JP2869752B2 - セラミック多層配線基板 - Google Patents

セラミック多層配線基板

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミック多層配線基板に関し、各種電子
部品等に利用される。
〔従来の技術〕
セラミック多層配線基板としては、従来からアルミナ
等からなるセラミックグリーンシート上に、Mo粉末、W
粉末等の高融点導電材料を含むペースト又はインクを印
刷した後、これらを積層し、焼成して作製したものが広
く用いられてる。この場合、通常用いられるペースト又
はインクとしては、例えばメタライズ組成が、Mo-W-Al2
O3であるものにおいては、該Mo、W及びAl2O3全体を100
重量%とした場合、Moが4〜6重量%、Wが90〜93重量
%、Al2O32〜5重量%であるように、Wを主体とする
ものが知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、前記従来のペースト等において、その主体と
して用いられるWの電気抵抗は大きく、また焼結性が低
いため、セラミックグリーンシート上に形成される導電
層の電気抵抗も大きなものとなり、この結果セラミック
多層配線基板の性能の低下を招いていた。
本発明は、上記問題点を解決するものであり、前記ペ
ースト等の組成とMoの平均粒径の最適化を図ることによ
り、高性能なセラミック多層配線基板を提供せんとする
ものである。即ち、一方では、前記ペースト等の主体を
Moがなすように作製し、導電材料の焼結を促進し、これ
により導電層の電気抵抗の低下を図らんとし、他方で
は、Moを主体にすることにより生じ得る焼結体の反りを
該Moの平均粒径を粗くして焼結性を調節することにより
防止せんとし、結局これら両者の調和を図り、低抵抗、
且つ高信頼性を有するセラミック多層配線基板(以下、
単に「多層配線基板」という。)を提供することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、低抵抗及び高信頼性を備える多層配線
基板を得るために、鋭意研究した所、メタライズ組成と
それを構成するMo粉末の平均粒径の最適化を図ることに
より、高性能な多層配線基板を得られことを見出して、
本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本第1発明に係わる多層配線基板においては、
セラミックグリーンシート(以下、単に「グリーンシー
ト」という。)上に形成される導電層を構成するメタラ
イズ組成は、Mo-W−セラミックの3成分であり、該Mo、
W及びセラミック全体を100重量%(以下、単に「%」
という。)とした場合、Moが75%以上、セラミックが15
%以下且つ残部がWであり、及びMoが50%以上、セラミ
ックが10%以下且つ残部がWである範囲を示し、更に前
記Mo粉末の平均粒径は2.0〜4.0μmであり、 36mmφの円板状で収縮率17%のグリーンシート上に上
記ペーストまたはインクを厚さ20〜25μm、線幅0.15m
m、全長112mmのパターンで印刷し焼成した場合における
上記配線基板の反り量が0.7mm以下であり、比抵抗値が
2.0×10-6Ω・cm以下であることを特徴とする。
本第2発明に係わる多層配線基板においては、導電層
を構成するメタライズ組成はMo-Wの2成分であり、これ
ら全体を100%とした場合、Moが50%以上且つ残部がW
である範囲を示し、更に前記Mo粉末の平均粒径は2.0〜
4.0μmであり、 36mmφの円板状で収縮率17%のグリーンシート上に上
記ペーストまたはインクを厚さ20〜25μm、線幅0.15m
m、全長112mmのパターンで印刷し焼成した場合における
上記配線基板の反り量が0.7mm以下であり、比抵抗値が
2.0×10-6Ω・cm以下であることを特徴とする。
本第3発明に係わる多層配線基板においては、導電層
を構成するメタライズ組成はMo-セラミックの2成分で
あり、これら全体を100%とした場合、Moが85%以上且
つセラミックが15%である範囲を示し、更に前記Mo粉末
の平均粒径は2.0〜4.0μmであり、 36mmφの円板状で収縮率17%のグリーンシート上に上
記ペーストまたはインクを厚さ20〜25μm、線幅0.15m
m、全長112mmのパターンで印刷し焼成した場合における
上記配線基板の反り量が0.7mm以下であり、比抵抗値が
2.0×10-6Ω・cm以下であることを特徴とする。
前記セラミックとしては、通常、Al2O3が用いられる
が、これに限定されず、他に、窒化アルミニウム(Al
N)、ムライト、シリカ又はガラス等を用いることがで
きる。また、このセラミックは、グリーンシートを構成
する主成分セラミックと同材料が好ましい。
〔作用〕 セラミック多層配線基板の導電層の形成を目的にグリ
ーンシート上に印刷されるペースト又はインクのうちメ
タライズ組成がMo-W−セラミック(Mo-W又はMo−セラミ
ックの場合も同様)のものにあっては、Moの含有量を増
やすことが、導電層の電気抵抗の低下を図るためには有
効となる。更に、このMo粉末を含有させると焼結性が高
くなるため、多量のMoを含有させることにより導電材料
全体を通しての焼結性の向上が図れる。
しかし、Moの含有量の増加に伴う導電材料の焼結の促
進は、反面においては、メタライズの焼成収縮率とセラ
ミック(グリーンシートを焼成したもの)の焼成収縮率
との間に大きな差を生じさせ、これによりセラミック多
層配線基板の性能の低下につながる程の焼結体の反りを
生じさせることとなる。
この為、多少の電気抵抗の上昇は伴うもののMo粉末の
平均粒径を粗くしてメタライズの焼結性を調節すること
により、メタライズとセラミックとの間の焼成収縮率の
性が緩和されるので、多層配線基板の反り量が低下する
こととなる。
〔実施例〕
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
(1)試験例1 本試験例は、メタライズ組成がMo-W-Al2O3、Mo-W及び
Mo-Al2O3の各ペーストにおいて、これらを構成する各粉
末の含有率とこれらを用いて形成されたメタライズ層の
比抵抗及び焼結体の反り量との関係を調べたものであ
る。
抵抗測定用試験片の作製 平均粒径が1.4μmのMo粉末、平均粒径が1.3μmのW
粉末及び平均粒径が0.5μmのAl2O3粉末を準備した。
尚、この平均粒径は、LEEDS&NORTHRUP社製マイクロト
ラック(商品名)を用い、レーザー式粒度測定分布法に
より測定した。そして、累積数50%の粒径値を平均粒径
とした。
次いで、上記各粉末を取り出し、その合計が1kgにな
るように秤量を行った。ただし、上記各粉末は、後述す
る第1図のA〜Kに示す種々の割合にて取り出されてい
る。
更に、これらにアセトンを400ml加えて、アルミポッ
トミルにて24時間混合した。次いで、有機バインダーを
加え、更に24時間混合し、その後、泥繋を取り出し、ア
セトンを発揮させ印刷用ペーストA〜K(それぞれ第1
図のA〜Kに対応)を得た。
一方、Al2O3粉末(平均粒径=2.2μm)92%とSiO2
末(平均粒径=1.5μm)6.0%、CaCO3粉末(平均粒径
=1.0μm)CaO換算1.2%、MgCO3粉末(平均粒径=1.0
μm)MgO換算0.8%からなる焼結助剤(合計8.0%)を
用い、周知の方法にてグリーンシート(150×150×0.6m
m)を作製した。
次いで、第4図に示すように、このグリーンシート上
に、各印刷用ペーストA〜Kにより、両端に測定用パッ
ド(2×3mm)を持った抵抗測定用パターン(線幅;0.15
mm、全線長;112mm)を印刷した。更に、これらの抵抗測
定用パターン付グリーンシートに対して、水素雰囲気中
にて焼成を施し(1550℃×1.5時間)、抵抗測定用試験
片A〜K(それぞれ第1図のA〜Kに対応、印刷厚さ;2
0〜25μm)を作製した。尚、上記線幅及び全線長は拡
大鏡にて、印刷厚さは表面粗度計(×1000倍)にて測定
した。
反り量測定用試験片の作製 前記各印刷用ペーストA〜Kが印刷された各グリーン
シートを打ち抜き、円板状のグリーンシート(36mmφ)
を作製した。更に、これらに対しても前記抵抗測定用試
験片A〜Kの作製の場合と同様な焼成を施し、反り量測
定用試験片A〜K(それぞれ第1図のA〜Kに対応、30
mmφ)を作製した。
性能試験とその評価 前記抵抗測定用試験片A〜Kを用いて、4端子法によ
り比抵抗を測定した。
一方、反り量の測定は、反り量測定用試験片A〜Kを
用い、以下のように行った。先ず、2枚のガラス板を隙
間をあけて平行にセットし、この隙間を試験片が抵抗無
く通過できる最小隙間量(2枚のガラスの距離)を求め
た。次いで、第5図に示すように、この隙間量から前記
グリーンシートの板厚を差し引き、反り量Lを求めた。
尚、ここでの反り量としては、これが円板状の試験片の
歪みやバリ等を含むことを考慮しても0.7mm程度迄に収
まることが最も好ましい。また、反り量は、セラミック
自身の焼成収縮率の影響を受け、本試験は収縮率17%の
グリーンシートにて行われている。そして、セラミック
の焼成収縮率は±0.5%程度の設定を変える自由度があ
るため、この意味でも反り量は0.7mm以下程度であるこ
とが好ましい。
以上の試験の結果を第1図に示すMo-W-Al2O3 3成分系
図を用い、上段に比抵抗(×10-6Ω・cm)、下段に反り
量(mm)として表示する。
これによれば、比抵抗は第1図中の太線枠内の組成
(本発明の範囲)の場合に、約1.7×10-6Ω・cm以下の
低い値を示している。即ち、本試験例に示すようにMoの
含有量を多くすれば、導電層の電気抵抗の低下が図られ
る。
一方、反り量は、第1図中の太線枠内において、反り
量測定用試験片F、Jの場合には0.7mm以下という好ま
しい値となっている。なお、これ以外の範囲では反り量
がやや高い値を示している。これは、平均粒径のやや小
さな(1.4μm)Mo粉末を用いるため、メタライズ材料
の焼結が促進され過ぎ、メタライズの焼成収縮率とセラ
ミックの焼成収縮率との間に差を生じさせたためであ
る。
本発明者らは、この点についても解決するため以下の
試験例2を行った。
(2)試験例2 本試験例は、Moの平均粒径の大小が、導電層の比抵抗
及び焼結体の反り量に与える影響を調べたものである。
比抵抗の測定 第2図に示すような種々の平均粒径を有するMo粉末を
用いたこと以外は、前記試験例1における抵抗測定用試
験片A及びBと同様の試験片を製造した。次いで、これ
らについて、前記試験例1と同様の方法により比抵抗を
測定し、この結果を第2図に示す。
反り量の測定 第3図に示すような種々の平均粒径を有するMoを用い
たこと以外は、前記試験例1における反り量測定用試験
片A及びBと同様の試験片を製造した。次いで、これら
について、前記試験例1と同様の方法により反り量を測
定し、この結果を第3図に示す。
性能評価 Moの平均粒径を粗く(2μm以上)するに従い多少の
比抵抗抗の上昇は伴うもののその上昇は、第2図に示す
ように緩やかである。一方、この場合、メタライズの焼
結性は調節され、第3図に示すように反り量は著しく低
下している。
(3)実施例の効果 以上より、試験例1の低抵抗と低反り量を達成てきる
最適組成に加えて、試験例2により、更に平均粒径を大
きくすることにより比抵抗の増大に比べて反り量を著し
く低下させることができる。従って、第1図の太線枠内
のメタライズ組成で且つMo粉末の平均粒径を2μm以上
にすることにより多層配線基板に於ける比抵抗と反り量
の一層の調和が図られている。特に、Mo粉末の平均粒径
を3〜4μmとすると、多くは反り量が0.7mm以下で且
つ低抵抗を達成でき、大変実用的なものとなる。
以上のように、メタライズ組成とMo粉末の粒径の最適
化を図ることにより、低抵抗化且つ高信頼性を有するセ
ラミック多層配線基板を得ることができる。
尚、本発明においては、上記具体的実施例に示すもの
に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々
変更した実施例とすることができる。即ち、前記におい
ては、メタライズ組成に含まれるセラミックとしてはAl
2O3を用いたが、この代わりに他のセラミックを用いて
も、同様な効果が得られる。
〔発明の効果〕
本発明においては、一方においてはMoの含有量を多く
してメタライズ層の電気抵抗の低下が図られ、他方にお
いてMoの平均粒径を粗くすることで反り量の低下が図ら
れ、結局、比抵抗と反り量の調和が図られている。従っ
て、この様に、メタライズ材料の組成と粒度の最適化を
図ることにより低抵抗化且つ高信頼性を有するセラミッ
ク多層配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はメタライズ層の比抵抗及び焼結体の反り量との
関係を図示したMo-W-Al2O3 3成分を示すグラフ(Mo-W又
はMoAl2O3の場合も含む)、第2図はMoの平均粒径とメ
タライズ層の比抵抗の関係を示すグラフ、第3図はMoの
平均粒径と焼結体の反り量の関係を示すグラフ、第4図
は実施例における抵抗測定用試験片上に印刷した抵抗測
定用パターンの概略図、第5図は実施例における反り量
の測定方法を示す説明図である。 1;抵抗測定用パターン、11;測定端子、2;反り量測定用
試験片、21;メタライズ層、L;反り量。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−8172(JP,A) 特開 昭61−114403(JP,A) 特開 昭64−788(JP,A) 特開 昭63−266704(JP,A) 特開 昭61−161794(JP,A) 特開 昭61−121203(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 1/09 H05K 3/10 - 3/26 H05K 3/38,3/46

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックグリーンシート上にMo粉末及び
    W粉末の高融点導電材料及びセラミック粉末を含むペー
    スト又はインクを印刷した後、該グリーンシートを積層
    し、焼成して得られるセラミック多層配線基板におい
    て、 前記焼成により、セラミックグリーンシート上に形成さ
    れる導電層を構成するメタライズ組成は、Mo−W−セラ
    ミックであり、該Mo、W及びセラミック全体を100重量
    %とした場合、Moが75重量%以上、セラミックが15重量
    %以下且つ残部がWであり、並びにMoが50重量%以上、
    セラミックが10重量%以下且つ残部がWである範囲を示
    し、 更に、前記Mo粉末の平均粒径は2.0〜4.0μmであり、 36mmφの円板状で収縮率17%のグリーンシート上に上記
    ペーストまたはインクを厚さ20〜25μm、線幅0.15mm、
    全長112mmのパターンで印刷し焼成した場合における上
    記配線基板の反り量が0.7mm以下であり、比抵抗値が2.0
    ×10-6Ω・cm以下であることを特徴とするセラミック多
    層配線基板。
  2. 【請求項2】セラミックグリーンシート上にMo粉末及び
    W粉末の高融点導電材料を含むペースト又はインクを印
    刷した後、該グリーンシートを積層し、焼成して得られ
    るセラミック多層配線基板において、 前記焼成により、セラミックグリーンシート上に形成さ
    れる導電層を構成するメタライズ組成は、Mo−Wであ
    り、該Mo及びW全体を100重量%とした場合、Moが50重
    量%以上且つ残部がWである範囲を示し、 更に、前記Mo粉末の平均粒径は2.0〜4.0μmであり、 36mmφの円板状で収縮率17%のグリーンシート上に上記
    ペーストまたはインクを厚さ20〜25μm、線幅0.15mm、
    全長112mmのパターンで印刷し焼成した場合における上
    記配線基板の反り量が0.7mm以下であり、比抵抗値が2.0
    ×10-6Ω・cm以下であることを特徴とするセラミック多
    層配線基板。
  3. 【請求項3】セラミックグリーンシート上にMo粉末及び
    セラミック粉末を含むペースト又はインクを印刷した
    後、該グリーンシートを積層し、焼成して得られるセラ
    ミック多層配線基板において、 前記焼成により、セラミックグリーンシート上に形成さ
    れる導電層を構成するメタライズ組成は、Mo−セラミッ
    クであり、該Mo及びセラミック全体を100重量%とした
    場合に、Moが85重量%以上且つセラミックが15重量%以
    下である範囲を示し、 更に、前記Mo粉末の平均粒径は2.0〜4.0μmであり、 36mmφの円板状で収縮率17%のグリーンシート上に上記
    ペーストまたはインクを厚さ20〜25μm、線幅0.15mm、
    全長112mmのパターンで印刷し焼成した場合における上
    記配線基板の反り量が0.7mm以下であり、比抵抗値が2.0
    ×10-6Ω・cm以下であることを特徴とするセラミック多
    層配線基板。
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