JPH10120481A - 金属層内蔵セラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックスが基板もしくは薄板状の場合に
は大きな反りを生じることから、反りの少ない金属層内
蔵のセラミックスを製造するのが極めて難しかった。 【解決手段】 セラミックス表面に金属層を形成し、そ
の上面に絶縁層を形成する金属層内蔵セラミックスの製
造方法において、該金属層の形成方法が、活性化処理し
たセラミックス表面に、無電解メッキ法で１μｍ以下の
厚さの無電解ニッケル層を形成し、それを加熱処理して
焼き付けた後、その上面に無電解メッキ法で３〜１０μ
ｍの厚さの無電解銅層を形成する方法であるとし、その
上面に溶射法で絶縁層を形成することにより金属層を内
蔵することとした金属層内蔵セラミックスの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の属する技術分野】本発明は、金属層を内蔵す
るセラミックスの製造方法に関し、特に基板もしくは薄
板状のセラミックスに金属層を内蔵するセラミックスの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属層を内蔵するセラミックスの
製造方法としては、グリーンのセラミックステープにタ
ングステン、モリブデン等の高融点金属から成る金属層
を印刷後、その上面に同じセラミックステープを被せ１
５００℃以上の温度で焼結することにより、セラミック
スと金属層を一体化する方法、あるいはそれより焼結温
度が低いものとしてガラス成分を含むグリーンのセラミ
ックステープに銀とパラジウムの合金、または銅等の金
属から成る金属層を印刷後、その上面に同じセラミック
ステープを被せ８００℃以上の温度で焼結する方法であ
った。

【０００３】また他の製造方法としては、前記したセラ
ミックステープをあらかじめ焼結し、その焼結体の表面
に前記した金属から成る金属層を焼き付け形成した後、
その上面に絶縁層を焼結するなどして形成することによ
り、金属層を内蔵するセラミックスを製造していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、セラミックスを焼結するとき、あるいは金
属層を焼き付けるときに１５００℃以上、ガラス成分を
含む低温のセラミックスであっても８００℃以上の高温
に晒されるため、セラミックスが基板もしくは薄板状の
場合には大きな反りを生じてしまい、反りの少ない金属
層内蔵のセラミックスを製造するのが極めて難しいとい
う問題があった。

【０００５】本発明は、上述した従来技術が有する課題
に鑑みなされたものであって、その目的は、基板もしく
は薄板状のセラミックスであっても、反りの少ない金属
層内蔵のセラミックスを製造することができる方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、活性化処理したセラ
ミックス表面に、無電解メッキ法で金属層を形成した
後、その上面に絶縁層を形成すれば、反りの少ない金属
層を内蔵したセラミックスが得られるとの知見を得て本
発明を完成した。

【０００７】即ち本発明は、（１）セラミックス表面に
金属層を形成し、その上面に絶縁層を形成する金属層内
蔵セラミックスの製造方法において、該金属層の形成方
法が、活性化処理したセラミックス表面に、無電解メッ
キ法で１μｍ以下の厚さの無電解ニッケル層を形成し、
それを加熱処理して焼き付けた後、その上面に無電解メ
ッキ法で３〜１０μｍの厚さの金属層を形成する方法で
あることを特徴とする金属層内蔵セラミックスの製造方
法（請求項１）とし、また、（２）セラミックスが、ア
ルミナ、窒化アルミニウムまたはベリリアであることを
特徴とする請求項１記載の金属内蔵セラミックスの製造
方法（請求項２）とし、さらに、（３）金属層が、無電
解銅であることを特徴とする請求項１または２記載の金
属層内蔵セラミックスの製造方法（請求項３）とし、さ
らにまた、（４）絶縁層の形成方法が、溶射による方法
であることを特徴とする請求項１、２または３記載の金
属層内蔵セラミックスの製造方法（請求項４）とするこ
とを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。

【０００８】セラミックス表面に金属層を形成する方法
としては、先ず表面を活性化処理したセラミックスを用
いることとした。セラミックスの表面を活性化処理する
のは、金属層の下地となる無電解ニッケル層が強固に接
着するようにセラミックス表面を改質するためである。
この活性化処理としては、セラミックス表面を水で洗浄
して粉塵を除去し、さらにアルカリ水溶液で洗浄して清
浄にした後、コンディショニング、プレディップ、キャ
タリスト、アクセレレーターの処理工程を経て活性化す
るものである。この活性化処理した後にエッチング処理
するとさらに接着が強固になる。

【０００９】その活性化処理した面に無電解メッキ法で
１μｍ以下の厚さの無電解ニッケル層を形成し、それを
加熱処理して焼き付けることとした。これにより、セラ
ミックス表面に強固な下地が形成されることとなり、そ
の上面に金属層を強固に厚付けできるようになる。形成
する無電解ニッケル層の厚さとしては、１μｍより厚い
と無電解ニッケルとセラミックスとの熱膨張率の大きな
違いから、後工程の絶縁層の形成過程で剥離することも
あり好ましくない。また、形成した無電解ニッケル層
は、加熱処理しないと強固に接着しないので加熱処理す
るが、その加熱処理温度としては、３５０℃前後が望ま
しく、それよりあまり高いと薄いセラミックスであるこ
とから反り易く、またセラミックスと金属との熱膨張の
差がより大きくでて支障を来たし好ましくない。逆にあ
まり低いと後工程の絶縁層の形成過程で接着強度が低下
するのでこれも好ましくない。

【００１０】その無電解ニッケル層の上面に無電解メッ
キ法で３〜１０μｍの厚さの金属層を形成することとし
た。下地に薄い無電解ニッケル層が形成されているの
で、厚付けが可能となるが、その厚さが３μｍより薄い
と上面に溶射で絶縁層を形成する際金属層がえぐり取ら
れ無くなる恐れがあり、一方１０μｍより厚いと金属の
熱膨張率とセラミックスの熱膨張率との大きな違いか
ら、セラミックスが反り易く、または剥離し易くなりい
ずれも好ましくない。

【００１１】上記金属層の金属としては、無電解銅とし
た。金属の種類は無電解メッキ法で形成できる金属であ
ればいずれの金属でもよいが、磁性を有する金属では、
磁性を有さない金属を必要とする静電チャックには用い
ることができず用途が限定されるので、磁性を有さない
無電解銅がより好ましい金属となる。

【００１２】また、上記セラミックスとしては、アルミ
ナ、窒化アルミニウムまたはベリリアとした。アルミナ
はセラミックスとしての特性に優れ、さらに安価である
ので好ましく、窒化アルミニウム、ベリリアは、熱伝導
性に優れ、放熱を要する電気部品に特に優れているので
好ましい。

【００１３】金属層の上面に絶縁層を形成する方法とし
ては、溶射による方法とした。溶射法は、低温度で比較
的強固な絶縁層が形成できるので好ましい。溶射にはプ
ラズマ溶射を用いることができる。絶縁層の種類は、窒
化アルミニウムでは、プラズマ溶射の過程でＡｌＮ→Ａ
ｌ＋Ｎに電離するので所定の組成から外れてしまうこ
と、ベリリアでは、粉体が人体に有害なので使用は適切
でないことなどからアルミナが好ましい。溶射による絶
縁層の厚みは先ず目的の厚みより厚く形成しておき、そ
れを目的の厚みになるまで研削または研磨加工を施して
表面を平坦に仕上げるのがよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、金属層内蔵のセラミックス
を製造する方法をさらに詳細に述べると、先ず、アルミ
ナ、窒化アルミニウムまたはベリリア粉末を用いて慣用
の方法で所要の大きさと厚さを持つ基板もしくは薄板状
の焼結体を作製する。その焼結体の表面を研削し平坦に
して基材とする。その基材表面を水で洗浄し、アルカリ
水溶液で洗浄する。次いでコンディショニング、プレデ
ィップ、キャタリスト、アクセレレーターの処理を行い
基材表面を活性化処理する。

【００１５】その基材表面に無電解メッキ法で無電解ニ
ッケル層を１μｍ以下の厚さに形成し、大気中で３５０
℃前後の温度で加熱処理した後、その上面に無電解メッ
キ法で無電解銅層を３〜１０μｍの厚さに形成する。そ
して形成した金属層の上面にプラズマ溶射によって１０
０〜２００μｍの厚さにアルミナを溶射する。溶射した
絶縁層が数十μｍになるよう研磨仕上げして金属層内蔵
のセラミックスを作製する。

【００１６】以上の方法で金属層内蔵のセラミックスを
製造すれば、反りの少ない基板もしくは薄板状の金属層
内蔵セラミックスが得られる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。

【００１８】（実施例１〜３） （１）セラミックス表面への金属層の形成 表１に示すセラミックス粉末を用いて（株）日本セラテ
ックが作製した５０×５０×厚さ１．０ｍｍのサイズで
平坦度を０．１ｍｍに加工したセラミックスを基材とし
た。このセラミックス表面を水で洗浄して粉塵を除去
し、アルカリ水溶液で洗浄して表面の汚れを除去した。
次いでコンディショニング、プレディップ、キャタリス
ト、アクセレレーターの処理を行いセラミックス表面の
全面を活性化処理した。その活性化処理した表面に無電
解メッキ法で無電解ニッケル層を１μｍの厚さに形成
し、大気中で３５０℃の温度で加熱処理し、その上面に
無電解メッキ法で無電解銅層を形成した。

【００１９】（２）金属層を内蔵したセラミックスの作
製 形成した金属層の上面に、プラズマ溶射により表１に示
す絶縁層を約１５０μｍの厚さに形成した。その絶縁層
の表面を約６０μｍの厚さに研磨仕上げして金属層を内
蔵したセラミックスを作製した。

【００２０】（３）評価 作製したセラミックスの反りの大きさを定盤で測定し
た。その結果を表１に示す。

【００２１】（比較例１〜４）なお、比較のため比較例
１、２では、金属にＡｇ−Ｐｄを用い、その金属を活性
化処理した面に８６０℃で形成した他は、実施例１、２
と同様にセラミックスを作製し、評価した。また、比較
例３、４では、表１に示すセラミックス粉末を用いて、
焼結後の厚みが１．０ｍｍとなるセラミックステープを
作製し、その表面に表１に示す金属を印刷で形成し、さ
らにその上面に同じセラミックステープを焼結後の厚み
が１００μｍとなるように被せ表１に示す温度で焼結
し、その焼結体の表面を実施例１と同じく研磨仕上げし
てセラミックスを作製し、評価した。その結果も表１に
示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から明らかなように、実施例１〜３に
おいてはいずれも反りが３００μｍ以下であり、反りが
小さかった。これは、金属層と絶縁層の形成温度が低温
であったためである。

【００２４】これに対して比較例１、２では、金属層の
形成温度が高いため、比較例３、４では、金属層及び絶
縁層の形成温度が高いため反りがいずれも実施例よりは
るかに大きかった。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明した本発明にかかる金属内蔵
セラミックスの製造方法によれば、基板もしくは薄板状
のセラミックスでも、反ることなく、金属層内蔵のセラ
ミックスを製造することができるようになった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス表面に金属層を形成し、そ
   の上面に絶縁層を形成する金属層内蔵セラミックスの製
   造方法において、該金属層の形成方法が、活性化処理し
   たセラミックス表面に、無電解メッキ法で１μｍ以下の
   厚さの無電解ニッケル層を形成し、それを加熱処理して
   焼き付けた後、その上面に無電解メッキ法で３〜１０μ
   ｍの厚さの金属層を形成する方法であることを特徴とす
   る金属層内蔵セラミックスの製造方法。
2. 【請求項２】 セラミックスが、アルミナ、窒化アルミ
   ニウムまたはベリリアであることを特徴とする請求項１
   記載の金属内蔵セラミックスの製造方法。
3. 【請求項３】 金属層が、無電解銅であることを特徴と
   する請求項１または２記載の金属層内蔵セラミックスの
   製造方法。
4. 【請求項４】 絶縁層の形成方法が、溶射による方法で
   あることを特徴とする請求項１、２または３記載の金属
   層内蔵セラミックスの製造方法。