JPH0785495B2 - 酸化物セラミツク上の銅電極形成法 - Google Patents

酸化物セラミツク上の銅電極形成法

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JPH0785495B2
JPH0785495B2 JP60054014A JP5401485A JPH0785495B2 JP H0785495 B2 JPH0785495 B2 JP H0785495B2 JP 60054014 A JP60054014 A JP 60054014A JP 5401485 A JP5401485 A JP 5401485A JP H0785495 B2 JPH0785495 B2 JP H0785495B2
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Description

【発明の詳細な説明】 I発明の背景 技術分野 本発明は酸化物セラミックを使用した酸化物セラミック
上の銅電極形成法に関する。
先行技術とその問題点 セラミック、特に酸化物セラミックに金属を接合する方
法については長年研究されてきており、なかでもペース
ト塗布焼付方式の厚膜法が一般的である。この方法で
は、ペーストとして一部Cuペーストが使われているもの
の、高価なAg−PdペーストまたはAgペーストが多用され
ているため、コスト面で不利である。
この場合ペーストをスクリーン印刷する方式を用いるの
で被膜の線巾は最小100μmぐらいが限度で高集積化の
壁となっている。またペーストには通常フリットが入っ
ているためセラミックとの界面抵抗が大きくなって、特
に高周波回路に不向きであり、熱伝導性の面でも不利で
ある。さらに、後工程としてNiや半田などの湿式めっき
を行なう場合、フリットがめっき液に侵され易く信頼度
を損なうことが多く、電気伝導度や接合強度などの点で
も充分ではない。電気伝導度を改善するため、湿式めっ
きによってCu膜を形成すると電気伝導度は大きくなるも
のの接合強度が小さく、使用上問題となる。
また、セラミックにCuシートをCu−O共晶液相をつくっ
て接合する方法(特開昭52−37914号等)も開発されて
いるが、Cuの表面を酸化する工程やCu−O共晶液相を生
成する工程などを含み複雑である。
II発明の目的 本発明は、酸化物セラミックと銅との接合強度が大き
く、導電性が良好で安価な銅による金属化が容易で量産
性に優れ、かつ応用範囲が広い酸化セラミック上の銅電
極形成法を提供することにある。
III発明の開示 このような目的は、下記の本発明によって達成される。
すなわち、本発明は、酸化物セラミックに無電解めっき
または気相めっきによって第1の銅被膜を形成し、この
第1の銅被膜上に電解めっきにより第2の銅被膜を被着
した後、酸素濃度が2〜25ppmの弱酸化性雰囲気中で750
〜1065℃の温度で熱処理することを特徴とする酸化物セ
ラミック上の銅電極形成法である。
IV発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
本発明の酸化物セラミック上の銅電極形成法は酸化物セ
ラミックに第1の銅被膜を形成し、次いで電解めっきに
より第2の銅被膜を被着した後、熱処理する。
第1の銅被膜はスパッタリング、真空蒸着、無電解めっ
きなどにより形成する。
スパッタリング、蒸着等の気相被着は常法に従えばよ
い。また無電解めっきは、例えばアルミナ焼結体を10%
NaOH水溶液で脱脂してHFを含む混酸でエッチングした
後、SnCl2等を用いて増感し、次いでPdCl2で表面を活性
化して、CuSO4、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ホ
ルマリン、NaOH等を含む溶液で行う。
この第1の銅被膜の厚さは0.2〜1.0μmが好ましい。
これは、1μmをこえると密度が小さくなり、膜抵抗が
増大するためである。また1μmをこえると、成膜時間
が長くなり、液が消耗して成膜効率が悪くなり、高コス
トとなる。なお、0.2μm未満では、膜物性が低下す
る。
第1の銅被膜形成後、めっき相を所定の厚さにするため
にCuSO4浴で電解めっきを施し、第2の銅被膜を形成す
る。そして、洗浄して乾燥する。
このようにして形成する銅膜は通常、総計2〜30μm程
度の厚さとされる。また銅膜を形成後必要に応じたパタ
ーニングを施すこともできる。
銅膜を被着した後の熱処理は、750〜1065℃の温度で行
う。より好ましい温度は酸化物セラミックの組成により
750〜1065℃間にて適宜選定すれば良い。強いていえば
熱処理時間を短かくするためには1065℃直下近傍で行な
うのがよい。
温度が750℃未満となると、銅被膜が酸化しやすくまた
銅−セラミック間の接合強度が得られにくくなり、1065
℃をこえるとCu膜の“ぶく不良”が発生しやすくなるか
らである。
また、熱処理は弱酸化性雰囲気、すなわち酸素濃度Po2
が2〜25ppm、より好ましくは6〜10ppmの雰囲気中で行
う。
Po2が2ppm未満となると、酸化物セラミックと銅の界面
での複合酸化物の生成などの反応が起こりにくいため接
合強度が得られにくくなり、25ppmをこえると銅の酸化
が大きくなり後工程での半田付が困難となるなど不都合
が生ずるからである。
熱処理時間は酸化物セラミック組成および処理温度にも
よって適宜決定すればよい。
本発明の形成法における酸化物セラミックとCuとの接合
はその界面に複合酸化物をつくることによってなされる
と考えられる。
湿式めっき法や気相めっき法によるCu膜被着法ではCuと
酸化物セラミックとの接触面積が微視的に大きく、Cuと
酸化物セラミックとの接触距離も相対的に小さいため固
相反応によって複合酸化物を生成し介在させるのが可能
となり、熱処理温度をCu−O共晶温度である1065℃以下
としても接合が得られると考えられる。
本発明に用いる酸化物セラミックとしては、アルミナ
(Al2O3)の焼結体、BaTiO3、Nd2O3、Bi2O3、TiO2およ
びMnOなどを含む誘電体共振器用焼結体、BaTiO3およびS
nO2を含むマイクロ波基板用焼結体などが挙げられる
が、特に上記に限定されるものではない。
これらの焼結体の製造方法は常法に従って酸化物を混合
して形成体とし焼成すればよい。この場合、反応焼結
法、常圧焼結法、ホットプレス法、熱間等方等圧加圧
(HIP)法のいずれによってもよい。
このように酸化物セラミックを基板にしてCuにより金属
化することによって酸化物セラミック上に所定のパター
ンにてCu電極を形成することが可能となる。
V発明の具体的作用効果 本発明によれば、酸化物セラミックに湿式めっきまたは
気相めっきにより第1の銅膜を形成し、次いで電解めっ
きにより所要の銅厚みを被着した後、酸素濃度が2〜25
ppmの弱酸化性雰囲気中で750〜1065℃の温度で熱処理し
ているため、酸化物セラミックと銅との接合強度が大き
い酸化物セラミック上の銅電極形成法が得られる。
また、導電性の良好な銅による金属化が容易で量産性に
優れ、銅が安価であることからコスト面でも有利であ
る。そして、銅めっきを全面に施し、ホトエッチング法
によって被膜の線巾を最小10μm程度までにすることが
でき高集積化が可能となる。
この結果、ハイブリット集積回路基板、マイクロ波用誘
電体共振器、マイクロ波用トランスミッションライン、
半導体用セラミックパッケージ等への利用と応用範囲が
広がる。
VI発明の具体的実施例 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明の効果をさ
らに詳細に説明する。
実施例 まず、以下のようにしてアルミナ焼結体を作製した。
すなわち、重量比にして96%程度のアルミナ(Al2O3
微粉末に、焼結助剤としてのマグネシア(MgO)、シリ
カ(SiO2)などの微粉末を4%程度加え、さらに有機バ
インダー及び有機溶剤を添加し、これらをボールミルな
どにより十分混合して、セラミック混合スラリーを作っ
た。次にこのスラリーをドクターブレードなどの方法を
用いたキャスティング装置によりシート化した。このシ
ートを焼成炉中において1500〜1600℃の高温度に加熱し
アルミナ焼結体を得た。
また、BaTiO3+Nd2O3+Bi2O3+TiO+MnO系の誘電率80の
焼結体を使った。
さらにBaTaO3+SnO2焼結体は特願昭58−73908号に記載
の方法で作製した。
以上のようにして作製した酸化物セラミック(たて35m
m、横25mm、厚さ0.7mm)を10%NaOH水溶液で脱脂し、HF
を含む混酸(HF;15%)でエッチングし、SnCl2で増感し
た。これをPdCl2で活性化し、CuSO4、EDTA、ホルマリ
ン、NaOH等を含む液で無電解Cuめっきをした。
膜厚は0.4μmおよび2μmとした。
さらにCuSO4浴で電解めっきを行い、めっき膜の厚さを
7〜8μm程度にし、その後洗浄して乾燥した。
このようにして湿式めっきを施したものに表1に示すよ
うな条件(温度、雰囲気、時間)で熱処理を行い、試料
を作製した(表1)。
同時に熱処理を行わない試料も作製した(表1)。
また、アルミナ焼結体、およびBaTiO3+SnO2焼結体につ
いては特開昭52−37914号、さらにアルミナ焼結体につ
いては特開昭53−78066号に記載の熱処理方法によりCu
膜を形成させた試料も作製した(表1)。
これらの試料のCu膜はすべて、たて2mm、横2mm、厚さ7
〜8μmとした。
このようにして得られた試料に下記の接合強度試験を行
った。
<接合強度試験> 被着したCu膜の横方向に直径0.8mmの銅線をのばし、Cu
膜に重なる部分について半田付けし、その半田付けの終
わる一端からのびた銅線をCu膜被着面にほぼ垂直でかつ
Cu膜を剥離する方向に引張り試験機を用いて引張り、剥
離した時の荷重を読んだ。
<膜抵抗率試験> 幅1mm長さ88mmの試料にて電気抵抗Rを測定し、同時に
表面粗さ計により平均膜厚tを測定し、tR/88(Ωcm)
にて抵抗率を算出した。
この結果を表1に示す。
表1より、明らかなように、本発明によれば、酸化物セ
ラミック上に形成された電気伝導度の優れた電解銅めっ
き被膜が大きい接合強度で得られる。
また、電気抵抗も小さい。
なお、試料101〜109、201〜205、301〜306においてCuを
被着する際、前述の無電解めっき法の代わりに気相めっ
き法の1つの蒸着法を用いた以外は同様にして試料を作
製し、接合強度試験を行ったが上記と同様の結果が得ら
れた。
以上より、本発明の効果は明らかである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化物セラミックに無電解めっきまたは気
    相めっきによって第1の銅被膜を形成し、この第1の銅
    被膜上に電解めっきにより第2の銅被膜を被着した後、
    酸素濃度が2〜25ppmの弱酸化性雰囲気中で 750〜1065℃の温度で熱処理することを特徴とする酸化
    物セラミック上の銅電極形成法。
  2. 【請求項2】第1の銅被膜を0.2〜1.0μmの厚さに形成
    する特許請求の範囲第1項に記載の酸化物セラミック上
    の銅電極形成法。
JP60054014A 1985-03-18 1985-03-18 酸化物セラミツク上の銅電極形成法 Expired - Lifetime JPH0785495B2 (ja)

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