JP2007324522A - Method of manufacturing metallized ceramic substrate - Google Patents

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聡 望月
Yasuyuki Yamamoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a metallized ceramic substrate having high reliability and adequate adhesion strength, by forming a metal film directly on a ceramic substrate through electroless plating. <P>SOLUTION: A method of manufacturing a metallized ceramic substrate comprises a process (A) of preparing a material substrate, consisting of a ceramic substrate that may have a conductive layer or a conductive paste layer on its surface; a process (B) of forming a ceramic paste layer on the material substrate and of baking the ceramic paste layer to form a sintered ceramic layer; and a process (C) of forming a metal film on the sintered ceramic layer through electroless plating. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、メタライズドセラミック基板を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a metallized ceramic substrate.

セラミック基板表面に金属膜を形成するメタライズドセラミック基板の製造方法としては、セラミック基板表面に乾式薄膜法(蒸着法など)により金属膜を形成する方法や、無電解メッキ処理を行う方法が提案されている。また、厚膜ペーストをスクリーン印刷などで塗布して焼成することで金属膜を得る方法がある。   As a method of manufacturing a metallized ceramic substrate for forming a metal film on the surface of the ceramic substrate, a method of forming a metal film on the surface of the ceramic substrate by a dry thin film method (evaporation method, etc.) or a method of performing an electroless plating process has been proposed. Yes. There is also a method of obtaining a metal film by applying a thick film paste by screen printing or the like and baking it.

これら方法の中でも無電解メッキ法は、高価な設備を必要とすることなく、プロセスの自動化も可能で、複雑な形状への製膜が可能であるといった利点があり、工業的にも実用化されている。   Among these methods, the electroless plating method has the advantage that it can be automated and does not require expensive equipment, and can be formed into a complicated shape, and is practically used industrially. ing.

セラミック基板の表面に無電解メッキに法により直接金属膜を形成する場合には、金属膜の密着力を向上させるために、前処理が重要であり、特に表面の粗面化は不可欠の前処理となっている。表面粗化方法としては、一般に、NaOH、KOHなどの強アルカリ液、Na2CO3、K2CO3、NH3などの弱アルカリ液やH2SO4、HCl、HFなどの酸
性液を用いてエッチングする化学的な処理方法と、ホーニングや砥粒を用いたラビングなどの物理的な処理方法とがあり、セラミック基板の種類に応じてそれぞれ適した前処理方法が開発されている。
When a metal film is directly formed on the surface of a ceramic substrate by electroless plating, pretreatment is important to improve the adhesion of the metal film, especially roughening the surface is an essential pretreatment. It has become. As a surface roughening method, generally, a strong alkaline solution such as NaOH or KOH, a weak alkaline solution such as Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 or NH 3 or an acidic solution such as H 2 SO 4 , HCl or HF is used. There are chemical processing methods for etching and physical processing methods such as rubbing using honing and abrasive grains, and pretreatment methods suitable for each type of ceramic substrate have been developed.

たとえば、高い熱伝導性を有するために配線基板材料として有用な窒化アルミニウム焼結体基板の表面に無電解メッキを施す際には、前処理としてNaOH溶液を用いたエッチングを行うことにより、基板の結晶粒界を優先的に溶出せしめて表面を粗面化し、投錨効果(アンカー効果)によりメッキ層の密着性が高めることが行われている(非特許文献1
、2及び特許文献1参照)。
J. Electrochem. Soc., 133, p.2345(1986) 逢坂哲彌、浅田敏明、中島英治、小岩一郎、内海和明:金属表面技術協会第76回講演大会要旨集、p.176(1988) 特開平9−184076号公報
For example, when electroless plating is performed on the surface of an aluminum nitride sintered body substrate that is useful as a wiring board material because of its high thermal conductivity, etching using a NaOH solution is performed as a pretreatment, thereby Grain boundaries are preferentially eluted to roughen the surface, and the adhesion of the plating layer is enhanced by the anchoring effect (anchor effect) (Non-Patent Document 1)
2 and Patent Document 1).
J. Electrochem. Soc., 133, p.2345 (1986) Tetsuaki Osaka, Toshiaki Asada, Eiji Nakajima, Ichiro Koiwa, Kazuaki Utsumi: Abstracts of the 76th Annual Conference of the Metal Surface Technology Association, p. 176 (1988) JP-A-9-184076

このように、粗面化処理は無電解メッキによりセラミック基板の表面上に直接金属膜を形成する際に必要なものとなっているが、粗面化処理として化学的処理、物理的処理の何れを採用しても、セラミック基板はダメージを受ける。このため、粗面化処理の条件が厳しすぎると基板へのダメージが大きくなり、機械的強度が低下してしまうなどの問題が発生する。その反面、粗面化処理が不充分であるとセラミックとメッキ被膜との密着が十分得られない。   As described above, the surface roughening treatment is necessary when the metal film is directly formed on the surface of the ceramic substrate by electroless plating. Either the chemical treatment or the physical treatment can be used as the surface roughening treatment. Even if is adopted, the ceramic substrate is damaged. For this reason, if the conditions of the roughening treatment are too severe, damage to the substrate will increase and problems such as reduction in mechanical strength will occur. On the other hand, if the roughening treatment is insufficient, adhesion between the ceramic and the plating film cannot be obtained sufficiently.

特に、塩基性水溶液と容易に化学反応を起こして分解されやすい窒化アルミニウムを主成分とする基板を、塩基性水溶液でエッチングした場合には、次のような問題が発生することがあった。
1)エッチングによる基板に対するダメージにより曲げ強度などの機械的物性が低下する(この問題は基板の厚さが薄いときに顕著である)、
2)窒化アルミニウム結晶粒界が優先的に溶解することに起因して、メッキ膜形成後に長期間使用した場合においてメッキ膜(金属膜)の下地の窒化アルミニウム結晶粒の脱落が
起こり、メッキ膜の剥離が起こる、
3)エッチングにより表面が荒れすぎて、メッキ膜(金属膜)が形成されない露出セラミック(窒化アルミニウム)面の表面が粗いものになってしまう、
4)前記3)の場合に、形成されるメッキ膜(金属膜)の表面粗さも大きくなってしまい、例えばこのメッキ膜上に直接又は間接的に半導体素子を接合した場合、素子を良好に接合することが困難となる、
5)窒化アルミニウム基板には通常酸化イットリウムなどの焼結助剤相が含まれるが、焼成条件、主に焼成雰囲気によって、助剤が表面を覆ったり覆っていなかったりといったことが起こり、同じエッチング条件でエッチングを行なっても常に一定のメッキ膜強度が得られない。
In particular, when a substrate mainly composed of aluminum nitride that easily undergoes a chemical reaction with a basic aqueous solution and is easily decomposed is etched with the basic aqueous solution, the following problems may occur.
1) Mechanical properties such as bending strength decrease due to damage to the substrate due to etching (this problem is remarkable when the substrate is thin).
2) Due to the preferential dissolution of the aluminum nitride crystal grain boundaries, the aluminum nitride crystal grains underlying the plating film (metal film) fall off when used for a long time after the plating film is formed. Peeling occurs,
3) The surface becomes too rough by etching, and the surface of the exposed ceramic (aluminum nitride) surface on which the plating film (metal film) is not formed becomes rough.
4) In the case of 3), the surface roughness of the formed plating film (metal film) is also increased. For example, when a semiconductor element is bonded directly or indirectly on this plating film, the element is bonded well. Difficult to do,
5) The aluminum nitride substrate usually contains a sintering aid phase such as yttrium oxide, but depending on the firing conditions, mainly the firing atmosphere, the aid may or may not cover the surface, and the same etching conditions. Even when etching is performed, a constant plating film strength cannot always be obtained.

また、セラミック表面にダメージを与えることなく表面を粗面化する方法としては、特殊なガラス粉末からなる表面改質剤をセラミック表面に焼き付ける方法も知られているが、セラミック基板の種類によっては焼き付けられたガラス層とセラミック基板との密着強度が不十分となるという問題が生じる。また、このような表面改質剤を用いる場合には、焼き付け温度を精度良く制御する必要があり、再現性よく高い歩留まりで良好な表面状態のセラミック基板を得ることが困難である。たとえば、ガラスをセラミック基板に焼き付ける場合に良好な接合強度を得ようとする場合には、焼付け温度を高くすることが好ましい場合が多いが、一般にガラスはセラミックに比べて融点が著しく低いため、焼付け温度を高くしすぎると焼き付けられたガラス層の表面が滑らかになって十分な粗面化効果を得ることができなくなってしまう。   In addition, as a method of roughening the surface without damaging the ceramic surface, a method of baking a surface modifier made of special glass powder on the ceramic surface is also known, but depending on the type of ceramic substrate, baking is performed. There arises a problem that the adhesion strength between the formed glass layer and the ceramic substrate becomes insufficient. Further, when such a surface modifier is used, it is necessary to accurately control the baking temperature, and it is difficult to obtain a ceramic substrate having a good surface state with high reproducibility and high yield. For example, when trying to obtain good bonding strength when baking glass on a ceramic substrate, it is often preferable to increase the baking temperature, but generally glass has a remarkably low melting point compared to ceramic, and thus baking is performed. If the temperature is too high, the surface of the baked glass layer becomes smooth and a sufficient roughening effect cannot be obtained.

本発明はこのような従来技術の問題を解決するためのものである。すなわち、本発明は、セラミック基板上に無電解メッキにより直接金属膜を形成することによってメタライズドセラミック基板を製造する方法において、信頼性が高く、十分な密着強度が得られるメタライズドセラミック基板を作製可能な方法を提供することを目的としている。   The present invention is intended to solve such problems of the prior art. That is, the present invention can produce a metallized ceramic substrate with high reliability and sufficient adhesion strength in a method for producing a metallized ceramic substrate by directly forming a metal film on the ceramic substrate by electroless plating. It aims to provide a method.

本発明が提供する上記課題を解決するための手段は以下のとおりである。
(1)表面に導電層または導電ペースト層を有していてもよいセラミック基板からなる原料基板を準備する工程(A)と、
該原料基板上にセラミックペースト層を形成し、該セラミックペースト層を焼成しセラミック焼結体層を形成する工程(B)と、
該セラミック焼結体層上に無電解メッキにより金属膜を形成する工程(C)と、を含むメタライズドセラミック基板の製造方法。
(2)工程(C)の前工程として原料基板を塩基性水溶液でエッチングする工程を含まない(1)に記載の製造方法。
(3)工程(C)により形成された無電解メッキ金属膜上に、さらに電解メッキで金属を被覆する工程(D)を含む(2)に記載の製造方法。
(4)上記(1)〜(3)の何れかの製造方法で得られたメタライズドセラミック基板。(5)セラミック焼結体基板上に、少なくとも1つのセラミック焼結体層と、その上に直接形成された無電解メッキ金属膜とを含んでなる積層構造を有するメタライズドセラミック基板であって、前記積層構造を形成するセラミック焼結体層は前記セラミック焼結体を構成するセラミックと同種のセラミックの焼結体からなり、該セラミック焼結体層を構成するセラミック粒子の平均粒径が、前記セラミック焼結体基板を構成するセラミック粒子の平均粒径の10〜80%であるメタライズドセラミック基板。
(6)セラミック焼結体層を形成するセラミック粒子の平均粒径が0.1μm〜5μmである(5)に記載のメタライズドセラミック基板。
(7)セラミック焼結体層表面の平均粗さが0.1μm〜3μmである(5)または(6)に記載のメタライズドセラミック基板。
(8)セラミック焼結体基板およびセラミック焼結体層が、窒化アルミニウムからなる(5)〜(7)の何れかに記載のメタライズドセラミック基板。
Means for solving the above problems provided by the present invention are as follows.
(1) Step (A) of preparing a raw material substrate made of a ceramic substrate that may have a conductive layer or a conductive paste layer on the surface;
Forming a ceramic paste layer on the raw material substrate, firing the ceramic paste layer to form a ceramic sintered body layer; and
And (C) forming a metal film on the ceramic sintered body layer by electroless plating.
(2) The manufacturing method as described in (1) which does not include the process of etching a raw material board | substrate with basic aqueous solution as a pre-process of a process (C).
(3) The production method according to (2), further including a step (D) of coating the metal by electroplating on the electroless plating metal film formed in the step (C).
(4) A metallized ceramic substrate obtained by the production method of any one of (1) to (3) above. (5) A metallized ceramic substrate having a laminated structure comprising at least one ceramic sintered body layer and an electroless plating metal film directly formed thereon on the ceramic sintered body substrate, The ceramic sintered body layer forming the laminated structure is made of a ceramic sintered body of the same type as the ceramic constituting the ceramic sintered body, and the average particle diameter of the ceramic particles constituting the ceramic sintered body layer is A metallized ceramic substrate which is 10 to 80% of the average particle size of ceramic particles constituting the sintered body substrate.
(6) The metallized ceramic substrate according to (5), wherein the ceramic particles forming the ceramic sintered body layer have an average particle size of 0.1 μm to 5 μm.
(7) The metallized ceramic substrate according to (5) or (6), wherein the average roughness of the ceramic sintered body layer surface is 0.1 μm to 3 μm.
(8) The metallized ceramic substrate according to any one of (5) to (7), wherein the ceramic sintered body substrate and the ceramic sintered body layer are made of aluminum nitride.

上記(5)または(6)のメタライズドセラミック基板は、前記(4)のメタライズドセラミック基板の一つの態様であり、何れも本発明の製造方法により製造することができる。特に、本発明の製法において、セラミック焼結体基板を製造する際に用いたセラミック粉末と同等若しくはそれより小さい平均粒子径の同種のセラミック粉末を用いて調製したセラミックペーストを使用したときに、(5)のメタライズドセラミック基板が得られる。   The metallized ceramic substrate of the above (5) or (6) is one aspect of the metallized ceramic substrate of the above (4), and any of them can be manufactured by the manufacturing method of the present invention. In particular, in the production method of the present invention, when a ceramic paste prepared using the same kind of ceramic powder having an average particle diameter equal to or smaller than that of the ceramic powder used in manufacturing the ceramic sintered body substrate is used ( The metalized ceramic substrate of 5) is obtained.

一般に、グリーンシートを焼成してセラミック焼結体基板を製造する場合やコファイア法でメタライズド基板を製造する場合には、焼成工程においてグリーンシートが収縮するため、その中のセラミック粒子が互いに融着し粒成長が起こるのに対し、上記の製造方法においては、焼成時に原料基板(セラミック焼結体基板)の収縮が起こらないので、その上に形成されたセラミックペースト層、特に厚さが1〜50μmであるセラミックペースト層中のセラミック粒子は、移動が制限されて十分な粒成長が起こらない。このため、上記のような方法で製造された本発明のメタライズド基板では、前記セラミック焼結体層(セラミックペースト層が焼成されてできた層)を構成するセラミック粒子の平均粒径が、前記セラミック焼結体基板を構成するセラミック粒子の平均粒径の10〜80%であり、表面に微細な凹凸を有するという、従来のポストファイア法及びコファイア法で得られた基板には見られない特異な構造を有することになる。   In general, when a sintered ceramic substrate is produced by firing a green sheet or when a metallized substrate is produced by the co-fire method, the green sheet shrinks during the firing process, so that the ceramic particles therein are fused together. Whereas grain growth occurs, in the above manufacturing method, shrinkage of the raw material substrate (ceramic sintered body substrate) does not occur during firing, so the ceramic paste layer formed thereon, particularly with a thickness of 1 to 50 μm. The ceramic particles in the ceramic paste layer are limited in movement and do not cause sufficient grain growth. For this reason, in the metallized substrate of the present invention manufactured by the method as described above, the average particle size of the ceramic particles constituting the ceramic sintered body layer (a layer formed by firing the ceramic paste layer) is 10 to 80% of the average particle size of the ceramic particles constituting the sintered substrate, and the surface has fine irregularities, a peculiarity not found in the substrates obtained by the conventional postfire method and cofire method Will have a structure.

このため、上記方法で作られたセラミック基板は、エッチング処理を行わなくても適度に粗面化された表面を有することになり、直接触媒接触及びメッキ処理を行った場合でも密着性の高いメッキ金属層を形成することができる。   For this reason, the ceramic substrate made by the above method has a moderately roughened surface without performing etching treatment, and plating with high adhesion even when direct catalytic contact and plating treatment are performed. A metal layer can be formed.

なお、上記したような方法で得られた基板であるか否かは、メタライズドセラミック基板についてメタライズ層との接合部近傍のセラミック粒子の平均粒径と基板中心部近傍のセラミック粒子の平均粒径を調べ、前者が後者の80%以下であるかどうか、より確実には60%以下であるかどうかを調べることにより確認することができる。   Whether or not the substrate is obtained by the method as described above, the average particle size of the ceramic particles in the vicinity of the joint portion with the metallized layer and the average particle size of the ceramic particles in the vicinity of the center portion of the metallized ceramic substrate. It can be confirmed by examining whether the former is 80% or less of the latter, more surely 60% or less.

本発明の製造方法を用いれば、エッチング処理を行うことなく、無電解メッキ法によりセラミック基板表面上に直接、強固に密着した金属膜を形成することができる。このため、製膜工程(前処理を含む)で基板がダメージを受けることが無いので、基板の機械的強度を損なうことなく、信頼性の高い金属膜をセラミック基板上に被覆したメタライズドセラミック基板を安価に製造することができる。   If the manufacturing method of this invention is used, the metal film which adhere | attached firmly on the ceramic substrate surface directly by the electroless-plating method can be formed without performing an etching process. For this reason, since the substrate is not damaged in the film forming process (including pretreatment), a metallized ceramic substrate in which a highly reliable metal film is coated on the ceramic substrate without impairing the mechanical strength of the substrate. It can be manufactured at low cost.

特に窒化アルミニウムを主成分とするセラミック基板の表面に無電解メッキ法で直接金属層を形成する場合、従来のように粗面化処理として塩基性水溶液を用いたエッチングを行った場合には、前記1)〜4)に示すような問題が発生することがあったのに対し、本発明の方法を採用した場合にはこのような問題が起こらない。   In particular, when a metal layer is directly formed on the surface of a ceramic substrate mainly composed of aluminum nitride by an electroless plating method, when etching is performed using a basic aqueous solution as a roughening treatment as in the past, While problems as shown in 1) to 4) may occur, such a problem does not occur when the method of the present invention is employed.

本発明に係るメタライズドセラミック基板の製造方法は、
表面に導電層または導電ペースト層を有していてもよいセラミック基板からなる原料基板を準備する工程(A)と、
該原料基板上にセラミックペースト層を形成し、該セラミックペースト層を焼成しセラミック焼結体層を形成する工程(B)と、
該セラミック焼結体層上に無電解メッキにより金属膜を形成する工程(C)を含むこと
を特徴としている。
The method for producing a metallized ceramic substrate according to the present invention includes:
A step (A) of preparing a raw material substrate made of a ceramic substrate which may have a conductive layer or a conductive paste layer on the surface;
Forming a ceramic paste layer on the raw material substrate, firing the ceramic paste layer to form a ceramic sintered body layer; and
The method includes a step (C) of forming a metal film on the ceramic sintered body layer by electroless plating.

本発明の製造方法では、先ず工程(A)として表面に導電層または導電ペースト層を有していてもよいセラミック基板からなる原料基板を準備する。ここで使用するセラミック基板としては、公知のセラミックからなる基板が特に制限なく使用可能である。   In the production method of the present invention, first, as a step (A), a raw material substrate made of a ceramic substrate which may have a conductive layer or a conductive paste layer on its surface is prepared. As the ceramic substrate used here, a substrate made of a known ceramic can be used without particular limitation.

セラミック基板の構成材料であるセラミックとしては、例えば(i)酸化アルミニウム系セラミック、酸化ケイ素系セラミック、酸化カルシウム系セラミック、酸化マグネシウム系セラミックなどの酸化物系セラミック;(ii)窒化アルミニウム系セラミック、窒化ケイ素系セラミック、窒化ホウ素系セラミックなどの窒化物系セラミック;(iii)酸化ベリリウム、炭化ケイ素、ムライト、ホウケイ酸ガラス等を使用することができる。中でも、(ii)窒化物系セラミックが好ましく、特に窒化アルミニウム系セラミックが、熱伝導率が高いため好ましく使用することができる。   Examples of the ceramic as a constituent material of the ceramic substrate include (i) oxide ceramics such as aluminum oxide ceramics, silicon oxide ceramics, calcium oxide ceramics, and magnesium oxide ceramics; (ii) aluminum nitride ceramics and nitrides Nitride-based ceramics such as silicon-based ceramics and boron nitride-based ceramics; (iii) beryllium oxide, silicon carbide, mullite, borosilicate glass, and the like can be used. Among these, (ii) nitride ceramics are preferred, and aluminum nitride ceramics are particularly preferred because of their high thermal conductivity.

本発明の製造方法で使用するセラミック基板としては、入手の容易さや所望の形状のものを容易に得ることができるといった理由からセラミック焼結体基板、特に焼結体基板を構成するセラミック粒子の平均粒子径が0.5〜20μm、より好適には1〜15μmのセラミック焼結体基板を使用するのが好適である。なお、このようなセラミック焼結体基板は、平均粒子径が0.1〜15μm、好適には0.5〜5μmのセラミック原料粉末からなるグリーンシートを焼成することにより得ることができる。   The ceramic substrate used in the production method of the present invention is an average of the ceramic sintered body substrate, particularly the ceramic particles constituting the sintered body substrate, because it is easily available and can be obtained in a desired shape. It is preferable to use a ceramic sintered body substrate having a particle size of 0.5 to 20 μm, more preferably 1 to 15 μm. In addition, such a ceramic sintered compact board | substrate can be obtained by baking the green sheet which consists of ceramic raw material powder whose average particle diameter is 0.1-15 micrometers, Preferably it is 0.5-5 micrometers.

当該グリーンシートには焼結助剤、有機バインダー等が含まれていてもよい。焼結助剤としてはセラミック原料粉末の種類に応じて常用される焼結助剤が特に制限なく使用できる。さらに、有機バインダーとしては、ポリビニルブチラール、エチルセルロース類やアクリル樹脂類が使用され、グリーンシートの成形性が良好になるという理由からポリn−ブチルメタクリレート、ポリビニルブチラールが特に好適に使用される。   The green sheet may contain a sintering aid, an organic binder, and the like. As the sintering aid, a sintering aid commonly used according to the type of ceramic raw material powder can be used without any particular limitation. Furthermore, as the organic binder, polyvinyl butyral, ethyl celluloses and acrylic resins are used, and poly n-butyl methacrylate and polyvinyl butyral are particularly preferably used because the green sheet has good moldability.

得られる焼結体の熱伝導性の観点から、焼結助剤を含む窒化物セラミック粉末をセラミック原料粉末として使用して形成した窒化物セラミック用グリーンシート、特に焼結助剤(例えば酸化イットリウムや酸化カルシウム)を含む窒化アルミニウム粉末を原料粉末として用いた窒化アルミニウム用グリーンシートを使用するのが好適である。   From the viewpoint of thermal conductivity of the obtained sintered body, a nitride ceramic green sheet formed by using a nitride ceramic powder containing a sintering aid as a ceramic raw material powder, particularly a sintering aid (for example, yttrium oxide or It is preferable to use a green sheet for aluminum nitride using an aluminum nitride powder containing calcium oxide as a raw material powder.

本発明で使用するセラミック基板(原料基板)の形状は、その上にセラミック焼結体層及び金属膜が形成できるような表面を有するものであれば特に限定されず、板状体或いは板状体の一部に切削加工や穿孔加工を施したもの或いは曲面を有する基板でも使用することができる。また、前記セラミック基板はビアホール(即ち、導電体または導電ペーストが充填された貫通孔)や内層配線を有していてもよい。このような原料基板は、上記したような構造を有するグリーンシートを用いたコファイア法などにより容易に製造することができる。   The shape of the ceramic substrate (raw material substrate) used in the present invention is not particularly limited as long as it has a surface on which a ceramic sintered body layer and a metal film can be formed. A plate or plate It is also possible to use a substrate obtained by cutting or drilling a part of the substrate or a substrate having a curved surface. The ceramic substrate may have a via hole (that is, a through hole filled with a conductor or a conductive paste) or an inner layer wiring. Such a raw material substrate can be easily manufactured by a cofire method using a green sheet having the structure as described above.

原料基板の大きさは特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。例えば用途が電子部品を搭載するための基板である場合には、基板厚さは一般的には0.1〜2mm、好ましくは0.2〜1mm程度とすればよい。厚さがこのように極めて薄い原料基板を用いた場合には、エッチングによるダメージを受けやすいので本発明の方法を採用する価値は大きい。   The magnitude | size of a raw material board | substrate is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably according to a use. For example, when the application is a substrate for mounting an electronic component, the substrate thickness is generally 0.1 to 2 mm, preferably about 0.2 to 1 mm. When a raw material substrate having such an extremely thin thickness is used, the method of the present invention is very valuable because it is easily damaged by etching.

本発明の製造方法では前記セラミック基板をそのまま原料基板として使用してもよい。また、前記セラミック基板の表面に予め従来法により導電層または導電ペースト層が形成されたメタライズド基板、更に本発明の製造方法で得られたメタライズドセラミック基板を原料基板として使用することも可能である。このようなメタライズド基板を原料基板と
して用いることで、導電層が多層化され、デバイス設計の自由度が向上し、またデバイスの小型化が可能になる。
In the production method of the present invention, the ceramic substrate may be used as a raw material substrate as it is. Further, a metallized substrate in which a conductive layer or a conductive paste layer is previously formed on the surface of the ceramic substrate by a conventional method, and further a metallized ceramic substrate obtained by the production method of the present invention can be used as a raw material substrate. By using such a metallized substrate as a raw material substrate, the conductive layer is multi-layered, the degree of freedom in device design is improved, and the device can be miniaturized.

本発明の製造方法では、工程(A)に引き続き、該工程で準備された原料基板上にセラミックペースト層を形成し、該セラミックペースト層を焼成しセラミック焼結体層を形成する(工程(B))。前記したように、既に焼結されている原料基板上に塗布されたセラミックペースト層を焼成した場合には、焼成時に原料基板の収縮が起こらないので、セラミックペースト層中のセラミック粒子の移動が制限されて粒成長し難くなり、セラミックペースト層が焼成されてできた層を構成するセラミック粒子の平均粒径は原料基板を構成するセラミック粒子の平均粒径の10〜80%となり、表面に微細な凹凸ができる。この凹凸により無電解メッキを施した時にアンカー効果が得られるため、無電解メッキの前処理としてのエッチング処理を省略しても無電解メッキにより形成される金属層はセラミック基板に強固に接合することが可能となる。   In the manufacturing method of the present invention, following the step (A), a ceramic paste layer is formed on the raw material substrate prepared in the step, and the ceramic paste layer is fired to form a ceramic sintered body layer (step (B )). As described above, when the ceramic paste layer applied on the raw material substrate that has already been sintered is fired, the shrinkage of the raw material substrate does not occur at the time of firing, so the movement of the ceramic particles in the ceramic paste layer is limited. Therefore, the average particle size of the ceramic particles constituting the layer formed by firing the ceramic paste layer is 10 to 80% of the average particle size of the ceramic particles constituting the raw material substrate, and the surface is fine. Unevenness can be made. The anchor effect is obtained when electroless plating is applied due to this unevenness, so the metal layer formed by electroless plating can be firmly bonded to the ceramic substrate even if the etching treatment as a pretreatment of electroless plating is omitted. Is possible.

なお、セラミック焼結体(原料基板又はその上に塗布されたセラミックペーストの焼結体)を構成するセラミック粒子の平均粒径D(μm)とは、次のような方法(コード法)により決定される平均粒子径を意味する。   The average particle diameter D (μm) of the ceramic particles constituting the ceramic sintered body (the raw material substrate or the ceramic paste applied thereon) is determined by the following method (code method). Means the average particle diameter.

即ち、先ず、セラミック焼結体の断面について、走査型電子顕微鏡写真を撮影する。このときの倍率は、写真にセラミック焼結体の厚さ方向に対して垂直な方向(セラミック焼結体が板状体である場合には、その主表面に対して平行となる方向)に、任意の特定の長さL(mm){通常は、写真の幅と同じ長さ}の直線を引いたときに、該直線とセラミック粒子の粒界との交点の数が10〜50となるような倍率{通常は1000〜5000倍}とする。そして、倍率から実際の長さ1(μm)に対応する写真上の長さU(mm)を求める。次に、写真に所定の間隔(通常3〜7mm、特に5mm)で上記直線と平行な長さLの直線をn本引く。このとき直線の数nは、全ての直線におけるセラミック粒子の粒界との交点の数の合計εが100〜300となるようにする。n本の直線を引いたら、各直線と粒界との交点に印をつけ、その印の総数εを求める。そして、このときにのL、n、U、及びεに基づき、下記式によりDを求める。   That is, first, a scanning electron micrograph is taken of the cross section of the ceramic sintered body. The magnification at this time is in the direction perpendicular to the thickness direction of the ceramic sintered body in the photograph (when the ceramic sintered body is a plate-like body, the direction parallel to the main surface) When a straight line having an arbitrary specific length L (mm) {usually the same length as the width of the photograph} is drawn, the number of intersections between the straight line and the grain boundaries of the ceramic particles is 10 to 50. Magnification {normally 1000-5000 times}. Then, the length U (mm) on the photograph corresponding to the actual length 1 (μm) is obtained from the magnification. Next, n straight lines having a length L parallel to the straight line are drawn on the photograph at a predetermined interval (usually 3 to 7 mm, particularly 5 mm). At this time, the number n of straight lines is set so that the total number ε of intersections with the grain boundaries of the ceramic particles in all the straight lines is 100 to 300. When n straight lines are drawn, marks are made at the intersections between the straight lines and the grain boundaries, and the total number ε of the marks is obtained. And D is calculated | required by the following formula based on L, n, U, and (epsilon) at this time.

D=(1.57×L×n)/(U×ε)
工程(B)におけるセラミックペースト層の形成は、原料基板上にセラミックペーストを塗布し、必要に応じて乾燥することで行われる。このとき、原料基板が表面に導電層又は導電ペースト層を有する場合には、これら層の上にセラミックペーストを塗布してもよい。
D = (1.57 × L × n) / (U × ε)
Formation of the ceramic paste layer in the step (B) is performed by applying the ceramic paste on the raw material substrate and drying it as necessary. At this time, when the raw material substrate has a conductive layer or a conductive paste layer on the surface, a ceramic paste may be applied on these layers.

セラミックペーストとしては、セラミック粉末、焼結助剤、有機バインダー、有機溶媒、分散剤、可塑剤などの成分からなる公知のセラミックペーストが特に制限なく使用可能である。   As the ceramic paste, a known ceramic paste composed of components such as ceramic powder, a sintering aid, an organic binder, an organic solvent, a dispersant, and a plasticizer can be used without any particular limitation.

セラミックペーストに含まれるセラミック粉末としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえばセラミック基板の説明で例示した各種セラミックの粉末を使用することができる。中でも当該セラミック粉末としては、原料基板の材質と同一のセラミックの粉末を使用するのが、焼成後におけるセラミック基板との密着性の観点から好ましい。なお、互いに異なる種類のセラミックを使用してもその組合せによっては十分な接合強度を得ることもできる。たとえば、異なる種類のセラミックであっても、含まれる陽イオン成分(金属原子又は半金属原子)の種類が同じである場合には、高い接合強度を得ることができる。たとえばセラミック基板が窒化アルミニウム焼結体基板である場合には、窒化アルミニウム粉末、酸化アルミニウム粉末、又はこれらの混合物を使用することができる。   As the ceramic powder contained in the ceramic paste, a known powder can be used without any particular limitation. For example, various ceramic powders exemplified in the description of the ceramic substrate can be used. Among these, as the ceramic powder, it is preferable to use the same ceramic powder as the material of the raw material substrate from the viewpoint of adhesion to the ceramic substrate after firing. Even if different types of ceramics are used, a sufficient bonding strength can be obtained depending on the combination. For example, even when different types of ceramics are used, high bonding strength can be obtained when the types of the cationic components (metal atoms or metalloid atoms) contained are the same. For example, when the ceramic substrate is an aluminum nitride sintered substrate, aluminum nitride powder, aluminum oxide powder, or a mixture thereof can be used.

セラミックペーストに含まれる焼結助剤としては、セラミック粉末の種類に応じて焼結助剤として使用されているものが特に制限なく使用可能である。たとえば、セラミック粉末が窒化アルミニウム粉末である場合には、酸化イットリウム等の希土類元素酸化物、酸化カルシウム等のアルカリ土類金属酸化物などを使用することができる。   As the sintering aid contained in the ceramic paste, those used as a sintering aid depending on the type of ceramic powder can be used without particular limitation. For example, when the ceramic powder is an aluminum nitride powder, a rare earth element oxide such as yttrium oxide, an alkaline earth metal oxide such as calcium oxide, or the like can be used.

セラミックペーストに含まれる有機バインダーとしては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえばポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のアクリル樹脂、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ニトロセルロース、セルロースアセテートブチレート等のセルロース系樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等のビニル基含有樹脂、ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポリエチレンオキサイド等の含酸素樹脂などを一種または二種以上混合して使用することができる。この中でもアクリル系樹脂やセルロース系樹脂は、溶媒に溶けやすく、タングステンペースト等の導電性ペーストに含まれる溶媒を吸収しやすいため好適である。   As the organic binder contained in the ceramic paste, known ones can be used without particular limitation. For example, acrylic resins such as polyacrylic acid esters and polymethacrylic acid esters, cellulose resins such as methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, nitrocellulose, and cellulose acetate butyrate, vinyl group-containing resins such as polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, and polyvinyl chloride, polyolefins Hydrocarbon resins such as polyethylene oxide, oxygen-containing resins such as polyethylene oxide, and the like can be used singly or in combination. Among these, acrylic resins and cellulose resins are preferable because they are easily dissolved in a solvent and easily absorb a solvent contained in a conductive paste such as a tungsten paste.

セラミックペーストに含まれる有機溶媒としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえば、トルエン、酢酸エチル、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、テキサノールなどを使用することができる。   As the organic solvent contained in the ceramic paste, known ones can be used without particular limitation. For example, toluene, ethyl acetate, terpineol, butyl carbitol acetate, texanol and the like can be used.

セラミックペーストに含まれる分散剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえば、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系などの分散剤を使用することができる。   A well-known thing can be especially used as a dispersing agent contained in a ceramic paste without a restriction | limiting. For example, a phosphate ester-based or polycarboxylic acid-based dispersant can be used.

セラミックペーストに含まれる可塑剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えばフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、アジピン酸ジオクチルなどを使用することができる。   As the plasticizer contained in the ceramic paste, known ones can be used without particular limitation. For example, dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, diisononyl phthalate, diisodecyl phthalate, dioctyl adipate and the like can be used.

セラミックペーストにおける原料成分の配合比については特に限定されないが、セラミック粉末100質量部に対して焼結助剤が0.1〜15質量部、有機バインダーが6〜20質量部、有機溶媒、可塑剤及び分散剤からなる群より選ばれる少なくとも1種が10〜60質量部であるのが好適である。また、セラミック粉末100質量部に対して焼結助剤が1〜10質量部、有機バインダーが6〜15質量部、有機溶媒、可塑剤及び分散剤からなる群より選ばれる少なくとも1種が15〜50質量部であるのが特に好適である。   The mixing ratio of the raw material components in the ceramic paste is not particularly limited, but the sintering aid is 0.1 to 15 parts by weight, the organic binder is 6 to 20 parts by weight, the organic solvent, and the plasticizer with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder. And at least one selected from the group consisting of dispersants is preferably 10 to 60 parts by mass. Moreover, at least one selected from the group consisting of 1 to 10 parts by mass of a sintering aid, 6 to 15 parts by mass of an organic binder, an organic solvent, a plasticizer and a dispersant is 15 to 100 parts by mass of the ceramic powder. The amount of 50 parts by mass is particularly suitable.

セラミックペーストの調製方法は各種成分を混合し、均一組成のペーストを得ることができる方法であれば特に限定されず、例えば三本ロールミル、プラネタリミキサー等公知の混練方法が採用できる。   The method for preparing the ceramic paste is not particularly limited as long as various components can be mixed to obtain a paste having a uniform composition. For example, a known kneading method such as a three-roll mill or a planetary mixer can be employed.

本発明の製造方法では、このようにして調製されたセラミックペーストを原料基板の表面全面または所定の個所に塗布する。このとき塗布されるセラミックペーストの塗布形状及び大きさは、焼成後のセラミック焼結体層上に所定のパターンの金属膜が形成できるものであれば特に限定されない。ただし、原料基板がビアホール(即ち、導電体または導電ペーストが充填された貫通孔)を有し、該ビアホールと形成する金属膜とを電気的に接合する場合には、その導電体または導電ペーストとの接合部にはセラミックペーストを塗布しないようにする必要がある。セラミックペーストの塗布は、たとえばスクリーン印刷やカレンダー印刷、パッド印刷などの公知の手法により行うことができる。   In the manufacturing method of the present invention, the ceramic paste thus prepared is applied to the entire surface of the raw material substrate or to a predetermined location. The application shape and size of the ceramic paste applied at this time are not particularly limited as long as a metal film having a predetermined pattern can be formed on the sintered ceramic layer after firing. However, when the source substrate has a via hole (that is, a through hole filled with a conductor or a conductive paste) and the via hole is electrically connected to the metal film to be formed, the conductor or the conductive paste and It is necessary not to apply ceramic paste to the joints. The ceramic paste can be applied by a known method such as screen printing, calendar printing, or pad printing.

形成されるセラミックスペースト層の厚さは、特に限定されるものではないが、セラミック焼結体層に金属膜を被覆して十分な密着力が得られること及び生産性の観点から、1〜20μm、特に2〜10μmとするのが好ましく、3〜5μmとするのが最も好ましい
。セラミックスペースト層が薄すぎると、得られるセラミック焼結体層が薄くなり、金属膜との間で充分なアンカー効果が得られなくなるため、金属膜との密着性が不十分になるおそれがある。一方、セラミックスペースト層が厚すぎると、不必要な量のセラミックスペーストを使用することになり不経済であるし、厚みが不均一になったり焼成後にひずみが発生したりする可能性がある。
The thickness of the ceramic paste layer to be formed is not particularly limited, but it is 1 to 20 μm from the viewpoint of obtaining sufficient adhesion by coating the ceramic sintered body layer with a metal film and productivity. In particular, the thickness is preferably 2 to 10 μm, and most preferably 3 to 5 μm. If the ceramic paste layer is too thin, the resulting ceramic sintered body layer becomes thin, and a sufficient anchor effect with the metal film cannot be obtained, so that the adhesion with the metal film may be insufficient. On the other hand, if the ceramic paste layer is too thick, an unnecessary amount of the ceramic paste is used, which is uneconomical, and the thickness may become uneven or distortion may occur after firing.

形成されたセラミック焼結体層の表面平均粗さ(中心線平均粗さ(Ra)でJISB0601にて規定されている)は、0.1μm〜3μmが好ましい。被覆する金属膜との密着強度を十分得られること、金属膜を微細加工することを考え合わせて、表面平均粗さを0.5〜2μmとするのが好適である。さらに、無電解メッキにより形成される金属層上に直接又は間接的に半導体素子を接合する場合の接合性の観点から、上記セラミック焼結体層の平均表面粗さ(Ra)は、0.1〜1μmであるのが好ましい。   The surface average roughness of the formed ceramic sintered body layer (specified by JISB0601 in terms of centerline average roughness (Ra)) is preferably 0.1 μm to 3 μm. Considering that sufficient adhesion strength with the metal film to be coated can be obtained and that the metal film is finely processed, the surface average roughness is preferably 0.5 to 2 μm. Furthermore, from the viewpoint of bondability when a semiconductor element is bonded directly or indirectly onto a metal layer formed by electroless plating, the average surface roughness (Ra) of the ceramic sintered body layer is 0.1. It is preferably ˜1 μm.

また、セラミック焼結体層を構成するセラミック粒子の平均粒径は、好ましくは0.1〜5μm、さらに好ましくは0.3〜3μm、特に好ましくは0.5〜2μmの範囲にある。セラミック焼結体層を構成するセラミック粒子の平均粒径は、所定の表面平均粗さを達成するための目安であり、一般に平均粒径が大きくなるほど、表面平均粗さも大きくなる。   The average particle diameter of the ceramic particles constituting the ceramic sintered body layer is preferably in the range of 0.1 to 5 μm, more preferably 0.3 to 3 μm, and particularly preferably 0.5 to 2 μm. The average particle diameter of the ceramic particles constituting the ceramic sintered body layer is a guideline for achieving a predetermined surface average roughness. Generally, the larger the average particle diameter, the larger the surface average roughness.

なお、前述したように、セラミックペースト層の焼成時には、セラミックペースト層中のセラミック粒子は、移動が制限されて十分な粒成長が起こらないため、原料であるセラミックペーストに含まれるセラミック粒子の粒径は、焼結後にもほぼ維持される。したがって、原料セラミック粒子の粒径を適宜に設定することで、セラミック焼結体層を構成するセラミック粒子の平均粒径を制御することができる。   As described above, when firing the ceramic paste layer, the ceramic particles in the ceramic paste layer are restricted in movement and do not cause sufficient grain growth, so the particle size of the ceramic particles contained in the ceramic paste as the raw material Is substantially maintained after sintering. Therefore, the average particle diameter of the ceramic particles constituting the ceramic sintered body layer can be controlled by appropriately setting the particle diameter of the raw ceramic particles.

セラミック焼結体層は、セラミックペースト層を焼成することで形成される。
なお必要に応じて、焼成の前には脱脂を行っても何ら差し支えはない。
脱脂は、酸素や空気などの酸化性ガス、あるいは水素などの還元性ガス、アルゴンや窒素などの不活性ガス、二酸化炭素およびこれらの混合ガスあるいは水蒸気を混合した加湿ガス雰囲気中で、セラミックペースト層が形成されたセラミック基板(以下、「セラミック基板前駆体」と記載することがある)を熱処理することにより行われる。また、熱処理条件は、セラミック基板前駆体に含まれる有機成分の種類や量に応じて温度:250℃〜1200℃、保持時間:1分〜1000分の範囲から適宜選択すればよい。
The ceramic sintered body layer is formed by firing a ceramic paste layer.
If necessary, degreasing may be performed before firing.
Degreasing is performed in a ceramic paste layer in a humidified gas atmosphere in which an oxidizing gas such as oxygen or air, a reducing gas such as hydrogen, an inert gas such as argon or nitrogen, carbon dioxide, and a mixed gas or water vapor thereof is mixed. This is performed by heat-treating the ceramic substrate (hereinafter, sometimes referred to as “ceramic substrate precursor”). The heat treatment conditions may be appropriately selected from the range of temperature: 250 ° C. to 1200 ° C. and holding time: 1 minute to 1000 minutes according to the type and amount of the organic component contained in the ceramic substrate precursor.

脱脂処理に引き続き行なわれる焼成は、使用したセラミックペーストの種類(より具体的にはその原料として用いたセラミック粉末の種類)に応じて、通常採用される条件が適宜採用される。たとえば、セラミックペースト層に含まれるセラミック粉末が窒化アルミニウム系セラミックからなる場合には、1600〜2000℃、好ましくは、1700〜1850℃の温度で、1時間〜20時間、好ましくは、2〜10時間の時間焼成すればよい。この焼成の際の雰囲気としては、窒素ガス等の非酸化性ガスの雰囲気下で、常圧で行えばよい。   In the firing performed subsequent to the degreasing treatment, normally employed conditions are appropriately employed depending on the type of ceramic paste used (more specifically, the type of ceramic powder used as the raw material). For example, when the ceramic powder contained in the ceramic paste layer is made of an aluminum nitride-based ceramic, it is 1600 to 2000 ° C., preferably 1700 to 1850 ° C. for 1 hour to 20 hours, preferably 2 to 10 hours. It may be fired for the time. As an atmosphere at the time of firing, it may be performed at normal pressure in an atmosphere of non-oxidizing gas such as nitrogen gas.

上記工程(B)により、原料基板上にセラミック焼結体層が形成される。
次いで、セラミック焼結体層上に無電解メッキにより金属膜を形成(工程(C))することで、メタライズドセラミック基板が得られる。ここで無電解メッキとは、化学メッキとも言われ、外部電源を用いずに金属を析出させるメッキ法であり、金属イオンを、還元剤を含んだ溶液で化学的還元作用により析出させるメッキ法を意味する。
Through the step (B), a ceramic sintered body layer is formed on the raw material substrate.
Next, a metallized ceramic substrate is obtained by forming a metal film on the ceramic sintered body layer by electroless plating (step (C)). Here, electroless plating is also referred to as chemical plating, and is a plating method in which metal is deposited without using an external power source. A plating method in which metal ions are deposited by a chemical reduction action in a solution containing a reducing agent. means.

本発明の製造方法では、基板洗浄後にエッチング処理を行うことなく活性化処理を行っても良好なメッキ膜を形成することができる。勿論基板に対するダメージが問題ならない
場合には、エッチング処理を行っても良い。しかしながら、窒化アルミニウムを主成分とする基板を使用する場合には、塩基性水溶液によるエッチング処理を行わないのが好ましい。こうすることにより、前記した1)〜4)に示す問題の発生を防止することができる。
In the manufacturing method of the present invention, a good plating film can be formed even if the activation process is performed without performing the etching process after the substrate cleaning. Of course, if damage to the substrate is not a problem, an etching process may be performed. However, when using a substrate mainly composed of aluminum nitride, it is preferable not to perform the etching treatment with a basic aqueous solution. By doing so, it is possible to prevent the problems described in 1) to 4) from occurring.

セラミック基板の表面に直接無電解メッキを行うためには、セラミック基板のメッキを施したい部分の表面を活性化する必要がある。表面の活性化は、無電解メッキの反応開始剤となる触媒を付着されることにより行われる。(触媒付与とも言う。)触媒付与の方法は、従来のセラミックの無電解メッキにおける触媒付与の場合と特に変わる点はなく、センシタイザーと呼ばれる還元イオン溶液に浸漬したのちアクチベーターと呼ばれる触媒付与を行なう方法や、キャタリストと呼ばれる触媒の溶液又は懸濁液(単に触媒液ともいう)に基板を漬浸して触媒を付着せしめた後に、必要に応じてアクセレーター処理と呼ばれる酸又はアルカリ溶液に触媒が付着した基板を漬浸し、触媒を活性化することにより行われる。   In order to perform electroless plating directly on the surface of the ceramic substrate, it is necessary to activate the surface of the portion of the ceramic substrate to be plated. The activation of the surface is performed by attaching a catalyst serving as a reaction initiator for electroless plating. (It is also referred to as catalyst application.) The method of catalyst application is not particularly different from the conventional catalyst application in electroless plating of ceramics. After immersion in a reducing ion solution called sensitizer, catalyst application called activator is applied. After the substrate is immersed in a catalyst solution or suspension (also referred to simply as catalyst solution) called catalyst and the catalyst is attached, the catalyst is added to an acid or alkali solution called accelerator treatment as necessary. It is carried out by immersing the substrate on which the catalyst adheres and activating the catalyst.

触媒付与方法はメッキ金属の種類、メッキ溶液、基板の種類に応じて適宜決定すれば良く、センシタイザーとしては塩化第1スズ溶液が、アクチベーターとしてはパラジウム溶液が使用され、キャタリストとしてはパラジウムとスズを含んだ液が使用される。この中でも、アクセレーターを用いる手法は、酸処理やアルカリ処理の際に基板に付着している触媒が取れ易く、後のメッキ工程で不析出が出易いということもある(このような現象は、特に窒化アルミニウム基板を用いた場合に起こりやすい)ため、センシタイザーとアクチベーターを用いた工程がより好適である。   The catalyst application method may be appropriately determined according to the type of plating metal, the plating solution, and the type of substrate. A stannous chloride solution is used as a sensitizer, a palladium solution is used as an activator, and palladium is used as a catalyst. And a solution containing tin. Among them, the method using an accelerator may easily remove the catalyst adhering to the substrate during acid treatment or alkali treatment, and may cause non-deposition in a subsequent plating step (such a phenomenon is In particular, a process using a sensitizer and an activator is more preferable because it is likely to occur when an aluminum nitride substrate is used.

活性化条件も従来と特に変わるものではないが、代表的な活性化条件を示せば次のとおりである。すなわち、センシタイザーへの漬浸は、液温を20〜60℃に保ち5秒〜10分間漬浸すればよい。また、アクチベーターへの漬浸は、液温を20〜60℃に保ち5秒〜10分間漬浸すればよく、これらの作業を繰り返しても良い。これらの活性化処理では酸性溶液又はアルカリ性溶液が使用されることもあるが、これら活性化工程での漬浸条件は、エッチング処理条件に比べてマイルドであるため、このときに受ける基板のダメージはエッチング処理の際に受けるダメージに比べてはるかに小さい。   The activation conditions are not particularly different from those in the prior art, but typical activation conditions are as follows. That is, the immersion in the sensitizer may be performed for 5 seconds to 10 minutes while maintaining the liquid temperature at 20 to 60 ° C. Further, the immersion in the activator may be performed by maintaining the liquid temperature at 20 to 60 ° C. for 5 seconds to 10 minutes, and these operations may be repeated. In these activation treatments, an acidic solution or an alkaline solution may be used. However, since the immersion conditions in these activation processes are milder than the etching treatment conditions, the substrate damage received at this time is It is much smaller than the damage received during the etching process.

前記活性化処理を行う前には基板を洗浄するのが好ましい。基板の洗浄は、例えばアルコールなどの有機溶媒洗浄や塩酸などの酸洗浄、界面活性剤を含んだ洗浄液などを用いて洗浄することにより好適に行うことができる。   It is preferable to clean the substrate before performing the activation treatment. The substrate can be suitably cleaned by cleaning using an organic solvent such as alcohol, acid cleaning such as hydrochloric acid, or a cleaning solution containing a surfactant.

また、本発明の方法では次のような方法を採用することによりセラミック基板の所望の部分を選択的に金属被覆することができる。すなわち、無電解メッキを施す前に金属を被覆したい部分以外にレジストを形成する方法、或いは活性化処理などの前処理前にレジスト形成を行い、前処理後にレジストを除去してから無電解メッキを行う方法、又は無電解メッキの前処理を行ってからレジストを形成して無電解メッキを行う方法を採用することによりセラミック基板の所望の部分を選択的に金属被覆することができる。   In the method of the present invention, a desired portion of the ceramic substrate can be selectively coated with metal by adopting the following method. That is, before applying electroless plating, a resist is formed on a portion other than the portion to be coated with metal, or resist is formed before pretreatment such as activation treatment, and after the pretreatment, the resist is removed and then electroless plating is performed. A desired portion of the ceramic substrate can be selectively coated with a metal by adopting a method for performing electroless plating or a method for performing electroless plating after performing a pretreatment for electroless plating.

本発明の方法では、触媒付与処理、及び更にその後必要に応じて行われる水洗処理に引続いて無電解メッキを行う。無電解メッキは、従来の無電解メッキと同様にして、還元剤を含む無電解メッキ液に被メッキ体としての前処理されたセラミック基板を漬浸することにより行うことができる。   In the method of the present invention, electroless plating is performed subsequent to the catalyst application treatment and then the water washing treatment performed as necessary. Electroless plating can be performed by immersing a pretreated ceramic substrate as an object to be plated in an electroless plating solution containing a reducing agent in the same manner as conventional electroless plating.

ここで、無電解メッキ液は、被処理物にメッキしようとする金属(メッキ金属)のイオン、還元剤、及び錯化剤を少なくとも含有する溶液からなる。メッキ金属としては、無電解メッキ可能な金属であれば特に制限なく、銅、ニッケル(Ni−P、Ni−B、Ni−
Co又はNi−W)、スズ、金、又はこれらの組み合わせが使用できるが、実装時に配線上に半田付けを行なう場合があり、半田に溶融しにくいという理由および導電性の観点から銅又はニッケルであるのが好適である。これらメッキ金属は通常、塩として無電解メッキ液に添加される。このときの塩における金属イオンの対イオンは、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン等の鉱酸イオン、シアンイオン、ピロリン酸イオン等が挙げられる。例えばCuイオンの場合は硫酸銅、硝酸銅、塩化銅塩、シアン化銅、又はピロリン酸銅塩として添加されるが、金属銅、銅の酸化物等他の銅化合物を硫酸等の鉱酸溶液に溶解させて供給するようにしても良く、他の金属イオンの場合もこれに準じて行うことができる。無電解メッキ 液中の金属イオンの濃度は、一般に1g/リットル〜10g/リットル程度
である。
Here, the electroless plating solution is composed of a solution containing at least ions of a metal (plating metal) to be plated on the object to be processed, a reducing agent, and a complexing agent. The plating metal is not particularly limited as long as it can be electrolessly plated. Copper, nickel (Ni—P, Ni—B, Ni—
Co or Ni-W), tin, gold, or a combination thereof can be used, but soldering may be performed on the wiring at the time of mounting, and it is difficult to melt into the solder and copper or nickel from the viewpoint of conductivity Preferably there is. These plating metals are usually added to the electroless plating solution as a salt. Examples of the counter ion of the metal ion in the salt at this time include mineral acid ions such as sulfate ion, nitrate ion and chlorine ion, cyan ion and pyrophosphate ion. For example, in the case of Cu ions, it is added as copper sulfate, copper nitrate, copper chloride salt, copper cyanide, or copper pyrophosphate, but other copper compounds such as metal copper and copper oxide are added to a mineral acid solution such as sulfuric acid. It may be solubilized and supplied in the case of other metal ions. The concentration of metal ions in the electroless plating solution is generally about 1 g / liter to 10 g / liter.

また、還元剤は、無電解メッキ 液中のメッキしようとする金属イオンを還元してその
金属を被処理物表面に析出させ、金属膜を形成できる化合物をいう。好適に使用できる還元剤を例示すれば、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、ジメチルアミンボラン、次亜リン酸塩、ヒドラジン、グリオキシル酸、KBH4、NaBH4、ロッショエル塩等が挙げられる。これらは単独又は複数併用できる。無電解メッキ液中の還元剤の濃度は、通常、0.1g/リットル〜50g/リットル程度である。
The reducing agent is a compound that can reduce a metal ion to be plated in the electroless plating solution and deposit the metal on the surface of the object to be processed to form a metal film. Examples of the reducing agent that can be suitably used include formalin, paraformaldehyde, dimethylamine borane, hypophosphite, hydrazine, glyoxylic acid, KBH 4 , NaBH 4 , and Roschoel salt. These can be used alone or in combination. The concentration of the reducing agent in the electroless plating solution is usually about 0.1 g / liter to 50 g / liter.

錯化剤は、錯体を形成することができる物質をいい、好適に使用できる錯化剤を例示すれば、酒石酸塩、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、NTA(ニトリロ酸酢酸)、HEDTA(オキシエチルエチレンジアミン三酢酸)、DHEDDA(ジヒドロキシエチルエチレンジアミン二酢酸)、1,3PDTA(1,3−プロペンジアミン四酢酸)、DTPA(ジエチレントリアミン五酢酸)、TTHA(トリエチレンテトラミン六酢酸)、HIMDA(ヒドロキシエチルイミノ二酢酸)、アンモニア等の化合物を挙げることができる。   The complexing agent is a substance capable of forming a complex. Examples of complexing agents that can be suitably used include tartrate, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), NTA (nitrilolic acid acetic acid), HEDTA (oxyethylethylenediamine). Triacetic acid), DHEDDA (dihydroxyethylethylenediaminediacetic acid), 1,3PDTA (1,3-propenediaminetetraacetic acid), DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid), TTHA (triethylenetetraminehexaacetic acid), HIMDA (hydroxyethyliminodiacetic acid) ), And a compound such as ammonia.

また、無電解メッキ液にはpH調整のためにアルカリ剤又は酸を添加してもよい。さらに、無電解メッキ 液には安定剤を添加してもよい。このとき使用する安定剤としては、
DDCN(ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム)、KSCN(チオシアン化カリウム)、2,2'−ビピリジル、2,2'−ジピリジン、ニコチン酸、チオ尿素、テトラメチルチオ尿素、クプロン、クペロン、チアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、フェロシアン化カリウム、フェリシアン化カリウム、シアン化ナトリウム、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、1,2,4−トリアゾール、1,2,4−ベンゾトリアゾール、チオフェン、チオメリッド、ロダニン、ルベアン酸、ピリジン、トリアジン、メチルオレンジ、ベンゾキノリン、2,2'−ビキノリン、ジチゾン、ジフェニルカルバジド、ネロクプ
ロイン、2(2−ピリジル)イミダゾリン、1、10−フェナンスロリン等のシアン化合物、窒素系有機化合物、イオウ化合物を挙げることができる。これらは単独で添加してもよく、複数併用してもよい。無電解メッキ 液中の安定化剤の濃度は、通常、0.01〜
100ppmである。
Further, an alkaline agent or an acid may be added to the electroless plating solution for pH adjustment. Further, a stabilizer may be added to the electroless plating solution. As a stabilizer used at this time,
DDCN (sodium diethyldithiocarbamate), KSCN (potassium thiocyanate), 2,2′-bipyridyl, 2,2′-dipyridine, nicotinic acid, thiourea, tetramethylthiourea, cupron, cuperone, thiazole, 2-mercaptobenzothiazole, Potassium ferrocyanide, potassium ferricyanide, sodium cyanide, pyrrole, pyrazole, imidazole, 1,2,4-triazole, 1,2,4-benzotriazole, thiophene, thiomelide, rhodanine, rubeanic acid, pyridine, triazine, methyl orange, benzo Cyan compounds such as quinoline, 2,2′-biquinoline, dithizone, diphenylcarbazide, nerocproine, 2 (2-pyridyl) imidazoline, 1,10-phenanthroline, nitrogen-based organic compounds, sulfur Mention may be made of the compound. These may be added alone or in combination. The concentration of the stabilizer in the electroless plating solution is usually 0.01 to
100 ppm.

無電解メッキ液は、メッキ金属に応じて様々なものが市販されており、本発明では市販されているメッキ液を制限なく使用できる。メッキ液の管理、メッキ条件は、使用するメッキ液の種類などに応じて、適宜決定すればよい。   Various electroless plating solutions are commercially available depending on the plating metal, and any commercially available plating solution can be used in the present invention without limitation. The management of the plating solution and the plating conditions may be appropriately determined according to the type of the plating solution used.

また、無電解メッキを行う場合には、市販されているメッキシステムを制限なく使用でき、メッキ条件は、使用するシステム、メッキ液の種類、セラミック基板の種類などに応じて、適宜決定すればよい。   In addition, when performing electroless plating, a commercially available plating system can be used without limitation, and the plating conditions may be appropriately determined according to the system used, the type of plating solution, the type of ceramic substrate, and the like. .

たとえば、無電解ニッケルメッキ浴としては、還元剤として次亜りん酸ナトリウムを用いる無電解Ni−Pメッキ浴と、還元剤としてジメチルアミノほう素を用いる無電解Ni
−Bメッキ浴が一般的に使用される。ニッケルメッキ条件は、メッキ膜厚及びニッケルメッキ浴組成によって異なるが、一般的な条件を例示すれば、Ni−Bメッキの場合Ni濃度4〜10g/リットル、還元剤濃度0.1〜20g/リットル、浴温50〜70℃、pH5〜8、処理(被メッキ物の浸漬)時間1〜150分である。また、P−Niの場合にはNi濃度4〜10g/リットル、還元剤濃度10〜40g/リットル、浴温50〜95℃、pH3〜10、処理(被メッキ物の浸漬)時間1〜100分である。
For example, as an electroless nickel plating bath, an electroless Ni-P plating bath using sodium hypophosphite as a reducing agent, and an electroless Ni using dimethylaminoboron as a reducing agent.
A -B plating bath is generally used. Nickel plating conditions vary depending on the plating film thickness and nickel plating bath composition. For example, in the case of Ni-B plating, the Ni concentration is 4 to 10 g / liter and the reducing agent concentration is 0.1 to 20 g / liter. The bath temperature is 50 to 70 ° C., the pH is 5 to 8, and the treatment (immersion of the object to be plated) is 1 to 150 minutes. In the case of P-Ni, the Ni concentration is 4 to 10 g / liter, the reducing agent concentration is 10 to 40 g / liter, the bath temperature is 50 to 95 ° C., the pH is 3 to 10, and the treatment (immersion of the object to be plated) is 1 to 100 minutes. It is.

本発明の方法では、金属膜を無電解メッキにより形成した後、得られた金属膜上にさらに電解メッキで金属を被覆してもよい(工程(D))。一般に無電解メッキよりも電解メッキの方が製膜速度は速いため、厚い金属層を形成する場合には、層全体を無電解メッキで形成するよりも無電解メッキで形成した金属層上に電解メッキにより層を成長させて行く方が製膜時間は短くなる。また、無電解メッキがNiメッキである場合には、メッキ金属層中にPやBなどが含まれることになり、金属層が硬くなるので、その上にこのような物質を含まない金属層を電解メッキにより形成することにより、全体として良好な金属層とすることができる。このとき、電解メッキで形成する金属層の金属の種類は無電解メッキで形成した金属層の金属の種類と同一であっても異なっていてもよい。   In the method of the present invention, after the metal film is formed by electroless plating, the obtained metal film may be further coated with metal by electrolytic plating (step (D)). In general, electrolytic plating is faster than electroless plating, so when forming a thick metal layer, electrolysis is performed on the metal layer formed by electroless plating rather than by electroless plating of the entire layer. The film formation time becomes shorter when the layer is grown by plating. In addition, when the electroless plating is Ni plating, P and B are included in the plated metal layer, and the metal layer becomes hard. Therefore, a metal layer that does not include such a material is formed on the plated metal layer. By forming by electrolytic plating, a good metal layer as a whole can be obtained. At this time, the metal type of the metal layer formed by electrolytic plating may be the same as or different from the metal type of the metal layer formed by electroless plating.

電解メッキを行う場合には、無電解メッキにより被覆した金属を電解メッキプロセスの電源ライン(シード層とも呼ばれる)として用いることになる。電解メッキの方法自体は、従来の方法が特に制限なく使用できる。   In the case of performing electroplating, a metal coated by electroless plating is used as a power line (also referred to as a seed layer) for the electroplating process. As the electrolytic plating method itself, a conventional method can be used without any particular limitation.

電解メッキに際しては、セミアディティブ法により回路形成することもできる。セミアディティブ法とは、全面に無電解メッキが施された基板上に回路形成したい部分以外の領域上にレジスト層を形成した後に電解メッキを施してレジストで被覆されてない無電解メッキ層上に電解メッキ層を形成し、次いでレジスト剥離後に不要な無電解メッキ層をエッチングにより除去する方法である。また、それ以外にも無電解メッキ層の全面に電解メッキを施してからレジストパターンを形成し、エッチングにより不要な金属層を除去した後にレジスト剥離することにより回路パターンを形成することもできる。   In electrolytic plating, a circuit can be formed by a semi-additive method. The semi-additive method is a method in which a resist layer is formed on a region other than a portion where a circuit is to be formed on a substrate that has been electrolessly plated on the entire surface, and then electroplating is performed on an electroless plating layer that is not covered with a resist. In this method, an electrolytic plating layer is formed, and then an unnecessary electroless plating layer is removed by etching after resist stripping. In addition, a circuit pattern can also be formed by forming a resist pattern after electrolytic plating is performed on the entire surface of the electroless plating layer, removing an unnecessary metal layer by etching, and then removing the resist.

本発明の製造方法によれば、エッチング処理を省略して無電解メッキを行うことができるので、本発明の方法により得られたメタライズドセラミック基板は、機械的強度が高く信頼性も高いという特徴を有する。しかも、エッチング処理を施していないにもかかわらず、セラミック基板上に直接接合する無電解メッキ層(無電解メッキにより形成された金属層)の接合強度は高い。本発明の方法により得られるメタライズドセラミック基板は、従来の無電解メッキ法により得られるメタライズドセラミック基板と比べて、このような優位性を持つものであるが、工程(B)を経ることに起因して、構造的にも従来のメタライズドセラミック基板には見られない特徴を有するものを含む。   According to the manufacturing method of the present invention, the electroless plating can be performed by omitting the etching process, so that the metallized ceramic substrate obtained by the method of the present invention has a feature of high mechanical strength and high reliability. Have. In addition, the bonding strength of the electroless plating layer (metal layer formed by electroless plating) that is directly bonded onto the ceramic substrate is high even though the etching treatment is not performed. The metallized ceramic substrate obtained by the method of the present invention has such advantages as compared with the metallized ceramic substrate obtained by the conventional electroless plating method, but is caused by going through the step (B). In addition, structurally, those having characteristics not found in conventional metallized ceramic substrates are included.

即ち、本発明の方法により得られたメタライズドセラミック基板は、“セラミック焼結体基板上に、少なくとも1つのセラミック焼結体層と、その上に直接形成された無電解メッキ金属膜とを含んでなる積層構造を有するメタライズドセラミック基板であって、前記積層構造を形成するセラミック焼結体層は前記セラミック焼結体を構成するセラミックと同種のセラミックの焼結体からなり、該セラミック焼結体層を構成するセラミック粒子の平均粒径が、前記セラミック焼結体基板を構成するセラミック粒子の平均粒径の10〜80%である”という構造的特徴を有するメタライズドセラミック基板を含む。   That is, the metallized ceramic substrate obtained by the method of the present invention includes “at least one ceramic sintered body layer on a ceramic sintered body substrate, and an electroless plating metal film directly formed thereon. The ceramic sintered body layer having the laminated structure is formed of a ceramic sintered body of the same type as the ceramic constituting the ceramic sintered body, and the ceramic sintered body layer The metallized ceramic substrate having the structural feature that the average particle size of the ceramic particles constituting the ceramic particles is 10 to 80% of the average particle size of the ceramic particles constituting the ceramic sintered substrate.

なお、本発明のメタライズドセラミック基板が上記で特定されるセラミック焼結体層を有することは、基板断面を電子顕微鏡(たとえばSEM)観察することにより確認することができる。また、上記セラミック焼結体層に直接接合する金属層が無電解メッキにより形成された層であることは、その組成やミクロ構造を調べることにより確認することがで
きる。例えば、無電解メッキにより得られた金属層がNi層である場合には、P、Bなどの使用したメッキ液に応じた元素を含むことにより該層が無電解メッキにより得られた層であることが容易に確認できる。
デバイスに充分な強度を付与するため、
In addition, it can confirm that the metallized ceramic substrate of this invention has the ceramic sintered compact layer specified above by observing a cross section of a substrate with an electron microscope (for example, SEM). Moreover, it can be confirmed that the metal layer directly joined to the ceramic sintered body layer is a layer formed by electroless plating by examining its composition and microstructure. For example, in the case where the metal layer obtained by electroless plating is a Ni layer, the layer is obtained by electroless plating by containing elements according to the plating solution used such as P and B. Can be easily confirmed.
To give the device enough strength,

本発明の製造方法を用いれば、セラミック基板にダメージを与えることなく無電解メッ
キという工業的に優れた方法でセラミックス上の所望な部分に密着力のある金属を直接被覆することができる。したがって、信頼性の高いセラミックス回路基板、および、微細な回路パターンを有するセラミックス基板を製造することができる。
If the manufacturing method of this invention is used, the metal which has adhesive force can be directly coat | covered by the industrially excellent method called electroless plating, without damaging a ceramic substrate. Therefore, a highly reliable ceramic circuit board and a ceramic board having a fine circuit pattern can be manufactured.

<実施例>
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
<Example>
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
平均粒径1.5μmの窒化アルミニウム粉末および焼結助剤として酸化イットリウムを添加し焼結して得た窒化アルミニウム焼結体基板からなる原料基板の表面に平均粒径1.5μmの窒化アルミニウム粉末100質量部、平均粒径0.5μmの酸化イットリウム粉末5質量部とエチルセルロース9質量部、テルピネオール40質量部を混練し25℃における粘度が3500Pに調整した窒化アルミニウムペーストをスクリーン印刷し、80℃で5分乾燥を行なった。
Example 1
Aluminum nitride powder having an average particle diameter of 1.5 μm on the surface of a raw material substrate made of an aluminum nitride sintered body substrate obtained by sintering by adding aluminum nitride powder having an average particle diameter of 1.5 μm and yttrium oxide as a sintering aid 100 parts by mass, 5 parts by mass of yttrium oxide powder having an average particle size of 0.5 μm, 9 parts by mass of ethyl cellulose, and 40 parts by mass of terpineol were screen-printed with an aluminum nitride paste adjusted to a viscosity of 3500 P at 25 ° C. Drying was performed for 5 minutes.

上記のようにして得られた基板を、窒素ガス中、1800℃にて4時間焼成を行ない、セラミック焼結体層を有するセラミック基板を得た。得られた基板の表面(セラミック焼結体層)上に、無電解メッキシステムを用いて銅を被覆した後に、さらに電解メッキで5μmの厚さの銅をメッキしてメタライズドセラミック基板を得た。   The substrate obtained as described above was baked in nitrogen gas at 1800 ° C. for 4 hours to obtain a ceramic substrate having a ceramic sintered body layer. The surface (ceramic sintered body layer) of the obtained substrate was coated with copper using an electroless plating system, and further plated with copper having a thickness of 5 μm by electrolytic plating to obtain a metallized ceramic substrate.

このとき、無電解メッキは、前処理としてエッチング処理を行わずに、次のようにして行った。即ち、先ず基板をアセトンと水で超音波洗浄したのち、塩化第1スズを1%、塩酸を2%含む25℃の水溶液に5分浸漬したのち(センシタイザー)、水洗を行ない、次に、塩化パラジウムを0.1%、塩酸を2%含む25℃の水溶液に5分浸漬したのち(アクチベーター)、水洗を行ない、もう一度、センシタイザー処理、水洗、アクチベーター処理、水洗を同一条件で行なったのち、無電解銅めっき液ノビガントHC(アトテックジャパン製)、30℃に15分浸漬することにより厚さ0.3μmの無電解メッキ銅膜を形成し、その後、電解銅めっき処理を行ない、電解銅めっきを5μm増し付けした。   At this time, the electroless plating was performed as follows without performing an etching process as a pretreatment. That is, first, the substrate was ultrasonically cleaned with acetone and water, then immersed in an aqueous solution at 25 ° C. containing 1% stannous chloride and 2% hydrochloric acid (sensitizer), then washed with water, After immersing in an aqueous solution containing 0.1% palladium chloride and 2% hydrochloric acid at 25 ° C for 5 minutes (activator), wash with water, and again perform sensitizer treatment, water wash, activator treatment, and water wash under the same conditions. After that, electroless copper plating solution Novigant HC (manufactured by Atotech Japan) is immersed in 30 ° C. for 15 minutes to form an electroless plated copper film having a thickness of 0.3 μm. Copper plating was increased by 5 μm.

また、得られたメタライズドセラミック基板について、原料基板上に窒化アルミニウムセラミック焼結体層が接合した部分であってその上にメタライズ層が形成されている部分の破断面を走査型電子顕微鏡で観察した。その写真を図1に示す。図1から、窒化アルミニウムペースト層が焼結されて形成された層の厚さは5μmであり、該層を構成する窒化アルミニウム粒子の平均粒径は2.1μm(コード法により求めた。)であること、さらに原料基板として使用した窒化アルミニウム焼結体基板を構成する窒化アルミニウム粒子の平均粒径は5.4μm(コード法により求めた。)であることが分かった。また、窒化アルミニウムセラミック焼結体層の表面粗さは0.6μmであった。さらにメッキが均一に被覆していることがわかった。   Further, with respect to the obtained metallized ceramic substrate, the fracture surface of the portion where the aluminum nitride ceramic sintered body layer was bonded to the raw material substrate and the metallized layer was formed thereon was observed with a scanning electron microscope. . The photograph is shown in FIG. From FIG. 1, the thickness of the layer formed by sintering the aluminum nitride paste layer is 5 μm, and the average particle diameter of the aluminum nitride particles constituting the layer is 2.1 μm (determined by the code method). Further, it was found that the average particle diameter of the aluminum nitride particles constituting the aluminum nitride sintered body substrate used as the raw material substrate was 5.4 μm (obtained by the code method). The surface roughness of the aluminum nitride ceramic sintered body layer was 0.6 μm. Further, it was found that the plating was uniformly coated.

このときの窒化アルミニウムセラミック焼結体層と金属膜である銅との密着力を引っ張り試験にて測定した。具体的には、メッキ膜にNiメッキを施した42アロイ製φ1.1mmのネイルヘッドピンをフラックス入りPb−Sn半田にて半田付けして、このピンを
10mm/minの速度で基板に対して垂直方向に引っ張り、剥がれた時の強度を測定する方法を用いた。その結果密着強度は45MPaで剥離モードは素材−メッキ間であった。
The adhesion strength between the aluminum nitride ceramic sintered body layer and the metal film copper was measured by a tensile test. Specifically, a 42 alloy φ1.1 mm nail head pin with Ni plating applied to the plating film is soldered with flux-containing Pb-Sn solder, and the pin is perpendicular to the substrate at a speed of 10 mm / min. A method of measuring the strength when pulled in the direction and peeled off was used. As a result, the adhesion strength was 45 MPa and the peeling mode was between material and plating.

また、めっきを処理行なった基板を塩化第二鉄水溶液に浸漬し、メッキ膜を完全に除去した後、三点曲げ強度を測定したところ、基板の曲げ強度は420MPaであった。
(実施例2)
基板表面に無電解Ni−Bを施す以外は、実施例1と同様にメタライズドセラミックス基板を作製した。このときの無電解メッキ処理は、アクチベーター処理工程までは実施例1と同様で、その後、奥野製薬製トップケミアロイ66をメッキ液として、液温65℃、20分間メッキ処理を行なった。得られたNi−Bの膜厚は2μmであった。
Further, after the plated substrate was immersed in a ferric chloride aqueous solution and the plating film was completely removed, the three-point bending strength was measured. The bending strength of the substrate was 420 MPa.
(Example 2)
A metallized ceramic substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that electroless Ni-B was applied to the substrate surface. The electroless plating treatment at this time was the same as that in Example 1 until the activator treatment step. Thereafter, the plating treatment was performed at a liquid temperature of 65 ° C. for 20 minutes using Okuno Seiyaku Top Chemi Alloy 66 as a plating solution. The obtained Ni—B film thickness was 2 μm.

その後、電解銅メッキを行ない、得られたメタライズド基板のメッキ膜密着強度を測定したところ82MPaで剥離モードは半田−半田間であった。また、メッキ膜を除去した後の三点曲げ強度を測定したところ、480MPaであった。   Thereafter, electrolytic copper plating was performed, and the plating film adhesion strength of the obtained metallized substrate was measured. As a result, the peeling mode was 82-MPa and the solder-to-solder mode. Moreover, it was 480 Mpa when the three-point bending strength after removing a plating film was measured.

(実施例3)
基板表面に無電解Ni−Pを施す以外は、実施例1と同様にメタライズドセラミックス基板を作製した。
(Example 3)
A metallized ceramic substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that electroless Ni-P was applied to the substrate surface.

このときの無電解メッキ処理は、アクチベーター処理工程までは実施例1と同様で、その後、奥野製薬製ICPニコロンUSDをメッキ液として、液温85℃、10分間メッキ処理を行なった。得られたNi−Pの膜厚は2μmであった。   The electroless plating process at this time was the same as that of Example 1 until the activator process, and thereafter, the plating process was performed at a liquid temperature of 85 ° C. for 10 minutes using ICP Nicolon USD manufactured by Okuno Pharmaceutical. The film thickness of the obtained Ni—P was 2 μm.

その後、電解銅メッキを行ない、得られたメタライズド基板のメッキ膜密着強度を測定したところ60MPaで剥離モードは基板−基板間であった。また、メッキ膜を除去した後の三点曲げ強度を測定したところ、455MPaであった。   Then, electrolytic copper plating was performed, and the plating film adhesion strength of the obtained metallized substrate was measured. As a result, the peeling mode was between the substrate and the substrate at 60 MPa. Moreover, it was 455 MPa when the three-point bending strength after removing the plating film was measured.

(比較例1(物理研磨法))
実施例1で用いた窒化アルミニウム焼結体基板からなる原料基板の表面をサンドブラスト(アルミナ粉を使用)にて研磨した。このときの表面粗さは1.8μmであった。これに実施例1と同様に無電解銅メッキを施し、さらに電解銅メッキを5μmメッキした。
(Comparative Example 1 (physical polishing method))
The surface of the raw material substrate made of the aluminum nitride sintered body substrate used in Example 1 was polished by sand blasting (using alumina powder). The surface roughness at this time was 1.8 μm. This was subjected to electroless copper plating in the same manner as in Example 1 and further plated with 5 μm of electrolytic copper plating.

このときのセラミックスと銅の密着力を実施例1と同じ方法で測定した。その結果は30MPaで剥離モードはセラミックス−メッキ間であった。更に、実施例1と同様に、メッキ膜を除去した後曲げ強度を測定したところ、320MPaであった。   The adhesion between ceramics and copper at this time was measured by the same method as in Example 1. The result was 30 MPa and the peeling mode was between ceramic and plating. Furthermore, when the bending strength was measured after removing the plating film in the same manner as in Example 1, it was 320 MPa.

(比較例2(物理研磨法))
基板表面に実施例2と同様に無電解Ni−Bを施す以外は、比較例1と同様にメタライズド基板を作製した。
(Comparative Example 2 (physical polishing method))
A metallized substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that electroless Ni-B was applied to the substrate surface as in Example 2.

得られたメタライズド基板のメッキ膜密着強度を測定したところ35MPaで剥離モードはセラミックス−メッキ間であった。また、メッキ膜を除去した後の三点曲げ強度を測定したところ、350MPaであった。   When the adhesion strength of the plating film of the obtained metallized substrate was measured, it was 35 MPa and the peeling mode was between ceramic and plating. Moreover, it was 350 MPa when the three-point bending strength after removing the plating film was measured.

(比較例3(物理研磨法))
基板表面に実施例3と同様に無電解Ni−Pを施す以外は、比較例1と同様にメタライズド基板を作製した。
(Comparative Example 3 (physical polishing method))
A metallized substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that electroless Ni—P was applied to the substrate surface in the same manner as in Example 3.

得られたメタライズド基板のメッキ膜密着強度を測定したところ30MPaで剥離モー
ドはセラミックス−メッキ間であった。また、メッキ膜を除去した後の三点曲げ強度を測定したところ、330MPaであった。
When the adhesion strength of the plating film of the obtained metallized substrate was measured, the peeling mode was between ceramic and plating at 30 MPa. Moreover, it was 330 MPa when the three-point bending strength after removing the plating film was measured.

(比較例4(エッチング法))
実施例1で用いた窒化アルミニウム焼結体基板からなる原料基板の表面を濃度が20wt%の水酸化ナトリウム溶液を用いて65℃60分間で処理した。このときのセラミック表面の平均粗さは1.4μmであった。これに無電解銅メッキを施し、さらに電解銅メッキを10μmメッキした。
(Comparative Example 4 (etching method))
The surface of the raw material substrate made of the aluminum nitride sintered substrate used in Example 1 was treated with a sodium hydroxide solution having a concentration of 20 wt% at 65 ° C. for 60 minutes. The average roughness of the ceramic surface at this time was 1.4 μm. Electroless copper plating was applied thereto, and electrolytic copper plating was further plated by 10 μm.

このときのセラミックスと銅の密着力を実施例1と同じ方法で測定した。その結果は33MPaで剥離モードは素材−メッキ間であった。更に、実施例1と同様に、メッキ膜を除去した後、曲げ強度を測定したところ、300MPaであった。   The adhesion between ceramics and copper at this time was measured by the same method as in Example 1. The result was 33 MPa, and the peeling mode was between material and plating. Further, as in Example 1, after removing the plating film, the bending strength was measured and found to be 300 MPa.

(比較例5(エッチング法))
基板表面に実施例2と同様に無電解Ni−Bを施す以外は、比較例4と同様にメタライズド基板を作製した。得られたメタライズド基板のメッキ膜密着強度を測定したところ58MPaで剥離モードはセラミックス−セラミックス間とメッキ−セラミックス間の混在モードであった。また、メッキ膜を除去した後の三点曲げ強度を測定したところ、350MPaであった。
(Comparative Example 5 (etching method))
A metallized substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that electroless Ni-B was applied to the substrate surface as in Example 2. When the adhesion strength of the plating film of the obtained metallized substrate was measured, it was 58 MPa, and the peeling mode was a mixed mode between ceramics and ceramics and between plating and ceramics. Moreover, it was 350 MPa when the three-point bending strength after removing the plating film was measured.

(比較例6(エッチング法))
基板表面に実施例3と同様に無電解Ni−Pを施す以外は、比較例4と同様にメタライズド基板を作製した。得られたメタライズド基板のメッキ膜密着強度を測定したところ42MPaで剥離モードはセラミックス−セラミックス間とメッキ−セラミックス間の混在モードであった。また、メッキ膜を除去した後の三点曲げ強度を測定したところ、350MPaであった。
(Comparative Example 6 (etching method))
A metallized substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that electroless Ni-P was applied to the substrate surface in the same manner as in Example 3. The plating film adhesion strength of the obtained metallized substrate was measured. At 42 MPa, the peeling mode was a mixed mode between ceramics and ceramics and between plating and ceramics. Moreover, it was 350 MPa when the three-point bending strength after removing the plating film was measured.

本図は、実施例1で形成した「セラミック焼結体層を有するセラミック基板」の断面の走査型電子顕微鏡写真である。This figure is a scanning electron micrograph of a cross section of “a ceramic substrate having a ceramic sintered body layer” formed in Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・セラミック焼結体層
2・・・セラミック基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic sintered compact layer 2 ... Ceramic substrate

Claims (8)

表面に導電層または導電ペースト層を有していてもよいセラミック基板からなる原料基板を準備する工程(A)と、
該原料基板上にセラミックペースト層を形成し、該セラミックペースト層を焼成しセラミック焼結体層を形成する工程(B)と、
該セラミック焼結体層上に無電解メッキにより金属膜を形成する工程(C)と、を含むメタライズドセラミック基板の製造方法。
A step (A) of preparing a raw material substrate made of a ceramic substrate which may have a conductive layer or a conductive paste layer on the surface;
Forming a ceramic paste layer on the raw material substrate, firing the ceramic paste layer to form a ceramic sintered body layer; and
And (C) forming a metal film on the ceramic sintered body layer by electroless plating.
工程(C)の前工程として原料基板を塩基性水溶液でエッチングする工程を含まない請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 1 which does not include the process of etching a raw material board | substrate with basic aqueous solution as a pre-process of a process (C). 工程(C)により形成された無電解メッキ金属膜上に、さらに電解メッキで金属を被覆する工程(D)を含む請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 2, further comprising a step (D) of coating a metal by electroplating on the electroless plating metal film formed in the step (C). 請求項1〜3の何れかの製造方法で得られたメタライズドセラミック基板。   A metallized ceramic substrate obtained by the production method according to claim 1. セラミック焼結体基板上に、少なくとも1つのセラミック焼結体層と、その上に直接形成された無電解メッキ金属膜とを含んでなる積層構造を有するメタライズドセラミック基板であって、前記積層構造を形成するセラミック焼結体層は前記セラミック焼結体を構成するセラミックと同種のセラミックの焼結体からなり、該セラミック焼結体層を構成するセラミック粒子の平均粒径が、前記セラミック焼結体基板を構成するセラミック粒子の平均粒径の10〜80%であるメタライズドセラミック基板。   A metallized ceramic substrate having a multilayer structure comprising at least one ceramic sintered body layer and an electroless plating metal film directly formed thereon on a ceramic sintered body substrate, wherein the multilayer structure is The ceramic sintered body layer to be formed is composed of a ceramic sintered body of the same kind as the ceramic constituting the ceramic sintered body, and the average particle size of the ceramic particles constituting the ceramic sintered body layer is the ceramic sintered body. A metallized ceramic substrate which is 10 to 80% of an average particle diameter of ceramic particles constituting the substrate. セラミック焼結体層を形成するセラミック粒子の平均粒径が0.1μm〜5μmである請求項5に記載のメタライズドセラミック基板。   The metallized ceramic substrate according to claim 5, wherein an average particle diameter of ceramic particles forming the ceramic sintered body layer is 0.1 µm to 5 µm. セラミック焼結体層表面の平均粗さが0.1μm〜3μmである請求項5または6に記載のメタライズドセラミック基板。   The metallized ceramic substrate according to claim 5 or 6, wherein the average roughness of the ceramic sintered body layer surface is 0.1 µm to 3 µm. セラミック焼結体基板およびセラミック焼結体層が、窒化アルミニウムからなる請求項5〜7の何れかに記載のメタライズドセラミック基板。   The metallized ceramic substrate according to any one of claims 5 to 7, wherein the ceramic sintered body substrate and the ceramic sintered body layer are made of aluminum nitride.
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