(57)【要約】【課題】金属板を基材に用いながらも、耐熱性が良好であり、生産性にも優れた配線基板を提供すること。【解決手段】Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板からなり、所望の形状に加工された後の熱処理により表面全体に酸化アルミ皮膜が被覆されてなるステンレス鋼板１を基材とし、その基材における酸化アルミ皮膜２の上に配線３を形成した構成とする。必要に応じて保護膜４を形成する。Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板に対する熱処理により形成した酸化アルミ皮膜を絶縁層として使用するため、従来のように接着剤用途での樹脂を必要としないことから、基材の耐熱性が良好であり、熱の問題があったり高温条件下で使用されるというような環境においても対応することができ、しかも基材表面の酸化アルミ皮膜は鋼材内部からの拡散により形成されたものであるので、絶縁層と金属板との接着強度が大きく、配線基板自体の機械的強度も良好である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板からなり、所望の形状に加工された後の熱処理により表面全体に酸化アルミ皮膜が被覆されてなるステンレス鋼板を基材とし、その基材における酸化アルミ皮膜の上に配線を形成したことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
加工により形成されたキャビティの側面を被覆する酸化アルミ皮膜の上に配線を形成したことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
加工により形成された貫通孔の内面を被覆する酸化アルミ皮膜の上に配線を形成したことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項４】
酸化アルミ皮膜上に膜素子が形成され、その膜素子が配線と接続していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の配線基板。
【請求項５】
酸化アルミ皮膜の上に形成された配線を覆って絶縁性の保護膜を形成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の配線基板。
【請求項６】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板を所望の形状に加工する加工工程と、焼成により表面全体が酸化アルミ皮膜で被覆されたステンレス鋼板からなる基材を得る熱処理工程と、基材における酸化アルミ皮膜の上に配線を形成する配線形成工程とを含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法における配線形成工程の後に、配線と接続する膜素子を形成する膜素子形成工程を行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の製造方法における配線形成工程の後に、配線を覆う絶縁性の保護膜を形成する保護膜形成工程を行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板、半導体パッケージ、各種センサー等を構成する配線基板のように、所望形状に加工された基材上に所望パターンの配線を形成してなる配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の配線基板としては、その配線を載せるための基材として樹脂製のものが多く用いられてきた。しかし最近では、電子機器の高性能化、小型化、高密度化等に伴って生じる熱の問題や、高温条件下での使用の場合など、より環境性に優れた配線基板が要求されるようになり、熱に弱い樹脂製の基材に代わって熱伝導性が良好で放熱性に優れたアルミニウム等の金属板を基材に用いることが行われている。
【０００３】
上記のように配線基板の基材として金属板を用いる場合、金属は電気伝導体であるため、表面をアルミナ等の絶縁膜でコーティングし、その上に薄膜配線を施す必要がある。ところが、金属上にアルミナ膜を形成すると熱膨張係数の違いによる応力が発生し、アルミナ膜が剥離するといった問題が発生する。或いは、絶縁膜にピンポール等の絶縁欠陥を生じるといった問題も発生する。そこで、これらの問題点を考慮した絶縁膜付き金属板の製造方法として種々のものが提案されている。
【０００４】
例えば、金属への密着性を改善したものとして、特開平５−４２６２７号公報、特開平５−７４２５１号公報には、アルミニウム、銅等の金属箔からなるシート状キャリアにセラミックを溶射してセラミック層を形成し、キャリアをセラミック層から除去してセラミックシートを得た後、セラミックシートに絶縁剤を含浸してセラミックプリプレグを得てから、絶縁剤含浸セラミックプリプレグと金属板を貼り合わせて、絶縁膜付きの金属板を作製する方法が開示されている。
【０００５】
また、絶縁欠陥の少なくしたものとして、特開平５−２９５５１８号公報には、ステンレス鋼板上にアルミナ膜をドライコーティングし、引き続いて無酸化雰囲気中で６００℃以上の温度で熱処理することにより、ピンホールを減少させ、絶縁性を向上させるようにしたものが開示されており、特開平５−３０６４６０号公報には、ステンレス鋼板上にアルミナ膜をドライコーティングし、引き続いて酸化雰囲気中で５００℃以上の温度で熱処理することにより、電気絶縁性を向上させるようにしたものが開示されている。
【特許文献１】特開平５−４２６２７号公報
【特許文献２】特開平５−７４２５１号公報
【特許文献３】特開平５−２９５５１８号公報
【特許文献４】特開平５−３０６４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した前者のものでは、絶縁層の金属への密着性は良好にはなるものの、金属基材とセラミック絶縁層の接着に樹脂が使用されており、基板自体の耐熱温度はその樹脂の耐熱温度に依存し、従来の樹脂製基材を使用した場合と同等である。また、接着層として使用されている樹脂は金属に比べて熱伝導性に劣るため、基板全体としての熱伝導率が悪化するという問題がある。
【０００７】
また、後者のものでは、ピンホール等の絶縁欠陥は減少するが、金属基材上にアルミナ膜を形成するプロセスとしてスパッタリング等のドライコーティングを使用しているために生産効率が悪い。しかも、製膜後の金属基材を酸化雰囲気中で熱処理を行わなくてはならないことはプロセスの増加を招き、生産性を悪化させるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属板を基材に用いながらも、耐熱性が良好であり、生産性にも優れた配線基板及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の配線である配線基板は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板からなり、所望の形状に加工された後の熱処理により表面全体に酸化アルミ皮膜が被覆されてなるステンレス鋼板を基材とし、その基材における酸化アルミ皮膜の上に配線を形成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の配線である配線基板は、請求項１に記載の配線基板において、加工により形成されたキャビティの側面を被覆する酸化アルミ皮膜の上に配線を形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の配線である配線基板は、請求項１に記載の配線基板において、加工により形成された貫通孔の内面を被覆する酸化アルミ皮膜の上に配線を形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の配線である配線基板は、請求項１〜３のいずれかに記載の配線基板において、酸化アルミ皮膜上に膜素子が形成され、その膜素子が配線と接続していることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の配線である配線基板は、請求項１〜４のいずれかに記載の配線基板において、酸化アルミ皮膜の上に形成された配線を覆って絶縁性の保護膜を形成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項６に記載の本発明である配線基板の製造方法は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板を所望の形状に加工する加工工程と、焼成により表面全体が酸化アルミ皮膜で被覆されたステンレス鋼板からなる基材を得る熱処理工程と、基材における酸化アルミ皮膜の上に配線を形成する配線形成工程とを含むことを特徴としている。
【００１５】
請求項７に記載の本発明である配線基板の製造方法は、請求項６に記載の製造方法における配線形成工程の後に、配線と接続する膜素子を形成する膜素子形成工程を行うことを特徴としている。
【００１６】
請求項８に記載の本発明である配線基板の製造方法は、請求項６又は７に記載の製造方法における配線形成工程の後に、配線を覆う絶縁性の保護膜を形成する保護膜形成工程を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の配線基板は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板に対する熱処理により形成した酸化アルミ皮膜を絶縁層として使用するため、従来のように接着剤用途での樹脂を必要としないことから、基材の耐熱性が良好であり、熱の問題があったり高温条件下で使用されるというような環境においても対応することができ、しかも基材表面の酸化アルミ皮膜は鋼材内部からの拡散により形成されたものであるので、絶縁層と金属板との接着強度が大きく、配線基板自体の機械的強度も良好である。
【００１８】
また、本発明の配線基板の製造方法によれば、熱処理のみでステンレス鋼板の表面全体に強固な絶縁層が形成でき、その絶縁層の上に配線を形成するだけでよいため、従来のようにドライコーティング及びその後の熱処理等を必要としないことから、プロセスが簡素化されたものになり、生産性が良好になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明に係る配線基板の一例を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は図１のＣ−Ｃ断面図、図５は図１のＤ−Ｄ断面図である。
【００２０】
これらの図において１は所望の形状に加工されたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板１であり、２はそのステンレス鋼板１の表面全体を被覆した酸化アルミ皮膜、３は酸化アルミ皮膜２の上に形成された配線、４は配線を覆って形成された絶縁性の保護膜である。また、５は抵抗体やサーミスタなどの膜素子、６はコンデンサを構成する膜素子、７は半導体素子、８はキャビティ、９はスルーホールである。なお、図１では配線３を覆って絶縁性の保護膜（後述）が形成されているが図示は省略する。
【００２１】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板１は、ステンレス中にアルミニウムを８％程度以下の量で含有している材料（例えば、Ｆｅ：７５％、Ｃｒ：２０％、Ａｌ：５％）からなるもので、適切な雰囲気中で焼成するという熱処理を施すことにより、表面全体に酸化アルミ（アルミナ）からなる皮膜が形成される。したがって、ステンレス鋼板１を所望の形状に加工した後、熱処理を施すことで、加工面も含めて表面全体が酸化アルミ皮膜２からなる絶縁層で覆われた金属板を得ることができる。
【００２２】
そして、この絶縁膜２が付いたステンレス鋼板１を基材とし、その基材における酸化アルミ皮膜２の上に配線３を形成し、次いで、膜素子５，６を形成したり半導体素子７を搭載するなどの工程を経た後、必要に応じて配線３を覆う保護膜４を形成することにより図１に示す配線基板が得られる。
【００２３】
配線３を形成した後、図３に示すように抵抗体を膜素子５で形成するには、抵抗体を形成する領域のみを露出させた状態で表面全体にレジストを形成した後、反応性スパッタリングで窒化タンタルを形成し、さらにレジストを除去する。これにより膜素子５による抵抗体を形成することができる。また、温度によって抵抗値が大きく変化することで温度センサに用いられるサーミスタも、例えば特開２００４−３１９７３７号公報に開示されているように、反応性スパッタリング法により上記の抵抗体と同様の手順で膜素子５として形成できる。
【００２４】
また、コンデンサを構成する膜素子６は、図３に示すように、誘電体層４’を挟んで配線３の一部である２つの電極３ａ，３ｂを対向して設けた構造をしている。この膜素子６は、配線３の一部として電極３ａを形成した後に誘電体層４’と電極３ｂを順にスパッタリング等で形成することで実現できる。
【００２５】
基材に半導体素子７を実装する場合は、図４に示すように、ステンレス鋼板１に対してハーフエッチングによりキャビティ８を形成する。そして、このキャビティ８に半導体素子７と接続する配線３の端子を形成する。このようなキャビティ８内に配線３を形成するに際しては、キャビティ８の側面に絶縁層を形成する必要があるが、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板１は単に加熱するだけで上面も側面も同時に酸化アルミ皮膜２が形成されるので、側面に絶縁膜を形成する特別な工程を必要としない。
【００２６】
基材にスルーホール９を設ける場合は、図５に示すように、ステンレス鋼板１に対してエッチングにより貫通孔を形成する。そして、その貫通孔の内壁面には、絶縁層を形成する必要があるが、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板１は単に加熱するだけで貫通孔の内壁面も他の表面と同時に酸化アルミ皮膜２が形成されるので、貫通孔の内壁面に絶縁膜を形成する特別な工程を必要としない。貫通孔内の導体の形成法は種々あるが、代表的な方法としては、後述のパネルめっきによるサブトラクティブ法がある。
【００２７】
上記の配線基板の製造方法を図１のＡ−Ａ断面で示すと図６のようであり、以下、この工程図に沿って製造手順を詳細に説明する。
【００２８】
まず、図６（ａ）に示すように、基材を構成するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板１を準備する。この場合、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板としては、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ等の種類があるので、それらの中から用途に応じた厚さのものを選択する。そして、図６（ｂ）に示すように、このステンレス鋼板１をエッチング加工や機械加工などにより用途に応じた所望の形状に加工する。ここでは、複数の貫通孔１ａを加工した図を示してある。
【００２９】
エッチング加工による場合は、ステンレス鋼板の片面もしくは両面にドライフィルムレジスト等のレジスト膜を設け、露光とそれに続く現像工程によりレジスト膜をパターニングした後、所定のエッチング液を用いてステンレス鋼板におけるレジスト膜のない部分をエッチングしてから、最後に剥離液を用いてレジスト膜を剥離する。この場合、形成すべき開口形状に応じて片面エッチング、両面エッチングのいずれかを選択する。また、機械加工による場合は、パンチング、切削等の適宜の手段を用いてステンレス鋼板を所望の形状に加工する。
【００３０】
次に、所望の形状に加工したステンレス鋼板１を洗浄した後、適切な雰囲気中で焼成する熱処理工程により、図６（ｃ）に示す如く、ステンレス鋼板１の表面全体に酸化アルミ皮膜２を形成する。
【００３１】
ステンレス鋼板に施す熱処理は、大気中で８００℃以上、好ましくは９００〜１２００℃で２時間程度である。この熱処理により、鋼板内部からアルミニウム成分が拡散し、基材の表裏面及び側面を含む表面全体に酸化アルミ皮膜が形成される。形成された酸化アルミ皮膜は、ステンレス鋼板の表面と強固に密着しており、配線基板において絶縁層の役目を果たす。この酸化アルミ皮膜は、厚みが１．５μｍを越えると剥がれやすくなる。したがって、熱処理による酸化アルミ皮膜の形成時にその厚さが好ましくは０．１〜１μｍ程度になるよう条件を制御する。
【００３２】
次いで、図６（ｄ）に示すように、ステンレス鋼板１に形成された酸化アルミ皮膜２の上に配線３を形成する。この配線３は、スパッタリング法や無電界めっき法などにより形成する。例えば、酸化アルミ皮膜上にレジスト画像を写真製版し、スパッタリング法により金属薄膜を形成した後、レジストを剥離することにより配線パターンを形成する、所謂リフトオフ法により回路を形成することができる。配線材料としては、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｐｔ等が使用可能である。なお、酸化アルミ皮膜上にＡｕ配線を形成する場合、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ等のコンタクトメタル層が必要である。
【００３３】
このようにして酸化アルミ皮膜２の上に配線３を形成した後、前記の如く膜素子５，６を形成したり半導体素子７を搭載するなどの工程を経てから、図６（ｅ）に示すように、配線３を覆って絶縁性の保護膜４を形成する。この保護膜４は、真空製膜法により金属酸化物で形成（例えば、酸化アルミをスパッタリング）したり、要求される耐熱温度が低い場合には、ポリイミドやエポキシ樹脂などの有機物で形成してもよい。
【００３４】
図７，８は配線基板の別の製造方法を示す工程図であり、ここではパネルめっきによるサブトラクティブ法を用いた工程を示している。以下、この工程図に沿って製造方法を詳細に説明する。なお、この例では配線を銅で形成するようにしている。
【００３５】
まず、図７（ａ）に示すように、基材を構成するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼板１を準備する。そして、図７（ｂ）に示すように、このステンレス鋼板１をエッチング加工や機械加工などにより用途に応じた所望の形状に加工する。ここでは、ステンレス鋼板１の両面にレジストをパターニングし、塩化第二鉄を主成分とするエッチング液を用いて両面からステンレス鋼板１をエッチング成形した後、レジストを剥離することで複数の貫通孔１ａを加工し、併せてスルーホールの孔１ｂも形成する。なお、ハーフエッチングにより半導体素子用のキャビティも同時に形成する。
【００３６】
次に、成形したステンレス鋼板１を、大気中において８００℃以上、好ましくは９００〜１２００℃の範囲で約２時間程度加熱し、図７（ｃ）に示すように、ステンレス鋼板１の表面全体に酸化アルミ皮膜２を形成する。
【００３７】
次いで、酸化アルミ皮膜２を覆うように０．３〜３．０μｍ程度の薄い銅の無電界めっき層を全面に形成し、この銅の無電界めっき層を給電層として、図７（ｄ）に示すように必要な厚さ（通常１０〜５０μｍ）の銅の電界めっき層３’を形成する。このようにパネルめっきすることにより、基板の表面のみでなく、スルーホール１ｂの側壁にも銅層が形成され導通する。
【００３８】
続いて、銅の電界めっき層３’の上にドライフィルムレジストをラミネートし、露光及び現像を経て、図８（ａ）に示すように、配線を形成する部分に対応してレジスト１０を形成する。この場合、スルーホール部分は必要に応じて予め樹脂で穴埋めしておく。そして、塩化第二鉄を主成分とするエッチング液を用いて銅の電界めっき層３’における不要な部分を除去した後、レジスト１０を剥離すると、図８（ｂ）に示すように、銅の配線３が形成されるとともに、スルーホール９、端子等が完成する。
【００３９】
このように銅配線パターンを形成した後、例えば図８（ｃ）に示すように、配線３に対し必要に応じて所望の膜素子５を形成する。膜素子は、その種類により、スクリーン印刷、蒸着、スパッタリング等の方法で形成することができる。
【００４０】
そして、図８（ｄ）に示すように、絶縁性の保護膜４を形成し、配線基板として完成する。さらに必要に応じ、保護膜４を形成する前か後に、基板上に半導体素子、受動素子等を実装する。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明による配線基板は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る配線基板の一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図１のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】配線基板の製造方法を示す工程図である。
【図７】配線基板の別の製造方法を示す前半の工程図である。
【図８】配線基板の別の製造方法を示す後半の工程図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ステンレス鋼板
２  酸化アルミ皮膜
３  配線
３ａ，３ｂ  電極
３’銅の電界めっき層
４  保護膜
４’  誘電体層
５，６  膜素子
７  半導体素子
８  キャビティ
９  スルーホール
１０  レジスト
【図１】
2006196483.tif 000003
【図２】
2006196483.tif 000004
【図３】
2006196483.tif 000005
【図４】
2006196483.tif 000006
【図５】
2006196483.tif 000007
【図６】
2006196483.tif 000008
【図７】
2006196483.tif 000009
【図８】
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