(57)【要約】【課題】  厚膜回路の密着性を強化する厚膜回路基板の製造方法及び厚膜回路基板を提供する。【解決手段】  Ｔ型アッテネータ用厚膜回路基板を製造する場合、まず窒化アルミニウム（AlN）基板にスパッタ法により成膜時間を制御して略0.001μm乃至略1.0μmのSiO２膜を形成する（Ｓ１）。次に、このAlN基板の裏側に電極回路ペーストを印刷、焼成する（Ｓ２）、（Ｓ３）。続いて表側に、印刷マスクを介して電極回路ペーストを印刷、焼成する（Ｓ４）、（Ｓ５）。更に、抵抗ペーストをＴ型に印刷し（Ｓ６）、焼成する（Ｓ７）。その後、オーバーコートガラス（ＯＧ）を印刷、焼成し（Ｓ８）（Ｓ９）、抵抗値トリミングを行い（Ｓ１０）、印刷前に加工されていたレーザースクライブ目に沿って各個片に分割する（Ｓ１１）。最後に、端子等の半田付けを行う（Ｓ１２）。【選択図】        図２
2005101178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム基板に膜厚が略0.001μm乃至略1.0μmになるように酸化シリコン膜を形成する工程と、形成された窒化アルミニウム基板の酸化シリコン膜上に厚膜回路を形成する工程と、
を有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】
窒化アルミニウム基板に膜厚が略0.3μmの酸化アルミニウム膜を形成する工程と、形成された酸化アルミニウム膜上に膜厚が略0.2μm乃至略1.0μmになるように酸化シリコン膜を形成する工程と、形成された酸化シリコン膜上に厚膜回路を形成する工程と、
を有することを特徴とする厚膜回路基板の製造方法。
【請求項３】
窒化アルミニウム基板と、窒化アルミニウム基板に形成された膜厚が略0.001μm乃至略1.0μmの酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜の上に形成された厚膜回路と、を備えたことを特徴とする厚膜回路基板。
【請求項４】
窒化アルミニウム基板と、窒化アルミニウム基板に形成された膜厚が略0.3μmの酸化アルミニウム膜と、酸化アルミニウム膜上に形成された膜厚が略0.2μm乃至略1.0μmの酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜の上に形成された厚膜回路と、を備えたことを特徴とする厚膜回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ、抵抗素子、容量素子等の電子回路部品が搭載される厚膜回路基板の製造方法及び厚膜回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
AlN（窒化アルミニウム）からなる中心基板41の表面に、Al２O３（酸化アルミニウム）層42が形成され、その表面にSiO２（酸化シリコン）層43が形成され、更にその表面に、半導体チップ14、チップコンデンサ15、厚膜抵抗体12aからなる厚膜回路12等の回路素子が形成され、且つAl２O３層42の一端部にこれら回路素子に給電するためのリード端子13が形成された厚膜回路基板50が製作、使用されている。
【０００３】
この厚膜回路基板は、次のような工程で作製される。まず、AlN基板を酸素雰囲気中で、摂氏1300度、1時間熱処理し、基板の表面及び裏面にAl２O３層を形成し、次に、その表裏全体にSiO２ゾルを塗付し、摂氏300度で1時間乾燥する。そして、摂氏900度で1時間焼成することにより、AlN基板の表裏全体にSiO２膜を形成する。
【０００４】
続いて、Ａｕ導体で厚膜回路を形成する場合、SiO２膜の表面にＡｕペーストをスクリーン印刷し、摂氏150度で乾燥した後、連続ベルト炉を使用し、大気中、摂氏850度で10分間焼成する。次に、RuO２（酸化ルテリウム）系厚膜抵抗体ペーストをスクリーン印刷し、摂氏150度で乾燥し、その後、大気中、摂氏850度で10分間焼成する。
【０００５】
このようにして得た厚膜回路基板の厚膜回路が形成されていない表面部分とアルミニウム製のリード端子との間に、Si箔をそれぞれ挟んで重ね、これらに２kgf／cm２の荷重を加えて真空炉で摂氏630度、30分間加熱し、リード端子を基板端部に接着する。
【０００６】
AlNを使用する厚膜回路基板は、厚膜回路形成時の焼成工程において、厚膜回路ペーストに含まれるガラス成分とAlN基板の窒化アルミニウムが反応して窒素ガス（Ｎ２及びNO）を発生し、これが厚膜回路中に気泡となって存在することになる。このため、厚膜回路がAlN基板から剥離又は剥落することが生じていたが、上述の厚膜回路基板は、AlN基板上のAl２O３層とSiO２膜を介したSiO２膜の上に形成されるので、厚膜回路がAlN基板から剥離又は剥落することは少なくなる、というものである（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平8-23052号公報（段落番号（0009）、（0011）、（0012）、（0020）、図６）
【０００７】
また複写機のトナー定着用ヒータにおいて、AlN基板上に、ガラスアンダーコートのペーストを印刷し焼成する。そして膜厚が10μm以下（例えば5〜10μm）のガラスよりなるガラスアンダーコートを形成し、ガラスアンダーコート上に厚膜抵抗発熱体を形成する発明がなされている。このとき、ガラスアンダーコートは、例えばPbフリーでBi２O３、Al２Ｏ３、SiＯ２、ZnO、BaO、B２O３、MgO等の少なくとも１種類以上を含むガラス成分に、フィラーとしてAl２Ｏ３、ＢＮ、AlN等を含有させる。
【０００８】
この定着ヒータによれば、アンダーコートの膜厚は、10μm以下の薄い膜で低密度であるため、AlN基板上にガラスアンダーコートのペーストを印刷し焼成する際に、AlN基板が基板上の抵抗発熱体等の厚膜ペーストと反応して発生するＮ２ガスを、このガラスアンダーコートを通して外部へ放出される量を増大させることができ、ガラスアンダーコート内のＮ２ガス量を減少させることができる。また、焼成後のガラスアンダーコートの密度は高くなるので、AIN基板にＮ２ガスが発生しても、このＮ２ガスの放出をガラスアンダーコートにより遮断するので、Ｎ２ガスの発生を抑制ないし防止することができる。このため、ガラスアンダーコートが基板から剥離するのを抑制ないし防止することができる、というものである（特許文献２参照）。
【特許文献２】特開平11-273836号公報（段落番号(0064)、（0065）、（0128）、（0129）、（0130）、図19）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の発明は、AlN基板にAl２O３膜とSiO２膜の２層を形成するので、厚膜回路中に含まれるガラス成分と窒化アルミニウムが反応する機会は少なくなり、その分、Ｎ２ガスの発生を抑えられ、従って、Ｎ２ガスの気泡の発生も少なくなり、厚膜回路の剥離の発生は、少なくなると考えられていたが、現実には、依然として厚膜回路の剥離に伴う不良製品や動作不安定を伴う製品が発生し、厚膜回路の密着強度が十分であるという状況にはなかった。
【００１０】
また特許文献２の上述の発明は、厚膜回路によるトナー定着用ヒータの形成において、AlN基板に、10μm以下、多くの場合10〜5μmのガラスアンダーコートを形成することにより、ガラスアンダーコート延いては抵抗発熱体回路の剥離を抑制ないしは防止するようにしているが、ガラスアンダーコートがどの程度の密着強度でAlN基板と結合しているかは示されていない。現実の厚膜回路の引張り強度の測定による密着強度の換算によれば、前記ガラスアンダーコートによっては実用に十分耐え得る密着強度は得られていなかった。
【００１１】
本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、厚膜回路基板に形成される厚膜回路の密着性を強化することであり、第2の目的は、そのとき、厚膜回路を形成する材料（ペースト）に特別に改良を加えた材料を使用することなく、汎用の材料をそのまま用いて従前以上の厚膜回路の密着強度を得るようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、窒化アルミニウム基板に膜厚が略0.001μm乃至略1.0μmになるように酸化シリコン膜を形成する工程と、形成された窒化アルミニウム基板の酸化シリコン膜上に厚膜回路を形成する工程とを有することを特徴とする厚膜回路基板の製造方法である。
【００１３】
請求項２の発明は、窒化アルミニウム基板に膜厚が略0.3μmの酸化アルミニウム膜を形成する工程と、形成された酸化アルミニウム膜上に膜厚が略0.2μm乃至略1.0μmになるように酸化シリコン膜を形成する工程と、形成された酸化シリコン膜上に厚膜回路を形成する工程とを有することを特徴とする厚膜回路基板の製造方法である。
【００１４】
請求項３の発明は、窒化アルミニウム基板と、窒化アルミニウム基板に形成された膜厚が略0.001μm乃至略1.0μmの酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜の上に形成された厚膜回路とを備えたことを特徴とする厚膜回路基板である。
【００１５】
請求項４の発明は、窒化アルミニウム基板と、窒化アルミニウム基板に形成された膜厚が略0.3μmの酸化アルミニウム膜と、酸化アルミニウム膜上に形成された膜厚が略0.2μm乃至略1.0μmの酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜の上に形成された厚膜回路とを備えたことを特徴とする厚膜回路基板である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１，３の発明によれば、窒化アルミニウム基板に直接成膜した1.0μm以下の極めて薄い酸化シリコン膜に対しても密着強度の高い厚膜回路を形成することができる。このとき、厚膜回路用ペースト等には、何ら改良を施すことなく、汎用のペーストを使用することができる。窒化アルミニウム基板を酸化処理する工程を経ないで酸化シリコン膜を形成するので、厚膜回路基板の形成を効率的に行うことができる。
【００１７】
請求項２，４の発明によれば、窒化アルミニウム基板に形成された酸化アルミニウム膜上に膜厚が略0.2μm乃至略1.0μmの、比較的厚めの酸化シリコン膜を形成するので、簡単な膜厚制御により、酸化シリコン膜に対して密着強度の高い厚膜回路を形成することができる。このとき、厚膜回路用ペースト等には、何ら改良を施すことなく、汎用のペーストをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る厚膜回路基板の第１の製造方法によって作製された厚膜回路基板の一種であるＴ型アッテネータの構成図であり、図１（Ａ）は、正面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のａ−ａ断面図、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のｂ−ｂ断面図である。図１において、１は、AlN基板、２は、AlN基板上に形成されたSiO２膜、３は、SiO２膜上に形成された抵抗回路、４は、SiO２膜上に形成され電極回路、５は、抵抗回路上に形成されたオーバーコートガラス、６は、AlN基板に形成されたスルーホール、７は、電極回路に半田付けされたリード端子、８は、半田である。
【００２０】
図２は、本発明の一実施例に係るＴ型アッテネータの製造工程を示す図である。図２を参照して、以下、その工程を説明する。なお、図２において、Ｓは製造工程のステップを表す。
【００２１】
本製造方法の工程は、熱伝導係数が約90〜270（200）W／mKの窒化アルミニウムからなり、予め必要な個所にスルーホール６を構成するための孔を設けた１〜４（１）インチ角、厚さ0.2〜2（0.5）mmの基板を準備し、これをスパッタリング装置（不図示）のチャンバー内に配設することからスタートする。チャンバー内には、前記基板と平行に、SiO２材板を銅などのパッキングプレートに貼り付けたターゲットを取り付け、窒化アルミニウム基板と対向して置く。チャンバーを高真空にしてアルゴンガスを導入し、13.56ＭＨｚの高周波電力を加えると、この高周波電力でアルゴンガスがプラズマ状態となりイオン化する。アルゴンのイオンは電界と磁界で加速され、高運動エネルギーをもってターゲット（SiO２材板）に衝突する。すると、ターゲットの原子がアルゴンイオンに玉突き状態にされターゲットから飛び出し、それが窒化アルミニウム基板表面に被着してSiO２膜を形成する。このとき、成膜時間を制御して、SiO２の膜厚が略0.001μm乃至略1.0μmになるようにする。これを窒化アルミニウム基板の両面において行う（Ｓ１）。このとき、スパッタリング装置を使用するため、スルーホール６内にもSiO２の膜厚を形成することができる。
【００２２】
次に、この窒化アルミニウム基板１の裏側に、主に銀-パラジュウム（銀-白金系、等も有る）材系からなる電極回路ペーストを、大気中、室温で印刷・乾燥させ（Ｓ２）、加熱炉で大気中、除熱後、摂氏約850度、10〜15分間焼成する（Ｓ３）。続いて、窒化アルミニウム基板１の表側に、Ｔ型アッテネータを構成するように形成した印刷マスクを介して、同じように銀-パラジュウム（銀-白金系、等も有る）材系からなる電極回路ペーストを、大気中、室温で印刷・乾燥させ（Ｓ４）、加熱炉で大気中、除熱後、摂氏約850度、10〜15分間焼成する（Ｓ５）。このとき、スルーホール６内に電極回路ペーストが入り込むため、窒化アルミニウム基板１の表面及び裏側の電極回路４は、スルーホール６を通して結合されることになる。
【００２３】
更に、主にRuO２材系からなる抵抗ペーストを同様に印刷・乾燥させ（Ｓ６）、電極回路の時と同様にして焼成する（Ｓ７）。その後、オーバーコートガラス（ＯＧ）を同様に印刷・乾燥（Ｓ８）し、今度は摂氏約560度、10〜15分間焼成する（Ｓ９）。
【００２４】
この後、厚膜抵抗の抵抗値を調整する為に、レーザートリミングを行い（Ｓ１０）、トリミング後、印刷前に加工されていたレーザースクライブ目に沿って、各個片に分割する（Ｓ１１）。最後に、リード端子７に半田付け８を行う（Ｓ１２）。
【００２５】
特殊な場合においては、電極をＡｕ系のペースト材を使用してワイヤー・ボンド接続される。又、先に抵抗・コンデンサ・インダクタ・トランジスタ・ＩＣ、端子等を半田付けし、その後分割することもある。
【００２６】
図３は、図２で説明した製造工程により製造された厚膜回路基板における厚膜回路の密着強度を示す図である。この密着強度は、形成された電極回路４部分に半田付け面積0.8×1.5mm内に直径0.18mmの銅線4本巻を半田付けし、これを垂直に引張り、電極回路４部分が母材のAlN基板から剥離する力を引張試験器で測定し、平方mm当たりに換算した。
【００２７】
図３において、SiO２膜の膜厚0.001μmから1.0μmでは、密着強度18〜21Ｎであり、0.001μm未満、及び1.0μmを超えるときは、７Ｎ以下となり密着強度は弱くなる。
【００２８】
図４は、SiO２膜の膜厚ごとに判定した厚膜回路基板の特性の評価結果を示す図である。密着強度は、SiO２膜の膜厚が0.001μmから1.0μmで、18〜21Ｎと高いが、このような高い密着強度が得られるためには複雑なメカニズムが働いているものと推察される。膜厚0.001μm〜1.0μmでは、膜質つまり膜の膨れはなく、半田ぬれ性は良好、耐半田食われ性はなく、ピールテスト結果も良好であった。これらのことから総合的に、密着強度による厚膜回路基板の製品検査合格ラインを、品質合格（ロット合格）レベルで２１Ｎ、実装品合格レベルで１８Ｎ（図３参照）のように設定することができるので、従来の厚膜回路基板に比較して厚膜回路の密着強度が高い高品質の厚膜回路基板を生産することができる。
【実施例２】
【００２９】
本実施例においても、実施例１と同じ厚膜回路基板の一種であるＴ型アッテネータを製造する。ただし、本実施例においては、実施例１ではAlN基板１に直接SiO２膜２を形成しているのに対し、AlN基板１にまずAl２O３膜を形成し、その上にSiO２膜２を形成する。
【００３０】
図５は、本発明の他の実施例に係るＴ型アッテネータの製造工程を示す図である。図５を参照して、以下、その工程を説明する。
【００３１】
本製造方法の工程は、熱伝導係数が約90〜270（200）W／mKの窒化アルミニウムからなり、予め必要な個所にスルーホール６を構成するための孔を設けた１〜４（１）インチ角、厚さ0.2〜2（0.5）mmの基板を準備し、これを酸化処理して基板の表裏面及びスルーホール内に約0.3μmの膜厚のAl２O３膜を形成する（S21）。
【００３２】
次にこの基板をスパッタリング装置（不図示）のチャンバー内の陽極プレート上に配設する。そして実施例１の工程Ｓ１で述べたのと同じスパッタリング法により窒化アルミニウム基板の裏面、表面及びスルーホール内面にSiO２膜を形成する。このとき、成膜時間を制御して、SiO２の膜厚が略0.1μm乃至略1.0μmになるようにする（S22）。この場合、スパッタリング装置を使用するため、スルーホール６内にもSiO２の膜厚を形成することができる。
【００３３】
更に、この窒化アルミニウム基板１の裏側に、主に銀-パラジュウム（銀-白金系、等も有る）材系からなる電極回路ペーストを、大気中、室温で印刷・乾燥させ（S23）、加熱炉で大気中、除熱後、摂氏約850度、10〜15分間焼成する（S24）。続いて、窒化アルミニウム基板１の表側に、Ｔ型アッテネータを構成するように形成した印刷マスクを介して、同じように銀-パラジュウム（銀-白金系、等も有る）材系からなる電極回路ペーストを、大気中、室温で印刷・乾燥させ（S25）、加熱炉で大気中、除熱後、摂氏約850度、10〜15分間焼成する（S26）。このとき、スルーホール６内に電極回路ペーストが入り込むため、窒化アルミニウム基板１の表面及び裏側の電極回路４は、スルーホール６を通して結合されることになる。
【００３４】
更に、主にRuO２材系からなる抵抗ペーストを同様に印刷・乾燥させ（S27）、電極回路の時と同様にして焼成する（S28）。その後、オーバーコートガラス（ＯＧ）を印刷・乾燥（S29）し、摂氏約560度、10〜15分間焼成する（S30）。
【００３５】
この後、厚膜抵抗の抵抗値を調整するために、レーザートリミングを行い（S31）、トリミング後、印刷前に加工されていたレーザースクライブ目に沿って、各個片に分割する（S32）。最後に、リード端子７に半田付け８を行う（S33）。
【００３６】
図６は、図５で説明した製造工程により製造された厚膜回路基板における厚膜回路の密着強度を示す図である。この密着強度は、実施例１で述べたのと同じ測定法で測定し算出した。
【００３７】
図６において、Al２O３膜の膜厚が約0.3μmのとき、SiO２膜の膜厚が約0.2μmから約1.0μmでは、密着強度19〜21Ｎであり、0.2μm未満、及び1.0μmを超えると、４Ｎ以下となり密着強度は弱くなる。
【００３８】
図７は、SiO２膜の膜厚ごとに判定した厚膜回路基板の特性の評価結果を示す図である。密着強度は、SiO２膜の膜厚が0.2μmから1.0μmで、19〜21Ｎと高いが、これは、SiO２膜の膜厚が0.2μmから1.0μmのようにある程度厚くなってくると、一様な膜構造が形成され、Al２O３膜とSiO２膜、SiO２膜と電極回路ペーストのなじみがよく、各成分がバランスよく拡散するために密着強度の強化に寄与しているものと考えられる。膜厚0.2μmより薄くなる、或いは1.0μmより厚くなる場合は、このバランスがくずれるため密着強度が弱まるとも考えられる。SiO２膜の膜厚が0.2μmから1.0μmでは、膜質、半田ぬれ性、耐半田食われ性、ピールテスト結果とも良好であった。これらのことから総合的に、密着強度による厚膜回路基板の製品検査合格ラインを、品質合格（ロット合格）レベルで２１Ｎ、実装品合格レベルで１８Ｎ（図６参照）のように設定することができるので、従来のレベル３〜６Ｎに比較して厚膜回路の密着強度が高い高品質の厚膜回路基板を生産することができる。
【００３９】
前記実施例１及び２によれば、有害なベリリア基板を使うことなく、それと同等性能の製品を作ることができる。また、従来の厚膜印刷技術と全く同じ材料を使い、ほぼ同じ製造プロセスで製造でき、特殊な材料（例えば、特殊なペースト材など）を使わなければならないといった供給面での不安もなく、また新たな設備導入の必要もなくなる。さらに、SiO２膜を薄くすることにより、AlN基板がもつ高熱伝導性を損うことがなくなる。
【００４０】
前記実施例１及び２は、スルーホールを有する厚膜回路基板の形成について述べているので、SiO２膜の形成を、スパッタリング法により形成しているが、スパッタリング法に限定することなく、イオンプレーティング法も使える。また酸化アルミニウム膜を形成しない場合は、SiO２膜が薄くても十分な密着強度が得られるので、ＣＶＤ法（化学気相成長法）も有効である。またスルーホールを有しない厚膜回路基板を形成する場合は、勿論前記以外の物理成長気相法（例えば、電子ビーム成膜法）で形成してもよいし、酸化アルミニウム膜を形成しない場合は、SiO２膜が薄くてよいので、前記と同様にＣＶＤ法で形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の厚膜回路基板は、携帯電話基地局など各種通信基地局における送受信装置の終端抵抗器、減衰抵抗器として利用することができるほか、高電力消費回路用（例えば、高電力アンプなど）厚膜基板としても利用できる。その他、窒化アルミニウム基板の高熱伝導性を利用して高速応答熱素子に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例に係る製造方法によって作製されたＴ型アッテネータ厚膜回路基板の構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係る厚膜回路基板の製造工程を示す図である。
【図３】図２の製造工程により製造された厚膜回路基板における厚膜回路の密着強度を示す図である。
【図４】SiO２膜の膜厚ごとに判定した厚膜回路基板の特性を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る厚膜回路基板の製造工程を示す図である。
【図６】図５の製造工程により製造された厚膜回路基板における厚膜回路の密着強度を示す図である。
【図７】SiO２膜の膜厚ごとに判定した厚膜回路基板の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・AlN基板、２・・SiO２膜、３・・抵抗パターン、４・・電極パターン、５・・オーバーコートガラス、６・・スルーホール、７・・端子、８・・半田。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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