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JPS6141538A - セラミツク基板及びその製造方法 - Google Patents

セラミツク基板及びその製造方法

Info

Publication number
JPS6141538A
JPS6141538A JP59163894A JP16389484A JPS6141538A JP S6141538 A JPS6141538 A JP S6141538A JP 59163894 A JP59163894 A JP 59163894A JP 16389484 A JP16389484 A JP 16389484A JP S6141538 A JPS6141538 A JP S6141538A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite material
plating
ceramic substrate
nickel
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP59163894A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0214189B2 (ja
Inventor
鶴岡 重雄
国谷 啓一
英夫 荒川
秋雄 千葉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59163894A priority Critical patent/JPS6141538A/ja
Publication of JPS6141538A publication Critical patent/JPS6141538A/ja
Publication of JPH0214189B2 publication Critical patent/JPH0214189B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/05Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate

Landscapes

  • Die Bonding (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、セラミック基板及びその製造方法に係わジ、
特に好ましくは、セラミック基板の表層に半導体素子で
あるシリコンや放熱板との接合全阻害しない金属層全被
覆した半導体素子搭載用セラミック基板及びその製造方
法に関する。
〔発明の背景〕
炭化ケイ累に少量のベリリア金含むセラミックは、高熱
伝導性と高電気絶縁性を兼ね備えた新しいタイプのセラ
ミックである。このように優れた特性全有するセラミッ
クは、半導体素子搭載用基板等に用いられるが、半導体
素子のシリコン等と接合するため、表層を金属化する必
要がある。
従来、セラミック表ItIW金属化する方法は、用途及
び目的によって種々ある。例えば、アルミナセラミック
への金属化法は、特開昭55−113683号にも述べ
られているように金属用組成物ペーストをセラミック上
に塗布し、水素中あるいは水素と窒素の混合気中で焼結
して金属化@全作り、しかる後ニッケルめっき等t施す
方法が一般的に行われている。そこで従来の方法で炭化
ケイ素を主成分とするセラミック表層全金属化、すなわ
ち、モリブデン粉末ベースト全印刷し、1300〜15
00℃の湿潤水素雰囲気及び乾燥水素雰囲気中で焼成し
て金属化し電気ニッケルめっきする構造では、熱処理に
よる信頼性がニッケルめっき厚みに左右されると言う問
題がある。
ここで、従来製造法の問題点について考察する。第2図
に示すように、炭1じケイ素を主成分とするセラミック
基体1表層全金属化22して電気ニッケルめつき23し
た従来構造は、金属化層とセラミック境界からはく離會
起しやすい。
そして、第2図に示す従来構造の金属化層がば〈離する
原因は、炭化ケイ素、モリブデン及びニッケルの熱膨張
率が異なることにある。すなわち、炭化ケイ素は3.5
 X 10=/ u、モリブデン4.9 X 10−6
/ ℃ と炭化ケイ素とモリブデンとの熱膨張率は大差
ないのに比べ、ニッケルの熱膨張率は13.6 X 1
 o−6/ r:  と大きいため、熱処理の際の冷却
時において、ニッケル層の収縮がセラミック及びモリブ
デン#に比べ犬となり、収縮率なモリブデン層とセラミ
ック全引張り、相対的強さから金属化層とセラミック境
界にはく離を起してしまうことにある。特に、ニッケル
めつき膜厚分布が不均一であったり厚目であったりする
と、熱処理による収縮応力が大きくなり、金属化層によ
りはく離しやすくなってしまう。そのため、ニッケルめ
っき膜は薄目に均一に分布しなければならないとの制約
がある。
他方、半導体素子搭載用基板に用いられるセラミックは
小形であり、大量に生産される。一般に、小形物音一度
に多数めっきする方法にバレルめつき法がある。しかし
、バレルめつきは、ダミー全弁して通電するため、めっ
き電流密度が一定でなく、めつき膜厚分布もまた均一で
ない。したがって、炭化けい素を生成分とするセラミッ
ク表層全金属化し、バレル電気ニッケルめっきすると、
ニッケルめつき膜厚分布が不均一であるために、熱処理
の際の収縮応力の不均一から金属1ヒ層がはく離しやす
くなってしまう。
第  1  表 第1表は、硫酸ニッケル2409/l、塩化ニッケル4
5 t/l、ホウ酸3ot7tから成るワット浴又はス
ルファミン酸ニッケル375f/l、ホウ酸30 f/
l、ラウリル硫酸ナトリウム0.4f/lから成るスル
ファミン酸ニッケルめっき浴を用い、温度50℃、めっ
き電流密度I A/ dm”、回転速度5 rpm、め
っき厚み2.5.10μmにバレルめっきした後、水素
雰囲気中、温度500℃、保持時間5分の熱処理をした
結果全示し、Δ印は金属化層がはく離したものもあり、
x印は金属化層がほとんどに〈離してしまったこと全示
す。その結果、ワット浴又はスルフアミノ酸ニッケルめ
っき浴を用いた場合共に、ニッケルめっきが厚くなると
特に金属化層がはく離してしまう傾向にある。そのため
、炭化ケイ素を主成分とするセラミック表層全モリブデ
ン金属化した後のニッケルめっきは、ニッケルめっき厚
みが均一に分布している必要がある。しかし、バレルめ
つきでは、めっき電流密度が不均一なので均一なめつき
厚みが得られない。したがって、炭化ケイ素を主成分と
するセラミック表層全モリブデン金属化した後のニッケ
ルめっきは、単品ずつ行わねばならず生産性が悪い。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、熱処理による信頼性が高く、また、生
産性全高めたセラミック基板及びその製造方法を提供す
ることにある。
〔発明の概要〕
氷見開音概説すれば、本発明の第1の発明にセラミック
基板に関する発明であって、セラミック製基体と、この
基体上に接合される銅又はアルミニウム−炭素繊維複合
材料層と、この複合材料層上に形成される金属めつ@層
全備え、該複合材料Ivi表面は該めっき層に対して該
炭素繊維が触れない構造であることを特徴とする。
そして、本発明の第2の発明は、セラミック基板の製造
方法に関する発明であって、セラミック製基体に、銅又
はアルミニウム−炭素繊維複合材料層全接合させる工程
、該工程の前又は後で該複合材料層表面に該炭素繊維が
露出しないように処理する工程、及び最後に金属めっき
?行う工程の各工程全包含することを特徴とする。
本発明方法において使用する銅又にアルミニウムマトリ
ックスに炭素繊維ケ埋め込んだ形態の銅又はアルミニウ
ム−炭素繊維複合材料に、熱伝導性及び導電性が良く、
熱膨張率が低い等の特性會有すると共に、銅又はアルミ
ニウムマトリックスは柔軟性を有するので応力緩和材に
もなる。
本発明者等は、本発明によるセラミック基板では、熱処
理により金属めっき層に生じる収縮応力が銅(又はアル
ミニウム)−炭素繊維複合材料によって緩和されるので
、金属1ヒ層のはく離全防止できること全見出した。
本発明において使用する前記複合材料は公知の材料であ
り、例えば銅−炭素繊維複合材料は、特開昭55−12
8274号公報に、他方アルミニウム−炭素繊維複合材
料は、特開昭49−18891号公報に記載されている
しかし、前述したように、銅(又はアルミニウム)−炭
素繊維複合材料は、銅(又はアルミニウム)マトリック
スに炭素繊維を埋め込んだ形態であり、表面に炭素繊維
が露出していると均一な金属めっきができない。そこで
、銅(又はアルミニウム)−炭素繊維複合材料の表面に
炭素繊維が露出しない形態にすることにより均一な金属
めっき層が得られる。
また、セラミック製基体に接合した銅(又はアルミニウ
ム)−炭素繊維複合材料は、金属めっき膜に悪影響を及
ぼさないばかりでなく、本発明のセラミック基板の1用
途である半導体素子搭載用基板としての特性にも何ら悪
影響を及ぼさない。
したがって、本発明のセラミック基板は、セラミック本
来の特性を損わないばかりでなく、銅(又はアルミニウ
ム)−炭素繊維複合材料の特性音も兼ね備えた新規構造
を有する。そして、金属めつ@會する手段としてバレル
めつき法?用いても、熱処理による信頼性を低下させな
いので、該基板の量産ができることも見出した。
しかして、本発明方法において重要なる、炭素繊維が露
出しないように処理する工程は、それ自体公知の方法で
行ってよく、例えば、該複合材料を接合する前又は後で
、該複合材料を銅箔をつけるか、めっきで覆えばよく、
あるいは、ホットプレスで複合材料全サンドイッチすれ
ばよい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが
、本発明はこれら実施例に限定されない。
なお、第1図は、本発明のセラミック基板の1例の構造
を示す断面概略図である。第1図において、符号1はセ
ラミック基体、2は銅(又はアルミニウム)−炭素繊維
複合材、5は接合材、4はめつきした金属材を意味する
実施例1 造粒−ホットプレス−切断・研削した厚み[16111
1%幅91111 %長す15 am (7)炭化ケ(
’XK少量のベリリアを含むセラミック基体と、直径6
μmの炭素繊維を45%含み表面全厚み20μmの銅箔
で覆った厚み0.1=、幅8m、長さ12■の銅−炭素
繊維複合材料を、厚み25μmのマンガンろう全用いア
ルゴン雰囲気中、温度870℃、保持時間1秒の条件で
接合し、酸性浴中で表面活性化処理した後、硫酸ニッケ
ル240t / t、塩化ニッケル451/l、ホウ酸
50f / tから成るワット浴又はスルファミン酸ニ
ッケル575 t/l、 ホウ酸509/l、5ウリル
硫酸ナトリウム0−4f/lから成るスルフアミン酸ニ
ッケルめっき浴を用い、温度50℃、めっき電流密度I
 A/am”、回転速度5 rpmで平均厚み2.5.
10μmにバレルニッケルめっきしてセラミック/1I
iIl−炭素繊維複合材料/ニッケルの複合板全作製し
た。
以上の方法で作製したセラミック/銅−炭素滅維複合材
料/ニッケル複合板ケ、水素雰囲気中、温度500℃、
保持時間5分の熱処理をした結果、第2表に示すように
金属化層がはく離する等の変形は認められなかった。表
中O印に金属化層に変形のないこと全示す。
第  2  表 次に、同じく作製したセラミック/銅−炭素繊維複合材
料/ニッケル複合板の特性全調査した結果、半導体素子
搭載用基板として用いるに十分満足できるものであった
また本発明によれば、セラミック表層全金属化する際の
金属化組成ペーストの作製及び塗布、焼結等の工程を省
くことができる。
したがって、本発明により、熱処理による信頼性が高く
、生産性も高い半導体素子搭載用基板に用いられる炭1
1Zケイ素を主成分とするセラミック基板を効率良く製
造できる。
実施例2 実施例1と同じ方法で作製した厚み0.6m+、幅9 
tll s長さ13慎の炭化ケイ素に少量のベリリアを
含むセラミック基体と、直径6μmの炭素繊維を45%
含む厚み[lLlmm、幅8劉、長さ12憫の銅−炭素
繊維複合材料を厚み25μmのマンガンろうを用い、ア
ルゴン雰囲気中、温度870℃、保持時間1秒の条件で
接合し、酸性浴中で表面活性化処理した後、硫酸銅20
0 tll、硫酸50づ/l、塩酸α15ゴ/lの硫酸
銅めっき浴全用い、温度30℃、めっき電流密度1A 
/ dm”、回転速度5 rpmで第1層に厚み5μm
の銅めっきを行い、更に第2層VC実施例1のニッケル
めっきと同じ条件で、厚み2.5.10μmにバレルニ
ッケルめっきして、セラミック/銅−炭素繊維複合材料
/ニッケルの複合板全作製した。
以上の方法で作製したセラミック/銅−炭素繊維複合材
料/ニッケル板を、実施例1と同じように水素雰囲気中
、温度500℃、保持時間5分の熱処理會した結果、実
施例1の結果と同様、金属化層がはく離する等の現象は
認められなかった。
以上、実施例1及び2では、炭化ケイ素に少量のベリリ
ア會含むセラミック基体に銅−炭素繊維複合材料全マン
ガンろう付けする前、又はろう付は後に炭素繊維が表面
VC露出しないように処理してニッケルめっきし、セラ
ミック/@−炭素繊維複合材料/ニッケル複合板全作製
することについて述べたが、本発明の目的は、根本的に
は表層を金属化した半導体素子搭載用セラミック基板の
熱処理による信頼性全低下させないで生産性金高めるこ
とにある。したがって、本発明に、本実施例1及び2で
説明した銅−炭素繊維複合材料の他に、アルミニウム−
炭素繊維複合材料等を接合し、ニッケル等の金属めっき
?してセラミック/繊維強化複合材料/金属めっき層か
らなること全特徴とする構造の複合板、及びその複合板
の製造法全般に適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、熱処理による信
頼性が高く、工程省略等により生産性の高いセラミック
基板及びその製造方法が提供された点で、顕著な効果が
奏せられた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のセラミック基板の1例の構造金示す断
面概略図、第2図は従来のセラミック基板の1例の構造
全示す断面概略図である。 1:セラミック基体、2:銅(又はアルミニウム)−炭
素繊維複合材、5:接合材、4:めっきした金属材、2
2:金属化層、23:ニツケルめっき材

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、セラミック製基体と、この基体上に接合される銅又
    はアルミニウム−炭素繊維複合材料層と、この複合材料
    層上に形成される金属めつき層を備え、該複合材料層表
    面は該めつき層に対して該炭素繊維が触れない構造であ
    ることを特徴とするセラミック基板。 2、セラミック製基体に、銅又はアルミニウム−炭素繊
    維複合材料層を接合させる工程、該工程の前又は後で該
    複合材料層表面に該炭素繊維が露出しないように処理す
    る工程、及び最後に金属めつきを行う工程の各工程を包
    含することを特徴とするセラミック基板の製造方法。
JP59163894A 1984-08-06 1984-08-06 セラミツク基板及びその製造方法 Granted JPS6141538A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521479A (ja) * 1991-07-15 1993-01-29 Mitsubishi Electric Corp 混成集積回路装置
JP2007500450A (ja) * 2003-05-08 2007-01-11 クラミック エレクトロニクス ゲーエムベーハー 複合材料及び電気回路又は電気モジュール

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