(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、該絶縁層を挟む第１、第２のアルミニウム電極層と、からなる半導体基板のうち、第１のアルミニウム電極層にのみめっきをおこなう方法であって、
ジンケート浴内に前記半導体基板を浸漬し、第２のアルミニウム電極層に電源に通じる配線を繋いで亜鉛析出防止用の電位を印加した状態でジンケート処理をおこなうことにより、第１のアルミニウム電極層のみに亜鉛置換膜が形成された中間体を製作する第１のステップと、
ニッケルめっき浴に中間体を浸漬して無電解めっき処理をおこない、第１のアルミニウム電極層上に無電解ニッケル被膜を形成する第２のステップとからなる、部分的にめっきをおこなう方法。
【請求項２】
前記ニッケルめっき浴は、主剤である硫酸ニッケルに還元剤である次亜リン酸ナトリウムが含有されたものである、請求項１に記載の部分的にめっきをおこなう方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層とこれを挟む２つのアルミニウム電極層からなる半導体基板において、その一方のアルミニウム電極層にのみ部分的にめっきをおこなう方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁層と、これを挟む２つのアルミニウム電極層からなる半導体基板の一方のアルミニウム電極層にのみ部分的に無電解めっき被膜を形成するに際しては、無電解めっき被膜を形成したくない他方のアルミニウム電極層の表面にめっき金属析出防止措置を講じる必要がある。
【０００３】
そこで、これまでのめっき処理法では、上記他方のアルミニウム電極層の表面にガラスや樹脂フィルム、半導体用レジストといったマスキング材を貼り付けた後にめっき処理をおこなっている。この方法では、めっき処理液への溶出や異物の発生がないこと、およびめっき処理後の除去が可能なこと、といった条件から、マスキング材として使用できる素材が制限されているのが現状である。さらに、めっき被膜を形成したくないアルミニウム電極層表面とマスキング材の間へのめっき液の染み込みを防止するべく、このアルミニウム電極層表面に高精度かつ高密着状態でマスキング材が貼り付けられる必要があり、この貼り付け工程に要する時間が長時間に及んでいる。
【０００４】
これらのことから、マスキング材の貼り付け工程とめっき処理後の剥離工程によって製造時間が長時間に及び、製造コストも高くなるといった課題が存在している。さらに、半導体ウェハの厚みは一般に１ｍｍ以下程度と薄いために、マスキング材を貼り付けることによって半導体基板に残留応力が生じてこれが該半導体基板の反りの原因となったり、めっき処理後に半導体基板からマスキング材を剥離する際に作用する剥離荷重によって該半導体基板に割れが生じることもあり、製造歩留まりの観点からの課題も存在している。
【０００５】
ここで、従来の公開技術に目を転じるに、特許文献１では、金属板（Ｉ）の主面の少なくとも片面に絶縁層を介して別の金属板（II）が配置された板状金属に対し、めっき液と逆極性の電流を流して金属板（II）に部分的に無電解めっきを施す部分めっき法が開示されている。
【０００６】
この技術によれば、上記するマスキング材を半導体基板の一方面に貼り付ける必要がないことから、上記する製造時間が長時間に及ぶといった課題や、マスキング材の貼り付けや剥離によって半導体基板に反りや割れが生じるといった課題が解消できる。
【０００７】
しかしながら、この方法では、その段落００１１でも記載するように、電流値によっては電流負荷部分が酸化されて面荒れが生じる恐れがある。また、絶縁層とこれを挟む２つのアルミニウム電極層からなる半導体基板においては、アルミニウムはその表面に強固な不働態被膜（酸化被膜）が存在していることから、単に逆極性の電流を流したところで、精度のよい部分めっき処理をおこなうことはできないし、めっき被膜を形成したいアルミニウム電極層表面へのめっき被膜の形成自体も難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１８３８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、絶縁層とこれを挟む２つのアルミニウム電極層からなる半導体基板に対してその一方のアルミニウム電極層にのみ部分的にめっきをおこなう方法に関し、マスキング材を半導体基板の一方面に貼り付ける際に生じ得る課題である、製造時間が長時間に及ぶといった課題や、マスキング材の貼り付けや剥離によって半導体基板に反りや割れが生じるといった課題が生じることがなく、精度よく一方のアルミニウム電極層にめっき被膜を形成することのできる部分的にめっきをおこなう方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明による部分的にめっきをおこなう方法は、絶縁層と、該絶縁層を挟む第１、第２のアルミニウム電極層と、からなる半導体基板のうち、第１のアルミニウム電極層にのみ部分的にめっきをおこなう方法であって、ジンケート浴内に前記半導体基板を浸漬し、第２のアルミニウム電極層に電源に通じる配線を繋いで亜鉛析出防止用の電位を印加した状態でジンケート処理をおこなうことにより、第１のアルミニウム電極層のみに亜鉛置換膜が形成された中間体を製作する第１のステップ、ニッケルめっき浴に中間体を浸漬して無電解めっき処理をおこない、第１のアルミニウム電極層上に無電解ニッケル被膜を形成する第２のステップからなるものである。
【００１１】
本発明の部分的にめっきをおこなう方法は、その対象が絶縁層と、該絶縁層を挟む第１、第２のアルミニウム電極層と、からなる半導体基板であり、アルミニウム（純アルミニウムやアルミニウム合金のいずれか一方）からなる電極層ゆえにその表面に不働態被膜を有し、したがってめっき処理が困難な電極層に対して、精度よく部分めっき、すなわち、２つのアルミニウム電極層のうちの一方のアルミニウム電極層のみにめっき被膜を形成することのできる方法である。
【００１２】
この半導体基板としては、高出力モーター電源制御用のインバーターなどに用いられるヒートシンク一体型のアルミ回路付き絶縁基板(DBA: Direct Brazed Aluminum、窒化アルミニウムからなるセラミックス絶縁層を２つの純アルミニウム電極層が挟んだ絶縁基板)を挙げることができる。
【００１３】
本発明のめっき方法は、半導体基板を構成する第１、第２のアルミニウム電極層のうちの第１のアルミニウム電極層（一方のアルミニウム電極層）にのみ、無電解ニッケル被膜を形成するものである。
【００１４】
まず、第１のステップとして、ジンケート浴内に前記半導体基板を浸漬し、第２のアルミニウム電極層に電源に通じる配線を繋いで亜鉛析出防止用の電位を印加した状態でジンケート処理をおこなう。
【００１５】
ここで、ジンケートとは亜鉛酸塩のことであり、強アルカリで安定して存在する亜鉛の化学種のひとつであるが、アルミニウムにジンケートを反応させることにより、アルミニウムを溶解してその表面に亜鉛が置換析出されて亜鉛置換膜が形成される。
【００１６】
本発明の方法では、第１のアルミニウム電極層の表面に無電解ニッケル被膜を形成させ、第２のアルミニウム電極層の表面にはこの無電解ニッケル被膜を形成させないようにすることから、第１のステップにおいては、ジンケート処理の際に第１のアルミニウム電極層の表面にのみ亜鉛置換膜を形成させたい。
【００１７】
そこで、このジンケート処理の際に、亜鉛の析出を抑制するに要するアルミニウム−亜鉛双方の酸化還元電位の差（酸化還元電位差）に基づく電位（亜鉛析出防止用の電位）を第２のアルミニウム電極層にのみ印加する。
【００１８】
この第１のステップでは、第１のアルミニウム電極層の表面にのみ亜鉛置換膜が形成された中間体が製作される。
【００１９】
次に、第２のステップとして、ニッケルめっき浴に中間体を浸漬して無電解めっき処理をおこなう。
【００２０】
電気ニッケルめっきに対して、無電解ニッケルめっきはワークが複雑な形状であっても所望部位に完全にニッケル被膜を形成できる点でメリットが大きい。
【００２１】
ニッケルめっき浴に浸漬された中間体の一方面である第２のアルミニウム電極層には、依然として不働態被膜が形成されていることからニッケル被膜は形成されない。
【００２２】
その一方で、第１のアルミニウム電極層には、その表面に亜鉛置換膜が形成されていることから、ニッケルめっきプロセスの初期段階で亜鉛置換膜がニッケルイオンと置換され、さらに、自己触媒作用によってこのニッケルイオンとの置換反応が促進されてニッケルめっきが析出し、無電解ニッケル被膜が形成される。
【００２３】
形成された無電解ニッケル被膜とその下地の第１のアルミニウム電極層を形成するアルミニウムは化学的に強固に結合している。
【００２４】
このようにして、第１のアルミニウム電極層の表面にのみ無電解ニッケル被膜が形成されてなる半導体基板が製作される。
【００２５】
本発明者等の検証によれば、膜厚１０μｍの無電解ニッケル被膜を形成するに当たり、ニッケルめっき浴中で特許文献１で開示されるような逆極性の電流を通電させる場合には、６０分程度の継続的な通電が必要となる。一方、本発明の方法のように通電を要するジンケート処理の際の通電時間は３０秒程度でよいため、必要とする電力消費量は格段に少なくなる。
【００２６】
また、ニッケルめっき浴としては、主剤である硫酸ニッケルに還元剤である次亜リン酸ナトリウムが含有されたものが好ましく、より詳細には、これらに加えて、錯化剤である有機酸塩やｐＨ調整剤である水酸化ナトリウムとアンモニア、安定剤である亜鉛系無機化合物や添加剤である硫黄系化合物が含有されているのがよい。
【００２７】
本発明者等によれば、主剤である硫酸ニッケルに還元剤である次亜リン酸ナトリウムが含有されたニッケルめっき浴を使用することで、第２のアルミニウム電極層の表面に全く無電解ニッケル被膜が形成されないことが特定されている。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明の部分的にめっきをおこなう方法によれば、絶縁層とこれを挟む２つのアルミニウム電極層からなる半導体基板に対してその一方のアルミニウム電極層にのみ部分的にめっきをおこなう方法に関し、無電解ニッケル被膜を形成したいアルミニウム電極層に対してジンケート処理にて亜鉛置換膜を形成した後に無電解めっき処理をおこなう方法において、ジンケート処理の際に無電解ニッケル被膜を形成したくないアルミニウム電極層に対して亜鉛析出防止用の電位を印加しておくことで、一方のアルミニウム電極層表面にのみ精度よく無電解ニッケル被膜を形成することができる。しかも、この方法によれば、ジンケート処理に要する消費電力が極めて少なくてよいことから、めっき処理に要する加工コストも安価となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の部分的にめっきをおこなう方法の第１のステップを説明する模式図である。
【図２】第１のステップで製作された中間体を説明する模式図である。
【図３】図１に次いで第２のステップを説明する模式図である。
【図４】第２のステップで無電解めっき処理された半導体基板を説明する模式図である。
【図５】無電解めっき処理後のアルミニウム電極層の組織を撮像した実験結果を示す写真図であって、（ａ）は当初のアルミニウム電極層表面の写真図であり、（ｂ）は無電解ニッケル被膜が形成されていない第２のアルミニウム電極層表面の写真図であり、（ｃ）は第１のアルミニウム電極層表面の無電解ニッケル被膜の写真図である。
【図６】ジンケート処理の有無による無電解ニッケル被膜の形成有無を検証した実験結果を示す写真図であって、（ａ）は当初のアルミニウム電極層表面の写真図であり、（ｂ）はジンケート処理をおこなわない場合の第１のアルミニウム電極層表面（無電解ニッケル被膜の形成なし）の写真図であり、（ｃ）はジンケート処理をおこなった場合の第１のアルミニウム電極層表面の無電解ニッケル被膜の写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の部分的にめっきをおこなう方法の実施の形態を説明する。図１〜図４は順に、本発明の部分的にめっきをおこなう方法のフロー図となっており、具体的に、図１は第１のステップを説明する模式図であり、図２は第１のステップで製作された中間体を説明する模式図であり、図３は第２のステップを説明する模式図であり、図４は無電解めっき処理された半導体基板を説明する模式図である。
【００３１】
図１で示すように、まず、第１のステップにおいて、容器Ｙ１内に収容されたジンケート浴中に、絶縁層１とこの絶縁層１を挟む第１、第２のアルミニウム電極層２，３とからなる半導体基板４（無電解めっき処理前の半導体基板）を浸漬する。
【００３２】
この半導体基板４としては、アルミ回路付き絶縁基板（ＤＢＡ）などを挙げることができ、この場合の絶縁層はＡＩＮ（窒化アルミニウム）となる。
【００３３】
ジンケート浴中には不溶性電極Ｆも浸漬されており、半導体基板４を構成する第２のアルミニウム電極層３に電源Ｂの正極に通じる配線が繋がれ、不溶性電極Ｆも同様に電源Ｂの負極に通じる配線に繋がれてジンケート処理の準備が完了する。
【００３４】
次に、ジンケート処理をおこなう。このジンケート処理では、亜鉛の析出を抑制するに要するアルミニウム−亜鉛双方の酸化還元電位の差（酸化還元電位差）に基づく電位（亜鉛析出防止用の電位）を、第２のアルミニウム電極層３に印加する。
【００３５】
たとえば、ジンケート浴と逆極性で５Ｖ程度の電位を３０秒程度印加することでジンケート処理が完了する。
【００３６】
ジンケート処理では、電流通電時間は１分以内でたとえば３０秒程度の極めて短い時間で電位が印加されていない第１のアルミニウム電極層２の表面にのみ、アルミニウムにジンケートが反応し、アルミニウムが溶解してその表面に亜鉛が置換析出されて図２ａで示すように亜鉛置換膜５が形成される。
【００３７】
なお、亜鉛析出防止用の電位が印加された第２のアルミニウム電極層３の表面は、ジンケート処理前の状態と同様に、図２ａ中のｂ部を拡大する図２ｂで示すごとく、アルミニウム電極層３ａの表面に不働態被膜である酸化被膜３ｂが残存している。
【００３８】
第１のステップにより、第１のアルミニウム電極層２の表面にのみ亜鉛置換膜５が形成された中間体６が製作される。
【００３９】
次いで、第２のステップとして、容器Ｙ２内に収容されたニッケルめっき浴中に第１のステップで製作された中間体６を浸漬して無電解めっき処理をおこなう。
【００４０】
この無電解めっき処理において、表面に酸化被膜３ｂが残存している第２のアルミニウム電極層３には無電解ニッケル被膜は形成されない。
【００４１】
一方、第１のアルミニウム電極層２の表面の亜鉛置換膜５には、ニッケルめっきプロセスの初期段階で亜鉛置換膜５がニッケルイオンと置換され、さらに、自己触媒作用によってこのニッケルイオンとの置換反応が促進されてニッケルめっきが析出し、図４で示すごとく無電解ニッケル被膜７が形成される。
【００４２】
そして、形成された無電解ニッケル被膜７とその下地の第１のアルミニウム電極層２を形成するアルミニウムは化学的に強固に結合しており、第１のアルミニウム電極層２の表面にのみ部分的にめっきがおこなわれた半導体基板１０が製作される。
【００４３】
図示する一連のフローからなる方法によれば、無電解ニッケル被膜７を形成したい第１のアルミニウム電極層２に対してジンケート処理にて亜鉛置換膜５を形成した後に無電解めっき処理をおこなう方法において、ジンケート処理の際に無電解ニッケル被膜７を形成したくない第２のアルミニウム電極層３に対して亜鉛析出防止用の電位を印加しておくことで、最終的には第１のアルミニウム電極層２の表面にのみ精度よく無電解ニッケル被膜７を形成することができる。しかも、この方法によれば、ジンケート処理に要する時間が１分以内であり、無電解めっき処理で逆極性の電流を継続的に通電させる方法の場合に比して消費電力は格段に少なくてよいことから、めっき処理に要する加工コストも安価となる。
【００４４】
[無電解めっき処理後のアルミニウム電極層の組織を観察した実験の結果]
本発明者等は、アルカリエッチング処理をおこない、酸洗浄処理をおこなった半導体基板に対して上記で説明する本発明の方法によって第１のアルミニウム電極層の表面にのみ無電解ニッケル被膜を形成し、この無電解ニッケル被膜の表面と、無電解ニッケル被膜が形成されていない第２のアルミニウム電極層の表面、および、無電解めっき処理前のアルミニウム電極層の表面それぞれの組織を観察し、撮像した。
【００４５】
この実験では、無電解めっき処理で使用したニッケルめっき浴として、上村工業製のエピタスＮＰＲ−１８を使用した。図５ａに当初のアルミニウム電極層表面を撮像した写真図を、図５ｂに無電解ニッケル被膜が形成されていない第２のアルミニウム電極層表面の写真図を、図５ｃに第１のアルミニウム電極層表面の無電解ニッケル被膜の写真図をそれぞれ示している。
【００４６】
これらの写真図から明らかなように、本発明の方法を適用すること、および、ニッケルめっき浴として上記成分のめっき浴を使用することにより、第２のアルミニウム電極層の表面は、当初のアルミニウム電極層の表面と同様に無電解ニッケル被膜が全く形成されておらず、第１のアルミニウム電極層の表面は無電解ニッケル被膜にて完全に被覆されることが実証されている。
【００４７】
[ジンケート処理の有無による無電解ニッケル被膜の形成有無を検証した実験の結果]
本発明者等は、ジンケート処理をおこなわずに無電解めっきのみをおこなう方法と、本発明の方法であるジンケート処理をおこない、次いで無電解めっき処理をおこなう方法の双方を実施して、無電解ニッケル被膜の形成の有無を検証する実験をおこなった。
【００４８】
本実験においても既述する実験と同様のニッケルめっき浴を使用している。図６ａに当初のアルミニウム電極層表面を撮像した写真図を、図６ｂにジンケート処理をおこなわない場合の第１のアルミニウム電極層表面の写真図を、図６ｃにジンケート処理をおこなった場合の第１のアルミニウム電極層表面の写真図をそれぞれ示している。
【００４９】
これらの写真図から明らかなように、ジンケート処理をおこなわない場合は、第１のアルミニウム電極層の表面には無電解ニッケル被膜は全く形成されていない（第２のアルミニウム電極層の表面にも形成されないのは同様である）。
【００５０】
それに対して、ジンケート処理をおこない、次いで無電解めっき処理をおこなった場合には、第１のアルミニウム電極層の表面が無電解ニッケル被膜にて完全に被覆されることが実証されている。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１…絶縁層、２…第１のアルミニウム電極層、３…第２のアルミニウム電極層、４…無電解めっき処理前の半導体基板、５…亜鉛置換膜、６…中間体、７…無電解ニッケル被膜、１０…無電解めっき処理後の半導体基板
【図１】
0005736945.tif 000002
【図２】
0005736945.tif 000003
【図３】
0005736945.tif 000004
【図４】
0005736945.tif 000005
【図５】
0005736945.tif 000006
【図６】
0005736945.tif 000007