JP2000022029A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 絶縁基体１表面に銅を主成分とする配線
導体２を被着させて成るとともに配線導体２の表面に厚
みが２〜10μｍの銅めっき層３を被着させて成る配線基
板において、銅めっき層３は、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における結晶
粒径を0.1 〜0.3 μｍとしている。厚さ領域３ａが配線
導体２の表面に形成される微小な窪み内に良好に入り込
んで、配線導体２に銅めっき層３を隙間なく密着させる
ことができる。

Description

【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、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、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0.1
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、銅を主成分と
す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.
1 μｍ以上の厚さ領域における結晶粒径を0.1 〜0.3 μ
ｍとしたことから、この結晶粒径が0.1 〜0.3 μｍの銅
めっき層領域が、銅を主成分とす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は銅を主成分とする配線導体、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６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 μ
ｍ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３
ａ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 μ
ｍ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の電極や外部電気回路基板とを半田５・６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３
ａ（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３
ａ）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５ｍ
ｍ×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・ＥＤ
ＴＡ−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】

【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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本村 晃一 鹿児島県国分市山下町１番１号 京セラ株 式会社国分工場内 Ｆターム(参考） 4E351 AA07 AA09 AA11 BB31 BB33 BB35 CC06 CC12 DD04 GG02 5E343 AA02 AA24 BB24 BB72 BB75 BB76 CC78 DD43 ER33 GG01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【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。