JPH02209794A - 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〉 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３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、
ＡＩＬｚＯ＊を用いて加熱によりＣｕ−０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、ＡＪ２２　ｏ、に替ってＢｅＯ，ＡβＮ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、ＡｎＮ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ＡＪ２２０３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。

〈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
グの深ざ／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腐食用溶媒を変える必要
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、ＡｊＺＮ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腐食用溶媒ではろう
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、ＡｆｌＮ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（ＴｉＮ）が形成
され、その完全な除去には硝ぶつ酸などかなり活性の高
い腐食用溶媒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属板を、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、セラミックス板と金属板との接
合を活性金属を含むろう材で行ったとしても、そしてそ
の厚みが厚くなってもエツチング操作が簡潔で、エツチ
ング精度を向上させる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〉 以上のような問題点を解決するためには、■　金属板お
よび接合部また活性金属を含有するろう材を用いた場合
のろう材および活性金属とセラミックスが反応してでき
た化合物の全てに対し有効であり、かつ常に活性な腐食
用溶媒を用いてエツチングすること、 ■　加圧、揺動、電圧印加（電解）など、腐食を促進す
るような補助手段を用いてエツチングの速度を高めるこ
と、 ■　マスクの材質および装着方法を活性な腐食用溶媒と
腐食促進手段に耐えられるような構造にすることの３点
が必要である。

本発明によれば、このような条件を満たすものとして、
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
、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４１　ａ付マスクを密接させ
、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、前記電極と金属板との間に前記
腐食用溶媒を介して電流を通じて電解エツチングする工
程と次いで電解エツチングに供した腐食用溶媒を除去す
る工程とのサイクルを繰り返し行い、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
基板の製造方法が提供され゛る。

そして、前記セラミックス板と前記金属板との接合は、
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
であるのが好ましい。

また、前記電解エツチングは、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
子ｉｂを有するマスク１１を密接させ、このマスクを介
して、ペースト化した腐食用溶媒７を塗布している。　
　６はマスクの固定枠である。

さらに、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、マスク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の中でマスク１１のエツチングすべき部分１
１ａ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。

本発明において、この電流を通ずる工程と、電解エツチ
ングを行ったことによって、活性の小さくなった腐食用
溶媒を吸引などの方法により除去する工程、さらに電解
エツチングが必要な場合、再びマスクを介して腐食用溶
媒７を塗・布し電流を通ずる工程を繰り返し行う。

前記工程の繰り返しにより活性の小さ（なった溶媒を除
去し、常に新しい腐食用溶媒を用いることができるため
、サイドエッチ、腐食用溶媒の残渣によるマスク部への
浸出およびマスク透過部の目詰り等を防ぐことができる
。

特にエツチングすべき深さが深いのに比してエツチング
の巾が細いとき、セラミックス板１と金属板２あるいは
３との接合面が厚いとき、あるいはペースト化した腐食
用溶媒７の粘度が大きい場合等には、活性の大きい腐食
用溶媒を用いることは必須であるため、この工程は特に
有効である。

この除去方法は、−成約な方法で行えばよく、例えば吸
引除去方法としてアスピレータ−真空ポンプなどを用い
てマスクの上からノズルより吸い込む方法等が良く、こ
の時ノズルはマスクを傷めないような形状、例えば、エ
ツチングすべき面およびマスクと平行に、エツチング而
全体を吸引できるような形状が好ましい。

また、腐食用溶媒は、マスクの種類に応じ、スクリーン
等のように、メツシュを介して腐食用溶媒ペーストがエ
ツチング面に接する場合は、メツシュの目詰まりを、ま
た、シールテープ等のように腐食用溶媒ペーストが直接
エツチング面に接する場合は、エツチング間隙に生成す
る固形物の有無を目安として、１〜２回／電解時間５分
で交換するのが良い。

また、本発明において前記セラミックス板１と金属板２
．３との接合は、−ａ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”ＪＷ
気を用いるのがよい。　また真空を用いてもよい。

このエツチングされるべき模様を有するマスク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、スクリーン、ポジ型、ネガ型フォトマスク
、あるいはフィルム等でもよい。　さらに具体的には、
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、ポリモスチ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
レスのスクリーンを使用する場合、適当な防食コーティ
ングを施す必要がある。　このマスク１１は適当な固定
枠６に固定され、たわみなく、マスク自体に適度な弾性
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、このペースト化した腐食用溶媒としては、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、ザンサンガム、あるいは二酸化ケイ素、アル
ミナ、水ガラス等のような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
いることがで包る。

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ｇ
Ｑ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、蝕刻用模様付きマスク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、使用するマスクの材質、模様の大き
さや要求される精度、マスクのメツシュ間隔、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、活性金属を含むろう材を用いて接合するときに
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５０００〜５００００ｃｐｓ程
度にしておくのがよい。

なお、電極は固定式でも移動式でもよい。

第２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、導電性セラミックス
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。

〈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２０　ｍｍ）を用い、金属板として銅板（厚さ０．
３ｍｍ、直径２０　ｍｍ）を用い、共晶法により１０７
０℃に加熱接合して積層体を得た。

この積層体を下記組成の従来のエツチングおよび本発明
におけるペーストを用いて長さ１０ｍｍ、幅０．２ｍｍ
の十字形状にエツチングした。　なお、エツチング液は
、電解時間５分に対し、１回を基準に３回除去して新し
いエツチング液と交換した。　結果を表１に示す。

（１）従来のエツチング液の組成 ２０重量％塩化第２鉄水溶液 （２）本発明におけるペーストの組成 ２０重量％塩化第２鉄水溶液 ＋３重量ポリアクリル酸ソーダ水溶液 ベーストを用いたときの電解条件 電　　　流　　２００ｍＡ 電　　　圧　　４ｖ 電解時間　１５分 エツチング液の交換回数 ３回（１回１５分） （比較例１） 従来のエツチング液で浸漬によりエツチングを行った。

　結果を表１に示す。

表　　１ （実施例２） セラミックス板として窒化アルミニウム（Ａｊ！Ｎ）（
厚さ０．８３５　ｍ　ｍ　、直径２０　ｍｍ）を用い、
金属板として銅板（厚さ０．２ｍｍ、直径２０　ｍｍ）
を用い、ろう材として活性金属Ｔｉを１重量％を含むＡ
ｇ−Ｃｕろう材を用いて接合し、積層体を得た。　接合
の条件は以下の通りである。

真空炉にて　　８００℃　　１分 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。　結果を表２に示す。

（１）従来のエツチング液の組成 １５重量％ＨＮＯ！　＋２重量％）ＩＦ（２）本発明に
おけるペーストの組成 １５重１％ＨＮＯ，＋２重量％ＨＦ ＋１０重量％アエロジル ペーストを用いたときの電解条件 電　　　　流　　２００ｍＡ 電　　　圧　　４■ 電解時間　１５分 エツチング交換回数 ３回（１回１５分） （比較例２） 従来のエツチング液でエツチングを行った。　結果を表
２に示す。

表　　２ 〈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腐食用溶媒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。

また、常に活性の大きいエツチング液を用いることでサ
イドエッチ、マスク部内への浸出およびマスク透過部の
目詰り等を防ぐことができる。

さらに、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たために、エツチングの
負荷が増大しても、エツチング精度およびエツチング操
作性を損なわずにすむ。

【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。 符号の説明 １・・・絶縁性を有するセラミックス板、２・・・回路
パターンを有する金属板、３・・・金属板、 ４・・・素子、 ５・・・放熱板、 ６・・・マスク固定枠、 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・・・マスク、 １１ａ・・・腐食用溶媒透過部分、 １１ｂ・・・腐食用溶媒不透過部分 ＦＩＧ ＦＩＧ。

Claims (4)

【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、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付マスクを密接さ
   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、前記電極と金属板との間に前
   記腐食用溶媒を介して電流を通じて電解エッチングする
   工程と次いで電解エッチングに供した腐食用溶媒を除去
   する工程とのサイクルを繰り返し行い、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）前記セラミックス板と前記金属板との接合は、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に記載の回路基板の製造方法。
3. （３）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または２に記載の回路基板の製造
   方法。
4. （４）前記電解エッチングは、直流または交番電流で行
   なう請求項１〜３のいずれかに記載の回路基板の製造方
   法。