JPH1098244A - 厚膜回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 厚膜回路基板における絶縁基板上に形成され
た電極表面の酸化、硫化を防止して、半田ぬれ性を良好
に維持する電極構造を低コストで提供する。 【構成】 厚膜回路基板２０は、絶縁基板１上に銅厚膜
導体３と厚膜抵抗体５とガラスコート７が各々印刷・乾
燥及び焼成工程によって形成されており、且つ電極１１
となる銅厚膜導体３′上にＡｕ厚膜導体１５が焼成され
ている電極構造を有している。上記電極構造（電子チッ
プ部品搭載のための電極やマザーボードへの実装のため
の外部端子電極が対象となる）によって、酸化、硫化し
やすい電極１１のＣｕ厚膜表面が直接露出せずに酸化、
硫化しない安定したＡｕ厚膜導体１５で保護されている
ので、該表面に実装のための半田が印刷されるまでの
間、もしくは半田リフロー後の空気中での熱処理及び放
置による電極表面の酸化、硫化が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主にハイブリッドＩ
Ｃに使用されている厚膜回路基板の電極構造に関し、更
に詳細には、絶縁基板上に形成された厚膜導体の電極表
面の酸化、硫化を防止して、電子チップ部品搭載のため
の端子電極及びマザーボード実装のための外部端子電極
等の半田ぬれ性を良好に維持する構造を低コストで提供
する厚膜回路基板及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】主にハイブリッドＩＣ用として使用され
るセラミックプリント配線板としては、ＡｇＰｄ系導体
とアルミナ基板の組み合わせが以前は主流であったが、
小型化、高周波化、高集積化の要求に伴い、近年は導体
として低抵抗で安価であり、マイグレーションが起きに
くく、半田耐熱性に優れる等の利点を有するＣｕを使用
したＣｕ厚膜回路基板が主流となっている。

【０００３】リードレスタイプの表面実装部品（所謂電
子チップ部品）の搭載に使用される上記Ｃｕ厚膜回路基
板を作製する工程は、下記主要プロセスで構成される。
以下、各プロセスを概説する。

【０００４】（１）セラミック絶縁基板製造プロセス 一般的なセラミック絶縁基板製造プロセス同様に、
（ａ）原料調整、（ｂ）シート状態に成形、（ｃ）アル
ミナ主体の基板では１４００〜１６００℃、ホウケイ酸
ガラス＋アルミナを典型とするガラス複合系基板やステ
アタイト等を含む非ガラス系基板のような低温焼成基板
では８５０〜１０００℃での焼成（導体が酸化されるか
否かで空気中または非酸化雰囲気中となる）の手順にて
行われる。

【０００５】（２）厚膜導体形成プロセス 絶縁基板表面に配線や部品搭載の電極（パッド）となる
Ｃｕペーストを印刷法にて形成し、乾燥、焼成する。

【０００６】Ｃｕは非常に酸化しやすいために焼成は窒
素（Ｎ2）等の非酸化性雰囲気の焼成炉にて行う必要が
ある。

【０００７】Ｃｕペーストの構成材料は、Ｃｕ粉末、無
機バインダ（主に低融点ガラスフリット）、有機バイン
ダ（擬塑性及びチクソ性をペーストに持たせる）、有機
溶剤からなる。

【０００８】（３）厚膜抵抗体形成プロセス 厚膜抵抗体としては例えばＲｕＯ2（酸化ルテニウム）
を抵抗体ペーストとして印刷、乾燥し、８５０℃程度の
空気中にて焼成して形成するのが一般的である。

【０００９】尚、Ｎ2雰囲気中で焼成するには高温での
結合エネルギーが高いＲｕＯ2では容易に還元されるた
め、還元されない導電粒子の抵抗体とする必要がある
（ホウ化ランタン、酸化すず等）。

【００１０】その他、半田レジストとしてガラスコート
または樹脂コートを形成するプロセスが行われる。

【００１１】絶縁基板上に抵抗体を形成し、Ｃｕペース
トにより半田付けランド及び抵抗体半田付けランド等か
らの引き出し導体パターンを形成している。

【００１２】これらの抵抗体、導体、ガラス、樹脂パタ
ーンはスクリーン印刷法により形成される。

【００１３】上述のプロセスにて作製された厚膜回路基
板上の電子チップ部品を搭載するための電極には半田が
印刷されて電子チップ部品が搭載されて半田リフローに
より半田接合される。

【００１４】一方、客先でマザーボードに実装するため
の外部端子電極はＣｕ導体厚膜が露出状態のままであ
る。

【００１５】以下、上記従来方法によって作成されるＣ
ｕ厚膜回路基板の構造例を図４を参照しつつ説明する。

【００１６】図４は従来の厚膜回路基板の厚膜抵抗体及
び電極のパターン例とそのＡーＡ′線の断面構造を対照
させた図であって、前述のセラミック絶縁基板製造プロ
セスにて作製された絶縁基板１上には、少なくともＣｕ
厚膜導体３と厚膜抵抗体５と絶縁保護膜としてガラスコ
ート７が各々印刷・乾燥及び焼成工程によって積層さ
れ、抵抗素子１０と電極１１（マザーボードへの実装の
ための外部端子電極及び電子チップ部品搭載のための電
極パッドを含む）が形成されている。

【００１７】尚、ガラスコート７は破線で示される電極
部分を囲む領域が窓７′となって他の領域をカバーして
いる。

【００１８】現在は複数層の厚膜導体や容量素子等を積
層形成した多層基板も種々開発実用化されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＣｕ厚膜回路基板の電極構造では、客先でマザーボ
ードに実装させる外部端子電極（半田付けランド）は電
子チップ部品をリフローする時には電極表面１２が露出
しているため、リフロー後の熱処理及び厚膜導体形成後
の放置によりＣｕ厚膜導体である電極表面１２が酸化ま
たは硫化して変色してしまい、マザーボードに実装する
時の「半田ぬれ性」が悪くなるという問題があった。

【００２０】また、電子チップ部品を搭載するための電
極パッドも半田が印刷されるまでは空気中に放置される
訳で、長期の放置は電極表面の酸化が進むことになり外
部端子電極同様に酸化に起因する「半田ぬれ性」の問題
が生じる。

【００２１】従来はこの問題を解決するために、電極防
錆のための表面処理として電極部分にＮｉメッキを下地
にＡｕメッキで覆う方法や半田メッキを行う方法等が採
用されている。

【００２２】しかしながら、上記メッキ法ではメッキ液
によりＣｕ厚膜導体３と絶縁基板１の接合部が侵食され
劣化するという問題がある。

【００２３】また、メッキ部以外のカ所をメッキ用ガラ
ス保護膜にて保護する必要があり、大規模な設備の増設
が不可避で、処理工数も多く、高コストになるという問
題がある。

【００２４】一方、厚膜導体としてＣｕの代わりに酸
化、硫化しにくいＡｇＰｄ（銀パラジウム）を用いる従
前の方法ではラインインピーダンス等の良好な高周波特
性が得られないという特性上の問題に戻ることになる。

【００２５】つまり、オープンスタブの線路幅を変化さ
せた時の共振周波数（＝５ＧＨｚ）における損失を比較
すると銅厚膜導体と銀パラジウム厚膜導体には約１０ｄ
Ｂの差がみられ、利得も４倍以上の差がみられるのであ
って、Ｃｕ厚膜導体の方がインピーダンスの高い回路を
形成した場合においても低損失の回路が形成できるので
ある。したがってＣｕ厚膜導体の採用は必須要件であ
る。

【００２６】そこで本発明の請求項１ないし請求項３記
載の発明は、ＲｕＯ2を厚膜抵抗体に使用し、またＣｕ
厚膜導体を用いつつ電極の酸化を防止して半田ぬれ性を
良好に維持することができ、且つ製造コストが安価な厚
膜回路基板及びその製造方法を提供することを目的とし
たものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１記
載の発明は、絶縁基板上に厚膜抵抗体と他の電子部品と
接続する厚膜導体が形成された厚膜回路基板において、
前記厚膜導体は、下地に銅（Ｃｕ）厚膜導体が形成さ
れ、さらにこの銅（Ｃｕ）厚膜導体の上面に金（Ａｕ）
厚膜導体が形成されたことを特徴とする厚膜回路基板を
提供することにより、上記半田ぬれ性を良好に維持する
目的を達成する。

【００２８】また、請求項２の上記厚膜回路基板の製造
方法は、絶縁基板上に厚膜抵抗体と他の電子部品と接続
する厚膜導体が形成される厚膜回路基板の製造方法にお
いて、厚膜抵抗体として抵抗体ペーストを絶縁基板上に
印刷し乾燥させて７５０℃〜９５０℃の空気中で焼成
し、次に厚膜導体として銅（Ｃｕ）ペーストを印刷し乾
燥させて３５０℃〜６５０℃の非酸化性雰囲気中で焼成
し、次にこの焼成された銅（Ｃｕ）厚膜導体表面に金
（Ａｕ）厚膜導体となる金（Ａｕ）ペーストを印刷し乾
燥させて３５０℃〜６５０℃の非酸化性雰囲気中で焼成
する厚膜形成工程を含むことを特徴とし、従来のように
銅（Ｃｕ）厚膜導体の保護膜として金（Ａｕ）メッキや
半田メッキの方法でなく金（Ａｕ）厚膜焼成法を適用し
て低コスト化を実現している。

【００２９】さらに、請求項３の厚膜回路基板の製造方
法は、絶縁基板上に厚膜抵抗体とこの厚膜抵抗体を他の
電子部品と接続する厚膜導体が形成される厚膜回路基板
の製造方法において、厚膜抵抗体として抵抗体ペースト
を絶縁基板上に印刷し乾燥させて７５０℃〜９５０℃の
空気中で焼成し、次に厚膜導体として銅（Ｃｕ）ペース
トを印刷し乾燥させ、さらにこの銅（Ｃｕ）厚膜導体表
面に金（Ａｕ）厚膜導体となる金（Ａｕ）ペーストを印
刷し乾燥させ、次に３５０℃〜６５０℃の非酸化性雰囲
気中で前記銅（Ｃｕ）厚膜導体と金（Ａｕ）厚膜導体を
同時に焼成する厚膜形成工程を含むことを特徴とし、請
求項１記載の厚膜回路基板の製造に際して焼成工程の簡
略化が成されて更なる低コスト化が図られた製造方法と
なっている。

【００３０】ここで、Ｃｕペースト、Ａｕペースト、抵
抗体ペーストの材料は従来と同様であり、非酸化性雰囲
気とは例えば窒素（Ｎ2）雰囲気をいう。

【００３１】また、上記焼成温度以外の条件は各膜厚の
成分、膜厚寸法、焼成温度に依拠して適宜最適条件が設
定される。

【００３２】尚、上記銅（Ｃｕ）厚膜導体及び金（Ａ
ｕ）厚膜導体の焼成温度領域はＣｕとＡｕの化合物化が
行われる温度領域を示しており、焼成温度が３００℃以
下では化合物化が十分に行われず、６５０℃を越える焼
成温度領域（合金化の温度領域）では代表的な厚膜抵抗
体である酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）抵抗体に抵抗率の
変動が生じることから選択された焼成温度である。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面に基
いて詳細に説明する。尚、従来と同等部材については同
符号をもって指称する。

【００３４】図１は本発明の請求項１に係わる厚膜回路
基板の厚膜抵抗体及び電極部の平面パターンを示すとと
もにそのＡーＡ′線の断面構造を対照させた図である。

【００３５】図２は本発明の請求項２に係わる厚膜回路
基板の製造方法の実施の形態を示す工程フロー図であ
る。

【００３６】図３は本発明の請求項３に係わる厚膜回路
基板の製造方法の実施の形態を示す工程フロー図であ
る。

【００３７】図１において、厚膜回路基板２０は、絶縁
基板１上に銅（Ｃｕ）厚膜導体３と厚膜抵抗体５と絶縁
保護膜７が各々印刷・乾燥及び焼成工程によって形成さ
れており、且つ電極となる銅（Ｃｕ）厚膜導体３′上に
金（Ａｕ）厚膜導体１５が焼成されている電極構造を有
している。

【００３８】上記電極構造（電子チップ部品搭載のため
の電極やマザーボードへの実装のための外部端子電極が
対象となる）によって、酸化、硫化しやすい電極１１の
Ｃｕ厚膜表面が直接露出せずに酸化、硫化しない安定し
たＡｕ厚膜導体１５で保護されているので、該表面に実
装のための半田が印刷されるまでの間、もしくは半田リ
フロー後の空気中での熱処理及び放置による電極表面の
酸化、硫化が防止される。

【００３９】したがって、良好な半田ぬれ性が維持でき
るのである。

【００４０】本発明者の試作によれば、従来のＣｕ厚膜
導体が露出した外部端子電極は熱処理後、表面に酸化膜
が生成されて半田ぬれ率は５５％であったが、Ｃｕ厚膜
導体の電極表面にＡｕ厚膜（膜厚２．５μｍ）を焼成し
た外部端子電極では酸化膜の生成は見られず、９９％の
半田ぬれ率が得られた。

【００４１】次に、本発明では上記厚膜導体の電極表面
のＡｕ厚膜をメッキ法でなく焼成法によって形成してい
ることが厚膜回路基板の製造方法として特徴的である。

【００４２】そして、その形成条件（焼成温度、焼成雰
囲気等）が従来の低温焼成法によるＣｕ厚膜回路基板の
製造システムに合致し、該システムをそのまま活用して
低コストにＡｕ厚膜を作製できる点に特長がある。

【００４３】即ち、従来のＣｕ厚膜回路基板を製造する
ラインとして、焼成温度を６００℃としてＣｕ厚膜導
体、ガラスコートを非酸化性雰囲気（Ｎ2雰囲気）中で
焼成する所謂６００℃ーＣｕシステムがある。

【００４４】本発明では上記厚膜回路基板の製造システ
ムを利用して厚膜抵抗体、Ｃｕ厚膜導体、Ａｕ厚膜導
体、ガラスコートを一貫して焼成法にて形成する。以
下、図２の工程フロー図に従って説明する。

【００４５】先ず、（ａ）絶縁基板上に厚膜抵抗体とし
て含む抵抗体ペーストをスクリーン印刷法によってパタ
ーン形成し、（ｂ）乾燥後、８５０℃の空気中で焼成す
る（この温度範囲は７５０℃〜９５０℃の温度領域で適
宜調整可能である）。

【００４６】次に、（ｃ）厚膜導体としてＣｕペースト
をスクリーン印刷法によって印刷し配線や部品搭載の電
極をパターン形成し、（ｄ）乾燥後、６００℃のＮ2雰
囲気中で焼成する（この温度範囲は３５０℃〜６５０℃
の温度領域で適宜調整可能である）。

【００４７】次に、（ｅ）電極となる部分のＣｕ厚膜導
体表面にＡｕ厚膜導体となるＡｕペーストを印刷し、
（ｆ）１２０℃の空気中で１０分乾燥させ、６００℃の
Ｎ2雰囲気中で焼成する（この温度範囲はＣｕ厚膜導体
の焼成と同様に３５０℃〜６５０℃の温度領域で適宜調
整可能であり、一致させるのが望ましい）。

【００４８】さらに、（ｇ）保護膜としてガラスコート
となるガラスペーストを印刷し、（ｈ）乾燥後、６００
℃のＮ2雰囲気中で焼成し形成する。

【００４９】ところで、上記工程から判るように、厚膜
抵抗体がＣｕ厚膜導体よりも先に形成されるので空気中
で焼成すべきＲｕＯ2等が厚膜抵抗体として採用でき、
またＣｕ厚膜導体とＡｕ厚膜導体が一連の同条件での焼
成が可能なことから、図３に示される工程フロー図のよ
うに、上記（ｃ）Ｃｕ厚膜導体印刷と（ｅ）Ａｕ厚膜の
印刷を連続して行い、（ｊ）一度に焼成する製造方法が
採用できる。

【００５０】このように、本発明における電極の酸化、
硫化防止保護膜としてのＡｕ厚膜導体の形成は従来のＣ
ｕ厚膜導体の焼成システムをそのまま利用して、一連の
焼成工程にて極めて低コストに実現できることが判る。

【００５１】念のために付言すれば、本発明は、本来Ａ
ｕペーストが焼結する８５０℃程度の温度領域で焼成す
るとＲｕＯ2等の厚膜抵抗が変化してしまうという不都
合が発生するため、ＡｕがＣｕと化合物化する温度領域
（３５０℃〜６５０℃）、即ち従来のＣｕ厚膜回路基板
の焼成システムの焼成温度にて膜化させることに特徴を
有する電極構造の形成方法である。

【００５２】

【発明の効果】本発明の厚膜回路基板の電極構造及びそ
の形成方法は、 （１）電極の酸化、硫化を防止して半田ぬれ性を良好に
維持するとともに、メッキ法によらずに銅（Ｃｕ）厚膜
導体の焼成と同様な焼成法にて金（Ａｕ）厚膜導体を銅
（Ｃｕ）厚膜導体の電極表面に形成しているので、製造
コストが安くできるという優れた効果を有する。

【００５３】（２）絶縁基板上に厚膜抵抗体を焼成法に
て形成後に銅（Ｃｕ）厚膜導体及び酸化硫化防止保護膜
としての金（Ａｕ）厚膜導体を焼成法にて形成するの
で、厚膜抵抗体として酸化ルテニウムが使用でき、銅
（Ｃｕ）厚膜導体と金（Ａｕ）厚膜導体を同時に焼成で
きるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に係わる厚膜回路基板の厚膜
抵抗体及び電極部の平面パターンを示すとともにそのＡ
ーＡ′線の断面構造を対照させた図である。

【図２】本発明の請求項２に係わる厚膜回路基板の実施
の形態を示す工程フロー図である。

【図３】本発明の請求項３に係わる厚膜回路基板の実施
の形態を示す工程フロー図である。

【図４】従来の厚膜回路基板における厚膜抵抗体及び電
極のパターン例とそのＡーＡ′線の断面構造を対照させ
た図である。

【符号の説明】

１ 絶縁基板 ３ 銅（Ｃｕ）厚膜導体 ３′ 電極となる銅（Ｃｕ）厚膜導体 ５ 厚膜抵抗体 ７ ガラスコート ７′ 窓 １０ 抵抗素子 １１ 外部端子電極 １２ 電極表面 １５ Ａｕ厚膜導体 ２０ 厚膜回路基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上に厚膜抵抗体と他の電子部品
   と接続する厚膜導体が形成された厚膜回路基板におい
   て、前記厚膜導体は、下地に銅（Ｃｕ）厚膜導体が形成
   され、さらにこの銅（Ｃｕ）厚膜導体の上面に金（Ａ
   ｕ）厚膜導体が形成されたことを特徴とする厚膜回路基
   板。
2. 【請求項２】 絶縁基板上に厚膜抵抗体と他の電子部品
   と接続する厚膜導体が形成される厚膜回路基板の製造方
   法において、厚膜抵抗体として抵抗体ペーストを絶縁基
   板上に印刷し乾燥させて７５０℃〜９５０℃の空気中で
   焼成し、次に厚膜導体として銅（Ｃｕ）ペーストを印刷
   し乾燥させて３５０℃〜６５０℃の非酸化性雰囲気中で
   焼成し、次にこの焼成された銅（Ｃｕ）厚膜導体表面に
   金（Ａｕ）厚膜導体となる金（Ａｕ）ペーストを印刷し
   乾燥させて３５０℃〜６５０℃の非酸化性雰囲気中で焼
   成する厚膜形成工程を含むことを特徴とする厚膜回路基
   板の製造方法。
3. 【請求項３】 絶縁基板上に厚膜抵抗体とこの厚膜抵抗
   体を他の電子部品と接続する厚膜導体が形成される厚膜
   回路基板の製造方法において、厚膜抵抗体として抵抗体
   ペーストを絶縁基板上に印刷し乾燥させて７５０℃〜９
   ５０℃の空気中で焼成し、次に厚膜導体として銅（Ｃ
   ｕ）ペーストを印刷し乾燥させ、さらにこの銅（Ｃｕ）
   厚膜導体表面に金（Ａｕ）厚膜導体となる金（Ａｕ）ペ
   ーストを印刷し乾燥させ、次に３５０℃〜６５０℃の非
   酸化性雰囲気中で前記銅（Ｃｕ）厚膜導体と金（Ａｕ）
   厚膜導体を同時に焼成する厚膜形成工程を含むことを特
   徴とする厚膜回路基板の製造方法。