JP6999117B2 - アルミニウム回路基板の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)溶融アルミニウムをセラミックス基材に接触させ、冷却して両者の接合体を形成することと、形成されたアルミニウム層を機械研削してその厚みを整えることと、アルミニウム層をエッチングすることを含む溶湯法(例えば、特許文献1参照)
(2)アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔をセラミックス基材にろう付けしてからエッチングする、ろう付け法(例えば、特許文献2参照)
(3)セラミックス基材上にアルミニウム系ろう材を設け、その上にいわゆるコールドスプレー法によってアルミニウム回路層を形成する方法(例えば、特許文献3参照)
ろう付け法は、セラミックス基板材料とアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の積層体に一部始終圧力を加えながら高温で接合することを必要とする。加圧は、黒鉛治具に積層体を収納し、両端面からねじ込むなどの機械的手段によって行われている。このような方法では生産性が十分に高まらないという課題があった。
さらに、溶湯法、ろう付法共に回路形成のためにエッチングの工程が必要とされるため、製造工程が長くなるという課題があった。
本明細書で用いる「粉体」は、粒子径の異なる多数の粒子から構成された、流動性を有する集合体を意味する。「粉体の粒子径分布」の測定には、レーザ回折・散乱法が広く用いられており、測定法やその結果の記述法は、JIS Z 8825「粒子径解析―レーザ回折・散乱法」による。
粉体の粒子径分布において、累積質量百分率10%の粒子径D10は、粉体全量のうち、D10以下の粒子径を有する粒子の割合が10質量%となる粒子径を意味する。同様に、累積質量百分率90%の粒子径D90は、粉体全量のうち、D90以下の粒子径を有する粒子の割合が90質量%となる粒子径を意味する。同様に定義されるD50は特に、中位径(メジアン径)と称されることがある。
図3に示すものと同様の構成を有するウォームスプレー装置を用いて、以下の成膜試験を行った。
窒化アルミニウム基材を、開口を有する鉄製のマスク材でマスキングした。開口内の窒化アルミニウム基材の表面上に、アルミニウム粉体(福田金属箔粉工業社製水アトマイズ粉、純度:99.7%、粒径:45μm以下、融点:933K)をウォームスプレー法によって成膜することで、所定のパターンを有する金属層(56mm×46mm×300μmt)を形成することを試みた。ウォームスプレー法のための不活性ガスとして窒素を用いた。同様に窒化アルミニウム基材の反対側の表面上にも金属層の形成を試みた。ウォームスプレーの条件は、表1に示す粒子温度及び粒子速度となるように設定した。ここでの粒子温度及び粒子速度は、アルミニウム粉体の大部分の、基材に到達した時点での温度である(成膜試験2も同様)。
アルミニウム粉体に代えて、アルミニウム-マグネシウム合金粉体(高純度化学研究所社製ガスアトマイズ粉、マグネシウム含有量:3.0質量%、アルミニウム及びマグネシウム以外の不純物量:0.1質量%以下、粒径:45μm以下、融点:913K)を用いたことの他は成膜試験1と同様にして、表1に示す条件のウォームスプレーによる第一金属層の成膜を試みた。
試験体が得られた試験例(3、4、8、11、15、16、20、23)に関して、試験体をヒートサイクル試験に供した。ヒートサイクル試験では、「180℃で30分と、その後の-45℃で30分」を1サイクルとして、1000サイクルの試験を行った。ヒートサイクル試験後、金属層に剥離等の異常が発生しなかった。
Claims (9)
- アルミニウム粒子及び/又はアルミニウム合金粒子を含む加熱された金属粉体を、セラミックス基材に吹き付けることにより、前記セラミックス基材の表面上に金属層を形成する工程を含み、
前記金属粉体のうち少なくとも一部の温度が、前記セラミックス基材の表面に到達した時点で前記金属粉体の軟化温度以上、前記金属粉体の融点以下であり、前記軟化温度が、絶対温度での融点×0.6の値として定義される温度であり、
前記金属粉体のうち少なくとも一部の速度が、前記セラミックス基材の表面に到達した時点で450m/s以上1000m/s以下である、
アルミニウム回路基板の製造方法。 - 前記金属粉体のうち少なくとも一部の速度が、前記セラミックス基材の表面に到達した時点で750m/s以上900m/s以下である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記金属粉体の粒子径分布において、累積質量百分率10%の粒子径D10が10μm以上で、累積質量百分率90%の粒子径D90が50μm以下である、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記金属粉体の粒子径分布において、累積質量百分率10%の粒子径D10が20μm以上で、累積質量百分率90%の粒子径D90が45μm以下である、請求項1又は2に記載の製造方法。
- アルミニウム粒子及び/又はアルミニウム合金粒子を含む加熱された金属粉体を、セラミックス基材に吹き付けることにより、前記セラミックス基材の表面上に金属層を形成する工程を含み、
前記金属粉体がウォームスプレー法によって加熱及び加速されて前記セラミックス基材に吹き付けられる場合には、前記金属粉体の粒子径分布において、累積質量百分率10%の粒子径D10が10μm以上で、累積質量百分率90%の粒子径D90が50μm以下であり、
前記セラミックス基材に吹き付けられる前記金属粉体のうち、前記セラミックス基材の表面に到達した時点の温度が前記金属粉体の軟化温度未満であるものの割合が10質量%以下で、前記セラミックス基材の表面に到達した時点の温度が前記金属粉体の融点を超えているものの割合が10質量%以下で、残部の前記金属粉体が前記セラミックス基材の表面に到達した時点の温度が前記金属粉体の軟化温度以上、前記金属粉体の融点以下であり、前記軟化温度が、絶対温度での融点×0.6の値として定義される温度であり、
前記金属粉体のうち少なくとも一部の速度が、前記セラミックス基材の表面に到達した時点で450m/s以上1000m/s以下である、
アルミニウム回路基板の製造方法。 - 前記アルミニウム合金粒子が、アルミニウムと、前記アルミニウム合金粒子の質量を基準として7.5質量%以下のマグネシウムと、残部の不可避的不純物とからなる粒子である、請求項1~5のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記金属粉体がアルミニウム合金粒子を含み、
当該製造方法が、前記セラミックス基材の表面上に形成された前記金属層である第一金属層の表面にアルミニウム粒子を含む加熱された第二金属粉体を吹き付けることにより、前記第一金属層の表面上に第二金属層を形成する工程を更に含む、
請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法。 - 前記第一金属層の厚みが150μm以下である、請求項7に記載の製造方法。
- 前記金属層の電気抵抗率が5×10-8Ωm以下である、請求項1~8のいずれか一項の記載の製造方法。
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