(57)【要約】【課題】金属析出物の生成がなく、加工速度の速い、窒化物セラミックス基板のレーザー加工法を提供する。【解決手段】酸化性ガスをレーザーにアシストさせることを特徴とする窒化物セラミックス基板のレーザー加工法である。この場合において、レーザーが炭酸ガスレーザーであり、加工速度がパルス周波数の１０−５倍以上であることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化性ガスをレーザーにアシストさせることを特徴とする窒化物セラミックス基板のレーザー加工法。
【請求項２】
レーザーが炭酸ガスレーザーであり、加工速度がパルス周波数の１０−５倍以上であることを特徴する請求項１記載のレーザー加工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物セラミックス基板のレーザー加工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワーモジュール等に利用される半導体装置用回路基板として、アルミナ、ベリリア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミックスが利用されてきた。その材質は、熱伝導率やコスト、安全性等の基準で選択され、大電力を用いるためにＣｕやＡｌ等の金属回路や放熱板を厚付けして用いられてきた。これらは、樹脂基板や樹脂層を絶縁材とする金属基板に比べて、高い絶縁性が安定して得られる点が特長である。これらのセラミックスのうちで、窒化アルミニウムは、高熱伝導率、高絶縁性、無害性等の点で好適な材料である。
【０００３】
回路基板の量産化を目的として、大型セラミックス基板に分割溝を施し、その分割溝で区画されたそれぞれの領域に回路を形成させた後、分割溝から切り離して複数個の回路基板を製造することが行われている（特許文献１）。この場合において、分割溝は、大型セラミックス基板に回路を形成させてから形成させる方法もある。
【０００４】
この分割溝を形成させるには、レーザーによるスクライブル加工法、ダイシングソーによる方法、金型による方法などがあるが、ダイシングソーによる方法では刃の摩耗が著しい、加工速度が遅い、また金型による方法では寸法精度が悪いという問題があるので、スクライブル加工法が好まれている。しかし、この加工法では、高エネルギーが付与されるので、窒化物セラミックス基板の金属構成成分、例えば窒化アルミニウム基板であるときには金属アルミニウムが析出する。この金属アルミニウム析出物が存在したままで回路が形成され、必要に応じてニッケルめっきが施されると、回路基板の絶縁性能が低下する。そこで、金属アルミニウム析出物をホーニング又はエッチングによって除去するか、１０００〜１８００℃の熱処理を行って酸化物又は窒化物に変えることの措置がとられている（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−８６３６７公報
【特許文献２】
特開２０００−１５９５７６公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記金属アルミニウム等の金属析出物の除去には、それなりの手間費用がかかるので、思ったほどには生産性が向上せず、コストが下がらない。本発明の目的は、金属析出物の生成がなく、加工速度の速い、窒化物セラミックス基板のレーザー加工法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、酸化性ガスをレーザーにアシストさせることを特徴とする窒化物セラミックス基板のレーザー加工法である。この場合において、レーザーが炭酸ガスレーザーであり、加工速度がパルス周波数の１０−５倍以上であることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【０００９】
本発明が対象とする窒化物セラミックス基板を例示すれば、窒化アルミニウム基板、窒化ケイ素基板、窒化ホウ素基板である。
【００１０】
本発明で用いられるレーザーは、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー等であるが、窒化物セラミックスの吸収波長との兼ね合いで、ＹＡＧレーザーでは加工時間がかかるので炭酸ガスレーザーが好ましい。中でも、１ｋＨｚ以上のパルス周波数で５０〜５００Ｗの炭酸ガスレーザーが熱ショックの緩和にも効果があるので本発明には最適である。
【００１１】
また、アシストガスとしては、酸素又は空気等の酸化性ガスが用いられる。アシストガスが窒素ガス等のように非酸化性ガスであると、レーザーの高エネルギーにより、窒化物セラミックスが金属化する。なお、酸化性雰囲気で高エネルギーを付与すると、セラミックス基板が酸化され表面に酸化物セラミックス層が形成するが、これは絶縁物であるので問題とならない。
【００１２】
アシストガスは、レーザーの周囲から噴出させることが望ましい。その方法は、レーザー照射口とアシストガス噴出口とを同軸にすることである。これによって、レーザーの照射部に効率的にアシストガスを供給することが可能となる。アシストガスの噴出量は、０．１〜１．０ｍ３  ／分であることが好ましい。噴出量が０．１ｍ３  ／分未満では金属析出防止効果が不十分となり、また１．０ｍ３  ／分超であると、窒化物セラミックス基板に粉塵が飛び散り、異物付着による外観不良、めっき不良等の原因となる。
【００１３】
加工速度は単位時間当たりにレーザー加工処理を施す速度で、通常は１０００〜５０００ｍｍ／分で行われる。なお、加工速度は、レーザーのパルス周波数の１０−５倍以上、特に８×１０−４〜６×１０−３倍であることが好ましい。パルス周波数の１０−５倍未満であると、分割溝の仕上がり形状が臼状になって不規則となり、分割溝に沿って切り離す際に皹が入る恐れがある。
【００１４】
分割溝の深さは窒化物セラミックス基板厚の１／４〜１／３であることが好ましい。深さが１／４よりも浅いと分割溝に沿って切り離すことが困難となり、１／３よりも大きいと、半導体チップ等を実装する時などに割れる恐れがある。分割溝は、窒化物セラミックス基板の一方の面にのみ形成させてもよく、表裏両面に形成させることもできる。
【００１５】
レーザーによるスクライブル加工を行うのは、セラミックス基板の段階でも、回路となる金属板を接合し回路形成を行った後のどちらでもよい。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００１７】
実施例１〜３  比較例１〜４
市販窒化アルミニウム基板（寸法：６０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ、熱伝導率：１５０Ｗ／ｍ・ｋ、曲げ強さ：３５０ＭＰａ）の一方の面に、活性金属ろう材ペースト（金属成分：Ｔｉ３％−Ｚｒ２％−Ａｇ９０％−Ｃｕ５％を含むポリイソブチルメタクリレートのペースト）を塗布してから銅板（寸法：６１ｍｍ×５１ｍｍ×０．３ｍｍ）を重ね、８５０℃×１時間加熱して接合した。その後、エッチングレジストを所定形状（Ｌ字と逆Ｌ字の組合せ形状）に印刷してからエッチングをし、回路を形成させた。このような回路を窒化アルミニウム基板表面に４セット形成させた。
【００１８】
各セット毎に切り離すことができるように分割溝（深さ０．３ｍｍ）を種々の加工速度で形成した後、そのまま無電解ニッケルめっきを施した。分割溝の形成条件を表１に示す。レーザー加工は市販装置（進和テック社製商品名「ＬＭＰ−２２１−２００」）を用い、アシストガスはレーザー照射口とアシストガス噴出口とを同軸としてレーザーと同じ方向より０．５〜０．６ｍ３  ／分を供給した。その後、手で折り曲げることによって、分割溝に沿って切り離し、４個の回路基板を製造した。
【００１９】
実施例４
市販窒化アルミニウム基板の代わりに市販窒化ケイ素基板（寸法：６０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ、熱伝導率：７０Ｗ／ｍ・ｋ、曲げ強さ：５００ＭＰａ）を用い、また空気の代わりに酸素ガスをアシストさせたこと以外は、実施例１と同様にして回路基板を製造した。
【００２０】
比較例５
酸素ガスの代わりに窒素ガスをアシストし、加工速度を８００ｍｍ／分としたこと以外は、実施例４と同様にして回路基板を製造した。
【００２１】
これらの回路基板の製造過程における、金属析出物の有無、皹の発生の有無を以下に従って各２０枚を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２２】
（１）金属析出物の有無
金属析出物の有無はレーザー加工後、光学顕微鏡にて確認した。析出物はＳＥＭ／ＥＤＡＸ分析で元素分析を行って確認した。
（２）皹の有無
レーザー加工された窒化物セラミックス基板を破断し、破断面に探傷スプレー塗布し、光学顕微鏡（倍率１００倍）にて観察した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から明らかなように、本発明の実施例によれば、加工速度が速く、金属析出物もないレーザー加工を行うことができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、金属析出物の生成がなく、加工速度の速い、窒化物セラミックス基板のレーザー加工法が提供される。