JP3708143B2 - セラミックス配線基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、金属板とセラミックス基板とをろう材層を介して接合したセラミックス配線基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
セラミックス基板は、高電気絶縁性、高熱伝導性、低熱膨脹性等の特徴を有することから、電子部品特に高出力、高電力型の半導体素子の搭載用基板として実用化されている。セラミックス基板を電子部品の搭載用基板として利用する場合には、電気回路の形成等を目的として、金属と接合することが不可欠である。配線基板を製造する際のセラミックス基板と金属配線板との接合方法としては、所用形状の銅配線板とセラミックス基板とを直接接合させるいわゆるダイレクト・ボンド・カッパー(DBC)法や、活性金属を用いる接合方法等が知られている。
【0003】
DBC法は、所用形状の銅回路をセラミックス基板上に直接接合できることから、製造工程の短縮を図れる等の利点を有するものの、接合面全体の接合品質を安定に保つことが難しく、未接合部分が残りやすいために、微細な配線パターンを形成することは困難であった。そこで、セラミックス基板上に板状の銅板等を活性金属法により均一に接合し、銅板にエッチング処理を施して、微細な配線パターンを形成することが行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したセラミックス基板に活性金属を塗布後接合する方法には、以下の問題や要求があった。
【0005】
1.パターンの外周に未接合部分が発生しやすい。
【0006】
金属板を側面から見ると外周が少し浮き上がって見えるものが多いが、これはパターンの外周の接合が完全でないことによるもので未接合による不良である。この未接合はパターンの内部にはなく外周においてのみ特定されることから接合化学反応そのもののばらつきによるものではなく、金属板とセラミックスの収縮率の違いによる歪みの発生といった物理的なことに起因する現象であるとと思われる。
【0007】
2.耐熱衝撃性の向上
金属板とセラミックスを接合した配線基板において、最も要求が厳しいのは耐熱衝撃性を代表とする信頼性の向上である。活性金属法は接合強度の高い接合体を生じるが、接合界面に脆い反応生成物をつくるので耐熱衝撃性が直接接合基板と比べ低くなる可能性がある。実際には、ろう材層を熱応力緩衝層として設計する等の方法で直接接合基板と同等以上の特性を有するものが得られているが、さらに高い信頼性が求められている。
【0008】
したがって本発明の目的は、金属板とセラミックス基板との接合の不具合による不良品の発生を低減してセラミックス基板上に微細なパターンの金属配線板を正確に、かつ安価に形成でき、さらには耐熱衝撃性が優れ、従来よりも高い信頼性がを持つセラミックス配線基板の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記目的を達成すべく研究の結果、セラミックス基板上に接合用ペーストで塗布された配線パターン形状のペースト層の外側外周部に該パターンを取り囲むように接合用ペーストを塗布して金属板と接合すれば、前述の未接合部の発生を防止できること、あるいは前記接合用ペーストのパターン内に一部未接合部を設け、すなわち、たとえば配線パターン形状ペースト層の内側にその外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペーストを塗布しない部分を設けて接合後、熱処理、金属板のエッチング等を経て金属配線を形成すれば、得られる配線基板はヒートサイクル性が格別に向上することを見いだし本発明に到達した。
【0010】
したがって本発明は第1に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に残った前記配線パターンでないろう材部を除去することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法を提供するものであり、第2に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を離れて取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に離れて残った前記配線パターンでないろう材部を除去することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法を提供するものであり、第3に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記塗布された配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成した後金属板とセラミックス基板とを積層配置することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法を提供するものであり、第4に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成し、かつ塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に残った前記配線パターンでないろう材部を除去することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法を提供するものであり、第5に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成し、かつ塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を離れて取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に離れて残った前記配線パターンでないろう材部を除去することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法を提供するものである。
【0011】
【作用】
活性金属ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板に塗布するに際し、所望の配線パターン形状の接合用ペースト層の外側外周部に、該パターン形状を取り囲むようにさらに接合用ペーストを塗布しておくことにより、パターン外周部の未接合欠陥が激減する。
【0012】
また、活性金属ろう材を含む接合用ペーストを所望の配線パターン形状に塗布した層そのものの中に一部未接合部を設けることにより、すなわち、たとえばその内側にその外周に沿って該ペーストを塗布しない溝状の非接触部を設けることにより耐熱衝撃性が格段に向上する。
【0013】
【実施例1】
図1(a)〜(e)は本実施例に用いられたセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図である。これらを参照して以下説明する。
【0014】
(1)まず、図1(a)に示すように、寸法縦25×横50×厚さ0.635mmのセラミックス基板1の表面に、活性金属ろう材を含む接合用ペーストを用いて所望の配線パターン形状の接合用ペースト2を、またパターンの外側に配線パターンでない外周部の接合用ペースト3を所望のパターンを囲むように、この場合直線状にスクリーン印刷法を用いて塗布する。なお基板1の裏面にも別の配線パターン形状の接合用ペースト2を塗布しておく。
【0015】
ここで接合用ペーストとして、Ag−Cuの共晶組成を持つものに、活性金属成分たるTiを適量配合したものが用いられる。上記ろう材への活性金属の添加量は例えば2.5%である。また、セラミックス基板としては酸化アルミニウム(Al2 O3 )基板を用いた。
【0016】
(2)次に、同図(b)に示すように、接合用ペースト2および3を塗布した面と2枚の金属板4を合わせて接合配置する。金属板としては縦25×横50×厚さ0.3mmの銅板を用いた。
【0017】
(3)この後、用いた活性金属含有ろう材に応じた条件(雰囲気、温度、時間等)により熱処理を施し、金属板4とセラミックス基板1とを接合する。接合は10-4Torrの真空中、850℃の温度で20分程度加熱処理することにより行われる。
【0018】
(4)次いで、セラミックス基板1と金属板4との接合体に位置合わせを行い、金属板4上に、同図(c)に示すように、配線パターンに応じたレジスト5を形成する。このレジストを形成した状態で、金属板4に応じたエッチング液例えばFeCl3 液でシャワリングし、金属板4の不要部分を溶解除去して、同図(d)に見られるように、所望の配線パターン6を有する金属配線板を形成する。
【0019】
(5)次いで、所望の配線パターン形状の外側に残ったろう材部は必要に応じて特殊なエッチング液を用いて溶解除去し、同図(e)に見られるように、所望の配線パターン6を有するセラミックス配線基板を得る。
【0020】
【実施例2】
図2(a)〜(h)は本実施例に用いられたセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図(a〜d)および各斜視図それぞれに対応する断面図(e〜h)である。これらを参照して以下説明する。
【0021】
(1)まず、図2(a)、(e)に示すように、寸法縦25×横50×厚さ0.635mmのセラミックス基板1の表面に、活性金属ろう材を含む接合用ペーストを所望の配線パターン形状に印刷するに際し、該パターン形状を外周とし、それより0.5mm内側に幅0.5mmのろう材を印刷しないパターン非接触部7を設けるようにした。なお基板1の裏面にも別の配線パターン形状の接合用ペーストを塗布した。
【0022】
ここで接合用ペーストとしては、Ag−Cuの共晶組成を持つものに活性金属成分たるTiを適量配合した活性金属ろう材を樹脂結合剤および分散媒によってペースト化したものが用いられる。
【0023】
上記ろう材への活性金属の添加量は2.5%であった。また、セラミックス基板としては酸化アルミニウム(Al2 O3 )基板を用いた。
【0024】
(2)次に、接合用ペーストを塗布した面と2枚の金属板4を合わせて同図(b)、(f)に示すように、接合配置する。金属板4には縦25×横50×厚さ0.3mmの銅板を用いた。
【0025】
(3)この後、用いた活性金属含有ろう材に応じた条件(雰囲気、温度、時間等)により熱処理を施し、金属板4とセラミックス基板1とを接合する。接合は例えば10-4Torrの真空中、850℃で20分加熱処理することにより行われる。
【0026】
(4)次いで、セラミックス基板1と金属板4との接合体に位置合わせを行い、同図(c)、(g)のように、2枚の金属板4の上下にそれぞれの配線パターンに応じたレジスト5を形成する。このレジストを形成した状態で、金属板4に応じたエッチング液例えばFeCl3 液でシャワリングし、金属板4の不要部分を溶解除去して、同図(d)、(h)に示すように、所望の配線パターン6を有する金属配線板を形成し、所望のセラミックス配線基板を得る。
【0027】
【実施例3】
寸法が縦25×横50×厚さ0.635mmの窒化アルミニウム(AlN)基板に、所望の配線パターン形状の接合用ペーストおよび該パターン形状を取り囲むように幅2mmで厚みは該パターン形状と同じくしたAg−Cu系の接合用ペーストを塗布した。
【0028】
金属板としては縦25×横50×厚さ0.3mmの銅板を用いた。このAlN基板と銅板とを積層配置した後、10-4Torrの真空中、850℃で20分間加熱処理し、銅板とAlN基板とを接合した。
【0029】
この接合体に精密に位置合わせを行って、銅板上にレジストを配線パターンに応じて印刷した後、FeCl3 液でエッチングした。このエッチング処理により銅板の不要部分を溶解除去して、さらに残った外周部の接合用ペーストについてもエッチング除去し、所望とする配線パターンを有する銅配線板を形成し、目的とする配線基板を得た。
【0030】
【実施例4】
実施例3の場合と同じ寸法のAlN基板に、所望の配線パターン形状の接合用ペーストを塗布するに際し、該パターン形状の外側から0.5mm内側に幅0.5mmのろう材を印刷しないパターン非接合部を設けてAg−Cu系接合用ペーストを塗布した。金属板として、縦25×横50×厚さ0.3mmの銅板を用いた。
【0031】
以下、銅板とAlN基板の接合、熱処理、レジストの形成およびエッチング等は実施例2に述べられている要領にしたがって処理し、所望の配線パターンを有する銅配線板を形成し、目的とする配線基板を得た。
【0032】
【実施例5】
図3は本実施例においてセラミックス基板の表面に施される接合用ペーストの塗布状況を示す斜視図である。
【0033】
実施例3の場合と同じ寸法のAlN基板1の表面に、活性金属を含む接合用ペーストを所望の配線パターン形状に印刷するに際し、該配線パターン形状の接合用ペースト2の外周から0.5mm内側に幅0.5mmのろう材を印刷しないパターン非接合部7を設け、さらに該パターン形状の外側外周部にも上記所望パターンを取り囲むように、幅2mmで厚みは所望パターンと同じくしたAg−Cu系の外周部接合用ペースト3をスクリーン印刷法で塗布した。
【0034】
以下、銅板(寸法縦25×横50×厚さ0.3mm)とAlN基板との接合、熱処理、レジストの形成、エッチング等一連の処理工程は実施例1に述べられている要領にしたがって処理し、所望の配線パターンを有する銅配線板を形成し、目的とする配線基板を得た。
【0035】
【比較例1】
実施例1の場合と同じ銅板、Al2 O3 基板および接合用ペーストを用いた。ただし、接合用ペーストは所望の配線パターン形状のみAl2 O3 基板上に塗布し、積層配置した。熱処理以降は実施例1と同様に行った。
【0036】
【比較例2】
実施例3の場合と同じ銅板、AlN基板および接合用ペーストを用いた。ただし、接合用ペーストは所望の配線パターン形状のみAlN基板上に塗布し、積層配置した。熱処理以降は実施例3と同様に行った。
【0037】
以上の実施例1〜5および比較例1〜2において得られた各配線基板について、配線パターン外側部の未接合発生の有無、ならびにヒートサイクル特性を調べ、結果を評価として表1に示した。
【0038】
【表1】
【0039】
表1の評価によれば、接合用ペーストにより配線パターン形状の外側外周部に接合部を設けることにより、外周部に従来発生していた接合不完全による不良品の発生がなくなり、一方所望配線パターン形状の内側に接合用ペーストを塗布しないパターン非接合部を設けておくことによってヒートサイクル特性が格段に向上することを示している。特に、実施例5の場合のように、パターンの外側外周部にもパターンを取り囲むように接合部を設け、かつパターン内側に非接合部を設けておくと、パターンの外側外周部の未接合を防止するとともに、向上したヒートサイクル性を兼ね備えた配線基板が得られることになる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のセラミックス配線基板の製造方法によれば、接合の不具合による不良品の発生を低減できるので、セラミックス基板上に微細なパターンの金属配線板を正確に、かつ安価に形成することが可能となる。
【0041】
また、所望の配線パターン形状の内側に接合用ペーストを塗布しない非接合部を設けることにより、配線基板としての耐熱衝撃性の指標となるヒートサイクル特性が格段に向上したセラミックス配線基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に用いられたセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図である。
【図2】本発明の他の実施例に用いられたセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図とこれに対応する断面図である。
【図3】本発明のさらに別の実施例において、セラミックス基板の表面に施される接合用ペーストの塗布状況を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 セラミックス基板
2 配線パターン形状の接合用ペースト
3 外周部の接合用ペースト
4 金属板
5 レジスト
6 配線パターン
7 パターン非接合部
Claims (5)
- 活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に残った前記配線パターンでないろう材部を除去することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法。
- 活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を離れて取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に離れて残った前記配線パターンでないろう材部を除去することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法。
- 活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記塗布された配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成した後金属板とセラミックス基板とを積層配置することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法。
- 活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成し、かつ塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に残った前記配線パターンでないろう材部を除去することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法。
- 活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成し、かつ塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を離れて取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に離れて残った前記配線パターンでないろう材部を除去することを特徴とするセラミックス配線基板の製造方法。
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