KR20220160636A - 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판 및 그 제조 방법, 그리고 세라믹 회로 기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 소정의 회로 패턴을 갖는, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법은, 세라믹 기판과, 질화티타늄을 포함하는 층과, 은을 포함하는 납재층과, 도전성을 갖는 금속판이, 이 순으로 적층된 금속-세라믹 접합체를 준비하는 공정과, 잉크젯 인쇄법으로, 상기 금속판 위에 상기 회로 패턴을 따라 레지스트 잉크를 도포하여 경화함으로써 단층의 레지스트 경화막을 형성하는 것을 복수회 반복하여, 다층의 레지스트 경화막을 형성하는 공정과, 상기 질화티타늄을 포함하는 층과, 상기 은을 포함하는 납재층과, 상기 금속판을, 상기 다층의 레지스트 경화막의 하방에 존재하는 부분을 제외하고, 에칭액을 사용하여 에칭하는 공정을 포함한다.
Description
본 발명은, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판 및 그 제조 방법, 그리고 세라믹 회로 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 엘리베이터, 차량 및 하이브리드카 등의 파워 모듈, 그리고 파워 트랜지스터 등의 고열이 발생하는 전력 디바이스용의 실장 기판으로서는, 세라믹 회로 기판이 사용되고 있다. 세라믹 회로 기판은, 세라믹 기판 위에, 구리 및 알루미늄 등의 도전성을 갖는 금속을, 직접 접합법으로, 또는 활성 금속을 포함하는 납재로 접합하는 활성 금속 접합법으로 접합하고, 접합 후의 도전성을 갖는 금속에 대하여, 소정의 회로 패턴을 따라 레지스트를 도포하고, 레지스트 패턴 이외를 에칭하고, 필요에 따라 레지스트를 제거함으로써 얻어진다(특허문헌 1).
여기서, 레지스트 패턴을 형성하는 방법으로서, 예를 들어 포토리소그래피법, 스크린 인쇄법 및 잉크젯 인쇄법이 알려져 있다. 포토리소그래피법에서는, 레지스트 패턴은, 포토레지스트라고 불리고 있는 레지스트 잉크(레지스트 재료)를 사용하여, 마스크에 의해, 광을 부분적으로 조사하여 레지스트의 용해성을 변화시키는 노광 공정과, 그 후, 약액에 의해 불필요한 레지스트를 제거하는 현상 공정에서, 레지스트 패턴은 형성된다. 스크린 인쇄법에서는, 레지스트 패턴은, 금속 위에 레지스트 잉크를 도포하고, 광을 조사하여 레지스트의 용해성을 변화시킴으로써 형성된다. 잉크젯 인쇄법에서는, 레지스트 패턴은, 패턴을 따라, 금속 위에 레지스트 잉크를 도포하고, 레지스트 잉크를 경화시킴으로써 형성된다.
그러나, 포토리소그래피법에서는, 포토리소그래피에 있어서의 노광 공정 및 현상 공정 등의 많은 공정이 필요하여, 세라믹 회로 기판의 제조 효율이 낮다. 또한, 제조 공정에 있어서, 세라믹과 구리의 복합체에 있어서의 단부로부터, 접합 시의 납재가 비어져 나와, 단차로 되는 경우가 있다. 그 경우, 복합체의 단부에 레지스트 패턴을 형성할 수 없다는 문제도 갖는다.
또한, 스크린 인쇄법에 있어서도, 미리 패턴을 따른 제판을 제작해야만 해, 세라믹 회로 기판의 제조 효율이 낮다. 또한, 제판을 치수 측정할 때 미소한 조정이 필요로 되어, 제판의 제작에도 많은 시간이 필요로 된다는 문제도 갖는다.
또한, 잉크젯 인쇄법에 사용하는 레지스트 잉크는, 통상, 에칭액에 대한 내성이 낮다. 그 때문에, 잉크젯 인쇄법으로, 고정밀도의 레지스트 패턴을 형성하는 것이 어렵다.
본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 잉크젯 장치를 사용한 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법이며, 효율적으로, 에칭액에 대한 내성이 높고, 또한 고정밀도의 레지스트 패턴을 갖는 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판을 제조할 수 있는 방법 및 이 제조 방법에 의해 얻어지는 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판 및 세라믹 회로 기판의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 잉크젯 인쇄법을 사용한 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법이, 특정 다층의 레지스트 경화막을 형성하는 공정을 포함함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.
즉, 본 발명은, 이하와 같다.
[1] 소정의 회로 패턴을 갖는, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법이며, 세라믹 기판과, 질화티타늄을 포함하는 층과, 은을 포함하는 납재층과, 도전성을 갖는 금속판이, 이 순으로 적층된 금속-세라믹 접합체를 준비하는 공정과, 잉크젯 인쇄법으로, 상기 금속판 위에 상기 회로 패턴을 따라 레지스트 잉크를 도포하여 경화함으로써 단층의 레지스트 경화막을 형성하는 것을 복수회 반복하여, 다층의 레지스트 경화막을 형성하는 공정과, 상기 질화티타늄을 포함하는 층과, 상기 은을 포함하는 납재층과, 상기 금속판을, 상기 다층의 레지스트 경화막의 하방에 존재하는 부분을 제외하고, 에칭액을 사용하여 에칭하는 공정을 포함하는, 제조 방법.
[2] 상기 단층의 레지스트 경화막을 형성하는 것의 반복수가 2회 또는 3회인, [1]에 기재된 제조 방법.
[3] 상기 다층의 레지스트 경화막의 두께가 20㎛ 이상 60㎛ 이하인, [1] 또는 [2]에 기재된 제조 방법.
[4] [1] 내지 [3]의 어느 것에 기재된 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법에 있어서의 상기 에칭하는 공정 후에, 상기 다층의 레지스트 경화막을 제거하는 공정을 포함하는, 세라믹 회로 기판의 제조 방법.
[5] 세라믹 기판과, 질화티타늄을 포함하는 층과, 은을 포함하는 납재층과, 도전성을 갖는 금속판이, 이 순으로 적층된 금속-세라믹 접합체의 상기 금속판 위에, 다층의 레지스트 경화막이 인쇄되어 있고, 적어도 상기 금속판과 상기 다층의 레지스트 경화막이 소정의 회로 패턴을 갖는, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판이며, 상기 다층의 레지스트 경화막의 두께의 균일성이 20％ 이하인, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판.
[6] 상기 다층의 레지스트 경화막의 두께가 20㎛ 이상 60㎛ 이하인, [5]에 기재된 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판.
본 발명에 따르면, 잉크젯 장치를 사용한 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법에 있어서, 효율적으로, 에칭액에 대한 내성이 높고, 또한 고정밀도의 레지스트 패턴을 갖는 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판을 제조할 수 있는 방법 및 이 제조 방법에 의해 얻어지는 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판 및 세라믹 회로 기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 단순히 「본 실시 형태」라고 한다.)에 대하여, 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 본 실시 형태는, 본 발명을 설명하기 위한 예시이고, 본 발명은 본 실시 형태만에 한정되지 않는다.
[레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판]
본 실시 형태의 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판은, 세라믹 기판과, 질화티타늄을 포함하는 층(이하, 단순히 「질화티타늄층」이라고도 한다.)과, 은을 포함하는 납재층(이하, 단순히 「납재층」이라고도 한다.)과, 도전성을 갖는 금속판(이하, 단순히 「금속판」이라고도 한다.)이, 이 순으로 적층된 금속-세라믹 접합체(이하, 단순히 「접합체」이라고도 한다.)의 상기 금속판 위에, 다층의 레지스트 경화막(이하, 단순히 「다층 레지스트막」이라고도 한다.)이 인쇄되어 있고, 적어도 상기 금속판과 상기 다층 레지스트막이 소정의 회로 패턴을 갖고, 상기 다층 레지스트막의 두께의 균일성이 20％ 이하이다. 본 실시 형태의 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판은, 에칭액에 대한 내성이 높고, 고정밀도의 레지스트 패턴을 가지므로, 이 세라믹 회로 기판을 사용함으로써, 회로 기판의 소형화를 달성할 수 있다. 또한, 세라믹 기판을 사용하고 있으므로, 파워 모듈의 고출력화를 달성할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 다층 레지스트막은, 두께가 균일한 다층의 레지스트 경화막을 갖고, 그 두께의 균일성은 20％ 이하이고, 17％ 이하인 것이 바람직하고, 14％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 하한은 특별히 한정되지 않지만, 통상 1％ 이상이다. 다층 레지스트막의 두께의 균일성이, 상기 범위에 있으면, 회로 패턴을 정확하게 형성할 수 있다는 효과를 발휘한다. 본 실시 형태에 있어서의 잉크젯 인쇄법으로 얻어지는 다층 레지스트막은, 포토리소그래피법 및 스크린 인쇄법으로 얻어지는 레지스트 경화막에 비해, 그 두께는 균일하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 다층 레지스트막의 두께의 균일성은, 실시예에 기재된 방법으로 측정된다.
본 실시 형태에 관한 세라믹 기판은, 예를 들어 질화규소 및 질화알루미늄 등의 질화물계 세라믹; 산화알루미늄 및 산화지르코늄 등의 산화물계 세라믹; 탄화규소 등의 탄화물계 세라믹; 붕화란탄 등의 붕화물계 세라믹을 들 수 있다. 이것들 중에서도, 열전도율, 안전성 및 비용 등의 점에서, 질화물계 세라믹 및 산화물계 세라믹이 바람직하고, 더 우수한 열 도전성, 방열 특성 및 전기 절연성을 갖는 점에서, 질화물계 세라믹이 보다 바람직하다. 질화물계 세라믹은, 더 우수한 열 도전성 및 전기 절연성을 갖는 점에서, 이 세라믹 기판을 사용함으로써, 회로 기판의 소형화 및 파워 모듈의 고출력화를 달성할 수 있다.
세라믹 기판의 두께는, 적합한 내구성 및 열저항이 얻어지는 점에서, 0.2㎜ 이상 1.5㎜ 이하가 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 질화티타늄층은, 질화티타늄을 포함하면, 특별히 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 관한 질화티타늄층은, 후술하는 은과 티타늄을 포함하는 납재를, 세라믹 기판에 도포하고, 금속판과 세라믹 기판을 접합함으로써 얻어진다.
질화티타늄층의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 통상, 0.2㎛ 이상 2.0㎛ 이하이다.
본 실시 형태에 관한 금속판은, 예를 들어 금, 은, 구리, 알루미늄 및 이것들의 합금, 그리고 이것들의 금속을 포함하는 2층 클래드재를 들 수 있다. 이것들 중에서도, 우수한 전기 전도성 및 열전도율이 얻어지는 점에서, 구리, 알루미늄 및 구리와 알루미늄의 2층 클래드재가 바람직하다. 동판으로서는, 예를 들어 무산소 동판을 들 수 있다.
금속판의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 통상, 0.1㎜ 이상 1.5㎜ 이하이다. 금속판의 두께를 상기 범위로 함으로써, 파워 모듈용의 회로 기판으로서 사용해도 충분한 도전성을 확보할 수 있어, 금속판의 발열 등의 문제가 억제된다.
본 실시 형태에 관한 다층 레지스트막은, 후술하는 레지스트 잉크를 경화한 단층의 레지스트막이, 복수 적층되어 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 다층 레지스트막을 가짐으로써, 에칭액에 대한 내성이 높아, 고정밀도의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
다층 레지스트막의 두께는, 에칭액에 대한 내성을 더 높게 할 수 있는 점에서, 20㎛ 이상인 것이 바람직하고, 30㎛ 이상인 것이 바람직하다. 다층 레지스트막의 두께의 상한은, 다층 레지스트막의 박리 시에 잔사가 발생하기 어려운 점에서, 60㎛ 이하여도 되고, 50㎛ 이하여도 된다. 또한, 다층 레지스트막의 적층수는, 에칭액에 대한 내성을 더 높게 할 수 있어, 박리성이 우수하다는 점에서, 2층 이상 3층 이하가 바람직하고, 3층인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태의 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판은, 적어도 금속판과 다층 레지스트막이 소정의 회로 패턴을 갖는다. 여기서, 소정의 회로 패턴이란, 실장 기판에 있어서, 예를 들어 소정 형상의 배선 패턴, 그리고 콘덴서 및 인덕턴스에 의해 구성되는 회로 패턴을 말한다.
본 실시 형태의 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판은, 질화티타늄층과 금속판 사이에, 은을 포함하는 납재층을 갖는다. 납재층을 포함함으로써, 질화티타늄층과 금속판이 견고하게 접합한다.
또한, 납재층은, 높은 접합성 및 높은 히트 사이클 특성을 담보할 필요가 있는 점에서, 은을 포함한다. 납재층 중에 포함되는 은의 양은, 특별히 한정되지 않지만, 통상, 납재층 100질량％에 대하여, 50질량부 이상 100질량부 이하이다.
납재층의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 통상, 3㎛ 이상 25㎛ 이하이다.
[레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법]
본 실시 형태의 소정의 회로 패턴을 갖는 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법은,
세라믹 기판과, 질화티타늄층과, 납재층과, 금속판이, 이 순으로 적층된 접합체를 준비하는 공정과,
잉크젯 인쇄법으로, 상기 금속판 위에 상기 회로 패턴을 따라 레지스트 잉크를 도포하여 경화함으로써 단층의 레지스트 경화막을 형성하는 것을 복수회 반복하여, 다층 레지스트막을 형성하는 공정과,
상기 질화티타늄층과, 상기 납재층과, 상기 금속판을, 상기 다층 레지스트막의 하방에 존재하는 부분을 제외하고, 에칭액을 사용하여 에칭하는 공정을 포함한다.
본 실시 형태의 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법에 의하면, 효율적으로, 에칭액에 대한 내성이 높고, 또한 고정밀도의 레지스트 패턴을 갖는 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판을 제조할 수 있다.
(금속-세라믹 접합체를 준비하는 공정)
본 실시 형태에서는, 세라믹 기판과, 질화티타늄층과, 납재층과, 금속판이, 이 순으로 적층된 접합체를 준비하는 공정을 포함한다. 세라믹 기판, 질화티타늄층, 납재층 및 금속판에 대해서는, 상기한 바와 같다.
본 실시 형태에 관한 접합체는, 공지의 방법으로 제조할 수 있고, 예를 들어 활성 금속으로서 티타늄을 포함하는 납재로 접합하는 활성 금속 접합법으로 제조할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 접합체는, 필요에 따라, 세라믹 기판 위에, 직접 금속판을 배치하고 불활성 분위기 하에서 가열하는 직접 접합법을 병용하여 제조해도 된다.
활성 금속 접합법을 사용한 경우, 예를 들어 다음과 같이 하여, 본 실시 형태에 관한 접합체를 제조할 수 있다. 즉, 세라믹 기판의 표면에, 롤 코터법, 스크린 인쇄법 및 전사법 등의 방법에 의해 페이스트상의 납재를 균일하게 도포하고, 그 납재의 표면에 금속판을 접합한다. 납재의 도포 방법으로서는, 균일하게 도포할 수 있는 점에서, 스크린 인쇄법이 바람직하다. 또한, 금속판은, 소정의 회로 패턴을 갖도록 접합되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 관한 납재는, 세라믹 기판과 금속판을 더 견고하게 접합할 수 있는 점에서, 은과 티타늄을 포함한다. 납재와 세라믹 기판이 접합하는 점에서, 세라믹 기판 위에 질화티타늄층이 형성된다. 또한, 질화티타늄층 위에 납재층이 형성되고, 납재층을 통해 금속판과 접합된다.
납재 중에 포함되는 은 및 티타늄의 함유량의 비는, 특별히 한정되지 않지만, 통상, 은 100질량부에 대하여, 티타늄이 1.0질량부 이상 5.0질량부 이하이다.
납재에는, 폴리이소부틸메타크릴레이트 등의 공지의 결합재(결합제)가 포함되어 있어도 된다. 납재 중의 결합제의 양은, 2질량％ 이상 8질량％ 이하인 것이 바람직하다.
납재에는, 테르피네올 등의 공지의 유기 용매가 포함되어 있어도 된다. 납재 중의 유기 용매량은, 더 균일하게 도포할 수 있는 점에서, 5질량％ 이상 30질량％ 이하이다.
납재의 점도는, 더 균일하게 도포할 수 있는 점에서, 3Pa·s 이상 20Pa·s 이하(온도: 20℃ 이상 25℃ 이하)인 것이 바람직하다.
접합 방법으로서는, 예를 들어, 납재가 도포된 세라믹 기판의 납재면에, 금속판을 접합한 후, 가열로에서 가열함으로써 세라믹 기판과 금속판을 충분히 접합시켜, 접합체를 얻는 방법을 들 수 있다. 이 경우, 가열 온도는, 예를 들어 700℃ 이상 900℃ 이하이다. 가열로 내의 분위기는, 특별히 한정되지 않고, 질소 등의 불활성 가스여도 되고, 대기압 미만의 감압 하에서 행해도 된다. 또한, 진공 하에서 행해도 된다. 가열로는, 복수의 접합체를 연속적으로 제조하는 연속식의 것이어도 되고, 하나 또는 복수의 접합체를 뱃치식으로 제조하는 것이어도 된다. 가열은, 접합체를 적층 방향으로 압박하면서 행해도 된다.
본 실시 형태에 관한 접합체는, 필요에 따라, 금속판에, 니켈 도금, 니켈 합금 도금, 금 도금 및 은 도금 등의 도금 처리, 그리고 방청 처리를 실시해도 된다.
또한, 「금속-세라믹 접합체를 준비하는 공정」은, 공지의 방법으로 제조된 접합체를 단순히 조달(취득)하는 공정이어도 된다.
(다층의 레지스트 경화막을 형성하는 공정)
다층 레지스트막은, 잉크젯 인쇄법으로, 금속판의 표면 위에 회로 패턴을 따라 레지스트 잉크를 도포하여 경화함으로써 단층의 레지스트 경화막을 형성한 후, 이 레지스트 경화막 위에, 마찬가지로 하여 단층의 레지스트 경화막을 1층 또는 2층 이상 더 형성함으로써 얻을 수 있다. 단층의 레지스트 경화막을 형성하는 것의 반복수는, 에칭액에 대한 내성을 더 높게 할 수 있는 점에서, 2회 이상 3회 이하가 바람직하고, 3회인 것이 보다 바람직하다. 또한, 다층 레지스트막의 두께는, 에칭액에 대한 내성을 더 높게 할 수 있는 점에서, 20㎛ 이상인 것이 바람직하고, 30㎛ 이상인 것이 바람직하다. 다층 레지스트막의 두께는 60㎛ 이하여도 되고, 50㎛ 이하여도 된다.
본 실시 형태에서는, 다층 레지스트막은, 잉크젯 인쇄법을 사용한 공지의 방법으로 제작할 수 있고, 예를 들어 하기의 직묘(直描) 방식으로 제작할 수 있다. 직묘 방식에서는, 잉크젯 장치의 노즐로부터 레지스트 잉크를 토출시켜, 원하는 형상을 갖는 금속판 위에 레지스트 잉크를 도포하여 경화함으로써, 단층의 레지스트 경화막을 원하는 형상에 맞추어 형성시킨다. 이것을 반복함으로써, 다층 레지스트막을 형성할 수 있다. 원하는 형상이 배선 형상이라면, 패턴 형상의 배선의 형성이 가능해진다. 잉크젯 장치는, 일반적으로 시판되고 있는 잉크젯 도포 장치를 사용할 수 있고, 레지스트 잉크를 토출할 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 잉크젯 장치는, 통상, 잉크젯 헤드 및 노즐을 갖고, 잉크젯 장치 내 또는 잉크젯 헤드 내의 온도를 50℃ 이상으로 가온하기 위한 가온부를 구비하는 것이 바람직하다.
직묘 방식에 있어서, 잉크젯 장치에 구비되는 잉크젯 헤드는, 예를 들어 피에조형이 있다. 직묘 방식의 경우, 레지스트 잉크의 점도는, 해상도가 더 향상되는 점에서, 5.0mPa·s 이상 20.0mPa·s 이하(온도: 20℃ 이상 60℃ 이하)인 것이 바람직하다. 이러한 점도로 조정하기 위해서는, 잉크젯 장치 내에 있어서 레지스트 잉크를 가온하는 것이 바람직하고, 가온의 온도는, 예를 들어 25℃ 이상 60℃ 이하의 범위 내이다.
단층의 레지스트 경화막의 경화 방법으로서는, 예를 들어, 도포한 레지스트 잉크에 직접 또는 간접적으로 자외선을 조사하는 방법을 들 수 있다. 자외선의 조사에 사용되는 조사원으로서는, 예를 들어 케미컬 램프, 저압 수은등, 중압 수은등, 고압 수은등, 초고압 수은등, 크세논 램프, 메탈 할라이드 램프 및 LED-UV 램프를 들 수 있다. 또한, 경화에 있어서는, 자외선 외에, 전자선 등도 채용할 수도 있고, 모노머 등의 분자를 중합 또는 가교시킬 수 있을 정도의 에너지 양자를 갖는 활성 에너지선이라면, 특별히 한정되지 않는다. 자외선을 사용한 경우, 그 조사량은 특별히 한정되지 않지만, 통상, 100mJ/㎠ 이상 1000mJ/㎠ 이하이다. 본 실시 형태에서는, 레지스트 경화막을 형성한 후, 더 확실하게 레지스트 잉크를 경화시키는 점에서, 자외선을 더 조사하는 후경화의 처리를 해도 된다.
본 실시 형태에서는, 이 직묘 방식을 복수회 반복함으로써, 다층의 레지스트 경화층을 형성할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 레지스트 잉크는, 잉크젯 인쇄법에서 사용되는 레지스트 잉크라면, 특별히 한정되지 않지만, 우수한 내산성을 갖는 점에서, (메트)아크릴아미드를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 (메트)아크릴아미드를 포함하는 레지스트 잉크로서는, 시판품을 사용해도 되고, 예를 들어, 고오 가가쿠 고교(주)제 GIP-410(상품명)을 들 수 있다.
(에칭 공정)
본 실시 형태에 관한 에칭 공정은, 에칭액을 사용하여, 질화티타늄층과, 납재층과, 금속판을, 다층 레지스트막의 하방에 존재하는 부분을 제외하고 에칭하는 공정이다.
본 실시 형태에서 사용하는 에칭액은, 질화티타늄층과, 납재층과, 금속판을 에칭할 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 에칭액으로서는, 질화티타늄층과, 납재층과, 금속판을 동시에 에칭할 수 있도록, 각각의 에칭액을 적절히 혼합한 액을 사용해도 된다.
질화티타늄층의 에칭액으로서는, 질화티타늄층을 적합하게 에칭할 수 있는 점에서, 불화암모늄과 과산화수소를 포함하는 수용액인 것이 바람직하다. 불화암모늄은, pH 조정제로서 작용한다. 이러한 에칭액으로서는, 1mol/L 이상 20mol/L 이하의 불화암모늄 수용액과, 35％ 과산화수소수의 혼합 용액인 것이 바람직하고, 불화암모늄 수용액과 과산화수소수를, 질량부 기준으로, 1:10 내지 10:1(불화암모늄 수용액:과산화수소수)로 혼합하여 얻어진 혼합 용액인 것이 보다 바람직하다. 또한, 에칭액의 온도로서는, 특별히 한정되지 않지만, 효과적으로 질화티타늄층을 에칭할 수 있는 점에서, 25℃ 이상 50℃ 이하인 것이 바람직하다.
과산화수소는, 강력한 산화력을 갖기 때문에, 레지스트 경화막에 핀 홀이 형성되는 경우나, 레지스트 경화막을 용해 및 침식하고, 그 결과, 회로면에 핀 홀이 형성되는 경우가 있다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 다층 레지스트막은, 단층의 레지스트 경화막이 복수 적층된 구조를 갖기 때문에, 강력한 산화력을 갖는 과산화수소를 사용해도 용해 및 침식되지 않는다. 그 때문에, 본 실시 형태의 제조 방법에 의하면, 에칭액에 대한 내성이 높아, 고정밀도의 레지스트 패턴을 갖는 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판을 얻을 수 있다.
납재층의 에칭액으로서는, 질화티타늄층의 에칭을 하기 전에, 납재층에 포함되는 은을 효과적으로 제거할 수 있는 점에서, 티오황산나트륨을 포함하는 수용액인 것이 바람직하다. 이러한 에칭액으로서는, 티오황산나트륨이, 통상, 물 100질량부에 대하여, 0.1질량부 이상 40질량부 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 에칭액의 온도로서는, 특별히 한정되지 않지만, 효과적으로 납재층을 에칭할 수 있는 점에서, 30℃ 이상 50℃ 이하인 것이 바람직하다.
금속판의 에칭액으로서는, 특별히 한정되지 않고, 공지의 에칭액을 사용할 수 있다. 금속판이 구리를 포함하는 경우, 에칭액으로서는, 염산과 염화구리를 포함하는 수용액인 것이 바람직하고, 염산 산성의 염화구리 수용액인 것이 보다 바람직하다. 이러한 에칭액으로서는, 1mol/L 이상 5mol/L 이하의 염산과, 1mol/L 이상 5mol/L 이하의 염화구리(II) 수용액의 혼합 용액인 것이 바람직하고, 염산과 염화구리(II) 수용액을, 질량부 기준으로, 1질량부:10질량부 내지 10질량부:1질량부(염산:염화구리(II) 수용액)로 혼합하여 얻어진 혼합 용액인 것이 보다 바람직하다. 또한, 에칭액의 온도로서는, 특별히 한정되지 않지만, 효과적으로 금속판을 에칭할 수 있는 점에서, 40℃ 이상 60℃ 이하인 것이 바람직하다.
에칭 방법으로서는, 공지의 방법을 채용할 수 있고, 예를 들어 하기의 방법을 들 수 있다. 금속판이 구리를 포함하는 경우, 다층 레지스트막에 덮여 있지 않은 부분의 구리를 포함하는 금속판을, 염산과 염화구리를 포함하는 수용액으로, 납재층을, 티오황산나트륨을 포함하는 수용액으로, 질화티타늄층을, 불화암모늄과 과산화수소를 포함하는 수용액으로 각각 제거한다. 이에 의해, 금속판이 소정의 회로 패턴을 갖는, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판이 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 금속판의 에칭과, 납재층의 에칭과, 질화티타늄층의 에칭을 따로따로 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 약액의 혼합이 없기 때문에, 약액의 재이용이 가능하여, 경제적이다.
[세라믹 회로 기판]
세라믹 회로 기판은, 본 실시 형태의 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판에 있어서의 다층 레지스트막을 제거함으로써 얻어진다. 본 실시 형태의 세라믹 회로 기판은, 회로 패턴의 직선성이 우수하고, 고정밀도의 회로 패턴을 가지므로, 이 세라믹 회로 기판을 사용함으로써, 회로 기판의 소형화를 달성할 수 있다. 또한, 세라믹 기판을 사용하고 있으므로, 파워 모듈의 고출력화를 달성할 수 있다.
[세라믹 회로 기판의 제조 방법]
본 실시 형태의 세라믹 회로 기판의 제조 방법은, 본 실시 형태의 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법에 있어서의 에칭하는 공정 후에, 본 실시 형태에 관한 다층 레지스트막을 제거하는 공정을 포함한다. 본 실시 형태의 세라믹 회로 기판은, 고정밀도의 회로 패턴을 가지므로, 이 세라믹 회로 기판을 사용함으로써, 회로 기판의 소형화를 달성할 수 있다. 또한, 세라믹 기판을 사용하고 있으므로, 파워 모듈의 고출력화를 달성할 수 있다.
다층 레지스트막의 제거 방법은, 공지의 방법을 채용할 수 있고, 예를 들어 레지스트 용해 박리액을 사용하여 용해 박리시킴으로써 제거할 수 있다.
레지스트 용해 박리액으로서는, 용이하게 용해 박리할 수 있는 점에서, 알칼리 용액인 것이 바람직하고, 알칼리성의 수용액인 것이 보다 바람직하다. 이러한 알칼리 용액으로서는, 예를 들어 수산화나트륨 수용액을 사용할 수 있다. 수산화나트륨 수용액에 있어서의 수산화나트륨의 농도는, 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.01％ 이상 5％ 이하이고, 0.5％ 이상 3％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 알칼리 용액으로서, 알칼리성의 성분을 포함하는 유기 용매를 사용해도 되고, 유기 용매를 포함하는 알칼리성의 수용액을 사용해도 된다.
용해 박리의 방법으로서는, 예를 들어, 침지시키는 방법, 스프레이 도포에 의해 용해 박리시키는 방법 및 침지 후에 초음파 등을 조사시키는 방법을 사용할 수 있다. 침지시키는 방법에 의해 용해 박리를 행하는 경우, 예를 들어 20℃ 이상 60℃ 이하의 레지스트 용해 박리액 중에, 통상 30초 이상 10분간 이하에서 침지시키도록 하면 된다. 이 조작은, 1회뿐이어도 되고, 복수회 실시해도 된다.
본 실시 형태에서는, 다층 레지스트막을 제거함으로써, 소정의 회로 패턴을 갖는 세라믹 회로 기판을 얻을 수 있다.
[반도체 모듈 기판]
반도체 모듈 기판은, 본 실시 형태에 관한 세라믹 회로 기판에 있어서의 회로의 소정의 위치에 반도체 소자가 탑재됨으로써 얻어진다. 본 실시 형태에 관한 세라믹 회로 기판을 사용함으로써, 반도체 모듈 기판은, 회로 기판의 소형화 및 파워 모듈의 고출력화를 달성할 수 있다.
실시예
이하에 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
〔평가 방법〕
(1) 레지스트 경화막의 두께 및 그 균일성
접촉식 윤곽계((주)도쿄 세이키 고사쿠쇼제 콘터레코드 2600G(상품명))를 사용하여, 실시예 및 비교예에서 얻어진 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판에 있어서의, 회로 패턴과, 다층 레지스트 경화막 또는 단층 레지스트 경화막의 차를 측정하고, 그 차를 레지스트 경화막의 두께(단위: ㎛)로 했다. 각각의 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 마찬가지의 방법에 의해, 회로 패턴과, 다층 레지스트 경화막 또는 단층 레지스트 경화막의, 최대 두께 및 최소 두께를 측정하고, 그것들의 값을 사용하여, 레지스트 경화막의 두께의 평균값을 구했다. 그리고, 이 평균값에 대한 표준 편차의 값(％), 즉 (표준 편차/평균값)×100(％)을 산출했다. 또한, 평균값에 대한 표준 편차의 값(％)이, 20％ 이하인 경우를, 레지스트 경화막이 균일하다고 보고 「AA」라고 평가하고, 20％를 초과하는 경우를, 레지스트 경화막이 불균일하다고 보고 「CC」라고 평가했다. 각각의 결과를 표 1에 나타낸다.
(2) 에칭액에 대한 내성
실시예 및 비교예에서 얻어진 세라믹 회로 기판에 대하여, 광학 현미경의 250배에 있어서의 시야에서, 따로따로 4시야 관찰하고, 각각의 시야마다, 회로 패턴의 표면에 핀 홀이 발생하고 있는지 여부를 눈으로 보아 확인하여, 에칭액에 대한 내성을 이하의 기준에 따라 평가했다. 각각의 결과를 표 1에 나타낸다.
AA: 4시야 전체에 있어서, 회로 패턴의 표면에 핀 홀이 발생하고 있지 않다
CC: 4시야 중, 어느 하나 이상의 시야에 있어서, 회로 패턴의 표면에 핀 홀이 발생하고 있다
또한, 핀 홀은, 에칭액(과산화수소)이 레지스트 경화막을 관통하는 것에 의해 발생했다.
(3) 회로 패턴의 직선성
실시예 및 비교예에서 얻어진 세라믹 회로 기판에 대하여, 광학 현미경의 200배에 있어서의 시야에서, 회로 패턴의 횡측면(편측만)을 따라 발생한 요철의 형상을 적층 방향으로부터 관찰하고, 그 요철에 있어서의 최대의 오목 개소와, 최대의 볼록 개소의 차 Δ를 측정했다. 이 측정을 따로따로 4시야에서 행하고, 각각의 시야마다, 차 Δ를 측정했다. 4시야에서 얻어진 각각의 차 Δ를 사용하여, 이하의 기준에 따라 직선성을 평가했다. 각각의 결과를 표 1에 나타낸다.
AA: 4시야 전체에 있어서, 차 Δ가 25㎛ 미만인 회로 패턴을 갖는다
CC: 4시야 중, 어느 하나 이상의 시야에 있어서, 차 Δ가 25㎛ 이상인 회로 패턴을 갖는다
(4) 레지스트 경화막의 박리성
실시예 및 비교예에서 얻어진 세라믹 회로 기판에 대하여, 광학 현미경의 200배에 있어서의 시야에서, 따로따로 4시야 관찰하고, 각각의 시야마다, 세라믹 회로 기판의 표면에 레지스트 경화막이 잔존하고 있는지 여부를 눈으로 보아 확인하여, 레지스트 경화막의 박리성을 이하의 기준에 따라 평가했다. 각각의 결과를 표 1에 나타낸다.
AA: 4시야 전체에 있어서, 레지스트 경화막의 잔존이 확인되지 않는다
CC: 4시야 중, 어느 하나 이상의 시야에 있어서, 레지스트 경화막의 잔존이 확인된다
(5) 종합 판정
실시예 및 비교예에 대하여, 레지스트 경화막의 균일성, 에칭액에 대한 내성, 회로 패턴의 직선성 및 레지스트 경화막의 박리성의 평가 결과를 사용하여, 이하의 기준에 따라 종합 판정을 행하였다. 각각의 결과를 표 1에 나타냈다.
AA: 레지스트 경화막의 균일성, 회로 패턴의 직선성, 에칭액에 대한 내성 및 레지스트 경화막의 박리성 전체에 있어서 AA 판정이다
BB: 레지스트 경화막의 균일성, 회로 패턴의 직선성, 에칭액에 대한 내성 및 레지스트 경화막의 박리성 중, 어느 1개 이상이 AA 판정이 아니다
CC: 레지스트 경화막의 균일성, 회로 패턴의 직선성, 에칭액에 대한 내성 및 레지스트 경화막의 박리성 중, 어느 2개 이상이 AA 판정이 아니다
〔실시예 1〕
(레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제작)
활성 금속 접합법으로, 다음과 같이 하여 금속-세라믹 접합체를 제작했다.
질화알루미늄 기판(덴카(주)사제 덴카 AN 플레이트(상품명, 150W/mK), 두께: 1㎜)의 편면에, 스크린 인쇄기(닛폰 분카 세이코(주)사제 스크린 인쇄기)를 사용하여, 은과, 티타늄과, PiBMA(폴리이소부틸메타크릴레이트)와, 테르피네올(유기 용매)을 포함하는, 납재(덴카(주)사제, 은 100질량부에 대하여 티타늄을 3.5질량부, 납재 중의 결합제의 양: 7질량부, 납재 중의 유기 용매의 양: 20질량부, 점도: 5Pa·s(온도: 20 이상 25℃ 이하))를 균일하게 도포했다. 그 후, 납재면에 동판(무산소동 C1020재(일반 그레이드), 두께: 0.3㎜)을 맞붙인 후, 연속식의 가열로에서, 1.0×10-4Pa의 진공 분위기 중, 온도 820℃에서 가열함으로써 세라믹 기판과 금속판을 충분히 접합시켜, 금속-세라믹 접합체를 얻었다. 얻어진 접합체는, 질화알루미늄 기판과, 질화티타늄층(두께: 0.6㎛)과, 납재층(두께: 6㎛)과, 동판을 가졌다.
동판의 표면 위에, 잉크젯 인쇄기(닛폰 분카 세이코(주)사제 잉크젯 인쇄기, 직묘 방식)를 사용하여, 회로 패턴을 따라 레지스트 잉크(고오 가가쿠 고교(주)제 GIP410(상품명), 점도: 10mPa·s)를 도포하고, 자외선(조사량: 300mJ/㎡)을 사용하여 경화함으로써 단층의 레지스트 경화막을 형성했다. 또한, 잉크젯 장치에 구비되는 잉크젯 헤드는 피에조식이고, 레지스트 잉크의 가온 온도는 43℃이고, 이때의 레지스트 잉크의 점도는 10mPa·s였다. 이 조작을 반복하여, 2층의 레지스트 경화막을 갖는 세라믹 기판을 얻었다. 또한, 2층의 레지스트 경화막의 두께는 29㎛였다.
얻어진 세라믹 기판에 있어서의, 질화티타늄층과, 납재층과, 동판에 대하여, 2층의 레지스트막의 하방에 존재하는 부분을 제외하고, 다음의 방법에 의해 에칭을 행하였다.
먼저, 3mol/L의 염산과, 2mol/L의 염화구리(II) 수용액을 질량부 환산으로 1:1로 혼합하여, 온도가 약 45℃인 에칭액을 얻었다. 이 에칭액을 사용하여, 동판을 에칭했다.
계속해서, 물 100질량부에 티오황산나트륨 10질량부를 더하고, 혼합하여, 온도가 약 40℃인 에칭액을 얻었다. 이 에칭액을 사용하여, 납재층을 에칭했다.
그리고, 1mol/L의 불화암모늄 수용액과, 35％ 과산화수소수를 질량부 환산으로 1:1로 혼합하여, 온도가 약 35℃인 에칭액을 얻었다. 이 에칭액을 사용하여, 질화티타늄층을 에칭했다.
이에 의해, 동판이 소정의 회로 패턴을 갖는, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판이 얻어졌다.
계속해서, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판을, 레지스트 용해 박리액으로서 수산화나트륨 수용액(수산화나트륨의 농도: 2％) 중에, 40℃에서, 5분간 침지시켰다. 이 조작을 1회 행함으로써 2층의 레지스트 경화막을 제거하여, 동판이 소정의 회로 패턴을 갖는 세라믹 회로 기판을 얻었다.
〔실시예 2〕
실시예 1에 있어서, 단층의 레지스트 경화막의 형성을 3회 반복하여, 3층의 레지스트 경화막(두께: 46㎛)을 제작한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판 및 세라믹 회로 기판을 얻었다.
〔실시예 3〕
실시예 1에 있어서, 단층의 레지스트 경화막의 형성을 4회 반복하여, 4층의 레지스트 경화막(두께: 61㎛)을 제작한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판 및 세라믹 회로 기판을 얻었다.
〔비교예 1〕
실시예 1에 있어서, 단층의 레지스트 경화막의 형성을 1회로 하여, 1층의 레지스트 경화막(두께: 15㎛)을 제작한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판 및 세라믹 회로 기판을 얻었다.
본 출원은, 2020월 3월 30일 출원된 일본 특허 출원(특허 출원 제2020-060208)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
본 발명에 따르면, 잉크젯 장치를 사용한 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법에 있어서, 효율적으로, 에칭액에 대한 내성이 높고, 또한 고정밀도의 레지스트 패턴을 갖는 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판을 제조할 수 있다. 그 때문에, 반도체 모듈 기판 등에 적합하고, 얻어지는 반도체 모듈 기판은, 회로 기판의 소형화 및 파워 모듈의 고출력화를 달성할 수 있다.
Claims (6)
- 소정의 회로 패턴을 갖는, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법이며,
세라믹 기판과, 질화티타늄을 포함하는 층과, 은을 포함하는 납재층과, 도전성을 갖는 금속판이, 이 순으로 적층된 금속-세라믹 접합체를 준비하는 공정과,
잉크젯 인쇄법으로, 상기 금속판 위에 상기 회로 패턴을 따라 레지스트 잉크를 도포하여 경화함으로써 단층의 레지스트 경화막을 형성하는 것을 복수회 반복하여, 다층의 레지스트 경화막을 형성하는 공정과,
상기 질화티타늄을 포함하는 층과, 상기 은을 포함하는 납재층과, 상기 금속판을, 상기 다층의 레지스트 경화막의 하방에 존재하는 부분을 제외하고, 에칭액을 사용하여 에칭하는 공정을 포함하는, 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 단층의 레지스트 경화막을 형성하는 것의 반복수가 2회 또는 3회인, 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다층의 레지스트 경화막의 두께가 20㎛ 이상 60㎛ 이하인, 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판의 제조 방법에 있어서의 상기 에칭하는 공정 후에, 상기 다층의 레지스트 경화막을 제거하는 공정을 포함하는, 세라믹 회로 기판의 제조 방법.
- 세라믹 기판과, 질화티타늄을 포함하는 층과, 은을 포함하는 납재층과, 도전성을 갖는 금속판이, 이 순으로 적층된 금속-세라믹 접합체의 상기 금속판 위에, 다층의 레지스트 경화막이 인쇄되어 있고, 적어도 상기 금속판과 상기 다층의 레지스트 경화막이 소정의 회로 패턴을 갖는, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판이며,
상기 다층의 레지스트 경화막의 두께의 균일성이 20％ 이하인, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판. - 제5항에 있어서, 상기 다층의 레지스트 경화막의 두께가 20㎛ 이상 60㎛ 이하인, 레지스트 경화막을 구비하는 세라믹 회로 기판.
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