JPH0632358B2 - 抵抗体付セラミック回路板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、抵抗体付セラミック回路板の製造方法に関
し、通常の配線用導体回路とともに抵抗体が形成された
セラミック回路板を製造する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

抵抗体を含むセラミック回路板を製造する方法として
は、従来、焼結されたセラミック基板上に導体回路とな
るＡｇ／Ｐｄ等を主成分とする貴金属ペーストをスクリ
ーン印刷等によって印刷するとともに、ＲｕＯ_２を主成
分とするフリツト入りの抵抗体ペーストをスクリーン印
刷等によって印刷し、酸化雰囲気中において焼成するこ
とによって、導体回路と抵抗体を同時に形成する方法が
一般的であった。

しかし、上記方法では、マイグレーションが発生し易
く、また配線抵抗も１０〜３０ｍΩ／□と高い。そこ
で、最近、上記方法を改良して、マイグレーションの防
止や配線抵抗の低減化とともにペースト材料の低コスト
化を図れる方法として、Ｃｕ等を主成分とする卑金属ペ
ーストとＬａＢ_６、ＳｎＯ_２等を主成分とするフリット
入りの抵抗体ペーストを組み合わせ、両者を窒素雰囲気
中で焼成して、導体回路と抵抗体を同時に形成する方法
が盛んになっている。

しかし、上記方法でも、導体金属ペーストをスクリーン
印刷しているため１００μｍ以下の微細配線の形成が困
難であるとともに、ペースト中にガラス質を含むために
ハンダ付着性が劣り、不良品が出やすく、使用時に故障
を起こし易いという問題がある。また、抵抗体ペースト
を窒素雰囲気中で焼成する必要があり、ペースト材料の
完成度が低いこともあって、従来の空気焼成用抵抗体ペ
ーストに比べて、性能的に全ての面で充分に匹敵すると
は言えない。

一方、微細配線回路を形成する方法として、メタライジ
ング法によって、セラミック基板の表面に、ガラス質を
含まない導体金属層を形成し、写真製版技術等を用いて
回路を形成する方法が提案されている。しかし、この方
法は、抵抗体ペーストを焼成する際の高温で導体金属層
が酸化されるのを防止するために、不活性あるいは還元
性雰囲気で焼成しなければならないといった制約があ
る。

そこで、ＲｕＯ_２を主成分とする空気焼成用抵抗体ペー
ストを印刷・焼成して抵抗体層を形成した後、抵抗体層
の上に保護層を形成し、セラミック基板の表面および抵
抗体層の露出部分全体を、強酸によって同時に粗化し、
ついで触媒・活性化処理を行った後、化学めっきまたは
化学めっきと電気めっきを施して導体金属層を形成し、
この導体金属をパターンエッチングして導体回路を形成
する方法が提案されており、特開昭６１−１８５９９５
号公報に開示されている。

また、前記したような各従来技術は、特開昭６１−２７
０８８５号公報、特開昭６１−１９４７９４号公報等に
開示されており、本願出願人は同様の技術について、特
願昭６１−３５７６７号および特願昭６３−６２３４７
号にて特許出願している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記した特開昭６１−１８５９９５号公報に
開示の先行技術では、セラミック基板と導体回路あるい
は抵抗体層と導体回路との密着力を高めるために、セラ
ミック基板および抵抗体層の露出部分を強酸で粗化して
いるために、この粗化処理によって抵抗体層が侵され、
抵抗体層の性能品質に悪影響を与えるという問題があっ
た。このような問題を起こさないためには、粗化処理
を、抵抗体層の性能品質に影響がない程度に抑えればよ
いが、そうすると導体回路とセラミック基板および抵抗
体層との密着力が劣るものとなってしまう。

そこで、この発明の課題は、上記従来技術において、抵
抗体層の性能品質に悪影響を与えることなく、導体回路
とセラミック基板および抵抗体層との密着力を高めるこ
とのできる抵抗体付セラミック回路板の製造方法を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する、この発明のうち、請求項１記載の
発明は、製造過程において以下の工程(1)〜(3)を含むよ
うにしている。

(1) セラミック基板に抵抗体層を形成し、抵抗体層の
上に保護層を形成する工程。

(2) セラミック基板表面および抵抗体層の露出部分に
対して、所定の回路パターンに対応する導体金属層を薄
膜形成手段により形成する工程。

(3) 導体回路が形成されたセラミック基板を、窒素雰
囲気中において２００〜８００℃の温度範囲内で加熱処
理する工程。

〔作用〕

請求項１記載の発明によれば、導体回路が形成されたセ
ラミック基板を加熱処理することによって、導体回路と
セラミック基板および抵抗体層との密着力を高めること
ができる。

特に、導体回路となる導体金属層を薄膜形成手段で形成
するとともに、加熱処理を、窒素雰囲気中において２０
０〜８００℃の温度範囲内で行うことにより、抗体体層
およびその上を覆う保護層の特性を損なうことなく、導
体回路とセラミック基板との密着力、および、導体回路
と抵抗体層との密着力を、十分に高めることができる。

これは、導体金属層や抵抗体層などの材料の組み合わせ
に応じて、前記温度範囲内の適切な温度で加熱処理を行
うと、導体金属層を薄膜形成したときに生じる残留応力
や接合面における組織構造の不均一が解消されるなどの
作用が生じることよって、密着力の向上が図れるものと
考えられる。

但し、加熱処理を大気中で行ったり、加熱温度を高くし
たりすると、抵抗体層および保護層の特性に悪影響が生
じる。具体的には、抵抗体層あるいは保護層は、大気中
かつ高温度で加熱されると、酸化されてしまったりして
特性が大きく変化した、場合によっては溶融変形してし
まったりする。これでは、抵抗体層および保護層の本来
の機能を十分に発揮できなくなる。抵抗体層および保護
層は、通常、焼成により形成されるので、この焼成時の
温度と同じ程度か少し高い温度までの比較的低い温度で
あれば、悪影響は生じ難いと考えられるので、前記した
ような温度範囲の規定が有効となる。また、窒素雰囲気
中であれば、抵抗体層や保護層が酸化される心配がない
のである。

〔実施例〕

第１図は、この発明にかかる抵抗体付セラミック回路板
の製造方法の１例を工程流れ図によって示しており、こ
れにしたがって順次説明を加える。また、第２図には、
製造された抵抗体付セラミック回路板の断面構造を示し
ている。

〔工程〕 焼結されたセラミック基板１を用意する。セラミック基
板１の材質は、アルミナ，フォステライト，ステアタイ
ト，ジルコニア，ムライト，コージライト，ジルコン，
チタニア等の酸化物系セラミック材料を主に用いるが、
炭化物系あるいは窒化物系等、任意のセラミック材料を
使用することができる。

〔工程〕 必要に応じて、セラミック基板１の表面を粗化する。こ
の粗化処理によって、後工程で形成される導体金属層２
と基板表面との密着力（いわゆるアンカー効果）を向上
させることができる。導体金属層２を気相法によって形
成する場合には、この粗化処理を行わなくてもよいが、
導体金属層２を化学めっき法によって形成する場合に
は、この粗化処理を行うことが好ましい。粗化処理の方
法は、セラミック基板１を、例えば、熱リン酸，溶融ア
ルカリ，ＨＦ等の溶液中に浸漬する方法、あるいは研磨
やサンドブラスト等によって物理的に粗化する方法等が
あるが、その他の粗化処理方法も採用できる。

〔工程〕 セラミック基板１の所定の位置に、抵抗体ペーストをス
クリーン印刷等の手段で、所定のパターンになるように
塗布乾燥させる。その後、セラミック基板１とともに抵
抗体ペーストを焼成して、抵抗体層３を形成する。

抵抗体ペーストは、ＰｄＯ／Ｐｄ／Ａｇ系もしくはＲｕ
Ｏ_２系等の抵抗成分を、Ｓｉ，Ｃａ，Ａｌ等の酸化物を
含むガラスや有機系ビヒクル等と混合してペースト化し
たもの等、通常の抵抗体形成用の材料が使用される。抵
抗体ペーストの使用にあたっては、セラミック基板の材
料と適合するものを選択して使用するのが好ましいが、
通常、最も安定した特性を有するＲｕＯ_２系のものが好
適である。

抵抗体ペーストを乾燥および構成する方法は、通常の抵
抗体形成方法と同様の方法で行われるが、例えば、つぎ
のような条件が一般的である。すなわち、スクリーン印
刷等によってセラミック基板１上に印刷された抵抗体ペ
ーストを、５０〜２００℃で乾燥させた後、成分中のガ
ラスフリットが溶融接合する温度、好ましくは５００〜
１１００℃、より好ましくは６００〜９５０℃の範囲で
構成する。

〔工程〕 抵抗体層３の一部を覆って保護層４を形成する。この保
護層４は、抵抗体層３の耐熱性、耐湿性、耐薬品性等を
向上させ、抵抗値のドリフトを減少させるために形成す
る。保護層４は、後工程で抵抗体層３と導体金属層２と
を接続するための部分を除いて、抵抗体層３の全体を覆
うようにする。保護層４としては、従来の製造方法でも
用いられている、通常のオーバーコートガラスを用いる
ことができるが、このオーバーコートガラスの代わり
に、感光性ポリイミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、ト
リアジン系材料等から形成された有機系あるいは無機系
物質で、後工程における粗化処理で使用される酸等に対
して耐性のあるものからなる保護層４を用いることもで
きる。

保護層４の形成方法は、通常の方法で実施できるが、例
えば、つぎのような条件が一般的である。すなわち、ス
クリーン印刷法を用いて、前記抵抗体層３の一部を除く
全体を覆って、オーバーコート用ガラスペーストを印刷
形成した後、３００〜８００℃でガラスペーストを焼成
することによって、保護層４を形成する。

〔工程〕 必要に応じて、抵抗体層３のうち、保護層４で覆われて
いない露出部分を粗化処理する。こうして粗化処理され
た抵抗体層３の露出部分の上に導体金属層２を形成すれ
ば、いわゆるアンカー効果によって、抵抗体層３と導体
金属層２との接続部分の密着性が向上する。粗化処理す
る方法は、前記したセラミック基板１の粗化処理で説明
した熱リン酸のような強い粗化作用を有する処理方法を
用いる必要はなく、比較的弱い粗化方法であっても、抵
抗体層３を粗化処理することができる。具体的には処理
方法としては、例えば、リン酸，フッ酸，クロム酸，硫
酸等の酸、あるいはＮａＯＨ等のアルカリ溶液を用いる
方法が適用できる。この粗化処理によって、抵抗体層３
の露出部分と同時に、保護層４やセラミック基板１の表
面がある程度粗化されても構わないが、保護層４による
抵抗体層３の保護効果や抵抗体層３の性能に悪影響を与
えない程度の粗化処理方法を適用する。

〔工程〕 セラミック基板１の表面および抵抗体層３の霧出部分全
体に導体金属層２を形成する。導体金属層２としては、
通常の導体回路の材料として用いられている各種の金属
材料が用いられ、化学めっき，蒸着，スパッタリング，
イオンプレーティング等の、通常の薄膜形成手段のなか
から選ばれた任意の方法が適用できる。

化学めっきの場合には、通常のセンシタイジング−アク
チベーション法を用いて、セラミック基板１表面に金属
パラジウムを析出させて表面を活性化させる。その後、
化学銅めっき浴あるいは化学ニッケルめっき浴等に、前
記活性化されたセラミック基板１を浸漬し、銅あるいは
ニッケル等の導体金属層２を形成させる。

蒸着，スパッタリング，イオンプレーティング等の気相
法、あるいはＣＶＤ法を用いて導体金属層２を形成する
こともできる。気相法を用いる場合、第１工程でＣｒま
たはＴｉの金属層を形成し、その上に第２工程として銅
またはニッケル等の金属層を形成させる方法や、４００
℃程度に加熱された粗面化済みのセラミック基板１に、
上記同様のＣｒまたはＴｉの金属層および銅またはニッ
ケル等の金属層を順次形成する方法を採用することによ
って、セラミック基板１と薄膜金属層２との密着力が増
大する。

〔工程〕 必要に応じて、導体金属層２の上に電解めっきを行う。
前記工程の化学めっき法や気相法等では、１〜数μｍの
薄い金属層しか形成出来ないので、導体回路として必要
な導体金属層２の厚みを分厚くするには、金属層の厚付
けを行える電解めっき法を併用することが好ましい。

〔工程〕 セラミック基板１および抵抗体層３の霧出部分全体に形
成された導体金属層２を、エッチングによって、所定の
回路パターンに形成する。エッチングによる回路形成の
詳細については、通常の印刷回路板の製造方法と同様に
行われるので、具体的な工程の説明は省略する。このよ
うな、エッチングによる回路形成を行うと、配線抵抗の
小さな銅等の卑金属導体を使用して、線幅、線間３０μ
ｍという微細パターンを形成することが可能になる。

なお、導体回路の形成手段としては、上記のように、セ
ラミック基板１の全体に形成された導体金属層２をエッ
チングする方法のほか、予め回路パターンに対応するパ
ターンを有するめっきレジスト層を形成しておき、回路
パターンに相当する部分のみに、めっき法で導体金属層
２を形成する方法等、エッチングを行わずに直接導体回
路を形成することもできる。その他、導体回路の形成手
段としては、通常の印刷回路板の製造方法で用いられる
各種の導体回路形成手段を適用することができる。

〔工程〕 つぎに、導体金属層２が形成されたセラミック基板１
を、窒素雰囲気中で加熱処理する。処理温度は、２００
〜８００℃の範囲で行うのが好ましく、より好ましくは
４００〜７００℃の範囲内で実施する。この加熱処理に
よって、導体回路２と抵抗体層３およびセラミック基板
１が強固に密着する。特に、抵抗体層３と導体回路２と
の接続個所における密着力が顕著に向上する。

処理時間は適宜に設定されるが、例えば１〜１００分程
度行われる。加熱雰囲気は、窒素のみからなるか、窒素
を主体にして窒素以外の成分は微量にしか含まれない雰
囲気、すなわち実質的に窒素雰囲気と言える加熱雰囲気
中で行われる。なお、必要であれば、上記加熱雰囲気中
に、２〜２００ｐｐｍ程度の微量の酸素を含んでいても
よい。但し、上記加熱処理では、セラミック基板１の表
面に形成された抵抗体層３，導体金属層２，保護層４等
の性能に悪影響を及ぼさないように実施するのが好まし
い。

〔工程〕 必要に応じて、抵抗体層３のトリミングを行い、所望の
抵抗値に調整する。トリミングの方法は通常の抵抗体付
回路板と同様の方法が用いられ、例えば、アブレッシブ
トリミング，レーザートリミング等の方法がある。その
中でも、高速処理が行え、高性能なレーザートリミング
が、この発明の実施にとって、最も好ましいものであ
る。

以上のような各工程を経て、第２図に示すような、抵抗
体付セラミック回路板が製造される。

上記実施例において、薄膜金属層２０および導体金属層
２からなる導体回路を構成する金属として、配線抵抗が
小さく安価な銅，ニッケル等の卑金属導体を使用するこ
とによって、線幅、線間３０μｍという微細パターンの
導体回路を安価に形成することができる。また、金を使
用すれば、マイグレーションの心配がなく、はんだ付け
性等が良好になる。

ＲｕＯ_２系等の空気焼成用抵抗体ペーストを使用すれ
ば、窒素焼成用抵抗体ペーストに比べて、高精度で高信
頼性の抵抗体層３を形成することができ、例えば、回路
定数に対する抵抗特性が±２％以内という、極めて高精
度な抵抗体層３を備えたセラミック回路板を製造するこ
とができる。

つぎに、この発明にかかる抵抗体付セラミック回路板の
製造方法を実際に適用した具体的実施例について説明す
る。

−実施例１− 焼結セラミック基板１として、９６％アルミナ基板
（４″×４″×０．６３５mm）を用い、この基板１を熱
リン酸に浸漬して、基板表面を均一に粗化した。粗化に
よって、表面粗さが最大粗さ２〜３μｍになった。粗化
処理の後、充分に洗浄して乾燥させた。乾燥後、セラミ
ック基板１の上にＲｕＯ_２系の抵抗体ペーストをスクリ
ーン印刷し、乾燥後、空気中８５０℃で焼成して抵抗体
層３を形成した。このあと、抵抗体層３のうち、導体金
属層２との接続部分となる一部を除いて全体を覆うよう
に、オーバーコート用ガラスペーストをスクリーン印刷
し、乾燥させた後、空気中６００℃の条件で焼成して保
護層４を形成した。抵抗体層３の露出部分に対して、５
％のフッ酸溶液を用いて粗化処理を行い、その後充分に
水洗および乾燥させた。

セラミック基板１に、化学めっき法によって銅層を形成
し、さらに電解めっき法によって金属銅の厚付けを行
い、合わせて厚み１０μｍの導体金属層２を形成した。
その後、５０ppm の酸素を含む窒素雰囲気中６００℃で
加熱処理を行った。この状態で、抵抗体層３の露出部分
と導体金属層２とは強固に接着しているとともに、導体
金属層２とセラミック基板１とを密着力は２．０〜３．
０kg/mm²と、極めて高い値を示した。

つぎに、導体金属層２に対して、写真製版技術を用いて
パターンエッチングを施し、線幅、線間５０μｍの導体
回路を形成した。このようにして得られた抵抗体付セラ
ミック回路板について、抵抗体層３の回路定数に対する
抵抗特性を測定したところ、±２％以内で高精度な値を
示した。その後、抵抗体層３の抵抗値が所望の値になる
ように、レーザートリマーでトリミング調整することに
よって、第２図に示すような、抵抗体付セラミック回路
板が製造できた。

−実施例２− 焼結セラミック基板１として、９２％アルミナ基板を用
い、ＮａＯＨ溶融塩に浸漬することによって、表面を最
大粗さ２〜３μｍ程度に粗化処理した後、充分に洗浄し
て乾燥させた。乾燥後、セラミック基板１の上に、Ｒｕ
Ｏ_２系の抵抗体ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させ
た後、空気中９００℃の条件で焼成して抵抗体層３を形
成した。このあと、抵抗体層３の所定部分を覆うよう
に、オーバーコート用ガラスペーストをスクリーン印刷
し、乾燥させた後、空気中５８０℃の条件で焼成して保
護層４を形成した。さらに、抵抗体層３の露出部分を、
１０％のクロム酸溶液を用いて粗化し、充分に水洗・乾
燥した。

セラミック基板１の表面および抵抗体層３の霧出部分の
全体に、化学めっき法のみで、厚み５μｍの銅層からな
る導体金属層２を形成した。その後、窒素雰囲気中６５
０℃で加熱処理を行った。

この状態で、抵抗体層３の露出部分と導体金属層２とは
強固に接着しているとともに導体金属層２とセラミック
基板１との密着力は２．０〜３．０kg/mm²と、極めて高
い値を示した。

つぎに、導体金属層２に対して、写真製版技術を用いて
パターンエッチングを施し、線幅、線間５０μｍの導体
回路を形成した。このようにして得られた抵抗対付セラ
ミック回路板について、抵抗体層３の回路定数に対する
抵抗特性を測定したところ、±２％以内で高精度な値を
示した。その後、抵抗対層３の抵抗値が所望の値になる
ように、レーザートリマーでトリミング調整した。

−実施例３− 焼結セラミック基板１として、９９％アルミナ基板を用
い、この基板の表面をフッ酸を用いて、最大粗さ１〜２
μｍに粗化処理した後、充分に洗浄して乾燥させた。乾
燥したセラミック基板１の上にＲｕＯ_２系の抵抗体ペー
ストをスクリーン印刷し、乾燥させた後、空気中８５０
℃で焼成して抵抗体層３を形成した。抵抗体層３の所定
部分を覆うように、オーバーコート用ガラスペーストを
スクリーン印刷し、乾燥させた後、空気中６００℃の条
件で焼成して保護層４を形成した。

つぎに、抵抗体層３の露出部分を１０％の硫酸溶液を用
いて粗化し、充分に水洗・乾燥した後、スパッタリング
法によって銅管を形成し、さらに電解めっき法によって
金属銅の厚付けを行い、厚み１２μｍの導体金属層２を
形成した。その後、７０ppm の酸素を含む窒素雰囲気中
において６００℃で加熱処理を行った。

この状態で、抵抗体層３の露出部分と導体金属層２とは
強固に接着しているとともに、導体金属層２とセラミッ
ク基板１との密着力は２．０〜３．０kg/mm²と、極めて
高い値を示した。

つぎに、導体金属層２に対して、写真製版技術を用いて
パターンエッチングを施し、線幅、線間５０μｍの導体
回路を形成した。このようにして得られた抵抗体付セラ
ミック回路板について、抵抗体層３の回路定数に対する
抵抗特性を測定したところ、±２％以内で高精度な値を
示した。その後、抵抗対層３の抵抗値が所望の値になる
ように、レーザートリマーでトリミング調整した。

−実施例４− セラミック基板１として９６％アルミナ基板を用い、抵
抗体ペーストをセラミック基板１上に、所定の形状にな
るように直接描画した以外は、前記実施例２と同様の工
程で、抵抗体付セラミック回路板を製造した。その結
果、得られたセラミック回路板の抵抗体層３の抵抗値の
バラツキは、実施例２と同様の優れた特性を有するもの
であった。

−実施例５− 焼結セラミック基板として、９９％アルミナ基板を用
い、導体金属層２となる銅層を、電解めっきを行わず、
化学めっきのみで厚み８μｍになるように形成した以外
は、実施例１と同様の工程で、抵抗体付セラミック回路
板を製造した。その結果、得られたセラミック回路板の
抵抗体層３の抵抗値のバラツキは、実施例１と同様の優
れた特性を有するものであった。

〔発明の効果〕

以上に述べた、この発明にかかる抵抗体付セラミック回
路板の製造方法のうち、請求項１記載の発明によれば、
抵抗体層および保護層が形成されたセラミック基板の表
面および抵抗体層の露出部分に導体回路を形成した後、
加熱処理を行うことによって、導体回路と抵抗体層およ
びセラミック基板との密着力を大幅に高めることができ
た。この加熱処理では、従来の粗化処理のように、抵抗
体層に悪影響を与える心配がないため、高精度で高信頼
性の低抗体層を有するセラミック回路板を製造すること
ができる。

しかも、導体金属ペーストの焼成によって導体回路を製
造する方法等に比べ、微細回路が形成でき、低抵抗の導
体金属を用いることができるので配線抵抗が低くなり、
抵抗体層として高性能なものを使用できるので、より高
精度で高信頼性を有する抵抗体層を備えたセラミック回
路板を提供することができる。

特に、導体回路となる導体金属層を薄膜形成手段で形成
するとともに、加熱処理を、窒素を主成分とする雰囲気
中において２００〜８００℃の温度範囲内で行うことに
より、抗体体層およびその上を覆う保護層の特性を損な
うことなく、銅層からなる導体回路とセラミック基板お
よび抵抗体層との密着力を高めることができ、抵抗体付
セラミック回路板の品質性能を向上させることができる
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す工程流れ図、第２図は
製造された抵抗体付セラミック回路板の断面図である。 １……セラミック基板、２……導体金属層、３……抵抗
体層、４……保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−95396（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−185995（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−194794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−24464（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−123196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−207395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−225047（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック基板に導体回路とともに抵抗体
   が形成されたセラミック回路板を製造する方法であっ
   て、以下の工程(1)〜(3)を含むことを特徴とする抵抗体
   付セラミック回路板の製造法。 (1) セラミック基板に抵抗体層を形成し、抵抗体層の
   上に保護層を形成する工程。 (2) セラミック基板表面および抵抗体層の露出部分に
   対して、所定の回路パターンに対応する導体金属層を薄
   膜形成手段により形成する工程。 (3) 導体回路が形成されたセラミック基板を、窒素雰
   囲気中において２００〜８００℃の温度範囲内で加熱処
   理する工程。