(57)【要約】【課題】ＡｌＮ基板とメタライズ層、あるいはメタライズ層とめっき層との接合強度を十分に保つことができ、めっき層のふくれやメタライズ層のはがれの発生を防止し得るＡｌＮメタライズ基板を提供する。【解決手段】ＡｌＮメタライズ基板は、ＡｌＮ基板と、ＡｌＮ基板表面に設けられたメタライズ層と、メタライズ層上に設けられためっき層とを具備する。めっき層は析出性の高いＮｉめっきを用いて形成され、かつその一部がメタライズ層中に拡散している。めっき層の拡散領域はメタライズ層の表面から厚さの1/2以下の範囲とされている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＮ焼結体からなる基板と、前記基板表面に設けられたメタライズ層と、前記メタライズ層上に設けられためっき層とを具備するＡｌＮメタライズ基板において、
前記めっき層は析出性の高いＮｉめっきを用いて形成され、かつその一部が前記メタライズ層中に拡散していると共に、前記めっき層の拡散領域が前記メタライズ層の表面から厚さの1/2以下の範囲であることを特徴とするＡｌＮメタライズ基板。
【請求項２】
請求項１記載のＡｌＮメタライズ基板において、
前記めっき層上にはんだ層が設けられていることを特徴とするＡｌＮメタライズ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用いたメタライズ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子等の高出力化や高集積化等に伴って、素子からの発熱量は年々増加する傾向にある。これにより、半導体素子の搭載基板やヒートシンク、あるいはハイブリッドＩＣ用回路基板等として、高熱伝導性を有するＡｌＮ焼結体からなる基板が注目されている。ＡｌＮ基板を電子部品用材料として用いる場合には、回路や素子搭載部の形成等を目的として、その表面に導電性金属層を形成することが不可欠である。このような金属層（メタライズ層）は、ＭｏやＷ等の高融点金属を主成分とし、これに必要に応じてＴｉ、ＴｉＮ等の活性金属成分等を添加したメタライズ組成物を用い、これをペースト化したもの（メタライズペースト）を塗布、焼成することにより形成することが一般的である。
【０００３】
ところで、上記したようなメタライズ層上には、通常、ＮｉめっきやＡｕめっき等が施される。この際、ＡｌＮ基板へのメタライズに伴う処理温度は、従来のアルミナ基板等に比べて高温であるため、ＡｌＮ基板中の粒界相成分やメタライズ層中のガラス成分がメタライズ層表面に拡散して、めっき層の密着性を阻害したり、さらにはめっき層にふくれが生じる等の問題を招いていた。
【０００４】
また、上述したようなめっき層を無電解めっきで形成する場合、無電解Ｎｉめっきの触媒化液や無電解Ａｕめっき液は、pHが12〜13程度のアルカリ溶液であるため、ＡｌＮ基板にダメージが生じ、メタライズ層の接合強度が低下したり、またＡｌＮ基板の表面平滑度の悪化等に伴って、非メタライズ部分にめっき金属が付着する等の問題を招いていた。さらに、上述したようなめっき層上に予めはんだ層を形成（プレソルダー）する場合、めっき層にふくれが生じていたり、あるいはメタライズ層にはがれが生じていると、はんだ層にポア等が形成され易くなり、また非メタライズ部分にめっき金属が付着していると、はんだも不要部分に付着してしまうというような問題をも招いていた。
【０００５】
上述したようなメタライズ層やめっき層の接合（密着）強度の低下、めっき層のふくれやはんだ層のポア等は、いずれも半導体素子の搭載時等に大きな悪影響を及ぼし、またいずれも基板作製時における最終工程近くで生じるため、その実害は大きい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来のＡｌＮ基板表面に形成したメタライズ層へのめっき処理やはんだ処理においては、メタライズ層やめっき層の接合（密着）強度の低下を招いたり、さらにはめっき層のふくれやはんだ層のポア等が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、ＡｌＮ基板とメタライズ層、あるいはメタライズ層とめっき層との接合（密着）強度を十分に保つことができ、メタライズ層のはがれの発生等を防止し得るＡｌＮメタライズ基板、さらにはめっき層上にはんだ層を形成する場合には、はんだ層の形成状態を良好に保つことが可能なＡｌＮメタライズ基板を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＡｌＮメタライズ基板は、ＡｌＮ焼結体からなる基板と、前記基板表面に設けられたメタライズ層と、前記メタライズ層上に設けられためっき層とを具備するＡｌＮメタライズ基板において、前記めっき層は析出性の高いＮｉめっきを用いて形成され、かつその一部が前記メタライズ層中に拡散していると共に、前記めっき層の拡散領域が前記メタライズ層の表面から厚さの1/2以下の範囲であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＡｌＮメタライズ基板によれば、ＡｌＮ基板とメタライズ層との接合強度を十分に保つことができるため、メタライズ層のはがれ等を防止することが可能となる。これにより、電子部品の搭載基板等として好適な健全なＡｌＮメタライズ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】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明のＡｌＮメタライズ基板に用いられる基板は、ＡｌＮを主成分とし、これにＹ2Ｏ3やＡｌ2Ｏ3等の焼結助剤成分を適量添加して作製したＡｌＮ焼結体からなるものである。また、メタライズ層としては、ＭｏやＷ等の高融点金属を主成分とし、これに必要に応じてＴｉ、ＴｉＮ等の活性金属成分等を添加したメタライズ組成物等を用い、これをペースト化したメタライズペーストの塗布、焼成により形成したもの等が挙げられる。
【００１１】
メタライズ層中の酸化物成分、例えばメタライズ層中に拡散したＡｌＮ基板中の焼結助剤成分やメタライズ層内のガラス成分等は、めっき層の密着性の低下要因となる。そこで、メタライズ層上に設けられためっき層がメタライズ層中の酸化物成分を除く成分と接触した状態、言い換えればメタライズ層中の酸化物成分とは直接接触していない状態とすることが好ましい。
【００１２】
めっき層とメタライズ層中の酸化物成分とが直接接触していない状態は、例えばめっき処理前にメタライズ層の最表面に存在する酸化物成分を予め化学的エッチング処理等で除去し、その後にめっき処理を施すことによって実現することができる。酸化物成分は、ガラス状態でメタライズ層の最表面に存在しているため、アルカリ溶液等のエッチング液を用いることによって、ＭｏやＷ等のメタライズ層の主成分に対して選択的に除去することができる。
【００１３】
また、メタライズ層の厚さを例えば9μm以上と厚くすることによっても、上述したようなめっき層とメタライズ層中の酸化物成分とが直接接触していない状態を得ることができる。メタライズ層の厚さを9μm以上とすると、ＡｌＮ基板へのメタライズ処理中の高温下においても、処理時間内に酸化物成分がメタライズ層の表面まで拡散することが防止できる。このようなメタライズ層の厚さ設定と上記化学的エッチング処理とを組合せることが望ましい。なお、9μmというメタライズ層の厚さは、一般的なＡｌＮ基板へのメタライズ処理条件に基づいて設定したものであり、処理条件等によっては異なる最適値が存在する場合がある。
【００１４】
本発明のＡｌＮメタライズ基板は、基本的にはめっき処理時に使用するアルカリ性処理液による処理時間を短縮し、ＡｌＮ基板へのダメージを低減することによって、メタライズ層の接合強度の低下やはがれを防止しようとするものである。ただし、単に処理時間を短くしただけではめっき層の密着強度が低下してしまう。
【００１５】
そこで、本発明のＡｌＮメタライズ基板においては、めっき層の一部をメタライズ層に拡散させると共に、めっき層の拡散領域をメタライズ層の表面から厚さの1/2以下の範囲としている。このようなメタライズ層に拡散し得るめっき層としては、析出性の高いＮｉ−Ｂめっきを用いて形成したものが好ましい。めっき層の一部をメタライズ層に拡散させることにより、上述したようなアルカリ性処理液による処理時間の短縮を補って、良好な密着強度を有するめっき層が得られる。
【００１６】
また、めっき層の拡散領域がメタライズ層の厚さの1/2を超えると、めっき層の拡散領域がメタライズ層の接合強度に悪影響を及ぼすため、めっき層の拡散領域をメタライズ層の表面からその厚さの1/2以下の範囲に規定している。このような拡散領域をメタライズ層の厚さの1/2以下としためっき層は、めっき処理条件等を制御することにより実現できる。
【００１７】
上述したような本発明のＡｌＮメタライズ基板においては、めっき層上にはんだ層を予め設けた場合、めっき層のふくれやメタライズ層のはがれ等が防止されているため、形成状態の良好なはんだ層を得ることができる。さらに、本発明のＡｌＮメタライズ基板によれば、ＡｌＮ基板の表面平滑度の低下等が抑制できるため、非メタライズ部分にめっきやはんだが付着することが防止できる。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００１９】
実施例１
ＡｌＮを主成分とする熱伝導率が170W/m KのＡｌＮ基板（焼結助剤としてＹ2Ｏ3を3重量％含む）を用意し、このＡｌＮ基板の両表面にＭｏ粉末とＴｉＮ粉末との混合粉末に有機系バインダを加えてペースト化したものを、スクリーン印刷法により所望の形状に印刷して乾燥させた後、窒素雰囲気中にて1973Kで焼成してメタライズ層を形成した。
【００２０】
次に、上記メタライズ層を有するＡｌＮ基板を、常温の50％塩酸溶液中で5分間酸洗処理し、水洗した後、アルカリ性触媒液（pH=12〜13）を用いて333K×2.5分間の条件で触媒化処理を行った。なお、上記アルカリ性触媒液による標準処理条件は333K×5分間である。水洗後、無電解Ｎｉ−Ｂめっき液（ベル801（商品名、上村工業社製））を用いて、厚さ1μmの1次めっき層を形成した。次いで、還元性雰囲気中にて1073Kで5分間加熱処理して、1次めっき層をメタライズ層に定着させた。
【００２１】
熱処理後の1次めっき層に酸洗、活性化処理（酸性）を行った後、無電解Ｎｉ−Ｐめっき液（S680（商品名、カニゼン社製））を用いて、めっき層の厚さが合計で3μmとなるように2次めっき層を形成した。この後、1次めっき層と2次めっき層とを密着させるために、還元性雰囲気中にて873Kで5分間加熱処理した。
【００２２】
このようにして得た無電解Ｎｉめっき層上に、コバール製のネールヘッドピン（ネールヘッド径＝1.4mm）を高温はんだ（Ｐｂ：Ｓｎ：Ａｇ=93.5：5：1.5（重量比））を用いて接合し、このネールヘッドピンの引張り強度を測定した。具体的には、ＡｌＮメタライズ基板の裏面を固定し、引張り強度試験機によりネールヘッドピンを上方垂直に、引張りスピード10mm/minで引張り、メタライズ層の引張り強度を測定した。その結果、平均で3kgfという良好な結果が得られた。
【００２３】
上記引張り試験後に、メタライズ層部分を切断してめっき層の拡散状況を確認したところ、めっき層の一部はメタライズ層中に拡散していると共に、その拡散領域はメタライズ層の表面から厚さの1/2以下であった。
【００２４】
また、上記実施例１のＡｌＮメタライズ基板の両面のめっき層上に、Ｐｂ／Ｓｕ／Ａｇ＝95/3.5/1.5の組成のはんだ箔（厚さ＝0.1mm）をそれぞれ配置し、カーボン治具で挟んだ後、還元雰囲気中（Ｎ2／Ｈ2＝80/20）で通炉してプレソルダーを行った。得られたはんだ層の状態を評価したところ、はんだ層の流れや非メタライズ部分へのはんだの付着、さらにははんだ層のひけ等は発生しておらず、形成状態の良好なはんだ層が得られていることを確認した。
【００２５】
比較例１
アルカリ性触媒液（pH=12〜13）による触媒化処理条件を333K×5分間とする以外は、実施例１と同様にして、無電解めっき層（1次めっき層のみ）を有するＡｌＮメタライズ基板を作製した。このメタライズ層の接合強度を実施例１と同様して測定したところ、引張り強度は1.5kgfであった。また、引張り試験後に、メタライズ層部分を切断してめっき層の拡散状況を確認したところ、めっき層の一部はメタライズ層中に拡散していたが、その拡散領域はメタライズ層とＡｌＮ基板との界面まで達していた。
【００２６】
比較例２
無電解Ｎｉ−Ｐめっき液（S680（商品名、カニゼン社製））で一次めっきを行う以外は、実施例１と同様にして、無電解めっき層（一次めっき層のみ）を有するＡｌＮメタライズ基板を作製した。このようにして得ためっき層は、めっきむら（めっきが析出しない領域）が発生していた。