JPH10125824A - バイアホールを有する回路基板及びその製造方法 - Google Patents

バイアホールを有する回路基板及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のバイアホールを有する回路基板及びそ
の製造方法においては、耐ヒートサイクル特性が悪く大
電力用セラミックス絶縁板としては使用できない欠点が
あった。 【解決手段】 本発明のバイアホールを有する回路基板
及びその製造方法においては、直径が０．２ｍｍ以上の
大きさである貫通孔を有するセラミックス絶縁板をアル
ミニウム溶湯中を通過させることにより貫通孔内部をア
ルミニウムで充填した後、該セラミックス絶縁板の少な
くとも一面以上にアルミニウム材を接合せしめ、次いで
エッチング処理を施すことにより所定形状の回路面を形
成する。上記セラミックス絶縁板の上下面の一方を回路
面、他方を放熱面とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス回路基
板に関し、更に詳しくはバイアホールを有するセラミッ
クス絶縁板の両面並びに貫通孔をアルミニウム材で導通
せしめた回路基板及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、集積回路用基板やハイブリットＩ
Ｃ用基板として使用される回路基板は、セラミックス基
板上に銅板を直接接合する直接接合法や、窒化アルミニ
ウムや窒化珪素等の窒化物セラミックス基板上に活性金
属を含むろう材で銅板を接合する活性金属接合法によっ
て製造され、エッチング処理によって所定の回路を形成
している。
【０００３】更に最近の電子部品搭載用基板としては、
小型化や高実装化が要求されるようになり、この対策と
して特開平５−１０５５２８号公報「ピアを有する銅板
接合ＡＩＮ基板」や特開平６−１３７２６号公報「セラ
ミックス回路基板」に開示するように、セラミックス基
板の貫通孔に活性金属ろう材を充填した後、セラミック
ス基板上に活性金属ろう材を塗布して銅板を加熱接合
し、エッチング処理を施して所定の回路を形成したセラ
ミックス回路基板が公知となっている。
【０００４】上記の製造法によって得られたセラミック
ス回路基板は、セラミックス基板の両主面に金属回路板
を接合形成しているため、実装面積を大幅に増加させる
ことが出来るほか、貫通孔に導電材料を充填することに
よって高密度実装ができるとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、上記のセ
ラミックス回路基板は、耐ヒートサイクル特性の面から
みれば問題があって、近年、自動車や電車用の大電力用
セラミックス基板としての用途には使用出来ないという
欠点があった。
【０００６】上述のように従来のセラミックス回路基板
は、金属活性ろう材を用いて銅板を接合するため通常数
十回から数百回程度の耐ヒートサイクル特性しかないた
め、高信頼性が要求されている場合には使用できなかっ
た。
【０００７】本発明は、耐ヒートサイクル特性を上げる
ために上記銅板に代わる新規な金属を用いると共に、貫
通孔の充填も従来のようなろう材を用いないで充填さ
せ、高信頼性大電力用セラミックス回路基板を提供する
ことを目的とする。
【０００８】本発明者等はかかる課題を解決するために
鋭意研究したところ、溶湯アルミニウム中を貫通孔を有
するセラミックス絶縁板を通過させることで、貫通孔を
導電材であるアルミニウム金属で充填させ、且つ、上下
の回路面も同一材質であるアルミニウムで形成した新規
な大電力用セラミックス回路基板を開発することが出
来、本発明を提供することができた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１は、貫通孔
を有するセラミックス絶縁板の上下面をアルミニウム金
属により導通したことを特徴とするバイアホールを有す
る回路基板である。
【００１０】本発明の第２は、上記上下面は、両面共回
路面であることを特徴とするバイアホールを有する回路
基板である。
【００１１】本発明の第３は、貫通孔を有するセラミッ
クス絶縁板をアルミニウム溶湯中を通過させることによ
り貫通孔内部をアルミニウムで充填した後、該セラミッ
クス絶縁板の両面にアルミニウム材を接合せしめ、次い
でエッチング処理を施すことにより所定形状の回路面を
形成することを特徴とするバイアホールを有する回路基
板の製造方法である。
【００１２】本発明の第４は、上記貫通孔は、直径が
０．２ｍｍ以上の大きさであることを特徴とするバイア
ホールを有する回路基板の製造方法である。
【００１３】本発明で使用するセラミックス絶縁板は、
アルミナ基板、窒化アルミニウムや窒化珪素からなる窒
化物セラミックスであり、使用する金属としてはアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金である。この場合、アル
ミニウムの純度としては純度が高いほどよいが、コスト
面から本発明では９９．９％程度のアルミニウムを用い
た。
【００１４】上記セラミックス絶縁板には、予め０．２
ｍｍ以上の直径を有する貫通孔を所定数設けてあり、こ
の絶縁板を図４に示す接合装置の中を通過させることに
より、貫通孔の中に溶湯アルミニウムを充填せしめると
共にセラミックス絶縁板の両面に回路面を形成する。
【００１５】この場合、上記貫通孔の大きさを０．２ｍ
ｍ以上と限定したのは、０．２ｍｍ以下であれば上記貫
通孔内に溶湯アルミニウムが充分に充填されないからで
ある。
【００１６】接合炉が出たアルミニウム−セラミックス
複合基板の両面には厚みが０．５ｍｍであるアルミニウ
ム金属が同一幅で長手方向に連接するため、冷却部でア
ルミニウム溶湯を凝固させた後、所定の大きさにカット
する。
【００１７】得られた上記アルミニウム−セラミックス
複合基板の一主面に回路を形成するために、エッチング
レジストを所定形状に塗布・印刷した後、露光処理を施
して塩化鉄溶液あるいは塩化銅溶液で不用部分を除去し
て目的とする回路を得た。
【００１８】このようにして得た本発明によるバイアホ
ールを有するセラミックス回路基板は、耐ヒートサイク
ル特性が従来の銅張りセラミックス基板のものに比較し
て１０倍以上の特性を示し、トランジスタ用パワーモジ
ュール基板として有用であることが判明した。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、実施例を参照して本発明を
詳細に説明するが本発明の範囲はこれらに限定されな
い。
【００２０】（実施例１）
【００２１】図４は本発明のバイアホールを有する回路
基板の製造装置の模式断面図である。先ず純度９９．９
％のアルミニウム３を坩堝９の中にセットし、直径０．
２ｍｍの貫通孔１２を所定数設けた１０ｍｍ×１０ｍｍ
×０．６３５ｍｍの大きさのセラミックス絶縁板２を入
口側ダイス７の入口から水平に入れて、その先端が坩堝
９の内壁から少し坩堝内部に出るようセットしてから、
窒素ガス雰囲気中において坩堝９をヒーター４により加
熱し、アルミニウム３を溶解して金属溶湯１とする。
【００２２】アルミニウム３の金属溶湯１は出口側ダイ
ス８の中に入るが、ダイス中を流れる間に先端部分の温
度が融点以下に下がり、その部分が凝固して出口を塞ぎ
溶湯の流出を防ぐ。
【００２３】また、入口側ダイス７及びダイスと坩堝９
との間の隙間の中に溶湯が入らないようにするには、そ
のクリアランスをある寸法以下にしなければならない
が、本実施例では、そのクリアランスを０．１ｍｍ以下
にした。
【００２４】アルミニウム３を７５０℃に加熱してアル
ミニウム溶湯にした後、入口側からセラミックス絶縁板
２を連続的に供給すると、セラミックス絶縁板２は順番
に該溶湯中に入り、先ず各貫通孔に溶湯が充填されてか
ら出口側ダイス８に入り、最後には、セラミックス絶縁
板２の両表面に厚さ０．５ｍｍのアルミニウム体が接合
した状態で、出口から連続的に押し出され、金属−セラ
ミックス複合部材として回収された（接合工程）。
【００２５】上記の場合、押し出し速度２５ｍｍ／ｍｉ
ｎ、Ｎ2 流量３０Ｌ／ｍｉｎの窒素雰囲気下、セラミッ
クス絶縁板がアルミニウム溶湯に濡れるまでに該溶湯中
を移動する最短距離Ｄｍｉｎは３５ｍｍという上記複合
部材を得たが、このアルミニウムの組織は緻密で、ピー
ル強度は３５ｋｇ／ｃｍを越えていた。
【００２６】次いで得られた複合部材の表，裏面アルミ
ニウム金属表面を交互に研磨機で研磨して、表面を均一
な面にした（研磨工程）。
【００２７】次いでアルミニウム板に感光レジスト膜を
圧着し、遮光パターンマスクを当てて露光し、更に現像
処理を行い遮光した部分のレジスト膜を除去した。この
場合、遮光パターンマスクにはセラミックス絶縁板の分
割溝に対応する部分が遮光されるように形成した遮光パ
ターンと、製品の回路パターンに対応する非回路パター
ン部分が遮光されるように形成した遮光パターンを具備
しているものを用いた（レジスト形成工程）。
【００２８】次いで上記露光及び現像処理を終えた接合
基板をエッチング処理することによって、レジストがマ
スキング部分を残して他部のアルミニウムを塩化第二鉄
−塩酸混合エッチング溶液で溶解することによってセラ
ミックス絶縁板の両面には、図１ａ、図１ｂに示すよう
な表側回路面１０又は裏側回路面１１とを形成したアル
ミニウム−セラミックス複合基板５を得た。
【００２９】次いで水酸化ナトリウムの水溶液を用いて
レジスト膜を除去した。
【００３０】次いで得られた上記基板５の表・裏面をク
リーニングした後、通常の無電解メッキ処理を行うため
に、エッチング−ジスマット酸洗い−ジンケート−酸洗
い−ジンケート処理を行った。このようにして基板の表
面を均一にして、無電解めっきを行い、約１〜１０μｍ
のＮｉメッキを施した（メッキ処理工程）。
【００３１】得られた処理品を基板の分割線に沿って２
分割し、更にその周りのダミー部分を分割除去し最終製
品として、図２に示すように２６ｍｍ×５１ｍｍ×０．
６３５ｍｍのセラミックス絶縁板の上下面に、厚さ０．
５ｍｍの表側回路面１０と裏側回路面１１とを夫々形成
するアルミニウム金属板を貫通孔１２に充填したアルミ
ニウム材と直接接合した電子回路基板として製品化する
ことが出来た。
【００３２】この電子回路基板を用いて、以下のように
してヒートサイクル耐性を求めた。ヒートサイクル条件
として＋１２５℃３０分、−４０℃３０′を１サイクル
として、このヒートサイクルを所定回数行った回路基板
から回路を除去して基板自体に戻したサンプルを顕微鏡
で観察してクラックの発生状況を調べたところ、１００
０回以上でもクラックの発生が見られなかった。
【００３３】（実施例２）
【００３４】セラミックス絶縁板として、直径０．３ｍ
ｍの貫通孔１２を所定数有する１０ｍｍ×１０ｍｍ×
０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板を用いた他は、
実施例１に示すと同じように処理して図１及び図２に示
す回路基板を得た。
【００３５】この基板ヒートサイクル耐性を調べたとこ
ろ、３０００回以上でもクラックの発生が見られなかっ
た。
【００３６】（比較例１）
【００３７】実施例２に示した窒化アルミニウム基板を
用い、これらの貫通孔１２にペースト状の活性金属ろう
材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝７１．０：１６．５：２．５
％）１３を充填した後、該基板の両主面に同一のＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉろう材１３をスクリーン印刷により塗布しそ
の上に銅板を重ね合わせ、次いで真空炉内で８５０℃に
て加熱接合させた。
【００３８】得られた銅−セラミックス複合基板を、実
施例１と同様なエッチング処理を行って図３に示すよう
なバイアホールを有する回路基板を得、この基板のヒー
トサイクル耐性を調べたところ、約１００回でクラック
が発生した。
【００３９】なお、１４は銅板回路面、１５は銅板放熱
板である。
【００４０】
【発明の効果】本発明は上述のように従来用いられてい
る銅板のバイアホール回路基板に代えてアルミニウム金
属で上下面を導通させたバイアホール回路基板である
が、これにより従来では得られなかったヒートサイクル
耐量に富む回路基板を安価に且つ大量に製造する方法を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明表面回路基板の平面図である。
【図１ｂ】本発明裏面回路基板の平面図である。
【図２】本発明基板の断面図である。
【図３】従来の銅張り回路基板の断面図である。
【図４】本発明回路基板を製造するための装置の模式断
面図である。
【符号の説明】
１ 金属溶湯 ２ セラミックス絶縁板 ３ アルミニウム ４ ヒーター ５ アルミニウム−セラミックス複合基板 ７ 入口側ダイス ８ 出口側ダイス ９ 坩堝 １０ 表側回路面 １１ 裏側回路面 １２ 貫通孔 １３ 活性金属ろう材 １４ 銅板回路面 １５ 銅板放熱板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 貫通孔を有するセラミックス絶縁板の上
    下面をアルミニウム金属により導通したことを特徴とす
    るバイアホールを有する回路基板。
  2. 【請求項２】 上記上下面は、両面共回路面であること
    を特徴とする請求項１記載のバイアホールを有する回路
    基板。
  3. 【請求項３】 貫通孔を有するセラミックス絶縁板をア
    ルミニウム溶湯中を通過させることにより貫通孔内部を
    アルミニウムで充填した後、該セラミックス絶縁板の両
    面にアルミニウム材を接合せしめ、次いでエッチング処
    理を施すことにより所定形状の回路面を形成することを
    特徴とするバイアホールを有する回路基板の製造方法。
  4. 【請求項４】 上記貫通孔は、直径が０．２ｍｍ以上の
    大きさであることを特徴とする請求項３記載のバイアホ
    ールを有する回路基板の製造方法。
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