特許 7219671 導電性ペースト、および、セラミック配線基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-31

(45)【発行日】2023-02-08

(54)【発明の名称】導電性ペースト、および、セラミック配線基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/02 20060101AFI20230201BHJP

   H05K 1/09 20060101ALI20230201BHJP

   H01B 1/20 20060101ALI20230201BHJP

【ＦＩ】

H05K3/02 B

H05K1/09 B

H01B1/20 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019092886

(22)【出願日】2019-05-16

(65)【公開番号】P2020188197

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(72)【発明者】

【氏名】奈須 孝有

【審査官】柴垣 宙央

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－１６５５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１３５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０７７１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６８３６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ ３／０２

Ｈ０５Ｋ １／０９

Ｈ０１Ｂ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック基板上または前記セラミック基板内部に配線層を形成可能な導電性ペーストであって、
還元によってタングステンになるタングステン化合物の粉末と、
前記タングステン化合物の粉末と混合される感光性樹脂と、を含む、
導電性ペースト。

【請求項2】

請求項１に記載の導電性ペーストであって、
前記タングステン化合物とは、三酸化タングステン、パラタングステンアンモニウム、および、メタタングステンアンモニウムの少なくとも１つである、
導電性ペースト。

【請求項3】

セラミック配線基板の製造方法であって、
タングステン化合物の粉末と感光性樹脂とを含む導電性ペーストを、セラミックグリーンシート上に塗布し、塗布された導電性ペーストを露光および現像することにより配線層パターンを形成するパターン形成工程と、
前記パターン形成工程の後、前記セラミックグリーンシートを焼成し、前記配線層パターンに含まれている前記タングステン化合物をタングステンに還元して、配線層を形成する焼成工程と、を備える、
セラミック配線基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導電性ペースト、および、セラミック配線基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、セラミックグリーンシート上に塗布可能な流動性を有し、焼成することでセラミック配線基板の配線層となる導電性ペーストが知られている。例えば、特許文献１には、フォトリソグラフィによって、セラミックグリーンシート上の導電性ペーストから配線層パターンを形成する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許６４２００８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の導電性ペーストは、フォトリソグラフィの露光工程で用いられる光を吸収しやすい金属の粉末を含んでいるため、露光工程での光が導電性ペーストの奥まで到達しにくい。このため、導電性ペーストの奥の感光性樹脂が光硬化しにくくなり配線層にアンダーカットが形成されやすくなる。このように、特許文献１に記載の導電性ペーストでは、セラミックグリーンシート上に、導電性ペーストに厚く塗布することが難しく、配線層の導通抵抗を低下させることは容易ではない。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、セラミック基板上またはセラミック基板内部に配線層を形成可能な導電性ペーストにおいて、導電性ペーストから形成される配線層の導通抵抗を低下させる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、セラミック基板上または前記セラミック基板内部に配線層を形成可能な導電性ペーストが提供される。この導電性ペーストは、還元によってタングステンになるタングステン化合物の粉末と、前記タングステン化合物の粉末と混合される感光性樹脂と、を含む。

【0008】

この構成によれば、導電性ペーストに含まれるタングステン化合物の粉末が光を反射しやすい性質を有していると、配線層パターンを形成するときの露光工程において導電性ペーストの内部に入射する光は、導電性ペーストの内部でタングステン化合物の粉末によって反射される。タングステン化合物の粉末によって反射された光は、導電性ペーストの内部で散乱するため、露光工程で導電性ペーストに照射された光は、導電性ペーストにおいて光が入射した側と反対側まで到達しやすくなる。これにより、導電性ペーストにおいて光が入射した側と反対側の感光性樹脂も、露光で用いられる光によって光硬化しやすくなるため、導電性ペーストを厚く塗布してもアンダーカットが形成されにくくなり、感光部分の形状が安定する。したがって、導電性ペーストから露光および現像によって形成される配線層パターンを厚くすることができるため、配線層の導通抵抗を低下させることができる。

【0009】

（２）上記形態の導電性ペーストにおいて、前記タングステン化合物とは、三酸化タングステン、パラタングステンアンモニウム、および、メタタングステンアンモニウムの少なくとも１つであってもよい。この構成によれば、三酸化タングステンの粉末、パラタングステンアンモニウムの粉末、および、メタタングステンアンモニウムの粉末は、光を反射しやすいため、反射された光によって、導電性ペーストにおいて光が入射した側と反対側の感光性樹脂が光硬化しやすくなる。これにより、導電性ペーストを厚く塗布してもアンダーカットが形成されにくくなるため、導電性ペーストから形成される配線層パターンの厚みを厚くすることができる。したがって、配線層の導通抵抗をさらに低下させることができる。

【0010】

（３）本発明の別の形態によれば、セラミック配線基板の製造方法が提供される。このセラミック配線基板の製造方法は、タングステン化合物の粉末と感光性樹脂とを含む導電性ペーストを、セラミックグリーンシート上に塗布し、塗布された導電性ペーストを露光および現像することにより配線層パターンを形成するパターン形成工程と、前記パターン形成工程の後、前記セラミックグリーンシートを焼成し、前記配線層パターンに含まれている前記タングステン化合物をタングステンに還元して、配線層を形成する焼成工程と、を備える。この構成によれば、パターン形成工程での露光工程において導電性ペーストに入射する光は、タングステン化合物の粉末によって反射されるため、導電性ペーストにおいて光が入射した側と反対側の感光性樹脂が光硬化しやすくなる。これにより、導電性ペーストを厚く塗布しても、パターン形成工程での現像においてアンダーカットが形成されにくくなるため、パターン形成工程での露光および現像によって形成される配線層パターンを厚くすることができる。また、焼成によってタングステン化合物をタングステンに還元することで、配線層パターンを、電気伝導性を有する配線層とすることができる。したがって、配線層の導通抵抗を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】導電性ペーストとセラミックグリーンシートを表す模式図である。

【図2】セラミック配線基板の製造方法のフローチャートである。

【図3】第１実施形態の露光工程と現像工程を説明する図である。

【図4】比較例の露光工程と現像工程を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の導電性ペースト１０とセラミックグリーンシート５を表す模式図である。図１には、導電性ペースト１０の断面図とともに、セラミックから形成されている平板状のセラミックグリーンシート５の断面図が示されている。セラミックグリーンシート５と導電性ペースト１０は、セラミック配線基板の製造工程を経て、例えば、電子部品検査用の基板やウェアテスタ用の基板となる。また、セラミックグリーンシート５と導電性ペースト１０から製造されるセラミック配線基板は、例えば、静電チャック用ヒータ回路や、セラミックヒータとして用いられてもよく、積層することで、セラミック多層回路基板としても利用される。

【0013】

導電性ペースト１０は、図１に示すように、セラミックグリーンシート５上に配置され、タングステン化合物の粉末１１と、感光性樹脂１２を含む。タングステン化合物の粉末１１は、還元すると金属タングステンとなる粉末であって、例えば、三酸化タングステンや、パラタングステンアンモニウムや、メタタングステンアンモニウムの粉末である。本実施形態では、光を反射しやすい白色を有するパラタングステンアンモニウムの粉末を用いている。感光性樹脂１２は、紫外光が照射されると光硬化するネガ型感光材であって、本実施形態では、例えば、ビスアジド化合物を用いている。導電性ペースト１０は、タングステン化合物の粉末１１と感光性樹脂１２とを、例えば、感光性樹脂１２の重量％が２０％となるように混合することで作製される。導電性ペースト１０は、フォトリソグラフィによってセラミックグリーンシート５上に配線層パターン７を形成することができるため、セラミック基板上の配線層のファイン化に適している。

【0014】

図２は、本実施形態のセラミック配線基板の製造方法のフローチャートである。図３は、本実施形態のセラミック配線基板の製造方法における露光工程と現像工程を説明する図である。ここでは、セラミック配線基板の製造方法を説明する。本実施形態のセラミック配線基板の製造方法は、図２に示すように、パターン形成工程（ステップＳ１）と、焼成工程（ステップＳ２）を含む。本実施形態のセラミック配線基板の製造方法は、ラミネート方式で製造されるセラミック配線基板にも適用可能である。

【0015】

最初のパターン形成工程は、準備工程（ステップＳ１１）と、塗布工程（ステップＳ１２）と、露光工程（ステップＳ１３）と、現像工程（ステップＳ１４）を含む。パターン形成工程での最初に、準備工程として、セラミックグリーンシート５と、導電性ペースト１０を準備する。次に、塗布工程として、セラミックグリーンシート５上に導電性ペースト１０を塗布する。

【0016】

次に、露光工程として、セラミックグリーンシート５上に塗布された導電性ペースト１０に光を照射する。具体的には、ガラスマスク２０を用いてセラミックグリーンシート５上の導電性ペースト１０に光を照射し、セラミック配線基板の配線層パターン７の形状にあわせて感光性樹脂１２を光硬化させる。

【0017】

露光工程では、図３（ａ）に示すように、導電性ペースト１０の上方に、ガラスマスク２０が配置される。ガラスマスク２０には、平板状のガラス２１に、配線層パターン７の形状にあわせて遮光膜２２が設けられている。露光工程では、セラミックグリーンシート５上の導電性ペースト１０に対して、ガラスマスク２０を介して、導電性ペースト１０に含まれる感光性樹脂１２が光硬化する紫外光Ｌ１が照射される。

【0018】

ガラスマスク２０を介して導電性ペースト１０に照射された紫外光Ｌ１の一部は、図３（ａ）に示すように、ガラスマスク２０の遮光膜２２が配置されていない部分を透過し、導電性ペースト１０の一部１０ａに照射される。このとき、導電性ペースト１０の内部に入射する紫外光は、タングステン化合物の粉末１１によって反射されるため、導電性ペースト１０の内部で散乱を繰り返しつつ、導電性ペースト１０のセラミックグリーンシート５側に進む。導電性ペースト１０の内部では、比較的多くの紫外光が導電性ペースト１０のセラミックグリーンシート５側まで到達するため、導電性ペースト１０の一部１０ａに含まれる感光性樹脂１２の多くが光硬化する。これにより、光硬化した感光性樹脂１２ａを含む導電性ペースト１０の感光部分１５（図３（ｂ）参照）の側面１５ａ、１５ｂには、アンダーカットが形成されにくくなる。一方、遮光膜２２によって紫外光が遮られ感光しなかった導電性ペースト１０の未感光部分１６、１７は、感光性樹脂１２が光硬化することなくセラミックグリーンシート５上に残る。

【0019】

露光工程の次に、現像工程として、セラミックグリーンシート５上に、配線層パターン７を形成する。具体的には、導電性ペースト１０の未感光部分１６、１７が現像液によって除去される。これにより、図３（ｃ）に示すように、光硬化した感光性樹脂１２ａを含む導電性ペースト１０の感光部分１５が残り、配線層パターン７が形成される。このように、パターン形成工程では、フォトリソグラフィを用いて、セラミックグリーンシート５上に、配線層パターン７を形成する。

【0020】

現像工程の次に、焼成工程として、セラミックグリーンシート５を焼成する。具体的には、図３（ｃ）に示す配線層パターン７が形成されたセラミックグリーンシート５を還元雰囲気でコファイヤ焼成することで、セラミックグリーンシート５は、セラミック配線基板のセラミック基板となる。このとき、配線層パターン７に含まれるタングステン化合物の粉末１１は、還元されることで金属タングステンとなり、電気伝導性を有する配線層となる。これにより、配線層を備えるセラミック配線基板が製造される。

【0021】

図４は、比較例の露光工程と現像工程を説明する図である。比較例のセラミック配線基板の製造方法では、セラミックグリーンシート５上に塗布される導電性ペースト５０は、金属タングステンの粉末５１と、感光性樹脂１２とを備える。金属タングステンの粉末５１は、紫外光を吸収しやすい性質を有する。

【0022】

図４に示す比較例のセラミック配線基板の製造方法では、露光工程において、ガラスマスク２０を用いてセラミックグリーンシート５上に塗布された導電性ペースト５０に紫外光Ｌ１を照射し、配線層パターン７の形状にあわせて感光性樹脂１２を光硬化させる。このとき、照射された紫外光Ｌ１の一部は、導電性ペースト５０の内部において、金属タングステンの粉末５１に吸収される。このため、導電性ペースト５０の内部では、比較的多くの紫外光が導電性ペースト５０のセラミックグリーンシート５側まで到達しないため、導電性ペースト５０の紫外光Ｌ１が照射される一部５０ａ（図４（ｂ）参照）に含まれる感光性樹脂１２の多くが光硬化しない。すなわち、導電性ペースト５０の一部５０ａにおいて、セラミックグリーンシート５側の感光性樹脂１２は、光硬化が阻害されるため、光硬化した感光性樹脂１２ａを含む導電性ペースト５０の部分５５は、図４（ｂ）に示すように、紫外光Ｌ１が入射する側からセラミックグリーンシート５に向かって細くなる形状となる。したがって、露光工程後の現像工程において、未感光部分５６、５７が除去されると、配線層パターン７には、図４（ｃ）に示すように、アンダーカットＵ１、Ｕ２が形成される。アンダーカットＵ１、Ｕ２は、配線層の厚みを厚くするほど大きくなるため、配線層とセラミック基板との接続が不安定となる。このため、比較例のセラミック配線基板の製造方法では、配線層の厚みを厚くすることが困難であり、厚くすることによって配線層の導通抵抗を低下させることは容易ではない。

【0023】

以上説明した、本実施形態の導電性ペースト１０によれば、導電性ペースト１０に含まれるタングステン化合物の粉末１１は、光を反射しやすい性質を有している。フォトリソグラフィでの露光工程において導電性ペースト１０の内部に入射する光は、導電性ペースト１０の内部でタングステン化合物の粉末１１によって反射される。反射された光は、導電性ペースト１０の内部で散乱するため、露光工程で導電性ペースト１０に照射された光は、導電性ペースト１０のセラミックグリーンシート５側まで到達しやすくなる。これにより、導電性ペースト１０のセラミックグリーンシート５側の感光性樹脂１２も露光工程での光によって光硬化しやすくなるため、導電性ペースト１０を厚く塗布しても、図４で示すようなアンダーカットＵ１、Ｕ２が形成されにくく、感光部分１５の形状が安定する。したがって、フォトリソグラフィでの露光および現像によって形成される配線層パターン７を厚くすることができるため、配線層の導通抵抗を低下させることができる。

【0024】

また、本実施形態の導電性ペースト１０によれば、外部の光を反射しやすい白色を有しているタングステン化合物の粉末１１が、導電性ペースト１０に含まれている。これにより、露光工程において導電性ペースト１０の内部に入射する紫外光がさらに反射されやすくなるため、反射された光が導電性ペースト１０の内部でさらに広がることによって、導電性ペースト１０のセラミックグリーンシート５側の感光性樹脂１２も、紫外光Ｌ１の照射によって光硬化しやすくなる。したがって、導電性ペースト１０を厚く塗布してもアンダーカットはさらに形成されにくくなるため、配線層パターン７の厚みをさらに厚くすることができる。すなわち、配線層の導通抵抗をさらに低下させることができる。

【0025】

また、本実施形態のセラミック配線基板の製造方法によれば、露光工程において、導電性ペースト１０に入射する紫外光Ｌ１は、タングステン化合物の粉末１１によって反射されるため、導電性ペースト１０のセラミックグリーンシート５側の感光性樹脂１２が光硬化しやすくなる。これにより、導電性ペースト１０を厚く塗布しても、現像工程においてアンダーカットが形成されにくくなるため、露光工程と現像工程で形成される配線層パターン７を厚くすることができる。また、焼成工程で、パラタングステンアンモニウムをタングステンに還元することで、配線層パターン７を、電気伝導性を有する配線層とすることができる。したがって、導通抵抗を低下させた配線層を備えるセラミック配線基板を製造することができる。

【0026】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0027】

［変形例１］
上述の実施形態では、セラミックグリーンシート５上の導電性ペースト１０は、露光工程で照射される光によって、感光性樹脂１２が光硬化するとした。しかしながら、感光性樹脂１２の光に対する反応性は、これに限定されない。感光によって現像液に対する溶解度が異なるように、感光部分１５と、未感光部分１６、１７とが変質すれば、現像工程において、感光部分１５と、未感光部分１６、１７との一方を選択的に除去することができるため、配線層パターン７を形成することができる。

【0028】

［変形例２］
上述の実施形態では、セラミック配線基板の配線層は、セラミック基板上に形成されるとした。しかしながら、配線層は、セラミック基板の内部に配置されてもよい。

【0029】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0030】

５…セラミックグリーンシート
７…配線層パターン
１０…導電性ペースト
１０ａ…導電性ペーストの一部
１１…タングステン化合物の粉末
１２…感光性樹脂
１２ａ…光硬化した感光性樹脂
１５…感光部分
１５ａ、１５ｂ…側面
１６、１７…未感光部分
２０…ガラスマスク
２１…ガラス
２２…遮光膜
Ｌ１…紫外光
Ｕ１、Ｕ２…アンダーカット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】