JPS61270890A - セラミツク配線基板の製法 - 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】 〔技術分野〕 この発明は、電子基材として使用されるセラミック配線
基板に関する。

〔背景技術〕

セラミック等の無機系配線基板からなる回路板を作る方
法として、従来、タングステンスラリーで焼成前のアル
ミナグリーンセラミックシート上に回路を描き、還元雰
囲気中で一体に焼成する方法、あるいは、Ａｇ／Ｐｂ、
Ａｇ／Ｐｔ、Ａｕ／Ｃｕの金属微粉末をガラスフリット
、有機系ビヒクルと混合してペースト化し、セラミック
基板上にスクリーン印刷した後、ガラスフリットがセラ
ミック基板に溶融接合する温度で焼成し、回路を形成す
る方法が一般的である。これらの方法は、配線抵抗が大
きいので微細配線には不向きで、かつ、ファインパター
ンを形成しにくい。また、ガラス質を含むため、はんだ
付着性が劣り、不良品が出やすく、使用時に故障がおこ
りやすい等の欠点がある。

スルーホールの形成に際しては、穴の上部に前述のペー
ストを盛り、穴の下部から真空引きすることによって穴
の内面にペーストを塗り込むという方法を取るため、ス
ルーホール径を小さくすることが困難であり、また、ス
ルーホール内面の金属層の厚みムラも生じやすい。

セラミック基板と銅箔とを接着剤を用いて貼着し、所定
回路部分にエツチングレジスト被膜を形成し、所定回路
部分以外をエツチング除去し、その後、エツチングレジ
スト被膜を剥離することに　−より回路を形成する方法
もある。しかしながら、現在、無機系のよい接着剤がな
く、有機系の接着剤は耐熱性、耐薬品性２寸法安定性等
の特性の点で劣るため、この方法は一般に使用されてい
ないセラミック配線基板の製法としては、この他、化学
めっき法により形成する方法がある。化学めっき法は、
上に述べたような欠点を有しないため、実用性にすぐれ
た方法と言える。しかし、基板と金属層との間に強い密
着力を得ることが困難である。

一般に、配線基板において要求される第１の要素として
、基板材料と配線金属との密着力の良いことが挙げられ
る。したがって、化学めっき法における上記の欠点は、
この方法を実用化する上で重大な問題点であると言える
。ガラスエポキシ等の有機系配線基板材料に対しては、
この密着力を上げる手段の一つとして、基板表面を粗化
した後にメタライズし、いわゆるアンカー効果によって
物理的に基板と金属層とを接合するという方法が取られ
ている例があるが、セラミック等の無機系配線基板に対
しては、基板表面を粗化した後にメタライズするという
方法によって密着力を向上させている実用的な例はない
。すなわち、セラミック基板表面を粗化する方法として
は、従来よりＮａＯＨ融液、ＨＦ等が考えられるが、均
一に、しかも微細に粗化することができないからである
。

〔発明の目的〕

この発明は、このような現状に鑑みてなされたものであ
り、配線抵抗の小さい卑金属導体により、微細パターン
まで形成でき、また、スルーホールの形成も容易であり
、かつ、セラミックと前記導体との密着が安定して強固
であるセラミック配線基板を提供することにある。

〔発明の開示〕

従来、Ｈ３ｐｏ４．ホウ砂、ｖ２　ｏ５などの溶液、融
液が、ガラスを含むセラミックの化学的加工法および化
学的研摩方法として用いられている。発明者らは、この
化学的方法のうち、リン酸を用いる方法がセラミック基
板の表面粗化に利用できるのではないかと着想し、種々
実験研究を重ね、通用できるとの見通しを得て、ここに
、この発明を完成した。なお、セラミック配線基板を作
る目的でセラミック基板表面をミクロに粗化することに
応用した例はない。

したがって、この発明は、焼結したセラミック基板の表
面にメタライジング法により金属層を形成してセラミッ
ク配線基板を得るにあたり、セラミック基板として穴明
けされたものを用いることとし、このセラミック基板の
表面をリン酸により粗化することを特徴とするセラミッ
ク配線基板の製法をその要旨とするものである。

以下にこれを、その一実施例をあられす図面に基づいて
詳しく説明する。

この発明にかかるセラミック配線基板の製造プロセスを
第１図に示す。以下、この図に従って製造プロセスを説
明する。

■　焼結したセラミック基板を準備する。焼結基板の材
質としては、アルミナ、フォルステライト、ステアタイ
ト、ジルコン、ムライト、コージライト、ジルコニア、
チタニア等の酸化物系セラミックを主として考え、炭化
物等、および、窒化物系セラミックも使用できる。

スルーホールの形成を必要とする場合には、グリーンシ
ートの状態において、所定の位置にパンチ加工等で穴明
けを行った後に焼結したセラミッり基板、または、あら
かじめ焼結しておいて、所定の位置にレーザー加工によ
り穴明けをおこなったセラミック基板を用いる。

■　セラミック基板の表面粗化を行う。表面粗化方法に
用いるエツチング剤としては、従来知られているエツチ
ング刑余てについて実験してみたが、エツチング剤が残
っても密着力を低下させず、化学めっき金属に対して悪
影響を与えないエツチング剤は、オルトリン酸、ピロリ
ン酸、メタリン酸等のリン酸溶液、あるいはその溶融塩
であることが分り、これを採用した。

ちなみに、一般に良く知られているＨＦを９０℃にして
エツチングすると、セラミック表面層を粗化することは
可能であるが、ＨＦが残った場合、じわじわとエツチン
グが進行したり、セラミック基板が劣化したり、化学め
っき金属層を腐食したりする。また、微細で均一な粗面
化は不可能である。

アルミナ基板を３〜８分間リン酸溶液に浸漬した場合の
基板表面粗さＲｍａｘと処理温度の関係を第２図に示し
である。図中、実線は市販のクレーンサイズ８〜３０μ
ｍの基板、破線は、クレーンサイズを１〜５μｍにコン
トロールした基板についてのグラフである。この図を見
てもわかるように、２５０℃未満の処理温度ではエツチ
ング能力が低く、３６０℃を超えると分解したり縮合が
はげしくなったりするため、やはり、エツチング能力が
低い。２５０〜３６０℃の処理温度で、１〜３０分、好
ましくは３〜１０分処理すると、表面粗さＲｍａｘ５〜
１５μｍで強度劣化もない表面粗化基板が得られる。な
お、リン酸による粗化は、浸漬によるものでなくてもよ
い。

■　表面活性化処理を行う。この処理は、普通、塩化第
一錫溶液と塩化パラジウム溶液を用いたセンシタイジン
グーアクチベーション法により、セラミック基板表面に
金属パラジウムを析出させるものである。

■　化学めっきを行う。これは、普通、化学銅めっき、
あるいは、化学ニッケルめっきにより行う。

■　必要に応じ、電解めっきを行う。電解めっきは、必
要とする金属層の厚みが厚い場合、前記化学めっきを基
板上に施したのち、銅めっき、あるいは、ニッケルめっ
きをして行うとよい。

■　必要に応じ、エツチングによる回路形成を行う。化
学めっきまたはその上への電解めっきによって直ちに必
要な回路が形成される場合もあるが、全面めっき等の場
合は、エツチングによる回路形成を行うのである。回路
形成法は、一般に用いられている方法による。

この製法によると、従来世の中になかった配線抵抗の小
さい卑金属導体により、微細パターンを形成することが
可能であり、また、スルーホールの形成も容易であり、
かつ、金属層とセラミック基板との密着力（特に、スル
ーホールの内面も含めた密着力）も均一で、安定して強
固なセラミック配線基板を作ることができる。

なお、一般市販のセラミック基板の平均グレーンサンズ
は８〜３０μｍであるが、焼結コントロールしてクレー
ンサイズをおさえ、平均クレーンサイズ１〜５μｍのも
のを作り、これを使用するようにすると、市販の基板を
使用して作ったセラミック配線基板に比べ、セラミック
基板と金属層との密着力、金属表面の粗さ、微細パター
ンの形成性９歩留り等の点で、すぐれた効果を得ること
ができる。たとえば、密着力は平均して１．５倍になり
、バラつきが半分になった。金属層表面の粗さも２〜３
倍向上させることができた。また、歩　−留りは２倍に
向上し、微細パターンも線幅、線間隔３０μｍまで作る
ことが可能となった。

以下、この特性向上の原因について説明する。

セラミック基板を粗面化する場合、エツチング剤は、グ
レーンバンダリー（ｇｒａｉｎ　ｂｏｕｎｄａｒｙ粒界
）を攻撃し、基板をエツチングしていく。焼結セラミッ
ク基板の平均クレーンサイズを小さくすれば、単位面積
当たりの穴の数は増加し、浅くても理想的なくぼみの穴
を明けることができる。このため、アンカー効果が向上
し、金属層とセラミンク基板の密着力が向上するのであ
る。

以下に、この発明にかかる実施例を説明する。

（実施例１） 所定の位置に穴明けされたアルミナ、ステアタイト、ジ
ルコニアのセラミック焼結基板で、厚み１゜θ〜２．Ｏ
ｏ＋ｍのものを準備し、２５０〜３６０℃に加熱したリ
ン酸に３〜１０分間浸漬し、基板表面を粗化した。粗化
後、充分に水洗し、乾燥した。化学銅めっき、または、
化学ニッケルめっきにより、この試料に１μｍの金属層
を形成した。つぎに、電解めっきにより銅、または、ニ
ッケルの金属層を形成し、金属層の厚みを３５μｍに調
整した。前記基板の粗化後の表面粗さＲｍａ　ｘを測定
した。また、金属層３５μｍに調整した基板を用い、エ
ツチングにより回路パターンを形成し、９０°ビ一ル強
度、および、Ｌ字型引張り強度を測定し、この結果を比
較例と併せて第１表に示した。比較例は、表面粗化を施
さず、金属層を同様の方法で形成した。

スルーホール内部の様子を、電子顕微鏡で観察した結果
、粗化処理を施したものは、アンカー効果が有効に作用
しており、また、金属層の厚みも均一であることが認め
られた。

（実施例２） 所定の位置に穴明けされたアルミナ、ステアタイト、ジ
ルコニア２　ムライトの焼結セラミック基板で厚み１．
０〜２．０ａｍのものを準備した。これらの焼結セラミ
ック基板は、その平均クレーンサイズを１〜１０μｍに
コントロールしながら試作した。この試作した基板を用
いて、実施例１と同様の方法の実験を行った。その結果
を、市販のセラミック基板を用いた比較例と併せて第２
表に示した。

クレーンサイズをコントロールしていない市販のもので
も、粗化しないものに比較して、約１０倍も密着強度が
よかった。クレーンサイズをコントロールした実施例の
基板では、市販のものに比べてさらに密着強度が上がり
、そのバラつきも半減し、金属層表面粗さが２〜３倍に
向上した。微細パターンとしては、線幅、線間３０μｍ
まで作ることが可能であった。

なお、クレーンサイズをコントロールして基板を粗化し
たものは、コントロールしてないものよりもより効果的
にアンカー効果が作用していることが、電子顕微鏡の観
察の結果認められた。

〔発明の効果〕

この発明にかかるセラミック配線基板の製法は、リン酸
を用いた粗化法によって基板の表面粗化を行うようにし
ているため、配線抵抗の小さい卑金属導体により、微細
パターンを形成することが可能であり、また、セラミッ
ク基板と金属層との密着が均一で安定し、かつ、強固な
セラミック配線基板を作ることができる。

さらに、スルーホール形成も容易で、スルーホール径も
小さくできると共に、内面の金属層の厚みも均一で信頼
性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかるセラミック配線基板の製造
プロセスを示すブロック図、第２図は、リン酸で粗化を
行った場合の表面粗さと処理温度の関係を表すグラフで
ある。 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第１図 第２図 処理温度（１Ｃ） １勾鑓呼甫正書（自発 昭和６０年１０月　４日 セラミック配線基板の製法 補正をする者

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック基板の表面にメタライジング法により
   金属層を形成してセラミック配線基板を得るにあたり、
   セラミック基板として穴明けされたものを用いることと
   し、このセラミック基板の表面をあらかじめリン酸によ
   り粗化することを特徴とするセラミック配線基板の製法
   。
2. （２）リン酸がオルトリン酸、ピロリン酸およびメタリ
   ン酸からなる群より選ばれた少なくとも１つのリン酸の
   溶液または溶融塩である特許請求の範囲第１項記載のセ
   ラミック配線基板の製法。
3. （３）メタライジングの方法が、化学めっきのみによる
   方法、および、化学めっきした後、さらに、電解めっき
   する方法のいずれかである特許請求の範囲第１項または
   第２項記載のセラミック配線基板の製法。
4. （４）セラミック基板として、平均クレーンサイズが１
   〜５μｍになるようにコントロールして焼結されている
   セラミック基板を用いる特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項記載のいずれかに記載のセラミック配線基板の製法
   。