特開 2024-180625 回路基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024180625

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】回路基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/09 20060101AFI20241219BHJP

   C04B 37/02 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H05K1/09 C

C04B37/02 Z

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024181958

(22)【出願日】2024-10-17

(62)【分割の表示】P 2023527529の分割

【原出願日】2022-03-25

(31)【優先権主張番号】P 2021097967

(32)【優先日】2021-06-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】391039896

【氏名又は名称】ＮＧＫエレクトロデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100134991

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 和樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148507

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 弘行

(72)【発明者】

【氏名】北島 晃太

(72)【発明者】

【氏名】本田 貴彦

(72)【発明者】

【氏名】中尾 一貴

(72)【発明者】

【氏名】植谷 政之

(72)【発明者】

【氏名】増田 いづみ

(72)【発明者】

【氏名】浦野 晃弘

(57)【要約】

【課題】加圧加熱接合法にて接合基板を作製する場合において、銅板に形成される離型層を接合後に好適に除去する技術を提供する。
【解決手段】回路基板が、セラミックス基板と、セラミックス基板の２つの主面のそれぞれに接合された銅板と、銅板の表面に形成された銀めっき膜と、を備え、銅板と銀めっき膜との界面において銅板の表面に存在するファセットの個数が１ｍｍ^２あたり３０００個以下である、ようにした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路基板であって、
セラミックス基板と、
前記セラミックス基板の２つの主面のそれぞれに接合された銅板と、
前記銅板の表面に形成された銀めっき膜と、
を備え、
前記銅板と前記銀めっき膜との界面において前記銅板の表面に存在するファセットの個数が１ｍｍ^２あたり３０００個以下である、
ことを特徴とする、回路基板。

【請求項2】

請求項１に記載の回路基板であって、
直径が２．５μｍ以上である前記ファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１２００個以下であり、直径が２．５μｍ未満である前記ファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１８００個以下である、
ことを特徴とする、回路基板。

【請求項3】

請求項２に記載の回路基板であって、
直径が１．５μｍ未満である前記ファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１２００個以下である、
ことを特徴とする、回路基板。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回路基板であって、
前記ファセットの直径が９．５μｍ未満である、
ことを特徴とする、回路基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミックス製接合基板の作製に関し、特に、接合後の処理に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体チップ等の電子部品が搭載されるセラミックス製絶縁放熱回路基板として、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板やアルミナ系絶縁放熱回路基板などが広く知られている。セラミックス製絶縁放熱回路基板は、搭載された電子部品が発する熱を外部へと逃がす役割を有するとともに、当該電子部品と外部との電気的接続も担っている。

【0003】

セラミックス製絶縁放熱回路基板は、セラミックス基板の両面に、金属銅を主成分とする銅板（銅箔、銅回路板、銅放熱板など称されることもある）を活性金属を含むろう材などを用いて接合してなる接合基板である。接合手法としては加圧加熱接合法が例示される。通常、一方の銅板には半導体チップが銀焼結接合により接合（搭載）され、他方の銅板には、例えば金属製の放熱板（ヒートシンク）がはんだ接合される。

【0004】

なかでも、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板は、アルミナ系セラミックス基板を用いたアルミナ系絶縁放熱回路基板に比較して、放熱性と信頼性に優れているため、車載用途に適用されることが多い。その場合、半導体チップと窒化ケイ素絶縁放熱回路基板との銀焼結接合の接合信頼性を向上させる目的で、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板をなす銅箔の表面に銀めっきが付与されることが多い。例えば、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板の一方面に備わる銅回路板の表面に無電解めっきにて銀めっきを施す態様が、すでに公知である（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

また、ろう材を用いた銅板と窒化ケイ素セラミックス基板との接合を加圧加熱接合にて行う手法であって、複数の接合基板を同時に得ることが出来る手法もすでに公知である（例えば、特許文献２参照）。これは概略、複数の中間体（窒化ケイ素セラミックス基板の表裏面にろう材層を形成し、該ろう材層の上に銅板を配置したもの）を用意し、それぞれの銅板の表面に離型剤を含む被覆（離型層）を施したうえでそれら複数の中間体を積層し、これにより得られた積層体全体に対し加圧しながら加熱して接合を行い、最後に、離型層を除去することで複数の接合基板を得るという手法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０２０／２１８１９３号

【特許文献2】国際公開第２０２０／１０５１６０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献２に開示された手法にて複数の接合基板を得る場合、得られた接合基板の銅板の表面に離型層が残存しないようにすることが求められる。

【0008】

しかしながら、離型剤がセラミックス粒子である場合、接合温度によっては、軟化した銅板の銅粒子が離型剤粒子の隙間に入り込むことで両者の混合物たる皮膜が形成され、係る皮膜が銅板上に残留することがある。

【0009】

従来は、ブラシ研磨（ブラシ洗浄）やバフ研磨等の機械的な研磨処理によって当該被膜を除去していたが、離型剤粒子が銅板にめり込んだり、銅板の延性によって巻き込まれたりするためなどにより、完全に除去することは困難であった。

【0010】

残留した離型剤等は、後工程において行われる種々の処理、例えば、パターニングや表面処理等のために行う銅のエッチングや、パターニングされた接合基板が個片化されることで得られる回路基板に対し特許文献１に開示されているような銀めっき処理などを行う際に、反応状態のばらつき要因となる。特に後者は、銀めっき膜に対するはんだ接合強度を低下させる要因となる。

【0011】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、加圧加熱接合法にて接合基板を作製する場合において、銅板に形成される離型層を接合後に好適に除去する技術を提供することを、目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、回路基板であって、セラミックス基板と、前記セラミックス基板の２つの主面のそれぞれに接合された銅板と、前記銅板の表面に形成された銀めっき膜と、を備え、前記銅板と前記銀めっき膜との界面において前記銅板の表面に存在するファセットの個数が１ｍｍ^２あたり３０００個以下である、ことを特徴とする。

【0013】

本発明の第２の態様は、第１の態様に係る回路基板であって、直径が２．５μｍ以上である前記ファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１２００個以下であり、直径が２．５μｍ未満である前記ファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１８００個以下である、ことを特徴とする。

【0014】

本発明の第３の態様は、第２の態様に係る回路基板であって、直径が１．５μｍ未満である前記ファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１２００個以下である、ことを特徴とする。

【0015】

本発明の第４の態様は、第１ないし第３の態様のいずれかに係る回路基板であって、前記ファセットの直径が９．５μｍ未満である、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明の第１ないし第４の態様によれば、銀めっき膜との界面において銅板表面に生じるファセットの個数が従来よりも低減されるので、銀めっき膜が施された銅板に対するはんだ接合の接合強度が十分に確保される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】接合基板１００を模式的に図示する断面図である。

【図2】接合基板１００の作製の手順を、後工程を含め示す図である。

【図3】中間品１５０に対する加圧加熱接合の様子を、模式的に示す図である。

【図4】エッチング液における過酸化水素濃度を違えたときの、離型層１６５の除去の様子を示す図である。

【図5】エッチング時間を違えたときの、離型層１６５の除去の様子を示す図である。

【図6】エッチング液として塩化鉄系エッチング液を用いたときの、エッチング時間による離型層１６５の様子の違いを示す図である。

【図7】比較例の回路基板から銀めっき膜を除去した後の銅板表面のＳＥＭ像である。

【図8】実施例の回路基板から銀めっき膜を除去した後の銅板表面のＳＥＭ像である。

【図9】比較例における１ｍｍ^２あたりのファセット数についての、ヒストグラムと、積算値の区間毎の変化とを示すグラフである。

【図10】実施例における１ｍｍ^２あたりのファセット数についての、ヒストグラムと、積算値の区間毎の変化とを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜接合基板＞
図１は、本実施形態に係る接合基板１００を模式的に図示する断面図である。

【0019】

本実施形態に係る接合基板１００は、セラミックス基板１１０と、銅板１１１と、接合層１１２と、銅板１１３と、接合層１１４とを備える。接合基板１００がこれらの要素以外の要素を備えてもよい。

【0020】

接合基板１００の用途は特に限定されないが、以下においては、接合基板１００が、パワー半導体モジュールにおいてパワー半導体素子が実装される絶縁放熱基板として用いられる場合を想定して、説明を行う。係る場合においては、銅板１１１の露出する一方の主面１１１Ｂがパワー半導体素子の接合面として用いられ、銅板１１３の露出する一方の主面１１３Ｂが、金属製の放熱板（ヒートシンク）の接合面として用いられるものとする。なお、以降においては、主面１１１Ｂおよび主面１１３Ｂを銅板表面と総称することがある。

【0021】

銅板１１１の他方の主面（接合面）１１１Ａは、接合層１１２により、セラミックス基板１１０の第１の主面１１０１の略全面に接合されている。一方、銅板１１３の他方の主面（接合面）１１３Ａは、接合層１１４によりセラミックス基板１１０の第２の主面１１０２の略全面に接合されている。第１の主面１１０１と第２の主面１１０２とは互いに対向している。

【0022】

セラミックス基板１１０には、後述する加圧加熱接合が可能なセラミックス製の基板が、広く適用可能である。具体的には、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）基板、窒化アルミ（ＡｌＮ）基板、アルミナ基板、アルミナにジルコニア粒子を分散させた基板などが、セラミックス基板１１０として例示される。なかでも、窒化ケイ素セラミックス基板は、高い熱伝導性および高い絶縁性を有するとともに、機械的強度が高いため、加圧加熱接合の際に割れにくい点で有利である。セラミックス基板１１０の平面形状やサイズに特段の制限はないが、パワー半導体モジュールの小型化を図るという観点からは、一辺の長さが１００ｍｍ～２５０ｍｍ程度で厚みが０．２０ｍｍ～０．４０ｍｍの平面視矩形状のセラミックス基板１１０が例示される。

【0023】

銅板１１１および１１３の厚さは、３００μｍ～２５００μｍ程度であるのが好適である。ただし、両者が同じ値である必要はない。

【0024】

接合層１１２および１１４によるセラミックス基板１１０と銅板１１１および１１３との接合は、後述する活性金属法により実現されてなる。活性金属としては、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群より選択される少なくとも１種の金属が用いられる。セラミックス基板１１０が窒化ケイ素セラミックス基板である場合、接合層１１２および１１４は、活性金属として用いたチタンおよびジルコニウムの少なくとも一方の窒化物を主に含む。接合層１１２および１１４の厚みは、０．１μｍ以上５μｍ以下程度であればよい。ただし両層の厚みが同じである必要はない。

【0025】

銅板１１１は、接合層１１２ともども、接合されるパワー半導体素子に応じた所定の形状（回路パターン）にパターニングされている。それゆえ、セラミックス基板１１０の第１の主面１１０１は、銅板１１１の接合範囲において一部露出している。これに加え、銅板１１３および接合層１１４がパターニングされてなる態様であってもよい。ただし、以降の説明においては便宜上、パターニングが施されていないものも含め、接合基板１００と称する。

【0026】

なお、図１においては詳細な図示を省略するが、より具体的には、接合基板１００は個片化によって複数の基板（回路基板）に分割される母基板であって、第１の主面１１０１上に備わる銅板１１１および接合層１１２には、同一の形状を有する多数の回路パターンが二次元的に繰り返し設けられてなる。そして、それぞれの回路基板が、パワー半導体素子の実装に供される。

【0027】

＜接合基板の作製＞
図２は、接合基板１００の作製の手順を、後工程を含め示す図である。本実施の形態においては、接合基板１００を得るためのセラミックス基板１１０と銅板１１１よび１１３との接合を、活性金属ろう材を用いた活性金属法により行う。図３は、係る活性金属法にて接合基板１００を作製する過程において行う、中間品（接合対象品）１５０に対する加圧加熱接合の様子を、模式的に示す図である。

【0028】

（中間品）
接合基板１００の作製にあたってはまず、複数の中間品１５０が用意される（ステップＳ１）。本実施の形態においては、用意された中間品１５０に対し加圧加熱接合その他の処理が施されることで、接合基板１００が得られる。

【0029】

中間品１５０は、図３に示すように、セラミックス基板１１０の第１の主面１１０１にろう材層１６２と銅板１１１とがこの順に積層され、かつ、第２の主面１１０２にろう材層１６４と銅板１１３とがこの順に積層された構成を有する。なお、中間品１５０の状態では銅板１１１（あるいはさらに銅板１１３）はパターニングされていない。

【0030】

ろう材層１６２および１６４は、活性金属ろう材および溶剤を含むペースト（ろう材ペースト）を塗布することにより形成されてなる。ろう材ペーストがバインダ、分散剤、消泡剤等をさらに含んでもよい。

【0031】

活性金属ろう材は、粉末からなる。活性金属ろう材は、例えば、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）からなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群より選択される少なくとも１種の活性金属元素とを含む。活性金属ろう材は、望ましくは、銀を含む金属粉末と、水素化チタン（ＴｉＨ_２）粉末および水素化ジルコニウム（ＺｒＨ_２）粉末からなる群より選択される少なくとも１種からなる。係る場合、活性金属ろう材が低コストで微粒化することが困難な合金粉末を含まないため、活性金属ろう材を低コストで微粒化することが容易になる。

【0032】

活性金属ろう材は、望ましくは、０．１μｍ以上１０μｍ以下の平均粒子径を有する粉末からなる。平均粒子径は、市販のレーザ回折式の粒度分布測定装置により粒度分布を測定し、測定した粒度分布からＤ５０を算出することにより得ることができる。活性金属ろう材がこのように小さい平均粒子径を有する場合、ろう材層１６２および１６４を薄くすることができる。

【0033】

ろう材層１６２および１６４は、ろう材ペーストをセラミックス基板１１０の第１の主面１１０１および第２の主面１１０２に塗布することにより形成されてなる。より詳細には、係る態様にて形成された塗布膜から、溶剤が揮発することで、ろう材層１６２および１６４が形成される。そして、これらろう材層１６２および１６４の上にそれぞれ、銅板１１１および１１３が積層されることで、中間品１５０が形成されてなる。より詳細には、銅板１１１は主面１１１Ａにおいてろう材層１６２と接触し、銅板１１３は主面１１３Ａにおいてろう材層１６４と接触している。

【0034】

（離型層）
次に、用意された全ての中間品１５０に備わる銅板１１１の主面１１１Ｂに、または、用意された全ての中間品１５０に備わる銅板１１３の主面１１３Ｂに、離型層１６５が形成される（ステップＳ２）。

【0035】

ただし、後述する積層体１４０において最上部に位置する中間品１５０と最下部に位置する中間品１５０については、主面１１１Ｂおよび主面１１３Ｂの双方に離型層１６５が形成される。あるいは、全ての中間品１５０の主面１１１Ｂと主面１１３Ｂとのそれぞれに離型層１６５が形成される態様であってもよい。

【0036】

離型層１６５は、離型剤および溶剤を含む塗布液を、その被形成面たる主面１１１Ｂと主面１１３Ｂの一方または両方にスプレー塗布することにより形成されてなる。より詳細には、係るスプレー塗布にて形成された塗布膜から、溶剤が揮発することで、離型層１６５が形成される。塗布液が、バインダ、分散剤、消泡剤等をさらに含んでもよい。溶剤は、イソプロピルアルコール等を含む。

【0037】

望ましくは、塗布液は被形成面に静電塗布される。これにより、塗布液が被形成面以外に回り込むことが抑制されるので、塗布液のロスが低減される。

【0038】

離型層１６５が上述の方法とは異なる方法により形成されてもよい。例えば、離型剤を含むペーストを被形成面にスクリーン印刷することにより、離型層１６５が設けられてもよい。

【0039】

離型層１６５の厚さは任意であるが、望ましくは５μｍ以上３０μｍ以下である。離型層１６５の厚さが５μｍよりも薄い場合、離型層１６５による被形成面の被覆が不十分となり、銅板１１１または銅板１１３が露出しやすくなる傾向が現れる。このように離型層１６５による被形成面の被覆が不十分な中間品１５０を対象に加圧加熱接合が行われた場合、その後の中間品１５０同士の分離、および、中間品１５０を挟持する一対の挟持部材である上パンチ１８０および下パンチ１８１と中間品１５０との分離が困難となる場合がある。一方、離型層１６５の厚さが３０μｍよりも厚い場合、加圧加熱接合後に中間品１５０から離型層１６５を除去するのに要する時間が長くなる傾向が現れる。

【0040】

離型剤は、粉末からなる。離型剤は、望ましくは、窒化ホウ素（ＢＮ）粉末、黒鉛粉末、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）粉末、および、二酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）粉末からなる群より選択される少なくとも１種を含み、特に望ましくは、高い耐熱性を有する窒化ホウ素粉末からなる。離型剤はアルミナを含んでいてもよい。

【0041】

離型剤は、望ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下の平均粒子径を有する。平均粒子径は、市販のレーザ回折式の粒度分布測定装置により粒度分布を測定し、測定した粒度分布からＤ５０を算出することにより得ることができる。平均粒子径がこの範囲より大きい場合は、加圧加熱接合によって銅板１１１および１１３がセラミックス基板１１０に接合される際に、離型層１６５と接触する銅板表面（主面１１１Ｂおよび主面１１３Ｂ）に離型剤の粉末の形状が転写され、銅板表面の表面粗さが悪化する傾向が現れるため、好ましくない。

【0042】

（加圧加熱接合）
それぞれに離型層１６５が形成された複数の中間品１５０は、加圧加熱接合用装置１７０内の所定位置に積層配置され、これにより得られた積層体１４０を対象に、加圧加熱接合が行われる（ステップＳ３）。図３には、３つの中間品１５０（１５０ａ～１５０ｃ）が積層された積層体１４０に対し加圧加熱接合が行われる様子が示されている。

【0043】

図３に示すように、加圧加熱接合に際しては、積層体１４０は加圧加熱接合用装置１７０の上パンチ１８０と下パンチ１８１との間に配置される。そして、積層体１４０が上パンチ１８０と下パンチ１８１とによって上下から挟み込まれることで、それぞれの中間品１５０が加圧される。さらには、係る加圧と並行して、同じく加圧加熱接合用装置１７０に備わるヒータ１８２により、当該積層体１４０は加熱される。

【0044】

望ましくは、加圧加熱接合の際の上パンチ１８０および下パンチ１８１による積層体１４０の積層方向における加圧は、最高面圧が５ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下となる面圧プロファイルに従って行われる。また、ヒータ１８２による中間品１５０の加熱は、最高温度が８００℃以上１０００℃以下となる温度プロファイルに従って行われる。望ましくは、最高温度が８００℃以上９００℃以下となる温度プロファイルに従って行われる。

【0045】

以上の態様にて加圧加熱接合が行われることにより、接合基板１００が得られる。本実施の形態においては、積層体１４０を構成する複数の中間品１５０に対し一度に加圧加熱を行うので、複数の接合基板１００を同時に得ることができる。

【0046】

例えば、セラミックス基板１１０が窒化ケイ素セラミックス製である場合であれば、積層体１４０を構成するそれぞれの中間品１５０において、ろう材層１６２および１６４に存在していた活性金属（例えばチタン）がセラミックス基板１１０の窒素と反応する一方で、同じくろう材層１６２および１６４に存在する銀は銅板１１１および１１３へと拡散する。その際には、活性金属ペーストに含まれる他の金属成分の銅板１１１および１１３への拡散や、セラミックス基板１１０に含まれるケイ素のろう材層１６２および１６４への拡散なども起こり得る。

【0047】

結果として、ろう材層１６２および１６４がそれぞれ、活性金属の窒化物を主成分とする接合層１１２および１１４に変化し、銅板１１１および１１３が接合層１１２および１１４にてセラミックス基板１１０に接合される。これにより、接合基板１００が得られる。

【0048】

また、セラミックス基板１１０として、アルミナ基板、あるいはアルミナにジルコニア粒子を分散させた基板などの酸化物基板を用いた場合も同様に、加圧加熱接合の結果、ろう材層１６２および１６４が接合層１１２および１１４に変化することで、接合基板１００が得られる。

【0049】

（離型層除去）
ただし、加圧加熱接合が終了した段階では、複数の接合基板１００と上パンチ１８０および下パンチ１８１とは、離型層１６５を介して積層された状態にある。それらは離型層１６５のところで互いに剥離させられることによって分離することが可能であるが、分離されたそれぞれの接合基板１００の銅板表面には、離型層１６５が残存する。係る離型層１６５の残存は、後工程におけるパターニングやめっき処理などの際に不具合を生じさせる要因となる。そのため、分離後の接合基板１００に残存した離型層１６５を除去する処理を行う（ステップＳ４）。

【0050】

本実施の形態においては、係る離型層１６５の除去を、ウェットエッチングにより行う。ただし、係るウェットエッチングは、残存した離型層１６５そのものを直接に溶解除去するのではなく、銅板表面すなわち主面１１１Ｂおよび主面１１３Ｂにおいて当該離型層１６５と接触する箇所をエッチング対象とする。離型層１６５が残存している箇所において銅をエッチングすることで、離型層１６５をより確実に除去することができる。

【0051】

エッチング液としては、銅をエッチング可能であり、かつ、銅板表面を覆っている離型層１６５内を浸透して銅板表面に到達することが好適に実現される程度の浸透性を有するものが望ましい。なお、浸透性は、エッチング液の表面張力の大きさにて評価することが可能であり、表面張力の大きさが小さいほど、浸透性に優れているということが出来る。

【0052】

具体的には、離型層１６５を除去するためのエッチング液としては、表面張力が７０ｍＮ／ｍ以下のものが好適である。そのようなエッチング液としては、過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）を１．５％～３０％含み、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を１％～２０％含む水溶液（硫酸－過酸化水素系エッチング液）が例示される。そのようなエッチング液としては、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）と硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）が水に溶けており、水溶液の質量に対する過酸化水素の質量比が１．５％～３０％、硫酸の質量比が１％～２０％、である水溶液が例示される。係る硫酸－過酸化水素系エッチング液の表面張力は６０ｍＮ／ｍ程度である。なお、表面張力が７０ｍＮ／ｍを上回り粘性が高い塩化銅系や塩化鉄系のエッチング液やＤＩ水は、離型層１６５の除去には適さない。

【0053】

エッチング時間については、４５秒以上に設定すれば、離型層１６５を概ね好適に除去することが可能である。上限については、離型層１６５の完全な除去という点からは特段の制限はないが、過度のエッチングは、銅板１１１および１１３を過度に薄肉化させることになるので、実用上は１０００秒以下で十分である。また、エッチング液の温度は、２０℃～６０℃程度であればよい。

【0054】

ウェットエッチング処理が終了すると、続いて、露出した銅板に対し、バフ研磨を行う（ステップＳ５）。バフ研磨は、銅板表面の状態を調整し、かつ、次に行うＤＦＲラミネート処理に際してＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）の密着性を高めるべく、銅板表面を粗化するために行う。

【0055】

好ましくは、バフ研磨は、メカニカルバフとケミカルバフの２段階に行われる。前者は主に銅板表面の状態を調整する目的で行われ、後者は主に銅板表面を粗化する目的で行われる。ケミカルバフには例えば、過酸化水素水溶液が用いられる。

【0056】

なお、特許文献２に開示されているような従来の技術においては、上述した離型層除去のためのウェットエッチングは行われず、加圧加熱接合の後、互いに分離されたそれぞれの接合基板に対し、ブラシ研磨（ブラシ洗浄）を行ったうえでバフ研磨を行う、という処理手順が採用されていた。これは、バフ研磨の段階で離型層を完全に除去することを意図したものであったが、実際には、離型層はバフ研磨によって必ずしも完全には除去されず、銅との混合物などの形態にて銅板表面に残存する傾向があった。

【0057】

しかしながら、本実施の形態においては上述のように、加圧加熱接合の後、互いに分離されたそれぞれの接合基板１００に対しウェットエッチングを行い、この時点で離型層１６５を完全に除去したうえでバフ研磨を行う、という処理手順を採用しているので、残存した離型層１６５が後工程において不具合の要因となることがない。また、バフ研磨に先立って離型層１６５が好適に除去されているため、バフ研磨を、ＤＦＲの密着性を高めるという目的に特化して行うことができる。

【0058】

バフ研磨が施されることで、パターニング前の状態の接合基板１００が得られる。

【0059】

（パターニング）
バフ研磨を経た接合基板１００は、通常、銅板１１１（および接合層１１２）を所定の回路パターンにてパターニングするための処理に供される。上述のように、接合基板１００は、個片化によって多数の基板に分割される母基板として作製されるので、パターニングに際しては、同一の形状を有する多数の回路パターンが二次元的に繰り返し設けられる。

【0060】

まず、バフ研磨にて粗化された主面１１１Ｂの略全面に対し、ＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）を貼付するＤＦＲラミネート処理（ステップＳ６）が行われる。続いて、公知のフォトリソグラフィー処理により、パターニング（ステップＳ７）が行われる。

【0061】

パターニングは、公知の露光処理および現像処理にて、ＤＦＲを部分的に溶解除去することにより、形成を所望する回路パターンに応じて銅板１１１の主面１１１Ｂを部分的に露出させたうえで、露出した部分に対するエッチング（銅エッチング）を行うことで実現される。銅エッチングのエッチング液としては塩化鉄系エッチング液が例示される。

【0062】

そして、銅エッチングに続き、銅エッチングにて銅が除去された位置の直下に存在する、接合層１１２の除去（残渣除去）が行われる（ステップＳ８）。係る接合層１１２の除去は、エッチング等により行うことができる。

【0063】

パターニングが終了すると、ＤＦＲが剥離される（ステップＳ９）。係る剥離には、例えばＮａＯＨ水溶液が用いられる。ＤＦＲが剥離された状態の接合基板１００が、図１に示した接合基板１００に相当する。

【0064】

なお、銅板１１３がパターニングされる場合も、その主面１１３Ｂを対象に、ＤＦＲラミネート、パターニング、残渣除去、およびＤＦＲ剥離という一連の処理が同様に行われる。

【0065】

（溝加工）
以降、接合基板１００に対し行われる後工程について説明する。まず、同一の形状を有する多数の回路パターンが二次元的に繰り返し設けられた母基板たる接合基板１００を、後段の工程においてそれぞれに単位回路パターンが備わる多数の回路基板に個片化するための、溝加工処理が行われる（ステップＳ１０）。溝加工は例えば、レーザにて行われる。レーザ光源としては、Ｎ_２レーザが例示される。

【0066】

（銀めっき）
続いて、溝加工後の母基板たる接合基板１００の銅板表面（主面１１１Ｂおよび主面１１３Ｂ）に対し、銀めっき膜を形成する処理が行われる。銀めっき膜は主として、回路基板にパワー半導体素子および放熱板を接合する際の接合強度を高める目的で行われる。特に、主面１１３Ｂに金属製の放熱板をはんだ接合する際の接合強度を高める目的で行われる。

【0067】

まず、銀めっきの形成に先立ち、銅板表面の状態を調整する処理が行われる（ステップＳ１１）。具体的には、銅板表面に残存している有機残渣を除去する脱脂処理と、銅板表面をわずかにエッチングするソフトエッチングとが行われる。脱脂処理には、例えばエチレングリコール水溶液が用いられる。ソフトエッチングには、過酸化水素水溶液がエッチング液として用いられる。

【0068】

そして、以上の処理にて表面状態が調整された銅板表面に対し、置換銀めっきによる無電解めっきが行われる（ステップＳ１２）。めっき浴としては、１０％程度のアルミノカルボン酸塩と１．０ｇ／Ｌ程度の銀を含むものを、好適に用いることができる。

【0069】

銅板表面に銀めっきが施された接合基板１００は、先に形成した溝の位置で破断されて個片化される。これにより、同一の形状を有する多数の回路パターンが二次元的に繰り返し設けられた母基板たる接合基板１００から、それぞれに単位回路パターンが備わる多数の回路基板が得られる（ステップＳ１３）。

【0070】

＜離型層除去の効果＞
上述のように、本実施の形態においては、加圧加熱接合により積層状態にて得られた複数の接合基板１００を離型層１６５のところで互いに剥離した後、ウェットエッチングを行うことにより、接合基板１００の銅板表面に残存する離型層１６５を確実に除去することができる。係る処理は、パターニングの際の銅エッチングのばらつきを低減させる効果を有する。また、後工程においてパターニングされた接合基板１００に対し置換銀めっきにて銀めっき膜を形成する場合の、銅板表面と銀めっき膜との界面の状態を向上させる効果も有する。

【0071】

後者についてより詳細にいえば、従来技術のように、離型層を除去するための処理としてウェットエッチングが行われず、ブラシ研磨（ブラシ洗浄）やバフ研磨等の機械的な研磨処理が行われるのみであった場合、離型層は必ずしも十分には除去されず、離型剤粒子は銅との混合物などの形態にて、銀めっき膜の形成の段階まで銅板表面に残存したままとなりやすい。

【0072】

このように離型剤粒子が残存したままで置換銀めっきが行われると、銅の溶解速度と銀の析出速度とのバランスが崩れ、銀めっき膜直下の銅板表面に多数のファセットが形成され、銅板表面と銀めっき膜との間に多数の空隙が生じる。なお、本明細書においては、本来は面（結晶面）を意味する「ファセット」なる文言を、ファセットの形成が原因で銅板表面に形成される周囲より窪んだ「穴部」の意味で用いる。そして、係る穴部の個数をファセットの個数あるいはファセット数と称する。多数のファセットおよび空隙の存在は特に、銀めっき膜が施された銅板に対するはんだ接合の接合強度を低下させる要因となる。回路基板がパワー半導体モジュールに使用される場合であれば、主面１１３Ｂに対する放熱板のはんだ接合強度が低下する要因となる。

【0073】

これに対し、本実施の形態においては、ウェットエッチングにおいて離型層１６５を好適に除去したうえで後段の工程を行うので、銀めっき膜を形成する際に、銅板表面にファセットが形成されることに起因して銀めっきとの間に空隙が生じることが、好適に抑制される。それゆえ、銀めっき膜が施された銅板に対するはんだ接合の接合強度が十分に確保される。回路基板がパワー半導体モジュールに使用される場合であれば、主面１１３Ｂに対する放熱板のはんだ接合強度が十分に確保される。

【0074】

具体的には、ウェットエッチングを行わない従来の手順にて作製した接合基板あるいは回路基板においては、銅板表面の１ｍｍ^２あたりのファセット数が数万個にまで達するところ、上述した手順にて作製される、本実施の形態に係る手順にて作製された接合基板あるいは回路基板の銅板表面においては、１ｍｍ^２あたりのファセット数が３０００個以下にまで低減される。これにより、はんだ接合の接合強度が良好に確保される。

【0075】

好ましくは、直径（ファセット径）が２．５μｍ以上であるファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１２００個以下であり、ファセット径が２．５μｍ未満であるファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１８００個以下である。より好ましくは、ファセット径が１．５μｍ未満であるファセットの個数が１ｍｍ^２あたり１２００個以下である。係る場合に、はんだ接合の接合強度がより好適に確保される。

【0076】

以上、説明したように、本実施の形態によれば、それぞれがセラミックス基板の両主面上にろう材層と銅板とを積層してなる複数の中間品を、離型層を介在させつつ積層し、これにより得られた積層体に対し加圧加熱接合を行うことにより複数の接合基板を一度に得る場合において、加圧加熱接合後の接合基板に残存する離型層の除去を、銅板の表面を溶解させるウェットエッチングにて行うことにより、離型層を確実に除去することができる。これにより、その後のパターニングに際して銅エッチングのばらつきが低減される。また、後工程において接合基板の銅板表面に対し置換銀めっきにて銀めっき膜を形成する場合の、銅板表面と銀めっき膜との界面の状態も向上する。

【0077】

特に、後者の場合、銅板表面にファセットが形成されることに起因して銀めっきとの間に空隙が生じることが、好適に抑制されるので、銀めっき膜が施された銅板に対するはんだ接合の接合強度が十分に確保される。

【0078】

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、複数の中間品の積層体が加圧加熱接合の対象とされていたが、１つの中間品のみが加圧加熱接合の対象とされ、これにより得られた一の接合基板において銅板に付着した離型層が、ウェットエッチングによって除去される態様であってもよい。

【0079】

上述の実施の形態における溝加工（ステップＳ１０）および個片化（ステップＳ１３）の工程は省略してもよい。パワー半導体モジュールに使用される回路基板の寸法が大きい場合、このような工程をとってもよい。すなわち、一の接合基板１００が全体としてそのまま、パワー半導体モジュールに使用されてもよい。

【実施例0080】

（離型層除去効果の確認）
接合基板１００に残存する離型層１６５をウェットエッチングにて除去することの効果を確認する実験を行った。離型剤としては窒化ホウ素（ＢＮ）粉末を採用し、エッチング液としては、硫酸－過酸化水素系エッチング液を採用した。

【0081】

図４は、エッチング液における過酸化水素濃度を違えたときの、離型層１６５の除去の様子を、カメラによる実際の撮像画像（一部）と、該撮像画像を２値化した画像と、画像解析により特定された該２値化画像における白色部および黒色部の面積比率とにより示す図である。

【0082】

白色部と黒色部とを特定するための２値化処理は、撮像画像に基づいて、縦軸が出現画素数、横軸が０から２５５の２５６階調のグレーレベル（濃度値）となる濃度ヒストグラム図を作成し、グレーレベルの閾値を１００に設定し、グレーレベルが１００未満の画素を黒色、グレーレベルが１００以上の画素を白色と判定することにより行った。グレーレベルの閾値を１００としているのは、銅板表面が離型層１６５で完全に覆われて全く露出していない場合、グレーレベルが０～１００の範囲における出現画素数はほぼ０であり、グレーレベルが１００～２５５の範囲において出現画素数のピークが見られた一方で、離型層１６５がすべて除去されて銅板表面すべてが露出している場合、グレーレベルが１００～２５５の範囲における出現画素数はほぼ０であり、グレーレベルが０～１００の範囲において出現画素数のピークが見られたことによる。

【0083】

より具体的には、硫酸－過酸化水素系エッチング液の過酸化水素濃度は１％、１．５％、２％、および３％の４水準に違え、硫酸濃度は１０％とし、温度は４０℃とし、エッチング時間は１６０秒とした。

【0084】

また、図５は、エッチング時間を違えたときの、離型層１６５の除去の様子を、図４と同様の撮像画像、２値化画像、および、該２値化画像における白色部および黒色部の面積比率とにより示す図である。

【0085】

より具体的には、エッチング液の過酸化水素濃度は３％とし、硫酸濃度は１０％とし、温度は４０℃とし、エッチング時間は０秒（つまりは未処理）、１５秒、３０秒、４５秒、１６０秒の５水準に違えた。

【0086】

図４および図５からは、過酸化水素が１．５％以上であり、エッチング時間については、４５秒以上である場合に、離型層がほぼ全面的に除去されていることが確認される。

【0087】

一方、図６は、エッチング液として塩化鉄系エッチング液を用いたときの、エッチング時間による離型層１６５の様子の違いを、図４と同様の撮像画像にて示す図である。エッチング時間は、３０秒、６０秒、９０秒、６００秒の４水準に違えた。

【0088】

図６からは、９０秒の時点までは離型層１６５にほとんど変化がないことが確認される。さらには、６００秒の時点においても、白色に視認される離型層１６５が多く残存していることが確認される。係る結果は、塩化鉄系エッチング液が離型層１６５の除去には適していないことを示している。

【0089】

（表面張力評価）
硫酸－過酸化水素系エッチング液、塩化鉄系エッチング液、およびＤＩ水について、浸透性の指標となる表面張力を測定した。

【0090】

硫酸－過酸化水素系エッチング液としては、過酸化水素濃度が３％で硫酸濃度が１０％である水溶液を測定した。塩化鉄系エッチング液としては、塩化鉄濃度が４０％で塩酸濃度が１０％である水溶液を測定した。

【0091】

測定機器としては、協和界面科学製のＣＢＶＰ－Ｚを用い、測定方法としてはプレート法を採用し、測定温度は２０℃とした。

【0092】

測定結果は以下の通りであった：
硫酸－過酸化水素系：６０．６ｍＮ／ｍ；
塩化鉄系：７７．８ｍＮ／ｍ；
ＤＩ水：７３．１ｍＮ／ｍ。

【0093】

以上の結果を、図４～図６に示した結果と併せ考えると、表面張力の小さく浸透性の点で優れている硫酸－過酸化水素系エッチング液が、離型層１６５の除去に適していることが示唆される。

【0094】

（ファセット数評価）
次に、離型層１６５の除去にウェットエッチングを適用することの有用性を確認するべく、銀めっき膜が形成された回路基板に存在するファセットの個数を評価した。実施例としては、過酸化水素濃度が３％で硫酸濃度が１０％である硫酸－過酸化水素系エッチング液によるウェットエッチングにて離型層１６５の除去を行った後、図２に示した手順にて作製された回路基板を用意した。また、比較例として、ウェットエッチングに代えてブラシ洗浄を行うようにしたほかは、図２に示した手順にて作製された回路基板（５ｃｍ×５ｃｍ）を用意した。

【0095】

ファセット数の計数にあたってはまず、回路基板に形成されてなる銀めっき膜を過マンガン酸カリウムと水酸化ナトリウムを含む水溶液を用いて除去した後、銅板表面の任意の３箇所における１８０μｍ×２４０μｍの範囲をそれぞれＳＥＭ（HITACHI製S-3000N）にて撮像した。図７は比較例の回路基板の撮像画像であり、図８は実施例の回路基板の撮像画像である。続いて、得られた撮像画像（倍率：５００倍）をプリントアウトして、係るプリントされた撮像画像における全てのファセットを、直径（ファセット直径）について定めた区間毎にカウントすることにより行った。具体的には、撮像画像の一定方向（たとえば矩形の撮像画像の長辺方向）におけるファセットの最大径をファセットの直径とし、各ファセットの直径を物差しで測定した。また、ファセット直径はμｍ単位にて表すものとし、小数第２位を四捨五入して、以下の１１の区間毎にカウントした。なお、同様の測定を画像解析で行ってもよい。

【0096】

区間１：０．５μｍ以上、１．４μｍ以下（１．５μｍ未満）；
区間２：１．５μｍ以上、２．４μｍ以下（２．５μｍ未満）；
区間３：２．５μｍ以上、３．４μｍ以下（３．５μｍ未満）；
区間４：３．５μｍ以上、４．４μｍ以下（４．５μｍ未満）；
区間５：４．５μｍ以上、５．４μｍ以下（５．５μｍ未満）；
区間６：５．５μｍ以上、６．４μｍ以下（６．５μｍ未満）；
区間７：６．５μｍ以上、７．４μｍ以下（７．５μｍ未満）；
区間８：７．５μｍ以上、８．４μｍ以下（８．５μｍ未満）；
区間９：８．５μｍ以上、９．４μｍ以下（９．５μｍ未満）；
区間１０：９．５μｍ以上、１０．４μｍ以下（１０．５μｍ未満）；
区間１１：１０．５μｍ以上。

【0097】

なお、直径が０．５μｍ未満のファセットは、特定が困難であるため除外した。

【0098】

表１に、比較例と実施例のそれぞれについて、３箇所の計数対象範囲のそれぞれにおける区間毎のファセットの計数値と、それぞれの区間についての３箇所の計数対象範囲の合計ファセット数（表１の「Total」欄）と、それぞれの合計ファセット数を計数対象範囲の総面積（１８０μｍ×２４０μｍ×３＝０．１２９６ｍｍ^２）で除した１ｍｍ^２あたりのファセット数（表１の「１ｍｍ^２あたり」欄）と、１ｍｍ^２あたりのファセット数をファセット直径の大きさが小さい方の区間から積算した積算値とを、一覧にして示す。

【0099】

【表1】

【0100】

また、図９は、比較例における１ｍｍ^２あたりのファセット数についての、ヒストグラムと、積算値の区間毎の変化とを示すグラフである。一方、図１０は、実施例における１ｍｍ^２あたりのファセット数についての、ヒストグラムと、積算値の区間毎の変化とを示すグラフである。

【0101】

表１と図９および図１０からわかるように、比較例の場合、トータルのファセット数が１ｍｍ^２あたりに２６７３６個となっているのに対し、実施例の場合には、トータルのファセット数は１ｍｍ^２あたり３０００個を下回る２７０７個に留まっていた。すなわち、実施例においては、比較例のおよそ１／１０にまでファセット数が低減されていた。このことは、離型層除去のためにウェットエッチングを行うことが、ファセット低減のために有効であることを示している。

【0102】

より詳細には、比較例の場合、ファセット直径が２．５μｍ以上であるファセットの個数は１ｍｍ^２あたり２６７３６－２５０３１＝１７０５個である一方、実施例の場合は、ファセット直径が２．５μｍ以上であるファセットの個数は１ｍｍ^２あたり２７０７－１５６６＝１１４１個であり、１２００個を下回ってはいるが、比較例との差異はやや小さいともいえる。

【0103】

しかしながら、比較例の場合、ファセット直径が１．５μｍ未満であるファセットの個数が１ｍｍ^２あたり２２０９９個と非常に大きく、ファセット直径が２．５μｍ未満であるファセットの個数についても、１ｍｍ^２あたり２５０３１個にまで達する。これに対し、実施例の場合、ファセット直径が１．５μｍ未満であるファセットの個数は１ｍｍ^２あたり１０８０個に留まっており、ファセット直径が２．５μｍ未満であるファセットの個数についても、１ｍｍ^２あたり１５６６個に留まっている。

【0104】

係る差異は、実施例の場合、直径の小さいファセットの形成がより効果的に抑制されており、このことが銀めっき膜が施された銅板に対するはんだ接合強度の確保に効果的であることを示唆している。

【符号の説明】

【0105】

１００ 接合基板
１１０ 窒化ケイ素セラミックス基板
１１１、１１３ 銅板
１１１Ａ、１１３Ａ （銅板の）主面（接合面）
１１１Ｂ、１１３Ｂ （銅板の）主面（銅板表面）
１１２、１１４ 接合層
１４０ 積層体
１５０ 中間品
１６２、１６４ ろう材層
１６５ 離型層
１７０ 加圧加熱接合用装置
１８０ 上パンチ
１８１ 下パンチ
１８２ ヒータ
１１０１ （窒化ケイ素セラミックス基板の）第１の主面
１１０２ （窒化ケイ素セラミックス基板の）第２の主面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】