(57)【要約】【課題】部品の位置ずれ不良を低減して生産性を改善することができ、半導体装置などを実装する際に接合不良を防止することができる金属−セラミック接合体およびその製造方法を提供する。【解決手段】セラミックス基板１０に金属板１２を直接接合した後に金属板１２を所定の形状のパターンに形成する金属−セラミックス接合体の製造方法において、セラミックス基板１０に金属板１２を直接接合した後に、金属板１２上の所定の部分にレジスト１４を塗布してエッチングにより金属板１２の不要部分を除去し、レジスト１４を除去することにより、所定の形状のパターンを形成する。【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銅およびニッケルを含む合金からなる金属板を直接接合した後に金属板を所定の形状のパターンに形成する金属−セラミックス接合体の製造方法において、セラミックス基板の少なくとも一方の面に銅およびニッケルを含む合金からなる金属板を直接接合した後に、金属板上の所定の部分にレジストを塗布してエッチングにより金属板の不要部分を除去し、レジストを除去することにより、所定の形状のパターンを形成することを特徴とする、金属−セラミックス接合体の製造方法。
【請求項２】
前記合金がマンガンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合体の製造方法。
【請求項３】
前記金属板が電気抵抗材料からなることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合体の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングが塩化銅または塩化鉄を含むエッチング剤を用いて行われることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の金属−セラミックス接合体の製造方法。
【請求項５】
前記金属板の全面または一部の面にメッキを施すことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合体の製造方法。
【請求項６】
前記メッキがＮｉメッキ、Ｎｉ合金メッキまたはＡｕメッキのいずれかであることを特徴とする、請求項５に記載の金属−セラミックス接合体の製造方法。
【請求項７】
セラミックス基板とこのセラミックス基板の少なくとも一方の面に直接接合された金属板とからなる金属−セラミックス接合体において、金属板が銅およびニッケルを含む合金からなり且つ所定の形状のパターンに形成されていることを特徴とする、金属−セラミックス接合体。
【請求項８】
前記合金がマンガンを含むことを特徴とする、請求項７に記載の金属−セラミックス接合体。
【請求項９】
前記金属板のピール強度が１０Ｎ／ｃｍ以上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−セラミックス接合体。
【請求項１０】
前記金属−セラミックス接合体の絶縁抵抗が１０００ＭΩより大きいことを特徴とする、請求項７乃至９のいずれかに記載の金属−セラミックス接合体。
【請求項１１】
前記金属板の全面または一部の面にメッキが施されていることを特徴とする、請求項７乃至１０のいずれかに記載の金属−セラミックス接合体。
【請求項１２】
前記メッキがＮｉメッキ、Ｎｉ合金メッキまたはＡｕメッキのいずれかであることを特徴とする、請求項１１に記載の金属−セラミックス接合体。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のいずれかに記載の金属−セラミックス接合体からなる抵抗用電子部材。
【請求項１４】
請求項７乃至１２のいずれかに記載の金属−セラミックス接合体を用いて組み立てられたモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス基板とこのセラミックス基板に接合された金属板とからなる金属−セラミックス接合体およびその製造方法に関し、特に抵抗素子としてのＣｕ−Ｎｉ系合金またはＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系合金からなる金属板がセラミックス基板に接合されたシャント抵抗素子などの抵抗用電子部材に使用される金属−セラミックス接合体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シャント抵抗素子などの抵抗用電子部材では、予めプレス加工などにより高精度に加工したシート状の抵抗体としての合金板が、Ａｇろうなどのろう材を用いたろう接によってセラミック基板に接合されている（特開平１１−９７２０３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなろう材を介して接合される電子部材では、加工したシート状の抵抗体をセラミック基板上の正確な位置に配置して接合する必要がある。特に、シャント抵抗素子などの１０ｍｍ□以下の非常に小さい抵抗体をセラミックス基板に接合する場合には、抵抗体の位置ずれが起こり易く、１枚のセラミック基板上に１または複数の抵抗体を接合するのが困難であり、抵抗体の位置ずれ不良が発生し易いだけでなく、生産性もかなり悪くなるという問題がある。
【０００４】
また、抵抗体としての合金板の半田漏れ性が低いため、半導体装置などを実装する際に接合不良になる場合があるという問題もある。
【０００５】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、部品の位置ずれ不良を低減して生産性を改善することができる金属−セラミック接合体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、半導体装置などを実装する際に接合不良を防止することができる金属−セラミック接合体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板に銅およびニッケルを含む合金からなる金属板を直接接合した後に、金属板上の所定の部分にレジストを塗布してエッチングにより金属板の不要部分を除去し、レジストを除去して所定の形状のパターンを形成することにより、パターンの位置ずれ不良を低減して生産性を改善することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明による金属−セラミック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銅およびニッケルを含む合金からなる金属板を直接接合した後に金属板を所定の形状のパターンに形成する金属−セラミックス接合体の製造方法において、セラミックス基板の少なくとも一方の面に銅およびニッケルを含む合金からなる金属板を直接接合した後に、金属板上の所定の部分にレジストを塗布してエッチングにより金属板の不要部分を除去し、レジストを除去することにより、所定の形状のパターンを形成することを特徴とする。
【０００９】
この金属−セラミックス接合体の製造方法において、合金がマンガンを含んでもよく、金属板が電気抵抗材料からなるのが好ましい。エッチングは、塩化銅または塩化鉄を含むエッチング剤を用いて行うのが好ましい。また、金属板の全面または一部の面にメッキを施すのが好ましい。このメッキには、Ｎｉメッキ、Ｎｉ−ＰメッキやＮｉ−ＢメッキなどのＮｉ合金メッキ、またはＡｕメッキを使用するのが好ましい。
【００１０】
本発明による金属−セラミックス接合体は、セラミックス基板とこのセラミックス基板の少なくとも一方の面に直接接合された金属板とからなる金属−セラミックス接合体において、金属板が銅およびニッケルを含む合金からなり且つ所定の形状のパターンに形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この金属−セラミックス接合体において、合金がマンガンを含んでもよく、金属板が電気抵抗材料からなるのが好ましい。また、金属板のピール強度が１０Ｎ／ｃｍ以上であり、金属−セラミックス接合体の絶縁抵抗が１０００ＭΩより大きいことが好ましい。さらに、金属板の全面または一部にメッキが施されているのが好ましい。このメッキには、Ｎｉメッキ、Ｎｉ−ＰメッキやＮｉ−ＢメッキなどのＮｉ合金メッキ、またはＡｕメッキが使用されているのが好ましい。
【００１２】
本発明による抵抗用電子部材は、上記のいずれかの金属−セラミックス接合体からなり、本発明によるモジュールは、上記のいずれかの金属−セラミックス接合体を用いて組み立てられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合体およびその製造方法の実施の形態を説明する。
【００１４】
まず、図１に示すように、アルミナ基板などのセラミックス基板１０の両面（または一方の面）に、抵抗用合金としてのＣｕ−Ｎｉ系合金またはＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金（マンガニン等）からなる金属板１２を直接配置して接合することにより、金属−セラミックス接合体を得る（図１（ａ）、図１（ｂ））。このように金属板１２をセラミックス基板１０に直接接合すると、ろう材を使用しないため、接合前後の金属板の抵抗が変わらないという利点がある。ここで、「直接接合」とは、ろう材などの中間材を用いずにセラミックスと金属を接合する方法であり、Ｃｕ−Ｎｉ系合金またはＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金の全率固溶型合金の場合には、Ｎ２ガスなどの不活性雰囲気中または真空中において融点に近い温度で接合することができる。なお、セラミックス基板１０の一方の面に抵抗用合金としてのＣｕ−Ｎｉ系合金またはＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金（マンガニン等）からなる金属板１２を接合し、他方の面に放熱用金属板として銅板などの他の金属板を接合してもよい。また、金属板の接合強度として、１０Ｎ／ｃｍ以上のピール強度があれば十分である。
【００１５】
次に、図２に示すように、金属板１２上の所定の部分にレジスト１４を印刷し（図２（ａ））、金属板１２の不要部分をエッチングにより除去した（図２（ｂ））後、レジスト１４を除去することにより、セラミックス基板１０上に金属回路（抵抗体回路）を形成する（図２（ｃ））。
【００１６】
このエッチングに使用する薬液として、塩化銅または塩化鉄を含むエッチング剤を使用するのが好ましい。このようなエッチング剤を使用することにより、銅系や鉄系の合金によってはエッチングラインを共用できる可能性があり、また、抵抗体としての金属板１２の反対側の面に銅板を接合した場合においても同じ薬液で同時にエッチングすることができる。また、塩化銅または塩化鉄を含むエッチング剤を使用してエッチングすることにより、合金と合金のパターン間または表裏間で少なくとも１００ＭΩ（ＤＣ１０００Ｖ）以上の抵抗を確保することができる。なお、このエッチングは、浸漬によって行ってもよいが、薬液をシャワーにより被エッチング材にかける方がエッチング速度の点で効率的である。
【００１７】
次に、図３または図４に示すように、セラミックス基板１０上に形成された金属回路の全面または一部にＮｉ−Ｐメッキ、Ｎｉ−ＢメッキまたはＡｕメッキを施す。
【００１８】
金属回路の全面にメッキを施す場合には、例えば、所定の薬液を用いて脱脂、化学研磨、酸洗および触媒付与の工程を行った後、所定の薬液を用いて金属板１２の全面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキなどのメッキ１６を施す（図３）。このように金属回路の全面にメッキを施すことにより、ＷＢ性および半田漏れ性を改善し、半田の拡散による抵抗の経時変化を防止し、抵抗体としての合金からなる金属回路の酸化による抵抗の経時変化を防止することができる。
【００１９】
一方、金属回路の一部にメッキを施す場合には、例えば、金属板１２上の所定の部分にレジスト１８を印刷し（図４（ａ））、所定の薬液を用いて脱脂、化学研磨、酸洗および触媒付与の工程を行い、所定の薬液を用いて金属板１２上のレジスト１８以外の部分に無電解Ｎｉ−Ｐメッキなどのメッキ２０を施した（図４（ｂ））後、レジスト２０を剥離する（図４（ｃ））。このように金属回路の一部にメッキを施すことにより、半導体装置を実装する際の位置ずれを防止することができるとともに、半田流れや半田と金属板との反応を防止することによる抵抗素子としての金属回路の抵抗値の変化を防止することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明による金属−セラミックス接合体およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００２１】
［実施例１］
６０×８０ｍｍ□、厚さ０．６３５ｍｍのアルミナ基板の両面に、抵抗合金として５６×７５ｍｍ□、厚さ０．２ｍｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金（マンガニン）板を直接配置し、窒素雰囲気中において最高温度９７５℃に加熱して、金属−セラミックス接合体を得た。次に、マンガニン板上に４８×６８ｍｍ□のレジスト（三井化学社製ＭＴ−ＵＶ−５２０３）を印刷し、塩化銅液でエッチングしてマンガニン板の不要部分を除去した後、レジストを除去した。
【００２２】
このようにして得られた１０枚の基板について、±０．２ｍｍを判定基準として位置ずれ不良率を測定したところ、０％であった。
【００２３】
［実施例２］
６０×８０ｍｍ□、厚さ０．６３５ｍｍのアルミナ基板を用意し、縁部にダミーを５ｍｍとって１０×１０ｍｍ□の３５個の領域に分けるようにブレークライン処理を施した後、このアルミナ基板の両面に、抵抗合金として５６×７５ｍｍ□、厚さ０．２ｍｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金（マンガニン）板を直接配置し、窒素雰囲気中において最高温度９７５℃に加熱して、金属−セラミックス接合体を得た。次に、アルミナ基板の１０×１０ｍｍ□の３５個の領域のそれぞれの領域の中央に対応するように、マンガニン板上に８×８ｍｍ□の３５個のレジスト（三井化学社製ＭＴ−ＵＶ−５２０３）を印刷し、塩化銅液でエッチングしてマンガニン板の不要部分を除去した後、レジストを除去した。
【００２４】
このようにして得られた基板を１０×１０ｍｍ□のピースに分割し、±０．２ｍｍを判定基準として各ピースの位置ずれ不良率を測定したところ、０％であった。
【００２５】
［実施例３］
実施例２と同様の方法により得られた金属−セラミックス接合体について、実施例２と同様のエッチング処理を行い、レジストを除去した後、４７℃のエンプレートＰＣ４５５（１０％）（メルテックス社）に３２５秒間浸漬することより脱脂し、４５℃でＣＰＢ５０＋３５％Ｈ２０２水（４７％＋４％）（三菱瓦斯化学社）に７０秒間浸漬することにより化学研磨を行い、室温で硫酸（１０％）に３０秒間浸漬することにより酸洗し、３０℃でメルプレートアクチベータ３５０（１０％）（メルテックス社）に２２０秒間浸漬することにより触媒付与を行った後、８４℃でニムデンＳＸ−Ｍ＋ＳＸ−Ａ（１０％＋５．５％）（上村工業社）に８分間浸漬することにより、マンガニン板の全面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施した。
【００２６】
このようにして得られた基板を１０×１０ｍｍ□のピースに分割した後、目視により外観をチェックし、メッキ濡れ性を評価し、表裏絶縁抵抗を測定した。その結果、外観およびメッキ濡れ性は良好であり、表裏絶縁抵抗は＞１０００ＭΩであった。
【００２７】
［実施例４］
６０×８０ｍｍ□、厚さ０．６３５ｍｍのアルミナ基板を用意し、１０×１０ｍｍ□にブレークライン処理を施した後、このアルミナ基板の表面に抵抗合金として５６×７５ｍｍ□、厚さ０．１ｍｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金（マンガニン）板を直接配置するとともに、裏面に抵抗合金として５６×７５ｍｍ□、厚さ０．０５ｍｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金（マンガニン）板を直接配置し、窒素雰囲気中において最高温度９７５℃に加熱して、金属−セラミックス接合体を得た。次に、マンガニン板上に実施例２と同様のレジスト（三井化学社製ＭＴ−ＵＶ−５２０３）を印刷し、塩化銅液でエッチングしてマンガニン板の不要部分を除去した後、レジストを除去した。
【００２８】
次に、４７℃のエンプレートＰＣ４５５（１０％）（メルテックス社）に３２５秒間浸漬することより脱脂し、４５℃でＣＰＢ５０＋３５％Ｈ２０２水（４７％＋４％）（三菱瓦斯化学社）に７０秒間浸漬することにより化学研磨を行い、室温で硫酸（１０％）に３０秒間浸漬することにより酸洗し、３０℃でメルプレートアクチベータ３５０（１０％）（メルテックス社）に２２０秒間浸漬することにより触媒付与を行った後、８４℃でニムデンＳＸ−Ｍ＋ＳＸ−Ａ（１０％＋５．５％）（上村工業社）に８分間浸漬することにより、マンガニン板の全面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施した。
【００２９】
このようにして得られた基板を１０×１０ｍｍ□のピースに分割した後、目視により外観をチェックし、メッキ濡れ性を評価し、表裏絶縁抵抗およびマンガニン板の９０°ピール接合強度を測定した。その結果、外観およびメッキ濡れ性は良好であり、表裏絶縁抵抗は＞１０００ＭΩ、表面側のマンガニン板の９０°ピール接合強度は６０．１Ｎ／ｃｍ、裏面側のマンガニン板の９０°ピール接合強度は４１．０Ｎ／ｃｍであった。
【００３０】
［実施例５］
６０×８０ｍｍ□、厚さ０．６３５ｍｍのアルミナ基板を用意し、１０×１０ｍｍ□にブレークライン処理を施した後、このアルミナ基板の両面に、抵抗合金として５６×７５ｍｍ□、厚さ０．１ｍｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金（マンガニン）板を直接配置し、窒素雰囲気中において最高温度９７５℃に加熱して、金属−セラミックス接合体を得た。次に、マンガニン板上に実施例２と同様のレジスト（三井化学社製ＭＴ−ＵＶ−５２０３）を印刷し、塩化銅液でエッチングしてマンガニン板の不要部分を除去した後、レジストを除去した。
【００３１】
次に、４７℃のエンプレートＰＣ４５５（１０％）（メルテックス社）に３２５秒間浸漬することより脱脂し、４５℃でＣＰＢ５０＋３５％Ｈ２０２水（４７％＋４％）（三菱瓦斯化学社）に７０秒間浸漬することにより化学研磨を行い、室温で硫酸（１０％）に３０秒間浸漬することにより酸洗し、３０℃でメルプレートアクチベータ３５０（１０％）（メルテックス社）に２２０秒間浸漬することにより触媒付与を行った後、８４℃でニムデンＳＸ−Ｍ＋ＳＸ−Ａ（１０％＋５．５％）（上村工業社）に８分間浸漬することにより、マンガニン板の全面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施した。
【００３２】
このようにして得られた基板を１０×１０ｍｍ□のピースに分割した後、目視により外観をチェックし、メッキ濡れ性を評価し、表裏絶縁抵抗およびマンガニン板の９０°ピール接合強度を測定した。その結果、外観およびメッキ濡れ性は良好であり、表裏絶縁抵抗は＞１０００ＭΩ、マンガニン板の９０°ピール接合強度は６０．１Ｎ／ｃｍであった。
【００３３】
［実施例６］
６０×８０ｍｍ□、厚さ０．６３５ｍｍのアルミナ基板を用意し、１０×１０ｍｍ□にブレークライン処理を施した後、このアルミナ基板の両面に、抵抗合金として５６×７５ｍｍ□、厚さ０．２ｍｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系合金（マンガニン）板を直接配置し、窒素雰囲気中において最高温度９７５℃に加熱して、金属−セラミックス接合体を得た。次に、マンガニン板上に実施例２と同様のレジスト（三井化学社製ＭＴ−ＵＶ−５２０３）を印刷し、塩化銅液でエッチングしてマンガニン板の不要部分を除去した後、レジストを除去した。
【００３４】
次に、マンガニン板の所定の部分にメッキレジスト（三井化学社製ＭＴ−ＵＶ−５２０３）を印刷した。その後、４７℃のエンプレートＰＣ４５５（１０％）（メルテックス社）に３２５秒間浸漬することより脱脂し、４５℃でＣＰＢ５０＋３５％Ｈ２０２水（４７％＋４％）（三菱瓦斯化学社）に７０秒間浸漬することにより化学研磨を行い、室温で硫酸（１０％）に３０秒間浸漬することにより酸洗し、３０℃でメルプレートアクチベータ３５０（１０％）（メルテックス社）に１１０秒間浸漬することにより触媒付与を行った後、８４℃でニムデンＳＸ−Ｍ＋ＳＸ−Ａ（１０％＋５．５％）（上村工業社）に８分間浸漬することにより、マンガニン板の所定の部分に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施し、メッキレジストを剥離した。
【００３５】
このようにして得られた基板を１０×１０ｍｍ□のピースに分割した後、目視により外観をチェックし、メッキ濡れ性および部分メッキ性を評価し、表裏絶縁抵抗を測定した。その結果、外観、メッキ濡れ性および部分メッキ性は良好であり、表裏絶縁抵抗は＞１０００ＭΩであった。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、部品の位置ずれ不良を低減して生産性を改善することができ、半導体装置などを実装する際に接合不良を防止することができる金属−セラミック接合体およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による金属−セラミックス接合体の製造方法の実施の形態における製造工程を示す断面図。
【図２】本発明による金属−セラミックス接合体の製造方法の実施の形態における製造工程を示す断面図。
【図３】本発明による金属−セラミックス接合体の製造方法の実施の形態における製造工程を示す断面図。
【図４】本発明による金属−セラミックス接合体の製造方法の実施の形態における製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
１０　セラミックス基板
１２　金属板
１４、１８　レジスト
１６、２０　無電解Ｎｉ−Ｐメッキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004022710.tif 000005
【図４】
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