JPH01244692A - セラミック配線板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、アルミナ、窒化アルミ、炭化ケイ素等のセラ
ミック基板に導電回路を形成した配線板に係わるもので
ある。

〈従来の技術〉 メツキは本来極めて精密な膜形成ができる。

このために、セラミック基板の上に精緻な回路模様を形
成する際、はとんどの場合、メツキが用いられている。

しかしながらメツキの難点は、セラミックに対する接着
強度が小さく、信頼性に欠けることである。

現在、この接着強度を高くするために、セラミックの表
面のガラス相をエツチングによって食刻して粗面化して
、つまりアンカー効果を高めて物理的に接着強度を高く
することが行われている。

この方法によると、約２し′−前後の接着強度が得られ
ることもあるが、メツキ金属は本来その機構上、セラミ
ックに単に物理的に係合されているにすぎないので１本
質的に高強度は得難く、また。

そのバラツキも避けがたいものである。

本発明者は１以上の問題点を解決すぺ〈先に次の様な発
明を行った。

この発明は。

セラミック基板の表面に所定の回路模様の導電層が形成
されたセラミック配線板において、導電層と基板との間
に、該セラミックに拡散性のある材料あるいは拡散性の
ある材料を含む材料の層から成る中間層を形成し、該拡
散性のある材料成分をセラミックに拡散させることによ
って該中間層を該基板に焼結させるものである。

セラミックに拡散性のある材料としては、主に活性金属
あるいは活性金属の水素化物の粉末を使用するものであ
り、導電層の接着強度は実に６〜７に＃／ｗＩ以上に上
昇し、はとんどセラミックがえぐられる形で破壊が起き
るものであった。

配線板としては極めて満足できる結果が得られた。

しかしながら、配線板の配線は今後共々微細化すること
が予想され、この様な微細模様のものを作るためには、
上記活性金属（あるいは活性金属水素化物）はより微細
な粉末、好しくはサブミクロンサイズの粉末が必要にな
ることは必至である。

しかしながら活性金属あるいは活性金属の水素化物の粉
末は、サブミクロンサイズの微粉になると、大気中で発
火するために本発明の目的に対しては全く使用不可能で
あった。

〈発明が解決する問題点〉 本発明は、上記した本発明者の発明の改良に係わるもの
であり、その目的とする所は、サブミクロンサイズの活
性金属（あるいは水素化物）の超微粉を使ったセラミッ
ク配線板を提供するＫある。

く問題点を解決するための手段〉 上記した問題点は２次の構造のセラミック配線板によっ
て解決される。

（１）導電層とセラミック基板の間に、活性金属あるい
は活性金属の水素化物の粉末が金属マトリックスの中に
混入された構造中間層を形成され、該活性金属成分を該
セラミックに拡散させることによって該中間層を該基板
に焼結した構造のセラミック配線板であって、該活性金
属あるいは活性金属の水素化物の粉末は９表面を安定な
化合物に変えた超微粉の形で、あるいは非活性金属との
混合超微粉の形で、あるいは表面を非活性金属で被覆さ
れた超微粉の形で、あるいは非活性金属との合金超微粉
の形で、あるいはこれらが相互に組合された形で、該金
属マトリックスに混入されてなることを特徴とするセラ
ミック配線板。

（２）上記非活性金属がＯｕ＋　ＮＬ　Ｏｏ＋　Ａｇ、
　Ｎｉ　−ＲＮｉ　−ｔＬＣｏ　Ｐ、（！ｏ　Ｂ＋　Ｏ
ｕ　ＰＨＳｎである上記第１項に記載のセラミック配線
板。

（８）上記金属マトリックスがＯｕ、　Ｏｕ　Ｐ、　Ｎ
ｉ、　Ｎｉ　Ｐ，Ｎｒ　Ｂｒ　Ｏｏ＋　Ｃｏ　Ｐ＋　Ｃ
ｏ　Ｂ＋　Ａｇ、　Ｓｎ、　Ｉｎである上記第１項ある
いは第２項に記載のセラミック配線板。

く作　用〉 本発明のセラミック配線板の構造を図面を参照しながら
詳細に説明する。

第１図に示す如く９本発明の配線板は、セラミック基板
１と導電層２．および導電層２とセラミック基板１の境
界に設けられた中間層３から成る。

中間層３は、活性金属あるいは活性金属の水素化物の粉
末が金属マトリックスの中に混入された構造の層から形
成されており、この活性金属成分をセラミックに拡散さ
せるための熱処理によって。

このセラミックに焼結されている。

中間層あるいは中間層を含めた導電層の形成は主に次の
２つの方法で行われる。

一つはセラミックの表面に中間層を形成した後。

所定の回路模様に除去加工し、拡散熱処理によって中間
層を基板に焼結した後、焼結層の上に導電層を形成する
方法である。

もう一つの方法は、セラミックの表面に中間層と導電層
を一体的に形成した後、除去加工、拡散処理まで一体的
に行う方法である。

本発明の配線板は、線間、線巾がそれぞれミクロンオー
ダーの微細な回路パターンまで形成できるが、このため
に中間層３の中に混入される活性金属あるいは活性金属
の水素化物の粉末には実質的にサブミクロンサイズの超
微粉が用いられる。

これらの粉末は非常に活性であるために９粒径を小さく
して行くと空気中で発火する。

サブミクロンサイズのものは容易に発火して。

危険であり１本発明の目的に対して使用できない。

従って特別な工夫が必要になってくる。

（１）大気中で安定で、しかも （２）拡散熱処理の際、金属マトリックスに容易に拡散
するものでなければならない。

本発明では、活性金属あるいは活性金属水素化物の粉末
は次の５つの形態のものが用いられる。

（１）表面を安定な化合物に変えた超微粉の形これは酸
素あるいは窒素が微量混った不活性ガス中で表面に安定
な酸化物あるいは窒化物を形成して（徐酸化、徐窒化処
理）大気中で取扱うときに発火しない様にしたものであ
る。

この場合、粉末は水素化物の形が最も好しい。

拡散熱処理時、水素を放出して非常に活性な状態に変化
し、マトリックス金属との拡散反応が起り易くなる。

（２）非活性金属との混合超微粉の形 これを得るための一つの方法は、粉末製造時。

活性金属と非活性金属を同じチャンバー内で同時に蒸発
、析出させて混合させる方法である。活性金属は非活性
金属と混合されることによって大気中で安定になってく
る。

−非活性金属には、　Ｏｕｔ　Ｎｉ＋　Ｃｏ、Ａｇ、　
Ｓｎ　　等が好しく、中でもＯｕが最も好しい。

（８１超微粉の表面に非活性金属を被覆した形活性金属
あるいは活性金属の超微粉の表面に非活性金属を被覆し
て１発火を防止するものである。

被覆には主に湿式メツキが好しく、非活性金属Ｋ　ｉｊ
　Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ａ、ｇ＋　Ｏｕ　Ｐｒ　Ｎ
ｔ　Ｐ＋　Ｎｉ　Ｂ＋　Ｃｏ　Ｐ＋ｃｏ−Ｂ等のメツキ
金属が適する。

（４）非活性金属との合金超微粉の形 これを得るための一つの方法は、予じめ溶製した非活性
金属と活性金属の合金を気相蒸発、析出させる方法であ
る。非活性金属には　Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ｏｏ。

Ａｇ、ｊ３ｎ　　等が好しく、これら単独で、あるいは
２次分以上相互に組合されて用いられる。

（５）　（１）〜（滲が相互に組合された形以上（１）
〜（５）の形態では、いずれも大気中で安定で、しかも
拡散処理の際、金属マトリックスに容易に拡散し、セラ
ミックスとの焼結反応がスムースに進行する。尚超微粉
化する手段が上記手段のみに制約されるものではなく、
粉末の製法そのものには何ら依存しないことはいうまで
もないことである。

上記した活性金属あるいは活性金属の水素化物の粉末は
１本発明の目的のためには、粉末粒子は。

必ずしも金属マトリックスに完全に埋めこまれる必要は
ない。一部が埋めこまれ、残りが外に突出した形でもか
まわない。

これらの層を形成する一つの手法はメツキを用いる方法
である。

この方法は、いわゆる複合メツキに代表される手法であ
り１次の様な方法である。

（イ）メツキ浴に上記粉末を分散させ、メツキ金属と一
緒に共析させる方法。

（ロ）被メツキ物（セラミック）のメツキ面に上記粉末
を沈積させておき、メツキによって粉末を捕捉させる方
法、あるいは捕捉後肉盛して埋込む方法である。

マトリックスを形成するメツキ金属には　Ｏｕ。

Ｎｉ、　Ｃｏ１Ａｇ、　０ｕ−Ｐ＋　Ｎ１−Ｐ、ＮＩＢ
、　Ｃｏ　Ｐ＋　Ｃｏ−Ｂ　　等が最も好しい。

これらの層をセラミックに形成する場合、セラミックの
上に直接メツキしても良いが、主に、セラミック面に金
属の薄膜を被覆した後、この薄膜の上にメツキがなされ
る。

薄膜の形成はメツキ、蒸着、スパッター等の既存の手法
でなされ、薄膜金属には例えばＯｕ＋　Ｎ　ｉ　＋Ｃｏ
、　Ｐ　ｅ＋　Ａｇｏ　Ａｕ＋　Ａ　Ｌ　８　ｎｏ　Ｉ
　ｎｏやこれらの合金、あるいは　０ｕ−Ｐ、　Ｎｉ　
ｐｌ　Ｎｉ　ＢＨＣｏ　Ｐ＋　Ｃｏ　Ｂ＋等のメツキ金
属が適宜利用できる。

また１本発明の目的に最も適合した方法は１本発明者の
発明に係わる次の方法である。

この方法は、セラミックの表面に直接、あるいはセラミ
ックの表面に金属薄膜の層を形成した後。

この表面に、前記した活性金属あるいは活性金属の水素
化物の粉末を被着して、あるいは、との被着面に必要に
応じて更にメツキあるいは蒸着等の手段で金属を被覆し
て９層を形成するものである。

この方法によると、中間層３の形成と同時に。

必要に応じて導電層２も一体的に形成できる。

尚、ここで「被着」とは１本発明では次の様な概念を意
味するものである。

（１）粉末は本来物の表面に吸着する性質があり。

−亘吸着すると、洗浄しても容易に取去ることができな
い性質がある。

この性質を利用して、セラミック面に粉末の吸着層を形
成すること。

（２）電気泳動や静電塗装に代表される静電気の力を利
用して表面に粉体の沈積層を形成すること。

（８）ペーストや液状にして表面に塗着あるいは印刷し
た後、バインダーを消散させて形成。

（４）ＯＶＤ、　ＰＶＤ　等の手法を用いて、セラミッ
クの表面に薄膜を形成すること。

（６）その他物質の拡散を伴わないで１表面に物理的、
あるいは化学的にくっついた状態全般を意味するもので
ある。

この発明のポイントは、あらかじめ前記粉末を被着した
後、つまり物理的あるいは化学的に、前記粉末をセラミ
ック表面にくっつけた後、この上から金属を被覆して、
被着粒子をセラミック面に固定することである。

セラミックの表面に予じめ形成する金属薄膜は。

既存のメツキや蒸着、スパッター等の手段を使って形成
でき、金属には９例えば　Ｏｕ＋　ｒｅ、　ＮＩ、　（
！ｏ。

Ａｇ＋　Ａｕ＋　ＡＬ　Ｓｎ＋　Ｉｎｎ　Ｚｎ、　　や
これらの合金、あるいは　Ｏｕ　ＰＩ　Ｎ）　Ｐ＋　Ｎ
Ｉ　Ｂ＋　００　ＰＴ　Ｃｏ　Ｂ等のメツキ金属が適宜
利用できる。

被着層に被覆する金属は、上記薄膜層と同じく。

既存のメツキや蒸着、スパッター等の手段で形成でき、
金属には２例えば　Ｏｕ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ａｇ、　
Ｃｕ　Ｐ，Ｎｉ　Ｐ、　Ｎｉ　−Ｂ、　Ｃｏ　Ｐ、　Ｃ
ｏ　Ｂ、　Ｓｎ等が好適である。

・中間層３の上には導電層２が形成されるが、これは前
記した様に、中間層を焼結した後、あるいは、中間層と
一体的に同時に形成される。

導電層は主にメツキによって形成され、金属としては、
Ｏｕが最も好しい。

中間層３は所定の模様に除去加工（エツチング）された
後、あるいは、中間層、導電層が一体的に除去加工（エ
ツチング）された後、前記活性金属成分をセラミックに
拡散させるための熱処理が行われる。

熱処理温度は、中間層のみを焼結する場合、これらが完
全に溶融しない温度で、中間層と導電層を一体的に焼結
する場合、導電層が溶融しない温度で行うことが必要で
ある。

温度が、この範囲を越えると１回路素線間で短絡が起き
好しくない。

また、熱処理の雰囲気は、真空、還元性ガス（Ｈ２）　
、　　不活性ガス等の非酸化性雰囲気が好しい。

尚ここで９本発明の活性金属とは１例えばＴｉ。

Ｚｒ、　’Ｊ＋　Ｎｂ＋　Ｔａ、　Ｏａ、　Ｍｇ＋　Ｙ
＋　Ｃｒ、　Ｍｎ＋　　希土類金属、およびこれらの合
金等である。

〈実施例〉 実施例　１ セラミック基板＝９６％アルミナ板（５０ｘ　５０ｘ　
１鵡）アルミナ板に約０．２ミクロンの鋼を化学メツキ
した後、この上に０ｕＴｉＨ２の共析メツキをした。

ＴｉＨ２粉末は表面を徐酸化処理した０、１ミクロンの
超微粉。メツキ浴は＊　ＴｉＨ２粉末が５９〃の割合で
分散したピロリン酸鋼メツキ浴を使用した。

共析層の厚さは約２ミクロン。

くパターンニング〉 エツチングによって線巾１０ミクロン、線間１０ミクロ
ンの回路模様を形成した。

また強度測定用にＩＪＩ閣の真四角のパターンも形成し
た。

〈焼　結〉 ２Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒの減圧下で８５０℃ＸＩＨｒ
熱処理した。

く導電層の形成〉 焼結後Ｃｕを２ミクロンメツキして導電層を形成した。

く評　価〉 ＩＸＩｇの真四角のメツキ面に０．８ｔｓｕのＩ・ンダ
メツキ線をハンダ付けし引張テストした。

サンプル数　Ｎ　＝　１０回 引張強度の最低値＝３．２１１ｐ／− 引張強度の最高値＝４．５！ｔｌ／− であった。

試験時の破断箇所は、１００例中７までノ・ンダ線の方
にアルミナが一部付着し、セラミックがえぐられる形で
破断されていた。

因みに従来工法によるものは、０゜４〜０．９Ｖ−であ
り、いずれもメツキ面で剥離した。

実施例　２ セラミック基板：窒化アルミ板（２０Ｘ　２０Ｘ０．５
ａ）窒化アルミ板にＣｕを０．２ミクロン化学メツキし
た後、下記の方法で複合メツキ層を形成した。

く複合メツキ〉 Ｔｉ　Ｈ２とＯｕの混合超微粉を５Ｐ／ノの割合で加え
たＮｉメツキ浴に上記Ｃｕメツキしたセラミックを浸漬
して電気メツキした。

メツキ層の厚さは約２ミクロン。

くパターンニング〉 ｌＸｌ１１の強度測定用のパターンをエツチングによっ
て形成した。

〈焼　結〉 水素雰囲気で９５０℃に２０分熱処理した。

く評　価〉 熱処理後、銅を５ミクロンメツキして導電層を形成し、
実施例１と同じ方法で引張テストした。

サンプル数　Ｎ＝５回 引張テストでは、サンプルは５例中４例セラミックがえ
ぐられる形で破断された。

えぐられたセラミックがハンダ線に付着していた。

強度は２．５〜３．５秘−であった。

実施例　３ セラミック基板：　９６Ｘアルミナ板（５０ｘ５０ｘｌ
閤）アルミナ板に銅を０．１ミクロン蒸着した後、０．
１ミクロンのＴｉＨｚ粉末の表面にＯｕをメツキした粉
末を表面にまぶした。

メツキ面に上記粉末が被着された。

次に、これを水洗して余分の粉末を取り去った後、この
上からＣｕを０．５ミクロンメツキした。

くパターンニング〉 ＩＸＩＭの強度測定用のパターンをエツチングによって
形成した。

く焼　結〉 ２ｘｔｏ−”ｒ。ｒｒの真空中で９００℃Ｘ２０分熱処
理した。

く評　価〉 熱処理後、Ｃｕを５ミクロンメツキして導電層を形成し
、実施例１と同じ方法で引張テストした。

サンプル数　Ｎ＝５ 引張強度の最低値＝３．２Ｖ− 引張強度の最高値＝４．５１＆／− サンプルは金側セラミックがえぐられる形で破断された
。

実施例　４ セラミック基板：９６Ｘ７＆ミナ（５０Ｘ　５０Ｘ　Ｃ
ｓ）アルミナ板に、０．５ミクロンのＮｉ−１０％Ｔｉ
　　の合金超微粉の粉末をまぶし、水洗して、余分の粉
末を取り去った後、この上からＣｕを２ミクロンメツキ
した。

〈パターンニング〉 ＬＸ　Ｉｆｆの強度測定用のパターンをエツチングによ
って形成した。

く焼　結〉 ｌｘ　ｔｏ−’　Ｔｏｒｒの真空中で９００℃Ｘ　Ｉ　
Ｈｒ熱処理した。

く評　価〉 熱処理後、Ｏｕを５ミクロンメツキして導電層を形成し
、実施例１と同じ方法で引張テストした。

サンプル数　Ｎ＝５回 引張強度の最低値＝　２．５Ｋｙ／− 引張強度の最高値＝３．９シー 尚、焼結処理しないものの強度は、０．１〜０．３１＆
／ｊであった。

実施例　５ セラミック基板：９６％アルミナ板（５０ｘ　５０　ｘ
　１ｍ）アルミナ板に約０．１ミクロン鋼を化学メツキ
した後、この上に１表面を徐酸化処理した０、１ミクロ
ンのチタンの水素化物の微粉が約５２／ノの割合で分散
したＯｕメツキ浴を用いてＯｕ　　ＴｉＨ２の共析メツ
キした。

共析層の厚さは約２ミクロン。

共析層の上に更にＣｕを１０ミクロンメツキした。

くパターンニング〉 エツチングによって線巾５０ミクロン、線間５０ミクロ
ンの微細な回路模様を形成した。

また強度測定用に１１ｗ×ＩＩｍの真四角のパターンの
形成した。

く焼　結〉 水素雰囲気で、８５０℃Ｘ　Ｉ　Ｈｒ熱処理した。

く評　価〉 １×１腸の真四角のメツキ面に０．８−のハンダメツキ
線をハンダ付けし引張テストした。

サンプル数　Ｎ＝　１０回 引張強度の最低値＝４．１ＫＰ〜 引張強度の最高値＝５．５秘− であった。

試験時の破断箇所は、１００例中８までハンダ線の方に
アルミナが一部付着し、セラミックがえぐられる形で破
断されていた。

因みに従来工法によるものは、　　ＯＡ　−０，９ｂｙ
−であ抄、いずれもメツキ面で剥離した。

実施例　６ セラミツク基板＝９６％アルミナ板（５０ｘ５０ｘＣｓ
）アルミナ板に銅を０．１ミクロン蒸着した後、０．５
ミクロンのチタン粉末の表面に銅をメツキした粉末を電
気泳動法によって、蒸着面に一層沈積させた。

次にこの上からＣｕを１０ミクロンメツキした。

くパターンニング〉 ＩＸＩｍの強度測定用のパターンをエツチングによって
形成した。

く焼　結〉 Ａｒ中で９００℃Ｘ３０分熱処理した。

く評　価〉 実施例１と同じ方法で引張テストした。

サンプル数　Ｎ＝５ 引張強度の最低値＝２．ＩＫｒ／− 引張強度の最高値＝３．６ＫＰ／ｊ サンプルは５例中３例がセラミックがえぐられる形で破
断された。

〈発明の効果〉 （１）　回路素線はセラミックに焼結されているので接
着強度が高い。

（２）接着強度の最低値が高くなりバラツキが減少し、
信頼性が向上する。

（８）極めて微細なパターンまでエツチングできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明の配線板の構造を説明した図である。 ｌ・・・・・・セラミック基板 ２・・・・・・導電層 ３・・・・・・中間層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電層とセラミック基板の間に，活性金属あるい
   は活性金属の水素化物の粉末が金属マトリックスの中に
   混入された構造の中間層が形成され，該活性金属成分を
   該セラミックに拡散させることによって該中間層を該基
   板に焼結した構造のセラミック配線板であって，該活性
   金属あるいは活性金属の水素化物の粉末は，表面を安定
   な化合物に変えた超微粉の形で，あるいは非活性金属と
   の混合超微粉の形で，あるいは表面を非活性金属で被覆
   された超微粉の形で，あるいは非活性金属との合金超微
   粉の形で，あるいはこれらが相互に組合された形で該金
   属マトリックスに混入されてなることを特徴とするセラ
   ミック配線板。
2. （２）上記非活性金属がＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｇ，Ｎｉ
   −Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｂ，Ｃｕ−Ｐ，Ｓｎ
   である特許請求の範囲第１項に記載のセラミック配線板
   。
3. （３）上記金属マトリックスがＣｕ，Ｃｕ−Ｐ，Ｎｉ，
   Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｃｏ，Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｂ，Ａｇ
   ，Ｓｎ，Ｉｎである特許請求の範囲第１項あるいは第２
   項に記載のセラミック配線板。