JPH08175891A - セラミック基板の粗面化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強酸性の溶液等の作業環境面で問題のある危
険な薬品を使用せず、かつ、熱処理に高温を要しない方
法であって、セラミック基板表面に形成するメタライズ
層の密着力を向上できる、セラミック基板の粗面化法を
提供する。 【構成】セラミック基板の表面にバナジウム及び銅を含
有する層を形成し、次いで、酸化性雰囲気中で４５０〜
６２０℃で熱処理した後、セラミック基板上の酸化銅を
エッチングして除去する。又は、セラミック基板の表面
にビスマス及び銅を含有する層を形成し、次いで、酸化
性雰囲気中で６００〜８８０℃で熱処理した後、セラミ
ック基板上の酸化銅をエッチングして除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子部品として
利用されるセラミック基板を使用したプリント配線板の
製造の際等に使用されるセラミック基板の粗面化法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、セラミック基板を使用したプリ
ント配線板には、セラミック基板とその表面に形成する
メタライズ層の密着力が強いこと、及び、メタライズ層
のシート抵抗が低いことが要求される。

【０００３】金属ペーストを用いたメタライズ法の場
合、密着力を強くするために、金属ペースト中に焼成温
度で溶解し、セラミック基板に融着するガラスを含ませ
ている。そのため純金属に比べ、ガラスが含まれる分だ
けシート抵抗が高くなる欠点がある。

【０００４】一方、めっき法、蒸着法、スパッタ法等の
方法で得られるメタライズ層は、不純物の含有量が少な
いため、シート抵抗は純金属と同レベルである。しか
し、これらの場合メタライズ層は物理的にセラミック基
板に接合しているだけであり、密着力は一般的に低い。
そこで、メタライズ処理する前に、予め、フッ酸、リン
酸、水酸化ナトリウムなどの高温溶液にセラミック基板
を浸漬して、セラミック基板表面をエッチングして粗面
化し、いわゆるアンカー効果により、セラミック基板と
メタライズ層の密着力を向上させる方法が採用されてい
る。

【０００５】しかし、セラミック基板表面をエッチング
して粗面化するには高温で、かつ、強アルカリ性又は強
酸性の溶液を使用する必要があるため、作業環境面での
問題があった。

【０００６】そこで、強酸性の溶液等を使用せずにメタ
ライズ層の密着力を向上させる方法として、特公平４−
８２０４３号公報で開示されているように、セラミック
基材表面に、金属薄膜層を形成し、次いで９００〜１２
００℃で熱処理した後、該金属薄膜層を化学的にエッチ
ングして除去することで、セラミック基材表面を粗面化
する方法が知られている。しかし、この場合９００〜１
２００℃という高温での熱処理が必須であり、この温度
範囲を外れる条件では十分な効果が得られない（特公平
４−８２０４３号の実施例参照）。そして、９００〜１
２００℃という高温での熱処理は、エネルギーコスト等
の点で高コストとなるので、もっと低温で熱処理しても
十分な効果が得られる方法の開発が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の事情に鑑み、本
発明は、強酸性の溶液等の作業環境面で問題のある危険
な薬品を使用することなく、かつ、熱処理に高温を要し
ない方法であって、セラミック基板表面に形成するメタ
ライズ層の密着力を向上できる、セラミック基板の粗面
化法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明のセ
ラミック基板の粗面化法は、セラミック基板の表面にバ
ナジウム及び銅を含有する層を形成し、次いで、酸化性
雰囲気中で４５０〜６２０℃で熱処理した後、セラミッ
ク基板上の酸化銅をエッチングして除去することを特徴
としている。

【０００９】請求項２に係る発明のセラミック基板の粗
面化法は、セラミック基板の表面にビスマス及び銅を含
有する層を形成し、次いで、酸化性雰囲気中で６００〜
８８０℃で熱処理した後、セラミック基板上の酸化銅を
エッチングして除去することを特徴としている。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
使用するセラミック基板の材質としては、例えば、アル
ミナ、ジルコニア、コージェライト、チタン酸バリウム
等の酸化物系のセラミックや窒化アルミニウム、窒化珪
素等の窒化物系のセラミックや炭化珪素等の炭化物系の
セラミック等があり、特に限定はない。ただし、窒化物
系及び炭化物系のセラミックの場合、後の熱処理工程で
基板表面が若干酸化される場合がある。

【００１１】本発明では、セラミック基板の表面にバナ
ジウム及び銅を含有する層、又はビスマス及び銅を含有
する層を形成するが、その形成手段については特に限定
はなく、ペースト法、めっき法、蒸着法、スパッタ法等
の方法で形成できる。

【００１２】次に、バナジウム及び銅を含有する層又は
ビスマス及び銅を含有する層を表面に形成したセラミッ
ク基板を酸化性雰囲気で熱処理する。バナジウム及び銅
を含有する層を形成した場合には、熱処理温度は４５０
〜６２０℃とすることが望ましい。４５０℃未満では熱
量が足りず、銅−バナジウム系化合物が十分に形成され
ないため、メタライズ層の密着力を向上する効果が少な
い。一方、６２０℃を越える温度では熱処理中に形成さ
れる酸化バナジウムが飛散し、銅−バナジウム系化合物
が十分に形成されないため、やはりメタライズ層の密着
力を向上する効果が少ない。

【００１３】また、ビスマス及び銅を含有する層をセラ
ミック基板表面に形成した場合には、熱処理温度は６０
０〜８８０℃とすることが望ましい。６００℃未満では
熱量が足りず、銅−ビスマス系化合物が十分に形成され
ないため、メタライズ層の密着力を向上する効果が少な
い。一方、８８０℃を越える温度での熱処理は、本発明
の目的である低温での熱処理による方法という目的が達
成されず、エネルギーコスト等の点で高コストとなり望
ましくない。なお、さらに高温（１１００℃程度以上）
での熱処理では、熱処理中に形成される酸化ビスマスが
飛散し、銅−ビスマス系化合物が十分に形成されないた
め、メタライズ層の密着力を向上する効果が少なくな
る。

【００１４】次に、本発明ではセラミック基板上の酸化
銅をエッチングして除去する。酸化銅のエッチャントと
して、例えば、塩化第二銅、塩化第二鉄、過硫酸塩類、
過酸化水素／硫酸、アルカリエッチャント等からなる水
溶液を用いることによって、酸化銅は容易に溶解除去さ
れる。酸化銅が除去されたセラミック基板表面には、銅
−バナジウム系化合物又は銅−ビスマス系化合物よりな
るハニカム状の層が形成される。このハニカム状の層が
基板表面に粗度を付与し、後に形成するメタライズ層の
密着力を向上させる。

【００１５】

【作用】請求項１に係る発明の作用を説明する。セラミ
ック基板の表面にバナジウム及び銅を含有する層を形成
し、次いで、酸化性雰囲気中で４５０〜６２０℃で熱処
理することにより、酸化銅及び酸化バナジウムが形成さ
れる。この酸化バナジウムはセラミックとの濡れ性がよ
く、拡散してセラミック基板に対する密着材として作用
する。また、酸化銅と酸化バナジウムは化合物を形成す
るので、それら同士の密着は強固なものになる。さら
に、酸化バナジウムのセラミック基板側への拡散速度は
酸化銅に比べて速いことから、表面には酸化銅が現れ
る。すなわち、図１に模式的に示すように、セラミック
基板３上に形成された酸化銅１は、銅−バナジウム系化
合物２（酸化銅と酸化バナジウムの化合物）内に埋め込
まれた構造となる。そして、この酸化銅１をエッチング
して除去することにより、図２に模式的に示すように、
セラミック基板３上に銅−バナジウム系化合物２がハニ
カム状の層として形成される。このハニカム状の層がセ
ラミック基板３表面に粗度を付与することになる。

【００１６】請求項２に係る発明の作用を説明する。セ
ラミック基板の表面にビスマス及び銅を含有する層を形
成し、次いで、酸化性雰囲気中で６００〜８８０℃で熱
処理することにより、酸化銅、酸化ビスマスが形成され
る。この酸化ビスマスは先に述べた酸化バナジウムと同
様の作用をする。従って、熱処理の後でセラミック基板
上の酸化銅をエッチングして除去することにより、銅−
ビスマス系化合物がハニカム状の層として形成される。
このハニカム状の層がセラミック基板表面に粗度を付与
することになる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて
説明する。

【００１８】（実施例１）９６％アルミナ基板を用意
し、該基板表面にＰｄ核付けを行い、感受性化した後、
基板全面に無電解銅めっきを施し、０．５μｍの厚みの
銅薄膜を形成した。次いで、バナジウムレジネートペー
スト（エヌ・イー・ケムキャット社製、品名＃５１−
Ｆ）を基板の全面にスクリーン印刷法により塗布し、１
２５℃で１０分間乾燥処理した後、５５０℃で１時間、
酸化性雰囲気中で熱処理を施して、アルミナ基板表面に
酸化銅と酸化バナジウムを形成した。このとき、酸化銅
と酸化バナジウムの化合物が形成され、かつ、最表面に
は酸化銅が現れていた。

【００１９】次いで、塩化第２銅水溶液を用いて、最表
面の酸化銅を溶解除去して、アルミナ基板表面に銅−バ
ナジウム系化合物（酸化銅と酸化バナジウムの化合物）
からなる微細なハニカム状の層を形成した。得られた基
板の粗面化の程度の優劣については、上記で得られた粗
面化基板に無電解めっき法によりメタライズ層（銅層）
を形成し、その接着強度を測定することにより行った。

【００２０】なお、接着強度の測定は図３に示すよう
に、セラミック基板３上に形成した２ｍｍ角のメタライ
ズ層４に０．７ｍｍφのスズめっき銅線５をはんだ６に
より接合した試験片を用いて行った。なお、図３中の矢
印は引張試験の引張方向を示す。得られた接着強度の測
定結果は、５．０ｋｇ／４ｍｍ² であった。

【００２１】（比較例１）前記の実施例１におけるバナ
ジウムレジネートペーストを基板への塗布を行わないよ
うにした以外は、実施例１と同様の工程、手順で接着強
度測定用の試験片を作製し、その接着強度を測定したと
ころ、接着強度はゼロであり、密着力は極めて低いこと
が確認された。

【００２２】（実施例２〜実施例５）セラミック基板の
種類を表１に示すものに代え、かつ、酸化銅のエッチン
グ液として塩化第２銅水溶液に代えて銅アンモニウム錯
イオンアルカリエッチング液を用いた以外は、実施例１
と同様の工程、手順で接着強度測定用の試験片を作製
し、その接着強度を測定し、得られた結果を表１に示
す。表１の結果から種々のセラミック基板に対して、良
好な接着強度が得られることが確認できた。

【００２３】

【表１】

【００２４】（実施例６〜実施例９）平均粒径１μｍの
銅粉１．０５重量部とビスマスレジネートペースト（エ
ヌ・イー・ケムキャット社製、品名Ｈ９３Ｅ−１Ｂ１）
２重量部とを混合したものを、９６％アルミナ基板の全
面にスクリーン印刷法により塗布し、１２５℃で１０分
間乾燥処理した後、表２に示す熱処理温度で、それぞれ
１時間、酸化性雰囲気中で熱処理を施して、アルミナ基
板表面に酸化銅と酸化ビスマスを形成した。このとき、
酸化銅と酸化ビスマスの化合物が形成され、かつ、最表
面には酸化銅が現れていた。

【００２５】次いで、過硫酸ナトリウムの水溶液を用い
て、最表面の酸化銅を溶解除去して、アルミナ基板表面
に銅−ビスマス系化合物（酸化銅と酸化ビスマスの化合
物）からなる微細なハニカム状の層を形成した。得られ
た基板の粗面化の程度の優劣については、実施例１と同
様に得られた粗面化基板に無電解めっき法によりメタラ
イズ層（銅層）を形成し、その接着強度を測定すること
により行った。得られた結果を表２に示す。表２の結果
から熱処理温度が６００〜８８０℃の場合には、良好な
接着強度が得られることが確認できた。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、強酸性の溶液等の作業
環境面で問題のある危険な薬品を使用することなく、か
つ、熱処理に高温を要しない方法であって、セラミック
基板表面に形成するメタライズ層の密着力の向上が可能
なセラミック基板の粗面化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発明における、熱処理後の状態
を模式的に示す断面図である。

【図２】請求項１に係る発明における、エッチングによ
り酸化銅を除去した後の状態を模式的に示す断面図であ
る。

【図３】セラミック基板とメタライズ層との接着強度の
測定法を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 酸化銅 ２ 銅−バナジウム系化合物 ３ セラミック基板 ４ メタライズ層 ５ スズめっき銅線 ６ はんだ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板の表面にバナジウム及び
   銅を含有する層を形成し、次いで、酸化性雰囲気中で４
   ５０〜６２０℃で熱処理した後、セラミック基板上の酸
   化銅をエッチングして除去することを特徴とするセラミ
   ック基板の粗面化法。
2. 【請求項２】 セラミック基板の表面にビスマス及び銅
   を含有する層を形成し、次いで、酸化性雰囲気中で６０
   ０〜８８０℃で熱処理した後、セラミック基板上の酸化
   銅をエッチングして除去することを特徴とするセラミッ
   ク基板の粗面化法。