JPH02209793A - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 未発明は電気的絶縁性を有するセラミ−ツクス板上に金
属板を接合してなる放熱性、耐熱性に優れた回路基板の
製造方法の改良に関する。

〈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して、
Ａｌ２０３を用いて加熱によりＣｕＯ共晶を発生させる
いわゆる共晶法で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、Ａｌ２２０３に替ってＢｅＯ，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応用することがむずかしいも
のもあり、たとえば、ＡｕＮ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、共晶法を応用するためには、
基板を予じめ酸化処理して表面にＡｌ１２０．層を形成
することが必要である。　そのため、ＡＪ２Ｎ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。

このように金属板とセラミックス板とを接合して得た積
層体は、その一方の金属板に導体回路パターンを形成す
るためにエツチングに供される。　このとぎ重要なこと
は、第１にはエツチングすべき金属板のみに電気的な接
続を行ない、第２にはエツチングしない方の金属板には
エツチング剤が回りこまないようにすることである。

第１の点は、金属板自体が非常に薄いためにリード線な
どで電気的に接続を行うことは困難である上、ｉ産に適
するものがない。　　また、第２の点は、エツチング剤
が従来のように溶液であると、粘度が小さいためにエツ
チングしない側に流れ込みやすく、そのマスキングには
煩雑な手間を要する。

〈発明が解決しようとする課題〉 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、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がある。　この場合にエ
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、エツチング深さとしては金属板の
厚さ（通常は０．１〜０．４ｍｍ）に接合層厚さを加え
て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／巾（＝ｄ／Ｗ）はｄ／ｗ＜０．５であること
から、エツチングの巾は、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０．２ｍｍ、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パターンを形成するこの従来
方法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犬とくなる
などの問題が発生する可能性がある。

たとえば、ＡλＮセラミックスに銅板を活性金属として
Ｔｉを含むＡｇ−Ｃｕろう材で接合してなる基板は、銅
板のエツチングに用いた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、ＡｕＮとろう材の界面には導
電性を有して、しかも安定な化合物（ＴｊＮ）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。

本発明は、セラミックス板に接合された金７萬板を、エ
ツチングして導体回路パターンを形成する場合に従来の
フォトエツチングプロセスで生じる上述した問題を解決
しようとするものであり、エツチングすべき金属板のみ
への電気的接続およびエツチングしない金属板へのエツ
チング剤の回り込み防止を簡潔かつ量産に適する方法で
行うことのできる特に大電力用の回路基板の製造方法を
提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明によれば、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で構成
され、該金属板上に導体回路パターンを有する回路基板
を製造するに際し、この積層体を導電板に載置し、前記
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前記回路パターンに対応するエ
ツチングされるべき模様を有するマスクを密接させ、該
金属板上に前記マスクの模様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
極を設置したのち、前記導電板上の積層体のセラミック
ス板および他方の金属板を絶縁体により液密に被覆する
とともに前記導電板と前記金属板との間のみを導電性物
質により電気的に接続し、前記電極と前記導電体との間
に通電して前記電極と前記金属板との間に前記腐食用溶
媒を介して電解エツチングし、該金属板を前記マスクの
模様に応じて蝕刻して前記絶縁性セラミックス板上に導
体回路パターンを形成することを特（Ｊ′２とする回路
基板の製造方法が提供される。

絶縁体は熱可塑性ワックスが好ましく、導電性物質は樹
脂中に導電性粒子を分散させた導電性ペーストが好まし
い。

そして、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７囲気中で行うの
がよい。

前記ペースト化腐食用溶媒が硝酸、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、上記の絶縁性を有するセ
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て導体回路パターンを形成し
ているところを線図的に示す図である。　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）すなわち、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
のスクリーンを介して、ペースト化した腐食用溶媒７を
塗布している。

６はスクリーンの固定枠である。

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、Ｚｒ、Ｈｆ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。

用いるろう材は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く、上記ろう材
中には上記活性金属を含ましめることもできる。

このエツチングされるべきパターンを有するスクリーン
１１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。　このスクリーン１１は適当な固定枠６に固定され
、たわみなく、スクリーン自体に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。

また、上記スクリーンに代えて、テープを用いることも
できる。　テープを用いるときには、パターンを形成す
るのに、カッターなど機械的手段を用いてもよいし、レ
ーザー光を用いて行フてもよく、フォトエツチングによ
る方法に比べると簡潔である。　テープを用いると、ス
クリーンよりも金属板に密着させることができ、安価で
使い捨ても可能であるので試作などに適している。

また、このペースト化した腐食用溶媒７としては、硝酸
、硫酸、塩酸、ぶつ酸等の酸および／または塩化第２鉄
、塩化第２銅等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るものは勿論、さらにポリアクリ
ル酸ソーダ、アルギン酸ソーダ、ザンサンガムあるいは
二酸化ケイ素、アルミナ、水ガラスの如きペースト化剤
を加えて成るペーストであれば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、被処
理材の表面に密着したフォトレジスト層を設けなくとも
、蝕刻用模様付きスクリーンあるいはテープを密接させ
るという簡便な方法によって、サイドエッチのない鮮明
なエツチング模様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
、被処理材の材質、使用するスクリーンの材質、模様の
大きさや要求される精度、スクリーンのメツシュ間隔、
処理時間、被処理方法（連続処理、バッチ処理等）等に
応じて、適宜選択することができる。

しかし、活性金属としてＴｉ％Ｚｒ、Ｈｆなどを含むと
きには、硝酸、硝ぶつ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５０００〜５００００ｃ　ｐ　
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ｆｉ８が設置され、電極８および金属板２と
もにそれぞれリード線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、スクリーン１１
の透過部分１１ａを透過した腐食用溶媒７を介して電流
を通じることにより、金属板２の中でスクリーン１１の
エツチングですべき部分１１ａを介して、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動式でもよい。　第４図に本発明により
製造された回路基板を示す。

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、導電性セラミック等
を使用することができ、形状も被処理材の形状にあわせ
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、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
エツチング防止に効果がある場合がある。　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。

本発明を第３図を参照しつつ更に具体的に説明する。

セラミックス板１および金属板２．３よりなる積層体を
金属板のような導電体２０上にのせ、まず、セラミック
ス板１および金属板３の全周面を絶縁体２１で覆う。　
次いで、金属板２と導電体２０との間を導電性物質２２
で接続する。　そして、導体回路パターンに相当する模
様を有するスクリーン、テープのようなマスクを金属板
３に密着させ、上述したペースト７をマスクを介して供
給し、このペースト７上に電極８を配設し、電極８と導
電体２０との間に電源１０により電圧を印加して電解エ
ツチングを行う。

このとき、マスクとしてスクリーンを用いる場合には、
スクリーン１１と金属板２とは完全にエツチングを行う
には全体にわたって密着させる必要がある。　そのため
には、導電体２２は金属板２２の水準より低い水準にな
くてはならない。　これにより金属板２の全体上にスク
リーンは密着され、金属板２から浮くことはなく、エツ
チングは金属板全体に良好になされる。

マスクとしてテープを用いるときには、テープは金属板
に貼着されるのでスクリーンの場合のようにする必要は
必ずしもない。

上記導電体としては、銅板、鉄板、ステンレス板などを
用いることができる。

上記絶縁体としては、可塑性のあるものが好ましく、通
常切断試料の仮とめ用に用いられるような前回望性のワ
ックスであって、積層体を４Ｂ成する物質と反応するこ
となく、ホットプレートなどを用いて２００℃以下の低
温で積層体を変質させることなく、容易に取りつけ取り
はずしできる接着剤、たとえばマルト−味製グリーンワ
ックスなどを用いるのが好適である。

また、導電性物質としては、樹脂中に金属粉などの導電
性粒子を分散させたもので、常温で溶媒などの乾燥によ
り硬化し導電性を発現する導電性ペーストを用いるのが
簡便であり、常温硬化型導電性ペースト（商品名ドータ
イト　藷倉化成■製）などを用いるのがよい。

〈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１） セラミックス板としてアルミナ（厚さ０．６３５ｍｍ、
直径２０ｍｍ）を用い、金属板として銅板（厚さ０．２
ｍｍ、直径２０　ｍｍ）を用い、共晶法により１０７０
℃に加熱接合して積層体を得た。　接合の条件は以下の
通りである。

Ｎ２−０゜（０，２％）混合ガス７囲気、１０７０℃に
５分保持 この積層体を下記組成の従来のエツチング液および本発
明におけるペーストを用いて長さ２０ｍｍ％幅０．２ｍ
ｍの十字形状をエツチングした。　導電体としてステン
レス板を用い、絶縁体としてマルト−味製グリーンワッ
クスを用い、導電性ペーストとして農倉化成■製ドータ
イトを用い、第３図に示すようにして電解エツチングを
行った。　その結果、ペースト状腐食用溶媒（ペースト
）を用いたときには、ペーストの粘度を調節することに
よりペーストがスクリーンあるいはマスクの透過部にと
どまり、作業性よくエツチングでき、エツチング幅とし
て銅板表面０．３ｍｍ、基板界面０．１７ｍｍを得たが
、従来のエツチング液ではエツチング液がスクリーンま
たはマスクの下にしみこんでゆき、エツチングする予定
のなかった部分の銅板が腐食された。

（１）従来のエツチング液の組成 ２０ｗｔ％塩化第２鉄水溶液 （２）本発明におけるペーストの組成 ２０＋ｖｔ％塩化Ｓ２鉄水溶液＋３ｗｔ％ポリアクリル
酸ソーダ水溶ン夜 ペーストを用いたときの電解条件 電流　２００ｍＡ 電圧　　　４ｖ 時間　　１５分 （実施例２） セラミックス板としてＡｌ１Ｎ板（厚さ０．６３５ｍｍ
、直径２０ｍｍ）を用い、金属板として銅板（厚さ０．
２ｍｍ、直径２０ｍｍ）を用い、ろう材として活性金属
Ｔｉを含むＡｇ−Ｃｕろう材７２Ａｇ−２７Ｃｕ−ＩＴ
ｉを用いて、セラミック板の両側に銅板を接合して積層
体を得た。　接合の条件は以下の通りである。

真空炉　８００℃　５分保持 ８００℃に到達時真空度　５　Ｘ　１０−５Ｔｏｒｒこ
の積層体を下記組成の従来のエツチング液および本発明
におけるペーストを用いて長さ２０ｍｍ、幅０．２ｍｍ
の十字形状をエツチングした。　導電体としてステンレ
ス板を用い、絶縁体として試料切断用接着剤マルト−味
製、商品名アドフィルタス導電性ペーストとして常温硬
化型導電性ペースト藤倉化成■製、商品名ドータイトを
用い第３図に示すようにして電解エツチングを行った。

その結果、ペースト状腐食用溶媒（ペースト）を用いた
ときには、粘度を調整することによりペーストがスクリ
ーンまたはマスクの透過部にとどまり、作業性よくエツ
チングでき、エツチング幅として、銅板表面部で０．３
２ｍｍ基板界面部で０．１８ｍｍを得た。

ところが、従来のエツチング液はスクリーンおよびマス
クの下に流れ出し、エツチングする予定でなかった部分
の銅板を腐食したばかりでなく、導電性ペーストおよび
導電体であるステンレス板にまで達して腐食してしまっ
た。

（１）従来のエツチング液の組成 ２０ｗｔ％塩化第２鉄水溶液 （２）本発明におけるペーストの組成 ２０ｗｔ％塩化第２鉄水溶液＋３ｗｔ％ポリアクリル酸
ソーダ水（８液 ペーストを用いたとぎの電解条件 電流　２００ｍＡ 電圧　　　４ｖ 時間　　１５分 〈発明の効果〉 本発明においては、エツチング剤としてペーストを用い
るので従来のようなエツチング液におけるような操作性
の悪さが解決され、工程か簡潔になる。

また、セラミック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。

さらに、エツチングすべき金属板のみを電気的に接続し
、エツチングしない方の金属板にはペーストを回り込ま
ないようにしているので、エツチングしない方の金属板
は劣化せず、品質のよい回路基板が得られる。

【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３図は本発明方法を実施する一具体例を示す線図的断
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・・・電極、 ９・・・リード線、 １０・・・電源、 １１・・・スクリーン、 ＋１ａ・・・腐食用溶媒透過部分、 １１ｂ・・・腐食用溶媒不透過部分 ２０・・・導電体、 ２１・・・絶縁体、 ２２・・・導電性物質 符号の説明 １・・・絶縁性を有するセラミック板、２・・・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、　１ ＦＩＧ、３ ノ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （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で構成され、該金
   属板上に導体回路パターンを有する回路基板を製造する
   に際し、この積層体を導電板に載置し、前記金属板表面
   に電気的絶縁性を有し、腐食用溶媒と反応しない物質で
   構成されかつ前記回路パターンに対応するエッチングさ
   れるべき模様を有するマスクを密接させ、該金属板上に
   前記マスクの模様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
   たのち、前記導電板上の積層体のセラミックス板および
   他方の金属板を絶縁体により液密に被覆するとともに前
   記導電板と前記金属板との間のみを導電性物質により電
   気的に接続し、前記電極と前記導電体との間に通電して
   前記電極と前記金属板との間に前記腐食用溶媒を介して
   電解エッチングし、該金属板を前記マスクの模様に応じ
   て蝕刻して前記絶縁性セラミックス板上に導体回路パタ
   ーンを形成することを特徴とする回路基板の製造方法。
2. （２）前記絶縁体が熱可塑性ワックスである請求項１に
   記載の回路基板の製造方法。
3. （３）前記導電性物質が樹脂中に導電性粒子を分散させ
   た導電性ペーストである請求項１または２に記載の回路
   基板の製造方法。
4. （４）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請求
   項１〜３のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
5. （５）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１〜４のいずれかに記載の回路基板の製造
   方法。
6. （６）電解エッチングは直流または交番電流で行なう請
   求項１〜５のいずれかに記載の回路基板の製造方法。