(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、金属−セラミックス接合基板の製造コストを低く抑える製造方法を提供することにある。【解決手段】  本発明は、セラミックス基板にろう材を略全面に塗布した後、回路パターン間や回路パターンの周囲に相当するろう材の不要な部分にレーザーを照射して、不要なろう材を除去して回路パターン形状にろう材を形成した後、該ろう材上に金属板を積層配置して接合した後、金属板上に回路パターン形状のレジストを形成し、エッチングにより不要な金属板を除去する金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板表面の略全面にろう材を形成し、回路パターンを形成しない部分にレーザー光を照射して不要な該ろう材を除去した後、ろう材上に金属板を積層配置して接合し、次いで該金属板表面に回路パターン形状のレジストを形成し、エッチングにより金属板の不要な部分を除去した後、レジストを除去することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項２】
前記ろう材を、スクリーン印刷、ロールコータ、スプレーによりセラミックス基板表面の略全面に形成することを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項３】
前記ろう材の厚さが１５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項４】
前記ろう材中の有機物成分が分解し、且つセラミックス基板の表面が溶融しない出力で前記レーザー光をろう材に照射することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項５】
前記レジストを金属板の略全面に形成した後、回路パターンを形成しない部分にレーザー光を照射して除去することで、前記回路パターン形状のレジストを形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項６】
金属板をエッチングした後に、ろう材を除去できる薬液に浸漬またはシャワーリングすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項７】
前記ろう材の回路パターンを形成する部分の一部をレーザー光を照射することにより除去し、該ろう材上に金属板を積層配置して接合することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュール等に用いられる金属−セラミックス接合基板の製造方法に関し、特に活性金属含有ろう材により金属部材がセラミックス部材に接合された金属−セラミックス接合基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス基板上にろう材のペーストや箔を形成した後、ろう材に接触するように金属板を接触させ、セラミックス基板と金属板を加熱接合し、次いで金属板表面の所定部分にレジストを形成し、金属板およびろう材の不要部分をエッチングして回路パターンを形成した後、レジストを除去することにより、金属−セラミックス接合基板を製造する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ＡｌＮ基板に活性金属含有ろう材をスクリーン印刷により塗布し、その上に銅板を配置し、真空中で加熱接合した後に、銅板の表面上に所定の回路パターンのレジストを印刷し、塩化第２銅エッチング液により不要な銅板をエッチングし、レジストを除去した後、銅回路間およびＡｌＮ基板の周囲に残った不要な金属層と不要な窒化チタンを主成分とする活性金属層の一部を、ＥＤＴＡを含有する溶液によりエッチング除去して銅回路を形成することが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、まず、金属板にエッチング処理等を施して予め所望の配線形状にパターンニングした金属配線板を作製し、次に、セラミックス基板の表面の略全面に、活性金属含有ろう材を含む接合用ペーストを、例えばスクリーン印刷法などで塗布し、活性金属含有ろう材層を形成する。次いで、前記活性金属含有ろう材層上に、前記配線形状にパターンニングした金属配線板を所定の箇所に位置あわせして積層配置する。そして用いた活性金属含有ろう材に応じた条件により熱処理を施しセラミックス基板と金属配線板とを接合した後、セラミックス基板上の余分のろう材を溶解除去する、セラミックス配線基板の製造方法が開示されている。
【０００５】
特許文献３は、活性金属含有ろう材である接合ペーストを用意し、窒化アルミニウム基板上に、上記接合用ペーストを配線パターン状にスクリーン印刷し、該接合ペーストの塗布上に銅板を積層配置した後、真空中にて熱処理し、窒化アルミニウム基板と銅板を接合する。この接合体に前記配線パターンに印刷された接合ペーストの上の銅板上に、エッチングレジストを配線パターンに応じて精密に位置あわせして印刷した後、塩化鉄液に浸漬してエッチング処理して銅板の不要部分を溶解除去して、所望とする配線パターンを有する銅配線板を形成し、目的とするセラミックス配線基板を得る、セラミックス配線基板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２５６２０７号公報
【特許文献２】特開平７−１４２８５８号公報
【特許文献３】特開平５−１９８９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１は、セラミックス基板のほぼ全面にろう材を形成した後、ろう材と略同一の大きさの銅板を接合した後、エッチングにより銅板とろう材を除去することで回路パターン形成を行う。銅板のエッチング除去工程では、通常、塩化第二鉄、塩化第二銅などのエッチング液が用いられているが、このようなエッチング液では活性金属含有ろう材を溶解除去することはできない。そこで、ろう材のエッチング除去工程として、ＥＤＴＡを含有する溶液等別のエッチング液を準備してろう材を除去する必要がある。またセラミックス基板上に、一部のろう材が溶けずに残留する恐れがあり、その場合絶縁不良などの不具合が発生する原因にもなる。また、エッチング工程が実質的に２工程となり製造コストの上昇にもつながる。
【０００８】
特許文献２は、セラミックス基板のほぼ全面にろう材を形成した後、回路形状に加工済の金属配線板を所定の位置に積層配置するが、所定の位置に精密に配置するのは難しく、また次の接合工程によっても位置がずれる恐れがある。接合後、セラミックス基板上の余分のろう材を溶解除去するが、ろう材のエッチング除去工程として、まずＡｇ−Ｃｕ合金に応じたエッチング液に接合体を浸漬あるいはシャワーリングし、余分なろう材層を溶解除去する。このエッチング工程だけでは、セラミックス基板と活性金属との反応物である界面生成物が残留するため、界面生成物に応じたエッチング液を準備してエッチング除去する必要がある。またセラミックス基板上に一部のろう材が溶けずに残留する恐れがあり、その場合絶縁不良などの不具合が発生する原因にもなる。
【０００９】
特許文献３は、活性金属含有ろう材である接合ペーストを用意し、窒化アルミニウム基板上に、上記接合用ペーストを配線パターン状にスクリーン印刷するが、セラミックス基板上において配線パターンの位置合わせを精密に行う必要がある。銅板を積層配置して接合後、前記配線パターン状の接合用ペーストの位置と合うように精密に位置合わせして銅板上にレジストを配線パターンに応じて印刷した後、エッチング処理して銅板の不要部分を溶解除去する必要がある。すなわち、セラミックス基板に配線パターン形状のろう材を精密に位置合わせする必要があるのに加え、配線パターン形状のろう材と配線パターン形状のレジストの位置を一致させる必要がある。すなわち、非常に精密な位置合わせが要求され、位置がずれると接合不良や寸法不良となり、歩留まりが低下するといった恐れがある。精密な位置合わせは作業性を低下させ製造コストを上昇させる。
【００１０】
上記問題点に鑑み、本発明の目的は、金属−セラミックス接合基板の製造コストを低く抑える製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明は、セラミックス基板にろう材を略全面に塗布した後、回路パターン間や回路パターンの周囲に相当するろう材の不要な部分にレーザーを照射して、不要なろう材を除去して回路パターン形状にろう材を形成した後、該ろう材上に金属板を積層配置して接合した後、金属板上に回路パターン形状のレジストを形成し、エッチングにより不要な金属板を除去することにより、製造コストの低い経済的な金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供する。
【００１２】
すなわち、本願発明は、セラミックス基板表面の略全面にろう材を形成し、回路パターンを形成しない部分にレーザー光を照射して不要なろう材を除去した後、ろう材上に金属板を積層配置して接合し、次いで金属板表面に回路パターン形状のレジストを形成し、エッチングにより金属板の不要な部分を除去した後、レジストを除去することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法である。
【００１３】
前記ろう材を、スクリーン印刷、ロールコータ、スプレーによりセラミックス基板表面の略全面に形成することが好ましく、前記ろう材の厚さが１５μｍ以下であることが好ましい。
前記ろう材中の有機物成分が分解し、且つセラミックス基板の表面が溶融しない出力で前記レーザー光をろう材に照射することが好ましい。
前記レジストを金属板の略全面に形成した後、回路パターンを形成しない部分にレーザー光を照射して除去することで、前記回路パターン形状のレジストを形成することが好ましい。
金属板をエッチングした後に、ろう材を除去できる薬液に浸漬またはシャワーリングしても良く、前記ろう材の回路パターンを形成する部分の一部をレーザー光を照射することにより除去し、該ろう材上に金属板を積層配置して接合しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、製造工程を短縮でき、原材料コストや加工コストを低く抑えた金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】セラミックス基板にろう材を形成した時の上面図である。
【図２】レーザーを照射してろう材の不要部分を除去した上面図である。
【図３】ろう材に金属板を積層した断面図である。
【図４】金属板の上にエッチングレジストを形成した断面図である。
【図５】金属板の不要な部分をエッチング除去し、エッチングレジストを除去した断面図である。
【図６】金属板にめっきまたは防錆層を形成した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態にかかる金属−セラミックス接合基板の製造方法において、セラミックス基板１０上にろう材ペースト２０を形成する工程における、ろう材ペースト２０が形成されたセラミックス基板１０の上面図である。
セラミックス基板１０はＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３などを主成分とするセラミックスの焼結体であって、通常Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＳｉＯ２などの焼結助剤を数％含有する絶縁性のセラミックス基板であることが好ましい。
【００１８】
セラミックス基板と金属板を接合するためのろう材は、Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｌ系などの一般にセラミックスと金属の接合用として知られる組成のものでよい。例えばＡｇ−Ｃｕ系の場合は活性金属であるＴｉやＺｒを含有した活性金属含有ろう材であることが好ましく、Ａｌ系はＳｉやＭｇ等を含有するＡｌ合金ろう材であることが好ましい。
本発明では、所定の組成に配合した金属粉にビヒクル、溶剤等を混ぜ合わせ、必要に応じて混練し、ペースト状、スラリー状あるいはインク状のろう材２０を作製する。
セラミックス基板１０の表面に、前記ろう材２０を、スクリーン印刷、ロールコータ、スプレー等の手法により、セラミックス基板表面の略全面に形成する。ロールコータやスプレーによるろう材２０の塗布は、セラミックス基板に対してろう材を形成するための精密な位置合わせが不要であり、またスクリーン印刷と比べてろう材を均一に薄く塗布することができるので好ましい。
ろう材の厚さを薄くするとろう材の材料コストを削減できるため、１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。ただし、ろう材の厚さが薄すぎるとセラミックスと金属板の接合において接合欠陥などの不良が発生するおそれがあるため、例えば厚さは３μｍ以上であることが好ましい。また、必要に応じてろう材を乾燥させても良い。
【００１９】
このようにして、セラミックス基板１０の両面の略全面にろう材２０を形成した後に、レーザー光を照射して、例えば図２のようにろう材２０が所定の形状になるように加工する。例えば所定の回路パターン形状とする場合、回路パターン以外の部分、すなわち回路パターン間および回路パターンの周囲（外周部）にレーザー光を照射して、不要なろう材を除去する。
このとき、ろう材２０中の有機物が分解され、且つセラミックス基板１０表面が溶融しないようにレーザー光の出力を調整するのが好ましい。有機物（樹脂など）が分解されないとろう材成分を除去することができず、またセラミックス基板１０表面が溶融すると、セラミックス基板１０にろう材成分が焼き付き（接合し）後工程で除去することが困難となる。なお、ろう材２０は完全に除去する必要はなく、形成したろう材厚さの概ね９０％以上除去されればよい。
また、金属板３０からなる回路パターンの一部に、応力緩和などの目的で非接合部を形成する設計の場合は、非接合部に該当するろう材の部分をレーザー光を照射することで除去しても良い。
【００２０】
次いで、図３のように、前記ろう材２０の上に金属板３０を配置して、ろう材２０を介して金属板３０をセラミックス基板１０に加熱接合する。
金属板３０は、銅板やアルミニウム板であるのが好ましく、銅板のときにはＡｇ−Ｃｕ系ろう材、アルミニウム板のときにはＡｌ系ろう材を用いるのが好ましい。
セラミックス基板１０の表裏のろう材２０上に金属板３０を配置した状態で、加熱してセラミックス基板１０と金属板３０接合する。前記ろう材２０は活性であるため、加熱接合時の雰囲気は真空中または不活性雰囲気であることが好ましい。また、ろう材２０と金属板３０が均一に接触、加圧されるように、重りなどを金属板の上に置いて加圧することが好ましい。加熱温度はろう材２０の組成に応じて適切な温度で接合する。
【００２１】
次いで、図４、図５のように接合された金属板３０の表面に、例えば前記回路パターンと同様の形状のアルカリ除去タイプのエッチングレジストマスク４０を銅板の表側、裏側の両面に形成した後、エッチングにより不要部の銅板３０を除去する。その後で、エッチングレジストマスク４０を水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ薬液で除去する。
このようにすると、回路パターン以外の部分にろう材２０が形成されていないため、ろう材２０をエッチングにより除去する必要がなくなり、ろう材２０をエッチング除去する工程を省略することができるので好ましい。さらに、パターン間やパターンの周囲にろう材２０が存在しないため、パターン間あるいは回路パターン周囲エッチング残りが発生しにくく、またエッチング形状も良好になる。
前記エッチングは塩化鉄或いは塩化銅を含むエッチング液を接合体の表裏にスプレー噴射あるいはエッチング液中に浸漬し、金属板の不要分をエッチングして回路パターンを形成すると良い。
なお、ろう材２０によっては前記ろう材をレーザー光で除去するときに完全にろう材が除去されなかったり、加熱接合中にろう材２０が回路パターンに流れ出したりする恐れがあるので、金属板３０のエッチング除去工程の後に、ろう材のエッチング除去工程を設けても良い。しかし、ろう材が全面に形成されている従来の工程と比較すると、基本的にろう材がほとんど存在しない部分であるので本発明の工程における負担は小さい。
【００２２】
また、前記レジストの形成は、金属板３０の略全面にレジストを形成した後、回路パターン形状のＵＶ露光、現像などでレジスト４０の不要部分を除去したり、また、回路パターン以外の部分にレーザー光を照射することで不要なレジスト４０を除去して回路パターン形状のレジストを形成しても良い。
次いで、図６のように前記銅板上にＮｉめっき、Ｎｉ合金めっき、Ａｕめっきなどのめっき５０を形成しても良い。めっき５０は単層であっても良いし、Ｎｉめっきの上にＡｕめっきを施すなど複数のめっきを行っても良い。回路パターンが形成されている場合は無電解めっきをすることがパターンのそれぞれに電極を形成しなくて良いので好ましい。
また、めっきを施さずに銅板のまま使用してもよく、ベンゾトリアゾール等を吸着させて防錆処理をして表面に防錆層５０を形成しても良い。
【００２３】
レーザー光を照射するためのレーザー照射装置は、セラミックス基板上に形成された前記ペースト状、スラリー状またはインク状のろう材を除去できればよく、例えばＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、Ｙｂレーザーなどを用いたレーザー照射装置が好ましい。また、レーザーマーカー用のレーザー照射装置であれば、回路パターンなど所定の形状をプログラムしておき、レーザー加工の対象となるろう材あるいはレジストが塗布されたセラミックス基板または接合体を、所定の場所に配置する（例えば冶具などに付き当てるなどで位置決め）するだけで、自動的に位置精度よくレーザー光が照射され、レーザー加工される。したがって、従来のような位置合わせの調整などの作業時間および作業負担が低減され、低コストで金属−セラミックス接合基板を接合することができる。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
まず、セラミックス基板として幅３５ｍｍ、長さ４１ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮを主成分とするＡｌＮ基板と、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするＡｌ２Ｏ３基板を準備した。
【００２５】
前記セラミックス基板の表裏の略全面に、ロールコータによって厚さ９μｍのＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のスラリー状のろう材を塗布した。ろう材は、Ａｇ、Ｃｕの共晶組成に対して、２ｍａｓｓ％のＴｉを添加した組成を有する。
次いで、株式会社キーエンス製のファイバーレーザマーカ（製品名：ＭＤ−Ｆ３０００、Ｙｂファイバーレーザー）を用い、波長１０９０ｎｍ、加工条件レーザー出力３０Ｗ（２０％出力）、スキャンスピード３，５００ｍｍ／ｓ、パルス周波数６０Ｈｚとして、所定の回路パターン形状のろう材を残すように、ろう材の不要部分である回路パターン間と回路パターン周囲にレーザー光を照射して、ろう材を除去した。
【００２６】
次いで、表側および裏側のろう材に接触するように幅４０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの２枚の無酸素銅板を、該セラミックスを挟むように配置した。表側の銅板の上に重さ１００ｇのおもりを置いて、真空中、８５０℃で加熱して接合した。
【００２７】
次いで、前記回路パターン形状のろう材に合わせて銅板の表側表面に前記回路パターン形状のアルカリ除去タイブのエッチングレジストマスクを、エッチングレジストインクをスクリーン印刷することで形成し、裏側表面は、略全面に形成されたろう材と同形状のアルカリ除去タイプのエッチングレジストマスクを表側表面と同様の手法で形成した。次いで、エッチング液として塩化第二銅溶液を用いて、銅板の不要分を溶解、除去した。
【００２８】
次いで、前記エッチングレジストを水酸化ナトリウム水溶液で剥離し、銅回路パターンが形成された金属−セラミックス接合基板を得ることができた。この銅回路パターン及び裏面の銅板に、無電解Ｎｉめっきを施した。
【００２９】
（実施例２）
セラミックス基板と銅板を接合した銅板の表側および裏面の略全面に、ロールコータでアルカリ除去タイブのエッチングレジストを形成した後、回路パターン形状が残るようにレーザーを照射した以外は、実施例１と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
【００３０】
実施例１、２において、セラミックス基板の全面にろう材を形成したこと、レーザー装置に不要なろう材の部分を記憶させて自動でレーザー光を照射したことにより、従来時間のかかっていたこれらの工程の位置合わせがほとんど不要となり、大幅に処理時間を短縮することができた。
また、レーザーにより不要なろう材が除去されているため、銅板を除去するエッチング工程のみで、ろう材を除去するエッチング工程が不要であった。
以上により、金属−セラミックス接合基板の工数および作業時間を大幅に削減することができ、製造コストの低減効果は大きいものであった。
【符号の説明】
【００３１】
１０  セラミックス基板
２０  ろう材
３０  銅板
４０  エッチングレジスト
５０  めっき又は防錆膜
【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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