JP3006310B2 - 導体ペースト組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩ，ＩＣやチップ部
品を搭載したセラミック多層配線基板の製造に用いられ
る導体ペ−スト組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミック多層基板の製造方法として、
グリ−ンシ−ト積層法と厚膜印刷多層法が知られ、広範
に利用されている。グリ−ンシ−ト積層法は高積層、微
細な配線パタ−ンが可能である反面、製造歩留りの悪さ
や配線パタ−ン変更への対応力の弱さといった難点があ
るのに対し、厚膜印刷多層法は工程が簡便で対応力もよ
く、製造歩留りもよい反面、配線パタ−ンによる基板表
面の段差のため、高積層が不可能で微細な配線パタ−ン
に対応できない。これら二者の製造法の長所を取り入れ
た方法として配線パタ−ンを絶縁層中に埋設した構造を
もつ転写シ−トをセラミック基板上に転写、積層する方
法（転写法）が提案される。

【０００３】一方，セラミック多層基板の製造技術で重
要なポイントは配線層間を接続する技術で，一般に配線
層間を接続するには，配線上の所定箇所にビア孔と呼ば
れる穴を形成し，ビア孔に導体材料を充填する方法が取
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】グリ−ンシ−ト積層法
や転写法では絶縁層と導体層を積層一体化した後に同時
焼成するので，ビア孔内部の導体材料とビア孔を形成す
る絶縁材料の焼結のタイミングを精密に合わせないと配
線とビア導体が断線したり，ビア孔内部に空隙が発生し
たりし，接続信頼性が著しく劣化する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め，本発明はビア用の導体ペ−スト組成物に，導体材料
粉末３０．０〜７０．０重量％とガラス転移温度が絶縁
材料のガラス転移温度よりも高い温度の結晶化ガラスセ
ラミック粉末３０．０〜７０．０重量％から成る無機成
分と，少なくとも有機バインダと溶剤より成る有機ビヒ
クル成分を備えた導体ペ−スト組成物を用いるものであ
る。

【０００６】

【作用】本発明は、上述したようにビア用の導体に，導
体材料粉末３０．０〜７０．０重量％とガラス転移温度
が絶縁材料のガラス転移温度よりも高い結晶化ガラスセ
ラミック粉末３０．０〜７０．０重量％から成る無機成
分と，少なくとも有機バインダと溶剤より成る有機ビヒ
クル成分を備えた導体ペ−スト組成物を用いるので，ビ
ア孔を形成する絶縁材料が焼結しビア孔が形成された後
に，ビア孔内部のビア導体材料中のガラス成分が軟化し
ビア導体が焼結するので，ビア導体部分での断線やビア
孔内部に空隙が発生せず，ビア孔にしっかりと密着した
緻密な構造のビア導体が形成できる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例について，図面を参照
しながら説明する。なお図１（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）は本発明の一実施例によるセラミック多層配線基
板の製造方法における各工程の温度プロファイルを示す
図である。図２（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例によ
るセラミック多層配線基板のビア断面を示す模式図であ
る。

【０００８】（実施例１）ビア用導体ペ−ストの原料と
して、平均粒径が約３ミクロンの銀粉末（福田金属箔粉
社製）を５０．０重量％、結晶化ガラスセラミック粉末
（日本電気硝子社製，ＭＬＳ０５，ガラス転移温度６７
０℃）を３３．４重量％、バインダとしてのエチルセル
ロ−ス系樹脂を０．８重量％、溶剤としてのテルピネオ
−ルを１５．８重量％、それぞれ用意し、これらを充分
に３本ロ−ルにて充分に混合・混練してビア用導体ペ−
ストを作製した。

【０００９】絶縁体ペ−ストの原料として、絶縁体粉末
（アルミナ＋ホウケイ酸ガラス粉末）を７０重量％、バ
インダとしてブチラ−ル系樹脂＋ベンジルブチルフタレ
−トを１５重量％、溶剤としてのブチルカルビト−ルを
１５重量％を用意し、これらを充分に３本ロ−ルにて充
分に混合・混練して絶縁体ペ−ストを作製した。なおこ
の絶縁体粉末のガラス転移温度は５７０℃である。

【００１０】表面に離型処理を施したベ−スフィルム
（ＰＥＴ）上に厚膜導体ペ−スト（京都エレックス社
製，ＤＤ１４１１）でスクリ−ン印刷により配線パタ−
ン（導体層２）を形成し、さらに絶縁体ペ−ストで配線
パタ−ン全体を覆うように絶縁層３を形成し、転写シ−
トを作製した。同様の順序で各層の配線パタ−ンを形成
した転写シ−トを作製し、各転写シ−トの所定箇所にビ
ア孔をパンチングによって穿孔した。なおビア孔は炭酸
ガスレ−ザによって穿孔してもよい。次に９６％アルミ
ナ基板上に転写シ−トを６０℃，８０ｋｇ／ｃｍ2の条
件で熱転写し、作製したビア用導体ペ−ストをビア孔に
充填した後にベ−スフィルムをはがし、同様の順序で転
写シ−トを積層して積層体を得た。

【００１１】次に得られた積層体を加熱炉内の大気中
で、脱バインダ処理した。この際の加熱条件はピ−ク温
度２７５℃、ピ−ク温度時間３６０分の図１（ａ）に示
した温度プロファイルとした。

【００１２】その後、積層体５を加熱炉内の大気中で焼
結，焼成した。加熱条件はピ−ク温度９００℃、ピ−ク
温度保持時間１０分の図１（ｂ）に示す温度プロファイ
ルとした。最後に最上部の配線（図示せず）を厚膜導体
ぺ−スト（京都エレックス社製，ＤＤ２３３２Ｈ）でス
クリ−ン印刷により形成し、大気中で焼成した。加熱条
件はピ−ク温度９００℃、ピ−ク温度保持時間１０分の
図１（ｂ）に示す温度プロファイルとした。こうして得
られた多層配線基板のビア孔２は、導体層３との接触部
分での断線やビア孔２内部の空隙等が発生せず、ビア孔
２の内壁にしっかりと密着した緻密な構造のビア導体１
が形成できた。これの体積抵抗は２．７Ｅ−４ｏｈｍ・
ｃｍであった。図２（ａ）に本実施例で得られたビア導
体１部分の断面を示す。

【００１３】なお，ビア用導体ペ−スト中の銀とガラス
セラミックの比率を変化させたものを作成して、同様に
多層配線基板を製造した。この時、銀の比率が３０重量
％以上含有されていないビア導体ペ−スト（ガラスセラ
ミック成分が多い）を用いたものでは、断面が図２
（ａ）に示したような構造のビアが形成されたが、ガラ
ス成分が多すぎるために導通が得られなかった。一方、
銀の比率が７０重量％を越えるビア導体ペ−スト（銀が
多い）を用いたものでは、断面が図２（ｂ）に示したよ
うな構造のビアとなった。

【００１４】（実施例２）ビア用導体ペ−ストの原料と
して、平均粒径が約３ミクロンの酸化銅粉末（京都エレ
ックス社製，ＣＢ２５０粉砕）を５０．０重量％、ガラ
ス粉末（日本電気硝子社製，ＭＬＳ０５，ガラス転移温
度６７０℃）を３３．４重量％、バインダとしてのエチ
ルセルロ−ス系樹脂を０．８重量％、溶剤としてのテル
ピネオ−ルを１５．８重量％、それぞれ用意し、これら
を充分に３本ロ−ルにて充分に混合・混練してビア用導
体ペ−ストを作製した。

【００１５】導体ペ−ストの原料として、平均粒径が約
３ミクロンの酸化銅粉末（京都エレックス社製，ＣＢ２
５０粉砕）を８５．５重量％、バインダとしてブチラ−
ル系樹脂＋ベンジルブチルフタレ−トを１１．５重量
％、溶剤としてのブチルカルビト−ルを３重量％を用意
し、これらを充分に３本ロ−ルにて充分に混合・混練し
て配線導体ペ−ストを作製した。

【００１６】絶縁体ペ−ストの原料として、（実施例
１）と同様の絶縁体粉末を７０重量％、バインダとして
ブチラ−ル系樹脂＋ベンジルブチルフタレ−トを１５重
量％、溶剤としてのブチルカルビト−ルを１５重量％を
用意し、これらを充分に３本ロ−ルにて充分に混合・混
練して絶縁体ペ−ストを作製した。

【００１７】表面に離型処理を施したベ−スフィルム
（ＰＥＴ）上に作製した配線導体ペ−ストでスクリ−ン
印刷により配線パタ−ン（導体層３）を形成し、さらに
絶縁体ペ−ストで配線パタ−ン全体を覆うように絶縁層
４を形成し、転写シ−トを作製した。同様の順序で各層
の配線パタ−ンを形成した転写シ−トを作製し、各転写
シ−トの所定箇所にビア孔を炭酸ガスレ−ザによって穿
孔した。なおビア孔はパンチングによって穿孔してもよ
い。次に９６％アルミナ基板上に転写シ−トを６０℃，
８０ｋｇ／ｃｍ2の条件で熱転写し、作製したビア用導
体ペ−ストをビア孔に充填した後にベ−スフィルムをは
がし、同様の順序で転写シ−トを積層して積層体を得
た。次に得られた積層体を加熱炉内の大気中で、脱バイ
ンダ処理した。この際の加熱条件はピ−ク温度４５０
℃、ピ−ク温度時間１２０分の図１（ｃ）に示した温度
プロファイルとした。

【００１８】しかる後、積層体中の導体成分である酸化
銅の還元処理を、加熱炉内の水素ガス雰囲気中で行っ
た。加熱条件はピ−ク温度３５０℃、ピ−ク温度時間１
８０分の図１（ｄ）に示した温度プロファイルとした。

【００１９】さらに積層体を加熱炉内の窒素ガス雰囲気
中で焼結・焼成した。加熱条件はピ−ク温度９００℃、
ピ−ク温度時間１０分の図１（ｂ）に示した温度プロフ
ァイルとした。こうして得られた多層配線基板のビア
は、ビア導体１と配線導体２の接触部分での断線やビア
孔内部の空隙が発生せず，ビア孔内壁にしっかりと密着
した緻密な構造のビア導体１が形成できた。ビア導体の
体積抵抗は３．０Ｅ−４ｏｈｍ・ｃｍであった。図２
（ａ）に本実施例で得られたビア部断面の模式図を示
す。

【００２０】なお、ビア導体ペ−スト中の酸化銅とガラ
スの比率を変化させたものを作成して、同様に多層配線
基板を製造した。この時、酸化銅の比率が３０重量％以
上含有されていないビア導体ペ−スト（ガラスセラミッ
ク成分が多い）を用いたものでは、断面が図２（ａ）に
示したような構造のビアが形成されたが、ガラス成分が
多すぎるために導通が得られなかった。一方、酸化銅の
比率が７０重量％を越えるビア導体ペ−スト（銅が多
い）を用いたものでは、断面が図２（ｂ）に示したよう
な構造のビアとなった。

【００２１】（実施例３）ビア用導体ペ−ストの原料と
して、平均粒径が約１ミクロンの酸化ルテニウム粉末
（田中貴金属社製）を５０．０重量％、結晶化ガラスセ
ラミック粉末（日本電気硝子社製，ＭＬＳ０５）を３
３．４重量％、バインダとしてのエチルセルロ−ス系樹
脂を０．８重量％、溶剤としてのテルピネオ−ルを１
５．８重量％、それぞれ用意し、これらを充分に３本ロ
−ルにて充分に混合・混練してビア用導体ペ−ストを作
製した。

【００２２】導体ペ−ストの原料として、平均粒径が約
１〜３ミクロンの酸化銅粉末（京都エレックス社製，Ｃ
Ｂ２５０粉砕）を８５．５重量％、バインダとしてブチ
ラ−ル系樹脂＋ベンジルブチルフタレ−トを１１．５重
量％、溶剤としてのブチルカルビト−ルを３重量％を用
意し、これらを充分に３本ロ−ルにて充分に混合・混練
して導縁体ペ−ストを作製した。絶縁体ペ−ストの原料
として、（実施例１）と同様の絶縁体粉末を７０重量
％、バインダとしてブチラ−ル系樹脂＋ベンジルブチル
フタレ−トを１５重量％、溶剤としてのブチルカルビト
−ルを１５重量％を用意し、これらを充分に３本ロ−ル
にて充分に混合・混練して絶縁体ペ−ストを作製した。

【００２３】表面に離型処理を施したベ−スフィルム
（ＰＥＴ）上に作製した導体ペ−ストでスクリ−ン印刷
により配線パタ−ン（導体層３）を形成し、さらに絶縁
体ペ−ストで配線パタ−ン全体を覆うように絶縁層４を
形成し、転写シ−トを作製した。同様の順序で各層の配
線パタ−ンを形成した転写シ−トを作製し、各転写シ−
トの所定箇所にビア孔を炭酸ガスレ−ザによって穿孔し
た。なおビア孔はパンチングによって穿孔してもよい。
次に９６％アルミナ基板上に転写シ−トを６０℃，８０
ｋｇ／ｃｍ2の条件で熱転写し、作製したビア用導体ペ
−ストをビア孔に充填した後にベ−スフィルムをはが
し、同様の順序で転写シ−トを積層して積層体を得た。

【００２４】次に得られた積層体を加熱炉内の大気中
で、脱バインダ処理した。この際の加熱条件はピ−ク温
度４５０℃、ピ−ク温度時間１２０分の図１（ｃ）に示
した温度プロファイルとした。

【００２５】しかる後、積層体中の導体成分である酸化
銅の還元処理を、加熱炉内の水素ガス雰囲気中で行っ
た。加熱条件はピ−ク温度３５０℃、ピ−ク温度時間１
８０分の図１（ｄ）に示した温度プロファイルとした。

【００２６】さらに積層体を加熱炉内の窒素ガス雰囲気
中で焼結・焼成した。加熱条件はピ−ク温度９００℃、
ピ−ク温度時間１０分の図１（ｂ）に示した温度プロフ
ァイルとした。こうして得られた多層配線基板のビア
は、（実施例１）や（実施例２）と同様にビア導体１と
配線導体２の接触部分での断線やビア孔内部の空隙が発
生せず、ビア孔内壁にしっかりと密着した緻密な構造の
ビア導体１が形成できた。これの体積抵抗は２．３Ｅ−
３ｏｈｍ・ｃｍであった。

【００２７】なお、ビア導体ペ−スト中の酸化ルテニウ
ムとガラスセラミックの比率を変化させたものを作成し
て、同様に多層配線基板を製造した。この時、酸化ルテ
ニウムの比率が３０重量％以上含有されていないビア導
体ペ−スト（ガラスセラミック成分が多い）を用いたも
のでは、断面が図２（ａ）に示したような構造のビアが
形成されたが、ガラスセラミック成分が多すぎるために
導通が得られなかった。一方、酸化ルテニウムの比率が
７０重量％を越えるビア導体ペ−スト（ルテニウムが多
い）を用いたものでは、断面が図２（ｂ）に示したよう
な構造のビアとなった。

【００２８】以上の（実施例１）から（実施例３）で
は、ガラス転移温度５７０℃の絶縁層材料に対して、ビ
ア導体中のガラスセラミックの軟化温度が６７０℃のも
のを用いたが、これは５７０℃以上のものであれば組成
などによって制限を受けることはない。しかしながら、
容易に類推できるように、強度や絶縁抵抗、配線抵抗お
よび信頼性などの特性的観点から、絶縁層材料と配線導
体材料に対して要求される焼成温度（以上の実施例の場
合は９００℃）以下において、軟化すべきガラスセラミ
ックでなければならない。

【００２９】また、以上の実施例で用いた絶縁層材料
は、ホウケイ酸ガラスにアルミナをフィラ−として含有
する材料であるが、このガラスとしてはホウケイ酸鉛
系、ホウケイ酸カルシウム系などのホウケイ酸塩系ガラ
スをはじめ、一般に電気的絶縁を目的とした特性を備え
たガラスであれば問題なく使用することができる。フィ
ラ−としても石英やフォルステライトなど、電気的絶縁
特性に優れた材料であれば本発明において使用できる。

【００３０】（実施例４） （実施例１）から（実施例３）に示したビア導体ペ−ス
ト中のガラスセラミックをＭＬＳ２７（日本電気硝子社
製、試作品、ガラス転移温度５２０℃）にかえて同様に
ビア導体ペ−ストを作成した。

【００３１】次に（実施例１）から（実施例３）で用い
た絶縁体粉末にかえて、ガラス転移温度が４５０℃の絶
縁体粉末（アルミナ＋石英＋ホウケイ酸鉛ガラス）を用
いて、絶縁体ペ−ストを作成し、焼成温度を８５０℃と
して同様の方法で多層配線基板を製造した。得られた多
層配線基板のビアは、（実施例１）から（実施例３）で
示したものと同等の形状、構造および特性を有するもの
であった。

【００３２】以上の実施例においては、ビア導体の導電
成分として銀、銅およびルテニウムを用いた例を挙げて
説明したが、この導電成分としては、絶縁層材料と配線
導体材料の種類、およびそれによって要請される熱処理
プロセス条件に応じて、パラジウムや銀−パラジウム、
白金や白金−パラジウム、金、ニッケルなどを選択して
使用することができる。

【００３３】また、積層方法としても上記実施例のよう
な熱転写法だけでなく、グリ−ンシ−ト法にも本発明が
適用できることはいうまでもなく、従って、本発明はセ
ラミック多層配線基板以外にも、配線層間の導通が必要
とされる電子部品の製造に広く応用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明は、ビア用の導体
に，導体材料粉末３０．０〜７０．０重量％とガラス転
移温度が絶縁材料のガラス転移温度よりも高い結晶化ガ
ラスセラミック粉末３０．０〜７０．０重量％から成る
無機成分と，少なくとも有機バインダと溶剤より成る有
機ビヒクル成分を備えた導体ペ−スト組成物を用いるの
で，ビア孔を形成する絶縁材料が軟化し焼結してビア孔
が形成された後に，ビア孔内部のビア導体材料中のガラ
ス成分が軟化しビア導体が焼結するので，ビア導体部分
での断線やビア孔内部に空隙が発生せず，ビア孔にしっ
かりと密着した緻密な構造の信頼性の高いビア導体が形
成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例による多層配線基板
の製造方法における脱バインダ工程の温度プロファイル
を示す関係図 （ｂ）は同じく焼結・焼成工程の温度プロファイルを示
す関係図 （ｃ）は同じく脱バインダ工程の温度プロファイルを示
す関係図 （ｄ）は同じく還元工程の温度プロファイルを示す関係
図

【図２】（ａ）は本発明の一実施例による多層配線基板
のビア断面の模式図 （ｂ）は同多層配線基板のビア断面の模式図

【符号の説明】

１ ビア導体 ２ ビア孔 ３ 導体層 ４ 絶縁層 ５ 積層体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 祐伯 聖 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 箱谷 靖彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 三浦 和裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−108203（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−144316（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01B 1/20 - 1/22 H01B 1/16 C04B 41/88 H05K 1/09

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック多層配線基板のビア用導体ペ−
   ストにおいて，導体材料粉末３０．０〜７０．０重量％
   とガラス転移温度が絶縁材料のガラス転移温度よりも高
   い温度の結晶化ガラスセラミック粉末３０．０〜７０．
   ０重量％から成る無機成分と，少なくとも有機バインダ
   と溶剤より成る有機ビヒクル成分を備えたことを特徴と
   する導体ペ−スト組成物。
2. 【請求項２】導体材料が，銀，酸化銅，酸化ルテニウ
   ム，金，銅，パラジウム，白金，ニッケル，もしくはそ
   れらの合金であることを特徴とする請求項１記載の導体
   ペ−スト組成物。