(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスから成る絶縁基体表面に銅メタライズから成る配線導体を被着させて成るとともに該配線導体の表面に厚みが２〜１０μｍの銅めっき層を被着させた配線基板において、前記銅めっき層は、前記配線導体と接する面から少なくとも０．１μｍ以上の厚さ領域における結晶粒径を０．１〜０．３μｍとしたことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記銅めっき層の前記厚さ領域の外側領域における結晶粒径を０．５〜１．０μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁基体の表面に銅を主成分とする配線導体を被着させるとともにこの銅を主成分とする配線導体の表面に厚みが２〜１０μｍの銅めっき層を被着させて成る配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板として、酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表面にタングステンを主成分とするメタライズ層から成る配線導体を被着させてなる配線基板が多用されてきた。
【０００３】
このような配線基板においては、絶縁基体の表面に被着された配線導体の一端と電子部品の電極とを例えば半田を介して電気的に接続するとともに配線導体の他端と外部電気回路基板の配線導体とを半田を介して接続することによって、電子部品の電極が外部の電気回路に電気的に接続される。
【０００４】
しかしながら、この酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表面にタングステンメタライズによる配線導体を被着させてなる配線基板によれば、配線導体を形成するタングステンメタライズの電気抵抗率が約２０μΩ・ｃｍと高いことから配線導体に効率よく信号を流すことができない、あるいは配線導体に大電流を流すことができないという問題点を有していた。
【０００５】
そこで、この問題点を解消するために、ガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面に銅を主成分とする配線導体を被着させて成る配線基板が提案されている。
【０００６】
このガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面に銅を主成分とする配線導体を被着させて成る配線基板によれば、配線導体を形成する銅を主成分とする金属の電気抵抗率が約６μΩ・ｃｍと低いことから、配線導体に効率よく信号を流すことができるとともに配線導体に大電流を流すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面に銅を主成分とする配線導体を被着させて成る配線基板によれば、銅を主成分とする配線導体を銅メタライズにより形成してガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面に強固に被着させるために、銅メタライズ中に４〜８重量％のガラス成分を含有させる必要があり、このように４〜８重量％のガラス成分を含有させた場合には、銅メタライズを焼成する際にガラス成分の一部が銅メタライズ中を絶縁基体側に移動し、銅を主成分とする配線導体の表面に直径が１〜２μｍ程度の微小な窪みが多数形成されてしまう。
【０００８】
このような微小な窪みが銅を主成分とする配線導体の表面に多数あると、配線導体と電子部品の電極とを、あるいは配線導体と外部電気回路基板の配線導体とを半田を介して接続する場合に、配線導体と半田との濡れ性が低下し、銅を主成分とする配線導体と電子部品の電極や外部電気回路基板の配線導体との電気的接続を強固に行なうことができなくなる。
【０００９】
そこで、銅メタライズから成る配線導体に厚みが２〜１０μｍ程度の表面が平滑な銅めっき層を被着させ、この銅めっき層に電子部品の電極や外部電気回路基板の配線導体を半田を介して接続することが考えられている。
【００１０】
しかしながら、銅めっき層は一般にその結晶粒径が０．５  〜１．０  μｍ程度であり、そのため銅を主成分とする配線導体に銅めっき層を被着させた場合、銅めっき層が配線導体の表面に形成された直径が１〜２μｍ程度の微小な窪み内に良好に入り込めずに窪みを跨いで被着されてしまい、その結果、銅を主成分とする配線導体と銅めっき層との間に多数の微小な空隙が形成されてしまうという問題点があった。
【００１１】
そして、このような微小な空隙が銅を主成分とする配線導体と銅めっき層との間にあると、例えば配線基板の配線導体に電子部品の電極や外部電気回路基板を半田を介して接続する場合等に配線基板に熱が印加されると、その熱により空隙内に封入されためっき液等が気化膨張して、銅を主成分とする配線導体と銅めっき層との間に膨れや剥がれが発生してしまうという問題点を誘発していた。
【００１２】
本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、銅を主成分とする配線導体の表面に銅めっき層を両者の間に空隙を形成することなく被着させて、これらに熱が印加されたとしても銅を主成分とする配線導体と銅めっき層との間に膨れや剥がれが発生しない配線基板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、セラミックスから成る絶縁基体表面に銅メタライズから成る配線導体を被着させて成るとともにこの配線導体の表面に厚みが２〜10μｍの銅めっき層を被着させて成る配線基板において、前記銅めっき層は、前記配線導体と接する面から少なくとも0.1μｍ以上の厚さ領域における結晶粒径を0.1〜0.3μｍとしたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の配線基板によれば、銅メタライズから成る配線導体の表面に被着された厚みが２〜10μｍの銅めっき層は、その配線導体と接する面から少なくとも0.1μｍ以上の厚さ領域における結晶粒径を0.1〜0.3μｍとしたことから、この結晶粒径が0.1〜0.3μｍの銅めっき層領域が、銅を主成分とする銅メタライズから成る配線導体表面に形成された直径が１〜２μｍ程度の微小な窪み内に良好に入り込んで、銅めっき層を銅を主成分とする配線導体に隙間なく密着させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の配線基板を添付の図面を基に詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２は銅メタライズから成る配線導体、３は銅めっき層である。
【００１６】
絶縁基体１は、ガラスセラミックスや酸化アルミニウム質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ムライト質焼結体等の電気絶縁材料からなる略平板であり、その上面に半導体素子等の電子部品４が搭載される搭載部を有しており、搭載部には電子部品４が搭載される。
【００１７】
絶縁基体１は、例えばガラスセラミックスから成る場合、例えばアルミナ１８〜２４重量％・石英８〜１７重量％・コージェライト１３〜２５重量％・残部がホウ珪酸ガラスから成るガラスセラミックスから成り、７２〜７６重量％の酸化珪素・１５〜１７重量％の酸化ホウ素・２〜４重量％のアルミナ・１．５  重量％以下の酸化マグネシウム・１．１  〜１．４  重量％の酸化ジルコニウムと合量が２〜３重量％の酸化リチウム・酸化カリウム・酸化ナトリウムから成るホウ珪酸ガラス粉末に１８〜２４重量％のアルミナ粉末・８〜１７重量％の石英粉末・１３〜２５重量％のコージェライト粉末および適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合してスラリー状となすとともに、このスラリーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用してシート状となすことによってグリーンシート（生シート）を得、しかる後、このグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚を上下に積層してグリーンシート積層体となし、最後にこのグリーンシート積層体を約９００  ℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１８】
また、絶縁基体１はその上面の搭載部から下面にかけて銅を主成分とする多数の配線導体２が被着形成されており、この配線導体２の搭載部の部位には電子部品４の各電極が半田５を介して電気的に接続され、さらに、配線導体２の絶縁基体１下面の部位は図示しない外部電気回路基板に半田を介して電気的に接続される。
【００１９】
銅を主成分とする配線導体２は、例えば銅粉末に７２〜７６重量％の酸化珪素・１５〜１７重量％の酸化ホウ素・２〜４重量％のアルミナ・１．５  重量％以下の酸化マグネシウム・１．１  〜１．４  重量％の酸化ジルコニウムと合量が２〜３重量％の酸化リチウム・酸化カリウム・酸化ナトリウムから成るホウ珪酸ガラス粉末および適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して得た銅ペーストを絶縁基体１となるグリーンシートに印刷塗布し、これを絶縁基体１となるグリーンシートとともに焼成することによって、絶縁基体１の搭載部上面から下面にかけて被着される。
【００２０】
さらに、銅を主成分とする配線導体２は、その表面に厚みが２〜１０μｍの銅めっき層３が被着されている。
【００２１】
銅めっき層３は、銅を主成分とする配線導体２の表面に形成された直径が１〜２μｍの微小な窪みを埋めて配線導体２と電子部品３の各電極や外部電気回路基板の配線導体との半田を介した接続を良好なものとする作用をなし、図２に図１の要部拡大断面図で示すように、銅を主成分とする配線導体２と接する面側の結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層領域３ａと、この結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層領域３ａ上に被着された結晶粒径が０．５  〜１．０  μｍの銅めっき層領域３ｂとから構成されている。
【００２２】
銅を主成分とする配線導体２に接する面側の結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層領域３ａは、銅めっき層３を銅を主成分とする配線導体２に隙間なく密着させる作用をなし、その結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍと小さいことから、銅を主成分とする配線導体２の表面に形成された直径が１〜２μｍ程度の微小な窪みの内部に良好に入り込んで銅を主成分とする配線導体２に隙間なく密着することができる。従って、銅を主成分とする配線導体２と銅めっき層３との間に微小な空隙が多量に形成されることはなく、本発明の配線基板に熱が印加されたとしても銅を主成分とする配線導体２と銅めっき層３との間に膨れや剥離が発生することはない。
【００２３】
なお、銅を主成分とする配線導体２と接する面側の銅めっき層領域３ａは、その結晶粒径を０．１  μｍ未満とすることは実質的に困難であり、他方、その結晶粒径が０．３  μｍを超えると、銅を主成分とする配線導体２の表面に形成された直径が１〜２μｍ程度の微小な窪みの内部に入り込んで隙間なく密着することが困難となる傾向にある。従って、銅を主成分とする配線導体２と接する面側の銅めっき層領域３ａは、その結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの範囲に特定される。
【００２４】
また、銅を主成分とする配線導体２と接する面側の結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層領域３ａは、その厚さが０．１  μｍ未満では厚みが２〜１０μｍの銅めっき層３を銅を主成分とする配線導体２の表面に隙間なく強固に被着させることができなくなる。従って、銅を主成分とする配線導体２と接する面側の結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層領域３ａは、その厚さが０．１  μｍ以上に特定される。
【００２５】
なお、銅を主成分とする配線導体２の表面に結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層３を被着させるには、表面に銅を主成分とする配線導体２が被着された絶縁基体１を、例えば硫酸銅・ＥＤＴＡ−２Ｎａ・ホルムアルデヒド・ビピリジル・ポリエチレングリコール等を含有する従来周知の高温無電解銅めっき液中に硫黄を若干含有させるとともに、これに数十分〜数時間浸漬すればよい。
【００２６】
ただし、この硫黄を若干含有させた無電解銅めっき液は、硫黄を含有しない無電解銅めっき液と比較して銅めっき層の析出速度が極めて遅く、銅を主成分とする配線導体２の表面に結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍ銅めっき層領域３ａを０．５  μｍ以上の厚みに被着させるとするとその被着に長時間を要し、配線基板の生産性が極めて悪いものとなる。従って、銅を主成分とする配線導体２に被着させる、結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層領域３ａ、すなわち配線導体２と接する面から少なくとも０．１  μｍ以上の厚さ領域３ａは、その厚みを０．５  μｍ未満としておくことが好ましい。
【００２７】
また、配線導体２と接する面から少なくとも０．１  μｍ以上の厚さ領域３ａの外側領域、すなわち結晶粒径を０．１  〜０．３  μｍとした銅めっき層領域３ａの上に被着された、結晶粒径が０．５  〜１．０  μｍの銅めっき層領域３ｂは、銅めっき層領域３ａを覆って銅めっき層３の表面を平滑なものとするためのものであり、例えば、銅を主成分とする配線導体２に結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層領域３ａを被着させた後、これを例えば硫酸銅・ＥＤＴＡ−２Ｎａ・ホルムアルデヒド・ビピリジル・ポリエチレングリコール等を含有するとともに硫黄を含有しない従来周知の無電解銅めっき液中に数十分浸漬することにより被着される。この場合、この硫黄を含有しない無電解銅めっき液は、前述の硫黄を含有させた無電解銅めっき液と比較して銅めっき層の析出速度が極めて早く、従って銅を主成分とする配線導体２の表面に厚みが２〜１０μｍの銅めっき層３を短時間のうちに効率よく被着させることができる。
【００２８】
かくして本発明の配線基板によれば、銅を主成分とする配線導体２の表面に厚みが２〜10μｍの銅めっき層３を両者の間に空隙を形成することなく強固に被着させることができ、配線基板に配線導体２と電子部品４の電極とを半田５を介して接続する際等の熱が印加されても、銅を主成分とする配線導体２と銅めっき層３との間に膨れや剥離が発生することのない配線基板を提供することができる。
【００２９】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば前述の実施の形態の一例では、絶縁基体１となるグリーンシートに配線導体２となる銅ペーストを印刷し、これを絶縁基体１となるグリーンシートとともに焼成することにより絶縁基体１の表面に銅を主成分とする配線導体２を被着させたものであったが、焼成された絶縁基体１の表面に配線導体２となる銅ペーストを印刷塗布し、これを焼成することによって絶縁基体１の表面に銅を主成分とする配線導体２を被着させたものであっても良い。
【００３０】
また、前述の実施の形態の一例では、銅を主成分とする配線導体２の表面に被着させた銅めっき層３は、配線導体２に接する面側に形成された結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの少なくとも０．１  μｍ以上の厚さ領域３ａ（銅めっき層領域３ａ）と、この厚さ領域３ａの外側領域３ｂ、すなわち銅めっき層領域３ａの上に被着された結晶粒径が０．５  〜１．０  μｍの銅めっき層領域３ｂとから構成されていたが、銅めっき層３は、結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍで、厚みが２〜１０μｍの銅めっき層のみから構成されていてもよい。
【００３１】
さらに、配線導体２に接する面から少なくとも０．１  μｍ以上の厚さ領域３ａ（銅めっき層領域３ａ）の外側領域は、複数の銅めっき層領域を積層して形成してもよい。
【００３２】
【実施例】
アルミナ２０重量％・石英１２重量％・コージェライト１８重量％・残部が硼珪酸ガラスから成る幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍ×厚さ１ｍｍのガラスセラミックス基板表面に、酸化珪素７５重量％・酸化ホウ素１６重量％・アルミナ３．５  重量％・酸化マグネシウム１．３  重量％・酸化ジルコニウム１．２  重量％と酸化リチウム・酸化カリウム・酸化ナトリウムの合計が３重量％から成る硼珪酸ガラスを５重量％含有する銅メタライズを幅０．５  ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚さ２０μｍのパターンに被着させた。
【００３３】
そして、このガラスセラミックス基板の銅メタライズのパターン上に、表１に示す結晶粒径および厚みの配線導体と接する面側の厚さ領域（銅めっき層領域３ａ）ならびにその外側領域（銅めっき層領域３ｂ）を順次被着させて銅めっき層を形成した試料を各５個づつ作製した。
【００３４】
なお、銅めっき層領域３ａを被着させるための銅めっき液としては、硫酸銅１０ｇ／リットル・ＥＤＴＡ−２Ｎａ３０ｇ／リットル・ホルムアルデヒド（３７％液）３ｃｃ／リットル・ビビリジルおよびポリエチレングリコールを若干、ならびに硫黄化合物としてチオ２酢酸を０．０１〜０．１  ％添加しためっき液を用い、また銅めっき層領域３ｂを被着させるためのめっき液としては、このめっき液の硫黄化合物を除いたものを用いた。
【００３５】
そして、これらの試料を３５０  ℃の温度に１分曝した後、銅メタライズと銅めっき層との間に膨れや剥がれが発生するかどうかを金属顕微鏡により観察した。その結果を表１に示す。なお、表１において＊印を付した試料番号１・２は本発明の範囲外の比較例であり、それぞれ銅を主成分とする配線導体と接する面側の銅めっき層領域の結晶粒径が０．３  μｍを超える比較例と、銅を主成分とする配線導体と接する面側の銅めっき層領域の厚みが０．１  μｍ未満の比較例である。
【００３６】
【表１】
0003554195.tif 000002
【００３７】
表１に示すように、本発明の範囲内の試料３〜７は、いずれも銅を主成分とする配線導体と銅めっき層との間に剥離は発生しなかった。なお、試料７については、剥離は発生せず良好な結果であったものの、被着に長時間を要した。
【００３８】
一方、銅を主成分とする配線導体と接する面側の銅めっき層領域の結晶粒径が０．３  μｍを超える比較例の試料１および厚みが０．１  μｍ未満の比較例の試料２では、銅を主成分とする配線導体と銅めっき層との間で全数において剥離が発生した。
【００３９】
以上から明らかなように、本発明の配線基板によれば、半田付け時等の熱が印加されたとしても銅を主成分とする配線導体と銅めっき層との間に膨れや剥がれが発生することがないことが確認できた。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、絶縁基体表面に銅を主成分とする配線導体を被着させて成るとともに、この配線導体の表面に厚みが２〜１０μｍの銅めっき層を被着させて成る配線基板において、銅めっき層の配線導体と接する面から少なくとも０．１  μｍ以上の厚さ領域における結晶粒径を０．１  〜０．３  μｍとしたことから、銅を主成分とする配線導体の表面に銅めっき層を両者の間に空隙を形成することなく被着させて、これらに熱が印加されたとしても銅を主成分とする配線導体と銅めっき層との間に膨れや剥がれが発生しない配線基板を提供することができた。
【００４１】
また、本発明によれば、上記構成において銅めっき層の配線導体と接する面側の厚さ領域の外側領域における結晶粒径を０．５  〜１．０  μｍとしたときには、銅めっき層の表面を平滑なものとすることができるとともに、この外側領域は硫黄を含有しない析出速度が極めて早い無電解銅めっき液により形成することができ、銅を主成分とする配線導体の表面に厚みが２〜１０μｍの銅めっき層を短時間のうちに効率よく被着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
２・・・・銅を主成分とする配線導体
３・・・・厚みが２〜１０μｍの銅めっき層
３ａ・・配線導体２と接する面から少なくとも０．１  μｍ以上の厚さ領域（結晶粒径が０．１  〜０．３  μｍの銅めっき層領域）
３ｂ・・厚さ領域３ａの外側領域（結晶粒径が０．５  〜１．０  μｍの銅めっき層領域）
【図１】
0003554195.tif 000003
【図２】
0003554195.tif 000004