミックス基板やガラスセラミックス基板が利用できるが、特にセラミックス基板を用いることが好ましい。この場合、セラミックス基板を構成する絶縁体材料としては、アルミナセラミックス（熱伝導率：２７Ｗ／ｍ・Ｋ）等に代表される各種の酸化物系セラミックス（熱伝導率：約２０Ｗ／ｍ・Ｋ前後）や、窒化アルミニウム（熱伝導率：１４０〜２８０Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化ケイ素（熱伝導率：６０〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ）などの窒化物系セラミックスや、炭化ケイ素（熱伝導率：５０〜２２０Ｗ／ｍ・Ｋ）などの炭化物セラミックスを挙げることができる。いずれの絶縁体基板３０を用いるかは、用途やコストに応じて適宜選択できる。一方、原子力、火力、太陽光、風力、地熱などを利用した発電所関連や、鉄道・電気自動車・ハイブリッド自動車などの輸送機器関連などのように比較的大電流・高電圧が利用される用途では、セラミックス配線板６０に要求される放熱性も非常に高くなりつつある。したがって、比較的大電流・高電圧が利用される用途においては、絶縁体基板３０として、酸化物系セラミックス基板よりも２〜１０倍程度の高熱伝導率が実現できる窒化物系セラミックス基板あるいは炭化物セラミックスを用いることが特に好ましい。但し、窒化物系セラミックス基板および炭化物セラミックスでは、基板材料が酸素を含まないため、基本的に、銅板表面の酸化を利用した酸化物ソルダー法による接合は非常に困難である。しかしながら、窒化物系セラミックス基板あるいは炭化物セラミックスと、接合用銅板１０とは、上述したように銀ロウ等のロウ材を用いれば接合することができる。

以下に、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものでは無い。

（実施例１）
図２に示す手順にて、厚さ２００μｍの銅板１００の片面をエッチングすることで、片面に溝１２Ｇ（深さ１００μｍ）を設けた接合用銅板１０を２枚作製した。次に、各々の接合用銅板１０に対して、ペースト状ロウ材をスクリーン印刷することにより、図１（Ｂ）に示すように接合面１４Ｃ上にのみ選択的にロウ材層２０を形成した。なお、スクリーン印刷に用いたスクリーンマスクとしては、メッシュ状の開口部が一様に形成された１２５メッシュのステンレス版（全面開口マスク）を用いた。また、ペースト状ロウ材に用いたロウ材としては、ＢＡｇ−８（Ａｇ：７１〜７３質量％、Ａｇ，Ｃｕ以外の元素：０．１５質量％以下、Ｃｕ：残部）：１００質量部に対してチタン：２質量部の割合で添加した銀ロウ（ロウ材の最大粒径：４５μｍ）を用いた。なお、ステンレス版の溝１２Ｇ側に刷り出したペースト状ロウ材は、スクリーン印刷機の裏掻き機能により回収して、再利用した。なお、スクリーン印刷に際しては、ステンレス版の表面に対するペースト状ロウ材の刷り出し厚みは１００〜１２０μｍに設定した。但し、ロウ材層２０の厚みと溝１２Ｇの深さとの和は、刷り出し厚みよりも十分に大きかった。

次に、ロウ材層２０が形成された接合用銅板１０と、絶縁体基板３０（窒化ケイ素セラミックス基板）と、ロウ材層２０が形成された接合用銅板１０とを、この順に積層して図１（Ｃ）に示す第一中間積層体４０を得た。この第一中間積層体４０をカーボン製の治具にセットした後、焼成炉内に配置し、真空中にて８０５±２℃で加熱焼成し、接合用銅板１０と絶縁体基板３０とをロウ付けした。これにより、図１（Ｄ）に示す第二中間積層体４２を得た。

続いて、図１（Ｅ）に示すように第二中間積層体４２の両面に、配線パターンに対応するようにパターニングされたレジスト膜１１０（エッチングレジスト）を形成した。そしてレジスト膜１１０付きの第二中間積層体４２を銅用エッチャント（塩化第二銅水溶液）を用いてスプレーエッチングすることで、貫通孔１２ＴＨを形成した後、さらにレジスト膜１１０をリムーバーを用いて除去することで図１（Ｆ）に示すセラミックス配線板６０を得た。

（実施例２）
実施例１において、接合用銅板１０の溝１２Ｇの深さを１５０μｍとした以外は、実施例１と同様にしてセラミックス配線板６０を作製した。

（比較例１）
実施例１において、接合用銅板１０の代わりに銅板１００を用いると共に、銅板１００の表面へのロウ材層２０の形成に際しては、メッシュ状の開口部が配線パターン対応して形成された１２５メッシュのステンレス版（部分開口マスク）を用いてスクリーン印刷を行った以外は、実施例１と同様にしてセラミックス配線板を作製した。

＜評価＞
実施例１，２のセラミックス配線板６０および比較例１のセラミックス配線板について、これらを分解して光学顕微鏡により、焼成後ロウ材層２２の滲みや配線間の短絡の有無等について評価した。結果を以下の表１に示す。なお、表１中に示す評価結果の評価基準は以下の通りである。
◎：ロウ材の滲みは無く、焼成後ロウ材層２２の形状もシャープである。配線間の短絡も全く無い。
○：部分的にロウ材の滲みの大きい箇所があり、焼成後ロウ材層２２の形状は、シャープさに欠ける。但し、配線間の短絡は無く、配線板として問題無く利用できる。
×：ロウ材の滲みが著しく、焼成後ロウ材層２２の形状は大幅に型崩れしている。配線間に滲み出たロウ材をエッチングして除去しないと配線板として使用できない。

１０ ：接合用銅板
１２Ｇ ：溝
１２ＴＨ ：貫通孔
１４ ：第一面
１４Ｃ ：接合面
１６ ：第二面
２０ ：ロウ材層
２２ ：焼成後ロウ材層
３０ ：絶縁体基板
４０ ：第一中間積層体
４２ ：第二中間積層体
５０ ：配線層
６０ ：セラミックス配線板
１００ ：銅板
１１０，１２０ ：レジスト膜

Claims (8)

1. 少なくとも一方の面に溝が設けられた接合用銅板の前記溝が設けられた面のうち、前記溝が設けられていない部分の表面に、ロウ材を主成分として含むロウ材層を形成するロウ材層形成工程と、
   セラミックスおよびガラスセラミックスから選択される絶縁体材料からなる絶縁体基板と、前記接合用銅板とを、前記ロウ材層が前記絶縁体基板と接触するように積層して焼成することにより、前記絶縁体基板と前記接合用銅板とを接合する接合工程と、
   前記絶縁体基板と前記接合用銅板とが接合された積層体の前記接合用銅板が設けられた側の表面を、前記溝が貫通孔となるまでエッチングするエッチング工程と、
   を少なくとも経て、セラミックス配線板を製造することを特徴とするセラミックス配線板の製造方法。
2. 前記接合用銅板の厚みを１００％とした場合の前記溝の深さが４０％〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス配線板の製造方法。
3. 前記接合用銅板の平面方向において、前記溝が前記接合用銅板の外周端まで達するように連続して設けられてい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ス配線板の製造方法。
4. 前記絶縁体材料が、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素からなる群より選択される窒化物系セラミックスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のセラミックス配線板の製造方法。
5. 前記絶縁体材料が、炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のセラミックス配線板の製造方法。
6. 前記ロウ材は、銀およびニッケルの少なくともいずれかを主成分として含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のセラミックス配線板の製造方法。
7. 前記接合用銅板が、両面が平坦面からなる銅板の少なくとも一方の面の一部分を選択的にエッチングすることで前記溝を形成する溝形成工程を経て製造されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のセラミックス配線板の製造方法。
8. 前記ロウ材層形成工程において、メッシュ状の開口部が一様に形成されたスクリーンマスクを用いてスクリーン印刷を行うことにより前記ロウ材層を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のセラミックス配線板の製造方法。
   
   
   

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