(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板上に，金属よりなる導体回路を形成し，
次いで，該導体回路の表面に結晶化ガラスからなる保護ガラス層を形成し，該保護ガラス層を焼成するセラミック回路基板の製造方法であって，
上記保護ガラス層の焼成は，結晶化ガラスの軟化点よりも５０℃低い温度以上で且つ結晶化ガラスの結晶化点未満の範囲内の温度において，上記保護ガラス層を焼成する第１焼成工程を行い，
その後，上記結晶化ガラス結晶化させるに必要な温度の範囲内において，上記保護ガラス層を焼成する第２焼成工程を行うことを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１において，上記第１焼成工程の焼成時間は，１０分以上であることを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか一項において，上記保護ガラス層に用いる結晶化ガラスは，ホウケイ酸鉛系の結晶化ガラスであることを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において，上記セラミック基板上への導体回路の形成は，金属めっき処理により行うことを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において，上記導体回路は，Ｗ又はＭｏを主成分とする金属上に金属めっき処理により形成することを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において，上記セラミック基板は，アルミナであることを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，セラミック回路基板の製造方法に関し，特に，セラミック基板上の導体回路の表面に保護ガラス層を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来，セラミック回路基板としては，図６に示すごとく，セラミック基板９１の上に導体回路９２を設け，該導体回路９２の表面を保護ガラス層９３により被覆してなるものがある。保護ガラス層９３は，導体回路９２の表面保護，及び隣接する導体回路９２間の電気絶縁性を確保し，また半田ダムとしての役割を果たし，セラミック回路基板９において必要不可欠である。
【０００３】
上記セラミック回路基板９の製造方法としては，例えば，セラミック基板９１の上に，金属９２２及びガラス９２１を主成分とする導体材料を印刷し，焼成することにより，導体回路９２を形成する。次に，導体回路９２の表面に保護ガラスを印刷して保護ガラス層９３を形成する。
【０００４】
次いで，保護ガラス層９３を焼成する。この焼成の際，導体回路９２の中のガラス９２１と保護ガラス層９３との間に化学結合が形成される。更に，導体回路９２の表面は，比較的ポーラスであり，多数の気孔９２０が観察される。
そのため，気孔９２０の内部には保護ガラス層９３のガラス９３１が侵入することによって，ガラス９３１のアンカー効果が働き，導体回路９２と保護ガラス層９３との間に，機械的結合が得られる。それ故，保護ガラス層は導体回路に対して高い密着力を有する。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のセラミック回路基板の製造方法においては，導体回路９２はガラス９２１を含有するため，導体抵抗が高く，また，導体回路の半田付着性が低い。それ故，保護ガラス層より露出した導体回路９２に，ボンディングワイヤーを接合した場合に，ボンディングワイヤーの接合強度が低い。
【０００６】
そこで，図７に示すごとく，導体回路９２９を金属めっきにより形成することが考えられる。金属めっきにより形成された導体回路９２９は，ガラスを含まない純金属であり，平滑である。そのため，導体回路は，導体抵抗が低く，また半田付着性に優れている。
【０００７】
しかし，金属めっきにより形成した導体回路は，上記のようにガラスを含まない純金属で，かつ平滑であるため，半田付着性が良好であるにもかかわらず，その平滑表面に保護ガラス層を形成すると，保護ガラス層の密着力が非常に弱くなる。それ故，保護ガラス層に熱ストレスを与えると，保護ガラス層が導体回路から容易に剥離してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，導体抵抗が低く，かつ半田付着性が高い導体回路を有し，かつ導体回路と保護ガラス層との間の密着強度が高いセラミック回路基板の製造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
請求項１に記載の発明は，セラミック基板上に，金属よりなる導体回路を形成し，次いで，該導体回路の表面に結晶化ガラスからなる保護ガラス層を形成し，該保護ガラス層を焼成するセラミック回路基板の製造方法であって，
上記保護ガラス層の焼成は，結晶化ガラスの軟化点よりも５０℃低い温度以上で且つ結晶化ガラスの結晶化点未満の範囲内の温度において，上記保護ガラス層を焼成する第１焼成工程を行い，
その後，上記結晶化ガラス結晶化させるに必要な温度の範囲内において，上記保護ガラス層を焼成する第２焼成工程を行うことを特徴とするセラミック回路基板の製造方法である。
【００１０】
本発明において最も注目すべきことは，保護ガラス層の焼成の際に，一旦，第１焼成工程において，結晶化ガラスの軟化点よりも５０℃低い温度以上で且つ結晶化点未満の範囲内の温度で保護ガラス層を焼成することにより保護ガラス層の結晶化ガラスを溶融させ，その後第２焼成工程において，結晶化させるに必要な温度で焼成することにより保護ガラス層を結晶化させることにある。
【００１１】
本発明は，結晶化ガラスの軟化点及び結晶化点に着目したものである。即ち，まず，第１焼成工程において，結晶化ガラスよりなる保護ガラス層の焼成を，結晶化ガラスの軟化点よりも５０℃低い温度以上で且つ結晶化点未満で保持する。これにより，結晶化ガラスが溶融して，導体成分と結晶化ガラス成分との相互拡散が進行する。
次いで，第２焼成工程において，結晶化ガラスを結晶化させるために必要な温度で保護ガラス層を焼成して，保護ガラス層を結晶化させる。これによって，保護ガラス層と導体回路との間の密着強度を高めるとともに保護ガラス層の電気的特性の確保ができる。
【００１２】
本発明は，上記の着眼点を具体化したものである。以下，本発明について，詳細に説明する。
まず，第１焼成工程において，保護ガラス層の焼成温度は，結晶化ガラスの軟化点よりも５０℃低い温度以上で且つ結晶化ガラスの結晶化点未満である。かかる焼成温度で保護ガラス層を焼成すると，図１に示すごとく，保護ガラス層１の中の結晶化ガラス成分１１が溶融し，結晶化ガラス成分１１と導体回路２の導体成分２１とが相互拡散し，保護ガラス層１と導体回路２との界面２２で拡散層３が生成する。
【００１３】
第１焼成工程において，焼成温度が上記軟化点よりも５０℃低い温度未満の場合には，結晶化ガラスの溶融が不十分となり，結晶化ガラスの流動性が悪く，導体回路との濡れが悪くなるため，保護ガラス層の導体回路への密着力が低下する。一方，焼成温度が上記結晶化点以上の場合には，結晶化ガラスが結晶化し，結晶化ガラスの流動性が悪くなり，導体回路との濡れが悪くなるため，保護ガラス層の密着力が低下する。
【００１４】
次に，第２焼成工程において，保護ガラス層の焼成温度は，結晶化ガラスを結晶化させるのに必要な温度の範囲内である。かかる焼成温度で保護ガラス層を焼成すると，保護ガラス層の中の結晶化ガラス成分は，結晶化し，これによって，保護ガラス層の電気的特性の確保をする。
【００１５】
以上のように，本発明によれば，導体抵抗が低く，かつ半田付着性が高い導体回路を有し，かつ導体回路と保護ガラス層との間のセラミック回路基板の製造方法を提供することができる。
尚，上記軟化点及び結晶化点は，結晶化ガラスの種類により異なる。
【００１６】
次に，請求項２に記載のように，第１焼成工程における焼成時間は，１０分間以上であることが好ましい。焼成時間は長い程保護ガラス層の密着力が高くなる。１０分間未満の場合には，結晶化ガラスの溶融が不十分となり，また結晶化ガラス成分と導体成分との相互拡散が不十分となって，導体回路の金属粒の界面にまで結晶化ガラスが侵入せず，導体回路に対する保護ガラス層の密着力が低下するおそれがある。但し，焼成時間を長くする程，セラミック回路基板の生産性は悪くなるので，強度を確保できる最短時間とすることが好ましい。
【００１７】
上記第１焼成工程及び第２焼成工程は，別個におこなってもよい。例えば，導体回路の表面に保護ガラス層を形成したセラミック基板を，第１焼成工程を行なう加熱炉内，次いで，第２焼成工程を行なう加熱炉内に，順に通過させる。
また，第１焼成工程を行った後に続いて昇温させて第２焼成工程の焼成温度となし，第２焼成工程を行ってもよい。例えば，上記セラミック基板を加熱炉の中に載置し，第１焼成工程を行なった後，同一の加熱炉において温度調整を行い連続的に第２焼成工程を行なう。
【００１８】
次に，保護ガラス層に用いる結晶化ガラスは，結晶化するガラスであればどのガラス系でも本発明を用い強度の向上が得られるが，請求項３に記載のようにホウケイ酸鉛系の結晶化ガラスであることが好ましい。これにより，導体回路の表面保護及び隣接する導体間の電気絶縁性確保，また，保護ガラス層に半田ダムの役割を与え，更には，良好な抵抗体の保護膜特性を得ることができる。
【００１９】
次に，請求項４に記載のように，上記セラミック基板上への導体回路の形成は，金属めっき処理により行うことが好ましい。金属めっき処理によれば，純金属により導体回路を形成することができる。
そのため，金属めっき処理により形成した導体回路は，導体抵抗が低く，電気的特性に優れている。また，めっき表面が表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下と非常に平滑で且つ緻密である。それ故，導体回路表面の半田付着性が高く，ボンディングワイヤーの接合強度が高い。
【００２０】
また，導体回路と保護ガラス層との界面は，上記第１焼成工程において軟化点よりも５０℃低い温度以上でかつ結晶化点未満の温度で焼成することにより，保護ガラス層の結晶化ガラス成分が導体回路へ，また，導体回路の導体成分が保護ガラス層へ相互に拡散し，拡散層を生成する。その後，第２焼成工程において結晶化させるに必要な温度で焼成することにより，保護ガラス層の中の結晶化ガラス成分を結晶化させる。これにより，導体回路に対する保護ガラス層の高い密着強度を発現するとともに，保護ガラス層の電気的特性の確保をすることができる。
【００２１】
次に，請求項５に記載のように，上記導体回路は，Ｗ（タングステン），又はＭｏ（モリブデン）を主成分とする金属上に金属めっき処理により形成すると，本発明の効果が非常に大きいものとなる。
また，これにより，導体回路の導体特性が高くなる。上記導体回路形成のための金属めっき処理は，電気めっき又は無電解めっき等のいずれによっても行うことができる。また，上記導体回路は，Ｃｕ（銅），Ｎｉ（ニッケル），Ａｕ（金）を用いることもできる。
また，めっき処理から形成する導体回路は，金属めっき処理だけから形成することができるが，印刷し，又は導体箔をエッチングして形成した導体パターンの表面に金属めっき処理を行うことによっても形成することもできる。
【００２２】
次に，上記セラミック基板は，第２焼成工程における焼成温度で変形，変質しないものであればよい。かかるセラミック基板としては，例えば，請求項６に記載のように，アルミナを用いる。また，窒化アルミナ（ＡｌＮ），ガラス系の基板でもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例に係るセラミック回路基板の製造方法について，図２を用いて説明する。
本例は，セラミック基板上に，金属よりなる導体回路を形成し，次いで，該導体回路の表面に結晶化ガラスからなる保護ガラス層を形成し，焼成するセラミック回路基板の製造方法である。以下，これを詳細に説明する。
【００２４】
まず，図２に示すごとく，セラミック基板５の表面に，Ｗよりなる導体パターン２７をスクリーン印刷により形成した。セラミック基板５は，９６重量％のアルミナと４重量％の無機焼結助剤とからなる。次いで，セラミック基板５と導体パターン２７とを，還元雰囲気において１５８０℃で同時焼成した。
【００２５】
次いで，導体パターン２７の表面に，無電解めっき法により，厚み７μｍの銅めっき２６を析出させた。次いで，加熱炉にて，還元雰囲気，最高温度９００℃の条件において６０分間加熱して，銅めっき２６のアニールをした。このときの銅めっき２６の表面粗さ（Ｒａ）は１μｍであった。これにより，導体パターン２７と，導体パターン２７を被覆する銅めっき２６とからなる導体回路２を形成した。
【００２６】
次に，銅めっき２６を覆うように結晶化ガラスをスクリーン印刷し，乾燥，焼成をして，保護ガラス層１を形成した。結晶化ガラスはホウケイ酸鉛結晶化ガラスであり，その軟化点は約５５０℃であり，結晶化点は約６５５℃である。
次に，保護ガラス層１の焼成を２回行った。まず第１焼成工程においては，保護ガラス層１を，５５０〜６００℃，２０分間焼成した。これにより，銅めっき成分と保護ガラス層との相互拡散を進行させた。次いで，第２焼成工程において，保護ガラス層１を，６５５〜６６５℃，５分間焼成した。これにより，結晶化ガラス成分を結晶化させて，上記セラミック回路基板７を得た。
【００２７】
次に，保護ガラス層の密着強度をピール法により測定した。具体的な測定方法は，銅めっき表面に形成した保護ガラス層に，耐熱テープを張りつけた。耐熱テープの中央部を切り出して，大きさ２ｍｍ×２ｍｍの窓を形成した。次いで，耐熱テープの窓から保護ガラス層の表面に接着剤を塗布し，六角ナットを接着して，１５０℃，１０分間乾燥した。その後，六角ナットにＵ字形のワイヤを通し，そのワイヤを上方に引き上げた。このときの引き上げ力を測定した。そして，引き上げ力が大きいほど保護ガラス層の密着力が増加することから，この引き上げ力を，銅めっき２６と保護ガラス層１との間の密着強度とした。
測定の結果，保護ガラス層と導体回路との間の密着強度は，１０ｋｇｆ／２ｍｍ□（一辺が２ｍｍの四角形当たり）以上と高かった。
【００２８】
実施形態例２
本例においては，第１，第２焼成工程における焼成温度の変化が，保護ガラス層と導体回路との間の密着強度の関係に与える影響について測定した。
測定に当たり，表１に示すごとく，第１焼成工程における焼成温度は４００〜６７５℃の間で，また第２焼成工程における焼成温度は６５５〜６７５℃の間で種々に変化させた。このとき，第１焼成工程における焼成温度は，第２焼成工程における焼成温度よりも低くなるように設定した。
第１焼成工程における焼成時間は２０分間，第２焼成工程における焼成時間は５分間とした。
【００２９】
保護ガラス層と導体回路との間の密着強度の測定は，上記実施形態例１と同様の測定方法により行った。
測定の結果，表１，図３に示すごとく，密着強度が１０ｋｇｆ／２ｍｍ□以上と高い値を示した。即ち，（第１焼成工程，第２焼成工程）＝（５５０℃，６５５℃），（５５０℃，６６５℃），（６００℃，６５５℃），（６００℃，６６５℃），（６００℃，６７５℃）の温度条件の場合に，優れた密着強度が得られた。
【００３０】
これらの温度条件の場合に保護ガラス層が優れた密着強度を発揮したのは，図１に示すごとく，第１焼成工程において，保護ガラス層１の結晶化ガラス成分１１が導体回路２へ，また，導体回路２の導体成分２１が保護ガラス層１へ相互に拡散して拡散層３を生成することにより，保護ガラス層１と導体回路２とが拡散層３を介して相互拡散接合したためである。
【００３１】
【表１】
0003752755.tif 000002
【００３２】
実施形態例３
本例においては，図４に示すごとく，第１焼成工程と第２焼成工程とを連続的に行った。
即ち，まず，加熱炉の中に，導体回路の表面に保護ガラス層を形成したセラミック基板を載置した。次いで，以下の第１，第２焼成工程を行なった。
即ち，第１焼成工程において，６００℃において保護ガラス層を焼成した。これにより，結晶化ガラスを溶融させた状態において，導体成分と結晶化ガラス成分との相互拡散を進行させた。
【００３３】
続いて，加熱炉の温度を連続的に昇温して，６６５℃とし，この温度で第２焼成工程を行い，保護ガラス層を焼成した。これにより，結晶化ガラスを結晶化させた。
その他は，実施形態例１と同様である。
本例のセラミック回路基板について，保護ガラス層の密着強度を測定したところ，実施形態例１と同様に１０ｋｇｆ／２ｍｍ□以上と高い値を示した。
【００３４】
実施形態例４
本例においては，第１焼成工程の焼成時間と保護ガラス層の密着強度との関係について測定した。
測定に際し，第１焼成工程の焼成温度は６００℃とし，焼成時間を種々に変化させた。また，第２焼成工程の焼成温度は６７５℃とし，焼成時間は５分間とした。その他は，実施形態例１と同様の条件でセラミック回路基板を製造した。
得られたセラミック回路基板について，保護ガラス層の密着強度を測定し，その結果を図５に示した。
【００３５】
その結果，第１焼成工程において，焼成時間が１分間の場合には，１．５ｋｇｆ／２ｍｍ□程度であった。１〜１０分と長くなるに連れて保護ガラス層の密着強度が高くなった。１０分間以上になると，密着強度は１０ｋｇｆ／２ｍｍ□以上と，高い値を維持した。このことから，第１焼成工程においては，１０分間以上焼成することにより，高い密着強度が得られることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば，導体抵抗が低く，かつ半田付着性が高い導体回路を有し，かつ導体回路と保護ガラス層との間の密着強度が高いセラミック回路基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における，導体回路と保護ガラス層との界面における，結晶化ガラス成分と導体成分との相互の拡散を示す説明図。
【図２】実施形態例１における，セラミック回路基板の断面図。
【図３】実施形態例２における，導体回路に対する保護ガラス層の密着強度を示す図。
【図４】実施形態例３における，保護ガラス層の焼成方法を示す説明図。
【図５】実施形態例４における，第１焼成工程の焼成時間と，導体回路に対する保護ガラス層の密着強度との関係を示す図。
【図６】従来例における，印刷法により導体回路を形成したセラミック回路基板の断面図。
【図７】従来例における，めっき法により導体回路を形成したセラミック回路基板の断面図。
【符号の説明】
１．．．保護ガラス層，
１１．．．結晶化ガラス成分，
２．．．導体回路，
２１．．．導体成分，
２２．．．界面，
２６．．．銅めっき，
２７．．．導体パターン，
３．．．拡散層．
５．．．セラミック基板，
７．．．セラミック回路基板，
【図１】
0003752755.tif 000003
【図２】
0003752755.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003752755.tif 000008
【図７】
0003752755.tif 000009