(57)【要約】本発明はセラミック-銅複合基板の製造方法に関する。該製造方法に従うと、フィルム半加工品は少なくとも一方表面が酸化され、酸化されたフィルム半加工品は次いで保護ガス雰囲気中で焼き戻され、次いでDCB段階の方法に依ってセラミックと結合される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程段階を有するセラミック-銅基板の製造方法：
銅箔からの箔半加工品(3',4')の製造；
表面に酸化銅層(6)を形成させる為の箔半加工品(3',4')の少なくとも一方表面の酸化；
箔材料のヴィッカース硬度を70 kg/mm2未満とする為の、保護ガス雰囲気中での、温度200〜400℃で２〜20分間の、酸化された箔半加工品(3,4')の焼き戻し；
セラミック層(2)の少なくとも一方表面に重ねた少なくとも1つの酸化し焼き戻した箔半加工品(3',4')を、保護ガス雰囲気中で銅の融点より低いが銅/酸素システムの共融温度を超えるDCB温度に加熱することに依りセラミック層に結合させることに依るセラミック-銅基板の作成；次いで
得られたセラミック-銅複合基板の室温までの冷却。
【請求項２】
以下の工程段階を有するセラミック-銅基板の製造方法：
銅箔からの箔半加工品(3',4')の製造；
箔材料のヴィッカース硬度を70 kg/mm2未満とする為の保護ガス雰囲気中での、温度200〜400℃で２〜20分間の、酸化箔半加工品(3,4')の焼き戻し；
表面に酸化銅層(6)を形成させる為の箔半加工品(3',4')の少なくとも一方表面の酸化；
セラミック層(2)の少なくとも一方表面に重ねた少なくとも1つの酸化し焼き戻した箔半加工品(3',4')の、保護ガス雰囲気中で銅の融点より低いが銅/酸素システムの共融温度を超えるDCB温度に加熱することに依りセラミック層と結合することに依るセラミック-銅複合基板の作成；次いで
得られたセラミック-銅複合基板を室温まで冷却。
【請求項３】
箔半加工品(3',4')のそれぞれ両面を酸化して酸化層(6)を形成することを特徴とする請求項1又は2の製造方法。
【請求項４】
箔半加工品(3',4')のそれぞれ一面を酸化して酸化層(6)を形成することを特徴とする請求項1又は2の製造方法。
【請求項５】
少なくとも1つの酸化し、焼き戻した箔半加工品(3',4')をDCB工程方法に依ってセラミック層(2)の両面に適用することを特徴とする先行請求項の1つに依る製造方法。
【請求項６】
箔半加工品(3',4')の焼き戻しを酸化の前に行うことを特徴とする請求項5に依る製造方法。
【請求項７】
箔半加工品(3',4')の焼き戻しを酸化の後に行うことを特徴とする請求項5に依る製造方法。
【請求項８】
箔半加工品(3',4')の焼き戻しをセラミック層(2)に重ねた半加工品に就いて行うことを特徴とする先行請求項の1つに依る製造方法。
【請求項９】
箔半加工品の酸化を湿式化学的酸化方法に依って行うことを特徴とする先行請求項の1つに依る製造方法。
【請求項１０】
箔半加工品(3',4')の酸化を加熱酸化方法に依って行うことを特徴とする先行請求項の1つに依る製造方法。
【請求項１１】
箔半加工品(3',4')の酸化を酸素を用いるか酸素を含む保護ガス雰囲気中、例えば酸素含有量20%迄の窒素雰囲気中で行うことを特徴とする先行請求項の1つに依る製造方法。
【請求項１２】
箔半加工品(3',4')の焼き戻しを酸化中に行うことを特徴とする先行請求項の1つに依る製造方法。
【請求項１３】
箔半加工品(3',4')の酸化をセラミック層(2)上に重ねた半加工品に就いて行うことを特徴とする先行請求項の1つに依る製造方法。
【請求項１４】
一方側のみの酸化の場合に於いて、箔半加工品(3,4')をDCB工程前に軽く叩くことを特徴とする先行請求項の1つに依る製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば電子回路、特に電力回路のプリント基板として使用可能なセラミック-銅複合基板の作成即ち製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のセラミック-銅基板を製造する為の出発物質は、板状形態のセラミック材(セラミック層又はセラミック基板)及び例えば巻き取り銅箔から切り取り又は打ち抜きして製造された箔半加工品を、次いでDCB(direct copper bonded, 直接銅結合)技術でセラミック層と結合して製造される。US PS 37 44 120又はDE PS 23 19 854の技術で公知の本方法に於いて、表面に酸化銅層を有する箔半加工品又はシートが得られる。本層は銅の融点未満の溶融温度を有する共融混合物を形成して、セラミック上にこの箔を載せ、全層を加熱して、即ち実質的に酸化物層の近接部のみに銅を溶融に依って相互に結合出来る。
本DCB工程は次いで例えば以下の工程段階から成る：
「均一な酸化銅層を製造する為に銅箔を酸化する」
「銅箔をセラミック層上に載せる」
「複合物を約1,065〜1,083℃、例えば約1,071℃の処理温度まで加熱する」
「室温まで冷却する」
セラミック-銅複合基板を製造する為の特別の方法は公知であり(EP 0 335 679 B1)、この方法ではDCB工程に用いられる出発物質は非常に高い硬度、即ち100〜150 kg/mm2のヴィッカース硬度範囲を有する銅箔半加工品から成る。本方法の目的は銅から製造された金属層即ち金属膜焼き付け物の硬度が、DCB工程後でも充分に高いことを確実にするにある。
本発明の目的は銅とセラミックとの間のDCB結合の改善された品質を確保する、特にこれら材料間の表面の結合にひび割れもなく、又銅とセラミックとの間に充分に高い引き離し強度を有する品質改善を確保する方法を提供することである。本目的は請求項1の方法に依って達成される。
本発明は既知の方法から外れるか又は反して、DCB工程に先立つ焼き戻し段階の方法に依って確実に達成される実際のDCB工程の開始時に箔半加工品の為の材料硬度を70 kg/mm2未満に設定することに依って公知の方法に比してDCB結合の性質改善が得られるという知識に基づくものである。
本発明のさらなる実施態様は従属請求項の主題である。本発明は図面を参照する説明的な実施態様に基づいて以下に詳細に説明される：
図1は本発明に依る方法に基づいて製造される銅-セラミック複合基板の断面の略図を示す。
図２〜5は本発明に依る種々の方法の工程段階を示す。
図6は箔半加工品の一側のみを酸化する為の工程段階を示す。
図面に於いて、1はDCB工程を用いて製造された銅箔から作成した金属膜焼き付け3及び4を両面に有するセラミック層(例えば窒化アルミニウム セラミック)から成る銅-セラミック複合基板を一般的に示す。
図2に示した方法では、セラミック層２及び銅箔5から作成した箔半加工品又はシート3'及び4'が基板1の製造に用いられる。銅箔5はローラー加工で作成され、従って70 kg/mm2を超えヴィッカース硬度を有している。半加工品3'及び4'は例えば銅箔5からの打ち抜きで作成される。
図面中でA1と指定される工程段階では、箔半加工品3'及び4'は特にその表面が例えば適当な化学的酸化方法に依って酸化工程に付され、この工程段階の結果として箔半加工品3'及び4'は、それぞれの表面が酸化銅層6に覆われて、後のDCB工程で共融混合物層を形成する。
図2でB1と指定されるさらなる工程では、酸化層6を有する箔半加工品は箔半加工品3'及び4'のヴィッカース硬度が焼き戻しの結果明瞭に70 kg/mm2未満となる様に保護ガス雰囲気中、温度200〜400℃で2〜20分間焼き戻される。本発明に依る「保護ガス雰囲気」とは酸素を含まぬか酸素含有量が無視できる雰囲気を意味する。
工程段階B1は銅箔5のローラーかけ及び/又は箔半加工品3'及び4'の打ち抜きに依る銅材料の応力を取り除く結果をもたらす。更に、工程段階Bに依って達成される箔半加工品3'及び4'の相当に低減された硬度は、以後のDCB工程に於いてDCB結合の著しく良好な品質を達成可能とすることが証明された。
以後の工程段階C1に於いて、酸化し焼き戻された箔半加工品3'及びセラミック層2(セラミック基板)は、以後の工程段階D1で箔半加工品3'はDCB工程に依ってセラミック基板2の表面に結合されて(第1 DCB段階)金属膜焼き付け3を形成することが出来る様に重ねられる。
更に工程段階E1に於いて、一方側のみが金属膜焼き付けされた3セラミック基板3は、更にその後のF1工程段階で箔半加工品4'は、同様にDCB工程(第二DCB段階)方法に依ってセラミック層2と結合されて金属膜焼き付け4'を形成し、所望の銅-セラミック複合基板1を作成することが出来る様に、酸化及び焼き戻しをされた箔半加工品4'と重ねられる。
上記した方法では、70 kg/mm2未満の非常に低いヴィッカース硬度を有する箔半加工品3'及び4'は計画的にDCB工程（工程段階D1及びF1）の為の出発材料として用いられる。これはセラミックとそれぞれの銅製の金属膜焼き付け3及び4との間のDCB結合の品質を著しく改善する。これは明らかに焼き戻しの結果として銅材料が無応力であるという事実に依り、及びそれぞれのDCB工程の開始時点で箔半加工品の既に減じられた硬度に依り、箔半加工品がセラミック層2の表面に最も望ましく適合する。
図3は銅-セラミック複合基板1を製造する為の本発明に依る方法の更に可能な実施態様に就いて個々の工程段階を示す。以下の工程段階が本工程で用いられる：
A2  酸化
B2  焼き戻し
C2  セラミック層2と箔半加工品3'との重ね合わせ
D2  第一DCB段階
E2  一側が金属膜焼き付けされたセラミック層2と箔半加工品4'との重ね合わせ
F2  第二DCB段階
図3に示す方法は以下の点で図2の方法とは本質的に異なっている。銅箔5から制作された箔半加工品3'及び4'は、先ず工程段階B2に於いて同様に保護ガス雰囲気中、温度200〜400℃の間で2〜20分間焼き戻しされて、箔半加工品3'及び4'のヴィッカース硬度が焼き戻し(工程段階B2)の結果として明らかに70 kg/mm2未満となる。焼き戻した箔半加工品3'及び4'の酸化は、その後の工程段階A2迄生じない、即ち図3中に示した方法の工程段階A2及びB2が、図2の方法に比して逆転する。酸化前の焼き戻しの結果、酸化、即ち酸化層6の形成はかなり簡単化される。図3の方法中のその後の工程段階は、図2の工程段階に対応する。
図4は本発明に依る方法のさらなる実施態様を示す。以下の工程段階がこの工程で用いられる：
A3  酸化
B3  焼き戻し
B3'  焼き戻し
C3  セラミック層2と箔半加工品3'との重ね合わせ
D3  第一DCB段階
E3  一側が金属膜焼き付けされたセラミック層2と箔半加工品4'との重ね合わせ
F3  第二DCB段階
本実施態様に於いて、箔半加工品3'及び4'が、例えば工程段階A3に於いて銅箔5からの打ち抜きに依り製造された後に、同様に酸化されて酸化層6を形成する。
本発明のこの実施態様では、酸化後(工程段階A3)に、酸化した箔半加工品3'をセラミッック層2と工程段階C3で重ね合わせる。その後、工程段階B3では酸化した箔半加工品3'を焼き戻して、この焼き戻し工程中にセラミッック層2は酸化した箔半加工品3'の支持表面として作用する。焼き戻しは同様に保護ガス雰囲気中、温度200〜400℃の間で2〜20分間実施して、工程段階B3の結果として箔半加工品3'はヴィッカース硬度70 kg/mm2より遙かに低くなり、例えば箔半加工品3'の材料から全ての応力が除かれる。
その後の工程段階D3に於いて、予め酸化し、焼き戻した箔半加工品3'はDCB工程に依ってセラミック層2と結合して金属膜焼き付け3を形成する。その後の工程段階E3に於いて、予め酸化した箔半加工品4'は金属膜焼き付け3を受けていないセラミック層2の表面に重ねる。その後の工程段階B3'に於いて、酸化した箔半加工品4'は同様に保護ガス雰囲気中、温度200〜400℃の間で2〜20分間焼き戻して、本工程段階の完了後には箔半加工品4'のヴィッカース硬度は全ての場合、明瞭に70 kg/mm2未満となる。
その後の工程段階F3に於いて、酸化し、焼き戻した箔半加工品4'はDCB工程方法に依ってセラミック層2と結合して金属膜焼き付け4を形成して、所望のセラミック-銅複合基板1を製造する。
図5は図4と同様に銅-セラミック複合基板1を製造する為の本発明の方法に従った変形実施態様に就いて個々の工程段階を示す。
以下の工程段階がこの工程で用いられる：
A4  酸化
A4'  酸化
B4  焼き戻し
C4  セラミック層2と箔半加工品3'の重ね合わせ
D4  第一DCB段階
E4  一側が金属膜焼き付けされたセラミック層2と箔半加工品4'との重ね合わせ
F4  第二DCB段階
G4  箔半加工品3'を軽く叩く
G4'  箔半加工品4'を軽く叩く
図5に示した方法は、図３の方法と同様に、銅箔5から製造した箔半加工品3'及び4'は、先ず工程段階B4で同様に保護ガス雰囲気中、温度200〜400℃の間で2〜20分間焼き戻して、本処理の結果として箔半加工品3'及び4'のヴィッカース硬度を70 kg/mm2未満とする。以後の工程段階C4に於いてセラミック層2及び焼き戻した箔半加工品3'を重ね合わせる。その後、工程段階A4に於いてセラミック層2上に重ねた箔半加工品3'を酸化する、即ち酸化銅層6を少なくとも箔半加工品3'のセラミック層2に向き合っていない表面上に形成する。追加の工程段階G4に於いて、箔半加工品3'を軽く叩いてこの箔半加工品が酸化銅層6と共にセラミック層2上に重ねて、箔半加工品3'が工程段階D4に於いてセラミック基板2に結合して(第一DCB段階)、DCB工程を用いて金属膜焼き付け3を形成することが出来る。
その後の工程段階E4に於いて、焼き戻した箔半加工品4'の一側を金属膜焼き付けしたセラミック層2と重ね合わせて、次いで工程段階A4'でセラミック層2に重ねた箔半加工品4'を、少なくともセラミック層2に向き合わない一方の表面を酸化する。その後、工程段階G4'で箔半加工品4'を軽く叩いて酸化銅層6と共にセラミック層2に重ね、次いで箔半加工品4'を工程段階F4でセラミック層2結合させて、DCB工程(第二DCB段階)の方法で金属膜焼き付け4を形成する。
箔半加工品3' (工程段階A4)及び箔半加工品4'(工程段階A4') の酸化は例えば加熱酸化方法で行う。
先の記述では、少なくとも図2〜4の方法では箔半加工品3'及び4'が酸化される、即ちそれらの両表面に酸化層6が形成される。図6は箔半加工品3'及び4'のそれぞれ一側のみに酸化層6が形成される方法を示す。出発物質は再度銅箔5であり、それから切り取り又は打ち抜き方法に依り箔半加工品3'及び4'が製造される。工程段階Hに於いて箔半加工品3'は先ずゴム弾性材料で板状に作成した補助体7の表面に配置される。その後の工程段階Iに於いて箔半加工品4'は補助体7の他面に重ねる。補助体中に形成された空洞8から空気を抜いて、箔半加工品3'及び4'を脱着可能ではあるが真空でぴったりと補助体7表面に固定して、各箔半加工品3'及び4'の一側表面のみを露出して、この表面に例えば化学的酸化方法に依って酸化銅層6を設ける様にする。
ヴィッカース硬度を明らかに70 kg/mm2未満とする箔半加工品3'及び4'の保護雰囲気中の温度200〜400℃、2〜20分間の焼き戻しは、工程段階Hの前又は工程段階A5の後に行われる。
焼き戻し及び酸化した箔半加工品3'及び4'の次の工程は、例えば図2の方法に従って行い、そこでは箔半加工品は勿論酸化物層に依って形成された表面を有するセラミック層2の上に重ねる。
本発明は上で例証的な実施態様に基づいて述べられた。本発明が基づく発明的思想の基礎を放棄することなく変形及び変化が可能でることは言うまでもない。
参照番号のリスト
１            セラミック-銅複合基板
2            セラミック層
3,4            銅の金属膜焼き付け
3',4'銅箔からの半加工品
5            銅箔
6            酸化物層
7            補助体
【図１】
2005525288.tif 000002
【図２】
2005525288.tif 000003
【図３】
2005525288.tif 000004
【図４】
2005525288.tif 000005
【図５】
2005525288.tif 000006
【図６】
2005525288.tif 000007
【国際調査報告】
2005525288.tif 000008
2005525288.tif 000009
2005525288.tif 000010
2005525288.tif 000011
2005525288.tif 000012
2005525288.tif 000013