回路基板とその作製方法
【課題】 高密度化が可能な回路基板を提供する。
【解決手段】 回路基板３の構成は、銅基板１０の表面には微粒子ビーム堆積法にて形成された酸化アルミニウム基板１１が配置され、その表面にあるパターンを描く導電性配線１２が配置され、その上に同じく微粒子ビーム堆積法で形成された酸化アルミニウム層１３、１４が配置される。この層間にも導電性配線１２が通っている。酸化アルミニウム基板１１上にはまたＩＣチップ１６が高温半田１７を介して設置されており、導電性配線１２とワイヤーボンディング１８によって接続されている。
【解決手段】 回路基板３の構成は、銅基板１０の表面には微粒子ビーム堆積法にて形成された酸化アルミニウム基板１１が配置され、その表面にあるパターンを描く導電性配線１２が配置され、その上に同じく微粒子ビーム堆積法で形成された酸化アルミニウム層１３、１４が配置される。この層間にも導電性配線１２が通っている。酸化アルミニウム基板１１上にはまたＩＣチップ１６が高温半田１７を介して設置されており、導電性配線１２とワイヤーボンディング１８によって接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップなどの電子部品を搭載したり、配線が形成される絶縁性セラミックスからなる回路基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回路基板は、特開２０００−８６３６８号公報、特開２０００−１２７１２３号公報、特開２０００−２６９３９２号公報或いは特開２０００−３５３７６９号公報に開示されるように、セラミックス基板に放熱用の金属製のヒートシンクを接合したものが使用されている。セラミックス基板は通常グリーンシートやドクターブレード法によってシート状に形成されたセラミックス素地を焼成して得られる。
【０００３】
配線を必要とする場合は、上記公報に開示されるように、あらかじめグリーンシート上にペースト塗布などにより導電性物質を配置した後、グリーンシートを積層して圧縮成形し、これを還元雰囲気で焼成するなどして得ている。
【０００４】
また、セラミックス基板とヒートシンクの接合は、銅系ロウ材を使って銅板と接合する活性金属法や、銅と酸素の共晶点を利用して直接銅と接合する直接接合法（ＤＢＣ法）などが多く用いられている。
【０００５】
セラミックス基板の材料としては、絶縁性に優れ、強度が強く、熱伝導率にも優れ、湿度や温度変化に対して劣化の少ない酸化アルミニウムや、さらに熱伝導率に優れるという理由から窒化アルミニウムあるいは窒化ケイ素などが通常使用されている。その厚さは数百μｍ以上が一般的である。
【０００６】
ヒートシンクには、前述した銅が熱伝導率に優れ、安価であり、よく使用されているほか、熱伝導性には銅に譲るものの、軟質であるなどの理由でアルミニウムも使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した方法は、まずセラミックス基板を作製するために１０００℃以上の高温を必要とし、配線を配置する場合は、還元性雰囲気の環境を与えなければならない。
【０００８】
また、セラミックス基板とヒートシンクを接合する場合も、活性金属法では７８０℃以上、直接接合法では１０５０℃以上と、高温環境を必要とし、このような高温のため、熱膨張の差で接合部に大きな応力が発生し、基板が割れたり、残留応力による基板の反りが発生するなどの不具合が生じる。また接合部の熱伝導率が低い場合もあり、これが冷却効果を劣化させる原因ともなる。また多くの加熱工程は、エネルギー消費量の問題のほか、煩雑さもあり、コスト高の要因となっている。
【０００９】
またＰＶＤやＣＶＤなどで金属板の表面にセラミックス層を形成することも可能であるが、高温プロセスを必要とするだけでなく、厚い膜厚のセラミックス層を作製するのが困難である。また溶射法であれば膜厚を厚くできるが高温プロセスが必要になる。
【００１０】
更に最近では、金属やセラミックス等の超微粒子をガス攪拌にてエアロゾル化し、微小なノズルを通して加速せしめ、基材表面に超微粒子の圧粉体層を形成させ、これを加熱して焼成させることにより被膜を形成するというガスデポジション法（加集誠一郎：金属 １９８９年１月号）や、微粒子を帯電させ電場勾配を用いて加速せしめ、この後はガスデポジション法と同様の基本原理で被膜形成を行う静電微粒子コーティング法（井川 他：昭和５２年度精密機械学会秋季大会学術講演会前刷）も知られているが、何れも加熱プロセスを伴うため、前記したように基板の割れや反りを発生しやすい。
【００１１】
また、上記のガスデポジション法あるいは静電微粒子コーティング法を改良した先行技術として、特開平８−８１７７４号公報、特開平１０−２０２１７１号公報、特開平１１−２１６７７号公報、特開平１１−３３０５７７号公報或いは特開２０００−２１２７６６号公報に開示されるものが知られている。
しかしながら、これらの先行技術には回路基板への適用が示唆されておらず、且つ回路基板として要求される密着性、絶縁性を有し且つ所定の厚さのものを得ることはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下の知見に基づいてなされた。
即ち、延展性を持たない脆性材料（セラミックス）に機械的衝撃力を付加すると、結晶子同士の界面などの劈開面に沿って結晶格子のずれを生じたり、あるいは破砕される。そして、これらの現象が起こると、ずれ面や破面には、もともと内部に存在し別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった新生面が形成される。この新生面の原子一層の部分は、もともと安定した原子結合状態から外力により強制的に不安定な表面状態に晒され、表面エネルギーが高い状態となる。この活性面が隣接した脆性材料表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基板表面と接合して安定状態に移行する。外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、この現象を継続的に発生させ、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行われ、脆性材料構造物が形成される。
【００１３】
そして、更に上記機械的衝撃を搬送ガスにて脆性材料を基材に衝突させるようにした本発明の一態様を微粒子ビーム堆積法あるいはエアロゾルデポジション法と称する。
この微粒子ビーム堆積法は、ガスデポジション法より発展してきた手法であり、金属などの基材上に脆性材料の多結晶構造物をダイレクトに形成させる方法である。この手法は、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを搬送し、高速で基材表面に噴射して衝突させ、微粒子を破砕・変形せしめ、基板との界面にアンカー層を形成して接合させるとともに、破砕した断片粒子同士を接合させることにより、基材との密着性が良好で強度の大きい構造物を得ることができる。
【００１４】
上記の知見から発展した本発明に係る回路基板は、ヒートシンクとして作用する金属材料にセラミックス基板（層）を接着剤を用いることなく直接接合して構成される。
また、本発明に係る他の回路基板は、金属材料にセラミックス基板が接着剤を用いることなく直接接合され、このセラミックス基板に導電性配線が直接形成された構成とした。
【００１５】
本発明にあっては、前記セラミックス基板が、多結晶の脆性材料からなり、結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在せず、前記セラミックス基板と前記金属材料との界面は、前記セラミックス基板が前記金属材料に食い込むアンカー部となっている。
【００１６】
前記セラミックス基板の厚さは１〜１０００μｍが回路基板として適当であり、また緻密度は９５％以上であることが好ましく、更に前記セラミックス基板の材質としては酸化アルミニウムを主成分とするものが考えられる。熱伝導特性に優れる絶縁性材質である窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化珪素、酸化ベリリウム、あるいは酸化珪素などを主成分とするものを用いることも考えられる。
すなわち、本願では厚さ１μｍレベルの薄膜品が焼成せずに作製でき、そのために回路基板をより小型化することが可能となった。また、１０００μｍレベルの緻密な厚膜も作製可能となり、大面積の回路設計をも可能とした。
【００１７】
また、本発明に係る回路基板の製造方法は、脆性材料微粒子を金属材料表面および／または導電性配線に高速で衝突させて、この衝突によって前記脆性材料微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて生じた活性な新生面を介して微粒子同士を再結合せしめることで、前記金属材料表面および／または前記導電性配線に前記脆性材料微粒子が食い込むアンカー部を形成させ、このアンカー部の上に脆性材料からなるセラミックス層を形成するようにした。
【００１８】
剥離強度に優れ、且つ必要な厚さのセラミックス基板を得るには、脆性材料微粒子はあらかじめ内部歪が印加されていることが好ましい。微粒子に歪を与える粉砕処理は、微粒子にかかる粉砕のための衝撃を大きく与えることのできる粉砕手段を用いるのが好ましい。微粒子に比較的一様に大きな歪を付与することができるからである。このような粉砕手段としては、セラミックスの粉砕処理によく用いられるボールミルに比べて大きな重力加速度を与えることの出来る振動ミルやアトライタ、遊星ミルを用いるのが好ましく、とりわけボールミルに比べて格段に大きな重力加速度を与えることの出来る遊星ミルを用いることが最も好ましい。微粒子の状態に着目すれば、クラックは内部歪をキャンセルするものであるので、最も好ましいのは、クラックが生じる直前まで内部歪が高まっている微粒子ということになる。
【００１９】
また、本発明方法の特徴の１つは、セラミックス層の形成を室温環境下で行うことであり、脆性材料微粒子を高速で衝突させる手段が、脆性材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、高速で前記金属材料および／または導電性配線に向けて噴射することである。
【００２０】
ここで、本発明を理解する上で重要となる語句の解釈を以下に行う。
（多結晶）
本件では結晶子が接合・集積してなる構造体を指す。結晶子は実質的にそれひとつで結晶を構成しその径は通常５ｎｍ以上である。ただし、微粒子が破砕されずに脆性材料構造物中に取り込まれるなどの場合がまれに生じるが、実質的には多結晶である。
（界面）
本件では結晶子同士の境界を構成する領域を指す。
（粒界層）
界面あるいは焼結体でいう粒界に位置するある厚み（通常数ｎｍ〜数μｍ）を持つ層で、通常結晶粒内の結晶構造とは異なるアモルファス構造をとり、また場合によっては不純物の偏析を伴う。
（アンカー部）
本件の場合には、基材と脆性材料構造物の界面に形成された凹凸を指し、特に、予め基材に凹凸を形成させるのではなく、脆性材料構造物形成時に、元の基材の表面精度を変化させて形成される凹凸のことを指す。
（内部歪）
原料微粒子に含まれる格子歪のことで、Ｘ線回折測定におけるHall法を用いて算出される値であり、微粒子を十分にアニールした標準物質を基準として、そのずれを百分率表示する。
【発明の効果】
【００２１】
以上に説明したように本発明によれば、回路基板を高温プロセスを使用しないで作製できるため、低コスト、低消費エネルギーであり、材質の熱膨張率の差を気にする必要がない。
また、セラミックス基板と裏面側の金属材料とが直接接合しているので、熱伝導率の低い接着層による冷却効率の低下がない。
また、セラミックス基板を極力薄くできるので、冷却効率が向上し、スルーホール内面に導電性コーティングをする必要がない。
また、緻密質のセラミックス基板が得られるので、導電性配線をめっき処理やペースト塗布で施す場合に余剰の成分がポアに残留して短絡するなどの危険性がない。
更に導電性配線をセラミックス基板内（厚さ内）に極力納めることができ、配線の劣化やゴミによる短絡などの危険性がなく、回路の高密度化が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の一態様としての回路基板１の断面図を示す。図２にこの実施の態様を達成するために使用する作製装置２０（超微粒子ビーム堆積装置）の模式図を示す。回路基板１は、銅基板１０および酸化アルミニウム基板１１からなる。作製装置２０は、窒素ガスボンベ２０１がガス搬送管２０２を介して、あらかじめミル解砕により歪みを印加した酸化アルミニウム微粒子を内蔵するエアロゾル発生器２０３に接続し、エアロゾル搬送管２０４を介して形成室２０５内に設置された、縦０．４ｍｍ横１０ｍｍの開口を持つノズル２０６に接続されている。ノズル２０６の先にはＸＹステージ２０７に設置された銅基板１０が配置される。形成室２０５は真空ポンプ２０８に接続されている。銅基板１０は表面が平面に加工されている。
【００２３】
以上の構成の作製装置２０による回路基板１の作製手順を次に述べる。窒素ガスボンベ２０１を開栓し、窒素ガスを搬送管２０２を通じてエアロゾル発生器２０３に導入させ、酸化アルミニウム微粒子を含むエアロゾルを発生させる。エアロゾルは搬送管２０４を通じてノズル２０６へと送られ、ノズル２０６の開口より高速で噴出される。このとき真空ポンプ２０８の作動により、形成室２０５内は数ｋＰａの減圧環境下に置かれている。
【００２４】
ノズル２０６の開口の先に配置された銅基板１０に酸化アルミニウム微粒子が高速で衝突し、粒子はその運動エネルギーにより変形、破砕を起こして、一部は銅基板１０に食い込みアンカー層を形成し、一部はアンカー層の上に破砕して形成された微細断片粒子同士がその新生面を介して接合し、これを繰り返して銅基板１０上に緻密質の酸化アルミニウムの層を形成していく。銅基板１０はＸＹステージ２０７により揺動されており、所望の面積に酸化アルミニウムの層は形成され、銅基板１０上に都合３０μｍの酸化アルミニウム基板１１を得た。これらのプロセスはすべて室温下で行われた。
【００２５】
このようにして得られた回路基板１は、銅基板１０と酸化アルミニウム基板１１が強固に接着しており、室温で形成されているため、酸化アルミニウム基板の残留応力も少ない。形成後の表面はＲａ＝０．１８μｍ程度の表面荒さを保有しているが、この表面は研磨しても良いし、後工程での電極との密着性を考慮すれば、このまま用いることも好適である。
【００２６】
また、絶縁破壊電圧値が１００Ｖ／μｍ以上の酸化アルミニウム基板が３０μｍ厚みで形成されているため、銅基板１０をグランドとしても、３ｋＶ以上の耐電圧を有し、電流の漏れはなく、熱伝導特性も良好である。
【００２７】
図３は回路基板１を用い、ＩＣチップをはめ込んでパッケージ化した多層配線基板３の断面図である。図４は多層配線基板３のセラミックス基板部分の形成に用いた作製装置２１の一部を示した模式図であり、作製装置２０に準じているが、ノズル２０６に３次元構造形成装置４０が設置され、プログラムコントローラ４１につながっている。
【００２８】
図５は３次元構造形成装置の斜視図であり、ノズルの開口の先に届く、可動式の、幅５００μｍのピンを多数並べた構造となっており、ＸＹステージと同期しつつプログラム稼動する。
【００２９】
多層配線基板３の構成は、銅基板１０の表面に酸化アルミニウム基板１１が配置され、その表面にあるパターンを描く導電性配線１２が配置され、その上に酸化アルミニウム層１３、１４が配置される。この層間にも導電性配線１２が通っている。すなわち導電性配線は３次元の立体配線構造をとっている。また酸化アルミニウム層１３、１４はスルーホール１５が各所に設置されており、導電性配線１２がここから覗いている。酸化アルミニウム基板１１上にはまたＩＣチップ１６が高温半田１７を介して設置されており、導電性配線１２とワイヤーボンディング１８によって接続されている。
【００３０】
この多層配線基板３の作製方法を次に述べる。回路基板１に図には示さない真空蒸着装置によりアルミニウムの配線パターンを形成した後、作製装置２１内のＸＹステージ２０７に設置する。実施例１と同様の操作で酸化アルミニウム層１３を厚さ３０μｍで形成するが、形成中３次元構造物形成装置４０のピンがプログラムによりエアロゾルの噴射（粉体ビーム）の一部をカットして、回路基板１まで届くのを阻止し、カット部分には酸化アルミニウム層を形成しないマスクの役割を果たす。従ってこれが約５００μｍ×５００μｍの正方形状のスルーホールとなり、導電性配線１２をむき出しのままの状態に保つ。また中央部はＩＣチップを設置するためのキャビティ部分も３次元構造物形成装置４０の働きにより、層が形成されない。なお、ピンに粉体ビームが当たる位置は、粉体ビームの直進方向に対し、４５°の傾きを持っているため、ビームはここで直角にそろって進路変更をするため、反射するビームが、直進する粉体ビームを散乱させたり、回路基板１に悪影響を及ぼすことはない。
【００３１】
酸化アルミニウム層１４を形成後に作製装置２１より取り出し、再びアルミニウムの導電性配線１２を配線して作製装置２１内に設置し、同様の操作を行って酸化アルミニウム層１４を形成させる。このようにして作製した多層配線基板３にＩＣチップ１６を高温半田にて融着し、ワイヤーボンディング１７で導電性配線１２と導通させて、ＩＣパッケージとする。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
図２とほぼ同様の作製装置を用いて真鍮基板上に酸化アルミニウムの構造物を１０〜３０μｍの厚みで形成した。原料粉末として平均粒径０．６μｍ、純度９９．８％の酸化アルミニウム微粒子を用い、搬送ガスとして超高純度窒素を使用し、流量を５Ｌ／ｍｉｎとした。形成した酸化アルミニウム構造物の基板との密着性を引き倒し法によって計測した結果８４３ｋｇｆ／ｃｍ２の値を得た。また島津製作所製微小硬度測定装置ＤＵＨ−Ｗ２０１にてビッカース硬度を測定した結果１１００〜１２００Ｈｖの硬度を得た。また酸化アルミニウム表面に電極を形成し、真鍮基板との間で直流の電圧を印加して絶縁破壊電圧値を測定した結果１００Ｖ／μｍ以上の値を得た。
【００３３】
（実施例２）
本発明者らは原料粉体に同じ粒径の脆性材料を用いた場合でも、形成される構造物の形成速度、達成膜厚に相違があり、これは微粒子の前処理、微粒子のキャラクタリゼーションに起因するとの結論を得た。その指標として前処理条件によって変化する内部歪があげられる。
そこで、内部歪と同一の形成時間で達成された構造物の膜厚の関係について実験した結果を図６に示す。実験は、純度９９.８％の酸化アルミニウム微粒子に遊星ミルを用いて粉砕処理を行い、微粒子のキャラクタリゼーションを変化させた後、超微粒子ビーム堆積法によりアルミニウム基板上に構造物を形成した。微粒子の内部歪はＸ線回折により測定し、歪量は同微粒子に熱エージングを施して内部歪を除去したものを０％として基準にした。
また、図６中のポイントＡ，Ｂ，Ｃにおける微粒子のＳＥＭ写真（日立製インレンズＳＥＭ Ｓ−５０００）を図７、図８及び図９に示す。
【００３４】
図６から内部歪は、膜厚１μｍ以上にするには、０．０１〜２．５％にするのが好ましく、さらに、安定した膜厚、製膜速度を得るには、０.１％〜２.０％の内部歪が好ましいことが分かる。クラックと内部歪との関係は、内部歪がない場合には図７に示すようにクラックは発生しないが、内部歪が一定値以上、本件の場合には２．０％以上となると完全にクラックが形成されてしまい、さらには脱落した断片が表面に付着して図９に示すような再凝集状態となってしまう。
【００３５】
（実施例３）
実施例３として、本発明にて作製した酸化アルミニウム構造物基板と従来からＩＣパッケージ等の絶縁用基材として用いられているアルミナ基板の熱伝導性の比較実験を行った。本発明にて純度９９．８％、平均粒径０．６μｍの酸化アルミニウム微粒子を用いて超微粒子ビーム堆積法により、厚み１ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス基材上に約１０μｍの厚み、３０ｍｍ角の大きさで酸化アルミニウム構造物を形成し、酸化アルミニウム構造物基板とした。比較のための従来絶縁用基材アルミナ基板としては、市販の１ｍｍ厚みのアルミナ基材（純度９９％）を３０ｍｍ角に切り出した試料を用いた。図１０に、今回、熱伝導性を評価するのに用いた装置５０を示す。
サーモ・ボニック製の１４ｍｍ角のペルチェ素子５１（熱電素子）に、直流電源５２（KENWOOD製直流安定化電源：ＰＳ36-20）を配線して熱源とした。なお、ペルチェ素子５１は、厚み１２ｍｍで大きさ５０ｍｍ角のアルミブロックの固定用ジグ５３上に、エポキシ系接着剤により接着層５４を介して接着されている。測定したい絶縁性基材５５は、固定用ジグ５３に接着されたペルチェ素子５１上に、熱の伝達を促す目的でシリコングリス５６を塗布し、これに密着させてのち、固定用ジグ５７にてビス５８を用いて固定した。絶縁性基材５５は酸化アルミニウム構造物基板あるいは従来アルミナ基板を用いるわけであるが、酸化アルミニウム構造物基板を用いる場合は、ペルチェ素子５１に接する側に酸化アルミニウム構造物の形成部を接着する。熱伝導性の評価は、測定したい絶縁基材５５の裏側に熱電対５９を基板中心から約５ｍｍ離れた場所に当てて、通電開始前の基板温度と通電時間に伴う基板の温度を温度測定器６０（アドバンテスト製 デジタルマルチメータ：ＴＲ6846）にて測定した。
図１１に、電流を１．０Ａと２．０Ａ流した時の通電時間に伴う基板温度の変化量（：（各通電時の基板温度）−（通電前の基材温度））をプロットした。いずれの電流を流した時でも、本発明にて作製した絶縁基材の方が、従来の絶縁基材に対して、変化量が大きく、速く熱伝導することが明らかになった。このことより薄いセラミックス層と金属材料とが直接接合している本発明品は、熱伝導に優れることがわかった。
【００３６】
（実施例４）
実施例４として、本発明にて作製した酸化アルミニウム構造物回路基板と従来からＩＣパッケージ等の絶縁用基材として用いられているアルミナ基板の放熱特性の比較実験を行った。本発明にて純度９９．９９％、平均粒径０．１μｍの酸化アルミニウム微粒子を用いて超微粒子ビーム堆積法により、アルミニウム合金製の３０ｍｍ角の平面部を持つヒートシンクに、その平面部表面を覆うように約１０μｍの厚みにて酸化アルミニウム構造物を形成し、これを酸化アルミニウム構造物基板とした。図１２に基板の放熱特性を評価するのに用いた装置７０を示す。
サーモ・ボニック製の１４ｍｍ角のペルチェ素子７１（熱電素子）に、直流電源７２（KENWOOD製直流安定化電源：ＰＡ１８−６Ａ）を配線して熱源とした。ペルチェ素子７１は、冷温側を厚み１２ｍｍで大きさ５０ｍｍ角のアルミブロックの固定用ジグ７３上に、エポキシ系接着剤により接着層７４を介して接着されている。酸化アルミニウム構造物基板７５は、ペルチェ素子７１上に、熱の伝達を促す目的でシリコングリス７６を塗布し、ペルチェ素子７１に接する側に酸化アルミニウム構造物の形成部を密着させて固定した。酸化アルミニウム構造物基板７５の上部に空冷ファン７７を設置した。またペルチェ素子７１の表面に熱電対７８を接着し、サーモメータ７９に接続している。
【００３７】
比較のための従来アルミナ基板としては、市販の１ｍｍ厚みのアルミナ基材（純度９９％）を３０ｍｍ角に切り出した試料を用いた。図１３に基板の放熱特性を評価するのに用いた装置８０を示す。図１２とほぼ同様な仕様であるが、従来アルミナ基板８１の固定は、ペルチェ素子７１上に、熱の伝達を促す目的でシリコングリス８２を塗布し、これに密着させて固定した。また従来アルミナ基板８１の上部にシリコングリス８３を介して図１２で示したものと同等のヒートシンク８４（酸化アルミニウム構造物は形成されていない）を密着させることとした。
【００３８】
放熱特性の評価は、室温にて放熱ファン７７を作動させた状態で２Ａの電流をペルチェ素子７１に通電し、直後から２分間までのペルチェ素子７１の高温部表面の温度を計測することによる。
図１４に、通電時間とペルチェ素子の表面温度の関係を示す。従来アルミナ基板に対して、酸化アルミニウム構造物基板ではその表面温度が低く抑えられており、従って基板を通しての熱の伝達が、より良好であることが確認され、基板としての放熱特性が優れるということがわかった。
【００３９】
（実施例５）
次に構造物形成に伴って形成されたアンカー部について、図１５に示す。表面を鏡面に仕上げた金属基板に、微粒子ビーム堆積法を用いて酸化アルミニウム膜を膜厚１０μm程度で形成させた後、膜に引張り応力を与えて膜を基板より引き剥がしてアンカー部をむき出しにし、基板の表面粗さとアンカー部を日本真空技術株式会社製触針式表面形状測定器Ｄｅｋｔａｋ３０３０を用いて計測した。図１５の上のプロファイルが真鍮基板の表面プロファイルであり、下がアンカー部のプロファイルである。図より微粒子の衝突によりアンカー部が形成されている様子がわかる。また同表面形状測定器によりこれらの表面粗さRaは、スイープ距離２００μmにおいて、基板表面が７．７ｎｍ、アンカー部が７３．８ｎｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る電子回路基板の縦断面図
【図２】本発明に係る電子回路基板の製造装置の一例を示す図
【図３】別実施形態に係る電子回路基板の縦断面図
【図４】別実施形態に係る電子回路基板の製造装置の一例を示す図
【図５】３次元構造形成装置の斜視図
【図６】脆性材料微粒子の内部歪と膜厚との関係を示すグラフ
【図７】図４のポイントＡにおける微粒子のＳＥＭ写真
【図８】図４のポイントＢにおける微粒子のＳＥＭ写真
【図９】図４のポイントＣにおける微粒子のＳＥＭ写真
【図１０】実施例３における熱伝導性評価装置の構成図
【図１１】実施例３における熱伝導性評価結果の１例
【図１２】実施例４における酸化アルミニウム構造物基板の放熱特性評価装置の構成図
【図１３】実施例４における従来アルミナ基板の放熱特性評価装置の構成図
【図１４】実施例４における放熱特性評価結果
【図１５】実施例５におけるアンカー部の凹凸プロファイルを示す図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップなどの電子部品を搭載したり、配線が形成される絶縁性セラミックスからなる回路基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回路基板は、特開２０００−８６３６８号公報、特開２０００−１２７１２３号公報、特開２０００−２６９３９２号公報或いは特開２０００−３５３７６９号公報に開示されるように、セラミックス基板に放熱用の金属製のヒートシンクを接合したものが使用されている。セラミックス基板は通常グリーンシートやドクターブレード法によってシート状に形成されたセラミックス素地を焼成して得られる。
【０００３】
配線を必要とする場合は、上記公報に開示されるように、あらかじめグリーンシート上にペースト塗布などにより導電性物質を配置した後、グリーンシートを積層して圧縮成形し、これを還元雰囲気で焼成するなどして得ている。
【０００４】
また、セラミックス基板とヒートシンクの接合は、銅系ロウ材を使って銅板と接合する活性金属法や、銅と酸素の共晶点を利用して直接銅と接合する直接接合法（ＤＢＣ法）などが多く用いられている。
【０００５】
セラミックス基板の材料としては、絶縁性に優れ、強度が強く、熱伝導率にも優れ、湿度や温度変化に対して劣化の少ない酸化アルミニウムや、さらに熱伝導率に優れるという理由から窒化アルミニウムあるいは窒化ケイ素などが通常使用されている。その厚さは数百μｍ以上が一般的である。
【０００６】
ヒートシンクには、前述した銅が熱伝導率に優れ、安価であり、よく使用されているほか、熱伝導性には銅に譲るものの、軟質であるなどの理由でアルミニウムも使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した方法は、まずセラミックス基板を作製するために１０００℃以上の高温を必要とし、配線を配置する場合は、還元性雰囲気の環境を与えなければならない。
【０００８】
また、セラミックス基板とヒートシンクを接合する場合も、活性金属法では７８０℃以上、直接接合法では１０５０℃以上と、高温環境を必要とし、このような高温のため、熱膨張の差で接合部に大きな応力が発生し、基板が割れたり、残留応力による基板の反りが発生するなどの不具合が生じる。また接合部の熱伝導率が低い場合もあり、これが冷却効果を劣化させる原因ともなる。また多くの加熱工程は、エネルギー消費量の問題のほか、煩雑さもあり、コスト高の要因となっている。
【０００９】
またＰＶＤやＣＶＤなどで金属板の表面にセラミックス層を形成することも可能であるが、高温プロセスを必要とするだけでなく、厚い膜厚のセラミックス層を作製するのが困難である。また溶射法であれば膜厚を厚くできるが高温プロセスが必要になる。
【００１０】
更に最近では、金属やセラミックス等の超微粒子をガス攪拌にてエアロゾル化し、微小なノズルを通して加速せしめ、基材表面に超微粒子の圧粉体層を形成させ、これを加熱して焼成させることにより被膜を形成するというガスデポジション法（加集誠一郎：金属 １９８９年１月号）や、微粒子を帯電させ電場勾配を用いて加速せしめ、この後はガスデポジション法と同様の基本原理で被膜形成を行う静電微粒子コーティング法（井川 他：昭和５２年度精密機械学会秋季大会学術講演会前刷）も知られているが、何れも加熱プロセスを伴うため、前記したように基板の割れや反りを発生しやすい。
【００１１】
また、上記のガスデポジション法あるいは静電微粒子コーティング法を改良した先行技術として、特開平８−８１７７４号公報、特開平１０−２０２１７１号公報、特開平１１−２１６７７号公報、特開平１１−３３０５７７号公報或いは特開２０００−２１２７６６号公報に開示されるものが知られている。
しかしながら、これらの先行技術には回路基板への適用が示唆されておらず、且つ回路基板として要求される密着性、絶縁性を有し且つ所定の厚さのものを得ることはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下の知見に基づいてなされた。
即ち、延展性を持たない脆性材料（セラミックス）に機械的衝撃力を付加すると、結晶子同士の界面などの劈開面に沿って結晶格子のずれを生じたり、あるいは破砕される。そして、これらの現象が起こると、ずれ面や破面には、もともと内部に存在し別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった新生面が形成される。この新生面の原子一層の部分は、もともと安定した原子結合状態から外力により強制的に不安定な表面状態に晒され、表面エネルギーが高い状態となる。この活性面が隣接した脆性材料表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基板表面と接合して安定状態に移行する。外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、この現象を継続的に発生させ、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行われ、脆性材料構造物が形成される。
【００１３】
そして、更に上記機械的衝撃を搬送ガスにて脆性材料を基材に衝突させるようにした本発明の一態様を微粒子ビーム堆積法あるいはエアロゾルデポジション法と称する。
この微粒子ビーム堆積法は、ガスデポジション法より発展してきた手法であり、金属などの基材上に脆性材料の多結晶構造物をダイレクトに形成させる方法である。この手法は、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを搬送し、高速で基材表面に噴射して衝突させ、微粒子を破砕・変形せしめ、基板との界面にアンカー層を形成して接合させるとともに、破砕した断片粒子同士を接合させることにより、基材との密着性が良好で強度の大きい構造物を得ることができる。
【００１４】
上記の知見から発展した本発明に係る回路基板は、ヒートシンクとして作用する金属材料にセラミックス基板（層）を接着剤を用いることなく直接接合して構成される。
また、本発明に係る他の回路基板は、金属材料にセラミックス基板が接着剤を用いることなく直接接合され、このセラミックス基板に導電性配線が直接形成された構成とした。
【００１５】
本発明にあっては、前記セラミックス基板が、多結晶の脆性材料からなり、結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在せず、前記セラミックス基板と前記金属材料との界面は、前記セラミックス基板が前記金属材料に食い込むアンカー部となっている。
【００１６】
前記セラミックス基板の厚さは１〜１０００μｍが回路基板として適当であり、また緻密度は９５％以上であることが好ましく、更に前記セラミックス基板の材質としては酸化アルミニウムを主成分とするものが考えられる。熱伝導特性に優れる絶縁性材質である窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化珪素、酸化ベリリウム、あるいは酸化珪素などを主成分とするものを用いることも考えられる。
すなわち、本願では厚さ１μｍレベルの薄膜品が焼成せずに作製でき、そのために回路基板をより小型化することが可能となった。また、１０００μｍレベルの緻密な厚膜も作製可能となり、大面積の回路設計をも可能とした。
【００１７】
また、本発明に係る回路基板の製造方法は、脆性材料微粒子を金属材料表面および／または導電性配線に高速で衝突させて、この衝突によって前記脆性材料微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて生じた活性な新生面を介して微粒子同士を再結合せしめることで、前記金属材料表面および／または前記導電性配線に前記脆性材料微粒子が食い込むアンカー部を形成させ、このアンカー部の上に脆性材料からなるセラミックス層を形成するようにした。
【００１８】
剥離強度に優れ、且つ必要な厚さのセラミックス基板を得るには、脆性材料微粒子はあらかじめ内部歪が印加されていることが好ましい。微粒子に歪を与える粉砕処理は、微粒子にかかる粉砕のための衝撃を大きく与えることのできる粉砕手段を用いるのが好ましい。微粒子に比較的一様に大きな歪を付与することができるからである。このような粉砕手段としては、セラミックスの粉砕処理によく用いられるボールミルに比べて大きな重力加速度を与えることの出来る振動ミルやアトライタ、遊星ミルを用いるのが好ましく、とりわけボールミルに比べて格段に大きな重力加速度を与えることの出来る遊星ミルを用いることが最も好ましい。微粒子の状態に着目すれば、クラックは内部歪をキャンセルするものであるので、最も好ましいのは、クラックが生じる直前まで内部歪が高まっている微粒子ということになる。
【００１９】
また、本発明方法の特徴の１つは、セラミックス層の形成を室温環境下で行うことであり、脆性材料微粒子を高速で衝突させる手段が、脆性材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、高速で前記金属材料および／または導電性配線に向けて噴射することである。
【００２０】
ここで、本発明を理解する上で重要となる語句の解釈を以下に行う。
（多結晶）
本件では結晶子が接合・集積してなる構造体を指す。結晶子は実質的にそれひとつで結晶を構成しその径は通常５ｎｍ以上である。ただし、微粒子が破砕されずに脆性材料構造物中に取り込まれるなどの場合がまれに生じるが、実質的には多結晶である。
（界面）
本件では結晶子同士の境界を構成する領域を指す。
（粒界層）
界面あるいは焼結体でいう粒界に位置するある厚み（通常数ｎｍ〜数μｍ）を持つ層で、通常結晶粒内の結晶構造とは異なるアモルファス構造をとり、また場合によっては不純物の偏析を伴う。
（アンカー部）
本件の場合には、基材と脆性材料構造物の界面に形成された凹凸を指し、特に、予め基材に凹凸を形成させるのではなく、脆性材料構造物形成時に、元の基材の表面精度を変化させて形成される凹凸のことを指す。
（内部歪）
原料微粒子に含まれる格子歪のことで、Ｘ線回折測定におけるHall法を用いて算出される値であり、微粒子を十分にアニールした標準物質を基準として、そのずれを百分率表示する。
【発明の効果】
【００２１】
以上に説明したように本発明によれば、回路基板を高温プロセスを使用しないで作製できるため、低コスト、低消費エネルギーであり、材質の熱膨張率の差を気にする必要がない。
また、セラミックス基板と裏面側の金属材料とが直接接合しているので、熱伝導率の低い接着層による冷却効率の低下がない。
また、セラミックス基板を極力薄くできるので、冷却効率が向上し、スルーホール内面に導電性コーティングをする必要がない。
また、緻密質のセラミックス基板が得られるので、導電性配線をめっき処理やペースト塗布で施す場合に余剰の成分がポアに残留して短絡するなどの危険性がない。
更に導電性配線をセラミックス基板内（厚さ内）に極力納めることができ、配線の劣化やゴミによる短絡などの危険性がなく、回路の高密度化が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の一態様としての回路基板１の断面図を示す。図２にこの実施の態様を達成するために使用する作製装置２０（超微粒子ビーム堆積装置）の模式図を示す。回路基板１は、銅基板１０および酸化アルミニウム基板１１からなる。作製装置２０は、窒素ガスボンベ２０１がガス搬送管２０２を介して、あらかじめミル解砕により歪みを印加した酸化アルミニウム微粒子を内蔵するエアロゾル発生器２０３に接続し、エアロゾル搬送管２０４を介して形成室２０５内に設置された、縦０．４ｍｍ横１０ｍｍの開口を持つノズル２０６に接続されている。ノズル２０６の先にはＸＹステージ２０７に設置された銅基板１０が配置される。形成室２０５は真空ポンプ２０８に接続されている。銅基板１０は表面が平面に加工されている。
【００２３】
以上の構成の作製装置２０による回路基板１の作製手順を次に述べる。窒素ガスボンベ２０１を開栓し、窒素ガスを搬送管２０２を通じてエアロゾル発生器２０３に導入させ、酸化アルミニウム微粒子を含むエアロゾルを発生させる。エアロゾルは搬送管２０４を通じてノズル２０６へと送られ、ノズル２０６の開口より高速で噴出される。このとき真空ポンプ２０８の作動により、形成室２０５内は数ｋＰａの減圧環境下に置かれている。
【００２４】
ノズル２０６の開口の先に配置された銅基板１０に酸化アルミニウム微粒子が高速で衝突し、粒子はその運動エネルギーにより変形、破砕を起こして、一部は銅基板１０に食い込みアンカー層を形成し、一部はアンカー層の上に破砕して形成された微細断片粒子同士がその新生面を介して接合し、これを繰り返して銅基板１０上に緻密質の酸化アルミニウムの層を形成していく。銅基板１０はＸＹステージ２０７により揺動されており、所望の面積に酸化アルミニウムの層は形成され、銅基板１０上に都合３０μｍの酸化アルミニウム基板１１を得た。これらのプロセスはすべて室温下で行われた。
【００２５】
このようにして得られた回路基板１は、銅基板１０と酸化アルミニウム基板１１が強固に接着しており、室温で形成されているため、酸化アルミニウム基板の残留応力も少ない。形成後の表面はＲａ＝０．１８μｍ程度の表面荒さを保有しているが、この表面は研磨しても良いし、後工程での電極との密着性を考慮すれば、このまま用いることも好適である。
【００２６】
また、絶縁破壊電圧値が１００Ｖ／μｍ以上の酸化アルミニウム基板が３０μｍ厚みで形成されているため、銅基板１０をグランドとしても、３ｋＶ以上の耐電圧を有し、電流の漏れはなく、熱伝導特性も良好である。
【００２７】
図３は回路基板１を用い、ＩＣチップをはめ込んでパッケージ化した多層配線基板３の断面図である。図４は多層配線基板３のセラミックス基板部分の形成に用いた作製装置２１の一部を示した模式図であり、作製装置２０に準じているが、ノズル２０６に３次元構造形成装置４０が設置され、プログラムコントローラ４１につながっている。
【００２８】
図５は３次元構造形成装置の斜視図であり、ノズルの開口の先に届く、可動式の、幅５００μｍのピンを多数並べた構造となっており、ＸＹステージと同期しつつプログラム稼動する。
【００２９】
多層配線基板３の構成は、銅基板１０の表面に酸化アルミニウム基板１１が配置され、その表面にあるパターンを描く導電性配線１２が配置され、その上に酸化アルミニウム層１３、１４が配置される。この層間にも導電性配線１２が通っている。すなわち導電性配線は３次元の立体配線構造をとっている。また酸化アルミニウム層１３、１４はスルーホール１５が各所に設置されており、導電性配線１２がここから覗いている。酸化アルミニウム基板１１上にはまたＩＣチップ１６が高温半田１７を介して設置されており、導電性配線１２とワイヤーボンディング１８によって接続されている。
【００３０】
この多層配線基板３の作製方法を次に述べる。回路基板１に図には示さない真空蒸着装置によりアルミニウムの配線パターンを形成した後、作製装置２１内のＸＹステージ２０７に設置する。実施例１と同様の操作で酸化アルミニウム層１３を厚さ３０μｍで形成するが、形成中３次元構造物形成装置４０のピンがプログラムによりエアロゾルの噴射（粉体ビーム）の一部をカットして、回路基板１まで届くのを阻止し、カット部分には酸化アルミニウム層を形成しないマスクの役割を果たす。従ってこれが約５００μｍ×５００μｍの正方形状のスルーホールとなり、導電性配線１２をむき出しのままの状態に保つ。また中央部はＩＣチップを設置するためのキャビティ部分も３次元構造物形成装置４０の働きにより、層が形成されない。なお、ピンに粉体ビームが当たる位置は、粉体ビームの直進方向に対し、４５°の傾きを持っているため、ビームはここで直角にそろって進路変更をするため、反射するビームが、直進する粉体ビームを散乱させたり、回路基板１に悪影響を及ぼすことはない。
【００３１】
酸化アルミニウム層１４を形成後に作製装置２１より取り出し、再びアルミニウムの導電性配線１２を配線して作製装置２１内に設置し、同様の操作を行って酸化アルミニウム層１４を形成させる。このようにして作製した多層配線基板３にＩＣチップ１６を高温半田にて融着し、ワイヤーボンディング１７で導電性配線１２と導通させて、ＩＣパッケージとする。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
図２とほぼ同様の作製装置を用いて真鍮基板上に酸化アルミニウムの構造物を１０〜３０μｍの厚みで形成した。原料粉末として平均粒径０．６μｍ、純度９９．８％の酸化アルミニウム微粒子を用い、搬送ガスとして超高純度窒素を使用し、流量を５Ｌ／ｍｉｎとした。形成した酸化アルミニウム構造物の基板との密着性を引き倒し法によって計測した結果８４３ｋｇｆ／ｃｍ２の値を得た。また島津製作所製微小硬度測定装置ＤＵＨ−Ｗ２０１にてビッカース硬度を測定した結果１１００〜１２００Ｈｖの硬度を得た。また酸化アルミニウム表面に電極を形成し、真鍮基板との間で直流の電圧を印加して絶縁破壊電圧値を測定した結果１００Ｖ／μｍ以上の値を得た。
【００３３】
（実施例２）
本発明者らは原料粉体に同じ粒径の脆性材料を用いた場合でも、形成される構造物の形成速度、達成膜厚に相違があり、これは微粒子の前処理、微粒子のキャラクタリゼーションに起因するとの結論を得た。その指標として前処理条件によって変化する内部歪があげられる。
そこで、内部歪と同一の形成時間で達成された構造物の膜厚の関係について実験した結果を図６に示す。実験は、純度９９.８％の酸化アルミニウム微粒子に遊星ミルを用いて粉砕処理を行い、微粒子のキャラクタリゼーションを変化させた後、超微粒子ビーム堆積法によりアルミニウム基板上に構造物を形成した。微粒子の内部歪はＸ線回折により測定し、歪量は同微粒子に熱エージングを施して内部歪を除去したものを０％として基準にした。
また、図６中のポイントＡ，Ｂ，Ｃにおける微粒子のＳＥＭ写真（日立製インレンズＳＥＭ Ｓ−５０００）を図７、図８及び図９に示す。
【００３４】
図６から内部歪は、膜厚１μｍ以上にするには、０．０１〜２．５％にするのが好ましく、さらに、安定した膜厚、製膜速度を得るには、０.１％〜２.０％の内部歪が好ましいことが分かる。クラックと内部歪との関係は、内部歪がない場合には図７に示すようにクラックは発生しないが、内部歪が一定値以上、本件の場合には２．０％以上となると完全にクラックが形成されてしまい、さらには脱落した断片が表面に付着して図９に示すような再凝集状態となってしまう。
【００３５】
（実施例３）
実施例３として、本発明にて作製した酸化アルミニウム構造物基板と従来からＩＣパッケージ等の絶縁用基材として用いられているアルミナ基板の熱伝導性の比較実験を行った。本発明にて純度９９．８％、平均粒径０．６μｍの酸化アルミニウム微粒子を用いて超微粒子ビーム堆積法により、厚み１ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス基材上に約１０μｍの厚み、３０ｍｍ角の大きさで酸化アルミニウム構造物を形成し、酸化アルミニウム構造物基板とした。比較のための従来絶縁用基材アルミナ基板としては、市販の１ｍｍ厚みのアルミナ基材（純度９９％）を３０ｍｍ角に切り出した試料を用いた。図１０に、今回、熱伝導性を評価するのに用いた装置５０を示す。
サーモ・ボニック製の１４ｍｍ角のペルチェ素子５１（熱電素子）に、直流電源５２（KENWOOD製直流安定化電源：ＰＳ36-20）を配線して熱源とした。なお、ペルチェ素子５１は、厚み１２ｍｍで大きさ５０ｍｍ角のアルミブロックの固定用ジグ５３上に、エポキシ系接着剤により接着層５４を介して接着されている。測定したい絶縁性基材５５は、固定用ジグ５３に接着されたペルチェ素子５１上に、熱の伝達を促す目的でシリコングリス５６を塗布し、これに密着させてのち、固定用ジグ５７にてビス５８を用いて固定した。絶縁性基材５５は酸化アルミニウム構造物基板あるいは従来アルミナ基板を用いるわけであるが、酸化アルミニウム構造物基板を用いる場合は、ペルチェ素子５１に接する側に酸化アルミニウム構造物の形成部を接着する。熱伝導性の評価は、測定したい絶縁基材５５の裏側に熱電対５９を基板中心から約５ｍｍ離れた場所に当てて、通電開始前の基板温度と通電時間に伴う基板の温度を温度測定器６０（アドバンテスト製 デジタルマルチメータ：ＴＲ6846）にて測定した。
図１１に、電流を１．０Ａと２．０Ａ流した時の通電時間に伴う基板温度の変化量（：（各通電時の基板温度）−（通電前の基材温度））をプロットした。いずれの電流を流した時でも、本発明にて作製した絶縁基材の方が、従来の絶縁基材に対して、変化量が大きく、速く熱伝導することが明らかになった。このことより薄いセラミックス層と金属材料とが直接接合している本発明品は、熱伝導に優れることがわかった。
【００３６】
（実施例４）
実施例４として、本発明にて作製した酸化アルミニウム構造物回路基板と従来からＩＣパッケージ等の絶縁用基材として用いられているアルミナ基板の放熱特性の比較実験を行った。本発明にて純度９９．９９％、平均粒径０．１μｍの酸化アルミニウム微粒子を用いて超微粒子ビーム堆積法により、アルミニウム合金製の３０ｍｍ角の平面部を持つヒートシンクに、その平面部表面を覆うように約１０μｍの厚みにて酸化アルミニウム構造物を形成し、これを酸化アルミニウム構造物基板とした。図１２に基板の放熱特性を評価するのに用いた装置７０を示す。
サーモ・ボニック製の１４ｍｍ角のペルチェ素子７１（熱電素子）に、直流電源７２（KENWOOD製直流安定化電源：ＰＡ１８−６Ａ）を配線して熱源とした。ペルチェ素子７１は、冷温側を厚み１２ｍｍで大きさ５０ｍｍ角のアルミブロックの固定用ジグ７３上に、エポキシ系接着剤により接着層７４を介して接着されている。酸化アルミニウム構造物基板７５は、ペルチェ素子７１上に、熱の伝達を促す目的でシリコングリス７６を塗布し、ペルチェ素子７１に接する側に酸化アルミニウム構造物の形成部を密着させて固定した。酸化アルミニウム構造物基板７５の上部に空冷ファン７７を設置した。またペルチェ素子７１の表面に熱電対７８を接着し、サーモメータ７９に接続している。
【００３７】
比較のための従来アルミナ基板としては、市販の１ｍｍ厚みのアルミナ基材（純度９９％）を３０ｍｍ角に切り出した試料を用いた。図１３に基板の放熱特性を評価するのに用いた装置８０を示す。図１２とほぼ同様な仕様であるが、従来アルミナ基板８１の固定は、ペルチェ素子７１上に、熱の伝達を促す目的でシリコングリス８２を塗布し、これに密着させて固定した。また従来アルミナ基板８１の上部にシリコングリス８３を介して図１２で示したものと同等のヒートシンク８４（酸化アルミニウム構造物は形成されていない）を密着させることとした。
【００３８】
放熱特性の評価は、室温にて放熱ファン７７を作動させた状態で２Ａの電流をペルチェ素子７１に通電し、直後から２分間までのペルチェ素子７１の高温部表面の温度を計測することによる。
図１４に、通電時間とペルチェ素子の表面温度の関係を示す。従来アルミナ基板に対して、酸化アルミニウム構造物基板ではその表面温度が低く抑えられており、従って基板を通しての熱の伝達が、より良好であることが確認され、基板としての放熱特性が優れるということがわかった。
【００３９】
（実施例５）
次に構造物形成に伴って形成されたアンカー部について、図１５に示す。表面を鏡面に仕上げた金属基板に、微粒子ビーム堆積法を用いて酸化アルミニウム膜を膜厚１０μm程度で形成させた後、膜に引張り応力を与えて膜を基板より引き剥がしてアンカー部をむき出しにし、基板の表面粗さとアンカー部を日本真空技術株式会社製触針式表面形状測定器Ｄｅｋｔａｋ３０３０を用いて計測した。図１５の上のプロファイルが真鍮基板の表面プロファイルであり、下がアンカー部のプロファイルである。図より微粒子の衝突によりアンカー部が形成されている様子がわかる。また同表面形状測定器によりこれらの表面粗さRaは、スイープ距離２００μmにおいて、基板表面が７．７ｎｍ、アンカー部が７３．８ｎｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る電子回路基板の縦断面図
【図２】本発明に係る電子回路基板の製造装置の一例を示す図
【図３】別実施形態に係る電子回路基板の縦断面図
【図４】別実施形態に係る電子回路基板の製造装置の一例を示す図
【図５】３次元構造形成装置の斜視図
【図６】脆性材料微粒子の内部歪と膜厚との関係を示すグラフ
【図７】図４のポイントＡにおける微粒子のＳＥＭ写真
【図８】図４のポイントＢにおける微粒子のＳＥＭ写真
【図９】図４のポイントＣにおける微粒子のＳＥＭ写真
【図１０】実施例３における熱伝導性評価装置の構成図
【図１１】実施例３における熱伝導性評価結果の１例
【図１２】実施例４における酸化アルミニウム構造物基板の放熱特性評価装置の構成図
【図１３】実施例４における従来アルミナ基板の放熱特性評価装置の構成図
【図１４】実施例４における放熱特性評価結果
【図１５】実施例５におけるアンカー部の凹凸プロファイルを示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性のセラミックス基板の裏面側に冷却用の金属材料を設けた回路基板において、前記金属材料に前記セラミックス基板が接着剤を用いることなく直接接合され、このセラミックス基板に導電性配線が直接形成されていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板において、前記セラミックス基板が、多結晶の脆性材料からなり、結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在せず、前記セラミックス基板と前記金属材料との界面は、前記セラミックス基板が前記金属材料に食い込むアンカー部となっていることを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項１または請求２に記載の回路基板において、前記セラミックス基板の厚さが１〜１０００μｍであることを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回路基板において、前記セラミックス基板の緻密度が９５％以上であることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の回路基板において、前記セラミックス基板の材質が酸化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする回路基板。
【請求項６】
脆性材料微粒子を金属材料表面および／または導電性配線に高速で衝突させて、この衝突によって前記脆性材料微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて生じた活性な新生面を介して微粒子同士を再結合せしめることで、前記金属材料表面および／または前記導電性配線に前記脆性材料微粒子が食い込むアンカー部を形成させ、このアンカー部の上に脆性材料からなるセラミックス層を形成することを特徴とする回路基板の形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の回路基板の形成方法において、前記脆性材料微粒子はあらかじめ内部歪が印加されていることを特徴とする回路基板の形成方法。
【請求項８】
請求項６に記載の回路基板の形成方法において、前記セラミックス層の形成が室温環境下で行われることを特徴とする回路基板の形成方法。
【請求項９】
請求項６に記載の回路基板の形成法において、前記脆性材料微粒子を高速で衝突させる手段は、脆性材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、高速で前記金属材料および／または導電性配線に向けて噴射することとした回路基板の形成方法。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項９の何れかに記載の回路基板の形成方法において、前記脆性材料微粒子の主成分が酸化アルミニウムであることを特徴とする回路基板の形成方法。
【請求項１】
絶縁性のセラミックス基板の裏面側に冷却用の金属材料を設けた回路基板において、前記金属材料に前記セラミックス基板が接着剤を用いることなく直接接合され、このセラミックス基板に導電性配線が直接形成されていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板において、前記セラミックス基板が、多結晶の脆性材料からなり、結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在せず、前記セラミックス基板と前記金属材料との界面は、前記セラミックス基板が前記金属材料に食い込むアンカー部となっていることを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項１または請求２に記載の回路基板において、前記セラミックス基板の厚さが１〜１０００μｍであることを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回路基板において、前記セラミックス基板の緻密度が９５％以上であることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の回路基板において、前記セラミックス基板の材質が酸化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする回路基板。
【請求項６】
脆性材料微粒子を金属材料表面および／または導電性配線に高速で衝突させて、この衝突によって前記脆性材料微粒子を変形または破砕し、この変形または破砕にて生じた活性な新生面を介して微粒子同士を再結合せしめることで、前記金属材料表面および／または前記導電性配線に前記脆性材料微粒子が食い込むアンカー部を形成させ、このアンカー部の上に脆性材料からなるセラミックス層を形成することを特徴とする回路基板の形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の回路基板の形成方法において、前記脆性材料微粒子はあらかじめ内部歪が印加されていることを特徴とする回路基板の形成方法。
【請求項８】
請求項６に記載の回路基板の形成方法において、前記セラミックス層の形成が室温環境下で行われることを特徴とする回路基板の形成方法。
【請求項９】
請求項６に記載の回路基板の形成法において、前記脆性材料微粒子を高速で衝突させる手段は、脆性材料微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、高速で前記金属材料および／または導電性配線に向けて噴射することとした回路基板の形成方法。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項９の何れかに記載の回路基板の形成方法において、前記脆性材料微粒子の主成分が酸化アルミニウムであることを特徴とする回路基板の形成方法。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−４９９２３（Ｐ２００６−４９９２３Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５６９３４（Ｐ２００５−２５６９３４）
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【分割の表示】特願２００２−８８０１４（Ｐ２００２−８８０１４）の分割
【原出願日】平成１４年３月２７日（２００２．３．２７）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（００００１００８７）東陶機器株式会社 (3,889)
【出願人】（５００３２０２０２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月５日（２００５．９．５）
【分割の表示】特願２００２−８８０１４（Ｐ２００２−８８０１４）の分割
【原出願日】平成１４年３月２７日（２００２．３．２７）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（００００１００８７）東陶機器株式会社 (3,889)
【出願人】（５００３２０２０２）
【Ｆターム（参考）】
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