JPH0682908B2

JPH0682908B2 - 抵抗体付セラミック回路板の製造方法

Info

Publication number: JPH0682908B2
Application number: JP63159821A
Authority: JP
Inventors: 清隆脇; 昇山口
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1994-10-19
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPH029191A

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、RuO₂を主成分とする
フリッ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
LaB₆、SnO₂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。
また、サブトラクティブ法において、感光性の液状レジ
ストを用いた場合、両面回路板に設けるスルーホール部
の信頼性に劣るという問題もある。

そこで、RuO₂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
導体金属層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61-270885
号公報、特開昭61-194794号公報等に開示されている。
また、本願出願人は同様の技術について、特願昭61-357
67号および特願昭63-623347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、セラミック基板の表面全体および抵抗体層
の露出部分に導体金属層を形成した後、パターンエッチ
ングして導体金属層の不用部分を除去するので、作業が
面倒なエッチング工程が必要であるとともに、回路部分
以外の不用な導体金属を除去するため、導体金属の無駄
が多くコスト的に高くつく問題がある。

また、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、この
粗化処理によって抵抗体層が侵され、抵抗体層の品質性
能に悪影響を与えるという問題もある。このような問題
を起こさないためには、粗化処理を、抵抗体層の品質性
能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、導
体金属層のエッチング工程を不要にするとともに、両面
回路板におけるスルーホール信頼性が高く、微細配線が
可能で配線抵抗が小さく、かつ高精度で高信頼性の抵抗
体層を有す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）〜（５）を
含むようにしている。

（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し、抵抗体層の
上に保護層を形成する工程。

（３）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）抵抗体層および保護層が形成されたセラミック基
板に、所定の回路パターンに対応するめっきレジスト層
を形成する工程。

（５）めっきレジスト層以外のセラミック基板表面およ
び抵抗体層の露出部分に、めっき法によって導体金属か
らなる回路パターンを形成する工程。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の実施に際
し、めっき法によって回路パターンを形成する導体金属
として、銅，ニッケル，金のうちの何れかを使用するよ
うにしている。

〔作用〕

請求項１記載の発明によれば、めっきレジスト層の形成
パターンにしたがって、回路パターンとして必要な個所
のみに導体金属層をめっき形成するので、エッチング工
程が不要になる。

また、セラミック基板の表面および抵抗体層の露出部分
を粗化処理することで、その上に形成する導体金属層と
の密着力が高くなる。

しかも、抵抗体層の粗化を、セラミック基板の粗化とは
別個に行い、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採用し、抵抗体層に対し
ては、抵抗体層の性能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で、セラミック基板の表面およ
び抵抗体層の何れに対しても適切な粗化処理を行うこと
ができる。

請求項２記載の発明によれば、導体金属として、銅，ニ
ッケル，金を用いることによって、導体回路の性能向上
を図ることができる。

〔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〕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。この発明では、導体金属層２を化学めっき法等の
めっき法によって形成するので、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、その他各種の粗化
処理方法が採用できる。

〔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RuO₂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RuO₂系のものが好適である。

抵抗体ペーストを乾燥および焼成する方法は、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℃の範囲で焼成する。

〔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〕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。具体的な処理方法としては、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〕耐めっき性を有するレジストを、セラミック基板１の上
に塗布し、乾燥させて、必要とする導体回路の回路パタ
ーンと逆のパターンに、めっきレジスト層を形成する。
パターン状のめっきレジスト層を形成する方法は、スク
リーン印刷法、あるいは感光性を有する液状レジストを
用いる法、ドライフィルムを用いる方法等、通常の回路
形成におけるレジスト層の形成方法が適用できる。

その後、通常のセンシタイジング−アクチベーションを
行い、パターン形成されたレジスト層以外のセラミック
基板１表面と抵抗体層３の露出部分に、金属パラジウム
を核付けする。

つぎに、レジスト層が形成されたセラミック基板１を、
化学めっき液中に浸漬し、レジスト層のない回路パター
ンに相当する部分のみに、化学めっき法によって導体金
属層２を形成する。セラミック基板１にスルーホール５
を形成する両面回路板の場合には、このめっき工程で、
スルーホール５のめっき形成を同時に行うことが可能で
ある。導体金属層２が形成された後、めっきレジスト層
は剥離除去する。

〔工程〕つぎに、必要に応じて、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、導体金属層２とセラミック基板１との密着性等
が向上するが、必要がなければ行わなくてもよい。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、真空中または窒素雰囲気中で行
う。なお、必要であれば、上記加熱雰囲気中に、２〜20
0ppm程度の微量の酸素を含んでいてもよい。

〔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、導体金属層２として、配線抵抗の
小さな銅，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。

RuO₂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、このセラミック基板１にレ
ーザーで200μｍφのスルーホール用孔をあけた。この
基板１を熱リン酸に浸漬して、基板表面およびスルーホ
ール用孔の内壁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RuO₂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。

つぎに、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の両面に、耐めっき性を
有する感光性の液状レジストを塗布し、写真製版技術を
用いて、回路パターンとは逆のパターンでめっきレジス
ト層を形成した。セラミック基板１を、センシタイジン
グおよびアクチベーション用の処理液に順次浸漬して、
めっきレジスト層が形成されていないセラミック基板１
の露出部分に、パラジウムの核付けを行った。セラミッ
ク基板１を市販の化学銅めっき液に浸漬し、約10μｍの
銅層からなる導体金属層２を形成した。

その後、めっきレジスト層を剥離することによって、線
幅、線間50μｍの導体回路が得られた。このとき、スル
ーホール部において、断線等の不良はみられず、良好な
導体回路およびスルーホールが形成されていた。つぎ
に、セラミック基板１を50ppmの酸素を含む窒素雰囲気
中600℃で加熱処理を行った。

その結果、得られた抵抗体付セラミック回路板は、導体
金属層である銅層と抵抗体層の露出部との接続個所が強
固に接着されており、銅層とセラミック基板１との密着
力は2.0〜3.0kg/mm²と、極めて高い値を示した。また、
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、スルーホール５を備えた抵抗体付セラミック両面
回路板が製造できた。

このようにして製造された両面回路板は、従来のペース
ト法によるスルーホールに比べて、スルーホールの信頼
性が高く、エッチング工程を用いることなく微細回路が
形成でき、配線抵抗も小さくなった。また、抵抗体層も
高精度で信頼性も良好であった。

−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、熱リン酸に浸漬することによって、表面を最大粗さ
２μｍ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、RuO₂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90
0℃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600℃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。

このようなセラミック基板１の上に、耐めっき性を有す
るドライフィルムをラミネートし、写真製版技術を用い
て、所定パターンのめっきレジスト層を形成した。その
後、めっきレジスト層のない部分に、化学めっき法によ
って厚み15μｍの銅層を形成した。めっきレジスト層を
剥離した後、70ppmの酸素を含む窒素雰囲気中で、600℃
の加熱処理を行った。

その結果、得られた抵抗体付セラミック回路板は、銅層
が抵抗体層の露出部分と強固に接着されており、銅層の
基板に対する接着力は2.0〜3.0kg/mm²の高い値を示し
た。また、抵抗体層３の回路定数に対する抵抗特性は±
２％以内と高精度であった。このあと、抵抗体層３をレ
ーザートリマーでトリミングして、所定の抵抗値に調整
することによって、抵抗体付セラミック回路板の製造が
完了した。

−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、化学ニッケルめっき液を用いて
ニッケル層からなる導体回路を形成した。なお、その他
の実施条件は、実施例１と同様であった。その結果、実
施例１と同様に優れた性能を有する抵抗体付セラミック
回路板が製造できた。

−実施例４− 焼結セラミック基板１として、99％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上に直接描画し
て所定形状に形成した以外は、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、
実施例２と同様の優れた特性を発揮できた。

−実施例５− 焼結窒化アルミ基板（２″×２″×0.635mm）を用い、
導体金属層２となる銅層を化学めっきで厚み８μｍにな
るように形成した以外は、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、実施例
２と同様の優れた特性を発揮できた。

−比較例１− 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１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、導体
金属層の形成も良好に行えた。こうして形成された銅導
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、十分な性能が発揮できなかった。

−比較例２− 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１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十分になったた
め、めっき法による導体金属層の形成の際に、セラミッ
ク基板と導体金属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、十分な性能が発揮できなかっ
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に、
所定の回路パターンに対応するめっきレジスト層を形成
した後、めっきレジスト層以外のセラミック基板表面お
よび抵抗体層の露出部分に、めっき法によって導体金属
からなる回路パターンを形成するので、従来の製造方法
のように、導体金属層をエッチングする面倒な工程が必
要なくなる。導体金属は回路形成に必要なところのみに
形成するので、材料コストが安くなる。エッチングを行
わないことから、スルーホールを形成したときに、スル
ーホールの信頼性が高くなる。

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、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。

さらに、抵抗体層を形成する前に、セラミック基板を通
常の強い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、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。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の上記効果
に加え、めっき法によって回路パターンを形成する導体
金属として、銅またはニッケルのような卑金属を用いる
ことによって、材料コストを削減できるとともに配線抵
抗を低くできる。また、金を用いることによって、マイ
グレーションの心配がなくなる。

【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63−124596（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−86183（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（１）〜（５）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し、抵抗体層の
上に保護層を形成する工程。（３）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）抵抗体層および保護層が形成されたセラミック基
板に、所定の回路パターンに対応するめっきレジスト層
を形成する工程。（５）めっきレジスト層以外のセラミック基板表面およ
び抵抗体層の露出部分に、めっき法によって導体金属か
らなる回路パターンを形成する工程。
【請求項２】めっき法によって回路パターンを形成する
導体金属が、銅，ニッケル，金のうちの何れかである請
求項１記載の抵抗体付セラミック回路板の製造方法。