(57)【要約】【課題】  高い放熱特性を有すると共に、金属回路用の金属層とアルミニウム基板との間に、接着樹脂層を備えた従来の放熱基板と同程度の密着強度を有する電気回路用放熱基板を提供する。【解決手段】  陽極酸化処理を用いて絶縁膜であるアルマイト皮膜２を形成したアルミニウム基板１の表面に、気相成長法によりＡｌ層３と金属シード層４を形成した後、水和処理によりＡｌ層３とアルマイト皮膜２の一部をベーマイト層に変化させ、アルマイト皮膜２と金属シード層４との間にベーマイト層３ａを形成する。その後、電気めっき法により金属シード層４上に所望の厚さの導電性金属層を形成して、電気回路用放熱基板を得る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極酸化処理を用いて絶縁膜であるアルマイト皮膜を形成したアルミニウム基板の表面に、気相成長法により金属シード層を形成した後、電気めっき法により所望の厚さの金属皮膜を形成する電気回路用放熱基板の製造方法において、アルマイト皮膜と金属シード層との間にベーマイト層を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】
前記アルマイト皮膜の表面に、膜厚０.００５μｍ〜０.０５μｍのＡｌ層と、前記金属シード層となる膜厚０.００５〜０.０３μｍのＮｉ層とを気相成長法により形成した後、沸騰水又は加圧蒸気雰囲気で水和処理することによって、前記Ａｌ層及び前記アルマイト皮膜の表層部をベーマイト層に変化させ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】
陽極酸化処理によって形成された絶縁膜としてのアルマイト皮膜を有するアルミニウム基板と、アルミニウム基板の表面に形成された金属皮膜とを備えた電気回路用放熱基板であって、前記アルマイト皮膜と金属皮膜とがベーマイト層を介して結合されていることを特徴とする電気回路用放熱基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイパワー用電子回路等の放熱特性を重要視する回路に使用されるメタルベース基板及びその製造方法に関し、特にアルミニウムベースの電気回路用放熱基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放熱性が要求される電子回路基板には、アルミニウム板や銅板の表面に絶縁性の接着樹脂層を形成し、その上に更に回路用の銅箔を張り合わせるなどしたメタルベース基板が用いられてきた。
【０００３】
これらメタルベース基板では、接着樹脂層の材質を適宜選択することによって、後述するはんだプル試験法で約５０Ｎ／ｍｍ２の高い密着強度を得ることが可能であるが、該樹脂層がベースとなるメタルと回路との間に介在することになるため、放熱特性は一般的なプリント配線用回路基板に比べてわずかに向上する程度であった。そのため、上記メタルベース基板は、インバータ、電源、車載用途などの高い放熱性が要求される用途の電気回路基板として適しているとはいえなかった。
【０００４】
そこで、アルミニウム基材にアルマイト処理を行って絶縁層を形成し、その上に直接金属層を形成することによって、放熱性を向上させる方法が提案されている。例えば、特開平１０−００４２６０号公報（特許文献１）には、無電解めっき法及び電解めっき法を用いてアルマイト層上に金属層を形成する方法が示されている。この方法を用いて放熱基板を製造した場合、従来の接着樹脂層を絶縁層として用いた放熱基板に比べて放熱特性の優れた回路基板を得ることが出来るものの、アルマイト層／金属層間の密着強度や、アルミニウム基材／金属層間の絶縁特性に問題が発生する場合があった。
【０００５】
これらの問題を解決する方法として、アルマイト層上に蒸着法やスパッタ法などの乾式めっき法（気相成長法）を用いて金属層を形成することで密着強度を向上させる方法や、表面粗化したアルミニウム基材の表面にアルマイト層を形成した後、その表面に蒸着法やスパッタ法などの乾式めっき法を用いて金属層を形成し、粗化表面とのアンカー効果によって密着強度を向上する方法が提案されている。
【特許文献１】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】
【０００６】
しかし、これらの方法の内、例えばアルマイト表面に蒸着法やスパッタ法で金属層を形成する方法では、上記特許文献１記載の方法に比べて密着強度は格段に向上するものの、接着樹脂層を用いた従来の放熱基板に比べると密着強度が低く、まだ信頼性に乏しいという問題があった。また、アルミニウム基材表面を粗化する方法については、得られる密着強度は接着樹脂層を用いた従来の放熱基板と同等以上の値が得られており、これに関する問題は解決されている。
【０００７】
しかしながら、この方法では、絶縁層として用いられるアルマイト表面を粗化するため、その上に形成される金属層の表面に凹凸が生じていた。その結果、フォトリソグラフ・エッチング法によって該金属層に回路を形成する際、フォトレジスト膜を露光する焦点にずれが生じてしまうため、精密な回路パターンを形成することが困難になっていた。特に、回路ピッチを微細化することが求められる場合に、この問題が顕在化していた。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点を克服し、高い放熱特性を有すると共に、電気回路用の金属層とアルミニウム基板との間に、接着樹脂層を備えた従来の放熱基板と同程度の密着強度を有する電気回路用放熱基板、及びそ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】
【０００９】
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、陽極酸化処理を用いて絶縁膜であるアルマイト皮膜を形成したアルミニウム基板の表面に、気相成長法により金属シード層を形成した後、電気めっき法により所望の厚さの金属皮膜を形成する電気回路用放熱基板の製造方法において、アルマイト皮膜とシード層との間にベーマイト層を形成することを特徴としている。
【００１０】
また、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、前記アルマイト皮膜の表面に、膜厚０.００５μｍ〜０.０５μｍのＡｌ層と、前記金属シード層となる膜厚０.００５〜０.０３μｍのＮｉ層とを気相成長法により形成した後、沸騰水又は加圧蒸気雰囲気で水和処理することによって、前記Ａｌ層及び前記アルマイト皮膜の表層部をベーマイト層に変化させることが好ましい。
【００１１】
更に、本発明が提供する電気回路用放熱基板は、陽極酸化処理によって形成された絶縁膜としてのアルマイト皮膜を有するアルミニウム基板と、アルミニウム基板の表面に形成された金属皮膜とを備えた電気回路用放熱基板であって、前記アルマイト皮膜と金属皮膜とがベーマイト層を介して結合されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回路パターンの形成に支障がなく、高い放熱特性を有すると共に、金属皮膜とアルミニウム基板との間に、接着樹脂層を備えた従来の回路基板と同程度の密着強度を有する電気回路用放熱基板を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明においては、放熱基板の基材となるアルミニウム材料には、一般的な純度９９％以上のアルミニウム、又は１０重量部以下の添加物が含有されたアルミニウム合金が使用可能である。
【００１４】
先ず、上記のアルミニウム基材に対して、通常の加工処理を行って所定の形状のアルミニウム基板を作製する。作製されたアルミニウム基板に、必要に応じて、エッチング処理等の前処理を行った後、陽極酸化処理を行う。該陽極酸化処理では、硫酸、スルファミン酸等の無機酸、蓚酸、クエン酸等の有機酸等からなるアルマイト処理液（電解液）中にアルミニウム基板を浸漬し、所定の処理条件で電気分解を行なうことによって、アルミニウム基板の表面に所定の厚みを有する絶縁性の酸化アルミニウム皮膜（アルマイト皮膜）が形成される。
【００１５】
アルマイト皮膜の厚みは、所望の絶縁性、熱伝導性、耐薬品性等の特性を有する限り特に限定はない。尚、燐酸のアルマイト処理液は、表面にアルミニウム水和物を形成できないため、水和反応によるベーマイト形成を行なう本発明には使用できない。陽極酸化処理したアルミニウム基板は、必要に応じて、純水や蒸留水を用いて洗浄され、乾燥される。アルマイト皮膜が形成されたアルミニウム基板は、任意の水和封孔法を用いて封孔処理しても良い。
【００１６】
次に、スパッタ法、蒸着法などの気相成長法によって、アルマイト皮膜の表面にＡｌ層を形成する。形成されるＡｌ層の厚みは、約０.００５μｍ〜０.０５μｍの範囲内にあることが望ましい。Ａｌ層の厚みが約０.００５μｍ未満では、形成したＡｌ層の膜厚方向全体に亘って、次工程で上部に形成するＮｉ層と合金化してしまい、後述する水和反応の際に水和物になるＡｌが不足するからである。また、約０.０５μｍより厚くすると、Ａｌ層の水和反応が膜厚方向に亘って完全に終了せず、一部がＡｌのまま残ってしまうからである。
【００１７】
次に、スパッタ法、蒸着法などの気相成長法によって、上記のＡｌ層の表面に金属シード層として、例えばＮｉ層を形成する。金属シード層に使用する材質は、後述する水和処理の際の沸騰水又は加圧蒸気の通路となる多数のピンホールが適度に形成され、且つ、ベーマイト層と結合し得るものであれば良く、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ−ＣｒなどＮｉ系合金、Ｔｉ、Ｃｒなどを挙げることができ、特にＮｉが好ましい。
【００１８】
上記Ｎｉ層に代表される金属シード層の厚みは、約０.００５〜０.０３μｍの範囲内にあることが望ましい。その理由は、Ｎｉ層が約０.００５μｍより薄い場合、該Ｎｉ層上に形成される銅皮膜と、該Ｎｉ層との間で十分な密着強度が得られないからである。また、約０.０３μｍより厚くすると、Ｎｉ層に存在するピンホールの数が減少し、下地のＡｌ層やアルマイト層で十分に水和反応が進行しないからである。
【００１９】
その後、アルマイト皮膜の表面にＡｌ層及びＮｉ層が形成された上記アルミニウム基板を、所定の温度の沸騰水又は加圧蒸気雰囲気に晒して水和処理する。これによって、Ａｌ層及びアルマイト皮膜の表層部が水和処理されてベーマイト層が形成される。
【００２０】
即ち、Ａｌ層及びＮｉ層の膜厚が上記の範囲内にある場合、該Ａｌ層及びＮｉ層に多数のピンホールが存在している。そのため、上記水和処理の際に、Ｎｉ層及びＡｌ層のピンホールから熱水又は蒸気が浸入する。これによって下記化学式１及び２に示すような水和反応が進行する。具体的には、Ａｌ層やアルマイト層のＡｌがイオン化した後、水酸化酸化アルミニウム（ベーマイト）として再析出する。この際、Ａｌ層は表面から内部に向かって水和反応が進行するが、アルマイト層では水和反応が、その表層部のみにとどまる。
【００２１】
【化１】
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【００２２】
【化２】
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【００２３】
上記水和反応によってベーマイト層が形成される様子を図１に模式的に示す。図１（ａ）は、水和処理前を示す断面図であり、アルマイト皮膜２が形成されたアルミニウム基板１上に、Ａｌ層３及びＮｉ層４が積層されている。また、Ａｌ層３及びＮｉ層４には多数のピンホール５が存在している。一方、図１（ｂ）は、水和処理後を示す断面図であり、図１（ａ）に示したＡｌ層３及びアルマイト皮膜２の表層部がベーマイト層３ａに置き換わっている。
【００２４】
上記該水和処理は、オートクレーブを用いて行うことが好ましい。処理時間は、Ａｌ層の層厚に応じて、適宜選択することができるが、約１５分から１２０分の処理が望ましい。なぜなら、処理時間を約１５分より短くすると、水和反応が十分に進行せず、密着強度が向上しない場合があるからである。一方、約１２０分より長くしても、処理時間が長くなるだけで、密着強度のさらなる向上は期待できない。また、処理温度は、ベーマイトが形成される温度、即ち、約９０℃以上であればよい。一般的に、処理温度が高ければ高いほど効率良くベーマイト化が進行する。
【００２５】
上記の如く、Ａｌ層及びアルマイト皮膜の表層部の溶解及びこれらのベーマイト層としての再析出によって、該ベーマイト層が金属シード層とアルマイト皮膜との両方に結合する。その結果、金属シード層を介して電気めっき法により形成される金属層とアルミニウム基板との間の密着強度が向上する。
【００２６】
上記の水和処理後、金属シード層としてのＮｉ層上に、Ｃｕなどの導電性金属層を積層して金属皮膜を形成する。これら金属シード層と金属層からなる所望の厚さの金属皮膜に対し、フォトリソグラフ・エッチング法等の通常のパターニング法を用いることによって、所定の回路パターンを有する金属回路を形成することができる。
【００２７】
上記の如く、本発明においては、アルマイト皮膜の表面を粗化することなく、
その表面にＡｌ層とＮｉなどの導電性金属からなるシード層とを気相成長法により形成した後、該Ａｌ層及びアルマイト皮膜の表層部を水和反応によってベーマイト層に変化させ、このベーマイト層を介してアルマイト皮膜と金属シード層とを強固に結合することができる。また、金属シード層を介して電気めっき法により形成される金属層の表面は、凹凸を有することなく平坦になるので、精密な回路パターンを形成することが可能となる。
【００２８】
次に、上記の方法によって作製された電気回路用放熱基板を、図２を参照しつつ説明する。電気回路用放熱基板１０は、アルミニウム基板１の表面に、陽極酸化処理によって形成された絶縁膜としてのアルマイト皮膜２を有している。このアルマイト皮膜２上には、その表面全体を覆うように、ベーマイト層３ａが形成されている。更に、ベーマイト層３ａの表面には、金属シード層４とＣｕなどの導電性金属層６とからなる金属皮膜７が形成されている。
【００２９】
このように、本発明に係る電気回路用放熱基板においては、アルマイト皮膜２と金属皮膜７とがベーマイト層３ａを介して強固に結合されているため、高い放熱特性を有すると共に、金属皮膜７とアルミニウム基板１との間に、接着樹脂層を備えた従来の放熱基板と同程度の密着強度を有することが可能となる。尚、ベーマイト層３ａの膜厚は、０.００５〜０.０６μｍの範囲であることが好ましい。
【実施例】
【００３０】
厚さ１ｍｍ、縦横それぞれ１０ｃｍのアルミニウム板（Ａ１１００）を基板とした。この基板の表面を４０℃の１０ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液で１分間エッチングした後、２５℃の５０ｗｔ％ＨＮＯ３水溶液で３０秒間中和処理した。その後、３ｗｔ％蓚酸水溶液からなるアルマイト処理液を用いて、処理温度２８℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、及び処理時間３０分の陽極酸化処理条件下で、アルミニウム基板の表面に厚さ２０μｍのアルマイト皮膜を形成した。
【００３１】
得られたアルマイト皮膜の表面に、蒸着法を用いて膜厚０.０１μｍのＡｌ層を形成し、その表面に金属シード層として膜厚０.０１μｍのＮｉ層を形成した。その後、１３０℃で６０分間のオートクレーブ処理を行い、Ａｌ層及びアルマイト皮膜の表層部を水和処理した。
【００３２】
その後、蒸着法を用いてＮｉ層の表面に銅層０.３μｍを形成し、更に、電気銅めっき法を用いて厚さ１０μｍの銅めっき層を形成した。次に、作製した銅めっき表面に、スクリーン印刷によって直径１ｍｍの円形パターンを５×５個形成した後、エッチングを行うことで、２５個の円形パターンを有する銅層を形成した。
【００３３】
得られた放熱基板を試料１とし、円形パターンを有する銅層の各々に対して直径０.６ｍｍの錫めっき銅線を、パターン面に垂直になるようはんだ付けした後、該錫めっき銅線を垂直に引き上げるはんだプル試験を実施し、下地と金属皮膜（銅層）との密着強度を測定した。
【００３４】
上記試料１と同様に作製したが、Ａｌ層の膜厚を０.０５μｍ、及びＮｉ層の膜厚を０.０３μｍとし、オートクレーブ処理１３０℃で１２０分間として、試料２の放熱基板を作製した。この試料２について、試料１と同様の条件ではんだプル試験を実施して密着強度を測定した。
【００３５】
Ａｌ層の膜厚を０.００３μｍ、及びＮｉ層の膜厚を０.０１μｍとした以外は試料１と同様にして、試料３の放熱基板を作製し、試料１と同様の条件ではんだプル試験を実施して密着強度を測定した。
【００３６】
Ａｌ層の膜厚を０.０７μｍ、及びＮｉ層の膜厚を０.０１μｍとした以外は試料１と同様にして、試料４の放熱基板を作製し、試料１と同様の条件ではんだプル試験を実施して密着強度を測定した。
【００３７】
Ａｌ層の膜厚を０.０１μｍ、及びＮｉ層の膜厚を０.００３μmとした以外は試料１と同様にして、試料５の放熱基板を作製し、試料１と同様の条件ではんだプル試験を実施して密着強度を測定した。
【００３８】
Ａｌ層の膜厚を０.０１μｍ、及びＮｉ層の膜厚を０.０５μmとした以外は試料１と同様にして、試料６の放熱基板を作製し、試料１と同様の条件ではんだプル試験を実施して密着強度を測定した。
【００３９】
上記試料１と同様に作製したが、膜厚０.０１μｍのＮｉ層を直接形成して試料７とした。その後、水和処理は行わず、試料１と同じ条件ではんだプル試験を実施して密着強度を測定した。
【００４０】
上記試料１〜７について、密着強度を測定した結果を下記表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
これらの結果から、試料１〜２の密着強度は、試料３〜７に比べて高く、接着樹脂層を備えた従来の放熱基板の密着強度（５０Ｎ／ｍｍ２程度）と同等又はそれ以上であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る電気回路用放熱基板の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る電気回路用放熱基板を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    アルミニウム基板
２    アルマイト皮膜
３    Ａｌ層
３ａ  ベーマイト層
４    金属シード層
５    ピンホール
６    導電性金属層
７    金属皮膜
１０  電気回路用放熱基板
【図１】
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【図２】
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