ガラス回路基板及びガラス回路基板の製造方法
【課題】 コールドスプレー法によってガラス基板の貫通孔または凹部に導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成した、ガラス基板と電極または配線との密着力が高いガラス回路基板及びその製造方法を実現する。
【解決手段】 ガラス基板１１の凹部１３に、ガラス基板１１よりも硬質または弾性率が高い、例えば、チタン系材料である純Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどにより中間層１４を形成し、コールドスプレー法により導電性金属粒子を付着堆積させて金属配線１６を形成する。導電性金属粒子が中間膜１４に衝突した際のエネルギーが、導電性金属粒子の塑性変形に有効に利用されるので、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板１１に対する金属配線１６の密着力を向上させることができる。
【解決手段】 ガラス基板１１の凹部１３に、ガラス基板１１よりも硬質または弾性率が高い、例えば、チタン系材料である純Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどにより中間層１４を形成し、コールドスプレー法により導電性金属粒子を付着堆積させて金属配線１６を形成する。導電性金属粒子が中間膜１４に衝突した際のエネルギーが、導電性金属粒子の塑性変形に有効に利用されるので、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板１１に対する金属配線１６の密着力を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板の貫通孔または凹部に電極または配線を備えたガラス回路基板及びガラス回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種回路基板に設けられた貫通孔または凹部に、金属層を設け電極または配線を形成する方法として、スパッタ法、めっき法、導電ペーストなどが一般的に用いられてきた。上述の形成方法は、例えば、スパッタ法は金属層の成長が遅く厚膜の形成には不向きである、めっき法は貫通電極を形成する場合に中心部に空孔が生じやすい、導電ペーストは、緻密な金属層の形成が困難であり、抵抗が高くなる傾向があるなどの課題があるため、近年、新しいプロセスとして、金属微粒子原料をガスと混合してエアロゾル化し、これを細いノズルを通して基板に高速で噴出して成膜する技術であるエアロゾルデポジション法を用いて電極などを形成する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、エアロゾルデポジション法を用いてスルーホールおよびビアホールに金属電極柱を形成する方法が開示されている。 しかし、エアロゾルデポジション法ではエアロゾル化が可能な微粒子を用いる必要があるため、使用可能な粒子径の上限は、粒径１μｍ程度の微粒子であり、粉末コストの低減ができないという問題があった。また、ノズル噴射口の面積が小さい微小ノズルを使用するため生産性が低いという問題があった。
本発明者らは上記のような問題点を解決するため、コールドスプレー法によって貫通孔または凹部に導電性金属粒子を付着堆積させて充填する方法を発明した（特許文献２）。コールドスプレー法とは、材料粉末の融点または軟化温度よりも低い温度のガス流に粉末を投入して、材料粉末を固相状態のまま基材に衝突させてその衝突エネルギーにより基材と粒子に塑性変形を生じさせて粒子を付着堆積する成膜技術であり、これによって得られた導電性金属膜は緻密で密度が高く、酸化や熱変質も少ないため熱伝導性、電気伝導性が良好であるという特徴を有する。このコールドスプレー法を用いて貫通孔または凹部を有する電子部品用の電子回路基板を製造することによって、環境負荷が小さく、導電性金属粒子に係る材料費および設備費などの総合的な費用を大幅に低減できると共に、生産性を向上し、金属配線の品質を改良することが可能になった。
【特許文献１】特開２００５−２４４００５号公報
【特許文献２】特願２００８−０４９９３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献２に記載の発明では、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、酸化ジルコニウムなどの各種セラミックス基板材料に形成された貫通孔または凹部に導電性金属粒子を充填する方法として、コールドスプレー法により導電性金属粒子を固相状態のまま塑性変形させて緻密に付着堆積する方法を提案した。しかし、その後鋭意研究を重ねた結果、基板材料がガラスの場合には、前記各種セラミックス材料と比較して、導電性金属粒子が貫通孔または凹部に付着する付着力が弱いため、導電性金属粒子が貫通孔または凹部に付着堆積しない、または、充填された電極または配線の付着力が弱く基板から脱落しやすいという問題があることが明らかになった。
【０００４】
そこで、本発明は、コールドスプレー法によってガラス基板の貫通孔または凹部に導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成した、ガラス基板と電極または配線との密着力が高いガラス回路基板及びその製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、貫通孔または凹部が形成されたガラス基板からなり、前記ガラス基板よりも硬質または弾性率が高い材料により前記貫通孔または凹部の内面を覆って形成された中間膜と、コールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて形成された電極または配線と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００６】
コールドスプレー法により基板に形成された貫通孔または凹部に導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成する場合には、導電性金属粒子が貫通孔または凹部に付着する付着力が弱いため、導電性金属粒子が貫通孔または凹部に付着堆積しない、または、充填された電極または配線の付着力が弱く基板から脱落しやすいという問題があった。 ガラス基板は、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックス基板材料と比較して、硬さが１／３〜１／４程度と軟らかく、ヤング率は１／５〜１／６程度であるため、導電性金属粒子が衝突した際のエネルギーの一部がガラス表面の弾性変形に消費されてしまい、導電性金属粒子自体の変形が減少して緻密に堆積しなくなるためと考えられる。請求項１に記載の発明によれば、ガラス基板に形成された貫通孔または凹部の内面をガラス材料よりも硬質または弾性率が高い材料により覆って形成された中間膜を介して、コールドスプレー法により導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線が形成されているため、導電性金属粒子が中間膜に衝突した際のエネルギーが、導電性金属粒子の塑性変形に有効に利用されるので、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板に対する電極または配線の密着力を向上させることができる。なお、中間層は１層に限定されるものではなく、複数層に形成されているものも含む。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のガラス回路基板において、前記中間膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含む膜で形成されている、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明のように、中間膜をチタン系材料により形成することができる。これらのチタン系材料はガラスや金属との親和性が高く、ＰＶＤ法（物理蒸着法）やＣＶＤ法（化学蒸着法）などの公知の方法によってガラス回路基板の表面に強固に密着した膜を容易に形成できるので、ガラス基板と電極または配線との密着力を向上させることができる。また、チタン系材料の熱膨張係数は、ガラス基板と導電性金属粒子により形成される電極または配線の熱膨張係数のほぼ中間の値であることから、両者の熱膨張差を緩和することができるため、ガラス基板と電極または配線との間に生じる熱応力を低減することができ、ガラス回路基板の熱的負荷に対する耐久性も向上させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のガラス回路基板において、前記中間膜と、前記電極または配線との間に、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜が形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１０】
チタン系材料からなる中間膜の熱膨張係数は、導電性金属粒子により形成される電極または配線の熱膨張係数よりも小さいため、両者の界面が十分に密着した状態でないと電極または配線の脱落や欠損につながるおそれがある。請求項３に記載の発明のように、中間膜と電極または配線との間に、導電性金属粒子と親和性が高いＣｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜を形成することにより、中間膜と電極または配線との熱膨張差を緩和することができるため、中間膜と電極または配線との密着力を向上させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のガラス回路基板において、前記導電性金属粒子が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末である、という技術的手段を用いる。
【００１２】
請求項４に記載の発明のように、導電性金属粒子として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末を用いることができる。これらの導電性金属粒子は、電気抵抗率が低く配線または電極として好適であるとともに、軟質で塑性変形が容易であるため、ガラス基板と電極または配線との密着力を向上させることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板において、前記凹部に形成された配線により、抵抗、コンデンサ、インダクタのうち少なくとも１種が形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項５に記載の発明のように、凹部に形成された配線により、抵抗、コンデンサ、インダクタのうち少なくとも１種を形成することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板において、前記凹部に形成された配線により、アンテナが形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明のように、凹部に形成された配線により、アンテナを形成することができる。凹部に形成された配線は、厚い膜として形成することができるため、寄生抵抗を小さくすることができる。アンテナを形成する配線の間がガラスであり容量及び抵抗が高いため、配線間の相互干渉を低減することができる。これらにより、アンテナのＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）を高くすることができ、高性能のアンテナを形成することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板において、前記貫通孔に形成された電極により、デバイスが形成された他の半導体基板と電気的に接続されている、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明のように、貫通孔に形成された電極により、デバイスが形成された他の半導体基板と接合されたガラス回路基板を実現することができる。貫通孔に形成された電極は、ガラス基板との密着力が高く、空孔などの欠陥が導入されにくいため、デバイスが形成された他の半導体基板と電気的に接続することにより、信頼性の高いガラス回路基板を用いた半導体装置を構成することができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、ガラス基板に貫通孔または凹部を形成する貫通孔・凹部形成工程と、前記ガラス基板よりも硬質な材料により前記貫通孔または凹部の内面を覆う中間膜を形成する中間膜形成工程と、コールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成する電極・配線形成工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、貫通孔・凹部形成工程によりガラス基板に貫通孔または凹部を形成し、中間膜形成工程によりガラス材料よりも硬質な材料により貫通孔または凹部の内面を覆う中間膜を形成し、電極・配線形成工程によりコールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成することができる。これにより、請求項１に記載の発明と同様に、ガラス基板に対する電極または配線の密着力が高いガラス回路基板を製造することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載のガラス回路基板の製造方法において、前記貫通孔・凹部形成工程において、ガラス基板の表面にブラスト法によって加工するためのレジストマスクを形成し、ブラスト法によって貫通孔または凹部を形成し、前記電極・配線形成工程において導電性金属粒子を付着堆積させた後に、前記レジストマスクを剥離し、電極または配線を形成する、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、簡易な装置で能率良く加工することができ、ガラス基板の加工に好適なブラスト法によりガラス基板に貫通孔または凹部を形成することができる。また、ガラス基板表面にレジストマスクを残したままで中間膜及び電極または配線を形成するため、貫通孔または凹部以外の不要な部分への中間膜及び導電性金属粒子の付着を防止することができる。更に、貫通孔または凹部のみにノズルを近づけてコールドスプレーを行う必要がないとともに、各工程で同じレジストマスクを使用できることから、工程が簡略化され製造コストを削減することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項８または請求項９に記載のガラス回路基板の製造方法において、前記中間膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含む膜で形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明のように、中間膜をチタン系材料により形成することができる。これらのチタン系材料はガラスや金属との親和性が高く、ＰＶＤ法（物理蒸着法）やＣＶＤ法（化学蒸着法）などの公知の方法によってガラス回路基板の表面に強固に密着した膜を容易に形成できるので、ガラス基板と電極または配線との密着力を向上させることができる。また、チタン系材料の熱膨張係数は、ガラス基板と導電性金属粒子により形成される電極または配線の熱膨張係数のほぼ中間の値であることから、両者の熱膨張差を緩和することができるため、ガラス基板と電極または配線との間に生じる熱応力を低減することができ、ガラス回路基板に対する熱的負荷に対する耐久性も向上させることができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載のガラス回路基板の製造方法において、前記中間膜と、前記電極または配線との間に、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜が形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明のように、中間膜と電極または配線との間に、導電性金属材料と親和性が高いＣｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜を形成することにより、中間膜と電極または配線との熱膨張差を緩和することができるため、中間膜と電極または配線との密着性を向上させることができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明では、請求項８ないし請求項１１のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法において、前記導電性金属粒子が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末である、という技術的手段を用いる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明のように、導電性金属粒子として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末を用いることができる。これらの導電性金属粒子は、電気抵抗率が低く配線または電極として好適であるとともに、軟質で塑性変形が容易であるため、ガラス基板と電極または配線との密着力を向上させることができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、請求項８ないし請求項１２のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法において、前記電極・配線形成工程において、前記コールドスプレー法において使用するガスが窒素または圧縮空気であって、前記貫通孔または凹部の開口面に対して衝突するガス流量が１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）である、という技術的手段を用いる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明のように、電極・配線形成工程において、コールドスプレー法において使用するガスが窒素または圧縮空気であって、貫通孔または凹部の開口面に対して衝突するガス流量が１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）とすることができる。コールドスプレー法に使用されるガスとして窒素または圧縮空気を用いた場合、ガス流量が１０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）に満たない場合には電極または配線を形成することが困難であり、４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）を超えると噴射圧によってガラス回路基板に大きな割れや欠けが生じるため、１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）の範囲が好適である。
【００３１】
請求項１４に記載の発明では、請求項８ないし請求項１３のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法において、前記導電性金属粒子の平均粒子径は２〜３０μｍであること、という技術的手段を用いる。
【００３２】
請求項１４に記載の発明にように、導電性金属粒子は、平均粒子径は２〜３０μｍであるものを用いることができる。導電性金属粒子の平均粒子径が２μｍ未満では粒子の慣性力が小さいため、ガスの反流によって跳ね返されたり、高圧のガスが停滞して形成される淀み部を突き抜けて基板に到達することが難しく付着効率が低下し、３０μｍを超えると粒子がガス流によって十分加速されず付着効率が低下する。これにより、導電性金属粒子は、平均粒子径は２〜３０μｍであるものを好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、ガラス基板の表面に金属配線を形成する。図１は、本発明に用いたコールドスプレー装置の概略図である。図２及び図３は、ガラス基板の表面に金属配線を形成する工程を示す断面説明図である。図４は、アンテナが形成されたガラス回路基板を示す説明図である。
【００３４】
図１に示すように、コールドスプレー装置１００は、大別して高圧ガス供給装置１０７、ガス加熱装置１０９、混合部１１０、粉末供給装置１１３、ノズル１１５を備えている。高圧ガス供給装置１０７から供給されたガスは、元圧を圧力調整器１０８で調節した後、ガス加熱装置１０９に導入され、必要に応じて加熱される。供給されたガスは、混合部１１０において粉末供給装置１１３から供給された粉末と混合され、ノズル１１５を通過する間に超音速まで加速され、ガラス回路基板に対して噴出される。ガス加熱装置１０９で加熱された温度はガス温度センサー１１１で測定し、ノズル入口側の圧力はガス圧力センサー１１２によって測定する。粉末供給装置１１３の機構は公知の各種方法を用いることができる。また、粉末供給装置１１３には粉末を搬送するためのキャリアガス供給装置１１４によりキャリアガスが導入される構造となっていて、キャリアガスを介して混合部１１０に粉末が供給される。
【００３５】
次に、ガラス基板に配線パターンを形成する方法について説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、ガラス基板１１の表面１１ａに、形成する金属配線パターンに対応したレジストマスク１２を形成する。ここで、ガラス基板材料としては、硼珪酸ガラス、鉛ガラス、ソーダガラスなどを用いることができる。
【００３６】
次に、図２（Ｂ）に示す貫通孔・凹部形成工程では、ガラス基板１１の表面１１ａにブラスト加工を行い、レジストマスク１２の開口部分に対応して凹部１３を形成する。
【００３７】
続いて、図２（Ｃ）に示す中間膜形成工程では、レジストマスク１２を残した状態で凹部１３の内面にガラス基板１１よりも硬質または弾性率が高い材料により中間膜１４を形成する。中間膜１４としては、チタン系材料である純Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどを好適に用いることができる。中間膜１４は、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法などのＰＶＤ法により形成する。これらの方法は、ガラス基板１１との密着性が高い中間膜１４を形成するために好適である。ここで、中間膜１４の膜厚は０．０５〜２μｍが好適である。また、中間層１４は単層に限定されるものではなく、複数層形成することもできる。
【００３８】
続いて、図２（Ｄ）に示すように、中間膜１４を覆って、例えばスパッタ法により、第２の中間膜１５を形成する。第２の中間膜１５は、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする金属膜であり、単層でも複数層でもよい。例えば、Ｃｕ膜を用いる場合には０．１μｍ、Ａｌ膜を用いる場合には１μｍになるように膜厚を調整することができる。
【００３９】
続いて、図３（Ｅ）に示す電極・配線形成工程では、ガラス基板１１をコールドスプレー装置１００の基材保持部１１７に固定した後に、レジストマスク１２を残した状態でコールドスプレー法により導電性金属粒子を噴射させて、凹部１３に固相状態のまま付着堆積させ、金属配線１６を形成する。
【００４０】
導電性金属粒子の材料としては、電気抵抗率が低く、密着力向上のために軟質で塑性変形が容易な材料が好ましく、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末を好適に用いることができる。また、金属配線１６は単層に限定されるものではなく、複数層で構成することもできる。
【００４１】
続いて、図３（Ｆ）に示すように、レジストマスク１２を剥離し、金属配線１６を形成する。この段階では、金属配線１６は、ガラス基板１１の表面１１ａから突出した領域を有している。
【００４２】
必要に応じて、図３（Ｇ）に示すように、ガラス基板１１の表面１１ａから突出した領域を研削または研磨加工により平坦にし、ガラス基板１１の表面１１ａから突出する領域がない金属配線１６を形成することができる。
【００４３】
以上の工程を経て、ガラス回路基板２０を供することができる。上述の工程では、簡易な装置で能率良く加工することができガラス基板の加工に好適なブラスト法により、ガラス基板１１に凹部１２を形成することができる。また、ガラス基板１１の表面１１ａにレジストマスク１２を残したままで中間膜１４及び金属配線１６を形成するため、凹部１２以外の不要な部分への中間膜１４及び導電性金属粒子の付着を防止することができる。更に、凹部１２のみにノズルを近づけてコールドスプレーを行う必要がないとともに、各工程で同じレジストマスク１２を使用できることから、工程が簡略化され製造コストを削減することができる。
【００４４】
電極・配線形成工程において、ガラス基板１１はコールドスプレー装置１００の基材保持部１１７に固定されるが、固定方法は締結、接着、吸引などの公知の方法を適宜用いることができる。また、ガラス基板１１を加熱する必要がある場合は、加熱ヒータ１１８を基材保持部１１７の内部に組み込むことができるが、適宜公知の方法を利用すれば良い。本発明によって金属配線１６を形成する場合には、ガラス基板１１の加熱は必ずしも必要ではないが、３００℃以下の範囲で加熱することによりガラス基板１１の温度分布を均一にすることができ好ましい。
【００４５】
コールドスプレー法に使用されるガスの種類として、導電性金属粒子を効率よく加速するためには比重が小さなヘリウムが好適であるが、窒素、圧縮空気などを使用することもできる。
【００４６】
導電性金属粒子の材料としては、電極として要求される特性に応じて、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗなどの元素を1種類以上含む合金材料粉末または、混合粉末を使用することも可能である。
【００４７】
本発明に使用される導電性金属粒子は、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、湿式法、電解法など各種製法によって作製された粉末を使用することができるが、粉末の表面は酸化が少なく清浄であること、および粉末供給装置において十分な流動性が確保できることが好ましい。また、導電性金属粒子の平均粒子径は２〜３０μｍであることが好ましい。なお、平均粒子径とは、体積基準粒子分布で累積値５０％の粒子径を示す。
【００４８】
上述のガラス回路基板２０の製造方法により、ガラス基板１１の表面１１ａに種々の配線パターンを形成することができる。例えば、金属配線１６により、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの受動素子を形成することができる。これら受動素子と、他の能動素子を組み合わせることにより、各種機能性素子を作製することができる。金属配線１６の一部がガラス基板１１の表面１１ａから突出した構成では、レジストマスク１２の厚さ分、例えば、１００μｍ程度の高さの突出部を形成することができ、隣接する金属配線１６間でエアアイソレーションの効果を奏することができる。
【００４９】
また、金属配線１６によりガラス回路基板２０上にインダクタ２２が形成されたアンテナ２１を製造することができる。図４では、インダクタ２２としてスパイラルインダクタを用いた例を示す。インダクタ２２を形成する金属配線１６は、例えば、幅５０〜２００μｍ、厚さは幅とのアスペクト比が１以上の程度までの厚い膜として形成することができる。これにより、寄生抵抗を小さくすることができる。また、金属配線１６の間がガラスまたは空気であり、容量が小さく抵抗が高いため、金属配線１６の相互干渉を低減することができる。これらにより、アンテナ２１のＬ成分の特性を向上させることができるので、アンテナ２１のＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）を高くすることができる。また、相互干渉を低減することができるため隣接する金属配線１６の間隔を狭くすることが可能で、アンテナ２１の構成要素としてのインダクタ２２の専有面積を小さくすることができるので、アンテナ２１を小型化することができる。インダクタ２２の形状としては、ループ、メアンダまたはバッチ形状を採用することもできる。
【００５０】
（変更例）
本実施形態では、中間層１４と金属配線１６との間に第２の中間層１５を介在させたが、第２の中間層１５を用いない構成を採用することもできる。この場合、第２の中間層１５よりも中間層１４の方が硬質または弾性率が高い材料で構成されているため、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板１１に対する金属配線１６の密着力を向上させることができる。
【００５１】
本実施形態では、凹部１３は、ブラスト加工により形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、ドリル加工、超音波加工、エッチング法など各種の方法で形成することができる。また、凹部１３の形状、寸法は、特定の形状、寸法に限定されるものではない。
【００５２】
［第１実施形態の効果］
（１）ガラス基板１１は、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックス基板材料と比較して、硬さが１／３〜１／４程度と軟らかく、ヤング率は１／５〜１／６程度であるため、導電性金属粒子が衝突した際のエネルギーの一部がガラス表面の弾性変形に消費されてしまい、導電性金属粒子自体の変形が減少して緻密に堆積しなくなる。本実施形態では、ガラス基板１１よりも硬質または弾性率が高い、例えば、チタン系材料である純Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどにより中間層１４を介して、コールドスプレー法により導電性金属粒子を付着堆積させて金属配線１６が形成されているため、導電性金属粒子が中間膜１４、第２の中間膜１５に衝突した際のエネルギーが、導電性金属粒子の塑性変形に有効に利用されるので、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板１１に対する金属配線１６の密着力を向上させることができる。
【００５３】
（２）チタン系材料はガラスや金属との親和性が高く、ＰＶＤ法（物理蒸着法）やＣＶＤ法（化学蒸着法）などの公知の方法によってガラス回路基板の表面に強固に密着した膜を容易に形成できるので、ガラス基板１１と金属配線１６との密着力を向上させることができる。また、チタン系材料の熱膨張係数は、ガラス基板１１と金属配線１６の熱膨張係数のほぼ中間の値であることから、両者の熱膨張差を緩和することができるため、ガラス基板１１と金属配線１６との間に生じる熱応力を低減することができ、ガラス回路基板２０の熱的負荷に対する耐久性も向上させることができる。
【００５４】
（３）中間膜１４と金属配線１６との間に、導電性金属材料と親和性が高いＣｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜１５を形成することにより、中間膜１４と金属配線１６との熱膨張差を緩和することができるため、中間膜１４と金属配線１６との密着性を向上させることができる。
【００５５】
（４）導電性金属粒子として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末を用いることができる。これらの導電性金属粒子は、電気抵抗率が低く配線または電極として好適であるとともに、軟質で塑性変形が容易であるため、ガラス基板１１と金属配線１６との密着力を向上させることができる。
【００５６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、ガラス基板を貫通する貫通電極を形成する。図５は、貫通電極の形状を示す断面説明図である。図６は、ガラス回路基板と、ガラス回路基板と貫通電極で接合された半導体基板とからなる半導体装置の説明図である。なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を用いるとともに説明を省略する。
【００５７】
図５に、本発明における貫通孔の形態を例示する。ガラス回路基板４０の厚さ方向を貫通する貫通孔３３としては、図５（Ａ）に示すようなストレート形状、図５（Ｂ）に示すようなテーパー形状、図５（Ｃ）に示すような鼓形状などを採用することができる。
【００５８】
貫通電極３６は、第１実施形態の金属電極１６と同様の工程で形成することができる。電極・配線形成工程においては、貫通孔３３の一方の開口部をバックアップ材で塞いだ状態でコールドスプレーを行う。バックアップ材の材料としてはアルミナ、窒化アルミなどガラス以外の各種セラミックス材料が好適である。これにより、ガラス基板１１の表面配線と裏面配線とを接続する貫通電極３６や多層基板において各層に形成された回路を接続する貫通電極３６などを形成することができる。貫通電極３６は、ガラス基板１１との密着力が高く、空孔などの欠陥が導入されにくいため、信頼性の高いガラス回路基板４０を製造することができる。
【００５９】
図５（Ｂ）に示すようなテーパー形状の貫通孔３３を用いると、貫通孔３３の内壁面に対して、導電性金属粒子が衝突しやすくなるため、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板１１と貫通電極３６との密着力を向上させることができる。
【００６０】
図５（Ｃ）に示すような鼓形状の貫通孔３３を形成する場合には、ガラス基板１１の表裏両面にレジストマスク１３を形成して、両側から交互に加工することによって中央部が細くなった鼓形状とすることができる。電極・配線形成工程においては、貫通電極３６の一方の開口部からコールドスプレーを行った後に、反対側の面からコールドスプレーを行うことができる。このように鼓形状の貫通孔３３に形成した貫通電極３６は、ガラス基板１１から剥離した場合でも、貫通孔３３から脱落することがない。
【００６１】
上述の製造方法により製造されたガラス回路基板４０は、デバイスが形成された他の半導体基板と貫通電極により電気的に接続し、半導体装置を構成することができる。例えば、図６に示すようなＭＥＭＳが形成された半導体装置を構成することができる。半導体装置６０は、ＳｉＯ２基板に片持ち梁状に形成された可動部５１が表面に設けられた半導体基板５０と、ガラス回路基板４０とが電気的に接続されて構成されている。ガラス回路基板４０の裏側には凹部が形成されており、外周部が半導体基板５０と陽極接合されている。可動部５１は、ガラス回路基板４０の凹部と半導体基板５０とから形成される空間内に配置されている。貫通電極３６ａ、３６ｂは、ガラス回路基板４０表面に形成された図示しない半導体素子などと電気的に接続されている。可動部５１は、配線５２を介して貫通電極３６ａと電気的に接続されている。可動部５１のガラス基板１１側の表面端部には表面電極５３が形成されている。配線５２と表面電極５３とは図示しない配線により電気的に接続されている。ガラス回路基板４０の裏面には、この表面電極５３に対向する位置に貫通電極３６ｂと接続された対向電極５４が形成されている。上述の構成により、リレーとして作用する半導体装置６０が構成される。この構成によれば、可動部５１が配置される空間内を真空状態にすることができるため、可動部５１の応答性を向上させることもできる。
【００６２】
その他、磁気デバイス、電子デバイス、光デバイス等の各種デバイスが形成された半導体基板と接続して半導体装置を構成することができる。本実施形態の貫通電極３６は、ガラス基板１１との密着力が高く、空孔などの欠陥が導入されにくいため、デバイスが形成された他の半導体基板と接合することにより、信頼性の高いガラス回路基板４０を用いた半導体装置を構成することができる。
【００６３】
（変更例）
本実施形態では、貫通孔３３は、ブラスト加工により形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、ドリル加工、超音波加工、エッチング法など各種の方法で形成することができる。また、貫通孔３３の形状、寸法は、特定の形状、寸法に限定されるものではない。
【００６４】
［第２実施形態の効果］
ガラス基板１１との密着力が高い貫通電極３６を形成することができ、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
［実施例］
本発明を以下の実施例によって詳細に説明する。 コールドスプレー法によって貫通孔または凹部に導電性金属粒子を充填する場合、平面に対して導電性金属粒子を付着堆積する場合と大きく異なる現象が発生する。すなわち、貫通孔または凹部のような凹部にガス流が衝突した場合、凹部に流入したガスが円滑に流出し難いため、内部に高圧のガスが停滞した淀み部を形成したり、流出した反流が流入しようとするガス流を乱すといった複雑な現象が発生し、導電性金属粒子の充填を著しく阻害する。前記のガス流による衝撃と凹部に形成される淀み部や反流の影響を低減するためには、基材に衝突するガスの流量と流速を減少させる必要があるが、単に流量や流速を減少させただけでは、導電性金属粒子の噴射速度も減少して金属電極の形成が困難になってしまう。そこで本発明者らは、基板に生じる割れや凹部に形成される淀み部が、単位面積当たりのガス流量に大きく関連していることを見出すことによって、ガスの流速を維持しながら上記の問題点を解決できる最適な条件範囲についても検討した。以下の説明においては、総合評価が良好であったものを「実施例」、その他のものを「比較例」と称する。なお、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００６６】
（実施例１）
本実施例では、ガラス基板の板厚方向に形成された貫通孔または凹部の内面に、チタン系材料からなる中間層を形成したことによる効果について検証した。
【００６７】
ガラス基板は直径４インチのホウケイ酸系の耐熱ガラス（厚さ０．５ｍｍ）を使用し、ドリル加工によって形成したストレートの貫通孔とブラスト加工によって形成した凹部の形態）の２種類を準備した。貫通孔は直径３００μｍ、凹部は開口部の直径２８０μｍ、深さ２００μｍとし、一枚の基板に対して２５００個の穴を形成した。レジストマスク材はウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂を使用し、前記貫通孔の場合はドリル加工後にマスク材を基板に接着した。前記凹部の場合は、レジストマスク材を基板に接着した後にブラスト加工によって凹部を形成し、そのままの状態で実験に供した。また、レジストマスク材の厚さは１００μｍである。
【００６８】
上記のガラス基板を用いて、貫通孔または凹部の内面にチタン系材料からなる中間層をスパッタリング法によって形成した。膜厚は、純ＴｉおよびＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮはいずれも０．２μｍになるように成膜した。また、純Ｔｉからなる第１の中間層の上に成膜するＣｕとＡｌの膜厚は、同じくスパッタリング法によってＣｕが０．１μｍ、Ａｌは１μｍになるように成膜した。成膜はレジストマスクが付着した状態で行ったが、損傷は認められず、そのままコールドスプレーの実験に供した。また、比較例の無電解Ｎｉ-Ｐめっきの膜厚は２μｍとした。
【００６９】
導電性金属粒子は水アトマイズ法で作製された平均粒子径が５μｍの純Ｃｕ粉末を使用し、粉末供給量は１５ｇ／ｍｉｎに設定した。噴射ガスは窒素ガスを用い、ガス加熱装置１０９によって加熱してガス温度センサー１１１によってガス温度を測定した。また、単位面積当りのガス流量は２０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）とし、ノズル出口開口部の直径が３〜８ｍｍである公知の各種ラバルノズルの種類とガス圧力の組み合わせによって設定した。また、ノズルと基板間の距離は２０ｍｍとした。また、噴射速度は粒子画像流速測定装置
Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ（西華産業製）によって測定した。
【００７０】
ガス流量を単位面積当りの流量として規定した理由は、ガラス製電子回路基板は一般に薄い板状であって概ね１．５ｍｍ以下の厚さである。従って、基板に衝突するガス流の衝撃によって割れや欠けが生じ易いため単位面積当りの流量で捉えた方が有効であることを見出したものである。すなわち毎分当たりの流量が同じであっても、ノズルの設計やノズル出口径によってガス流が衝突する面積が変化し、その結果として基板への衝撃力も変わるためである。ただし、基板にガス流が衝突する面積を正確に求めることが難しいため、本発明においてはノズル出口断面積を用いて計算した。
【００７１】
結果を表１に示す。評価項目である金属電極の形成状態については、形成された金属電極の空隙率が１％未満を◎、１〜５％を○、５％以上を△、金属電極が完全に形成できなかったものを×として表した。なお、空隙率が５％未満であれば電気抵抗率、強度の両面から実用上の問題無く使用可能である。また、研磨による金属電極の脱落および欠けについては、２５００個の穴に対して、全く脱落が発生しなかった場合を無、１個以上脱落が認められた場合を有として表し、欠けについては、２５００個の穴に対して、全く欠けが発生しなかった場合を○、欠けが認められた金属電極の数が２５個未満（１％未満）の場合を△、２５個以上の場合は×として表した。なお、研磨加工は浜井産業（株）製の両面ラップ盤を使用し、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒によってラップ加工した状態で金属電極の状態を観察した。
【００７２】
また、総合評価は、金属電極の形成状態が◎で基板の割れが無く、且つ研磨による脱落が無く、且つ欠けが○の場合を総合評価○とし、それ以外は全て×として表した。
【００７３】
表１より、穴の内面に全く中間層を形成しない場合（比較例１）は、導電性金属粒子の充填性が極めて悪く、金属電極自体の形成が困難であった。また、無電解めっきによってＮｉ−Ｐ中間層を形成した場合（比較例２）は緻密な金属電極が形成できたが、研磨処理によって電極の脱落と欠けが発生した。無電解めっきなどのめっき法によって中間層を形成する場合には、めっき液中の金属イオンが基材上に還元析出してめっき層が成長するため、基材に対して密着しているものの化学的に結合している訳ではないので、一般に密着力は低いため研磨による脱落や欠けが発生したものと推定される。
【００７４】
一方、チタン系材料からなる中間層を形成した場合（実施例１−１〜１−７）は、導電性金属粒子の充填性が大幅に改良されて緻密な金属電極が形成され、研磨処理による金属電極の脱落および欠けが無くなったことから、密着性も向上したことが確認された。なお、チタン系材料からなる第１の中間層の上に、ＣｕまたはＡｌからなる第２の中間層を形成した場合(実施例１−２、１−３)は、第２の中間層を形成しなかった場合(実施例１−１)と比較して明確な違いが認められなかったが、ガラス製電子回路基板はハンダ付けなどの加熱工程を経て最終製品になるため、そうした加熱冷却の条件が厳しい場合には第２の中間層を形成して密着性をさらに向上することが有効であると考えられる。
【００７５】
噴射ガスの温度については、チタン系材料からなる中間層を形成した場合であっても、温度が３５０℃を超える場合（比較例３）には基板に割れが発生すると共に導電性金属粒子の酸化が発生して金属電極の空隙率が大きく増加した。また、１５０℃未満の場合（比較例４）には金属電極の空隙率が若干増加して密着性が低下し、研磨処理における金属電極の脱落と欠けが発生した。従って、噴射ガス温度は、１５０〜３５０℃が好適な範囲である。
【００７６】
導電性金属粒子の噴射速度については、６００ｍ／ｓを超える場合（比較例５）には基板に割れが発生し、３５０ｍ／ｓ未満の場合（比較例６）には金属電極の空隙率が若干増加して密着性が低下し、研磨処理における金属電極の脱落と欠けが発生した。従って、噴射速度は、３５０〜６００ｍ／ｓが好適な範囲である。
【００７７】
また、穴の形態の影響については、貫通孔および凹部による違いは認められず、本実施例においてはいずれも緻密な金属電極が形成された。なお、凹部をブラスト加工によって形成したガラス回路基板については、同じレジストマスクのままコールドスプレーまで一貫して処理することができた。
【００７８】
（実施例２）
本実施例では、導電性金属粒子の種類と平均粒子径、ガスの種類、単位面積当りのガス流量の影響について調査した。
【００７９】
ガラス回路基板は直径３インチのホウケイ酸系の耐熱ガラス（厚さ０．４ｍｍ）を使用し、ブラスト加工によってストレートの貫通孔を形成した。貫通孔の直径は２８０μｍとし、一枚の基板に対して２５００個の穴を形成した。レジストマスク材は実施例１と同じウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂を使用し、ブラスト加工前にマスク材を基板に接着した。また、レジストマスク材の厚さは１００μｍである。
【００８０】
上記のガラス回路基板を用いて、貫通孔の内面にイオンプレーティング法によって純Ｔｉからなる中間層を０．１μｍの厚さに形成した後、その上からＣｕを０．２μｍの厚さに成膜した。成膜はレジストマスクが付着した状態で行ったが、マスクの損傷は認められず、そのままコールドスプレーの実験に供した。
【００８１】
導電性金属粒子はＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎの粉末を用いた。Ｃｕは水アトマイズ法、ＡｌおよびＳｎ、Ｎｉ、Ｚｎはガスアトマイズ法で作製された球状の粉末を用い、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄは湿式還元法によって作製された粉末を使用した。導電性金属粒子の粒径について調査するため、Ｃｕは平均粒子径が１、３、１０、２５、４０μｍの粉末を準備し、その他の材料は平均粒子径１０μｍの粉末を使用した。また、粉末供給量は２０ｇ／ｍｉｎ一定とした。
【００８２】
噴射ガスは窒素ガスと圧縮空気を用い、ガス温度は２００℃一定とした。また、単位面積当りのガス流量の影響を調査するため、ノズル出口開口部の直径が３〜８ｍｍである公知の各種ラバルノズルの種類とガス圧力の組み合わせによって７〜４５Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）の範囲に設定した。また、ノズルと基板間の距離は２０ｍｍとした。
【００８３】
結果を表２に示す。評価項目である金属電極の形成状態、研磨による電極の脱落および欠け、総合評価に関しては、実施例１と同じ基準で表した。
【００８４】
導電性金属粒子の平均粒子径が２μｍ未満の場合（比較例９）には、金属電極の空隙率が増加し、研磨処理による金属電極の脱落と欠けが発生した。平均粒子径が２μｍ未満の場合には、粒子の慣性力が小さくガスの反流などの影響を大きく受けるためと推定される。また、導電性金属粒子の平均粒子径が３０μｍを超える場合（比較例１０）には、金属電極を完全に形成することができなかったが、この時の噴射速度は２５０ｍ／ｓと低く、粒子が十分に加速されていなかった。
【００８５】
一方、導電性金属粒子の平均粒子径が２〜３０μｍの範囲である実施例２−１〜２−１１では、いずれも緻密な金属電極が形成され、研磨による脱落や欠けも発生しなかった。なお、この時の導電性金属粒子の噴射速度は３５０〜６００ｍ／ｓの範囲内であることを確認した。以上より、導電性金属粒子の平均粒子径は２〜３０μｍの範囲が好適である。
【００８６】
導電性金属粒子の材料については、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎの８種類に関して同一条件で実験を実施したが（実施例２−３、２−５〜２−１１）、いずれも緻密な金属電極が形成され、研磨による脱落や欠けも発生しなかった。これらの材料は比較的電気抵抗率が低く、軟質で塑性変形能が大きいため、これらの元素を１種類以上含む合金材料粉末または混合粉末であれば同様に緻密な金属電極を形成することができる。
【００８７】
単位面積当りのガス流量については、１０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）に満たない場合（比較例１１）には、Ｃｕ粒子の平均粒子径が２〜３０μｍの範囲内であっても金属電極を完全に形成することができなかった。また、４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）を超える場合（比較例１２）には基板に割れが発生した。従って、１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）の範囲が好適である。 また、ガスの種類に関しては、圧縮空気と窒素ではほぼ同等の結果が得られた（実施例２−１、２−２）。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
上述の実施例により、金属配線及び貫通電極を良好に形成することができることが確認された。
【００９１】
［その他の実施形態］
電極・配線形成工程において、レジストマスク１２は必ずしも使用しなくてもよい。この場合、凹部１２または貫通孔３２の位置にコールドスプレー装置１００のノズル１１５を合わせてコールドスプレーを行ったり、ガラス基板１１の表面１１ａ全面にコールドスプレーを行った後に凹部１２または貫通孔３２以外に堆積した導電性金属粒子を研磨などにより除去することにより、金属配線１６または貫通電極３６を形成してもよい。
【００９２】
第１実施形態の金属配線１６と第２実施形態の貫通電極３６とは、同時または連続して形成することができる。これにより、ガラス回路基板の製造工程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に用いたコールドスプレー装置の概略図である。
【図２】ガラス基板の表面に金属配線を形成する工程を示す断面説明図である。
【図３】ガラス基板の表面に金属配線を形成する工程を示す断面説明図である。
【図４】アンテナが形成されたガラス回路基板を示す説明図である。
【図５】貫通電極の形状を示す断面説明図である。
【図６】ガラス回路基板と、ガラス回路基板と貫通電極で接合された半導体基板とからなる半導体装置の説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１１ ガラス基板
１２ レジストマスク
１３ 凹部
１４ 中間膜
１５ 第２の中間膜
１６ 金属配線
２０ ガラス回路基板
２１ アンテナ
３３ 貫通孔
３６ 貫通電極
４０ ガラス回路基板
５０ 半導体基板
６０ 半導体装置
１００ コールドスプレー装置
１０７ 高圧ガス供給装置
１０８ 圧力調整器
１０９ ガス加熱装置
１１０ 混合部
１１１ ガス温度センサー
１１２ ガス圧力センサー
１１３ 粉末供給装置
１１４ キャリアガス供給装置
１１５ ノズル
１１７ 基材保持部
１１８ 加熱ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板の貫通孔または凹部に電極または配線を備えたガラス回路基板及びガラス回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種回路基板に設けられた貫通孔または凹部に、金属層を設け電極または配線を形成する方法として、スパッタ法、めっき法、導電ペーストなどが一般的に用いられてきた。上述の形成方法は、例えば、スパッタ法は金属層の成長が遅く厚膜の形成には不向きである、めっき法は貫通電極を形成する場合に中心部に空孔が生じやすい、導電ペーストは、緻密な金属層の形成が困難であり、抵抗が高くなる傾向があるなどの課題があるため、近年、新しいプロセスとして、金属微粒子原料をガスと混合してエアロゾル化し、これを細いノズルを通して基板に高速で噴出して成膜する技術であるエアロゾルデポジション法を用いて電極などを形成する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、エアロゾルデポジション法を用いてスルーホールおよびビアホールに金属電極柱を形成する方法が開示されている。 しかし、エアロゾルデポジション法ではエアロゾル化が可能な微粒子を用いる必要があるため、使用可能な粒子径の上限は、粒径１μｍ程度の微粒子であり、粉末コストの低減ができないという問題があった。また、ノズル噴射口の面積が小さい微小ノズルを使用するため生産性が低いという問題があった。
本発明者らは上記のような問題点を解決するため、コールドスプレー法によって貫通孔または凹部に導電性金属粒子を付着堆積させて充填する方法を発明した（特許文献２）。コールドスプレー法とは、材料粉末の融点または軟化温度よりも低い温度のガス流に粉末を投入して、材料粉末を固相状態のまま基材に衝突させてその衝突エネルギーにより基材と粒子に塑性変形を生じさせて粒子を付着堆積する成膜技術であり、これによって得られた導電性金属膜は緻密で密度が高く、酸化や熱変質も少ないため熱伝導性、電気伝導性が良好であるという特徴を有する。このコールドスプレー法を用いて貫通孔または凹部を有する電子部品用の電子回路基板を製造することによって、環境負荷が小さく、導電性金属粒子に係る材料費および設備費などの総合的な費用を大幅に低減できると共に、生産性を向上し、金属配線の品質を改良することが可能になった。
【特許文献１】特開２００５−２４４００５号公報
【特許文献２】特願２００８−０４９９３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献２に記載の発明では、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、酸化ジルコニウムなどの各種セラミックス基板材料に形成された貫通孔または凹部に導電性金属粒子を充填する方法として、コールドスプレー法により導電性金属粒子を固相状態のまま塑性変形させて緻密に付着堆積する方法を提案した。しかし、その後鋭意研究を重ねた結果、基板材料がガラスの場合には、前記各種セラミックス材料と比較して、導電性金属粒子が貫通孔または凹部に付着する付着力が弱いため、導電性金属粒子が貫通孔または凹部に付着堆積しない、または、充填された電極または配線の付着力が弱く基板から脱落しやすいという問題があることが明らかになった。
【０００４】
そこで、本発明は、コールドスプレー法によってガラス基板の貫通孔または凹部に導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成した、ガラス基板と電極または配線との密着力が高いガラス回路基板及びその製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、貫通孔または凹部が形成されたガラス基板からなり、前記ガラス基板よりも硬質または弾性率が高い材料により前記貫通孔または凹部の内面を覆って形成された中間膜と、コールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて形成された電極または配線と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００６】
コールドスプレー法により基板に形成された貫通孔または凹部に導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成する場合には、導電性金属粒子が貫通孔または凹部に付着する付着力が弱いため、導電性金属粒子が貫通孔または凹部に付着堆積しない、または、充填された電極または配線の付着力が弱く基板から脱落しやすいという問題があった。 ガラス基板は、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックス基板材料と比較して、硬さが１／３〜１／４程度と軟らかく、ヤング率は１／５〜１／６程度であるため、導電性金属粒子が衝突した際のエネルギーの一部がガラス表面の弾性変形に消費されてしまい、導電性金属粒子自体の変形が減少して緻密に堆積しなくなるためと考えられる。請求項１に記載の発明によれば、ガラス基板に形成された貫通孔または凹部の内面をガラス材料よりも硬質または弾性率が高い材料により覆って形成された中間膜を介して、コールドスプレー法により導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線が形成されているため、導電性金属粒子が中間膜に衝突した際のエネルギーが、導電性金属粒子の塑性変形に有効に利用されるので、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板に対する電極または配線の密着力を向上させることができる。なお、中間層は１層に限定されるものではなく、複数層に形成されているものも含む。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のガラス回路基板において、前記中間膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含む膜で形成されている、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明のように、中間膜をチタン系材料により形成することができる。これらのチタン系材料はガラスや金属との親和性が高く、ＰＶＤ法（物理蒸着法）やＣＶＤ法（化学蒸着法）などの公知の方法によってガラス回路基板の表面に強固に密着した膜を容易に形成できるので、ガラス基板と電極または配線との密着力を向上させることができる。また、チタン系材料の熱膨張係数は、ガラス基板と導電性金属粒子により形成される電極または配線の熱膨張係数のほぼ中間の値であることから、両者の熱膨張差を緩和することができるため、ガラス基板と電極または配線との間に生じる熱応力を低減することができ、ガラス回路基板の熱的負荷に対する耐久性も向上させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のガラス回路基板において、前記中間膜と、前記電極または配線との間に、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜が形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１０】
チタン系材料からなる中間膜の熱膨張係数は、導電性金属粒子により形成される電極または配線の熱膨張係数よりも小さいため、両者の界面が十分に密着した状態でないと電極または配線の脱落や欠損につながるおそれがある。請求項３に記載の発明のように、中間膜と電極または配線との間に、導電性金属粒子と親和性が高いＣｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜を形成することにより、中間膜と電極または配線との熱膨張差を緩和することができるため、中間膜と電極または配線との密着力を向上させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のガラス回路基板において、前記導電性金属粒子が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末である、という技術的手段を用いる。
【００１２】
請求項４に記載の発明のように、導電性金属粒子として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末を用いることができる。これらの導電性金属粒子は、電気抵抗率が低く配線または電極として好適であるとともに、軟質で塑性変形が容易であるため、ガラス基板と電極または配線との密着力を向上させることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板において、前記凹部に形成された配線により、抵抗、コンデンサ、インダクタのうち少なくとも１種が形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項５に記載の発明のように、凹部に形成された配線により、抵抗、コンデンサ、インダクタのうち少なくとも１種を形成することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板において、前記凹部に形成された配線により、アンテナが形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明のように、凹部に形成された配線により、アンテナを形成することができる。凹部に形成された配線は、厚い膜として形成することができるため、寄生抵抗を小さくすることができる。アンテナを形成する配線の間がガラスであり容量及び抵抗が高いため、配線間の相互干渉を低減することができる。これらにより、アンテナのＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）を高くすることができ、高性能のアンテナを形成することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板において、前記貫通孔に形成された電極により、デバイスが形成された他の半導体基板と電気的に接続されている、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明のように、貫通孔に形成された電極により、デバイスが形成された他の半導体基板と接合されたガラス回路基板を実現することができる。貫通孔に形成された電極は、ガラス基板との密着力が高く、空孔などの欠陥が導入されにくいため、デバイスが形成された他の半導体基板と電気的に接続することにより、信頼性の高いガラス回路基板を用いた半導体装置を構成することができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、ガラス基板に貫通孔または凹部を形成する貫通孔・凹部形成工程と、前記ガラス基板よりも硬質な材料により前記貫通孔または凹部の内面を覆う中間膜を形成する中間膜形成工程と、コールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成する電極・配線形成工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、貫通孔・凹部形成工程によりガラス基板に貫通孔または凹部を形成し、中間膜形成工程によりガラス材料よりも硬質な材料により貫通孔または凹部の内面を覆う中間膜を形成し、電極・配線形成工程によりコールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成することができる。これにより、請求項１に記載の発明と同様に、ガラス基板に対する電極または配線の密着力が高いガラス回路基板を製造することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載のガラス回路基板の製造方法において、前記貫通孔・凹部形成工程において、ガラス基板の表面にブラスト法によって加工するためのレジストマスクを形成し、ブラスト法によって貫通孔または凹部を形成し、前記電極・配線形成工程において導電性金属粒子を付着堆積させた後に、前記レジストマスクを剥離し、電極または配線を形成する、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、簡易な装置で能率良く加工することができ、ガラス基板の加工に好適なブラスト法によりガラス基板に貫通孔または凹部を形成することができる。また、ガラス基板表面にレジストマスクを残したままで中間膜及び電極または配線を形成するため、貫通孔または凹部以外の不要な部分への中間膜及び導電性金属粒子の付着を防止することができる。更に、貫通孔または凹部のみにノズルを近づけてコールドスプレーを行う必要がないとともに、各工程で同じレジストマスクを使用できることから、工程が簡略化され製造コストを削減することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項８または請求項９に記載のガラス回路基板の製造方法において、前記中間膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含む膜で形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明のように、中間膜をチタン系材料により形成することができる。これらのチタン系材料はガラスや金属との親和性が高く、ＰＶＤ法（物理蒸着法）やＣＶＤ法（化学蒸着法）などの公知の方法によってガラス回路基板の表面に強固に密着した膜を容易に形成できるので、ガラス基板と電極または配線との密着力を向上させることができる。また、チタン系材料の熱膨張係数は、ガラス基板と導電性金属粒子により形成される電極または配線の熱膨張係数のほぼ中間の値であることから、両者の熱膨張差を緩和することができるため、ガラス基板と電極または配線との間に生じる熱応力を低減することができ、ガラス回路基板に対する熱的負荷に対する耐久性も向上させることができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載のガラス回路基板の製造方法において、前記中間膜と、前記電極または配線との間に、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜が形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明のように、中間膜と電極または配線との間に、導電性金属材料と親和性が高いＣｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜を形成することにより、中間膜と電極または配線との熱膨張差を緩和することができるため、中間膜と電極または配線との密着性を向上させることができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明では、請求項８ないし請求項１１のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法において、前記導電性金属粒子が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末である、という技術的手段を用いる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明のように、導電性金属粒子として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末を用いることができる。これらの導電性金属粒子は、電気抵抗率が低く配線または電極として好適であるとともに、軟質で塑性変形が容易であるため、ガラス基板と電極または配線との密着力を向上させることができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、請求項８ないし請求項１２のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法において、前記電極・配線形成工程において、前記コールドスプレー法において使用するガスが窒素または圧縮空気であって、前記貫通孔または凹部の開口面に対して衝突するガス流量が１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）である、という技術的手段を用いる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明のように、電極・配線形成工程において、コールドスプレー法において使用するガスが窒素または圧縮空気であって、貫通孔または凹部の開口面に対して衝突するガス流量が１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）とすることができる。コールドスプレー法に使用されるガスとして窒素または圧縮空気を用いた場合、ガス流量が１０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）に満たない場合には電極または配線を形成することが困難であり、４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）を超えると噴射圧によってガラス回路基板に大きな割れや欠けが生じるため、１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）の範囲が好適である。
【００３１】
請求項１４に記載の発明では、請求項８ないし請求項１３のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法において、前記導電性金属粒子の平均粒子径は２〜３０μｍであること、という技術的手段を用いる。
【００３２】
請求項１４に記載の発明にように、導電性金属粒子は、平均粒子径は２〜３０μｍであるものを用いることができる。導電性金属粒子の平均粒子径が２μｍ未満では粒子の慣性力が小さいため、ガスの反流によって跳ね返されたり、高圧のガスが停滞して形成される淀み部を突き抜けて基板に到達することが難しく付着効率が低下し、３０μｍを超えると粒子がガス流によって十分加速されず付着効率が低下する。これにより、導電性金属粒子は、平均粒子径は２〜３０μｍであるものを好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、ガラス基板の表面に金属配線を形成する。図１は、本発明に用いたコールドスプレー装置の概略図である。図２及び図３は、ガラス基板の表面に金属配線を形成する工程を示す断面説明図である。図４は、アンテナが形成されたガラス回路基板を示す説明図である。
【００３４】
図１に示すように、コールドスプレー装置１００は、大別して高圧ガス供給装置１０７、ガス加熱装置１０９、混合部１１０、粉末供給装置１１３、ノズル１１５を備えている。高圧ガス供給装置１０７から供給されたガスは、元圧を圧力調整器１０８で調節した後、ガス加熱装置１０９に導入され、必要に応じて加熱される。供給されたガスは、混合部１１０において粉末供給装置１１３から供給された粉末と混合され、ノズル１１５を通過する間に超音速まで加速され、ガラス回路基板に対して噴出される。ガス加熱装置１０９で加熱された温度はガス温度センサー１１１で測定し、ノズル入口側の圧力はガス圧力センサー１１２によって測定する。粉末供給装置１１３の機構は公知の各種方法を用いることができる。また、粉末供給装置１１３には粉末を搬送するためのキャリアガス供給装置１１４によりキャリアガスが導入される構造となっていて、キャリアガスを介して混合部１１０に粉末が供給される。
【００３５】
次に、ガラス基板に配線パターンを形成する方法について説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、ガラス基板１１の表面１１ａに、形成する金属配線パターンに対応したレジストマスク１２を形成する。ここで、ガラス基板材料としては、硼珪酸ガラス、鉛ガラス、ソーダガラスなどを用いることができる。
【００３６】
次に、図２（Ｂ）に示す貫通孔・凹部形成工程では、ガラス基板１１の表面１１ａにブラスト加工を行い、レジストマスク１２の開口部分に対応して凹部１３を形成する。
【００３７】
続いて、図２（Ｃ）に示す中間膜形成工程では、レジストマスク１２を残した状態で凹部１３の内面にガラス基板１１よりも硬質または弾性率が高い材料により中間膜１４を形成する。中間膜１４としては、チタン系材料である純Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどを好適に用いることができる。中間膜１４は、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法などのＰＶＤ法により形成する。これらの方法は、ガラス基板１１との密着性が高い中間膜１４を形成するために好適である。ここで、中間膜１４の膜厚は０．０５〜２μｍが好適である。また、中間層１４は単層に限定されるものではなく、複数層形成することもできる。
【００３８】
続いて、図２（Ｄ）に示すように、中間膜１４を覆って、例えばスパッタ法により、第２の中間膜１５を形成する。第２の中間膜１５は、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする金属膜であり、単層でも複数層でもよい。例えば、Ｃｕ膜を用いる場合には０．１μｍ、Ａｌ膜を用いる場合には１μｍになるように膜厚を調整することができる。
【００３９】
続いて、図３（Ｅ）に示す電極・配線形成工程では、ガラス基板１１をコールドスプレー装置１００の基材保持部１１７に固定した後に、レジストマスク１２を残した状態でコールドスプレー法により導電性金属粒子を噴射させて、凹部１３に固相状態のまま付着堆積させ、金属配線１６を形成する。
【００４０】
導電性金属粒子の材料としては、電気抵抗率が低く、密着力向上のために軟質で塑性変形が容易な材料が好ましく、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末を好適に用いることができる。また、金属配線１６は単層に限定されるものではなく、複数層で構成することもできる。
【００４１】
続いて、図３（Ｆ）に示すように、レジストマスク１２を剥離し、金属配線１６を形成する。この段階では、金属配線１６は、ガラス基板１１の表面１１ａから突出した領域を有している。
【００４２】
必要に応じて、図３（Ｇ）に示すように、ガラス基板１１の表面１１ａから突出した領域を研削または研磨加工により平坦にし、ガラス基板１１の表面１１ａから突出する領域がない金属配線１６を形成することができる。
【００４３】
以上の工程を経て、ガラス回路基板２０を供することができる。上述の工程では、簡易な装置で能率良く加工することができガラス基板の加工に好適なブラスト法により、ガラス基板１１に凹部１２を形成することができる。また、ガラス基板１１の表面１１ａにレジストマスク１２を残したままで中間膜１４及び金属配線１６を形成するため、凹部１２以外の不要な部分への中間膜１４及び導電性金属粒子の付着を防止することができる。更に、凹部１２のみにノズルを近づけてコールドスプレーを行う必要がないとともに、各工程で同じレジストマスク１２を使用できることから、工程が簡略化され製造コストを削減することができる。
【００４４】
電極・配線形成工程において、ガラス基板１１はコールドスプレー装置１００の基材保持部１１７に固定されるが、固定方法は締結、接着、吸引などの公知の方法を適宜用いることができる。また、ガラス基板１１を加熱する必要がある場合は、加熱ヒータ１１８を基材保持部１１７の内部に組み込むことができるが、適宜公知の方法を利用すれば良い。本発明によって金属配線１６を形成する場合には、ガラス基板１１の加熱は必ずしも必要ではないが、３００℃以下の範囲で加熱することによりガラス基板１１の温度分布を均一にすることができ好ましい。
【００４５】
コールドスプレー法に使用されるガスの種類として、導電性金属粒子を効率よく加速するためには比重が小さなヘリウムが好適であるが、窒素、圧縮空気などを使用することもできる。
【００４６】
導電性金属粒子の材料としては、電極として要求される特性に応じて、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗなどの元素を1種類以上含む合金材料粉末または、混合粉末を使用することも可能である。
【００４７】
本発明に使用される導電性金属粒子は、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、湿式法、電解法など各種製法によって作製された粉末を使用することができるが、粉末の表面は酸化が少なく清浄であること、および粉末供給装置において十分な流動性が確保できることが好ましい。また、導電性金属粒子の平均粒子径は２〜３０μｍであることが好ましい。なお、平均粒子径とは、体積基準粒子分布で累積値５０％の粒子径を示す。
【００４８】
上述のガラス回路基板２０の製造方法により、ガラス基板１１の表面１１ａに種々の配線パターンを形成することができる。例えば、金属配線１６により、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの受動素子を形成することができる。これら受動素子と、他の能動素子を組み合わせることにより、各種機能性素子を作製することができる。金属配線１６の一部がガラス基板１１の表面１１ａから突出した構成では、レジストマスク１２の厚さ分、例えば、１００μｍ程度の高さの突出部を形成することができ、隣接する金属配線１６間でエアアイソレーションの効果を奏することができる。
【００４９】
また、金属配線１６によりガラス回路基板２０上にインダクタ２２が形成されたアンテナ２１を製造することができる。図４では、インダクタ２２としてスパイラルインダクタを用いた例を示す。インダクタ２２を形成する金属配線１６は、例えば、幅５０〜２００μｍ、厚さは幅とのアスペクト比が１以上の程度までの厚い膜として形成することができる。これにより、寄生抵抗を小さくすることができる。また、金属配線１６の間がガラスまたは空気であり、容量が小さく抵抗が高いため、金属配線１６の相互干渉を低減することができる。これらにより、アンテナ２１のＬ成分の特性を向上させることができるので、アンテナ２１のＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）を高くすることができる。また、相互干渉を低減することができるため隣接する金属配線１６の間隔を狭くすることが可能で、アンテナ２１の構成要素としてのインダクタ２２の専有面積を小さくすることができるので、アンテナ２１を小型化することができる。インダクタ２２の形状としては、ループ、メアンダまたはバッチ形状を採用することもできる。
【００５０】
（変更例）
本実施形態では、中間層１４と金属配線１６との間に第２の中間層１５を介在させたが、第２の中間層１５を用いない構成を採用することもできる。この場合、第２の中間層１５よりも中間層１４の方が硬質または弾性率が高い材料で構成されているため、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板１１に対する金属配線１６の密着力を向上させることができる。
【００５１】
本実施形態では、凹部１３は、ブラスト加工により形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、ドリル加工、超音波加工、エッチング法など各種の方法で形成することができる。また、凹部１３の形状、寸法は、特定の形状、寸法に限定されるものではない。
【００５２】
［第１実施形態の効果］
（１）ガラス基板１１は、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックス基板材料と比較して、硬さが１／３〜１／４程度と軟らかく、ヤング率は１／５〜１／６程度であるため、導電性金属粒子が衝突した際のエネルギーの一部がガラス表面の弾性変形に消費されてしまい、導電性金属粒子自体の変形が減少して緻密に堆積しなくなる。本実施形態では、ガラス基板１１よりも硬質または弾性率が高い、例えば、チタン系材料である純Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどにより中間層１４を介して、コールドスプレー法により導電性金属粒子を付着堆積させて金属配線１６が形成されているため、導電性金属粒子が中間膜１４、第２の中間膜１５に衝突した際のエネルギーが、導電性金属粒子の塑性変形に有効に利用されるので、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板１１に対する金属配線１６の密着力を向上させることができる。
【００５３】
（２）チタン系材料はガラスや金属との親和性が高く、ＰＶＤ法（物理蒸着法）やＣＶＤ法（化学蒸着法）などの公知の方法によってガラス回路基板の表面に強固に密着した膜を容易に形成できるので、ガラス基板１１と金属配線１６との密着力を向上させることができる。また、チタン系材料の熱膨張係数は、ガラス基板１１と金属配線１６の熱膨張係数のほぼ中間の値であることから、両者の熱膨張差を緩和することができるため、ガラス基板１１と金属配線１６との間に生じる熱応力を低減することができ、ガラス回路基板２０の熱的負荷に対する耐久性も向上させることができる。
【００５４】
（３）中間膜１４と金属配線１６との間に、導電性金属材料と親和性が高いＣｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜１５を形成することにより、中間膜１４と金属配線１６との熱膨張差を緩和することができるため、中間膜１４と金属配線１６との密着性を向上させることができる。
【００５５】
（４）導電性金属粒子として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末を用いることができる。これらの導電性金属粒子は、電気抵抗率が低く配線または電極として好適であるとともに、軟質で塑性変形が容易であるため、ガラス基板１１と金属配線１６との密着力を向上させることができる。
【００５６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、ガラス基板を貫通する貫通電極を形成する。図５は、貫通電極の形状を示す断面説明図である。図６は、ガラス回路基板と、ガラス回路基板と貫通電極で接合された半導体基板とからなる半導体装置の説明図である。なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を用いるとともに説明を省略する。
【００５７】
図５に、本発明における貫通孔の形態を例示する。ガラス回路基板４０の厚さ方向を貫通する貫通孔３３としては、図５（Ａ）に示すようなストレート形状、図５（Ｂ）に示すようなテーパー形状、図５（Ｃ）に示すような鼓形状などを採用することができる。
【００５８】
貫通電極３６は、第１実施形態の金属電極１６と同様の工程で形成することができる。電極・配線形成工程においては、貫通孔３３の一方の開口部をバックアップ材で塞いだ状態でコールドスプレーを行う。バックアップ材の材料としてはアルミナ、窒化アルミなどガラス以外の各種セラミックス材料が好適である。これにより、ガラス基板１１の表面配線と裏面配線とを接続する貫通電極３６や多層基板において各層に形成された回路を接続する貫通電極３６などを形成することができる。貫通電極３６は、ガラス基板１１との密着力が高く、空孔などの欠陥が導入されにくいため、信頼性の高いガラス回路基板４０を製造することができる。
【００５９】
図５（Ｂ）に示すようなテーパー形状の貫通孔３３を用いると、貫通孔３３の内壁面に対して、導電性金属粒子が衝突しやすくなるため、導電性金属粒子を十分に塑性変形させることができ、ガラス基板１１と貫通電極３６との密着力を向上させることができる。
【００６０】
図５（Ｃ）に示すような鼓形状の貫通孔３３を形成する場合には、ガラス基板１１の表裏両面にレジストマスク１３を形成して、両側から交互に加工することによって中央部が細くなった鼓形状とすることができる。電極・配線形成工程においては、貫通電極３６の一方の開口部からコールドスプレーを行った後に、反対側の面からコールドスプレーを行うことができる。このように鼓形状の貫通孔３３に形成した貫通電極３６は、ガラス基板１１から剥離した場合でも、貫通孔３３から脱落することがない。
【００６１】
上述の製造方法により製造されたガラス回路基板４０は、デバイスが形成された他の半導体基板と貫通電極により電気的に接続し、半導体装置を構成することができる。例えば、図６に示すようなＭＥＭＳが形成された半導体装置を構成することができる。半導体装置６０は、ＳｉＯ２基板に片持ち梁状に形成された可動部５１が表面に設けられた半導体基板５０と、ガラス回路基板４０とが電気的に接続されて構成されている。ガラス回路基板４０の裏側には凹部が形成されており、外周部が半導体基板５０と陽極接合されている。可動部５１は、ガラス回路基板４０の凹部と半導体基板５０とから形成される空間内に配置されている。貫通電極３６ａ、３６ｂは、ガラス回路基板４０表面に形成された図示しない半導体素子などと電気的に接続されている。可動部５１は、配線５２を介して貫通電極３６ａと電気的に接続されている。可動部５１のガラス基板１１側の表面端部には表面電極５３が形成されている。配線５２と表面電極５３とは図示しない配線により電気的に接続されている。ガラス回路基板４０の裏面には、この表面電極５３に対向する位置に貫通電極３６ｂと接続された対向電極５４が形成されている。上述の構成により、リレーとして作用する半導体装置６０が構成される。この構成によれば、可動部５１が配置される空間内を真空状態にすることができるため、可動部５１の応答性を向上させることもできる。
【００６２】
その他、磁気デバイス、電子デバイス、光デバイス等の各種デバイスが形成された半導体基板と接続して半導体装置を構成することができる。本実施形態の貫通電極３６は、ガラス基板１１との密着力が高く、空孔などの欠陥が導入されにくいため、デバイスが形成された他の半導体基板と接合することにより、信頼性の高いガラス回路基板４０を用いた半導体装置を構成することができる。
【００６３】
（変更例）
本実施形態では、貫通孔３３は、ブラスト加工により形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、ドリル加工、超音波加工、エッチング法など各種の方法で形成することができる。また、貫通孔３３の形状、寸法は、特定の形状、寸法に限定されるものではない。
【００６４】
［第２実施形態の効果］
ガラス基板１１との密着力が高い貫通電極３６を形成することができ、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
［実施例］
本発明を以下の実施例によって詳細に説明する。 コールドスプレー法によって貫通孔または凹部に導電性金属粒子を充填する場合、平面に対して導電性金属粒子を付着堆積する場合と大きく異なる現象が発生する。すなわち、貫通孔または凹部のような凹部にガス流が衝突した場合、凹部に流入したガスが円滑に流出し難いため、内部に高圧のガスが停滞した淀み部を形成したり、流出した反流が流入しようとするガス流を乱すといった複雑な現象が発生し、導電性金属粒子の充填を著しく阻害する。前記のガス流による衝撃と凹部に形成される淀み部や反流の影響を低減するためには、基材に衝突するガスの流量と流速を減少させる必要があるが、単に流量や流速を減少させただけでは、導電性金属粒子の噴射速度も減少して金属電極の形成が困難になってしまう。そこで本発明者らは、基板に生じる割れや凹部に形成される淀み部が、単位面積当たりのガス流量に大きく関連していることを見出すことによって、ガスの流速を維持しながら上記の問題点を解決できる最適な条件範囲についても検討した。以下の説明においては、総合評価が良好であったものを「実施例」、その他のものを「比較例」と称する。なお、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００６６】
（実施例１）
本実施例では、ガラス基板の板厚方向に形成された貫通孔または凹部の内面に、チタン系材料からなる中間層を形成したことによる効果について検証した。
【００６７】
ガラス基板は直径４インチのホウケイ酸系の耐熱ガラス（厚さ０．５ｍｍ）を使用し、ドリル加工によって形成したストレートの貫通孔とブラスト加工によって形成した凹部の形態）の２種類を準備した。貫通孔は直径３００μｍ、凹部は開口部の直径２８０μｍ、深さ２００μｍとし、一枚の基板に対して２５００個の穴を形成した。レジストマスク材はウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂を使用し、前記貫通孔の場合はドリル加工後にマスク材を基板に接着した。前記凹部の場合は、レジストマスク材を基板に接着した後にブラスト加工によって凹部を形成し、そのままの状態で実験に供した。また、レジストマスク材の厚さは１００μｍである。
【００６８】
上記のガラス基板を用いて、貫通孔または凹部の内面にチタン系材料からなる中間層をスパッタリング法によって形成した。膜厚は、純ＴｉおよびＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮはいずれも０．２μｍになるように成膜した。また、純Ｔｉからなる第１の中間層の上に成膜するＣｕとＡｌの膜厚は、同じくスパッタリング法によってＣｕが０．１μｍ、Ａｌは１μｍになるように成膜した。成膜はレジストマスクが付着した状態で行ったが、損傷は認められず、そのままコールドスプレーの実験に供した。また、比較例の無電解Ｎｉ-Ｐめっきの膜厚は２μｍとした。
【００６９】
導電性金属粒子は水アトマイズ法で作製された平均粒子径が５μｍの純Ｃｕ粉末を使用し、粉末供給量は１５ｇ／ｍｉｎに設定した。噴射ガスは窒素ガスを用い、ガス加熱装置１０９によって加熱してガス温度センサー１１１によってガス温度を測定した。また、単位面積当りのガス流量は２０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）とし、ノズル出口開口部の直径が３〜８ｍｍである公知の各種ラバルノズルの種類とガス圧力の組み合わせによって設定した。また、ノズルと基板間の距離は２０ｍｍとした。また、噴射速度は粒子画像流速測定装置
Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ（西華産業製）によって測定した。
【００７０】
ガス流量を単位面積当りの流量として規定した理由は、ガラス製電子回路基板は一般に薄い板状であって概ね１．５ｍｍ以下の厚さである。従って、基板に衝突するガス流の衝撃によって割れや欠けが生じ易いため単位面積当りの流量で捉えた方が有効であることを見出したものである。すなわち毎分当たりの流量が同じであっても、ノズルの設計やノズル出口径によってガス流が衝突する面積が変化し、その結果として基板への衝撃力も変わるためである。ただし、基板にガス流が衝突する面積を正確に求めることが難しいため、本発明においてはノズル出口断面積を用いて計算した。
【００７１】
結果を表１に示す。評価項目である金属電極の形成状態については、形成された金属電極の空隙率が１％未満を◎、１〜５％を○、５％以上を△、金属電極が完全に形成できなかったものを×として表した。なお、空隙率が５％未満であれば電気抵抗率、強度の両面から実用上の問題無く使用可能である。また、研磨による金属電極の脱落および欠けについては、２５００個の穴に対して、全く脱落が発生しなかった場合を無、１個以上脱落が認められた場合を有として表し、欠けについては、２５００個の穴に対して、全く欠けが発生しなかった場合を○、欠けが認められた金属電極の数が２５個未満（１％未満）の場合を△、２５個以上の場合は×として表した。なお、研磨加工は浜井産業（株）製の両面ラップ盤を使用し、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒によってラップ加工した状態で金属電極の状態を観察した。
【００７２】
また、総合評価は、金属電極の形成状態が◎で基板の割れが無く、且つ研磨による脱落が無く、且つ欠けが○の場合を総合評価○とし、それ以外は全て×として表した。
【００７３】
表１より、穴の内面に全く中間層を形成しない場合（比較例１）は、導電性金属粒子の充填性が極めて悪く、金属電極自体の形成が困難であった。また、無電解めっきによってＮｉ−Ｐ中間層を形成した場合（比較例２）は緻密な金属電極が形成できたが、研磨処理によって電極の脱落と欠けが発生した。無電解めっきなどのめっき法によって中間層を形成する場合には、めっき液中の金属イオンが基材上に還元析出してめっき層が成長するため、基材に対して密着しているものの化学的に結合している訳ではないので、一般に密着力は低いため研磨による脱落や欠けが発生したものと推定される。
【００７４】
一方、チタン系材料からなる中間層を形成した場合（実施例１−１〜１−７）は、導電性金属粒子の充填性が大幅に改良されて緻密な金属電極が形成され、研磨処理による金属電極の脱落および欠けが無くなったことから、密着性も向上したことが確認された。なお、チタン系材料からなる第１の中間層の上に、ＣｕまたはＡｌからなる第２の中間層を形成した場合(実施例１−２、１−３)は、第２の中間層を形成しなかった場合(実施例１−１)と比較して明確な違いが認められなかったが、ガラス製電子回路基板はハンダ付けなどの加熱工程を経て最終製品になるため、そうした加熱冷却の条件が厳しい場合には第２の中間層を形成して密着性をさらに向上することが有効であると考えられる。
【００７５】
噴射ガスの温度については、チタン系材料からなる中間層を形成した場合であっても、温度が３５０℃を超える場合（比較例３）には基板に割れが発生すると共に導電性金属粒子の酸化が発生して金属電極の空隙率が大きく増加した。また、１５０℃未満の場合（比較例４）には金属電極の空隙率が若干増加して密着性が低下し、研磨処理における金属電極の脱落と欠けが発生した。従って、噴射ガス温度は、１５０〜３５０℃が好適な範囲である。
【００７６】
導電性金属粒子の噴射速度については、６００ｍ／ｓを超える場合（比較例５）には基板に割れが発生し、３５０ｍ／ｓ未満の場合（比較例６）には金属電極の空隙率が若干増加して密着性が低下し、研磨処理における金属電極の脱落と欠けが発生した。従って、噴射速度は、３５０〜６００ｍ／ｓが好適な範囲である。
【００７７】
また、穴の形態の影響については、貫通孔および凹部による違いは認められず、本実施例においてはいずれも緻密な金属電極が形成された。なお、凹部をブラスト加工によって形成したガラス回路基板については、同じレジストマスクのままコールドスプレーまで一貫して処理することができた。
【００７８】
（実施例２）
本実施例では、導電性金属粒子の種類と平均粒子径、ガスの種類、単位面積当りのガス流量の影響について調査した。
【００７９】
ガラス回路基板は直径３インチのホウケイ酸系の耐熱ガラス（厚さ０．４ｍｍ）を使用し、ブラスト加工によってストレートの貫通孔を形成した。貫通孔の直径は２８０μｍとし、一枚の基板に対して２５００個の穴を形成した。レジストマスク材は実施例１と同じウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂を使用し、ブラスト加工前にマスク材を基板に接着した。また、レジストマスク材の厚さは１００μｍである。
【００８０】
上記のガラス回路基板を用いて、貫通孔の内面にイオンプレーティング法によって純Ｔｉからなる中間層を０．１μｍの厚さに形成した後、その上からＣｕを０．２μｍの厚さに成膜した。成膜はレジストマスクが付着した状態で行ったが、マスクの損傷は認められず、そのままコールドスプレーの実験に供した。
【００８１】
導電性金属粒子はＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎの粉末を用いた。Ｃｕは水アトマイズ法、ＡｌおよびＳｎ、Ｎｉ、Ｚｎはガスアトマイズ法で作製された球状の粉末を用い、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄは湿式還元法によって作製された粉末を使用した。導電性金属粒子の粒径について調査するため、Ｃｕは平均粒子径が１、３、１０、２５、４０μｍの粉末を準備し、その他の材料は平均粒子径１０μｍの粉末を使用した。また、粉末供給量は２０ｇ／ｍｉｎ一定とした。
【００８２】
噴射ガスは窒素ガスと圧縮空気を用い、ガス温度は２００℃一定とした。また、単位面積当りのガス流量の影響を調査するため、ノズル出口開口部の直径が３〜８ｍｍである公知の各種ラバルノズルの種類とガス圧力の組み合わせによって７〜４５Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）の範囲に設定した。また、ノズルと基板間の距離は２０ｍｍとした。
【００８３】
結果を表２に示す。評価項目である金属電極の形成状態、研磨による電極の脱落および欠け、総合評価に関しては、実施例１と同じ基準で表した。
【００８４】
導電性金属粒子の平均粒子径が２μｍ未満の場合（比較例９）には、金属電極の空隙率が増加し、研磨処理による金属電極の脱落と欠けが発生した。平均粒子径が２μｍ未満の場合には、粒子の慣性力が小さくガスの反流などの影響を大きく受けるためと推定される。また、導電性金属粒子の平均粒子径が３０μｍを超える場合（比較例１０）には、金属電極を完全に形成することができなかったが、この時の噴射速度は２５０ｍ／ｓと低く、粒子が十分に加速されていなかった。
【００８５】
一方、導電性金属粒子の平均粒子径が２〜３０μｍの範囲である実施例２−１〜２−１１では、いずれも緻密な金属電極が形成され、研磨による脱落や欠けも発生しなかった。なお、この時の導電性金属粒子の噴射速度は３５０〜６００ｍ／ｓの範囲内であることを確認した。以上より、導電性金属粒子の平均粒子径は２〜３０μｍの範囲が好適である。
【００８６】
導電性金属粒子の材料については、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎの８種類に関して同一条件で実験を実施したが（実施例２−３、２−５〜２−１１）、いずれも緻密な金属電極が形成され、研磨による脱落や欠けも発生しなかった。これらの材料は比較的電気抵抗率が低く、軟質で塑性変形能が大きいため、これらの元素を１種類以上含む合金材料粉末または混合粉末であれば同様に緻密な金属電極を形成することができる。
【００８７】
単位面積当りのガス流量については、１０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）に満たない場合（比較例１１）には、Ｃｕ粒子の平均粒子径が２〜３０μｍの範囲内であっても金属電極を完全に形成することができなかった。また、４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）を超える場合（比較例１２）には基板に割れが発生した。従って、１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）の範囲が好適である。 また、ガスの種類に関しては、圧縮空気と窒素ではほぼ同等の結果が得られた（実施例２−１、２−２）。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
上述の実施例により、金属配線及び貫通電極を良好に形成することができることが確認された。
【００９１】
［その他の実施形態］
電極・配線形成工程において、レジストマスク１２は必ずしも使用しなくてもよい。この場合、凹部１２または貫通孔３２の位置にコールドスプレー装置１００のノズル１１５を合わせてコールドスプレーを行ったり、ガラス基板１１の表面１１ａ全面にコールドスプレーを行った後に凹部１２または貫通孔３２以外に堆積した導電性金属粒子を研磨などにより除去することにより、金属配線１６または貫通電極３６を形成してもよい。
【００９２】
第１実施形態の金属配線１６と第２実施形態の貫通電極３６とは、同時または連続して形成することができる。これにより、ガラス回路基板の製造工程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に用いたコールドスプレー装置の概略図である。
【図２】ガラス基板の表面に金属配線を形成する工程を示す断面説明図である。
【図３】ガラス基板の表面に金属配線を形成する工程を示す断面説明図である。
【図４】アンテナが形成されたガラス回路基板を示す説明図である。
【図５】貫通電極の形状を示す断面説明図である。
【図６】ガラス回路基板と、ガラス回路基板と貫通電極で接合された半導体基板とからなる半導体装置の説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１１ ガラス基板
１２ レジストマスク
１３ 凹部
１４ 中間膜
１５ 第２の中間膜
１６ 金属配線
２０ ガラス回路基板
２１ アンテナ
３３ 貫通孔
３６ 貫通電極
４０ ガラス回路基板
５０ 半導体基板
６０ 半導体装置
１００ コールドスプレー装置
１０７ 高圧ガス供給装置
１０８ 圧力調整器
１０９ ガス加熱装置
１１０ 混合部
１１１ ガス温度センサー
１１２ ガス圧力センサー
１１３ 粉末供給装置
１１４ キャリアガス供給装置
１１５ ノズル
１１７ 基材保持部
１１８ 加熱ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔または凹部が形成されたガラス基板からなり、
前記ガラス基板よりも硬質または弾性率が高い材料により前記貫通孔または凹部の内面を覆って形成された中間膜と、
コールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて形成された電極または配線と、を備えたことを特徴とするガラス回路基板。
【請求項２】
前記中間膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む膜で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス回路基板。
【請求項３】
前記中間膜と、前記電極または配線との間に、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のガラス回路基板。
【請求項４】
前記導電性金属粒子が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のガラス回路基板。
【請求項５】
前記凹部に形成された配線により、抵抗、コンデンサ、インダクタのうち少なくとも１種が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板。
【請求項６】
前記凹部に形成された配線により、アンテナが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板。
【請求項７】
前記貫通孔に形成された電極により、デバイスが形成された他の半導体基板と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板。
【請求項８】
ガラス基板に貫通孔または凹部を形成する貫通孔・凹部形成工程と、
前記ガラス基板よりも硬質な材料により前記貫通孔または凹部の内面を覆う中間膜を形成する中間膜形成工程と、
コールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成する電極・配線形成工程と、
を備えたことを特徴とするガラス回路基板の製造方法。
【請求項９】
前記貫通孔・凹部形成工程において、ガラス基板の表面にブラスト法によって加工するためのレジストマスクを形成し、ブラスト法によって貫通孔または凹部を形成し、
前記電極・配線形成工程において導電性金属粒子を付着堆積させた後に、前記レジストマスクを剥離し、電極または配線を形成することを特徴とする請求項８に記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１０】
前記中間膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含む膜で形成されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１１】
前記中間膜と、前記電極または配線との間に、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１２】
前記導電性金属粒子が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末であることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１３】
前記電極・配線形成工程において、前記コールドスプレー法において使用するガスが窒素または圧縮空気であって、前記貫通孔または凹部の開口面に対して衝突するガス流量が１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）であることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１４】
前記導電性金属粒子の平均粒子径は２〜３０μｍであることを特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１】
貫通孔または凹部が形成されたガラス基板からなり、
前記ガラス基板よりも硬質または弾性率が高い材料により前記貫通孔または凹部の内面を覆って形成された中間膜と、
コールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて形成された電極または配線と、を備えたことを特徴とするガラス回路基板。
【請求項２】
前記中間膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む膜で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス回路基板。
【請求項３】
前記中間膜と、前記電極または配線との間に、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のガラス回路基板。
【請求項４】
前記導電性金属粒子が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のガラス回路基板。
【請求項５】
前記凹部に形成された配線により、抵抗、コンデンサ、インダクタのうち少なくとも１種が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板。
【請求項６】
前記凹部に形成された配線により、アンテナが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板。
【請求項７】
前記貫通孔に形成された電極により、デバイスが形成された他の半導体基板と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガラス回路基板。
【請求項８】
ガラス基板に貫通孔または凹部を形成する貫通孔・凹部形成工程と、
前記ガラス基板よりも硬質な材料により前記貫通孔または凹部の内面を覆う中間膜を形成する中間膜形成工程と、
コールドスプレー法により前記貫通孔または凹部に前記中間膜を介して導電性金属粒子を付着堆積させて電極または配線を形成する電極・配線形成工程と、
を備えたことを特徴とするガラス回路基板の製造方法。
【請求項９】
前記貫通孔・凹部形成工程において、ガラス基板の表面にブラスト法によって加工するためのレジストマスクを形成し、ブラスト法によって貫通孔または凹部を形成し、
前記電極・配線形成工程において導電性金属粒子を付着堆積させた後に、前記レジストマスクを剥離し、電極または配線を形成することを特徴とする請求項８に記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１０】
前記中間膜が、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮからなる群より選ばれた少なくとも１種類を含む膜で形成されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１１】
前記中間膜と、前記電極または配線との間に、Ｃｕ、Ａｌのうち１または２種を主成分とする第２の中間膜が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１２】
前記導電性金属粒子が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎのうち１または２種以上を主成分とする金属粉末であることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１３】
前記電極・配線形成工程において、前記コールドスプレー法において使用するガスが窒素または圧縮空気であって、前記貫通孔または凹部の開口面に対して衝突するガス流量が１０〜４０Ｌ／（ｍｉｎ・ｍｍ２）であることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法。
【請求項１４】
前記導電性金属粒子の平均粒子径は２〜３０μｍであることを特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか１つに記載のガラス回路基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１２９９３４（Ｐ２０１０−１２９９３４Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０５７８１（Ｐ２００８−３０５７８１）
【出願日】平成２０年１１月３０日（２００８．１１．３０）
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月３０日（２００８．１１．３０）
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
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