JP2006216363A - Conductor composition, wiring substrate using it and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導体組成物、及び、その組成物を用いて導体層を形成した配線基板、該配線基板の製造方法に関し、より詳細には、ガラスセラミックス等からなる単層又は積層絶縁基板に同時焼成が可能なＣｕを主成分とする導体層形成用の組成物及びその組成物を用いて導体層が形成された配線基板とその配線基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a conductor composition, a wiring board in which a conductor layer is formed using the composition, and a method for manufacturing the wiring board. More specifically, the present invention relates to a single layer or laminated insulating board made of glass ceramics. The present invention relates to a composition for forming a conductor layer mainly composed of Cu that can be baked, a wiring board on which a conductor layer is formed using the composition, and a method for manufacturing the wiring board.
近年、配線基板においては、高周波回路の対応性、高密度化、高速化が要求され、アルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られ、配線層の低抵抗化が可能な低温焼成配線基板が一層注目されている。
この低温焼成配線基板の代表的なものとして、ガラスセラミックス絶縁基板に該基板との同時焼成で得られる銅、金、銀などの低抵抗金属を主体とするメタライズ配線層が施された配線基板が広く用いられている。
In recent years, high-frequency circuit compatibility, high density, and high speed have been demanded for wiring boards. Low-temperature fired wiring that has a lower dielectric constant than alumina-based ceramic materials and can reduce the resistance of the wiring layer. Substrates are drawing more attention.
A typical example of this low-temperature fired wiring board is a wiring board in which a glass ceramic insulating substrate is provided with a metallized wiring layer mainly composed of a low resistance metal such as copper, gold or silver obtained by simultaneous firing with the substrate. Widely used.
このような配線基板は、ガラスセラミック組成物からなるシート状成形体に上記低抵抗金属粉末を含む導体ペーストを印刷した後、８００〜１０００℃で同時に焼成して作製される。 Such a wiring substrate is produced by printing a conductive paste containing the low-resistance metal powder on a sheet-like molded body made of a glass ceramic composition, and then simultaneously firing at 800 to 1000 ° C.
また、この低温焼成配線基板は、配線層の低抵抗化、絶縁基板の低誘電率、低誘電損失化によって、半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージ等の配線基板、携帯電話やパーソナルハンディホンシステム、各種衛星通信用に使用される高周波用多層配線基板などのあらゆる分野への応用が進められている。 In addition, this low-temperature fired wiring board is a wiring board such as a package for housing a semiconductor element for storing a semiconductor element, a cellular phone, a personal handy phone, etc. Applications to various fields such as systems and multilayer wiring boards for high frequency used for various satellite communications are being promoted.
低温焼成配線基板に用いる低抵抗の配線層構成素材としては、金、銀、銅等の金属類を主成分とする材料がよく知られているが、金系ではコスト的に高く、銀系ではマイグレーションが発生する等の問題から用途などが限定されるのに対して、銅系材料では焼成処理を窒素雰囲気で行う必要があるものの、配線基板の高密度化、配線基板中の回路の高周波化の要求に充分応えることが出来ることから銅系材料が配線層を形成するための材料の主流となっている。 As a low-resistance wiring layer material used for low-temperature fired wiring boards, materials mainly composed of metals such as gold, silver, copper, etc. are well known. Although applications are limited due to problems such as the occurrence of migration, copper-based materials need to be fired in a nitrogen atmosphere, but the wiring board has a higher density and the circuit in the wiring board has a higher frequency. Therefore, copper-based materials have become the mainstream material for forming wiring layers.
ガラスセラミックスからなる絶縁基板にＣｕを主成分とするメタライズ配線層を形成する具体的方法としては、ガラスセラミック原料粉末、有機バインダーに溶剤を添加して調製したスラリーをドクターブレード法などによってシート状に形成し、得られたグリーンシートに貫通孔を打ち抜き加工し、該貫通孔にＣｕを主成分とする導体ペーストを充填してビアホール導体を形成し、同時にグリーンシート上にＣｕを主成分とする導体ペーストを配線パターン状にスクリーン印刷法などで印刷形成し、配線パターンやビアホール導体が形成されたグリーンシートを複数枚加圧積層し、８００〜１０００℃で焼成することにより作製されている。 As a specific method of forming a metallized wiring layer containing Cu as a main component on an insulating substrate made of glass ceramics, a slurry prepared by adding a solvent to a glass ceramic raw material powder or an organic binder is formed into a sheet by a doctor blade method or the like. A through-hole is punched into the obtained green sheet, and a via-hole conductor is formed by filling the through-hole with a conductor paste mainly composed of Cu. At the same time, a conductor mainly composed of Cu is formed on the green sheet. The paste is printed and formed into a wiring pattern by a screen printing method or the like, and a plurality of green sheets on which wiring patterns and via-hole conductors are formed are pressure-laminated and fired at 800 to 1000 ° C.
また、前記Ｃｕを主成分とする導体ペーストは、その使用目的、用途に応じて適宜Ｎｉ等他金属との合金あるいは混合物にて形成されている。
たとえば特許文献１では、導体金属にそれより高融点の材料（Ｎｉ）からなる粒子を分散添加することによりセラミックグリーンシートとの焼成時の収縮差をなくす手法が開示されている。
Further, the conductor paste containing Cu as a main component is appropriately formed of an alloy or a mixture with other metals such as Ni according to the purpose and application of use.
For example,
また特許文献２ではＣｕに対してＮｉＯとＣｕＯを添加することにより抵抗性を高めるＣｕとＮｉの合金化を抑制し低抵抗でかつ接着強度の高い配線基板を作製する方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a method for producing a wiring substrate having a low resistance and a high adhesive strength by suppressing the alloying of Cu and Ni, which increases resistance by adding NiO and CuO to Cu.
しかしながら、特許文献１の手法では高融点金属の添加量が増えると共に、合金化により抵抗値が上昇することが記載されている。
また特許文献２の手法では、焼成条件のわずかなズレにより、ＮｉＯがＣｕ中に拡散し、抵抗を上昇させるだけでなく、Ｃｕとセラミックの接合強度までもが低下するという問題が生じる。
However, the technique of
In addition, the technique of Patent Document 2 causes a problem that NiO diffuses into Cu due to a slight shift in firing conditions, and not only increases resistance but also decreases the bonding strength between Cu and ceramic.
本発明は、前記課題を解消せんとしてなされたもので、その目的は、Ｎｉを含有する銅配線層とガラスセラミックスからなる絶縁基板を同時焼成しても、配線層の導体抵抗を上昇させることなく、しかもガラスセラミックスの電気特性を劣化させずに、かつ配線層とガラスセラミックスとの濡れ性を向上せしめて接着強度の高い配線基板を得ることの出来る導体組成物、該導体組成物を用いて配線層を形成した配線基板、及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to increase the conductor resistance of the wiring layer even if the copper wiring layer containing Ni and the insulating substrate made of glass ceramics are simultaneously fired. In addition, a conductor composition capable of obtaining a wiring substrate having high adhesive strength by improving the wettability between the wiring layer and the glass ceramic without deteriorating the electrical characteristics of the glass ceramic, and wiring using the conductor composition An object of the present invention is to provide a wiring board on which a layer is formed, and a manufacturing method thereof.
本発明によれば、銅を主成分とする導体組成物であって、前記導体組成物中にＮｉ２ＳｉＯ４を含有することを特徴とする導体組成物が提供される。
本発明の導体組成物は銅金属中にＮｉをＮｉ２ＳｉＯ４の形で含有することが構成上の顕著な特徴である。
これにより、焼成時にセラミックと銅との界面付近にＮｉ２ＳｉＯ４層が形成され、両者の整合性を良好にせしめ、接着強度が向上すると共に、Ｎｉ単独で添加する場合に比べて、Ｃｕ中へのＮｉの拡散を抑制できるため合金化による抵抗上昇を防ぎ、低抵抗化が達成できる。
According to the present invention, there is provided a conductor composition containing copper as a main component, the conductor composition characterized by containing Ni 2 SiO 4 in said conductive composition.
The conductor composition of the present invention is characterized in that Ni is contained in the form of Ni 2 SiO 4 in the copper metal.
As a result, a Ni 2 SiO 4 layer is formed in the vicinity of the interface between the ceramic and copper at the time of firing, and the consistency between the two is improved, the adhesive strength is improved, and compared with the case of adding Ni alone, Since the diffusion of Ni into the metal can be suppressed, an increase in resistance due to alloying can be prevented and a reduction in resistance can be achieved.
前記Ｎｉ２ＳｉＯ４の含有量は、銅１００重量部に対して１〜２０重量部であることが望ましい。
Ｎｉ２ＳｉＯ４量を１重量部以上にすることにより、導体層の接着強度を向上することが出来、またＮｉ２ＳｉＯ４量を２０重量部以下にすることにより、ＣｕとＮｉの合金化を防ぎ、低抵抗化が達成できる。
The content of Ni 2 SiO 4 is preferably 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of copper.
By making the amount of Ni 2 SiO 4 1 part by weight or more, the adhesive strength of the conductor layer can be improved, and by making the amount of Ni 2 SiO 4 20 parts by weight or less, Cu and Ni can be alloyed. Prevention and low resistance can be achieved.
又、本発明によれば、少なくとも一層のセラミックからなる絶縁層と前記絶縁層の表面又は内部のうち少なくともいずれかに形成された銅を主成分とする導体層とからなる配線基板において、前記導体層にＮｉ２ＳｉＯ４結晶層が形成されていることを特徴とする配線基板が提供される。
導体層中にＮｉ２ＳｉＯ４結晶層が形成されることにより、セラミックと銅との接着強度が向上する。
According to the invention, in the wiring board comprising an insulating layer made of at least one ceramic and a conductor layer mainly composed of copper formed on at least one of the surface and the inside of the insulating layer, the conductor There is provided a wiring board characterized in that a Ni 2 SiO 4 crystal layer is formed on the layer.
By forming the Ni 2 SiO 4 crystal layer in the conductor layer, the adhesive strength between the ceramic and copper is improved.
前記本発明の配線基板は、前記導体層にＸ線回折を行った際、Ｎｉ２ＳｉＯ４／Ｃｕピーク比が０．０１〜０．２の範囲にあることが望ましい。 The wiring board of the present invention preferably has a Ni 2 SiO 4 / Cu peak ratio in the range of 0.01 to 0.2 when X-ray diffraction is performed on the conductor layer.
更に、本発明は、セラミック粉末と有機樹脂バインダーとを含有するセラミックグリーンシート面に銅を主成分とする導体組成物を塗布して導体層を形成する工程と、前記グリーンシートを積層して積層体を作製する工程と、該積層体を焼成する工程とを具備してなる配線基板の製造方法において、前記導体組成物として請求項１又は２に記載の導体組成物を用いることを特徴とする配線基板の製造方法を提供する。
Furthermore, the present invention includes a step of applying a conductor composition mainly composed of copper to a ceramic green sheet surface containing a ceramic powder and an organic resin binder to form a conductor layer, and laminating the green sheets. In the manufacturing method of the wiring board which comprises the process of producing a body, and the process of baking this laminated body, The conductor composition of
本発明の導体組成物は、銅を主成分とし、Ｎｉ２ＳｉＯ４を所定量比で含有してなるもので、ガラスセラミックス等の絶縁基板との同時焼成が可能であるだけでなく、焼成時にセラミックと銅との界面付近にＮｉ２ＳｉＯ４層が形成され、セラミックと銅の物性の相違を整合緩和させて両層間の接着強度を向上させると共に、Ｎｉ単独で添加する場合に比べて、Ｃｕ中へのＮｉの拡散を抑制でき、このため合金化による抵抗上昇を防ぎ、導体層の低抵抗化が達成できる。
従って、本発明の導体組成物を用いて導体層を形成してなる配線基板は低抵抗であるだけでなく導体層と絶縁層との密着性が良好で断線等の故障が殆ど無い。
又、上記の配線基板は、セラミック粉末と有機樹脂バインダーとを含有するセラミックグリーンシートの表面及び／又は内部に上記本発明の導体組成物を塗布し導体層を形成する工程と、前記グリーンシートを積層して積層体を作製する工程と、積層体を焼成する工程からなる本発明の方法により容易且つ確実に製造することが出来る。
The conductor composition of the present invention is mainly composed of copper and contains Ni 2 SiO 4 in a predetermined amount ratio, and can be simultaneously fired with an insulating substrate such as glass ceramics. A Ni 2 SiO 4 layer is formed in the vicinity of the interface between the ceramic and copper, and the difference in physical properties between the ceramic and copper is relaxed by matching to improve the adhesive strength between the two layers. The diffusion of Ni into the inside can be suppressed, so that an increase in resistance due to alloying can be prevented and the resistance of the conductor layer can be reduced.
Therefore, the wiring board formed with the conductor layer using the conductor composition of the present invention has not only low resistance but also good adhesion between the conductor layer and the insulating layer, and there is almost no failure such as disconnection.
In addition, the wiring board includes a step of applying the conductor composition of the present invention on the surface and / or inside of a ceramic green sheet containing ceramic powder and an organic resin binder, and forming the conductor layer, It can be manufactured easily and reliably by the method of the present invention comprising the steps of laminating and producing a laminate, and firing the laminate.
以下本発明を、一部に図面を参照して、より詳細且つ具体的に説明する。
本発明は、導体組成物、該組成物で導体層を形成した配線基板、該配線基板の製造方法の各発明からなる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail and specifically with reference to some drawings.
This invention consists of each invention of a conductor composition, the wiring board which formed the conductor layer with this composition, and the manufacturing method of this wiring board.
「導体組成物」
本発明に係る導体組成物は、ペースト状組成物として提供されるが、銅を主成分とし、該組成物（ペースト）中にＮｉ２ＳｉＯ４を含有することを特徴とするものである。
前記組成物（ペースト）中に於けるＮｉ２ＳｉＯ４の含有量は、銅１００重量部に対して１〜２０重量部、好ましくは５〜１５重量部である。
Ｎｉ２ＳｉＯ４量を１重量部以上にすることにより、配線基板形成の際の導体層と絶縁層との接着強度を向上させることが出来、又、２０重量部以下にすることにより、組成物中のＣｕとＮｉの合金化を防ぎ、導体層の低抵抗化が達成できる。
前記Ｎｉ２ＳｉＯ４は平均粒径が０．１〜２μｍの粉末として添加することが望ましい。
"Conductor composition"
The conductor composition according to the present invention is provided as a paste-like composition, and is characterized in that it contains copper as a main component and Ni 2 SiO 4 is contained in the composition (paste).
Content of at Ni 2 SiO 4 in said composition (paste) is 1 to 20 parts by weight with respect to the copper 100 parts by weight, preferably 5 to 15 parts by weight.
By setting the amount of Ni 2 SiO 4 to 1 part by weight or more, it is possible to improve the adhesive strength between the conductor layer and the insulating layer when forming the wiring board, and by setting it to 20 parts by weight or less, the composition The alloying of Cu and Ni in the inside can be prevented, and the resistance of the conductor layer can be reduced.
The Ni 2 SiO 4 is preferably added as a powder having an average particle size of 0.1 to 2 μm.
導体ペースト中の主成分となるＣｕ成分としては、平均粒径が０．５〜１０μｍ、特に好ましくは３〜５μｍの球状のＣｕ粉末であることが望ましい。
これはメタライズ配線層の焼結挙動をガラスセラミック基板の焼結挙動に近似させるとともに、印刷精度の向上をはかるためである。
The Cu component as the main component in the conductor paste is preferably a spherical Cu powder having an average particle size of 0.5 to 10 μm, particularly preferably 3 to 5 μm.
This is because the sintering behavior of the metallized wiring layer is approximated to the sintering behavior of the glass ceramic substrate and the printing accuracy is improved.
また導体ペースト中には無機物成分以外に、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、セルロース系高分子、ポリビニルアルコールなどからなる有機バインダーと、α−テルピネオール、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、エチルセルロース、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トルエン、キシレン、ミネラルスピリットなどの有機溶剤とを均質に混合して形成される。
有機バインダーは無機物成分１００重量部に対して１〜１０重量部、有機溶剤成分は５〜３０重量部の割合で混合されることが望ましい。
In addition to inorganic components, the conductor paste contains, for example, an organic binder made of acrylic resin, epoxy resin, cellulose polymer, polyvinyl alcohol, and the like, and α-terpineol, dibutyl phthalate, butyl carbitol, ethyl cellulose, ethylene glycol, diethylene glycol. It is formed by intimately mixing with an organic solvent such as toluene, xylene and mineral spirits.
The organic binder is desirably mixed in an amount of 1 to 10 parts by weight and the organic solvent component in an amount of 5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic component.
「配線基板」
次に上記導体組成物を用いて導体層を形成した本発明の配線基板について、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明では複数のガラスセラミック絶縁層からなる多層配線基板につて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、当然、単層の配線基板やガラスセラミック以外のセラミック、例えば、アルミナ（Al２O３）、窒化アルミニウム（AlN)、BaSn(BO３)２、LMS(Al２O３・CaO-SiO２・MgO・B２O３）等のセラミック絶縁層よりなる配線基板も本発明に包含される。
"Wiring board"
Next, the wiring board of the present invention in which a conductor layer is formed using the conductor composition will be described with reference to the drawings.
In the following description, a multilayer wiring board composed of a plurality of glass ceramic insulating layers will be described, but the present invention is not limited to this, and naturally a ceramic other than a single-layer wiring board or glass ceramic, for example, Wiring board made of ceramic insulating layer such as alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), BaSn (BO 3 ) 2 , LMS (Al 2 O 3 · CaO-SiO 2 · MgO · B 2 O 3 ) Are also encompassed by the present invention.
本発明の配線基板を模式的に示す図１を参照して、配線基板１に於ける絶縁基板２は、複数のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄを積層した積層体から構成され、その絶縁層２ａ〜２ｄ間および絶縁基板２表面には、厚みが５〜２５μｍ程度の前記Ｃｕを主成分とする本発明の導体ペーストから形成されたメタライズ配線層３が被着されている。
また、絶縁基板２内には、絶縁層２ａ〜２ｄの厚み方向を貫くように直径８０〜２００μｍ程度のビアホール導体４が形成され、メタライズ配線層３と電気的に接続している。
Referring to FIG. 1 schematically showing a wiring board of the present invention, an insulating substrate 2 in the
A via hole conductor 4 having a diameter of about 80 to 200 μm is formed in the insulating substrate 2 so as to penetrate the thickness direction of the insulating layers 2 a to 2 d and is electrically connected to the
絶縁基板２は、ガラス単独、あるいはガラスとフィラーとの複合材料からなるガラスセラミックスよりなる。
具体的には、用いられるガラス成分としては、非晶質ガラスあるいは焼成後にコージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウィレマイト、ドロマイト、リチウムシリケートやその置換誘導体の結晶を析出する結晶化ガラス等によって構成される。
強度を向上させる上では結晶化ガラスが望ましい。
ガラスを構成する成分としては、ＳｉＯ２以外にＬｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物、ＣａＯ、ＭｇＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＰｂＯを含有するホウ珪酸ガラスなどが例示できる。
なお、アルカリ金属を含有しない無アルカリガラスを用いた場合には、絶縁基板の絶縁性を向上させることができる。
The insulating substrate 2 is made of glass ceramic made of glass alone or a composite material of glass and filler.
Specifically, as the glass component used, amorphous glass or crystallization that precipitates crystals of cordierite, mullite, anorthite, serdian, spinel, garnite, willemite, dolomite, lithium silicate and substituted derivatives thereof after firing Consists of glass or the like.
In order to improve the strength, crystallized glass is desirable.
As components constituting the glass, in addition to SiO 2 , alkali metal oxides such as Li 2 O, K 2 O and Na 2 O, alkaline earth metal oxides such as CaO and MgO, Al 2 O 3 and P 2 O 5 , borosilicate glass containing ZnO, B 2 O 3 and PbO can be exemplified.
Note that when an alkali-free glass containing no alkali metal is used, the insulating properties of the insulating substrate can be improved.
また、ガラスに対してフィラー成分を添加することによって強度の向上や焼成温度の制御を行うことができる。
具体的なフィラー成分としては、クオーツ、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、フォルステライトなどが例示できる。
Further, the strength can be improved and the firing temperature can be controlled by adding a filler component to the glass.
Specific examples of the filler component include quartz, cristobalite, quartz, corundum (α-alumina), mullite, cordierite, and forsterite.
ガラス成分とフィラー成分とは、ガラス成分が３０〜７０体積％、フィラー成分が７０〜３０体積％からなることが好適である。 As for a glass component and a filler component, it is suitable that a glass component consists of 30-70 volume% and a filler component consists of 70-30 volume%.
メタライズ配線層３は、既に述べた通り導体層中にＮｉ２ＳｉＯ４結晶層が形成されていることを特徴とする。
導体層にＮｉ２ＳｉＯ４層が形成されることにより、これが銅とセラミックの中間層の役割を果たし、導体層の接着強度を高めることが出来る。
As described above, the metallized
By forming the Ni 2 SiO 4 layer in the conductor layer, this serves as an intermediate layer of copper and ceramic, and the adhesive strength of the conductor layer can be increased.
また、多層配線基板の表面のメタライズ配線層３は、ＩＣチップなどの各種電子部品５を搭載するためのパッドとして、あるいはシールド用導体膜として、さらには、外部回路と接続するための電極パッドとしても用いられ、各種電子部品５が配線層３に半田や導電性接着剤などを介して接合される。
またビアホール導体４は、上記のメタライズ配線層３と同様な成分からなる導体が充填されていることが望ましい。
なお、図示していないが、必要に応じて、配線基板の表面には、更に、珪化タンタル、珪化モリブデンなどの厚膜抵抗体膜や配線保護膜などを形成しても構わない。
本発明における表面のメタライズ配線層の表面には、半田ぬれ性向上のために、Ｎｉ、Ａｕなどの金属からなるメッキ層などを適宜形成してもよい。
尚、本発明の配線基板に於けるＣｕ中にＮｉ２ＳｉＯ４結晶が存在する上記導体層は、それをＸ線回折分析した場合、Ｎｉ２ＳｉＯ４／Ｃｕピーク比が０．０１〜０．２以下であることが好ましい。
Further, the metallized
The via-hole conductor 4 is preferably filled with a conductor made of the same component as the metallized
Although not shown, if necessary, a thick film resistor film such as tantalum silicide or molybdenum silicide, a wiring protective film, or the like may be further formed on the surface of the wiring board.
In order to improve solder wettability, a plating layer made of metal such as Ni or Au may be appropriately formed on the surface of the metallized wiring layer on the surface in the present invention.
The conductor layer in which Ni 2 SiO 4 crystals are present in Cu in the wiring board of the present invention has a Ni 2 SiO 4 / Cu peak ratio of 0.01-0. It is preferable that it is 2 or less.
「配線基板の製法」
次に、本発明の配線基板を作製する方法について説明する。
まず、上述したようなガラス成分、又はガラス成分とフィラーとを混合してガラスセラミック組成物を調製し、その混合物に、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フェーノール系樹脂、ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン等の有機バインダー、必要に応じて、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、炭化水素・アルコール混合系溶剤等の溶媒、フタル酸エステル等の可塑剤を添加、混合した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法、押出形成、射出成形、鋳込み成形、テープ成形などによりシート状に成形してグリーンシートを作製する。
"Production method of wiring board"
Next, a method for producing the wiring board of the present invention will be described.
First, the glass component as described above, or a glass component and a filler are mixed to prepare a glass ceramic composition, and for example, an acrylic resin, an epoxy resin, a phenol resin, polyvinyl alcohol, ethylene acetate After adding and mixing an organic binder such as a vinyl copolymer, polyethylene, a solvent such as hexane, cyclohexane, toluene, xylene, a hydrocarbon / alcohol mixed solvent, or a plasticizer such as a phthalate ester, if necessary, a doctor A green sheet is produced by forming into a sheet by a blade method, a rolling method, a pressing method, extrusion forming, injection molding, casting molding, tape molding or the like.
次に、このグリーンシートの表面に本発明の前記導体ペーストを印刷する。
即ち、前記ガラスセラミックグリーンシート上に、上記導体ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法などそれ自体公知の印刷手法で配線層の厚みが５〜２５μｍとなるように配線パターンを印刷塗布する。
また、ビアホール導体を形成するには、グリーンシートにレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより直径５０〜２００μｍの貫通孔を形成し、その内部に上述の導体ペーストを充填する。
そして、配線パターンやビアホール導体が形成されたグリーンシートを積層圧着して積層体を形成する。
Next, the conductor paste of the present invention is printed on the surface of the green sheet.
That is, on the glass ceramic green sheet, a wiring pattern is printed and applied using the above-mentioned conductor paste by a known printing method such as a screen printing method or a gravure printing method so that the wiring layer has a thickness of 5 to 25 μm.
In order to form a via-hole conductor, a through hole having a diameter of 50 to 200 μm is formed in a green sheet by laser, micro drilling, punching, or the like, and the above-described conductor paste is filled therein.
And the green sheet in which the wiring pattern and the via-hole conductor were formed is laminated and pressure-bonded to form a laminated body.
その後、この積層体を４００〜８００℃の窒素雰囲気中あるいは水蒸気含有窒素雰囲気中で加熱処理してグリーンシート内やペースト中の有機成分を分解除去した後、８００〜１０００℃の窒素雰囲気中あるいは水蒸気含有窒素雰囲気中で同時焼成することによりメタライズ配線層及びビアホール導体を具備する多層配線基板を作製することができる。 Thereafter, the laminate is heat-treated in a nitrogen atmosphere at 400 to 800 ° C. or in a steam-containing nitrogen atmosphere to decompose and remove organic components in the green sheet and paste, and then in a nitrogen atmosphere at 800 to 1000 ° C. or steam. A multilayer wiring board having a metallized wiring layer and a via-hole conductor can be produced by simultaneous firing in a nitrogen atmosphere.
また、本発明の配線基板では、配線基板構造が積層構造であっても、内部のメタライズ配線層のみを絶縁基板と同時に焼成処理し、表面のメタライズ配線層をすでに焼成された配線基板表面に、内部配線層と同様、ＣｕとＮｉ２ＳｉＯ４とを含有する導体ペーストを焼き付け処理して形成しても構わない。
その場合、焼き付け処理は、窒素雰囲気中で６００〜１０００℃の温度で処理することができる。
In the wiring board of the present invention, even if the wiring board structure is a laminated structure, only the internal metallized wiring layer is fired at the same time as the insulating substrate, and the metallized wiring layer on the surface is already fired on the surface of the wiring board, Similarly to the internal wiring layer, a conductive paste containing Cu and Ni 2 SiO 4 may be baked.
In that case, the baking treatment can be performed at a temperature of 600 to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere.
重量比率でＳｉＯ２７４％、Ｌｉ２Ｏ１４％、Ａｌ２Ｏ３４％、Ｐ２Ｏ５２％、Ｋ２Ｏ２％、ＺｎＯ２％、Ｎａ２Ｏ２％の組成のガラス成分（屈伏点４８０℃）４０体積％に対してフィラー成分としてＳｉＯ２（クオーツ）を３０体積％、フォルステライトを３０体積％混合した絶縁基板用のグリーンシートに、分子量３×１０５のアクリル樹脂系バインダーと可塑剤、分散剤、溶剤を加えて混合してスラリーを調製し、かかるスラリーをドクターブレード法により厚さ平均２００μｍのグリーンシートに成形した。 Glass component having composition of SiO 2 74%, Li 2 O 14%, Al 2 O 3 4%, P 2 O 5 2%, K 2 O 2%, ZnO 2 %, Na 2 O 2% by weight ratio (deflection point 480 ° C) Into a green sheet for an insulating substrate in which 30% by volume of SiO 2 (quartz) and 30% by volume of forsterite are mixed as filler components with respect to 40% by volume, an acrylic resin binder having a molecular weight of 3 × 10 5, a plasticizer and a dispersion An agent and a solvent were added and mixed to prepare a slurry, and the slurry was formed into a green sheet having an average thickness of 200 μm by a doctor blade method.
次に、平均粒径が４μｍのＣｕ粉末１００重量部に対して、平均粒径が１μｍのＮｉ２ＳｉＯ４粉末を表１に示す割合で秤量し、これら無機物成分１００重量部に対して有機バインダーとしてアクリル樹脂を２重量部、有機溶剤としてα−テルピネオールを１５重量部添加混練し、導体ペーストを調製した。 Next, with respect to 100 parts by weight of Cu powder having an average particle diameter of 4 μm, Ni 2 SiO 4 powder having an average particle diameter of 1 μm is weighed in the ratio shown in Table 1, and an organic binder is added to 100 parts by weight of these inorganic components. 2 parts by weight of an acrylic resin and 15 parts by weight of α-terpineol as an organic solvent were added and kneaded to prepare a conductor paste.
かくして得られた導体ペーストを、前記ガラスセラミックグリーンシート上に、接着強度を評価するサンプルとして、焼成後の形状が２ｍｍ角、厚さ約１５μｍとなる銅配線用パターン状にスクリーン印刷し、その下部にグリーンシート４枚を加圧積層した。
同時に導体抵抗を評価するサンプルとして、焼成後の形状が幅１００μｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１５μｍとなる配線パターンに形成し、その下部にグリーンシート４枚を加圧積層した。
The conductor paste thus obtained was screen-printed on the glass ceramic green sheet as a sample for evaluating the adhesive strength in a copper wiring pattern having a shape of 2 mm square and a thickness of about 15 μm after firing. Four green sheets were pressure laminated.
At the same time, as a sample for evaluating the conductor resistance, a wiring pattern having a width of 100 μm, a length of 50 mm, and a thickness of 15 μm was formed after firing, and four green sheets were stacked under pressure under the wiring pattern.
次いで、この未焼成状態の配線パターンが形成された積層体を、有機バインダーなどの有機成分を分解除去するために、水蒸気含有窒素雰囲気中で７００℃の温度で３時間保持して脱脂した後、窒素雰囲気中で９５０℃に昇温して１時間保持し配線基板を作製した。 Next, after degreasing the laminate in which the unfired wiring pattern is formed, holding it at a temperature of 700 ° C. for 3 hours in a steam-containing nitrogen atmosphere in order to decompose and remove organic components such as an organic binder, The temperature was raised to 950 ° C. in a nitrogen atmosphere and held for 1 hour to produce a wiring board.
得られた配線基板のうち、２ｍｍ角の銅配線層に厚さ１μｍのＮｉメッキを行い、その上に厚さ０．１μｍのＡｕメッキを施した後、直径０．８ｍｍの錫メッキ銅線を該メッキ被覆層上に基板と平行に半田付けし、該錫メッキ銅線を基板に対して垂直方向に曲げ、該錫メッキ導線を１０ｍｍ／ｍｉｎの引っ張り速度で垂直方向に引っ張り、銅配線層が破断したときの最大荷重を銅配線層の接着強度として評価した。
なお、良否の判断としては、最大荷重が２ｋｇ／２ｍｍを超える場合を良品とした。
Of the obtained wiring board, Ni plating with a thickness of 1 μm is applied to a 2 mm square copper wiring layer, Au plating with a thickness of 0.1 μm is applied thereon, and then a tin-plated copper wire with a diameter of 0.8 mm is formed. Soldering parallel to the substrate on the plating coating layer, bending the tin-plated copper wire in a direction perpendicular to the substrate, pulling the tin-plated lead wire in a vertical direction at a pulling speed of 10 mm / min, The maximum load when fractured was evaluated as the adhesive strength of the copper wiring layer.
In addition, as a judgment of pass / fail, the case where the maximum load exceeded 2 kg / 2 mm was determined as non-defective.
次に、銅配線層の導体抵抗の評価については、幅１００μｍ、長さ５０ｍｍの銅配線層の抵抗をデジタルマルチメーターにて測定し、銅配線層の実際の幅、長さを光学顕微鏡にて測定した後、断面を金属顕微鏡により測定し、得られた結果から抵抗率を算出した。
なお、良否の判断としては、抵抗率が４μΩ・ｃｍ以下を良品とした。
Next, for the evaluation of the conductor resistance of the copper wiring layer, the resistance of the copper wiring layer having a width of 100 μm and a length of 50 mm is measured with a digital multimeter, and the actual width and length of the copper wiring layer are measured with an optical microscope. After the measurement, the cross section was measured with a metal microscope, and the resistivity was calculated from the obtained result.
In addition, as a judgment of the quality, a resistivity of 4 μΩ · cm or less was regarded as a good product.
さらに、導体層中のＮｉ２ＳｉＯ４の存在を確認するため、Ｘ線回折を行い、ＪＣＰＤＳカードにより結晶層を同定し、Ｎｉ２ＳｉＯ４結晶層の有無を確認した。
またＣｕとのピーク強度比をＮｉ２ＳｉＯ４／Ｃｕの形式で算出した。
上記の評価結果を表１に纏めてしめした。
Furthermore, in order to confirm the presence of Ni 2 SiO 4 in the conductor layer, X-ray diffraction was performed, the crystal layer was identified by a JCPDS card, and the presence or absence of the Ni 2 SiO 4 crystal layer was confirmed.
The peak intensity ratio with Cu was calculated in the form of Ni2SiO4 / Cu.
The above evaluation results are summarized in Table 1.
表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１のようにＮｉ２ＳｉＯ４が添加されていない場合、メタライズ配線層中のＣｕとガラスセラミック基板との濡れ性が低下して接着強度が低下し、試料Ｎｏ．９や１０のようにＮｉＯやＮｉの形態で添加された場合、ＣｕとＮｉの合金化が進み導体抵抗が上昇し、さらにガラセラミックスの電気的特性も劣化した。
しかるに、本発明の試料Ｎｏ．２〜８ではいずれも良好な２ｋｇ／２ｍｍ以上の接着強度を示し、かつ４μΩ・ｃｍ以下の低い導体抵抗率を保持している。
As is clear from Table 1, sample No. When Ni 2 SiO 4 is not added as in No. 1, the wettability between Cu in the metallized wiring layer and the glass ceramic substrate is lowered, and the adhesive strength is lowered. When added in the form of NiO or Ni as in 9 and 10, the alloying of Cu and Ni progressed, the conductor resistance increased, and the electrical characteristics of the glass ceramics also deteriorated.
However, sample no. Nos. 2 to 8 all show good adhesive strength of 2 kg / 2 mm or more and retain a low conductor resistivity of 4 μΩ · cm or less.
１ 配線基板
２ 絶縁基板
３ メタライズ配線層
４ ビアホール導体
５ 電子部品
1 Wiring board 2 Insulating
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