(57)【要約】本発明は金属／セラミック基板を製造する新しい方法に関し、セラミック層の少なくとも１つの表面に少なくとも１つの金属領域を設けることを特徴とする。
2006527666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック層（２）の少なくとも１つの面に少なくとも１つの金属領域（３、４）を設ける金属‐セラミック基板（１）製造方法であって、前記少なくとも１つの金属領域（３、４）を設けた後、熱処理段階において、前記セラミック層（２）の金属領域（３、４）によって覆われていない領域を分離または分割線（６、７）に沿って加熱し、その後クーラントで瞬間冷却し、この温度変化によって前記セラミック層（２）の材料に調整された裂け目（８）あるいは弱体部分が前記分離または分割線（６、７）に沿って形成されることを特徴とする金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項２】
前記熱処理段階において前記セラミック層（２）を各分離線に沿って熱的に分離あるいは分割することを特徴とする請求項１記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項３】
後に前記セラミック層（２）の調節された機械的分割が可能となるように、前記熱処理段階において分割線（６、７）を前記セラミック層（２）に形成すること特徴とする請求項１記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項４】
前記熱処理段階は前記各分離または分割線（６、７）に沿って徐々に進むように実行されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項５】
前記熱処理段階における前記セラミック層（２）の加熱は、前記セラミック層に関して移動する処理領域において徐々に実行されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項６】
前記熱処理段階における前記セラミック層（２）の加熱はエネルギービームにより実現されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項７】
前記セラミック層の加熱は、レーザビーム（９）により実現されることを特徴とする請求項６記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項８】
前記セラミック層の加熱は高温ガスビーム、火炎、あるいはプラズマにより実現されることを特徴とする請求項６または７記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項９】
前記セラミック層（２）の加熱はマイクロ波エネルギーにより実現されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理段階における前記セラミック層（２）の冷却は前記セラミック層に関して移動する処理領域において徐々に実行されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１１】
前記セラミック層（２）の冷却は、加熱から前もって定義された空間的及び／または時間的距離（ｘ）離れて徐々に進むように実行されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１２】
前記セラミック層（２）の処理は、前記クーラントを用いて徐々に１点１点実行されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１３】
前記クーラントは少なくとも１つのクーラント流（１２）の形で前記セラミック層（２）に当てられることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１４】
前記クーラントは、例えば水などの液状媒質、ガスあるいは蒸気媒質、あるいは、例えばエアロゾルなど、これらの媒質の混合物であることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１５】
前記セラミック層（２）は前記熱処理段階の間は、好ましくは吸引により、固定具（１１）に保持されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１６】
前記セラミック層あるいはそれによって構成される金属‐セラミック基板は、個別基板（５）に分離するために粘着ホイル（１８）上に配置されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１７】
前記熱処理は前記セラミック層（２）の少なくとも１つの面の上に形成された溝に沿って実行されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１８】
前記セラミック層（２）の両面側に少なくとも1つの金属領域（３、４）が設けられることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項１９】
前記セラミック層（２）はマルチプル基板（１）の部分であること、それぞれ1つの個別基板（５）に割り当てられる複数の金属領域（３、４）を前記セラミック層（２）の少なくとも１つの面側に備えていること、前記分離または分割線（６、７）は前記熱処理段階において前記個別基板（５）の間に形成されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項２０】
ムライト群、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ２を含むＡｌ２Ｏ３でできたセラミックを用いることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項２１】
厚さ０．１から３ｍｍのセラミック層（２）を用いることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの金属領域（３、４）は厚さが０．０２から０．６ｍｍであり、好ましくは０．１から０，６ｍｍの厚さであることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項２３】
前記セラミック層（２）の１つの面側に複数の金属領域（３、４）を備えている場合、前記金属領域は互いに０．１〜３ｍｍの距離にあることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項２４】
前記金属領域（３、４）は、少なくとも部分的には例えば銅層あるいは箔などの金属層あるいは箔から、好ましくは直接接合法あるいは活性半田付け法を用いて、製造されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項２５】
前記少なくとも1つの金属領域（３、４）は厚膜法あるいは厚膜技術を用いて形成されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの金属領域（３、４）は、Ｍｏ‐Ｍｎ法及びＷ法及びＬＴＣＣ法のうち少なくとも１つを用いて形成されることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載の金属‐セラミック基板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に従った方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるDCB法（直接銅接合技術）により、例えば酸化アルミニウム・セラミックといったようなセラミックに、ストリップ導体やコネクタなどを形成するためのメタライゼーションを設けることが知られており、このメタライゼーションは金属箔あるいは銅箔、あるいは金属板あるいは銅板により形成され、その表面は、金属と、反応ガス好ましくは酸素との間の化学結合により形成されたあるいはコーティング層（溶解層）を構成している。このような方法は、例えばＵＳ−ＰＳ  ３７  ４４  １２０、ＤＥ−ＰＳ  ２３  １９  ８５４などに記載されているが、そのような層あるいはコーティング層（溶解層）は金属（例えば銅）の溶解温度より低い溶解温度の共晶を形成しており、このため、セラミック上に上記箔を配置して全層を加熱することにより、すなわち、銅などの金属を実質的に溶解層あるいは酸化層の領域においてのみ溶解させることにより、両層を互いに接合させることが可能である。
【０００３】
ＤＣＢ法は、例えば次のような処理工程からなる。
・銅箔を酸化して、均一な酸化銅層を形成する
・銅箔をセラミック層の上に配置する
・その複合物を、約１０２５から１０８３℃の間の処理温度、例えば約１０７１℃に加熱する
・室温に冷却する
さらに周知のものとして、特に金属‐セラミック基板の製造のためのものとして、いわゆる活性半田付け法（ＤＥ  ２２  １３  １１５、ＥＰ−Ａ−１５３  ６１８）がある。この方法においては、接合が、例えば銅箔などの金属箔と例えば酸化アルミニウム・セラミックなどのセラミック基板の間に約８００〜１０００℃の温度で半田を用いて形成される。半田は銅、銀や金などの主成分に加えて活性金属を含んでいる。この活性金属はＨｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒからなるグループの中の少なくとも１つの要素からなるもので、化学反応により半田とセラミックの間の接合を形成する。これに対して、半田と金属の間の接合は金属硬質半田付けである。
【０００４】
また、いわゆるＭｏ‐Ｍｎ法やＭｏ‐Ｍｎ‐Ｎｉ法も周知であり、この方法においては、Ｍｏ‐Ｍｎでできたペーストがセラミック層に塗布されてセラミック上に焼き付けられ、これにより金属層が形成される。それから、メタライゼーション上での半田付けのための基礎が形成されるが、このとき金属層が半田付けに先立ってニッケルメッキされるのが好ましい。類似の周知の方法にＷ法と呼ばれるものがあり、この方法においては、タングステンを含むペーストが塗布されて焼き付けられ、これによりメタライゼーションおよび後の半田付けのための基礎が形成される。
【０００５】
さらに周知のものとして、ＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック）法があり、これにおいては、伝導性金属を含むペーストがグリーンの、つまり不焼成あるいは未焼結のセラミックに塗布され、焼成によりセラミックに焼き付けられる。この方法においては、特に、複数の不焼成セラミック層をペーストと共に積み重ねて配置して、焼成することが知られている。
【０００６】
また、特に知られているものとして、マルチプル基板形式の金属‐セラミック基板がある。これは、例えば広い表面をもつ、共通のセラミック板あるいは層の上に複数のメタライゼーション（金属領域）を備えたもので、各メタライゼーションは１つの基板に割り当てられる、すなわち１つの基板を形成する。そして、セラミック層には例えばレーザなどを用いて分割線となる溝が形成され、これにより、マルチプル基板は、分割線に沿った機械的分割により個々の基板に分離することが可能となる。
【０００７】
この方法にはある種の不都合な点があり、それは、分割線を形成する際に、蒸発する物質が基板上に蒸着し、これによりマルチプル基板の、特に金属領域のコンタミネーションを引き起こすということにあり、このことが後の処理の妨げとなる。
【特許文献１】米国特許３７４４１２０
【特許文献２】独国特許２３１９８５４
【特許文献３】独国特許２２１３１１５
【特許文献４】ヨーロッパ特許１５３６１８Ａ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、このような問題を解消する方法を提示することである。この目的を達成するために、請求項１に従った方法を実施する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の方法においては、セラミック層が熱処理により各処理または分割線に沿って熱的に分離あるいは分割されるか、あるいは、少なくとも１本の分割線が熱処理により形成され、そのセラミックが後に機械的分割により分離されるかのいずれかであり、基板のコンタミネーションがなく、特に蒸発物質が各分離または分割線に沿って基板上に蒸着することによって隆起やクレータが形成されることがなく、従って後の基板の処理が妨げられることもない。
【００１０】
本発明のその他の実施形態は従属請求項に示されている。本発明の代表的な実施形態については、図面を参照してより詳しく以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図面において１は金属‐セラミック・マルチプル基板全体を指しており、これは、広い表面をもつセラミック板あるいはセラミック層２の両面に構造化されたメタライゼーションを形成することにより製造される。このメタライゼーションは、セラミック層２の両面において複数の金属領域３、４を形成する。この実施形態では、セラミック層２の表面側の１つの金属領域３に対向する位置に、セラミック層２の裏面側の１つの金属領域４が配置されている。各金属領域３は、対向する金属領域４と共に１つの個別基板５を構成する。
【００１２】
これらの個別基板は、セラミック層２に形成された分離または分割線６、７を介して互いにつながっている。分離または分割線６、７は、この実施形態においては、分離または分割線６が矩形セラミック層２の短辺２．１に平行に延び、分離または分割線７がセラミック層２の２本の長辺２．２に平行に延びるように形成されている。金属領域３、４は、セラミック層２の端からも、分離または分割線６、７からも距離を置いた位置にある。
【００１３】
個々の基板５は、例えば電気回路やモジュールの回路基板として用いられるものであり、この目的のため、メタライゼーション３はストリップ導体や接触面などを形成するように構成される。
セラミック層２は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）でできている。その他のセラミック、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、さらにＺｒＯ２を例えば５〜３０重量パーセント含むＡｌ２Ｏ３、あるいはムライト（３Ａｌ２Ｏ３×２酸化ケイ素）などでもよい。
【００１４】
メタライゼーション３、４は、例えば高温処理によりセラミック層２上に形成される。例を挙げると、直接接合法を用いて銅箔あるいは金属箔により（ＤＣＢ法により銅箔を用いて）形成される、あるいは活性半田付け法によって形成される、などである。これに続く処理段階においては、メタライゼーションは、例えばマスキングおよびエッチングにより個々の金属領域３、４において構成される。
【００１５】
金属領域３、４は、例えばホイルブランクなどにより、個々にセラミック層２の各面上に上記の高温処理により形成することもできる。また、厚膜技術を用いて、つまり適当な導電性ペーストを塗布して焼き付けることにより、金属領域３及び／または４を形成することも可能である。
本発明の特徴は、セラミック層２に分離または分割線６、７を形成する方法にある。熱処理とも呼ばれるこの特徴的な処理段階は、図２〜４に示してあるが、その本質は、セラミック層２が徐々に場所を移して加熱され、その後で部分的に直線状に瞬間冷却されることにある。このようにして、加熱とそれに続く冷却のときに生じる機械的張力により、セラミック層内部においてセラミック層２の表面側と裏面側の間に、処理線つまり分離または分割線全体に沿って、図４に８で示すように調整された弱体部分あるいは裂け目が形成される。
【００１６】
形成される各分離または分割線６あるいは７に沿って進められる部分的な加熱は、この実施形態においては、レーザ装置１０によるレーザビーム９を用いて実現される。この処理段階において、マルチプル基板１は平坦に、その表面が水平になるように配置されて、固定具１１の固定面上に、その裏面側における吸引により保持される。
この実施形態においては、レーザビーム９は、レーザ装置１０のレンズを通して、その焦点９．１の断面が楕円形となるように、マルチプル基板及びセラミック層２の表面側に当てられ、その長い方の断面軸が処理方向Ａすなわち形成される分離または分割線６、７の方向に向けられる。これにより、焦点９．１およびそれによって形成される一時的作業領域は、処理方向Ａに交差する方向には狭く、その処理方向に沿って広くなり、その結果、レーザビーム９とマルチプル基板１が相対的に移動する間に、十分な時間をかけてセラミック層２の十分な加熱が行われることになる。レーザビーム９とマルチプル基板１の間の処理方向に沿った相対的移動は、例えば固定具１１をそのように移動させることにより実現できる。
【００１７】
レーザビーム９のエネルギーは、様々なパラメータ、例えば、特にはセラミック層２の厚さ、セラミック層に用いらている材料の種類、レーザビーム９とマルチプル基板１の間の処理方向に沿った相対的移動の速度などを考慮して調整され、その結果、セラミックの加熱が要求の目的に対して最適に行われた場合でも、セラミック層２の表面には変化が見られないか、あるいは知覚可能な変化はみられない。
【００１８】
マルチプル基板１及びセラミック層２の分離または分割線６、７に沿った加熱は、例えば高温ガスビーム、火炎あるいはプラズマを用いる、あるいはマイクロ波エネルギーをセラミック層２に当てるなど、他の方法によって実現することもできる。
レーザビーム９あるいは一時的処理領域から処理方向Ａに距離ｘ離れたところを追うように移動しながら、クーラント流１２が冷却のためにセラミック層２に当てられ、この瞬間冷却により裂け目８が形成される。クーラントとしては例えば冷気あるいは冷却ガスが適しており、これは上方に配置した噴出装置１３からセラミック層２めがけて噴射される。また、（例えばＣＯ２などの）ガスや混合ガスもクーラントとして適しており、これらは加圧されて噴出装置１３に供給され、装置内において膨張することにより冷たくなる。また、水などの様々な液体や、例えばエアロゾル状の液体ガス及び／あるいはエア‐ガスの混合物等もクーラントとして適している。
【００１９】
距離ｘ及び冷却剤の種類や量も同様に、例えば送り速度や処理速度、レーザビーム９によりセラミック層２に当てられて蓄えられる熱エネルギー、セラミックの厚さや種類、クーラントの種類など様々なパラメータを考慮して、所望の裂け目８が形成されるように調整される。
この実施形態においては、セラミック層２の厚さは０．１から３ｍｍの間である。金属領域３及び４の厚さは、例えばこれらの金属領域が形成される方法などに依るが、０．００２から０．６ｍｍの間である。銅箔などの金属箔を用いてＤＣＢ法あるいは活性金属法により金属領域３、４が形成される場合は、それらの厚さは例えば０．１〜０．６ｍｍの間である。
【００２０】
セラミック層の各面における金属領域３、４の間の距離はおよそ０．１〜３ｍｍであり、従って金属領域３、４は各分離または分割線６、７から約０．０５〜１．５ｍｍ離れていることになる。
セラミック層２に分離または分割線６、７が形成された後にマルチプル基板１に施される処理としては、様々な可能性がある。例えば、まだこのようなことがなされていない場合には、金属領域３においてストリップ導体や接触面等を通常の方法を用いて形成するなど、さらにこのマルチプル基板１の構造に手を加えるということがあり得る。及び／またはメタライゼーション３、４において、さらにその表面上に例えばニッケル皮膜などの金属層を加える、及びマルチプル基板１上、すなわちその上に構成された金属領域３上に電気部品を実装するということも考えられる。その後、マルチプル基板１は分離または分割線６、７に沿って機械的に切り離されて、すでに部品が装備されている個々の基板５に、すなわち、それらによって構成される回路に分割される。
【００２１】
また、部品を実装する前に、マルチプル基板１を分離または分割線７に沿って分割することにより個々の基板５に切り離して、それから個別に基板を処理することも基本的に可能である。
図５は、マルチプル基板を個々の基板５に分割して切り離す場合の可能な実現方法を示している。マルチプル基板１は、その一方の面、例えば裏面側で、該当する分離または分割線６、７の位置で力Ｐで支持され、その分離または分割線６、７の両側の離れた位置においてマルチプル基板１の表面に１／２ Ｐの力が加えられる。その結果、セラミック層にかかる曲げ負荷によって各分離または分割線６、７に沿ったきれいな切り離しが実現される。
【００２２】
図６は、マルチプル基板１を個々の基板５に分割する他の方法を示している。マルチプル基板１は、各分割または分離線６，７に沿って、この分割または分離線６、７から離れた片側の位置で固定具１６のクランプ１４、１５の間に固定され、このとき金属領域３、４もクランプ１４、１５によって保持される。分離または分割線６、７のホルダ１６と反対側には、別の固定具１７によりマルチプル基板上に力Ｐが加えられ、これにより、この後者の部分が分離または分割線に沿って同様に切り離される。
【００２３】
図７は、マルチプル基板１を個々の基板に５に分割して切り離す別の方法、特に効率的な実現方法を、ａとｂの位置に示している。この方法においては、マルチプル基板１は、その裏面側あるいはそこに形成されている金属領域４が、例えばブルーホイルと呼ばれるものなど粘着ホイル１８上に、半導体の製造において用いられるときと同様に固定される。それから、マルチプル基板はこの粘着ホイル１８の上で個々の基板５に分割されて切り離される。個々の基板５の間の間隙を広げて後の処理を容易にするため、粘着ホイル１８は引き伸ばされる（位置ｂ）。
【００２４】
代表的な実施形態に基づいて本発明をここまで説明してきた。この発明の根底にある着想から離れない範囲で様々な改良や変形が可能であることは言うまでもない。
上記の場合は、熱処理、つまりセラミック層２の加熱とそれに続く冷却により分離／分割線６、７を裂け目８として形成し、その後、マルチプル基板１の個々の基板５への分割が実施される。プロセスパラメータを、特に熱処理におけるパラメータを適切に調節することにより、セラミック層２を、後から機械的に分割するのではなく、また各分離線の領域においてセラミック材を焼成したり蒸発させたりすることもなく、熱的に分離あるいは分割することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の方法を用いて製造され、セラミック層の個々の基板の間に分離線が形成されている金属‐セラミック・マルチプル基板を示す簡略化した平面図である。
【図２】本発明の方法において熱処理を実現する配置を示す簡単な概略図である。
【図３】本発明の方法において熱処理を実行する作業領域の拡大図である。
【図４】本発明の方法において熱処理を実行する個別作業領域の透視図である。
【図５】マルチプル基板を各分離／分割線に沿って個々の基板に機械的に分割する様々な方法を示す概略図である。
【図６】マルチプル基板を各分離／分割線に沿って個々の基板に機械的に分割する様々な方法を示す概略図である。
【図７】マルチプル基板を各分離／分割線に沿って個々の基板に機械的に分割する様々な方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１   マルチプル基板
２   セラミック層
３，４      金属領域
５   個別の基板
６，７      分離／分割線
８   裂け目
９   レーザビーム
９．１      ビームの焦点
１０ レーザ装置
１１ マルチプル基板の固定具
１２ クーラント流
１３ クーラント噴出装置
１４，１５  クランプ
１６ 固定具
１７ 固定具
１８ 粘着ホイル
A    処理／送り機構
P    力
ｘ   焦点９．１の中心と、クーラント流１２によって形成される冷却領域の中心の間の距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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