JPH0227832B2

JPH0227832B2 - Seramitsukusukiban

Info

Publication number: JPH0227832B2
Application number: JP5898189A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Akai; Noryuki Onaga; Yasunori Zairi; Yukikazu Moritsu
Original assignee: Okuno Chemical Industries Co Ltd
Current assignee: Okuno Chemical Industries Co Ltd
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-06-20
Anticipated expiration: 2009-03-10
Also published as: JPH01272192A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、セラミツクス基板に関する。

従来の技術及びその問題点セラミツクス板上に導電体層を形成したセラミ
ツクス基板は、耐熱性、放熱性等が良好であり、
低熱膨脹性であるなどの優れた特性を有するもの
である。このようなセラミツクス基板の製造法と
しては、従来下記のような方法が知られている。

湿式めつき法で導電体層を形成する方法とし
て、セラミツクス板をフツ酸、硝酸等でエツチン
グした後、めつき皮膜を形成する方法がある。し
かしながら、この方法では、セラミツクス基材の
品質によつて、めつき皮膜の接合強度が一定せ
ず、また耐薬品性が高いセラミツクスの場合に
は、効果的なエツチングは困難であり、高い接合
強度は得難い。

また、Mo、Ｗ等の高融点金属の粉末をセラミ
ツクス上に塗布し、窒素雰囲気中で高温処理
（1500〜1800℃）する方法もある。この方法では、
導電層の接合強度は高いが、高温度と雰囲気調節
が必要なため、生産性が低いという欠点がある。
更に、直接半田付けを行なうことができないので
めつき工程が必要になり、また電気導体として抵
抗が高いという欠点もある。

Au、Ag、Pt等の貴金属粉末又はCu、Ni、Al
等の高導電性卑金属粉末と低融点ガラスフリツト
等のバインダー成分とを、有機ビヒクルに混合分
散させた、いわゆる厚膜導体ペーストをセラミツ
クス上に塗布し、加熱して焼付ける方法がある。
この方法は、貴金属の場合にはコストが高く、電
気導体として使用するとマイグレーシヨンの問題
がある。また卑金属の場合、加熱時に雰囲気調節
する必要があり、処理が煩雑である。

また、所定の形状の銅板をセラミツクス上に置
き、窒素雰囲気中で1100〜1500℃程度で加熱圧着
する方法がある。この方法では、雰囲気調節が必
要であるために操作が煩雑であることに加えて、
銅板の厚さが0.2〜0.3mm程度以上必要であり、銅
板のパターンニング精度が悪いという欠点があ
る。

問題点を解決するための手段本発明者は、上記した如き問題点に鑑みて、鋭
意研究を行なつた結果、特定の組成のガラス組成
物をセラミツクス上に塗布して加熱処理した後、
その上にめつき皮膜を形成させることによつて、
簡単な方法で各種のセラミツクス上に、高い接合
強度を有する導電体層を形成することができ、し
かも形成される導電体層は、セラミツクス基板と
して要求される導電特性、ハンダ付け性、接合強
度等が良好であり、セラミツクス基板として極め
て有用なものであることを見出した。

即ち、本発明は、 () セラミツクス基材、 () 該セラミツクス基材上に、 (i) TiN、TiB₂、AlN、AlB₂、BN、B₄C、
SiC及びSi₃N₄の少なくとも１種の粉末３〜
80重量％、 (ii) SiO₂粉末４〜80重量％、 (iii) B₂O₃粉末１〜40重量％、及び (iv) （R₁）₂O、（R₂）Ｏ、（R₃）O₂及び
（R₄）₂O₃（ただし、R₁はNa、ＫまたはL₁、R₂
はMg、Ca、Ba、Zn、PbまたはCd、R₃は
Ti、Zr、またはMn、R₄はAlまたはBiであ
る）の少なくとも１種の粉末１〜80重量％からなるガラス組成物を塗布し、加熱して得られためつき用下地層、
並びに () 該下地層上に形成されためつき皮膜からなるセラミツクス基板に係る。

本発明セラミツクス基板では、用いるセラミツ
クス材料としては、従来のセラミツクス基板の材
料と同様のものでよく、500℃以上の耐熱温度を
有するセラミツクス材料から誘電率、絶縁性、誘
電正接等のセラミツクス基板として必要な特性を
考慮して、使用目的に応じて適宜選択すればよ
い。本発明での使用に適するセラミツクス材料と
しては、例えばアルミナ、ジルコニア、ベリリ
ア、ムライト、ホルステライト、コーデライト、
チタン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコ
ン酸鉛等の酸化物系セラミツクス、窒素ケイ素、
窒化アルミニウム等の非酸化物系セラミツクス等
が挙げられる。

本発明のセラミツクス基板を得るには、まず、
セラミツクス基材上に、特定組成のガラス組成物
を塗布した後、加熱処理して、めつき用下地層を
形成する。

本発明で用いるガラス組成物は、 (i) TiN、TiB₂、AlN、AlB₂、BN、B₄C、SiC
及びSi₃N₄の少なくとも１種の粉末３〜80重量
％、 (ii) SiO₂粉末４〜80重量％、 (iii) B₂O₃粉末１〜40重量％、及び (iv) （R₁）₂O、（R₂）Ｏ、（R₃）O₂及び（R₄）₂O₃
（ただし、R₁はNa、ＫまたはL₁、R₂はMg、
Ca、Ba、Zn、PbまたはCd、R₃はTi、Zr、ま
たはMn、R₄はAlまたはBiである）の少なくと
も１種の粉末１〜80重量％からなるものである。該ガラス組成物をセラミツ
クス上にコーテイングして加熱した場合に、上記
組成物中の非酸化物粉末がガラス組成物中に島状
に点在する形状になり、この上にめつき皮膜を形
成させた場合の接合強度が著るしく向上する。

本発明で用いるガラス組成物では、各成分の配
合量が上記範囲を下回る場合には、ガラス組成物
を加熱した場合にガラス化しないか、或いは接合
強度が著るしく低下し、また上記範囲を上回る場
合にも接合強度の著るしい低下があるので好まし
くない。

本発明ガラス組成物の各成分としては、いずれ
も市販のものを使用でき、特にその製法、粒度、
純度などは限定されないが、接合体の接合強度を
高めるためには、高純度のものを使用することが
好ましく、粒度は0.1〜100μｍ程度のものを使用
することが好ましい。

本発明で用いるガラス組成物を製造する方法
は、特に限定されるものではなく、例えば、各成
分物質をミキサー、ライカイ機、ミル等で単に混
合するだけでよい。また、２種以上の任意に選択
した成分物質を混合し、700〜1600℃で10〜20分
間加熱溶融した後、ボールミル等で0.1〜100μｍ
程度に粉砕して得た粉末に他の成分物質を添加混
合してもよい。

ガラス組成物の塗布方法としては、特に限定さ
れず以下のような方法を例示できる。

(i) 組成物を直接塗布する方法。

(ii) 組成物を溶射する方法。

(iii) 組成物をアルコール、アセトン等の溶剤に分
散させてスプレー塗装する方法。

(iv) 組成物を有機ビヒクルに分散させた後、分散
液をハケ塗り、スクリーン印刷、スプレー塗装
等により塗布する方法。

有機ビヒクルとしては、例えば、エチルセルロ
ース樹脂、アクリル樹脂等の有機高分子化合物を
イソプロピルアルコール、パインオイル、ブチル
カルビトールアセテート等の有機溶剤に溶解した
ものを使用できる。塗布量は、ガラス組成物の量
が0.005〜２ｇ／cm²となるようにすることが好ま
しい。加熱温度は500〜1500℃とし、加熱時間は、
３〜60分程度とする。加熱時の雰囲気は、特に限
定されず、例えば空気、窒素ガス、水素ガス、ア
ルゴンガス等の雰囲気でよい。

次いでセラミツクスが室温となつた後、めつき
を行なつて、めつき用下地層上にめつき皮膜を形
成する。めつき方法としては、常法に従えばよ
く、例えば触媒物質を付着させた後、無電解ニツ
ケルめつき、または無電解銅めつきを行なう方法
でよい。触媒付着方法、無電触めつき方法等は、
いずれも常法に従えばよく、例えば、触媒付着方
法としては、感受性付与及び触媒付与の工程によ
る方法、触媒ペーストを印刷して焼成する方法等
がある。形成するめつき皮膜の種類としては、従
来のめつき法により形成されるセラミツクス基板
と同様のものでよく、例えば、無電解ニツケルめ
つき被膜または無電解銅めつき皮膜単独のめつき
皮膜の他に、これらの上に電気銅めつきを行なう
ことによつて、厚い金属層を形成したものでもよ
い。また、銅−Ni−金の組み合わせのような三
層のめつきも従来法と同様に可能である。めつき
皮膜の厚さは、特に限定的ではなく、通常のセラ
ミツクス基板の導電層と同様に、0.1〜300μｍ程
度とすればよい。

セラミツクス基板の回路パターン形成方法は、
従来のめつき法で作成するセラミツクス基板と同
様でよく、めつき皮膜を形成した後、エツチング
レジストを印刷して、エツチングにより回路パタ
ーンを形成する、いわゆるサブトラクテイブ法、
及びガラス組成物の焼成層を形成した後、無電解
めつき用触媒を付与し、次いでめつきレジストに
より必要なパターンを形成した後無電解めつきに
より回路パターンを直接形成する、いわゆるアデ
イテイブ法のいずれも可能である。

発明の効果本発明のセラミツクス基板では、セラミツクス
基材とめつき皮膜とが強固に結合されており、め
つき皮膜の接合強度は充分な強さである。しかも
その製造工程では、特殊な雰囲気は必要なく、生
産性も良好である。そして、目的に応じて各種の
めつき皮膜を容易に形成できるので、非常に適用
範囲が広く、充分な導電性や良好なハンダ付け性
を簡単に付与できる。

実施例以下、実施例を示して本発明を更に詳細に説明
する。

実施例１粒径30μｍのSiO₂139ｇ、粒径約10μｍのB₂O₃28
ｇ、粒径約10μｍのCdO14ｇ、粒径約20μｍの
TiO₂8ｇ及び粒径約5μｍのBi₂O₃28ｇからなる粉
末を白金ルツボで1450℃、30分加熱して溶融し
た。次いで、この溶融物が冷却した後、ボールミ
ルで粉砕して１〜10μｍの粉末とし、これに粒径
１〜10μｍのSi₃N₄66ｇ、AlB₂17ｇ及びB₄C17ｇ
を加えて混合して、ガラス組成物を得た。次いで
該ガラス組成物100ｇに、エチルセルロース15重
量％及びパインオイル85重量％からなる有機ビヒ
クル19ｇを加えて混合し、３本ロールに３回通し
て塗布用組成物を得た。

次いで、該塗布用組成物を５×５×0.1cmのア
ルミナ板に200メツシユスクリーンでガラス組成
物の量が0.008ｇ／cm²となるようにスクリーン印
刷した後、150℃10分間予備加熱してから、870℃
で20分間加熱した。アルミナ板を室温に冷却させ
た後、無電解めつき用触媒付与液（商標“CCP
−4230”、奥野製薬工業(株)製）中に25℃、５分間
浸漬して、200℃10分間加熱し、続いで室温とな
つてから無電解銅めつき液（商標“OPCカツパ
ー”、奥野製薬工業(株)製）中に55℃30分間浸漬し
て銅めつき皮膜を形成させた。次いで電気銅めつ
きを行ない銅めつき厚を40μｍとすることによつ
て、セラミツクス基板を作製した。その後、銅め
つき表面に、２×２mmの正方形の形状にマスキン
グインキ（商標“トツプレジストＧ”奥野製薬工
業(株)製）を５ケ所スクリーン印刷し、次にUV照
射を10秒間行なつてマスキングインキを硬化させ
た。この試料を塩化第２鉄水溶液中に50℃で浸漬
して、マスキング部分以外の銅めつき部分を溶解
し、次いで塩化メチレン液中に浸漬してマスキン
グインキを剥離除去した。残つた銅めつき皮膜と
アルミナ板との接合強度を求めるために、この上
に直径1.0mmの銅線を、鉛対錫が37：63のはんだ
を用いて、260℃ではんだ付けし、25℃で銅線を
アルミナ板に対して垂直に引張り、めつき皮膜が
アルミナ板から剥離したときの強度を測定した。
その結果4.5Kg／mm²という非常に高い接合強度を
有するものであつた。また形成されためつき皮膜
のシート抵抗は0.7ｍΩ／口であり、非常に高い
導電性を有するものであつた。

実施例２粒径約1μｍのSiO₂75ｇ、粒径約0.5μｍの
B₂O₃20ｇ、粒径約0.5μｍのLi₂O17.5ｇ、粒径約
1μｍのMgO7.5ｇ、粒径約1μｍのPbO12.5ｇ及び
粒径約3μｍのZrO₂10ｇを混合した粉末を白金ル
ツボにいれて1300℃30分間加熱して、溶融した。
この溶融物をボールミルで粉砕して５〜30μｍの
粉末とした後、粒径約10μｍのAlN100ｇと混合
しガラス組成物を得た。次いで該ガラス組成物80
ｇにメタノール10ｇ及びイソプロピルアルコール
10ｇからなる混合溶媒を加えて、これを５×５×
0.05cmの窒化アルミニウム焼結体に、上記ガラス
組成物量が0.01ｇ／cm²になるようにスプレー塗装
し、150℃で10分間予備加熱した後、1000℃で10
分間加熱した。窒化アルミニウム焼結体を室温ま
で冷却した後、次に示す方法で無電解銅めつきを
行なうことによつて、セラミツクス基板を作製し
た。

(i) 脱脂：アルコール液中に５分間浸漬した。

(ii) 触媒付与：センシタイザー液に25℃、３分間
浸漬後、水洗し、アクチベーター液に25℃、２
分間浸漬後、水洗した。センシタイザー液とし
ては、センシタイザー（商標“TMPセンシタ
イザー”奥野製薬工業(株)製）100ml／水溶液
を使用し、アクチベーター液としては、アクチ
ベーター（商標“TMPアクチベーター”奥野
製薬工業(株)製）100ml／水溶液を使用した。

(iii) 無電解銅めつき：無電解銅めつき液（商標
“OPCカツパー”、奥野製薬工業(株)製）中に55
℃で210分間浸漬した。

得られたセラミツクス基板は、厚さ15μｍの銅
めつき皮膜からなる導電層を有するものであつ
た。

次いで実施例１と同様にしてマスキング及びエ
ツチングを行なつた後、銅皮膜と窒化アルミニウ
ム焼結体との接合強度を測定した。その結果、
4.3Kg／mm²という高い接合強度を有するものであ
つた。また、銅皮膜のシート抵抗は、1.3ｍΩ／
口であり、充分な導電性を有するものであつた。

実施例３実施例１と同様にして、有機ビヒクルとガラス
組成物とを混合して得た組成物を、200メツシユ
スクリーンにより、５×５×0.06cmのアルミナ板
にガラス組成物量0.008ｇ／cm²の割合で塗布した
後、950℃で５分間加熱した。次いで実施例２に
示した(i)(ii)により触媒付与した後、無電解銅めつ
き液「OPCカツパ」中に55℃、30分間浸漬して
銅皮膜を2μｍ形成した後、銅めつき表面に、め
つき用マスキングインキ（商品名「フオトマール
MT」奥野製薬工業(株)製）を２×２mmの正方形の
形状を５ケ所残してスクリーン印刷し、次にUV
照射を10秒行なつてマスキングインキを硬化させ
た。次いで、電気銅めつきを行ない銅めつき厚を
30μｍとした後、塩化メチレン液中に浸漬してマ
スキングインキを剥離除去した。次いで、試料を
過硫酸アンモニウム水溶液に20℃で浸漬して無電
解銅めつきのみの部分を溶解した。残つた銅めつ
き皮膜とアルミナ板との接合強度を実施例１と同
様にして測定したところ、4.6Kg／mm²であり、高
い接合強度を有するものであつた。また、銅皮膜
のシート抵抗は、1.0ｍΩ／口であり、高い導電
性を有するものであつた。

実施例４実施例２で用いたガラス組成物において、
AlNをSiCに代えた以外は、実施例２と同様にし
て、ガラス組成物と有機溶媒との混合物を得た。
次いで、これを実施例２と同様にして、３×３×
0.3cmのジルコニア焼結体上へ塗布し、加熱した。
その後、実施例１と同様にして無電解銅めつきを
行なうことによつてセラミツクス基板を得た。得
られたセラミツクス基板では、銅皮膜は、3.8
Kg／mm²という高い接合強度を有するものであり、
またシート抵抗は0.8ｍΩ／口であり、良好な導
電性を示した。

Claims

【特許請求の範囲】１ () セラミツクス基材、 () 該セラミツクス基材上に、 (i) TiN、TiB₂、AlN、AlB₂、BN、B₄C、
SiC及びSi₃N₄の少なくとも１種の粉末３〜
80重量％、 (ii) SiO₂粉末４〜80重量％、 (iii) B₂O₃粉末１〜40重量％、及び (iv) （R₁）₂O、（R₂）Ｏ、（R₃）O₂及び
（R₄）₂O₃（ただし、R₁はNa、ＫまたはLi、R₂
はMg、Ca、Ba、Zn、PbまたはCd、R₃は
Ti、ZrまたはMn、R₄はAlまたはBiである）
の少なくとも１種の粉末１〜80重量％からなるガラス組成物を塗布し、加熱して得られためつき用下地層、
並びに () 該下地層上に形成されためつき皮膜からなるセラミツクス基板。