(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面に、最外層にめっき層（１４）を有する電極部（１３、１４）が形成され、前記めっき層（１４）と直接接触するように厚膜抵抗体（１５）が形成されたセラミック基板を用意する工程と、
前記セラミック基板（１０）の一面において前記電極部（１３、１４）と前記厚膜抵抗体（１５）とを覆うように保護膜（１６）を形成する工程とを備え、
前記保護膜（１６）は、非晶質ガラスによって形成されており、
前記保護膜（１６）を形成する工程では、前記保護膜（１６）が軟化温度以上となっている時間を２０分以上とすることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記非晶質ガラスの軟化温度が４００℃以上であることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記非晶質ガラスの軟化温度が６００℃以下であることを特徴とする請求項１または２記載の回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された最外層がめっき層である電極部を保護膜で被覆してなる回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、厚膜抵抗体を有する回路基板において、高機能化・高集積化の要求から高多層化が可能なセラミック積層基板の需要が増加している。その一般的な断面構成を図７（ａ）に示す。
図７（ａ）に示す回路基板は、複数のセラミック基板（層）Ｊ１を積層してなる積層基板Ｊ２からなり、積層基板Ｊ２の内部に形成された内部配線層Ｊ３と、積層基板Ｊ２の一面側に露出するように形成され内部配線層Ｊ３と電気的に接続された表面電極部Ｊ４とを備え、積層基板Ｊ２の一面側において、表面電極部Ｊ４と電気的に接続されて回路を構成する厚膜抵抗体（通常、ＬａＢ6 ）Ｊ５が形成されたものである。
【０００３】
しかしながら、このような積層基板Ｊ２は、図７（ｂ）に示す様な単層のセラミック基板Ｊ６上に印刷手法のみを用いて回路を形成するタイプ（図７（ｂ）中、Ｊ７は配線層）に比べ、多くの層を有するため工数の増加などにより価格が高い。このため低価格化の要望が強い。
ここで、積層基板Ｊ２における表面電極部Ｊ４と厚膜抵抗体Ｊ５との接続部分の詳細構造を図８に示す。例えば、従来の接続部分は、図８（ａ）に示す様な構成であった。即ち、表層のセラミック基板Ｊ１上に表面配線層Ｊ８及びめっき層Ｊ１０を順次形成した後に、厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９及び厚膜Ｃｕ導体からなる電極部Ｊ１１を形成する。これら各層Ｊ８〜Ｊ１１により、表面電極部Ｊ４が構成される。そして、厚膜Ｃｕ導体からなる電極部Ｊ１１に、厚膜抵抗体Ｊ５の一部が重なるように形成される。
【０００４】
ここで、表面配線層Ｊ８は、セラミック基板Ｊ１との接合性の良いものとして、一般的にＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等が用いられ、めっき層Ｊ１０は、表面配線層Ｊ８と厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９の接合を確保するためのもので、Ｃｕ（銅）めっき、Ｎｉ（ニッケル）めっき、Ａｕ（金）めっき等が通常用いられる。
【０００５】
また、図８（ａ）よりも更に低価格化が可能な接続部分の従来構造として、図８（ｂ）に示す構造がある。これは、表層のセラミック基板Ｊ１上に表面配線層Ｊ８及びめっき層Ｊ１０を順次形成することで、厚膜抵抗体Ｊ５と接続される表面電極部Ｊ４’を構成し、この表面電極部Ｊ４’の最外層を形成するめっき層Ｊ１０に直接厚膜抵抗体Ｊ５を形成することで、厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９を不要としたものである。これにより使用材料及び工数が低減しコストダウンを可能とする。
【０００６】
また、通常、上記したセラミック基板は何れも、その最表面部のほぼ全面に、特に厚膜抵抗体Ｊ５並びに表面電極部Ｊ４、Ｊ４’を外気から保護することを目的として、無機ガラス等の保護膜Ｊ１２が形成されるものである。保護膜Ｊ１２の接合は一般に接する下地材料Ｊ１、Ｊ５、Ｊ９、Ｊ１０の凹凸部におけるアンカー効果と該下地材料表面に点在する酸化物との反応によって確保されるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来構造においては、表面電極部Ｊ４の厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９は、その構成材料及び焼結状態から表面の凹凸部及び酸化物が比較的多く存在するため、容易に接合性を確保できるものであった。また、セラミック部Ｊ１及び厚膜抵抗体部Ｊ５も同様である。
【０００８】
このため、厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９を最外層とした表面電極部Ｊ４を有する従来構造では、保護膜Ｊ１２材料の選定において接合性の重要性は低く、どのような材料でも接合性に問題はなかった。
しかしながら、本発明者等の検討によれば、図８（ｂ）に示すめっき層Ｊ１０により表面電極部Ｊ４’の最外層を構成する構造においては、めっき層Ｊ１０表面部の凹凸部及び酸化物が厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９に比べて非常に少ない。
【０００９】
ここで、図９に厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９および保護膜Ｊ１２間の接合強度と、めっき層Ｊ１０および保護膜Ｊ１２間の接合強度との比較を示す。図９に示すように、従来構造に用いられている保護膜Ｊ１２をそのまま用いると、保護膜Ｊ１２とめっき層Ｊ１０間における接合強度を十分に確保出来ず、最悪の場合には図８（ｃ）に示すような剥離が生じ、保護膜Ｊ１２としての機能を得ることの出来ない事態に至る問題がある。
【００１０】
これは次の理由による。すなわち、セラミック積層基板に用いられる保護膜材料としては一般的に約５００〜７００℃の温度にて焼成して形成されるものが多い。これら保護膜Ｊ１２の材料としては、その焼成温度より約５０〜１００℃低い軟化温度にて軟化し、かつ、焼成ピーク温度付近にて結晶化するもの（結晶化ガラス）が大半である。このことから、従来用いられている保護膜Ｊ１２材料の形成過程における保護膜Ｊ１２材料の下地材料Ｊ９、Ｊ１０との接合に要される濡れ時間は通常約５〜１０分程度となる。但し、このような条件下においても下地材料が厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９からなる従来構造（図８（ａ）参照）においては、保護膜Ｊ１２の接合は前述の理由により十分に確保されていた。
【００１１】
しかしながら、厚膜Ｃｕ導体層Ｊ９に比べ表面の凹凸部及び酸化物が少ないＣｕ等のめっき層Ｊ１０により電極部を構成する構造（図８（ｂ）参照）においては、保護膜Ｊ１２材料のめっき層Ｊ１０に対して要する濡れ時間としては不十分なため、良好な接合性を得ることが出来ない。そのため、上述のように、図８（ｃ）に示す様な保護膜Ｊ１２の剥離等が発生し、保護膜Ｊ１２の形成により確保すべき機能が損なわれるものである
上記課題を解決する方法としては、保護膜Ｊ１２材料の焼成温度を高くするか、あるいは、保護膜Ｊ１２材料の軟化温度から焼成ピーク温度に至るまでの時間を長くすることで下地材料に対する濡れ時間を確保する等が考えられるが、前者は既に形成されている厚膜抵抗体の抵抗特性への影響から焼成温度をあまり高くすることはできない。また、後者は焼成時間が長くなるためコストアップとなる等の問題がある。
【００１２】
他の方法としては、めっき層表面に機械的な加工を施して凹凸部を形成し、限られた濡れ時間内に接合強度が確保できるようにするものが考えられるが、凹凸部の加工工程の増加およびめっき層表面の出来映え管理等の付加的工程が増加するためコストアップは回避できない。
本発明は上記問題に鑑み、セラミック基板の一面に形成され最外層にめっき層を有する電極部とこの電極部を被覆する保護膜との接合性を向上させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、保護膜として従来用いられている結晶化ガラスでは、軟化温度から焼成ピーク温度付近にて結晶化するまでの時間しか濡れ時間として確保できないことに着目してなされたものである。そこで、請求項１記載の発明では、保護膜（１６）を非晶質ガラスによって形成し、保護膜（１６）を形成する工程において、保護膜（１６）が軟化温度以上となっている時間を２０分以上とすることを特徴としている。
【００１４】
非晶質ガラスは結晶化温度を有さないため、軟化温度以上の温度領域で常に軟化した状態となっている。このため、保護膜（１６）を非晶質ガラスによって形成することで、保護膜（１６）材料の焼成温度を高くしたり、軟化温度から焼成ピーク温度に至るまでの時間を長くすることなく、保護膜（１６）材料のめっき層（１４）に対する濡れ時間を長く確保することができ、凹凸部および酸化物の少ないめっき層（１４）に対しても十分な接合強度を確保することが可能となる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、非晶質ガラスの軟化温度が４００℃以上であることを特徴としている。
これにより、保護膜（１６）の軟化温度が、保護膜（１６）材料中に配合されている樹脂成分の揮発温度より高くなる。従って、保護膜（１６）の焼成工程において、樹脂成分を保護膜（１６）中に残存することなく揮発させることができ、緻密な膜を形成することが可能となる。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、非晶質ガラスの軟化温度が６００℃以下であることを特徴としている。
これにより、保護膜（１６）の焼成工程において、保護膜（１６）形成前に既に形成されている厚膜抵抗体（１５）の抵抗特性への影響（抵抗値の変動）を抑えることができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に基づいて実施形態について説明する。本実施形態は、複数のセラミック層が積層された積層基板を有し、基板内部に形成された内部配線層を、一面側に露出形成された表面配線層及びめっき層との２層構造からなる表面電極部に電気的に接続し、更に、表面電極部と厚膜状の抵抗体とを電気的に接続し、電極部および抵抗体を保護膜にて被覆してなる回路基板について、本発明を適用したものである。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る回路基板１００の断面構成の模式図である。
回路基板１００は、複数のセラミック基板１０ａが積層されたセラミック積層基板１０を有する。セラミック基板１０ａは、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等から構成されている。本例では、アルミナシートが積層されたものとしている。積層基板１０内部には、内部配線層１２が形成されており、積層基板１０の外表面には内部配線層１２と導通する表面配線層１３が形成されている。これらの配線層１２、１３は、ＭｏやＷ等の高融点金属を主成分とする材料から構成される。
【００２０】
また、表面配線層１３の表面は、表面配線層１３と後述の抵抗体１５との接合を確保するため、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等からなるめっき層１４で被覆されている。ここで、表面配線層１３とめっき層１４とにより、めっき層１４を最外層とする表面電極部（本発明でいう電極部）１３、１４が構成される。
めっき層１４の表面および積層基板１０の表面の所定部位には、ＬａＢ6 系材料、ＳｎＯ2 系材料、Ｓｉ系材料等からなる厚膜抵抗体１５が形成されている。この厚膜抵抗体１５と上記の配線層１２、１３およびめっき層１４により、回路基板１００の配線部が構成されている。
【００２１】
さらに、積層基板１０の表面において、厚膜抵抗体１５の信頼性向上や精度向上のために、厚膜抵抗体１５およびこれと接続されためっき層１４の表面を覆うように、厚膜状の保護膜１６が形成されている。
以下、上記構成の回路基板１００の製造方法を図に基づいて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、酸化アルミニウム（アルミナ）を有機バインダ等によってシート状としたアルミナシート１０ａを複数枚用意し、これらのアルミナシート１０ａにパンチング等の打ち抜き加工によって貫通穴１１を形成する。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＷやＭｏ等からなる導体材料を主成分とする金属ペーストを、貫通穴１１に印刷等の方法で充填して内部配線層１２を形成する。さらに、貫通穴１１に充填したのと同様の金属ペーストを、アルミナシート１０ａ表面に所定の回路配線パターンに印刷して表面配線層１３を形成する。そして、図３（ａ）に示すように、上記工程で作成したアルミナシート１０ａを順に重ねて加圧を行い、例えば１６００℃前後の温度で焼成することにより、積層基板１０を焼成成形する。
【００２３】
次に、表層配線層１３上にめっき層１４を形成する。めっきは、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ等の導体金属を用いて電解めっき法等のような従来より用いられている方法を用いる。
なお、表面配線層１３は、アルミナシート１０ａとの接合性の良いものとして、Ｗ、Ｍｏ等が用いられるが、これらの材料は、積層基板１０が例えば１６００℃程度の高温で焼成されるため、それに対する耐熱性を必要とするが故に選択されるものである。そして、このようなＷ、Ｍｏ等の材料と抵抗体の材料（ＬａＢ6 （硼化ランタン）等）との接合性が弱いため、めっき層が必要とされる。
【００２４】
次に、積層基板１０上の所定部位において、めっき層１４と直接接触するように厚膜抵抗体１５を形成する。厚膜抵抗体１５の材料としては、ＬａＢ6 系、ＳｎＯ2 系、Ｓｉ系等の一般的な材料を主成分とした抵抗体ペーストを用いる。厚膜抵抗体ペーストを印刷により所定パターンに印刷した後、例えば９００℃程度の温度で焼成する。
【００２５】
次に、上記のようにして形成された表層配線層１３、めっき層１４、および厚膜抵抗体１５上を少なくとも覆うように、保護膜１６が厚膜抵抗体１５と同様の方法により最後に形成される。なお、従来のように電極部を厚膜Ｃｕ導体層にて形成してから、厚膜抵抗体を形成する場合においても、厚膜Ｃｕ導体層と厚膜抵抗体を覆うように保護膜が形成される。
【００２６】
以下、保護膜１６について詳述する。
本発明は、保護膜１６の材料（以下、保護膜材料という。）として軟化温度が４００〜６００℃の非晶質ガラスを用いることにより、保護膜材料のめっき層１４に対して要する濡れ時間を十分に確保して、良好な接合性を得るものである。
保護膜材料として、予め粉砕された非晶質ガラスの粉末と有機ビヒクルとを混練して保護膜ペーストとしたものを用いる。本例では、非晶質ガラスとして亜鉛（Ｚｎ）系のホウケイ酸ガラスを用いている。また、有機ビヒクルは、エチルセルロース等の樹脂成分をターピネオールやブチルカルビトール等の有機溶剤に溶解したものである。保護膜１６は、この保護膜ペーストを印刷によって所望のパターンに印刷した後、例えば１２０℃程度の温度雰囲気下にて有機溶剤を揮発させる乾燥工程を経て焼成工程により焼き付けられる。
【００２７】
保護膜１６の焼成工程は乾燥工程を経た状態のものを図４（ａ）に示すような温度条件下にて処理を行うものである。この場合、時間に対する温度変化は一般的にどのような材料でもほとんど同じである。ただし、温度勾配Ｓは焼成ピーク温度Ｔ２によって多少変わる場合がある。
保護膜１６の焼成条件は、以下に述べる他の部材への影響ならびに保護膜１６の機能を考慮すると、図４（ａ）に示すものとほぼ同じ温度条件とする必要がある。このような温度条件にて、保護膜材料のめっき層１４に対する濡れ時間を容易に確保するためには、保護膜材料中のガラス成分の軟化温度Ｔ１より高い温度雰囲気下にて必要な時間を与える必要があることは、上記の発明の解決課題にて述べた通りである。
【００２８】
具体的に図４（ｂ）を用いて説明すると、従来用いられている一般的な保護膜材料である結晶化温度を有するガラス、いわゆる結晶化ガラスの軟化温度は図４（ｂ）中α１であり、かつ、結晶化温度はα２である。このことから、従来の保護膜材料のめっき層１４に対する濡れ時間はαｔとなる。
これに対して結晶化温度を有さないガラス、いわゆる非晶質ガラスを保護膜材料のガラス成分として用いると、ガラス成分の軟化温度β１が上記α１と同じ温度であっても、軟化温度β１以上の温度領域β２において常に軟化している状態になり、保護膜材料とめっき層１４との濡れ時間βｔが確保される。この結果、保護膜材料として非晶質ガラスを用いた場合には、結晶化ガラスを用いた場合に比較して（βｔ−αｔ）だけ濡れ時間を長く確保することができる。保護膜材料の温度条件は、以下に述べる理由により従来と同様とする必要があることを考慮しても非晶質ガラスのめっき層１４に対する濡れ時間βｔは約２０分以上になる。
【００２９】
図５に非晶質ガラスの濡れ時間βｔと、保護膜１６およびめっき層１４との界面接合強度との関係を示す。図５より、接合性に有意な凹凸部および酸化物の少ないめっき層１４に対しても、保護膜材料として非晶質ガラスを用いて、めっき層１４に対する必要な濡れ時間を充分確保することで、めっき層１４と保護膜１６との接合強度を確保できることが分かる。
【００３０】
保護膜１６形成に至る過程は既に述べているが、本実施形態のような製造方法の場合、保護膜１６の形成前に既にセラミック基板１０上に形成されている表層配線層１３、めっき層１４、厚膜抵抗体１５も保護膜１６形成工程を経ることになる。
厚膜抵抗体１５は、導電性成分と抵抗値を得るためのガラス成分（いわゆる絶縁部）とが配合されたものを焼成工程を経ることによって、これらが複雑な構造体となって厚膜抵抗体膜を形成し、かつ、所望の特性が確保されている。
【００３１】
この厚膜抵抗体１５に配合されるガラス成分の軟化温度は通常約５５０℃前後である。厚膜抵抗体１５に配合されるガラス成分は、厚膜抵抗体１５の焼成工程（上記９００℃）において温度の上昇とともに軟化、流動が行われ、温度降下時に冷却硬化の過程を経ることで導電性成分等の配合成分、セラミック基板およびめっき層１４への濡れおよび反応等が生じ機械的および電気的な接合を得ている。
【００３２】
厚膜抵抗体１５は、上記のようにＬａＢ6 系、ＳｎＯ2 系、Ｓｉ系等の一般的な材料からなる。これら厚膜抵抗体１５はいずれもその形成後に保護膜材料の焼成工程を経るが、保護膜材料の焼成工程（温度条件）によっては、保護膜１６の焼成工程前後における厚膜抵抗体１５の抵抗値が大きく変化することが一般的に知られている。
【００３３】
図６に、保護膜１６形成前後における厚膜抵抗体１５の抵抗値変化率を示す。ここで、抵抗値変化率は、保護膜１６形成後の抵抗値と保護膜１６形成前の抵抗値の差分を保護膜１６形成前の抵抗値にて割ったものを％にて表した値である。
保護膜１６形成前後における厚膜抵抗体１５の抵抗値変化は、保護膜１６形成時に厚膜抵抗体１５中のガラス成分が再度軟化し、ガラス成分と導電性成分との結合（反応）状態に変化が生じ、電気的な導電経路が変わるために生ずると従来より考えられている。この考え方によると厚膜抵抗体１５の抵抗値変化率が大きく変わる抵抗値変化点γ１の生じる保護膜材料の焼成温度は、厚膜抵抗体１５中のガラス成分の軟化温度γ２に近い値になることが推定される。
【００３４】
しかしながら、実際には抵抗値変化点γ１はガラス成分の軟化温度γ２よりも高い温度である。これは、保護膜１６形成前の厚膜抵抗体１５中のガラス成分は導電性成分との反応によりガラス成分の組成が変質し、軟化温度が一般的に高くなるためであると従来より推定されている。また、保護膜１６形成前の厚膜抵抗体１５中のガラス成分の軟化温度は、実際には図６（ｂ）中γ１程度ではないかと考えられる。
【００３５】
一般的なセラミック基板に用いられる厚膜抵抗体１５の保護膜１６形成時における抵抗値変化率はその機能精度上１０％以下で、かつ、ばらつきは５％以内が求められる。このことから、保護膜１６の焼成温度は約７００℃以下とする必要がある。また、保護膜材料に用いられるガラス成分の軟化温度α１、β１は、焼成過程における含有成分の均一な分散による緻密な膜を得るために焼成温度より約５０〜１００℃程度低いものとする必要性がある。従って、保護膜１６中のガラス成分とする非晶質ガラスの軟化温度としては約６００〜６５０℃以下であることを要する。さらに、前記分散性は材料成分の焼成過程における流動性に左右されるため、保護膜材料の軟化温度は極力高いほうが好ましく、約６００℃の軟化温度が望ましい。この場合、保護膜１６の焼成温度としては約６５０℃近傍が理想的である。
【００３６】
また、保護膜材料は、外気（熱、湿度）から厚膜抵抗体１５等を保護する目的として用いられるため、接合性以外にピンホール、隙間等のない緻密な膜を有する必要がある。
保護膜材料には印刷手法を用いて形成するため、前述したようにエチルセルロース等の樹脂成分が配合されている。一般的に印刷に適したものとして用いられる樹脂成分は、焼成過程において約２００〜３５０℃の温度雰囲気下にて揮発し、保護膜１６中に残存しないのが保護膜１６の機能を確保するための前提条件である。
【００３７】
この樹脂成分が保護膜１６中に残存した場合には、なじみの悪いガラス成分との間に隙間が生じたり、熱によって変質するなど膜の緻密性を損なうだけでなく、熱および湿気が保護膜１６中の隙間等から侵入し、厚膜抵抗体１５およびめっき層１４が酸化する。めっき層１４に至っては、湿気が侵入した場合に自然電位による腐食が生じて重大な特性不良が生ずる等の不具合が生ずる。このように樹脂成分が保護膜１６中に残存した場合には、保護膜１６としての機能を得ることができなくなる。
【００３８】
また、樹脂成分の揮発温度より低い温度にて保護膜材料中のガラス成分が軟化する場合にも、軟化したガラス成分に樹脂成分が覆われるため、樹脂成分の揮発温度になっても樹脂成分が完全に揮発できず膜中に残存して、上記と同様の問題が生じる。
このため、保護膜材料中の樹脂成分は、保護膜１６の焼成工程において完全に揮発させる必要がある、そのためには、保護膜材料中のガラス成分の軟化温度を約４００℃以上とする必要がある。この場合、前述のように保護膜材料の軟化温度を焼成温度より約５０〜１００℃程度低いものとする必要性より、保護膜材料中の焼成温度は望ましくは約４５０〜５００℃であり、約５００℃とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る回路基板の断面構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す回路基板の製造方法を示す工程図である。
【図３】図２に続く製造方法を示す工程図である。
【図４】（ａ）は保護膜焼成工程における温度変化を示す特性図であり、（ｂ）は保護膜の濡れ時間を示す特性図である。
【図５】保護膜およびめっき層との界面接合強度と、推定濡れ時間との関係を示す特性図である。
【図６】抵抗体の抵抗値変化率と保護膜焼成温度との関係を示す特性図である。
【図７】従来の一般的な回路基板の断面構成を示す模式図である。
【図８】従来の回路基板における表面電極部と厚膜抵抗体との接続部分の詳細断面構造を示す模式図である。
【図９】厚膜Ｃｕ導体層およびめっき層と、保護膜との間の接合強度を示す特性図である。
【符号の説明】
１０…セラミック積層基板、１２…内部配線層、１３…表面配線層、
１４…めっき層、１５…厚膜抵抗体、１６…保護膜。
【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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【図８】
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【図９】
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