JP2003060129A - 回路基板及び回路基板の部分メッキ方法 - Google Patents
回路基板及び回路基板の部分メッキ方法Info
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- JP2003060129A JP2003060129A JP2001242171A JP2001242171A JP2003060129A JP 2003060129 A JP2003060129 A JP 2003060129A JP 2001242171 A JP2001242171 A JP 2001242171A JP 2001242171 A JP2001242171 A JP 2001242171A JP 2003060129 A JP2003060129 A JP 2003060129A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】Ａｌ回路等の面とＮｉ−Ｐメッキとの密着性及
びメッキの寸法精度が著しく高められた高信頼性の部分
メッキ回路基板を提供する。 【解決手段】セラミックス基板１の一方の面に回路２、
他方の面に放熱板３が接合されてなるものであって、回
路及び放熱板がＡｌ製又はＡｌ合金製であり、Ａｌ回路
にＮｉ−Ｐの部分メッキ４が施され、メッキの密着強度
が５０Ｎ／ｃｍ以上であり、かつ部分メッキの寸法精度
が±０．３ｍｍ以下であることを特徴とする回路基板。
セラミックス基板に形成されたＡｌ製又はＡｌ合金製の
金属回路及び／又は金属放熱板に、アルカリ剥離型メッ
キレジストを部分的に塗布した後、Ｎｉ−Ｐメッキを施
し、次いで該メッキレジストをＮａＣＯ3、ＮａＯＨな
どのアルカリ系の薬液により剥離することを特徴とする
回路基板の部分メッキ方法。
びメッキの寸法精度が著しく高められた高信頼性の部分
メッキ回路基板を提供する。 【解決手段】セラミックス基板１の一方の面に回路２、
他方の面に放熱板３が接合されてなるものであって、回
路及び放熱板がＡｌ製又はＡｌ合金製であり、Ａｌ回路
にＮｉ−Ｐの部分メッキ４が施され、メッキの密着強度
が５０Ｎ／ｃｍ以上であり、かつ部分メッキの寸法精度
が±０．３ｍｍ以下であることを特徴とする回路基板。
セラミックス基板に形成されたＡｌ製又はＡｌ合金製の
金属回路及び／又は金属放熱板に、アルカリ剥離型メッ
キレジストを部分的に塗布した後、Ｎｉ−Ｐメッキを施
し、次いで該メッキレジストをＮａＣＯ3、ＮａＯＨな
どのアルカリ系の薬液により剥離することを特徴とする
回路基板の部分メッキ方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
等に使用される回路基板及び回路基板の部分メッキ方法
に関する。
等に使用される回路基板及び回路基板の部分メッキ方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、パワーモジュール等の組み立てに
は、アルミナ、ベリリア、窒化ケイ素、窒化アルミニウ
ム等のセラミックス基板の表面に回路、裏面に放熱板が
形成された回路基板が用いられている。このような回路
基板は、樹脂基板又は樹脂基板と金属基板との複合基板
よりも高絶縁性であることが特長である。
は、アルミナ、ベリリア、窒化ケイ素、窒化アルミニウ
ム等のセラミックス基板の表面に回路、裏面に放熱板が
形成された回路基板が用いられている。このような回路
基板は、樹脂基板又は樹脂基板と金属基板との複合基板
よりも高絶縁性であることが特長である。
【０００３】回路及び放熱板の材質が、Ｃｕ又はＣｕ合
金よりもＡｌ又はＡｌ合金とすることの利点は、Ｃｕ又
はＣｕ合金では、セラミックス基板や半田との熱膨張差
に起因する熱応力の発生が避けられないので、長期的な
信頼性が不十分であるのに対し、Ａｌ又はＡｌ合金は、
熱伝導性や電気伝導性ではＣｕ又はＣｕ合金よりもやや
劣るが、熱応力を受けても容易に塑性変形するので、応
力が緩和され、信頼性が飛躍的に向上するからである。
金よりもＡｌ又はＡｌ合金とすることの利点は、Ｃｕ又
はＣｕ合金では、セラミックス基板や半田との熱膨張差
に起因する熱応力の発生が避けられないので、長期的な
信頼性が不十分であるのに対し、Ａｌ又はＡｌ合金は、
熱伝導性や電気伝導性ではＣｕ又はＣｕ合金よりもやや
劣るが、熱応力を受けても容易に塑性変形するので、応
力が緩和され、信頼性が飛躍的に向上するからである。
【０００４】この場合、Ａｌ回路基板とＳｉ素子、ベー
ス板の間は、一般的に使用されるＳｎ−Ｐｂ系の半田
や、Ｓｎ−Ａｇ系などのＰｂフリー半田を用いて接合す
るため、Ａｌ表面にはＮｉメッキを施す必要がある。ま
た、Ｃｕ回路基板においても酸化防止、半田との反応に
よる信頼性低下を防ぐため、一般的には、Ｎｉメッキが
施される。回路面にＳｉ素子などを半田付けする場合に
は、半田の濡れ性を良好にするため、フラックスが用い
られるが、半田付けの際にワイヤボンディング領域に半
田が飛散する不具合が生じる。従って、ワイヤボンディ
ング領域を確保するため、テープなどによるマスキング
を行う場合があり、コストアップの要因となっている。
そこで、一般的に使用されるＳｎ−Ｐｂ半田がＡｌ面に
は濡れない特性を活かして、半田付けする部分のみにメ
ッキを施す部分メッキの手法が開発されている。
ス板の間は、一般的に使用されるＳｎ−Ｐｂ系の半田
や、Ｓｎ−Ａｇ系などのＰｂフリー半田を用いて接合す
るため、Ａｌ表面にはＮｉメッキを施す必要がある。ま
た、Ｃｕ回路基板においても酸化防止、半田との反応に
よる信頼性低下を防ぐため、一般的には、Ｎｉメッキが
施される。回路面にＳｉ素子などを半田付けする場合に
は、半田の濡れ性を良好にするため、フラックスが用い
られるが、半田付けの際にワイヤボンディング領域に半
田が飛散する不具合が生じる。従って、ワイヤボンディ
ング領域を確保するため、テープなどによるマスキング
を行う場合があり、コストアップの要因となっている。
そこで、一般的に使用されるＳｎ−Ｐｂ半田がＡｌ面に
は濡れない特性を活かして、半田付けする部分のみにメ
ッキを施す部分メッキの手法が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】Ａｌ回路の部分メッキ
を行う場合には、一般的に、メッキを施さない部分にあ
らかじめマスキングをする方法が用いられる。マスキン
グの方法には、テープなどを貼るテープレジストや、印
刷機を用いてメッキレジストを塗布する方法がある。し
かしながら、テープレジストを場合には、テープの端部
が剥がれやすいため、メッキの寸法精度が低下する。同
様に、メッキレジストを用いた場合においても、メッキ
の前処理においてＡｌ表面がエッチングされるため、メ
ッキレジストの端部が剥がれ、メッキの寸法精度が低下
する。そのため、Ｓｉ素子を半田付けする際に位置ずれ
や、半田同士のくっつきによる半田厚みのばらつきが生
じるなどの問題が発生する。
を行う場合には、一般的に、メッキを施さない部分にあ
らかじめマスキングをする方法が用いられる。マスキン
グの方法には、テープなどを貼るテープレジストや、印
刷機を用いてメッキレジストを塗布する方法がある。し
かしながら、テープレジストを場合には、テープの端部
が剥がれやすいため、メッキの寸法精度が低下する。同
様に、メッキレジストを用いた場合においても、メッキ
の前処理においてＡｌ表面がエッチングされるため、メ
ッキレジストの端部が剥がれ、メッキの寸法精度が低下
する。そのため、Ｓｉ素子を半田付けする際に位置ずれ
や、半田同士のくっつきによる半田厚みのばらつきが生
じるなどの問題が発生する。
【０００６】メッキレジストには溶剤剥離型とアルカリ
剥離型の２つがある。溶剤剥離型のメッキレジストを用
いた場合には、メッキの際に一般的にＡｌとＮｉメッキ
の密着性が確保されるアルカリ系の前処理を行うことが
できる。しかし、溶剤剥離型のメッキレジストを使用す
る方法は、メッキ後にレジストを剥離する際、トルエン
やトリクレンなどの有機溶媒を使用しなければならない
ため、廃液処理や環境問題の点から使用することは好ま
しくない。一方、廃液処理が容易であるアルカリ剥離型
のメッキレジストの場合には、メッキを施す際の処理液
が酸性系の処理になってしまうため、一般にアルカリ系
のメッキ処理と比較して、Ａｌ面とメッキの密着性が低
下する。従って、Ｓｉ素子などの半田付けの際や、ヒー
トサイクルなどの熱衝撃により生じる熱応力によってメ
ッキの剥離が生じてしまう問題があった。
剥離型の２つがある。溶剤剥離型のメッキレジストを用
いた場合には、メッキの際に一般的にＡｌとＮｉメッキ
の密着性が確保されるアルカリ系の前処理を行うことが
できる。しかし、溶剤剥離型のメッキレジストを使用す
る方法は、メッキ後にレジストを剥離する際、トルエン
やトリクレンなどの有機溶媒を使用しなければならない
ため、廃液処理や環境問題の点から使用することは好ま
しくない。一方、廃液処理が容易であるアルカリ剥離型
のメッキレジストの場合には、メッキを施す際の処理液
が酸性系の処理になってしまうため、一般にアルカリ系
のメッキ処理と比較して、Ａｌ面とメッキの密着性が低
下する。従って、Ｓｉ素子などの半田付けの際や、ヒー
トサイクルなどの熱衝撃により生じる熱応力によってメ
ッキの剥離が生じてしまう問題があった。
【０００７】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、廃液処理の容易なアルカリ剥離型のメ
ッキレジストを用いて、Ａｌ製又はＡｌ合金製のＡｌ回
路及び／又は放熱板とＮｉ−Ｐメッキとの密着性を格段
に高め、更にメッキの寸法精度を向上した高信頼性回路
基板を提供することである。
り、その目的は、廃液処理の容易なアルカリ剥離型のメ
ッキレジストを用いて、Ａｌ製又はＡｌ合金製のＡｌ回
路及び／又は放熱板とＮｉ−Ｐメッキとの密着性を格段
に高め、更にメッキの寸法精度を向上した高信頼性回路
基板を提供することである。
【０００８】本発明の目的は、アルカリ剥離型メッキレ
ジストを部分的に塗布した後、Ｎｉ−Ｐメッキを施し、
次いで該メッキレジストをＮａＣＯ3、ＮａＯＨなどの
アルカリ系の薬液により剥離することによって達成する
ことができる。好適には、メッキレジストを塗布する前
に、メッキレジスト塗布面の酸化膜をあらかじめ除去す
ることである。
ジストを部分的に塗布した後、Ｎｉ−Ｐメッキを施し、
次いで該メッキレジストをＮａＣＯ3、ＮａＯＨなどの
アルカリ系の薬液により剥離することによって達成する
ことができる。好適には、メッキレジストを塗布する前
に、メッキレジスト塗布面の酸化膜をあらかじめ除去す
ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、以
下のとおりである。 （請求項１） セラミックス基板の一方の面に回路、他
方の面に放熱板が接合されてなるものであって、回路及
び放熱板がＡｌ製又はＡｌ合金製であり、Ａｌ回路にＮ
ｉ−Ｐの部分メッキが施され、メッキの密着強度が５０
Ｎ／ｃｍ以上であり、かつ部分メッキの寸法精度が±
０．３ｍｍ以下であることを特徴とする回路基板。 （請求項２） セラミックス基板に形成されたＡｌ製又
はＡｌ合金製の金属回路及び／又は金属放熱板に、アル
カリ剥離型メッキレジストを部分的に塗布した後、Ｎｉ
−Ｐメッキを施し、次いで該メッキレジストをＮａＣＯ
3、ＮａＯＨなどのアルカリ系の薬液により剥離するこ
とを特徴とする回路基板の部分メッキ方法。 （請求項３） アルカリ剥離型メッキレジストが塗布さ
れる面が、あらかじめ酸化膜除去処理が行われているこ
とを特徴とする請求項２記載の回路基板の部分メッキ方
法。
下のとおりである。 （請求項１） セラミックス基板の一方の面に回路、他
方の面に放熱板が接合されてなるものであって、回路及
び放熱板がＡｌ製又はＡｌ合金製であり、Ａｌ回路にＮ
ｉ−Ｐの部分メッキが施され、メッキの密着強度が５０
Ｎ／ｃｍ以上であり、かつ部分メッキの寸法精度が±
０．３ｍｍ以下であることを特徴とする回路基板。 （請求項２） セラミックス基板に形成されたＡｌ製又
はＡｌ合金製の金属回路及び／又は金属放熱板に、アル
カリ剥離型メッキレジストを部分的に塗布した後、Ｎｉ
−Ｐメッキを施し、次いで該メッキレジストをＮａＣＯ
3、ＮａＯＨなどのアルカリ系の薬液により剥離するこ
とを特徴とする回路基板の部分メッキ方法。 （請求項３） アルカリ剥離型メッキレジストが塗布さ
れる面が、あらかじめ酸化膜除去処理が行われているこ
とを特徴とする請求項２記載の回路基板の部分メッキ方
法。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。
説明する。
【００１１】本発明の特徴は、廃液処理の容易なアルカ
リ剥離型のメッキレジスト塗布してからＮｉ−Ｐメッキ
を施して、Ａｌ製又はＡｌ合金製のＡｌ回路及び／又は
放熱板（以下、これらを「Ａｌ回路等」ともいう。）
と、Ｎｉ−Ｐメッキとの密着性を高め、かつメッキの寸
法精度を向上させたことである。好ましくは、メッキレ
ジストを塗布する前に、メッキレジスト塗布面の酸化膜
をあらかじめ除去したことである。
リ剥離型のメッキレジスト塗布してからＮｉ−Ｐメッキ
を施して、Ａｌ製又はＡｌ合金製のＡｌ回路及び／又は
放熱板（以下、これらを「Ａｌ回路等」ともいう。）
と、Ｎｉ−Ｐメッキとの密着性を高め、かつメッキの寸
法精度を向上させたことである。好ましくは、メッキレ
ジストを塗布する前に、メッキレジスト塗布面の酸化膜
をあらかじめ除去したことである。
【００１２】従来、Ａｌ回路等のメッキについては、Ｎ
ｉと半田中のＳｎとの反応性を向上させるために、純度
の高い電気Ｎｉメッキを用いていた。しかしながらこの
方法は、金属回路及び金属放熱板に電極を付けなければ
ならないため、ファインパターンに用いることはでき
ず、また取り扱いが煩雑なため、高コストであるという
問題があった。
ｉと半田中のＳｎとの反応性を向上させるために、純度
の高い電気Ｎｉメッキを用いていた。しかしながらこの
方法は、金属回路及び金属放熱板に電極を付けなければ
ならないため、ファインパターンに用いることはでき
ず、また取り扱いが煩雑なため、高コストであるという
問題があった。
【００１３】そこで、今日では、安価で、ファインパタ
ーンに適用可能な、無電解Ｎｉ−Ｐメッキを用いる場合
が多い。一般にＡｌの無電解Ｎｉ−Ｐメッキの方法とし
ては、Ｚｎ置換の手法を用いたジンケート処理によって
行われる。ジンケート処理としては、アルカリ系の処理
液を用いる場合と、酸性系の処理液を用いる２種類があ
る。
ーンに適用可能な、無電解Ｎｉ−Ｐメッキを用いる場合
が多い。一般にＡｌの無電解Ｎｉ−Ｐメッキの方法とし
ては、Ｚｎ置換の手法を用いたジンケート処理によって
行われる。ジンケート処理としては、アルカリ系の処理
液を用いる場合と、酸性系の処理液を用いる２種類があ
る。
【００１４】Ａｌ回路等とＮｉ−Ｐメッキの密着性は、
このジンケート処理におけるＺｎの置換面積に影響さ
れ、置換面積が大きいほど、メッキの密着性は高くな
る。このＺｎの置換面積を大きくとるためには、ジンケ
ート処理前に行うＡｌ回路等の表面のエッチング処理に
おいて、表面酸化膜を除去する必要がある。酸性系のエ
ッチング処理液を用いた場合、Ａｌ回路等との反応性が
低いため、Ａｌ回路等の表面の酸化膜を十分に除去する
ことができず、その後のジンケート処理において、Ｚｎ
の置換面積を大きくとることができない。その結果、メ
ッキの密着性が損なわれ、Ｓｉ素子などの半田付けの際
や、ヒートサイクルなどの熱衝撃により生じる熱応力に
よってメッキの剥離が生じてしまう。そこで、本発明で
は、Ａｌ回路等の面に部分メッキを施すに際し、Ａｌ回
路等とＮｉ−Ｐメッキとの密着性を確保するため、溶剤
剥離型のメッキレジストを用い、アルカリ系の薬液によ
り剥離処理される。Ａｌ回路等とメッキの密着力として
は、５０Ｎ／ｃｍが好ましく、さらに好ましくは６０Ｎ
／ｃｍである。
このジンケート処理におけるＺｎの置換面積に影響さ
れ、置換面積が大きいほど、メッキの密着性は高くな
る。このＺｎの置換面積を大きくとるためには、ジンケ
ート処理前に行うＡｌ回路等の表面のエッチング処理に
おいて、表面酸化膜を除去する必要がある。酸性系のエ
ッチング処理液を用いた場合、Ａｌ回路等との反応性が
低いため、Ａｌ回路等の表面の酸化膜を十分に除去する
ことができず、その後のジンケート処理において、Ｚｎ
の置換面積を大きくとることができない。その結果、メ
ッキの密着性が損なわれ、Ｓｉ素子などの半田付けの際
や、ヒートサイクルなどの熱衝撃により生じる熱応力に
よってメッキの剥離が生じてしまう。そこで、本発明で
は、Ａｌ回路等の面に部分メッキを施すに際し、Ａｌ回
路等とＮｉ−Ｐメッキとの密着性を確保するため、溶剤
剥離型のメッキレジストを用い、アルカリ系の薬液によ
り剥離処理される。Ａｌ回路等とメッキの密着力として
は、５０Ｎ／ｃｍが好ましく、さらに好ましくは６０Ｎ
／ｃｍである。
【００１５】溶剤剥離型のメッキレジストを用いた場合
には、メッキ後に行うメッキレジスト剥離の際に、トル
エンやトリクレンといった有機溶剤を使用しなければな
らず、廃液処理や環境の問題点からコスト高となり、本
発明の目的を達成することができない。
には、メッキ後に行うメッキレジスト剥離の際に、トル
エンやトリクレンといった有機溶剤を使用しなければな
らず、廃液処理や環境の問題点からコスト高となり、本
発明の目的を達成することができない。
【００１６】一方、メッキレジストを用いた場合、従
来、アルカリ系、酸性系のメッキ前処理に関わらず、Ａ
ｌ回路等の表面の酸化膜がエッチングされる。この場
合、メッキレジスト端部とＡｌ回路等の界面においてＡ
ｌがエッチングされるので、メッキレジストとＡｌ回路
等との密着性が損なわれ、メッキレジストが剥がれ、メ
ッキの寸法精度が低下する。メッキの寸法精度が低下す
ると、部分メッキ部同士の距離が十分に取れないため、
半田付け時に半田がブリッジを起こし、片方へ流れ込む
ことによる半田厚みのばらつきが生じるようになる。こ
の半田厚みのばらつきは、モジュールにおける信頼性
（熱抵抗、半田クラックなど）に大きな影響を及ぼす。
従って、この対策としては、回路基板を十分大きくし、
メッキレジストが多少剥がれても、十分なマスキング長
さを確保する方法があるが、回路基板自体が大きくなっ
てコスト高になる。
来、アルカリ系、酸性系のメッキ前処理に関わらず、Ａ
ｌ回路等の表面の酸化膜がエッチングされる。この場
合、メッキレジスト端部とＡｌ回路等の界面においてＡ
ｌがエッチングされるので、メッキレジストとＡｌ回路
等との密着性が損なわれ、メッキレジストが剥がれ、メ
ッキの寸法精度が低下する。メッキの寸法精度が低下す
ると、部分メッキ部同士の距離が十分に取れないため、
半田付け時に半田がブリッジを起こし、片方へ流れ込む
ことによる半田厚みのばらつきが生じるようになる。こ
の半田厚みのばらつきは、モジュールにおける信頼性
（熱抵抗、半田クラックなど）に大きな影響を及ぼす。
従って、この対策としては、回路基板を十分大きくし、
メッキレジストが多少剥がれても、十分なマスキング長
さを確保する方法があるが、回路基板自体が大きくなっ
てコスト高になる。
【００１７】本発明が施した好適な手法は、メッキレジ
ストを塗布する前にＡｌ回路等の表面の酸化物を除去し
たことであり、酸性系の処理液を用いたＮｉ−Ｐメッキ
においてもＡｌ回路等とメッキの密着性を格段に高め、
アルカリ剥離型のメッキレジストの使用を可能としたこ
とである。更に、メッキレジスト塗布後の、Ａｌ回路等
の表面の酸化物除去を省略することで、メッキレジスト
の剥離を抑制し、メッキの寸法精度を向上させたことで
ある。メッキの寸法精度としては、±０．３ｍｍ以下が
好ましく、さらに好ましくは、±０．２ｍｍ以下であ
る。
ストを塗布する前にＡｌ回路等の表面の酸化物を除去し
たことであり、酸性系の処理液を用いたＮｉ−Ｐメッキ
においてもＡｌ回路等とメッキの密着性を格段に高め、
アルカリ剥離型のメッキレジストの使用を可能としたこ
とである。更に、メッキレジスト塗布後の、Ａｌ回路等
の表面の酸化物除去を省略することで、メッキレジスト
の剥離を抑制し、メッキの寸法精度を向上させたことで
ある。メッキの寸法精度としては、±０．３ｍｍ以下が
好ましく、さらに好ましくは、±０．２ｍｍ以下であ
る。
【００１８】本発明で使用されるセラミックス基板とし
ては、窒化アルミニウム又は窒化ケイ素であり、高信頼
性および高絶縁性を得ることができる。また、セラミッ
クス基板の厚みは、通常０．６３５ｍｍであるが、０．
３〜０．５ｍｍ程度の薄物でも良い。しかし、高電圧下
での絶縁耐圧を著しく高めたいときは、１〜３ｍｍの厚
物を用いることが好ましい。
ては、窒化アルミニウム又は窒化ケイ素であり、高信頼
性および高絶縁性を得ることができる。また、セラミッ
クス基板の厚みは、通常０．６３５ｍｍであるが、０．
３〜０．５ｍｍ程度の薄物でも良い。しかし、高電圧下
での絶縁耐圧を著しく高めたいときは、１〜３ｍｍの厚
物を用いることが好ましい。
【００１９】また、本発明で使用される回路及び放熱板
の材質は、Ａｌ又はＡｌ合金（以下、両者を「Ａｌ等」
という。）であり、Ｃｕと比較して降伏応力が小さく、
塑性変形に富み、ヒートサイクルなどの熱応力負荷時に
おいて、セラミックス基板にかかる熱応力を大幅に低減
できるものである。従って、セラミックス基板に発生す
るクラックを抑制することが可能となり、高い信頼性が
得られる。
の材質は、Ａｌ又はＡｌ合金（以下、両者を「Ａｌ等」
という。）であり、Ｃｕと比較して降伏応力が小さく、
塑性変形に富み、ヒートサイクルなどの熱応力負荷時に
おいて、セラミックス基板にかかる熱応力を大幅に低減
できるものである。従って、セラミックス基板に発生す
るクラックを抑制することが可能となり、高い信頼性が
得られる。
【００２０】更に、回路及び放熱板の硬度が信頼性に与
える影響は大きい。回路のビッカース硬度が２５０ＭＰ
ａ以下が好ましく、それよりも大きいと、熱応力による
塑性変形が不均一となり、部分的な変形が大きくなっ
て、メッキやボンディングワイヤの剥離が生じる恐れが
ある。硬度は、小さい程好ましいが、あまり軟らかいと
傷つきやすいので、好ましくは１８０〜２２０ＭＰａで
ある。一方、放熱板のビッカース硬度は、３００〜４６
０ＭＰａが好ましく、４６０ＭＰａ超であると塑性変形
が困難になって、セラミックス基板、半田共にクラック
が発生しやすくなる。また、３００ＭＰａ未満では塑性
変形が容易となるので、繰り返しの熱履歴を受けると大
きな変形が生じ、これまた半田クラックが発生しやすく
なる。特に好ましい放熱板のビッカース硬度は３５０〜
４３０ＭＰａである。
える影響は大きい。回路のビッカース硬度が２５０ＭＰ
ａ以下が好ましく、それよりも大きいと、熱応力による
塑性変形が不均一となり、部分的な変形が大きくなっ
て、メッキやボンディングワイヤの剥離が生じる恐れが
ある。硬度は、小さい程好ましいが、あまり軟らかいと
傷つきやすいので、好ましくは１８０〜２２０ＭＰａで
ある。一方、放熱板のビッカース硬度は、３００〜４６
０ＭＰａが好ましく、４６０ＭＰａ超であると塑性変形
が困難になって、セラミックス基板、半田共にクラック
が発生しやすくなる。また、３００ＭＰａ未満では塑性
変形が容易となるので、繰り返しの熱履歴を受けると大
きな変形が生じ、これまた半田クラックが発生しやすく
なる。特に好ましい放熱板のビッカース硬度は３５０〜
４３０ＭＰａである。
【００２１】本発明における硬度は、回路及び放熱板の
硬度であり、接合前のＡｌ等の硬度とは異なる。Ａｌ等
は、通常、接合材を用い、５００〜６４０℃で加熱して
セラミックス基板と接合されるため、熱処理を受けて微
構造が変化し、また接合材が拡散してＡｌ等純度も低下
する。さらには、接合後に熱処理をすることも行われて
おり、それによってＡｌ等特性が変化する。これらの理
由から、接合前のＡｌ等の硬度を厳格に規定してもあま
り意味がない。
硬度であり、接合前のＡｌ等の硬度とは異なる。Ａｌ等
は、通常、接合材を用い、５００〜６４０℃で加熱して
セラミックス基板と接合されるため、熱処理を受けて微
構造が変化し、また接合材が拡散してＡｌ等純度も低下
する。さらには、接合後に熱処理をすることも行われて
おり、それによってＡｌ等特性が変化する。これらの理
由から、接合前のＡｌ等の硬度を厳格に規定してもあま
り意味がない。
【００２２】Ａｌ等硬度の調整方法には、材料を選択す
る方法と熱処理条件で調節する方法がある。材料につい
ては、接合後のＡｌ等は高純度ほど軟らかくなるため、
純度を選択すればよい。通常、純Ａｌとして市販されて
いるものは、通常９９．０〜９９．９９９％でかなり幅
があり、硬度に大きな差がある。すなわち、９９．５％
以下のＡｌは接合後のビッカース硬度を２５０ＭＰａ以
下とするのは困難であり、９９．９％以上のＡｌは接合
後に３００ＭＰａ以上とするのは難しい。従って、本発
明においては、回路にはＡｌ合金でも可能であるが、高
純度のＡｌ材を、また放熱板には比較的低純度のＡｌ等
を使用することが好ましい。Ａｌ合金の一例を挙げれ
ば、ＡＡ記号で３００３を始めとするＡｌ−Ｍｎ系合金
や、５０５２を始めとするＡｌ−Ｍｇ系合金などであ
る。
る方法と熱処理条件で調節する方法がある。材料につい
ては、接合後のＡｌ等は高純度ほど軟らかくなるため、
純度を選択すればよい。通常、純Ａｌとして市販されて
いるものは、通常９９．０〜９９．９９９％でかなり幅
があり、硬度に大きな差がある。すなわち、９９．５％
以下のＡｌは接合後のビッカース硬度を２５０ＭＰａ以
下とするのは困難であり、９９．９％以上のＡｌは接合
後に３００ＭＰａ以上とするのは難しい。従って、本発
明においては、回路にはＡｌ合金でも可能であるが、高
純度のＡｌ材を、また放熱板には比較的低純度のＡｌ等
を使用することが好ましい。Ａｌ合金の一例を挙げれ
ば、ＡＡ記号で３００３を始めとするＡｌ−Ｍｎ系合金
や、５０５２を始めとするＡｌ−Ｍｇ系合金などであ
る。
【００２３】回路の厚みは、電気的、熱的特性の面から
０．４〜０．５ｍｍであることが好ましい。一方、放熱
板の厚みは、半田付け時の反りを生じさせないように決
定する。具体的には、０．１〜０．４ｍｍであることが
好ましい。
０．４〜０．５ｍｍであることが好ましい。一方、放熱
板の厚みは、半田付け時の反りを生じさせないように決
定する。具体的には、０．１〜０．４ｍｍであることが
好ましい。
【００２４】本発明の回路基板の製造方法について説明
する。
する。
【００２５】セラミックス基板に回路及び放熱板を形成
させるには、それらのパターンを接合するか、Ａｌ等の
板を接合してからエッチングするか、又はその両方を併
用する。いずれにしてもセラミックス基板と回路及び放
熱板とを接合する必要がある。接合方法には、溶湯法の
ように接合材を使用しない方法もあるが、本発明ではＡ
ｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金箔を用いて接合することが好まし
い。接合材は、これに限るものではなく、Ａｌ−Ｓｉ
系、Ａｌ−Ｇｅ系、あるいはこれらにＭｇを加えた系も
使用することができる。
させるには、それらのパターンを接合するか、Ａｌ等の
板を接合してからエッチングするか、又はその両方を併
用する。いずれにしてもセラミックス基板と回路及び放
熱板とを接合する必要がある。接合方法には、溶湯法の
ように接合材を使用しない方法もあるが、本発明ではＡ
ｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金箔を用いて接合することが好まし
い。接合材は、これに限るものではなく、Ａｌ−Ｓｉ
系、Ａｌ−Ｇｅ系、あるいはこれらにＭｇを加えた系も
使用することができる。
【００２６】接合材の厚みは、種類にもよるが、１０〜
５０μｍが一般的である。厚みが１０μｍ未満では、接
合が困難となり、５０μｍ超であると、合金成分がＡｌ
等に拡散し硬い部分が多くなるので、熱履歴を受けた際
に信頼性が低下する原因となる。好ましい接合材の厚み
は、１５〜３５μｍである。接合材は、セラミックス基
板側、Ａｌ等側のどちらに配置しても良い。
５０μｍが一般的である。厚みが１０μｍ未満では、接
合が困難となり、５０μｍ超であると、合金成分がＡｌ
等に拡散し硬い部分が多くなるので、熱履歴を受けた際
に信頼性が低下する原因となる。好ましい接合材の厚み
は、１５〜３５μｍである。接合材は、セラミックス基
板側、Ａｌ等側のどちらに配置しても良い。
【００２７】本発明において、セラミックス基板の両面
に上記合金箔を介してＡｌ等の板、パターン又はその両
方を配置し、それをセラミックス基板と垂直方向に１〜
１０ＭＰａ、特に４〜８ＭＰａ（単位はあっているか）
の圧力をかけることが好ましい。加圧は、積層体に重し
を載せる、治具等を用いて機械的に挟み込む等によって
行うことができる。
に上記合金箔を介してＡｌ等の板、パターン又はその両
方を配置し、それをセラミックス基板と垂直方向に１〜
１０ＭＰａ、特に４〜８ＭＰａ（単位はあっているか）
の圧力をかけることが好ましい。加圧は、積層体に重し
を載せる、治具等を用いて機械的に挟み込む等によって
行うことができる。
【００２８】セラミックス基板と回路及び放熱板の接合
温度は、５８０〜６４５℃にて行い、窒素の雰囲気下も
しくは真空中で行われる。ついで、接合体は必要に応じ
てエッチングされる。
温度は、５８０〜６４５℃にて行い、窒素の雰囲気下も
しくは真空中で行われる。ついで、接合体は必要に応じ
てエッチングされる。
【００２９】本発明においては、部分メッキ用のメッキ
レジストを塗布する前に、Ａｌ回路等の表面処理を行う
ことが好ましい。表面処理は、Ａｌ表面の酸化膜を除去
することであり、これによって、その後に行う酸性系の
ジンケート処理において、Ｚｎの置換面積を大きくし、
ＡｌとＮｉ−Ｐメッキとの密着性を高めることができ
る。表面処理液としては、アルカリ系のエッチング液が
好ましい。酸性系のエッチング液では、Ａｌとの反応性
が低いために、十分に酸化膜を除去することができな
い。
レジストを塗布する前に、Ａｌ回路等の表面処理を行う
ことが好ましい。表面処理は、Ａｌ表面の酸化膜を除去
することであり、これによって、その後に行う酸性系の
ジンケート処理において、Ｚｎの置換面積を大きくし、
ＡｌとＮｉ−Ｐメッキとの密着性を高めることができ
る。表面処理液としては、アルカリ系のエッチング液が
好ましい。酸性系のエッチング液では、Ａｌとの反応性
が低いために、十分に酸化膜を除去することができな
い。
【００３０】表面処理の施こされた面にアルカリ剥離型
のメッキレジストを塗布する。メッキレジストの膜厚
は、２０〜４０μｍが好ましい。膜厚が２０μｍ未満の
場合には、メッキ処理の工程で、レジストの剥離が生じ
る。膜厚が４０μｍを超えた場合には、メッキレジスト
の直線性が損なわれる。
のメッキレジストを塗布する。メッキレジストの膜厚
は、２０〜４０μｍが好ましい。膜厚が２０μｍ未満の
場合には、メッキ処理の工程で、レジストの剥離が生じ
る。膜厚が４０μｍを超えた場合には、メッキレジスト
の直線性が損なわれる。
【００３１】メッキは無電解のＮｉ−Ｐメッキを行う。
メッキの前処理はすべて酸性系の処理液を用いる。メッ
キの厚みは２〜７μｍが好ましい。２μｍ未満では、Ｎ
ｉの十分な結晶性が得られないため、半田濡れ性が低下
する。７μｍを超える場合には、Ｎｉメッキ膜の応力が
大きくなり、回路基板の信頼性を損なう。より好ましく
は４〜６μｍである。
メッキの前処理はすべて酸性系の処理液を用いる。メッ
キの厚みは２〜７μｍが好ましい。２μｍ未満では、Ｎ
ｉの十分な結晶性が得られないため、半田濡れ性が低下
する。７μｍを超える場合には、Ｎｉメッキ膜の応力が
大きくなり、回路基板の信頼性を損なう。より好ましく
は４〜６μｍである。
【００３２】メッキ後のメッキレジストの剥離には、ア
ルカリ系の薬液を用いる必要がある。薬液としては、ト
ルエン、トリクレンなどの有機溶媒と比較して、廃液処
理が安価にできるＮａＣＯ3、ＮａＯＨなどが用いられ
る。
ルカリ系の薬液を用いる必要がある。薬液としては、ト
ルエン、トリクレンなどの有機溶媒と比較して、廃液処
理が安価にできるＮａＣＯ3、ＮａＯＨなどが用いられ
る。
【００３３】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
本発明を説明する。
【００３４】実施例１〜６ 比較例１〜４
用いた窒化アルミニウム基板及び窒化ケイ素基板は市販
品で、いずれも大きさ２インチ角で、レーザーフラッシ
ュ法による熱伝導率が窒化アルミニウム１７５Ｗ／ｍ
Ｋ、窒化ケイ素７２Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は窒化アル
ミニウムが４２０ＭＰａ、窒化ケイ素が７８０ＭＰａで
ある。Ａｌ板は、回路形成用及び放熱板用のそれぞれに
ついて、表１に示す各厚みのものを用いた。
品で、いずれも大きさ２インチ角で、レーザーフラッシ
ュ法による熱伝導率が窒化アルミニウム１７５Ｗ／ｍ
Ｋ、窒化ケイ素７２Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は窒化アル
ミニウムが４２０ＭＰａ、窒化ケイ素が７８０ＭＰａで
ある。Ａｌ板は、回路形成用及び放熱板用のそれぞれに
ついて、表１に示す各厚みのものを用いた。
【００３５】セラミックス基板の表裏面に、表１に示す
Ａｌ板と接合材を重ね、カーボン板をねじ込んで基板に
押しつけできる治具を用い、セラミックス基板に対して
垂直方向に均等に加圧した。接合は、真空又は窒素雰囲
気下、温度５５０〜６３５℃で加圧をしながら行った。
Ａｌ板と接合材を重ね、カーボン板をねじ込んで基板に
押しつけできる治具を用い、セラミックス基板に対して
垂直方向に均等に加圧した。接合は、真空又は窒素雰囲
気下、温度５５０〜６３５℃で加圧をしながら行った。
【００３６】接合後、エッチングレジストをスクリーン
印刷してＦeＣｌ3 液でエッチングした。回路面、放熱
面のパターンは、正方形(コーナーＲは２ｍｍ)で、セラ
ミックス基板中央部に形成（沿面距離１ｍｍ）させた。
次いで、エッチングレジストを剥離した。
印刷してＦeＣｌ3 液でエッチングした。回路面、放熱
面のパターンは、正方形(コーナーＲは２ｍｍ)で、セラ
ミックス基板中央部に形成（沿面距離１ｍｍ）させた。
次いで、エッチングレジストを剥離した。
【００３７】エッチングレジストを剥離した後、市販の
アルカリ系エッチング剤（上村工業社製商品名「ＡＺ−
１０２」）を用いて、Ａｌ表面の酸化物除去を行った
（実施例１〜４、比較例４）。エッチング剤は、炭酸
塩、ＮａＯＨを主成分とするアルカリ系のエッチング液
を使用した。
アルカリ系エッチング剤（上村工業社製商品名「ＡＺ−
１０２」）を用いて、Ａｌ表面の酸化物除去を行った
（実施例１〜４、比較例４）。エッチング剤は、炭酸
塩、ＮａＯＨを主成分とするアルカリ系のエッチング液
を使用した。
【００３８】Ａｌ回路等の面に市販のアルカリ剥離型の
メッキレジスト（太陽インキ社製商品名「ＭＡ−８３
０」）を塗布した。比較例４では、市販の溶剤剥離型レ
ジストを塗布した。
メッキレジスト（太陽インキ社製商品名「ＭＡ−８３
０」）を塗布した。比較例４では、市販の溶剤剥離型レ
ジストを塗布した。
【００３９】メッキレジストの塗布されたＡｌ回路に、
前処理を行ってから無電解Ｎｉ−Ｐメッキを５μｍ施し
た後、ＮａＣＯ3溶液又はアンモニア水を用いてメッキ
レジストの剥離を行い、図１に示される回路基板を作製
した。
前処理を行ってから無電解Ｎｉ−Ｐメッキを５μｍ施し
た後、ＮａＣＯ3溶液又はアンモニア水を用いてメッキ
レジストの剥離を行い、図１に示される回路基板を作製
した。
【００４０】得られた回路基板について、顕微鏡を用い
てメッキの寸法を測定し、メッキの寸法精度をメッキ端
部における最大長さＬHと最小長さＬLによって評価した
（寸法精度＝±max（ＬH，ＬL））。測定方法を図２
に、測定結果を表１に示す。
てメッキの寸法を測定し、メッキの寸法精度をメッキ端
部における最大長さＬHと最小長さＬLによって評価した
（寸法精度＝±max（ＬH，ＬL））。測定方法を図２
に、測定結果を表１に示す。
【００４１】メッキの密着強度は、幅３ｍｍの銅板をメ
ッキ面に半田付けした後、銅板の端を引っ張り、メッキ
が剥離したときの引っ張り荷重から算出した。それらの
結果を表１に示す。
ッキ面に半田付けした後、銅板の端を引っ張り、メッキ
が剥離したときの引っ張り荷重から算出した。それらの
結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】表１から明らかなように、本発明の実施例
は、いずれもメッキの寸法精度及び密着強度が高く、半
田付け時やヒートサイクル後のメッキの剥離は生じなか
った。これに対して、比較例では、メッキの密着強度が
小さいか（比較例１〜３）、メッキの寸法精度が低い
（比較例４）ものであったので、半田付け時やヒートサ
イクル後にメッキの剥離が生じる恐れが大であり、高信
頼性回路基板としては、不十分なものであった。
は、いずれもメッキの寸法精度及び密着強度が高く、半
田付け時やヒートサイクル後のメッキの剥離は生じなか
った。これに対して、比較例では、メッキの密着強度が
小さいか（比較例１〜３）、メッキの寸法精度が低い
（比較例４）ものであったので、半田付け時やヒートサ
イクル後にメッキの剥離が生じる恐れが大であり、高信
頼性回路基板としては、不十分なものであった。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、Ａｌ回路等の面とＮｉ
−Ｐメッキとの密着性及びメッキの寸法精度が著しく高
められた高信頼性の部分メッキ回路基板が提供される。
−Ｐメッキとの密着性及びメッキの寸法精度が著しく高
められた高信頼性の部分メッキ回路基板が提供される。
【図１】回路基板の説明図。
【図２】メッキの寸法精度測定方法の説明図。
１ セラミックス基板
２ Ａｌ回路
３ Ａｌ放熱板
４ Ｎｉ−Ｐメッキ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０５Ｋ 3/24 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｊ
Ｆターム(参考） 4E351 AA07 BB01 BB24 BB33 BB38
CC06 DD10 DD13 DD19 DD21
GG04 GG14
4K022 AA02 AA42 BA14 BA16 BA32
CA16 CA25 DA01 DA03 EA03
5E338 AA18 BB71 BB75 CD11 EE02
EE23 EE27
5E343 AA02 AA23 BB09 BB16 BB28
BB44 BB52 BB71 CC43 CC61
DD43 EE17 EE37 GG01 GG08
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックス基板の一方の面に回路、他
方の面に放熱板が接合されてなるものであって、回路及
び放熱板がＡｌ製又はＡｌ合金製であり、Ａｌ回路にＮ
ｉ−Ｐの部分メッキが施され、メッキの密着強度が５０
Ｎ／ｃｍ以上であり、かつ部分メッキの寸法精度が±
０．３ｍｍ以下であることを特徴とする回路基板。 - 【請求項２】 セラミックス基板に形成されたＡｌ製又
はＡｌ合金製の金属回路及び／又は金属放熱板に、アル
カリ剥離型メッキレジストを部分的に塗布した後、Ｎｉ
−Ｐメッキを施し、次いで該メッキレジストをＮａＣＯ
3、ＮａＯＨなどのアルカリ系の薬液により剥離するこ
とを特徴とする回路基板の部分メッキ方法。 - 【請求項３】 アルカリ剥離型メッキレジストが塗布さ
れる面が、あらかじめ酸化膜除去処理が行われているこ
とを特徴とする請求項２記載の回路基板の部分メッキ方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001242171A JP4750325B2 (ja) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | 回路基板の部分メッキ方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001242171A JP4750325B2 (ja) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | 回路基板の部分メッキ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003060129A true JP2003060129A (ja) | 2003-02-28 |
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| JP (1) | JP4750325B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2008187145A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 回路装置 |
| JP2013214541A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法及びパワーモジュール用基板 |
| JP2014203880A (ja) * | 2013-04-02 | 2014-10-27 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2019041108A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 京セラ株式会社 | パワーモジュール用基板およびパワーモジュール |
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-
2001
- 2001-08-09 JP JP2001242171A patent/JP4750325B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US7446406B2 (en) | 2005-03-30 | 2008-11-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Circuit device and manufacturing method thereof |
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