JPH01251690A - セラミックス回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、熱衝撃に対する信頼性に優れたセラミックス
回路基板の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、パワートランスモジュール用基板やスイッチング
電源モジュール用基板などの回路基板として、セラミッ
クス基板上に銅板などの金属板を接合させたものがよく
用いられている。

このようなセラミックス回路基板の製造方法として、所
定形状の銅板をセラミックス基板上に接触配置させて加
熱し、接合界面にＣｕ−０の共晶液相を生成させ、この
液相によりセラミックス基板の表面を濡らし、次いで冷
却固化してセラミックス基板と銅板とを直接接合させる
、いわゆるＤＢＣ法（ダイレクト・ボンディング・カッ
パー法）が多用されるようになってきている。このＤＢ
Ｃ法により形成されたセラミックス回路基板は、セラミ
ックス基板と銅回路板との接合強度が強く、単純構造な
ので小型高実装化が可能であり、また作業工程も短縮で
きるなどの長所を有している。

ところで、このようなりＢＣ法によるセラミックス回路
基板においては、大電流を流せるように導電路となる銅
板の厚さを０．３ｍ＋ｎ〜０．５ｍｍと厚いものを使用
しているため、熱履歴に対して信頼性に乏しいという問
題がある。すなわち、冷熱サイクルが付加されると、セ
ラミックス部材と銅との熱膨張差によって発生する熱応
力により、セラミックス基板にクラックが生じたり、さ
らには銅板が剥離してしまう。このクラックは、特に残
留応力の主応力が作用する銅板の端部と近接するセラミ
ックス部分に発生しやすい。

このような問題を解決する一手段として、本出願人は先
に銅回路板の端部に薄肉部を形成し、この薄肉部の塑性
変形によって残留応力を低減し、熱履歴に対する信頼性
を向上させたセラミックス回路基板を提案している（特
願昭６２−２１７００６号）。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、銅回路板の端部に薄肉部を形成するこ
と、によって、熱履歴に対する信頼性が大幅に向上する
ものの、製造コストが高くなるなどの難点を有している
。

すなわち、銅回路板の端部に薄肉部を形成する方法とし
ては、たとえば予め所定の回路形状に加工した銅板の端
部に薄肉部をエツチングや機械加工によって形成してお
き、この銅回路板をセラミックス基板上に載置して加熱
接合する方法が考えられる。しかし、この方法では回路
形成に伴う変形など゛によって、接合界面にフクレやハ
ガレなどの接合不良が発生しやすいという難点がある。

特に、薄肉部で変形が大きくなりやすく、接合不良を起
こしやすい。また、回路パターンが複雑になると回路の
形成位置がずれやすくなるといった難点もある。

また、平板状の銅板を予めセラミックス基板上に加熱接
合し、この銅板に対してエツチングを施して所要の回路
パターンと各回路部の端部に薄肉部を形成する方法も考
えられている。しかし、この方法では、回路パターン形
成のためのエツチング処理と、薄肉部形成のためのエツ
チング処理といったように、２回エツチング処理を行わ
なければならず、この前後工程などを含めるとかなり製
造コストが高くなってしまうという難点がある。

本発明はこのような従来技術の課題に対処するべくなさ
れたもので、銅回路板の端部に薄肉部を形成し、熱履歴
に対する信頼性を向上させたＤＢＣ法によるセラミック
ス回路基板の製造コストを低減するとともに、回路パタ
ーンの形成精度や銅回路板の接合不良を低減することを
可能にしたセラミックス回路基板の製造方法を提供する
ことを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のセラミックス回路基板の製造方法は、セラミッ
クス基板上に銅板を接触配置し加熱接合させる工程と、
この接合された銅板表面に所要の回路パターンに対応す
る第１のレジスト膜をエツチング液に可溶な素材で形成
する工程と、この第１のレジスト膜上に前記回路パター
ンの外周から所定の範囲だけ残して前記エツチング液に
不溶な第２のレジスト膜を形成する工程と、これら第１
および第２のレジスト膜が形成された銅板にエツチング
処理を施し、前記銅板を所定の回路パターン形状に加工
するとともに前記回路パターンの各端部に薄肉部を形成
する工程とを有することを特徴としている。

（作　用） 本発明のセラミックス回路基板の製造方法においては、
まずセラミックス基板上に加熱接合された銅板上に回路
パターンに対応する第１のレジスト膜とこの第１のレジ
スト膜の外周から所定の幅だけ残して第２のレジスト膜
を形成している。

この後、エツチング処理を施すことによって、レジスト
膜で覆われていない部分の銅は除去されて　′回路パタ
ーンが形成される。また、第２のレジスト膜で覆われて
いる部分は、エツチングが進行しないのに対し、第１の
レジスト膜のみによって覆われている部分は徐々にエツ
チングが進行し、やがて銅板のエツチングが進行する。

そして、この銅のエツチングが所定の厚さとなるような
条件、たとえば時間を制御することにより、結果的に銅
板に回路パターンが形成されるとともに、各回路パター
ン部の端部に薄肉部が形成される。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図に示すように、まずセラミックス基板１の両面に
、平板状の実装部となる銅板２と実装部の反対側の面、
すなわち裏面となる銅板３とをそれぞれ載置し、所定の
温度に加熱して銅板２および３を接合する（同図−Ａ）
。

使用する銅板としては、タフピッチ銅のような酸素をｘ
ｏｏｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの割合で含有する銅を圧延
してなるものが好ましい。また、実装部となる銅板２の
厚さは０．２５　ｎＩｌ！−６，０＋ｎｍの範囲が好ま
しく、裏面の銅板３は実装部の銅板の厚さの３０％〜９
０％の範囲が好ましい。なお、この実施例では実装部と
なる銅板２としては、厚さ０．３ｍｍ％酸素含有量ａｏ
ｏｐｐｎ＋のタフピッチ銅を使用し、裏面の銅板３とし
ては厚さ　０．１５　ｍｍの同素材の銅板を使用した。

また、セラミックス基板としては、アルミナ、ベリリア
などの酸化物系のセラミックス焼結体や窒化アルミニウ
ム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ケイ素などの非酸化
物系のセラミックス焼結体など、各種セラミックス基板
を使用することが可能であるが、非酸化物系のセラミッ
クス基板を使用する場合には、予め接合表面を酸化処理
してから使用することが好ましい。

また、加熱接合時の温度条件は、銅の融点（１０８３℃
）以下で銅と酸素の共晶温度（１０８５℃）以上である
。なお、銅板接合時の加熱雰囲気は、酸素を含有する銅
板を使用する場合には不活性ガス雰囲気中が好ましく、
酸素を含有しない銅板を使用する場合には８０ｐｐｍ〜
３９００　［１ｆｆｌ程度の酸素を含有する雰囲気中が
好ましい。なお、この実施例では不活性ガス雰囲気中に
おいて１０７５℃、１０分間の条件で加熱を行った。

次に、実装面となる銅板３に所定の回路形状となるよう
に、エツチング液に対して可溶な素材からなる第１のレ
ジスト膜４を形成する。また、裏面の銅板３にも第１の
レジスト膜４を形成する（同図−Ｂ）。

この第１のレジスト膜としては、エツチング液に対して
所定のエツチング速度の得られるものであればどのよう
なものを使用してもよく、たとえばＡｇ−Ｃｕペースト
やＣｕ−Ｎｉペーストなどを用いて、スクリーン印刷な
どにより所定の回路パターンと。

なるように形成した金属系レジストなどが例示される。

また、この第１のレジスト膜の塗布厚やエツチング処理
時間によって、薄肉部の厚さを調節することができる。

この銅板端部に形成する薄肉部の厚さとしては、その先
端が少なくとも実装部の厚さの１／２以下とすることが
好ましく、より好ましくは０．１ｍｍ以下である。この
薄肉部の先端の厚さが実装面となる部分の厚さの１／２
を超えると、この薄肉部の塑性変形による残留応力低減
効果が十分に得られない。また、この厚さを薄くするほ
ど残留応力の低減を図れるが、この厚さが薄すぎると熱
応力によって破断する危険が生じるため、実用的には０
．０５　■程度までがよい。

次に、表裏両面の第１のレジスト膜４上に外周から所定
の幅だけ残して、それぞれエツチング液に対して不溶な
第２のレジスト膜５ａ形成する（同図−〇）。

第２のレジスト膜としては、たとえば一般的な有機系レ
ジストが用いられる。

そ１．で、第］のレジスト膜上における第２のレジスト
膜の形成されていない部分が薄肉部の形成範囲となる。

この薄肉部の形成範囲としては、銅板の外周より　０．
１ｍｍ〜１ｆｆｌ［１１程度の範囲が好ましい。

この薄肉部の形成範囲が０．１ｍａ＋未満であるとその
効果が十分に得られず、１ｍｍを超えて形成してもそれ
以上の効果が得られないとともに実装面積が減少する。

次いで、第１のレジスト膜４および第２のレジスト膜５
が順に形成された銅板２および３にエツチング処理を施
す。このエツチング処理は、たとえば硝酸溶液や塩化第
二鉄溶液などの銅および第１のレジスト膜に対する腐蝕
性を有するものであればどのようなものを使用してもよ
い。

このエツチング処理においては、まず第１のレジスト膜
で被覆されていない部分の銅が除去される。この銅のエ
ツチングと同時に第１のレジスト膜のエツチングも進行
する。ここで、第２のレジスト膜によって覆われている
部分はそのまま残り、第１のレジスト膜のみによって覆
われている部分は、やがて銅板のエツチングが進行する
。そして、この部分がハーフエツチングとなるような条
件を設定することによって、銅板の回路パターンと各回
路パターンの端部の薄肉部とが形成される。この実施例
では、エツチング液として塩化第二鉄溶液を用い、実装
部となる銅板２については各回路パターン部の端部が０
．１５　＋ｎｍとなるように、また裏面の銅板３につい
ては端部が０．１２　ｆｆ１ｍとなるようにエツチング
処理を施した。

このエツチング処理の後、第２のレジスト膜５および第
１のレジスト膜４を順に除去することによって、所要の
回路パターンが形成され、かつ各回路パターン部の端部
に薄肉部２ａおよび２ｂが形成されたセラミックス回路
基板が得られる（同図−Ｄ）。

このように、予め板状の銅部材をセラミックス基板上に
加熱接合し、この後に回路パターンに対応する第１のレ
ジスト膜と薄肉部の形成に対応する第２のレジスト膜を
順に形成してエツチング処理を施すことにより、１回の
エツチング処理のみで薄肉部を端部に有し、所要の回路
パターンに加工された銅回路板を有するセラミックス基
板を効率よく製造することができ、製造コストを低減す
ることが可能となる。また、形成される回路パターンは
、レジスト膜によって規制されるので、位置精度にも優
れたものとなる。さらに、薄肉部の形成を銅板の加熱接
合後に行っているので、銅板の接合に対してはなんら悪
影響を及ぼすことがなく、接合不良の発生率も低減でき
る。

また、得らねたセラミックス回路基板を用いて、サーマ
ルサイクルテストを、−４０℃×３０分＋２５℃×１０
分＋　１５０℃×３０分＋２５℃ｘｉｏ分を　１サイク
ルとして行ったところ、　１００サイクル後において、
もセラミックス基板にクラックは発生しておらず、熱履
歴に対する信頼性に優れたものであった。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のセラミックス回路基板の製
造方法によれば、銅板の各端部に薄肉部を形成し、熱履
歴に対する信頼性を向上させたセラミックス回路基板の
製造コストを低減することが可能となる。また、回路パ
ターンの位置精度が正確であるとともに接合不良の発生
も低減されたセラミックス回路基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のセラミックス回路基板の製
造工程を示す断面図である。 １・・・・・・・・・セラミックス基板２．３・・・・
・・・・・銅板 ２ａ、３ａ・・・薄肉部 ４・・・・・・・・・第１のレジスト膜５・・・・・・
・・・第２のレジスト膜代理人　弁理士　　則　近　憲
　信

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス基板上に銅板を接触配置し加熱接合
   させる工程と、この接合された銅板表面に所要の回路パ
   ターンに対応する第１のレジスト膜をエッチング液に可
   溶な素材で形成する工程と、この第１のレジスト膜上に
   前記回路パターンの外周から所定の範囲だけ残して前記
   エッチング液に不溶な第２のレジスト膜を形成する工程
   と、これら第１および第２のレジスト膜が形成された銅
   板にエッチング処理を施し、前記銅板を所定の回路パタ
   ーン形状に加工するとともに前記回路パターンの各端部
   に薄肉部を形成する工程とを有することを特徴とするセ
   ラミックス回路基板の製造方法。