JPH10107393A

JPH10107393A - セラミック配線基板

Info

Publication number: JPH10107393A
Application number: JP27727596A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松; Yasutaka Ito; 康隆伊藤; Yoshiyuki Ido; 義幸井戸
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】表面絶縁抵抗が高く、また、高周波帯域の信
号を伝搬させても伝搬損失が発生しないセラミック配線
基板を提供する。【解決手段】セラミック基板表面に、チタン及びクロ
ムのうち少なくとも１種の金属からなる層と銅層とがこ
の順に積層され、さらにその銅層上に形成された電解め
っき層からなる導体回路が形成されてなるセラミック配
線基板であって、上記セラミック基板は、非酸化物系セ
ラミック基板であり、その表面粗さがＲｍａｘで１μｍ
未満であるセラミック配線基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック配線基
板に関し、更に詳しくは、表面絶縁抵抗が高く、高周波
帯域の信号を好適に伝搬することができるセラミック配
線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣチップの配線基板への搭載
は、ワイアボンディングにより行われていた。しかしな
がら、ＩＣチップをワイアボンディングにより配線基板
へ搭載した場合、ワイアによる伝搬損失が大きい。この
ため、近年の高周波数化したＩＣチップにおいては、半
田バンプを持つ配線基板にＩＣチップを直接搭載するフ
リップチップ実装が注目されている。フリップチップ実
装においては、配線基板として、ＩＣチップの素材であ
るガリウムや砒素の熱膨張率に比較的近いセラミック配
線基板が有利に用いられる。

【０００３】このようなセラミック配線基板として、特
公昭５６−３７７１９号公報には、アルミナ、ベリリ
ア、フォルステライト、ステアタイト、コーデライト等
の酸化物系のセラミック基板の表面に、セラミック基板
に対する密着性が強いチタンやクロム等の金属からなる
層と、抵抗値の小さい銅や金等の金属からなる層とをス
パッタリングにより積層した後、電解めっきを施すこと
により導体回路を形成したものが開示されている。

【０００４】しかしながら、上述のような構成からなる
セラミック配線基板は、ＧＨｚオーダーの高周波帯域の
信号を伝搬させると、信号の伝搬損失がみられた。ま
た、表面絶縁抵抗が非常に低くなる傾向があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、表面絶縁抵抗が高く、また、高周波帯域の信号を伝
搬させても伝搬損失が発生しないセラミック配線基板を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック基
板表面に、チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金
属からなる層と銅層とがこの順に積層され、さらにその
銅層上に形成された電解めっき層からなる導体回路が形
成されてなるセラミック配線基板であって、前記セラミ
ック基板は、非酸化物系セラミック基板であり、その表
面粗さがＲｍａｘで１μｍ未満であることを特徴とする
セラミック配線基板である。以下に本発明を詳述する。

【０００７】本発明においては、まず、図１の（イ）に
示すようなセラミック基板の表面に、図１の（ロ）に示
すようにチタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属
からなる層を設け、更にその上層に、図１の（ハ）に示
すように銅層を積層する。

【０００８】本発明においては、上記セラミック基板と
して、非酸化物系セラミック基板を用いる。上記非酸化
物系セラミック基板としては特に限定されず、例えば、
窒化珪素基板、窒化アルミニウム基板等が挙げられる。
これらのうち、上記窒化アルミニウム基板が、放熱性に
優れているので特に好適に用いられる。上記窒化アルミ
ニウ基板には、焼結助剤として酸化イットリウム等の酸
化物を添加してもよい。

【０００９】上記非酸化物系セラミック基板は、非酸化
物セラミックの粉末を焼結助剤及びバインダーとともに
混合し、シート状に成形した後、焼結温度で焼成するこ
とにより得ることができる。

【００１０】本発明においては、上記非酸化物系セラミ
ック基板の表面粗さは、Ｒｍａｘで１μｍ未満である。
１μｍ以上であると、高周波帯域の信号を伝搬させると
伝搬損失が発生し、また、エッチング処理を施す際に、
上記チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属から
なる層並びに上記銅層が上記非酸化物系セラミック基板
表面に残存し、本発明のセラミック配線基板の表面絶縁
抵抗を低下させる。好ましくは、０．００１〜０．３μ
ｍである。０．００１μｍ未満であると、研磨のための
コストがかさみ、量産に不適である。

【００１１】上記非酸化物系セラミック基板の表面粗さ
を１μｍ未満に調整する方法としては特に限定されず、
例えば、コロイダルシリカ、ダイヤモンドペースト、炭
化珪素等の研磨剤を用いたポリシングを使用する方法等
を採用することができる。

【００１２】上記非酸化物系セラミック基板は、スルー
ホールが形成されているものであってもよい。上記スル
ホールが形成されることにより、上記非酸化物系セラミ
ック基板の表面及び裏面を電気的に接続することができ
る。また、上記スルーホールをいわゆるサーマルビアと
し、ＩＣチップから発生する熱を裏面に形成された放熱
領域へ伝達させることができる。上記スルーホールは、
伝搬損失が小さくなるので、上記非酸化物系セラミック
基板に対してできるだけ直角に形成させることが好まし
い。

【００１３】上記チタン及びクロムのうち少なくとも１
種の金属からなる層は、上記非酸化物系セラミックス基
板に対して必要充分な密着性を示す一方で、酸化物を形
成しないので必要以上に癒着することがない。従って、
エッチング処理を施す際に、上記非酸化物系セラミック
基板表面に残存することがないので、本発明のセラミッ
ク配線基板の表面絶縁抵抗を低下させることがない。

【００１４】上記非酸化物系セラミック基板表面に、上
記チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属からな
る層を設ける方法としては特に限定されず、例えば、ス
パッタリング等の物理的手段を採用することができる。
この場合において、上記チタン及びクロムのうち少なく
とも１種の金属からなる層は、上記非酸化物系セラミッ
ク基板表面の全面に設ける。

【００１５】上記チタン及びクロムのうち少なくとも１
種の金属からなる層を設ける場合においては、上記スパ
ッタリングは、０．５〜１．０Ｐａのアルゴンガス中、
２００〜１０００Ｗの印加電圧で、ＲＦ又はＤＣ電源を
用いて行うことが好ましい。

【００１６】上記チタン及びクロムのうち少なくとも１
種の金属からなる層は、０．０５〜０．２μｍであるこ
とが好ましい。０．０５μｍ未満であると、上記非酸化
物系セラミック基板に対する充分な密着性が得られず、
０．２μｍを超えると、エッチング処理による溶解除去
が困難となる。

【００１７】上記銅層は、上記チタン及びクロムのうち
少なくとも１種の金属からなる層に比べて抵抗値が小さ
いので、上記銅層の更に上層に積層される電解めっき層
を形成する際の電路確保のために設けられるものであ
る。

【００１８】上記チタン及びクロムのうち少なくとも１
種の金属からなる層の上層に、上記銅層を積層する方法
としては特に限定されず、例えば、スパッタリング等の
物理的手段を採用することができる。この場合におい
て、上記銅層は、上記チタン及びクロムのうち少なくと
も１種の金属からなる層の全面に設ける。上記銅層を積
層する際においては、上記スパッタリングは、アルゴン
ガス中、２０００〜５０００Ｗの印加電圧で、ＤＣ電源
を用いて行うことが好ましい。

【００１９】上記銅層は、０．０５〜１．０μｍである
ことが好ましい。０．０５μｍ未満であると、電解めっ
き層を形成する際の電路としての電気伝導性が充分でな
く、１．０μｍを超えると、エッチング処理による溶解
除去が困難となる。

【００２０】本発明においては、次に、図１の（ニ）に
示すように、導体回路を形成しようとする部分を除く部
分に感光性樹脂からなるめっきレジスト層をフォトレジ
ストグラフ法により積層する。上記チタン及びクロムの
うち少なくとも１種の金属からなる層並びに上記銅層が
積層された上記非酸化物系セラミック基板の導体回路を
形成しようとする部分を除く部分に、上記感光性樹脂か
らなるめっきレジスト層を上記フォトレジストグラフ法
により積層するには、例えば、ポジ型フォトレジスト又
はネガ型フォトレジストを上記チタン及びクロムのうち
少なくとも１種の金属からなる層並びに上記銅層が積層
された上記非酸化物系セラミック基板表面全面に塗布
し、これを露光、現像することにより実施することがで
きる。

【００２１】具体的には、例えば、上記チタン及びクロ
ムのうち少なくとも１種の金属からなる層並びに上記銅
層が積層された上記非酸化物系セラミック基板表面全面
にネガ型フォトレジストを塗布した後、導体回路が描画
されたフォトマスクを設置し、露光、現像することによ
り、導体回路を形成しようとする部分を除く部分に塗布
された上記ネガ型フォトレジストのみを光硬化させ、導
体回路を形成しようとする部分に塗布された未硬化の上
記ネガ型フォトレジストを洗い流すことにより、導体回
路を形成しようとする部分を除く部分にめっきレジスト
層を積層することができる。

【００２２】上記めっきレジスト層は、０．１〜５μｍ
であることが好ましい。０．１μｍ未満であると、上記
めっきレジスト層が剥離しやすく、５μｍを超えると、
現像しにくい。

【００２３】本発明においては、次に、図１の（ホ）に
示すように、導体回路を形成しようとする部分に電解め
っき層を電解めっきにより積層して導体回路を形成す
る。本発明においては、上記電解めっき層の積層は、析
出速度の観点から、電解めっきにより実施される。上記
電解めっきとしては、電解銅めっきが好適に実施され
る。上記電解銅めっきは、硫酸銅めっき浴にて、０．１
〜０．７μｍ／分の析出速度にて行うことにより実施す
ることができる。

【００２４】上記電解めっきによれば、形成される導体
回路に充分な厚みを付与することができ、また、スパッ
タリングで形成するよりも抵抗値が低い導体回路を形成
することができる。更に、短時間で安価に導体回路を形
成することができる。上記電解めっき層は、導体回路の
抵抗値を低くするために、１〜２０μｍであることが好
ましい。

【００２５】本発明においては、上記電解めっき層は、
上記めっきレジスト層の１．２倍以上の厚みを有するも
のであることが好ましい。このようにすることにより、
上記電解めっき層の断面積を大きくすることができるの
で、導体回路の抵抗値を低下させることができる。より
望ましくは、２倍以上であり、さらに好ましくは、３倍
以上である。

【００２６】上記電解めっき層を上記めっきレジスト層
の１．２倍以上の厚みを有するものとするためには、上
記電解めっき層の積層を上記めっきレジスト層の厚みを
超えても続ける。このようにすることにより、上記電解
めっき層が上記めっきレジスト層の開口部から盛り上が
り、図１の（ホ）に示すような形状となる。すなわち、
上記電解めっき層は、その上面が曲面を有するものとな
り、また、上記電解めっき層の上部は、上記めっきレジ
スト層の開口部よりも広い幅を有するものとなる。な
お、電解めっき層のうち、めっきレジスト層間に形成さ
れる部分が下層部分となり、めっきレジスト層からはみ
出して形成された部分は上層部分である。

【００２７】本発明においては、図１の（ヘ）に示すよ
うに、上記電解めっき層は、その上面がニッケル層及び
金層により被覆されているものであることが好ましい。
このようにすることにより、上記電解めっき層が銅めっ
き層である場合に発生するマイグレーションを防止する
ことができる。上記ニッケル層は、上記めっき層と上記
金層との密着性を向上させる機能を有するものである。
上記金層は、耐酸化性、耐腐食性等に優れており、ま
た、金は銅に比べて、半田に対してよくなじむので、本
発明のセラミック配線基板へのＩＣチップ等の搭載がよ
り有利となる。

【００２８】上記電解めっき層の上面を上記ニッケル層
及び上記金層により被覆する方法としては特に限定され
ず、例えば、電解めっき、無電解めっき等を採用するこ
とができる。具体的には、上記ニッケル層は、例えば、
スルファミン酸ニッケル浴により形成させることがで
き、上記金層は、シアン化金カリウム浴により形成させ
ることができる。

【００２９】本発明においては、次に、図１の（ト）に
示すように、上記導体回路を除く部分の上記チタン及び
クロムのうち少なくとも１種の金属からなる層、上記銅
層をエッチング処理により、また、上記めっきレジスト
層を剥離又は溶解により除去することにより本発明のセ
ラミック配線基板を得る。上記エッチング処理において
は、上記チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属
からなる層並びに上記銅層は、例えば、塩化銅、塩酸、
フェリシアン化カリウム等の水溶液；フッ酸と硝酸の混
合酸等のエッチング液で溶解除去することができる。ま
た、上記めっきレジスト層は、例えば、塩化メチレン等
のレジスト剥離液で溶解除去することができる。

【００３０】本発明のセラミック配線基板は、１ＧＨｚ
以上の高周波数帯域の信号を伝搬させても伝搬損失が発
生しない。一般にセラミック基板の表面には、特開昭６
１−１９７４８５号公報、特開平４−２０３８８８号公
報、特開平４−１５００９３号公報、特開昭６３−１５
８８９４号公報に記載されているように、研磨等の処理
を施さない限り１〜１０μｍ程度の凹凸が存在する。こ
のような凹凸を有するセラミック基板の表面に金属層を
積層すると、この凹凸のアンカー効果によりセラミック
基板と金属層とが癒着する。また、従来広く用いられて
いるような、アルミナ、ベリリア、フォルステライト、
ステアタイト、コーデライト等の酸化物系セラミック基
板の表面に金属層を積層すると、金属層の一部が酸化物
系セラミック中の酸素と反応して酸化物を形成し、セラ
ミック基板と金属層とが癒着する。このような理由か
ら、エッチング処理を施しても、セラミック基板表面に
これらの金属層が残存してしまい、セラミック配線基板
の表面絶縁抵抗を低下させると考えられる。

【００３１】また、セラミック配線基板に高周波帯域の
信号を伝搬させると、いわゆる表皮効果により、この信
号は導伝回路のセラミック基板に近接した層域に局在化
して伝搬する。このため、セラミック基板表面に凹凸が
存在すると、この凹凸が抵抗となって伝搬損失が発生す
る考えられる。

【００３２】本発明のセラミック配線基板においては、
表面が平滑化された非酸化物系セラミック基板を用いる
ので、表面絶縁抵抗の低下、及び、高周波帯域の信号を
伝搬させた場合の伝搬損失の発生が共に防止される。

【００３３】また、本発明のセラミック配線基板におい
ては、電解めっき層の厚さをめっきレジスト層の厚さと
同じにする従来の技術常識を覆し、電解めっき層をめっ
きレジスト層開口部からはみ出して形成させることによ
り、電解めっき層の上面を曲面とし、また、電解めっき
層の上部をめっきレジスト層開口部よりも広い面積とす
ることができる。このようにすることにより、電解めっ
き層の厚さ及び断面積を充分に確保し、電解めっき層か
らなる導体回路の抵抗値を非常に低いものとすることが
できる。

【００３４】更に、本発明のセラミック配線基板におい
ては、導体回路の表面をニッケル層及び金層により被覆
することにより、電解めっき層を銅めっき層とした場合
に発生するマイグレーションを防止することができる。

【００３５】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００３６】実施例１窒化アルミニウム粉末（平均粒径１．１μｍ）１００重
量部、酸化イットリウム（平均粒径０．４μｍ）４重量
部、バインダー（アクリル系樹脂）１２重量部及び溶剤
（アルコール類）２５重量部を混合してペーストを調製
した後、ドクターブレード法にてシート状に成形し、更
にパンチングで孔を開けて、セラミックシートを得た。
得られたセラミックシートを１７００〜１９００℃で焼
成して、口径３００μｍの貫通孔を持つ、厚さ０．８〜
１．０μｍの窒化アルミニウム基板を得た。窒化アルミ
ニウム基板を、コロイダルシリカを研磨剤に用いたポリ
シングで研磨して、その表面粗さをＲｍａｘで０．３μ
ｍに調整した。なお、表面粗さの測定は、走査型表面粗
さ計によった。

【００３７】クロムを逆スパッタ後にアルゴンガス中、
ＲＦ電源を用いて、窒化アルミニウム基板全体にスパッ
タリングして、厚さ０．１μｍのクロム層を形成した。
銅をアルゴンガス中、ＤＣ電源を用いて、クロム層が形
成された窒化アルミニウム基板全体にスパッタリングし
て、厚さ０．６μｍの銅層を形成した。

【００３８】クロム層及び銅層が積層された窒化アルミ
ニウム基板全体に、ネガ型のフォトレジストを塗布し乾
燥させた。次いで、導体回路部が描画されたフォトマス
クを積層し、露光、現像して、導体回路部以外の部分に
厚さ１μｍのめっきレジスト層を設けた。

【００３９】硫酸銅めっき液を用いて、０．５μｍの析
出速度で、電解銅めっきを施した。電解銅めっき層の厚
さは５μｍであり、めっきレジスト層から４μｍ盛り上
がっていた。めっきレジスト層の導体回路幅（電解銅め
っき層の下層）は、１μｍであり、めっきレジスト層か
ら盛り上がっている部分（電解銅めっき層の上層）は、
４μｍであった。

【００４０】スルファミン酸ニッケル浴及びシアン化金
カリウム浴を行って、厚さ１．５μｍのニッケルめっき
層及び厚さ１．５μｍの金めっき層を積層した。塩化メ
チレンにてめっきレジスト層を剥離した。次に、塩酸及
び硫酸銅水溶液にてめっきレジスト層の下のクロム層及
び銅層を溶解除去し、セラミック配線基板を得た。

【００４１】比較例１窒化アルミニウム基板の代わりにアルミナ基板を用いた
こと以外は、実施例１と同様にしてセラミック配線基板
を得た。

【００４２】実施例１及び比較例１で製造したセラミッ
ク配線基板について、表面抵抗、ＨＨＢＴ（Ｈｉｇｈ
ＨｕｍｉｄｉｔｙＢｉａｓＴｅｓｔ）試験、放熱
性、及び、１０ＧＨｚの信号についての伝搬損失につい
て測定した。

【００４３】表面抵抗の測定は、等間隔の２本の配線を
粗密に配したパターンにて１００Ｖの印加電圧をかけ、
その抵抗を測定した。ＨＨＢＴ試験の条件は、温度８０
℃、湿度８５％、バイアス５Ｖを印加し、試験前後の表
面の絶縁抵抗を測定した。

【００４４】放熱性の測定は、レーザーフラッシュ法を
用いた。基板に１０Ｊ／パルスのレーザーを照射し、基
板の反対側面の温度変化を測定し、最終到達温度の１／
２に達する時間（緩和時間α）を測定する。この緩和時
間αを下記の式に代入して熱伝導率を計算する。ＡＬＮ
は、Ｃｐ＝０．１８ｃａｌ／ｇ℃ ρ＝３．３ｇ／ｃｍ
³である。熱伝導率λ＝緩和時間α×比熱容量Ｃｐ×密度ρ×４１
９（Ｗ／ｍ・Ｋ）

【００４５】伝搬損失の測定条件は、ネットワークアナ
ライザーを使用し、カットバック法により測定した。カ
ットバック法は、配線の出力／入力の値から伝搬損失を
測定した後、配線を切断して短くし、短くなった配線に
ついて伝搬損失を測定する。この測定後、さらに配線を
切断して短くし、この配線についても伝搬損失を測定す
る。このような操作を繰り返して、配線の長さと伝搬損
失のグラフを作成し、このグラフの傾き（ｄＢ／ｃｍ）
を求めて、これを配線自体がもつ伝搬損失とする。具体
的には、最初に５０Ωの配線を形成し、この配線を切断
してグラフを作成した。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【発明の効果】本発明のセラミック配線基板は、上述の
構成からなるので、表面絶縁抵抗が高く、高周波帯域の
信号を伝搬させても伝搬損失を発生することがない。ま
た、非酸化物系セラミック基板として窒化アルミニウム
基板を用いることにより、より放熱性に優れたものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック配線基板の製造方法の一例
の概要を示す断面概略図である。

【符号の説明】

１非酸化物系セラミック基板２チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属から
なる層３銅層４めっきレジスト層５電解めっき層６ニッケル層７金層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板表面に、チタン及びクロ
ムのうち少なくとも１種の金属からなる層と銅層とがこ
の順に積層され、さらにその銅層上に形成された電解め
っき層からなる導体回路が形成されてなるセラミック配
線基板であって、前記セラミック基板は、非酸化物系セ
ラミック基板であり、その表面粗さがＲｍａｘで１μｍ
未満であることを特徴とするセラミック配線基板。
【請求項２】セラミック基板表面に、チタン及びクロ
ムのうち少なくとも１種の金属からなる層と銅層とをこ
の順に積層した後、導体回路を形成しようとする部分を
除く部分に感光性樹脂からなるめっきレジスト層を露光
現像処理することにより積層し、さらに導体回路を形成
しようとする部分に電解めっき層を形成し、そして前記
導体回路を除く部分のめっきレジスト層を除去し、さら
に前記チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属か
らなる層、前記銅層をエッチング処理により除去するこ
とにより得られるセラミック配線基板であって、前記セ
ラミック基板は、表面粗さがＲｍａｘで１μｍ未満の非
酸化物系セラミック基板であることを特徴とするセラミ
ック配線基板。
【請求項３】前記非酸化物系セラミック基板は、窒化
アルミニウム基板である請求項１または２に記載のセラ
ミック配線基板。
【請求項４】前記電解めっき層は、その上面が曲面を
有するとともに、線幅の異なる上層部分と下層部分とか
らなり、上層部分の幅が下層部分の幅よりも大きく形成
され、その上層部分はニッケル層及び金層により被覆さ
れてなる請求項１または２に記載のセラミック配線基
板。
【請求項５】前記電解めっき層は、その上面が曲面を
有するとともに、線幅の異なる上層部分と下層部分とか
らなり、上層部分の幅が下層部分の幅よりも大きく形成
され、また、前記電解めっき層の厚みは、下層部分の厚
みの１．２倍以上であり、その上層部分はニッケル層及
び金層により被覆されてなる請求項１または２に記載の
セラミック配線基板。