JP3203771B2

JP3203771B2 - 銅メタライズドセラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JP3203771B2
Application number: JP16266992A
Authority: JP
Inventors: 広明高橋; 薫戸根; 醇治兼子
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH05339084A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック配線板を作
製するのに使用される、セラミック基板の表面に銅膜が
形成されている銅メタライズドセラミック基板の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック配線板を作製するには、セラ
ミック基板の表面に金属ペーストをスクリーン印刷機を
用いて印刷して導体層を得る、いわゆる厚膜法が従来利
用されていた。しかし、この厚膜法により形成した回路
は、スクリーン印刷の網目の影響により、回路精度が悪
いという欠点や電気伝導度が劣るという欠点があり、厚
膜法では微細な回路の作製に限界があった。

【０００３】近年の回路の高精度化、微細化に対応する
ために、厚膜法以外の導体形成法として、セラミック基
板にダイレクトに銅を無電解めっきにより形成する方法
が提案されている。無電解めっき法により得られる銅は
電解銅に近い電気特性を有し、且つ写真法による回路形
成が可能であるので、回路の高精度化、微細化を実現で
きる利点を有している。しかし、無電解めっき法により
得られる銅膜を用いてセラミック配線板を作製する場合
には、回路形成後の厚膜抵抗体の焼き付け等の加熱によ
り銅膜に“ふくれ”（局部的な剥離）が発生するという
問題点がある。この“ふくれ”の発生する原因は、セラ
ミックと銅膜の界面又は析出初期の銅膜中に核付け液や
めっき液成分が内蔵されており、これらの成分が加熱に
よりガスとなり、体積膨張をするためと考えられる。こ
の加熱による銅膜の“ふくれ”を防止する方法として、
特開平１─１６４７８６号公報には導体層の内部構造
を、熱処理時に発生する内部ガスを逃がすのに必要な隙
間を有する構造とすることが提案されている。

【０００４】また、無電解めっき法による銅膜の形成に
は析出速度が遅いという問題点があり、電解めっき法に
よる銅膜の形成は析出速度が速いという利点があるの
で、短時間で所定の厚みの銅膜を得るために、無電解め
っき法によって必要最小限の厚みの銅膜を形成した後、
その上から電解めっき法で所望の厚みまで銅膜を形成す
る方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】無電解めっき法によっ
て必要最小限の厚みの銅膜を形成した後、その上から電
解めっき法で所望の厚みまで銅膜を形成して製造される
銅メタライズドセラミック基板においては、電解めっき
により得られる銅膜は一般に緻密なものであるため、無
電解めっき法による銅膜の内部構造を、熱処理時に発生
する内部ガスを逃がすのに必要な隙間を有する構造にし
たとしても、熱処理時に発生する内部ガスを電解めっき
により得られる銅膜の外に逃がすことができず、加熱に
よる銅膜の“ふくれ”が発生する問題点があった。ま
た、隙間を有する構造の無電解めっき法による銅膜は電
気特性が劣るという問題もあった。

【０００６】本発明は、上記のような従来技術の欠点を
解消するためのものであり、加熱による銅膜の“ふく
れ”の発生がなく、且つ電気特性の優れた銅膜を有する
銅メタライズドセラミック基板の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック基
板に、連通する隙間を有する、ポーラスな構造の第１の
銅膜を無電解めっきにより形成した後、この第１の銅膜
上に電解めっきにより第２の銅膜を形成させる銅メタラ
イズドセラミック基板の製造方法において、第２の銅膜
が連通する隙間を有する、ポーラスな構造であり、第２
の銅膜の形成後に減圧下での加熱、次いで窒素雰囲気中
での加熱をすることを特徴とする銅メタライズドセラミ
ック基板の製造方法である。

【０００８】以下、本発明を詳しく説明する。本発明で
用いるセラミック基板の材質としては、例えば、アルミ
ナ、フォルステナイト、ジルコニア、ムライト、コージ
ェライト、チタニア、チタン酸バリウム、チタン酸カル
シウム等の酸化物系のセラミック、炭化物系のセラミッ
ク、窒化物系のセラミック等がある。

【０００９】本発明では、特に限定するものではない
が、セラミック基板の表面は第１の銅膜との密着力を強
固にするために粗面化処理を行うことが好ましい。な
お、この粗面化処理の方法としては、サンドブラスト等
を用いる機械的な粗面化処理と熱リン酸等の処理剤を用
いる化学的な粗面化処理とがある。

【００１０】本発明で用いる無電解めっきとしては、例
えば、めっき液として硫酸銅、ＥＤＴＡ、ＨＣＨＯを基
本成分とし、必要に応じて、ｐＨ調製用のＮａＯＨやめ
っき液の分解を抑制する安定剤を加えためっき液を使用
する方法等がある。そして、この無電解めっきにより形
成する、連通する隙間を有する、ポーラスな構造の第１
の銅膜とはセラミック基板上に成長した結晶粒間に通気
孔となる隙間がある銅膜であり、無電解めっきにおけ
る、シアン化ナトリウム等の安定剤の添加量、ｐＨ値、
あるいは、ＣｕやＨＣＨＯ等のめっき液成分の濃度等の
無電解めっきの条件を選択することにより、このような
構造を得ることができる。そして、第１の銅膜の連通す
る隙間の大きさは熱処理時に発生する内部ガスを逃がす
のに十分な大きさであればよく、特に限定するものでは
ない。また、第１の銅膜の厚さについても特に限定はな
く、その上から電解めっき法により第２の銅膜を形成す
るのに不具合が生じない厚み以上であればよい。

【００１１】本発明の特徴は、第１の銅膜の形成後に、
この第１の銅膜の上に連通する隙間を有する、ポーラス
な構造の第２の銅膜を電解めっきにより形成し、次いで
減圧下での加熱、次いで窒素雰囲気中での加熱をする点
にある。この連通する隙間を有する、ポーラスな構造の
第２の銅膜を電解めっきにより形成する方法について
は、特に限定するものではないが、例えば硫酸銅等を主
成分とするめっき液を用いる通常の電解めっきにおい
て、光沢剤と呼ばれる添加剤を用いずに、電流密度を大
きくする方法等で行えばよい。なお、硫酸銅めっきの場
合について、連通する隙間を有する、ポーラスな構造の
銅膜が得られる条件を検討したところ、めっき液が、硫
酸銅を４０〜５０ｇ／ｌ含有し、そして９７％硫酸を１
９０〜２００ｇ／ｌ含有し、且つ光沢剤が添加されてい
ない組成のものであって、電流密度が３〜４Ａ／ｄｍ²
であることが、ポーラスな構造の銅膜を得るには好まし
いことを見出した。

【００１２】そして、本発明の減圧下での加熱はセラミ
ック基板と第１の銅膜の界面又は第１の銅膜中に内蔵さ
れている液成分を加熱によりガスとして、第２の銅膜の
外に逃がすことを狙っている。この減圧下での加熱の条
件は、７５０ｍｍＨｇ以下の減圧下で４００〜８００℃
の範囲で１０〜３０分加熱することが望ましい。減圧度
については７５０ｍｍＨｇより数値の高い減圧度では内
蔵されている液成分の十分な除去がされないため、ふく
れの発生の防止が不十分となる問題がある。一方、７５
０ｍｍＨｇ以下の減圧度については限界値を特に限定す
る必要はなく、装置の性能や生産性の観点からその条件
を決定すればよい。また、加熱温度が４００℃以下、あ
るいは加熱保持時間が１０分以下であると内蔵されてい
る液成分の十分な除去がされないため、ふくれの発生の
防止が不十分となる問題がある。また、加熱温度が８０
０℃以上であると、内蔵されている液成分の十分な除去
がされない段階で、加熱による銅膜自身の緻密化が進行
し、やはり内蔵されている液成分の十分な除去がされな
いため、ふくれの発生の防止が不十分となる問題があ
る。

【００１３】そして、減圧下での加熱の後の窒素雰囲気
中での加熱は無電解めっきによる第１の銅膜及び電解め
っきによる第２の銅膜を緻密化して、導体層となる銅膜
の電気特性を向上させることが狙いであり、加熱雰囲気
としては銅の酸化防止の点から窒素雰囲気が望ましく、
加熱条件としては８００〜１０００℃の範囲で９０分以
上の加熱をすることが望ましい。なぜならば、１０００
℃を越える温度では、銅の融点が１０５３℃であるので
銅の融解が生じる恐れがあり、８００℃未満の加熱ある
いは９０分未満の加熱では銅膜の電気特性向上の効果が
顕著でなくなるためである。

【００１４】このようにして、本発明の製造方法によれ
ば、回路形成後の厚膜抵抗体の焼き付け等の加熱によ
り、銅膜に“ふくれ”（局部的な剥離）が発生するとい
う問題が生じず、且つ電気特性の優れた銅膜を有する銅
メタライズドセラミック基板を製造することが可能とな
る。

【００１５】

【作用】本発明の無電解めっきにより形成する第１の銅
膜及び電解めっきにより形成する第２の銅膜はいずれも
連通する隙間を有する、ポーラスな構造となっている
が、この連通する隙間はセラミック配線板を製造する過
程での銅膜の“ふくれ”（局部的な剥離）の原因となる
内蔵されている液成分をガスとして外部に逃がす通路の
働きをする。また、第２の銅膜の形成後の減圧下での加
熱は前記の内蔵されている液成分を加熱によりガスとし
て、第２の銅膜の外に逃がす働きをする。そして、この
減圧下での加熱の後の窒素雰囲気中での加熱はポーラス
な構造となっている第１の銅膜及び第２の銅膜を緻密化
して、銅膜全体の電気特性を向上させる働きをする。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。な
お、本発明は下記の実施例に限らないことはいうまでも
ない。

【００１７】実施例松下電工社製（品番：ＣＭ７０００）の１００ｍｍ角、
０．８ｍｍ厚のアルミナ基板の表面を熱リン酸で処理し
て粗面化し、次いで、このアルミナ基板をＰｄＣｌ₂溶
液に浸漬して基板表面にＰｄ核を付着させる核付けを行
った。この核付けをしたアルミナ基板に、液組成が硫酸
銅１０ｇ／ｌ、ＥＤＴＡ・２Ｎａ・２Ｈ ₂Ｏ３０ｇ／
ｌ、ホルマリン５０ｍｌ／ｌ、シアン化ナトリウム５ｍ
ｇ／ｌで、液温６０℃、ｐＨ１２．４からなる無電解め
っき液にてめっきを行い、第１の銅膜として厚さ５μｍ
の、連通する隙間を有する、ポーラスな構造の銅膜を形
成した。

【００１８】次いで、回路に必要な膜厚を得るため、第
１の銅膜を形成した基板に、液組成が硫酸銅４０ｇ／
ｌ、９７％硫酸１９０ｇ／ｌ、塩化ナトリウム０．１ｇ
／ｌ、光沢剤の添加なしで、液温２５℃、からなる電解
めっき液を用い、陰極電流密度４Ａ／ｄｍ²の条件で電
解めっきを行い、第２の銅膜として厚さ３０μｍの、連
通する隙間を有する、ポーラスな構造の銅膜を形成し
た。次に第１の銅膜及び第２の銅膜が形成された基板を
１０ｍｍＨｇに減圧した電気炉中で５００℃にて３０分
の加熱を行い、セラミックと銅膜の界面又は析出初期の
第１の銅膜中に内蔵されていた液成分をガスとして基板
の外に放出させた。次いで、この基板を窒素雰囲気にし
た電気炉中で９００℃にて９０分の加熱を行い、第１の
銅膜及び第２の銅膜の緻密化を行って、銅メタライズド
セラミック基板を得た。

【００１９】このようにして得られた銅メタライズドセ
ラミック基板について、耐熱性及び銅膜の体積抵抗率を
評価した。なお、耐熱性は試験片を窒素雰囲気中、９５
０℃で１０分間加熱し、試験片表面の観察を行い銅膜に
“ふくれ”が発生しているかどうかを調べた。また、銅
膜の体積抵抗率はＪＩＳ−Ｃ２５２５により測定した。
得られた結果を表１に示す。

【００２０】比較例１実施例と同じアルミナ基板を用い、実施例と同様にして
アルミナ基板の上に第１の銅膜として厚さ５μｍの、連
通する隙間を有する、ポーラスな構造の銅膜を形成し、
次いで、第１の銅膜の上に厚さ３０μｍの、連通する隙
間を有する、ポーラスな構造の第２の銅膜を形成した。
そして減圧下での加熱及び窒素雰囲気中での加熱を一切
しないで、得られた銅メタライズドセラミック基板につ
いて実施例と同様の方法で、耐熱性及び銅膜の体積抵抗
率を評価した。得られた結果を表１に示す。

【００２１】比較例２実施例と同じアルミナ基板を用い、実施例と同様にして
アルミナ基板の上に第１の銅膜として厚さ５μｍの、連
通する隙間を有する、ポーラスな構造の銅膜を形成し
た。

【００２２】次いで、回路に必要な膜厚を得るため、第
１の銅膜を形成した基板に、液組成が硫酸銅７５ｇ／
ｌ、９７％硫酸１９０ｇ／ｌ、塩化ナトリウム０．１ｇ
／ｌ、光沢剤（上村工業社製の商品名スルカップＡＣ−
９０）５ｍｌ／ｌで、液温２５℃、からなる電解めっき
液を用い、陰極電流密度２Ａ／ｄｍ²の条件で電解めっ
きを行い、第２の銅膜として厚さ３０μｍの、緻密な構
造の銅膜を形成した。次に減圧下での加熱及び窒素雰囲
気中での加熱を一切しないで、得られた銅メタライズド
セラミック基板について実施例と同様の方法で、耐熱性
及び銅膜の体積抵抗率を評価した。得られた結果を表１
に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】上記の結果から、本発明の製造方法による
銅メタライズドセラミック基板は加熱による銅膜の“ふ
くれ”が発生することがなく、且つ電気特性の優れた銅
膜を有する銅メタライズドセラミック基板であることが
確認された。

【００２５】

【発明の効果】本発明の製造方法による銅メタライズド
セラミック基板は上記のようにして製造したものである
ので、回路形成の後加工での加熱処理時にふくれが発生
せず、且つ電気特性の優れた銅膜を有する銅メタライズ
ドセラミック基板となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 41/88,41/90

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板に、連通する隙間を有す
る、ポーラスな構造の第１の銅膜を無電解めっきにより
形成した後、この第１の銅膜上に電解めっきにより第２
の銅膜を形成させる銅メタライズドセラミック基板の製
造方法において、第２の銅膜が連通する隙間を有する、
ポーラスな構造であり、第２の銅膜の形成後に減圧下で
の加熱、次いで窒素雰囲気中での加熱をすることを特徴
とする銅メタライズドセラミック基板の製造方法。
【請求項２】減圧下での加熱が、７５０ｍｍＨｇ以下
の減圧下で４００〜８００℃の範囲で１０〜３０分加熱
するものであることを特徴とする請求項１記載の銅メタ
ライズドセラミック基板の製造方法。
【請求項３】窒素雰囲気中での加熱が、窒素雰囲気中
で８００〜１０００℃の範囲で９０分以上加熱するもの
であることを特徴とする請求項１又は２記載の銅メタラ
イズドセラミック基板の製造方法。