JPH05129275A

JPH05129275A - エツチング液

Info

Publication number: JPH05129275A
Application number: JP3287682A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Yoshida; 智則吉田; Yoshihiko Numata; 吉彦沼田; Motonobu Teramoto; 元信寺本
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1991-11-01
Publication date: 1993-05-25
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: JP3040223B2

Abstract

(57)【要約】【目的】窒化アルミニウム焼結体の表面に形成されたメ
タライズ層のエッチングに特に有効なエッチング液及び
該エッチング液を使用したエッチング方法を提供する。【構成】過酸化水素の濃度が３〜４０重量％で、且つｐ
Ｈが７以下の水溶液よりなるメタライズ層のエッチング
液であり、窒化アルミニウム焼結体に形成されたメタラ
イズ層を、該エッチング液と接触させることにより、エ
ッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化アルミニウム焼結
体の表面に形成されたメタライズ層のエッチングに特に
有効なエッチング液及び該エッチング液を使用したエッ
チング方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、電子技術の小型化、高密度化及び半
導体部品の高出力化に伴い、半導体部品から発生する熱
を如何に放散させるかが大きな問題となっている。これ
に対し窒化アルミニウム焼結体は、高い熱伝導率を有
し、電気絶縁性が良く、Ｓｉとほぼ同じ熱膨張率を有す
る等の優れた性質を持つため、半導体部品の基板として
使用され始めている。

【０００３】窒化アルミニウム焼結体を半導体基板とし
て使用する際には、通常その表面に導電性金属による導
電層（メタライズ層）が形成され、該メタライズ層の処
理として、エッチング処理がある。上記エッチング処理
は、メタライズ層をパターニングする手段として使用さ
れたり、或いは、メタライズ層上にメッキを施す場合、
そのメタライズ層の表面にメッキが着き易くするための
前処理（ソフトエッチング）として実施される。

【０００４】従来、メタライズ層を有する窒化アルミニ
ウム焼結体にエッチングを施す方法としては、一般に、
メタライズ層を有するアルミナ基板において使用されて
いた方法が採用されていた。この方法は、アルミナ基板
のメタライズ層を、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、水酸化リチウム等をエッチング成分とするアルカリ
性のエッチング液によりエッチングする方法であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法によるメタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体
のエッチング方法においては、メタライズ層がエッチン
グされると同時に、エッチング液がアルカリ性のため、
窒化アルミニウム焼結体の浸食が進行するという欠点が
生ずる。そして、窒化アルミニウム焼結体の浸食が進行
すると、窒化アルミニウム焼結体の表面粗さが悪くなる
だけでなく、該焼結体とメタライズ層の密着強度が低下
するという問題も発生する。

【０００６】従って、窒化アルミニウム焼結体の浸食を
生ずること無く、メタライズを有する窒化アルミニウム
焼結体をエッチングする方法の開発が望まれている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、過酸化水素の濃度が
３〜４０重量％であり、そして、ｐＨが７以下に調節さ
れたエッチング液が、窒化アルミニウム焼結体を浸食す
ることなく、メタライズ層を選択的に、しかも効果的に
エッチングできることを見い出し、本発明を完成するに
至った。

【０００８】即ち、本発明は、過酸化水素の濃度が３〜
４０重量％で、且つｐＨが７以下である水溶液よりなる
メタライズ層のエッチング液である。

【０００９】本発明のエッチング液は、過酸化水素を濃
度が３〜４０重量％、好適には、５〜３０重量％の濃度
で含有する。過酸化水素の濃度が３重量％より低い場合
は、メタライズ層のエッチング効果が弱くメタライズ層
が充分にエッチングできない。また、メッキの前処理の
ソフトエッチングに使用した場合、エッチングによる前
処理が不足し、メタライズ層とメッキ層との密着性が弱
いという不具合が生ずる。また、過酸化水素の含有量が
４０重量％を超えた場合、メタライズ層のエッチング効
果が頭打ちとなるばかりでなく、エッチングの仕上がり
の管理及びエッチング液の管理が難しく工業的に実施す
る上で問題となることがある。

【００１０】本発明のエッチング液のｐＨは７以下に調
節することが重要である。即ち、ｐＨが７を超えた場
合、メタライズ層のエッチングと共に窒化アルミニウム
焼結体の浸食が起こり、窒化アルミニウム焼結体の表面
が粗され商品価値が低下するばかりでなく、メタライズ
層の密着強度が低下するという問題が発生する。また、
エッチング液のｐＨは、上記範囲のうち、特に１〜３に
調節することが、前記過酸化水素の濃度範囲において、
安定し、且つ良好なエッチング効果を発揮するために好
ましい。

【００１１】上記エッチング液のｐＨを７以下に調整す
る方法としては、酸の添加により行う方法が一般的であ
る。上記の酸としては公知のものが特に制限なく使用さ
れる。例えば、塩酸、硫酸、硝酸、燐酸等の無機酸、酢
酸等の有機酸が挙げられる。本発明のエッチング液に
は、本発明の効果が著しく低下しない範囲で公知の添加
剤を添加してもよい。かかる添加剤としては、例えば、
燐酸塩、尿酸、酢酸塩、クエン酸ナトリウム等が挙げら
れる。

【００１２】本発明のエッチング液は、窒化アルミニウ
ム焼結体の表面に形成されたメタライズ層のエッチング
に好適に使用することができる。

【００１３】本発明において、上記メタライズ層を有す
る窒化アルミニウム焼結体は、特に制限されず公知の方
法で製造されたものが全て対象とされる。上記メタライ
ズ層を有する窒化アルミニウムの製造方法としては、コ
ファイアー（Ｃｏ−ｆｉｒｅ）法、ポストファイアー
（Ｐｏｓｔ−ｆｉｒｅ）法、薄膜法等が知られており、
本発明においては、これらの方法によって得られたメタ
ライズ層に対して、効果が期待される。上記コファイア
ー法は、窒化アルミニウム焼結体の焼結と同時に金属皮
膜を焼き付ける方法である。一般的には、窒化アルミニ
ウム粉を有機バインダーを用いて成形した成形体に、高
融点金属粉のペーストを塗布後、脱脂し、続いて焼結を
行う方法が採られる。また、ポストファイアー法は、窒
化アルミニウム粉の成形体を脱脂し、続いて焼結するこ
とにより焼結体を得た後、該焼結体に金属皮膜を焼き付
ける方法である。更に、薄膜法は、窒化アルミニウム焼
結体をにスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレー
ティング法等によって、金属皮膜を形成する方法であ
る。

【００１４】本発明のエッチング液によるエッチング可
能なメタライズ層の材質として、代表的な金属を例示す
れば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ等の
金属が挙げられる。この中で、高融点金属としては、
Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ等が挙げられる。これらの金属は単体ま
たは化合物の形で用いられ、単独または二種以上混合の
形で用いられる。上記メタライズ層の材質の中で、本発
明は、特に、上記高融点金属のエッチング処理に適して
いる。

【００１５】本発明において、エッチングは、メタライ
ズ層をエッチング液と接触させる、湿式エッチングで行
われる。エッチング液とメタライズ層とを接触させる方
法としては、浸漬法、シャワー法、噴霧法等が挙げられ
る。この中でも特に、均一にエッチング出来るため浸漬
法が適している。また、エッチング液に接触させる条件
として処理温度は、室温（ＲＴ）〜５０℃、好適には３
５〜４５℃である。処理温度が室温より低い場合は、メ
タライズ層のエッチング効果が弱くなる傾向があり、ま
た、処理温度が５０℃を超えた場合は、メタライズ層の
エッチングは充分行われるが、エッチングの仕上がりの
管理及びエッチング液の管理が難しく工業的な実施が困
難となる傾向がある。

【００１６】エッチング処理時間は、エッチング液の性
能に合わせて適宜決定すれば良いが、一般に、３０秒〜
２０分、好適には１〜１０分である。

【００１７】

【発明の効果】本発明のエッチング液は、メタライズ層
を有する窒化アルミニウム焼結体のメタライズ層のエッ
チングにおいて、窒化アルミニウム焼結体を浸食するこ
となく、、メタライズ層を効果的にエッチングすること
ができる。更に本発明のエッチング液及びエッチング方
法は、メッキの前処理としてのエッチングを行った場合
には、密着強度が著しく優れたメッキ膜を該処理された
メタライズ層上に形成することができ、その工業的価値
は極めて大である。

【００１８】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に例示
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。

【００１９】尚、実施例・比較例において、各種試験
は、以下の方法によって行った。

【００２０】（１）表面粗さ表面粗さ形状測定機〔（株）東京精密製、サーフコム５
５０Ａ〕により測定した値である。

【００２１】（２）メタライズ層及びメッキ層の密着強度メタライズ層表面にニッケルメッキした後、ネールヘッ
ドピンを垂直に半田付けした。ネールヘッドピンは、ネ
ールヘッド径１．１ｍｍ、ピン径０．５ｍｍ、４２−ア
ロイ製で、表面にニッケルメッキを施したものを使用し
た。また、半田は、スズ６０重量％、鉛４０重量％の組
成のものである。これを、（株）東洋精機製作所製スト
ログラフＭ２にセットし、ネールヘッドピンを垂直方向
に引っ張った際の破壊強度を測定した。引っ張り速度
は、１０ｍｍ／分とした。また、剥離モードを同時に示
した。剥離モードは、剥離後のピンと焼結体の状態を実
体顕微鏡及びＸ線マイクロアナライザーで観察した。

【００２２】（３）エッチング速度厚み１５μｍ、４×８ｃｍの面積のＷよりなるメタライ
ズ層を有する窒化アルミニウム焼結体を試験片とし、該
試験片を４０℃のエッチング液に入れ、該メタライズ層
が消失するまでの時間を測定し、エッチング速度（ｍｇ
／分）を算出して示した。

【００２３】実施例１窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃５重量％
添加し、有機バインダー、可塑剤、分散剤、有機溶剤を
適量加え混合したスラリーを、ドクターブレード法によ
り厚さ約０.８ｍｍのシートに成形した。

【００２４】次いで、平均粒径が２μm のＷ（タングス
テン）粉末にテレピネオール、エチルセルロース、分散
剤を適量加え混合しペースト状とし、高融点金属ペース
トとした。

【００２５】このＷペーストをスクリーン印刷法により
先のシートに両面印刷した（以下これを印刷体と言
う）。

【００２６】この印刷体を黒鉛製のセッターに入れ、真
空下で１０００℃の温度で加熱処理し、脱脂を行った
（以下、これを脱脂体と言う）。

【００２７】この脱脂体を窒化アルミニウム焼結体製の
セッターに入れ、窒素雰囲気中１８００℃の温度で焼結
を行い、Ｗメタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結
体を得た（以下、これを試験基板と言う）。

【００２８】試験基板を過酸化水素１５重量％を含有
し、塩酸によってｐＨ＝２に調節した水溶液よりなるエ
ッチング液に浸漬し、４０℃３分の条件で処理し、メタ
ライズ層のエッチングを行った。エッチング処理した試
験基板の表面をＳＥＭ観察した結果、メタライズ層は充
分エッチングされており、また、窒化アルミニウム焼結
体は浸食されていなかった。窒化アルミニウム焼結体の
表面粗さを測定した結果、Ｒａ＝０.６μｍ、Ｒｍａｘ
＝７.８μｍであった。更に、このエッチング条件で試
験基板をエッチングした後、ニッケルメッキを施し、メ
タライズ層及びニッケルメッキ膜の密着強度の測定を、
Ｐｕｌｌ強度試験法で行った。

【００２９】その結果、平均で１１ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝
１０）の強度が得られた。剥離モードは、半田内破壊で
あった。また、上記エッチング液のッチング速度は、１
３ｍｇ／分であった。

【００３０】実施例２実施例１と同様にして得た試験基板を、過酸化水素５重
量％を含有し、塩酸によってｐＨ＝２に調節された水溶
液よりなる、４０℃のエッチング液に３分間浸漬し、メ
タライズ層のエッチングを行った。エッチング処理した
試験基板の表面をＳＥＭ観察した結果、メタライズ層は
充分エッチングされており、また、窒化アルミニウム焼
結体は浸食されていなかった。窒化アルミニウム焼結体
の表面粗さを測定した結果、Ｒａ＝０.６μｍ、Ｒｍａ
ｘ＝８．２μｍであった。更に、このエッチング条件で
試験基板をエッチングした後、ニッケルメッキを施し、
メタライズ層及びニッケルメッキ膜の密着強度の測定
を、Ｐｕｌｌ強度試験法で行った。

【００３１】その結果、平均で１０ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝
１０）の強度が得られた。剥離モードは、半田内破壊で
あった。また、上記エッチング液のッチング速度は、６
ｍｇ／分であった。

【００３２】実施例３実施例１と同様にして得た試験基板を、過酸化水素２５
重量％を含有し、酸によってｐＨ＝２に調節された水溶
液よりなる、４０℃のエッチング液に３分間浸漬し、メ
タライズ層のエッチングを行った。エッチング処理した
試験基板の表面をＳＥＭ観察した結果、メタライズ層は
充分エッチングされており、また、窒化アルミニウム焼
結体は浸食されていなかった。窒化アルミニウム焼結体
の表面粗さを測定した結果、Ｒａ＝０.６μｍ、Ｒｍａ
ｘ＝８.１μｍであった。更に、このエッチング条件で
試験基板をエッチングした後、ニッケルメッキを施し、
メタライズ層及びニッケルメッキ膜の密着強度の測定
を、Ｐｕｌｌ強度試験法で行った。

【００３３】その結果、平均で１２ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝
１０）の強度が得られた。剥離モードは、半田内破壊で
あった。また、上記エッチング液のッチング速度は、２
０ｍｇ／分であった。

【００３４】実施例４実施例１と同様にして得た試験基板を、過酸化水素１２
重量％を含有し、塩酸によってｐＨ＝５に調節された水
溶液よりなる、４０℃のエッチング液に３分間浸漬し、
メタライズ層のエッチングを行った。エッチング処理し
た試験基板の表面をＳＥＭ観察した結果、メタライズ層
は充分エッチングされており、また、窒化アルミニウム
焼結体は浸食されていなかった。窒化アルミニウム焼結
体の表面粗さを測定した結果、Ｒａ＝０.６μｍ、Ｒｍ
ａｘ＝８.０μｍであった。更に、このエッチング条件
で試験基板をエッチングした後、ニッケルメッキを施
し、メタライズ層及びニッケルメッキ膜の密着強度の測
定を、Ｐｕｌｌ強度試験法で行った。

【００３５】その結果、平均で１０ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝
１０）の強度が得られた。剥離モードは、半田内破壊で
あった。また、上記エッチング液のッチング速度は、６
ｍｇ／分であった。

【００３６】実施例５窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃５重量％
添加し、有機バインダー、可塑剤、分散剤、有機溶剤を
適量加え混合したスラリーを、ドクターブレード法によ
り厚さ約０．８ｍｍのシートに成形した。（以下、これ
をシート成形体と言う）シート成形体をアルミナ製のセ
ッターに入れ、空気下で６００℃の温度で加熱処理し、
脱脂を行った（以下、これを脱脂体と言う）。

【００３７】この脱脂体を窒化アルミニウム焼結体製の
セッターに入れ、窒素雰囲気中１８００℃の温度で焼結
を行なった（以下、焼結体と言う）。

【００３８】次に平均粒径が５μｍのＭｏ及びＭｎ粉末
にテレピネオール、エチルセルロース、分散剤を適量加
え混合しペースト状にした。このＭｏ、Ｍｎペーストを
スクリーン印刷法により先の焼結体に片面印刷した。

【００３９】この印刷された焼結体をアルミナ製のセッ
ターに入れ、加湿水素中１２５０℃の温度で焼成を行
い、Ｍｏ−Ｍｎメタライズ層を有する窒化アルミニウム
焼結体を得た（以下、Ｍｏ−Ｍｎメタライズ基板と言
う）。

【００４０】Ｍｏ−Ｍｎメタライズ基板を、過酸化水素
１５重量％を含有し、塩酸によってｐＨ＝２に調節され
た水溶液よりなる、３０℃のエッチング液に１分間浸漬
し、メタライズ層のエッチングを行った。エッチング処
理したＭｏ−Ｍｎメタライズ基板の表面をＳＥＭ観察し
た結果、メタライズ層は充分エッチングされており、ま
た、窒化アルミニウム焼結体は浸食されていなかった。
窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定した結果、Ｒ
ａ＝０.６μｍ、Ｒｍａｘ＝８.０μｍであった。更に、
このエッチング条件でＭｏ−Ｍｎメタライズ基板をエッ
チングした後、ニッケルメッキを施し、メタライズ層及
びニッケルメッキ膜の密着強度の測定を、Ｐｕｌｌ強度
試験法で行った。

【００４１】その結果、平均で８ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝１
０）の強度が得られた。剥離モードは、ＡｌＮ内破壊で
あった。

【００４２】比較例１実施例１と同様にして得た試験基板を、ｐＨ＝１０、４
０℃、水酸化ナトリウム水溶液のエッチング液に３分間
浸漬し、メタライズ層のエッチングを行った。エッチン
グ処理した試験基板の表面をＳＥＭ観察した結果、メタ
ライズ層は充分エッチングされているが、窒化アルミニ
ウム焼結体も浸食されていた。窒化アルミニウム焼結体
の表面粗さを測定した結果、Ｒａ＝２.１μｍ、Ｒｍａ
ｘ＝１８.８μｍであった。更に、このエッチング条件
で試験基板をエッチングした後、ニッケルメッキを施
し、メタライズ層及びニッケルメッキ膜の密着強度の測
定をＰｕｌｌ強度試験法で行った。

【００４３】その結果、平均で４.０ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝
１０）の強度で、剥離モードは、Ｗメタライズ層と窒化
アルミニウム焼結体間の剥離であった。また、上記エッ
チング液のッチング速度は、１０ｍｇ／分であった。

【００４４】比較例２実施例１と同様にして得た試験基板を、４０℃、２０重
量％硝酸水溶液のエッチング液に４分間浸漬し、メタラ
イズ層のエッチングを行った。エッチング処理した試験
基板の表面をＳＥＭ観察した結果、窒化アルミニウム焼
結体は浸食されておらず、メタライズ層もエッチングさ
れていなかった。更に、このエッチング条件で試験基板
をエッチングした後、ニッケルメッキを施し、メタライ
ズ層及びニッケルメッキ膜の密着強度の測定をＰｕｌｌ
強度試験法で行った。

【００４５】その結果、平均で４.５ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝
１０）の強度で、剥離モードは、Ｗメタライズ層とニッ
ケルメッキ膜間の剥離であった。また、上記エッチング
液のッチング速度は、０ｍｇ／分であった。

【００４６】比較例３実施例１と同様にして得た試験基板を、ｐＨ＝１、４０
℃、８重量％の過マンガン酸カリウム水溶液のエッチン
グ液に４分間浸漬し、メタライズ層のエッチングを行っ
た。エッチング処理した試験基板の表面をＳＥＭ観察し
た結果、窒化アルミニウム焼結体は侵食されておらず、
メタライズ層もエッチングされていなかった。更に、こ
のエッチング条件で試験基板をエッチングした後、ニッ
ケルメッキを施し、メタライズ層及びニッケルメッキ膜
の密着強度の測定をｐｕｌｌ強度試験法で行った。

【００４７】その結果、平均で４.６ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝
１０）の強度で、剥離モードは、Ｗメタライズ層とニッ
ケルメッキ膜間の剥離であった。また、上記エッチング
液のッチング速度は、０ｍｇ／分であった。

【００４８】比較例４実施例１において、酸の添加に代えて、水酸化ナトリウ
ムにより、ｐＨを８に調節した以外は、同様にしてエッ
チング液の各種試験を行った。

【００４９】エッチング処理した試験基板の表面をＳＥ
Ｍ観察した結果、メタライズ層は十分エッチングされて
いたが、窒化アルミニウム焼結体も浸食されていた。

【００５０】窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定
した結果、Ｒａ＝１．８μｍ、Ｒｍａｘ＝１８．０μｍ
であった。更に、このエッチング条件で試験基板をエッ
チングした後、ニッケルメッキを施し、メタライズ層及
びニッケルメッキ膜の密着強度の測定を、Ｐｕｌｌ強度
試験法で行った。

【００５１】その結果、平均で４．８ｋｇ／ｍｍ²（ｎ
＝１０）の強度が得られた。剥離モードは、Ｗ層と窒化
アルミニウム焼結体間の剥離であった。また、上記エッ
チング液のッチング速度は、１４ｍｇ／分であった。

【００５２】比較例５実施例１において、過酸化水素の濃度を２重量％に代え
た以外は、同様にしてエッチング液の各種試験を行っ
た。

【００５３】エッチング処理した試験基板の表面をＳＥ
Ｍ観察した結果、メタライズ層はほとんどエッチングさ
れておらず、また、窒化アルミニウム焼結体も浸食され
ていなかった。

【００５４】窒化アルミニウム焼結体の表面粗さを測定
した結果、Ｒａ＝０．６μｍ、Ｒｍａｘ＝７．７μｍで
あった。更に、このエッチング条件で試験基板をエッチ
ングした後、ニッケルメッキを施し、メタライズ層及び
ニッケルメッキ膜の密着強度の測定を、Ｐｕｌｌ強度試
験法で行った。

【００５５】その結果、平均で４．６ｋｇ／ｍｍ²（ｎ
＝１０）の強度が得られた。剥離モードは、Ｗ層とニッ
ケルメッキ層間の剥離であった。また、上記エッチング
液のッチング速度は、１ｍｇ／分であった。

【００５６】実施例６実施例１と同様にして得た試験基板を、過酸化水素１５
重量％を含有し、燐酸によってｐＨ＝２に調節された水
溶液よりなる、４０℃のエッチング液に３分間浸漬し、
メタライズ層のエッチングを行った。エッチング処理し
た試験基板の表面をＳＥＭ観察した結果、メタライズ層
は充分エッチングされており、また、窒化アルミニウム
焼結体は浸食されていなかった。窒化アルミニウム焼結
体の表面粗さを測定した結果、Ｒａ＝０.６μｍ、Ｒｍ
ａｘ＝８．０μｍであった。更に、このエッチング条件
で試験基板をエッチングした後、ニッケルメッキを施
し、メタライズ層及びニッケルメッキ膜の密着強度の測
定を、Ｐｕｌｌ強度試験法で行った。

【００５７】その結果、平均で１０ｋｇ／ｍｍ²（ｎ＝
１０）の強度が得られた。剥離モードは、半田内破壊で
あった。また、上記エッチング液のッチング速度は、１
１ｍｇ／分であった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】過酸化水素の濃度が３〜４０重量％で、且
つｐＨが７以下の水溶液よりなるメタライズ層のエッチ
ング液。
【請求項２】窒化アルミニウム焼結体に形成されたメタ
ライズ層を、過酸化水素の濃度が３〜４０重量％で、且
つｐＨが７以下の水溶液よりなるエッチング液と接触さ
せることを特徴とするメタライズ層のエッチング方法。