JPS6335481A

JPS6335481A - セラミツク配線基板の製法

Info

Publication number: JPS6335481A
Application number: JP17688986A
Authority: JP
Inventors: 昇山口; 悟小川; 吉澤　出; 進梶田; 脇　清隆
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-07-28
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1988-02-16
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: JPH0637341B2

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
基板の製法に関する。

〔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、還元性
雰囲気中で一体に焼成する方法、あるいは、Ａｇ／Ｐｄ
、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕなどの金属微粉末をガラスフ
リフト、有機系ビヒクルと混合しペースト化し、セラミ
ック基板上にスクリーン印刷した後、ガラスフリフトが
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（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、使用時に故障を
おこしやすい等の欠点がある。

セラミック基板と銅箔とを接着剤を用いて粘着し、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１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。セラミック等の無機系配線基板に対し
ては、前記のように、基板表面を粗化した後にメタライ
ズするという方法として、たとえば、特開昭５４−８２
６６６号公報のように、ＮａＯＨによってエツチングす
るもの、特開昭５７−１９６７８１号公報のように、Ｈ
Ｆによってエツチングするもの、特開昭５８−１０４０
７９号公報のように、飽和ＮａＯＨ水溶液によってエツ
チングするものなどが見受けられる。しかしながら、Ｎ
ａＯＨなどのアルカリを用いた場合には、アルカリ自体
が基板に残存しやすく、この残存するアルカリが配線基
板の特性に悪影響を与える。一方、ＨＦを用いた場合に
は、均一に、しかも、微細な粗化ができず、メタライジ
ングされた金属層の密着力が充分なものとはいえない。

〔発明の目的〕

この発明は、このような現状に漏みてなされたものであ
り、セラミック基板の強度が損なわれず、しかも、金属
導体により、微細配線パターンまで形成でき、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
ミック配線基板の製法を提供することにある。

〔発明の開示〕

従来、Ｈ：ｌ　Ｐ　Ｏａ　、＊つ砂、Ｖ、Ｏ，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
よび化学的研磨方法として用いられている。発明者らは
、この化学的研磨方法のうち、リン酸を主剤とするリン
酸系溶液を用いる方法が比較的低温で処理でき、しかも
、配線基板の特性に影響を与えないものとして利用でき
るのではないかと着想し、種々実験研究を重ね、加熱し
たリン酸系溶液を用いれば、リン酸系溶液が、セラミッ
ク基板表面の粒界（ｇｒａｉｎ　ｂｏｕｎｄａｒｙ）を
溶解し表面に凹凸を形成させることができ、かつ、この
基板表面にメタライジングにより金属層を形成すれば、
基板と金属層間にかなりの密着力が得られることを見出
した。ところが、リン酸系溶液によって粗化されたセラ
ミック基板をミクロ的に観察してみると、金属層との密
着力を向上させるためのめっき時のアンカー効果には有
効に働かないマイクロクランクが多数発生していて、こ
のマイクロクラックが基板自体の強度を低下させている
ことが判り、さらに、研究を重ねた結果、この発明を完
成するに至った。

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、前記セラミック基板表面を
リン酸系溶液で粗化し、この粗化基板を１０００〜１５
００℃で熱処理したのち金属層を形成することを特徴と
するセラミック配線基板の製法を要旨とするものである
。

以下に、この発明を、その１実施例をあられす図面を参
照しつつ詳しく説明する。

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、コーディエライト、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、
炭化物系、および、窒化物系セラミックも使用できる。

■　セラミック基板の表面粗化（エツチング）を行う。

表面粗化方法に用いるエツチング剤としては、従来より
知られているエツチング剤全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、その溶融物、
あるいは、これらと他の有機酸や無機酸との混合溶液な
どリン酸を主剤とするリン酸系溶液であることが分かり
、これを採用した。なお、有機酸としては、酢酸、蓚酸
、蟻酸等、無機酸としては、硫酸、硝酸、塩酸等が挙げ
られる。その配合割合は、重量比でリン酸１に対して０
．５〜１．５の割合で、硫酸では、１：１が好ましい。

これらの酸を混合するのは、リン酸処理温度を下げてリ
ン酸の縮合を防止するためのもので、粗化にはあくまで
、リン酸が作用するのである。

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が微量でも残った場合、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５〜８分間リン酸に浸漬させた場合の基
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、実線は市販のグレーンサイズ１０μｍの基
板、破線は、グレーンサイズを５μｍにコントロールし
た基板についてのグラフである。この図を見ても分かる
ように、２５０℃以下の処理温度ではエツチング能力が
低く、３６０℃以上でも分解したり縮合が激しくなるた
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、強度劣化もない表面粗化基板が得られる。なお、リ
ン酸系溶液による粗化は、浸漬によるものでな（でもよ
い。

■　表面粗化（エツチング）したセラミック基板を加熱
処理する。粗化基板には金属層との密着力に有効に働い
ていない小さなマイクロクランクが発生している。しか
も、水洗などの洗浄を充分に行っても、極微量のエツチ
ング液の残存が確認される。このマイクロクランクおよ
び残存するエツチング液を除去するために加熱処理を行
う。

処理温度としては１０００〜１５００℃が適当である。

処理温度が１０００℃未満であると、マイクロクランク
を融着してな（すことができない。一方、処理温度が。

１５００℃を越えると、セラミック基板全体が焼結を起
こし、粗化によって形成された金属層との密着に有効に
働く表面の凹凸の数、あるいは、形状に影響を及ぼし、
金属層とき密着力が低下する。処理時間としては、特に
、限定しないが、３０分以内が適当である。

■　表面活性化処理を行う。この処理は、普通、塩化第
１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などにより行う。

■　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
きなどをして行う。

■　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。

第３図は、種々の平均グレーンサイズのアルミナ基板を
３３０℃のリン酸に８分間浸漬し、エツチングした場合
の平均グレーンサイズと基板の表面粗度との関係（図で
は○であられしである）、および、平均グレーンサイズ
と密着強度の関係（図では・であられしである）をあら
れすグラフである。図にみるように、平均グレーンサイ
ズが大きくなるほど表面粗度（Ｒｍａｘ）が大きくなる
のであるが、高い密着強度（９０°ビ一ル強度）が得ら
れていない。一方、平均グレーンサイズが小さくなるほ
ど表面粗度が小さくなるが密着強度が高くなっている。

この原因としては、以下のようである。つまり、セラミ
ック基板を粗面化する場合、エツチング剤は、粒界を攻
撃して基板をエツチングしていく。それゆえ、焼結セラ
ミック基板の平均グレーンサイズを小さくすれば、この
エツチングにより脱落するブレーンの大きさが小さくな
り、形成される凹凸が小さく微細になって、アンカー効
果が充分発揮されるのである。したがって、平均グレー
ンサイズは、小さければ、小さい程よいのであるが、グ
レーンサイズが１μｍになると焼結のコントロールが難
しくこのような基板が得にくいので、生産性を考えると
１〜５μｍコントロールすることが好ましいといえる。

もちろん、平均グレーンサイズが５μｍを越えるもので
もリン酸系溶液で粗化しない場合に比べて充分な密着強
度が得られる。ちなみに、市販の焼結セラミック基板は
、平均グレーンサイズが８〜３０μｍ程度である。

この方法によると、セラミック基板自体の強度が損なわ
れず、しかも、金属導体により、従来世の中になかった
微細配線パターンを形成することが可能であり、また、
金属層とセラミック基板との密着力も均一で、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。

特に、セラミック基板として平均グレーンサイズ５μｍ
以下のものを用いるようにすることによって、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、微細配
線パターンの形成性、歩留まり等の点で、すぐれた効果
を得ることができる。たとえば、密着力は平均して約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倍向上することができた。また、歩留まり
は２倍に向上し、微細配線パターンを線幅。

線間隔３０μｍまで作ることが可能となった。

以下に、この発明にかかる実施例を説明する。

（実施例Ａ）アルミナ、ステアタイト、ジルコニア、ムライト等で厚
み１．０〜２．０ｆｉの焼結セラミック基板の平均グレ
ーンサイズを５μｍ以下にコントロールしながら試作し
た。この試作した基板を、２５０〜３６０“Ｃ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、充分に水洗い、乾燥した。この粗化基板を電気
炉に入れ、１１００℃〜１４００℃で１〜１０分間加熱
処理した。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Ｒｍａｘおよび曲げ強度を測定した。

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字型引っ張り強度を測定した。

（実施例Ｂ）セラミック焼結基板として市販の厚み１．０〜２゜ＯＨ
のセラミック基板を用いた以外は、実施例Ａと同様にし
て表面粗さＲｍａｘ、曲げ強度、９０°ピ一ル強度、お
よび、Ｌ字型引っ張り強度を測定した。

（比較例Ａ）リン酸系溶液で粗化し充分に水洗・乾燥を行ったのち、
直ちに、金属層を形成するようにした以外は、実施例Ａ
と同様にして基板の粗化後の表面粗さＲｍａｘ、曲げ強
度し、９０°ピ一ル強度、および、Ｌ字型引っ張り強度
を測定した。

（比較例Ｂ）セラミック焼結基板として市販の厚み１．０〜２゜０鶴
のアルミナ基板を用い、直接金属層を形成すようにした
以外は、実施例Ａと同様にして表面粗さＲｍａｘ、曲げ
強度、９０°ピ一ル強度、および、Ｌ字型引っ張り強度
を測定した。

（比較例Ｃ）セラミック焼結基板として市販の厚み１．０〜２゜０１
１１Ｉのセラミック基板を用い、粗化を行わず、直接金
属層を形成した以外は、実施例Ａと同様にして９０°ビ
一ル強度、および、Ｌ字型引っ張り強度を測定した。

（比較例Ｄ）加熱温度を９００℃にした以外は、実施例Ａと同様にし
て表面粗さＲｍａｘ、曲げ強度、９０”ビール強度、お
よび、Ｌ字型引っ張り強度を測定した。

（比較例Ｅ）加熱温度を１７００℃にした以外は、実施例Ａと同様に
して表面粗さＲｍａｘ、曲げ強度、９０°ビ一ル強度、
および、Ｌ字型引っ張り強度を測定した。

上記の実施例Ａ、Ｂ、および、比較例Ａ−Ｅのそれぞれ
のサンプルの測定結果を第１表に示す。

第１表に明らかなように、実施例Ａ（サンプル１１ｈｌ
〜７）および実施例Ｂ（サンプル１１ｈ８〜１３）のも
のは、粗化処理を行わない比較例Ｃ（サンプルＮ１１４
．１５）および加熱処理温度が高すぎる比較例Ｅ（サン
プル隘２３）のものに比べ金属層の密着強度に優れてい
るうえ、加熱処理を行わない比較例Ａ（サンプル１１ｋ
１２４〜２８）、比較例Ｂ（サンプル陽１６〜２１）、
および、加熱処理温度が低すぎる比較例Ｄ（サンプル患
２２）のものに比べ、曲げ強度の点で優れており、セラ
ミック基板本来の強度が損なわれていない。

〔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、以上の
ように、前記セラミック基板表面をリン酸系溶液で粗化
し、この粗化基板を１０００〜１５００℃で熱処理した
のち金属層を形成するようにしているため、セラミック
基板の強度が損なわれず、しかも、金属導体により、微
細配線パターンまで形成でき、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
を作ることができる。

【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、第３
図はセラミック基板の平均グレーンサイズと粗化後の表
面粗度、平均グレーンサイズと金属層の密着強度のそれ
ぞれ関係をあられすグラフである。代理人　弁理士　　松　本　武　彦第１図第２図巧　遭　１疼（０Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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、前記セラミック基板表面をリン酸系溶液で粗化
し、この粗化基板を１０００〜１５００℃で熱処理した
のち金属層を形成するようにすることを特徴とするセラ
ミック配線基板の製法。
（２）焼結したセラミック基板の平均グレーンサイズが
５μｍ以下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）メタライジングの方法が、化学めっきのみによる
方法、または、化学めっきした後、さらに、電解めっき
する方法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。