JP2002151810A - 回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路基板を実装する電子制御装置が冷熱負荷
の高い使用環境にあっても、冷熱負荷に係る回路故障を
生じない回路基板を提供することにある。 【解決手段】 基板１０と、基板１０の表面に配線され
る回路配線層２０を備え、基板１０上に回路配線層２０
が焼成されて形成される回路基板１において、回路配線
層２０と、回路配線層２０の下地となる基板１０との間
には、基板１０の熱膨張率より低い熱膨張率を有するガ
ラス層３０が回路配線層２０と基板１０を接合するよう
に配置する。これにより、回路基板１のガラス層３０に
は、焼成後、常温まで冷却される温度幅に応じた圧縮応
力を残留させることができるので、この圧縮残留応力が
引張り荷重に抗して引張り応力の発生を抑制できるの
で、回路配線２０と基板１０の接合強度の向上が可能で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板およびそ
の製造方法に関し、特に、温度変化の大きな使用環境で
の信頼性向上が図れる回路基板およびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】回路配線を基板に形成する回路基板にお
いて、回路配線となる導体ペーストを基板に塗布後、焼
成することで形成される回路基板が知られている。この
回路基板には、導体ペーストが焼成される過程で、回路
配線である導体と基板の引剥がし強さ、所謂、接合強度
を向上させるために、導体ペースト中にガラス材料を添
加するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来構造では、温度変
化の大きい使用環境、いわゆる、冷熱負荷の高い使用環
境で使用される電子制御装置等の装置の回路基板に適用
したい場合、温度変化の大きな使用下でも回路基板の強
度を保証するという配慮が十分なされていない。

【０００４】このため、冷熱負荷の高い使用環境で使用
すると、半導体チップ等をはんだ付けした回路配線部分
の下地にある基板部分に、実装した部品と基板との熱膨
張差に起因する熱応力が生じ、その結果、クラック等が
生じてしまう可能性があり、場合によっては、クラック
の拡大等により回路故障となる場合がある。

【０００５】また、近年、車両居住性の向上等の観点か
らエンジンルームを高密度化する要求が高まっており、
このためエンジンルーム内のデッドスペースが減少し、
エンジンルーム内の温度が上昇する傾向にある。勿論、
回路基板を備える電子装置を小型化する要求もある。

【０００６】したがって、作動、非作動等による温度変
化が大きい使用環境、つまり冷熱負荷の高い使用環境に
おいても、電子制御装置等の回路装置が正常作動できる
ように、冷熱負荷に係る信頼性向上ができる回路基板お
よびその製造方法が望まれている。また、冷熱負荷に係
る信頼性が向上しつつ、電子回路装置の小型化が可能な
回路基板およびその製造方法が望まれている。

【０００７】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたものであり、その第１の目的は、回路基板を実装す
る電子装置が冷熱負荷の高い使用環境にあっても、冷熱
負荷に係る回路故障を生じない回路基板およびその製造
方法を提供することにある。

【０００８】また、第２の目的は、冷熱負荷に係る回路
故障を生じないようにすると共に、回路基板を実装する
電子装置が小型化可能な回路基板およびその製造方法を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１による
と、基板と、基板の表面に配線される回路配線層を備
え、基板上に回路配線層が同時焼成されて形成される回
路基板において、回路配線層と、回路配線層の下地とな
る基板との間には、基板の熱膨張率より低い熱膨張率を
有するガラス層が、回路配線層と基板を接合するように
配置されている。すなわち、回路配線層と基板を具えた
回路基板において、回路配線層と下地となる基板との間
に、基板の熱膨張率より低い熱膨張率を有するガラス層
を配置する。

【００１０】焼成（焼成温度は、例えば６００〜９００
℃程度）後常温まで冷却される過程において、ガラス層
が溶融状態にあるときには、ガラス層は流動体であるた
め、ガラス層内部に応力が発生することはない。一方、
ガラス層がいわゆる軟化温度以下まで冷却されると、ガ
ラス層は溶融状態から硬化した固体状態となり、残留応
力がガラス層内に生じる。

【００１１】このとき、本発明の回路基板のガラス層は
基板より低い熱膨張率を有するので、収縮が小さいガラ
ス層と収縮が大きい基板との熱収縮差によりガラス層に
圧縮応力を残留させることができる。しかもこの圧縮残
留応力は、熱収縮差によるものであるため、ガラス層の
軟化温度から常温まで冷却される温度幅に応じた圧縮残
留応力をガラス層内に生じさせることができる。

【００１２】一方、回路基板を搭載する電子制御装置等
の回路装置が正常に作動させるためには、半導体チップ
等を実装して電子回路を形成する回路基板の強度、特に
回路配線層と基板の接合強度を向上させて、回路故障を
防止する必要がある。

【００１３】これに対して、本発明の回路基板は、回路
配線層と基板を接合するガラス層の熱膨張率を基板の熱
膨張率より低くすることで、ガラス層に圧縮残留応力を
予め生じさせておくので、回路配線層と基板の接合強
度、いわゆる回路配線層と基板の引剥がし強度におい
て、回路配線層と基板とを引剥がす力、すなわち引張り
荷重等が加わえるとき、圧縮残留応力が引張り荷重に抗
して引張り応力の発生を抑制させるので、回路配線層と
基板の接合強度の向上ができる。

【００１４】また、冷熱負荷の高い使用環境で本発明の
回路基板を用いる場合、上述の如く、圧縮残留応力が軟
化温度以下の温度範囲で存在するので、回路配線層と基
板を接合するガラス層に、その冷熱負荷の大小に係ら
ず、発生した引張り応力を、焼成時にガラス層内に生じ
させておいた圧縮応力により相殺あるいは緩和すること
により、回路配線層と基板の接合強度を確保できる。

【００１５】したがって、冷熱負荷が高い使用環境であ
っても、ガラス層が基板の熱膨張率より低い関係にある
ガラス層と基板の熱収縮差に起因して、ガラス層内に圧
縮応力を残留させることができるので、回路配線層と基
板の接合強度の向上が可能である。これにより、冷熱負
荷に係わる回路故障の防止が可能である。

【００１６】上記ガラス層の熱膨張率は、請求項２に記
載のように、基板がセラミックまたはセラミック複合材
料で形成されるものであって、その基板の熱膨張率より
低く、３〜７ｐｐｍ／℃の範囲にあることが望ましい。

【００１７】本発明の請求項３によれば、基板に用いる
セラミック複合材料は、ガラスセラミックからなり、回
路配線層と基板を接合するガラス層の熱膨張率は、基板
の熱膨張率より低く、３〜６ｐｐｍ／℃の範囲とする。
これにより、半導体チップを回路基板に実装する実装性
に優れるガラスセラミックの基板に適用できるので、冷
熱負荷に係わる回路故障の防止と、実装性に優れた回路
基板を用いることで回路基板の小型化、つまり回路基板
を搭載する電子装置の小型化が両立可能である。

【００１８】本発明の請求項４によれば、ガラス層は、
複数のガラス成分からなる組成系であって、ＳｉＯ２・
Ｂ２Ｏ３・ＺｎＯ系、Ｌｉ２Ｏ・ＺｎＯ系、Ｂ２Ｏ３・
ＺｎＯ系、ＰｂＯ・Ｂ２Ｏ３・ＺｎＯ系、ＳｉＯ２・Ｐ
ｂＯ系、ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ＰｂＯ系、ＳｉＯ２・
Ｂ２Ｏ３・ＢａＯ系のいずれか一組成系を含むことを特
徴とする。上述の組成系を用いてガラス層を形成する場
合、本実施形態で説明ように、回路配線層を形成する金
属粉末からなる導体ペースト中に、ガラス層を形成する
ガラス微粒子粉末を添加しておくことにより、回路配線
層を焼成する過程において、導体ペースト中でガラス微
粒子粉末が軟化溶融する。この軟化溶融したガラス微粒
子粉末は、回路配線層と下地となる基板の間に形成さ
れ、回路配線層と基板とを接合するガラス層となる。こ
のとき、ガラス層内には圧縮残留応力を形成することが
可能である。

【００１９】上記回路配線層と基板を同時焼成する過程
において軟化溶融することで形成されるガラス層は、請
求項５に記載のように、その軟化温度が３００〜７００
℃であることが望ましい。

【００２０】請求項６によれば、セラミックまたはセラ
ミック複合材料の基板に、回路配線の金属からなる導体
ペーストを所定の配線形状に塗布して導体ペースト成形
基板をなす工程と、導体ペースト成形基板を焼成して基
板上に回路配線を焼成する工程とを備えた回路基板の製
造方法において、導体ペーストには、基板の熱膨張率よ
り低い熱膨張率を有するガラス材料が添加されている。

【００２１】このガラス材料を含む導体ペーストを所定
の配線形状に基板へ塗布して導体ペースト成形基板を成
形した後、焼成するので、焼成する過程で、ガラス材料
は、導体ペースト中で軟化溶融し、回路配線とこの回路
配線の下地となる基板の間に形成されるガラス層とな
る。しかも、焼成後常温まで冷却する過程において、こ
のガラス層と基板の熱収縮差によりガラス層内に圧縮応
力が残留するとともに、ガラス層は回路配線と基板を接
合することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回路基板に具体化
した実施形態を図面に従って説明する。

【００２３】（回路基板の実施形態）図１は、本発明の
実施形態の回路基板の構成を示す断面図である。図２
は、図１中のガラス層において、本発明の特徴であるガ
ラス層の熱膨張率に対する回路基板の抗折強度、すなわ
ち接合強度を表す特性図である。図３は、本発明の実施
形態である回路基板を製造する工程、特に焼成から冷却
硬化過程を表す模式図である。

【００２４】図１に示すように、回路基板１は、基板１
０と、基板の表面に配線される回路配線層２０と、ガラ
ス層３０を含んで構成されている。基板１０は、ガラス
セラミック、アルミナ等のセラミックまたはセラミック
複合材料から形成されている。なお、セラミック複合材
料のガラスセラミックで形成された基板１０を備えた回
路基板１は、半導体チップ１００を、基板１０の表面に
配線される回路配線層２０にはんだ付け等により、図１
に示す如く、実装する実装性がアルミナ等の基板材料に
比べて優れている。

【００２５】回路配線層２０は、銅、銀、ニッケル、お
よび銅合金、銀合金等の金属材料で形成され、半導体素
子１００をはんだ付け等により実装して電子回路を形成
するための回路配線形状を有する。

【００２６】なお、後述する回路基板１の製造方法のよ
うに、基板１０上に形成された回路配線層２０を焼成す
ることにより回路基板１を形成するものであって、回路
配線層２０を形成する上述のような金属の金属粉末２０
ａを用いて回路配線となる配線形状に導体ペーストを塗
布して、導体ペースト成形基板１ａを形成する。この導
体ペーストにはガラス層３０のガラス材料３０ａからな
る微粒子粉末を添加しておくので、焼成後形成される回
路配線層２０と下地となる基板１０との間にガラス層３
０が形成され、基板１０と回路配線層２０とが接合され
る（図３参照）。

【００２７】次に、本発明の要部であるガラス層３０を
以下説明する。ガラス層３０は、複数のガラス成分から
なり、そのガラス成分の組成系は、 ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ
３・ＺｎＯ系、Ｌｉ２Ｏ・ＺｎＯ系、Ｂ２Ｏ３・ＺｎＯ
系、ＰｂＯ・Ｂ２Ｏ３・ＺｎＯ系、ＳｉＯ２・ＰｂＯ
系、ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ＰｂＯ系、ＳｉＯ２・Ｂ２
Ｏ３・ＢａＯ系のいずれか一組成系を含んで構成されて
いる。

【００２８】図１に示すように、このガラス層３０は、
回路配線層２０と回路配線層２０の下地となる基板１０
との間に形成され、基板１０と回路配線層２０を接合す
るように配置されている。このため、焼成する過程にお
いて、上述のガラス組成系を有するガラス材料３０ａを
混入させた導体ペースト中でガラス材料３０ａを軟化溶
融させて、回路配線層２０と基板１０とを接合するよう
にガラス層３０を形成されるために、そのガラス層３０
の軟化温度は、基板１０、回路配線層２０より低い所定
の温度範囲にあるように、ガラス層３０のガラス材料３
０ａを選定する。

【００２９】すなわち、一般に焼成は６００〜９００程
度の温度範囲で行われ、焼成により形成される基板１
０、および導体ペーストの回路配線２０の材料は、４０
０〜７００℃の温度範囲で焼結緻密化が始まるので、焼
結緻密化し始める回路配線層２０の導体ペースト中で軟
化溶融し、このガラス層３０が回路配線層２０と基板１
０との間に挟み込まれて形成され易いように、ガラス層
３０の軟化温度は３００〜７００℃の範囲に設定するこ
とが望ましい。これにより、ガラス材料３０ａからなる
ガラス層３０は、回路配線層２０を形成する導体ペース
トから流動体状態で溶出し易いので、回路配線層２０と
基板１０との間に確実に挟まれて配置され、回路配線層
２０と基板１０を接合できる。

【００３０】さらに本発明の回路基板１のガラス層３０
の熱膨張率は、基板１０の熱膨張率より低い所定の熱膨
張率の範囲になるように、ガラス層３０のガラス材料３
０ａを選定することで、後述する回路基板１のガラス層
３０の圧縮残留応力を生じさせるので、回路基板１を用
いる使用環境の冷熱負荷の大小に係らず、回路配線層２
０と基板１０との接合強度が向上できる。

【００３１】すなわち、基板１０がセラミックまたはセ
ラミック複合材料、例えばアルミナ等から形成されるも
のについては、その回路基板１に用いるガラス層３０の
熱膨張率は、その基板１０の材料の熱膨張率より低い３
〜７ｐｐｍ／℃の範囲とする。また、基板１０を形成す
る材料であるセラミックまたはセラミック複合材料のう
ち、基板１０がセラミック複合材料であるガラスセラミ
ック等からなるものについては、ガラス層３０の熱膨張
率は、その基板１０の材料の熱膨張率より低い３〜６ｐ
ｐｍ／℃の範囲とすることが望ましい。

【００３２】これにより、半導体チップを回路基板に実
装する実装性に優れるガラスセラミックの基板に適用で
きるので、冷熱負荷に係わる回路故障の防止と、実装性
に優れた回路基板を用いることで回路基板の小型化、つ
まり回路基板を搭載する電子装置の小型化が両立可能で
ある。

【００３３】なお、ガラス層３０の熱膨張率は、基板１
０の熱膨張率より低い程望ましいが、その熱膨張率が３
ｐｐｍより低い場合は、焼成後冷却過程において、後述
するガラス層３０と基板１０の熱収縮差に起因して発生
する圧縮残留応力が大きくなりすぎ、回路基板１の反り
等を発生する可能性があるので好ましくない。

【００３４】したがって、基板１０とガラス層３０との
熱収縮差があり、しかも基板１０に比べてガラス層３０
が低熱膨張率であることにに起因して、焼成後常温まで
冷却される過程において、ガラス層３０内に圧縮残留応
力を生じさせることができるので、回路基板１の強度、
特に回路配線層２０と基板１０の接合強度を向上できる
特徴を有する。

【００３５】以下、本発明のガラス層３０の低熱膨張率
に起因するこの特徴について、温度変化が大きい使用環
境（以下、冷熱負荷の高い使用環境と呼ぶ）での優位性
も含めて詳述する。

【００３６】本発明の回路基板１は、基板１上に回路配
線層２０を焼成させて形成されるものであって、回路基
板１の製造方法で後述するように、回路配線層２０の金
属粉末２０ａからなる導体ペースト中に、ガラス層３０
のガラス材料３０ａからなる微粒子粉末を添加する。次
に、基板１０のセラミックまたはセラミック複合材料１
０ａからなる基板１０上に導体ペーストを所定の配線形
状に塗布して導体ペースト成形基板１ａを形成する。こ
の導体ペースト成形基板１ａを焼成する過程で、金属導
体ペーストが焼成され焼結緻密化することで、回路配線
層２０を形成する。また、焼成後の冷却過程において、
導体ペーストに添加されたガラス材料３０ａが導体ペー
ストから流動体の状態で溶出する。この溶出したガラス
材料３０ａが回路配線層２０と回路配線層２０の下地と
なる基板１０との間に挟み込まれてガラス層３０として
配置される。さらに冷却されガラス層３０が軟化温度以
下となると、ガラス層３０は、硬化して固体状態となっ
て回路配線層２０と基板１０を接合することができる。

【００３７】上記ガラス層３０が回路配線層２０と基板
１０を接合する過程について以下詳述する。焼成（焼成
温度は、６００〜９００℃程度）後常温まで冷却される
過程において、まず、焼成後冷却当初は、導体ペースト
に添加されたガラス材料３０ａは導体ペーストから溶出
可能な溶融状態にある。つまりガラス層３０が溶融状態
にあるので、ガラス層３０は流動体であるため、ガラス
層３０内に応力が発生することはない。その後さらに冷
却されて、溶融状態から硬化して固体化し始める状態、
いわゆる軟化温度以下になると、ガラス層３０は溶融状
態から硬化した固体状態となるので、ガラス層３０内に
は残留応力が発生する。

【００３８】このとき、本発明の回路基板１のガラス層
３０は基板１０より低い熱膨張率を有するため、収縮が
小さいガラス層２０と収縮が大きい基板１０との熱収縮
差によりガラス層３０に圧縮応力を残留させることがで
きる。しかも、この圧縮残留応力は、熱収縮差によるも
のであるため、ガラス層３０が軟化温度から常温まで冷
却される温度幅に応じた圧縮残留応力をガラス層３０内
に生じさせることができる。

【００３９】一方、回路基板１を搭載する電子制御装置
等の回路装置が正常に作動させるためには、半導体チッ
プ１００等を実装して電子回路を形成する回路基板１の
強度、特に回路配線層２０と基板１０の接合強度を向上
させて、回路故障を防止する必要がある。

【００４０】なお、回路配線２０と基板１０の接合強度
は、回路配線層２０と基板１０の引剥がし強さで表され
る。すなわち、回路配線層２０と基板１０の引剥がし強
さにおいて、回路配線層２０と基板１０に引剥がす外力
としては、引張り荷重であり、引張り荷重が加えられと
ガラス層３０の弱い部分（例えば、焼成後硬化過程にて
生じたガラス層３０の表面のキズやくぼみ等、またはガ
ラス層３０のうち、ガラス層３０に含有される不純物等
が多く含まれる境界不純物層）に亀裂等が生じ易いの
で、回路配線層２０と基板１０の接合強度が低下する。
この亀裂等が進展して拡大すると回路故障となることが
あるからである。

【００４１】しかしながら、本発明の回路基板１のガラ
ス層３０には、ガラス層３０の軟化温度以下であれば、
圧縮応力が残留しているので、この圧縮残留応力が引張
り荷重に抗して引張り応力の発生を抑制できる。

【００４２】したがって、回路配線層２０と基板１０の
接合強度の低下招く引張り応力の発生を抑制できるの
で、回路配線層２０と基板１０の接合強度の向上が可能
である。

【００４３】ここで、この接合強度を確認する方法とし
て、図２に示すガラス層３０の熱膨張率と回路基板１の
抗折強度との関係で接合強度試験を実施した。なお、図
２の横軸はガラス層３０の熱膨張率Ａ（ｐｐｍ／℃）を
示し、縦軸は基板１の抗折強度Ｂ（ＭＰａ）を示す。図
中の○がガラス層３０を形成するガラス材料（詳しく
は、後述の図４に示す組成系のガラス材料、および基板
１０より熱膨張率が大きいガラス材料）毎に、ガラス材
料３０ａの熱膨張率と、それを用いたガラス層３０によ
って得られた回路基板１の抗折強度の評価結果を示す。

【００４４】図２によれば、熱膨張率がほぼ同じで互い
に異なるガラス材料３０ａの組成系同士では、バラツキ
が存在している。このため、ガラス層３０を形成するガ
ラス材料３０ａの熱膨張率が単に小さければガラス材料
３０ａの組成系に係らず、熱膨張率が高いガラス材料３
０ａのものに比べて抗折強度が高くなるという結論は導
き出せない。しかしながら、図に示すように、分散分析
を用いて求めた回帰直線ｆをみると、上述のガラス層３
０の低熱膨張率に起因して、基板１０との熱収縮差によ
り生じたガラス層３０内の圧縮残留応力が、引張り応力
の発生を抑制し、回路配線層２０と基板１０の接合強度
を向上させている。

【００４５】したがって、少なくともガラス層３０の低
熱膨張率は、焼成後冷却過程で生じさせた圧縮残留応力
によって、回路配線層２０と基板１０の接合強度を低下
を招く引張り応力の発生を抑制できるので、回路基板１
の抗折強度、すなわち接合強度を向上させるている。

【００４６】なお、図２中に試験結果に用いた基板１０
は、ガラスセラミックを用いたもので説明したが、ガラ
スセラミック以外、アルミナ等の基板材料を用いても同
様の結果が得られるものである。

【００４７】次に、回路基板１を搭載した電子装置を作
動させる使用環境についての本発明の回路基板の優位性
を以下説明する。本発明の回路基板１は、そのガラス層
３０の軟化温度以下で使用されるならば、回路配線層２
０と基板１０を接合するガラス層３０には、その冷熱負
荷の大小に係らず、引張り応力の発生を抑制する圧縮残
留応力を生じさせることができる。

【００４８】例えば、冷熱負荷が高いという使用環境
は、使用温度が高い使用例として、ディスチャージラン
プに使用する放電灯近傍あるいはエンジンルーム内で回
路基板１を使用する場合であり、その温度は１５０℃程
度のため、一般にガラス層３０の軟化温度に比べてはる
かに低い。このため、本発明の回路基板１を用いれば、
冷熱負荷の大小に係わらず、ガラス層３０には軟化温度
から使用環境温度までの温度幅に応じた圧縮残留応力を
生じさせておくことができる。

【００４９】したがって、冷熱負荷が高い使用環境であ
っても、ガラス層３０が基板１０の熱膨張率より低い関
係にあるガラス層３０と基板１０の熱収縮差に起因し
て、ガラス層３０内に圧縮応力を残留させることができ
るので、回路配線層２０と基板１０の接合強度の向上が
可能である。これにより、冷熱負荷に係わる回路故障の
防止が可能である。

【００５０】次に、本発明の回路配線層２０を焼成する
ことで基板１０と回路配線層２０を接合するガラス層３
０の製造方法を図面に従って、以下説明する。図３は、
回路基板１を製造する工程、特に焼成から冷却硬化過程
を表す模式図であり、図３（ａ）は導体ペースト成形基
板１ａを成形する工程、図３（ｂ）は焼成および焼成後
冷却する工程、図３（ｃ）は焼成後冷却され常温硬化す
る工程を表す。

【００５１】回路基板１の製造工程は、回路配線層２０
の金属粉末２０ａからなる導体ペーストに、ガラス層３
０のガラス材料３０ａからなる微粒子粉末を添加する工
程（図示せず）と、基板１０のセラミックまたはセラミ
ック複合材料１０ａからなる基板１０上に導体ペースト
を所定の配線形状に塗布して導体ペースト成形基板１ａ
を形成する工程Ｐ（ａ）と、この導体ペースト成形基板
１ａを焼成する工程Ｐ（ｂ）と、焼成後冷却され常温硬
化する工程Ｐ（ｃ）とを含んで構成されている。

【００５２】図３（ａ）に示すように、導体ペースト成
形基板１ａを形成する工程Ｐ（ａ）では、セラミックま
たはセラミック複合材料１０ａからなる基板１０上に、
導体ペーストを所定の配線形状に塗布することにより、
導体ペースト成形基板１ａが形成される。

【００５３】なお、金属粉末２０ａとガラス材料３０ａ
の微粒子粉末からなる導体ペーストを基板シートに塗布
するとは、印刷による方法等を含むものである。

【００５４】導体ペースト成形基板１ａを形成する工程
Ｐ（ａ）で導体ペースト成形基板１ａを形成後、塗布し
た導体ペーストを乾燥等させると、導体ペースト成形基
板１ａを焼成する工程Ｐ（ｂ）では、図３（ｂ）の如
く、６００〜９００℃程度の焼成温度に加熱して、導体
ペーストを溶融状態にする。その後、徐々に常温まで冷
却される冷却過程に移行する。冷却過程中、ガラス軟化
温度以上の温度領域では、ガラス層３０のガラス材料３
０ａ、回路配線層２０の金属粉末２０ａは、ともに溶融
状態にあり、流動体であるので、流動体内に応力は生じ
ない。導体ペーストの金属粉末２０ａより流動性の良い
ガラス材料３０ａが、導体ペースト、すなわち回路配線
層２０と、回路配線層２０の下地となる基板１０との間
に挟まれてガラス層３０を形成する。

【００５５】なお、流動性が良いとは、ガラス材料３０
ａが金属粉末２０ａより流動性があるという意である
が、ガラス材料３０ａが金属粉末２０ａより軟化温度を
低く設定してもよい。これにより、焼成により一度溶融
状態となった金属粉末２０ａが緻密化し始めた際、ガラ
ス材料３０ａは溶融状態を保つことができるので、ガラ
ス材料３０ａは金属粉末２０ａの導体ペーストから基板
１０表面に移動し易いので、回路配線層２０と基板１０
との間にガラス材料３０ａからなるガラス層３０を容易
に形成できる。

【００５６】さらに冷却されると、常温硬化する工程Ｐ
（ｃ）では、冷却温度が軟化温度以下となって、冷却温
度に応じて次第に、ガラス層２０は溶融状態から硬化し
た固体状態となっていく。このとき、本発明のガラス層
３０のガラス材料３０ａの熱膨張率は、基板１０のセラ
ミックまたはセラミック複合材料の熱膨張率より低くし
ているため、ガラス層３０に圧縮応力を残留させること
ができ、常温まで冷却される温度幅に応じた圧縮残留応
力がガラス層３０内に生じさせることができる。

【００５７】なお、常温硬化した回路配線層２０には、
図３（ｃ）に示すようなガラス材料３０ａが少なく存在
するように、ガラス材料３０ａの微粒子粉末の量を金属
粉末２０ａの導体ペースト中に添加することが望まし
い。これにより、焼成する工程Ｐ（ｂ）にて、回路配線
層２０の半導体チップ１００を実装する表面側に、ガラ
ス層３０の成分であるガラス材料３０ａが露出すること
を防止できるので、はんだ付け等により半導体素子１０
０を回路基板１に実装時の実装不良を防止できる。

【００５８】（回路基板のガラス層のガラス組成が異な
る実施例を含む回路基板毎の特性値一覧）本発明の回路
基板１のガラス層３０のガラス材料３０ａのガラス成分
において、複数のガラス成分を配合した組成系を作成し
て、上述の回路基板１の抗折強度試験を実施すること
（図２を参照）により、ガラス層３０の熱膨張率、特に
低熱膨張率に起因して抗折強度、すなわち接合強度が向
上するとの検証を得たガラス材料３０ａの組成系につい
て、その組成系の成分の特性、およびその結果を図４の
特性値一覧表に示す。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０までのガラ
ス材料３０ａの組成系は、基板１０がガラスセラミック
を用いて試験実施し、、Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１８までの
ガラス材料３０ａの組成系は、基板１０がアルミナを用
いて試験実施したものである。

【００５９】図４の結果より、ガラス層３０のガラス材
料３０ａの組成系として、 ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・Ｚｎ
Ｏ系、Ｌｉ２Ｏ・ＺｎＯ系、Ｂ２Ｏ３・ＺｎＯ系、Ｐｂ
Ｏ・Ｂ２Ｏ３・ＺｎＯ系、ＳｉＯ２・ＰｂＯ系、ＳｉＯ
２・Ａｌ２Ｏ３・ＰｂＯ系、およびＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３
・ＢａＯ系の組成系が抗折強度、すなわち接合強度の向
上に好適である。

【００６０】なお、前述の試験結果（図２参照）におい
て、ガラス材料３０ａの組成系に係らず、ガラス層３０
が低熱膨張率であれば、組成系が異なるガラス材料３０
ａの熱膨張率が高いものに比べて、抗折強度、つまり接
合強度が向上するという結論までは導きだせないが、少
なくとも、ガラス材料３０ａの熱膨張率が、基板１０の
熱膨張率より低ければ、分散分析による回帰直線を用い
れば、接合強度が向上する結果を得ている。

【００６１】したがって、ここでは、好ましい組成系を
絞り込み等について以下述べる。まず、Ｎｏ．６のＣａ
Ｏ・ＢａＯ・ＳｉＯ２の組成系の抗折強度が低いのは、
望ましいとする熱膨張率の範囲の３〜７ｐｐｍにはある
が、軟化温度が８５０℃（望ましいとする軟化温度の範
囲３００〜７００℃に比べて）が高いため、回路配線層
２０の導体ペーストからガラス材料３０ａが溶出し難い
ので、回路配線層２０と基板１０との間にガラス層３０
が形成しにくいなったためである。次に、基板１０の材
料違いの同一組成系の組合せは、例えば、Ｎｏ．９とＮ
ｏ．１７や、Ｎｏ．１０とＮｏ．１８等があるが、抗折
強度のその差は、基板１０の材料、つまりガラスセラミ
ックとアルミナ自体の抗折強度の違いによるものであ
る。

【００６２】なお、本発明の回路基板１は、基板１０の
基板材料としてガラスセラミック、アルミナで本実施形
態を説明したが、基板１０は、ガラスセラミック、アル
ミナに限らず、セラミックまたはセラミック複合材料等
で形成される基板であれば、いずれでもい。

【００６３】また、この基板１０は、セラミック、ある
いはセラミック複合材料等だけで形成されるものに限定
されず、、アルミナ等のセラミックまたはガラスセラミ
ック等のセラミック複合材料を用いた基板の積層体（い
わゆる、厚膜多層基板）に適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の回路基板の構成を示す断面
図である。

【図２】図１中のガラス層において、本発明の特徴であ
るガラス層の熱膨張率に対する回路基板の抗折強度、す
なわち接合強度を表す特性図である。

【図３】本発明の実施形態である回路基板を製造する工
程、特に焼成から冷却硬化過程を表す模式図である。

【図４】本発明の実施形態である回路基板について、ガ
ラス層に用いるガラス材料、とくにガラスの組成系を変
えてみた実施形態の一例をまとめた一覧表である。

【符号の説明】

１ 回路基板 １ａ 導体ペースト成形基板 １０ 基板 ２０ 回路配線層 ２０ａ 金属粉末（製造行程においては、この金属粉末
からなる導体ペースト） ３０ ガラス層 ３０ａ ガラス材料（製造工程において、このガラス材
料からなる微粒子粉末） １００ 半導体チップ Ａ ガラス層の熱膨張率 Ｂ 抗折強度

フロントページの続き (72)発明者 野村 徹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 4E351 AA07 BB01 BB24 BB31 CC11 CC18 CC22 CC31 DD01 DD47 DD51 EE03 EE10 GG01 5E343 AA02 AA23 AA27 AA37 BB06 BB15 BB72 BB73 CC01 CC07 DD02 ER35 ER60 GG02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板の表面に配線される回路
   配線層を備え、 前記基板上に前記回路配線層が焼成されて形成される回
   路基板において、 前記回路配線層と、前記回路配線層の下地となる前記基
   板との間には、前記基板の熱膨張率より低い熱膨張率を
   有するガラス層が、前記回路配線層と前記基板を接合す
   るように配置されていることを特徴とする回路基板。
2. 【請求項２】 前記基板がセラミックまたはセラミック
   複合材料またはその両者の積層体で形成されており、 前記ガラス層の熱膨張率は、前記基板の熱膨張率より低
   く、３〜７ｐｐｍ／℃の範囲にあることを特徴とする請
   求項１に記載の回路基板。
3. 【請求項３】 前記セラミック複合材料は、ガラスセラ
   ミックからなり、 前記ガラス層の熱膨張率は、前記基板の熱膨張率より低
   く、３〜６ｐｐｍ／℃の範囲にあることを特徴とする請
   求項２に記載の回路基板。
4. 【請求項４】 前記ガラス層は、複数のガラス成分から
   なる組成系であって、ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・ＺｎＯ系、
   Ｌｉ２Ｏ・ＺｎＯ系、Ｂ２Ｏ３・ＺｎＯ系、ＰｂＯ・Ｂ
   ２Ｏ３・ＺｎＯ系、ＳｉＯ２・ＰｂＯ系、ＳｉＯ２・Ａ
   ｌ２Ｏ３・ＰｂＯ系、ＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ３・ＢａＯ系の
   いずれか一組成系を含むことを特徴とする請求項１から
   請求項３のいずれか一項に記載の回路基板。
5. 【請求項５】 前記ガラス層の軟化温度が３００〜７０
   ０℃であることを特徴とする請求項１から請求項４のい
   ずれか一項に記載の回路基板。
6. 【請求項６】 セラミックまたはセラミック複合材料の
   基板に、回路配線の金属からなる導体ペーストを所定の
   配線形状に塗布して、導体ペースト成形基板をなす工程
   と、 該導体ペースト成形基板を焼成して前記基板上に前記回
   路配線を焼成する工程とを備えた回路基板の製造方法に
   おいて、 前記導体ペーストには、前記基板の熱膨張率より低い熱
   膨張率を有するガラス材料が添加されていることを特徴
   とする回路基板の製造方法。