JPH01278448A - セラミック基体 - 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、無電解めっきが表面上に施されるセラミック
基体に関するものである。

（従来の技術） 従来において、セラミック基体の表面上に、異種金属と
接合するための、あるいは導体としての金属化膜を設け
るに際し、直接に無電解めっきを施す手段としては、次
のようなものがある。

ａ）　セラミック基体の表面をアルカリ金属化合物から
成るエツチング液で粗面化処理を行い、次に無電解めっ
きのための触媒を吸着させて無電解めっきを施す手段。

ｂ）　セラミック基体の表面上に活性ペーストを付与し
、次に焼付処理を行うことによりめっき膜を形成して、
このめっき膜上に無電解めっきを施す手段。

Ｃ）　セラミック基体の表面」二に粗面化した樹脂シー
トを接着し、次にその樹脂シート上に無電解めっきのた
めの触媒を吸着させて無電解めっきを施す手段。

ｄ〉　有機バインダが通常の状態より過量に添加された
アルミナペーストを、グリーン（セラミック）シート上
の一部または全面に印刷塗布し、次に同時焼成を行うこ
とによりポーラスな状態の表面を有するセラミック基体
を形成して、このセラミック基体表面上に無電解めっき
を施す手段（特開昭５９−１６１８９６号参照）。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述された手段には、次のような問題点
がある。

ａ）の場合 ｉ）粗面化の状態によってはエツチング液が残留し易く
、このために無電解めっき後において無電解めっき層と
セラミック界面との間で腐食現象が発生し易い。

１１）例えば高温のアルカリ金属化合物、特に４００“
Ｃ程度で溶解させたアルカリ金属の水酸化物等を用いた
よく知られているエツチング方法によれば、加熱むらに
より均一なエツチングが行われにくいがため、無電解め
っき層とセラミック基体との間の密着力にバラツキが生
じ易い。

ｂ）の場合 活性ペーストによる接合密着強度は活性ペーストの密着
力によるために、密着強度を上げるには６００°Ｃ程度
の高温焼結を行う必要がある。

しかしながら、セラミック基体を電子回路基体として用
いる場合には、無電解めっきの前に電子回路の機能部品
として導体形成と異なる条件下において焼付けされてい
る抵抗、磁性体、誘電体等が付加される場合には前記高
温焼結に晒されることになる。したがって、この高温焼
結により前記機能部品の特性に変化が生じて、安定した
特性を確保することが難しい。

Ｃ）の場合 無電解めっき層とセラミック基体との間に樹−脂シート
が介在するために、この樹脂シートにより基体としての
セラミックの耐熱性、高熱伝導性等の熱特性が損なわれ
る。

ｄ）の場合 １）例えば無電解めっきとして銅めっきを施す場合には
、この銅めっき層とセラミック基体との間の密着力は多
孔層構造を有しないセラミック基体に較べて１．２〜２
倍程度しか得られず、充分な密着力が得られない。

ｌｉ）密着力を得るために、有機バインダの量を過量に
してアルミナペーストの粘度を増加させることにより焼
成後の多孔層の表面粗さを極めて粗くした場合には、表
面粗度が高いために、より微細な配線パターンを無電解
めっき層上に形成することが難しい。

また、高い表面粗度のために、配線パターンをエツチン
グで形成する工程においてエツチング液の洗浄を充分に
行わないと残渣が残り、絶縁不良を生じ易い。

さらに、高周波信号を対象とする配線用のセラミック基
体においては、表面粗さが大きくなるにつれて伝送損失
が増加する。例えば２０ＧＨｚの高周波信号においては
、平均表面粗さが１．０μｍを超す場合には、伝送損失
が急激に増加することが報告されている（報告者森田明
、宮室久；昭和５８年度電気通信学会総合全国大会講演
論文集：３−１５２）。

本発明は、このような問題点等を解消する目的でなされ
たものである。

（課題を解決するための手段） 本発明によるセラミック基体は、無電解めっき層が表面
上に設けられる緻密なセラミック体のその表面に粒状突
起部が形成されるとともに、この粒状突起部における粒
状突起間には、前記表面側から見て実質的に奥側に向か
って先広がりの空隙が形成されているセラミック基体で
あって、前記先広がりの空隙におけるくびれ部分の総面
積の割合が所定基体表面積当たり０．５〜１０％である
とともに、前記くびれ部分の個数が単位平方ｍｍ当たり
２０００〜１０００００個であることを特徴とするもの
である。

（発明の作用・効果） このようにして構成すると、粒状突起間の表面側から見
て実質的に奥側に向かって先広がりの空隙による強固な
アンカー効果によって無電解めっき層とセラミック基体
との間における密着強度が得られる。したがって、腐食
原因となるエツチング並びに高温焼結の必要な活性メタ
ライズ等の処理をせずとも、またセラミック基体の熱特
性を損なう樹脂シートを用いることもなく安定した密着
強度が得られるセラミック基体を提供することができる
。さらに、厘電解めっきであることからめっき加工時に
高温の熱処理を施す必要が無く、このために電子回路用
として用いる場合にはセラミック基体に厚膜法、薄膜法
あるいはめっき法等による既存の抵抗、厚膜法あるいは
薄膜法等による既存の誘電体、透光体または厚膜法ある
いは薄膜法等による既存の磁性体を形成した後に、無電
解めっきによるめっき回路形成が行える。さらに、この
発明にもとづき、くびれ部分の総面積の割合を所定基体
表面積光たり０．５〜１０％とすると、先広がりの空隙
が多すぎて表層セラミック自体の機械的強度が低下する
ということもなく、十分な機械的強度を維持することが
できる。しかも、くびれ部分の個数を単位平方配当たり
２０００〜１０００００個とすると、実用的な密着強度
を得ることができる。

特には、前記所定基体表面積光たりのくびれ部分の総面
積の割合を３〜７％とするとともに、前記単位平方ｍｉ
当たりのくびれ部分の個数を５，０００〜２０．０００
個にすることが好ましい。

また、基体表面における表面粗さが平均表面粗さにおい
て０．４〜１．０μｍにすることが好ましい。

（実施例） 次に、本発明によるセラミック基体の具体的実施例につ
き、図面を参照しつつ説明する。

まず、基本的モデルについて第１Ａ図乃至第１Ｃ図によ
って説明する。

原料のセラミック材料および結晶結合剤の一例であるガ
ラス成分のフラックス、更には、適宜有機バインダ、可
塑剤、有機溶剤を加えて混合して形成される本発明にお
けるグリーンセラミックであるグリーンシート（グリー
ンテープ）■上に、粒状（例えば、球状、枝状、棒状、
不定形状等）の一種である球状の粒状セラミック材料２
を第１Ａ図に示されるように配して表層セラミック３を
設けることにより重層構造を形成する。次に、グリーン
シートｌを焼結すれば、このグリーンシート１内の前記
結晶結合剤のガラス成分がしみ出し、粒状セラミック材
料２等の表面を第１Ｂ図に示されるように濡らしてその
ガラス成分による結合層４を形成する。そして、焼結後
には、この結合層４を介して粒状セラミック材料２の下
端側の端部が焼結により緻密化されたグリーンシート１
に強固に結合される。こうして、これら粒状セラミック
材料２により粒状突起部５が形成され、この粒状突起部
５の粒状突起間には、上方である表面側から見て奥側に
向かって先広がりの形状となる空隙６が形成される。こ
の空隙６に、第１Ｃ図に示されるように、施される無電
解めっき層７の一部が侵入固化されて強固なアンカー効
果が発揮される。

したがって、また無電解めっき層７が施された後に厚膜
抵抗体、誘電体、導体等の焼付けが必要な場合には、前
記アンカー効果によって無電解めっき層７と、焼結され
て粒状突起部５が形成されたグリーンシート１および表
層セラミック３より構成されるセラミック基体Ａとの熱
膨張率の差による無電解めっき層７の剥離またはふくれ
等を防止することができる。

粒状セラミック材料２を含むセラミック材料には、アル
ミナ、へりリア、コージェライト、炭化珪素、フォルス
テライト、ジルコニア、ムライト等がある。また、前記
結晶結合剤としては、前記ガラス成分の他に主成分セラ
ミックより融点が低く拡散係数の大きな材料等であって
、要するに主成分のセラミック材料の焼結の助剤となる
材料であればいずれの材料でも使用できる。この理由は
、結晶結合剤は焼成時の移行が太き（、濃度勾配で拡散
して、エネルギーレベルの低い粒界等の表面へ移行する
性質があり、これが粒状セラミック材料２の表面を濡ら
す結果となるためである。

前記基本的モデルを説明するに際しては、前記結晶結合
剤を含まない１層に配列される粒状セラミック材料２に
よる表層セラミック３としたが、この表層セラミック３
に前記結晶結合剤が含まれても良く、また粒状セラミッ
ク材料２が２層、３層等になっても良い。なお、この２
層の場合の第１Ｂ図に対応する状態は第２図のようにな
り、同一番号は同一内容を示している。

次に、前述されたような粒状突起部５が形成される場合
の条件について詳述する。

１）結晶結合剤等 グリーンシートｌ中に含まれる結晶結合剤に相当する成
分のそのグリーンシート１に対する重量配合比率が、粒
状セラミック材料２中、言い換えれば表層セラミック３
中に含まれる結晶結合剤に相当する成分のその表層セラ
ミック３に対する重量配合比率より大きいこと。

この理由は、グリーンシートｌ上に形成した表層セラミ
ック３の少なくとも最上層粒子が、結晶結合剤で埋めら
れずに、そこに粒状突起部５が形成されるようにするた
めである。

２）　グリーンシート１が焼結により緻密化し、緻密体
に粒状セラミック材料２が結合する温度で焼結すること
。

この理由は、表層セラミック３が焼成される温度で焼結
すれば、グリーンシート１は緻密に焼結せずに脆い状態
になるためである。

次に、無電解めっき層７の密着強度について、空隙６に
関して定量的な説明を施すことにより、第１図の一部を
拡大した第３Ａ図、さらには第３Ｂ図を参照しつつ説明
する。

セラミック基体Ａに無電解めっき層７が密着している第
３Ａ図に示されている状態から、この無電解めっき層７
をセラミック基体Ａより剥離した場合には、第３Ｂ図に
示されるように隣接する２個の粒状セラミック材料２，
２間の最も近接したくびれ部分８と称せられる位置で切
断される。したがって、このくびれ部分８の総面積が大
きくなればなる程、密着強度が大きいことになる。なお
、この総面積は無電解めっき層７をセラミック基体Ａか
ら剥離した後にセラミック基体への表面における無電解
めっき層７の残留部分の面積を計測することにより求め
られる。また、所定基体表面積（セラミック基体Ａの表
面積）当たりのくびれ部分８の総面積の割合を百分率％
で表示し、この値を空隙６のくびれ部分８の面積と称し
、その％表示でもって次の説明を行なう。第４Ａ図およ
び第４Ｂ図には、くびれ部分８において切断された無電
解めっき層７の残留部分の走査電子顕微鏡写真による平
面図およびその線図的平面図が示されている。前述した
ように、これら第４Ａ図および第４Ｂ図における無電解
めっき層７の残留部分の個々の表面積を計測して合計す
ることとにより、くびれ部分８の総面積が求められる。

前述されたような重層構造を形成していない従来のセラ
ミック基体におけるくびれ部分８の面積は殆んど零であ
る。実用的な密着強度を得るためにはくびれ部分８の総
面積の割合が０．５％以上であることが必要であり、ま
た１０％以上である必要はない。空隙６が多過ぎると表
層セラミツク３自体の機械的強度が低下してセラミック
構造体の破壊が起こるからであり、望ましくは３〜７％
である。

また、空隙６の個数は、実用的な密着強度を得るために
は単位平方個当たり３０００個以上必要であり、しかも
１５００００個までで充分な密着強度が得られる。望ま
しくは単位平方ｍｍ当たり５０００〜２００００個であ
る。

第５Ａ図および第５Ｂ図には、セラミック基体Ａに無電
解めっき層７を施した後に、さらにめっき厚みを速やか
に厚くするように電気めっき層９を施した場合が示され
ている。このうち、第５Ａ図は空隙６の個数が多く、か
つその空隙６のくびれ部分８の１個当たりの面積が小さ
くて、空隙６が無電解めっき層７によって完全に埋まっ
てしまう場合である。また、第５Ｂ図は逆に空隙６の個
数が少なく、かつその空隙６のくびれ部分８の１個当た
りの面積が大きくて空隙６が無電解めっき層７によって
は完全に埋まらない場合である。

第５Ｂ図の場合においては、電気めっき層９を施した後
においても空隙６の相当個所にはめっき層７，９で埋ま
らないで隙間１０が残っている。この隙間１０は、電気
めっき層９を施す場合に、電解電流が空隙６の相当個所
の上端部１１に集中するために直ぐに蓋されたようにな
るため生じるのである。このような隙間１０は密着強度
向上に対しては同等寄与することな（、密着されるセラ
ミック基板Ａの有効表面積の幾分かを無駄にすることに
なる。したがって、空隙６のくびれ部分８の長さしは施
される無電解めっき層７の層厚の２倍よりも短く選択さ
れることが望ましい。

なお、粒状セラミック材料２に粗面処理を施せば、無電
解めっき層７に対して前記アンカー効果を更に強力なも
のにすることもできる。

また、無電解めっき層７を施した後に加熱することによ
り、この無電解めっき層７とセラミック基体Ａとの界面
に化学的反応層を形成させて、無電解めっき層７のセラ
ミック基体Ａに対する密着強度を更に増加させることも
できる。

空隙６は、粒状セラミック材料２，２間に所望空隙６を
形成する大きさを有するグラファイト、カーボン粒子等
の酸化燃焼可能な空隙形成材によって制御可能である。

なお、前述の焼結を酸化雰囲気中で行えば、この空隙形
成材の残留を防止することができる。

次に、セラミック基体Ａを構成するグリーンシート１と
表層セラミック３との重層構造を形成する方法について
説明する。

■　粒状セラミック材料２に、有機バインダ、有機溶剤
、可塑剤、空隙形成材等を混合して２０００ｃｐｓの粘
度に調整したペースト状のスラリーをリバースコースタ
一方式により帯板状のグリーンシート１の両面に展着さ
せる方法。

■　予めスプレーによって両面に溶剤が吹き付けられた
帯板状のグリーンシート１を粒状セラミック材料２およ
び空隙形成材が混合されて充填されている容器中を通過
させて、その後に粒状セラミック材料２を貼着させるた
めに加圧ローラを通す方法。

■　■と同様に粒状セラミック材料２に、有機バインダ
、有機溶剤、可塑剤、空隙形成材等を混合してほぼ２０
０ｃｐｓの粘度に調整したスラリーをスプレー塗装法に
よりグリーンシート１の片面若しくは両面に塗布する方
法。

■　転写紙に予め塗布等された前記スラリーを、グリー
ンシート１の片面若しくは両面に転写する方法。

■　グリーンシートｌの片面若しくは両面に前記スラリ
ーをスクリーン印刷によって印刷する方法。

■　グリーンシート１の面に直接に粒状セラミック材料
２を均一に散布して加圧する方法。

なお、前述のような方法等によって重層構造にした後、
さらにそれを多段に積み重ねて同時に焼成しても互いに
溶着するようなことはない。

この理由は、表層部のセラミック質の純度が高いため、
焼成中に溶着しないためである。

次に、実際の例について説明する。

桝−土 可塑剤および有機溶剤に加えて、粒状セラミック材料２
である平均粒子径３μｍのアルミナ粉末と、有機バイン
ダであるブチラール樹脂（重合度８００）とを重量比で
１０：１の割合で混合した。この混合物に、空隙形成材
としての＃４００メツシュのカーボン粉末を前記アルミ
ナ粉末の体積に対して０体積％、１０体積％、２０体積
％または３０体積％を加えて混合し、４種類の１５００
ｃｐｓ程度の粘度のスラリーを調整した。このスラリー
をアルミナ純度９６％のアルミナのグリーンテープ１の
両面にリバースコースタ一方式によって表層セラミック
３の厚みが２５〜３０μｍになるように展着して、１６
００″Ｃ程度の酸化雰囲気中で焼成してセラミック基体
Ａを作った。

次に、セラミック基体Ａを、株式会社キザイより市販さ
れている商標名ナイコーＣＥＲプロセスによって、脱脂
センシタイジイング、アクチベーションおよびアクセレ
レーションの前処理し、その前処理後にニッケルによる
無電解ニッケルめっきをめっき厚が２μｍになるように
施して無電解めっき層７を形成した。さらに、その後に
、硫酸銅めっき浴を用いてめっき厚が３０μ隅になるよ
うに電気銅めっきを施して電気めっき層９を形成した。

このときの、銅めっきされたセラミック基体への断面図
が第６Ａ図および第６Ｂ図に顕微鏡写真およびその線図
として示されている。これら図面等に見られるように粒
状突起部５が形成されている。なお、１２は（無電解お
よび電解）銅めっき層を示している。次いで１５０°Ｃ
でシンクした後にフォトリソグラフィにより２　ｎｕｎ
口のパターンにエツチングし、０．８ｍｍφの銅リード
を垂直にハンダ付けした。この銅リードを用いてセラミ
ック基体Ａと無電解めっき層７との間の密着強度等を測
定した。

この測定による前述された４種類のスラリーに基づく結
果は表１に示される通りである（試料Ｎｏ。

１−Ｎｏ、４）。なお、比較として表層セラミックが形
成されていないセラミック基体をも作製し、同様に密着
強度等を測定して、この結果も表１に示した。この表１
から表層セラミックが形成されていないセラミック基体
に較べて、表層セラミック３が形成されたセラミ’７り
基体Ａの密着強度は２倍になることがわかる。

（なお、表面粗さの測定は、ＪＩＳＢＯ６５２に規定さ
れる触針式表面粗さ計を用いて、ＪＩＳＢ０６０１に定
義される中心線平均粗さを求めることにより行った。こ
の際のカットオフ値は０．８ｍｍ、測定長さは２．５ｍ
ｍと定めた。） 貫−叢 例１と同様のアルミナ粉末を用い、このアルミナ粉末と
ブチラール樹脂（重合度８００）とを重量比で２０：１
の割合で混合した他は、例１と同様にしてセラミック基
体Ａを作製し、このセラミック基体Ａに一般に市販され
ているプリント基板のめっき用の無電解銅めっき薬品を
用いてめっき厚が２μｍになるようにめっきを施して無
電解めっき層７を形成させた。さらに、その後に、めっ
き厚が３０μｍになるように電気銅めっきを施して電気
めっき層９を形成させた後に、例１と同様に密着強度等
を測定した。

この測定による結果は、表２に示される通りである（試
料Ｎα５）。なお、比較としてアルミナ粉末とブチラー
ル樹脂（重合度８００）との重量比が２０＝５のセラミ
ック基体も同様に作製し測定を行うとともに、表層セラ
ミックが形成されていないセラミック基体についても合
わせて測定を行ってそれらの結果を表２に示した。この
表２からブチラール樹脂、言い換えれば有機バインダの
重量比が増加すると密着強度は増加するが、表層セラミ
ツク３自体において破壊が起こり、空隙６についての正
確な測定は行えなかった。また、平均表面粗さも１．０
μｍ以上の値となった。

可塑剤および有機溶剤に加えて、粒状セラミック材料２
である平均粒子径１．８μｍのジルコニア粉末と、有機
バインダであるブチラール樹脂（重合度８００）とを重
合比で１０：１の割合で加えて混合し、２００ｃｐｓ程
度の粘度のスラリーを調整した。このスラリーをアルミ
ナ純度９６％のグリーンテープ１の両面にエアースプレ
ーによって展着して、１６００’Ｃ程度の酸化雰囲気中
で焼成してセラミック基体Ａを作った。このセラミンク
基体Ａに例２と同様に無電解銅めっきによるめっき厚２
μｍの無電解めっき層７および電気銅めっきによるめっ
き厚３０μｍの電気めっき層９を形成して、例１と同様
に密着強度等を測定した。

この測定による結果は、表３に示される通りである（試
料Ｎα６）。なお、比較として前述のセラミック基体Ａ
に、さらに９００°Ｃ程度の窒素雰囲気中で１０分間熱
処理を施したものについても同様に測定してその結果も
表３に示した（試料Ｎｏ、　７　）。

この結果から、熱処理によって更に密着強度を増加させ
ることができるのがわかる。

表　　３ このような構造に製造された本発明によれば、アンカー
効果によりセラミック基体に対する強固な安定した密着
強度が得られる。したがって、本発明によるセラミック
基体は特に電子部品の回路基板用のセラミック基体とし
て有用である。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図乃至第６Ｂ図は本発明によるセラミック基体の
具体的実施例を説明するための図面であって・ 第１Ａ図乃至第１Ｃ図は基本的モデルにより本発明によ
るセラミック基体の基本的製造過程の概略を示す断面図
、 第２図は粒状セラミック材料が２層になる場合の第１Ｂ
図に対応する断面図、 第３Ａ図および第３Ｂ図夫々は第１Ｃ図の一部分の拡大
図面に相当して、空隙のくびれ部分において無電解めっ
き層が切断されて剥離する前の状態および剥離後の状態
を示す断面図、 第４Ａ図および第４Ｂ図夫々は空隙のくびれ部分におい
て切断された無電解めっき層の残留部分を示す走査電子
顕微鏡写真による平面図およびその線図的平面図、 第５Ａ図および第５Ｂ図夫々は空隙の個数が多くかつそ
の空隙のくびれ部分の１個当たりの面積が小さくて空隙
が無電解めっき層によって完全に埋まってしまう場合、
および空隙の個数が少なくかつその空隙のくびれ部分の
１個当たりの面積が大きくて空隙が無電解めっき層によ
って完全に埋まらない場合を示す断面図、 第６Ａ図および第６Ｂ図夫々は本発明によるセラミック
基板の粒子構造を示す走査電子顕微鏡写真による断面図
およびその線図的断面図である。 ｌ・・・グリーンシート ２・・・粒状セラミック材料 ３・・・表層セラミック　　４・・・結合層５・・・粒
状突起部　　　　６・・・空隙７・・・無電解めっき層
　　８・・αびれ部分９・・・電気めっき層　　　１０
・・・隙間１１・・・上端部　　　　　　Ａ・・・セラ
ミック基体第１図 第２図 第３図 （Ａ） （Ｂ） 第４図 （Ａ） 第４図 （Ｂ） 第５図 （Ａ） （Ｂ） 第６図 （Ａ） 第６図 （Ｂ、） 手　　続　　補　　正　　書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特許願第１０８２６１号 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 （１）明細書第２４頁第１９行〜第２５頁第２行間を下
記の通り訂正する。 「　第４Ａ図および第４Ｂ図夫々は空隙のくびれ部分に
おいて切断された無電解めっき層の残留部分の粒状セラ
ミックの粒子構造を示す走査電子顕微鏡による表面写真
およびその線図的平面図、」

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．無電解めっき層が表面上に設けられる緻密なセラミ
   ック体のその表面に粒状突起部が形成されるとともに、
   この粒状突起部における粒状突起間には、前記表面側か
   ら見て実質的に奥側に向かって先広がりの空隙が形成さ
   れているセラミック基体であって、 前記先広がりの空隙におけるくびれ部分の 総面積の割合が所定基体表面積当たり０．５〜１０％で
   あるとともに、前記くびれ部分の個数が単位平方ｍｍ当
   たり２０００〜１０００００個であることを特徴とする
   セラミック基体。
2. ２．前記所定基体表面積当たりのくびれ部分の総面積の
   割合が３〜７％であるとともに、前記単位平方ｍｍ当た
   りのくびれ部分の個数が５０００〜２００００個である
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のセラミック
   基体。
3. ３．基体表面における表面粗さが平均表面粗さにおいて
   ０．４〜１．０μｍであることを特徴とする請求の範囲
   第１項または第２項に記載のセラミック基体。