JPH05267800A - セラミックス基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱衝撃に対する耐久性を向上させた回路パタ
ーンを有するセラミックス基板を製造する。 【構成】 セラミックス製の基材１上に主として金属材
料によって回路パターン４を形成したセラミックス基板
１０において、回路パターン４のコーナー部Ｃに曲率が
１００mm^-1以上のアールを設けた。このアールにより、
コーナー部Ｃに熱応力が集中することが回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路パターンを備えた
セラミックス基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
この種の基板を製造する場合、図４に示すように、セラ
ミックス製の基材２１上には蝋材が印刷される。その
後、予め回路パターンをハーフエッチング等によって形
成した金属板が蝋材により前記基材２１に加熱接合され
る。そして、この金属板の不要部分を除去することによ
り、基材２１上に所望の回路パターン２２を形成してい
る。また、この方法にて形成される回路パターン２２で
は、通常、各コーナー部Ｃは角張った形状を有している
（図４参照）。

【０００３】ところが、金属とセラミックスとは熱膨張
率が異なるため、前記基板２０が熱衝撃に遭遇した場合
に、回路パターン２２と基材２１との接合部分には熱応
力が加わる。そして、この熱応力が基板２０の特定部位
に集中するような場合には、クラックの発生によって基
板２０が破損する。

【０００４】また、本発明者らの試験によると、熱応力
は特に回路パターン２２のコーナー部Ｃ付近に集中し易
いことが判明している。しかも図４の基板２０のよう
に、角張ったコーナー部Ｃを備えるものでは、そのよう
な傾向が顕著になり、クラックも高頻度で発生すること
も判明している。

【０００５】上記事情に鑑みて本発明者らが鋭意研究し
た結果、金属板または蝋材における回路パターンの各コ
ーナー部にアールを設けること、更にはその曲率を１０
０mm ^-1以下にすることにより、当該部位への熱応力の集
中を回避できることを知見した。そして、本発明者らは
この知見に基づいて本発明を完成させた。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明では、セ
ラミックス製の基材上に主として金属材料によって回路
パターンを形成したセラミックス基板において、回路パ
ターンのコーナー部にアールを設けている。この構成に
よると、コーナー部に熱応力が集中することを確実に回
避できる。そのため、基板にクラックが生じ難くなり、
熱衝撃に対する耐久性が向上する。尚、ここでいう金属
材料とは、例えば金属板とその金属板を基材に接合する
ための蝋材とを指すものである。

【０００７】また、前記コーナー部の曲率は１００mm^-1
以下であることが望ましい。その理由は、曲率が１００
mm^-1を越える場合、上述のように熱応力の集中を回避す
る効果を充分に発揮できないからである以下に、本発明
のセラミックス基板を製造する方法について工程順に説
明する。

【０００８】本発明の基材には、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）
等のセラミックス焼結体が用いられる。また、蝋材とし
ては、例えば銀蝋、ニッケル蝋、パラジウム蝋等があ
り、その蝋材中にはチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）、パラジウム（Ｐｄ）等の活性金属（拡散成分）が
含まれている。基材上への蝋材の印刷は、例えばスクリ
ーン印刷法等の常法に従って行われ、その際、蝋材の厚
さは１０μｍ〜４０μｍ程度に設定される。

【０００９】このとき、蝋材は金属板によって形成され
るべき回路パターンと略同形のパターン状に塗布した
り、前記回路パターンよりも広い領域にベタ塗りしても
良い。尚、前者の方法を適用した場合には、蝋材による
回路パターンのコーナー部にも、金属による回路パター
ンのコーナー部と同程度のアールを設けることが好まし
い。

【００１０】前記蝋材上には回路パターンを形成するた
めの金属板が配置される。そして、これらを所定温度に
加熱することによって、基材と金属板とが蝋材を介して
互いに接合される。

【００１１】金属板としては、厚さが０．０２mm〜１mm
程度の銅板、ニッケル板、鉄板等が使用される。この厚
さが０．０２mm未満であると、強度が弱くなり、取扱い
が困難になる。一方、この厚さが１mmを越えると、接合
工程後において不要部分を除去する場合、エッチング処
理に時間がかかってしまう。また、前記金属板は基材の
両面に接合されることが望ましい。その理由は、基板両
面に加わる熱応力を互いに相殺することにより、基板の
反りが防止されるためである。

【００１２】前記基板上において、形成されるべき回路
パターンに対応する部分には、エッチングレジストが配
置される。尚、レジストとなる物質は、スクリーン印刷
等によって形成したり、感光性ドライフィルムのように
予めシート状に形成されたものを貼着して使用しても良
い。尚、レジストのコーナー部にも回路パターンのコー
ナー部と同程度のアールが設けられる。

【００１３】前記レジストが配置された後、金属板等に
おける回路パターンに対応しない部分は、エッチング処
理によって除去される。その際、前記蝋材をパターン状
に塗布する方法にあっては、エッチング液として、例え
ば塩化銅溶液、Cu(NH₄)₄Cl₂溶液、塩化第二鉄溶液等が
使用される。また、蝋材をベタ塗りする方法にあって
は、金属板及び蝋材における不要部分は、フッ化水素を
含むエッチング液の処理によって同時に除去される。

【００１４】上述の処理の後にレジストを除去すれば、
所望の回路パターンを備えたセラミックス基板を得るこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を窒化アルミニウム基板に具体
化した実施例１，２について図面に基づき詳細に説明す
る。 〔実施例１〕本実施例１では、先ず窒化アルミニウム焼
結体製の基材（50mm角，厚さ0.635mm ）１を用意した。
そして、図１（ａ）に示すように、基材１両面において
所定箇所にスクリーン印刷法に従って、銀化合物（ＢＡ
ｇ８）に２重量％のＴｉを含む蝋材２をパターン状に印
刷した。その際、蝋材２の厚さを１０μｍ〜４０μｍに
設定し、かつ各コーナー部には４mm^-1のアールを設けた
（図示略）。

【００１６】次いで、基材１両面の蝋材２上に、回路パ
ターン４形成用の銅板３をそれぞれ配置した。銅板３の
外形は、前記基材１と同様に５０mm角の正方形状で、そ
の厚さは０．３mmである。そして、前記基材１及び銅板
３に、１×１０^-4Torr以下の真空条件の下、８５０℃で
１０分間の加熱を施した。この処理により、図１（ｂ）
に示すように、蝋材２を介して基材１と両銅板３とを接
合させた。

【００１７】更に、図１（ｃ）に示すように、基材１の
両面に３２５メッシュのスクリーンマスクを配置して、
エッチングレジストとなる物質をスクリーン印刷法によ
って印刷した。この処理により、形成されるべき回路パ
ターン４に対応する部分、即ち蝋材２に対応する部分
に、厚さが１０μｍ〜８０μｍのエッチングレジスト５
を形成した。また、レジスト５の各コーナー部には４mm
^-1のアールを設けた（図示略）。

【００１８】続いて、前記基材１を塩化第一銅及び塩化
第２銅を含むエッチング液にてエッチング処理し、銅板
３における不要部分を除去した。このとき、図３に示す
ように、回路パターン４の各コーナー部Ｃには４mm^-1の
アールが設けられる。その後、レジスト５を除去して、
図１（ｄ）及び図３に示すような所望の回路パターン４
を両面に備えた基板１０を得た。尚、前記エッチング液
の組成は表１に示す通りである。

【００１９】

【表１】

【００２０】そして、熱衝撃に対する耐久性を評価する
ために、上記基板１０を用いて−６５℃（３０分間）〜
１５５℃（３０分間）のヒートサイクル試験を行った。
このサイクルを３０回繰り返した後、基板１０を観察し
て、基材１にクラックが発生しているか否かを調査し
た。その結果を表２に示す。

【００２１】その結果、表２からも明らかなように、基
材１にクラックは認められず、本実施例１の基板１０が
熱衝撃に強いことが実証された。 〔実施例２〕実施例２では、先ず前記実施例１と同一材
料及び同一寸法の基材１及び銅板３を用意した。そし
て、基材１の両面において、形成されるべき回路パター
ン４よりも広い領域に、スクリーン印刷によって前記蝋
材２をベタ塗りした。その後、図２に示すように、各蝋
材２上に銅板３を配置した後、実施例１と同様の条件で
加熱し、両者１，３を接合させた。

【００２２】更に、前記実施例１の方法に従って、銅板
３の両面にエッチングレジストとなる物質を印刷した。
この印刷により、蝋材２に対応する部分に厚さが１０μ
ｍ〜８０μｍのエッチングレジスト５を設け、かつその
各コーナー部には４mm^-1のアールを設けた（図示略）。

【００２３】前記基材１をフッ化水素を含むエッチング
液にてエッチング処理し、銅板３及び蝋材２における不
要部分を同時に除去した。このとき、銅板３及び蝋材２
の回路パターン４の各コーナー部Ｃには４mm^-1のアール
が形成される。その後、レジスト５を除去することによ
り、所望の回路パターン４を両面に備えた基板１１を得
た。

【００２４】この基板１１について前記実施例１のヒー
トサイクル試験を行った結果を表２に示す。その結果、
前記サイクルを３０回繰り返した後であっても、基材１
にクラックは認められなかった。従って、本実施例２の
基板１１も実施例１と同じく熱衝撃に強いものであるこ
とが実証された。 〔比較例〕比較例では、基本的には実施例１の方法に従
って、その両面に回路パターン２２を備える基板２０を
製造した。尚、回路パターン２２の各コーナー部Ｃに
は、図３に示す実施例１のようにアールが設けられるこ
とはなく、図４に示すような角張った形状のままであ
る。また、そのコーナー部Ｃの曲率は２００mm^-1であ
る。

【００２５】この基板２０について前記実施例１，２の
ヒートサイクル試験を行った結果を表２に示す。その結
果、前記サイクルを１０回繰り返した段階で、基材２１
にクラックが発生することが判った。従って、本比較例
の基板２０は、前記各実施例１，２とは異なり、熱衝撃
に弱いことが明らかとなった。

【００２６】

【表２】

【００２７】尚、本発明は上記各実施例１，２に限定さ
れることはなく、例えば、以下のように変更することが
可能である。 （ａ）前記実施例のようなエッチング処理によって不要
部分を除去する方法に代えて、ブラスト、レーザー加
工、超音波加工等のような物理的除去方法を適用しても
良い。 （ｂ）前記実施例１，２のような未加工の銅板３に代え
て、各回路パターンがハーフエッチ部によって連結され
たハーフエッチ銅板を用いても良い。 （ｃ）尚、本発明は基材１の片面のみに回路パターン４
を備える基板であっても勿論良い。 （ｄ）前記実施例１，２のような蝋材２を用いる代わり
に、金、白金のような貴金属、即ち酸素との反応性の低
い金属等を介して前記銅板３を接合しても勿論良い。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のセラミッ
クス基板によれば、回路パターンのコーナー部への熱応
力の集中を確実に回避できるため、基板にクラックが生
じ難くなり、熱衝撃に対する耐久性を向上することがで
きるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は実施例１の基板の製造工程を
示す概略説明図である。

【図２】実施例２の基板の製造工程の一部を示す概略説
明図である。

【図３】実施例１の基板を示す平面図である。

【図４】比較例の基板を示す平面図である。

【符号の説明】

１ （窒化アルミニウム製の）基材、４ 回路パター
ン、Ｃ コーナー部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス製の基材（１）上に主として
   金属材料からなる回路パターン（４）を形成したセラミ
   ックス基板（１０，１１）において、 回路パターン（４）のコーナー部（Ｃ）にアールを設け
   たことを特徴とするセラミックス基板。
2. 【請求項２】前記コーナー部（Ｃ）の曲率は１００mm^-1
   以下であることを特徴とする請求項１に記載のセラミッ
   クス基板。