JPH0410752B2

JPH0410752B2 -

Info

Publication number: JPH0410752B2
Application number: JP60230259A
Authority: JP
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1992-02-26
Also published as: JPS6288394A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は窒化アルミニウムセラミツク基板の表
面に金属層を形成する方法に関するものである。（従来の技術）セラミツク基板を電子回路用の基板又はヒート
シンク、絶縁基板として用いる場合、セラミツク
ス上に金属層を形成することが必要である。従来
からセラミツクス上に金属層を形成する方法とし
ては、スパツタ、蒸着などの薄膜法、スクリーン
印刷などを用い、電極ペーストを焼き付ける厚膜
法、無電解メツキによる方法、薄膜又は厚膜法で
電極を付け、この上に電解メツキを施す方法など
種々の方法が行われている。セラミツク上に形成した金属層は次に示すよう
なことが一般に要求される。すなわち、(1)金属層
とセラミツクスの層の密着性が良いこと、(2)金属
層の電気抵抗が低いこと、(3)微細なパターンを形
成できることなどである。これに加え電気回路の中で特に高密度、高出力
デバイスを実装するようなパツケージング基板、
ヒートシンクなどでは金属層とセラミツクスが熱
的にも抵抗を持つことなく接合されることが要求
されている。（発明が解決しようとする問題点）従来から行われているセラミツクス上の金属層
形成方法はこれらの点を全て満足することは難し
く、その用途によつて使い分けていた。すなわち
電極、導体の精度が要求されるものについては薄
膜法が利用されているが、この場合生産性コスト
の点と、金属層の厚さを厚くすることが困難なた
め、金属層の抵抗値の点で問題があつた。また電極ペーストを用いる厚膜法では工程的に
も容易に、量産化ができるため低コストになるが
配線などの精度に限界があり、電極としての電気
抵抗もバルク金属と同等にすることはむずかしく
使用用途は限られていた。これらの問題を解決するため、薄膜法と電解メ
ツキ、厚膜法と電解メツキを組み合せて、特性の
改善を計ることも行われているが、この場合は工
程が複雑になり、コストの増加を伴うため、使用
用途が限定されてしまつていた。このような問題点を解決する方法として、無電
解メツキ法によつてセラミツクス上に金属を形成
する技術が研究開発されており、アルミナ基板な
どでは一部の用途に使用されている例もある。しかしながら従来の無電解メツキ技術では金属
層とセラミツクスと密着強度を充分に上げること
ができない問題点があつた。高密度、高出力用半導体デバイスのパツケージ
ング基板やヒートシンクのような金属層とセラミ
ツクスとの界面での熱抵抗が問題となるような用
途ではセラミツクスと金属層が直接密着すること
が望まれるが、密着強度が比較的大きい厚膜法を
用いると、金属層およびセラミツクスと金属層の
間に密着性を保つためのガラスあるいは酸化物が
存在するため、熱抵抗が大きくなる問題があつ
た。また最近高熱伝導率セラミツクス材料として注
目されている窒化アルミニウムセラミツクス基板
では、従来の厚膜法を用いても充分な密着強度が
得られなかつたり、金属層とセラミツクス層の間
に酸化物あるいは酸素が拡散した層が形成され熱
抵抗の値を大幅に大きくするなどの問題があつ
た。本発明では以上の点にかんがみ、密着強度が優
れ、金属層とセラミツクスの間に熱の伝導を阻害
する物質の介在を全くなくすことによつて、熱抵
抗を小さくし、しかも金属層は緻密な純度の高い
金属層を形成することによつて、電気抵抗の低い
金属層を形成することができる窒化アルミニウム
セラミツクス基板の製造方法を提供しようとする
ものである。（問題を解決するための手段）以下本発明を詳細に説明すると、本発明は窒化
アルミニウムセラミツク基板をアルカリ溶液を用
いて、表面処理することによつてセラミツクス表
面に口のあるオープンポアを形成し、この基板上
に無電解メツキによつて金属層を形成することを
特徴とするものである。窒化アルミニウムセラミツクス基板を表面処理
するためのアルカリは水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム、水酸化リチウムなどをはじめとするア
ルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物、炭酸
塩炭酸水素塩などの水溶液や、アンモニア、アミ
ンなどのアルカリ性を示すアルカリ水溶液が含ま
れる。また無電解メツキによつて金属層を形成す
る方法としては一般に酸性、アルカリ性、中性い
ずれの浴を用いてもよい。金属としても、ニツケ
ル銅の他にも銀、金、クロムなどの無電解メツキ
が可能な金属は全て含まれる。（作用）窒化アルミニウムはアルカリに対して加水分解
を起こすことが知られているが、窒化アルミニウ
ムセラミツクスをアルカリ水溶液中に浸漬すると
セラミツクスの小さいグレインの所が選択的にエ
ツチングされ、その結果セラミツク表面に小さな
空孔が形成され、しかもこの空孔は、表面より中
にはいるに従つて空孔径が大きくなるようなツボ
形またはアンカー形状のものが生成することが本
発明者らによつて初めて見いだされた。そしてこ
のように形成した窒化アルミニウムセラミツク基
板表面の空孔には、無電解メツキによつて、金属
がスキ間なく充填され、この結果従来になく密着
性の優れた金属層を窒化アルミニウムセラミツク
基板上に形成できることが初めて見出された。さらに接合が物理的、機械的に行われており、
しかも接合している面積が実効的に広くなつてい
るため、熱的な抵抗については従来の方法に比ら
べ著しく小さくなることが期待される。また本発明の方法による金属層は非常に緻密に
形成できるため、電気特性についても厚膜法によ
るものに比らべ特性が良くなる。さらに電子回路用基板としての配線パターンの
精度についても、金属層がセラミツクス表面に強
固に密着しているため、感光樹脂を用いたエツチ
ング法などと適用することで、薄膜法に近い微細
な回路パターンを形成することが可能である。実施例１ホツトプレス法により合成した窒化アルミニウ
ムセラミツクス基板をPH12の脱脂用アルカリ溶液
（例えば株式会社キザイ製セラクリーン507）中に
70℃の温度で所定の時間浸漬する。浸漬後、充分
に水洗し、次に一般に行われている無電解メツキ
プロセスによつてニツケルの無電解メツキを行
う。ここではその一例として、市販の無電解メツ
キシステムを用いたプロセスを示す。セラミツク
基板を水洗後、超音波洗浄機中でイオン交換水を
用い、５分間超音波洗浄する。この後感性化を行
うため感性化液（例えば株式会社キザイ製セラセ
ンシ）中に５分間18〜22℃の温度で浸漬する。次
に水洗後、触媒付与液（例えば株式会社キザイ製
アクチーセラ）中に５分間25〜30℃の温度で浸漬
する。次に水洗後活性化液（例えば株式会社キザ
イ製セラーアクセ）中に３分間25〜30℃の温度で
浸漬する。さらに水洗後無電解メツキ液（例えば株式会社
キザイ製ナイコーCER）中に90℃で１分間浸漬
する。水洗後150℃で30分間乾燥する。このプロ
セスによつて窒化アルミニウム基板上に約1μｍ
のニツケル金属層が形成する。このようにして形成したニツケル金属層上にレ
ジスト液を塗布し、光マスクを用いて所定の寸法
を露光現像する。この基板をニツケルのエツチン
グ液に浸漬し、２mm×２mmのニツケルパツドを形
成するようにエツチングする。このようにして形成したパツドにリード線をハ
ンダ付けし、引張り試験機を用い、ニツケル金属
層の密着強度を測定した。第１図にはアルカリ液の中に浸漬した時間と密
着強度の関係を示すが、アルカリ液に浸漬するこ
とによつて密着強度が著しく増大し、実用に耐え
うる強度を示している。なお第１図中には参考例として、アルカリ中に
浸漬しなかつたものもあげてある。アルカリ中に
浸漬することによつて、密着強度が飛躍的に向上
している。実施例２常圧焼結法により合成した窒化アルミニウム基
板をエタノール中で超音波洗浄を10分間行う。この後、1mol／ｄm³の濃度に調整した水酸化
ナトリウム水溶液中に所定時間室温で浸漬する。浸漬後、水洗し、次に市販されている一液型触
媒液（日立化成製、HS−101B）中に４分間浸漬
する。さらに水洗後、促進液（日立化成製、ADP−
101）の中に１分間浸漬する。この後、水洗し、次の第１表に示すニツケル無
電解メツキ浴中に浸漬し、ニツケルの無電解メツ
キを行う。約2μｍの厚みになるように80分間メ
ツキ浴中に浸漬しニツケルを析出し、水洗乾燥を
行う。ニツケルメツキ浴は90℃の温度に保ち、PHは
4.0であつた。

【表】このようにして窒化アルミニウム基板上にニツ
ケル層を形成したあと、実施例１と同様の方法に
よつて２mm×２mmのパツド状にニツケルをエツチ
ングし、リード線をハンダ付けして密着強度を測
定した。水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した時間と密
着強度を関係は第２図のようになり、水酸化ナト
リウム水溶液中に浸漬することによつて飛躍的に
密着強度が増大し、実用に耐えうるものとなつて
いる。第３図は本発明の適用された窒化アルミニウム
セラミツクス基板の断面図であり、図示するよう
にセラミツクス基板２の表面に金属層１が形成さ
れ、微細なつぼ状またはアンカー状の空孔の中に
金属が充填され、金属の柱３を形成している。第４図は本発明の適用された窒化アルミニウム
セラミツク基板をセラミツク部分をエツチングし
て、金属層のみを残したものの、セラミツク接合
面側の横から見た金属組織の走査型電子顕微鏡写
真であり、セラミツクス表面に形成した空孔の中
に充填された金属の柱が認められる。実施例３常圧焼結法により合成した窒化アルミニウム基
板をエタノール柱で超音波洗浄を10分間行う。この後1mol／ｄm³の濃度に調整した水酸化カ
リウム水溶液中に60分浸漬する。浸漬後水洗し、次に市販されている一液型触媒
液（日立化成製HS−101B）中に４分間浸漬す
る。さらに水洗後促進液（日立化成製ADP−101）
の中に１分間浸漬する。この後水洗し、第３表に示す銅無電解メツキ浴
中に浸漬し、銅の無電解メツキを行う。約2μｍ
のメツキ厚さになるように80分間メツキ浴中に浸
漬し、水洗乾燥を行う。銅メツキ浴は60℃の温度に保ち、PHはNaOH
によつて12.5に調整し、空気中でメツキを行つ
た。このようにして窒化アルミニウム基板上に銅の
金属層を形成した後、実施例１と同様の方法でフ
オトリングラフイー技術によつて所定のレジスト
層を形成し、塩化第２鉄溶液によつてエツチング
処理を行い、２mm×２mmの寸法の銅パツドが形成
するように銅をエツチングした。このようにして形成した銅パツド上にリード線
をハンダ付けし、引張り試験機を用い銅層のセラ
ミツクとの密着強度を測定した結果3.0Kg／mm²の
密着強度を示した。この密着強度は充分実用に耐
えうる強度である。

【表】（発明の効果）本発明を適用するならばセラミツクスと金属層
を物理的、機械的に接合することによつて、セラ
ミツクスと金属層の密着性を著しく向上せしめ、
しかも熱伝導性を問題とする用途にも、介在層、
接着層が存在しないため、接合面での熱抵抗はほ
とんど考慮する必要がなく、また、電子回路形成
のためのパターニングについても、エツチング法
などにより薄膜と同程度の精度を実現することが
可能である。またこのような構造によつて金属層の信頼性が
増すため、生産時のバラツキが少なくなり、大量
生産によるコストダウンも可能となる。なお本発明の実施例ではニツケルを金属層とし
て形成しているか無電解メツキによつて金属層を
形成できる金属であるばニツケルの他にも、金、
銀、クロム、鉄、銅などでも同様の効果が得られ
る。さらに本発明の製造方法ではアルカリ溶液中
に浸漬することによつて、窒化アルミニウムセラ
ミツク基板の表面に空孔を形成することが特徴で
あるため、空孔中に充填する金属の種類とその表
面に形成する金属は別であつても同様の効果があ
る。またアルカリ水溶液についても実施例では水
酸化ナトリウム水溶液を用いたが、アルカリ金属
アルカリ土類金属の水酸化物、炭酸塩アンモニア
水溶液などアルカリ性を示すものであれば本実施
例と全く同じ効果を示す。なお本発明の実施例では無電解メツキで一般に
行われている感応化工程、活性化工程あるいはア
クチベーターアクセレータ法などの触媒化処理工
程を用いて無電解メツキを行つているが、本発明
の方法を用いると、これらの触媒化処理工程を行
なわず単に水洗後、無電解メツキ浴中にセラミツ
ク基板を浸漬して金属を析出させても２Kg／mm²以
上の充分実用に耐えうる密着強度を実現した。これは本発明による密着性を得るに充分なアン
カーがセラミツク基板表面に存在し、しかもこの
部分が若干の触媒活性もあるためと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の製造方法によつて作
成した金属層を形成した窒化アルミニウム基板の
アルカリ浸漬時間と金属層の密着強度の関係を示
したものである。第３図は本発明にかかる金属で
被覆されたセラミツクス基板の部分拡大断面図、
第４図は本発明にかかるセラミツクス基板のアン
カー状の空孔形状を示す金属組織の走査型電子顕
微鏡写真。図において、１は金属層、２はセラミツクス、
３は金属の柱を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１窒化アルミニウムセラミツク基板表面をアル
カリ水溶液を用いて処理する工程と、該窒化アル
ミニウムセラミツク基板上に無電解メツキによつ
て金属層を形成する工程とを含むことを特徴とす
る窒化アルミニウムセラミツク基板の製造方法。