(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ペーストを基板上に塗布して焼成することにより、基板上に厚膜回路が形成された厚膜回路基板の製造方法であって、
導電成分である銅粉末と、ガラスフリットと、セルロース系樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する導電性ペーストを基板上に塗布する塗布工程と、
前記導電性ペーストが塗布された基板を、昇温時の温度が３５０℃に達するまでの温度領域では酸素濃度を２００〜５００ppmとし、３５０℃を超える温度領域では実質的に酸素を含有しない雰囲気として焼成することにより、基板上に銅導体厚膜回路を形成する焼成工程と
を具備することを特徴とする厚膜回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記３５０℃を超える温度領域では窒素雰囲気として焼成することを特徴とする請求項１記載の厚膜回路基板の製造方法。
【請求項３】
基板上に、配線のラインの幅が１００μm以下である部分を含む銅導体厚膜回路を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の厚膜回路基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の厚膜回路基板の製造方法により製造された厚膜回路基板であって、基板上に銅導体厚膜回路が形成されていることを特徴とする厚膜回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、厚膜回路基板に関し、詳しくは、各種電子機器に用いることが可能な厚膜回路基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器などの製造工程において、導電性ペーストをスクリーン印刷法や直接描画法によってガラスやセラミックスなどからなる基板上に塗布した後、基板を焼成して、電極や配線などの所望の導体パターンを形成する、いわゆる厚膜技術が広く用いられている。
【０００３】
ところで、厚膜技術において用いられる導電性ペーストとしては、通常、導電成分と、ガラスフリットと、有機ビヒクルを配合したペースト組成物が用いられており、導電成分としては、従来、銀、パラジウム、銀−パラジウム合金などの貴金属の粉末が広く用いられてきた。
しかし、近年、卑金属である銅の粉末を導電成分として用いた導電性ペーストが用いられるようになっており、この銅粉末を導電成分とする導電性ペーストは、銀、パラジウム、銀−パラジウム合金などの貴金属粉末を導電成分とする導電性ペーストより安価で、コストの削減を図ることが可能になるばかりでなく、配線抵抗が小さく、かつ、銀、パラジウム、銀−パラジウム合金などからなる電極や配線に比べて、耐マイグレーション性にも優れているという特徴を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように銅粉末を導電成分とする導電性ペーストは、銀、パラジウム、銀−パラジウム合金などの貴金属粉末を導電成分とする導電性ペーストに比べて優れた点を有しているが、卑金属である銅は酸化されやすいため、焼成を行う場合には、窒素雰囲気などの還元性雰囲気中で行うことが必要になる。
【０００５】
一方、導電性ペーストを焼成するにあたっては、有機ビヒクルを除去することが必要になるが、銅を導電成分とする導電性ペーストを焼成する場合においては、焼成が窒素雰囲気などの還元性雰囲気中で行われることになるため、従来は、熱分解性の高いアクリル樹脂などを用いて、窒素雰囲気などの還元性雰囲気中で焼成した場合にも、有機ビヒクルが十分に除去されるようにしている。
【０００６】
しかしながら、アクリル樹脂を有機ビヒクルとして用いた導電性ペーストにおいては、例えばファインライン性などの印刷性や塗膜表面の平滑性の低下、曳糸性による作業性の低下などを招くという問題点がある。
【０００７】
また、印刷性を向上させるために、セルロース系樹脂を有機ビヒクルとして使用した場合、焼成時における除去（脱バインダー）を十分に行わせることが困難になり、焼結性が低下して、形成される電極や配線（厚膜導体）の抵抗の増大や、基板に対する接着強度の低下を招くという問題点がある。
【０００８】
本願発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、銅粉末を導電成分とし、セルロース系樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する、印刷性に優れた導電性ペーストを用いて、形状精度が高く、低抵抗で、しかも基板に対する接着強度の大きい銅導体厚膜回路を備えた厚膜回路基板を効率よく製造することが可能な厚膜回路基板の製造方法及び該製造方法により製造される信頼性の高い厚膜回路基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成するため、本願発明（請求項１）の厚膜回路基板の製造方法は、
導電性ペーストを基板上に塗布して焼成することにより、基板上に厚膜回路が形成された厚膜回路基板の製造方法であって、
導電成分である銅粉末と、ガラスフリットと、セルロース系樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する導電性ペーストを基板上に塗布する塗布工程と、
前記導電性ペーストが塗布された基板を、昇温時の温度が３５０℃に達するまでの温度領域では酸素濃度を２００〜５００ppmとし、３５０℃を超える温度領域では実質的に酸素を含有しない雰囲気として、７００℃以下の温度で焼成することにより、基板上に銅導体厚膜回路を形成する焼成工程と
を具備することを特徴としている。
【００１０】
導電性ペーストとして、導電成分である銅粉末と、ガラスフリットと、セルロース系樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する導電性ペーストを用い、この導電性ペーストを基板上に塗布した後、基板を、昇温時の温度が３５０℃に達するまでの温度領域では酸素濃度を２００〜５００ppmとし、３５０℃を超える温度領域では実質的に酸素を含有しない雰囲気として、７００℃以下の温度で焼成することにより、印刷性に優れるが、熱分解性の悪いセルロース系樹脂を配合した導電性ペーストを用いて、形状精度の高い印刷を行うことを可能ならしめるとともに、セルロース系樹脂を効率よく除去して、十分に焼結された銅導体の形成を可能ならしめることができるようになる。したがって、形状精度が高く、低抵抗で、しかも基板への接着強度の大きい厚膜回路を備えた厚膜回路基板を効率よく製造することが可能になる。
【００１１】
すなわち、本願発明（請求項１）の厚膜回路基板の製造方法においては、良好な印刷性を確保することが可能である反面、還元性雰囲気中では十分に除去する（脱脂する）ことが困難なセルロース系樹脂を配合した銅ペースト（導電性ペースト）を用いて、形状精度の高い印刷を行う一方、３５０℃までの温度領域では酸素濃度：２００〜５００ppm、３５０℃を超える温度領域では実質的に酸素を含有しない、７００℃以下の温度で雰囲気で焼成を行うことにより、セルロース系樹脂（有機ビヒクル）を効率よく除去して、印刷精度（すなわち厚膜回路の形状精度）の向上、厚膜回路の低抵抗化、基板への接着強度の向上を図ることが可能になり、良好な特性を有し、信頼性の高い厚膜回路基板を効率よく製造することが可能になる。
【００１２】
なお、焼成工程において、３５０℃までの温度領域では酸素濃度：２００〜５００ppmの雰囲気で焼成を行うようにしているのは、酸素濃度が２００ppm未満になるとセルロース系樹脂の分解が不十分になって、焼結性が低下し、十分な接着強度を得ることができなくなり、また、酸素濃度が５００ppmより高くなると、銅粉末が酸化され、はんだ濡れ性の劣化や抵抗の増大を招くことによる。
また、焼成工程において、３５０℃を超える温度領域では実質的に酸素を含有しない雰囲気で焼成を行うようにしているのは、酸素を含有する雰囲気で焼成を行うと銅粉末が酸化され、はんだ濡れ性の劣化や抵抗の増大を招くことによる。
【００１３】
なお、本願発明において、銅導体厚膜回路とは、銅導体厚膜からなる回路（配線）に限定されるものではなく、ランドや電極などを含む広い概念である。
また、本願発明においては、導電成分として銅粉末を含有する導電性ペーストを用いているので、７００℃以下の温度で焼成を行うことにより、十分な焼き付けを行うことが可能であり、焼成工程における熱エネルギー使用量を抑制して、効率よく厚膜回路基板を製造することができる。
【００１４】
また、請求項２の厚膜回路基板の製造方法は、前記３５０℃を超える温度領域では窒素雰囲気として焼成することを特徴としている。
【００１５】
３５０℃を超える温度領域における雰囲気を窒素雰囲気とすることにより、「実質的に酸素を含有しない雰囲気」を容易に、かつ、コストの大幅な上昇を招くことなく確実に実現することが可能になり、本願発明を実効あらしめることが可能になる。
【００１６】
また、請求項３の厚膜回路基板の製造方法は、基板上に、配線のラインの幅が１００μm以下である部分を含む銅導体厚膜回路を形成することを特徴としている。
【００１７】
本願発明においては、セルロース系樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する導電性ペーストを用いているので、印刷性が良好であり、従来のアクリル樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する導電性ペーストを用いる場合には困難であった、配線のラインの幅が１００μm以下である部分を含む微細な銅導体厚膜回路を確実に形成することができるようになる。
【００１８】
また、本願発明（請求項４）の厚膜回路基板は、請求項１〜３のいずれかに記載の厚膜回路基板の製造方法により製造された厚膜回路基板であって、基板上に銅導体厚膜回路が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
本願発明（請求項４）の厚膜回路基板は、基板上に銅導体厚膜回路が形成された厚膜回路基板であって、請求項１〜３のいずれかに記載の厚膜回路基板の製造方法により製造されており、銅導体厚膜回路は、形状精度に優れ、かつ、低抵抗で、基板への接着強度にも優れているので、特性が良好で、信頼性の高い厚膜回路基板を提供することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【００２１】
［導電性ペーストの作製］
導電成分である銅粉末と、ほう珪酸鉛ガラスからなるガラスフリットと、セルロース系樹脂を主成分とする有機ビヒクルとを、以下の比率で配合し、十分に混練することにより、導電性ペースト（銅ペースト）を作成した。
銅粉末          ：  ８０重量部
ガラスフリット  ：    ８重量部
有機ビヒクル    ：  １２重量部
【００２２】
なお、この実施形態では、有機ビヒクルとして、エチルセルロース系樹脂を主成分とし、これにアルキッド系樹脂を配合した樹脂原料をテルピネオール系溶剤に溶解したものを用いた。
なお、有機ビヒクルを構成するセルロース系樹脂の種類や、配合する樹脂の種類、溶剤の種類などに特別の制約はなく、例えば、上記のアルキッド系樹脂の代わりにアクリル系樹脂を配合し、これを、テルピネオール系溶剤の代わりにアルコール系溶剤に溶解した有機ビヒクルを用いることも可能である。
【００２３】
［銅導体厚膜回路の形成］
上記のようにして作製した導電性ペースト（銅ペースト）をアルミナ基板上にスクリーン印刷法により塗布し、１５０℃で１０分間乾燥させる。
それから、表１のNo.１〜３に示すように、昇温時の温度が３５０℃に達するまでの温度領域では、本願発明の範囲内の酸素濃度（２００〜５００ppm）とし、３５０℃を超える温度領域では酸素を含有しない窒素雰囲気として、６００〜７００℃にまで昇温し、最高温度で１時間焼成することにより導電性ペーストをアルミナ基板上に焼き付ける。
【００２４】
【表１】
0004691809.tif 000002
【００２５】
このようにして形成した厚膜導体（銅導体厚膜回路）のファインライン印刷性、配線抵抗、初期接着強度及び熱エージング後の接着強度を測定し、評価した。その結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
0004691809.tif 000003
【００２７】
なお、比較のため、３５０℃までの酸素濃度を５ppmとした場合（No.４）、３５０℃までの酸素濃度を６００ppmとした場合（No.５）、３５０℃を超えて４００℃まで酸素濃度を３００ppmとした場合（No.６）、有機ビヒクルとして、アクリル樹脂をテルピネオール系溶剤に溶解したものを用いた場合（No.７）の、本願発明の条件を満たさない各条件の下に、厚膜導体（銅導体厚膜回路）を形成し、ファインライン印刷性、配線抵抗、初期接着強度及び熱エージング後の接着強度を測定し、評価した。その結果を表２に併せて示す。
【００２８】
なお、表２におけるファインライン印刷性は、＃４００のメッシュスクリーン版を用い、ラインが７５μm、ラインとラインの間のギャップが７５μmのパターンとなるように、基板上に５０回の連続印刷を行った後、印刷のかすれ及びにじみによるショートの発生の有無を調べ、５０回の印刷において、かすれ及びショートのいずれの発生もがまったく認められない場合を、ファインライン印刷性が良好（○）であると判定し、それ以外の場合を不良（×）であると判定したものである。
【００２９】
また、表２における配線抵抗(mΩ/□)は、長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）が１００：１（Ｌ／Ｗ＝１００／１）であるようなパターンの厚膜導体上の２点を、周知の４端子法によって測定した後、膜厚換算によって求めた値（シート抵抗値）である。
なお、配線抵抗については、３．０mΩ/□を判定基準値とし、これ以下の場合を良好（○）と判定し、これを超える場合を不良（×）と判定した。
【００３０】
また、表２における接着強度（Ｎ）は、２３５±５℃に温度調整された銀（Ａｇ）２％入りの共晶はんだ中に、２mm×２mmの大きさを有する厚膜導体を５±１secだけ浸漬し、かつ、この厚膜導体に対し、リード線である直径０．８mmの錫メッキ導線をはんだ付け接続した後、このリード線を引っ張り試験機によって２０mm／minの速度で引っ張ることによって測定した値である。
【００３１】
なお、表２の初期接着強度は、上述のリード線のはんだ付け直後の接着強度を示しており、熱エージング後の接着強度は、１５０℃の温度下で１０００ｈｒにわたるエージング処理を施した後の接着強度を示している。
【００３２】
初期接着強度については、３０Ｎを判定基準値とし、これ以上の場合を良好（○）と判定し、これ未満の場合を不良（×）と判定した。
また、熱エージング後の接着強度については、１０Ｎを判定基準値とし、これ以上の場合を良好（○）と判定し、これ未満の場合を不良（×）と判定した。
【００３３】
表２より、本願発明の範囲内にあるNo.１〜３（実施例）については、すべての特性に関して判定基準値を満足しているのに対して、本願発明の範囲外のNo.４〜７（比較例）においては、少なくとも一部の特性について判定基準値を満足していないことがわかる。
【００３４】
また、図１は、本願発明の実施形態にかかる厚膜回路基板の要部構成を模式的に示す断面図である。この厚膜回路基板は、図１に示すように、アルミナ基板１の上面に、銅導体厚膜回路２が形成されており、かつ、セラミックコンデンサなどの電子部品３がアルミナ基板１に表面実装された構造を有している。
【００３５】
なお、この厚膜回路基板は、以下に述べるような方法により製造される。
（１）まず、アルミナ基板１上に、銅粉末を導電成分とし、これに、セルロース系樹脂をテルピネオール系溶剤に溶解した有機ビヒクルと、ほう珪酸鉛ガラスからなるガラスフリットとを添加して混練した導電性ペーストを所定のパターンとなるように塗布する。
（２）それから、塗布した導電性ペーストを、１５０℃、１０分間の条件で乾燥させる。
（３）その後、昇温時の温度が３５０℃に達するまでの温度領域では、酸素濃度を２００〜５００ppmとし、３５０℃を超える温度領域では窒素雰囲気として６００〜７００℃にまで昇温し、最高温度で１時間焼成することにより導電性ペーストを焼き付けて、アルミナ基板１上に銅導体厚膜回路２を形成する。
（４）次に、銅導体厚膜回路２が形成されたアルミナ基板１上に、はんだ付けなどの方法で、セラミックコンデンサなどの電子部品３を実装する。これにより、図１に示すような厚膜回路基板が得られる。
【００３６】
この実施形態の厚膜回路基板の製造方法においては、印刷性に優れるセルロース系樹脂を配合した導電性ペーストを用いて、形状精度の高い印刷を行うとともに、３５０℃に達するまでの温度領域では、酸素濃度を２００〜５００ppmとし、３５０℃を超える温度領域では窒素雰囲気として６００〜７００℃にまで昇温することにより、セルロース系樹脂を確実に除去することを可能ならしめるとともに、銅粉末が酸化されることを防止しつつ、十分な焼成を行うことができるようにしているので、形状精度に優れ、かつ、低抵抗で、基板への接着強度にも優れた銅導体厚膜回路を備えた、信頼性の高い厚膜回路基板を確実に得ることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、基板としてアルミナ基板を用い、その表面に銅導体厚膜回路を形成するようにした場合を例にとって説明したが、本願発明は、その他の基板、例えば低温焼結ガラスセラミックス基板や、誘電体セラミックスからなる誘電体基板などに銅導体厚膜回路が配設された厚膜回路基板を製造する場合などに広く適用することが可能であり、その場合にも、実質的に上記実施形態の場合と同様の結果を得ることができる。
【００３８】
本願発明は、さらにその他の点においても上記実施形態に限定されるものではなく、導電性ペーストを構成する銅粉末の粒径、ガラスフリットの種類、各成分の配合割合、焼成時の温度プロファイル、厚膜導体の具体的なパターンなどに関し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
上述のように、本願発明（請求項１）の厚膜回路基板の製造方法は、導電性ペーストとして、導電成分であると銅粉末と、ガラスフリットと、セルロース系樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する導電性ペーストを用い、この導電性ペーストを基板上に塗布した後、基板を、昇温時の温度が３５０℃に達するまでの温度領域では酸素濃度を２００〜５００ppmとし、３５０℃を超える温度領域では実質的に酸素を含有しない雰囲気として、７００℃以下の温度で焼成することにより、印刷性に優れるが、熱分解性の悪いセルロース系樹脂を配合した導電性ペーストを用いて、形状精度の高い印刷を行うことを可能ならしめるとともに、セルロース系樹脂を効率よく除去して、十分に焼結された銅導体の形成を可能ならしめることができるようになる。したがって、形状精度が高く、低抵抗で、しかも基板への接着強度の大きい厚膜回路を備えた厚膜回路基板を効率よく製造することができる。
【００４０】
また、請求項２の厚膜回路基板の製造方法のように、３５０℃を超える温度領域における雰囲気を窒素雰囲気とすることにより、「実質的に酸素を含有しない雰囲気」を容易に、かつ、コストの大幅な上昇を招くことなく確実に実現することが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。
【００４１】
また、本願発明の厚膜回路基板の製造方法においては、セルロース系樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する導電性ペーストを用いているので、印刷性が良好であり、請求項３の厚膜回路基板の製造方法のように、従来のアクリル樹脂を主成分とする有機ビヒクルを含有する導電性ペーストを用いる場合には困難であった、配線のラインの幅が１００μm以下である部分を含む微細な銅導体厚膜回路を確実に形成することが可能になる。
【００４２】
本願発明（請求項４）の厚膜回路基板は、基板上に銅導体厚膜回路が形成された厚膜回路基板であって、請求項１〜３のいずれかに記載の厚膜回路基板の製造方法により製造されているので、銅導体厚膜回路は、形状精度に優れ、かつ、低抵抗で、基板への接着強度にも優れており、特性が良好で、信頼性の高い厚膜回路基板を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の一実施形態にかかる厚膜回路基板の要部構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１        アルミナ基板
２        銅導体厚膜回路
３        電子部品
【図１】
0004691809.tif 000004