(57)【要約】【課題】  アルミニウムベースの電気回路用放熱基板について、下地の絶縁層と導電性金属膜との密着強度を向上させることができる電気回路用放熱基板の製造方法を提供する。【解決手段】  アルミニウム基材を陽極酸化処理して表面に多孔質層を有する絶縁層を形成した後、そのアルミニウム基材の絶縁層上に、スパッタリング法や蒸着法などの乾式めっき法により導電性金属膜を形成し、次に電解めっき法により導電性金属膜を積層して形成する。乾式めっき法による導電性金属膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉの少なくとも１種からなる第１層と、その上に積層して形成されたＣｕからなる第２層とで構成され、且つ電解めっき法による導電性金属膜がＣｕからなることが好ましい。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム基材に陽極酸化処理を施すことにより表面に多孔質層を有する絶縁層を形成した後、そのアルミニウム基材の絶縁層上に、乾式めっき法により導電性金属膜を形成し、次に電解めっき法により導電性金属膜を積層して形成することを特徴とする電気回路用放熱基板の製造方法。
【請求項２】
前記乾式めっき法による導電性金属膜の膜厚が０.１〜０.３μｍであり、前記電解めっき法による導電性金属膜の膜厚が５〜３５μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の電気回路用放熱基板の製造方法。
【請求項３】
前記乾式めっき法による導電性金属膜が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉの少なくとも１種を含む金属からなる第１層と、その上に積層して形成されたＣｕを含む金属からなる第２層とで構成され、且つ前記電解めっき法による導電性金属膜がＣｕを含む金属からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気回路用放熱基板の製造方法。
【請求項４】
前記乾式めっき法として、スパッタリング法又は蒸着法を用いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電気回路用放熱基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性を重要視した電気回路用基板、特にアルミニウムベースの電気回路用放熱基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インバータ、電源、あるいは車載用などに用いる電気回路用基板では、回路から発生する熱を放出するため高い放熱性が要求されている。また、最近では、レーザーダイオードや発光ダイオードなどのハイパワー化の流れから、これらのダイオードを実装する回路用基板についても、放熱性の優れた基板の要求が高まっている。
【０００３】
このような要求に対して、放熱性の優れた様々な基板が開発されており、メタルベース基板もその１つである。例えば、アルミニウム又は銅の基材上にエポキシあるいはガラスエポキシで絶縁層を形成し、その上に銅箔を接着した電気回路用放熱基板が知られている。尚、これらメタルベースの電気回路用放熱基板は、表面の銅箔にエッチング加工を施し、回路パターンを形成して使用される。
【０００４】
セラミックベース基板も放熱性に優れ、特に窒化アルミニウム基板は金属並の放熱性を有している。例えば、セラミック基材上に銅板又はアルミニウム板をロウ材で貼り付けるか、あるいは金属膜をスパッタリング又は蒸着により形成したものがあり、エッチング加工により回路パターンを形成して使用される。また、セラミック基材上に金属ペーストを印刷焼成することにより、回路パターンを形成した基板もある。
【０００５】
これら電気回路用放熱基板の熱伝導率は、電気回路に多く使用されているプリント基板の熱伝導率がおよそ０.５Ｗ／ｍＫであるのに対して、メタルベース基板の熱伝導率は約４Ｗ／ｍＫ程度と優れている。一方、セラミックベース基板の熱伝導率は、アルミナ基板で約２０Ｗ／ｍＫ、窒化アルミニウム基板では約１７０Ｗ／ｍＫと非常に優れている。
【０００６】
しかし、セラミックベース基板は、上記のごとく放熱性に優れているが、直接穴開け加工することができないという欠点を有しており、そのため固定手段として穴開け加工可能なメタル基材を貼り付ける等の対策が必要であった。一方、メタルベース基板は、穴開け加工が容易であるが、放熱性は十分満足すべきものとはいえなかった。
【０００７】
上記欠点を解決する放熱基板の製造方法として、特開平０９−２６６３７４号公報には、アルミニウム基材に陽極酸化処理を施して表面に酸化アルミニウムの絶縁層（アルマイト層）を形成し、その絶縁層上に無電解金属めっきにより電気回路を形成する方法が提案されている。また、特開平１０−００４２６０号公報には、上記方法の改良技術であって、無電解めっきの後に電解めっきを行う方法が記載されている。
【０００８】
一般に、無電解めっきの場合、形成しためっき膜と下地との間の密着強度が発現し難い。そこで、上記した方法では、下地となるアルミニウム基材に陽極酸化処理を施すことにより、表面に多孔質層を有する酸化アルミニウムの絶縁層（アルマイト層）を形成し、その上に無電解めっきにより電気回路を直接形成することによって、絶縁層表面に存在する多孔質層の小さな開口穴を利用して密着強度の向上を図るものである。
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−２６６３７４号公報
【特許文献２】特開平１０−００４２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記した特開平０９−２６６３７４号公報及び特開平１０−００４２６０号公報の方法によれば、優れた放熱性を有し且つ穴開け加工が可能なアルミニウムベースの放熱基板を得ることができる。しかしながら、基本的に無電解めっきにより電気回路となる導電性金属層を形成しているため、改善されたとは言え、下地である絶縁層との密着強度が弱いという問題点を有していた。
【００１１】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、陽極酸化処理を施したアルミニウム基材に導電性金属膜を形成したアルミニウムベースの電気回路用放熱基板について、下地の絶縁層と導電性金属膜との密着強度を向上させることができる電気回路用放熱基板の製造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】
【００１２】
本発明者は、陽極酸化処理により表面に絶縁層を形成したアルミニウム基材に導電性金属膜を形成する方法について検討を重ねた結果、最初にスパッタリング法や蒸着法などの乾式めっき法で薄い導電性金属膜を形成し、その上に更に電解めっき法で厚い導電性金属膜を形成することによって、下地である絶縁層との密着性に優れた導電性金属膜が得られることを見出した。
【００１３】
即ち、上記目的を達成するため、本発明が提供する電気回路用放熱基板の製造方法は、アルミニウム基材に陽極酸化処理を施すことにより表面に多孔質層を有する絶縁層を形成した後、そのアルミニウム基材の絶縁層上に、スパッタリング法や蒸着法などの乾式めっき法により導電性金属膜を形成し、次に電解めっき法により導電性金属膜を積層して形成することを特徴とするものである。
【００１４】
上記本発明の電気回路用放熱基板の製造方法においては、前記乾式めっき法による導電性金属膜の膜厚が０.１〜０.３μｍであり、前記電解めっき法による導電性金属膜の膜厚が５〜３５μｍであることが好ましい。
【００１５】
また、前記乾式めっき法による導電性金属膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉの少なくとも１種を含む金属からなる第１層と、その上に積層して形成されたＣｕを含む金属からなる第２層とで構成されることが好ましく、且つ前記電解めっき法による導電性金属膜は、Ｃｕを含む金属からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、本来的に放熱性に優れている陽極酸化処理されたアルミニウム基材に導電性金属膜を直接形成するため放熱性に優れると共に、導電性金属膜を乾式めっきと電解めっきの２種類の方法により積層して形成するため、導電性金属膜と下地である絶縁層との密着強度に優れた電気回路用放熱基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明方法においては、まず、アルミニウム基材に陽極酸化処理を施すことにより、表面に多孔質層を有する絶縁層を基材表面に形成する。基材となるアルミニウムとしては、例えば、一般の９９％アルミニウム若しくは１０重量部以下の添加物を含有したアルミニウム合金が使用可能である。このアルミニウム基材を通常のごとく燐酸、蓚酸、硫酸の浴中で陽極酸化して、表面に多孔質層を有する酸化アルミニウム（アルマイト）の絶縁層を形成する。
【００１８】
上記絶縁層の厚さとしては、電気回路用の基板として十分な絶縁性を確保するために、処理時間などの陽極酸化処理条件を調整して、５μｍ以上とすることが望ましい。ただし、絶縁層の厚さを２００μｍ以上にすることは、長い処理時間を要するため実用的ではない。最も好ましい絶縁層の厚さは、２０〜１００μｍの範囲である。
【００１９】
次に、上記陽極酸化処理により得られたアルミニウム基材表面の絶縁層上に、乾式めっき法により薄い導電性金属膜を形成する。この乾式めっき法により形成する導電性金属膜の膜厚は、０.１〜０.３μｍの範囲が好ましい。この導電性金属膜の膜厚が０.１μｍ未満では下地である絶縁層との密着強度が不十分となり、また０.３μｍを超えると膜形成に時間を要するからである。乾式めっき法としてはスパッタリング法又は蒸着法が好ましいが、得られる導電性金属膜と絶縁層の密着強度の点ではスパッタリング法が優れている。
【００２０】
その後、上記乾式めっき法により形成した薄い導電性金属膜の上に、電解めっき法により厚い導電性金属膜を積層して形成する。この電解めっき法により形成する導電性金属膜の膜厚は、必要に応じて任意に定めることができるが、通常は５〜３５μｍの範囲が好ましい。この膜厚が５μｍ未満では、全体として導電性金属膜の膜厚が薄すぎるため導電性が不十分となる。また、この膜厚が３５μｍを超えると、膜形成に時間を要するため好ましくない。
【００２１】
乾式めっき法及び電解めっき法により形成する導電性金属膜は、ＣｕやＮｉなど、必要な導電性を確保できる金属であればよい。好ましい態様としては、乾式めっき法による導電性金属膜を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉの少なくとも１種を含む金属からなる第１層と、その上に積層されたＣｕを含む金属からなる第２層とで構成する。また、電解めっき法による導電性金属膜としては、Ｃｕを含む金属からなる導電性金属膜が好ましい。Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉの少なくとも１種を含む金属としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉのほか、これらの合金、例えばＮｉＣｒなどがある。また、Ｃｕを含む金属としては、Ｃｕ又はその合金を用いる。
【００２２】
乾式めっき法による導電性金属膜の第１層は、アルミニウム基材の陽極酸化処理で形成された絶縁層（アルマイト層）、中でも表面の多孔質層と強固に結合して、密着強度を向上させるためのシード層となる。また、乾式めっき法による導電性金属膜の第２層は、次の電解めっき法による導電性金属膜と同種の金属、好ましくはＣｕを含む金属を用いることで、電解めっき法による導電性金属膜を優れた密着性にて効率よく形成することができる。
【００２３】
このようして得られる本発明の電気回路用放熱基板は、導電性金属膜を乾式めっき法と電解めっき法の２種類の方法により積層して形成するため、上述した特開平０９−２６６３７４号公報や特開平１０−００４２６０号公報に記載の従来の放熱基板と比較して、導電性金属膜と下地である絶縁層との密着強度がはるかに優れている。また、本発明の電気回路用放熱基板の熱伝導率は、上記した従来の放熱基板と同程度であり、具体的には６０〜９５Ｗ／ｍＫの範囲と優れたものである。
【００２４】
尚、本発明の放熱基板の製造に際して、基板をネジ止めするためや、放熱性を更に向上させるためなどにより、部分的に陽極酸化処理を施したくない領域が存在する場合には、その領域を樹脂などで部分的にマスキングすることで対応することが可能である。また、本発明の放熱基板は、導電性金属膜にエッチング加工で回路パターンを形成して使用される。
【実施例】
【００２５】
厚さ１ｍｍ、縦横それぞれ２５.４ｍｍの純度９９％のアルミニウム基材に、陽極酸化処理を施して、表面に多孔質層を有する酸化アルミニウム（アルマイト）からなる絶縁層を厚さ約５０μｍとなるように形成した。
【００２６】
このアルミニウム基材をスパッタリング装置内に設置して、装置内の真空度を１０−７ｔｏｒｒとし、ＮｉＣｒをスパッタパワー５００Ｗで２分間スパッタリングすることにより、基材表面の絶縁層上にＮｉＣｒ膜を形成した。引き続き、同じ条件にてＣｕを３分間スパッタリングして、ＮｉＣｒ膜上にＣｒ膜を積層して形成した。
【００２７】
その後、上記乾式めっき法による導電性金属膜形成後の基材を取り出し、電気めっき法によりＣｕ膜を形成した。用いた電気めっき液の組成は、ＣｕＳＯ４：９０ｇ／ｌ、Ｈ２ＳＯ４：１８０ｇ／ｌ、Ｃｌ−：５０ｍｇ／ｌとした。めっき条件は、液温２５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、めっき時間３０分間とした。
【００２８】
水洗後６０℃で２時間乾燥して、アルミニウムベースの放熱基板を得た。この放熱基板の断面を顕微鏡観察した結果、導電性金属膜の膜厚は、乾式めっき法による第１層のＮｉＣｒ膜が０.１μｍ、第２層のＣｕ膜が０.２μｍ、電解めっき法によるＣｕ膜が２０μｍであることが確認された。
【００２９】
得られた放熱基板の表面に、スクリーン印刷によって回路パターンを形成した後、エッチングを行うことにより２×２ｍｍのドットパターンを５個形成した。この５個のパターンをパッドとして、直径０.６ｍｍの錫めっき銅線を垂直になるように半田付けした後、垂直方向に引き上げる半田プル試験を実施して、導電性金属膜の密着強度を測定した。この半田プル試験を１０枚の放熱基板に実施し、測定した密着強度の最大値、最小値、平均値を下記表１に示した。
【００３０】
比較のため、上記スパッタリングによる乾式めっき法の代わりに無電解めっき法を用いて、アルミニウムベースの放熱基板を作製した。即ち、上記と同じアルミニウム基材に、陽極酸化処理により厚さ約５０μｍの絶縁層を形成した。この基材を、組成がＰｄＣｌ２：１ｍｌ／ｌ、ＨＣｌ：１ｍｌ／ｌの前処理液に液温２５℃で１分間浸漬した後、市販の無電解Ｎｉめっき浴に１０分間浸漬して、膜厚約３μｍのＮｉ膜を形成した。次に、組成がＣｕＳＯ４：９０ｇ／ｌ、Ｈ２ＳＯ４：１８０ｇ／ｌ、Ｃｌ−：５０ｍｇ／ｌの電解Ｃｕめっき浴にて、液温２５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、めっき時間３０分間の処理を行って、膜厚約２０μｍのＣｕ膜を形成した。
【００３１】
得られた比較例の放熱基板について、上記と同様に、２×２ｍｍのドットパターンを５個形成し、半田付けした錫めっき銅線を垂直方向に引き上げる半田プル試験を実施した。この半田プル試験を１０枚の放熱基板に実施し、測定した密着強度の最大値、最小値、平均値を、上記本発明例の結果と併せて下記表１に示した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
上記表１から分るように、陽極酸化処理したアルミニウム基材上に、乾式めっき法のスパッタリングと電解めっき法を用いて導電性金属膜を形成した本発明例による放熱基板は、従来法と同様に無電解めっき法と電解めっき法を用いて導電性金属膜を形成した比較例による放熱基板に比べて、約２倍以上の密着強度を得ることができた。尚、上記本発明例及び比較例の各放熱基板の熱伝導率は、いずれも８５Ｗ／ｍＫ程度であった。