JPS60195079A - パワ−モジユ−ル基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明はパワーモジュール基板及びその製造方法に関、
する。

（発明の技術的背景とその問題点） 従来パワーモジュール基板は９例えばセラミックグリー
ンシートの表面にタングステン、モリブテン等の金属ペ
ーストを用いて回路を形成している。そして回路上には
パワートランジスタ、パワーサイリスタ、パワーダイオ
ード等のパワー半導体素子が塔載され配線、樹脂封止等
の工程を経てパワーモジュール化して使用される。該パ
ワーモジュール基板は回路におけるメタライズ層の接着
強さは約１０〜１２　Ｋｐｉ　ｆ　／ｍｍ’と充分であ
るが、放熱性、電気電導性を上げるために金属被膜層の
表面ニＣｕメッキを施すか又は銅板を銀ろう付、はんだ
接着したりしている。

しかしこのような方法では複雑な回路を形成することが
できず、銅板の銀ろう付、はんだ接着により作業が繁雑
であるためコスト高となり回路精度も著しく制限される
。またタングステン、モリブデン等の金属ペーストはセ
ラミックグリーンシートと共に一括焼成されるが、タン
グステン、モリブデン等の酸化を防止するために焼成は
弱還元性雰囲気を必要とするためコスト高になる欠点が
ある。

一方、最近のセラミックスの分野においてセラミックス
の表面を活性化して印刷性や接着性を高め金属層やガラ
ス組成物を直接強固に接着する米国特許２．６６７．４
２４号、同３．１８０．７５６号等。

数多くの方法が発明されている。このような方法として
は９例えば同時焼成法（前記記載の方法）。

厚膜印刷焼成法、直接金属メッキ法等がある。

セラミックス表面に金属粉を含有したガラスペーストを
印刷し焼付ける厚膜印刷焼成法はガラスが介在するため
耐熱性に劣り熱伝導、接着強さの信頼性等に問題がある
。このため工程を簡略化し。

高い熱伝導性を得る他の方法として特開昭５８−７９８
４２号公報に示される直接メッキ法が考えられている。

この方法は焼結したセラミックスの表面をエツチングし
て粗化するか或はそのままの状態でメッキシーダー処理
を施しセラミックスの表面にメッキ活性を賦与し直接メ
ッキする方法であるが、この方法で行なうと接着力が小
さく信頼性に劣るなどの問題がある。

一般に高アルミナセラミックスの表面はα−アルミナ粒
子が霧出した状態になってお９粒界はガラス質及び第二
結晶相で埋められている。従って焼成後の面は平滑であ
りメッキシーダーを施してもほとんどアルミナセラミッ
クスの表面に付着しないためメッキはほとんど析出しな
い。このため′弗酸などを用いて表面を粗化することが
従来がら行なわれているが、このような方法でエツチン
グした粗化面は単に粒界のガラス層又は粒界のガラス層
と第二結晶相とがエツチングされるだけであるため、α
−アルミナ粒子のエツチングは起こらず粗化面は非常に
粗大でα−アルミナ粒子の脱粒による粗大な凹凸面が形
成される。このだめメッキシーダーはこれらのα−アル
ミナ粒子の粗大な凹凸に付着するがメッキ後の接着力は
小さい。また別の粗化方法として水酸化ナトリウムなど
を用いたアルカリ溶融処理によるアルミナセラミックス
の表面粗化法がある。この方法は水酸化ナトリウムを溶
融温度以上に加熱して融解液とし、この融解液にアルミ
ナセラミックスを浸漬してエツチングしその後水洗する
ことで清浄な表面粗化面を得る方法である。この方法で
は、アルミナセラミックスの表面層のアルミナ、ガラス
質、第二結晶相等が溶融塩となって融解液の中に溶出す
ることで表面粗化が進行するものである。このためアル
ミナセラミックス表面ではアルミナ及びガラス質又はア
ルミナ、ガラス質及び第二結晶相のエツチングによる溶
出と粗化が同時に進むだめ比較的緻密な粗化面が得られ
る。しかし表面には単純な粗化面が形成されているだけ
のため充分な活性表面とはなりがたく、このためバラジ
ュームなどでメッキ活性化処理を行なって無電解メッキ
法でメッキ金属を析出させてもメッキ金属層の接着強さ
は通常０．５〜１゜５　Ｖ４ｆ　／ｍｍ’程度の値しか
得られない。

（発明の目的） 本発明の目的は上記の欠点のないパワーモジュール基板
及びその製造方法を提供するものである。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明者らは上記の欠点について種々検討したところ、
アルミナセラミックスの第二結晶相が微粒で比表面積が
非常に大きく、メッキシーダーの均一処理に適している
ことに着目し、アルミナセラミックスの表面をエツチン
グにより粗化した後。

表面粗化面にアルミナセラミックスの第二結晶相を形成
させ、感受性化処理、活性化処理し、その後金属被膜を
形成し、金属被膜が再結晶化又は析出する温度で熱処理
した後回路として不要な部外をエツチングによシ除去し
、残った部分に属調メッキを施すことによって金属層や
ガラス組成物をアルミナセラミックスに強固に接着する
ことができると共に高精度でかつ複雑な回路を持つパワ
ーモジュール基板を安価に製造することができることを
確認した。

（発明の構成） 本発明はアルミナセラミックスの表面をエツチングして
粗化した面に第２結晶相を形成し、その上面に金属被膜
を形成し、さらにその上面に属調メッキを施してなるパ
ワーモジュール基板及びアルミナセラミックスの表面を
エツチングして粗化させる工程とこの表面粗化面にアル
ミナセラミックスの第二結晶相を形成させる工程と感受
性化処理、活性化処理する工程と金属被膜を形成する工
程と金属被膜が再結晶化又は析出する温匿で熱処理する
工程と回路として不太な部分をエツチングにより除去す
る工程と属調メッキを施す工程を含むパワーモジュール
基板の製造方法に関する。

本発明のアルミナセラミックスの第二結晶相は一般には
Ａｎｏｒｔｈｉ　ｔｅ（Ｃａ（）ＡＴＯｓ　・２ＳｉＯ
ｚ）　。

Ｃａｌｃｉｕｍ　ｈｅｘａｌｕｍｉｎａｔｅ　（Ｃａ０
０６Ａｊ’ｚＯｓ）　＋Ｇｅｈｌｅｎｉ　ｔｅ（２Ｃａ
０−ＡｌｚＯｓ　ｅ、８ｉ０２）　、　Ｍｕｌｌ　１ｔ
ｅ（３）ｄ！ｚｏｓ　・２５ｉｎ２）、　５ｐｉｎｅｌ
　（ＭｇＯ・ＡＪｚＯｓ）等である。本発明においては
これらを総称して用いられる第二結晶相をいう。

アルミナセラミックスの表面をエツチングして粗化する
方法としては９本発明では水酸化す）　ＩＪウム、水酸
化カリウム、オルソ硅酸ナトリウム等のアルカリ水溶液
中で煮沸する表面粗化法が好ましい。表面粗化した後焼
成することにより第二結晶相が表面に形成される。

感受性化処理、活性化処理は従来公知の方法で行なうも
のとし、Ｉ￥ｆに制限はない。金属被膜の形成法につい
ても特に制限はないがメッキ法で行なうことが好ましい
。メッキ金属は加熱処理した場合、再結晶化又は析出し
て硬化し硬度の上る金属が用いられ特に制限はない。捷
た金属被膜の膜厚は特に制限はないが金属被膜のピンホ
ールと接着界面の破壊との関係で０．５〜１０μｍの範
囲であることが好ましく、１〜４μｍの範囲であればさ
らに好ましい。

熱処理温度は金属被膜が再結晶化又は析出する温度であ
ればよく、この温度は金属の種類によって決定される。

熱処理時間は３〜６０分の範囲であることが好ましい。

金属被膜をエツチングする材料としてはメッキ等により
形成された被膜をエツチングする従来公知の蝕刻剤が用
いられ特に制限はない。

属調メッキの形状は目的とする製品形態（要求特性）に
よって決定され、また形成法については特に制限はない
が電解メッキにて形成することが好ましい。

（実施例） 以下実施例によシ本発明を説明する。

容ｉ２００ｍ１のニッケルルツボに水酸化ナトリウム５
０％水溶液を１００ｍＪ入れ９５±５℃に加温した。次
にこの溶液中に４０Ｘ４０Ｘ厚さ１．０閣の寸″法に成
形した純度９６チのアルミナセラミックスを入れ１０分
間静かに煮沸した。その後アルミナセラミックスをアル
ミナ質耐火物のセッター上に並べ焼成した。焼成条件は
５００℃まで１時間で昇温し、５００℃で１時間保持後
冷却した。

冷却後表面を水洗し次いで乾燥した。

次にこのアルミナセラミックスの表面′に従来公知の方
法によシ感受性化処理、活性化処理を行なった後Ｎｉメ
ッキを全面に２μｍの厚さに施した。

その後５００℃で１０分熱処理を行ない、ついでＮｉ用
蝕刻剤で回路として不要な部分をエツチングして除去し
、さらに電解メッキによシ銅を１５０μｍの厚さに施し
回路を形成してパワーモジュール基板を得た。次にこの
パワーモジュール基板を半田付けして接着力を測定した
。接着力は４．０〜５．０Ｋｑｆ／薗８であった。

（比較例） 一方ニッケルルッポに水酸化す）　ＩＪウムを入れバー
ナーで加熱して水酸化す）　ＩＪウムを融解した後、そ
の中に上記と同寸法のアルミナセラミックスを入れアル
カリ溶融を行なった。次に感受性化処理、活性化処理を
行なった後Ｎｉ　メッキ、属調メッキを施し接着力を測
定したところ０．５〜ｌ、　Ｑ　Ｋ９　ｆ／■２であっ
た。これは本発明の方法においては水酸化す）　ＩＪウ
ム水溶液中で煮沸中にα−アルミナの表面の極く薄いガ
ラス層がエツチングされ、これが５００℃昇温中及び保
持中にアルミナセラミックスの第二結晶相が形成され粗
化面に強固に付着し複雑、かつ緻密な粗化面を形成しこ
れがメッキシーダーの付着を容易にし、さらにメッキア
ンカーになっているものと思われる。一方アルカリ溶融
だけではアルミナセラミックスの表面は粗化はされるが
単純な粗面が形成されているだけのため。

メッキのアンカー効果が発現せず接着力が小さいものと
考えられる。

捷た従来の方法において接着力が小さいのは。

従来のエツチング法では表面はエツチングされ凹凸は形
成されてもメッキシーダーは付着するが。

引張シ試験時にメッキが凹凸から抜けてしまうだめであ
ると考えられる。

本発明によりすぐれた接着効果が得られたのはアルミナ
セラミックスの焼成中にアルミナセラミックスの第二結
晶相が生成し、α−アルミナ粒子とモノシリツクに強固
に結合していること及びアルミナセラミックスのエツチ
ングで表面に緻密な凹凸が形成されたと同時にエツチン
グで活性化されたα−アルミナの表面に緻密、かつ強固
に接着したアルミナセラミックの第二結晶相がアンカー
効果として接着方向上に寄与しているためである。

（発明の効果） 本発明によれば、金属層やガラス組成物をアルミナセラ
ミックスに強固に接着することができると共に高精度で
かつ複雑な回路を持つパワーモジュール基板を安価に製
造することができる。

第１頁の続き ■Ｉｎｔ、ＣＩ、’　識別記号　庁内整理賀Ｈ０５に３
１１？３７２１６−二 ０発　明　者　和　１）　弘　日立市東町究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　アルミナセラミックスの表面をエツチングして粗
   化した面に第２結晶相を形成し、その上面に金属被膜を
   形成し、さらにその上面に属調メッキを施してなるパワ
   ーモジュール基板。 ２、　アルミナセラミックスの表面をエツチングして粗
   化させる工程とこの表面粗化面にアルミナセラミックス
   の第二結晶相を形成させる工程と感受性化処理、活性化
   処理する工程と金属被膜を形成する工程と金属被膜が再
   結晶化又は析出する温度で熱処理する工程と回路として
   ポ要な部分をエツチングによυ除去する工程と属調メッ
   キを施す工程を含むことを特徴とするパワーモジュール
   基板の製造方法。