(57)【要約】【課題】回路パターン形成時間の短縮、回路パターン表面とめっき層との接合強度の高強度化及び回路パターン表面のはんだ濡れ性を良好にすることができる回路基板の製造方法及び回路基板を提供することにある。【解決手段】絶縁基板２の少なくとも表面側に回路層３ｂを形成する回路層形成工程と、回路層３ｂを選択的に除去し回路パターン３ａを形成する回路パターン形成工程とを有する回路基板の製造方法であって、前記回路層形成工程後、前記回路パターン形成工程前に、予め、回路層３ａ表面を粗化する粗化処理工程を有する。【選択図】        図１
2004235503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の少なくとも表面側に回路層を形成する回路層形成工程と、該回路層を選択的に除去し回路パターンを形成する回路パターン形成工程とを有する回路基板の製造方法であって、
前記回路層形成工程後、前記回路パターン形成工程前に、予め、前記回路層表面を粗化する粗化処理工程を有することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の回路基板の製造方法において、
前記粗化処理が、サンドブラスト法であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項３】
絶縁基板の少なくとも表面側に回路パターンを備えた基板を有する回路基板であって、
前記回路パターンを構成している回路層の表面が粗化処理されてなることを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車や電気車両等、大電圧、大電流を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板をはじめとする、絶縁基板表面側に回路パターンを備えた各種回路基板の製造方法及び回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、パワーモジュール用基板やプリント配線板をはじめとする各種回路基板は、絶縁基板の少なくとも表面側に回路パターンを備えた回路基板を有する構成となっている。この基板に回路パターンを形成する際、絶縁基板の少なくとも表面側に、銅Ｃｕ又はアルミニウムＡｌ等からなる回路層を形成し、その後、エッチングによりこの回路層を選択的に除去し、回路パターンを形成する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２４２０５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の回路基板の製造方法によれば、回路パターンを形成する際、回路層の表面粗さは一般にＲａ（算術平均粗さ）が約０．３であり、比較的滑らかであるため、エッチング液が回路層に浸透しにくく、回路パターン形成に時間がかかるという問題があった。また、この回路パターン表面にめっき層を形成する際、回路層表面が滑らかであることに起因して、めっき層と回路パターンとの接合強度が低い場合があるという問題があった。さらに、回路パターン表面に電子部品等を実装する際、回路層表面が滑らかであることに起因して、はんだの濡れ性が悪い、すなわちはんだ広がり率が低い場合があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、回路パターン形成時間の短縮、回路パターン表面とめっき層との接合強度の高強度化及び回路パターン表面のはんだ濡れ性を良好にすることができる回路基板の製造方法及び回路基板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の回路基板の製造方法は、絶縁基板の少なくとも表面側に回路層を形成する回路層形成工程と、該回路層を選択的に除去し回路パターンを形成する回路パターン形成工程とを有する回路基板の製造方法であって、前記回路層形成工程後、前記回路パターン形成工程前に、予め、前記回路層表面を粗化する粗化処理工程を有することを特徴とする。
【０００７】
この回路基板の製造方法では、回路層形成工程後、前記回路パターン形成工程前に、予め、前記回路層表面を粗化する粗化処理工程を有するため、エッチングにより回路パターンを形成する際に、エッチング液の回路層への浸透を促進させることができる。これにより、回路パターン形成時間の短縮を図ることができ、回路基板の高効率生産を実現することができる。また、回路パターン表面にＮｉ等のめっき層を形成する際、前記粗化処理に起因して、回路パターン表面の沿面方向に沿った単位面積当りの、回路パターンとめっき層との接触面積を増加することができ、回路パターンとめっき層との接合を高強度にすることができる。さらに、回路パターンに電子部品等を実装する際、前記粗化処理された回路層表面の凹凸に溶融したはんだが流れ込むため、はんだの濡れ性を良好にすることができる。以上により、回路基板を製造上の不具合を発生させることなく、高効率に生産することができる。
【０００８】
また、本発明の回路基板の製造方法は、前記粗化処理が、サンドブラスト法であることを特徴とする。
【０００９】
この回路基板の製造方法では、前記粗化処理が、サンドブラスト法であるため回路層表面が加工硬化することになる。これにより、回路層表面内側近傍が不安定状態となることから、エッチング液の浸透をより促進させることができ、回路パターン形成時間の更なる短縮を図ることができる。
【００１０】
本発明の回路基板は、絶縁基板の少なくとも表面側に回路パターンを備えた基板を有する回路基板であって、前記回路パターンを構成している回路層の表面が粗化処理されてなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回路基板の一実施形態として、パワーモジュール用基板を図１（ｄ）を参照しながら説明する。
【００１２】
図１（ｄ）に示すように、パワーモジュール用基板１は、絶縁基板２の表面側及び裏面側に、回路パターン３ａ及び放熱板４をそれぞれ備え、回路パターン３ａ表面には銅Ｃｕ又はニッケルＮｉからなるめっき層６を備えた構成となっている。また、絶縁基板２の表面及び裏面への、回路パターン３ａ及び放熱板４の各積層接合は、Ａｌ―Ｓｉ系合金等からなるろう材５を介してなされる構成となっている。ここで、回路パターン３ａ及び放熱板４は一般に、アルミニウムＡｌ合金又は銅Ｃｕ等により形成され、絶縁基板２はＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３粉末等を焼結することにより形成される。
【００１３】
以上のように構成されたパワーモジュール用基板の製造方法について説明する。
まず、原料粉末材料として、いずれも１μｍ以上３μｍ以下の平均粒径を有するＡｌＮ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末、及びＣａＯ粉末を用い、これら原料粉末を所定量ずつ配合し、これらを湿式混合した後、乾燥する。そして、これに有機バインダーを添加混合し、ドクターブレード法によりグリーンシートに形成する。そして、このグリーンシートを常圧、１８００℃のＮ２雰囲気中に置くことで焼結して、ＡｌＮ系の焼結体を形成する。
【００１４】
その後、これを所定温度、所定時間加熱し、焼結体の外表面に図示しない酸化層を形成し、絶縁基板２を形成する。そして、絶縁基板２の表面及び裏面に、回路層３ｂ及び放熱板４をそれぞれ、ろう材５を介して積層し、これを４３０℃以上６１０℃以下の真空中に置き、積層接合体１０を形成した後、この積層接合体１０を常温まで除冷する。
【００１５】
そして、積層接合体１０の回路層３ｂ表面をサンドブラスト法（例えば、ＳｉＣ粉末＃４００、圧力０．１９６ＭＰａ）により、粗化処理を施す（図１（ａ））。この粗化処理とは、後述するように、回路層３ｂ表面をＲａ（算術平均粗さ）が、０．４μｍ以上、更に好ましくは０．８μｍ以上、Ｒｙ（最大高さ）が、３．０μｍ以上、更に好ましくは５．０μｍ以上、Ｒｚ（十点平均粗さ）が、３．０μｍ以上、更に好ましくは５．０μｍ以上、Ｓｍ（凹凸の平均間隔）が、４０μｍ以上１００μｍ以下、更に好ましくは６０μｍ以上１００μｍ以下、Δａ（算術平均傾斜）が、５．０°以上、更に好ましくは８．０°以上の内少なくともいずれか１つを満たすように処理することをいう。
【００１６】
その後、粗化処理された回路層３ｂ表面に、ドライフィルムレジスト１１と、回路層３ｂから形成する回路パターン３ａのパターン形状と対応して貫通孔１２ａが設けられたマスクフィルム１２とをこの順に積層する（図１（ｂ））。そして、マスクフィルム１２を介してドライフィルムレジスト１１を紫外線により露光し、ドライフィルムレジスト１１の内、マスクフィルム１２に設けられた貫通孔１２ａの配設位置と対応した位置に配置された部分のみを選択的に硬化させる。その後、マスクフィルム１２を剥離除去した後、ドライフィルムレジスト１１を現像し、エッチングレジストパターン１１ａを形成する（図１（ｃ））。
【００１７】
そして、エッチングレジストパターン１１ａ上からエッチング液を噴射し、回路層３ｂ表面のうちエッチングレジストパターン１１ａの非形成面を溶融除去し、図１（ｄ）に示す回路パターン３ａを形成した後、エッチングレジストパターン１１ａを剥離除去する。その後、回路パターン３ａ表面に無電解めっきを施し、図１（ｄ）に示すめっき層６を形成し、パワーモジュール用基板１を形成する。
【００１８】
ここで、以上のように形成されたパワーモジュール用基板１において、回路層３ｂ表面の粗化処理条件のみを異ならせて、複数のパワーモジュール用基板を形成し、はんだの濡れ性を評価するパラメータであるはんだ広がり率をＪＩＳ  Ｚ  ３１９７に準拠して各別に求めた。結果を図２から図４に示す。
まず、図２において、Ｒａ（算術平均粗さ）とはんだ広がり率との関係を示す。ここで、回路層３ｂ表面を粗化処理していない場合、Ｒａは、０．２６μｍである。また、Ｒａを含め後述する他の表面粗さを測定する際の条件は、カットオフ値０．８ｍｍ，基準長さ０．８ｍｍ，評価長さ４ｍｍとした。
図２において、Ｒａが０．４μｍ以上である場合、はんだ広がり率の上昇が確認でき、特に、Ｒａが０．８μｍ以上である場合、より好ましいはんだ広がり率、すなわちはんだ濡れ性が得られることが確認できる。
【００１９】
次に、図３において、Ｓｍ（凹凸の平均間隔）とはんだ広がり率との関係を示す。この図において、Ｓｍが４０μｍ以上である場合、はんだ広がり率の上昇が確認でき、特に、Ｓｍが６０μｍ以上である場合、より好ましいはんだ広がり率、すなわちはんだ濡れ性が得られることが確認できる。すなわち、Ｓｍが大きい程良好なはんだ濡れ性が得られることが確認できるが、この一方で、エッチング速度は遅くなることが確認できた（図示略）。
【００２０】
次に、図４において、Δａ（算術平均傾斜）とはんだ広がり率との関係を示す。ここで、回路層３ｂ表面を粗化処理していない場合、Δａは、０．７°である。この図において、Δａが５．０°以上である場合、はんだ広がり率の上昇が確認でき、特に、Δａが８．０°以上である場合、より好ましいはんだ広がり率、すなわちはんだ濡れ性が得られることが確認できる。
【００２１】
次に、回路層３ｂの粗化処理による回路パターン３ａとめっき層６との接合強度の関係について定性的に評価した。アルミニウムＡｌからなる回路層３ｂ表面にＮｉめっき層６を形成するとともに、Ｎｉめっき層６表面に、縦横方向に各々約１ｍｍ間隔で切込みを入れた試験片を２種類形成した。すなわち、回路層３ｂ表面のＲａが約０．６μｍと、回路層３ｂ表面のＲａが約０．４μｍとの２種類の試験片をそれぞれについて４０個形成した。
【００２２】
そして、これら各試験片について、めっき層６表面の全面にテープを貼着した後、５．５Ｎ／ｃｍの力でこのテープを剥離し、これに伴って回路層３ｂ表面から剥離した前記１ｍｍ四方に分断されためっき層６の有無を調べた。そして、この回路層３ｂ表面からめっき層６が剥離した試験片の数を、前記２種類の試験片について各別に調べた。この結果、Ｒａが約０．６μｍの場合、めっき層６の剥離が発生した試験片の個数は、０個であったのに対し、Ｒａが約０．４μｍの場合、３個の試験片についてめっき層６の剥離発生が確認できた。これにより、回路層６表面を粗化処理することにより、良好なめっき密着性を実現できることが確認できる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態による回路基板の製造方法及び回路基板によれば、回路層３ｂ形成後、回路パターン３ａ形成前に、予め、回路層３ｂ表面を粗化するため、エッチングにより回路パターン３ａを形成する際に、エッチング液の回路層３ｂへの浸透を促進させることができる。これにより、回路パターン３ａの形成時間の短縮を図ることができ、パワーモジュール用基板１の高効率生産を実現することができる。具体的には、従来、すなわち回路層３ｂ表面に粗化処理を施さずエッチングにより回路パターン３ａを形成した場合と比べて約３６％形成時間の短縮が確認できた。
【００２４】
また、回路パターンに電子部品等を実装する際、前記粗化処理された回路パターン３ａ表面の凹凸に溶融したはんだが流れ込むため、はんだの濡れ性を良好にすることができる。以上により、パワーモジュール用基板１を製造上の不具合を発生させることなく、高効率に生産することができる。特に、回路層３ｂ表面のＲａ，Ｒｙ，Ｒｚ，Ｓｍ及びΔａを前述した範囲に設定すると、はんだ広がり率を確実に高くすることができ、良好なはんだ濡れ性を有する回路パターン３ａを確実に形成することができる。
【００２５】
また、回路パターン３ａ表面にめっき層６を形成する際、前記粗化処理に起因して、回路パターン３ａ表面の沿面方向に沿った単位面積当りの、回路パターン３ａとめっき層６との接触面積が増加したことにより、回路パターン３ａとめっき層６との接合を高強度にすることができる。
【００２６】
さらに、前記粗化処理が、サンドブラスト法であるため回路層３ｂ表面が加工硬化することになる。これにより、回路層３ｂ表面内側近傍が不安定状態となることから、エッチング液の浸透をより確実に促進させることができ、回路パターン３ａ形成時間の更なる短縮を図ることができる。
【００２７】
なお、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、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、本実施の形態においては、パワーモジュール用基板について説明したが、これに限らずプリント配線板であっても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る回路基板の製造方法及び回路基板によれば、エッチングにより回路パターンを形成する際に、エッチング液の回路層への浸透を促進させることができるため、回路パターン形成時間の短縮を図ることができ、回路基板の高効率生産を実現することができる。また、回路パターン表面の沿面方向に沿った単位面積当りの、回路パターンとめっき層との接触面積を増加させることができ、回路パターンとめっき層との接合を高強度にすることができる。さらに、回路パターンに電子部品等を実装する際、前記粗化処理された絶縁基板表面の凹凸に溶融したはんだが流れ込むため、はんだの濡れ性を良好とすることができる。以上により、回路基板を製造上の不具合を発生させることなく、高効率に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態として示した回路基板及びその製造方法を示す工程順側面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態として示した回路基板の製造方法により得られた回路基板において、Ｒａとはんだ広がり率との関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態として示した回路基板の製造方法により得られた回路基板において、Ｓｍとはんだ広がり率との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態として示した回路基板の製造方法により得られた回路基板において、Δａとはんだ広がり率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  パワーモジュール用基板（回路基板）
２  絶縁基板
３ａ  回路パターン
３ｂ  回路層
【図１】
2004235503.tif 000003
【図２】
2004235503.tif 000004
【図３】
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【図４】
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