JPS63120496A

JPS63120496A - セラミツク体表面への金属層形成法

Info

Publication number: JPS63120496A
Application number: JP26626486A
Authority: JP
Inventors: 吉澤　出; 昇山口
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-11-08
Filing date: 1986-11-08
Publication date: 1988-05-24

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、セラミック体表面に金属層を形成する方法
に関する。

〔背景技術〕

一般に、大電力用として使用される配線基板は、たとえ
ば、大電流を流す必要上から、あるいは放熱性をもたせ
る必要上から、導電性回路となる導体層を厚くするよう
にしている。

従来、このような導体層を形成する方法として、セラミ
ック基板表面に薄膜の導体層を無電解めっきにより形成
し、そののちに電解めっきにより厚付けする方法などが
行われている。ところが、電解めっきによって厚付けす
るには、非常に時間がかかるとともに、電気的なコスト
がかがるという問題があった。

そこで、短時間で厚付けが可能な溶射によってセラミッ
ク基板表面に導体層を形成する方法が行われつつある。

溶射によってセラミック基板表面に導体層を形成するに
は、あらかじめ、セラミック基板表面を粗化（粗面化）
しておく必要がある。すなわち、粗化せずに溶射を行う
と、セラミックと導体層との密着力が弱く導体層が剥が
れやすいものとなるのである。したがって、従来は、溶
射前に、あらかじめ、グリソトプラストなどの物理的方
法によってセラミック基板表面を粗化したのぢ、溶射し
ている。

しかしながら、このような物理的方法による粗化では、
セラミック基板表面に緻密な粗面を得ることができない
。そのため、溶射された金属の付着率があまりよくない
。しかも、アンカー効果も充分に得られるとは言えず、
さらに、密着力を向上させることが望まれている。

〔発明の目的〕

この発明は、このような事情に鑑みて、焼結したセラミ
ック体表面に溶射によって金属層を形成するにあたり、
密着力が強固な金属層を形成することができる方法を提
供することを目的としている。

〔発明の開示〕

この発明は、このような目的を達成するために、焼結し
たセラミック体の表面に金属層を形成する方法であって
、前記表面を化学的に粗化する工程、および、この粗化
ののらに金属を溶射して金属層を形成する工程を備える
ことを特徴とするセラミック体表面への金属層形成法を
要旨としている。

以下に、この発明を、その実施例をあられず図面を参照
しつつ詳しく説明する。

第１図は、この発明にかかるセラミック体表面への金属
層形成法の工程をあられす。図に従って、各工程を詳し
く説明するとつぎのよ・うである。

■　焼結セラミック体を用意する。セラミックの材質と
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、コーディエライト
、ジルコニア、チタニア等の酸化物系のものが挙げられ
るが、炭化物系や窒化物系のものでも構わない。形状は
、特に限定されないが、基板として用いられることが主
であるので、一般に平板である。焼結は、通常の方法で
行われる。

■　脱脂を行う。脱脂は、セラミック体に付着している
油分、汚れを除去し、後の化学的粗化工程でセラミック
体表面をムラなく粗化できるようにするために行われる
。脱脂法としては、油分。

汚れを除去できるものであれば、限定されないが、たと
えば、セラミック体をアルカリ系洗浄剤。

アセトン、トリクレンなどの処理液中に浸漬し、超音波
洗浄を数分間実施するようにする。

■　水洗および乾燥を行う。これは、脱脂工程での処理
液が後の化学的粗化工程での処理液に持ち込まれないよ
うにするために行われる。一般にはセラミック体を水洗
層に浸漬し、超音波洗浄を数分間実施したのち、乾燥器
に入れ充分に乾燥させるようになっている。

■　粗化処理剤によって化学的に表面を粗化する。これ
は、後の工程の溶射で、溶射された金属粒子が捕獲され
やすくするためと、溶射金属層とセラミック体との密着
力を強固にさせるためのものである。処理剤としては、
オルトリン酸、メタリン酸、ビロリン酸などのリン酸系
溶液、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、硫化水素塩な
どアルカリ金属化合物の少なくとも一種からなるものの
溶液あるいは融液などが挙げられる。

リン酸系溶液を用いる場合、つぎのようにして粗化を行
う。すなわち、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸
等からなる処理液にセラミック体を浸漬して粗化を行う
ようにする。処理温度は、２５０〜３６０℃にすること
が好ましい。これは、９２％、９６％、９９％のアルミ
ナコンテントのアルミナ基板を、それぞれ処理液の温度
を変えて粗化処理したときの表面粗さくＲｍａｘ　）の
変化をあられした第２図を見ればよくわかるように、処
理液温度が、２５０℃を下回るとエツチング能力が低く
、３６０℃を越えてもリン酸が分解したり縮合したりす
るため、やはりエツチング能力が落ちるからである。浸
漬時間は、リン酸の活性度およびセラミック体の種類に
よっても異なるが、１〜３０分間、好ましくは、３〜１
０分間である一方、アルカリ金属化合物を用いる場合、
アルカリ金属化合物の溶液中にセラミック体を浸漬し、
そののちに、加熱処理するというＡ法、あるいは、あら
かじめ所定の温度に加熱して融液状にしたものにセラミ
ック体を浸漬するというＢ法がある。

Ａ法を用いる場合、表面粗さを制御するのには、その濃
度を調整するようにすればよい。すなわち、アルカリ化
合物として２５℃の水酸化ナトリウム溶液を用い、その
濃度を変化させたときの粗化程度の変化をあられした第
３図にみるように、９２％、９６％、９９％のアルミナ
基板のいずれの場合も濃度を上げると表面粗さも上がっ
ている。このことから、濃度の調整を必要とすることが
よくわかる。なお、表面粗さは、各濃度の処理液にアル
ミナ基板を浸漬したのち、４５０℃の温度に１５分間こ
れを曝してから測定した。処理条件は、特に限定されな
いが、加熱温度が４００〜６００℃、加熱時間が５〜３
０分程度とすることが好ましい。水１００ｇに対する水
酸化ナトリウムの溶解度は、２５℃では１１４ｇである
が、液温度をあげれば、さらに多量の水酸化ナトリウム
を溶かすことができる。

一方、Ｂ法は、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなど
を加熱して融解させ、この融液中にセラミック体を浸漬
するのであるが、処理温度は、２５０〜５００℃、処理
時間は０．５〜３０分程度である。Ｂ法では、Ａ法に比
べて反応が起こりやすいので、処理は短時間で行うこと
が好ましい。

いずれにしても、このように化学的に粗化することによ
り、従来のグリッドブラストのような物理的粗化に比べ
、緻密で微細な凹凸を形成することができる。このため
、後の工程で溶射される金属粒子をむらなく捕獲できる
とともに、いわゆるアンカー効果がより有効に作用し、
溶射金属とセラミック体との間に強固な密着力を与える
ことが可能となるのである。

■　水洗および乾燥を行う。これは、粗化されたセラミ
ック体の表面に残る粗化処理剤および反応生成物を除去
するためのものである。洗浄は、洗浄液槽に粗化セラミ
ック体を浸漬し超音波洗浄を３回以上くり返し行うこと
によるのが好ましい。洗浄液は、基本的には水でよいが
、第１回目の洗浄は、セラミック体へのヒートショック
の緩和、および、処理剤や反応生成物の溶解度を考慮す
ると、８０〜１００℃の湯を用いることが好ましい。ま
た、アルカリ金属化合物を用いた粗化を行った場合には
、セラミック体へのアルカリイオンの残留が心配される
が、この場合、洗浄工程の中に酸による中和工程を含め
るようにすることが好ましい。洗浄後乾燥器によって充
分に乾燥させる■　金属溶射を行う。溶射は、通常行わ
れている方法により行う。

■　必要に応じて、溶射金属層上に電解めっきを行う。

溶射によりセラミック体表面に形成された金属層の密度
は、通常、金属の理論密度の８０〜９０％が限度である
。しかも、表面粗さも大きい。たとえば、セラミック配
線基板をこの方法のみで得た場合、金属層は、ポーラス
で、かつ、表面粗さが大きい状態のままであり、導電性
および半田厚みの制御に問題が生じやすい。したがって
、表面を緻密かつ平滑にしておく必要がある。そのよう
な場合に、電解めっきを行うようにするのである。

つぎに、この発明の詳細な説明する。

（実施例１）９６％アルミナコンテントのアルミナ基板を用意し、上
記■〜■の工程に従って、アルミナ基板上に銅層が形成
された試料を作製した。なお、粗化工程では、リン酸を
３３０℃にしてアルミナ基板をこの中に５分間浸漬して
粗化処理を行った。

溶射工程では、粒度１０〜３２５メソシユの銅粒子をプ
ラズマ溶射ガン（商品名：　ＰＬＡＳＭＡＤＹＮＥ　　
５Ｇ−１）を使用して、使用電流５００Ａ、使用電圧３
２Ｖ、作動ガスＡｒ、作動ガス流量５０　ｊ！　／　ｍ
　ｉ　ｎの各条件で溶射を行った。得られた試料の銅層
の表面粗さは、１５μｍであった（実施例２）ｌｋｇ／７！の水酸化ナトリウム水溶液に９６％アルミ
ナ：１ンテントのアルミナ基板を浸漬したのち、マツフ
ル炉において４５０℃で１５分間熱処理を行い粗化を行
った以外は、実施例１と同様にして、試料を作製し７た
。得られた試料の銅層の表面粗さは、１４μｍであった
。

（実施例３）水酸化ナトリウムと水酸化カリウムを融解し、この融液
を３００℃にし、この融液中にアルミナ基板を２分間浸
漬して粗化を行った以外は、実施例１と同様にして、試
料を作製した。

（比較例）グリソトブラストによって粗化を行った以外は、実施例
１と同様にして、試料を作製した。

以」二のようにして得られた実施例１〜３および比較例
の試料の溶射効率、垂直引っ張り強度および１５字引っ
張り強度を測定した。その結果を第１表に示す。なお、
垂直引っ張り強度は、第４図にみるように、基板１上の
銅層４を１．５龍角として、この銅層４にすずめつき銅
線３を半田２で半田付けして測定した。１７字引っ張り
強度は、第５図にみるように、銅層５を２．０龍角とし
て、この銅層５に１２字のずずめっき銅線３を半田２で
半田イ」けして測定した。

第　　　１　　　表第１表にみるように、実施例１〜３のものは、比較例に
比べて、溶射効率も引っ張り強度も優れたものとなって
いることがわかる。

（実施例４）実施例１で得られた試料の銅層の上に下記条件で電解硫
酸銅めっきを行い、その表面粗さを測定したところ、２
μｍであった。

〔めっき条件〕

硫酸銅　　　　　・・　　　　０．２１ｌｄｏｌ　／　
ｌ！硫酸　　・・・２．０Ｌｎ０１／７！塩素イオン　・・・・　２　Ｘ　１０−”ｍｏｌ　／　
７＋有機添加剤　・・・・　　　　Ｑ、４ｎ＋ｏｌ／β
浴温　　　・　　３０℃ 電流密度　　・・・・　　　　　２Ａ／ｄａ＋”（実施
例５）実施例２で得られた試料の銅層の上に実施例４と同じ条
件で電解硫酸銅めっきを行い、その表面粗さを測定した
ところ、２μｍであった。

実施例４．５で得られた試料にチップ抵抗等の回路部品
を搭載したところ、いずれも半田の厚みムラが解消され
歩留まりがよかった。

この発明にかかるセラミック体表面への金属層形成法は
、上記実施例に限定されない。たとえば、実施例では、
セラミック体は、回路用基板であったが、セラミック体
であればどのような形状でも構わないし、得られたもの
の用途も特に限定されない。

〔発明の効果〕

この発明にかかるセラミック体表面への金属層形成法は
、焼結セラミック体を化学的方法により粗化し、そのの
ちに溶射により金属層を形成するようになっているので
、金属層とセラミ・ツク体との間の密着力を強固なもの
にすることができる。

【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体表面への金属層
形成法の１実施例の工程を説明する説明図、第２図はリ
ン酸処理液温度とアルミナ基板表面粗さくＲｍａｘ）と
の関係を示すグラフ、第３図は水酸化ナトリウムの濃度
と粗化処理後のアルミナ基板表面粗さくＲｍａｘ）との
関係をあられずグラフ、第４図は垂直引っ張り強度試験
法を説明する断面図、第５図はＬ字引っ張り強度試験法
を説明する断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）焼結したセラミック体の表面に金属層を形成する
方法であって、前記表面を化学的に粗化する工程、およ
び、この粗化ののちに金属を溶射して金属層を形成する
工程を備えることを特徴とするセラミック体表面への金
属層形成法。
（２）粗化が、セラミック体表面を粗化処理液に曝すこ
とにより行われる特許請求の範囲第１項記載のセラミッ
ク体表面への金属層形成法。
（３）粗化処理液が、リン酸系溶液、アルカリ金属化合
物の溶液、および、アルカリ金属化合物の融液からなる
群より選ばれたすくなくとも１種である特許請求の範囲
第２項記載のセラミック体表面への金属層形成法。
（４）金属を溶射したのち、その金属表面に電解めっき
を行う特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
記載のセラミック体表面への金属層形成法。