JP2005039070A - Thick-film circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、厚膜回路基板に関し、詳しくは、素子を導体層に取り付けたときに導体層が剥離しない厚膜回路基板に関する。 The present invention relates to a thick film circuit board, and more particularly to a thick film circuit board in which a conductor layer does not peel when an element is attached to the conductor layer.
従来、電気素子は、厚膜回路基板に組み付けられている。厚膜回路基板は、絶縁性の基材と、基材表面上に形成された導体層と、を有している。厚膜回路基板において電気の伝導を行う導体層には、基材との密着性、はんだ付け強度、抵抗体とのマッチング性などの特性を満たすことが要求されている。 Conventionally, electrical elements are assembled on thick film circuit boards. The thick film circuit board has an insulating base material and a conductor layer formed on the surface of the base material. A conductor layer that conducts electricity in a thick film circuit board is required to satisfy characteristics such as adhesion to a base material, soldering strength, and matching with a resistor.
はんだ付け強度を十分に確保するためには、導体層と基材の密着性を向上させることだけでなく、導体層自身を緻密化する必要がある。特に、導体層の密度は、高温放置時のはんだ拡散に大きく影響することが知られている。具体的には、導体層がポーラスであると、はんだ付けにおいてはんだが拡散して生じる拡散層が厚くなり、拡散層により生じる応力等で導体層と基材の間の密着強度が大きく低下する。 In order to ensure sufficient soldering strength, it is necessary not only to improve the adhesion between the conductor layer and the substrate, but also to densify the conductor layer itself. In particular, it is known that the density of the conductor layer greatly affects the solder diffusion when left at high temperature. Specifically, when the conductor layer is porous, the diffusion layer produced by the diffusion of solder in soldering becomes thick, and the adhesion strength between the conductor layer and the substrate is greatly reduced due to stress produced by the diffusion layer.
また、導体層の緻密化(密度の向上)をすすめると、導体層の周縁部から中央部にむかってはたらく応力が大きくなり、導体層の周縁部が基板から剥がれる(浮き上がる)という問題が発生していた。導体層の周縁部が基板から剥がれると、導体層と基材との密着部の面積が減少し、導体層のはんだ付け強度が低下するようになる。 In addition, if the conductor layer is made dense (improvement in density), the stress acting from the periphery of the conductor layer to the center increases, causing the problem that the periphery of the conductor layer peels off (floats) from the substrate. It was. When the peripheral portion of the conductor layer is peeled off from the substrate, the area of the contact portion between the conductor layer and the base material is reduced, and the soldering strength of the conductor layer is reduced.
導体層の周縁部の剥離は、特許文献1に記載された銅導電性ペーストを低温で焼成した導体層において発生しやすくなっている。具体的には、銅導電性ペーストは、低温で焼成して導体層を形成するため、ペースト中の金属粉末を微粉化している。金属粉末を微粉化することでペーストの焼結性は向上しているが、同時に焼結時の収縮(体積減少)も生じやすくなっている。この収縮により、導体層の周縁部には、導体層の中心部方向に応力が加わる。この残留応力により基板から導体層の周縁部が剥離(浮きあがり)が生じやすくなっている。
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、導体層の周縁部が基材から剥離しない厚膜回路基板を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said actual condition, and makes it a subject to provide the thick film circuit board from which the peripheral part of a conductor layer does not peel from a base material.
上記課題を解決するために本発明者らは厚膜回路板について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the thick film circuit board, and as a result, have reached the present invention.
本発明の第一の厚膜回路基板は、絶縁性の基材と、基材表面上に形成されたガラスよりなるガラス層と、ガラス層上に形成された電気を伝導する導体層と、を有することを特徴とする。 The first thick film circuit board of the present invention comprises an insulating base material, a glass layer made of glass formed on the surface of the base material, and a conductive layer that conducts electricity formed on the glass layer. It is characterized by having.
本発明の厚膜回路基板は、ガラス層が基材上に導体層を固定している。さらに、焼成時に導体層に収縮前にあらかじめ敷いたガラス層と導体層を接合させることで周縁部の浮きあがりを抑えるため、導体層がガラス層から剥離しなくなっている。この結果、本発明の厚膜回路基板は、導体層の周縁部の基材からの剥離が生じなくなっているため、十分なはんだ付け強度を確保できる。 In the thick film circuit board of the present invention, the glass layer fixes the conductor layer on the base material. Furthermore, the conductive layer does not peel from the glass layer in order to suppress the floating of the peripheral portion by joining the conductive layer and the glass layer previously laid on the conductive layer before shrinking during firing. As a result, the thick film circuit board of the present invention can ensure sufficient soldering strength because peeling of the peripheral portion of the conductor layer from the base material does not occur.
また、本発明の第二の厚膜回路基板は、焼成後に導体層を形成可能な金属粉末であって、その平均粒径が0.1〜10μmの粉末を用いた導体ペーストを600〜700℃で焼成してなる基材上に形成された電気を伝導する導体層を有する厚膜回路基板において、少なくとも素子が接合される導体層の周縁部が、ガラスあるいは樹脂よりなる保護被膜に被覆されていることを特徴とする。 The second thick film circuit board of the present invention is a metal powder capable of forming a conductor layer after firing, and a conductor paste using a powder having an average particle size of 0.1 to 10 μm is 600 to 700 ° C. In a thick film circuit board having a conductive layer for conducting electricity formed on a base material fired in step 1, at least the peripheral portion of the conductive layer to which the element is bonded is covered with a protective film made of glass or resin. It is characterized by being.
本発明の厚膜回路基板は、導体層の周縁部が保護被膜により被覆されることで、保護被膜が導体層の周縁部の変位を規制する。この結果、本発明の厚膜回路基板は、導体層の周縁部の基材からの剥離が生じなくなっているため、十分なはんだ付け強度を確保できる。 In the thick film circuit board according to the present invention, the peripheral edge of the conductor layer is covered with the protective film, so that the protective film regulates the displacement of the peripheral edge of the conductor layer. As a result, the thick film circuit board of the present invention can ensure sufficient soldering strength because peeling of the peripheral portion of the conductor layer from the base material does not occur.
本発明の厚膜回路基板は、ガラス層あるいは保護被膜を有することで、導体層の基材からの剥離を抑えている。このため、本発明の厚膜回路基板は、導体層の周縁部の基材からの剥離が生じなくなっているため、十分なはんだ付け強度が確保されている。 The thick film circuit board of the present invention has a glass layer or a protective film to suppress peeling of the conductor layer from the base material. For this reason, in the thick film circuit board of the present invention, peeling from the base material at the peripheral portion of the conductor layer does not occur, so that sufficient soldering strength is ensured.
(第一の厚膜回路基板)
本発明の厚膜回路基板は、基材と、ガラス層と、導体層と、を有する。
(First thick film circuit board)
The thick film circuit board of this invention has a base material, a glass layer, and a conductor layer.
基材は、従来公知の回路基板に用いられている基材を用いることができる。基材には、たとえば、アルミナ等のセラミックスを板状に形成したアルミナセラミックス基板を用いることができる。 As the base material, a base material used in a conventionally known circuit board can be used. As the substrate, for example, an alumina ceramic substrate in which a ceramic such as alumina is formed in a plate shape can be used.
ガラス層は、基材表面上に形成されている。ガラス層を形成するガラスは、基材表面上に形成可能であり、導体層を固定できるガラスであれば特に限定されない。たとえば、ZnO系、PbO系のガラスを用いることができる。 The glass layer is formed on the substrate surface. The glass forming the glass layer is not particularly limited as long as it can be formed on the surface of the substrate and can fix the conductor layer. For example, ZnO-based or PbO-based glass can be used.
導体層は、ガラス層上に形成される。すなわち、導体層がガラス層上に形成されることで、ガラス層が導体層を基材上で固定する。導体層がガラス層に固定されることで導体層の周縁部の剥離が抑えられる。 The conductor layer is formed on the glass layer. That is, the conductive layer is formed on the glass layer, so that the glass layer fixes the conductive layer on the substrate. By fixing the conductor layer to the glass layer, peeling of the peripheral portion of the conductor layer is suppressed.
導体層は、厚膜回路基板において、電気が流れる部材である。導体層は、所定の回路パターンに応じて基材上に形成されている。 The conductor layer is a member through which electricity flows in the thick film circuit board. The conductor layer is formed on the substrate according to a predetermined circuit pattern.
ガラス層は、少なくとも導体層上に部品を搭載する部分に形成されていることが好ましい。ガラス層が少なくとも部品(外部素子)が搭載される部分(接合部)に形成されることで、接合部に外部素子をはんだ付けしたときにはんだの拡散により導体層の周縁部に応力がかかっても、ガラス層の効果により導体層の剥離が生じなくなっている。すなわち、ガラス層は、周縁部に特に強い応力がかかる導体層の下に形成されることが好ましい。 The glass layer is preferably formed at least on the part on which the component is mounted on the conductor layer. Since the glass layer is formed at least on the part (joint part) where the component (external element) is mounted, when the external element is soldered to the joint part, stress is applied to the peripheral part of the conductor layer due to the diffusion of the solder. However, the conductor layer does not peel off due to the effect of the glass layer. In other words, the glass layer is preferably formed under the conductor layer that applies particularly strong stress to the peripheral edge.
導体層は、焼成されてなることが好ましい。焼成されてなる導体層には、焼成時の収縮により生じた応力が残留している。この残留応力は、周縁部においては中央部(導体層の厚さが厚い部分)に向かう力である。従来のガラス層が存在しない回路基板においては、周縁部においては導体層の厚さが十分でないため、基材からの剥離が生じやすくなっている。対して、本発明の厚膜回路基板のようにガラス層を有すると、焼成時に導体層が収縮する以前に導体層とガラス層を接合させることで焼成時に導体層の剥離を生じなくさせている。すなわち、本発明の厚膜回路基板は、周縁部の剥離が生じやすい焼成されてなる導体層においても、導体層の周縁部が基材から剥離しなくなっている。 The conductor layer is preferably fired. In the conductor layer that has been fired, the stress generated by shrinkage during firing remains. This residual stress is a force toward the central portion (portion where the conductor layer is thick) at the peripheral portion. In a conventional circuit board having no glass layer, the conductor layer is not sufficiently thick at the peripheral edge, and therefore, peeling from the base material is likely to occur. On the other hand, when the glass layer is provided like the thick film circuit board of the present invention, the conductor layer and the glass layer are joined before the conductor layer shrinks at the time of firing, thereby preventing the peeling of the conductor layer at the time of firing. . That is, in the thick film circuit board of the present invention, the peripheral portion of the conductor layer does not peel from the base material even in the baked conductor layer in which the peripheral portion is easily peeled.
ガラス層の形成後に導体層の焼成が行われることが好ましい。すなわち、ガラス層と導体層を同時に形成するのではなく、ガラス層の形成後に導体層を形成することで、焼成時にガラス層および導体層のそれぞれを形成する元素が他方に拡散することが抑えられる。 The conductor layer is preferably fired after the glass layer is formed. That is, instead of forming the glass layer and the conductor layer at the same time, by forming the conductor layer after the formation of the glass layer, it is possible to suppress the elements forming the glass layer and the conductor layer from diffusing into the other during firing. .
ガラス層を形成するガラスの軟化点は、導体層の焼成温度より低いことが好ましい。ガラスの軟化点が導体層の焼成温度より低くなると、導体層の焼成時にガラス層が軟化し、導体層の収縮を緩和することができるようになる。 The softening point of the glass forming the glass layer is preferably lower than the firing temperature of the conductor layer. When the glass softening point is lower than the firing temperature of the conductor layer, the glass layer softens during firing of the conductor layer, and the shrinkage of the conductor layer can be alleviated.
導体層は、750℃以下で焼成されたCu系の導体よりなることが好ましい。750℃以下で焼成されたCu系の導体は、焼成時の収縮量が大きいことから、ガラス層上で焼成することで、周縁部の剥離が抑えられる。また、本発明の厚膜回路基板は、十分なはんだ付け強度を得るために緻密化を行っても、導体層の周縁部の剥離が生じなくなっている。 The conductor layer is preferably made of a Cu-based conductor fired at 750 ° C. or lower. Since the Cu-based conductor fired at 750 ° C. or less has a large shrinkage during firing, peeling on the peripheral edge can be suppressed by firing on the glass layer. Moreover, even if the thick film circuit board of the present invention is densified in order to obtain sufficient soldering strength, the peripheral portion of the conductor layer does not peel off.
Cu系の導体の焼成は、不活性ガス雰囲気下で行われる。ここで、不活性ガス雰囲気とは、Cu系の導体と反応を生じないガスであればよく、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等のガスをあげることができ、安価であることから窒素ガスであることが好ましい。 Firing of the Cu-based conductor is performed in an inert gas atmosphere. Here, the inert gas atmosphere may be any gas that does not react with the Cu-based conductor, and examples thereof include nitrogen, helium, neon, argon, and the like. It is preferable.
導体層を形成するCu系の導体は、750℃以下の温度で焼成されてなる導体であれば、従来公知のCu系の導体を用いることができる。好ましくは、600〜700℃で焼成された導体である。Cu系の導体としては、たとえば、Cuと、1〜35重量%のCu以外でありかつ全体の融点をCuの融点より低い融点とする添加金属とを含有する低温銅導体ペーストの焼成体をあげることができる。また、低温銅導体ペーストのCu以外の金属成分としては、Ti,Mn,Geの少なくとも一種をあげることができる。 The Cu-based conductor forming the conductor layer can be a conventionally known Cu-based conductor as long as it is a conductor fired at a temperature of 750 ° C. or lower. Preferably, the conductor is fired at 600 to 700 ° C. Examples of the Cu-based conductor include a sintered body of low-temperature copper conductor paste containing Cu and an additive metal other than 1 to 35% by weight of Cu and having an overall melting point lower than that of Cu. be able to. In addition, examples of the metal component other than Cu in the low-temperature copper conductor paste include at least one of Ti, Mn, and Ge.
導体層は、Cuと、Cu以外の添加金属一種以上とからなる導体組成物であり、添加金属は、導体組成物の融点をCuの融点よりも低い融点にする金属でありかつ添加金属の含有量が0.8〜30重量%であることが好ましい。Cu以外の金属成分としては、Ti,Mn,Geの少なくとも一種をあげることができる。 The conductor layer is a conductor composition composed of Cu and one or more additive metals other than Cu, and the additive metal is a metal that makes the melting point of the conductor composition lower than the melting point of Cu and contains the additive metal The amount is preferably 0.8 to 30% by weight. Examples of metal components other than Cu include at least one of Ti, Mn, and Ge.
導体層は、焼成後に導体層を形成可能な金属粉末であって、その平均粒径が0.1〜10μmの粉末を用いた導体ペーストを焼成してなることが好ましい。金属粉末の粒径が小さくなることで、低温での焼成が可能となる。すなわち、焼成に要するコストを低減できる。ここで、金属粉末は、導体層の組成を有する合金粉末であっても、純金属および/または合金の粉末が導体層の組成となるように秤量された混合粉末であってもどちらでもよい。 The conductor layer is a metal powder capable of forming a conductor layer after firing, and is preferably obtained by firing a conductor paste using a powder having an average particle size of 0.1 to 10 μm. As the particle size of the metal powder becomes smaller, firing at a low temperature becomes possible. That is, the cost required for firing can be reduced. Here, the metal powder may be either an alloy powder having a conductor layer composition or a mixed powder weighed so that pure metal and / or alloy powder has the conductor layer composition.
また、導体層の原料中には、酸化物、ガラス粉末、ビヒクルを有することが好ましい。これらを有するペーストを焼成することで、導体層の緻密化が促進される。 Moreover, it is preferable to have an oxide, glass powder, and a vehicle in the raw material of a conductor layer. By baking the paste having these, densification of the conductor layer is promoted.
導体層中にガラス粒子が分散し、ガラス層を形成するガラスは、ガラス粒子の原料の組成と同じ組成を有するガラス原料を主成分として製造されたことが好ましい。ガラス粉末を有するペーストを焼成すると得られる導体層中にはガラス粒子が分散する。そして、ガラス層の原料であるガラス原料がこのガラス粉末と同じ組成となることで、導体層の表面に露出したガラス粒子とガラス層とが一体化し、導体層が基材表面に接着される。ガラス層がガラス原料から製造されたことがより好ましい。 The glass in which the glass particles are dispersed in the conductor layer to form the glass layer is preferably manufactured using a glass raw material having the same composition as that of the glass particle raw material as a main component. Glass particles are dispersed in a conductor layer obtained by firing a paste having glass powder. And since the glass raw material which is a raw material of a glass layer becomes the same composition as this glass powder, the glass particle exposed to the surface of a conductor layer and a glass layer are integrated, and a conductor layer is adhere | attached on the base-material surface. More preferably, the glass layer is manufactured from a glass raw material.
本発明の厚膜回路基板は、ガラス層、導体層以外に抵抗体を有することができる。抵抗体としては、従来公知の抵抗体を用いることができ、たとえば、RuO2系の抵抗体をあげることができる。 The thick film circuit board of the present invention can have a resistor in addition to the glass layer and the conductor layer. As the resistor, a conventionally known resistor can be used, for example, a RuO 2 resistor.
本発明の厚膜回路基板は、導体層上にオーバーコートガラスを有することが好ましい。オーバーコートガラスが導体層上に形成されることで、導体層が露出しなくなり、導体層の損傷が抑えられる。 The thick film circuit board of the present invention preferably has an overcoat glass on the conductor layer. By forming the overcoat glass on the conductor layer, the conductor layer is not exposed, and damage to the conductor layer is suppressed.
本発明の厚膜回路基板は、ガラス層上に導体層を形成するため、導体層がランドサイズが小さなランドが要求される基板に用いることが好ましい。特に、ランド間の距離が0.3mm以下の基板に用いることが好ましい。 Since the conductive film is formed on the glass layer, the thick film circuit board of the present invention is preferably used for a substrate that requires a land having a small land size. In particular, it is preferable to use for a substrate having a distance between lands of 0.3 mm or less.
本発明の厚膜回路基板は、その製造方法が特に限定されるものではない。たとえば、以下の製造方法により製造することができる。 The manufacturing method of the thick film circuit board of the present invention is not particularly limited. For example, it can be manufactured by the following manufacturing method.
本発明の厚膜回路基板の製造方法は、基材表面上にガラス材料を配置した状態で焼成してガラス層を形成するガラス層形成工程と、焼成後に導体層を形成可能な導体ペーストをガラス層上に配置した状態で焼成する導体層形成工程と、を有する。ガラス層形成工程と導体層形成工程とを施すことで、本発明の厚膜回路基板を製造することができる。 The manufacturing method of the thick film circuit board of the present invention includes a glass layer forming step of forming a glass layer by firing in a state where a glass material is disposed on a substrate surface, and a conductive paste capable of forming a conductor layer after firing. And a conductor layer forming step of firing in a state of being disposed on the layer. By performing the glass layer forming step and the conductor layer forming step, the thick film circuit board of the present invention can be manufactured.
ガラス層形成工程は、ペースト状のガラス材料を基材表面に印刷し、焼成する工程であることが好ましい。また、導体層形成工程は、低温銅導体ペーストを印刷し、焼成する工程であることが好ましい。 The glass layer forming step is preferably a step of printing and baking a pasty glass material on the surface of the substrate. Moreover, it is preferable that a conductor layer formation process is a process of printing and baking a low-temperature copper conductor paste.
(第二の厚膜回路基板)
本発明の厚膜回路基板は、焼成後に導体層を形成可能な金属粉末であって、その平均粒径が0.1〜10μmの粉末を用いた導体ペーストを600〜700℃で焼成してなる基材上に形成された電気を伝導する導体層を有する厚膜回路基板である。
(Second thick film circuit board)
The thick film circuit board of the present invention is a metal powder capable of forming a conductor layer after firing, and is obtained by firing a conductor paste using a powder having an average particle size of 0.1 to 10 μm at 600 to 700 ° C. A thick film circuit board having a conductor layer for conducting electricity formed on a substrate.
導体層は、焼成後に導体層を形成可能な金属粉末であって、その平均粒径が0.1〜10μmの粉末を用いた導体ペーストを600〜700℃で焼成してなる。金属粉末の粒径が小さくなることで、600〜700℃の低温での焼成が可能となる。すなわち、焼成に要するコストを低減できる。ここで、金属粉末は、導体層の組成を有する合金粉末であっても、純金属および/または合金の粉末が導体層の組成となるように秤量された混合粉末であってもどちらでもよい。 The conductor layer is a metal powder capable of forming a conductor layer after firing, and is obtained by firing a conductor paste using a powder having an average particle size of 0.1 to 10 μm at 600 to 700 ° C. By reducing the particle size of the metal powder, firing at a low temperature of 600 to 700 ° C. is possible. That is, the cost required for firing can be reduced. Here, the metal powder may be either an alloy powder having a conductor layer composition or a mixed powder weighed so that pure metal and / or alloy powder has the conductor layer composition.
基材は、従来公知の回路基板に用いられている基材を用いることができる。基材には、たとえば、アルミナ等のセラミックスを板状に形成したアルミナセラミックス基板を用いることができる。 As the base material, a base material used in a conventionally known circuit board can be used. As the substrate, for example, an alumina ceramic substrate in which a ceramic such as alumina is formed in a plate shape can be used.
導体層は、厚膜回路基板において、電気が流れる部材である。導体層は、所定の回路パターンに応じて基材の表面上に形成されている。 The conductor layer is a member through which electricity flows in the thick film circuit board. The conductor layer is formed on the surface of the base material according to a predetermined circuit pattern.
また、本発明の厚膜回路基板は、少なくとも素子が接合される該導体層の周縁部が、ガラスあるいは樹脂よりなる保護被膜に被覆されている。保護被膜が導体層の周縁部を被覆することで、導体層の周縁部が変位を生じようとしても、保護被膜が周縁部の変位を規制する。この結果、周縁部が基材から剥離することが抑えられる。すなわち、基材からの剥離が生じやすい導体層であっても、周縁部が基材から剥離することが抑えられる。 In the thick film circuit board of the present invention, at least the peripheral portion of the conductor layer to which the element is bonded is covered with a protective film made of glass or resin. Since the protective coating covers the peripheral portion of the conductor layer, the protective coating regulates the displacement of the peripheral portion even if the peripheral portion of the conductor layer is about to be displaced. As a result, it is possible to suppress the peripheral edge from being peeled off from the base material. That is, even if the conductor layer is easily peeled off from the base material, the peripheral portion can be prevented from peeling off from the base material.
また、保護被膜が少なくとも素子が接合される導体層の周縁部を被覆することで、保護被膜と導体層の接触面積を少なくすることが可能となる。接触面積を減少できることで、保護被膜を構成する元素の導体層(あるいは抵抗体)への拡散が抑えられ、導体層(あるいは抵抗体)の電気的な導通の特性の低下が抑えられる。 Moreover, it becomes possible to reduce the contact area of a protective film and a conductor layer because a protective film coat | covers the peripheral part of the conductor layer to which an element is joined at least. Since the contact area can be reduced, diffusion of elements constituting the protective film into the conductor layer (or resistor) can be suppressed, and deterioration of the electrical conduction characteristics of the conductor layer (or resistor) can be suppressed.
さらに、保護被膜は、導体層上でオーバーコートガラスと同様の働きを示すため、厚膜回路基板の使用時に導体層の損傷が抑えられる。 Furthermore, since the protective film exhibits the same function as the overcoat glass on the conductor layer, damage to the conductor layer can be suppressed when the thick film circuit board is used.
保護被膜は、ガラスあるいは樹脂よりなる。保護被膜を形成するガラスあるいは樹脂は、基材表面上に形成可能であり、導体層を固定できる材質であれば特に限定されない。たとえば、保護被膜を形成するガラスとしては、ZnO系、PbO系のガラスを用いることができる。 The protective film is made of glass or resin. The glass or resin for forming the protective film is not particularly limited as long as it can be formed on the surface of the substrate and can fix the conductor layer. For example, as the glass for forming the protective film, ZnO-based or PbO-based glass can be used.
本発明の厚膜回路基板は、導体層の周縁部を保護被膜が被覆している。すなわち、導体層の周縁部を保護被膜が被覆することで、導体層の周縁部が変位を生じようとしても、保護被膜が周縁部の変位を規制している。この結果、導体層の周縁部の変位が抑えられ、周縁部の変位により生じる剥離が抑えられる。 In the thick film circuit board of the present invention, the protective film covers the peripheral edge of the conductor layer. In other words, the protective coating covers the peripheral portion of the conductor layer, so that the protective coating regulates the displacement of the peripheral portion even if the peripheral portion of the conductor layer is about to be displaced. As a result, the displacement of the peripheral portion of the conductor layer is suppressed, and peeling caused by the displacement of the peripheral portion is suppressed.
本発明の厚膜回路基板は、基材と、導体層と、保護被膜と、を有する。 The thick film circuit board of the present invention has a base material, a conductor layer, and a protective film.
導体層は、Cuと、合計が1〜35重量%のCu以外の添加金属1種以上とからなる金属成分を含有する低温銅導体ペーストを焼成してなることが好ましい。ここで、添加金属は、金属成分の融点をCuの融点よりも低くする金属である。低温銅導体ペーストは、焼成により収縮を生じるとともに焼成により得られる導体層中に応力が残留する。この残留応力は、周縁部においては中央部(導体層の厚さが厚い部分)に向かう力である。すなわち、低温銅導体ペーストが焼成されてなる導体層は周縁部において基材からの剥離が生じやすくなっている。このため、十分なはんだ付け強度を得にくかった。 The conductor layer is preferably formed by firing a low-temperature copper conductor paste containing a metal component composed of Cu and one or more additive metals other than Cu having a total of 1 to 35% by weight. Here, the additive metal is a metal that makes the melting point of the metal component lower than the melting point of Cu. The low-temperature copper conductor paste shrinks when fired, and stress remains in the conductor layer obtained by firing. This residual stress is a force toward the central portion (portion where the conductor layer is thick) at the peripheral portion. That is, the conductor layer formed by firing the low-temperature copper conductor paste is easily peeled off from the base material at the peripheral edge. For this reason, it was difficult to obtain sufficient soldering strength.
ここで、導体層を形成するための低温銅導体ペーストにおいて、Cu以外の添加金属としては、Ti,Mn,Geの少なくとも一種を用いることが好ましい。 Here, in the low-temperature copper conductor paste for forming the conductor layer, it is preferable to use at least one of Ti, Mn, and Ge as the additive metal other than Cu.
Cu系の導体の焼成は、不活性ガス雰囲気下で行われる。ここで、不活性ガス雰囲気とは、Cu系の導体と反応を生じないガスであればよく、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等のガスをあげることができ、安価であることから窒素ガスであることが好ましい。 Firing of the Cu-based conductor is performed in an inert gas atmosphere. Here, the inert gas atmosphere may be any gas that does not react with the Cu-based conductor, and examples thereof include nitrogen, helium, neon, argon, and the like. It is preferable.
保護被膜は、導体層の形成後に導体層の周縁部を被覆した状態で焼成により形成されることが好ましい。 The protective coating is preferably formed by firing in a state where the peripheral portion of the conductor layer is covered after the formation of the conductor layer.
保護被膜を形成するガラスの軟化点は、導体層の焼成温度より低いことが好ましい。ガラスの軟化点が導体層の焼成温度より低くなると、導体層の焼成後に保護被膜を被覆させることができる。また、導体層の周縁部が基材表面から剥離を生じていても、保護被膜は、基材表面と導体層とのすき間に侵入し、この侵入した被膜が基材と導体層とを接着することとなる。この結果、導体層の剥離が生じなくなる。 The softening point of the glass forming the protective film is preferably lower than the firing temperature of the conductor layer. When the glass softening point is lower than the firing temperature of the conductor layer, the protective film can be coated after firing the conductor layer. Moreover, even if the peripheral part of the conductor layer has peeled off from the substrate surface, the protective coating penetrates into the gap between the substrate surface and the conductor layer, and the penetrated coating adheres the substrate and the conductor layer. It will be. As a result, peeling of the conductor layer does not occur.
導体ペーストは、酸化物、ガラス粉末、ビヒクルを有することが好ましい。これらを有するペーストを焼成することで、導体層の緻密化が促進される。 The conductor paste preferably has an oxide, glass powder, and vehicle. By baking the paste having these, densification of the conductor layer is promoted.
導体ペーストがガラス粉末を有し、保護被膜が、ガラス粉末の原料と同じ組成を有するガラス原料を主成分として製造されたことが好ましい。ガラス粉末を有するペーストを焼成すると得られる導体層中にはガラス粒子が分散する。そして、ガラス層の原料であるガラス原料がこのガラス粉末と同じ組成となることで、導体層の表面に露出したガラス粒子と保護被膜とが一体化し、導体層が基材表面に接着される。ガラス層がガラス原料から製造されたことがより好ましい。 It is preferable that the conductive paste has a glass powder and the protective coating is made mainly of a glass raw material having the same composition as the glass powder raw material. Glass particles are dispersed in a conductor layer obtained by firing a paste having glass powder. And since the glass raw material which is a raw material of a glass layer becomes the same composition as this glass powder, the glass particle exposed to the surface of the conductor layer and the protective film are integrated, and a conductor layer is adhere | attached on the base-material surface. More preferably, the glass layer is manufactured from a glass raw material.
導体層は、Cuと、Cu以外の添加金属一種以上とからなる導体組成物であり、添加金属は、導体組成物の融点をCuの融点よりも低い融点にする金属でありかつ添加金属の含有量が0.8〜30重量%であることが好ましい。Cu以外の金属成分としては、Ti,Mn,Geの少なくとも一種をあげることができる。 The conductor layer is a conductor composition composed of Cu and one or more additive metals other than Cu, and the additive metal is a metal that makes the melting point of the conductor composition lower than the melting point of Cu and contains the additive metal The amount is preferably 0.8 to 30% by weight. Examples of metal components other than Cu include at least one of Ti, Mn, and Ge.
本発明の厚膜回路基板は、Cu系の導体層、保護被膜以外に抵抗体やAg系の導体を有することができる。 The thick film circuit board of the present invention can have a resistor and an Ag-based conductor in addition to the Cu-based conductor layer and the protective film.
抵抗体は、導体層の焼成温度より高温で焼成されてなることが好ましい。すなわち、抵抗体をあらかじめ基材の表面の所定の位置に焼成しておき、その後、導体層を焼成することが好ましい。あらかじめ、抵抗体を基材に形成しておくことで、抵抗体の焼成条件が限定されなくなる。すなわち、大気雰囲気中で焼成した抵抗体を用いることができる。 The resistor is preferably fired at a temperature higher than the firing temperature of the conductor layer. That is, it is preferable to fire the resistor in advance at a predetermined position on the surface of the substrate, and then fire the conductor layer. By forming the resistor on the substrate in advance, the firing conditions of the resistor are not limited. That is, a resistor fired in an air atmosphere can be used.
本発明の厚膜回路基板には、導体層の焼成温度以上の温度で焼成された抵抗体を使用することができる。特に、安価なRuO2系抵抗体を用いることが好ましい。このRuO2系抵抗体は、900℃以上の温度で焼成された銅系の導体が導体層を形成していたときには、導体層の焼成雰囲気である窒素ガスにより還元分解されていたが、導体層の焼成が750℃以下でなされると、窒素ガスによる抵抗体の還元分解が生じなくなっている。すなわち、RuO2系抵抗体の焼成を大気雰囲気中で行うことができ、製造に要するコストを低下さえることができる。 A resistor fired at a temperature equal to or higher than the firing temperature of the conductor layer can be used for the thick film circuit board of the present invention. In particular, it is preferable to use an inexpensive RuO 2 resistor. This RuO 2 resistor was reduced and decomposed by nitrogen gas, which is the firing atmosphere of the conductor layer, when the copper conductor fired at a temperature of 900 ° C. or higher formed the conductor layer. When the baking is performed at 750 ° C. or lower, reductive decomposition of the resistor by nitrogen gas does not occur. That is, the RuO 2 resistor can be fired in the air atmosphere, and the cost required for manufacturing can be reduced.
本発明の厚膜回路基板は、その製造方法が特に限定されるものではない。たとえば、以下の製造方法により製造することができる。 The manufacturing method of the thick film circuit board of the present invention is not particularly limited. For example, it can be manufactured by the following manufacturing method.
本発明の厚膜回路基板の製造方法は、焼成後に導体層を形成可能な導体ペーストを基材表面上に配置した状態で焼成する導体層形成工程と、焼成後に保護被膜を形成可能な被膜材料を導体層の周縁部に配置した状態で焼成して保護被膜を形成する保護被膜形成工程と、を有する。導体層形成工程と保護被膜形成工程とを施すことで、本発明の厚膜回路基板を製造することができる。 The method for producing a thick film circuit board of the present invention includes a conductor layer forming step of firing a conductor paste capable of forming a conductor layer after firing on a substrate surface, and a coating material capable of forming a protective coating after firing. And a protective film forming step in which the protective film is formed by baking in a state where the film is disposed on the peripheral portion of the conductor layer. By performing the conductor layer forming step and the protective film forming step, the thick film circuit board of the present invention can be manufactured.
導体層形成工程は、低温銅導体ペーストを印刷し、焼成する工程であることが好ましい。また、保護被膜形成工程は、ペースト状のガラス材料を印刷し、焼成する工程であることが好ましい。 The conductor layer forming step is preferably a step of printing and baking a low-temperature copper conductor paste. Moreover, it is preferable that a protective film formation process is a process of printing and baking a paste-form glass material.
以下、実施例を用いて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described using examples.
実施例として、厚膜回路基板を作成した。 As an example, a thick film circuit board was prepared.
(実施例1)
従来公知の方法を用いて、アルミナセラミックスよりなる板状の基材1を作成した。そして、板状の基材1の表面に、ガラス材料、抵抗体材料およびAg系の導体材料を印刷し、850℃で焼成した。この焼成は、Air中で行われた。なお、ガラス材料には、ZnO系あるいはPbO系のガラス材料を、抵抗体材料には、RuO2系の抵抗体材料を、Ag系の導体材料には、AgあるいはAg−Pd系の導体材料を用いることができる。これらの材料は、焼成によりガラス層3、抵抗体5、Ag系の導体6となった。ここで、ガラス層3を構成するガラスの軟化点は、600℃であった。焼成後の基材の断面を図1に示した。Ag系の導体6は、ボンディングパッド導体として機能する。ボンディングパッド導体は、厚膜回路に電気素子を設置するときに、電気素子を厚膜回路基板に固定するとともに回路と素子とを電気的に導通させる。
(Example 1)
A plate-like substrate 1 made of alumina ceramics was prepared using a conventionally known method. Then, a glass material, a resistor material, and an Ag-based conductor material were printed on the surface of the plate-like substrate 1 and fired at 850 ° C. This calcination was performed in Air. The glass material is a ZnO-based or PbO-based glass material, the resistor material is a RuO 2 -based resistor material, and the Ag-based conductor material is an Ag or Ag-Pd-based conductor material. Can be used. These materials became the
つづいて、ガラス層3の表面上にCu系の導体材料を印刷し、600〜700℃でN2雰囲気中で焼成した。この焼成により、ガラス層3上にCu系の導体2が形成された。焼成後の基材の断面を図2に示した。図2に示したように、Cu系の導体2は、全体がガラス層3の表面上に形成された導体21と、周縁部がガラス層3上に形成され中央部が基材1に密着して形成された導体22と、から構成されている。
Subsequently, a Cu-based conductor material was printed on the surface of the
その後、オーバーコートガラス材料を印刷し、600℃でN2雰囲気中で焼成した。この焼成により、オーバーコートガラス4が形成された。焼成後の基材の断面を図3に示した。 Thereafter, an overcoat glass material was printed and fired at 600 ° C. in an N 2 atmosphere. The overcoat glass 4 was formed by this baking. The cross section of the base material after firing is shown in FIG.
以上により、本実施例が製造された。 Thus, this example was manufactured.
本実施例の厚膜回路基板は、ガラス層3上にCu系の導体層2が形成されている。また、Cu系の導体層2は、導体21および導体22のいずれにおいても周縁部に剥離が確認されなかった。すなわち、本実施例の厚膜回路基板は、導体層の周縁部の基材からの剥離が生じなくなっている。この結果、本実施例の厚膜回路基板は、十分なはんだ付け強度が確保されているものとなっている。
In the thick film circuit board of this example, a Cu-based
(実施例2)
実施例1と同様に、アルミナセラミックスよりなる板状の基材1を作成した。そして、板状の基材1の表面に、抵抗体材料およびAg系の導体材料を印刷し、850℃で焼成した。この焼成は、Air中で行われた。抵抗体材料には、RuO2系の抵抗体材料を、Ag系の導体材料には、AgあるいはAg−Pd系の導体材料を用いることができる。これらの材料は、焼成により抵抗体5、Ag系の導体6となった。
(Example 2)
Similar to Example 1, a plate-like substrate 1 made of alumina ceramics was prepared. Then, a resistor material and an Ag-based conductor material were printed on the surface of the plate-like substrate 1 and baked at 850 ° C. This calcination was performed in Air. As the resistor material, a RuO 2 based resistor material can be used, and as the Ag based conductor material, an Ag or Ag—Pd based conductor material can be used. These materials became the
つづいて、基材1の表面上にCu系の導体材料を印刷し、600〜700℃でN2雰囲気中で焼成した。この焼成により、基材1上にCu系の導体2が形成された。焼成後の基材の断面を図4に示した。図4に示したように、Cu系の導体2は、周縁部23に基材1の表面からの剥離(浮きあがり)が見られた。
Subsequently, a Cu-based conductor material was printed on the surface of the substrate 1 and fired at 600 to 700 ° C. in an N 2 atmosphere. By this firing, a Cu-based
その後、Cu系の導体層2の周縁部を被覆した状態でガラス材料を塗布し、600℃でN2雰囲気中で焼成した。この焼成により、保護被膜7が形成された。焼成後の基材の断面を図5に示した。
Then, the glass material is applied in a state of covering the periphery of the
以上により、本実施例が製造された。 Thus, this example was manufactured.
本実施例は、基材1の表面上に形成されたCu系の導体2の周縁部が保護被膜7に被覆されている。すなわち、Cu系の導体2の周縁部23に基材1の表面から剥離が生じても、保護被膜7が周縁部23を被覆することで、剪断応力の耐力が大幅に向上している。また、保護被膜7は、周縁部23の基材1表面とのすき間に侵入し、周縁部23を基材1上に固定する役割も果たす。
In this embodiment, the peripheral edge portion of the Cu-based
さらに、本実施例は、Cu系の導体2の周縁部のみに保護被膜7が形成されているため、保護被膜7を構成する元素のCu系の導体2への拡散が抑えられている。
Furthermore, since the protective film 7 is formed only in the peripheral part of the Cu-based
この結果、本実施例の厚膜回路基板は、十分なはんだ付け強度が確保されているものとなっている。 As a result, the thick film circuit board of the present example has a sufficient soldering strength.
(実施例3)
本実施例は、実施例1と実施例2の構成を併用した厚膜回路基板である。
(Example 3)
The present embodiment is a thick film circuit board in which the configurations of the first and second embodiments are used in combination.
まず、実施例1と同様に、アルミナセラミックスよりなる板状の基材1を作成した。そして、板状の基材1の表面に、ガラス材料、抵抗体材料およびAg系の導体材料を印刷し、850℃で焼成した。この焼成は、Air中で行われた。これらの材料は、焼成によりガラス層3、抵抗体5、Ag系の導体6となった。ここで、ガラス層3を構成するガラスの軟化点は、600℃であった。焼成後の基材の断面を図6に示した。
First, as in Example 1, a plate-like substrate 1 made of alumina ceramics was created. Then, a glass material, a resistor material, and an Ag-based conductor material were printed on the surface of the plate-like substrate 1 and fired at 850 ° C. This calcination was performed in Air. These materials became the
つづいて、基材1の表面上およびガラス層3上にCu系の導体材料を印刷し、600〜700℃でN2雰囲気中で焼成した。この焼成により、基材1上にCu系の導体2が形成された。焼成後の基材の断面を図7に示した。図7に示したように、基材1の表面上に形成されたCu系の導体2は、周縁部23に基材1の表面からの剥離(浮きあがり)が見られた。なお、ガラス層3上に形成されたCu系の導体層2の周縁部23には剥離が見られなかった。
Subsequently, a Cu-based conductor material was printed on the surface of the substrate 1 and the
その後、基材1の表面上に形成されたCu系の導体層2の周縁部23を被覆した状態でガラス材料を塗布し、600℃でN2雰囲気中で焼成した。この焼成により、保護被膜7が形成された。なお、形成された保護被膜7は、形成された位置によっては実施例1のオーバーコートガラス4としても機能する。焼成後の基材の断面を図8に示した。
Then, the glass material is applied in a state of covering the
以上により、本実施例が製造された。 Thus, this example was manufactured.
本実施例は、上述の実施例1および実施例2と同様の効果を発揮する。すなわち、ガラス層3上にCu系の導体2が形成された場合においても、基材1の表面上にCu系の導体2が形成された場合においても、いずれの周縁部23においても導体2の剥離が抑えられている。この結果、本実施例の厚膜回路基板は、十分なはんだ付け強度が確保されているものとなっている。
The present embodiment exhibits the same effects as those of the first and second embodiments described above. That is, even when the Cu-based
一方、従来の厚膜回路基板においては、ガラス層3あるいは保護被膜7を用いていないため、Cu系の導体2の周縁部23が基材1の表面から剥離を生じる。このことは、図4に示されている。
On the other hand, since the conventional thick film circuit board does not use the
すなわち、本発明の厚膜回路基板である実施例1〜3の厚膜回路基板は、導体層(Cu系の導体2)の周縁部の剥離が抑えられることで、十分なはんだ付け強度が確保されているものとなっている。 That is, the thick film circuit boards of Examples 1 to 3 which are the thick film circuit boards of the present invention ensure sufficient soldering strength by suppressing the peeling of the peripheral portion of the conductor layer (Cu-based conductor 2). It is what has been.
1…基材
2…Cu系の導体 23…周縁部
3…ガラス層 4…オーバーコートガラス
5…抵抗体 6…Ag系の導体
7…保護被膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (7)
該基材表面上に形成されたガラスよりなるガラス層と、
該ガラス層上に形成された電気を伝導する導体層と、
を有することを特徴とする厚膜回路基板。 An insulating substrate;
A glass layer made of glass formed on the substrate surface;
A conductor layer for conducting electricity formed on the glass layer;
A thick film circuit board comprising:
少なくとも素子が接合される該導体層の周縁部が、ガラスあるいは樹脂よりなる保護被膜に被覆されていることを特徴とする厚膜回路基板。 Electricity formed on the base material, which is a metal powder capable of forming a conductor layer after firing, and which is obtained by firing a conductor paste using a powder having an average particle size of 0.1 to 10 μm at 600 to 700 ° C. In a thick film circuit board having a conductor layer that conducts
A thick film circuit board characterized in that at least a peripheral portion of the conductor layer to which elements are joined is covered with a protective film made of glass or resin.
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