JP3606908B2 - ＡｌＮメタライズ基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用いたメタライズ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子等の高出力化や高集積化等に伴って、素子からの発熱量は年々増加する傾向にある。これにより、半導体素子の搭載基板やヒートシンク、あるいはハイブリッドＩＣ用回路基板等として、高熱伝導性を有するＡｌＮ焼結体からなる基板が注目されている。
【０００３】
ＡｌＮ基板を上記したような電子部品用材料として用いる場合には、回路や素子搭載部の形成等を目的として、その表面に導電性金属層を形成することが不可欠である。このような金属層（メタライズ層）は、ＭｏやＷ等の高融点金属を主成分とし、これに必要に応じてＴｉ、ＴｉＮ等の活性金属成分等を添加したメタライズ組成物を用い、これをペースト化したもの（メタライズペースト）を塗布、焼成することにより形成することが一般的である。
【０００４】
ところで、上記したようなメタライズ層上には、通常、ＮｉめっきやＡｕめっき等が施されるが、ＡｌＮ基板へのメタライズに伴う処理温度は、従来のアルミナ基板等に比べて高温であるため、ＡｌＮ基板中の粒界相成分やメタライズ層中のガラス成分がメタライズ層表面に拡散して、めっき層の密着性を阻害したり、さらにはめっき層にふくれが生じる等の問題を招いていた。
【０００５】
また、上述したようなめっき層を無電解めっきで形成する場合、無電解Ｎｉめっきの触媒化液や無電解Ａｕめっき液は、ｐＨが１２〜１３程度のアルカリ溶液であるため、ＡｌＮ基板にダメージが生じ、メタライズ層の接合強度が低下したり、またＡｌＮ基板の表面平滑度の悪化等に伴って、非メタライズ部分にめっき金属が付着する等の問題を招いていた。さらに、上述したようなめっき層上に予めはんだ層を形成（プレソルダー）する場合、めっき層にふくれが生じていたり、あるいはメタライズ層にはがれが生じていると、はんだ層にポア等が形成され易くなり、また非メタライズ部分にめっき金属が付着していると、はんだも不要部分に付着してしまうというような問題をも招いていた。
【０００６】
上述したようなメタライズ層やめっき層の接合（密着）強度の低下、めっき層のふくれやはんだ層のポア等は、いずれも半導体素子の搭載時等に大きな悪影響を及ぼし、またいずれも基板作製時における最終工程近くで生じるため、その実害は大きい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のＡｌＮ基板表面に形成したメタライズ層へのめっき処理やはんだ処理においては、メタライズ層やめっき層の接合（密着）強度の低下を招いたり、さらにはめっき層のふくれやはんだ層のポア等が発生するという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ＡｌＮ基板とメタライズ層、あるいはメタライズ層とめっき層との接合（密着）強度を十分に保つことができ、めっき層のふくれやメタライズ層のはがれの発生を防止し得るＡｌＮメタライズ基板、さらにはめっき層上にはんだ層を形成する場合には、はんだ層の形成状態を良好に保つことが可能なＡｌＮメタライズ基板を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】
本発明のＡｌＮメタライズ基板において、請求項１記載のＡｌＮメタライズ基板は、ＡｌＮ焼結体からなる基板と、前記基板表面に設けられたメタライズ層と、前記メタライズ層上に設けられためっき層とを具備するＡｌＮメタライズ基板において、前記めっき層は、前記メタライズ層中の酸化物成分を除く成分と接触していることを特徴としている。
【００１０】
本発明のＡｌＮメタライズ基板に用いられる基板は、ＡｌＮを主成分とし、これにＹ₂Ｏ₃やＡｌ₂Ｏ₃等の焼結助剤成分を適量添加して作製したＡｌＮ焼結体からなるものである。また、メタライズ層としては、ＭｏやＷ等の高融点金属を主成分とし、これに必要に応じてＴｉ、ＴｉＮ等の活性金属成分等を添加したメタライズ組成物等を用い、これをペースト化したメタライズペーストの塗布、焼成により形成したもの等が挙げられる。
【００１１】
メタライズ層中の酸化物成分、例えばメタライズ層中に拡散したＡｌＮ基板中の焼結助剤成分やメタライズ層内のガラス成分等は、めっき層の密着性の低下要因となる。そこで、請求項１記載のＡｌＮメタライズ基板においては、メタライズ層上に設けられためっき層がメタライズ層中の酸化物成分を除く成分と接触した状態、言い換えればメタライズ層中の酸化物成分とは直接接触していない状態としたものである。
【００１２】
めっき層とメタライズ層中の酸化物成分とが直接接触していない状態は、例えばめっき処理前にメタライズ層の最表面に存在する酸化物成分を予め化学的エッチング処理等で除去し、その後にめっき処理を施すことによって実現することができる。酸化物成分は、ガラス状態でメタライズ層の最表面に存在しているため、アルカリ溶液等のエッチング液を用いることによって、ＭｏやＷ等のメタライズ層の主成分に対して選択的に除去することができる。
【００１３】
また、メタライズ層の厚さを例えば9μm以上と厚くすることによっても、上述したようなめっき層とメタライズ層中の酸化物成分とが直接接触していない状態を得ることができる。メタライズ層の厚さを9μm以上とすると、ＡｌＮ基板へのメタライズ処理中の高温下においても、処理時間内に酸化物成分がメタライズ層の表面まで拡散することが防止できる。このようなメタライズ層の厚さ設定と上記化学的エッチング処理とを組合せることが望ましい。なお、9μmというメタライズ層の厚さは、一般的なＡｌＮ基板へのメタライズ処理条件に基いて設定したものであり、処理条件等によっては異なる最適値が存在する場合がある。
【００１６】
上述したような本発明のＡｌＮメタライズ基板においては、めっき層上にはんだ層を予め設けた場合、めっき層のふくれやメタライズ層のはがれ等が防止されているため、形成状態の良好なはんだ層を得ることができる。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００１８】
実施例１〜４
まず、ＡｌＮを主成分とする熱伝導率が２００Ｗ／ｍ ＫのＡｌＮ基板（焼結助剤としてＹ_２ Ｏ_３ を ３重量％ 含む）を用意し、このＡｌＮ基板の表面に、Ｍｏ粉末と ＴｉＮ粉末との混合粉末に有機系バインダを加えてペースト化したものを、スクリーン印刷法により所望の形状に印刷し、乾燥させた後、窒素雰囲気中にて１９７３Ｋ で焼成して、厚さ１３μｍ のメタライズ層を形成した。
【００１９】
次に、上記ＡｌＮ基板のメタライズ層表面の酸化物成分を、３２８Ｋの５％水酸化ナトリウム溶液で ３分間エッチングすることにより除去した後、ワット浴中にて電気Ｎｉめっきを施し、厚さ ３μｍ のＮｉめっき層を形成した（実施例１）。また、５％水酸化ナトリウム溶液による処理時間を ６分間（実施例２）、１０分間（実施例３）、３０分間（実施例４）に変更する以外は同様にして、Ｎｉめっき層を有するＡｌＮメタライズ基板を作製した。
【００２０】
このようにして得たＮｉめっき層を有するＡｌＮメタライズ基板のめっき前のメタライズ層最表面における酸化物成分の有無、めっき層を含めて熱処理（窒水素雰囲気中、 １０７３Ｋ× ５分）を施した後のめっきふくれの発生率（めっきの密着性）を測定、評価した。その結果を表１に示す。なお、表１中の比較例は、エッチングを行っていないもの（比較例１）とエッチング不足のもの（比較例２）である。
【００２１】
【表１】

表１から明らかなように、メタライズ層に ３分間以上エッチング処理を施して、メタライズ層最表面の酸化物成分を除去したＡｌＮメタライズ基板は、めっき層の密着性に優れ、めっき層にふくれが生じていないことが分かる。
【００２２】
また、上記実施例１のＡｌＮメタライズ基板のめっき層上に、Ｐｂ／Ｓｕ／Ａｇ＝９５／３．５／１．５の組成のはんだ箔（厚さ＝０．１ｍｍ）を配置し、カーボン治具で挟んだ後、還元雰囲気中（Ｎ_２ ／Ｈ_２ ＝８０／２０）で通炉してプレソルダーを行った。得られたはんだ層の状態を評価したところ、形成状態の良好なはんだ層が得られていることを確認した。
【００２３】
実施例５〜７
メタライズ層の厚さを ９μｍ （実施例５）、１３μｍ （実施例６）、１７μｍ （実施例７）とすると共に、５％水酸化ナトリウム溶液によるエッチング処理時間を ６分間とする以外は、上記実施例１と同様にして、厚さ ３μｍ のＮｉめっき層を有するＡｌＮメタライズ基板を作製した。
【００２４】
このようにして得たＮｉめっき層を有するＡｌＮメタライズ基板のめっき前のメタライズ層最表面における酸化物成分の有無、めっき層を含めて熱処理を施した後のめっきふくれの発生率（めっきの密着性）を測定、評価した。その結果を表２に示す。なお、表２中の比較例３、４は、メタライズ層の厚さを薄くしたものである。
【００２５】
【表２】

表２から明らかなように、メタライズ層の厚さが ９μｍ 以上で、メタライズ層の表面に酸化物成分が拡散していないＡｌＮメタライズ基板は、めっき層の密着性に優れ、めっき層にふくれが生じていないことが分かる。これに対し、メタライズ層の厚さが薄い比較例のＡｌＮメタライズ基板では、酸化物成分のメタライズ層表面への拡散が著しく、エッチングが不十分となっているために、メタライズ層とめっき層との密着力が低下してめっき層にふくれが生じた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のＡｌＮメタライズ基板によれば、メタライズ層とめっき層との密着強度を十分に保つことができるため、めっき層のふくれ等を防止することが可能となる。これにより、電子部品の搭載基板等として好適な健全なＡｌＮメタライズ基板を提供することができる。
【００３６】

Claims (3)

1. ＡｌＮ焼結体からなる基板と、前記基板表面に設けられたメタライズ層と、前記メタライズ層上に設けられためっき層とを具備するＡｌＮメタライズ基板において、
   前記めっき層は、前記メタライズ層中の酸化物成分を除く成分と接触していることを特徴とするＡｌＮメタライズ基板。
2. 請求項１記載のＡｌＮメタライズ基板において、
   前記メタライズ層の最表面に酸化物成分が存在しないように、化学的エッチング処理により前記メタライズ層最表面の酸化物成分が除去されていることを特徴とするＡｌＮメタライズ基板。
3. 請求項１または請求項２記載のＡｌＮメタライズ基板において、
   前記めっき層上には、はんだ層が設けられていることを特徴とするＡｌＮメタライズ基板。