JP5775060B2 - セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード等の部品を搭載するために用いるセラミック基板及びその製造方法に関するものである。

従来、発光素子の一種として、発光ダイオード（Light emission diode：以下ＬＥＤとも記す）がよく知られている。近年においては、高輝度青色発光ダイオードが実用化された結果、赤色、緑色及び青色のＬＥＤを組み合わせて高輝度の白色光が得られるようになった。そのため、これら３色のＬＥＤを電球や自動車のヘッドライトとして使用するための開発が進められている。ＬＥＤは電力消費量が少ないという利点を有するため、ヘッドライトにＬＥＤを使用すればバッテリーの負荷を減らすことが可能である。そのほか、ＬＥＤは長寿命という利点も有するため、蛍光灯や電球などといった照明器具への適用も検討されている。上記のような用途でＬＥＤを使用する場合、ＬＥＤの利点を最大限引き出すためには、ＬＥＤを搭載するためのパッケージ自体の性能がよいことも重要なファクターとなる。その点、セラミックパッケージは、例えばオーガニックパッケージと比較して耐久性、耐熱性、耐食性、放熱性に優れることから、ＬＥＤの搭載に好適であると考えられている。

このセラミックパッケージを構成するセラミック基板では、絶縁体部分に例えばアルミナを主成分としたセラミック材料が使用され、導体部分にアルミナと同時焼成可能な金属（例えば、タングステンやモリブデン）が使用されている。さらに、セラミック基板の主面には、ＬＥＤと接続するための接続端子部が形成される。接続端子部は、銅からなる銅層と、その銅層を被覆するための被覆金属層（例えば、ニッケル層及び金層）とを従来周知の手法（スパッタリングやめっきなどの手法）によって順次積層することで形成されている。また、接続端子部を構成する銅層は、セラミック層との密着性に劣る。従って、接続端子部の密着性を図るために、チタンからなる密着層が銅層の下地層として形成されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１０−２２３８４９号公報

ところが、セラミック基板の接続端子部にＬＥＤをはんだ接続してセラミックパッケージを構成しそのパッケージを高温、高湿の環境下（例えば、温度８５℃、湿度８５％）で使用すると、はんだのフラックス成分（活性成分）によって、接続端子部における銅層とチタンの密着層との界面で腐食が発生してしまう。このため、接続端子部においてオープン不良が発生する。また、ＬＥＤ以外にＩＣチップなど他の部品を接続端子部にはんだ接続したセラミックパッケージでも、高温、高湿の環境下で使用する場合には、同様に腐食によるオープン不良が問題となる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、接続端子部における腐食を防止することができ、接続信頼性に優れたセラミック基板を提供することにある。また、別の目的は、前記セラミック基板を製造するのに好適なセラミック基板の製造方法を提供することにある。

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、主面を有するセラミック基板本体と、前記セラミック基板本体の主面上に設けられ、はんだを介して他の部品に接続される接続端子部とを備え、前記接続端子部が、銅層と、前記銅層の表面を覆うように設けられる被覆金属層とを含んで構成され、前記セラミック基板本体と前記接続端子部との間に、チタンまたはクロムからなる密着層が設けられたセラミック基板であって、前記接続端子部における前記銅層と前記密着層との間に設けられ、チタンとタングステンとの合金、ニッケルとクロムとの合金、タングステン、パラジウム及びモリブデンのうちのいずれかからなる中間層をさらに備え、前記密着層及び前記中間層は、前記銅層の側面よりも基板平面方向に引っ込んでいるとともに、前記セラミック基板本体の主面上にはメタライズ金属層が設けられ、前記メタライズ金属層は、前記密着層をエッチングするエッチング液から保護する保護層で被覆され、その保護層上に前記密着層が形成されていることを特徴とするセラミック基板がある。

手段１に記載の発明によると、セラミック基板本体と接続端子部の間にチタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）からなる密着層が設けられているので、セラミック基板本体と接続端子部との密着強度を十分に確保することができる。さらに、本発明では、接続端子部の銅層と密着層との間に中間層が設けられており、それら密着層及び中間層は、銅層の側面よりも基板平面方向に引っ込んでいるため、接続端子部に他の部品をはんだ接続する場合、はんだのフラックス成分が中間層と銅層との界面に接触し易くなる。本発明のセラミック基板では、中間層がチタン（Ｔｉ）とタングステン（Ｗ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）との合金、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）及びモリブデン（Ｍｏ）のうちのいずれかから形成されている。中間層を構成するこれらの金属は、はんだ中のフラックス成分に対する耐腐食性がチタン（Ｔｉ）よりも優れた金属である。ここで、接続端子部を構成する銅は、密着層を構成するチタンと比較して電位が高いため、従来技術のように銅層と密着層とを接触させるとその界面で密着層の腐食が促進され易くなる。さらに、銅は密着層における不動体（酸化層）の形成を阻害し易いと考えられている。これに対して、本発明では、接続端子部の銅層と密着層との間に中間層が形成されるため、銅層と密着層との電位差が緩和されるとともに、密着層の不動体が確実に形成される。従って、接続端子部に他の部品をはんだ接続する場合、従来技術のようなフラックス成分による腐食を抑制することができる。この結果、接続端子部におけるオープン不良が回避され、セラミック基板の接続信頼性を向上させることができる。ここで被覆金属層は、少なくともニッケルを含むものであってもよく、さらには、ニッケルと金、またはニッケルとパラジウムと金からなるものであってもよい。

本発明では、セラミック基板本体の主面上にはメタライズ金属層が設けられ、メタライズ金属層は、密着層をエッチングするエッチング液から保護する保護層で被覆され、その保護層上に密着層が形成されている。また、保護層で被覆されたメタライズ金属層の一部が接続端子部の投影領域からはみ出た状態で設けられていてもよい。

セラミック基板の製造時において、密着層は、例えばスパッタリング及びエッチングの工程を経ることにより、接続端子部の下地層として形成される。ここで、メタライズ金属層の一部が接続端子部の投影領域からはみ出た状態で設けられる場合、接続端子部からはみ出て露出している部分の密着層はエッチングによって除去されることで、銅層とセラミック基板本体との間に密着層が形成されることとなる。この場合、密着層の形成に先立ち、メタライズ金属層を保護層で被覆しておくと、密着層のエッチング液によってメタライズ金属層が腐食されるといった問題を回避することができ、セラミック基板の接続信頼性を確保することができる。

セラミック基板本体の側面に、メタライズ金属からなる端面スルーホール導体を備え、端面スルーホール導体の表面が保護層にて被覆されていてもよい。このようにしても、密着層のエッチング液によって端面スルーホール導体のメタライズ金属が腐食してしまうといった問題を回避することができるため、セラミック基板の接続信頼性が向上する。

また、セラミック基板本体の主面上には、メタライズ金属層からなり、接続端子部と端面スルーホール導体とを接続する配線導体部が設けられ、配線導体部の表面も保護層にて被覆されていてもよい。このようにしても、密着層のエッチング液によって配線導体部のメタライズ金属層が腐食してしまうといった問題を回避することができるため、セラミック基板の接続信頼性が向上する。

密着層及び中間層が銅層の側面よりも引っ込むことで銅層とセラミック基板本体との間に形成される隙間には、被覆金属層が入り込むようにして形成されていてもよい。この場合、銅層の表面を被覆金属層によって確実に被覆することができる。また、密着層及び中間層の外面は、セラミック基板の製造時に酸化されるため、被覆金属層によって被覆されることはない。従って、中間層と銅層との界面が腐食され易い状態となるが、本発明ではその界面でのフラックス成分による腐食が抑制されるため、セラミック基板の接続信頼性を確保することができる。

密着層及び中間層は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成される。このように密着層及び中間層を適度な厚さで形成すると、セラミック基板本体と密着層との密着性や、中間層と接続端子部の銅層との密着性を十分に確保することができる。

また、メタライズ金属層を被覆する保護層は、０．８μｍ以上２．５μｍ以下の厚さで形成される。ここで、保護層を０．８μｍよりも薄くすると、エッチング液に対するメタライズ金属層の保護が不十分となる。また、保護層を２．５μｍよりも厚くすると、シンタリング等にて保護層が膨張して接続端子部が剥離し易くなってしまう。従って、０．８μｍ以上２．５μｍ以下の厚さで保護層を形成すると、上記問題を回避することができ、セラミック基板の接続信頼性を確保することができる。

保護層の具体例としては、ニッケルめっき層や金めっき層などを挙げることができる。ニッケルめっき層や金めっき層は、メタライズ金属層との密着性を十分に確保することができ、かつ密着層のエッチングでは除去されないため、メタライズ金属層を確実に保護することができる。また、保護層としてニッケルめっき層を形成する場合、金めっき層と比較して材料コストを抑えることができ、セラミック基板の製造コストを低減することができる。

セラミック基板本体が、セラミック材料からなる複数のセラミック絶縁層と、メタライズ金属層からなる複数の導体層とを積層して多層化した構造を有し、セラミック絶縁層にはメタライズ金属からなるビア導体が形成され、ビア導体が接続端子部に電気的に接続されていてもよい。このようにすると、セラミック基板において、配線パターンの高集積化が可能となり、複数種類の部品を搭載することができる。

セラミック絶縁層としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックの焼結体が好適に使用される。セラミック絶縁層のセラミック材料としてアルミナを用いる場合、高温、高湿の環境下における製品信頼性の優れたセラミック基板を製造することができる。

また、メタライズ金属層やビア導体は、金属粉末を含む導体ペーストを従来周知の手法、例えばメタライズ印刷法で塗布した後に焼成することにより、形成される。同時焼成法によってメタライズ金属層、ビア導体及びセラミック絶縁層を形成する場合、導体ペースト中の金属粉末は、セラミック絶縁層の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック絶縁層がいわゆる高温焼成セラミック（例えばアルミナ等）からなる場合には、導体ペーストの金属粉末として、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。

接続端子部にはんだ接続される部品としては、例えばＬＥＤ、抵抗、コンデンサ、インダクタ、半導体集積回路素子などの電子部品を挙げることができる。ここで、接続端子部にＬＥＤを接続したセラミック基板は、屋外の照明装置や車両用ヘッドライトなどの照明装置に使用される。この場合、高温、高湿の環境下で長期に使用されるため、従来技術のように密着層と接続端子部との界面で腐食が進行すると、その部分での強度が低下してオープン不良（端子剥がれ）等の原因となる。これに対し、本発明のセラミック基板では、高温、高湿の環境下であっても、接続端子部と密着層との間に中間層を介在させることで腐食の進行を防止できるため、製品信頼性を長期間にわたって確保することができる。

また、上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、手段１に記載のセラミック基板の製造方法であって、前記セラミック基板本体と前記メタライズ金属層とを形成する焼成工程と、前記セラミック基板本体の主面側にて露出する前記メタライズ金属層に、ニッケルめっきを施すことで前記保護層を形成する保護層形成工程と、前記保護層の表面と前記セラミック基板本体の主面とに前記密着層を形成する密着層形成工程と、前記密着層の表面に前記中間層を形成する中間層形成工程と、銅めっきを行い、前記中間層の表面に前記接続端子部の銅層を形成する銅層形成工程と、エッチング液による前記メタライズ金属層の腐食を前記保護層によって保護しつつ、前記セラミック基板本体の主面側にて露出する前記中間層と前記密着層とをエッチングにて段階的に除去するか、または前記中間層及び前記密着層を同時に除去するエッチング工程と、ニッケルと金のめっきまたはニッケルとパラジウムと金のめっきを順次行い、前記銅層の表面に前記被覆金属層を形成する被覆金属層形成工程とを含むことを特徴とするセラミック基板の製造方法がある。

従って、手段２に記載の発明によると、密着層形成工程により密着層を形成する前に、保護層形成工程を行い、セラミック基板本体の主面側にて露出するメタライズ金属層に対してニッケルめっきを施すことで保護層が形成される。なお、この保護層形成工程では、保護層に対してシンタリングを行い、メタライズ金属層と保護層との密着強度を高めるようにしてもよい。その後、密着層形成工程、中間層形成工程及び銅層形成工程が順次行われることで、メタライズ金属層上に保護層を介して密着層、中間層及び銅層が形成される。そして、エッチング工程において密着層及び中間層のエッチングを行い、密着層及び中間層においてセラミック基板本体の主面側にて露出している部分が除去される結果、セラミック基板本体の主面と銅層との間に密着層及び中間層が残る。このとき、セラミック基板本体の主面と銅層との間に介在する密着層及び中間層の外面の一部がエッチングにより除去されるため、密着層及び中間層は、銅層の側面よりも基板平面方向に引っ込んだ状態となる。またこのエッチング工程では、メタライズ金属層の表面が保護層によって保護されているため、エッチング液によるメタライズ金属層の腐食が回避される。その後、被覆金属層形成工程において、銅層の表面に被覆金属層が形成されることで、銅層及び被覆金属層からなる接続端子部が形成される。

このように、本発明のセラミック基板では、接続端子部の銅層と密着層との間に中間層が形成される。この中間層は、チタン（Ｔｉ）とタングステン（Ｗ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）との合金、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）及びモリブデン（Ｍｏ）のうちのいずれかから形成され、フラックス成分に対する耐腐食性がチタン（Ｔｉ）よりも優れている。このため、接続端子部に他の部品をはんだ接続する場合、従来技術のようなフラックス成分による腐食を抑制することができる。この結果、接続端子部におけるオープン不良が回避され、セラミック基板の接続信頼性を向上させることができる。

本実施の形態におけるセラミック基板を示す概略断面図。 表面側端子部を示す拡大断面図。 基板裏面側から見た裏面側子部の平面図。 貫通穴の形成工程を示す説明図。 ビア導体及びキャスタレーションの形成工程を示す説明図。 導体層及び配線導体部の形成工程を示す説明図。 セラミック基板本体の焼成工程を示す説明図。 保護層形成工程を示す説明図。 密着層形成工程を示す説明図。 中間層形成工程を示す説明図。 めっきレジストの形成工程を示す説明図。 銅層形成工程を示す説明図。 めっきレジストの剥離工程を示す説明図。 中間層のエッチング工程を示す説明図。 密着層のエッチング工程を示す説明図。 被覆金属層形成工程を示す説明図。

以下、本発明をセラミック基板に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施の形態のセラミック基板１０は、基板表面１１及び基板裏面１２からなる主面を有する矩形平板状のセラミック基板本体１３を備え、基板表面１１側にＬＥＤ１５が搭載される。セラミック基板本体１３は、セラミック材料からなる２層のセラミック絶縁層２１，２２と、メタライズ金属層からなる導体層２３とを積層して多層化した構造を有している。セラミック絶縁層２１，２２は、セラミック材料としてのアルミナからなる焼結体である。また、導体層２３は、例えばタングステン、モリブデン、又はこれらの合金層からなる。

セラミック基板本体１３において、各セラミック絶縁層２１，２２には厚さ方向に貫通するビア穴２５が形成されており、そのビア穴２５内にはビア導体２６が形成されている。ビア導体２６は、タングステン、モリブデン、又はこれらの合金層のメタライズ金属からなる。

セラミック基板本体１３において、基板表面１１側には、ＬＥＤ１５（他の部品）と接続される２つの表面側端子部３１（接続端子部）が設けられている。表面側端子部３１は、ビア導体２６の直上となる位置、つまり、ビア導体２６の上端の表面上に設けられており、ビア導体２６と電気的に接続されている。なお、表面側端子部３１の幅は、ビア導体２６の直径よりも大きく、ビア導体２６の上端を完全に覆うかたちで表面側端子部３１が形成されている。

セラミック基板本体１３の基板裏面１２側には、図示しない外部基板（他の部品）と接続される２つの裏面側端子部３２（接続端子部）が設けられている。裏面側端子部３２の一方（図１では右側の端子部）は、ビア導体２６の下端の表面上に設けられており、そのビア導体２６と電気的に接続されている。裏面側端子部３２の他方（図１では左側の端子部）は、ビア導体２６ではなく、基板裏面１２上に設けられた配線導体部３４（導体層）に接続されている。配線導体部３４は、導体層２３と同様にタングステン、モリブデン、又はこれらの合金層のメタライズ金属層からなる。

また、セラミック基板本体１３の側面１６に、断面半円形の凹部３６が形成されており、その凹部３６の表面にキャスタレーション３７（端面スルーホール導体）が設けられている。キャスタレーション３７は、ビア導体２６と同様にタングステン、モリブデン、又はこれらの合金層のメタライズ金属からなる。キャスタレーション３７は、基板裏面１２上の配線導体部３４に接続されるとともに、セラミック絶縁層２１，２２間に設けられた導体層２３に接続されている。さらに、セラミック絶縁層２１，２２間の導体層２３は、ビア導体２６を介して表面側端子部３１に接続されている。

図１及び図２に示されるように、表面側端子部３１は、銅層４１と銅層４１の表面を覆うように設けられた被覆金属層４２とからなる。なお、表面側端子部３１を構成する銅層４１は銅めっき層からなり、被覆金属層４２はニッケルめっき層と金めっき層とからなる。また、セラミック基板本体１３と表面側端子部３１との間には、チタンからなる密着層４３が設けられている。密着層４３は、セラミック基板本体１３（セラミック絶縁層２１，２２）との密着性に優れた金属層であり、チタン以外にクロムにて形成されるものでもよい。密着層４３は、厚さが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であり、スパッタリングやＣＶＤ等の従来公知の手法で形成される。

さらに、本実施の形態では、表面側端子部３１における銅層４１と密着層４３との間には、モリブデンからなる中間層４４が設けられている。中間層４４は、銅層４１との電位差が密着層４３よりも小さい金属層であり、モリブデン以外に、チタンとタングステンとの合金、ニッケルとクロムとの合金、タングステン、及びパラジウムのいずれかにて形成されるものでもよい。中間層４４は、厚さが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であり、スパッタリングやＣＶＤ等の従来公知の手法で形成される。

本実施の形態の密着層４３及び中間層４４は、表面側端子部３１における銅層４１の側面４１ａよりも基板平面方向に引っ込んでいる。そして、密着層４３及び中間層４４が銅層４１の側面４１ａよりも引っ込むことで銅層４１と基板表面１１との間に形成される隙間には、被覆金属層４２が入り込むようにして形成されている。密着層４３及び中間層４４の外面は、酸化しているため、被覆金属層４２によって被覆されていない。さらに、本実施の形態では、密着層４３とビア導体２６のメタライズ金属との間には、ニッケルめっき層４５が設けられている。ニッケルめっき層４５は０．８μｍ以上２．５μｍ以下の厚さで形成されている。

セラミック基板本体１３の基板裏面１２に設けられている裏面側端子部３２も、表面側端子部３１と同様の層構造を有している。すなわち、裏面側端子部３２は、銅層４１と銅層４１の表面を覆うように設けられた被覆金属層４２とからなる。また、セラミック基板本体１３と裏面側端子部３２との間には、チタンからなる密着層４３が設けられ、裏面側端子部３２における銅層４１と密着層４３との間には、モリブデンからなる中間層４４が設けられている。密着層４３及び中間層４４は、裏面側端子部３２における銅層４１の側面４１ａよりも基板平面方向に引っ込んでいる。そして、密着層４３及び中間層４４が銅層４１の側面４１ａよりも引っ込むことで銅層４１と基板裏面１２との間に形成される隙間には、被覆金属層４２が入り込むようにして形成されている。密着層４３及び中間層４４の外面は、酸化しているため、被覆金属層４２によって被覆されていない。さらに、密着層４３とビア導体２６のメタライズ金属との間には、ニッケルめっき層４５が設けられている。

セラミック基板本体１３の基板裏面１２において、配線導体部３４のメタライズ金属層の表面は、密着層４３をエッチングするエッチング液から保護する保護層としてのニッケルめっき層４５によって被覆されている。本実施の形態では、ニッケルめっき層４５で被覆された配線導体部３４（メタライズ金属層）の一部が裏面側端子部３２の投影領域Ｒ１からはみ出た状態で設けられている（図３参照）。なお、図３において、裏面側端子部３２の外形線の内側領域が裏面側端子部３２の投影領域Ｒ１となる。また、図１に示されるように、配線導体部３４に接続される裏面側端子部３２でも、配線導体部３４のメタライズ金属層と密着層４３との間にニッケルめっき層４５が設けられている。

セラミック基板本体１３において、その側面１６に形成されたキャスタレーション３７のメタライズ金属の表面もニッケルめっき層４５（保護層）で被覆されている。さらに、配線導体部３４において裏面側端子部３２から露出している表面、及びキャスタレーション３７の表面は、被覆金属層４２（ニッケルのめっき層と金のめっき層）によって被覆されている。

次に、本実施の形態におけるセラミック基板１０の製造方法を説明する。なお、本実施の形態のセラミック基板１０は、多数個取りの手法で製造される。

先ず、セラミック材料としてのアルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を混合してスラリーを作製する。そしてこのスラリーを従来周知の手法（例えばドクターブレード法やカレンダーロール法）によりシート状に成形して、セラミックグリーンシートを２枚作製する。

そして、パンチング（打ち抜き）加工を行い、各セラミックグリーンシート５１，５２の複数箇所に、それらセラミックグリーンシート５１，５２の厚さ方向に貫通する貫通穴５３，５４を形成する（図４参照）。なお、パンチング加工以外に、レーザ穴あけ加工などの他の手法によって貫通穴５３，５４を形成してもよい。

セラミックグリーンシート５１，５２において、貫通穴５３は、ビア導体２６を形成するための穴部であり、貫通穴５４は、キャスタレーション３７を形成するための穴部である。つまり、セラミック焼成後には、貫通穴５３がビア穴２５となり、貫通穴５４の一部が凹部３６となる。

そして、貫通穴５３，５４内にそれぞれ導体部を形成する。より具体的にいうと、まず従来周知のペースト印刷装置を用いて、貫通穴５３内にタングステンやモリブデンを含む導電性ペーストを充填し、ビア導体２６となる未焼成ビア導体部５５を形成する（図５参照）。即ち、貫通穴を完全に導電性ペーストで満たすようにして未焼成ビア導体部５５を形成する。次いで、キャスタレーション印刷を行って、貫通穴５４の内周面にタングステンやモリブデンを含む導電性ペーストを付着させ、キャスタレーション３７となる未焼成キャスタレーション用導体部５６を形成する（図５参照）。従って、貫通穴５４内は完全に導電性ペーストで満たされていなくてもよく、未焼成キャスタレーション用導体部５６の中心部は空洞状になっている。なお、上記のように未焼成ビア導体部５５の形成後にキャスタレーション印刷を行ってもよいほか、キャスタレーション印刷後に未焼成ビア導体部５５の形成を行ってもよい。

そして次に、スクリーン印刷法によって、各セラミックグリーンシート５１，５２の上に未焼成導体部５７を形成する（図６参照）。なおここでは、各セラミックグリーンシート５１，５２における表面上（図６では下面上）に、マスク（図示略）を用いて導電性ペーストを印刷することで、未焼成導体部５７をパターン形成する。これらの未焼成導体部５７は、後に導体層２３、及び配線導体部３４となるべき部分である。この後、所定の温度に加熱して、各セラミックグリーンシート５１，５２に形成した未焼成の各導体部５５，５６，５７を乾燥させる。

そして、各セラミックグリーンシート５１，５２を積層し、従来周知のラミネート装置を用いて厚さ方向に所定の荷重を加えることにより、これらを圧着、一体化して未焼成セラミック積層体を形成する。

その後、未焼成セラミック積層体をアルミナが焼結しうる所定の温度（例えば１５００℃〜１８００℃程度の温度）に加熱する焼成工程を行う。この焼成工程を経ると、各セラミックグリーンシート５１，５２が焼結して各セラミック絶縁層２１，２２が一体化したセラミック基板本体６０が得られる（図７参照）。またこのとき、導電性ペーストの焼結によって、導体層２３及び配線導体部３４のメタライズ金属層と、ビア導体２６及びスルーホール導体３７Ａのメタライズ金属とがそれぞれ形成される。

次に、保護層形成工程において、電解ニッケルめっきを行う。この結果、セラミック基板本体６０において、配線導体部３４のメタライズ金属層の表面や、ビア導体２６及びスルーホール導体３７Ａのメタライズ金属の表面に、０．８μｍ以上２．５μｍ以下の厚さのニッケルめっき層４５を形成する（図８参照）。その後、セラミック基板本体６０を８５０℃程度の温度に加熱して、ニッケルめっき層４５のシンタリングを行う。

次に、図９に示されるように、チタンのスパッタリングを行い、ニッケルめっき層４５の表面とセラミック基板本体６０の基板表面１１及び基板裏面１２とに、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さの密着層４３を形成する（密着層形成工程）。また、図１０に示されるように、モリブデンのスパッタリングを行い、セラミック基板本体６０の基板表面１１及び基板裏面１２における密着層４３の表面に、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さの中間層４４を形成する（中間層形成工程）。さらに、銅のスパッタリングを行って中間層４４の表面に銅スパッタ層（図示略）を形成する。

その後、銅層形成工程を行う。具体的には、セラミック基板本体６０の基板表面１１上及び基板裏面１２上に、感光性を付与しためっきレジスト材を設け、そのめっきレジスト材上に、所定のマスクパターンが形成された露光用マスクを配置する。そして、露光用マスクを介してめっきレジスト材を露光し、露光しためっきレジスト材を現像してめっきレジスト６１を形成する（図１１参照）。次いで、電解銅めっきを行って、中間層４４の表面に各表面側端子部３１及び裏面側端子部３２の銅層４１を形成する（図１２参照）。

その後、整面研磨を行って、めっきレジスト６１の表面とともに銅層４１の端面を削り、各銅層４１の高さを所定の高さ（例えば、１００μｍ程度）に整える。そして、剥離液に接触させることにより、基板表面１１上及び基板裏面１２上のめっきレジスト６１を剥離する（図１３参照）。その後、銅のエッチングを行い、基板表面１１及び基板裏面１２にて露出している銅スパッタ層（図示略）を除去する。さらに、中間層４４及び密着層４３のエッチングを行う（エッチング工程）。本実施の形態では、図１４に示されるように、モリブデンのエッチングを行い、基板表面１１及び基板裏面１２にて露出している中間層４４を除去する。次いで、図１５に示されるように、チタンのエッチングを行い、基板表面１１及び基板裏面１２にて露出している密着層４３を除去する。このとき、配線導体部３４のメタライズ金属層及びスルーホール導体３７Ａのメタライズ金属の表面に形成されているニッケルめっき層４５は、密着層４３のエッチング液に対する保護層として機能する。このため、エッチング液による配線導体部３４のメタライズ金属層の腐食やスルーホール導体３７Ａのメタライズ金属の腐食が回避される。

また、密着層４３及び中間層４４のエッチング工程では、セラミック基板本体６０の主面（基板表面１１及び基板裏面１２）と銅層４１との間に介在する密着層４３及び中間層４４の外面の一部がエッチングにより除去される。このため、密着層４３及び中間層４４は、銅層４１の側面４１ａよりも基板平面方向に引っ込んだ状態となる。

次に、セラミック基板本体を５００℃の温度に加熱する熱処理を施す。この熱処理によって、ニッケルめっき層４５と密着層４３との密着性、密着層４３と中間層４４との密着性、及び中間層４４と銅層４１との密着性が高められる。

次に、図１６に示されるように、被覆金属層形成工程を行う。この被覆金属層形成工程では、各表面側端子部３１及び裏面側端子部３２の銅層４１、配線導体部３４のメタライズ金属層及びスルーホール導体３７Ａのメタライズ金属の表面に対して、ニッケルと金のめっき（具体的には、電解ニッケルめっき及び電解金めっき）を順次行い、それら表面に被覆金属層４２を形成する。

以上の工程を経て得られるセラミック基板本体６０は、製品領域を平面方向に沿って縦横に複数配列した構造の多数個取り用の基板である。そして、分割工程を行い多数個取り用の基板本体６０を分割することにより、図１に示すセラミック基板１０が複数同時に得られる。またこの分割工程において、スルーホール導体３７Ａのある位置（図１６では一点鎖線で示す位置）においてセラミック基板本体６０を分割することにより、側面１６にて露出するキャスタレーション３７（端面スルーホール導体）が形成される。

本発明者らは、上記の製造方法で製造したセラミック基板１０について、製品信頼性の評価試験を行った。具体的には、高温（８５℃の温度）、高湿（８５％の湿度）の環境下での電気抵抗変化率、及び接続端子部（表面側端子部３１）の密着性を評価し、それらの評価結果を表１及び表２に示している。

ここでは、密着層４３及び中間層４４の形成材料を変更して実施例１〜実施例１０のセラミック基板１０を作製し、それぞれについて評価試験を行っている。実施例１〜実施例５では、チタン（Ｔｉ）のスパッタリングにより密着層４３を形成し、実施例６〜実施例１０では、クロム（Ｃｒ）のスパッタリングにより密着層４３を形成している。また、実施例１及び実施例６では、チタン（Ｔｉ）とタングステン（Ｗ）との合金のスパッタリングにより中間層４４を形成し、実施例２及び実施例７では、ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）との合金のスパッタリングにより中間層４４を形成している。さらに、実施例３及び実施例８では、タングステン（Ｗ）のスパッタリングにより中間層４４を形成し、実施例４及び実施例９では、パラジウム（Ｐｄ）のスパッタリングにより中間層４４を形成し、実施例５及び実施例１０では、モリブデン（Ｍｏ）のスパッタリングにより中間層４４を形成している。また、チタン（Ｔｉ）のスパッタリングで密着層のみを形成し、中間層を形成しない従来例１のセラミック基板についても評価試験を行った。

電気抵抗変化率の評価試験では、樹脂製回路基板（ＰＣＢ）に、セラミック基板１０の裏面側端子部３２をはんだを介して表面実装する。また、セラミック基板１０の各表面側端子部３１については、銅線等を用いて導通（ショート）させる。さらに、樹脂製回路基板において、裏面側端子部３２に配線パターンを介して繋がる接続端子に、銅線を接続する。

その後、樹脂製回路基板に実装されたセラミック基板１０を環境試験機（高温高湿試験機：エスペック社製 ＰＬ−１ＫＰ）に投入するとともに、樹脂製回路基板に接続された銅線を試験機外部に引き出す。そして、試験機外に引き出された銅線に４端子測定機（日置電機社製 ３２２７ｍΩＨｉｔｅｓｔｅｒ）を接続し、その測定機によってセラミック基板１０の抵抗値を測定する。またここでは、環境試験機の稼動後、高温高湿試験の処理時間が５００時間、７５０時間、１０００時間となったタイミングでセラミック基板１０の抵抗値を測定し、抵抗変化率を求めている。なお、抵抗変化率は、試験開始前の初期抵抗値からの変化率であり、以下の計算式によって算出している。

抵抗変化率（％）＝１００×（測定値−初期抵抗値）／初期抵抗値

表１に示されるように、密着層をチタンで形成した従来例１のセラミック基板では、高温高湿試験の処理時間が７５０時間となると、抵抗値が高まり、抵抗変化率が５０％となった。さらに、高温高湿試験の処理時間が１０００時間の場合では、抵抗変化率が１００％（オープン不良）となった。これに対して、実施例１〜実施例１０のセラミック基板１０では、１０００時間の高温高湿試験を行っても、抵抗変化率は０％であり電気的な特性の悪化は確認されなかった。

接続端子部の密着性の評価試験では、セラミック基板１０の表面側端子部３１にフラックス材（例えば、千住金属工業社製 ＥＳ−１０６１ＳＰ−２）を塗布した後、セラミック基板１０を上記環境試験機に投入する。そして、高温、高湿の環境下において所定時間（５００時間、７５０時間、１０００時間、１５００時間）の経過後、セラミック基板１０を環境試験機から取り出し、シェア試験による破壊モードを確認する。なお、シェア試験は、シェアテスター（シェア測定器：アークテック社製 ダイシェアテスター Ｄａｇｅ４０００ ＳＥＲＩＥＳ）を用いて表面側端子部３１の破壊を行い、その破壊面の解析を行った。破壊モードとしては、表面側端子部３１における銅層４１と中間層４４との界面、または中間層４４と密着層４３との界面での破壊（界面破壊）と、セラミック絶縁層２１内側のセラミック部分での破壊（基板破壊）とに区分し、各セラミック基板１０での試験結果を表２に示している。

表２に示されるように、従来例１では、５００時間の高温高湿試験を行った場合、銅層４１と密着層４３との密着性が低下し、銅層４１と密着層４３との界面で破壊が起きた。一方、実施例１〜実施例１０では、５００時間の高温高湿試験を行った場合では、界面破壊が起こることはなく、銅層４１、中間層４４及び密着層４３の密着性が向上されていることが確認された。特に、モリブデンで中間層４４を形成した実施例５、実施例１０の場合では、１５００時間の高温高湿試験を行っても、界面破壊が起きることはなく、各層の密着性がもっとも高くなることが確認された。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態のセラミック基板１０では、表面側端子部３１及び裏面側端子部３２における銅層４１と密着層４３との間に中間層４４が設けられている。この中間層４４は、チタン（Ｔｉ）とタングステン（Ｗ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）との合金、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）及びモリブデン（Ｍｏ）のうちのいずれかから形成され、はんだ中のフラックス成分に対する耐腐食性がチタン（Ｔｉ）よりも優れている。また、中間層４４を設けることで、銅層４１と密着層４３との電位差が緩和される。従って、表面側端子部３１にＬＥＤ１５をはんだ接続する場合や、裏面側端子部３２に外部基板をはんだ接続する場合、各端子部３１，３２において、従来技術のようなフラックス成分による腐食を抑制することができる。この結果、各端子部３１，３２におけるオープン不良が回避され、セラミック基板１０の接続信頼性を向上させることができる。

（２）本実施の形態のセラミック基板１０では、配線導体部３４のメタライズ金属層がニッケルめっき層４５で被覆されている。また、ニッケルめっき層４５で被覆された配線導体部３４（メタライズ金属層）の一部が裏面側端子部３２の投影領域Ｒ１からはみ出た状態で設けられている。さらに、キャスタレーション３７のメタライズ金属もニッケルめっき層４５で被覆されている。このニッケルめっき層４５は、密着層４３のエッチング液に対する保護層として機能する。このため、エッチング液による配線導体部３４のメタライズ金属層の腐食やキャスタレーション３７のメタライズ金属の腐食が回避され、セラミック基板１０の接続信頼性を確保することができる。

（３）本実施の形態のセラミック基板１０では、密着層４３及び中間層４４が銅層４１の側面４１ａよりも引っ込むことで銅層４１とセラミック基板本体１３との間に形成される隙間には、被覆金属層４２が入り込むようにして形成されている。この場合、銅層４１の表面を被覆金属層４２によって確実に被覆することができる。

（４）本実施の形態のセラミック基板１０では、密着層４３及び中間層４４は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成されている。このように密着層４３及び中間層４４を適度な厚さで形成することで、密着層４３、中間層４４及び銅層４１の各層の密着性を十分に確保することができる。また、ニッケルめっき層４５は、０．８μｍ以上２．５μｍ以下の厚さで形成される。このニッケルめっき層４５を形成することにより、密着層４３のエッチング液に対して配線導体部３４のメタライズ金属層やキャスタレーション３７のメタライズ金属を確実に保護することができ、セラミック基板１０の接続信頼性を確保することができる。

（５）本実施の形態のセラミック基板１０には、表面側端子部３１にはんだを介してＬＥＤ１５が表面実装される。このセラミック基板１０は、高温、高湿の環境下で長期間にわたって使用されるが、表面側端子部３１における腐食の進行を防止できるため、製品信頼性を確保することができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態では、エッチング工程において密着層４３と中間層４４とのエッチングを別々に行い、中間層４４と密着層４３とをエッチングにて段階的に除去していたが、これに限定されるものではない。例えば、密着層４３をチタンで形成し、中間層４４をチタンとモリブデンとの合金で形成する場合や、密着層４３をクロムで形成し、中間層４４をニッケルとクロムとの合金で形成する場合などでは、共通のエッチング液で密着層４３及び中間層４４のエッチングが可能となる。この場合、１回のエッチングによって中間層４４及び密着層４３を同時に除去してもよい。

・上記実施の形態のセラミック基板１０において、ＬＥＤ１５以外のチップ部品を搭載可能に設けてもよい。例えば、セラミック基板１０において、上側に配置するセラミック絶縁層２１に貫通穴を形成し、その貫通穴の底部を下側に配置するセラミック絶縁層２２によって塞ぐ形でキャビティ（収容凹部）を形成する。そして、そのキャビティに耐サージチップ（サージ電圧保護用のチップ部品）などのチップを収容するようにセラミック基板１０を構成してもよい。またこのセラミック基板１０では、キャビティの底部に耐サージチップを実装するための接続端子部を形成し、さらにその接続端子部とＬＥＤ搭載用の接続端子部とを接続するための配線パターンやビア導体を各セラミック絶縁層２１，２２に形成する。このセラミック基板１０において、耐サージチップを搭載する接続端子部もＬＥＤ搭載用の接続端子部と同じ密着層４３及び中間層４４を有する層構造とすることで、接続信頼性を高めることができる。

・上記実施の形態のセラミック基板１０は、基板本体１３の側面１６にキャスタレーション３７が設けられていたが、キャスタレーション３７が設けられていないセラミック基板に本発明を適用してもよい。また、セラミック基板１０は、２層のセラミック絶縁層２１，２２によって構成されていたが、３層以上のセラミック絶縁層によって構成される多層配線基板であってもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）手段１において、前記セラミック基板本体の主面上には、メタライズ金属層からなり、前記接続端子部と端面スルーホール導体とを接続する配線導体部が設けられ、前記メタライズ金属層は、前記密着層をエッチングするエッチング液から保護する保護層で被覆されていることを特徴とするセラミック基板。

（２）手段１において、前記密着層及び前記中間層が前記銅層の側面よりも引っ込むことで前記銅層と前記セラミック基板本体との間に形成される隙間には、前記被覆金属層が入り込むようにして形成されていることを特徴とするセラミック基板。

（３）手段１において、前記密着層及び前記中間層の外面は、前記被覆金属層によって被覆されていないことを特徴とするセラミック基板。

（４）手段１において、前記密着層及び前記中間層の厚さが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とするセラミック基板。

（５）手段１において、前記セラミック基板本体の主面上にはメタライズ金属層が設けられ、前記メタライズ金属層は、前記密着層をエッチングするエッチング液から保護する保護層で被覆され、前記保護層の厚さが０．８μｍ以上２．５μｍ以下であることを特徴とするセラミック基板。

（６）技術的思想（５）において、前記保護層がニッケルめっき層であることを特徴とするセラミック基板。

（７）手段１において、前記セラミック基板本体の主面上にはメタライズ金属層が設けられ、前記メタライズ金属層はモリブデンを含んで構成され、前記中間層はモリブデンからなることを特徴とするセラミック基板。

（８）手段１において、前記接続端子部に、前記他の部品としてのＬＥＤが接続されることを特徴とするセラミック基板。

（９）手段１において、前記セラミック基板本体が、セラミック材料からなる複数のセラミック絶縁層と、メタライズ金属層からなる複数の導体層とを積層して多層化した構造を有し、前記セラミック絶縁層にはメタライズ金属からなるビア導体が形成され、前記ビア導体が前記接続端子部に電気的に接続されていることを特徴とするセラミック基板。

（１０）技術的思想（９）において、前記セラミック材料がアルミナであることを特徴とするセラミック基板。

１０…セラミック基板
１１…主面としての基板表面
１２…主面としての基板裏面
１３…セラミック基板本体
１５…部品としてのＬＥＤ
１６…セラミック基板本体の側面
３１…接続端子部としての表面側端子部
３２…接続端子部としての裏面側端子部
３４…メタライズ金属層からなる配線導体部
３７…端面スルーホール導体としてのキャスタレーション
４１…銅層
４２…被覆金属層
４３…密着層
４４…中間層
４５…保護層としてのニッケルめっき層

Claims (6)

1. 主面を有するセラミック基板本体と、前記セラミック基板本体の主面上に設けられ、はんだを介して他の部品に接続される接続端子部とを備え、前記接続端子部が、銅層と、前記銅層の表面を覆うように設けられる被覆金属層とを含んで構成され、前記セラミック基板本体と前記接続端子部との間に、チタンまたはクロムからなる密着層が設けられたセラミック基板であって、
   前記接続端子部における前記銅層と前記密着層との間に設けられ、チタンとタングステンとの合金、ニッケルとクロムとの合金、タングステン、パラジウム及びモリブデンのうちのいずれかからなる中間層をさらに備え、
   前記密着層及び前記中間層は、前記銅層の側面よりも基板平面方向に引っ込んでいるとともに、
   前記セラミック基板本体の主面上にはメタライズ金属層が設けられ、前記メタライズ金属層は、前記密着層をエッチングするエッチング液から保護する保護層で被覆され、その保護層上に前記密着層が形成されている
   ことを特徴とするセラミック基板。
2. 前記保護層で被覆された前記メタライズ金属層の一部が前記接続端子部の投影領域からはみ出た状態で設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板。
3. 前記セラミック基板本体の側面に、メタライズ金属からなる端面スルーホール導体を備え、前記端面スルーホール導体の表面が前記保護層にて被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック基板。
4. 前記被覆金属層は、少なくともニッケルを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセラミック基板。
5. 前記被覆金属層は、ニッケルと金、またはニッケルとパラジウムと金からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセラミック基板。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセラミック基板の製造方法であって、
   前記セラミック基板本体と前記メタライズ金属層とを形成する焼成工程と、
   前記セラミック基板本体の主面側にて露出する前記メタライズ金属層に、ニッケルめっきを施すことで前記保護層を形成する保護層形成工程と、
   前記保護層の表面と前記セラミック基板本体の主面とに前記密着層を形成する密着層形成工程と、
   前記密着層の表面に前記中間層を形成する中間層形成工程と、
   銅めっきを行い、前記中間層の表面に前記接続端子部の銅層を形成する銅層形成工程と、
   エッチング液による前記メタライズ金属層の腐食を前記保護層によって保護しつつ、前記セラミック基板本体の主面側にて露出する前記中間層と前記密着層とをエッチングにて段階的に除去するか、または前記中間層及び前記密着層を同時に除去するエッチング工程と、
   ニッケルと金のめっきまたはニッケルとパラジウムと金のめっきを順次行い、前記銅層の表面に前記被覆金属層を形成する被覆金属層形成工程と
   を含むことを特徴とするセラミック基板の製造方法。

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