JP2003218518A - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 窒化アルミニウムを主成分とするセラミック
基板内に上下面導通のための導体化されたスルーホール
が形成された回路基板であって、当該スルーホールの位
置精度が極めて高く、上下面の電気抵抗が小さく、セラ
ミック基板に形成したスルーホール内壁と導体化膜との
界面に隙間を発生させることなく、且つ、金属層内部に
亀裂を発生させることのない信頼性の高い回路基板を提
供する。 【解決手段】 窒化アルミニウムを主成分とするセラミ
ック基板の上面及び下面に回路パターンが形成され、上
下両面の回路パターンが導体化されたスルーホールで電
気的に接続された回路基板を製造する際、前記導体化さ
れたスルーホールの形成を、前記セラミック基板にレー
ザー加工によりスルーホールを形成した後、該スルーホ
ールの内壁面に導体化膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板の製造法
に関し、さらに詳しくは上下面導通のための導体化され
たスルーホールを有する回路基板及び該回路基板を用い
た多層回路基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子部品の著しい小型化、高密度
実装化に伴い、電子部品がマウントされる回路基板も高
性能化が望まれている。その方法としては、回路パター
ンを微細化してサイズを縮小する方法、或いは、電子部
品を３次元的に多層化する方法等が採用されている。電
子部品を３次元的に多層化する方法としては、導体化さ
れたスルーホールによって上下両面の回路パターンが電
気的に接続された回路基板を複数積層する方法が採用さ
れ、各層間での所望の導通を確保することによって小型
化、高集積化等に対応すべく回路設計が行われている。
このような３次元高密度配線を有する回路基板は、加工
性が良好な樹脂製の基板を用いたプリント配線基板の分
野では広く実用化されているが、絶縁特性や放熱特性に
優れる窒化アルミニウム系セラミック基板においても需
要が高まっている。

【０００３】窒化アルミニウム系セラミック基板を用い
た上記多層化回路基板の製造に用いられる（複数積層さ
れる）回路基板の製造方法としては、所謂コファイア法
とポストファイア法とが知られている。コファイア法と
は、グリーンシートと呼ばれる焼結前のセラミック前駆
体にスルーホールを穿孔した後に該スルーホールに金属
粉末を有機バインダー中に分散させたペースト状の物質
（以下、金属ペーストともいう）を充填し、ついで脱脂
・焼成する方法である。一方、ポストファイア法とは、
スルーホールが形成されたセラミック焼結体に金属ペー
ストを充填して再焼成する方法であり、スルーホールの
形成方法としては、汎用的な方法としてグリーンシート
を穿孔し、脱脂・焼成する方法、セラミック焼結体に直
接ドリルを用いて加工する方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記、コファイア法及
びポストファイア法によれば、セラミック前駆体又はセ
ラミック基板に形成されたスルーホール内に、金属ペー
ストを充填あるいは印刷し、焼成することにより上下面
の電気的な導通を確保することができる。しかしなが
ら、いずれの方法においても、用いる金属ペーストは有
機バインダーを含んでいるため、その焼成体の導電性は
使用した金属が本来有する導電性よりも低くなってしま
うという問題がある。また、コファイア法では、セラミ
ック基板の焼成と金属ペーストの焼成を同時に行える反
面、１６００℃以上の高温で焼成してスルーホール内に
金属層を形成するため、金属ペーストに用いられる金属
が導電性の点では必ずしも最適でない高融点金属に限定
される。また、両方法においては、焼成された金属ペー
ストとセラミック基板との間に隙間が発生して導通不良
の発生や電気抵抗の上昇が起こったり、基板の上下面に
回路パターンを形成する際にメタライジングされた金属
膜の密着信頼性が低下したりすることがある。さらに、
コファイア法においては、グリーンシートと金属ペース
トを同時に焼成するため両者間の収縮率の差により、基
板内の所望の位置に高精度に導体化されたスルーホール
を形成することが困難であるという問題もある。コファ
イア法において導体化されたスルーホールの位置を高精
度に制御するための試みとしては、使用するグリーンシ
ートのシート密度の変動に応じて、焼結時に収縮する割
合を予め実測し収縮率を算出するテスト（先行テスト）
を行い、その収縮率を基にスルーホールの形成位置を調
整して穿孔した後、金属ペーストを充填あるいは印刷
し、その後、脱脂・焼成する方法、または、実質的に回
路基板として用いない部分に収縮率を制御するためのダ
ミーの導体化されたスルーホールを形成するなどの方法
があるが、これらの方法によっても複雑な形状を有する
回路基板として要求される導体化されたスルーホールの
位置精度を十分に満足することができず、製造歩留りの
面では工業的には十分でなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を重ねてきた。その結果、これま
でセラミック基板の工業的穿孔方法としてはあまり採用
されていないレーザーを用いた穿孔方法を用いて窒化ア
ルミニウム基板にスルーホールを形成し、さらに金属ペ
ーストを用いずに蒸着法により金属膜を形成して該スル
ーホールを導体化した場合には、電気抵抗が小さく、さ
らに上記金属膜がスルーホールに強固に密着した導体化
したスルーホールを高精度に形成できることを見出し、
本発明を完成するに至った。

【０００６】即ち、第一の本発明は、窒化アルミニウム
を主成分とするセラミック基板の上下両面に回路パター
ンが形成され、導体化されたスルーホールによりこれら
両回路パターンが電気的に接続された回路基板を製造す
る方法において、前記導体化されたスルーホールの形成
を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック基板に
レーザー加工によりスルーホールを形成した後、該スル
ーホールの内壁の表面上に(a) チタン、クロム、ニッケ
ル−クロム合金、アルミニウム、モリブデン、タングス
テン、及びセリウムからなる群より選ばれる少なくとも
１種の金属からなる膜、又は(b)窒化物膜及び金属膜が
この順で積層された膜（以下、これら膜を総称して導体
化膜ともいう）を形成することにより行うことを特徴と
する前記回路基板の製造方法である。また、第二の本発
明は、上記第一の本発明の製造方法で製造された回路基
板を複数積層することを特徴とする多層回路基板の製造
方法である。

【０００７】上記第一の本発明の製造方法によれば、ス
ルーホールの導体化に当たって金属ペーストを使用して
いないので、電気抵抗を低くすることが可能で亀裂等を
生じることもない。また、レーザーを使用してセラミッ
ク基板に直接穿孔するため、極めて高い位置精度でスル
ーホールを配置することができるばかりでなく、ドリル
を用いて穿孔した場合と比べてスルーホール壁面と導体
化膜との密着強度が高くなる。また、第二の本発明によ
れば回路パターン間の電気抵抗が低く複雑且つ微細な回
路を有する多層基板を容易に製造することができる。

【０００８】尚、レーザーを用いて穿孔した場合にドリ
ルを用いて穿孔した場合よりも高い密着強度が得られる
ことに関しては、レーザーで穿孔したスルーホール内壁
面をＸ線マイクロアナライザーにより分析をしたとこ
ろ、その表面においてＮが脱離し金属Ａｌが露出してい
る状態であることが確認されたことから、該金属Ａｌと
導体化膜との金属結合により密着性が向上しているもの
と思われる。また、レーザーで加工したスルーホール内
壁面はメカニカルドリルで穿孔した場合の内壁面と比較
して表面粗さが大きいことも密着性に寄与しているもの
と思われる。

【０００９】上記第一の本発明の製造方法の中でも、レ
ーザー加工により形成されたスルーホールの内壁の表面
上に前記(a)又は(b)の膜を形成する際に、同時にセラミ
ック基板の上下面の少なくとも一方の表面上にこれら何
れかの膜を形成して回路パターンを形成する場合には、
効率よく回路基板を製造することができる。また、前記
導体化膜の上に更に金属層（例えば金、銅のような電気
抵抗の小さな金属からなる層）を形成することにより、
電気抵抗を更に低くすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の製造方法では窒化アルミ
ニウムを主成分とするセラミック基板（以下、ＡｌＮ基
板とも言う）の上下両面に回路パターンが形成され、導
体化されたスルーホールによりこれら両回路パターンが
電気的に接続された回路基板を製造するが、このとき、
前記導体化されたスルーホールの形成を、ＡｌＮ基板に
レーザー加工によりスルーホールを形成した後、該スル
ーホールの内壁面に前記導体化膜を形成することにより
行う。

【００１１】本発明において用いられるＡｌＮ基板は、
特に限定されることはなく、例えば、窒化アルミニウム
粉末に焼結助剤を添加して加圧等により成形した後に焼
結することにより得られる板状体、或いは多結晶体を板
状に加工したもの等が好適に使用できる。ＡｌＮ基板の
熱伝導率は高い方が好適であり、１７０Ｗ／ｍＫ以上、
特に２００Ｗ／ｍＫ以上のものが好適に使用される。板
状体の形状は特に限定されないが、切断加工が容易であ
るという観点からその厚さは５０μｍ〜３ｃｍ、特に１
００μｍ〜１ｃｍであるのが好適である。

【００１２】本発明においては、ＡｌＮ基板にレーザー
を用いてスルーホールを形成することが必須である。レ
ーザーを用いて穿孔することにより微細なスルーホール
を所定の位置に精度よく形成することができるばかりで
なく、導体化膜を形成したときにスルーホール壁面と導
体化膜の密着強度を高くすることができる。このとき用
いられるレーザーはＡｌＮ基板を穿孔することが可能な
ものであれば特に制限されることはない。当該レーザー
を例示すれば、半導体レーザーとしてはＹＡＧ（イット
リウム・アルミニウム・ガーネット）レーザー、ガスレ
ーザーとしてはＣＯ_２レーザー、ＫｒＦレーザー、Ａｒ
Ｆレーザー等が挙げられる。レーザーは種類により波長
が異なり、赤外線領域の波長を用いた加工では熱エネル
ギーによる加工、紫外領域の波長を用いた加工では化学
結合を切断することによる加工が行われていると考えら
れている。本発明の製造方法において加工される窒化ア
ルミニウムは半導体性を示す材料であるため、透過／吸
収特性には波長選択性が存在する。単結晶素材であれは
窒化アルミニウムの光学ギャップは約６．１ｅＶである
が、現状のセラミック材料としての窒化アルミニウムは
多結晶体であるため、本発明で実施される穿孔過程にお
いて、紫外光レーザーを用いた場合、上記した両者の加
工原理による穿孔が混在して成されているものと思われ
る。

【００１３】本発明では上記のようにしてレーザーで穿
孔されたスルーホール内壁面に導体化膜を形成してスル
ーホールの導体化を行う。上記導体化膜としては、Ａｌ
Ｎ基板のスルーホール壁面と強固に密着するという理由
から(a) チタン、クロム、ニッケル−クロム合金、アル
ミニウム、モリブデン、タングステン、及びセリウムか
らなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる
膜、又は(b)窒化物膜及び金属膜がこの順で積層された
膜が採用される。上記窒化物膜としては、窒化タンタ
ル、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、及び窒化ホウ素
からなる群より選ばれる少なくとも1種の膜が挙げられ
る。

【００１４】前記導体化膜の形成方法は特に制限され
ず、セラミック基板上に膜を形成する方法として知られ
ている公知の製膜方法の中から金属の材質に応じて適用
可能な方法が制限なく採用できる。このような製膜方法
としては、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ）等の乾式製膜法、メッキ法等の湿式製膜法、および
印刷法が使用できる。なお、物理蒸着法としては、真空
蒸着法として、抵抗加熱、電子ビーム、高周波、または
レーザー加熱を用いた通常の真空蒸着法、フラッシュ蒸
着法、ガス散乱蒸着法、電界蒸着法、反応性蒸着法、分
子線エキタピシー（ＭＢＥ）法が；イオンインプレーテ
ィング法として、ＤＣイオンインプレーティング法（Ｍ
ａｔｔｏｘ法、ＡＲＥ法）、高周波（ＲＦ）イオンイン
プレーティング法、イオンビーム蒸着法、ＨＤＣ法、ア
ーク放電型イオンインプレーティング法、クラスタイオ
ンビーム蒸着法等が；スパッタリング法としてＤＣスパ
ッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロン
スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法が挙
げられる。また、化学蒸着法としては、熱ＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ
法、プラズマ重合法等が挙げられる。これらの中でも真
空蒸着法、スパッタリング法、及び化学蒸着（ＣＶＤ）
法は高純度の金属を膜厚精度よく形成可能であるため特
に好適に採用できる。なお、導体化膜は、基板の上下面
の導通をとることができるように形成されていればよ
く、穿孔されたスルーホール内壁面の一部又は全面を覆
うように形成されていてもよいし、或いはスルーホール
を完全に塞ぐように形成されてもよい。しかしながら、
導通の確実性の観点から、スルーホール内壁面の全面を
０．１μm以上の厚さで均一に覆うように形成するか若
しくはスルーホールを完全に塞ぐように形成するのが好
適である。

【００１５】また、本発明の製造方法においては、スル
ーホールの電気抵抗をより低くするために上記のように
して形成した導体化膜上に更に、金属層（以下、第二金
属層ともいう）、特に導体化膜を構成する金属よりも電
気抵抗の低い金属からなる層を形成するのが好適であ
る。第二金属層を構成する金属の種類は、コスト、用途
などの目的により適宜選択することができる。例えば、
長期安定性が求められる場合は、金、白金等の貴金属が
好適である。また、高電流用途の場合は銅、金などが好
適である。また、コストが重要視される場合は、銅、ニ
ッケル、アルミニウム等が好適である。また、銀−錫系
ハンダ、鉛−錫系ハンダ、金−錫系ハンダ、インジウム
−銀系ハンダ等のハンダ材も使用可能である。これら金
属層の形成法は特に制限されること無く、前記した方法
が制限無く採用できるが、製造時間が短縮され、効率よ
くＡｌＮ基板の上下面導通を確保するための第二金属層
を形成することができることから、メッキ法またはスポ
ット溶接法を採用するのが好ましい。メッキ法として
は、液相から金属を析出できる方法が制限無く採用で
き、操作の簡便性から電解メッキ法を採用するのが特に
好ましい。また、スポット溶接法としては、ディスペン
サーなどの充填機によりペースト状のハンダ材を表面に
導体化膜が形成されたスルーホール内に充填して、レー
ザー等を用いて溶着する方法が好適に採用される。

【００１６】本発明の製造方法で製造される回路基板
は、上記のようにして形成された導体化されたスルーホ
ールによって電気的に接続される回路パターンを基板の
上下両面に有するものであるが、これら回路パターンの
形成方法は特に限定されず、ＡｌＮ基板表面をメタライ
ジングしてからメタライジングで形成された金属膜上に
レジストパターンを形成し金属膜の不要部分をエッチン
グ等により除去した後にレジスト剥離を行う方法、Ａｌ
Ｎ基板上にレジストパターンを形成した後に金属膜の形
成を行い、所望の位置をメタライジングした後にレジス
ト及び不要な金属膜を同時に除去するリフトオフ法等に
より形成することができる。本発明においては、ＡｌＮ
基板との密着性が良好な回路パターンを形成でき、しか
も製造工程が簡略化できるという観点から、ＡｌＮ基板
の上面又は下面に回路パターンを形成する方法として
は、上記したようなメタライジング工程を含む方法を採
用し、さらにその時のメタライジングを、導体化される
前のスルーホールを有するＡｌＮ基板のメタライジング
しようとする面上に前記導体化膜（及び必要に応じて第
二金属層）と同じ膜をスルーホールの導体化時に併せて
形成するのが好適である。なお、このようなメタライジ
ング工程を経て形成された回路パターンには、抵抗、コ
ンデンサ、インダクターなどの素子が含まれていてもよ
い。

【００１７】本発明の製造方法により製造される代表的
な回路基板の垂直断面図（スルーホールの中心を通るよ
うに基板を底面に対して垂直に切断したときの断面図）
及び水平断面図（セラミック基板の厚さ１／２のところ
で基板底面に対して水平に切断したときの断面図）を図
１〜図３に示す。図１に示される回路基板においては、
ＡｌＮ基板１００にレーザー加工により穿孔されたスル
ーホール内壁面にスパッタ法によりＴｉ膜１１０及びＣ
ｕ膜１２０がこの順で形成され、さらにＣｕ膜１２０上
にメッキ法によりＣｕ膜１３０が形成されている。ま
た、（i）はメッキ時間が短くスルーホールがＣｕ膜１
３０で塞がれていない場合、（ii）は、メッキ時間が長
くスルーホールがＣｕ膜１３０で塞がれている場合の例
である。また、図２に示される回路基板においては、Ａ
ｌＮ基板１００にレーザー加工により穿孔されたスルー
ホール内壁面にスパッタ法によりＴｉ膜１１０、Ｐｔ膜
１２１、及びＡｕ膜１３１がこの順に形成され、更にＡ
ｕ膜１３１上にメッキ法によりＡｕ膜１４０が形成され
ている。図１と同様に、（i）と（ii）との違いはメッ
キ時間である。さらに図３に示される回路基板は、Ａｌ
Ｎ基板１００にレーザー加工により穿孔されたスルーホ
ール内壁面にスパッタ法によりＴｉ膜１１０、Ｐｔ膜１
２１、及びＡｇ膜１３２が形成され、さらにＡｇ膜１３
２上にスポット溶接法によりハンダ膜１５０が形成され
ている。（i）はクリームハンダをスルーホール印刷し
た後にスポット溶接してハンダ膜を形成した場合、（i
i）はクリームハンダを充填してスポット溶接した場合
の例である。

【００１８】以下、上記した図１に示される構造の回路
基板を製造する場合を例に、本発明の製造方法について
更に詳しく説明する。該回路基板を製造するに際して
は、先ず、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック
基板をレーザー加工装置の試料台へセットして、２６６
ｎｍの波長のＹＡＧレーザーをレンズ等で構成される光
学系を通して、周波数３００Ｈｚ、０．１ｍＪ／パルス
の条件で、９００パルス繰り返し照射することにより、
該基板にスルーホールを形成する。当該スルーホールの
直径は特に限定されることはないが、通常、０．０１ｍ
ｍ〜５ｍｍであり、好適には０．０３ｍｍ〜１ｍｍであ
る。

【００１９】次に、穿孔されたスルーホールを有するＡ
ｌＮ基板を、金属膜形成のために、多元成膜が可能なス
パッタリング装置の基板ホルダー部にセットすると共に
当該基板ホルダーに対向するようにＴｉがマウントされ
たターゲットに高周波印加電極をセットし、系内を真空
引きし、スパッタリングを行うための真空度（５×１０
^−６Ｔｏｒｒ）に到達したら、アルゴンガスをスパッタ
リング装置に供給してスパッタリングを行うための圧力
となるように圧力調整バルブを制御する。そしてその
後、高周波電源から１３．５６ＭＨｚの周波数で高周波
を所定の出力となるように高周波印加電極へチューニン
グ回路を通して導き、ターゲット−基板ホルダー間で高
周波アルゴンプラズマを発生させて、ＡｌＮ基板上へＴ
ｉを所望の膜厚となるように形成する。引続き、Ｃｕを
スパッタリングするためにＣｕがマウントされたターゲ
ットに対向するように基板ホルダーをセットして、上記
と同じような作業によりＣｕを所望の膜厚になるように
形成する。Ｔｉ、Ｃｕの厚みは予め材料毎に成膜速度
（スパッタ時間に対する形成膜厚の関係）を見積もって
おき、スパッタ時間により制御する。ＡｌＮ基板は加熱
してもしなくてもよいが（室温のままでもよい）、Ａｌ
Ｎ基板と金属膜との密着性を考慮すれば加熱することが
好ましい。

【００２０】その後、Ｔｉ及びＣｕのスパッタ膜が形成
された基板をスパッタリング装置から取出し、Ｃｕスパ
ッタ膜上へのＣｕメッキを引き続き行う。メッキ法とし
ては従来のメッキ法が特に制限無く使用できる。例え
ば、電解Ｃｕメッキを行う場合、メッキ浴中に硫酸銅水
溶液等からなる電解Ｃｕメッキ液に、必要に応じて種々
のレベラー、ブライトナー、ポリマー等の添加剤を加え
て通電することにより表面に露出した下地膜（Ｃｕスパ
ッタ膜）上にＣｕを析出させメッキすることができる。
電解メッキ液としては上記硫酸銅系やピロ燐酸銅系が一
般的に使用される。また、添加剤としてはＮ，Ｎ−ジメ
チルジチオカルバミン酸系のナトリウム塩等のブライト
ナー；アセトアミド等のレベラー；ポリビニルアルコー
ル等のポリマー等が一般的に使用される。これらの添加
剤は電解メッキにおいて得られるＣｕメッキ膜の表面光
沢を向上させたり、膜厚を均一にしたりする為に用いら
れる。また、メッキ処理に際しては、形成されるＣｕメ
ッキ膜の密着性がより向上することから、露出した下地
膜の表面すなわちＣｕスパッタ膜の表面を過硫酸ナトリ
ウムや硫酸−過酸化水素系のエッチング液で０．１〜
０．５μｍ程度エッチングして、後にメッキ処理を行な
うのが好適である。

【００２１】上記の様にして製造された回路基板は、そ
のままの状態で半導体素子を搭載するためのサブマウン
トや放熱基板として使用することもできるが、これらを
複数積層して（場合によっては、回路パターン形成以前
の導体化されたスルーホールを有するセラミック基板を
積層して）多層回路基板として使用することもできる。
多層回路基板を製造する場合において、上記回路基板を
積層する方法は、ろう材、ハンダ材等の金属を介して接
合する方法であれば、特に限定されず、例えば、活性金
属ろう付法、SQ法などにより行うことができる。

【００２２】

【実施例】以下に、本発明を更に具体的に説明するため
に実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。尚、以下の実施例及び比較例におい
て、各種物性の評価は以下の（１）〜（５）に示す方法
によって行った。

【００２３】（１）レーザー加工により形成されたスル
ーホールの位置精度 ＡｌＮ基板に形成されたスルーホールのうち、最も離れ
た位置に配置する二つのスルーホールの中心間距離を、
メジャースコープを用いて測定した。測定は、縦横各５
箇所、計１０箇所について行い、その平均値と初期設計
値との差を算出した。

【００２４】（２）スルーホール内壁面に形成された導
体化膜の膜厚 同時にスパッタ及びメッキあるいはスパッタ及びスポッ
ト溶接した測定専用のＡｌＮ基板を板厚が半分になるま
で片面研磨した。金属層の膜厚は、Ｘ線マイクロアナラ
イザーにより観察することにより測定した。測定は、任
意のスルーホールについて計２０箇所行い、その平均値
をスルーホール内壁面に形成された金属層の膜厚とし
た。

【００２５】（３）導体化されたスルーホール及びビア
ホールの電気抵抗 導体化されたスルーホールあるいはビアホールを有する
ＡｌＮ基板を、幅０．３ｍｍのブレードを用い、ダイシ
ングマシンにてサイズ^□７．０±０．０５ｍｍの小チッ
プ形状に切断し、中央部分に導体化されたスルーホール
あるいはビアホールが１個配置した小チップを作製し
た。小チップの片面を厚み０．３ｍｍ^ｔの銅板に、Ｓｎ
６０重量％、Ｐｂ４０重量％の組成のハンダ材を用いて
ハンダ付けした。導体化されたスルーホールあるいはビ
アホール上に針状のプローブを接触させ、４端子法にて
電気抵抗を測定した。測定は、１０チップについて行
い、その平均値を導体化されたスルーホール及びビアホ
ールの電気抵抗値とした。

【００２６】（４）ＡｌＮ基板に形成したスルーホール
内壁と導体化膜及び第二金属層との界面に発生する隙
間、金属層内部に発生する亀裂の有無 この評価は、金属層により完全に埋設されたスルーホー
ル即ちビアホールを有するＡｌＮ基板（図１〜３のいず
れも(ii)のタイプ）を用いて行なった。ＡｌＮ基板をビ
アホールのほぼ中央で切断し、この切断面に鏡面加工を
施した後、金属顕微鏡（×４００）により観察し、評価
した。

【００２７】（５）ＡｌＮ基板とスルーホール部に形成
された金属層との密着強度 （４）の評価が終了した基板を用い、さらに該切断面上
にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの薄膜を形成後、Ｎｉメッキしたピ
ンを金属層で完全に埋設されたスルーホール断面に接触
するように、垂直にハンダ付けした。ピンは、先端が平
坦で、ピン径φ０．２ｍｍ、４２−アロイ製であり、ハ
ンダ材は、（３）で使用したものと同一組成のものを使
用した。これを、（株）東洋精機製作所製ストログラフ
Ｍ２にセットし、ピンを垂直方向に引っ張った際の破壊
強度を測定した。引っ張り速度は、１０ｍｍ／分とし
た。また、剥離モードは、試験後のピン及び該チップの
破壊面を、実体顕微鏡（×４０）、金属顕微鏡（×４０
０）及びＸ線マイクロアナライザーにより観察すること
により調べた。測定は、任意のスルーホールについて計
１０箇所行い、その平均値をＡｌＮ基板とスルーホール
部に形成された金属層との密着強度とした。

【００２８】実施例１ 波長２６６ｎｍのＹＡＧレーザーを用いて、^□５０．８
×０．３５ｍｍ^ｔのＡｌＮ基板にレーザー入射側の直径
が約６５μｍで反対側の直径が約４０μｍのスルーホー
ルが縦横７．０ｍｍピッチで６×６個並んだものを作製
した。次に、ＡｌＮ基板の表面粗さがＲａ≦０．８μｍ
になるように研磨加工をし、Ｒａ＝０．２７μｍ、厚み
＝０．２５ｍｍ^ｔの基板を得た。加工後の基板のスルー
ホールのサイズを測定したところ、レーザー入射側の直
径が約６０μm、反対側の直径が約４５μｍであった。
また、スルーホールの位置精度を測定したところ、平均
４．８μｍ（２〜８μｍ）であった。

【００２９】続いて、この基板の上下両面の全面に第１
層／第２層＝Ｔｉ：０．７μｍ／Ｃｕ：２．１μｍの積
層体からなる薄膜導体化膜をスパッタ法により形成し
た。スルーホール内壁面に形成されたスパッタ膜の膜厚
を測定したところ、Ｔｉ、Ｃｕ合わせて、約１．０μｍ
であった。

【００３０】次に基板の導体化されたスルーホールの内
壁面にＣｕメッキ膜を形成するため、当該基板をメッキ
用の基板ホルダーにセットして過硫酸ナトリウム溶液で
前処理後、硫酸銅が入ったメッキ浴へ浸漬した。そして
電極間に３Ａ／ｄｍ^２の電流密度で定電流電源から電流
を供給して電解メッキを該基板表面のＣｕの厚みが約１
２μｍとなるまで行った。メッキ時間は約１０分であっ
た。このようにして図１（i）に示すような構造を有す
るＡｌＮ回路基板を得た。スルーホール内壁面に形成さ
れた金属層の厚みは、スパッタによるＴｉ／Ｃｕ膜及び
メッキによるＣｕ膜合わせて、約１０．６μｍであっ
た。

【００３１】次にこのスパッタによるＴｉ／Ｃｕ膜及び
メッキによるＣｕ膜が形成された前記基板を小チップ内
に該スルーホールが１箇所となるように^□７．０±０．
０５ｍｍにダイシングマシンにて切断した。該チップの
電気抵抗（上下面の導通抵抗）を測定したところ、約
４．２ｍΩであった。

【００３２】実施例２ 実施例１でメッキ時間を６０分に変更した以外は、実施
例１と同様にした。その結果、基板表面のメッキによる
Ｃｕ膜の厚みは、約７３μｍであった。得られた基板の
スルーホール内は、金属層で完全に埋設されており、図
１（ii）に示すような断面構造を有していた。このよう
に、メッキ時間を延長することで、スルーホールの内部
に形成される金属層の厚みを厚くし、最終的にはスルー
ホール内全体が金属層で完全に埋設された状態の所謂金
属ビアホールを作製することも可能である。

【００３３】実施例１と同様に電気抵抗を測定したとこ
ろ、２．７ｍΩであった。ＡｌＮ基板に形成したスルー
ホール内壁とＴｉ／Ｃｕスパッタ膜さらにはＣｕメッキ
層との界面に隙間は無く、また、Ｃｕメッキ層内部に亀
裂の発生は無かった。また、ＡｌＮ基板と金属ビアホー
ルとの密着強度は、９．２ｋｇ／ｍｍ^２であり、剥離モ
ードは、全てハンダ内破壊であった。

【００３４】実施例３ 実施例１で作成した厚み＝０．３０ｍｍ^ｔの基板の上下
両面の全面に第１層／第２層／第３層＝Ｔｉ：０．９μ
ｍ／Ｐｔ：１．２μｍ／Ａｕ：２．８μｍの積層体から
なる薄膜導体化膜をスパッタ法により形成した。スルー
ホール内壁面に形成されたスパッタ膜の厚みを測定した
ところ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ合わせて、約１．６μｍであ
った。

【００３５】次に該基板の導体化されたスルーホールの
内壁面にＡｕメッキ膜を形成するため、当該基板をメッ
キ用の基板ホルダーにセットして過硫酸ナトリウム溶液
で前処理後、シアン化金メッキ浴へ浸漬した。そして電
極間に１．５Ａ／ｄｍ^２の電流密度で定電流電源から電
流を供給して電解メッキを該基板表面のＡｕの厚みが１
０μｍとなるまで行った。メッキ時間は約６分であっ
た。このようにして図２（i）に示す断面構造を有する
ＡｌＮ基板を得た。スルーホール内壁面に形成された金
属層の厚みは、スパッタによるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜及び
メッキによるＡｕ膜合わせて、約９．６μｍであった。

【００３６】次にこのスパッタによるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ
膜及びメッキによるＡｕ膜が形成された前記基板を小チ
ップ内に該スルーホールが１箇所となるように^□７．０
±０．０５ｍｍにダイシングマシンにて切断した。該チ
ップの電気抵抗を測定したところ、約５．８ｍΩであっ
た。

【００３７】実施例４ 実施例３でメッキ時間を４０分に変更した以外は、実施
例３と同様にした。その結果、基板表面のメッキによる
Ａｕ膜の厚みは、６４μｍであった。得られた基板のス
ルーホール内は、金属層で完全に埋設されており、図２
（ii）に示すような断面構造を有していた。実施例３と
同様に電気抵抗を測定したところ、３．５ｍΩであっ
た。ＡｌＮ基板に形成したスルーホール内壁とＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕスパッタ膜さらにはＡｕメッキ層との界面に隙
間は無く、また、Ａｕメッキ層内部に亀裂の発生は無か
った。ＡｌＮ基板と金属ビアホールとの密着強度は、
８．４ｋｇ／ｍｍ^２であり、剥離モードは、全てハンダ
内破壊であった。

【００３８】実施例５ 実施例１で作成した厚み＝０．３０ｍｍ^ｔの基板の上下
両面の全面に第１層／第２層／第３層＝Ｔｉ：０．６μ
ｍ／Ｐｔ：０．６μｍ／Ａｇ：２．８μｍの積層体から
なる薄膜導体化膜をスパッタ法により形成した。スルー
ホール内壁面のスパッタ膜の厚みを測定したところ、Ｔ
ｉ、Ｐｔ、Ａｇ合わせて、約１．３μｍであった。次に
該基板の導体化されたスルーホール内にＡｇ３．５重量
％、Ｓｎ９６．５重量％の組成のクリームハンダ材を印
刷し、スポット溶接法により、基板端部のスルーホール
から順番にハンダ材を溶融させた。このようにして図３
（i）に示す断面構造を有するＡｌＮ基板を得た。スル
ーホール内壁面に形成された金属層の厚みは、スパッタ
によるＴｉ／Ｐｔ／Ａｇ膜及びスポット溶接法によるハ
ンダ層合わせて、約１０．２μｍであった。

【００３９】次にこのスパッタによるＴｉ／Ｐｔ／Ａｇ
膜及びスポット溶接によるクリームハンダ層が形成され
た前記基板を小チップ内に該スルーホールが１箇所とな
るように^□７．０±０．０５ｍｍにダイシングマシンに
て切断した。該チップの電気抵抗を測定したところ、約
３１．３ｍΩであった。

【００４０】実施例６ 実施例５で作製した、スパッタによるＴｉ／Ｐｔ／Ａｇ
膜が形成された基板のスルーホール内に実施例５と同一
組成のクリームハンダを充填し、スポット溶接法によ
り、基板端部のスルーホールから順番にハンダ材を溶融
させた。その結果、得られた基板のスルーホール内は、
金属層で完全に埋設されており、図３（ii）に示すよう
な断面構造を有していた。実施例３と同様に電気抵抗を
測定したところ、１８．７ｍΩであった。ＡｌＮ基板に
形成したスルーホール内壁とＴｉ／Ｐｔ／Ａｇスパッタ
膜さらにはクリームハンダ層との界面に隙間は無く、ま
た、クリームハンダ層内部に亀裂の発生は無かった。Ａ
ｌＮ基板と金属ビアホールとの密着強度は、７．９ｋｇ
／ｍｍ^２であり、剥離モードは、全てハンダ内破壊であ
った。

【００４１】比較例１ 実施例１で作製した厚み＝０．３５ｍｍ^ｔの基板のスル
ーホール内にＡｇ９９．１重量％、Ｐｔ０．９重量％の
組成のペーストを充填し、１５０℃で１０分間乾燥させ
た後、大気中８５０℃で１０分間焼成した。得られた基
板のスルーホール内壁と金属層との界面には、隙間が発
生していた。次に、該基板の表面粗さがＲａ≦０．８μ
ｍになるように研磨加工をし、Ｒａ＝０．３３、厚み＝
０．２５ｍｍ^ｔの基板を得た。加工後の導体化されたス
ルーホールの径は、レーザー入射側の直径が約６１μ
ｍ、反対側の直径が約４８μｍであった。

【００４２】続いて、この基板の上下両面の全面に第１
層／第２層／第３層＝Ｔｉ：０．６μｍ／Ｐｔ：０．６
μｍ／Ａｕ：１．２μｍの積層体からなる薄膜導体化膜
をスパッタにより形成した。実施例１同様に電気抵抗を
測定したところ、約７２．５ｍΩであった。ＡｌＮ基板
に形成したスルーホール内壁とＡｇペースト層との界面
に隙間が発生していた。ＡｌＮ基板と金属層との密着強
度は、２．１ｋｇ／ｍｍ^２であり、剥離モードは、Ａｌ
Ｎ基板とペーストで形成した金属層との界面、あるい
は、ペーストで形成した金属層とスパッタにより形成し
た薄膜導体化膜との界面であった。

【００４３】比較例２ 堀場製作所製遠心粒度分布装置ＣＡＰＡ５００で測定し
た沈降法による平均粒径が１．６０μｍで、比表面積が
２．５０ｍ^２／ｇであり、比表面積をＳ（ｍ^２／ｇ）と
した時に「Ｄ（μｍ）＝６／Ｓ×３．２６」から算出さ
れる平均粒径（Ｄ）が０．７４μｍの窒化アルミニウム
粉末１００重量部に焼結助剤として、比表面積１２．５
ｍ^２／ｇの酸化イットリウム粉末５重量部、有機バイン
ダー及び分散剤としてメタクリル酸ブチル１５重量部、
可塑剤としてジオクチルフタレート５重量部を添加し、
トルエンを溶剤としてボールミルで混合した。このスラ
リーを脱泡後、ドクターブレード法により厚さ０．４ｍ
ｍのシート状に成形した。このグリーンシートから長さ
６４ｍｍ、幅６４ｍｍのシートを切り出し、パンチング
法により直径８０μｍのスルーホールを縦横８．４ｍｍ
ピッチで６×６個並んだものを作製し、ＡｌＮ基板の構
成材と同一のＡｌＮ粉末５重量部を添加したタングステ
ンペーストをスルーホール内に充填した。このようにし
て作製したタングステンビアホールを有するグリーンシ
ートを加湿水素中７５０℃で脱脂し、その後、脱脂体を
窒化アルミニウム製セッターに入れ、乾燥窒素中、１８
０５℃で６時間加熱することにより、タングステンビア
ホールを有する^□５０．８ｍｍ、厚さ＝０．３２ｍｍ^ｔ
のＡｌＮ基板を得た。該ＡｌＮ基板の表面粗さがＲａ≦
０．８μｍになるように研磨加工をし、Ｒａ＝０．２４
μｍ、厚み＝０．２５ｍｍ^ｔの基板を得た。加工後の基
板のタングステンビアホールのサイズを測定したとこ
ろ、直径は、表裏両面とも約６５μｍであった。また、
タングステンビアホールの位置精度を測定したところ、
平均６７μｍ（５〜９０μｍ）であった。

【００４４】続いて、この基板の上下両面の全面に第１
層／第２層／第３層＝Ｔｉ：０．６μｍ／Ｐｔ：０．６
μｍ／Ａｕ：１．２μｍの積層体からなる薄膜導体化膜
をスパッタ法により形成した。実施例１と同様に電気抵
抗を測定したところ、約６０．６ｍΩであった。ＡｌＮ
基板に形成したスルーホール内壁とタングステンビアホ
ールとの界面に隙間は無かったが、タングステンビアホ
ール内部に一部亀裂が発生した。ＡｌＮ基板とタングス
テンビアホールとの密着強度は、１０．１ｋｇ／ｍｍ^２
であり、剥離モードは、全てハンダ内破壊であった。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、ＡｌＮ基板の上下両面
に回路パターンが形成され、両回路パターンが導体化さ
れたスルーホールで電気的に接続された回路基板であっ
て、上下面間の電気抵抗が小さく、さらに上記回路パタ
ーンがスルーホールに強固に密着した回路基板を簡便に
効率よく製造することができる。また、本発明の製造方
法で製造される回路基板においては、スルーホール壁面
と、該壁面に密着する導体化膜との間の密着強度が高
く、さらに導体化膜と第二金属層との間の密着強度も高
い。また、導体化膜及び第二金属層内に亀裂が発生する
ことがないので上下面の導通の信頼性が高い。さらに、
本発明によれば微細な導体化されたスルーホールが複雑
に配置された基板も高精度で製造することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本図は、本発明の製造方法において製造され
る代表的な回路基板の垂直及び水平断面図である。

【図２】 本図は、本発明の製造方法において製造され
る別の代表的な回路基板の垂直及び水平断面図である。

【図３】 本図は、本発明の製造方法において製造され
る別の代表的な回路基板の垂直及び水平断面図である。

【符号の説明】

１００：ＡｌＮ基板 １１０：Ｔｉスパッタ膜 １２０：Ｃｕスパッタ膜 １２１：Ｐｔスパッタ膜 １３０：Ｃｕメッキ層 １３１：Ａｕスパッタ膜 １３２：Ａｇスパッタ膜 １４０：Ａｕメッキ層 １５０：ハンダ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｔ Ｘ Ｆターム(参考） 5E317 AA24 BB04 BB11 BB12 BB13 BB14 BB15 BB16 BB17 BB18 CC25 CC32 CC33 CC52 CC60 CD32 GG01 GG11 5E346 AA43 CC19 EE01 FF05 FF06 FF07 FF08 FF09 FF10 FF13 FF14 FF17 GG15 HH07 HH40

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化アルミニウムを主成分とするセラミ
   ック基板の上下両面に回路パターンが形成され、導体化
   されたスルーホールによりこれら両回路パターンが電気
   的に接続された回路基板を製造する方法において、前記
   導体化されたスルーホールの形成を、窒化アルミニウム
   を主成分とするセラミック基板にレーザー加工によりス
   ルーホールを形成した後、該スルーホールの内壁の表面
   上に(a)チタン、クロム、ニッケル−クロム合金、アル
   ミニウム、モリブデン、タングステン、及びセリウムか
   らなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる
   膜、又は(b)窒化物膜及び金属膜がこの順で積層された
   膜を形成することにより行うことを特徴とする前記回路
   基板の製造方法。
2. 【請求項２】 レーザー加工により形成されたスルーホ
   ールの内壁の表面上に前記(a)又は(b)の膜を形成する際
   に、同時にセラミック基板の上下面の少なくとも一方の
   表面上にこれら何れかの膜を形成して回路パターンを形
   成することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 【請求項３】 前記スルーホールの内壁の表面上に形成
   された前記(a)又は(b)の膜上に、更に金属層を形成する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の製造
   方法で製造された回路基板を複数積層することを特徴と
   する多層回路基板の製造方法。