JP2971605B2 - 積層体 - Google Patents

積層体

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスの表面に
金属の層が積層された、いわゆるメタライズされたセラ
ミックス積層体に関し、さらに詳しくは、メタライズさ
れた金属のウエットエッチング性を損なうことなく、熱
によるハンダの濡れ性の低下、及び金属の各層間並びに
金属の層とセラミックスとの接着性の低下が防止された
セラミックス積層体に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミ
ックス基板は、その表面をメタライズしてトランジスタ
あるいはレーザーダイオード等のヒートシンクやＩＣあ
るいはＬＳＩの封止材あるいは放熱材等に広く使用され
ている。セラミックス基板のメタライズにはスパッタリ
ング、イオンプレーティング等のドライプロセス、ある
いはドライプロセスとメッキ等のウエットプロセスとの
併用などの方法が採用されている。
【０００３】通常、セラミックス表面の一部にメタライ
ズする場合が多く、このためにメタライズのパターニン
グ処理が行われる。パターニング処理にはイオンミリン
グのようなドライエッチングプロセスと酸等を含む溶液
中で行うウエットエッチングプロセスがあり、セラミッ
クス形状が立体的あるいは形状が平面的であっても焼き
上がり面や、研摩面のように表面に凹凸のある場合には
ウエットエッチングが採用されている。
【０００４】ウエットエッチングによるパターニングを
良好に行うためにメタライズの元素構成として、チタン
−ニッケル、チタン−ニッケル−金、チタン−銅、チタ
ン−銅−金等の各金属層の組合せが採用されている。ま
た、これらのメタライズされたセラミックス基板ははん
だ付けされ、電気機器に組み込まれることが多いから、
耐はんだ食われ性、耐酸化性、はんだ付け後の接合強度
を良好に保つために、通常、チタン−ニッケル−金が用
いられる事が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
チタン−ニッケル−金の組合せよりなる金属層は空気中
３５０℃以上の温度にさらすと、最上層の金属の層がニ
ッケルの拡散により金−ニッケル合金層になり、表面付
近のニッケルが酸化し、はんだ付けができなくなる問題
があった。
【０００６】メタライズされたセラミックス基板のはん
だ付けは、種々のセラミックス基板が多数ある場合が多
くこれらの部品を一度にはんだ付けするのは不可能であ
る。このため、通常は融点の異なるはんだを何種類か用
意し、融点の高いはんだを用いた部品のはんだ付けから
順番に行っていく方法が採用される。
【０００７】このように複数回のはんだ付けを行う場
合、先に行われる高温でのはんだ付け工程によって前述
のニッケルの金層への拡散が起こり、引き続いて行われ
る次のはんだ付け工程においてはんだの接着不良が生じ
ていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、チタン−ニ
ッケル−金の組合せよりなる金属層のウエットエッチン
グ性を損なうことなく、耐熱性を持たせることについて
鋭意研究を重ねた結果、ニッケル層と金層との間に銅あ
るいは銅−ニッケル合金層を設けることで、チタン−ニ
ッケル−金の組合せよりなる金属層と同様なウエットエ
ッチング条件で容易にパターニングでき、空気中で３５
０℃以上に加熱してもはんだ濡れ性があり、各金属層間
および金属層とセラミックスとの接着強度が低下しない
耐熱性のある金属層が得られることを見いだし、本発明
を完成するに至った。
【０００９】即ち、本発明は、セラミックスの表面に該
セラミックスの表面から順にチタンの層、ニッケルの
層、銅又は銅−ニッケル合金の層、及び金の層が夫々積
層されてなる積層体である。
【００１０】本発明において用いられるセラミックス
は、スパッタリング、イオンプレーティング等の一般的
なメタライズプロセスによりメタライズ可能なものであ
れば何ら制限なく採用される。例えば、アルミナ、窒化
アルミニウム、ムライト、ベリリア、結晶化ガラス等を
代表的なものとして例示できる。また、上記のセラミッ
クスは結晶質及び非結晶質のいずれであってもよく、結
晶質の場合には多結晶体及び単結晶体のいずれであって
もよい。
【００１１】本発明において用いられるセラミックス
は、その製造方法に何ら制限されるものではない。代表
的な製造方法として原料粉末を成形後に焼結させる方
法、原料粉末を昇華させた後に沈積させる方法等を挙げ
ることができる。
【００１２】さらに、上記のセラミックスの形状は何ら
制限されず、板状体、繊維、薄膜の他、及び各種用途に
応じて成形された任意の形状であってよい。
【００１３】本発明において用いられるセラミックスの
第１層のチタン層はセラミックスと密着性を持たせるた
めに使用され、厚みについては０．０１〜５μｍが一般
的で、０．０５〜１μｍが望ましい。
【００１４】第２層のニッケル層ははんだ濡れ性を持た
せるため使用され、厚みは０．０１〜５０μｍが一般的
で、０．１〜１０μｍが望ましい。
【００１５】第３層の銅あるいは銅−ニッケル合金層は
加熱した場合、第２層のニッケルの金層への拡散による
金−ニッケル合金化を防ぐものであり、銅の存在が必須
である。銅−ニッケル合金を用いる場合、合金中に占め
る銅の量は０．５重量％以上であれば本発明の目的を十
分に達成することができ、２重量％以上でより好ましい
結果を得ることができる。
【００１６】銅または銅−ニッケル合金の層の厚みは、
０．００５〜２．０μｍが一般的で０．０１〜１．０μ
ｍが望ましい。
【００１７】第４層の金はニッケル層の酸化によるはん
だ濡れ性の低下を防ぐことが目的で、厚みは０．０１〜
５μｍが一般的で、０．０５〜２μｍが望ましい。
【００１８】なお、本発明におけるメタライズ層の作製
は、一般的に用いられる成膜方法を何ら制限なく採用す
ることができる。例えば、スパッタリング装置等のドラ
イプロセスを用いる方法やドライプロセスとメッキ等の
ウエットプロセスを組合せる方法等を用いることができ
る。ドライプロセスのみの場合、例えば、スパッタリン
グ装置を用い、チタン、ニッケル、銅、金のターゲット
をアルゴン等によりスパッタリングしてチタン−ニッケ
ル−銅−金の積層膜を作ることができる。第３層を銅−
ニッケル合金とするには、銅−ニッケル合金ターゲット
をスパッタする方法、銅ターゲットとニッケルターゲッ
トを同時にスパッタする方法、銅ターゲットとニッケル
ターゲットを交互に繰り返しスパッタする方法がある。
【００１９】ドライプロセスとウエットプロセスとの組
合せでは、第１層のチタンと第２層のニッケルをスパッ
タリングにより積層させた後、メッキにより第３層に
銅、第４層に金を積層する方法がある。
【００２０】
【作用】本発明の積層体は、第２層のニッケルと第４層
の金との間に銅あるいは銅−ニッケル合金層を入れるこ
とにより、銅と金が相互作用を行い、ニッケルが金層中
へ拡散するのを防いでいるため、耐熱性が改善されたも
のと考えられる。
【００２１】
【効果】以上の説明により理解されるように、本発明に
よればメタライズされた金属層の第２層のニッケル層と
第４層の金層との間に銅あるいは銅−ニッケル合金を第
３層として存在させることにより、パターニングのため
ウエットエッチング性を損なわず、空気中３５０℃以上
で加熱してもはんだ濡れ性に優れ、しかも、各金属層間
及び金属層とセラミックスとの間の密着強度が低下しな
いという効果を発揮することができる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例に基づき説明するが、
本発明は実施例にのみ限定されるものではない。
【００２３】実施例１〜３ 表１に示す立て５０ｍｍ×厚み１ｍｍのセラミックス基
板をスパッタリング装置（徳田製作所製 ＣＦＳ−８Ｅ
Ｐ−５５）内で１０-3〜１０-2ｐａの真空中で約２５０
℃、３０分間加熱した。次にアルゴンガスを導入して８
×１０-1ｐａとした後、３〜５Ａ、３００〜７００Ｖの
印加条件でセラミックス基板上に表１に示すメタライズ
を行った。
【００２４】これらのメタライズされたセラミックス基
板をスクリーン印刷法によりエッチングレジストを印刷
し、乾燥器にてレジストを乾燥した後、ウエットエッチ
ングにより１０ｍｍ角及び１ｍｍ角のメタライズパター
ンを有するセラミックス基板を作製した。
【００２５】この基板を表２および表３に示す温度（３
５０〜６００℃）で１０分間、空気中で加熱した後、は
んだ濡れテストと引張り強度テストを行い、結果を表２
及び表３に示した。
【００２６】はんだ濡れテスト及び引張り強度テストは
以下の方法で行った。
【００２７】（１）はんだ濡れテスト ５ｍｍ角、厚み０．１ｍｍの鉛−５％すずはんだ箔をフ
ラックスなしで１０ｍｍ角のメタライズパターンの中央
付近に置き、これを水素雰囲気にした環状炉（炉研工業
（株）製ガス雰囲気環状炉）内で３１５℃、１分間加熱
した。
【００２８】メタライズパターン面積（１００ｍｍ2）
中のはんだに濡れた面積の割合をサンプル５個について
測定し、平均値を求めた。
【００２９】（２）引張り強度テスト １ｍｍ角のメタライズパターン上にはんだフラックス
（富士フラックス（株）ＦＳＲ−１０１）を塗り、鉛−
すず共晶はんだ０．５ｍｍ角、厚み０．１ｍｍをのせ、
この上にコーバル製の引張りテスト用ピン（ネールヘッ
ド１．０ｍｍφ）を治具により固定し、ホットプレート
にて加熱してはんだ付けした。その後、引張り強度試験
機（東洋精機製作所製、ストログラフＭ２）で引張り強
度をサンプル５個について測定し、平均値を求めた。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】比較例 実施例２において第３層を省略した以外は実施例２と同
じメタライズされたセラミックス基板を加熱した後、は
んだ濡れテストと引張り強度テストを行った。結果を表
２、表３に併記した。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックスの表面に、該セラミックスの
    表面から順にチタンの層、ニッケルの層、銅又は銅−ニ
    ッケル合金の層、及び金の層が夫々積層されてなる積層
    体。
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