(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に残った前記配線パターンでないろう材部を除去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】
活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を離れて取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に離れて残った前記配線パターンでないろう材部を除去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３】
活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記塗布された配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成した後金属板とセラミックス基板とを積層配置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４】
活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成し、かつ塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に残った前記配線パターンでないろう材部を除去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５】
活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成し、かつ塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を離れて取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に離れて残った前記配線パターンでないろう材部を除去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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属板とセラミックス基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、低熱膨脹性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。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である。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、所用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ダイレクト・ボンド・カッパー（ＤＢＣ）法や、活性金属を用いる接合方法等が知られている。
【０００３】
ＤＢＣ法は、所用形状の銅回路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、接合面全体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、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したセラミックス基板に活性金属を塗布後接合する方法には、以下の問題や要求があった。
【０００５】
１．パターンの外周に未接合部分が発生しやすい。
【０００６】
金属板を側面から見ると外周が少し浮き上がって見えるものが多いが、これはパターンの外周の接合が完全でないことによるもので未接合による不良である。この未接合はパターンの内部にはなく外周においてのみ特定されることから接合化学反応そのもののばらつきによるものではなく、金属板とセラミックスの収縮率の違いによる歪みの発生といった物理的なことに起因する現象であるとと思われる。
【０００７】
２．耐熱衝撃性の向上
金属板とセラミックスを接合した配線基板において、最も要求が厳しいのは耐熱衝撃性を代表とする信頼性の向上である。活性金属法は接合強度の高い接合体を生じるが、接合界面に脆い反応生成物をつくるので耐熱衝撃性が直接接合基板と比べ低くなる可能性がある。実際には、ろう材層を熱応力緩衝層として設計する等の方法で直接接合基板と同等以上の特性を有するものが得られているが、さらに高い信頼性が求められている。
【０００８】
したがって本発明の目的は、金属板とセラミックス基板との接合の不具合による不良品の発生を低減し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、かつ安価に形成でき、さらには耐熱衝撃性が優れ、従来よりも高い信頼性がを持つセラミックス配線基板の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記目的を達成すべく研究の結果、セラミックス基板上に接合用ペーストで塗布された配線パターン形状のペースト層の外側外周部に該パターンを取り囲むように接合用ペーストを塗布して金属板と接合すれば、前述の未接合部の発生を防止できること、あるいは前記接合用ペーストのパターン内に一部未接合部を設け、すなわち、たとえば配線パターン形状ペースト層の内側にその外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペーストを塗布しない部分を設けて接合後、熱処理、金属板のエッチング等を経て金属配線を形成すれば、得られる配線基板はヒートサイクル性が格別に向上することを見いだし本発明に到達した。
【００１０】
したがって本発明は第１に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に残った前記配線パターンでないろう材部を除去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を提供するものであり、第２に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を離れて取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に離れて残った前記配線パターンでないろう材部を除去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を提供するものであり、第３に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記塗布された配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成した後金属板とセラミックス基板とを積層配置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を提供するものであり、第４に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成し、かつ塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に残った前記配線パターンでないろう材部を除去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を提供するものであり、第５に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板上に所望の配線パターン形状に塗布して金属板とセラミックス基板とを積層配置後、熱処理を施して接合し、さらにエッチング処理により金属板の不要部分を溶解除去して前記配線パターンを有する金属配線板を形成するセラミックス配線基板の製造方法において、前記配線パターン形状ペースト層自体がその外周と離れた内側に該外周に沿って一定の幅を持つ溝状に接合用ペースト未塗布の部分を有するものとなるようにペースト層を形成し、かつ塗布された前記配線パターン形状ペースト層の外側外周部に該配線パターン形状ペースト層を離れて取り囲むようにさらに配線パターンでない外周部の接合用ペーストを塗布した後金属板とセラミックス基板とを積層配置し、前記熱処理を施して接合し、さらに前記エッチング処理した後に前記配線パターン形状の外側に離れて残った前記配線パターンでないろう材部を除去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を提供するものである。
【００１１】
【作用】
活性金属ろう材を含む接合用ペーストをセラミックス基板に塗布するに際し、所望の配線パターン形状の接合用ペースト層の外側外周部に、該パターン形状を取り囲むようにさらに接合用ペーストを塗布しておくことにより、パターン外周部の未接合欠陥が激減する。
【００１２】
また、活性金属ろう材を含む接合用ペーストを所望の配線パターン形状に塗布した層そのものの中に一部未接合部を設けることにより、すなわち、たとえばその内側にその外周に沿って該ペーストを塗布しない溝状の非接触部を設けることにより耐熱衝撃性が格段に向上する。
【００１３】
【実施例１】
図１（ａ）〜（ｅ）は本実施例に用いられたセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図である。これらを参照して以下説明する。
【００１４】
（１）まず、図１（ａ）に示すように、寸法縦２５×横５０×厚さ０．６３５mmのセラミックス基板１の表面に、活性金属ろう材を含む接合用ペーストを用いて所望の配線パターン形状の接合用ペースト２を、またパターンの外側に配線パターンでない外周部の接合用ペースト３を所望のパターンを囲むように、この場合直線状にスクリーン印刷法を用いて塗布する。なお基板１の裏面にも別の配線パターン形状の接合用ペースト２を塗布しておく。
【００１５】
ここで接合用ペーストとして、Ａｇ−Ｃｕの共晶組成を持つものに、活性金属成分たるＴｉを適量配合したものが用いられる。上記ろう材への活性金属の添加量は例えば２．５％である。また、セラミックス基板としては酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板を用いた。
【００１６】
（２）次に、同図（ｂ）に示すように、接合用ペースト２および３を塗布した面と２枚の金属板４を合わせて接合配置する。金属板としては縦２５×横５０×厚さ０．３mmの銅板を用いた。
【００１７】
（３）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、金属板４とセラミックス基板１とを接合する。接合は１０-4Torrの真空中、８５０℃の温度で２０分程度加熱処理することにより行われる。
【００１８】
（４）次いで、セラミックス基板１と金属板４との接合体に位置合わせを行い、金属板４上に、同図（ｃ）に示すように、配線パターンに応じたレジスト５を形成する。このレジストを形成した状態で、金属板４に応じたエッチング液例えばＦｅＣｌ3 液でシャワリングし、金属板４の不要部分を溶解除去して、同図（ｄ）に見られるように、所望の配線パターン６を有する金属配線板を形成する。
【００１９】
（５）次いで、所望の配線パターン形状の外側に残ったろう材部は必要に応じて特殊なエッチング液を用いて溶解除去し、同図（ｅ）に見られるように、所望の配線パターン６を有するセラミックス配線基板を得る。
【００２０】
【実施例２】
図２（ａ）〜（ｈ）は本実施例に用いられたセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図（ａ〜ｄ）および各斜視図それぞれに対応する断面図（ｅ〜ｈ）である。これらを参照して以下説明する。
【００２１】
（１）まず、図２（ａ）、（ｅ）に示すように、寸法縦２５×横５０×厚さ０．６３５mmのセラミックス基板１の表面に、活性金属ろう材を含む接合用ペーストを所望の配線パターン形状に印刷するに際し、該パターン形状を外周とし、それより０．５mm内側に幅０．５mmのろう材を印刷しないパターン非接触部７を設けるようにした。なお基板１の裏面にも別の配線パターン形状の接合用ペーストを塗布した。
【００２２】
ここで接合用ペーストとしては、Ａｇ−Ｃｕの共晶組成を持つものに活性金属成分たるＴｉを適量配合した活性金属ろう材を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。
【００２３】
上記ろう材への活性金属の添加量は２．５％であった。また、セラミックス基板としては酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板を用いた。
【００２４】
（２）次に、接合用ペーストを塗布した面と２枚の金属板４を合わせて同図（ｂ）、（ｆ）に示すように、接合配置する。金属板４には縦２５×横５０×厚さ０．３mmの銅板を用いた。
【００２５】
（３）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、金属板４とセラミックス基板１とを接合する。接合は例えば１０-4Torrの真空中、８５０℃で２０分加熱処理することにより行われる。
【００２６】
（４）次いで、セラミックス基板１と金属板４との接合体に位置合わせを行い、同図（ｃ）、（ｇ）のように、２枚の金属板４の上下にそれぞれの配線パターンに応じたレジスト５を形成する。このレジストを形成した状態で、金属板４に応じたエッチング液例えばＦｅＣｌ3 液でシャワリングし、金属板４の不要部分を溶解除去して、同図（ｄ）、（ｈ）に示すように、所望の配線パターン６を有する金属配線板を形成し、所望のセラミックス配線基板を得る。
【００２７】
【実施例３】
寸法が縦２５×横５０×厚さ０．６３５mmの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板に、所望の配線パターン形状の接合用ペーストおよび該パターン形状を取り囲むように幅２mmで厚みは該パターン形状と同じくしたＡｇ−Ｃｕ系の接合用ペーストを塗布した。
【００２８】
金属板としては縦２５×横５０×厚さ０．３mmの銅板を用いた。このＡｌＮ基板と銅板とを積層配置した後、１０-4Torrの真空中、８５０℃で２０分間加熱処理し、銅板とＡｌＮ基板とを接合した。
【００２９】
この接合体に精密に位置合わせを行って、銅板上にレジストを配線パターンに応じて印刷した後、ＦｅＣｌ3 液でエッチングした。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、さらに残った外周部の接合用ペーストについてもエッチング除去し、所望とする配線パターンを有する銅配線板を形成し、目的とする配線基板を得た。
【００３０】
【実施例４】
実施例３の場合と同じ寸法のＡｌＮ基板に、所望の配線パターン形状の接合用ペーストを塗布するに際し、該パターン形状の外側から０．５mm内側に幅０．５mmのろう材を印刷しないパターン非接合部を設けてＡｇ−Ｃｕ系接合用ペーストを塗布した。金属板として、縦２５×横５０×厚さ０．３mmの銅板を用いた。
【００３１】
以下、銅板とＡｌＮ基板の接合、熱処理、レジストの形成およびエッチング等は実施例２に述べられている要領にしたがって処理し、所望の配線パターンを有する銅配線板を形成し、目的とする配線基板を得た。
【００３２】
【実施例５】
図３は本実施例においてセラミックス基板の表面に施される接合用ペーストの塗布状況を示す斜視図である。
【００３３】
実施例３の場合と同じ寸法のＡｌＮ基板１の表面に、活性金属を含む接合用ペーストを所望の配線パターン形状に印刷するに際し、該配線パターン形状の接合用ペースト２の外周から０．５mm内側に幅０．５mmのろう材を印刷しないパターン非接合部７を設け、さらに該パターン形状の外側外周部にも上記所望パターンを取り囲むように、幅２mmで厚みは所望パターンと同じくしたＡｇ−Ｃｕ系の外周部接合用ペースト３をスクリーン印刷法で塗布した。
【００３４】
以下、銅板（寸法縦２５×横５０×厚さ０．３mm）とＡｌＮ基板との接合、熱処理、レジストの形成、エッチング等一連の処理工程は実施例１に述べられている要領にしたがって処理し、所望の配線パターンを有する銅配線板を形成し、目的とする配線基板を得た。
【００３５】
【比較例１】
実施例１の場合と同じ銅板、Ａｌ2 Ｏ3 基板および接合用ペーストを用いた。ただし、接合用ペーストは所望の配線パターン形状のみＡｌ2 Ｏ3 基板上に塗布し、積層配置した。熱処理以降は実施例１と同様に行った。
【００３６】
【比較例２】
実施例３の場合と同じ銅板、ＡｌＮ基板および接合用ペーストを用いた。ただし、接合用ペーストは所望の配線パターン形状のみＡｌＮ基板上に塗布し、積層配置した。熱処理以降は実施例３と同様に行った。
【００３７】
以上の実施例１〜５および比較例１〜２において得られた各配線基板について、配線パターン外側部の未接合発生の有無、ならびにヒートサイクル特性を調べ、結果を評価として表１に示した。
【００３８】
【表１】
0003708143.tif 000002
【００３９】
表１の評価によれば、接合用ペーストにより配線パターン形状の外側外周部に接合部を設けることにより、外周部に従来発生していた接合不完全による不良品の発生がなくなり、一方所望配線パターン形状の内側に接合用ペーストを塗布しないパターン非接合部を設けておくことによってヒートサイクル特性が格段に向上することを示している。特に、実施例５の場合のように、パターンの外側外周部にもパターンを取り囲むように接合部を設け、かつパターン内側に非接合部を設けておくと、パターンの外側外周部の未接合を防止するとともに、向上したヒートサイクル性を兼ね備えた配線基板が得られることになる。
【００４０】
【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、接合の不具合による不良品の発生を低減できるので、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。
【００４１】
また、所望の配線パターン形状の内側に接合用ペーストを塗布しない非接合部を設けることにより、配線基板としての耐熱衝撃性の指標となるヒートサイクル特性が格段に向上したセラミックス配線基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に用いられたセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例に用いられたセラミックス配線基板の製造工程を順に示す斜視図とこれに対応する断面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例において、セラミックス基板の表面に施される接合用ペーストの塗布状況を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    セラミックス基板
２    配線パターン形状の接合用ペースト
３    外周部の接合用ペースト
４    金属板
５    レジスト
６    配線パターン
７    パターン非接合部
【図１】
0003708143.tif 000003
【図２】
0003708143.tif 000004
【図３】
0003708143.tif 000005