JPH02192193A - セラミックス回路基板の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックス回路基板に係り、特にセラミッ
クス絶縁基板上に形成された導体表面をニッケルめっき
によりメタライズされたセラミックス回路基板及びその
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来から、セラミックス基板上に形成されたモリブデン
、タングステン、タンタルのごとき高融点金属導体回路
パターン上をホウ素含有のニッケルめっ・き皮膜でメタ
ライズされた回路基板が知られている。このホウ素含有
ニッケルめっき皮膜は。

アミン−ホウ素化合物を還元剤とした無電解めっき法に
より形成されるが、在来のニッケル・リンめっき皮膜よ
り高温熱処理に耐え９表面が比較的酸化されに＜＜、半
田付は性や銀ろう付は性にも優れていることから、近年
の高密度実装用セラミックス基板の導体表面メタライズ
用めっき皮膜として検討されている。ただし、このホウ
素含有ニッケルめっき皮膜は皮膜自身の応力が大きいた
め。

皮膜にクラックが生じ易く、その後のめっきプロセス上
の障害となっていた。そこで９例えば、特開昭５８−３
９６２号に記載のごとく、ホウ素含有ニッケルめっき皮
膜を形成する導体層に、あらかじめ若干のガラス材料を
含ませ、これに応力発生の主因子と考えられるホウ素を
拡散せしめ、皮膜中のホウ素量を低減して熱処理による
皮膜応力増大を防ぐ手段がとられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術の項で述べたようにニッケルめっき皮膜
の下地導体層中のガラス材に、ホウ素を熱拡散せしめて
ニッケルめっき皮膜中のホウ素量を低減させること自体
は有効である。しかしながら、下地導体層中にガラスの
ごとき非導電性材を含ませることは電気伝導性の点から
も好ましくない。また、熱拡散によるホウ素量の低減に
よりニッケルめっき皮膜自身に発生するクラックは抑制
できるが、基板となるセラミックスの材質により。

熱処理時にクラックが発生するという新たな問題が生じ
た。つまり、セラミックスがアルミナ（Ａｌ１２０３）
のごとく機械的強度の大きいものの場合は問題がないが
、ムライト（３ＪＯ３・２Ｓｉ○２）もしくはムライト
を主成分とするムライト系セラミックスのように強度の
小さいものになると、このニッケルめっき皮膜形成後の
熱処理によりクラックの発生率が著しく高くなることが
わかった。さらにまた、ニッケルめっき皮膜表面には。

Ｉ１０ピン、ＬＳＩ、封止キャップなどの各種の接合性
改善のため、このニッケルめっき皮膜表面に金めつき層
が形成されるが、金めつき後、各種の加熱工程を経るご
とに金めつき皮膜がニッケルめっき皮膜中に拡散してし
まうという配慮がなされておらず、最終工程に至るまで
接合に十分な金めつき皮膜の厚さを保持し、十分な接合
性を維持することが困難であった。

本発明の目的は、これらの問題を解決することにあり、
その第１の目的はセラミックス基板としてムライトもし
くはムライトを主成分とするムライト系セラミックスを
使用してもクラックの発生しないホウ素含有ニッケルめ
っき皮膜を有する信頼性の高いセラミックス回路基板を
、第２の目的はそれを製造する方法を、第３の目的はセ
ラミックス基板の組成にかかわらずニッケルめっき皮膜
表面に形成した金めつき皮膜層の拡散を抑止したセラミ
ックス回路基板を、そして第４の目的はその製造方法を
、それぞれ提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的は、セラミックス絶縁基板上に設けられ
た高融点金属導体回路パターンと、この回路パターン上
に無電解めっきされたニッケル皮膜とを有して成る回路
基板において、前記セラミックス絶縁基板をムライトも
しくはムライトを主成分とするムライト系セラミックス
で構成すると共に前記ニッケル皮膜中に含有するホウ素
量を０．７１ｗｔ％以下としたことを特徴とするセラミ
ックス回路基板により、達成される。

上記第２の目的は、ムライトもしくはムライトを主成分
とするムライト系セラミックス絶縁基板上に高融点金属
ペーストを所定の配線回路パターン形状にプリントする
工程と、上記回路パターンを還元性もしくは不活性雰囲
気中で焼結する工程と２次いで無電解めっき法により前
記焼結された回路パターン上にホウ素の含有量が０．７
１ｗｔ％以下のニッケルめっき皮膜を形成する工程とを
有することを特徴とするセラミックス回路基板の製造方
法により、達成される。

なお、ニッケルめっき皮膜中のホウ素含有量は。

アミン−ホウ素化合物を還元剤とする無電解ニッケルめ
っきの関係から、ゼロにはできずニッケルのめっき速度
維持の関係から０．０２ｗｔ％程度が下限値の限界とな
る。したがって、許容できる含有量は、　０．０２〜０
．７１ｔｇｔ％、好ましくは０．２−０．５ｗｔ％であ
る。この程度のホウ素量に調整するためには。

アミン−ホウ素化合物のめっき浴への添加量を調節すれ
ばよいが、余り少ないと十分なめっき速度が得られない
ので、めっき速度は実用上困難のない十分な速度の確保
できる添加量とし、めっき浴中に溶解する例えばチオ尿
素のごとき含イオウ有機化合物（少なくとも、Ｓ、Ｃ，
Ｎの各元素を含む）の添加溶解量を調整することにより
ニッケルめっき皮膜中に含有するホウ素量を適正値に規
制することができる。

上記第３の目的は、（１）セラミックス絶縁基板上に設
けられた高融点金属導体回路パターンと。

この回路パターン上にめっきされたニッケル皮膜と、さ
らにこのニッケル皮膜上にめっきされた金皮膜とを有し
て成る回路基板において、前記ニッケル皮膜中に含有す
る不純物元素総量を０．９６ｗｔ％以下としたことを特
徴とするセラミックス回路基板により、そして好ましく
は（２）上記不純物元素の一つとして含有するホウ素量
を、　０．７１ｗｔ％以下としたことを特徴とするセラ
ミックス回路基板により、さらに好ましくは（３）上記
セラミックス絶縁基板を、ムライトもしくはムライトを
主成分とするムライト系セラミックスで構成したことを
特徴とするセラミックス回路基板により、達成される。

この第３の目的を達成する発明は、セラミックスの材質
にかかわらず、ニッケルめっき皮膜中に含まれる総不純
物量が０．９６ｔｉｔ；％を越えると、この皮膜表面に
その後形成される金めつき皮膜が、その後の熱処理時に
下地のニッケル皮膜中に著しく多量熱拡散してしまうと
いう本発明者らの知見に基づいてなされたものである。

これらの不純物はめっき浴を構成する各種原料から混入
してくるものであり、無電解ニッケルめっき浴の還元剤
としてのホウ素化合物やリン化合物からのホウ素やリン
を除いては、原料に高純度のものを用いればホウ素やリ
ン以外の不純物量を極力低減することができる。

上記第４の目的は、（１）セラミックス絶縁基板上に高
融点金属ペーストを所定の配線回路パターン形状にプリ
ントする工程と、上記回路パターンを還元性もしくは不
活性雰囲気中で焼結する工程と２次いで無電解めっき法
により前記焼結された回路パターン上に不純物元素の総
含有量が０．９６ｖｔ％以下のニッケルめっき皮膜を形
成する工程と。

さらに前記ニッケルめっき皮膜上に無電解めっき法によ
り金めつき皮膜を形成する工程とを有することを特徴と
するセラミックス回路基板の製造方法により、そして好
ましくは（２）上記セラミックス絶縁基板をムライトも
しくはムライトを主成分とするムライト系セラミックス
とし、かつ、上記ニッケルめっき皮膜中に含まれる不純
物元素の一つであるホウ素の含有量を０．７１ｗｔ％以
下としたことを特徴とするセラミックス回路基板の製造
方法により、達成される。

〔作用〕

タングステン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属
表面に、ニッケル・ホウ素めっき（ホウ素含有ニッケル
めっきの意味、以下同じ）を施すのは、高融点金属と高
い接合強度を得るためである。例えば、上記高融点金属
から成る導体パターンに、約５陣の厚さでニッケル・ホ
ウ素めっきを施すと、接合強度：　２ｋｇ／ｍｍ２を得
る。また、ニッケル・ホウ素めっき後、不活性ガス中で
、７５０℃、１０分間加熱すると接合強度：　４ｋｇ／
ｍｍ２以上の高い接合強度を得る。この接合は、高融点
金属とニッケルの相互拡散によって生じるもので、ガラ
ス成分を含まない高融点金属とニッケルめっきでも、ガ
ラス成分を含む高融点金属でも同じ接合強度が得られる
。

高融点金属導体表面に、ホウ素含有量：　０．７１ｗｔ
％以下のめっき皮膜を施すのは、熱処理後において皮膜
応力の増大を防止するためである。このことにより、酸
化ケイ素（ＳｉＯ２）を多量に含むムライト系の機械的
強度が弱いセラミックス基板においても、高融点金属と
ニッケル・ホウ素めっき皮膜との間の歪が小さく、その
結果、基板にクラックを発生することが無くなる。また
、金とニッケルとの拡散防止は、ニッケル・ホウ素めっ
き皮膜中の不純物の総量を低減することにより、めっき
皮膜中への金の拡散を遅くするためで、この作用により
、同一基板に、半田付け、ろう付け、ワイヤボンディン
グなど、各種の加熱工程を経ても金めつき層が維持され
、各種の高い接続を可能とする。

〔実施例〕

実施例１ 各種ニッケル・ホウ素めっき皮膜の形成は以下の条件で
行なった。

（１）めっき浴組成： ＮｉＳＯ４・６Ｈ２００，０７６ｍｏ　Ｑ　／　Ｑグリ
シン　　　　　　　０．０１３〜０．４グルコン酸　　
　　　　０．０３８〜０．５Ｅ　Ｄ　Ｔ　Ａ　−２Ｎａ
　　　　　Ｏ〜０．００３ジメチルアミンボラン　０．
００８５〜０．０８５　ＩＩ含イオウ有機化合物　　０
．５〜１００　　　ｍｇ／ｆｌ水　　　　　　　　　　
　Ｉ　Ｑとする量（２）めっき条件： めっき浴温度　　　　　５２〜７０℃ めっき浴ｐＨ６〜８ 上記の組成９条件を組み合せ、ニッケル・ホウ素めっき
皮膜中のホウ素含有量０．０２〜３．０ｗｔ％のものを
得た。ニッケル・リンめっきは日本カニゼン社製商品名
Ｓ−６８０を用いて行なった。なお。

各めっき皮膜の評価は、すべてめっき厚さ約５陣による
ものである。

（３）使用セラミックス基板： セラミックス基板のクラック発生の有無は以下の方法で
行なった。用いたセラミックス基板はＸ線回折から同定
した結晶構造３Ａ１１２０３・２Ｓｉｏ２のもので、ム
ライト系セラミックス基板と称するものである。このセ
ラミックス基板はアルミナ系セラミックス基板に比較し
て抗折強度約１７３と小さく２機械的強度が小さい欠点
を持つが、比誘電率が約３０％小さく、高密度実装に適
したセラミックス基板である。本セラミックス基板に高
融点金属導体としてＷペーストを印刷し２通常の方法で
焼結し、導体パターンを形成した。

（４）無電解めっき： 本基板のＷ導体に、常法どうりの洗浄や触媒付与のめっ
き前処理を施し、ニッケル・ホウ素、ニッケル・リンめ
っきを施し２次いで、窒素ガス雰囲気中、７５０℃、１
０分間の熱処理を施して、熱処理前後のめっき膜応力変
化に基づく、ムライト系セラミックス基板のクラックの
発生状況を観察した。

（５）クラックの発生及び応力測定評価：クラック発生
の評価法としては、２６８本の導体中、クラックを発生
した導体について百分率で求め、クラック発生率として
表わした。

各ニッケル・ホウ素めっき皮膜自体のクラックの発生の
有無、及びめっき皮膜の応力は厚さ０．２ｍｍの純タン
グステン板にめっきすることにより求めた。

熱処理前後のめっき皮膜の応力の測定は以下の方法によ
って求めた。各種ニッケル・ホウ素を５μｍめっき後、
タングステン板を長さ５０ｍｍ　、　＠１０ｍｍに切断
し２表面粗さ計にて、タングステン板のめっき後、熱処
理後のソリ量を測定し９次式により算出した。

Ｅ：タングステン板のヤング率 ｔ：板の厚さ ｈ：ソリ量 Ω：タングステン板の長さ ｄ：めっき皮膜の厚さ （６）めっき皮膜中の不純物の測定： ニッケル・ホウ素めっき皮膜中の不純物の測定は以下の
方法を用いて行なった。めっきした試料を硝酸に溶解後
、この溶解液を分析試料とし２発光分光分析装置を用い
て行なった。

第２表 る眉υ水 以上の結果を第１表及び第２表に示す。

なお、第１表の試料Ｎα１に比較例としてニッケル・リ
ンめっきを示す。ニッケル・リンめっき皮膜中の不純物
含有量は７．６２ｗｔ％と多い。めっき皮膜にクラック
を発生しないものの、熱処理後の皮膜応力は１５０ｋｇ
／ｍｍ２に達し、ムライト系セラミックス基板には１０
０％クラックが生じた。

試料Ｎα２〜Ｎα１３は、ニッケル・ホウ素めっき皮膜
のクラック発生の有無、熱処理後の皮膜応力増大による
ムライト系セラミックス基板のクラック発生率の点から
示したものである。

試料Ｎα２，３で示すようにホウ素含有量が著しく大き
い場合、めっき終了後のめっき皮膜にはクラックが生じ
ており、実用に耐えないものであることが判った。した
がって皮膜応力については測定できなかった。

試料Ｎα４〜６に示すように、ホウ素含有量が１．１ｗ
ｔ％以下となると、めっき皮膜にはクラックを生じるこ
となく、皮膜応力、セラミックス基板のクラック発生を
測定できた。その結果、ホウ素含有量が小さいほど熱処
理後の皮膜応力が低下し。

それと共にセラミックス基板のクラック発生率も減少し
た。

試料Ｎα７〜１３に示すように、ホウ素含有量が０．７
１ｗｔ％以下とすることによって、熱処理後の皮膜応力
は３１．６ｋｇ／ｍｍ”以下と小さくなり、セラミック
ス基板にクラックを発生することが無かった。

したがって、ニッケル・ホウ素めっき後、高い熱が加わ
る工程を通過するムライト系セラミックス基板は、ニッ
ケル・ホウ素めっき皮膜中のホウ素含有量を０．７１ｗ
ｔ％以下とすることが必要であることが判った。このよ
うに、ホウ素含有量０．７１〜０．０２ｗｔ％で、熱処
理後の皮膜応力３１．６ｋｇ／ｍｍ２−７．６ｋｇ／ｍ
ｍ”を得ることができ、ニッケル・ホウ素めっき皮膜に
クラックが発生しないことは勿論のこと、セラミックス
基板としてムライト（３Ａｆ１２０３・２Ｓ１０２）系
セラミックスを用いても基板のクラック発生率は皆無で
あることがわかった。

実施例２ この実施例は、実施例１で得たニッケル・ホウ素めっき
皮膜の表面に、金めつきを施し、この金めつき皮膜が熱
処理を受けた場合に下地ニッケルめっき膜中へ熱拡散す
る状況を検討したものである。

なお、金めつき及び熱処理による下地ニッケルめっき膜
中への金の拡散処理条件は次のとおりである。

ニッケル・ホウ素めっき皮膜と金めっき皮膜間での拡散
の度合いは、上記のようにタングステン板上にニッケル
・ホウ素めっき後１日本エレクトロブレーティング・エ
ンジニャース社製の商品名レフトロレスＤ工を用いて、
約０．２岬の厚さで置換金めっきし２次いで、窒素ガス
雰囲気中、６５０〜８５０℃、１０分間熱処理したもの
を試料とし、その表面の特性Ｘ線強度比から求めた。す
なわち、ニッケル／全強度比が大きいほど、金のニッケ
ル・ホウ素めっき皮膜への拡散が進行し９表面の金めつ
き層が消失したことを示す。

また、ニッケル・ホウ素めっき皮膜中の不純物総量の測
定方法は前記実施例１のそれと同一であり、第１表及び
第２表中に記載した試料のそれと同一である。結果は、
第１図に示したとおりである。

つまり同図は、第１表、第２表に示した不純物含有量の
合計を横軸にとり、各熱処理温度でのニッケル（Ｎｉ）
と金（Ａ　ｕ　）の特性Ｘ線強度比から金めつき層の拡
散の進行を示したものである。これらの間には、極めて
良い相関関係を得ることを見出した。不純物含有量の合
計３．９６ｗｔ％以下となると、各熱処理温度において
、極めて小さいＮ］／Ａｕ強度比が得られた。すなわち
、Ａｕの特性Ｘ線強度が強＜Ａｕめっき層がニッケル・
ホウ素めっき層へ拡散、浸透していないことを示す。し
たがって、タングステン、モリブデンなどの高融点金属
導体の上に、上記ニッケル・ホウ素めっき膜。

さらに、その上に金めつき膜を設けたセラミックス基板
が、その後、高い加熱工程を通過しても。

上記のようにＡｕめっき層が保持される結果２部品の高
い接合性を維持できる。

以上のように、ホウ素、鉄、コバルト、イオウ。

銅などの不純物含有量の合計が小さいほど、金のニッケ
ル膜中への拡散が遅くなる事実は驚くべきものがある。

確かな理由は不明であるが、多分。

不純物と金が反応し易い、純度の高いニッケルはどめっ
き皮膜の結晶粒径が大きくなり、金の拡散速度が遅くな
るなどに起因すると推察される。さらに、ニッケル・ホ
ウ素めっき皮膜への鉄、コバルト、イオウ、銅などの混
入にも驚かされる。多分、使用した薬品は工業用のもの
から高純度試薬まで種々のものであるが、これら薬品中
に不純物として含有しており、めっき反応の結果、ニッ
ケル、ホウ層とともに共析したと推察される。

このように本実施例によれば金の拡散を抑止できるので
金めつき皮膜を薄くしても十分に接合に寄与させること
ができるようになった。また、この例では基板にムライ
ト系セラミックスを用いたが、金めつきの拡散防止につ
いてはセラミックスの材質に関係なく、その他アルミナ
を始め周知のもの一般に適用可能であることは容易に理
解できよう。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ニッケル・ホウ素めっき皮膜にクラッ
クを発生すること無く、熱処理後でもムライト系セラミ
ックス基板にクラックを発生すること無く、かつニッケ
ル・ホウ素めっき皮膜上に形成した金めつき層が維持さ
れるので、高い部品接合性を得るセラミックス基板を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す特性曲線図である。 代理人弁理士　　中　村　純之助

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミックス絶縁基板上に設けられた高融点金属導
   体回路パターンと，この回路パターン上に無電解めっき
   されたニッケル皮膜とを有して成る回路基板において，
   前記セラミックス絶縁基板をムライトもしくはムライト
   を主成分とするムライト系セラミックスで構成すると共
   に前記ニッケル皮膜中に含有するホウ素量を０．７１ｗ
   ｔ％以下としたことを特徴とするセラミックス回路基板
   。
2. ２．ムライトもしくはムライトを主成分とするムライト
   系セラミックス絶縁基板上に高融点金属ペーストを所定
   の配線回路パターン形状にプリントする工程と，上記回
   路パターンを還元性もしくは不活性雰囲気中で焼結する
   工程と，次いで無電解めっき法により前記焼結された回
   路パターン上にホウ素の含有量が０．７１ｗｔ％以下の
   ニッケルめっき皮膜を形成する工程とを有することを特
   徴とするセラミックス回路基板の製造方法。
3. ３．セラミックス絶縁基板上に設けられた高融点金属導
   体回路パターンと，この回路パターン上にめっきされた
   ニッケル皮膜と，さらにこのニッケル皮膜上にめっきさ
   れた金皮膜とを有して成る回路基板において，前記ニッ
   ケル皮膜中に含有する不純物元素総量を０．９６ｗｔ％
   以下としたことを特徴とするセラミックス回路基板。
4. ４．上記不純物元素の一つとして含有するホウ素量を，
   ０．７１ｗｔ％以下としたことを特徴とする請求項３記
   載のセラミックス回路基板。
5. ５．上記セラミックス絶縁基板を，ムライトもしくはム
   ライトを主成分とするムライト系セラミックスで構成し
   たことを特徴とする請求項３もしくは４記載のセラミッ
   クス回路基板。
6. ６．セラミックス絶縁基板上に高融点金属ペーストを所
   定の配線回路パターン形状にプリントする工程と，上記
   回路パターンを還元性もしくは不活性雰囲気中で焼結す
   る工程と，次いで無電解めっき法により前記焼結された
   回路パターン上に不純物元素の総含有量が０．９６ｗｔ
   ％以下のニッケルめっき皮膜を形成する工程と，さらに
   前記ニッケルめっき皮膜上に無電解めっき法により金め
   っき皮膜を形成する工程とを有することを特徴とするセ
   ラミックス回路基板の製造方法。
7. ７．上記セラミックス絶縁基板をムライトもしくはムラ
   イトを主成分とするムライト系セラミックスとし，かつ
   ，上記ニッケルめっき皮膜中に含まれる不純物元素の一
   つであるホウ素の含有量を０．７１ｗｔ％以下としたこ
   とを特徴とする請求項６記載のセラミックス回路基板の
   製造方法。