(57)【要約】【課題】ガラスセラミックスからなる絶縁基体と抵抗体を同時焼成で焼結させるときに、抵抗体成分の拡散および構成成分の不均一な分散から抵抗値がばらついてしまう。また、ＴＣＲが大きくなってしまう。【解決手段】ガラスセラミックス焼結体からなる絶縁基体３と、その内部および／または表面に同時焼成により形成された配線層２および抵抗体１とからなる配線基板であって、抵抗体１が４０〜８０質量％の白金を２０〜６０質量％の酸化錫で被覆した金属粉末の焼成体で形成されている配線基板である。抵抗体には外添加で１〜４質量％の二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンを添加してもよい。抵抗体組成物のガラスセラミックスとの反応・拡散現象を抑えることができ、白金と酸化錫とを均一に分散することができるので、抵抗体３の抵抗値が安定する。【選択図】　図１
2004146481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックス焼結体からなる絶縁基体と、該絶縁基体の内部および／または表面に絶縁基体と同時焼成により形成された配線層および抵抗体とからなる配線基板であって、前記抵抗体が４０〜８０質量％の白金を２０〜６０質量％の酸化錫で被覆した金属粉末の焼結体で形成されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記抵抗体は外添加で１〜４質量％の二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンが添加されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスセラミックス焼結体からなる絶縁基体の内部および／または表面に同時焼成による配線層および抵抗体を備え、抵抗体の抵抗値ばらつきおよびＴＣＲを抑制した抑制した配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセラミック配線基板の回路中に抵抗体を形成する方法としては、配線基板表面に実装する方法が主であった。この表面実装の方法としては、チップ抵抗の半田付け・薄膜抵抗の蒸着・厚膜抵抗ペーストの塗布および焼成等がある。なお、薄膜および厚膜抵抗については抵抗体を形成するだけでは抵抗値ばらつきが大きいため、トリミングにより抵抗値の微調整を行なうことが一般的である。また、回路中に実装された抵抗体は常に安定した抵抗値を示すことが要求されるため、温度変化に対する抵抗値の安定性がＴＣＲ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｒｅｓｉｓｔｏｒ（抵抗体の温度係数）、単位：ｐｐｍ／℃）で示される。
【０００３】
しかし、近年、各種電子部品はＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子の利用によって急速に小型化・高密度化されており、それに伴って半導体集積回路素子を搭載するＩＣ基板やＩＣパッケージ用基板の多層回路基板に対しての小型化・高密度化の要求が高まっている。この要求に応える方法の一つとして、従来は表面に実装されていた抵抗体を内層化することが挙げられる。この方法によれば、従来はビアホール等の貫通導体を通して基板表面に引き出していた回路構造を単純化できることと、表面実装面積を増加できることが見込まれる。
【０００４】
このような抵抗体を内層化する方法として、セラミックグリーンシート上に厚膜抵抗体ペーストを塗布し、その上にさらにセラミックグリーンシートを積層して、セラミックスと抵抗体の両方を同時に焼成する方法がある。この同時焼成の方法によれば、工程を大幅に増加させずに抵抗体を内層化できる。なお、抵抗体を同時焼成する場合は、通常のＲｕＯ２やＳｎＯ２系抵抗体の焼成温度が約８００〜９００℃であることから、絶縁基体にはこの温度で同時焼成が可能なガラスセラミックスが用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１５３６０２号公報
【特許文献２】
特開平９−１２０７１２号公報
【特許文献３】
特開平９−１２０７１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような抵抗体の内層化においては、ガラスセラミックグリーンシートの加工時に抵抗体ペーストを塗布しておく必要があり、内層化された抵抗体をガラスセラミックスと同時に焼結させる工程となってしまうので、焼成後に抵抗体のトリミングができず、抵抗値ばらつきが制御できないという問題点があった。
【０００７】
また、通常の抵抗体ペーストは、抵抗を示すための抵抗材、焼結させるためのガラス材およびその他の添加剤等から構成される。そのため、セラミック材がガラスセラミックスの場合には、焼成時に抵抗体ペースト中のガラス成分がガラスセラミックス中のガラス成分と反応し、相互拡散が生じて、焼成後の抵抗値が大幅にずれてしまう、またはばらつきが大きくなってしまうという問題点があった。さらに、ペーストを用いた場合に、抵抗体ペースト内の粒子分散の不均一性が原因となって、抵抗値ばらつきが大きくなるという問題点もあった。
【０００８】
一方、配線層として低抵抗のＣｕを用いる場合には、焼成雰囲気が加湿窒素雰囲気となり、ガラスセラミックスの焼結時に抵抗体成分が雰囲気中の水分と反応し、またイオン化してガラスセラミックス中に拡散する現象が生じる。このため、焼成後の抵抗値がばらつくことがあるという問題点もあった。
【０００９】
さらに、上記のような課題点を解決するために抵抗体材料を選定した場合、往々にしてＴＣＲの値が結果として非常に大きく、または小さくなる場合があり、その場合はＴＣＲを０に近付けるための調整をしなければならないという問題点もあった。一般に回路基板中の抵抗体に必要とされるＴＣＲは±２００ｐｐｍ／℃程度以内であり、これ以上の変化率の場合は温度変化に伴う抵抗変化から回路の作動不具合を生じる危険がある。
【００１０】
なお、焼き上げたセラミック基板の表面に抵抗体を焼き付け、これにトリミング加工を行なった後にセラミック基板を貼り合せる方法もあるが、これは工程が長くなるという問題点がある。
【００１１】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスセラミックスからなる絶縁基体と同時焼成される抵抗体の抵抗値ばらつきを抑制し、ばらつき範囲をトリミングによる調整が不要な±１０％とし、また、ＴＣＲを±２００ｐｐｍ／℃以内とした配線基板を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、ガラスセラミックス焼結体からなる絶縁基体と、この絶縁基体の内部および／または表面に絶縁基体と同時焼成により形成された配線層および抵抗体とからなる配線基板であって、前記抵抗体が４０〜８０質量％の白金を２０〜６０質量％の酸化錫で被覆した金属粉末の焼結体で形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の配線基板によれば、抵抗体を化合物として安定な酸化錫で反応性の低い白金を被覆した金属粉末の焼結体で形成されたものとしたことから、ガラスセラミックスの焼結時における水分との反応、およびガラスセラミックスへのイオン化した金属成分の拡散現象を抑えることが可能となる。その結果、焼成雰囲気に影響されることなく、焼成後の抵抗体の抵抗値のばらつきを抑制できる配線基板とすることができる。
【００１４】
さらに、抵抗体として白金を酸化錫で被覆した金属粉末の焼結体を用いることで、金属粉末の焼結体に生じる白金の融着による粒成長の発生を抑制することができるため、焼成後の抵抗体中において酸化錫と白金とを均一に分散させることができ、抵抗値ばらつきを抑制することができる。
【００１５】
また、抵抗体を形成する金属粉末の組成として、白金およびそれを被覆する酸化錫をそれぞれ４０〜８０質量％および２０〜６０質量％の範囲にすることによって、白金の過剰含有による極端な抵抗値の低下や、酸化錫の過剰含有による極端な抵抗値の上昇を避けることができる。焼成後の抵抗値は、白金を被覆する酸化錫の被覆量を調整することで、安定して抵抗値を制御することが可能になる。その結果、本発明の配線基板における抵抗体を用いることで、抵抗値を１０Ω〜１０ｋΩの範囲で設定することができ、そのときの抵抗値ばらつきを±１０％以内、レンジで２０％以下の範囲に抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、前記抵抗体は外添加で１〜４質量％の二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンが添加されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の配線基板によれば、抵抗体に外添加で１〜４質量％の二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンが添加されているときには、ＴＣＲを下降させる調整を加えることができ、その結果、焼成雰囲気に影響されることなく、焼成後の抵抗値のばらつきを制御でき、ＴＣＲから見ても安定な配線基板とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は内層された抵抗体、２は配線層、３はガラスセラミックスからなる絶縁基体である。
【００２０】
絶縁基体３は、複数のガラスセラミックス層が積層されて構成されており、その内部および／または表面、この例では内部いわゆる内層に抵抗体１および配線層２が配線の形状に形成されている。
【００２１】
ガラスセラミックスからなる絶縁基体３の作製に当たっては、まず、ガラス粉末・フィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ・可塑剤・有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法・圧延法・カレンダーロール法等によってガラスセラミックグリーンシートを製作する。
【００２２】
ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである）・Ｐｂ系ガラス・Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００２３】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル・ムライト・コージェライト）等を用いることができる。
【００２４】
次に、配線層２を形成するための配線層ペーストとしてＣｕ・Ａｇ・Ａｕ・Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ・溶剤を混練してペースト化したものを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート表面に塗布する。
【００２５】
また同様に、金属粉末の焼結体で形成される抵抗体１を形成するための抵抗体ペーストとして、酸化錫被覆層を形成した白金粉末からなる金属粉末に、必要に応じて二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンの粉末を添加し、適当な有機バインダ・溶剤を混練してペースト化したものを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート表面に塗布する。
【００２６】
抵抗体ペーストに用いる白金の粉末ならびに二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンの粉末は、粒径が均一で球形状に近い粒が望ましい。これは酸化錫による均一な被覆状態を得るため、および均一な焼結状態を得るためのものである。例えば、酸化錫被覆層が金属粉末間で不均一な厚みとなった場合は、焼成後の焼結体の抵抗値がばらつく傾向にある。また、白金粉末で部分的に大きい粒径のものが存在した場合は、その部分のみ局所的に抵抗値が低下し抵抗値が安定しにくい傾向がある。同様に、１〜４質量％しか添加されない二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンについては、抵抗体ペースト中に凝集することなく均一に分散させるためである。
【００２７】
また、抵抗体１を形成する金属粉末における酸化錫および白金の組成割合は、それぞれ２０〜６０質量％および４０〜８０質量％の範囲にすることが必要である。白金が８０％を超えると、酸化錫被覆層に欠陥が生じ、焼結時に金属粉体間での白金焼結が生じて低抵抗パス（低抵抗経路）が形成され、抵抗値が１Ω以下になりばらつきが大きくなる傾向がある。一方、白金が４０％未満では、白金粉末の粒子に均一に酸化錫被覆層が形成されない場合があり、焼成後の抵抗体１の抵抗値が１００ｋΩを超えるだけでなく、抵抗値のばらつきが大きくなる傾向がある。
【００２８】
白金粉末への酸化錫被覆層の形成は、例えば白金粉末への錫めっきや白金粉末への錫蒸着を行なった後に大気中にて１００〜１５０℃の熱処理を行なうことで錫を酸化し、酸化錫とすることで行なう。
【００２９】
二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンは、本抵抗体の系に対してＴＣＲ降下作用を有する。その添加量としては、酸化錫および白金に対して外添加で１質量％未満ではＴＣＲを＋２００ｐｐｍ／℃以下に充分降下させ得ず、また、４質量％以上では降下させ過ぎとなって、ＴＣＲが−２００ｐｐｍを下回ってしまう傾向がある。二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンの粉末は粒径が均一で球形状に近い粒が望ましい。これは焼結後に均一な分散状態を得るためである。
【００３０】
このガラスセラミックグリーンシートを複数枚積み重ね、５０〜１００℃の熱と３〜２０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着することによって、積層体を製作する。
【００３１】
そして、この積層体を、温度約９００℃・露点約５０℃の加湿窒素雰囲気にて焼成することにより、配線基板とすることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明の配線基板を詳細に説明する。
【００３３】
まず、抵抗体ペーストとして平均粒径２〜３μｍの、酸化錫被覆した白金の球形状粉末を、表１に示す８種の組成で有機バインダ・溶剤と混練してテスト抵抗体ペーストを作製した。
【００３４】
【表１】
2004146481.tif 000003
【００３５】
同様に、配線層ペーストとしてＣｕ粉末と有機バインダ・溶剤を混練してＣｕペーストを作製した。
【００３６】
次に、ガラスセラミックグリーンシートにまず配線層となるＣｕペーストを塗布し乾燥させた。その後、焼成後に抵抗体となるテスト抵抗体ペーストを所定のテストパターンで塗布し、乾燥した。なお、ここで用いた抵抗体のテストパターンは、アスペクト比が１であり、膜厚は２０〜２５μｍであった。その後、ガラスセラミックグリーンシートを積層して、温度９１０℃・露点５０℃の加湿窒素雰囲気にて焼成した。
【００３７】
このようにして作製した配線基板につき、各テスト抵抗の抵抗値をデジタルマルチメータを用いて測定した。これらの測定結果について、白金（Ｐｔ）組成に対する平均の抵抗値の変化を図２に線図で示し、また、その抵抗値ばらつきを表２に示す。
【００３８】
【表２】
2004146481.tif 000004
【００３９】
図２において、横軸は白金（Ｐｔ）組成（単位：質量％）を、縦軸は平均の抵抗値（単位：Ω／□）を表わし、黒菱形および特性曲線は測定結果およびその変化を示している。図２により、本発明の配線基板によれば、白金組成の調整により抵抗値が１０Ω〜１０ｋΩ間で制御可能であることが分かる。また、表２より、本発明の配線基板によれば、抵抗値ばらつき（単位：％）が２０％以内に入っていることが分かる。なお、配線基板としての機能上、図２のグラフデータにおける抵抗値はシート抵抗を示しているが、シート抵抗１０Ω〜１００ｋΩは、体積固有抵抗に換算すると２．３×１０−４Ω・ｍ〜０．３Ω・ｍに相当する。
【００４０】
なお、表１に示した抵抗組成を外れた酸化錫および白金の組成の場合は、抵抗値自体が大きく変動し、抵抗値ばらつきも２０％を超えてしまう結果であった。すなわち、酸化錫の組成が２０％未満となり白金の組成が８０％を超える場合は、抵抗値は１Ωまたはそれ以下にまで急激に低下し、同一の焼成ロット内においても十分な再現性が得られない傾向があった。また、酸化錫の組成が６０％を超え白金の組成が４０％未満となる場合は、抵抗値が数１００ｋΩで抵抗値ばらつきが８０％以上にまで増加する傾向があった。
【００４１】
＜比較例＞
抵抗体として用いる金属粉末として、酸化錫被覆された白金粉末ではなく、白金紛末および酸化錫粉末それぞれを混合したものを用いてペーストを作製した。なお、白金と酸化錫との組成比は実施例の表１と同じものとし、その他の項目は実施例と同様とした。このようにして作製した配線基板の抵抗体の抵抗値ばらつきを表３に示す。
【００４２】
【表３】
2004146481.tif 000005
【００４３】
表３の結果より、抵抗体を形成する金属粉末に白金粉末と酸化錫粉末との混合粉末を用いた場合は、本発明の配線基板におけるように酸化錫被覆した白金粉末からなる金属粉末を用いた場合に比べて、抵抗値ばらつきが大きいことが分かる。
【００４４】
さらに、ＴＣＲの調整例として酸化錫４０％・白金６０％の組成系に対して二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンを外添加した場合のＴＣＲの変化を図３に線図で示す。図３では低温側ＴＣＲ（−５５℃〜２５℃（室温））および高温側ＴＣＲ（２５℃（室温）〜１２５℃）についての結果を示しており、いずれも横軸は二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンの添加量（単位：質量％）を、縦軸はＴＣＲ（単位：ｐｐｍ／℃）を表わし、四角の点および実線の特性曲線は二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の場合の結果を、菱形の点および破線の特性曲線は三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）の場合の結果を示している。ここでは、ＴＣＲは室温から低温側（−５５℃）および高温側（１２５℃）でそれぞれ抵抗値変化をデジタルマルチメータにて測定し、抵抗変化率に換算している。
【００４５】
図３に示す結果より、低温側および高温側それぞれのＴＣＲが二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンを添加することで制御可能であると分かる。また、高温側および低温側ともにＴＣＲが±２００ｐｐｍ／℃以内を満足する添加量は１〜４質量％であることが分かる。
【００４６】
このように二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンを添加することでＴＣＲを制御可能であることが分かったので、表４に示す様々な抵抗組成にて抵抗値バラツキおよびＴＣＲを測定した。
【００４７】
【表４】
2004146481.tif 000006
【００４８】
表４に示す結果より、本発明の配線基板における抵抗体によれば、抵抗値バラツキはレンジで３０％（±１５％）、ＴＣＲは±２００ｐｐｍ／℃以内に制御できていることが分かる。
【００４９】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の例では配線層としてＣｕペーストを塗布して形成したが、これに代えて、Ｃｕ等の金属箔を転写することによって配線層を形成してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の配線基板によれば、ガラスセラミックスから成る絶縁基体の内部および／または表面に同時焼成により形成される抵抗体を、化合物として安定な酸化錫で反応性の低い白金で被覆した金属粉末の焼結体で形成されたものとし、その組成を２０〜６０質量％の酸化錫および４０〜８０質量％の白金としたことから、抵抗体の焼結体中において白金と酸化錫との分散を均一にすることができるとともに、ガラスセラミックスからなる絶縁基体との同時焼成時にガラスセラミックスとの反応またはガラスセラミックスへのイオン化した金属成分の拡散現象を抑制することができる。その結果、焼成雰囲気に影響されることなく、焼成後の抵抗体の抵抗値のばらつきを抑制できる配線基板とすることができ、抵抗値ばらつきをトリミングによる調整が不要な±１０％以内、レンジで２０％以内とすることができる配線基板を得ることができた。
【００５１】
また、本発明の配線基板によれば、抵抗体に外添加で１〜４質量％の二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンが添加されているときには、ＴＣＲを下降させる調整を加えることができ、その結果、焼成雰囲気に影響されることなく、焼成後の抵抗値のばらつきを制御でき、ＴＣＲから見ても安定な配線基板とすることができた。
【００５２】
以上により、本発明によれば、ガラスセラミックスからなる絶縁基体と同時焼成される抵抗体の抵抗値ばらつきを抑制し、ばらつき範囲をトリミングによる調整が不要な±１０％とし、また、ＴＣＲを±２００ｐｐｍ／℃以内とした配線基板を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板に用いる抵抗体における白金（Ｐｔ）組成に対する平均の抵抗値の変化を示す線図である。
【図３】酸化錫４０％・白金６０％の組成系に対して二酸化マンガンまたは三酸化モリブデンを外添加した場合の低温側ＴＣＲおよび高温側ＴＣＲについてのＴＣＲの変化を示す線図である。
【符号の説明】
１：抵抗体
２：配線層
３：絶縁基体
【図１】
2004146481.tif 000007
【図２】
2004146481.tif 000008
【図３】
2004146481.tif 000009