JP4646373B2

JP4646373B2 - 配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP4646373B2
Application number: JP2000291102A
Authority: JP
Inventors: 晃一本村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP2002100844A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板に関するものであり、より詳細には窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表面に形成したメタライズ配線導体の表面にめっき金属層を被着させて成る配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子を搭載するための配線基板として窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表面にタングステンやモリブデン等の高融点金属粉末メタライズから成るメタライズ配線導体を形成して成る配線基板が知られている。この配線基板は、絶縁基体を形成する窒化アルミニウム質焼結体が熱伝導性に優れるとともにその熱膨張係数が半導体素子を形成するシリコンの熱膨張係数に近似することから、発熱量やサイズが大きな半導体素子を搭載するための配線基板として好適である。
【０００３】
この配線基板は、窒化アルミニウム粉末を主原料とする複数枚のセラミックグリーンシートにメタライズ配線導体用の金属ペーストを印刷塗布するとともにこれらを積層して積層体となし、しかる後、この積層体を約1700℃の高温で焼成することによって製作される。そして、この配線基板においては、通常、メタライズ配線導体の酸化腐食を防止するとともにメタライズ配線導体と半導体素子や外部電気回路基板等との導電部材を介した電気的接続を良好かつ強固なものとする目的で、メタライズ配線導体の露出表面にニッケルめっき層を下地としてその上に金めっき層が電解めっき法や無電解めっき法により被着されている。
【０００４】
ところで、このような配線基板においては、窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体とタングステンやモリブデン等の高融点金属粉末メタライズから成るメタライズ配線導体との接合強度を高いものとするために、メタライズ配線導体中に５〜15重量％程度の窒化アルミニウム粉末を含有させている。これによりメタライズ配線導体中に含有させた窒化アルミニウム粉末と絶縁基体中の窒化アルミニウム粉末とが焼成時に結合して絶縁基体とメタライズ配線導体とが強固に接合される。また、メタライズ配線導体の表面にニッケルめっきや金めっき等のめっき金属層を被着させた後、これらのめっき金属層とメタライズ配線導体との密着を強固とするために、約600〜1000℃の温度で熱処理がなされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の配線基板によれば、メタライズ配線導体の表面にめっき金属層を被着させた後、メタライズ配線導体とめっき金属層とを強固に密着させるため等に熱処理すると、メタライズ配線導体に被着させためっき金属層にシミが発生してしまい、それによりメタライズ配線導体が腐食しやすくなったり、メタライズ配線導体と半導体素子や外部電気回路基板等との導電部材を介した良好な電気的接続が阻害されてしまうという問題点を有していた。
【０００６】
そこで、本発明者は、このような従来の問題点に鑑み鋭意研究した結果、メタライズ配線導体中に含有させた窒化アルミニウム原料粉末中に不純物として約250ｐｐｍ以下程度の硫黄が含有されており、この硫黄が焼成時にメタライズ配線導体の表面に析出して硫黄の化合物を形成し、この硫黄化合物が熱処理によりめっき金属層中に拡散してシミを発生させることをつきとめた。
【０００７】
本発明は、かかる知見に基づき案出されたものであり、その目的は、メタライズ配線導体に被着させためっき金属層にシミが発生することがなく、それによりメタライズ配線導体の腐食を有効に防止することができるとともにメタライズ配線導体と導電部材との電気的接続が良好な配線基板を提供することにある。
【０００８】
本発明の配線基板の一態様は、窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体と、硫黄分を含有する窒化アルミニウム成分、及び金属成分を含み、前記絶縁基体の表面に形成されたメタライズ配線導体と、該メタライズ配線導体における前記絶縁基体から露出する表面に被着されためっき金属層とを備えた配線基板であって、前記メタライズ配線導体は、前記絶縁基体から露出する表面の硫黄分が５ｐｐｍ以下であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の配線基板の製造方法の一態様は、窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表面に、硫黄分を含有する窒化アルミニウム成分、及び金属成分を含むメタライズ配線導体を形成して成る配線基板を準備する工程と、次に前記メタライズ配線導体における前記絶縁基体から露出する表面の硫黄分を除去する工程と、次に前記メタライズ配線導体における前記絶縁基体から露出する表面にめっき金属層を被着させる工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の配線基板によれば、めっき金属層が被着される硫黄分を含有するメタライズ配線導体について、そのメタライズ配線導体の表面の硫黄分が５ｐｐｍ以下とされていることから、メタライズ配線導体の表面のめっき金属層にシミが発生することがない。
【００１１】
また、本発明の配線基板の製造方法によれば、硫黄分を含有するメタライズ配線導体の表面の硫黄分を除去した後、メタライズ配線導体の表面にめっき金属層を被着させることから、メタライズ配線導体の表面のめっき金属層にシミが発生することがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付の図面を基に説明する。図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図中、１は絶縁基体、２はメタライズ配線導体、３はめっき金属層である。主にこれらで本発明の配線基板が構成されている。
【００１３】
絶縁基体１は、窒化アルミニウム質焼結体から成る略四角平板状であり、その上面中央部に半導体素子４を搭載するための搭載部１ａを有している。そして、この搭載部１ａには半導体素子４が搭載される。
【００１４】
なお、絶縁基体１は、通常であればその内部に不純物としての硫黄を約250ｐｐｍ程度以下含有しているが、絶縁基体１表面の硫黄分は例えば除去されて５ｐｐｍ以下とされていることが好ましい。絶縁基体１表面の硫黄分が５ｐｐｍ以下とされていることにより、メタライズ配線導体２に例えば無電解めっき法を採用してめっき金属層３を被着させる際に、絶縁基体１の表面に不要なめっき金属層が付着することを防止することができる。
【００１５】
メタライズ配線導体２は、窒化アルミニウム粉末を５〜15重量％程度含有するタングステンやモリブデン等の金属粉末メタライズから成り、絶縁基体１の搭載部１ａ周辺部から下面にかけて複数本が形成されている。このメタライズ配線導体２は、搭載部１ａに搭載される半導体素子４の各電極を外部の電気回路に電気的に接続するための導電路として機能し、その搭載部１ａ周辺部位には半導体素子４の各電極がボンディングワイヤ５等の導電部材を介して電気的に接続され、また絶縁基体１の下面に導出した部位は外部電気回路基板の配線導体に半田等の導電部材を介して電気的および機械的に接続される。
【００１６】
このメタライズ配線導体２中の窒化アルミニウム粉末には不純物として硫黄が250ｐｐｍ以下含まれており、この硫黄分がメタライズ配線導体２中に拡散している。なお、本発明の配線基板においては、メタライズ配線導体２表面の硫黄分は例えば除去されて５ｐｐｍ以下とされており、メタライズ配線導体２表面の硫黄分が５ｐｐｍ以下とされていることから、後述するように、メタライズ配線導体２にめっき金属層３を被着させた後、めっき金属層３にシミが発生することはない。
【００１７】
また、このメタライズ配線導体２の露出表面には、めっき金属層３が被着されている。めっき金属層３は、メタライズ配線導体２が酸化腐食するのを防止するとともにメタライズ配線導体２と半導体素子４や外部電気回路基板の配線導体等との導電部材を介した電気的接続性を良好なものとするために機能し、図２に要部拡大断面図で示すように、下地めっき層としてのニッケルめっき層３ａと表面めっき層としての金めっき層３ｂとから構成されている。
【００１８】
そして、本発明の配線基板によれば、メタライズ配線導体２の表面の硫黄分が５ｐｐｍ以下と少なくされていることから、メタライズ配線導体２に被着されためっき金属層３にシミが発生することはない。したがって、メタライズ配線導体２の腐食を極めて良好に防止することができるとともに、メタライズ配線導体２と半導体素子４や外部電気回路基板の配線導体等との導電部材を介した接続性を良好なものとすることができる。
【００１９】
次に、本発明の配線基板の製造方法について説明する。
【００２０】
先ず、窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表面に、硫黄分を含有するメタライズ配線導体が形成された焼成上がりの配線基板を準備する。このメタライズ配線導体は、タングステンやモリブデン等の高融点金属粉末メタライズ中に５〜15重量％程度の窒化アルミニウム粉末を配合して成り、その硫黄分は窒化アルミニウム粉末中に不純物として約250ｐｐｍ以下含有されたものである。
【００２１】
このような配線基板は、例えば窒化アルミニウム粉末に酸化エルビウム粉末や酸化イットリウム粉末等の焼成助剤を配合して成る原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合して得たセラミックスラリーを公知のドクターブレード法等を採用してシート状に成形することによって複数枚のセラミックグリーンシートを得、次にこれらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにメタライズ配線導体用の金属ペーストを所定のパターンに印刷塗布し、次にこれらのセラミックグリーンシートを上下に積層して積層体となすとともにこの積層体を約1700℃の高温で焼成することによって製作される。
【００２２】
なお、メタライズ配線導体用の金属ペーストは、タングステンやモリブデン等の金属粉末に５〜15重量％程度の窒化アルミニウム粉末・適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合して適当な粘度に調整することにより得られる。また、絶縁基体中にもこの絶縁基体用の窒化アルミニウム粉末に不純物として含有された硫黄分が約250ｐｐｍ以下含有されている。
【００２３】
次に、この焼成上がり配線基板を、例えば濃度が10〜60％で、温度が10〜40℃のしゅう酸の水溶液中に１〜10分間浸漬してメタライズ配線導体表面の硫黄分を除去する。この場合、しゅう酸等の有機酸は、硫黄の化合物を溶解するのでメタライズ配線導体表面の硫黄分が除去され、好適には５ｐｐｍ以下と少なくされる。なおこのとき、絶縁基体表面の硫黄分も同時に除去される。
【００２４】
そしてこの場合、しゅう酸の水溶液は、その濃度が10％未満では、メタライズ配線導体表面の硫黄分を良好に除去することが困難となり、他方、60％を超えると、絶縁基体表面を不要に侵食してしまう傾向にある。したがって、しゅう酸水溶液の濃度は、10〜60％の範囲が好ましい。
【００２５】
また、しゅう酸水溶液の温度が10℃未満では、メタライズ配線導体表面の硫黄分を良好に除去することが困難となる傾向にあり、他方、40℃を超えると、絶縁基体表面を不要に侵食してしまう傾向にある。したがって、しゅう酸水溶液の温度は10〜40℃の範囲が好ましい。
【００２６】
さらに、しゅう酸水溶液へ浸漬する時間が１分未満ではメタライズ配線導体表面の硫黄分を好適には５ｐｐｍ以下となるように十分に除去することが困難となる傾向にあり、他方、10分を超えると、絶縁基体表面を不要に侵食してしまう傾向にある。したがって、しゅう酸水溶液への浸漬時間は、1〜10分の範囲が好ましい。
【００２７】
なお、この実施の形態の例では、メタライズ配線導体表面の硫黄分を除去するための溶液としてしゅう酸水溶液を用いたが、クエン酸やカルボン酸・カルボン酸塩・酒石酸・マロン酸・コハク酸・グリコール酸・グルタミン酸・アルギニン・プロピオン酸・フマル酸・アスコルビン酸等の有機酸の水溶液を用いてもよい。
【００２８】
次に、この配線基板をアルコール洗浄および純水洗浄した後、乾燥させ、さらにこれを水蒸気を含有するアンモニア分解ガス雰囲気中で約900〜1100℃、好ましくは950〜1050℃の温度で熱処理して、絶縁基体の表面に厚みが400〜700オングストローム、好ましくは500〜600オングストローム程度の酸化膜を形成する。このように絶縁基体の表面に酸化膜を形成することにより絶縁基体の耐アルカリ性等が向上する。なお、メタライズ配線導体表面の硫黄分の除去は、この熱処理の前に行なうことが好ましい。熱処理の後ではメタライズ配線導体表面の硫黄分を除去するのが困難となる。
【００２９】
最後に、この配線基板のメタライズ配線導体の表面に下地めっき層としてのニッケルめっき層と表面めっき層としての金めっき層とから成るめっき金属層を公知の無電解めっき法や電解めっき法により被着させることにより、本発明の配線基板が完成する。この場合、メタライズ配線導体の表面の硫黄分が好適には５ｐｐｍ以下となるように除去されていることから、メタライズ配線導体に被着させためっき金属層に硫黄分に起因したシミが発生することはない。したがって、本発明の製造方法によれば、メタライズ配線導体の腐食を良好に防止することができるとともにメタライズ配線導体と導電部材との電気的接続を良好に行なうことが可能な配線基板を提供することができる。
【００３０】
なお、メタライズ配線導体の表面に下地めっき層としてのニッケルめっき層と表面めっき層としての金めっき層とから成るめっき金属層を例えば無電解めっき法を採用して被着させる場合であれば、先ず、メタライズ配線導体表面の硫黄分が除去された配線基板を好ましくは略中性のパラジウム活性液中に約30〜90秒間浸漬してメタライズ配線導体の表面にパラジウム触媒を付着させ、次にこの配線基板を水洗してメタライズ配線導体以外の部分に付着したパラジウム活性液を除去した後、これを例えばニッケルイオンの供給源として硫酸ニッケルを、還元剤としてジメチルアミンボランを用い、これに錯化剤として酢酸・プロピオン酸・マロン酸・コハク酸等の有機酸のうちいずれか２〜３種類のナトリウム塩を、安定剤としてチオ二酢酸・酢酸鉛を添加してなる無電解ニッケルめっき液中に浸漬してメタライズ配線導体の表面に厚みが１〜10μｍ程度の無電解ニッケルめっき層を被着させ、次に、このメタライズ配線導体の表面に無電解ニッケルめっき層が被着された配線基板を純水で洗浄した後にアンモニア分解ガス雰囲気中にて600〜1000℃の温度で熱処理し、最後に、この配線基板を例えば金の供給源としてシアン化金カリウムを用い、これに錯化剤としてエチレンジアミン４酢酸２水素を添加してなる無電解金めっき液中に浸漬して無電解ニッケルめっき層上に厚みが0.1〜３μｍ程度の無電解金めっき層を被着させればよい。
【００３１】
かくして本発明によれば、メタライズ配線導体に被着させためっき金属層にシミが発生することがなく、メタライズ配線導体の腐食を良好に防止することができるとともに、メタライズ配線導体と導電部材との接合性が良好な配線基板を提供することができる。
【００３２】
本発明の配線基板の一態様によれば、硫黄分を含有する窒化アルミニウム成分、及び金属成分を含むメタライズ配線導体について、その絶縁基体から露出する表面の硫黄分が５ｐｐｍ以下であることから、メタライズ配線導体にめっき金属層を被着させた後、めっき金属層にシミが発生することはなく、したがって、メタライズ配線導体の腐食を良好に防止することができるとともに、メタライズ配線導体と導電部材とを良好に接続することができる。
【００３３】
また、本発明の配線基板の製造方法の一態様によれば、硫黄分を含有する窒化アルミニウム成分、及び金属成分を含むメタライズ配線導体における絶縁基体から露出する表面の硫黄分を除去した後、メタライズ配線導体における絶縁基体から露出する表面にめっき金属層を被着させることから、メタライズ配線導体表面のめっき金属層にシミが発生することはない。したがって、メタライズ配線導体の腐食を有効に防止することができるとともにメタライズ配線導体と導電部材との接続性に優れる配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
２・・・・・メタライズ配線導体
３・・・・・めっき金属層

Claims

窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体と、
硫黄分を含有する窒化アルミニウム成分、及び金属成分を含み、前記絶縁基体の表面に形成されたメタライズ配線導体と、
該メタライズ配線導体における前記絶縁基体から露出する表面に被着されためっき金属層とを備えた配線基板であって、
前記メタライズ配線導体は、前記絶縁基体から露出する表面の硫黄分が５ｐｐｍ以下であることを特徴とする配線基板。
窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表面に、硫黄分を含有する窒化アルミニウム成分、及び金属成分を含むメタライズ配線導体を形成して成る配線基板を準備する工程と、
次に前記メタライズ配線導体における前記絶縁基体から露出する表面の硫黄分を除去する工程と、
次に前記メタライズ配線導体における前記絶縁基体から露出する表面にめっき金属層を被着させる工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。