(57)【要約】【課題】スナップラインが形成された焼結体から高い歩留まりでセラミック基板を得る。【解決手段】スナップライン２０の断面形状（図２（ａ））においては、底部が鋭角をなしている。凹部３０の内面における底面（図２（ａ）における凹部３０の上側の面）は平面状であり、内面における側面と交差する角部（図２（ａ）中の破線で囲まれた箇所）にはＲ（アール）がつけられており、底面と側面とが曲線形状で接続された形状となっている。この平面状の底面の幅がスナップライン２０の幅（図２（ａ）における上面側における幅）よりも広くなっている。また、焼結体１０の膜厚方向において、凹部３０の底面はスナップライン２０の底部までは達していない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の焼結体の表面に溝を形成し、当該溝に沿って前記焼結体を分断することによってセラミック基板を製造する、セラミック基板の製造方法であって、
前記焼結体の一方の主面に線状の溝を形成すると共に、他方の主面における前記溝が形成された箇所に対応した箇所において、前記溝よりも幅が広く深さが前記溝まで達しない平面形状の底面を具備する凹部を形成する工程と、
前記溝に沿って前記焼結体を分断して前記セラミック基板を得る工程と、
を具備することを特徴とするセラミック基板の製造方法。
【請求項２】
複数の前記溝を一方の主面上の２方向においてそれぞれ平行に格子状に形成し、
前記凹部を他方の主面において複数の前記溝に沿った格子状に形成することを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
【請求項３】
前記凹部は、平面視において前記溝が延伸する方向に長い矩形形状をなし、
複数の前記凹部を前記溝に沿って離散的に形成することを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
【請求項４】
前記凹部の断面形状を、前記凹部の側面と前記底面とが曲線形状で接続された形状とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のセラミック基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のセラミック基板の製造方法によって製造されたことを特徴とするセラミック基板。
【請求項６】
請求項５に記載のセラミック基板を用いた半導体モジュールの製造方法であって、
前記セラミック基板における前記一方の主面側に金属回路板又は半導体チップを搭載する工程を具備し、当該工程において、前記セラミック基板の裏面の端部における前記凹部に対応した段差部を固定することによって前記セラミック基板を固定することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体からセラミック基板を製造するセラミック基板の製造方法に関する。また、この製造方法によって得られたセラミック基板、このセラミック基板を用いた半導体モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）を内蔵するパワー半導体モジュールにおいては、パワー半導体素子（半導体チップ）が金属回路板を介してセラミック基板上に搭載された構造がモールド樹脂中に封入された構成とされる。ここで用いられるセラミック基板に対しては、機械的強度や絶縁性が高く、放熱のために熱伝導率が高いことが要求される。例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体は、このセラミック基板の材料として好適に用いられている。
【０００３】
所望の形状、大きさのセラミック基板を得るためには、大きな面積をもつ板状の焼結体を製造し、これを焼結後に分割するという方法が一般的である。この焼結体は、大きな板状のグリーンシートを焼結することによって容易に得ることができるため、これによって、小さな面積のセラミック基板を安価に製造することができる。大きな焼結体を分割するためには、焼結体の表面に断面がＶ字形状の直線状の溝（スナップライン）を形成し、このスナップラインの両側に圧力を加え、スナップラインに沿って焼結体を分断するという方法が一般的に行われている。一般には、セラミック基板は矩形状とされることが多いため、スナップラインのパターンは、垂直な２方向にわたってそれぞれ等間隔の平行な直線が形成されたものとされる。この場合、セラミック基板の形状は、焼結体においてスナップラインで囲まれた領域の形態とほぼ等しくなる。
【０００４】
このスナップラインの断面形状の一例は、例えば特許文献１に記載されており、例えば図６（ａ）、図７（ａ）に示される断面形状が使用される。焼結体１１０の一方の主面にこれらの断面形状をもつスナップライン１２０が形成され、その後にこのスナップライン１２０に沿って分断が行われる。こうした断面形状のスナップライン１２０は、焼結前のグリーンシートをこの形状で成型することによって形成することができる。この形態のグリーンシートを焼結して大きな焼結体１１０とした後で、スナップライン１２０を挟んだ両側に圧力を加えれば、スナップライン１２０の底部からクラックを進展させて焼結体１１０を分断することができる。スナップライン１２０を平面視において線状に形成し、この線で囲まれた領域をセラミック基板１３０の平面形状と等しくすれば、これにより、所望の形状の小さなセラミック基板１３０を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】公開実用平成３−４８２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
焼結体１１０の分断は上記のスナップライン１２０に沿って行われるものの、その破断面の形状が所望の通りになるとは限らない。例えば、図６（ａ）の断面形状のスナップライン１２０を用いた場合、図６（ｂ）のように、この溝の中心部に沿って厚さ方向に分断されることが望ましいが、図６（ｃ）のように、断面における角部から斜め方向にクラックが進展する場合がある。この場合には、得られるセラミック基板１３０の大きさ、形状は所望の通りとはならない。同様に、図６（ａ）の断面形状のスナップライン１２０を用いた場合、図６（ｂ）の形態で分断されることが望ましいが、図６（ｃ）のようにクラックが進展することもあり、この場合にも所望の大きさ、形状のセラミック基板１３０は得られない。
【０００７】
このように、スナップラインのパターンを適正にしても、実際には、所望の形態のセラミック基板が得られるとは限らない。特に、最終的に得られるセラミック基板の形状・寸法には許容範囲が存在するため、この範囲から外れたセラミック基板は製品に使用することができない。
【０００８】
従って、スナップラインが形成された焼結体から高い歩留まりでセラミック基板を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明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】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明のセラミック基板の製造方法は、板状の焼結体の表面に溝を形成し、当該溝に沿って前記焼結体を分断することによってセラミック基板を製造する、セラミック基板の製造方法であって、前記焼結体の一方の主面に線状の溝を形成すると共に、他方の主面における前記溝が形成された箇所に対応した箇所において、前記溝よりも幅が広く深さが前記溝まで達しない平面形状の底面を具備する凹部を形成する工程と、前記溝に沿って前記焼結体を分断して前記セラミック基板を得る工程と、を具備することを特徴とする。
本発明のセラミック基板の製造方法は、複数の前記溝を一方の主面上の２方向においてそれぞれ平行に格子状に形成し、前記凹部を他方の主面において複数の前記溝に沿った格子状に形成することを特徴とする。
本発明のセラミック基板の製造方法において、前記凹部は、平面視において前記溝が延伸する方向に長い矩形形状をなし、複数の前記凹部を前記溝に沿って離散的に形成することを特徴とする。
本発明のセラミック基板の製造方法は、前記凹部の断面形状を、前記凹部の側面と前記底面とが曲線形状で接続された形状とすることを特徴とする。
本発明のセラミック基板は、前記セラミック基板の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記セラミック基板を用いた半導体モジュールの製造方法であって、前記セラミック基板における前記一方の主面側に金属回路板又は半導体チップを搭載する工程を具備し、当該工程において、前記セラミック基板の裏面の端部における前記凹部に対応した段差部を固定することによって前記セラミック基板を固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以上のように構成されているので、スナップラインが形成された焼結体から高い歩留まりでセラミック基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るセラミック基板の製造方法において用いられる焼結体の表面の平面図（ａ）、裏面の平面図（ｂ）、Ａ−Ａ方向における断面図（ｃ）、Ｂ−Ｂ方向の断面図（ｄ）である。
【図２】本発明の実施の形態に係るセラミック基板の製造方法において用いられる焼結体の断面の拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るセラミック基板を用いた半導体モジュール上面透視図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るセラミック基板の製造方法において用いられる焼結体の他の一例の表面の平面図（ａ）、裏面の平面図（ｂ）である。
【図６】従来のセラミック基板の製造方法において用いられる焼結体の一例の断面図である。
【図７】従来のセラミック基板の製造方法において用いられる焼結体の他の一例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態となるセラミック基板の製造方法について説明する。このセラミック基板の製造方法においては、表面にスナップライン（溝）が形成された大面積の焼結体を形成し、これをスナップラインに沿って分断することにより、小面積で所望の形状・大きさのセラミック基板を得る。これにより、１つの焼結体から、複数のセラミック基板を得ることができる。
【００１４】
焼結体、あるいはセラミック基板を構成する材料としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスがある。この場合、焼結体は、アルミナ粒子からなるスラリーを板状に成型したグリーンシートを電気炉等で高温で焼成することによって、板状の大面積の焼結体とされる。焼結体の形態は、グリーンシートの形態とほぼ同一となる。
【００１５】
この製造方法において使用される焼結体１０（あるいは焼結前のグリーンシート）の形態を図１に示す。ここで、図１（ａ）はその表面（一方の主面）の平面図、図１（ｂ）は裏面（他方の主面）の平面図、図１（ｃ）はＡ−Ａ方向における断面図、図１（ｄ）はＢ−Ｂ方向の断面図をそれぞれ示す。また、図２は、Ａ−Ａ方向の断面図（図１（ｃ））の拡大図である。ここで、表面とは、これらから得られるセラミック基板に対して半導体チップ等が搭載される側の面であり、裏面とは、この反対側の面である。ここでは、矩形形状のセラミック基板を製造するものとする。
【００１６】
図１に示されるように、この焼結体１０の平面視（図１（ａ）（ｂ））においては、表面に直線状にスナップライン２０が形成されている。このスナップライン２０の断面形状は、図２（ａ）に示されるように、図７（ａ）と同様である。一方、このスナップライン２０に対応する箇所の裏面においては、スナップライン２０よりも広い幅の凹部３０が形成されている。この構成においては、スナップライン２０、凹部３０共に水平方向、垂直方向の２つの方向においてそれぞれ複数本ずつ平行に形成された格子状に形成されている。なお、図２はＡ−Ａ方向の断面図であるが、スナップライン２０、凹部３０の構成は、Ｂ−Ｂ方向の断面についても同様である。水平方向、垂直方向に延伸するスナップライン２０に囲まれた矩形領域が製造されるセラミック基板に対応する。
【００１７】
スナップライン２０の断面形状（図２（ａ））においては、図７（ａ）と同様に、底部が鋭角をなしている。凹部３０の内面における底面（図２（ａ）における凹部３０の上側の面）は平面状であり、内面における側面と交差する角部（図２（ａ）中の破線で囲まれた箇所）にはＲ（アール）がつけられており、底面と側面とが曲線形状で接続された形状となっている。この平面状の底面の幅がスナップライン２０の幅（図２（ａ）における上面側における幅）よりも広くなっている。また、焼結体１０の膜厚方向において、凹部３０の底面はスナップライン２０の底部までは達していない。例えば、スナップライン２０の最大深さは焼結体１０の膜厚の１／３程度、凹部３０の最大深さ（底面の深さ）も焼結体１０の膜厚の１／３程度とする。こうした断面形状のスナップライン２０、凹部３０は、グリーンシートの成型時に適宜形成することができる。スナップライン２０、凹部３０以外の表面、裏面は平坦であるものとする。すなわち、このセラミック基板の製造方法は、こうした形態の焼結体１０を製造する工程を具備する。
【００１８】
次に、このセラミック基板の製造方法は、スナップライン２０に沿って焼結体１０を分断する工程を具備する。これは、スナップライン２０の両側に圧力を加えスナップライン２０の底部からクラックを進展させることによって容易に実現される。この分断によってセラミック基板４０を得る際の形状の例が図２（ｂ）（ｃ）である。図２（ｂ）は、クラックがスナップライン２０の直下に進展してスナップライン２０に沿って分断が行われた理想的な例であり、図２（ｃ）は、クラックが斜め方向に進展した例である。理想的な分断が行われた場合（図２（ｂ））の場合には従来の場合（図６（ｂ）、図７（ｂ））と同様である。しかしながら、この構造においては裏面に凹部３０が形成してあるために、クラックが斜め方向に進展した場合（図２（ｃ））には、その横方向への進展は従来の場合（図６（ｃ）、図７（ｃ））よりも小さくなる。このため、セラミック基板４０の形状精度を高めることができる。この際、凹部３０の底面は平面状であるため、凹部３０側からクラックが進展して分断されることはなく、クラックは鋭角状のスナップライン２０の底部から進展して分断される。
【００１９】
なお、この際に、前記の通り、凹部３０の内面における角部にＲをつけることにより、この角部からクラックが進展することも抑制される。すなわち、更にセラミック基板４０の形状精度を高めることができる。
【００２０】
すなわち、上記の製造方法によって、セラミック基板４０を安価かつ容易に得ることができる。
【００２１】
上記の製造方法によって得られたセラミック基板を用いて得られる半導体モジュールの構成の上面透視図、そのＣ−Ｃ方向の断面図を図３（ａ）（ｂ）に示す。ここで、この半導体モジュール５０においては、前記の製造方法で得られたセラミック基板５１上に金属回路板５２が接合されている。金属回路板５２の上には、スイッチング素子等が形成された半導体チップ５３が、はんだ（図示せず）を用いて搭載されている。また、この半導体モジュール５０の入出力端子となるリード５４が、周囲に突出した形態となるように、はんだによって金属回路板５２に接合されている。半導体チップ５３と金属回路板５２、あるいは半導体チップ５２間は、ボンディングワイヤ５５で接合されており、この半導体モジュール５０の中では所望の電気回路（例えば電源回路）が構成される。金属回路板５２のパターンや構成、ボンディングワイヤ５５の接続構成は、この電気回路の構成に応じて適宜設定される。また、この構造全体は、樹脂材料で構成されたモールド層５６中に封止されている。上面透視図（図３（ａ））ではこのモールド層５６を透視した構成が記載されている。
【００２２】
前記の通り、凹部３０は、セラミック基板５１において、半導体チップ５３等が搭載された側の反対側の面に形成される。このため、セラミック基板５１の断面形状においては、図３（ｂ）に示されるように、裏面側（図中右側）の端部に段差が形成されている。この半導体モジュール５０を製造する際には、セラミック基板５１と金属回路板５２、半導体チップ５３等の位置関係を定めた上でこれらを固定することが必要になる。この際、上記の凹部３０を設けたことによって、この半導体モジュール５０を構成する金属回路板５２等の配置の位置精度を高めることができる。
【００２３】
図３の構成の半導体モジュール５０を製造する際の工程断面図を図４に示す。ここでは、前記の製造方法で得られたセラミック基板５１が用いられる（図４（ａ））。
【００２４】
次に、このセラミック基板５１を固定治具７０を用いて裏側から固定する。この際、凹部３０の一部であった段差部分を用いてこのセラミック基板５１を強固に固定することができる。この状態で金属回路板５２とこのセラミック基板５１を位置合わせしてはんだで接合することができる（図４（ｂ））。この際、金属回路板５２が搭載される側の面（表面）には全く接触することなしに、この固定治具７０を用いてセラミック基板５１を固定することができるため、この工程を特に容易かつ精密に行うことができる。
【００２５】
次に、リード５４をはんだで金属回路板５２に固定する（図４（ｃ））。この際にも、上記の固定治具７０を用いたまま行うことができる。すなわち、リード５４と金属回路板５２の位置精度も高めることができる。その後、半導体チップ５３を金属回路板５２にはんだで固定し、ボンディングワイヤ５５を接続する工程（図４（ｄ））においても同様である。
【００２６】
最後に、セラミック基板５１上で半導体チップ５３等を封入した形態としてモールド層５６を形成する。
【００２７】
このように、上記の製造方法で得られたセラミック基板５１を用いた場合には、図３の構造の半導体モジュール５０を特に容易かつ高い精度で製造することができる。上記の通り、セラミック基板５１は特に安価に得られる上に、その後にこれを用いた半導体モジュール５０の製造も、容易かつ高い精度で行われるため、特に安価に半導体モジュール５０を得ることができる。
【００２８】
なお、図１の構成においては、表面のスナップライン２０、裏面の凹部３０を共に格子状としたが、これらの構成は、セラミック基板の形態に応じて任意である。特に凹部３０に関しては、格子状とせずに、図５（ａ：表面の平面図、ｂ：裏面の平面図）に示されるような離散的な形態とすることも可能である。この例では、表面におけるスナップライン２０は図１の例と同様に格子状としているが、裏面における凹部３０は、スナップライン２０に沿って長い矩形状とし、これをスナップライン２０に対応した箇所に離散的に形成している。また、この場合には、図中縦方向に沿って延伸するスナップライン２０に対応させた凹部３０のみを形成し、横方向に沿って延伸するスナップライン２０に対応させた凹部３０は形成していない。こうした場合においても、少なくとも凹部３０が設けられた箇所においては図２に示されたように分断が起こりやすくなるため、凹部３０の間の領域においても、これに沿った分断が行われる。また、得られたセラミック基板の裏面端部に凹部３０に対応した箇所に段差部が形成されることも明らかであり、この段差部を用いて裏面側からこのセラミック基板を固定できることが容易であることも明らかである。従って、高い精度で分断を行い、セラミック基板を得ることができ、更にこのセラミック基板を用いて高精度で半導体モジュールを製造することができる。
【００２９】
また、スナップライン２０と凹部３０は、平板状の焼結体における異なる主面にそれぞれ形成される。この際、凹部３０が形成された側の面においては平坦な部分の面積が小さくなるのに対し、スナップライン２０が形成された側の面においてスナップライン２０が占める面積は小さいために、平坦な部分の面積は、より大きくなる。このため、スナップライン２０が形成された側の面に半導体チップを搭載することが好ましい。
【００３０】
また、前記の例では、スナップライン２０、凹部３０を共にグリーンシートの成型によって形成するとしたが、特にスナップライン２０については、グリーンシートの焼成後にレーザー加工等によってこれを形成することも可能である。スナップライン２０よりも広い面積の加工を必要とする凹部３０は、グリーンシートの段階で成型によって形成しておくことが好ましい。こうした場合であっても、同様の効果を奏することは明らかである。
【００３１】
また、半導体モジュールの製造方法（図４）において、焼結体を分断することによって得られたセラミック基板５１上に金属回路板５２を接合したが、大きな焼結体の状態において金属回路板を接合し、その後で焼結体を分断することによって図４（ｂ）の形態としてもよい。この場合であっても、この構造を高い精度で容易に得ることができ、これを用いて特に安価に半導体モジュールを同様に得ることができることは明らかである。
【００３２】
また、セラミック基板あるいは焼結体の材料としては、上記の製造方法が適用できるものであれば任意である。また、セラミック基板を分断によって得ることができる限りにおいて、スナップラインを厳密な直線状とする必要はない。平面視における凹部の形状についても同様である。
【符号の説明】
【００３３】
１０、１１０  焼結体
２０、１２０  スナップライン
３０  凹部
４０、５１、１３０  セラミック基板
５０  半導体モジュール
５２  金属回路板
５３  半導体チップ
５４  リード
５５  ボンディングワイヤ
５６  モールド層
７０  固定治具
【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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