JPH03119785A

JPH03119785A - 回路基板

Info

Publication number: JPH03119785A
Application number: JP25520889A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nagano; 幸雄永野; Tokio Ogoshi; 大越　時夫
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1989-10-02
Filing date: 1989-10-02
Publication date: 1991-05-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、金属基板表面をガラス絶縁層で被覆した新規
な回路基板に関する。詳しくは、温度変化によるガラス
絶縁層の耐クラツク性、該ガラス絶縁層上に配線パター
ンを形成した場合、該形成された配線パターンの熱およ
び耐湿性に対する信頼性が極めて高い回路基板である。

〔従来の技術および問題点〕

従来のセラミック基板を使用した回路基板の機械的、物
理的強度を改良する目的で、鉄。

アルミニウム等の金属基板が使用されることがある。

上記金属基板を使用した回路基板は、その表面への配線
パターンの形成に際し、配線パターン間の短絡を防ぐ為
、金属基板上にガラス絶縁層が一般に設けられている。

例えば、特公昭６２−２６９３９６号には、アルミニウ
ムを含有する鉄合金基体の表面にガラス絶縁層を形成し
た回路基板が示されている。

しかしながら、金属基体上にガラス絶縁層を構成した従
来の回路基板は、例えば絶縁層として、５ｉ０２を主成
分とした非晶質ガラスを使用した場合、該ガラス絶縁層
の表面に配線パターンを形成後、該パターン上に更に絶
縁層、配線パターンなどをａｔ層する際の加熱により、
ガラス層が溶融するために高密度配線には適さない。ま
た、配線パターンとガラス絶縁層との接着性評価として
のビーリング強度試験法の結果においても接着強度が弱
いという欠点があった。一方上記欠点を補うため、ガラ
ス絶縁層として結晶性の高い例えばＳｚ□□に酸化物フ
リットを添加して結晶性を高めたガラスを使用すること
も考えられるが、この回路基板は、導体のビーリング強
度、ファインライン性および耐湿性には優れてはいるも
のの、結晶性が高いためもろく、室温から高温（８００
〜１０００℃）にわたる熱工程において、クラックが入
り易いという欠点をもっている。

〔問題点を解決するための平膜〕

本発明者等は、金属基板をガラス絶縁層で被覆した回路
基板における上記問題点を解消すぺ〈鋭意研究を重ねた
。その結果、上記ガラス絶縁層の金属基板と接する面を
非晶質ガラス層により、他方の面を結晶質力゛ラス層に
より構成することにより、上記ガラス絶縁層が、温度変
化に対して、優れた耐クラツク性を示すと共に、ガラス
絶縁層上に配線パターンを形成した場合に、該配線パタ
ーンの信頼性が極めて高い回路基板を形成し得ることを
見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、金属基板表面を該金属基板と接する面が非晶
質ガラス層により、他方の面が結晶質ガラス層により構
成されたガラス絶縁層により被覆した回路基板である。

第１図は、表面に導体層を形成した本発明の回路基板の
代表的な態様を示す断面図である。図において、１は金
属基板、２は非晶質ガラス層、３は結晶質ガラス層を示
す。尚、４は導体層を示す。

本発明において、金属基板の材質は、特に限定されるも
のではなく、公知の材質が特に制限なく使用される。例
えば、鉄、チタン、銅、ニッケル、クロム、アルミニウ
ム等の金属、あるいはこれらの金属よりなる合金が好適
に使用される。これらの材質のうち特に、アルミニウム
を含有する鉄合金が最も一般に使用される。

本発明の最大の％微は、上記金属基板を、該金属基板と
接する面が非晶質ガラス層で、他方の面が結晶質ガラス
層で構成されたガラス絶縁層で被覆することにある。

本発明において、非晶質ガラス層を構成するガラスは、
非晶質であり、且つ絶縁性を有するものであれば特に限
定されず、公知の組成が特に制限なく使用される。一般
には、非晶質成分を７ｏＸｉ１％（ｗｔ％）以上、好ま
しくはｓ　ｏ　ｗｔ　ｓ以上含有する絶縁性のガラスが
好適に使用される。代表的な組成を例示すれば、５１０
２　を主成分とし、これにｌ！２０、Ｃａ　Ｏｒ　Ｐ　
ｂ　（）＋　Ｂ　ａＯｌＺ　ｎ　Ｏ等を配合したナイ敵
ガラス；　ＰｋｌＯ−Ｂ２０３　を主成分とし、これに
５ｉＯ７，ＺｎＯ，Ｃａ、Ｏ等を配合した船ホウ酸ガラ
ス；　Ｎａ２ＯＣ＆Ｏ５ｉ０２を主成分とし、これにＭ
ｇＯ，ＰｂＯ等を配合したソーダ石灰ガラス、Ｎａ２ｏ
−Ｂ２０．−８ｉＯ□を主成分とし、この系にＰｂ０Ｉ
　Ｚ！１０１１！、０３等を配合したホウケイ酸ガラス
、（：ａＱ−ＭｇＯ−１２０３−８ｉｎ２を主成分とし
、これにＮ　ａ２０等を配合したアルミノティ酸ガラス
等が挙げられる。上記ガラス組成のうち５１０２を主成
分として含むガラスにおいて、５ｉｎ２の割合は、７０
　ｗｔ％以上、特に７５〜９５ｗｔ　　％が好適である
。

また、結晶質ガラス層を構成するガラスは。

結晶性を示し、且つ絶縁性を有するものであれば特に限
定されず、公知の組成が特に制限なく使用される。一般
には、酸化物フリットを２５１ｉ１％以上、好ましくは
３５〜６０ｗｔ噂含有する絶縁性ガラスが好適に使用さ
れる。

代表的な成分を例示すれば、上記した非晶質ガラスに、
ＡＪ２０３ｔ　Ｚｒ０２ｔ　Ｃａｂ、ｐｂｏｌＴｉＯ□
、Ｂ＆０　より選ばれた少なくとも１種の酸化物フリッ
トを配合したガラスが好適である。

本発明において、ガラス絶縁層は、非晶質ガラスと結晶
質ガラスの２層により構成されるのが一般的であるが、
必要に応じてこれらの層間に、さらに非晶質ガラス層お
よびまたは結晶質ガラス層を形成してもよい。

上記した非晶質ガラス層および結晶質ガラス層の厚みは
特に制限されないが、一般に非晶質ガラス層は１０〜５
０μｍ、結晶質ガラス層は１０〜５０μｍ、が好ましい
。また、ガラス絶縁層の総厚みは、４０〜１００μｍか
好ましい。

また、非晶質ガラス層は、金属基板に対して熱膨張率の
差が６ｘ　１ｏ　−’　／’Ｃ以下となるように、また
、結晶質ガラス層は非晶質ガラス層に対して、熱膨張率
の差が４Ｘ１ｏ−６７℃以下となるようにその組成を調
整することが好ましい。

上記熱膨張率の調整は、前記ガラス組成にＮａ、　Ｋ、
　Ｌｌ　　等のアルカリ金属の酸化物を配合することに
より行なうことができる。

本発明の回路基板の製造方法は特に制限されないが、代
表的な製造方法を例示すれば、下記の方法が挙げられる
。

すなわち、金属基板上にスクリーン印刷法にて、非品性
ガラスペーストを塗布、乾燥後、焼付けして非晶質ガラ
ス層を形成し後、同様にして結晶性ガラスペーストを印
刷塗布後、乾燥、焼付して結晶質ガラス層を形成される
方法が好ましい。また、上記方法により、非晶質ガラス
層を形成させた後、核層の表面に前記した酸化物アリッ
ト粉を均一に振りカ・けた後、焼成して表面に結晶質ガ
ラス層を形成させる方法も採用できる。

上記焼成温度は、前記した組成の結晶質ガラスが結晶化
し得る温度が採用される。一般には７００〜１，１００
℃が好適である。また、非晶質ガラス層の形成の前に、
該ガラス層の金属基板への密着性を改良する為に、該金
属基板の表向を活性化処理することが好ましい。

かかる活性化処理としては、公知の処理方法が特に制限
なく採用される。例えば、鉄系の金属基板においては、
ＮＨ３の分解ガス中で６００℃〜１，３００℃で５〜２
０分間処理するか、または空気中もしくはＮ２ガス中に
て６００℃〜１．２００℃で５〜２０分間処理する、こ
とにより、基板表向に活性層を作る等の処理方法が好ま
しい。

本発明の回路基板への配線パターンの形成は、公知の手
段が特に制限なく採用される。

例えば、従来一般に使用されているスクリーン印刷法の
他に、転写法、蒸着法、スパッタリング法等の配線パタ
ーン形成方法が好ましい。

〔効　果〕

以上の説明より理解されるように、本発明の回路基板は
、温度変化によるガラス絶縁層の破損がなく、また、ガ
ラス絶縁層の高温安定性に優れている。また上記ガラス
絶縁層は、耐湿性および導体との接層強度に優れている
という特徴も持っている。従って、極めて高い信頼性で
回路基板上に配線パターンを形成することができる５〔実施例〕以下、本発明を更に具体的に説明するために、実施例を
示すが、本発明はこれに限定されるものではない。なお
、実施例および比較例において、耐クラツク性試験、導
体接着強度試験、耐湿性試験は下記の方法により実施し
た。

ａ）耐クラツク性試験導体パターンを形成した回路基板を、８ｏ。

℃に安定したバッチ炉へ３０分間投入彼、室温に放置し
た水中へ入れる。これを１サイクルとして、１０サイク
ル行なった後の外観検査を顕微鏡にて行ない、異常およ
び＃離がないか確認した。

ｂ）導体接着強度試験同様の方法で作成した１０枚の回路基板の絶縁ガラス層
上に印刷された２×２鶴の１１にパターンに０．６ダＳ
ｎメツ千導線を半田付は後、９０度の方向に引っ張り、
夫々の回路基板につき、剥離強度を測定した。

Ｃ）高温高湿負荷試験導体パターンを形成した回路基板を、８５℃、８５％Ｒ
Ｈｆ）ｌｌｒｆＭＷＩＴｐ：”ＣＤＣ１５Ｖのバイアス
をかけ、１，０００時間投入後の絶縁抵抗を測定した。

実施例１アル１ニウムを含有する耐熱鋼よりなる金属基板を窒素
中９００℃、１０分間熱処理稜、表１に示す組成を有す
る非晶質のガラスＡをスクリーン印刷にて塗付、１５０
℃、１５分間加熱乾燥後、８５０℃、１０分間空気中に
て焼成し、３０μ毎の非晶質ガラス層を形成した。

次に、上記非晶質ガラス層上に表１に示す組成を有する
結晶質のガラスＢをガラスＡと同様な条件にて印刷、乾
燥、焼成を行ない、３５μｍの結晶質力゛ラス層を形成
して回路基板とした。その後、該回路基板に金属成分比
率で銀ｓｏ％、パラジウム２０％の比率をもつ厚膜導体
パターンをスクリーン印刷後、１５０℃、１５分間乾燥
後、８５０℃、１０分間空気中で焼成を行なった。焼成
後の基板を実回路基板と同等なプロセスにシュミレート
するため、８５０℃、１０分にて５回焼成を繰り返した
後、評価試験を行なった。

＆）耐クラツク試験８００’Ｃ１０サイクル後＆：おいても、本基板は剥離
もなく、実体顕微鏡３０倍にてもクラックは発見されず
、極めて高い熱衝撃性を示した。

ｂ）導体接着強度試験平均剥離強度４ｋｇ、Ｍｉｎ　　３．２ｋｇ、　ＭＩＬ
Ｘｓゆと十分な実用強度を示した。

Ｃ）高温高温負荷試験１．０００時間投入後、Ｄ、Ｃ１００Ｖにて　１０１２
Ω近くの値を示し、また、外観上も侮辱異常は認められ
ず、高い耐湿度性をもっていることを８詔した。

尚、上記ガラスＡに代えて、非晶質ガラスの鉛ホ’）＠
ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミ
ケイ酸ガラスを夫々使用し、ガラスＢとして、これらの
非晶質ガラスに酸化物７リツトが２５　ｗｔ％の割合と
なる量配合された組成の結晶質ガラスな夫Ａ使用した回
路基板も、上記結果と同様な優れた特性を示した。

表１　　ガラス組成（ｗｔ％）ガラスＡ（非晶質）ガラスＢ（結晶質）比較例１実施例１で使用した非晶質ガラスＡを実施例１と同様な
条件にて熱処理、ガラス塗付焼成により、約６５μｍの
ガラス絶縁層を形成して回路基板を得、その後、該ガラ
ス絶縁層上に実施例１と同様にして導体を印刷、焼成後
、評価試験を行なった。

ａ）耐クラツク試験８００℃１０サイクルの熱衝撃試験において、上記回路
基板は外観検査、および顕微鏡クラック検査に関して異
常はなかった。

ｂ）導体接着強度試験本試験に関して、平均剥離強度２ｋｌｉ、ＭＩＸ　　２
１８１’ｌＩＩ　Ｍｉｎ　　１＃　３に＆と、実施例１
に比し、極めて強度の低い値を示した。

Ｃ）高温高湿負荷試験初期値および１，０００時間投入後の値共に大幅な変化
はなく、１０１１Ω付近と平均的信頼性を示した。

比較例２実施例１で使用した結晶質性ガラスＢを実施例１と同様
な条件にて、熱処理後、ガラスを塗付、焼成して、約６
０μ攬のガラス絶縁層を形成して回路基板を得た。

次に、この回路基板に、実施例１と同様な方法で導体を
印刷、焼成後、評価試験を行なった。

＆）耐クラツク試験８００℃熱衝撃試験において、評価基板１０枚のうち５
枚が５サイクルにて、４枚が６サイクル、１枚が７サイ
クルにて絶縁層のクチツクが発生し、結晶質ガラス層の
堅くてもろい欠点を示した。

ｂ）導体接着強度試験平均値５ｐ、ＭＩＸ　　６ｋ１．Ｍｉｎ　　３．５時の
接着強度を示した。

Ｃ）高温高湿負荷試験初期値は１０１１Ω近辺の高い絶縁抵抗値を示したが、
１，０００時間投入後では１０８Ωと、極めて低い値を
示した。４゜倍での顕微鏡検査の結果、クランクの発生
が確認された。これは、熱膨張率のミスマツチングが起
因で、基板焼成ｍｇによって絶縁ガラス層内部に発生し
た歪が除々にクラックとして表面化し、成長したものと
考えられる。

以上の実施例及び比較例から明らかなように、本発明の
回路基板は、従来の単一層のガラス絶縁層を有する回路
基板に比べ、優れた耐熱衝撃性、耐機械衝撃性に加え、
高い耐湿度性を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、表面に導体層を形成した、本発明の回路基板
の代表的な態様を示す断面図である。図において、ｌは金属基板、２は非晶質ガラス層、３は
結晶質ガラス層、及び４は導体層を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属基板表面を、該金属基板と接する面が非晶質
ガラス層により、他方の面が結晶質ガラス層により構成
されたガラス絶縁層により被覆した回路基板。