JPS62198193A - セラミツクス配線板の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ この発明は、電子基材として使用されるセラミックス配
線板に関する。

［背景技術］ セラミックスへのメタライジングには、テレフンケン法
、活性金属法、厚膜法、薄膜法、めっき法等、従来より
種々の方法がとられている。この中でめっき法は、 ■　金属単体をセラミックス基板に直結メタライズでき
るため、得られる金属層は高導電性を示す、 ■　金属層の膜厚制御が広範囲にわたって容易に行える
、 ■　スルーホールのメタライジングも容易で信頼性が高
い、゛ ■　微細パターン形成が可能である、 等のメリットがあるため、実用化の研究がなされている
。

従来、めっき法によるセラミックス配線板は、つぎのよ
うな（１）〜（５）の操作を順次行うバッチ式プロセス
により製造されていた。

ｆｌ）　　セラミックス基板の準備 （２）基板の表面粗化処理 （３）基板の洗浄、乾燥処理 （４）　　基板表面の活性化処理 （５）無電解めっき処理 以上のような、（１）〜（５）のプロセスを経て、セラ
ミックス配線板が得られるが１、これらのプロセスによ
って配線板を製造するに当たっては、前述のようにバッ
チ処理を行っていたため、ロフトごとの特性のバラツキ
が大きく、歩留の低下、ひいてはコストアップが避けら
れず、これらの改善が望まれていた。

［発明の目的］ この発明は、このような現状に鑑みてなされたものであ
り、セラミックス配線板を製造するにあたり、特性のバ
ラツキが少なく、低コストで製造できるセラミックス配
線板の製造方法を提供することを目的としている。

［発明の開示］ この発明は、金属を受容するようにセラミックス基板の
表面を活性化処理し、その処理表面に無電解めっきによ
り金属を析出させる工程を含むセラミックス配線板の製
法であって、 （１）アルカリ金属化合物からなる粗面化処理剤を基板
表面に塗布する塗布工程、 （２）基板表面を粗面化処理する反応工程、（３）基板
表面に付着したアルカリを中和する中和工程、 （４）粗面化された基板表面に、無電解めっき用の触媒
を付与する活性化工程、 （５）触媒が付与された表面の一部または全部に無電解
めっきを施すめっき工程、 を順次含ましめた連続的工程からなることを特徴とする
セラミックス基板の製法を提供するものである。

なお、本発明を実施するに先立って、焼結セラミックス
基板の準備が必要であるが、焼結基板の材質としては、
アルミナ、フォルステライト、ステアタイト、ジルコン
、ムライト、コージライト、チタニア等の酸化物系セラ
ミックスが主として使用されるが、炭化物系および窒化
物系セラミックス基板もあり、これらの何れも対象とな
し得る。しかし、この発明においては、アルカリ化合物
からなる粗面化処理剤により粗面化がされ易いものが対
象として好ましい。通常はアルミナ（Ａβ、０３）が使
用されるが、特にアルミナの中に助剤としてシリカ、酸
化カルシウム、酸化マグネシウム等を含有するものが、
粗面化がされ易く好ましい。

以下、各工程を詳しく説明する。

（１）アルカリ金属化合物からなる粗面化処理剤を基板
表面に塗布する塗布工程 セラミックス基板面の粗面化処理を行う。これは、アン
カー効果を有効に作用させるために行うものである。粗
面化処理に用いる処理剤としては、Ｈ，ＰＯ４、ホウ砂
、Ｖ２．０．５、ＨＰ、アルカリ金属化合物等の溶液、
融液があげられるが、この中でセラミックス基板の粗面
化を深く行うことなく、基板のごく表層を緻密に粗面化
することのできるアルカリ化合物を用いることが望まし
く、アルカリ化合物としては、水酸化物、炭酸塩および
硫酸水素塩およびこれらの混合物を使用するのが好まし
い。これらの１種または２種以上のアルカリ化合物の熔
融物に、セラミックス基板を浸漬し、加熱処理するとい
う方法で粗面化処理を行う。

一般に、セラミックスを焼結させる際には母材以外に、
焼結助材として５ｉＯ１，ＭｇＯ等を１〜８％程度添加
する。しかし、焼結後のセラミックス表層部のごく薄い
部分では、焼結助材の割合が５０％と非常に高くなって
いる。

このように、セラミックス基板表層に局在しているＳｉ
Ｏ，、ＭｇＯなどとアルカリ化合物の溶液あるいは融液
とを反応させ、また、直接Ａｌ２Ｏ３とも反応させてエ
ツチングすることにより粗面化がなされる。

本発明における粗面化処理剤は、アルカリ化合物を使用
する。アルカリ化合物としては水酸化ナトリウム等の水
酸化物、炭酸ナトリウム等の炭酸塩、硫酸水素ナトリウ
ム等の硫酸水素塩等が使用される。なお、これらは単独
でも２種以上併用しても良い。いずれにしても、従来か
ら使用されているアルカリ化合物の範順に属する粗面化
処理剤を使用することが可能である。

なお、得られる粗面化程度のコントロールは、アルカリ
化合物溶液のアルカリ化合物の濃度を調節することによ
り行なう。その−例を第６図のグラフに示す。このグラ
フには、基板に塗布される水酸化す）　ＩＪウムの濃度
を変化させ、反応工程において４５０℃−１５分の処理
を行なった時の基板の表面粗さくＲｍａｘ）の変化が示
されている。

なお、パラメータはアルミナ基板のアルミナ含有量であ
る。

第６図から電解されるように、水溶液中の水酸化ナトリ
ウム濃度を増やすことにより、ＲｖｇａｘＯ値は増加す
る。なお、水１００ｇに対する水酸化ナトリウムの溶解
度は、２５℃では１１４ｇであるが、もっと多量に熔か
したい場合には、液温を上げれば、さらに多量の水酸化
ナトリウムを溶かすことができる。

（２）基板表面に付着したアルカリを中和する中和工程 本発明においては、溶融アルカリ化合物によりセラミッ
クス基板表面を粗化するので、処理後の基板表面にはア
ルカリ分が残留している。そこで、セラミックス基板表
面を温水、水、酸等で洗浄した後、よく水洗し、要すれ
ば乾燥する。

（３）　　粗面化された基板表面の活性化工程基板表面
に無電解めっきの受容体となる触媒付与を行って活性化
する工程である。この工程は、使用する活性化処理剤の
種類によっては、センシタイジング工程とアクチベーシ
ッン工程の２工程に分割される。そして２分割した工程
を採用する場合は、その中間に水洗工程を付加する。

触媒付与は；たとえば塩化第一錫溶液と塩化パラジウム
溶液を用いたセンシタイジング・アクチベーシッン法に
より、セラミックス基板表面に、たとえば金属パラジウ
ムを析出させる方法が採用される。その後、銅あるいは
ニッケル等の導体層を形成するためのメタライジング、
すなわち無電解めっきを行う。

（５）触媒が付与された表面の一部または全部に無電解
めっきを施すめっき工程 無電解めっきは、たとえば基板上に金属パラジウム等の
触媒の付与を行った後、通常の化学めっき液（たとえば
銅、ニッケル等のめっき液）に浸漬することにより０．
８〜１０μｍ程度の厚さの銅等の化学めっき層を形成す
る。高周波回路やディジタル信号回路のように微弱電力
用の配線基板として使用する場合には、この無電解めっ
きだけで充分であるが、大電力用の配線板として用いる
場合には、さらに金属層の厚みを増やす必要があり、電
解めっきにより銅あるいはニッケル等の厚付けを行う。

（６）回路パターンの形成 本発明においてセラミックス配線基板と称するのは、具
体的電気回路を形成する前の金属面を有するセラミック
ス基板を指しているものとする。

故に、前記工程の連続実施により得られたセラミックス
配線板を実用するためには、最終的には回路パターンの
形成が必要である。この工程は、本発明と連続させた工
程によって実施しても良く、別の工程で実施しても良い
。回路の形成方法は、一般に用いられているサブトラク
ティブ法による、回路形成はサブトラクティブ法以外に
、アディティブ法、セミアディティブ法も勿論ｉ内用で
きる。これらの方法で回路形成を行う場合には、得られ
たセラミックス配線板の表面に、めっきレジストを所望
のパターン通りに施し、不要の導電体の部分をエツチン
グ等により除去するというプロセスを付は加える。

なお、回路形成は、たとえば従来のサブトラクティブ法
により行う。第１図では、フォト法によるサブトラクテ
ィブ回路形成法を示したが、スクリーン印刷による回路
形成を行ってもさしつかえない。回路形成には、サブト
ラクティブ法以外にアディティブ法、セミアディティブ
法も通用できる。これらの方法による場合には、めっき
工程の前に、めっきレジストを所望のパターン通りに施
すという工程を入れることによって行うことができる。

以上の回路形成においても、キャリングベルト１による
連続化を行うことが窒ましい。

以上、要するにこの発明は、前記（１）〜（５）の各工
程を連続的に結合した点に特徴を有する。なお、さらに
必要に応じてその他の工程を付加することは自由である
。

つぎに、製造プロセスを説明する。第１図は、本発明に
係るセラミックス配線板の製造プロセスを例示的に示し
たブロック図であり、第８図は、単位の工程を実施する
装置を複数個連結して一つの連続装置を完成させた例を
示している。

連続処理を行う場合、セラミックス基板を搬送するため
にはキャリングベルトコンベア等を用いる。第２図（ａ
）はキャリングベルト１の一例を示すが、キャリングベ
ルト１の底部はメソシェ状１ａとなっている。キャリン
グベルト１の材質としては、一般に、ステンレス等の金
属上に耐酸、耐アルカリ性のある弗素樹脂（ポリフッ化
エチレン系樹脂）、ポリプロピレン等の樹脂をコートし
たものを用いるが、反応工程にはニッケル、ＳｕＳ等を
用いる。なお、水洗工程等の耐酸、耐アルカリ性が要求
されない工程に使用するものには弗素樹脂、ポリプロピ
レン等の樹脂コートはしなくてもかまわない。なお、第
２図（ｂ）は、キ鵞・リング′ベルトｌにセラミックス
基板２を載置した例を示す斜視図である。

第３図および第４図は、本発明において使用する装置の
一例を示す略図であり、実質的にこの２種の装置が複数
個連結されてセラミックス配線基板の製造プロセスが実
現され易。

第４図に示した装置は、粗面化処理の反応工程において
使用する反応炉であり、実際上基板粗面化のためにアル
カリ化合物で処理する反応工程のみに使用される。

第３図の装置は、前記反応工程における反応炉以外の、
液状の処理剤等を使用する幾つかのプロセスを実施する
ための装置として、複数連結されて使用される。そして
これらは、基板を各処理液に浸漬し、処理する場合のも
ので、その処理が水洗であれば処理槽３中に処理液とし
て水を入れ、中和であれば処理槽３中に処理液として酸
を入れて使用する。処理は、上記のキャリングベルト１
が処理槽３中に引き込まれ、各処理液に基板が浸漬され
、そして引き上げられた後、キャリングベルト１上の基
板２は次の工程に渡される。一方、空になったキャリン
グベルト１はエンドレス状に下方に回され、下部に設置
された超音波洗浄装置等を具備した超音波洗浄槽４によ
り、洗浄され、ついで乾燥機５により乾燥され、つぎの
基板の処理に備える。なお、処理槽３の材質には、塩化
ビニル樹脂を使用するが、耐酸、耐アルカリ性のあるも
のであれば、他の材質のものを使用してもかまわない。

また、活性化工程前までの水洗、アルカリ脱脂、洗浄、
中和の各工程においては、超音波洗浄を併用した方が効
果的である。

上述したものは、基板２を処理槽３中の処理浴に、浸漬
し、処理する場合のものであるが、必ずしも浸漬する必
要はなく、水洗、アルカリ化合物塗布、洗浄、中和工程
等は処理槽３の中を、キャリングベルト１が通過する時
に、ベルトの上下方向から水または処理液をスプレー等
により吹きつけて行ってもかまわない。

反応工程には第４図のようなマツフル炉６を用い、炉材
としてはニッケル、Ｓｕ　Ｓ　％耐火レンガ等を用いる
。炉内は、第７図のグラフに示すように、３つのゾーン
に分かれている。基板はキャリングベルト１により一定
の速度でマツフル炉６内を送られ、まず乾燥ゾーンに入
り、徐々に反応温度まで昇温される。この場合、アルカ
リ化合物溶液を使用している場合は、それに含まれる水
分を蒸発させる。つぎに、基板は反応温度に保たれた反
応ゾーンに入り、アルカリ化合物溶液または融液とセラ
ミックス基板表面が反応し、粗化される、さらに、除冷
ゾーンに進むことにより、基板は室温まで冷却される。

基板かつぎの工程に渡された後、キャリングベルト１は
、下部の洗浄槽４により洗浄され、乾燥機５により乾燥
され、つぎの基板の処理に備える。

めっき用の処理装置としては、第３図に示すように、基
板を連続的に処理槽３中に浸漬することのできるものを
用いるが、その間に含まれる洗浄槽（超音波洗浄槽４）
は、ベルトの上下方向からスプレーまたはシャワーによ
り、水を基板にかけて洗浄するような装置でもかまわな
い。

なお、電解めっきを行うには、第３ｒｙＪに示した装置
に電極を付加した装置を使用する。その状態が第５図に
示されている。すなわち、第５図はめっき槽内を説明す
る概略図であり、銅製のキャリングベルト９を使用し、
これが陰極になるようにしである。そして、キャリング
ベルト９の上下に銅製の陽極７．７が配置されている。

第８図は、電解めっき終了までの連続工程を含む本発明
実施例に係る装置の略図である。ここでは、１６個の単
位の装置が連結されていて、本発明にかかる製法を連続
的に実施できるようにしである。この図で１０はアルカ
リ脱脂工程であり、後の各工程において使用する処理剤
による濡れを良くするためのものである。１１は水洗工
程であり、アルカリ脱脂後のセラミックス基板面の洗浄
を行う。１２はアルカリ化合物塗布工程であり、セラミ
ックス基板面の粗化を行うための処理剤の塗布を行う。

１３は表面粗化のための反応工程であり、前の工程で塗
布したアルカリ化合物によりセラミックス基板表面を侵
食させる。１４は洗浄工程であり、１５は中和工程、１
６は水洗工程である。これらの工程は、表面粗化用に使
用した処理剤の除去のためのものである。１７はセンシ
タイジング工程、１Ｂは水洗工程、１９はアクチベイシ
ョン工程であり、１８の水洗工程はセンシタイジング工
程で使用する還元剤が後の工程に混入しないようにする
ための工程である。２０は水洗工程、２１は無電解めっ
き工程、２２は電解めっき工程であり、必要に応じて付
加する。２３は整面工程でありζ電解めっき後の金属面
の表面を研磨し、回路パターンを描くための準備の工程
である。２４は水洗工程、２５は乾燥工程であり、第３
図、第４図に示した装置の基本構造とは異なっていて、
単に乾燥ができる機能が備わっておれば良い、これらの
工程は、一つの工程で処理された基板が、つぎの工程に
送られるように各工程のキャリングベルトが配置されて
いる。第８図に例示した工程の数は限定的な趣旨ではな
く、必須的でない工程は省略可能である。また、この図
では活性化工程が、センシタイジング工程とアクチベイ
シジン工程に分割して記載しである。

つぎに、本発明にかかるセラミックス配線板の連続製造
法を実施例に基づき説明する。

〔実施例１〕 第１図に示したプロセスに従って実施した。このプロセ
スは連続的に実施できるような、連続装置として組み立
てられている。前述したように、セラミックス基板とし
ては酸化物系、炭化物系、窒化物系のいずれのセラミッ
クス基板も使用できるが、ここでは、９２．９６．９９
％Ａβ１０３コンテントの３種類のアルミナ基板を用い
た。

これらの基板を第２図（ａ）に示すような、キャリング
ベルト１にのせ、アルカリ脱脂を行なった。ＪＩ　ＪＩ
ＦＩのための装置は第３図に示すようなタイプのもので
、キャリングベルト１にのせた基板２を処理槽３中に浸
漬し、脱脂を行なった。

処理槽３には、２０〜３０　ｇ／１２のケイ酸ナトリウ
ム水溶液を入れ、処理時間は３〜５分であり、液温は２
５℃とした。

水洗は、第３図に示したような、超音波洗浄装置を具備
した水洗槽に浸漬し、３〜５分間洗浄し、つぎのアルカ
リ化合物の溶液の塗布も、浴中に基板を１〜２分間浸漬
することにより塗布した。

アルカリ化合物としては、前述のように、水酸化物、炭
酸塩、硝酸塩、硫酸水素塩、およびこれらの混合物を用
いるが、ここでは、１ｋｇ／１（２５℃）の水酸化ナト
リウム水溶液を処理浴として用いた。

つづいて、基板は第４図に示す反応炉に送られる。反応
条件は、４００〜６００℃の温度、５〜３０分の時間が
好ましいが、ここでは４５０℃、１５分の条件を用いた
。炉内の基板はキャリングベルト１により一定の速度で
送られ昇温・乾燥ゾーンを１０分間で通過し乾燥、予熱
される。つぎに、４５０℃に保持された反応ゾーンを１
５分間で通過し、この間にアルカリ化合物は融解し、ア
ルミナ基板と反応する。さらに、除冷ゾーンを１０分間
で通過し、室温まで冷却される。

また、反応条件を変更する場合には、反応ゾーンの温度
とベルトスピードを変え、時間を変更することにより所
望の条件を得る。

つぎに、洗浄工程および中和工程に移る。いずれも、先
の水洗と同様、超音波洗浄装置を併用した処理槽３中に
、キャリングベルト１に基板をのせたまま浸漬すること
により行なわれる。

洗浄手段としての処理槽３内には水を入れ、水に可溶な
反応生成物を熔解除去する。つぎの中和工程の処理８ｗ
３中には１０〜２０％の塩酸を入れ、この中を洗浄済み
の基板を潜らせて、余分のアルカリ分を中和する。なお
、本実施例においては、いずれの処理も３〜５分程度で
行なった。

つぎに、センシタイジング前の水洗に移る。この水洗は
、先の水洗と同様、水洗槽中の水の中に基板を３〜５分
間浸漬することにより行った。

つぎに、めっき工程に移る。まず、通常のセンシタイジ
ング・アクチベーション法により、基板表面に金属パラ
ジウムの付与を行なった。処理時間は、センシタイジン
グ２分、アクナベ−９５フ１分とした。その間の水洗お
よび化学めっき前の水洗′も約１分とした。なお、処理
方法は、各処理槽３中に、キャリングベルト１上に乗せ
たままの基板を浸漬する方法によった。

水洗した基板は、つぎの銅の化学めっき槽に送られる。

めっき液は、高速厚付はタイプのものを用い、この浴中
を、基板をのせたキャリングベルト１を移動させながら
浸漬して６５℃で３時間処理し、約１０μｍの化学めっ
き銅層を形成した。

なお、本実施例の場合、ベルトスピードは５ＣＩｌ／分
とした。処理槽は塩化ビニル樹脂を材料として用い、キ
ャリングベルトは弗素樹脂をステンレスにコートしたも
のを材料として用い、反応工程のキャリングベルトだけ
はニッケルを用いた。

以上により、特性バラツキの少ないセラミックス銅張板
を連続的に得た。

回路は、一般に行われているサブトラクティブ法で形成
することができた。

〔実施例２〕 センシタイジング・アクチベーシ目ン工程までは１、お
よび装置の材質、ベルトスピードは実施例１と同様の処
理を行ない、化学めっき処理はつぎのように変更した。

化学めっき液として、常温タイプの化学銅めっき液を用
い、ステンレス上に弗素樹脂をコートした。キャリング
ベルト上に、基板をのせたまま、めっき槽中を移動させ
、２５℃−２０分の処理条件で、０．８μｍの化学銅め
っき層を基板上に形成させた。

つぎに、基板を水洗槽中に１分程度キャリングベルト１
にのせたまま、浸漬し、潜らせた後、さらに１０％硫酸
水溶液中をキャリングベルトに乗せたままの基板を１〜
２分くぐらせ、化学銅めっき表面を活性化させた後、つ
ぎの硫酸銅めっき槽に送った。

ここで使用するキャリングベルトは、鋼材に弗素樹脂を
コートしたものを用い、給電部のみは弗素樹脂のコート
がなく、導電性が持たされている。その概略断面図を第
５図に示す。キャリングベルト１をはさんで上下に陽極
銅板があり、両面が同時に厚付めっきされる。めっき条
件としては、２５℃２Ａ／ｗ”−８０分とし、３５μｍ
の銅膜が形成される。

このようにして、３５μｍの銅の厚みをもち、特性バラ
ツキのない、セラミックス銅張板が、連続的に製造され
た。

なお、回路は、サブトラクティブ法によって行った。

〔実施例３〕 実施例１のアルカリ化合物の塗布、反応後の洗浄および
水洗工程において、処理槽中に浸漬する代わりに、キャ
リングベルト１が通過する処理槽３上で、そのベルト１
の上下に設置したスプレー等により、水または処理液を
吹きつけ、洗浄または塗布した。その他の装置、処理条
件等は、実施例１と同様にした。実施例１と同様の結果
が得られた。

［発明の効果］ この発明は、金属を受容するようにセラミックス基板の
表面を活性化処理し、その処理表面に無電解めっきによ
り金属を析出させる工程を含むセラミックス配線板の製
法であって、アルカリ金属化合物からなる粗面化処理剤
を基板表面に塗布する塗布工程、基板表面を粗面化処理
する反応工程、基板表面に付着したアルカリを中和する
中和工程、粗面化された基板表面に無電解めっき用の触
媒を付与するための活性化工程、触媒が付与された表面
の一部または全部に無電解めっきを施すめっき工程を順
次含ましめた連続的工程からなることを特徴とするので
、特性にバラツキのないセラミックス配線基板が連続的
に製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造工程の一例を示すブロック図
、第２図（ａ）はキャリングベルトの一例を示す斜視図
、第２図（ｂ）は基板を載置したキャリングベルトの一
例を示す斜視図、第３図は処理装置の一例を示す略図、
第４図は反応装置の一例を示す略図、第５図は電解めっ
き槽の一例を示す略図、第６図は苛性ソーダの濃度と処
理された基板の表面粗さとの関係を示すグラフ、第７図
は反応工程におけるゾーンと反応温度の関係を示すグラ
フ、第８図は本発明を連続工程として実現した例を示す
装置の略図である。 １はキャリングベルト ２はセラミックス基板 ３は処理槽 ４は洗浄槽 ５は乾燥機 ６はマンフル炉 ７は陽極 ８は無電解めっきセラミックス基板 ９は樹脂コートキャリングベルト 特許出願人　　　松下電工株式会社 代理人弁理士　　竹元敏丸（はが２名）第２図 （ａ） 第５図 第６図 へＬａＯＨ水溶勺避ｅ＋’＊’Ｗ＝　（２５”ｃ）　（
ｋｇ／ｌ）第７図 ｃＸＪｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属を受容するようにセラミックス基板の表面を
   活性化処理し、その処理表面に無電解めっきにより金属
   を析出させる工程を含むセラミックス配線板の製法であ
   って、アルカリ金属化合物からなる粗面化処理剤を基板
   表面に塗布する塗布工程、基板表面を粗面化処理する反
   応工程、基板表面に付着したアルカリを中和する中和工
   程、粗面化された基板表面に無電解めっき用の触媒を付
   与するための活性化工程、触媒が付与された表面の一部
   または全部に無電解めっきを施すめっき工程を順次含ま
   しめた連続的工程からなることを特徴とするセラミック
   ス配線板の製法。