JPH10107394A - セラミック配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温、高湿度条件下でも好適に使用すること
ができ、かつ、導体回路の抵抗値が低いセラミック配線
基板を提供する。 【解決手段】 セラミック基板表面に、チタン及びクロ
ムのうち少なくとも１種の金属からなる層と銅層とがこ
の順に積層され、さらにその銅層上に形成されためっき
層からなる導体回路が形成されてなるセラミック配線基
板であって、上記めっき層は、その上面が曲面を有する
とともに、線幅の異なる上層部分と下層部分とからな
り、上記上層部分の幅が上記下層部分の幅よりも大きく
形成され、その上層部分はニッケル層及び金層により被
覆されてなるセラミック配線基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明はセラミック配線基
板に関し、さらに詳しくは、高温、高湿度条件下でも好
適に使用することができ、かつ、導体回路の抵抗値が低
いセラミック配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣチップの配線基板への搭載
は、ワイアボンディングにより行われていた。しかしな
がら、ＩＣチップをワイアボンディングにより配線基板
へ搭載した場合、ワイアによる伝搬損失が大きい。この
ため、近年の高周波数化したＩＣチップにおいては、半
田バンプを持つ配線基板にＩＣチップを直接搭載するフ
リップチップ実装が注目されている。フリップチップ実
装においては、配線基板として、ＩＣチップの素材であ
るガリウムや砒素の熱膨張率に比較的近いアルミナ等の
セラミック配線基板が有利に用いられる。

【０００３】このようなセラミック配線基板として、特
公昭５６−３７７１９号公報には、セラミック基板の表
面に、セラミック基板に対する密着性が強いチタンやク
ロム等の金属からなる層と、抵抗値の小さい銅や金等の
金属からなる層とをスパッタリングにより積層した後、
電解めっきを施すことにより導体回路を形成したものが
開示されている。

【０００４】このようなセラミック配線基板は、用いら
れているチタンやクロムの抵抗値が高いため、導体回路
全体としての抵抗値も高くなる傾向がある。このため、
導体回路の抵抗値を低くするために電解めっき層を厚く
する必要があった。ここで、導体回路のパターニング
は、導体回路を形成しようとする部分以外の部分に感光
性樹脂からなるめっきレジスト層を設け、めっきレジス
ト層が設けられていない部分に電解めっきを施すことに
より行われている。従って、電解めっき層を厚くするた
めには、このめっきレジスト層も厚くする必要があっ
た。

【０００５】しかしながら、めっきレジスト層を厚くし
ようとすると、感光性樹脂を厚く塗布する必要があるた
め、フォトマスクパターンの裏側に光が回折してまわり
こみ、感光性樹脂を硬化させてしまうため、導体回路を
形成しようとする部分にめっきレジスト層が形成されて
しまい、導体回路が断線されてしまう場合があった。

【０００６】また、電解めっき層としては、導電性に優
れ、低コストであることから、銅めっき層が広く用いら
れているが、このような銅めっき層を有するセラミック
配線基板を高温、高湿度条件下で使用すると、銅がイオ
ン化して基板表面を移動したり、銅化合物を形成してそ
の化合物が結晶成長するマイグレーションが起こり、導
体回路間がショートする場合があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、高温、高湿度条件下でも好適に使用することがで
き、かつ、導体回路の抵抗値が低いセラミック配線基板
を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック基
板表面に、チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金
属からなる層と銅層とがこの順に積層され、さらにその
銅層上に形成されためっき層からなる導体回路が形成さ
れてなるセラミック配線基板であって、前記めっき層
は、その上面が曲面を有するとともに、線幅の異なる上
層部分と下層部分とからなり、前記上層部分の幅が前記
下層部分の幅よりも大きく形成され、その上層部分はニ
ッケル層及び金層により被覆されてなることを特徴とす
るセラミック配線基板と、セラミック基板表面に、チタ
ン及びクロムのうち少なくとも１種の金属からなる層と
銅層とをこの順に積層した後、導体回路を形成しようと
する部分を除く部分に、感光性樹脂を露光現像処理する
ことによりめっきレジスト層を積層し、さらに導体回路
を形成しようとする部分にめっき層を無電解めっきによ
り積層して導体回路を形成し、そして前記導体回路を除
く部分のめっきレジスト層を除去し、さらに前記チタン
及びクロムのうち少なくとも１種の金属からなる層、前
記銅層をエッチング処理により除去することにより得ら
れるセラミック配線基板であって、前記めっき層を積層
するにあたって、前記めっき層は、めっきレジスト層の
厚さ以上の厚みを有するものであり、前記めっき層は、
その上面が曲面を有するものであり、前記めっき層の上
面は、ニッケル層及び金層により被覆されていることを
特徴とするセラミック配線基板、からなる。以下に本発
明を詳述する。

【０００９】本発明においては、まず、図１の（イ）に
示すようなセラミック基板の表面に、図１の（ロ）に示
すようにチタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属
からなる層を設け、さらにその上層に、図１の（ハ）に
示すように銅層を積層する。

【００１０】上記セラミック基板は、セラミックの粉末
を焼結助剤及びバインダーとともに混合し、シート状に
成形した後、焼結温度で焼成することにより得ることが
できる。このようなセラミック基板としては特に限定さ
れず、例えば、アルミナ等の酸化物系セラミックス基
板；窒化珪素、窒化アルミニウム等の非酸化物系セラミ
ックス基板等が挙げられる。これらのうち、上記窒化ア
ルミニウムが、放熱性に優れているの好ましい。上記窒
化アルミニウには、焼結助剤として酸化イットリウム等
の酸化物を添加してもよい。

【００１１】上記セラミック基板の表面粗さは、Ｒｍａ
ｘで１μｍ未満であることが好ましい。１μｍ以上であ
ると、高周波数の信号を伝搬させた場合に伝搬遅延が発
生し、また、エッチング処理を施す際に、上記チタン及
びクロムのうち少なくとも１種の金属からなる層並びに
上記銅層が上記セラミック基板表面に残存する。より好
ましくは、０．００１〜０．３μｍである。０．００１
μｍ未満であると、研磨のためのコストがかさみ、量産
に適さない。

【００１２】上記セラミック基板の表面粗さを１μｍ未
満に調製する方法としては特に限定されず、例えば、コ
ロイダルシリカ、ダイヤモンドペースト、炭化珪素等の
研磨剤を用いたポリシングを使用する方法等を採用する
ことができる。

【００１３】上記セラミック基板は、スルーホールが形
成されているものであってもよい。上記スルホールが形
成されることにより、上記セラミック基板の表面及び裏
面を電気的に接続することができる。また、上記スルー
ホールをいわゆるサーマルビアとし、ＩＣチップから発
生する熱を裏面に形成された放熱領域へ伝達させること
ができる。上記スルーホールは、伝搬損失が小さくなる
ので、上記セラミック基板に対してできるだけ直角に形
成させることが好ましい。

【００１４】上記チタン及びクロムのうち少なくとも１
種の金属からなる層は、上記セラミック基板として上記
酸化物系セラミックス基板が用いられる場合には、酸化
物を形成することにより、上記セラミック基板に対して
優れた密着性を示す。また、上記セラミック基板として
上記非酸化物系セラミックス基板が用いられる場合に
は、上記セラミック基板に対して必要充分な密着性を示
す一方で、酸化物を形成しないので、必要以上に癒着す
ることがない。従って、エッチング処理を施す際に、上
記セラミック基板表面に残存することがないので、本発
明のセラミック配線基板の表面絶縁抵抗を低下させるこ
とがない。

【００１５】上記セラミック基板表面に、上記チタン及
びクロムのうち少なくとも１種の金属からなる層を設け
る方法としては特に限定されず、例えば、スパッタリン
グ等の物理的手段を採用することができる。この場合に
おいて、上記チタン及びクロムのうち少なくとも１種の
金属からなる層は、上記セラミック基板表面の全面に設
ける。

【００１６】上記チタン及びクロムのうち少なくとも１
種の金属からなる層を設ける場合においては、上記スパ
ッタリングは、０．５〜１．０Ｐａのアルゴンガス中、
２００〜１０００Ｗの印加電圧で、ＲＦ又はＤＣ電源を
用いて行うことが好ましい。

【００１７】上記チタン及びクロムのうち少なくとも１
種の金属からなる層は、０．０５〜０．２μｍであるこ
とが好ましい。０．０５μｍ未満であると、上記セラミ
ック基板に対する充分な密着性が得られず、０．２μｍ
を超えると、エッチング処理による溶解除去が困難とな
る。

【００１８】上記銅層は、上記チタン及びクロムのうち
少なくとも１種の金属からなる層に比べて抵抗値が小さ
いので、上記銅層のさらに上層に積層されるめっき層を
形成する際の電路確保のために設けられるものである。
上記チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属から
なる層の上層に、上記銅層を積層する方法としては特に
限定されず、例えば、スパッタリング等の物理的手段を
採用することができる。この場合において、上記銅層
は、上記チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属
からなる層の全面に設ける。上記銅層を積層する際にお
いては、上記スパッタリングは、アルゴンガス中、２０
００〜５０００Ｗの印加電圧で、ＤＣ電源を用いて行う
ことが好ましい。

【００１９】上記銅層は、０．０５〜１．０μｍである
ことが好ましい。０．０５μｍ未満であると、めっき層
を形成する際の電路としての電気伝導性が充分でなく、
１．０μｍを超えると、エッチング処理による溶解除去
が困難となる。

【００２０】本発明においては、次に、図１の（ニ）に
示すように、導体回路を形成しようとする部分を除く部
分に感光性樹脂からなるめっきレジスト層をフォトリソ
グラフィー法により積層する。上記チタン及びクロムの
うち少なくとも１種の金属からなる層並びに上記銅層が
積層された上記セラミック基板の導体回路を形成しよう
とする部分を除く部分に、上記感光性樹脂からなるめっ
きレジスト層を積層するには、例えば、ポジ型フォトレ
ジスト又はネガ型フォトレジストを上記チタン及びクロ
ムのうち少なくとも１種の金属からなる層並びに上記銅
層が積層された上記セラミック基板表面全面に塗布し、
これを露光、現像することにより実施することができ
る。

【００２１】具体的には、例えば、上記チタン及びクロ
ムのうち少なくとも１種の金属からなる層並びに上記銅
層が積層された上記セラミック基板表面全面にネガ型フ
ォトレジストを塗布した後、導体回路が描画されたフォ
トマスクを設置し、露光、現像することにより、導体回
路を形成しようとする部分を除く部分に塗布された上記
ネガ型フォトレジストのみを光硬化させ、導体回路を形
成しようとする部分に塗布された未硬化の上記ネガ型フ
ォトレジストを洗い流すことにより、導体回路を形成し
ようとする部分を除く部分にめっきレジスト層を積層す
ることができる。

【００２２】上記めっきレジスト層は、０．１〜５μｍ
であることが好ましい。０．１μｍ未満であると、上記
めっきレジスト層が剥離しやすく、５μｍを超えると、
現像しにくい。

【００２３】本発明においては、次に、図１の（ホ）に
示すように、導体回路を形成しようとする部分にめっき
層を電解めっきあるいは無電解めっきにより積層して導
体回路を形成する。本発明においては、上記めっき層の
積層は、析出速度の観点から、電解めっきにより実施さ
れるが、無電解めっき等のその他の定法により実施する
ことも可能である。また、上記電解めっきとしては、電
解銅めっきが好適に実施される。上記電解銅めっきは、
硫酸銅めっき浴にて、０．１〜０．７μｍ／分の析出速
度にて行うことにより実施することができる。

【００２４】上記電解めっきによれば、形成される導体
回路に充分な厚みを付与することができ、また、スパッ
タリングで形成するよりも抵抗値が低い導体回路を形成
することができる。さらに、短時間で安価に導体回路を
形成することができる。上記めっき層は、導体回路の抵
抗値を低くするために、１〜２０μｍであることが好ま
しい。

【００２５】本発明においては、上記めっき層は、上記
めっきレジスト層の１．２倍以上の厚みを有するもので
あることが望ましい。上記めっき層の断面積が大きくな
り、導体回路の抵抗値を低下させることができる。より
望ましくは、２倍以上であり、さらに好ましくは、３倍
以上である。

【００２６】本発明においては、上記めっき層が上記め
っきレジスト層よりも厚くなるように、上記めっき層の
積層を上記めっきレジスト層の厚みを超えても続ける。
従って、上記めっき層は上記めっきレジスト層の開口部
から盛り上がり、図１の（ホ）に示すような形状とな
る。すなわち、本発明においては、上記めっき層は、そ
の上面が曲面を有するものとなる。めっき層のうち、め
っきレジスト層間に形成された部分が下層部分であり、
めっきレジスト層の厚みを超えて形成された部分が上層
部分である。前述のようにめっき層の厚みは、下層部分
の厚みの１．２倍以上、望ましくは３倍以上であること
が望ましい。

【００２７】本発明においては、図１の（ヘ）に示すよ
うに、上記めっき層の上面は、ニッケル層及び金層によ
り被覆されている。このため、上記めっき層が銅めっき
層である場合に発生するマイグレーションを防止するこ
とができる。上記ニッケル層は、上記めっき層と上記金
層との密着性を向上させる機能を有するものである。上
記金層は、耐酸化性、耐腐食性等に優れており、また、
金は銅に比べて、半田に対してよくなじむので、本発明
のセラミック配線基板へのＩＣチップ等の搭載がより有
利となる。

【００２８】上記めっき層の上面を上記ニッケル層及び
上記金層により被覆する方法としては特に限定されず、
例えば、電解めっき、無電解めっき等を採用することが
できる。具体的には、上記ニッケル層は、例えば、スル
ファミン酸ニッケル浴により形成させることができ、上
記金層は、シアン化金カリウム浴により形成させること
ができる。

【００２９】本発明においては、次に、図１の（ト）に
示すように、上記導体回路を除く部分の上記チタン及び
クロムのうち少なくとも１種の金属からなる層、上記銅
層をエッチング処理により、また、上記めっきレジスト
層を剥離又は溶解により除去することにより本発明のセ
ラミック配線基板を得る。上記エッチング処理において
は、上記チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属
からなる層並びに上記銅層は、例えば、塩化銅、塩酸、
フェリシアン化カリウム等の水溶液；フッ酸と硝酸の混
合酸等のエッチング液で溶解除去することができる。ま
た、上記めっきレジスト層は、例えば、塩化メチレン等
のレジスト剥離液で溶解除去することができる。

【００３０】本発明のセラミック配線基板は、信号周波
数１ＧＨｚ以上で特に有効に用いられる。本発明のセラ
ミック配線基板は、めっき層の厚さをめっきレジスト層
の厚さと同じにする従来の技術常識を覆し、めっき層が
めっきレジスト層開口部からはみ出して形成されたもの
である。このため、めっき層の上面は曲面となり、ま
た、めっき層の上部はめっきレジスト層開口部よりも広
い面積を有することとなる。従って、めっき層の厚さ及
び断面積が充分に確保されており、めっき層からなる導
体回路の抵抗値は非常に低いものとなる。

【００３１】また、本発明のセラミック配線基板は、導
体回路の表面がニッケル層及び金層により被覆されてい
るので、めっき層を銅めっき層とした場合に発生するマ
イグレーションが起こらない。銅めっき層がなぜマイグ
レーションを起こしやすいのかは必ずしも明確ではない
が、めっき層はスパッタ層に比べて厚いので、雰囲気の
影響を受けやすく、また、銅めっき層は結晶性であり、
スパッタ等の物理的手段により形成された非結晶性の銅
層よりもイオン化しやすいためであると考えられる。本
発明のセラミック配線基板は、めっき層の表面がニッケ
ル層及び金層で被覆されているので、高温、高湿度条件
下での銅めっき層のイオン化が防止されており、マイグ
レーションの発生が抑制されていると考えられる。

【００３２】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるも
のではない。

【００３３】実施例１ 窒化アルミニウム粉末（平均粒径１．１μｍ）１００重
量部、酸化イットリウム（平均粒径０．４μｍ）４重量
部、バインダー（アクリル系樹脂）１２重量部及び溶剤
（アルコール類）２５重量部を混合してペーストを調製
した後、ドクターブレード法にてシート状に成形し、さ
らにパンチングで孔を開けて、セラミックシートを得
た。得られたセラミックシートを１７００〜１９００℃
で焼成して、口径３００μｍの貫通孔を持つ、厚さ０．
８〜１．０μｍの窒化アルミニウム基板を得た。窒化ア
ルミニウム基板を、コロイダルシリカを研磨剤に用いた
ポリシングで研磨して、その表面粗さをＲｍａｘで０．
３μｍに調整した。なお、表面粗さの測定は、走査型表
面粗さ計によった。

【００３４】クロムを逆スパッタ後にアルゴンガス中、
ＲＦ電源を用いて、窒化アルミニウム基板全体にスパッ
タリングして、厚さ０．１μｍのクロム層を形成した。
銅をアルゴンガス中、ＤＣ電源を用いて、クロム層が形
成された窒化アルミニウム基板全体にスパッタリングし
て、厚さ０．６μｍの銅層を形成した。

【００３５】クロム層及び銅層が積層された窒化アルミ
ニウム基板全体に、ネガ型のフォトレジストを塗布し乾
燥させた。次いで、導体回路部が描画されたフォトマス
クを積層し、露光、現像して、導体回路部以外の部分に
厚さ１μｍのめっきレジスト層を設けた。

【００３６】硫酸銅めっき液を用いて、０．５μｍの析
出速度で、電解銅めっきを施した。電解銅めっき層の厚
さは５μｍであり、めっきレジスト層から４μｍ盛り上
がっていた。めっきレジスト層の導体回路幅（電解銅め
っき層の下層）は、１μｍであり、めっきレジスト層か
ら盛り上がっている部分（電解銅めっき層の上層）は、
４μｍであった。

【００３７】スルファミン酸ニッケル浴及びシアン化金
カリウム浴を行って、厚さ１．５μｍのニッケルめっき
層及び厚さ１．５μｍの金めっき層を積層した。塩化メ
チレンにてめっきレジスト層を剥離した。次に、塩酸及
び硫酸銅水溶液にてめっきレジスト層の下のクロム層及
び銅層を溶解除去し、セラミック配線基板を得た。

【００３８】比較例１ ニッケルめっき層、及び、金めっき層を積層しなかった
こと以外は、実施例１と同様にしてセラミック配線基板
を得た。

【００３９】比較例２ めっきレジスト層の厚さを６μｍとしたこと以外は、実
施例１と同様にしてセラミック配線基板を得たが、めっ
きレジストに現像残りが見られた。

【００４０】実施例及び比較例１で製造したセラミック
配線基板について、ＨＨＢＴ（Ｈｉｇｈ Ｈｕｍｉｄｉ
ｔｙ Ｂｉａｓ Ｔｅｓｔ）試験の前後の表面抵抗値を
測定した。表面抵抗の測定方法は、等間隔の２本の配線
を粗密に配したパターンにて１００Ｖの印加電圧をか
け、その抵抗を測定した。ＨＨＢＴ試験の条件は、温度
８０℃、湿度８５％、バイアス５Ｖを印加し、試験前後
の表面の絶縁抵抗を測定した。測定結果を表１に記載し
た。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【発明の効果】本発明のセラミック配線基板は、上述の
構成からなるので、高温、高湿度条件下においてもマイ
グレーションが発生して導体回路間がショートすること
がなく、また、導体回路の抵抗値が低いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック配線基板の製造方法の一例
の概要を示す断面概略図である。

【図２】本発明のセラミック配線基板の導体回路の金属
組織を示す電子顕微鏡写真である。

【図３】本発明のセラミック配線基板の導体回路の断面
の金属組織を示す電子顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１ セラミック基板 ２ チタン及びクロムのうち少なくとも１種の金属から
なる層 ３ 銅層 ４ めっきレジスト層 ５ めっき層 ６ ニッケル層 ７ 金層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板表面に、チタン及びクロ
   ムのうち少なくとも１種の金属からなる層と銅層とがこ
   の順に積層され、さらにその銅層上に形成されためっき
   層からなる導体回路が形成されてなるセラミック配線基
   板であって、前記めっき層は、その上面が曲面を有する
   とともに、線幅の異なる上層部分と下層部分とからな
   り、前記上層部分の幅が前記下層部分の幅よりも大きく
   形成され、その上層部分はニッケル層及び金層により被
   覆されてなることを特徴とするセラミック配線基板。
2. 【請求項２】 前記めっき層の厚みは、めっき層の下層
   部分の厚みの１．２倍以上である請求項１に記載のセラ
   ミック配線基板。
3. 【請求項３】 セラミック基板表面に、チタン及びクロ
   ムのうち少なくとも１種の金属からなる層と銅層とをこ
   の順に積層した後、導体回路を形成しようとする部分を
   除く部分に、感光性樹脂を露光現像処理することにより
   めっきレジスト層を積層し、さらに導体回路を形成しよ
   うとする部分にめっき層を無電解めっきにより積層して
   導体回路を形成し、そして前記導体回路を除く部分のめ
   っきレジスト層を除去し、さらに前記チタン及びクロム
   のうち少なくとも１種の金属からなる層、前記銅層をエ
   ッチング処理により除去することにより得られるセラミ
   ック配線基板であって、前記めっき層を積層するにあた
   って、前記めっき層は、めっきレジスト層の厚さ以上の
   厚みを有するものであり、前記めっき層は、その上面が
   曲面を有するものであり、前記めっき層の上面は、ニッ
   ケル層及び金層により被覆されていることを特徴とする
   セラミック配線基板。
4. 【請求項４】 前記めっき層の厚みは、めっきレジスト
   層の厚さの１．２倍以上である請求項３に記載のセラミ
   ック配線基板。