JP7185689B2 - 電子モジュール用のベースプレートの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電子モジュール用ベースプレートの製造方法に関する。
電子モジュールのベースプレートに対する熱伝導率、機械的安定性と共に、好ましい熱膨張係数、及び可能な限り低い重量に関する要求の増加は、アルミニウムをベースとする金属成分を含む複合材料からなるプレート、及びＳｉＣ又はグラファイトのような非金属成分を含むプレートの使用を増加させることにつながった。これらの複合材料は、粒子複合材料の形態をとる。粒子複合材料は、マトリックス複合材料とも呼ばれることがある。
電子モジュールのベースプレートに一般的に使用される複合材料は、アルミニウムに加えて炭化ケイ素やグラファイトのような非金属成分を含むが、はんだ付けが困難である。したがって、電子モジュール用のベースプレートの製造において、このような複合材料からなるプレートは、ニッケルをベースとする中間層と、銅または貴金属をベースとする容易にはんだ付け可能なカバー層とで被覆される。
この目的のために、複合材料プレートの表面は、最初に、炭化ケイ素または他の非金属成分をプレートの表面から除去するために、フッ素を含有する酸洗い媒体で処理される。次に、ニッケル層が、残りの金属表面上に湿式化学的に堆積される。さらなるガルバニックプロセスステップでは、ニッケル層は、まずニッケル層で覆われ、次いで、銅または貴金属に基づくカバー層で覆われる。
酸洗工程は、手間がかかるが、ガルバニック堆積されたニッケル層は、炭化ケイ素または複合材料の他の非金属成分との密着性が悪いため、必要である。複合材料の表面上の非金属粒子をできるだけ完全に除去するには、侵襲的な酸洗い媒体に比較的長い暴露時間を必要とする。したがって、ニッケル層の良好な接着は、ますます長く、より骨の折れる準備ステップを伴う。更なる問題は、ニッケル層がガルバニック被覆プロセス中に水素を貯蔵することができ、これがポアおよび不均一な層形成、ならびにその後のはんだ付け中のブローホールをもたらすことである。
本発明の目的は、コーティングの品質を改善し、電子モジュール用のベースプレートの製造コストを節約する方法を実証することである。
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。本発明の有利な改良は、従属請求項の主題である。
電子モジュール用のベースプレートを製造するための本発明による方法では、アルミニウムをベースとする金属成分と非金属成分とを含む複合材料からなるプレートが、物理蒸着（ＰＶＤ）によって被覆される。これは、コスト節約を可能にするプロセスの速度を増
加させる利点を有し、ニッケル層中の水素堆積の問題を回避する。したがって、ＰＶＤによって堆積されたニッケル層は、容易にはんだ付け可能であるため、銅または貴金属に基づく層はもはや必要ではない。したがって、本発明によれば、はんだ付け可能な層は、ニッケル層、または銅もしくは貴金属をベースとする層とすることができる。銅または貴金属をベースとする層は、ニッケル層上に、接着剤層上に、または直接プレート上に堆積させることができる。別の利点は、マスクを使用することによって、堆積が実際に必要とされる領域に堆積を容易に限定することができることである。
加させる利点を有し、ニッケル層中の水素堆積の問題を回避する。したがって、ＰＶＤによって堆積されたニッケル層は、容易にはんだ付け可能であるため、銅または貴金属に基づく層はもはや必要ではない。したがって、本発明によれば、はんだ付け可能な層は、ニッケル層、または銅もしくは貴金属をベースとする層とすることができる。銅または貴金属をベースとする層は、ニッケル層上に、接着剤層上に、または直接プレート上に堆積させることができる。別の利点は、マスクを使用することによって、堆積が実際に必要とされる領域に堆積を容易に限定することができることである。
驚くべきことに、ＰＶＤを使用することによって、湿式化学コーティングプロセスおよびガルバニックコーティングプロセスを使用する場合よりもはるかに薄い層厚で、均一な閉鎖層を達成することができる。したがって、プレート上に堆積されたすべての層の合計は、好ましくは、わずか５μｍ以下、例えば３μｍ以下、特に０．５μｍ～１．５μｍの厚さを有する。より薄い層は、より速い製造を可能にし、したがって、さらなるコスト節約を可能にする。
本発明の有利な改良形態では、例えばチタン、タングステン、モリブデンおよび／またはクロムをベースとする接着剤層が、はんだ付け可能な層が堆積される前にＰＶＤによってプレート上に堆積される。はんだ付け可能な層は、接着剤層上に直接、または接着剤層とはんだ付け可能な層との間の中間層、例えばニッケルをベースとする層上に堆積させることができる。これにより、層や層の粘着性を向上させることができるという利点がある。チタン、タングステン、モリブデンおよび／またはクロムをベースとする層は、アルミニウム、ならびにＳｉＣまたは炭素、特にグラファイトなどのプレートの非金属構成要素に付着する。したがって、プレートの表面から非金属粒子を除去するための骨の折れる酸洗い工程は、もはや必要ではない。
本発明はまた、本発明の方法によって製造されたベースプレートを有する電子モジュール、およびベースプレートのカバー層上にはんだ付けされた電子部品に関する。例えば、部品はトランジスタ、特に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含むことができる。
本発明のさらなる詳細および利点は、実施例を用いて以下に記載される：
本発明の電子モジュール用ベースプレートの製造において、アルミニウムをベースとする金属成分と、例えばＳｉＣまたは炭素をベースとする非金属成分（例えば、グラファイト、グラフェンまたはカーボンナノチューブ）とを含む粒子複合材料からなるプレートは、最初に湿式化学的に前処理され、プレートは洗浄され、脱脂される。さらなる前処理ステップとして、プレートの表面をイオンエッチングによって処理することができる。
次いで、チタン、タングステン、モリブデン、またはクロムをベースとする接着剤層が、ＰＶＤによってプレート上に堆積される。次に、ニッケルをベースとする中間層が、ＰＶＤによって接着剤層上に堆積され、次いで、銅または貴金属、例えば銀または金をベースとするカバー層が、ＰＶＤによって中間層上に堆積される。ＰＶＤによって様々な層を堆積させる場合、マスクを使用して、堆積プロセスからプレートの特定の領域を省略することができる。
接着剤層は、好ましくは、１μｍ未満、例えば０．０５μｍ～０．５μｍ、特に０．０５μｍ～０．２μｍの厚さを有する。中間層は、接着剤層よりも厚くなければならない。中間層は、好ましくは２μｍ以下、例えば０．５μｍ～１．５μｍの厚さを有する。カバー層は、好ましくは、１μｍ未満、例えば０．０５μｍ～０．５μｍの厚さを有する。
プレートの複合材料は、例えば、ＡｌＳｉＣ、特にＡｌＳｉＣ－９とすることができる。ＡｌＳｉＣ－９は、３７体積％のＡｌおよび６３体積％のＳｉＣを含有する。別の可能性は、複合材料がＡｌＣ、特に３０重量％未満の炭素のグラファイト成分を有するＡｌＣであることである。
Claims (6)
- アルミニウムをベースとする金属成分と非金属成分とを含む複合材料のプレートが、はんだ付け可能な層が堆積されてなり、前記はんだ付け可能な層はＰＶＤによって堆積され、前記はんだ付け可能な層が堆積される前に、ＰＶＤによって前記プレート上に接着剤層が堆積され、前記はんだ付け可能な層は、前記接着剤層と前記はんだ付可能な層との間で、ＰＶＤによって堆積されたニッケルをベースとする中間層上に堆積された銅または貴金属をベースとする層であり、前記接着剤層は、チタン、タングステン、モリブデン、および／またはクロムをベースとする層であることを特徴とする、電子モジュール用のベースプレートの製造方法。
- 前記はんだ付け可能な層は、ニッケル層、または銅もしくは貴金属をベースとする層であることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール用のベースプレートの製造方法。
- 複合材料の非金属成分がシリコンカーバイドまたはカーボンであることを特徴とする、先に述べた上記請求項１又は２に記載の電子モジュール用のベースプレートの製造方法。
- 前記接着剤層の堆積の前に前記プレートをイオンエッチングすることを特徴とする、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の電子モジュール用のベースプレートの製造方法。
- マスクを用いて堆積する場合、プレートの領域を省略可能としたことができることを特徴とする、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の電子モジュール用のベースプレートの製造方法。
- ベースプレートを備えた電子モジュールであって、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の方法で製造され、前記ベースプレートのはんだ付け可能層にはんだ付けされた電子部品。
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