JP3071514B2 - 多層回路基板 - Google Patents

多層回路基板

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  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Printing Elements For Providing Electric Connections Between Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多層回路基板、特にビ
アホール導体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子機器に使用する回路基板は、高密度
化、高速化、高信頼性化、低価格化が要求されている。
従来この要求に応えるために、ガラス−エポキシなどの
有機基板、もしくはMo、Wなどの高融点金属材料を内
部配線としたアルミナセラミック多層配線基板が用いら
れていた。しかし、近年先に述べた高密度化などの要求
が一層厳しくなっている。ガラス−エポキシなどの有機
基板は熱膨張係数が大きく、熱伝導率が高いため、熱的
信頼性が劣り、またアルミナセラミックを用いた多層回
路基板は内部配線材料としてMo、Wなどを用いるた
め、導体抵抗が大きく、高速化に充分に対応できないも
のであった。
【0003】そこで、上述の欠点を解決すべく、ガラス
フリットにアルミナセラミックフィラーを添加した基板
材料に、金、銀、銅など低融点貴金属の内部配線材料を
用いた多層回路基板が提案されている。
【0004】上記内部配線材料の金、銀、銅のうち、金
は高価であり、また銅は、還元性又は中性雰囲気中に焼
成しなくてはならず、脱バインダー工程が困難になるな
どの問題点をもっており、結局、内部配線材料として、
銀が有望視されている。しかし内部配線材料に銀を用い
る場合においても、基板材料の焼結反応よりも、銀の焼
結反応が先に完了してしまい、基板の反りが発生した
り、内部配線間を導通するビアホール導体が基板から剥
離してしまうという問題点があった。このため、内部配
線又はビアホール導体材料として、銀粉末に所定量の非
晶質ガラスからなる無機結合剤を均質混合した導体ペー
ストにより形成して、銀の過焼結反応を抑制ししてい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記非晶質ガラスを含
む導体ペーストを用いて内部配線パターン及びビアホー
ルに厚膜技法でもって印刷・供給しても、特に基板焼成
後、ビアホール導体中に空隙が生じていた。小さい空隙
は一方方向に5〜10μmの空間を有し、大きい空隙は
30μmであった。さらに、非晶質ガラスは流動性が高
いため、その空隙にで非晶質ガラス成分が滞留してしま
っていた。このため、導通抵抗が劣化したり、大きな空
隙においては導通不良が発生するという問題点があっ
た。
【0006】
【課題を解決するための具体的な手段】本発明は、セラ
ミック材料とガラス材料からなる基板を積層した本体
と、前記基板の上下面に配置された配線とを備え、且つ
前記配線が基板に設けられたビアホール導体を介して接
続されて成る多層回路基板において、前記ビアホール導
体は、導電性粉末とβ石英固溶体を主成分とする無機結
合剤とを焼結させたものから成ることを特徴とする多層
回路基板である。
【0007】
【作用】本発明によれば、無機結合剤としてβ石英固溶
体を主成分したガラスフリットを用いると、ビアホール
導体の空隙が極めて小さいものとなり、緻密な導体がえ
られ、その空隙の発生が極小化する。このため空隙にガ
ラス成分が滞留することがなくなる。これは、非晶質ガ
ラスフリットに対してβ石英固溶体を主成分したガラス
フリットは流動性が安定しているためと考えられる。こ
の空隙の発生は、SEM断層写真によっても極めて微小
になることが確認され、安定した導通が得られるものと
なる。
【0008】
【実施例】以下、本発明を詳説する。図1は本発明に係
る多層回路基板の断面図である。
【0009】1は多層回路基板、2a〜2eは基板本
体、3・・・は内部配線、4・・・はビアホール導体、
5は表面配線、6は電子部品である。尚、図では5層の
基板本体2a〜2eを積層した多層回路基板を例で説明
する。
【0010】基板本体2a〜2eは、ガラス−セラミッ
クから構成され、内部配線3は、Agを主成分とした導
体であり、ビアホール導体4は基板本体2a〜2eを貫
通するスルーホール4aに充填され、内部配線3間及び
内部配線3と表面配線5間に形成されている。表面配線
5は、Ag、又はCuを主成分とした導体であり、所定
回路パターン形状に形成されている。電子部品6は、回
路動作に応じて適時搭載されるものであり、ICチッ
プ、コンデンサ、抵抗などからなる。
【0011】次に、上述の多層回路基板の製造方法を説
明する。先ず、基板本体2a〜2eとなるグリーンシー
トが形成される。具体的には、Al2 3 ・SiO2
ZnO・MgOから成るガラス成分が55〜90重量%
に、アルミナ、ムライトなどの無機物フィラーが10〜
45重量%を添加し、さらに有機ビヒクルを添加した
後、ドクターブレード法などによって、例えば、厚み1
50μmのグリーンシートとなり、所定形状に切断され
る。
【0012】上述の基板本体2a〜2eと成るグリーン
シート上に、回路配線に応じて、ビアホール導体4とな
る複数のスルーホール4aが形成される。このスルーホ
ール4aの径として、例えば125μm程度である。こ
のスルーホール4aが形成され、グリーンシート上に、
内部配線3及びスルーホール4aに導電性ペーストが厚
膜技法によって印刷・充填される。導電性ペーストは、
銀及び銀合金の導電性粉末とβ石英固溶体を主成分とす
る無機結合剤(ガラスフリット)と有機ビヒクルとが均
質混練されて成るものである。
【0013】次に、内部配線3及びスルーホール4aに
導電性ペーストを充填したグリーンシートを積層し、8
0℃、約200kg重の熱圧着して積層体を形成する。
【0014】次に、続いて、基板本体2a〜2e、内部
配線3、ビアホール導体4を、焼成温度800〜900
℃、大気雰囲気中で一体焼結を行う。
【0015】次に、焼結基板の表面に現れるビアホール
導体4と接続するように、表面配線5が形成される。具
体的には、Cuを主成分とした市販の導電製ペースト
(デュポン社製No6001)を厚膜技法でもって形成
され、乾燥後、還元性雰囲気で600℃で焼結される。
【0016】最後に、表面配線5上に、回路動作に応じ
て、ICチップ、抵抗、コンデンサなどの電子部品6が
半田接合される。
【0017】尚、表面配線5を形成する前後に、必要に
応じて厚膜抵抗体膜やガラス絶縁膜などを形成してもよ
い。
【0018】本発明において、上述のグリーンシートに
形成したスルーホール4aに充填されたビアホール導体
4が、Ag、Ag−PdなどのAgを主成分にした導電
成分と、該導電成分に分散されたβ石英固溶体を主成分
とする無機結合剤とから成っている。
【0019】このようなビアホール導体4を達成するた
めの導電性ペーストの組成として、例えば、次のような
ものが挙げられる。
【0020】例1 導電性粉末(Ag) 有機ビヒクルを除く固体成分に対して85容量% 無機結合剤(β石英固溶体) 同 15容量% 有機ビヒクル 有機樹脂(エチルセルロース) 有機溶剤 (2、2、4-トリメチル-1、3-ヘ゜ンタンシ゛オールモノイソフ゛チレート)。
【0021】例2 導電性粉末(Ag) 有機ビヒクルを除く固体成分に対して70容量% 無機結合剤(β石英固溶体) 同 30容量% 有機ビヒクル 有機樹脂(エチルセルロース) 有機溶剤 (2、2、4-トリメチル-1、3-ヘ゜ンタンシ゛オールモノイソフ゛チレート)。
【0022】例3 導電性粉末(Ag) 有機ビヒクルを除く固体成分に対して55容量% 無機結合剤(β石英固溶体) 同 45容量% 有機ビヒクル 有機樹脂(エチルセルロース) 有機溶剤 (2、2、4-トリメチル-1、3-ヘ゜ンタンシ゛オールモノイソフ゛チレート)。
【0023】例4 導電性粉末(Ag) 有機ビヒクルを除く固体成分に対して92容量% 無機結合剤(β石英固溶体) 同 8容量% 有機ビヒクル 有機樹脂(エチルセルロース) 有機溶剤 (2、2、4-トリメチル-1、3-ヘ゜ンタンシ゛オールモノイソフ゛チレート)。
【0024】例1〜例4のいずれの導電性ペーストにつ
いても、導電性粉末Agは平均粒径3〜10μmであ
り、β石英固溶体の平均粒径は3〜6μmである。その
導電性ペーストの軟化点は781℃であった。
【0025】例1〜例4の導電性ペーストにより、一枚
のグリーンシートの厚み150μm、スルーホールの径
125μmにビアホール導体4を形成すると、導電性ペ
ースト中の有機ビヒクルは消失してしまい、実質的に
は、導電性成分及び無機結合成分のみが在留することに
なる。このような導電性成分及び無機結合成分のみのビ
アホール導体4の導体不良率は、例1、例2、例4の導
電性ペーストでは全くなく、例3の導電性ペーストによ
るビアホール導体4が0.04%であった。
【0026】これは、導電性ペースト中のβ石英固溶体
は、軟化し流動は起こすものの、流動性が従来より使用
されている非晶質ガラスに比較して少ないためと考えら
れる。一般に流動性が固いガラスフリットでは、導体性
粉末の粒子間を移動し、導体の外部へと移動する。ビア
ホール導体4においては、空隙に流動したガラス成分が
析出されることになる。
【0027】ここで、従来においては、次に示す導電性
ペーストが多用されていた。 例5 導電性粉末(Ag) 有機ビヒクルを除く固体成分に対して85容量% 無機結合剤 (B2 O 3 -SiO2 -BaO-CaO) 同 15容量% 有機ビヒクル 有機樹脂(エチルセルロース) 有機溶剤 (2、2、4-トリメチル-1、3-ヘ゜ンタンシ゛オールモノイソフ゛チレート)。
【0028】例6 導電性粉末(Ag) 有機ビヒクルを除く固体成分に対して70容量% 無機結合剤 (B2 O 3 -SiO2 -BaO-CaO) 同 30容量% 有機ビヒクル 有機樹脂(エチルセルロース) 有機溶剤 (2、2、4-トリメチル-1、3-ヘ゜ンタンシ゛オールモノイソフ゛チレート)。
【0029】例5、6に示す従来の導電性ペーストでビ
アホール導体を形成すると、導通不良が例5では、1.
5%、例6では、3.2%も発生してしまう。
【0030】即ち、ビアホール導体4における空隙の発
生による導通不良を防止するために、ビアホール導体4
を形成するためには、導電性ペーストに含まれる無機結
合剤として、β石英固溶体を用いることが有用であり、
完全に導通不良をなくすためには、β石英固溶体を主成
分とする無機結合剤の容量を30容量%以下とすること
が望ましい。
【0031】また、ビアホール導体4周囲の基板本体2
a〜2eに発生するクラックの発生状況を目視で確認し
た。尚、このクラックは、導電性ペーストと基板本体2
a〜2eとの熱膨張係数差に起因するものである。
【0032】本発明の例1〜例4の導電性ペーストで形
成したビアホール導体の内、例4を除いては一切クラッ
クの発生は認められなかった。しかし、例4の導電性ペ
ーストによるビアホール導体4の周囲には、微小のクラ
ックが目視によって確認された。クラックは基板の強
度、加熱、徐冷のカーブなどに大きく起因するため、特
に例4の導電性ペーストを用いる際には、基板の強度、
加熱、徐冷のカーブに充分注意を払う必要がある。
【0033】通常の基板厚み、例えば150μm、スル
ーホール4a径125μm、一般的な温度プロフアイル
に基づき、生産性を向上させて多層回路基板を形成する
のであれば、導電性ペーストに含まれる無機結合剤とし
て、β石英固溶体を主成分とする無機結合剤の容量を1
5容量%以上とすることが望ましい。
【0034】尚、例5、例6によって形成したビアホー
ル導体4の周囲には、目視によって確認できるクッラク
が発生してしまう。
【0035】以上のように、特に、導電性ペーストに含
まれる無機結合剤として、β石英固溶体を主成分とする
無機結合剤の容量を15〜30容量%にすることによ
り、生産性が向上する製造方法で、ビアホール導体4に
おける導通不良が皆無となり、さらにクラックが発生す
ることがない多層回路基板が達成する。
【0036】上述の実施例では、導電性ペーストの導電
性粉末として、Ag単体であるが、Ag−PdなどのA
g系合金、Cu系、Au系などのであっても構わない。
また、無機結合剤としてβ石英固溶体のみでであるが、
β石英固溶体に、例えば0〜5容量%のホウケイ酸ガラ
スを添加しても構わない。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、ビアホール導体に導電
性成分と無機接合剤として主にβ石英固溶体とから成る
なるため、導電性ペーストをスルーホールに供給し、焼
成しても、ビアホール導体に導通不良、抵抗値を上げる
ような空隙が発生せず、安定した導通状態のビアホール
導体を有する多層回路基板となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多層回路基板の断面図である。
【符号の説明】
1・・・・多層回路基板 2a〜2e・・・基板本体 3・・・・・・・内部配線 4・・・・・・・ビアホール導体 4a・・・・・・スルーホール 5・・・・・・・表面配線
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−238705(JP,A) 特開 平3−212993(JP,A) 特開 昭60−165795(JP,A) 特開 昭58−17695(JP,A) 特開 昭59−9992(JP,A) 特開 昭63−79739(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 3/46 H05K 1/09

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック材料とガラス材料からなる基
    板を積層した本体と、前記基板の上下面に配置された配
    線とを備え、且つ前記配線が基板に設けられたビアホー
    ル導体を介して接続されて成る多層回路基板において、 前記ビアホール導体は、導電性粉末とβ石英固溶体を主
    成分とする無機結合剤とを焼結させたものから成ること
    を特徴とする多層回路基板。
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