JP3260222B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents
回路基板の製造方法Info
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Description
属回路と金属放熱板とがそれぞれメッキが施されて形成
されてなる回路基板の製造方法に関する。
の高性能化に伴い、大電力・高能率インバーター等大電
力モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発生
する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よく
放散するため、大電力モジュール基板では従来より様々
な方法が取られてきた。特に最近、良好な熱伝導を有す
るセラミック基板が利用できるようになったため、セラ
ミックス基板に銅板等の金属板を接合し、金属回路と金
属放熱板を形成後、そのままあるいはメッキ等の処理を
施してから半導体素子を実装する構造も採用されつつあ
る。
が、回路基板の製造という点からは、Mo-Mn 法、活性金
属ろう付け法、硫化銅法、DBC法、銅メタライズ法等
をあげることができる。特に、大電力モジュール基板で
注目されている高熱伝導性の窒化アルミニウム基板と銅
板とを接合するには、両者間に活性金属を含むろう材
(以下、単に「ろう材」という)を介在させ、加熱処理
して接合体とする活性金属ろう付け法(例えば特開昭60
-177634 号公報)や、表面が酸化処理された窒化アルミ
ニウム基板と銅板を銅の融点以下でCu-Oの共晶温度以上
で加熱して接合するDBC法(例えば特開昭56-163093
号公報)等が採用されている。
路基板の金属回路及び金属放熱板には、通常、腐食防止
のために無電解ニッケルメッキが施されるが、回路基板
の製造時の高温加熱によって金属回路又は金属放熱板に
酸化膜が形成されたり、ろう材蒸気が析出したりしてメ
ッキの密着性が悪くなり、特にベアチップの搭載やベー
ス銅板を半田付けする際にメッキが剥がれるという問題
があった。
属回路にベアチップを、また回路基板の金属放熱板にベ
ース銅板を半田付けした後、ベアチップ間又はベアチッ
プと金属回路とをワイヤーボンディングで結線して製造
されるが、ワイヤーボンディングは、超音波振動を付与
して密着させるものであるので金属回路の表面状態によ
って密着力が異なり、甚だしい場合にはボンディングワ
イヤーがメッキ表面で剥離する欠点があった。しかも、
ワイヤーボンディングは自動機で行われるため、金属回
路のパターン認識をさせる必要があるが、金属回路の光
沢が悪いと回路パターンの自動認識ができず、ボンディ
ングできないという問題があった。
金属放熱板を形成させる方法としては、予め金属回路の
形成された金属板又は金属放熱板をセラミックス基板に
接合するパターン搭載法と、セラミックス基板の両面に
ベタ金属板を接合してからエッチングレジストを回路形
状又は放熱板形状に塗布してから形成させるエッチング
法とがある。前者では得られた回路基板の金属部分にメ
ッキ処理を施すだけでよいが、後者の場合には、エッチ
ング処理を施さなければならないので、上記した理由と
同様な理由によって金属回路とエッチングレジストとの
密着性が低下し、エッチングの途中でレジスト膜が剥が
れ、金属回路が所定の寸法に形成されないという問題が
あった。
とを目的として種々検討した結果、セラミックス基板に
形成される金属回路と金属放熱板の表面をメッキ処理す
る前に化学研磨を行い、その表面粗さと光沢度を調整し
てから無電解Ni−Pメッキをすればよいことを見いだ
し、本発明を完成させたものである。
セラミックス基板の一方の面に金属回路、他方の面に金
属放熱板を形成してから化学研磨し、次いで無電解Ni
−Pメッキを施すことを特徴とする、表面粗さがRma
x≦5μmで光沢度が100以上である回路基板の製造
方法である。
と、本発明で使用されるセラミックス基板としては、窒
化アルミニウム、ベリリア、アルミナ等をあげることが
できるが、中でも窒化アルミニウムが好ましく、その厚
みとしては0.3〜1mmが適切である。一方、金属回
路及び/又は金属放熱板の材質は、銅、アルミニウム、
タングステン、モリブデン等であるが、銅が一般的であ
り、その厚みとしては0.3〜1mmが適切である。
板用の金属板とを接合するには、活性金属ろう付け法や
DBC法を採用することができるが、耐ヒートサイクル
性等の信頼性を考慮すると金属とセラミックスの熱膨張
差を緩和することができる活性金属ろう付け法が望まし
い。
成分は、銀と銅を主成分とし、溶融時のセラミックス基
板との濡れ性を確保するために活性金属を副成分とす
る。この活性金属成分は、セラミックス基板と反応して
酸化物や窒化物を生成させ、それらの生成物がろう材と
セラミックス基板との結合を強固なものにする。活性金
属の具体例をあげれば、チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム、ニオブやこれらの化合物である。これらの比率と
しては、銀69〜75重量部と銅31〜25重量部の合
計量100重量部当たり、活性金属3〜45重量部であ
る。
ーストは、上記ろう材の金属成分に有機溶剤及び必要に
応じて有機結合剤を加え、ロール、ニーダ、バンバリミ
キサー、万能混合機、らいかい機等で混合することによ
って調製することができる。有機溶剤としては、メチル
セルソルブ、テルピネオール、イソホロン、トルエン
等、有機結合剤としては、エチルセルロース、メチルセ
ルロース、ポリイソブチルメタアクリレート等が使用さ
れる。
にスクリーン又はロールコータで印刷し、その両面に金
属板、及び/又は金属板からパターンに打ち抜かれた金
属回路又は金属放熱板を接触配置させ、真空中、800
〜950℃程度に加熱してそれらを接合させる。なお、
金属板から金属回路又は金属放熱板を形成するには、レ
ジストをパターンに印刷後エッチングすることによって
行うことができる。
メッキを施すとそのメッキ面の表面粗さがRmax>5
μmで光沢度が20程度であり、パターン搭載法の場合
にはメッキの密着性やワイヤーボンディング性における
種々の問題があり、またエッチング法の場合には、レジ
スト膜が剥離する問題があることは上記した。
金属放熱板を研磨し、メッキ後の表面粗さがRmax≦
5μmで光沢度100以上に加工するものである。その
方法としては、硝酸と硫酸と塩酸の混酸であるキリンス
や、硫酸と過酸化水素を含む溶液を用いた化学的研磨法
を採用することができる。目の細かいバフを用いた物理
的研磨法では、Rmax≦5μmで光沢度40〜100
程度にすることができるが、光沢度100以上にするこ
とは容易でなくなる。
属回路及び金属放熱板を形成させる際、エッチングレジ
ストを塗布する前に金属板を化学研磨しておくことによ
って上記したエッチング法における問題点を解消するこ
ともできる。この場合においては、エッチング後に研磨
する必要はなく、希塩酸、希硫酸等で酸化膜を除去する
だけで充分であるが、更に光沢度をあげる場合には、メ
ッキを施す前に化学研磨する。
び金属放熱板に無電解Ni−Pメッキが施されて本発明
の回路基板となる。メッキ厚みは1〜10μmが適切で
ある。
に具体的に本発明を説明する。 実施例1〜2 窒化アルミニウム基板(58×34×0.3mm)の両
面に、銀粉末72重量部、銅粉末28重量部、チタン粉
末20重量部、テルピネオール15重量部及び有機結合
剤としてポリイソブチルメタアクリレートのトルエン溶
液を固形分で1.5重量部混合して得られたろう材ペー
ストを6.5mg/cm2 乾燥基準)塗布した後、パタ
ーンに打ち抜いた銅回路と銅製放熱板を接触配置してか
ら炉に投入し、高真空中、温度860℃で30分間加熱
した後、2℃/分の降温速度で冷却して基板を製造し
た。
ろう材や活性金属成分と窒化アルミニウム基板との反応
物があるので、それを温度60℃、10%フッ化アンモ
ニウム溶液で10分間浸漬して除去した。
量部及び硫酸60重量部からなるキリンス溶液に30秒
間又は2分間浸漬して化学研磨した後、無電解Ni−P
メッキを施した。得られた回路基板の表面粗さ、光沢度
及びワイヤーボンディング性を以下に従って評価した。
それらの結果を表1に示す。
-301」器具を用いて測定した。 (2)光沢度:スガ試験機社製デジタル変角光沢度計
「UGV-5D」を用い、JIS-Z8741 に準拠し、Gs(20
°) で測定した。 (3)ワイヤーボンディング性:超音波工業社製「SW-1
-20 」を用い、以下の条件でボンディングしてボンディ
ング強度を測定すると共にワイヤーがメッキ界面から剥
離しないか評価した。 設定条件 C.FORCE (0.9) POWER 第一ボンディング(6.1) 第二ボンディング(6.4) TIME 第一ボンディング(2.5) 第二ボンディング(2.5) ワイヤー Al線(直径300μm)
溶液を50℃に加熱した溶液に基板を1分間又は5分間
浸漬して化学研磨したこと以外は、実施例1と同様にし
て回路基板を製造した。
外は、実施例1と同様にして回路基板を製造した。
ろう材ペーストを6.5mg/cm2(乾燥基準)塗布
した後、金属回路用銅板(58×34×0.3mm)と
金属放熱板用銅板(58×34×0.2mm)を接触配
置してから炉に投入し、高真空中、温度860℃で30
分加熱した後、2℃/分の降温速度で冷却して、窒化ア
ルミニウム基板と銅板の接合体を製造した。
のバフで研磨した後、以下の手順で一方の面に銅回路、
他方の面に銅製放熱板を形成し、回路基板を製造した。
すなわち、接合体の銅板上にUV硬化タイプのエッチン
グレジストをスクリーン印刷で回路パターンに塗布後、
塩化第2銅を用いてエッチング処理を行って銅板不要部
分を溶解除去し、更にエッチングレジストを3%NaO
H溶液で剥離して銅回路と銅製放熱板を形成させた。エ
ッチング処理後の基板には、銅回路間等に残留不要ろう
材や活性金属成分と窒化アルミニウム基板との反応物が
あるので、それを温度60℃、10%フッ化アンモニウ
ム溶液で10分間浸漬して除去し、次いで無電解Ni−
Pメッキを施して回路基板を製造した。
研磨したこと以外は、参考例3と同様にして回路基板を
製造した。
同様にして回路基板を製造した。
したこと以外は、実施例1と同様にして回路基板を製造
した。
と同様にして回路基板を製造した。
路と銅製放熱板を形成させたこと以外は、参考例3と同
様にして回路基板を製造した。
基板は、ワイヤーボンディング性に優れたものである。
Claims (1)
- 【請求項1】 セラミックス基板の一方の面に金属回
路、他方の面に金属放熱板を形成してから化学研磨し、
次いで無電解Ni−Pメッキを施すことを特徴とする、
表面粗さがRmax≦5μmで光沢度が100以上であ
る回路基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29321693A JP3260222B2 (ja) | 1993-11-24 | 1993-11-24 | 回路基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29321693A JP3260222B2 (ja) | 1993-11-24 | 1993-11-24 | 回路基板の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07147465A JPH07147465A (ja) | 1995-06-06 |
JP3260222B2 true JP3260222B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=17791934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29321693A Expired - Lifetime JP3260222B2 (ja) | 1993-11-24 | 1993-11-24 | 回路基板の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3260222B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210238103A1 (en) * | 2018-08-28 | 2021-08-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Copper/ceramic bonded body, insulating circuit substrate, copper/ceramic bonded body production method, and insulating circuit substrate production method |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5665988B2 (ja) * | 2011-07-14 | 2015-02-04 | 京セラ株式会社 | 回路基板および電子装置 |
-
1993
- 1993-11-24 JP JP29321693A patent/JP3260222B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20210238103A1 (en) * | 2018-08-28 | 2021-08-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Copper/ceramic bonded body, insulating circuit substrate, copper/ceramic bonded body production method, and insulating circuit substrate production method |
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JPH07147465A (ja) | 1995-06-06 |
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