JP2807976B2 - 導体充填スルーホールの製造方法 - Google Patents

導体充填スルーホールの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は導体充填スルーホールの
製造方法に関する。さらに詳しくいえば、アルミナを代
表例とする電子部品回路用セラミック基板に銀、銀/パ
ラジウム、銅等の厚膜回路を形成するに当たって、基板
両面の回路の導通をとるために形成する導体充填スルー
ホールの製造方法に関する。
【0002】
【関連技術の説明】セラミック基板上に配線(回路)を
形成する方法として、銀や銅などを主成分とする導電材
料粉末ペースト(導体ペースト)を印刷・焼成する厚膜
回路法が用いられている。一般的なセラミック回路基板
は、例えば96%のアルミナセラミックに銀、銀/パラ
ジウム、銅等の金属粉末を主成分としビヒクルを一定量
混合してなるペーストをスクリーン印刷して基板上に回
路を描き、約800〜900℃で焼成して基板に焼付け
ることにより形成される。また、回路密度を向上させる
ために基板両面に回路を設けることも一般的な手法であ
るが、この場合の両面回路間の導通は基板にスルーホー
ルを設けて導電性ペーストを印刷した後焼成しホール壁
面に導体を焼付けることにより行なわれる。ここで導電
性ペーストの印刷は、基板下から吸引しながら通常のス
クリーン印刷技法を用いてスルーホール壁面にペースト
を回りこませる方法により行なわれている。
【0003】スルーホール壁面に導体を形成させる理由
は、これまで使用されている導電性ペーストでは焼成過
程における収縮の問題があり、スルーホールに導体ペー
ストを充填し焼成した場合、焼成収縮力がセラミック基
板への接着力を上回り、形成される導体がセラミック基
板から剥がれる欠点があるためである。そこで、スクリ
ーン印刷方法などによりスルーホール壁面に導体膜を印
刷・焼成して基板上の配線を層間接続する方法が実施さ
れている。ところが、このような方法では、スルーホー
ル壁から基板表面の回路に至るコーナー部分の膜厚が薄
くなり易く、高電流を流すとコーナー部が発熱して導通
不良を起こす原因となる。そのため、高出力用の製品に
は適さないという問題があった。また、スルーホールの
大きさは配線密度の関係から、従来、直径(φ)0.4mm
程度が標準であり、ホール壁面に形成される導体量が限
られるためスルーホール部分の導体抵抗が大きくなる問
題がある。
【0004】近年、電子機器の小型化、高性能化が進
み、電子部品の高密度実装が可能な信頼性の高い多層配
線セラミック基板が求められているが、多層配線基板を
製造する印刷多層法あるいはグリンシート多層法におい
てもスルーホールによる層間接続に問題を有している。
すなわち、印刷多層法では、絶縁層の印刷時にスルーホ
ールにペーストが入ってしまうため信頼性のある絶縁層
がスルーホール上で形成できず、スルーホールの孔を避
けて配線を印刷する必要があり高密度化に支障をきた
す。また、セラミック基板上にガラスセラミックからな
るグリーンシートを積層し、これを焼成してシート間あ
るいはシート上に高密度配線を形成するグリーンシート
多層法の場合にはスルーホールが空洞であるため、積層
したグリーンシート(ガラスセラミック)がスルーホー
ル内に沈み込み周囲に亀裂を生じシート表面に設けた配
線が断線する不都合がある。
【0005】そこで、本出願人は、従来のものに比べて
焼成収縮率が格段に低く焼成前後の形状安定性に優れた
スルーホール充填用の導体ペーストを先に提案した(特
願平5-167439号、特願平6-51306 号)。この導体ペース
トによれば、基板上の配線とスルーホール導体との接続
の信頼性が向上し、しかもスルーホール内に多量に充填
できるためスクリーン印刷によるスルーホール壁面のみ
をメタライズする従来の方法によるものに比べて導体抵
抗が下がり、また、スルーホール内への絶縁層ペースト
の入り込みやグリーンシートの沈み込みによる亀裂など
の欠陥が発生せず、短絡や断線などの不都合がない信頼
性の高い配線を基板上に構築できるという利点を有す
る。
【0006】低収縮率の導体をセラミック基板のスルー
ホール中に充填させる際、作業効率上スルーホールより
も大きな径、例えば、φ=0.4mm のスルーホールに対し
てφ=0.6mm のパッド径で印刷を行なう必要があるが、
回路基板を作製する際には余分な導体を取り除く必要が
ある。また、この低収縮率導体にはガラス等のセラミッ
クとの接合成分が含まれていないためセラミック表面に
残っていると接着強度の低下を招く。
【0007】そこで、本出願人が先に提案している上述
の低収縮性充導体ペーストをスルーホールに充填する方
法について検討したところ、薄膜導体配線間のスルーホ
ールによる導通性が改善された。しかし、充填導体とス
ルーホール壁面との接着力に問題があり、ラッピング加
工処理時に充填導体が欠けたり、充填導体がスルーホー
ルから抜けることがあることが判明した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
はセラミック基板中のスルーホールに導体を充填させた
基板に回路を形成する工程で必要な平面化処理の際に充
填導体の欠けやスルーホールからの抜けが生じることの
ない、接着力の改善された導体充填スルホールの製造方
法を提供することにある。
【0009】
【課題の解決手段】本発明者等はセラミック基板と導体
ペーストの接着性について鋭意検討した結果、スルーホ
ールに導体ペーストを充填する前に、ガラス成分を含有
する導体層をスルーホール壁面に形成した後、導体ペー
ストを充填し焼成することにより、セラミック基板と導
体とが強固に接合されることを確認し本発明を完成する
に至った。
【0010】
【発明の開示】すなわち、本発明は、 ()セラミック基板のスルーホール壁面に、導電材料
粉末を含有するガラスペーストを印刷焼成してガラス成
分含有導体層を形成した後、低収縮性充填用導体ペース
トを充填し焼成することを特徴とする導体充填スルーホ
ールの製造方法、および ()低収縮の充填用導体ペーストが、銀粉末または銅
粉末を主成分とする導電材料粉末に酸化ルテニウム粉末
あるいはロジウム粉末を0.1重量%以上添加してなる
混合粉末のペーストである請求項1に記載の導体充填ス
ルーホールの製造方法を提供する。
【0011】以下、本発明による導体充填スルーホール
の製造方法について、その工程を示す図1を参照して説
明する。本発明の方法において、ガラス成分を含有する
導体層は、原料ペーストを用い、一般的な厚膜印刷法に
従ってセラミック基板1のスルーホール2壁面2aに形
成される。
【0012】ガラス成分を含有する導体層を形成する原
料ペーストは、ガラス粉末と導体粉末との混合粉末にビ
ヒクルを添加・混練したものである。ガラス粉末の平均
粒径は1〜6μm程度がよい。ここで、ガラス成分とし
ては、PbO、B、ZnO、CaO、SiO
Alなど一般的なガラス成分からなるものでよ
く、ガラス軟化点(Ts)が500〜1000℃、好ま
しくは600〜900℃のものである。ガラス軟化点が
500℃未満では充填用導体の焼成時にこの接合用のガ
ラス粘度が下がり過ぎて充填用導体側への移行量が多く
なり充填用導体とスルーホール壁面との接合に寄与しな
くなるばかりでなく充填用導体の収縮を増大させスルー
ホールから充填用導体を剥離させる原因となる。また、
ガラス軟化点が1000℃を超えると充填用導体ペース
トを焼成する際の熱でガラスが良好に軟化せず、接着性
に影響を及ぼす。
【0013】導体材料粉末としては、銀粉末または銅粉
末などの金属粉末を主成分とするものが使用される。導
体材料粉末の粒径は一般に厚膜印刷用ペーストとして利
用されているものと同様に平均粒径1〜6μm程度のも
のが好ましく、その形状は、球状、塊状、燐片状など任
意のものが使用できる。また、このペースト材料として
は、セラミック基板用として調整されている市販の導体
ペースト、例えば銀、銀/白金、銀/パラジウム、銅な
どの導体ペーストを使用することもできる。
【0014】ガラス粉末に添加するビヒクルは結合剤お
よび溶剤からなる。結合剤としてはエチルセルロース、
アクリル樹脂等が用いられ、溶剤としてはエチルカルビ
トールアセテート、テルピネオール等が用いられる。結
合剤の使用量は上記ガラス粉末を均一に分散保持し、ペ
ースト状態を維持し得る程度の量であればよく、また、
溶剤の使用量は結合剤の種類によっても異るが、ペース
トに適度の粘性を付与する量であればよい。具体的に
は、ビヒクルとして上記粉末100重量部に対して10
〜45重量部程度が使用される。
【0015】ペースト材料としては上記の成分以外に
も、既知のペースト同様に、例えば適度の流動性を付与
する等の目的で脂肪酸エステルなどを添加することがで
きる。かくして調製された原料ペーストは、一般的な厚
膜技術によりスルーホール(φ=0.15〜0.6m
m)壁面に印刷、焼成されて、ガラス成分含有導体層3
が形成される。具体的には、基板下から吸引しながら原
料ペーストをスクリーン印刷によりスルーホール壁面2
aに印刷した後、800〜900℃にて焼成することに
よって形成される。ガラス成分含有導体層の膜厚は、後
工程で充填される導体の電気的特性を低下させることが
ないようなるべく薄い方がよく、例えば20μm以下、
さらには10μm以下が好ましい。
【0016】ガラス成分含有導体層が形成されたスルー
ホールに低収縮性の導体ペースト4を充填・焼成して充
填スルーホールを得る(図1(c))。ここで、低収縮
性の導体ペーストとしては、焼成時の収縮率が小さい導
体ペーストであれば特に限定されるものではないが、具
体例としては、本出願人が先に開発したスルーホール充
填用導体(特願平5−167439号、特願平6−51
306号)、すなわち、銀粉末または銅粉末を主成分と
する導電粉末に、酸化ルテニウム粉末あるいはロジウム
粉末を添加してなる混合粉末にビヒクルを配合し、混練
したもの等が利用できる。
【0017】導体ペースト原料粉末の形状としては、例
えば、球状、塊状、燐片状など任意のものが使用でき
る。その粒径は、導電粉末では平均粒径5〜10μm程
度、酸化ルテニウム粉末あるいはロジウム粉末では平均
粒径0.5 〜2μm程度のものが使用できる。酸化ルテニ
ウム粉末あるいはロジウム粉末の添加量は、熱収縮率の
低減化の点から導電粉末に対して0.1 重量%以上が適当
であり、酸化ルテニウム粉末の場合は0.1 〜15重量%
が、ロジウム粉末の場合は0.1 〜3重量%がそれぞれ好
ましい。これら粉末の配合量が上記の範囲を超えても熱
収縮率の低減効果に変化がなく経済的に好ましくないば
かりか、導電粉末の割合が相対的に減少し導体の電気抵
抗が増加する。また、ビヒクルとしては上記ガラスペー
ストまたはガラス成分含有導電材料ペーストについて述
べたのと同様のものが用いられる。混合粉末とビヒクル
の配合割合は、混合粉末100重量部に対して、予め溶
剤100重量部に対して結合剤を5〜30重量部程度溶
解してなるビヒクル10〜45重量部である。
【0018】ガラス成分含有導体層が形成されたスルー
ホールへの導体ペーストの充填は、スクリーン印刷法な
ど従来の厚膜法により行なわれる。次いで、例えば80
0〜900℃の温度で焼成することにより、導体がスル
ーホール壁面に堅固に接着した充填スルーホールが作製
される。本発明の方法により製造された充填スルーホー
ルは、その後例えば表面処理(ラッピングあるいは平滑
化処理)をした後、常法により導体パターン5を形成
し、セラミック配線基板が製造される(図1(d)およ
び(e))。
【0019】
【実施例】以下、本発明を参考例、実施例および比較例
により具体的に説明するが、本発明は下記の例に限定さ
れるものではない。
【0020】参考例:スルーホール壁面にガラス層を設
けた充填スルーホール基板の製造平均粒径3.5μmの
−ZnO−PbO系ガラス粉末(旭硝子社製,
ASF−1400)100重量部に対して、テルピオネ
ール80重量%とエチルセルロース(結合剤)20重量
%からなるビヒクルを20重量部を加えて混練し、ガラ
スペーストを調製した。このガラスペーストを、φ=
0.2mmのスルーホール(600個)を有する純度9
6%のアルミナ基板(縦84.0mm×横69.0mm
×厚さ0.635mm)のスルーホール壁面にスクリー
ン印刷した後、800℃で40分間焼成してガラス層を
形成した。ガラス層の膜厚は7μmであった。次いで、
この基板のスルーホール内に平均粒径10μmの銀粉
末、平均粒径1μmのロジウム粉末およびビヒクル(田
中貴金属インターナショナル社製TRD−1)から調製
してなる充填用導体ペーストを印刷充填した後、850
℃で60分間焼成して導体充填セラミック基板を得た。
次いで、このセラミック基板の表面を鏡面となるまで研
磨加工を行なった後、導体充填スルーホール部分を観察
したところ、導体が欠落したものは皆無であった。
【0021】実施例:スルーホール壁面にガラス成分含
有導体層を設けた充填スルーホール基板の製造ガラス成
分を含有する市販の銀/白金ペースト(DuPont社
製,QS−171,Ag/Pt=100/1)を使用し
て膜厚10μmのガラス含有導体層をスルーホール壁面
に形成したほかは参考例と同様にして導体充填セラミッ
ク基板を作製し、セラミック基板の表面を鏡面加工し
て、導体充填スルーホール部を観察したところ、導体が
欠落したものは皆無であった。
【0022】比較例 ガラス層を形成しないこと以外は、参考例と同様に充填
スルーホール基板を作製し、参考例と同様に、セラミッ
ク基板の表面を鏡面加工し、導体充填スルーホール部を
観察したところ、導体の欠けが65%、充填導体の抜け
が12%確認された。
【0023】
【発明の効果】本発明はセラミック基板に形成されたス
ルーホールの壁面にガラス成分含有導体層を形成した
後、低収縮性の充填用導体ペーストを充填・焼成するこ
とを特徴とする導体充填スルーホールの製造方法を提供
したものである。ガラス含有導体層がセラミック基板の
スルーホール壁面と充填導体との接着性を高め、厚膜回
路あるいは薄膜回路を作製する際の平滑化加工処理時に
充填導体の欠けや抜けを生じない。また、本発明では焼
成収縮率が低い充填用導体ペーストを使用するため、焼
成前後の形状安定に優れ、この導体ペーストをスルーホ
ールに充填することにより、基板表面の配線とスルーホ
ール導体との接続の信頼性が向上し、従来のタイプのも
のに比べてスルーホール内の導体量が増加し導体抵抗が
低減化し、またスルーホール内部が導体ペーストで満た
されるのでグリーンシート積層多層配線セラミック基板
製造時におけるグリーンシートの沈み込みによる亀裂な
どの欠陥が発生せず、断線などの不都合がない信頼性の
高い配線を基板上に構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の充填スルーホールの製造方法による
セラミック配線基板製造工程の一例を示す概略断面図で
ある。
【符号の説明】
1 セラミック基板 2 スルーホール 3 ガラス含有層 4 充填導体 5 導体パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−299888(JP,A) 特開 平6−326459(JP,A) 特開 昭59−3993(JP,A) 特開 平5−81922(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 3/40 H05K 1/09 H05K 3/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック基板のスルーホール壁面に、
    導電材料粉末を含有するガラスペーストを印刷焼成して
    ガラス成分含有導体層を形成した後、低収縮性充填用導
    体ペーストを充填し焼成することを特徴とする導体充填
    スルーホールの製造方法。
  2. 【請求項2】 低収縮の充填用導体ペーストが、銀粉末
    または銅粉末を主成分とする導電材料粉末に酸化ルテニ
    ウム粉末あるいはロジウム粉末を0.1重量%以上添加
    してなる混合粉末のペーストである請求項1に記載の導
    体充填スルーホールの製造方法。
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