JPH05198917A

JPH05198917A - セラミックス配線基板の製造方法

Info

Publication number: JPH05198917A
Application number: JP745392A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Naba; 隆之那波; Shunichiro Tanaka; 俊一郎田中; Hironori Asai; 博紀浅井; Noriko Shinosawa; 法子篠澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-01-20
Filing date: 1992-01-20
Publication date: 1993-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】微細なパターンを有する金属配線板を再現性
よく、かつ安価にセラミックス基板上に形成することを
可能にすると共に、不良の発生を抑制することを可能に
したセラミックス配線基板の製造方法を提供する。【構成】セラミックス基板１の表面に、活性金属含有
ろう材を含む接合用ペースト２を所望とする配線パター
ン状、あるいはそれに近似した形状に塗布する。セラミ
ックス基板１のペースト塗布面上に、板状の金属板３を
積層配置する。積層体に熱処理を施し、セラミックス基
板１と金属板３とを接合する。金属板３にエッチング処
理を施し、所望の配線パターンを有する金属配線板５を
形成する。必要に応じて、セラミックス基板１の表面に
残留する界面生成物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス基板と金
属配線板とをろう材層を介して接合したセラミックス配
線基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス基板は、高電気絶縁性、高
熱伝導性、低熱膨張等の特徴を有することから、電子部
品特に高出力、高電力型の半導体素子の搭載用基板とし
て実用化されている。ところで、セラミックス基板を電
子部品の搭載用基板として利用する場合には、電気回路
の形成等を目的として、金属と接合することが不可欠と
されている。

【０００３】上述したような配線基板を製造する際のセ
ラミックス基板と金属配線板との接合方法としては、所
要形状の銅配線板とセラミックス基板とを直接接合させ
る、いわゆるＤＢＣ法（ダイレクト・ボンディング・カ
ッパー法）や、4A族元素や5A族元素のような活性金属を
用いる接合方法等が知られている。活性金属法は、Ti、
Zr、Nb等の金属元素がセラミックス材料に対して濡れや
すく、反応しやすいことを利用した接合法であり、具体
的には活性金属を添加したろう材を用いたろう付け法
や、セラミックス材料と金属材料との間に活性金属の箔
や粉体を介在させ、加熱接合する方法（固相拡散接合）
等として利用されている。一般的には、取扱い性や処理
のしやすさ等から、CuとAgとの共晶ろう材（Ag:72wt%）
にTi等の活性金属を添加し、これをセラミックス基板と
金属板との間に介在させ、適当な温度で熱処理して接合
する方法が多用されている。

【０００４】ところで、上記したＤＢＣ法は、所要形状
の銅回路板をセラミックス基板上に直接接合できること
から、製造工程の短縮を図れる等の利点を有するもの
の、接合面全面の接合品質を安定に保つことが難しく、
未接合部分が残りやすいために、微細な配線パターンを
形成することは困難であった。そこで、セラミックス基
板上に板状の銅板等を活性金属法により均一に接合し、
この接合後に銅板にエッチング処理を施して、微細な配
線パターンを形成することが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た活性金属法とエッチング処理とを組み合せたセラミッ
クス配線基板の製造方法によれば、比較的微細な配線パ
ターンを形成することは可能であるものの、セラミック
ス基板表面の銅板をエッチング処理によって除去した部
分に導電性物質が残存しやすく、これを取り除くのに多
大な工数を要し、製造コストが高くなると共に、エッチ
ング処理後に僅かに残留する導電性物質によって不良が
発生しやすいという問題があった。

【０００６】すなわち、活性金属法による場合、ろう材
中に添加した活性金属成分とセラミックス基板との反応
を利用して、セラミックス基板と銅板とを強固に接合し
ている。よって、セラミックス基板側の接合界面には、
活性金属成分とセラミックス基板との反応物、例えば T
iNのような界面生成物が生成する。一方、銅板のエッチ
ング除去工程では、通常、塩化第二鉄溶液等のエッチン
グ液が用いられているが、このようなエッチング液では
界面生成物を溶解除去することはできない。そして、活
性金属を含む界面生成物は一般的に導電性を有している
ため、セラミックス基板上に残存したままでは配線基板
として使用できない。そこで、現状では特殊なエッチン
グ液を用いて、界面生成物を溶解除去している。

【０００７】このようなことから、活性金属法に起因し
てセラミックス基板表面に残存する界面生成物の除去に
要する工数を極力減少させることにより、セラミックス
基板上に微細なパターンの金属配線板を正確に、かつ安
価に形成することが求められている。また、界面生成物
の残留による不良発生を防止することが求められてい
る。

【０００８】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、微細なパターンを有する金属配線板
を再現性よく、かつ安価にセラミックス基板上に形成す
ることを可能にすると共に、不良の発生を抑制すること
を可能にしたセラミックス配線基板の製造方法を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における第１のセ
ラミックス配線基板の製造方法は、セラミックス基板の
表面に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストを所
望とする配線パターン状に塗布する工程と、前記セラミ
ックス基板の前記接合用ペーストの塗布面上に、板状の
金属板を積層配置する工程と、前記積層体に熱処理を施
し、前記セラミックス基板と金属板とを前記ろう材によ
り接合する工程と、前記金属板にエッチング処理を施
し、所望とする配線パターンの金属配線板を形成する工
程とを具備することを特徴としている。

【００１０】また、本発明における第２のセラミックス
配線基板の製造方法は、セラミックス基板の表面に、活
性金属含有ろう材を含む接合用ペーストを所望とする配
線パターンに近似した形状に塗布する工程と、前記セラ
ミックス基板の前記接合用ペーストの塗布面上に、板状
の金属板を積層配置する工程と、前記積層体に熱処理を
施し、前記セラミックス基板と金属板とを前記ろう材に
より接合する工程と、前記金属板にエッチング処理を施
し、所望とする配線パターンの金属配線板を形成する工
程と、前記セラミックス基板表面に残留する界面生成物
を除去する工程とを具備することを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明のセラミックス配線基板の製造方法にお
いては、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストを所
望とする配線パターン状あるいはそれに近似した形状
で、予めセラミックス基板上に塗布している。接合用ペ
ーストを所望とする配線形状に塗布した場合には、セラ
ミックス基板と金属板とを接合した後においても、金属
配線板を形成するために金属板をエッチング除去した部
分は、非接合部分となっている。したがって、活性金属
法に起因する反応生成物は残留せず、界面生成物の除去
に要する工数を省くことができる。また、接合用ペース
トを所望とする配線パターンに近似した形状で塗布した
場合においても、残留する界面生成物の量は大幅に減少
できるため、界面生成物の除去に要する工数を削減する
ことができると共に、絶縁不良の発生を抑制することが
できる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例によるセラミッ
クス配線基板の製造工程を順に示す図である。まず、同
図（ａ）に示すように、セラミックス基板１の表面に、
活性金属含有ろう材を含む接合用ペースト２を所望とす
る配線パターン形状に、例えばスクリーン印刷法等を適
用して塗布する。

【００１４】ここで、接合用ペースト２としては、例え
ば Ag-Cuの共晶組成もしくはその近傍の組成を主とし、
これにTi、Zr、Hf、Nb等の活性金属成分を適量配合した
活性金属含有ろう材を、適当な樹脂結合剤および分散媒
によってペースト化したものが用いられる。上記ろう材
中の活性金属の添加量は、例えば 2〜 6重量％程度であ
る。また、ろう材の主体となる Ag-Cu合金は、基本的に
は共晶組成を満足するものとするが、全ろう材成分中の
Cu量が15〜35重量％程度であれば同様な効果を得ること
ができる。

【００１５】また、セラミックス基板１としては、酸化
アルミニウムのような酸化物系セラミックス基板から、
窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の非酸化
物セラミックス基板まで、各種のセラミックス基板を適
用することが可能である。ただし、セラミックス基板側
の接合界面に、ろう材中の活性金属成分により導電性を
有する界面生成物が形成されやすい、窒化物系セラミッ
クス基板等を用いる場合に、本発明は特に有効である。

【００１６】次に、上記接合用ペースト２の塗布層上
に、所望とする配線パターンの最外形状に合せた板状の
金属板３を積層配置する。金属板３は、用途に応じて各
種の金属材料から適宜選択すればよく、例えはCu、Cu合
金、Ni、Ni合金、W 、Mo等が例示される。この後、用い
た活性金属含有ろう材に応じた条件（雰囲気、温度、時
間等）により熱処理を施し、セラミックス基板１と金属
板３とを接合する。接合は、例えば 800℃〜 900℃程度
の温度で、 5分〜30分程度加熱処理することにより行わ
れる。この際、図１（ｂ）および図２（ａ）に示すよう
に、金属板３は配線パターン部分３ａのみセラミックス
基板１上に接合され、接合用ペースト２の非塗布部分４
は未接合部分として残存する。

【００１７】この後、セラミックス基板１と金属板３と
の接合体に位置合せを行い、金属板３上に配線パターン
に応じたレジスト（図示せず）を形成する。このレジス
トを形成した状態で、金属板３に応じたエッチング液に
接合体を浸漬し、あるいはエッチング液でシャワーリン
グし、金属板３の不要部分を溶解除去して、所望とする
配線パターンを有する金属配線板５を形成する。そし
て、金属板３のエッチング除去部分は、未接合部分４
（接合用ペースト２の非塗布部分）に相当するため、図
１（ｃ）および図２（ｂ）に示すように、セラミックス
基板１表面のエッチング除去部分に活性金属との反応
物、例えば窒化物等が残留することはない。

【００１８】上記した実施例においては、接合用ペース
ト２を所望とする配線パターン状に塗布しているため、
エッチング処理によって金属配線板５を形成した後にお
いても、セラミックス基板１表面に界面生成物、すなわ
ち活性金属の窒化物のような導電性物質が残留すること
はないため、界面生成物の除去工程を省くことができ
る。よって、製造コストを大幅に低減することが可能と
なると共に、導電性物質の残留による絶縁不良を招くこ
ともなくなる。

【００１９】次に、本発明の他の実施例について、図３
を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示すように、
所望とする配線パターンのうち、線幅および線間の大き
い部分に相当するパターン形状に接合用ペースト２を塗
布する。なお、図中点線で最終的な配線パターンを示
す。また、点線で囲まれる各領域Ａは、パターン形状中
の接合用ペースト塗布部分であり、例えば 0.3mm以下程
度の部分とする。

【００２０】次に、前述した実施例と同様に、金属板３
を積層配置した後、熱処理によってセラミックス基板１
と金属板３とを接合する。この実施例においては、金属
板３はおおよそ配線パターンに応じてセラミックス基板
１上に接合されるが、一部パターン部分も接合される。

【００２１】この後、前述した実施例と同様にしてエッ
チング処理を施し、所望とする配線パターンを有する金
属配線板５を形成する。この際、配線パターン中の接合
用ペースト塗布領域Ａにおいては、ろう材成分は除去さ
れるものの、セラミックス基板１と活性金属との反応物
である、導電性を有する界面生成物６は残留してしま
う。この状態では、界面生成物６により不要な導通が生
じるため、界面生成物６に応じたエッチング液を用いて
溶解除去し、最終的に図１（ｃ）と同様なセラミックス
配線基板を作製する。

【００２２】この実施例においては、界面生成物の溶解
除去工程を完全に省くことはできないものの、金属板３
を全面的にセラミックス基板１上に接合した場合に比べ
て、残留する界面生成物の量は大幅に減少する。よっ
て、製造コストの低減および品質の向上を図ることがで
きる。

【００２３】次に、上記した各実施例に基づく具体例に
ついて述べる。

【００２４】実施例１まず、Ag:Cu:Ti=70.6:27.4:2.0の組成を有する活性金属
含有ろう材を用意し、このろう材に樹脂バインダおよび
分散媒を適量加え、十分に混合して接合用ペーストを作
製した。次に、63mm×29mm×0.8mmtの窒化アルミニウム
基板上に、上記接合用ペーストを配線パターン状（最小
線幅および最小線間 0.3mm）にスクリーン印刷した（図
１（ａ））。

【００２５】次いで、接合用ペーストの塗布層上に、5
9.2mm×25.6mm×0.3mmtの銅板（無酸素銅）を積層配置
した後、 1×10^-4Torrの真空中にて、 850℃×10条件で
熱処理し、窒化アルミニウム基板と銅板とを接合した
（図１（ｂ））。

【００２６】この接合体に精密に位置合せを行って、銅
板上にレジストを配線パターンに応じて印刷した後、濃
度 10%〜 20%のFeCl₃液を40℃に加熱したエッチャント
中に10分間浸漬した。このエッチング処理により銅板の
不要部分を溶解除去して、所望とする配線パターンを有
する銅配線板を形成し、目的とするセラミックス配線基
板を得た。

【００２７】このようにして得たセラミックス配線基板
のエッチング除去部分に相当する窒化アルミニウム基板
表面をＳＥＭ−ＥＤＸにより観察したところ、界面生成
物は残留していなかった。また、従来法によるセラミッ
クス配線基板（銅板全面接合／エッチング処理）に比べ
て、製造コストは約 1/2程度とすることができた。

【００２８】実施例２実施例１と同一の配線パターンを有するセラミックス配
線基板を製造するにあたり、まず所望とする配線パター
ンのうち、線幅および線間の大きい部分に相当するパタ
ーン形状に接合用ペーストを塗布した（図３（ａ））。
なお、接合用ペーストおよびセラミックス基板は、実施
例１と同一のものを使用した。

【００２９】次に、実施例１と同様な銅板を積層配置し
た後、同一条件で窒化アルミニウム基板と銅板とを接合
した。この接合体に精密に位置合せを行って、銅板上に
レジストを配線パターンに応じて印刷した後、実施例１
と同一条件のエッチング処理を行い、不要部分の銅板と
ろう材とを溶解除去し、所望の配線パターンを有する銅
配線板を形成した。

【００３０】このエッチング処理においては、微細なパ
ターン部分（線間 0.3mmの部分）には界面生成物である
TiNが僅かに残留していた（図３（ｂ））。そこで、エ
チレンジアミン四酢酸 2.76g、 H₂O 120cc 、 H₂O ₂
36cc、NH₄OH 21cc の溶液を50℃に加熱したエッチヤン
ト中に浸漬して TiNを溶解除去し、目的とするセラミッ
クス配線基板を得た。

【００３１】このようにして得たセラミックス配線基板
の製造コストを、従来法によるセラミックス配線基板
（銅板全面接合／エッチング処理）と比較したところ、
約 2/3程度とすることができた。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クス配線基板の製造方法によれば、活性金属法に起因し
てセラミックス基板表面に残存する界面生成物の除去に
要する工数を極力低減することができる。よって、セラ
ミックス基板上に微細なパターンの金属配線板を正確
に、かつ安価に形成することが可能となると共に、絶縁
不良による不良発生を極力抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるセラミックス回路基板
の製造工程を順に示す斜視図である。

【図２】図１に示す製造工程のうち、金属板の接合後お
よびエッチング処理後を示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施例によるセラミックス回路基
板の製造工程の要部を示す平面図である。

【符号の説明】

１……セラミックス基板２……接合用ペースト３……金属板３ａ…配線パターン部分４……未接合部分（接合用ペーストの非塗布部分）５……金属配線板６……界面生成物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者篠澤法子神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス基板の表面に、活性金属含
有ろう材を含む接合用ペーストを所望とする配線パター
ン状に塗布する工程と、前記セラミックス基板の前記接合用ペーストの塗布面上
に、板状の金属板を積層配置する工程と、前記積層体に熱処理を施し、前記セラミックス基板と金
属板とを前記ろう材により接合する工程と、前記金属板にエッチング処理を施し、所望とする配線パ
ターンの金属配線板を形成する工程とを具備することを
特徴とするセラミックス配線基板の製造方法。
【請求項２】セラミックス基板の表面に、活性金属含
有ろう材を含む接合用ペーストを所望とする配線パター
ンに近似した形状に塗布する工程と、前記セラミックス基板の前記接合用ペーストの塗布面上
に、板状の金属板を積層配置する工程と、前記積層体に熱処理を施し、前記セラミックス基板と金
属板とを前記ろう材により接合する工程と、前記金属板にエッチング処理を施し、所望とする配線パ
ターンの金属配線板を形成する工程と、前記セラミックス基板表面に残留する界面生成物を除去
する工程とを具備することを特徴とするセラミックス配
線基板の製造方法。