JPH04145646A - セラミックス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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックス回路基板の製造方法に係り、特に
回路パターンの形状位置精度を高く設定することができ
、また高品質の回路基板を高い歩留りで製造することが
可能なセラミックス回路基板の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来からパワートランジスター用セラミックス回路基板
やマイクロ波トランジスタ、モジュール構造体、ハイブ
リッドＩＣ基板として、セラミックス絶縁板の少なくと
も一方の表面に、高熱伝導性と高導電性とを有する銅等
の金属回路板を接合したセラミックス回路基板が広く使
用されている。

従来、この種のセラミックス回路基板は、打ち抜きプレ
スによって銅板等の金属導体板を打ち抜いて複数種の回
路パターン要素を形成し、それらの回路パターン要素を
セラミックス基板上の所定位置に配置した後に、加熱接
合等によって一体に接合して製造されている。接合方法
としては、金属材と酸素との共晶融体を接合面に生成せ
しめて金属材とセラミックス基板とを直接接合したり、
または活性金属をセラミックス基板および回路パターン
要素内に相互に拡散せしめて両者を一体化する方法など
が採用されている。

しかしながら、複数の回路パターン要素をそれぞれセラ
ミックス基板表面の所定位置に固定する操作は非常に煩
雑であり、加工工数が増大する欠点がある。そこで第５
図に示すように各回路パターン要素１ａ、ｌｂ、ｌｃを
予めブリッジ２で結合した回路パターン素材３をプレス
加工により調製し、この回路パターン素材３および裏銅
板４をそれぞれセラミックス基板５の表面および裏面に
接合した後に、回転カッター　６等の研削工具によって
各ブリッジ２を削り取って所定形状の回路パターンを形
成する方法も広く採用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、各回路パターン要素をブリッジで結合し
た回路パターン素材をセラミックス基板に接合した従来
のセラミックス基板では回転カッターで各ブリッジを完
全に除去することが困難であり、第５図に示すようにブ
リッジ除去部にかえりやぼり７（通称“ヒゲと呼ばれ回
転カッターでの取り残し部分である。）が形成され易い
。

このぼり７等は、回路基板の使用時に異常放電を引起す
原因となり回路基板の耐電圧特性を大幅に低下させ、基
板全体の信頼性を損うものである。

一方、従来の回路パターン素材はプレスによる打ち抜き
加工によって調製されていたため、打抜時に作用する機
械的な衝撃力が大きく、回路パターン素材の変形量が大
きくなる欠点があった。回路パターン素材に変形が生じ
ると、セラミックス基板への接触が不均一になり、素材
とセラミックス基板との接合不良が発生する割合が高く
なる。

特に、最近では金属材と酸素との共晶融体を接合面に生
成せしめて、金属材とセラミックス基板とを直接接合す
る方法が一般的に採用されているため、回路パターン素
材に僅かでも変形があると、両者の接合不良が急激に増
大し、結果として回路基板製品の歩留りが大幅に低下し
てしまう問題点がある。

さらにプレスによって回路パターン素材を形成する方法
では、プレス用の金型自体が高価であり、また型の精度
も最小限で幅が１−程度に制限されていたため、高い密
度で高精度の回路パターンを形成することは困難であり
、加工コストも高くなる欠点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、回路パターンの変形や位置ずれ等が少なく精密な
回路パターンを有するセラミックス回路基板を効率的に
製造し得るセラミックス回路基板の製造方法を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用） 本願発明者は、回路パターン素材の変形量をより低減し
、高精度の回路パターンを効率的に形成する方法を種々
検討した結果、機械的な衝撃力を発生しないエツチング
処理を行なってブリッジ部を除去したときに特に変形量
が少な（、信頼性が高い回路基板が得られるという知見
を得て本発明を完成した。

すなわち本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法
は、セラミックス基板表面に所定形状の金属製回路パタ
ーンを一体に接合したセラミックス回路基板の製造方法
において、複数のパターン要素をブリッジで結合してな
る回路パターン素材をセラミックス基板の所定位置に接
合した後に、エツチング処理により各ブリッジを食刻し
て除去し、所定形状の回路パターンを形成することを特
徴とする。

また回路パターン素材およびブリッジは、１枚の金属板
をエツチング処理により部分的に食刻して形成するとよ
い。

さらにエツチング処理において回路パターン表面にめっ
き層を形成して構成してもよい。

複数のパターン要素をブリッジで結合した回路パターン
素材は、金属板を金型プレスで打ち抜いて形成してもよ
いが、１枚の金属板をエツチング処理して部分的に食刻
して形成した方がよい。すなわちエツチング処理によれ
ば、金型プレス処理のような大きな衝撃力が作用せず回
路パターン要素の変形を小さくできるとともに、回路パ
ターンの配設密度および形状精度をより高めることが可
能となる。

こうして調製した回路パターン素材のブリッジの厚さは
、パターン要素の厚さの半分程度（）−−ツブリッジ）
とし、いわゆるハーフエツチングによって調整される。

次に回路パターン素材は、アルミナ（ Ａｉ　Ｏ）、窒化けい素（Ｓ　ｉ３　Ｎ４　）　、窒化
アルミニウム（Ａ　Ｉ　Ｎ）等で形成されたセラミック
ス基板の表面の所定位置に配置され、一体に結合される
。一方、基板の裏面には、厚さが回路パターン素材より
やや小さい裏銅板が配置され、同時に接合される。回路
パターン素材が銅で形成されている場合の接合方法とし
ては、銅に予め含有された酸素と銅との共晶体が生成す
る温度（１０６３〜１０８３℃）までにセラミックス基
板、回路パターン素材および裏銅板を加熱し、生成した
共晶体（Ｃｕ　　Ｃｕ　２０　）によって相互に一体に
接合する方法が採用される。

次に一体に接合された接合体はエツチング（食刻）処理
に供される。このエツチング処理は、例えば硫酸と過酸
化水素との混合液や塩化第２鉄水溶液など、金属材を腐
食せしめ溶解除去する化学溶液に接合体を浸漬して行な
う。エツチング量は、化学溶液の温度、濃度および浸漬
時間によって調整される。

このエツチング処理により回路パターン素材および裏銅
板の表面層が食刻除去されると同時に、各ブリッジの表
面側に接触する化学溶液と、ブリッジの下側に回り込ん
だ化学溶液とによってブリッジの上下面が同時に食刻さ
れて、ブリッジが除去され、セラミックス基板の所定位
置に各パターン要素が独立して配置されたセラミックス
回路基板が形成される。

本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法によれば
、複数のパターン要素を結合するブリ・ソジをエツチン
グ処理によって化学的に除去して０るため、従来の回転
カッター等の機械的手段で除去する場合と比較して各パ
ターン要素に衝撃力力く作用することがなく、パターン
要素の位置ずれや変形が起こらず、高い位置精度を有す
る回路基板を製造することができる。

またブリッジ除去部にぼりゃかえり等が生しることもな
いため、回路基板の耐電圧特性を大幅に向上させること
ができ、信頼性が高い高品質の回路基板を得ることがで
きる。

特に回路パターン素材およびブリッジを１枚の金属板を
エツチング処理して形成することにより、従来の金型プ
レスによって形成する場合と比較して、回路パターン素
材に衝撃力が作用すること力（なく変形量を大幅に低減
することができる。そのためセラミックス基板と回路）
くターン素材とを直接接合する場合においても、接合不
良を生じることが少なく、接合強度が大きな回路基板を
得ることができる。

また回路パターンを構成する銅と酸素との共晶体で回路
パターンとセラミックス基板とを直接接合する工程にお
いては、回路パターン表面に銅の酸化物層が形成される
。この酸化物層は半田ぬれ性を大幅に低下させてしまう
欠点がある。

しかしながら本発明の製造方法によれば、ブリッジ部を
除去するエツチング処理によって、同時に各パターン要
素表面の酸化物層が除去されるため、半田ぬれ性が低下
するおそれが少ない。さらに酸化物層が部分的に残存す
る場合においても、エツチング処理後に回路パターン表
面にＮｉなどのめっき層を形成することにより半田ぬれ
性を向上させることができ、後工程におけるワイヤボン
ディング特性を大幅に改善することができる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照して、よ
り具体的に説明する。

まず実施例として、酸素を３００ｐｐｍ含有し、縦２６
ｍｍ＋、横６０−１厚さ０．４−のタフピッチ電解銅板
をエツチング処理して、第１図に示すような複数の回路
パターン要素１ａ、　　ｌｂ、　　ｌｃ。

１ｄをブリッジ２ａで結合した回路パターン素材３ａを
多数調製した。また回路パターン素材３ａと同一寸法を
有し．エッチング処理を施さない裏銅板４ａを多数用意
した。

上記各ブリッジ２ａは第２図に示すように回路パターン
素材３ａの半分の厚さ（０，２ｍｍ）を有スルヨウニ素
材をハーフエツチングされて形成される。

一方セラミックス基板として第１図に示すように、アル
ミナ（Ａ１２０３）純度９６％から成り、縦２９ｍｍ、
横６３＋＋ｏｎ、厚さ０．６３５−の寸法を有するアル
ミナ製セラミックス基板５ａを多数調製した。

次に第１図に示すように上記回路パターン素材３ａをセ
ラミックス基板５ａの表面に少量のバインダーを介して
配置する一方、裏銅板４ａをセラミックス基板５ａの裏
面に同様に配置した後に、窒素雰囲気の加熱炉内に挿填
して温度１０７０℃に加熱して５分間保持することによ
り、接合面に銅と酸素との共晶体を生成せしめ、基板と
銅板とを一体に直接接合し、第２図に示すような接合体
８を得た。

次に得られた各接合体８を、温度２６℃、濃度２０％塩
化第２鉄（Ｆ　ｅ　Ｃ１３）水溶液中に２０分間浸漬し
てエツチング処理を行なった。このエツチング処理によ
り回路パターン素材３ａおよび裏銅板４ａの表面層が食
刻除去されると同時に、各ブリッジ２ａ・・・の表面側
に接触するＦ　ｅ　Ｃ、ｊ　ａ水溶液と、ブリッジ２ａ
の下側に回り込んだＦ　ｅ　Ｃｊ！　ａ水溶液とによっ
て各ブリッジ２ａ・・・の上下面が同時にそれぞれ０．
１−ずつ食刻されて、ブリッジ２ａが除去され、第３図
および第４図に示すように、セラミックス基板５ａの所
定位置に各パターン要素１ａ〜１ｄが独立して配置され
たセラミックス回路基板９を形成した。

一方比較例として実施例で調製した回路パターン素材と
同一組成、形状、寸法を有する回路パターン素材を金型
プレスによって打ち抜いて多数形成した。そして実施例
において調製したセラミックス基板および裏銅板を使用
して、実施例と同一条件下でセラミックス基板の表面お
よび裏面にそれぞれ上記回路パターン素材および裏銅板
を直接接合し、接合体を調製した。そして得られた接合
体の各ブリッジ部を回転カッターによって切除して従来
のセラミックス回路基板を多数調製した。

このようにして得られた実施例および比較例のセラミッ
クス回路基板の特性を評価するために、隣接するパター
ン要素間にＩＫｖ／ｍｍの電圧を印加して異常放電の有
無を調査する耐電圧試験を行ない、全試料数に対して異
常放電を発生した試料数の割合を求め、耐電圧特性不良
率とした。

またセラミックス基板と回路パターンとの接合状態を観
察し、はがれやふくれを生じた試料数の全試料数に対す
る割合を計数し、接合不良率として算出した。

さらに実施例および比較例に係るセラミックス回路基板
をそれぞれ２０００個ずつ製造する場合に要する全製造
工数を積算し、従来の比較例の場合を１００として指数
的に表示した。なお全製造工数は．エッチング処理また
は金型プレスによる回路パターン素材の調製工程、接合
工程．エッチング処理または回転カッターによるブリッ
ジ部の除去工程、製品の寸法調査および耐電圧試験等の
検査工程に要する工数を全て合算して評価した。

測定結果を下記第１表に示す。

第１表 第１表に示す結果から明らかなように本実施例に係るセ
ラミックス回路基板は、ブリッジ部を化学的に溶解除去
するエツチング処理によって形成されているため、比較
例のような機械的な除去方法に比較して、はぼ完全にブ
リッジ部を除去でき、ばり等が発生することがな（、優
れた耐電圧特性を有する。またブリッジ除去時に機械的
な衝撃力が作用することがないため、回路パターンの変
形かほとんど発生せず、回路パターンとセラミックス基
板との接合部にはがれやふくれ等の接合不良を発生する
割合もなく、最終的に製品となるセラミックス回路基板
の歩留りを大幅に改善することができる。

特に機械的な処理を行なうことに起因して発生するぼり
による異常放電がほぼ完全に解消されるため、実施例に
係る製造方法においては、耐電圧試験を省略することが
可能となる。そのためセラミックス回路基板の全製造工
数を従来より３０％程度削減することができる。さらに
回路パターン素材およびブリッジをエツチング処理によ
って形成することにより、回路パターン素材の変形をよ
り低減させることができ、接合強度をより高めることが
可能となる一方、金型プレスと比較して、よりパターン
幅および間隔が小さい複雑な回路パターンをより高精度
に形成することができる。

なお、回路パターン素材の金属成分と酸素との共晶体を
接合面に生成せしめて、回路パターン素材とセラミック
ス基板とを直接接合して形成した接合体によれば、回路
パターン表面に半田ぬれ性が低い金属の酸化物層が形成
される。しかしながら本実施例に係る製法によれば．エ
ッチング処理を施すことにより、この酸化物層が食刻さ
れるので、半田ぬれ性の低下は少なく、優れたワイヤボ
ンディング特性を有するセラミックス回路基板が得られ
る。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係るセラミックス回路基板の
製造方法によれば、回路パターン素材のブリッジ部に機
械的な衝撃力を作用させることなく．エッチング処理に
よって、はぼ完全に除去することができ、ぼり等が発生
することがないため、信頼性が高いセラミックス回路基
板を提供することができる。

また、ばりの発生が解消し、耐電圧試験等の製品検査工
程が省略できるため、製造工程を大幅に簡素化すること
ができる。

さらに回路パターン素材をエツチング処理によって形成
することにより、従来の金型プレス法と比較して、より
高精度の回路パターンを形成することができる。また機
械的な衝撃力が付加されないため、回路パターン素材自
体の変形もなく、セラミックス基板との接合部にはがれ
やふくれ等の接合不良を生しることも少なく、セラミッ
クス回路基板の信頼性を大幅に向上させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミックス回路基板の構成要素
の接合時の状態を示す分解斜視図、第２図は接合後の状
態を示す断面図、第３図はエツチング処理後の状態を示
す断面図、第４図は本発明方法によって製造されたセラ
ミックス回路基板の構成例を示す斜視図、第５図は従来
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
。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ−回路パターン要素、２．２ａ
・・・ブリッジ、３，３ａ・・・回路パターン素材、４
，４ａ・・・裏銅板、５，５ａ・・・セラミックス基板
、６・・・回転カッター、７・・・・・・ばり、８・・
・接合体、９・・・セラミックス回路基板。 嬉 関 ａ２ｖａ 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミックス基板表面に所定形状の金属製回路パタ
   ーンを一体に接合したセラミックス回路基板の製造方法
   において、複数のパターン要素をブリッジで結合してな
   る回路パターン素材をセラミックス基板の所定位置に接
   合した後に、エッチング処理により各ブリッジを食刻し
   て除去し、所定形状の回路パターンを形成することを特
   徴とするセラミックス回路基板の製造方法。
2. ２．回路パターン素材およびブリッジは、１枚の金属板
   をエッチング処理により部分的に食刻して形成すること
   を特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基板の製
   造方法。
3. ３．エッチング処理後において回路パターン表面にめっ
   き層を形成することを特徴とする請求項１記載のセラミ
   ックス回路基板の製造方法。