JP2842707B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は混成集積回路装置等に使
用される回路基板に関し、より詳細には内部にタングス
テン(W) 、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)等の高融点金
属から成る配線導体を、外表面に銅(Cu)から成る回路導
体を有する回路基板の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子等の能動部品や抵抗
器、コンデンサ等の受動部品を多数搭載し、所定の電子
回路を構成するようになした混成集積回路装置は、通
常、内部にタングステン(W) 、モリブデン(Mo)、マンガ
ン(Mn)等の高融点金属から成る配線導体を埋設した絶縁
基体の外表面に銅(Cu)から成る回路導体をその一部が前
記配線導体と接続するようにして被着させた構造の回路
基板を準備し、次に前記回路基板の表面に半導体素子や
コンデンサ、抵抗器等を載置させるとともに各々の電極
端子を回路導体に半田(Sn-Pb合金) 等を介し接合させる
ことによって形成されている。

【０００３】尚、かかる従来の混成集積回路装置等に使
用される回路基板は一般にセラミックスの積層技術及び
スクリーン印刷等の厚膜技術を採用することによって製
作されており、具体的には以下の方法によって製作され
る。

【０００４】即ち、まず、アルミナ(Al ₂ O ₃ ) 、シ
リカ(SiO₂ ) 、マグネシア(MgO) 、カルシア(CaO) 等の
電気絶縁性に優れたセラミックス原料粉末に有機溶剤、
溶媒を添加混合して複数枚のセラミック生シートを得る
とともに該各セラミック生シートの上下面にタングステ
ン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成る
導電ペーストを従来周知のスクリーン印刷等の厚膜手法
を採用することによって所定パターンに印刷塗布する。

【０００５】次に前記各セラミック生シートを積層
し、積層体を得るとともにこれを約1500℃の温度で焼成
し、内部及び表面にタングステン、モリブデン、マンガ
ン等の高融点金属から成る配線導体を有する絶縁基体を
得る。

【０００６】そして最後に前記絶縁基体の外表面に、
銅(Cu)粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た銅ペー
ストを従来周知のスクリーン印刷法によりその一部が前
記配線導体と接続するようにして塗布させるとともにこ
れを中性雰囲気( 窒素雰囲気)中、約900 ℃の温度で焼
成し、銅粉末を絶縁基体及び配線導体上に被着させるこ
とによって製品としての回路基板となる。

【０００７】しかしながら、この従来の回路基板は配線
導体を形成するタングステン、モリブデン、マンガン等
と回路導体を形成する銅との濡れ性( 反応性) が悪いこ
とから配線導体の一部に回路導体を被着させたとしても
両者の密着性は悪く、その結果、配線導体と回路導体と
の間の電気的導通が極めて悪いという欠点を有してい
た。

【０００８】そこで上記欠点に鑑み、配線導体の外表面
で回路導体が接触する部位にタングステン、モリブデ
ン、マンガン及び銅と濡れ性( 反応性) の良いニッケル
を中間金属層として層着介在させ、配線導体と回路導体
との密着性を向上させることが提案されている( 特開昭
58 30194 号参照) 。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記回
路配線においては、銅ペーストを約800 ℃の温度で焼成
し、回路導体を配線導体上に中間金属層を間に挟んで被
着させる際、回路導体を形成する銅と中間金属層を形成
するニッケルとの間に相互拡散が起こり、回路導体の銅
の一部が濡れ性( 反応性) の悪いタングステン、モリブ
デン等から成る配線導体に直接接触して配線導体と回路
導体の密着性が劣化し、同時に両者間の電気的導通が被
着後は良好なものの温度サイクル等のストレスが印加さ
れると配線導体と回路導体の熱膨張係数の差に起因して
大きく低下してしまうという欠点を有していた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はタングステン、
モリブデン、マンガンの少なくとも１種から成る配線導
体を設けた絶縁基体の外表面に、銅から成る回路導体を
その一部が前記配線導体と接触するようにして被着させ
た回路基板において、前記配線導体と回路導体の接触部
に、ニッケルに０．１乃至４０重量％のタングステンと
０．０１乃至３０重量％のリンを含有させた中間金属層
を介在することを特徴とするものである。

【００１１】

【実施例】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図１は本発明の回路基板を説明するための一部拡大
断面図であり、1 は電気絶縁性の材料から成る絶縁基体
である。

【００１２】前記絶縁基体1 は、例えばアルミナセラミ
ックス等の電気絶縁材料から成り、アルミナ(Al ₂ O
₃ ) 、シリカ(SiO₂ ) 、マグネシア(MgO) 、カルシア
(CaO) 等のセラミックス原料粉末に有機溶剤、溶媒を添
加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレー
ド法を採用することによってセラミック生シートを得、
しかる後、前記セラミック生シートに適当な穴あけ加工
を施すとともに複数枚積層し、還元雰囲気中、約1500℃
の温度で焼成することによって製作される。

【００１３】また前記絶縁基体1 にはその内部から上面
に導出する配線導体2 が設けてあり、該配線導体2 はタ
ングステン、モリブデン、マンガンの少なくとも1 種よ
り形成されている。

【００１４】前記配線導体2 はタングテン、モリブデ
ン、マンガンの粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して導
体ペーストを作り、該導体ペーストを前記セラミック生
シートの上下面にスクリーン印刷等により所定パターン
に印刷塗布させておくことによって絶縁基体1 の内部及
び表面に被着形成される。

【００１５】前記配線導体2 はその露出外表面で少なく
とも後述する回路導体4 が被着される部位に中間金属層
3 が被着形成されており、該中間金属層3 は配線導体2
の露出外表面に電解メッキ法、無電解メッキ法等を採用
することによって被着形成される。

【００１６】前記中間金属層３はニッケルに０．１乃至
４０重量％のタングステンと０．０１乃至３０重量％の
リンを含有させたものから成り、かかる中間金属層３は
配線導体２と回路導体４の両方に濡れ性（反応性）が良
く、配線導体２上に回路導体４を被着させた場合、両者
は密着して両者間の電気的導通を極めて優れたものとな
す。

【００１７】前記中間金属層3 を構成するニッケルに含
有されるタングステンはニッケルと銅の相互拡散を抑制
する材料であり、配線導体2 上に中間金属層3 を間に挟
んで回路導体4 を被着させたとしても回路導体4 の銅の
一部が中間金属層3 を拡散して配線導体2 に直接接触す
ることは一切なく、これによって配線導体2 と回路導体
4 との密着性をより完全なものとなし、両者の電気的導
通を極めて良いものとなすことができる。

【００１８】尚、前記中間金属層3 を構成するニッケル
に含有されるタングステンはその含有量が0.1 重量％未
満であると銅の拡散の抑止効果が弱まり、回路導体4 を
構成する銅の一部が中華金属層3 内を拡散して配線導体
2 に直接接触し、配線導体2と回路導体4 との密着性を
劣化させてしまい、また含有量が40重量％を越えると中
間金属層3 と回路導体4 との濡れ性( 反応性) が悪くな
り、回路導体4 を配線導体2 に密着性良く被着させるこ
とができなくなる。従って、中間金属層3 を構成するニ
ッケルに含有されるタングステンはその含有量が0.1 乃
至40.0重量％の範囲に特定される。

【００１９】また前記中間金属層3 を構成するニッケル
に含有されるリンは中間金属層3 表面に酸化物膜が形成
されるのを抑制する材料であり、配線導体2 上に中間金
属層3 を間に挟んで回路導体4 を被着させたとしても中
間金属層3 表面に酸化物膜が形成されて中間金属層3 と
回路導体4 の密着性が劣化することは一切なく、これに
よって配線導体2 と回路導体4 との密着性をより完全な
ものとなし、両者の電気的導通を極めて良いものとなす
ことができる。

【００２０】尚、前記中間金属層3 を構成するニッケル
に含有されるリンはその含有量が0.01重量％未満である
と中間金属層3 表面に酸化物膜が形成されるのを抑止す
る効果が弱まり、中間金属層3 と回路導体4 との密着性
が悪くなって配線導体2 と回路導体4 との密着性を劣化
させてしまい、また含有量が30重量％を越えると中間金
属層3 が硬く、脆くなり、温度サイクル等の熱ストレス
が印加されるとクラックを発生して配線導体2 と回路導
体4 との電気的導通が悪くなってしまう。従って、中間
金属層3 を構成するニッケルに含有されるリンはその含
有量が0.01乃至30重量％の範囲に特定される。

【００２１】また前記中間金属層3 はその厚みが0.1 μ
m未満であると回路導体4 を形成する銅の拡散を完全に
防止することができず、回路導体4 の一部が中間金属層
3 を拡散して配線導体2 に直接接触し、配線導体2 と回
路導体4 との密着性が劣化する傾向にあり、また10.0μ
m を越えると中間金属層3 に内部応力によるクラックが
発生し、回路導体4 の一部が中間金属層3 のクラックを
介して配線導体2 に直接接触し、配線導体2 と回路導体
4 との密着性が劣化する傾向にあることから中間金属層
3 の厚みは0.1 乃至10.0μm の範囲としておくことが好
ましい。

【００２２】前記配線導体2 に被着させた中間金属層3
の外表面及び絶縁基体1 の外表面には銅から成る回路導
体4 が被着されており、該回路導体4 には半導体素子等
の能動部品や抵抗器、コンデンサ等の受動部品の各電極
端子が接続される。

【００２３】前記回路導体4 は銅の粉末にガラス粉末及
びと有機溶剤、溶媒を添加混合して銅ペーストを作り、
該銅ペーストをその一部が配線導体2 に被着させた中間
金属層3 と接触するようにして絶縁基体1 の外表面に印
刷塗布し、しかる後、これを中性雰囲気中、約800 ℃の
温度で焼成することによって絶縁基体1 の外表面に被着
される。

【００２４】尚、この場合、配線導体2 の外表面には回
路導体4 が拡散し難く、回路導体4と濡れ性( 反応性)
の良い中間金属層3 ガ介在されているため配線導体2 に
回路導体4 を密着性良く、かつ両者の電気的導通を良好
として被着させることができる。

【００２５】かくしてこの回路基板はその表面に半導体
素子や抵抗器、コンデンサ等が載置され、該半導体素子
等を回路導体に半田を介し接合させることによって混成
集積回路装置となる。

【００２６】尚、本発明は上述の実施例ニ限定されるも
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々
の変更は可能であり、例えば、絶縁基体1の外表面に被
着させた回路導体4 の表面にニッケル(Ni)、鉄(Fe)、マ
ンガン(Mn)の少なくとも1 種を主成分とする被覆層を0.
2 乃至12.0μm の厚みに層着させておくと、該被覆層が
回路導体4 に半導体素子やコンデンサ等の電極端子を半
田を介して接合させる際、回路導体4 と半田との濡れ性
を改善し、回路導体4 に半導体素子やコンデンサ等の電
極端子を強固に接合させることができる。従って、回路
導体4 に半導体素子や抵抗器等を強固に接合させるため
には回路導体4 の表面にニッケル(Ni)、鉄(Fe)、マンガ
ン(Mn)の少なくとも1 種を主成分とする被覆層を0.2 乃
至12.0μm の厚みに層着させておくことが好ましい。

【００２７】また前記被覆層の外表面に金(Au)から成る
層を0.1 乃至5.0 μm の層厚に層着させておくと被覆層
の酸化腐食を有効に防止するとともに半導体素子やコン
デンサ等の電極端子を回路導体4により強固に接合させ
ることができる。従って、被覆層の外表面には更に金か
ら成る層を0.1 乃至5.0 μm の範囲に層着させておくこ
とが好ましい。

【００２８】本発明の回路基板によれば配線導体と回路
導体の間に、ニッケルに０．１乃至４０重量％のタング
ステンと０．０１乃至３０重量％のリンを含有させた中
間金属層を介在させたことから配線導体と回路導体とを
両者間の電気的導通を良好として密着性良く被着させる
ことができ、混成集積回路装置等に使用される回路基板
として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる回路基板を説明するための一部
拡大断面図である。

【符号の説明】

１・・・絶縁基体 ２・・・配線導体 ３・・・中間金属層 ４・・・回路導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−191098（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−150097（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−209783（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 1/09,3/10 - 3/26 H05K 3/38,3/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タングステン、モリブデン、マンガンの少
   なくとも１種から成る配線導体を設けた絶縁基体の外表
   面に、銅から成る回路導体をその一部が前記配線導体と
   接触するようにして被着させた回路基板において、前記
   配線導体と回路導体の接触部に、ニッケルに０．１乃至
   ４０重量％のタングステンと０．０１乃至３０重量％の
   リンを含有させた中間金属層を介在することを特徴とす
   る回路基板。
2. 【請求項２】前記中間金属層の厚みが０．２乃至１０．
   ０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の回路基
   板。