JPH0823053A - 窒化アルミニウム回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回路形成の制御が容易であり、構成部材の変
形，反り，損傷が少なく、さらに製造工程においてエッ
チング液やめっき液の使用量が少なく経済的に製造し得
るＡｌＮ回路基板を提供する。 【構成】窒化アルミニウム基板１の少なくとも一方の表
面に薄膜２を形成し、この薄膜２上に金めっき層４を形
成した導体回路パターン５と、薄膜６上にニッケルめっ
き層７を介して金めっき層４ａを形成した導体回路パタ
ーン５ａとを有する窒化アルミニウム回路基板８におい
て、上記導体回路パターン５，５ａのエッジ部がめっき
層７，４ａにより被覆された部分とめっき層４により被
覆されない部分とから成ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体回路基板等に使
用される窒化アルミニウム回路基板に係り、特に回路形
成の制御が容易であり、また構成部材の変形，反り，損
傷が少ない窒化アルミニウム回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体は、
他のセラミックス焼結体と比較して高い熱伝導率を有
し、放熱特性に優れているため、高出力化した半導体素
子を搭載する回路基板材料として広く普及している。

【０００３】従来の窒化アルミニウム回路基板としては
次のような種々のものが開発されている。すなわち窒化
アルミニウム基板表面に薄膜から成る導体回路パターン
を形成し、この導体回路パターンの所定位置に、信号を
入出力するための金属ピンを銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系
ろう材によって直接接合した回路基板がある。

【０００４】上記薄膜としては、それぞれＴｉ，Ｎｉ，
Ａｕから成る３層構造の薄膜が一般に用いられている。
この場合、金属ピンはろう材を介して直接薄膜上に接合
できるため、薄膜上にめっき層は形成されない。

【０００５】一方、メタライズ基板に準じて、高温半
田，金（Ａｕ）系半田（Ａｕ−Ｓｉ，Ａｕ−Ｇｅ等）を
使用して金属板やピン等の部品を薄膜上に接合する場合
には、薄膜成分が半田側に拡散して両者の接合強度が低
下する、いわゆるくわれ現象を生じ易く、部品の接合強
度が不足するという問題点もある。したがって、このく
われを防止するために充分な厚さを有するＮｉめっき層
を、拡散防止層または緩衝層として薄膜上に形成したＡ
ｌＮ回路基板も製造されている。

【０００６】また半導体素子と導体回路パターンをＡｕ
線でワイヤーボンディングする場合には、薄膜から成る
導体回路パターンとボンディングワイヤとの接合性を高
めるため、薄膜上に充分な厚さのＡｕめっき層を形成す
ることが一般的である。

【０００７】さらに上記Ａｕめっき層を形成するための
無電解金めっき液は強アルカリ性を有する。しかし窒化
アルミニウム基板は、アルカリによって腐食され易い性
質を有しており、導体回路パターン上に厚さ１μｍ以上
のＡｕめっき層を形成する場合には、アルカリ性めっき
液による損傷を防止するため、無電解めっき法によらず
電気めっき法を採用する必要があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のＡｌＮ回路基板において、Ａｕ系半田接合やＡｕ線−
ワイヤーボンディングを行なうための厚いＡｕめっき層
を微細な導体回路パターン部分に電気めっき法で形成す
る場合には、めっき処理用の導通回路を形成する必要が
あった。そのため、薄膜の特徴である微細な回路パター
ンの形成が制限され、高精細化が困難となる問題点があ
った。

【０００９】またワイヤーボンディングのために金めっ
き層を必要とする部分と、前記くわれ現象を防止するた
めに金めっき層以外にニッケルめっき層が必要な部分と
が同一基板内に混在する場合には、エッチング液による
食刻速度の方位異方性により、特定のめっき層にオーバ
ーエッチングが生じ易く、めっき層形成後における回路
パターン形成の制御が困難になる問題点があった。例え
ば、Ｎｉめっき層をエッチング処理する場合には、水平
方向の食刻速度が金めっき層の場合と比較して大きいた
め、オーバーエッチングが生じ易く、当該部分に剥離や
バリを生じ易く、回路が損傷し易い難点がある。そこで
オーバーエッチングを生じない程度までＮｉめっき層の
厚さを小さくする必要があり、必然的な半田接合時にお
ける薄膜のくわれを防止する機能が制限され接合強度が
低下する難点があった。

【００１０】いずれにしろ上記のように異なるめっき仕
様が同一基板上に存在するＡｌＮ回路基板をめっき処理
およびエッチング処理によって製造する場合には、Ａｌ
Ｎ基板の露出部がエッチング液によって侵食されたり、
特定のめっき層にオーバーエッチングが生じ易いため、
欠陥のない高品質のＡｌＮ回路基板を形成することが困
難であった。

【００１１】また、通常のアルミナ基板用として使用さ
れている安価なコバールや４２アロイから成り、半導体
素子を搭載するための金属板をＡｇ−Ｃｕなどのろう材
でＡｌＮ薄膜基板上に接合した従来のＡｌＮ回路基板に
よれば、金属板の高い接合強度が得られる。しかしなが
ら接合温度が８００℃程度と高いため、金属板とＡｌＮ
基板との熱膨張差に起因して、ある厚さ以下の基板を使
用した場合には反りが発生し易い。一方、ある厚さ以上
の厚い基板を使用した場合には、接合界面部分にクラッ
クが発生し、いずれにしても製品歩留りが低下する問題
点があった。

【００１２】さらにＡｌＮ薄膜基板に直接、高温半田や
Ａｕ系半田を使用して金属板等を接合した場合には、前
記の通り、半田による薄膜のくわれが生じるため、金属
板等の接合強度が不足する問題点があった。つまり薄膜
は膜厚さが薄いため、薄膜成分が半田側に拡散すること
を充分に防止できる緩衝層（バッファー層）にはなり得
ず、メタライズ基板で一般的な接合方法を採用すること
は不可能であった。

【００１３】従来、セラミックス基板上に薄膜から成る
導体回路パターンを有し、その薄膜表面に金属部品を一
体に接合したセラミックス回路基板は、例えば次のよう
な方法で製造されている。すなわち（１）セラミックス
基板表面全体に薄膜を形成し、さらに薄膜とのワイヤー
ボンディング性を改良する等の目的や金属部品を半田で
接合する際のくわれ現象を防止して接合強度を高める等
の目的で薄膜表面にＡｕめっき層等を形成し、次にエッ
チング処理によって所定の導体回路パターンを形成し、
しかる後に金属部品を半田接合する方法や、（２）セラ
ミックス基板表面全体に薄膜を形成した後に、エッチン
グ処理して所定形状のパターンを先に形成し、その後パ
ターン上にＡｕめっき層等を形成し、しかる後に金属部
品を半田接合する方法などが採用されている。

【００１４】ところが、前記の通り、ＡｌＮ基板は、強
アルカリ溶液である無電解金めっき液によって容易に侵
食される弱点があるため、特に十分な厚さの金めっき層
の形成が必須となる場合において、めっき液との接触時
間が長くなる上記（２）の製造方法は採用できず、通常
は上記（１）の製造方法が使用されていた。

【００１５】しかしながら金めっき層をＡｌＮ基板全面
にめっき層を予め形成する（１）の製造方法において
は、導体回路パターン部分以外の不要な部分にもめっき
層を形成する必要があり不経済であった。特に金めっき
液は非常に高価であり、ＡｌＮ回路基板の製造コストを
上昇させる問題点があった。さらに基板全面に形成した
薄膜とめっき層とをエッチング処理することになるた
め、薄膜のみをエッチング処理する場合と比較してしエ
ッチング処理時間が長くなるとともに、多量のエッチン
グ液を必要とするなどの点で不利となる。

【００１６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、窒化アルミニウム基板表面に形成した
薄膜上に仕様が異なるめっき層を形成した場合において
も、基板の侵食やオーバーエッチングの発生が少なく、
他の金属部品との接合強度を高く保持し得る窒化アルミ
ニウム回路基板を提供することを第１の目的とする。

【００１７】また本発明は、アルミナ基板等に使用され
る安価な平面形状の金属板を充分な接合強度をもってＡ
ｌＮ薄膜基板上に一体に接合したＡｌＮ回路基板を提供
することを第２の目的とする。

【００１８】さらに本発明は、導体回路パターン部分以
外の部分にめっき層を形成することがなく、薄膜をエッ
チング処理する場合と同程度の短かいエッチング時間お
よび少量のエッチング液だけで所定の導体回路パターン
を形成することが可能な AlN回路基板を提供することを
第３の目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
るため本願第１の発明に係る窒化アルミニウム回路基板
は、窒化アルミニウム基板の少なくとも一方の表面に薄
膜を形成し、この薄膜上に金めっき層を形成した導体回
路パターンと、薄膜上にニッケルめっき層を介して金め
っき層を形成した導体回路パターンとを有する窒化アル
ミニウム回路基板において、上記導体回路パターンのエ
ッジ部がめっき層により被覆された部分とめっき層によ
り被覆されない部分とから成ることを特徴とする。また
薄膜が複数の金属層から成り、窒化アルミニウム基板と
接する最下層の金属層がチタンから成る一方、最上層が
金から成ることを特徴とする。

【００２０】上記構成の窒化アルミニウム回路基板は、
例えば次のような工程を経て製造される。すなわち所定
の高熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板のパターン
形成対象領域全域に、例えばＴｉ−Ｎｉ−Ａｕの３層か
ら成る薄膜を形成した後に必要な部分のみにめっき処理
を行ないＡｕめっき層を形成する。このときＡｕめっき
層を形成しない部分にはマスキングを施し、めっきの進
行を防止する。次に金めっき層を形成した部分を必要に
応じて、エッチング処理を行ない、Ａｕめっき層と一体
化した薄膜から成る導体回路パターンを形成する。この
場合、上記Ａｕめっき層は単層であるため、オーバーエ
ッチングは生じない。次にパターンを形成した領域をマ
スキングする一方、パターン形成を行なわなかった他の
領域をエッチング処理して他の導体回路パターンを形成
する。しかる後に、他の導体回路パターンを形成した部
分にめっき処理を行ない、Ｎｉめっき層やＡｕめっき層
を一体に形成した後に、一方の導体回路パターン側に装
着したマスクを除去することにより第１の発明に係る窒
化アルミニウム回路基板が製造される。

【００２１】上記製造方法によれば、一方の導体回路パ
ターンのエッジ部はＮｉめっき層およびＡｕめっき層に
より被覆された部分を有する一方、他の導体回路パター
ンのエッジ部はＡｕめっき層により被覆されず基板外部
に露出した構造となる。

【００２２】また薄膜を複数の金属層から構成し、窒化
アルミニウム基板と接する最下層の金属層を活性なＴｉ
で形成することにより、窒化アルミニウム基板の濡れ性
が改善される結果、窒化アルミニウム基板と金属層との
接合強度を高くすることができる。さらに最上層の金属
層を耐食性に優れたＡｕで形成することにより、高純度
で酸化され易い他の金属層の酸化腐食を効果的に防止す
ることができる。

【００２３】前記のような工程順序に従ってエッチング
処理およびめっき処理を実施することにより、特にオー
バーエッチングを発生し易いＮｉめっき処理を最終工程
にて実施することが可能になり、オーバーエッチングに
起因するめっき層の剥離やバリの発生を効果的に防止す
ることができる。また特に厚いめっき層を形成する際に
も、窒化アルミニウム基板が強アルカリの無電解めっき
液と接触する時間が短かいため、めっき液によるＡｌＮ
基板の侵食のおそれも少なく、簡便で安価な無電解めっ
き法を積極的に利用することができる。

【００２４】また上記構造および製造方法を採用するこ
とにより、Ａｕめっきの厚付けのように独立パターン上
にめっきしにくい工程であっても、めっき処理後のパタ
ーン形成が可能になる。

【００２５】また本願第２の発明に係る窒化アルミニウ
ム回路基板は、窒化アルミニウム基板の少なくとも一方
の表面に形成された薄膜から成る導体回路パターンと、
この薄膜上に形成されためっき層と、接合層を介してめ
っき層と一体に接合された金属板とを備え、上記接合層
は共晶温度が５００℃以下であるろう材から成ることを
特徴とする。また接合層が高温半田または金系半田から
成ることを特徴とする。すなわち５００℃以下の共晶温
度を有する高温半田等を使用して低い接合強度で平面形
状の金属板を薄膜上に一体に接合することを要旨とす
る。

【００２６】接合層を構成するろう材の具体例として
は、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎ系半田，Ａｕ−Ｓｉ系半田，Ａｕ
−Ｇｅ系半田などがある。

【００２７】またろう材による薄膜のくわれ現象を防止
するために、使用するろう材の種類に対応して、薄膜お
よび金属板のめっき仕様を適宜変更するとよい。例え
ば、Ａｕ系半田を使用する場合には厚さ１μｍ以上のＡ
ｕめっき層を一体に形成することが好ましく、一方、Ｐ
ｂ−Ｓｎ系半田を使用する場合には、厚さ１μｍ以上の
Ｎｉめっき層を接合部に一体に形成しておくとよい。

【００２８】従来のアルミナ基板等に接合するために使
用されている安価なコバールや４２アロイ等の金属は、
その熱膨張率をアルミナ基板等の熱膨張率に合致させる
ために採用されているものであるが、これらの金属をＡ
ｌＮ基板に一体に接合した場合には、接合時におけるＡ
ｌＮ基板と金属と熱膨張差が大きくなる。しかるに本発
明では、共晶温度が５００℃以下のろう材を使用してい
るため、５００℃以下の低温度によって接合操作を実施
することができる。したがって、熱膨張差の影響が少な
く、反りやクラックの発生が少ないＡｌＮ回路基板を形
成することができる。

【００２９】また使用する高温半田やＡｕ系半田等のろ
う材の種類に応じて、Ｎｉめっき層やＡｕめっき層を薄
膜や金属板表面に形成することにより、ろう材による薄
膜のくわれが防止でき、高い接合強度を有する金属板を
備えたＡｌＮ回路基板が得られる。

【００３０】本願第３の発明に係る窒化アルミニウム回
路基板は、窒化アルミニウム基板の少なくとも一方の表
面に薄膜から成る導体回路パターンが形成され、少なく
とも窒化アルミニウム基板と接する部位の薄膜の側面部
を露出させる一方、他の部位の薄膜をめっき層により被
覆するとともに、上記めっき層表面に接合層を介して金
属部品を一体に接合したことを特徴とする。また薄膜が
複数の金属層から成り、窒化アルミニウム基板と接する
最下層の金属層がチタンから成ることを特徴とする。さ
らに接合層は共晶温度が５００℃以下であるろう材から
構成するとよい。

【００３１】上記構成の窒化アルミニウム回路基板は、
例えば次のような工程を経て製造される。すなわち所定
の高熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板のパターン
形成対象領域全域に、例えばＴｉ−Ｎｉ−Ａｕの３層か
らなる薄膜を形成した後に、めっき層が不要な部分にレ
ジストでマスキングを行なう。しかる後にめっき処理を
行なって回路パターン形成対象領域にめっき層を形成す
る。次にレジストを除去した後、薄膜部をエッチング処
理して、めっき層が一体に形成された薄膜から成る導体
回路パターンを有するＡｌＮ薄膜基板が形成される。得
られたＡｌＮ薄膜基板の表面に、高温半田等のろう材を
使用してコバールや４２アロイ製の金属部品を一体に接
合することにより、本発明のＡｌＮ回路基板が得られ
る。なお、上記薄膜部のエッチング処理の際、めっき層
表面がエッチング液によって損傷を受け易い場合には、
めっき層表面にレジストを塗布しマスキングしておくと
よい。

【００３２】上記製造方法によれば、薄膜のエッチング
処理が、導体回路パターンを形成する際の最後の工程と
なるため、少なくとも窒化アルミニウム基板と接する部
位の薄膜の側面部が露出する一方、他の部位の薄膜がめ
っき層によって被覆されるとともに、めっき層表面にろ
う材から成る接合層を介して金属部品を一体に接合した
ＡｌＮ回路基板が得られる。

【００３３】前記のように工程順に従って、めっき処
理，レジスト塗布およびエッチング処理を実施すると、
レジストを塗布した薄膜表面部にはめっき層が形成され
ないため、回路パターン形成部対象領域にのみにめっき
層を形成することになる。したがって、余分なめっき液
が不要になる。しかも、レジスト膜の下の薄膜部分は全
て電気的に導通がとれているため、最終的に独立パター
ンとなる部分に導通をとる必要がなく、導通処理のため
に薄膜の高精細化が阻害されるおそれがない。

【００３４】また薄膜上のレジストを除去後に、薄膜の
みをエッチング処理して回路パターンを形成することと
なるため、通常のエッチング工程と同じ操作となり、薄
膜をエッチングする際に要するエッチング時間と必要最
少量のエッチング液とにより、所定の精細な導体回路パ
ターンを形成することが可能である。

【００３５】

【実施例】以下本発明の一実施例について添付図面を参
照してより具体的に説明する。

【００３６】実施例１ 図１は実施例１に係る窒化アルミニウム回路基板の製造
手順を示す工程図である。まず図１（ａ）に示すよう
に、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋで厚さが０．６３５mm
の窒化アルミニウム基板１の両面をラッピング（ポリッ
シング）して、その表面粗さを０．５μｍ以下となるよ
うに調整した。次に図１（ｂ）に示すように、上記Ａｌ
Ｎ基板１の両面にそれぞれ厚さ５００オングストローム
のＴｉ層（最下層）と５０００オングストロームのＮｉ
層（中層）と２０００オングストロームのＡｕ層（最上
層）の３層から成る薄膜２を一体に形成した。次に図１
（ｃ）に示すようにＡｌＮ基板１の上面にマスク３を形
成（マスキング）し、さらに図１（ｄ）に示すよにう下
面側全面に厚さ４μｍの金めっき層４を電気めっき法に
より形成した。次に図１（ｅ）に示すように所定形状の
マスク３ａを形成した状態でエッチング処理を実施し、
図１（ｆ）に示すような所定形状の導体回路パターン５
を形成した。次に図１（ｆ）の状態からマスク３，３ａ
を除去して図１（ｇ）に示す状態とし、さらに図１
（ｈ）に示すように、上面側に所定形状のマスク３ｂを
形成するとともに、パターン形成を終了した下面側全面
にマスク３ｃを形成し、しかる後にエッチング処理を行
ない、基板上面側に所定形状の薄膜パターン６を形成
し、図１（ｊ）に示すようにマスクを一旦除去した後
に、図１（ｋ）に示すように下面側全面にマスク３ｃを
形成した。次に図１（ｌ）に示すように薄膜パターン６
上に無電解めっき法を使用してそれぞれ厚さ４μｍのＮ
ｉめっき層７と厚さ１μｍのＡｕめっき層４ａとを形成
し、上面側の導体回路パターン５ａを形成した。めっき
処理終了後、マスク３ｃを除去して、図１（ｍ）に示す
ような実施例１に係るＡｌＮ回路基板８を多数製造し
た。

【００３７】上記実施例１に係るＡｌＮ回路基板８は、
図２に示す通り、ＡｌＮ基板１の上面側にＴｉ／Ｎｉ／
Ａｕ薄膜パターン６とＮｉめっき層７とＡｕめっき層４
ａとから成る導体回路パターン５ａを有する一方、基板
１の下面側にＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜２と厚いＡｕめっき
層４とから成る導体回路パターン５を有する。上記Ａｌ
Ｎ回路基板８において、ＡｌＮ基板１の上面側の導体回
路パターン５ａは、図３に示すように、そのエッジ部
（側端面）がＮｉめっき層７およびＡｕめっき層４ａに
よって被覆された部分Ａを有する一方、下面側の導体回
路パターン５は、図４に示すように、そのエッジ部がめ
っき層４により被覆されない部分Ｂを有する。

【００３８】上記のように調製された実施例１に係る各
ＡｌＮ回路基板８は、いずれも精細でシャープな回路パ
ターンが形成されていた。また各基板の上面側の導体回
路パターン５ａ上にコバールから成る金属板をＰｂ−Ｓ
ｎ−Ｉｎ系半田を介して接合したところ、いずれもＮｉ
めっき層がバリアとして機能し、半田による薄膜のくわ
れ等が防止され、良好な接合強度が確保された。

【００３９】また図４に示すように各ＡｌＮ回路基板８
の裏側の厚いＡｕめっき層４にＡｕ製のボンディングワ
イヤー１２を接合した場合においても、ワイヤー１２の
接合状態はいずれも良好であり、接合不良は生じなかっ
た。

【００４０】このように実施例１に係るＡｌＮ回路基板
によれば、所定箇所に部分的に単層めっきを行ない、そ
のめっき部分をエッチング処理した後に、他の部分のエ
ッチング処理を行ない、しかる後にオーバーエッチング
を生じ易い多層めっきを製造工程の最終工程で実施して
製造されているため、基板の侵食やエッチング不良等を
生じることなく、金属部品やボンディングワイヤーを良
好に接合するための機能を有するＡｌＮ回路基板を提供
することができる。

【００４１】比較例１ 実施例１と同一のＡｌＮ基板１を使用し、その両面に同
様のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜を形成した後に、マスクを片
面ずつ形成し、表面の薄膜上に厚さ４μｍの金めっき層
を形成する一方、裏面の薄膜上に厚さ４μｍのＮｉめっ
き層および厚さ１μｍのＡｕめっき層を順次形成した。
しかる後にエッチング処理により導体回路パターンをそ
れぞれ形成して比較例１に係るＡｌＮ回路基板を調製し
た。

【００４２】しかしながら、Ｎｉめっき層部分に７〜８
μｍ程度のオーバーエッチングが発生し、剥離やバリの
発生が多い回路基板しか得られなかった。

【００４３】比較例２ 実施例１と同一のＡｌＮ基板１を使用し、その両面に同
様のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜を形成した後に、エッチング
処理を行ない、所定の導体回路パターンをそれぞれ形成
した。しかる後に無電解めっき液を使用して、導体回路
パターン上に厚さ４μｍのＡｕめっき層を形成して比較
例２に係るＡｌＮ回路基板を製造した。しかしながら、
厚いＡｕめっき層を形成するために、長い時間、めっき
液とＡｌＮ基板とが接触したため、ＡｌＮ基板の侵食が
顕著に現われた。

【００４４】実施例２ 図５は実施例２に係る窒化アルミニウム回路基板の製造
手順を示す工程図である。まず図５（ａ）に示すよう
に、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋで厚さが０．６３５mm
の窒化アルミニウム基板１の両面をラッピング（ポリッ
シング）して、その表面粗さを０．５μｍ以下となるよ
うに調整した。次に図５（ｂ）に示すように、上記Ａｌ
Ｎ基板１の両面にそれぞれ厚さ５００オングストローム
のＴｉ層（最下層）と５０００オングストロームのＮｉ
層（中層）と２０００オングストロームのＡｕ層（最上
層）の３層から成る薄膜２を一体に形成した。次に図５
（ｃ）に示すように、電気めっき法を使用して両薄膜
２，２の表面に厚さ４μｍの金めっき層４をそれぞれ形
成し、しかる後にマスキングを形成した状態でエッチン
グ処理を実施して所定形状を有する導体回路パターン
５，５ａをそれぞれ形成して、図５（ｄ）に示すような
ＡｌＮ薄膜基板９を調製した。

【００４５】一方、厚さ１μｍ以上のＮｉめっき層７ａ
およびＡｕめっき層４ｂを一体に形成したコバール製金
属板（１０×５×０．４mm^t ）１０を用意し、この金属
板１０をＡｕ−Ｇｅ系半田を使用して上記ＡｌＮ薄膜基
板９表面に接合して、図６および図５（ｅ）に示すよう
な接合層１１を有する実施例２に係るＡｌＮ回路基板８
ａを調製した。なお上記金属板１０の接合操作は、還元
雰囲気炉内で実施し、接合時の最高温度は４００℃に設
定した。

【００４６】上記実施例２に係るＡｌＮ回路基板８ａ
は、４００℃以下の低い接合温度で金属板１０を接合し
ているため、金属板１０とＡｌＮ基板１との熱膨張差に
起因する反り等の発生がなく、接合強度も良好であっ
た。ちなみにコバール製金属板１０の接合強度を測定し
たところ、ピールモードの平均値で０．５kgf/mm，プー
ルモードで２kgf/mm² 以上の値が得られた。

【００４７】実施例３ 実施例２で調製したものと同一の窒化アルミニウム基板
１を使用し、その両面にＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜２を形成
し、さらに薄膜２表面に厚さ４μｍのＮｉめっき層と厚
さ１μｍのＡｕめっき層とを形成してＡｌＮ薄膜基板と
し、この AlN薄膜基板表面に実施例２で調製しためっき
層付き金属板１０を、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎ系半田を使用し
て一体に接合し、実施例３に係るＡｌＮ回路基板を調製
した。なお上記金属板１０の接合操作は、還元雰囲気炉
内で実施し、接合時の最高温度は３８０℃に設定した。

【００４８】上記実施例３に係るＡｌＮ回路基板８ａに
おいても、３８０℃以下の低い接合温度で金属板１０を
接合しているため、金属板１０とＡｌＮ基板１との熱膨
張差に起因する反り等の発生がなく、接合強度も良好で
あった。ちなみにコバール製金属板１０の接合強度を測
定したところ、ピールモードの平均値で０．５kgf/mm，
プールモードで２kgf/mm² 以上の値が得られた。

【００４９】比較例３ Ａｕ−Ｇｅ系半田の代りに従来のＡｇ−Ｃｕ系ろう材を
使用し、還元雰囲気中で最高温度８００℃でＮｉ／Ａｕ
めっき層付きコバール製金属板１０を薄膜２表面上に一
体に接合した以外は実施例２と同様に処理して比較例３
に係るＡｌＮ回路基板を調製した。

【００５０】しかしながら、このＡｌＮ回路基板では、
金属板１０の接合温度が８００℃と高いため、金属板１
０とＡｌＮ基板１との熱膨張差が大きくなり、図８に示
すように、基板１の全体に反りを生じた。

【００５１】比較例４ めっき層を形成しないコバール製金属板を用意し、この
金属板を実施例２で調製したＡｌＮ薄膜基板（図５
（ｂ））の薄膜２表面上に、Ａｕ−Ｇｅ系半田を使用し
て直接接合し、比較例４に係るＡｌＮ回路基板を調製し
た。

【００５２】しかしながら、このＡｌＮ回路基板では、
Ａｕ−Ｇｅ系半田による薄膜のくわれ現象が発生したた
め、金属板の接合強度が低下し、充分な耐久性が得られ
なかった。

【００５３】比較例５ めっき層を形成しないコバール製金属板を用意し、この
金属板を実施例２で調製したＡｌＮ薄膜基板（図５
（ｂ））の薄膜２表面上に、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎ系半田を
使用して直接接合し、比較例５に係るＡｌＮ回路基板を
調製した。

【００５４】しかしながら、このＡｌＮ回路基板では、
Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎ系半田による薄膜のくわれ現象が発生
したため、金属板の接合強度が低下し、充分な耐久性が
得られなかった。

【００５５】以上の実施例２〜３と比較例３〜５との対
比からも明らかなように、５００℃以下の共晶温度を有
する高温半田を、金属板を接合する際のろう材として使
用し、かつ使用するろう材の種類に応じて適正なめっき
層を形成した実施例２〜３のＡｌＮ回路基板によれば、
半導体素子等を搭載するための金属板や金属部品を高い
接合強度で一体に接合でき、耐久性および信頼性に優れ
たＡｌＮ回路基板が得られた。

【００５６】実施例４ 図９は実施例４に係る窒化アルミニウム回路基板の製造
手順を示す工程図である。まず図９（ａ）に示すよう
に、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋで厚さが０．６３５mm
の窒化アルミニウム基板１の両面をラッピング（ポリッ
シング）して、その表面粗さを０．５μｍ以下となるよ
うに調整した。次に図９（ｂ）に示すように、上記Ａｌ
Ｎ基板１の上面に厚さ５００オングストロームのＴｉ層
（最下層）と５０００オングストロームのＮｉ層（中
層）と２０００オングストロームのＡｕ層（最上層）の
３層から成る薄膜２を一体に形成した。次に図９（ｃ）
に示すようにめっき導通をとるための部分を除き、また
回路パターン形成対象領域以外の領域にレジスト１３を
塗布してマスキング処理した。しかる後に、図９（ｄ）
に示すように、上記めっき導通部分を利用して電気めっ
き法により厚さ４μｍのＡｕめっき層４ｃを形成した。
次に図９（ｅ）に示すようにレジスト１３を除去した
後、図９（ｆ）に示すように薄膜２部分をエッチング処
理することにより、金めっき層４ｃを被着した薄膜２か
ら成る導体回路パターン５ｂを有する AlN薄膜基板９ａ
を形成した。しかる後に、このＡｌＮ薄膜基板９ａに、
実施例２において調製したコバール製金属部品１０をＡ
ｕ−Ｇｅ系半田を使用して一体に接合し、図９（ｇ）に
示すような、接合層１１ｂを有する実施例４に係るＡｌ
Ｎ回路基板８ｂを調製した。なお上記金属部品１０の接
合操作は、還元雰囲気炉内で実施し、接合時の最高温度
は４００℃に設定した。

【００５７】上記実施例４に係るＡｌＮ回路基板８ｂ
は、図１０に示すように、窒化アルミニウム基板１と接
する部位の薄膜２の側面部が露出するように形成される
一方、薄膜２の他の表面部位はＡｕめっき層４ｃによっ
て被覆されるように形成される。

【００５８】実施例４によれば、薄膜２上のめっき不要
部分にレジストでマスキングをして、しかる後に必要部
分のみにめっき処理してＡｕめっき層４ｃを形成して導
体回路パターン５ｂを形成しているため、短かいエッチ
ング時間と少量のエッチング液により精細な導体回路パ
ターン５ｂを形成することができた。また金属部品１０
とＡｌＮ基板１との熱膨張差に起因する反りの発生もな
く、金属部品１０の接合強度も実施例２と同等で良好で
あった。

【００５９】実施例５ 図１１は実施例５に係る窒化アルミニウム回路基板の製
造手順を示す工程図である。まず図１１（ａ）に示すよ
うに、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋで厚さが０．６３５
mmの窒化アルミニウム基板１の両面をラッピング（ポリ
ッシング）して、その表面粗さを０．５μｍ以下となる
ように調整した。次に図１１（ｂ）に示すように、上記
ＡｌＮ基板１の上面に厚さ５００オングストロームのＴ
ｉ層（最下層）と５０００オングストロームのＮｉ層
（中層）と２０００オングストロームのＡｕ層（最上
層）の３層から成る薄膜２を一体に形成するとともに、
回路パターン形成対象領域にレジスト１３ａを塗布して
マスキングした。次に図１１（ｃ）に示すように３層か
ら成る薄膜２のうち、最上層のＡｕ層と中層のＮｉ層と
をエッチング処理した。この状態ではＡｌＮ基板１と接
する最下層Ｔｉ層が残存している。しかる後に図１１
（ｄ）に示すように、レジスト１３ａを除去した状態に
し、次に図１１（ｅ）に示すようにエッチング部分（Ｔ
ｉ層残存部分）を被覆する逆レジスト（反転パターン）
１４を塗布した。次に図１１（ｆ）に示すように、上記
Ｔｉ層残存部分を導通部として利用し、薄膜２の表面に
厚さ４μｍのＮｉめっき層７ｂと厚さ２μｍのＡｕめっ
き層４ｄとを電気めっき法により形成した。次に逆レジ
スト１４を除去した後に、Ａｕめっき層４ｄ上に、図１
１（ｇ）に示すように、レジスト１３ｂを塗布してマス
キングを行なった後に、図１１（ｈ）に示すように残存
していた最下層のＴｉ層をエッチング処理して除去する
ことにより、Ａｕめっき層４ｄとＮｉめっき層７ｂと薄
膜２とから成る所定形状の導体回路パターン５ｃをＡｌ
Ｎ基板１に一体に形成したＡｌＮ薄膜基板９ｂとした。
しかる後に、このＡｌＮ薄膜基板９ｂに、実施例２にお
いて調製したコバール製金属部品１０をＡｕ−Ｇｅ系半
田を使用して一体に接合し、図９（ｉ）に示すような、
接合層１１ｃを有する実施例５に係るＡｌＮ回路基板８
ｃを調製した。なお上記金属部品１０の接合操作は、還
元雰囲気炉内で実施し、接合時の最高温度は４００℃に
設定した。

【００６０】上記実施例５に係るＡｌＮ回路基板８ｃ
は、図１２に示すように、窒化アルミニウム基板１と接
する部位の薄膜２の最下層となるＴｉ層の側面部が露出
するように形成される一方、薄膜２の他の側面部および
表面部位はＡｕめっき層４ｄによって被覆されるように
形成される。

【００６１】実施例５によれば、薄膜２上のめっき不要
部分にレジストでマスキングをして、しかる後に必要部
分のみにめっき処理してＡｕめっき層４ｄを形成して導
体回路パターン５ｃを形成しているため、短かいエッチ
ング時間と少量のエッチング液により精細な導体回路パ
ターン５ｃを形成することができた。また金属部品１０
とＡｌＮ基板１との熱膨張差に起因する反りの発生もな
く、金属部品１０の接合強度も実施例２と同等で良好で
あった。

【００６２】比較例６ 実施例４で使用したＡｌＮ基板の上部表面全体に同一仕
様のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜２を形成し、その薄膜表面全
体に電気めっき法を使用して厚さ４μｍのＡｕめっき層
を一体に形成した。次にこのＡｕめっき層表面にレジス
トを塗布した後に、Ａｕめっき層および薄膜２をエッチ
ング処理することにより、所定形状の導体回路パターン
を形成し、さらに実施例４と同様にして金属部品１０を
薄膜上に一体に接合し、比較例６に係るＡｌＮ回路基板
を調製した。

【００６３】しかしながら比較例６においては、導体回
路パターンを形成しない部分も含めてＡｌＮ基板全面に
Ａｕめっき層を形成しているため、実施例４のＡｌＮ回
路基板のエッチング処理作業と比較して、約２０倍もの
エッチング時間と多量のエッチング液とが必要になり、
製造コストが大幅に上昇した。

【００６４】比較例７ 実施例４で使用したＡｌＮ基板の上部表面全体に同一仕
様のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜２を形成し、その薄膜２上に
レジストを塗布した状態で薄膜２をエッチング処理し、
しかる後に薄膜２表面に、無電解めっき法を使用し、厚
さ４μｍのＡｕめっき層を一体に形成し、さらに実施例
４と同様にして金属部品を薄膜上に一体に接合して、比
較例７に係るＡｌＮ回路基板を調製した。

【００６５】しかしながら比較例７においては、薄膜２
のエッチング処理によるパターン形成を先行して実施し
ているため、ＡｌＮ基板１が露出する。そのため、図１
３に示すように薄膜２がその側面部を含めて全てＡｕめ
っき層４ｅにて被覆されているが、上記基板１の露出部
が無電解金めっき液によって侵食され、大きな侵食部１
５が発生し基板品質が低下した。

【００６６】比較例８ 図１４に示すように、実施例４で使用したＡｌＮ基板１
の上部表面全体に同一仕様のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜２を
形成し、その薄膜２の表面全体に厚さ４μｍのＮｉめっ
き層７ｃと厚さ２μｍのＡｕめっき層４ｆとを電気めっ
き法により順次形成した。しかる後にレジストを塗布し
てマスキングし、さらにエッチング処理を順次実施して
所定の導体回路パターンを形成し、さらに実施例４と同
様にして金属部品を薄膜上に一体に接合して、比較例８
に係るＡｌＮ回路基板を調製し。

【００６７】しかしながら比較例８においては、Ｎｉめ
っき層４ｆにオーバーエッチングが発生し易く、図１４
に示すような幅が１０〜２０μｍ程度のアンダーカット
部１６が生じたため、Ａｕめっき層４ｆの剥離やバリの
発生が多いＡｌＮ回路基板しか得られなかった。

【００６８】比較例９ 実施例４で使用したＡｌＮ基板の上部表面全体に同一仕
様のＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜２を形成し、その薄膜２上に
レジストを塗布した状態で薄膜２をエッチング処理し、
しかる後に薄膜２表面に、無電解めっき法を使用し、厚
さ４μｍのＮｉめっき層および厚さ２μｍのＡｕめっき
層を順次一体に形成し、さらに実施例４と同様にして金
属部品を薄膜上に一体に接合して、比較例９に係るＡｌ
Ｎ回路基板を調製した。

【００６９】しかしながら比較例９においては、薄膜２
のエッチング処理によるパターン形成を先行して実施し
ているため、ＡｌＮ基板１が露出する。そのため、比較
例７の場合と同様に、薄膜２がその側面部を含めて全て
Ｎｉめっき層およびＡｕめっき層にて被覆されている
が、上記基板１の露出部が無電解めっき液によって侵食
され、大きな侵食部が発生し基板品質が低下した。

【００７０】上記実施例４〜５と比較例６〜９との比較
から明らかなように、まずめっきが不要な部位にレジス
トでマスキングを行なった状態で必要箇所のみにめっき
層を形成し、しかる後にレジストを除去してエッチング
処理を行なって導体回路パターンを形成した実施例４〜
５に係るＡｌＮ回路基板によれば、薄膜のみをエッチン
グ処理する際に必要とする短かいエッチング時間および
少量のエッチング液によって精細な導体回路パターンを
形成することが可能となり、さらにめっき液によるＡｌ
Ｎ基板の侵食がない高品質のＡｌＮ回路基板が得られ
た。

【００７１】

【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る窒化アルミ
ニウム回路基板によれば、回路パターン形成の制御が容
易であり、また構成部材の接合強度が高く、さらに構成
部材の変形，反り，損傷が少ない窒化アルミニウム回路
基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る窒化アルミニウム回路基板の製造
方法を示す工程図。

【図２】実施例１に係るＡｌＮ回路基板の断面図。

【図３】図２におけるIII 部拡大断面図。

【図４】図２におけるIV部拡大断面図。

【図５】実施例２に係る窒化アルミニウム回路基板の製
造方法を示す工程図。

【図６】実施例２に係る窒化アルミニウム回路基板の斜
視図。

【図７】図５におけるVII 部拡大断面図。

【図８】比較例３に係る窒化アルミニウム回路基板の断
面図。

【図９】実施例４に係る窒化アルミニウム回路基板の製
造方法を示す工程図。

【図１０】図９におけるＸ部拡大断面図。

【図１１】実施例５に係る窒化アルミニウム回路基板の
製造方法を示す工程図。

【図１２】図１１におけるXII 部拡大断面図。

【図１３】比較例７に係るＡｌＮ回路基板の要部断面
図。

【図１４】比較例８に係るＡｌＮ回路基板の要部断面
図。

【符号の説明】

１ 窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板 ２ 薄膜 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ マスク（レジスト膜） ４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ 金めっき層 ５，５ａ，５ｂ，５ｃ 導体回路パターン ６ 薄膜パターン ７，７ａ，７ｂ，７ｃ Ｎｉめっき層 ８，８ａ，８ｂ，８ｃ ＡｌＮ回路基板 ９，９ａ，９ｂ ＡｌＮ薄膜基板 １０ 金属板（コバール），金属部品 １１，１１ａ，１１ｂ 接合層 １２ ボンディングワイヤー １３，１３ａ，１３ｂ レジスト １４ 逆レジスト（反転パターン） １５ 侵食部 １６ アンダーカット部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化アルミニウム基板の少なくとも一方
   の表面に薄膜を形成し、この薄膜上に金めっき層を形成
   した導体回路パターンと、薄膜上にニッケルめっき層を
   介して金めっき層を形成した導体回路パターンとを有す
   る窒化アルミニウム回路基板において、上記導体回路パ
   ターンのエッジ部がめっき層により被覆された部分とめ
   っき層により被覆されない部分とから成ることを特徴と
   する窒化アルミニウム回路基板。
2. 【請求項２】 窒化アルミニウム基板の少なくとも一方
   の表面に形成された薄膜から成る導体回路パターンと、
   この薄膜上に形成されためっき層と、接合層を介してめ
   っき層と一体に接合された金属板とを備え、上記接合層
   は共晶温度が５００℃以下であるろう材から成ることを
   特徴とする窒化アルミニウム回路基板。
3. 【請求項３】 薄膜が複数の金属層から成り、窒化アル
   ミニウム基板と接する最下層の金属層がチタンから成る
   一方、最上層が金から成ることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の窒化アルミニウム回路基板。
4. 【請求項４】 接合層が高温半田または金系半田から成
   ることを特徴とする請求項２記載の窒化アルミニウム回
   路基板。
5. 【請求項５】 窒化アルミニウム基板の少なくとも一方
   の表面に薄膜から成る導体回路パターンが形成され、少
   なくとも窒化アルミニウム基板と接する部位の薄膜の側
   面部を露出させる一方、他の部位の薄膜をめっき層によ
   り被覆するとともに、上記めっき層表面に接合層を介し
   て金属部品を一体に接合したことを特徴とする窒化アル
   ミニウム回路基板。
6. 【請求項６】 薄膜が複数の金属層から成り、窒化アル
   ミニウム基板と接する最下層の金属層がチタンから成る
   ことを特徴とする請求項５記載の窒化アルミニウム回路
   基板。
7. 【請求項７】 接合層は共晶温度が５００℃以下である
   ろう材から成ることを特徴とする請求項５記載の窒化ア
   ルミニウム回路基板。