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JP6398243B2 - Power module substrate manufacturing method - Google Patents

Power module substrate manufacturing method Download PDF

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JP6398243B2
JP6398243B2 JP2014058976A JP2014058976A JP6398243B2 JP 6398243 B2 JP6398243 B2 JP 6398243B2 JP 2014058976 A JP2014058976 A JP 2014058976A JP 2014058976 A JP2014058976 A JP 2014058976A JP 6398243 B2 JP6398243 B2 JP 6398243B2
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Description

本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a power module substrate used in a semiconductor device that controls a large current and a high voltage.

この種のパワーモジュール用基板の製造方法として、例えば特許文献1又は特許文献2に記載されているように、複数のパワーモジュール用基板を形成可能な広い面積を有するセラミックス母材の表面にレーザ光を照射して、セラミックス母材を各基板の大きさに区画するようにスクライブライン(分割溝)を予め設けておき、このスクライブラインに沿ってセラミックス母材を分割することにより個片化し、個々のパワーモジュール用基板を製造する方法が知られている。   As a method for manufacturing this type of power module substrate, for example, as described in Patent Document 1 or Patent Document 2, laser light is applied to the surface of a ceramic base material having a wide area on which a plurality of power module substrates can be formed. , A scribe line (dividing groove) is provided in advance so as to divide the ceramic base material into the size of each substrate, and the ceramic base material is divided along the scribe line into individual pieces. A method for manufacturing a power module substrate is known.

また、特許文献2には、レーザ加工によりスクライブラインを形成した場合、そのスクライブライン上には、レーザ光の熱によってガラス化(アモルファス化)された熱変性層が形成されることが記載されている。また、このガラス化された熱変性層がレーザ加工後に冷却されることによって微小なクラックを生じさせ、パワーモジュール用基板の熱サイクル使用において、微小なクラックを起点とするセラミックス基板の割れを生じさせることが記載されている。
この場合、特許文献2では、フッ硝酸を用いてエッチング処理を施すことにより、ガラス化された熱変性層を除去することが提案されており、このように熱変性層を除去することにより、熱変性層に生じた微小なクラックを起点とするセラミックス基板の割れの発生を抑制できることが記載されている。
Patent Document 2 describes that when a scribe line is formed by laser processing, a heat-denatured layer that is vitrified (amorphized) by the heat of laser light is formed on the scribe line. Yes. In addition, the vitrified heat-denatured layer is cooled after laser processing to cause minute cracks, and when the power module substrate is used in a thermal cycle, the ceramic substrate is cracked starting from the minute cracks. It is described.
In this case, in Patent Document 2, it is proposed to remove the vitrified heat-denatured layer by performing an etching process using fluorinated nitric acid. By removing the heat-denatured layer in this way, It is described that it is possible to suppress the occurrence of cracks in the ceramic substrate starting from minute cracks generated in the modified layer.

特許2000‐86367号公報Japanese Patent No. 2000-86367 特開2008‐198635号公報JP 2008-198635 A

ところが、このようにパワーモジュール用基板において、セラミックス基板の割れの問題とは別に、回路層又は金属層が形成されたパワーモジュール用基板に無電解メッキ処理を行うと、スクライブライン上にメッキが析出し、その部分において放電が誘発されることによるパワーモジュール用基板の耐電圧性の低下、すなわち絶縁性能を損なうことが新たに問題となっている。   However, in the power module substrate, when the electroless plating process is performed on the power module substrate on which the circuit layer or the metal layer is formed, the plating is deposited on the scribe line. However, it is a new problem that the withstand voltage of the power module substrate is lowered, that is, the insulation performance is deteriorated due to the induction of electric discharge at that portion.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、絶縁性能を良好に確保することができるパワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the manufacturing method of the board | substrate for power modules which can ensure favorable insulation performance.

本発明者は、パワーモジュール用基板の製造方法について鋭意研究した結果、以下の知見を得た。
レーザ加工によりスクライブラインを形成するパワーモジュール用基板の製造方法では、特許文献2に記載されるように、レーザ光の熱によってガラス化された熱変性層が形成される。この点、特許文献2では、ガラス化された熱変性層がフッ硝酸によるエッチング処理により除去可能であることが記載されているが、セラミックス母材と金属層とのろう付け接合前にセラミックス母材をフッ硝酸によりエッチング処理をした場合は、セラミックス母材にフッ素が残存することで、パワーモジュールの冷熱サイクル負荷時にセラミックス基板と金属層との剥離を生じさせ、接合信頼性を低下させることがわかった。
一方で、セラミックス母材と金属層(回路層)とをろう付け接合した後にエッチング処理をした場合には、熱変性層が完全に除去しきれないことがわかった。この場合においてパワーモジュール用基板に無電解メッキ処理を行うと、残存する熱変性層にメッキが付着することがあり、その付着したメッキによって絶縁距離が短縮されることにより、放電が誘発され、耐電圧性を低下させていることがわかった。
したがって、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法においては、以下の方法により問題を解決した。
As a result of intensive studies on a method for manufacturing a power module substrate, the present inventor has obtained the following knowledge.
In a method for manufacturing a power module substrate in which a scribe line is formed by laser processing, as described in Patent Document 2, a heat-denatured layer that is vitrified by the heat of laser light is formed. In this regard, Patent Document 2 describes that the vitrified heat-denatured layer can be removed by etching treatment with hydrofluoric acid, but the ceramic base material before brazing and joining of the ceramic base material and the metal layer is described. When etching is performed with hydrofluoric acid, fluorine remains in the ceramic base material, which causes peeling between the ceramic substrate and the metal layer when the power module is subjected to a thermal cycle, reducing joint reliability. It was.
On the other hand, it was found that when the ceramic base material and the metal layer (circuit layer) were brazed and joined and then etched, the heat-modified layer could not be completely removed. In this case, if the electroless plating process is performed on the power module substrate, the remaining heat-denatured layer may adhere to the plating. It was found that the voltage property was lowered.
Therefore, in the method for manufacturing a power module substrate of the present invention, the problem was solved by the following method.

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、アルミニウムを含むセラミックス材料により形成されたセラミックス母材に形成されたスクライブラインに沿って該セラミックス母材を複数のセラミックス基板に分割して、該セラミックス基板に金属層が積層されたパワーモジュール用基板を複数製造する方法であって、前記セラミックス母材にレーザ光を照射して前記スクライブラインを形成するレーザ加工工程と、前記スクライブラインが形成された前記セラミックス母材をアルミニウム用エッチング液で洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程後の前記セラミックス母材に前記金属層を形成する金属板をろう付け接合する接合工程と、前記セラミックス母材に接合された金属板をエッチングすることによりパターンを形成するエッチング工程と、前記エッチング工程後に前記セラミックス母材を前記スクライブラインに沿って分割する分割工程と、前記分割工程後に前記金属層に無電解メッキを施すメッキ工程とを備える。 The method for manufacturing a power module substrate of the present invention includes dividing the ceramic base material into a plurality of ceramic substrates along a scribe line formed on the ceramic base material formed of a ceramic material containing aluminum, A method of manufacturing a plurality of power module substrates having a metal layer laminated thereon, wherein the ceramic base material is irradiated with laser light to form the scribe line, and the scribe line is formed. A cleaning step of cleaning the ceramic base material with an etching solution for aluminum, a joining step of brazing and joining a metal plate for forming the metal layer to the ceramic base material after the cleaning step, and joining to the ceramic base material An etcher that forms a pattern by etching a metal plate If, comprising a dividing step of dividing along the ceramic base material after the etching step to the scribe line, and a plating step of applying electroless plating to the metal layer after the splitting step.

セラミックス母材と金属板との接合工程の前に、すなわち、スクライブラインが形成されたセラミックス母材が高温に曝される前に、そのセラミックス母材をアルミニウム用エッチング液で洗浄する洗浄工程を設けることにより、スクライブラインに形成された熱変性層を容易に除去することができる。
したがって、パワーモジュール用基板に無電解メッキ処理を行った際に、セラミックス基板の端縁にメッキが付着することを回避することができるので、良好な絶縁性能を確保することができる。
なお、セラミックス母材と金属板とのろう付け接合後にセラミックス母材のスクライブラインに形成された熱変性層を除去しようとする場合には、熱変性層を完全に除去することが難しくなる。この場合、スクライブラインに形成された熱変性層の一部が、セラミックス母材と金属板とのろう付け接合の際に、高温に曝されることにより、より安定な酸化物へと変化し、処理液へ溶解しにくくなることが要因であると考えられる。
Before the step of joining the ceramic base material and the metal plate, that is, before the ceramic base material on which the scribe line is formed is exposed to a high temperature, a cleaning step for cleaning the ceramic base material with an aluminum etching solution is provided. Thus, the heat-denatured layer formed on the scribe line can be easily removed.
Therefore, when the electroless plating process is performed on the power module substrate, it is possible to avoid the plating from adhering to the edge of the ceramic substrate, and thus it is possible to ensure good insulation performance.
In addition, when it is going to remove the heat-denatured layer formed in the scribe line of the ceramic base material after brazing joining of the ceramic base material and the metal plate, it becomes difficult to completely remove the heat-denatured layer. In this case, a part of the heat-denatured layer formed on the scribe line is changed to a more stable oxide by being exposed to a high temperature during brazing joining of the ceramic base material and the metal plate, It is thought that the factor is that it becomes difficult to dissolve in the treatment liquid.

また、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、アルミニウムを含むセラミックス材料により形成されたセラミックス母材に形成されたスクライブラインに沿って該セラミックス母材を複数のセラミックス基板に分割して、該セラミックス基板に金属層が積層されたパワーモジュール用基板を複数製造する方法であって、前記セラミックス母材にレーザ光を照射して前記スクライブラインを形成するレーザ加工工程と、前記スクライブラインが形成された前記セラミックス母材を該スクライブラインに沿って分割して複数の前記セラミックス基板を形成する分割工程と、分割された前記セラミックス基板をアルミニウム用エッチング液で洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程後の前記セラミックス基板に金属板をろう付け接合して金属層を形成する接合工程と、前記接合工程後に前記金属層に無電解メッキを施すメッキ工程とを備える。 Further, the method for manufacturing a power module substrate according to the present invention divides the ceramic base material into a plurality of ceramic substrates along a scribe line formed in the ceramic base material formed of a ceramic material containing aluminum, and A method of manufacturing a plurality of power module substrates in which a metal layer is laminated on a ceramic substrate, wherein the ceramic base material is irradiated with laser light to form the scribe line, and the scribe line is formed. A dividing step of dividing the ceramic base material along the scribe line to form a plurality of ceramic substrates, a cleaning step of cleaning the divided ceramic substrates with an etching solution for aluminum, and a step after the cleaning step A metal layer is brazed and bonded to the ceramic substrate. Comprising a joining step for forming, and a plating step of applying electroless plating to the metal layer after the bonding step.

このように、セラミックス母材を分割した後に、洗浄工程や金属板の接合工程を設けることも可能であり、この場合においても、セラミックス基板と金属板との接合工程の前に洗浄工程を設けることにより、スクライブラインに形成された熱変性層を容易に除去することが可能となる。   As described above, after the ceramic base material is divided, it is possible to provide a cleaning step and a metal plate joining step. In this case, a cleaning step is provided before the ceramic substrate and metal plate joining step. Thus, the heat-denatured layer formed on the scribe line can be easily removed.

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法において、前記アルミニウム用エッチング液は、塩化鉄、塩化銅又は水酸化ナトリウムを主成分とする水溶液とされる。
アルミニウム用エッチング液に、塩化鉄、塩化銅又は水酸化ナトリウムを主成分とする水溶液を用いることで、スクライブラインに形成された熱変性層を容易に除去することができる。
In the method for manufacturing a power module substrate according to the present invention, the aluminum etching solution is an aqueous solution mainly composed of iron chloride, copper chloride or sodium hydroxide.
By using an aqueous solution containing iron chloride, copper chloride or sodium hydroxide as a main component for the etching solution for aluminum, the heat-denatured layer formed on the scribe line can be easily removed.

本発明によれば、パワーモジュール用基板の絶縁性能を良好に確保することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to ensure favorable insulation performance of the board | substrate for power modules.

本発明の第1実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the manufacturing method of the board | substrate for power modules of 1st Embodiment of this invention. パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the power module using the board | substrate for power modules. 第1実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the board | substrate for power modules of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the manufacturing method of the board | substrate for power modules of 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the manufacturing method of the board | substrate for power modules of 2nd Embodiment. 本発明が適用されるパワーモジュール用基板を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the board | substrate for power modules to which this invention is applied.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図2は、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法により製造されるパワーモジュール用基板3を用いたパワーモジュール1を示している。
このパワーモジュール1は、パワーモジュール用基板3と、パワーモジュール用基板3の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品4と、裏面に取り付けられたヒートシンク5とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 shows a power module 1 using a power module substrate 3 manufactured by the method for manufacturing a power module substrate of the present invention.
The power module 1 includes a power module substrate 3, an electronic component 4 such as a semiconductor chip mounted on the surface of the power module substrate 3, and a heat sink 5 attached to the back surface.

また、パワーモジュール用基板3は、セラミックス基板2と、セラミックス基板2の一方の面に積層された回路層6と、セラミックス基板2の他方の面に積層された金属層7とを備え、これらセラミックス基板2と回路層6及び金属層7とは、ろう付け接合されている。そして、このパワーモジュール用基板3の回路層6の表面に電子部品4がはんだ付けされ、金属層7の表面にヒートシンク5が接合されている。   The power module substrate 3 includes a ceramic substrate 2, a circuit layer 6 laminated on one surface of the ceramic substrate 2, and a metal layer 7 laminated on the other surface of the ceramic substrate 2. The substrate 2, the circuit layer 6 and the metal layer 7 are brazed and joined. The electronic component 4 is soldered to the surface of the circuit layer 6 of the power module substrate 3, and the heat sink 5 is bonded to the surface of the metal layer 7.

セラミックス基板は、AlN(窒化アルミニウム)、Al(アルミナ)等のアルミニウムを含むセラミックス材料により形成される。また、回路層6、金属層7及びヒートシンク5は、純アルミニウム又はアルミニウム合金、もしくは純銅又は銅合金により形成され、純度99.00質量%以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金、無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅又は銅合金により形成することが望ましい。そして、セラミックス基板2と回路層6及び金属層7とは、回路層6及び金属層7が純アルミニウム又はアルミニウム合金で形成される場合、Al−Si系、Al−Ge系、Al−Cu系、Al−Mg系またはAl−Mn系等の合金のろう材により、ろう付け接合される。また、回路層6及び金属層7が純銅又は銅合金である場合には、Ag‐Cu‐TiやAg‐Tiろう材を用いた活性金属ろう付けにより接合される。 The ceramic substrate 2 is formed of a ceramic material containing aluminum such as AlN (aluminum nitride) or Al 2 O 3 (alumina). The circuit layer 6, the metal layer 7, and the heat sink 5 are made of pure aluminum or aluminum alloy, pure copper or copper alloy, and pure aluminum or aluminum alloy with a purity of 99.00% by mass or more, oxygen-free copper, tough pitch copper, or the like It is desirable to form with pure copper or copper alloy. The ceramic substrate 2 and the circuit layer 6 and the metal layer 7 are, when the circuit layer 6 and the metal layer 7 are formed of pure aluminum or an aluminum alloy, Al-Si, Al-Ge, Al-Cu, It brazes and joins with the brazing material of an alloy such as Al-Mg or Al-Mn. When the circuit layer 6 and the metal layer 7 are pure copper or a copper alloy, they are joined by active metal brazing using Ag—Cu—Ti or Ag—Ti brazing material.

なお、ヒートシンク5は、平板状のもの、熱間鍛造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出成形によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用することができる。   The heat sink 5 has an appropriate shape such as a flat plate, one in which a large number of pin-shaped fins are integrally formed by hot forging or the like, and one in which strip-like fins are formed in parallel by extrusion. Can be adopted.

次に、以上のように構成されるパワーモジュール用基板3の製造方法について説明する。第1実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法は、図1に示すように、複数の製造工程により構成される。
(レーザ加工工程)
まず、図3(a)に示すように、板状のセラミックス母材20の表面にスクライブライン21を形成する。この図3(a)に示すように、スクライブライン21は、レーザ光Lを照射することにより、セラミックス母材20の表面を切削加工して形成される。この際、スクライブライン21上には、レーザ光の熱によってガラス化された熱変性層22が形成される。この熱変性層22は、アモルファス状のアルミニウム酸化物やアルミニウムの遊離物等が混在して形成されたものであり、深さ1μm〜40μm程度に形成されている。
なお、レーザ加工工程では、例えばCOレーザ、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ等を使用してスクライブライン21の加工を行うことができる。
Next, a method for manufacturing the power module substrate 3 configured as described above will be described. The method for manufacturing a power module substrate according to the first embodiment includes a plurality of manufacturing steps as shown in FIG.
(Laser processing process)
First, as shown in FIG. 3A, a scribe line 21 is formed on the surface of a plate-shaped ceramic base material 20. As shown in FIG. 3A, the scribe line 21 is formed by cutting the surface of the ceramic base material 20 by irradiating the laser beam L. At this time, a heat-denatured layer 22 that is vitrified by the heat of the laser beam is formed on the scribe line 21. The heat-denatured layer 22 is formed by mixing amorphous aluminum oxide, aluminum free substance, and the like, and is formed to a depth of about 1 μm to 40 μm.
In the laser processing step, the scribe line 21 can be processed using, for example, a CO 2 laser, a YAG laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, or the like.

(洗浄工程)
次に、図示は省略するが、スクライブライン21が形成されたセラミックス母材20を、アルミニウム用エッチング液に浸漬させることにより洗浄する。アルミニウム用エッチング液は、塩化鉄、塩化銅又は水酸化ナトリウムを主成分とする水溶液とされ、種々の添加剤が添加されるものを用いることもできる。なお、アルミニウム用エッチング液は、回路層6及び金属層7を純アルミニウム又はアルミニウム合金で形成する場合、後述するエッチング工程で用いられるエッチング液と同じものを用いることができる。
そして、セラミックス母材20をアルミニウム用エッチング液に浸漬させることで、図3(b)に示すように、セラミックス母材20のスクライブライン21上に形成された熱変性層22が除去される。この際のアルミニウム用エッチング液の温度や浸漬時間は、深さ1μm〜40μm程度の熱変性層22が除去される条件に設定される。
(Washing process)
Next, although not shown, the ceramic base material 20 on which the scribe line 21 is formed is cleaned by immersing it in an aluminum etching solution. The etching solution for aluminum is an aqueous solution mainly composed of iron chloride, copper chloride or sodium hydroxide, and one to which various additives are added can also be used. In addition, the etching liquid for aluminum can use the same thing as the etching liquid used at the etching process mentioned later, when forming the circuit layer 6 and the metal layer 7 with a pure aluminum or aluminum alloy.
Then, by immersing the ceramic base material 20 in the etching solution for aluminum, as shown in FIG. 3B, the heat-denatured layer 22 formed on the scribe line 21 of the ceramic base material 20 is removed. The temperature and immersion time of the aluminum etching solution at this time are set to conditions under which the heat-denatured layer 22 having a depth of about 1 to 40 μm is removed.

(接合工程)
そして、図3(c)に示すように、洗浄工程後のセラミックス母材20に回路層6及び金属層7となる金属板60,70をろう付け接合する。具体的には、セラミックス母材20の両面に、それぞれろう材箔を介在させて金属板60,70を積層し、これらの積層体を加圧した状態のまま真空中で加熱することにより、セラミックス母材20と金属板60,70とをろう付け接合した接合体30を形成する。
(Joining process)
And as shown in FIG.3 (c), the metal plates 60 and 70 used as the circuit layer 6 and the metal layer 7 are brazed and joined to the ceramic base material 20 after a washing | cleaning process. Specifically, the metal plates 60 and 70 are laminated on both surfaces of the ceramic base material 20 with the brazing material foil interposed therebetween, and these laminated bodies are heated in a vacuum while being pressed, thereby producing ceramics. A joined body 30 is formed by brazing the base material 20 and the metal plates 60 and 70 together.

(エッチング工程)
次に、接合体30のセラミックス母材20に接合された金属板60,70をエッチングすることにより、回路層6及び金属層7のパターンを形成する。これにより、図3(d)に示すように、セラミックス母材20には、スクライブライン21により区画された各領域に回路層6及び金属層7が設けられる。
(Etching process)
Next, the patterns of the circuit layer 6 and the metal layer 7 are formed by etching the metal plates 60 and 70 bonded to the ceramic base material 20 of the bonded body 30. As a result, as shown in FIG. 3D, the ceramic base material 20 is provided with the circuit layer 6 and the metal layer 7 in each region partitioned by the scribe line 21.

(分割工程)
そして、ダイシング装置や基板分割装置等の切断手段により、セラミックス母材20をスクライブライン21に沿って分割することで、図3(e)に示すように、セラミックス母材20が個片化され、複数のパワーモジュール用基板3が製造される。
(Division process)
Then, by dividing the ceramic base material 20 along the scribe line 21 by a cutting means such as a dicing device or a substrate splitting device, the ceramic base material 20 is singulated as shown in FIG. A plurality of power module substrates 3 are manufactured.

(メッキ工程)
最後に、図示は省略するが、各パワーモジュール用基板3に金メッキ、銀メッキ、ニッケルメッキ等の無電解メッキ処理を施すことにより、回路層6及び金属層7に無電解メッキが形成されたパワーモジュール用基板3を製造することができる。
(Plating process)
Finally, although not shown in the drawing, each power module substrate 3 is subjected to electroless plating treatment such as gold plating, silver plating, nickel plating, etc., so that the electroless plating is formed on the circuit layer 6 and the metal layer 7. The module substrate 3 can be manufactured.

このように、本実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法では、セラミックス母材20と金属板60,70との接合工程の前に、すなわち、スクライブライン21が形成されたセラミックス母材20がろう付け接合時の高温に曝される前に、そのセラミックス母材20とアルミニウム用エッチング液で洗浄する洗浄工程を設けることにより、スクライブライン21に形成された熱変性層22を容易に除去することができる。
したがって、パワーモジュール用基板3に無電解メッキ処理を行った際に、セラミックス基板2の端縁(スクライブライン21であったところ)にメッキが付着することを回避することができ、良好な絶縁性能を確保することができる。
As described above, in the method for manufacturing the power module substrate of the present embodiment, the ceramic base material 20 on which the scribe line 21 is formed is joined before the ceramic base material 20 and the metal plates 60 and 70 are joined. The heat-denatured layer 22 formed on the scribe line 21 can be easily removed by providing a cleaning step of cleaning with the ceramic base material 20 and the aluminum etching solution before being exposed to the high temperature during the adhesive bonding. it can.
Therefore, when the electroless plating process is performed on the power module substrate 3, it is possible to avoid the plating from adhering to the edge of the ceramic substrate 2 (where it was the scribe line 21). Can be secured.

なお、セラミックス母材20と金属板60,70とのろう付け接合後にセラミックス母材20のスクライブライン21に形成された熱変性層22をエッチング処理して除去しようとする場合には、熱変性層22を完全に除去することが難しくなる。この場合、スクライブライン21に形成された熱変性層22の一部が、セラミックス母材20と金属板60,70とのろう付け接合の際に高温に曝されることにより、より安定な酸化物に変化することが要因であると考えられる。   In the case where the heat-modified layer 22 formed on the scribe line 21 of the ceramic base material 20 is to be removed by brazing between the ceramic base material 20 and the metal plates 60 and 70, the heat-modified layer It becomes difficult to completely remove 22. In this case, a part of the heat-denatured layer 22 formed on the scribe line 21 is exposed to a high temperature at the time of brazing and joining the ceramic base material 20 and the metal plates 60 and 70, so that a more stable oxide. The change is considered to be a factor.

図4は、本発明の第2実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法の製造工程を示す。
第1実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法(図1参照)では、セラミックス母材20の分割工程の前に洗浄工程を設けることとしていたが、第2実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法(図2参照)では、セラミックス母材20をスクライブライン21に沿って分割する分割工程の後に、洗浄工程や金属板60,70の接合工程を設けることとしている。なお、第2実施形態においては、第1実施形態のものと同様の構成については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
FIG. 4 shows a manufacturing process of a method for manufacturing a power module substrate according to the second embodiment of the present invention.
In the method for manufacturing the power module substrate of the first embodiment (see FIG. 1), the cleaning step is provided before the dividing step of the ceramic base material 20, but the method for manufacturing the power module substrate of the second embodiment. In FIG. 2, a cleaning process and a joining process of the metal plates 60 and 70 are provided after the dividing process of dividing the ceramic base material 20 along the scribe line 21. Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第2実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法では、まず、図5(a)に示すように、板状のセラミックス母材20の表面にスクライブライン21を形成した後(レーザ加工工程)、図5(b)に示すように、セラミックス母材20をスクライブライン21に沿って分割することで、セラミックス母材20を複数のセラミックス基板2に個片化する(分割工程)。   In the method for manufacturing the power module substrate of the second embodiment, first, as shown in FIG. 5A, after the scribe line 21 is formed on the surface of the plate-shaped ceramic base material 20 (laser processing step), As shown in FIG. 5B, the ceramic base material 20 is divided into a plurality of ceramic substrates 2 by dividing the ceramic base material 20 along the scribe line 21 (a dividing step).

そして、各セラミックス基板2をアルミニウム用エッチング液に浸漬させることにより洗浄し、図5(c)に示すように、セラミックス基板2から熱変性層22を除去する(洗浄工程)。この熱変性層22が除去されたセラミックス基板2に、プレス加工によりパターンを形成した金属板をろう付けすることにより、セラミックス基板2に回路層6及び金属層7が積層されたパワーモジュール用基板3を形成する(接合工程)。なお、回路層6及び金属層7となる金属層をセラミックス基板2にろう付け接合した後で、エッチングすることにより回路パターンを形成することもできる。
最後に、各パワーモジュール用基板3に無電解メッキを施すことにより、回路層6及び金属層7に無電解メッキが形成されたパワーモジュール用基板3を製造することができる。
Then, each ceramic substrate 2 is cleaned by immersing it in an aluminum etching solution, and the thermally denatured layer 22 is removed from the ceramic substrate 2 as shown in FIG. 5C (cleaning step). The power module substrate 3 in which the circuit layer 6 and the metal layer 7 are laminated on the ceramic substrate 2 by brazing a metal plate having a pattern formed by pressing to the ceramic substrate 2 from which the heat-denatured layer 22 has been removed. Is formed (joining step). It is also possible to form a circuit pattern by etching after the metal layer to be the circuit layer 6 and the metal layer 7 is brazed to the ceramic substrate 2.
Finally, by applying electroless plating to each power module substrate 3, the power module substrate 3 in which the electroless plating is formed on the circuit layer 6 and the metal layer 7 can be manufactured.

次に、本発明の効果を確認するために行った本発明例及び比較例について説明する。
本発明例及び比較例として、厚み0.635mmのAlNからなるセラミックス基板2に、厚み0.6mmの4N‐Alからなる回路層6と、厚み0.6mmの4N‐Alからなる金属層7とを、Al‐Si系のろう材により接合したパワーモジュール用基板3の試料を作製した。
本発明例及び比較例の試料は、波長10μmのCOレーザを用いて深さ100μmのスクライブライン21(なお、熱変性層の厚さは30μmであった)を形成したセラミックス母材に、いずれも回路層6となる金属板60及び金属層7となる金属板70のろう付け接合前の段階で、表1に示す主成分の水溶液からなる洗浄液に浸漬させることにより洗浄を行った。各試料の洗浄条件を、表1に示す。
Next, examples of the present invention and comparative examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.
As an example of the present invention and a comparative example, a ceramic substrate 2 made of AlN having a thickness of 0.635 mm, a circuit layer 6 made of 4N-Al having a thickness of 0.6 mm, and a metal layer 7 made of 4N-Al having a thickness of 0.6 mm; A sample of the power module substrate 3 was fabricated by bonding the above with an Al—Si brazing material.
The samples of the present invention and the comparative example were prepared by using a ceramic base material on which a scribe line 21 having a depth of 100 μm (the thickness of the heat-denatured layer was 30 μm) was formed using a CO 2 laser having a wavelength of 10 μm. Also, at the stage before brazing and joining of the metal plate 60 to be the circuit layer 6 and the metal plate 70 to be the metal layer 7, cleaning was performed by dipping in a cleaning solution composed of an aqueous solution of the main components shown in Table 1. Table 1 shows the cleaning conditions for each sample.

そして、その洗浄工程後に、セラミックス母材20に金属板60,70をろう付け接合し、エッチング処理を施して回路層6及び金属層7のパターンを形成した。なお、スクライブライン21で区画されるセラミックス基板2の平面サイズ26.6mm×16.6mmに対して、回路層6及び金属層7の平面サイズを25mm×15mmとし、セラミックス基板2の端縁から回路層6及び金属層7の端縁までの距離が0.8mmとなるように矩形状のパターンを形成した。また、回路層6及び金属層7に無電解ニッケルメッキを施し、各試料のパワーモジュール用基板3を作製した。
なお、比較例2の試料に関しては、セラミックス母材20の洗浄を行わなかったため、表1の「洗浄液」及び「洗浄条件」の欄を「−」で示した。
Then, after the cleaning process, the metal plates 60 and 70 were brazed and joined to the ceramic base material 20, and an etching process was performed to form patterns of the circuit layer 6 and the metal layer 7. The planar size of the circuit layer 6 and the metal layer 7 is 25 mm × 15 mm with respect to the planar size 26.6 mm × 16.6 mm of the ceramic substrate 2 partitioned by the scribe line 21, and the circuit starts from the edge of the ceramic substrate 2. A rectangular pattern was formed so that the distance to the edge of the layer 6 and the metal layer 7 was 0.8 mm. Further, the circuit layer 6 and the metal layer 7 were subjected to electroless nickel plating, and the power module substrate 3 of each sample was produced.
For the sample of Comparative Example 2, since the ceramic base material 20 was not cleaned, the “cleaning liquid” and “cleaning condition” columns in Table 1 are indicated by “−”.

このようにして作製したパワーモジュール用基板3の各試料について、回路層6と金属層7との間に交流電圧を1kVから100Vずつ段階的に引き上げて印加していき、カットオフ電流に達した電圧値(耐電圧値)を測定した。測定機器には、耐電圧試験機(菊水電子工業製のTOS5050)を用い、カットオフ電流値を1mAとした。
表1に結果を示す。
With respect to each sample of the power module substrate 3 thus produced, an alternating voltage was applied stepwise from 1 kV to 100 V between the circuit layer 6 and the metal layer 7 to reach a cutoff current. The voltage value (withstand voltage value) was measured. As a measuring instrument, a withstand voltage tester (TOS5050 manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd.) was used, and the cut-off current value was set to 1 mA.
Table 1 shows the results.

Figure 0006398243
Figure 0006398243

表1からわかるように、塩化鉄(FeCl)を主成分とするアルミニウム用エッチング液を用いて洗浄を行った本発明例1及び塩化銅(CuCl)主成分とするアルミニウム用エッチング液を用いて洗浄を行った本発明例2の試料においては、フッ硝酸(HNO+NHHF)により洗浄を行った比較例1や洗浄を行わなかった比較例2と比較して、耐電圧値が20%近く高くなる結果となり、パワーモジュール用基板の絶縁性能を良好に確保できることが確認できた。 As can be seen from Table 1, Example 1 of the present invention, which was cleaned using an aluminum etchant mainly composed of iron chloride (FeCl 3 ), and an aluminum etchant composed mainly of copper chloride (CuCl 2 ) were used. In the sample of Inventive Example 2 that was cleaned in this manner, the withstand voltage value was higher than that of Comparative Example 1 that was cleaned with hydrofluoric acid (HNO 3 + NH 4 HF 2 ) and Comparative Example 2 that was not cleaned. As a result, it was confirmed that the insulation performance of the power module substrate could be secured satisfactorily.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、パワーモジュール用基板として、図2に示すように、セラミックス基板2に回路層6及び金属層7が積層されたものについて説明を行ったが、これに限定されるものではない。本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板と回路層からなるパワーモジュール用基板にも適用可能であるし、図6に示すように、回路層6Aが銅板61とアルミニウム板62とを接合した積層回路層6Aで形成されるパワーモジュール用基板3A等の種々の構成において適用可能である。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the power module substrate is described in which the circuit layer 6 and the metal layer 7 are laminated on the ceramic substrate 2 as shown in FIG. is not. The method for manufacturing a power module substrate of the present invention can also be applied to a power module substrate comprising a ceramic substrate and a circuit layer. As shown in FIG. 6, the circuit layer 6A comprises a copper plate 61 and an aluminum plate 62. The present invention can be applied to various configurations such as the power module substrate 3A formed by the joined laminated circuit layer 6A.

また、セラミックス母材20へのスクライブライン21の加工は、本実施形態のようにセラミックス母材20の片面のみに行う場合に限定されるものではなく、セラミックス母材20の両面にスクライブライン21を設ける場合も含まれる。   Further, the processing of the scribe line 21 on the ceramic base material 20 is not limited to the case where it is performed only on one side of the ceramic base material 20 as in the present embodiment, and the scribe lines 21 are formed on both sides of the ceramic base material 20. The case where it provides is also included.

1 パワーモジュール
2 セラミックス基板
3,3A パワーモジュール用基板
4 電子部品
5 ヒートシンク
6,6A 回路層
7 金属層
20 セラミックス母材
21 スクライブライン
22 熱変性層
60,70 金属板
61 銅板
62 アルミニウム板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power module 2 Ceramic substrate 3, 3A Power module substrate 4 Electronic component 5 Heat sink 6, 6A Circuit layer 7 Metal layer 20 Ceramic base material 21 Scribe line 22 Thermally modified layer 60, 70 Metal plate 61 Copper plate 62 Aluminum plate

Claims (3)

アルミニウムを含むセラミックス材料により形成されたセラミックス母材に形成されたスクライブラインに沿って該セラミックス母材を複数のセラミックス基板に分割して、該セラミックス基板に金属層が積層されたパワーモジュール用基板を複数製造する方法であって、
前記セラミックス母材にレーザ光を照射して前記スクライブラインを形成するレーザ加工工程と、
前記スクライブラインが形成された前記セラミックス母材をアルミニウム用エッチング液で洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程後の前記セラミックス母材に前記金属層を形成する金属板をろう付け接合する接合工程と、
前記セラミックス母材に接合された金属板をエッチングすることによりパターンを形成するエッチング工程と、
前記エッチング工程後に前記セラミックス母材を前記スクライブラインに沿って分割する分割工程と、
前記分割工程後に前記金属層に無電解メッキを施すメッキ工程と
を備えることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
A power module substrate in which a ceramic layer is divided into a plurality of ceramic substrates along a scribe line formed on a ceramic substrate formed of a ceramic material containing aluminum , and a metal layer is laminated on the ceramic substrate. A method of manufacturing a plurality of methods,
A laser processing step of irradiating the ceramic base material with a laser beam to form the scribe line;
A cleaning step of cleaning the ceramic base material on which the scribe line is formed with an etching solution for aluminum;
A joining step of brazing and joining a metal plate forming the metal layer to the ceramic base material after the cleaning step;
An etching step of forming a pattern by etching a metal plate bonded to the ceramic base material;
A dividing step of dividing the ceramic base material along the scribe line after the etching step;
And a plating step of performing electroless plating on the metal layer after the dividing step.
アルミニウムを含むセラミックス材料により形成されたセラミックス母材に形成されたスクライブラインに沿って該セラミックス母材を複数のセラミックス基板に分割して、該セラミックス基板に金属層が積層されたパワーモジュール用基板を複数製造する方法であって、
前記セラミックス母材にレーザ光を照射して前記スクライブラインを形成するレーザ加工工程と、
前記スクライブラインが形成された前記セラミックス母材を該スクライブラインに沿って分割して複数の前記セラミックス基板を形成する分割工程と、
分割された前記セラミックス基板をアルミニウム用エッチング液で洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程後の前記セラミックス基板に金属板をろう付け接合して金属層を形成する接合工程と、
前記接合工程後に前記金属層に無電解メッキを施すメッキ工程と
を備えることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
A power module substrate in which a ceramic layer is divided into a plurality of ceramic substrates along a scribe line formed on a ceramic substrate formed of a ceramic material containing aluminum , and a metal layer is laminated on the ceramic substrate. A method of manufacturing a plurality of methods,
A laser processing step of irradiating the ceramic base material with a laser beam to form the scribe line;
A dividing step of dividing the ceramic base material on which the scribe line is formed along the scribe line to form a plurality of the ceramic substrates;
A cleaning step of cleaning the divided ceramic substrate with an etching solution for aluminum;
A bonding step of brazing and bonding a metal plate to the ceramic substrate after the cleaning step to form a metal layer;
And a plating step of performing electroless plating on the metal layer after the joining step.
前記アルミニウム用エッチング液は、塩化鉄、塩化銅又は水酸化ナトリウムを主成分とする水溶液とされることを特徴とする請求項1又は2に記載のパワーモジュール用基板の製造方法。   3. The method for manufacturing a power module substrate according to claim 1, wherein the aluminum etching solution is an aqueous solution mainly composed of iron chloride, copper chloride, or sodium hydroxide. 4.
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