金属−セラミックス回路基板およびその製造方法
【課題】セラミックス回路基板に接合した金属板の表面に形成されためっきの表面の半田濡れ性を安価に向上させることができる、金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス基板１０に接合した金属板１２の表面に、Ｐ含有量が６．８０〜８．５０質量％であるとともに表面粗さＲｚが４．６μｍ以下であり、好ましくは表面の酸化物層の厚さが１０ｎｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっき１６を形成する。
【解決手段】セラミックス基板１０に接合した金属板１２の表面に、Ｐ含有量が６．８０〜８．５０質量％であるとともに表面粗さＲｚが４．６μｍ以下であり、好ましくは表面の酸化物層の厚さが１０ｎｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっき１６を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス回路基板およびその製造方法に関し、特に、半導体チップなどの電子部品や端子などの複数の部品を半田付けするための金属板がセラミックス基板に接合した金属−セラミックス回路基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品や端子などの複数の部品を基板に半田付けする方法として、高温半田を用いて部品を第１の基板に半田付けした後、この第１の基板を普通半田を用いて第２の基板上に半田付けする方法（例えば、特許文献１参照）や、回路基板の第１面に第一の鉛フリー半田を供給してリフローした後、回路基板の第２面に第二の鉛フリー半田を供給してリフローすることによって、回路基板の第１面および第２面に電子部品を半田付けする際に、第一の鉛フリー半田の固相線温度を第二の鉛フリー半田の液相線温度以上にする方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１２２８９号公報（段落番号００１０）
【特許文献２】特開２００１−３５８４５６号公報（段落番号０００９−００１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１および２の方法のように、基板の一方の面を高温半田で半田付けした後、他方の面をより低温の半田で半田付けする方法において、半田付けを窒素などの雰囲気中で行うとコストがかかり、大気雰囲気中で行うと、より低温の半田で半田付けする際に半田濡れ性が悪くなる。また、半田付けする部分にＡｕめっきを施すと、半田濡れ性は良好になるが、コストが高くなり、また、特別な排水処理設備を設けることが必要になる。
【０００５】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セラミックス回路基板に接合した金属板の表面に形成されためっきの表面の半田濡れ性を安価に向上させることができる、金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板に金属板を接合した後、金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきを形成することにより、セラミックス回路基板に接合した金属板の表面に形成されためっきの表面の半田濡れ性を安価に向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板に金属板を接合した後、金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきを形成することを特徴とする。この金属−セラミックス回路基板の製造方法において、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成される酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にするのが好ましい。
【０００８】
また、本発明による金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板に接合した金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきが形成されていることを特徴とする。この金属−セラミックス回路基板において、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成された酸化物層の厚さが１０ｎｍ以下であるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、セラミックス回路基板に接合した金属板の表面に形成されためっきの表面の半田濡れ性を安価に向上させることができる、金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｅ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｆ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図２】実施例および比較例においてＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量およびＮｉ−Ｐ合金めっきの表面粗さと半田濡れ性との関係を示す図である。
【図３】実施例１０の金属−セラミックス回路基板についてＡＥＳによる深さ方向の組成分析におけるＮｉ−Ｐ合金めっきの表面のスパッタリング時間に対する各元素の検出強度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス回路基板およびその製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
まず、図１Ａ〜図１Ｄに示すように、セラミックス基板１０の両面に金属板１２を接合した後、エッチングレジスト１４を所定の形状に印刷し、エッチングにより金属板１２の不要部分を除去して、金属回路パターンを形成する。
【００１３】
次に、図１Ｅ〜図１Ｆに示すように、エッチングレジスト１４を剥離した後、化学研磨により金属板１２の表面粗さを調整し、金属板１２上に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施してＮｉ−Ｐ合金めっき１６を形成し、金属―セラミックス回路基板２０を製造する。
【００１４】
なお、本実施の形態において、化学研磨液の種類や化学研磨液への浸漬時間などによって、金属板１２のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚを４．６μｍ以下に調整するのが好ましく、１．３〜４．６μｍに調整するのがさらに好ましい。
【００１５】
また、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を６．８０〜８．５０質量％にするのが好ましく、６．８０〜７．７０質量％にするのがさらに好ましく、６．８０〜７．１０質量％にするのが最も好ましい。Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は、めっき液のｐＨとめっき液中のＮｉ濃度によって調整することができ、ｐＨを高くするとＰ含有量を減少させることができるが、本実施の形態では、めっき液のｐＨを４．４〜５．４にするのが好ましく、めっき液中のＮｉ濃度を４．７〜５．６ｇ／Ｌにするのが好ましい。
【００１６】
さらに、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成される酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にするのが好ましい。この酸化物層の厚さは、Ｎｉ−Ｐ合金めっき後の水洗の条件によって変化することがわかった。
【００１７】
この酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にするためには、電気伝導度が２．０μＳ／ｃｍ以下（好ましくは１．５μＳ／ｃｍ以下）で溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌ以下（好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下）の純水により３分間以上水洗すればよい。なお、溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌ以下の純水を得るために純水中の溶存酸素濃度を低下させる方法として、純水に窒素ガスをバブリングする方法や、純水を真空脱気する方法などがある。
【００１８】
また、この酸化物層の厚さは、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）（電子線などを固体表面に照射したときに放出されるオージェ電子のエネルギーと強度を測定することにより固体表面の元素分析を行う方法）とアルゴンなどの重イオンビームを用いたスパッタリングとを併用した方法（スパッタリングによって試料表面を削り出しながら表面分析を繰り返す方法）（以下、「ＡＥＳによる深さ方向の組成分析」という）よって求めることができる。例えば、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸素の検出強度の測定とアルゴンイオンスパッタリングを交互に行って、酸素の検出強度がＮｉ−Ｐ合金めっき内部（非酸化部）と同一の検出強度になるまでのスパッタリング時間を求め、この時間を酸化物層のスパッタリングに要した時間とみなして、この時間に既知のＳｉＯ２皮膜のスパッタリング速度（４ｎｍ／分）を乗じることによって、酸化物層の厚さを求めることができる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明による金属−セラミックス回路基板およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００２０】
［実施例１］
まず、セラミックス基板として８３ｍｍ×４４ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板と、金属板として８２ｍｍ×４３ｍｍ×０．２５ｍｍの大きさの銅板を用意し、７０質量％のＡｇと２８質量％のＣｕと２質量％のＴｉからなるろう材を用いて、セラミックス基板の両面に銅板を接合した後、銅板上にエッチングレジスト（ＵＶ硬化タイプのアルカリ剥離型レジスト）を所定の形状に印刷し、塩化銅溶液により銅板の不要部分をエッチング除去するとともに、フッ化アンモニウム溶液によりろう材の不要部分をエッチング除去して、金属回路パターンを形成した。
【００２１】
次に、ＮａＯＨ水溶液によりエッチングレジストを剥離した後、５体積％の硫酸と４体積％の過酸化水素を含む水溶液からなる化学研磨液に７０秒浸漬することによって化学研磨して、銅板の表面粗さを調整した。
【００２２】
次に、ｐＨ４．５９でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液（上村工業株式会社製のニムデンＳＸ）によって、金属板上にＮｉ−Ｐ合金めっきを施した後、電気伝導度１．２が５μＳ／ｃｍで（窒素ガスのバブリングにより）溶存酸素濃度を１ｍｇ／Ｌ以下にした純水を入れた３つの水槽にそれぞれ３分間浸漬して洗浄して、金属−セラミックス回路基板を作製した。
【００２３】
このようにして作製した金属−セラミックス回路基板について、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚを表面粗さ測定装置（ミツトヨ株式会社製）によりＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４年）に基づいて測定するとともに、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を蛍光Ｘ線膜厚測定装置（セイコーインスツルメンツ株式会社製）によりＮｉ−１０．５%Ｐ（Ｃｕ上）を標準として測定した。その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは４．３μｍであり、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．９０質量％であった。
【００２４】
また、作製した金属−セラミックス回路基板の半田濡れ性を評価する部分以外の部分に半田レジストを形成し、大気中において２４５℃のオーブン内で２分間加熱し、放冷後、半田濡れ性を評価する１０ｍｍ×１０ｍｍの部分に半田ペースト（共晶半田）を厚さ約０．５ｍｍに塗布した。次に、大気中において２００℃のホットプレート上で３分間加熱し、放冷後、半田濡れ性を評価する部分の面積（１００ｍｍ２）に対して溶融半田が濡れて占有する面積の割合（半田の濡れ広がり率）を測定した。なお、半田の濡れ広がり率の評価基準として、半田の濡れ広がり率が９５％以上の場合に半田濡れ性が良好（ＯＫ）であるとし、９５％未満の場合に半田濡れ性が不良（ＮＧ）であるとした。その結果、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００２５】
［実施例２］
化学研磨液への浸漬時間を６０秒とし、ｐＨ４．５５でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。
【００２６】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは４．６μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．２０質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは６ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００２７】
［実施例３］
化学研磨液への浸漬時間を９０秒とし、ｐＨ４．５５でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、本実施例では、無電解Ｎｉ−Ｐめっき液のｐＨおよびＮｉ濃度が実施例２と同じであるが、めっき液への浸漬中にめっき液のｐＨやＮｉ濃度が変化するため、めっき液のｐＨおよびＮｉ濃度が同じでも、めっき液中のＰ濃度が異なる場合がある。
【００２８】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．５μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．１０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００２９】
［実施例４］
化学研磨液への浸漬時間を９０秒とし、ｐＨ４．４６でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００３０】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．５μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．４０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００３１】
［実施例５］
化学研磨液への浸漬時間を９５秒とし、ｐＨ４．４９でＮｉ濃度４．７ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７５％（２５℃）であった。
【００３２】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．１μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．８０質量％であり、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００３３】
［実施例６］
化学研磨液への浸漬時間を９５秒とし、ｐＨ４．４９でＮｉ濃度５．５ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７５％（２５℃）であった。
【００３４】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．１μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．２５質量％であり、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００３５】
［実施例７］
化学研磨液への浸漬時間を９５秒とし、ｐＨ４．６５でＮｉ濃度４．７ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７５％（２５℃）であった。
【００３６】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．１μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．４３質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは７．６ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のいずれも半田濡れ広がり率が１００％であり、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなく、半田濡れ性のばらつきが非常に少なかった。また、比較的湿度が高くて条件が悪い場合でも半田濡れ性が良好であった。
【００３７】
［実施例８］
化学研磨液への浸漬時間を９０秒とし、ｐＨ４．７９でＮｉ濃度５．４ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は８４％（２５℃）であった。
【００３８】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．６μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．１５質量％であり、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のいずれも半田濡れ広がり率が１００％であり、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなく、半田濡れ性のばらつきが非常に少なかった。また、比較的湿度が高くて条件が悪い場合でも半田濡れ性が良好であった。
【００３９】
［実施例９］
化学研磨液への浸漬時間を８５秒とし、ｐＨ４．７９でＮｉ濃度５．６ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は８４％（２５℃）であった。
【００４０】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．８μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は６．８３質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは１０ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のいずれも半田濡れ広がり率が１００％であり、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなく、半田濡れ性のばらつきが非常に少なかった。また、比較的湿度が高くて条件が悪い場合でも半田濡れ性が良好であった。
【００４１】
［実施例１０］
セラミックス基板として４８ｍｍ×５９ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板、金属板として４７ｍｍ×５８ｍｍ×０．２５ｍｍの大きさの銅板を使用し、１体積％の硫酸と３堆積％の過酸化水素を含む水溶液からなる化学研磨液を使用し、化学研磨液への浸漬時間を１８０秒とし、ｐＨ４．５０でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。なお、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析におけるＮｉ−Ｐ合金めっきの表面のスパッタリング時間に対する各元素の検出強度を図３に示す。
【００４２】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは１．３μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．９０質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは６．８ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００４３】
［比較例１］
化学研磨液への浸漬時間を８０秒とし、ｐＨ４．４９でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用してＮｉ−Ｐ合金めっきを施し、電気伝導度が２μＳ／ｃｍより大きく溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌより高い純水を入れた２つの水槽にそれぞれ１分間浸漬して洗浄した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００４４】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは４．０μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．６０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板はいずれも、半田濡れ性が不良であった。
【００４５】
［比較例２］
化学研磨液への浸漬時間を５５秒とし、ｐＨ４．５２でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００４６】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは４．７μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．７０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００４７】
［比較例３］
化学研磨液への浸漬時間を１０５秒とし、ｐＨ４．５２でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００４８】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．１μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．６０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００４９】
［比較例４］
化学研磨液への浸漬時間を１２０秒とし、ｐＨ４．３８でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。
【００５０】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは２．５μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．７０質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは３２ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００５１】
［比較例５］
化学研磨液への浸漬時間を４５秒とし、ｐＨ４．４９でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００５２】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは５．２μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．７０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００５３】
［比較例６］
化学研磨液への浸漬時間を１２０秒とし、ｐＨ５．４２でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７９％（２５℃）であった。
【００５４】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは２．５μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は６．７３質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００５５】
［比較例７］
化学研磨液への浸漬時間を１００秒とし、ｐＨ５．４２でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７９％（２５℃）であった。
【００５６】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．２μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は６．７６質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは１２ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００５７】
これらの実施例および比較例の結果を表１に示す。また、実施例および比較例においてＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量およびＮｉ−Ｐ合金めっきの表面粗さと半田濡れ性との関係を図３に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１および図３からわかるように、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を６．８０〜８．５０質量％にし、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚを４．６μｍ以下にすることによって、さらに、好ましくはＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にすることによって、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の半田濡れ性を向上させることができる。
【００６０】
なお、上述した実施例および比較例ではいずれもＮｉ−Ｐ合金めっきに有機系の防錆剤を使用していないが、実施例２、７、９および１０と比較例４および７について、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっき中のカーボンの分析を行ったところ、実施例２、９および１０と比較例４および７では０．５ｎｍ程度の深さまでカーボンが存在し、実施例７ではカーボンが確認できず、いずれの実施例および比較例でも、半田濡れ性を低下させる厚いカーボンは認められなかった。
【符号の説明】
【００６１】
１０ セラミックス基板
１２ 金属板
１４ エッチングレジスト
１６ Ｎｉ−Ｐ合金めっき
２０ 金属−セラミックス回路基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス回路基板およびその製造方法に関し、特に、半導体チップなどの電子部品や端子などの複数の部品を半田付けするための金属板がセラミックス基板に接合した金属−セラミックス回路基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品や端子などの複数の部品を基板に半田付けする方法として、高温半田を用いて部品を第１の基板に半田付けした後、この第１の基板を普通半田を用いて第２の基板上に半田付けする方法（例えば、特許文献１参照）や、回路基板の第１面に第一の鉛フリー半田を供給してリフローした後、回路基板の第２面に第二の鉛フリー半田を供給してリフローすることによって、回路基板の第１面および第２面に電子部品を半田付けする際に、第一の鉛フリー半田の固相線温度を第二の鉛フリー半田の液相線温度以上にする方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１２２８９号公報（段落番号００１０）
【特許文献２】特開２００１−３５８４５６号公報（段落番号０００９−００１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１および２の方法のように、基板の一方の面を高温半田で半田付けした後、他方の面をより低温の半田で半田付けする方法において、半田付けを窒素などの雰囲気中で行うとコストがかかり、大気雰囲気中で行うと、より低温の半田で半田付けする際に半田濡れ性が悪くなる。また、半田付けする部分にＡｕめっきを施すと、半田濡れ性は良好になるが、コストが高くなり、また、特別な排水処理設備を設けることが必要になる。
【０００５】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セラミックス回路基板に接合した金属板の表面に形成されためっきの表面の半田濡れ性を安価に向上させることができる、金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板に金属板を接合した後、金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきを形成することにより、セラミックス回路基板に接合した金属板の表面に形成されためっきの表面の半田濡れ性を安価に向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法は、セラミックス基板に金属板を接合した後、金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきを形成することを特徴とする。この金属−セラミックス回路基板の製造方法において、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成される酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にするのが好ましい。
【０００８】
また、本発明による金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板に接合した金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきが形成されていることを特徴とする。この金属−セラミックス回路基板において、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成された酸化物層の厚さが１０ｎｍ以下であるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、セラミックス回路基板に接合した金属板の表面に形成されためっきの表面の半田濡れ性を安価に向上させることができる、金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｅ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図１Ｆ】本発明による金属−セラミックス回路基板の製造工程を示す断面図である。
【図２】実施例および比較例においてＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量およびＮｉ−Ｐ合金めっきの表面粗さと半田濡れ性との関係を示す図である。
【図３】実施例１０の金属−セラミックス回路基板についてＡＥＳによる深さ方向の組成分析におけるＮｉ−Ｐ合金めっきの表面のスパッタリング時間に対する各元素の検出強度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス回路基板およびその製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
まず、図１Ａ〜図１Ｄに示すように、セラミックス基板１０の両面に金属板１２を接合した後、エッチングレジスト１４を所定の形状に印刷し、エッチングにより金属板１２の不要部分を除去して、金属回路パターンを形成する。
【００１３】
次に、図１Ｅ〜図１Ｆに示すように、エッチングレジスト１４を剥離した後、化学研磨により金属板１２の表面粗さを調整し、金属板１２上に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施してＮｉ−Ｐ合金めっき１６を形成し、金属―セラミックス回路基板２０を製造する。
【００１４】
なお、本実施の形態において、化学研磨液の種類や化学研磨液への浸漬時間などによって、金属板１２のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚを４．６μｍ以下に調整するのが好ましく、１．３〜４．６μｍに調整するのがさらに好ましい。
【００１５】
また、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を６．８０〜８．５０質量％にするのが好ましく、６．８０〜７．７０質量％にするのがさらに好ましく、６．８０〜７．１０質量％にするのが最も好ましい。Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は、めっき液のｐＨとめっき液中のＮｉ濃度によって調整することができ、ｐＨを高くするとＰ含有量を減少させることができるが、本実施の形態では、めっき液のｐＨを４．４〜５．４にするのが好ましく、めっき液中のＮｉ濃度を４．７〜５．６ｇ／Ｌにするのが好ましい。
【００１６】
さらに、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成される酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にするのが好ましい。この酸化物層の厚さは、Ｎｉ−Ｐ合金めっき後の水洗の条件によって変化することがわかった。
【００１７】
この酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にするためには、電気伝導度が２．０μＳ／ｃｍ以下（好ましくは１．５μＳ／ｃｍ以下）で溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌ以下（好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下）の純水により３分間以上水洗すればよい。なお、溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌ以下の純水を得るために純水中の溶存酸素濃度を低下させる方法として、純水に窒素ガスをバブリングする方法や、純水を真空脱気する方法などがある。
【００１８】
また、この酸化物層の厚さは、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）（電子線などを固体表面に照射したときに放出されるオージェ電子のエネルギーと強度を測定することにより固体表面の元素分析を行う方法）とアルゴンなどの重イオンビームを用いたスパッタリングとを併用した方法（スパッタリングによって試料表面を削り出しながら表面分析を繰り返す方法）（以下、「ＡＥＳによる深さ方向の組成分析」という）よって求めることができる。例えば、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸素の検出強度の測定とアルゴンイオンスパッタリングを交互に行って、酸素の検出強度がＮｉ−Ｐ合金めっき内部（非酸化部）と同一の検出強度になるまでのスパッタリング時間を求め、この時間を酸化物層のスパッタリングに要した時間とみなして、この時間に既知のＳｉＯ２皮膜のスパッタリング速度（４ｎｍ／分）を乗じることによって、酸化物層の厚さを求めることができる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明による金属−セラミックス回路基板およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００２０】
［実施例１］
まず、セラミックス基板として８３ｍｍ×４４ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板と、金属板として８２ｍｍ×４３ｍｍ×０．２５ｍｍの大きさの銅板を用意し、７０質量％のＡｇと２８質量％のＣｕと２質量％のＴｉからなるろう材を用いて、セラミックス基板の両面に銅板を接合した後、銅板上にエッチングレジスト（ＵＶ硬化タイプのアルカリ剥離型レジスト）を所定の形状に印刷し、塩化銅溶液により銅板の不要部分をエッチング除去するとともに、フッ化アンモニウム溶液によりろう材の不要部分をエッチング除去して、金属回路パターンを形成した。
【００２１】
次に、ＮａＯＨ水溶液によりエッチングレジストを剥離した後、５体積％の硫酸と４体積％の過酸化水素を含む水溶液からなる化学研磨液に７０秒浸漬することによって化学研磨して、銅板の表面粗さを調整した。
【００２２】
次に、ｐＨ４．５９でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液（上村工業株式会社製のニムデンＳＸ）によって、金属板上にＮｉ−Ｐ合金めっきを施した後、電気伝導度１．２が５μＳ／ｃｍで（窒素ガスのバブリングにより）溶存酸素濃度を１ｍｇ／Ｌ以下にした純水を入れた３つの水槽にそれぞれ３分間浸漬して洗浄して、金属−セラミックス回路基板を作製した。
【００２３】
このようにして作製した金属−セラミックス回路基板について、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚを表面粗さ測定装置（ミツトヨ株式会社製）によりＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４年）に基づいて測定するとともに、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を蛍光Ｘ線膜厚測定装置（セイコーインスツルメンツ株式会社製）によりＮｉ−１０．５%Ｐ（Ｃｕ上）を標準として測定した。その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは４．３μｍであり、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．９０質量％であった。
【００２４】
また、作製した金属−セラミックス回路基板の半田濡れ性を評価する部分以外の部分に半田レジストを形成し、大気中において２４５℃のオーブン内で２分間加熱し、放冷後、半田濡れ性を評価する１０ｍｍ×１０ｍｍの部分に半田ペースト（共晶半田）を厚さ約０．５ｍｍに塗布した。次に、大気中において２００℃のホットプレート上で３分間加熱し、放冷後、半田濡れ性を評価する部分の面積（１００ｍｍ２）に対して溶融半田が濡れて占有する面積の割合（半田の濡れ広がり率）を測定した。なお、半田の濡れ広がり率の評価基準として、半田の濡れ広がり率が９５％以上の場合に半田濡れ性が良好（ＯＫ）であるとし、９５％未満の場合に半田濡れ性が不良（ＮＧ）であるとした。その結果、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００２５】
［実施例２］
化学研磨液への浸漬時間を６０秒とし、ｐＨ４．５５でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。
【００２６】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは４．６μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．２０質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは６ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００２７】
［実施例３］
化学研磨液への浸漬時間を９０秒とし、ｐＨ４．５５でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、本実施例では、無電解Ｎｉ−Ｐめっき液のｐＨおよびＮｉ濃度が実施例２と同じであるが、めっき液への浸漬中にめっき液のｐＨやＮｉ濃度が変化するため、めっき液のｐＨおよびＮｉ濃度が同じでも、めっき液中のＰ濃度が異なる場合がある。
【００２８】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．５μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．１０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００２９】
［実施例４］
化学研磨液への浸漬時間を９０秒とし、ｐＨ４．４６でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００３０】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．５μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．４０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００３１】
［実施例５］
化学研磨液への浸漬時間を９５秒とし、ｐＨ４．４９でＮｉ濃度４．７ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７５％（２５℃）であった。
【００３２】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．１μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．８０質量％であり、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００３３】
［実施例６］
化学研磨液への浸漬時間を９５秒とし、ｐＨ４．４９でＮｉ濃度５．５ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７５％（２５℃）であった。
【００３４】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．１μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．２５質量％であり、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００３５】
［実施例７］
化学研磨液への浸漬時間を９５秒とし、ｐＨ４．６５でＮｉ濃度４．７ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７５％（２５℃）であった。
【００３６】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．１μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．４３質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは７．６ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のいずれも半田濡れ広がり率が１００％であり、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなく、半田濡れ性のばらつきが非常に少なかった。また、比較的湿度が高くて条件が悪い場合でも半田濡れ性が良好であった。
【００３７】
［実施例８］
化学研磨液への浸漬時間を９０秒とし、ｐＨ４．７９でＮｉ濃度５．４ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は８４％（２５℃）であった。
【００３８】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．６μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．１５質量％であり、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のいずれも半田濡れ広がり率が１００％であり、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなく、半田濡れ性のばらつきが非常に少なかった。また、比較的湿度が高くて条件が悪い場合でも半田濡れ性が良好であった。
【００３９】
［実施例９］
化学研磨液への浸漬時間を８５秒とし、ｐＨ４．７９でＮｉ濃度５．６ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は８４％（２５℃）であった。
【００４０】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．８μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は６．８３質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは１０ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のいずれも半田濡れ広がり率が１００％であり、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなく、半田濡れ性のばらつきが非常に少なかった。また、比較的湿度が高くて条件が悪い場合でも半田濡れ性が良好であった。
【００４１】
［実施例１０］
セラミックス基板として４８ｍｍ×５９ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板、金属板として４７ｍｍ×５８ｍｍ×０．２５ｍｍの大きさの銅板を使用し、１体積％の硫酸と３堆積％の過酸化水素を含む水溶液からなる化学研磨液を使用し、化学研磨液への浸漬時間を１８０秒とし、ｐＨ４．５０でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。なお、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析におけるＮｉ−Ｐ合金めっきの表面のスパッタリング時間に対する各元素の検出強度を図３に示す。
【００４２】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは１．３μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は７．９０質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは６．８ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した６枚の金属−セラミックス回路基板のうち、半田濡れ性が不良の基板は１枚もなかった。
【００４３】
［比較例１］
化学研磨液への浸漬時間を８０秒とし、ｐＨ４．４９でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用してＮｉ−Ｐ合金めっきを施し、電気伝導度が２μＳ／ｃｍより大きく溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌより高い純水を入れた２つの水槽にそれぞれ１分間浸漬して洗浄した以外は、実施例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００４４】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは４．０μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．６０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板はいずれも、半田濡れ性が不良であった。
【００４５】
［比較例２］
化学研磨液への浸漬時間を５５秒とし、ｐＨ４．５２でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００４６】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは４．７μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．７０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００４７】
［比較例３］
化学研磨液への浸漬時間を１０５秒とし、ｐＨ４．５２でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００４８】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．１μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．６０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００４９】
［比較例４］
化学研磨液への浸漬時間を１２０秒とし、ｐＨ４．３８でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。
【００５０】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは２．５μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．７０質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは３２ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００５１】
［比較例５］
化学研磨液への浸漬時間を４５秒とし、ｐＨ４．４９でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。
【００５２】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは５．２μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は８．７０質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００５３】
［比較例６］
化学研磨液への浸漬時間を１２０秒とし、ｐＨ５．４２でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７９％（２５℃）であった。
【００５４】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは２．５μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は６．７３質量％であり、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００５５】
［比較例７］
化学研磨液への浸漬時間を１００秒とし、ｐＨ５．４２でＮｉ濃度５．０ｇ／Ｌの無電解Ｎｉ−Ｐめっき液を使用した以外は、比較例１と同様の方法によって金属−セラミックス回路基板を作製し、実施例１と同様の方法により金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚおよびＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を測定し、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを求めるとともに、実施例１と同様の方法により半田濡れ性を評価した。なお、半田濡れ性を評価した際の大気中の相対湿度は７９％（２５℃）であった。
【００５６】
その結果、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚは３．２μｍ、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量は６．７６質量％であり、Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さは１２ｎｍであった。また、半田濡れ性を評価した２枚の金属−セラミックス回路基板のうち１枚が、半田濡れ性が不良であった。
【００５７】
これらの実施例および比較例の結果を表１に示す。また、実施例および比較例においてＮｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量およびＮｉ−Ｐ合金めっきの表面粗さと半田濡れ性との関係を図３に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１および図３からわかるように、Ｎｉ−Ｐ合金めっき中のＰ含有量を６．８０〜８．５０質量％にし、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の表面粗さＲｚを４．６μｍ以下にすることによって、さらに、好ましくはＮｉ−Ｐ合金めっきの表面の酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にすることによって、金属板のＮｉ−Ｐ合金めっきを施した部分の半田濡れ性を向上させることができる。
【００６０】
なお、上述した実施例および比較例ではいずれもＮｉ−Ｐ合金めっきに有機系の防錆剤を使用していないが、実施例２、７、９および１０と比較例４および７について、ＡＥＳによる深さ方向の組成分析によってＮｉ−Ｐ合金めっき中のカーボンの分析を行ったところ、実施例２、９および１０と比較例４および７では０．５ｎｍ程度の深さまでカーボンが存在し、実施例７ではカーボンが確認できず、いずれの実施例および比較例でも、半田濡れ性を低下させる厚いカーボンは認められなかった。
【符号の説明】
【００６１】
１０ セラミックス基板
１２ 金属板
１４ エッチングレジスト
１６ Ｎｉ−Ｐ合金めっき
２０ 金属−セラミックス回路基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板に金属板を接合した後、金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきを形成することを特徴とする、金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成される酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にすることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
セラミックス基板に接合した金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきが形成されていることを特徴とする、金属−セラミックス回路基板。
【請求項４】
前記Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成された酸化物層の厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の金属−セラミックス回路基板。
【請求項１】
セラミックス基板に金属板を接合した後、金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきを形成することを特徴とする、金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成される酸化物層の厚さを１０ｎｍ以下にすることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
セラミックス基板に接合した金属板の表面にＰ含有量が６．８０〜８．５０質量％であり且つ表面粗さＲｚが４．６μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金めっきが形成されていることを特徴とする、金属−セラミックス回路基板。
【請求項４】
前記Ｎｉ−Ｐ合金めっきの表面に形成された酸化物層の厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の金属−セラミックス回路基板。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図２】
【図３】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−７９８０８（Ｐ２０１２−７９８０８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１６１９（Ｐ２０１０−２２１６１９）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５０６３６５１３１）ＤＯＷＡメタルテック株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５０６３６５１３１）ＤＯＷＡメタルテック株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
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