JP2002299831A

JP2002299831A - 回路基板

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Publication number: JP2002299831A
Application number: JP2001097958A
Authority: JP
Inventors: Norio Nakano; 紀男中野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の反り及び基板表面からのビアホール導
体の突起を抑制した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
複数の誘電体層の層間に、Ａｇを主成分とする内部配線
導体膜を配するとともに、誘電体層にその厚みを貫くＡ
ｇを主成分とするビアホールを配置して成る回路基板に
おいて、ビアホール導体は、Ａｇ系導体材料１００重量
部に対して、０．５〜５．０重量部の酸化ルテニウム
（Ｒｕ₂Ｏ）と、１．０〜８．０重量部の酸化ニッケル
（ＮｉＯ）を含有する。

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
ミック成分となるガラス−セラミックから成る誘電体層
を積層して成る回路基板に関するものであり、回路基板
中に形成したビアホール導体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、焼成温度を８００〜１０５０
℃と比較的低い温度で焼成可能な材料を用いた低温焼成
回路基板が検討されてきた。回路基板の基体構造として
は、ガラス−セラミック層（誘電体体層）を複数積層し
て成る多層基板と、ガラス−セラミックから成る単板基
板とがある。基体が多層基板である場合には、基体の内
部に内部配線導体膜やビアホール導体をＡｇ系（Ａｇ単
体またはＡｇ合金など）、Ｃｕ系、Ａｕ系などの低抵抗
材料で形成されていた。

【０００３】このような基板材料として、一般にガラス
−セラミック材料、例えば、コージェライト、ムライ
ト、アノートサイト、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、オオスミ
ライト及びその置換誘導体などの結晶相のうち少なくと
も１種類を析出し得る低融点ガラス成分とクリストバラ
イト、石英、コランダム（αアルミナ）のうち少なくと
も１種類のセラミック材料（無機物フィラー）とをから
なっていた。特に、このようなガラス−セラミッ基板の
混合比率はセラミック材料が１０〜６０重量部、低融点
ガラス成分が９０重量部〜４０重量部と、低融点ガラス
成分が多いものであった。

【０００４】実際、このような基板材料を用いて、回路
基板を構成するには、回路基板の表面および内部に配線
導体を形成する必要がある。また、製造工程上、基板の
焼成と配線導体の焼成工程を共通化して、製造方法の簡
略化を図ることが考えられていた。

【０００５】基板と一体的に焼成される配線導体として
は、Ａｇ系導体やＣｕ系導体などが例示できる。しかし
ながら、耐環境性、酸化性雰囲気（大気中）での焼成な
どを考慮して、Ａｇ系導体が多く使用されてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａｇ系
導体はＡｇの融点が約９５０℃であるため、セラミック
基板の焼結よりも早くから収縮を始めてしまう。例え
ば、室温から９００℃まで特定のプロファイルで焼成す
る回路基板において、ガラス−セラミック基板の焼結開
始温度が６５０℃、Ａｇ系ビアホール導体の収縮開始温
度が４００℃の時、ビアホール導体が低温から焼結を開
始するため、ガラス−セラミック基板が焼結開始する頃
には既にビアホール導体の焼結は進んでおり、収縮挙動
に差が生じてしまう。そして、このことにより、基板に
反りが発生したり、基板表面におけるビアホール導体の
表面が突出してしまい、その結果、基板表面の配線導体
が形成できず、また、電子部品素子の実装ができなくな
る問題点があった。

【０００７】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、基板とビアホール導体の焼
結収縮挙動を近似させ、基板の反り及び基板表面からの
ビアホール導体の突起を抑制した回路基板を提供するこ
とにある。

【０００８】

【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導体膜を配すると
ともに、前記誘電体層にその厚みを貫くＡｇを主成分と
するビアホールを配置して成る回路基板において、前記
ビアホール導体は、Ａｇ系導体材料１００重量部に対し
て、０．５〜５．０重量部の酸化ルテニウム（Ｒｕ
₂Ｏ）と、１．０〜８．０重量部の酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）を含有していることを特徴とする。

【０００９】

【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。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内に形成された内部配線導
体膜、３は積層基板１内に形成されたビアホール導体、
４は積層基板１の表面に形成した内部配線導体膜、５は
ＩＣチップ部品であり、６は他の電子部品である。

【００１０】積層基板１は、ガラス−セラミック材料か
ら成る誘電体層１ａ〜１ｅと、誘電体層１ａ〜１ｅ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
ための内部配線導体膜２が配置されている。

【００１１】また、誘電体層１ａ〜１ｅには、その層の
厚み方向を貫くビアホール導体３が形成されている。

【００１２】さらに、誘電体層１ａ〜１ｅを積層した積
層基板１の表面には、内部配線導体膜４が形成されてい
る。

【００１３】誘電体層１ａ〜１ｅは、例えば８５０〜１
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、コージェライトなどの絶縁セラミッ
ク材料、ＭｇＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、Ｔ
ｉＯ₂などの誘電体セラミック材料、Ｎｉ−Ｚｎフェラ
イト、Ｍｎ−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０．５〜６．０μｍ、好ましく
は０．５〜２．０μｍ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。

【００１４】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。

【００１５】この誘電体層１ａ〜１ｅの厚みは、例えば
５０〜３００μｍ程度である。

【００１６】内部配線導体膜２、ビアホール導体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
線導体膜２の厚みは５〜２５μｍ程度である。また、ビ
アホール導体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、５０〜３００μ
ｍとしている。

【００１７】内部配線導体膜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（例えば電子装置やトランジスタなどが例示でき、
内部配線導体膜４に半田を介して接続されている電子部
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、内部配線導体
膜２との接続において、内部配線導体膜４は、誘電体層
１ａから露出するビアホール導体３と接続する。

【００１８】本発明の特徴的なことは、ビアホール導体
３は、Ａｇ系導体材料１００重量部に対して、０．５〜
５．０重量部の酸化ルテニウム（Ｒｕ₂Ｏ）と、１．０
〜８．０重量部の酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有してい
ることにある。

【００１９】また、ＩＣチップ５は、ＩＣチップ５の下
面に形成したパンプ部材、ＡｌまたはＡｕのボンディン
グ細線を介して内部配線導体膜４に接続されている。

【００２０】次に、回路基板１０の製造方法について説
明する。

【００２１】まず、積層体１の誘電体層１ａ〜１ｅとな
る大型のグリーンシート、内部配線導体膜２、ビアホー
ル導体３を形成するための例えばＡｇ系の導電性ペース
ト、内部配線導体膜４を形成するための例えばＡｕ系、
Ａｇ系の導電性ペーストを形成するためのガラスペース
トを用意する。

【００２２】グリーンシートは、複数の回路基板を抽出
できるように、複数の回路基板領域を有しており、ガラ
ス−セラミック材料から成っている。例えば、セラミッ
ク粉末、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型して、所定大きさに切
断してシートを作成する。

【００２３】上述のセラミック材料とガラス材料との構
成比率は、８５０〜１０５０℃の比較的低温で焼成する
ために、セラミック材料が１０〜９８ｗｔ％、好ましく
は４５〜９５ｗｔ％であり、ガラス材料が２〜９０ｗｔ
％、好ましくは５〜５５ｗｔ％である。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】その付加量は酸価で表せば２〜３００であ
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。

【００２７】次に、誘電体層１ａ〜１ｅとなるグリーン
シートの各回路基板領域に、ビアホール導体３となる貫
通穴をパンチングによって形成する。同時に、該貫通穴
にビアホール導体３となる導体をＡｇ系導電性ペースト
の印刷・充填によって形成するとともに、特に、誘電体
層１ｂ〜１ｅとなるグリーンシート上には、内部配線導
体膜２となる導体膜を、Ａｇ系導電性ペーストの印刷・
乾燥によって形成する。また、誘電体層１ａとなるグリ
ーンシート上には、内部配線導体膜４となる導体膜を、
Ａｇ系導電性ペーストの印刷・乾燥によって形成する。

【００２８】ここで、ビアホール導体３、内部配線導体
膜２のＡｇ系導電性ペーストは、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａ
ｇ−Ｐｄ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。

【００２９】また、内部配線導体膜４のＡｇ系導電性ペ
ーストは、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合
金）粉末、Ｐｔ粉末、低融点ガラスフリット、有機バイ
ンダー、溶剤を均質混合したものが用いられる。

【００３０】次に、各回路基板領域にビアホール導体３
となる導体、内部配線導体膜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、内部配線
導体膜４となる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、積層順に応じて積層し、例えば６０
ｋｇｆ／ｃｍ³の圧力で圧着等で一体化して大型積層体
を形成する。

【００３１】次に、未焼成状態の大型積層体に、各回路
基板領域を区画するように分割溝を形成する。

【００３２】次に、未焼成状態の大型積層体を、酸化性
雰囲気または大気雰囲気で同時焼成処理する。なお、こ
の焼成工程は、脱バインダ過程と焼結過程からなる。

【００３３】脱バインダ過程は、誘電体層１ａ〜１ｅと
なるグリーンシート、内部配線導体膜２となる導体膜、
ビアホール導体３となる導体、内部配線導体膜４となる
導体膜に含まれる有機成分を焼失させるためのものであ
り、例えば５００〜６００℃の温度領域で行われる。

【００３４】また、焼結過程は、ガラス−セラミックの
グリーンシートのガラス成分を結晶化させると同時にセ
ラミック粉末の粒界に均一に分散させ、積層体に一定強
度を与え、内部配線導体膜２となる導体膜、ビアホール
導体３となる導体、内部配線導体膜４となる導体膜の導
電材料の金属粉末、Ａｇ粉末を粒成長させ、低抵抗化さ
せて、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８５０〜１０５０℃に達するまでに
行われる。

【００３５】ここで、ガラス−セラミック材料が焼結反
応（焼結収縮）を開始する温度（約６００℃）よりも低
い温度（例えば５５０℃）で、導電材料の金属粉末が
（焼結収縮）を開始することになる。

【００３６】これにより、各回路基板領域の内部に内部
配線導体膜２、ビアホール導体３が形成され、且つ表面
に内部配線導体膜膜４が形成された大型回路基板が達成
されることになる。

【００３７】次に、内部配線導体膜４に接続する厚膜抵
抗素子、各種電子部品６を半田などで接合・実装を行
う。

【００３８】最後に、各回路基板を区画する分割溝に沿
って分割処理を行う。これにより、大型回路基板から
は、図１に示す複数の回路基板１０が抽出されることに
なる。

【００３９】以上のように、本発明では、ビアホール導
体３は、Ａｇ１００重量部に対して、酸化ルテニウムを
０．５〜５．０重量部含有し、且つ酸化ニッケルを１．
０〜８．０重量部含有している。このため、基板の焼結
が開始されるまで、ビアホール導体３の焼結を遅らせ、
焼成による収縮応力を低減させる。さらに、基板の焼結
開始温度以降、ビアホール導体３が基板と同等の収縮挙
動を示し、基板とビアホール導体３形成部分の収縮量を
同等にすることによって、基板反り及びビアホール導体
３周辺部の突起の小さい回路基板になる。

【００４０】ここで、酸化ルテニウムは、主にビアホー
ル導体３と基板の焼結開始温度を一致させる働きをも
つ。一方、酸化ニッケルは、主にビアホール導体３と基
板の全体的な収縮を一致させる働きをもつ。そして、両
者を適量添加することにより、上記基板の反り及びビア
ホール導体の突起を抑制することができる。

【００４１】なお、上記酸化ルテニウムの含有量が０．
５重量部未満である場合、あるいは酸化ニッケルの含有
量が１．０重量部未満である場合、収縮応力を緩和する
効果が不十分であり、基板の反り及びビアホール導体の
突起が大きくなる。一方、酸化ルテニウムの含有量が
５．０重量部より大きい場合、あるいは酸化ニッケルの
含有量が８．０重量部より大きい場合、ビアホール導体
の焼結が大きく抑制され、基板の焼結開始温度以降の導
体収縮量が少なく、ビアホール形成部分の収縮量が小さ
くなるため、逆にこのことにより収縮応力が大きくな
り、基板の反り及びビアホール導体の突起が大きくな
る。

【００４２】

【実施例】次に本発明について、実施例に基づき、更に
詳細に説明する。

【００４３】本発明者は、上記製造方法により、回路基
板１０を作製した。なお、誘電体層１は１５０μｍ×５
層、内部配線導体膜２及び内部配線導体膜４の厚みは２
０μｍとなるようにした。

【００４４】ビアホール導体３については、表１に示す
配合に基づき作製し、基板内部に直径１５０μｍの円柱
状に形成した。

【００４５】

【表１】

【００４６】試料番号１〜３は、酸化ルテニウム又は酸
化ニッケルを添加しなかった。

【００４７】試料番号４〜１２は、酸化ルテニウムの添
加量を０．１〜７．０重量部、酸化ニッケルの添加量を
０．１〜１０．０重量部とした。

【００４８】このようにして得られた回路基板１０の反
り、ビアホール突起をそれぞれ測定、評価した。その結
果を表１に示す。

【００４９】なお、表１における基板反りは、７×７ｍ
ｍのシートサイズの反りを測定した。評価に当たって
は、反りが５０μｍ以下のものを良好とした。

【００５０】また、ビアホール突起については、ビアホ
ール形成部を表面粗さ計を用いて、基板面からのビアホ
ール突起又は凹み量を測定した。評価に当たっては、突
起又は凹み量が２０μｍ以下を良好とした。

【００５１】ビアホール導体３が、Ａｇ１００重量部に
対して、酸化ルテニウムを０．５〜５．０重量部含有
し、且つ酸化ニッケルを１．０〜８．０重量部含有する
場合（試料番号６〜１０）、反りが５０μｍ以下、ビア
ホール突起又は凹み量が２０μｍ以下となった。

【００５２】これに対し、酸化ルテニウムの添加量が０
〜０．１重量部、酸化ニッケルの添加量が０〜１重量部
である場合（試料番号１、３、４）、反りが５０μｍよ
り大きくなり、ビアホール突起量が２０μｍより大きく
なった。また、酸化ルテニウムの添加量が０．５重量
部、酸化ニッケルの添加量が０重量部である場合（試料
番号２）、ビアホール突起量が４０μｍとなった。

【００５３】一方、酸化ルテニウムの添加量が５重量
部、酸化ニッケルの添加量が１０重量部である場合（試
料番号１２）、反りが６０μｍ、ビアホール突起量が３
０μｍとなった。また、酸化ルテニウムの添加量が７重
量部、酸化ニッケルの添加量が５重量部である場合（試
料番号１１）、反りが５５μｍとなった。

【００５４】なお、本発明は上記の実施の形態例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
での種々の変更や改良等は何ら差し支えない。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ビアホ
ール導体３は、Ａｇ１００重量部に対して、酸化ルテニ
ウムを０．５〜５．０重量部含有し、且つ酸化ニッケル
を１．０〜８．０重量部含有している。このため、基板
の焼結が開始されるまで、ビアホール導体３の焼結を遅
らせ、焼成による収縮応力を低減させる。さらに、基板
の焼結開始温度以降、ビアホール導体３が基板と同等の
収縮挙動を示し、基板とビアホール導体３形成部分の収
縮量を同等にすることによって、基板反り及びビアホー
ル導体３周辺部の突起の小さい回路基板を提供する。

【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ビアホール導体４表面配線５ＩＣチップ６電子部品

フロントページの続きＦターム(参考） 4E351 AA07 BB01 BB31 BB49 CC12 CC22 CC31 DD05 DD19 DD20 DD21 DD31 DD32 EE02 EE09 EE10 GG01 GG03 4G030 AA07 AA08 AA10 AA16 AA25 AA29 AA32 AA36 AA37 AA61 BA09 BA12 CA08 GA19 HA18 5E346 AA02 AA05 AA12 AA13 AA15 AA22 AA32 AA43 AA51 CC31 CC37 CC39 DD02 DD07 DD13 DD34 EE24 EE27 EE29 FF05 FF10 FF18 FF45 GG06 GG08 GG09 HH11 HH26 HH31

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を主成分とする内部配線
導体膜を配するとともに、前記誘電体層にその厚みを貫
くＡｇを主成分とするビアホールを配して成る回路基板
において、前記ビアホール導体は、Ａｇ系導体材料１００重量部に
対して、０．５〜５．０重量部の酸化ルテニウム（Ｒｕ
₂Ｏ）と、１．０〜８．０重量部の酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）を含有していることを特徴とする回路基板。