(57)【要約】【課題】      セラミック基板に形成された金属回路上に複数の金属をめっきすることにより半導体素子を搭載及び接合に適した電子基板等を提案する【解決手段】    電子基板１は、セラミック基板３に形成された金属回路５に第１金属７及び第２金属９がめっきされたものである。電子基板１は、金属回路５の中央部に半導体素子を搭載及び接合する半導体素子搭載部として第１金属７がめっきされた第１金属めっき部と、金属回路５の第１金属７の周囲に、エレクトロマイグレーションを防止する第２金属９がめっきされた第２金属めっき部を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板に形成された金属回路に複数の金属がめっきされた電子基板であって、
前記金属回路に半導体素子を搭載及び接合する半導体素子搭載部として第１金属がめっきされた第１金属めっき部と、
前記金属回路の前記半導体素子搭載部を含まない部分に第２金属がめっきされた第２金属めっき部を備える電子基板。
【請求項２】
前記半導体素子搭載部に搭載され、前記第１金属を用いて接合された半導体素子部を備え、
前記半導体素子部と前記第２金属めっき部がワイヤーボンディングされる、請求項１記載の電子基板。
【請求項３】
前記半導体素子搭載部と前記金属回路の端部との間には前記半導体素子搭載部がない部分があり、
前記第２金属は、エレクトロマイグレーションを防止させる金属であり、
前記第１金属めっき部の周囲に前記第２金属めっき部を形成することによりエレクトロマイグレーションを防止する、請求項１又は２に記載の電子基板。
【請求項４】
前記金属回路は、銅及び／又はアルミニウムであり、
前記第１金属は、銀であり、
前記第２金属は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ及びＮｉ−Ｂの一部又は全部である、請求項１から３のいずれかに記載の電子基板。
【請求項５】
セラミック基板に形成された金属回路に複数の金属をめっきして電子基板を生産する電子基板生産方法であって、
半導体素子を搭載及び接合する半導体素子搭載部を含めて前記金属回路に第１金属をめっきする第１めっきステップと、
前記金属回路の前記半導体素子搭載部以外の一部又は全部の前記第１金属を除去する除去ステップと、
前記金属回路の前記半導体素子搭載部とは異なる部分に第２金属をめっきする第２めっきステップを含む電子基板生産方法。
【請求項６】
セラミック基板上に形成された金属回路に複数の金属をめっきして電子基板を生産する電子基板生産方法であって、
半導体素子を搭載及び接合する半導体素子搭載部とは異なる部分を含めて前記金属回路に第２金属をめっきする第１めっきステップと、
前記金属回路の前記半導体素子搭載部の前記第２金属を除去する除去ステップと、
前記金属回路の前記半導体素子搭載部に第１金属をめっきする第２めっきステップを含む電子基板生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子基板及び電子基板生産方法に関し、特に、セラミック基板上に形成された金属回路に複数の金属がめっきされた電子基板等に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の電子基板の概要の一例を示す。（ａ）を参照して、セラミック基板１０１に金属回路１０３が形成されている。金属回路１０３上に、金属回路１０３とは異なる金属１０５がめっきされている。金属回路１０３は、電気特性が良好な金属（例えばＣｕやＡｌなど）が用いられる。金属１０５には、はんだ濡れ性やワイヤーボンディング（Ｗ．Ｂ．）性などはんだ素子とのはんだによる接合を考慮してＮｉめっき(Ni、Ni-P、Ni-B)が用いられる。
【０００３】
今後、作動環境の高温化が予想されている（非特許文献１参照）。半導体素子は、ＳｉチップからＳｉＣチップに変更され、接合方法も、従来のはんだ接合では対応が難しく、ＣｕやＡｇからなる金属ナノ粒子による接合が注目されている。図４の（ｂ）及び（ｃ）は、このような高温化に対応するための基盤の一例を示す。図４（ｂ）では、セラミック基板１１１に形成された金属回路１１３上に、金属ナノ粒子と同種の金属１１５がめっきされている。図４（ｃ）では、セラミック基板１２１形成された金属回路１２３上に、はんだによる接合を考慮した金属１２５を全面にめっきし、さらに金属ナノ粒子と同種の金属１２７を部分的にめっきして、めっきを重ねている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】篠原、外７名，“パワーエレクトロニクス実装に向けた高耐熱接合技術の研究”，神奈川県産業技術センター研究報告No.15，2009，p.49-50
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図４（ａ）では、作動環境の高温化に対応することが困難である。図４（ｂ）及び（ｃ）では、作動環境の高温化に対応することはできるが、図４（ｂ）では、Ｗ．Ｂ．強度不足や、エレクトロマイグレーションの不具合がある。図４（ｃ）では、めっきを重ねてこれらの問題を解決することができるが、金属１２５と金属１２７の間の密着性が悪いという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、セラミック基板に形成された金属回路上に複数の金属をめっきすることにより半導体素子を搭載及び接合に適した電子基板等を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の第１の観点は、セラミック基板上に形成された金属回路に複数の金属がめっきされた電子基板であって、前記金属回路上に半導体素子を搭載及び接合する半導体素子搭載部として第１金属がめっきされた第１金属めっき部と、前記金属回路上の前記半導体素子搭載部を含まない部分に第２金属がめっきされた第２金属めっき部を備えるものである。
【０００８】
本願発明の第２の観点は、第１の観点の電子基板であって、前記半導体素子搭載部と前記金属回路の端部との間には前記半導体素子搭載部がない部分があり、前記第２金属は、エレクトロマイグレーションを防止させる金属であり、前記第１金属めっき部の周囲に前記第２金属めっき部を形成することによりエレクトロマイグレーションを防止するものである。
【０００９】
本願発明の第３の観点は、第１又は第２の観点の電子基板であって、前記金属回路は、銅及び／又はアルミニウムであり、前記第１金属は、銀であり、前記第２金属は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ及びＮｉ−Ｂの一部又は全部である。
【００１０】
本願発明の第４の観点は、セラミック基板上に形成された金属回路に複数の金属をめっきして電子基板を生産する電子基板生産方法であって、半導体素子を搭載及び接合する前記半導体素子搭載部を含めて前記金属回路上に第１金属をめっきする第１めっきステップと、前記金属回路における前記半導体素子搭載部以外の一部又は全部の前記第１金属を除去する除去ステップと、前記金属回路上の前記半導体素子搭載部以外の部分に第２金属をめっきする第２めっきステップを含むものである。
【００１１】
本願発明の第５の観点は、セラミック基板上に形成された金属回路に複数の金属をめっきして電子基板を生産する電子基板生産方法であって、半導体素子を搭載及び接合する前記半導体素子搭載部以外の部分を含めて前記金属回路上に第２金属をめっきする第１めっきステップと、前記金属回路における前記半導体素子搭載部の前記第２金属を除去する除去ステップと、前記金属回路上の前記半導体素子搭載部に第１金属をめっきする第２めっきステップを含むものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明の各観点によれば、第１金属及び第２金属を金属回路に直接めっきすることにより、図４（ｃ）の場合等よりも密着性を高めて、半導体素子を搭載及び接合するために複数の金属をめっきすることが可能になる。これにより、半導体素子が高温で動作しても、接合の信頼性を損なわない。
【００１３】
本願発明の第２の観点によれば、半導体素子を搭載及び接合するための第１金属の周りに、エレクトロマイグレーションを防止するための第２金属をめっきすることにより、半導体素子が動作するときのエレクトロマイグレーションを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願発明の実施の形態の一例である電子基板の構成の一例を示す図である。
【図２】図１の電子基板１を生産する処理の一例を示すフロー図である。
【図３】（ａ）従来のものと（ｂ）本願発明によるもののＡｇめっきの密着性試験の結果を示す図である。
【図４】従来の電子基板の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１６】
図１は、本願発明の実施の形態の一例である電子基板の構成の一例を示す図である。電子基板１は、電子部品モジュールを構成する基板である。例えば、パワーデバイス基板などである。図１（ａ）は電子基板１を上から見たものであり、図１（ｂ）はＸＹ断面を示す。図１（ｃ）は、半導体素子を搭載及び接合し、ワイヤーボンディングを行った一例を示す。
【００１７】
電子基板１は、セラミック基板３（本願請求項の「セラミック基板」の一例）に金属回路５（本願請求項の「金属回路」の一例）が形成されている。金属回路５上に、半導体素子を搭載及び接合するための第１金属７（本願請求項の「第１金属」の一例）が部分的にめっきされている。金属回路５上の他の部分は、エレクトロマイグレーションを防止するための第２金属９（本願請求項の「第２金属」の一例）がめっきされている。なお、以下では、金属回路５並びに第１金属７及び第２金属９は、それぞれ、銅並びに銀及びニッケルとして説明するが、複数であってもよい。
【００１８】
第１金属７は、半導体素子を搭載及び接合するためのものであり、例えば半導体素子を金属ナノ粒子により接合する場合に、この金属ナノ粒子と同種の金属である。これにより、半導体素子が高温で動作しても、接合の信頼性が損なわれない。第１金属７は、金属回路５の中央部に部分的にめっきされている。第１金属７と金属回路５の端部との間には、空間がある。また、この第１金属７は金属回路５と密着性が良好である。第１金属７を、第２金属９に重ねることなく、金属回路５に直接めっきすることにより、密着性を向上させることができる。
【００１９】
第２金属９は、半導体素子が動作するときのエレクトロマイグレーションを防止させるものである。図１（ｂ）では、第１金属７からセラミック基板３まで、金属回路５を覆ってめっきされている。第１金属７の周囲に第２金属９をめっきすることにより、エレクトロマイグレーションを防止することができる。
【００２０】
さらに、半導体素子とのワイヤーボンディングが可能な金属をめっきし、かつ、第１金属７に半導体素子を搭載させる際に、Ａｇが部分的にめっきされていることで、セルフアライメントが可能になる。
【００２１】
図１（ｃ）は、半導体素子を搭載及び接合する場合の構成の一例を示す。セラミック基板３において、放熱基板１１は、金属回路５が形成されていない一つの面に設けられている。図１において、半導体素子１３は、第１金属７に搭載され、金属粒子接合部１５により第１金属７を用いた接合がなされている。半導体素子１３と第２金属９は、ワイヤー１７によってワイヤーボンディングされている。このようにして、具体的な回路を形成することができる。
【００２２】
図２は、図１の電子基板１を生産する処理の一例を示すフロー図である。
【００２３】
図２（ａ）では、まず、金属回路５上に第１金属７をめっき処理する（ステップＳＴＦ１）。ここで、半導体素子搭載部は、少なくともめっきする。そして、半導体素子搭載部以外を除去する（ステップＳＴＦ２）。そして、半導体素子搭載部以外の部分を第２金属９でめっき処理する（ステップＳＴＦ３）。これにより、電子基板１を形成することができる。
【００２４】
図２（ｂ）では、まず、金属回路５上に第２金属９をめっき処理する（ステップＳＴＳ１）。ここで、半導体素子搭載部以外の部分は、少なくともめっきする。そして、半導体素子搭載部を除去する（ステップＳＴＳ２）。そして、半導体素子搭載部の部分を第１金属７でめっき処理する（ステップＳＴＳ３）。これにより、電子基板１を形成することができる。
【００２５】
ステップＳＴＦ３とステップＳＴＳ３の後に、半導体素子搭載部に半導体素子を搭載及び接合し、半導体素子と第２金属９とをワイヤーボンディングするステップを含んでもよい。
【００２６】
図３は、（ａ）従来のものと（ｂ）本願発明によるもののＡｇめっきの密着性試験の結果を示す図である。
【００２７】
図３（ａ）を参照して、図４の従来の無電解Ｎｉ−Ｐめっき上に無電解Ａｇめっきを行った場合の密着性試験について説明する。試作条件は、以下のものである。素材は、セラミック基板上の銅回路である。無電解Ｎｉ−Ｐめっき仕様は、厚みが2.5μＭ（Ave.）、Ｐ含有率（9〜11％、中リンタイプ）である。無電解Agめっき仕様は、３社の置換めっきタイプの３種類の市販めっき液を使用した。評価方法は、1mm幅にカッター刃でクロスカットを入れた後、粘着テープでピーリングし、めっきのハガレの有無を目視及び顕微鏡で確認した。加熱前及びホットプレート上350℃  ５min加熱有の２条件とした。
【００２８】
評価結果は、３社すべてのＡｇめっきで不合格であった。加熱前の試験で、すでにＮｉ−Ｐとの界面で剥離が生じていた。図３（ａ）は、評価結果の一例を示す。基板２１の面には、Ｎｉ−Ｐめっき上にＡｇめっきを行った。そして、基板２１にクロスカットを行い、クロスカット跡２３がある。剥離部２５は、Ａｇめっきが剥離して現れた、下のＮｉ−Ｐめっき面である。このようにＡｇめっきの剥離が生じている。
【００２９】
図３（ｂ）を参照して、本願発明の無電解Ｎｉ−Ｐと無電解Ａｇめっきの部分めっきを行った場合の密着性試験について説明する。試作条件は、以下のものである。素材は、セラミック基板上の銅回路である。無電解Ｎｉ−Ｐめっき仕様は、厚みが2.5μＭ（Ave.）、Ｐ含有率（9〜11％、中リンタイプ）である。無電解Agめっき仕様は、上記の３社のうちの１社の置換めっきタイプの市販めっき液を使用した。評価方法は、1mm幅にカッター刃でクロスカットを入れた後、粘着テープでピーリングし、めっきのハガレの有無を目視及び顕微鏡で確認した。加熱前及びホットプレート上350℃  ５min加熱有の２条件とした。
【００３０】
評価結果は、加熱前も加熱後も、ともに剥離なく合格した。図３（ｂ）は、評価結果の一例を示す。基板の面には、Ｎｉ−ＰめっきとＡｇめっきを部分的に行い、部分Ｎｉ−Ｐめっき部３１と部分Ａｇめっき部３３を形成した。そして、基板にクロスカットを行い、クロスカット跡２５を形成した。
【符号の説明】
【００３１】
１  電子基板、３  セラミック基板、５  金属回路、７  第１金属、９  第２金属、１１  放熱基板，１３  半導体素子，１５  金属粒子結合部，１７  ワイヤー，２１  基板、２３  クロスカット跡、２５  剥離部、３１  部分Ｎｉ−Ｐめっき部、３３  部分Ａｇめっき部、３５  クロスカット跡、１０１，１１１，１２１  セラミック基板、１０３，１１３，１２３  金属回路、１０５，１１５，１２５，１２７  金属
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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