JPS62109390A - 印刷回路基板 - Google Patents

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１ 本発明はセラミックス、金属等よりなる基板上に絶縁ペ
ースト、抵抗ペースト、導体ペーストを印刷して回路パ
ターンを形成する印刷回路基板に関する。

［従来の技術］ アルミナ等のセラミックス基板上に、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ
、ＡＵ、Ｃｕなどの導体やＲｕＯ２、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ７
、ＬａＢ６などの抵抗ペーストを印刷法により形成して
１ｑられる厚膜回路基板においては、回路の構成上導体
がクロスする部分が生じる場合がおり、また集積度を増
すために導体層を複数形成する場合があるが、これらの
場合には絶縁層を間に介する必要がある。

この絶縁層に要求される特性としては、高い絶縁性はも
ちろん、信号伝播遅延を少なくするため誘電率が小さい
こと、熱放散が良いこと、絶縁層を焼成した後、絶縁層
上に印計１１する導体や抵抗で形成されたパターンかそ
の焼成時に流動しないこと、ピンホールが少ないことな
どが要求される。

従来、このような絶縁層を形成する材料としては、焼成
接結晶化する結晶性ガラスが知られており、初期の絶縁
性やパターンの流動性についてはめる程度、満足する特
性をもっていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の結晶性カラスはピンホールが多く、高湿度環
境下において、絶縁性の不良が生じやすかったり、熟成
酸性が悪い、誘電率が大きい、また熱膨張係数が大きい
等の問題があり、Ｓ１チツプを直接マウントする場合、
チップに応力が生じるなどの欠点がめった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、Ｍ
ｏ（ただしＭ：Ｃａ、ｌ１ｌ）：１０〜５５％（重量基
準：以下同じ）、Ａ１２０ｘ　：　　０〜３０％、Ｓ　
！　０２　：　４０〜１０％、Ｂ２Ｏ３：０〜３０％か
らなるガラス粉末４０〜８０％とアルミナ粉末２０〜６
０％よりなる組成物を１１００℃以下で焼成して得られ
るＭｏ：４〜４４％、Ａ１２０ｔ：２０〜１２％、Ｓｉ
Ｏ２：１６〜５６％、１３２Ｑ３：０〜２４％からなる
絶縁層を基板上に有し、基板の熱膨張係数と絶縁層の熱
膨張係数との関係か次の数式で示Ｖ範囲にあることを特
徴とする印鼎１回路基板で必る。

５Ｂ≧Ａ≧Ｂ　−２Ｘ　１０−６　／℃（ただし、Ａ：
基板の熱膨張係数、Ｂ：絶縁層の熱膨張係数、いずれも
単位はｘｌｏ−６／℃）本発明に用いられる基板として
は、アルミナセラミックスにとどまらず、他のセラミッ
クスやステンレス、銅等の金属材料を用いてもよい。

この基板の熱膨張係数が絶縁層のそれより大きい場合に
は、焼成後の冷却によって絶縁層に生じる熱応力が圧縮
応力であるので、熱応力によるクラックは発生しない。

基板として例えばムライトセラミックスのように、熱膨
張係数が４．５Ｘ　１０−６　／℃と小さいものを使用
すると、上記絶縁層の熱膨張係数より小ざくなる場合が
ある。この場合、基板と絶縁層の熱膨張係数の差があま
りに大きいと、絶縁層には引張り応力が発生し、クラン
クを生じたりして、信頼性が非常に悪くなる。この熱膨
張係数の差の限界は２Ｘ１０’／℃である。

また、基板の熱膨張係数が絶縁層のそれの５倍を越える
と、あまりに大きな圧縮応力が絶縁層に発生して、好ま
しくない影響が出る。以上述べた基板と絶縁層の熱膨張
係数の関係をまとめると、次式に示す範囲内でおれば、
絶縁層にクラックは発生せず、信頼性の高い絶縁層を得
ることができる。

つまり５×Ｂ≧△≧３−２　Ｘ　１０’　／℃（ただし
、Ａ：塞板の熱膨張係数、Ｂ：絶縁層の熱膨張係数、い
ずれも単位はＸ　１０−６　／℃）基板としてステンレ
ス、銅などの金属を使用する場合は、一般に金属の熱膨
張係数が大きいため、絶縁層に対する熱膨張係数差にお
いて、上記ムライｌ−質の場合のような問題はない。し
かしながら、金属は導体であるためこの基板上に直接導
体は印刷できないので、まず最初は絶縁層を印刷する必
要がある。この際、導体や抵抗パターンまた上層の絶縁
層は、最初の絶縁層を焼成後、印刷するのが絶縁性、信
頼性の面から好ましく、しかも最初の絶縁層は、モ豫ペ
ーストの印刷および焼成の工程を数回繰り返すことが望
ましい。

また、基板に使用する金属が銅のように酸化し易いもの
でおる場合には、焼成は中性あるいは還元雰囲気である
必要がおるが、本発明における絶縁材料は、上記雰囲気
でも還元されることはなく、絶縁性、信頼性は劣化しな
いが、抵抗体の材質は考慮する必要がおる。

ステンレスを基板に使用する場合は、一般には策化雰囲
気で焼成することができるが、ステンレスの組成によっ
ては、焼成温度である８００〜１０００°Ｃでは酸化す
るものもおるので、５ＵＳ２４．２７．４４６などが望
ましい。

金属を基板に使用した際には、熱放散性が特に良好にな
るので、この要求が強い場合には有効な基板材料である
。

次に絶縁材料の組成を限定した理由について述べる。

原料としてのガラス粉末の組成を限定した理由は次のと
おりである。

Ｓ　ｉ　０２が４０％より減少すると誘電率および熱、
Ｉ膨張係数か高くなり、また部分結晶化により析出する
アノーサイトヤｊコージェライト、ムライトの量が充分
でなくなり、導体や抵抗パターンか焼成時や再熱処理時
に流動し易くなる。

Ｓ！Ｏ２が７０％を越えると、１１００℃以下での焼成
が困難となる。

Ａ　ｌ　２０３が３０％より多くなると、１１００℃以
下での焼成が困難となる。

Ｍｏが７０％より少ないと１１００℃以下での焼成が困
難となり、５５％を越えると誘電率と熱膨張係数が大き
くなる。ＭとしてはＣａよりＭＱを使用した方が誘電率
と熱膨張係数は小さくなるが、５５％を越えると、部分
結晶化により析出するコージェライト、ムライトの量が
充分でなくなる。

Ｂ　２０　：ｌはガラスを１３００〜１４５０　℃附近
の温度で溶解するためと、セラミックの焼成温度を低下
させる効果がおり、電気特性や機械的物理特性を変える
ことなく、１ｉｏｏ’ｃ以下の°焼成温度にすることか
できるようになる。Ｂ２Ｏ３が３０？６より多くなると
、ポアーやピンホールか多くなったり、耐水性が悪くな
り信頼性か悪くなる。

ただし、Ｂ　２０　］が増えることにより、誘電率と熱
膨張係数は低くなる傾向にある。

このガラス粉末は、不純物として５％までのＮａ２Ｑま
たはに２０等のアルカリ金Ｒ酸化物を含み得る。これら
はガラスの原料に不純物として含まれていたり、またガ
ラス化の際、溶解性を向上するために添加するものであ
るが、５％を越えると電気特性や耐水性を劣化させ信頼
性が悪くなり好ましくない。

また、ＢａＯ，ＰｂＯ，Ｆｅ２０ｘ、 ＭｎＯ２、Ｍｎ３Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｉ０１ＣＯ２０
３などを不純物として１０％まで含み１ｑる。

これらは絶縁層の特性をあまり劣化させることがなく、
また、本発明の材料は部分結晶化する際、基本的には特
別な核形成物質をガラス成分に添加する必要はないか、
上記不純物は結晶化を促進する場合もおると考えられる
。

カラス粉末の適切な粒度は、粉末のＢＥＴ比表面積で表
した場合、１ｍ２／ｇ以上、望ましくは２ｍ２／ｇ以上
必要で、これより小さな比表面積のカラス粉末、つまり
粗い粒度のガラス粉末を使用すると充分に緻密化しなく
なる。また、ガラスの割合いが５０％より少ない範囲つ
まり４０〜５０％の範囲では、ガラス粉末のＢＥＴ比表
面積は４ｍ２／ｇ以上あることが望ましい。

アルミナ粉末の割合いを限定した理由は次に示す通りで
ある。

アルミナ粉末は、絶縁層を焼成後、絶縁層上に印刷され
る導体や抵抗を焼成する際、これらのパターンがガラス
の軟化によって流動するのを防ぎ、またガラス粉末と反
応して２次的結晶貿（アノーサイト、ウオラストナイト
、ムライ１〜、コージェライト）を生じさせるため、パ
ターンの流動をざらに完全に防止するようになる。

この効果は、絶縁層と導体、抵抗体を同時に焼成する場
合にも有効である。また、反応によって生じた２次的な
結晶質部分は、一部を除き熱膨張係数が小さいため、基
板全体の熱膨張係数を小ざくする。ざらにアルミナ粉末
はガラス粉末に比較して熱伝導率が良いので、熱放散性
が改良される。アルミナ粉末が２０％より少ないと、上
記の効果が期待できず、６０％より多いとＡＱ、ＡＱ−
Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕなどの導電材￥３１ヤＲｕＯ２、Ｂ　
ｉ　２　Ｒｕ２０？　、ＬａＢ５系の抵抗材料が使用で
きる１１００°Ｃ以下の焼成温度では充分に緻密な絶縁
層が得られなくなる。

アルミナ粉末の適切な粒度は、平均粒径て０．５μｍ以
上であり、これより細かな粉末を使用すると、緻密な絶
縁層が得られなくなる。

以上の材料は本発明で規定した組成の絶縁層をつくるの
に好適な材料であるが、これをもって絶縁層を形成する
には、まず原料としてＣａｂ、Ｓ　ｉｏ２、Ａ　ｌ　２
０ｙ、８２０］を所定の配合組成になるように混合し、
１３００〜１４５０°Ｃて溶融急冷してガラスを作成す
る。原Ｈの形態は、炭酸塩、酸化物、水酸化物などで良
い。

上記溶融温度範囲は炉材利等の関係から望ましい範囲で
ある。

次にカラスを湿式、乾式粉砕をして粉末をつくる。この
ガラス粉末にアルミナ粉末を所定の割合で混合する。上
記においてガラスの粉砕とアルミナの混合を同時に行っ
ても良い。

得られた絶縁材料用粉末に有機バインダーと溶剤を添加
混合し、印刷に適する粘度をもっペース１へを作成する
。

これを基板に塗布し、１１００℃以下で焼成して、前記
組成範囲の絶縁層とする。

［実施例］ つぎに本発明の実施例について説明する。

実施例１ ＣａＣＯ３、ｆＶｌｇ（ＯＨ）２　、Ｓ　ｉ○２、Ａ　
Ｉ　２０３　、Ｈ３Ｂ　Ｏ３をガラスの出発原料に使用
し、所定の組成割合にしたがい秤量した。

これをライカイ機で充分混合した後、１４００　℃で溶
融し、水中に投下してカラスを得た。得られだカラスを
アルミナボッ１〜に水、アルミナボールとともに入れ、
湿式粉砕し、乾燥して、比表面積３〜４．５…２／ｇの
カラス粉末を得た。

このカラス粉末を４５〜８０％の範囲で、また、粒径１
．２μｍの残部を占めるアルミナ粉末を２０〜５５％の
範囲で、アルミナポットに水、アルミナボールとともに
入れ、３時間混合した後乾燥した。乾粉２０（］にエチ
ルセルロース１ｇとテルピネオール１２ｇを加え、３本
ローラーにより充分混練してペーストにした。

アルミナセラミックスおよびムライトセラミックス基板
にＡ　ｇ−Ｐ　ｄ系の導体ペーストを使用し、導体パタ
ーンを印刷乾燥した後、９００　℃で焼成し第１層目の
導体層とした。この第１層目の導体層上に絶縁ペースト
を印刷乾燥した後、８５０〜１０００　℃で焼成した。

焼成された絶縁層上に、ざらに絶縁ペーストを印刷乾燥
した後、第２層の導体パターンをへ〇−Ｐｄ系導体ペー
ストを使用して印刷乾燥した後、８５０〜１０００　℃
で焼成した。

導体第１層目と第２層目はピアホールにて接続した。第
２層目の導体パターンに市販のＲｕ　Ｏ２系抵抗ペース
１〜を使用して、抵抗体を印刷して乾燥した後、８５０
℃で焼成した。市販のオーバーコート用カラスペースト
を印す１１乾燥し、５００°Ｃで焼成した後、抵抗体を
レーザートリミングし、所望の抵抗値に調整した。以上
の：晩成は、通常の厚膜炉を使用し、最高温度の保持は
２〜２０分とした。また、Ａｑ−Ｐｄ系導体ペーストは
市販のＡｇ扮末１５（］とＰｄ粉末５ｇの混合物にエチ
ルセルロース１ｇとテルピネオール１２ｆｊを加え、３
本ローラーにより充分混練し、ペースト化したものを使
用した。このようにして、抵抗付多層印刷回路基板を得
た。

上記にあける絶縁材料の組成、絶縁層の物理特性、基板
材質の具体例を表１に示す。

第１層導体層と第２層導体層間の絶縁抵抗は、上部筒４
シ、下部電極として１０ｍｍ角の電極を形成し、これら
の電極間の絶縁抵抗をＤＣｌｏｏＶで測定した。

いずれの実施例も１０１４Ω以上の充分な抵抗を示した
。また同じ電極を使用して測定した直流絶縁耐圧は２ｋ
Ｖ以上の値を示した。

絶縁層に発生したピンホールは非常に少なく、その結果
、高温高）♀電圧負荷での絶縁性の信頼［生は高く、代
表的な例として表１のＮｏ、１の絶縁抵抗と直流絶縁耐
圧の６５°Ｃ１９５％、４８ＶＤＣ印加条件時の耐環境
性試験の結果を図に示した。

なお、上記絶縁層の厚みはいずれの実施例も３０〜４０
ｕｍでおった。

第１表から明らかなように、絶縁層の熱伝導率は、０．
００３〜０．００７Ｃａｌ／℃−ｓｅｃ　−ｃｍと従来
の結晶化カラス絶縁層の０．００２〜０．００３Ｃａ　
ｌ　／　°Ｃ・ｓｅｃ−ｃｍに比較し、大ぎく熱敢敗性
か向上した。また、誘電率も６〜８．６と小さく、熱膨
張係数も３〜５．５　Ｘｉ□−６／℃と小さかった。

実施例２ 表１のＮＯ，１に示した熱膨張係数か５２×１０−６／
℃（７）絶縁材料を用い、熱膨張係数が１１×１０−６
／℃の５ＵＳ４４６よりなる基板に印刷した後９００　
℃で焼成した。この工程を３回繰り返し、約６０ｕｎの
絶縁図を１ｑだ。

この絶縁層上に実施例１と同様の方法で抵抗付多層印刷
回路基板を得た。基板と導体第１層間の絶縁抵抗は１０
１４Ω以上、また直流絶縁耐圧も４ｋＶ以上あった。

［発明の効果］ 本発明で得られる印刷回路基板は、絶縁層のピンホール
か少ないため信頼性が高く、熱伝導率が大ぎいので熱放
散性が良く、誘電率が小さいので信号伝播遅延が少なく
、熱膨張係数か小さいので８１チツプにかかる応力が小
さいなどの優れた特性をもつ。

【図面の簡単な説明】

図は実施の１例の耐環境性試験結果を示すグラフである
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｍｏ（ただしＭ：Ｃａ、Ｍｇ）：１０〜５５％（重量基
   準：以下同じ）、Ａｌ＿２Ｏ＿３：０〜３０％、ＳｉＯ
   ＿２４０〜７０％、Ｂ＿２Ｏ＿３：０〜３０％からなる
   ガラス粉末４０〜８０％とアルミナ粉末２０〜６０％よ
   りなる組成物を１１００℃以下で焼成して得られるＭｏ
   ：４〜４４％、Ａｌ＿２Ｏ＿３：２０〜７２％、ＳｉＯ
   ＿２：１６〜５６％、Ｂ＿２Ｏ＿３：０〜２４％からな
   る絶縁層を基板上に有し、基板の熱膨張係数と絶縁層の
   熱膨張係数との関係が次の数式で示す範囲にあることを
   特徴とする印刷回路基板。 ５×Ｂ≧Ａ≧Ｂ−２×１０＾−＾６／℃ （ただし、Ａ：基板の熱膨張係数、Ｂ：絶縁層の熱膨張
   係数、いずれも単位は×１０＾−＾６／℃）