JPH02209756A

JPH02209756A - セラミックス基板上の導体回路形成方法

Info

Publication number: JPH02209756A
Application number: JP3066589A
Authority: JP
Inventors: Yumiko Kouno; 有美子河野; Nobuo Totsuka; 戸塚　信夫; Masato Kumagai; 正人熊谷; Kenichi Otsuka; 大塚　研一
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1990-08-21

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】〈産業上の利用分ｔｙ　＞本発明は、電気的絶縁性を有するセラミックス板上に金
属板を接合してなる積層体に、エツチングマスクとして
シールテープを用いて導体回路を形成する方法に関する
。

〈従来の技術〉パワースイッチ、パワーの制御回路、モータの制御回路
、高周波発振出力、広帯域電力増幅などに用いられるパ
ワー半導体モジュールは、近年、高密度集積化、大電流
制御化の傾向にあり、それらモジュールに用いられる基
板には、素子から出る多量の熱を速やかに放出する放熱
性とモジュールの高密度集積化に対応する導体回路パタ
ーンの微細化・高精度化が求められている。

従来、このような半導体モジュール基板として、第４図
に示すように、電気的絶縁性を有するセラミックス板１
の１つの面に回路パターンを有する金属板２を接合し、
その上に素子４を搭載し、発生した熱を、金属板２から
セラミックス板１を伝導させ、さらに他方の側に接合し
た金属板３を介して放熱板５へと放散させる機構が用い
られており、例えば、金属板としてあらかじめ所要のパ
ターンに切りぬかれた銅板を、絶縁性を有するセラミッ
クスとじてＡＪ２２０３を用い、加熱によりＣｕ−０共
晶を発生させるいわゆる共晶法で両者を接合したものが
商品化されている。

このような半導体モジュール基板の放熱性を改良する手
段としては、セラミックスの熱伝導性を向上させる傾向
にあり、ＡＪ２２０３に替ってＢｅｄ、Ａ４２Ｎなど熱
伝導率のより高い材料の使用が試みられている。　この
ような新材料の中には、パターン化した銅板を共晶法に
より接合する方法を直接適用することがむずかしいもの
もあり、たとえば、ＡＩＮは、熱伝導率こそＢｅＯに劣
るものの、ＢｅＯのような毒性を心配する必要もなく、
期待される材料であるが、共晶法を通用するためには、
基板を予め酸化処理し、表面にＡｎ、Ｏ，層を形成する
ことが必要である。　そのため、Ａ４２Ｎについては、
活性金属を含有するろう材を用いて銅板と接合する方法
が試みられている。

一方、導体回路パターンの微細化・高精度化を達成する
手段としては、セラミツスフ基板に金属板を接合した後
に、フォトエツチングによりパターンを形成する方法か
ある。　この場合、エツチングは接合層メタル部分およ
び金属板を完全に除去することが要求され、エツチング
深さは、金属板の厚さ（通常は０．１〜０．４ｍｍ）に
接合層厚さを加えると０．１〜０．５ｍｍにもおよぶた
め、エツチングが完了するまでに長時間を要する上、マ
スクしである部分のふちだれ（サイドエッチ）　マスク
の損傷などの問題が生ずる可能性があり、また、このよ
うな片面エツチングの深さ７幅（＝ｄ／Ｗ）はｄ／ｗ＜
０．５であることから、エツチング可能な間隔の幅は、
接合する金属板厚さにより制限を受け、たとえば金属板
厚さ０．２ｍｍｂ接合層厚さ０．０５ｍｍのときエツチ
ング可能な間隙の最小値は０．５ｍｍとなる。

さらに、金属板のセラミツスフ板への接合方法として、
上述の活性金属を含有するろう材を用いて行った場合に
、フォトエツチングにより金属板部分を除去してパター
ンを形成する従来の方法では、金属板とろう材部分とで
エツチング液を変える必要があり、工程が複雑になる、
活性金属がセラミックスと安定な化合物を生成し、エツ
チングの負荷が大きくなるなどの問題が発生する。

たとえば、活性金属としてＴｉを含むＡｇ−Ｃｕろう材
を用い、ＡＩＮセラミックスに銅板を接合してなる基板
は、銅板のエツチングに用いられる塩化鉄系エツチング
液では、ろう材部分の完全な除去は行われず、硝酸系に
液を改める必要がある。　　また、この時、ＡλＮとろ
う材の界面には、導電性を有し、しかも安定な化合物（
ＴｉＮ）が形成され、その完全な除去には、フッ硝酸な
どかなり活性の高いエツチング液を使用しなければなら
ない。

ところで、このような従来の方法においては、エツチン
グマスクとして、感光性エマルジョン（フォトレジスト
、レジスト）を用いて、エツチングすべき金属板表面に
マスクをかける方法が一般的である。　また、腐食用溶
媒をペースト化し、粘性を高め、容易に流れ出さないよ
うに工夫することにより、スクリーンにマスクすべぎ部
分をパターンとして形成したものをエツチングすべき金
属板表面に密接させることにより、エツチングマスクと
して用いることができる。　　このスクリーンは、繰り
返し使用することができる点で、コストパーフォーマン
スに優れる。　何れにせよ、このような感光性エマルジ
ョンを利用するマスクは、所望のパターンを形成するこ
とができるので、導体回路の微細化、高精度化に対応で
き、有用である。

〈発明が解決しようとする課題〉上記の如く、導体回路パターンの微細化・高精度化に対
応するマスク形成方法として、感光性エマルジョンを用
いた方法が多用されている。

この従来の方法によるパターンの形成は、感光性エマル
ジョンを用いて行うので、所望のパターンに対応できる
という長所を有するが、方で、感光性エマルジョンが高
価なため、コストの上昇を招く、パターンの形成操作が
煩雑である、強酸性のエツチング液によって劣化する等
の欠点も有する。　そして、特に、導体回路の試作にお
いては、コストの点と操作の煩雑さは大きな欠点となる
。

本発明は、セラミックス板に接合された金属板をエツチ
ングして導体回路パターンを形成するに際して、エツチ
ングマスクとして感光性エマルジョンを使用するために
生じる上記の課題を解決しようとするものであり、エツ
チングマスクとして安価でパターンの形成が容易なシー
ルテープを用いるセラミックス基板上の導体回路形成方
法の提供を目的とする。

く課題を解決するための手段〉本発明は、電気的絶縁性を有するセラミックス板の少な
くとも片側に金属板を接合してなる積層体の該金属板表
面に、電気的絶縁性を有し、腐食用溶媒と反応しない物
質で構成され、かつ導体回路パターンに対応するエツチ
ングされるべき開口部を有するエツチングマスク用シー
ルテープを密着させ、前記金属板上に、前記シールテー
プの開口部を介してペースト化した腐食用溶媒を塗布し
、さらに、前記腐食用溶媒の塗布面に電極を設置し、該
電極と前記金属板との間に前記腐食用溶媒を介して電流
を通じ、該金属板を電解エツチングすることを特徴とす
るセラミックス基板上の導体回路形成方法を提供するも
のである。

また、本発明は、電気的絶縁性を有するセラミックス板
の少なくとも片側に金属板を接合してなる積層体の該金
属板表面に、電気的絶縁性を有し、腐食用溶媒と反応し
ない物質で構成されるエツチングマスク用シールテープ
を前記金属板上に密着させ、レーザー加工により、該シ
ールテープに導体回路パターンに対応するエツチングさ
れるべき開口部を形成し、前記金履板上に、前記シール
テープの開口部を介してペースト化した腐食用溶媒を塗
布し、さらに、前記腐食用溶媒の塗布面に電極を設置し
、該電極と前記金属板との間に前記腐食用溶媒を介して
電流を通じ、該金属板を電解エツチングすることを特徴
とするセラミックス基板上の導体回路形成方法を提供す
るものである。

セラミックス板と金属板との接合は、活性金属を含むろ
う材を用いて、真空または不活性雰囲気中で行うのがよ
い。

前記ペースト化腐食用溶媒は、硝酸、硫酸、塩酸および
ふつ酸から選ばれた少なくとも１ｆ！！の酸、および／
または、塩化第２鉄および塩化第２銅から選ばれた少な
くとも１種の塩類を単独または混合したものに、水を加
えてペースト化されたものは勿論、さらには、ポリアク
リル酸ソーダ、アルギン酸ソーダ、ザンサンガム、二酸
化ケイ素、アルミナおよび水ガラスから選ばれた少なく
とも１種のペースト化剤を加えてなるペーストであるの
が好ましい。

また、電解エツチングは、直流または交番電流で行なう
ことができる。

以下に、本発明を、添付の図面を参照しながらさらに詳
細に説明する。

第１図は、本発明による方法で、即ち、エツチングマス
クとしてシールテープ１２を用い、電気的絶縁性を有す
るセラミックス板１に、金属板２および３を接合してな
る積層体の金属板をエツチングし、導体回路パターンを
形成しているところを示す図である。

また、第２図は、エツチングマスクとしてスクリーン１
１を用い、電気的絶縁性を有するセラミックス板１に、
金属板２および３を接合してなる積層体の金属板をエツ
チングし、導体回路パターンを形成しているところを示
す図である。

エツチングされる金属板２の表面に、エツチングされる
べきパターン（模様）を有するエツチングマスク、すな
わち、第１図においては、開口部１２ａを有するシール
テープ１２を密着させ、第２図においては、腐食用溶媒
透過部分１１ａおよび不透過部分１１ｂを有するスクリ
ーン１１を密接させ、これらのエツチングマスクを介し
て、ペースト化した腐食用溶媒７を塗布している。　尚
、第２図において、６はスクリーンの固定枠である。

積層体を構成するセラミックス板１と金属板２．３との
接合は、一般に用いられているＡｇ−Ｃｕ系のろう材を
用いてもよいが、Ｔｉ、ＺｒＸＨｆなどのセラミックス
との結合を促進する活性金属を含むＡｇ−Ｃｕ系のろう
材、たとえばＡｇ、Ｃｕなどを含むペースト、あるいは
Ａｇ％Ｃｕなどを含む箔を用いてもよい。　本発明は、
特に活性金属を含むろう材を用いて接合した積層体をエ
ツチングするのに好適である。

セラミックス板と金属板との接合を行なうときには、酸
化を防止するため、Ａｒ、Ｈｅ。

Ｎ２などの不活性雰囲気を用いるのがよい。

また、真空を用いてもよい。

エツチングされるべきパターンを有するエツチングマス
クとして、あるいは、エツチングされるべきパターンを
形成するエツチングマスク用材料として、本発明におい
ては、シールテープを用いる。

シールテープは、電気的絶縁性を有し、腐食用溶媒と反
応せず、伸縮性の小さい物質で構成されていれば、どの
ような材質のものであってもよいが、例えば、ポリイミ
ド系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂等の材質のフ
ィルムに、アクリル系接着剤等か積層されてなるシール
テープが好ましい。

シールテープの厚さは、０．５〜５０μｍ程度であるこ
とが好ましい。

シールテープによる導体回路パターンの規定は、どのよ
うな方法で行ってもよいが、シールテープをエツチング
する金属板に密着させた後、レーザー加工によってシー
ルテープに開口部を形成することが好ましい。

この他の方法としては、シールテープを機械釣手段によ
り切り抜いて、開口部として導体回路パターンを規定し
た後、エツチングする金属板に密着させる方法、金属板
表面のエツチングすべぎ場所を除いて、シールテープを
密着させる方法等がある。

一方、従来のエツチングマスクとしてスクリンを用いる
場合は、スクリーンは、電気的絶縁性を有し、腐食用溶
媒と反応しない物質で構成されていれば、通常のスクリ
ーン印刷に使用される様なナイロン、テトロン、ポリエ
ステル等のスクリーン上にレジストを印刷したものでも
、ナイロン、塩ビ、テフロン、ステンレス等のシートを
印刻したものでも良い。　ただし、ステンレス製のスク
リーンを使用する場合は、適当な防食コーティングを施
す必要がある。

このスクリーン１１は、第２図に示すように、適当な固
定枠６に固定され、たわみなく、スクリーン自体が適度
な弾性をもって、エツチングされる金属板表面に密着で
きるものであることが望ましい。

ところで、エツチングマスクとしてのスクリーンは、上
記のような方法で、そのエツチングパターンが形成さ４
るが、特にレジストを用いる場合、レジスト液や用いる
装置が高価なために、スクリーンの単価は高価となる。

　　また、操作が非常に煩雑である。　従って、様々な
導体回路パターンを有する基板を試作する際には、エツ
チングマスクとしてスクリーンは使用しにくい。

一方、前記のように、シールテープへのエツチングパタ
ーン（開口部）の形成は、容易で安価であり、しかもパ
ターンの形成手段としてレーザー加工を用いれば、微細
なパターンの成形も可能である。　さらに、シールテー
プは、スクリーンよりも金属表面への密着性に優れるた
め、エツチング液（ペースト状のものも含む）の液もれ
がしにくく、膜厚も、スクリーンよりも厚くすることが
できる。　従って、本発明においては、エツチングマス
クとしてシールテープを用いる。

エツチングに用いるペースト化した腐食用溶媒としては
、硝酸、硫酸、塩酸およびふつ酸から選ばれた少なくと
も１　ｆｆｆｉの酸、および／または、塩化第２鉄およ
び塩化第２銅から選ばれた少なくとも１種の塩類を単独
または混合したものに、水を加えてペースト化されたも
のは勿論、ざらには、ポリアクリル酸ソーダ、アルギン
酸ソーダ、ザンサンガム、二酸化ケイ素、アルミナおよ
び水ガラスから選ばれた少なくとも１種のペースト化剤
を加えてなるペースト等どのような方法で製造されたも
のでも用いることができる。

このように腐食用溶媒をペースト化することにより、そ
の流動性や反応性を適宜調整することができる。　かく
して、エツチングに際して、従来技術のように特に、金
属板の表面に密着したフォトレジスト層を設けなくとも
、金属板表面に密着した導体回路パターンに対応する開
口部を有するシールテープをエツチングマスクとして用
いるという簡便な方法によって、サイドエッチのない鮮
明なエツチングパターンを得ることができる。

かかるペースト化による腐食用溶媒の反応性や流動性は
、金属板の材質、使用するシールテープの材質、模様の
大きさや要求される精度、処理時間、被処理方法（連続
処理、バッチ処理等）等に応じて、適宜選択することか
できる。

しかし、活性金属を含むろう材によって金属板がセラミ
ックス板に接合された積層体をエツチングするときには
、硝酸、ぶつ硝酸などを含むペースト状腐食用溶媒を用
いるのがよい。

また、ペーストの粘度は、５０００〜５０（＋００ｃｐ
ｓ程度にしておくのがよい。

第１図に示すように、腐食用溶媒７の塗布面に、通電可
能なように電極８が設置され、電極８および金属板２は
、それぞれリード線９を介して電解用電源１０に接続さ
れ、この電極８と金属板２との間に、シールテープ１２
の開口部１２ａに充填された腐食用溶媒７を介して電流
が通ることにより、金属板２の中で、腐食用溶媒７と接
している部分のみが電解エツチングされる。

電極は固定式でも８勅式でもよい。　電極には、銅、ニ
ッケル、ステンレス鋼、普通鋼、チタンその他の金属の
ほかに、カーボン、導電性セラミックス等を使用するこ
とかでき、形状も積層体の形状にあわせて任意に選択で
きる。

電源には、通常のメツキ電源、ポテンショスタット、ガ
ルバノスタット等を用いることができ、目的に応じて選
択できる。

その際、極性、通電パターンは、金属板や腐食用溶媒に
より、適宜選択すればよいが、交番電流を印加すると、
サイドエッチ防止に効果がある。　直流電解を行う場合
には、エツチングされる金属板を陽極、対極を陰極とす
るのが良い。

〈実施例〉以下に、本発明を、実施例に基づいて具体的に説明する
。

（実施例）セラミックス板としてアルミナ（厚さ０．６３５ｍｍ、直径２０　ｍｍ）を用い、金属板とし
て銅板（厚さ０．３ｍｍ、直径２０ｍｍ）を用い、共晶
法により、Ｎ　２　０２雰囲気炉（０２：０．２体積％
）にて、１０７０℃に５分間保持することにより、セラ
ミックス板の両側に銅板を接合し、積層体（Ａ）を得た
。

また、セラミックス板として窒化アルミニウム（、ｌ！
Ｎ）　　（厚さ０．６３５ｍｍ、直径２０ｍｍ）を用い
、金属板として銅板（淳さ０．２ｍｍ、直径２０　ｍｍ
）を用い、ろう材として活性金属Ｔｉを１重量％含むＡ
ｇ−Ｃｕろう材を用い、真空炉にて、８００℃に１０分
間保持することにより、セラミックス板の両側に銅板を
接合し、積層体（Ｂ）を得た。

これらの積層体を、下記組成のペースト化腐食用溶媒を
用い、エツチングマスクとして、ポリイミド樹脂製、厚
さ１０μｍのシールテープに、Ｃｏ２レーザー加工によ
って、長さ１０ｍｍ、幅０．２ｍｍの長方形開口部を設
けたものを用い、下記の条件で電解エツチングを行った
。

ペースト化した腐食用溶媒の組成：１５重量％ＨＮＯ，＋２重量％ＨＦ＋１０重量％アエロ
ジル電解条件：積層体（Ｂ）を用いた場合の回路基板の断面図を第３図
に示す。

第３図から明らかなように、サイドエッチはなく、エツ
チング溝の完成度は高かった。

図示しないが、積層体（Ａ）を用いた場合も、同様に完
成度の高いエツチング溝が得られた。

〈発明の効果〉本発明においては、エツチングマスクとしてシールテー
プを用いるので、エツチングマスクへの導体回路パター
ンの形成が容易となり、コストも低減される。　また、
シールテープは金属板表面への密着性が高いので、腐食
用溶媒の液もれがなく、精度の高いエツチングを行うこ
とができる。

さらに、本発明においては、ペースト状腐食用溶媒を用
いるので、従来のエツチング液におけるような操作性の
悪さが解決され、工程が簡潔になる。

加えて、セラミックス板と金属材との接合強度が大とな
る活性金属を含むろう材を用いても、エツチング精度お
よびエツチング操作性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による方法で、セラミックス板に接合
された金属板にエツチングする方法の一例を示す説明図
である。第２図は、エツチングマスクとしてスクリーン使用し、
セラミックス板に接合された金属板にエツチングする方
法の一例を示す説明図である。第３図は、本発明による方法で製造された回路基板を示
す断面図である。第４図は、従来使用されていた半導体モジュール基板を
示す断面図である。６・・・スクリーン固定枠、７・・・ペースト化した腐食用溶媒、８・・・７極、９・・・リード線、１０・・・電源、１１・・・スクリーン、１１ａ・・・腐食用溶媒透過部分、１１ｂ・・・腐食用溶媒不透過部分、１２・・・シールテープ、ｆ２ａ・・・シールテープの開口部符号の説明１・・・絶縁性を有するセラミックス板、２・・・回路
パターンが形成される、あるいは回路パターンを有する金属板、３・・・金属板
、４・・・素子、５・・・放熱板、Ｆ　Ｉ　Ｇ、　２ＦＩＧ、１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気的絶縁性を有するセラミックス板の少なくと
も片側に金属板を接合してなる積層体の該金属板表面に
、電気的絶縁性を有し、腐食用溶媒と反応しない物質で
構成され、かつ導体回路パターンに対応するエッチング
されるべき開口部を有するエッチングマスク用シールテ
ープを密着させ、前記金属板上に、前記シールテープの
開口部を介してペースト化した腐食用溶媒を塗布し、さ
らに、前記腐食用溶媒の塗布面に電極を設置し、該電極
と前記金属板との間に前記腐食用溶媒を介して電流を通
じ、該金属板を電解エッチングすることを特徴とするセ
ラミックス基板上の導体回路形成方法。
（２）電気的絶縁性を有するセラミックス板の少なくと
も片側に金属板を接合してなる積層体の該金属板表面に
、電気的絶縁性を有し、腐食用溶媒と反応しない物質で
構成されるエッチングマスク用シールテープを前記金属
板上に密着させ、レーザー加工により、該シールテープ
に導体回路パターンに対応するエッチングされるべき開
口部を形成し、前記金属板上に、前記シールテープの開
口部を介してペースト化した腐食用溶媒を塗布し、さら
に、前記腐食用溶媒の塗布面に電極を設置し、該電極と
前記金属板との間に前記腐食用溶媒を介して電流を通じ
、該金属板を電解エッチングすることを特徴とするセラ
ミックス基板上の導体回路形成方法。
（３）前記積層体は、活性金属を含むろう材によってセ
ラミックス板と金属板とが接合されてなる請求項１また
は２に記載のセラミックス基板上の導体回路形成方法。
（４）前記ペースト化腐食用溶媒が、硝酸、硫酸、塩酸
およびふっ酸から選ばれた少なくとも１種の酸、および
／または、塩化第２鉄および塩化第２銅から選ばれた少
なくとも１種の塩類を単独または混合したものに、水、
あるいはポリアクリル酸ソーダ、アルギン酸ソーダ、ザ
ンサンガム、二酸化ケイ素アルミナおよび水ガラスから
選ばれた少なくとも１種のペースト化剤を加えてなるペ
ーストである請求項１〜３のいずれかに記載のセラミッ
クス基板上の導体回路形成方法。
（５）前記電解エッチングを直流または交番電流で行な
う請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックス基板上
の導体回路形成方法。