(57)【要約】【課題】セラミックス基板の表面に接合された金属層の表面に形成されるろうシミの発生を抑制すること。【解決手段】本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面に金属層が接合されたセラミックス−金属接合体の製造方法であって、セラミックス基板の金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝を形成する溝形成工程と、溝形成工程後に、セラミックス基板の接合領域に厚さが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系ろう材箔を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して接合領域に金属板を接合し、金属層を形成する接合工程と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の少なくとも一方の面に金属層が接合されたセラミックス−金属接合体の製造方法であって、
前記セラミックス基板の前記金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝を形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程後に、前記セラミックス基板の前記接合領域に厚さが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系ろう材箔を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して前記接合領域に前記金属板を接合し、前記金属層を形成する接合工程と、を有することを特徴とするセラミックス−金属接合体の製造方法。
【請求項２】
前記溝形成工程では、前記接合領域における前記溝の開口面積が前記接合領域の面積の５％未満となるように前記溝を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。
【請求項３】
前記溝形成工程では、前記溝は、前記セラミックス基板の前記接合領域の８０％の面積の領域内に形成され、該領域の中心が該接合領域の中心と一致していることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス−金属接合体の製造方法。
【請求項４】
複数のセラミックス基板に分割可能な大きさのセラミックス母材の少なくとも一方の面に金属層が接合された多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法であって、
前記セラミックス母材の前記金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝及び各セラミックス基板を分割するためのスクライブラインを形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程後に、前記セラミックス母材の前記接合領域に厚さが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系ろう材箔を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して前記接合領域に前記金属板を接合し、前記金属層を形成する接合工程と、を有し、
前記金属板は、前記スクライブラインにより区画される複数の領域にまたがる大きさに形成されていることを特徴とする多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法。
【請求項５】
前記セラミックス母材は、その両面に前記接合領域を有し、
前記溝形成工程では、前記セラミックス母材の一方の面に前記スクライブラインが形成され、他方の面に前記溝が形成されることを特徴とする請求項４に記載の多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法。
【請求項６】
前記溝形成工程では、前記溝は、前記接合領域の８０％の面積の領域内に形成され、該領域の中心が前記接合領域の中心と一致していることを特徴とする請求項４又は５に記載の多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法。
【請求項７】
セラミックス基板の少なくとも一方の面に金属層が接合されたセラミックス−金属接合体であって、
前記金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝が形成されたセラミックス基板と、
前記セラミックス基板の前記接合領域にＡｌ−Ｓｉ系ろう材により接合され、厚さが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前記金属層と、を備えていることを特徴とするセラミックス−金属接合体。
【請求項８】
複数のセラミックス基板に分割可能な大きさのセラミックス母材の少なくとも一方の面に金属層が接合された多数個取り用セラミックス−金属接合体であって、
前記金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝及び各セラミックス基板を分割するためのスクライブラインが形成されたセラミックス母材と、
前記セラミックス母材の前記接合領域にＡｌ−Ｓｉ系ろう材により接合され、厚さが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前記金属層と、を有し、前記金属層は、前記スクライブラインにより区画される複数の領域にまたがる大きさに形成されていることを特徴とする多数個取り用セラミックス−金属接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス基板にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が接合されたセラミックス−金属接合体の製造方法、多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法、セラミックス−金属接合体及び多数個取り用セラミックス−金属接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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セラミックス−金属接合体が個片化さ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。このセラミックス−金属接合体では、セラミックス板と金属層を構成する金属板との接合は、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に記載のパワーモジュール用基板の製造方法が開示されている。
この特許文献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の表面にレーザ光を照射して、セラミックス母材を各パワーモジュール用基板の大きさに区画するようにスクライブライン（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基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。また、その接合時には、セラミックス母材と、その両面にろう材を用いて設けられる金属板とからなる積層体の両面をカーボン板で挟んで加圧しながら加熱することが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１８５６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、セラミックス基板に接合される金属層が薄い場合、上記積層体の両面をカーボン板で挟んでこれらを加圧状態で加熱すると、溶融したろう材が金属層の表面上で液相となって、ろうシミとなり、顕著な場合はセラミックス基板の金属層にカーボン板が付着する問題が生じる。
このため、セラミックス基板に接合された金属層の表面へのろうシミを抑制できるセラミックス−金属接合体及びその製造方法が望まれている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、セラミックス基板に接合された金属層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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面に金属層が接合されたセラミックス−金属接合体の製造方法であって、前記セラミックス基板の前記金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝を形成する溝形成工程と、前記溝形成工程後に、前記セラミックス基板の前記接合領域に厚さが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系ろう材箔を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して前記接合領域に前記金属板を接合し、前記金属層を形成する接合工程と、を有する。
【０００７】
ここで、上記溝が形成されていないセラミックス基板の接合領域にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介してアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板を積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱すると、金属層の厚さが０．４ｍｍ以下と薄い場合、溶融したろう材に含まれるＳｉ成分が金属層の表面まで拡散し、その表面で液相を生じさせてろうシミとなる。
これに対し、本発明では、セラミックス基板の金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝がセラミックス基板に形成されていることから、セラミックス基板の接合領域にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介して金属板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、溶融したろう材がセラミックス基板に形成された溝に沿って接合領域より外側に排出されるので、溶融したろう材のＳｉ成分が金属層の表面まで拡散し、その表面で液相を生じさせることを抑制でき、ろうシミの発生を抑制できる。
【０００８】
本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法において、前記溝形成工程では、前記接合領域における前記溝の開口面積が前記接合領域の面積の５％未満となるように前記溝を形成するとよい。
ここで、接合領域おける溝の開口面積が接合領域の面積の５％以上であると、接合面積が減少するため、セラミックス基板と金属板との接合性が低下する可能性がある。
これに対し、上記態様では、接合領域における溝の開口面積が接合領域の面積の５％未満であるため、セラミックス基板の接合領域と金属板とを強固に接合できる。
なお、ここで、接合領域の面積及び溝の開口面積は、溝が形成されたセラミックス基板を上面視した際の面積である。
【０００９】
本発明のセラミックス−金属接合体の製造方法において、前記溝形成工程では、前記溝は、前記セラミックス基板の前記接合領域の８０％の面積の領域内に形成され、該領域の中心が前記接合領域の中心と一致しているとよい。
なお、ここでの接合領域の面積は、セラミックス基板を上面視した際の面積である。
ここで、溝形成工程により形成される溝が、上記セラミックス基板の接合領域の８０％の面積の領域外に形成されている場合や、接合領域の８０％の面積の領域の中心がセラミックス基板の中心と一致していない場合、すなわち、セラミックス基板の接合領域の周縁近傍のみを通過するように溝が形成されている場合、接合領域の略全域から溶融したろう材を排出しにくい。
これに対し、上記態様では、溝形成工程により形成される溝が、セラミックス基板の接合領域の８０％の面積の領域内に形成され、該領域の中心が接合領域の中心と一致しているので、接合領域の略全域から溶融したろう材を効率よく排出でき、ろうシミの発生をさらに抑制できる。
【００１０】
本発明の多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法は、複数のセラミックス基板に分割可能な大きさのセラミックス母材の少なくとも一方の面に金属層が接合された多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法であって、前記セラミックス母材の前記金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝及び各セラミックス基板を分割するためのスクライブラインを形成する溝形成工程と、前記溝形成工程後に、前記セラミックス母材の前記接合領域に厚さが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系ろう材箔を介して積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱して前記接合領域に前記金属板を接合し、前記金属層を形成する接合工程と、を有し、前記金属板は、前記スクライブラインにより区画される複数の領域にまたがる大きさに形成されている。
このような構成によれば、多数個取り用セラミックス−金属接合体をスクライブラインに沿って容易に個片化でき、複数のセラミックス回路基板を効率よく製造できる。また、スクライブライン及び上記溝の両方から溶融したろう材を接合領域の外側に排出できるので、ろうシミの発生を抑制できる。
また、セラミックス母材に上記溝が形成され、溶融したろう材が接合領域より外側に排出されることから、金属層内に拡散するＳｉ原子の含有量が少なくなる。このため、多数個取り用セラミックス−金属接合体のエッチングレートが高くなるので、該多数個取り用セラミックス−金属接合体に対してエッチング処理を行う際に、エッチング処理を効率よく実行できる。
【００１１】
本発明の多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法において、前記セラミックス母材は、その両面に前記接合領域を有し、前記溝形成工程では、前記セラミックス母材の一方の面に前記スクライブラインが形成され、他方の面に前記溝が形成されるとよい。
上記態様では、セラミックス母材の一方の面にスクライブラインが形成され、他方の面に溝が形成されるので、片面にのみスクライブライン及び溝が形成されている場合に比べて、表面側の金属層内に拡散するＳｉ原子の含有量と、裏面側の金属層内に拡散するＳｉ原子の含有量との差が小さくなる。つまり、セラミックス母材の表面側の金属層のＳｉ濃度と裏面側の金属層のＳｉ濃度との差が小さくなるので、略同じエッチングレートにより各金属層をエッチングでき、セラミックス−金属接合体の両面を同時に処理できる。
【００１２】
本発明の多数個取り用セラミックス−金属接合体の製造方法において、前記溝形成工程では、前記溝は、前記接合領域の８０％の面積の領域内に形成され、該領域の中心が前記接合領域の中心と一致しているとよい。
上記態様では、溝が接合領域の８０％の面積の領域内に形成され、該領域の中心が接合領域の８０％の面積の領域の中心と一致しているので、接合領域の略全域から溶融したろう材を効率よく排出でき、ろうシミの発生をさらに抑制できる。
【００１３】
本発明のセラミックス−金属接合体は、セラミックス基板の少なくとも一方の面に金属層が接合されたセラミックス−金属接合体であって、前記金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝が形成されたセラミックス基板と、前記セラミックス基板の前記接合領域にＡｌ−Ｓｉ系ろう材により接合され、厚さが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前記金属層と、を備えている。
【００１４】
本発明の多数個取り用セラミックス−金属接合体は、複数のセラミックス基板に分割可能な大きさのセラミックス母材の少なくとも一方の面に金属層が接合された多数個取り用セラミックス−金属接合体であって、前記金属層が接合される接合領域を横切って延びる溝及び各セラミックス基板を分割するためのスクライブラインが形成されたセラミックス母材と、前記セラミックス母材の前記接合領域にＡｌ−Ｓｉ系ろう材により接合され、厚さが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前記金属層と、を有し、前記金属層は、前記スクライブラインにより区画される複数の領域にまたがる大きさに形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、セラミックス基板に接合された金属層の表面に形成されるろうシミの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】上記実施形態におけるセラミックス回路基板の製造工程を示す図である。
【図３】上記実施形態における溝が形成されたセラミックス基板の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】上記実施形態における溝が形成されたセラミックス回路基板の平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る溝により分割されたセラミックス回路基板の平面図である。
【図６】上記実施形態における溝が形成されたセラミックス母材を表面側から見た平面図である。
【図７】上記実施形態におけるセラミックス回路基板の製造工程を示す図である。
【図８】上記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。
【図９】上記実施形態の変形例に係る溝が形成されたセラミックス母材を表面側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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の断面を示す断面図である。
セラミックス回路基板１は、本発明のセラミックス−金属接合体に相当し、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ている。このようなセラミックス回路基板１は、図１に示すように、セラミックス基板２と、セラミックス基板２の両面にろう材を用いて接合された金属層３，４とを備えている。
【００１８】
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、厚さが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとされている。このセラミックス基板２の表面２ａ及び裏面２ｂには、図１に示すように、溝２１が形成されている。
各金属層３，４は、純アルミニウム又はアルミニウム合金により形成され、厚さは０．４ｍｍ以下（例えば、０．２５ｍｍ）とされている。これら金属層３，４としては、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を適用することができる。
また、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。このろう材におけるＳｉ濃度は、５質量％〜１２質量％であることが好ましく、７．５質量％〜１０．５質量％であることがより好ましい。これは、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材におけるＳｉ濃度が５質量％未満であると、熱による溶融性が低下するため、接合性が悪くなるおそれがあり、Ｓｉ濃度が１２質量％を超えると、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材が硬くなり圧延性が低下するおそれがある。
【００１９】
次に、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、図２に示すように、セラミックス基板２の両面２ａ，２ｂに溝２１を形成して、セラミックス基板２の両面２ａ，２ｂにＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔５を介して金属層３，４となる金属板３０，４０を接合して、セラミックス−金属接合体であるセラミックス回路基板１を製造する。以下、工程順に説明する。
【００２０】
（溝形成工程）
まず、図２（ａ）に示すように、矩形板状のセラミックス基板２の表面２ａ及び裏面２ｂに溝２１（２１ａ，２１ｂ）を形成する。この図３（ａ）に示すように、溝２１は、例えば、レーザ光Ｌを照射することにより、セラミックス基板２の表面２ａ及び裏面２ｂを線状に除去して形成される。
なお、溝形成工程では、例えばＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ等を使用して溝２１の加工を行うことができる。
【００２１】
図３は、溝２１が形成されたセラミックス基板２の一部を拡大して示す断面図であり、図４は、セラミックス回路基板１の平面図である。なお、図３においては、溝２１ｂのみを拡大して示している。
図３に示すように、厚さ寸法Ｌ１のセラミックス基板２の両面２ａ，２ｂのそれぞれには、深さ寸法Ｌ２、幅寸法Ｌ３の溝２１が形成される。このため、セラミックス基板２における溝２１が形成された部位の厚さ寸法Ｌ４は、溝２１が形成されていないセラミックス基板２の厚さ寸法Ｌ１より小さくなっている。
なお、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。例えば、本実施形態では、Ｌ１は０．６３５ｍｍ、Ｌ２は０．２ｍｍ、Ｌ３は０．１ｍｍ、Ｌ４は０．４３５ｍｍに設定される。
【００２２】
これら溝２１ａ，２１ｂのうち、溝２１ａは、図４に示すように、表面２ａ側から見てセラミックス基板２の表面２ａにおける中央より左側に位置し、図４における表面２ａの上側の辺から下側の辺に向けて延びる直線状の溝である。また、溝２１ｂは、表面２ａ側から見て裏面２ｂにおける中央より右側に位置し、図４における表面２ａの上側の辺から下側の辺に向けて延びる直線状の溝である。すなわち、各溝２１ａ，２１ｂは、表面２ａ側から見て間隔をあけて並んで配置され、これら各溝２１ａ，２１ｂは、重なって形成されていない。
また、これら溝２１ａ，２１ｂは、図４に示すように、セラミックス基板２の表面２ａ及び裏面２ｂにおける金属板３０，４０が接合する領域である接合領域６の面積Ａｒ３の８０％の面積の領域６１内に形成されている。この領域６１の中心は、接合領域６の中心と一致している。この領域６１内に形成される各溝２１ａ，２１ｂの両端部は、セラミックス基板２の表面２ａ及び裏面２ｂの両端縁まで形成されている。すなわち、各溝２１ａ，２１ｂは、接合領域６を横切って延び、その両端部は、接合領域６より外側まで延びている。
【００２３】
また、表面２ａ，２ｂにおける接合領域６の溝２１ａ，２１ｂそれぞれの開口面積は、表面２ａ，２ｂそれぞれの接合領域６の面積Ａｒ３の５％未満に設定されている。すなわち、溝２１ａは、表面２ａの接合領域６の面積Ａｒ３（接合領域６の長さＬ５×Ｌ５）×０．０５＞接合領域６における溝２１ａの開口面積Ａｒ１（溝２１ａの幅寸法Ｌ３×接合領域６の長さＬ５）となるように表面２ａに形成され、溝２１ｂは、裏面２ｂの接合領域６の面積Ａｒ３×０．０５＞接合領域６における溝２１ｂの開口面積Ａｒ２（溝２１ｂの幅寸法Ｌ３×接合領域６の長さＬ５）となるように裏面２ｂに形成されている。
なお、この溝２１を形成する際には、少なくとも溝２１の一方の端部はセラミックス基板２の端縁まで形成されていることが望ましいが、必ずしもセラミックス基板２の端縁まで延びていなくてもよい。すなわち、溝２１は、後述する接合工程で溶融したろう材を接合領域６より外側に排出できる程度に該接合領域６外まで延びていればよい。
このような溝２１が形成されたセラミックス基板２は、図示は省略するが、洗浄液により洗浄される。
【００２４】
（接合工程）
次に、図３（ｂ）に示すように、溝２１の形成後に洗浄されたセラミックス基板２に厚さ寸法が０．４ｍｍ以下の金属板３０，４０をＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて接合する。具体的には、セラミックス基板２の表面２ａ及び裏面２ｂの接合領域６に、それぞれＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔５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により挟持し、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とにより、セラミックス基板２と金属板３０，４０を接合する。これにより、図３（ｃ）に示すセラミックス基板２の両面２ａ，２ｂに金属層３，４が接合されたセラミックス回路基板１が形成される。
また、積層方向への加圧は０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａ、加熱温度は６３０℃〜６５０℃とするとよい。また、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔は、厚さ５μｍ〜１５μｍであるとよい。ただし、加熱温度は使用した金属板３０，４０の融点よりも低いものとする。また、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材としては、Ａｌ−Ｓｉろう材やＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕろう材の他Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇろう材等を用いることができる。
【００２５】
ここで、セラミックス基板２の両面２ａ，２ｂに溝２１が形成されていない場合、接合領域６にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔５を介してアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板３０，４０を積層し、積層方向に荷重をかけながら加熱すると、金属層３，４の厚さが０．４ｍｍ以下と薄いので、溶融したろう材に含まれるＳｉ成分が金属層３，４の表面まで拡散し、その表面で液相を生じさせてろうシミとなる。
【００２６】
これに対し、本実施形態では、セラミックス基板２の金属層３，４が接合される接合領域６を横切って延びる溝２１がセラミックス基板２に形成されていることから、セラミックス基板２の接合領域６にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔５を介して金属板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、溶融したろう材がセラミックス基板２に形成された溝２１に沿って接合領域６より外側に排出されるので、溶融したろう材のＳｉ成分が金属層３，４の表面まで拡散し、その表面で液相を生じさせてろうシミとなることを抑制できる。
【００２７】
ここで、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔５の厚さを薄くして溶融したろう材のＳｉ成分が金属層３，４の表面まで拡散することを抑制することも考えられるが、このようなＡｌ−Ｓｉ系ろう材には、圧延の限界があり、例えば、５μｍ以下にすることが難しい。また、シリコン含有量も５質量％未満とすることが難しい。このため、セラミックス基板２の接合領域６にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔５を介して金属板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、溶融したろう材の量が必要以上に多くなり、余剰分が生じる。
これに対し、本実施形態では、上記余剰分としての溶融したろう材が接合領域６より外側に排出されるので、ろうシミの発生を抑制できる。
【００２８】
また、溝２１ａ，２１ｂの接合領域６における開口面積Ａｒ１，Ａｒ２のそれぞれが表面２ａ及び裏面２ｂそれぞれの接合領域６の面積Ａｒ３の５％未満であるため、セラミックス基板２の表面２ａ及び裏面２ｂ（接合領域６）と金属板３０，４０とを強固に接合できる。
さらに、溝２１ａ，２１ｂが、セラミックス基板２の表面２ａ及び裏面２ｂそれぞれの接合領域６の８０％の面積の領域６１に形成され、その領域６１の中心が該接合領域６の中心と一致しているので、接合領域６の略全域から溶融したろう材を効率的に排出でき、ろうシミの発生をさらに抑制できる。
【００２９】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係るセラミックス回路基板１Ａを示す平面図であり、図６は、溝２１が形成されたセラミックス母材２０を表面２０ａ側から見た平面図である。
本実施形態のセラミックス回路基板１Ａは、複数のセラミックス基板を分割可能な大きさのセラミックス母材２０の両面に溝２１を形成した後、該セラミックス母材２０の両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介して金属板３０，４０を積層して接合した後、スクライブラインとして機能する溝２１ｃに沿って分割することにより形成される点、すなわち、製造方法が第１実施形態と異なり、その他、分割した個々のセラミックス回路基板１Ａとして視れば、裏面２ｂにのみ２本の溝２１ｂが形成されている点も異なる。
なお、本実施形態においては、第１実施形態の形状と同一又は略同一の構成については、同じ番号を付し、説明を省略又は簡略化して説明する。なお、以下の説明では、溝２１のうち、セラミックス母材２０の表面２０ａに形成された溝２１ｃをスクライブライン２１ｃと呼び、裏面２０ｂに形成された溝２１ｂを非分割溝２１ｂと呼ぶ。
【００３０】
セラミックス母材２０として視れば、非分割溝２１ｂは、図５に示すように、セラミックス基板２の裏面２ｂの中心を通過し、裏面２ｂの上側の辺から下側の辺に向けて延びる直線状の溝と、裏面２ｂの中心を通過し、図５における裏面２ｂの左側の辺から右側の辺に向けて延びる直線状の溝と、により構成される。これら非分割溝２１ｂは、セラミックス基板２の裏面２ｂにおける金属板４０が接合する領域である接合領域６の面積Ａｒ３の８０％の面積の領域６１内に形成され、領域６１の中心が接合領域６の中心と一致している。この領域６１内に形成される各非分割溝２１ｂの両端部は、セラミックス基板２の裏面２ｂの両端縁まで形成されている。すなわち、各非分割溝２１ｂは、接合領域６を横切って延び、その両端部は、接合領域６より外側まで延びている。
また、接合領域６における２本の非分割溝２１ｂの開口面積（縦方向に延びる非分割溝２１ｂの開口面積Ａｒ２＋横方向に延びる非分割溝２１ｂの開口面積Ａｒ２−各非分割溝２１ｂが重なる領域の面積Ａｒ４）は、接合領域６の面積Ａｒ３の５％未満とされている。
【００３１】
次に、セラミックス回路基板１Ａの製造方法について説明する。この製造方法においては、セラミックス基板２を複数形成可能な大きさのセラミックス母材２０を用意し、図７に示すように、セラミックス母材２０の両面に複数の溝２１を形成して、セラミックス母材２０の両面に金属層３，４となる金属板３０，４０を接合して多数個取り用セラミックス−金属接合体５０をまず製造する。そして、この多数個取り用セラミックス−金属接合体５０をスクライブライン２１ｃに沿ってエッチングして、メッキ後に分割個片化することが行われる（図８参照）。以下、溝形成工程、接合工程、エッチング工程、メッキ工程及び分割工程の順に詳細を説明する。
【００３２】
（溝形成工程）
まず、図７（ａ）に示すように、矩形板状のセラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂにスクライブライン２１ｃ及び非分割溝２１ｂを形成する。この図７（ａ）に示すように、スクライブライン２１ｃ及び非分割溝２１ｂは、例えば、レーザ光Ｌを照射することにより、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂを線状に除去して形成される。これらのうち、スクライブライン２１ｃは、後述する分割工程において、セラミックス母材２０の分割の起点となる。
なお、溝形成工程では、スクライブライン２１ｃの幅寸法及び深さ寸法は、非分割溝２１ｂの幅寸法及び深さ寸法より大きく形成され、例えば、スクライブライン２１ｃの幅寸法は、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、深さ寸法は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定される。なお、非分割溝２１ｂの幅寸法及び深さ寸法は、第１実施形態の溝２１ｂと同じである。
【００３３】
セラミックス母材２０の表面２０ａには、図６に示す例では、実線で示すように縦方向に延びる４本のスクライブライン２１ｃと、横方向に延びる３本のスクライブライン２１ｃが形成されている。縦方向に延びる４本のスクライブライン２１ｃのそれぞれは、横方向に所定間隔を開けて配置され、横方向に延びる３本のスクライブライン２１ｃのそれぞれは、縦方向に所定間隔を開けて配置されている。
一方、セラミックス母材２０の裏面２０ｂには、図６に破線で示すように、縦方向に延びる３本の非分割溝２１ｂと、横方向に延びる２本の非分割溝２１ｂが形成され、縦方向に延びる３本の非分割溝２１ｂのそれぞれは、横方向に所定間隔を開け、かつ、セラミックス母材２０の平面視で表面２０ａに配置された縦方向に延びる４本のスクライブライン２１ｃとずれて配置される。また、横方向に延びる２本の非分割溝２１ｂのそれぞれは、縦方向に所定間隔を開け、かつ、上記平面視で表面２０ａに配置された横方向に延びる３本のスクライブライン２１ｃとずれて配置される。すなわち、溝形成工程では、非分割溝２１ｂは、接合領域６Ａの８０％の面積の領域６１Ａ内に形成され、領域６１Ａの中心が該接合領域６Ａの中心と一致している。なお、スクライブライン２１ｃに沿う非分割溝２１ｂは、スクライブライン２１ｃと所定間隔を開けて形成されている。
【００３４】
具体的には、本実施形態では、１０ｍｍ四方のセラミックス基板２を複数形成するため、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂとも、１０ｍｍ間隔でスクライブライン２１ｃ及び非分割溝２１ｂが形成され、かつ、これら表面２０ａのスクライブライン２１ｃと裏面２０ｂの非分割溝２１ｂとがセラミックス母材２０の面方向に５ｍｍずれて配置されている。このため、セラミックス母材２０を平面視で投影すれば、表面２０ａに位置するスクライブライン２１ｃと裏面２０ｂに位置する非分割溝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ととなる。また、セラミックス母材２０の周縁部はマージン部であり、セラミックス基板２としては使用されない。これにより、後述する分割工程においてセラミックス母材２０がスクライブライン２１ｃに沿って分割されると、平面視で１０ｍｍ四方のセラミックス基板２が６個形成される。
【００３５】
（接合工程）
次に、図７（ｂ）に示すように、スクライブライン２１ｃ及び非分割溝２１ｂの形成後に洗浄されたセラミックス母材２０の接合領域６Ａに厚さ寸法が０．４ｍｍ以下で、上記平面視でスクライブライン２１ｃにより区画された６つの領域にまたがる大きさの金属板３０，４０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２０の両面の上記周縁部を除く接合領域６Ａに、それぞれＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔５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により挟持し、積層方向に荷重をかけながら真空中で加熱することにより、セラミックス母材２０と金属板３０，４０を接合する。これにより、セラミックス母材２０の両面２０ａ，２０ｂに金属層３，４が設けられた多数個取り用セラミックス−金属接合体５０が形成される。
【００３６】
本実施形態では、上述したように、表面２０ａに縦４本、横３本のスクライブライン２１ｃが形成され、裏面２０ｂに縦３本、横２本の非分割溝２１ｂが形成されており、これらスクライブライン２１ｃ及び非分割溝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、接合工程において真空状態で上記積層体が加熱されると、溶融したろう材が溝２１ａ，２１ｂに沿って積層体の外側に略同じ量流出する。このため、金属層３，４との間に略同じ量の溶融したろう材が残されることとなり、この溶融したろう材のＳｉ原子が金属層３，４内に拡散して略同量のＳｉ原子を含む金属層３，４となる。これにより、金属層３，４のＳｉ濃度が略同じとなる。
また、スクライブライン２１ｃ及び非分割溝２１ｂに沿って溶融したろう材が積層体の外側（接合領域６の外側）に排出されるので、金属層３，４の表面のろうシミの発生が抑制される。
【００３７】
（エッチング工程）
そして、多数個取り用セラミックス−金属接合体５０のセラミックス母材２０に接合された金属層３，４をスクライブライン２１ｃに沿ってエッチングする。エッチングは公知の手法により行うことが可能であり、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てエッチングする。エッチングによって、平面視で略矩形状の金属層３，４が形成される。これにより、図７（ｃ）に示すように、セラミックス母材２０には、スクライブライン２１ｃにより区画された各領域に金属層３，４が設けられる。
この場合、セラミックス母材２０の表面２０ａ側の金属層３と裏面２０ｂ側の金属層４とが同じＳｉ濃度の金属層となっているので、同じエッチングレートにより各金属層３，４をエッチングできることから、多数個取り用セラミックス−金属接合体５０の両面は、同時にエッチング処理される。
【００３８】
（メッキ工程）
そして、図示は省略するが、必要に応じて、多数個取り用セラミックス−金属接合体５０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、多数個取り用セラミックス−金属接合体５０の金属層３，４にメッキ処理が施された多数個取り用セラミックス−金属接合体５０が製造される。
なお、本実施形態では、多数個取り用セラミックス−金属接合体５０の両面にメッキ処理が施されるが、これに限らず、例えば、一方の面のみメッキ処理が施されることとしてもよい。
【００３９】
（分割工程）
最後に、メッキ処理された金属層３，４と接合されたセラミックス母材２０をスクライブライン２１ｃに沿って分割することで、図７（ｄ）に示すように、セラミックス母材２０が個片化され、複数（６個）のセラミックス回路基板１Ａが製造される。
なお、分割工程においては、セラミックス母材２０の最も外縁側に位置する領域（セラミックス母材２０の外縁に最も近いスクライブライン２１ｃよりも外側に位置する領域には、上述した接合工程において外側に流れ出した溶融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ため、これらを事前に取り除いた後、各スクライブライン２１ｃに沿ってセラミックス母材２０を個片化する。
【００４０】
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２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂの両面にスクライブライン２１ｃ及び非分割溝２１ｂをそれぞれ略同数形成したので、セラミックス母材２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂの両面にＡｌ−Ｓｉ系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、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２１ｃ及び非分割溝２１ｂに沿って積層体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、セラミックス母材２０の表面２０ａ側の金属層３内に拡散するＳｉ原子の含有量と、裏面２０ｂ側の金属層４内に拡散するＳｉ原子の含有量とが略同じとなる。つまり、セラミックス母材２０の表面２０ａ側の金属層３と裏面２０ｂ側の金属層４とが同じＳｉ濃度の金属層となるので、同じエッチングレートにより各金属層３，４をエッチングでき、多数個取り用セラミックス−金属接合体５０の両面を同時に処理できる。
【００４１】
また、非分割溝２１ｂが接合領域６Ａの８０％の面積の領域６１Ａ内に形成され、領域６１Ａの中心が接合領域６Ａの中心と一致しているので、セラミックス母材２０の接合領域６Ａの略全域から溶融したろう材を効率的に排出でき、ろうシミの発生をさらに抑制できる。
【００４２】
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。
例えば、上記第２実施形態では、スクライブライン２１ｃ及び非分割溝２１ｂがそれぞれ１０ｍｍ間隔で配置されることとしたが、これに限らず、これらスクライブライン２１ｃ及び非分割溝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２０の表面２０ａに縦４本、横３本のスクライブライン２１ｃを形成し、裏面２０ｂに縦３本、横２本の非分割溝２１ｂを形成することとしたが、その数及び形成位置はセラミックス母材のサイズ等に応じて適宜変更できる。また、スクライブラインは、両面に形成されていてもよい。
【００４３】
図９は、第２実施形態の変形例に係る複数のセラミックス回路基板を製造するための溝２１が形成されたセラミックス母材２０Ａを表面２０ａ側から見た平面図である。
本変形例のセラミックス母材２０Ａは、図９に示すように、スクライブライン２１ｃにより分割されることにより、平面視で１０ｍｍ四方のセラミックス回路基板を９つ製造できる大きさに形成されている。このセラミックス母材２０Ａの表面２０ａには、図９に示す例では、実線で示すように縦方向に延びる４本のスクライブライン２１ｃと、横方向に延びる４本のスクライブライン２１ｃが形成されている。縦方向に延びる４本のスクライブライン２１ｃのそれぞれは、横方向に所定間隔を開けて配置され、横方向に延びる４本のスクライブライン２１ｃのそれぞれは、縦方向に所定間隔を開けて配置されている。
【００４４】
一方、セラミックス母材２０の裏面２０ｂには、図９に破線で示すように、セラミックス母材２０Ａの対向する角を結ぶ対角線状に延びる２本の非分割溝２１ｂが形成されている。すなわち、本変形例では、接合領域６Ｂの８０％の面積であって、その中心が該接合領域６Ｂの中心と一致する領域６１Ｂを通過するように非分割溝２１ｂが形成されている。
このようなスクライブライン２１ｃ及び溝２１ｂが形成されたセラミックス母材２０Ａの両面２０ａ，２０ｂの接合領域６Ｂに、金属層３，４が接合され、個片化されると、非分割溝２１ｂが形成されたセラミックス回路基板が５つ形成され、非分割溝２１ｂが形成されていないセラミックス回路基板が４つ形成されることとなる。
【００４５】
本変形例では、非分割溝２１ｂがセラミックス母材２０Ａの対向する角を結ぶ対角線上に延びているので、非分割溝２１ｂによりセラミックス母材２０Ａを割れにくくできる。
また、本変形例においても非分割溝２１ｂが接合領域６Ｂの８０％の面積の領域６１Ｂ内に形成され、領域６１Ｂの中心が該接合領域６Ｂの中心と一致しているので、スクライブライン２１ｃ及び非分割溝２１ｂのそれぞれから溶融したろう材を接合領域６Ｂより外側に排出でき、ろうシミの発生を抑制できる。
【００４６】
上記第２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を分割することとしたが、これに限らず、分割工程後に各セラミックス回路基板１にメッキ処理を施すこととしてもよい。また、メッキ処理工程はなくてもよい。
また、上記第２実施形態では、スクライブライン２１ｃの幅寸法及び深さ寸法は、溝２１ｂの幅寸法及び深さ寸法より大きいこととしたが、同じであってもよい。
【００４７】
また、上記各実施形態では、溝２１は、レーザ加工により形成されることとしたが、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。
【実施例】
【００４８】
[試験手順]
縦５０ｍｍ×横５０ｍｍのセラミックス母材の表面にスクライブラインとして機能する溝を縦方向に５ｍｍ間隔で９本、横方向に５ｍｍ間隔で９本形成した。
実施例１及び２においては、裏面にセラミックス母材の対向する角を結ぶ対角線上に延びる２本の溝を形成し、比較例１及び２においては、裏面に溝を形成しなかった。
なお、スクライブラインとして機能する溝の幅寸法は０．１ｍｍ、深さ寸法は０．１５ｍｍ、裏面に形成される２本の溝の幅寸法は０．０５ｍｍ、深さ寸法は０．１ｍｍとした。
このようなセラミックス母材の両面の接合領域（縦４９ｍｍ×横４９ｍｍの領域）にそれぞれＳｉ濃度７．５質量％、厚さ１２μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔を介在させて表１に示す組成の厚さ０．１ｍｍの金属板（金属層）を積層し、これらの積層体をカーボン板により挟持し、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とにより、セラミックス母材と金属板とを接合した多数個取り用セラミックス−金属接合体を製造した。この際、積層方向への加圧は０．３ＭＰａ、加熱温度は６４０℃、加圧時間は６０分とした。
【００４９】
上述した多数個取り用セラミックス−金属接合体のそれぞれの表面に対し、スクライブラインで区画化される５ｍｍ×５ｍｍのエリアに、４ｍｍ×４ｍｍのエッチングレジストを付与した。なお、５ｍｍ×５ｍｍのエリアを上面視した時の中心と、４ｍｍ×４ｍｍのエッチングレジストを上面視した時の中心とが、一致するようにエッチングレジストを付与した。なお、エッチングレジストは、多数個取り用セラミックス−金属接合体の裏面にも、表面と同じパターンで付与した。
次に、多数個取り用セラミックス−金属接合体に対してエッチング処理を行い、レジストを剥離した。なお、エッチング溶液としては、塩化鉄溶液を用いた。
エッチング処理後の区画化された金属層の幅寸法を測定し、多数個取り用セラミックス−金属接合体の表面の区画化された金属層の幅寸法の平均値と、裏面の区画化された金属層の幅寸法の平均値との差（エッチング処理後の金属層の幅寸法差）を表１に示した。この区画化された金属層の幅寸法の測定は、任意の５つの区画化された金属層を寸法測定器（光学顕微鏡）によって測定し、表面と裏面は同じ部位を測定した。
【００５０】
【表１】
2019186354.tif 000003
【００５１】
表１の結果からわかるように、セラミックス母材の両面に溝が形成されている実施例１及び２は、エッチング処理後の金属層の幅寸法差が０．０４ｍｍ以下であり、溝を両面に形成することで、エッチング処理後の区画化された金属層の幅（大きさ）を表裏のそれぞれで揃えることができた。特に、金属層としてＪＩＳ３００３アルミニウム合金を用いた方が、その効果が大きかった。
【符号の説明】
【００５２】
１  １Ａ  セラミックス回路基板（セラミックス−金属接合体）
２  セラミックス基板
２ａ  表面
２ｂ  裏面
３，４  金属層
５  Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔
６  ６Ａ  ６Ｂ  接合領域
６１  ６１Ａ  ６１Ｂ  領域
２０  ２０Ａ  セラミックス母材
２０ａ  表面
２０ｂ  裏面
２１，２１ａ  溝
２１ｂ  非分割溝（溝）
２１ｃ  スクライブライン（溝）
３０，４０  金属板
５０  多数個取り用セラミックス−金属接合体
【図１】
2019186354.tif 000004
【図２】
2019186354.tif 000005
【図３】
2019186354.tif 000006
【図４】
2019186354.tif 000007
【図５】
2019186354.tif 000008
【図６】
2019186354.tif 000009
【図７】
2019186354.tif 000010
【図８】
2019186354.tif 000011
【図９】
2019186354.tif 000012