JP3164664B2

JP3164664B2 - 多層回路基板

Info

Publication number: JP3164664B2
Application number: JP25992092A
Authority: JP
Inventors: 和雅古橋; 正和安井; 晃井本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH06112657A

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、特にガ
ラス−セラミックスの絶縁層を誘電体層として利用し
て、内部に容量発生パターンを備えた多層回路基板に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の混成回路等に用いられる多層
回路基板には、電気絶縁性、機械的強度及び熱伝導性な
どを考慮して、絶縁層が積層されて成る基板本体として
アルミナを主成分としたものが多用されている。しかし
ながら、アルミナを主成分とした絶縁層は、積層後の焼
結工程で、１４００〜１６５０℃の高温で焼成しなけれ
ばならないため、多層回路基板の内部配線パターンとし
ては、タングステンやモリブデンなどの高融点金属材料
に限られていた。このような高融点金属材料は、比抵抗
が高いために配線抵抗が高くなり、信号伝播速度が速い
電子回路や高周波回路に適さなかった。

【０００３】そこで、基板本体を構成する絶縁層とし
て、ガラス成分とアルミナなどの無機物フィラーとを混
合してなる基板組成物を用いることにより、９００℃前
後の低温焼成で焼結していた。これにより、内部配線パ
ターンとして、金、銀、銅などの低抵抗材料が使用で
き、信号伝播速度が速い電子回路や高周波回路が実現で
きる。

【０００４】しかし、内部配線パターンのみを形成する
のであれば、ガラス成分とアルミナとを混合した基板組
成材料で多層回路基板を形成することはできても、この
絶縁層を誘電体層として利用して、内部に内部配線パタ
ーンとともに容量発生パターンを並設する場合、基板組
成材料の誘電率の温度特性が考慮されていないため、基
板本体の内部に容量を形成する場合には、周囲の温度に
よって容量温度特性が大きく変化してしまい、満足する
容量を構成することができなかった。即ち、ガラス成分
は、硼珪酸ガラスやアルミノ酸ガラスであり、無機物フ
ィラーはアルミナ粉末であり、これらの材料は、誘電率
の温度特性が正を示し、当然焼結された回路基板も誘電
率の温度特性が正となる。

【０００５】仮に、多層回路基板の内部にＬ−Ｃの共振
回路を形成すると、温度の変化によって容量値が変動し
てしまい、安定したＬ−Ｃの共振回路が形成できないこ
とになる。

【０００６】基板材料の誘電率温度特性を制御するため
に、基板本体を構成する絶縁層を構成する無機物フィラ
ーとして、アルミナ粉末とともに、負の誘電率温度係数
をもつチタニア（ＴｉＯ₂）粉末を添加して、絶縁層の
誘電率温度特性を補償しようとする提案があった（特開
平４−８２２９７号）。

【０００７】これにより、基板本体の内部に容量成分を
形成しても、周囲の温度変化に対して比較的安定な容量
特性が得られる多層回路基板となる。

【０００８】低温で焼成可能な基板組成を達成するため
にガラス成分とともに添加される無機物フィラーは、
（１）絶縁層を焼成した時、ガラス成分と反応したり、
固溶したりすることがないこと、（２）絶縁層間に形成
する内部配線パターンや容量発生パターンを構成する導
体材料の特性に影響を与えることがなく、また、焼成し
た基板本体の表面に形成する表面配線パターンや厚膜抵
抗体膜の特性に影響を与えることがないこと、（３）ガ
ラス成分間に無機物フィラーが均一に分散され基板本体
の強度が維持できること、（４）焼成後の基板の変色が
ないことが要求される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように無機物フィラーとして、アルミナ粉末及びチタニ
ア粉末とを混合した基板材料では、焼成後の基板の色調
が黄変してしまい、外観検査による品質保証を難しくし
てしまい上述の（４）の条件を満足しなくなる。

【００１０】特に、基板本体表面に、表面配線パターン
とともに厚膜抵抗体膜を形成した場合、基板中のチタニ
ア成分が基板表面にまで析出してしまい、表面の厚膜抵
抗体膜を印刷焼きつけした際に、チタニア成分と反応し
て、その抵抗の温度特性を負にシフトさせてしまうとい
う上述の（２）の条件を満足しなくなる。

【００１１】その他に、誘電率が負の温度特性を有する
無機物フィラーとして、チタン酸カルシウム、スズ酸ス
トロンチウムなどが挙げられるが、これらの結晶構造が
強固でないため、焼結時にガラス成分と反応してしま
い、焼結後においては、この結晶構造を留めることがで
きず、上述の（１）の条件を満足しなくなる。

【００１２】また、誘電率が負の温度特性を有する無機
物フィラーとしては、チタン酸ストロンチウムが挙げら
れるが、チタン酸ストロンチウムのみを無機物フィラー
を用いると、上述の（１）、（２）の条件を満足するも
のの、焼結後の基板本体の強度を劣化するという問題点
があった。

【００１３】本発明者は、上述のチタン酸ストロンチウ
ムを用いて、基板本体の強度の劣化を防止するために種
々実験をおこなった結果、無機物フィラーとして、アル
ミナ粉末とチタン酸ストロンチウム粉末とを用いること
によって、基板本体の強度の劣化を防止できることを知
見した。

【００１４】本発明は、上述の知見に基づいて案出され
たものであり、その目的は、絶縁層の誘電率温度特性を
安定化して、さらに基板の表面に厚膜抵抗体膜を形成し
ても、安定した抵抗特性が得られる多層回路基板を提供
するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス成分及
び無機物フィラーから成る絶縁層を複数積層して成り、
内部に金系、銀系又は銅系導体材料から成る内部配線パ
ターン及び容量発生パターンを有する多層回路基板であ
って、前記無機物フィラーはアルミナ及びチタン酸スト
ロンチウムから成る多層回路基板である。

【００１６】特に、前記多層回路基板の表面に、厚膜抵
抗体膜が形成されている。

【００１７】

【作用】以上のように、本発明によれば、絶縁層の材料
がガラス成分及び無機物フィラーから構成されているた
め、比較的低温（〜１０００℃）で焼結可能であるた
め、内部配線パターンや容量発生パターンを比抵抗の小
さい金、銀、銅などの金属材料を用いることができる。

【００１８】また、無機物フィラーとして、誘電率が負
の温度特性を有するチタン酸ストロンチウムを含んでお
り、このチタン酸ストロンチウムは、焼結後において
も、ぺロブスカイト構造が充分に維持でき、さらにガラ
ス成分との反応が少ないため、基板本体の温度特性が±
６０ｐｐｍの範囲内となり、焼成後の基板の黄変を防止
して、白色系の基板を形成することができる。さらに比
誘電率が大きくなり、内部に容量発生パターンを形成す
れば、安定した温度特性で大容量値の容量を得ることが
できる。

【００１９】さらに、無機物フィラーのチタン酸ストロ
ンチウムは、チタニアに分解されることが少ないため、
基板本体表面に厚膜抵抗体膜を形成しても、その抵抗特
性に大きな変化を与えることがない。

【００２０】また、チタン酸ストロンチウムとともにア
ルミナを用いることにより、充分な抗折強度に維持でき
る。

【００２１】尚、無機物フィラーとして添加するチタン
酸ストロンチウムとしては、基板組成の２０重量％以下
の範囲が好ましい。２０重量％を越えると、基板本体の
温度特性が負の領域で大きくなり過ぎてしまうためであ
る。

【００２２】以上のように、基板本体の誘電率温度特性
をより０近傍に補償でき、さらに基板の表面に厚膜抵抗
体膜を形成しても、安定した抵抗特性が得られ、基板強
度が充分な多層回路基板となる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の多層回路基板を図面に基づい
て詳説する。図１は、本発明の多層回路基板の断面構造
を示す。図において、１０は多層回路基板であり、１は
複数の絶縁層１ａ、１ｂ・・・を積層した基板本体であ
り、２は絶縁層１ａ、１ｂ・・・間に形成された所定内
部配線パターンであり、３は絶縁層１ａ、１ｂ・・・間
に形成された容量発生パターンであり、４はビアホール
導体であり、５は表面配線パターンであり、６は厚膜抵
抗体膜である。

【００２４】基板本体１は、ガラス−セラミックスから
成る複数の絶縁層１ａ、１ｂ・・・と、該絶縁層１ａ、
１ｂ・・・間に配置された金系、銀系、または銅系の導
体から成る所定内部配線パターン２、容量発生パターン
３と、該絶縁層１ａ、１ｂ・・・を貫くビアホール導体
４とから構成されている。これにより、基板本体１内に
は、容量成分を含む所定回路の一部が形成されることに
なる。

【００２５】基板本体１の主面には、金系、銀系、また
は銅系の導体から成る所定表面配線パターン５及び厚膜
抵抗体膜６が形成され、これらが、ビアホール導体４を
介して、内部配線パターン２や容量発生パターン３と電
気的に接続され、全体として、所定回路が達成されるこ
とになる。尚、図には記載していないが、表面には保護
膜が形成され、必要に応じてＩＣチップや、チップ電子
部品などが搭載されている。

【００２６】ここで、基板本体１の内部に形成される容
量は、例えば、図中の絶縁層１ｃを挟むように配置され
た所定対向面積を有する容量発生パターン３間で発生す
るものであり、さらに、絶縁層１ｄを挟むように配置さ
れた容量発生パターン３間でも所定容量が発生する。

【００２７】絶縁層１ａ、１ｂ・・・は、結晶化ガラ
ス、非晶質ガラスなどのガラス成分と、アルミナ粉末及
び温度特性が負の誘電率を有するチタン酸ストロンチウ
ム粉末から成る無機物フィラーとから構成されている。
ガラス成分の構成比率は４０〜９０重量％であり、複数
の無機物フィラーの構成比率は１０〜６０重量％であ
る。無機物フィラーが１０重量％未満であると、焼結し
た基板本体１の強度が低下してしまう。一方６０重量％
を越えると焼結後の基板本体１中のガラス成分が不足す
るため、緻密な回路基板が達成されない。尚、好ましく
は無機物フィラーの構成比率は３０〜５０重量％であ
り、その残部がガラス成分となるようにすることであ
る。

【００２８】さらに、無機物フィラーとして添加するチ
タン酸ストロンチウム粉末は、２０重量％以内の範囲で
添加することが望ましい。２０重量％を越えると、温度
特性が負側にシフトし過ぎて、実用性に欠けるととも
に、基板の抗折強度が劣化する傾向を示すためである。

【００２９】上述のガラス成分は、硼珪酸ガラス、アル
ミノ珪酸ガラスなどの低融点ガラスが例示できる。ま
た、無機物フィラーは、基板本体１の強度を考慮してア
ルミナ粉末が添加されるが、上述のガラス成分及びアル
ミナ粉末は何れも誘電率が正の温度特性を示す。この誘
電率が正の温度特性を補償する成分がチタン酸ストロン
チウム粉末である。

【００３０】このように、アルミナ粉末とともに添加さ
れるチタン酸ストロンチウム粉末は、誘電率が負の温度
特性を有し、且つ１０５０℃までの温度による焼結にお
いても非常に安定な結晶構造が維持できる。

【００３１】従って、基板本体１内においては、誘電率
が正の温度特性を補償する作用効果が充分に現れ、その
温度特性を±６０ｐｐｍ以内にすることができる。これ
により、容量発生パターン３を形成することにより、安
定した温度特性の容量を簡単に形成することができる。
さらに比誘電率を８．０以上にすることが可能となり、
容量発生パターン３を対向面積を小さくしても充分な容
量値の容量が達成できる。

【００３２】また、焼成後の基板の色調を白色系とする
ことができでるため、多層回路基板１の外観目視検査が
容易に行われることになる。

【００３３】さらに、基板本体１の表面にチタニアが析
出されることが少ないため、基板本体１の表面に厚膜抵
抗体膜６を形成しても、その抵抗体の温度特性を負側に
シフトさせることを防止できる。

【００３４】また、絶縁層１ａ、１ｂ・・・間に形成し
た内部配線パターン２や容量発生パターン３を構成する
導体材料の特性に影響を与えることがない。

【００３５】さらに、無機物フィラーのアルミナ粉末と
ともに用いることにより、基板本体１の強度が実用的な
範囲で充分な値を得ることができる。

【００３６】尚、誘電率が負の温度特性を示す材料とし
て、チタニア、チタン酸カルシウム、スズ酸ストロンチ
ウムなどが挙げられるが、チタニアを用いた場合には、
焼結された基板本体１上にもチタニアが析出されること
になり、この基板本体１上に酸化ルテニウム、六硼化ラ
ンタン、酸化スズなどの厚膜抵抗体膜６を形成すると、
この抵抗体に半導体的伝導性を与え、抵抗体の温度特性
が負にシフトさせてしまう。またチタン酸カルシウム
は、チタン酸ストロンチウムに比較してイオン半径が小
さいため、ガラス成分との反応が顕著となり、結晶構造
が崩れてしまい、誘電率が負の温度特性の無機物フィラ
ーを添加した作用効果が充分に得られない。さらにスズ
酸ストロンチウムは、焼結後においては、ペロブスカイ
ト構造を留めることができず、上述のように誘電率が負
の温度特性の無機物フィラーを添加した作用効果が充分
に得られない。

【００３７】尚、絶縁層１ａ、１ｂ・・・として、ガラ
ス成分、アルミナ粉末、誘電率が負の温度特性のチタン
酸ストロンチウムの他に、酸化剤などを必要に応じて添
加しても構わない。

【００３８】次に、本発明の多層回路基板の製造方法を
説明する。

【００３９】まず、基板用組成物（絶縁層１ａ、１ｂ・
・・）となる結晶化又は非晶質の低融点ガラスフリッ
ト、アルミナ粉末、チタン酸ストロンチウム粉末と、有
機バインダー（例えばポリメタクリレート樹脂）と、可
塑剤（例えばジブチルフタレート）と溶剤（例えばメチ
ルエチルケトン）と、他の添加剤（例えば消泡剤）とを
所定割合で混合して、これをボールミルを用いて２４〜
７２時間程度混練して均質なスラリーを調整する。この
スラリーを脱泡処理した後、例えばドクターブレード法
などの公知の方法で５０〜３００μｍ程度の厚みのグリ
ーンシートを形成する。

【００４０】次に得られたグリーンシートの表面にビア
ホール導体４となる穴をパンチ加工を行い、ビアホール
導体４の充填及び内部配線パターン２、容量発生パター
ン３を印刷する。尚、ビアホール導体４の充填は、内部
配線パターン２、容量発生パターン３を印刷した後に行
っても構わない。

【００４１】内部配線パターン２、容量発生パターン３
用導体ペーストは、金、銀、銅及びその合金のうちから
選ばれた少なくとも１種類の金属を主成分とする導体ペ
ーストが用いられる。これらの内部配線パターン２、容
量発生パターン３及びビアホール導体４が形成されたグ
リーンシートを、各絶縁層１ａ、１ｂ・・・の層構成を
考慮して、順次積層して、熱圧着などで基板本体１とな
る積層体を形成する。

【００４２】このように得られた積層体を焼成する。先
ず、第１段階で、積層体に含まれる有機物を、ガラス成
分の軟化点以下の温度、例えば５００℃前後で除去す
る。次にの段階で、ガラス成分、アルミナ粉末、チタン
酸ストロンチウムから成る絶縁層１ａ、１ｂ・・・、及
び内部配線パターン２、容量発生パターン３、ビアホー
ル導体４の一体焼結を行う。この焼成温度は、絶縁層１
ａ、１ｂ・・・のガラス成分や内部配線パターン２など
の導体材料の融点によって決定されるが、８００〜１０
５０℃の温度で行われる。焼成雰囲気は、内部配線パタ
ーン２の導体材料によって決定される。これにより、焼
結された基板本体１が達成される。

【００４３】得られた基板本体１上に、表面配線パター
ン５、厚膜抵抗体膜６を形成する。

【００４４】厚膜抵抗体膜６は、表面配線パターン５の
焼きつけ雰囲気などによって決定されるが、非酸化性雰
囲気で焼成する場合には、六硼化ランタン、酸化スズな
どを主成分とする抵抗体ペーストを用いて形成される。
また、酸化性雰囲気で焼成する場合には、酸化ルテニウ
ムを主成分とする抵抗体ペーストを用いて形成される。

【００４５】尚、表面配線パターン５は、銀系導体（銀
又は銀合金）や銅系（銅又は銅合金）を用いることがで
きるが、耐マイグレーション性などを考慮して、銅系材
料が好ましい。

【００４６】（実験例）ガラスフリットとして、酸化珪
素５１モル％、酸化アルミニウム１９モル％、酸化マグ
ネシウム１９モル％、酸化亜鉛８モル％、酸化硼素３モ
ル％（それに相当する硼酸）を混合し、約１６００℃で
溶解した後、水中に投下し急冷することによりガラスを
得た。得られたガラスをアルミナボールとともにアルミ
ナポットに入れ、湿式粉砕して乾燥した。これにより平
均粒径２〜３μｍの結晶化ガラスフリットを得た。

【００４７】次に、表１に示す割合で、結晶化ガラスフ
リット、アルミナ粉末、チタン酸ストロンチウム粉末と
を混合した。それらの混合物をアルミナボールととも
に、アルミナポットに入れ、ボールミル混合した後に乾
燥して、多層回路基板用組成物を得た。

【００４８】得られた多層回路基板用生成物１０００ｇ
に対して、アクリル樹脂１００ｇと可塑剤７０ｇ及びト
ルエン４００ｇを加えてスラリーを作成し、このスラリ
ーに真空脱泡処理を施した。

【００４９】次に、スラリーを用いて、ドクターブレー
ド法により厚さ２００μｍのグリーンシートを作成し
た。そして、このグリーンシートを１０枚積層してホッ
トプレスし、得られた積層耐を８７０℃１時間焼成して
多層の基板本体を作成した。

【００５０】得られた基板本体の両面にインジウム−ガ
リウムの導体膜を形成し、ＪＩＳ２１４１に準拠して、
Ｑメーターにより１ＭＨｚで誘電率を計測した。

【００５１】比較例としてチタン酸ストロンチウムを添
加しない多層回路基板用組成物を表１に示す割合で作成
した。

【００５２】

【表１】

【００５３】比較例では、比誘電率も６．５と小さく、
また誘電率温度特性も実質的な使用範囲（２５〜８０
℃）で１３０ｐｐｍ／℃とプラス側に大きい材料である
のに対して、何れの実験例において、比誘電率が８．０
を越え、さらに誘電率温度特性も基板本体１の内部に容
量を形成するにあたり、実用的な範囲である±６０ｐｐ
ｍ／℃以下となることがわかる。

【００５４】特に、絶縁層１ａ、１ｂ・・・の誘電率の
温度特性が±６０ｐｐｍ／℃であることより、多層回路
基板の内部に容量発生パターン３を形成して所定容量を
得るようにしても、その容量は周囲の温度変化に対して
も安定した容量が維持できる。

【００５５】さらに、比誘電率を従来以上に比誘電率を
高めることができることにより、例えば容量発生パター
ン３の面積を小型化しても、充分な値の容量が得られ、
さらに、図１に示すマイクロストリップ線路パターン７
を基板本体１内部に形成する場合にも、小型化された線
路パターン７が達成され、波長短縮率に応じて、チタン
酸ストロンチウムの配合量を制御することにより、一層
のマイクロストリップラインを極小化させることができ
る。

【００５６】また、チタン酸ストロンチウムが、基板本
体１の内部配線パターン２、容量発生パターン３、ビア
ーホール導体４及び表面配線パターン５、厚膜抵抗膜６
などに、悪影響を及ぼすことが一切なく、例えば基板本
体１の表面の厚膜抵抗体膜６の抵抗温度特性を変化させ
ることが一切ないものとなる。

【００５７】さらに、基板本体１の抗折強度を測定して
も、何れの実験例において、２．０ｋｇｆ／ｃｍ³と実
用上耐え得る強度であることを確認した。

【００５８】尚、上述の実施例では、内部に容量発生パ
ターン３、マイクロストリップ線路パターン７を形成し
た多層回路基板１を例示したが、その他にコイルパター
ンを基板本体１の内部又は基板本体１の表面に形成し
て、内部に形成した容量成分とともにＬ−Ｃ共振回路を
作成するなど、種々の回路網に広く使用できる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、低温焼
成され、内部配線導体として、比抵抗の小さい金、銀、
銅などの金属材料を具備した多層回路基板であって、多
層の基板本体を構成する絶縁層が、ガラス成分、アルミ
ナ成分、さらに誘電率が負の温度特性を有するチタン酸
ストロンチウム成分を含んで構成されており、基板本体
の温度特性を±６０ｐｐｍ以内することができるため、
基板本体内に容量発生パターンを形成して安定した容量
を内装することができる。

【００６０】また、基板焼成後の基板の色調が、黄変す
ることがなく、白色系の基板とすることができ、外観目
視検査が極めて容易を行える多層回路基板となる。

【００６１】さらに、誘電率が負の温度特性を有するチ
タン酸ストロンチウムは、焼結された後においても、安
定した結晶構造を維持できるので、基板表面の厚膜抵抗
体膜の抵抗温度特性に影響を与えることがない。

【００６２】よって、基板内部に容量成分を内装するこ
とができ、内部配線パターンの引き回しの制約が減少し
て、さらに、表面に安定した特性の厚膜抵抗体膜を形成
することができるため、表面配線パターンの実装密度が
向上し、全体として、小型化された多層回路基板が達成
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層回路基板の断面構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・・・・多層回路基板１・・・・・・基板本体１ａ、１ｂ・・・・絶縁層２・・・・・・内部配線パターン３・・・・・・容量発生パターン４・・・・・・ビアホール導体５・・・・・・表面配線パターン６・・・・・・厚膜抵抗体膜７・・・・・・マイクロストリップ線路パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 3/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス成分及び無機物フィラーから成る
絶縁層を複数積層して成り、内部に金系、銀系又は銅系
導体材料から成る内部配線パターン及び容量発生パター
ンを有する多層回路基板において、前記無機物フィラーはアルミナ及びチタン酸ストロンチ
ウムから成るとともに、前記基板表面に厚膜抵抗体膜が
形成されていることを特徴とする多層回路基板。