JP4401096B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板用として好適な金属−絶縁体複合部材からなる回路基板とその製造方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ロボットやモーター等の産業機器の高性能化に伴い、大電力・高能率部品等の実装のためのパワーデバイス搭載用回路基板の開発・改良が盛んに行なわれてきている。すなわち、このような回路基板としては電気的絶縁性に優れたセラミックス板材等の一方の主面に回路形成用の金属材を、また他方の主面にヒートシンク用の金属材を接合したものが用いられ、回路パターンの形成にあたっては、セラミックス板材等と金属材との熱膨張差への対策、複合部材における熱応力集中の抑制、耐熱衝撃性の向上等もっぱら熱的な面への配慮がなされてきている。その一例としては、基板にかかるヒートサイクルやヒートショックによるクラックの発生に対応して熱応力の集中を抑制すべく、回路を形成する金属板に多数のスリット（切込み）を設けることの提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３４３２８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回路パターンの形成手段は、セラミックス基板に接合した金属板に対するエッチングレジスト印刷後に塩化第二鉄溶液等によるエッチング手段を用いる方法、プレスであらかじめ金属層にパターン形成して接合する方法を用いることが多く、このような方法による加工については次のような問題点があり、その解決、改善が望まれていた。
【０００５】
すなわち、金属層が厚い場合（例えば０．３ｍｍ以上などの場合）にはエッチング加工に時間がかかるため、エッチング液のかかり方が不均一な場合には寸法精度にバラツキが発生し、また金属層のパターン上部の幅とパターン下部の幅に差が生じ、回路パターン形成の阻害になることがある。また、安定かつ安全な薬液処理を行なうためには、高温度まで温度を上げることができず、多くの溶解時間が必要となる。さらに、エッチング液によっては例えばアルミニウム等の溶解により、エッチング液の寿命が短くなるという問題がある。また、露光法のようなレジスト法を適用してもパターンががたつくという懸念がある。
【０００６】
金属層が厚い場合には、金属回路部側面においてはテーパー角や段幅の制御が極めて困難で、不均一なものになり易いという問題がある。その他、レジスト印刷において、細かいレジスト印刷技術が必要になる。
また、所定の寸法にエッチングするためにはエッチングレートを考えレジスト印刷版を予め太らせておく必要があるので、細かいパターン形状を描けなくなるという問題がある。
さらに、一般的なレジスト印刷等においては、パターンごとに版が必要になる。
また、プレスであらかじめ金属層（板）にパターン形成して接合する方法は、金型作製を必要とするため、少量多品種生産に不向きであるという問題がある。さらに、金属層（板）の厚いものを微細なパターンに加工し、加熱接合を行うと熱膨張や絶縁体との位置ズレ等が生じ寸法精度を確保することが困難であり、応力緩和のためパターンの側面に後述する精度の高い段差形状を設けることも非常に困難である。
【０００７】
以上のような問題点に鑑み、本発明は、金属−絶縁体複合部材からなる回路基板における回路パターンの形成において、金属層の厚さに影響されずに、エッチング加工負荷の軽減、レジスト工程負荷の軽減を図り、寸法精度の向上を図るものであり、特に金属層が厚い場合でもエッチング時間を短縮して縁面の垂れ発生を抑制し、回路パターンの寸法精度および形状再現性を向上させて、金属層厚さに対する回路パターン間隔の細小化を可能とし、汎用性があって、多品種に対する適用性のある回路パターンの形成技術の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明者等は鋭意研究の結果、除去すべき金属層部分をコンピュータなどで正確に位置制御したミリングによって物理的に研削することにより、薬液処理の場合にみられるような不均一性を低減すると共に、精度よくかつ汎用性すなわち銘柄対応性に優れた回路基板が得られることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明のうち製造方法に係るものについては第１に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第２に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工し、次いでエッチング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第３に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の全面または一部にエッチングレジストを形成してから、該金属層の少なくとも一部をミリング加工し、次いでエッチング加工し、その後に該エッチングレジストを除去することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第４に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工してから、該金属層の全面または一部にエッチングレジストを形成し、次いでエッチング加工し、その後に該エッチングレジストを除去することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第５に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工した後、該ミリング加工と異なるエンドミルで該金属層の少なくとも一部をミリング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第６に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工した後、該ミリング加工と異なるエンドミルで該金属層の少なくとも一部をミリング加工し、次いでエッチング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第７に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工した後、エッチング加工を行い、次いで該ミリング加工と異なるエンドミルで該金属層の少なくとも一部をミリング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第８に、前記エッチング加工より前に前記金属層の全面または一部にエッチングレジストを形成し、該エッチング加工後に該エッチングレジストを除去する、第６または７に記載の回路基板の製造方法；第９に、前記ミリング加工のうちの最初のミリング加工より前に前記エッチングレジストを形成する、第８記載の回路基板の製造方法；第１０に、刃先が段差形状またはテーパー形状のエンドミルを用いて前記金属層の少なくとも一部をミリング加工する、第１〜９のいずれかに記載の回路基板の製造方法；第１１に、前記ミリング加工が、被加工部材とエンドミルの接触する部分に潤滑液を用いるウエット加工である、第１〜１０のいずれかに記載の回路基板の製造方法；第１２に、前記ウエット加工において前記被加工部材と前記エンドミルの接触する部分に冷風を吹きつけ冷却しながら行う、第１１記載の回路基板の製造方法；第１３に、前記金属層のミリング加工の後に前記絶縁体の少なくとも一部をミリング加工する、第１または５に記載の回路基板の製造方法；第１４に、前記パターンが側面部に段差を有するパターンである、第５〜１３のいずれかに記載の回路基板の製造方法を提供するものである。
【００１０】
次に、本発明のうち回路基板などに係るものについては第１５に、金属−絶縁体複合部材において、金属層パターン間の下部間隔が該金属層の厚さ以下である部分を有することを特徴とする回路基板；第１６に、前記金属層の厚さが０．２ｍｍ以上である、第１５記載の回路基板；第１７に、前記金属層がアルミニウム、銅、銀、ニッケルまたはその合金からなる、第１５または１６に記載の回路基板；第１８に、前記絶縁体が酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素または炭化珪素を主成分とする絶縁体である、第１５〜１７のいずれかに記載の回路基板；第１９に、前記金属−絶縁体複合部材は該金属と該絶縁体が直接接合法、ろう材接合法、溶湯接合法またはめっき法によって結合されてなる、第１５〜１８のいずれかに記載の回路基板；第２０に、前記金属層の全面または一部にニッケル、銅、金、銀、パラジウム、錫またはその合金からなるめっきを行った、第１５〜１９のいずれかに記載の回路基板；第２１に、耐ヒートサイクル特性が１０００サイクル以上である、第１５〜２０のいずれかに記載の回路基板；第２２に、第１５〜２１のいずれかに記載の回路基板を用いたパワーモジュールを提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において金属−絶縁体複合部材は、一例として、絶縁体基板の両主面に同形状で同面積の金属層部材を、一方は回路形成用部材とし、他方はヒートシンク用部材として略面対称位置になるように接合した後、回路側金属層の不要部分をミリング加工により切削除去することによって、回路パターンを形成する。
ミリング加工は、エンドミル等多数の切刃を有するミリングカッタ（フライスまたはフライスカッタともいう。）を回転させ、工作物に送りを与えて切削する周知の加工手段である。
【００１２】
ミリング加工は、不要金属部分の全部を１個のミリングカッタのみで削除できるし、作業性も良好である。しかし、基板材そのものも完全に平坦ではなく反りやうねりがあり、また加工により基板に反りを発生させる場合があり、また、一部アルミニウム層を残留させるにしても、切削残部のアルミニウム量に比較して基板の反り量が大になると、ミリングカッタが絶縁材に接触しクラックが発生する場合がある。さらに基板のように薄いものは強度が小さくミリング加工の振動などによってもクラックが発生する可能性がある。
ミリングカッタが絶縁材に接触してクラックを発生する恐れのある場合、１個のミリングカッタで所定厚さすなわち極薄い層を残す形で不要部分の大部分を除去し、次いで残った金属層残層をエッチング加工で除去することにより基板の反り等に起因するクラックを発生させることなく回路パターンを形成することができる。
また、ミリングマシンに取り付けられたエンドミルと基板の位置関係をコンピューター等により精密に三次元同時制御を行うことによって接触をさけることができる場合がある。
【００１３】
この場合のエッチング加工は軽く行なうことができ、エッチングは短時間で容易に行なうことができるので、金属成分がエッチング液に混入して液を劣化させることを抑制できる。
パターンの表面や側面の形状をより良好に保つためには、所望しないエッチングを防ぐために、エッチング処理を行う前にエッチングレジストを形成することが好ましい。エッチングレジストを用いる場合も、エッチング処理時間が短いためレジスト膜も薄くて済み、全面にレジスト膜を塗布する場合は従来１２〜１４μｍ要したのに対して、本発明においては２〜１０μｍにすることができる。また、ミリング加工は金属層の表面全面にレジスト膜を形成した場合においても有効であり、レジスト膜の塗布形成が可能で生産性向上に寄与する。エッチングレジストとしては、ＵＶ乾燥型、熱硬化型のいずれでもよく、また一般にアルカリ剥離タイプのものを使用することができる。
【００１４】
ミリング加工を２段にわたって行い、回路パターン側面部の底部に近い個所に段差を設けた形状とすることで、絶縁材にかかる応力を軽減させることもできる。この場合、ミリングカッタとしてエンドミルを使用し、一個のエンドミルにより金属層部分を底部まで切削した後、さらにそれより僅かに径の大きいエンドミルを使用し、底部手前の所定の厚さまでのミリング加工を行なうことで、段差のある側面部を形成することができる。この２段ミリング加工は、第１のエンドミルによる切削を底部に近い所定レベルまで行い、残部の金属残層部分をエッチングにより除去する場合においても適用でき、また、あらかじめ金属層表面にレジスト膜を塗布形成した場合においても適用できる。
また、段差のある側面部を形成する別の方法としては、ミリング加工を２段にわたって行うにあたり、一個のエンドミルにより金属層部分を所定の厚さまで切削した後、それより小さい径のエンドミルを使用し底部まで切削することによっても良い。
すなわち、エンドミルの径の大小についてはどちらを先に使用しても段差のある側面部を形成することができる。さらに、適宜エッチングレジストの形成やエッチング加工と併用することもできる。
【００１５】
ミリングカッタとしては、エンドミルが好適に使用されるが、図１に示すように、目的に応じて種々の形状のものを選択することができる。すなわち、エンドミルを、(イ)円柱形状のエンドミル１Ａにすることにより回路パターン側面部を垂直面とすることができ、(ロ)逆円錐台形状のエンドミル１Ｂにすることにより傾斜面とすることができ(傾斜面とすることにより、応力緩和というメリットが得られる。）、(ハ)円錐台形状のエンドミル１Ｃにすることにより逆傾斜面とすることができ、また、(ニ)先端部に段差を設けたエンドミル１Ｄにすることにより、側面部に段差を設ける前記の２段ミリング加工を１個のエンドミルで行なうことができる。エンドミルの回転駆動は、エア駆動でも、電動機駆動でも行なうことができる。高速回転が必要な場合は電動機駆動が好ましい。
【００１６】
ミリング加工に伴って金属部材にバリが発生することがあるが、このバリのサイズが大きくなると、パターンの直線形状や凹凸が回路基板として不適である。また、エッチングレジストを形成してからミリング加工する場合、バリと一緒にその周囲のエッチングレジストを巻き上げるので、回路パターン端面のレジストダメージが増し、エッチングムラ等の不良を来たすことがある。
バリの抑制方法として、第１にミリングカッタのエンドミルの回転数を上げる、第２にエンドミルのスクイ角を大きく取る、第３に被加工材とエンドミルが接触する刃先先端の潤滑、第４に被加工材とエンドミルが接触する刃先部先端の局所冷却をすることで、バリの発生を抑制することは可能である。バリの発生は加工速度に依存しており、後記する実施例の表１に示したように、試験の結果では、ドライ加工で５〜７ｍｍ／秒、ウエット加工で２５〜４０ｍｍ／秒の場合が最も良好であった。
また、１ｍｍ径のエンドミルの加工寸法精度は例えば従来の回路基板に求められていた±０．３０ｍｍ未満を十分に満たすものである。
【００１７】
本発明における生産性はきわめて良好であり、たとえば、従来エッチングのみで２５分を要したパターン形成において、１ｍｍ径のエンドミルでの加工時間はドライ加工で約２４０秒、ウエット加工で約４０秒であり、エッチング加工時間は１〜５分に短縮することが可能となる。
さらに被加工部材を冷風で冷却しながら加工を行うと放熱が良くなり、より好ましい。
【００１８】
以上の複合部材における金属部材としては、アルミニウム、銅、ニッケル、銀またはそれらの合金が使用され、絶縁体としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミックスのほか、絶縁性樹脂も使用できる。
【００１９】
ミリング加工を行なう本発明においては、絶縁体部材と金属部材との接合における接合強度として、０．１ｋｇｆ／ｃｍ以上、さらに回路基板として好ましくは５ｋｇｆ／ｃｍ以上の接合（ピール）強度が必要であるが、その接合は、両部材を直接接触させて加熱接合する直接接合、ろう材を介在させて加熱処理するろう材接合、金属溶湯中でセラミックス部材表面を被覆する溶湯接合まためっき法等公知の手段によって行なうことができる。
【００２０】
また、以上のようにして作製された金属−絶縁体複合部材は、その表面の全面または所定の個所に金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、錫またはそれらの合金等をメッキして良導電性等特性を向上させた回路パターンに仕上げることができる。
【００２１】
金属層が厚い場合は、ミリングによるパターン加工が特に必要となる。エッチングは金属層の上側より絶縁体に接合している下側の寸法の方が大きくなるという寸法差が生じるが、これは厚さが大きいほど大きくなる。この寸法差を小さくしようとすると、長い時間エッチングする必要があり経済的でない。さらに根本的に問題なのは、エッチングレジストマスクはパターン寸法より少し大きくしなければ狙いとする寸法を得ることができないということである。この量は金属層の厚さが大きくなるほどマスクを平面方向に大きくしなければならない。このため、金属層の厚さより小さいパターン間隔を作成することができないことになる。さらに具体的にはパワーモジュール用回路基板で求められる金属層が０．２ｍｍ以上あるものでは金属層のパターン間の下部間隔（絶縁間隔）が０．２ｍｍより小さい回路を作成することができない。
【００２２】
これに対し、本発明のミリング加工は上記の不具合は発生しない。パターン間隔は金属膜の厚さではなく、エンドミルの径により設定することができ、パターン上下の寸法差はエンドミルの形状によって設定することができる。よって金属層の厚さより小さいパターン間隔を実現することができた。
さらに、プレス等により予め所定寸法のパターンの金属板を作製した後に接合する回路基板の製造方法においてはプレス技術により微細なパターンを作製することはできるが、その後の熱膨張によりパターン間がくっついたり、絶縁体に対する位置ズレなどの問題があり、金属層より小さいパターン間隔の回路基板を作製することはできなかった。
【００２３】
【実施例】
次に実施例により本発明をさらに具体的に示すが、本発明の技術的範囲はこれらの記載に限定されるものではない。
【００２４】
〔実施例１〕 図２に示した工程に従って、ミリングマシーン(ミッツ株式会社製)を使用して、金属−絶縁体複合部材２の回路パターンの形成を行った。
基板として、(イ)(ロ)厚さ０．６３５ｍｍ、純度９８．８％以上の窒化アルミニウム板のセラミック板３に厚さ０．４ｍｍで同一形状の同一面積のアルミニウム板４Ａ、４Ｂを回路形成用金属層材およびヒートシンク用金属層材としてそれぞれ接触させ、不活性雰囲気中で７４０℃に６０分間加熱し、その後冷却するという直接接合法により複合部材２を作製した後、(ハ)この複合部材２のアルミニウム板４Ａの表面にアクリル樹脂系からなるエッチングレジスト５を全表面に塗布した。次いで、(ニ)この基板をミリングマシーンに取り付けコンピュータによりエンドミルを三次元同時制御しつつ、油性切削液をかけながらミリング加工した。すなわち、１ｍｍ径のエンドミルでアルミニウム板の不要部分(回路溝と外周側面)を、５０μｍ厚さにアルミニウム残層４Ａａを残して切削除去した。その後、(ホ)塩化第二鉄３０〜４０％、塩酸５〜１５％、残部が水からなるエッチング液を用いてエッチングを行なって残したアルミニウム残層４Ａａを除去し、(ヘ)アルミニウム板４Ａの表面のエッチングレジスト５を除去し、回路基板６を得た。
【００２５】
その結果、基板に反りがなく、クラックもない良好な回路基板６を作製できた。また、アルミニウム層４Ａ、４Ｂとセラミック板３との接合強度(アルミニウムが切れるまでの垂直ピール強度)は２０ｋｇｆ／ｃｍであった。
またこのときのパターン上部の幅とパターン下部の幅との差は０．１ｍｍ未満であった。
さらに得られた回路基板についてヒートサイクル試験を行った。回路基板に、室温→−４０℃×３０分→室温×１０分→＋１２５℃×３０分→室温×１０分を１サイクルとして熱衝撃を付加し、１０００サイクル後にセラミックス基板上のアルミニウム層を薬液で除去し、クラックの発生を調査した。この結果クラックの発生は見られなかった。
【００２６】
〔実施例２〕 実施例１と同様にして、ただし図３に示した工程に従って、アルミニウム−セラミックス複合部材７への回路パターンの形成を行なって回路基板を作製した。
【００２７】
すなわち、(イ)(ロ) 厚さ０．２５ｍｍ、純度９６％のアルミナ板からなるセラミック板８の両主面にアルミニウム板９Ａ、９Ｂを直接接合して複合部材７とした後、(ハ)回路パターン側にエッチングレジスト１０を塗布した。次いで、(ニ)この複合部材７をミリングカッタに取り付け、１ｍｍ径のエンドミルによるミリング加工により厚さ５０μｍ分の残層９Ａａを残して不要アルミニウム部を切削除去した後、(ホ)エッチング加工を行い、残りのアルミニウム残層９Ａａを除去した。次に、(ヘ)最初のエンドミルより径の大きい１．２ｍｍ径のエンドミルを用い、切削された回路溝部と側面部の位置に合せて、所定の０．３５ｍｍ厚さ分の縁部９Ａｂを残して同様に切削した後、(ト)形成された回路表面のエッチングレジスト１０を除去して目的の回路基板１１を得た。
【００２８】
得られた絶縁回路基板は反りもクラックも見られず良好なものであった。また、アルミニウム層９Ａ、９Ｂとセラミック板８との接合強度は２０ｋｇｆ／ｃｍであった。
さらに実施例１と同様のヒートサイクル試験を行ったが、１０００サイクル後、セラミックス基板にクラックの発生は見られなかった。
【００２９】
〔実施例３〕 実施例１と同様にして、エッチングレジストを施したアルミニウム−セラミック複合部材について１ｍｍ径のエンドミルによるミリング加工を行った。複合部材は、厚さ０．４ｍｍの回路用のアルミニウム板と厚さ０．４ｍｍのヒートシンク側用のアルミニウム板を厚さ０．２５ｍｍのアルミナからなるセラミックス板に不活性ガス雰囲気中での加熱、冷却により直接接合して得たものである。
【００３０】
この複合部材について、ミリングマシーンにより、回転数、加工速度、加工時間等の加工条件を種々設定し、図４に概要を示した回路図に従ってミリング加工を行ない、セラミックス板１２の表面にアルミニウム層１３からなる回路を有する回路基板１４を得た。これらは試料Ｎｏ．３〜８とし、加工条件と結果を表１に示した。
【００３１】
表１の試料Ｎｏ．１と試料Ｎｏ．３について、９個所におけるスリット幅(回路間隔)の寸法精度を測定したところ、表２のように、良好な精度が得られた。
次いで、得られた加工板をエッチングした。ミリング加工をドライ状態で行った試料Ｎｏ．４および試料Ｎｏ．５において、エッチングレジストの縁部の一部にレジストの浮き上がりのあるのがみられた。これは、ドライ加工としては加工速度が大きく、そのためにバリが大きく、エッチングレジスト膜を巻き込んだものとみられ、エッチングの際にその剥げた部分に液が侵入してパターンの縁部が欠けたものと見られる。ミリング加工をウエット状態で行った試料Ｎｏ．６〜８においてエッチングを行い良好なパターンが得られた。
【００３２】
すなわち、ドライ加工で少なくとも１０ｍｍ／秒以上の加工速度は精度の高い外観良好なパターンを目的とするのには適当ではないが、パターン縁部の欠けを無視できる設計の製品については非常に早い加工時間を実現できコスト的に有利となる。ウエット加工では加工速度をドライ加工の５〜１０倍にしても外観良好なパターンが得られるので生産性が良い。
さらに実施例１と同様のヒートサイクル試験を行ったが、１０００サイクル後、セラミックス基板にクラックの発生は見られなかった。
【００３３】
〔実施例４〕 Ａｌの厚さを０．６ｍｍと０．３ｍｍ、エンドミルの径を０．３ｍｍとした以外は試料Ｎｏ．６と同様の方法で試料Ｎｏ．９とＮｏ．１０を作製した。これも厚さ、パターン間隔（エンドミルの径）の影響なく良好なパターンが得られた。このときパターン上下の寸法差は０．１ｍｍ未満であった。また、パターン間隔の最大値と最小値の差は５０μｍ以内であった。
さらに実施例１と同様のヒートサイクル試験を行ったが、１０００サイクル後、セラミックス基板にクラックの発生は見られなかった。
【００３４】
〔比較例〕 実施例４の接合体に対して、エッチングによりパターン間隔が０．３ｍｍの回路基板の作製を試みた。まず絶縁体と、厚さ０．６ｍｍと０．３ｍｍの金属層の表面にエッチングレジストを形成し、塩化鉄のエッチング液でそれぞれ４０分間、２０分間のエッチングを行った。このとき基板表面に近い部分のパターン間隔が０．３ｍｍにエッチングされたが、基板の厚さ方向で中央部は金属層が完全にエッチングされておらず、回路基板を形成することができなかった。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、エッチング時間、エッチング液の劣化等、エッチング加工における負荷が軽減され、また、エッチング法のみの場合に比べ、回路パターン毎にスクリーン版を換える必要がない。また、エッチング法の場合に比べ、回路形成処理の均一性にすぐれ、回路間隔の寸法精度、パターンの直線性が向上し、テーパー角度が任意に選択でき、エッチング法に比べ、スカートを立てることができ、微細パターンの形成が可能となる等の効果を奏する。
【００３８】
ミリング加工が主体となり、エッチング加工も軽い処理ですみ、エッチング加工量が少なくなるので、エッチングレジストの全面塗布が可能になる等レジスト工程の負荷が軽減される。
また、パターン汎用性がある。すなわち銘柄対応性があり、また、断面形状に対しても汎用性があり、テーパー角度、段部も任意に形成することができる。
さらに、金属厚みに対する回路パターン間隔を小さくすることができ高精度の回路パターンを形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用可能なエンドミルの縦断面図の例であり、(イ)は円柱形状、(ロ)は逆円錐台形状、(ハ)は円錐台形状、(ニ)は段付円柱形状のエンドミルである。
【図２】本発明の実施例１の回路パターン形成方法を示す部材断面図による工程図で、(イ)(ロ)は複合部材の作製、(ハ)はエッチングレジスト塗布、(ニ)はミリング加工、(ホ)はエッチング加工、(ヘ)はエッチングレジスト除去の各工程を示す。
【図３】本発明の実施例２の回路パターン形成方法を示す部材断面図による工程図で、(イ)(ロ)は複合部材の作製、(ハ)はエッチングレジスト塗布、(ニ)は第１段のミリング加工、(ホ)はエッチング加工、(ヘ)は第２段のミリング加工、(ト)はエッチングレジスト除去の各工程を示す。
【図４】本発明の実施例３における回路基板の概略回路図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ エンドミル
２ 複合部材
３ セラミックス板
４Ａ、４Ｂ アルミニウム層(板)
４Ａａ アルミニウム残層
５ エッチングレジスト
６ 回路基板
７ 複合部材
８ セラミックス板
９Ａ、９Ｂ アルミニウム層(板)
９Ａａ アルミニウム残層
９Ａｂ アルミニウム縁部
１０ エッチングレジスト
１１ 回路基板
１２ セラミックス板
１３ アルミニウム層
１４ 回路基板
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板用として好適な金属−絶縁体複合部材からなる回路基板とその製造方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ロボットやモーター等の産業機器の高性能化に伴い、大電力・高能率部品等の実装のためのパワーデバイス搭載用回路基板の開発・改良が盛んに行なわれてきている。すなわち、このような回路基板としては電気的絶縁性に優れたセラミックス板材等の一方の主面に回路形成用の金属材を、また他方の主面にヒートシンク用の金属材を接合したものが用いられ、回路パターンの形成にあたっては、セラミックス板材等と金属材との熱膨張差への対策、複合部材における熱応力集中の抑制、耐熱衝撃性の向上等もっぱら熱的な面への配慮がなされてきている。その一例としては、基板にかかるヒートサイクルやヒートショックによるクラックの発生に対応して熱応力の集中を抑制すべく、回路を形成する金属板に多数のスリット（切込み）を設けることの提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３４３２８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回路パターンの形成手段は、セラミックス基板に接合した金属板に対するエッチングレジスト印刷後に塩化第二鉄溶液等によるエッチング手段を用いる方法、プレスであらかじめ金属層にパターン形成して接合する方法を用いることが多く、このような方法による加工については次のような問題点があり、その解決、改善が望まれていた。
【０００５】
すなわち、金属層が厚い場合（例えば０．３ｍｍ以上などの場合）にはエッチング加工に時間がかかるため、エッチング液のかかり方が不均一な場合には寸法精度にバラツキが発生し、また金属層のパターン上部の幅とパターン下部の幅に差が生じ、回路パターン形成の阻害になることがある。また、安定かつ安全な薬液処理を行なうためには、高温度まで温度を上げることができず、多くの溶解時間が必要となる。さらに、エッチング液によっては例えばアルミニウム等の溶解により、エッチング液の寿命が短くなるという問題がある。また、露光法のようなレジスト法を適用してもパターンががたつくという懸念がある。
【０００６】
金属層が厚い場合には、金属回路部側面においてはテーパー角や段幅の制御が極めて困難で、不均一なものになり易いという問題がある。その他、レジスト印刷において、細かいレジスト印刷技術が必要になる。
また、所定の寸法にエッチングするためにはエッチングレートを考えレジスト印刷版を予め太らせておく必要があるので、細かいパターン形状を描けなくなるという問題がある。
さらに、一般的なレジスト印刷等においては、パターンごとに版が必要になる。
また、プレスであらかじめ金属層（板）にパターン形成して接合する方法は、金型作製を必要とするため、少量多品種生産に不向きであるという問題がある。さらに、金属層（板）の厚いものを微細なパターンに加工し、加熱接合を行うと熱膨張や絶縁体との位置ズレ等が生じ寸法精度を確保することが困難であり、応力緩和のためパターンの側面に後述する精度の高い段差形状を設けることも非常に困難である。
【０００７】
以上のような問題点に鑑み、本発明は、金属−絶縁体複合部材からなる回路基板における回路パターンの形成において、金属層の厚さに影響されずに、エッチング加工負荷の軽減、レジスト工程負荷の軽減を図り、寸法精度の向上を図るものであり、特に金属層が厚い場合でもエッチング時間を短縮して縁面の垂れ発生を抑制し、回路パターンの寸法精度および形状再現性を向上させて、金属層厚さに対する回路パターン間隔の細小化を可能とし、汎用性があって、多品種に対する適用性のある回路パターンの形成技術の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明者等は鋭意研究の結果、除去すべき金属層部分をコンピュータなどで正確に位置制御したミリングによって物理的に研削することにより、薬液処理の場合にみられるような不均一性を低減すると共に、精度よくかつ汎用性すなわち銘柄対応性に優れた回路基板が得られることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明のうち製造方法に係るものについては第１に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第２に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工し、次いでエッチング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第３に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の全面または一部にエッチングレジストを形成してから、該金属層の少なくとも一部をミリング加工し、次いでエッチング加工し、その後に該エッチングレジストを除去することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第４に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工してから、該金属層の全面または一部にエッチングレジストを形成し、次いでエッチング加工し、その後に該エッチングレジストを除去することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第５に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工した後、該ミリング加工と異なるエンドミルで該金属層の少なくとも一部をミリング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第６に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工した後、該ミリング加工と異なるエンドミルで該金属層の少なくとも一部をミリング加工し、次いでエッチング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第７に、絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層の少なくとも一部をミリング加工した後、エッチング加工を行い、次いで該ミリング加工と異なるエンドミルで該金属層の少なくとも一部をミリング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法；第８に、前記エッチング加工より前に前記金属層の全面または一部にエッチングレジストを形成し、該エッチング加工後に該エッチングレジストを除去する、第６または７に記載の回路基板の製造方法；第９に、前記ミリング加工のうちの最初のミリング加工より前に前記エッチングレジストを形成する、第８記載の回路基板の製造方法；第１０に、刃先が段差形状またはテーパー形状のエンドミルを用いて前記金属層の少なくとも一部をミリング加工する、第１〜９のいずれかに記載の回路基板の製造方法；第１１に、前記ミリング加工が、被加工部材とエンドミルの接触する部分に潤滑液を用いるウエット加工である、第１〜１０のいずれかに記載の回路基板の製造方法；第１２に、前記ウエット加工において前記被加工部材と前記エンドミルの接触する部分に冷風を吹きつけ冷却しながら行う、第１１記載の回路基板の製造方法；第１３に、前記金属層のミリング加工の後に前記絶縁体の少なくとも一部をミリング加工する、第１または５に記載の回路基板の製造方法；第１４に、前記パターンが側面部に段差を有するパターンである、第５〜１３のいずれかに記載の回路基板の製造方法を提供するものである。
【００１０】
次に、本発明のうち回路基板などに係るものについては第１５に、金属−絶縁体複合部材において、金属層パターン間の下部間隔が該金属層の厚さ以下である部分を有することを特徴とする回路基板；第１６に、前記金属層の厚さが０．２ｍｍ以上である、第１５記載の回路基板；第１７に、前記金属層がアルミニウム、銅、銀、ニッケルまたはその合金からなる、第１５または１６に記載の回路基板；第１８に、前記絶縁体が酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素または炭化珪素を主成分とする絶縁体である、第１５〜１７のいずれかに記載の回路基板；第１９に、前記金属−絶縁体複合部材は該金属と該絶縁体が直接接合法、ろう材接合法、溶湯接合法またはめっき法によって結合されてなる、第１５〜１８のいずれかに記載の回路基板；第２０に、前記金属層の全面または一部にニッケル、銅、金、銀、パラジウム、錫またはその合金からなるめっきを行った、第１５〜１９のいずれかに記載の回路基板；第２１に、耐ヒートサイクル特性が１０００サイクル以上である、第１５〜２０のいずれかに記載の回路基板；第２２に、第１５〜２１のいずれかに記載の回路基板を用いたパワーモジュールを提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において金属−絶縁体複合部材は、一例として、絶縁体基板の両主面に同形状で同面積の金属層部材を、一方は回路形成用部材とし、他方はヒートシンク用部材として略面対称位置になるように接合した後、回路側金属層の不要部分をミリング加工により切削除去することによって、回路パターンを形成する。
ミリング加工は、エンドミル等多数の切刃を有するミリングカッタ（フライスまたはフライスカッタともいう。）を回転させ、工作物に送りを与えて切削する周知の加工手段である。
【００１２】
ミリング加工は、不要金属部分の全部を１個のミリングカッタのみで削除できるし、作業性も良好である。しかし、基板材そのものも完全に平坦ではなく反りやうねりがあり、また加工により基板に反りを発生させる場合があり、また、一部アルミニウム層を残留させるにしても、切削残部のアルミニウム量に比較して基板の反り量が大になると、ミリングカッタが絶縁材に接触しクラックが発生する場合がある。さらに基板のように薄いものは強度が小さくミリング加工の振動などによってもクラックが発生する可能性がある。
ミリングカッタが絶縁材に接触してクラックを発生する恐れのある場合、１個のミリングカッタで所定厚さすなわち極薄い層を残す形で不要部分の大部分を除去し、次いで残った金属層残層をエッチング加工で除去することにより基板の反り等に起因するクラックを発生させることなく回路パターンを形成することができる。
また、ミリングマシンに取り付けられたエンドミルと基板の位置関係をコンピューター等により精密に三次元同時制御を行うことによって接触をさけることができる場合がある。
【００１３】
この場合のエッチング加工は軽く行なうことができ、エッチングは短時間で容易に行なうことができるので、金属成分がエッチング液に混入して液を劣化させることを抑制できる。
パターンの表面や側面の形状をより良好に保つためには、所望しないエッチングを防ぐために、エッチング処理を行う前にエッチングレジストを形成することが好ましい。エッチングレジストを用いる場合も、エッチング処理時間が短いためレジスト膜も薄くて済み、全面にレジスト膜を塗布する場合は従来１２〜１４μｍ要したのに対して、本発明においては２〜１０μｍにすることができる。また、ミリング加工は金属層の表面全面にレジスト膜を形成した場合においても有効であり、レジスト膜の塗布形成が可能で生産性向上に寄与する。エッチングレジストとしては、ＵＶ乾燥型、熱硬化型のいずれでもよく、また一般にアルカリ剥離タイプのものを使用することができる。
【００１４】
ミリング加工を２段にわたって行い、回路パターン側面部の底部に近い個所に段差を設けた形状とすることで、絶縁材にかかる応力を軽減させることもできる。この場合、ミリングカッタとしてエンドミルを使用し、一個のエンドミルにより金属層部分を底部まで切削した後、さらにそれより僅かに径の大きいエンドミルを使用し、底部手前の所定の厚さまでのミリング加工を行なうことで、段差のある側面部を形成することができる。この２段ミリング加工は、第１のエンドミルによる切削を底部に近い所定レベルまで行い、残部の金属残層部分をエッチングにより除去する場合においても適用でき、また、あらかじめ金属層表面にレジスト膜を塗布形成した場合においても適用できる。
また、段差のある側面部を形成する別の方法としては、ミリング加工を２段にわたって行うにあたり、一個のエンドミルにより金属層部分を所定の厚さまで切削した後、それより小さい径のエンドミルを使用し底部まで切削することによっても良い。
すなわち、エンドミルの径の大小についてはどちらを先に使用しても段差のある側面部を形成することができる。さらに、適宜エッチングレジストの形成やエッチング加工と併用することもできる。
【００１５】
ミリングカッタとしては、エンドミルが好適に使用されるが、図１に示すように、目的に応じて種々の形状のものを選択することができる。すなわち、エンドミルを、(イ)円柱形状のエンドミル１Ａにすることにより回路パターン側面部を垂直面とすることができ、(ロ)逆円錐台形状のエンドミル１Ｂにすることにより傾斜面とすることができ(傾斜面とすることにより、応力緩和というメリットが得られる。）、(ハ)円錐台形状のエンドミル１Ｃにすることにより逆傾斜面とすることができ、また、(ニ)先端部に段差を設けたエンドミル１Ｄにすることにより、側面部に段差を設ける前記の２段ミリング加工を１個のエンドミルで行なうことができる。エンドミルの回転駆動は、エア駆動でも、電動機駆動でも行なうことができる。高速回転が必要な場合は電動機駆動が好ましい。
【００１６】
ミリング加工に伴って金属部材にバリが発生することがあるが、このバリのサイズが大きくなると、パターンの直線形状や凹凸が回路基板として不適である。また、エッチングレジストを形成してからミリング加工する場合、バリと一緒にその周囲のエッチングレジストを巻き上げるので、回路パターン端面のレジストダメージが増し、エッチングムラ等の不良を来たすことがある。
バリの抑制方法として、第１にミリングカッタのエンドミルの回転数を上げる、第２にエンドミルのスクイ角を大きく取る、第３に被加工材とエンドミルが接触する刃先先端の潤滑、第４に被加工材とエンドミルが接触する刃先部先端の局所冷却をすることで、バリの発生を抑制することは可能である。バリの発生は加工速度に依存しており、後記する実施例の表１に示したように、試験の結果では、ドライ加工で５〜７ｍｍ／秒、ウエット加工で２５〜４０ｍｍ／秒の場合が最も良好であった。
また、１ｍｍ径のエンドミルの加工寸法精度は例えば従来の回路基板に求められていた±０．３０ｍｍ未満を十分に満たすものである。
【００１７】
本発明における生産性はきわめて良好であり、たとえば、従来エッチングのみで２５分を要したパターン形成において、１ｍｍ径のエンドミルでの加工時間はドライ加工で約２４０秒、ウエット加工で約４０秒であり、エッチング加工時間は１〜５分に短縮することが可能となる。
さらに被加工部材を冷風で冷却しながら加工を行うと放熱が良くなり、より好ましい。
【００１８】
以上の複合部材における金属部材としては、アルミニウム、銅、ニッケル、銀またはそれらの合金が使用され、絶縁体としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミックスのほか、絶縁性樹脂も使用できる。
【００１９】
ミリング加工を行なう本発明においては、絶縁体部材と金属部材との接合における接合強度として、０．１ｋｇｆ／ｃｍ以上、さらに回路基板として好ましくは５ｋｇｆ／ｃｍ以上の接合（ピール）強度が必要であるが、その接合は、両部材を直接接触させて加熱接合する直接接合、ろう材を介在させて加熱処理するろう材接合、金属溶湯中でセラミックス部材表面を被覆する溶湯接合まためっき法等公知の手段によって行なうことができる。
【００２０】
また、以上のようにして作製された金属−絶縁体複合部材は、その表面の全面または所定の個所に金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、錫またはそれらの合金等をメッキして良導電性等特性を向上させた回路パターンに仕上げることができる。
【００２１】
金属層が厚い場合は、ミリングによるパターン加工が特に必要となる。エッチングは金属層の上側より絶縁体に接合している下側の寸法の方が大きくなるという寸法差が生じるが、これは厚さが大きいほど大きくなる。この寸法差を小さくしようとすると、長い時間エッチングする必要があり経済的でない。さらに根本的に問題なのは、エッチングレジストマスクはパターン寸法より少し大きくしなければ狙いとする寸法を得ることができないということである。この量は金属層の厚さが大きくなるほどマスクを平面方向に大きくしなければならない。このため、金属層の厚さより小さいパターン間隔を作成することができないことになる。さらに具体的にはパワーモジュール用回路基板で求められる金属層が０．２ｍｍ以上あるものでは金属層のパターン間の下部間隔（絶縁間隔）が０．２ｍｍより小さい回路を作成することができない。
【００２２】
これに対し、本発明のミリング加工は上記の不具合は発生しない。パターン間隔は金属膜の厚さではなく、エンドミルの径により設定することができ、パターン上下の寸法差はエンドミルの形状によって設定することができる。よって金属層の厚さより小さいパターン間隔を実現することができた。
さらに、プレス等により予め所定寸法のパターンの金属板を作製した後に接合する回路基板の製造方法においてはプレス技術により微細なパターンを作製することはできるが、その後の熱膨張によりパターン間がくっついたり、絶縁体に対する位置ズレなどの問題があり、金属層より小さいパターン間隔の回路基板を作製することはできなかった。
【００２３】
【実施例】
次に実施例により本発明をさらに具体的に示すが、本発明の技術的範囲はこれらの記載に限定されるものではない。
【００２４】
〔実施例１〕 図２に示した工程に従って、ミリングマシーン(ミッツ株式会社製)を使用して、金属−絶縁体複合部材２の回路パターンの形成を行った。
基板として、(イ)(ロ)厚さ０．６３５ｍｍ、純度９８．８％以上の窒化アルミニウム板のセラミック板３に厚さ０．４ｍｍで同一形状の同一面積のアルミニウム板４Ａ、４Ｂを回路形成用金属層材およびヒートシンク用金属層材としてそれぞれ接触させ、不活性雰囲気中で７４０℃に６０分間加熱し、その後冷却するという直接接合法により複合部材２を作製した後、(ハ)この複合部材２のアルミニウム板４Ａの表面にアクリル樹脂系からなるエッチングレジスト５を全表面に塗布した。次いで、(ニ)この基板をミリングマシーンに取り付けコンピュータによりエンドミルを三次元同時制御しつつ、油性切削液をかけながらミリング加工した。すなわち、１ｍｍ径のエンドミルでアルミニウム板の不要部分(回路溝と外周側面)を、５０μｍ厚さにアルミニウム残層４Ａａを残して切削除去した。その後、(ホ)塩化第二鉄３０〜４０％、塩酸５〜１５％、残部が水からなるエッチング液を用いてエッチングを行なって残したアルミニウム残層４Ａａを除去し、(ヘ)アルミニウム板４Ａの表面のエッチングレジスト５を除去し、回路基板６を得た。
【００２５】
その結果、基板に反りがなく、クラックもない良好な回路基板６を作製できた。また、アルミニウム層４Ａ、４Ｂとセラミック板３との接合強度(アルミニウムが切れるまでの垂直ピール強度)は２０ｋｇｆ／ｃｍであった。
またこのときのパターン上部の幅とパターン下部の幅との差は０．１ｍｍ未満であった。
さらに得られた回路基板についてヒートサイクル試験を行った。回路基板に、室温→−４０℃×３０分→室温×１０分→＋１２５℃×３０分→室温×１０分を１サイクルとして熱衝撃を付加し、１０００サイクル後にセラミックス基板上のアルミニウム層を薬液で除去し、クラックの発生を調査した。この結果クラックの発生は見られなかった。
【００２６】
〔実施例２〕 実施例１と同様にして、ただし図３に示した工程に従って、アルミニウム−セラミックス複合部材７への回路パターンの形成を行なって回路基板を作製した。
【００２７】
すなわち、(イ)(ロ) 厚さ０．２５ｍｍ、純度９６％のアルミナ板からなるセラミック板８の両主面にアルミニウム板９Ａ、９Ｂを直接接合して複合部材７とした後、(ハ)回路パターン側にエッチングレジスト１０を塗布した。次いで、(ニ)この複合部材７をミリングカッタに取り付け、１ｍｍ径のエンドミルによるミリング加工により厚さ５０μｍ分の残層９Ａａを残して不要アルミニウム部を切削除去した後、(ホ)エッチング加工を行い、残りのアルミニウム残層９Ａａを除去した。次に、(ヘ)最初のエンドミルより径の大きい１．２ｍｍ径のエンドミルを用い、切削された回路溝部と側面部の位置に合せて、所定の０．３５ｍｍ厚さ分の縁部９Ａｂを残して同様に切削した後、(ト)形成された回路表面のエッチングレジスト１０を除去して目的の回路基板１１を得た。
【００２８】
得られた絶縁回路基板は反りもクラックも見られず良好なものであった。また、アルミニウム層９Ａ、９Ｂとセラミック板８との接合強度は２０ｋｇｆ／ｃｍであった。
さらに実施例１と同様のヒートサイクル試験を行ったが、１０００サイクル後、セラミックス基板にクラックの発生は見られなかった。
【００２９】
〔実施例３〕 実施例１と同様にして、エッチングレジストを施したアルミニウム−セラミック複合部材について１ｍｍ径のエンドミルによるミリング加工を行った。複合部材は、厚さ０．４ｍｍの回路用のアルミニウム板と厚さ０．４ｍｍのヒートシンク側用のアルミニウム板を厚さ０．２５ｍｍのアルミナからなるセラミックス板に不活性ガス雰囲気中での加熱、冷却により直接接合して得たものである。
【００３０】
この複合部材について、ミリングマシーンにより、回転数、加工速度、加工時間等の加工条件を種々設定し、図４に概要を示した回路図に従ってミリング加工を行ない、セラミックス板１２の表面にアルミニウム層１３からなる回路を有する回路基板１４を得た。これらは試料Ｎｏ．３〜８とし、加工条件と結果を表１に示した。
【００３１】
表１の試料Ｎｏ．１と試料Ｎｏ．３について、９個所におけるスリット幅(回路間隔)の寸法精度を測定したところ、表２のように、良好な精度が得られた。
次いで、得られた加工板をエッチングした。ミリング加工をドライ状態で行った試料Ｎｏ．４および試料Ｎｏ．５において、エッチングレジストの縁部の一部にレジストの浮き上がりのあるのがみられた。これは、ドライ加工としては加工速度が大きく、そのためにバリが大きく、エッチングレジスト膜を巻き込んだものとみられ、エッチングの際にその剥げた部分に液が侵入してパターンの縁部が欠けたものと見られる。ミリング加工をウエット状態で行った試料Ｎｏ．６〜８においてエッチングを行い良好なパターンが得られた。
【００３２】
すなわち、ドライ加工で少なくとも１０ｍｍ／秒以上の加工速度は精度の高い外観良好なパターンを目的とするのには適当ではないが、パターン縁部の欠けを無視できる設計の製品については非常に早い加工時間を実現できコスト的に有利となる。ウエット加工では加工速度をドライ加工の５〜１０倍にしても外観良好なパターンが得られるので生産性が良い。
さらに実施例１と同様のヒートサイクル試験を行ったが、１０００サイクル後、セラミックス基板にクラックの発生は見られなかった。
【００３３】
〔実施例４〕 Ａｌの厚さを０．６ｍｍと０．３ｍｍ、エンドミルの径を０．３ｍｍとした以外は試料Ｎｏ．６と同様の方法で試料Ｎｏ．９とＮｏ．１０を作製した。これも厚さ、パターン間隔（エンドミルの径）の影響なく良好なパターンが得られた。このときパターン上下の寸法差は０．１ｍｍ未満であった。また、パターン間隔の最大値と最小値の差は５０μｍ以内であった。
さらに実施例１と同様のヒートサイクル試験を行ったが、１０００サイクル後、セラミックス基板にクラックの発生は見られなかった。
【００３４】
〔比較例〕 実施例４の接合体に対して、エッチングによりパターン間隔が０．３ｍｍの回路基板の作製を試みた。まず絶縁体と、厚さ０．６ｍｍと０．３ｍｍの金属層の表面にエッチングレジストを形成し、塩化鉄のエッチング液でそれぞれ４０分間、２０分間のエッチングを行った。このとき基板表面に近い部分のパターン間隔が０．３ｍｍにエッチングされたが、基板の厚さ方向で中央部は金属層が完全にエッチングされておらず、回路基板を形成することができなかった。
【００３５】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、エッチング時間、エッチング液の劣化等、エッチング加工における負荷が軽減され、また、エッチング法のみの場合に比べ、回路パターン毎にスクリーン版を換える必要がない。また、エッチング法の場合に比べ、回路形成処理の均一性にすぐれ、回路間隔の寸法精度、パターンの直線性が向上し、テーパー角度が任意に選択でき、エッチング法に比べ、スカートを立てることができ、微細パターンの形成が可能となる等の効果を奏する。
【００３８】
ミリング加工が主体となり、エッチング加工も軽い処理ですみ、エッチング加工量が少なくなるので、エッチングレジストの全面塗布が可能になる等レジスト工程の負荷が軽減される。
また、パターン汎用性がある。すなわち銘柄対応性があり、また、断面形状に対しても汎用性があり、テーパー角度、段部も任意に形成することができる。
さらに、金属厚みに対する回路パターン間隔を小さくすることができ高精度の回路パターンを形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用可能なエンドミルの縦断面図の例であり、(イ)は円柱形状、(ロ)は逆円錐台形状、(ハ)は円錐台形状、(ニ)は段付円柱形状のエンドミルである。
【図２】本発明の実施例１の回路パターン形成方法を示す部材断面図による工程図で、(イ)(ロ)は複合部材の作製、(ハ)はエッチングレジスト塗布、(ニ)はミリング加工、(ホ)はエッチング加工、(ヘ)はエッチングレジスト除去の各工程を示す。
【図３】本発明の実施例２の回路パターン形成方法を示す部材断面図による工程図で、(イ)(ロ)は複合部材の作製、(ハ)はエッチングレジスト塗布、(ニ)は第１段のミリング加工、(ホ)はエッチング加工、(ヘ)は第２段のミリング加工、(ト)はエッチングレジスト除去の各工程を示す。
【図４】本発明の実施例３における回路基板の概略回路図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ エンドミル
２ 複合部材
３ セラミックス板
４Ａ、４Ｂ アルミニウム層(板)
４Ａａ アルミニウム残層
５ エッチングレジスト
６ 回路基板
７ 複合部材
８ セラミックス板
９Ａ、９Ｂ アルミニウム層(板)
９Ａａ アルミニウム残層
９Ａｂ アルミニウム縁部
１０ エッチングレジスト
１１ 回路基板
１２ セラミックス板
１３ アルミニウム層
１４ 回路基板
Claims (7)
- 絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層にエッチングレジストを形成してから、該金属層の不要部を該金属層の残層を残してミリング加工した後、該ミリング加工より径の大きい又は小さいエンドミルで該金属層を所定の厚さまでミリング加工し、次いでエッチング加工して該残層を除去することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法。
- 絶縁体の少なくとも一方の面に金属層を形成し金属−絶縁体複合部材を得た後に、該金属層にエッチングレジストを形成してから、該金属層の不要部を該金属層の残層を残してミリング加工した後、エッチング加工を行い該残層を除去し、次いで該ミリング加工より径の大きい又は小さいエンドミルで該金属層を所定の厚さを残してミリング加工することによってパターンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法。
- 前記エッチング加工後に前記エッチングレジストを除去する、請求項１または２に記載の回路基板の製造方法。
- 刃先が段差形状またはテーパー形状のエンドミルを用いて前記金属層の少なくとも一部をミリング加工する、請求項１〜３のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
- 前記ミリング加工が、被加工部材とエンドミルの接触する部分に潤滑液を用いるウエット加工である、請求項１〜４のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
- 前記ウエット加工において前記被加工部材と前記エンドミルの接触する部分に冷風を吹きつけ冷却しながら行う、請求項５記載の回路基板の製造方法。
- 前記パターンが側面部に段差を有するパターンである、請求項１〜６のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
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