JPH01181499A

JPH01181499A - セラミック配線板

Info

Publication number: JPH01181499A
Application number: JP363188A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Hayashida; 英徳林田; Seiichiro Miyata; 征一郎宮田
Original assignee: MIYATA GIKEN KK; WORLD METAL KK
Current assignee: MIYATA GIKEN KK; WORLD METAL KK
Priority date: 1988-01-10
Filing date: 1988-01-10
Publication date: 1989-07-19

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、アルミナ、窒化アルミ、炭化ケイ素等のセラ
ミック基板に導電層を形成した配線板に係わるものであ
る。

〈従来の技術〉メッキは本来極めて精密な膜形成ができる。

このために、セラミック基板の上に精緻な回路模様を形
成する際、はとんどの場合、メッキが用いられている。

このメッキ技術と他のパターンニング技術が組合されて
回路模様が形成されることになる。

しかしながら、メッキの難点はセラミックに対する接着
強度が小さく、信頼性に欠けることである。

現在、このセラミックに対する接着強度を高くするため
に２通常セラミックの表面をエツチングによって粗面化
して、つまりアンカー効果を高めて物理的に接着強度を
高くすることが行われている。

この方法によると、約２卒／−前後の接着強度が得られ
ることもあるが、メッキ金属は９本来その機構上、セラ
ミックに単に物理的に係合されているにすぎないので１
本質的に高強度は得難く。

またそのバラツキも避けがたいものである。

〈発明が解決する問題点〉本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その
目的とする所は、上記したメッキ技術の強度不足と、接
着強度のバラツキの問題を解決するにある。

〈問題点を解決するだめの手段〉上記問題点は次の構造の配線板によって解決される。

（１）　　セラミック基板の表面に所定の回路模様の導
電層が形成されたセラミック配線板であって。

該導電層は、該基板との間に、該セラミックに拡散性の
ある材料あるいは拡散性のある材料を含む材料の層から
なる中間層を形成され、該中間層は、該拡散性のある材
料成分をセラミックに拡散させることによって該基板に
焼結されてなることを特徴とするセラミック配線板。

（２）上記中間層が、該拡散性のある材料粉末を該基板
表面に直接、あるいは間に金属の層をはさんで被着した
層と、該被着層を被覆する金属の層から成る構造である
上記第１項に記載のセラミック配線板。

（８）上記中間層が、該拡散性のある材料粉末を該基板
表面に直接、あるいは間に金属の層をはさんで被着した
層から成る構造である上記第１項に記載のセラミック配
線板。

（４）上記中間層が、該基板表面に直接、あるいは間に
金属の層をはさんで被覆された該拡散性材料の粉末とメ
ッキ金属の複合体から成る構造である上記第１項に記載
のセラミック配線板。

（５）　　上記中間層が、該基板表面に直接、あるいは
間に金属の層をはさんで被覆された該拡散性材料の蒸着
層、あるいはスパッターの層から成る構造である上記第
１項に記載のセラミック配線板。

（６）　　上記被着層を被覆する金属がＯｕ　＋　Ｎ　
＋　ＨＣｊｏ　＋　Ａｇである上記第２項に記載のセラ
ミック配線板。

（７）　上記メッキ金属がＯｕ＋　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ａ
ｇ　　である上記第３項に記載のセラミック配線板。

（８）上記拡散性材料が、活性金属および、これらの熱
分解性化合物である上記第１項〜第７項に記載のセラミ
ック配線板。

く作　用〉本発明のセラミック配線板の構造を図面を参照しながら
詳細に説明する。

第１図に示す如く２本発明の配線板は、セラミック基板
ｌと導電層２．および導電層２とセラミックス基板１の
境界に設けられた中間層３から成る。

中間層３は、このセラミックに拡散性のある材料の層あ
るいはこの拡散性材料を含む層から形成されており、こ
の拡散性材料をセラミックに拡散させるための熱処理に
よって、このセラミックに焼結されている。

中間層あるいは中間層を含めた導電層の形成は主に次の
２つの方法で行われる。

一つはセラミックの表面に中間層を形成した後。

所定の回路模様に除去加工し、拡散熱処理によって中間
層を基板に焼結した後、焼結層の上に導電層を形成する
方法である。

もう一つの方法は、セラミックの表面に中間層と導電層
を一体的に形成した後、除去加工、拡散処理まで一体的
に行う方法である。

中間層３の部分のセラミックに拡散性のある材料の層は
、主に、これらの材料を蒸着あるいは。

スパッターすることによって、あるいは、これらの材料
の粉末を表面に被着させることによっても形成される。

また、拡散性材料を含む層の中では、この拡散性材料は
、粉末の形で、あるいは薄膜の形で存在する。

粉末の形では、主に他の金属の素地に混った形で、薄膜
の形では、主に他の金属と積層的に重ね合わされた形で
存在する。

粉末の形の場合２本発明の目的のためには、粉末粒子は
、必ずしも素地金属に完全に埋めこまれる必要はない。

一部が埋めこまれ、残りが外に突出した形でもかまわな
い。

これらの層を形成する一つの手法はメッキを用いる方法
である。

この方法は、いわゆる複合メッキに代表される手法であ
り９次の様な方法である。

（イ）メッキ浴に上記拡散性材料の粉末を分散させ。

メッキ金属と一緒に共析させる方法。

（ロ）被メッキ物（セラミック）のメッキ面に上記粉末
を沈積させておき、メッキによって粉末を捕捉させる方
法、あるいは捕捉後肉盛して埋込む方法である。

素地を形成するメッキ金属にはＣｕ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、
　Ａｇ等が最も好しい。

これらの層をセラミックに形成する場合、セラミックの
上に直接メッキしても良いが、主に、セラミック面に金
属の薄膜を被覆した後、この薄膜の上にメッキがなされ
る。

薄膜の形成はメッキ、蒸着、スパッター等の既存の手法
でなされ、薄膜金属には例えばＣｕ、　Ｎｉ。

ｃｏ、　Ｆｅｎ　Ａｇ、　Ａｕ、　Ａｌｌ　Ｓｎ＋　Ｉ
ｎ、やこれらの合金、あるいはＣ！ｕ−Ｐ、　Ｎ１−Ｐ
、　Ｎｉ　−Ｂ、　Ｃｏ　　Ｐ、　Ｃｏ　　Ｂ、等のメ
ッキ金属が適宜利用できる。

薄膜の形で存在する場合の膜形成は、蒸着法。

スパッター法でセラミックに主にＯｕ　を被覆した後、
この上に拡散性材料を蒸着、スパッターすることによっ
て力される。

また２本発明の目的に最も適合した方法は１本発明者の
発明に係わる次の方法である。

この方法は、セラミックの表面に直接、あるいはセラミ
ックの表面に金属薄膜の層を形成した後。

この表面に、前記したセラミックに拡散性のある材料粉
末を被着して、あるいは、この被着面に必要に応じて更
にメッキあるいは蒸着等の手段で金属を被覆して９層を
形成するものである。

この方法によると、中間層３の形成と同時に。

必要に応じて導電層２も一体的に形成できる。

尚、ここで「被着」とは１本発明では次の様な概念を意
味するものである。

（１）　粉末は本来物の表面に吸着する性質があり。

−亘吸着すると、洗浄しても容易に取去ることができな
い性質がある。

この性質を利用して、セラミック面に粉末の吸着層を形
成すること。

（２）　電気泳動や静電塗装に代表される静電気の力を
利用して表面に粉体の沈積層を形成すること。

（３）ペーストや液状にして表面に塗着あるいは印刷す
ること。

（４）　　ＣＶＤ、　ＰＶＤ等の手法を用いて、セラミ
ックの表面に薄膜を形成すること。

（５）その他物質の拡散を伴わないで１表面に物理的、
あるいは化学的にくっついた状態全般を意味するもので
ある。

この発明のポイントは、あらかじめ前記粉末を被着した
後、つまり物理的あるいは化学的に、前記粉末をセラミ
ック表面にくっつけた後、この上から金属を被覆して、
被着粒子をセラミック面に固定することである。

化ラミックの表面に予じめ形成する金属薄膜は。

既存のメッキや蒸着、スパッター等の手段を使って形成
でき、金属には２例えばＣｕ、　Ｆｅ、　Ｎ１．　Ｃｏ
ｔＡｇ、　Ａｕ、　ＡＩ、　Ｓｎ＋　Ｉｎ、　Ｚｎ＋　
　やこれらの合金、あるいはＣｕ　　Ｐ、　Ｎｉ　　Ｐ
、　Ｎｉ　−Ｂ、　Ｃｏ　　Ｐ＋　Ｃｏ−Ｂ　　等のメ
ッキ金属が適宜利用できる。

被着層に被覆する金属は、上記薄膜層と同じく。

既存のメッキや蒸着、スパッター等の手段で形成でき、
金属には９例えばＣｕ，　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ａｇが好適
である。

中間層３の上には導電層２が形成されるが、これは前記
した様に、中間層を焼結した後、あるいは、中間層と一
体的に同時に形成される。

導電層は主にメッキによって形成され、金属としては、
　　Ｏｕが最も好しい。

中間層３は所定の模様に除去加工（エツチング）された
後、あるいは、中間層、導電層が一体的に除去加工（エ
ツチング）された後、前記拡散成分をセラミックに拡散
させるだめの熱処理が行われる。

熱処理温度は、中間層のみを焼結する場合、あるいは中
間層と導電層を一体的に焼結する場合。

いずれの場合にせよ、これらが完全に溶融しない範囲で
行うことが必要である。つまり高くても固液共存域の範
囲にとどめる必要がある。

温度が、この範囲を越える七１回路素線間で短絡が起き
好しくない。

また、熱処理の雰囲気は、真空、還元性ガス（Ｈ２）、
　　不活性ガス等の非酸化性雰囲気が好しい。

尚ここで９本発明のセラミック拡散性材料とは。

セラミックに拡散性のある金属あるいは無機質の化合物
を意味し、最も代表的なものは、活性金属あるいは、こ
れらの熱分解性化合物である。

活性金属とは１例えばＴｉｎ　ｚｒ＋’Ｖ、　Ｎｂ、　
Ｔａｕ　Ｏａ。

Ｍｇ、　Ｙ、希土類金属、およびこれらの合金である。

熱分解性化合物とは、焼結温度で実質的に活性金属に分
解される化合物であり、上記活性金属の水素化物等であ
る。

〈実施例〉実施例　１゜セラミック基板；９６％アルミナ板（５０Ｘ　５０Ｘ　
１ｌｌ）アルミナ板に約０．５ミクロンの銅を化学メッ
キした後、この上に０ｕ−ＴｉＨ２の共析メッキをした
。

’ｐｉＨ２の粒度は１０ミクロンアンダー。メッキ浴は
、　ＴｉＨ２が５り／ノの割合で分散メｈピロリン酸Ｏ
ｕメッキ浴を使用した。

共析層の厚さは約１０ミクロン。

くパターンニング〉エツチングによって線巾５０ミクロン、線間５０ミクロ
ンの回路模様を形成した。

また強度測定用に１１ｍ×１１ｍ　の真四角のパターン
も形成した。

、く焼　結〉２　Ｘ　１０　　’　Ｔ、ｏｒｒの減圧下で８５０℃Ｘ
ＩＨｒ熱処理した。

く導電層の形成〉焼結後Ｏｕを１５ミクロンメッキして導電層を形成した
。

評価ｌＸｌｊｉｍの真四角のメッキ面に０．８＊φのノ・ン
ダメンキ線をハンダ付けし引張テストした。

サンプル数Ｎ＝１０回引張強度の最低値＝２．８〜／− 引張強度の最高値＝４．３〜／− であった。

試験時の破断箇所は、　１０例中８例まで７・ンダ線の
方にアルミナが一部付着し、セラミックがえぐ゛られる
形で破断されていた。

因みに従来工法によるものは、０．４〜０．９　Ｋｔ／
−７ｅあり、いずれもメッキ面で剥離した。

実施例　２゜セラミック基板：窒化アルミ板（２０ｘ２０ｘｏ、５ｍ
）窒化アルミ板にＮ１−Ｐを約１ミクロン化学メッキし
た後、下記の方法でＴｉＨ２Ｎｉ　　の複合メッキ層を
形成した。

く複合メッキ〉Ｎｉメッキ浴の底に粒度１０ミクロンアンダーのＴｉＨ
２粉末を沈降、堆積させ、この中に上記Ｎｉ　−Ｐをメ
ッキしたセラミックを埋めこみ、電気メッキによってＴ
ｉＨ２の粉末を捕足し、ＮｉＰメッキ面に固定した。

メッキ層の厚さは約５ミクロンである。

セラミックをメッキ層から取り出し、余分の粉末を洗い
流した後、との上に更にＮｉを約６ミクロ／蒸着した。

くパターンニング〉ＩＸ　１ｊＥＩの強度測定用のパターンをエラｆ−７り
によりて形成した。

く焼　結〉水素雰囲気で９５０℃に２０分熱処理した。

く評　価〉熱処理後、銅を１０ミクロンメッキして導電層を形成し
、実施例１と同じ方法で引張テストした。

サンプル数　Ｎ＝５回引張テストでは、サンプルは全数セラミックがえぐられ
る形で破断された。

えぐられたセラミックがノ・ンダ線に付着していた。

強度は２．７〜３．６Ｋｅ／−であった。

実施例　３゜セラミック基板２９６％アルミナ板（５０Ｘ５０Ｘ１１
ｉ１）アルミナ板に銅を０．１ミクロン蒸着した後、１
０ミクロンアンダーのＴｉ　Ｈ２粉末を表面にまぶした
。

メッキ面にＴｉ　Ｈ２の粉末が被着された。

次に、これを水洗して余分の粉末を取り去った後、この
上からＯｕを１０ミクロンメッキした。

くパターンニング〉１×１麿の強度測定用のパターンをエツチングによって
形成した。

く焼　結〉２Ｘ　１０’−’Ｔｏｒｒの真空中で９００℃×３０分
熱処理した。

く評　価〉熱処理後、　Ｏｕを１０ミクロンメッキして導電層を形
成し、実施例１と同じ方法で引張テストした。

サンプル数　　Ｎ＝５・　引張強度の最低値＝２．１Ｋｇ／−引張強度の最高
値＝３．８にダン− サンプルは５例中４例がセラミックがえぐられる形で破
断された。

実施例　４゜セラミック基板：９６％アルミナ（５０Ｘ５０Ｘ１ｍ）
アルミナ板に２粒度が３２５メツシユアンダーのチタン
の粉末をまぶし、水洗して、余分のチタンを取り去った
後、この上からＣｕを２０ミクロンメッキした。

く焼　結〉ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒの真空中で９５０℃Ｘ　Ｉ　Ｈｒ
熱処廟した。

サンプル数　　Ｎ＝５回引張強度の最低値＝　　２．９Ｋｔ／−引張強度の最高
値＝　　３．７Ｋｔ／−尚、焼結処理しないものの強度
は、０．１〜０．３　Ｋｖ／ｗｉであった。

実施例　５゜セラミック基板：９６％アルミナ（５０，ｘ　５０　ｘ
　１■）アルミナ板にＣｕを０．１　ミクロン、更に、
この上にＴ１を０．５ミクロン、更に、この上にＣｕを
５ミクロン蒸着した。

くパターンニング〉１×１諺の強度測定用のパターンをエツチングによって
形成した。

く焼　結〉２　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒの真空中で９ＱＯ′：ＸＩ
Ｈｒ熱処理した。

サンプル数　　Ｎ＝　５回引張強度の最低値＝　２゜４に９／− 引張強度の最高値＝　　３．５Ｋｆ／ｍサンプルは５例
中３例までセラミックがえぐられる形で破断された。

実施例　６゜セラミック基板２９６％アルミナ板（５０Ｘ　５０　Ｘ
　１　ｍ）アルミナ板に約０．５ミクロン銅を化学メッ
キした後、この上に２粒度が１０ミクロンアンダーのチ
タンの水素化物の微粉が約５２／！の割合で分散したＯ
ｕメンキ浴を用いてＣｕ−ＴｉＨ２の共析メッキした。

共析層の厚さは約１０ミクロン。

共析層の上に更にＯｕを２０ミクロンメッキした。

くパターンニング〉エツチングによって線巾５０ミクロン、線間５０ミクロ
ンの微細な回路模様を形成した。

また強度測定用に１＋ｍＸ１■の真四角のパターンの形
成した。

く焼　結〉水素雰囲気で、８５０℃ＸＩＨｒ熱処理した。

評価１ｘ１ｍの真四角のメッキ面に０．襲１のハンダメッキ
線をハンダ付けし引張テストした。

サンプル数　　　Ｎ　＝　１０回引張強度の最低値＝　　３．２Ｋｆ／ｙｙｊ引張強度の
最高値−４，５Ｋｆ／ｍであった。

試験時の破断箇所は、１００例中７までハンダ線の方に
アルミナが一部付着し、セラミックがえぐられる形で破
断されていた。

因みに従来工法によるものは、０．４〜０．９　Ｋｑ／
、−であり、いずれもメッキ面で剥離した。

実施例　７゜セラミック基板：９６％アルミナ板（５Ｑｘ５０Ｘ１ｍ
）アルミナ板に銅を０６１ミクロン蒸着した後９粒度が
１０ミクロンアンダーのＴｉＨ２の粉末を電気泳動法に
よって、蒸着面に一層沈積させた。

メッキ面にＴｉＨ２の粉末が被着された。

この上からＯｕを２５ミクロンメッキした。

くパターンニング〉１×１顛の強度測定用のパターンをエツチングによって
形成した。

く焼　結〉Ａｒ中で９００℃×３０分熱処理した。

〈評　価〉実施例１と同じ方法で引張テス、トした。

サンプル数　　Ｎ＝５引張強度の最低値＝　　２．３Ｋｐ／ｍ引張強度の最高
値＝：　　３．５に９／ｉサンプルは５例中４例がセラ
ミックがえぐられる形で破断された。

〈発明の効果〉（１）　　回路素線はセラミックに焼結されているので
接着強度が高い。

（２）　　接着強度の最低値が高くなりバラツキが減少
し、信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明の配線板の構造を説明した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミック基板の表面に所定の回路模様の導電層
が形成されたセラミック配線板であつて，該導電層は，
該基板との間に，該セラミックに拡散性のある材料ある
いは拡散性のある材料を含む材料の層から成る中間層を
形成され，該中間層は，該拡散性のある材料成分をセラ
ミックに拡散させることによつて該基板に焼結されてな
ることを特徴とするセラミック配線板。
（２）上記中間層が，該拡散性のある材料粉末を該基板
表面に直接，あるいは間に金属の層をはさんで被着した
層と，該被着層を被覆する金属の層から成る構造である
特許請求の範囲第１項に記載のセラミック配線板。
（３）上記中間層が，該拡散性のある材料粉末を該基板
表面に直接，あるいは間に金属の層をはさんで被着した
層から成る構造である特許請求の範囲第１項に記載のセ
ラミック配線板。
（４）上記中間層が，該基板表面に直接，あるいは間に
金属の層をはさんで被覆された該拡散性材料の粉末とメ
ッキ金属の複合体から成る構造である特許請求の範囲第
１項に記載のセラミック配線板。
（５）上記中間層が，該基板表面に直接，あるいは間に
金属の層をはさんで被覆された該拡散性材料の蒸着層，
あるいはスパッターの層から成る構造である特許請求の
範囲第１項に記載のセラミック配線板。
（６）上記被着層を被覆する金属がＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，
Ａｇである特許請求の範囲第２項に記載のセラミック配
線板。
（７）上記メッキ金属がＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｇである
特許請求の範囲第３項に記載のセラミック配線板。
（８）上記拡散性材料が，活性金属および，これらの熱
分解性化合物である特許請求の範囲第１項〜第７項に記
載のセラミック配線板。