JP5214179B2 - メタライズド基板およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体チップを搭載するためのメタライズド基板およびその製造方法に関する。
高融点金属からなるメタライズ層が形成されたセラミックス基板上に、半導体チップを搭載する場合、半導体チップとメタライズ層とは、ワイヤボンディングによって電気的に接続される。しかし、高融点金属からなるメタライズ層上に、Ａｕ線やＡｌ線を直接ワイヤボンディングすることはできないため、メタライズ層上にあらかじめメッキが形成されて、該メッキを介してワイヤボンディングされる。メタライズ層上に形成されるメッキとしては、例えば、無電解ニッケルメッキ、置換型金メッキ、無電解金メッキを順次形成した構造がある。
また、半導体チップをメタライズド基板上に接合するには、金テープ、ロウ材を介して半導体チップを上記メッキ上に配置し、熱処理する必要がある。しかし、この熱処理の際に、下層のニッケルメッキのニッケル成分が金メッキ中に拡散して、金メッキ表面が変色するとともに、ワイヤボンディングの接続強度が損なわれるという問題があった。
このような問題を解決することを試みたものとして、特許文献１には、高融点金属からなるメタライズ層上に、ニッケルメッキ層を形成し、これを加熱して結晶化させ、それからニッケルメッキ層上に金メッキを施すことにより、金メッキ層へのＮｉ成分の拡散を抑制することが記載されている。また、特許文献２には、加熱処理（シンタリング工程）の温度範囲を調整することによりニッケルメッキ層と金メッキ層との密着性を向上させることが記載されている。
特開平１０−６５２９７号公報 特開平１０−２１９４６９号公報
しかし、本発明者が追試したところ、ニッケルメッキ層をシンタリング処理した場合においても、半導体チップ搭載時の加熱後のワイヤボンディングの接続強度が改善している結果が得られなかった。
この原因を解析したところ、半導体チップをダイアタッチに接続するために加熱処理を行うが、その温度が高く、時間が長い場合は、前記特許文献の手法を用いても、必ずしも十分な効果が得られないことが分かり、その原因は、ニッケル成分が金メッキ層に拡散してしまうことが原因であることが判明した。
つまり短時間で半導体チップをダイアタッチに接続できる場合は良いが、複数の半導体チップを一度に実装したり、あるいは、半導体チップに不良があった場合にチップを取り外して再度実装する、いわゆるリペアを行う場合、今までの構成では耐熱性が十分とはいえなかった。
そこで、本発明は、半導体チップ搭載時の加熱後においてもワイヤボンディングの接続強度を良好なものとすることができる、新規構成のメタライズド基板を提供することを課題とする。
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
第１の本発明は、セラミックス基板（１０）上に形成された高融点金属層（２０）上に、下地ニッケルメッキ層（３０）、層状ニッケル−リンメッキ層（４０）、拡散防止メッキ層（５０）、および金メッキ層（６０）をこの順で備え、下地ニッケルメッキ層（３０）が、ニッケル金属メッキ層、ニッケル−ホウ素メッキ層、またはニッケル−コバルトメッキ層のいずれかであり、拡散防止メッキ層（５０）が、柱状ニッケル−リンメッキ層、パラジウム−リンメッキ層、パラジウム金属メッキ層のいずれかである、メタライズド基板（１００）である。
第１の本発明のメタライズド基板（１００）においては、下地ニッケルメッキ層（３０）を備えることによって、粗面な高融点金属層（２０）上にピンホールやボイドを形成せずにメッキ層を形成することができる。一方で、高融点金属層（２０）と下地ニッケルメッキ層（３０）とは高い密着力が得にくいが、下地ニッケルメッキ層（３０）を還元性雰囲気下で加熱処理を行うことで、下地ニッケルメッキ層（３０）が高融点金属層（２０）中に拡散し、高融点金属層（２０）とメッキ層との密着性を良好にすることができる。本発明における下地ニッケルメッキ層（３０）は、この加熱処理に耐えうる金属から構成されている。
また、層状ニッケル−リンメッキ層（４０）が存在することによって、下地ニッケルメッキ層（３０）および拡散防止メッキ層（５０）との密着性が良好になる。また、拡散防止メッキ層（５０）は、下層のメッキ層中のニッケル成分が金メッキ層（６０）中に拡散するのを防止することができる。以上のように、それぞれのメッキ層が特有の機能を備えることにより、本発明のメタライズド基板（１００）は、半導体チップの接合時の熱処理前、さらには熱処理後においても、ワイヤボンディング性を良好なものとすることができる。ここでワイヤボンディング性とは、Ａｌ線やＡｕ線等のワイヤーを金メッキ層上に密着性良く接続できること、および、ワイヤボンディングした際に、メッキ層間で剥離しないこと、の二つの性能をいう。
第１の本発明において、高融点金属層（２０）としては、タングステンまたはモリブデンからなる層を挙げることができる。また、下地ニッケルメッキ層（３０）は、ニッケル−ホウ素メッキ層とすることが好ましい。耐熱性の良好なニッケル−ホウ素メッキ層を形成することにより、高温で熱処理して高融点金属層（２０）との密着性を良好にできる。
第１の本発明において、拡散防止メッキ層（５０）は、柱状ニッケル−リンメッキ層とすることが好ましい。層状ニッケル−リンメッキ層（４０）上に直接金メッキ層（６０）を形成した場合は、加熱時に層状ニッケル−リンメッキ層（４０）からのニッケル成分が、金メッキ層（６０）中に拡散してしまうが、層状ニッケル−リンメッキ層（４０）上に柱状ニッケル−リンメッキ層を形成することにより、ニッケル成分の拡散を防ぐことができる。
第１の本発明において、金メッキ層（６０）は、置換型金メッキ層または置換還元型金メッキ層およびその上に形成された還元型金メッキ層の二層構成とすることができる。まず、拡散防止メッキ層（５０）上に、置換型金メッキ層または置換還元型金メッキ層を形成することによって、拡散防止メッキ層（５０）と置換型金メッキ層または置換還元型金メッキ層との密着性を良好にできる。そして、置換型金メッキ層上または置換還元型金メッキ層上に、還元型金メッキ層を形成して、所望の厚みの金メッキ層（６０）とすることができる。このようにして形成される金メッキ層（６０）の厚さは、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下とすることが好ましい。
第２の本発明は、セラミックス基板（１０）上に形成された高融点金属層（２０）上に、無電解ニッケル−ホウ素メッキ、電解ニッケル金属メッキ、または電解ニッケル−コバルトメッキを施して、下地ニッケルメッキ層（３０）を形成する工程、下地ニッケルメッキ層（３０）を形成した基板を、７００℃以上９００℃以下の還元性雰囲気下で熱処理する工程、
熱処理した下地ニッケルメッキ層（３０）上に、無電解ニッケル−リンメッキを以下の（ａ）または（ｂ）のいずれかの条件で施して、層状ニッケル−リンメッキ層（４０）を形成する工程、
（ａ）酸性ニッケル−リンメッキ浴を用いてメッキをする、
（ｂ）中性ニッケル−リンメッキ浴を用いてメッキをし、その後、４５０℃以上９００℃以下の還元性雰囲気で熱処理する、
層状ニッケル−リンメッキ層（４０）上に、以下の（ｃ）〜（ｅ）のいずれかの方法により、拡散防止メッキ層（５０）を形成する工程、
（ｃ）無電解メッキにより、中性のニッケル−リンメッキ浴を用いて、柱状ニッケル−リンメッキ層を形成する、
（ｄ）無電解パラジウム−リンメッキを施す、
（ｅ）無電解パラジウム金属メッキを施す、
拡散防止メッキ層（５０）上に無電解金メッキを施して金メッキ層（６０）を形成する工程、
を備えて構成される、メタライズド基板（１００）の製造方法である。
第２の本発明の製造方法において、下地ニッケルメッキ層（３０）を高温で熱処理することによって、高融点金属層（２０）と下地ニッケルメッキ層（３０）との密着性を向上させることができる。また、所定の方法により無電解ニッケル−リンメッキを施すことで、層状ニッケル−リンメッキ層（４０）を形成し、これにより、下地ニッケルメッキ層（３０）と拡散防止メッキ層（５０）との密着性を向上させることができる。また、所定の方法により拡散防止メッキ層（５０）を形成して、これにより、ニッケル成分が金メッキ層中に拡散することを防止できる。このように、本発明の製造方法によって、ワイヤボンディング性に優れたメタライズド基板を作製することができる。
第２の本発明において、下地ニッケルメッキ層（３０）を形成する工程は、無電解ニッケル−ホウ素メッキを施す工程であることが好ましい。
第２の本発明において、拡散防止メッキ層（５０）を形成する工程は、（ｃ）工程であることが好ましい。
第２の本発明において、金メッキ層（６０）を形成する工程は、拡散防止メッキ層（５０）上にまず置換型金メッキまたは置換還元型金メッキを施し、その後、還元型金メッキを施す二段工程とすることが好ましい。
第１の本発明のメタライズド基板においては、下地ニッケルメッキ層（３０）を備えることによって、粗面な高融点金属層（２０）上にピンホールやボイドを形成せずにメッキ層を形成することができる。一方で、高融点金属層（２０）と下地ニッケルメッキ層（３０）は高い密着力が得にくいため、下地ニッケルメッキ層を還元性雰囲気下で加熱処理を行う必要がある。この加熱処理によって、下地ニッケルメッキ層（３０）が高融点金属層（２０）中に拡散し、高融点金属層（２０）とメッキ層との密着性を良好にすることができる。本発明における下地ニッケルメッキ層（３０）は、この加熱処理に耐えうる金属から構成されている。
また、層状ニッケル−リンメッキ層（４０）が存在することによって、下地ニッケルメッキ層（３０）および拡散防止メッキ層（５０）との密着性が良好になる。また、拡散防止メッキ層（５０）は、下層のメッキ層中のニッケル成分が金メッキ層（６０）中に拡散するのを防止することができる。以上のように、それぞれのメッキ層が特有の機能を備えることにより、本発明のメタライズド基板（１００）は、半導体チップの接合時の熱処理前、さらには熱処理後においても、ワイヤボンディング性を良好なものとすることができる。ここでワイヤボンディング性とは、Ａｌ線やＡｕ線等のワイヤーを金メッキ層上に密着性良く接続できること、および、ワイヤボンディングした際に、メッキ層間で剥離しないこと、の二つの性能をいう。
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
＜メタライズド基板１００＞
図１に層構成を模式的に示したように、本発明のメタライズド基板１００は、高融点金属層２０を備えたセラミックス基板１０の高融点金属層２０上に、下地ニッケルメッキ層３０、層状ニッケル−リンメッキ層４０、拡散防止メッキ層５０、および、金メッキ層６０が順に形成された構成を有している。
（高融点金属層２０を備えたセラミックス基板１０）
セラミックス基板１０を構成するセラミックス材料は、特に限定されず、例えば、（ｉ）酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、ムライトなどの酸化物系セラミックス、（ｉｉ）窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物系セラミックス、（ｉｉｉ）炭化ケイ素などの炭化物系セラミックス、（ｉｖ）アルミナやシリカなどをベースにしたガラスセラミックスを挙げることができる。この中でも、放熱性の高い基板を作製するという観点からは、窒化アルミニウムを用いることが好ましい。
高融点金属層２０を形成する高融点金属としては、タングステン、モリブデンが挙げられる。高融点金属は、セラミックスの焼成温度と同様の高温において焼成できるという利点がある。高融点金属層２０は、基板上の所定位置に高融点金属ペーストを塗布、焼成することにより形成される。高融点金属ペーストは、高融点金属の粒子、バインダー、必要に応じて溶媒、焼結助剤等を備えて構成される通常のものを用いることができる。高融点金属ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷、カレンダー印刷等の公知の印刷方法により行うことができる。
高融点金属層２０は、既に焼成したセラミックス基板１０上に高融点金属ペーストを塗布し、乾燥、焼成するポストファイア法により形成してもよいし、セラミックス基板１０の原料であるセラミックスグリーンシート上に高融点金属ペーストを塗布、乾燥して、全体を同時に焼成するコファイア法により形成してもよい。
また、セラミックス基板１０には、内層配線が形成されていてもよいし、高融点金属からなるビアが形成されていてもよい。内層配線やビアの形成方法は、通常の方法を採用することができる。
以下、高融点金属層２０上に形成する各種メッキ層について説明する。なお、本発明のメッキとは、電子の移動により金属イオンを含む溶液から金属を析出させて金属膜を形成する方法である。そのうち、電解メッキとは、外部電源を使用して電極間に電流を流すことで陰極から電子を与え、メッキを施す方法である。一方、無電解メッキとは、外部電源を使用せずにメッキを施す方法であり、イオン化傾向を用いる置換型メッキ、還元剤を用いる自己触媒型無電解メッキ（還元型メッキ）、そして、これらを組み合わせた置換還元型メッキ等がある。本発明では、所望のメッキ層が得られるならば特に記載がない限り、メッキ液の種類や、無電解メッキあるいは電解メッキの種々の方法を限定しない。
（下地ニッケルメッキ層３０）
下地ニッケルメッキ層３０としては、ニッケル金属メッキ層、ニッケル−ホウ素メッキ層、または、ニッケル−コバルトメッキ層を挙げることができる。下地ニッケルメッキ層３０は、高融点金属層２０と層状ニッケル−リンメッキ層４０との密着性を向上させるために形成される層である。一方で、下地ニッケルメッキ層３０は還元雰囲気での加熱処理を行わなければ高融点金属層２０と高い密着力は得られないため、下地ニッケルメッキ層３０を形成したのち、加熱処理を行わなければならない。このため熱処理を行っても溶融しないような金属が求められ、耐熱性の高いニッケル金属メッキ層、ニッケル−ホウ素メッキ層、ニッケル−コバルトメッキ層が好ましい。
下地ニッケルメッキ層３０の厚みは、特に限定されないが、膜厚が薄いとその上に形成されるメッキ層を付与するための前処理でエッチングされてしまう、あるいは膜厚が厚いとメッキ膜の応力によって剥れやフクレが生じ密着力が低下する、という観点から、０．２μｍ以上、２．５μｍ以下とすることが好ましい。
ニッケル−ホウ素メッキ層を形成する場合は、還元剤としてジメチルアミンボランを使用する無電解メッキが採用され、ニッケル金属メッキ層およびニッケル−コバルトメッキ層を形成する場合では、電解メッキが採用される。
上記で作製した下地ニッケルメッキ層３０を形成した基板は、７００℃以上９００℃以下の還元性雰囲気で熱処理される。熱処理することにより、高融点金属層２０に下地ニッケルメッキ層３０が拡散し密着性が向上する。また、上記下地ニッケルメッキ層３０を構成する材料は、このような高温での熱処理に耐えうる耐熱性を備えた材料である。本明細書において還元性雰囲気とは、水素あるいは窒素−水素等の還元性ガスの存在下をいう。熱処理の時間は、特に限定されないが、７００℃以上の高温下で５分〜１５０分である。
（層状ニッケル−リンメッキ層４０）
下地ニッケルメッキ層３０上には、層状ニッケル−リンメッキ層４０が形成される。層状ニッケル−メッキ層４０は、下地ニッケルメッキ層３０と、その上の拡散防止メッキ層５０との密着性を良好にするための層である。例えば、上記した下地ニッケルメッキ層３０の上に直接拡散防止メッキ層５０を形成したとすると、ワイヤボンディング時において下地ニッケルメッキ層３０と拡散防止メッキ層５０との間の密着性が十分なものとならず、層間で剥離する場合がある。あるいは、拡散防止メッキ層５０上への金メッキ処理において拡散防止メッキ層５０が浸食され、金メッキ液が下地ニッケルメッキ層３０を浸食し層間で剥離する場合がある。特に、拡散防止メッキ層５０を下記に詳述する柱状ニッケル−リンメッキ層とすることにより、高い耐熱性が得られることが分ったが、この柱状ニッケル−リンメッキ層は無電解金メッキ層によって浸食されやすく、層状ニッケル−リンメッキ層４０が形成されていなければ、浸食された部分を起点にワイヤボンディングで剥がれが発生し易い場合があった。層状ニッケル−リンメッキ層４０は、このような層間剥離を防止することができる。
層状ニッケル−リンメッキ層４０の断面図を図２に示した。図２は、５０００倍の電子顕微鏡写真である。図２においては、高融点金属層２０の上に、下地ニッケルメッキ層（ニッケル−ホウ素メッキ層）３０が形成され、その上に、層状ニッケル−リンメッキ層４０が形成され、その上に金メッキ層６０が形成されている。
層状ニッケル−リンメッキ層４０の厚みは、特に限定されないが、下地ニッケルメッキ層はリンを含まないため金メッキ処理液と接触すると浸食され易いという問題があり、金メッキ処理液から下地ニッケルメッキ層を保護するという観点から、０．５μｍ以上、５μｍ以下とすることが好ましい。
層状ニッケル−リンメッキ層４０は、次亜リン酸ナトリウムを還元剤として使用した無電解メッキによる二種類の方法により形成することができる。第１の方法は、酸性のニッケル−リンメッキ浴を用いてメッキをする方法である。メッキ浴のｐＨは、好ましくは３．５〜５．５、より好ましくは４．０〜５．３とされる。第２の方法は、中性のニッケル−リンメッキ浴を用いてメッキをし、その後、４５０℃以上９００℃以下の還元性雰囲気下において熱処理する方法である。なお、「中性」とは、後で説明する拡散防止メッキ層５０の場合と同様である。熱処理の時間は特に限定されないが、例えば、４５０℃以上の高温下で３分〜１２０分とすることができる。
（拡散防止メッキ層５０）
層状ニッケル−リンメッキ層４０の上には、拡散防止メッキ層５０が形成される。拡散防止メッキ層５０は、柱状ニッケル−リンメッキ層、パラジウム−リンメッキ層、パラジウム金属メッキ層のいずれかであり、いずれの層も、下層のニッケル成分が金メッキ層６０中に拡散するのを防止することができる。
拡散防止メッキ層５０の厚みは、特に限定されないが、密着性・経済性の点から、０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下とすることが好ましい。
柱状ニッケル−リンメッキ層は、無電解メッキにより、中性のニッケル−リンメッキ浴を用いて形成することができる。中性とは、ｐＨ５．６〜７．３、好ましくはｐＨ６．０〜７．０の溶液を指し、このｐＨの溶液を用いることで柱状のニッケル−リン膜を形成することができ好ましい。この柱状ニッケル−リンメッキ層の断面図を図３に示した。図３は、５０００倍の電子顕微鏡写真である。図３においては、高融点金属層２０の上に、下地ニッケルメッキ層（ニッケル−ホウ素メッキ層）３０が形成され、その上に、拡散防止メッキ層（柱状ニッケル−リンメッキ層）５０が形成され、その上に金メッキ層６０が形成されている。図２および図３を比較するとわかるように、層状ニッケル−リンメッキ層（図２）と柱状ニッケル−リンメッキ層（図３）とでは、明らかに層構造が異なっており、図２の層状ニッケル−リンメッキ層では、断面が均一であるのに対して、図３の柱状ニッケル−メッキ層においては、図示上下方向に伸びた柱が左右に複数並んだ形状となっている。本発明者らは、このように構造の異なるニッケル−リンメッキ層がそれぞれ異なる性能を発揮することに着目して、それぞれの性能を利用して本発明を完成させた。
パラジウム−リンメッキ層は、メッキ液中のパラジウムイオンを還元剤の働きによって、層状ニッケル−リンメッキ層４０表面にパラジウム皮膜を析出させるものであればよく、特に限定しない。また、パラジウム金属メッキ層は、層状ニッケル−リンメッキ層４０のニッケルとめっき液中のパラジウムイオンの置換反応によってパラジウム皮膜を形成するものであればよく、特に限定しない。
（金メッキ層６０）
拡散防止メッキ層５０上には、金メッキ層６０が形成される。金メッキには、純金メッキの他、金を主成分とする金合金からなるメッキも含まれる。金メッキ層６０はメッキの最表層であり、この上に半導体チップが接合されたり、ワイヤボンディングされたりする。金メッキ層６０の厚みは、特に限定されないが、ワイヤボンディング性、経済性の点から、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下とすることが好ましい。
金メッキ層６０は、無電解メッキにより形成され、置換型、還元型、または、これらを組み合わせた置換還元型のいずれも採用できる。置換型メッキまたは置換還元型メッキの場合は、拡散防止メッキ層５０との密着性が良好となるという利点がある。また、還元型メッキの場合は、層厚を厚くできるという利点がある。よって、まず、置換型メッキまたは置換還元型メッキにより薄層の金メッキ層を形成し、その上に還元型メッキをするという二段工程を採用することにより、層厚が厚くかつ密着性が良好な金メッキ層６０を形成できる。
＜メタライズド基板１００の製造方法＞
本発明のメタライズド基板１００の製造方法は、セラミックス基板１０上に形成された高融点金属層２０上に、下地ニッケルメッキ層３０を形成する工程、所定条件で熱処理する工程、層状ニッケル−リンメッキ層４０を形成する工程、拡散防止メッキ層５０を形成する工程、および金メッキ層６０を形成する工程、を備えて構成される。各工程の詳細は、以上において説明した通りである。
本発明のメタライズド基板１００は、半導体チップを搭載して使用される。半導体チップ搭載時の加熱後においてもワイヤボンディングの接続強度を良好なものとすることができる。
＜実施例＞
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
平均粒径１．５μｍの窒化アルミニウム粉末および焼結助剤として酸化イットリウムを添加し焼結して得た窒化アルミニウム焼結体基板からなる原料基板を準備した。また、平均粒径２μｍのタングステン粉末を８６質量％、一次平均粒径０．６μｍの窒化アルミニウム粉末を７質量％、酸化イットリウム粉末を１質量％、他にバインダーとしてエチルセルロース、可塑剤、分散剤を加え、自動乳鉢、続いて三本ロールミルにて混練を行い粘度１２０Ｐａ・ｓの高融点金属ペーストを準備した。
窒化アルミニウム焼結基板上にスクリーン印刷法にて高融点金属ペーストを印刷し、□２ｍｍのパターン領域を持つ所定のパターンを縦２４列、横２４列にて印刷した。これを、水素ガス雰囲気中、８５０℃で２時間脱脂を行い、さらに、１７５０℃で４時間焼成を行い、表面に高融点金属層を有する基板を得た。
上記のようにして得られた基板の高融点金属層上に、無電解メッキシステムを用いてニッケル−ホウ素膜を１．２μｍ被覆し、水素ガス雰囲気中、８５０℃で２時間加熱処理を行い、下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行ったのち、ｐＨ５．０の無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層を形成した。さらに、層状ニッケル−リンメッキ層の上に、無電解パラジウム−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．１５μｍのパラジウム−リンメッキ層を形成した。
そして、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．３μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
耐熱性を評価するために、得られたメタライズド基板を３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施し、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り破壊モードを確認した。結果を表１に示すが良好なワイヤーボンド性を有していた。２０点のうち不着であったものはなく、全てワイヤーがネック切れしていた。
（実施例２）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行い、ｐＨ６．５の中性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの柱状ニッケル−リンメッキ層を形成し、水素ガス雰囲気中、５００℃で５分熱処理を行い、これを２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層とした。さらに、無電解パラジウム−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．１５μｍのパラジウム−リンメッキ層を形成した。そして、無電解置換金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．３μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施し、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り破壊モードを確認した。結果を表１に示すが良好なワイヤーボンド性を有していた。
（実施例３）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行い、ｐＨ５．０の酸性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層を形成した。さらに、ｐＨ６．５の中性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．３μｍの柱状ニッケル−リンメッキ層を形成した。そして、無電解置換金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．５μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施し、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り破壊モードを確認した。結果を表１に示すが良好なワイヤーボンド性を有していた。
（実施例４）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行い、ｐＨ６．５の中性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの柱状ニッケル−リンメッキ層を形成し、水素ガス雰囲気中、５００℃で５分熱処理を行い、これを２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層とした。さらに、ｐＨ６．５の中性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．３μｍの柱状ニッケル−リンメッキ層を形成した。そして、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．５μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施し、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り破壊モードを確認した。結果を表１に示すが良好なワイヤーボンド性を有していた。
（実施例５）
実施例１と同様にして、高融点金属を有するメタライズド基板を作製した。その後、電極にニッケル電極を用いたバレル電解メッキで、高融点金属層上にニッケル膜を１．２μｍ被覆し、水素ガス雰囲気中、８５０℃で２時間加熱処理を行い下地ニッケルメッキ層を形成した。
そして、酸洗浄を行った後、ｐＨ５．０の無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層を形成した。さらに、無電解パラジウム−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．１５μｍのパラジウム−リンメッキ層を形成した。最後に、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．３μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施し、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り破壊モードを確認した。結果を表１に示すが良好なワイヤーボンド性を有していた。
（実施例６）
実施例１と同様に高融点金属を有するメタライズド基板を作製した。その後、電極にコバルト含有のニッケル電極を用いてバレル電解メッキで、高融点金属層上にニッケル−コバルト膜を１．２μｍ被覆し、水素ガス雰囲気中、８５０℃で２時間加熱処理を行ない下地ニッケルメッキ層を形成した。
そして、酸洗浄を行った後、ｐＨ５．０の無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層を形成した。さらに、無電解パラジウム−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．１５μｍのパラジウム−リンメッキ層を形成した。最後に、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．３μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を３５０℃、大気中１０分間で加熱した後、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施し、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り破壊モードを確認した。結果を表１に示すが良好なワイヤーボンド性を有していた。
（実施例７）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、実施例１と同様に、２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層を形成した。さらに、ニッケル−リンメッキ層上に、置換タイプの無電解パラジウムメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．１μｍのパラジウムメッキ層を形成した。最後に、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．３μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施し、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り破壊モードを確認した。結果を表１に示すが良好なワイヤーボンド性を有していた。
（比較例１）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行い、ｐＨ６．５の中性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの柱状ニッケル−リンメッキ層を形成した。そして、拡散防止メッキ層を形成せずに、無電解置換金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．５μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施した。ワイヤーは正常に打てたが、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り試験を行ったところ、２０点のうち２点において、ニッケル−ホウ素メッキ層とニッケル−リンメッキ層との界面で膜剥がれが発生した。
（比較例２）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行い、ｐＨ６．５の中性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、０．３μｍの柱状ニッケル−リンメッキ層を形成した。そして、無電解置換金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．５μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施した。ワイヤーは正常に打てたが、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り試験を行ったところ、２０点のうち８点において、ニッケル−ホウ素メッキ層とニッケル−リンメッキ層との界面で膜剥がれが発生した。
（比較例３）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行い、ｐＨ５．０の酸性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層を形成した。そして、拡散防止メッキ層を形成せずに、無電解置換金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．５μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施した。ワイヤーが正常に打てない箇所が２０点中１５点発生した。また、ワイヤーが正常に打てた５点について、ワイヤーの引張り試験を行ったところ、３点がワイヤーとメッキ層との間で剥がれが発生した。
（比較例４）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行い、ｐＨ５．０の酸性無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層を形成した。そして、拡散防止メッキ層を形成せずに、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．５μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施した。ワイヤーが正常に打てない箇所が２０点中８点発生した。また、ワイヤーが正常に打てた１２点について、ワイヤーの引張り試験を行ったところ、８点がワイヤーとメッキ層との間で剥がれが発生した。
（比較例５）
実施例１と同様に高融点金属を有するメタライズ基板を作製した。その後、下地ニッケルメッキ層を形成せずに、高融点金属層上に、ｐＨ５．０の無電解ニッケル−リンメッキ液を用いて、２μｍの層状ニッケル−リンメッキ層を形成した。さらに、ニッケル−リンメッキ層上に、無電解パラジウム−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．１５μｍのパラジウム−リンメッキ層を形成した。そして、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．３μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施し、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り破壊モードを確認した。結果を表１に示すがワイヤーとメッキ膜の間で剥がれが発生した（２０点のうち全数が不着であった。）。また、３５０℃、大気中１０分間で加熱したサンプルを確認したところ、メッキ層にフクレが生じていた。
（比較例６）
実施例１と同様に、高融点金属を有するメタライズ基板を作製した。その後、無電解メッキシステムを用いて、２μｍのニッケル−ホウ素メッキ層を形成した。さらに、ニッケル−ホウ素メッキ層上に、無電解パラジウム−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．１５μｍのパラジウム−リンメッキ層を形成した。そして、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．３μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施した。２０点全てでワイヤーが正常に打てなかった。これらサンプルは、ワイヤーを打った際にニッケル−ホウ素メッキ層とパラジウム−リンメッキ層界面、あるいはニッケル−ホウ素メッキ層間で膜剥れが発生していた。
（比較例７）
実施例１と同様にして、高融点金属層を有する基板を作製し、高融点金属層上に実施例１と同様に下地ニッケルメッキ層を形成した。その後、酸洗浄を行ったのち、無電解メッキシステムを用いて、２μｍのニッケル−ホウ素メッキ層を形成した。さらに、無電解パラジウム−リンメッキ液を用いて、拡散防止メッキ層として０．１５μｍのパラジウム−リンメッキ層を形成した。そして、無電解置換還元金メッキ液および還元金メッキ液を用いて、０．３μｍの金メッキ層を形成し、メタライズド基板を作製した。
得られたメタライズド基板を、３５０℃、大気中１０分間で加熱したのち、２５μｍの金線を用いてワイヤーボンドを２０点実施した。ワイヤーは正常に打てたが、ワイヤーボンド後、ワイヤーの引張り試験を行ったところ、２０点のうち５点において、ニッケル−ホウ素メッキ層とパラジウム−リンメッキ層との界面、あるいはニッケル−ホウ素メッキ層間で膜剥がれが発生した。
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うメタライズド基板、メタライズド基板の製造方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
本発明のメタライズド基板１００の層構成を示す模式図である。 層状ニッケル−リンメッキ層の断面図である。 柱状ニッケル−リンメッキ層の断面図である。
符号の説明
１０ セラミックス基板
２０ 高融点金属層
３０ 下地ニッケルメッキ層
４０ 層状ニッケル−リンメッキ層
５０ 拡散防止メッキ層
６０ 金メッキ層
１００ メタライズド基板

Claims (8)

  1. セラミックス基板上に形成された高融点金属層上に、下地ニッケルメッキ層、層状ニッケル−リンメッキ層、拡散防止メッキ層、および金メッキ層をこの順で備え、
    前記下地ニッケルメッキ層が、ニッケル金属メッキ層、ニッケル−ホウ素メッキ層、またはニッケル−コバルトメッキ層のいずれかであり、
    前記拡散防止メッキ層が、柱状ニッケル−リンメッキ層である、
    メタライズド基板。
  2. 前記高融点金属層が、タングステンまたはモリブデンからなる層である、請求項１に記載のメタライズド基板。
  3. 前記下地ニッケルメッキ層が、ニッケル−ホウ素メッキ層である、請求項１または２に記載のメタライズド基板。
  4. 前記金メッキ層が、置換型金メッキ層または置換還元型金メッキ層、およびその上に形成された還元型金メッキ層の二層構成である、請求項１〜３のいずれかに記載のメタライズド基板。
  5. 前記金メッキ層の膜厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載のメタライズド基板。
  6. セラミックス基板上に形成された高融点金属層上に、無電解ニッケル−ホウ素メッキ、電解ニッケル金属メッキ、または電解ニッケル−コバルトメッキを施して、下地ニッケルメッキ層を形成する工程、
    前記下地ニッケルメッキ層を形成した基板を、７００℃以上９００℃以下の還元性雰囲気下で熱処理する工程、
    前記熱処理した下地ニッケルメッキ層上に、無電解ニッケル−リンメッキを以下の（ａ）または（ｂ）のいずれかの条件で施して、層状ニッケル−リンメッキ層を形成する工程、
    （ａ）酸性ニッケル−リンメッキ浴を用いてメッキをする、
    （ｂ）中性ニッケル−リンメッキ浴を用いてメッキをし、その後、４５０℃以上９００℃
    以下の還元性雰囲気で熱処理する、
    前記層状ニッケル−リンメッキ層上に、以下の（ｃ）の方法により、拡散防止メッキ層を形成する工程、
    （ｃ）無電解メッキにより、中性のニッケル−リンメッキ浴を用いて、柱状ニッケル−リンメッキ層を形成する、
    前記拡散防止メッキ層上に無電解金メッキを施して金メッキ層を形成する工程、
    を備えて構成される、メタライズド基板の製造方法。
  7. 前記下地ニッケルメッキ層を形成する工程が、無電解ニッケル−ホウ素メッキを施す工程である、請求項６に記載のメタライズド基板の製造方法。
  8. 前記金メッキ層を形成する工程が、前記拡散防止メッキ層上にまず置換型金メッキまたは置換還元型金メッキを施し、その後、還元型金メッキを施す二段工程である、請求項６または７に記載のメタライズド基板の製造方法。
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