JP4089054B2

JP4089054B2 - 回路基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP4089054B2
Application number: JP33793198A
Authority: JP
Inventors: 賢吾岡; 長坂　　崇; 浅井　　康富; 真治太田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP2000165040A

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表面配線層及び該表面配線層上に形成されためっき層により構成される電極部と、該電極部と電気的に接続され回路を構成する厚膜状の抵抗体とを有する回路基板、および該回路基板の製造方法に関する。
【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４（ａ）に示す。
図４（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状の抵抗体（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４（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４（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と抵抗体Ｊ５との接続部分の詳細構造を図５に示す。例えば、従来の接続部分は、図５（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及び厚膜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５（ａ）よりも更に低価格化が可能な接続部分の構造として、図５（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。このようなものとしては、例えば、特開昭５９−３２１９４号公報に記載のものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、上記図５（ｂ）に示す接続構造の様に、めっき層Ｊ１０に直接厚膜抵抗体Ｊ５を形成すると、温湿度環境下にて抵抗値が大きく変化する問題が生じることがわかった。これは、次の要因によるものである。ここで図６（ａ）〜（ｃ）は、上記図５（ｂ）に示す接続構造において発生する上記問題の要因を説明する図である。
【０００７】
上記図５（ｂ）に示す接続構造においては、図６（ａ）に示す様に、表面配線層Ｊ８に形成されるめっき層Ｊ１０の端部Ｊ１２は、表面配線層Ｊ８よりもはみ出してセラミック基板Ｊ１上に直接形成される（はみ出し部Ｈ）。これは、めっき層Ｊ１０の形成過程において、めっき層Ｊ１０の厚みをその機能上必要なものとする場合に必然的に生じるものである。一般的に用いられるめっき層は、セラミック基板との接合性が低いことは公知であり、このはみ出し部Ｈにおける接合が不十分となるため、抵抗値が大きく変化する。
【０００８】
更に、図６（ｂ）に示す様に、表面配線層Ｊ８及びめっき層Ｊ１０からなる表面電極部Ｊ４の端部は急峻な形状であり、このような表面電極部Ｊ４に厚膜抵抗体Ｊ５を形成したものを温湿度環境下に置くと、表面配線層Ｊ８、めっき層Ｊ１０及び厚膜抵抗体Ｊ５等の温度特性によって、局部的に過大な応力集中が生じ厚膜抵抗体Ｊ５に微細な亀裂が生じ抵抗値が変化する。
【０００９】
また、めっき層Ｊ１０の端部Ｊ１２が形状変化を生じる場合もある。図６（ｃ）に示す様に、めっき層Ｊ１０の端部Ｊ１２が変化すると、それまでの電気的な導通経路が変化するため抵抗値が変化する形となる。更に、めっき層Ｊ１０の端部Ｊ１２の変化の程度によっては、厚膜抵抗体Ｊ５に微細な亀裂が生じ、異常な程の抵抗値変化に至る。該抵抗値変化は最悪の場合、製品の機能不良となる。
【００１０】
これらの要因によって、上記図５（ｂ）に示す接続構造においては、温湿度環境下にて抵抗値が大きく変化してしまうのであるが、このような問題は、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の場合にも、同様に起こりうると考えられる。
本発明は上記問題に鑑み、基板上に形成される表面配線層及びめっき層により、厚膜状の抵抗体と電気的に接続される電極部を構成してなる回路基板において、電極部及び抵抗体における抵抗値変化を抑制することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、厚膜抵抗体と電気的に接続される電極部において、表面配線層上に形成されるめっき層の端部を表面配線層からはみ出させないこと、及び、該電極部と厚膜抵抗体との接続部分に過大な応力集中を生じさせないことに着目して、成されたものである。
【００１２】
即ち、請求項１記載の発明では、一面（１１ａ）に露出するように表面配線層（１６）が形成された基板（１０）の該一面（１１ａ）における表面配線層（１６）の周囲部分に、その厚みが表面配線層（１６）よりも厚い絶縁層（２０）を、表面配線層（１６）を取り囲むように形成した後、表面配線層（１６）と絶縁層（２０）との厚みの差によって形成される段差を埋めるように、表面配線層（１６）の露出面にめっき層（１８）を形成し、続いて、基板（１０）の一面（１１ａ）側において、めっき層（１８）及び絶縁層（２０）の表面に、厚膜状の抵抗体（３０）を形成することを特徴としている。
【００１３】
本発明の製造方法により製造された回路基板によれば、表面配線層（１６）の周囲部分を取り囲む絶縁層（２０）によって、めっき層（１８）の端部は表面配線層（１６）の端部からのはみ出しが抑制され、且つ形状を確定されるため、めっき層（１８）と基板（１０）との不安定な接合部分を無くすことができると共に、抵抗値変化を誘発するようなめっき層（１８）の端部の形状変化を抑止することができる。
【００１４】
また、本発明の製造方法により製造された回路基板によれば、めっき層（１８）を、表面配線層（１６）と絶縁層（２０）との厚みの差によって形成される段差を埋めるように形成することで、めっき層（１８）の表面と絶縁層（２０）の表面とを平坦に近くでき、その上に形成された厚膜状の抵抗体（３０）の膜断面形状も平坦に近いものとなり、抵抗体（３０）への局部的な応力集中が回避され亀裂の発生も無くなる。
【００１５】
従って、本発明によれば、表面配線層及びめっき層により、厚膜状の抵抗体と電気的に接続される電極部を構成してなる回路基板において、電極部及び抵抗体における抵抗値変化を抑制することができる回路基板を製造する製造方法を提供できる。
【００１９】
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、複数のセラミック基板が積層された積層基板を有し、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てなる回路基板について、本発明を適用したものである。図１及び図２に、本実施形態に係る回路基板（図２（ｃ）参照）を製造する製造工程を模式的な断面図として示す。以下、製造工程順に説明していく。
【００２１】
まず、図１（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）のセラミック基板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）。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示す配線層形成工程を行う（図１（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１１ａに、表面配線層１６を所定パターンにて形成するとともに、アルミナシート１４の一面１４ａに、裏面配線層１７を所定パターンにて形成する（なお、裏面配線層１７は図２（ａ）参照）。
【００２３】
一方、上記アルミナシート１１〜１４以外に、本発明でいう絶縁層に相当するアルミナシート２０を用意する（絶縁層用意工程）。このアルミナシート２０は、図１（ｃ）に示す様に、アルミナシート１１の一面１１ａの表面配線層１６に対応したパターンを有する貫通孔２１が、予めパンチング等によって形成されており、また、その厚みが表面配線層１６よりも厚いものである。
【００２４】
次に、図２（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及び図１（ｃ）に示すアルミナシート２０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、２０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、図２（ａ）に示す積層体２００を得る。
【００２５】
得られた積層体２００は、積層された複数の層としてのアルミナシート１１〜１４により形成された積層基板（本発明でいう基板）１０と、アルミナシート（本発明でいう絶縁層）２０とから構成される。ここで、積層基板１０において、アルミナシート１１の一面１１ａが積層基板１０の一面に相当し、アルミナシート１４の一面１４ａが積層基板１０の他面に相当する。
【００２６】
そして、積層基板１０は、その内部に、各シート１１〜１４の間で電気的導通をとるための内部配線層１５が形成され、その一面１１ａに、表面配線層１６が露出するように形成されたものとなっている。また、アルミナシート１４の一面（積層基板１０の他面）１４ａに露出する裏面配線層１７は、コンデンサ等の部品が接続されるようになっている。
【００２７】
そして、積層基板１０の一面１１ａにおける表面配線層１６は、その周囲部分を、表面配線層１６よりも厚いアルミナシート（絶縁層）２０の貫通孔２１の内壁にて、取り囲まれている。
次に、この積層体２００から本実施形態に係る回路基板を形成するまでの工程について述べる。なお、図２（ｂ）及び（ｃ）においては、積層基板１０のうちアルミナシート１１よりも一面１０ａ側に位置する部分の構成を示し、他の部分は省略してある。
【００２８】
まず、積層体２００を図２（ｂ）に示すめっき工程に供する。めっき層１８は、積層体２００における表面配線層１６の露出面に、表面配線層１６とアルミナシート２０との厚みの差によって形成される段差Ｄを埋めるように、例えば選択的な形成が可能な無電解めっき法等により形成する。めっき層１８は、表面配線層１６と後述の抵抗体３０との接合を確保するためのもので、Ｃｕめっき、Ｎｉめっき、Ａｕめっき等が通常用いられる。
【００２９】
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、積層体２００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。
【００３０】
このめっき工程により、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層構造からなる表面電極部１９が、その周囲部分をアルミナシート２０の貫通孔２１の内壁にて、取り囲まれた形態で、積層基板１０の一面１１ａに形成される。
そして、表面配線層１６の周囲部分を取り囲むアルミナシート２０によって、めっき層１８の端部が表面配線層１６の端部からはみ出すことが無く、めっき層１８は表面配線層１６の上に形成されている。また、めっき層１８を、表面配線層１６とアルミナシート２０との厚みの差によって形成される段差Ｄを埋めるように形成することによって、めっき層１８の表面とアルミナシート２０の表面とが平坦に近くなっている。
【００３１】
上記めっき工程に続いて、図２（ｃ）に示す抵抗体形成工程を行う。抵抗体３０は、積層基板１０の一面１１ａ側において、めっき層１８及びアルミナシート２０の表面に、印刷、焼成する等により厚膜状に形成する。厚膜状の抵抗体３０としては、硼化ランタン（ＬａＢ₆）、銅・ニッケル、酸化錫及び珪素等から選択される物質を主成分としたものである。
【００３２】
こうして、図２（ｃ）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３０及び上記コンデンサ等の部品により、回路基板１００の配線部が構成される。
ところで、本実施形態によれば、めっき層１８の端部が表面配線層１６の端部からはみ出していないため、例えば上記図５（ａ）に示しためっき層とセラミック基板との接合部分（上記はみ出し部Ｈ）のような不安定な接合部分を無くすことができる。
【００３３】
また、めっき層１８の端部は、アルミナシート２０の貫通孔２１の内壁によって、形状を確定されるために、例えば上記図５（ｃ）に示した抵抗値変化を誘発するようなめっき層の端部の形状変化を抑止することができる。
また、本実施形態によれば、めっき層１８の表面とアルミナシート２０の表面とが平坦に近く、その上に厚膜状の抵抗体３０を形成している。そのため、抵抗体３０自体も緩やかで平坦に近い厚膜形態とでき、抵抗体３０の膜断面形状も平坦に近いものとなり、抵抗体３０への局部的な応力集中が回避され亀裂の発生も無くなる。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、従来、例えば温湿度環境下において発生していた表面配線層、めっき層、厚膜抵抗体及びセラミック基板の各材料物性の差（温度特性）による接続部の接続状態及び形状変化の発生、また、亀裂の発生を防止できるため、抵抗体３０及び表面電極部１９における抵抗値変化を抑制することができる。
【００３５】
（他の実施形態）
なお、アルミナシート１１の一面１１ａの表面配線層１６に対応したパターンを有するアルミナシート２０の貫通孔２１の大きさは、図３に示す様に、表面配線層１６よりも小さくてもよい。この図３に示す構成も、上記実施形態と同様の製造方法により製造することができ、同様の効果を奏する。
【００３６】
また、上記実施形態において、アルミナシート２０を配置する代わりに、積層基板１０の一面１１ａの表面配線層１６の周囲部分に、無機ガラス等の絶縁材料を印刷、焼成する等により絶縁層として形成しても良い。
この場合、例えばアルミナシート１１〜１４のみで、上記実施形態と同様に、積層体形成工程までを行い、積層基板１０を形成した後、上記絶縁材料の形成（表面配線層１６よりも厚く形成する）を行い、続いて、上記実施形態と同様に、めっき、抵抗体形成の各工程を行う。
【００３７】
また、積層基板を構成する複数の層としてはアルミナシート以外のセラミック基板、例えば、窒化アルミニウムやムライト等の基板であってもよい。また、セラミック基板でなくともよい。
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。
【００３８】
また、基板の一面のうち表面配線層の周囲部分に形成される絶縁層は、少なくとも表面配線層を取り囲んでいればよく、該周囲部分以外の全ての基板の一面に形成されていなくても良い。
更に、前記絶縁層は厚膜状の抵抗体が形成される対向する表面配線層間のみに形成されていても良い。
【００３９】
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。その場合、単層のセラミック基板上における表面配線層の周囲部分に、その厚みが表面配線層よりも厚い絶縁層を、表面配線層を取り囲むように形成し、上記実施形態と同様に、めっき工程、抵抗体形成工程を行えばよい。
【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製造方法を示す工程図である。
【図２】図１に続く製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図４】従来の一般的な回路基板の構成を示す模式図である。
【図５】従来の回路基板における表面電極部と抵抗体との接続部分の詳細構造を示す模式図である。
【図６】従来の回路基板における問題点を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０…積層基板、１１〜１４…アルミナシート、１１ａ…積層基板の一面、
１５…内部配線層、１６…表面配線層、１８…めっき層、１９…表面電極部、
２０…アルミナシート（絶縁層）、３０…抵抗体。

Claims

一面（１１ａ）に露出するように表面配線層（１６）が形成された基板（１０）の前記一面（１１ａ）における前記表面配線層（１６）の周囲部分に、その厚みが前記表面配線層（１６）よりも厚い絶縁層（２０）を、前記表面配線層（１６）を取り囲むように形成する工程と、
この工程の後、前記表面配線層（１６）と前記絶縁層（２０）との厚みの差によって形成される段差を埋めるように、前記表面配線層（１６）の露出面にめっき層（１８）を形成する工程と、
続いて、前記基板（１０）の一面（１１ａ）側において、前記めっき層（１８）及び前記絶縁層（２０）の表面に、厚膜状の抵抗体（３０）を形成する工程と、を有することを特徴とする回路基板の製造方法。