(57)【要約】【課題】  電極のガラスセラミックス基板への固着強度を向上し、熱処理温度を下げることのできるセラミックス電子部品の製造方法およびセラミックス電子部品を提供する。【解決手段】  ガラスセラミックスを基板材料とする電子部品において、貴金属インク２の中にガラスセラミックス中のガラスの軟化点を下げる効果のある成分を添加する。それによって、熱処理時にインクに接している部分のみのガラスを、本来のガラス軟化点以下の温度で軟化させる。すなわち、金属を含むインクをセラミックス上にインクジェット法によって印刷して配線を形成し、熱処理を施すことによって、基板と配線との固着および配線の導通を確保するセラミックス電子部品を得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックス基板上に導体を形成してなるセラミックス電子部品の製造方法であって、前記ガラスセラミックス基板上に所定の成分を添加した貴金属インクを印刷し、熱処理時に前記ガラスセラミックス基板のうち前記貴金属インクに接している部分のガラスを軟化させることで前記導体を形成することを特徴とするセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記所定の成分は、前記ガラスセラミックス基板を構成するガラスをその軟化点以下の温度で軟化させる効果を有することを特徴とする請求項１記載のセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項３】
ガラスセラミックス基板上に導体を形成してなるセラミックス電子部品の製造方法であって、
前記ガラスセラミックス基板上にその基板を構成するガラスの軟化点を下げる効果を有する成分を含有する貴金属インクを印刷するステップと、
前記貴金属インクの印刷されたガラスセラミックス基板に対して前記ガラスの軟化点より低い温度で熱処理を施すステップとを備え、
前記熱処理によって前記ガラスセラミックス基板上に前記貴金属インクを固着させて前記導体を形成することを特徴とするセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項４】
さらに、前記貴金属インクに重ねて貴金属のみからなるインクを印刷するステップを備えることを特徴とする請求項３記載のセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項５】
前記成分は、硼素、ビスマスの中から選んだ１種以上の成分であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項６】
前記成分の添加量は、１０ｐｐｍ以上、１０％以下であることを特徴とする請求項５記載のセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項７】
前記成分の形態は、塩あるいは有機金属化合物であることを特徴とする請求項５記載のセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項８】
前記成分の形態は、平均粒子径で５ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の酸化物粒子であることを特徴とする請求項５記載のセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理を２００℃以上、８００℃以下で行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項１０】
前記印刷はインクジェット法によってなされることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のセラミックス電子部品の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のセラミックス電子部品の製造方法で製造されたことを特徴とするセラミックス電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスを含有するセラミックスを基板として構成されるセラミックス電子部品の製造方法およびセラミックス電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、多機能化の要求が大きく、電子部品の小型化、複合化が進んでいる。それに伴って回路基板の微細配線化が進展している。このような微細配線基板における配線の形成方法としては、従来より一般的に用いられてきたスクリーン印刷の最適化による方法や、フォトリソグラフィーによる方法等が検討されている。また、インクジェット法による微細配線形成技術も検討されている。
【０００３】
このような電子部品の小型化要求の中で、基板自体が機能性材料として用いられるセラミックス基板は、多層化による内層部品の形成、寸法の安定性等、微細配線形成に適した基板である。さらに、ガラスを含有して低温で焼成するガラスセラミックスである、いわゆる低温焼結型同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）では、導体として抵抗率の低い銀を用いることができるため、導体損失を小さくすることが可能となる。
【０００４】
このようなＬＴＣＣ基板上へ配線を形成するために一般的に採られている方法として、抵抗率の低いＡｕ，Ａｇ等の貴金属粒子と樹脂、溶剤を含むペーストをスクリーン印刷し、焼成して金属粒子を焼結させて導通を確保する方法がある。セラミックスと金属は接着強度が弱いため、その固着強度を上げるためには、これらの貴金属ペースト中にガラスを混合して印刷し、熱処理によって金属を焼成させると同時にガラスを軟化させて、電極と基板を密着させる方法が採られていた。
【０００５】
例えば、特許文献１には、Ａｇを主体とする導電ペーストにアルカリ土類金属と酸化ビスマス、酸化硼素を含むガラス成分を添加することで、形成された電極の基板との固着強度（電極密着強度）を高める方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１１８４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したインクジェットを用いた印刷方法では、インク中に粒子径の小さいガラスを分散させると、ガラスが水和して粘度が上昇するので、インクジェットのノズルが詰まるという問題があった。すなわち、低温処理での固着を得るためにガラスを添加すると、インクジェットによる印刷では、インクに含有される固体の粒子径がナノオーダーであるためガラスが水和してゲル化し、粘度が高くなってノズルが詰まるという問題に発展する。
【０００８】
また、無機成分として金属のみを含むインクを使用した場合、ガラスセラミックスとの固着強度を得るには、ガラスの軟化点以上の温度で熱処理を施す必要があり、そのようにすると基板の変形等が生じて寸法精度が劣化する。つまり、貴金属のみからなるインクを印刷する場合、基板との固着を確保するには、基板を軟化させる必要がある。そのため、基板に含まれるガラス成分の軟化点以上の高温での熱処理が必要になり、結果として基板の寸法精度を劣化させるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、表面電極の基板への固着強度を確保し、熱処理による基板の変形を防止するセラミックス電子部品の製造方法およびセラミックス電子部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明は、ガラスセラミックス基板上に導体を形成してなるセラミックス電子部品の製造方法であって、前記ガラスセラミックス基板上に所定の成分を添加した貴金属インクを印刷し、熱処理時に前記ガラスセラミックス基板のうち前記貴金属インクに接している部分のガラスを軟化させることで前記導体を形成することを特徴とする。
【００１１】
例えば、前記所定の成分は、前記ガラスセラミックス基板を構成するガラスをその軟化点以下の温度で軟化させる効果を有することを特徴とする。
【００１２】
また、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明は、ガラスセラミックス基板上に導体を形成してなるセラミックス電子部品の製造方法であって、前記ガラスセラミックス基板上にその基板を構成するガラスの軟化点を下げる効果を有する成分を含有する貴金属インクを印刷するステップと、前記貴金属インクの印刷されたガラスセラミックス基板に対して前記ガラスの軟化点より低い温度で熱処理を施すステップとを備え、前記熱処理によって前記ガラスセラミックス基板上に前記貴金属インクを固着させて前記導体を形成することを特徴とする。
【００１３】
例えば、さらに、前記貴金属インクに重ねて貴金属のみからなるインクを印刷するステップを備えることを特徴とする。また、例えば、前記成分は、硼素、ビスマスの中から選んだ１種以上の成分であることを特徴とする。
【００１４】
例えば、前記成分の添加量は、１０ｐｐｍ以上、１０％以下であることを特徴とする。また、例えば、前記成分の形態は、塩あるいは有機金属化合物であることを特徴とする。さらには、例えば、前記成分の形態は、平均粒子径で５ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の酸化物粒子であることを特徴とする。
【００１５】
例えば、前記熱処理を２００℃以上、８００℃以下で行うことを特徴とする。また、例えば、前記印刷はインクジェット法によってなされることを特徴とする。
【００１６】
上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明に係るセラミックス電子部品は、上記いずれかに記載のセラミックス電子部品の製造方法で製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、セラミックス電子部品において、表面電極のガラスセラミックス基板への固着強度が向上し、熱処理温度を下げることができ、さらに、ガラスセラミックス基板の反りをなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施の形態例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態例に係るセラミックス電子部品における導体形成工程を示すフローチャートである。また、図２は、図１の各工程に対応して示す、本実施の形態例に係るセラミックス電子部品の構造（平面構造、および断面構造）である。
【００１９】
図１のステップＳ１では、低温焼結型同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板上に添加剤の入った貴金属インク（後述するように、ガラスセラミックス中のガラスの軟化点を下げる効果を有する成分を含有している）を、例えば、インクジェット法で印刷する。なお、インクジェット法とは、例えば、ピエゾ素子を利用した微細ノズルから液状インクをインク滴として噴出させ、それにより基板上に微細配線を行うための印刷方法である。
【００２０】
続くステップＳ３において、印刷されたインクを乾燥させる。図２（ａ）は、ガラスセラミックス基板１上に、貴金属インク２が印刷されたときの様子を示す平面図であり、図２（ｂ）は、その縦断面構造を示している。
【００２１】
図１のステップＳ５において、貴金属インク２が印刷された基板１を熱処理する。具体的な熱処理温度は、基板のガラス軟化点の温度以下でよく、例えば、５００〜８００℃以下である。この熱処理によって、図２（ｄ）に示すように、ガラスセラミックス基板１のうち、貴金属インク２の接する部位５のみのガラスが軟化する。
【００２２】
図２（ｅ），（ｆ）は、それぞれ熱処理後の基板１の平面構造、および断面構造を示している。なお、従来のように、金属のみのインクが印刷された基板を、基板のガラス軟化点以上の温度で熱処理（焼成）すると、図示は省略するが熱処理後の基板に変形や反りが生じることになる。
【００２３】
一般にガラスセラミックスは、アルミナと硼珪酸ガラスからなっており、印刷するインクに添加する成分としては、硼珪酸ガラスの軟化点を下げる効果のある硼素（Ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）が好ましい。これらの元素の添加量は、配線の抵抗率を小さくするという観点からは、少ないほど好ましいが、基板との固着を確保するためには、ガラスを軟化させるだけの量は必要である。具体的には、無機成分における割合として、重量で１０ｐｐｍ以上、１０％以下であることが好ましい。さらに好ましくは、１００ｐｐｍ以上、５％以下である。
【００２４】
また、添加成分によって配線の抵抗率が上がってしまう場合には、このインクの上にさらに、無機成分としては貴金属のみからなるインクを印刷して熱処理を施すことによって、貴金属単体に近い抵抗率を得ることができる。
【００２５】
添加元素は、印刷されたインクと基板の界面に広く行き渡ることが必要であり、かつ、インクジェットノズルの詰まりを防ぐという観点から、サイズが小さいほど好ましく、原子レベルで分散することができる塩や有機金属化合物であることが好ましい。具体的には、硼酸、硼酸塩、トリメトキシボロン、トリエトキシボロン、トリイソプロポキシボロン、トリイソブトキシボロン、ビスマス塩、トリイソプロポキシビスマス、トリエトキシビスマス等が挙げられる。
【００２６】
インクの溶剤の種類によっては、上記の塩や有機金属化合物を溶解させることができない場合がある。この場合、酸化物の添加でも粒子径を十分に小さくすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。この場合の粒子径は、好ましくは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である。
【００２７】
熱処理温度は、ガラスセラミックスを焼成する温度よりも低く、さらには、ガラスセラミックスに含有されるガラスの軟化点よりも低いことが好ましい。また、インク中の貴金属粒子が融着し、インク中の添加成分によってインクに接するセラミックスの表面のガラスを軟化させる温度以上で熱処理を施すことが好ましい。
【００２８】
一般にＬＴＣＣは、内部配線として銀を用いることから、銀の融点以下の７００〜９００℃で焼成される。従って、ガラスセラミックスに含まれるガラスの軟化点はそれよりも低く、５００〜８００℃である。一方、インクジェット法によって印刷されるインクの粒子は、数〜数十ｎｍの粒子径であり、２００℃程度で融着が始まる。
【００２９】
添加剤を含まないインク（金属のみのインク）の場合、２００℃程度の熱処理を施すことによって、導通を確保することはできるが、インクと基板の固着を得ることができず、Ｊ１Ｓ  Ｃ５０１２で規定されるテープ引き剥がし試験をクリアすることができない。固着を得るためには、上述したガラス軟化点以上の温度まで上げて、表面のガラスと金属を融着させることが必要である。この際、基板全体が軟化することになるので、外的な力によって変形を起こしやすく、寸法のズレを生じやすくなる。
【００３０】
そこで、本発明の実施の形態例に係るセラミックス電子部品では、上述した添加物をインク中に含有させることによって、インクの接する部位のみのガラスを軟化させている。そのため熱処理温度は、基板のガラス軟化点の温度以下、すなわち、５００〜８００℃以下で良い。なお、好ましい熱処理温度は、２００℃以上、８００℃以下である。
【００３１】
［実施例］
次に、本発明に係るセラミックス電子部品の具体的な実施例の組成や機械的特性、電気的特性等について詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３２】
実施例１では、アルミナと軟化点７５０℃の硼珪酸ガラスからなるＬＴＣＣ基板上に、インクジェット法を用いて、無機分として９９重量％の銀と１重量％の硼素を含むインクを印刷した。乾燥後の印刷厚みは、０．８μｍであった。そして、この基板に対して、７００℃で３０分間の熱処理を施した。
【００３３】
熱処理後の基板の上記印刷領域に、Ｊ１Ｓ  Ｃ５０１２で規定されるテープ引き剥がし試験を行ったところ、金属の引き剥がれは確認できなかった。また、厚さ３００μｍの１００ｍｍ角基板について、その反り状態を観測したところ、反りの変化はなかった。
【００３４】
［比較例１］
上記実施例１と同様、ＬＴＣＣ基板上に、無機成分として平均粒子径１０ｎｍのＡｇ粒子のみを含むインクを、インクジェット法を用いて印刷した。この基板に対して、７００℃で３０分間の熱処理を施した。そして、基板上の印刷領域にＪ１Ｓ  Ｃ５０１２で規定されるテープ引き剥がし試験を行ったところ、金属は容易に引き剥がされた。
【００３５】
［比較例２］
比較例１と同様の印刷をした基板に対して、その基板を構成するガラスの軟化点と同じ７５０℃で３０分間の熱処理を施した。この試料については、Ｊ１Ｓ  Ｃ５０１２に基づくテープ引き剥がし試験では電極の剥離はなかったものの、厚さ３００μｍの１００ｍｍ角基板において、８０μｍの反りが生じた。
【実施例２】
【００３６】
実施例２では、アルミナと軟化点８００℃の硼珪酸ガラスからなるＬＴＣＣ基板上に、インクジェット法を用いて、無機分として９９．５重量％の銀と０．５重量％のビスマスを含むインクを印刷した。ビスマスは、トリイソプロポキシビスマスとして添加した。乾燥後の印刷厚みは、０．８μｍであった。そして、この基板に対して、７３０℃で３０分間の熱処理を施した。
【００３７】
上記の実施例１と同様、実施例２の試料に対して、Ｊ１Ｓ  Ｃ５０１２に規定のテープ引き剥がし試験を行ったところ、金属の引き剥がれは確認されず、基板に反りも生じなかった。
【００３８】
［比較例３］
実施例２と同様のＬＴＣＣ基板上に、インクジェット法を用いて、無機分として平均粒子径１０ｎｍのＡｇ粒子のみを含むインクを印刷した。この基板について、７３０℃で３０分間の熱処理を施した。そして、上記印刷領域に対して、Ｊ１Ｓ  Ｃ５０１２に規定のテープ引き剥がし試験を行ったところ、金属は容易に引き剥がされた。
【００３９】
［比較例４］
比較例１と同様の印刷をした基板に対して、その基板を構成するガラスの軟化点と同じ８００℃で３０分間の熱処理を施した。この試料については、Ｊ１Ｓ  Ｃ５０１２に規定のテープ引き剥がし試験で電極の剥離はなかったが、厚さ３００μｍの１００ｍｍ角基板で、１４０μｍの反りが生じた。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態例によれば、ガラスセラミックスを基板材料とする電子部品において、貴金属インク中にガラスセラミックス中のガラスの軟化点を下げる効果のある成分を添加することによって、熱処理時にインクに接している部分のみのガラスを、本来のガラス軟化点以下の温度で軟化させることができる。その結果、インク中の金属成分と基板との固着強度を確保しつつ、熱処理温度を下げることができるため、セラミックス基板の平坦度、外形寸法等に影響を及ぼすことがない。同時に、ガラスセラミックス基板上に、金属単体なみに抵抗率の小さな導体を形成することができる。
【００４１】
また、インクへの添加成分は、貴金属粒子と比較してその径が十分小さいので、このようなインクは、インクジェット法を用いた印刷に適している。さらに、当該成分の添加が、粒子径を小さくするのが困難なガラスをインク中に添加するのではないため、インクジェットノズルのインク詰まりを生じさせることもない。よって、インクを印刷する際、微細配線の形成に適した小径ノズルを用いることができる。
【００４２】
なお、上述した実施の形態例や実施例では、ガラスセラミックス基板を構成するガラスの軟化点を下げる効果のある成分を含有する貴金属インクをインクジェット法によって印刷し、ガラスの軟化点より低い温度で熱処理を施してセラミックス電子部品を製造しているが、製造方法はこれに限定されるものではない。
【００４３】
例えば、ガラスセラミックス基板上に、その基板を構成するガラスの軟化点を下げる効果のある成分を含有する貴金属インクをインクジェット法によって印刷した後、さらに貴金属のみからなるインクをインクジェット法によって重ねて印刷し、ガラスの軟化点より低い温度で熱処理を施すようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態例に係るセラミックス電子部品における導体形成工程を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態例に係るセラミックス電子部品の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    ガラスセラミックス基板
２    インク
５    軟化点低下部位
【図１】
2007084384.tif 000003
【図２】
2007084384.tif 000004