セラミックス回路基板の製造方法
【課題】半田流れによる回路の短絡や部品の接合不良が少なく動作信頼性に優れ、高い製造歩留りで容易に量産することが可能なセラミックス回路基板を提供する。
【解決手段】セラミックス基板の表面に厚さが０．１〜０．５ｍｍである複数の金属回路板３を接合し、上記金属回路板３の表面に半田層７を介して半導体素子８などの部品を一体に接合したセラミックス回路基板１の製造方法において、上記部品を半田接合する金属回路板３，３の少なくとも他の金属回路板３，３と隣接する周縁部に半田流れを防止する突起９、９ａを形成する工程と、この突起９、９ａの高さが５〜５０μｍの範囲であり、突起９、９ａの幅が０．１〜０．５ｍｍの範囲に調整する工程とを備え、上記突起９，９ａとして、金属板素材をプレス成形により打ち抜いて所定の金属回路板とする際に、回路板周縁に形成されるばりをそのまま突起として利用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である。
【解決手段】セラミックス基板の表面に厚さが０．１〜０．５ｍｍである複数の金属回路板３を接合し、上記金属回路板３の表面に半田層７を介して半導体素子８などの部品を一体に接合したセラミックス回路基板１の製造方法において、上記部品を半田接合する金属回路板３，３の少なくとも他の金属回路板３，３と隣接する周縁部に半田流れを防止する突起９、９ａを形成する工程と、この突起９、９ａの高さが５〜５０μｍの範囲であり、突起９、９ａの幅が０．１〜０．５ｍｍの範囲に調整する工程とを備え、上記突起９，９ａとして、金属板素材をプレス成形により打ち抜いて所定の金属回路板とする際に、回路板周縁に形成されるばりをそのまま突起として利用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である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高密度実装用のセラミックス回路基板の製造方法に係り、特に半田流れによる回路の短絡や接合不良が少なく動作信頼性に優れ、高い製造歩留りで簡単に量産することが可能なセラミックス回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体などのように絶縁性に優れたセラミックス基板の表面に、導電性を有する金属回路板をろう材や接着剤やメタライズ金属層で一体に接合した回路基板がパワートランジスター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として広く普及している。
【０００３】
しかしながら上記回路基板においては、金属回路板とセラミックス基板との間に、ろう材や接着剤やメタライズ層のような介在物が存在するため、両者間の熱抵抗が大きくなり、金属回路板上に設けられた半導体素子の発熱を系外に迅速に放熱させることが困難であるという問題点があった。
【０００４】
このような問題点を解消するため、近年、上記ろう材や接着剤やメタライズ層を使用せずに、所定形状に打ち抜いてパターニングした金属回路板をセラミックス基板上に接触配置させて加熱するだけで直接接合する方法（ＤＢＣ法）が検討されている。すなわち、直接接合法は、セラミックスと金属とを、ろう材層や接着剤層やメタライズ層などの接合層を介在させずに直接的に接合する方法である。この直接接合法では金属中あるいは金属表面に存在する結合剤（銅の場合は酸素）と金属との共晶液相が生成され、この共晶液相により、セラミックス基板の濡れ性を高めて両部材が直接的に接合される。
【０００５】
一方、回路基板に搭載する半導体素子の高集積化，高出力化に対応するため、従来のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板などのセラミックス基板と比較して熱伝導率が高く、放熱性が優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用いた回路基板も普及している。すなわち、従来のセラミックス基板より高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板の表面に、例えば銅回路板を直接接合法によって表面に接合した後に、さらに回路板表面に半導体素子，抵抗，コンデンサなどの部品を半田接合した窒化アルミニウム回路基板が半導体素子搭載用基板として広く使用されるに至っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２４２３３０号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２３３１号公報
【特許文献３】特開平０４−１０３１５０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、近年の半導体基板を使用した電子機器の小型化への技術的要請はさらに高まり、半導体素子などの部品をより多数搭載した高密度実装基板が要求されている。ここで、高密度実装基板には、半導体素子，抵抗，コンデンサなどの部品を同一基板内に多数搭載する必要があるため、それらの部品を電気的に接続する回路層の微細化が必須の要件となる。
【０００８】
ところが、従来のようにプレス加工やエッチング加工によって所定形状に形成した銅回路板を使用して回路層を形成する手法では、回路層のさらなる微細化は困難であった。また、セラミックス基板の表面にメタライズ法によって微細な回路層を形成し、その回路層の表面に半導体素子などの部品を半田接合により一体に実装して構成した回路基板が広く使用されている。
【０００９】
しかしながら、上記構成の回路基板においては、銅などから成る金属回路板の周縁部は突起のない平坦な形状に形成されていたため、部品を回路板表面に半田接合する際に、半田が接合部以外の領域に流出し易く、半導体素子などの部品の接合不良が生じ易く、また流出した半田によって微細な回路層が短絡する問題点があった。そして回路基板の動作不良が生じ易く、回路基板の製造歩留りが大幅に低下する問題点があった。
【００１０】
特に、半導体素子等の部品を金属回路板の周縁位置に近接して配置せざるを得ない回路パターンである場合には、溶融した半田が隣接する回路パターン間に流出してしまい、半田ボイドが発生し易く、半田付け不良が多発して回路基板の製造歩留りが大幅に低下する問題点もあった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、特に半田流れによる回路の短絡や部品の接合不良が少なく動作信頼性に優れ、高い製造歩留りで簡単に量産することが可能な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する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本願発明者らはセラミックス回路基板における半田流れ防止構造を種々検討した。その結果、セラミックス基板に接合する金属回路板の周縁位置に所定形状の突起を形成したときに、半導体素子などの部品を半田によって金属回路板表面に接合する際の半田が回路パターン間に流出することが効果的に防止でき、配線間の短絡事故が解消されるとともに、部品の金属回路板への位置決めも極めて容易になった。さらに、塗布した最少量の半田が全て部品の接合に寄与することになり、部品の良好な接合強度を有するセラミックス回路基板が初めて得られるという知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
【００１３】
すなわち、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板の表面に厚さが０．１〜０．５ｍｍである複数の金属回路板を接合し、上記金属回路板の表面に半田層を介して半導体素子などの部品を一体に接合したセラミックス回路基板の製造方法において、上記部品を半田接合する金属回路板の少なくとも他の金属回路板と隣接する周縁部に半田流れを防止する突起を形成する工程と、この突起の高さが５〜５０μｍの範囲であり、突起の幅が０．１〜０．５ｍｍの範囲に調整する工程とを備え、上記突起として、金属板素材をプレス成形により打ち抜いて所定の金属回路板とする際に、回路板周縁に形成されるばりをそのまま突起として利用することを特徴とする。
【００１４】
また、上記半田流れを防止する突起の高さは、５〜５０μｍの範囲であることが好ましい。さらに、半田流れを防止する突起の幅は、０．１〜０．２ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１５】
また、金属回路板は、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材層を介してセラミックス基板と接合するとよい。さらに、金属回路板は、直接接合法によりセラミックス基板に接合してもよい。特に、金属回路板が銅回路板であり、この銅回路板がＣｕ−Ｏ共晶化合物によりセラミックス基板に接合されるように構成してもよい。
【００１６】
また、ろう材層を形成する面積が金属回路板の面積より小さく、金属回路板周縁部に未接合部を形成することにより、金属回路板の周縁部が盛り上がるように突起を形成することもできる。
【００１７】
本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法に使用されるセラミックス基板としては、特に限定されるものではなく、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）等の酸化物系セラミックス基板の他に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４），窒化チタン（ＴｉＮ）等の窒化物、炭化けい素（ＳｉＣ），炭化チタン（ＴｉＣ）等の炭化物、またはほう化ランタン等のほう化物等の非酸化物系セラミックス基板でもよい。これらのセラミックス基板には酸化イットリウムなどの焼結助剤等が含有されていてもよい。
【００１８】
また上記金属回路板を構成する金属としては、銅，アルミニウム，鉄，ニッケル，クロム，銀，モリブデン，コバルトの単体またはその合金，コバール合金など、基板成分との共晶化合物を生成し、直接接合法や活性金属法を適用できる金属であれば特に限定されないが、特に導電性および価格の観点から銅，ニッケル，アルミニウムまたはその合金が好ましい。
【００１９】
金属回路板の厚さは、通電容量等を勘案して決定されるが、セラミックス基板の厚さを０．２５〜１．２ｍｍの範囲とする一方、金属回路板の厚さを０．１〜０．５ｍｍの範囲に設定して両者を組み合せると熱膨張差による変形などの影響を受けにくくなる。
【００２０】
特に金属回路板として銅回路板を使用し直接接合法によって接合する場合には、酸素を１００〜１０００ｐｐｍ含有するタフピッチ電解銅から成る銅回路板を使用し、さらに銅回路板表面に所定厚さの酸化銅層を予め形成することにより、直接接合時に、発生するＣｕ−Ｏ共晶の量を増加させ、基板と銅回路板との接合強度を、より向上させることができる。
【００２１】
半田流れを防止する突起は、金属回路板上に半導体素子などの搭載部品を半田接合する際に、余剰の半田が流れ出すことを防止するために金属回路板の周縁部に一体に形成される。この半田流れを防止する突起の高さＨは５〜５０μｍ、好ましくは１０〜１５μｍの範囲とされる一方、幅Ｗは０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１〜０．２ｍｍの範囲とされる。この高さＨが５μｍ未満または幅Ｗが０．１ｍｍ未満と過小な場合には、半田の流れを防止することが困難である一方、厚さが５０μｍまたは幅が０．５ｍｍを超えるように過大に形成すると、部品の配置が困難になり、半導体素子などの搭載に悪影響を与える。
【００２２】
上記半田流れを防止する突起の形成方法としては、例えば図４〜図６に示す方法が採用される。すなわち、図４に示すように金属板素材をプレス成形により打ち抜いて所定の金属回路板とする際に、回路板周縁に形成されるばりをそのまま突起９ａとして利用することが可能である。
【００２３】
また、図５に示すように、予め所定の回路形状にパターニングされた金属回路板３をろう材層６を介してセラミックス基板２上に接合した後に、セラミックス基板２と金属回路板３との線膨張係数差によって接合部近傍が収縮して金属回路板３の周縁を盛り上げて突起９ｂとすることもできる。
【００２４】
さらに、図６に示すように、ろう材層６を形成する面積を金属板路板３の面積より５〜１５％程度小さくし、金属回路板３の周縁部に未接合部を形成することにより、接合後に金属回路板３の周縁部を外方に変形せしめて所定形状の突起９ｃを形成することも可能である。
【００２５】
上記のように金属回路板の周縁部に突起を有する本発明に係るセラミックス回路基板は、以下のような手順で製造される。すなわち、図４に示すようにプレス成形時に形成されたばりをそのまま突起として利用する場合には、その突起を有する金属回路板を、活性金属法または直接接合法によってセラミックス基板に一体に接合して製造され。また、図５〜図６に示すように平坦な金属回路板を接合後に変形させて突起を形成する場合には、その金属回路板を、活性金属法または直接接合法によってセラミックス基板に一体に接合した後に変形せしめ突起を形成して製造される。
【００２６】
なお、直接接合法はＡｌ２Ｏ３などの酸化物系セラミックス基板のみについては直ちに適用可能であり、窒化アルミニウムや窒化けい素などの非酸化物系セラミックス基板にそのまま適用しても基板に対する濡れ性が低いため、金属回路板の充分な接合強度が得られない。
【００２７】
そこでセラミックス基板として非酸化物系セラミックスを使用する場合には、その非酸化物系セラミックス基板の表面に予め酸化物層を形成し、基板に対する濡れ性を高める必要がある。この酸化物層は上記非酸化物系セラミックス基板を、空気中などの酸化雰囲気中で温度１０００〜１４００℃程度で２〜１５時間加熱して形成される。この酸化物層の厚さが０．５μｍ未満の場合には、上記濡れ性の改善効果が少ない一方、１０μｍを超えるように厚く形成しても改善効果が飽和するため、酸化物層の厚さは０．５〜１０μｍの範囲が必要であり、より好ましくは１〜５μｍの範囲が望ましい。
【００２８】
本発明に係るセラミックス回路基板において、活性金属法によって金属回路板を接合する際に形成される活性金属ろう材層は、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有し適切な組成比を有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材等で構成され、このろう材組成物を有機溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペーストをセラミックス基板表面にスクリーン印刷する等の方法で形成される。
【００２９】
上記接合用組成物ペーストの具体例としては、下記のようなものがある。すなわち重量％でＣｕを１５〜３５％，Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少くとも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質的にＡｇから成る組成物を有機溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペーストを使用するとよい。
【００３０】
上記活性金属はセラミックス基板に対するろう材の濡れ性を改善するための成分であり、特に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板に対して有効である。上記の活性金属の配合量は、接合用組成物全体に対して１〜１０重量％が適量である。
【００３１】
一方、直接接合法によって金属回路板を接合する場合には、以下のように処理される。すなわちＡｌ２Ｏ３など酸化物系セラミックス基板は、そのまま使用されるが、セラミックス基板が非酸化物系セラミックスから成り、また金属回路板が銅回路板である場合には、以下のように接合操作が実施される。すなわち酸化物層を形成したセラミックス基板の表面の所定位置に、銅回路板を接触配置して基板方向に押圧した状態で、銅の融点（１０８３℃）未満で銅−酸化銅の共晶温度（１０６５℃）以上に加熱し、生成したＣｕ−Ｏ共晶化合物液相（共晶融体）を接合剤として銅回路板がセラミックス基板表面に直接的に接合される。この直接接合法は、いわゆる銅直接接合法（ＤＢＣ法：Ｄｉｒｅｃｔ ＢｏｎｄｉｎｇＣｏｐｐｅｒ法）である。
【００３２】
一方、金属回路板がアルミニウム回路板である場合には、結合剤としてはＳｉが選択されセラミックス基板表面にＡｌ回路板を押圧した状態でアルミニウム−けい素の共晶温度以上に加熱し、生成したＡｌ−Ｓｉ共晶化合物液相（共晶融体）を接合剤としてＡｌ回路板がセラミックス基板表面に直接的に接合されてセラミックス回路基板が製造される。
【００３３】
このセラミックス回路基板の金属回路板表面に、半田層を介して半導体素子，抵抗素子，コンデンサなどの部品を一体に接合して本発明に係るセラミックス回路基板が製造される。
【００３４】
上記構成に係るセラミックス回路基板の製造方法によれば、金属回路板の部品接合部の周縁に半田流れを防止する突起が一体に形成されているため、部品接合後に余剰の半田が突起によって拘束され周囲に流れ出すおそれがない。したがって、半田流れによる回路の短絡や接合不良が少なく、動作信頼性に優れたセラミックス回路基板が得られる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明の通り、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法によれば、金属回路板の部品接合部の周縁に半田流れ防止用の突起が形成されているため、部品接合後に余剰の半田が突起によって拘束される結果、周囲に流れ出すおそれがない。したがって、半田流れによる回路の短絡や接合不良が少なく、動作信頼性に優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】
【００３６】
【図１】本発明に係るセラミックス回路基板の一実施例を示す平面図。
【図２】図１に示すセラミックス回路基板の断面図。
【図３】図１に示すセラミックス回路基板の底面図。
【図４】金属回路板に形成する突起の形状例を示す断面図。
【図５】金属回路板に形成する突起の形状例を示す断面図。
【図６】金属回路板に形成する突起の形状例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
次に本発明の実施形態について添付図面を参照し、以下の実施例に基づいて説明する。
【００３８】
セラミックス基板として、図１〜図３に示す寸法を有し、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚さが０．６３５ｍｍである窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）基板と、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚さが０．６３５ｍｍである窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板と、熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚さが０．６３５ｍｍであるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板とを同一焼成ロットから多数用意した。
【００３９】
一方、金属板として図１〜図３に示す形状および厚さを有し、Ｃｕ（無酸素銅），Ｎｉ，Ａｌ，コバール合金（２８％Ｎｉ−１８Ｃｏ−Ｆｅ）の各金属材から成る金属板路板（厚さ０．３ｍｍ）および裏金属板（厚さ０．２５ｍｍ）をそれぞれ調製した。
【００４０】
一方、重量比でＴｉ粉末を３％、Ｉｎ粉末を１０％、Ａｇ粉末を６２％、Ｃｕ粉末を２５％含有する粉末混合体１００重量部に対して、溶媒としてのテレピネオールにバインダーとしてのエチルセルロースを溶解したバインダー溶液を２０重量部添加して、擂回機で混合後、三段ロールで混練してペースト状の接合用組成物を調製した。
【００４１】
［実施例１〜６］
表１に示すように窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）基板，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板，およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板の両面に前記ペースト状接合用組成物を介在させて、それぞれ表１に示す金属回路板および裏金属板を接触配置して３層構造の積層体とし、この各積層体を加熱炉内に配置し、炉内を１．３×１０−８ＭＰａの真空度に調整した後に温度７５０℃にて１５分間加熱して図１〜図３に示すように、各セラミックス基板２にろう材層６を介して金属回路板３および裏金属板４を一体に接合して、多数の接合体を得た。各接合体の金属回路板３の周縁部には、表１に示す幅および高さを有する突起９を形成した。
【００４２】
そして、上記突起９を形成した金属回路板表面に半田粒（６３半田）を介して半導体素子（Ｓｉチップ）８を載置し、半田リフロー操作によって接合面に半田層７を形成し、金属回路板３と半導体素子８とを一体に接合することにより、図１に示すような実施例１〜６に係るセラミックス回路基板１を調製した。
【００４３】
［実施例７］
金属板素材をプレスで打ち抜いて、図４に示すような高さ６μｍの突起９ａを形成した金属板路板を用意した。次にＡｌ２Ｏ３基板の表面側に、図１〜２に示す厚さ０．３ｍｍのタフピッチ電解銅から成る金属回路板としての銅回路板を接触配置する一方、背面側に厚さ０．２５ｍｍのタフピッチ銅から成る裏金属板としての銅板を接触配置して積層体とし、この積層体を窒素ガス雰囲気に調整し、温度１０７５℃に設定した加熱炉に挿入して１分間加熱することにより、Ａｌ２Ｏ３基板の両面に金属回路板（Ｃｕ板）または裏銅板を直接接合法（ＤＢＣ法）によって接合した接合体をそれぞれ調製した。さらに各接合体の金属回路板の表面に、実施例１と同様に半田層７を介して半導体素子８を一体に接合することにより、所定の回路パターンを有する実施例７に係るセラミックス回路基板とした。
【００４４】
［実施例８〜９］
金属板素材をプレスで打ち抜いて、図４に示すような幅が０．１ｍｍ（実施例８用）または幅が０．５ｍｍ（実施例９用）で高さ８μｍの突起９ａを形成した金属板路板をそれぞれ用意した。
【００４５】
一方、実施例２で使用した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を空気雰囲気の加熱炉中で温度１３００℃で１２時間加熱することにより、基板全表面を酸化し厚さ２μｍの酸化物層（Ａｌ２Ｏ３皮膜）を形成した。
【００４６】
次に酸化物層を形成した各ＡｌＮ基板の表面側に、図１〜２に示す厚さ０．３ｍｍのタフピッチ電解銅から成り、それぞれ突起９ａを形成した金属回路板としての銅回路板を接触配置する一方、背面側に厚さ０．２５ｍｍのタフピッチ銅から成る裏金属板としての銅板を接触配置して積層体とし、この積層体を窒素ガス雰囲気に調整し、温度１０７５℃に設定した加熱炉に挿入して１分間加熱することにより、各ＡｌＮ基板の両面に金属回路板（Ｃｕ板）または裏銅板を直接接合法（ＤＢＣ法）によって接合した接合体をそれぞれ調製した。さらに各接合体の金属回路板の表面に、実施例１と同様に半田層７を介して半導体素子８を一体に接合することにより、所定の回路パターンを有する実施例８〜９に係るセラミックス回路基板とした。
【００４７】
このように調製された各実施例のセラミックス回路基板１は、図１〜図２に示すようにセラミックス基板２表面上に接合された金属回路板３と、この金属回路板３の周縁部に形成された半田流れ防止用の突起９ａと、金属回路板３表面部に半田層７を介して接合された半導体素子８とを備えて構成されている。
【００４８】
上記実施例１〜９に係るセラミックス回路基板１によれば、半導体素子８の接合後に、余剰の半田が半田流れ防止用の突起９，９ａによって拘束される結果、半田流れはほとんど発生しなかった。したがって、半田流れによる回路の短絡および接合不良が少なく、動作信頼性に優れたセラミックス回路基板１が得られた。
【００４９】
［比較例１〜３］
一方、実施例１，実施例４および実施例２において使用した予めパターニングされたＣｕ回路板およびＮｉ回路板に代えて、１枚板状の同一厚さのＣｕ板およびＮｉ板をそれぞれ実施例１と同様に活性金属法によって接合した後に、得られた各接合体をエッチング処理することにより所定の回路パターンを有するセラミックス回路基板とした点以外は、それぞれ実施例１，実施例４および実施例２と同一条件で処理することにより、それぞれ対応する比較例１〜３に係るセラミックス回路基板を調製した。
【００５０】
［比較例４］
一方、実施例７において使用した予めパターニングされたＣｕ回路板に代えて、１枚板状の同一厚さのＣｕ板を実施例７と同様に直接接合法（ＤＢＣ法）によって接合した後に、得られた接合体をエッチング処理することにより所定の回路パターンを有するセラミックス回路基板とした点以外は、実施例７と同一条件で処理することにより、対応する比較例４に係るセラミックス回路基板を調製した。
【００５１】
上記比較例１〜４に係るセラミックス回路基板においては、セラミックス基板表面に一体に接合した金属板をエッチング処理して所定パターンを有する金属回路板を形成しているため、各金属回路板の周縁部には、表１に示す通り、ほとんど突起が形成されていない。
【００５２】
上記のように調製した実施例１〜８および比較例１〜４に係る各セラミックス回路基板について、半導体素子の接合不良，接合部におけるボイド（未接合部）の発生の有無，および半田流れによる配線ショート等の不良発生率の合計値を求めたところ、下記表１に示す結果を得た。
【００５３】
【表１】
【００５４】
上記表１に示す結果から明らかなように、金属回路板３の周縁に所定寸法の突起９，９ａ等を形成した各実施例に係るセラミックス回路基板１においては、部品としての半導体素子８を半田接合した場合においても、余剰の半田が突起９，９ａによって拘束される結果、半田流れによる不良はほとんど発生しないことが判明した。したがって、半田流れによる回路の短絡がなく、動作信頼性に優れたセラミックス回路基板１が得られることが判明した。
【００５５】
特に塗布した最少量の半田が全て部品の接合に寄与することになり、部品としての半導体素子の接合強度も従来と比較して大幅に改善された。そして、後工程における各種部品の半田付け歩留りも大幅に改善された。
【００５６】
さらに、金属回路板３の周縁に形成された突起９によって半導体素子８等の搭載位置決めが容易になり、回路基板のアッセンブリ工程での組立作業性が良好になるとともに、回路寸法精度および部品の位置決め精度が高いセラミックス回路基板が得られた。
【００５７】
一方、金属回路板３の周縁部に半田流れ防止用の突起を形成しない各比較例に係るセラミックス回路基板においては、半田流れによる回路の短絡や汚損および接合不良による不良率が大幅に増加した。
【符号の説明】
【００５８】
１ セラミックス回路基板
２ セラミックス基板（Ｓｉ３Ｎ４基板，ＡｌＮ基板，Ａｌ２Ｏ３基板）
３ 金属回路板（銅回路板）
４ 裏金属板（裏銅板）
６ ろう材層
７ 半田層
８ 半導体素子（Ｓｉチップ）
９，９ａ，９ｂ，９ｃ 突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は高密度実装用のセラミックス回路基板の製造方法に係り、特に半田流れによる回路の短絡や接合不良が少なく動作信頼性に優れ、高い製造歩留りで簡単に量産することが可能なセラミックス回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体などのように絶縁性に優れたセラミックス基板の表面に、導電性を有する金属回路板をろう材や接着剤やメタライズ金属層で一体に接合した回路基板がパワートランジスター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として広く普及している。
【０００３】
しかしながら上記回路基板においては、金属回路板とセラミックス基板との間に、ろう材や接着剤やメタライズ層のような介在物が存在するため、両者間の熱抵抗が大きくなり、金属回路板上に設けられた半導体素子の発熱を系外に迅速に放熱させることが困難であるという問題点があった。
【０００４】
このような問題点を解消するため、近年、上記ろう材や接着剤やメタライズ層を使用せずに、所定形状に打ち抜いてパターニングした金属回路板をセラミックス基板上に接触配置させて加熱するだけで直接接合する方法（ＤＢＣ法）が検討されている。すなわち、直接接合法は、セラミックスと金属とを、ろう材層や接着剤層やメタライズ層などの接合層を介在させずに直接的に接合する方法である。この直接接合法では金属中あるいは金属表面に存在する結合剤（銅の場合は酸素）と金属との共晶液相が生成され、この共晶液相により、セラミックス基板の濡れ性を高めて両部材が直接的に接合される。
【０００５】
一方、回路基板に搭載する半導体素子の高集積化，高出力化に対応するため、従来のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板などのセラミックス基板と比較して熱伝導率が高く、放熱性が優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用いた回路基板も普及している。すなわち、従来のセラミックス基板より高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板の表面に、例えば銅回路板を直接接合法によって表面に接合した後に、さらに回路板表面に半導体素子，抵抗，コンデンサなどの部品を半田接合した窒化アルミニウム回路基板が半導体素子搭載用基板として広く使用されるに至っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２４２３３０号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２３３１号公報
【特許文献３】特開平０４−１０３１５０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、近年の半導体基板を使用した電子機器の小型化への技術的要請はさらに高まり、半導体素子などの部品をより多数搭載した高密度実装基板が要求されている。ここで、高密度実装基板には、半導体素子，抵抗，コンデンサなどの部品を同一基板内に多数搭載する必要があるため、それらの部品を電気的に接続する回路層の微細化が必須の要件となる。
【０００８】
ところが、従来のようにプレス加工やエッチング加工によって所定形状に形成した銅回路板を使用して回路層を形成する手法では、回路層のさらなる微細化は困難であった。また、セラミックス基板の表面にメタライズ法によって微細な回路層を形成し、その回路層の表面に半導体素子などの部品を半田接合により一体に実装して構成した回路基板が広く使用されている。
【０００９】
しかしながら、上記構成の回路基板においては、銅などから成る金属回路板の周縁部は突起のない平坦な形状に形成されていたため、部品を回路板表面に半田接合する際に、半田が接合部以外の領域に流出し易く、半導体素子などの部品の接合不良が生じ易く、また流出した半田によって微細な回路層が短絡する問題点があった。そして回路基板の動作不良が生じ易く、回路基板の製造歩留りが大幅に低下する問題点があった。
【００１０】
特に、半導体素子等の部品を金属回路板の周縁位置に近接して配置せざるを得ない回路パターンである場合には、溶融した半田が隣接する回路パターン間に流出してしまい、半田ボイドが発生し易く、半田付け不良が多発して回路基板の製造歩留りが大幅に低下する問題点もあった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、特に半田流れによる回路の短絡や部品の接合不良が少なく動作信頼性に優れ、高い製造歩留りで簡単に量産することが可能な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する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本願発明者らはセラミックス回路基板における半田流れ防止構造を種々検討した。その結果、セラミックス基板に接合する金属回路板の周縁位置に所定形状の突起を形成したときに、半導体素子などの部品を半田によって金属回路板表面に接合する際の半田が回路パターン間に流出することが効果的に防止でき、配線間の短絡事故が解消されるとともに、部品の金属回路板への位置決めも極めて容易になった。さらに、塗布した最少量の半田が全て部品の接合に寄与することになり、部品の良好な接合強度を有するセラミックス回路基板が初めて得られるという知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
【００１３】
すなわち、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板の表面に厚さが０．１〜０．５ｍｍである複数の金属回路板を接合し、上記金属回路板の表面に半田層を介して半導体素子などの部品を一体に接合したセラミックス回路基板の製造方法において、上記部品を半田接合する金属回路板の少なくとも他の金属回路板と隣接する周縁部に半田流れを防止する突起を形成する工程と、この突起の高さが５〜５０μｍの範囲であり、突起の幅が０．１〜０．５ｍｍの範囲に調整する工程とを備え、上記突起として、金属板素材をプレス成形により打ち抜いて所定の金属回路板とする際に、回路板周縁に形成されるばりをそのまま突起として利用することを特徴とする。
【００１４】
また、上記半田流れを防止する突起の高さは、５〜５０μｍの範囲であることが好ましい。さらに、半田流れを防止する突起の幅は、０．１〜０．２ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１５】
また、金属回路板は、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材層を介してセラミックス基板と接合するとよい。さらに、金属回路板は、直接接合法によりセラミックス基板に接合してもよい。特に、金属回路板が銅回路板であり、この銅回路板がＣｕ−Ｏ共晶化合物によりセラミックス基板に接合されるように構成してもよい。
【００１６】
また、ろう材層を形成する面積が金属回路板の面積より小さく、金属回路板周縁部に未接合部を形成することにより、金属回路板の周縁部が盛り上がるように突起を形成することもできる。
【００１７】
本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法に使用されるセラミックス基板としては、特に限定されるものではなく、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）等の酸化物系セラミックス基板の他に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４），窒化チタン（ＴｉＮ）等の窒化物、炭化けい素（ＳｉＣ），炭化チタン（ＴｉＣ）等の炭化物、またはほう化ランタン等のほう化物等の非酸化物系セラミックス基板でもよい。これらのセラミックス基板には酸化イットリウムなどの焼結助剤等が含有されていてもよい。
【００１８】
また上記金属回路板を構成する金属としては、銅，アルミニウム，鉄，ニッケル，クロム，銀，モリブデン，コバルトの単体またはその合金，コバール合金など、基板成分との共晶化合物を生成し、直接接合法や活性金属法を適用できる金属であれば特に限定されないが、特に導電性および価格の観点から銅，ニッケル，アルミニウムまたはその合金が好ましい。
【００１９】
金属回路板の厚さは、通電容量等を勘案して決定されるが、セラミックス基板の厚さを０．２５〜１．２ｍｍの範囲とする一方、金属回路板の厚さを０．１〜０．５ｍｍの範囲に設定して両者を組み合せると熱膨張差による変形などの影響を受けにくくなる。
【００２０】
特に金属回路板として銅回路板を使用し直接接合法によって接合する場合には、酸素を１００〜１０００ｐｐｍ含有するタフピッチ電解銅から成る銅回路板を使用し、さらに銅回路板表面に所定厚さの酸化銅層を予め形成することにより、直接接合時に、発生するＣｕ−Ｏ共晶の量を増加させ、基板と銅回路板との接合強度を、より向上させることができる。
【００２１】
半田流れを防止する突起は、金属回路板上に半導体素子などの搭載部品を半田接合する際に、余剰の半田が流れ出すことを防止するために金属回路板の周縁部に一体に形成される。この半田流れを防止する突起の高さＨは５〜５０μｍ、好ましくは１０〜１５μｍの範囲とされる一方、幅Ｗは０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１〜０．２ｍｍの範囲とされる。この高さＨが５μｍ未満または幅Ｗが０．１ｍｍ未満と過小な場合には、半田の流れを防止することが困難である一方、厚さが５０μｍまたは幅が０．５ｍｍを超えるように過大に形成すると、部品の配置が困難になり、半導体素子などの搭載に悪影響を与える。
【００２２】
上記半田流れを防止する突起の形成方法としては、例えば図４〜図６に示す方法が採用される。すなわち、図４に示すように金属板素材をプレス成形により打ち抜いて所定の金属回路板とする際に、回路板周縁に形成されるばりをそのまま突起９ａとして利用することが可能である。
【００２３】
また、図５に示すように、予め所定の回路形状にパターニングされた金属回路板３をろう材層６を介してセラミックス基板２上に接合した後に、セラミックス基板２と金属回路板３との線膨張係数差によって接合部近傍が収縮して金属回路板３の周縁を盛り上げて突起９ｂとすることもできる。
【００２４】
さらに、図６に示すように、ろう材層６を形成する面積を金属板路板３の面積より５〜１５％程度小さくし、金属回路板３の周縁部に未接合部を形成することにより、接合後に金属回路板３の周縁部を外方に変形せしめて所定形状の突起９ｃを形成することも可能である。
【００２５】
上記のように金属回路板の周縁部に突起を有する本発明に係るセラミックス回路基板は、以下のような手順で製造される。すなわち、図４に示すようにプレス成形時に形成されたばりをそのまま突起として利用する場合には、その突起を有する金属回路板を、活性金属法または直接接合法によってセラミックス基板に一体に接合して製造され。また、図５〜図６に示すように平坦な金属回路板を接合後に変形させて突起を形成する場合には、その金属回路板を、活性金属法または直接接合法によってセラミックス基板に一体に接合した後に変形せしめ突起を形成して製造される。
【００２６】
なお、直接接合法はＡｌ２Ｏ３などの酸化物系セラミックス基板のみについては直ちに適用可能であり、窒化アルミニウムや窒化けい素などの非酸化物系セラミックス基板にそのまま適用しても基板に対する濡れ性が低いため、金属回路板の充分な接合強度が得られない。
【００２７】
そこでセラミックス基板として非酸化物系セラミックスを使用する場合には、その非酸化物系セラミックス基板の表面に予め酸化物層を形成し、基板に対する濡れ性を高める必要がある。この酸化物層は上記非酸化物系セラミックス基板を、空気中などの酸化雰囲気中で温度１０００〜１４００℃程度で２〜１５時間加熱して形成される。この酸化物層の厚さが０．５μｍ未満の場合には、上記濡れ性の改善効果が少ない一方、１０μｍを超えるように厚く形成しても改善効果が飽和するため、酸化物層の厚さは０．５〜１０μｍの範囲が必要であり、より好ましくは１〜５μｍの範囲が望ましい。
【００２８】
本発明に係るセラミックス回路基板において、活性金属法によって金属回路板を接合する際に形成される活性金属ろう材層は、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有し適切な組成比を有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材等で構成され、このろう材組成物を有機溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペーストをセラミックス基板表面にスクリーン印刷する等の方法で形成される。
【００２９】
上記接合用組成物ペーストの具体例としては、下記のようなものがある。すなわち重量％でＣｕを１５〜３５％，Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少くとも１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質的にＡｇから成る組成物を有機溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペーストを使用するとよい。
【００３０】
上記活性金属はセラミックス基板に対するろう材の濡れ性を改善するための成分であり、特に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板に対して有効である。上記の活性金属の配合量は、接合用組成物全体に対して１〜１０重量％が適量である。
【００３１】
一方、直接接合法によって金属回路板を接合する場合には、以下のように処理される。すなわちＡｌ２Ｏ３など酸化物系セラミックス基板は、そのまま使用されるが、セラミックス基板が非酸化物系セラミックスから成り、また金属回路板が銅回路板である場合には、以下のように接合操作が実施される。すなわち酸化物層を形成したセラミックス基板の表面の所定位置に、銅回路板を接触配置して基板方向に押圧した状態で、銅の融点（１０８３℃）未満で銅−酸化銅の共晶温度（１０６５℃）以上に加熱し、生成したＣｕ−Ｏ共晶化合物液相（共晶融体）を接合剤として銅回路板がセラミックス基板表面に直接的に接合される。この直接接合法は、いわゆる銅直接接合法（ＤＢＣ法：Ｄｉｒｅｃｔ ＢｏｎｄｉｎｇＣｏｐｐｅｒ法）である。
【００３２】
一方、金属回路板がアルミニウム回路板である場合には、結合剤としてはＳｉが選択されセラミックス基板表面にＡｌ回路板を押圧した状態でアルミニウム−けい素の共晶温度以上に加熱し、生成したＡｌ−Ｓｉ共晶化合物液相（共晶融体）を接合剤としてＡｌ回路板がセラミックス基板表面に直接的に接合されてセラミックス回路基板が製造される。
【００３３】
このセラミックス回路基板の金属回路板表面に、半田層を介して半導体素子，抵抗素子，コンデンサなどの部品を一体に接合して本発明に係るセラミックス回路基板が製造される。
【００３４】
上記構成に係るセラミックス回路基板の製造方法によれば、金属回路板の部品接合部の周縁に半田流れを防止する突起が一体に形成されているため、部品接合後に余剰の半田が突起によって拘束され周囲に流れ出すおそれがない。したがって、半田流れによる回路の短絡や接合不良が少なく、動作信頼性に優れたセラミックス回路基板が得られる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明の通り、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法によれば、金属回路板の部品接合部の周縁に半田流れ防止用の突起が形成されているため、部品接合後に余剰の半田が突起によって拘束される結果、周囲に流れ出すおそれがない。したがって、半田流れによる回路の短絡や接合不良が少なく、動作信頼性に優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】
【００３６】
【図１】本発明に係るセラミックス回路基板の一実施例を示す平面図。
【図２】図１に示すセラミックス回路基板の断面図。
【図３】図１に示すセラミックス回路基板の底面図。
【図４】金属回路板に形成する突起の形状例を示す断面図。
【図５】金属回路板に形成する突起の形状例を示す断面図。
【図６】金属回路板に形成する突起の形状例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
次に本発明の実施形態について添付図面を参照し、以下の実施例に基づいて説明する。
【００３８】
セラミックス基板として、図１〜図３に示す寸法を有し、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚さが０．６３５ｍｍである窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）基板と、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚さが０．６３５ｍｍである窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板と、熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚さが０．６３５ｍｍであるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板とを同一焼成ロットから多数用意した。
【００３９】
一方、金属板として図１〜図３に示す形状および厚さを有し、Ｃｕ（無酸素銅），Ｎｉ，Ａｌ，コバール合金（２８％Ｎｉ−１８Ｃｏ−Ｆｅ）の各金属材から成る金属板路板（厚さ０．３ｍｍ）および裏金属板（厚さ０．２５ｍｍ）をそれぞれ調製した。
【００４０】
一方、重量比でＴｉ粉末を３％、Ｉｎ粉末を１０％、Ａｇ粉末を６２％、Ｃｕ粉末を２５％含有する粉末混合体１００重量部に対して、溶媒としてのテレピネオールにバインダーとしてのエチルセルロースを溶解したバインダー溶液を２０重量部添加して、擂回機で混合後、三段ロールで混練してペースト状の接合用組成物を調製した。
【００４１】
［実施例１〜６］
表１に示すように窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）基板，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板，およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板の両面に前記ペースト状接合用組成物を介在させて、それぞれ表１に示す金属回路板および裏金属板を接触配置して３層構造の積層体とし、この各積層体を加熱炉内に配置し、炉内を１．３×１０−８ＭＰａの真空度に調整した後に温度７５０℃にて１５分間加熱して図１〜図３に示すように、各セラミックス基板２にろう材層６を介して金属回路板３および裏金属板４を一体に接合して、多数の接合体を得た。各接合体の金属回路板３の周縁部には、表１に示す幅および高さを有する突起９を形成した。
【００４２】
そして、上記突起９を形成した金属回路板表面に半田粒（６３半田）を介して半導体素子（Ｓｉチップ）８を載置し、半田リフロー操作によって接合面に半田層７を形成し、金属回路板３と半導体素子８とを一体に接合することにより、図１に示すような実施例１〜６に係るセラミックス回路基板１を調製した。
【００４３】
［実施例７］
金属板素材をプレスで打ち抜いて、図４に示すような高さ６μｍの突起９ａを形成した金属板路板を用意した。次にＡｌ２Ｏ３基板の表面側に、図１〜２に示す厚さ０．３ｍｍのタフピッチ電解銅から成る金属回路板としての銅回路板を接触配置する一方、背面側に厚さ０．２５ｍｍのタフピッチ銅から成る裏金属板としての銅板を接触配置して積層体とし、この積層体を窒素ガス雰囲気に調整し、温度１０７５℃に設定した加熱炉に挿入して１分間加熱することにより、Ａｌ２Ｏ３基板の両面に金属回路板（Ｃｕ板）または裏銅板を直接接合法（ＤＢＣ法）によって接合した接合体をそれぞれ調製した。さらに各接合体の金属回路板の表面に、実施例１と同様に半田層７を介して半導体素子８を一体に接合することにより、所定の回路パターンを有する実施例７に係るセラミックス回路基板とした。
【００４４】
［実施例８〜９］
金属板素材をプレスで打ち抜いて、図４に示すような幅が０．１ｍｍ（実施例８用）または幅が０．５ｍｍ（実施例９用）で高さ８μｍの突起９ａを形成した金属板路板をそれぞれ用意した。
【００４５】
一方、実施例２で使用した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を空気雰囲気の加熱炉中で温度１３００℃で１２時間加熱することにより、基板全表面を酸化し厚さ２μｍの酸化物層（Ａｌ２Ｏ３皮膜）を形成した。
【００４６】
次に酸化物層を形成した各ＡｌＮ基板の表面側に、図１〜２に示す厚さ０．３ｍｍのタフピッチ電解銅から成り、それぞれ突起９ａを形成した金属回路板としての銅回路板を接触配置する一方、背面側に厚さ０．２５ｍｍのタフピッチ銅から成る裏金属板としての銅板を接触配置して積層体とし、この積層体を窒素ガス雰囲気に調整し、温度１０７５℃に設定した加熱炉に挿入して１分間加熱することにより、各ＡｌＮ基板の両面に金属回路板（Ｃｕ板）または裏銅板を直接接合法（ＤＢＣ法）によって接合した接合体をそれぞれ調製した。さらに各接合体の金属回路板の表面に、実施例１と同様に半田層７を介して半導体素子８を一体に接合することにより、所定の回路パターンを有する実施例８〜９に係るセラミックス回路基板とした。
【００４７】
このように調製された各実施例のセラミックス回路基板１は、図１〜図２に示すようにセラミックス基板２表面上に接合された金属回路板３と、この金属回路板３の周縁部に形成された半田流れ防止用の突起９ａと、金属回路板３表面部に半田層７を介して接合された半導体素子８とを備えて構成されている。
【００４８】
上記実施例１〜９に係るセラミックス回路基板１によれば、半導体素子８の接合後に、余剰の半田が半田流れ防止用の突起９，９ａによって拘束される結果、半田流れはほとんど発生しなかった。したがって、半田流れによる回路の短絡および接合不良が少なく、動作信頼性に優れたセラミックス回路基板１が得られた。
【００４９】
［比較例１〜３］
一方、実施例１，実施例４および実施例２において使用した予めパターニングされたＣｕ回路板およびＮｉ回路板に代えて、１枚板状の同一厚さのＣｕ板およびＮｉ板をそれぞれ実施例１と同様に活性金属法によって接合した後に、得られた各接合体をエッチング処理することにより所定の回路パターンを有するセラミックス回路基板とした点以外は、それぞれ実施例１，実施例４および実施例２と同一条件で処理することにより、それぞれ対応する比較例１〜３に係るセラミックス回路基板を調製した。
【００５０】
［比較例４］
一方、実施例７において使用した予めパターニングされたＣｕ回路板に代えて、１枚板状の同一厚さのＣｕ板を実施例７と同様に直接接合法（ＤＢＣ法）によって接合した後に、得られた接合体をエッチング処理することにより所定の回路パターンを有するセラミックス回路基板とした点以外は、実施例７と同一条件で処理することにより、対応する比較例４に係るセラミックス回路基板を調製した。
【００５１】
上記比較例１〜４に係るセラミックス回路基板においては、セラミックス基板表面に一体に接合した金属板をエッチング処理して所定パターンを有する金属回路板を形成しているため、各金属回路板の周縁部には、表１に示す通り、ほとんど突起が形成されていない。
【００５２】
上記のように調製した実施例１〜８および比較例１〜４に係る各セラミックス回路基板について、半導体素子の接合不良，接合部におけるボイド（未接合部）の発生の有無，および半田流れによる配線ショート等の不良発生率の合計値を求めたところ、下記表１に示す結果を得た。
【００５３】
【表１】
【００５４】
上記表１に示す結果から明らかなように、金属回路板３の周縁に所定寸法の突起９，９ａ等を形成した各実施例に係るセラミックス回路基板１においては、部品としての半導体素子８を半田接合した場合においても、余剰の半田が突起９，９ａによって拘束される結果、半田流れによる不良はほとんど発生しないことが判明した。したがって、半田流れによる回路の短絡がなく、動作信頼性に優れたセラミックス回路基板１が得られることが判明した。
【００５５】
特に塗布した最少量の半田が全て部品の接合に寄与することになり、部品としての半導体素子の接合強度も従来と比較して大幅に改善された。そして、後工程における各種部品の半田付け歩留りも大幅に改善された。
【００５６】
さらに、金属回路板３の周縁に形成された突起９によって半導体素子８等の搭載位置決めが容易になり、回路基板のアッセンブリ工程での組立作業性が良好になるとともに、回路寸法精度および部品の位置決め精度が高いセラミックス回路基板が得られた。
【００５７】
一方、金属回路板３の周縁部に半田流れ防止用の突起を形成しない各比較例に係るセラミックス回路基板においては、半田流れによる回路の短絡や汚損および接合不良による不良率が大幅に増加した。
【符号の説明】
【００５８】
１ セラミックス回路基板
２ セラミックス基板（Ｓｉ３Ｎ４基板，ＡｌＮ基板，Ａｌ２Ｏ３基板）
３ 金属回路板（銅回路板）
４ 裏金属板（裏銅板）
６ ろう材層
７ 半田層
８ 半導体素子（Ｓｉチップ）
９，９ａ，９ｂ，９ｃ 突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の表面に厚さが０．１〜０．５ｍｍである複数の金属回路板を接合し、上記金属回路板の表面に半田層を介して半導体素子などの部品を一体に接合したセラミックス回路基板の製造方法において、上記部品を半田接合する金属回路板の少なくとも他の金属回路板と隣接する周縁部に半田流れを防止する突起を形成する工程と、この突起の高さが５〜５０μｍの範囲であり、突起の幅が０．１〜０．５ｍｍの範囲に調整する工程とを備え、上記突起として、金属板素材をプレス成形により打ち抜いて所定の金属回路板とする際に、回路板周縁に形成されるばりをそのまま突起として利用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。
【請求項２】
金属回路板が、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材層を介してセラミックス基板と接合されることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
金属回路板が直接接合法によりセラミックス基板に接合されることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項４】
金属回路板が銅回路板であり、この銅回路板がＣｕ−Ｏ共晶化合物によりセラミックス基板に接合されることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項５】
ろう材層を形成する面積が金属回路板の面積より小さく、金属回路板周縁部に未接合部を形成することを特徴とする請求項２記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記突起の高さを１０〜１５μｍの範囲に調整することを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記突起の幅を０．１〜０．２ｍｍの範囲に調整することを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項１】
セラミックス基板の表面に厚さが０．１〜０．５ｍｍである複数の金属回路板を接合し、上記金属回路板の表面に半田層を介して半導体素子などの部品を一体に接合したセラミックス回路基板の製造方法において、上記部品を半田接合する金属回路板の少なくとも他の金属回路板と隣接する周縁部に半田流れを防止する突起を形成する工程と、この突起の高さが５〜５０μｍの範囲であり、突起の幅が０．１〜０．５ｍｍの範囲に調整する工程とを備え、上記突起として、金属板素材をプレス成形により打ち抜いて所定の金属回路板とする際に、回路板周縁に形成されるばりをそのまま突起として利用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。
【請求項２】
金属回路板が、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材層を介してセラミックス基板と接合されることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
金属回路板が直接接合法によりセラミックス基板に接合されることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項４】
金属回路板が銅回路板であり、この銅回路板がＣｕ−Ｏ共晶化合物によりセラミックス基板に接合されることを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項５】
ろう材層を形成する面積が金属回路板の面積より小さく、金属回路板周縁部に未接合部を形成することを特徴とする請求項２記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記突起の高さを１０〜１５μｍの範囲に調整することを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記突起の幅を０．１〜０．２ｍｍの範囲に調整することを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１７３５４１（Ｐ２００９−１７３５４１Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１０７７７（Ｐ２００９−１１０７７７）
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【分割の表示】特願平１１−８２９９７の分割
【原出願日】平成１１年３月２６日（１９９９．３．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【分割の表示】特願平１１−８２９９７の分割
【原出願日】平成１１年３月２６日（１９９９．３．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
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