JP2002076639A

JP2002076639A - 回路基板

Info

Publication number: JP2002076639A
Application number: JP2000264461A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Makino; 洋一牧野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、誘電体層とＡｇを主成分とするス
ルーホール導体を一体焼成した場合も、反りやデラミネ
ーションを抑えることができる回路基板を提供する。【解決手段】ガラス成分とセラミック成分とから成る
複数の誘電体層１ａ〜１ｅ間にＡｇ系内部配線２を、誘
電体層１ａ〜１ｅに厚みを貫くスルーホール導体３を配
置して成る回路基板１０において、スルーホール導体３
となる導電性ペースト中のＡｇ粉末表面がＭｇでコート
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス成分とセラ
ミック成分の誘電体層を積層して成り、積層基板の内部
に形成されたビアホール導体、積層基板の端面に形成さ
れた半円形状の端面電極などのスルーホール導体を有す
る回路基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、焼成温度を９００〜１０５０
℃と比較的低い温度で焼成可能な材料を用いた回路基板
が広く提案されている。

【０００３】回路基板は、複数の誘電体層を積層した基
板と、該積層体の各誘電体層間に配置した内部配線と、
該積層体の表面に配置した表面配線と、各誘電体層の厚
み方向に所定内部配線間、所定内部配線と表面配線との
間を接続するスルーホール導体とから構成されている。

【０００４】なお、積層体の表面に配置した表面配線に
は、ＩＣチップをはじめ、各種電子部品が搭載されてい
る。

【０００５】上述の内部配線の導電率を高めて回路の高
速化を行うために、内部配線、ビアホール導体、表面配
線としては、金属成分がＡｇ単体またはＡｇ−Ｐｄ、Ａ
ｇ−ＰｔなどのＡｇ合金から成るＡｇ系材料が使用され
ている。また、誘電体層としては、Ａｇ系材料の融点以
下の低温（９００〜１０５０℃）で焼成可能な材料が用
いられている。例えば、ガラス成分とセラミック成分と
から成るガラス−セラミック材料である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
回路基板では、このようにＡｇ系粉末を含む導電性ペー
ストにより形成された導体膜は、焼成工程において、４
００℃以下の温度で収縮を開始温度は４００℃以下で始
まり、収縮終了温度が７５０〜８００℃程度となり、一
般のガラス−セラミック材料からなる基体側の収縮挙動
に合わず、例えば、導体膜の収縮終了温度（８００〜８
５０℃）前後では、ガラス−セラミック材料のガラスの
軟化や結晶化反応が行われるため、基体側に反りが発生
してしまうという問題点があった。

【０００７】また、導体膜の脱バインダーは３００〜４
００℃で行われるが、導体膜の収縮が４００℃以下で始
まると、収縮した導体膜がバインダーの抜け道を塞いで
しまい、残留したバインダーが焼成時に膨張し、デラミ
ネーションの原因となるという問題点があった。

【０００８】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、誘電体層とＡｇを主成分と
するスルーホール導体を一体焼成した場合も、反りの発
生を抑え、且つデラミネーションの発生を抑えることが
できる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】本発明の回路基板は、ガ
ラス成分とセラミック成分とから成る複数の誘電体層の
層間に、Ａｇを主成分とする内部配線を配するととも
に、前記誘電体層にその厚みを貫くＡｇを主成分とする
スルーホール導体を配置して成る回路基板において、前
記スルーホール導体となる導電性ペーストは、Ｍｇで表
面を被覆したＡｇ粉末を用いていることを特徴とする回
路基板である。

【作用】一般に、スルーホール導体、即ち、回路基板の
各誘電体層に配置された内部配線どうしを接続するビア
ホール導体及び回路基板の端面部分の厚み方向に設けた
半円形凹部内に形成した導体は、内部配線に比較して導
体体積が非常に大きい。従って、一般に、導体体積が大
きいために、収縮挙動も大きくなる。

【００１０】しかし、本発明では、このスルーホール導
体は、Ａｇ系粉末の表面をＭｇで被覆しているため、Ａ
ｇ系導体材料の焼結反応を、ガラス−セラミック材料の
焼結反応と同時程度に遅らせることができる。その結
果、基板の反りを防止することができる。

【００１１】導体膜の収縮開始温度をガラス−セラミッ
クスの収縮開始温度に近づけることができるため、導体
膜の脱バインダーを３００〜４００℃で行った場合も、
収縮した導体膜がバインダーの抜け道を塞ぐことがな
く、脱バインダーが十分に行われるため、残留したバイ
ンダーが焼成時に膨張し、デラミネーションの原因とな
るという問題点を解決できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回路基板を図面に
基づいて説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る回路基板の断面図で
ある。図１において、１０は回路基板であり、１は積層
基板、２は積層基板１内の形成された内部配線、３１は
積層基板１内の形成されたビアホール導体、４は積層基
板１の表面に形成した表面配線、５はＩＣチップ部品で
あり、６は他の電子部品であり、３２は端面電極であ
る。本発明でスルーホール導体とは、積層基板１を構成
する誘電体層１ａ〜1ｅの厚みを貫くビアホール導体３
１と、積層基板１の端面厚み方向に設けた半円形凹部内
に形成した導体とを言う。以下、これらを総称して単に
スールーホール導体３という。

【００１４】誘電体層１ａ〜１ｅと、誘電体層１ａ〜１
ｅの各層間に、所定回路網を達成したり、容量成分を発
生するための内部配線２が配置されている。

【００１５】また、誘電体層１ａ〜１ｅには、その層の
厚み方向を貫くスルーホール導体３が形成されている。

【００１６】さらに、誘電体層１ａ〜１ｅを積層した積
層基板１の表面には、表面配線４が形成されている。

【００１７】誘電体層１ａ〜１ｅは、例えば９００〜１
０５０℃前後の比較的低い温度で焼成可能にするガラス
ーセラミック材料からなる。具体的なセラミック材料と
しては、クリストバライト、石英、コランダム（αアル
ミナ）、ムライト、コージライトなどの絶縁セラミック
材料、ＢａＴｉＯ₃ 、Ｐｂ₄Ｆｅ₂Ｎｂ₂Ｏ₁₂、ＴｉＯ₂な
どの誘電体セラミック材料、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍ
ｎ−Ｚｎフェライト（広義の意味でセラミックという）
などの磁性体セラミック材料などが挙げられる。なお、
その平均粒径１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜
４．０μｍに粉砕したものを用いる。また、セラミック
材料は２種以上混合して用いられてもよい。特に、コラ
ンダムを用いた場合、コスト的に有利となる。

【００１８】ガラス成分のフリットは、焼成処理するこ
とによってコージェライト、ムライト、アノーサイト、
セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ド
ロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶やスピネ
ル構造の結晶相を析出するものであればよく、例えば、
Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ土類酸
化物を含むガラスフリットが挙げられる。この様なガラ
スフリットは、ガラス化範囲が広くまた屈伏点が６００
〜８００℃付近となっている。

【００１９】この誘電体層１ａ〜１ｅの厚みは、例えば
１００〜３００μｍ程度である。

【００２０】内部配線２、スルーホール導体３は、Ａｇ
系（Ａｇ単体、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合
金）を主成分とする導体膜（導体）からなり、内部配線
２の厚みは８〜１５μｍ程度である。また、スルーホー
ル導体３の直径は任意な値とすることができるが、大径
化として低抵抗化するために、８０〜３５０μｍとして
いる。

【００２１】特に、スルーホール導体３は、Ａｇ系材
料、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジ
アン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイ
ト、ペタライトやその置換誘導体の結晶やスピネル構造
の結晶相を析出し得る、例えばＢ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を含むガラスフリッ
トが挙げられる。

【００２２】表面配線４は、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−
Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金）を主成分とする導体
膜から成り、主に積層基板１の表面で所定回路配線を構
成するとともに、半田を介して接合される電子部品６の
接続パッドとなったり、また、厚膜抵抗膜、厚膜コンデ
ンサ素子の端子電極となる。特に、内部配線２との接続
において、この表面配線４と誘電体層１ａから露出する
スルーホール導体３と接続する。

【００２３】なお、ＩＣチップ５は、所定表面配線４
に、ＡｌまたはＡｕのボンディング細線を用いてワイヤ
ボンディングしたり、ＩＣチップ５の下面に形成したパ
ンプ部材を介して接続されている。

【００２４】また、電子部品６は、積層セラミックコン
デンサやチップ抵抗器などのチップ状電子部品やその他
発振装置やトランジスタなどが例示でき、表面配線４に
半田を介して接続されている。

【００２５】上述の回路基板の製造方法について説明す
る。

【００２６】まず、誘電体層１ａ〜１ｅとなるガラス−
セラミック材料から成るグリーンシートを形成する。具
体的には、上述のセラミック粉末、上述の低融点ガラス
成分のフリット、有機バインダ、有機溶剤を均質混練し
たスラリーを、ドクターブレード法によって所定厚みに
テープ成形して、所定大きさに切断してシートを作成す
る。上述のセラミック材料とガラス材料との構成比率
は、９００〜１０５０℃の比較的低温で安定的に焼成す
るために、セラミック材料が１０〜６０重量％、好まし
くは３０〜５０重量％であり、ガラス材料が９０〜４０
重量％、好ましくは７０〜５０重量％である。

【００２７】有機バインダは、固形分（セラミック粉
末、低融点ガラス成分のフリット）との濡れ性も重視す
る必要があり、比較的低温で且つ短時間の焼成工程で焼
失できるように熱分解性に優れたものが好ましく、アク
リル酸もしくはメタクリル酸系重合体のようなカルボキ
シル基、アルコール性水酸基を備えたエチレン性不飽和
化合物が好ましい。

【００２８】溶剤として、有機系溶剤、水系溶剤を用い
ることができる。例えば、有機溶剤の場合には、２，
２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイ
ソベンチートなどが用いられ、水系溶剤の場合には、水
溶性である必要があり、モノマー及びバインダには、親
水性の官能基、例えばカルボキシル基が付加されてい
る。その付加量は酸価で表せば２〜３００あり、好まし
くは５〜１００である。付加量が少ない場合は水への溶
解性、固定成分の粉末の分散性が悪くなり、多い場合は
熱分解性が悪くなるため、付加量は、水への溶解性、分
散性、熱分解性を考慮して、上述の範囲で適宜付加され
る。

【００２９】次に、誘電体層１ａ〜１ｅとなるグリーン
シートに、各誘電体層の厚みを貫くスルーホール導体３
が形成される所定径の貫通穴をパンチングによって形成
する。

【００３０】この貫通穴は、スルーホール導体３の導体
抵抗を下げるため、必要に応じてその開口直径を８０〜
３５０μｍとしている。

【００３１】次に、グリーンシートに形成した貫通穴
に、スルーホール導体３となる導体を、Ａｇ系導電性ペ
ーストの印刷・充填により形成するとともに、グリーン
シート上に、各内部配線２となる導体膜を印刷し、乾燥
処理を行う。同時に、最外表に位置するグリーンシート
上に、表面配線４となる導体膜を印刷し、乾燥処理を行
う。

【００３２】ここで、内部配線のＡｇ系導電性ペースト
は、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔなどの
Ａｇ合金）粉末、ホウ珪酸系低融点ガラスフリット、エ
チルセルロースなどの有機バインダー、溶剤を均質混合
したものが用いられる。

【００３３】そして、スルーホール用導電性ペースト
は、粉末表面がＭｇでコートされたＡｇ系（Ａｇ単体、
Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金）粉末１００重
量部に対して、１〜１０ｗｔ％の非晶質ガラス成分、エ
チルセルロースなどの有機バインダー、溶剤を均質混合
したものが用いられる。

【００３４】なお、Ａｇ粉末の表面をＭｇでコートする
方法としては、Ｍｇを有機金属の形でＡｇ粉末と混合す
る方法などが用いられる。

【００３５】表面がＭｇでコートされたＡｇ系粉末を用
いているため、Ａｇ系導体材料の焼結反応を、ガラス−
セラミック材料の焼結反応と同時程度に遅らせることが
でき、その結果、基板の反りを防止することができる。

【００３６】また、導体膜の収縮開始温度をガラスセラ
ミックスの収縮開始温度に近づけることができるため、
導体膜の脱バインダーを３００〜４００℃で行った場合
も、導体膜がバインダーの抜け道を塞ぐことがなく、脱
バインダーが十分に行われるため、残留したバインダー
が焼成時に膨張し、デラミネーションの原因となるとい
う問題点を解決できる。

【００３７】また、表面配線４が形成される導電性ペー
ストは、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合
金）粉末、Ｐｔ粉末、無機バインダー、有機バインダ
ー、溶剤を均質混合したものが用いられる。

【００３８】なお、ＩＣチップ部品５が搭載される表面
配線用導電性ペーストは、Ａｕ系（Ａｕ単体、Ａｕ−Ｐ
ｄ、Ａｕ−ＰｔなどのＡｕ合金）粉末、無機バインダ
ー、有機バインダー、溶剤を均質混合したものを用いる
とよい。また、表面配線４には、固形成分として、Ｖ₂
Ｏ₅粉末を各金属成分に対して０．２〜１．０重量部添
加すると、積層基板１表面との接着強度が向上して望ま
しい。

【００３９】このようにスルーホール導体３となる導
体、内部配線２となる導体膜が形成された誘電体層１ｂ
〜１ｅとなるグリーンシート、表面配線４となるＡｇ系
の導体膜、となるＡｕ系の導体膜が形成された誘電体層
１ａとなるグリーンシートを、積層基板１の誘電体層１
ａ〜１ｅの積層順に応じて積層一体化する。

【００４０】次に、未焼成の積層基板を、酸化性、中性
雰囲気または大気雰囲気で焼成処理する。焼成処理は、
脱バインダ過程と焼結過程からなる。

【００４１】脱バインダ過程は、誘電体層１ａ〜１ｅと
なるグリーンシート、内部配線２となる導体膜、スルー
ホール導体３となる導体、表面配線４となる導体膜に含
まれる有機成分を焼失するためのものであり、例えば６
００℃以下の温度領域で行われる。

【００４２】また、焼結過程は、誘電体層１ａ〜１ｅと
なるグリーンシートのガラス成分が結晶化すると同時に
セラミック粉末の粒界に均一に分散し、積層基板に一定
強度を与え、さらに、内部配線２となる導体膜、スルー
ホール導体３となる導体、表面配線４となる導体膜の導
電材料の金属粉末であるＡｇ系材料またはＡｕ材料を粒
成長させて、低抵抗化させ、誘電体層１ａ〜１ｅと一体
化させるものである。これは、ピーク温度９００〜１０
５０℃に達するまでに行われる。

【００４３】この工程で、内部に内部配線２、スルーホ
ール導体３が形成され、且つ表面に表面配線４が形成さ
れた積層基板１が達成されることになる。

【００４４】その後、必要に応じて、表面配線４に接続
する厚膜抵抗素子や所定形状の絶縁保護膜を形成して、
各種電子部品６を半田などで接合・実装を行う。さら
に、所定配線導体膜上にＩＣチップ部品５を搭載して、
ＡｌまたはＡｕのボンディング細線によるワイヤボンデ
ィング接合や半田バンプを用いたフリップチップ接続を
行う。

【００４５】これにより、図１に示す回路基板１０が達
成できる。

【００４６】上述の説明では、積層基板１の表面には、
ＩＣチップ部品５、電子部品６が搭載されているが、例
えば、ＩＣチップ部品５を省略しても構わない。

【００４７】ここで、Ａｇ系材料を主成分とするスルー
ホール導体３は、Ａｇ単体の場合焼成時に変色が起こ
る。そこで、ＰｔまたはＰｄを１％程度添加するとよ
い。

【００４８】また、Ａｇ系粉末は、ガラスフリットを添
加しないと焼結しにくく、誘電体層１ａ〜１ｅとスルー
ホール導体３との接着強度が低下する。一方、ガラスフ
リットの添加量が多くなると、スルーホール導体３の収
縮開始温度が低下し、回路基板の反りが発生する。した
がって、ガラスフリット添加量は、導電性ペースト中の
固形分に対し、１〜１０ｗｔ％の範囲にあることが望ま
しい。

【００４９】また、上記ガラスフリットが結晶質ガラス
の場合、作業点に至る前に結晶化が始まり、十分に導体
から基板との界面に流動して行かず、Ａｇ界面の凹凸が
生じたままの状態になり、導体損が大きくなる。また、
石英ガラスの場合、軟化点が約１６５０℃と高いことか
ら、焼成時に、軟化しなかったガラスフリットがスルー
ホール導体３表面に析出してくるという問題点がある。
このため、ガラスフリットは、非晶質ガラスであること
が望ましい。

【００５０】本発明者は、Ａｇ系導電性ペーストとし
て、Ａｇ粉末表面がＭｇでコートされた場合とコートさ
れていない場合について反り及びデラミネーションの発
生頻度の比較を行った。

【００５１】反りの測定方法は、焼成後の寸法で８．５
ｍｍ角の表面配線を形成し、接触膜厚計のプローブを当
てることによって測定し、２００μｍ未満のものを良品
とした。

【００５２】また、デラミネーションについては、得ら
れた回路基板を表面及び側面方向から研磨、あるいは破
断することにより観察した。

【００５３】試料３００個について調べた結果、Ａｇ粉
末表面がＭｇでコートされていない場合は、反りが６０
％、デラミネーションが８０％発生したが、コートされ
た場合は反り、デラミネーションが全く発生しなかっ
た。

【００５４】また、これらのことについては、スルーホ
ール導体の直径を８０、４００μｍとした場合も、同様
な結果が得られた。

【００５５】また、積層基板の端面に半円形上の凹部を
形成し、その内部に導体膜を形成したスルーホール導体
についても、デラミネーションの発生が全く発生しなか
った。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スルーホ
ール導体をＭｇでコートされているＡｇ系材料を添加し
た導電性ペーストを用いて形成している。これにより、
誘電体層とＡｇを主成分とするスルーホール導体を一体
焼成した場合も、反りやデラミネーションを抑えること
ができる回路基板となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回路基板の断面図である。

【符号の説明】

１０回路基板１積層基板１ａ〜１ｅ誘電体層２内部配線３スルーホール導体４表面配線５ＩＣチップ６電子部品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス成分とセラミック成分とから成る
複数の誘電体層の層間に、Ａｇ系を主成分とする内部配
線を配するとともに、前記誘電体層にその厚みを貫くＡ
ｇを主成分とするスルーホール導体を配置して成る回路
基板において、前記スルーホール導体となる導電性ペーストは、Ｍｇで
表面を被覆したＡｇ系粉末を含んでいることを特徴とす
る回路基板。