(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物セラミックス基板にレーザーでスクライブルラインを入れ基板を分割し回路基板を製造する方法において、窒化物セラミックス基板に、１ｋＨｚ以上のパルス周波数で５０〜５００Ｗの炭酸ガスレーザーにより、孔の中心を通過する断面における両端の接線の交点角度であるレーザー孔の断面先端角度が３０度以上で、間隔が０を含まず０．２ｍｍ以内の不連続なレーザー孔より構成されるスクライブルラインを入れた後、活性金属ろう付け法にて金属板と接合し、エッチング法にて回路を形成する。その後、金属板除去部分に残存するろう材、その合金層、窒化物層を除去することを特徴とする窒化物セラミックス回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物セラミックス回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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に、熱伝導率やコスト、安全性等の点から、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基板が利用されている。これらのセラミックス基板に、ＣｕやＡｌ等の金属回路や放熱板を接合し回路基板としている。これらは、樹脂基板や樹脂層を絶縁材とする金属基板に対し、高い絶縁性が安定して得られるのが特長である。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、無害性等の点で特に好適な材料である。
【０００３】
このような回路基板は、セラミックス基板と金属板からなる接合体を製造する工程を経て製造されるが、生産性を高める観点から、種々の取り組みがなされている。例えばセラミックスグリーンシートを所要枚数連結した状態で焼成後、分割する方法（特許文献１）、或いは、銅回路板を有する窒化アルミニウム基板において、分割線を用いることにより複数個の配線基板を同時に製造する方法等が挙げられている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平２−２３３５６１号公報
【特許文献２】特開平８−３２２０４号公報
【０００４】
しかしながら特許文献１に示す方法では、焼成中に連結した部分にかかる熱応力によって連結部分よりクラックが発生するため生産性が低下することがあり、また特許文献２の技術には、基板そのものに一定以上の強度が必要であり、分割線の深さも限定される等の課題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、絶縁性が良好で、且つ生産性に優れた窒化物セラミックス回路基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明は、窒化物セラミックス基板にレーザーでスクライブルラインを入れ基板を分割し回路基板を製造する方法において、窒化物セラミックス基板に不連続なレーザー孔より構成されるスクライブルラインを入れた後、活性金属法にて金属板と接合し、エッチング法にて回路を形成する窒化物セラミックス回路基板の製造方法であり、エッチングによって回路を形成した後、金属板除去部分に残存するろう材、その合金層、窒化物層等を除去することを特徴とする窒化物セラミックス回路基板の製造方法であり、レーザー孔の間隔が０．２ｍｍ以内（０を含まず）である窒化物セラミックス回路基板の製造方法であり、レーザー孔の断面先端角度が３０度以上である窒化物セラミックス回路基板の製造方法である。さらに、レーザーが、１ｋＨｚ以上のパルス周波数で５０〜５００Ｗの炭酸ガスレーザーであることを特徴とする窒化物セラミックス回路基板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、絶縁性が良好で、且つ生産性に優れた窒化物セラミックス回路基板の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
窒化物セラミックス基板は特に限定されないが、窒化アルミニウム基板または窒化珪素基板の使用が好ましい。また、その厚みは特に限定されないが、０．３〜３．０ｍｍ程度のものが一般的である。
【０００９】
本発明においては、不連続なレーザー孔より構成されるスクライブルラインを形成することを特徴とする。窒化物セラミックスは、一般的な酸化物セラミックスに比べレーザーによる熱分解で金属成分が析出しやすいため、連続的にスクライブルラインを入れた場合、熱の蓄積による金属析出物により絶縁性が低下したり、スクライブルラインの深さが一定でなくなるという課題があった。不連続なレーザー孔で構成することで熱の蓄積も緩和され、窒化物セラミックス基板からの金属成分の析出も少量で均一となるため、生産性の向上と共に信頼性も向上するものである。
【００１０】
レーザー孔の間隔は、０．２ｍｍ以内（０を除く）にあることがより好ましい。間隔が０．２ｍｍを超えてしまうと、スクライブルラインに沿って分割できない場合があり、その分割面から回路方向へクラックが発生してしまい、耐電圧が低下してしまうことがある。
また、レーザー孔の断面先端角度は、３０度以上であることが好ましい。レーザー孔の断面先端角度が３０度未満の場合、スクライブルラインを分割する際に、分割し辛くなったり、レーザー孔内に接合ろう材が残留してしまい電気的な絶縁がとれなくなるという不具合が発生する場合がある。レーザー孔の最適な大きさ（直径）は、レーザー孔の深さ、角度により適宜決められるが、０．０４ｍｍ〜０．５ｍｍが一般的である。
【００１１】
本発明においては、窒化物セラミックス基板にスクライブル加工を行った後、回路となる金属板を接合しエッチング法にて回路形成を行う。スクライブル加工時に窒化物セラミックス基板から析出した金属成分を、エッチング時に金属板と同時に除去でき、より信頼性を高めることができる。
【００１２】
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好適である。
【００１３】
スクライブルラインの深さはセラミックス基板厚みの１／４〜１／３であることが好ましい。深さが１／４よりも浅いとスクライブルライン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場合がある。分割溝は、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てもよい。
また加工速度としては、通常の１０００〜５０００ｍｍ／分で行っても問題ない。
【００１４】
接合される金属板の厚みは特に限定されないが、流れる電流に応じて適宜決められる。一般に、０．１〜０．５ｍｍのものが用いられることが多い。金属板の純度は９０％以上であることが好ましい。純度が９０％より低いと、セラミックス基板と金属板を接合する際、金属板とろう材の反応が不十分となったり、金属板が硬くなりセラミック回路基板の信頼性が低下する場合がある。また、用途によっては、複合金属板を用いても構わない。
【００１５】
窒化物セラミックス基板と金属板の接合には、一般に、接合材を用いない溶湯法、活性金属ろう付け法のいずれも採用することができるが、生産性が良く、しかも比較的低温で接合ができる活性金属ろう付け法が好適である。
Si、Mg、Cu、Al、Ge、Ag、Ti、Mg、Zrなどの金属合金がろう材として好適である。ろう材は、ペースト又は箔として用いられる。ろう材は、窒化物セラミックス基板、または、金属板のどちらに塗布、或いは配置してもよく、合金箔を用いる場合は、予め金属板と合金箔をクラッド化しておくこともできる。
【００１６】
ろう材の塗布量は、乾燥基準で５〜２０ｍｇ／ｃｍ２ が好ましい。塗布量が５ｍｇ／ｃｍ２ 未満では未反応の部分が生じる場合があり、一方、２０ｍｇ／ｃｍ２を超えると、接合層を除去する時間が長くなり生産性が低下する場合がある。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ロールコーター法等の公知の塗布方法を採用できる。
【００１７】
窒化物セラミックス回路基板に回路パターンを形成するため、金属板にエッチングレジストを塗布してエッチングする。
【００１８】
エッチングレジストに関して特に制限はなく、例えば、一般に使用されている紫外線硬化型や熱硬化型のものが使用できる。エッチングレジストの塗布方法に関しても特に制限はなく、例えばスクリーン印刷法等の公知の塗布方法が採用できる。また、エッチング液に関しても特に制限はなく、例えば、塩化第２鉄溶液、塩化第２銅溶液、硫酸、過酸化水素水等が使用できるが、好ましいものとして、塩化第２鉄溶液、或いは塩化第２銅溶液が挙げられる。
【００１９】
エッチングによって不要な金属部分を除去した窒化物セラミックス回路基板には、塗布したろう材、その合金層、窒化物層等が残っており、ハロゲン化アンモニウム水溶液、硫酸、硝酸等の無機酸、過酸化水素水を含む溶液を用いて、それらを除去するのが一般的である。
【００２０】
本発明に係るめっきレジストに関して特に制限はなく、溶剤乾燥タイプインク、ＵＶ硬化タイプインク等が使用できる。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ロールコーター法等の公知の塗布方法を採用できる。塗布厚は、乾燥後で0.005〜0.07ｍｍの厚みとなるように塗布することが望ましい。厚みが0.005ｍｍより薄いと、部分的に金属が表出してしまう場合があり、一方、0.07ｍｍより厚いと、めっきレジストの除去に時間がかかり、生産性が低下する場合がある。
【００２１】
めっき処理に関して特に制限はないが、作業性、コスト等の面から、無電解ニッケルめっき、無電解ニッケル金めっき、はんだめっきが好ましいものとして挙げられる。なお、めっき層の厚みは特に限定されないが、２〜８μｍが望ましい。めっき厚が、２μｍ未満であると、はんだ濡れ性、ワイヤーボンディング特性等の実装特性に悪影響を与える場合がある。一方、めっき厚みが８μｍを超えると、めっき被膜の剥がれ等により基板特性に悪影響を及ぼす場合がある。
【００２２】
めっきレジストの除去方法に関して特に制限はなく、例えば、エタノールやトルエンのような有機溶剤を用いて除去する方法や、アルカリ水溶液に浸浸させる方法が挙げられる。
【００２３】
このようにして作製された窒化物セラミックス回路基板は、はんだによりベース板や半導体素子等の電子部品と接合される。はんだの種類は特に限定されないが、通常、錫、鉛、銀、ビスマス等が一般に使用される。はんだ付け方法は特に限定されないが、例えば、はんだペーストをスクリーン印刷法等で所定の部分に塗布し、部品等を搭載後、はんだが溶融する温度の炉内にいれる方法が挙げられる。はんだ層は、金属回路側面に接触しない方が、窒化物セラミックス回路基板の信頼性の点で好ましい。  
【００２４】
［実施例１〜６，比較例１〜７］
窒化アルミニウム基板の一方の主面に、各セット毎に切り離すことができるようにレーザー加工にて分割溝を表１に示す加工条件で形成した。レーザー加工は市販装置（進和テック社製商品名「ＬＭＰ−２２１−２００」炭酸ガスレーザー使用）を用いた。その後、窒化アルミニウム基板の両主面に、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（塗布量：１０ｍｇ／ｃｍ２）してから銅板（寸法：６１ｍｍ×５１ｍｍ×０．３ｍｍ：同和鉱業製；無酸素銅板）を重ね、８５０℃×１時間、真空中にて加熱して接合した。その後、エッチングレジスト（太陽インキ製造製：製品名UVR150G）を所定形状（Ｌ字と逆Ｌ字の組合せ形状）に印刷してから塩化銅水溶液にてエッチングをし、回路を形成させた後、基板表面に無電解ニッケルメッキを施し、回路基板を作成した。この回路基板を、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。
【００２５】
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、絶縁特性、分割時の分割不良率を以下に従って測定した（n=２０）。結果を表１に示す。
【００２６】
〈測定方法〉
（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）絶縁特性
回路基板の表裏間の絶縁抵抗を、絶縁抵抗計（安藤電気社製「ＶＭＧ−１０００」）にて測定した。
（３）分割不良率
レーザー加工を行ったスクライブルライン以外で、分割された基板の数量を調べ、不良率を求めた。スクライブルライン以外で分割されたかは、光学顕微鏡（倍率１００倍）にて確認した。
〈使用材料〉
窒化アルミニウム基板  ：  電気化学工業製、商品名「ＡＮＰ」（寸法：６０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍ、熱伝導率：１５０Ｗ／ｍ・ｋ、曲げ強さ：３５０MＰａ）
窒化珪素基板：電気化学工業製、商品名「ＳＮＰ」（寸法：６０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍ、熱伝導率：７０Ｗ／ｍ・ｋ、曲げ強さ：７００MＰａ）
酸化アルミニウム基板  ：  京セラ製、商品名「Ａ−４７６」
【００２７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来のレーザー加工を施した窒化物セラミックス基板の一例
【図２】本発明の実施の一形態を示すスクライブルラインを入れた窒化物セラミックス回路基板
【図３】本発明の実施の一形態を示す窒化物セラミックス回路基板の断面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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