JPS6288394A - 窒化アルミニウムセラミツク基板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は窒化アルミニウムセラミック基板の表面に金属
層を形成する方法に関するものである。

（従来の技術） セラミック基板を電子回路用の基板又はヒートシンク、
絶縁基板として用いる場合、セラミックス上に金属層を
形成することが必要である。従来からセラミックス上に
金属層を形成する方法としては、スパッタ、蒸着などの
薄膜法、スクリーン印刷などを用い、電極ペーストを焼
き付ける厚膜法、無電解メッキ（こよる方法、薄膜又は
厚膜法で電極を付け、この上に電解メッキを施す方法な
ど種々の方法が行われている。

セラミック上に形成した金属層は次に示すようなことが
一般に要求される。すなわち、（１）金属層とセラミッ
クスの層の密着性が良いこと、（２）金属層の電気抵抗
が低いこと、（３）微細なパターンを形成できることな
どである。

これに加え電気回路の中で特に高密度、高出力デバイス
を実装するようなパッケージング基板、ヒートシンクな
どでは金属層とセラミックスが熱的にも抵抗を持つこと
なく接合されることが要求されている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来から行われているセラミックス上の金属層形成方法
はこれらの点を全て満足することは難しく、その用途に
よって使い分けていた。ずなわぢ電極、導体の精度が要
求されるものについては薄膜法が利用されているが、こ
の場合生産性コストの点と、金属層の厚さを厚くするこ
とか困難なため、金属層の抵抗値の点で問題があった。

また電極ペーストを用いる厚膜法では工程的にも容易に
、量産化ができるため低コス１１こなるが配線などの精
度に限界があり、電極としての電気抵抗もバルク金属と
同等にすることはむずかしく使用用途は限られていた。

これらの問題を解決するため、薄膜法と電解メッキ、厚
膜法と電解メッキを組み合せて、特性の改善を計ること
も行われているが、この場合は工程が複雑になり、コス
トの増加を伴うため、使用用途が限定されてしまってい
た。

このような問題点を解決する方法として、無電解メッキ
法によってセラミックス上に金属を形成する技術が研究
開発されており、アルミナ基板などでは一部の用途に使
用されている例もある。

しかしながら従来の無電Ｗ（メッキ技術では金属層とセ
ラミックスと密着強度を充分に上げることができない問
題点があった。

高密度、高出力用半導体デバイスのパッケージング基板
やヒートシンクのような金属層とセラミックスとの界面
での熱抵抗が問題となるような用途ではセラミックスと
金属層が直接密着することが望まれるが、密着強度が比
較的大きい厚膜法を用いると、金属層およびセラミック
スと金属層の間に密着性を保つためのガラスあるいは酸
化物が存在するため、熱抵抗が大きくなる問題があった
。

また最近高熱伝導率セラミックス材料として注目されて
いる窒化アルミニウムセラミックス基板では、従来の厚
膜法を用いても充分な密着強度が得られな力）ったり、
金属層とセラミックス層の間に酸化物あるいは酸素が拡
散した層が形成され熱抵抗の値を大幅に大きくするなど
の問題があった。

本発明では以上の点にかんがみ、密着強度が優れ、金属
層吉セラミックスの間に熱の伝導を阻害する物質の介在
を全くなくすことによって、熱抵抗を小さくし、しかも
金属層は緻密な純度の高い金属層を形成することによっ
て、電気抵抗の低い金属層を形成することができる窒化
アルミニウムセラミックス基板の製造方法を提供しよう
とするものである。

（問題を解決するための手段） 以下本発明の詳細な説明すると、本発明は窒化アルミニ
ウムセラミック基板をアルカリ溶液を用いて、表面処理
することによってセラミックス表面に口のあるオープン
ボアを形成し、この基板上に無電解メッキによって金属
層を形成することを特徴とするものである。

窒化アルミニウムセラミック基板を表面処理するための
アルカリは水酸化ナトリウム、水酸化力を リウム、水酸化リチウムなどケはじめとするアルカリ金
属、アルカリ土類金属の水酸化物、炭酸塩炭酸水素塩な
どの水溶液や、アンモニア、アミンなどのアルカリ性を
示すアルカリ水溶液が含まれる。また無電解メッキによ
って金属層を形成する方法としては一般に酸性、アルカ
リ性、中性いずれの浴を用いてもよい。金属としても、
ニッケル銅の他にも銀、金、クロムなどの無電解メッキ
が可能な金属は全て含まれる。

（作用） 窒化アルミニウムはアルカリに対して加水分解を起こす
ことが知られているが、窒化アルミニウムセラミックス
をアルカリ水溶液中に浸漬するとセラミックスの小さい
ダレインの所が選択的にエツチングされ、その結果セラ
ミック表面に小さな空孔が形成され、しかもこの空孔は
、表面より中にはいるに従って空孔径が大きくなるよう
なツボ形またはアンカー形状のものが生成することが本
発明者らによって初めて見いだされた。そしてこのよう
に形成した窒化アルミニウムセラミック基板表面の空孔
には、無電解メッキによって、金属がスキ間なく充填さ
れ、この結果従来になく密着性の優れた金属層を窒化ア
ルミニウムセラミック基板上に形成できることが初めて
見出された。

さらに接合が物理的、機械的に行われており、しかも接
合している面積が実効的に広くなっているため、熱的な
抵抗については従来の方法に比らべ著しく小さくなるこ
とが期待される。

また本発明の方法による金属層は非常に緻密に形成でき
るため、電気特性についても厚膜法によるものに比らべ
特性が良くなる。

さらに電子回路用基板としての配線パターンの精度につ
いても、金属層がセラミックス表面に強固に密着してい
るため、感光樹脂を用いたエツチング法などと適用する
ことで、薄膜法に近い微細な回路パターンを形成するこ
とが可能である。

（実施例１） ホットプレス法により合成した窒化アルミニウムセラミ
ック基板をＰＨ，１２の脱脂用アルカリ溶液（例えば株
式会社キザイ製セラクリーン５０７）中に７０℃の温度
で所定の時間浸漬する。浸漬後、充分に水洗し、次に一
般に行われている無電解メッキプロセスによってニッケ
ルの無電解メッキを行う。ここではその−例として、市
販の無電解メツキシステムを用いたプロセスを示す。セ
ラミック基板を水洗後、超音波洗浄機中でイオン交換水
を用い、５分間超音波洗浄する。この後感性化を行うた
め感性化液（例えば株式会社キザイ製セラセンシ）中に
５分間１８〜２２℃の温度で浸漬する。

次に水洗後、触媒付与液（例えば株式会社キザイ製アク
チーセラ）中に５分間２５〜３０℃の温度で浸漬する。

次に水洗後活性化液（例えば株式会社キザイ製セラーア
クセ）中に３分間２５〜３０℃の温度で浸漬する。

さらに水洗後熱電解メッキ液（例えば株式会社キザイ製
ナイフ−ＵＥＲ）中に９０℃で１分間浸漬する。水洗後
１５０℃で３０分間乾燥する。このプロセスによって窒
化アルミニウム基板上に約１μｍのニッケル金属層が形
成する。

このようにして形成したニッケル金属層上にレジスト液
を塗布し、光マスクを用いて所定の寸法を露光現像する
。この基板をニッケルのエツチング液に浸漬し、２ｔｎ
ｍｘ２關のニッケルパッドを形成するようにエツチング
する。

このようにして形成したパッドにリード線をハンダ付け
し、引張り試験機を用い、ニッケル金属層の密着強度を
測定した。

第１図にはアルカリ液の中に浸漬した時間と密着強度の
関係を示すが、アルカリ液に浸漬することによって密着
強度が著しく増大し、実用に耐えつる強度を示している
。

なお第１図中には参考例として、アルカリ中に浸漬しな
かったものもあげである。アルカリ中に浸漬することに
よって、密着強度が飛躍的に向上している。

（実施例２） 常圧焼結法により合成した窒化アルミニウム基板をエタ
ノール中で超音波洗浄をｉｏ分間行う。

この後、１　ｍ　ｏ　ｌ　／ｄ　ｄの濃度に調整した水
酸化す１０１）の中に１分間浸漬する。

この後、水洗し、次の第１表に示すニッケル無電解メッ
キ浴中に浸漬し、ニッケルの無電解メッキを行う。約２
μｍの厚みになるように８０分間メッキ浴中に浸漬しニ
ッケルを析出し、水洗乾燥を行う。

ニッケルメッキ浴は９０℃の温度ｌこ保ち、ＰＨは４．
０であった。

このようにして窒化アルミニウム基板上にニッケル層を
形成したあと、実施例１と同様の方法によって２ｍｍｘ
２ｍｍのパッド状にニッケルをエツチングし、リード線
をハンダ付けして密着強度を測定した。

水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した時間と密着強度の
関係は第２図のようになり、水酸化すトリウム水溶液中
に浸漬することによって飛躍的に密着強度が増大し、実
用に耐えつるものとなっている。

第３図は本発明の適用された窒化アルミニウムセラミッ
クス基板の断面図であり、図示するようにセラミックス
基板２の表面に金属層１が形成され、微細なつぼ状また
はアンカー状の空孔の中に金属が充填され、金属の柱３
を形成している。

第４図は本発明の適用された窒化アルミニウムセラミッ
ク基板をセラミック部分をエツチングして、金属層のみ
を残したものの、セラミック接合面側の横から見た金属
組織の走査型電子顕微鏡写真であり、セラミックス表面
に形成した空孔の中ｌこ充填された金属の柱が認められ
る。

（実施例３） 常圧焼結法により合成した窒化アルミニウム基板をエタ
ノール中で超音波洗浄を１０分間行う。

この後１　ｍｏｌ、／ｄ＠”の濃度に調整した水酸化カ
リウム水溶液中に６０分浸漬する。

浸漬後水洗し１次に市販されている一液型触媒液（日立
化成製Ｈ８−１０１Ｂ）中に４分間浸漬する。

さらに水洗後促進液（日立化成１１！！　ＡＤＰ−１０
１）の中に１分間浸漬する。

この後水先し、第３表に示す銅鐸′べ解メッキ浴中に浸
漬し、銅の無電解メッキを行う。約２μｍのメッキ厚さ
になるように８０分間メッキ浴中に浸漬し、水洗乾燥を
行う。

銅メッキ浴は６０℃の温度に保ち、Ｔ旧はＮａＯＨによ
って１２．５に調整し、空気中でメッキを行った。

このようにして窒化アルミニウム基板上に銅の金属層を
形成した後、実施例１と同様の方法でフォトリングラフ
イー技術によって所定のレジスト層を形成し、塩化＠２
鉄溶液ｌこよってエツチング処理を行い、２ｍｘ×２ｍ
の寸法の鋼パッドが形成するように銅をエツチングした
。

このようにして形成した銅パッド上にリード線をハンダ
付けし、引張り試験機を用い銅層のセラミックとの密着
強度を測定した結果３．０Ｋｑ／門２の密着強度を示し
た。この密着強度は光分実用に耐えうる強度である。

第２表 ｐＨ＝　１２．５　（ＮａＯＨで調整）、浴温度：６０
’Ｃ。

空気雰囲気 （発明の効果） 本発明を適用するならばセラミックスと金属層を物理的
１機械的に接置することｌこよって、セラミックスと金
属層の密着性を著しく同上せしめ、しかも熱伝導性を問
題とする用途Ｉこも、介在層、接着層が存在しないため
、接合面での熱抵抗はほとんど考慮する必要がなく、ま
た、電子回路形成のタメのパターニングについても、エ
ツチング法などにより薄膜と同程度の精度を実現するこ
とが可能である。

またこのような構造によって金属層の信頼性が増すため
、生産時のバラツキが少なくなり、大量生産によるコス
トダウンも可能となる。

なお本発明の実施例でばニッケルを金属層として形成し
ているか無電解メッキによって金属層を形成できる金属
であればニッケルの他にも、金、銀、クロム、鉄、銅な
どでも同様の効果が得られる。さらに本発明の製造方法
ではアルカリ溶液中に浸漬することによって、窒化アル
ミニウムセラミック基板の表面に空孔を形成することが
特徴であるため、空孔中に充填する金属の種類とその表
面に形成する金属は別であっても同様の効果がある。ま
たアルカリ水溶液ζごついても実施例では水酸化ナトリ
ウム水溶液を用いたが、アルカリ金属アルカリ土類金属
の水酸化物、炭酸塩アンモニア水溶液などアルカリ性を
示すものであれば本実施例と全く同じ効果を示す。

なお本発明の実施例では無電解メッキで一般に行われて
いる感応化工程、活性化工程あるいはアクナベ−ターア
クセレータ法などの触媒化処理工程を用いて無電解メッ
キを行っているが、本発明の方法を用いると、これらの
廓媒化処理工程を行なわず単に水洗後、無電解メッキ浴
中にセラミック基板を浸漬して金属を析出させても２　
Ｋｇ　／　ｒｎ＋、ｗ；以上の充分実用に１１１Ｈえう
る密着強度を実現した。

これは本発明により密着性を得るに充分なアンカーがセ
ラミック基板表面に存在し、しかもこの部分が若干の触
媒活性もあるためと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の製造方法によって作成した金
屑層を形成した窒化アルミニウム１に板のアルカ１７　
、Ｑ膚時間と金属層の否着彊Ｌ’ｌの関係を示したもの
である。 第３図は本発明ｌこかかる金属で被覆されたセラミック
ス基板の部分拡大断面図、第４図は本発明にかかるセラ
ミックス基板のアンカー状の空孔形状を示す金属組織の
走査型℃子顕微鏡写真。 図において、１は金属層、２はセラミックス。 亭　　２　　図 亭　　１　　　口 アル〃り水ｉ答未浸す衝呻す団（分） ｌ　Ｍｏｌ／ｄｍ２ＮａＯＨｙＫ＠Ｒ音涜ｒｆｒ間（分
）亭　　３　　　図 ｌ：金屑層 ２　：　ゼ；７ミウフス基板 ３：４’−藁一壮

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 窒化アルミニウムセラミック基板表面をアルカリ溶液を
   用いて処理する工程と、該窒化アルミニウムセラミック
   基板上に無電解メッキによって金属層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする窒化アルミニウムセラミック基
   板の製造方法。