JP4319265B2 - 厚膜回路基板の焼成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板等の基板上に厚膜抵抗体を形成してなる厚膜回路基板の焼成方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えばハイブリッドＩＣ等に用いられる厚膜回路基板においては、アルミナ積層基板の表面部に設けられた銅電極に接続するように、例えばＬａＢ6 （硼化ランタン）抵抗体からなる厚膜抵抗体を設けることが行われる。このような厚膜抵抗体は、前記アルミナ積層基板上に、抵抗体ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥後、例えば内部が窒素ガス雰囲気とされたベルト炉を用いて９００〜９５０℃にて焼成することにより形成される。
【０００３】
ところで、上記のように焼成により厚膜抵抗体を形成する場合、その焼成条件が、厚膜抵抗体の特性、なかでもＴＣＲ（抵抗温度係数）に影響を与えるものとなる。ここで、例えば特公昭５８−２１４０２号公報では、炉内の酸素が、厚膜抵抗体のＴＣＲに悪影響を与えることが指摘されており、３〜３０ppm の範囲が好ましい酸素濃度であるとしている。
【０００４】
ところが、本発明者の研究によれば、上記範囲内の酸素濃度で厚膜抵抗体を焼成した場合でも、同一焼成ロット内で、そのＴＣＲが数十 ppm／℃の範囲でばらつくことが判明した。従来の焼成方法では、そのようなＴＣＲのばらつきを小さくすることは困難であったが、今後、製品によっては、ＴＣＲのばらつきの範囲をより小さくするような厳密な管理が要求されることが予測される。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、厚膜抵抗体のＴＣＲのばらつきを小さくすることができる厚膜回路基板の焼成方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、厚膜抵抗体のＴＣＲが焼成時の酸素濃度に影響を受けることに着目し、従来の焼成方法において、同一焼成ロットの基板間での厚膜抵抗体のＴＣＲのばらつきが比較的大きくなる原因は、焼成炉内で基板が配置される位置、つまり早期に炉内の焼成帯に進入するか後の方で焼成帯に進入するかによって、炉内の酸素濃度が比較的大きく変動することにあると推定した。この酸素濃度の変動は、基板上の抵抗体ペーストに含まれる有機結合剤が酸化することによって、炉内に残存する酸素が消費されることにより生ずると考えられる。そして、上記推定が妥当であることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【０００７】
本発明の厚膜回路基板の焼成方法は、厚膜抵抗体の材料となる抵抗体ペーストを塗布した基板を、不活性ガス雰囲気とされたトンネル状の焼成炉内を順送りに移動させながら加熱，焼成して厚膜抵抗体を形成する方法にあって、前記基板の移動方向前方に、酸素消費物質を存したダミー基板を配置するようにしたところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【０００８】
これによれば、抵抗体ペーストが塗布された基板は、焼成炉内を順送りに移動されて順次焼成されていくのであるが、その移動方向前方に、酸素消費物質を存したダミー基板が配置されているので、そのダミー基板の酸素消費物質が酸化して焼成炉内に残存している酸素を消費し、焼成炉内の酸素濃度が低くなった状態とされる。このため、抵抗体ペーストが塗布された基板は、焼成炉内の酸素濃度が低くなった状態で焼成され、その基板の位置による酸素濃度の変動幅も小さくなる。この結果、同一焼成ロットの各基板に形成される厚膜抵抗体のＴＣＲのばらつきを小さくすることができるという優れた効果を奏する。
【０００９】
また、前記ダミー基板を配置する位置としては、前記基板の移動方向前方に加えて、移動方向後方にも酸素消費物質を存したダミー基板を配置することができる。移動方向後部側における酸素濃度の上昇を抑制する効果も期待でき、効果的となると考えられる（請求項２の発明）。
【００１０】
このとき、本発明者の研究によれば、前記焼成炉内の酸素濃度を１ppm 以下とすれば効果的となり（請求項３の発明）、各基板に形成される厚膜抵抗体のＴＣＲのばらつきを十分に小さくすることができることが確認された。
【００１１】
さらに、前記ダミー基板に設けられる酸素消費物質としては、高温で酸化して消滅（気化）する有機物等であれば良く、様々なものを採用できるが、前記基板に塗布される抵抗体ペーストと同等の抵抗体ペーストから構成しても良い（請求項４の発明）。これによれば、酸素消費物質は、基板に塗布される抵抗体ペースト中の有機結合剤と同一温度で酸化し、その抵抗体ペーストと同一温度で焼成されることになり、酸素消費物質の酸化に起因する焼成炉内の雰囲気や温度の変動等を未然に防止でき、最も効果的であると考えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図１ないし図３を参照しながら説明する。まず、図示はしないが、本実施例に係る厚膜回路基板について簡単に述べておく。この厚膜回路基板は、セラミック基板例えばアルミナ積層基板からなる基板１（図１，図２参照）の表面部に、例えば銅からなる厚膜導体を所定パターンで形成すると共に、例えばＬａＢ6 抵抗体からなる厚膜抵抗体を所定位置に形成して構成されている。さらに、前記厚膜抵抗体などの上面は保護ガラスにより覆われるようになっている。前記基板１上には、その他の膜回路素子が形成されたり、半導体表面実装部品等が実装されるようになっている。
【００１３】
前記厚膜導体は、銅の厚膜導体ペーストを基板１に対しスクリーン印刷により塗布し、乾燥後、焼成することにより形成される。そして、詳しくは後述するように、前記厚膜抵抗体は、厚膜導体形成後の基板１に対し、抵抗体ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥後、焼成することにより形成される。この場合、前記抵抗体ペーストは、周知のように、ＬａＢ6 粉末及びガラスフリットを有機結合剤と共に混合してペースト状としたものである。尚、この実施例では、厚膜抵抗体のシート抵抗値は、１０〜１０ｋΩ／□の範囲内、例えば５０Ω／□とされている。
【００１４】
ここで、前記厚膜抵抗体を焼成するための、本実施例に係る焼成方法について述べる。図２は、焼成に用いられる焼成炉（ベルト式マッフル炉）２の構成を概略的に示している。この焼成炉２は、図で左右方向に延び、出入口以外が密閉されたトンネル状のマッフル３を備えていると共に、図１にも一部示すように、そのマッフル３内を、図で左側の入口３ａから右側の出口３ｂに向けて被焼成物（基板１）を矢印Ａ方向に順送りに移動させるためのベルトコンベア４を備えている。
【００１５】
前記マッフル３のうち中間部分には、所定領域にわたってヒータ５（配設領域を二点鎖線で示す）が配設され、マッフル２内の温度が所定の分布状態（この場合、焼成温度が９００〜９５０℃）に維持されるようになっている。これにて、マッフル３内には、入口３ａから出口３ｂに向けて予熱帯、焼成帯、冷却帯が順に構成されるようになっている。そして、このマッフル３内は、次のようにして不活性ガス雰囲気この場合窒素（Ｎ2 ）雰囲気とされるようになっている。
【００１６】
即ち、マッフル３の天井部には、複数個の窒素ガス供給口６が設けられていると共に、排気口７が設けられている。各窒素ガス供給口６は、管路を介して図示しない窒素供給源（窒素ガスボンベ等）に接続され、マッフル３内に窒素ガスを吹出すように構成されている。このとき、窒素ガス供給口６からの窒素の供給量と、排気口７からの排気量とが調整され、マッフル３内が陽圧（正圧）に保たれるようになっている。また、特に焼成帯においては、図２に矢印で示すように、窒素の流れが完全な対流となり、マッフル３内に残存する酸素等が滞ることなく排出されるようになっている。
【００１７】
さらに、マッフル３の入口３ａ及び出口３ｂの内側部には、上下両側に位置して窒素ガス吹出口８が設けられており、いわゆるＮ2 カーテンが形成されるようになっている。これにて、上記したようなマッフル３内が陽圧に保たれることと併せて、外気（酸素）が入口３ａや出口３ｂから内部に侵入することが防止されるのである。かかる構成により、本実施例では、マッフル３内の酸素濃度が１ppm 以下とされるようになっている。
【００１８】
上記したような抵抗体ペーストが印刷された基板１は、前記ベルトコンベア４上に図示しないセッター等を介して整列状態に載置され、該ベルトコンベア４により矢印Ａ方向に送られて、マッフル３内の予熱帯、焼成帯、冷却帯を順に通ることにより、前記抵抗体ペーストが焼成されて厚膜抵抗体が形成されるようになっている。このとき、１回の焼成工程において、多数枚（数十枚）の基板１を１ロットとして焼成されるようになっている。
【００１９】
そして、この焼成工程においては、ダミー基板９（便宜上、図１に斜線を付して示す）及び白基板１０（便宜上、図１に前記ダミー基板９とは異なる斜線を付して示す）が用いられる。このうちダミー基板９は、上記基板１と同様のアルミナ基板の上面に、酸素消費物質この場合前記抵抗体ペーストと同等の抵抗体ペーストを塗布して構成されるものである。また、前記白基板１０は、上記基板１と同様のアルミナ基板で何ら厚膜パターン等が形成されていないものである。
【００２０】
さて、上記焼成炉２を用いて基板１（厚膜抵抗体）を焼成するにあたっては、前記ベルトコンベア４上に多数枚の基板１を整列状態（図では３列）に配置して酸素濃度が１ppm 以下とされたマッフル３内を移動させることが行われるのであるが、このとき、図１に示すように、ベルトコンベア４上には、基板１群の移動方向（矢印Ａ方向）前方に位置して、多数枚のダミー基板９が配置され、これと共に、基板１群の移動方向後方に位置して多数枚の白基板１０が配置される。尚、このとき、基板１、ダミー基板９、白基板１０を、全てほぼ同等の配列（前後左右の配置間隔がほぼ同等）にて配置するようにする。
【００２１】
この状態でベルトコンベア４が駆動されて焼成工程が進行されると、まず、マッフル３内では、基板１群の前方において、ダミー基板９群が加熱されることになり、それらダミー基板９上の抵抗体ペースト中の有機結合剤が酸化してマッフル３内に残存している酸素を消費し、マッフル３内の酸素濃度が減少される。これにて、マッフル３内の酸素濃度が、１ppm 以下の状態からさらに低下してほぼ０に近付くようになる。
【００２２】
その後、前記ダミー基板９群の後側に位置する抵抗体ペーストが塗布された基板１群が、マッフル３内の酸素濃度がほとんど０になった状態で焼成されることになる。従って、その基板１上の抵抗体ペースト中の有機結合剤が酸化して酸素を消費するといったことはほとんどなくなり、基板１の位置の相違（基板１群の中の前方側，中央部，後方側のどこに配置されるか）による雰囲気中の酸素濃度の変動（差）はほとんどなくなる。
【００２３】
また、基板１群の移動方向前方に基板１と同等の熱容量を有するダミー基板９が配置されると共に、移動方向後方にも同等の熱容量を有する白基板１０が配置されているので、基板１群中の前方側，中央部，後方側のどこに配置されるかに関係なく、各基板１に与えられる熱量ひいては、基板１の温度を均等とすることができ、ダミー基板９あるいは白基板１０が配置されていない場合と比べて、基板１群全体を均一な条件で焼成を行うことができるものである。
【００２４】
このような本実施例によれば、基板１群の移動方向前方に配置したダミー基板９によって残存する酸素を消費させて、基板１群中の各基板１の位置の相違により酸素濃度の変動をなくしたことにより、同一焼成ロットの各基板１に夫々形成される厚膜抵抗体のＴＣＲのばらつきを小さくして、ＴＣＲの安定化を図ることができた。特に本実施例では、マッフル３内の酸素濃度を１ppm 以下として焼成を行うようにしたので、各基板１に形成される厚膜抵抗体のＴＣＲのばらつきを十分に小さくすることができる。
【００２５】
ちなみに、図３は、本発明者による、従来方法により形成された１焼成ロット内の厚膜抵抗体と、上記方法により形成された１焼成ロット内の厚膜抵抗体とのＴＣＲを調べた試験結果を示している。図では、ＴＣＲの値をその厚膜抵抗体が形成された基板１の焼成時の位置、つまり基板１群の中の前方側，中央部，後方側のどこに配置されていたかによって分けてプロットしている。この試験結果から明らかなように、従来方法により焼成された厚膜抵抗体では、ＴＣＲのばらつきの範囲がＢと大きかったのに対し、本実施例の方法により焼成された厚膜抵抗体では、ＴＣＲのばらつきの範囲をＣと小さくすることができたのである。
【００２６】
また、本実施例では、ダミー基板９を基板と同等の熱容量を有するものとすると共に、やはり同等の熱容量を有する白基板１０を基板１群の移動方向後方にも配置するようにしたので、各基板１に与えられる熱量ひいては各基板１の温度を均等とすることができて、安定した条件で焼成を行うことができる。さらには、ダミー基板９に設けられる酸素消費物質を同等の抵抗体ペーストから構成したので、ダミー基板９上の酸素消費物質の酸化に起因するマッフル３内の雰囲気や温度の変動等を未然に防止でき、安定した焼成を行うことができるという利点も得ることができるものである。
【００２７】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張，変更が可能である。即ち、上記実施例では、基板１群の移動方向後方に白基板１０を配置するようにしたが、単なる白基板でなく、基板１と同等の抵抗体ペーストが塗布されたものつまりダミー基板９と同等のものを配置することもできる。これによれば、基板１群の移動方向後部側における酸素の消費が可能となるので、酸素濃度の上昇を抑制する効果が期待できる。
【００２８】
また、ダミー基板９を配置する位置としては、基板１群の移動方向前後部分に限らず、図４に示す他の実施例のように、基板１の移動方向側部に並べて配置するようにしても良い。
【００２９】
そして、ダミー基板９上に設けられる酸素消費物質としても、基板１と同等の抵抗体ペーストに限らず、高温で酸化して消滅（気化）する有機物（樹脂）等であれば様々なものを採用することができる。この場合、基板１と同等の抵抗体ペーストの他には、その抵抗体ペーストの有機成分（樹脂）と同等の有機成分の樹脂材料、その抵抗体ペーストと同等の温度で焼成する他のペースト材料等が特に有効となる。さらには、同等の抵抗体ペーストを用いた別の種類の厚膜回路基板であって、ＴＣＲ等にさほど厳密な精度を要求されないものを、ダミー基板として利用することもでき、これによれば、双方を同時に焼成することが可能となり、極めて効率的な焼成を行うことができるようになる。
【００３０】
また、上記実施例では、マッフル３内の酸素濃度を予め１ppm 以下として焼成を行う構成としたが、酸素濃度がそれより多少大きい場合であっても、ダミー基板の酸素消費物質によって焼成炉内の酸素濃度を下げることができるので、同様の作用，効果を得ることができる。ダミー基板９を多数枚配置する構成としたが、ダミー基板９は１枚であっても、効果は得られる。
【００３１】
その他、基板としては、アルミナ積層基板に限らず、各種セラミック基板、ガラス基板、ガラスセラミック基板等であっても良く、また厚膜抵抗体の材質としてはＳｎＯ2 系のもの等であっても良く、さらに、焼成炉における基板の移送方式としても、ベルトコンベア式のものに限らず、ローラーコンベア式や台車移動方式、あるいはプッシャー式などであっても良い等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、焼成時の基板等の配置状態を示す平面図
【図２】ベルト式マッフル炉の構成を概略的に示す断面図
【図３】厚膜抵抗体のＴＣＲを調べた試験結果を示す図
【図４】本発明の他の実施例を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１は基板、２は焼成炉、３はマッフル、４はベルトコンベア、９はダミー基板、１０は白基板を示す。

Claims (4)

1. セラミック基板等の基板の表面部に厚膜抵抗体の材料となる抵抗体ペーストを塗布し、その基板を不活性ガス雰囲気とされたトンネル状の焼成炉内を順送りに移動させながら加熱，焼成して厚膜抵抗体を形成するための方法であって、
   前記基板の移動方向前方に、酸素消費物質を存したダミー基板を配置することを特徴とする厚膜回路基板の焼成方法。
2. 前記ダミー基板は、前記基板の移動方向後方にも配置されることを特徴とする請求項１記載の厚膜回路基板の焼成方法。
3. 前記焼成炉内の酸素濃度が１ppm 以下とされることを特徴とする請求項１又は２記載の厚膜回路基板の焼成方法。
4. 前記酸素消費物質は、前記抵抗体ペーストと同等の抵抗体ペーストであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の厚膜回路基板の焼成方法。

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