JP6536442B2 - めっき付パワーモジュール用基板の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (2)
- 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。 - 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。
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