JP3642648B2

JP3642648B2 - 回路基板

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Publication number: JP3642648B2
Application number: JP01700397A
Authority: JP
Inventors: 理香築地; 聡浩坂ノ上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: JPH10215046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板材料に、ガラス−セラミック材料を用いて、低温、例えば８００〜１０５０℃で焼成可能な回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、焼成温度を８００〜１０５０℃と比較的低い温度で焼成可能な材料を用いた低温焼成回路基板が検討されてきた。回路基板の基体構造としては、ガラス−セラミック層を複数積層して成る多層基板と、ガラス−セラミックから成る単板基板とがある。基体が多層基板である場合には、基体の内部に内部配線導体やビアホール導体をＡｇ系（Ａｇ単体またはＡｇ合金など）、Ｃｕ系、Ａｕ系などの低抵抗材料で形成されていた。
【０００３】
このような基板材料として、一般にガラス−セラミック材料、例えば、コージェライト、ムライト、アノートサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト、オオスミライト及びその置換誘導体などの結晶相のうち少なくとも１種類を析出し得る低融点ガラス成分とクリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）のうち少なくとも１種類のセラミック材料（無機物フィラー）とをからなっていた。特に、このようなガラス−セラミック基板の混合比率はセラミック材料が１０〜６０ｗｔ％、低融点ガラス成分が９０ｗｔ％〜４０ｗｔ％と、低融点ガラス成分が多いものであった。
【０００４】
実際、このような基板材料を用いて、回路基板を構成するには、回路基板の表面に表面配線導体を形成する必要がある。また、製造工程上、基板の焼成と表面配線導体の焼成工程を共通化して、製造方法の簡略化を図ることが考えられていた。
【０００５】
基板と一体的に焼成される表面配線導体としては、Ａｇ系導体やＣｕ系導体などが例示できる。しかしながら、表面配線導体のマイグレーション性、酸化性雰囲気（大気中）での焼成などを考慮して、専らＡｇ系導体に限られていた。
【０００６】
上述のように基板と一体的に形成されるＡｇ系導体から成る表面配線においては、一体的に焼成した後の基体との間の接着強度が優れ、ワイヤボンディング接合性や半田接合性などに優れ、特に、基板の反りを抑制することが重要となる。
【０００７】
上述のように、接着強度、ワイヤボンディング接合性や半田接合性などに優れた表面配線導体として、Ａｇ系導体中に、所定量のＶ₂Ｏ₅を含有させることが知られている。
【０００８】
これは、Ａｇ系導電性ペーストを構成するＡｇ粒子への基板材料のガラス成分によるアンカー効果を助長し、高温エージング試験や温度サイクル試験でも、接着強度が劣化することがなく、また、半田ぬれ性に優れたものとなり、基板と表面配線導体間にかかる応力による基板のそりを防止できるものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、表面にＡｇ系材料に、単にＶ₂Ｏ₅を添加した表面配線導体では、充分な基板の反りを抑えることに限界があった。例えば、ガラス−セラミックからなるグリーンシート（２００μｍ）を５層積層し、その表面に、Ａｇ系導体材料、Ｖ₂Ｏ₅粉末を含む導電性ペーストを印刷して、同時に焼成したところ、例えば、５ｍｍ角の基板（導体電極パッド）で０．０３ｍｍ、１０ｍｍ角の基板（導体電極パッド）で０．０５ｍｍの反り（基体の表面で最低部分と最高部分とのギャップ差）が発生した。
【００１０】
このように、基板に反りが発生すると、この基板上にＩＣチップなどの電子部品を搭載する場合には、実装の信頼性が大きく低下し、また、この基板を別のマザー基板に接合する場合に、接合信頼性が大きく低下してしまうことになる。
【００１１】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、表面配導体の基板との接着強度、表面配線導体のワイヤボンディング接合性や半田接合性などに優れ、しかも基板の反りを有効に抑えることができる回路基板を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板は、Ａｇ系金属成分１００ｗｔ％に対して０．２〜１．０ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅、０．２〜１．０ｗｔ％の軟化点が７００〜８００℃のホウ珪酸系ガラスを含有する表面配線導体を、屈伏点が６００〜８００℃のガラス材料を含有させたガラス−セラミック焼結体から成る基体に一体的に焼結して形成して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】
本発明では、Ａｇ系の表面配線導体に、金属成分１００重量％に対してＶ₂Ｏ₅を０．２〜１．０ｗｔ％を含有させることにより、表面配線導体と基板材料であるガラス−セラミック層との間でアンカー効果（Ａｇ系導電性ペーストを構成するＡｇ粒子への基板材料のガラス成分とが強固に結合しあう）が助長され、これにより、高温（１５０℃）エージング試験や温度サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）試験をおこなっても、接着強度が劣化することを防止できる。
【００１４】
特に、Ｖ₂Ｏ₅の添加量が、０．２〜１ｗｔ％に設定すると、高温（１５０℃）エージング試験や温度サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）試験後であっても、接着強度が１．０Ｋｇｆ／２ｍｍ□と非常に優れ、且つ表面の半田濡れ性も優れた低温焼成回路基板となる。
【００１５】
Ｖ₂Ｏ₅の添加量が、０．２ｗｔ％未満では、上述のアンカー効果が充分に発揮されないことから、接着強度が大きく低下する。また、１．０ｗｔ％を越えると、表面配線導体上に、Ｖ₂Ｏ₅成分が析出されて、半田ぬれ性を劣化させてしまう。
【００１６】
また、軟化点７００〜８００℃のホウ珪酸系ガラス成分を、金属成分１００重量％に対して０．２〜１．０ｗｔ％を含有させることにより、Ａｇ系導体材料の焼結反応を、ガラス−セラミック材料の焼結反応と同時程度に遅らせることができ、その結果、基板の反りを防止することができる。尚、基板の反りは、Ａｇ系導体が先行して焼結反応し、表面配線導体に強度が発生して、その後の基体材料の焼結反応時の基体の挙動が、既に焼結された表面配線導体の形状に規制されて発生する。
【００１７】
この基板の反りとして、５ｍｍ角、１０ｍｍ角の導体電極パッドであっても、０．０３ｍｍ以下とすることができる。
【００１８】
ここで軟化点が７００℃未満では、表面配線導体中で、Ａｇ材料に比較して低い温度または同等の温度で、軟化流動してしまう。このため、基体の収縮挙動を阻害しり、基体のガラス成分と相溶し、基体のガラス成分の組成を変質させて、結晶化を阻害してしまう。そして、Ａｇ系材料の焼結を遅らせるべく、ホウ珪酸系ガラス成分の量を多くすると、表面配線導体の表面や配線導体の基体との界面部分にガラス成分が集中し、半田ぬれ性が低下し、Ａｇ粉末のアンカー効果を阻害する結果となり、接着強度が低下してしまう。
【００１９】
また、軟化点が８００℃を越えると、焼成された表面配線導体中にホウ珪酸系ガラス成分が残存し、基体のガラス成分を引きつけ、表面配線導体のガラス成分が多過となり、半田ぬれ性を劣化してしまうことになる。
【００２０】
また、ホウ珪酸系ガラス成分の含有量に関して、０．２ｗｔ％未満では、Ａｇの焼結を遅らせて基板の反りを小さくするという効果が充分に得られない。また、１０ｗｔ％を越えると、表面配線導体のガラス成分が多過となり、半田ぬれ性を劣化してしまうことになる。
【００２１】
以上、本発明では、ガラス−セラミック材料を基体とする表面に、配線導体を一体的に焼成して形成して成る回路基板であって、表面配線導体をＡｇ系導体を主成分に、Ａｇ系金属成分１００ｗｔ％に対して、Ｖ₂Ｏ₅を０．２〜１．０ｗｔ％、ホウ珪酸系ガラス成分を０．２〜１．０ｗｔ％含有するため、基体と表面配線導体との接着強度が強固になり、半田ぬれ性が良好で、基板の反りが非常に小さい回路基板となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回路基板を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る回路基板の断面図である。尚、実施例では、基板として、ガラス−セラミック層を４層積層して成る多層回路基板で説明する。
【００２３】
図１において、１０は回路基板であり、１は内部に所定回路を構成する内部配線導体を有する基体（以下、積層体という）、２は基体１の表面に形成した表面配線導体、３は内部配線導体、４はビアホール導体、５は各種電子部品である。
【００２４】
積層体１は、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄと、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄの各層間には、所定回路網を達成するや容量成分を発生するための内部配線導体３が配置されている。また、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄには、その層の厚み方向を貫くビアホール導体４が形成されている。
【００２５】
ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄは、例えば８５０〜１０５０℃前後の比較的低い温度で焼成可能にするガラス−セラミック材料からなる。具体的なセラミック材料としては、クリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージライトなどが例示できる。また、ガラス材料として複数の金属酸化物を含むガラスフリットを焼成処理することによって、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種類を析出するものである。このガラス−セラミック層１ａ〜１ｄの厚みは例えば１００〜３００μｍ程度である。
【００２６】
内部配線導体３、ビアホール導体４は、金属酸化物Ｖ₂Ｏ₅を含有するＡｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）など導体からなり、内部配線導体３の厚みは８〜１５μｍ程度であり、ビアホール導体４の直径は任意な値とすることができるが、例えば直径は８０〜２５０μｍである。
【００２７】
また、積層体１の両主面には、表面配線導体２が形成されている。表面配線導体２は、金属酸化物Ｖ₂Ｏ₅、ホウ珪酸系ガラス成分を含有するＡｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）導体から成る。
【００２８】
また、表面配線導体２のＶ₂Ｏ₅、ホウ珪酸系ガラス成分を含有するＡｇ系導体は、積層体１の焼成時に同時に焼成されて形成されるものであり、電子部品５を表面配線導体２上に半田接合したときに、表面配線導体２に半田食われが発生しないように、金属成分として、Ｐｔなどを若干添加してもかまわない。
【００２９】
表面配線導体２は、所定回路の入出力端子電極や電子部品搭載パッドを含むものであり、必要に応じて、厚膜抵抗体膜や絶縁保護膜が形成され、さらにチップ状コンデンサ、チップ状抵抗、トランジスタ、ＩＣなどの各種電子部品５などが半田やワイヤボンディングなどによって搭載されている。
【００３０】
上述の回路基板の製造方法について説明する。
【００３１】
積層体１は、まず、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄとなるガラス−セラミック材料から成るグリーンシートを形成する。具体的には、セラミック粉末、低融点ガラス成分のフリット、有機バインダ、有機溶剤を均質混練したスラリーを、ドクタブレード法によって所定厚みにテープ成型して、所定大きさに切断してシートを作成する。
【００３２】
セラミック粉末は、クリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージライトなどの絶縁セラミック材料、ＢａＴｉＯ₃、Ｐｂ₄Ｆｅ₂Ｎｂ₂Ｏ₁₂、ＴｉＯ₂などの誘電体セラミック材料、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト（広義の意味でセラミックという）なとの磁性体セラミック材料などが挙げられ、その平均粒径１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜４．０μｍに粉砕したものを用いる。尚、セラミック材料は２種以上混合して用いられてもよい。特に、コランダムを用いた場合、コスト的に有利となる。
【００３３】
低融点ガラス成分のフリットは、焼成処理することによってコージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶やスピネル構造の結晶相を析出するものであればよく、例えば、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を含むガラスフリットが挙げられる。この様なガラスフリットは、ガラス化の温度範囲が広く、また屈伏点が６００〜８００℃付近にあるため、８５０〜１０５０℃程度の低温焼成に適し、Ａｇ系内部配線導体３、Ａｇ系表面配線導体２となる導体膜との焼結挙動が近似している。尚、このガラスフリットの平均粒径は、１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜３．５μｍである。
【００３４】
上述のセラミック材料とガラス材料との構成比率は、８５０〜１０５０℃の比較的低温で焼成する場合には、セラミック材料が１０〜６０ｗｔ％、好ましくは３０〜５０ｗｔ％であり、ガラス材料が９０〜４０ｗｔ％、好ましくは７０〜５０ｗｔ％である。
【００３５】
有機バインダは、固形分（セラミック粉末、低融点ガラス成分のフリット）との濡れ性も重視する必要があり、比較的低温で且つ短時間の焼成工程で焼失できるように熱分解性に優れたものが好ましく、アクリル酸もしくはメタクリル酸系重合体のようなカルボキシル基、アルコール性水酸基を備えたエチレン性不飽和化合物が好ましい。
【００３６】
溶剤として、有機系溶剤、水系溶剤を用いることができる。例えば、有機溶剤の場合には、２．２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソベンチートなどが用いられ、水系溶剤の場合には、水溶性である必要があり、モノマー及びバインダには、親水性の官能基、例えばカルボキシル基が付加されている。
【００３７】
その付加量は酸価で表せば２〜３００あり、好ましくは５〜１００である。付加量が少ない場合は水への溶解性、固定成分の粉末の分散性が悪くなり、多い場合は熱分解性が悪くなるため、付加量は、水への溶解性、分散性、熱分解性を考慮して、上述の範囲で適宜付加される。
【００３８】
次に、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄとなるグリーンシートには、各層のビアホール導体４の形成位置に対応して、所定径の貫通穴をパンチングによって形成する。
【００３９】
次に、グリーンシートの貫通穴に、ビアホール導体４の導体をＡｇ系導電性ペーストを印刷・充填するとともに、ガラス−セラミック層１ｂ〜１ｄとなるグリーンシート上に、各内部配線導体３となる導体膜を印刷し、乾燥処理を行う。
【００４０】
ここで、ビアホール導体、内部配線用のＡｇ系導電性ペーストは、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）粉末、所定量のＶ₂Ｏ₅粉末、ホウ珪酸系ガラスフリット、エチルセルロースなどの有機バインダー、溶剤を均質混合したものが用いられる。
【００４１】
また、ガラス−セラミック層１ａとなるグリーンシート上に、表面配線導体２となる導体膜を表面配線用Ａｇ系導電性ペーストを用いて印刷し、乾燥処理を行う。
【００４２】
ここで、表面配線用Ａｇ系導電性ペーストは、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）粉末、Ｐｔ粉末、所定量のＶ₂Ｏ₅粉末、ホウ珪酸系ガラスフリット、有機バインダー、溶剤を均質混合したものが用いられる。尚、Ｖ₂Ｏ₅、ホウ珪酸系ガラス成分以外の微量の金属酸化物が含有していても構わない。このようにビアホール導体４となる導体、内部配線導体３となる導体膜、表面配線導体２となる導体膜が形成されたグリーンシートを、積層体１のガラス−セラミック層１ａ〜１ｄの積層順に応じて積層一体化する。
【００４３】
尚、ガラス−セラミック層１ａとなるグリーンシートに形成されるビアホール導体４となる導体は、印刷工程の共通化のために、表面配線用Ａｇ系導電性ペーストを用いることが望ましい。
【００４４】
次に、未焼成の積層体を、酸化性雰囲気または大気雰囲気で焼成処理する。焼成処理は、脱バインダ過程と焼結過程からなる。
【００４５】
脱バインダ過程は、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄとなるグリーンシート、内部配線導体３となる導体膜、ビアホール導体４となる導体、表面配線導体２となる導体膜に含まれる有機成分を焼失するためのものであり、例えば６００℃以下の温度領域で行われる。
【００４６】
また、焼結過程は、ガラス−セラミックのグリーンシートのガラス成分を結晶化させると同時にセラミック粉末の粒界に均一に分散させ、積層体に一定強度を与え、内部配線導体３となる導体膜、ビアホール導体４となる導体、表面配線導体２となる導体膜の導電材料、例えば、Ａｇ系粉末を粒成長させて、低抵抗化させ、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄと一体化させるものである。これは、ピーク温度８５０〜１０５０℃に達するまでに行われる。
【００４７】
この工程で、内部に内部配線導体３、ビアホール導体４が形成され、且つ表面に表面配線導体２が形成された積層体１が達成されることになる。
【００４８】
その後、必要に応じて、表面配線導体２に接続する厚膜抵抗素子や絶縁保護膜を形成して、各種電子部品５を半田などで接着・実装を行う。
【００４９】
これにより、表面配線導体２が積層体１と一体的に焼成処理された低温焼成の回路基板が達成することになる。
【００５０】
本発明において、表面配線導体２を形成するためのＡｇ系導電性ペーストは、例えば、平均粒径３μｍのＡｇ粉末と、Ａｇ等の金属成分に１００ｗｔ％に対して０．２〜１．０ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅粉末と、軟化点７００〜８００℃でＡｇ等の金属成分に１００ｗｔ％に対して０．２〜１．０ｗｔ％のホウ珪酸系ガラスフリット、エチルセルロースなどの有機バインダー、ペンタンジオールイソブレートなどの有機溶剤が均質混合されて形成される。尚、必要に応じて、金属成分として、例えば、平均粒径０．５μｍのＰｔ粉末を添加しても構わない。このＰｔ粉末は、表面配線導体２上に電子部品５などを半田を介して接着する際、Ａｇ成分が半田に食われることを防止するために添加するものであり、例えば、金属成分中、例えば約１ｗｔ％の割合で添加されている。
【００５１】
この表面配線用のＡｇ系導電性ぺーストは、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄとなるガラス−セラミックのグリーンシートなどとともに、大気雰囲気中で一体的に焼成されるものである。
【００５２】
Ｖ₂Ｏ₅粉末は、Ａｇ系粉末と、例えば積層体１のガラス−セラミック材料のガラス成分とのアンカー効果のスパイク構造をより接着を強固にするものである。まず、Ｖ₂Ｏ₅粉末の添加範囲の下限は、金属成分１００ｗｔ％に対して０．２ｗｔ％である。これは、上述のアンカー効果によって、特にガラス−セラミック層との界面部分の強度を向上させるために必要な量である。具体的にＡｇ系粒子の凹凸表面に、食い込むようにＶ₂Ｏ₅が配置されて、ガラス−セラミック材料のガラス成分と安定的に結合しあう。
【００５３】
この下限である０．２ｗｔ％を満たない場合には、表面配線導体２とガラス−セラミックとの界面部分で充分な接着強度が得られない。この充分な接着強度とは、初期状態で１．５ｋｇｆ／２ｍｍ角の力で表面配線導体２を引っ張っても剥離が生じないことである。また、熱エージング試験後で１．５ｋｇｆ／２ｍｍ角の力で表面配線導体２を引っ張っても剥離が生じないことである。
【００５４】
従って、導電性ペーストに、少なくとも０．２ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅を添加することにより、表面配線導体２と表面のガラス−セラミック層１ａとの強固な接着強度が達成される。
【００５５】
次に、Ｖ₂Ｏ₅粉末の添加範囲の上限は、金属成分１００ｗｔ％に対して１．０ｗｔ％である。Ｖ₂Ｏ₅粉末が１．０ｗｔ％を越えて過剰に添加されると、Ｖ₂Ｏ₅成分が、表面配線導体２の表面に析出されることから、表面配線導体２の表面において、半田の濡れ性を阻害され、各種電子部品５を安定して半田接合することが困難となる。
【００５６】
また、ホウ珪酸系ガラスについて、軟化点が７００〜８００℃がである。軟化点は、ホウ珪酸系ガラス成分を構成するＢ₂Ｏ₃の量比を調整することによって制御される。例えば、Ｂ₂Ｏ₃の量比を高めると、軟化点は低下する方向となる。
【００５７】
ホウ珪酸系ガラス成分の軟化点は、積層体１の焼結挙動に近時させることなどから厳密に制御する必要がある。
【００５８】
軟化点が７００℃未満では、表面配線導体２中のホウ珪酸系ガラス成分が、Ａｇ系材料に比較して低い温度または同等の温度で軟化流動してしまう。このため、積層体１の収縮挙動を阻害しり、積層体１のガラス成分と相溶し、積層体１の結晶化ガラス成分の組成を変質させて、結晶化を阻害してしまう。そして、Ａｇ系材料の焼結反応を遅らせるべく、ホウ珪酸系ガラス成分の量を多くすると、表面配線導体２の表面や配線導体の基体との界面部分にガラス成分が集中し、半田ぬれ性が低下し、Ａｇ粉末のアンカー効果を阻害する結果となり、接着強度が低下してしまう。
【００５９】
また、軟化点が８００℃を越えると、焼成された表面配線導体２中にホウ珪酸系ガラス成分が残存し、積層体１の結晶化ガラス成分を引きつけ、表面配線導体２のガラス成分が相対的に過剰となり、半田ぬれ性を劣化させてしまうことになる。
【００６０】
以上の点から、表面配線導体２に含まれるホウ珪酸系ガラス成分の軟化点は、７００〜８００℃が望ましい。
【００６１】
また、このようなホウ珪酸系ガラス成分の含有量は、Ａｇ系材料の焼結反応を制御して基板の反りを防止することなどから厳密に制御する必要がある。
【００６２】
ホウ珪酸系ガラス成分は、金属成分１００重量％に対して０．２〜１．０ｗｔ％を含有している。この含有量に関してはＡｇ系材料の焼結反応を遅らせて、ガラス−セラミック材料の焼結反応と同時程度にまですることがてき、その結果、基板の反りを防止することができる。
【００６３】
ホウ珪酸系ガラス成分の含有量が、０．２ｗｔ％未満では、Ａｇの焼結を遅らせて基板の反りを小さくするという効果が充分に得られない。また、１０ｗｔ％を越えると、表面配線導体２のガラス成分が過剰となり、表面配線導体２の表面にガラス成分が析出されて、半田ぬれ性が劣化してしまうことになる。
【００６４】
〔実験例〕
本発明者は、回路基板の作用・効果を確認するために、８種類の表面配線導体用のＡｇ系導電性ペーストを用いて作成し、上述の低温焼成可能なガラス−セラミック材料のグリーンシート（厚み２００μｍ）を５層して、積層した未焼成の積層体（基板の形状５ｍｍ角、１０ｍｍ角）の表面に、表面配線用のＡｇ系導電性ペーストを印刷し、大気雰囲気中で９５０℃で焼成処理して試料を作成した。
【００６５】
各表面配線導体用Ａｇ系導電性ペーストは、平均粒径３μｍのＡｇ粉末、所定量のＶ₂Ｏ₅粉末、所定量のホウ珪酸系ガラスフリット、有機バンイダー（エチルセルロース）、有機溶剤（２．２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソブチレート）を３本ロールで均質混合して作成した。
【００６６】
具体的には、上述のホウ珪酸系ガラスフリットとして、軟化点が６００℃、７５０℃、８９０℃の３種類のホウ珪酸系ガラス成分を用意し、所定割合となるようにペーストを作成した。
【００６７】
ガラス−セラミック材料は、アノーサイト系結晶化ガラスが析出されるガラス材料、平均粒径２．０μｍのアルミナセラミック粉末を用いた。混合比率は、ガラス材料が５５ｗｔ％、アルミナセラミック粉末が４５ｗｔ％である。
【００６８】
さらに、全重量に対して、１０ｗｔ％のアクリル樹脂、４０ｗｔ％のトルエン、６０ｗｔ％のＤＴＰをボールミルで混練し、ドクターブレードで２００μｍのシートを作成した。試料の基体は、このシートを５層を加圧圧着して積層し、その基体の形状は、焼成後に２ｍｍ角（半田ぬれ性測定、及び接着強度用）、５ｍｍ角（基板の反り測定用）、１０ｍｍ角（基板の反り測定用）とした。
【００６９】
表面配線導体２は、上述の未焼成の基体の全表面に、スクリーン印刷により、厚み１５μｍの導体膜を形成した。
【００７０】
このようにした作成した試料１〜８について、半田ぬれ性、基板の反り、接着強度を調べた。
【００７１】
〔半田ぬれ性〕
得られた試料をロジン系フラックス溶液に浸漬した後、２３０℃の２％Ａｇ入りＳｎ−Ｐｂ共晶半田浴中に浸漬し、表面配線導体２の表面の半田濡れ性を調べた。半田濡れ性は、全表面面積に対して９０％以上の面積で半田が付着しているものを「優」とし、それ以下を「劣」とした。
【００７２】
〔接着強度〕
接着強度は２ｍｍ角の表面配線導体２に０．６ｍｍφの鉛メッキ導線を半田接合して、ピール法で、▲１▼初期状態の接着強度、▲２▼１５０℃で５００時間放置後（エージング）の接着強度、▲３▼−４０℃〜１２５℃、各３０分を１００サイクルを施した温度サイクル試験（サイクル）後の接着強度をそれぞれ調べた。
【００７３】
接着強度は、初期状態で２．０ｋｇｆ／２ｍｍ角以上、エージング、サイクル試験後で１．０ｋｇｆ／２ｍｍ角以上の試料が実用上重要となる。
【００７４】
〔基板の反りの評価〕
また、焼成後の試料の表面の最高部分と最低部分の差を測定した。基板の反りは、０．０３ｍｍ以下の試料が実用上重要となる。
【００７５】
表２には、表面配線用導電性ペーストの固形成分の重量比率（Ｖ₂Ｏ₅粉末、ホウ珪酸系ガラスは夫々金属成分１００ｗｔ％に対する比率）及び夫々の特性を表１に示す。尚、表中、接着強度の「初期」は上述の▲１▼の初期状態の特性であり、「エージング」は、上述の▲２▼の熱硬化エージング後の特性であり、「サイクル」は上述の▲３▼の温度サイクル試験後の特性を示す。
【００７６】
【表１】

【００７７】
〔結果〕
まず、試料番号８では、ホウ珪酸系ガラスを含まない表面配線導体を形成した試料である。この試料では、半田のぬれ性、初期接着強度、１５０℃で５００時間放置（熱エージング）後、熱サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分を１００サイクルを施した温度サイクル試験）後の接着強度ともに優れたもののとなるが、特に基板の反り（１０ｍｍ角）が顕著に現れる。
【００７８】
この基板の反りは、基体の焼結反応に比較して、Ａｇ材料の焼結反応が比較的低温で達成されてしまうため、表面配線導体と基体の焼結挙動の挙動が合致していないことに起因するものであり、Ａｇの焼結反応を遅らせるホウ珪酸系ガラスを含まないためである。
【００７９】
試料番号１、４、５から、表面配線用Ａｇ系導電性ペーストのＶ₂Ｏ₅粉末は、金属成分１００ｗｔ％に対して０．２〜１．０ｗｔ％の範囲が望ましいことが理解できる。これによって、初期の接着強度で試料番号８と同等で、熱エージグ後でも、熱サイクル後でも、試料番号８と比較して遜色のない特性がなられ、しかも、基板の反りも小さいものとなる。尚、試料番号５は、半田ぬれ性が劣るため、接着強度の測定が不可能である。
【００８０】
また、試料番号４と試料番号８とから、ホウ珪酸系ガラスの軟化点、含有量を適正に設定すれば、試料番号８の基板の反りを大きく改善できることになる。
【００８１】
試料番号１〜３は、上述のＶ₂Ｏ₅粉末を０．２ｗｔ％に固定し、また、軟化点が７５０℃のホウ珪酸系ガラスを用いて、そのホウ珪酸系ガラスの重量比率を変化させた。これにより、軟化点７５０℃のホウ珪酸系ガラスフリットは、金属成分１００ｗｔ％に対して０．２〜１．０ｗｔ％の範囲が望ましいことが理解できる。傾向としては、ホウ珪酸系ガラスの量を増加させると、基板の反りは減少する方向となるが、表面配線導体２の半田ぬれ性を劣化させる方向、熱硬化エージング、熱サイサル後の接着強度を低下させ、接着信頼性が劣る傾向を示す。
【００８２】
尚、試料番号３は、半田ぬれ性が劣るため、接着強度の測定が不可能である。
【００８３】
次に、試料番号６、７は、上述のＶ₂Ｏ₅粉末を金属成分１００ｗｔ％に対して、軟化点が異なるホウ珪酸系ガラス成分（軟化点が６００℃、８９０℃）を用いた。
【００８４】
試料番号６の軟化点が６００℃のホウ珪酸系ガラス成分（１．０ｗｔ％）では、初期の特性は、半田ぬれ性に優れ、基板の反りにも優れたものとなるが、特に接着強度が劣るものとなる。これは、半田ぬれ性は一応良好を示すものの、表面配線導体の表面や配線導体の基体との界面部分にガラス成分が集中して、Ａｇ粉末のアンカー効果を阻害する結果となり、接着強度が低下してしまうものである。このため、この接着信頼性を回復させるため、ホウ珪酸系ガラスの量を１．０ｗｔ％以下とすることが考えられるが、ホウ珪酸系ガラス成分の軟化流動が比較的低い温度から発生してしまうため、基体の収縮挙動を阻害して基板の反りを大きくしてしまったり、基体のガラス成分と相溶し、基体のガラス成分の組成を変質させて、結晶化を阻害してしまう。
【００８５】
試料番号７の軟化点８９０℃では、焼成された表面配線導体中にホウ珪酸系ガラス成分が残存し、基体のガラス成分を引きつけ、表面配線導体のガラス成分が多過となり、半田ぬれ性を劣化してしまい、接着強度の測定ができないものとなる。
【００８６】
また、本発明者らは、本発明に適用されるホウ珪酸系ガラスの軟化点の範囲を７００〜８００℃であれば、試料番号１、２のように傾向を示し、上述の良品の範囲に属することを確認した。
【００８７】
尚、上述の実施例において、基板として、複数のガラス−セラミック層１ａ〜１ｄが積層し、その間に内部配線導体３を有する積層体で説明したが、ガラス−セラミック材料からなる単板であっても構わない。
【００８８】
また、積層体の形成工程がグリーンシートの積層による方法で説明したが、ガラス−セラミック材のペーストを順次印刷した印刷多層により積層体を形成してもよく、また、ガラス−セラミック材からなるスリッフプ材に光硬化モノマーを添加して、ビアホール導体となる貫通穴を露光・現像によって形成する方法を含む積層体の形成方法であってもよく、要は未焼成状態の基板（積層体）の表面に表面配線用Ａｇ系導電性ペーストを用いて、表面配線導体となる導体膜を形成し、その後、基板（積層体）と同時に焼成した低温焼成回路基板であれば、基板（積層体）の構造・形成方法は任意に変更できる。
【００８９】
また、上述の表面配線用Ａｇ系導電性ペーストとして、上述のようにｐｔ粉末を若干添加したものであってもよく、その主成分がＡｇ系粉末、即ち、Ａｇ単体、Ａｇ−Ｐｄ合金などのＡｇ合金粉末であっても構わない。
【００９０】
さらに、Ａｇ系材料を主成分とする金属材料に対して、金属酸化物として、Ｖ₂Ｏ₅を添加したが、表面配線導体２の半田ぬれ性を阻害しない範囲で、その他の金属酸化物が微量に含まれていても構わない。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ガラス−セラミック層からなる基体の表面に、表面配線導体を所定量のＶ₂Ｏ₅、所定温度の軟化点、所定量のホウ珪酸系ガラスを含むＡｇ系導体膜で形成し、しかも、これらを大気雰囲気中で一体的に焼成して形成した低温焼成回路基板である。
【００９２】
これにより、表面配線導体のＡｇ粒子への基板材料のガラス成分からのアンカー効果が助長され、長期にわたり安定且つ強固な接着強度が維持でき、接着信頼性に優れた回路基板となる。また、基板の反りを抑えた実用性に優れた回路基板となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回路基板の断面図である。
【符号の説明】
１０・・・・・・回路基板
１・・・・・・・積層体
１ａ〜１ｄ・・・ガラス−セラミック層
２・・・・・・・表面配線導体
３・・・・・・・内部配線導体
４・・・・・・・ビアホール導体

Claims

Ａｇ系金属成分１００ｗｔ％に対して０．２〜１．０ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅、０．２〜１．０ｗｔ％の軟化点が７００〜８００℃のホウ珪酸系ガラスを含有する表面配線導体を、屈伏点が６００〜８００℃のガラス材料を含有させたガラス−セラミック焼結体から成る基体に一体的に焼結して形成して成る回路基板。