JP2001284489A - 積層回路基板 - Google Patents

積層回路基板

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JP2001284489A
JP2001284489A JP2000095465A JP2000095465A JP2001284489A JP 2001284489 A JP2001284489 A JP 2001284489A JP 2000095465 A JP2000095465 A JP 2000095465A JP 2000095465 A JP2000095465 A JP 2000095465A JP 2001284489 A JP2001284489 A JP 2001284489A
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聡浩 坂ノ上
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、誘電率のみを変化させ、焼結挙
動、熱膨張係数、誘電体層間の接合を損なわない積層回
路基板を提供するものである。 【解決手段】 本発明は、複数の誘電体層1a〜1dが
積層一体化した積層基体1内に、Ag又はCuの金属材
料を主成分とする内部配線3が形成されてなる積層回路
基板10において、前記誘電体層の少なくとも1つ(誘
電体層1a、1d)は、中空状シリカガラスを含有して
成り、他の誘電体層(1b、1c)の誘電率と相違して
いる積層回路基板である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体セラミック
材料の誘電体層が複数積層して成る積層回路基板に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話等に用いられる部品の高
周波化、小型化に伴い、誘電体材料の低温焼成化と内部
導体のAg、Au、Cuやそれらの合金がの適用された
積層回路基板が提案されている。例えば、特開平8−6
4031号には比誘電率εr が大きく、かつ、無負荷Q
が大きく、共振周波数のτf の小さい低温焼成可能な誘
電体磁器組成物であり、これのような低温焼成可能な誘
電体磁器組成物を、積層基体に用いることにより、A
g、Ag−Pd、Cu等を内部配線や表面配線層に用い
ることが可能となる。
【0003】比誘電率が大きいと同じ周波数での回路構
成をしたとしても、近くの内部配線間などで、信号の電
磁気的結合による漏れや悪影響が発生し易くなり、小型
化を阻害する事も発生する。また、積層基体の表面の部
品搭載用電極パッドと内部導体とが結合しあい、浮遊容
量を発生させたりする。このため、積層回路基板の小型
化が限界があった。さらに、計的自由度を上げる目的
で、異なる誘電率を有する層が形成可能な様に様々な提
案がされている。
【0004】ここで、一方で、低温焼成回路基板をガラ
スと無機物フィラーからなるコンポジットな系では、誘
電率の異なる無機物フィラーを選び、ガラスとしては同
じ系を用いることで、異なる誘電体材料のグリーンシー
トを積層・焼成しても、その収縮挙動を略同一にするこ
とが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、互いに異なる
誘電体材料どうしの収縮挙動を略同一にしたとしても、
焼成後の信頼性を保つことが重要である。即ち、熱膨張
係数も略同一にする必要がある。
【0006】誘電体材料において、ガラスと無機物フィ
ラーからなる系と同じで、ガラスの系を同一にして使用
する無機物フィラーの誘電率を変化させる事で対応する
場合、無機物フィラーの誘電率のみを変化させ、同時に
熱膨張係数を変化させないとすると、誘電率を変化させ
る設計的自由度が少なくなる。
【0007】また、積層回路基体の異なる誘電体層の接
合強度を損なわないように、誘電体材料を選ぶ必要があ
り、その選定が非常に困難であった。
【0008】本発明は、上述の課題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、誘電率のみを変化させ、焼結
挙動、熱膨張係数、誘電体層間の接合を損なわない積層
回路基板を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の誘電体
層が積層一体化した積層基体内に、Ag系又はCu系の
金属材料を主成分とする内部配線が形成されてなる積層
回路基板において、前記誘電体層の少なくとも1つに中
空状シリカガラスを含有させて誘電率が、他の誘電体層
の誘電率よりも低くした積層回路基板である。
【作用】以上のように、誘電体層の少なくとも1つは、
中空状シリカガラスを含有して構成されおり、この層の
み中空領域を発生されることができる。即ち、この中空
状シリカを含有させた層の誘電率を下げることができ
る。
【0010】また、誘電体組成物を同一組成物を用いる
ことができるため、熱膨張係数や焼成過程における焼結
収縮挙動も全く同一にできる。
【0011】この中空シリカガラスを含有する量を、誘
電体層の全体の0〜50vol%にすることで、誘電率
を誘電体磁器組成物の誘電率の約1/2までに任意に制
御できることになる。尚、50vol%を越えると、基
材の焼結性が低下して、緻密な積層回路基板が得られな
くなる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の積層回路基板を図
面に基づいて詳説する。
【0013】図1は、本発明の積層回路基板の断面図で
ある。尚、実施例の積層基体の構造としては、例えば4
層の誘電体層が積層されたものを示している。
【0014】図において、10は積層回路基板であり、
積層回路基板10は、誘電体層1a〜1dが積層した積
層基体1、該積層基体1の表面に被着形成された表面配
線層2、該積層基体1の内部に配置された内部配線3、
ビアホール導体4とから構成されている。
【0015】積層基体1を構成する誘電体層1a〜1d
は、誘電体セラミック材料と低温焼成化を可能とする酸
化物や低融点ガラス材料とから構成されている。
【0016】具体的には、誘電体セラミック材料とは、
例えば、BaO−TiO2系、CaO−TiO2系、Mg
O−TiO2系等が例示でき、低温焼成化するための酸
化物としては、CuO、Li2O、B23、MnO2など
が例示できる。
【0017】また、誘電体層1a〜1dは、1層あたり
50〜300μm程度の厚みを有し、その厚み方向にビ
アホール導体4が形成されている。
【0018】また、誘電体層1a〜1dの層間には、所
定回路網を構成する内部配線3が形成されている。
【0019】内部配線3、ビアホール導体4は、Ag系
(Ag単体、Ag−PdなどのAg合金)、Cu系(C
u単体、Cu合金)の導体材料により構成されている。
【0020】この積層基体1の表面には、Ag、Cuな
どを主成分(Ag単体またはAg−Pd、Ag−Ptな
どのAg合金、Cu単体またはCu合金)とする導体材
料から成る表面配線層2が配置されている。この表面配
線層2は未焼成状態の積層基体1上に、表面配線層2と
なる導体膜が被着され、積層基体1と一体的に焼成され
て構成される。この表面配線層2は、ビアホール導体4
を介して内部配線3と電気的に接続し所定回路網を構成
するとともに、各種電極部品(例えばICベアチップ)
5が接合される電極部、外部回路と接続する接続端子な
どともなる。尚、表面配線層2は、上述の金属材料に、
必要に応じてガラス成分などが含有されている。
【0021】この誘電体層の内、外表面側に位置する誘
電体層1aと1dに、無機物フィラーの一部として、中
空となっているシリカガラス(中空状シリカガラス)が
含有されている。この中空シリカガラスは、誘電体層1
a、1d中、0〜50vol%、好ましくは、20〜4
0vol%含んでいる。例えば、中空シリカガラスを含
有していない誘電体層1b、1cにおいて、誘電率が1
5であったとする。このような誘電体層1a、1dに、
中空シリカガラスを、誘電体層中40vol%含有させ
るこにより、誘電体層1a、1dの誘電率を9.4とす
ることができる。
【0022】即ち、誘電体層1a〜1dの誘電体材料を
同一にして、所定誘電体層のみに化学的に安定な中空シ
リカガラスを含有させ、これにより、低誘電率化を達成
している。ここで、中空シリカガラスは、AgやCuな
どの内部配線3の材料の融点(焼成温度はそれ以下であ
る)では、非常に安定した状態となっている。
【0023】従って、誘電体材料が同一であるため、中
空シリカガラスの有無の違いがある誘電体層の両者で
は、熱膨張係数や焼成過程における焼結収縮挙動も全く
同一にでき、また、異なる誘電体層間の接合強度も高い
状態を維持できる。
【0024】また、図1に示すように、外側の誘電体層
1a、1dのみに、中空シリカガラスを含有させること
により、最外層の誘電体層1a、1dのみの誘電率を低下
させることができる。
【0025】これは、表面配線層2と内部配線3との間
の干渉を有効に抑えることができる。特に、誘電体層1
aと1bとの層間や1cと1dとの層間に、高周波動作
を行う内部配線3、例えばコンデンサやインダクタとし
て動作する導体を配置しても、表面の表面配線層2との
干渉、浮遊容量を有効に抑えることがでときる。即ち、
高周波動作する積層回路基板において、非常に適した積
層回路基板であるといえる。
【0026】誘電体層1a、1dにおいて、中空シリカ
ガラスを含有する量にづいて、誘電体層1a、1dの全
体の0〜50vol%にすることで、誘電率を約1/2
までの範囲に任意に制御でとることになる。
【0027】ここで、50vol%を越えると、誘電体
層の焼結性が大きく低下して、緻密な積層回路基板10
が得られなくなる。
【0028】上述の積層回路基板10の製造方法を説明
する。
【0029】まず、誘電体層1b、1c(中空シリカガ
ラスを含まない高い誘電体率の層)となるグリーンシー
トを作成する。例えば、グリーンシートは、例えば、誘
電体セラミック粉末の無機物フィラーと、低温焼成化の
ための酸化物粉末と、低融点ガラス粉末と、例えばアル
キルメタクリレート等の有機バインダーと、例えばDB
P等の可塑剤と、例えばトルエン等の有機溶剤とを混合
し、ボールミルで48時間混練してスラリーを作成す
る。ここで、セラミック粉末とは、平均粒径が0.5〜
5.0μmのBaO−TiO2系、CaO−TiO2系、
MgO−TiO2系等の粉末が例示でき、酸化物粉末と
は、BiVO4、CuO、Li2O、B23等である。
【0030】このスラリーをドクターブレード法や引き
上げ法を用いて、例えば100μmなどテープ成型し、
所定寸法に切断してグリーンシートを作成する。
【0031】同様の方法で、誘電体層1a、1d(中空
シリカガラスを含有する低誘電率の層)となるグリーン
シートを作成する。誘電体層1bと1dを作成した際の
誘電体セラミック粉末の無機物フィラーと、低温焼成化
のための酸化物粉末と、低融点ガラス粉末に加えて、中
空状となっているシリカガラスと、例えばアルキルメタ
クリレート等の有機バインダーと、例えばDBP等の可
塑剤と、例えばトルエン等の有機溶剤とを混合し、ボー
ルミルで48時間混練してスラリーを作成する。ここ
で、中空シリカガラスは、粒径2μmであり、中が中空
になっている。
【0032】このスラリーをドクターブレード法や引き
上げ法を用いて、例えば100μmなどテープ成型し、
所定寸法に切断してグリーンシートを作成する。
【0033】次に、所定グリーンシートにビアホール導
体4となる貫通孔を形成し、この貫通孔にビアホール導
体4となる導体及び内部配線3となる導体膜を導電性ペ
ーストの印刷充填により形成する。
【0034】ここで、内部配線3及びビアホール導体4
を形成する導電性ペーストは、例えば、所定量のAg粉
末等の金属粉末と、必要に応じて例えば所定量のホウケ
イ酸系低融点ガラスと、例えばエチルセルロース等の有
機バインダーと、例えば2.2.4−トリメチル−1.
3−ペンタジオールモノイソブチレート等の有機溶剤を
混合し、3本ロールミルで混練して作成する。次に、最
外層となる誘電体層1a、1dとなるグリーンシートに
ビアホール導体4となる貫通孔を形成し、この貫通孔に
ビアホール導体4となる導体及び表面配線層2となる導
体膜を導電性ペーストの印刷充填により形成する。
【0035】具体的には、まずビアホール導体4となる
導体を充填形成し、その後、表面配線層2となる導体膜
を導電性ペーストの印刷により形成する。
【0036】表面配線層2となる導体膜を導電性ペース
トは、例えば金属成分中、99wt%以上のAg粉末
と、1wt%以下のPt粉末と、固形成分100wt%
に対して最大5wt%のはんだ濡れを阻害しない程度の
ガラスや酸化物粉末と有機ビヒクルを混合し、3本ロー
ルで混練して作成する。
【0037】尚、各導電性ペーストにおいで、金属成分
はAg−Ptだけではなく、Ag−Pd等のAg合金や
Au、Cuやその合金を用いても構わない。このよう内
部配線3、ビアホール導体4、表面配線層2となる導体
膜が形成されたグリーンシートを、積層基体1の積層順
序に応じて、積層して、未焼成状態の積層基体1を形成
する。
【0038】その後、未焼成状態の積層基体1を一体的
に800〜1000℃の比較的低温で焼成する。この焼
成における脱バインダ過程は概ね600℃以下の温度領
域であり、誘電体層1a〜1d及びビアホール導体4と
なる導体や内部配線3、各種表面配線層2等に含まれて
いる有機バインダを焼失する過程である。尚、焼成条件
は、例えば、ピーク温度800〜1000℃、例えば9
50℃30分の大気雰囲気、または、中性雰囲気であ
る。
【0039】その後、焼成された積層基体1に、必要に
応じて、表面配線層2に接続するように厚膜抵抗膜を焼
き付けたり、また、絶縁保護膜を被覆したりして、最後
に、積層回路基板10の表面配線層2に半田バンプ6等
を介して各種電子部品(ICチップ)5を接合する。
【0040】具体的には、積層回路基板10の電子部品
が搭載される表面配線層2上に、クリーム状半田を塗布
し、この状態で230℃前後の熱処理を行うリフロー炉
に投入して、クリーム状の半田を溶融して、徐冷・硬化
して半田接合を行う。これにより、図1に示す積層回路
基板10が完成する。
【0041】尚、上述の製造方法は、グリーンシートを
利用した多層方法であるが、誘電体層となるスラリーや
内部配線3、表面配線層2となる導電性ペーストを順次
印刷した印刷多層を行ってもよい。この時、スラリーに
光硬化可能なモノマーを添加しておき、グリーンシー
ト、または、塗布印刷した誘電体塗布膜を選択的な露光
・現像処理しても構わない。
【0042】また、未焼成状態の積層基体1を複数の基
板が抽出できるような形状としておき、焼成前に必要に
応じて分割溝を形成し、焼成後個々の回路基板に分割し
ても構わない。
【0043】また、中空シリカガラスを含有していない
誘電体層と、高誘電率の誘電率の誘電体層の各々を任意
に積層しても構わない。
【0044】
【実施例】本発明者は、試料の積層基体材料として85
0℃〜1000℃で焼成可能なBaO−TiO2 系誘電
体材料粉末と重量比でアクリル樹脂10%、トルエン4
0%、DBP10%をボールミルで混練し、ドクターブ
レードで膜厚200μmのものを作成した。
【0045】同様に、Ba O−TiO2系誘電体材料粉
末に中空シリカガラスを体積比で60対40の割合で混
合した粉末にアクリル樹脂10%、トルエン40%、D
BP10%をボールミルで混練し、ドクターブレードで
膜厚200μmのものを作成した。
【0046】次に、2μmのAg粉末と0.5μmのP
t粉末から、表層用導体ペーストと内層用導体ペースト
を夫々作成した。表層用には、Ag粉末99wt%、P
t粉末1wt%とエチルセルロースとペンタンジオール
モノイソブチレートを適量加え、3本ロールミルで混練
して作成した。またAg粉末100wt%、平均粒径3
μmの硼珪酸ガラス粉末10wt%とエチルセルロース
とペンタンジオールモノイソブチレートを適量加え、3
本ロールミルで混練して内層導体とビアホール導体を作
成した。
【0047】次いで、グリーンシート上に導電性ペース
トをスクリーン印刷法で印刷し、中空シリカガラス含有
グリーンシートを表裏の最外層になるように5枚重ね合
わせて加熱圧着した後、950℃で焼成した。
【0048】中空シリカガラスの含有率を55vol%
にすると前述の積層基体の中空シリカガラス含有の誘電
体層の断面のボイドが増え、HHBTの耐湿試験をおこ
なうと、内層導体のマイグレーションが観察された。5
0vol%以下では、マイグレーションの発生は無かっ
た。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、所定誘電体率の誘電体
層の少なくとも1層を、他の誘電体層の誘電率に比較し
て、低誘電率の誘電体層を形成することができる。しか
しも、低誘電率の誘電体層には、低温焼成で比較的安定
な中空シリカを有しており、また、各誘電体層が実質的
に同一の誘電体材料から構成されているため、各誘電体
層間での熱膨張係数や焼成過程における焼結収縮挙動も
全く同一にできる。また、その誘電体層間の接合強度の
劣化を有効に抑えることができる。
【0050】これより、高周波回路を具備させるにあた
り、設計自由度が高く、信頼性の高い積層回路基板とな
る。また、基板のねり反りの少ない積層回路基板であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る積層回路基板の断面図である。
【符号の説明】
10・・・・積層回路基板 1・・・・・積層基体 1a〜1d・・・誘電体層 1a、1d・・・中空シリカガラスを含有する誘電体層 1b、1c・・・中空シリカガラスを含有しない誘電体
層 2・・・・・・表面配線層 3・・・・・内部配線 4・・・・・ビアホール導体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の誘電体層が積層一体化した積層基
    体内に、Ag系又はCu系金属材料を主成分とする内部
    配線が形成されてなる積層回路基板において、 前記誘電体層の少なくとも1つに中空状シリカガラスを
    含有させて誘電率が、他の誘電体層の誘電率よりも低く
    したことを特徴とする積層回路基板。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10161101A1 (de) * 2001-12-12 2003-03-13 Infineon Technologies Ag Elektronisches Bauteil und Verfahren zu seiner Herstellung
KR102127578B1 (ko) * 2018-12-28 2020-06-26 한국세라믹기술원 초저온 동시소성 세라믹스/글라스 복합체 및 그 제조방법

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