JPH0799380A - セラミックス−金属接合体のパターン形成方法 - Google Patents

セラミックス−金属接合体のパターン形成方法

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JPH0799380A
JPH0799380A JP24256893A JP24256893A JPH0799380A JP H0799380 A JPH0799380 A JP H0799380A JP 24256893 A JP24256893 A JP 24256893A JP 24256893 A JP24256893 A JP 24256893A JP H0799380 A JPH0799380 A JP H0799380A
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JP
Japan
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metal plate
metal
pattern
plate
ceramic
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JP24256893A
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English (en)
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Takayuki Naba
隆之 那波
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 狭小な線幅および線間を有する微細で複雑な
パターンを、金属板に対して再現性よく、かつ容易に形
成することを可能にしたセラミックス−金属接合体のパ
ターン形成方法を提供する。 【構成】 セラミックス板1と金属板2とを、例えば活
性金属含有ろう材層3を介して接合する。接合後の金属
板2を所望のパターン形状にエッチング処理する。この
エッチング処理により、セラミックス板1上の金属板2
を除去した部分2aに残存する層3aを、ホーニング処
理またはレーザー加工により除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス−金属接
合体の金属板に対して所望のパターンを形成する方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックス基板は、高電気絶縁性、高
熱伝導性、低熱膨張等の特徴を有することから、半導体
素子のような電子部品の搭載用基板として実用化されて
いる。ところで、セラミックス基板を上記したような用
途に利用する場合には、回路パターンの形成等を目的と
して、まず金属板と接合することが不可欠である。
【0003】上述したようなセラミックス基板と金属板
との接合方法としては、所要形状の銅回路板とセラミッ
クス基板とを直接接合させる、いわゆるDBC法(ダイ
レクト・ボンディング・カッパー法)や、4A族元素や5A
族元素のような活性金属を用いた活性金属法等が知られ
ている。活性金属法は、Ti、Zr、Hf、Nb等の金属元素が
セラミックス材料に対して濡れやすく、反応しやすいこ
とを利用した接合法であり、具体的には活性金属を添加
したろう材を用いたろう付け法が一般的に利用されてい
る。
【0004】ところで、上記したDBC法や活性金属法
で接合した銅板等に回路形成(パターニング)する方法
としては、 (1)ベタの銅板を接合した後に、エッチング
処理によりパターニングを行う、 (2)予めパターニング
した銅板を接合する、等が挙げられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た (1)のパターニング方法では、銅板はエッチング処理
により良好に除去することができるものの、銅板とセラ
ミックス基板との界面に存在する反応層を除去すること
が困難であり、この反応層が残留して回路特性や回路形
状等に悪影響を及ぼすという問題があった。特に、活性
金属法を適用した場合には、活性金属とセラミックス基
板との反応物がセラミックス基板上に強固に結合してお
り、この反応層を取り除くのに多大な工数を要し、製造
コストが高くなると共に、オーバーエッチ等が生じやす
いという問題があった。またさらに、活性金属とセラミ
ックス基板との反応物は、導電性物質であることが多
く、エッチング処理後に僅かに残留する導電性物質によ
って、回路不良が発生しやすいという問題があった。
【0006】また、上述した (2)のパターニング方法で
は、線幅の細いパターンを形成する場合に、そのような
パターンを予め銅板に形成すると、接合自体が困難にな
ると共に、位置精度が低下するという欠点があり、微細
なパターンを再現性よく形成することができないという
問題があった。
【0007】本発明は、このような課題に対処してなさ
れたもので、狭小な線幅および線間を有する微細で複雑
なパターンを、金属板に対して再現性よく、かつ容易に
形成することを可能にしたセラミックス−金属接合体の
パターン形成方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス−
金属接合体のパターン形成は、セラミックス板と金属板
とを接合し、前記接合後の金属板に所望のパターンを形
成するにあたり、前記接合後の金属板を所望のパターン
形状にエッチング処理する工程と、前記セラミックス板
上の前記エッチング処理により前記金属板を除去した部
分に残存する層を、ホーニング処理またはレーザー加工
により除去する工程とを具備することを特徴としてい
る。
【0009】
【作用】本発明のセラミックス−金属接合体のパターン
形成造方法においては、予めエッチング処理等により金
属板をパターニングした後、セラミックス板上に残存す
る層をホーニング処理やレーザー加工により除去するた
め、導電性物質からなる反応層等を残留させることな
く、複雑で微細なパターンを再現性よく形成することが
できる。また、エッチング処理では、少なくとも金属板
のみを溶解除去すればよいため、オーバーエッチ等を招
くこともなく、パターン部の側面にダレ等を生じさせる
こともない。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【0011】図1は、本発明をセラミックス回路基板の
回路パターン形成に適用した一実施例のパターン形成工
程を順に示す図である。まず、セラミックス基板1上に
金属板2を接合する(図1(a))。セラミックス基板
1としては、酸化アルミニウムのような酸化物系セラミ
ックス基板から、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化
ケイ素等の非酸化物セラミックス基板まで、各種のセラ
ミックス基板を使用することが可能であるが、特にろう
材等に対する濡れ性が低く、活性金属の使用が効果的な
窒化アルミニウム基板や窒化ケイ素基板等を用いる場合
に有効である。また、金属板2の材質は、用途に応じて
各種の金属材料から適宜選択すればよく、例えはCu、Cu
合金、Ni、Ni合金、W 、Mo等が用いられる。
【0012】上記セラミックス基板1と金属板2との接
合は、活性金属法やDBC法等の種々の接合方法を適用
して行うことが可能であるが、特に活性金属法の場合に
は、セラミックス基板1に強固に結合し、かつ導電性を
有する反応層が生成するため、活性金属法を適用する場
合に特に本発明は有効である。
【0013】この実施例では活性金属法のうち、活性金
属を含有するろう材を用いた接合方法を適用した例につ
いて説明する。具体的には、活性金属含有ろう材を含む
ペーストを、例えばスクリーン印刷法を適用して、セラ
ミックス基板1または金属板2に塗布する。ここで、接
合用のペーストとしては、例えば Ag-Cuの共晶組成もし
くはその近傍の組成を主とし、これにTi、Zr、Hf、Nb等
の活性金属成分を適量配合した活性金属含有ろう材を、
適当な樹脂結合剤および分散媒によりペースト化したも
のが用いられる。上記ろう材中の活性金属の添加量は、
例えば 1重量%〜10重量% 程度である。なお、ろう材の
主成分は、上記Ag- Cu系共晶ろう材に限らず、Cu系等の
各種のろう材を使用することが可能である。
【0014】次いで、上記活性金属含有ろう材を含むペ
ーストの塗布層を介して、セラミックス基板1と金属板
2とを積層する。そして、用いた活性金属含有ろう材に
応じた条件(雰囲気、温度、時間等)で熱処理を施し、
ろう材層3を介してセラミックス基板1と金属板2とを
接合する(図1(a))。
【0015】次に、接合後の金属板2上に、所望の回路
形状を覆うようにレジスト層(図示せず)を形成した
後、金属板2の材質に応じたエッチャントを用いて、金
属板2にエッチング処理を施す。エッチャントとして
は、例えば金属板2が銅板であれば塩化第二鉄溶液等を
用いる。このエッチング処理により、図1(b)に示す
ように、金属板2の不要部分2aが除去され、金属板2
は所望形状にパターニングされる。また、ろう材層3の
うち、 Ag-Cuのようなろう材成分を主とする層は、上記
エッチング処理により溶解除去されるが、セラミックス
基板1と活性金属との反応生成物、すなわち導電性を有
する界面生成物を主とする層3aは、上述したようなエ
ッチャントでは溶解除去されず、セラミックス基板1上
に残存する。すなわち、活性金属法による場合、セラミ
ックス基板1側の接合界面には、活性金属成分とセラミ
ックス基板1との反応物、例えば TiNのような界面生成
物が生成する。一方、金属板2の材質に応じて選択した
エッチャントでは、界面生成物を溶解除去することがで
きない。そして、活性金属を含む界面生成物は一般的に
導電性を有しているため、セラミックス基板1上に残存
したままでは回路基板として使用することができない。
【0016】そこで、エッチング処理後に残存する界面
生成物を主とする層3aを、ホーニング処理またはレー
ザー加工により除去することによって、図1(c)に示
すように、金属板2による各パターン部2b、2b間が
確実に絶縁された、目的とするセラミックス回路基板4
が得られる。上記ホーニング処理としては、一般的な液
体ホーニング装置等を用いた処理を適用することができ
る。また、レーザー加工については、CO2 ガスレーザー
や YAGレーザー等を用いて、界面生成物を主とする層3
aを溶解除去すればよい。
【0017】上述した実施例においては、エツチング処
理後に残留する界面生成物を主とする層3aを、ホーニ
ング処理やレーザー加工により除去しているため、金属
板2による各パターン部2b、2b間を確実に分離する
ことができる。よって、電気的に分離独立したパターン
を再現性よく、かつ容易に得ることが可能となる。ま
た、パターニングは、エッチング処理とホーニング処理
やレーザー加工との組合せにより行うため、微細で複雑
なパターン形状を正確に再現することができる。例えば
この実施例によれば、線幅 0.3mm、線間 0.3mm程度まで
(銅板厚 0.3mmの場合)の微細な回路パターンを安定し
て再現することができる。さらに、エッチング処理は、
金属板2およびろう材層3の主成分のみを除去すればよ
いため、オーバーエッチ等を招くこともなく、これによ
り回路部の側面にダレ等を生じさせることがない。この
ことからも、微細な回路パターンを正確に再現すること
が可能となる。また、エッチャントのへたり等を防止す
ることもできる。
【0018】次に、上記した実施例に基く具体例につい
て述べる。
【0019】実施例1 まず、63×29×0.3mm の窒化アルミニウム基板上に、A
g:Cu:Ti=70.6:27.4:2.0の組成を有する活性金属含有ろ
う材を含むペーストを塗布し、このペーストの塗布層上
に59.2×25.6× 0.3mmの銅板を載置した。次いで、この
積層体に 1×10-4Torrの真空中にて 850℃×10分の条件
で熱処理を施し、窒化アルミニウム基板と銅板とを接合
した。
【0020】次に、上記接合体の銅板上にレジストをパ
ターン印刷した後、FeCl3 溶液に40℃×10分の条件で浸
漬して、エッチング処理を施した。形成した回路パター
ンは、最小線幅および最小線間共に 0.3mmのファインパ
ターンとした。
【0021】この後、窒化アルミニウム基板上の各パタ
ーン部間に残存する反応層、すなわち TiN( AlN+Ti→
TiN+Alの反応により生成される導電層)を主とする層
を、ホーニング処理により除去した。
【0022】このようにして得たセラミックス回路基板
の銅回路層の形状を目視により観察したところ、当初の
想定通り、最小線幅 0.3mmおよび最小線間 0.3mmで、正
確に形成されており、また TiNが残留していることもな
かった。また、銅回路層の各パターン部の側面にだれ等
を生じていることもなく、良好な回路パターンが得られ
た。
【0023】実施例2 まず、実施例1と同様にして、接合体の銅板にエッチン
グ処理を施した後、窒化アルミニウム基板上の各パター
ン部間に残存する TiNを主とする層に、CO2 ガスレーザ
ーをAr雰囲気中にて出力700W、速度2m/minの条件で照射
し、 TiNを主とする層を溶解除去した。なお、レーザー
照射は数値制御(NC)とした。
【0024】このようにして得たセラミックス回路基板
の銅回路層も、実施例1と同様に、良好なパターン形状
および精度を有しており、また TiNが残留していること
もなかった。
【0025】なお、上記実施例では、活性金属法でセラ
ミックス基板に接合した金属板に対してのパターニング
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、セラミックス基板との何等かの反応を利用する
各種接合法を適用する場合に有効である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クス−金属接合体のパターン形成方法によれば、狭小な
線幅および線間を有する微細で複雑なパターンを金属板
に再現性よく、かつ容易に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明をセラミックス回路基板の製造に適用し
た一実施例の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1……セラミックス基板 2……金属板 2a…エッチング除去部分 2b…パターン部 3……活性金属含有ろう材層 3a…界面生成物を主とする層 4……セラミックス回路基板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス板と金属板とを接合し、前
    記接合後の金属板に所望のパターンを形成するにあた
    り、 前記接合後の金属板を所望のパターン形状にエッチング
    処理する工程と、 前記セラミックス板上の前記エッチング処理により前記
    金属板を除去した部分に残存する層を、ホーニング処理
    またはレーザー加工により除去する工程とを具備するこ
    とを特徴とするセラミックス−金属接合体のパターン形
    成方法。
JP24256893A 1993-09-29 1993-09-29 セラミックス−金属接合体のパターン形成方法 Withdrawn JPH0799380A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7069645B2 (en) 2001-03-29 2006-07-04 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing a circuit board
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