JP2017168731A - Method for manufacturing substrate for power module with plating - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板であって、回路層に無電解めっきを施しためっき付パワーモジュール用基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a power module substrate used in a semiconductor device that controls a large current and a high voltage, and relates to a method of manufacturing a plated power module substrate in which a circuit layer is subjected to electroless plating.
パワーモジュールに用いられるパワーモジュール用基板の回路層として、絶縁基板であるセラミックス基板の一方の面にアルミニウム板を接合することにより形成されたものが知られている。また、この種のパワーモジュール用基板としては、セラミックス基板の他方の面にも熱伝導性に優れた金属板を接合することにより金属層を設け、その金属層を介して放熱板を接合することも行われる。そして、パワーモジュール用基板の回路層の上面に、パワー素子等の半導体素子が搭載されることにより、パワーモジュールが製造される。 As a circuit layer of a power module substrate used in a power module, one formed by bonding an aluminum plate to one surface of a ceramic substrate which is an insulating substrate is known. Moreover, as this type of power module substrate, a metal layer is provided on the other surface of the ceramic substrate by bonding a metal plate having excellent thermal conductivity, and a heat sink is bonded via the metal layer. Is also done. And a power module is manufactured by mounting semiconductor elements, such as a power element, on the upper surface of the circuit layer of the substrate for power modules.
この種のパワーモジュール用基板においては、はんだ濡れ性を向上させて半導体素子との接合性を高めるために、回路層の表面に部分的にめっき処理が施される。
このような部分的にめっきを形成する技術としては、回路層の表面のめっきを形成したくない部分にめっきレジストやマスキングフィルム等により部分的にマスキング処理を行い、そのマスキング部分へのめっきの形成を防止して部分的にめっきをする方法が一般的である。
In this type of power module substrate, the surface of the circuit layer is partially plated in order to improve solder wettability and improve the bondability with a semiconductor element.
As a technique for forming such a partial plating, a masking process is partially performed with a plating resist or a masking film on a portion of the circuit layer on which the plating is not desired, and the plating is formed on the masking portion. A method of partially plating while preventing the above is common.
また、特許文献１には、金属‐セラミックス接合基板の金属板の表面全体に無電解ニッケル合金めっきを施した後に、ニッケル合金めっきが必要な部分にレジストを付着させ、酸性薬液によりレジストが付着していない部分のニッケル合金めっきをエッチング除去することにより、金属板の表面に部分的にめっきをする方法が記載されている。 In Patent Document 1, after electroless nickel alloy plating is applied to the entire surface of a metal plate of a metal-ceramic bonding substrate, a resist is attached to a portion where nickel alloy plating is necessary, and the resist is attached by an acidic chemical solution. A method is described in which the surface of the metal plate is partially plated by etching away portions of the nickel alloy that are not etched.
ところが、回路層に部分的にマスキング処理を行った後でめっき処理を行う一般的な方法では、複雑形状部分の全てにマスキングを施すことが難しいため、半導体素子の実装部分を除いた回路層の側面や、ヒートシンクの上面等にめっきの付着が生じることがある。半導体素子が実装されたパワーモジュールには、絶縁性確保や配線保護等の観点からポッティング樹脂やモールディング樹脂を流し込んで封止することが行われるが、不要な部分にめっきが形成されていると、そのめっき部分により樹脂等とめっきとの密着性が阻害され、パワーモジュールの使用時に冷熱サイクルやパワーサイクル等を負荷した場合に、ポッティング樹脂等がパワーモジュール用基板から剥離する樹脂剥離を引き起こすおそれがある。そして、この樹脂剥離が要因となり、樹脂割れやセラミックス基板の割れ等が生じ、パワーモジュールの絶縁破壊につながるおそれがある。 However, in the general method of performing plating after partially masking the circuit layer, it is difficult to mask all of the complicated shape parts. Plating adhesion may occur on the side surface or the upper surface of the heat sink. The power module on which the semiconductor element is mounted is sealed by pouring a potting resin or a molding resin from the viewpoint of ensuring insulation and protecting the wiring, but when an unnecessary part is plated, Adhesion between the resin and the plating is hindered by the plated portion, and when a power cycle is applied, a heat cycle or a power cycle may be loaded, which may cause the resin to peel off from the power module substrate. is there. This resin peeling causes a resin crack, a ceramic substrate crack, and the like, which may lead to a dielectric breakdown of the power module.
この点、特許文献１に記載の方法のように、金属板の表面全体にめっき処理を行った後に、めっきが必要な部分のみにレジストを付着させ、めっきを必要としない部分のめっきをエッチングにより除去する場合には、回路層の側面や、ヒートシンクに付着しためっきを除去できると考えられる。しかし、めっきを必要としない部分は大部分であり、複雑な形状を有するヒートシンク、例えばピンフィンを有するヒートシンク等が接合されたパワーモジュール用基板や複雑な回路パターンが形成されたパワーモジュール用基板では、特許文献１に記載の方法を用いた場合にはマスキング処理が煩雑となり手間がかかることで、作業性が低下することが問題である。 In this regard, like the method described in Patent Document 1, after the plating process is performed on the entire surface of the metal plate, a resist is attached only to a portion that needs to be plated, and plating of a portion that does not require plating is performed by etching. In the case of removal, it is considered that the plating adhering to the side surface of the circuit layer and the heat sink can be removed. However, most of the parts that do not require plating are heat sinks having complicated shapes, for example, power module substrates to which heat sinks having pin fins and the like are joined, and power module substrates on which complicated circuit patterns are formed. When the method described in Patent Document 1 is used, the masking process becomes complicated and time-consuming, so that the workability is lowered.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回路層の側面等の不要な部分へのめっきの形成を防止しつつ、容易に回路層の上面に部分的なめっきを形成できるめっき付パワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and plating that can easily form partial plating on the upper surface of the circuit layer while preventing formation of plating on unnecessary portions such as side surfaces of the circuit layer. It aims at providing the manufacturing method of the board | substrate for power modules with an attachment.
本発明のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム回路層が形成され、前記セラミックス基板の他方の面に前記セラミックス基板より大きいヒートシンクが形成されてなるパワーモジュール用基板の前記アルミニウム回路層の上面に部分的な無電解めっき被膜が形成されためっき付パワーモジュール用基板を製造する方法であって、前記アルミニウム回路層の上面のめっき不要領域に第１マスクを形成する第１マスキング工程と、無電解めっき液に対する耐薬品性を有する有底筒状の弾性カバー部材の開口部内面と前記パワーモジュール用基板の側面とを密着させて、前記パワーモジュール用基板の上面側を前記開口部から露出させておき、前記弾性カバー部材を装着した前記パワーモジュール用基板を無電解めっき液中に浸漬して、前記パワーモジュール用基板の前記開口部から露出した部分であって前記めっき不要領域を除く部分に無電解めっき被膜を形成するめっき処理工程と、前記アルミニウム回路層上面に形成された前記無電解めっき被膜の上面に第２マスクを形成して、前記第１マスクと前記第２マスクとにより前記無電解めっき被膜を覆う第２マスキング工程と、前記パワーモジュール用基板の前記第１マスク及び前記第２マスクから露出した部分に形成された前記無電解めっき被膜を酸性エッチング液により除去するめっき除去工程と、前記第１マスク及び前記第２マスクを前記アルミニウム回路層から剥離するマスク剥離工程とを有する。 The method for manufacturing a substrate for a power module with plating according to the present invention is for a power module in which an aluminum circuit layer is formed on one surface of a ceramic substrate and a heat sink larger than the ceramic substrate is formed on the other surface of the ceramic substrate. A method for manufacturing a substrate for a power module with plating in which a partial electroless plating film is formed on an upper surface of the aluminum circuit layer of the substrate, wherein a first mask is formed in a plating unnecessary region on the upper surface of the aluminum circuit layer A first masking step, an inner surface of the opening of the bottomed cylindrical elastic cover member having chemical resistance to the electroless plating solution, and a side surface of the power module substrate, and an upper surface of the power module substrate The power module with the elastic cover member attached is exposed from the opening. A plating process for forming an electroless plating film on a portion exposed from the opening of the power module substrate and excluding the plating unnecessary region; Forming a second mask on the upper surface of the electroless plating film formed on the upper surface of the aluminum circuit layer, and covering the electroless plating film with the first mask and the second mask; A plating removal step of removing the electroless plating film formed on the portions exposed from the first mask and the second mask of the power module substrate with an acidic etchant; and the first mask and the second mask And a mask peeling step for peeling from the aluminum circuit layer.
弾性カバー部材の開口部内面をパワーモジュール用基板の側面と密着させることで、パワーモジュール用基板の上面を除く部分（側面及び裏面）を弾性カバー部材で覆った状態とすることができる。そして、このように弾性カバー部材をパワーモジュール用基板に装着した状態で無電解めっき液に浸漬させることで、弾性カバー部材で覆われたヒートシンクの側面や裏面へのめっき反応を抑制して、弾性カバー部材から露出する部分であって第１マスクが形成されためっき不要領域を除く部分のアルミニウム回路層の表面やヒートシンクの表面に無電解めっき被膜を形成できる。そして、アルミニウム回路層の上面に形成された無電解めっき被膜と第１マスクとの上から第２マスクを形成して、アルミニウム回路層上の部分的な無電解めっき被膜を保護した後に、めっき除去工程を行うことで、アルミニウム回路層の上面の部分的な無電解めっき被膜を残して、アルミニウム回路層の側面や、ヒートシンクの上面に付着した無電解めっき被膜を除去できる。なお、弾性カバー部材は、その弾性を利用してパワーモジュール用基板に装着しているので、めっき処理工程後の適宜のタイミングで、容易に取り外すことができる。 By bringing the inner surface of the opening of the elastic cover member into close contact with the side surface of the power module substrate, the portions (side surface and back surface) excluding the upper surface of the power module substrate can be covered with the elastic cover member. And, by immersing the elastic cover member in the electroless plating solution with the elastic cover member mounted on the power module substrate, the plating reaction to the side surface and the back surface of the heat sink covered with the elastic cover member is suppressed and elastic An electroless plating film can be formed on the surface of the aluminum circuit layer and the surface of the heat sink in the portion exposed from the cover member and excluding the plating unnecessary region where the first mask is formed. Then, a second mask is formed on the electroless plating film formed on the upper surface of the aluminum circuit layer and the first mask to protect the partial electroless plating film on the aluminum circuit layer, and then the plating is removed. By performing the process, the electroless plating film adhering to the side surface of the aluminum circuit layer or the upper surface of the heat sink can be removed while leaving a partial electroless plating film on the upper surface of the aluminum circuit layer. In addition, since the elastic cover member is attached to the power module substrate using its elasticity, it can be easily removed at an appropriate timing after the plating process.
このようにして製造されるめっき付パワーモジュール用基板においては、マスキング作業はアルミニウム回路層の上面のみに行い、めっきを必要としないヒートシンクの側面や底面は弾性カバー部材で覆った状態とすることで、ヒートシンクの側面及び底面へのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、ヒートシンクの側面や底面へのめっきの形成を防止できる。また、第１マスキング工程においては、アルミニウム回路層の上面のみに第１マスクを設けることで、部分的な無電解めっき被膜を形成できる。そして、第１マスクが形成された状態で、さらに第２マスクを形成して、その状態でめっき除去工程を行うことで、アルミニウム回路層上の無電解めっき被膜をエッチング液から保護でき、無電解めっき被膜を必要としない部分に形成されている無電解めっき被膜のみを除去できる。 In the power module substrate with plating manufactured in this way, the masking operation is performed only on the upper surface of the aluminum circuit layer, and the side and bottom surfaces of the heat sink that does not require plating are covered with an elastic cover member. Further, it is possible to prevent the formation of plating on the side and bottom surfaces of the heat sink without requiring complicated masking operations such as application of a plating resist on the side and bottom surfaces of the heat sink and application of a masking tape. Moreover, in a 1st masking process, a partial electroless plating film can be formed by providing a 1st mask only in the upper surface of an aluminum circuit layer. Then, in the state where the first mask is formed, a second mask is further formed, and the plating removal process is performed in that state, so that the electroless plating film on the aluminum circuit layer can be protected from the etching solution. Only the electroless plating film formed on the portion that does not require the plating film can be removed.
したがって、ヒートシンクの側面及び底面へのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、容易にアルミニウム回路層の上面に部分的な無電解めっき被膜が形成されためっき付パワーモジュール用基板を製造できる。また、無電解めっき被膜が不要な部分へ付着した無電解めっき被膜をめっき除去工程において確実に除去できるので、ポッティング樹脂等との密着性を良好に維持でき、めっき付パワーモジュール用基板の接合信頼性を良好に維持できる。
さらに、本発明のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法においては、めっきを必要としないアルミニウム回路層の側面やヒートシンクの上面にも一旦、無電解めっき被膜を形成した後に、これらアルミニウム回路層の側面やヒートシンクの上面に形成された無電解めっき被膜を除去することで、無電解めっき被膜の除去後のアルミニウム表面を粗面化して、これらの表面の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａを、めっき形成前よりもめっき除去後において大きくすることができる。したがって、パワーモジュール用基板の上面とポッティング樹脂等との密着性をより向上でき、接合信頼性に優れたパワーモジュールを製造できる。
Therefore, a partial electroless plating film was easily formed on the upper surface of the aluminum circuit layer without requiring complicated masking operations such as applying a plating resist to the side and bottom surfaces of the heat sink and applying a masking tape. A power module substrate with plating can be manufactured. In addition, since the electroless plating film that adheres to the area where the electroless plating film is not required can be removed reliably in the plating removal process, it is possible to maintain good adhesion to the potting resin, etc., and the bonding reliability of the power module substrate with plating Good maintainability.
Furthermore, in the method for manufacturing a power module substrate with plating according to the present invention, after the electroless plating film is once formed also on the side surface of the aluminum circuit layer that does not require plating or the upper surface of the heat sink, the side surface of the aluminum circuit layer is formed. Or by removing the electroless plating film formed on the upper surface of the heat sink to roughen the aluminum surface after the removal of the electroless plating film, and the surface roughness (arithmetic mean roughness) Ra of these surfaces, It can be made larger after plating removal than before plating formation. Therefore, the adhesion between the upper surface of the power module substrate and the potting resin or the like can be further improved, and a power module excellent in bonding reliability can be manufactured.
本発明のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム回路層が形成され、前記セラミックス基板の他方の面に前記セラミックス基板より大きいヒートシンクが形成されてなるパワーモジュール用基板の前記アルミニウム回路層の上面に部分的な無電解めっき被膜が形成されためっき付パワーモジュール用基板を製造する方法であって、無電解めっき液に対する耐薬品性を有する有底筒状の弾性カバー部材の開口部内面と前記パワーモジュール用基板の側面とを密着させて、前記パワーモジュール用基板の上面側を前記開口部から露出させておき、前記弾性カバー部材を装着した前記パワーモジュール用基板を無電解めっき液中に浸漬して、前記パワーモジュール用基板の前記開口部から露出した部分に無電解めっき被膜を形成するめっき処理工程と、前記アルミニウム回路層のめっき必要領域に前記アルミニウム回路層に形成された前記無電解めっき被膜の上からマスクを形成するマスキング工程と、前記パワーモジュール用基板の前記マスクから露出して設けられ前記めっき必要領域を除く部分に形成された前記無電解めっき被膜を酸性エッチング液により除去するめっき除去工程と、前記マスクを前記アルミニウム回路層から剥離するマスク剥離工程とを有する。 The method for manufacturing a substrate for a power module with plating according to the present invention is for a power module in which an aluminum circuit layer is formed on one surface of a ceramic substrate and a heat sink larger than the ceramic substrate is formed on the other surface of the ceramic substrate. A method of manufacturing a power module substrate with plating in which a partial electroless plating film is formed on the upper surface of the aluminum circuit layer of the substrate, and having a bottomed cylindrical elasticity having chemical resistance to an electroless plating solution The power module substrate on which the inner surface of the opening of the cover member and the side surface of the power module substrate are in close contact, the upper surface side of the power module substrate is exposed from the opening, and the elastic cover member is mounted Is immersed in an electroless plating solution and exposed from the opening of the power module substrate. A plating process for forming an electroless plating film on a portion, a masking process for forming a mask on the electroless plating film formed on the aluminum circuit layer in a plating required region of the aluminum circuit layer, and the power module A plating removal step of removing the electroless plating film formed on the substrate excluding the plating-required region by being exposed from the mask, using an acidic etching solution, and a mask for peeling the mask from the aluminum circuit layer And a peeling step.
この場合においても、弾性カバー部材の開口部内面をパワーモジュール用基板の側面と密着させることで、パワーモジュール用基板の上面を除く部分（側面及び裏面）を弾性カバー部材で覆った状態とすることができる。そして、このように弾性カバー部材をパワーモジュール用基板に装着した状態で無電解めっき液に浸漬させることで、弾性カバー部材で覆われたヒートシンクの側面や底面へのめっき反応を抑制して、弾性カバー部材から露出する部分のアルミニウム回路層の表面やヒートシンクの表面に無電解めっき被膜が形成される。そして、アルミニウム回路層の上面に形成された無電解めっき被膜の上からマスクを形成した後、めっき除去工程を行うことで、アルミニウム回路層のめっき必要領域に部分的な無電解めっき被膜を残して、アルミニウム回路層の側面やヒートシンクの上面に付着しためっきを除去できる。なお、弾性カバー部材は、その弾性を利用してパワーモジュール用基板に装着しているので、めっき処理工程後の適宜のタイミングで、容易に取り外すことができる。 Even in this case, the inner surface of the opening portion of the elastic cover member is brought into close contact with the side surface of the power module substrate so that the portions (side surface and back surface) except the upper surface of the power module substrate are covered with the elastic cover member. Can do. Then, by immersing the elastic cover member in the electroless plating solution in a state where the elastic cover member is mounted on the power module substrate, the plating reaction to the side surface and bottom surface of the heat sink covered with the elastic cover member is suppressed, and the elastic cover member is elastic. An electroless plating film is formed on the surface of the aluminum circuit layer exposed from the cover member and the surface of the heat sink. Then, after forming a mask from above the electroless plating film formed on the upper surface of the aluminum circuit layer, a plating removal step is performed, leaving a partial electroless plating film in the plating required region of the aluminum circuit layer. The plating adhered to the side surface of the aluminum circuit layer or the upper surface of the heat sink can be removed. In addition, since the elastic cover member is attached to the power module substrate using its elasticity, it can be easily removed at an appropriate timing after the plating process.
このようにして製造されるめっき付パワーモジュール用基板では、めっき処理工程はパワーモジュール用基板の上面のみに行い、めっきを必要としないヒートシンクの側面や裏面は弾性カバー部材で覆った状態とすることで、ヒートシンクの側面及び裏面へのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、ヒートシンクの側面や裏面へのめっきの形成を防止できる。また、マスキング工程においては、アルミニウム回路層の上面のみにマスクを設けることで、マスクから露出しためっきを必要としない部分に形成されている無電解めっき被膜のみを除去できる。
したがって、ヒートシンクの側面及び裏面へのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、容易にアルミニウム回路層の上面に部分的な無電解めっき被膜が形成されためっき付パワーモジュール用基板を製造できる。
In the power module substrate with plating manufactured in this way, the plating process is performed only on the upper surface of the power module substrate, and the side surface and back surface of the heat sink that does not require plating are covered with an elastic cover member. Thus, it is possible to prevent the formation of plating on the side surface and back surface of the heat sink without requiring complicated masking operations such as application of a plating resist on the side surface and back surface of the heat sink and application of a masking tape. In the masking step, by providing a mask only on the upper surface of the aluminum circuit layer, it is possible to remove only the electroless plating film formed on the portion that does not require plating exposed from the mask.
Therefore, a partial electroless plating film was easily formed on the upper surface of the aluminum circuit layer without requiring complicated masking operations such as application of plating resist on the side and back surfaces of the heat sink and application of masking tape. A power module substrate with plating can be manufactured.
本発明によれば、マスキング作業はアルミニウム回路層の上面のみに行い、めっきを必要としないヒートシンクの側面や裏面は弾性カバー部材で覆った状態とすることで、ヒートシンクの側面及び裏面へのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、容易にアルミニウム回路層の上面に部分的な無電解めっき被膜が形成されためっき付パワーモジュール用基板を製造できる。 According to the present invention, the masking operation is performed only on the upper surface of the aluminum circuit layer, and the side surface and the back surface of the heat sink that does not require plating are covered with the elastic cover member, so that the plating resist on the side surface and the back surface of the heat sink is covered. Thus, it is possible to easily manufacture a power module substrate with a plating in which a partial electroless plating film is formed on the upper surface of the aluminum circuit layer without requiring a complicated masking operation such as application of coating or masking tape.
以下、本発明に係るめっき付パワーモジュール用基板の製造方法の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る実施形態のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法により製造されるめっき付パワーモジュール用基板を示している。この図１に示すめっき付パワーモジュール用基板１０１は、セラミックス基板１１の一方の面にアルミニウム回路層１２が形成され、他方の面に金属製のヒートシンク３０が形成されており、アルミニウム回路層１２の上面に部分的に無電解めっき被膜１５が形成されている。なお、ヒートシンク３０は、セラミックス基板１１の他方の面にアルミニウム金属層１３を介して設けられている。
Hereinafter, an embodiment of a manufacturing method of a power module substrate with plating according to the present invention will be described.
FIG. 1 shows a plated power module substrate manufactured by the method for manufacturing a plated power module substrate according to an embodiment of the present invention. The plated power module substrate 101 shown in FIG. 1 has an aluminum circuit layer 12 formed on one surface of a ceramic substrate 11 and a metal heat sink 30 formed on the other surface. An electroless plating film 15 is partially formed on the upper surface. The heat sink 30 is provided on the other surface of the ceramic substrate 11 with the aluminum metal layer 13 interposed therebetween.
セラミックス基板１１は、アルミニウム回路層１２とヒートシンク３０との間の電気的接続を防止するものであって、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等のセラミックス材料により矩形状に形成され、例えば０．２ｍｍ〜１ｍｍの厚みとされている。 The ceramic substrate 11 prevents electrical connection between the aluminum circuit layer 12 and the heat sink 30, and includes AlN (aluminum nitride), Si 3 N 4 (silicon nitride), Al 2 O 3 (alumina), and the like. The ceramic material is formed in a rectangular shape and has a thickness of 0.2 mm to 1 mm, for example.
アルミニウム回路層１２とアルミニウム金属層１３は、純度９９．００質量％以上の純アルミニウムや純度９９．９９質量％以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金により形成され、例えば０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの厚みとされ、通常はセラミックス基板１１よりも小さい矩形状に形成されている。そして、アルミニウム回路層１２とアルミニウム金属層１３とは、セラミックス基板１１にＡｌ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｇｅ系、Ａｌ‐Ｃｕ系、Ａｌ‐Ｍｇ系、又はＡｌ‐Ｍｎ系等の合金のろう材により接合されている。また、アルミニウム回路層１２とアルミニウム金属層１３は、それぞれプレス加工により所望の外形に打ち抜いたものをセラミックス基板１１に接合するか、あるいは平板状のものをセラミックス基板１１に接合した後に、エッチング加工により所望の外形に形成するか、いずれかの方法により、所望の形状に形成されている。そして、このアルミニウム回路層１２の上面１２ａに部分的な無電解めっき被膜１５が形成されている。無電解めっき被膜１５は、例えばＮｉＰめっきにより、例えば厚み１μｍ〜９μｍに形成される。 The aluminum circuit layer 12 and the aluminum metal layer 13 are made of pure aluminum having a purity of 99.00% by mass or more, pure aluminum having a purity of 99.99% by mass or more, or an aluminum alloy, and have a thickness of 0.1 mm to 5.0 mm, for example. Usually, it is formed in a rectangular shape smaller than the ceramic substrate 11. The aluminum circuit layer 12 and the aluminum metal layer 13 are formed on the ceramic substrate 11 with a brazing material of an alloy such as Al—Si, Al—Ge, Al—Cu, Al—Mg, or Al—Mn. It is joined. Further, the aluminum circuit layer 12 and the aluminum metal layer 13 are bonded to the ceramic substrate 11 by stamping to a desired outer shape by pressing, or after joining a flat plate to the ceramic substrate 11, etching is performed. It is formed into a desired shape, or is formed into a desired shape by any method. A partial electroless plating film 15 is formed on the upper surface 12 a of the aluminum circuit layer 12. The electroless plating film 15 is formed to have a thickness of 1 μm to 9 μm, for example, by NiP plating, for example.
ヒートシンク３０は、純アルミニウム又はアルミニウム合金により形成され、セラミックス基板１１より大きく形成されている。そして、ヒートシンク３０は、セラミックス基板１１にＡｌ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｇｅ系、Ａｌ‐Ｃｕ系、Ａｌ‐Ｍｇ系、又はＡｌ‐Ｍｎ系等の合金のろう材により接合されている。
なお、本実施形態のヒートシンク３０は、一様な平板状ではなく、立壁部３１を有し、底面部３０ｃに複数のピンフィン３２が立設されているが、ヒートシンク３０の形状は特に限定されるものではなく、平板状や、平板の表面にフィンが立設されたもの等の適宜の形状のものが含まれる。
The heat sink 30 is made of pure aluminum or an aluminum alloy and is larger than the ceramic substrate 11. The heat sink 30 is joined to the ceramic substrate 11 with a brazing material such as an Al—Si, Al—Ge, Al—Cu, Al—Mg, or Al—Mn alloy.
The heat sink 30 of the present embodiment is not a uniform flat plate shape but has a standing wall portion 31 and a plurality of pin fins 32 are erected on the bottom surface portion 30c. However, the shape of the heat sink 30 is particularly limited. It is not a thing, The thing of appropriate shapes, such as flat form and the thing by which the fin was standingly arranged on the surface of the flat board, is contained.
次に、本発明に係る第１実施形態のめっき付パワーモジュール用基板１０１の製造方法について説明する。
（基板形成工程（Ｓ１１））
セラミックス基板１１の各面にろう材を介してアルミニウム回路層１２となるアルミニウム板とアルミニウム金属層１３となるアルミニウム板とを積層し、さらにアルミニウム金属層１３となるアルミニウム板の表面にろう材を介してヒートシンク３０となるアルミニウム板を積層し、これらの積層構造体を積層方向に加圧した状態で加熱し、ろう材を溶融させることによってそれぞれのアルミニウム板とセラミックス基板１１とを接合し、アルミニウム回路層１２とアルミニウム金属層１３とヒートシンク３０とを有するパワーモジュール用基板１０を形成する。具体的には、ろう材としてＡｌ‐７質量％Ｓｉろう材を用い、真空雰囲気中で６１０℃以上６５０℃以下の温度で１分〜６０分加熱することにより、セラミックス基板１１にアルミニウム回路層１２、アルミニウム金属層１３を形成するとともに、アルミニウム金属層１３を介してヒートシンク３０を形成する。
Next, the manufacturing method of the board | substrate 101 for power modules with plating of 1st Embodiment which concerns on this invention is demonstrated.
(Substrate formation step (S11))
An aluminum plate to be an aluminum circuit layer 12 and an aluminum plate to be an aluminum metal layer 13 are laminated on each surface of the ceramic substrate 11 via a brazing material, and further, a brazing material is interposed on the surface of the aluminum plate to be the aluminum metal layer 13. The aluminum plates to be the heat sinks 30 are laminated, these laminated structures are heated in a state of being pressurized in the laminating direction, and the brazing material is melted to join the respective aluminum plates and the ceramic substrate 11 to form an aluminum circuit. The power module substrate 10 having the layer 12, the aluminum metal layer 13, and the heat sink 30 is formed. Specifically, an Al-7 mass% Si brazing material is used as the brazing material and heated in a vacuum atmosphere at a temperature of 610 ° C. or more and 650 ° C. or less for 1 to 60 minutes, whereby the aluminum circuit layer 12 is formed on the ceramic substrate 11. The aluminum metal layer 13 is formed, and the heat sink 30 is formed via the aluminum metal layer 13.
（めっき前処理工程（Ｓ１２））
パワーモジュール用基板１０のアルミニウム回路層１２の表面に存在する油分やアルミニウム酸化物等の不純物を除去するために、脱脂及びアルカリエッチング処理を行う。
そして、無電解めっき被膜１５とアルミニウム回路層１２との密着性を確保するため、めっき処理工程（Ｓ１３）の前に、アルミニウム回路層１２の表面を亜鉛（Ｚｎ）で被覆するジンケート処理を施す。この際、パワーモジュール用基板１０をジンケート液に浸漬させる前に、図２（ａ）に示すように、ジンケート液や無電解めっき液に対する耐薬品性を有する有底筒状の弾性カバー部材４０を、パワーモジュール用基板１０に装着しておく。
(Plating pretreatment step (S12))
In order to remove impurities such as oil and aluminum oxide present on the surface of the aluminum circuit layer 12 of the power module substrate 10, degreasing and alkali etching are performed.
And in order to ensure the adhesiveness of the electroless-plating film 15 and the aluminum circuit layer 12, the zincate process which coat | covers the surface of the aluminum circuit layer 12 with zinc (Zn) is given before a plating process process (S13). At this time, before the power module substrate 10 is immersed in the zincate solution, as shown in FIG. 2A, the bottomed cylindrical elastic cover member 40 having chemical resistance against the zincate solution and the electroless plating solution is formed. The power module substrate 10 is mounted.
弾性カバー部材４０は、その開口部４１にパワーモジュール用基板１０を嵌め込むことにより、開口部４１の内面とパワーモジュール用基板１０の側面（図２（ａ）では、ヒートシンク３０の側面３０ｂ）とを密着させて、パワーモジュール用基板１０の上面側を露出させた状態で取り付けられる。これにより、パワーモジュール用基板１０の上面を除く部分（図２（ａ）ではヒートシンク３０の側面３０ｂ及び裏面３０ｃ）を弾性カバー部材４０により覆った状態とでき、パワーモジュール用基板１０の上面のみを開口部４１から露出させた状態とすることができる。 By fitting the power module substrate 10 into the opening 41 of the elastic cover member 40, the inner surface of the opening 41, the side surface of the power module substrate 10 (the side surface 30b of the heat sink 30 in FIG. 2A), and Are attached so that the upper surface side of the power module substrate 10 is exposed. As a result, the portions excluding the upper surface of the power module substrate 10 (the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30 in FIG. 2A) can be covered with the elastic cover member 40, and only the upper surface of the power module substrate 10 is covered. It can be set as the state exposed from the opening part 41. FIG.
弾性カバー部材４０の材料としては、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、シリコンゴム又はフッ素系ゴムを好適に用いることができる。これらのシリコンゴム及びフッ素系ゴムは、耐薬品性を有することから、めっき前処理工程（Ｓ１２）におけるジンケート処理だけでなく、ジンケート処理後のめっき処理工程（Ｓ１４）においても、好適に用いることができる。 As a material of the elastic cover member 40, butyl rubber, ethylene propylene rubber, chlorinated polyethylene, silicon rubber, or fluorine rubber can be suitably used. Since these silicon rubber and fluorine rubber have chemical resistance, they are preferably used not only in the zincate treatment in the plating pretreatment step (S12) but also in the plating treatment step (S14) after the zincate treatment. it can.
そして、弾性カバー部材４０をパワーモジュール用基板１０に装着した状態で、パワーモジュール用基板１０をジンケート液に浸漬させる。これにより、ジンケート液に曝されるパワーモジュール用基板１０のアルミニウム回路層１２の表面（上面１２ａ及び側面１２ｂ）のアルミニウムや、アルミニウム金属層１３の側面１３ｂ、ヒートシンク３０の表面（上面３０ａ及び内面３０ｄ）のアルミニウムにジンケート液中の亜鉛が反応し、アルミニウムが溶解して表面に亜鉛が置換析出され、アルミニウム回路層１２の表面とアルミニウム金属層１３の表面とヒートシンク３０の表面に亜鉛被膜が形成される。一方、パワーモジュール用基板１０の側面及び裏面（ヒートシンク３０の側面３０ｂ及び裏面３０ｃ）は弾性カバー部材４０により覆われており、パワーモジュール用基板１０の側面及び裏面への亜鉛の置換析出が抑制される。 Then, in a state where the elastic cover member 40 is mounted on the power module substrate 10, the power module substrate 10 is immersed in the zincate solution. As a result, the aluminum on the surface (upper surface 12a and side surface 12b) of the aluminum circuit layer 12 of the power module substrate 10 exposed to the zincate solution, the side surface 13b of the aluminum metal layer 13, and the surfaces (upper surface 30a and inner surface 30d) of the heat sink 30. Zinc in the zincate solution reacts with aluminum, and the aluminum dissolves to displace and deposit zinc on the surface, and a zinc coating is formed on the surface of the aluminum circuit layer 12, the surface of the aluminum metal layer 13, and the surface of the heat sink 30. The On the other hand, the side surface and the back surface of the power module substrate 10 (the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30) are covered with the elastic cover member 40, and substitution deposition of zinc on the side surface and the back surface of the power module substrate 10 is suppressed. The
なお、ジンケート処理は、具体的には、パワーモジュール用基板１０をジンケート液に３０秒〜６０秒浸漬させることにより行われる。また、ジンケート処理は、２回以上に分けて行ってもよい。１回目のジンケート処理で被覆される亜鉛被膜は粒子が大きい状態であるので、一度、亜鉛被膜を剥離するジンケート剥離処理を施した後に、２回目のジンケート処理を行うことにより、亜鉛粒子が微細な状態で亜鉛被膜が形成される。亜鉛粒子が微細な状態で亜鉛被膜が形成されることにより、アルミニウム回路層１２とニッケルめっきとの密着性をより向上させることができる。なお、ジンケート剥離処理には、１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％硝酸を用いることができる。 The zincate treatment is specifically performed by immersing the power module substrate 10 in a zincate solution for 30 to 60 seconds. Further, the zincate treatment may be performed in two or more times. Since the zinc coating coated by the first zincate treatment has a large particle size, the zinc particles are finely formed by performing the second zincate treatment after the zincate peeling treatment for peeling the zinc coating once. A zinc coating is formed in the state. By forming the zinc coating with fine zinc particles, the adhesion between the aluminum circuit layer 12 and the nickel plating can be further improved. In addition, 10 vol%-50 vol% nitric acid can be used for a zincate peeling process.
（第１マスキング工程（Ｓ１３））
ジンケート処理後のパワーモジュール用基板を水洗した後、図２（ｂ）に示すように、アルミニウム回路層１２の上面１２ａのめっき不要領域に第１マスク２１を形成する。第１マスク２１は、アルミニウム回路層１２の上面１２ａにめっき必要領域を残して所定形状のめっきレジストを塗布するか、マスキングテープの貼付すること等により形成できる。たとえば、めっきレジストにより第１マスク２１を形成する場合には、エッチングレジストインキをアルミニウム回路層１２の上面１２ａのめっき必要領域を残してめっき不要領域に塗布し、紫外線を照射することにより所望形状のめっきレジスト（第１マスク２１）を形成する。
(First masking step (S13))
After the power module substrate after the zincate treatment is washed with water, a first mask 21 is formed in the plating unnecessary region of the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12, as shown in FIG. The first mask 21 can be formed by applying a plating resist having a predetermined shape, leaving a necessary plating area on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12, or applying a masking tape. For example, when the first mask 21 is formed with a plating resist, an etching resist ink is applied to the plating unnecessary area on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12 while leaving the plating unnecessary area, and is irradiated with ultraviolet rays to form the desired shape. A plating resist (first mask 21) is formed.
（めっき処理工程（Ｓ１４））
図２（ｃ）に示すように、アルミニウム回路層１２の上面１２ａに第１マスク２１を形成した後、弾性カバー部材４０をパワーモジュール用基板１０に装着した状態で、パワーモジュール用基板１０を無電解めっき液（ＮｉＰめっき液）中に浸漬して、無電解めっき液中で亜鉛被膜（Ｚｎ）をニッケル（Ｎｉ）に置換させ、置換されたニッケルを触媒としてめっき反応を進行させることにより、パワーモジュール用基板１０の上面に露出するアルミニウム回路層１２の表面（上面１２ａ及び側面１２ｂ）やアルミニウム金属層１３の側面１３ｂ、ヒートシンク３０の表面（上面３０ａ及び内面３０ｄ）に無電解めっき被膜１５を形成する。この際、パワーモジュール用基板１０の側面や裏面（ヒートシンク３０の側面３０ｂや裏面３０ｃ）は、弾性カバー部材４０で覆われた状態であるので、ヒートシンク３０の側面３０ｂや裏面３０ｃへのめっき反応が抑制され、また、アルミニウム回路層１２の上面１２ａのめっき不要領域は第１マスク２１により覆われた状態であるので、めっき不要領域へのめっき反応が抑制される。したがって、弾性カバー部材４０の開口部４１から露出した部分であってめっき不要領域を除く部分に無電解めっき被膜１５が形成される。
(Plating process (S14))
As shown in FIG. 2C, after forming the first mask 21 on the upper surface 12 a of the aluminum circuit layer 12, the power module substrate 10 is removed without attaching the elastic cover member 40 to the power module substrate 10. Power is obtained by immersing in an electrolytic plating solution (NiP plating solution), replacing the zinc coating (Zn) with nickel (Ni) in the electroless plating solution, and advancing the plating reaction using the substituted nickel as a catalyst. An electroless plating film 15 is formed on the surface (upper surface 12a and side surface 12b) of the aluminum circuit layer 12 exposed on the upper surface of the module substrate 10, the side surface 13b of the aluminum metal layer 13, and the surface (upper surface 30a and inner surface 30d) of the heat sink 30. To do. At this time, since the side surface and the back surface of the power module substrate 10 (the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30) are covered with the elastic cover member 40, the plating reaction to the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30 is performed. Moreover, since the plating unnecessary area | region of the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12 is the state covered with the 1st mask 21, the plating reaction to a plating unnecessary area | region is suppressed. Therefore, the electroless plating film 15 is formed on the portion exposed from the opening 41 of the elastic cover member 40 and excluding the plating unnecessary region.
（第２マスキング工程（Ｓ１５））
めっき処理工程（Ｓ１４）後に、アルミニウム回路層１２の上面１２ａに形成された無電解めっき被膜１５の上面に第２マスク２２を形成して、図２（ｄ）に示すように、第１マスク２１と第２マスク２２とにより、アルミニウム回路層１２の上面１２ａに部分的に形成された無電解めっき被膜１５を覆って保護する。
第２マスク２２は、第１マスク２１と同様に、めっきレジストを塗布するか、マスキングテープの貼付すること等により形成できる。
(Second masking step (S15))
After the plating process (S14), a second mask 22 is formed on the upper surface of the electroless plating film 15 formed on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12, and as shown in FIG. And the second mask 22 cover and protect the electroless plating film 15 partially formed on the upper surface 12 a of the aluminum circuit layer 12.
Similar to the first mask 21, the second mask 22 can be formed by applying a plating resist or applying a masking tape.
（めっき除去工程（Ｓ１６））
そして、第２マスキング工程（Ｓ１５）後に、図２（ｅ）に示すように、パワーモジュール用基板１０の第１マスク１及び第２マスク２２から露出した部分に形成された無電解めっき被膜１５を酸性エッチング液により除去する。
具体的には、第１マスク２１及び第２マスク２２から露出した部分に酸性エッチング液を接触させることにより、アルミニウム回路層１２の側面１２ｂやアルミニウム金属層１３の側面１３ｂ、ヒートシンク３０の上面３０ａ及び内面３０ｄの無電解めっき被膜１５をエッチング（除去）する。酸性エッチング液としては、、ＮＨＯ３（硝酸）とＮＨ４Ｆ（フッ化アンモニウム）との混合溶液や、ＮＨＯ３とＨ２ＳＯ４（硫酸）とＮＨ４Ｆとの混合溶液、ＮＨＯ３溶液等を好適に用いることができる。
(Plating removal process (S16))
Then, after the second masking step (S15), as shown in FIG. 2E, the electroless plating film 15 formed on the portions exposed from the first mask 1 and the second mask 22 of the power module substrate 10 is applied. Remove with acidic etchant.
Specifically, the acid etching solution is brought into contact with the portions exposed from the first mask 21 and the second mask 22, whereby the side surface 12 b of the aluminum circuit layer 12, the side surface 13 b of the aluminum metal layer 13, the upper surface 30 a of the heat sink 30, and The electroless plating film 15 on the inner surface 30d is etched (removed). Examples of the acidic etching solution include a mixed solution of NHO 3 (nitric acid) and NH 4 F (ammonium fluoride), a mixed solution of NHO 3 , H 2 SO 4 (sulfuric acid) and NH 4 F, an NHO 3 solution, and the like. Can be suitably used.
なお、無電解めっき被膜１５に酸性エッチング液を接触させるエッチング方法としては、酸性エッチング液をスプレーする方法や、パワーモジュール用基板１０を酸性エッチング液中に浸漬させる方法のいずれも使用できる。 As an etching method for bringing the acidic etching solution into contact with the electroless plating film 15, either a method of spraying the acidic etching solution or a method of immersing the power module substrate 10 in the acidic etching solution can be used.
また、酸性エッチング液により無電解めっき被膜１５を除去した後に、パワーモジュール用基板１０の上面に対するアルカリ性エッチング液によるアルカリエッチング処理を追加することもできる。アルカリ性エッチング液としては水酸化ナトリウム水溶液等を好適に用いることができ、これらのアルカリ性エッチング液中にパワーモジュール用基板１０を一定時間浸漬させることによりアルカリエッチング処理を行うことができる。 Moreover, after removing the electroless plating film 15 with an acidic etching solution, an alkali etching treatment with an alkaline etching solution may be added to the upper surface of the power module substrate 10. A sodium hydroxide aqueous solution or the like can be suitably used as the alkaline etching solution, and the alkaline etching treatment can be performed by immersing the power module substrate 10 in these alkaline etching solutions for a certain period of time.
（マスク剥離工程（Ｓ１７））
最後に、アルミニウム回路層１２から第１マスク２１及び第２マスク２２をマスク剥離液で剥離して除去する。マスク剥離液は、例えば臭素系溶剤等（例えばカネコ化学社製ｅ‐クリーン等）が好適に用いることができる。これにより、図１に示すように、アルミニウム回路層１２の上面１２ａに部分的な無電解めっき被膜１５が形成されためっき付パワーモジュール用基板１０１が得られる。
(Mask peeling process (S17))
Finally, the first mask 21 and the second mask 22 are removed from the aluminum circuit layer 12 with a mask remover. As the mask stripping solution, for example, a bromine-based solvent or the like (for example, e-clean manufactured by Kaneko Chemical Co., Ltd.) can be suitably used. As a result, as shown in FIG. 1, a plated power module substrate 101 in which a partial electroless plating film 15 is formed on the upper surface 12 a of the aluminum circuit layer 12 is obtained.
なお、弾性カバー部材４０は、その弾性を利用してパワーモジュール用基板１０に装着されているので、めっき処理工程（Ｓ１４）後の適宜のタイミングで容易に取り外すことができる。
そして、このようにして製造されためっき付パワーモジュール用基板１０１には、図１に示すように、無電解めっき被膜１５に半導体素子５０が接合されて、パワーモジュール用基板が製造される。また、ポッティング樹脂６０等を流し込むことにより半導体素子５０を封止することも行われる。
Since the elastic cover member 40 is attached to the power module substrate 10 using its elasticity, it can be easily removed at an appropriate timing after the plating process (S14).
As shown in FIG. 1, the power module substrate is manufactured by bonding the semiconductor element 50 to the electroless plating film 15 on the power module substrate 101 with plating manufactured in this way. Further, the semiconductor element 50 is sealed by pouring a potting resin 60 or the like.
このように製造されるめっき付パワーモジュール用基板１０１においては、マスキング作業はアルミニウム回路層１２の上面１２ａのみに行い、めっきを必要としないヒートシンク３０の側面３０ｂや裏面３０ｃ（ピンフィン３２の表面）は弾性カバー部材４０で覆った状態とすることで、ヒートシンク３０の側面３０ｂ及び裏面３０ｃへのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、ヒートシンク３０の側面３０ｂや裏面３０ｃへのめっきの形成を防止できる。また、第１マスキング工程（Ｓ１３）においては、アルミニウム回路層１２の上面１２ａのみに第１マスク２１を設けることで、部分的な無電解めっき被膜１５を形成できる。そして、第２マスキング工程（Ｓ１５）において、第１マスク２１が形成された状態で、さらに第２マスク２２を形成して、その状態でめっき除去工程（Ｓ１６）を行うことで、アルミニウム回路層１２上の無電解めっき被膜１５をエッチング液から保護でき、無電解めっき被膜１５を必要としない部分に形成されている無電解めっき被膜１５のみを除去できる。 In the plated power module substrate 101 manufactured in this way, the masking operation is performed only on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12, and the side surface 30b and the back surface 30c (the surface of the pin fins 32) of the heat sink 30 that do not require plating are provided. By covering the elastic cover member 40 with the elastic cover member 40, the side surface 30b of the heat sink 30 is not required to perform complicated masking operations such as applying a plating resist to the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30 and applying a masking tape. And the formation of plating on the back surface 30c can be prevented. Further, in the first masking step (S13), the partial electroless plating film 15 can be formed by providing the first mask 21 only on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12. In the second masking step (S15), the second mask 22 is further formed in the state where the first mask 21 is formed, and the plating removal step (S16) is performed in that state, whereby the aluminum circuit layer 12 is formed. The upper electroless plating film 15 can be protected from the etching solution, and only the electroless plating film 15 formed in a portion where the electroless plating film 15 is not required can be removed.
したがって、ヒートシンク３０の側面３０ｂ及び裏面３０ｃへのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、容易にアルミニウム回路層１２の上面１２ａに部分的な無電解めっき被膜１５が形成されためっき付パワーモジュール用基板１０１を製造できる。また、無電解めっき被膜１５が不要な部分へ付着した無電解めっき被膜１５をめっき除去工程（Ｓ１６）において確実に除去できるので、ポッティング樹脂等との密着性を良好に維持でき、めっき付パワーモジュール用基板１０１の接合信頼性を良好に維持できる。 Therefore, partial electroless plating can be easily performed on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12 without requiring complicated masking operations such as application of a plating resist to the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30 and application of a masking tape. The substrate 101 for a power module with plating on which the coating film 15 is formed can be manufactured. In addition, since the electroless plating film 15 attached to an unnecessary portion of the electroless plating film 15 can be surely removed in the plating removal step (S16), it is possible to maintain good adhesion with a potting resin and the like, and a power module with plating The bonding reliability of the substrate 101 can be maintained well.
さらに、本実施形態のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法では、めっき処理工程（Ｓ１４）において、めっきを必要としないアルミニウム回路層１２の側面１２ｂやアルミニウム金属層１３の側面１３ｂ、ヒートシンク３０の上面３０ａ及び内面３０ｄにも一旦、無電解めっき被膜１５を形成した後に、めっき除去工程（Ｓ１６）において、これらアルミニウム回路層１２の側面１２ｂやアルミニウム金属層１３の側面１３ｂ、ヒートシンク３０の上面３０ａ及び内面３０ｄに形成された無電解めっき被膜１５を除去することで、無電解めっき被膜１５の除去後のこれらアルミニウム表面を粗面化できる。具体的には、無電解めっき被膜１５の形成前のアルミニウム回路層１２の側面１２ｂやアルミニウム金属層１３の側面１３ｂ、ヒートシンク３０の上面３０ａ等の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａは０．５程度とされるが、無電解めっき被膜１５の除去後においては表面粗さＲａを０．７〜１．２程度とでき、これらの表面の表面粗さＲａを、めっき形成前よりもめっき除去後において大きくすることができる。なお、めっき必要領域に設けられた無電解めっき被膜１５表面の表面粗さＲａは０．５程度とされる。このように、パワーモジュール用基板１０の上面に露出するアルミニウム表面の表面粗さＲａを大きくすることで、ポッティング樹脂６０等との密着性をより向上でき、接合信頼性に優れたパワーモジュールを製造できる。 Furthermore, in the manufacturing method of the power module substrate with plating according to the present embodiment, the side surface 12b of the aluminum circuit layer 12, the side surface 13b of the aluminum metal layer 13, and the upper surface of the heat sink 30 that do not require plating in the plating process step (S14). After the electroless plating film 15 is once formed also on 30a and the inner surface 30d, in the plating removal step (S16), the side surface 12b of the aluminum circuit layer 12, the side surface 13b of the aluminum metal layer 13, the upper surface 30a and the inner surface of the heat sink 30 By removing the electroless plating film 15 formed in 30d, the aluminum surface after the removal of the electroless plating film 15 can be roughened. Specifically, the surface roughness (arithmetic average roughness) Ra of the side surface 12b of the aluminum circuit layer 12, the side surface 13b of the aluminum metal layer 13 and the upper surface 30a of the heat sink 30 before the formation of the electroless plating film 15 is 0. Although the surface roughness Ra can be about 0.7 to 1.2 after the electroless plating film 15 is removed, the surface roughness Ra of these surfaces can be removed more than before plating formation. It can be enlarged later. Note that the surface roughness Ra of the surface of the electroless plating film 15 provided in the plating-required region is about 0.5. In this way, by increasing the surface roughness Ra of the aluminum surface exposed on the upper surface of the power module substrate 10, it is possible to further improve the adhesion with the potting resin 60 and the like, and manufacture a power module with excellent bonding reliability. it can.
また、無電解めっき被膜１５の除去後に露出したアルミニウム表面に対するアルカリ性エッチング液によるエッチング処理を追加することで、無電解めっき被膜１５の除去後のアルミニウム表面をさらに粗面化することができる。この場合、アルミニウム表面の表面粗さＲａを１．２以上とでき、さらにポッティング樹脂６０等との密着性を向上できる。 Moreover, the aluminum surface after removal of the electroless plating film 15 can be further roughened by adding an etching treatment with an alkaline etching solution to the aluminum surface exposed after the removal of the electroless plating film 15. In this case, the surface roughness Ra of the aluminum surface can be 1.2 or more, and the adhesion with the potting resin 60 and the like can be further improved.
また、上記の第１実施形態では、図２に示すように、アルミニウム回路層１２の上面１２ａに第１マスク２１を形成した後に、パワーモジュール用基板１０の上面にめっき処理を行うことにより、アルミニウム回路層１２の上面１２ａに部分的に無電解めっき被膜１５を形成することとしていたが、図４及び図５に示す第２実施形態のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法のように、アルミニウム回路層１２の上面１２ａ全体の無電解めっき被膜１５を形成した後にマスク２３を形成して、不要な部分の無電解めっき被膜１５を除去することにより、アルミニウム回路層１２の上面１２ａに部分的な無電解めっき被膜１５を形成して、めっき付パワーモジュール用基板１０１を製造することもできる。 In the first embodiment, as shown in FIG. 2, after the first mask 21 is formed on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12, the upper surface of the power module substrate 10 is subjected to a plating process, thereby producing aluminum. The electroless plating film 15 is partially formed on the upper surface 12a of the circuit layer 12. However, as in the method for manufacturing the power module substrate with plating according to the second embodiment shown in FIGS. After forming the electroless plating film 15 on the entire upper surface 12 a of the layer 12, a mask 23 is formed, and unnecessary portions of the electroless plating film 15 are removed, so that a part of the upper surface 12 a of the aluminum circuit layer 12 is partially coated. It is also possible to manufacture the power module substrate 101 with plating by forming the electrolytic plating film 15.
図４及び図５を用いて、本発明に係る第２実施形態のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法について説明する。なお、基板形成工程（Ｓ１１）とめっき前処理工程（Ｓ１２）は、第１実施形態と同様であるので説明を省略し、めっき前処理工程（Ｓ１２）後のめっき処理工程（Ｓ２３）からマスク剥離工程（Ｓ２６）までを順に説明する。 The manufacturing method of the substrate for power modules with plating of 2nd Embodiment which concerns on this invention is demonstrated using FIG.4 and FIG.5. Since the substrate forming step (S11) and the pre-plating step (S12) are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted, and the mask peeling is performed from the plating step (S23) after the pre-plating step (S12). The steps up to step (S26) will be described in order.
（めっき処理工程（Ｓ２３））
ジンケート処理後のパワーモジュール用基板１０を水洗した後、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、弾性カバー部材４０をパワーモジュール用基板１０に装着した状態で、パワーモジュール用基板１０を無電解めっき液（ＮｉＰめっき液）中に浸漬して、無電解めっき液中で亜鉛被膜（Ｚｎ）をニッケル（Ｎｉ）に置換させ、置換されたニッケルを触媒としてめっき反応を進行させることにより、パワーモジュール用基板１０の上面に露出するアルミニウム回路層１２の表面（上面１２ａ及び側面１２ｂ）やアルミニウム金属層１３の側面１３ｂ、ヒートシンク３０の表面（上面３０ａ及び内面３０ｄ）に無電解めっき被膜１５を形成する。この際、パワーモジュール用基板１０の側面や裏面（ヒートシンク３０の側面３０ｂや裏面３０ｃ）は、弾性カバー部材４０で覆われた状態であるので、ヒートシンク３０の側面３０ｂや裏面３０ｃへのめっき反応が抑制されるが、開口部４１から露出した部分全体に無電解めっき被膜１５が形成される。
(Plating process (S23))
After washing the power module substrate 10 after the zincate treatment, as shown in FIGS. 4A and 4B, the power module substrate 10 is mounted with the elastic cover member 40 mounted on the power module substrate 10. By dipping in an electroless plating solution (NiP plating solution), replacing the zinc coating (Zn) with nickel (Ni) in the electroless plating solution, and proceeding the plating reaction using the substituted nickel as a catalyst, The electroless plating film 15 is applied to the surface (upper surface 12a and side surface 12b) of the aluminum circuit layer 12 exposed on the upper surface of the power module substrate 10, the side surface 13b of the aluminum metal layer 13, and the surface of the heat sink 30 (upper surface 30a and inner surface 30d). Form. At this time, since the side surface and the back surface of the power module substrate 10 (the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30) are covered with the elastic cover member 40, the plating reaction to the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30 is performed. Although suppressed, the electroless plating film 15 is formed on the entire portion exposed from the opening 41.
（マスキング工程（Ｓ２４））
めっき処理工程（Ｓ２３）後に、図４（ｃ）に示すように、アルミニウム回路層１２のめっき必要領域に、上面１２ａ全体に形成された無電解めっき被膜１５の上からマスク２３を形成し、めっき必要領域の無電解めっき被膜１５をマスク２３により保護する。
マスク２３は、第１実施形態の第１マスク２１や第２マスク２２と同様に、めっきレジストを塗布するか、マスキングテープの貼付すること等により形成できる。
(Masking process (S24))
After the plating treatment step (S23), as shown in FIG. 4C, a mask 23 is formed on the electroless plating film 15 formed on the entire upper surface 12a in the plating-required region of the aluminum circuit layer 12, and plating is performed. The electroless plating film 15 in the necessary area is protected by the mask 23.
The mask 23 can be formed by applying a plating resist or applying a masking tape, like the first mask 21 and the second mask 22 of the first embodiment.
（めっき除去工程（Ｓ２５））
そして、マスキング工程（Ｓ２４）後に、図４（ｄ）に示すように、パワーモジュール用基板１０のマスク２３から露出して設けられ、めっき必要領域を除く部分に形成された無電解めっき被膜１５を酸性エッチング液により除去する。
具体的には、マスク２３から露出した部分に酸性エッチング液を接触させることにより、アルミニウム回路層１２の上面１２ａのめっき必要領域に形成された無電解めっき被膜１５を部分的に残して、めっき不要領域に形成された無電解めっき被膜１５を除去するとともに、アルミニウム回路層１２の側面１２ｂやアルミニウム金属層１３の側面１３ｂ、ヒートシンク３０の上面３０ａや内面３０ｄの無電解めっき被膜１５をエッチング（除去）する。酸性エッチング液としては、第１実施形態と同様のものを用いることができ、無電解めっき被膜１５に酸性エッチング液を接触させるエッチング方法としては、酸性エッチング液をスプレーする方法や、パワーモジュール用基板１０を酸性エッチング液中に浸漬させる方法のいずれも使用できる。
また、酸性エッチング液により無電解めっき被膜１５を除去した後に、パワーモジュール用基板１０の上面に対するアルカリ性エッチング液によるアルカリエッチング処理を追加することもできる。
(Plating removal process (S25))
And after a masking process (S24), as shown in FIG.4 (d), it exposes from the mask 23 of the board | substrate 10 for power modules, and the electroless plating film 15 formed in the part except a plating required area | region is provided. Remove with acidic etchant.
Specifically, an acidic etching solution is brought into contact with a portion exposed from the mask 23 to partially leave the electroless plating film 15 formed in the plating-required region of the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12, and plating is unnecessary. The electroless plating film 15 formed in the region is removed, and the side surface 12b of the aluminum circuit layer 12, the side surface 13b of the aluminum metal layer 13, the upper surface 30a of the heat sink 30 and the electroless plating film 15 on the inner surface 30d are etched (removed). To do. As the acidic etching solution, the same one as in the first embodiment can be used. As an etching method for bringing the acidic etching solution into contact with the electroless plating film 15, a method of spraying the acidic etching solution, a power module substrate, or the like. Any method of immersing 10 in an acidic etchant can be used.
Moreover, after removing the electroless plating film 15 with an acidic etching solution, an alkali etching treatment with an alkaline etching solution may be added to the upper surface of the power module substrate 10.
（マスク剥離工程（Ｓ２６））
最後に、図４（ｅ）に示すように、アルミニウム回路層１２からマスク２３をマスク剥離液で剥離して除去する。マスク剥離液は、第1実施形態と同様に、臭素系溶剤等（例えばカネコ化学社製ｅ‐クリーン等）を好適に用いることができる。これにより、アルミニウム回路層１２の上面１２ａに部分的な無電解めっき被膜１５が形成されためっき付パワーモジュール用基板１０１が得られる。
なお、弾性カバー部材４０は、その弾性を利用してパワーモジュール用基板１０に装着されているので、めっき処理工程（Ｓ２３）後の適宜のタイミングで容易に取り外すことができる。
(Mask peeling process (S26))
Finally, as shown in FIG. 4E, the mask 23 is peeled off from the aluminum circuit layer 12 with a mask remover. As in the case of the first embodiment, a bromine-based solvent or the like (for example, e-clean manufactured by Kaneko Chemical Co., Ltd.) can be suitably used as the mask stripping solution. As a result, the plated power module substrate 101 in which the partial electroless plating film 15 is formed on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12 is obtained.
Since the elastic cover member 40 is mounted on the power module substrate 10 using its elasticity, it can be easily removed at an appropriate timing after the plating process (S23).
第２実施形態の製造方法により製造されるめっき付パワーモジュール用基板においても、めっき処理工程（Ｓ２３）はパワーモジュール用基板１０の上面のみに行い、めっきを必要としないヒートシンク３０の側面３０ｂや裏面３０ｃは弾性カバー部材４０で覆った状態とすることで、ヒートシンク３０の側面３０ｂ及び裏面３０ｃ（ピンフィン３２の表面）へのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、ヒートシンク３０の側面３０ｂや裏面３０ｃへのめっきの形成を防止できる。また、マスキング工程（Ｓ２４）においては、アルミニウム回路層１２の上面１２ａのみにマスク２３を設けることで、マスク２３から露出しためっきを必要としない部分に形成されている無電解めっき被膜１５のみを除去できる。 Also in the power module substrate with plating manufactured by the manufacturing method of the second embodiment, the plating process step (S23) is performed only on the upper surface of the power module substrate 10, and the side surface 30b and the rear surface of the heat sink 30 that do not require plating. By covering 30c with the elastic cover member 40, complicated masking operations such as application of a plating resist to the side surface 30b and the back surface 30c (the surface of the pin fin 32) of the heat sink 30 and a masking tape are required. In addition, the formation of plating on the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30 can be prevented. Further, in the masking step (S24), by providing the mask 23 only on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12, only the electroless plating film 15 formed on the portion that does not require plating exposed from the mask 23 is removed. it can.
したがって、第２実施形態のめっき付パワーモジュール用基板の製造方法においても、ヒートシンク３０の側面３０ｂ及び裏面３０ｃへのめっきレジストの塗布や、マスキングテープの貼付等の複雑なマスキング作業を必要とせずに、容易にアルミニウム回路層１２の上面１２ａに部分的な無電解めっき被膜１５が形成されためっき付パワーモジュール用基板１０１を製造できる。また、無電解めっき被膜１５が不要な部分へ付着した無電解めっき被膜１５をめっき除去工程（Ｓ２５）において確実に除去でき、無電解めっき被膜１５を除去した表面の表面粗さＲａを、無電解めっき被膜１５形成前よりもめっき除去後において大きくすることができるので、ポッティング樹脂６０等との密着性を向上でき、接合信頼性に優れたパワーモジュールを製造できる。 Therefore, also in the manufacturing method of the power module substrate with plating of the second embodiment, complicated masking operations such as application of plating resist to the side surface 30b and the back surface 30c of the heat sink 30 and application of a masking tape are not required. The power module substrate 101 with plating in which the partial electroless plating film 15 is formed on the upper surface 12a of the aluminum circuit layer 12 can be easily manufactured. In addition, the electroless plating film 15 adhered to an unnecessary portion of the electroless plating film 15 can be surely removed in the plating removal step (S25), and the surface roughness Ra of the surface from which the electroless plating film 15 is removed is determined by electroless. Since it can be made larger after the plating removal than before the plating film 15 is formed, the adhesiveness with the potting resin 60 and the like can be improved, and a power module excellent in bonding reliability can be manufactured.
なお、本発明は、上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では無電解めっき液としてＮｉＰめっき液を用いたが、これに限らず、ＮｉＢめっき液や、他の無電解めっき液を用いることが可能である。
In addition, this invention is not limited to the thing of the structure of the said embodiment, In a detailed structure, it is possible to add a various change in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, although the NiP plating solution is used as the electroless plating solution in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and it is possible to use a NiB plating solution or another electroless plating solution.
また、上記実施形態の製造方法に加えて、めっき前処理工程（Ｓ１２）において、ジンケート処理の前にデスマット処理を行うこととしてもよい。デスマット処理は、アルミニウム回路層の回路パターンをアルカリエッチング処理により形成した場合に発生するアルミニウム以外の合金金属や酸化物などの不溶物を除去する処理である。 Moreover, in addition to the manufacturing method of the said embodiment, it is good also as performing a desmut process before a zincate process in a plating pre-processing process (S12). The desmutting process is a process for removing insoluble matters such as alloy metals other than aluminum and oxides generated when the circuit pattern of the aluminum circuit layer is formed by an alkali etching process.
１０ パワーモジュール用基板
１１ セラミックス基板
１２ アルミニウム回路層
１３ アルミニウム金属層
１５ 無電解めっき被膜
２１ 第１マスク
２２ 第２マスク
２３ マスク
３０ ヒートシンク
３１ 立壁部
４０ 弾性カバー部材
４１ 開口部
５０ 半導体素子
６０ ポッティング樹脂
１０１ めっき付パワーモジュール用基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power module substrate 11 Ceramic substrate 12 Aluminum circuit layer 13 Aluminum metal layer 15 Electroless plating film 21 First mask 22 Second mask 23 Mask 30 Heat sink 31 Standing wall portion 40 Elastic cover member 41 Opening portion 50 Semiconductor element 60 Potting resin 101 Plating power module substrate
Claims (2)
前記アルミニウム回路層の上面のめっき不要領域に第１マスクを形成する第１マスキング工程と、
無電解めっき液に対する耐薬品性を有する有底筒状の弾性カバー部材の開口部内面と前記パワーモジュール用基板の側面とを密着させて、前記パワーモジュール用基板の上面側を前記開口部から露出させておき、前記弾性カバー部材を装着した前記パワーモジュール用基板を無電解めっき液中に浸漬して、前記パワーモジュール用基板の前記開口部から露出した部分であって前記めっき不要領域を除く部分に無電解めっき被膜を形成するめっき処理工程と、
前記アルミニウム回路層上面に形成された前記無電解めっき被膜の上面に第２マスクを形成して、前記第１マスクと前記第２マスクとにより前記無電解めっき被膜を覆う第２マスキング工程と、
前記パワーモジュール用基板の前記第１マスク及び前記第２マスクから露出した部分に形成された前記無電解めっき被膜を酸性エッチング液により除去するめっき除去工程と、
前記第１マスク及び前記第２マスクを前記アルミニウム回路層から剥離するマスク剥離工程とを有することを特徴とするめっき付パワーモジュール用基板の製造方法。 An aluminum circuit layer is formed on one surface of the ceramic substrate, and a heat sink larger than the ceramic substrate is formed on the other surface of the ceramic substrate. A method of manufacturing a power module substrate with plating on which a plating film is formed,
A first masking step of forming a first mask in a plating unnecessary region on the upper surface of the aluminum circuit layer;
The inner surface of the opening of the bottomed cylindrical elastic cover member having chemical resistance to the electroless plating solution is brought into close contact with the side surface of the power module substrate, and the upper surface side of the power module substrate is exposed from the opening. The portion of the power module substrate, on which the elastic cover member is mounted, is immersed in an electroless plating solution and is exposed from the opening of the power module substrate and excludes the plating unnecessary region. A plating process for forming an electroless plating film on the substrate,
Forming a second mask on the upper surface of the electroless plating film formed on the upper surface of the aluminum circuit layer, and covering the electroless plating film with the first mask and the second mask;
A plating removal step of removing the electroless plating film formed on the portion exposed from the first mask and the second mask of the power module substrate with an acidic etchant;
A method for manufacturing a substrate for a power module with plating, comprising: a mask peeling step for peeling the first mask and the second mask from the aluminum circuit layer.
無電解めっき液に対する耐薬品性を有する有底筒状の弾性カバー部材の開口部内面と前記パワーモジュール用基板の側面とを密着させて、前記パワーモジュール用基板の上面側を前記開口部から露出させておき、前記弾性カバー部材を装着した前記パワーモジュール用基板を無電解めっき液中に浸漬して、前記パワーモジュール用基板の前記開口部から露出した部分に無電解めっき被膜を形成するめっき処理工程と、
前記アルミニウム回路層のめっき必要領域に前記アルミニウム回路層に形成された前記無電解めっき被膜の上からマスクを形成するマスキング工程と、
前記パワーモジュール用基板の前記マスクから露出して設けられ前記めっき必要領域を除く部分に形成された前記無電解めっき被膜を酸性エッチング液により除去するめっき除去工程と、
前記マスクを前記アルミニウム回路層から剥離するマスク剥離工程とを有することを特徴とするめっき付パワーモジュール用基板の製造方法。 An aluminum circuit layer is formed on one surface of the ceramic substrate, and a heat sink larger than the ceramic substrate is formed on the other surface of the ceramic substrate. A method of manufacturing a power module substrate with plating on which a plating film is formed,
The inner surface of the opening of the bottomed cylindrical elastic cover member having chemical resistance to the electroless plating solution is brought into close contact with the side surface of the power module substrate, and the upper surface side of the power module substrate is exposed from the opening. A plating process in which the power module substrate on which the elastic cover member is mounted is immersed in an electroless plating solution to form an electroless plating film on a portion exposed from the opening of the power module substrate Process,
A masking step of forming a mask from above the electroless plating film formed in the aluminum circuit layer in the plating required region of the aluminum circuit layer;
A plating removal step of removing the electroless plating film formed on a portion excluding the necessary plating area and exposed from the mask of the power module substrate with an acidic etchant;
And a mask peeling step for peeling the mask from the aluminum circuit layer.
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