JPH0840789A - 平滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基板およびその製造方法 - Google Patents

平滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基板およびその製造方法

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JPH0840789A
JPH0840789A JP6181310A JP18131094A JPH0840789A JP H0840789 A JPH0840789 A JP H0840789A JP 6181310 A JP6181310 A JP 6181310A JP 18131094 A JP18131094 A JP 18131094A JP H0840789 A JPH0840789 A JP H0840789A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 接合強度と半田濡れ性に優れた平滑なめっき
層を有するセラミックスメタライズ基板を提供する。 【構成】 窒化アルミニウムを主成分とするセラミック
ス基板の少なくとも１つの面にタングステンおよび／ま
たはモリブデンを主成分とするメタライズ層、及び該メ
タライズ層上にニッケルを主成分とするめっき層が形成
されている窒化アルミニウムメタライズ基板において、
ニッケルめっき層の厚みが２μｍ以下、ニッケルめっき
層の表面粗度がＲａにて２μｍ以下であることを特徴と
する平滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基
板およびその製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＩＣ基板・パッケージ材
料をはじめとする電子材料等に、高熱伝導性、放熱性に
優れた基板として広範囲に使用される窒化アルミニウム
セラミックスに関し、特にＩＣ、トランジスター、ダイ
オード、サイリスタ等の電子部品を搭載することのでき
る窒化アルミニウムメタライズ基板とその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路等の半導体装置
は、多機能化に伴う素子集積密度の増加、高速化あるい
は高出力化といった特性の著しい向上が図られている。
これにともなって半導体装置から発生する熱量の増加も
著しく、この発生熱を外部に有効に放出させるために半
導体装置を搭載するセラミックス基板に熱伝導率の高い
材料が要求されてきている。ところで、かかる半導体装
置用基板として汎用性の高いアルミナ基板は、熱伝導率
が約１７Ｗ／ｍ・Ｋと低く、また、熱膨張係数が半導体
素子の材料であるシリコンに比べて大きいためシリコン
との接合性が悪い等の問題があった。かかるアルミナの
問題点を解消しうる材料として熱伝導率が約１８０Ｗ／
ｍ・Ｋと高く、かつ熱膨張係数がシリコンに近い窒化ア
ルミニウム（以下ＡｌＮと略）が注目されている。この
ＡｌＮ焼結体は半導体素子との接合、リードフレーム、
シールリング等の組立部材との接合等を目的として、そ
の表面にメタライズ層を賦与した状態で用いられること
が一般的であり、特開平３−１９３６８６号公報等に成
功例が報告されている。しかしながら、これまで開発さ
れてきたメタライズ層は、ＡｌＮ焼結体との接合強度に
優れるものの、半田濡れ性が悪いという問題点があっ
た。
【０００３】半田濡れ性が悪い場合、以下の問題点が生
じる。例えばＡｌＮ焼結体上にメタライズ層を介して半
導体素子を接合する場合には、半田濡れ性が悪いと半導
体素子からＡｌＮ焼結体への伝熱効率が低下するため、
ＡｌＮ焼結体の放熱量の低下、さらには半導体素子温度
の上昇を招き、その結果半導体素子の正常な作動が妨げ
られるという問題点が生じる。別の例として、例えばＡ
ｌＮ焼結体上にメタライズ層を介してシールリングを接
合する場合には、半田濡れ性が悪いと半田層においてリ
ークパスが形成されやすいため、充分な気密性が確保で
きないという問題点が生じている。そこで半田濡れ性を
改善するために、一般的にはメタライズ層上に形成する
めっき層の厚みを例えば５μｍ程度に厚くする手法が行
われてきた。この場合、めっき層形成に多大なコストを
要するばかりでなく、めっき層の凹凸が大きく、半田溜
りができやすいため、搭載したＩＣの放熱性が損なわれ
るという問題点があった。また、特開平５−２３８８５
７号公報に記載された発明では、接合強度と半田濡れ性
の両立を図られてはいるが、非常に高価な水素化チタン
をメタライズペーストに含有せしめた方法であり、コス
ト的に不利という問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来法
の欠点を克服して、高価なメタライズ方法によらずして
接合強度と半田濡れ性に優れた平滑なめっき層を有する
セラミックスメタライズ基板とその製造方法を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、上記事
情に鑑み更に鋭意研究の結果、平滑なメタライズ層を形
成し、その上に凹凸の少ない平滑なめっき層を形成する
ことにより、半田濡れ性に優れ、かつ同時に優れた接合
強度をも兼備するセラミックス基板を得ることができる
ことを見出し、本発明のセラミックスメタライズ基板と
その製造方法を開発した。本願発明の一つはこの目的を
達するために、窒化アルミニウム未焼結体上に、タング
ステンおよび／またはモリブデンを主成分とするメタラ
イズペーストを塗布後、メタライズペースト塗布面に特
定の平坦化処理を施した後、非酸化性雰囲気中にて焼成
し、さらにめっき層を形成することを特徴とする平滑な
めっき層を有する窒化アルミニウムメタライズ基板の製
造方法を構成したことにある。
【０００６】本願はすなわち、窒化アルミニウム未焼結
体上に、タングステンおよび／またはモリブデンを主成
分とするメタライズペーストを塗布後、メタライズペー
スト塗布面に、表面粗度がＲａにて０．７μｍ以下の板
を用いて平坦化処理を施した後、非酸化性雰囲気中にて
焼成し、さらにめっき層を形成することを特徴とする平
滑なめっき層を有する窒化アルミニウムメタライズ基板
の製造方法である。本願発明の製造方法は、硬度の低
いセラミックス未焼結体に、メタライズペースト塗布
面に平坦化処理を施し、ガラス添加量の少ないメタラ
イズペーストを用い、めっき層の厚みを薄くすること
が必須である。即ちスクリーン印刷、スピンコート等の
公知の塗布方法によりメタライズペーストを塗布後、
メタライズ塗布面の凹凸をセラミックス未焼結体の塑性
変形能でもって吸収させるために、メタライズ塗布面
に平坦化処理を行うこと、メタライズ面の凹凸の原因
となるメタライズペースト中のガラス添加量を抑え、
めっき面の凹凸の原因となるめっき層の厚みを抑え、以
上の結果平坦なメタライズペースト塗布面を形成するこ
とができる。
【０００７】さらにその平坦化処理条件の最適化、メタ
ライズペーストに含まれるガラス量、焼成条件を最適化
することにより、より一層高い接合強度と半田濡れ性に
優れた平滑なめっき層を有する窒化アルミニウムメタラ
イズ基板を得ることができるものである。メタライズペ
ースト塗布面の平坦化処理としては、表面粗度がＲａに
て０．７μｍ以下の板を用いることに限定される。この
上限値より大きい場合には、メタライズペースト塗布面
の平坦化効果が不十分となって、その結果平滑なめっき
層を有する窒化アルミニウムメタライズ基板を得ること
が困難となる。板材質としては金属の他、樹脂、ゴム、
セラミックスを用いることができる。樹脂、ゴムを用い
る場合、硬度が平坦化処理を行う温度領域にてロックウ
ェール硬度５０ＨＲＳ以上のものが好ましい。
【０００８】平坦化処理条件としては１５℃以上の温度
にてメタライズペースト塗布面に１５ｋｇ／ｃｍ2以上
の圧力を印加することが好ましい。温度、圧力がこの下
限値未満であると、メタライズペーストの可塑流動性が
乏しく、メタライズペースト塗布面の平坦化効果が不十
分となって、その結果平滑なめっき層を有する窒化アル
ミニウムメタライズ基板を得ることが困難となる。本願
発明の窒化アルミニウムメタライズ基板の製造方法に用
いるメタライズペーストはタングステンおよび／または
モリブデンを主成分とするものである。ここで用いるメ
タライズペーストに含まれるガラス成分は、タングステ
ン粉末、モリブデン粉末の総量１００重量部に対して１
５重量部以下であることが好ましい。焼成前にメタライ
ズ塗布面を平坦化しても、ガラス成分は焼成時に溶融拡
散するため、焼成後のメタライズ層表面に凹凸が生じや
すく、ガラス成分含有量が前記上限値より多い場合、得
られるメタライズ層の凹凸が大きくなり、その結果平滑
なめっき層を有する窒化アルミニウムメタライズ基板を
得ることが困難となる。ここで用いるメタライズペース
トに含まれるガラス成分としては、ＣａＯ，ＭｇＯ，Ａ
ｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3，ＺｎＯ，ＰｂＯ，希土類酸
化物および焼成により上記酸化物を生成する化合物、上
記化合物の複合化合物よりなる群より選択される１種ま
たは２種以上であることが好ましい。上記以外のガラス
成分を用いると接合強度の高い窒化アルミニウムメタラ
イズ基板を得ることが困難となる。
【０００９】ここで用いる非酸化性雰囲気中での焼成温
度は１６００℃以上１９５０℃以下であることが好まし
い。この温度範囲以外であると、接合強度の高い窒化ア
ルミニウムメタライズ基板を得ることが困難となる。こ
こで用いるメタライズペースト中に、ニッケル、鉄、コ
バルトおよびこれらの酸化物、合金より選択される１種
以上の合計含有量が、タングステン粉末、モリブデン粉
末の総量１００重量部に対して０．００１〜５重量部で
あることが好ましい。この範囲以外であると、接合強度
の高い窒化アルミニウムメタライズ基板を得ることが困
難となる。非酸化性雰囲気中の水素含有率は１０体積％
以下であることが好ましい。水素含有率が１０体積％を
越えると、タングステン、モリブデンの粒成長が過度に
進行して、得られるメタライズ面の凹凸が大きくなるか
らである。
【００１０】メタライズ層上に形成するめっき層として
は、ニッケルめっきもしくはニッケルめっき上にさらに
金めっきを施すことが好ましい。ニッケルめっきのみを
形成する場合、ニッケルめっき層の厚みは２μｍ以下が
好ましい。ニッケルめっきを施し、その上にさらに金め
っきを施す場合、ニッケルめっき層の厚みは２μｍ以
下、金めっき層の厚さは１μｍ以下であることが好まし
い。これら上限値より大きい場合には、たとえ平滑なメ
タライズ層を形成した場合でも、めっき層にて凹凸が生
じやすくなり、その結果平滑なめっき層を有する窒化ア
ルミニウムメタライズ基板を得ることが困難となる。な
お、めっき層の厚みは、コーナー部分のめっき異常析出
部分の厚みは除外する観点から、めっき面中央部を測定
することにより求めた値により定義される。本願のもう
一つ発明である平滑なめっき層を有する窒化アルミニウ
ムメタライズ基板は、上記製造方法により得ることので
きる基板である。即ち、本発明の基板は窒化アルミニウ
ムを主成分とするセラミックス基板の少なくとも１つの
面にタングステンおよび／またはモリブデンを主成分と
するメタライズ層、ニッケルを主成分とするめっき層が
形成されている窒化アルミニウムメタライズ基板におい
て、ニッケルめっき層の厚みが２μｍ以下、ニッケルめ
っき層の表面粗度がＲａにて２μｍ以下であることを特
徴とする平滑なめっき層を有する窒化アルミニウムメタ
ライズ基板を構成したことにある。
【００１１】さらに本発明の別の基板は、窒化アルミニ
ウムを主成分とするセラミックス基板の少なくとも１つ
の面にタングステンおよび／またはモリブデンを主成分
とするメタライズ層、ニッケルを主成分とするめっき層
と金を主成分とするめっき層が形成されている窒化アル
ミニウムメタライズ基板において、ニッケルめっき層の
厚みが２μｍ以下、金めっき層の厚みが１μｍ以下、金
めっき層の表面粗度がＲａにて２μｍ以下であることを
特徴とする平滑なめっき層を有する窒化アルミニウムメ
タライズ基板を構成したことにある。これら窒化アルミ
ニウムメタライズ基板は、ガラス成分含有量の少なくか
つ粗大二次粒子の少ないメタライズペーストの使用、平
坦なメタライズ層、薄いめっき層により、平滑なめっき
層を得ることができ、その結果半田濡れ性にも優れるも
のである。さらにメタライズペーストに添加するガラス
成分の最適化と焼成条件の最適化により、高い接合強度
も同時に有するものであり、これらについては上記製造
方法において詳細に述べたとおりである。本発明の平滑
なめっき層を有するセラミックメタライズド基板は、コ
ンピューター基板の他に、耐振性が要求される輸送機器
に用いる制御装置内半導体搭載基板などに用いることが
できる。
【００１２】
【実施例】以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に
述べる。 実施例１ 平均粒径１．１μｍのＡｌＮ粉末に平均粒径０．６μｍ
のＹ2Ｏ3粉末を３重量％、有機バインダーとしてポリメ
タクリレート１０重量％を添加し、ボールミルを用いて
粉砕・混合した後、ドクターブレード法により５０×５
０×０．６ｍｍのシート成形体を得た。一方、平均粒径
１．５μｍのタングステン粉末と平均粒径２５μｍの鉄
粉、平均粒径１２μｍのＣａ（ＮＯ3）2、平均粒径４．
６μｍのα−Ａｌ2Ｏ3、平均粒径１８μｍのＳｉＯ2と
を、タングステン１００重量部に対してそれぞれ０．５
重量部、１重量部、０．８重量部、３重量部を含有する
メタライズペーストを作製した。ここでメタライズペー
スト中のガラス成分含有量は、タングステン１００重量
部に対して４．８重量部である。また、ペーストには溶
剤としてテルピネオールと酢酸エチルを、また有機バイ
ンダーとしてエチルセルロースを、タングステン１００
重量部に対してそれぞれ１７重量部、３．５重量部、８
重量部添加した。
【００１３】このペーストを２００メッシュ、乳剤厚２
０μｍのステンレススクリーンを用いて、前記ＡｌＮシ
ート成形体にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥後、
平坦化処理を行った。平坦化処理は該シート成形体の印
刷面上に表面粗度がＲａにて０．５１μｍのＳＵＳ３０
４製の金属板を載せた後、７５℃の温度に加熱しつつ３
０ｋｇ／ｃｍ2の圧力を印加することにより行った。さ
らに窒素雰囲気中７００℃３時間保持することにより有
機バインダーを揮発除去させた後、窒素雰囲気中１８０
０℃にて３時間焼成を行い、ＡｌＮメタライズ基板を得
た。焼成時の雰囲気露点は−５６℃であった。これにニ
ッケル−リン無電解めっき法によりニッケルめっき層を
形成した。ニッケルめっき層の厚みは蛍光Ｘ線にて測定
した結果１．８μｍであった。また、ニッケルめっき層
の表面粗度はＲａにて０．９μｍであった。次いで半田
（Ｓｎ６０，Ｐｂ４０）を２３０℃でディップした後、
半田濡れ面積／めっき層面積により半田濡れ性を評価し
た結果１００％とめっき層全面に半田が濡れるという優
れた半田濡れ性を有していた。さらに半田ディップ面に
０．８ｍｍφのＳｎめっきをした軟銅線を半田付けし
た。ここで接合強度の評価として引張強度を測定した結
果、４．３ｋｇ／ｍｍ２であり良好なレベルであった。
【００１４】比較例１ 実施例１記載のＡｌＮシート成形体に、平坦化処理のみ
を行わずに、他の全ての工程は実施例１記載の方法に従
い、ＡｌＮメタライズ基板を得た。さらに実施例１記載
の方法によりニッケルめっき層を形成した。ニッケルめ
っき層の厚みは１．９μｍであり、ニッケルめっきの表
面粗度はＲａにて２．２μｍであった。さらに実施例１
記載の方法により半田濡れ性と半田付けした軟銅線の引
張強度を測定した結果、引張強度は４．５ｋｇ／ｍｍ２
であり良好なレベルであるものの、半田濡れ性は３８面
積％と実施例１記載のＡｌＮメタライズ基板と比較して
半田濡れ性が著しく劣っていた。
【００１５】実施例２ 実施例１記載の方法に従い、ＡｌＮメタライズ基板を得
た。これに電解めっき法によりニッケルめっき層を形成
し、表１記載のニッケルめっき層厚を種々変えたニッケ
ルめっき層を有するセラミックスメタライズ基板を作製
し、実施例１記載の方法に従い、半田濡れ性および引張
強度の評価を行った。
【００１６】
【表１】
【００１７】実施例３ 実施例１記載の方法に従い、ニッケルめっき層（厚み
１．８μｍ）を有するセラミックスメタライズ基板を得
た。これに電解めっき法により金めっき層を形成し、表
２記載の金めっき層厚を種々変えたニッケル／金めっき
層を有するセラミックスメタライズ基板を作製し、実施
例１記載の方法に従い、半田濡れ性および引張強度の評
価を行った。
【００１８】
【表２】
【００１９】実施例４ 実施例１記載の方法に従い、ＡｌＮシート成形体上にメ
タライズペーストを塗布、乾燥を行った。これを表３記
載の平坦化条件により平坦化処理を行った後、実施例１
記載の方法に従い、焼成、めっき、半田濡れ性および引
張強度の評価を行った。
【００２０】
【表３】
【００２１】表３からも明らかなように、平坦化処理板
の表面粗度（Ｒａ）が０．７μｍ以下で、処理温度が１
５℃以上で、処理圧力が１５ｋｇ／ｃｍ2以上で、それ
ぞれ半田濡れ性および引張強度の両立する良好な結果が
得られた。
【００２２】実施例５ 実施例１記載のＡｌＮ粉末、Ｙ2Ｏ3粉末、有機バインダ
ーを用いて、ボールミルでの粉砕条件を種々変えて、シ
ート硬度の種々異なるシート成形体を得た。これに実施
例１記載の方法に従い、メタライズペーストを塗布、平
坦化処理、焼成、ニッケルめっき、評価を行った。その
結果を表４に示す。
【００２３】
【表４】
【００２４】実施例６ 実施例１記載の方法に従いＡｌＮシート成形体を作製し
た。さらに表５記載のガラス添加量を種々変えたメタラ
イズペーストを作製し、実施例１記載の方法に従い、塗
布、乾燥、平坦化処理、焼成、めっき、半田濡れ性およ
び引張強度の評価を行った。
【００２５】
【表５】
【００２６】表５からも明らかなように、ガラス量が１
５重量部以下で、半田濡れ性および引張強度の両立する
良好な結果が得られた。
【００２７】実施例７ 実施例１記載の方法に従い、ＡｌＮシート成形体を作製
した。さらに表６および７記載のガラス組成を種々変え
たメタライズペーストを作製し、実施例１記載の方法に
従い、塗布、乾燥、平坦化処理、焼成、めっき、半田濡
れ性および引張強度の評価を行った。
【００２８】
【表６】
【００２９】
【表７】
【００３０】実施例８ 実施例１記載の方法に従い、ＡｌＮシート成形体を作製
した。さらに表８記載のＦｅ添加量を種々変えたメタラ
イズペーストを作製し、実施例１記載の方法に従い、塗
布、乾燥、平坦化処理、焼成、めっき、半田濡れ性およ
び引張強度の評価を行った。
【００３１】
【表８】
【００３２】表８からも明らかなようにＦｅ添加量が
Ｗ，Ｍｏ１００重量部に対して０．００１〜５重量部
で、半田濡れ性および引張強度の両立する良好な結果が
得られた。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、平坦化処理を行い
メタライズペースト組成を制御することにより、従来法
と比較して安価な方法にて、半田濡れ性および引張強度
の両立する平滑なめっき層を有するセラミックスメタラ
イズ基板を得ることができた。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化アルミニウムを主成分とするセラミ
    ックス基板の少なくとも１つの面にタングステンおよび
    ／またはモリブデンを主成分とするメタライズ層、及び
    該メタライズ層上にニッケルを主成分とするめっき層が
    形成されている窒化アルミニウムメタライズ基板におい
    て、ニッケルめっき層の厚みが２μｍ以下、ニッケルめ
    っき層の表面粗度がＲａにて２μｍ以下であることを特
    徴とする平滑なめっき層を有するセラミックスメタライ
    ズ基板。
  2. 【請求項２】 窒化アルミニウムを主成分とするセラミ
    ックス基板の少なくとも１つの面にタングステンおよび
    ／またはモリブデンを主成分とするメタライズ層、及び
    該メタライズ層上にニッケルを主成分とするめっき層と
    金を主成分とするめっき層が形成されている窒化アルミ
    ニウムメタライズ基板において、ニッケルめっき層の厚
    みが２μｍ以下、金めっき層の厚みが１μｍ以下、金め
    っき層の表面粗度がＲａにて２μｍ以下であることを特
    徴とする平滑なめっき層を有するセラミックスメタライ
    ズ基板。
  3. 【請求項３】 窒化アルミニウム未焼結体上に、メタラ
    イズペーストを塗布後、メタライズペースト塗布面に、
    表面粗度がＲａにて０．７μｍ以下の板を載せて加圧し
    平坦化処理を施した後、非酸化性雰囲気中にて焼成し、
    さらにめっき層を形成することを特徴とする平滑なめっ
    き層を有するセラミックスメタライズ基板の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記メタライズペーストの主成分がタン
    グステンおよび／またはモリブデンである特許請求の範
    囲第３項記載の平滑なめっき層を有するセラミックスメ
    タライズ基板の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記平坦化処理が１５℃以上の温度にて
    メタライズペースト塗布面に１５ｋｇ／ｃｍ2以上の圧
    力を印加することである特許請求の範囲第３項記載の平
    滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基板の製
    造方法。
  6. 【請求項６】 前記セラミックス未焼結体の硬度がロッ
    クウェール硬度１００ＨＲＳ以下である特許請求の範囲
    第３項記載の平滑なめっき層を有するセラミックスメタ
    ライズ基板の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記メタライズペーストに含まれるガラ
    ス成分がタングステン粉末および／またはモリブデン粉
    末の総量１００重量部に対して１５重量部以下である特
    許請求の範囲第３項記載の平滑なめっき層を有するセラ
    ミックスメタライズ基板の製造方法。
  8. 【請求項８】 メタライズ層上に形成するめっき層の主
    成分がニッケルであり、ニッケルめっき層の厚みが２μ
    ｍ以下である特許請求の範囲第３項記載の平滑なめっき
    層を有するセラミックスメタライズ基板の製造方法。
  9. 【請求項９】 メタライズ層上にニッケルを主成分とす
    るめっき層と金を主成分とするめっき層が形成されてお
    り、ニッケルめっき層の厚みが２μｍ以下、金めっき層
    の厚みが１μｍ以下である特許請求の範囲第３項記載の
    平滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基板の
    製造方法。
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