JP4006870B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された最外層がめっき層である電極部を保護膜で被覆してなる回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、厚膜抵抗体を有する回路基板において、高機能化・高集積化の要求から高多層化が可能なセラミック積層基板の需要が増加している。その一般的な断面構成を図７（ａ）に示す。
図７（ａ）に示す回路基板は、複数のセラミック基板（層）Ｊ１を積層してなる積層基板Ｊ２からなり、積層基板Ｊ２の内部に形成された内部配線層Ｊ３と、積層基板Ｊ２の一面側に露出するように形成され内部配線層Ｊ３と電気的に接続された表面電極部Ｊ４とを備え、積層基板Ｊ２の一面側において、表面電極部Ｊ４と電気的に接続されて回路を構成する厚膜抵抗体（通常、ＬａＢ₆ ）Ｊ５が形成されたものである。
【０００３】
しかしながら、このような積層基板Ｊ２は、図７（ｂ）に示す様な単層のセラミック基板Ｊ６上に印刷手法のみを用いて回路を形成するタイプ（図７（ｂ）中、Ｊ７は配線層）に比べ、多くの層を有するため工数の増加などにより価格が高い。このため低価格化の要望が強い。
ここで、積層基板Ｊ２における表面電極部Ｊ４と厚膜抵抗体Ｊ５との接続部分の詳細構造を図８に示す。例えば、従来の接続部分は、図８（ａ）に示す様な構成であった。即ち、表層のセラミック基板Ｊ１上に表面配線層Ｊ８及びめっき層Ｊ１０を順次形成した後に、厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９及び厚膜Ｃｕ導体からなる電極部Ｊ１１を形成する。これら各層Ｊ８〜Ｊ１１により、表面電極部Ｊ４が構成される。そして、厚膜Ｃｕ導体からなる電極部Ｊ１１に、厚膜抵抗体Ｊ５の一部が重なるように形成される。
【０００４】
ここで、表面配線層Ｊ８は、セラミック基板Ｊ１との接合性の良いものとして、一般的にＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等が用いられ、めっき層Ｊ１０は、表面配線層Ｊ８と厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９の接合を確保するためのもので、Ｃｕ（銅）めっき、Ｎｉ（ニッケル）めっき、Ａｕ（金）めっき等が通常用いられる。
【０００５】
また、図８（ａ）よりも更に低価格化が可能な接続部分の従来構造として、図８（ｂ）に示す構造がある。これは、表層のセラミック基板Ｊ１上に表面配線層Ｊ８及びめっき層Ｊ１０を順次形成することで、厚膜抵抗体Ｊ５と接続される表面電極部Ｊ４’を構成し、この表面電極部Ｊ４’の最外層を形成するめっき層Ｊ１０に直接厚膜抵抗体Ｊ５を形成することで、厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９を不要としたものである。これにより使用材料及び工数が低減しコストダウンを可能とする。
【０００６】
また、通常、上記したセラミック基板は何れも、その最表面部のほぼ全面に、特に厚膜抵抗体Ｊ５並びに表面電極部Ｊ４、Ｊ４’を外気から保護することを目的として、無機ガラス等の保護膜Ｊ１２が形成されるものである。保護膜Ｊ１２の接合は一般に接する下地材料Ｊ１、Ｊ５、Ｊ９、Ｊ１０の凹凸部におけるアンカー効果と該下地材料表面に点在する酸化物との反応によって確保されるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来構造においては、表面電極部Ｊ４の厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９は、その構成材料及び焼結状態から表面の凹凸部及び酸化物が比較的多く存在するため、容易に接合性を確保できるものであった。また、セラミック部Ｊ１及び厚膜抵抗体部Ｊ５も同様である。
【０００８】
このため、厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９を最外層とした表面電極部Ｊ４を有する従来構造では、保護膜Ｊ１２材料の選定において接合性の重要性は低かった（どのような材料でも接合性に問題はなかった）。
しかしながら、本発明者等の検討によれば、図８（ｂ）に示すめっき層Ｊ１０により表面電極部Ｊ４’の最外層を構成する構造においては、めっき層Ｊ１０表面部の凹凸部及び酸化物が厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９に比べて非常に少ないため、従来構造に用いられている保護膜Ｊ１２をそのまま用いると保護膜Ｊ１２とめっき層Ｊ１０間における接合性が十二分に確保出来ず、最悪の場合には図８（ｃ）に示すような剥離が生じ、保護膜Ｊ１２としての機能を得ることの出来ない事態に至る問題がある。これは次の理由による。
【０００９】
セラミック積層基板に用いられる保護膜Ｊ１２の材料としては、その焼成温度より約５０〜１００℃低い温度にて軟化し、かつ、焼成ピーク温度付近にて結晶化するものが大半である。このことから、従来用いられている保護膜Ｊ１２材料の形成過程における保護膜Ｊ１２材料の下地材料Ｊ９、Ｊ１０との接合に要される濡れ時間は通常約５〜１０分程度となる。但し、このような条件下においても下地材料が厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９からなる従来構造（図８（ａ）参照）においては、保護膜Ｊ１２の接合は前述の理由により十分に確保されていた。
【００１０】
しかしながら、厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９に比べ表面の凹凸部及び酸化物が少ないＣｕ等のめっき層Ｊ１０により電極部を構成する構造（図８（ｂ）参照）においては、保護膜Ｊ１２材料のめっき層Ｊ１０に対して要する濡れ時間としては不十分なため、良好な接合性を得ることが出来ない。そのため、上述のように、図８（ｃ）に示す様な保護膜Ｊ１２の剥離等が発生し、保護膜Ｊ１２の形成により確保すべき機能が損なわれるものである。
【００１１】
ちなみに、上記問題を解決する手法としては、そもそもめっき層Ｊ１０を露出させない構造、例えば、めっき層Ｊ１０全面を保護膜Ｊ１２との接合性の良好な厚膜抵抗体Ｊ５あるいは接合補助層等にて覆うことが考えられるが、前者は、めっき層Ｊ１０全面を確実に覆うためには従来の約２倍の厚膜抵抗体材料が必要となり、後者は、接合補助層形成のための材料及び工数が必要となるなど、材料費並びに加工費が増加しコストアップは避けられない。
【００１２】
また、めっき層Ｊ１０表面に機械的手法、化学的手法により凹凸部又は、酸化物を形成するものも考えられるが、同様に材料・工数が増加する。
本発明は上記問題に鑑み、セラミック基板の一面に形成され最外層にめっき層を有する電極部と該電極部を被覆する保護膜との接合性を向上させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも一面に最外層にめっき層を有する電極部が配置されるセラミック基板において、電極部形状を工夫し保護膜と接合性の良いセラミック部分を任意に露出させることで、めっき層に接するように形成される保護膜とめっき層との接合不良を回避することに着目し、成されたものである。
【００１４】
即ち、請求項１記載の発明では、セラミック基板（１０）の一面（１０ａ）に形成され最外層にめっき層（１８）を有する電極部（１９）と該電極部を被覆する保護膜（３０）とを備える回路基板において、該電極部に、該めっき層の表面から該セラミック基板の一面まで貫通する穴部（２１）を形成し、該保護膜を該穴部を通して該セラミック基板の一面に接合したことを特徴としている。
【００１５】
それによって、電極部（１９）のうち穴部（２１）においては、保護膜（３０）に対して接合性の良いセラミック部分と該保護膜とが接するため、良好な接合性を確保でき、該穴部以外のめっき層（２１）と該保護膜とが接する部分、即ち接合性の弱い部分を補助することができ、結果として、電極部とこれを被覆する保護膜との接合性を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項２記載の発明では、セラミック基板（１０）の一面（１０ａ）において、電極部（１９）の一部と電気的に接続するように厚膜状の抵抗体（２０）を形成し、電極部および抵抗体を覆うように保護膜（３０）を形成し、電極部における抵抗体との接続部および該接続部以外の部位、または電極部における抵抗体との接続部以外の部位に穴部（２１）を形成したことを特徴とし、厚膜抵抗体を有する回路基板に適用可能としたものである。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、複数のセラミック層（１１〜１４）を積層してなり内部に内部配線層（１５）が形成された積層基板（１０）と、該積層基板の一面（１０ａ）に形成され該内部配線層と電気的に接続された表面配線層（１６）、及び該表面配線層の上に形成されためっき層（１８）の２層構造からなる電極部（１９）と、該積層基板の一面に形成され、該電極部の一部と電気的に接続されて回路を構成する厚膜状の抵抗体（２０）と、該積層基板の一面において該電極部および該抵抗体を覆うように形成された保護膜（３０）と、を有する回路基板に関して成されたものである。
【００１８】
そして、請求項３記載の発明では、電極部における抵抗体との接続部および該接続部以外の部位、または電極部における抵抗体との接続部以外の部位に、該めっき層の表面から該積層基板の一面まで貫通する穴部（２１）を形成し、該保護膜を該穴部を通して該積層基板の一面に接合したことを特徴としており、請求項１記載の発明と同様の作用効果を発揮することができる。
【００１９】
また、請求項４記載の発明のように、上記穴部（２１）を複数個形成したものとすれば、より確実に請求項１記載の発明と同様の作用効果を発揮することができる。
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態は、複数のセラミック層が積層された積層基板を有し、該基板内部に形成された内部配線層を、一面側に露出形成された表面配線層及びめっき層との２層構造からなる表面電極部に電気的に接続し、更に、表面電極部と厚膜状の抵抗体とを電気的に接続し、該電極部および該抵抗体を保護膜にて被覆してなる回路基板について、本発明を適用したものである。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る回路基板１００の断面構成の模式図である。回路基板１００は、複数（図示例では４枚）のセラミック層１１〜１４が積層された積層基板（本発明でいうセラミック基板にも相当）１０を有する。複数のセラミック層１１〜１４は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等から構成されている。本例では、アルミナシートが積層されたものとしている。
【００２２】
積層基板１０の内部には、内部配線層１５が形成されており、積層基板１０の一面１０ａには、内部配線層１５と導通する表面配線層１６が形成され、他面１０ｂには、内部配線層１５と導通する裏面配線層１７が形成されている。ここで、裏面配線層１７は、例えば、コンデンサや抵抗等の部品が接続される部品接続電極部として構成されている。
【００２３】
これら各配線層１５〜１７は、ＷやＭｏ等の導体から構成され、さらに、表面配線層１６の表面には、表面配線層１６と後述の抵抗体２０との接合を確保するため、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等のめっきによるめっき層１８が形成されている。ここで、表面配線層１６とめっき層１８とにより、めっき層１８を最外層とする表面電極部（本発明でいう電極部）１９が構成されるが、その詳細については後述する。
【００２４】
また、積層基板１０の一面１０ａには、表面電極部１９の一部と電気的に接続（導通）されて回路を構成する厚膜状の上記抵抗体２０が形成されている。抵抗体２０は、硼化物（例えばランタン、タンタル等）、銅・ニッケル、酸化錫、珪素、珪化物などを主成分とした厚膜等からなり、積層基板１０の一面１０ａにおけるめっき層１８の表面を含む部分に形成され、めっき層１８を介して表面配線層１６と電気的に接続されている。そして、これら各層１５〜１８及び抵抗体２０により、回路基板１００の回路部が構成されている。
【００２５】
また、積層基板１０の一面１０ａには、回路基板１００の回路部を保護するための保護膜３０が、表面電極部１９及び抵抗体２０を覆うように形成されている。保護膜３０は、例えば、従来と同様、酸化亜鉛を主成分とする無機ガラス等を採用することができる。
ここで、図２（ａ）は図１の丸で囲んだＡ部分を拡大したものであるが、他の表面電極部１９と保護膜３０との接続部も同様の構成である。また、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ矢視図であり、図２（ｂ）中のＣ−Ｃ断面が図２（ａ）に相当する。
【００２６】
表面電極部１９においては、抵抗体２０との接続部及び該接続部以外の部位に、最外層であるめっき層１８の表面から表面配線層１６を通って積層基板１０の一面１０ａまで貫通する穴部２１が複数個形成されており、保護膜３０は、穴部２１を埋めつつ穴部２１を通して積層基板１０の一面１０ａに接合されている。つまり、本実施形態は、表面電極部１９と保護膜３０との接続において、表面電極部１９のうち穴部２１では保護膜３０とセラミック層１１とが接し、それ以外の部位では保護膜３０とめっき層１８とが接するという独自の接続構造を有する。
【００２７】
かかる構成を有する回路基板１００の製造方法について述べる。図３及び図４は、回路基板１００の製造方法を工程順に示す模式的断面図であり、上記図１の断面に対応している。また、図５は各工程途中の詳細説明図であり、上記図２（ａ）の断面つまり図１に示すＡ部の拡大断面に対応する。
まず、図３（ａ）に示す様に、酸化アルミニウム（アルミナ）を有機バインダ等によってシート状とした複数枚（本例では４枚）のセラミック層としてのアルミナシート１１〜１４を用意し（シート用意工程）、これら各シート１１〜１４に対して、後述の内部配線層１５を形成するための貫通孔１５ａを、パンチング等の打ち抜きによって形成する（貫通孔形成工程）。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示す配線層形成工程を行う（図３（ｂ）では、アルミナシート１１及び１２のみ図示）。Ｗ、Ｍｏ等の材料を、各シート１１〜１４毎に貫通孔１５ａに充填し、上記内部配線層１５を所定パターンにて形成する。また、同じ材料を用いて、アルミナシート１１の一面（最終的に積層基板１０の一面１０ａとなる）１１ａに表面配線層１６を、アルミナシート１４の一面（最終的に積層基板１０の他面１０ｂとなる）１４ａに裏面配線層１７を、それぞれ所定パターンにて形成する。
【００２９】
このとき、表面配線層１６は、図５（ａ）に示す様に、アルミナシート１１の一面１１ａにおいて最終的に穴部２１が形成される部位に存在しないように、パターニング形成する。
次に、図４（ａ）に示す様に、各配線層１５〜１７が所望のパターンに加工された各アルミナシート１１〜１４を積層する（積層体形成工程）。具体的には、全てのアルミナシート１１〜１４を順に重ねて加圧を行い、焼成（例えば約１６００℃前後）することにより、積層基板１０を得る。
【００３０】
次に、この積層基板１０を図４（ｂ）に示すめっき工程に供する。めっき層１８は、積層基板１０における表面配線層１６の露出面に、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ等の導体金属を用いて電気めっき法等により選択的に形成する。これにより、図５（ｂ）に示す様に、表面配線層１６と該表面配線層１６の上に形成されためっき層１８との２層構造からなりかつ穴部２１を有する表面電極部１９が、積層基板１０の一面１０ａに形成される。
【００３１】
なお、表面配線層１６は、アルミナシートとの接合性の良いものとして、Ｗ、Ｍｏ等が用いられるが、これらの材料は、積層基板１０が例えば１６００℃程度の高温で焼成されるため、それに対する耐熱性を必要とするが故に選択されるものである。そして、このようなＷ、Ｍｏ等の材料と抵抗体の材料（ＬａＢ₆ （硼化ランタン）等）との接合性が弱いため、めっき層が必要とされるのである。
【００３２】
続いて、図４（ｃ）に示す抵抗体形成工程を行う。抵抗体２０は、積層基板１０の一面１０ａにおいて、その一部が表面電極部１９に接するように、上記の硼化ランタン等から選択される物質を主成分としたペースト材料を用いて、印刷、焼成する等により厚膜状に形成する。抵抗体２０の形成後の表面電極部１９部分の拡大図を図５（ｃ）に示す。
【００３３】
次に、積層基板１０の一面１０ａに保護膜３０を形成する。具体的には、ペースト状の無機ガラスを、表面電極部１９及び抵抗体２０を少なくとも覆うように、塗布し、焼成することで形成できる。
こうして、上記図１に示す回路基板１００が出来上がる。実際には、上記各工程に加えて、裏面配線層１７に上記コンデンサ等の部品を接続する等の工程を行うことにより、各層１５〜１８、抵抗体２０及び上記コンデンサ等の部品により、回路基板１００の回路部が構成される。
【００３４】
ところで、本実施形態によれば、表面電極部１９のうち穴部２１においては、保護膜３０に対して接合性の良いセラミック層１１と保護膜３０とが接するため、表面電極部１９と保護膜３０との接合性を向上させることができる。
これは、上記図８（ａ）に示す従来構造における厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９表面に点在する酸化物による接合と同様の働きによるものであり、複数個の穴部２１に対応して複数点在する良好な接合部分によって、接合性の弱い部分（即ちめっき層１８と保護膜３０とが接する部分）を補助し、保護膜３０全体の接合性を確保し剥離を抑制するためである。
【００３５】
ここで、上記穴部２１は保護膜３０の接合性が確保されるならば、１つであっても複数個であってもよい。また、その形状は円形、角形に限らず、電気的な接続に対して損傷がなければどのような形状でもよい。例えば、図６（ａ）は上記図２（ｂ）と同じ方向からみたものであるが、穴部２１の形状はこのようなスリット状であってもよい。
【００３６】
また、表面電極部１９における穴部２１の加工は、従来の加工手法と比べても、表面配線層１６のパターンを穴部２１に対応したパターンとするだけで行うことができ、工程数の増減なく形成することができる。めっき層表面に機械的手法、化学的手法により凹凸部又は、酸化物を形成する場合は、そのための工程が付加されるが、それに比べて本実施形態では製造コストを安価なものと出来る。
【００３７】
また、保護膜の剥離は使用される環境にて左右されるため、使用環境に応じた穴部のパターンを検討する必要がある。但し、図６（ｂ）に示す様に、表面電極部１９とセラミック部との界面部分において保護膜３０が薄くなると、その部分に亀裂が生じ接合性の弱い部分にて剥離する場合があるので、穴部２１の形成に対し、あるいは、保護膜３０の形成条件に対して、必要に応じて各々検討を行う必要がある。
【００３８】
以上述べてきたように、本実施形態は、最外層がめっき層からなる電極部と厚膜抵抗体とを組み合わせて回路を構成するセラミック積層基板において、厚膜抵抗体が部分的に重ねて形成される抵抗体電極部のパターンを工夫することによって、特別な保護膜材料を用いることなく、めっき層と保護膜間の接合性を確保するものである。
【００３９】
（他の実施形態）
なお、表面電極部は少なくとも最外層にめっき層を有したものであればよく、めっき層のみで構成されたものであってもよい。
また、穴部は上記実施形態において、表面電極部１９のうち少なくとも抵抗体２０との接続部以外の部位に形成されていればよい。
【００４０】
また、積層基板の一面に形成された表面電極部の全てに、厚膜状の抵抗体が電気的に接続されていなくともよい。
また、本発明は、上記積層基板に限定されるものではなく、単層のセラミック基板上において、厚膜抵抗体と接続される電極部を表面配線層とめっき層とから構成した回路基板にも適用できる。
【００４１】
さらに、本発明は、抵抗体を有するものでなくともよく、単層若しくは積層のセラミック基板と、このセラミック基板の少なくとも一面に形成され最外層にめっき層を有する電極部と、セラミック基板の一面において電極部を覆うように形成された保護膜とを備える回路基板であれば、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る回路基板の断面構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は図１中のＡ部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図である。
【図３】図１に示す回路基板の製造方法を示す工程図である。
【図４】図３に続く製造方法を示す工程図である。
【図５】上記製造方法における工程途中の詳細説明図である。
【図６】（ａ）はスリット形状とした穴部を示す図、（ｂ）は保護膜の剥離の様子を示す図である。
【図７】従来の一般的な回路基板の断面構成を示す模式図である。
【図８】従来の回路基板における表面電極部と厚膜抵抗体との接続部分の詳細断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…積層基板、１０ａ…積層基板の一面、１１〜１４…アルミナシート、
１５…内部配線層、１６…表面配線層、１８…めっき層、１９…電極部、
２０…抵抗体、２１…穴部、３０…保護膜。

Claims (4)

1. セラミック基板（１０）と、
   このセラミック基板の少なくとも一面（１０ａ）に形成され、最外層にめっき層（１８）を有する電極部（１９）と、
   前記セラミック基板の一面において前記電極部を覆うように形成された保護膜（３０）とを備え、
   前記電極部には、前記めっき層の表面から前記セラミック基板の一面まで貫通する穴部（２１）が形成されており、
   前記保護膜は、前記穴部を通して前記セラミック基板の一面に接合されていることを特徴とする回路基板。
2. 前記セラミック基板（１０）の一面（１０ａ）において、前記電極部（１９）の一部と電気的に接続するように厚膜状の抵抗体（２０）が形成されており、
   前記保護膜（３０）は、前記電極部および前記抵抗体を覆うように形成されており、
   前記穴部（２１）は、前記電極部における前記抵抗体との接続部および該接続部以外の部位、または前記電極部における前記抵抗体との接続部以外の部位に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 複数のセラミック層（１１〜１４）を積層してなり、内部に内部配線層（１５）が形成された積層基板（１０）と、
   前記積層基板の一面（１０ａ）に形成され前記内部配線層と電気的に接続された表面配線層（１６）、及び該表面配線層の上に形成されためっき層（１８）の２層構造からなる電極部（１９）と、
   前記積層基板の一面に形成され、前記電極部の一部と電気的に接続されて回路を構成する厚膜状の抵抗体（２０）と、
   前記積層基板の一面において前記電極部および前記抵抗体を覆うように形成された保護膜（３０）と、を有する回路基板において、
   前記電極部における前記抵抗体との接続部および該接続部以外の部位、または前記電極部における前記抵抗体との接続部以外の部位には、前記めっき層の表面から前記積層基板の一面まで貫通する穴部（２１）が形成されており、
   前記保護膜は、前記穴部を通して前記積層基板の一面に接合されていることを特徴とする回路基板。
4. 前記穴部（２１）は複数個形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の回路基板。

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