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【発明の名称】 厚膜多層基板の製造方法
【発明者】 【氏名】大谷 祐司
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内

【氏名】長坂 崇
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内

【氏名】斎藤 光弘
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内
【要約】 【課題】簡単に厚膜抵抗の抵抗値を高精度化できる厚膜多層基板の製造方法を提供する。

【解決手段】本発明の厚膜多層基板の製造方法では、セラミック基板１上の厚膜抵抗６をその上に接して焼成されるガラス絶縁層２よりも高温で焼成する。本発明者らの実験によれば、厚膜抵抗６をそれに接するガラス絶縁層２よりも高温で焼成すれば、その後のガラス絶縁層２〜４の焼成などの高温工程による抵抗値変動を低減できることがわかった。恐らく、厚膜抵抗６の高温焼成により、厚膜抵抗６を構成するセラミック粒子や導電粒子の結合力が強化され、また緻密となり、そのために厚膜抵抗６とそれに接するガラス絶縁層２との間で固相拡散が生じにくくなるためと推定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板上に厚膜抵抗を印刷して焼成する厚膜抵抗形成工程と、前記厚膜抵抗及び前記セラミック基板の表面に絶縁層を印刷して焼成する絶縁層形成工程とを備える厚膜多層基板の製造方法において、
前記厚膜抵抗に含まれるガラスを前記厚膜抵抗の焼成により結晶化ガラスとすることを特徴とする厚膜多層基板の製造方法。
【請求項２】
前記厚膜抵抗に含まれるガラスにおける結晶化状態では、非晶質状態のときより融点が５０℃以上上昇する組成である請求項１に記載の厚膜多層基板の製造方法。
【請求項３】
セラミック基板上に厚膜抵抗を印刷して焼成する厚膜抵抗形成工程と、前記厚膜抵抗及び前記セラミック基板の表面に絶縁層を印刷して焼成する絶縁層形成工程とを備える厚膜多層基板の製造方法において、
前記絶縁層に含まれるガラスを前記絶縁層の焼成により結晶化ガラスとすることを特徴とする厚膜多層基板の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁層は前記厚膜抵抗に接する第１の絶縁層である請求項３に記載の厚膜多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は厚膜多層基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミック基板上に絶縁層を印刷、焼成し、この絶縁層上に配線パタンを印刷、焼成することにより厚膜多層基板を製造する際には、複数の絶縁層及び配線パタンは、全て同じ温度で焼成している。したがって、上記技術を応用して、セラミック基板上に厚膜抵抗を印刷、焼成し、このセラミック基板上に複数の絶縁層を順次、印刷、焼成しようとすると、厚膜抵抗、複数の絶縁層及び配線パタンは、全て同じ温度で焼成することが考えられる。
【０００３】
しかしながら、上記の製造方法では、厚膜抵抗の焼成温度と絶縁層、配線パタンなどの焼成温度が同じであるため、厚膜抵抗焼成後の焼成工程において、熱的影響により厚膜抵抗とそれに接する絶縁層との間に相互拡散や熱ストレスが発生し、厚膜抵抗の抵抗値が大きく変動してしまうという問題がある。そこで上記問題に対処する従来技術としては、下記の時点において、厚膜抵抗にレーザトリミングを実施し、抵抗値調整を行っている。
【０００４】
第一の従来技術では全ガラス絶縁層の焼成前にレーザトリミングを実施する。第二の従来技術では全ガラス絶縁層の焼成後に全ガラス絶縁層を透過してレーザトリミングを実施する。第三の従来技術では全ガラス絶縁層を開口して設けた窓を通してレーザトリミングを実施する。第四の従来技術では上部のガラス絶縁層に設けた窓を通しかつ最下層のガラス絶縁層を透過してレーザトリミングを実施する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したレーザートリミング方法は、それぞれ下記の問題点を有している。まず上記第一の従来技術では、レーザートリミング後に全ガラス絶縁層及び配線の焼成を行うためにそれらの熱的影響により、厚膜抵抗の抵抗値が変動してしまう。図６に同一基板上に設けた３個の厚膜抵抗の各工程毎の抵抗値変動の一例を示す。図より明らかなように、抵抗体のシート抵抗値あるいは抵抗体の形状等によって抵抗値変動の絶対値が異なる。
【０００６】
上記第二の従来技術では、厚い全ガラス絶縁層を透過してレーザートリミングを行うために、各ガラス絶縁層及びその界面における吸収、散乱、反射が生じ、厚膜抵抗トリミングのためにレーザー出力を増大させる必要がある。しかし、このレーザー出力の増大は周辺部への熱的影響の増大により周辺の配線や回路素子に熱ストレスなどの悪影響を与える可能性が危惧される。
【０００７】
上記第三、第四の従来技術では、窓部に配線を布設できないので、多数のレーザートリミング厚膜抵抗を要する場合、配線パターンの設計が複雑となり、配線長が必要以上に長くなり、更に厚膜抵抗が露出するので耐外部環境性に不安が生じる。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡単に厚膜抵抗の抵抗値を高精度化できる厚膜多層基板の製造方法を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の厚膜多層基板の製造方法は、セラミック基板上に厚膜抵抗を印刷して焼成する厚膜抵抗形成工程と、前記厚膜抵抗及び前記セラミック基板の表面に絶縁層を印刷して焼成する絶縁層形成工程とを備える厚膜多層基板の製造方法において、前記厚膜抵抗に含まれるガラスを前記厚膜抵抗の焼成により結晶化ガラスとすることを特徴としている。好適な態様において、前記厚膜抵抗に含まれるガラスにおける結晶化状態では、非晶質状態のときより融点が５０℃以上上昇する組成である。
【０００９】
それによれば、絶縁層形成工程において、絶縁層と厚膜抵抗との相互反応を抑止することができるようになり、厚膜抵抗の抵抗値変動を低減することができる。
【００１０】
また、本発明の厚膜多層基板の製造方法は、セラミック基板上に厚膜抵抗を印刷して焼成する厚膜抵抗形成工程と、前記厚膜抵抗及び前記セラミック基板の表面に絶縁層を印刷して焼成する絶縁層形成工程とを備える厚膜多層基板の製造方法において、前記絶縁層に含まれるガラスを前記絶縁層の焼成により結晶化ガラスとすることを特徴としている。好適な態様において、前記絶縁層は前記厚膜抵抗に接する第１の絶縁層である。
【００１１】
それによれば、絶縁層形成工程後において、絶縁層と厚膜抵抗との相互反応を抑止することができるようになり、厚膜抵抗の抵抗値変動を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
〔第１実施例〕
本発明の厚膜多層基板の一実施例を図１を参照して説明する。図１は、アルミナ基板１上に３層のガラス絶縁層２〜４を有する厚膜多層基板を示す。
【００１３】
基板１上には配線５、厚膜抵抗６が印刷、焼成されており、その上にガラス絶縁層２〜４が形成され、ガラス絶縁層４上には配線７、保護ガラス７１が形成されている。また、ガラス絶縁層４上には回路部品８がはんだ付けされている。９はビアホールに充填された孔部充填導体である。以下、この厚膜多層基板の製造方法を説明する。
【００１４】
（厚膜抵抗形成工程）まず、図２に示すように、Ａｇ粉末にバインダとしてのエチルセルロースと溶剤としてのテルビネオールなどとを混練して導体ペーストを作成し、次に約１６００℃で焼成されたアルミナ基板１上にこの導体ペーストを印刷し、空気中、８００〜１０５０℃で１０分間保持する焼成プロファイルにて焼成して配線５を形成する。
【００１５】
次に、１２００〜１５００℃で溶融後、水中急冷し、粉砕した所定の混合比率のＰｂＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３混合物などからなる平均粒径２〜５μｍのガラス粉末５０〜８０ｖｏｌ％にＲｕ０２粉末を所定ｖｏｌ％混合した混合粉末を作成し、この混合粉末に溶剤（例えばテルビネオール）、バインダ（例えばエチルセルロース）を入れて混練して抵抗体ペーストを作成し、この抵抗体ペーストをアルミナ基板１の表面に焼成後の膜厚が７〜１５μｍの厚さになるように印刷し、空気中、８２０〜１０５０℃で１０分間保持する焼成プロファイルにて焼成して厚膜抵抗６を形成する。
【００１６】
（ガラス絶縁層の最下層を厚膜抵抗上に形成する工程）次に、図３に示すように、１２００〜１５００℃で溶融後、水中急冷し、粉砕した所定の混合比率のＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ、ＰｂＯなどの混合物からなる平均粒径２〜５μｍのガラス粉末に、溶剤（例えばテルビネオール）、バインダ（例えばエチルセルロース）を所定量加え、混練してガラスペーストを作成する。このガラスペーストをアルミナ基板１上に１５〜２５μｍの厚さで印刷し、８００〜９５０℃で１０分間保持する焼成プロファイルにて焼成してガラス絶縁層２を形成する。
【００１７】
（残部のガラス絶縁層及び内部配線形成工程）次に、図４に示すように、上記したガラス絶縁層２の製造工程と同じ工程でガラス絶縁層３を形成し、次に、上記導体ペーストをガラス絶縁層２、３の互いに連通するビアホールにスクリーン印刷して充填し、空気中、８００〜９５０℃で１０分間保持する焼成プロファイルにて焼成して孔部充填導体９の下部を形成する。
【００１８】
次に、上記したガラス絶縁層２の製造工程と同じ工程でガラス絶縁層４を形成し、次に、上記ビアホールに連通するガラス絶縁層４のビアホールにＡｇペーストをスクリーン印刷して充填し、空気中、８００〜９５０℃で１０分間保持する焼成プロファイルにて焼成して孔部充填導体９の上部を形成する。
【００１９】
（表層回路形成工程）次に、図４に示す様に導体ペーストをガラス絶縁層４表面に印刷し、８００〜９５０℃で１０分間保持する焼成プロファイルにて焼成して配線７を形成し、その上に保護ガラスペーストを印刷し、空気中、５００〜６５０℃をピーク温度とする焼成プロファイルにて焼成して保護ガラス層７１を形成した。
【００２０】
保護ガラスペーストは、１２００〜１５００℃で溶融後、水中急冷し、粉砕した所定の混合比率のＰｂＯ、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３混合物からなる平均粒径２〜５μｍのガラス粉末に、溶剤（例えばテルピネオール）、バインダ（例えばエチルセルロース）を所定量加え、混練して作成した。
【００２１】
（回路部品装着工程）次に、図１に示すように、ガラス絶縁層４の表面に焼成基板の表面に、回路部品８をはんだ付けして工程を完了した。
【００２２】
また、基板形成プロセスにて導体ペーストのＡｇ粉末の代わりにＡｇとＰｄあるいはＡｇとＰｔとの混合粉を用いてもよい。またＣｕを用いることもできるがこの場合には酸化防止のため、焼成をＮ２雰囲気で行なう必要がある。さらに、表層回路形式工程において、導体ペーストを用いて配線形成後、この配線間に抵抗体を形成する事もできる。
【００２３】
次に、厚膜抵抗６の抵抗値変化を各製造工程終了毎にモニターした結果を図５に示す。また、厚膜抵抗６の焼成を８５０℃で１０分間保持する焼成プロファイルにて焼成した他は実施例と同じ方法で作成した厚膜抵抗の抵抗値変化を示す。図６からわかるように、厚膜抵抗６の抵抗値は、高温焼成する本実施例品の抵抗値変化は比較例品に比べて格段に縮小されていることがわかる。
【００２４】
〔第２実施例〕
上記実施例では、レーザートリミングを行わなかったが、厚膜抵抗６の形成後にそのレーザートリミングを行って、厚膜抵抗６の値を精密に所定値に決め、その後、厚膜抵抗６を含む基板１上にガラス絶縁層２〜４を形成してもよい。厚膜抵抗６が高温焼成されているために、その上にガラス絶縁層２〜４を低温焼成しても、図５からわかるように殆ど変わらない。
【００２５】
〔第３実施例〕
上記実施例２では、ガラス絶縁層２〜４形成前にレーザートリミングを実施したが、ガラス絶縁層２の形成後にレーザートリミングを行い、その後でガラス絶縁層３、４を形成してもよい。このようにすれば更に抵抗値変動を低減し、更に厚膜抵抗６上をガラス絶縁層３そして４で被覆することができる。
【００２６】
〔第４実施例〕
他の実施例を説明する。
【００２７】
この実施例は、実施例１において、厚膜抵抗６のレーザートリミング後の抵抗値Ｒ３と、製造工程完了後の上記厚膜抵抗６の抵抗Ｒ４との変化率Ｒｒ＝Ｒ４／Ｒ３について多数のサンプルの平均変化率Ｒｒｍを計算し、レーザートリミング時にこの平均変化率Ｒｒｍを利用してレーザートリミング時の抵抗値Ｒ３を決定する。
【００２８】
例えば厚膜抵抗６の目標抵抗値をＲｘとする。そこでレーザートリミングにより厚膜抵抗６のレーザートリミング設定抵抗値Ｒ３をＲ３＝Ｒｘ／Ｒｒｍとしてレーザートリミングを行う。このようにすれば、レーザートリミング後にガラス絶縁層焼成などを行い、厚膜抵抗６に熱履歴が加えられる場合でも、この熱履歴による厚膜抵抗６の抵抗値変動を最小限に抑制することが可能となる。
【００２９】
これは、レーザートリミング後のガラス絶縁層や配線の焼成工程が一定であり、それによる抵抗値変動も本質的に一定範囲内に収まるためである。
【００３０】
〔第５実施例〕
実施例４の変形態様を以下に説明する。この実施例では、レーザートリミングにおける抵抗値比較（モニタ抵抗と記憶する目標抵抗との比較）を行うコンピュータのメモリに、回路基板上の全部の厚膜抵抗６に対してそれぞれ、平均変化率Ｒｒｍを個別に記憶しておく。
【００３１】
これは、回路基板上の位置や、各厚膜抵抗６の抵抗値などにより微妙に平均変化率Ｒｒｍが異なるのを補償するためである。このようにすれば、回路基板上の位置や、各厚膜抵抗６の抵抗値などにより微妙に平均変化率Ｒｒｍが異なる場合でも、熱履歴による各厚膜抵抗６の抵抗値変動を最小化することができる。
【００３２】
〔第６実施例〕
実施例５の変形態様を以下に説明する。
【００３３】
回路基板は複数枚（例えば４枚）を１ロットとして同じハンドリング用のボート（たとえばアルミナ製）に載置して、各工程を実施する。この実施例では、レーザートリミングにおける抵抗値比較（モニタ抵抗と記憶する目標抵抗との比較）を行うコンピュータのメモリに、上記ボート上の各回路基板上のレーザートリミングが必要な各厚膜抵抗６の全数に対して、それぞれ平均変化率Ｒｒｍを個別に記憶しておく。そしてレーザートリミングが必要な全厚膜抵抗６に対して各抵抗値Ｒ３を目標抵抗Ｒｘ／Ｒｒｍとして個別にレーザートリミングする。
【００３４】
これは、上記セラミックボート上の回路基板の載置位置により、回路基板毎に微妙に温度などが変化し、そのために回路基板上の同一位置に形成される厚膜抵抗６でも上記微妙な温度変化により抵抗値が変動するためである。この実施例によれば、更に一層の抵抗値変動抑制が可能となる。
【００３５】
（変形態様）以下、他の変形態様を説明する。
【００３６】
変形態様１
実施例４において、厚膜抵抗６の膜厚と熱履歴後の平均変化率Ｒｒｍとは一定の関係をもつので、この関係を示すグラフを記憶しておけば、厚膜抵抗６の膜厚を変える度にこのグラフから平均変化率Ｒｒｍをサーチすることができ、厚膜抵抗６の膜厚を変える度に一々、平均変化率Ｒｒｍを実験的に導出しなくてもよい。
【００３７】
変形態様２
この態様では、厚膜抵抗６形成後でかつガラス絶縁層２形成前に、厚膜抵抗６とガラス絶縁層２との間の固相拡散を防止又は低減するバリア層を少なくとも厚膜抵抗６上に形成する。このバリア層はレーザートリミング前に形成してもよく、その後に形成してもよい。このバリア層の条件としては、厚膜抵抗６との固相拡散が少なく、厚膜抵抗６とガラス絶縁層２との間の固相拡散を低減し、厚膜抵抗６形成後の熱履歴に対して相変化しない絶縁性材料であり、例えば、窒化シリコン膜やアルミナ膜などを採用することができ、製造プロセスとしてはＣＶＤ法やＰＶＤ法や印刷焼成法などを採用できる。なお、レーザートリミング前に形成する場合には、レーザートリミングにより溶断可能な厚さとする必要がある。
【００３８】
変形態様３
この態様では、厚膜抵抗６形成後でかつガラス絶縁層２形成前に又はガラス絶縁層２として、直上のガラス絶縁層よりも軟質又は高弾性の緩衝層を少なくとも厚膜抵抗６上に形成する。この緩衝層はレーザートリミング前に形成してもよく、その後に形成してもよい。この緩衝層の条件としては、厚膜抵抗６との固相拡散が少なく、厚膜抵抗６とガラス絶縁層４との間の固相拡散を低減し、厚膜抵抗６形成後の熱履歴に対して相変化しない絶縁性材料であり、製造プロセスとしてはＣＶＤ法やＰＶＤ法や印刷焼成法などを採用できる。なお、レーザートリミング前に形成する場合には、レーザートリミングにより溶断可能な厚さとする必要がある。
【００３９】
このようにすれば、厚膜抵抗６とガラス絶縁層２又は３との熱膨張係数の差に起因する熱応力をこの緩衝層で緩和することができ、それにより上記熱応力による厚膜抵抗６の抵抗値の変動を低減することができる。
【００４０】
変形態様４
この態様では、厚膜抵抗６形成後でかつガラス絶縁層２形成前に又はガラス絶縁層２として、直上のガラス絶縁層の熱膨張率と厚膜抵抗６の熱膨張率との中間の熱膨張率を有する緩衝層を設ける。この緩衝層はレーザートリミング前に形成してもよく、その後に形成してもよい。この緩衝層の条件としては、厚膜抵抗６との固相拡散が少なく、厚膜抵抗６とガラス絶縁層４との間の固相拡散を低減し、厚膜抵抗６形成後の熱履歴に対して相変化しない絶縁性材料であり、製造プロセスとしてはＣＶＤ法やＰＶＤ法や印刷焼成法などを採用できる。なお、レーザートリミング前に形成する場合には、レーザートリミングにより溶断可能な厚さとする必要がある。
【００４１】
このようにすれば、厚膜抵抗６とガラス絶縁層２又は３との熱膨張係数の差に起因する熱応力をこの緩衝層で緩和することができ、それにより上記熱応力による厚膜抵抗６の抵抗値の変動を低減することができる。
【００４２】
変形態様５
この態様では、厚膜抵抗６に含まれるガラスの主成分を結晶化ガラスとする。
【００４３】
このようにすれば、厚膜抵抗６の内部のガラスが厚膜抵抗６の焼成時に結晶化し、結晶化ガラスの融点が高くなる。好適には、結晶化状態で非晶質状態のときより融点が５０℃以上上昇する組成が好ましい。したがって、その後の絶縁層の焼成工程における絶縁層と厚膜抵抗６との相互反応をより良好に抑止することができる。
【００４４】
さらに厚膜抵抗６内部のガラスだけでなく、ガラス絶縁層２に含まれるガラスの主成分をも結晶化ガラスとしても同様の効果が生じる。すなわち、ガラス絶縁層２に含まれるガラスの主成分が結晶化ガラスとなることにより、焼成後のガラス絶縁層２とそれに隣接する厚膜抵抗６との相互反応が抑制される。これにより、厚膜抵抗６の抵抗値変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１の厚膜多層基板を示す模式断面図である。
【図２】実施例１の製造工程を示す模式断面図である。
【図３】実施例１の製造工程を示す模式断面図である。
【図４】実施例１の製造工程を示す模式断面図である。
【図５】実施例１における各工程後の厚膜抵抗の抵抗値の変動を示す図である。
【図６】従来の厚膜多層基板の各部に形成された３個の抵抗の各工程後の抵抗値の変動を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１は基板、２〜４はガラス絶縁層、６は厚膜抵抗である。
【出願人】 【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地
【出願日】 平成１７年５月１３日（２００５．５．１３）
【代理人】 【識別番号】１０００９６９９８
【弁理士】
【氏名又は名称】碓氷 裕彦

【識別番号】１００１１８１９７
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 大登

【識別番号】１００１２３１９１
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 高順
【公開番号】 特開２００５−２７７４３６（Ｐ２００５−２７７４３６Ａ）
【公開日】 平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願番号】 特願２００５−１４１６５０（Ｐ２００５−１４１６５０）