JP2760107B2 - セラミックス基板の表面構造およびその製造方法 - Google Patents

セラミックス基板の表面構造およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電子部品等を搭載させるためのセラミッ
クス基板に関するものであり、特に耐熱性に優れたセラ
ミックス基板の表面構造およびその製造方法に関するも
のである。
［従来の技術］ 電子部品の実装や封止を行なうために、セラミックス
基板の表面にメタライズ処理を施す。従来から行なわれ
ている典型的な例として、アルミナ等のセラミックス基
板上にＷ、Mo等の高融点金属を焼付け、さらにその上に
Niメッキ層を形成し、さらにその上にAuメッキ層を形成
したものがある。Niメッキ層は、電子部品等の半田付け
に便宜を与えるとともに、下層のメタライズ層を保護す
る役目を果たす。Auメッキ層は、下層のNiメッキ層の酸
化を防止することによって、Niメッキ層と電子部品との
間に良好な接続をもたらし、それによって電子部品等の
信頼性を良好に保つ役目をする。
［発明が解決しようとする課題］ Auメッキ上に半田を用いて素子等を接着する場合、セ
ラミックス基板またはセラミックス基板の表面を加熱す
ることになるが、この加熱によって最上層のAuが変色
し、良好な接着が得られないということがあった。Auメ
ッキ層の変色は、Niメッキ層中のNiが加熱によってAuメ
ッキ層中に拡散し、大気中から侵入した酸素と結合して
Ni酸化物を生成することが原因であると考えられる。
上記問題点を回避するために、一般的には、Auメッキ
層の厚みを約２μｍ程度と厚くすることが行なわれてい
る。しかし、コスト低減のためには、Auメッキ層の厚み
を小さくすることが望まれる。
特開昭59−114846号公報は、Niメッキ層中のNiのAuメ
ッキ層への拡散を抑制する方法を開示している。具体的
には、Niメッキ層を形成した後、このNiメッキ層を還元
性雰囲気中で900℃から1400℃までの温度範囲で熱処理
することによってNiメッキ層の耐熱性を向上させようと
している。
しかしながら、上記方法によっても、Auメッキ層の変
色を十分に防止することはできない。特に、Auメッキ層
の厚みが１μｍ以下である場合には、電子部品等を接着
する際Auメッキ層が変色してしまう。
この発明は上述のような状況を鑑みてなされたもので
あり、その目的は、Ni層中のNiのAuメッキ層中への拡散
を抑制するとともに、Auメッキ層の厚みを小さくするこ
とのできるセラミックス基板の表面構造およびその製造
方法を提供することである。
［課題を解決するための手段］ この発明に従ってセラミックス基板の表面構造は、セ
ラミックス基板の表面に表面から順にAu層、NiAu合金
層、Ni層、高融点金属層を形成したものである。Au層の
厚みは１μｍ以下である。NiAu合金層のNi層に対する厚
みの比は、1/2以下である。
この発明に従ったセラミックス基板の表面構造の製造
方法は、セラミックス基板の表面に、下から順にメタラ
イズ層、Ni層およびAu層を形成し、上記基板を非酸化性
雰囲気中で加熱することによってNi層とAu層との間で合
金化反応を生じさせ、その後、NiAu合金層の上にAuメッ
キ層を形成することを特徴とする。
［発明の作用効果］ この発明では、Auメッキ層の下にNiAu合金層が位置し
ている。NiAu合金層中のNiは容易に離脱しないので、Au
メッキ層中へのNiの拡散は極力防止される。したがっ
て、Auメッキ層の厚みを小さくすることができる。
［実施例］ この発明に従ったセラミックス基板の表面構造を得る
ための具体的な処理方法の一例を以下に説明する。
まず、セラミックス基板上にメタライズ層を形成す
る。メタライズ層を形成する金属としては、たとえば、
Ｗ、Mo等の高融点金属が採用され得る。高融点金属層の
上にメッキ層を形成するようにしてもよい。メタライズ
層の形成方法としては、蒸着法、イオンプレーティング
法、スパッタ法等も採用され得る。
次に、メタライズ層の上に、Ni層を形成する。Ni層を
形成する方法として種々の方法が考えられるが、好まし
くは、電解メッキ法が採用される。あるいは、無電解メ
ッキ法が採用される。しかし、メッキ法に限定されず、
蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法などによ
ってNi層を形成してもよい。
次に、Ni層の上に、Au層を形成する。この場合、常法
のメッキ法によってAuメッキ層を形成してもよく、ある
いは、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法な
どによってAu層を形成してもよい。なお、メタライズ層
上に直接Ni層を形成せず、他の金属層を形成した後に、
Ni層を形成してもよい。
前述のNi層およびAu層は、共に、全面にわたってでき
るだけ均一の厚みを有するのが望ましい。それらの層が
不均一な厚みを有しているならば、色むらの発生につな
がる恐れがある。Ni層の厚みに対するAu層の厚みの比率
は、好ましくは1/2以下、最も好ましくは1/10以下とさ
れる。Au層の厚みがこの比率よりも大きくなれば、後に
述べる合金化処理によっても、良好な合金層を得るのが
困難になる。
次に、その上にメタライズ層、Ni層およびAu層を有す
るセラミックス基板を500℃以上の非酸化性雰囲気中で
４分から５分間加熱することによって、Ni層とAu層との
間で合金化反応を生じさせる。この加熱処理によって、
最上層としてNiAu合金層が形成される。前述したよう
に、最も好ましくはNi層の厚みに対するAu層の厚みの比
率が1/10以下であるので、Ni層の全厚みのうち、せいぜ
い1/10程度の厚みの部分がNiAu合金層の形成に寄与し、
残りの9/10程度の厚みの部分がNi層として残る。したが
って、Ni層に対するNiAu合金層の厚みの比率は確実に1/
2以下である。
次に、NiAu合金層の上に、常法のメッキ法によってAu
メッキ層を形成する。好ましくは、Auメッキ層を形成す
る方法として、電解メッキ法または無電解メッキ法が採
用される。Auメッキ層の厚みが大きいほど耐熱性は向上
する。しかし、下層のNiAu合金層がNiの離脱を抑制する
ので、Auメッキ層中へのNiの拡散は極力防止される。し
たがって、Auメッキ層の厚みが1.0μｍ以下であって
も、電子部品等の接着の際の加熱時にAuメッキ層が変色
するということは生じない。接着のための加熱処理は、
通常、450℃×３分間の条件である。NiAu合金層がNiの
離脱を抑制するので、一般的には、Auメッキ層の厚みは
0.2μｍ程度で十分である。いずれにしても、Auメッキ
層の厚みは必要な特性に応じて決定される。
実施例 Ｗメタライズを施した16個のAlN基板を用意した。各
基板上には、それぞれ条件を変えて、まずNiメッキ層を
形成し、さらにその上にAuメッキ層を形成した。第１表
には、各試料に対応するメッキ層の厚みが記載されてい
る。
No.9の試料を除いて、15個の試料に対して加熱温度条
件を変えて水素気流中で加熱処理を施し、Niメッキ層と
Auメッキ層との間に合金化反応を生じさせた。最終的
に、各試料に対して、最上層としてAuメッキ層を形成し
た。
各試料に対して、最上層のAuメッキ層の変色を評価し
た。この評価は、最終的に得られた試料を、450℃の大
気中で５分間加熱処理を行ない、この加熱後の最上層Au
メッキ層の変色を観察したものである。第１表中、
「○」は変色がなかったことを示し、「△」はやや変色
があったことを示し、「×」はかなり変色したことを示
す。
なお、No.15の試料に関しては、スパッタ法によって
４μｍの厚みのNi層を形成し、さらにその上にメッキ法
によって0.2μｍの厚みのAuメッキ層を形成した。No.16
の試料に関しては、スパッタ法によって４μｍの厚みの
Ni層を形成し、さらにその上にスパッタ法によって0.2
μｍの厚みのAu層を形成した。また、No.14の試料に関
しては、変色はなかったが、色むらが観察された。
変色の度合が大きかったNo.9の試料に注目してみる
と、この試料に対しては合金化処理のための加熱が行な
われていなかった。このことが原因で最上層のAuメッキ
層がかなり変色したものと考えられる。
No.1の試料は、最上層のAuメッキ層の厚みが他の試料
に比べてかなり小さい。最上層のAuメッキ層の厚みが小
さすぎたために、やや変色したものと考えられる。
No.6の試料に関しては、合金化処理のための加熱温度
が他の試料に比べて低い。この低い温度条件が原因とな
って変色を起こしているものと考えられる。
No.10の試料に関しては、Niメッキ層の厚みが他の試
料に比べてかなり小さい。このことが原因となって最上
層のAuメッキ層に対して変色を生じさせているものと考
えられる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックス基板の表面に表面から順にAu
    層、NiAu合金層、Ni層、高融点金属層を形成したセラミ
    ックス基板の表面構造であって、 前記Au層の厚みは１μｍ以下であり、 前記NiAu合金層の前記Ni層に対する厚みの比が1/2以下
    であることを特徴とする、セラミックス基板の表面構
    造。
  2. 【請求項２】セラミックス基板の表面に、下から順にメ
    タライズ層、Ni層およびAu層を形成し、 前記基板を非酸化性雰囲気中で加熱することによってNi
    層とAu層との間で合金化反応を生じさせ、その後 NiAu合金層の上にAuめっき層を形成することを特徴とす
    る、セラミックス基板の表面構造の製造方法。
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