JP6477386B2 - めっき付パワーモジュール用基板の製造方法 - Google Patents

めっき付パワーモジュール用基板の製造方法 Download PDF

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本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板であって、回路層に無電解めっきを施しためっき付パワーモジュール用基板の製造方法に関する。
従来のパワーモジュール用基板として、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム又は銅からなる回路層が積層されるとともに、他方の面にアルミニウムからなる金属層が積層されたものが知られている。また、このパワーモジュール用基板の金属層に放熱板が接合され、回路層の上に半導体チップ等の電子部品がはんだ付けされ、パワーモジュールが製造される。
この種のパワーモジュール用基板においては、はんだ濡れ性を向上させて電子部品との接合性を高めるために、回路層の表面にめっき処理が施される。この場合、セラミックス基板を挟んで配置される回路層と金属層のうちの一方の層だけにめっきを行うために、めっきを形成したくない部分には部分的にマスキング処理を行い、マスキング部分へのめっきの形成を防止して部分的にめっきをすることが行われている。
このようなマスキング技術としては、めっきの形成を防止する部分にめっきレジストやマスキングテープ等のマスキング材を形成しておく方法が一般的であるが、特許文献1及び特許文献2に記載されているように、マスキング材を使用せずに通電を利用した方法が知られている。
特許文献1には、金属板(I)の主面の少なくとも片面に、絶縁層を介して別の金属板(II)が配置された板状金属に、めっき液と逆極性の電流を流し、金属板(II)に
部分的に無電解めっきを施すことが記載されている。
また、特許文献2には、絶縁層を挟む第1、第2アルミニウム電極層のうち、第1アルミニウム電極板にのみ部分的にめっきを行うために、第2アルミニウム電極層に亜鉛析出防止用の電位を印加した状態でジンケート処理を行うことにより、第1アルミニウム電極層のみに亜鉛置換膜を形成することが記載されており、その後に無電解めっき処理を施すことによって、第1アルミニウム電極層のみに無電解ニッケル被膜を形成することとしている。
特開2003‐183842号公報 特開2012‐237038号公報
しかし、特許文献1又は特許文献2に記載されるように、めっき処理時に被処理物に電位をかける方法では、めっきが施される回路層の表面全体にめっきが析出することから、回路層の電子部品の搭載面である上面以外の側面等の不要な部分にも、めっきが形成されることとなる。回路層側面へのめっき析出を防止するために、回路層側面にめっきレジストやマスキングテープ等のマスキング材を形成することが考えられるが、回路層の厚さが比較的薄いため、手作業でマスキング作業をしなければならず手間が掛かってしまう問題があった。また、パワーモジュールには、耐久性を上げるために樹脂モールド封止が施されるが、パワーモジュール用基板の不要な部分にめっきが形成されていると、そのめっき部分によりモールド樹脂とパワーモジュール用基板との密着性が阻害され、樹脂モールドの剥離を生じさせるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回路層の側面等の不要な部分へのめっき析出を抑制しつつ、容易にめっき処理を施すことができるめっき付パワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記アルミニウム回路層にめっきを施して、めっき付パワーモジュール用基板を製造する方法であって、無電解めっき液に対する耐薬品性を有する枠状の弾性カバー部材の開口孔に、前記アルミニウム回路層を嵌め込むことにより、前記開口孔から前記アルミニウム回路層の上面を露出させた状態で、該開口孔の内周面と前記アルミニウム回路層の側面とを密着させておき、前記弾性カバー部材を装着した前記パワーモジュール用基板の前記アルミニウム金属層に正電位を印加した状態で、前記パワーモジュール用基板を無電解めっき液中に浸漬して、前記アルミニウム回路層の上面に無電解めっき被膜を形成するめっき処理工程を有することを特徴とする。
弾性カバー部材の開口孔にアルミニウム回路層を嵌め込んで密着させることで、アルミニウム回路層の上面を開口孔から露出させた状態で、アルミニウム回路層の側面のみを弾性カバー部材で覆った状態とすることができる。そして、このように弾性カバー部材をパワーモジュール用基板に装着した状態で無電解めっき液に浸漬させることで、弾性カバー部材で覆われたアルミニウム回路層の側面へのめっき反応を抑制することができ、アルミニウム回路層の上面のみに無電解めっきを施すことができる。なお、弾性カバー部材は、その弾性を利用してパワーモジュール用基板に装着しているので、めっき処理工程後に容易に取り外すことができる。
一方、アルミニウム金属層には正電位が印加されていることから、パワーモジュール用基板を無電解めっき液中に浸漬させた際に、アルミニウム金属層へのめっき反応を抑制することができる。
したがって、アルミニウム回路層側面へのめっきレジスト塗布工程や、マスキングテープによるマスキング工程等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、アルミニウム回路層の側面及びアルミニウム金属層へのめっきの形成を防止でき、簡素化された工程により、アルミニウム回路層の上面のみに無電解めっき被膜を形成することができる。
この場合、アルミニウム金属層に電位を印加する方法は、定電流、定電圧のどちらでも構わないが、定電圧で行うことが好ましい。定電流で行う場合は、電流密度を一定にするために、アルミニウム金属層のサイズごとに、その表面積を考慮して電位を印加する必要があり、作業が複雑になるからである。
また、アルミニウム回路層上面に部分的にめっきをする場合には、めっきレジストの印刷を併用することで、部分めっきを行うことができる。
本発明のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法において、前記正電位の印加電圧は、0.1V以上5V以下とされているとよい。
アルミニウム金属層への印加電圧が0.1V未満では、アルミニウム金属層への無電解めっきの析出を完全に防止することが難しくなる。一方、アルミニウム金属層の印加電圧が5Vを超えると、アルミニウムの酸化膜が脆くなり無電解めっき液に溶出するおそれがある。
また、ヒートシンク材として銅を使用する場合には、0.1V以上1.5V以下とするとよい。
1.5Vを超えると、銅が無電解めっき液に溶出するおそれがある。
本発明のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法において、前記パワーモジュール用基板には、前記アルミニウム金属層に銅又はアルミニウムからなるヒートシンクが接合されている。
アルミニウム金属層とヒートシンクとは導通がとれているので、アルミニウム金属層及びヒートシンクのいずれかに正電位を印加しても、ヒートシンクとアルミニウム金属層とを同電圧とすることができる。したがって、アルミニウム金属層とヒートシンクとの局部的な電池反応も防止でき、アルミニウム回路層の上面のみに無電解めっき被膜を形成することができる。
本発明のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法において、前記弾性カバー部材は、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、シリコンゴム又はフッ素系ゴムのいずれかにより形成されているとよい。
特に、シリコンゴム及びフッ素系ゴムは優れた耐薬品性を有するので、本発明のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法に、好適に用いることができる。
本発明によれば、弾性カバー部材を用いた物理的なマスキングと、正電位を印加することによる通電マスキングとを組み合わせることで、アルミニウム回路層の側面等不要な部分にめっきを析出させることなく、容易にアルミニウム回路層の上面のみに部分的な無電解めっき被膜を形成することができる。
本発明の第1実施形態の製造方法におけるめっき処理工程を説明する模式図である。 本発明の第1実施形態の製造方法を説明する模式図であり、パワーモジュール用基板の断面図である。 本発明の第2実施形態の製造方法を説明する模式図であり、パワーモジュール用基板の断面図である。 本発明の第3実施形態の製造方法を説明する模式図であり、パワーモジュール用基板の断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図2(b)は、本発明の第1実施形態のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法により製造されるめっき付パワーモジュール用基板100Aを示しており、このめっき付パワーモジュール用基板100Aは、セラミックス基板11の一方の面に複数のアルミニウム回路層12が接合され、他方の面にアルミニウム金属層13が接合されており、アルミニウム回路層12の上面12aに無電解めっき被膜15が形成されている。
セラミックス基板11は、アルミニウム回路層12とアルミニウム金属層13との間の電気的接続を防止するものであって、AlN(窒化アルミニウム)、Si(窒化珪素)、Al(アルミナ)等のセラミックス材料により矩形状に形成され、例えば0.2mm〜1mmの厚みとされている。
アルミニウム回路層12とアルミニウム金属層13は、純度99.00質量%以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金により形成され、例えば0.1mm〜5mmの厚みとされ、通常はセラミックス基板11より小さい矩形状に形成される。そして、これらアルミニウム回路層12とアルミニウム金属層13とは、セラミックス基板11に、Al‐Si系、Al‐Ge系、Al‐Cu系、Al‐Mg系、又はAl‐Mn系等の合金のろう材により接合される。また、アルミニウム回路層12とアルミニウム金属層13は、それぞれプレス加工により所望の外形に打ち抜いたものをセラミックス基板11に接合するか、あるいは平板状のものをセラミックス基板11に接合した後に、エッチング加工により所望の外形に形成するか、いずれかの方法を採用することができる。
なお、各部材の好ましい組み合わせ例としては、セラミックス基板11が厚み0.635mmのAlN、アルミニウム回路層12が厚み0.4mmの純アルミニウム板(純度99.99質量%以上の4N‐Al)、アルミニウム金属層13が厚み0.4mmの純アルミニウム板(純度99.99質量%以上の4N‐Al)で構成される。そして、このめっき付パワーモジュール用基板100Aのアルミニウム回路層12には、所望の回路パターンが形成されており、そのアルミニウム回路層12の上面12aに無電解めっき被膜15が形成されている。この無電解めっき被膜15は、例えばNiPめっきにより、例えば厚み1μm〜9μmに形成される。
次に、本実施形態のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法について説明する。
(パワーモジュール用基板形成工程)
セラミックス基板11の各面にろう材を介してアルミニウム回路層12及びアルミニウム金属層13となるアルミニウム板を積層し、これらの積層構造体を積層方向に加圧した状態で加熱し、ろう材を溶融させることによってアルミニウム回路層12及びアルミニウム金属層13となるアルミニウム板をそれぞれセラミックス基板11に接合し、アルミニウム回路層12とアルミニウム金属層13とを有するパワーモジュール用基板10を形成する。具体的には、ろう材としてAl‐7質量%Siろう材を用い、真空雰囲気中で610℃以上650℃以下の温度で1分〜60分加熱することにより、セラミックス基板11にアルミニウム回路層12及びアルミニウム金属層13となるアルミニウム板を接合する。
(めっき前処理工程)
パワーモジュール用基板10のアルミニウム回路層12の表面に存在する油分やアルミニウム酸化物等の不純物を除去するために、脱脂及びアルカリエッチング処理を行う。
(ジンケート処理工程)
無電解めっき被膜15とアルミニウム回路層12との密着性を確保するため、めっき処理工程の前に、アルミニウム回路層12の表面を亜鉛(Zn)で被覆するジンケート処理を施す。この際、パワーモジュール用基板10をジンケート液に浸漬させる前に、図2(a)に示すように、ジンケート液や無電解めっき液に対する耐薬品性を有する枠状の弾性カバー部材20Aを、パワーモジュール用基板10に装着しておく。弾性カバー部材20Aは、その開口孔21にアルミニウム回路層12を嵌め込むことにより、開口孔21からアルミニウム回路層12の上面12aを露出させた状態で、開口孔21の内周面とアルミニウム回路層12の側面12bとを密着させて取り付けられる。また、アルミニウム回路層12に隣接するセラミックス基板11の周縁部に、弾性カバー部材20Aの爪部22を引っ掛けることで、セラミックス基板11の周縁部と弾性カバー部材20Aの爪部22とが密着した状態で取り付けられる。これにより、アルミニウム回路層12の側面12bが弾性カバー部材20Aにより覆われた状態となり、アルミニウム回路層12の上面12aのみを開口孔21から露出させた状態とすることができる。
弾性カバー部材20Aの材料としては、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、シリコンゴム又はフッ素系ゴムを好適に用いることができる。これらのシリコンゴム及びフッ素系ゴムは、耐薬品性を有することから、ジンケート処理工程だけでなく、ジンケート処理後のめっき処理工程においても、好適に用いることができる。
そして、弾性カバー部材20Aをパワーモジュール用基板10に装着した状態で、パワーモジュール用基板をジンケート液に浸漬させる。この際、アルミニウム金属層13のアルミニウムにジンケート液中の亜鉛が反応することを抑制するために、アルミニウム金属層13に0.1V以上5V以下の正電位を印加した状態で、パワーモジュール用基板10をジンケート液に浸漬する。これにより、ジンケート液に曝されるアルミニウム回路層12の上面12aのアルミニウムにジンケート液中の亜鉛が反応し、アルミニウムが溶解して表面に亜鉛が置換析出され、アルミニウム回路層12の上面12aに亜鉛被膜が形成される。一方、アルミニウム回路層12の側面12bは弾性カバー部材20Aにより覆われており、アルミニウム金属層13には正電位が印加されていることから、アルミニウム回路層12の側面12b及びアルミニウム金属層13の表面への亜鉛の置換析出を抑制することができる。
このジンケート処理は、具体的には、パワーモジュール用基板10をジンケート液に30秒〜60秒浸漬させることにより行われる。
なお、ジンケート処理は、2回以上に分けて行ってもよい。1回目のジンケート処理で被覆される亜鉛被膜は粒子が大きい状態であるので、一度、亜鉛被膜を剥離するジンケート剥離処理を施した後に、2回目のジンケート処理を行うことにより、亜鉛粒子が微細な状態で亜鉛被膜が形成される。亜鉛粒子が微細な状態で亜鉛被膜が形成されることにより、アルミニウム回路層12とニッケルめっきとの密着性をより向上させることができる。なお、ジンケート剥離処理には、10vol%〜50vol%硝酸を用いることができる。
(めっき処理工程)
そして、ジンケート処理後のパワーモジュール用基板10を水洗した後、図1に示すように、無電解めっき液60(NiPめっき液)に浸漬することによって、NiPめっき液60中で亜鉛被膜(Zn)をニッケル(Ni)に置換させ、置換されたニッケルを触媒としてめっき反応を進行させることにより、アルミニウム回路層12上に無電解めっき被膜15を形成する。この際、弾性カバー部材20Aをパワーモジュール用基板10から取り外すことなく、一連の作業中、すなわちジンケート処理、水洗処理及びめっき処理において、弾性カバー部材20Aはパワーモジュール用基板10に装着した状態とされる。そして、めっき処理工程では、アルミニウム金属層13へのめっき反応を抑制するために、アルミニウム金属層13に0.1V以上5V以下の正電位を印加した状態で、パワーモジュール用基板10をNiPめっき液60中に浸漬する。
具体的には、図1に示すように、電源65の正極にパワーモジュール用基板10のアルミニウム金属層13を接続するとともに、電源65の負極に電極63を接続してアルミニウム金属層13を通電状態とする。電極63は、あらかじめめっき槽61に貯留されたNiPめっき液60に浸漬しておき、アルミニウム金属層13がNiPめっき液60に浸漬されると同時に正電位を印加した状態とする。これにより、正電位が印加されたアルミニウム金属層13へのめっき反応を抑制することができる。また、アルミニウム回路層12の側面12bは、弾性カバー部材20Aで覆われた状態であるので、アルミニウム回路層12の上面12aのみに無電解めっき被膜15を形成することができる。
この場合、アルミニウム金属層13への印加電圧が0.1V未満では、アルミニウム金属層13へのめっきの析出を完全に防止することが難しくなる。一方、アルミニウム金属層13の印加電圧が5Vを超えると、アルミニウム金属層13が無電解めっき液に溶出するおそれがある。
なお、アルミニウム金属層13に電位を印加する方法は、定電流、定電圧のどちらでも構わないが、定電圧で行うことが好ましい。定電流で行う場合は、電流密度を一定にするために、アルミニウム金属層13のサイズごとに、その表面積を考慮して行う必要があり、作業が煩雑となるからである。
なお、弾性カバー部材20A、その弾性を利用してパワーモジュール用基板10に装着されているので、めっき処理工程後に容易に取り外すことができる。
そして、アルミニウム回路層12の上面12aに無電解めっき被膜15が形成されためっき付パワーモジュール用基板100Aには、図2(b)に示すように、その上面12aに電子部品50がはんだ付けされ、電子部品50とアルミニウム回路層12との間がボンディングワイヤ等(図示略)で接続されて、パワーモジュールが製造される。
このように、本実施形態のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法においては、弾性カバー部材20Aの開口孔21にアルミニウム回路層12を嵌め込んで密着させることで、アルミニウム回路層12の上面12aを開口孔21から露出させた状態で、アルミニウム回路層12の側面12bのみを弾性カバー部材20Aで覆った状態とすることができる。そして、このように弾性カバー部材20Aをパワーモジュール用基板10に装着した状態で無電解めっき液60に浸漬させることで、弾性カバー部材20Aで覆われたアルミニウム回路層12の側面12bへのめっき反応を抑制することができ、アルミニウム回路層12の上面12aのみにめっき処理を施すことができる。
一方、アルミニウム金属層13には正電位が印加されていることから、パワーモジュール用基板10を無電解めっき液60中に浸漬させた際に、アルミニウム金属層13へのめっき反応を抑制することができる。
したがって、アルミニウム回路層側面へのめっきレジスト塗布工程や、マスキングテープによるマスキング工程等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、アルミニウム回路層12の側面12b及びアルミニウム金属層13へのめっきの形成を防止でき、簡素化された工程により、アルミニウム回路層12の上面12aのみに無電解めっき被膜15を形成することができる。
また、上記の第1実施形態では、セラミックス基板11の両面にアルミニウム回路層12とアルミニウム金属層13とを接合した後に、パワーモジュール用基板10にめっき処理を施すこととしていたが、図3に示すように、アルミニウム金属層12に銅又はアルミニウムからなるヒートシンク30Bを接合した後に、アルミニウム回路層12の上面12aにめっき処理を施すことで、めっき付パワーモジュール用基板100Bを製造することもできる。
なお、ヒートシンク30Bは、図示例では平板状に形成されているが、ヒートシンクの形状は特に限定されるものではなく、平板状や、平板の表面にフィンが立設されたもの等の適宜の形状のものが含まれる。
また、ヒートシンク30Bを、例えばA3003アルミニウム合金等のアルミニウムにより形成した場合には、アルミニウム合金層13とヒートシンク30Bとは、Al‐Si系等のろう合金のろう材により、ろう付け接合できる。一方、ヒートシンク30Bを、例えば無酸素銅等の銅により形成した場合には、アルミニウム合金層13とヒートシンク30Bとは固相拡散接合により接合できる。
この場合、図3(a)に示すように、ヒートシンク30Bに複数のパワーモジュール用基板10が接合されているが、第1実施形態と同様に、弾性カバー部材20Bの開口孔21に各パワーモジュール用基板10のアルミニウム回路層12を嵌め込むことにより、開口孔21の内周面とアルミニウム回路層12の側面12bとを密着させることができる。さらに各パワーモジュール用基板10のセラミックス基板11どうしの間に弾性カバー部材20Bの突条部23を嵌め込むとともに、セラミックス基板11の周縁部に弾性カバー部材20Bの爪部22を引っ掛けることで、各パワーモジュール用基板10の周縁部と弾性カバー部材20Bとが密着した状態で取り付けられる。これにより、アルミニウム回路層12の側面12bが弾性カバー部材20Bにより覆われた状態を維持でき、アルミニウム回路層12の上面12aのみを開口孔21から露出させた状態とすることができる。
そして、このように弾性カバー部材20Bをパワーモジュール用基板10に装着した状態で、第1実施形態と同様に、ジンケート処理、水洗処理及びめっき処理を行うことにより、図3(b)に示すように、アルミニウム回路層12の上面12aのみに無電解めっき被膜15を形成することができる。この際、アルミニウム金属層13とヒートシンク30Bとは導通がとれているので、めっき処理工程では、アルミニウム金属層13及びヒートシンク30Bのいずれかに正電位を印加しても、ヒートシンク30Bとアルミニウム金属層13とを同電圧とすることができる。したがって、アルミニウム金属層13とヒートシンク30Bとの局部的な電池反応も防止でき、アルミニウム回路層12の上面12aのみに無電解めっき被膜15を形成することができる。
なお、ジンケート剥離処理を伴う場合には、上述したように、10vol%〜50vol%硝酸を用いて亜鉛被膜を剥離するが、ジンケート剥離処理は処理時間が短いので、銅の溶解量は微量に抑えられる。銅の溶出量の低減が必要な場合は、10vol%硝酸を用いてジンケート剥離処理を行うとよい。
また、図4は第3実施形態を示しているが、図4(b)に示すパワーモジュール用基板100Cのように、ヒートシンク30Cのアルミニウム金属層13との接合面が一様な平面状ではなく、立壁部31を有している場合には、弾性カバー部材20Cの開口孔21にアルミニウム回路層12を嵌め込むとともに、弾性カバー部材20Cの周縁枠部24をアルミニウム回路層12と立壁部31との間に嵌め込むことにより、アルミニウム回路層12の上面12aのみを開口孔21から露出させた状態で、弾性カバー部材20Cをパワーモジュール用基板10に装着することができる。
この場合も、弾性カバー部材20Cをパワーモジュール用基板10に装着した状態で、第1実施形態と同様に、ジンケート処理、水洗処理及びめっき処理を行うことにより、図4(b)に示すように、アルミニウム回路層12の上面12aのみに無電解めっき被膜15を形成することができる。また、アルミニウム金属層13とヒートシンク30Cとは導通がとれているので、めっき処理工程では、ヒートシンク30Cに正電位を印加することで、ヒートシンク30Cとアルミニウム金属層13とを同電圧とすることができる。したがって、アルミニウム回路層12の上面12aのみに無電解めっき被膜15を形成することができる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では無電解めっき液としてNiPめっき液を用いたが、これに限らず、NiBめっき液や、他の無電解めっき液を用いることが可能である。
また、上記実施形態の製造方法に加えて、ジンケート処理工程の前にデスマット処理を行うこととしてもよい。デスマット処理は、アルミニウム回路層をアルカリエッチングした場合に発生するアルミニウム以外の合金金属や酸化物などの不溶物を除去する処理である。デスマット処理は、10vol%〜50vol%硝酸に、室温で10秒〜120秒浸漬することにより行うことができる。なお、デスマット処理は処理時間が短いため、銅の溶解量は微量に抑えられる、銅の溶出量の低減が必要な場合は、10vol%硝酸を用いてデスマット処理を行うとよい。
本発明の効果を確認するために、めっき付パワーモジュール用基板を作製してめっき試験を行った。
まず、AlNからなるセラミックス基板(60mm×60mm×0.635mmt)の両面に、純度99.99質量%以上のアルミニウム(4N‐Al)からなるアルミニウム回路層及びアルミニウム金属層(いずれも58mm×58mm×0.4mmt)をAl‐Si系ろう材により接合することにより、各試料のパワーモジュール用基板を作製した。また、一部の試料には、A3003アルミニウム合金からなるヒートシンク(200mm×80mm×3mmt)、又は無酸素銅からなるヒートシンク(200mm×80mm×3mmt)を接合した。アルミニウム製のヒートシンクはAl‐Si系ろう材によりろう接合した。また、銅製のヒートシンクは固相拡散接合により接合した。
以下、ヒートシンクを有しないパワーモジュール用基板を試料1、アルミニウム製のヒートシンクを接合したパワーモジュール用基板を試料2、銅製のヒートシンクを接合したパワーモジュール用基板を試料3として説明する。
各試料への無電解めっき被膜は、以下に示す手順で作製した。
まず、アルミニウム回路層の表面に付着している油分を除去するための脱脂を行った。そして、アルミニウム回路層のアルミニウムの酸化膜を除去するため、アルカリエッチング処理を施した。
次に、アルカリエッチング処理後の各試料について、デスマット処理を行った。デスマット処理は、各試料に弾性カバー部材を装着した状態で、50vol%硝酸(室温)に30秒浸漬させることにより行った。
そして、デスマット処理を終えた各試料に、アルミニウム金属層にアルミニウム線で作られたラックを接触させて定電圧電源の正極に接続した。また、定電圧電源の負極には、SUS304製の直径5mmの棒を接続して陰極として、あらかじめジンケート液に浸漬した。そして、アルミニウム金属層に通電した状態で、定電圧電源に接続された試料をジンケート液(上村工業製:AZ‐301‐3X、25℃)に浸漬させることによりジンケート処理を行った。なお、ジンケート処理は2回行った。1回目のジンケート処理は、各試料を1分間ジンケート処理を行い、次に、定電圧電源を切ってからジンケート剥離処理を行った後、2回目のジンケート処理を行った。2回目のジンケート処理は、各試料を1回目のジンケート処理と同じジンケート液に30秒間浸漬させることにより行った。
ジンケート処理後、陰極を無電解めっき液に浸漬し、アルミニウム金属層に通電した状態で、定電圧電源に接続された試料を無電解めっき液に浸漬することにより、アルミニウム回路層の上面に無電解めっき被膜を形成した。
無電解めっき液は、低リンタイプ(メルテックス製エンプレート:NI‐246、Ni5.7g/L、pH6.7、80℃)、中リンタイプ(上村工業製ニムデン:NPR‐4、Ni5.0g/L、pH4.6、80℃)、NiBタイプ(上村工業製ベルニッケル:Ni6.7g/L、pH6.6、60℃)を用いて、めっき処理を行った。また、めっき膜厚はいずれも5μmを目途にめっき時間を設定し、低リンタイプでは16分、中リンタイプでは26分、NiBタイプでは60分とした。
そして、このようにして作製した各試料について、「アルミニウム及び銅の溶出」と、「アルミニウム金属層及びヒートシンクへのめっき析出」と、「アルミニウム回路層側面へのめっき析出」とを評価した。
「アルミニウム及び銅の溶出」の評価は、各試料へのめっき処理工程後の無電解めっき液中のAl濃度又はCu濃度を測定して行った。試料1及び試料2では無電解めっき液中のAl濃度を、試料3では無電解めっき液中のCu濃度を、それぞれ誘導結合プラズマ発光分光分析装置(Perkin Elmer社製のOptima 3000XL)により測定して行った。そして、試料1及び試料2では、無電解めっき液中のAl濃度が0.1mg/L以下とされるものについては、アルミニウム金属層及びヒートシンクからのアルミニウムの溶出がないものとして「◎」と評価し、Al濃度が0.1mg/Lを超えるものについては、アルミニウムの溶出があるものとして「○」と評価した。
一方、試料3では、無電解めっき液中のCu濃度が0.1mg/L以下とされるものについては、ヒートシンクからの銅の溶出がないものとして「◎」と評価し、Cu濃度が0.1mg/Lを超えるものについては、銅の溶出があるものとして「○」と評価した。
「アルミニウム金属層及びヒートシンクへのめっき析出」と「アルミニウム回路層側面へのめっき析出」の評価は、走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ製S‐3400N、15kV)により60μm×45μmの視野でEDS(Energy Dispersive X‐Ray Spectrometry)観察することにより行った。そして、EDSでニッケル(Ni)量が0.2at%未満であったものをめっき析出がないものとして「◎」と評価し、ニッケル量が0.2at%以上であったものを「○」と評価した。なお、「アルミニウム金属層及びヒートシンクへのめっき析出」の評価は、試料1においてはアルミニウム金属層表面を、試料2及び試料3においてはヒートシンク表面を評価した。
表1に結果を示す。
表1からわかるように、試料1では、印加電圧が0.1V以上の範囲では、アルミニウム金属層へのめっき析出が発生しなかった。また、印加電圧が5.0V以下の範囲の場合、アルミニウムの溶出が発生しないことを確認できた。
また、試料2も同様に、印加電圧が0.1V以上の範囲では、アルミニウムヒートシンクへのめっき析出が発生しなかった。印加電圧が5.0V以下の範囲の場合、アルミニウムの溶出が発生しないことを確認できた。
試料3では、印加電圧が0.1V以上の範囲では、銅ヒートシンクへのめっき析出が発生しなかった。また、印加電圧が1.5V以下の範囲の場合、銅の溶出が発生しないことを確認できた。
試料1〜3において、弾性カバー部材を装着したアルミニウム回路層の側面にはめっき析出が発生しないことを確認できた。
10 パワーモジュール用基板
11 セラミックス基板
12 アルミニウム回路層
12a 上面
12b 側面
13 アルミニウム金属層
15 無電解めっき被膜
20A,20B,20C 弾性カバー部材
21 開口孔
22 爪部
23 突条部
24 周縁枠部
30B,30C ヒートシンク
31 立壁部
50 電子部品
60 無電解めっき液(NiPめっき液)
61 めっき槽
63 電極
65 電源
100A,100B,100C めっき付パワーモジュール用基板

Claims (4)

  1. セラミックス基板の一方の面にアルミニウム回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記アルミニウム回路層にめっきを施して、めっき付パワーモジュール用基板を製造する方法であって、
    無電解めっき液に対する耐薬品性を有する枠状の弾性カバー部材の開口孔に、前記アルミニウム回路層を嵌め込むことにより、前記開口孔から前記アルミニウム回路層の上面を露出させた状態で、該開口孔の内周面と前記アルミニウム回路層の側面とを密着させておき、
    前記弾性カバー部材を装着した前記パワーモジュール用基板の前記アルミニウム金属層に正電位を印加した状態で、前記パワーモジュール用基板をめっき液中に浸漬して、前記アルミニウム回路層の上面に無電解めっき被膜を形成するめっき処理工程を有することを特徴とするめっき付パワーモジュール用基板の製造方法。
  2. 前記正電位の印加電圧は、0.1V以上5V以下とされることを特徴とする請求項1に記載のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法。
  3. 前記パワーモジュール用基板には、前記アルミニウム金属層に銅又はアルミニウムからなるヒートシンクが接合されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法。
  4. 前記弾性カバー部材は、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、シリコンゴム又はフッ素系ゴムのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法。
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