JP2018121014A - 絶縁回路基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、上述の絶縁回路基板においては、絶縁層の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して回路層とし、また、他方の面に放熱性に優れた金属板を接合して金属層を形成した構造のものも提供されている。
これら特許文献1,2に記載された絶縁回路基板においては、セラミックス基板と銅板との間にTiを含むTi含有層が形成されることになる。
そして、第2エッチング工程において使用される第2エッチング液のpHを7超え13以下の範囲内とするともに、前記第2エッチング液における過酸化水素の含有量を1.5質量%以上20質量%以下の範囲内としていることから、Ti含有層を良好にエッチングすることができる。
よって、Ti含有層が回路パターンからはみ出すことを抑制でき、耐電圧特性に優れた絶縁回路基板を製造することができる。
第1エッチング工程の前に、回路層の表面にレジスト膜を形成するレジスト形成工程を有する場合には、第1エッチング後に、レジスト膜を除去するレジスト剥離工程を行った後で、第2エッチング工程を実施することにより、第2エッチング液によってTi含有層を安定してエッチングすることが可能となる。
この場合、第2エッチング液が錯化剤を含んでいるので、第2エッチング液に溶出した金属イオン(TiイオンやCuイオン)を錯体としてトラップすることができる。これにより、過酸化水素の過剰な分解反応を抑制することができ、安定してTi含有層をエッチングすることができる。
図1に、本実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板10を用いたパワーモジュール1を示す。
このパワーモジュール1は、回路層12及び金属層13が配設された絶縁回路基板10と、回路層12の一方の面(図1において上面)に接合層2を介して接合された半導体素子3と、絶縁回路基板10の他方側(図1において下側)に接合層33を介して接合されたヒートシンク31と、を備えている。
本実施形態において、回路層12は、図4に示すように、セラミックス基板11の一方の面にCu−P系ろう材24、Ti材25、無酸素銅からなる銅板22を積層して加熱処理し、セラミックス基板11に銅板22を接合することで形成されている。なお、本実施形態では、Cu−P系ろう材24として、Cu−P−Sn−Niろう材を用いている。
ここで、回路層12の厚さは0.1mm以上2.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.3mmに設定されている。
ここで、金属層13の厚さは0.1mm以上2.0mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.3mmに設定されている。
接合層2は、例えばSn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材とされている。
まず、図4に示すように、セラミックス基板11の一方の面(図4において上面)に、Cu−P系ろう材24、Ti材25、及び回路層12となる銅板22を順に積層するとともに、セラミックス基板11の他方の面(図4において下面)に、Cu−P系ろう材24、Ti材25、及び金属層13となる銅板23を順に積層する。すなわち、セラミックス基板11と銅板22及び銅板23の間において、セラミックス基板11側にCu−P系ろう材24を配置し、銅板22,23側にTi材25を配置している。なお、Ti材25と銅板22、23との接合面は、予め平滑な面とされている。
これにより、セラミックス基板11の一方の面に回路層12が形成されるとともに、他方の面に金属層13が形成される。
次に、回路層12に対してエッチング処理を行い、回路パターンを形成する。
この第2エッチング工程S24においては、第2エッチング液52として過酸化水素を1.5質量%以上20質量%以下の範囲内で含有する過酸化水素水溶液を使用する。さらに、第2エッチング液52のpHを7超え13以下(アルカリ性)の範囲内に調整するために、第2エッチング液52に対してアンモニアや水酸化ナトリウム等のアルカリを添加している。
以上のことから、本実施形態においては、第2エッチング液52における過酸化水素の含有量を1.5質量%以上20質量%以下の範囲内に規定している。
なお、Ti含有層15の溶解速度を十分に確保するためには、第2エッチング液52における過酸化水素の含有量の下限を5質量%以上とすることが好ましく、7質量%以上とすることがさらに好ましい。また、過酸化水素水の激しい分解反応をさらに抑制するためには、第2エッチング液52における過酸化水素の含有量の上限を15質量%以下とすることが好ましく、12質量%以下とすることがさらに好ましい。
以上のことから、本実施形態においては、第2エッチング液52のpHを7超え13以下の範囲内に規定している。
なお、Ti含有層15の溶解速度を十分に確保するためには、第2エッチング液52のpHの下限を7.5以上とすることが好ましく、8以上とすることがさらに好ましい。また、過酸化水素水の激しい分解反応をさらに抑制するためには、第2エッチング液52のpHの上限を12以下とすることが好ましく、10以下とすることがさらに好ましい。
なお、第2エッチング液52において錯化剤を含有する場合には、錯化剤の含有量は1質量%以上10質量%以下の範囲内とすることが好ましい。
次に、絶縁回路基板10の金属層13の下面に、はんだ材を介してヒートシンク31を接合する。
次に、絶縁回路基板10の回路層12の上面に、はんだ材を介して半導体素子3を接合する。
これにより、図1に示すパワーモジュール1が製造される。
よって、Ti含有層15の回路パターンからのはみ出しを抑制することができ、耐電圧特性に優れた絶縁回路基板10を製造することが可能となる。
本実施形態では、セラミックス基板の他方の面に、銅又は銅合金からなる金属層を形成したもので説明したが、これに限定されることはなく、金属層を形成しなくてもよいし、アルミニウム又はアルミニウム合金等の他の金属からなる金属層を形成してもよい。
さらに、上記実施形態ではCu−P系ろう材として、Cu−P−Sn−Niろう材を用いるものとして説明したが、その他のCu−P系ろう材を用いてもよい。
上述の実施形態で説明した手順により、窒化アルミニウム(AlN)からなるセラミックス基板(50mm×60mm×厚さ0.635mm)の一方の面及び他方の面に、無酸素銅の圧延板(46mm×56mm×厚さ0.3mm)を上記実施形態に記載した方法で接合し、回路層及び金属層を形成した。
なお、第2エッチング液のpHは東亜ディーケーケー社製HM−25Rを用いて測定した。
従来例においては、塩化第二鉄(FeCl3)水溶液(濃度42%)からなるエッチング液によって回路層及びTi含有層のエッチングを行い、回路層に、配線間距離が1mmの回路パターンを形成した。
耐電圧試験機(菊水電子工業株式会社製TOS5050)を用いて、カットオフ値を0.5mAに設定した。配線間距離が1mmの回路パターンに電極を当て電圧を印加した。印加電圧を徐々に上げていき、カットオフ値以上の電流が流れた電圧を耐電圧値とした。この耐電圧値が1kV以上のものを「○」、1kV未満のものを「×」と評価した。評価結果を表1に示す。
11 セラミックス基板
12 回路層
15 Ti含有層
51 第1エッチング液
52 第2エッチング液
Claims (3)
- セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成され、回路パターンを有する回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
前記回路層は銅又は銅合金からなり、前記回路層と前記セラミックス基板との界面には、Tiを含有するTi含有層が形成されており、
第1エッチング液を用いて前記回路層を前記回路パターン状にエッチングする第1エッチング工程と、
第1エッチング工程後に、過酸化水素を含む第2エッチング液を用いて前記Ti含有層をエッチングする第2エッチング工程と、を有し、
前記第2エッチング工程においては、前記第2エッチング液のpHを7超え13以下の範囲内とするともに、前記第2エッチング液における過酸化水素の含有量を1.5質量%以上20質量%以下の範囲内とすることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。 - 前記第1エッチング工程の前に、前記回路層にレジスト膜を形成するレジスト形成工程を行い、前記第1エッチング工程の後に、前記レジスト膜を除去するレジスト剥離工程を行い、このレジスト剥離工程の後に、前記第2エッチング工程を実施することを特徴とする請求項1に記載の絶縁回路基板の製造方法。
- 前記第2エッチング液が錯化剤を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の絶縁回路基板の製造方法。
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