JPH0692762A - メタライズドセラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メタライズドセラミック基板の製造後に行わ
れる後工程での加熱処理で金属膜の一部にふくれが生じ
ることが回避可能なメタライズドセラミック基板を効率
よく製造できる方法を提供する。 【構成】 この発明のメタライズドセラミック基板の製
造方法では、セラミック基板の表面に無電解メッキ法に
より金属膜を形成し、この金属膜の表面に対しエッチン
グ処理を浅く施した後、不活性ガス雰囲気中で加熱処理
することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セラミック配線板な
どの作製に使われるメタライズドセラミック基板の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック配線板では、普通、セラミッ
ク基板の表面に導電性ペーストをスクリーン印刷機を用
いて所定のパターンで印刷して導体回路を形成する方
法、すなわち、いわゆる厚膜法が利用されている。しか
しながら、厚膜法の場合、導体回路の膜厚の制御が難し
く、得られる導体回路の電気的特性や機械的特性が十分
でなかっり、精度が余り良くなくて回路を微細化するこ
とが難しかったりという問題がある。

【０００３】そのため、導体回路の高精度化・微細化が
図れるメタライズドセラミック基板、すなわちセラミッ
ク基板の表面に無電解メッキ法により金属膜が形成され
てなるセラミック基板の利用が検討され、実用にも供さ
れている。メタライズドセラミック基板の場合、高精度
の微細なパターン化が可能な写真法を利用して所定のパ
ターンの導体回路形成ができる上、出来た導体回路は実
質的に金属製であるため抵抗値も低い。

【０００４】ただ、上のメタライズドセラミック基板に
は、金属膜とセラミック基板の密着性（接着力の強さ）
が十分でないという問題がある。メタライズドセラミッ
ク基板を使って配線板を作製する場合、回路形成や電子
部品搭載等の工程などで様々な目的で加熱処理が施され
るのであるが、これらの加熱処理の際、金属膜にフクレ
（局部的剥離）が生じ、金属膜とセラミック基板との間
の接着状態が不良となるのである。

【０００５】この金属膜に生じるフクレは、無電解メッ
キ法で金属膜を析出成長させる過程で核付け液やメッキ
液成分などが界面や析出初期の金属膜中に取り込まれて
いることに起因している。取り込まれたメッキ液成分な
どが、その後の加熱処理でガス化した際に抜け出せない
で体積膨張を起こしてフクレを生じるのである。この金
属膜のフクレを防止する方策として、特開平１−１６４
７８６号公報では、金属膜をガスが逃げ出せる隙間のあ
る結晶構造のものとすることが提案されている。しかし
ながら、この方策は現実的ではない。

【０００６】なぜなら、金属膜をガスが逃げ出せる隙間
のある結晶構造のものとしておいて、加熱処理を行い液
成分を隙間から放散させるのであるが、その加熱処理は
昇温を緩やかに行う必要があり、非常に昇温に時間がか
かり（２時間といった長時間）、生産性が低いのであ
る。これは、金属膜の隙間は昇温を急激に行えるほど十
分に広くはないからだと考えられる。十分な加熱処理を
行わないと、フクレの発生を確実に抑えられないため、
加熱時間を短縮するというわけにはいかない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記事情
に鑑み、メタライズドセラミック基板の製造後に行われ
る後工程での加熱処理で金属膜の一部にふくれが生じる
ことが回避可能なメタライズドセラミック基板を効率よ
く製造できる方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明にかかるメタライズドセラミック基板の製
造方法では、セラミック基板の表面に無電解メッキ法に
より金属膜を形成し、この金属膜の表面に対しエッチン
グ処理を浅く施した後、不活性ガス雰囲気中で不活性ガ
ス雰囲気中で加熱処理するようにしている。

【０００９】以下、この発明を具体的に説明する。この
発明で用いるセラミック基板自体の材質としては、アル
ミナ、フォルステライト、ジルコニア、コージェライ
ト、チタニア、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム
等の酸化物系のセラミックが主に使用されるが、炭化ケ
イ素などの炭化物系のセラミック、窒化アルミニウムな
どの窒化物系のセラミックが使用されてもよく、複数種
のセラミックが併用されてもよい。

【００１０】セラミック基板は表面の導体層の密着力が
高まるように、アンカー効果を発揮する粗面化処理が予
め施されていることが好ましいが、省かれるようであっ
てもよい。粗面化処理としては、サンドブラスト等を用
いる機械的な粗面化処理や粗面化処理剤等のエッチング
による化学的な粗面化処理がある。粗面化処理剤には、
例えば、リン酸、ホウ酸、ＨＦ、アルカリ金属化合物等
の溶液、融液などがある。

【００１１】また、金属膜を無電解メッキで形成する場
合、セラミック基板の表面に活性化処理として核付けを
行うことが好ましい。核付け方法としては、例えば、核
剤がＰｄである場合、センシタイジング−アクチベーシ
ョン法、キャタリスト−アクセレーション法等がある
が、核剤の種類や付与方法は、これら例示のものに限ら
ず、無電解メッキ膜の析出に寄与するものであればよ
い。

【００１２】この発明で使われる無電解メッキ液として
は、例えば、硫酸銅，ＥＤＴＡ，ＨＣＨＯを基本成分と
し、必要に応じてＮａＯＨ（ｐＨ調節用）やメッキ液の
分解を抑制する安定剤などを加えた無電解銅メッキ液な
どが挙げられるが、これらに限らないことは言うまでも
ない。勿論、この発明では、無電解メッキは無電解銅メ
ッキに限らず、無電解ニッケルメッキや無電解クロムメ
ッキなと他の無電解メッキであってもよい。

【００１３】無電解メッキ液の具体例としては、硫酸
銅：１０ｇ／リットル，ＥＤＴＡ・２Ｎａ・２Ｈ₂ Ｏ：
３０ｇ／リットル，ホルマリン：５０ｍｌ／リットル，
シアン化ナトリウム５ｍｇ／リットル、液温６０℃、ｐ
Ｈ１２．４である無電解銅メッキ液あげられる。この発
明の場合、無電解メッキで形成される金属膜はポーラス
構造であるのがよい。ポーラス構造の場合、セラミック
基板表面の金属膜を構成する結晶粒の間に通気可能な隙
間が出来ており、無電解メッキ液の組成、すなわち、シ
アン化ナトリウム等の安定剤の添加量、ｐＨ値、あるい
は、ＣｕやＨＣＨＯ等のメッキ液成分等の濃度等のメッ
キ条件の選択でポーラス構造の金属膜を形成できる。例
えば、先に挙げた無電解銅メッキ液はポーラス構造の銅
膜の形成が可能である。また、金属膜の厚みは、特定の
厚みに限定されない。次に施すエッチング処理で必要以
上に薄くなってしまわないだけの厚みがあればよい。

【００１４】この発明では、無電解メッキで形成した金
属膜の表面に対しエッチング処理を軽く施す。このエッ
チング処理により金属膜の結晶粒の間が選択的にエッチ
ングされて隙間が出来たり、既存の隙間が拡がって十分
な通気が可能な状態となる。結晶粒の間に十分な通気孔
が出来た形となるのである。エッチング処理は、３μｍ
／分以下のエッチング速度の条件で行うのがよい。結晶
粒の間をうまく選択除去できるような適切なエッチング
を実現することが容易だからである。３μｍ／分を越す
エッチング速度の条件だと、エッチング作用が強すぎて
結晶粒の間が選択的に除去された形になり難い。ただ、
エッチング速度が余り遅いと時間がかかるため、例え
ば、０．１μｍ／分程度の速度以上で行うことが適当で
ある。また、このエッチング処理によるエッチング深さ
は、０．３μｍ以上はあることが好ましい。０．３μｍ
未満では結晶粒の間に十分な隙間を形成することが困難
である。

【００１５】また、金属膜とエッチング液との接触は、
浸漬方法や浸漬かくはん方法が好ましく、スプレー噴射
法では結晶粒の間の選択エッチングは難しい傾向にあ
る。３μｍ／分以下のエッチング速度のエッチングを行
うのに適当なエッチング薬液としては、例えば、過硫酸
アンモニウム、過硫酸ソーダ、硫酸−過酸化水素系等が
挙げられる。

【００１６】エッチング処理の後、不活性ガス雰囲気中
で加熱処理するようにする。この加熱処理は、フクレ発
生の原因となる取り込み液成分をガス化して放散させる
と同時にエッチング処理で形成した隙間を閉じて緻密化
し液成分が新たに取り込まれないようにするために行う
ものである。また、不活性ガス雰囲気中での加熱処理
は、金属膜が酸化したりする等の不都合を避けられる。

【００１７】この加熱処理は、８００〜１０００℃の範
囲の温度で１０分以上の条件で行うことが好ましい。１
０００℃を越すと銅の融解が生じる恐れがあり（銅の融
点：１０５３℃）、８００℃未満では、金属膜の緻密化
が不十分で後の回路形成工程等で液成分が新たに取り込
まれる恐れがあるからである。また、１０分未満の加熱
時間では適切な温度範囲で十分な緻密化を実現すること
は困難になる傾向が出てくる。上記の加熱温度まで昇温
させる時間に特に制限はなく加熱装置の昇温能力に応じ
た短い時間（例えば、３０分）で昇温させられるように
なる。

【００１８】この後、無電解メッキで形成した金属膜に
電解メッキ法で金属膜を積層形成してもよい。このよう
にして得られたメタライズドセラミック基板は、パター
ン化処理等を行ってセラミック配線板に仕上げたりす
る。

【００１９】

【作用】この発明のメタライズドセラミック基板の製造
方法では、無電解メッキ法で形成した金属膜の結晶粒間
にエッチング処理で十分な隙間を開けた後、加熱処理に
より取り込まれた液成分をガス化し放散させるとともに
金属膜を緻密化するようにする。その結果、取り込みさ
れた液成分は除去され残っておらず、後工程で新たな液
成分の取り込みが起こることもない。

【００２０】すなわち、無電解メッキによる金属膜は、
図３にみるように、５μｍ程度の結晶粒が連なった構造
をしており、エッチング処理により、図１にみるよう
に、結晶粒の間に３μｍ以下の隙間が生じ、この隙間か
ら、加熱処理の際にガス化された液成分が放散してゆく
と同時に、加熱処理により、最終的には、図２にみるよ
うに、隙間が閉じた（再結晶化した）緻密な構造となる
のである。

【００２１】それに、この発明の場合、特別に長時間を
要する工程が必要となるものでないためメタライズドセ
ラミック基板を効率よく製造することが出来る。エッチ
ング処理を３μｍ／分以下のエッチング速度で行う場
合、金属膜の結晶粒間の適切なエッチングが容易に実現
出来る。加熱処理を８００〜１０００℃の範囲の温度で
１０分以上の加熱時間で行う場合、金属膜の損傷を回避
しつつ液成分の除去および緻密化がより十分になされ
る。

【００２２】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。勿論、
この発明は、下記の実施例に限らない。 −実施例１− 縦×横：１０ｃｍ×１０ｃｍで厚み０．８ｍｍのアルミ
ナ基板（松下電工社製品番ＣＭ７０００）の表面に熱リ
ン酸による化学的な粗面化を施した後、ＰｄＣｌ₂ 溶液
に浸漬して基板表面にＰｄ核を付着させる核付けを行っ
た。

【００２３】ついで、アルミナ基板の表面に無電解銅メ
ッキにより厚み１０μｍの銅膜を形成した。メッキに
は、硫酸銅：１０ｇ／リットル，ＥＤＴＡ・２Ｎａ・２
Ｈ₂ Ｏ：３０ｇ／リットル，ホルマリン：５０ｍｌ／リ
ットル，シアン化ナトリウム５ｍｇ／リットル、液温６
０℃、ｐＨ１２．４である無電解銅メッキ液を用いた。
銅膜はポーラス構造であった。

【００２４】メッキの後、銅膜の表面層をエッチング処
理した。エッチングは、硫酸ソーダ５０ｇ／リットル、
硫酸１０ｍｌ／リットルで液温３０℃、エッチング速度
０．５μｍ／分のエッチング液に６０秒浸漬することで
行った。続いて、エッチング処理の済んだアルミナ基板
を窒素雰囲気中で加熱処理した。加熱処理は電気炉を用
い９００℃、３０分の条件で行った。なお、加熱処理で
の昇温時間は３０分である。このようにしてメタライズ
ドセラミック基板を得た。このメタライズドセラミック
基板の金属膜の表面は、図３のように、銅が再結晶した
緻密な膜であった。

【００２５】−実施例２− 実施例１と同様にしてアルミナ基板の表面に銅膜を形成
してから、銅膜の表面層をエッチング処理した。エッチ
ングは、３５％過酸化水素水４．５ｍｌ／リットル、硫
酸５ｍｌ／リットル、硫酸銅１５ｇ／リットルで液温３
０℃、エッチング速度２μｍ／分のエッチング液に３０
秒浸漬することで行った。

【００２６】続いて、エッチング処理の済んだアルミナ
基板を窒素雰囲気中で加熱処理した。加熱処理は電気炉
を用い９００℃、６０分の条件で行った。なお、加熱処
理での昇温時間は３０分である。このようにしてメタラ
イズドセラミック基板を得た。 −比較例１− 実施例１と同様にしてアルミナ基板の表面に無電解銅メ
ッキにより厚み１０μｍの銅膜を形成して、メタライズ
ドセラミック基板を得た。

【００２７】実施例および比較例で得られたメタライズ
ドセラミック基板について、銅膜にフクレが発生してい
るかどうか調べたが、いずれも、フクレの発生は認めら
れなかった。さらに、実施例１，２のメタライズドセラ
ミック基板について、回路形成工程で液成分が銅膜に再
び取り込まれてフクレ発生が起こることになるかどうか
を調べた。すなわち、回路形成工程でのレジスト剥離の
際に使う１０％濃度のカセイソーダに５分浸漬後、耐熱
試験を行った。耐熱試験は、試験片を窒素雰囲気中、９
００℃、１０分の条件で加熱（但し、昇温時間３０分）
し、銅膜の表面にフクレが発生したかどうかを調べた
が、いずれも、フクレの発生は認められなかった。

【００２８】また、比較例１のメタライズドセラミック
基板について耐熱試験を行った。耐熱試験は、試験片を
窒素雰囲気中、９００℃、１０分の条件で加熱（但し、
昇温時間３０分）し、銅膜の表面にフクレが発生したか
どうかを調べたが、フクレの発生が認められた。これら
の試験結果から、この発明のメタライズドセラミック基
板は、フクレが生じ難くなっていることが分かる。

【００２９】

【発明の効果】この発明にかかる製造方法によれば、得
られたメタライズドセラミック基板では、液成分が取り
込まれておらず、後工程での新たな液成分の取り込みも
回避されるために金属膜にフクレが生じなくなる上、長
時間を要する工程が必要でないためにメタライズドセラ
ミック基板を効率よく製造でき、生産性は高い。

【００３０】そして、エッチング処理を３μｍ／分以下
のエッチング速度で行う場合、金属膜の結晶粒間の適切
なエッチングが容易に実現出来、より安定してメタライ
ズドセラミック基板を製造することが出来る。また、加
熱処理を８００〜１０００℃の範囲の温度で１０分以上
の加熱時間で行う場合、金属膜の損傷を回避しつつ液成
分の除去および緻密化がより十分になされるため、より
フクレが生じ難くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】無電解銅メッキによる銅膜のエッチング処理後
の表面（金属組織）をあらわす電子顕微鏡写真である。

【図２】無電解銅メッキによる金属膜の加熱処理後の表
面（金属組織）をあらわす電子顕微鏡写真である。

【図３】無電解銅メッキによる銅膜の表面（金属組織）
をあらわす電子顕微鏡写真である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板の表面に無電解メッキ法
   により金属膜を形成し、この金属膜の表面に対しエッチ
   ング処理を浅く施した後、不活性ガス雰囲気中で加熱処
   理するようにするメタライズドセラミック基板の製造方
   法。
2. 【請求項２】 エッチング処理を３μｍ／分以下のエッ
   チング速度で行う請求項１記載のメタライズドセラミッ
   ク基板の製造方法。
3. 【請求項３】 加熱処理を８００〜１０００℃の範囲の
   温度で１０分以上の加熱時間で行う請求項１または２記
   載のメタライズドセラミック基板の製造方法。