チップや電子機器の小型化と高集積化が進むにつれ、セラミック基板表面のみでの回路製造では、ますます厳しくなる相互接続と配線の要件を満たせなくなってきています。そのため、基板の表裏を電気的に接続し、相互接続経路を短縮して回路密度を高めるために、マイクロビアが必要となります。その結果、DPC（直接銅めっき）ビアメタライゼーション技術は、LED、レーザー、光通信、RFデバイス、パワーエレクトロニクスなどの用途で広く採用されています。
しかしながら、セラミック基板は本来的に電気絶縁性を持つ。基板にマイクロビアを形成するだけでは、両面間の電気的連続性は確立されない。真の課題は、マイクロビアの内壁に沿って連続的で信頼性の高い金属シード層を形成することである。
1. セラミックマイクロビアを通して電気的連続性はどのように確立されるのか？
DPCビアの金属化は通常、レーザー加工によってセラミック基板にマイクロビアを形成することから始まります。マイクロビアは一般的にテーパー状または貫通状の穴になります。次に、マイクロビアと基板表面を徹底的に洗浄および脱ガスし、加工残渣、水分、その他の汚染物質を除去します。その後、真空スパッタリングプロセスを用いて、基板表面およびマイクロビアの内壁に沿って、通常50～200 nmの厚さのTi密着層を成膜し、続いて通常0.5～2 μmの厚さのCu導電性シード層を成膜します。
Ti層は金属膜とセラミック基板間の接着強度を高める密着層として機能し、Cuシード層は後続の電気めっきのための連続的な導電性基盤を提供する。その後、銅層は電気めっきによってさらに積層され、通常5～20μmの厚さとなり、最終的に金属化されたビアを介して表裏の回路間の信頼性の高い電気的連続性が確立される。簡単に言えば、真空スパッタリングによって導電性基盤が形成され、その後の電気めっきによって銅の厚みが増すことで、ビア抵抗が低減され、相互接続の信頼性が向上する。
このプロセスは一見単純に見えるが、信頼性の高いビア相互接続を実現するには、重要な前提条件が1つある。それは、Ti/Cuシード層が基板表面と各マイクロビアの内壁全体を完全に連続的に覆う必要があるということだ。
2. DPCビア用Ti/Cuシード層の真空スパッタリングにおける4つの主要な課題
狭いマイクロビア内部に連続的なシード層を形成することは決して容易ではありません。ビア内部に残留物が残ると膜の密着性が損なわれる可能性があり、マイクロビアの形状によって側壁の被覆がますます困難になります。シード層の局所的な不連続性は後続の電気めっきを妨げる可能性があり、異なる基板位置や製造バッチ間のばらつきはプロセス全体の安定性に影響を与える可能性があります。DPCビアの金属化のための真空スパッタリングの主な課題は、4つの領域にまとめることができます。
1. ビア内部の残留物はフィルムの密着性を損なう可能性がある
レーザー加工後、セラミック基板には、マイクロビア内部にセラミック粒子、再鋳造材料、ドリル屑、吸着水分などが残存する可能性があります。直径が小さくアスペクト比の高いマイクロビアの場合、これらの残留物は表面汚染よりも除去がはるかに困難です。洗浄と脱ガスが不十分な場合、Ti密着層がセラミック側壁と強固で確実な接合を形成しない可能性があります。このような欠陥はコーティング直後にはすぐには現れませんが、その後の電気めっき、はんだ付け、または高温動作中に徐々に膨れや剥離へと進行する可能性があります。
2. アスペクト比が高いほど、サイドウォールのカバー範囲が狭くなる
マイクロビアのスパッタリングの難易度は、深さだけで評価することはできません。ビアの深さと直径の比、つまりアスペクト比も同様に重要です。例えば、直径60μm、深さ300μmのビアのアスペクト比は5:1です。アスペクト比が大きくなると、ビアの入口がスパッタリングされた粒子の幾何学的遮蔽を大きくし、側壁の中央部分に到達できる粒子の数が減少します。その結果、基板表面やビア開口部付近には比較的厚い膜が形成される一方、ビア側壁の中央部分は著しく薄くなったり、不連続になったりする可能性があります。
3. 不完全なシード層は、信頼性の高いビア相互接続を妨げる可能性があります
DPCビアの金属化における根本的な要件は、ビア壁に銅が存在するかどうかだけでなく、Ti/Cuシード層が基板の前面からビア側壁全体に沿って背面まで連続的に延びているかどうかです。シード層にわずかな不連続性があるだけでも、その後の電気めっきに必要な導電経路が途切れてしまう可能性があります。したがって、シード層の品質は、表面の外観や平均膜厚だけで評価することはできません。ビア側壁の最も薄い部分に特に注意を払い、金属化された経路全体にわたって連続的な導電性が維持されているかどうかを確認する必要があります。
4. 単一サンプルの合格は、バッチ間の安定性を保証するものではない
単一サンプルで必要な表面膜厚を達成できたとしても、必ずしもそのプロセスが量産準備完了を意味するわけではありません。DPC製造では、基板の前面と背面、中央部と端部、異なる治具位置間、そしてバッチ間におけるコーティングの均一性を厳密に管理する必要があります。多数のマイクロビアを含むセラミック基板の場合、プロセス評価は平均膜厚のみに焦点を当てるべきではありません。さらに重要なのは、ビア側壁の最も薄い領域が、後続の電気めっきに必要な電気伝導率を常に維持しなければならないことです。
3. 種層が適切に堆積されなかった場合、何が起こるのか？
Ti/Cuシード層は、その後の電気めっきに必要な導電性基盤を提供する。ビア側壁上のシード層が薄すぎたり、被覆が不十分であったり、不連続部が存在する場合、電気めっき電流は側壁に沿って連続的に伝達されず、欠陥箇所では銅イオンが適切に還元・析出されない。電気めっきが進み銅層が形成されるにつれて、当初は被覆が不十分であった小さな領域が、ビア内部の銅層の空隙、局所的な厚み不足、または不連続なめっきへと発展する可能性がある。
これらの欠陥は、セラミック基板の表裏両面の回路の相互接続品質に直接影響を与えます。軽微な場合、ビア抵抗の増加、局所的な発熱、電気的性能の変動などを引き起こす可能性があります。より深刻な場合、両面の回路が電気的に連続性を保てなくなることがあります。その後のはんだ付け、高温劣化、または熱サイクル処理中に、欠陥箇所にブリスター、剥離、または回路の亀裂がさらに発生し、製品の歩留まりと長期信頼性が低下し、最終的にはデバイスの故障につながる可能性があります。
4. 振華真空のセラミック基板ビアメタライゼーション向け量産ソリューション ― DPCセラミック基板真空コーティング生産ライン
機器の利点：
自動化：完全自動化されたコーティングおよびワークピース搬送システムにより、手作業による介入が削減され、生産効率が向上し、全体のサイクルタイムが短縮されます。
処理能力：120mm×120mmの基板に対応し、最大生産能力は毎時288個です。
性能：セラミック基板の電気伝導性を向上させると同時に、放熱性能も高めます。
ビアメタライゼーション：最適化された磁場構成により、マイクロビア内部への効率的かつ均一なコーティングが可能になります。
プロセス：両面コーティングに対応し、全体的な膜厚均一性とコーティングの一貫性を向上させます。
アプリケーション:
この装置は、Ti、Cu、Al、Sn、Cr、Ag、Niなど、さまざまな元素金属の薄膜を成膜することができ、セラミック基板、セラミックコンデンサ、LEDセラミックパッケージ／サポートなどの用途で、半導体および電子部品業界で広く利用されている。
5．結論
Zhenhua Vacuumは、DPC製造におけるフロントエンド真空スパッタリングプロセスに注力しています。マイクロビア側壁被覆率の向上と両面コーティング技術と自動生産の組み合わせにより、後続の電気めっきに適した安定したTi/Cuシード層と信頼性の高いビア相互接続を実現します。これにより、顧客は安定した量産を実現できるとともに、半導体および先端電子機器用途におけるDPCセラミック基板の幅広い採用を支援します。
-この記事は 真空コーティング装置メーカー振華真空
投稿日時：2026年8月27日