JP7497274B2 - セラミック配線基板およびセラミック配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック配線基板およびセラミック配線基板の製造方法に関する。

ガラスセラミックスからなる絶縁層と、絶縁層間に形成された内部導体と、内部導体に接続された抵抗体を備える抵抗体内蔵多層ガラスセラミック基板（以降「セラミック配線基板」とも呼ぶ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたセラミック配線基板では、抵抗体に含まれるガラス粉末のガラス軟化点は、絶縁層に用いられるガラス粉末のガラス軟化点から１１０℃を引いた温度以上、かつ、絶縁層に用いられるガラス粉末のガラス軟化点から７０℃を加えた温度以下である。

特許第６１１３６６４号公報

ここで、絶縁層間に抵抗体が内蔵されたセラミック配線基板を製造する場合には、一般に、絶縁層を形成するためのグリーンシートと、抵抗体とを同時に焼成する。この場合に、グリーンシートに含まれるガラスと、抵抗体に含まれるガラスとが混ざり合う場合があった。これらのガラスが混ざり合うと、焼成条件における時間や温度の変化によって抵抗体内部のガラス量が変化し、抵抗体の特性、主に耐電圧特性に影響が出るおそれがある。したがって、このような抵抗体の特性の悪化を抑制したいという要望があった。この点、特許文献１に記載された技術において考慮されている「ガラス軟化点」は、ガラスが流動し始めるタイミングを指すものであり、このガラス軟化点のみをもって、グリーンシートに含まれるガラスと、抵抗体に含まれるガラスとの混合を抑制することは容易でない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、セラミック配線基板において、抵抗体の耐電圧特性の悪化を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、第１ガラスを含むセラミック基板に、導電性材料と第２ガラスとを含む抵抗体が形成されたセラミック配線基板が提供される。このセラミック配線基板において、前記セラミック基板中の前記第１ガラスの組織と、前記抵抗体中の前記第２ガラスの組織とが異なり、さらに、前記第１ガラスの軟化点Ｔｓａと前記第２ガラスの結晶化温度Ｔｃｂとが、下記の式（１）を満たす。
Ｔｓａ＞Ｔｃｂ ・・（１）

この構成のセラミック配線基板の製造時に、セラミック基板に含まれる第１ガラスの成分が軟化点Ｔｓａに達する前に、抵抗体に含まれる第２ガラスの成分が結晶化温度Ｔｃｂに達する。これにより、セラミック配線基板の焼成時間が長くなっても、セラミック基板に含まれる第１ガラスの成分が軟化する前に、抵抗体に含まれる第２ガラスの成分が結晶化する。そのため、セラミック基板に含まれる第１ガラスの成分と、抵抗体に含まれる第２ガラスの成分とが混ざり合うことを抑制できる。この結果、焼成時間の長短による抵抗体の抵抗値のバラツキが抑制され、緻密な抵抗体が得られるため、抵抗体の特性を悪化せずに済む。

（２）上記態様のセラミック配線基板において、前記第１ガラスは、ディオプサイドを含んでいてもよい。
この構成によれば、セラミック基板は、急激な温度変化に対する耐性を有する。

（３）上記態様のセラミック配線基板において、前記抵抗体は、前記基板に内蔵されていてもよい。
この構成によれば、抵抗体がセラミック基板に内蔵されているため、セラミック基板の表面に実装する抵抗体の量を減らすことができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、セラミック配線基板、抵抗体材料内蔵配線基板、配線基板、セラミック配線基板の製造方法、およびこれらを備えるシステム等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態のセラミック配線基板を備える複合積層焼結体の概略断面図である。 セラミック配線基板を備える複合積層焼結体の製造方法のフローチャートである。 一次積層体の概略断面図である。 貫通穴が形成された第１グリーンシートの概略断面図である。 積層される前の複合シート積層体の概略断面図である。 実施例および比較例のセラミック配線基板の評価についての説明図である。

＜実施形態＞
・セラミック配線基板の構成
図１は、本発明の実施形態のセラミック配線基板１０を備える複合積層焼結体１００の概略断面図である。複合積層焼結体１００は、複数のセラミックを主成分とする層が厚さ方向に積層された焼結体である。図１に示されるように、本実施形態の複合積層焼結体１００は、１層のセラミック配線基板１０と、セラミック配線基板１０の両面に積層された外側セラミック基板２０，３０と、を備えている。

本実施形態のセラミック配線基板１０は、ガラスを含む低温焼成積層セラミックス基板（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）である。セラミック配線基板１０は、セラミックとガラスとを含む内側セラミック基板（セラミック基板）１，２に、導電性材料の粉末であるＲｕＯ₂とガラスとを含む抵抗体３が形成された基板である。なお、以降では、内側セラミック基板１，２に含まれるガラスを第１ガラスＧＬ１と呼び、抵抗体３に含まれるガラスを第２ガラスＧＬ２と呼ぶ。

図１に示されるように、セラミック配線基板１０は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に積層された内側セラミック基板１，２と、２つの内側セラミック基板１，２間に形成されている内層電極４，５と、一部の内層電極４，５に接するように形成されている抵抗体３と、を備えている。本実施形態の内側セラミック基板１，２は、第１ガラスＧＬ１としてのＳｉＯ₂，ＣａＯ，ＢａＯ，ＭｇＯなどを含むホウケイ酸系ガラスと、セラミックとしてのＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）と、により形成されている。

内側セラミック基板１，２は、結晶化しており、ディオプサイドを含んでいる。本実施形態の第１ガラスＧＬ１の軟化点Ｔｓａは、摂氏８６３度（℃）である。第１ガラスＧＬ１の軟化点Ｔｓａは、第１ガラスＧＬ１に含まれるＳｉＯ₂などの割合により制御される。

内層電極４，５は、Ａｇと、ホウケイ酸系ガラスと、により形成されている。本実施形態の抵抗体３は、図１に示されるように、内側セラミック基板２に内蔵されている。抵抗体３は、第２ガラスＧＬ２の成分としてのＲｕＯ₂と、第２ガラスＧＬ２としてのホウケイ酸系ガラスと、により形成されている。本実施形態の第２ガラスＧＬ２の結晶化温度Ｔｃｂは、７９０℃である。なお、本実施形態では、第１ガラスＧＬ１に含まれるＳｉＯ₂などの割合と、第２ガラスＧＬ２に含まれるＳｉＯ₂などの割合とが異なる。すなわち、第１ガラスＧＬ１の組成と、第２ガラスＧＬ２の組成とは異なる。

上記に示されるように、本実施形態における内側セラミック基板１，２の第１ガラスＧＬ１軟化点Ｔｓａと、抵抗体３の第２ガラスＧＬ２結晶化温度Ｔｃｂとには、下記（１）の関係が満たされている。
Ｔｓａ＞Ｔｃｂ・・・（１）

図１に示されるように、外側セラミック基板２０，３０は、セラミック配線基板１０の内側セラミック基板１，２の外側の各面に積層されている。外側セラミック基板２０，３０は、セラミックであるＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）を主成分として形成されている。

・セラミック配線基板を備える複合積層焼結体の製造方法
図２は、セラミック配線基板１０を備える複合積層焼結体１００の製造方法のフローチャートである。図２に示される複合積層焼結体１００の製造フローでは、初めに、内側セラミック基板１，２、外側セラミック基板２０，３０、内層電極４，５、および抵抗体３の各材料が準備される（ステップＳ１）。

焼結前の内側セラミック基板１，２の第１グリーンシートの材料として、平均粒径が２．０μｍのＳｉＯ₂，ＣａＯ，ＢａＯ，ＭｇＯなどを含むホウケイ酸ガラス粉末と、平均粒径が２．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）とが準備される。焼結前の外側セラミック基板２０，３０の第２グリーンシートの材料として、平均粒径が２．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）が準備される。焼結前の内層電極４，５の内層電極ペーストの材料として、平均粒径が２．０μｍのＡｇ粉末と、平均粒径が２．０μｍのガラス粉末とが準備される。焼結前の抵抗体３の抵抗体ペーストの材料として、ＲｕＯ₂粉末と、ガラス粉末とが準備される。なお、各材料として準備されるガラス粉末は焼結後の各部材の組成を制御するために、ガラス粉末に含まれる分量や成分の割合が適宜選択される。

次に、準備された各部材の材料に、バインダーおよび溶剤が加えられて撹拌されたスラリーとペースト材が作製される（ステップＳ２）。第１グリーンシートのスラリーは、ホウケイ酸ガラス粉末とアルミナ粉末とを質量比３：２で混合された総量８００ｇに、バインダー成分としてのアクリル系バインダーを８０ｇと、溶剤としてのＭＥＫ（メチルエチルケトン）およびトルエンと、可塑剤としてのＤＯＰ（ジ・オクチル・フタレート）と、を混合して作製される。この混合物がアルミナ製のポットに投入されて５時間混合されると、セラミックススラリーが得られる。なお、混合物に加えられる溶剤および可塑剤の量は、スラリー粘度およびシート強度を持たせるために必要な量が選択される。

第２グリーンシートのスラリーは、アルミナ粉末１０００ｇに、アクリル系バインダーを１２０ｇと、溶剤としてのＭＥＫおよびトルエンと、可塑剤としてのＤＯＰと、を混合して作製される。この混合物がアルミナ製のポットに投入されて３時間混合されると、スラリーが得られる。

内層電極ペーストは、Ａｇ粉末とガラス粉末とが体積比８０：２０で混合された混合粉末に、ワニス成分としてのエチルセルロース樹脂と、ブチルカルビトール溶剤とが加えられて作製される。この混合物が３本ロールミルにより混練されると、内層電極ペーストが作製される。

抵抗体ペーストは、ＲｕＯ₂粉末とガラス粉末とを体積比８０：２０で混合された混合粉末に、ワニス成分としてのエチルセルロース樹脂（２～８ｗｔ％）と、ブチルカルビトール溶剤（２５～３５ｗｔ％）と、添加剤（０～３ｗｔ％）と、が加えられて作製される。この混合物が３本ロールミルにより混練されると、抵抗体ペーストが作製される。

次に、作製された第１グリーンシートおよび第２グリーンシートの元となるスラリーが、成膜される（ステップＳ３）。第１グリーンシートの元となるスラリーは、ドクターブレード法により、厚み０．２０ｍｍに成膜される。第２グリーンシートの元となるスラリーは、ドクターブレード法により、厚み０．５０ｍｍに成膜される。

成膜後に、所定の寸法にカットされた第１グリーンシートおよび第２グリーンシートが作製される（ステップＳ４）。作製された第１グリーンシートの表面に、接続用の内部導体用電極パターンとしての内層電極ペーストが印刷により形成される（ステップＳ５）。内層電極ペーストが印刷された第１グリーンシートは乾燥させられた後に、第１グリーンシートの所定位置に抵抗体ペーストが印刷により形成され（ステップＳ６）、一次積層体１１が作製される。

図３は、一次積層体１１の概略断面図である。図３に示されるように、第１グリーンシート（グリーンシート）ＳＨ１の表面に、内層電極ペーストＰ４，Ｐ５が印刷された後、抵抗体ペーストＰ３が印刷されている。本実施形態の抵抗体ペーストＰ３は、１．０ｍｍ×１．２ｍｍの印刷パターンにより、内部導体用電極パターンと重なるように印刷される。

内層電極ペーストＰ４，Ｐ５および抵抗体ペーストＰ３が印刷された第１グリーンシートＳＨ１とは別の第１グリーンシートに対して、マイコンパンチングにより厚さ方向に貫通するφ１．０ｍｍの貫通穴が形成される（図２のステップＳ７）。

図４は、貫通穴Ｈ１が形成された第１グリーンシート（グリーンシート）ＳＨ２の概略断面図である。図４には、貫通穴Ｈ１が形成された第１グリーンシートＳＨ２に加えて、後で第１グリーンシートＳＨ２に積層される一次積層体１１も示されている。貫通穴Ｈ１は、一次積層体１１と、貫通穴Ｈ１が形成された第１グリーンシートＳＨ２とが積層された場合に、２つの第１グリーンシートＳＨ１，ＳＨ２間に形成される内層電極４，５に接続可能にするための穴である。

一次積層体１１と、貫通穴Ｈ１が形成された第１グリーンシートＳＨ２とが積層された多層体の両側に第２グリーンシートが積層されて、図１に示されるような複合シート積層体が作製される（図２のステップＳ８）。

図５は、積層される前の複合シート積層体の概略断面図である。図５に示されるように、一次積層体１１と、一次積層体１１の上側に配置された第１グリーンシートＳＨ２と、第１グリーンシートＳＨ２の上側に配置された第２グリーンシートＳＨ３０と、一次積層体１１の下側に配置された第２グリーンシートＳＨ２０と、が積層されることにより、複合シート積層体が作製される。

作製された複合シート積層体が９００℃にて１時間（１ｈ）焼成されて（図２のステップＳ９）、複合積層焼結体１００が生成される。焼成工程では、第１グリーンシートＳＨ１，ＳＨ２と、抵抗体ペーストＰ３とは同時焼成されている。複合積層焼結体１００が生成されると、複合積層焼結体１００の製造フローが終了する。

・セラミック配線基板の評価
図６は、実施例および比較例のセラミック配線基板の評価についての説明図である。図６には、上記実施形態のセラミック配線基板１０としての実施例と、第２ガラスＧＬ２の組成を調整することにより結晶化温度Ｔｃｂを変化させた比較例の配線基板とのＥＳＤ（Electro-Statics Discharge）特性値（％）の評価結果が示されている。本実施形態の評価では、図２の製造方法の焼成工程において９００℃で１ｈ焼成された場合のＥＳＤ特性と、９００℃で３時間（３ｈ）焼成された場合のＥＳＤ特性とにおけるバラツキが評価された。ＥＳＤ特性の測定には、ノイズ研究所製のＥＳＳ－１００Ｌの装置を用いた。測定では、２ｋＶの電圧を５パルス印加し、電圧の印加前後抵抗値を測定し、測定値の変化率をＥＳＤ特性値とした。なお、図６に示されるガラス組成は、実施例および比較例の第２ガラスＧＬ２に含まれる元素である。

実施例および比較例は、図２のセラミック配線基板１０の製造方法を用いて、ガラス組成を制御することにより結晶化温度Ｔｃｂを変化させたサンプルである。実施例のサンプルは、第２ガラスＧＬ２の結晶化温度Ｔｃｂが第１ガラスＧＬ１の軟化点Ｔｓａよりも小さくなるように作製されている。比較例のサンプルは、第２ガラスＧＬ２の結晶化温度Ｔｃｂが第１ガラスＧＬ１の軟化点Ｔｓａよりも高くなるように作製されている。なお、各サンプルの結晶化温度Ｔｃｂおよび第１ガラスＧＬ１の軟化点Ｔｓａは、示差熱分析（ＤＴＡ）により測定された。示差熱分析は、Ｐｔパン（φ５ｍｍ×５ｍｍｔ）に各サンプルのガラス試料を４０ｍｇ充填させ、大気中で１０００℃まで昇温速度５℃／ｍｉｎの条件で行った。示差熱分析によって得られた曲線において、第２吸熱部の吸熱ピーク温度を「軟化点Ｔｓａ」、第２吸熱ピークよりも高温で発現する発熱部のピーク温度を「結晶化温度Ｔｃｂ」として測定した。

例えば、図６に示されるように、実施例の結晶化温度Ｔｃｂは、７９０℃であり、第１ガラスＧＬ１の軟化点Ｔｓａの８６３℃よりも低い。一方で、比較例の結晶化温度Ｔｃｂは、９１４℃であり、第１ガラスＧＬ１の軟化点Ｔｓａの８６３℃よりも高い。

図６に示されるように、実施例の第２ガラスＧＬ２を含むセラミック配線基板１０では、焼成時間にかかわらずにいずれのＥＳＤ特性の測定値が０．０である。すなわち、実施例のＥＳＤ特性は、焼成時間に影響されずに測定値のバラツキが小さい。一方で、比較例の第２ガラスＧＬ２を含むセラミック配線基板のＥＳＤ特性の測定値は、焼成時間が１ｈである場合に－７．２であり、焼成時間が３時間である場合に－１．３である。すなわち、比較例のＥＳＤ特性は、焼成時間に影響されて測定値のバラツキが大きくなる。

以上説明したように、本実施形態のセラミック配線基板１０では、内側セラミック基板１，２に含まれる第１ガラスＧＬ１の組成と、抵抗体３に含まれる第２ガラスＧＬ２の組成とが異なる。また、図６に示されるように、第１ガラスＧＬ１の軟化点Ｔｓａと、実施例の結晶化温度Ｔｃｂとには、上記式（１）で示されるＴｓａ＞Ｔｃｂの大小関係が満たされている。そのため、本実施形態のセラミック配線基板１０の製造時に、内側セラミック基板１，２に含まれる第１ガラスＧＬ１の成分が軟化点Ｔｓａに達する前に、抵抗体３に含まれる第２ガラスＧＬ２の成分が結晶化温度Ｔｃｂに達する。これにより、セラミック配線基板１０の焼成時間が長くなっても、内側セラミック基板１，２に含まれる第１ガラスＧＬ１の成分が軟化する前に、抵抗体３に含まれる第２ガラスＧＬ２の成分が結晶化する。そのため、内側セラミック基板１，２に含まれる第１ガラスＧＬ１の成分と、抵抗体３に含まれる第２ガラスＧＬ２の成分とが混ざり合うことを抑制できる。この結果、焼成時間の長短による抵抗体３の抵抗値のバラツキが抑制され、緻密な抵抗体３が得られるため、抵抗体３の特性を悪化せずに済む。

また、本実施形態の内側セラミック基板１，２に含まれる第１ガラスＧＬ１は、ディオプサイドを含んでいる。そのため、本実施形態の内側セラミック基板１，２は、急激な温度変化に対する耐性を有する。

また、本実施形態の抵抗体３は、図１に示されるように、内側セラミック基板２に内蔵されている。そのため、内側セラミック基板２の表面に実装する抵抗体の量を減らすことができる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態および実施例は、セラミック配線基板１０の一例であり、セラミック配線基板１０が備える構成および成分等については種々変形可能である。例えば、第１ガラスＧＬ１のガラス組成は、上記式（１）の関係を満たす範囲で変更可能であり、例えば、Ｍｇ等を含んでいなくてもよいし、第１ガラスＧＬ１と同じ元素を異なる量で含んでいてもよい。また、セラミック配線基板１０は、ディオプサイドを含んでいなくてもよい。

他の実施形態の複合積層焼結体１００は、複数のセラミック配線基板が積層されていてもよい。例えば、上記実施形態の複数のセラミック配線基板１０が積層された積層体の両面を、第２グリーンシートＳＨ２０，ＳＨ３０で挟み込んだ複合積層焼結体であってもよい。抵抗体３が含む導電性材料は、ＲｕＯ₂以外であってもよく、周知の導電性を有する粉末を採用できる。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１，２…内側セラミック基板（セラミック基板）
３…抵抗体
４…内層電極
１０…セラミック配線基板
１１…一次積層体
２０，３０…外側セラミック基板
１００…複合積層焼結体
ＧＬ１…第１ガラス
ＧＬ２…第２ガラス
Ｈ１…貫通穴
Ｐ３…抵抗体ペースト
Ｐ４…内層電極ペースト
ＳＨ１，ＳＨ２…第１グリーンシート（グリーンシート）
ＳＨ２０，ＳＨ３０…第２グリーンシート
Ｔｃｂ…第２ガラスＧＬ２の結晶化温度
Ｔｓａ…第１ガラスＧＬ１の軟化点

Claims (4)

1. 第１ガラスを含むセラミック基板に、導電性材料と第２ガラスとを含む抵抗体が形成されたセラミック配線基板において、
   前記セラミック基板中の前記第１ガラスの組成と、前記抵抗体中の前記第２ガラスの組成とが異なり、
   さらに、前記第１ガラスの軟化点Ｔｓａと前記第２ガラスの結晶化温度Ｔｃｂとが、下記の式（１）を満たすことを特徴とするセラミック配線基板。
   Ｔｓａ＞Ｔｃｂ ・・（１）
2. 請求項１に記載のセラミック配線基板において、
   前記第１ガラスは、ディオプサイドを含むことを特徴とする、セラミック配線基板。
3. 請求項１または請求項２に記載のセラミック配線基板において、
   前記抵抗体は、前記セラミック基板に内蔵されていることを特徴とする、セラミック配線基板。
4. セラミックと第１ガラスとを含むグリーンシートの表面に、導電性材料と第２ガラスとを含む抵抗体ペーストを用いて抵抗体パターンを形成し、前記グリーンシートと前記抵抗体パターンとを同時焼成して、抵抗体を備えたセラミック配線基板を製造するセラミック配線基板の製造方法において、
   前記グリーンシート中の前記第１ガラスの組織と、前記抵抗体ペースト中の前記第２ガラスの組織とが異なり、
   さらに、前記第１ガラスの軟化点Ｔｓａと前記第２ガラスの結晶化温度Ｔｃｂとが、下記の式（１）を満たすことを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。
   Ｔｓａ＞Ｔｃｂ ・・（１）

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