JP5725130B2

JP5725130B2 - セラミックス集合基板

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Publication number: JP5725130B2
Application number: JP2013229087A
Authority: JP
Inventors: 手島　博幸; 博幸手島; 渡辺　純一; 渡辺　　純一; 伸一和井; 佐々木　淳; 淳佐々木; 晶仁水野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-05-27
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Description

本発明は、セラミックス焼結基板から回路基板を多数個取りするのに好適なセラミックス集合基板及びその製造方法、さらにそのセラミックス集合基板から分割形成されたセラミックス基板、そのセラミックス基板を用いたセラミックス回路基板に関する。

半導体モジュール、パワーモジュール等に利用される回路基板には、熱伝導性および絶縁性、強度などの点でセラミックス基板が用いられ、このセラミックス基板にＣｕやＡｌなどの金属回路板や金属放熱板が接合されて回路基板とされている。セラミックス基板としては、アルミナや窒化アルミニウム材が広く使われてきたが、最近では、より厳しい環境でも使用できるように、高強度で熱伝導性も改善された窒化ケイ素が使用されるようになってきた。

また、セラミックス回路基板を量産する技術として、前記セラミックス基板が多数切り出せる大きさのセラミックス集合基板の一面或いは両面に、活性金属ろう付け法や直接接合法などによりＣｕ板等の金属板を接合し、エッチング加工等で金属回路板を形成したり、金属放熱板を形成し、次いで所定のセラミックス回路基板の大きさに分割し個々の回路基板を得る方法が知られている。前記個々のセラミックス回路基板への分割は、セラミックス集合基板の表面にレーザ加工等でスクライブ（刻み込み）を形成しておき、このスクライブに曲げ力を作用させることで行われる。

特許文献１には、窒化ケイ素焼結体基板にスクライブを形成し、これを破断して得られる窒化ケイ素基板及びその製造方法が開示されている。この窒化ケイ素基板は、少なくとも一つの側面に例えばレーザで複数のスクライブ孔を形成し、この孔部を結ぶ線に沿って破断して得られるもので、レーザを照射した表面から前記側面の凹凸部をみたとき、凹凸部の最大高さを０．１ｍｍ以下とすることが特徴とされている。これにより、破断がしやすいとともに、破断時及び破断後に基板端部に割れやクラックが生じ難くなるとされている。

また、特許文献２には、セラミックス母材の表面にレーザ光を照射して溝状のスクライブラインを形成し、スクライブラインに沿って分割してセラミックス板を形成する技術が開示されており、レーザ光として波長が２５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の高調波ＹＡＧレーザを用いること、及びこれによりセラミックス板のレーザ光が照射された表層部が厚さが１０μｍ以下のガラス質としたことが特徴とされている。これにより、レーザ加工部表層部の熱影響層の厚さを薄く抑えることができて発生する微小なクラックを低減させることが可能になり、熱サイクル使用時にセラミックス基板に割れが生じるのを抑制することができるとしている。

また、特許文献３には、セラミックス基板の表面にレーザ光を照射して溝状の分離用ラインを形成する際、オーバーラップ配列された多数個の凹部により分離用ラインを形成する技術が開示されている。ここで、分離用ラインは加工径と同程度の加工ピッチで配列された凹部により形成され、この凹部の深さは基板厚さの１／１０〜１／６程度であれば良いことが特徴とされている。これにより、セラミックス基板を分割用ラインで容易に分離することが可能となり、且つレーザスクライビングの加工時間が短縮されるとしている。

特開２００７−８１０２４号（段落０００５〜０００７）特開２００８−４１９４５号（段落０００５）特開２０００−４４３４４号（段落０００８〜００２６）

通常、セラミックス回路基板は、セラミックス焼結基板にスクライブ加工を施してから金属板が接合され、金属板を所望の回路パターンに形成し、この上にメッキが施される。その後分割して形成されるが、分割する前の金属板接合工程等で不用意に破断されることがあり、歩留まり面で問題とされてきた。このため、分割する時には良好に分割できるが、分割を意図しない時には分割されないような分割性を呈するスクライブ技術が望まれてきた。また、所望の分割性によって得られた基板は、その寸法精度と強度が高いことが望まれていた。前記特許文献１、２には、スクライブで分割された側面を有するセラミックス基板の割れやクラックを防止する技術は例示されているが、前記のような分割性を実現するための技術は開示されていない。また、前記特許文献１、２には、ＹＡＧレーザでスクライブ加工を行うことが記載されているが、ＹＡＧレーザはＣＯ_２レーザに比して波長が短く精密加工には適するが、セラミックスへの吸熱性が悪く加工能率面で劣るという問題がある。特に、特許文献２では、通常用いられている１０６４ｎｍ波長のものよりさらに短波長のものを用いるとしており、このレーザで溝状のスクライブラインを形成するのには相当な時間がかかるはずであり、具体的にどのような性状の溝を加工するのか何ら記載されていない。また、特許文献３では、オーバーラップした多数個の凹部によりスクライブラインを形成することにより加工時間が短縮されるとあるが、具体的にどのようなレーザで、どのような性状の溝を加工するのか何ら記載されていない。結局、これらの先行技術文献では断言はできないが、工業生産に適用可能な効率的かつ高速での溝加工を行うことは難しいと思われる。このようなことから、硬度の高いセラミックス焼結基板では、一定間隔をあけた断続孔によるスクライブラインを形成するのが一般的である。

ところで、上述したようにセラミックス集合基板の一面にはＣｕやＡｌ等の金属回路板を、他面には同じくＣｕやＡｌ等の金属放熱板を設け、多数個取りのセラミックス回路基板を構成することが行われる。ここで、金属回路板と金属放熱板はスクライブラインで区画された一基板領域のほぼ全面にろう付け等で接合される。ところが、ＹＡＧレーザやＣＯ_２レーザ照射によるスクライブ加工は、比較的深い断続孔に加工するため、熱影響部が広く、前記基板が窒化ケイ素の場合、表面が酸化されたり前記レーザの熱エネルギーにより生成したＳｉや遊離珪酸（ＳｉＯ_２など）を含む酸化物成分や焼結助剤成分等の溶融・分解飛散物が孔の周囲にまで飛び散って付着することが多い。このような酸化した基板表面ではマイクロクラックを生じさせたり、付着部にはろう材が着き難いので、これが原因で接合信頼性の低下やボイドが生じ接合不良を引き起こすことがあった。一方、ろう材が前記断続孔に入り込むこともあり、この場合深くて粗い孔からろう材を十分に除去することが困難であった。さらに、金属回路板には所定パターンのフォトレジストパターンを形成し、エッチングを行うことにより所定の金属板とろう材を除去した回路パターンを形成し、この回路パターン上にＮｉ−Ｐメッキなどを施すことが一般的に行われる。このとき、被メッキ面を活性化させるために基板をパラジウム触媒液に浸漬し、その後にパラジウムを除去することが行われるが、ろう材に付着したパラジウムは、酸性溶液中での析出が阻害され残留し易い。その結果、ろう材やパラジウムが残渣となって破断面にも残ることになり、絶縁破壊の原因となる。結果、基板表裏間の沿面距離を確保できず絶縁耐圧性が低下するという問題が生じていた。

以上のことから本発明は、分割時には良好に分割できるが非分割時には不用意に分割され難いという分割性を有するとともに良好な品質のセラミックス回路基板が得られるようなスクライブラインが形成されたセラミックス集合基板とその製造方法、及びこれから分割され寸法精度と曲げ強度に優れたセラミックス基板を、また絶縁耐圧性に優れたセラミックス回路基板を提供することを目的としている。

本発明は、窒化ケイ素セラミックス焼結基板の一方の面に回路基板を多数個取りするための分割用の連続溝がレーザ加工により設けられ、他方の面には分割用の溝が形成されないセラミックス集合基板であって、前記窒化ケイ素セラミックス焼結基板は、ＭｇＯ及びＹ _２Ｏ _３を焼結助剤として製造され、柱状粒子形状の窒化ケイ素粒子を具備し、前記連続溝はファイバーレーザの照射で形成され、少なくともその一つの連続溝は、溝の長さ方向にある最大深さ部と最小深さ部との溝深さ差Δｄが１０μｍ≦Δｄ≦５０μｍであり、溝の最大深さをｄｍ、底部の曲率半径をρ、基板の厚さをＢとしたとき、０．１≦ｄｍ／Ｂ≦０．５の範囲で、ρ／Ｂ≦０．３であることを特徴としている。

なお、端部は集合基板の隅部にある非製品領域とすることができる。
また、上述の溝深さは、少なくとも１本の任意の溝について長さ方向に連続的に深さを測定したとき、任意の位置にある最大の深さと最小の深さの数値をとりあげたものであれば良い。

また、本発明の連続溝は、溝の最大深さ部における断面において、溝の深さをｄｍ、基板の厚さをＢとしたとき、溝の最大深さｄｍをＢ／２以下となし、さらに溝幅ｃを０．２ｍｍ以下となし、溝の両脇に形成される熱影響層の幅ｃ１は、前記溝幅ｃの１．５倍以下であることを特徴としている。ここで、上記熱影響層の幅ｃ１は、例えば、後述の実施例で示すように、セラミックス基板を窒化ケイ素とし、その構成成分である助剤量を３ｗｔ％ＭｇＯ−２ｗｔ％Ｙ_２Ｏ_３とした場合には、その表面酸素量が５ｗｔ％以上の範囲とすることができる。したがって、助剤添加量の３．１倍以上の酸素量となる。
また、酸化物セラミックスのアルミナ基板では、その含有酸素量が４７ｗｔ％程度であり、初期の含有酸素量が高いため、レーザ加工後の熱影響部の酸素量の変動量は大きくなく、１．２倍程度の５６．３ｗｔ％以上の範囲とすることができる。
また、前記連続溝の任意断面において、溝幅ｃの中心線と該溝部の最深部とのズレ量ｅがｃ／４以下であることが好ましい。またさらに、前記連続溝の任意断面において、底部の曲率半径をρとしたとき、０．１≦ｄｍ／Ｂ≦０．５の範囲ではρ／Ｂ≦０．３であることが好ましい。そして、前記セラミックスは窒化ケイ素とすることができ、前記連続溝はファイバーレーザの照射で形成することができる。
なお、本発明における連続溝は、セラミックス焼結基板の片面だけでなく両面に形成されてもよいが、この場合の前記溝深さに係わる規定は、両面の溝深さを加算したものに対して適応される。
なお、セラミックス焼結基板の厚さは０．３２ｍｍであることが好ましい。

また、本発明は前記の何れかに記載のセラミックス集合基板を製造するための方法であって、セラミックス焼結基板の表面にファイバーレーザをガルバノミラー或いはポリゴンミラーで走査して分割用の連続溝を形成するか、あるいは前記ミラー走査と基板を固定するテーブルの移動の併用で前記連続溝を形成するか、あるいは前記テーブルの移動のみで前記連続溝を形成する何れかの工程を有することを特徴とするセラミックス集合基板の製造方法である。

本発明は、セラミックス焼結基板の片面または両面に、回路基板を多数個取りするための分割用の連続溝がレーザ加工により設けられたセラミックス集合基板から分割されたセラミックス基板であって、少なくともその一つの側面は前記連続溝に沿って分割されて形成された面であり、該側面の算術平均粗さＲａにおいて、前記連続溝加工部表面の算術平均粗さＲａ２の方が破断部表面の表面粗さ算術平均粗さＲａ１よりも小さいことを特徴としている。ここで、前記Ｒａ１とＲａ２の差が１０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５μｍ以下である。
また、前記連続溝に沿って分割されて形成された側面において、連続溝部の底部を連ねた破断線ラインの凹凸は、最大と最小の差が２０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１５μｍ以下である。この前記セラミックスは窒化ケイ素とすることができ、前記連続溝はファイバーレーザの照射で形成することができる。

また、本発明のセラミックス回路基板は、前記何れかに記載のセラミックス基板と、当該セラミックス基板の一面に設けた金属回路板と、他面に設けた金属放熱板とを具備するセラミックス回路基板であって、前記金属回路板が前記連続溝跡の溝部側に設けられ、前記金属放熱板が前記破断部側に設けられてなることを特徴としている。

本発明のセラミックス集合基板は分割用の連続溝がレーザ加工により設けられていることから、外部から応力を受けると、この溝部分からクラックが進展して容易に破断にいたることがありセラミックス基板は高い破壊靱性値K_1cを有することが好ましい。用いるセラミックスの破壊靱性値と配線形成プロセスの安定性とは密接な関係にある。セラミックス回路基板の配線形成プロセスにおいて、前記、集合基板に高い圧力が負荷される工程があり、すなわち、集合基板の表裏にＣｕ板をろう付けした接合体に対して、Ｃｕ板表面にエッチングレジストを密着させる工程がこれに該当する。エッチングレジストには、フィルムレジストあるいは液状レジストを用い、前者では圧着ラミネーターを用いてフィルムレジストと前記接合体を熱圧着ローラーの間隙を通すことで、接合体のＣｕ板表面にフィルムレジストを密着させる。また、後者は予め所定の配線パターンを形成したスクリーン版を用い、この印刷面に液状レジストを投入し、更にその裏面側に接合体を配置して、印刷スキージを一定の印圧を負荷しスクリーン版表面上を移動させることで、接合体のＣｕ板表面に液状レジストを転写する。両プロセスにおいて、本発明の集合体基板の破壊靱性値が3.5MPa．m^1/2未満では、上記の圧力負荷時に、レーザー加工により形成した溝部を起点にクラックが進展し、次工程のＣｕ配線パターン形成するエッチングの途中で不規則に分割されてしまい、過度の場合には、エッチング装置の搬送ローラーの間隙から薬液タンク内に落下してしまう問題が生じることがある。また、軽度の場合においても集合体形状のままで後工程の化学研磨処理およびめっき処理などができなくなる不具合が生じ、品質安定性ならびに生産性を著しく低下させることがある。また、上記の負荷圧力を低減することで、クラック発生を抑制することは可能であるが、その反面、レジストとＣｕ板間の密着強度が低下し、密着不良部にエッチング液が浸透して所望のパターン形成が困難となることがある。このため本発明の集合体基板に用いるセラミックスの破壊靱性値は、3.5MPa．m^1/2以上であることが望ましく、更に量産性ならびに品質安定性の確保から5.0Pa．m^1/2以上が望ましい。このため本発明のセラミックス集合基板に用いるセラミックスは窒化珪素を主成分とするものが好ましい。

セラミックス基板の破壊靱性値K_1cの評価方法は、#３００、＃６００、＃１０００および＃２０００とＳｉＣ研磨紙を用いて順次進め、0.5μｍのダイヤモンド研磨ペーストとバフ研磨布を用いて鏡面研磨した基板材について、JIS-R1607によるIF法(Indentation Fracture法)により測定した。測定条件はダイヤモンド圧子を用い、荷重2kgf、押し込み時間30secとした。

本発明によれば、分割時には良好に分割できるが非分割時には不用意に分割され難いという良好な分割性を有するセラミックス集合基板を高速、高精度の製造方法により提供することができる。
また、本発明によれば、寸法精度や曲げ強度が高いセラミックス基板と、絶縁耐圧性能の高いセラミックス回路基板を提供することができる。

本発明のセラミックス集合基板の一例を示す平面図。本発明のセラミックス回路基板の概要を示す側面図。本発明によるスクライブ溝の横断面図。本発明のセラミックス集合基板のスクライブ溝の製造方法を説明するための図。本発明のセラミックス集合基板のスクライブ溝の溝深さの測定例を示す図。本発明のセラミックス集合基板のスクライブ溝の溝深さ形態例を示す図。本発明のセラミックス基板のスクライブ溝の分割面の形態例を示す図。評価試験１におけるスクライブ溝の溝深さ測定箇所を示す図。本発明のセラミックス集合基板のスクライブ溝の熱影響層の幅を示す図。本発明に用いるファイバレーザにより加工した基板の破壊確率の一例を示す図。

図１は、本発明のセラミックス集合基板（以降、単に集合基板と略すことがある。）１０の一例を示す概略図である。この集合基板１０は、１３０ｍｍ×１００ｍｍ×０．３２ｍｍの大きさの窒化ケイ素製焼結板（以降、単に焼結板と略すことがある。）１１に格子状のスクライブライン２０が形成されているもので、これから５０ｍｍ×４０ｍｍの大きさのセラミックス基板１が４枚分割できるようになっている。スクライブライン２０は、ＸＹ方向に各３本の連続溝（スクライブ溝）２１（２１ｘ、２１ｙ）で形成され、スクライブ溝２１で４辺が囲まれた中央部の４箇所が本発明のセラミックス基板１とされる。それ以外の外周部分は、該集合基板１０をハンドリング等行う時に用いられる非製品部２であり、セラミックス基板１を分割して取り出す時に同時に分離され排除される。本集合基板１０は、後述するように溝深さ、溝面性状などに特徴を有するスクライブ溝２１が形成されたものであり、本発明の集合基板１０の製造方法はこのスクライブ溝２１の形成方法に特徴を有するものである。なお、集合基板１０の材質として窒化アルミニウム、アルミナ等を用いることもできる。また、集合基板１０のサイズは上記例にとらわれるものではない。セラミックス基板（製品基板）１の大きさにもよるが、前記集合基板１０のサイズ（１３０×１００ｍｍ）の場合には、２〜数十個のセラミックス基板１を取ることが可能である。また、前記集合基板１０は、焼結板サイズでも良いが、製造工程での加工寸法精度の制約によっては、焼結板１１（１３０ｍｍ×１００ｍｍよりも大きいサイズ）から前記集合基板１０（１３０ｍｍ×１００ｍｍ）をレーザ加工で精度良く切り出して、焼結体の４辺をあらかじめ除去しても良い。さらに、このスクライブ溝は、格子状に形成し矩形形状の基板を得ることが一般的ではあるが、これにとらわれるものではない。例えば三角形や多角形状の基板や曲線状のスクライブ溝となし任意形状の基板とすることもできる。

本発明のセラミックス回路基板１２は、従来同様で図２に示すように、前記集合基板１０から分割されたセラミックス基板１の一面に設けた金属回路板３と、他面に設けた金属放熱板４とを具備するものである。前記セラミックス回路基板１２が備えている金属板３、４は、焼結板１１にスクライブ溝２１が形成された後に、基板表面を液体ホーニング処理し、ろう付け等で接合され、回路パターン形成などのためエッチング等の所定の加工がなされるが、金属板３、４を接合或いは加工した後にスクライブ溝２１を形成するようにしてもよい。本発明のセラミックス回路基板１２の構成は、前記金属回路板３がスクライブ溝２１形成側の面（溝部側）に接合され、反対面（破断部側）に金属放熱板４が接合されてなっている。一般的な回路基板では図２に示される回路パターンを形成した金属回路板３上に、半導体素子がはんだ接合等で搭載される。特にパワー半導体素子（ダイオード、ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタなど）からは素子動作中に多量の熱が放出されるため、金属回路板３の厚さが、放熱金属板４の厚さと同等か、それよりも厚い回路基板１２が多用される。この場合セラミックス基板１あるいは集合基板１０は、接合後において放熱金属板４側に凸形状に変形する場合もあるが、このような反り形態の場合、放熱金属板４側にスクライブライン２０を形成すると、この反りにより予期せぬ段階でスクライブライン２０が割断されることがあった。この点で本発明のセラミックス回路基板１２は、このような製造上の割断不良を防止することに効果がある。

本発明の集合基板１０におけるスクライブライン２０はスクライブ溝２１で構成されている。従来、アルミナや窒化アルミ製の焼結基板を効率的にレーザスクライブするためには、吸収特性が良好なＣＯ_２レーザが主として用いられてきた。しかし、小さな集光径が得られないことや焦点深度が長く取れないなどで照射面範囲が大きく、レーザ照射により変質して強度が弱くなった熱影響層の範囲が大きくなったり、熱歪みで生じるマイクロクラックの発生が多くなるなどの問題があり、スクライブラインは孔を多数連ねた断続孔の構成がとられていた。しかし、形状精度の良好な小径のスクライブ孔を形成することができず、分割面の寸法精度や面粗さが悪いという問題も有していた。さらに、本発明で主に対象とする窒化ケイ素の焼結板は、アルミナや窒化アルミの焼結板より高強度・高靭性であることから、分割を確実に行うために断続孔形態ではなく連続溝形態を採用することが望まれていた。

本発明のセラミックス集合基板を製造するには、セラミックス焼結基板の表面にファイバーレーザをガルバノミラー或いはポリゴンミラーで走査して分割用の連続溝を形成するか、あるいは前記ミラー走査と基板を固定するテーブルの移動の併用で前記連続溝を形成するか、あるいは前記テーブルの移動のみで前記連続溝を形成する何れかの工程を有することが好ましいが、ファイバーレーザーは、導波路をレーザー発振器としているレーザーであり。産業用レーザーとして最も普及しているYAGレーザーのレーザー媒質（YAG結晶）を細く長くしてファイバーにした構造となっている。固体レーザーを冷却する能力は、レーザー媒質の表面積（Ｓ）を体積（Ｖ）で除したＳ／Ｖで表すことができ、固体レーザーを冷却する能力は、レーザー媒質のｒ（半径）やＬ（長さ／厚み）を小さくすることで高められる。長手方向に放熱面積を取れるファイバーレーザーは高い出力でもわずかな冷却システムで済み、これまでの高出力レーザーで問題となっていた熱レンズ効果（結晶内部に生じる温度勾配によってビーム品質が低下する問題）がない。また実際、光が伝播するファイバーのコアは数ミクロンと非常に細いので、高出力を得るため大出力で励起しても高次のモードが立たず安定したレーザー発振に必要なシングルモードで伝播する。この数ミクロンと非常に細い導波路内での高レベルの光増幅作用は、完全な飽和増幅となりレーザー媒質内に蓄積されたエネルギーを高効率に引き出すことが可能となり、高出力で高品質な高輝度レーザーを高効率に発振することができる。ファイバーレーザーのビーム特性は、集光性に影響するファイバー径が細く，シングルモードの光伝送が行なわれており，レーザー加工時には炭酸ガスレーザに近いビーム強度特性を有し，かつこれと比較して波長が１桁短いことにより加工ワークへのビーム吸収率を向上させ，さらにプラズマへのビームエネルギー吸収の低減効果で，溶接と切断加工に有効なレーザビームとすることができる。ファイバーレーザーの発信器には、コアと外層部からなるダブルクラッドファイバーが用いられ，そのコアファイバーは、YbあるいはEr等の希土類元素がドーピングされたレーザ媒質となっている。内部クラッド層に導入されたLD(Laser Diode)励起光がこのファイバー内を伝送することでコアファイバーが励起され，さらにこのファイバーの両端に埋め込まれた回折格子によりFBG(Fiber Bragg Grating)の原理で光が反射し往復することで増幅される。コアファイバー径は10μm程度でビームはほぼシングルモードで伝送される。ファイバーレーザーによるレーザー発振について、光ファイバー内に、例えば、Erイオンは励起光として980nmの光を入射することで、1550nmの光を増幅させることができる。励起光源には半導体レーザーを用い、WDM（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重方式）カプラを通じて、1550nmの光を一対のミラー間で共振させ、偏光ビームスプリッター(PBS：Polarization Beam Splitter)にて出力レーザーを得ている。ファイバーレーザーは簡素で安定性に富むレーザー発振を行い、さらに高周波の超短パルスを発生させることができる有効な装置である。

ファイバーレーザーの利点を纏めると次の通りである。
（１）大幅な小型化が可能
従来のバルク型レーザーでは光が通る直線空間が必要であるが、これに対し、ファイバーレーザーはファイバーを巻いて使用することで、光の行路長はそのままに保ちながら、レーザー発振に必要な空間を大幅に小型化できる。
（２）出力安定性
レーザー発振のためには、共振器に定在波が生じ、かつ、ミラーの位置が定在波の節の位置と整合することが必要である。そのため、バルク型レーザーの場合、温度変化、振動による光学部品の位置ズレが問題となる。バルク型レーザーの光学系調整には高度な技術と知識が必要とされる。それに対し、ファイバーレーザーはファイバーカップラーや融着などの接続技術を用いることで位置ズレの問題が解決でき、安定してレーザー発振を得られる。
（３）即時応答性と高周波特性
出力制御のレスポンスが良く，ファイバーレーザでのアイドリング動作は不要で、起動後直ちにレーザが出力させることができる。したがって、変調パルス出力は0〜100％の任意のパルス波形を高周波で動作させることが可能となる。
（４）高出力化
レーザー発振を制御するためのパワーモジュールとの増設により、kW級の出力領域まで拡張することが可能である。
その他、（５）ほぼメンテナンスフリーである，（６）消耗品が少ない，（７）ランニングコストが低い，（８）初期設備負担が少ない，などが挙げられる。

更に加工性については、（１）薄板から厚板まで広い範囲で精密な接合・切断加工ができる，（２）高速度な加工ができる，（３）ワークに対して低歪な加工ができ、接合面での残留応力を低減できる，（４）遠隔操作による加工ができる，などが挙げられる。ファイバーレーザーは、これまでのＹＡＧレーザーおよびＣＯ_２ガスレーザーに対して、上記の特徴を有するため、工業的な利用価値が高まる加工方法として期待できる。

図１０は本発明に用いるファイバレーザによりクライビング加工したセラミックス基板の加工表裏面での破壊確率の一例を示す図である。従来のＣＯ_２レーザ工法に比べて基板の強度低下が少ないことを示している。

また、本発明の集合基板１０は、コストパフォーマンスよく生産されることも目的としており、スクライブ溝２１は効率的に加工されなければならない。そこで、本発明ではファイバーレーザでスクライブ溝２１を加工形成している。ファイバーレーザは、ＣＯ_２レーザやＹＡＧレーザに比べて、きわめて集光性が高く小さなスポットに集光できるとともに、焦点深度が長くとれ、また変換効率も高く、高出力が得られるという特徴を有している。これより、数十ＫＨｚ〜数ＭＨｚという高い繰返速度で大きなエネルギー密度となるように照射することで、断面形状がほぼ一定した実質的な連続溝を高速で高精度に形成することができる。これにより、溝深さを制御できるとともに、狭幅のスクライブ溝２１をレーザ照射面の面粗さが小さくなるように形成することができ、かつスクライブ溝２１周辺のレーザ照射で変質した熱影響層ｃ１の範囲を狭く、かつ熱蓄積によるマイクロクラックの発生も抑制して形成することができる。但し、本発明においてファイバーレーザの使用は、現状では最適な手段であると考えているが、同等の品質と特性が得られるものであればこれに限るものではない。

本発明の集合基板１０は、分割時に良好に分割できるというだけでなく、分割時でない時例えば集合基板１０がコンベヤ等で搬送されている時やハンドリングする時、金属板接合工程、反り量の検査や矯正処理されている時、回路パターン形成の為のレジスト貼付け時などには破断し難いという分割性を備えるものであるが、さらに、分割後のセラミックス基板１において寸法精度や強度、絶縁耐圧性が良好であるという品質に係わる特性も備えていることが特徴である。即ち、本発明に係わるスクライブ溝２１は、分割性の面からは深さの異なる部分が形成され得るようになされており、また、品質特性面からは、溝幅や溝面粗さが小さくなるように形成されている。なお、前記品質の問題はセラミックス基板１を備えたセラミックス回路基板１２に係わるものであるが、現象としてはセラミックス基板１に生じるため、セラミックス基板１の特徴として説明する。以下、スクライブ溝２１の性状及び製造方法を説明するが、望ましい性状については、その詳細は後述する評価試験をもとに規定したものである。

まず、分割性について図３〜図６を用いて説明する。
レーザ加工直後に観察した本スクライブ溝２１は、その全長のほとんどは分割時に良好に分割できるような基準の深さｄｍとされるが、溝の一部分を前記基準深さｄｍよりわずかに浅くなるように形成される。即ち、本スクライブ溝２１は、分割時に所定の曲げ荷重が付与された時には問題なくスクライブ溝２１が分割されるような基準溝深さ部と、それ以外の時には不用意にスクライブ溝２１が分割しないよう抵抗部として作用する浅溝部を有している。浅溝部の形状、寸法等は焼結板１１の強度や厚さ、形成する溝の基準深さや長さなどに合わせて規定するのがよいが、基準溝深さ部と浅溝部の最浅箇所との寸法差、即ち溝の最大深さ部と最小深さ部との深さ差Δｄは、後述する評価試験１より、１０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。なお、前記基準深さｄｍは焼結板１１の厚さや材質に合わせて適宜適切な値を設定すればよいが、深くすると分割し易くなるが不用意に破断する危険性が高くなる。また、必然的に溝幅も広くなってセラミックス基板とした時の寸法精度が低下し易くなり、また加工時間も長くなるので焼結板１１の厚さＢの１／２以下とするのがよい。

また、スクライブを精度の高い連続溝としたことで、片面側のみに設けることで足りる。さらに前記基準深さｄｍを浅くすることが可能で、例えば集合基板の厚さの１／１０程度にすることもできるが、分割が良好に行えるよう、溝底部の曲率半径ρを小さくし、曲げ応力が集中するようにするとよい。具体的には、後述する評価試験２から考察されるように、０．１≦ｄｍ／Ｂ≦０．５の範囲でρ／Ｂ≦０．３とするのが好ましい。なお、曲率半径ρを小さくするにはスクライブ溝幅ｃを狭くするような加工を行うのがよい。スクライブ溝幅ｃを狭くすると、分割時の寸法精度が良好となり、沿面距離も長くなるので絶縁耐圧性も向上し、同時に金属回路板２の面積も大きく取れて電子部品の実装密度を上げることもできる。後述する表２のデータ（試料Ｎｏ．５）からも、溝幅ｃは０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。例えばファイバーレーザであれば、狭幅加工を行う場合レーザ照射範囲は狭くできるので、熱影響層ｃ１の幅も狭くでき、分割面の割れやクラック発生を抑制することができる。このとき溝形状は略Ｖ字状となし開口角度２θ_１を１２０度以下にすることが好ましい。なお、熱影響層ｃ１は本発明では表面の酸化度合い、つまり表面酸素量で規定している。即ち、図９に示すようにスクライブ溝２１の断面を横断する方向（図３の紙面左右方向）に順次表面酸素量を分析し、表面酸素量が５ｗｔ％（助剤（酸化物）が３％ＭｇＯ、２％Ｙ_２Ｏ_３が添加されている場合。助剤を多めに入れたＳｉ_３Ｎ_４の場合は、熱影響でなくても５％以上含有の場合もありうる。バルクの約２倍の表面酸素量）以上となっている範囲を熱影響層ｃ１とした。スクライブ溝２１は、目視および光学顕微鏡観察によれば黒色部として観察される。表面酸素量が２０ｗｔ％付近を超えると、溝の外側でも熱影響部が変色部として光学顕微鏡でも観察でき、溝両側での盛り上がり部３０（盛り上がり部は光学顕微鏡では確認不可）が生じる場合がある。しかし、さらに外側の熱影響層については、光学顕微鏡では必ずしも明確に確認できるわけではない。よって、光学顕微鏡では確認できない熱影響層を捕らえるために、本発明の熱影響層の幅ｃ１は上記した表面酸素量で規定することにした。

基板厚さBは、0.2ｍｍから1.0ｍｍが望ましい。さらには0.25ｍｍから0.65ｍｍが好ましい。基板厚さBが0.2mm未満となると、これを用いた作製した回路基板について表裏間の絶縁破壊電圧（絶縁耐圧）は、7ｋVを維持するものの、ばらつきが大きくなる傾向にある。また、Bが1.0ｍｍとなると、絶縁耐圧のばらつきは小さく絶縁安定性に優れるものの、回路構成する金属板と絶縁を担うセラミックス基板の熱伝導率に差があるため、セラミックス基板の厚さが上昇すると、律則過程となって放熱が妨げれ、しいては回路基板の熱抵抗が上昇する不具合を生じる。また、用いる原料費の上昇、シート成形時の乾燥が困難なため、ドクターブレード成形機の乾燥ゾーンの大型化が必要となり製品コストが上昇する。

次に、図４をもとに、前述した浅溝部を有するスクライブ溝２１の加工を特徴とする集合基板１０の製造方法を説明する。
まず、例えば、主原料に窒化ケイ素を用い、焼結助剤として３ｗｔ％のＭｇＯ及び２ｗｔ％のＹ_２Ｏ_３を用いて、１８５０℃×５ｈで焼成し前述した１３０ｍｍ×１００ｍｍ×０．３２ｍｍｔの大きさの焼結板１１を用意する。前記焼結板１１は作業テーブル上に載置されるが、焼結板１１の上方にファイバーレーザ照射部が設置される。ファイバーレーザは増幅媒体（例えばＹｂ）をドーピングしたファイバーコアをファイバー内に設け、このファイバー内にレーザダイオードによる励起光を伝送させると、両端にある反射鏡により光が反射、増幅されて出力されるレーザである。小型で安定したレーザ発振が得られ、高出力化と短パルス化が可能である。特に、上述したようにビーム径が小さく高いエネルギー密度を持ったレーザ光を出力できる点と、焦点深度が長くとれることから溝深さやパルス幅調節の自由度がある点で都合が良い。ファイバーレーザ照射部は、ＸＹ２軸のガルバノミラー５或いはポリゴンミラーと、ｆθレンズよりなる集光レンズ６を有しており、ファイバーレーザ７は、レーザ発振器から出た後ガルバノミラー５で偏向され、集光レンズ６で焼結板１１表面に焦点が合わせされるように照射される。ｆθレンズとは、レンズ周辺部と中心部で走査速度が一定になるように設定されたレンズである。よって、図１に示すような焼結板１１の横（Ｘ）方向に形成すべきスクライブ溝２１ｘは、Ｘ軸ガルバノミラー５ｘを回転θ₂することで矢印Ａ方向にレーザ光７が一定速度ｆθで走査されて所定性状の連続溝が形成される。該スクライブ溝２１ｘの形成が終了すると、Ｙ軸ガルバノミラー（図示せず）を所定角度回転させて照射位置を縦（Ｙ）方向に所定量移動しＹ方向のスクライブ溝２１ｙを形成する。再度Ｘ軸ガルバノミラー５ｘを回転することで、レーザ光７を前記スクライブ溝２１ｘと平行で矢印Ｂ方向に走査させて新たなスクライブ溝２１ｘを形成する。このような操作を繰り返して、全てのＸ方向スクライブ溝２１ｘ及びＹ方向スクライブ溝２１ｙを形成し、集合基板１０となす。この時、集光レンズ６を、スクライブ溝２１の長さ方向中央部ではレーザ光７が焼結板１１に垂直に照射されるが、両端部では放射状に照射される仕様のものを用い、焼結板１１の中央部上方に焦点距離だけ離して設置すると、スクライブ溝２１は溝長さの中央側の垂直光照射範囲内はほぼ同一深さの溝が形成されるが、両端側の放射光が照射される範囲では焦点がずれるため端部に行くほど浅い溝となる。図５に、このようにして形成されたスクライブ溝２１の溝深さ測定データの一例を示す。図５は連続加工により形成した１３０ｍｍ長のスクライブ溝の任意の１本（２１ｘ）における溝深さ分布を示したものである。図４、図５に示す点Ｃ、点Ｄは上記連続溝の両端点である。

中央部と両端部との溝深さの差Δｄは、焦点距離の異なる集光レンズ６を用いたり、集光レンズ６の設置高さｆを変えることで、前述した１０μｍ以上５０μｍ以下となるように制御することができる。実際の深さ差は、焼結板１１の強度や厚さ、形成する溝２１の基準深さｄｍや長さなどに合わせて設定すればよい。図１で示す集合基板１０では、Ｘ方向断面図で示すように、スクライブ溝２１を、図６（ａ）に示すように、セラミックス基板１の四辺となる部分では基準深さｄｍとなるようにし、非製品部２になる端部余肉部分に浅溝部２１４が形成されるようにするとよい。これにより、分離形成されたセラミックス基板１の側面は、スクライブ溝の均一深さ部から分割されたものであり、面粗さ等面性状がほぼ同等になってセラミックス基板１の品質がばらつくのを抑制することができる。また、万一、溝深さが浅いことに起因して、非製品部分２の分割面にクラックが入ったり、バリが生じたり、さらにはスクライブ溝２１から外れて割れるようなことがあっても、セラミックス基板１に損傷が及ぶ可能性を小さくすることができる。さらに、端部はハンドリング時に外力が及び易いが浅溝部２１４によって比較的強度が保たれるので不用意に分割されるようなことが低減できる。

なお、浅溝部２１４の位置は必ずしもスクライブ溝２１の両端部でなくてもよく、片端部のみとする、溝途中の任意の位置にする、など特に規制されない。例えば、片端部とする場合は、集光レンズ６の溝方向設置位置を変えること等によって行うことができ、集光レンズ６をスクライブ溝２１の一端部側にずらして設置すれば、図６（ｂ）に示すように、該一端部側から中央にかけて基準深さｄｍとなり他端部が浅溝部となる。これは、スクライブ溝長さが短い場合に適用するとよい。なお、溝深さの調整はレーザの出力を変えること等でも可能であり、ガルバノミラー５の走査方式と併用したり或いは単独で適用することで、図６（ｃ）に示すように任意の位置に浅溝部を形成することも可能である。しかし、本発明では溝の一部分を意図的に浅くすることが必須の構成ではなく、結果的に溝の長さ方向にある最大深さ部と最小深さ部との深さ差が１０〜５０μｍの範囲内に収まっていれば良いものである。

なお、上記説明では、焼結板１１を固定しレーザ光７を走査・移動させるとしたが、焼結板１１を一軸又は２軸テーブルに載置して焼結板１１も移動させるようにして、レーザ光７と焼結板１１の複合動作でスクライブ溝２１を形成するようにしてもよい。例えば、Ｙ軸ガルバノミラーによるレーザ光７の縦（Ｙ）方向の移動を、焼結板１１をＹ軸方向に移動させることで置き換えても良い。このようにすると、スクライブ溝形成のための位置合わせ等の調整作業を容易にすることができる。また、レーザ光７をガルバノミラー５で偏向させずに定点に照射するようにし、焼結板１１の方をＸY２軸に移動させてスクライブ溝２１を形成するようにすることもできる。この場合は機械的なテーブルの往復速度で加工時間が規定されるが、大きな慣性を有するテーブルの移動方向の切り替え時には減速動作が不可欠であり、高速加工という点では劣る。ただしレーザ光学系の機構が簡略化できるメリットもある。また、中途での浅溝部の形成は所定位置でレーザの出力を変えるようにして行う必要があり、制御の点で面倒ではある。前記の方法以外に任意の位置に浅溝部２１４を形成する手段として集光レンズ６に焦点距離の小さなレンズ６を使用する方法がある。例えば焼結板１１のスクライブ溝２１（２１ｘと２１ｙ）の交点では２１ｘと２１ｙの加工が重なるため、必然的に溝が深くなる。そこで任意の位置、例えば前記スクライブ溝２１の２１ｘ、２１ｙの交点部に浅溝部２１４が形成されるようにして、極端に溝深さが深くなる箇所が形成されるのを防止することもできる。また、ガルバノミラー等を走査してレーザ光を移動させるのとテーブルの移動の併用でスクライブ溝を形成することもできる。レーザ光を走査・移動してマーキングなど特定位置に溝形成等を行うことも出来る。

次に、セラミックス基板１における品質特性について図２、図７を用いて説明する。
本集合基板１０から分割されたセラミックス基板１は、少なくとも一側面がスクライブ溝２１の分割面であり、通常、この側面は改めて加工されないため、分割面の面性状はセラミックス基板１の寸法精度、曲げ強度、絶縁耐圧など品質に影響する。分割面はスクライブ溝２１のレーザ加工面２１１と分割時の破断面２１２とからなるが、本発明に係わるレーザスクライブは、高出力のパルスを高周期で発振して行うもので、例えば５０KHｚで発振させながら移動速度１００ｍｍ／ｓｅｃでスクライブ加工を行うと、移動方向のずれ量（ピッチ）は２μｍであり、側面及び底面の凹凸が小さな連続した溝が形成される。このようなスクライブ溝２１に曲げ力を作用させると、スクライブ溝２１の底部から破断されていくが、スクライブ溝底面は凹凸が少なく滑らかであるため、レーザ加工部と破断面との境界となる破断線部２１３は上下左右のぶれ量ｆｒが小さくほぼ直線状となる。これによって破断力の偏向性がなくなり、セラミックス基板１の寸法精度の悪化や、面粗さの増加そして強度の低下が抑制される。なお、移動速度は８０〜１２０ｍｍ／ｓｅｃまで変えてスクライブ加工を行ったが結果は変わらなかった。

このように、分割時に破断位置がばらついたり、ぶれることがほとんどないため、本セラミックス基板１は分割面、即ち側面の寸法精度が良好となる。また、セラミックス基板１は、回路基板１２にした後、熱サイクルによる熱衝撃・変形に曝されるため曲げ応力が生じる。よって、セラミックス基板１自身の曲げ強度が高いことが望ましく、このためには分割面の面粗さが小さく、熱影響層（マイクロクラックなど）が少ないことが好ましい。なぜならば、セラミックスのような脆性材では、凹凸差の激しい部分や粗さが粗い部位が曲げ試験時の破壊の起点（初期欠陥）になり、強度を低下ならしめる可能性が極めて高いからである。さて、分割面はレーザによる加工面２１１と、その底部から破断された破断面２１２からなり、どちらの面も面粗さが小さい方が好ましいが、破断面の面性状は材質によってほぼ決まるため（特に窒化ケイ素粒子は柱状粒子形状のため、アルミナや窒化アルミと比べて破断面は粗くなり易い）、レーザ加工面の表面粗さが小さい方が曲げ強度面で有利となる。この点で本セラミックス基板１の分割面は、後述する表３に示すデータで示されるように、レーザ加工部の面粗さが破断面の面粗さよりも小さく、また破断線も滑らかであり、レーザ加工時の熱損傷が少ない。これにより曲げ強度の低下率が抑制される。なお、ここでいう曲げ強度の低下率とは、全側面を機械加工して凹凸や面粗さを極めて小さくしたセラミックス基板の曲げ強度を基準に算出したものである。ちなみに後述する実施例では、ファイバーレーザでスクライブ溝を形成し、前記溝を割断して長さ４０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ０．３２ｍｍｔの試験片を作製した。また強度試験は４点曲げ試験で、スクライブ溝を形成した面側が引張になるように試験した。一方、前記基準となる強度試験片は、スライサー加工で４０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３２ｍｍｔの同一焼結ロットの窒化ケイ素曲げ試験片を別途作製して試験したものである。また、異なる厚さの窒化ケイ素基板の試料に関しても、試験片長さと幅は同一とした。４点曲げ試験は、上部支点間距離１０ｍｍ、下部支点間距離３０ｍｍでクロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件とした。また、レーザ加工部２１１および破断面部２１２の表面粗さの測定では、測定領域が微小であるためレーザ顕微鏡を用いて、非接触で測定した。

また、本発明のセラミックス回路基板１は、両面に回路用及び放熱用の金属板３、４が接合されているが、絶縁耐圧性が良好である。これは、上述したようにスクライブ加工を行った後に金属板を接合する場合、焼結板表面に塗布されるろう材が意図せずスクライブ溝２１にも入り込んでしまうことがあるが、レーザ加工面表面の凹凸が小さいため容易にこれを取除くことができるからである。また、金属板３、４を接合したのち表面にＮｉメッキを施すが、このとき行うパラジウム触媒液への浸漬と除去過程により、結果的にろう材部分にパラジウム残渣が斑点状に付いてしまうことがあり、スクライブ溝２１に入り込んだろう材に付着することもある。しかしながら本発明よれば、前述したように、このろう材は容易に除去されるので、この時一緒にパラジウムも除去され残存しなくなる。また、スクライブ加工時に焼結板中のＳｉが飛び散って基板周囲にＳｉまたはその酸化物等（ＳｉＯ_２部分等）が付着すると、これらの付着部分にはろう材が付き難いためこの部分の金属板３、４は接合不良となるが、ファイバーレーザによる溝加工では、溶融物の飛散が少なく熱影響部の範囲も狭いことから、金属板のスクライブ溝に沿った、ろう付け接合不良範囲は小さい。このようなことから絶縁耐圧の劣化が防止される。勿論前記レーザ加工後にブラストやホーニング処理で集合基板１０の表面を清浄化する方法もあるが、スクライブ分割溝２１の付着物まで十分に除去することは困難である。

（評価試験１）
浅溝部２１４を形成したスクライブ溝２１の分割性を評価した。表１にデータを示す。図１に示したものと同サイズで厚さが０．３２ｍｍの窒化ケイ素製焼結基板(焼結板)を準備し、図１に示したスクライブライン２０のうち、Ｘ方向のライン（１３０ｍｍ）にガルバノミラー５でファイバーレーザ７を走査して集光レンズ６で焦点合わせをし、スクライブ溝２１ｘを３本形成し、その後ホーニング処理工程で、集合基板１０の表裏面にアルミナ等の砥粒を含んだ液体を加圧噴射し、集合基板１０の表裏面の清浄化と平滑化を施し乾燥させた後、集合基板１０を手で分割した。用いた焼結板の曲げ強度は焼結ロット平均で７５０ＭＰａ、破壊靭性値は６．５ＭＰａｍ^１／２であった。ファイバーレーザ７の波長は１．０６μｍで、５０ＫＨｚで発振させながら移動速度１００ｍｍ／ｓｅｃの繰返速度で照射した。集光レンズ６をスクライブライン２０の中央部上方に配置したり、一端部の上方に配置したり、また焦点距離の異なる集光レンズ６を用いたりして、浅溝部が形成されるようにした。いずれのスクライブ溝２１も、溝幅ｃは０．１ｍｍとなるような仕様で加工した。なお、溝深さは、図８に示すようにスクライブ溝２１の分割後に、側面から破断線２１３の基板表面からの深さを観察し、最大溝深さｄｍａｘと最小溝深さｄｍｉｎを実測した。以上の作業を３枚の焼結板に対して実施しスクライブ溝計９本に対して溝深さを測定し、その後各スクライブ溝２１を手で分割した時の感触及び分割面の目視観察をもとに分割性を評価した。表１に示す溝深さは、９本の同一条件で形成した溝の平均値であり、分割性では代表的な状況を示した。また、基板厚さ０．２ｍｍと、０．６３ｍｍの窒化ケイ素製焼結基板についても準備し、同じ条件でスクライブ溝２１ｘを形成し、同様に溝深さを実測し、さらに手で分割した時の感触及び分割面の目視観察をもとに分割性を評価した。また、上記評価とは別に、溝入れ基板を各１枚ずつ作製し、コンクリート床への落下試験で、スクライブ部に割れやクラックが生じていないかを確認した。これはハンドリングのミスにより床にスクライブライン入りの基板を落とした場合でも、スクライブ溝にクラックが生じていなければ、製品として使用できることから、作業性、歩留まりの観点から実施したものである。

実施例１〜４と比較例１、２は基板の目標厚さが０．３２ｍｍの場合であるが、実施例１〜４は手で分割した結果、いずれも問題なく分割できることを確認した。一方、比較例1は、Δｄが５０μｍ以上、比較例２はΔｄが１０μｍ以下であったため、いずれも強く曲げないと分割できない程であった。特に比較例１では、浅溝部での破断面部で凹凸が大きい他に、えぐれが生じていた。また、比較例２では、スクライブ溝に沿って割れない箇所が認められた。以上のことから、最大溝深さが深いほどΔｄを大きく、また最大溝深さが浅いほどΔｄを小さくする方向になるが、Δｄを１０μｍ≦Δｄ≦５０μｍの範囲とすることで適切な分割性能とすることができる。
実施例５、６と実施例７、８は、各々０．２ｍｍ、０．６３ｍｍの基板厚さの場合である。基板の薄い０．２ｍｍ厚さでは比較的軽い力で分割できることを確認したが、Δｄが１０μｍより小さい比較例３では、分割性は問題ないものの、コンクリート床への落下試験の衝撃でスクライブ部分を中心に、クラックが生じ、作業性（ハンドリングのし易さ）と歩留まりの面で問題がある。一方、０．６３ｍｍ厚さの基板では、多少分割するのに抵抗があるが、分割面の性状に問題は認められなかった。しかし、Δｄが５０μｍより大きい比較例４の場合には、浅溝部での破断面部の凹凸がかなり大きく、分割後の寸法精度に悪影響を及ぼすと考えられた。
以上のことから、基板厚さに関係なく、溝の最大深さ部と最小深さ部との深さ差Δｄは、１０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましいことが分かった。即ち、１０μｍより小さいと抵抗部としての作用が弱くなり、５０μｍより大きくなると分割時に良好に分割できない場合が出てくる。

（評価試験２）
スクライブ溝２１の基準深さｄｍ、溝幅ｃ、底部曲率半径ρ等の性状の違いによる分割性を評価した。表２にデータを示す。評価試験１で用いたのと同様な焼結板を準備し、同様のファイバーレーザを用いて図１に示したと同様なスクライブ溝を２１ＸＹ両方向に形成し、Ｘ方向スクライブ溝２１ｘを手で分割した。焼結板をＸＹ２軸テーブルに載置し、ファイバーレーザ光７をガルバノミラー５で走査させずに定点に照射し、焼結板の方をＸ方向スクライブラインに移動させ、浅溝部２１４を有しない基準深さｄｍとなるスクライブ溝２１をＸＹ方向に形成した点、及び焼結板３枚毎にレーザ強度、スポット径、加工速度など照射条件を変えて、基準深さｄｍや溝幅ｃが異なるスクライブ溝２１を形成した事以外は評価試験１と同様である。

表２に示す試料Ｎｏは同じ条件で形成したグループを示しており、焼結板３枚分、即ち９本のＸ方向スクライブ溝２１ｘに対して手で分割し、スクライブラインに沿って割れなかった場合や分割面のクラックやバリの発生状態を目視で観察して分割性として評価した。なお、試料Ｎｏ．１〜５は溝幅ｃを０．２ｍｍ狙いで加工したもの、Ｎｏ．６〜１１は０．１３ｍｍ狙い、Ｎｏ．１２〜１７は０．１ｍｍ狙い、Ｎｏ．１８〜２３は０．０７ｍｍ狙い、Ｎｏ．２４〜２９は０．０５ｍｍ狙いで加工したものである。また、Ｎｏ．３０〜３５は、レーザ光７をスクライブ溝側面方向に傾斜させて照射し、溝最深部の位置を溝幅ｃ中心線に対してずれるようにしたものであり、Ｎｏ．３６〜４１は、溝幅ｃと熱影響層幅ｃ１はほとんど等しくみえるので、スポット径と出力を調整して照射し、熱影響層幅ｃ１を大きくするようにしたものである。熱影響層の幅ｃ１は表面酸素量が５ｗｔ％以上となっている範囲とした。Ｎｏ．４２〜４６は基板厚さ０．２ｍｍの場合を、Ｎｏ．４７〜５０は基板厚さ０．６３ｍｍの場合である。各試料におけるスクライブ溝形態の測定は、スクライブ溝が形成された３枚の焼結板の中から任意に選定した１枚の焼結板のＸ方向スクライブ溝２１ｘで、焼結板中央部のＸＹスクライブ溝の交点から約１０ｍｍ離れた箇所に対してレーザ変位計を用いて２次元の溝断面形態を測定し評価した。また、前記測定断面が不明瞭な場合には、溝断面研磨品の光学顕微鏡観察またはＳＥＭ観察の結果から溝形態を表す各パラメータを求めた。表２においてＮｏ．１のΔｄｍは５２μｍ（０．０５２ｍｍ）とした。その他のΔｄｍは１０〜５０μｍの範囲に調整した。

表２に示されているように、分割不良は、試料Ｎｏ．１、６、１２、１８、２４、３０、４２で生じており、これらは同じ溝幅となるように加工した他の試料に比べて、ρ／Ｂの値が大きく、かつｄｍ／Ｂの値が小さいという特徴が見られる。特にＮｏ．１において不良が多いことから、分割不良を減少させるためには、ｄｍ／Ｂを０．１以上とし、かつρ／Ｂを０．３以下とするのが好ましいと考えられる。
Ｎｏ．３０については、溝最深部の溝幅中心からの位置ずれ量ｅが大きいことが影響していると考えられる。このことから中心からの位置ずれ量ｅはｃ／４以下とするのが好ましいと考える。なお、表２において、ｅ値及びｃ１値については前述したｅ又はｃ１の影響を見るための特別な照射条件で加工したものしか記していないが、他の試料を適宜抜き取り測定した結果では、後述する範囲、即ちｃ１は１．５ｃ以内、ｅはｃ／４以内に問題なく入っていることを確認している。
また、ｄｍ／Ｂ値が０．５を越える試料については、金属板接合工程等のハンドリング時に不用意に割れてしまいそうな感触があった。このことからもｄｍ／Ｂの値は０．５以下とするのが好ましいと考える。試料Ｎｏ．３６〜４１で熱影響層幅ｃ１が１．５ｃ以上のものについては、セラミックス基板としたときの寸法精度や曲げ強度に、また回路基板としたときの絶縁耐圧性に影響を与えていると考えられる。また、試料Ｎｏ．４２〜５０に示すように基板厚さが０．２ｍｍ程度に薄い場合には、ｃの値を小さくし精度よく加工できるが、基板厚さが０．６３ｍｍまで厚くなった場合に分割性を確保しようとすると、本評価試験ではｃは０．１３ｍｍ程度が最少形成幅であり、更に小さくするには焦点距離の小さな集光レンズが必要となるようである。

（評価試験３）
スクライブ溝性状の違いによるセラミックス基板とされた時の品質特性を評価した。表３にデータを示す。評価試験２を行った後のＸ方向に分割された長尺焼結板を用い、Ｙ方向スクライブ溝２１ｙを手で分割してセラミックス基板とし、寸法精度、曲げ強度、分割面表面の算術平均粗さＲａ等を測定した。表３の試料Ｎｏは、表２に示す試料Ｎｏと対応しており、同一または同一条件で加工したセラミックス基板であることを示す。寸法精度については、分割して形成された計１２枚のセラミックス基板（５０×４０ｍｍサイズ、許容寸法公差±０．１ｍｍ）についてノギスで計測した結果から工程能力を算出し評価した。曲げ強度は既述した試験片サイズを別途作製し評価した。
分割面表面の粗さ測定は、評価試験２で溝形態を測定した箇所における分割面の一面に対するものであり、図７に示すようにレーザ加工面は基準溝深さｄｍの中間部近傍を長さ方向（２２０方向）に、破断面は破断面深さの中間部近傍を長さ方向（２２０方向）に、破断線はレーザ加工面と破断面の境界部近傍をそれぞれ測定した。

寸法精度は公差±０．１ｍｍにおける工程能力が１．３以上を良好とし、曲げ強度は低下率が５％以下は許容されるとした。ここで工程能力（Ｃｐｋ）とは、定められた規格限度内で製品を生産できる能力を示すもので、規格の上限値Ｓｕ、規格の下限値Ｓｌ、平均値μ、標準偏差σから下式で表され、一般的には工程能力１．３（正確には１．３３であるが、本実施例では１．３とした）以上が品質保証の指標とされている。
Ｃｐｋ＝ｍｉｎ[（Ｓｕ−μ）／3σ，（μ−Ｓｌ）／3σ]
ただし、ｍｉｎ[ ]は括弧内の最小値を返す関数
寸法精度の工程能力を評価したものについては、各試作Ｎｏの加工条件について、Ｎ数を１２枚として評価した。工程能力Ｃｐｋ：１．３３は同一ロット内での不良率が約６０ｐｐｍであり、量産に耐えうるプロセスであることを示唆している。
また、曲げ強度は既に述べたように４点曲げ強度を示しており、試験片サイズが長さ４０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ０．３２ｍｍｔである以外は、ファインセラミックスの曲げ強さ試験（ＪＩＳＲ１６０１）に準拠して行った。

表３よりＮｏ．１〜Ｎｏ．２９、Ｎｏ．４２〜Ｎｏ．５０の試料において、ｄｍ／Ｂが大きいものが曲げ強度低下率が大きいことがわかる。これは、溝深さｄｍが深いほど基板が受けるレーザの照射熱エネルギーも大きくなり、基板に与える熱損傷が大きくなるためである。Ｎｏ．５、１０、１１、１７、２２、２３、２９、４６、５０によれば、曲げ強度低下率が５％より大きいものはｄｍ／Ｂが０．５より大きくなっている。また、Ｎｏ．５、１０、１１、５０は工程能力も劣り、これらは狙いの溝幅に対して大き目の溝幅ｃになっている場合であることがわかる。これより、スクライブ溝のｄｍ／Ｂは０．５以下、さらには溝幅ｃは０．２ｍｍ以下となし、かつ規格寸法に対し精度良く加工することが肝要であると考える。また、Ｎｏ．３１も工程能力が小さいが、ｅ値が大きいことがわかる。前述したように、Ｎｏ．３０には分割不良が発生しておりｅ値が大きいと説明したが、これからもｅ値は小さい方が好ましく、Ｎｏ．３３、３５の工程能力が許容限界値１．３であることから、この時のｅ値を考慮すると、ｅ値はｃ／４以下であることが好ましいと考えられる。また、Ｎｏ．３６、３７、３８は工程能力が低く、Ｎｏ．３８は曲げ強度低下率も悪い。これらの試料はｃ１がｃの１．６〜１．８倍あり、他のＮｏ．３９〜４１が１．４倍以下であることから、ｃ１はｃの１．５倍以下であることが好ましいと考えられる。またＮｏ．５０のように厚い基板の分割では破断部の厚さが厚くなり、薄い基板と比べて工程能力が小さく、破断面粗さＲａ１が大きくなる傾向にある。ここでは一部の加工条件で加工した実験結果しか示していないが、窒化ケイ素のように破壊靭性の大きく厚い材料で回路基板を作製する場合には、寸法精度を確保するために極力溝幅ｃを小さく加工することが良いと推測される。
以上の条件を選定することにより、基板の寸法精度が公差±０．１ｍｍにおいて工程能力（Ｃｐｋ）が１．３以上、曲げ強度の低下率を５％以下に抑えたセラミックス基板を提供することができる。

また、分割面におけるレーザ加工面の算術表面粗さＲａ２と破断面の算術表面粗さＲａ１を比較すると、基板厚さが０．３２ｍｍの場合、全試料のデータで見ても、Ｒａ２の最大がＮｏ．７の１．２μｍであるのに対し、Ｒａ１の最小がＮｏ．４の２．８μｍであり、明らかにＲａ２の方がＲａ１より小さい。さらに、破断線の凹凸差ｆrも２０μｍ以下でありほとんど平滑といえる。このようにレーザ加工面自体の表面粗さと破断面との差が小さいこと、および破断線の凹凸差も小さいことによってマイクロクラックの起点となる要因が少なくなり、かつ分割性も良好となる。さらに、金属板接合用のろう材が付着しても容易に除去することができるようになるのである。また、同一試料におけるＲａ１とＲａ２の差はＮｏ．５の５．８μｍが最大で、他にＮｏ．１７、２２も５μｍを超えているが、これらの試料は曲げ強度の低下率が大きいことから、分割面におけるＲａ１とＲａ２の差は５μｍ以内であることが望ましいが、下記比較試験の結果から１０μｍ以内を許容範囲とすることができる。また、曲げ強度の低下率と工程能力の点から言うと破断線の凹凸の差は１５μｍ以下が望ましいが、同じく下記比較試験の結果から２０μｍ以下を許容範囲とすることができる。

（比較試験）
なお、比較のために、前述したと同様の焼結基板を用い、ＣＯ_２レーザで断続孔を加工することにより形成し、前述の評価試験１、２と同様にして分割性、品質特性面の評価を行った。表４にデータを示す。スクライブ孔は、分離が容易に行えるように孔深さｄ´は深めにし、孔壁間の隙間がほとんどないように孔ピッチは、孔径ｃ´よりも１０〜３０μｍ程度大きくし、通常より密とした。Ｎｏ．５１〜５３はレーザスクライブ溝２１の場合の溝幅０．１３ｍｍに相当するような孔径ｃ´に、またＮｏ．５４〜５５は溝幅０．０７ｍｍに相当するような孔径ｃ´に加工した。同様に基板厚さ０．２ｍｍ、０．６３ｍｍに対しても孔径ｃ´と孔の深さｄ´を各々変化させて評価試料を作製した。

スクライブ溝のｄ／Ｂに相当するｄ´／Ｂは、０．３２ｍｍ、０．２ｍｍ、０．６３ｍｍ各々の厚みに対して０．３６７〜０．５１２、０．３４２〜０．５５３、０．３２２〜０．５８０と全体的に大きく、ρ／Ｂに相当するρ´／Ｂは０．０５前後と非常に小さくなっている。分割性に関してはＮｏ．５５、６０の各１枚とＮｏ．６５の２枚に分割不良が見られた他は良好であったが、各試料のｄ´／Ｂ値は０．３６７、０．３４２、０．３２２であり、スクライブ溝の場合なら不良は発生しない数値である。これより、スクライブラインを連続溝２１で形成する方が、断続孔で形成するよりも浅い深さの加工でよいことがわかる。たとえ断続孔をオーバーラップさせたとしても、より浅い深さで良いし、ピッチが桁違いに異なるので連続溝とすることはできない。また、分割してセラミックス基板としたものの品質特性は、Ｎｏ．５４、５９における工程能力が１．３以上でかろうじて良好だった以外は、工程能力、曲げ強度の低下率とも前述した設定許容値を満足していなかった。これは、深孔の断続孔形成ラインからの分割面の表面粗さ、具体的にはレーザ加工面の面粗さの大きさによるものと考えられる。これは、分割面のレーザ加工部及び破断面の算術的平均粗さＲａの測定結果において、前述したスクライブ連続溝の場合に比べ、破断面のＲａ１はほとんど同等であるのに対し、レーザ加工面のＲａ２は数倍〜数十倍と非常に大きく、常にＲａ１＜Ｒａ２となっていることからわかる。また、強度低下に関しては、断続孔の分割後に分割部に生じる半円状のノッチ効果により応力集中が高くなり、これも強度低下に影響したと考えることができる。このように、従来行われてきたスクライブ孔によるスクライブラインの形成に換えて、本発明に係わる連続スクライブ溝２１でスクライブラインを形成すると、浅い溝で良好に分割でき、かつ分割面の特にレーザ加工面の面粗さが小さく、品質が高まることがわかる。そして、スクライブラインの加工時間については、本発明による加工時間を１としたとき、Ｎｏ．５１〜５３の場合は最大で１０倍以上、Ｎｏ．５４〜５５の場合でも最短で５倍程度であった。このように本発明のスクライブラインの製造方法によれば加工時間も大幅に短縮でき、製造コスト低減にもつながる。
以上のことより、従来のＹＡＧレーザやＣＯ_２レーザによる断続孔よりも、熱影響部が小さく表面酸化領域や溝周辺の溶融・飛散物も少なく出来る。そして加工時間が少なくとも１／２以下に短縮された連続スクライブ溝の製造方法を提供することができる。

（評価試験４）
評価試験３までのセラミックス基板を用いて銅回路基板１２としたときの品質特性を０．３２ｍｍ厚さの基板について評価した。
とりあえず試料Ｎｏ．９、１４、２１、２８と、比較例として試料Ｎｏ．５２の各条件でレーザ加工したセラミックス基板１を用いた回路基板１２について絶縁耐圧性能を評価した。尚セラミックス回路基板１２は以下のようにして作製した。
まず、レーザ加工時にスクライブラインを形成する際に、後述するが、ろう材のスクリーン印刷時の集合基板１０に形成される印刷パターンがスクライブラインや基板表裏でズレないように、印刷ガイド孔となる位置あわせ用貫通孔（Φ０．２ｍｍ）も各々のレーザを用いて切断加工で形成した。加工後に液体ホーニング処理を集合基板１０の表裏に施し、洗浄した後、セラミックス集合基板１０の表裏に活性金属ろう材パターンを、上記共通孔を基準にして印刷した。次に集合基板の一面に厚さ０．６ｍｍの銅回路板と、他面に厚さ０．５ｍｍの銅放熱板を接合した。接合工程は、活性金属ろう付け法で真空炉中で接合した。接合体は超音波顕微鏡で大きなボイドが無いことを確認した後、金属回路板のパターン３と金属放熱板のパターン４を形成するために、銅板にフィルムレジストを貼り付け、露光・現像してレジストパターンを形成した。この後、塩化鉄溶液を用いて湿式エッチングで前記銅金属パターン３、４を形成した。その後レジスト除去と不要なろう材を除去する工程と、酸洗浄、化学研磨工程を通して、パラジウム触媒付与を実施した。パラジウム付与後、酸性溶液に浸漬してメッキ不要箇所のパラジウムを除去し、Ｎｉ−Ｐ無電解めっきを銅金属パターン３、４表面に施した。そして最後にスクライブ溝２１に沿って分割して、個々のセラミックス回路基板１２とした。また詳細は割愛するが、ろう付接合時のボイド対策として集合基板１０の非製品部２にダミーの金属パターンを形成して、上記回路基板を形成してもよいことを追記する。

また、絶縁耐圧性能は以下のようにして評価した。回路基板を８０℃で１時間乾燥した後、絶縁油（シリコーン油またはフロリナート、２０℃）中で回路基板１２の金属回路板３と金属放熱板４間に交流電圧を０→１０ｋＶまで徐々に昇圧印加し、絶縁破壊した時の電圧値で絶縁性能を評価する試験方法である。したがってこの絶縁破壊電圧が高い方が絶縁性能に優れていることになる。評価した回路基板の数は、Ｎｏ．９、１４、２１、２８、５２の各条件で各々１２個評価した。

本発明によるファイバーレーザでスクライブ分割溝２１を形成した実施例では、セラミックス回路基板の絶縁破壊電圧はいずれもＡＣ８ｋＶ以上あり良好な結果が得られた。また、絶縁破壊形態も全てセラミックス基板１を貫通する破壊であり、沿面破壊は認められなかった。一方、比較例では、８ｋＶ以上の高い絶縁性能を示す回路基板もあったが、絶縁破壊電圧が５ｋＶ程度しかないものが認められた。この絶縁不良基板の絶縁破壊形態は沿面破壊であり、セラミックス回路基板に要求される絶縁性能上、決してあってはならない不良である。
尚、この不良の原因については、基板端面付近に付着したレーザ飛散物や端面のろう材なども含めた残渣物による影響や、既述した回路基板製造工程においてスクライブ断続孔に侵入したパラジウム成分除去が不十分なことによる、セラミックス基板側面へのめっき成分の形成により絶縁性が低下したものと推察している。このことからもレーザ加工面の面粗さが小さい方、また破断面との面粗さの差が小さい方が絶縁性能にとっても優位であると考えられる。
以上のことより、面粗さを制御できるレーザ加工で形成した回路基板は、金属回路板及び金属放熱板のろう材接合界面のボイド発生や基板端面へのろう材付着等を抑えることができ、絶縁耐圧性能が８ｋＶ以上の絶縁耐圧性に優れたセラミックス回路基板を提供することができる。
尚、上記評価試験では、より強度が高く硬い窒化ケイ素による効果を確認するためにセラミックスとして窒化ケイ素焼結体を用いたが、窒化アルミやアルミナ等でも同様に実施できるし、同様の効果が得られると考えている。

電動自動車、ハブリッド自動車、鉄道車両、電力、産業用インバータおよびコンバータなど大電流、高電圧を制御するパワーデバイスの分野で利用でき、パワー半導体モジュール（例えばＩＧＢＴモジュール）用の回路基板などが用途として挙げられる。また、Ｓｉに代わるＳｉＣやＧａＮなどの高温（３００℃以上）動作が可能な新規半導体を用いたパワーデバイスの分野で利用できる。

１セラミックス基板
２非製品部
３金属回路版
４金属放熱板
５ガルバノミラー
６集光レンズ
７ファイバーレーザ光
１０セラミックス集合基板
１１窒化ケイ素製焼結板（焼結板）
１２セラミックス回路基板
２０スクライブライン
２１スクライブ溝
３０溶融付着物による盛り上がり部
２２０面粗さ測定方向
２１１レーザ加工面（連続溝加工部表面）
２１２破断面（破断部表面）
２１３破断線
２１４浅溝部

Claims

窒化ケイ素セラミックス焼結基板の一方の面に回路基板を多数個取りするための分割用の連続溝がレーザ加工により設けられ、他方の面には分割用の溝が形成されないセラミックス集合基板であって、
前記窒化ケイ素セラミックス焼結基板は、ＭｇＯ及びＹ _２Ｏ _３を焼結助剤として製造され、柱状粒子形状の窒化ケイ素粒子を具備し、
前記連続溝はファイバーレーザの照射で形成され、
少なくともその一つの連続溝は、溝の長さ方向にある最大深さ部と最小深さ部との溝深さ差Δｄが１０μｍ≦Δｄ≦５０μｍであり、溝の最大深さをｄｍ、底部の曲率半径をρ、基板の厚さをＢとしたとき、０．１≦ｄｍ／Ｂ≦０．５の範囲で、ρ／Ｂ≦０．３であることを特徴とするセラミックス集合基板。
前記連続溝は、溝の最大深さ部における断面において、溝の最大深さｄｍをＢ／２以下となし、さらに溝幅ｃを０．２ｍｍ以下となし、両脇に形成される熱影響層の幅ｃ１は、前記溝幅ｃの１．５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載セラミックス集合基板。
前記連続溝の任意断面において、溝幅ｃの中心線と該溝部の最深部とのズレ量ｅがｃ／４以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス集合基板。
厚さが０．３２ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のセラミックス集合基板。