JPH06169150A - セラミック配線板及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱を伴う実装に際して、フクレの発生する
ことのないセラミック配線板及びその製法を提供する。 【構成】 セラミック基板（２）の表面に無電解メッキ
により形成した銅被膜（３）の上に、銅を除く金属被膜
（１）を形成したセラミック配線板において、上記銅被
膜（３）の結晶粒のサイズが平均直径で５μｍ〜１５μ
ｍである。このセラミック配線板の製法では、上記金属
被膜（１）を形成する前に上記銅被膜（３）の結晶粒を
緻密化する工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント配線板として
使用されるセラミック配線板、及びその製法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板、特にハイブリッドＩＣ
分野で使用されるセラミック配線板では、従来、銅ペー
スト等の導電性ペーストを用い、スクリーン印刷法によ
りセラミック基板の表面に回路を形成することが知られ
ている。しかし、この場合、スクリーン印刷に用いるス
クリーンの網目の影響で回路の境界線の鮮明さが劣るた
め回路の微細化が困難であったり、電気伝導度が劣る欠
点がある。

【０００３】そこで、回路形成に導電性ペーストを用い
ずにセラミック基板の表面に無電解銅メッキで銅被膜を
形成し、エッチングにより所定の回路を形成する方法が
考えられている。この場合、回路が銅であるから電気伝
導度が高く、且つフォトリングラフィ技術の利用により
回路の微細化が可能である。

【０００４】近年の高機能化に伴って、上記セラミック
基板に回路を形成した銅被膜の上に、チップダイボンド
性やワイヤボンディング性を付与するために、金、ニッ
ケル等の金属被膜を、例えばメッキ法で形成している。
ところが、半田付け、ダイボンド、ワイヤボンド等の加
熱の際、銅被膜がセラミック基板の表面から剥がれフク
レが発生しやすい問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
解決するためになされたもので、その目的とするところ
は、セラミック基板の表面に無電解メッキにより形成さ
れた銅被膜の上に、銅を除く金属被膜を形成したセラミ
ック配線板及びその製法において、後工程の加熱を伴う
実装において、フクレの発生することのない耐熱性の優
れたセラミック配線板、及びその製法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
セラミック配線板は、セラミック基板（２）の表面に無
電解メッキにより形成された銅被膜（３）の上に、銅を
除く金属被膜（１）を形成したセラミック配線板におい
て、上記銅被膜（３）の結晶粒のサイズが平均直径で５
μｍ〜１５μｍであることを特徴とする。

【０００７】本発明の請求項２及び３に係るセラミック
配線板の製法は、セラミック基板（２）の表面に無電解
メッキにより形成された銅被膜（３）の上に、銅を除く
金属被膜（１）を形成するセラミック配線板の製法にあ
って、上記金属被膜（１）の形成前に上記銅被膜（３）
の結晶構造を緻密化する工程を有することを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明のセラミック配線板は、セラミック基板
（２）の表面に形成した銅被膜（３）の結晶構造が緻密
化し、結晶粒のサイズが平均直径で５μｍ〜１５μｍに
成長しているので、金属被膜（１）の形成時に銅被膜
（３）と金属被膜（１）の境界面に取り込まれたメッキ
液が後工程の熱により気化しても、銅被膜（３）からセ
ラミック基板（２）の表面まで連通する隙間がないため
セラミック基板（２）の表面まで到達しないのに対し、
銅被膜の結晶構造が緻密化されず、結晶粒が小さい従来
のセラミック配線板は、上記銅被膜と金属被膜の境界面
に取り込まれたメッキ液が後工程の熱により気化し、銅
被膜の隙間を通過してセラミック基板の表面に達し、こ
の気化したガスの体積膨張による圧力が、銅被膜とセラ
ミック基板の密着力を上回るとフクレが発生すると推察
される。

【０００９】本発明の製法により、セラミック基板
（２）の表面に形成した上記銅被膜（３）の結晶構造が
緻密化すると共に、銅被膜（３）の結晶が成長し、結晶
粒が大きくなった上記セラミック配線板が得られる。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。図１は本
発明のセラミック配線板に係る一実施例を示す断面図で
ある。図に示す如く、上記セラミック配線板は、セラミ
ック基板（２）の表面に無電解メッキによる銅被膜
（３）を構成する、平均直径で５μｍ〜１５μｍの結晶
粒を有する。

【００１１】上記銅被膜の結晶粒が５μｍ未満である
と、その後、上記銅被膜の上に銅を除く金属被膜を形成
するときに、メッキ液が銅被膜と金属被膜の境界面に取
り込まれ、このメッキ液が、後工程の熱により気化し、
銅被膜の隙間を通過してセラミック基板の表面に達しや
すくなる。上記銅被膜の結晶粒が１５μｍを越えるよう
な場合は、後述する銅被膜の結晶粒の成長の際、セラミ
ック基板と銅被膜の密着力が低下する。上記銅被膜
（３）の結晶粒のサイズが平均直径で５μｍ〜１５μｍ
のセラミック基板（２）は銅被膜（３）にセラミック基
板（２）の表面まで連通する隙間がない。

【００１２】次に本発明の製法について説明する。上記
セラミック基板（２）は、焼結セラミックタイプのもの
が適当であり、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が主に使用されるが、炭化ケ
イ素等の炭化物系セラミック、窒化アルミニウム等の窒
化物系のセラミックが使用されてもよく、数種の複合セ
ラミックが用いられてもよい。

【００１３】上記セラミック基板（２）は表面の銅被膜
（２）の密着力が高まるように、予め粗面化処理が施さ
れていることが好ましい。粗面化処理としては、サンド
ブラスト等を用いる機械的な粗面化処理や、熱リン酸等
の処理剤を用いる化学的な粗面化処理がある。

【００１４】本発明において、上記セラミック基板
（２）の表面には無電解銅メッキで銅被膜が形成されて
いる。この無電解銅メッキによる銅被膜の形成方法は、
特に限定されず公知の無電解銅メッキ法をそのまま使用
することができる。上記銅被膜の厚さは、例えば、高密
度な回路形成を行う場合には、３μｍ〜２０μｍが好ま
しい。

【００１５】このようにしてセラミック基板上に形成さ
れた銅被膜に、例えばフォトリングラフィ技術等を利用
してエッチング処理を施すことにより、銅被膜の回路を
設ける。なお、上記銅被膜の回路形成は後述の銅被膜
（３）の結晶構造を緻密化する工程の後で行ってもかま
わない。

【００１６】本発明においては、上記セラミック基板
（２）の上に形成された銅被膜（３）の結晶構造を緻密
化する工程を有する。この工程は、例えば、加熱処理を
行う方法が挙げられる。この場合の処理する温度は銅の
融点１０５３℃以下の範囲で高温の方が短時間で処理で
きるので好ましい。具体的には８００℃〜１０００℃が
好ましい。加熱時間については温度との関係で適宜決定
されるが、加熱不足であると所望する銅被膜の結晶構造
が緻密化されないし、加熱オーバーであると銅被膜の結
晶構造は緻密化されるが、加熱の際、セラミック基板
（２）と銅被膜の膨張率、収縮率の差からセラミック基
板（２）と銅被膜の密着力の低下を招く。さらに、上記
加熱処理は、銅の酸化を防止するために、窒素ガス等の
不活性ガスの雰囲気下で行うことが望ましい。

【００１７】上記銅被膜（３）の結晶構造が緻密化され
ると共に、銅被膜（３）の結晶粒が成長し、この結晶粒
のサイズは、平均直径が５μｍ〜１５μｍとなる。上記
銅被膜の結晶粒が５μｍ未満の処理は加熱不足であり、
上記銅被膜の結晶粒が１５μｍを越えるような処理は加
熱オーバーである。

【００１８】本発明では、上記セラミック基板（２）の
上に形成された銅被膜（３）の結晶構造を緻密化した後
に、この銅被膜（３）の上にメッキ法により金属被膜
（１）を形成する。この金属被膜（１）の種類は、例え
ば、ニッケル、金等が挙げられ、複数の金属被膜（１）
を形成してもよい。金属被膜（１）の形成におけるメッ
キ浴種、メッキ法、操作条件等については、特に限定さ
れない。

【００１９】なお、上記銅被膜の回路形成と、上記金属
被膜（１）の形成の間に、銅被膜の回路に抵抗体を形成
する工程を有する場合は、上述の銅被膜（３）の結晶構
造を緻密化する工程は抵抗体を形成する工程の前に行う
と、抵抗体の熱による変化を防止するので好ましい。こ
の抵抗体を形成する工程は一般に抵抗体用ペーストを塗
布し、焼き付けを行うので、焼き付けを行う条件を考慮
して加熱条件を決定し、結果として、金属被膜（１）形
成前に銅被膜（３）の結晶粒が緻密化されるようにす
る。具体的には銅被膜（３）の結晶粒のサイズが平均直
径で５μｍ〜１５μｍの範囲になるようにする。

【００２０】

【実施例】

実施例１ セラミック基板（２）としてアルミナ基板（松下電工株
式会社製、ＣＭ７０００）を用い、熱リン酸処理により
上記セラミック基板の表面を粗面化した。この粗面化し
たセラミック基板をＰｄＣｌ₂ の溶液に浸漬してＰｄ核
を付着させ、次の条件で無電解銅メッキを行い、厚さ７
μｍの銅被膜を形成した。

【００２１】 無電解銅メッキの条件 メッキ液組成： ・硫酸銅 １０ｇ／リットル ・ＥＤＴＡ・２Ｎａ・２Ｈ₂ Ｏ ３０ｇ／リットル ・ホルマリン ５ｍリットル／リットル ・シアン化ナトリウム １００ｍリットル／リットル ＰＨ １２．４ 液温度 ６０℃ 次に、銅被膜を形成したセラミック基板（２）を、窒素
ガス雰囲気中で８３０℃、６０分加熱処理を行った。

【００２２】上記加熱処理をしたセラミック基板（２）
を試験片とし、銅被膜（３）の結晶粒のサイズ、銅被膜
（３）とセラミック基板（２）の密着性、フクレの有無
を調べる耐熱性を評価した。

【００２３】銅被膜（３）の結晶粒のサイズは、組成が
ペルオキソ二硫酸ナトリウム３０ｇ／リットルと硫酸４
０ｍリットル／リットルの割合で混合したソフトエッチ
ング液に上記試験片を３分間浸漬して銅被膜（３）の内
部を露出させた後、ＳＥＭで観察し、結晶粒サイズを５
０個測定し平均値を求めた。

【００２４】銅被膜（３）とセラミック基板（２）の密
着性は、試験片の銅被膜（３）にさらに電気メッキによ
り約３５μｍに厚付けして銅被膜（３）の強度を保った
後、銅被膜（３）とセラミック基板（２）の垂直方向の
引き剥し強度を測定した。

【００２５】耐熱性は、図２に示す如く、上記試験片の
銅被膜（３）上に電解メッキにより金属被膜（１）とし
て、ニッケル被膜（４）を５μｍ、このニッケル被膜
（４）の上に金被膜（５）を１μｍ形成した後、４５０
℃で１０分間加熱し、フクレの発生の有無を調べた。

【００２６】結果は表２に示すとおり、銅被膜（３）の
結晶粒のサイズは７μｍ、銅被膜（３）とセラミック基
板（２）の密着性は１．１ｋｇｆ／ｃｍ、耐熱性はフク
レ無く、いずれも良好であった。

【００２７】実施例２〜４ 実施例１と同様のセラミック基板（２）を用い、実施例
１と同様の条件で無電解銅メッキを行い、厚さ７μｍの
銅被膜を形成した。

【００２８】次に、この銅被膜を形成したセラミック基
板に、温度、時間が下記表１に示す条件とした以外は、
実施例１と同様の処理をした。

【００２９】上記加熱処理をしたセラミック基板（２）
を試験片とし、実施例１と同様に銅被膜（３）の結晶粒
のサイズ、銅被膜（３）とセラミック基板（２）の密着
性、耐熱性を評価した。

【００３０】結果は表２に示すとおり、銅被膜（３）の
結晶粒のサイズ、銅被膜（３）とセラミック基板（２）
の密着性、耐熱性いずれも良好であった。

【００３１】比較例１ 実施例１と同様のセラミック基板を用い、実施例１と同
様の条件で無電解銅メッキを行い、厚さ７μｍの銅被膜
を形成した。

【００３２】そして、加熱処理を行わずに試験片とし、
実施例１と同様に銅被膜の結晶粒のサイズ、銅被膜とセ
ラミック基板の密着性、耐熱性を評価した。

【００３３】結果は表２に示すとおり、銅被膜の結晶粒
のサイズは０．５μｍであり、耐熱性の試験ではフクレ
が発生した。

【００３４】比較例２〜３ 実施例１と同様のセラミック基板を用い、実施例１と同
様の条件で無電解銅メッキを行い、厚さ７μｍの銅被膜
を形成した。

【００３５】次に、この銅被膜を形成したセラミック基
板に、温度、時間が下記表１に示す条件とした以外は、
実施例１と同様の処理をした。

【００３６】上記加熱処理をしたセラミック基板を試験
片とし、実施例１と同様に銅被膜の結晶粒のサイズ、銅
被膜とセラミック基板の密着性、耐熱性を評価した。

【００３７】結果は表２に示すとおり、耐熱性の試験で
はフクレが発生した。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】実施例１〜４はいずれも耐熱性は良好であ
り、比較例１〜３は耐熱性の試験ではフクレが発生し
た。比較例１および２は銅被膜の結晶粒のサイズが５μ
ｍ以下と銅被膜の結晶粒が成長していない。従って銅被
膜の結晶構造が緻密化していないため、銅被膜と金属被
膜の境界面に取り込まれたメッキ液が熱により気化し、
銅被膜の隙間を介してセラミック基板の表面に達してフ
クレが発生したと推察される。比較例３は加熱温度に対
し加熱時間が長過ぎたため加熱オーバーとなり、セラミ
ック基板と銅被膜の膨張率、収縮率の差からセラミック
基板と銅被膜の密着力の低下を招き、銅被膜がセラミッ
ク基板から部分的に剥離して、フクレが発生したと推察
される。

【００４１】

【発明の効果】本発明の製法によって、セラミック基板
（２）の表面に無電解メッキにより形成された銅被膜
（３）の結晶構造が緻密化し、上記銅被膜（３）の結晶
粒のサイズが平均直径で５μｍ〜１５μｍに成長してい
るセラミック配線板が得られる。

【００４２】本発明のセラミック配線板は、金属被膜
（１）を形成した後の半田付け、ダイボンド、ワイヤボ
ンド等の加熱を伴う実装において、フクレが発生せず耐
熱性が優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック配線板に係る一実施例を示
す断面図である。

【図２】実施例の耐熱性試験用の試験片を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 金属被膜 ２ セラミック基板 ３ 銅被膜 ４ ニッケル被膜 ５ 金被膜

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】そこで、回路形成に導電性ペーストを用い
ずにセラミック基板の表面に無電解銅メッキで銅被膜を
形成し、エッチングにより所定の回路を形成する方法が
考えられている。この場合、回路が銅であるから電気伝
導度が高く、且つフォトリソグラフィ技術の利用により
回路の微細化が可能である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】このようにしてセラミック基板上に形成さ
れた銅被膜に、例えばフォトリソグラフィ技術等を利用
してエッチング処理を施すことにより、銅被膜の回路を
設ける。なお、上記銅被膜の回路形成は後述の銅被膜
（３）の結晶構造を緻密化する工程の後で行ってもかま
わない。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】本発明においては、上記セラミック基板
（２）の上に形成された銅被膜（３）の結晶構造を緻密
化する工程を有する。この工程は、例えば、加熱処理を
行う方法が挙げられる。この場合の処理する温度は銅の
融点１０８３℃以下の範囲で高温の方が短時間で処理で
きるので好ましい。具体的には８００℃〜１０００℃が
好ましい。加熱時間については温度との関係で適宜決定
されるが、加熱不足であると所望する銅被膜の結晶構造
が緻密化されないし、加熱オーバーであると銅被膜の結
晶構造は緻密化されるが、加熱の際、セラミック基板
（２）と銅被膜の膨張率、収縮率の差からセラミック基
板（２）と銅被膜の密着力の低下を招く。さらに、上記
加熱処理は、銅の酸化を防止するために、窒素ガス等の
不活性ガスの雰囲気下で行うことが望ましい。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】 無電解銅メッキの条件 メッキ液組成： ・硫酸銅 １０ｇ／リットル ・ＥＤＴＡ・２Ｎａ・２Ｈ₂ Ｏ ３０ｇ／リットル ・ホルマリン ５ｍリットル／リットル ・シアン化ナトリウム １０ｍリットル／リットル ＰＨ １２．４ 液温度 ６０℃ 次に、銅被膜を形成したセラミック基板（２）を、窒素
ガス雰囲気中で８３０℃、６０分加熱処理を行った。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板（２）の表面に無電解メ
   ッキにより形成された銅被膜（３）の上に、銅を除く金
   属被膜（１）を形成したセラミック配線板において、上
   記銅被膜（３）の結晶粒のサイズが平均直径で５μｍ〜
   １５μｍであることを特徴とするセラミック配線板。
2. 【請求項２】 セラミック基板（２）の表面に無電解メ
   ッキにより形成された銅被膜（３）の上に、銅を除く金
   属被膜（１）を形成するセラミック配線板の製法にあっ
   て、上記金属被膜（１）の形成前に上記銅被膜（３）の
   結晶構造を緻密化する工程を有することを特徴とする請
   求項１に記載のセラミック配線板の製法。
3. 【請求項３】 請求項２の銅被膜（３）の結晶構造を緻
   密化する工程は不活性ガスの雰囲気下で、且つ８００℃
   〜１０００℃で銅被膜（３）を加熱することを特徴とす
   る請求項２記載のセラミック配線板の製法。