JPH0680880B2

JPH0680880B2 - 抵抗体付セラミック回路板の製法

Info

Publication number: JPH0680880B2
Application number: JP63062347A
Authority: JP
Inventors: 清隆脇; 昇山口
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-03-15
Filing date: 1988-03-15
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH01235291A

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〕

抵抗体付セラミック回路板の製法として、従来一般的な
方法は、焼結形成されたセラミック基板上にスクリーン
印刷法等によってAg/Pd等を主成分とする貴金属導体ペ
ーストを印刷形成するとともに、同様のスクリーン印刷
法等によってRuO₂を主成分とするフリット入りの抵抗体
ペーストを印刷形成した後、このセラミック基板を酸化
雰囲気中で焼成して、導体回路と抵抗体層とを同時に形
成する方法が採用されている。この製法は、導体回路お
よび抵抗体層をペーストの焼成によって形成するので、
両者間および基板との間の密着性が高いという利点があ
る。

しかし、この製法では、貴金属導体を用いるので、コス
トが高くつくとともに、Agによるマイグレーションが発
生したり、配線抵抗が10〜30mΩ／□程度でかなり高い
という欠点があった。

そこで、貴金属導体ペーストの代わりに、卑金属導体ペ
ーストを使用するとともに、卑金属ペーストが酸化しな
いように窒素雰囲気中で焼成する方法も検討されてい
る。この場合には、窒素雰囲気中で焼成可能なLaB₆，Sn
O₂等を主成分とするフリット入りの抵抗体ペーストを使
用する。

しかい、この製法では、抵抗体ペーストを窒素雰囲気中
で焼成するため、空気中に比べてバインダーの除去が行
い難く、上記の窒素雰囲気用ペースト材料の完成度が低
いこともあって、前記した空気焼成用抵抗体ペーストを
用いる方法に比べると、どうしても性能的に劣るものと
なる。

また、いずれの製法でも、導体回路の形成にスクリーン
印刷法を用いているため、100μｍ以下の微細回路を形
成するのが困難であり、導体ペーストにガラス質を含む
ために、ハンダ付着性が劣り、不良品が出やすく、回路
板の使用時に故障を起こしやすいという問題もある。

微細配線回路を形成する方法としては、メタライジング
法によって、基板表面にガラス質を含まない導体金属層
を形成し、写真製版技術を利用して、所定の回路パター
ンを有する導体回路を形成する方法も提案されている。
しかし、この方法でも、抵抗体ペーストの焼成工程での
高温による導体金属層の酸化を抑えるためには、不活性
もしくは還元性雰囲気で抵抗体ペーストを焼成しなけれ
ばならず、前記同様の問題が残る。

そこで、上記のような問題を解決するものとして、特開
昭61-185995号に開示された方法が提案されている。こ
の製法は、セラミック基板に抵抗体ペーストのみを印刷
焼成して抵抗体層を形成して、この抵抗体層の一部を、
後工程の粗化処理等で侵されないポリイミド等の保護層
で覆った後、10％フッ酸のような強酸を用いて、抵抗体
層の露出部分と基板の表面を同時に粗化し、この粗化さ
れた基板表面および抵抗体の露出部分に、めっき手段で
導体回路を形成するものである。

この製法によれば、抵抗体ペーストの焼成が終了してか
ら導体回路を形成するので、卑金属導体を用いても酸化
する心配がなくなり、抵抗体ペーストとして、性能的に
優れた空気焼成用ペーストを使用することができる。ま
た、微細回路の形成が可能な、めっきによる回路形成手
段を用いることができるとともに、抵抗体の一部および
基板を粗化することによって、めっき処理で形成される
導体回路と抵抗体層および基板との密着性が高く、導体
ペーストの焼成によって形成された導体回路に劣らな
い、優れた密着性が発揮できるというものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した先行技術の製法では、セラミック基板と抵抗体
層とを同時に粗化処理するため、粗化処理剤としては、
セラミック基板を粗化できる強酸を使用している。

ところが、強酸のような粗化作用の強い粗化処理剤を使
用すると、強酸が抵抗体層を強く侵して、抵抗体層に悪
影響を与え、抵抗体の性能が劣化するという問題が発生
する。しかし、抵抗体に悪影響を与えない程度の弱い粗
化処理では、セラミック基板を充分に粗化できないた
め、導体回路と基板との密着力向上が充分に果たせず、
密着性が悪くなってしまう。

そこで、この発明の課題は、上記した先行技術のよう
に、抵抗体ペーストの印刷焼成による抵抗体層の形成後
に、めっき等の手段で導体回路を形成する製法におい
て、抵抗体に悪影響を与えることなく、導体回路と抵抗
体およびセラミック基板との密着性を高めることのでき
る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ため、この発明では、セラミック基
板の表面を粗化してから、セラミック基板に抵抗体層を
形成し、抵抗体層の上に、一部を除いて保護層を形成し
た後、抵抗体層の露出部分を、セラミック基板表面の粗
化条件よりも弱い粗化条件による抵抗体層に悪影響を与
えない処理方法で粗化してから、抵抗体層の露出部分を
含むセラミック基板の表面に導体回路を形成するように
している。

〔作用〕

この発明では、抵抗体層の粗化を、セラミック基板の粗
化とは別個に行うため、セラミック基板に対しては、充
分に粗化が行える強酸等の強い処理方法を使用し、抵抗
体層に対しては、抵抗体層に悪影響を与えない、比較的
弱い処理方法で粗化することができる。

〔実施例〕

ついで、この発明を、実施例を示す図面を参照しなが
ら、以下に詳しく説明する。

第１図は、この発明の製法の各工程の流れを示してお
り、第２図〜第５図は、それぞれ工程途中における模式
的断面構造を示している。

まず、工程では、セラミック基板１を作製する。セラ
ミック基板の材料としては、アルミナ，フォルステライ
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スが主
に用いられるが、炭化物系あるいは窒化物系セラミック
ス等、通常の回路板と同様の各種セラミック基板を使用
することもできる。

工程では、第１図に示すように、セラミック基板１の
表面10を粗化する。この粗化によって、後工程で形成さ
れる導体回路および抵抗体層と基板との密着力を向上さ
せる。いわゆるアンカー効果を発揮させることができ
る。粗化の処理方法としては、例えば、セラミック基板
１を熱リン酸，溶融アルカリ，高濃度フッ酸等の溶液中
に浸漬する化学的な方法の他、砥石やサンドブラスト等
で処理する物理的な方法等、セラミック基板１を充分に
粗化できるような、比較的強い粗化方法が採用される。

工程では、第３図に示すように、セラミック基板１の
粗化表面10に対して、スクリーン印刷等の手段で、所定
の位置に抵抗体ペーストを塗布乾燥させた後、抵抗体ペ
ーストをセラミック基板１とともに焼成して、抵抗体層
２を形成する。抵抗体ペーストとしては、PdO/Pd/Ag系
もしくはRu₂O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状に
形成したもの等、通常の回路板と同様の抵抗体ペースト
が使用できるが、使用するセラミック基板１との適合性
に優れたものが好ましく、通常、最も安定した特性を有
するRu₂O系のものが好適に使用される。

抵抗体ペーストの塗布、乾燥および焼成の工程は、通常
の抵抗体付セラミック回路板と同様の処理工程で実施で
きるが、たとえば、次に示す方法が好ましい。すなわ
ち、セラミック基板１にスクリーン印刷等で抵抗体ペー
ストを形成した後、50〜200℃で乾燥し、次に成分中の
ガラスフリットが溶融接合する温度で焼成する。この焼
成温度として、好ましくは500〜1100℃、より好ましく
は600〜950℃の範囲で実施する。

工程では、第４図に示すように、抵抗体層２の表面の
うち、後述する導体回路との接続個所である端部付近等
の一部を除いて、ほぼ全体を覆うように保護層３を形成
する。保護層３は、後工程の粗化工程や導体回路の形成
工程で、抵抗体層２が侵されたり劣化したりしないよう
に保護するとともに、抵抗体層２の耐熱性、耐湿性ある
いは耐薬品性等を向上させ、抵抗値のドリフトを減少さ
せる等、使用性能の向上を図るものである。

保護層３としては、一般に用いられているオーバーコー
トガラスの他、感光性ポリイミド，ポリイミド，エポキ
シ樹脂，トリアジン系の材料等から形成される有機系お
よび無機系物質で、後工程の粗化処理で使用される酸等
に対して耐性のあるものであれば使用可能である。

保護層３の形成手段は、例えば、スクリーン印刷法で、
オーバーコート用ガラスペーストを抵抗体層２の所定部
分を覆うように印刷形成した後、300〜800℃で焼成する
ことによって、保護層３が形成できる。但し、通常の抵
抗体付回路板の製法で採用されている適宜保護層の形成
手段も使用できる。

工程では、第４図に示すように、抵抗体層２の露出部
分20を粗化して、後工程で形成される導体回路と抵抗体
層２との密着力を向上させる。粗化処理の方法として
は、通常、化学的な処理方法が用いられるが、抵抗体層
２を充分に粗化できると同時に、抵抗体層２の内部まで
侵したり、抵抗体層２の性能を劣化させたりして、悪影
響を与えることのないような、比較的弱い処理方法を用
いる。このような方法としては、たとえば、リン酸，フ
ッ酸，クロム酸，硫酸などの酸、あるいは、NaOH等のア
ルカリを比較的低濃度で使用すれば、抵抗体層２に悪影
響を与えない。

なお、上記粗化処理によって、保護層３の表面やセラミ
ック基板１の表面が同時に粗化されても構わないが、保
護層３の粗化によって抵抗体層２の保護効果に悪影響が
出ないようにすることが好ましい。

工程では、セラミック基板１の粗化表面10と、抵抗体
層２の粗化された露出部分20とに導体金属層を形成す
る。導体金属層の形成手段としては、化学めっきの他、
蒸着，スパッタリングおよびイオンプレーティング等の
気相法あるいはCVD法等、通常の回路形成手段が任意に
採用できる。

たとえば、化学めっき法の場合、公知のセンチタイジン
グ−アクチベーション法を用い、セラミック基板表面10
および抵抗体層露出部分20に金属パラジウムを析出させ
て、表面を活性化する。このセラミック基板１を化学銅
めっき浴または化学ニッケルめっき浴に浸漬し、銅また
はニッケルの金属導体層を形成させればよい。

気相法を採用する場合、粗化処理されたセラミック基板
１を400℃程度に加熱し、第１工程としてCrまたはTiの
金属層を形成した後、第２工程で銅またはニッケルの金
属層を形成する方法等が採用できる。

次に、工程では、上記化学めっき等で形成された導体
金属層の上に、必要に応じて、電解めっきを行う。これ
は、前記化学めっき法や気相法では、１〜数μｍ程度の
薄い金属層しか形成できないので、導体金属層の厚みを
大きくする必要がある場合に、化学めっき等で形成され
た金属層の上に、電解めっきによって、銅やニッケルの
厚い金属層を形成させるようにする。

工程では、第５図に示すように、導体金属層に対し
て、エツチング等の手段で回路形成を行い、導体回路４
を形成する。回路形成手段としては、通常の回路板と同
様の一般的な回路形成方法が採用できる。なお、このよ
うにセラミック基板１の表面全体に導体金属層を形成し
た後、不要な個所の導体金属層をエツチング除去して導
体回路４を形成する方法の他、化学めっき法や気相法に
よって、導体回路４として必要な個所のみに金属導体層
を形成することもできる。

上記工程〜で説明した導体回路４の形成方法であれ
ば、従来一般に採用されていた貴金属導体ペーストの印
刷焼成による導体回路の形成方法に比べて、配線抵抗の
小さな卑金属導体を用いて、線幅，線間隔が30μｍ程度
という、極めて微細な回路パターンも形成することが可
能になる。

また、抵抗体層２の焼成後に導体回路４を形成するの
で、卑金属導体が酸化する心配がなく、抵抗体ペースト
に窒素焼成用ペーストを使用する必要がなくなり、高精
度で信頼性も高いRu₂O等の空気焼成用ペーストを使用す
ることが可能になる。そのため、抵抗体層の性能とし
て、たとえば、回路定数に対する抵抗特性のバラツキが
±２％以内という、高精度の抵抗体付セラミック回路板
を低価格で製造することができる。

工程では、必要に応じて、導体回路４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℃の範囲内であることが好ましく、さら
により好ましくは400〜700℃で実施される。処理時間と
しては、たとえば、１〜100分程度行われるが、用途に
応じて適宜変更可能である。また、処理雰囲気は、窒素
雰囲気の他、２〜200ppm程度の微量の酸素が含まれた雰
囲気でもよい。

工程では、抵抗体層２のトリミングを行い、所定の抵
抗値になるように調整する。トリミングの方法として
は、通常の各種トリミング手段が採用でき、たとえば、
アグレッシブトリミング，レーザートリミング等の方法
があるが、そのうち、高速処理が可能で高性能なレーザ
ートリミング法が最も好ましい方法である。

次に、以上に説明した、この発明の製法によって、抵抗
体付セラミック回路板を製造した具体的実施例について
説明する。

実施例Ｉセラミック基板として、96％アルミナ基板を使用し、熱
リン酸に浸漬することによって、その表面を最大粗さ１
〜３μｍに粗化した後、充分に洗浄し乾燥させた。次
に、セラミック基板の粗化表面のRu₂O系の抵抗体ペース
トをスクリーン印刷し乾燥した後、空気中、850℃の焼
成条件で焼成して、抵抗体層を形成した。

その後、抵抗体層の上に、一部を除いて、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℃の焼成条件で焼成して、保護層を形成し
た。

さらに、抵抗体層の露出部分に対して、５％フッ酸溶液
を用いて粗化し、充分に水洗し乾燥させた後、化学めっ
き法によって銅層を形成し、次いで電解めっき法によっ
て金属銅の厚付けを行い、厚み10μｍの金属導体層を形
成した。この金属導体層のセラミック基板に対する密着
力を測定したところ、2.0〜3.0kg/mm²と高い値を示し
た。

この金属導体層に、写真製版技術を利用してパターンエ
ツチングを施し、線幅，線間50μｍの導体回路を形成し
た。得られた抵抗体層の、回路定数に対する抵抗特性を
測定したところ、バラツキが±２％以内と高精度の値を
示した。その後、抵抗体層に対して、レーザートリマー
を用いてトリミングを行い、所定の抵抗値に調整して、
抵抗体付セラミック回路板の製造を完了した。

実施例II 実施例Ｉと同様の工程については、説明を省略し、相違
点を挙げる。セラミック基板として、92％アルミナ基板
を使用し、NaOH溶融塩で最大粗さ２〜３μｍに粗化し
た。抵抗体ペーストの焼成温度を900℃に、保護層の焼
成温度を580℃にした。さらに、抵抗体層の粗化には10
％クロム酸溶液を用いた。導体回路の形成方法は、化学
めっき法のみによって、厚み５μｍの金属導体層を形成
した。

この金属導体層の、セラミック基板に対する密着力は2.
0〜3.0kg/mm²になり、前記実施例と同様に高い値を示し
た。また、得られた抵抗体層の、回路定数に対する抵抗
特性も、前記実施例Ｉと同様に良好であった。

実施例III 実施例Ｉと同様の工程については、説明を省略し、相違
点を挙げる。セラミック基板として、99％アルミナ基板
を使用し、粗化処理条件は同じであった。抵抗体ペース
トの形成工程も同じである。保護層は、オーバーコート
用樹脂としてポリイミド樹脂ペーストを用い、240℃で
硬化させて、保護層を形成した。さらに、抵抗体層の粗
化には10％硫酸溶液を用いた。導体回路の形成方法は、
スパッタリング法によって銅層を形成した後、電解めっ
きによって金属銅の厚付けを行い、厚み10μｍの金属導
体層を形成した。

この金属導体層の、セラミック基板に対する密着力は2.
0〜3.0kg/mm²になり、前記実施例と同様に高い値を示し
た。また、得られた抵抗体層の、回路定数に対する抵抗
特性も±２％以内と良好であった。

実施例IV 実施例IIとほぼ同様の工程で実施した。相違点は96％ア
ルミナ基板を使用したこと、抵抗体ペーストをセラミッ
ク基板上に直接描画したことである。得られた抵抗体付
セラミック回路板の抵抗値のバラツキを測定したとこ
ろ、実施例IIとほぼ同様の結果であった。

実施例Ｖ実施例Ｉとほぼ同様の工程で実施した。相違点は、99％
アルミナ基板を使用したこと、導体金属層を化学めっき
のみによって、厚み８μｍに形成したことである。得ら
れた抵抗体付セラミック回路板の抵抗値のバラツキは、
実施例IIとほぼ同様の結果であった。

比較例Ｉこの比較例は、抵抗体層を、セラミック基板表面と同時
に、セラミック基板に適した強い粗化条件で粗化した場
合である。

下記相違点以外は、実施例Ｉと同様の条件で実施した。

熱リン酸によるセラミック基板表面の粗化は行わなか
った。

抵抗体層の露出部分を、セラミック基板表面ととも
に、12％フッ酸溶液（30℃、15分）で粗化した。

その結果、セラミック基板表面は良好に粗化され、化学
めっき法並びに電解めっき法による銅導体層の形成も良
好に行えた。銅導体層の、セラミック基板に対する密着
力を測定したところ、1.5〜2.5kg/mm²と、比較的高い値
を示した。

しかし、粗化処理によって、抵抗体層の露出部分でガラ
ス成分が侵され損傷を受けた。その結果、導体と抵抗体
層との電気的接続がうまく行われず、抵抗体付セラミッ
ク回路板としては、充分な性能が発揮できなかった。

比較例II この比較例は、抵抗体層とともにセラミック基板表面
を、抵抗体層に適した弱い粗化条件で粗化した場合であ
る。

下記相違点以外は、実施例Ｉと同様の条件で実施した。

その結果、抵抗体層の露出部分は良好に粗化され、銅導
体層との電気的な接続も良好に行えた。

しかし、セラミック基板表面の粗化が不充分になったた
め、化学めっき法による銅導体層の形成の際に、セラミ
ック基板と銅導体層との密着不良が原因と考えられる
「ふくれ」が多数発生した。したがって、抵抗体付セラ
ミック回路板としては、充分な性能が発揮できなかっ
た。

〔発明の効果〕以上に説明した、この発明にかかる抵抗体付セラミック
回路板の製法は、抵抗体層を形成する前に、セラミック
基板を通常の粗化処理方法で粗化しておき、抵抗体層の
露出部分については、抵抗体層に悪影響を与えないよう
な、比較的弱い処理方法で粗化することによって、セラ
ミック基板粗化用の強い処理方法によって抵抗体層に悪
影響が及ぶのを防止することができる。その結果、抵抗
体層の性能を低下させることなく、セラミック基板と導
体回路との密着力を高めることが可能になり、抵抗体付
セラミック回路板の性能向上に大きく貢献できることに
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる工程流れ図、第２図〜第５
図は順次工程段階を示す模式的断面図である。１…セラミック基板、10…粗化表面、２…抵抗体層、20
…露出部分、３…保護層、４…導体回路

───────────────────────────────────────────────────── 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55−86183（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−234301（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−185995（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【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、以下の工程を順次経ることを特徴とする抵抗体付セ
ラミック回路板の製法。（１）セラミック基板の表面を粗化する工程、（２）セラミック基板に抵抗体層を形成する工程、（３）抵抗体層の上に、一部を除いて保護層を形成した
後、抵抗体層の露出部分を、セラミック基板表面の粗化
条件よりも弱い粗化条件による抵抗体層に悪影響を与え
ない処理方法で粗化する工程、（４）抵抗体層の露出部分を含むセラミック基板の表面
に導体回路を形成する工程。