セラミックス回路基板及びその製造方法
【課題】回路パターン部とセラミックス基板との間に隙間が形成されており、且つ前記隙間にエッチング残渣が残るのを防止できる耐熱衝撃性に優れたセラミックス回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板１上に形成されたろう材パターン８，９と、前記ろう材パターン上に接合された回路パターン部と、を具備し、前記ろう材パターンは、前記回路パターン部の端部に沿ったろう材パターンを有し、前記セラミックス基板と前記回路パターン部との間には前記ろう材パターンの内側に位置する隙間が形成されていることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板１上に形成されたろう材パターン８，９と、前記ろう材パターン上に接合された回路パターン部と、を具備し、前記ろう材パターンは、前記回路パターン部の端部に沿ったろう材パターンを有し、前記セラミックス基板と前記回路パターン部との間には前記ろう材パターンの内側に位置する隙間が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス回路基板及びその製造方法に係わり、特に、耐熱衝撃性に優れたセラミックス回路基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９〜図１１は、従来のセラミックス回路基板の製造方法を示すものであり、図９は平面図であり、図１０、図１１は断面図である。
まず、図９に示すように、セラミックス基板１の表面上に、ろう材ペーストを円形点状に印刷した点状塗布ろう材２と、部分的にろう材を全面印刷した部分全面塗布部３を形成する。この部分全面塗布部３は半導体チップ等を搭載する半導体搭載部とされる。また、セラミックス回路基板１の裏面上に全面塗布ろう材６（図１０に示す）を形成する。
【０００３】
次に、図１０に示すように、点状塗布ろう材２及び部分全面塗布部３の上に上部金属板４を配置すると共に、全面塗布ろう材６の上に下部金属板５を配置し、加熱炉中で８３０℃にて接合する。
【０００４】
次いで、上部金属板４の表面及び下部金属板５それぞれの上にエッチングレジスト（図示せず）を形成し、このエッチングレジストをマスクとして上部金属板４、下部金属板５及び点状塗布ろう材２それぞれをエッチング液でエッチングする。これにより、上部金属板４、下部金属板５及び点状塗布ろう材２それぞれの不要部分を除去する。次いで、エッチングレジストを除去する。これにより、図１１に示すように、セラミックス基板１上には上部金属板からなる回路パターン部７が形成され、セラミックス基板１の反対の面には放熱板等に接合（半田付け）するための下部金属板５が形成される（例えば特許文献１参照）。このような構成をとることで、従来の回路パターン部を全面接合した場合と比べ、耐熱衝撃性や通炉耐量に優れたセラミックス回路基板を得ることができる。なお、耐熱衝撃性をろう材の形状で改善しない従来のセラミックス回路基板としては、上記点状塗布ろう材２がなく全面にろう材を接合したものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１５７０５５号公報（第１６段落〜第１９段落、図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のセラミックス回路基板の製造方法では、ろう材を全面印刷していない点状塗布ろう材２があるため、エッチングレジストをマスクとして上部金属板及び下部金属板それぞれをエッチング液でエッチングする際、前記点状塗布ろう材２の周囲における上部金属板４とセラミックス基板１との間の隙間にエッチング液が入り込み、エッチング液の残渣（エッチング残渣）が残ることがわかってきた。上部金属板とセラミックス基板との間の隙間は非常に狭いため、その隙間に入り込んだエッチング残渣を除去するのは非常に困難である。このようなエッチング残渣が残ると、回路パターン部７の絶縁性が低下して短絡の原因となったり、また回路パターン部７が腐食する原因となることがわかってきた。
なお、ろう材を全面印刷すると上記のような隙間がないためエッチング残渣は発生しないが、耐熱衝撃性が劣ることになる。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、金属板とセラミックス基板との間に隙間が形成されており、且つ前記隙間にエッチング残渣が残るのを防止できる耐熱衝撃性に優れたセラミックス回路基板及びその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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
前記セラミックス基板と前記接合された金属板の間の隙間と、
を具備し、
前記隙間が、前記セラミックス基板と、前記金属板と、前記ろう材パターンとで囲まれていることを特徴とする。
【０００９】
上記セラミックス回路基板によれば、前記隙間が、セラミックス基板と、金属板と、ろう材パターンとで囲まれているため、エッチング液が前記隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
【００１０】
本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
前記セラミックス基板と前記接合された金属板の間の隙間と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンを有し、
前記隙間は、前記ろう材パターンの内側に位置することを特徴とする。
【００１１】
上記セラミックス回路基板によれば、金属板の端部に沿ったろう材パターンを有するため、エッチング液が前記ろう材パターンの内側の金属板とセラミックス基板との間の隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
尚、ここでいうろう材パターンは、その幅が一定でないものも含まれる。幅が一定でなくてもエッチング液が入り込むのを防止する効果が得られるからである。
【００１２】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記金属板が回路パターンであることも可能である。
【００１３】
本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったラインパターンを有し、
前記セラミックス基板と前記金属板との間には前記ラインパターンの内側に位置する隙間が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記セラミックス回路基板によれば、ろう材パターンが金属板に沿ったラインパターンを有するため、エッチング液が前記ラインパターンの内側の金属板とセラミックス基板との間の隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
尚、ここでいうラインパターンは、その幅が一定でないものも含まれる。幅が一定でなくてもエッチング液が入り込むのを防止する効果が得られるからである。
【００１５】
本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された回路パターン部と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記回路パターン部の端部に沿ったラインパターンを有し、
前記セラミックス基板と前記回路パターン部との間には前記ラインパターンの内側に位置する隙間が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記セラミックス回路基板によれば、ろう材パターンが回路パターン部に沿ったラインパターンを有するため、回路パターン部を形成する際に用いるエッチング液が前記ラインパターンの内側の回路パターン部とセラミックス基板との間の隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
尚、ここでいうラインパターンは、その幅が一定でないものも含まれる。幅が一定でなくてもエッチング液が入り込むのを防止する効果が得られるからである。
【００１７】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記ろう材パターンにおいて該ろう材パターンの内側に配置された前記隙間に点状パターンを有することも可能である。
【００１８】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が０．０５〜２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜１．５ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜１．０ｍｍである。
【００１９】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記金属板にＮｉ又はＮｉ合金めっきが施されていることも可能である。
【００２０】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が一定でないものを含むことも可能である。
【００２１】
本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板上にろう材パターンを形成する工程と、
前記ろう材パターン上に金属板を接合する工程と、
前記金属板、または前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成する工程と、
を具備し、
前記セラミックス基板と、前記金属板と、前記ろう材パターンとで囲まれた隙間を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板上にろう材パターンを形成する工程と、
前記ろう材パターン上に金属板を接合する工程と、
前記金属板、または前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなるパターン部を形成する工程と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記金属板からなるパターン部の端部に沿ったろう材パターンと該ろう材パターンの内側に位置する隙間を有することを特徴とする。
なお、上記本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、少なくとも次の二通りの製造方法を含むものである。
第１の製造方法は、セラミックス基板上に例えばスクリーン印刷によってろう材パターンを形成し、前記ろう材パターン上に金属板を接合し、前記金属板を選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成するものであり、この回路パターン部を形成した際に該回路パターン部の下以外にろう材パターンが存在しないものである。
第２の製造方法は、セラミックス基板上に例えばスクリーン印刷によってろう材パターンを形成し、前記ろう材パターン上に金属板を接合し、前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成するものであり、前記スクリーン印刷によって形成したろう材パターンは、前記セラミックス基板と前記回路パターン部との間に設ける隙間の部分のみろう材を印刷せず、それ以外は例えばセラミックス基板のほぼ全面にろう材を塗布したものである。即ち回路パターン間やその周辺にろう材を塗布し、絶縁を確保する等のために不要なろう材を除去する必要がある場合は、前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングする。
なお、第１の製造方法の場合も、例えばろう材が接合時に流れ出す（所定のろう材パターンからはみ出す）場合があるので、その場合は第２の製造方法のエッチングと同様、前記金属板とともに前記ろう材を除去することが好ましい。
【００２３】
上記セラミックス回路基板の製造方法によれば、回路パターン部の端部に沿ったろう材パターンを有するため、金属板を選択的にエッチングする際に用いるエッチング液が前記ろう材パターンの内側の金属板とセラミックス基板との間の隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
【００２４】
また、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法おいて、前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの内側に配置された前記隙間に点状パターンを有することも可能である。
【００２５】
また、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法において、前記ろう材パターンは、その幅が一定でないものを含むものである。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明によれば、金属板とセラミックス基板との間に隙間が形成されており、且つ前記隙間にエッチング残渣が残るのを防止できる耐熱衝撃性に優れたセラミックス回路基板及びその製造方法を提供することができる。さらには、端子や放熱板などを半田付けした際に、金属板の表面から金属板の側面を伝って隙間部に半田のまわりこみがないセラミックス回路基板及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００２８】
まず、図１に示すように、大きさが例えば５３ｍｍ×２９ｍｍ×０．６ｍｍのＡｌＮ基板からなるセラミックス基板１を準備する。尚、本実施の形態では、セラミックス基板１としてＡｌＮ基板を用いているが、これ以外の他のセラミックス基板、例えばＡｌ２Ｏ３基板やSi3N4基板等を用いることも可能である。
また、セラミックス基板の厚さは、回路基板用として通常に使用されている０．１ｍｍ程度から３ｍｍ程度のものが利用できる。また、セラミックス基板のより好ましい厚さは、特に多く使用されている比較的安価な０．２５〜１ｍｍ程度である。
【００２９】
次いで、図１（Ａ）に示すパターン形状の開口部を有する第１のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の表面上に第１のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の表面上にろう材パターン８，９が形成される。ろう材パターン８は、長方形をライン状に縁取りしたパターン形状であり、そのライン幅は例えば０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましい。その理由は、ろう材のライン幅が０．０５ｍｍより小さいと、セラミックス基板と後工程で接合する金属板との接合強度が回路基板で必要とされるものよりも弱くなり剥がれたり、あるいは後述する金属板のエッチング工程でエッチング用レジストとろう材パターンに位置ズレが生じた場合にラインパターンが露出してしまい、端子などが金属板ではなくろう材であるラインパターンと接合した状態になる不具合が発生することがあるからである。また、２．０ｍｍより大きいと接合強度が大きすぎ、ヒートサイクル後にセラミックス基板に大きな致命的なクラックが発生する場合があるからである。また、より好ましいライン幅は０．１〜１．５ｍｍであり、さらに好ましいライン幅は０．２〜１．０ｍｍ、さらには０．２〜０．５ｍｍである。なお、本実施の形態では、このようなライン状のろう材部分をラインパターンと称する。
ろう材パターン９は、部分的に全面塗布部９ａを有し、他の部分は後に形成する所定の回路パターンの端部、即ちライン状に縁取りしたパターン形状からなるラインパターンである。この全面塗布部９ａは例えば特に放熱を必要とする半導体チップ等を搭載する半導体搭載部とされる。また、図１（Ｂ）に示すパターン形状の開口部を有する第２のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の裏面上に第２のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の裏面上にろう材パターン１０が形成される。ろう材パターン１０は、セラミックス基板の裏面にほぼ全面塗布したパターン形状である。
なお、ろう材パターンは隙間部（即ち浮きパターン部）のみろう材を印刷しない以外は、セラミックス基板のほぼ全面に塗布しても良い。この場合後のエッチング工程で、金属板だけでなく、ろう材も薬液で除去して、回路パターンを形成すれば良い。
【００３０】
次いで、ろう材パターン８，９を例えば１００℃で３０分間保持して乾燥させる。前記ろう材パターン８〜１０の厚さは例えば約２０μｍであり、ろう材の組成は例えば７２ｗｔ％Ａｇ−２６．５ｗｔ％Ｃｕ−１．５ｗｔ％Ｔｉである。
ろう材としては、上記Ag-Cu-Ti系、Al-Si-Ti系などのセラミックスと金属の接合に使用される、いわゆる活性金属含有ろう材を用いることが好ましい。ろう材パターンの厚さは５〜３０μｍ程度が好ましく、この厚さが後に形成されるセラミックス基板と金属回路板の隙間の大きさと略一致する。ろう材パターンの厚さが５μｍより小さいとセラミックス基板と金属回路板の接合強度が弱く剥がれる恐れがあり、また３０μｍより大きいと接合強度が強すぎてセラミックス基板に大きな応力が発生し、耐熱衝撃性が劣化する恐れがあるからである。より好ましいろう材パターンの厚さは１０〜２５μｍである。
【００３１】
この後、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ろう材パターン８，９の上にＣｕ板からなる上部金属板１４を配置し、ろう材パターン１０の上にＣｕ板からなる下部金属板１５を配置する。上部金属板１４の厚さは例えば０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１５〜０．５ｍｍであり、下部金属板１５の厚さは例えば０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。
本願発明の回路基板の用途として、大電力素子を搭載するパワーモジュール用の回路基板が想定される。その場合、０．１ｍｍより小さいと電力に対する容量が不足し、また１．０ｍｍより大きいと回路基板の耐熱衝撃性が劣化する場合がある。よって、上記厚さの範囲が好ましい。
【００３２】
次いで、図２に示した状態のセラミックス基板を真空加熱炉に導入し、８５０℃の温度で３０分間保持する。これにより、上部金属板１４はろう材パターン８，９に接合され、下部金属板１５はろう材パターン１０に接合される。即ち、セラミックス基板１の表面上にはろう材パターン８，９を介して上部金属板１４が接合され、セラミックス基板１の裏面上にはろう材パターン１０を介して下部金属板１５が接合される。
【００３３】
次に、図３（Ａ）に示すパターン形状の開口部を有する第３のスクリーン版（図示せず）を準備し、上部金属板１４の表面上に第３のスクリーン版を配置し、エッチングレジスト材をスクリーン印刷する。これにより、上部金属板１４の上にはエッチングレジスト１１ａ，１１ｂが形成される。次いで、エッチングレジスト１１ａ，１１ｂに紫外線を照射することにより、前記エッチングレジスト１１ａ，１１ｂが硬化される。このエッチングレジスト１１ａは、ろう材パターン８の外形とほぼ同じ形状の長方形パターンであり、ろう材パターン８上に配置されるものである。エッチングレジスト１１ｂは、ろう材パターン９の外形とほぼ同じ形状のパターンであり、ろう材パターン９上に配置されるものである。
【００３４】
また、図３（Ｂ）に示すパターン形状の開口部を有する第４のスクリーン版（図示せず）を準備し、下部金属板１５の上に第４のスクリーン版を配置し、エッチングレジスト材をスクリーン印刷する。これにより、下部金属板１５の上にはエッチングレジスト１２が形成される。次いで、エッチングレジスト１２に紫外線を照射することにより、前記エッチングレジスト１２が硬化される。このエッチングレジスト１２は、ろう材パターン１０の外形とほぼ同じ形状のパターンであり、ろう材パターン１０上に配置されるものである。
【００３５】
この後、図４に示すように、エッチングレジスト１１ａ，１１ｂ，１２をマスクとして上部金属板１４及び下部金属板１５それぞれを例えば塩化銅と過酸化水素水の混合液からなるエッチング液又は塩化第二鉄を主成分とするエッチング液でエッチングする。これにより、上部金属板１４及び下部金属板１５それぞれの不要部分が溶解されて除去される。次いで、エッチングレジスト１１ａ，１１ｂ，１２を水酸化ナトリウム溶液で除去する。これにより、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、セラミックス基板１の表面上にはろう材パターン８，９を介して上部金属板からなる回路パターン部１７ａ，１７ｂが形成され、セラミックス基板１の裏面上にはろう材パターン１０を介して下部金属板１５が形成される。
【００３６】
次に、必要に応じて回路パターン部１７ａ，１７ｂ及び下部金属板１５の表面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施す（図示せず）。
このようにして製造されたセラミックス回路基板は、図４に示すような構造を有する。つまり、セラミックス基板１上にはろう材パターン８，９が形成されており、このろう材パターン８，９の上には回路パターン部１７ａ，１７ｂが接合されている。前記ろう材パターン８，９は、前記回路パターン部１７ａ，１７ｂの端部に沿ったラインパターン又は前記端部を縁取ったラインパターンを有している。尚、本実施の形態では、ラインパターンの幅を一定にしているが、ラインパターンの幅は必ずしも一定である必要はない。
【００３７】
上記実施の形態１によれば、ろう材パターン８，９を、長方形等のパターン外形をライン状に縁取りしたパターンとしているため、エッチングレジスト１１ａ，１１ｂをマスクとして上部金属板１４をエッチング液でエッチングした際、ろう材が存在することでろう材パターン８，９の内側に位置する回路パターン部１７ａ，１７ｂとセラミックス基板１との間の隙間にエッチング液が入り込むことを防止でき、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。従って、回路パターン部１７ａ，１７ｂの絶縁性の低下や短絡を抑制でき、また回路パターン部１７ａ，１７ｂの腐食を抑制できる。
【００３８】
また、本実施の形態では、ろう材パターン８，９を、パターン外形を縁取りしたパターンとすることにより、回路パターン部１７ａ，１７ｂの内側にろう材を設けない部分（即ち浮きパターン）を形成している。このような回路パターン部とセラミックス基板との間のろう材を設けない部分があることによって、回路パターン部に熱衝撃が加えられた時にセラミックス基板に与える熱応力を小さくすることができる。従って、耐ヒートサイクル性を向上させることができる。このため、浮きパターンの回路板の表面には、端子など大きな熱応力を発生させる部材などを搭載することが好ましい。
浮きパターンの面積は４ｍｍ2以上が好ましい。４ｍｍ2より小さいと熱応力を緩和する効果が十分でないからである。さらに好ましくは９ｍｍ2以上である。
また、浮きパターン部の少なくとも１箇所はラインパターンに隣接することが好ましい。浮きパターンが直線を含む形状、たとえば略長方形の場合では、少なくとも１辺が前記ラインパターンに隣接することが好ましい。より好ましくは２辺が、さらに好ましくは３辺以上が前記ラインパターンに隣接することである。これはラインパターンに隣接することで、熱応力の緩和効果がよく得られるからである。
また、前記端子などの部材を搭載する部分である浮きパターンの回路板の表面（即ち半田付部）のみに隙間を形成しても良い。
また、セラミックス回路基板にヒートサイクルが加えられた後に、そのヒートサイクルによる破壊がセラミックス回路基板に発生したとしても、ろう材をラインパターンとし浮きパターンを形成することにより、その破壊がろう材のラインパターンとセラミックス基板との接合界面あるいはセラミックス基板のごく表層に発生するに止めることができ、セラミックス基板に致命的なクラックが入ることを抑制できる。致命的なクラックとは、セラミックス基板に表裏を貫通するものや、比較的深いクラック（板厚が０．６ｍｍであれば、およそ０．２ｍｍ以上（板厚の約１／３以上））を示し、回路基板として基本的な特性である表裏の絶縁が破壊される、または絶縁破壊のおそれがあるものをいう。
【００３９】
また、本実施の形態では、ろう材パターン８，９を、パターン外形を縁取りしたパターンとすることにより、回路パターン部１７ａ，１７ｂに端子を半田によって接続する際、半田が回路パターン部の下の隙間に回りこむことを防止できる。半田の回り込みにより、該端子の傾きが発生し、電子装置へのアセンブリに不具合を発生する恐れがある。
また、前記端子などの部材を半田付けする時にもその半田付け部分に対応するセラミックス基板に大きな熱応力が発生して、致命的なクラック発生の原因になるが、本実施の形態はこれも解決できる。
【００４０】
（実施の形態２）
図５及び図６は、本発明の実施の形態２によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図１〜図４と同一部分には同一符号を付す。尚、本実施の形態が実施の形態１の異なる点は、ろう材パターン８，９に円形の点状パターンが付加されている点である。
【００４１】
図５（Ａ）に示すパターン形状の開口部を有する第１のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の表面上に第１のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の表面上にろう材パターン８，９が形成される。ろう材パターン８は、実施の形態１と同様の長方形をライン状に縁取りしたラインパターンに加え、そのラインパターンの内側に複数の円形の点状パターン８ａを有するものである。ろう材パターン９は、実施の形態１と同様の全面塗布部９ａとライン状に縁取りしたラインパターンに加え、そのラインパターンの内側に複数の円形の点状パターン９ｂを有するものである。前記点状パターン８ａ，９ｂの円の直径は０．１〜１ｍｍであることが好ましい。その理由は、０．１ｍｍより小さいと半田付け時等加熱された時に、浮きパターンがふくれる場合があり、また、１ｍｍより大きいとヒートサイクル後にセラミックス基板に大きなクラックを発生させる恐れがあるからである。さらに好ましい円の直径は０．１〜０．５ｍｍである。
また、前記点状パターンの間隔は、円の外周と外周の間で０．０５〜１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．６５ｍｍ程度である。その理由は、０．０５ｍｍより小さいと間隔がせますぎ接合時に隣同士の円がつながる恐れがあり、またあまり円で接合された密度が大きいと隙間を設けることによる耐熱衝撃性が十分に得られない場合があるからである。また１ｍｍより大きいと、円形接合部（即ち点状パターンと後述する金属板との接合部）の１個１個に発生する応力が大きくなり、耐熱衝撃性などが十分に得られないことがあるからである。なお、前記点状パターンの形状を円形から他の形状、例えば三角形又は四角形等に変更してもよいが、上記の円の場合の面積に相当する面積にすることが好ましい。
また、図５（Ｂ）に示すパターン形状の開口部を有する第２のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の裏面上に第２のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の裏面上にろう材パターン１０が形成される。ろう材パターン１０は、全面塗布したパターン形状である。
【００４２】
次いで、ろう材パターン８，９を実施の形態１と同様に例えば１００℃で３０分間保持して乾燥させる。前記ろう材パターン８〜１０の厚さ及びろう材の組成は実施の形態１と同様である。
【００４３】
この後、実施の形態１と同様に、ろう材パターン８，９の上に上部金属板１４を配置し、ろう材パターン１０の上に下部金属板１５を配置する。次いで、実施の形態１と同様の方法で、上部金属板１４をろう材パターン８，９に接合し、下部金属板１５をろう材パターン１０に接合する。
【００４４】
次に、実施の形態１と同様の方法で、上部金属板１４及び下部金属板１５それぞれをエッチングすることにより、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、セラミックス基板１の表面上にはろう材パターン８，９を介して上部金属板からなる回路パターン部１７ａ，１７ｂが形成され、セラミックス基板１の裏面上にはろう材パターン１０を介して下部金属板１５が形成される。
【００４５】
次に、回路パターン部１７ａ，１７ｂ及び下部金属板１５の表面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施す（図示せず）。
【００４６】
上記実施の形態２においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、回路パターン部１７ａ，１７ｂが点状パターン８ａ，９ｂによって接合しているため、回路パターン部１７ａ，１７ｂに端子等を半田付けする時、半田付けの熱によって回路パターン部にふくれが発生することがわかってきたが、これを抑制できる。
ふくれの原因はわかっていないが、何らかの理由で水分あるいはろう材中の有機物などガス化するものが浮きパターン部に含有されていた、または金属板の熱膨張によるものと推測される。
【００４７】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は裏面側の平面図であり、（Ｂ）は表面側の平面図であり、（Ｃ）は（Ａ），（Ｂ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、図１〜図４と同一部分には同一符号を付す。尚、本実施の形態が実施の形態１の異なる点は、表面側及び裏面側それぞれのろう材パターンの形状である。
【００４８】
図１２（Ｂ）、（Ｃ）に示すろう材パターン２１，２２のパターン形状の開口部を有する第１のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の表面上に第１のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の表面上にろう材パターン２１，２２が形成される。ろう材パターン２１は、全面塗布したパターン形状である。ろう材パターン２２は第１及び第２の隙間部２２ａ，２２ｂを有しており、それ以外の部分は全面塗布したパターン形状である。
また、図１２（Ａ）、（Ｃ）に示すろう材パターンのパターン形状の開口部を有する第２のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の裏面上に第２のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の裏面上にろう材パターン２３，２３ａが形成される。ろう材パターン２３は実施の形態１と同様に長方形をライン状に縁取りしたラインパターンである。ろう材パターン２３ａは、ろう材パターン２３の内側に全面塗布したパターン形状である。ろう材パターン２３ａとろう材パターン２３との間には隙間部２３ｂが設けられている。
【００４９】
次いで、ろう材パターン２１〜２３，２３ａを実施の形態１と同様に例えば１００℃で３０分間保持して乾燥させる。前記ろう材パターン２１〜２３，２３ａの厚さ及びろう材の組成は実施の形態１と同様である。
【００５０】
この後、実施の形態１と同様に、ろう材パターン２１，２２の上に上部金属板を配置し、ろう材パターン２３，２３ａの上に下部金属板を配置する。次いで、実施の形態１と同様の方法で、上部金属板をろう材パターン２１，２２に接合し、下部金属板をろう材パターン２３，２３ａに接合する。
【００５１】
次に、実施の形態１と同様の方法で、上部金属板及び下部金属板それぞれをエッチングすることにより、図１２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、セラミックス基板１の表面上にはろう材パターン２１，２２を介して上部金属板からなる回路パターン部１７ａ，１７ｂが形成され、図１２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、セラミックス基板１の裏面上にはろう材パターン２３，２３ａを介して下部金属板１５が形成される。
【００５２】
次に、回路パターン部１７ａ，１７ｂ及び下部金属板１５の表面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施す（図示せず）。
なお、前記第１及び第２の隙間部２２ａ，２２ｂが形成されている理由は、前記隙間部２２ａ，２２ｂそれぞれの上に位置する回路パターン部１７ｂに外部と接続する端子（図示せず）を配置（半田付け）する際に耐熱衝撃性を得るためである。隙間部２２ａは略長方形の３辺以上、隙間部２２ｂは略長方形の３辺がラインパターンに隣接している。
【００５３】
上記実施の形態３によれば、ろう材パターン２３を、長方形の下部金属板１５の外形をライン状に縁取りしたパターンとしているため、上部金属板をエッチング液でエッチングした際、ろう材が存在することでろう材パターン２３の内側に位置する下部金属板１５とセラミックス基板１との間の隙間にエッチング液が入り込むことを防止でき、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。従って、実施の形態１，２と同様の作用で下部金属板１５の腐食を抑制できる。
【００５４】
また、本実施の形態では、ろう材パターン２３を、下部金属板１５の外形を縁取りしたパターンとすることにより、下部金属板１５の内側にろう材を設けない部分（即ち隙間部２３ｂ）を形成している。このような下部金属板１５とセラミックス基板１との間のろう材を設けない部分があることによって、下部金属板１５に熱衝撃が加えられた時にセラミックス基板に与える熱応力を小さくすることができる。従って、耐ヒートサイクル性を向上させることができる。このため、下部金属板１５の表面には、放熱板など大きな熱応力を発生させる部材などを（半田付等により）搭載したときも、耐熱衝撃特性が優れている。
【００５５】
次に、表１に示すろう材印刷形状の実施例１〜１５及び比較例１，４それぞれのサンプルについてのエッチング液のしみ込み、ヒートサイクル性、半田付け性に関する評価を行った。その評価方法及び評価結果について、表１、図７及び図８を参照しつつ説明する。
【００５６】
【表１】
【００５７】
図７は、実施例２のサンプル（セラミックス回路基板）のろう材パターンを示す平面図である。実施例２は、実施の形態２と同様の方法で、外形が３２ｍｍ×１８ｍｍ×０．６ｍｍのＡｌＮ基板の表面上に、４つの角を丸く（R1）した長方形の外形を縁取るラインパターン２１ａと、そのラインパターンの内側に配置された複数の円形の点状パターン２１ｂとからなるろう材パターンを形成し、このろう材パターンの上に該ろう材パターンと同様の外形を有し且つ外形が２８ｍｍ×１４ｍｍ×０．３ｍｍで４つの角を丸く(R2)したＣｕ板（図示せず）を接合したものである。前記ラインパターン２１ａの幅（縁取り幅）は０．５ｍｍである。前記点状パターン２１ｂの円の直径はφ０．６ｍｍであり、点状パターン２１ｂは格子状に配置されており、点状パターンの点（円）の中心と中心との間隔は０．８５ｍｍである。
なお、該AｌN基板の裏面には表面と対称の位置に、外形が２８ｍｍ×１４ｍｍ×０．１５ｍｍで表面側のＣｕ板と同形状のＣｕ板が全面にろう材のある状態で接合されている（図示せず）。さらに、Ｃｕ板の上に無電界Ｎｉ−Ｐ合金めっきを３μｍ施した。
【００５８】
実施例１は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．８ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００５９】
実施例３は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．４ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６０】
図８は、実施例５のサンプル（セラミックス回路基板）のろう材パターンを示す平面図である。実施例５は、実施の形態１と同様の方法で、外形が３２ｍｍ×１８ｍｍ×０．６ｍｍのＡｌＮ基板の表面上に４つの角を丸く(R1)した長方形の外形を縁取るラインパターンからなるろう材パターン２１を形成し、このろう材パターン２１の上に該ろう材パターンと同様の外形を有する外形が２８ｍｍ×１４ｍｍ×０．３ｍｍで４つの角を丸く(R2)したＣｕ板（図示せず）を接合したものである。前記ラインパターンの幅は、０．５ｍｍである。
なお、該AｌN基板の裏面には表面と対称の位置に、外形が２８ｍｍ×１４ｍｍ×０．１５ｍｍで表面側のＣｕ板と同形状のＣｕ板が全面にろう材のある状態で接合されている（図示せず）。さらに、Ｃｕ板の上に無電界Ｎｉ−Ｐ合金めっきを３μｍ施した。
【００６１】
実施例４は、図８に示す実施例５のサンプルにおけるラインパターンの幅を０．２５ｍｍとした点以外は実施例５と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６２】
実施例６は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．２ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６３】
実施例７は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．１ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．２１ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６４】
実施例８は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．２ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．２１ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６５】
実施例９は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．４ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．５ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６６】
実施例１０は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．１ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．１５ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６７】
実施例１１は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．２ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．３ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６８】
実施例１２は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．１ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．３ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でセラミックス回路基板を作製したものである。
【００６９】
実施例１３は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．５ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．８５ｍｍとし、縁取り幅を１．５ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
実施例１４は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．２ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．３ｍｍとし、縁取り幅を０．２ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
実施例１５は、図８に示す実施例５のサンプルにおけるラインパターンの内側に、ラインパターンに沿って幅２ｍｍの（ろう材を塗布しない）隙間部を形成し、その内側の部分は全面ろう材を塗布して接合した以外は、実施例５と同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００７０】
比較例１は、実施例６のサンプルにおけるラインパターンを無くし、点状パターンのみとした点以外は実施例６と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００７１】
比較例２は、実施の形態１と同様の方法で、実施例５のサンプルにおけるラインパターンがなく、ＡｌＮ基板の表面上に４つの角を丸くした長方形の全面塗布パターンからなるろう材パターンを形成し、このろう材パターンの上に該ろう材パターンと同様の形状のＣｕ板（図示せず）を接合したサンプルである。
比較例３は、図８に示す実施例５のサンプルにおけるラインパターンの幅を２．５ｍｍとした点以外は実施例５と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
比較例４は、図８に示す実施例５のサンプルにおけるラインパターンの幅を０．０２５ｍｍとした点以外は実施例５と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００７２】
（１）エッチング液のしみ込み
上記実施例１〜１４及び比較例１〜４それぞれのセラミックス回路基板において、エッチング液のしみ込みの有無を調べた。その結果を下記及び表１に示す。
比較例１のセラミックス回路基板のＣｕ板を引き剥がしてみると、Ｃｕ板の裏とＡｌＮ基板の表面に緑色の塩化銅と思われるエッチング残渣が付着しており、また、一部が銀色のＮｉメッキと思われるものが付着していた。このようなエッチング残渣等のコンタミはセラミックス回路基板の絶縁不良やＣｕ板の腐食の原因となると考えられる。
実施例１〜１４それぞれのセラミックス回路基板のＣｕ板を引き剥がしたが、Ｃｕ板の裏やＡｌＮ基板の表面に上記のようなコンタミは無かった。
比較例２、３のセラミックス回路基板のＣｕ板を引き剥がしてみたが、ろう材パターンが全面塗布パターンで浮きパターン（非接合部）が無いので、上記のようなコンタミは無かった。
比較例４においては、エッチングにおいて、ろう材パターンとレジストが少しずれたため、一部ラインパターンにも開口部が生じ、エッチング液のしみ込みがみられた。
【００７３】
（２）ヒートサイクル試験及びそれによる破壊モード
上記実施例１〜１４及び比較例１〜４それぞれのセラミックス回路基板に対してヒートサイクル試験を行った。１サイクルを、室温から−４０℃まで冷却した後に、−４０℃で３０分間保持し、次に、−４０℃から室温に戻した後に、室温で１０分間保持し、次に室温から１２５℃まで加熱した後に、１２５℃で３０分間保持し、次に、１２５℃から室温に戻した後に、室温で１０分間保持することとした。１００サイクル後、２００サイクル後、３００サイクル後のセラミックス回路基板の外観を目視で観察した。その結果を表１に示す。観察された破壊モードは、セラミックス破壊と接合界面（またはセラミックス基板表層部）での破壊の２種類であった。セラミックス破壊は、セラミックス基板でクラックが入ることであり、セラミックス基板表裏の絶縁破壊またはその可能性があるので好ましくない。接合界面（セラミックス基板表層部の破壊を含む）での破壊は、ろう材パターンとセラミックス基板との接合界面で剥がれが生じることであり、セラミックス基板表裏間の破壊は発生せず、機能的に問題になることはない。但し、最も好ましいのは、ヒートサイクル後の破壊が観察されないことである。
【００７４】
（３）半田付け性における半田の回り込み
セラミックス回路基板のＣｕ板の端部に、厚さ１ｍｍ、幅３ｍｍの銅端子を半田付けし、その時の半田の回り込みを観察した。その結果を下記及び表１に示す。尚、ここで用いた半田は共晶半田箔であり、半田箔の上に銅端子を配置し２３０℃で１分間加熱した。
実施例１〜１４及び比較例２それぞれのセラミックス回路基板はＣｕ板の端部までろう材パターンに接合されているため、Ｃｕ板の裏側（即ちＣｕ板とＡｌＮ基板との間の隙間）まで半田が回り込むことは無かった。比較例１のセラミックス回路基板は、Ｃｕ板とＡｌＮ基板との間の隙間に半田の回り込みが観察された。
【００７５】
（４）半田付け性におけるフクレ発生
上記の半田付け時の熱処理条件をセラミックス回路基板に施した後に、Ｃｕ板がふくれているかを目視で観察した。問題となるほどのふくれは観察されなかったが、実施例４，５のセラミックス回路基板ではほんのわずかふくれているようにも見えた。
【００７６】
尚、本発明は上述した実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、ろう材の組成を種々変更することも可能である。
【００７７】
また、上記実施の形態１，２では、Ｃｕ板からなる上部金属板及び下部金属板を用いているが、Ｃｕ板以外の金属板、例えばＡｌ板、Ｃｕ合金板又はＡｌ合金板からなる上部金属板及び下部金属板を用いることも可能である。また、ラインパターンは、その幅が一定でないものを含むものである。
【００７８】
また、上記実施の形態２では、点状パターンの平面形状を円形としているが、点状パターンの平面形状を円形以外の形状、例えば楕円形、四角形、ひし形などとすることも可能である。
【００７９】
また、上記実施の形態２では、ラインパターンの内側に点状パターンを配置しているが、ラインパターンの内側に点状パターン以外のパターン、例えばラインパターンを配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】実施例２によるセラミックス回路基板のろう材パターンを示す平面図である。
【図８】実施例５によるセラミックス回路基板のろう材パターンを示す平面図である。
【図９】従来のセラミックス回路基板の製造方法を示す平面図である。
【図１０】従来のセラミックス回路基板の製造方法を示す断面図である。
【図１１】従来のセラミックス回路基板の製造方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は裏面側の平面図であり、（Ｂ）は表面側の平面図であり、（Ｃ）は（Ａ），（Ｂ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…セラミックス基板
２…点状塗布ろう材
３…部分全面塗布部
４，１４…上部金属板
５，１５…下部金属板
６…全面塗布ろう材
７，１７ａ，１７ｂ…回路パターン部
８，９，１０…ろう材パターン
８ａ，９ｂ，２１ｂ…点状パターン
９ａ…全面塗布部
１１ａ，１１ｂ，１２…エッチングレジスト
２１…ろう材パターン
２１ａ…ラインパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス回路基板及びその製造方法に係わり、特に、耐熱衝撃性に優れたセラミックス回路基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９〜図１１は、従来のセラミックス回路基板の製造方法を示すものであり、図９は平面図であり、図１０、図１１は断面図である。
まず、図９に示すように、セラミックス基板１の表面上に、ろう材ペーストを円形点状に印刷した点状塗布ろう材２と、部分的にろう材を全面印刷した部分全面塗布部３を形成する。この部分全面塗布部３は半導体チップ等を搭載する半導体搭載部とされる。また、セラミックス回路基板１の裏面上に全面塗布ろう材６（図１０に示す）を形成する。
【０００３】
次に、図１０に示すように、点状塗布ろう材２及び部分全面塗布部３の上に上部金属板４を配置すると共に、全面塗布ろう材６の上に下部金属板５を配置し、加熱炉中で８３０℃にて接合する。
【０００４】
次いで、上部金属板４の表面及び下部金属板５それぞれの上にエッチングレジスト（図示せず）を形成し、このエッチングレジストをマスクとして上部金属板４、下部金属板５及び点状塗布ろう材２それぞれをエッチング液でエッチングする。これにより、上部金属板４、下部金属板５及び点状塗布ろう材２それぞれの不要部分を除去する。次いで、エッチングレジストを除去する。これにより、図１１に示すように、セラミックス基板１上には上部金属板からなる回路パターン部７が形成され、セラミックス基板１の反対の面には放熱板等に接合（半田付け）するための下部金属板５が形成される（例えば特許文献１参照）。このような構成をとることで、従来の回路パターン部を全面接合した場合と比べ、耐熱衝撃性や通炉耐量に優れたセラミックス回路基板を得ることができる。なお、耐熱衝撃性をろう材の形状で改善しない従来のセラミックス回路基板としては、上記点状塗布ろう材２がなく全面にろう材を接合したものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１５７０５５号公報（第１６段落〜第１９段落、図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のセラミックス回路基板の製造方法では、ろう材を全面印刷していない点状塗布ろう材２があるため、エッチングレジストをマスクとして上部金属板及び下部金属板それぞれをエッチング液でエッチングする際、前記点状塗布ろう材２の周囲における上部金属板４とセラミックス基板１との間の隙間にエッチング液が入り込み、エッチング液の残渣（エッチング残渣）が残ることがわかってきた。上部金属板とセラミックス基板との間の隙間は非常に狭いため、その隙間に入り込んだエッチング残渣を除去するのは非常に困難である。このようなエッチング残渣が残ると、回路パターン部７の絶縁性が低下して短絡の原因となったり、また回路パターン部７が腐食する原因となることがわかってきた。
なお、ろう材を全面印刷すると上記のような隙間がないためエッチング残渣は発生しないが、耐熱衝撃性が劣ることになる。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、金属板とセラミックス基板との間に隙間が形成されており、且つ前記隙間にエッチング残渣が残るのを防止できる耐熱衝撃性に優れたセラミックス回路基板及びその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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
前記セラミックス基板と前記接合された金属板の間の隙間と、
を具備し、
前記隙間が、前記セラミックス基板と、前記金属板と、前記ろう材パターンとで囲まれていることを特徴とする。
【０００９】
上記セラミックス回路基板によれば、前記隙間が、セラミックス基板と、金属板と、ろう材パターンとで囲まれているため、エッチング液が前記隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
【００１０】
本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
前記セラミックス基板と前記接合された金属板の間の隙間と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンを有し、
前記隙間は、前記ろう材パターンの内側に位置することを特徴とする。
【００１１】
上記セラミックス回路基板によれば、金属板の端部に沿ったろう材パターンを有するため、エッチング液が前記ろう材パターンの内側の金属板とセラミックス基板との間の隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
尚、ここでいうろう材パターンは、その幅が一定でないものも含まれる。幅が一定でなくてもエッチング液が入り込むのを防止する効果が得られるからである。
【００１２】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記金属板が回路パターンであることも可能である。
【００１３】
本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったラインパターンを有し、
前記セラミックス基板と前記金属板との間には前記ラインパターンの内側に位置する隙間が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記セラミックス回路基板によれば、ろう材パターンが金属板に沿ったラインパターンを有するため、エッチング液が前記ラインパターンの内側の金属板とセラミックス基板との間の隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
尚、ここでいうラインパターンは、その幅が一定でないものも含まれる。幅が一定でなくてもエッチング液が入り込むのを防止する効果が得られるからである。
【００１５】
本発明に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された回路パターン部と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記回路パターン部の端部に沿ったラインパターンを有し、
前記セラミックス基板と前記回路パターン部との間には前記ラインパターンの内側に位置する隙間が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記セラミックス回路基板によれば、ろう材パターンが回路パターン部に沿ったラインパターンを有するため、回路パターン部を形成する際に用いるエッチング液が前記ラインパターンの内側の回路パターン部とセラミックス基板との間の隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
尚、ここでいうラインパターンは、その幅が一定でないものも含まれる。幅が一定でなくてもエッチング液が入り込むのを防止する効果が得られるからである。
【００１７】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記ろう材パターンにおいて該ろう材パターンの内側に配置された前記隙間に点状パターンを有することも可能である。
【００１８】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が０．０５〜２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜１．５ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜１．０ｍｍである。
【００１９】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記金属板にＮｉ又はＮｉ合金めっきが施されていることも可能である。
【００２０】
また、本発明に係るセラミックス回路基板において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が一定でないものを含むことも可能である。
【００２１】
本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板上にろう材パターンを形成する工程と、
前記ろう材パターン上に金属板を接合する工程と、
前記金属板、または前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成する工程と、
を具備し、
前記セラミックス基板と、前記金属板と、前記ろう材パターンとで囲まれた隙間を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板上にろう材パターンを形成する工程と、
前記ろう材パターン上に金属板を接合する工程と、
前記金属板、または前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなるパターン部を形成する工程と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記金属板からなるパターン部の端部に沿ったろう材パターンと該ろう材パターンの内側に位置する隙間を有することを特徴とする。
なお、上記本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、少なくとも次の二通りの製造方法を含むものである。
第１の製造方法は、セラミックス基板上に例えばスクリーン印刷によってろう材パターンを形成し、前記ろう材パターン上に金属板を接合し、前記金属板を選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成するものであり、この回路パターン部を形成した際に該回路パターン部の下以外にろう材パターンが存在しないものである。
第２の製造方法は、セラミックス基板上に例えばスクリーン印刷によってろう材パターンを形成し、前記ろう材パターン上に金属板を接合し、前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成するものであり、前記スクリーン印刷によって形成したろう材パターンは、前記セラミックス基板と前記回路パターン部との間に設ける隙間の部分のみろう材を印刷せず、それ以外は例えばセラミックス基板のほぼ全面にろう材を塗布したものである。即ち回路パターン間やその周辺にろう材を塗布し、絶縁を確保する等のために不要なろう材を除去する必要がある場合は、前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングする。
なお、第１の製造方法の場合も、例えばろう材が接合時に流れ出す（所定のろう材パターンからはみ出す）場合があるので、その場合は第２の製造方法のエッチングと同様、前記金属板とともに前記ろう材を除去することが好ましい。
【００２３】
上記セラミックス回路基板の製造方法によれば、回路パターン部の端部に沿ったろう材パターンを有するため、金属板を選択的にエッチングする際に用いるエッチング液が前記ろう材パターンの内側の金属板とセラミックス基板との間の隙間に入り込むことを防止できる。これにより、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。
【００２４】
また、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法おいて、前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの内側に配置された前記隙間に点状パターンを有することも可能である。
【００２５】
また、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法において、前記ろう材パターンは、その幅が一定でないものを含むものである。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明によれば、金属板とセラミックス基板との間に隙間が形成されており、且つ前記隙間にエッチング残渣が残るのを防止できる耐熱衝撃性に優れたセラミックス回路基板及びその製造方法を提供することができる。さらには、端子や放熱板などを半田付けした際に、金属板の表面から金属板の側面を伝って隙間部に半田のまわりこみがないセラミックス回路基板及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００２８】
まず、図１に示すように、大きさが例えば５３ｍｍ×２９ｍｍ×０．６ｍｍのＡｌＮ基板からなるセラミックス基板１を準備する。尚、本実施の形態では、セラミックス基板１としてＡｌＮ基板を用いているが、これ以外の他のセラミックス基板、例えばＡｌ２Ｏ３基板やSi3N4基板等を用いることも可能である。
また、セラミックス基板の厚さは、回路基板用として通常に使用されている０．１ｍｍ程度から３ｍｍ程度のものが利用できる。また、セラミックス基板のより好ましい厚さは、特に多く使用されている比較的安価な０．２５〜１ｍｍ程度である。
【００２９】
次いで、図１（Ａ）に示すパターン形状の開口部を有する第１のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の表面上に第１のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の表面上にろう材パターン８，９が形成される。ろう材パターン８は、長方形をライン状に縁取りしたパターン形状であり、そのライン幅は例えば０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましい。その理由は、ろう材のライン幅が０．０５ｍｍより小さいと、セラミックス基板と後工程で接合する金属板との接合強度が回路基板で必要とされるものよりも弱くなり剥がれたり、あるいは後述する金属板のエッチング工程でエッチング用レジストとろう材パターンに位置ズレが生じた場合にラインパターンが露出してしまい、端子などが金属板ではなくろう材であるラインパターンと接合した状態になる不具合が発生することがあるからである。また、２．０ｍｍより大きいと接合強度が大きすぎ、ヒートサイクル後にセラミックス基板に大きな致命的なクラックが発生する場合があるからである。また、より好ましいライン幅は０．１〜１．５ｍｍであり、さらに好ましいライン幅は０．２〜１．０ｍｍ、さらには０．２〜０．５ｍｍである。なお、本実施の形態では、このようなライン状のろう材部分をラインパターンと称する。
ろう材パターン９は、部分的に全面塗布部９ａを有し、他の部分は後に形成する所定の回路パターンの端部、即ちライン状に縁取りしたパターン形状からなるラインパターンである。この全面塗布部９ａは例えば特に放熱を必要とする半導体チップ等を搭載する半導体搭載部とされる。また、図１（Ｂ）に示すパターン形状の開口部を有する第２のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の裏面上に第２のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の裏面上にろう材パターン１０が形成される。ろう材パターン１０は、セラミックス基板の裏面にほぼ全面塗布したパターン形状である。
なお、ろう材パターンは隙間部（即ち浮きパターン部）のみろう材を印刷しない以外は、セラミックス基板のほぼ全面に塗布しても良い。この場合後のエッチング工程で、金属板だけでなく、ろう材も薬液で除去して、回路パターンを形成すれば良い。
【００３０】
次いで、ろう材パターン８，９を例えば１００℃で３０分間保持して乾燥させる。前記ろう材パターン８〜１０の厚さは例えば約２０μｍであり、ろう材の組成は例えば７２ｗｔ％Ａｇ−２６．５ｗｔ％Ｃｕ−１．５ｗｔ％Ｔｉである。
ろう材としては、上記Ag-Cu-Ti系、Al-Si-Ti系などのセラミックスと金属の接合に使用される、いわゆる活性金属含有ろう材を用いることが好ましい。ろう材パターンの厚さは５〜３０μｍ程度が好ましく、この厚さが後に形成されるセラミックス基板と金属回路板の隙間の大きさと略一致する。ろう材パターンの厚さが５μｍより小さいとセラミックス基板と金属回路板の接合強度が弱く剥がれる恐れがあり、また３０μｍより大きいと接合強度が強すぎてセラミックス基板に大きな応力が発生し、耐熱衝撃性が劣化する恐れがあるからである。より好ましいろう材パターンの厚さは１０〜２５μｍである。
【００３１】
この後、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ろう材パターン８，９の上にＣｕ板からなる上部金属板１４を配置し、ろう材パターン１０の上にＣｕ板からなる下部金属板１５を配置する。上部金属板１４の厚さは例えば０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１５〜０．５ｍｍであり、下部金属板１５の厚さは例えば０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。
本願発明の回路基板の用途として、大電力素子を搭載するパワーモジュール用の回路基板が想定される。その場合、０．１ｍｍより小さいと電力に対する容量が不足し、また１．０ｍｍより大きいと回路基板の耐熱衝撃性が劣化する場合がある。よって、上記厚さの範囲が好ましい。
【００３２】
次いで、図２に示した状態のセラミックス基板を真空加熱炉に導入し、８５０℃の温度で３０分間保持する。これにより、上部金属板１４はろう材パターン８，９に接合され、下部金属板１５はろう材パターン１０に接合される。即ち、セラミックス基板１の表面上にはろう材パターン８，９を介して上部金属板１４が接合され、セラミックス基板１の裏面上にはろう材パターン１０を介して下部金属板１５が接合される。
【００３３】
次に、図３（Ａ）に示すパターン形状の開口部を有する第３のスクリーン版（図示せず）を準備し、上部金属板１４の表面上に第３のスクリーン版を配置し、エッチングレジスト材をスクリーン印刷する。これにより、上部金属板１４の上にはエッチングレジスト１１ａ，１１ｂが形成される。次いで、エッチングレジスト１１ａ，１１ｂに紫外線を照射することにより、前記エッチングレジスト１１ａ，１１ｂが硬化される。このエッチングレジスト１１ａは、ろう材パターン８の外形とほぼ同じ形状の長方形パターンであり、ろう材パターン８上に配置されるものである。エッチングレジスト１１ｂは、ろう材パターン９の外形とほぼ同じ形状のパターンであり、ろう材パターン９上に配置されるものである。
【００３４】
また、図３（Ｂ）に示すパターン形状の開口部を有する第４のスクリーン版（図示せず）を準備し、下部金属板１５の上に第４のスクリーン版を配置し、エッチングレジスト材をスクリーン印刷する。これにより、下部金属板１５の上にはエッチングレジスト１２が形成される。次いで、エッチングレジスト１２に紫外線を照射することにより、前記エッチングレジスト１２が硬化される。このエッチングレジスト１２は、ろう材パターン１０の外形とほぼ同じ形状のパターンであり、ろう材パターン１０上に配置されるものである。
【００３５】
この後、図４に示すように、エッチングレジスト１１ａ，１１ｂ，１２をマスクとして上部金属板１４及び下部金属板１５それぞれを例えば塩化銅と過酸化水素水の混合液からなるエッチング液又は塩化第二鉄を主成分とするエッチング液でエッチングする。これにより、上部金属板１４及び下部金属板１５それぞれの不要部分が溶解されて除去される。次いで、エッチングレジスト１１ａ，１１ｂ，１２を水酸化ナトリウム溶液で除去する。これにより、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、セラミックス基板１の表面上にはろう材パターン８，９を介して上部金属板からなる回路パターン部１７ａ，１７ｂが形成され、セラミックス基板１の裏面上にはろう材パターン１０を介して下部金属板１５が形成される。
【００３６】
次に、必要に応じて回路パターン部１７ａ，１７ｂ及び下部金属板１５の表面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施す（図示せず）。
このようにして製造されたセラミックス回路基板は、図４に示すような構造を有する。つまり、セラミックス基板１上にはろう材パターン８，９が形成されており、このろう材パターン８，９の上には回路パターン部１７ａ，１７ｂが接合されている。前記ろう材パターン８，９は、前記回路パターン部１７ａ，１７ｂの端部に沿ったラインパターン又は前記端部を縁取ったラインパターンを有している。尚、本実施の形態では、ラインパターンの幅を一定にしているが、ラインパターンの幅は必ずしも一定である必要はない。
【００３７】
上記実施の形態１によれば、ろう材パターン８，９を、長方形等のパターン外形をライン状に縁取りしたパターンとしているため、エッチングレジスト１１ａ，１１ｂをマスクとして上部金属板１４をエッチング液でエッチングした際、ろう材が存在することでろう材パターン８，９の内側に位置する回路パターン部１７ａ，１７ｂとセラミックス基板１との間の隙間にエッチング液が入り込むことを防止でき、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。従って、回路パターン部１７ａ，１７ｂの絶縁性の低下や短絡を抑制でき、また回路パターン部１７ａ，１７ｂの腐食を抑制できる。
【００３８】
また、本実施の形態では、ろう材パターン８，９を、パターン外形を縁取りしたパターンとすることにより、回路パターン部１７ａ，１７ｂの内側にろう材を設けない部分（即ち浮きパターン）を形成している。このような回路パターン部とセラミックス基板との間のろう材を設けない部分があることによって、回路パターン部に熱衝撃が加えられた時にセラミックス基板に与える熱応力を小さくすることができる。従って、耐ヒートサイクル性を向上させることができる。このため、浮きパターンの回路板の表面には、端子など大きな熱応力を発生させる部材などを搭載することが好ましい。
浮きパターンの面積は４ｍｍ2以上が好ましい。４ｍｍ2より小さいと熱応力を緩和する効果が十分でないからである。さらに好ましくは９ｍｍ2以上である。
また、浮きパターン部の少なくとも１箇所はラインパターンに隣接することが好ましい。浮きパターンが直線を含む形状、たとえば略長方形の場合では、少なくとも１辺が前記ラインパターンに隣接することが好ましい。より好ましくは２辺が、さらに好ましくは３辺以上が前記ラインパターンに隣接することである。これはラインパターンに隣接することで、熱応力の緩和効果がよく得られるからである。
また、前記端子などの部材を搭載する部分である浮きパターンの回路板の表面（即ち半田付部）のみに隙間を形成しても良い。
また、セラミックス回路基板にヒートサイクルが加えられた後に、そのヒートサイクルによる破壊がセラミックス回路基板に発生したとしても、ろう材をラインパターンとし浮きパターンを形成することにより、その破壊がろう材のラインパターンとセラミックス基板との接合界面あるいはセラミックス基板のごく表層に発生するに止めることができ、セラミックス基板に致命的なクラックが入ることを抑制できる。致命的なクラックとは、セラミックス基板に表裏を貫通するものや、比較的深いクラック（板厚が０．６ｍｍであれば、およそ０．２ｍｍ以上（板厚の約１／３以上））を示し、回路基板として基本的な特性である表裏の絶縁が破壊される、または絶縁破壊のおそれがあるものをいう。
【００３９】
また、本実施の形態では、ろう材パターン８，９を、パターン外形を縁取りしたパターンとすることにより、回路パターン部１７ａ，１７ｂに端子を半田によって接続する際、半田が回路パターン部の下の隙間に回りこむことを防止できる。半田の回り込みにより、該端子の傾きが発生し、電子装置へのアセンブリに不具合を発生する恐れがある。
また、前記端子などの部材を半田付けする時にもその半田付け部分に対応するセラミックス基板に大きな熱応力が発生して、致命的なクラック発生の原因になるが、本実施の形態はこれも解決できる。
【００４０】
（実施の形態２）
図５及び図６は、本発明の実施の形態２によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図１〜図４と同一部分には同一符号を付す。尚、本実施の形態が実施の形態１の異なる点は、ろう材パターン８，９に円形の点状パターンが付加されている点である。
【００４１】
図５（Ａ）に示すパターン形状の開口部を有する第１のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の表面上に第１のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の表面上にろう材パターン８，９が形成される。ろう材パターン８は、実施の形態１と同様の長方形をライン状に縁取りしたラインパターンに加え、そのラインパターンの内側に複数の円形の点状パターン８ａを有するものである。ろう材パターン９は、実施の形態１と同様の全面塗布部９ａとライン状に縁取りしたラインパターンに加え、そのラインパターンの内側に複数の円形の点状パターン９ｂを有するものである。前記点状パターン８ａ，９ｂの円の直径は０．１〜１ｍｍであることが好ましい。その理由は、０．１ｍｍより小さいと半田付け時等加熱された時に、浮きパターンがふくれる場合があり、また、１ｍｍより大きいとヒートサイクル後にセラミックス基板に大きなクラックを発生させる恐れがあるからである。さらに好ましい円の直径は０．１〜０．５ｍｍである。
また、前記点状パターンの間隔は、円の外周と外周の間で０．０５〜１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．６５ｍｍ程度である。その理由は、０．０５ｍｍより小さいと間隔がせますぎ接合時に隣同士の円がつながる恐れがあり、またあまり円で接合された密度が大きいと隙間を設けることによる耐熱衝撃性が十分に得られない場合があるからである。また１ｍｍより大きいと、円形接合部（即ち点状パターンと後述する金属板との接合部）の１個１個に発生する応力が大きくなり、耐熱衝撃性などが十分に得られないことがあるからである。なお、前記点状パターンの形状を円形から他の形状、例えば三角形又は四角形等に変更してもよいが、上記の円の場合の面積に相当する面積にすることが好ましい。
また、図５（Ｂ）に示すパターン形状の開口部を有する第２のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の裏面上に第２のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の裏面上にろう材パターン１０が形成される。ろう材パターン１０は、全面塗布したパターン形状である。
【００４２】
次いで、ろう材パターン８，９を実施の形態１と同様に例えば１００℃で３０分間保持して乾燥させる。前記ろう材パターン８〜１０の厚さ及びろう材の組成は実施の形態１と同様である。
【００４３】
この後、実施の形態１と同様に、ろう材パターン８，９の上に上部金属板１４を配置し、ろう材パターン１０の上に下部金属板１５を配置する。次いで、実施の形態１と同様の方法で、上部金属板１４をろう材パターン８，９に接合し、下部金属板１５をろう材パターン１０に接合する。
【００４４】
次に、実施の形態１と同様の方法で、上部金属板１４及び下部金属板１５それぞれをエッチングすることにより、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、セラミックス基板１の表面上にはろう材パターン８，９を介して上部金属板からなる回路パターン部１７ａ，１７ｂが形成され、セラミックス基板１の裏面上にはろう材パターン１０を介して下部金属板１５が形成される。
【００４５】
次に、回路パターン部１７ａ，１７ｂ及び下部金属板１５の表面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施す（図示せず）。
【００４６】
上記実施の形態２においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、回路パターン部１７ａ，１７ｂが点状パターン８ａ，９ｂによって接合しているため、回路パターン部１７ａ，１７ｂに端子等を半田付けする時、半田付けの熱によって回路パターン部にふくれが発生することがわかってきたが、これを抑制できる。
ふくれの原因はわかっていないが、何らかの理由で水分あるいはろう材中の有機物などガス化するものが浮きパターン部に含有されていた、または金属板の熱膨張によるものと推測される。
【００４７】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は裏面側の平面図であり、（Ｂ）は表面側の平面図であり、（Ｃ）は（Ａ），（Ｂ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、図１〜図４と同一部分には同一符号を付す。尚、本実施の形態が実施の形態１の異なる点は、表面側及び裏面側それぞれのろう材パターンの形状である。
【００４８】
図１２（Ｂ）、（Ｃ）に示すろう材パターン２１，２２のパターン形状の開口部を有する第１のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の表面上に第１のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の表面上にろう材パターン２１，２２が形成される。ろう材パターン２１は、全面塗布したパターン形状である。ろう材パターン２２は第１及び第２の隙間部２２ａ，２２ｂを有しており、それ以外の部分は全面塗布したパターン形状である。
また、図１２（Ａ）、（Ｃ）に示すろう材パターンのパターン形状の開口部を有する第２のスクリーン版（図示せず）を準備し、セラミックス基板１の裏面上に第２のスクリーン版を配置し、ペースト状のろう材をスクリーン印刷する。これにより、セラミックス基板１の裏面上にろう材パターン２３，２３ａが形成される。ろう材パターン２３は実施の形態１と同様に長方形をライン状に縁取りしたラインパターンである。ろう材パターン２３ａは、ろう材パターン２３の内側に全面塗布したパターン形状である。ろう材パターン２３ａとろう材パターン２３との間には隙間部２３ｂが設けられている。
【００４９】
次いで、ろう材パターン２１〜２３，２３ａを実施の形態１と同様に例えば１００℃で３０分間保持して乾燥させる。前記ろう材パターン２１〜２３，２３ａの厚さ及びろう材の組成は実施の形態１と同様である。
【００５０】
この後、実施の形態１と同様に、ろう材パターン２１，２２の上に上部金属板を配置し、ろう材パターン２３，２３ａの上に下部金属板を配置する。次いで、実施の形態１と同様の方法で、上部金属板をろう材パターン２１，２２に接合し、下部金属板をろう材パターン２３，２３ａに接合する。
【００５１】
次に、実施の形態１と同様の方法で、上部金属板及び下部金属板それぞれをエッチングすることにより、図１２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、セラミックス基板１の表面上にはろう材パターン２１，２２を介して上部金属板からなる回路パターン部１７ａ，１７ｂが形成され、図１２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、セラミックス基板１の裏面上にはろう材パターン２３，２３ａを介して下部金属板１５が形成される。
【００５２】
次に、回路パターン部１７ａ，１７ｂ及び下部金属板１５の表面に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを施す（図示せず）。
なお、前記第１及び第２の隙間部２２ａ，２２ｂが形成されている理由は、前記隙間部２２ａ，２２ｂそれぞれの上に位置する回路パターン部１７ｂに外部と接続する端子（図示せず）を配置（半田付け）する際に耐熱衝撃性を得るためである。隙間部２２ａは略長方形の３辺以上、隙間部２２ｂは略長方形の３辺がラインパターンに隣接している。
【００５３】
上記実施の形態３によれば、ろう材パターン２３を、長方形の下部金属板１５の外形をライン状に縁取りしたパターンとしているため、上部金属板をエッチング液でエッチングした際、ろう材が存在することでろう材パターン２３の内側に位置する下部金属板１５とセラミックス基板１との間の隙間にエッチング液が入り込むことを防止でき、前記隙間にエッチング残渣が残ることを防止できる。従って、実施の形態１，２と同様の作用で下部金属板１５の腐食を抑制できる。
【００５４】
また、本実施の形態では、ろう材パターン２３を、下部金属板１５の外形を縁取りしたパターンとすることにより、下部金属板１５の内側にろう材を設けない部分（即ち隙間部２３ｂ）を形成している。このような下部金属板１５とセラミックス基板１との間のろう材を設けない部分があることによって、下部金属板１５に熱衝撃が加えられた時にセラミックス基板に与える熱応力を小さくすることができる。従って、耐ヒートサイクル性を向上させることができる。このため、下部金属板１５の表面には、放熱板など大きな熱応力を発生させる部材などを（半田付等により）搭載したときも、耐熱衝撃特性が優れている。
【００５５】
次に、表１に示すろう材印刷形状の実施例１〜１５及び比較例１，４それぞれのサンプルについてのエッチング液のしみ込み、ヒートサイクル性、半田付け性に関する評価を行った。その評価方法及び評価結果について、表１、図７及び図８を参照しつつ説明する。
【００５６】
【表１】
【００５７】
図７は、実施例２のサンプル（セラミックス回路基板）のろう材パターンを示す平面図である。実施例２は、実施の形態２と同様の方法で、外形が３２ｍｍ×１８ｍｍ×０．６ｍｍのＡｌＮ基板の表面上に、４つの角を丸く（R1）した長方形の外形を縁取るラインパターン２１ａと、そのラインパターンの内側に配置された複数の円形の点状パターン２１ｂとからなるろう材パターンを形成し、このろう材パターンの上に該ろう材パターンと同様の外形を有し且つ外形が２８ｍｍ×１４ｍｍ×０．３ｍｍで４つの角を丸く(R2)したＣｕ板（図示せず）を接合したものである。前記ラインパターン２１ａの幅（縁取り幅）は０．５ｍｍである。前記点状パターン２１ｂの円の直径はφ０．６ｍｍであり、点状パターン２１ｂは格子状に配置されており、点状パターンの点（円）の中心と中心との間隔は０．８５ｍｍである。
なお、該AｌN基板の裏面には表面と対称の位置に、外形が２８ｍｍ×１４ｍｍ×０．１５ｍｍで表面側のＣｕ板と同形状のＣｕ板が全面にろう材のある状態で接合されている（図示せず）。さらに、Ｃｕ板の上に無電界Ｎｉ−Ｐ合金めっきを３μｍ施した。
【００５８】
実施例１は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．８ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００５９】
実施例３は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．４ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６０】
図８は、実施例５のサンプル（セラミックス回路基板）のろう材パターンを示す平面図である。実施例５は、実施の形態１と同様の方法で、外形が３２ｍｍ×１８ｍｍ×０．６ｍｍのＡｌＮ基板の表面上に４つの角を丸く(R1)した長方形の外形を縁取るラインパターンからなるろう材パターン２１を形成し、このろう材パターン２１の上に該ろう材パターンと同様の外形を有する外形が２８ｍｍ×１４ｍｍ×０．３ｍｍで４つの角を丸く(R2)したＣｕ板（図示せず）を接合したものである。前記ラインパターンの幅は、０．５ｍｍである。
なお、該AｌN基板の裏面には表面と対称の位置に、外形が２８ｍｍ×１４ｍｍ×０．１５ｍｍで表面側のＣｕ板と同形状のＣｕ板が全面にろう材のある状態で接合されている（図示せず）。さらに、Ｃｕ板の上に無電界Ｎｉ−Ｐ合金めっきを３μｍ施した。
【００６１】
実施例４は、図８に示す実施例５のサンプルにおけるラインパターンの幅を０．２５ｍｍとした点以外は実施例５と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６２】
実施例６は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．２ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６３】
実施例７は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．１ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．２１ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６４】
実施例８は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．２ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．２１ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６５】
実施例９は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．４ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．５ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６６】
実施例１０は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．１ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．１５ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６７】
実施例１１は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．２ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．３ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００６８】
実施例１２は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．１ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．３ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でセラミックス回路基板を作製したものである。
【００６９】
実施例１３は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．５ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．８５ｍｍとし、縁取り幅を１．５ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
実施例１４は、図７に示す実施例２のサンプルにおける点状パターンの円の直径をφ０．２ｍｍとし、点状パターンの間隔を０．３ｍｍとし、縁取り幅を０．２ｍｍとした点以外は実施例２と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
実施例１５は、図８に示す実施例５のサンプルにおけるラインパターンの内側に、ラインパターンに沿って幅２ｍｍの（ろう材を塗布しない）隙間部を形成し、その内側の部分は全面ろう材を塗布して接合した以外は、実施例５と同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００７０】
比較例１は、実施例６のサンプルにおけるラインパターンを無くし、点状パターンのみとした点以外は実施例６と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００７１】
比較例２は、実施の形態１と同様の方法で、実施例５のサンプルにおけるラインパターンがなく、ＡｌＮ基板の表面上に４つの角を丸くした長方形の全面塗布パターンからなるろう材パターンを形成し、このろう材パターンの上に該ろう材パターンと同様の形状のＣｕ板（図示せず）を接合したサンプルである。
比較例３は、図８に示す実施例５のサンプルにおけるラインパターンの幅を２．５ｍｍとした点以外は実施例５と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
比較例４は、図８に示す実施例５のサンプルにおけるラインパターンの幅を０．０２５ｍｍとした点以外は実施例５と全く同様の方法でサンプルを作製したものである。
【００７２】
（１）エッチング液のしみ込み
上記実施例１〜１４及び比較例１〜４それぞれのセラミックス回路基板において、エッチング液のしみ込みの有無を調べた。その結果を下記及び表１に示す。
比較例１のセラミックス回路基板のＣｕ板を引き剥がしてみると、Ｃｕ板の裏とＡｌＮ基板の表面に緑色の塩化銅と思われるエッチング残渣が付着しており、また、一部が銀色のＮｉメッキと思われるものが付着していた。このようなエッチング残渣等のコンタミはセラミックス回路基板の絶縁不良やＣｕ板の腐食の原因となると考えられる。
実施例１〜１４それぞれのセラミックス回路基板のＣｕ板を引き剥がしたが、Ｃｕ板の裏やＡｌＮ基板の表面に上記のようなコンタミは無かった。
比較例２、３のセラミックス回路基板のＣｕ板を引き剥がしてみたが、ろう材パターンが全面塗布パターンで浮きパターン（非接合部）が無いので、上記のようなコンタミは無かった。
比較例４においては、エッチングにおいて、ろう材パターンとレジストが少しずれたため、一部ラインパターンにも開口部が生じ、エッチング液のしみ込みがみられた。
【００７３】
（２）ヒートサイクル試験及びそれによる破壊モード
上記実施例１〜１４及び比較例１〜４それぞれのセラミックス回路基板に対してヒートサイクル試験を行った。１サイクルを、室温から−４０℃まで冷却した後に、−４０℃で３０分間保持し、次に、−４０℃から室温に戻した後に、室温で１０分間保持し、次に室温から１２５℃まで加熱した後に、１２５℃で３０分間保持し、次に、１２５℃から室温に戻した後に、室温で１０分間保持することとした。１００サイクル後、２００サイクル後、３００サイクル後のセラミックス回路基板の外観を目視で観察した。その結果を表１に示す。観察された破壊モードは、セラミックス破壊と接合界面（またはセラミックス基板表層部）での破壊の２種類であった。セラミックス破壊は、セラミックス基板でクラックが入ることであり、セラミックス基板表裏の絶縁破壊またはその可能性があるので好ましくない。接合界面（セラミックス基板表層部の破壊を含む）での破壊は、ろう材パターンとセラミックス基板との接合界面で剥がれが生じることであり、セラミックス基板表裏間の破壊は発生せず、機能的に問題になることはない。但し、最も好ましいのは、ヒートサイクル後の破壊が観察されないことである。
【００７４】
（３）半田付け性における半田の回り込み
セラミックス回路基板のＣｕ板の端部に、厚さ１ｍｍ、幅３ｍｍの銅端子を半田付けし、その時の半田の回り込みを観察した。その結果を下記及び表１に示す。尚、ここで用いた半田は共晶半田箔であり、半田箔の上に銅端子を配置し２３０℃で１分間加熱した。
実施例１〜１４及び比較例２それぞれのセラミックス回路基板はＣｕ板の端部までろう材パターンに接合されているため、Ｃｕ板の裏側（即ちＣｕ板とＡｌＮ基板との間の隙間）まで半田が回り込むことは無かった。比較例１のセラミックス回路基板は、Ｃｕ板とＡｌＮ基板との間の隙間に半田の回り込みが観察された。
【００７５】
（４）半田付け性におけるフクレ発生
上記の半田付け時の熱処理条件をセラミックス回路基板に施した後に、Ｃｕ板がふくれているかを目視で観察した。問題となるほどのふくれは観察されなかったが、実施例４，５のセラミックス回路基板ではほんのわずかふくれているようにも見えた。
【００７６】
尚、本発明は上述した実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、ろう材の組成を種々変更することも可能である。
【００７７】
また、上記実施の形態１，２では、Ｃｕ板からなる上部金属板及び下部金属板を用いているが、Ｃｕ板以外の金属板、例えばＡｌ板、Ｃｕ合金板又はＡｌ合金板からなる上部金属板及び下部金属板を用いることも可能である。また、ラインパターンは、その幅が一定でないものを含むものである。
【００７８】
また、上記実施の形態２では、点状パターンの平面形状を円形としているが、点状パターンの平面形状を円形以外の形状、例えば楕円形、四角形、ひし形などとすることも可能である。
【００７９】
また、上記実施の形態２では、ラインパターンの内側に点状パターンを配置しているが、ラインパターンの内側に点状パターン以外のパターン、例えばラインパターンを配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】実施例２によるセラミックス回路基板のろう材パターンを示す平面図である。
【図８】実施例５によるセラミックス回路基板のろう材パターンを示す平面図である。
【図９】従来のセラミックス回路基板の製造方法を示す平面図である。
【図１０】従来のセラミックス回路基板の製造方法を示す断面図である。
【図１１】従来のセラミックス回路基板の製造方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３によるセラミックス回路基板の製造方法を示す図であり、（Ａ）は裏面側の平面図であり、（Ｂ）は表面側の平面図であり、（Ｃ）は（Ａ），（Ｂ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…セラミックス基板
２…点状塗布ろう材
３…部分全面塗布部
４，１４…上部金属板
５，１５…下部金属板
６…全面塗布ろう材
７，１７ａ，１７ｂ…回路パターン部
８，９，１０…ろう材パターン
８ａ，９ｂ，２１ｂ…点状パターン
９ａ…全面塗布部
１１ａ，１１ｂ，１２…エッチングレジスト
２１…ろう材パターン
２１ａ…ラインパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
前記セラミックス基板と前記接合された金属板の間の隙間と、
を具備し、
前記隙間が、前記セラミックス基板と、前記金属板と、前記ろう材パターンとで囲まれていることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項２】
セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
前記セラミックス基板と前記接合された金属板の間の隙間と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンを有し、
前記隙間は、前記ろう材パターンの内側に位置することを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記金属板が回路パターンであることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記ろう材パターンにおいて該ろう材パターンの内側に配置された前記隙間に点状パターンを有することを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が０．０５〜２ｍｍであることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が０．１〜１．５ｍｍであることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記金属板にＮｉ又はＮｉ合金めっきが施されていることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が一定でないものを含むことを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項９】
セラミックス基板上にろう材パターンを形成する工程と、
前記ろう材パターン上に金属板を接合する工程と、
前記金属板、または前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成する工程と、
を具備し、
前記セラミックス基板と、前記金属板と、前記ろう材パターンとで囲まれた隙間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。
【請求項１０】
セラミックス基板上にろう材パターンを形成する工程と、
前記ろう材パターン上に金属板を接合する工程と、
前記金属板、または前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成する工程と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記回路パターン部の端部に沿ったろう材パターンと該ろう材パターンの内側に位置する隙間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。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの内側に配置された前記隙間に点状パターン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。
【請求項１２】
請求項９乃至１１において、前記ろう材パターンは、その幅が一定でないものを含むものであ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１】
セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
前記セラミックス基板と前記接合された金属板の間の隙間と、
を具備し、
前記隙間が、前記セラミックス基板と、前記金属板と、前記ろう材パターンとで囲まれていることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項２】
セラミックス基板上に形成されたろう材パターンと、
前記ろう材パターン上に接合された金属板と、
前記セラミックス基板と前記接合された金属板の間の隙間と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンを有し、
前記隙間は、前記ろう材パターンの内側に位置することを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記金属板が回路パターンであることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記ろう材パターンにおいて該ろう材パターンの内側に配置された前記隙間に点状パターンを有することを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が０．０５〜２ｍｍであることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が０．１〜１．５ｍｍであることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記金属板にＮｉ又はＮｉ合金めっきが施されていることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの幅が一定でないものを含むことを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項９】
セラミックス基板上にろう材パターンを形成する工程と、
前記ろう材パターン上に金属板を接合する工程と、
前記金属板、または前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成する工程と、
を具備し、
前記セラミックス基板と、前記金属板と、前記ろう材パターンとで囲まれた隙間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。
【請求項１０】
セラミックス基板上にろう材パターンを形成する工程と、
前記ろう材パターン上に金属板を接合する工程と、
前記金属板、または前記金属板と前記ろう材パターンを選択的にエッチングすることにより、前記ろう材パターン上に該金属板からなる回路パターン部を形成する工程と、
を具備し、
前記ろう材パターンは、前記回路パターン部の端部に沿ったろう材パターンと該ろう材パターンの内側に位置する隙間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。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、前記ろう材パターンは、前記金属板の端部に沿ったろう材パターンの内側に配置された前記隙間に点状パターン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。
【請求項１２】
請求項９乃至１１において、前記ろう材パターンは、その幅が一定でないものを含むものであることを特徴とする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７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２７９０３５（Ｐ２００６−２７９０３５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５８５８９（Ｐ２００６−５８５８９）
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００２２４７９８）同和鉱業株式会社 (550)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００２２４７９８）同和鉱業株式会社 (550)
【Ｆターム（参考）】
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