JP7358123B2

JP7358123B2 - 金属－セラミックス回路基板およびその製造方法

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Publication number: JP7358123B2
Application number: JP2019160466A
Authority: JP
Inventors: 晃生山本; 悟井手口
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2023-10-10
Anticipated expiration: 2039-09-03
Also published as: JP2021040039A

Description

本発明は、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属－セラミックス回路基板およびその製造方法に関し、特に、パワーモジュール用などの大電力素子搭載用の金属－セラミックス回路基板およびその製造方法に関する。

従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電力を制御するために、パワーモジュールが使用されている。このようなパワーモジュール用の絶縁基板として、セラミックス基板の一方の面に接合された金属回路板上のチップ部品や端子の半田付けが必要な部分などにめっきが施された金属－セラミックス回路基板が使用されている。

このようなパワーモジュール用の金属－セラミックス回路基板に使用する金属－セラミックス接合部材として、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属部材の全面または一部の面にニッケルめっきが施された金属－セラミックス接合部材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－２８８７１６号公報（段落番号０００８）

しかし、特許文献１の金属－セラミックス接合部材を金属－セラミックス回路基板に使用する場合、アルミニウムやアルミニウム合金からなる金属回路板は軟らかいため、金属部材をエッチングして金属回路板を形成する際に、金属回路板の表面にキズや打痕が生じたり、金属回路板の表面にニッケル層を形成する際に、ニッケル層の表面にしみ（外観ムラ）や変色が生じる場合がある。また、金属回路板を形成する際や金属回路板の一部にニッケル層を形成する際に使用したレジストの剥離が十分でなく、金属回路板やニッケル層の表面にレジストが残存する場合がある。このようなニッケル層の表面に残存するレジストや、ニッケルめっき皮膜の表面のしみや変色により、ニッケル層の半田濡れ性が低下する場合がある。このような金属－セラミックス回路基板の不良品により、金属－セラミックス回路基板の品質のばらつきが生じたり、金属－セラミックス回路基板を製造する際の歩留りが低下するという問題がある。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セラミックス基板の一方の面にアルミニウムからなる金属回路板の一方の面が接合し、金属回路板の他方の面にニッケル層が形成された金属－セラミックス回路基板において、金属回路板の表面にキズや打痕が生じ難く、ニッケル層の表面にしみや変色が生じ難く、金属回路板やニッケル層の表面にレジストが残存し難い、金属－セラミックス回路基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板の一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板を形成し、この金属回路板の表面の一部にニッケル層を形成した後、金属回路板とニッケル層の表面をウェットブラスト処理により研磨することにより、金属回路板の表面にキズや打痕が生じ難く、ニッケル層の表面にしみや変色が生じ難く、金属回路板やニッケル層の表面にレジストが残存し難い、金属－セラミックス回路基板を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板を形成し、この金属回路板の表面の一部にニッケル層を形成した後、金属回路板とニッケル層の表面をウェットブラスト処理により研磨することを特徴とする。

この金属－セラミックス回路基板の製造方法において、ニッケル層を電気めっきにより形成するのが好ましい。また、ウェットブラスト処理は、液体中に樹脂、ガラスおよびセラミックスからなる群から選ばれる少なくとも１種の微粒子を含む研磨材スラリーを金属回路板とニッケル層の表面に噴射することにより行うのが好ましい。この場合、研磨材スラリー中の微粒子の濃度が５～２５体積％であるのが好ましく、研磨材スラリーを噴射する圧力が０．１～０．４ＭＰａであるのが好ましい。また、ウェットブラスト処理により、金属回路板の表面の最大高さＲｚを１５μｍ以上にするとともにニッケル層の表面の最大高さＲｚを金属回路板の表面の最大高さＲｚよりも８μｍ以上小さくするのが好ましい。また、金属回路板の形成は、セラミックス基板を収容した鋳型内にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる溶湯を注湯した後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって行われるのが好ましい。さらに、ウェットブラスト処理の前に、セラミックス基板の他方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属ベース板を形成してもよい。この場合、金属ベース板の形成は、セラミックス基板を収容した鋳型内にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる溶湯を注湯した後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって行われるのが好ましい。

また、本発明による金属－セラミックス回路基板は、セラミックス基板の一方の面にアルミニウムからなる金属回路板の一方の面が直接接合し、金属回路板の他方の面にニッケル層が形成された金属－セラミックス回路基板において、金属回路板の表面の最大高さＲｚが１５μｍ以上であり且つニッケル層の表面の最大高さＲｚが金属回路板の表面の最大高さＲｚよりも８μｍ以上小さいことを特徴とする。この金属－セラミックス回路基板において、ニッケル層の表面の算術平均粗さＲａが０．５～２．０μｍであるのが好ましい。

本発明によれば、セラミックス基板の一方の面にアルミニウムからなる金属回路板の一方の面が接合し、金属回路板の他方の面にニッケル層が形成された金属－セラミックス回路基板において、金属回路板の表面にキズや打痕が生じ難く、ニッケル層の表面にしみや変色が生じ難く、金属回路板やニッケル層の表面にレジストが残存し難い、金属－セラミックス回路基板およびその製造方法を製造することができる。

本発明による金属－セラミックス回路基板の実施の形態を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板に回路用金属板およびベース用金属板を接合する工程を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、回路用金属板とベース用金属板の表面に第１の電着レジストを形成する工程を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、第１の電着レジストの一部を除去して回路用金属板の一部を露出させる工程を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、回路用金属板の露出部分にニッケルめっき皮膜を形成する工程を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、ニッケルめっき皮膜を覆うように第２の電着レジストを形成する工程を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、ベース用金属板の外周部を機械加工により切断して金属ベース板を形成する工程を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、第１および第２の電着レジストの不要部分を除去する工程を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、エッチング処理により、回路用金属板の不要部分を除去して、金属回路板を形成する工程を示す断面図である。本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態において、第１および第２の電着レジストを剥離する工程を示す図である。

本発明による金属－セラミックス回路基板およびその製造方法の実施の形態では、（好ましくはセラミックス基板を収容した鋳型内にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる溶湯を注湯した後に鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって）セラミックス基板の一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板を形成し、この金属回路板の表面の一部に（好ましくは電気めっきにより）ニッケル層を形成した後、金属回路板とニッケル層の表面を（液体中に樹脂、ガラスおよびセラミックスからなる群から選ばれる少なくとも１種の微粒子を好ましくは５～２５体積％含む研磨材スラリーを（好ましくは噴射圧０．１～０．４ＭＰａで）金属回路板とニッケル層の表面に噴射する）ウェットブラスト処理により研磨する。また、ウェットブラスト処理の前に、セラミックス基板の他方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属ベース板を形成してもよい。この場合、金属ベース板の形成は、セラミックス基板を収容した鋳型内にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる溶湯を注湯した後に鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって行われるのが好ましい。

以下、添付図面を参照して、本発明による金属－セラミックス回路基板およびその製造方法の実施の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の金属－セラミックス回路基板では、セラミックス基板１０の一方の面に厚さ０．３～２ｍｍのアルミニウムからなる金属回路板１２の一方の面が直接接合し、金属回路板１２の他方の面に厚さ２～５０μｍ（好ましくは５～３０μｍ）のニッケルめっき皮膜１８が形成されている。また、セラミックス基板１０の他方の面にアルミニウムからなる金属ベース板１４の一方の面を直接接合してもよい。また、ニッケルめっき皮膜１８上には、半田層２２介してチップ部品２４を取り付けることができる。

セラミックス基板１０として、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素などを主成分とする厚さ０．２～２ｍｍのセラミックス基板を使用することができ、放熱性が求められる場合には窒化アルミニウム基板を使用するのが好ましく、強度が求められる場合には窒化珪素基板を使用するのが好ましい。

ニッケルめっき皮膜１８は、純度９９質量％以上のニッケルからなるのが好ましく、純度９９．５質量％以上のニッケルからなるのがさらに好ましい。このようなニッケルめっき皮膜１８は、ワット浴からなるニッケルめっき液を使用して電流密度３～４０Ａ／ｄｍ^２で電気めっきを行うことにより形成するのが好ましく、電流密度５～２０Ａ／ｄｍ^２で電気めっきを行うことにより形成するのがさらに好ましい。このように、ニッケルめっき皮膜１８は、電気めっきで形成することができるので、無電解Ｎｉ－Ｐめっき皮膜を形成する場合と比べて、低コストで形成することができる。

金属回路板１２と金属ベース板１４は、純度９９質量％以上のアルミニウムからなるのが好ましく、純度９９．７質量％以上のアルミニウムからなるのがさらに好ましく、純度９９．９質量％以上のアルミニウムからなるのが最も好ましい。このように（硬度が低く柔らかい）純度９９質量％以上のアルミニウムからなる金属回路板１２および金属ベース板１４をセラミックス基板１０に直接接合すれば、接合時や接合後にヒートサイクルが繰り返し加えられたときに、アルミニウムとセラミックスの間の熱膨張差による応力の発生によりセラミックス基板１０にクラックが発生するのを抑制することができ、金属－セラミックス回路基板の耐ヒートサイクル性を向上させることができる。また、金属回路板１２と金属ベース板１４がアルミニウム合金からなる場合、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｂなどの元素を含むアルミニウム合金でもよい。このようにＳｉ、Ｔｉ、Ｂなどの添加元素を含むアルミニウム合金からなる金属回路板１２および金属ベース板１４をセラミックス基板１０に直接接合すれば、接合時や接合後にヒートサイクルが繰り返し加えられたときに、金属回路板１２および金属ベース板１４の表面のアルミニウム合金の結晶粒界に対応する部分に大きなしわのような変形（段差）が生じるのを防止して、金属回路板に半田付けされた半導体素子などのチップ部品の割れ（破損）を防止することができる。Ｓｉ、Ｔｉ、Ｂなどの添加元素の量は、金属－セラミックス回路基板の放熱性や電気伝導性の観点から３質量％以下であるのが好ましく、１質量％以下であるのがさらに好ましい。

なお、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板１２および金属ベース板１４のビッカース硬度Ｈｖは、１５～５０程度であるのが好ましい。この金属回路板１２および金属ベース板１４のビッカース硬度Ｈｖ（１５～５０程度）と、ニッケルめっき皮膜１８のビッカース硬さＨｖ（１５０～２５０程度）との差が大きいため、金属回路板１２（および金属ベース板１４）とニッケルめっき皮膜１８の表面を同一の条件でウェットブラスト処理しても、ニッケルめっき皮膜１８の研磨量や表面粗さの増大を抑制することができる。金属回路板１２（および金属ベース板１４）とニッケルめっき皮膜１８の表面を同一の条件でウェットブラスト処理すると、ニッケルめっき皮膜１８の表面のしみや変色を除去することができるが、ニッケルめっき皮膜１８の厚さ方向には殆ど（１μｍ以下）研磨されないので、ニッケルめっき皮膜１８の厚さを維持しながら、金属回路板１２の表面のキズや打痕を除去し、ニッケルめっき皮膜１８の表面のしみや変色を除去するとともに、金属回路板１２やニッケルめっき皮膜１８の表面のレジストを除去することができる。

金属ベース板１４は、放熱板として使用することができ、他方の面（裏面）に多数のピンやフィンが一体に形成された放熱板でもよい。また、金属ベース板１４の内部に、窒化アルミニウム基板などのセラミックス基板からなる強化部材を配置してもよい。

本発明による金属－セラミックス回路基板の実施の形態は、図１および図２Ａ～図２Ｉに示すように、本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態によって製造することができる。

本発明による金属－セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態では、まず、図２Ａに示すように、セラミックス基板１０の一方の面に回路用金属板１２’を直接接合するとともに、他方の面にベース用金属板１４’を直接接合して、金属－セラミックス接合基板を作製する。セラミックス基板１０と回路用金属板１２’およびベース用金属板１４’との直接接合は、セラミックス基板１０を収容した鋳型内にアルミニウム溶湯を注湯した後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させる、所謂溶湯接合法によって行うことができる。

次に、図２Ｂに示すように、回路用金属板１２’とベース用金属板１４’の（露出している）表面の略全面を覆うように第１の電着レジスト１６を形成する。この第１の電着レジスト１６の形成は、金属－セラミックス接合基板を電着槽内の電着フォトレジスト液に浸漬し、回路用金属板１２’とベース用金属板１４’に取り付けられた（図示しない）電極間に電圧を印加することにより、回路用金属板１２’とベース用金属板１４’の（露出している）表面の略全面を覆うように電着レジスト皮膜を形成し、乾燥した後、紫外線により露光して硬化させることにより形成することができる。なお、第１の電着レジスト１６を形成する前に、バフ研磨などにより、回路用金属板１２’とベース用金属板１４’の表面の算術平均粗さＲａが０．１～２μｍ程度になるように調整するのが好ましい。

次に、図２Ｃに示すように、第１の電着レジスト１６のうち、回路用金属板１２’の表面に形成された第１のレジスト１６の一部を（レーザー照射などにより）除去して回路用金属板１２’の一部を露出させる。

次に、回路用金属板１２’の露出部分にニッケルめっき液を接触させて電気めっきを行うことにより、図２Ｄに示すように、回路用金属板１２’の露出部分にニッケルめっき皮膜１８を形成する。

次に、図２Ｅに示すように、ニッケルめっき皮膜１８を覆うように第２の電着レジスト２０を形成する。この第２の電着レジスト２０の形成は、第１の電着レジスト１６の形成方法と同様の方法により行うことができる。

次に、図２Ｆに示すように、ベース用金属板１４’の外周部を機械加工により切断して金属ベース板１４を形成する。

次に、図２Ｇに示すように、回路用金属板１２’の表面に形成された電着レジスト（第１の電着レジスト１６と第２の電着レジスト２０）のうち、ニッケルめっき皮膜１８を覆う所定の部分以外の電着レジストの不要部分を（レーザー照射などにより）除去して回路用金属板１２’の不要部分（回路パターン以外の部分）を露出させる。

次に、図２Ｈに示すように、エッチング処理を行うことにより、回路用金属板１２’の不要部分を除去して所望の回路パターンの金属回路板１２を形成する。なお、所謂溶湯接合法によってセラミックス基板１０と回路用金属板１２’およびベース用金属板１４’とを直接接合した場合には、回路用金属板１２’およびベース用金属板１４’の不要部分として、（図示しない）湯道の部分も除去する。

次に、図２Ｉに示すように、レジスト剥離液により電着レジスト（第１の電着レジスト１６と第２の電着レジスト２０）を剥離して、セラミックス基板１０の一方の面に所望の回路パターンの金属回路板１２が直接接合するとともに他方の面に金属ベース板１４が直接接合した金属－セラミックス回路基板を作製する。

次に、この金属－セラミックス回路基板の金属回路板１２とニッケルめっき皮膜１８の表面を（液体中に微粒子を含む研磨材スラリー（砥粒スラリー）を（幅広ガンなどの研磨剤スラリー供給装置から）被処理物の表面に噴射する）ウェットブラスト処理により研磨する。このウェットブラスト処理では、被処理物の反りや被処理物の数にかかわらず、被処理物を平坦に研磨することができる。このウェットブラスト処理の後、シャワー方式の荒水洗を行い、さらに３段階のシャワー方式の水洗を行い、最後に熱風乾燥を行う。

このウェットブラスト処理の後のニッケルめっき皮膜１８の厚さは、薄過ぎると金属－セラミックス回路基板の耐ヒートサイクル性が低下するおそれがあるので、好ましくは２μｍ以上（さらにが好ましくは１０μｍ以上）であり、厚過ぎるとめっき時間が長くなって製造コストが増大するので、好ましくは２０μｍ以下である。

研磨材スラリー中の微粒子の濃度（微粒子濃度）は、５～２５体積％であるのが好ましく、研磨剤スラリーを噴射する圧力（噴射圧）は、０．１～０．４ＭＰａであるのが好ましい。微粒子濃度や噴射圧が高過ぎると、セラミックス基板１０へのダメージが大きくなってセラミックス基板１０の強度が低下するおそれがあり、また、ニッケルめっき皮膜１８や金属回路板１２の表面が粗くなり過ぎて金属－セラミックス回路基板の信頼性が低下するおそれがある。一方、粒子濃度や噴射圧が低過ぎると、ニッケルめっき皮膜１８や金属回路板１２の表面が十分に研磨されず、キズや打痕が残ったり、不要なレジストが残留して、めっきしみ、変色、半田濡れ不良の原因になるおそれがある。また、研磨剤スラリー中の微粒子は、樹脂、ガラスまたはセラミックスからなる（好ましくは粒径５０～２５０μｍの）微粒子を使用することができ、メラミン樹脂やフェノール樹脂などの樹脂からなる微粒子を使用するのが好ましい。

このように金属－セラミックス回路基板の金属回路板１２とニッケルめっき皮膜１８の表面をウェットブラスト処理により研磨すると、金属回路板１２に形成されたニッケルめっき皮膜１８の表面の変色や外観ムラを抑制し、金属回路板１２の表面や金属ベース板１４（の金属回路板１２側）の表面のキズや打痕不良の発生を抑制して歩留りの低下を防ぎ、金属－セラミックス回路基板の生産性を向上させることができる。また、金属－セラミックス回路基板の金属回路板１２の表面をウェットブラスト処理により１～３０μｍ（好ましくは２～１０μｍ）程度研磨すると、セラミックス基板１０に回路用金属板１２’やベース用金属板１４’を溶湯接合する際に使用した鋳型の傷跡が転写された（高さ２０μｍ程度以下の）突起部を除去することができる。

なお、このウェットブラスト処理により、金属回路板１２の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚを、それぞれ０．２～０．８μｍ程度と３～７μｍ程度から、好ましくは１．０～５．０μｍ（さらに好ましくは２～４μｍ）と１５μｍ以上（さらに好ましくは１５～３５μｍ、最も好ましくは２０～３０μｍ）にし、ニッケルめっき皮膜１８の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚを、それぞれ０．２～２μｍ程度と５～２０μｍ程度から、好ましくは０．５～２．０μｍと８～２０μｍ程度にする。また、このウェットブラスト処理により、ニッケルめっき皮膜１８の表面の算術平均粗さＲａが金属回路板１２の表面の算術平均粗さＲａよりも０．４μｍ以上小さく、ニッケルめっき皮膜１８の表面の最大高さＲｚの差が金属回路板１２の表面の最大高さＲｚよりも好ましくは８μｍ以上（さらに好ましくは１０μｍ以上）小さくなる。

このようにして作製した金属－セラミックス回路基板の金属回路板１２上のニッケルめっき皮膜１８上には、図１に示すように、半田層２２などを介してチップ部品２４を半田付けすることができる。

以下、本発明による金属－セラミックス回路基板およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。

［実施例１］
セラミックス基板として７１ｍｍ×７０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの略矩形の窒化アルミニウム基板を鋳型内に収容した後、鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、純度９９．９質量％のアルミニウムからなる溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら鋳型内に注湯し、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって、セラミックス基板の一方の面に７０ｍｍ×６９ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの略矩形の回路用金属板が直接接合するとともに、セラミックス基板の他方の面に８４ｍｍ×９８ｍｍ×２．８ｍｍの大きさの略矩形のベース用金属板が直接接合した金属－セラミックス接合基板を作製した。

このようにして作製した金属－セラミックス接合基板の回路用金属板およびベース用金属板の表面をバフ研磨した後、金属－セラミックス接合基板を電着槽内の電着フォトレジスト液に浸漬し、回路用金属板とベース用金属板に取り付けた電極間に１２０Ｖの電圧を印加することにより、回路用金属板とベース用金属板の（露出している）表面の略全面を覆うように電着レジスト皮膜を形成し、８０℃で３０分間乾燥した後、紫外線により露光して硬化させることにより、厚さ１５μｍの第１の電着レジストを形成した。

このようにして形成された第１の電着レジストのうち、回路用金属板の表面に形成された第１の電着レジストの１５ｍｍ×１５ｍｍの大きさの略矩形の部分にレーザー照射することにより、その部分の電着レジストを除去して回路用金属板を露出させた後、その露出部分をワット浴からなる液温５０℃のニッケルめっき液に接触させて電流密度２０Ａ／ｄｍ^２で電気めっきを行うことにより、回路用金属板の露出部分に厚さ１０μｍのニッケルめっき皮膜を形成した。

このようにしてニッケルめっき皮膜を形成した金属－セラミックス接合基板のニッケルめっき皮膜を覆うように、第１の電着レジストの形成方法と同様の方法により、厚さ１５μｍの第２の電着レジストを形成し、その後、ベース用金属板の外周部を機械加工により切断して金属ベース板を形成した。

次に、回路用金属板の表面に形成された電着レジスト（第１および第２の電着レジスト）のうち、ニッケルめっき皮膜とその周りの部分を覆う６９ｍｍ×６６ｍｍの大きさの略矩形の分以外の電着レジストの不要部分にレーザー照射することにより、その電着レジストの不要部分を除去して回路用金属板とベース用金属板の不要部分を露出させた後、塩化第二鉄溶液によってエッチング処理を行うことにより、回路用金属板の不要部分を除去して所望の回路パターンの金属回路板を形成し、その後、乳酸を主成分とするレジスト剥離液により電着レジストを剥離して、セラミックス基板の一方の面に所望の回路パターンの金属回路板が直接接合するとともに他方の面に金属ベース板が直接接合した金属－セラミックス回路基板を作製した。

このようにして作製した金属－セラミックス回路基板２００個について、ニッケルめっき皮膜および金属回路板の表面を観察したところ、ニッケルめっき皮膜の表面にしみ（または変色）が認められるとともに金属回路板の表面にキズや打痕が認められた不良品の金属－セラミックス回路基板が１０個あった。

これらの１０個の不良品の金属－セラミックス回路基板のうちの３個の金属－セラミックス回路基板について、ウェットブラスト装置（マコー株式会社製）を使用し、平均粒径（Ｄ_５０）１５９μｍのメラミン樹脂粒子（マコー株式会社製の樹脂多角形研磨材（マコーレジンＴＹＰＥＩＩＩ）（平均粒径（Ｄ_５０）は株式会社セイシン企業製のロボットシフターＲＰＳ１０５で測定））を２０体積％含む研磨材スラリーを噴射圧０．２ＭＰａ、幅広ガンからの距離２０ｍｍ、幅広ガンの移動速度１０ｍｍ／秒で噴射するウェットブラスト処理により、金属回路板およびニッケルめっき皮膜の表面を研磨した後、水洗し、乾燥した。

このようにしてウェットブラスト処理した金属－セラミックス回路基板について、金属回路板の表面を目視により観察したところ、金属回路板の表面にキズや打痕は認められず、レジストの残存も認められなかった。また、ニッケルめっき皮膜の表面を目視により観察するとともに表面の半田濡れ性を評価したところ、ニッケルめっき皮膜の表面にしみや変色は認められず、レジストの残存も認められず、半田濡れ性も良好であった。

また、ウェットブラスト処理した金属－セラミックス回路基板について、金属回路板およびニッケルめっき皮膜の厚さを測定したところ、ウェットブラスト処理前と比べて、金属回路板の厚さが３．６μｍ減少し、ニッケルめっき皮膜の厚さが１μｍ未満だけ減少した。

また、ウェットブラスト処理前後の金属回路板およびニッケルめっき皮膜の表面粗さとして算術平均粗さＲａと最大高さＲｚを求めたところ、ウェットブラスト処理前の金属回路板の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚはそれぞれ０．３９３μｍ、５．５１μｍ、ニッケルめっき皮膜の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚはそれぞれ１．０６６μｍ、１２．５０７μｍであり、ウェットブラスト処理後の金属回路板の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚはそれぞれ２．３６５μｍ、２７．７１７μｍ、ニッケルめっき皮膜の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚはそれぞれ１．１２２μｍ、１３．４１６μｍであった。

［実施例２］
実施例１で作製した１０個の不良品の金属－セラミックス回路基板のうちの２個の金属－セラミックス回路基板について、実施例１と同様のウェットブラスト処理を２回行った。このウェットブラスト処理を行った金属－セラミックス回路基板について、金属回路板の表面を目視により観察したところ、金属回路板の表面にキズや打痕は認められず、レジストの残存も認められなかった。また、ニッケルめっき皮膜の表面を目視により観察するとともに表面の半田濡れ性を評価したところ、ニッケルめっき皮膜の表面にしみや変色は認められず、レジストの残存も認められず、半田濡れ性も良好であった。

［実施例３］
実施例１で作製した１０個の不良品の金属－セラミックス回路基板のうちの２個の金属－セラミックス回路基板について、メラミン樹脂粒子を１０体積％含む研磨材スラリーを噴射圧０．１５ＭＰａで噴射した以外は、実施例１と同様のウェットブラスト処理を２回行った。このウェットブラスト処理を行った金属－セラミックス回路基板について、金属回路板の表面を目視により観察したところ、金属回路板の表面にキズや打痕は認められず、レジストの残存も認められなかった。また、ニッケルめっき皮膜の表面を目視により観察するとともに表面の半田濡れ性を評価したところ、ニッケルめっき皮膜の表面にしみや変色は認められず、レジストの残存も認められず、半田濡れ性も良好であった。

［実施例４］
セラミックス基板として９２ｍｍ×１２０ｍｍ×１．０ｍｍの大きさの略矩形の窒化アルミニウム基板を鋳型内に収容した後、鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、（０．５質量％のＳｉと０．０５質量％のＢを含み、残部がアルミニウムと不可避不純物からなる）アルミニウム合金の溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら鋳型内に注湯し、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって、セラミックス基板の一方の面に９０ｍｍ×１２０ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの略矩形の回路用金属板が直接接合するとともに、セラミックス基板の他方の面に１００ｍｍ×１４０ｍｍ×３．６ｍｍの大きさの略矩形のベース用金属板が直接接合した金属－セラミックス接合基板を作製した。

このようにして金属－セラミックス接合基板を作製した後、回路用金属板の表面に形成された電着レジスト（第１および第２の電着レジスト）の不要部分を、ニッケルめっき皮膜とその周りの部分を覆う８６ｍｍ×１１４ｍｍの大きさの略矩形の分以外の電着レジストの不要部分とした以外は、実施例１と同様の方法により、２００個の金属－セラミックス回路基板を作製し、不良品の金属－セラミックス回路基板のうちの５個の金属－セラミックス回路基板について、（実施例１と同様の）メラミン樹脂粒子を１２体積％含む研磨材スラリーを噴射圧０．１７ＭＰａで噴射した以外は、実施例１と同様のウェットブラスト処理を２回行った。このウェットブラスト処理を行った金属－セラミックス回路基板について、金属回路板の表面を目視により観察したところ、金属回路板の表面にキズや打痕は認められず、レジストの残存も認められなかった。また、ニッケルめっき皮膜の表面を目視により観察するとともに表面の半田濡れ性を評価したところ、ニッケルめっき皮膜の表面にしみや変色は認められず、レジストの残存も認められず、半田濡れ性も良好であった。

また、ウェットブラスト処理した金属－セラミックス回路基板について、金属回路板およびニッケルめっき皮膜の厚さを測定したところ、ウェットブラスト処理前と比べて、金属回路板の厚さが２．９μｍ減少し、ニッケルめっき皮膜の厚さが１μｍ未満だけ減少した。

また、ウェットブラスト処理前後の金属回路板およびニッケルめっき皮膜の表面粗さとして算術平均粗さＲａと最大高さＲｚを求めたところ、ウェットブラスト処理前の金属回路板の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚはそれぞれ０．４３５μｍ、５．３９３μｍ、ニッケルめっき皮膜の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚはそれぞれ０．５１１μｍ、７．９１２μｍであり、ウェットブラスト処理後の金属回路板の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚはそれぞれ２．３２０μｍ、２５．３９２μｍ、ニッケルめっき皮膜の表面の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚはそれぞれ１．３６８μｍ、１１．４２７μｍであった。

［実施例５］
セラミックス基板として７１ｍｍ×７２ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの略矩形の窒化アルミニウム基板と、強化部材として７１ｍｍ×７９ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの略矩形の窒化アルミニウム基板とを略平行に１．９ｍｍ離間して鋳型内に収容した後、鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、純度９９．９質量％のアルミニウムからなる溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら鋳型内に注湯し、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって、セラミックス基板の一方の面に６５ｍｍ×６６ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの略矩形の回路用金属板が直接接合するとともに、セラミックス基板の他方の面に９８ｍｍ×７８ｍｍ×４ｍｍの大きさの略矩形のベース用金属板の一方の面が直接接合し、このベース用金属板の内部に７１ｍｍ×７９ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの略矩形の強化部材が配置し、ベース用金属板の他方の面に高さ８ｍｍで直径２ｍｍの５２５本の柱状突起部（放熱ピン）が３ｍｍ間隔で一体に形成された金属－セラミックス接合基板を作製した。

これらの１０個の不良品の金属－セラミックス回路基板のうちの３個の金属－セラミックス回路基板について、実施例１と同様のウェットブラスト処理を行った。このウェットブラスト処理を行った金属－セラミックス回路基板について、金属回路板の表面を目視により観察したところ、金属回路板の表面にキズや打痕は認められず、レジストの残存も認められなかった。また、ニッケルめっき皮膜の表面を目視により観察するとともに表面の半田濡れ性を評価したところ、ニッケルめっき皮膜の表面にしみや変色は認められず、レジストの残存も認められず、半田濡れ性も良好であった。

１０セラミックス基板
１２金属回路板
１２’ 回路用金属板
１４金属ベース板
１４’ ベース用金属板
１６第１の電着レジスト
１８ニッケルめっき皮膜
２０第２の電着レジスト
２２半田層
２４チップ部品

Claims

セラミックス基板の一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板を形成し、この金属回路板の表面の一部にニッケル層を形成した後、金属回路板とニッケル層の表面をウェットブラスト処理により研磨することによって、金属回路板の表面の最大高さＲｚを１５μｍ以上にするとともにニッケル層の表面の最大高さＲｚを前記金属回路板の表面の最大高さＲｚよりも８μｍ以上小さくすることを特徴とする、金属－セラミックス回路基板の製造方法。
前記ニッケル層を電気めっきにより形成することを特徴とする、請求項１に記載の金属－セラミックス回路基板の製造方法。
前記ウェットブラスト処理は、液体中に樹脂、ガラスおよびセラミックスからなる群から選ばれる少なくとも１種の微粒子を含む研磨材スラリーを金属回路板とニッケル層の表面に噴射することにより行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の金属－セラミックス回路基板の製造方法。
前記研磨材スラリー中の微粒子の濃度が５～２５体積％であることを特徴とする、請求項３に記載の金属－セラミックス回路基板の製造方法。
前記研磨材スラリーを噴射する圧力が０．１～０．４ＭＰａであることを特徴とする、請求項３または４に記載の金属－セラミックス回路基板の製造方法。
前記金属回路板の形成は、前記セラミックス基板を収容した鋳型内にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる溶湯を注湯した後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって行われることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の金属－セラミックス回路基板の製造方法。
前記ウェットブラスト処理の前に、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属ベース板を形成することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属－セラミックス回路基板の製造方法。
前記金属ベース板の形成は、前記セラミックス基板を収容した鋳型内にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる溶湯を注湯した後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって行われることを特徴とする、請求項７に記載の金属－セラミックス回路基板の製造方法。
セラミックス基板の一方の面にアルミニウムからなる金属回路板の一方の面が直接接合し、金属回路板の他方の面にニッケル層が形成され、金属回路板とニッケル層の表面がウェットブラスト処理された金属－セラミックス回路基板において、金属回路板の表面の最大高さＲｚが１５μｍ以上であり且つニッケル層の表面の最大高さＲｚが金属回路板の表面の最大高さＲｚよりも８μｍ以上小さいことを特徴とする、金属－セラミックス回路基板。
前記ニッケル層の表面の算術平均粗さＲａが０．５～２．０μｍであることを特徴とする、請求項９に記載の金属－セラミックス回路基板。