CN107211535A - 电路基板和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

电路基板的制造方法具备如下工序：制作导体糊剂的工序，所述导体糊剂是在银(Ag)粉末中添加金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的粉末而得到的；在经过焙烧的陶瓷基板的表面上涂布导体糊剂的工序；涂布导体糊剂后，在陶瓷基板的表面上涂布玻璃糊剂的工序；将涂布于表面的导体糊剂进行焙烧，从而形成导体图案的工序；和，将涂布于表面的玻璃糊剂进行焙烧，从而形成被覆层的工序。

Description

电路基板和其制造方法
技术领域
本发明涉及电路基板和其制造方法。
背景技术
电路基板有时使用主要由氧化铝、富铝红柱石、氮化硅、氮化铝、玻璃陶瓷等形成的陶瓷基板。
作为使用陶瓷基板的电路基板，已知在陶瓷基板的表面形成有主要由银(Ag)形成的导体图案、和含有玻璃成分且覆盖导体图案的被覆层的电路基板(参照专利文献1)。被覆层也被称为硬涂玻璃层。导体图案和被覆层通过在陶瓷基板的表面上涂布导体糊剂和玻璃糊剂后进行焙烧而形成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-135394号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1的技术中，通过焙烧形成导体图案和被覆层时，导体图案的银成分向被覆层扩散，从而被覆层中有时产生电绝缘性的降低和变色。认为，银成分向被覆层的扩散被导体图案所含的银成分的氧化所促进。
用于解决问题的方案
本发明是为了解决上述课题而作出的，可以以以下的方案而实现。
(1)本发明的一个方案提供制造如下电路基板的电路基板的制造方法，所述电路基板具备：具有主要由陶瓷形成的表面的陶瓷基板；形成于前述陶瓷基板的前述表面、且主要由银(Ag)形成的导体图案；和，含有玻璃成分、形成于前述陶瓷基板的前述表面、且覆盖前述导体图案的被覆层。该制造方法具备如下工序：将前述陶瓷基板焙烧的工序；制作导体糊剂的工序，所述导体糊剂是在银(Ag)粉末中添加金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的粉末而得到的；在经过焙烧的前述陶瓷基板的前述表面上涂布前述导体糊剂的工序；涂布前述导体糊剂后，在前述陶瓷基板的前述表面上涂布玻璃糊剂的工序；将涂布于前述表面的前述导体糊剂进行焙烧，从而形成前述导体图案的工序；和，将涂布于前述表面的前述玻璃糊剂进行焙烧，从而形成前述被覆层的工序。根据该方案，添加于导体糊剂的金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的添加成分在焙烧中进行氧化，从而可以抑制导体图案的银成分向被覆层扩散。因此，可以抑制被覆层中电绝缘性的降低和产生变色。其结果，可以提高电路基板的品质。
(2)上述方案的制造方法中，前述金属硼化物可以包含六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)中的至少一者。根据该方案，可以抑制银成分从导体图案向被覆层的扩散。
(3)上述方案的制造方法中，前述金属硅化物可以包含二硅化锆(ZiSi2)和二硅化钽(TaSi2)中的至少一者。根据该方案，可以抑制银成分从导体图案向被覆层的扩散。
(4)上述方案的制造方法中，前述导体糊剂所含的无机成分中的前述金属硼化物和前述金属硅化物的总含量可以为3体积％以上且15体积％以下。根据该方案，可以充分抑制银成分从导体图案向被覆层的扩散。
(5)上述方案的制造方法中，前述制作导体糊剂的工序可以包括如下工序：使前述金属硼化物和前述金属硅化物中的至少一者的前述粉末附着于前述银(Ag)粉末的表面。根据该方案，可以进一步抑制银成分从导体图案向被覆层的扩散。
(6)上述方案的制造方法中，将前述导体糊剂与前述玻璃糊剂一起进行焙烧，从而可以与前述导体图案一起形成前述被覆层。根据该方案，与分别形成导体图案与被覆层的情况相比，可以简化制造工序。
(7)上述方案的制造方法中，可以将前述导体糊剂焙烧，从而形成前述导体图案后，将前述玻璃糊剂涂布于前述陶瓷基板的前述表面。根据该方案，可以进一步抑制银成分从导体图案向被覆层的扩散。
(8)本发明的一个方案提供一种电路基板，其具备：具有主要由陶瓷形成的表面的陶瓷基板；形成于前述陶瓷基板的前述表面、且主要由银(Ag)形成的导体图案；和，含有玻璃成分、形成于前述陶瓷基板的前述表面、且覆盖前述导体图案的被覆层。该电路基板中，在与前述导体图案相邻的区域中，前述被覆层所含的硅原子(Si)和硼原子(B)中的至少一者的浓度越接近前述导体图案越高。根据该方案，可以抑制被覆层中电绝缘性的降低和产生变色。其结果，可以提高电路基板的品质。
本发明可以以各种方案实现而不限定于电路基板和其制造方法，例如可以以具备电路基板的装置、制造电路基板的制造装置等方案实现。
附图说明
图1为示意性示出电路基板的截面的说明图。
图2为示出电路基板的制造方法的工序图。
图3为示出评价试验的结果的表。
图4为示出第2实施方式中的电路基板的制造方法的工序图。
具体实施方式
A.实施方式
图1为示意性示出电路基板100的截面的说明图。电路基板100上形成有实现规定功能的电路中的至少一部分。本实施方式中，电路基板100上形成有用于将信号传导至电子部件的电路。电路基板100具备：陶瓷基板110、导体图案170和被覆层180。
电路基板100的陶瓷基板110为呈板状的陶瓷。本实施方式中，陶瓷基板110主要由玻璃陶瓷形成。本说明书中，“主要由(成分)形成”是指，其成分占整体的50质量％以上。其他实施方式中，陶瓷基板110的主成分可以为氧化铝、富铝红柱石、氮化硅、氮化铝等其他陶瓷材料。本实施方式中，陶瓷基板110为低温焙烧陶瓷基板。陶瓷基板110具备层叠有多个绝缘陶瓷层(未作图示)的结构。本实施方式中，陶瓷基板110上设置有作为构成电路的导体的导体层、导通孔、通孔等(未作图示)。
陶瓷基板110具有表面111、112。表面112为配置于与表面111对置的位置的背面。表面111上形成有导体图案170和被覆层180。其他实施方式中，表面112上，也与表面111同样地，可以形成有导体图案170和被覆层180。
表面111、112主要由陶瓷形成。本实施方式中，表面111、112是将硼硅酸系玻璃粉末与氧化铝(Al2O3)粉末焙烧而得到的陶瓷层的表面。硼硅酸系玻璃以二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化硼(B2O3)为主成分。
电路基板100的导体图案170是形成于陶瓷基板110的表面111的导电性陶瓷。导体图案170主要由银(Ag)形成。本实施方式中，导体图案170包含银(Ag)粉末和硼硅酸系玻璃粉末，且具备导电性。本实施方式中，导体图案170的整体由被覆层180覆盖。其他实施方式中，导体图案170的一部分可以自被覆层180露出。本实施方式中，导体图案170的厚度约为10μm。
电路基板100的被覆层180是形成于陶瓷基板110的表面111的绝缘性陶瓷。被覆层180含有玻璃成分。被覆层180也被称为硬涂玻璃层。本实施方式中，被覆层180主要由玻璃陶瓷形成。本实施方式中，被覆层180是将硼硅酸系玻璃粉末与氧化铝(Al2O3)粉末焙烧而得到的绝缘性陶瓷。被覆层180覆盖导体图案170的至少一部分。本实施方式中，被覆层180的厚度为约10～20μm。
被覆层180具有与导体图案170相邻的区域181。在与导体图案170相邻的区域181中，被覆层180所含的硅原子(Si)和硼原子(B)中的至少一者的浓度越接近导体图案170越高。
图2为示出电路基板100的制造方法的工序图。首先，通过焙烧制作陶瓷基板110(工序P110)。
作为制作陶瓷基板110的准备，制作作为陶瓷基板110的基础的生片。生片在无机成分的粉末中混合粘合剂(粘结剂)、增塑剂、溶剂等而成形为薄板状(片状)。本实施方式中，将作为无机成分的粉末的硼硅酸系玻璃粉末与氧化铝粉末以体积比60：40、以总量成为1kg的方式称量，然后将它们的粉末放入氧化铝制的容器(罐)中。之后，将作为粘合剂的120g的丙烯酸类树脂、作为溶剂的适量的甲乙酮(MEK)、和作为增塑剂的适量的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)加入至罐内的材料。之后，用5小时将罐内的材料混合，从而得到陶瓷浆料。之后，利用刮刀法，自陶瓷浆料制作生片。本实施方式中，生片的厚度为0.15mm。本实施方式中，利用冲裁加工将生片成形。
制作生片，然后将导体糊剂涂布于生片。本实施方式中，导体糊剂是在混合有银(Ag)粉末与硼硅酸系玻璃粉末的无机成分的粉末中混合粘合剂、增塑剂和溶剂等而成的糊剂。本实施方式中，在无机成分的粉末中加入作为粘合剂的乙基纤维素、和作为溶剂的萜品醇，然后使用三辊磨，将材料混炼，从而得到导体糊剂。之后，利用丝网印刷和填孔印刷，将导体糊剂涂布于生片。
将导体糊剂涂布于生片，然后制作层叠有多个生片的层叠体。本实施方式中，利用切削加工，将层叠体成形为适于焙烧的形状。本实施方式中，在250℃的大气中，将层叠体暴露10小时，从而将层叠体脱脂。
制作层叠体，然后将层叠体焙烧，从而制作陶瓷基板110。本实施方式中，在900℃的大气中，将层叠体暴露60分钟，从而将层叠体焙烧。经过这些工序得到陶瓷基板110。
制作陶瓷基板110(工序P110)，然后制作作为导体图案170焙烧前的形态的导体糊剂(工序P120)。作为导体图案170焙烧前的形态的导体糊剂是在银(Ag)粉末中添加金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的粉末而成的糊剂。
从抑制银向被覆层180扩散的观点出发，添加至导体糊剂的金属硼化物优选为六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)中的至少一者。从抑制银向被覆层180扩散的观点出发，添加至导体糊剂的金属硅化物优选为二硅化锆(ZiSi2)和二硅化钽(TaSi2)中的至少一者。
从充分抑制银向被覆层180扩散的观点出发，导体糊剂所含的无机成分中的金属硼化物和金属硅化物的总含量优选为3体积％以上且15体积％以下。
本实施方式中，制作作为导体图案170焙烧前的形态的导体糊剂时，作为导体糊剂的无机成分材料，准备如下混合粉末：其是在作为导体材料的银(Ag)粉末中混合与陶瓷基板110的成分共通的硼硅酸系玻璃粉末而成的。之后，将金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的粉末、作为粘合剂的乙基纤维素、和作为溶剂的萜品醇加入至无机成分的混合粉末。之后，使用三辊磨，将材料混炼，从而得到导体糊剂。
制作导体糊剂(工序P120)，然后在经过焙烧的的陶瓷基板110的表面111涂布导体糊剂(工序P130)。本实施方式中，利用丝网印刷，将导体糊剂涂布于陶瓷基板110。
涂布导体糊剂(工序P130)，然后在涂布有导体糊剂的陶瓷基板110的表面111上涂布作为被覆层180焙烧前的形态的玻璃糊剂(工序P150)。本实施方式中，作为玻璃糊剂的无机成分材料，准备混合硼硅酸系玻璃粉末与氧化铝粉末而成的混合粉末。之后，将作为粘合剂的乙基纤维素、和作为溶剂的萜品醇加入至无机成分的混合粉末。之后，使用三辊磨，将材料混炼，从而得到玻璃糊剂。本实施方式中，利用丝网印刷，将玻璃糊剂涂布于陶瓷基板110的表面111。
涂布玻璃糊剂(工序P160)，然后将涂布于陶瓷基板110的表面111的导体糊剂和玻璃糊剂焙烧，从而形成导体图案170和被覆层180(工序P160)。本实施方式中，在850℃的大气中，将涂布有导体糊剂和玻璃糊剂的陶瓷基板110暴露60分钟，从而将导体糊剂和玻璃糊剂焙烧。由此，在陶瓷基板110的表面111形成导体图案170和被覆层180。经过这些工序完成电路基板100。
通过焙烧形成导体图案170和被覆层180时，利用导体糊剂中所含的添加成分(金属硼化物和金属硅化物中的至少一者)的氧化反应，导体糊剂附近的氧被消耗。由此，导体糊剂中所含的银成分的氧化被抑制。因此，银成分向被覆层180的扩散被抑制。
焙烧中氧化了的添加成分的至少一部分向与被覆层180中的导体图案170相邻的区域181扩散。因此，在与导体图案170相邻的区域181中，被覆层180所含的硅原子(Si)和硼原子(B)中的至少一者的浓度越接近导体图案170越高。
图3为示出评价试验的结果的表。图3的评价试验中，作为使用各不同的导体糊剂和玻璃糊剂的电路基板100，制作试样S01～S10。图3的表中，作为导体图案170焙烧前的形态的导体糊剂中的添加剂的含量表示导体糊剂所含的无机成分中的添加剂的体积百分率。
试样S01～S07的制造方法与图2的制造方法同样。试样S08的制造方法除使用电路基板100的各部分材料中所含的硼硅酸系玻璃粉末代替Na2-ZnO-B2O3系玻璃粉末的方面、以及导体糊剂和玻璃糊剂的焙烧温度为600℃的方面之外，与图2的制造方法同样。试样S09的制造方法除不在导体糊剂中添加金属硼化物和金属硅化物的方面之外，与图2的制造方法同样。试样S10的制造方法除不在导体糊剂中添加金属硼化物和金属硅化物的方面之外，与试样S08的制造方法同样。
使用扫描型电子显微镜(SEM)和电子探针显微分析仪(EPMA)，对各试样的截面进行观察，从而测定银向被覆层180的扩散距离。以导体图案170与被覆层180的界面中的银(Ag)浓度为基准值，在10处测定从该界面至被覆层180中银(Ag)浓度达到基准值的一半的位置的距离，将其平均值作为银的扩散距离而求出。
以如下基准判定各试样。
○(优)：银的扩散距离低于5μm
×(差)：银的扩散距离为5μm以上
根据试样S01～S03与试样S09的评价结果可知，将作为金属硼化物的六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)添加至作为导体图案170的基础的导体糊剂，从而可以抑制银向被覆层180的扩散。
根据试样S04～S05与试样S09的评价结果可知，将作为金属硅化物的二硅化锆(ZiSi2)和二硅化钽(TaSi2)添加至作为导体图案170的基础的导体糊剂，从而可以抑制银向被覆层180的扩散。
根据试样S01～S07的评价结果可知，作为导体图案170的基础的导体糊剂所含的无机成分中的金属硼化物和金属硅化物的总含量为3体积％以上且15体积％以下时，可以充分抑制银向被覆层180的扩散。
根据试样S01、S08与试样S09、S10的评价结果可知，玻璃糊剂的材料为Na2-ZnO-B2O3系玻璃粉末的情况下，也与玻璃糊剂的材料为硼硅酸系玻璃的情况同样地，可以抑制银向被覆层180的扩散。
根据以上说明的实施方式，添加至导体糊剂的金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的添加成分在焙烧中发生氧化，从而可以抑制导体图案170的银成分向被覆层180扩散。因此，被覆层180中，可以抑制电绝缘性的降低和变色发生。其果，可以提高电路基板100的品质。
另外，添加至导体糊剂的金属硼化物可以包含六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)中的至少一者。由此，可以抑制银成分从导体图案向被覆层的扩散。
另外，添加至导体糊剂的金属硅化物也可以包含二硅化锆(ZiSi2)和二硅化钽(TaSi2)中的至少一者。由此，可以抑制银成分从导体图案向被覆层的扩散。
另外，导体糊剂所含的无机成分中的金属硼化物和金属硅化物的总含量为3体积％以上且15体积％以下时，可以充分抑制银成分从导体图案170向被覆层180的扩散。
另外，将导体糊剂与玻璃糊剂一起进行焙烧，从而与导体图案170一起形成被覆层180(工序P160)，因此，与分别形成导体图案170和被覆层180的情况相比，可以简化制造工序。
B.第2实施方式
图4为示出第2实施方式中的电路基板100的制造方法的工序图。第2实施方式的制造方法除比涂布导体糊剂的工序(工序P130)靠后的工序不同的方面之外，与第1实施方式同样。
第2实施方式中，涂布导体糊剂(工序P130)，然后焙烧导体糊剂，从而形成导体图案170(工序P240)。本实施方式中，在850℃的大气中，将涂布于陶瓷基板110的导体糊剂暴露60分钟，从而将导体糊剂焙烧。由此，在陶瓷基板110的表面111形成导体图案170。
形成导体图案170(工序P240)，然后在陶瓷基板110的表面111涂布作为被覆层180的基础的玻璃糊剂(工序P250)。制作和涂布第2实施方式中的玻璃糊剂的方法与第1实施方式同样。
涂布玻璃糊剂(工序P250)，然后将涂布于陶瓷基板110的表面111的玻璃糊剂焙烧，从而形成被覆层180(工序P260)。本实施方式中，在600℃的大气中，将涂布于陶瓷基板110的玻璃糊剂暴露60分钟，从而将玻璃糊剂焙烧。由此，在陶瓷基板110的表面111形成被覆层180。经过这些工序完成电路基板100。
根据第2实施方式，与第1实施方式同样地，可以抑制导体图案170的银成分向被覆层180扩散。因此，可以抑制被覆层180中电绝缘性的降低和变色发生。其结果，可以提高电路基板100的品质。
另外，将导体糊剂焙烧而形成导体图案(工序P240)，然后将玻璃糊剂涂布于陶瓷基板110的表面111，因此可以进一步抑制银成分从导体图案170向被覆层180的扩散。
C.其他实施方式
本发明不限定于上述实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内可以以各种构成实现。例如，与发明内容的栏中记载的各方案中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征是为了解决上述课题的一部分或全部、或者为了达成上述效果的一部分或全部，而可以适当进行替换、组合。另外，该技术特征如果不是在本说明书中作为必须的特征而进行说明，则适当可以删除。
其他实施方式中，制作作为导体图案170的基础的导体糊剂时(工序P120)、在银(Ag)粉末中加入粘合剂和溶剂之前将金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的粉末混合在银(Ag)粉末中，从而可以使金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的粉末附着于银(Ag)粉末的表面。由此，可以进一步抑制银成分从导体图案170向被覆层180的扩散。
其他实施方式中，可以在涂布导体糊剂后(工序P130)且涂布玻璃糊剂前(工序P150)，在陶瓷基板110上涂布作为电阻体的基础的糊剂。作为电阻体的基础的糊剂是将氧化钌粉末和硼硅酸系玻璃粉末与粘合剂和溶剂混炼而成的糊剂。
附图标记说明
100…电路基板
110…陶瓷基板
111…表面
112…表面
170…导体图案
180…被覆层
181…区域

Claims (8)

1.一种电路基板的制造方法，其特征在于，其为制造如下电路基板的电路基板的制造方法，
所述电路基板具备：
具有主要由陶瓷形成的表面的陶瓷基板；
形成于所述陶瓷基板的所述表面、且主要由银(Ag)形成的导体图案；和，
含有玻璃成分、形成于所述陶瓷基板的所述表面、且覆盖所述导体图案的被覆层，
所述制造方法具备如下工序：
将所述陶瓷基板焙烧的工序；
制作导体糊剂的工序，所述导体糊剂是在银(Ag)粉末中添加金属硼化物和金属硅化物中的至少一者的粉末而得到的；
在经过焙烧的所述陶瓷基板的所述表面上涂布所述导体糊剂的工序；
涂布所述导体糊剂后，在所述陶瓷基板的所述表面上涂布玻璃糊剂的工序；
将涂布于所述表面的所述导体糊剂进行焙烧，从而形成所述导体图案的工序；和，
将涂布于所述表面的所述玻璃糊剂进行焙烧，从而形成所述被覆层的工序。
2.根据权利要求1所述的电路基板的制造方法，其中，所述金属硼化物包含六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)中的至少一者。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电路基板的制造方法，其中，所述金属硅化物包含二硅化锆(ZiSi2)和二硅化钽(TaSi2)中的至少一者。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的电路基板的制造方法，其中，所述导体糊剂所含的无机成分中的所述金属硼化物和所述金属硅化物的总含量为3体积％以上且15体积％以下。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的电路基板的制造方法，其中，所述制作导体糊剂的工序包括如下工序：使所述金属硼化物和所述金属硅化物中的至少一者的所述粉末附着于所述银(Ag)粉末的表面。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的电路基板的制造方法，其中，将所述导体糊剂与所述玻璃糊剂一起进行焙烧，从而与所述导体图案一起形成所述被覆层。
7.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的电路基板的制造方法，其中，将所述导体糊剂焙烧，从而形成所述导体图案后，在所述陶瓷基板的所述表面上涂布所述玻璃糊剂。
8.一种电路基板，其特征在于，具备：
具有主要由陶瓷形成的表面的陶瓷基板；
形成于所述陶瓷基板的所述表面、且主要由银(Ag)形成的导体图案；和，
含有玻璃成分、形成于所述陶瓷基板的所述表面、且覆盖所述导体图案的被覆层，
在与所述导体图案相邻的区域中，所述被覆层所含的硅原子(Si)和硼原子(B)中的至少一者的浓度越接近所述导体图案越高。
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