JP2019009333A - セラミックス−金属接合体の製造方法、セラミックス回路基板の製造方法及びセラミックス−金属接合体 - Google Patents

セラミックス−金属接合体の製造方法、セラミックス回路基板の製造方法及びセラミックス−金属接合体 Download PDF

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Abstract

【課題】セラミックス母材の両面に形成された金属層のＳｉ濃度の差を少なくして、セラミックス基板の両側に位置する金属層のエッチングレートを略同じにでき、かつ、金属層の表面に形成されるろうシミの発生を抑制すること。【解決手段】本発明は、複数のセラミックス基板を形成可能な大きさのセラミックス母材に各セラミックス基板を分割するためのスクライブラインをセラミックス母材の両面に形成するスクライブライン形成工程と、セラミックス母材の両面にスクライブラインにより区画された複数の領域にまたがる大きさで厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板をＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱してセラミックス母材の両面に金属板を接合し、金属層を形成する接合工程と、金属層をスクライブラインに沿ってエッチングするエッチング工程と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、両面にアルミニウムからなる金属層が接合されたセラミックス−金属接合体の製造方法、セラミックス回路基板及び個片化されることにより複数のセラミックス回路基板となるセラミックス−金属接合体に関する。
従来、熱電素子やＬＥＤ素子の配線基板としてセラミックス板の両面に金属層が接合されたセラミックス−金属接合体が個片化されたセラミックス回路基板を用いることが提案されている。このセラミックス−金属接合体では、セラミックス板と金属層を構成する金属板との接合は、ろう材を用いて行われている。例えば、セラミックス板と金属板とをろう材を用いて接合する技術として、特許文献１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法が開示されている。
この特許文献１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法では、複数のパワーモジュール用基板を形成可能な広い面積を有するセラミックス母材の表面にレーザ光を照射して、セラミックス母材を各パワーモジュール用基板の大きさに区画するようにスクライブライン（分割溝）を予め設けておき、このセラミックス母材の両面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板をＡｌ−Ｓｉ系のろう材を用いて接合した後、スクライブライン上の金属部分を除去するようにエッチングをし、その後、このスクライブラインに沿ってセラミックス基板を分割することにより個片化し、個々のパワーモジュール用基板を製造している。また、その接合時には、セラミックス母材と、その両面にろう材を用いて設けられる金属板とからなる積層体の両面をカーボン板で挟んで加圧しながら加熱することが行われる。
特開２０１５−１８５６０６号公報
ところで、特許文献１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法では、セラミックス母材の両面にろう材を用いて金属板を積層し、この積層体を加圧状態で加熱すると、溶融したろう材がセラミックス母材と金属板との界面に広がり、ろう材中のＳｉ原子が金属板（金属層）内に拡散することによりセラミックス母材と金属板とが接合される。この際、スクライブラインが形成された側の表面では、溶融したろう材がスクライブラインに沿って積層体の外側に流れ出し、ろう瘤が各スクライブラインの末端に形成される。一方、スクライブラインが形成されていないセラミックス母材の裏面では、溶融したろう材が流れ出すとしても、スクライブラインが形成された面のように多量に流れ出ることはなく、また、ろう瘤は、積層体の側面におけるランダムな位置に形成される。
前述のパワーモジュール用基板の場合は、金属板（金属層）が比較的厚いので、ろう材の流出の違いが支障となることは少ないが、金属層が薄い場合、以下のような問題が生じる。
すなわち、スクライブラインが形成された面側では、スクライブラインの形成されていない面側に比べ、溶融したろう材が多く積層体外に流れ出る。
そのため、スクライブラインの形成された面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子よりも、スクライブラインの形成されていない面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子が多くなる。
このため、セラミックス母材のスクライブラインの形成された面側の金属層と、スクライブラインの形成されていない面側の金属層とで、Ｓｉ原子の含有量が異なることとなる。
特に、個々のセラミックス回路基板の面積が小さくなるほど、セラミックス母材に形成されるスクライブラインの数が多くなるため、セラミックス母材のスクライブラインの形成された面側の金属層のＳｉ濃度と、スクライブラインの形成されていない面側の金属層のＳｉ濃度との違いが大きくなる。
このため、セラミックス母材と金属板との接合後に行われるエッチングのエッチングレートが、セラミックス母材のスクライブラインの形成された面側の金属層と、スクライブラインの形成されていない面側の金属層とで異なることとなり、スクライブラインの形成された面側の金属層と、スクライブラインの形成されていない面側の金属層とで面積が異なるパワーモジュール用基板が製造される。
また、セラミックス母材のスクライブラインの形成されていない面側の金属層は、Ｓｉ濃度が高く融点が低いので、セラミックス母材のスクライブラインの形成された面側の金属層よりも溶融しやすい。このため、上記積層体の両面をカーボン板で挟んでこれらを加圧状態で加熱すると、スクライブラインの形成されていない面側の金属層の表面に液相が生じ、これがろうシミとなり、顕著な場合はセラミックス母材のスクライブラインの形成されていない面側の金属層にカーボン板が付着する問題が生じる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、セラミックス母材の両面に形成された金属層のＳｉ濃度の差を少なくして、各金属層のエッチングレートを略同じにでき、かつ、金属層の表面に形成されるろうシミの発生を抑制することを目的とする。
本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法は、複数のセラミックス基板を形成可能な大きさのセラミックス母材に各セラミックス基板を分割するためのスクライブラインを前記セラミックス母材の両面に形成するスクライブライン形成工程と、前記セラミックス母材の両面に前記スクライブラインにより区画された複数の領域にまたがる大きさで厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板をＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して前記セラミックス母材の両面に前記金属板を接合し、金属層を形成する接合工程と、前記金属層を前記スクライブラインに沿ってエッチングするエッチング工程と、を有する。
上述したように、セラミックス母材の片面にのみスクライブラインが形成されている場合、スクライブラインの形成された面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子よりも、スクライブラインの形成されていない面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子が多くなる。
これに対し、本発明では、セラミックス母材の表面及び裏面の両面にスクライブラインが形成されていることから、セラミックス母材の表面及び裏面の両面にろう材を用いて金属板を積層した積層体を積層方向に荷重をかけながら加熱して接合する際に、溶融したろう材が表面及び裏面のいずれの面においてもスクライブラインに沿って積層体の外側に排出されるので、上記片面にのみスクライブラインが形成されている場合に比べて、表面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量と、裏面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量との差が小さくなる。つまり、セラミックス母材の表面側の金属層のＳｉ濃度と裏面側の金属層のＳｉ濃度との差が小さくなるので、略同じエッチングレートにより各金属層をエッチングでき、略同じ大きさの金属層を形成できる。
また、スクライブラインがセラミックス母材の両面に形成され、各面から溶融したろう材が積層体の外側に排出されるので、金属層の表面のろうシミの発生を抑制できる。
本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法において、前記スクライブライン形成工程では、前記セラミックス母材の両面のそれぞれに前記スクライブラインを複数本形成してもよい。
このような構成によれば、複数のスクライブラインがセラミックス母材の両面に形成されるので、接合工程において、溶融したろう材が表面及び裏面のいずれの面においても積層体の外側に分散して排出されるので、各金属層内におけるＳｉ濃度を均一化することができ、表面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量と、裏面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量との差がより小さくなる。つまり、セラミックス母材の表面側の金属層のＳｉ濃度と裏面側の金属層のＳｉ濃度との差をより小さくできるので、同じエッチングレートにより各金属層をエッチングでき、略同じ大きさの金属層を形成できる。
さらに、セラミックス母材と金属板との積層体から溶融したろう材が分散されて排出されるので、ろう瘤が大きくなることを抑制できる。
本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法において、前記スクライブライン形成工程では、前記セラミックス母材の表面に形成される前記スクライブラインの本数と、前記セラミックス母材の裏面に形成される前記スクライブラインの本数と、を同じとするとよい。
このような構成によれば、セラミックス母材の表面及び裏面の両面に複数のスクライブラインが同数形成されていることから、接合工程において、溶融したろう材が表面及び裏面のいずれの面においてもスクライブラインに沿って積層体の外側に同量排出されるので、セラミックス母材の表面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量と、裏面側の金属層内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量とを同じにすることができる。つまり、セラミックス母材の表面側の金属層と裏面側の金属層とが同じＳｉ濃度の金属層となるので、同じエッチングレートにより各金属層をエッチングでき、同じ大きさの金属層を形成できる。
本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法では、前記スクライブライン形成工程において、前記スクライブラインを前記セラミックス母材の両面の同じ分割予定位置に形成してもよい。
このような構成によれば、スクライブラインがセラミックス母材の両面の同じ分割予定位置に形成されているので、セラミックス−金属接合体をスクライブラインに沿って容易に個片化でき、セラミックス回路基板を効率よく製造できる。
本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法では、前記スクライブライン形成工程において、前記セラミックス母材の表面と前記セラミックス母材の裏面とに前記スクライブラインを前記セラミックス母材の面方向にずらして形成してもよい。
このような構成によれば、上述したようにセラミックス母材の両面の同じ分割予定位置にスクライブラインが形成されている場合に比べて、スクライブラインの数を半分にできるので、スクライブライン形成工程に係る手間及び時間を少なくできる。
本発明のセラミックス回路基板の製造方法は、上記セラミックス−金属接合体の製造方法にて製造された前記セラミックス−金属接合体を前記エッチング工程後に前記スクライブラインに沿って分割して個片化することにより、前記セラミックス基板の両面に前記金属層が接合されたセラミックス回路基板を製造する。
本発明のセラミックス−金属接合体は、複数のセラミックス基板を形成可能な大きさを有するとともに、両面に複数のセラミックス基板を分割するためのスクライブラインが形成されたセラミックス母材と、前記セラミックス母材の両面に前記スクライブラインにより区画された複数の領域にまたがって接合され、厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウムからなる金属層と、を備えている。
本発明のセラミックス−金属接合体では、前記セラミックス母材の両面のそれぞれには、前記スクライブラインが複数本形成されていてもよい。
本発明のセラミックス−金属接合体では、前記セラミックス母材の表面に形成される前記スクライブラインの本数と、前記セラミックス母材の裏面に形成される前記スクライブラインの本数と、が同じであってもよい。
本発明のセラミックス−金属接合体では、前記スクライブラインは、前記セラミックス母材の両面の同じ分割予定位置に形成されていてもよい。
本発明のセラミックス−金属接合体では、前記セラミックス母材の表面に形成された前記スクライブラインと前記セラミックス母材の裏面に形成された前記スクライブラインとが前記セラミックス母材の面方向にずれていてもよい。
本発明によれば、セラミックス基板の両側に位置する金属層のＳｉ濃度の差を少なくすることができるので、各金属板のエッチングレートを略同じにでき、かつ、金属層の表面に形成されるろうシミの発生を抑制できる。
本発明の第１実施形態に係るセラミックス回路基板の断面を示す断面図である。 上記実施形態におけるセラミックス回路基板の製造方法を示すフロー図である。 上記実施形態におけるセラミックス回路基板の製造工程を示す図である。 上記実施形態におけるスクライブラインが形成されたセラミックス母材の平面図である。 上記実施形態におけるセラミックス母材を図５に示すＡ１−Ａ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。 上記実施形態におけるセラミックス母材の一部を拡大して示す拡大図である。 本発明の第２実施形態に係るスクライブラインが形成されたセラミックス母材の平面図である。 上記実施形態におけるセラミックス母材を図７に示すＢ１−Ｂ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。 上記実施形態におけるセラミックス母材を図７に示すＣ１−Ｃ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るスクライブラインが形成されたセラミックス母材の平面図である。 上記実施形態におけるセラミックス母材を図１０に示すＤ１−Ｄ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。 上記実施形態におけるセラミックス母材の一部を拡大して示す拡大図である。
以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のセラミックス回路基板１の断面を示す断面図である。
セラミックス回路基板１は、例えば、熱電変換素子の配線基板として用いられ、平面視で縦寸法５ｍｍ及び横寸法５ｍｍの矩形状に形成されている。このようなセラミックス回路基板１は、図１に示すように、セラミックス基板２と、セラミックス基板２の両面に積層された金属層３，４とを備えている。これらセラミックス基板２と金属層３，４とは、ろう材を用いて接合されている。
セラミックス基板２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ等からなるセラミックス材料により形成され、厚さが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとされている。
各金属層３，４は、純アルミニウム又はアルミニウム合金により形成され、厚さは０．４ｍｍ以下（例えば、０．２５ｍｍ）とされている。これら金属層３，４としては、純度９９．００質量％以上の純アルミニウム、純度９９．９９質量％以上の純アルミニウム又はＪＩＳ３００３のアルミニウム合金等を適用することができる。
また、各金属層３，４とセラミックス基板２とは、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材を用いて接合されている。このろう材におけるＳｉ濃度は、５質量％〜１２質量％であることが望ましい。
次に、以上のように構成されるセラミックス回路基板１の製造方法について説明する。この製造方法においては、セラミックス回路基板１のセラミックス基板２を複数形成可能な大きさのセラミックス母材２０を用意し、図２に示すように、セラミックス母材２０の両面にスクライブライン２１を形成して、セラミックス母材２０の両面に金属層３，４となる金属板３０，４０を接合してセラミックス−金属接合体５０をまず製造する。そして、このセラミックス−金属接合体５０をスクライブライン２１に沿ってエッチングして、メッキ後に分割個片化することが行われる（図３参照）。以下、スクライブライン形成工程、接合工程、エッチング工程、メッキ工程及び分割工程の順に詳細を説明する。
（スクライブライン形成工程）
まず、図３（ａ）に示すように、矩形板状のセラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂにスクライブライン２１（２１ａ，２１ｂ）を形成する。この図３（ａ）に示すように、スクライブライン２１は、例えば、レーザ光Ｌを照射することにより、セラミックス母材２０の表面及び裏面を線状に除去して形成される。このスクライブライン２１は、セラミックス母材２０に形成される溝部であり、後述する分割工程において、セラミックス母材２０の分割の起点となる部位である。
なお、スクライブライン形成工程では、例えばＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ等を使用してスクライブライン２１の加工を行うことができる。
図４は、スクライブライン形成工程によりスクライブライン２１が形成されたセラミックス母材２０の平面図であり、図５は、図４に示すＡ１−Ａ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。
セラミックス母材２０の表面２０ａには、図４及び図５に示す例では、実線で示すように縦方向に延びる１５本のスクライブライン２１ａと、横方向に延びる６本のスクライブライン２１ａが形成されている。縦方向に延びる１５本のスクライブライン２１ａのそれぞれは、横方向に所定間隔を開けて配置され、横方向に延びる６本のスクライブライン２１ａのそれぞれは、縦方向に所定間隔を開けて配置されている。
一方、セラミックス母材２０の裏面２０ｂには、図４に破線で示すように、縦方向に延びる１４本のスクライブライン２１ｂと、横方向に延びる５本のスクライブライン２１ｂが形成され、縦方向に延びる１４本のスクライブライン２１ｂのそれぞれは、横方向に所定間隔を開け、かつ、セラミックス母材２０の平面視で表面２０ａに配置された縦方向に延びる１５本のスクライブライン２１ａとずれて配置される。また、横方向に延びる５本のスクライブライン２１ｂのそれぞれは、縦方向に所定間隔を開け、かつ、上記平面視で表面２０ａに配置された横方向に延びる６本のスクライブライン２１ａとずれて配置される。
具体的には、本実施形態では、５ｍｍ四方のセラミックス基板２を形成するため、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂとも、１０ｍｍ間隔でスクライブライン２１ａ，２１ｂが形成され、かつ、これら表面２０ａのスクライブライン２１ａと裏面２０ｂのスクライブライン２１ｂとがセラミックス母材２０の面方向に５ｍｍずれて配置されている。このため、セラミックス母材２０を平面視で投影すれば、表面２０ａに位置するスクライブライン２１ａと裏面２０ｂに位置するスクライブライン２１ｂとが縦方向及び横方向のそれぞれにおいて５ｍｍピッチで配置されることとなる。また、セラミックス母材２０の周縁部はマージン部であり、セラミックス基板２としては使用されない。これにより、後述する分割工程においてセラミックス母材２０がスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿って分割されると、平面視で５ｍｍ四方のセラミックス基板２が２８０個形成される。
図６は、図５に示すスクライブライン２１が形成されたセラミックス母材２０の断面図の部分拡大図である。
セラミックス母材２０の厚さ寸法Ｌ１のセラミックス母材２０の両面２０ａ，２０ｂのそれぞれに、深さ寸法Ｌ２、幅寸法Ｌ３のスクライブライン２１が形成される。このため、セラミックス母材２０におけるスクライブライン２１が形成された部位（以下、分割予定位置という場合がある）の厚さ寸法Ｌ４は、スクライブライン２１が形成されていないセラミックス母材２０の厚さ寸法Ｌ１より小さくなっている。
深さ寸法Ｌ２は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ、幅寸法Ｌ３は０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとするとよい。
なお、本実施形態では、Ｌ１は０．６３５ｍｍ、Ｌ２は０．２ｍｍ、Ｌ３は０．１ｍｍ、Ｌ４は０．４３５ｍｍに設定される。
なお、本実施形態では、各スクライブライン２１ａ，２１ｂの両端部は、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂの両端縁まで形成されている。このスクライブライン２１を形成する際には、少なくともスクライブライン２１の一方の端部はセラミックス母材２０の端縁まで形成されている必要がある。スクライブライン２１の両端部がセラミックス母材２０の端縁まで形成されていない場合、後述する接合工程で溶融したろう材を外部に排出することが出来ないからである。また、スクライブライン２１の他方の端部がセラミックス母材２０の端縁まで形成されていない場合でも、スクライブライン２１の他方側の端部とセラミックス母材２０の端縁との距離が、スクライブライン２１によりセラミックス母材２０を分割するのに支障がない程度に小さければよい。
このようなスクライブライン２１が形成されたセラミックス母材２０は、図示は省略するが、洗浄液により洗浄される。
（接合工程）
次に、図３（ｂ）に示すように、スクライブライン２１の形成後に洗浄されたセラミックス母材２０に厚さ寸法が０．４ｍｍ以下で、上記平面視でスクライブライン２１により区画された複数の領域にまたがる大きさの金属板３０，４０をＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて接合する。具体的には、セラミックス母材２０の両面に、それぞれＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介在させて金属板３０，４０を積層し、これらの積層体をカーボン板により挟持し、積層方向に荷重をかけながら（加圧した状態のまま）真空中で加熱することにより、セラミックス母材２０と金属板３０，４０を接合する。これにより、セラミックス母材２０の両面２０ａ，２０ｂに金属層３，４が設けられたセラミックス−金属接合体５０が形成される。
ここで、積層方向への加圧は０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａ、加熱温度は６３０℃〜６５０℃とするとよい。また、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔は、厚さ５μｍ〜１５μｍであるとよい。ただし、加熱温度は使用した金属板３０，４０の融点よりも低いものとする。また、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕろう材やＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇろう材等を用いることもできる。
なお、ろう材は、接合時に溶融して一部が外部に流出し、残部もその全部又は大部分が金属層３，４に拡散するので、セラミックス母材２０と金属層３，４との界面にろう材層は、極わずかに残っている場合もあるが、接合後にはほとんど残っていない場合もある。
本実施形態では、上述したように、表面２０ａに縦１５本、横６本のスクライブライン２１ａが形成され、裏面２０ｂに縦１４本、横５本のスクライブライン２１ｂが形成されており、これらスクライブライン２１ａ，２１ｂの本数は、表面２０ａと裏面２０ｂとで略等しい本数といえる。このため、接合工程において真空状態で上記積層体が加熱されると、溶融したろう材がスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿って積層体の外側に略同じ量流出する。このため、金属層３，４との間に略同じ量の溶融したろう材が残されることとなり、この溶融したろう材が金属層３，４内に拡散して略同量のＳｉ原子を含む金属層となる。これにより、金属層３，４のＳｉ濃度が略同じとなる。
また、スクライブライン２１に沿って溶融したろう材が積層体の外側に排出されるので、金属層３，４の表面のろうシミの発生が抑制される。
（エッチング工程）
そして、セラミックス−金属接合体５０のセラミックス母材２０に接合された金属層３，４をスクライブライン２１に沿ってエッチングする。エッチングは公知の手法により行うことが可能であり、例えば、必要な箇所にマスキングした後に塩化鉄溶液を用いてエッチングする。エッチングによって、平面視で略矩形状の金属層３，４が形成される。これにより、図３（ｃ）に示すように、セラミックス母材２０には、スクライブライン２１により区画された各領域に金属層３，４が設けられる。
この場合、セラミックス母材２０の表面２０ａ側の金属層３と裏面２０ｂ側の金属層４とが同じＳｉ濃度の金属層となっているので、同じエッチングレートにより各金属層３，４をエッチングでき、略同じ大きさの金属層３，４が形成される。
（メッキ工程）
そして、図示は省略するが、必要に応じて、セラミックス−金属接合体５０に金メッキ、銀メッキ、ニッケルメッキ等のメッキ処理を施す。これにより、セラミックス−金属接合体５０の金属層３，４にメッキ処理が施されたセラミックス−金属接合体５０が製造される。
なお、本実施形態では、セラミックス−金属接合体５０の両面にメッキ処理が施されるが、これに限らず、例えば、一方の面のみメッキ処理が施されることとしてもよい。
（分割工程）
最後に、メッキ処理された金属層３，４と接合されたセラミックス母材２０をスクライブライン２１に沿って分割することで、図３（ｄ）に示すように、セラミックス母材２０が個片化され、複数（２８０個）のセラミックス回路基板１が製造される。
なお、分割工程においては、セラミックス母材２０の最も外縁側に位置する領域（セラミックス母材２０の外縁に最も近いスクライブライン２１よりも外側に位置する領域には、上述した接合工程において外側に流れ出した溶融したろう材が固まることにより、ろう瘤が形成されているため、これらを事前に取り除いた後、各スクライブライン２１に沿ってセラミックス母材２０を個片化する。
このように、本実施形態のセラミックス回路基板１の製造方法では、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂの両面にスクライブライン２１を略同数形成したので、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂの両面にろう材を用いて金属板３０，４０を積層した積層体を接合する際に、表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれの面においてもスクライブライン２１に沿って積層体の外側に略同量の溶融したろう材が排出される。このため、セラミックス母材２０の表面２０ａ側の金属層３内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量と、裏面２０ｂ側の金属層４内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量とが略同じとなる。つまり、セラミックス母材２０の表面２０ａ側の金属層３と裏面２０ｂ側の金属層４とが同じＳｉ濃度の金属層となるので、同じエッチングレートにより各金属層３，４をエッチングでき、略同じ大きさの金属層３，４を形成できる。
また、複数のスクライブライン２１ａ，２１ｂがセラミックス母材２０の両面に形成されるので、接合工程において、溶融したろう材が表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれの面においても積層体の外側に分散して排出されるので、各金属層３，４内におけるＳｉ濃度を均一化することができる他、金属層３，４の表面のろうシミの発生を抑制できる。
さらに、セラミックス母材２０と金属板３０，４０との積層体から溶融したろう材が分散されて積層体の外側に排出されるので、ろう瘤が大きくなることを抑制できる。
加えて、本実施形態では、セラミックス母材２０の表面２０ａと裏面２０ｂとに分けてスクライブライン２１ａ，２１ｂを形成することとしたので、後述する第３実施形態に比べて、スクライブライン２１ａ，２１ｂの数を半分にでき、スクライブライン形成工程に係る手間及び時間を少なくできる。
なお、上記第１実施形態では、セラミックス母材２０の表面２０ａに縦１５本、横６本のスクライブライン２１ａを形成し、裏面２０ｂに縦１４本、横５本のスクライブライン２１ｂを形成することとしたが、これに限らない。
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態に係るスクライブライン２１ａ，２１ｂが形成されたセラミックス母材２０の平面図であり、図８は、セラミックス母材２０を図７のＢ１−Ｂ１線にて切断した断面の一部を示す断面図であり、図９は、セラミックス母材２０を図７のＣ１−Ｃ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。
本実施形態では、縦方向に沿うスクライブライン２１と横方向に沿うスクライブライン２１とをセラミックス母材２０の表裏で分けて形成したものである。すなわち、セラミックス母材２０は、図７に示すように、平面視で略正方形状に形成されている。このセラミックス母材２０の表面２０ａには、図７及び図９に示すように、横方向に延びる１１本のスクライブライン２１ａが所定間隔を開けて配置されている。また、セラミックス母材２０の裏面２０ｂには、図７及び図８に示すように、縦方向に延びる１１本のスクライブライン２１ｂが所定間隔を開けて配置されている。各スクライブライン２１ａ，２１ｂは、それぞれ５ｍｍピッチで配置されており、平面視で５ｍｍ四方のセラミックス基板２を１００個形成することができる。
このように、本実施形態では、スクライブライン２１の延出方向が両面２０ａ，２０ｂのそれぞれにおいて一方向に設定されているので、スクライブライン２１の形成工程（スクライブライン形成工程）に係る手間及び時間を短縮できる。また、本実施形態では、表面２０ａに形成されるスクライブライン２１ａの本数及び裏面２０ｂに形成されるスクライブライン２１ｂの本数を同一にできる。このため、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂの両面にろう材を用いて金属板３０，４０を積層した積層体を積層方向に荷重をかけながら加熱して接合する際に、溶融したろう材が表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれの面においてもスクライブライン２１に沿って積層体の外側に同量排出されるので、セラミックス母材２０の表面２０ａ側の金属層３内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量と、裏面２０ｂ側の金属層４内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量とが同じとなる。つまり、セラミックス母材２０の表面２０ａ側の金属層３と裏面２０ｂ側の金属層４とが同じＳｉ濃度の金属層となるので、同じエッチングレートにより各金属層３，４をエッチングでき、同じ大きさの金属層３，４を形成できる。
上記各実施形態では、セラミックス母材２０の表面２０ａに形成されるスクライブライン２１ａと裏面２０ｂに形成されるスクライブライン２１ｂとは、セラミックス母材２０の面方向にずれて配置されていることとしたが、これに限らない。
［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態に係るスクライブライン２１ａ，２１ｂが形成されたセラミックス母材２０の平面図であり、図１１は、セラミックス母材２０を図１０のＤ１−Ｄ１線にて切断した断面の一部を示す断面図であり、図１２は、図１１に示すセラミックス母材２０の部分拡大図である。
本実施形態では、全てのスクライブライン２１をセラミックス母材２０の表面２０ａと裏面２０ｂとの同じ分割予定位置に形成したものである。すなわち、セラミックス母材２０の表面２０ａには、図１０及び図１１に示すように、縦方向に延びる２９本のスクライブライン２１ａと横方向に延びる１１本のスクライブライン２１ａとがそれぞれ所定間隔を開けて配置されている。また、セラミックス母材２０の裏面２０ｂには、縦方向に延びる２９本のスクライブライン２１ｂと横方向に延びる１１本のスクライブライン２１ｂとがそれぞれ所定間隔を開け、かつ、表面２０ａに形成されるスクライブライン２１ａに対向して配置されている。つまり、表面２０ａに位置する４０本のスクライブライン２１ａと裏面２０ｂに位置する４０本のスクライブライン２１ｂとが重なって配置される。
この場合、各スクライブライン２１ａ，２１ｂの深さ寸法Ｌ６，Ｌ７のそれぞれは、同じ寸法に設定されている。
また、セラミックス母材２０におけるスクライブライン２１が形成された分割予定位置の厚さ寸法Ｌ８は、スクライブライン２１が形成されていないセラミックス母材２０の厚さ寸法Ｌ１より小さくなっている。
なお、本実施形態では、スクライブライン２１ａ，２１ｂのそれぞれが、両面２０ａ，２０ｂの同じ分割予定位置に形成されているため、スクライブライン２１ａ，２１ｂのそれぞれの深さ寸法Ｌ５，Ｌ６は、上記第１実施形態のスクライブライン２１の深さ寸法Ｌ２よりも小さく設定される。また、分割予定位置の厚さ寸法Ｌ８は、上記第１実施形態の分割予定位置の厚さ寸法Ｌ４と略同じに設定される。
なお、本実施形態では、Ｌ５，Ｌ６は０．１ｍｍ、Ｌ７は０．１ｍｍ、Ｌ８は０．４３５ｍｍに設定される。
このような構成によれば、セラミックス母材２０の表面２０ａに形成されたスクライブライン２１ａと裏面２０ｂに形成されたスクライブライン２１ｂとが同じ分割予定位置に対向して形成されているので、分割し易く、また、表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれの面を上側にしてもセラミックス−金属接合体５０をスクライブライン２１に沿って容易に個片化することができる。
なお、この第３実施形態では、セラミックス母材２０の表裏に同数（４０本）のスクライブライン２１ａ，２１ｂを形成したが、前述の第１実施形態では、セラミックス母材２０の表面２０ａに２１本、裏面２０ｂに１９本と、スクライブライン２１ａ，２１ｂを分けて形成した。すなわち、第１実施形態では、セラミックス母材２０の分割予定位置の一方にのみスクライブライン２１が形成されていることとした。これに対し、第３実施形態では、セラミックス母材２０の両面にスクライブライン２１を形成したので、分割作業を容易にすることができる。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記各実施形態では、スクライブライン２１ａ，２１ｂのそれぞれは、各面２０ａ，２０ｂのそれぞれに複数本形成されることとしたが、これに限らず、例えば、表面２０ａにスクライブライン２１ａが１本形成され、裏面２０ｂにスクライブライン２１ｂが複数本形成されてもよいし、スクライブライン２１ａ，２１ｂが各面２０ａ，２０ｂに１本ずつ形成されてもよい。
すなわち、本発明では、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂのそれぞれにスクライブライン２１ａ，２１ｂが１本以上形成されていればよい。
なお、スクライブライン２１がセラミックス母材２０の両面２０ａ，２０ｂにそれぞれ１本ずつ形成される場合、スクライブライン２１の端部に形成されるろう瘤は大きいものの、スクライブライン２１を設けたところにのみ溶融したろう材を排出させることができる。すなわち、ろう瘤が形成される位置を制御できる。
上記第１及び第２実施形態では、スクライブライン２１ａ，２１ｂがそれぞれ１０ｍｍ間隔で配置され、上記第３実施形態ではスクライブライン２１ａ，２１ｂがそれぞれ５ｍｍ間隔で配置されていることとしたが、これに限らず、これらスクライブライン２１ａ，２１ｂの配置間隔は、セラミックス回路基板１のサイズに合わせて適宜変更できる。また、セラミックス母材２０の大きさもこれに限らず、適宜変更できる。
上記各実施形態では、メッキ処理後に各セラミックス回路基板１を分割することとしたが、これに限らず、分割工程後に各セラミックス回路基板１にメッキ処理を施すこととしてもよい。また、メッキ工程はなくてもよい。
また、上記各実施形態では、スクライブライン２１は、レーザ加工により形成されることとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ダイヤモンドスクライバー等の他の加工方法により実施することもできる。
１ セラミックス回路基板
２ セラミックス基板
３，４ 金属層
２０ セラミックス母材
２０ａ 表面
２０ｂ 裏面
２１，２１ａ，２１ｂ スクライブライン
３０，４０ 金属板
５０ セラミックス−金属接合体

Claims (11)

  1. 複数のセラミックス基板を形成可能な大きさのセラミックス母材に各セラミックス基板を分割するためのスクライブラインを前記セラミックス母材の両面に形成するスクライブライン形成工程と、
    前記セラミックス母材の両面に前記スクライブラインにより区画された複数の領域にまたがる大きさで厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板をＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して前記セラミックス母材の両面に前記金属板を接合し、金属層を形成する接合工程と、
    前記金属層を前記スクライブラインに沿ってエッチングするエッチング工程と、を有することを特徴とするセラミックス−金属接合体の製造方法。
  2. 前記スクライブライン形成工程では、前記セラミックス母材の両面のそれぞれに前記スクライブラインを複数本形成することを特徴とする請求項１に記載のセラミックス−金属接合体の製造方法。
  3. 前記スクライブライン形成工程では、前記セラミックス母材の表面に形成される前記スクライブラインの本数と、前記セラミックス母材の裏面に形成される前記スクライブラインの本数と、を同じとすることを特徴とする請求項２に記載のセラミックス−金属接合体の製造方法。
  4. 前記スクライブライン形成工程において、前記スクライブラインを前記セラミックス母材の両面の同じ分割予定位置に形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミックス−金属接合体の製造方法。
  5. 前記スクライブライン形成工程において、前記セラミックス母材の表面と前記セラミックス母材の裏面とに前記スクライブラインを前記セラミックス母材の面方向にずらして形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミックス−金属接合体の製造方法。
  6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のセラミックス−金属接合体の製造方法にて製造された前記セラミックス−金属接合体を前記エッチング工程後に前記スクライブラインに沿って分割して個片化することにより、前記セラミックス基板の両面に前記金属層が接合されたセラミックス回路基板を製造することを特徴とするセラミックス回路基板の製造方法。
  7. 複数のセラミックス基板を形成可能な大きさを有するとともに、両面に複数のセラミックス基板を分割するためのスクライブラインが形成されたセラミックス母材と、
    前記セラミックス母材の両面に前記スクライブラインにより区画された複数の領域にまたがって接合され、厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層と、を備えることを特徴とするセラミックス−金属接合体。
  8. 前記セラミックス母材の両面のそれぞれには、前記スクライブラインが複数本形成されていることを特徴とする請求項７に記載のセラミックス−金属接合体。
  9. 前記セラミックス母材の表面に形成される前記スクライブラインの本数と、前記セラミックス母材の裏面に形成される前記スクライブラインの本数と、が同じであることを特徴とする請求項８に記載のセラミックス−金属接合体。
  10. 前記スクライブラインは、前記セラミックス母材の両面の同じ分割予定位置に形成されていることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のセラミックス−金属接合体。
  11. 前記セラミックス母材の表面に形成された前記スクライブラインと前記セラミックス母材の裏面に形成された前記スクライブラインとが前記セラミックス母材の面方向にずれていることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のセラミックス−金属接合体。
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