JP7020137B2 - セラミックス－金属接合体の製造方法、製造装置及びセラミックス－金属接合体 - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックス母材の表面に銅又は銅合金からなる金属層が接合されたセラミックス－金属接合体の製造方法、製造装置及び個片化されることにより複数のセラミックス回路基板となるセラミックス－金属接合体に関する。
従来、熱電素子やＬＥＤ素子の配線基板として、セラミックス板の表面に金属層が接合されたセラミックス－金属接合体を個片化しセラミックス回路基板を用いることが提案されている。このセラミックス－金属接合体では、セラミックス板と金属層を構成する金属板との接合は、ろう材を用いて行われている。例えば、セラミックス板及び金属板の積層体を一対の加圧板にて挟持して、加圧板間で積層方向に加圧しながら加熱する。この加熱によって溶融したろう材の余剰分は、積層されたセラミックス基板と金属板との間から押し出されてその端面等に付着し、積層体の面方向及び積層方向に突出するこぶ状に固まって、いわゆるろうこぶを形成する。このようなろう材により接合された積層体は、エッチングのためのマスク形成の際に位置決め冶具に位置決めされるが、ろうこぶが形成されていると、積層体を正確に位置決めすることができない。
このような積層体の端面にろうこぶが形成されることを抑制する技術として、例えば、特許文献１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法が知られている。この製造方法では、積層体を一対の加圧板間で加熱してセラミックス基板の表面に金属板をろう付けする接合工程において、積層体を挟持する一対の加工板の少なくとも１つの表面において、１つの角部を形成する２辺に沿って積層体の表面から離間する所定幅の逃がし面を設けて、積層体の表面と逃がし面との間にろう溜まり空間を形成し、溶融したろうをろう溜まり空間に流れ込ませることにより、積層体の端面にろうこぶが形成されるのを防止している。
また、特許文献２に記載のようにセラミックス基板及び金属板をろう材を用いて接合して、これを個片化する場合、セラミックス基板に予めスクライブラインを設けておき、セラミックス基板に金属板をろう付けした後、エッチングすることにより個片化することが行われる。
ところで、特許文献１に記載のパワーモジュールの製造方法において、スクライブラインが形成されたセラミックス基板の表面にろう材を介して金属板が配置された積層体を、その周縁に逃がし面が形成された一対の加圧板により挟持して加熱すると、積層体の外側に流れ出したろう材は、金属板と加圧板との間に形成されたろう溜まり空間に流れ込み、固化する。
この場合、金属層として銅又は銅合金が用いられ、ろう材としてＣｕ－Ｐ系ろう材が用いられると、ろう材のエッチングレートが、銅又は銅合金からなる金属層のエッチングレートより低いため、ろう材のエッチング速度が遅く、金属層がエッチングされて個々に分離されたとしても、ろう材のみがエッチングされない状態でろう溜まり空間に残り易い。このろう溜まり空間に残ったろう材がスクライブラインの真上に配置された状態であると、セラミックス基板をスクライブラインで分割することが難しくなる。
この場合、金属層として銅又は銅合金が用いられ、ろう材としてＣｕ－Ｐ系ろう材が用いられると、ろう材のエッチングレートが、銅又は銅合金からなる金属層のエッチングレートより低いため、ろう材のエッチング速度が遅く、金属層がエッチングされて個々に分離されたとしても、ろう材のみがエッチングされない状態でろう溜まり空間に残り易い。このろう溜まり空間に残ったろう材がスクライブラインの真上に配置された状態であると、セラミックス基板をスクライブラインで分割することが難しくなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、スクライブラインが形成されたセラミックス母材及び金属層からなる積層体のスクライブラインの真上でろうが固化することを抑制できるセラミックス－金属接合体の製造方法、製造装置及びセラミックス－金属接合体を提供することを目的とする。
本発明のセラミックス－金属接合体の製造方法は、複数のセラミックス基板に分割するためのスクライブラインを有するセラミックス母材の表面に銅又は銅合金からなる金属板がＣｕ－Ｐ系ろう材を介して積層された積層体を一対の加圧板により挟持して加熱することにより、前記セラミックス母材の表面に前記金属板を接合して金属層を形成する接合工程と、前記積層体を前記スクライブラインに沿ってエッチングして前記金属層を前記スクライブラインにより囲まれた領域ごとに分離するエッチング工程と、を有し、前記加圧板の加圧面に、前記積層体の表面から離間する所定幅の逃がし面が前記加圧板の１つの角部を形成する２辺に沿って、かつ前記積層体を挟持したときに前記スクライブラインの真上を１ｍｍ以上２ｍｍ以下の幅で避ける位置に複数設けられており、前記接合工程において、前記積層体の表面と複数の前記逃がし面との間にろう溜まり空間を形成する。
本発明では、逃がし面のそれぞれは、スクライブラインの真上を避けて設けられている、すなわち、スクライブラインが形成されている領域に逃がし面が形成されていないので、スクライブラインの真上にろう溜まり空間が形成されることがない。したがって、接合工程において溶融したろうは、積層体の側面を伝ってスクライブラインの真上を避けたろう溜まり空間にて固化されることから、積層体の側面にろうこぶが形成されることを抑制する他、スクライブラインの真上でろうが固化することを抑制でき、積層体を適切に個片化することができる。
本発明のセラミックス－金属接合体の製造装置は、複数のセラミックス基板を分割するためのスクライブラインが形成されたセラミックス母材の表面に銅又は銅合金からなる金属板がＣｕ－Ｐ系ろう材によりろう付けされてなるセラミックス－金属接合体を製造するための装置であって、前記セラミックス母材の表面に前記Ｃｕ－Ｐ系ろう材を介して前記金属板を積層した積層体を積層方向に挟持する一対の加圧板を有し、前記加圧板の加圧面には、前記積層体を挟持したときに、前記積層体の表面から離間する所定幅の逃がし面が前記加圧板の１つの角部を形成する２辺に沿って、かつ前記スクライブラインの真上を避ける位置に複数設けられており、前記積層体の表面と複数の前記逃がし面との間にろう溜まり空間が形成される。
本発明のセラミックス－金属接合体は、複数のセラミックス基板に分割するためのスクライブラインを有するセラミックス母材と、前記セラミックス母材の表面にＣｕ－Ｐ系ろう材により接合され、銅又は銅合金からなる金属層と、を備え、前記金属層における前記セラミックス母材との接合面と反対側の面には、１つの角部を形成する２辺に沿い、かつ、前記スクライブラインの真上を避けた位置のみに前記Ｃｕ－Ｐ系ろう材が溶融後に固化したろうが付着している。
本発明では、スクライブラインの真上でろうが固化されていないので、スクライブラインに沿ってセラミックス－金属接合体を適切に個片化することができる。
本発明によれば、スクライブラインが形成されたセラミックス母材及び金属層からなる積層体のスクライブラインの真上でろうが固化することを抑制できる。
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
［セラミックス－金属接合体の構成］
図１は、個片化されることによりパワーモジュール用基板１００（図５参照）となるセラミックス－金属接合体１０を示す断面図である。
セラミックス－金属接合体１０は、略矩形のセラミックス母材２０の表面に略矩形の金属板３０がろう付けされてなり、角部（位置決め角部）１１を形成する２辺に沿って、端面１１ａ，１１ｂから表面（セラミックス母材２０との接合面とは反対側の面）にろう染み４３が形成されるとともに、反対側の角部１２の端面１２ａ，１２ｂにはろうこぶ（図示省略）が形成されている。また、これら表面に位置するろう染み４３のそれぞれは、後述するセラミックス母材２０に形成されているスクライブライン２２の真上には、形成されていない。
ここで、ろう染みとは、ろう材４０が溶融した後固化したものであり、厚さが０．１ｍｍ以下であって、凹凸の小さい薄膜状の付着物を呼ぶ。また、ろうこぶとは、部分的に突出する厚さ１ｍｍ以上のこぶ状の付着物を呼ぶ。
［セラミックス－金属接合体の構成］
図１は、個片化されることによりパワーモジュール用基板１００（図５参照）となるセラミックス－金属接合体１０を示す断面図である。
セラミックス－金属接合体１０は、略矩形のセラミックス母材２０の表面に略矩形の金属板３０がろう付けされてなり、角部（位置決め角部）１１を形成する２辺に沿って、端面１１ａ，１１ｂから表面（セラミックス母材２０との接合面とは反対側の面）にろう染み４３が形成されるとともに、反対側の角部１２の端面１２ａ，１２ｂにはろうこぶ（図示省略）が形成されている。また、これら表面に位置するろう染み４３のそれぞれは、後述するセラミックス母材２０に形成されているスクライブライン２２の真上には、形成されていない。
ここで、ろう染みとは、ろう材４０が溶融した後固化したものであり、厚さが０．１ｍｍ以下であって、凹凸の小さい薄膜状の付着物を呼ぶ。また、ろうこぶとは、部分的に突出する厚さ１ｍｍ以上のこぶ状の付着物を呼ぶ。
セラミックス母材２０は、本実施形態ではＡｌＮ（窒化アルミニウム）を母材として形成された略矩形板である。なお、このセラミックス母材２０は、例えばＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、若しくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスから形成されていてもよい。
このセラミックス母材２０の表面には、スクライブライン２２が形成されており、このスクライブライン２２は、例えば、レーザ光を照射することにより、セラミックス母材２０の表面を線状に除去して形成される。このスクライブライン２２は、セラミックス母材２０に形成される溝部であり、セラミックス母材２０の分割の起点となる部位である。このスクライブライン２２は、セラミックス母材２０の表面に、図１の破線及び図３の実線で示すように、端面１１ａに沿う方向に延びる４本のスクライブラインと、端面１１ｂに沿う方向に延びる３本のスクライブラインとからなる。
このセラミックス母材２０の表面には、スクライブライン２２が形成されており、このスクライブライン２２は、例えば、レーザ光を照射することにより、セラミックス母材２０の表面を線状に除去して形成される。このスクライブライン２２は、セラミックス母材２０に形成される溝部であり、セラミックス母材２０の分割の起点となる部位である。このスクライブライン２２は、セラミックス母材２０の表面に、図１の破線及び図３の実線で示すように、端面１１ａに沿う方向に延びる４本のスクライブラインと、端面１１ｂに沿う方向に延びる３本のスクライブラインとからなる。
セラミックス母材２０に接合され、金属層となる金属板３０は、銅又は銅合金により形成され、セラミックス母材２０と略同形状に形成されている。
セラミックス母材２０と金属板３０とを接合するろう材４０（図３参照）は、略矩形箔状であり、本実施形態ではＣｕ－Ｐ系合金により形成されている。なお、このろう材４０は、例えばＣｕ及びＰの他、ＡｇやＳｎを含んでいてもよい。
セラミックス母材２０と金属板３０とを接合するろう材４０（図３参照）は、略矩形箔状であり、本実施形態ではＣｕ－Ｐ系合金により形成されている。なお、このろう材４０は、例えばＣｕ及びＰの他、ＡｇやＳｎを含んでいてもよい。
セラミックス－金属接合体１０は、中心部がパワーモジュール用基板１００を構成する製品部１０Ａ、この製品部１０Ａを囲む外周部がダミー部１０Ｂに設定されている。ダミー部１０Ｂは、最も外側のスクライブライン２２と４つの端面との間に形成され、所定幅の枠状に設定されており、各製造工程におけるハンドリング等に用いられた後、最終的に取り除かれる。すなわち、ダミー部１０Ｂを把持してセラミックス－金属接合体１０をハンドリングしながら、セラミックス－金属接合体１０に所定の回路パターンＰを形成し（図５参照）、個片に分割する等の加工を行うことにより、パワーモジュール用基板１００が形成される。このような加工を行う際に、ろうこぶが形成されていない端面１１ａ，１１ｂを用いて、セラミックス－金属接合体１０の位置決めを行うことができる。このとき、ろう染み４３は極めて薄い平坦な付着物であり、セラミックス－金属接合体１０の位置決めを妨げないので、除去する必要がない。
一方、位置決め角部１１とは対角上の角部１２を形成する２辺に沿う端面１２ａ，１２ｂは位置決めに利用されないことから、たとえこれら端面１２ａ，１２ｂにろうこぶが形成されていても、除去する必要はない。
一方、位置決め角部１１とは対角上の角部１２を形成する２辺に沿う端面１２ａ，１２ｂは位置決めに利用されないことから、たとえこれら端面１２ａ，１２ｂにろうこぶが形成されていても、除去する必要はない。
［製造装置の構成］
図２は、セラミックス－金属接合体１０の接合工程を行う製造装置７０を示す図である。
この製造装置７０は、セラミックス母材２０の両面にろう材４０を介して金属板３０を積層した積層体５０を、積層方向に挟んで加熱しながら加圧する複数の加圧板６０と、この加圧板６０及び積層体５０を保持する４本の断面Ｌ字状の支柱７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄとを有する。加圧板６０は、位置決め角部６１を支柱７１ａに当接させることにより位置決めされている。具体的には、加圧板６０は、位置決め角部６１を形成する２つの端面６１ａ，６１ｂのうち、端面６１ａを略Ｌ字状の支柱７１ａ，７１ｂの内側の面に当接させるとともに、端面６１ｂを略Ｌ字状の支柱７１ａ，７１ｄの内側の面に当接させることにより位置決めされている。
図２は、セラミックス－金属接合体１０の接合工程を行う製造装置７０を示す図である。
この製造装置７０は、セラミックス母材２０の両面にろう材４０を介して金属板３０を積層した積層体５０を、積層方向に挟んで加熱しながら加圧する複数の加圧板６０と、この加圧板６０及び積層体５０を保持する４本の断面Ｌ字状の支柱７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄとを有する。加圧板６０は、位置決め角部６１を支柱７１ａに当接させることにより位置決めされている。具体的には、加圧板６０は、位置決め角部６１を形成する２つの端面６１ａ，６１ｂのうち、端面６１ａを略Ｌ字状の支柱７１ａ，７１ｂの内側の面に当接させるとともに、端面６１ｂを略Ｌ字状の支柱７１ａ，７１ｄの内側の面に当接させることにより位置決めされている。
なお、この製造装置７０においては、複数の加圧板６０と積層体５０とを交互に積層することにより、複数のセラミックス－金属接合体１０が同時に製造される。加圧板６０としては、平面度及び熱伝導性に優れる、例えば、カーボンプレートを用いることができる。カーボンプレートのような多孔質材を加圧板６０として用いる場合には、ろう材４０が溶融することにより生じる溶融ろうが染み込まない材料であることが好ましい。
このような製造装置７０において、各セラミックス母材２０は、位置決め角部２１を形成する２つの端面２１ａ，２１ｂのうち、端面２１ａを支柱７１ａ，７１ｂに当接させるとともに、端面２１ｂを支柱７１ａ，７１ｄに当接させるように、位置決め角部２１を用いて加圧板６０に対して位置決めされる。同様に、各金属板３０は、位置決め角部３１を形成する端面３１ａを支柱７１ａ，７１ｂに当接させるとともに端面３１ｂを支柱７１ａ，７１ｄに当接させるように、位置決め角部３１を用いて位置決めされる。また各ろう材４０も、位置決め角部４１を形成する端面４１ａを支柱７１ａ，７１ｂに当接させるとともに端面４１ｂを支柱７１ａ，７１ｄに当接させるように、位置決め角部４１を用いて位置決めされる。
つまり、各積層体５０において、各端面２１ａ，３１ａ，４１ａが加圧板６０の端面６１ａに重なるとともに、各端面２１ｂ，３１ｂ，４１ｂが加圧板６０の端面６１ｂに重なるように、各部材が積層される。
つまり、各積層体５０において、各端面２１ａ，３１ａ，４１ａが加圧板６０の端面６１ａに重なるとともに、各端面２１ｂ，３１ｂ，４１ｂが加圧板６０の端面６１ｂに重なるように、各部材が積層される。
なお、本実施形態では、各位置決め角部２１，３１，４１，６１の位置決めは、各支柱７１ａ，７１ｂ，７１ｄの上記各端面に当接する面の幅寸法が小さいため、各辺の端面を２箇所ずつ当接させるように３つの支柱７１ａ，７１ｂ，７１ｄを用いて行うこととしたが、例えば、支柱７１ａの上記各端面に当接する面の幅寸法が位置決め角部２１，３１，４１，６１を形成する上記各端面のそれぞれを確実に位置決めできる程度の幅であれば、支柱７１ａのみで位置決めすることも可能である。
また、加圧板６０の面積は、積層体５０（セラミックス母材２０、金属板３０、ろう材４０）の面積よりも大きく設定されている。したがって、積層体５０において、位置決めに用いられていない各端面は、加圧板６０の各端面よりも内側に位置している。
また、加圧板６０の面積は、積層体５０（セラミックス母材２０、金属板３０、ろう材４０）の面積よりも大きく設定されている。したがって、積層体５０において、位置決めに用いられていない各端面は、加圧板６０の各端面よりも内側に位置している。
各加圧板６０の表面には、図３及び図４に示すように、位置決め角部６１を形成する２つの端面６１ａ，６１ｂに沿って、積層体５０から離間する所定幅の逃がし面６３が複数設けられている。具体的には、加圧板６０の端面６１ａ側の表面には、所定間隔Ｌ４を開けて２つの逃がし面６３が形成され、加圧板６０の端面６１ｂ側の表面には、３つの逃がし面６３が相互に所定間隔Ｌ４を開けて形成され、これら逃がし面６３は、セラミックス母材２０に形成されたスクライブライン２２の真上を避けた位置に形成されている。つまり、各逃がし面６３は、スクライブライン２２に重ならないように形成されている。
また、各逃がし面６３は、セラミックス－金属接合体１０のダミー部１０Ｂの幅より若干小さい幅で、例えば、加圧板６０の板厚の５～２０％の深さの凹部を形成する段付加工により設けられる。この積層体５０と加圧板６０とが積層されることにより、この逃がし面６３と積層体５０のダミー部１０Ｂの表面との間に、ろう溜まり空間５２が形成される。
例えば、本実施形態では、金属板３０の厚さは０．６ｍｍ、セラミックス母材２０の厚さは０．６３５ｍｍ、加圧板６０の厚さは１ｍｍに設定され、加圧板６０の逃がし面６３は、幅Ｌ２が２ｍｍ以上４ｍｍ以下、深さＬ３が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、の大きさで設けられる。また、所定間隔Ｌ４は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定される。
また、各逃がし面６３は、セラミックス－金属接合体１０のダミー部１０Ｂの幅より若干小さい幅で、例えば、加圧板６０の板厚の５～２０％の深さの凹部を形成する段付加工により設けられる。この積層体５０と加圧板６０とが積層されることにより、この逃がし面６３と積層体５０のダミー部１０Ｂの表面との間に、ろう溜まり空間５２が形成される。
例えば、本実施形態では、金属板３０の厚さは０．６ｍｍ、セラミックス母材２０の厚さは０．６３５ｍｍ、加圧板６０の厚さは１ｍｍに設定され、加圧板６０の逃がし面６３は、幅Ｌ２が２ｍｍ以上４ｍｍ以下、深さＬ３が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、の大きさで設けられる。また、所定間隔Ｌ４は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定される。
［セラミックス－金属接合体の製造方法］
この製造装置７０を用いて、セラミックス母材２０、金属板３０、及びろう材４０を積層してなる積層体５０を一対の加圧板６０間で加熱することにより、セラミックス母材２０の表面に金属板３０を接合する接合工程を行う。このとき、溶融してセラミックス母材２０と金属板３０とを接合したろう材４０の余剰分は、図４に矢印Ａで示すように、セラミックス母材２０と金属板３０との間から押し出されて、各端面２１ｂ，３１ｂを通じてろう溜まり空間５２へと流れ込む。これにより、ろう溜まり空間５２には、余剰ろうの量に応じて厚さの小さいろう染み４３が形成される。このように、ろう溜まり空間５２が余剰ろうを引き込むことにより、各端面２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂにはろうこぶが形成されることがない。また、セラミックス－金属接合体１０のスクライブライン２２の真上にろう溜まり空間５２が形成されていないので、このスクライブライン２２の真上には、ろう染み４３が形成されることがない。
この製造装置７０を用いて、セラミックス母材２０、金属板３０、及びろう材４０を積層してなる積層体５０を一対の加圧板６０間で加熱することにより、セラミックス母材２０の表面に金属板３０を接合する接合工程を行う。このとき、溶融してセラミックス母材２０と金属板３０とを接合したろう材４０の余剰分は、図４に矢印Ａで示すように、セラミックス母材２０と金属板３０との間から押し出されて、各端面２１ｂ，３１ｂを通じてろう溜まり空間５２へと流れ込む。これにより、ろう溜まり空間５２には、余剰ろうの量に応じて厚さの小さいろう染み４３が形成される。このように、ろう溜まり空間５２が余剰ろうを引き込むことにより、各端面２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂにはろうこぶが形成されることがない。また、セラミックス－金属接合体１０のスクライブライン２２の真上にろう溜まり空間５２が形成されていないので、このスクライブライン２２の真上には、ろう染み４３が形成されることがない。
このように製造されたセラミックス－金属接合体１０に対して、ろうこぶが形成されていない角部１１の各端面１１ａ，１１ｂ（各端面２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ）を用いて位置決めしながら、金属板３０（金属層）の表面にマスクを印刷した後、エッチングするエッチング工程を行う。マスクは、各スクライブライン２２の真上で金属板３０を個々に分離し、また、個々の金属板３０内で必要に応じて回路パターンを形成するように設けられる。そして、エッチング後にセラミックス－金属接合体１０のセラミックス母材２０をスクライブライン２２に沿って分割する。
ここで、セラミックス－金属接合体１０（金属板３０）におけるスクライブライン２２の真上にろう染み４３が形成されていると、ろう染み４３のエッチングレートが、銅又は銅合金からなる金属板３０のエッチングレートより低いため、ろう染み４３のエッチング速度が遅く、金属板３０がエッチングされて個々に分離されたとしても、ろう染み４３のみがエッチングされない状態でスクライブライン２２の真上に残るおそれがある。
これに対し、本実施形態では、ろう染み４３がスクライブライン２２の真上に形成されていないので、スクライブライン２２に沿ってセラミックス－金属接合体１０を確実に個々に分離できる。これにより、図５に示すような所望の回路パターンＰ等が正確な位置に形成されたパワーモジュール用基板１００を製造することができる。
これに対し、本実施形態では、ろう染み４３がスクライブライン２２の真上に形成されていないので、スクライブライン２２に沿ってセラミックス－金属接合体１０を確実に個々に分離できる。これにより、図５に示すような所望の回路パターンＰ等が正確な位置に形成されたパワーモジュール用基板１００を製造することができる。
［パワーモジュールの構成］
図５は、パワーモジュール用基板１００が用いられたパワーモジュール１１０を示す断面図である。
このパワーモジュール用基板１００に対して、冷却器１１３の接合、電子部品１１１のはんだ付け、ワイヤボンディング等が行われることにより、パワーモジュール１１０が形成される。パワーモジュール１１０は、パワーモジュール用基板１００と、このパワーモジュール用基板１００の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品１１１と、パワーモジュール用基板１００の裏面に接合された冷却器１１３とから構成される。この冷却器１１３とパワーモジュール用基板１００との間は、ろう付け、はんだ付け、ボルト等によって接合される。
図５は、パワーモジュール用基板１００が用いられたパワーモジュール１１０を示す断面図である。
このパワーモジュール用基板１００に対して、冷却器１１３の接合、電子部品１１１のはんだ付け、ワイヤボンディング等が行われることにより、パワーモジュール１１０が形成される。パワーモジュール１１０は、パワーモジュール用基板１００と、このパワーモジュール用基板１００の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品１１１と、パワーモジュール用基板１００の裏面に接合された冷却器１１３とから構成される。この冷却器１１３とパワーモジュール用基板１００との間は、ろう付け、はんだ付け、ボルト等によって接合される。
以上説明したように、本発明によれば、パワーモジュール用基板のセラミックス－金属接合体の端面にろうこぶが形成されるのを防止できるため、後工程における位置決めを容易にできる。また、溶融したろうがスクライブラインの真上で固化すること（ろう染みが形成されること）を抑制できるので、スクライブラインに沿って確実にセラミックス－金属接合体を分割できる。
［実施形態の変形］
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、加圧板６０の両面に逃がし面６３が形成されることとしたが、これに限らず、例えば、加圧板６０の片面に加圧面にのみ逃がし面６３が形成されることとしてもよい。この場合、加圧板６０により挟持された積層体５０を１組として、各組を重ねて接合工程がなされることとなる。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、加圧板６０の両面に逃がし面６３が形成されることとしたが、これに限らず、例えば、加圧板６０の片面に加圧面にのみ逃がし面６３が形成されることとしてもよい。この場合、加圧板６０により挟持された積層体５０を１組として、各組を重ねて接合工程がなされることとなる。
ＡｌＮ（窒化アルミニウム）を母材として形成された１６４．９ｍｍ×７６．９ｍｍの略矩形板のセラミックス母材の両面にＣｕ－Ｐ系ろう材を介して銅合金からなる金属板を積層した積層体を、一対の加圧板により挟持して加圧した状態で加熱し、セラミックス－金属接合体を表１に示す条件で各１０個製造した。具体的には、Ｃｕ－Ｐ系ろう材箔の厚さＬ１、カーボン製の加圧板における逃がし面の幅Ｌ２、逃がし面の深さＬ３及び逃がし面間の幅（上記所定間隔Ｌ４）を表１に示す条件に合わせて変更しながら、セラミックス－金属接合体を条件ごとに１０個製造し、スクライブラインの真上にろうが固化しているか否かについての実験を行った。得られた実施例１～８及び比較例１のサンプルについて、表１を参照しながら説明する。
なお、実施例１～８においては、セラミックス母材に、縦方向に延びる４本のスクライブラインと、横方向に延びる２本のスクライブラインを形成した。また、逃がし面は、位置決め角部を形成する２辺に沿って、かつ、スクライブラインの真上を避けて、横方向に３つ、縦方向に１つ形成した。すなわち、実施例１～８においては、逃がし面を分割した。
一方、比較例１においては、セラミックス母材の周囲を囲むように逃がし面を形成した。すなわち、比較例１においては、逃がし面は連続しており、実施例１～８のように分割されていない。
一方、比較例１においては、セラミックス母材の周囲を囲むように逃がし面を形成した。すなわち、比較例１においては、逃がし面は連続しており、実施例１～８のように分割されていない。
（評価）
表１に示す各条件下において製造された１０個のセラミックス－金属接合体を観察し、セラミックス母材に形成されたスクライブラインの真上にろうが固化している箇所が認められる場合を「不良」、ろうが固化されている箇所が認められない場合を「良好」と判断した。この際、１０個全てのセラミックス－金属接合体において「良好」と判断された場合を「〇」と判定し、「不良」と判定された数が５個以下で、かつ固化したろうの厚みが分割に影響がない厚み（例えば、０．１ｍｍ）以下の場合を「△」と判定し、１０個すべてのセラミックス－金属接合体において「不良」と判断された場合を「×」と判定した。
表１に示す各条件下において製造された１０個のセラミックス－金属接合体を観察し、セラミックス母材に形成されたスクライブラインの真上にろうが固化している箇所が認められる場合を「不良」、ろうが固化されている箇所が認められない場合を「良好」と判断した。この際、１０個全てのセラミックス－金属接合体において「良好」と判断された場合を「〇」と判定し、「不良」と判定された数が５個以下で、かつ固化したろうの厚みが分割に影響がない厚み（例えば、０．１ｍｍ）以下の場合を「△」と判定し、１０個すべてのセラミックス－金属接合体において「不良」と判断された場合を「×」と判定した。
加圧板の位置決め角部を形成する２辺に沿って、かつ、スクライブラインの真上を避けて逃がし面が形成された実施例１～８は、いずれも評価が「△」以上であった。特に実施例１～５は、いずれも評価が「〇」以上であり、全てのセラミックス－金属接合体においてスクライブラインの真上にろうが固化している箇所が認められなかった。
ここで、逃がし面の幅Ｌ２及び逃がし面の高さＬ３は、余剰ろう材を溜めるろう溜まり空間の体積に影響し、ともに値が大きい方がスクライブライン上へのろう材の侵入を防止できる。つまり、実施例１，３～５は、これら上記Ｌ２及びＬ３の値が大きく、ろうだまり空間の体積が大きいため、評価が「Ｏ」であった。なお、実施例２は、実施例１，３～５に比べて上記Ｌ２及びＬ３の値が小さいが、ろう材箔の厚さＬ１が他の実施例の半分であることから、評価が「〇」であった。
また、実施例７及び８は、上記Ｌ２又はＬ３が小さく、ろう溜まり空間の体積が小さいため、溶融したろうがスクライブライン上に拡散し、一部のスクライブラインの真上で固化していたので、評価が「△」であった。
なお、逃がし面間の幅Ｌ４が小さいと、溶融したろうがスクライブライン上に拡散し易い。つまり、実施例６は、上記Ｌ２及びＬ３の値が大きいものの、逃がし面間の幅Ｌ４が小さいため、溶融したろうがスクライブライン上に拡散し、一部のスクライブラインの真上で固化していたので、評価が「△」であった。
一方、比較例１は、逃がし面が分割されていない、すなわち、逃がし面がスクライブラインの真上に形成されているため、評価が「×」であり、全てのセラミックス－金属接合体においてスクライブラインの真上にろうが固化している箇所が認められた。
ここで、逃がし面の幅Ｌ２及び逃がし面の高さＬ３は、余剰ろう材を溜めるろう溜まり空間の体積に影響し、ともに値が大きい方がスクライブライン上へのろう材の侵入を防止できる。つまり、実施例１，３～５は、これら上記Ｌ２及びＬ３の値が大きく、ろうだまり空間の体積が大きいため、評価が「Ｏ」であった。なお、実施例２は、実施例１，３～５に比べて上記Ｌ２及びＬ３の値が小さいが、ろう材箔の厚さＬ１が他の実施例の半分であることから、評価が「〇」であった。
また、実施例７及び８は、上記Ｌ２又はＬ３が小さく、ろう溜まり空間の体積が小さいため、溶融したろうがスクライブライン上に拡散し、一部のスクライブラインの真上で固化していたので、評価が「△」であった。
なお、逃がし面間の幅Ｌ４が小さいと、溶融したろうがスクライブライン上に拡散し易い。つまり、実施例６は、上記Ｌ２及びＬ３の値が大きいものの、逃がし面間の幅Ｌ４が小さいため、溶融したろうがスクライブライン上に拡散し、一部のスクライブラインの真上で固化していたので、評価が「△」であった。
一方、比較例１は、逃がし面が分割されていない、すなわち、逃がし面がスクライブラインの真上に形成されているため、評価が「×」であり、全てのセラミックス－金属接合体においてスクライブラインの真上にろうが固化している箇所が認められた。
１０ セラミックス－金属接合体
１０Ａ 製品部
１０Ｂ ダミー部
１１ 角部（位置決め角部）
１１ａ，１１ｂ 端面
２０ セラミックス母材
２１ 位置決め角部
２１ａ，２１ｂ 端面
３０ 金属板
３１ 位置決め角部
３１ａ，３１ｂ 端面
４０ ろう材
４１ 位置決め角部
４１ａ，４１ｂ 端面
４３ ろう染み
５０ 積層体
５２ ろう溜まり空間
６０ 加圧板
６１ 位置決め角部
６１ａ，６１ｂ 端面
６３ 逃がし面
７０ 製造装置
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ 支柱
１００ パワーモジュール用基板
１１０ パワーモジュール
１１１ 電子部品
１１２ はんだ材
１１３ 冷却器
１１３ａ 流路
Ｐ 回路パターン
１０Ａ 製品部
１０Ｂ ダミー部
１１ 角部（位置決め角部）
１１ａ，１１ｂ 端面
２０ セラミックス母材
２１ 位置決め角部
２１ａ，２１ｂ 端面
３０ 金属板
３１ 位置決め角部
３１ａ，３１ｂ 端面
４０ ろう材
４１ 位置決め角部
４１ａ，４１ｂ 端面
４３ ろう染み
５０ 積層体
５２ ろう溜まり空間
６０ 加圧板
６１ 位置決め角部
６１ａ，６１ｂ 端面
６３ 逃がし面
７０ 製造装置
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ 支柱
１００ パワーモジュール用基板
１１０ パワーモジュール
１１１ 電子部品
１１２ はんだ材
１１３ 冷却器
１１３ａ 流路
Ｐ 回路パターン
Claims (3)
- 複数のセラミックス基板に分割するためのスクライブラインを有するセラミックス母材の表面に銅又は銅合金からなる金属板がＣｕ－Ｐ系ろう材を介して積層された積層体を一対の加圧板により挟持して加熱することにより、前記セラミックス母材の表面に前記金属板を接合して金属層を形成する接合工程と、
前記積層体を前記スクライブラインに沿ってエッチングして前記金属層を前記スクライブラインにより囲まれた領域ごとに分離するエッチング工程と、を有し、
前記加圧板の加圧面に、前記積層体の表面から離間する所定幅の逃がし面が前記加圧板の１つの角部を形成する２辺に沿って、かつ前記積層体を挟持したときに前記スクライブラインの真上を１ｍｍ以上２ｍｍ以下の幅で避ける位置に複数設けられており、前記接合工程において、前記積層体の表面と複数の前記逃がし面との間にろう溜まり空間を形成することを特徴とするセラミックス－金属接合体の製造方法。 - 複数のセラミックス基板を分割するためのスクライブラインが形成されたセラミックス母材の表面に銅又は銅合金からなる金属板がＣｕ－Ｐ系ろう材によりろう付けされてなるセラミックス－金属接合体を製造するための装置であって、
前記セラミックス母材の表面に前記Ｃｕ－Ｐ系ろう材を介して前記金属板を積層した積層体を積層方向に挟持する一対の加圧板を有し、
前記加圧板の加圧面には、前記積層体を挟持したときに、前記積層体の表面から離間する所定幅の逃がし面が前記加圧板の１つの角部を形成する２辺に沿って、かつ前記スクライブラインの真上を避ける位置に複数設けられており、前記積層体の表面と複数の前記逃がし面との間にろう溜まり空間が形成されることを特徴とするセラミックス－金属接合体の製造装置。 - 複数のセラミックス基板に分割するためのスクライブラインを有するセラミックス母材と、
前記セラミックス母材の表面にＣｕ－Ｐ系ろう材により接合され、銅又は銅合金からなる金属層と、を備え、
前記金属層における前記セラミックス母材との接合面と反対側の面には、１つの角部を形成する２辺に沿い、かつ、前記スクライブラインの真上を避けた位置のみに前記Ｃｕ－Ｐ系ろう材が溶融後に固化したろうが付着していることを特徴とするセラミックス－金属接合体。
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