JP2763127B2 - セラミックス回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックス回路基板の製造方法に関す
る。

（従来の技術） パワートランスモジュール用基板やスイッチング電源
モジュール用基板などの回路基板として、セラミックス
基板上に銅板などの金属板を接合させたものがよく用い
られている。

このようなセラミックス回路基板を製造するにあたっ
て、セラミックス基板上に銅回路板を接合する方法とし
ては、酸化アルミニウム焼結体や窒化アルミニウム焼結
体からなるセラミックス基板上に銅回路板を接触配置し
て加熱し、直接セラミックス基板と銅回路板を接合させ
るダイレクトボンディングカッパー法（DBC法）が多用
されている。

このDBC法により作製されたセラミックス回路基板
は、セラミックス基板と銅回路板との接合強度が強く、
単純構造なので小型高実装化が可能であり、また作業工
程も短縮できるなどの長所を有している。

また、銅板に回路を形成する方法としては、はじめに
銅板にセラミックス基板に接合し、後から銅板に所望形
状のエッチングを行って回路を形成したり、銅板をセラ
ミックス基板に接合する前にあらかじめ銅板に打抜きな
どによって回路パターンを形成しておき、この銅回路板
をセラミックス基板に接合することによって回路を形成
する方法などがある。

そして、銅回路板を先に作製してからセラミックス基
板に接合する場合、パターンを形成する複数の島状部か
らなる銅回路板の取扱いを容易にするため、各島状部間
にブリッジ部を設けたり、銅回路板の外周に外枠を設
け、この外枠と各島状部とをブリッジ部で接続し、一枚
の銅回路板として一体となるように連結させておき、こ
の銅回路板の島状部をセラミックス基板上に接合した
後、最終的にブリッジ部を切断除去して回路パターンを
形成している。

このような従来のセラミックス回路基板の製造方法の
一例を第５図に示した。

同図において、（ａ）は銅回路板の正面図であり、銅
回路板１には、プレス加工により複数の島状部２と、こ
れら島状部２を連結するブリッジ部３を形成する。この
ブリッジ部３は、接合時にこのフリッジ部３がセラミッ
クス基板に接合されないように上部に湾曲させた構造と
している（第５図−ａ）。

次いで、この銅回路板１をセラミックス基板上に接触
配置し、加熱することにより接合する（同図−ｂ）。

そして、ブリッジ部３を平面カッターにより切断除去
する（同図−ｃ）。

こうしてDBC法を用いたセラミックス回路基板が作製
される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、DBC法を用いて作製するセラミックス回路
基板において、銅板を加熱接合した後に回路形成をエッ
チングによって行った場合、パターン精度が上がる反
面、セラミックス基板の材料によってはエッチング液に
よって腐食されてしまうという問題があった。

また、ブリッジ部を設ける方法では、ブリッジ部を切
断除去する際、ブリッジ部のみを旨く除去することが難
しく、切り屑が残ったり、切断部の切り口が立上がって
バリが生じ、このバリからリークが起こって耐電圧が低
下するという問題があった。

このためバリ取りという後処理が必要となり、このよ
うな作業工程数の増加に伴って、寸法精度の低下やコス
トアップが生じていた。

一方、外枠を設ける方法では、島状部間のブリッジ部
数を減らすことができる反面、完全な外枠の除去が難し
く、外枠を除去する際にこの外枠と島状部とを連結して
いるブリッジ部の一部がセラミックス基板と接合してし
まったり、島状部の端にブリッジ部の切り残りが生じた
りという問題があった。これは、コストダウンの妨げと
もなっていた。

本発明はこのような問題に対処してなされたもので、
外枠の除去が容易でコストダウンを図ることが可能であ
り、寸法精度が高く、回路の形成を再現性良く行うこと
のできるセラミックス回路基板の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のセラミックス回路基板の製造方法は、複数の
島状部とこれら島状部に少なくとも連結したブリッジ部
と、該ブリッジ部を介して前記複数の島状部を保持する
外枠とからなる銅回路板を形成する工程と、この銅回路
板の前記複数の島状部をセラミックス基板上に接触配置
するとともに、前記ブリッジ部を該セラミックス基板面
に対して上方に10゜〜90゜の範囲の角度で傾斜させた
後、あるいは該ブリッジ部と該セラミックス基板との接
触部分にこれらブリッジ部とセラミックス基板との接合
を防止する物質を介在させた後、該島状部と該セラミッ
クス基板とを加熱接合する工程と、前記銅回路板の島状
部とブリッジ部との連結部を切断して該ブリッジ部と前
記外枠とを共に除去する工程とを有することを特徴とし
ている。

本発明に使用するセラミックス基板としては、アルミ
ナ、酸化ケイ素などの酸化物系のセラミックス焼結体
や、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などの非酸化物系の
セラミックス焼結体からなるセラミックス基板が挙げら
れる。なお、非酸化物系のセラミックス基板を使用する
場合には、あらかじめ銅回路板との接合面を酸化処理し
てから使用することが好ましい。

本発明において、銅回路板を形成するための銅板とし
ては、タフピッチ銅のような酸素を100〜3000ppm程度の
割合で含有する銅を圧延したものが好ましい。

このような銅板に島状部、ブリッジ部および外枠を形
成して銅回路板を作製するには、エッチングで所望のパ
ターン形状に銅板を溶解除去したり、打抜きによって回
路パターンを形成する方法などが用いられる。

また、上記銅回路板のブリッジ部は、接合するセラミ
ックス基板に対して、上方に10゜〜90゜の範囲の角度で
傾斜していることが好ましい。

このように傾斜をつけてブリッジ部をセラミックス基
板から浮かせることによって、銅回路板とセラミックス
基板とを加熱接合する際に、銅板すなわち導電性物質が
セラミックス基板上に残留するのを防ぎ、さらに後の工
程における外枠の除去を容易にしている。

ブリッジ部の傾斜角度が10゜未満ではセラミックス回
路基板の製造中にブリッジ部の自重でブリッジが潰れ、
傾斜形状が保たれないため好ましくない。また、ブリッ
ジ部の傾斜角度が90゜を超えると島状部との連結部から
折れ易くなる。

また、ブリッジ部に傾斜を持たせない場合、ブリッジ
部とセラミックス基板との接触部分に、これらブリッジ
部とセラミックス基板との接合を防止する物質を介在さ
せることが好ましい。

このような接合防止物質としては、アクリル、フェノ
ールなどの有機物質やBN、Si₃N₄、SiCなどの非酸化物系
セラミックスなどが挙げられる。

ブリッジ部とセラミックス基板との接触部分に介在さ
せる物質として特に好ましいのは非酸化物系セラミック
スである。この非酸化物系セラミックスは、セラミック
ス基板と銅回路板を加熱接合する際に銅回路板中の酸素
を奪って酸化するため、セラミックス基板と銅回路板と
の接合に寄与する銅と酸化銅の共晶が生成せず、ブリッ
ジ部のセラミックス基板への接合防止において効果的で
ある。

さらに、ブリッジ部に、上述したような傾斜形状を持
たせ、かつ、このブリッジ部の下面に相当するセラミッ
クス基板上に上記接合防止物質を配置するという二つの
手段を併用することも可能であり、これによって、余分
な銅片すなわち導電性物質のセラミックス基板表面への
付着接合をより完全に防止することができる。

さらに、ブリッジ部は、島状部から外枠に向かって幅
広となるテーパ形状であることが好ましい。このような
テーパ形状とすることによって、ブリッジ部の切断が容
易になる。

そして、上記ブリッジ部の島状部側の連結部におい
て、ブリッジ部の両側に切込みを入れると、切断性がさ
らに向上するばかりでなく、島状部の外側でブリッジ部
が切れ残ることがなく、セラミックス基板上に残って接
合される島状部の形状精度を向上させることができる。

本発明のセラミックス回路基板は、これまで述べてき
た銅回路板の島状部をセラミックス基板上に接触配置し
て加熱接合した後、上記ブリッジ部を島状部との連結部
において切断し、ブリッジ部とともに上記外枠を除去
し、回路を形成する島状部のみをセラミックス基板上に
残すことにより作製することができる。

加熱温度は、銅と酸化銅の共晶温度（1065℃）以上、
銅の融点（1083℃）以下の範囲であり、酸素を含有する
銅回路板を使用する場合には不活性ガス雰囲気中で加熱
を行うことが好ましく、酸素を含有しない銅回路板を使
用する場合には、80〜3900ppm程度の酸素を含有する雰
囲気中で加熱を行うことが好ましい。

こうして、島状部を囲んで外枠が設けられている銅回
路板の島状部をセラミックス基板に接合させた後、上記
ブリッジ部を切断して外枠を除去する。

このブリッジ部の切断は、セラミックス基板に対して
垂直方向に力を加えることにより、手で容易に切断除去
することができる。

なお、島状部間を連結しているブリッジ部は、外枠除
去とは別に、その時の条件に応じて適した方法により切
断除去する。

こうしてセラミックス基板上には、所望の回路形状と
なる島状部のみが接合した状態となり、セラミックス回
路基板が完成する。

（作 用） 本発明のセラミックス回路基板の製造方法によれば、
島状部と外枠とを連結させるブリッジ部をセラミックス
基板面に対して上方に10゜〜90゜の範囲の角度で傾斜さ
せた後、あるいはブリッジ部とセラミックス基板との接
触部分にこれらブリッジ部とセラミックス基板との接合
を防止する物質を介在させた後、島状部とセラミックス
基板とを加熱接合している。

したがって、銅回路板をセラミックス基板上に加熱接
合した後、セラミックス基板に対して垂直方向に力を加
えることによってブリッジ部が切断され、ブリッジ部の
切断と同時に外枠を容易に除去することができる。

これらのことから、回路パターンを形成する島状部の
形状精度を向上させることができ、コストダウンを図る
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を用いて説明す
る。

実施例 第１図はこの実施例に用いる銅回路板の正面図であ
り、銅回路板１には所定の島状部２と、この島状部２に
連結し銅板の外周方向に伸びるブリッジ部３と、このブ
リッジ部３を介して島状部２と連結しこれを保持する外
枠４が形成されている。

また、第２図は上記銅回路板１におけるブリッジ部３
を拡大した図であり、ブリッジ部３は島状部２から外枠
４に向かって幅広となるテーパ形状となっている。

さらに、ブリッジ部３と島状部２との連結する部分
は、ブリッジ部の両側で島状部２側に小さな切込み５を
入れている。

第３図は、上述した銅回路板１の側面図であり、ブリ
ッジ部３は水平方向に対して上方に傾斜している。この
傾斜角度６は10゜〜90゜の範囲が好ましい。

このような銅回路板を用いたこの実施例のセラミック
ス回路基板の製造方法を第４図に示す。

始めに、第１図から第３図にかけて説明したようにブ
リッジ部３および外枠４を有する銅回路板１を作製し、
この銅回路板１の島状部をたとえばアルミナを主成分と
するセラミックス基板７上に接触配置する。このとき、
ブリッジ部３はセラミックス基板７に対して30度の傾斜
を有し、かつ、外枠４はセラミックス基板７よりも外周
に位置している。

あるいは、ブリッジ部３に傾斜を持たせない場合は、
ブリッジ部３がセラミックス基板７と接触する部分に非
酸化物系セラミックスとしてSiCのペーストを塗布す
る。

次いで、窒素ガス雰囲気中、1070℃で加熱することに
より銅回路板１とセラミックス基板７とを接合させる
（第４図−ａ）。

その後、銅回路板１のブリッジ部３に、手でセラミッ
クス基板７に対して垂直方向の力を加え、ブリッジ部３
の島状部との連結部で切断する。

これによって、ブリッジ部３は外枠４と共にセラミッ
クス基板７から除去され、島状部のみがセラミックス基
板７上に接合された状態で残り回路パターンを形成する
（同図−ｂ）。

こうして作製されたセラミックス回路基板は、回路形
成の作業が容易であるばかりでなく、回路パターンの形
状精度が高く、再現性においても優れていた。

また、非酸化物系セラミックスを介在させることによ
ってブリッジ部のセラミックス基板への付着を防止する
ことができ、信頼性の高いセラミックス回路基板を得る
ことができた。

比較例 第５図は、先に述べた従来のセラミックス回路基板の
製造方法を示す図である。

始めに、プレス加工によって銅回路板１を作製した。
この銅回路板１は、所定の回路を形成する複数の島状部
２と、これら島状部２の間を連結するブリッジ部３とか
らなっている。また、このブリッジ部３は上部に湾曲し
た形状を取っている（第５図−ａ） 次に、銅回路板１をセラミックス基板上に接触配置
し、実施例と同一条件で加熱接合させた（同図−ｂ）。

最終的に、銅回路板１の面から突出しているブリッジ
部３を平面カッターで切除し、連結されていた島状部２
同士を分離してセラミックス回路基板を得た（第５図−
ｃ）。

こうして作製されたセラミックス回路基板は、ブリッ
ジ部３を平面カッターで切除する際、切断した切り口が
不揃いで、バリが生じ、このバリを取り除く後処理が必
要であった。

また、切り屑がセラミックス基板に付着して接合さ
れ、回路パターンの精度にも低下がみられた。

以上の結果から明らかなように、この実施例で述べた
セラミックス回路基板の製造方法は、余分な作業工程を
必要とせず、回路形成の作業が容易であった。

また、ブリッジ部を、銅回路板を接合するセラミック
ス基板に対して上方に傾斜を持たせ、島状部から外枠に
向かって幅広となるテーパ形状とすることによって、ブ
リッジ部の切断が容易になり、島状部の形状精度が向上
した。

さらに、ブリッジ部とセラミックス基板との接触部分
に、非酸化物系セラミックスを介在させることによっ
て、余分な銅片がセラミックス基板に付着するのを防ぐ
ことができた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のセラミックス回路基板
の製造方法によれば、セラミックス基板上に直接接合す
る銅回路板に、回路となる部分を囲んだ形状に外枠を設
け、回路部分と外枠とをブリッジ部を形成することによ
り連結して保持し、最終的にこのブリッジ部を切断して
ブリッジ部と外枠とを同時に除去している。

この切断は極めて容易で、しかも余分な銅粉末などを
残すことがなく、回路パターンの再現性や寸法精度の向
上を図ることができる。

したがって、得られるセラミックス回路基板の信頼性
の向上や製造工程におけるコストダウンに大きく貢献す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる銅回路板の正面図、第２図は第
１図に示した銅回路板におけるブリッジ部を拡大した
図、第３図は第１図に示した銅回路板の側面図、第４図
は本発明の一実施例のセラミックス回路基板の製造工程
を示す図、第５図は従来のセラミックス回路基板の製造
工程を示す図である。 １……銅回路板 ２……島状部 ３……ブリッジ部 ４……外枠 ５……切込み ６……傾斜角度 ７……セラミックス基板

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の島状部とこれら島状部に少なくとも
   連結したブリッジ部と、該ブリッジ部を介して前記複数
   の島状部を保持する外枠とからなる銅回路板を形成する
   工程と、 この銅回路板の前記複数の島状部をセラミックス基板上
   に接触配置するとともに、前記ブリッジ部を該セラミッ
   クス基板面に対して上方に10゜〜90゜の範囲の角度で傾
   斜させた後、あるいは該ブリッジ部と該セラミックス基
   板との接触部分にこれらブリッジ部とセラミックス基板
   との接合を防止する物質を介在させた後、該島状部と該
   セラミックス基板とを加熱接合する工程と、 前記銅回路板の島状部とブリッジ部との連結部を切断し
   て該ブリッジ部と前記外枠とを共に除去する工程と を有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。