WO2019003880A1 - セラミックス－金属層接合体の製造方法、セラミックス回路基板の製造方法及び金属板接合セラミックス母材板 - Google Patents

セラミックス－金属層接合体の製造方法、セラミックス回路基板の製造方法及び金属板接合セラミックス母材板 Download PDF

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ceramic base
ceramic
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皓也 新井
雅人 駒崎
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Definitions

  • a method of manufacturing a ceramic-metal layer bonded body in which a plurality of metal layers are bonded to both surfaces of a ceramic base plate and a method of manufacturing a ceramic circuit board by dividing the ceramic-metal layer bonded body And a metal plate bonded ceramic base plate in which a metal plate is bonded to each of both sides of the ceramic base plate.
  • Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a power module substrate.
  • the surface (one side) of a ceramic base plate having a large area capable of forming a plurality of power module substrates is irradiated with laser light to thereby obtain a ceramic base plate.
  • a scribe line (division groove) is defined in advance to divide the size of each power module substrate, and an aluminum or aluminum alloy metal plate is used on both sides of this ceramic base plate using an Al-Si brazing material. After bonding, etching is performed to remove the metal part on the scribe line, and then the ceramic base plate is divided along the scribe line to singulate, and individual power module substrates are manufactured. ing.
  • a metal plate is laminated on both sides of a ceramic base plate via a brazing material, and the laminate is sandwiched between carbon plates and heated under pressure to melt it.
  • the brazing material spreads between the ceramic base plate and the metal plate, and Si atoms in the brazing material diffuse into the metal plate, whereby the ceramic base plate and the metal plate are joined.
  • the molten brazing material flows out to the outside of the laminate along the scribe line, and a wax is formed at the end of each scribe line.
  • the molten brazing material flows more out of the laminated body along the scribe line as compared to the back surface side on which the scribe line is not formed. Therefore, Si atoms in the brazing material diffused in the metal plate on the back surface side are more than Si atoms in the brazing material diffused in the metal plate on the front surface side, and the content of Si atoms is different.
  • the etching rate of the etching performed after joining a ceramic base plate and a metal plate differs in the surface side and the back side, and the area of the metal layer on the surface side differs from the area of the metal layer on the back side A substrate is manufactured.
  • the metal plate on the back side has a high Si concentration and a low melting point, it melts more easily than the metal plate on the front side. For this reason, a liquid phase is generated on the surface of the metal plate on the back surface side by heating at the time of joining, and this becomes braze spots, and in a remarkable case, a carbon plate adheres to the metal plate on the back surface side.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and the etching rate of each metal plate is made approximately the same by reducing the difference in Si concentration between the metal plates joined to both sides of the ceramic base plate.
  • An object of the present invention is to suppress the occurrence of wax spots formed on the surface of each metal plate.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a ceramic-metal layer assembly, which comprises at least one scribe line along a dividing line for dividing a ceramic base plate into a plurality of ceramic substrates.
  • An aluminum or aluminum alloy having a thickness dimension of 0.4 mm or less covering at least a part of the planned dividing line on each of the front surface and the back surface of the scribing line forming step formed on each of the front surface and the back surface Bonding the metal plate consisting of the above through the Al-Si brazing material and heating while applying a load in the stacking direction to bond the metal plate to the front surface and the back surface of the ceramic base plate respectively And etching the metal plate along the planned dividing line to form a plurality of metal layers.
  • Manufacturing metal layer assembly - a has, the surface and the back surface a plurality of the metal layer are bonded to each ceramics of the ceramic base material plate.
  • the scribe line is formed only on one side of the ceramic base plate as in the prior art, the scribe line is formed rather than the Si atoms in the brazing material diffused in the metal plate joined to the surface on which the scribe line is formed. There are more Si atoms in the brazing material that diffuses into the metal plate joined to the back surface not formed. As a result, the melting point of the metal plate on the back surface side is lowered, and there is a possibility that wax will occur.
  • the present invention by forming scribe lines on the front surface and the back surface of the ceramic base plate, an excess portion of the melted brazing material is obtained when the metal plate is joined to both sides of the ceramic base plate.
  • the surface of the laminate is discharged along the scribe line also on the surface of the laminate. Therefore, compared with the case where a scribe line is formed only on one side, the difference in the content of Si atoms (difference in Si concentration) in each metal plate diffused from the brazing material is smaller on both sides of the ceramic base plate. Therefore, each metal plate can be etched at substantially the same etching rate, and metal layers of approximately the same size can be formed.
  • the surplus portion of the melted brazing material is smoothly discharged to the outside on both sides of the laminate, so that the liquid phase is generated in the metal plate due to the lowering of the melting point. To prevent the occurrence of wax spots on the surface of each metal plate.
  • a plurality of scribe lines may be formed on each of the front surface and the back surface of the ceramic base plate.
  • the brazing material melted in the bonding step is easily dispersed and discharged to the outside of the laminate on any of the front and back surfaces, and within each metal plate Can be made uniform in the surface direction.
  • the difference between the content (Si concentration) of Si atoms in the brazing material diffused in the metal plate on the front surface side and the back surface side becomes smaller, so the same etching rate
  • the metal plates on both sides can be etched, and metal layers of approximately the same size can be formed.
  • the molten brazing material is dispersed and discharged through the plurality of scribe lines, it is possible to suppress an increase in the amount of wax.
  • the number of scribe lines formed on the surface of the ceramic base plate and the back surface of the ceramic base plate are formed in the scribe line forming step.
  • the number of scribe lines may be the same.
  • the amount of brazing material discharged to the outside of the laminate along each scribe line in the bonding step is substantially the same on the front and back sides.
  • the content of Si atoms diffused in the respective metal plates joined to the front side and the back side becomes equal, that is, the Si concentration becomes equal, and the etching rates for etching the respective metal plates become equal, metal layers of the same size Can be formed.
  • the position of the scribe line formed on the surface of the ceramic base plate and the position of the scribe line formed on the back surface of the ceramic base plate are the same. It may be the same as the surface direction of the ceramic base plate.
  • the ceramic base plate By forming the scribe lines at the same positions on both sides of the ceramic base plate, the ceramic base plate can be easily divided (segmented) along the scribe lines, and a large number of ceramic circuit boards can be efficiently produced.
  • the position of the scribe line formed on the surface of the ceramic base plate and the scribe line position formed on the back surface of the ceramic base plate are the same. It may be different in the surface direction of the ceramic base plate.
  • the method for manufacturing a ceramic circuit substrate according to the present invention further includes a dividing step of dividing the ceramic base plate along the scribe line and separating the ceramic substrate into a plurality of ceramic substrates after the etching step in the manufacturing method. And manufacturing a plurality of ceramic circuit boards in which the metal layer is bonded to each of the front and back surfaces of the ceramic substrate.
  • the metal plate-joined ceramic base plate of the present invention comprises a ceramic base plate having at least one scribe line formed along predetermined dividing lines for dividing into a plurality of ceramic substrates on each of the front and back surfaces, and the ceramic And a metal plate which is joined to the front surface and the rear surface of the base material plate and which covers at least a part of the planned dividing line and which has a thickness dimension of 0.4 mm or less.
  • a plurality of scribe lines may be formed on each of the front surface and the back surface of the ceramic base plate.
  • the number of scribe lines formed on the surface of the ceramic base plate, and the number of scribe lines formed on the back side of the ceramic base plate, May be the same.
  • the position of the scribe line formed on the surface of the ceramic base plate and the position of the scribe line formed on the back side of the ceramic base plate are the above It may be the same as the surface direction of the ceramic base plate.
  • the position of the scribe line formed on the surface of the ceramic base plate and the position of the scribe line formed on the back side of the ceramic base plate are It may be different in the surface direction of the ceramic base plate.
  • the present invention it is possible to reduce the difference in Si concentration of the metal plates joined to both sides of the ceramic substrate, so that the etching rates of the respective metal plates can be made substantially the same, and they are formed on the surfaces of the metal plates It is possible to suppress the occurrence of wax stains.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a scribe line forming step in the method for manufacturing a ceramic circuit board in the first embodiment.
  • the manufacturing method of the ceramic circuit board in a 1st embodiment it is a sectional view showing the bonding process.
  • the manufacturing method of the ceramic circuit board in a 1st embodiment it is a sectional view showing an etching process.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the ceramic circuit board 1 of the first embodiment.
  • the ceramic circuit board 1 is used, for example, as a wiring board of a thermoelectric conversion element, and is formed in a rectangular shape having a vertical dimension of 5 mm and a horizontal dimension of 5 mm in plan view, and a metal joined to both sides of the ceramic substrate 2 Layers 3 and 4 are provided.
  • the ceramic substrate 2 is a plate material formed of a ceramic material made of aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), alumina or the like, and having a thickness L1 (see FIG. 6) of 0.3 mm to 1.0 mm. .
  • Each of the metal layers 3 and 4 is made of pure aluminum having a purity of 99.00% by mass or more, pure aluminum having a purity of 99.99% by mass or more, or an aluminum alloy of JIS 3003, etc., and has a thickness of 0.4 mm or less (e.g., 0.25 mm) Board material).
  • the metal layers 3 and 4 and the ceramic substrate 2 are joined using an Al-Si based brazing material.
  • the manufacturing method of the ceramic circuit board 1 comprised as mentioned above is demonstrated.
  • a ceramic base plate 20 having a size capable of forming a plurality of ceramic substrates 2 of the ceramic circuit board 1 is prepared, and as shown in FIGS. 3A and 4, the surface 20 a of the ceramic base plate 20 is provided.
  • a scribe line 21 b is formed on the scribe line 21 a and the back surface 20 b (a scribe line formation step).
  • the metal plates 30, 40 to be the metal layers 3, 4 are joined to both surfaces of the ceramic base plate 20 (joining step). Form 50).
  • Second bonded body 60 a ceramic-metal layer bonded body (hereinafter referred to as , Second bonded body) 60.
  • the ceramic base plate 20 is divided into pieces (division step), and the ceramic circuit board 1 is manufactured.
  • a scribe line 21a is formed on the surface 20a and a scribe line 21b is formed on the back surface 20b along predetermined dividing lines for dividing the rectangular plate-shaped ceramic base plate 20 into a plurality of ceramic substrates 2.
  • the scribe lines 21a and 21b are grooves formed in the ceramic base plate 20.
  • the ceramic base plate is irradiated with laser light L (CO 2 laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, etc.).
  • the surface 20 a and the back surface 20 b of 20 are linearly removed.
  • the scribe lines 21a and 21b are portions serving as starting points of division of the ceramic base plate 20 in the dividing step, and are formed on at least one of the front surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20 along the planned dividing line.
  • FIG. 4 is a plan view of the ceramic base plate 20 in which the scribe lines 21a and 21b are formed by the scribe line forming step.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 shown in FIG.
  • Each of the scribe lines 21b extending in the longitudinal direction on the back surface 20b is formed substantially parallel to and different from the scribe line 21a extending in the longitudinal direction on the surface 20a, that is, between the scribe lines 21a of the surface 20a. Also, each of the scribe lines 21b extending in the lateral direction on the back surface 20b is substantially parallel and different from the six scribe lines 21a extending in the lateral direction on the surface 20a, ie, between the scribe lines 21a on the surface 20a. It is formed.
  • the distance between the scribe lines 21a on the surface 20a of the ceramic base plate 20 and the distance between the scribe lines 21b on the back surface 20b are both 10 mm, and the scribe lines 21a on the surface 20a and the scribe lines 21b on the back surface 20b In the plane direction of the ceramic base plate 20 by 5 mm. Therefore, in plan view of the ceramic base plate 20, the scribe lines 21a of the front surface 20a and the scribe lines 21b of the back surface 20b are arranged at a pitch of 5 mm in each of the longitudinal direction and the lateral direction.
  • the peripheral portion of the ceramic base plate 20 (between the outermost scribe lines 21a and 21b and the edge of the ceramic base plate 20) is a margin 20c and is not used as the ceramic substrate 2 (see FIG. 4). ). Therefore, although division planned lines for forming the outer edge of the ceramic substrate 2 are not set in the margin portion 20c, in order to divide the ceramic base plate 20 without damaging the ceramic substrate 2, the scribe line 21a to the margin portion 20c is 21b is extended and formed.
  • FIG. 6 is a partial enlarged view of FIG. Scribe lines 21a and 21b having a depth dimension L2 and a maximum width dimension L3 are formed on the surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20 having a thickness dimension L1, respectively.
  • the thickness dimension L4 along the planned dividing line on which the scribe lines 21a and 21b are formed in the ceramic base material plate 20 is the base material plate in a portion where the scribe lines 21a and 21b are not formed in the ceramic base material plate 20. 20 smaller than the thickness dimension L1.
  • the depth dimension L2 of the scribe lines 21a and 21b may be 0.1 mm to 0.3 mm, and the width dimension L3 may be 0.05 mm to 0.2 mm.
  • L1 is set to 0.635 mm, L2 to 0.2 mm, L3 to 0.1 mm, and L4 to 0.435 mm.
  • each of the scribe lines 21a and 21b may be formed to the end edge of the ceramic base plate 20 (the margin 20c on the outer side of the metal plates 30 and 40). If both end portions of the scribe lines 21a and 21b are not formed up to the end edge portion (margin portion 20c) of the ceramic base plate 20, the brazing material melted in the bonding step can not be discharged to the outside through the scribe line. It is.
  • the scribe lines 21a and 21b are formed to extend to the margin 20c outside the metal plates 30 and 40, the surplus portion of the melted brazing material is discharged from between the ceramic base plate 20 and the metal plates 30 and 40. It will be easier.
  • the scribe lines 21 a and 21 b are formed up to both end edges of the ceramic base plate 20.
  • the distance between the other end of the scribe lines 21 a and 21 b and the end edge of the ceramic base plate 20 is It should be small as long as there is no problem in dividing the ceramic base plate 20 by the scribe lines 21a and 21b.
  • the ceramic base plate 20 is cleaned with a cleaning solution.
  • the ceramic base plate 20 washed after the formation of the scribe lines 21a and 21b has a thickness of 0.4 mm or less, and the scribe lines 21a and 21b (division lines) in plan view.
  • the metal plates 30, 40 having a size (in the present embodiment, substantially the same size as the inner side of the margin portion 20c) covering at least a part are joined using an Al—Si based brazing material.
  • the metal plates 30, 40 are laminated with the Al-Si brazing material foil interposed on the front surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20, respectively, and these laminates are held between the carbon plates. It heats in a vacuum, applying a load in the stacking direction (while maintaining pressure). Thereby, a metal plate bonded ceramic base plate (first bonded body) 50 in which the metal plates 30, 40 are respectively bonded to the front surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20 is formed (see FIG. 3B).
  • the pressure in the stacking direction may be 0.1 MPa to 0.5 MPa, and the heating temperature may be 630 ° C. to 650 ° C.
  • the Al—Si based brazing material foil preferably has a thickness of 5 ⁇ m to 15 ⁇ m. However, the heating temperature is lower than the melting point of the metal plates 30, 40.
  • the Al-Si based brazing material Al-Si-Cu brazing material, Al-Si-Mg brazing material, etc. can be used.
  • the Si concentration in the brazing material is desirably 5% by mass to 12% by mass.
  • brazing material melts at the time of joining and partly flows out, and all or most of the remaining part is used for brazing and diffused to the metal plates 30, 40. Therefore, a brazing material layer may be slightly left between the ceramic base plate 20 and the metal plates 30 and 40 after bonding, but may not be left.
  • 15 scribe lines 21a in the vertical direction and 6 lines in the horizontal direction are formed on the surface 20a
  • 14 scribe lines 21b in the vertical direction and 5 lines in the horizontal direction are formed on the back surface 20b.
  • the number of scribe lines 21a and 21b can be said to be approximately equal between the front surface 20a and the back surface 20b.
  • the amount of brazing material flowing out to the outside of the metal plates 30 and 40 along the scribe lines 21 a and 21 b in the bonding step is substantially the same on both surfaces of the ceramic base plate 20. Therefore, between the metal plates 30 and 40 and the ceramic base plate 20, approximately the same amount of brazing material remains on the surface 20a and the back surface 20b. As a result, approximately the same amount of Si atoms diffuses into the metal plates 30 and 40, and the Si concentrations of the metal plates 30 and 40 become approximately the same.
  • the melted brazing material is discharged to the outside of the laminate along the scribe lines 21a and 21b, the increase in Si concentration due to the remaining brazing material is suppressed, and the decrease in the melting point of the metal plates 30 and 40 is prevented. The generation of wax spots on the surfaces of the metal plates 30, 40 is suppressed.
  • the metal plates 30 and 40 in the first bonded body 50 are etched along the planned dividing lines (scribe lines 21a and 21b).
  • the etching can be performed by a known method, for example, a method using an iron chloride solution after masking at a necessary place.
  • the scribe lines 21a and 21b are exposed, and a plurality of metal layers 3 and 4 divided in a substantially rectangular shape in plan view are formed, and a metal layer bonded ceramic base plate (second bonding body) 60 is formed. (See FIG. 3C).
  • the second bonded body 60 is subjected to plating treatment such as gold plating, silver plating, nickel plating and the like as necessary.
  • plating treatment such as gold plating, silver plating, nickel plating and the like as necessary.
  • the metal layers 3 and 4 of the second bonded body 60 are plated.
  • the plating process is performed on both sides of the second bonded body 60 in the present embodiment, the invention is not limited to this. For example, only one side may be plated.
  • the ceramic base plate 20 exposed along the scribe lines 21a and 21b (divided lines) by etching is divided along the scribe lines 21a and 21b (divided lines).
  • the ceramic substrate 2 is divided into a plurality of ceramic substrates 2 and, as shown in FIG. 3D, a plurality of (280) ceramic circuit substrates 1 are manufactured.
  • a brazing material is formed by solidification of the brazing material that has melted and flowed out in the bonding step. These wax bumps prevent the division of the ceramic base plate 20 and are therefore removed before the division step.
  • the scribe lines 21a and 21b are formed in approximately the same number on both the surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20.
  • the outer side of a laminated body (metal plate 30, 40) along scribe line 21a, 21b also in any surface of the surface 20a of the ceramic base material board 20, and the back surface 20b. Approximately the same amount of molten brazing material is discharged.
  • the content (Si concentration) of Si atoms in the brazing material diffused in the metal plate 30 on the surface 20a side and the content of Si atoms in the brazing material diffused in the metal plate 40 on the back surface 20b Since the concentration of Si is substantially the same, the metal plates 30 and 40 can be etched at the same etching rate, and metal layers 3 and 4 of approximately the same size can be formed.
  • the brazing material melted in the bonding step is formed on the outer surface of the laminate on any of the surface 20a and the back surface 20b by the plurality of scribe lines 21a and 21b formed on the surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20. Since the particles are dispersed and discharged, the Si concentration in each of the metal plates 30 and 40 can be made uniform, and the generation of wax spots on the surfaces of the metal plates 30 and 40 can be suppressed.
  • the brazing material melted from the laminate of the ceramic base plate 20 and the metal plates 30 and 40 is dispersed by the plurality of scribe lines 21a and 21b and discharged to the outside of the laminate, the brazing material becomes large. Can be suppressed.
  • the scribe lines 21a and 21b are formed by dividing the surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20, that is, the surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20 along planned dividing lines. Since the scribe lines 21a and 21b are formed in any of the above, the number of scribe lines 21a and 21b is smaller than that of the third embodiment (when the scribe lines are formed on both sides of the ceramic base plate 20). It is possible to reduce the time and effort required for the scribing line formation process.
  • 15 vertical and 6 horizontal scribe lines 21a are formed on the surface 20a of the ceramic base plate 20, and 14 vertical and 5 horizontal scribe lines 21b are formed on the back surface 20b. But it is not limited to this.
  • FIG. 7 is a plan view of the ceramic base plate 20 in which the scribe lines 21a and 21b according to the second embodiment are formed.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the ceramic base plate 20 taken along line B1-B1 of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the ceramic base plate 20 taken along line C1-C1 of FIG.
  • the scribe line 21b along the longitudinal direction and the scribe line 21a along the lateral direction are formed separately on the front surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20. That is, on the surface 20a of the substantially square ceramic base plate 20 in plan view, as shown in FIGS. 7 and 9, eleven scribe lines 21a extending in the lateral direction are arranged at predetermined intervals. Further, on the back surface 20b of the ceramic base plate 20, as shown in FIGS. 7 and 8, eleven scribe lines 21b extending in the vertical direction are arranged at predetermined intervals.
  • the scribe lines 21a and 21b are arranged at a pitch of 5 mm, and by dividing the ceramic base plate 20 along the scribe lines 21a and 21b, 100 pieces of the 5 mm square ceramic substrate 2 in a plan view are obtained. It can be formed.
  • the extending direction of the scribe lines 21a and 21b is set to the horizontal direction on the front surface 20a and to the vertical direction and the one direction on the back surface 20b. Therefore, the scribing lines 21a and 21b are formed (scribing line forming step) Time and effort involved in
  • the number of scribe lines 21 a formed on the front surface 20 a and the number of scribe lines 21 b formed on the back surface 20 b are the same. For this reason, when heating and joining a laminate in which metal plates 30, 40 are laminated using brazing material on both the front surface 20a and the back surface 20b of the ceramic base plate 20 while applying a load in the lamination direction, melting is performed The brazing material is discharged to the outside of the laminate along the same number of scribe lines 21a and 21b in any of the front surface 20a and the back surface 20b.
  • the content of Si atoms in the brazing material diffused in the metal plate 30 on the surface 20 a side of the ceramic base plate 20 and the content of Si atoms in the brazing material diffused in the metal plate 40 on the back surface 20 b side will be the same. That is, since the metal plate 30 on the surface 20a side of the ceramic base plate 20 and the metal plate 40 on the back surface 20b have the same Si concentration, etching can be performed at the same etching rate, and metal layers 3 and 4 of the same size are formed. it can.
  • the scribe line 21a formed on the surface 20a of the ceramic base plate 20 and the scribe line 21b formed on the back side 20b are arranged at different positions in the surface direction of the ceramic base plate 20. Not limited to this.
  • FIG. 10 is a plan view of the ceramic base plate 20 in which the scribe lines 21a and 21b according to the third embodiment are formed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the ceramic base plate 20 taken along line D1-D1 of FIG.
  • FIG. 12 is a partially enlarged view of the ceramic base plate 20 shown in FIG.
  • the scribe line 21a of the front surface 20a and the scribe line 21b of the back surface 20b are overlapped at the same position and formed along the planned dividing lines. That is, on the surface 20a of the ceramic base plate 20, as shown in FIGS. 10 and 11, the 29 scribe lines 21a extending in the vertical direction and the 11 scribe lines 21a extending in the horizontal direction have predetermined intervals, respectively. Open and form. Further, on the back surface 20b of the ceramic base plate 20, 29 scribe lines 21b extending in the longitudinal direction and 11 scribe lines 21b extending in the lateral direction are respectively formed at predetermined intervals and formed on the surface 20a. It is formed to face the scribe line 21a. That is, the 40 scribe lines 21 a located on the front surface 20 a and the 40 scribe lines 21 b located on the back surface 20 b are formed in an overlapping manner.
  • the depth L5 of each scribe line 21a and the depth L6 of each scribe line 21b are set to the same dimension.
  • Thickness dimension L8 in the intended dividing line in which scribe lines 21a and 21b are formed in ceramic base plate 20 is smaller than thickness dimension L1 of ceramic base plate 20 in which scribe lines 21a and 21b are not formed. .
  • the depth L5 of the scribe line 21a and the depth L6 of the scribe line 21b are the first embodiment.
  • the depth dimension L8 of the planned dividing line is set to be substantially the same as the thickness dimension L4 of the planned planned line of the first embodiment.
  • L1 is set to 0.635 mm, L5 and L6 to 0.1 mm, L7 to 0.1 mm, and L8 to 0.435 mm.
  • the scribing line 21a on the surface 20a of the ceramic base plate 20 and the scribing line 21b on the back surface 20b are formed to face each other on the same planned dividing line, so the ceramic base plate 20 is divided. Easy to do.
  • the ceramic base plate 20 can be easily divided along the scribe lines 21a and 21b by setting either of the front surface 20a and the back surface 20b upward.
  • the scribe lines 21a and 21b are 21 on the front surface 20a and 19 on the back surface 20b of the ceramic base plate 20, and the scribe line 21a or only on one of the front and back surfaces along planned dividing lines.
  • the scribe line 21b was formed.
  • the same number (40) of scribe lines 21a and 21b are formed on both surfaces of the ceramic base plate 20 along the planned dividing lines, compared with the first embodiment. The division work can be facilitated.
  • this invention is not limited to said each embodiment, It is possible to add a various change in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
  • scribe lines 21a and 21b are formed on each of the front surface 20a and the back surface 20b in each of the above embodiments, the present invention is not limited to this.
  • one scribe line 21a is formed on the front surface 20a.
  • a plurality of lines 21b may be formed, or one scribe line 21a or 21b may be formed on each of the front surface 20a and the back surface 20b.
  • one or more scribe lines 21 a and 21 b may be formed on each of the surface 20 a and the back surface 20 b of the ceramic base plate 20.
  • the scribe lines 21a and 21b are disposed at intervals of 10 mm, and in the third embodiment, the scribe lines 21a and 21b are disposed at intervals of 5 mm.
  • the arrangement interval of the lines 21 a and 21 b can be appropriately changed in accordance with the size of the ceramic circuit board 1.
  • the size of the ceramic base plate 20 can be appropriately changed.
  • the ceramic circuit boards 1 are divided after the plating process.
  • the present invention is not limited to this.
  • the ceramic circuit boards 1 may be plated after the dividing process. Also, the plating step may not be necessary.
  • the scribe lines 21a and 21b are formed by laser processing.
  • the present invention is not limited to this.
  • the scribe lines 21a and 21b can be implemented by other processing methods such as a diamond scriber.
  • the present invention it is possible to reduce the difference in Si concentration of the metal plates joined to both sides of the ceramic substrate, so that the etching rates of the respective metal plates can be made substantially the same, and they are formed on the surfaces of the metal plates It can control the occurrence of wax stains.

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Abstract

セラミックス母材板を複数のセラミックス基板に分割するための分割予定線に沿って、前記セラミックス母材板の表面及び裏面それぞれに少なくとも１本のスクライブラインを形成し、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面に、前記分割予定線の少なくとも一部を覆う金属板を接合し、前記金属板を前記分割予定線に沿ってエッチングして複数の金属層を形成し、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに複数の前記金属層が接合されてなる金属層接合セラミックス母材板を製造する方法。

Description

セラミックス－金属層接合体の製造方法、セラミックス回路基板の製造方法及び金属板接合セラミックス母材板
　本発明は、セラミックス母材板の両面それぞれに複数の金属層が接合されてなるセラミックス－金属層接合体を製造する方法、このセラミックス－金属層接合体を分割してセラミックス回路基板を製造する方法、及びセラミックス母材板の両面それぞれに金属板が接合されてなる金属板接合セラミックス母材板に関する。
　本願は、２０１７年６月２７日に出願された特願２０１７－１２４９８６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、熱電素子やＬＥＤ素子の配線基板として、セラミックス板の両面に金属層が接合された接合体を個片化して得られたセラミックス回路基板を用いることが提案されている。この接合体では、セラミックス板と金属層との接合は、ろう材を用いて行われている。例えば、セラミックス板と金属層を構成する金属板とをろう材を用いて接合する技術として、特許文献１にパワーモジュール用基板の製造方法が開示されている。
　特許文献１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法では、複数のパワーモジュール用基板を形成可能な広い面積を有するセラミックス母材板の表面（片面）にレーザ光を照射して、セラミックス母材板を各パワーモジュール用基板の大きさに区画するスクライブライン（分割溝）を予め設けておき、このセラミックス母材板の両面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板をＡｌ－Ｓｉ系のろう材を用いて接合した後、スクライブライン上の金属部分を除去するようにエッチングをし、その後、このスクライブラインに沿ってセラミックス母材板を分割することにより個片化し、個々のパワーモジュール用基板を製造している。
特開２０１５－１８５６０６号公報
　特許文献１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法では、セラミックス母材板の両面にろう材を介して金属板を積層し、この積層体をカーボン板で挟んで加圧状態で加熱すると、溶融したろう材がセラミックス母材板と金属板との間に広がり、ろう材中のＳｉ原子が金属板内に拡散することにより、セラミックス母材板と金属板とが接合される。この際、セラミックス母材板の表面（スクライブラインが形成された面）では、溶融したろう材がスクライブラインに沿って積層体の外側に流れ出し、ろう瘤が各スクライブラインの末端に形成される。一方、セラミックス母材板の裏面（スクライブラインが形成されていない面）では、溶融したろう材が流れ出すとしても、スクライブラインが形成された表面のように多量に流れ出ることはなく、また、ろう瘤は、積層体の側面におけるランダムな位置に形成される。
　特許文献１のパワーモジュール用基板の場合は、金属板（金属層）が比較的厚いので、スクライブラインの有無によるろう材の流出の違いが支障となることは少ないが、金属板（金属層）が薄い場合、以下のような問題が生じる。
　スクライブラインが形成された表面側では、スクライブラインの形成されていない裏面側に比べ、溶融したろう材がスクライブラインに沿って多く積層体外に流れ出る。そのため、表面側の金属板内に拡散するろう材中のＳｉ原子よりも、裏面側の金属板内に拡散するろう材中のＳｉ原子が多くなり、Ｓｉ原子の含有量が異なる。
　特に、個々のセラミックス回路基板の面積が小さいほど、セラミックス母材板に形成されるスクライブラインの数が多いため、セラミックス母材板の表面側の金属板のＳｉ濃度と、裏面側の金属板のＳｉ濃度との違いが大きくなる。
　また、セラミックス母材板と金属板との接合後に行われるエッチングのエッチングレートが表面側と裏面側とで異なり、表面側の金属層の面積と裏面側の金属層の面積とが異なるパワーモジュール用基板が製造される。
　この場合、裏面側の金属板はＳｉ濃度が高く融点が低いので、表面側の金属板よりも溶融しやすい。このため、接合時の加熱により裏面側の金属板の表面に液相が生じ、これがろうシミとなり、顕著な場合は裏面側の金属板にカーボン板が付着する問題が生じる。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、セラミックス母材板の両面に接合された各金属板のＳｉ濃度の差を少なくして、各金属板のエッチングレートを略同じにし、各金属板の表面に形成されるろうシミの発生を抑制することを目的とする。
　本発明はセラミックス－金属層接合体の製造方法であって、セラミックス母材板を複数のセラミックス基板に分割するための分割予定線に沿って、少なくとも１本のスクライブラインを前記セラミックス母材板の表面および裏面それぞれに形成するスクライブライン形成工程と、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに、前記分割予定線の少なくとも一部を覆い厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板を、Ａｌ－Ｓｉ系ろう材を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに前記金属板を接合する接合工程と、前記金属板を前記分割予定線に沿ってエッチングし、複数の金属層を形成するエッチング工程と、を有し、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに複数の前記金属層が接合されてなるセラミックス－金属層接合体を製造する。
　従来のようにセラミックス母材板の片面にのみスクライブラインが形成されている場合、スクライブラインの形成された表面に接合された金属板内に拡散するろう材中のＳｉ原子よりも、スクライブラインの形成されていない裏面に接合された金属板内に拡散するろう材中のＳｉ原子が多くなる。これにより裏面側の金属板の融点が下がり、ろうシミが発生するおそれがある。
　これに対し、本発明では、セラミックス母材板の表面及び裏面それぞれにスクライブラインを形成することにより、セラミックス母材板の両面に金属板を接合する際に、溶融したろう材の余剰分がいずれの面においてもスクライブラインに沿って積層体の外側に排出される。したがって、片面にのみスクライブラインが形成されている場合に比べて、セラミックス母材板の両面で、ろう材から拡散した各金属板中のＳｉ原子の含有量の差（Ｓｉ濃度の差）が小さくなるので、略同じエッチングレートで各金属板をエッチングでき、略同じ大きさの金属層を形成できる。
　また、スクライブラインをセラミックス母材板の両面に形成することにより、溶融したろう材の余剰分が積層体の両面において外側に円滑に排出されるので、融点の低下により金属板に液相が生じることを防止し、各金属板の表面のろうシミの発生を抑制できる。
　本発明のセラミックス－金属層接合体の製造方法において、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面のそれぞれに前記スクライブラインを複数本ずつ形成してもよい。
　複数のスクライブラインをセラミックス母材板の両面に形成することにより、接合工程において溶融したろう材が表面及び裏面のいずれの面においても積層体の外側に分散して排出されやすく、各金属板内におけるＳｉ濃度を面方向に均一化できる。面方向にＳｉ濃度が均一化されることにより、表面側と裏面側とで金属板内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量（Ｓｉ濃度）の差がより小さくなるので、同じエッチングレートにより両面の各金属板をエッチングでき、略同じ大きさの金属層を形成できる。
　さらに、溶融したろう材が複数のスクライブラインを通じて分散されて排出されるので、ろう瘤が大きくなることを抑制できる。
　本発明のセラミックス－金属層接合体の製造方法では、前記スクライブライン形成工程において、前記セラミックス母材板の前記表面に形成する前記スクライブラインの本数と、前記セラミックス母材板の前記裏面に形成する前記スクライブラインの本数とが同じであるとよい。
　セラミックス母材板の両面にスクライブラインを同数形成することにより、接合工程において各スクライブラインに沿って積層体の外側に排出されるろう材の量が表面と裏面とでほぼ同じになる。これにより、表面側と裏面側とに接合された各金属板内に拡散するＳｉ原子の含有量つまりＳｉ濃度が同じになり、各金属板をエッチングするエッチングレートが等しく、同じ大きさの金属層を形成できる。
　本発明のセラミックス－金属層接合体の製造方法では、前記セラミックス母材板の前記表面に形成する前記スクライブラインの位置と前記セラミックス母材板の前記裏面に形成する前記スクライブラインの位置とが前記セラミックス母材板の面方向に同じであってもよい。
　スクライブラインをセラミックス母材板の両面の同じ位置に形成することにより、セラミックス母材板をスクライブラインに沿って容易に分割（個片化）でき、多数のセラミックス回路基板を効率よく製造できる。
　本発明のセラミックス－金属層接合体の製造方法では、前記セラミックス母材板の前記表面に形成する前記スクライブラインの位置と前記セラミックス母材板の前記裏面に形成する前記スクライブライン位置とが、前記セラミックス母材板の面方向に異なってもよい。
　このような構成によれば、セラミックス母材板の両面の同じ位置にスクライブラインを形成する場合に比べて、形成するスクライブラインの数を少なくできるので、スクライブライン形成工程にかかる手間及び時間を少なくできる。
　本発明のセラミックス回路基板の製造方法は、上記製造方法における前記エッチング工程後に、前記セラミックス母材板を前記スクライブラインに沿って分割して複数の前記セラミックス基板に個片化する分割工程をさらに有し、前記セラミックス基板の表面および裏面それぞれに前記金属層が接合されてなる複数のセラミックス回路基板を製造する。
　本発明の金属板接合セラミックス母材板は、複数のセラミックス基板に分割するための分割予定線に沿って形成されたスクライブラインを表面および裏面それぞれに少なくとも１本有するセラミックス母材板と、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに接合され、前記分割予定線の少なくとも一部を覆い厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウムからなる金属板と、を備えている。
　本発明の金属板接合セラミックス母材板では、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面のそれぞれに前記スクライブラインが複数本ずつ形成されていてもよい。
　本発明の金属板接合セラミックス母材板では、前記セラミックス母材板の前記表面に形成された前記スクライブラインの本数と、前記セラミックス母材板の前記裏面に形成された前記スクライブラインの本数と、が同じであってもよい。
　本発明の金属板接合セラミックス母材板では、前記セラミックス母材板の前記表面に形成された前記スクライブラインの位置と、前記セラミックス母材板の裏面に形成された前記スクライブラインの位置とが前記セラミックス母材板の面方向に同じでもよい。
　本発明の金属板接合セラミックス母材板では、前記セラミックス母材板の前記表面に形成された前記スクライブラインの位置と前記セラミックス母材板の前記裏面に形成された前記スクライブラインの位置とが、前記セラミックス母材板の面方向に異なっていてもよい。
　本発明によれば、セラミックス基板の両面に接合された金属板のＳｉ濃度の差を少なくすることができるので、各金属板のエッチングレートを略同じにでき、かつ、金属板の表面に形成されるろうシミの発生を抑制できる。
本発明の第１実施形態に係るセラミックス回路基板の断面を示す断面図である。 第１実施形態におけるセラミックス回路基板の製造方法を示すフロー図である。 第１実施形態におけるセラミックス回路基板の製造方法において、スクライブライン形成工程を示す断面図である。 第１実施形態におけるセラミックス回路基板の製造方法において、接合工程を示す断面図である。 第１実施形態におけるセラミックス回路基板の製造方法において、エッチング工程を示す断面図である。 第１実施形態におけるセラミックス回路基板の製造方法において、分割工程を示す断面図である。 第１実施形態におけるスクライブラインが形成されたセラミックス母材板の平面図である。 第１実施形態におけるセラミックス母材板を図５に示すＡ１－Ａ１線にて切断した断面の一部を示す矢視断面図である。 第１実施形態におけるセラミックス母材板の一部を拡大して示す部分断面拡大図である。 本発明の第２実施形態に係るスクライブラインが形成されたセラミックス母材板の平面図である。 第２実施形態におけるセラミックス母材板を図７に示すＢ１－Ｂ１線にて切断した断面の一部を示す矢視断面図である。 第２実施形態におけるセラミックス母材板を図７に示すＣ１－Ｃ１線にて切断した断面の一部を示す矢視断面図である。 本発明の第３実施形態に係るスクライブラインが形成されたセラミックス母材板の平面図である。 第３実施形態におけるセラミックス母材板を図１０に示すＤ１－Ｄ１線にて切断した断面の一部を示す矢視断面図である。 第３実施形態におけるセラミックス母材板の一部を拡大して示す部分断面拡大図である。
　以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態のセラミックス回路基板１を示す断面図である。セラミックス回路基板１は、例えば、熱電変換素子の配線基板として用いられ、平面視で縦寸法５ｍｍ及び横寸法５ｍｍの矩形状に形成されたセラミックス基板２と、セラミックス基板２の両面に接合された金属層３，４とを備えている。
　セラミックス基板２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ等からなるセラミックス材料により形成され、厚さＬ１（図６参照）が０．３ｍｍ～１．０ｍｍの板材である。
　各金属層３，４は、純度９９．００質量％以上の純アルミニウム、純度９９．９９質量％以上の純アルミニウム又はＪＩＳ３００３のアルミニウム合金等からなり、厚さ０．４ｍｍ以下（例えば、０．２５ｍｍ）の板材である。
　各金属層３，４とセラミックス基板２とは、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材を用いて接合されている。
　以上のように構成されるセラミックス回路基板１の製造方法について説明する。この製造方法においては、セラミックス回路基板１のセラミックス基板２を複数形成可能な大きさのセラミックス母材板２０を用意し、図３Ａおよび図４に示すように、セラミックス母材板２０の表面２０ａにスクライブライン２１ａ、および裏面２０ｂにスクライブライン２１ｂを形成する（スクライブライン形成工程）。
　次いで、図３Ｂに示すようにセラミックス母材板２０の両面に金属層３，４となる金属板３０，４０を接合し（接合工程）、金属板接合セラミックス母材板（以下、第１接合体）５０を形成する。
　そして、図３Ｃに示すようにこの第１接合体５０の金属板３０，４０を分割予定線（スクライブライン２１ａ，２１ｂ）に沿ってエッチングして（エッチング工程）、セラミックス－金属層接合体（以下、第２接合体）６０を製造する。
　さらに、この第２接合体６０をメッキした（メッキ工程）後に、図３Ｄに示すようにセラミックス母材板２０を分割個片化して（分割工程）、セラミックス回路基板１を製造する。
　以下、図２に示すように順次行われるスクライブライン形成工程、接合工程、エッチング工程、メッキ工程及び分割工程について、順に詳細を説明する。
（スクライブライン形成工程）
　図３Ａに示すように、矩形板状のセラミックス母材板２０のを複数のセラミックス基板２に分割する分割予定線に沿って、表面２０ａにスクライブライン２１ａ及び裏面２０ｂにスクライブライン２１ｂを形成する。
　スクライブライン２１ａ，２１ｂはセラミックス母材板２０に形成される溝部であり、例えば、レーザ光Ｌ（ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ等）を照射することにより、セラミックス母材板２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂを線状に除去して形成される。スクライブライン２１ａ，２１ｂは、分割工程においてセラミックス母材板２０の分割の起点となる部位であり、分割予定線上、セラミックス母材板２０の表面２０ａおよび裏面２０ｂの少なくともいずれかに形成する。
　図４は、スクライブライン形成工程によりスクライブライン２１ａ，２１ｂが形成されたセラミックス母材板２０の平面図である。図５は、図４に示すＡ１－Ａ１線に沿う断面の一部を示す断面矢視図である。
　スクライブライン形成工程によりセラミックス母材板２０の表面２０ａには、図４に実線で示すように、互いに所定間隔を開けて略平行に縦方向に延びる１５本のスクライブライン２１ａと、互いに所定間隔を開けて略平行に横方向に延びる６本のスクライブライン２１ａとが形成される。
　一方、スクライブライン形成工程によりセラミックス母材板２０の裏面２０ｂには、図４に破線で示すように、互いに所定間隔を開けて略平行に縦方向に延びる１４本のスクライブライン２１ｂと、互いに所定間隔を開けて略平行に横方向に延びる５本のスクライブライン２１ｂとが分割予定線に沿って形成される。
　裏面２０ｂにて縦方向に延びるスクライブライン２１ｂのそれぞれは、表面２０ａにて縦方向に延びるスクライブライン２１ａとは略平行かつ異なる位置に、すなわち表面２０ａの各スクライブライン２１ａの間に形成される。また、裏面２０ｂにて横方向に延びるスクライブライン２１ｂのそれぞれは、表面２０ａにて横方向に延びる６本のスクライブライン２１ａとは略平行かつ異なる位置に、すなわち表面２０ａのスクライブライン２１ａの間に形成される。
　具体的には、セラミックス母材板２０の表面２０ａのスクライブライン２１ａの間隔及び裏面２０ｂのスクライブライン２１ｂの間隔はいずれも１０ｍｍであり、これら表面２０ａのスクライブライン２１ａと裏面２０ｂのスクライブライン２１ｂとをセラミックス母材板２０の面方向に５ｍｍずれて配置される。したがって、セラミックス母材板２０を平面視すれば、表面２０ａのスクライブライン２１ａと裏面２０ｂのスクライブライン２１ｂとが、縦方向及び横方向のそれぞれにおいて５ｍｍピッチで配置される。
　これにより、分割工程においてセラミックス母材板２０を分割予定線上のスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿って分割すると、平面視で５ｍｍ四方のセラミックス基板２が２８０個形成される。
　なお、セラミックス母材板２０の周縁部（最も外側のスクライブライン２１ａ，２１ｂとセラミックス母材板２０の端縁との間）はマージン部２０ｃであり、セラミックス基板２としては使用されない（図４参照）。したがって、マージン部２０ｃにはセラミックス基板２の外縁を形成する分割予定線を設定しないが、セラミックス基板２を破損させずにセラミックス母材板２０を分割するために、マージン部２０ｃまでスクライブライン２１ａ，２１ｂを延長して形成する。
　図６は、図５の部分拡大図である。厚さ寸法Ｌ１のセラミックス母材板２０の表面２０ａおよび裏面２０ｂのそれぞれに、深さ寸法Ｌ２、最大幅寸法Ｌ３のスクライブライン２１ａ，２１ｂを形成する。このため、セラミックス母材板２０におけるスクライブライン２１ａ，２１ｂが形成された分割予定線に沿う厚さ寸法Ｌ４は、セラミックス母材板２０におけるスクライブライン２１ａ，２１ｂが形成されていない部位の母材板２０厚さ寸法Ｌ１より小さい。
　具体的には、スクライブライン２１ａ，２１ｂの深さ寸法Ｌ２は０．１ｍｍ～０．３ｍｍ、幅寸法Ｌ３は０．０５ｍｍ～０．２ｍｍとするとよい。本実施形態では、Ｌ１は０．６３５ｍｍ、Ｌ２は０．２ｍｍ、Ｌ３は０．１ｍｍ、Ｌ４は０．４３５ｍｍに設定している。
　各スクライブライン２１ａ，２１ｂは、少なくとも一方の端部をセラミックス母材板２０の端縁部（金属板３０，４０の外側のマージン部２０ｃ）まで形成するとよい。スクライブライン２１ａ，２１ｂの両端部がセラミックス母材板２０の端縁部（マージン部２０ｃ）まで形成されていない場合、接合工程において溶融したろう材をスクライブラインを通じて外部に排出することが出来ないからである。
　スクライブライン２１ａ，２１ｂを金属板３０，４０よりも外側のマージン部２０ｃまで延ばして形成すれば、溶融したろう材の余剰分をセラミックス母材板２０と金属板３０，４０との間から排出しやすくなる。本実施形態では、各スクライブライン２１ａ，２１ｂを、セラミックス母材板２０の両端縁まで形成している。
　スクライブライン２１ａ，１２ｂの他方の端部をセラミックス母材板２０の端縁部まで形成しない場合は、スクライブライン２１ａ，２１ｂの他方の端部とセラミックス母材板２０の端縁との距離が、スクライブライン２１ａ，２１ｂによりセラミックス母材板２０を分割するのに支障がない程度に小さければよい。
　スクライブライン２１ａ，２１ｂを形成した後、図示は省略するが、セラミックス母材板２０を洗浄液により洗浄する。
（接合工程）
　次に、図３Ｂに示すように、スクライブライン２１ａ，２１ｂの形成後に洗浄されたセラミックス母材板２０に、厚さ０．４ｍｍ以下で、平面視でスクライブライン２１ａ，２１ｂ（分割予定線）の少なくとも一部を覆う大きさ（本実施形態ではマージン部２０ｃの内側とほぼ同じ大きさ）の金属板３０，４０（図４参照）を、Ａｌ－Ｓｉ系ろう材を用いて接合する。
　具体的には、セラミックス母材板２０の表面２０ａおよび裏面２０ｂにそれぞれＡｌ－Ｓｉ系ろう材箔を介在させて金属板３０，４０を積層し、これらの積層体をカーボン板間に挟持して積層方向に荷重をかけながら（加圧した状態のまま）真空中で加熱する。これにより、セラミックス母材板２０の表面２０ａおよび裏面２０ｂにそれぞれ金属板３０，４０が接合された金属板接合セラミックス母材板（第１接合体）５０を形成する（図３Ｂ参照）。
　接合工程において、積層方向の加圧は０．１ＭＰａ～０．５ＭＰａ、加熱温度は６３０℃～６５０℃とするとよい。Ａｌ－Ｓｉ系ろう材箔は、厚さ５μｍ～１５μｍであるとよい。ただし、加熱温度は金属板３０，４０の融点よりも低い。Ａｌ－Ｓｉ系ろう材としては、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕろう材やＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇろう材等を用いることができる。このろう材におけるＳｉ濃度は、５質量％～１２質量％であることが望ましい。
　ろう材は、接合時に溶融して一部が外部に流出し、残部の全部又は大部分がろう付けに使われて金属板３０，４０に拡散する。したがって、接合後のセラミックス母材板２０と金属板３０，４０との間には、極わずかにろう材層が残っている場合もあるが、ほとんど残っていない場合もある。
　本実施形態では、上述したように、表面２０ａに縦１５本、横６本のスクライブライン２１ａを形成し、裏面２０ｂに縦１４本、横５本のスクライブライン２１ｂを形成している。これらスクライブライン２１ａ，２１ｂの本数は、表面２０ａと裏面２０ｂとで略等しい本数といえる。
　このため、接合工程においてスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿って金属板３０，４０の外側に流出するろう材の量は、セラミックス母材板２０の両面においてほぼ同量となる。したがって、金属板３０，４０とセラミックス母材板２０との間には、表面２０ａおよび裏面２０ｂにおいてほぼ同量のろう材が残る。これにより、金属板３０，４０内にそれぞれ略同量のＳｉ原子が拡散し、金属板３０，４０のＳｉ濃度が略同じとなる。
　また、溶融したろう材がスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿って積層体の外側に排出されるので、ろう材の残存によるＳｉ濃度の上昇が抑えられて、金属板３０，４０の融点低下が防止され、金属板３０，４０の表面のろうシミの発生が抑制される。
（エッチング工程）
　次いで、第１接合体５０において金属板３０，４０を、各分割予定線（スクライブライン２１ａ，２１ｂ）に沿ってエッチングする。エッチングは、公知の手法、例えば、必要な箇所にマスキングした後に塩化鉄溶液を用いる方法が可能である。エッチングによって、スクライブライン２１ａ，２１ｂが露出するとともに、平面視で略矩形状に分割された複数の金属層３，４が形成され、金属層接合セラミックス母材板（第２接合体）６０が形成される（図３Ｃ参照）。
　このエッチング工程において、セラミックス母材板２０の表面２０ａに接合された金属板３０と裏面２０ｂに接合された金属板４０とが同じＳｉ濃度なのでエッチングレートがほぼ等しく、エッチング幅もほぼ等しくなる。これにより、略同じ大きさの金属層３，４を各分割予定線間に有する第２接合体６０が形成される。
（メッキ工程）
　図示は省略するが、必要に応じて、第２接合体６０に金メッキ、銀メッキ、ニッケルメッキ等のメッキ処理を施す。これにより、第２接合体６０の各金属層３，４にメッキ処理が施される。なお、本実施形態では第２接合体６０の両面にメッキ処理を施すが、これに限らず、例えば、一方の面のみメッキ処理を施してもよい。
（分割工程）
　最後に、第２接合体６０において、エッチングによりスクライブライン２１ａ，２１ｂ（分割予定線）に沿って露出したセラミックス母材板２０を、スクライブライン２１ａ，２１ｂ（分割予定線）に沿って分割して複数のセラミックス基板２に個片化し、図３Ｄに示すように、複数（２８０個）のセラミックス回路基板１を製造する。
　なお、接合工程の後、セラミックス母材板２０の最も外縁側の領域（図４参照、セラミックス母材板２０の外縁に最も近いスクライブライン２１ａ，２１ｂよりも外側の領域）すなわちセラミックス基板２として用いられないマージン部２０ｃには、接合工程において溶融して外側に流れ出したろう材が固まることによりろう瘤が形成されている。これらろう瘤はセラミックス母材板２０を分割する妨げとなるので、分割工程の前に取り除いておく。
　このように、本実施形態のセラミックス回路基板１の製造方法では、セラミックス母材板２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂの両面にスクライブライン２１ａ，２１ｂを略同数形成したので、ろう材を用いて金属板３０，４０を積層した積層体を接合する際に、セラミックス母材板２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれの面においてもスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿って積層体（金属板３０，４０）の外側に略同量の溶融したろう材が排出される。このため、表面２０ａ側の金属板３０内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量（Ｓｉ濃度）と、裏面２０ｂ側の金属板４０内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量（Ｓｉ濃度）とが略同じなので、同じエッチングレートにより各金属板３０，４０をエッチングでき、略同じ大きさの金属層３，４を形成できる。
　また、セラミックス母材板２０の表面２０ａおよび裏面２０ｂに形成された複数のスクライブライン２１ａ，２１ｂにより、接合工程において溶融したろう材が表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれの面においても積層体の外側に分散して排出されるので、各金属板３０，４０内におけるＳｉ濃度を均一化することができ、金属板３０，４０の表面のろうシミの発生を抑制できる。
　さらに、セラミックス母材板２０と金属板３０，４０との積層体から溶融したろう材が、複数のスクライブライン２１ａ，２１ｂにより分散して積層体の外側に排出されるので、ろう瘤が大きくなることを抑制できる。
　加えて、本実施形態では、セラミックス母材板２０の表面２０ａと裏面２０ｂとに分けてスクライブライン２１ａ，２１ｂを形成した、すなわち分割予定線に沿ってセラミックス母材板２０の表面２０ａと裏面２０ｂのいずれかにスクライブライン２１ａ，２１ｂを形成したので、後述する第３実施形態（セラミックス母材板２０の両面にスクライブラインを重ねて形成する場合）に比べて、スクライブライン２１ａ，２１ｂの数を半分にでき、スクライブライン形成工程にかかる手間及び時間を少なくできる。
　なお、上記第１実施形態では、セラミックス母材板２０の表面２０ａに縦１５本、横６本のスクライブライン２１ａを形成し、裏面２０ｂに縦１４本、横５本のスクライブライン２１ｂを形成したが、これに限らない。
［第２実施形態］
　図７は、第２実施形態に係るスクライブライン２１ａ，２１ｂが形成されたセラミックス母材板２０の平面図である。図８は、セラミックス母材板２０を図７のＢ１－Ｂ１線に沿う断面の一部を示す矢視断面図である。図９は、セラミックス母材板２０を図７のＣ１－Ｃ１線に沿う断面の一部を示す矢視断面図である。
　本実施形態では、縦方向に沿うスクライブライン２１ｂと横方向に沿うスクライブライン２１ａとを、セラミックス母材板２０の表面２０ａと裏面２０ｂとに分けて形成しする。すなわち、平面視で略正方形状のセラミックス母材板２０の表面２０ａには、図７及び図９に示すように、横方向に延びる１１本のスクライブライン２１ａが所定間隔を開けて配置される。また、セラミックス母材板２０の裏面２０ｂには、図７及び図８に示すように、縦方向に延びる１１本のスクライブライン２１ｂが所定間隔を開けて配置される。各スクライブライン２１ａ，２１ｂは、それぞれ５ｍｍピッチで配置されており、これらのスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿ってセラミックス母材板２０を分割することにより、平面視で５ｍｍ四方のセラミックス基板２を１００個形成することができる。
　本実施形態ではスクライブライン２１ａ，２１ｂの延出方向が表面２０ａでは横方向，裏面２０ｂでは縦方向とそれぞれ一方向に設定されているので、スクライブライン２１ａ，２１ｂの形成工程（スクライブライン形成工程）に係る手間及び時間を短縮できる。
　また、本実施形態では、表面２０ａに形成するスクライブライン２１ａの本数及び裏面２０ｂに形成するスクライブライン２１ｂの本数を同一にしている。このため、セラミックス母材板２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂの両面にろう材を用いて金属板３０，４０を積層した積層体を積層方向に荷重をかけながら加熱して接合する際に、溶融したろう材が表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれの面においても同数のスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿って積層体の外側に同量排出される。これにより、セラミックス母材板２０の表面２０ａ側の金属板３０内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量と、裏面２０ｂ側の金属板４０内に拡散するろう材中のＳｉ原子の含有量とが同じとなる。つまり、セラミックス母材板２０の表面２０ａ側の金属板３０と裏面２０ｂ側の金属板４０とが同じＳｉ濃度となるので、同じエッチングレートによりエッチングでき、同じ大きさの金属層３，４を形成できる。
　上記各実施形態１，２では、セラミックス母材板２０の表面２０ａに形成するスクライブライン２１ａと裏面２０ｂに形成するスクライブライン２１ｂとは、セラミックス母材板２０の面方向に異なる位置に配置したが、これに限らない。
［第３実施形態］
　図１０は、第３実施形態に係るスクライブライン２１ａ，２１ｂを形成したセラミックス母材板２０の平面図である。図１１は、セラミックス母材板２０を図１０のＤ１－Ｄ１線に沿う断面の一部を示す矢視断面図である。図１２は、図１１に示すセラミックス母材板２０の部分拡大図である。
　本実施形態では、表面２０ａのスクライブライン２１ａと裏面２０ｂのスクライブライン２１ｂとを同じ位置に重ねて、分割予定線に沿って形成する。すなわち、セラミックス母材板２０の表面２０ａには、図１０及び図１１に示すように、縦方向に延びる２９本のスクライブライン２１ａと横方向に延びる１１本のスクライブライン２１ａとをそれぞれ所定間隔を開けて形成する。また、セラミックス母材板２０の裏面２０ｂには、縦方向に延びる２９本のスクライブライン２１ｂと横方向に延びる１１本のスクライブライン２１ｂとをそれぞれ所定間隔を開け、かつ、表面２０ａに形成されるスクライブライン２１ａに対向して形成する。つまり、表面２０ａに位置する４０本のスクライブライン２１ａと裏面２０ｂに位置する４０本のスクライブライン２１ｂとが重なって形成される。
　この場合、図１２に示すように、各スクライブライン２１ａの深さＬ５と各スクライブライン２１ｂの深さＬ６は、同じ寸法に設定されている。セラミックス母材板２０においてスクライブライン２１ａ，２１ｂが形成された分割予定線における厚さ寸法Ｌ８は、スクライブライン２１ａ，２１ｂが形成されていないセラミックス母材板２０の厚さ寸法Ｌ１より小さくなっている。
　本実施形態では、スクライブライン２１ａとスクライブライン２１ｂとが、表面２０ａと裏面２０ｂの同じ位置に形成されているので、スクライブライン２１ａの深さＬ５およびスクライブライン２１ｂの深さＬ６を第１実施形態のスクライブライン２１ａ，２１ｂの深さ寸法Ｌ２よりも小さく設定し、分割予定線における厚さ寸法Ｌ８を第１実施形態の分割予定線における厚さ寸法Ｌ４と略同じに設定している。本実施形態では、Ｌ１は０．６３５ｍｍ、Ｌ５，Ｌ６は０．１ｍｍ、Ｌ７は０．１ｍｍ、Ｌ８は０．４３５ｍｍに設定している。
　このような構成によれば、セラミックス母材板２０の表面２０ａのスクライブライン２１ａと裏面２０ｂのスクライブライン２１ｂとが同じ分割予定線上に対向して形成されているので、セラミックス母材板２０を分割し易い。また、表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれの面を上側にしてもセラミックス母材板２０をスクライブライン２１ａ，２１ｂに沿って容易に分割できる。
　前述の第１実施形態では、スクライブライン２１ａ，２１ｂをセラミックス母材板２０の表面２０ａに２１本、裏面２０ｂに１９本と、分け分割予定線に沿って表裏面の一方にのみスクライブライン２１ａまたはスクライブライン２１ｂを形成した。これに対し、第３実施形態では、分割予定線に沿ってセラミックス母材板２０の両面にそれぞれ同数（４０本）ずつスクライブライン２１ａ，２１ｂを形成したので、第１実施形態に比較してさらに分割作業を容易にすることができる。
　なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、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。
　上記各実施形態では、スクライブライン２１ａ，２１ｂは、表面２０ａおよび裏面２０ｂのそれぞれに複数本形成したが、これに限らず、例えば、表面２０ａにスクライブライン２１ａが１本形成され、裏面２０ｂにスクライブライン２１ｂが複数本形成されてもよいし、スクライブライン２１ａ，２１ｂが表面２０ａ，裏面２０ｂそれぞれに１本ずつ形成されてもよい。
　すなわち、本発明では、セラミックス母材板２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂのそれぞれにスクライブライン２１ａ，２１ｂが１本以上形成されていればよい。
　例えば、スクライブラインがセラミックス母材板２０の表面２０ａ，裏面２０ｂにそれぞれ１本ずつ形成される場合、スクライブラインの端部に形成されるろう瘤は大きいものの、スクライブラインを設けたところにのみ溶融したろう材を排出させることができる。すなわち、ろう瘤が形成される位置を制御できる。
　上記第１及び第２実施形態では、スクライブライン２１ａ，２１ｂをそれぞれ１０ｍｍ間隔で配置し、上記第３実施形態ではスクライブライン２１ａ，２１ｂをそれぞれ５ｍｍ間隔で配置したが、これに限らず、これらスクライブライン２１ａ，２１ｂの配置間隔は、セラミックス回路基板１のサイズに合わせて適宜変更できる。また、セラミックス母材板２０の大きさも適宜変更できる。
　上記各実施形態では、メッキ処理後に各セラミックス回路基板１を分割したが、これに限らず、分割工程後に各セラミックス回路基板１にメッキ処理を施してもよい。また、メッキ工程はなくてもよい。
　また、上記各実施形態では、スクライブライン２１ａ，２１ｂは、レーザ加工により形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、ダイヤモンドスクライバー等の他の加工方法により実施することもできる。
　本発明によれば、セラミックス基板の両面に接合された金属板のＳｉ濃度の差を少なくすることができるので、各金属板のエッチングレートを略同じにでき、かつ、金属板の表面に形成されるろうシミの発生を抑制できる。
１　セラミックス回路基板
２　セラミックス基板
３，４　金属層
２０　セラミックス母材板
２０ａ　表面
２０ｂ　裏面
２０ｃ　マージン部
２１ａ，２１ｂ　スクライブライン
３０，４０　金属板
５０　金属板接合セラミックス母材板（第１接合体）
６０　セラミックス－金属層接合体（第２接合体）

 

Claims (11)

  1. 　セラミックス－金属層接合体の製造方法であって、
    　セラミックス母材板を複数のセラミックス基板に分割するための分割予定線に沿って、少なくとも１本のスクライブラインを前記セラミックス母材板の表面および裏面それぞれに形成するスクライブライン形成工程と、
    　前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに、前記分割予定線の少なくとも一部を覆い厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板を、Ａｌ－Ｓｉ系ろう材を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに前記金属板を接合する接合工程と、
    　前記金属板を前記分割予定線に沿ってエッチングし、複数の金属層を形成するエッチング工程と、
    を有し、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに複数の前記金属層が接合されてなるセラミックス－金属層接合体を製造する方法。
  2. 　前記スクライブライン形成工程において、前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面のそれぞれに前記スクライブラインを複数本ずつ形成することを特徴とする請求項１に記載のセラミックス－金属接合体の製造方法。
  3. 　前記スクライブライン形成工程において、前記セラミックス母材板の前記表面に形成する前記スクライブラインの本数と、前記セラミックス母材板の前記裏面に形成する前記スクライブラインの本数とが同じであることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス－金属層接合体の製造方法。
  4. 　前記スクライブライン形成工程において、前記セラミックス母材板の前記表面に形成する前記スクライブラインの位置と前記セラミックス母材板の前記裏面に形成する前記スクライブラインの位置とが前記セラミックス母材板の面方向に同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミックス－金属層接合体の製造方法。
  5. 　前記スクライブライン形成工程において、前記セラミックス母材板の前記表面に形成する前記スクライブラインの位置と前記セラミックス母材板の前記裏面に形成する前記スクライブラインの位置とが、前記セラミックス母材板の面方向に異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミックス－金属層接合体の製造方法。
  6. 　セラミックス回路基板の製造方法であって、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法における前記エッチング工程後に、前記セラミックス母材板を前記スクライブラインに沿って分割して複数の前記セラミックス基板に個片化する分割工程をさらに有し、
    　前記セラミックス基板の表面および裏面それぞれに前記金属層が接合されてなる複数のセラミックス回路基板を製造することを特徴とするセラミックス回路基板の製造方法。
  7. 　複数のセラミックス基板に分割するための分割予定線に沿って形成されたスクライブラインを表面および裏面それぞれに少なくとも１本有するセラミックス母材板と、
    　前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面それぞれに接合され、前記分割予定線の少なくとも一部を覆い厚さ寸法が０．４ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板と、
    を備えることを特徴とする金属板接合セラミックス母材板。
  8. 　前記セラミックス母材板の前記表面および前記裏面のそれぞれには前記スクライブラインが複数本ずつ形成されていることを特徴とする請求項７に記載の金属板接合セラミックス母材板。
  9. 　前記セラミックス母材板の前記表面に形成された前記スクライブラインの本数と、前記セラミックス母材板の前記裏面に形成された前記スクライブラインの本数と、が同じであることを特徴とする請求項７または８に記載の金属板接合セラミックス母材板。
  10. 　前記セラミックス母材板の前記表面に形成された前記スクライブラインの位置と、前記セラミックス母材板の前記裏面に形成された前記スクライブラインの位置とが前記セラミックス母材板の面方向に同じであることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の金属板接合セラミックス母材板。
  11. 　前記セラミックス母材板の前記表面に形成された前記スクライブラインの位置と、前記セラミックス母材板の前記裏面に形成された前記スクライブラインの位置とが、前記セラミックス母材板の面方向に異なることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の金属板接合セラミックス母材板。

     
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