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JP2001322831A - オーバーコートガラス及び厚膜印刷基板 - Google Patents

オーバーコートガラス及び厚膜印刷基板

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JP2001322831A
JP2001322831A JP2000144565A JP2000144565A JP2001322831A JP 2001322831 A JP2001322831 A JP 2001322831A JP 2000144565 A JP2000144565 A JP 2000144565A JP 2000144565 A JP2000144565 A JP 2000144565A JP 2001322831 A JP2001322831 A JP 2001322831A
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JP
Japan
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glass
thick film
sio
film resistor
thick
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JP2000144565A
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Inventor
Masashi Fukaya
昌志 深谷
Koji Shibata
耕次 柴田
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Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Original Assignee
Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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Publication date
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  • Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Pb成分を使用せずに、オーバーコートガラ
スの焼成温度、熱膨張係数等の特性を適正に調整する。 【解決手段】 セラミック基板11の表面に、電極パタ
ーン13に跨がって厚膜抵抗体12を印刷・焼成する。
この厚膜抵抗体12は、RuO2 とSiO2−B2 3
−K2 Oガラスを含む。この厚膜抵抗体12と電極パタ
ーン13の表面には、オーバーコートガラス14を印刷
・焼成し、厚膜抵抗体12と電極パターン13の表面を
オーバーコートガラス14で覆う。このオーバーコート
ガラス14は、厚膜抵抗体12中のガラスとほぼ同じ組
成のSiO2 −B2 3 −K2Oガラスから成り、Si
2 −B2 3 −K2 Oガラスの組成は、60wt%≦
SiO2 ≦85wt%、15wt%≦B2 3 ≦30w
t%、1wt%≦K2 O≦10wt%である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック基板上
に形成された厚膜抵抗体及び/又は厚膜導体の表面を覆
うオーバーコートガラスの特性を改善したオーバーコー
トガラス及び厚膜印刷基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、セラミック基板上に形成され
た厚膜抵抗体や厚膜導体の表面に、ガラスペーストを印
刷・焼成してオーバーコートガラスの膜を形成し、この
オーバーコートガラスで厚膜抵抗体や厚膜導体の表面を
覆うことで、厚膜抵抗体や厚膜導体の表面を絶縁保護し
て、これらの電気的特性を安定させることが行われてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のオーバーコート
ガラスは、焼成温度や熱膨張係数等の特性を調整するた
めに、PbOを含ませるようにしているが、環境問題か
らPb(鉛)の使用は好ましくない。この観点から、最
近では、Pb成分を含まないガラスをオーバーコートガ
ラスとして使用したものがあるが、従来のPbフリーの
ガラスは、熱膨張係数が大きいため、低熱膨張係数のセ
ラミック基板に使用すると、オーバーコートガラスの熱
膨張係数がセラミック基板のそれよりも大きくなってし
まい、セラミック基板からオーバーコートガラスに引張
力が加わるようになる。
【0004】オーバーコートガラスの重要な役割は、レ
ーザートリミング時に厚膜抵抗体に生じたマイクロクラ
ックの進行を抑えて抵抗値の経時変化(ドリフト)を少
なくすることであるが、この役割を十分に果たすには、
オーバーコートガラスから厚膜抵抗体に圧縮力を作用さ
せる必要がある。しかし、従来のPbフリーのオーバー
コートガラスは、前述したように、セラミック基板から
オーバーコートガラスに引張力が加わるため、オーバー
コートガラスから厚膜抵抗体に作用する圧縮力が低下し
てしまい、レーザートリミング後のマイクロクラックの
進行を抑える効果が低下して、抵抗値の経時変化が大き
くなるという欠点があった。
【0005】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、Pb成分を使用せず
に、オーバーコートガラスの焼成温度や熱膨張係数等の
特性を適正に調整できるPbフリーのオーバーコートガ
ラス及び厚膜印刷基板を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明で用いるオーバーコートガラスはSiO2
2 3 −K2 Oガラスと不純物から成り、SiO2
2 3 −K2 Oガラスの組成は次の通りである。 60wt%≦SiO2 ≦85wt% 15wt%≦B2 3 ≦30wt% 1wt%≦K2 O≦10wt%
【0007】オーバーコートガラスは、厚膜抵抗体と同
時に焼成しても良いが、厚膜抵抗体の焼成後にオーバー
コートガラスの印刷・焼成を行う場合もあるため、オー
バーコートガラスの焼成温度は、厚膜抵抗体の焼成温度
(例えば850℃前後)とほぼ同じ温度か又はそれより
も低い温度に設定することが好ましい。オーバーコート
ガラスを850℃よりも低い温度(例えば600〜70
0℃)で焼成するには、オーバーコートガラスの転移点
が550℃以下であることが望ましい。
【0008】本発明のオーバーコートガラスとして用い
るSiO2 −B2 3 −K2 Oガラスは、上記の組成と
することで、ガラス転移点が550℃以下となり、厚膜
抵抗体や厚膜導体の焼成温度よりも低い温度で焼成する
ことができる。この場合、オーバーコートガラス中のK
2 Oがガラス転移点を下げる役割を果たすため、K2
が1wt%よりも少ないと、ガラス転移点が550℃よ
りも高くなってしまい、オーバーコートガラスの焼成温
度の低温化が困難となる。
【0009】但し、オーバーコートガラス中のK2 Oが
多くなりすぎると、オーバーコートガラスの熱膨張係数
(TEC:coefficient of thermal expansion)が大き
くなるため、K2 Oの配合量を不必要に多くすることは
好ましくない。本発明のように、オーバーコートガラス
中のK2 Oの配合量が10wt%以下であれば、オーバ
ーコートガラスの熱膨張係数が6.0×10-6/℃以下
となる。従って、このオーバーコートガラスを低熱膨張
係数(4〜6×10-6/℃)のセラミック基板に用いた
場合、オーバーコートガラスの熱膨張係数がセラミック
基板の熱膨張係数よりも小さくなるか、或は、オーバー
コートガラスの熱膨張係数がセラミック基板の熱膨張係
数よりも大きくなる場合でも、両者の熱膨張係数の差が
従来よりもかなり小さくなる。従って、本発明のオーバ
ーコートガラスを低熱膨張係数のセラミック基板に用い
ても、セラミック基板からオーバーコートガラスに圧縮
力が加わるか、又は僅かな引張力が加わるだけであり、
大きな引張力は加わらない。これにより、オーバーコー
トガラスがレーザートリミング後の厚膜抵抗体のマイク
ロクラックの進行を抑える役割を十分に果たし、レーザ
ートリミング後の厚膜抵抗体の抵抗値の変化を小さくす
ることができて、厚膜抵抗体の抵抗安定性を向上するこ
とができる。
【0010】本発明は、厚膜抵抗体や厚膜導体の種類を
問わず適用できるが、次の組成の厚膜抵抗体を用いる
と、一層大きな効果が得られる。つまり、RuO2 とS
iO2−B2 3 −K2 Oガラスとを含む厚膜抵抗体を
用い、この厚膜抵抗体中のSiO2 −B2 3 −K2
ガラスの組成を次のように設定すると良い。 60wt%≦SiO2 ≦85wt% 15wt%≦B2 3 ≦40wt% 0.1wt%≦K2 O≦10wt% 不純物≦3wt%
【0011】このように、本発明のオーバーコートガラ
スとほぼ同じ組成のSiO2 −B23 −K2 Oガラス
を含む厚膜抵抗体を用いれば、オーバーコートガラスと
厚膜抵抗体との密着性が良くなり、オーバーコートガラ
スによる保護効果が上がる。しかも、厚膜抵抗体に含ま
せるガラスとして、SiO2 −B2 3 −K2 Oガラス
を用いることで、Pb成分を使用せずに、厚膜抵抗体の
焼成温度の低温化や低熱膨張化が可能となり、品質の良
いPbフリーの厚膜抵抗体を形成することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を説明
する。まず、図1に基づいて厚膜印刷基板の構造を説明
する。セラミック基板11は、800℃〜1000℃で
焼成する低温焼成セラミック基板、又は、1600℃前
後で焼成するアルミナ基板、AlN基板等、いずれのセ
ラミック基板であっても良く、また、多層基板、単層基
板のいずれであっても良い。
【0013】尚、低温焼成セラミック基板を用いる場合
は、CaO−Al2 3 −SiO2−B2 3 系ガラス
粉末:50〜65重量%(好ましくは60重量%)とA
23 粉末:50〜35重量%(好ましくは40重量
%)とを混合して作った低温焼成セラミックで形成した
基板を用いたり、或はMgO−Al2 3 −SiO2
2 3 系のガラス粉末とAl2 3 粉末との混合物、
又は、SiO2 −B23 系のガラス粉末とAl2 3
粉末との混合物等、800〜1000℃で焼成できる低
温焼成セラミックで形成した基板を用いれば良い。
【0014】このセラミック基板11の表面には、厚膜
抵抗体12を接続するための電極パターン13や配線パ
ターン等の厚膜導体が印刷・焼成されている。電極パタ
ーン13等の厚膜導体は、Ag、Ag/Pd、Ag/P
t等のAg系導体、Au系導体、Cu系導体等の低融点
金属のペーストを印刷・焼成したものである。この厚膜
導体は、セラミック基板11の焼成後に後付けで印刷・
焼成しても良いが、セラミック基板11が低温焼成セラ
ミック基板である場合は、セラミック基板11と厚膜導
体とを同時焼成しても良い。
【0015】更に、セラミック基板11の表面には、電
極パターン13に跨がって厚膜抵抗体12が印刷・焼成
されている。この厚膜抵抗体12は、RuO2 とSiO
2 −B2 3 −K2 Oガラスとを主成分とし、SiO2
−B2 3 −K2 Oガラスの組成は、60wt%≦Si
2 ≦85wt%、15wt%≦B2 3 ≦40wt
%、0.1wt%≦K2 O≦10wt%、不純物≦3w
t%となっている。この厚膜抵抗体12は、電極パター
ン13等の厚膜導体の印刷・焼成後に印刷・焼成した
り、或は、厚膜導体と同時焼成しても良い。
【0016】この厚膜抵抗体12と電極パターン13の
表面には、オーバーコートガラス14が印刷・焼成さ
れ、厚膜抵抗体12と電極パターン13の表面全体がオ
ーバーコートガラス14で覆われている。このオーバー
コートガラス14は、SiO2−B2 3 −K2 Oガラ
スと不純物から成り、SiO2 −B2 3 −K2 Oガラ
スの組成は、60wt%≦SiO2 ≦85wt%、15
wt%≦B2 3 ≦30wt%、1wt%≦K2 O≦1
0wt%となっている。このオーバーコートガラス14
は、厚膜抵抗体12と同時焼成したり、或は、厚膜抵抗
体12の印刷・焼成後にオーバーコートガラス14の印
刷・焼成を行うようにしても良い。
【0017】
【実施例】本発明者らは、次の表1の#1〜#8に示す
8種類の組成のオーバーコートガラスを用いて、図1に
示す構造の厚膜印刷基板を作製し、厚膜抵抗体12の抵
抗安定性等を評価する試験を行った。
【0018】
【表1】
【0019】この評価試験に用いたセラミック基板11
は、CaO−Al2 3 −SiO2−B2 3 系ガラス
(60重量%)とAl2 3 粉末(40重量%)とから
なる低温焼成セラミック基板(熱膨張係数:5.0×1
-6/℃)を用いた。そして、焼成後の低温焼成セラミ
ック基板11上に、Agペーストで電極パターン13等
の厚膜導体をスクリーン印刷し、乾燥させた後、該低温
焼成セラミック基板11上に、電極パターン13に跨が
って厚膜抵抗体12をスクリーン印刷して乾燥させた。
この際、厚膜抵抗体12は、RuO2 とSiO2 −B2
3 −K2 Oガラスとを主成分とする厚膜抵抗体を用い
た。この厚膜抵抗体12と電極パターン13の表面に、
表1の組成のオーバーコートガラス14をスクリーン印
刷し、これらを850℃で同時焼成して図1に示す構造
の厚膜印刷基板を作製した。
【0020】表1の#1〜#8のオーバーコートガラス
(SiO2 −B2 3 −K2 Oガラス)の組成は、6
9.6wt%≦SiO2 ≦81.9wt%、15.0w
t%≦B2 3 ≦27.3wt%、1.8wt%≦K2
O≦10.0wt%、0.9wt%≦不純物≦1.5w
t%である。また、熱膨張係数は、2.8〜5.5×1
-6/℃である。
【0021】以上のようにして、表1の#1〜#8のオ
ーバーコートガラスを用いて作製した7種類のサンプル
基板について、それぞれマイグレーションテストと厚膜
抵抗体の安定性を評価する試験を行ったところ、次の表
2に示す結果が得られた。
【0022】
【表2】
【0023】この表2中のマイグレーションテストは、
各サンプル基板上に形成したAg導体配線のマイグレー
ションをオーバーコートガラス14で抑制する効果を評
価する試験である。このマイグレーションテストでは、
オーバーコートガラス14で覆われた0.15mmの間
隔のAg導体配線間に5Vの電圧を印加しながら、雰囲
気温度85℃、湿度85%RHの環境下で500時間放
置した後、Ag導体配線間の絶縁抵抗を測定し、この絶
縁抵抗の測定値が1012Ωよりも大きいか否かで、Ag
導体配線の耐マイグレーション性を評価した。その結
果、#1〜#8の全てのサンプルで、Ag導体配線間の
絶縁抵抗の測定値が1012Ωよりも大きくなり、Ag導
体配線の耐マイグレーション性が優れていることが確認
された。
【0024】また、厚膜抵抗体の抵抗安定性評価では、
各サンプル基板上に1.0×1.0mmの四角形に形成
された厚膜抵抗体12をレーザートリミングした後、−
55℃〜150℃の温度サイクルを500回繰り返し
て、厚膜抵抗体12の抵抗変化率を測定した。その結
果、#1〜#8の全てのサンプルで、厚膜抵抗体12の
抵抗変化率が+0.2%〜+0.3%となり、厚膜抵抗
体12の抵抗安定性が優れていることが確認された。
【0025】本発明者らの試験結果によれば、オーバー
コートガラス14(SiO2 −B23 −K2 Oガラ
ス)の組成は、60wt%≦SiO2 ≦85wt%、1
5wt%≦B2 3 ≦30wt%、1wt%≦K2 O≦
10wt%の範囲内であれば、耐マイグレーション性、
抵抗安定性、熱膨張係数の全ての評価項目が要求値を満
たし、品質の良いPbフリーのオーバーコートガラスが
得られた。この範囲外の組成では、ガラス転移点が高く
なり、850℃で焼成することが困難であるか、又は、
熱膨張係数が6.0×10-6/℃以上となり、セラミッ
ク基板の熱膨張係数よりも大きくなってしまい、セラミ
ック基板からオーバーコートガラスに引張力が加わっ
て、レーザートリミング後の厚膜抵抗体のマイクロクラ
ックの進行を抑える効果が低下してしまい、抵抗安定性
が悪化した。
【0026】本発明は、厚膜抵抗体や厚膜導体の種類を
問わず適用できるが、本実施形態のように、RuO2
の厚膜抵抗体12に含ませるガラスとして、オーバーコ
ートガラス14とほぼ同じ組成のSiO2 −B2 3
2 Oガラスを用いれば、オーバーコートガラス14と
厚膜抵抗体12との密着性が良くなり、オーバーコート
ガラス14による保護効果が上がる。しかも、厚膜抵抗
体12中のガラスとして、SiO2 −B2 3 −K2
ガラスを用いれば、Pb成分を使用せずに、厚膜抵抗体
12の焼成温度の低温化や低熱膨張化が可能となり、品
質の良いPbフリーの厚膜抵抗体12を形成することが
できる。
【0027】尚、厚膜抵抗体12に含ませるRuO
2 は、比表面積が30〜80m2 /gのものを使用する
と良い。つまり、RuO2 は、比表面積が小さくなるほ
ど、電荷が集中しやすくなり、ESD(electro static
discharge)特性が低下する傾向がある。本発明者の試
験結果によれば、RuO2 の比表面積が30m2 /g以
上であれば、好ましいESD特性を確保することができ
る。しかし、RuO2 の比表面積が80m2 /gを越え
ると、RuO2 の酸化触媒作用が強くなって、有機物を
自然発火させるおそれがあるため、RuO2 の比表面積
は80m2 /g以下であることが好ましい。
【0028】また、RuO2 の表面に、RuO2 :10
0wt%に対して、0.8〜4wt%のK2 Oを付着さ
せても良い。RuO2 の表面のK2 OはSiO2 −B2
3−K2 OガラスとRuO2 との濡れ性を向上させ、
ガラスを介して得られる導通を安定させて、焼成温度の
変化による抵抗値変化(焼成温度依存性)を小さくする
役割を果たすと共に、電荷の集中を防止して、ESD特
性を向上させる役割も果たす。
【0029】更に、この厚膜抵抗体には、遷移金属の酸
化物とB2 3 とを含有する添加ガラスを厚膜抵抗体に
添加するようにしても良い。この添加ガラス中の遷移金
属を含む硼酸塩は、電子伝導による導電性があり、半導
体的性質を示す。従って、この添加ガラスは、サージ電
圧が印加されたときに、電荷が局部的に集中するのを防
ぎ、厚膜抵抗体のガラスの破壊を防止する役割を果た
す。この特性から、シート抵抗値が大きい場合には、添
加ガラスの添加効果が大きくなる。但し、この添加ガラ
スは半導体的性質を示すため、抵抗温度係数がマイナス
にシフトする。従って、抵抗温度係数とESD特性の両
方を満足させるには、例えば100kΩ/□の厚膜抵抗
体の場合、添加ガラスの添加量を3〜15wt%にする
ことが好ましい。
【0030】更に、この厚膜抵抗体には、5wt%以下
の遷移金属酸化物を添加しても良い。厚膜抵抗体への遷
移金属酸化物の添加量が5wt%以下であれば、遷移金
属酸化物の添加量を調整することで、厚膜抵抗体の抵抗
温度係数を任意に調整することができる。
【0031】また、この厚膜抵抗体中のSiO2 −B2
3 −K2 Oガラスに、ZrO2 粒子を1〜20wt%
添加しても良い。このZrO2 粒子は、ガラスよりも熱
伝導率が大きく、しかも、厚膜抵抗体の焼成温度(90
0℃以下)ではZrO2 粒子とSiO2 −B2 3 −K
2 Oガラスとが反応しないため、SiO2 −B2 3
2 Oガラスに適量のZrO2 粒子を添加すれば、厚膜
抵抗体の電気的特性を劣化させることなく、厚膜抵抗体
の熱伝導率を大きくして放熱性を高めることができ、耐
電力性を向上させることが可能となる。
【0032】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、オーバーコートガラスとしてSiO2 −B2
3 −K2 Oガラスを用いると共に、このSiO2 −B
2 3−K2 Oガラスの組成を60wt%≦SiO2
85wt%、15wt%≦B23 ≦30wt%、1w
t%≦K2 O≦10wt%の範囲に設定したので、Pb
成分を使用せずに、オーバーコートガラスの焼成温度、
熱膨張係数、耐マイグレーション性、厚膜抵抗体の抵抗
安定性の全ての評価項目の要求値を満足することがで
き、品質の良いPbフリーのオーバーコートガラスを製
造できる。
【0033】更に、本発明のオーバーコートガラスとほ
ぼ同じ組成のSiO2 −B2 3 −K2 Oガラスを含む
厚膜抵抗体を用いれば、上記の効果を更に大きくするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す厚膜印刷基板の主要
部の縦断面図
【符号の説明】
11…セラミック基板、12…厚膜抵抗体、13…電極
パターン(厚膜導体) 、14…オーバーコートガラス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G062 AA08 BB05 DA06 DA07 DB01 DC04 DC05 DD01 DE01 DF01 EA01 EB01 EC02 EC03 ED01 EE01 EF01 EG01 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM05 NN26 NN29 5E314 AA03 AA10 DD06 FF02 FF12 FF14 FF24 GG05 GG09 GG11 GG21 GG26

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック基板上に形成された厚膜抵抗
    体及び/又は厚膜導体の表面を覆うオーバーコートガラ
    スであって、 SiO2 −B2 3 −K2 Oガラスと不純物から成り、 前記SiO2 −B2 3 −K2 Oガラスの組成は、 60wt%≦SiO2 ≦85wt% 15wt%≦B2 3 ≦30wt% 1wt%≦K2 O≦10wt% であることを特徴とするオーバーコートガラス。
  2. 【請求項2】 セラミック基板上に形成された厚膜抵抗
    体及び/又は厚膜導体の表面にオーバーコートガラスの
    膜を形成してなる厚膜印刷基板において、 前記オーバーコートガラスは、SiO2 −B2 3 −K
    2 Oガラスと不純物から成り、 前記SiO2 −B2 3 −K2 Oガラスの組成は、 60wt%≦SiO2 ≦85wt% 15wt%≦B2 3 ≦30wt% 1wt%≦K2 O≦10wt% であることを特徴とする厚膜印刷基板。
  3. 【請求項3】 前記オーバーコートガラスの熱膨張係数
    は前記セラミック基板の熱膨張係数よりも小さいことを
    特徴とする請求項2に記載の厚膜印刷基板。
  4. 【請求項4】 前記厚膜抵抗体は、RuO2 とSiO2
    −B2 3 −K2 Oガラスとを含み、 該厚膜抵抗体に含まれるSiO2 −B2 3 −K2 Oガ
    ラスの組成は、 60wt%≦SiO2 ≦85wt% 15wt%≦B2 3 ≦40wt% 0.1wt%≦K2 O≦10wt% 不純物≦3wt% であり、該厚膜抵抗体上に前記オーバーコートガラスの
    膜が形成されていることを特徴とする請求項2又は3に
    記載の厚膜印刷基板。
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