JP7047493B2 - Ceramic substrate manufacturing method and circuit board manufacturing method - Google Patents
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本発明は、セラミックス板にブレークラインを形成して、そのブラークラインで分割することによりパワーモジュール用基板等に用いられるセラミックス基板を製造する方法及びそのセラミックス基板を用いたパワーモジュール用基板等の回路基板の製造方法に関する。 The present invention is a method of manufacturing a ceramic substrate used for a power module substrate or the like by forming a break line on a ceramic plate and dividing by the black line, and a circuit of a power module substrate or the like using the ceramic substrate. Regarding the method of manufacturing a substrate.
パワーモジュール基板は、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ等のセラミックス基板の一方の面にアルミニウムや銅等の金属板からなる回路層が積層され、他方の面にも熱伝導性に優れたアルミニウム等の金属板からなる放熱層が積層されて形成される。
このパワーモジュール用基板を製造する場合、複数個のパワーモジュール用基板を形成可能な大きさのセラミックス板に予めブレークラインを縦横に形成しておき、そのブレークラインにより区画された領域内に回路層及び放熱層を積層状態に接合し、その後、回路層にめっき処理がなされた後に、ブレークラインからセラミックス板を分割することにより、個片化することが行われる。
In the power module substrate, a circuit layer made of a metal plate such as aluminum or copper is laminated on one surface of a ceramic substrate such as aluminum nitride, silicon nitride, or alumina, and aluminum or the like having excellent thermal conductivity is also laminated on the other surface. It is formed by laminating heat dissipation layers made of metal plates.
When manufacturing this power module board, break lines are formed vertically and horizontally on a ceramic plate having a size capable of forming a plurality of power module boards, and a circuit layer is formed in a region partitioned by the break lines. And the heat radiating layer is joined in a laminated state, and then the circuit layer is plated, and then the ceramic plate is separated from the break line to be individualized.
このブレークラインは一般にレーザ光を照射することによって加工されるが、レーザ光の熱によってブレークラインの表面に変性層が形成される。この変性層は、セラミックス板を構成している金属成分、例えば窒化アルミニウム板の場合であると窒素が抜けてアルミニウムが析出したものとなる。このため、その後の無電解めっき処理によって、ブレークラインにもめっき(例えばニッケルめっき)が施されてしまい、絶縁基板としての性能を損なうおそれがあるため、めっき処理の前に、その変性層を除去する必要がある。
従来、このようなレーザ加工により生じた変性層を除去する方法として、例えば特許文献1に示されるように、レーザ加工後にエッチング処理を施すことが行われている。
This breakline is generally processed by irradiating it with a laser beam, but the heat of the laser beam forms a modified layer on the surface of the breakline. In the case of a metal component constituting the ceramic plate, for example, an aluminum nitride plate, the modified layer is obtained by removing nitrogen and precipitating aluminum. For this reason, the break line is also plated (for example, nickel plating) by the subsequent electroless plating treatment, which may impair the performance as an insulating substrate. Therefore, the modified layer is removed before the plating treatment. There is a need to.
Conventionally, as a method for removing a modified layer generated by such laser processing, for example, as shown in Patent Document 1, an etching process is performed after the laser processing.
しかしながら、エッチング処理する方法では、ブレークライン以外の部分もエッチング液に浸され、エッチングされてしまう。特に、回路層を形成した後にエッチング処理すると、回路層の表面が溶解され、寸法不良や形状不良を生じるおそれがある。
また、レーザ加工以外に例えばダイヤモンドカッタ等でブレークラインを形成する方法もあるが、レーザ加工で形成したものに比べて、分割したときの直線性に劣り、チッピングも生じやすい。
However, in the etching process, the portion other than the break line is also immersed in the etching solution and etched. In particular, if the etching process is performed after the circuit layer is formed, the surface of the circuit layer may be melted, resulting in dimensional defects and shape defects.
In addition to laser processing, there is also a method of forming a break line with, for example, a diamond cutter, but the linearity when divided is inferior to that formed by laser processing, and chipping is likely to occur.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、レーザ加工により、セラミックス板に変性層のないブレークラインを形成し、絶縁性に優れたセラミックス基板を精度良く製造することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to form a break line without a modified layer on a ceramic plate by laser processing, and to accurately manufacture a ceramic substrate having excellent insulating properties. ..
本発明は、表面に回路層が形成されるセラミックス基板の製造方法であって、前記セラミックス基板が複数個形成し得る大きさのセラミックス板の表面に沿って線状にブレークラインを形成するブレークライン形成工程と、前記ブレークラインを形成した前記セラミックス板を前記ブレークラインで分割して個々のセラミックス基板とする分割工程とを有し、前記ブレークライン形成工程は、空気中でブレークラインを形成しており、前記セラミックス板の表面に沿って線状に加工用レーザ光を照射して前記ブレークラインを形成した後、該ブレークラインの表面に前記加工用レーザ光よりも前記セラミックス板上の積算エネルギ密度が小さい酸化用レーザ光を照射して前記ブレークラインの表面を酸化する。 The present invention is a method for manufacturing a ceramic substrate in which a circuit layer is formed on the surface, and the present invention is a break line in which a break line is linearly formed along the surface of a ceramic plate having a size capable of forming a plurality of the ceramic substrates. It has a forming step and a dividing step of dividing the ceramic plate on which the break line is formed into individual ceramic substrates, and the break line forming step forms a break line in the air. After forming the break line by irradiating the surface of the ceramic plate linearly with the laser light for processing, the integrated energy density on the ceramic plate is higher than that of the laser light for processing on the surface of the break line. The surface of the break line is oxidized by irradiating it with a small oxidative laser beam.
前述したようにレーザ加工によりブレークラインを形成すると、ブレークラインの表面に金属が析出して変性層が形成されるが、その後に積算エネルギ密度の小さい酸化用レーザ光をこの変性層に照射することにより、変性層の金属を酸化させる。このため、その後にめっき処理を施した場合でも、ブレークラインの表面にめっきが付着することはない。
変性層のエッチング処理等が必要ないので、寸法精度に優れている。
As described above, when a break line is formed by laser processing, metal is deposited on the surface of the break line to form a modified layer. After that, the modified layer is irradiated with laser light for oxidation having a small integrated energy density. Will oxidize the metal in the modified layer. Therefore, even if the plating treatment is performed after that, the plating does not adhere to the surface of the break line.
It has excellent dimensional accuracy because it does not require etching of the modified layer.
本発明のセラミックス基板の製造方法において、前記セラミックス板は窒化アルミニウムからなり、前記加工用レーザ及び前記酸化用レーザはYAGレーザであり、前記酸化用レーザ光は、前記セラミックス板上の積算エネルギ密度が5×106J/cm2以上5×107J/cm2以下であるとよい。 In the method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention, the ceramic plate is made of aluminum nitride, the processing laser and the oxidation laser are YAG lasers, and the oxidation laser light has an integrated energy density on the ceramic plate. It is preferably 5 × 10 6 J / cm 2 or more and 5 × 10 7 J / cm 2 or less.
セラミックス板が窒化アルミニウムからなり、加工用レーザ及び酸化用レーザをYAGレーザとする場合、セラミックス板上での酸化用レーザ光の積算エネルギ密度が5×106J/cm2以上5×107J/cm2以下であると、ブレークラインを加工せず、確実にブレークラインの表面を酸化させることが可能である。 When the ceramic plate is made of aluminum nitride and the processing laser and the oxidation laser are YAG lasers, the integrated energy density of the oxidation laser light on the ceramic plate is 5 × 10 6 J / cm 2 or more and 5 × 10 7 J. When it is / cm 2 or less, it is possible to reliably oxidize the surface of the break line without processing the break line.
本発明のセラミックス基板の製造方法において、前記セラミックス板は窒化アルミニウムからなり、前記加工用レーザ及び前記酸化用レーザはCO2レーザであり、前記酸化用レーザ光は、前記セラミックス板上の積算エネルギ密度が230J/cm2以上380J/cm2以下であるとよい。 In the method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention, the ceramic plate is made of aluminum nitride, the processing laser and the oxidation laser are CO 2 lasers, and the oxidation laser light is the integrated energy density on the ceramic plate. Is preferably 230 J / cm 2 or more and 380 J / cm 2 or less.
セラミックス板が窒化アルミニウムからなり、加工用レーザ及び酸化用レーザをCO2レーザとする場合、セラミックス板上での酸化用レーザ光の積算エネルギ密度が230J/cm2以上380J/cm2以下であると、ブレークラインを加工せず、確実にブレークラインの表面を酸化させることが可能である。 When the ceramic plate is made of aluminum nitride and the processing laser and the oxidation laser are CO 2 lasers, the integrated energy density of the oxidation laser light on the ceramic plate is 230 J / cm 2 or more and 380 J / cm 2 or less. , It is possible to reliably oxidize the surface of the break line without processing the break line.
本発明のセラミックス基板の製造方法において、前記セラミックス板は窒化珪素からなり、前記加工用レーザ及び前記酸化用レーザはCO2レーザであり、前記酸化用レーザ光は、前記セラミックス板上の積算エネルギ密度が250J/cm2以上425J/cm2以下であるとよい。 In the method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention, the ceramic plate is made of silicon nitride, the processing laser and the oxidation laser are CO 2 lasers, and the oxidation laser light is the integrated energy density on the ceramic plate. Is preferably 250 J / cm 2 or more and 425 J / cm 2 or less.
セラミックス板が窒化珪素からなり、加工用レーザ及び酸化用レーザをCO2レーザとする場合、セラミックス板上での酸化用レーザ光の積算エネルギ密度が250J/cm2以上425J/cm2以下であると、ブレークラインを加工せず、確実にブレークラインの表面を酸化させることが可能である。 When the ceramic plate is made of silicon nitride and the processing laser and the oxidation laser are CO 2 lasers, the integrated energy density of the oxidation laser light on the ceramic plate is 250 J / cm 2 or more and 425 J / cm 2 or less. , It is possible to reliably oxidize the surface of the break line without processing the break line.
本発明のセラミックス基板の製造方法に加えて、前記分割工程の前のセラミックス板の一方の面に、前記ブレークラインにより区画された領域ごとに回路層を積層状態に接合する回路層接合工程を有することにより、回路基板を製造することができる。 In addition to the method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention, a circuit layer joining step of joining a circuit layer in a laminated state for each region partitioned by the break line is provided on one surface of the ceramic plate before the dividing step. This makes it possible to manufacture a circuit board.
あるいは、本発明のセラミックス基板の製造方法に加えて、前記分割工程の後に、前記セラミックス基板の一方の面に、回路層を積層状態に接合する回路層接合工程を有することにより、回路基板を製造してもよい。 Alternatively, in addition to the method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention, a circuit board is manufactured by having a circuit layer joining step of joining the circuit layers in a laminated state on one surface of the ceramic substrate after the dividing step. You may.
本発明によれば、レーザ加工により、セラミックス板に変性層のないブレークラインを形成し、絶縁性に優れたセラミックス基板を精度良く製造することができる。 According to the present invention, a break line without a modified layer can be formed on a ceramic plate by laser processing, and a ceramic substrate having excellent insulating properties can be manufactured with high accuracy.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図4は、後述するようにセラミックス板にブレークラインを形成して個片化したセラミックス基板を用いて製造された回路基板の例としてパワーモジュール用基板を示している。
このパワーモジュール用基板10は、絶縁基板であるセラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面(図4において上面)に接合された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面(図4において下面)に接合された放熱層13とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 shows a power module substrate as an example of a circuit board manufactured by using a ceramic substrate in which a break line is formed on a ceramic plate and individualized as described later.
The
セラミックス基板11は、例えばAlN(窒化アルミニウム)、Si3N4(窒化珪素)等の窒化物系を用いることができる。本実施形態では、窒化アルミニウムを用いている。
回路層12は、アルミニウム又はアルミニウム合金、あるいは銅又は銅合金からなり、セラミックス基板11の一方の面にろう付け等によって接合されており、その表面にニッケル等の導電性めっき膜14が形成されている。
また、放熱層13は、必ずしも限定されるものではないが、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材や銅又は銅合金からなる銅材をセラミックス基板11の他方の面にろう付け等によって接合される。
そして、このように構成されるパワーモジュール用基板10の回路層12の上面に半導体素子15がはんだ付けによって接合されることにより、パワーモジュール20が製造される。なお、放熱層13の表面には、放熱板や冷却器等が設けられて使用される。
As the
The
Further, the
Then, the
このパワーモジュール用基板10を製造するには、まず、複数個のパワーモジュール用基板10を形成可能な大きさの平板状のセラミックス板30にレーザ光を照射して、図5に示すように縦横にブレークライン31を形成する(ブレークライン形成工程)。次いで、そのブレークライン31により区画された領域内に二点鎖線で示すように回路層12及び放熱層13(図5には表示されない)を積層状態に接合(回路層・放熱層接合工程)する。その後、回路層12に導電性めっき膜14を形成した(導電性めっき膜形成工程)後に、ブレークライン31からセラミックス板30を分割する(分割工程)ことにより、パワーモジュール用基板10として個片化する。
寸法は特に限定されるものではないが、例えば、セラミックス板30の厚さは0.2mm以上2.0mm以下で、ブレークラインの深さ寸法は、このブレークラインによって残る部分の厚さが、0.05mmから1.8mmである。セラミックス基板11として、平面サイズが30mm角程度の大きさに個片化される。
In order to manufacture the
The dimensions are not particularly limited, but for example, the thickness of the
次に、この製造工程中のセラミックス板30にブレークライン31を形成する方法について詳細に説明する。
図1は、そのブレークライン31を形成するための装置40の概略を示している。
このブレークライン形成装置40は、レーザ光照射装置41と、セラミックス板30を保持して、その面方向に沿ってX方向、Y方向に移動させるXYステージ42とを有している。
Next, a method of forming the
FIG. 1 shows an outline of a
The break
レーザ光照射装置41は、例えばYAGレーザを用いてQスイッチによりレーザ光Lをパルス発振するレーザ発振機43と、発振されるYAGレーザの基本波(波長:1064nm)に対して第2高調波(波長:532nm)に変換して、これら二つの異なる波長を含むレーザ光L1,L2を生成する波長変換器44と、波長変換器44を経由したレーザ光L1,L2を二つの波長のレーザ光L1,L2に分離するセパレータ(ハーモニックセパレータ)45,46と、分離されたそれぞれの波長のレーザ光L1,L2をスポット状に集光させる集光レンズ47,48とを備えている。
そして、XYステージ42に保持したセラミックス板30をX方向及びY方向に移動しながら、レーザ光照射装置41から二つのレーザ光L1,L2を照射してセラミックス板30にブレークライン31を形成する。
The laser
Then, while moving the
具体的には、セパレータ45,46によって分離した二つのレーザ光L1,L2のうち、波長の短い第2高調波によるレーザ光L2によってセラミックス板を加工して線状のブレークライン31を縦横に形成し、そのレーザ光L2の進行方向後方から基本波によるレーザ光L1をブレークライン31に照射する。波長変換器44を経由することで、第2高調波と基本波とは例えば6:4の比率で第2高調波が多く発生し、基本波のレーザ光L1はエネルギが小さくなっている。また、基本波によるレーザ光L1の焦点位置を調整することにより、ブレークライン31の表面を加熱するが、さらに深く加工することがないようにする。
Specifically, of the two laser beams L1 and L2 separated by the
これにより、先に進行する高調波のレーザ光L2の加工によってブレークライン31の表面に析出した金属成分を含む変性層が、後から照射される基本波のレーザ光L1によって加熱されることにより酸化され、金属酸化物(酸化アルミニウム)となる。以降の説明では、二つに分離したレーザ光L1,L2のうち、波長の短い第2高調波によるレーザ光L2を加工用レーザ光、基本波によるレーザ光L1を酸化用レーザ光とする。
As a result, the modified layer containing the metal component deposited on the surface of the
これらレーザ光L1,L2の積算エネルギ密度は、セラミックス板30が窒化アルミニウムで、加工用レーザL2及び酸化用レーザL1にYAGレーザを用いる本実施形態の場合、セラミックス板30の表面において、加工用レーザ光L2の積算エネルギ密度が1×108J/cm2以上であるのに対して、酸化用レーザ光L1の積算エネルギ密度は、それより小さく、1×106J/cm2以上5×107J/cm2以下、好ましくは5×106J/cm2以上5×107J/cm2以下である。
この積算エネルギ密度は、レーザ平均出力:20W、パルスの繰り返し周波数が50kHzとすると、1パルス当たりの平均エネルギ(パルスエネルギ)は20W/50kHz(J)であり、レーザ平均出力をP(W)、パルスの繰り返し周波数をR(kHz)、レーザ光の集光径をLcm、とすると、1パルスについての単位面積当たりのエネルギ密度(フルエンス)Fとしては、F=(P/R)/(πL2/4)、同一箇所にどの位の量のレーザパルスエネルギーが照射されたか、すなわち、同一箇所に集光したレーザパルスの重なりによる投入されたエネルギは、加工速度をScm/秒とすると、レーザパルス間に進行する距離はS/R(cm)であるから、同一箇所でのパルスの重なりはL/(S/R)、よって、同一箇所への投入エネルギX(J/cm2)は、X=F×L/(S/R)=(20/50k)/(πL2/4)×L/(S/50k)により計算できる。
In the case of the present embodiment in which the
Assuming that the integrated energy density is laser average output: 20 W and pulse repetition frequency is 50 kHz, the average energy (pulse energy) per pulse is 20 W / 50 kHz (J), and the laser average output is P (W). Assuming that the repetition frequency of the pulse is R (kHz) and the focusing diameter of the laser beam is L cm, the energy density (fluence) F per unit area for one pulse is F = (P / R) / (πL 2 ). / 4) How much laser pulse energy was applied to the same location, that is, the energy input due to the overlap of the laser pulses focused on the same location is the laser pulse, assuming that the processing speed is Scm / sec. Since the distance traveled between them is S / R (cm), the overlap of pulses at the same location is L / (S / R), and therefore the input energy X (J / cm 2 ) to the same location is X. It can be calculated by = F × L / (S / R) = (20 / 50k) / (πL 2/4 ) × L / (S / 50k).
なお、この積算エネルギ密度は、セラミックス板30を平面としたときの表面における値である。つまり、加工用レーザ光L2については、セラミックス板30の表面で1×108J/cm2以上の積算エネルギ密度となり、酸化用レーザ光L1においても、ブレークライン31が形成されていない状態でのセラミックス板30の表面で1×106J/cm2以上5×107J/cm2以下の積算エネルギ密度である。実際には、酸化用レーザ光L1を照射する際には、加工用レーザ光L2によってブレークライン31が形成された後に、そのブレークライン31にレーザ光L1を照射するので、ブレークライン31の溝の表面における積算エネルギ密度は、前述のものより小さくなる。1×106J/cm2以上5×107J/cm2以下の積算エネルギ密度では、ブレークライン31が形成されていないセラミックス板30に照射されると、セラミックス板30をわずかに加工することができる程度の積算エネルギ密度である。
なお、このブレークラインの形成は、空気(酸化性雰囲気)中で行われる。
また、ブレークライン形成時に生じる飛散物を除去するために、ホーニング処理を行うことが好ましい。ホーニング処理はアルミナ砥粒と水を用いて行うことができる。ホーニング処理を行うことで、回路層・放熱層接合工程において、セラミックス基板に回路層や放熱層を確実に接合することができる。
The integrated energy density is a value on the surface when the
The formation of this break line is performed in air (oxidizing atmosphere).
Further, it is preferable to perform a honing treatment in order to remove the scattered matter generated at the time of forming the break line. The honing treatment can be performed using alumina abrasive grains and water. By performing the honing process, the circuit layer and the heat dissipation layer can be reliably joined to the ceramic substrate in the circuit layer / heat dissipation layer joining step.
このようにして、加工用レーザ光L2によってセラミックス板30にブレークライン31を形成した後、そのブレークライン31に前述した積算エネルギ密度で酸化用レーザ光L1を照射することにより、加工用レーザ光L2の照射によってブレークライン31の表面に形成された変性層の金属を酸化させることができる。このため、回路層12、放熱層13を接合した後に回路層12に無電解めっき処理する場合に、変性層にめっきが付着することがない。
In this way, after the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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。
実施形態ではYAGレーザを用いたが、炭酸ガスレーザ(CO2レーザ)、半導体レーザ、ファイバーレーザ、等も用いることができる。
また、加工用レーザにCO2レーザ、酸化用レーザにYAGレーザを用いてもよい。この場合においても、酸化用レーザのエネルギ密度は上述した範囲内とすることが好ましい。
また、基本波を酸化用レーザ光L1、その第2高調波を加工用レーザ光L2としたが、セラミックス板30の表面における積算エネルギ密度を前述のように設定できれば、基本波と第2高調波の組み合わせに限ることはない。
また、加工用レーザ光L2及び酸化用レーザ光L1をセパレータ45,46によって分離し、そのそれぞれに対して集光レンズ47,48を用いたが、図2に示すように、加工用レーザ光L2と酸化用レーザ光L1を一つのビームスプリッター51で分離し、一つの集光レンズ52によって進行方向にわずかにずらした位置に集光するようにしてもよい。符号53は反射鏡である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
In the embodiment, a YAG laser is used, but a carbon dioxide laser (CO 2 laser), a semiconductor laser, a fiber laser, or the like can also be used.
Further, a CO 2 laser may be used as the processing laser and a YAG laser may be used as the oxidation laser. Even in this case, the energy density of the oxidation laser is preferably within the above range.
Further, the fundamental wave is the laser beam L1 for oxidation and the second harmonic thereof is the laser beam L2 for processing. However, if the integrated energy density on the surface of the
Further, the processing laser light L2 and the oxidation laser light L1 were separated by the
さらに、図3に示すレーザ光照射装置55のように、二つのレーザ発振機56,57を用いて、それぞれのレーザ光L1,L2を照射させる構成としてもよい。
加工用レーザ光に対して酸化用レーザ光の積算エネルギ密度を低下させる方法としては、セラミックス板の表面に対して同一のレーザを用いて加工後に再度同じ加工位置をトレースしレーザ光の焦点位置をずらす、高調波の基本波等の波長の大きいレーザ光を用いる、等がある。
また、同一の光学系に波長の大きい酸化用レーザ、波長の小さい加工用レーザを投入することで、波長の大きいレーザは小さいレーザに比べ集光径が大きくなり積算エネルギ密度を低下させることが可能である。ただしこの場合、加工用レーザにより発生したプラズマにより、酸化用レーザ光のエネルギが吸収されるため、酸化用レーザ光の積算エネルギ密度が著しく低下し易いので、加工用レーザのパルスが照射されていないタイミングで酸化用レーザのパルスを照射する、あるいは、加工用レーザのパルス間隔を長くする、などによって、プラズマの発生を抑制するとよい。
Further, as in the laser
As a method of reducing the integrated energy density of the oxidation laser light with respect to the processing laser light, the same laser is used for the surface of the ceramic plate, and the same processing position is traced again after processing to determine the focal position of the laser light. There are cases such as shifting, using a laser beam having a large wavelength such as a fundamental wave of harmonics, and the like.
In addition, by inputting an oxidation laser with a large wavelength and a processing laser with a small wavelength into the same optical system, a laser with a large wavelength has a larger focusing diameter than a laser with a small wavelength, and the integrated energy density can be reduced. Is. However, in this case, since the energy of the oxidation laser light is absorbed by the plasma generated by the processing laser, the integrated energy density of the oxidation laser light tends to decrease significantly, so that the pulse of the processing laser is not irradiated. It is preferable to suppress the generation of plasma by irradiating the pulse of the oxidation laser at the timing or by lengthening the pulse interval of the processing laser.
また、パワーモジュール用基板を製造する方法として、ブレークライン形成工程、回路層・放熱層接合工程、導電性めっき膜形成工程、分割工程の順としたが、ブレークライン形成工程の後に回路層等を接合せずに、ブレークラインから分割してセラミックス基板に個片化し(分割工程)、個々のセラミックス基板に回路層等を接合して導電性めっき膜を形成する方法としてもよい。また、放熱層は必ずしも必須ではなく、回路層を積層状態に接合する工程(回路層接合工程)を有していればよい。
したがって、本発明のセラミックス基板の製造方法は、ブレークライン形成工程と分割工程とを含むものであればよく、回路層を備えたセラミックス基板を製造する場合と、回路層を有しないセラミックス基板を製造する場合の両方を含むものとする。
In addition, as a method for manufacturing a substrate for a power module, a break line forming process, a circuit layer / heat dissipation layer joining process, a conductive plating film forming process, and a dividing process were performed in this order. Instead of joining, it may be divided from the break line and separated into individual ceramic substrates (division step), and a circuit layer or the like may be bonded to each ceramic substrate to form a conductive plating film. Further, the heat dissipation layer is not always essential, and it is sufficient that the circuit layer has a step of joining the circuit layers in a laminated state (circuit layer joining step).
Therefore, the method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention may include a break line forming step and a dividing step, and a case of manufacturing a ceramic substrate having a circuit layer and a case of manufacturing a ceramic substrate having no circuit layer. It shall include both cases.
上記実施形態では、セラミックス板として窒化アルミニウムを用い、加工用レーザ及び酸化用レーザとしてYAGレーザを用い説明したが、積算エネルギ密度は、セラミックス板の材質やレーザの種類が異なると好適な範囲が変化する。
例えば、窒化アルミニウムからなるセラミックス板に、加工用レーザ及び酸化用レーザとしてCO2レーザを用いた場合、加工用レーザの積算エネルギ密度は480J/cm2以上であるのに対して、酸化用レーザの積算エネルギ密度は230J/cm2以上380J/cm2以下とすることが好ましく、280J/cm2以上340J/cm2以下とすることがより好ましい。
また、例えば、窒化珪素からなるセラミックス板に、加工用レーザ及び酸化用レーザとしてCO2レーザを用いた場合、加工用レーザの積算エネルギ密度は660J/cm2以上であるのに対して、酸化用レーザの積算エネルギ密度は250J/cm2以上425J/cm2以下とすることが好ましく、310J/cm2以上375J/cm2以下とすることがより好ましい。
酸化用レーザにCO2レーザを用いる場合は、酸化用レーザの積算エネルギ密度を上記の範囲とすれば、加工用レーザの種類はYAGレーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザ、あるいはこれらの高調波レーザでも同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, aluminum nitride is used as the ceramic plate and a YAG laser is used as the processing laser and the oxidation laser. However, the integrated energy density varies in a suitable range depending on the material of the ceramic plate and the type of laser. do.
For example, when a CO 2 laser is used as a processing laser and an oxidation laser on a ceramic plate made of aluminum nitride, the integrated energy density of the processing laser is 480 J / cm 2 or more, whereas the oxidation laser The integrated energy density is preferably 230 J / cm 2 or more and 380 J / cm 2 or less, and more preferably 280 J / cm 2 or more and 340 J / cm 2 or less.
Further, for example, when a CO 2 laser is used as a processing laser and an oxidation laser on a ceramic plate made of silicon nitride, the integrated energy density of the processing laser is 660 J / cm 2 or more, whereas it is for oxidation. The integrated energy density of the laser is preferably 250 J / cm 2 or more and 425 J / cm 2 or less, and more preferably 310 J / cm 2 or more and 375 J / cm 2 or less.
When a CO 2 laser is used as the oxidation laser, if the integrated energy density of the oxidation laser is within the above range, the type of processing laser may be a YAG laser, a semiconductor laser, a fiber laser, or a harmonic laser thereof. The effect of can be obtained.
本発明の効果確認のために、YAGレーザを用いた図1に示すブレークライン形成装置により試験を行った。
加工用レーザ光として基本波:1064nm、酸化用レーザ光として第2高調波:532nmを使用した。そして、窒化アルミニウムからなるセラミックス板の表面に加工用レーザ光を1×108J/cm2の積算エネルギ密度で照射してブレークラインを形成した後、変性層が形成されているブレークラインに酸化用レーザ光の積算エネルギ密度を表1に示すように変化させながら、ブレークラインに照射し、その後、アルミナ砥粒と水を用いてホーニング処理を行い、セラミックス板の表面に無電解ニッケルめっきを施し、ブレークラインにめっきが付着したか否かを確認した。ブレークラインの全面にめっきが付着したものを「×」、ブレークラインの深さの半分よりも深い位置にめっきが付着したものを「△」、ブレークラインにめっきの付着が認められなかったものを「○」とした。
その結果を表1に示す。積算エネルギ密度が「0」の試料5は、ブレークラインに酸化用レーザ光を照射しなかった例である。
In order to confirm the effect of the present invention, a test was conducted using a break line forming apparatus shown in FIG. 1 using a YAG laser.
A fundamental wave: 1064 nm was used as the laser light for processing, and a second harmonic wave: 532 nm was used as the laser light for oxidation. Then, the surface of the ceramic plate made of aluminum nitride is irradiated with a laser beam for processing at an integrated energy density of 1 × 10 8 J / cm 2 to form a break line, and then the break line on which the modified layer is formed is oxidized. The break line is irradiated while changing the integrated energy density of the laser beam for use as shown in Table 1, and then honing treatment is performed using alumina abrasive grains and water, and electroless nickel plating is applied to the surface of the ceramic plate. , It was confirmed whether or not the plating adhered to the break line. "×" for those with plating on the entire surface of the break line, "△" for those with plating at a position deeper than half the depth of the break line, and those with no plating on the break line. It was marked as "○".
The results are shown in Table 1. Sample 5 having an integrated energy density of “0” is an example in which the break line is not irradiated with the laser beam for oxidation.
表1から明らかなように、加工用レーザ光でブレークラインを形成した後、加工用レーザ光と同じ積算エネルギ密度の酸化用レーザ光を照射した試料番号1-4では、めっきの付着が確認された。
一方、加工用レーザ光でブレークラインを形成した後、変性層が形成されているブレークラインに加工用レーザ光よりも小さいエネルギ密度で酸化用レーザ光を照射することにより、その後のめっきの付着を防止できることがわかる。また、酸化用レーザの積算エネルギ密度としては、1×106J/cm2以上5×107J/cm2以下であればブレークライン表面にめっきが付着されない絶縁部がブレークラインに沿って形成されるので実用可能であり、5×106J/cm2以上5×107J/cm2以下とするのがよりよいことが分かった。
As is clear from Table 1, in Sample No. 1-4, which was irradiated with an oxidation laser beam having the same integrated energy density as the machining laser beam after forming a break line with the machining laser beam, adhesion of plating was confirmed. rice field.
On the other hand, after forming a break line with the processing laser light, the break line on which the modified layer is formed is irradiated with the oxidation laser light with an energy density lower than that of the processing laser light, whereby the subsequent plating is adhered. It turns out that it can be prevented. If the integrated energy density of the oxidation laser is 1 × 10 6 J / cm 2 or more and 5 × 10 7 J / cm 2 or less, an insulating portion in which plating does not adhere to the break line surface is formed along the break line. Therefore, it is practical, and it was found that it is better to use 5 × 10 6 J / cm 2 or more and 5 × 10 7 J / cm 2 or less.
セラミックス板として、窒化アルミニウムを用い、加工用レーザ及び酸化用レーザとしてCO2レーザを用い、加工用レーザとして波長:10.6μm、酸化用レーザとして波長:10.6μm、加工用レーザ光の積算エネルギ密度を480(J/cm2)とした以外は、酸化用レーザ光の積算エネルギ密度を表2に示すように変化させながら実施例1と同様に試験を行った。
結果を表2に示す。
Aluminum nitride is used as the ceramic plate, a CO 2 laser is used as the processing laser and the oxidation laser, the wavelength is 10.6 μm as the processing laser, the wavelength is 10.6 μm as the oxidation laser, and the integrated energy of the processing laser light is used. The test was carried out in the same manner as in Example 1 while changing the integrated energy density of the laser beam for oxidation as shown in Table 2, except that the density was set to 480 (J / cm 2 ).
The results are shown in Table 2.
表2から明らかなように、加工用レーザ光でブレークラインを形成した後、加工用レーザ光と同じ積算エネルギ密度の酸化用レーザ光を照射した試料番号2-1では、めっきの付着が確認された。
一方、加工用レーザ光でブレークラインを形成した後、変性層が形成されているブレークラインに加工用レーザ光よりも小さいエネルギ密度で酸化用レーザ光を照射することにより、その後のめっきの付着を防止できることがわかる。また、酸化用レーザの積算エネルギ密度としては、230J/cm2以上380J/cm2以下であればブレークライン表面にめっきが付着されない絶縁部がブレークラインに沿って形成されるので実用可能であり、280J/cm2以上340J/cm2以下とするのがよりよいことが分かった。
As is clear from Table 2, in Sample No. 2-1 which was irradiated with an oxidation laser beam having the same integrated energy density as the machining laser beam after forming a break line with the machining laser beam, adhesion of plating was confirmed. rice field.
On the other hand, after forming a break line with the processing laser light, the break line on which the modified layer is formed is irradiated with the oxidation laser light with an energy density lower than that of the processing laser light, whereby the subsequent plating is adhered. It turns out that it can be prevented. Further, if the integrated energy density of the oxidation laser is 230 J / cm 2 or more and 380 J / cm 2 or less, an insulating portion to which plating does not adhere to the break line surface is formed along the break line, which is practical. It was found that it is better to use 280 J / cm 2 or more and 340 J / cm 2 or less.
セラミックス板として、窒化珪素を用い、加工用レーザ及び酸化用レーザとしてCO2レーザを用い、加工用レーザとして波長:10.6μm、酸化用レーザとして波長:10.6μm、加工用レーザ光の積算エネルギ密度を660(J/cm2)とした以外は、酸化用レーザ光の積算エネルギ密度を表3に示すように変化させながら実施例1と同様に試験を行った。
結果を表3に示す。
Silicon nitride is used as the ceramic plate, a CO 2 laser is used as the processing laser and the oxidation laser, the wavelength is 10.6 μm as the processing laser, the wavelength is 10.6 μm as the oxidation laser, and the integrated energy of the processing laser light is used. The test was carried out in the same manner as in Example 1 while changing the integrated energy density of the laser beam for oxidation as shown in Table 3, except that the density was set to 660 (J / cm 2 ).
The results are shown in Table 3.
表3から明らかなように、加工用レーザ光でブレークラインを形成した後、加工用レーザ光と同じ積算エネルギ密度の酸化用レーザ光を照射した試料番号3-1では、めっきの付着が確認された。
一方、加工用レーザ光でブレークラインを形成した後、変性層が形成されているブレークラインに加工用レーザ光よりも小さいエネルギ密度で酸化用レーザ光を照射することで、その後のめっきの付着を防止できることがわかる。また、酸化用レーザの積算エネルギ密度としては、250J/cm2以上425J/cm2以下であればブレークライン表面にめっきが付着されない絶縁部がブレークラインに沿って形成されるので実用可能であり、310J/cm2以上375J/cm2以下とするのがよりよいことが分かった。
As is clear from Table 3, in Sample No. 3-1 which was irradiated with the oxidation laser beam having the same integrated energy density as the machining laser beam after forming the break line with the machining laser beam, the adhesion of plating was confirmed. rice field.
On the other hand, after forming a break line with the processing laser light, the break line on which the modified layer is formed is irradiated with the oxidation laser light with an energy density lower than that of the processing laser light, thereby preventing the subsequent plating from adhering. It turns out that it can be prevented. Further, if the integrated energy density of the oxidation laser is 250 J / cm 2 or more and 425 J / cm 2 or less, an insulating portion to which plating does not adhere to the break line surface is formed along the break line, which is practical. It was found that it is better to use 310 J / cm 2 or more and 375 J / cm 2 or less.
10 パワーモジュール用基板
11 セラミックス基板
12 回路層
13 放熱層
14 導電性めっき膜
15 半導体素子
20 パワーモジュール
30 セラミックス板
31 ブレークライン
40 ブレークライン形成装置
41,55 レーザ光照射装置
42 XYステージ
43,56,57 レーザ発振機
44 波長変換器
45,46 セパレータ
47,48,52 集光レンズ
51 ビームスプリッター
L1 酸化用レーザ光
L2 加工用レーザ光
10
Claims (5)
前記セラミックス基板が複数個形成し得る大きさのセラミックス板の表面に沿って線状にブレークラインを形成するブレークライン形成工程と、前記ブレークラインを形成した前記セラミックス板を前記ブレークラインで分割して個々のセラミックス基板とする分割工程とを有し、
前記ブレークライン形成工程は、空気中でブレークラインを形成しており、前記セラミックス板の表面に沿って線状に加工用レーザ光を照射して前記ブレークラインを形成した後、該ブレークラインの表面に前記加工用レーザ光よりも前記セラミックス板上の積算エネルギ密度が小さい酸化用レーザ光を照射して前記ブレークラインの表面を酸化することを特徴とするセラミックス基板の製造方法。 A method for manufacturing a ceramic substrate in which a circuit layer is formed on the surface.
A break line forming step of forming a break line linearly along the surface of a ceramic plate having a size capable of forming a plurality of the ceramic substrates, and the ceramic plate on which the break line is formed are divided by the break line. It has a division process for individual ceramic substrates,
In the break line forming step, a break line is formed in the air, and after the break line is formed by irradiating the processing laser beam linearly along the surface of the ceramic plate, the surface of the break line is formed. A method for manufacturing a ceramic substrate, which comprises irradiating the ceramic plate with an oxidation laser beam having a smaller integrated energy density than the processing laser beam to oxidize the surface of the break line.
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