JP3795354B2

JP3795354B2 - Method for producing metal / ceramic bonding substrate

Info

Publication number: JP3795354B2
Application number: JP2001219440A
Authority: JP
Inventors: 暁山寧; 信芳塚口; 正美木村; 一彦浪岡; 征寛北村
Original assignee: Dowa Holdings Co Ltd; Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP2003031720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属−セラミックス接合基板の製造方法に関し、特にパワーモジュールなどに使用されるチップ部品の実装に好適な金属−セラミックス接合基板の製造方法に関する。また、本発明は、特に高い信頼性が要求される車両などに搭載されるアルミニウムまたはアルミニウム合金とセラミックスとの接合基板の製造方法に関し、チップ部品や端子の半田付けが必要な部分などのアルミニウムまたはアルミニウム合金上に部分的にニッケルめっきが施された金属−セラミックス基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両などの特に高信頼性が必要とされるパワーモジュール用の金属−セラミックス接合基板の電極として、アルミニウムまたはアルミニウム合金が使用されることが多い。アルミニウムまたはアルミニウム合金を電極として使用する場合、チップやヒートシンクなどの半田付けや耐環境性を向上させるために、一般にその電極の表面に電気ニッケルめっきやＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂなどの無電解合金めっきが施される。また、回路パターンが比較的複雑で電気めっきをするための電極を設けることが技術的またはコスト的に難しい場合には、無電解めっきが行われる。
【０００３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金上に無電解ニッケル合金めっきを施す方法として、特開平５−３２５１８５号公報に開示されているように、めっきの前処理法として、基板を脱脂し、強酸性溶液で表面酸化膜の除去処理を行い、硝酸に浸漬した後、表面に亜鉛置換被膜を形成し、再び硝酸に浸漬し、亜鉛置換した後、ニッケル合金めっきを施す亜鉛置換法が知られている。また、この特開平５−３２５１８５号公報は、めっきの前処理として、アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面にパラジウムなどの無電解ニッケル合金めっきに対して自己触媒性を有する金属または金属イオンを吸着させ、この上に無電解ニッケル合金めっきを施す方法（以下、「パラジウム活性法」という）も開示している。
【０００４】
また、アルミニウムまたはアルミニウム合金上に部分的にめっきする方法として、特開平３−２６７３７７号公報には、アルカリ剥離型レジストを使用し、前処理として中性の脱脂液を使用するパラジウム活性法が開示され、特開平９−３１６６５０号公報には、アンモニア基を有するキレート剤を添加し、弱アルカリ性にしたパラジウム活性液で処理した後、無電解ニッケル合金めっきを行う方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、亜鉛置換法では、めっき前処置工程に硝酸や強アルカリの亜鉛置換処置液を使用するため、アルカリ剥離タイプのレジストは全く耐性がなく、所定の箇所に部分的にめっきすることができない。
【０００６】
また、アルミニウムまたはアルミニウム合金上の所定の部分のみに無電解ニッケル合金めっきを施す方法としては、アルカリ剥離タイプのレジストで不要な部分をマスクして、前述したパラジウム活性の前処理を行い、無電解ニッケル合金めっきを行う方法が知られている。この場合、工程中に中性や弱アルカリ性の液が存在するが、レジストの耐性が完全ではなく、ラインが欠けるなどによりパターンの直線性が悪くなり、また、レジストの液中への溶出のためか否かは明確ではないが、レジストの周囲にめっきが析出し難くなり、不めっきと呼ばれる不良が発生し易い。
【０００７】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、パターンの直線性を改善し且つ不めっきの発生を防止することにより、めっきの外観不良を改善するとともに、めっきの密着性を確保することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を接合して回路パターンを形成した後、金属板の表面の所定の部分に無電解ニッケル合金めっきを施す、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、無電解ニッケル合金めっきを施す前に、（１）溶剤剥離タイプのレジストを使用して金属板の表面の所定の部分に無電解ニッケル合金めっきを施した後にレジストを剥離すること、（２）金属板の表面全体に無電解ニッケル合金めっきを施した後に、ニッケル合金めっきが必要な部分にレジストを塗布し、酸性エッチング液によりレジストが付着していない部分のニッケル合金めっきを除去すること、または（３）所定形状のアルカリ剥離タイプのレジストを金属板の表面に付着させ、このレジストの付着していない金属板の表面に対して、全て酸性の薬液を使用するパラジウム活性法による前処理を行い、無電解ニッケル合金めっきを施した後にレジストを剥離することにより、パターンの直線性を改善し且つ不めっきの発生を防止して、めっきの外観不良を改善するとともに、めっきの密着性を確保することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を接合して回路パターンを形成した後、金属板の表面の所定の部分に無電解ニッケル合金めっきを施す、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、無電解ニッケル合金めっきを施す前に、所定形状の溶剤剥離タイプのレジストを金属板の表面に付着させ、このレジストの付着していない金属板の表面の部分に対して、亜鉛置換法またはパラジウム活性法による前処理を行い、無電解ニッケル合金めっきを施した後、レジストを剥離することを特徴とする。この金属−セラミックス接合基板の製造方法では、溶剤剥離タイプのレジストが有機溶剤剥離タイプのレジストであり、このレジストを有機溶剤により剥離するのが好ましい。
【００１０】
また、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を接合して回路パターンを形成した後、金属板の表面の所定の部分に無電解ニッケル合金めっきを施す、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、無電解ニッケル合金めっきを施す前に、金属板の表面全体に対して、亜鉛置換法またはパラジウム活性法による前処理を行い、無電解ニッケル合金めっきを施し、その後、所定形状のレジストをニッケル合金めっきの表面に付着させ、酸性薬液によりレジストが付着していない部分のニッケル合金めっきをエッチング除去した後、レジストを剥離することを特徴とする。この金属−セラミックス接合基板の製造方法では、レジストがアルカリ剥離タイプまたは有機溶剤剥離タイプのレジストであり、このレジストをアルカリ溶液または有機溶剤により剥離するのが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を接合して回路パターンを形成した後、金属板の表面の所定の部分に無電解ニッケル合金めっきを施す、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、無電解ニッケル合金めっきを施す前に、所定形状のアルカリ剥離タイプのレジストを金属板の表面に付着させ、このレジストの付着していない金属板の表面に対して、パラジウム活性法による前処理を行い、無電解ニッケル合金めっきを施した後、アルカリ溶液によりレジストを剥離することを特徴とする。この金属−セラミックス接合基板の製造方法では、パラジウム活性法に使用する薬液が全て酸性の薬液であるのが好ましい。
【００１２】
これらの金属−セラミックス接合基板の製造方法において、セラミックス基板の主成分が、アルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化硅素であり、アルミニウム合金が、アルミニウム−シリコン系合金、アルミニウム−マグネシウム系合金またはアルミニウム−マグネシウム−シリコン系合金であるのが好ましい。また、金属板のセラミックスへの接合が、溶湯接合法またはろう材接合法によって行われるのが好ましい。また、パラジウム活性法による前処理工程において使用する脱脂液および化学研磨液が、酸性で且つ硝酸を含まないのが好ましい。さらに、めっきの密着強度を上げるために熱処理を施すのも好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態では、セラミックス基板として、アルミナまたはＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４を主成分とする基板を使用し、その少なくとも一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を接合する。アルミナ基板は安価、ＡｌＮ基板は高熱伝導率、Ｓｉ_３Ｎ_４基板は高強度であるというように、セラミックス基板にはそれぞれ特徴があり、目的に応じて使い分けられる。また、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を接合するのは、耐力の小さい金属を使用し、接合時にセラミックス基板に発生する応力を小さくし、耐熱衝撃性などの信頼性の高い基板を作製するためである。
【００１４】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板のセラミックス基板への接合方法としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金を溶かしてその溶湯中でセラミックス基板を移動させる溶湯接合法や、Ａｌ−Ｓｉ系などのろう材を用いて接合するろう接法などを利用することができる。
【００１５】
セラミックス基板にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を接合した後に回路パターンを形成するために、例えば、アルカリ剥離タイプのレジストを用いて、所定の回路パターン形状にマスキングし、その後、塩化鉄などによるエッチングにより不要な金属を溶解除去し、回路パターンを形成する方法がある。他の回路パターン形成方法として、例えば、溶湯接合の場合は、回路パターン形状の鋳型を使用することにより、接合後に既に回路パターンの形成も終了して、その後のエッチングなどのパターンニング工程が不要な場合があり、また、ろう接法の場合も、接合時に予め回路パターン形状の金属板をろう材により接合することにより、後工程としてパターンニングが不要な方法を採ることもできる。
【００１６】
レジストの付着は、通常、スクリーン印刷やドライフィルムによる方法などを採ることができ、レジストは紫外線や熱により硬化する。
【００１７】
このように回路パターン形成が終了した金属−セラミックス接合基板に対して、以下の工程により必要な部分にめっきを施す。
【００１８】
（１）有機溶剤剥離タイプのレジストを使用する場合
めっきマスク材として有機溶剤剥離タイプのレジストを使用し、亜鉛置換法またはパラジウム活性法により部分的に無電解ニッケル合金めっきを行い、その後、有機溶剤によりレジストを剥離する。
【００１９】
このタイプのレジストは、強アルカリおよび強酸のいずれにも耐性が高いため、めっき工程の薬液として、有機溶剤以外は殆ど制約なく使用できる。したがって、亜鉛置換法およびパラジウム活性法のいずれの前処理方法も採ることが可能であり、無電解ニッケル合金めっき液に対しても問題ない。レジストの剥離には、有機溶剤としてトリクレンやパークレンを用いるのが一般的である。
【００２０】
（２）後エッチングによりニッケルめっきを部分的に剥離する場合
亜鉛置換法またはパラジウム活性法で前処理を行い、金属板の表面の全面に無電解ニッケル合金めっきを施す。その後、例えば、アルカリ除去タイプのレジストをニッケルめっきが必要な部分に付着させ、塩化鉄溶液などにより不要な部分のニッケルめっきを溶解し、最後に、アルカリ薬液として水酸化ナトリウムなどを使用してレジストを剥離する。
【００２１】
（３）パラジウム活性法を適用する場合
アルカリ剥離タイプのレジストを付着させ、めっきの前処理液としての脱脂液、化学研磨液、活性化液を全て酸性の液とするパラジウム活性法により、無電解ニッケル合金めっきを行った後、アルカリ薬液である水酸化ナトリウムなどを使用してレジストを剥離する。
【００２２】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００２３】
［実施例１］
図１に示すように、セラミックス基板１０として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用意し（図１（ａ））、溶湯接合法により純アルミニウム１２をＡｌＮ基板に接合した（図１（ｂ））後、アルカリ除去タイプのレジスト１４を回路パターン形状に印刷し（図１（ｃ））、塩化鉄溶液により不要部分をエッチング除去して（図１（ｄ））、回路を形成した（図１（ｅ））。
【００２４】
その後、図２に示すように、はんだ付けが必要な部分などの所定の部分のみにめっきを施すため、スクリーン印刷により、溶剤剥離タイプのレジスト１６としての市販のレジスト（太陽インキ製造（株）製のＭ−８５Ｋ）をアルミニウム１２の表面に塗布した（図２（ａ））。その後、亜鉛置換法およびパラジウム活性法による前処理を行った後、それぞれ厚さ４μｍ程度の無電解Ｎｉ−Ｐめっき１８を施した（図２（ｂ））。すなわち、亜鉛置換前処理法の場合は、酸化被膜を除去した後、水洗、硝酸に浸漬、水洗、亜鉛置換、水洗、硝酸に浸漬、水洗、亜鉛置換、水洗の各工程を経て、無電解Ｎｉ−Ｐめっきを行い、その後、水洗し、乾燥した。一方、パラジウム活性前処理法の場合は、脱脂、水洗、化学研磨、水洗、パラジウム活性、水洗の各工程を経て、無電解Ｎｉ−Ｐめっきを行い、その後、水洗し、乾燥した。無電解Ｎｉ−Ｐめっき１８を施した後、トリクレンによりレジスト１６を剥離し、水洗し、乾燥して、それぞれの前処理法によるサンプルを得た（図２（ｃ））。
【００２５】
これらのサンプルについて、目視により外観をチェックするとともに、ワイヤボンディング性、ニッケルめっきの密着性およびを半田濡れ性を評価した。
【００２６】
外観については、ラインの直線性が良好である場合、ラインの一部が侵食されている場合、レジストが剥離して全面にめっきされた場合（後述する表１においてそれぞれ○、△、×で示す）に分類して評価した。その結果、本実施例では、ラインの直線性が良好であった。
【００２７】
ワイヤボンディング性については、超音波ワイヤボンダ（超音波工業製のＵＳＷ−２０ＺＤＥ６０Ｓ−Ｃ）により、荷重４４０ｇ、時間０．５秒および出力７．０の超音波条件で、直径０．３ｍｍのアルミニウムワイヤをニッケルめっき表面にループ状に接合させた後、そのループの頂部を引っ張り、アルミニウムワイヤが切れた時の荷重を測定した。その結果、本実施例では、全てのサンプルが５００ｇ以上の強さを有し、十分な強さであった。
【００２８】
ニッケルめっきの密着性は、カッターナイフで約１ｍｍの間隔で碁盤の目状に切り込みを入れ、テープ剥離試験を行うことにより、めっきが剥離しない場合、一部のめっきが剥離する場合、ほぼ全面的にめっきが剥離する場合（後述する表１においてそれぞれ○、△、×で示す）に分類して評価した。その結果、本実施例では、ニッケルめっきの剥離は見られなかった。
【００２９】
半田濡れ性は、フラックスを使用し、２３０℃×２０秒の共晶半田槽へのディップにより９５％以上の面積が濡れることを良好とし、それ以下を不良とした。その結果、本実施例では、半田濡れ性は良好であった。
【００３０】
［実施例２］
図３に示すように、セラミックス基板１０としてＡｌＮ基板およびアルミナ基板の２種類の基板を用意し、実施例１と同じ方法で回路形成までの工程を行い、実施例１と同様の亜鉛置換およびパラジウム活性の前処理により、金属の全面にそれぞれ無電解Ｎｉ−Ｐめっきを行った（図３（ａ））。その後、スクリーン印刷により、ニッケルめっきが必要な所定の部分のみにアルカリ剥離タイプのレジスト２０を塗布した（図３（ｂ））後、硝酸と硫酸の混酸により不要なニッケルめっきを除去して、下地のアルミニウムの表面を露出させ、部分的にＮｉ−Ｐめっきが施される状態にした（図３（ｃ））。その後、レジスト２０をアルカリ（ＮａＯＨ）で剥離した後、実施例１と同じ方法により、それぞれのサンプルを得た（図３（ｄ））。
【００３１】
これらのサンプルについて、実施例１と同様に、目視により外観をチェックするとともに、ワイヤボンディング性、ニッケルめっきの密着性およびを半田濡れ性を評価した。
【００３２】
その結果、外観については、ラインの直線性が良好であり、ワイヤボンディング性については、全てのサンプルが５００ｇ以上の強さを有し、十分な強さであった。また、ニッケルめっきの密着性については、ニッケルめっきの剥離は見られず、半田濡れ性は良好であった。
【００３３】
［実施例３］
図４に示すように、セラミックス基板１０としてＡｌＮ基板およびアルミナ基板の２種類の基板を用意し、実施例１と同じ方法で回路形成までの工程を行った。
【００３４】
その後、はんだ付けが必要な部分などの所定の部分のみにめっきを施すため、スクリーン印刷により、アルカリ剥離タイプのレジスト２０としての市販のレジスト（三井化学（株）製のＭＴ−ＵＶ−５２０３）をアルミニウム１２の表面に塗布した（図４（ａ））。その後、全て酸性の薬液を使用するパラジウム活性法による前処理を行った後、無電解Ｎｉ−Ｐめっき１８を施した（図４（ｂ））。前処理工程は、実施例１のパラジウム活性と同じ工程を使用した。その後、熱処理を行い、水酸化ナトリウム３％溶液により、レジスト２０を剥離し（図４（ｃ））、中和後、水洗、乾燥を行い、それぞれのサンプルを得た。
【００３５】
これらのサンプルについて、実施例１と同様に、目視により外観をチェックするとともに、ワイヤボンディング性、ニッケルめっきの密着性およびを半田濡れ性を評価した。
【００３６】
その結果、外観については、ラインの直線性が良好であり、ワイヤボンディング性については、全てのサンプルが５００ｇ以上の強さを有し、十分な強さであった。また、ニッケルめっきの密着性については、ニッケルめっきの剥離は見られず、半田濡れ性は良好であった。
【００３７】
［実施例４］
セラミックス基板１０としてＡｌＮ基板を使用し、溶湯接合法によりＡｌ−０．５％Ｓｉ合金をＡｌＮ基板に接合した以外は、実施例３と同じ方法によりサンプルを作製し、実施例１と同様の評価を行った。
【００３８】
その結果、外観については、ラインの直線性が良好であり、ワイヤボンディング性については、全てのサンプルが５００ｇ以上の強さを有し、十分な強さであった。また、ニッケルめっきの密着性については、ニッケルめっきの剥離は見られず、半田濡れ性は良好であった。
【００３９】
［実施例５］
セラミックス基板１０としてＡｌＮ基板を使用し、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材により純アルミニウムをＡｌＮ基板に接合した以外は、実施例３と同様の方法によりサンプルを作製し、実施例１と同様の評価を行った。
【００４０】
その結果、外観については、ラインの直線性が良好であり、ワイヤボンディング性については、全てのサンプルが５００ｇ以上の強さを有し、十分な強さであった。また、ニッケルめっきの密着性については、ニッケルめっきの剥離は見られず、半田濡れ性は良好であった。
【００４１】
［実施例６］
セラミックス基板１０としてＡｌＮ基板を使用し、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によりＪＩＳ６０６１相当のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金をＡｌＮ基板を接合した以外は、実施例３と同様の方法によりサンプルを作製し、実施例１と同様の評価を行った。
【００４２】
その結果、外観については、ラインの直線性が良好であり、ワイヤボンディング性については、全てのサンプルが５００ｇ以上の強さを有し、十分な強さであった。また、ニッケルめっきの密着性については、ニッケルめっきの剥離は見られず、半田濡れ性は良好であった。
【００４３】
［比較例１］
亜鉛置換法の前処理を行った以外は、実施例３と同様の方法により無電解Ｎｉ−Ｐめっきを試みたが、硝酸による化学研磨工程において、レジストが全て剥離し、部分的にめっきすることができなかった。
【００４４】
［比較例２］
市販のアルカリ系脱脂液を使用した以外は、実施例３と同様の方法により無電解Ｎｉ−Ｐめっきを試みたが、レジストが剥離し、部分的にめっきすることができなかった。
【００４５】
［比較例３］
比較例２と同様のアルカリ系脱脂液を酸で中和して中性にした以外は、実施例３と同様の方法によりサンプルを作製し、実施例１と同様の評価を行った。
【００４６】
その結果、外観については、ラインの一部が侵食され、ワイヤボンディング性については、全てのサンプルが３００ｇ以上の強さを有するに過ぎなかった（良好な条件として４５０ｇ以上の強さが要求されるが、全てのサンプルがその強さに満たない強さであった）。また、ニッケルめっきの密着性については、ニッケルめっきの一部が剥離したが、半田濡れ性は良好であった。
【００４７】
なお、実施例１〜６および比較例１〜３についての評価結果をまとめて表１に示す。
【表１】

【００４８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を接合して回路パターンを形成した後、金属板の表面の所定の部分に無電解ニッケル合金めっきを施す、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、無電解ニッケル合金めっきを施す前に、（１）溶剤剥離タイプのレジストを使用して金属板の表面の所定の部分に無電解ニッケル合金めっきを施した後にレジストを剥離すること、（２）金属板の表面全体に無電解ニッケル合金めっきを施した後に、ニッケル合金めっきが必要な部分にレジストを塗布し、酸性エッチング液によりレジストが付着していない部分のニッケル合金めっきを除去すること、または（３）所定形状のアルカリ剥離タイプのレジストを金属板の表面に付着させ、このレジストの付着していない金属板の表面に対して、全て酸性の薬液を使用するパラジウム活性法による前処理を行い、無電解ニッケル合金めっきを施した後にレジストを剥離することにより、パターンの直線性を改善し且つ不めっきの発生を防止して、めっきの外観不良を改善するとともに、めっきの密着性を確保することができる、特性的にも優れた部分的にニッケルめっきが施された金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供することができる。なお、各製造部署において設備や使用する薬液の取り扱いが異なるため、コストや安全性などから工業的に最も有利な方法を上記の（１）〜（３）の３つの方法の中から選択すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１において回路パターンを形成するまでの工程を示す断面図。
【図２】実施例１において回路パターンの形成後に金属−セラミックス接合基板を製造する工程を示す断面図。
【図３】実施例２において回路パターンの形成後に金属−セラミックス接合基板を製造する工程を示す断面図。
【図４】実施例３において回路パターンの形成後に金属−セラミックス接合基板を製造する工程を示す断面図。
【符号の説明】
１０セラミックス基板
１２アルミニウム
１４アルカリ除去タイプのレジスト
１６溶剤剥離タイプのレジスト
１８無電解Ｎｉ−Ｐめっき
２０アルカリ剥離タイプのレジスト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate, and more particularly to a method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate suitable for mounting chip components used in power modules and the like. The present invention also relates to a method for manufacturing a bonded substrate of aluminum or an aluminum alloy and ceramics that is mounted on a vehicle or the like that requires particularly high reliability. The present invention relates to a method for producing a metal-ceramic substrate in which nickel plating is partially applied on an aluminum alloy.
[0002]
[Prior art]
Aluminum or an aluminum alloy is often used as an electrode of a metal-ceramic bonding substrate for a power module that requires particularly high reliability such as a vehicle. When aluminum or an aluminum alloy is used as an electrode, in order to improve soldering and environmental resistance such as a chip or a heat sink, the surface of the electrode is generally electroless plated with nickel, Ni-P, Ni-B or the like. Plating is applied. In addition, when the circuit pattern is relatively complicated and it is technically or costly difficult to provide an electrode for electroplating, electroless plating is performed.
[0003]
As a method of performing electroless nickel alloy plating on aluminum or aluminum alloy, as disclosed in JP-A-5-325185, as a pretreatment method of plating, a substrate is degreased and a surface oxide film is formed with a strong acid solution. There is known a zinc substitution method in which a zinc substitution film is formed on the surface after immersion in nitric acid, dipped in nitric acid again, zinc substitution is performed, and nickel alloy plating is performed. In addition, as a pretreatment for plating, this Japanese Patent Laid-Open No. 5-325185 adsorbs a metal or metal ion having an autocatalytic property to electroless nickel alloy plating such as palladium on the surface of aluminum or an aluminum alloy. A method of applying electroless nickel alloy plating (hereinafter referred to as “palladium activation method”) is also disclosed.
[0004]
Further, as a method for partially plating on aluminum or an aluminum alloy, Japanese Patent Laid-Open No. 3-267377 discloses a palladium activation method using an alkali peeling resist and using a neutral degreasing solution as a pretreatment. JP-A-9-316650 discloses a method of performing electroless nickel alloy plating after adding a chelating agent having an ammonia group and treating with a weakly alkaline palladium active solution.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the zinc replacement method, nitric acid or a strong alkali zinc replacement treatment solution is used in the plating pretreatment step, so that the alkali-peeling type resist is not resistant at all and cannot be plated partially at a predetermined location.
[0006]
In addition, as a method of performing electroless nickel alloy plating only on a predetermined portion on aluminum or an aluminum alloy, unnecessary portions are masked with an alkali-peeling type resist, and the above-described palladium activity pretreatment is performed, and electroless electrolysis is performed. A method of performing nickel alloy plating is known. In this case, a neutral or weak alkaline solution exists in the process, but the resist resistance is not perfect, and the linearity of the pattern deteriorates due to a lack of lines, etc. Although it is not clear whether or not the plating is difficult to deposit around the resist, a defect called non-plating is likely to occur.
[0007]
Therefore, in view of such conventional problems, the present invention improves the appearance of the plating and secures the adhesion of the plating by improving the linearity of the pattern and preventing the occurrence of non-plating. An object of the present invention is to provide a method for producing a metal / ceramic bonding substrate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors formed a circuit pattern by joining a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy to at least one surface of a ceramic substrate. In the method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate, in which a predetermined portion is subjected to electroless nickel alloy plating, before the electroless nickel alloy plating is performed, (1) the surface of the metal plate is predetermined using a solvent peeling type resist. (2) After applying electroless nickel alloy plating to the entire surface of the metal plate, the resist is applied to the portion where nickel alloy plating is necessary, Remove the nickel alloy plating on the part where the resist is not attached with the acidic etching solution, or (3) Lukali stripping type resist is attached to the surface of the metal plate, and the surface of the metal plate to which this resist is not attached is pretreated by the palladium activation method using an acidic chemical solution, and electroless nickel alloy plating After removing the resist, the metal linearity can be improved by improving the linearity of the pattern and preventing the occurrence of non-plating, improving the appearance defect of the plating, and ensuring the adhesion of the plating. It has been found that a method for producing a ceramic bonded substrate can be provided, and the present invention has been completed.
[0009]
That is, in the method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention, a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy is bonded to at least one surface of a ceramic substrate to form a circuit pattern, and then a predetermined portion on the surface of the metal plate. In the method of manufacturing a metal / ceramic bonding substrate, in which electroless nickel alloy plating is applied, before applying electroless nickel alloy plating, a solvent-peeling resist of a predetermined shape is attached to the surface of the metal plate, and this resist is attached. The surface portion of the metal plate that has not been subjected to pretreatment by a zinc substitution method or a palladium activation method is subjected to electroless nickel alloy plating, and then the resist is peeled off. In this method for producing a metal / ceramic bonding substrate, the solvent peeling type resist is an organic solvent peeling type resist, and it is preferable to peel this resist with an organic solvent.
[0010]
In the method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention, a circuit pattern is formed by bonding a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy to at least one surface of a ceramic substrate, and then a predetermined portion of the surface of the metal plate. In the method for manufacturing a metal / ceramic bonding substrate, which is subjected to electroless nickel alloy plating, before the electroless nickel alloy plating, the entire surface of the metal plate is pretreated by a zinc substitution method or a palladium activation method. Applying electroless nickel alloy plating, then attaching a resist of a predetermined shape to the surface of the nickel alloy plating, etching away the portion of the nickel alloy plating where the resist is not attached with an acidic chemical solution, and then stripping the resist It is characterized by. In this method for producing a metal / ceramic bonding substrate, the resist is an alkali peeling type or organic solvent peeling type resist, and it is preferable to peel this resist with an alkaline solution or an organic solvent.
[0011]
Furthermore, in the method of manufacturing a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention, a circuit pattern is formed by bonding a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy to at least one surface of the ceramic substrate, and then a predetermined portion of the surface of the metal plate. In the method of manufacturing a metal / ceramic bonding substrate, in which an electroless nickel alloy plating is applied, an alkaline peeling type resist having a predetermined shape is attached to the surface of the metal plate before the electroless nickel alloy plating is applied. The surface of the metal plate that has not been subjected to pretreatment by the palladium activation method, electroless nickel alloy plating, and then the resist is peeled off with an alkaline solution. In this method for producing a metal / ceramic bonding substrate, it is preferable that all chemicals used in the palladium activation method are acidic chemicals.
[0012]
In these metal-ceramic bonding substrate manufacturing methods, the main component of the ceramic substrate is alumina, aluminum nitride, or silicon nitride, and the aluminum alloy is an aluminum-silicon alloy, aluminum-magnesium alloy, or aluminum-magnesium-silicon. It is preferable to use a base alloy. Further, it is preferable that the metal plate is bonded to the ceramic by a molten metal bonding method or a brazing material bonding method. Moreover, it is preferable that the degreasing liquid and chemical polishing liquid used in the pretreatment step by the palladium activation method are acidic and do not contain nitric acid. Furthermore, it is also preferable to perform a heat treatment in order to increase the adhesion strength of the plating.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the embodiment of the method for producing a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention, a substrate mainly composed of alumina or AlN, Si ₃ N ₄ is used as a ceramic substrate, and at least one surface thereof is made of aluminum or an aluminum alloy. Join the metal plates. The ceramic substrate has characteristics such as an alumina substrate being inexpensive, an AlN substrate having a high thermal conductivity, and a Si ₃ N ₄ substrate having a high strength. Also, joining metal plates made of aluminum or aluminum alloys is to use a metal with low yield strength, to reduce the stress generated in the ceramic substrate during joining, and to produce a highly reliable substrate such as thermal shock resistance It is.
[0014]
As a method for joining a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy to a ceramic substrate, for example, a molten metal joining method in which aluminum or an aluminum alloy is melted and the ceramic substrate is moved in the molten metal, or a brazing material such as Al-Si is used. It is possible to use a brazing method or the like for joining.
[0015]
In order to form a circuit pattern after joining a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy to a ceramic substrate, for example, using an alkali peeling type resist, masking to a predetermined circuit pattern shape, and then etching with iron chloride or the like There is a method in which unnecessary metal is dissolved and removed to form a circuit pattern. As another circuit pattern forming method, for example, in the case of molten metal bonding, by using a circuit pattern shape mold, the formation of a circuit pattern is already completed after bonding, and subsequent patterning processes such as etching are unnecessary. Also, in the case of the brazing method, it is also possible to adopt a method that does not require patterning as a subsequent step by joining a metal plate having a circuit pattern shape with a brazing material in advance at the time of joining.
[0016]
The resist can be usually attached by screen printing or a dry film method, and the resist is cured by ultraviolet rays or heat.
[0017]
In this way, the metal-ceramic bonding substrate on which the circuit pattern has been formed is plated on necessary portions by the following steps.
[0018]
(1) When using an organic solvent peeling type resist Use an organic solvent peeling type resist as a plating mask material, and perform electroless nickel alloy plating partially by the zinc substitution method or the palladium activation method, and then use the organic solvent. To remove the resist.
[0019]
Since this type of resist is highly resistant to both strong alkalis and strong acids, it can be used as a chemical solution in the plating process with almost no restrictions other than organic solvents. Therefore, it is possible to adopt any pretreatment method of zinc substitution method and palladium activation method, and there is no problem with electroless nickel alloy plating solution. For stripping the resist, it is common to use trichlene or parklene as the organic solvent.
[0020]
(2) When nickel plating is partially removed by post-etching, pretreatment is performed by a zinc replacement method or a palladium activation method, and electroless nickel alloy plating is applied to the entire surface of the metal plate. After that, for example, an alkali removal type resist is attached to a portion where nickel plating is required, and the unnecessary portion of nickel plating is dissolved with an iron chloride solution or the like. Finally, the resist is made using sodium hydroxide or the like as an alkali chemical solution. To peel off.
[0021]
(3) In the case of applying the palladium activation method, an alkali peeling type resist is attached, and the palladium activation method in which the degreasing solution, the chemical polishing solution, and the activation solution as the plating pretreatment solution are all acidic solutions is electroless. After nickel alloy plating, the resist is peeled off using sodium hydroxide, which is an alkaline chemical solution.
[0022]
【Example】
Hereinafter, embodiments of a method for producing a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0023]
[Example 1]
As shown in FIG. 1, an aluminum nitride (AlN) substrate is prepared as the ceramic substrate 10 (FIG. 1 (a)), and pure aluminum 12 is bonded to the AlN substrate by a molten metal bonding method (FIG. 1 (b)). Alkali removal type resist 14 was printed in a circuit pattern shape (FIG. 1C), and unnecessary portions were etched away with an iron chloride solution (FIG. 1D) to form a circuit (FIG. 1E). ).
[0024]
Then, as shown in FIG. 2, in order to apply plating only to a predetermined part such as a part that needs to be soldered, a commercially available resist (made by Taiyo Ink Mfg. Co., Ltd.) as a solvent peeling type resist 16 is obtained by screen printing. (M-85K) was applied to the surface of the aluminum 12 (FIG. 2A). Then, after pre-processing by a zinc substitution method and a palladium activation method, electroless Ni—P plating 18 having a thickness of about 4 μm was applied (FIG. 2B). In other words, in the case of the zinc substitution pretreatment method, after removing the oxide film, water washing, dipping in nitric acid, water washing, zinc substitution, water washing, dipping in nitric acid, water washing, zinc substitution, water washing, electroless Ni -P plating was performed, followed by washing with water and drying. On the other hand, in the case of the pretreatment method for palladium activity, electroless Ni-P plating was performed through the steps of degreasing, washing with water, chemical polishing, washing with water, palladium activation, and washing with water, followed by washing with water and drying. After the electroless Ni-P plating 18 was applied, the resist 16 was peeled off with trichlene, washed with water, and dried to obtain samples according to the respective pretreatment methods (FIG. 2 (c)).
[0025]
These samples were visually checked for appearance and evaluated for wire bonding, nickel plating adhesion, and solder wettability.
[0026]
As for the appearance, when the linearity of the line is good, when a part of the line is eroded, when the resist is peeled and plated on the entire surface (indicated by ◯, Δ, and X in Table 1 described later) ) And evaluated. As a result, in this example, the linearity of the line was good.
[0027]
For wire bonding, an aluminum wire having a diameter of 0.3 mm was applied with an ultrasonic wire bonder (USW-20ZDE60S-C manufactured by Ultrasonic Industry) under the ultrasonic conditions of a load of 440 g, a time of 0.5 seconds, and an output of 7.0. After joining the nickel plating surface in a loop shape, the top of the loop was pulled, and the load when the aluminum wire was cut was measured. As a result, in this example, all the samples had a strength of 500 g or more and were sufficiently strong.
[0028]
The adhesion of the nickel plating is almost complete when the plating does not peel off or a part of the plating peels off by cutting into a grid pattern at intervals of about 1 mm with a cutter knife and performing a tape peeling test. In the case where the plating peels off (indicated by ◯, Δ, and x in Table 1 described later), the evaluation was made. As a result, in this example, nickel plating was not peeled off.
[0029]
For solder wettability, a flux was used, and it was determined that 95% or more of the area was wet by dipping into a eutectic solder bath at 230 ° C. for 20 seconds, and less than that was regarded as poor. As a result, in this example, the solder wettability was good.
[0030]
[Example 2]
As shown in FIG. 3, two types of substrates, an AlN substrate and an alumina substrate, are prepared as the ceramic substrate 10, and the steps up to circuit formation are performed in the same manner as in Example 1, and the same zinc substitution and palladium as in Example 1 are performed. By active pretreatment, electroless Ni-P plating was performed on the entire metal surface (FIG. 3A). Thereafter, by applying screen-printing, an alkali-peeling type resist 20 is applied only to a predetermined portion where nickel plating is required (FIG. 3B), and then unnecessary nickel plating is removed with a mixed acid of nitric acid and sulfuric acid, The surface of the aluminum was exposed and partially Ni-P plated (FIG. 3C). Then, after peeling off the resist 20 with alkali (NaOH), each sample was obtained by the same method as Example 1 (FIG.3 (d)).
[0031]
For these samples, the appearance was visually checked in the same manner as in Example 1, and the wire bondability, the adhesion of nickel plating, and the solder wettability were evaluated.
[0032]
As a result, as for the appearance, the linearity of the line was good, and as for the wire bonding property, all the samples had a strength of 500 g or more and were sufficiently strong. Moreover, regarding the adhesion of the nickel plating, no peeling of the nickel plating was observed, and the solder wettability was good.
[0033]
[Example 3]
As shown in FIG. 4, two types of substrates, an AlN substrate and an alumina substrate, were prepared as the ceramic substrate 10, and the processes up to circuit formation were performed by the same method as in Example 1.
[0034]
Thereafter, in order to apply plating only to a predetermined part such as a part that needs to be soldered, a commercially available resist (MT-UV-5203 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) as an alkali peeling type resist 20 is obtained by screen printing. It apply | coated to the surface of the aluminum 12 (FIG.4 (a)). Then, after pre-processing by a palladium activation method using an acidic chemical solution, electroless Ni-P plating 18 was applied (FIG. 4B). The same process as the palladium activity of Example 1 was used for the pretreatment process. Thereafter, heat treatment was performed, the resist 20 was peeled off with a 3% sodium hydroxide solution (FIG. 4C), neutralized, washed with water, and dried to obtain respective samples.
[0035]
For these samples, the appearance was visually checked in the same manner as in Example 1, and the wire bondability, the adhesion of nickel plating, and the solder wettability were evaluated.
[0036]
As a result, as for the appearance, the linearity of the line was good, and as for the wire bonding property, all the samples had a strength of 500 g or more and were sufficiently strong. Moreover, regarding the adhesion of the nickel plating, no peeling of the nickel plating was observed, and the solder wettability was good.
[0037]
[Example 4]
A sample was prepared by the same method as in Example 3 except that an AlN substrate was used as the ceramic substrate 10 and an Al-0.5% Si alloy was bonded to the AlN substrate by a molten metal bonding method. Went.
[0038]
As a result, as for the appearance, the linearity of the line was good, and as for the wire bonding property, all the samples had a strength of 500 g or more and were sufficiently strong. Moreover, regarding the adhesion of the nickel plating, no peeling of the nickel plating was observed, and the solder wettability was good.
[0039]
[Example 5]
A sample was prepared by the same method as in Example 3 except that an AlN substrate was used as the ceramic substrate 10 and pure aluminum was bonded to the AlN substrate with an Al—Si brazing material, and the same evaluation as in Example 1 was performed. It was.
[0040]
As a result, as for the appearance, the linearity of the line was good, and as for the wire bonding property, all the samples had a strength of 500 g or more and were sufficiently strong. Moreover, regarding the adhesion of the nickel plating, no peeling of the nickel plating was observed, and the solder wettability was good.
[0041]
[Example 6]
A sample is prepared in the same manner as in Example 3 except that an AlN substrate is used as the ceramic substrate 10 and an Al—Mg—Si alloy equivalent to JIS6061 is joined to the AlN substrate by an Al—Si brazing material. Evaluation similar to 1 was performed.
[0042]
As a result, as for the appearance, the linearity of the line was good, and as for the wire bonding property, all the samples had a strength of 500 g or more and were sufficiently strong. Moreover, regarding the adhesion of the nickel plating, no peeling of the nickel plating was observed, and the solder wettability was good.
[0043]
[Comparative Example 1]
The electroless Ni-P plating was tried by the same method as in Example 3 except that the pretreatment of the zinc substitution method was performed. In the chemical polishing step using nitric acid, the resist was completely removed and partially plated. I could not.
[0044]
[Comparative Example 2]
Except for using a commercially available alkaline degreasing solution, electroless Ni—P plating was attempted by the same method as in Example 3, but the resist peeled off and partial plating could not be performed.
[0045]
[Comparative Example 3]
A sample was prepared in the same manner as in Example 3 except that the same alkaline degreasing solution as in Comparative Example 2 was neutralized with acid to make it neutral, and the same evaluation as in Example 1 was performed.
[0046]
As a result, a part of the line was eroded for the appearance, and all the samples had a strength of 300 g or more for the wire bonding property (as a good condition, a strength of 450 g or more was required). But all samples were less than that strength). As for the nickel plating adhesion, a part of the nickel plating was peeled off, but the solder wettability was good.
[0047]
In addition, the evaluation result about Examples 1-6 and Comparative Examples 1-3 is put together in Table 1, and is shown.
[Table 1]

[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy is joined to at least one surface of a ceramic substrate to form a circuit pattern, electroless nickel is formed on a predetermined portion of the surface of the metal plate. In the method of manufacturing a metal / ceramic bonding substrate, which is subjected to alloy plating, before performing electroless nickel alloy plating, (1) an electroless nickel alloy is applied to a predetermined portion of the surface of the metal plate using a solvent peeling type resist. (2) After electroless nickel alloy plating is applied to the entire surface of the metal plate, the resist is applied to the portion where nickel alloy plating is required, and the resist adheres with an acidic etchant. Removing the nickel alloy plating from the part that has not been removed, or (3) an alkali peeling type resist of a predetermined shape After the pretreatment by the palladium activation method using an acidic chemical solution is applied to the surface of the metal plate to which the resist is not attached and the electroless nickel alloy plating is applied. By stripping the resist, the linearity of the pattern is improved and the occurrence of non-plating is prevented, the appearance of the plating is improved, and the adhesion of the plating can be secured. A method of manufacturing a metal / ceramic bonding substrate partially plated with nickel can be provided. Since each manufacturing department has different handling of equipment and chemicals to be used, the most industrially advantageous method can be selected from the above three methods (1) to (3) in view of cost and safety. good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process until a circuit pattern is formed in Example 1. FIG.
2 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a metal / ceramic bonding substrate after forming a circuit pattern in Example 1. FIG.
3 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a metal / ceramic bonding substrate after forming a circuit pattern in Example 2. FIG.
4 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a metal / ceramic bonding substrate after forming a circuit pattern in Example 3. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ceramic substrate 12 Aluminum 14 Alkali removal type resist 16 Solvent peeling type resist 18 Electroless Ni-P plating 20 Alkali peeling type resist

Claims

After forming a circuit pattern by joining a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy to at least one surface of the ceramic substrate by a molten metal bonding method or a brazing material bonding method, electroless nickel alloy plating is applied to a predetermined portion of the surface of the metal plate In the method for producing a metal / ceramic bonding substrate, before applying electroless nickel alloy plating, an alkali peeling type resist having a predetermined shape is attached to the surface of the metal plate, and the metal plate to which this resist is not attached is applied. The surface is pretreated with a degreasing step, chemical polishing step and palladium activation step using an acidic chemical solution as the degreasing solution, chemical polishing solution and activation solution, and electroless nickel alloy plating is performed. Then, the resist is peeled off with an alkaline solution, and a metal / ceramic bonding substrate is manufactured. Method.

The method for producing a metal / ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein a main component of the ceramic substrate is alumina, aluminum nitride, or silicon nitride.

The method for producing a metal / ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein the aluminum alloy is an aluminum-silicon alloy, an aluminum-magnesium alloy, or an aluminum-magnesium-silicon alloy.

The metal-ceramic bonding substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the degreasing liquid and the chemical polishing liquid used in the pretreatment step by the palladium activation method are acidic and do not contain nitric acid. Method.