JP5047615B2 - セラミック金属基板の製造方法 - Google Patents
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Description
・銅箔を酸化して、均一な酸化銅層を形成する
・銅箔をセラミック層の上に配置する
・その複合物を、約1025から1083℃の間の処理温度、例えば約1071℃に加熱する
・室温に冷却する
さらに周知のものとして、特に金属‐セラミック基板の製造のためのものとして、いわゆる活性半田付け法(特許文献3、特許文献4)がある。この方法においては、接合が、例えば銅箔などの金属箔と例えば酸化アルミニウム・セラミックなどのセラミック基板の間に約800〜1000℃の温度で半田を用いて形成される。半田は銅、銀や金などの主成分に加えて活性金属を含んでいる。この活性金属はHf、Ti、Zr、Nb、Crからなるグループの中の少なくとも1つの要素からなるもので、化学反応により半田とセラミックの間の接合を形成する。これに対して、半田と金属の間の接合は金属硬質半田付けである。
セラミック層2は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)あるいは窒化アルミニウム(AlN)でできている。その他のセラミック、例えば、Si3N4、SiC、BeO、TiO2、ZrO2、さらにZrO2を例えば5〜30重量パーセント含むAl2O3、あるいはムライト(3Al2O3×2酸化ケイ素)などでもよい。
本発明の特徴は、セラミック層2に分離または分割線6、7を形成する方法にある。熱処理とも呼ばれるこの特徴的な処理段階は、図2〜4に示してあるが、その本質は、セラミック層2が徐々に場所を移して加熱され、その後で部分的に直線状に瞬間冷却されることにある。このようにして、加熱とそれに続く冷却のときに生じる機械的張力により、セラミック層内部においてセラミック層2の表面側と裏面側の間に、処理線つまり分離または分割線全体に沿って、図4に8で示すように調整された弱体部分あるいは裂け目が形成される。
この実施形態においては、レーザビーム9は、レーザ装置10のレンズを通して、その焦点9.1の断面が楕円形となるように、マルチプル基板及びセラミック層2の表面側に当てられ、その長い方の断面軸が処理方向Aすなわち形成される分離または分割線6、7の方向に向けられる。これにより、焦点9.1およびそれによって形成される一時的作業領域は、処理方向Aに交差する方向には狭く、その処理方向に沿って広くなり、その結果、レーザビーム9とマルチプル基板1が相対的に移動する間に、十分な時間をかけてセラミック層2の十分な加熱が行われることになる。レーザビーム9とマルチプル基板1の間の処理方向に沿った相対的移動は、例えば固定具11をそのように移動させることにより実現できる。
レーザビーム9あるいは一時的処理領域から処理方向Aに距離x離れたところを追うように移動しながら、クーラント流12が冷却のためにセラミック層2に当てられ、この瞬間冷却により裂け目8が形成される。クーラントとしては例えば冷気あるいは冷却ガスが適しており、これは上方に配置した噴出装置13からセラミック層2めがけて噴射される。また、(例えばCO2などの)ガスや混合ガスもクーラントとして適しており、これらは加圧されて噴出装置13に供給され、装置内において膨張することにより冷たくなる。また、水などの様々な液体や、例えばエアロゾル状の液体ガス及び/あるいはエア‐ガスの混合物等もクーラントとして適している。
この実施形態においては、セラミック層2の厚さは0.1から3mmの間である。金属領域3及び4の厚さは、例えばこれらの金属領域が形成される方法などに依るが、0.002から0.6mmの間である。銅箔などの金属箔を用いてDCB法あるいは活性金属法により金属領域3、4が形成される場合は、それらの厚さは例えば0.1〜0.6mmの間である。
セラミック層2に分離または分割線6、7が形成された後にマルチプル基板1に施される処理としては、様々な可能性がある。例えば、まだこのようなことがなされていない場合には、金属領域3においてストリップ導体や接触面等を通常の方法を用いて形成するなど、さらにこのマルチプル基板1の構造に手を加えるということがあり得る。及び/またはメタライゼーション3、4において、さらにその表面上に例えばニッケル皮膜などの金属層を加える、及びマルチプル基板1上、すなわちその上に構成された金属領域3上に電気部品を実装するということも考えられる。その後、マルチプル基板1は分離または分割線6、7に沿って機械的に切り離されて、すでに部品が装備されている個々の基板5に、すなわち、それらによって構成される回路に分割される。
図5は、マルチプル基板を個々の基板5に分割して切り離す場合の可能な実現方法を示している。マルチプル基板1は、その一方の面、例えば裏面側で、該当する分離または分割線6、7の位置で力Pで支持され、その分離または分割線6、7の両側の離れた位置においてマルチプル基板1の表面に1/2 Pの力が加えられる。その結果、セラミック層にかかる曲げ負荷によって各分離または分割線6、7に沿ったきれいな切り離しが実現される。
上記の場合は、熱処理、つまりセラミック層2の加熱とそれに続く冷却により分離/分割線6、7を裂け目8として形成し、その後、マルチプル基板1の個々の基板5への分割が実施される。プロセスパラメータを、特に熱処理におけるパラメータを適切に調節することにより、セラミック層2を、後から機械的に分割するのではなく、また各分離線の領域においてセラミック材を焼成したり蒸発させたりすることもなく、熱的に分離あるいは分割することが可能である。
2 セラミック層
3,4 金属領域
5 個別の基板
6,7 分離/分割線
8 裂け目
9 レーザビーム
9.1 ビームの焦点
10 レーザ装置
11 マルチプル基板の固定具
12 クーラント流
13 クーラント噴出装置
14,15 クランプ
16 固定具
17 固定具
18 粘着ホイル
A 処理/送り機構
P 力
x 焦点9.1の中心と、クーラント流12によって形成される冷却領域の中心の間の距離
Claims (18)
- 直接銅接合法によりセラミック層の両面に複数の金属領域(3、4)を形成するメタライゼーションを設け、前記金属領域を設けた後で、熱処理段階において前記セラミック層の前記金属領域によって覆われていない領域を加熱して前記金属領域(3、4)の間に分離または分割線(6、7)を形成する金属‐セラミック基板(1)製造方法であって、前記セラミック層の厚さを0.1〜3mm、前記金属領域の厚さを0.02〜0.6mm、前記セラミック層の両面の各面において前記複数の金属領域間の平面方向の距離を0.1〜3mmとし、前記熱処理段階において、セラミック材を蒸発させたり焼成したりすることなく、前記セラミック層の加熱を前記セラミック層に関して移動する処理領域において実行し、その加熱処理の後に前記セラミックの瞬間冷却を進めることにより、溝のない前記分離または分割線(6、7)を交差させて生成するため前記セラミック層(2)の材料に調整された裂け目(8)あるいは弱体部分を前記セラミック層の両面の各面において前記金属領域から0.05〜1.5mmの平面方向の距離を設けて形成する金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記少なくとも1つの金属領域(3、4)は厚膜法あるいは厚膜技術を用いて形成される請求項1記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記少なくとも1つの金属領域(3、4)はMo‐Mn法及びW法及びLTCC法のうち少なくとも1つを用いて形成される請求項1または2に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記熱処理段階における前記セラミック層(2)の加熱はエネルギービームすなわちレーザビームによって実現される請求項1記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記レーザビームは楕円形の焦点を形成するように用いられ、その長い方の断面軸が処理方向(A)に向けられる請求項4記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 後に前記セラミック層(2)の調節された機械的分割が可能となるように、前記熱処理段階において前記セラミック層(2)に分割線(6、7)が形成される請求項1〜5のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記熱処理段階における前記セラミック層(2)の加熱はエネルギービームすなわちマイクロ波エネルギーにより実現される請求項1、2、3、6のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記セラミック層の加熱は高温ガスビーム、火炎、あるいはプラズマにより実現される請求項1〜6のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記セラミック層の加熱はマイクロ波エネルギーにより実現される請求項1〜8のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記セラミック層(2)の冷却は、加熱から前もって定義された空間的または時間的距離(x)離れて進むように実行される請求項1〜9のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記セラミック層(2)の処理はクーラントを用いて実行される請求項1〜10のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記クーラントは少なくとも1つのクーラント流(12)の形で前記セラミック層(2
)に当てられる請求項1〜11のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。 - 前記クーラントは、水などの液状媒質、ガスまたは蒸発媒質、あるいは、エアロゾルなど、これらの媒質の混合物である請求項1〜12のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記金属−セラミック基板(1)は前記熱処理段階の間は、吸引により、固定具(11)に保持される請求項1〜13のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記金属‐セラミック基板は、個別基板(5)に分離するため粘着ホイル(18)上に配置される請求項1〜14のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記セラミック層(2)はマルチプル基板(1)の部分であり、それぞれ1つの個別基板(5)に割り当てられる複数の金属領域(3、4)を前記セラミック層(2)の少なくとも1つの面側に備えており、前記分離/分割線(6、7)は前記熱処理段階において前記個別基板(5)の間に形成される請求項1〜15のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- ムライト群、Al2O3、AlN、Si3N4、SiC、BeO、TiO2、ZrO2、ZrO2を含むAl2O3でできたセラミックを用いることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
- 前記金属領域(3、4)は、少なくとも部分的には銅層あるいは箔などの金属層あるいは箔から、活性金属法を用いて、製造される請求項1〜17のいずれか一項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
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