JP2003013247A - 無電解銅めっき浴及び高周波用電子部品 - Google Patents
無電解銅めっき浴及び高周波用電子部品Info
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Abstract
あっても銅めっき膜の良好な密着性を確保することが可
能であるとともに、高周波電導性が良好でQ値の高い高
周波用電子部品を作製することができる無電解銅めっき
浴と、この無電解銅めっき浴を使用して作製された高周
波用電子部品とを提供する。 【解決手段】本発明にかかる無電解銅めっき浴は、銅イ
オンと、ニッケルイオンと、ホルムアルデヒドまたはそ
の誘導体と、酒石酸またはその塩とを含んでいることを
特徴とする。そして、銅イオンの100モルに対するニ
ッケルイオンの添加量は、0.01〜1.0モルの範囲
内とされている。また、本発明にかかる高周波用電子部
品は、上記の無電解銅めっき浴を使用しためっき処理に
よって形成された銅めっき膜を有していることを特徴と
する。
Description
と、この無電解銅めっき浴を使用して形成された銅めっ
き膜を有する高周波用電子部品とに関する。
る銅めっき膜を形成する際には、銅イオンを含む水溶液
であり、かつ、還元剤としてのホルムアルデヒドと、錯
化剤としてのEDTAとを含んでなるアルカリ性の無電
解銅めっき浴を使用するのが一般的である。また、80
0〜2000MHz帯で使用される誘電体同軸共振器や
20〜30GHz帯で使用されるミリ波用共振器などの
ような高周波用電子部品では、無電解銅めっき浴を使用
して形成された膜厚2〜4μm程度の銅めっき膜が電極
として利用されている。
の一例である誘電体共振器においては、銅めっき膜の有
する導電性が良好であるとともに、これらの銅めっき膜
にフクレが発生しておらず、セラミックに対する銅めっ
き膜の密着性が良好であることが重要となる。そして、
EDTAを含んでいる従来の無電解銅めっき浴では、フ
ッ酸を含んだエッチング剤を用いてセラミック素体の表
面を予め強くエッチングしておくことにより、セラミッ
ク表面の凹凸によるアンカー効果を最大限利用しながら
銅めっき膜の密着性を確保するようにしている。
ッチングによってセラミック表面の粗さが大きくなって
いると、高周波電導性が低下し、電極となる銅めっき膜
自体の有するQ値(共振の先鋭度)、いわゆるQc 値は
勿論のこと、誘電体共振器の有するQ値、いわゆるQo
値までもが低下してしまう。そこで、このような不都合
を避ける必要上、EDTAを含んだ従来の無電解銅めっ
き浴を使用する場合でもセラミック素体の表面に対する
エッチングを弱めることとし、セラミック表面の凹凸を
小さくすることが考えられている。
したうえでのめっき処理を施した際には、銅めっき膜に
フクレが発生し、セラミック素体に対する銅めっき膜の
良好な密着性を確保できなくなってしまう。そして、こ
のような事態が生じるのは、無電解銅めっき浴に含まれ
た還元剤であるホルムアルデヒドの分解に伴って水素が
激しく発生し、発生した水素がセラミック素体の表面に
存在する小さな凹凸の内部への銅の析出を阻害すること
となり、アンカー効果を弱めるためであると考えられ
る。
れたものであり、セラミック表面が粗さの小さい平滑な
表面であったとしても銅めっき膜の良好な密着性を確保
することが可能であるとともに、高周波電導性が良好と
なってQo 値の高い高周波用電子部品を作製することが
できる無電解銅めっき浴と、この無電解銅めっき浴を使
用して作製された高周波用電子部品との提供を目的とし
ている。
る無電解銅めっき浴は、銅イオンと、ニッケルイオン
と、ホルムアルデヒドまたはその誘導体と、酒石酸また
はその塩とを含んでいることを特徴とする。そして、本
発明の請求項2にかかる無電解銅めっき浴は請求項1に
記載したものであり、銅イオンの100モルに対するニ
ッケルイオンの添加量が0.01〜1.0モルの範囲内
であることを特徴としている。
でおり、ニッケルを添加していない無電解銅めっき浴で
は、銅の析出が進行しないままでめっき処理が停止して
しまうため、2μm以上の膜厚を有する銅めっき膜を形
成できないのが実状である。にも拘わらず、ニッケルを
添加した本発明にかかる無電解銅めっき浴であれば、ニ
ッケルが銅の析出触媒として作用することになり、銅を
持続的に析出させることが可能になるため、高周波用導
体として一般的な膜厚の厚い銅めっき膜を容易に形成し
得る。
対するめっき処理であっても、本発明にかかる無電解銅
めっき浴ならば、添加したニッケルと錯化剤である酒石
酸との作用によってホルムアルデヒドの分解に伴う水素
の発生量が少なくなり、セラミック表面に存在する小さ
な凹凸の内部へも銅が析出しやすくなるため、銅めっき
膜にフクレが発生せず、セラミック素体に対する銅めっ
き膜の強固な密着性が確保される。なお、ニッケルの添
加量は微量であるから、純粋な銅とほぼ同等の電導性が
得られる。さらにまた、微量に添加されたニッケルは、
酸素を介したうえでセラミック素体に対する銅めっき膜
の密着性を高める作用も発揮する。
品は、請求項1または請求項2に記載の無電解銅めっき
浴を使用したうえでのめっき処理によって形成された銅
めっき膜を有していることを特徴とする。また、本発明
の請求項4にかかる高周波用電子部品は、誘導体セラミ
ックと、この誘導体セラミックの表面に形成された金属
膜とからなるものであって、前記金属膜は少なくともニ
ッケルイオンを含む銅を主成分としており、銅に対する
ニッケルの比率が0.01〜1.0モル%の範囲内であ
ることを特徴としている。
しての誘電体共振器は、高周波用導体として好ましい銅
めっき膜、つまり、膜厚の厚い銅めっき膜からなる電極
を有している。従って、高周波電導性が良好であり、か
つ、高いQo 値が得られるという利点が確保される。
明にかかる実施の形態を説明する。
っき浴は、銅イオンと、ニッケルイオンと、ホルムアル
デヒドまたはその誘導体と、酒石酸またはその塩とを含
んでいることを特徴とする。そして、図1は誘電体共振
器の一部を破断して示す斜視図であり、この誘電体共振
器は、実施例1にかかる無電解銅めっき浴を使用しため
っき処理によって形成された電極としての銅めっき膜を
有している。以下、無電解銅めっき浴を使用して作製さ
れる誘電体共振器の作製手順を説明することにより、実
施例1にかかる無電解銅めっき浴と、これを使用して作
製される誘電体共振器とのそれぞれを説明する。すなわ
ち、以下においては、高周波用電子部品が誘電体共振器
であるとして説明する。
にあっては、BaTi4O9・Ba2Ti9O20とBaSm
2Ti4O12の混合系セラミックからなり、かつ、図1で
示すような円板形状を有するセラミックユニット1を試
料として用意する。なお、これらセラミックユニット1
の外直径は、27mmとされる。そして、1000♯,
2000♯,4000♯,鏡面と研磨による表面粗さを
変化させつつ、厚みが5mm程度となるまでセラミック
ユニット1のそれぞれをラップ研磨する。さらに、研磨
済みとなったセラミックユニット1のそれぞれをアルカ
リ性の界面活性剤でもって洗浄し、かつ、中和した後、
パラジュウムアルカリイオン触媒に浸漬し、還元するこ
とによって活性化した。
銅イオンと、ニッケルイオンと、ホルムアルデヒドまた
はその誘導体(例えば、パラホルムアルデヒドやグリオ
キシル酸)と、酒石酸またはその塩とを含んでなる無電
解銅めっき浴を用意する。つまり、具体的には、表1で
示すように、銅の水溶性塩(硫酸銅:CuSO4・5H2
O)と、ニッケルの水溶性塩(硫酸ニッケル:NiSO
4・6H2O)と、錯化剤である酒石酸塩、例えば、酒石
酸ナトリウムカリウム四水和物(ロッシェル塩)(KN
aC4H4O6・4H2O)と、還元剤であるホルムアルデ
ヒド(HCHO)とを含んでおり、各成分の1L(リッ
トル)当たりの添加量(モル)が表1中に記載の通りと
されたうえ、NaOHによってpHが12.7に調整さ
れた無電解銅めっき浴を用意する。なお、この無電解銅
めっき浴には、界面活性剤としてのポリエチレングリコ
ールも添加されている。
れを、表1で示した無電解めっき浴に浸漬し、かつ、こ
の無電解銅めっき浴に空気を吹き込みながら36℃の温
度下で所定の時間にわたるめっき処理を施す。すると、
各セラミックユニット1の表面上には、図1で示すよう
に、無電解銅めっき膜2が全面にわたって形成されるこ
とになり、蛍光X線膜厚計を用いて測定したところによ
れば、無電解銅めっき膜2の膜厚は約3.5μmとなっ
ている。なお、この時、無電解銅めっき膜2が形成され
たセラミックユニット1のいずれにも、銅めっき膜2の
フクレは認められなかった。
る従来同様の無電解銅めっき浴、つまり、具体的には、
表2で示すように、硫酸銅と、EDTAと、ホルムアル
デヒドとを含んでおり、各成分の1L(リットル)当た
りの添加量(モル)が表2中に記載の通りとされたう
え、NaOHによってpHが13に調整された無電解銅
めっき浴を、実施例1で説明した無電解銅めっき浴の比
較例として用意した。なお、この無電解銅めっき浴に
も、界面活性剤としてのポリエチレングリコールが添加
されている。
してセラミックユニット1を浸漬したうえ、膜厚が約
3.5μmの銅めっき膜2が形成されるまで、無電解め
っき浴に対して空気を吹き込みながら37℃の温度下で
所定の時間にわたるめっき処理を施した。しかしなが
ら、比較例にかかる無電解銅めっき浴を使用している際
において、セラミックユニット1が鏡面である場合には
めっき処理中に剥がれてしまうために銅めっき膜2が形
成されず、また、セラミックユニット1の表面粗さが2
000♯及び4000♯である場合には銅めっき膜2に
フクレが発生し、良好な密着性が得られなかった。
ミックユニット1のそれぞれを窒素雰囲気中における6
50℃の温度下で1時間にわたって熱処理し、かつ、各
セラミックユニット1の外周部をセンタレス研磨するこ
とによってTMモードの円板型誘電体共振器を作製し
た。その後、作製された誘電体共振器それぞれの有する
Qo 値を測定してみたところ、表3で示すような測定結
果が得られた。また、セラミックユニット1それぞれの
表面に形成された銅めっき膜2を過硫酸ソーダ溶液でエ
ッチングすることによって除去した後、触針式表面粗さ
計(DEKTAK3ST)を用いてセラミックユニット
1の表面粗さを測定したところ、表4で示すような測定
結果が得られた。
ば、実施例1にかかる無電解銅めっき浴、つまり、微量
のニッケルが添加されており、酒石酸を錯化剤として含
んだ無電解銅めっき浴を使用している場合には、高いQ
o 値を有する誘電体共振器が得られることが分かる。ま
た、表4の測定結果によれば、セラミックユニット1の
表面が鏡面であっても銅めっき膜2にフクレが発生しな
いことが確認される。
っき浴は、銅イオンと、ニッケルイオンと、ホルムアル
デヒドまたはその誘導体と、酒石酸またはその塩とを含
んでおり、かつ、銅イオンの100モルに対するニッケ
ルイオンの添加量が0.01〜1.0モルの範囲内とさ
れていることを特徴とする。そして、図2は誘電体共振
器の一部を破断して示す斜視図であり、この誘電体共振
器は実施例2にかかる無電解銅めっき浴を使用して形成
された銅めっき膜を有している。以下、無電解銅めっき
浴を使用して作製される誘電体共振器の作製手順を説明
することとし、この作製手順に基づきながら実施例2に
かかる無電解銅めっき浴と、これを使用して作製された
電極を有する誘電体共振器とを説明する。
では、まず、BaTi4O9・Ba2Ti9O20とBaSm
2Ti4O12の混合系セラミックからなり、かつ、図2で
示すように、縦3mm×横3mm×高さ5mmの直方体
形状とされたうえで軸心位置に直径1mmの貫通孔3a
が形成されたセラミックユニット3の複数個を用意す
る。そして、0.25モル/L(リットル)のHF水溶
液からなるエッチング液を用意し、かつ、70℃の温度
とされたエッチング液に各セラミックユニット3を10
分間ずつ浸漬することにより、セラミックユニット3そ
れぞれの表面をエッチングする。その後、セラミックユ
ニット3の各々をアルカリ性の界面活性剤で洗浄し、か
つ、中和したうえ、パラジュウムアルカリイオン触媒に
浸漬し、還元することによって活性化した。
程とは別の工程において、銅イオンと、ニッケルイオン
と、ホルムアルデヒドまたはその誘導体と、酒石酸また
はその塩とを含んでなり、かつ、銅イオンに対するニッ
ケルイオンのモル比、いわゆるニッケル濃度が互いに異
なっている複数の無電解銅めっき浴を用意する。すなわ
ち、ここでの無電解銅めっき浴は、表1で示したのと同
じく、硫酸銅と、硫酸ニッケルと、錯化剤である酒石酸
ナトリウムカリウム四水和物と、還元剤であるホルムア
ルデヒドとを含んでおり、NaOHでもってpHが調整
されたものであるが、表5で示すように、各無電解銅め
っき浴における硫酸ニッケルの添加量、つまり、銅イオ
ンの100モルに対するニッケルイオンの添加量が0.
01〜1.5モルと互いに相違している。なお、これら
の無電解銅めっき浴には、ポリエチレングリコールも添
加されている。
に投入したうえ、ニッケル濃度が異なる無電解銅めっき
浴のそれぞれに対してバレルを浸漬する。その後、バレ
ルの回転速度を1RPMとし、36℃の温度を維持する
ようにして無電解銅めっき浴の各々に空気を吹き込みつ
つ、セラミックユニット3それぞれの表面上に約3μm
の膜厚を有する銅めっき膜4が形成されるまでめっき処
理を施す。なお、この際における空気の吹き込み量は、
銅イオンの100モルに対するニッケルイオンの添加量
が0.01〜1.5モルであるため、0.1〜0.5L
(リットル)/minの範囲内となるよう調整されてい
る。
は、銅イオンの100モルに対するニッケルイオンの添
加量が0.01〜1.5モルの範囲内であるにも拘わら
ず、空気の吹き込み量が0.1L/min以下である
と、銅の析出速度が速くなって析出粒子が粗くなり、結
果的には高周波電導性が低下するからである。また、空
気の吹き込み量が0.5L/min以上である場合に
は、銅めっき膜4の応力が高くなってフクレが発生しや
すくなるからであり、空気の吹き込み量は0.2〜0.
4L/minの範囲内であることが好ましい。
ラミックユニット1それぞれの表面上には、その全面に
わたる無電解銅めっき膜4が形成される。そこで、銅め
っき膜4が形成されたセラミックユニット3のそれぞれ
を窒素雰囲気中における650℃の温度下で1時間にわ
たって熱処理した後、各セラミックユニット3の軸心方
向に沿う一方側の端面上に形成された銅めっき膜4を研
磨除去することによって開放面3bを形成すると、図2
で示すような構成とされたTEMモードの誘電体共振器
が得られる。さらに、このようにして作製された誘電体
共振器それぞれの有するQo 値を測定したところ、表5
に付記して示すような測定結果が得られた。
100モルに対するニッケルイオンの添加量が0.01
〜1.0モルの範囲内であれば、誘電体共振器の有する
Qo値が高くなっていることが分かる。すなわち、ここ
では、ニッケルイオンを含む銅を主成分とする銅めっき
膜4が誘導体セラミックからなるセラミックユニット3
の表面に金属膜として形成されているのであり、この銅
めっき膜4は銅に対するニッケルの比率が0.01〜
1.0モル%の範囲内とされた金属膜であることになっ
ている。
モル未満の無電解銅めっき浴である場合には必要とする
膜厚が確保できず、銅めっき膜4のフクレが認められ
た。また、ニッケルイオンの添加量が1.0モルを超え
ている際には、高周波電導性が低下することになり、か
つ、銅めっき膜4の柔軟性が損なわれることに起因して
誘電体共振器の角部における銅めっき膜4が欠損したた
め、Qo 値が低下することも確認されている。
ック素体の表面粗さと銅めっき膜4との関係を説明す
る。まず、表1で示したのと同様の組成とされた無電解
銅めっき浴、つまり、銅イオンと、ニッケルイオンと、
酒石酸塩と、ホルムアルデヒドとを含んでおり、かつ、
銅イオンの100モルに対するニッケルイオンの添加量
が0.2モルとされた無電解銅めっき浴を用意する。
HF水溶液からなる70℃のエッチング液に対してセラ
ミックユニット3の各々を5分,10分,15分,20
分,25分,30分と浸漬時間を変えながら浸漬してエ
ッチングする。次に、エッチング済みとなったセラミッ
クユニット3をバレル内に投入し、かつ、ニッケル濃度
が異なる無電解銅めっき浴のそれぞれに対してバレルを
浸漬する。その後、バレルの回転速度を1RPMとし、
かつ、無電解銅めっき浴の温度を36℃としたうえで空
気を吹き込みつつ、約3μmの膜厚を有する銅めっき膜
4が電極として各セラミックユニット3の表面上に形成
されるまでの所定時間にわたるめっき処理を施す。
いる無電解銅めっき浴、つまり、表2で示したのと同様
の組成とされた無電解銅めっき浴を比較例として用意す
る。さらに、セラミックユニット3をバレル内に投入
し、このバレルを無電解銅めっき浴中に浸漬したうえ、
無電解銅めっき浴に空気を吹き込みながら37℃の温度
下で所定の時間にわたるめっき処理を施すことにより、
約3μmの膜厚となった銅めっき膜4を各セラミックユ
ニット3の表面上に形成した。
ックユニット3のそれぞれを650℃の窒素雰囲気中で
熱処理して誘電体共振器を作製し、かつ、作製された誘
電体共振器それぞれのQo 値を測定してみたところ、表
6で示すような測定結果が得られた。また、各セラミッ
クユニット3の表面上に形成された銅めっき膜4におけ
るフクレの発生状況と、その大きさとを検討してみたと
ころ、表7で示すような検討結果が得られた。
の無電解銅めっき浴である際には銅めっき膜4が形成さ
れなかったり大きなフクレが発生したりするのに対し、
微量のニッケルが添加され、かつ、酒石酸を錯化剤とし
て含む無電解銅めっき浴を使用している際には、エッチ
ング時間が短くてセラミックユニット3の表面に対する
エッチングが弱い場合であっても、銅めっき膜4が剥が
れたりフクレが発生したりすることは起こらないことが
分かる。また、高いQo 値を有する誘電体共振器が得ら
れることも明らかとなっている。
度を説明する。この際においては、縦1.5mm×横
1.5mmの大きさとされた正方形状底面を有する金属
ブロックと、これに連結されたワイヤリングとから構成
されてなる引っ張り試験用治具を用意する。そして、誘
電体共振器それぞれの電極である銅めっき膜4に対して
引っ張り試験用治具を半田づけした後、この引っ張り試
験用治具を銅めっき膜4の法線方向へと引っ張り付勢す
ることにより、銅めっき膜4がセラミックユニット3の
表面から剥離する時までの引っ張り強度(N)を測定し
てみた。すると、表8で示すような測定結果が得られ
た。
ば、本実施例の無電解銅めっき浴、つまり、微量のニッ
ケルが添加され、かつ、酒石酸を錯化剤として含んでな
る無電解銅めっき浴を使用している際には、エッチング
時間が短くても、従来同様の無電解銅めっき浴を使用し
ている場合に比べて強い密着強度が得られることが分か
る。ところで、必要がある際には、無電解銅めっき膜が
形成された誘電体共振器に対し、さらに、電解銅めっき
膜を形成することも行われる。
誘電体共振器のみに限定されることはなく、誘電体共振
器以外の高周波用電子部品に対しても本発明を適用し得
ることは勿論である。すなわち、本発明の実施例では高
周波用電子部品が誘電体共振器であるとしているが、こ
れら実施例の説明によって高周波用電子部品が誘電体共
振器のみに限定されることはないのであり、本発明の適
用される高周波用電子部品が、例えば、誘電体共振器を
用いて構成されるフィルタやディプレクサなどであって
もよく、さらには、誘電体共振器以外の高周波用電子部
品に対して本発明を適用することも可能である。
電解銅めっき浴は、銅イオンと、ニッケルイオンと、ホ
ルムアルデヒドまたはその誘導体と、酒石酸またはその
塩とを含んでいる。また、この無電解銅めっき浴では、
銅イオンの100モルに対するニッケルイオンの添加量
が0.01〜1.0モルの範囲となるように調整されて
いる。そこで、めっき処理時における水素の発生量が少
なくて済むことになり、平滑なセラミック表面に対して
も膜厚の厚い銅めっき膜を形成しやすいこととなるた
め、銅めっき膜にフクレが発生することは起こらず、セ
ラミック素体に対する銅めっき膜の密着性が良好になる
という効果が得られる。
銅めっき浴を使用しためっき処理によって形成された銅
めっき膜を有するもの、具体的には、誘導体セラミック
と、この誘導体セラミックの表面に形成された金属膜と
からなり、かつ、この金属膜が少なくともニッケルイオ
ンを含む銅を主成分とし、銅に対するニッケルの比率が
0.01〜1.0モル%の範囲内とされたものである。
そして、本発明にかかる無電解銅めっき浴を使用してい
る結果、本発明にかかる高周波用電子部品は、膜厚が厚
くて密着性が良好な高周波導体として適切な銅めっき膜
からなる電極を有していることになる。従って、高周波
電導性が良好となり、かつ、この高周波用電子部品にお
けるQo 値が高くなるという効果が確保される。
断して示す斜視図である。
断して示す斜視図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 銅イオンと、ニッケルイオンと、ホルム
アルデヒドまたはその誘導体と、酒石酸またはその塩と
を含んでいることを特徴とする無電解銅めっき浴。 - 【請求項2】 銅イオンの100モルに対するニッケル
イオンの添加量は0.01〜1.0モルの範囲内である
ことを特徴とする請求項1に記載した無電解銅めっき
浴。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の無電解
銅めっき浴を使用しためっき処理によって形成された銅
めっき膜を有していることを特徴とする高周波用電子部
品。 - 【請求項4】 誘導体セラミックと、この誘導体セラミ
ックの表面に形成された金属膜とからなる高周波用電子
部品であって、 前記金属膜は少なくともニッケルイオンを含む銅を主成
分としており、銅に対するニッケルの比率が0.01〜
1.0モル%の範囲内であることを特徴とする高周波用
電子部品。
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