(57)【要約】【課題】  金属−セラミックス接合回路基板の製造工程において、基板に大きな段差や反りがある場合にも、段差の形状に追従し且つ基板の反りに影響されずにレジストを印刷することができるとともに、従来の方法よりも簡単に且つ短時間でレジストを印刷することができる、レジストの印刷方法を提供する。【解決手段】  セラミックス基板１２の一方の面に回路用金属板１４が接合するとともに、他方の面にセラミックス基板１２より大きい放熱用金属ベース板１６が接合した金属−セラミックス接合回路基板１０にレジストを印刷する方法において、金属ベース板１６の上面（セラミックス基板１２側の面）のセラミックス基板１２を取り囲む略全面に、パッド印刷機１００によってレジストを印刷する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の一方の面に金属板が接合するとともに他方の面に金属ベース部材が接合した金属−セラミックス接合基板にレジストを印刷する方法において、パッド印刷によって金属ベース部材にレジストを印刷することを特徴とする、レジストの印刷方法。
【請求項２】
前記金属ベース部材が前記セラミックス基板より大きく、前記金属ベース部材のセラミックス基板側の面のセラミックス基板を取り囲む略全面にレジストを印刷することを特徴とする、請求項１に記載のレジストの印刷方法。
【請求項３】
前記金属ベース部材の前記セラミックス基板と反対側の面にレジストを印刷することを特徴とする、請求項１または２に記載のレジストの印刷方法。
【請求項４】
前記金属ベース部材にレジストを印刷する際に硬さ１５以下の転写パッドを使用す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レジストの印刷方法。
【請求項５】
前記金属ベース部材にレジストを印刷する際に硬さ５〜１５の転写パッドを使用す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レジストの印刷方法。
【請求項６】
前記金属板にパッド印刷によって所定の回路パターンのレジストを印刷することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のレジストの印刷方法。
【請求項７】
セラミックス基板の一方の面に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板にレジストを印刷する方法において、パッド印刷によって金属板に所定の回路パターンのレジストを印刷することを特徴とする、レジストの印刷方法。
【請求項８】
前記金属板にレジストを印刷する際に硬さ１５〜３０の転写パッドを使用することを特徴とする、請求項６または７に記載のレジストの印刷方法。
【請求項９】
前記金属板にレジストを印刷する際に硬さ２０〜２５の転写パッドを使用することを特徴とする、請求項６または７に記載のレジストの印刷方法。
【請求項１０】
前記金属板にスクリーン印刷によって所定の回路パターンのレジストを印刷することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のレジストの印刷方法。
【請求項１１】
前記レジストが熱硬化型エッチングレジストインクまたはＵＶ硬化型エッチングレジストインクによって印刷されることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載のレジストの印刷方法。
【請求項１２】
前記レジストの厚さが２０μｍ以上であることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載のレジストの印刷方法。
【請求項１３】
前記金属−セラミックス接合基板の反り量が５０ｍｍのスパンで０．４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載のレジストの印刷方法。
【請求項１４】
前記金属−セラミックス接合基板の反り量が５０ｍｍのスパンで０．４ｍｍより大きいことを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載のレジストの印刷方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載のレジストの印刷方法によってレジストを印刷した後、前記金属板に回路パターンを形成することを特徴とする、金属−セラミックス接合回路基板の製造方法。
【請求項１６】
前記回路パターンを形成した後、請求項１乃至１４のいずれかに記載のレジストの印刷方法によって前記金属板の所定の部分にレジストを印刷し、前記金属板の所定の部分以外の部分にめっき膜を形成することを特徴とする、請求項１５に記載の金属−セラミックス接合回路基板の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の金属−セラミックス接合回路基板の製造方法によって製造された金属−セラミックス接合回路基板。
【請求項１８】
請求項１７に記載の金属−セラミックス接合回路基板を用いたパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストの印刷方法に関し、特に、金属−セラミックス接合回路基板の製造工程においてレジストを印刷する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属−セラミックス接合回路基板の製造方法として、回路用や放熱用として銅板などの金属板をセラミックス基板に接合した後に、エッチング処理により回路パターンを形成する方法が行われている。このエッチング処理を行う前に、エッチング液から保護するためのレジストを回路用や放熱用の金属板に印刷する必要があり、この印刷方法としてスクリーン印刷が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１７００８８号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、セラミックス基板の一方の面に放熱用金属ベース板が接合するとともに他方の面に回路用金属板が接合したいわゆるベース一体型基板では、回路用金属板と金属ベース板の間に１ｍｍ程度以上の大きな段差があるので、スクリーン印刷では、このような大きな段差の付近にレジストを印刷することができなかった。また、ベース一体型基板でなくても、セラミックス基板の一方の面に回路用金属板が接合した金属−セラミックス接合基板に所望のパターンのレジストをスクリーン印刷によって印刷する場合に、基板が大きく反っていると、基板の端部などのスキージが追従しきれずに印刷されない部分があるなど、良好な印刷を行うことができない場合があった。
【０００５】
そのため、従来では、回路用金属板に所定の回路パターンの形状のレジストをスクリーン印刷し、テープと治具によって金属ベース板のマスキングを行っていた。このようなテープや治具を多用する方法は、時間がかかり、非常に煩雑である。
【０００６】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、金属−セラミックス接合回路基板の製造工程において、基板に大きな段差や反りがある場合にも、段差の形状に追従し且つ基板の反りに影響されずにレジストを印刷することができるとともに、従来の方法よりも簡単に且つ短時間でレジストを印刷することができる、レジストの印刷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、セラミックス基板の一方の面に金属板が接合するとともに他方の面に金属ベース部材が接合した金属−セラミックス接合基板にレジストを印刷する方法において、パッド印刷によって金属ベース部材にレジストを印刷することによって、基板に大きな段差や反りがある場合にも、段差の形状に追従し且つ基板の反りに影響されずにレジストを印刷することができるとともに、従来の方法よりも簡単に且つ短時間でレジストを印刷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、本発明によるレジストの印刷方法は、セラミックス基板の一方の面に金属板が接合するとともに他方の面に金属ベース部材が接合した金属−セラミックス接合基板にレジストを印刷する方法において、パッド印刷によって金属ベース部材にレジストを印刷することを特徴とする。
【０００９】
このレジストの印刷方法において、金属ベース部材がセラミックス基板より大きい場合に金属ベース部材のセラミックス基板側の面のセラミックス基板を取り囲む略全面にレジストを印刷するのが好ましく、また、金属ベース部材のセラミックス基板と反対側の面にもレジストを印刷するのがさらに好ましい。金属ベース部材にレジストを印刷する際には、硬さ１５以下の転写パッドを使用するのが好ましく、硬さ５〜１５の転写パッドを使用するのがさらに好ましい。また、パッド印刷によって金属板に所定の回路パターンのレジストを印刷するのが好ましい。金属板にレジストを印刷する際には、硬さ１５〜３０の転写パッドを使用するのが好ましく、硬さ２０〜２５の転写パッドを使用するのがさらに好ましい。なお、上記のレジストの印刷方法において、スクリーン印刷によって金属板に所定の回路パターンのレジストを印刷してもよい。
【００１０】
また、本発明によるレジストの印刷方法は、セラミックス基板の一方の面に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板にレジストを印刷する方法において、パッド印刷によって金属板に所定の回路パターンのレジストを印刷することを特徴とする。この場合、金属板にレジストを印刷する際に硬さ１５〜３０の転写パッドを使用するのが好ましく、硬さ２０〜２５の転写パッドを使用するのがさらに好ましい。
【００１１】
また、上記のレジストの印刷方法において、レジストが熱硬化型エッチングレジストインクまたはＵＶ硬化型エッチングレジストインクによって印刷するのが好ましい。さらに、レジストの厚さが２０μｍ以上であるのが好ましい。また、上記のレジストの印刷方法は、金属−セラミックス接合基板の反り量が５０ｍｍのスパンで０．４ｍｍ以下である場合に適用するのが好ましいが、金属−セラミックス接合基板の反り量が５０ｍｍのスパンで０．４ｍｍより大きい場合にも適用することができる。
【００１２】
また、本発明による金属−セラミックス接合回路基板の製造方法は、上記のいずれかのレジストの印刷方法によってレジストを印刷した後、金属板に回路パターンを形成することを特徴とする。この金属−セラミックス接合回路基板の製造方法において、回路パターンを形成した後、上記のいずれかのレジストの印刷方法によって金属板の所定の部分にレジストを印刷し、金属板のレジストを印刷した部分以外の部分にめっき膜を形成するのが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明による金属−セラミックス接合回路基板は、上記の金属−セラミックス接合回路基板の製造方法によって製造され、本発明によるパワーモジュールは、この金属−セラミックス接合回路基板を用いることによって製造されることを特徴とする。
【００１４】
なお、本明細書中において、「硬さ」とは、ＪＩＳ  Ｋ７３１２（熱硬化性ポリウレタンエラストマー成形物の物理試験方法）のスプリング硬さ試験のタイプＣに準じて測定した硬さをいう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金属−セラミックス接合回路基板の製造工程において、基板に大きな段差や反りがある場合にも、段差の形状に追従し且つ基板の反りに影響されずにレジストを印刷することができるとともに、従来の方法よりも簡単に且つ短時間でレジストを印刷することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明によるレジストの印刷方法の実施の形態では、セラミックス基板の一方の面に回路用金属板が接合するとともに他方の面にセラミックス基板より大きい放熱用金属ベース板が接合したベース一体型基板のような金属−セラミックス接合基板にレジストを印刷する際に、パッド印刷によって金属ベース板にレジストを印刷する。このパッド印刷による金属ベース板へのレジストの印刷は、少なくとも金属ベース板のセラミックス基板側の面のセラミックス基板を取り囲む略全面にレジストを印刷する際に適用し、金属ベース板のセラミックス基板と反対側の面にレジストを印刷する際にも適用するのが好ましい。また、回路用金属板への所定の回路パターンのレジストの印刷は、パッド印刷によって行うのが好ましいが、スクリーン印刷によって行ってもよい。ベース一体型基板の金属ベース板の上面にレジストを印刷する場合のように、大きな段差がある部分にレジストを印刷する場合には、硬さが１５以下、好ましくは５〜１５、さらに好ましくは５〜１０の軟らかい転写パッドを使用し、回路用金属板にレジストを印刷する場合のように、平坦な部分にレジストを印刷する場合には、硬さが好ましくは１５〜３０、さらに好ましくは２０〜２５の比較的硬い転写パッドを使用する。
【００１７】
金属ベース板および回路用金属板にレジストを印刷した後、金属ベース板の側面（または側面および裏面（セラミックス基板と反対側の面））にテープなどによりマスキングを行う。その後、化学的または物理的方法によって不要な金属部分を除去して所望の回路パターンの金属回路板を形成する。化学的方法としては、薬液により不要な金属部分をエッチングして除去する方法があり、この場合、ディップやシャワーによって行うのが好ましい。また、物理的方法としては、ミリングなどにより不要な金属部分を削る方法がある。
【００１８】
その後、金属回路板上の半導体チップを半田付けする所定の部分にパッド印刷またはスクリーン印刷によりレジストを印刷し、その所定の部分以外にめっき膜を形成した後、レジストを除去する。このようにして製造された金属−セラミックス接合回路基板を用いて、Ｓｉチップなどの半導体チップの半田付け、アルミワイヤのボンディングなどによる配線、プラスチックパッケージの接着などのアセンブリ工程を経て、パワーモジュールを得ることができる。
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明によるレジストの印刷方法の実施の形態を、ベース一体型基板の放熱用金属ベース板のセラミックス基板側の面のセラミックス基板を取り囲む略全面にレジストを印刷する場合に適用した例について詳細に説明する。
【００２０】
この例では、図１に示すように、パッド印刷機１００によって、被印刷物としてのベース一体型基板１０にレジストが印刷される。このベース一体型基板１０は、図２に示すように、セラミックス基板１２の一方の面にこのセラミックス基板１２より小さい回路用金属板１４が接合するとともに、他方の面にセラミックス基板１２より大きい放熱用金属ベース板１６が接合した基板である。したがって、この基板の回路用金属板１４側には大きな段差があり、基板が反っている場合もある。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、パッド印刷機１００は、主として、版面１０２ａおよびインク溜り１０２ｂを備えた金属製の印版１０２と、シリコンからなる転写パッド１０４と、インク掻き１０６と、セラミック製のスキージ１０８とから構成されている。
【００２２】
印版１０２の版面１０２ａには、深さ数十μｍのパターニングされた印刷パターン溝が形成されており、この印刷パターン溝は、ベース一体型基板１０の金属ベース板１６の上面（セラミックス基板１２側の面）のセラミックス基板１２を取り囲む略全面にレジストを印刷することができる形状に形成されている。また、印版１０２のインク溜り１０２ｂには、印刷パターン溝に供給されるレジストインク（例えば、熱硬化型エッチングレジストインク）が貯留されている。なお、転写パッド１０４とインク掻き１０６とスキージ１０８は、図１（ａ）において矢印の方向に同時に往復動可能になっている。
【００２３】
また、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、転写パッド１０４は、（図示しない）エアシリンダによって、印版１０２の版面１０２ａの上方位置（後退端）と被印刷物１０の上方位置（前進端）において上下動可能になっている。また、インク掻き１０６は、前進時にインク溜り１０２ｂの底の方から印版１０２の版面１０２ａに沿って移動する。さらに、スキージ１０８は、前進時には印版１０２の上方を通過し、後退時には若干下方に移動して先端が印版１０２の版面１０２ａ上を摺動する。
【００２４】
このパッド印刷機１００を使用して被印刷物１０にレジストを印刷する場合には、転写パッド１０４が、図１（ｂ）に示すように印版１０２の版面１０２ａの上方位置（後退端）において下方に移動して印版１０２の版面１０２ａに押し付けられ、版面１０２ａに形成された印刷パターン溝に充填されているレジストインクを写し取った後、図１（ｃ）に示すように被印刷物１０の上方位置（前進端）において下方に移動して被印刷物１０に押し付けられることにより、被印刷物１０にレジストインクを転着させて印刷が行われる。このようにして、ベース一体型基板１０の金属ベース板１６の上面（セラミックス基板１２側の面）のセラミックス基板１２を取り囲む略全面にレジストを印刷することができる。なお、転写パッド１０４が前進するときには、インク掻き１０６およびスキージ１０８も前進し、インク掻き１０６によって印版１０２の版面１０２ａにレジストインクが供給されるとともに、スキージ１０８が印版１０２の上方を通過する。一方、転写パッド１０４が後退するときには、インク掻き１０６およびスキージ１０８も後退し、スキージ１０８が若干下方に移動して先端が印版１０２の版面１０２ａ上を摺動する。これらの操作を繰り返すことによりレジストを重ねて印刷し、所定の乾燥条件で乾燥させ、所望の耐エッチング性を有するように所望の厚さのレジストを形成することができる。このように印刷を繰り返すことによって、レジストのピンホールの発生を抑制することができる。なお、印版１０２の版面１０２ａの印刷パターン溝を深くすることによって、１回の操作またはより少ない回数の操作を繰り返すだけで所望の厚さのレジストを形成することができるようにしてもよい。
【００２５】
なお、上記の例では、ベース一体型基板１０の金属ベース板１６の上面（セラミックス基板１２側の面）のセラミックス基板１２を取り囲む面へのレジストの印刷だけをパッド印刷により行っているが、版面１０２ａの印刷パターン溝を回路用の金属板の回路パターンに対応する形状に形成することにより、パッド印刷によって金属板に所定の回路パターンのレジストを印刷してもよい。このようにパッド印刷によって金属板に所定の回路パターンのレジストを印刷すれば、スクリーン印刷では良好に印刷することができなかったような反りの大きな基板にも良好に印刷することができ、例えば、５０ｍｍのスパンで反り量が０．４ｍｍより大きい基板にもレジストを良好に印刷することができる。但し、金属−セラミックス接合回路基板は、部品のアセンブリのために、５０ｍｍのスパンで反り量が０．４ｍｍ以下であるのが好ましいので、このような反りの基板にもパッド印刷によってレジストを良好に印刷することができる。
【実施例】
【００２６】
図２に示すような８０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさの金属ベース板と回路用金属板を備えたベース一体型基板を用意し、レジストインクとして粘度１４０ｄＰａ・ｓの熱硬化型エッチングレジストインク（十条ケミカル製のＪＥＬＣＯＮ  ＡＥＲ−Ｍ３４）を使用し、硬さ５のシリコンからなる転写パッドを用いて、金属ベース板のセラミックス基板側の面のセラミックス基板を取り囲む略全面にパッド印刷によってレジストを印刷し、金属ベース板の反対側の面（裏面）の全面にパッド印刷によってレジストを印刷した後、レジストを常温（２５℃）で１２０分間乾燥し、その後、６０℃の熱風により１２分間乾燥した。なお、このときの金属ベース板の反りは５０ｍｍのスパンで約１．０ｍｍであり、セラミックス基板側が凸になっていた。このようにして厚さ５μｍ、１１μｍおよび２０μｍのレジストをそれぞれ形成した後、液温３５℃のエッチング液で２５分間処理することによってエッチングスプレー圧に対するレジストの機械的強度を評価したところ、レジストの厚さが２０μｍの場合に特に良好な強度が得られた。
【００２７】
また、硬さ２５のシリコンからなる転写パッドを用いて、回路用金属板上にパッド印刷によって所定の回路パターンのレジストを印刷した後、塩化鉄溶液により不要な金属部分をエッチングして除去し、その後、薬液によりレジストを除去した。次に、同様の硬さ２５のシリコンからなる転写パッドを用いて、回路パターン上の半導体チップを半田付けする部分にパッド印刷によってレジストを印刷した後、無電解Ｎｉ−Ｐめっきを行って所定の部分のみにめっき膜を形成し、その後、薬液によりレジストを除去し、回路パターン上の所定の部分にめっきを施した。これらのレジストの印刷においても、基板の反りや段差に影響されずにレジストを印刷することができた。
【００２８】
［比較例］
実施例１と同様のベース一体型基板を用意し、スクリーン印刷によって、金属ベース板のセラミックス基板側の面のセラミックス基板を取り囲む略全面にレジストを印刷することを試みたが、スクリーンが破れて印刷することができなかった。また、金属ベース板の反対側の面（裏面）の全面にレジストを印刷することを試みたが、金属ベース板の反りが大き過ぎて、凹部に印刷することができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるレジストの印刷方法の実施の形態に使用するパッド印刷機を概略的に示す図である。
【図２】本発明によるレジストの印刷方法の実施の形態によってレジストが印刷されるベース一体型基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  被印刷物（ベース一体型基板）
１２  セラミックス基板
１４  回路用金属板
１６  放熱用金属ベース板
１００  パッド印刷機
１０２  印版
１０２ａ  版面
１０２ｂ  インク溜り
１０４  転写パッド
１０６  インク掻き
１０８  スキージ
【図１】
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【図２】
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