JP2853551B2

JP2853551B2 - セラミック配線板の製法

Info

Publication number: JP2853551B2
Application number: JP914794A
Authority: JP
Inventors: 出吉澤; 広明高橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1999-02-03
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JPH07221434A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品として利用さ
れるセラミック配線板の製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミック基板表面に無電解銅め
っきを施して導体層を形成する場合、フッ酸、リン酸、
水酸化ナトリウムなどの高温溶液にセラミック基板を浸
漬する化学エッチング法などの方法によってセラミック
基板表面を粗面化することにより、いわゆるアンカー効
果により銅めっき膜とセラミック基板との密着力を確保
することが一般的である。

【０００３】しかし、セラミック基板表面を粗面化する
ことは高周波特性を損うという問題があるため、極力平
滑なセラミック基板表面に、強固に密着している導体層
が形成できる方法の開発が望まれている。そして、粗面
化せずに、密着性の優れた銅導体層が形成できる方法と
して、特公平４−８２０４３号及び特公平３−６９１９
１号等の提案がされている。

【０００４】特公平４−８２０４３号にはセラミック表
面に無電解めっき法により金属薄膜形成後、９００〜１
２００℃で熱処理して、セラミックと金属薄膜との間に
化学結合を形成させ、その後、化学的にエッチングして
該金属薄膜を除去し、その後無電解めっき法によりセラ
ミック表面の金属化を行なう方法が記載されている。し
かし、この方法の場合、化学的にエッチングして該金属
薄膜を除去する際に、前記公報の実施例に記載のように
比較的高温の王水等の酸溶液への浸漬工程が必要であ
り、使用治具や容器などに制約が多く、実工程への採用
が困難であるという欠点がある。一方、特公平３−６９
１９１号にはアルミナ基板に無電解銅めっきを施し、次
いで３００〜９００℃で酸化性雰囲気中で熱処理し、さ
らに還元性雰囲気中２００〜９００℃で処理し、次いで
無電解銅めっきを施し、しかる後電気銅めっきを施す方
法が記載されている。しかし、この方法の場合、還元性
雰囲気中での処理を行なうため、製造装置や製造工程が
複雑になるという問題点や、雰囲気制御状態によりセラ
ミック基板とめっき皮膜間の密着力が変動するという問
題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の事情に鑑みて、
本発明は、使用治具や容器などへの制約が少なく、か
つ、還元性雰囲気等の特殊な雰囲気を必要とせずに、平
滑なセラミック基板表面に、強固な密着力を持つ導体層
が形成できるセラミック配線板の製法を開発することを
第１の課題としている。

【０００６】また、本発明は、上記の第１の課題を解決
し、加えて、回路不良の少ないセラミック配線板が得ら
れるセラミック配線板の製法を開発することを第２の課
題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の課題を解決するた
めの手段として、本発明のセラミック配線板の製法は、
セラミック基板に対し、その表面に銅含有層を形成し、
次に酸化性雰囲気中で８５０〜１１００℃で熱処理し、
次に還元性溶液中に浸漬して還元処理し、次いで無電解
銅めっきを施すことを特徴としている。

【０００８】また、第２の課題を解決するために、本発
明のセラミック配線板の製法は、前記の第１の課題を解
決するための手段において、酸化性雰囲気中での熱処理
に先立ち、表面にパターニングされた銅含有層が形成さ
れているセラミック基板表面の少なくともセラミック露
出部上に、焼結温度が１１００℃を越える無機粉末を含
有する膜を形成し、酸化性雰囲気中での熱処理後に該膜
を除去することを特徴としている。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。使用する
セラミック基板の材質としては、例えば、アルミナ、ジ
ルコニア、コージェライト、チタン酸バリウム等の酸化
物系のセラミックや窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒
化物系のセラミックや炭化珪素等の炭化物系のセラミッ
ク等があり、特に限定はない。

【００１０】セラミック基板表面への銅含有層の形成法
に関しては、特に限定はなく、有機金属レジネート（ま
たはそのペースト）を用いる方法、スパッタ法、無電解
めっき法等で行なえばよい。

【００１１】本発明では、銅含有層が表面に形成された
セラミック基板を、酸化性雰囲気中で８５０〜１１００
℃で熱処理する。この工程によって、銅含有層の銅は酸
化銅になる。そして、熱処理温度を８５０〜１１００℃
の範囲に限定するのは、８５０℃未満の温度では銅含有
層とセラミック基板との密着力が不十分となり、また、
１１００℃を越える温度では、熱処理中に銅成分（酸化
銅）の飛散が顕著になり、密着力向上に寄与する銅成分
量が確保できないためと考えられるが、やはり銅含有層
とセラミック基板との密着力が不十分となるからであ
る。

【００１２】本発明では、熱処理を終えた銅含有層付き
セラミック基板を還元性溶液中に浸漬して還元処理を行
なう。この工程によって、銅含有層の表面に存在する酸
化銅は容易に還元されて金属銅になり、この金属銅がこ
の後の無電解銅めっき工程での触媒核となり、所望する
無電解銅めっきが可能となる。還元性溶液については酸
化銅を還元するものであればよく、特に限定はないが、
例えば、水素化ホウ素塩液、次亜リン酸塩液などを用い
ることができる。

【００１３】次いで、上記の還元処理を終えたセラミッ
ク基板に無電解銅めっき施して導体層を形成する。この
無電解銅めっきの方法については特に限定はない。そし
て無電解銅めっきを施す際、もしくは無電解銅めっきが
施された後で、導体層のパターニングを行なうことによ
って回路パターンが形成されたセラミック配線板が得ら
れる。

【００１４】次に、第２の課題を解決するための発明に
ついて説明する。セラミック基板表面の銅含有層を回路
パターン状に形成し、次いで上記の酸化性雰囲気中での
熱処理以降の工程を経てセラミック回路板を製造する場
合には、銅含有層がパターニングされるので、セラミッ
ク基板表面には銅含有層が存在しないセラミック露出部
が存在する。このようなセラミック露出部を有する銅含
有層付きのセラミック基板を酸化性雰囲気中で熱処理す
ると、熱処理により銅成分が飛散しセラミック露出部に
銅成分が付着する現象がしばしば生じ、その結果、回路
不良が発生する場合がある。

【００１５】そこで、このような銅成分の付着を防止す
るため、酸化性雰囲気中での熱処理に先立ち、セラミッ
ク基板表面の少なくともセラミック露出部上に、焼結温
度が１１００℃を越える無機粉末を含有する膜を形成す
る。この無機粉末を含有する膜の形成は、例えば、アル
ミナやジルコニアなどのセラミック粉体及びメチルセル
ロースなどのバインダーを含有する塗料をスプレー法や
スクリーン印刷法でセラミック基板表面に塗布する方法
等で容易に行なえる。また、形成する場所については少
なくともセラミック露出部上に形成されていればよく、
セラミック基板の全面に形成しても差支えない。この無
機粉末としては焼結温度が１１００℃を越えるものを使
用するので、８５０〜１１００℃の熱処理では焼結され
ず、焼結後も無機粉末はセラミック基板表面に付着して
いる状態になっており、超音波洗浄等により、簡単に膜
の除去は行なえる。

【００１６】上記のようにして、熱処理時に飛散する銅
成分がセラミック露出部に付着するのを防止することに
より、回路不良の少ないセラミック配線板が得られるよ
うになる。

【００１７】

【作用】本発明に係るセラミック配線板の製法では、セ
ラミック基板表面に銅含有層を形成し、次に酸化性雰囲
気中で８５０〜１１００℃で熱処理するが、この熱処理
により酸化銅が生成される。生成した酸化銅はセラミッ
ク基板との界面に化学結合層を形成し、セラミック基板
に対する密着剤として作用する。また、熱処理後の銅含
有層の表面には酸化銅層が現れることになる。

【００１８】本発明では、熱処理の後、還元性溶液中に
浸漬して還元処理し、次いで無電解銅めっきを施す構成
となっているので、前記の熱処理後に銅含有層の表面に
現れる酸化銅層は還元処理によって金属銅に変わる。こ
うして得られる金属銅は、次の工程の無電解銅めっきに
おけるめっき触媒として作用する。すなわち、従来の無
電解銅めっき工程で必要であった、Ｐｄ等の貴金属触媒
の付与工程（核付け工程）が本発明では省略できるよう
になる。

【００１９】そして、酸化性雰囲気中での熱処理に先立
ち、表面にパターニングされた銅含有層が形成されてい
るセラミック基板表面の少なくともセラミック露出部上
に、焼結温度が１１００℃を越える無機粉末を含有する
膜を形成することは、熱処理時に飛散する銅成分がセラ
ミック露出部に付着するのを防止する作用をする。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の具体的な実施例及び比較例
を示す。

【００２１】（１）銅含有層をセラミック基板表面の全
面に形成し、この銅含有層をパターニングせずに、その
上に無電解銅めっきを施した実施例（実施例１〜実施例
８）表面粗化処理を行なっていない、表１に示す各種のセラ
ミック基板表面の全面に、無電解銅めっき法、スパッタ
法または有機金属銅ペーストを用いたスクリーン印刷法
の３種類の方法のいずれかの方法により、銅含有層（厚
み０．５μｍ）を形成した。なお、無電解銅めっき法の
場合には基板にＰｄの核付けを施してから無電解銅めっ
きを行なった。（各実施例毎の銅含有層の形成法は表１
に示す通りとした。）その後、上記基板を１０００℃、４５分間、大気中で熱
処理し、次いで、８０℃の水素化ホウ素ナトリウム水溶
液（ｐＨ１２．５）に浸漬して還元処理を行なった。還
元処理を終えた基板に、無電解銅めっきを施し、基板の
全面に厚みが１０μｍの銅めっき膜を厚付けし、導体層
を形成した。得られた銅メタライズされたセラミック基
板にフォト法を用いてパターニングしてセラミック配線
板を得た。

【００２２】得られたセラミック配線板におけるセラミ
ック基板と導体層との密着力を測定した。この密着力の
測定は、図１に示すように、セラミック基板１上に形成
した２ｍｍ角の導体層２に０．７ｍｍφのスズめっき銅
線４をはんだ３により接合した試験片を用いて行なっ
た。なお図１中の矢印は引張試験の引張方向を示す。得
られた密着力の測定結果を表１に示す。表１の結果か
ら、実施例１〜実施例８では良好な密着力が得られてい
ることがわかる。

【００２３】なお、実施例１〜実施例８で得られたセラ
ミック配線板について回路絶縁不良等の回路不良の発生
はなかった。

【００２４】

【表１】

【００２５】（２）銅含有層をセラミック基板表面の全
面に形成し、この銅含有層をパターニングし、得られた
回路パターン上に無電解銅めっきを施した実施例及び比
較例（実施例９〜１１及び比較例１〜３）表面粗化処理を行なっていない、９６％アルミナ基板に
対して、Ｐｄの核付けを施した後、無電解銅めっき法に
より銅含有層（厚み０．５μｍ）を基板の全面に形成し
た。ついで、銅含有層が形成された基板にフォト法を用
いてパターニングして、銅含有層からなる回路パターン
を形成した。得られたアルミナが露出している部分を有
する基板を表２に示す条件で、大気中で熱処理し、次い
で、８０℃の水素化ホウ素ナトリウム水溶液（ｐＨ１
２．５）に浸漬して還元処理を行なった。還元処理を終
えた基板に、めっきレジストは使用せずに無電解銅めっ
きを施し、回路パターン上に厚みが１０μｍの銅めっき
膜を厚付けし、導体層を形成した。こうして得られたセ
ラミック配線板におけるセラミック基板と導体層との密
着力を、前記の実施例１〜実施例８の場合と同様の方法
で測定し、得られた測定結果を表２に示す。

【００２６】また、得られたセラミック配線板について
回路形成状態を目視により評価したところ、実施例１
０、実施例１１及び比較例３では大気中で熱処理する前
にアルミナが露出していた部分に銅成分が付着している
ことが確認され、アルミナが露出している部分を持つ基
板を１０００℃以上で熱処理した場合には回路不良が発
生しやすいことが確認された。

【００２７】

【表２】

【００２８】（３）銅含有層をセラミック基板表面の全
面に形成し、この銅含有層をパターニングし、次いで基
板表面の全面に無機粉末を含有する膜を形成してから、
酸化性雰囲気中で熱処理し、次いで回路パターン上に無
電解銅めっきを施した実施例（実施例１２及び実施例１
３）表面粗化処理を行なっていない、９６％アルミナ基板に
対して、Ｐｄの核付けを施した後、無電解銅めっき法に
より銅を主成分とする銅含有層（厚み０．５μｍ）を基
板の全面に形成した。次いで、銅含有層が形成された基
板にフォト法を用いてパターニングして、銅含有層から
なる回路パターンを形成した。

【００２９】得られたアルミナが露出している部分を有
する基板に対して、平均粒径が０．１μｍのジルコニア
粉末及びメチルセルロースをベースとする無機塗料をス
プレー法によって吹き付け、乾燥して、焼結温度が１１
００℃を越える無機粉末を含有する膜を基板全面に形成
した。

【００３０】その後、得られた基板を表３に示す条件で
大気中で熱処理し、次いで、超音波を用いる水洗処理に
よって前記の無機粉末を含有する膜を基板から除去し
た。次いで、８０℃の水素化ホウ素ナトリウム水溶液
（ｐＨ１２．５）に基板を浸漬して還元処理を行なっ
た。還元処理を終えた基板に、めっきレジストは使用せ
ずに無電解銅めっきを施し、前記の回路パターン上に厚
みが１０μｍの銅めっき膜を厚付けし、導体層を形成し
た。こうして得られたセラミック配線板におけるセラミ
ック基板と導体層との密着力を、前記の実施例１〜実施
例８の場合と同様の方法で測定し、得られた測定結果を
表３に示す。

【００３１】また、得られたセラミック配線板について
回路形成状態を目視により評価したところ、大気中で熱
処理する前にアルミナが露出していた部分に銅成分が付
着している現象はなかった。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の発明に係るセラミック基
板への無電解銅めっき法は、セラミック基板表面に銅含
有層を形成し、次に酸化性雰囲気中で８５０〜１１００
℃で熱処理し、次に還元性溶液中に浸漬して還元処理
し、次いで無電解銅めっきを施す構成となっているの
で、本発明によれば、使用治具や容器などへの制約が少
なく、かつ、還元性雰囲気等の特殊な雰囲気を必要とせ
ずに、平滑なセラミック基板表面に、強固な密着力を持
つ導体層を形成できる。

【００３４】そして、請求項２及び請求項３記載の発明
では、酸化性雰囲気中での熱処理に先立ち、表面にパタ
ーニングされた銅含有層が形成されているセラミック基
板表面の少なくともセラミック露出部上に、焼結温度が
１１００℃を越える無機粉末を含有する膜を形成し、酸
化性雰囲気中での熱処理後に該膜を除去する構成となっ
ているので、請求項２及び請求項３記載の発明によれ
ば、上記の効果に加えて、回路不良の少ないセラミック
配線板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミック基板と導体層との密着力の測定法を
示す断面図である。

【符号の説明】

１セラミック基板２導体層３はんだ４スズめっき銅線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−205615（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−234395（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−67090（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−99963（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−222901（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−99453（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 3/10 - 3/26 H05K 3/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板に対し、その表面に銅含
有層を形成し、次に酸化性雰囲気中で８５０〜１１００
℃で熱処理し、次に還元性溶液中に浸漬して還元処理
し、次いで無電解銅めっきを施すことを特徴とするセラ
ミック配線板の製法。
【請求項２】酸化性雰囲気中での熱処理に先立ち、表
面にパターニングされた銅含有層が形成されているセラ
ミック基板表面の少なくともセラミック露出部上に、焼
結温度が１１００℃を越える無機粉末を含有する膜を形
成し、酸化性雰囲気中での熱処理後に該膜を除去するこ
とを特徴とする請求項１記載のセラミック配線板の製
法。
【請求項３】無機粉末を含有する膜の除去を超音波を
用いて行なうことを特徴とする請求項２記載のセラミッ
ク配線板の製法。