JP3825326B2

JP3825326B2 - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP3825326B2
Application number: JP2002011153A
Authority: JP
Inventors: 俊一藤井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP2003218495A; CN1451954A; CN1238700C; CN1451931A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスセラミックス焼結体からなる絶縁基体の内部および／または表面に同時焼成による配線導体および抵抗体を備え、抵抗体の抵抗値ばらつきを抑制した配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセラミック配線基板の回路中に抵抗体を形成する方法としては、配線基板表面に実装する方法が主であった。この表面実装の方法としては、チップ抵抗の半田付け・薄膜抵抗の蒸着・厚膜抵抗ペーストの塗布および焼成等がある。なお、薄膜および厚膜抵抗については抵抗体を形成するだけでは抵抗値ばらつきが大きいため、トリミングにより抵抗値の微調整を行なうことが一般的である。
【０００３】
しかし、近年、各種電子部品はＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子の利用によって急速に小型化・高密度化されており、それに伴って半導体集積回路素子を搭載するＩＣ基板やＩＣパッケージ用基板の多層回路基板に対しての小型化・高密度化の要求が高まっている。この要求に応える方法の一つとして、従来は表面に実装されていた抵抗体を内層化することが挙げられる。この方法によれば、従来はビアホール等の貫通導体を通して基板表面に引き出していた回路構造を単純化できることと、表面実装面積を増加できることが見込まれる。
【０００４】
このような抵抗体を内層化する方法として、セラミックグリーンシート上に配線導体ペーストを塗布し、その後、厚膜抵抗体ペーストを塗布し、その上にさらにセラミックグリーンシートを積層して、セラミックと配線導体と抵抗体とを同時に焼成する方法がある。この同時焼成の方法によれば、工程を大幅に増加させずに抵抗体を内層化できる。なお、抵抗体を同時焼成する場合は、通常のＲｕＯ₂やＳｎＯ₂系抵抗体の焼成温度が約800〜900℃であることから、絶縁基体にはこの温度で同時焼成が可能なガラスセラミックスが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような抵抗体の内層化においては、ガラスセラミックグリーンシート加工時に抵抗体ペーストを塗布しておく必要があり、内層化された抵抗体をガラスセラミックスと同時に焼結させる工程となってしまうので焼成後に抵抗体のトリミングができず、抵抗値ばらつきが制御できないという問題点があった。
【０００６】
また、通常の抵抗体ペーストは、抵抗を示すための抵抗材、焼結させるためのガラス材およびその他の添加剤等から構成される。そのため、セラミック材がガラスセラミックスの場合には、焼成時に抵抗体ペースト中のガラス成分がガラスセラミックス中のガラス成分と反応し、相互拡散が生じて、焼成後の抵抗値が大幅にずれてしまう、またはばらつきが大きくなってしまうという問題点があった。
【０００７】
さらに、配線層として低抵抗のＣｕを用いる場合には、焼成雰囲気が加湿窒素雰囲気となり、ガラスセラミックス焼結時に抵抗体成分が雰囲気中の水分と反応し、またイオン化してガラスセラミックス中に拡散する現象が生じる。このため、焼成後の抵抗値がばらつくことがあるという問題点もあった。
【０００８】
また、配線導体ペーストを塗布した後に厚膜抵抗体ペーストを塗布する従来の方法では、塗布された厚膜抵抗体ペーストが配線導体ペーストのパターンに沿って拡がってしまったり、配線導体ペーストのパターンの厚みの分だけ配線導体ペーストのパターン間は印圧不足となり厚膜抵抗体ペーストのスクリーンメッシュからの抜けが悪くなってパターン形状が安定しないため、安定していない形状の厚膜抵抗体ペーストを焼成して得られる抵抗体の抵抗値がばらつくことがあるという問題点があった。
【０００９】
なお、焼き上げたセラミック基板の表面に抵抗体を焼き付け、これにトリミング加工を行なった後にセラミック基板を貼り合せる方法もあるが、これは工程が長くなるという問題点がある。
【００１０】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスセラミックスからなる絶縁基体と同時焼成される抵抗体の抵抗値ばらつきを抑制し、ばらつき範囲をトリミングによる調整が不要な±10％とした配線基板を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラスセラミックからなる絶縁基体上に抵抗体及び配線導体が形成された配線基板を製造する配線基板の製造方法において、前記の絶縁基体となるガラスセラミックグリーンシート上に抵抗体ペーストを塗布する抵抗体ペースト塗布ステップと、塗布された前記の抵抗体ペーストを乾燥させる抵抗体ペースト乾燥ステップと、乾燥させた前記の抵抗体ペースト上の一部の領域に配線導体ペーストを塗布する配線導体ペースト塗布ステップと、塗布された前記の配線導体ペーストを乾燥させる配線導体ペースト乾燥ステップと、前記のガラスセラミックグリーンシート、抵抗体ペースト及び配線導体ペーストを同時に焼結する焼結ステップとを備え、前記の抵抗体ペースト塗布ステップにおいて、前記のガラスセラミックグリーンシート上に４０〜７０質量％の酸化錫と３０〜６０質量％の白金とからなる粉末を用いた前記の抵抗体ペーストを塗布することを特徴とするものである。
また、本発明の配線基板の製造方法は、乾燥させた前記の抵抗体ペースト及び配線導体ペースト上にガラスセラミックグリーンシートを積層する積層ステップを備え、前記の焼結ステップにおいて、前記の各ガラスセラミックグリーンシート、抵抗体ペースト、及び配線導体ペーストを同時に焼結することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の配線基板によれば、抵抗体を先に塗布し、その後で配線導体を塗布するものであることにより、厚膜抵抗体ペーストのパターンが配線導体ペーストのパターンに沿って拡がってしまったり、印圧不足により厚膜抵抗体ペーストのスクリーンメッシュからの抜けが悪くなったりすることがなく、抵抗体をパターン形状を安定させて形成することができる。また、抵抗体を化合物として安定な酸化錫および反応性の低い白金の組成物からなるものとしたことから、ガラスセラミックス焼結時の水分との反応、およびガラスセラミックスへのイオン化した金属成分の拡散を抑えることが可能となる。その結果、抵抗体のパターン形状のばらつきが抑制され、かつ、焼成雰囲気に影響されることなく焼成後の抵抗値のばらつきを抑制できる配線基板とすることができる。
【００１３】
また、抵抗体組成中の酸化錫および白金をそれぞれ40〜70質量％および30〜60質量％の範囲にすることによって、抵抗体組成物を均一に焼結させることが可能になり、抵抗値ばらつきを±10％以内、レンジで20％以下の範囲に抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は内層された抵抗体、２は配線導体、３はガラスセラミックスからなる絶縁基体である。
【００１６】
絶縁基体３は、複数のガラスセラミックス層が積層されて構成されており、その内部および／または表面、この例では内部いわゆる内層に抵抗体１および配線導体２が配線の形状に形成されている。
【００１７】
ガラスセラミックスからなる絶縁基体３の作製に当たっては、まず、ガラス粉末・フィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ・可塑剤・有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法・圧延法・カレンダーロール法等によってガラスセラミックグリーンシートを製作する。
【００１８】
ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系・ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃系・ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ¹Ｏ−Ｍ²Ｏ系（但し、Ｍ¹およびＭ²は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ¹Ｏ−Ｍ²Ｏ系（但し、Ｍ¹およびＭ²は前記と同じである）・ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｍ³ ₂Ｏ系（但し、Ｍ³はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）・ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ³ ₂Ｏ系（但し、Ｍ³は前記と同じである）・Ｐｂ系ガラス・Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００１９】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・ＴｉＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル・ムライト・コージェライト）等を用いることができる。
【００２０】
次に、抵抗体ペーストとして白金および酸化錫の粉末に、適当な有機バインダ・溶剤を混練してペースト化したものを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート表面に所定形状に塗布し、乾燥する。抵抗体を平坦なグリーンシート上に塗布しているので、抵抗体ペーストが配線導体ペーストのパターンに沿って拡がってしまったり、印圧不足により厚膜ペーストのスクリーンメッシュからの抜けが悪くなることがなく、抵抗体をパターン形状を安定させて形成することができる。
【００２１】
また同様に、配線導体ペーストとしてＣｕ・Ａｇ・Ａｕ・Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ・溶剤を混練してペースト化したものを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等により、抵抗体ペーストのパターンの両端上部に重なるように塗布・乾燥する。このとき抵抗体ペーストのパターンは乾燥しているので、配線導体ペーストのパターンに沿って抵抗体ペーストが広がり、パターン形状が安定しなくなるようなことは起らない。
【００２２】
抵抗体ペーストの白金および酸化錫の粉末は、粒径が均一で球形状に近い粒が望ましい。これは均一な焼結状態を得るためのものであり、例えば白金粉末で部分的に大きい粒径が存在した場合、その部分のみ局所的に抵抗値が低下し抵抗値が安定しにくい傾向がある。
【００２３】
また、抵抗体中の酸化錫および白金は、それぞれ40〜70質量％および30〜60質量％の範囲にすることが好ましい。白金が60質量％を超えると、白金同士の焼結により低抵抗パス（低抵抗経路）の形成が多くなりやすく、抵抗値が１Ω以下になりばらつきが大きくなる傾向がある。一方、白金が30％未満では白金同士の焼結による低抵抗パスの形成が少なくなりやすく、抵抗値が10ｋΩ以上になり抵抗値のばらつきが大きくなる傾向がある。
【００２４】
この抵抗体ペーストのパターンおよび配線導体ペーストのパターンが塗布・形成されたガラスセラミックグリーンシートを複数枚積み重ね、50〜100℃の熱と３〜20ＭＰａの圧力とを加えて熱圧着することによって、積層体を製作する。
【００２５】
この積層体を、温度約900℃・露点約50℃の加湿窒素雰囲気にて焼成することにより、配線基板とすることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００２７】
まず、抵抗体ペーストとして平均粒径１〜1.5μｍの白金および酸化錫の粉末を表１に示す７種の組成で有機バインダ・溶剤と混練してテスト抵抗体ペーストを作製した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
同様に、配線導体ペーストとしてＣｕ粉末と有機バインダ・溶剤とを混練してＣｕペーストを作製した。
【００３０】
次に、ガラスセラミックグリーンシートにまず抵抗体となるテスト抵抗体ペーストを所定のテストパターンで塗付し、乾燥した。今回用いた抵抗体のテストパターンはアスペクト比が１であり、膜厚は20〜25μｍであった。その後、配線導体となるＣｕペーストを塗布し乾燥させた。その後、このガラスセラミックグリーンシートを積層して、温度910℃・露点50℃の加湿窒素雰囲気にて焼成した。
【００３１】
このようにして作製した配線基板につき、各テスト抵抗体の抵抗値をデジタルマルチメータを用いて測定した。測定結果について、白金（Ｐｔ）添加量に対する平均の抵抗値の変化を図２に線図で示し、また抵抗値ばらつきを表２に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
図２において、横軸は白金（Ｐｔ）添加量（単位：質量％）を、縦軸は平均の抵抗値（単位：Ω／□）を表わし、黒菱形および特性曲線は測定結果およびその変化を示している。図２により、白金添加量の調整により抵抗値が10Ω／□〜10ｋΩ／□間で制御可能であることが分かる。また、表２より、抵抗値ばらつき（単位：％）が±10％以内に入っていることが分かる。なお、配線基板としての機能上、図２のグラフデータにおける抵抗値はシート抵抗を示しているが、シート抵抗10Ω／□〜10ｋΩ／□は、体積固有抵抗に換算すると2.3×10^-4Ω・ｍ〜0.3Ω・ｍに相当する。
【００３４】
なお、表１に示した抵抗体組成を外れた酸化錫および白金の組成の場合は、抵抗値自体が大きく変動し、抵抗値ばらつきも30％を超えてしまう結果であった。酸化錫の組成が40％未満となり白金の組成が60％を超える場合は、抵抗値は１Ωまたはそれ以下にまで急激に低下し、同一の焼成ロット内においても十分な再現性が得られない傾向があった。また、酸化錫の組成が70％を超え白金の組成が30％未満となる場合は、抵抗値が数10ｋΩで抵抗値ばらつきが100％以上にまで増加する傾向があった。
【００３５】
また、配線導体ペーストを塗付・乾燥した後に抵抗体ペーストを塗付して作製した以外は上記の実施例と同様の方法で作製した時の抵抗値ばらつきを表３に示す。
【００３６】
【表３】

【００３７】
表３に示す結果より分かるように、配線導体ペーストを塗布・乾燥した後に抵抗体ペーストを塗布して作製したものは、抵抗体ペーストを塗布・乾燥した後に配線導体ペーストを塗布・乾燥して作製したものより抵抗値のばらつきが大きくなり、ばらつきが±10％を超えてしまうものがあった。この理由は、配線導体ペーストを塗布した後に抵抗体ペーストを塗布したものは、抵抗体ペーストを塗布した時点で、塗布された抵抗体ペーストが配線導体ペーストのパターンに沿って拡がってしまったり、スクリーンメッシュからの抜けが悪くなったために、抵抗体ペーストの厚みやパターン形状が安定しないためであった。よって、抵抗体ペーストを塗布・乾燥した後に配線導体ペーストを塗布・乾燥して作製するほうがよいことが確認できた。
【００３８】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の例では配線導体はＣｕペーストを塗布して形成したが、これをＣｕ等の金属箔を転写して配線パターン化することにより形成してもよい。この場合も、前述のように先に形成した抵抗体ペーストのパターンは乾燥しているので、金属箔から成る配線導体のパターンによって抵抗体ペーストのパターンが広がったり、パターン形状が安定しなくなるようなことは起こらず、抵抗体の抵抗値ばらつきが抑制された配線基板を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の配線基板によれば、ガラスセラミックスから成る絶縁基体と、この絶縁基体の内部および／または表面に絶縁基体と同時焼成により形成された抵抗体およびこの抵抗体の両端上部に端部を重ねて接続された配線導体とを具備した配線基板であって、抵抗体を酸化錫および白金からなるものとし、その組成を40〜70質量％の酸化錫と30〜60質量％の白金とすることで、抵抗体パターン形状のばらつきが抑制され、かつ、ガラスセラミックスからなる絶縁基体との同時焼成時にガラスセラミックスとの反応または金属元素の拡散現象を抑制することができ、さらに、抵抗体ペーストを先に塗付することにより抵抗体のパターンを厚み・幅の精度良く形成することができ、その結果、抵抗値ばらつきをトリミングによる調整が不要な±10％以下、レンジで20％以内とすることができる配線基板を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板に用いる抵抗体における白金（Ｐｔ）添加量に対する平均の抵抗値の変化を示す線図である。
【符号の説明】
１：抵抗体
２：配線導体
３：絶縁基体

Claims

ガラスセラミックからなる絶縁基体上に抵抗体及び配線導体が形成された配線基板を製造する配線基板の製造方法において、
前記絶縁基体となるガラスセラミックグリーンシート上に抵抗体ペーストを塗布する抵抗体ペースト塗布ステップと、
塗布された前記抵抗体ペーストを乾燥させる抵抗体ペースト乾燥ステップと、
乾燥させた前記抵抗体ペースト上の一部の領域に配線導体ペーストを塗布する配線導体ペースト塗布ステップと、
塗布された前記配線導体ペーストを乾燥させる配線導体ペースト乾燥ステップと、
前記ガラスセラミックグリーンシート、抵抗体ペースト及び配線導体ペーストを同時に焼結する焼結ステップと
を備え、
前記抵抗体ペースト塗布ステップにおいて、前記ガラスセラミックグリーンシート上に４０〜７０質量％の酸化錫と３０〜６０質量％の白金とからなる粉末を用いた前記抵抗体ペーストを塗布することを特徴とする配線基板の製造方法。
乾燥させた前記抵抗体ペースト及び配線導体ペースト上にガラスセラミックグリーンシートを積層する積層ステップを備え、
前記焼結ステップにおいて、前記各ガラスセラミックグリーンシート、抵抗体ペースト、及び配線導体ペーストを同時に焼結することを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。