JPH0240991A

JPH0240991A - 回路基板

Info

Publication number: JPH0240991A
Application number: JP19177788A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Mizuno; 水野　康男; Atsushi Nishino; 敦西野; Masaki Ikeda; 正樹池田; Masahiro Hiraga; 将浩平賀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1990-02-09
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPH0656913B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は金属基体上にほうろう層を被覆してなる回路基
板、特にその基板上に厚膜印刷法にて、微・細配線パタ
ーンを施した基板を提供できる回路基板に関する。

従来の技術従来、厚膜ハイブリッドＩＣやプリント基板には、アル
ミナ基板やガラスエポキシ基板が用いられていた。アル
ミナ基板の欠点は機械的強度が弱く、かつ大型の基板の
製造が困難である。他方、ガラスエポキシ基板は、安価
で大■生産に向いているが、耐熱性が悪く、回路形成に
用いられる材料（厚膜ペーストは焼成温度が８００〜９
００℃の材料が多い）が低温用に限られること、製品の
使用環境が４００　’Ｃ以下という制限があった。

これらの問題点を解決する方法として、金属基材にガラ
ス質層を被覆した、いわゆるほうろう基板が提案された
。まず第一の提案は、アルカリ金属酸化物（Ｎａ２ｅ、
に２０１　　Ｌ　１２０）の量が比較的少ない非晶質ガ
ラスを被覆した基板である。このタイプの基板の欠点は
（ａ）繰り返し焼成すると、ほうろう層が再軟化するこ
と、（ｂ）アルミナ基板に比べて、高温時の電気絶縁性
に劣ること、（Ｃ）高温中で長時間、電圧を印加すると
、アルカリイオンのマイグレーションによって、回路網
に悪影響を及ぼす、（ｄ）ペースト焼成時の凝集力によ
って、印刷回路の寸法が焼成前後において収縮すること
など；　絶縁層の再軟化性、電気絶縁性、信頼性、回路
の精度に問題があった。

これに対し、第二の提案は結晶化ガラスをほうろう層と
するという試みである。例えば、特開昭５８−７３８４
３号公報に開示されているように、６〜２５モル％のＢ
ａｄ、３０〜６０モル％の金属ｔａ化物（ＭｇＯ，Ｚｎ
Ｏ，ＣａＯの群から選ばれる１または２以上の混合物）
、１３〜３５モル％のＢ２０９．１０〜２５モル％の５
ｉＯａの組成からなる結晶化ガラスを鋼板上に被覆した
ほうろう基板は８００〜９００″Ｃでペーストを印刷し
繰り返し焼成しても、ほうろう層の再軟化が起こらず、
また無アルカリガラスであるため、電気絶縁性、信頼性
に優れており、第１の提案を完全に超えるものであった
。

なお、第２の提案のモル％で表わされた範囲を実施例を
参照して重量％で表わすと、Ｂ　ａ　Ｏ＝　１６〜５０
％、ＭｇＯ＝１６〜４２％，ＣａＯ＝０〜１１％、Ｚｎ
０＝０〜５％，Ｐ２Ｏ５＝０〜１１％＋　　Ｃａ　Ｏ＋
　Ｚ　ｎ　Ｏ＝０〜５％，Ｐ２Ｏ５＝０〜１１　％＋　
　１３２Ｏ３＝　１２〜３４％＋　　Ｓ　ｉ　Ｃ）２＝
１０〜２３％，ＺｒＯ２＝０〜５％、Ａ１ａＯ３＝０〜
５％、５ｎＯ２＝０〜５％、Ｚ　ｒ０２＋Ａ　１２０３
＋　Ｓ　ｎ　Ｃ）２＝　０〜５％である。以下、本明細
書は重量％で統一する。

発明が解決しようとする課題第２の提案の問題点としては、（ａ）耐熱性に劣る、（
ｂ）耐酸性が悪い、（Ｃ）表面粗度が大きく、微細配線
用基板としては不適である、などがあげられる。

これらの欠点（ａ）、（ｂ）については、特開昭５８−
１０４０４２号公報及び特開昭ＧＯ−１７２１０２号公
報に開示しであるような、ガラス組成で改善しようとす
る試みもなされているが、未だ実用には供されていない
。その理由は、第２の提案よりも極端に表面粗度が大き
くなり、厚膜印刷用回路基板としては使用できなかった
からである。というのは、このようなＭｇＯＢａＯ−Ｂ
２Ｏ３Ｓ　ｉｏ２系のガラスは８００〜９００℃で焼成
すると、ＢａＯ・２Ｍｇｏ・２ｓｉｏａ、２ＭｇＯ”Ｂ
ａ０ａ（’）結晶相が析出し、結晶粒が肥大化するため
に、基板の表面粗度が大きくなるためである。第２図は
その様子を示したものである。

本発明は、上記の問題点を解決したほうろう基板を提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、上記の問題点を解決するため、ほうろう層と
して、主成分が少なくとも、重量％で、Ｌａ５Ｏａ：０
．５〜３％、ＭｇＯ＝２０〜５０％、Ｃａｏ＝１〜２５
％、　　Ｂａ０＝０〜５％，Ｐ２Ｏ５＝０〜１５％、　
　８２０ｇ：　１０〜３０％、　　Ｓ　ｉ　０ａ＝８〜
２０％Ｉ　　ＭＯ２（ＭはＴｉｓ　　Ｚｒ、Ｓｎの少な
くとも１種）＝０〜５％，Ｐ２Ｏ５＝０〜５％，Ｐ２Ｏ
５＝０〜５％のものを用いることを特徴とする。

望ましくはＬａ２０ｉ：０．５〜３％、ＭｇＯ＝２０〜
４０％，ＣａＯ＝１〜２０％，ＢａＯ＝０〜１５％、　
８２０ｓ＝　１５〜２５％、　ＳｉＯ２：１０〜２０％
，ＺｒＯ２＝０〜５％，Ｐ２Ｏ５＝０〜５％，Ｐ２Ｏ５
＝０〜５％，Ｐ２Ｏ５＝０〜５％であることを特徴とす
る。

さらに望ましくはＬａ２Ｏ３：０．５〜３％、ＭｇＯ＝
２０〜４０％，ＣａＯ＝１〜２０％、８２Ｏ３＝１５〜
２５％、５ｉＯａ＝１０〜２０％、ＺｒＯ□＝０〜５％
，ＰＱＯも二〇〜５％であることを特徴とする。

作用本発明により、第１図に示すように表面平滑性の向上し
た、かつ耐酸性、耐熱性に優れた回路基板が得られる。

その結果高密度配線パターンを形成することができる基
板として適用することが可能となる。

実施例本発明のほうろう層に用いられる結晶化ガラスは、原料
として各成分に相当する酸化物、炭酸塩、硝酸塩、燐酸
塩などを用い、白金または白金ロジウムルツボ中にて、
１４００−１５００℃で３０分〜１時間溶融後、水中急
冷または双ローラーにて急冷して製造した。

表１は本発明のほうろう層を被覆したほうろう基板につ
きガラスの組成と、該ガラス粉末をボールミルにてプロ
パツールに分散させ、ステンレス基材（ＳＵＳ４３０．
　　大きさ５０Ｘ　５０Ｘ　Ｉ）の全面に厚さ１００μ
ｍ電着し、９００°Ｃで１０分焼成した基板につき表面
粗さ、うねり性、耐熱性、耐酸性などについて調べた結
果を示したものである。

ここで表面粗さは中心線平均粗さＲａ、　　うねり性は
目安として最大高さＲＩ！ｌａｘで表わした。耐熱性は
基板を９２０℃の電気炉に１０分入れ、取り出して３０
分室温に放置するサイクルを繰り返し、クラブ、りや剥
離の発生を調べた。クラックは基板を赤（続き）インキ中に浸せき後、取り出して余分なインキをエアガ
ンで除去して観察した。表中の○△×は、Ｏが１０サイ
クル以上行なってもクラックや剥離の発生がなかったも
の、Δが５〜９サイクル耐えたもの、×が４サイクル以
下で発生したものを示す。耐酸性は基板を、５％のくえ
ん酸水溶液中に６０℃、３０分浸せきして調べ、０は１
０ｍｇ／ｃＩ１１２以下の減量を、Δが１１〜２０ｍｇ
／ｃｍ２のそれを、×が２０ｍｇ／Ｃ１１２以上のそれ
を示し、小さいものほど耐酸性がよいことを示す。

また印刷精度の評価は、基板に印刷法、フォトレジスト
法を用いて、３０μｍ幅の金電極をちどり状に６本／ｍ
ｍの割合で形成し、さらにその上に幅３００μｍの酸化
ルテニウム抵抗体を形成して、サーマルヘッドを試作し
、電極間の抵抗値を測定した。そのときの電極間の抵抗
ばらつきが１０％以内のものを○、１０〜２・０％のも
のを△、２０％以上のものを×とした。

表中の抵抗変化とは金電極の抵抗値変化をいい、電極と
ほうろう層との反応性を調べたもので、厚さ０．５μｍ
１　　大きさｌＸ２０ｍｍの金電極を基板上に形成した
ときの抵抗値変化を、同形状の電極を石英基板上に形成
したときの抵抗値と比較したときの変化で表わしたもの
である。表中のＯは変化が１桁以内のもの、△は２桁以
内のもの、×は３桁以上のものを示し、変化が小さいほ
ど反応性が少ないことを示す。

以上の評価に基づき総合評価を最下欄に、０Δ×で示し
た。

Ｎ０１１〜７は他の成分を一定として、５ｉＯａ／Ｂ２
Ｏ３を変化させたもの、Ｎ０１８〜１３はＳｔｏ　２　
／　Ｂ　２０　ｓをほぼ一定にしＮ　　ＭｇＯを変化さ
せたもの、Ｎｏ、１４〜１８は同じ＜ＣａＯを変化させ
たもの、Ｎｏ、１９〜２４は同じ＜ＬａａＯ３を変化さ
せたもの、Ｎｏ、２５〜２７はＢａＯを、Ｎｏ。

２８〜３３はＺ　ｒ　０２１　　Ｔ　ｌ　０２１　　＋
　Ｓ　ｎｏ２＋　　Ｐ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３を添加したと
きの影響である。なお比較例としてＮｏ、３４は特開昭
５Ｇ−７３Ｇ４３号公報、Ｎｏ、３５は特開昭５８−１
０４０４２号公報、Ｎｏ、３６は特開昭ＧＯ−１７２１
０２号公報に開示されたものの評価結果を示した。

表から明らかなように、ＳｉＯ２を増加していけ。

ば、耐熱性、耐酸性は向上するが、表面粗さが悪くなり
、微細印刷に不適となる。逆にＢ２Ｏ３を増加していけ
ば、その反対になる。従って、５１０２は８〜２０％、
Ｂ２Ｏ３は１０〜３０％で、その比Ｓ　ｉ　Ｏ２／Ｂ２
Ｏ５が０．２５〜１．０の範囲が好ｔ　しい。

ＭｇＯは２０％より少ないと結晶析出が不十分で、耐熱
性に劣る。５０％より多いと、溶融しがたく、均質なガ
ラスを得ることが難しくなるとともに、表面粗度が大き
くなり、かつ微細パターンの印刷性も悪くなる。

ＣａＯは１％より少ないと表面の平滑性、耐酸性を向上
させる効果がなく、２５％より多いと、印刷精度が悪く
なる。第３図はガラスに含まれるＢａｄ／　（ＢａＯ十
〇ａＯ）を変化させたガラス（その組成は表２のＮｏ、
１〜５に示した）を用いた基板の、前述のクエン酸に対
する耐酸性を調べたものであるｏ　　Ｂ　ａ　Ｏ／　（
Ｂ　ａ　ｏ＋　Ｃａ　Ｏ）が小さくなるにしたがい減量
が小さく、耐酸性に優表２れていることを意味する。また第４図はＮ０１１と５の
ガラスを用いた基板を、室温にて５％の王水に浸漬した
時の減量を調べたものである。Ｎｏ。

１のほうが減量が小さく、耐酸性に優れていることを意
味する。以上よりＣａＯはガラスの耐酸性を向上させる
山きを有し、ＢａＯにはそのような俄さがないことがわ
かる。

また第５図はＮｏ、１と５のガラスを用いた基板の、焼
成温度と、表面平滑性の尺度として中心線平均粗さＲａ
の関係を調べたもので、Ｎｏ、　　５の場合８２０℃以
上の焼成でＲａが極端に大きくなる。市販の厚膜ペース
トの焼成温度は８１０〜８５０″Ｃのものが多いので、
一般に基板の焼成温度はこれ以上にしておく必要がある
。例えば基板の焼成温度を９００°Ｃとすると、Ｒａは
０．３５μｍとなり、この上に厚膜ペーストを０．３μ
ｍの厚さに印刷すると回路の断線を生じることになる。

一方Ｎｏ、　　１の場合は９００　’Ｃで焼成してもＲ
ａは０．０８μｍであり、この上に厚膜ペーストを印刷
しても回路の断線を生じにくい。この理由はＮｏ、５ガ
ラスでは２ＭｇＯ　”　Ｂ２０３、ＢａＯ＊　２ＭｇＯ
　＠　２ＳＩ０２の２種の結晶が生成し、Ｒａを大きく
するのに対し、Ｎｏ。

１ガラスではＢａＯを含まないために２ＭｇＯ　＠　ａ
ｅｏ３しか生成せず、そのようなことがないためである
。

Ｌａ２’ｓは基板の表面平滑性を向上させ、かつ耐熱性
の向上に大きく寄与する。耐熱性が向上する原因は、基
板とホーロ層の密着性が向上するためと思われる。ここ
でアメリカほうろう協会が開発したＰＥＩ試験法によれ
ば、基材としてニッケル処理した５ＵＳ４３０を用いた
とき、Ｌａ２Ｏ３を含まないＮｏ、６ガラスを用いた基
板の密着性は２６％、Ｌａ２Ｏ３を含むＮｏ、１の場合
のそれは１００％であった。基板とホーロ層の密着性が
向上する理由は明確ではないがＬａ２Ｏ３と基材に含ま
れるＦ　ｅ２０３＋　　Ｎ　ｉ　Ｏとの相互反応のため
と考えられる。なおこのことを直接支持するものではな
いが、Ｂｉｎａｒｙ　　Ｐｈａｓｅ　Ｄｉａｇｒａｍｓ
　Ｈａｎｄｂｏｏｋ（１９８１ＧＥ　Ｃｏ）３／８１に
はＬａとＦｅ、Ｎｉとが固溶体をつくることが記載され
ているが、酸化物の場合にもなんらかの反応が起きてい
るものと考えられる。

以上の理由からＬａ２Ｏ３は、少なくとも０．５ｗｔ％
以上含有することが望ましい。

また３％より多いと耐酸性の低下、金電極の抵抗値変化
の増加を引き起こす。後者の理由としては先の文献に、
ＡｕとＬａが固溶体をつくることが示されており、また
Ｐｈａｓｅ　ＤｉａｇｒａｍＳｆｏｒ　Ｃｅｒａｍｌｓ
ｔｓＰ４Ｇ（１９Ｇ９　Ａｍ　Ｃｅｒａｍ　５ｏｃ）に
はＡｕと同じ貴金属のＰｄの酸化物ＰｄＯが、Ｌａ２Ｏ
３と化合物をつくることが示されている。このことから
金電極とほうろう層中のＬａ２ｏ３とが反応し、抵抗値
変化を引き起こしたものと推察される。

ＢａＯは本発明では必須成分ではないが、１５ｗｔ％以
下であれば加えてもよい。その理由は前に述べたように
、耐酸性、表面平滑性を低下させるからである。

その他の添加可能な成分はＺ　ｒ　０２１　　Ｔ　ｉ　
Ｏ２゜５ｎａ２．ＰｚＯ５＋　　Ａ１２０ｉ、ＺｎＯな
どがあげられるが、５％以下までなら添加可能である。

その理由は多いと表面平滑性を劣化させるからである。

なお上記の成分以外に膨張係数を変化させたり、着色さ
せたりするため、アルカリ金属酸化物；鉄、マンガン、
ニッケル、コバルト、バナジウム、鉛、モリブデン、タ
ングステン、ビスマス、カドミウム、ストロンチウム等
の酸化物を加えることは可能であるが、アルカリ金属酸
化物は電気絶縁性を考慮して２％以下、その他の酸化物
も５％以下であることが望ましい。

発明の効果以上詳しく述べたように、本発明の基板は、表面平滑性
、耐熱性、耐酸性、微細印刷精度、金電極の安定性に優
れ、特に電気回路基板として存用なお上記薄着性が要求
されるモーター軸受け、メカニカルシール、配管やタン
クなどの化学用装置、エンジンカバーなどの自動車部品
、ほうろう鍋などの家庭器具にも用途が考えられる。

である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の゛一実施例の回路基板の表面粗さを示
す形状図、第２図は従来例の回路基板の表面粗さを示す
形状図である。第３図、第４図は回路基板の耐酸性を示
す図、第５図は回路基板の焼成温度と表面粗さの関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｌａ＿２Ｏ＿３＝０．５〜３％、Ｍｇ
Ｏ＝２０〜５０％，ＣａＯ＝１〜２５％，ＢａＯ＝０〜
１５％，Ｂ＿２Ｏ＿３＝１０〜３０％，ＳｉＯ＿２＝８
〜２０％，ＭＯ＿２（ＭはＴｉ、Ｚｒ，Ｓｎの少なくと
も１種）＝０〜５％，Ｐ＿２Ｏ＿５＝０〜５％を主成分
とするほうろうそう上に金電極を形成したことを特徴と
する回路基板。
（２）ほうろう層の主成分が少なくとも、重量％で、Ｌ
ａ＿２Ｏ＿３＝０．５〜３％、ＭｇＯ＝２０〜４０％，
ＣａＯ＝１〜２０％，ＢａＯ＝０〜１５％，Ｂ＿２Ｏ＿
３＝１５〜２５％，ＳｉＯ＿２＝１０〜２０％，ＺｒＯ
＿２＝０〜５％，Ｐ＿２Ｏ＿５＝０〜５％であることを
特徴とする請求項１記載の回路基板。
（３）ほうろう層の主成分が少なくとも、重量％で、Ｌ
ａ＿２Ｏ＿３＝０．５〜３％、ＭｇＯ＝２０〜４０％，
ＣａＯ＝１〜２０％，Ｂ＿２Ｏ＿３＝１５〜２５％，Ｓ
ｉＯ＿２＝１０〜２０％，ＺｒＯ＿２＝０〜５％，Ｐ＿
２Ｏ＿５＝０〜５％であることを特徴とする請求項２記
載の回路基板。
（４）ＳｉＯ＿２／Ｂ＿２Ｏ＿３が０．２５〜１．０で
あることを特徴とする請求項１、２または３記載の回路
基板。