JPH05243699A - モジュール用基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅張りセラミック基板において、銅回路パタ
ーン表面に均質なニッケルメッキ皮膜を得る。 【構成】 銅張りセラミック基板の銅表面に電気メッキ
によるニッケル皮膜を形成した後、パターンとして不要
な部分の銅板をニッケル皮膜と共にエッチングにより除
去して回路パターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大電流用に適した、セラ
ミックと銅を接合した主としてパワーモジュール用基板
に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック板の表面に銅等の金属板を接
合した金属張りセラミック基板が使用されている。半導
体の高集積化や高出力化が進むにつれて回路を流れる電
流が増し、モジュールからの発熱量も大きくなり、耐熱
性に優れ信頼性の高い銅張りセラミック基板が多用され
ている。

【０００３】銅張りセラミック基板は、アルミナや窒化
アルミ等のセラミック基板に銅やアルミニウムの板を活
性金属法や直接接合法を用いて張り合わせたものである
（特開昭５９−１３７３７３，特開昭５２−３７９１４
参照）。

【０００４】回路パターン用の金属板としては厚さ０．
３mm程度の無酸素銅の圧延品を用い、表面を機械研磨や
化学研磨したものが使用されている。

【０００５】回路パターン上には半導体チップをはんだ
付けしたり、リードワイヤーをボンディングしたり、あ
るいはヒートシンクをはんだ付けして使用するため、通
常ははんだ付着性の良いニッケルまたはニッケルリンを
メッキして被覆している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ニッケル、ニッケルリ
ンあるいはニッケルボロンをメッキする方法は、操作や
設備が簡便なことから通常は無電解メッキが使用されて
いる。しかし、無電解メッキは活性化の条件や銅表面の
状態によってメッキむらが生じ易く、またセラミック部
にメッキが乗って絶縁不良の原因となり易い欠点があ
る。

【０００７】また、無電解メッキではエッチングする際
のレジスト剤残渣によりピンホールの発生や外観不良の
原因となっている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では前記課題を解
決するため、無電解メッキ法に代えてニッケルの電気メ
ッキ法を採用することとした。

【０００９】電気メッキ法を採用するために、本発明で
は先づ全面にわたって銅板を張り合わせ、該銅板上にニ
ッケルメッキを施こした後レジストでパターン部を保護
し、エッチングにより銅板の不要部分をニッケルメッキ
層と共に除去して回路パターンを形成する方法を採用し
た。

【００１０】本発明で使用するセラミックはアルミナま
たは窒化アルミである。回路パターン用の金属は無酸素
銅の薄板を使用する。接合材料としてはＴｉ，Ｚｒ，Ｎ
ｂのうち少くとも１種を０.４〜４.０wt％、Ｃｕを３５
〜９０wt％、残部がＡｇから成る活性金属を含む混合粉
を有機溶媒中に分散させたペースト状のものを使用す
る。これらを使用してモジュール用基板を作る方法を図
１に示す工程図に従って説明する。

【００１１】セラミック板１の表面に回路パターンの通
りにペースト状接合材料２を、スクリーン印刷等を使用
して印刷塗布する。次いでセラミック基板１とほぼ同じ
大きさの銅板３を重ね合わせ、加熱接合してセラミック
板１と銅板３を接合する。この際接合材２は回路パター
ンとなる部分にのみ存在し、回路パターンにならない不
要部分４には塗布しない。これは後のエッチング工程で
不要部分の銅板をきれいにエッチング除去できるように
するためである（図１(ａ)参照）。

【００１２】次いで接合された銅板表面にニッケル５を
電気メッキにより全面にわたって沈着させる。銅板３の
表面に陰極電極を接続し、メッキ液中に浸漬して通電す
る。電気メッキの方法は通常の公知の方法が使用でき
る。たとえばメッキ液は硫酸ニッケル１７５g/l、塩化
ニッケル８５g/l、硼酸２０g/l、pＨ３.５〜４.０、浴
温は４０〜５０℃、電流密度２〜５Ａ/dm²程度である。
メッキ厚さは２〜５μｍ程度で良い（図１(ｂ)参照）。

【００１３】次に、ニッケルメッキ銅板の表面に、回路
パターンに合わせてレジスト剤６をスクリーン印刷等に
より印刷塗布する。レジスト剤は特に制限はなく、市販
のエッチングレジスト剤が使用できる。紫外線硬化型を
使用すれば、全面に塗布した後マスクワークによりパタ
ーン部分にのみレジスト剤を被覆させることができる
（図１（ｃ）参照）。

【００１４】このようにしてレジスト剤でパターニング
した基板をエッチング液中に浸漬し、不要部分のニッケ
ル被覆と銅板をエッチング除去して銅の回路パターン１
３を得る（図１(ｄ)参照）。

【００１５】エッチング液はたとえば塩化第二鉄が使用
でき、濃度は３５〜４５ボーメ度、温度３５〜４５℃で
１０〜２０分間浸漬すれば良い。

【００１６】エッチング終了後３〜５％ＮａＯＨ水溶液
でレジストを除去し水洗すれば、目的とするニッケルメ
ッキ層で被覆された銅回路パターンを有するモジュール
用基板が得られる（図１(ｅ)参照）。

【００１７】

【作用】本発明ははんだ付けを容易にするための銅板上
のメッキ層の形成手段として、ニッケルの電気メッキ法
を採用し、メッキ層を確実に形成すると共に、不要部分
を除去する方法によって必要なパターンを残すようにし
たものである。

【００１８】電気メッキによるニッケル層は無電解メッ
キによるものよりも緻密な皮膜となっていて、銅板表面
に均一に沈着しているので好都合である。

【００１９】

【実施例】

Ｔｉ粉末 １重量部、 Ｃｕ粉末 ４９．５重量部、 Ｔｉ粉末 ４９．５重量部 を混合した金属粉末２４重量部に、アクリル樹脂４．４
重量部、テキサノール５．０重量部を配合し、３本ロー
ルミルで混練してペースト状にした。次に、厚さ０．６
３５mmのＡｌＮ基板と厚さ０．３mmの銅板を準備した。
上記、ペーストをスクリーン印刷法にてＡｌＮ表面に３
５μｍの厚さに回路パターン通りに印刷した。印刷後、
１０分間室温にてレベリングし、引き続き１０５℃で１
５分間乾燥した。乾燥後３００℃で脱脂した。脱脂処理
を完了したＡｌＮ基板に銅板を重ね１５kg/cm²の加重を
加え、１０^-4Torr以下の真空下で８５０℃×１５分間加
熱し接合した。

【００２０】接合後、表面を脱脂洗浄し、Ｈ₂ＳＯ₄２０
％＋Ｈ₂Ｏ₂１０％＋Ｈ₂Ｏ ７０％の酸中で４０℃で２０
分間化学研磨を施こした、Ｎｉメッキ処理を電気メッキ
法により、３〜５μ施こした。更にパターニング加工を
するためＵＶ硬化型エッチング用レジスト(太陽インキ
製ＡＳ−５００)をスクリーン印刷でパターン通りに印
刷し、紫外線で硬化させた後に４２°ボーメの塩化第二
鉄溶液で、４０℃で１５分間のエッチングによりパター
ン加工した。その後、５％ＮａＯＨ水溶液で室温にてレ
ジスト膜を剥離した。

【００２１】比較例として、接合後、レジスト印刷しエ
ッチングによりパターン加工し、レジストを剥離した
後、化学研磨処理を実施した後に、無電解ＮiＰメッキ
液(上村工業製，ニムデンＳＸ）により３〜５μメッキ
処理をした。

【００２２】メッキ処理後、両法につき外観検査を行っ
た。不良率の効果を表に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば以下のような効果を有す
る。 １）電気メッキを使用するため、均一なメッキ層が得ら
れ異物析出や外観不良等がなくなる。 ２）電気メッキを使用するため、メッキ処理工程での生
産性が飛躍的に向上する。 ３）メッキ処理後にエッチング処理を行うので、不要部
分へのメッキのりは皆無となり、絶縁不良欠陥は解消し
基板の信頼性が向上する。 ４）精細な回路パターンでも効率良く得ることができ
る。 ５）回路パターンのセラミック板への接合は強固で、熱
サイクルにも充分耐え得るモジュール基板が得られる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモジュール基板を製造する工程を
説明する図である。

【符号の説明】 １ セラミック基板 ２ 接合材料 ３ 銅板 ４ 不要部分 ５ ニッケルメッキ層 ６ レジスト １３ 銅回路パターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックと銅板を接合した基板であっ
   て、銅回路パターンの表面に電気メッキのニッケル層を
   有することを特徴とするモジュール用基板。
2. 【請求項２】 セラミック基板上に活性金属を含む接合
   材を回路パターン通りに印刷塗布し、乾燥脱脂したの
   ち、セラミック基板とほぼ同じ大きさの銅板を重ね合わ
   せて８００〜９００℃で加熱接合し、次いで該銅板表面
   に電気メッキによりニッケル膜を被着させた後、ニッケ
   ル膜上に回路パターンの通りにレジストを塗布し、エッ
   チングにより不要部分のニッケル膜と銅板を除去して銅
   回路パターンを形成することを特徴とするモジュール基
   板の製造方法。