JP3216260B2 - Low temperature fired ceramic multilayer substrate and method of manufacturing the same - Google Patents

Low temperature fired ceramic multilayer substrate and method of manufacturing the same

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JP3216260B2
JP3216260B2 JP24608392A JP24608392A JP3216260B2 JP 3216260 B2 JP3216260 B2 JP 3216260B2 JP 24608392 A JP24608392 A JP 24608392A JP 24608392 A JP24608392 A JP 24608392A JP 3216260 B2 JP3216260 B2 JP 3216260B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は低温焼成セラミックス多
層基板及びその製造方法、より詳細にはLSI、チップ
部品などを実装し、かつそれらを相互配線するための導
体材料としてCuを用いた低温焼成セラミックス多層基
板及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low-temperature fired ceramic multilayer substrate and a method for producing the same, and more particularly, to a low-temperature fired using Cu as a conductor material for mounting LSIs and chip parts and interconnecting them. The present invention relates to a ceramic multilayer substrate and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、LSI、チップ部品などの実装基
板としては、卓越した絶縁性、熱伝導性、安定性及び機
械的強度を有するアルミナが広く使用されている。しか
し、アルミナ基板は、誘電率が高く、また高温で焼成す
る必要があることから配線導体として導通抵抗の高いW
やMoを使用しなければならず、またシリコンとの熱膨
張率の整合性が悪い等の欠点があるため、LSIやIC
を搭載した場合、電気信号の処理速度の高速化、電気信
号の高周波化または信頼性の向上を図ることが困難であ
った。近年、これらの問題を解決するためにAu、A
g、Ag−Pd、Cu等の導通抵抗の低い導体材料を使
用し、これらの金属の融点以下の温度で焼成することが
できるセラミックス材料を絶縁体として用い、導体を同
時焼成する低温焼成セラミックス多層基板が開発されて
いる。
2. Description of the Related Art Heretofore, alumina having excellent insulating properties, thermal conductivity, stability and mechanical strength has been widely used as a mounting substrate for LSIs and chip parts. However, since the alumina substrate has a high dielectric constant and needs to be fired at a high temperature, it has a high conduction resistance as a wiring conductor.
And Mo must be used, and there are disadvantages such as poor matching of the coefficient of thermal expansion with silicon.
However, it is difficult to increase the processing speed of the electric signal, increase the frequency of the electric signal, or improve the reliability. In recent years, in order to solve these problems, Au, A
g, Ag-Pd, Cu, etc., using a conductor material with low conduction resistance, using a ceramic material that can be fired at a temperature equal to or lower than the melting point of these metals as an insulator, and simultaneously firing the conductor, a low-temperature fired ceramic multilayer. Substrates are being developed.

【0003】しかしながら、これらの導体材料のうちA
uなどの貴金属は酸化性雰囲気で焼成できるので信頼性
が高いものの資源的に乏しく、高価で価格変動も激し
く、経済的に使用することが困難である。
However, among these conductor materials, A
Since noble metals such as u can be fired in an oxidizing atmosphere, they are highly reliable but scarce in terms of resources, are expensive, have large price fluctuations, and are difficult to use economically.

【0004】一方、Cuは酸化しないような非酸化性雰
囲気で焼成する必要はあるものの、安価であるうえに低
抵抗であり、かつ耐マイグレーション性に優れているの
で、内部導体層間の間隔を狭くすることができ、高密度
化、高周波化に対応することができる実装基板用の最有
力な導体材料として注目されている。しかし、非酸化性
雰囲気の焼成ではグリーンシートや導体ペースト中に含
まれる有機バインダの分解・飛散が困難となる。その結
果、有機バインダが炭化して基板内に残り、銅粉末やセ
ラミックス粉末の焼結が阻害されてしまうため、導体の
導通性、絶縁性及び耐電圧性などの基板特性を劣化させ
るという問題点を有していた。
On the other hand, although Cu must be fired in a non-oxidizing atmosphere such that it is not oxidized, it is inexpensive, has low resistance, and has excellent migration resistance. It is attracting attention as a leading conductor material for a mounting substrate that can cope with higher density and higher frequency. However, firing in a non-oxidizing atmosphere makes it difficult to decompose and scatter the organic binder contained in the green sheet and the conductor paste. As a result, the organic binder is carbonized and remains in the substrate, and the sintering of the copper powder and the ceramic powder is hindered, thereby deteriorating the substrate characteristics such as electrical conductivity, insulation, and withstand voltage of the conductor. Had.

【0005】このような問題点を解決するために、水蒸
気を含む窒素雰囲気で脱バインダを行う方法(特開昭6
0−254697号公報及び特開平2−141458号
公報)が提案されているが、この方法では脱バインダ工
程に長時間の焼成を要するので経済的でないという問題
点を有していた。
In order to solve such a problem, a method of removing binder in a nitrogen atmosphere containing water vapor (Japanese Patent Laid-Open No.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 0-254697 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-141458) have been proposed, but this method has a problem that it is not economical since a long time calcination is required for the binder removal step.

【0006】また、空気雰囲気下で脱バインダ工程を行
う方法(特開平2−155294号公報)も提案されて
いるが、この方法では、脱バインダ工程後の焼成物中の
カーボン残量を600から1500ppmもしくは60
0から3000ppmの範囲内に調整しなければならな
ず、脱バインダ工程の条件設定がきわめて困難である。
さらに、銅導体をセラミックスと同時焼成した場合は、
銅が少しでも酸化すれば膨張するのでセラミックス層に
クラックが入りやすく、酸化性雰囲気中での脱バインダ
処理は銅の非酸化状態を保つのがきわめて困難であると
いう問題点を有していた。
A method of performing a binder removal step in an air atmosphere (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-155294) has also been proposed. However, in this method, the amount of carbon remaining in the fired material after the binder removal step is reduced from 600. 1500 ppm or 60
It must be adjusted within the range of 0 to 3000 ppm, and it is extremely difficult to set conditions for the binder removal step.
Furthermore, when the copper conductor is fired simultaneously with the ceramic,
If copper is oxidized even a little, it expands, so that the ceramic layer is easily cracked, and it has been very difficult to remove the binder in the oxidizing atmosphere in a non-oxidized state of copper.

【0007】さらに、弱酸化性雰囲気での熱処理で脱バ
インダ処理を行なった後、還元雰囲気下で焼成する方法
(特開平2−25094号公報)が提案されているが、
この方法も樹脂バインダの酸化燃焼と銅の酸化防止との
バランスを保つための焼成雰囲気の調整はきわめて微妙
であり、両者を同時に達成することは困難であるため生
産性は低い。また積層体の積層枚数およびサイズ、さら
に導体パターンが変われば樹脂バインダの酸化燃焼と銅
の酸化防止とのバランスも変わるため焼成雰囲気も新た
に調整しなければならないという問題点を有していた。
Further, a method has been proposed in which a binder is removed by a heat treatment in a weakly oxidizing atmosphere, followed by baking in a reducing atmosphere (Japanese Patent Laid-Open No. 2-25094).
In this method, too, the adjustment of the firing atmosphere for maintaining the balance between the oxidation combustion of the resin binder and the prevention of oxidation of copper is very delicate, and it is difficult to achieve both at the same time, so that the productivity is low. Further, if the number and size of the laminates and the conductor pattern change, the balance between the oxidative combustion of the resin binder and the prevention of copper oxidation also changes, so that there is a problem that the firing atmosphere must be newly adjusted.

【0008】さらに、極微量の水蒸気及び酸素を含む窒
素雰囲気下で焼成して銅導体の多層基板を得る方法(特
開昭63−292692号公報)が提案されているが、
この方法では焼成雰囲気の設定及び調整は容易ではなく
連続生産は困難であるという問題点を有していた。また
易分解性樹脂を使用する方法(特開平2−16795号
公報)が提案されているが、この方法でも焼成雰囲気の
調整は同様に容易でないという問題点を有していた。
Further, a method has been proposed in which a multi-layer substrate of copper conductor is obtained by firing in a nitrogen atmosphere containing trace amounts of water vapor and oxygen (Japanese Patent Laid-Open No. 63-292892).
This method has a problem that the setting and adjustment of the firing atmosphere is not easy and continuous production is difficult. Although a method using an easily decomposable resin has been proposed (JP-A-2-16795), this method also has a problem that the adjustment of the firing atmosphere is similarly difficult.

【0009】上記のような問題点を解決するために、導
体配線材料に酸化銅を用い、酸化雰囲気中での焼成で内
部の有機成分を熱分解して飛散させ、その後に該酸化銅
が金属銅に還元される雰囲気下で銅とセラミックスを焼
結させて多層配線基板を得る方法(特開昭61−262
93号公報)及び、導体配線材料に酸化銅を用い、空気
中の熱処理による脱バインダ工程と、酸化第二銅を金属
銅に還元する還元工程と、さらに銅と基板材料を焼結一
体化する焼結工程とを行なうことにより、有機バインダ
の除去が完全に行える方法(特公平3−21109号公
報)等が提案されている。
In order to solve the above-mentioned problems, copper oxide is used as a conductor wiring material, and internal organic components are thermally decomposed and scattered by baking in an oxidizing atmosphere. A method for obtaining a multilayer wiring board by sintering copper and ceramics in an atmosphere reduced to copper (Japanese Patent Laid-Open No. 61-262)
No. 93) and a binder removing step by heat treatment in air using copper oxide as a conductor wiring material, a reducing step of reducing cupric oxide to metallic copper, and further sintering and integrating copper and a substrate material. A method has been proposed in which the organic binder can be completely removed by performing a sintering step (Japanese Patent Publication No. 3-21109).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭61−26293号公報及び特公平3−21109
号公報における方法では、導体部と低温焼成セラミック
ス絶縁部との収縮量に差がありすぎるため、基板の変形
あるいは導体配線の断線等の欠点がある。つまり、導体
部の体積収縮量は酸化銅の銅への還元の段階で約44%
あり、さらに銅の焼結による収縮約25%が加わるのに
対し、低温焼成セラミックス部の体積収縮量は焼結によ
る収縮のみであり、一般に約44%であるため、両者の
体積収縮の差が大きいことにより、基板の変形あるいは
導体配線の断線が生じ易いという問題があった。
SUMMARY OF THE INVENTION However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-26293 and Japanese Patent Publication No. Hei 3-21109 describe the above.
In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-284, there is too much difference in the amount of shrinkage between the conductor portion and the low-temperature fired ceramic insulating portion, and thus there are disadvantages such as deformation of the substrate or disconnection of the conductor wiring. That is, the volume shrinkage of the conductor is about 44% at the stage of reducing copper oxide to copper.
In addition, while about 25% of shrinkage due to sintering of copper is added, the volume shrinkage of the low-temperature fired ceramic part is only shrinkage due to sintering, and is generally about 44%. When it is large, there is a problem that the substrate is easily deformed or the conductor wiring is easily broken.

【0011】また酸化銅の還元工程において還元ガスが
内部導体層の酸化銅を還元するために、低温焼成セラミ
ックス層は還元ガスが浸透することができるように未焼
結ポーラスでなければならない。このことから、この段
階のセラミックス層は非常に脆い状態にあり、酸化銅の
還元による体積収縮で生じる応力で基板にクラックや変
形が発生することがあるという問題もあった。
In the copper oxide reduction step, since the reducing gas reduces the copper oxide in the internal conductor layer, the low-temperature fired ceramic layer must be unsintered porous so that the reducing gas can penetrate. For this reason, the ceramic layer at this stage is in a very brittle state, and there has been a problem that cracks and deformation may occur in the substrate due to stress generated by volume shrinkage due to reduction of copper oxide.

【0012】このように酸化銅を導体原材料として使用
して作製された基板には変形やクラック等の形状欠陥、
または配線部の断線が生じることがあるので、小型の電
子部品を高密度に実装することが出来ないという問題が
あった。
A substrate manufactured using copper oxide as a conductor raw material in this manner has shape defects such as deformation and cracks.
In addition, there is a problem that a small electronic component cannot be mounted at a high density because the wiring portion may be disconnected.

【0013】本発明は上記課題に鑑み発明されたもので
あって、銅の有する導通抵抗が小さいという特性を十分
に発現させることができ、また脱バインダ工程を完全に
完了させることができ、さらに導体部とセラミックス絶
縁部との収縮量を合わせることにより、基板に変形やク
ラック等の形状欠陥が発生すること及び断線の発生を押
えることができ、小型の電子部品を高密度に実装するこ
とができる低温焼成セラミックス多層基板及びその製造
方法を提供することを目的としている。
[0013] The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can fully exhibit the characteristic that copper has a small conduction resistance, and can completely complete the binder removal step. By matching the amount of contraction between the conductor part and the ceramic insulation part, it is possible to suppress the occurrence of shape defects such as deformation and cracks in the substrate and the occurrence of disconnection, and to mount small electronic components at high density. It is an object of the present invention to provide a low-temperature fired ceramic multilayer substrate and a method of manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者は低温焼成セラミックス多層基板及びその製
造方法について研究を重ねた結果、導体材料として酸化
銅粉末を用いることで空気中での脱バインダ工程を可能
とし、脱バインダを完全に行なうことができ、さらに収
縮抑制剤を前記酸化銅粉末に添加することで、後の還元
・焼成工程における導体部とセラミックス絶縁部の収縮
量を一致させセラミックス多層基板に変形やクラック等
の形状欠陥が発生すること及び断線の発生を抑えること
ができることを知見し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have conducted research on a low-temperature fired ceramic multilayer substrate and a method for manufacturing the same. The binder removal process is enabled, the binder removal can be completely performed, and by adding a shrinkage inhibitor to the copper oxide powder, the shrinkage of the conductor portion and the ceramic insulation portion in the subsequent reduction and firing process can be matched. As a result, the present inventors have found that a shape defect such as deformation or cracks is generated in the ceramic multilayer substrate and that the occurrence of disconnection can be suppressed, and the present invention has been completed.

【0015】本発明の要旨とするところの本発明に係る
低温焼成セラミックス多層基板は、内部銅導体に銅の融
点以上の融点を有するセラミックス粒子、もしくは銅の
融点以上の軟化点を有するガラス粒子、もしくは銅の融
点以上の融点を有するセラミックス粒子と銅の融点以上
の軟化点を有するガラス粒子との混合粒子が存在するこ
とを特徴としている。
The low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the present invention, which is the gist of the present invention, comprises ceramic particles having a melting point higher than the melting point of copper in the internal copper conductor, or glass particles having a softening point higher than the melting point of copper. Alternatively, mixed particles of ceramic particles having a melting point equal to or higher than the melting point of copper and glass particles having a softening point equal to or higher than the melting point of copper are present.

【0016】また、本発明に係る上記低温焼成セラミッ
クス多層基板の製造方法は、セラミックス原料に、有機
バインダ及び可塑剤を混合してグリーンシートを作製す
る工程と、該グリーンシートに、酸化銅からなる主成分
に銅の融点以上の融点を有するセラミックス粉末、もし
くは銅の融点以上の軟化点を有するガラス粉末、もしく
は銅の融点以上の融点を有するセラミックス粉末と銅の
融点以上の軟化点を有するガラス粉末との混合粉末を主
成分とするペーストを所望の回路パターンに印刷する工
程と、該回路パターンが印刷されたグリーンシートを積
層してグリーンシート積層体を形成する工程と、該グリ
ーンシート積層体中の有機バインダを分解・飛散させる
脱バインダ工程と、該脱バインダ工程の後、銅の融点以
下の温度の還元雰囲気中で前記酸化銅を還元すると同時
にセラミックスを焼成する還元焼成工程とを含んでいる
ことを特徴としている。
Further, in the method of manufacturing a low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the present invention, a green sheet is prepared by mixing an organic binder and a plasticizer with a ceramic raw material, and the green sheet is formed of copper oxide. Ceramic powder having a melting point higher than the melting point of copper or glass powder having a softening point higher than the melting point of copper, or ceramic powder having a melting point higher than the melting point of copper and glass powder having a softening point higher than the melting point of copper Printing a paste having a mixed powder as a main component into a desired circuit pattern; laminating green sheets on which the circuit pattern is printed to form a green sheet laminate; A binder step of decomposing and scattering the organic binder, and after the binder removal step, a reducing atmosphere having a temperature equal to or lower than the melting point of copper. It is characterized in that it contains a reduction firing step of firing at the same time reducing the copper oxide in the gas ceramics.

【0017】また、本発明に係る別の低温焼成セラミッ
クス多層基板は、内部銅導体に銅の融点以上の融点を有
するセラミックス粒子、もしくは銅の融点以上の軟化点
を有するガラス粒子、もしくは銅の融点以上の融点を有
するセラミックス粒子と銅の融点以上の軟化点を有する
ガラス粒子との混合粒子及び銅の融点以下の軟化点を有
するガラス粒子が存在することを特徴としている。
Further, another low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the present invention is characterized in that the internal copper conductor has ceramic particles having a melting point higher than the melting point of copper, glass particles having a softening point higher than the melting point of copper, or the melting point of copper. It is characterized in that there are mixed particles of ceramic particles having the above melting point and glass particles having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, and glass particles having a softening point equal to or lower than the melting point of copper.

【0018】また、本発明に係る上記別の低温焼成セラ
ミックス多層基板の製造方法は、セラミックス原料に、
有機バインダ及び可塑剤を混合してグリーンシートを作
製する工程と、該グリーンシートに、酸化銅からなる主
成分に銅の融点以上の融点を有するセラミックス粉末、
もしくは銅の融点以上の軟化点を有するガラス粉末、も
しくは銅の融点以上の融点を有するセラミックス粉末と
銅の融点以上の軟化点を有するガラス粉末との混合粉末
及び銅の融点以下の軟化点を有するガラス粉末を主成分
とするペーストを所望の回路パターンで印刷する工程
と、該回路パターンが印刷されたグリーンシートを積層
してグリーンシート積層体を形成する工程と、該グリー
ンシート積層体中の有機バインダを分解・飛散させる脱
バインダ工程と、該脱バインダ工程の後、銅の融点以下
の温度の還元雰囲気中で前記酸化銅を還元すると同時に
セラミックスを焼成する還元焼成工程とを含んでいるこ
とを特徴としている。
Further, the above-mentioned another method for producing a low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the present invention comprises the steps of:
A step of preparing a green sheet by mixing an organic binder and a plasticizer, and the green sheet has a ceramic powder having a melting point equal to or higher than the melting point of copper in a main component made of copper oxide,
Or a glass powder having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, or a mixed powder of a ceramic powder having a melting point equal to or higher than the melting point of copper and a glass powder having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, and having a softening point equal to or lower than the melting point of copper A step of printing a paste containing glass powder as a main component in a desired circuit pattern, a step of laminating green sheets on which the circuit pattern is printed to form a green sheet laminate, and an organic layer in the green sheet laminate. A binder removal step of decomposing and scattering the binder, and a reduction firing step of firing the ceramic while reducing the copper oxide in a reducing atmosphere at a temperature equal to or lower than the melting point of copper after the binder removal step. Features.

【0019】上記方法に使用する酸化銅としては酸化第
一銅もしくは酸化第二銅のどちらでもよく、粒径はペー
スト化が可能な0.5μmから10μm程度が望まし
い。粒径が0.5μm未満では、粉末がかさ高くなるた
め、ペースト中の粉末含量が低くなり、良好な導体を形
成することが困難となり、また還元銅の焼結による体積
収縮率がきわめて大きく、基板の変形がおこり易くなる
ため好ましくない。また粒径が10μmを超えると、印
刷性が低下するので好ましくない。
The copper oxide used in the above method may be either cuprous oxide or cupric oxide, and preferably has a particle size of about 0.5 μm to 10 μm, which can be pasted. If the particle size is less than 0.5 μm, the powder becomes bulky, so that the powder content in the paste becomes low, it becomes difficult to form a good conductor, and the volume shrinkage due to sintering of reduced copper is extremely large, It is not preferable because the substrate is easily deformed. On the other hand, when the particle size exceeds 10 μm, the printability deteriorates, which is not preferable.

【0020】また、本発明においては銅導体の収縮を収
縮抑制剤の作用を利用して抑えているので、多孔質状に
焼結した銅導体が形成されるが、粒界が5μm以上の酸
化銅粉末を用いれば、銅導体の導電ネット網のネック径
が約3μm以上になり、良好な導電性が得られる。粒径
が小さい酸化銅粉末を用いた場合、銅導体の導電ネット
網のネック径も小さくなり、導電性が低下する。
Further, in the present invention, since the shrinkage of the copper conductor is suppressed by utilizing the action of the shrinkage inhibitor, a porous sintered copper conductor is formed. When copper powder is used, the neck diameter of the conductive net of the copper conductor becomes about 3 μm or more, and good conductivity is obtained. When a copper oxide powder having a small particle size is used, the neck diameter of the conductive net network of the copper conductor is also reduced, and the conductivity is reduced.

【0021】上記収縮抑制剤としては銅の融点以上の融
点を有するセラミックス粉末、もしくは銅の融点以上の
軟化点を有するガラス粉末が用いられており、前記銅の
融点以上の融点を有するセラミックス粉末としては、空
気中での脱バインダ工程及び還元雰囲気下での還元・焼
成工程においても化学的に安定であることが必要である
ことから、アルミナ、ジルコニア、マグネシアまたはシ
リカ等の酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒
化物、もしくはこれらの混合物が使用可能であるが、コ
ストの点からアルミナが好ましい。また銅の融点以上の
軟化点を有するガラスとしては、脱バインダ工程及び還
元雰囲気化での還元・焼成工程において化学的に安定で
ある必要があり、例えばAl23 −SiO2 −CaO
系ガラスが使用できる。収縮抑制剤の粒径の上限はペー
ストにして印刷可能な10μm以下であればよく、前記
粒径の下限の制限は特にない。収縮抑制剤による収縮抑
制効果は、粒径が小さいほど均一に分散するために大き
く、収縮抑制剤の最適な粒径は1μm以下、好ましくは
0.1μm以下である。収縮抑制剤の添加量は酸化銅1
00重量部に対して10重量部未満である。収縮抑制剤
の添加量が酸化銅100重量部に対して、10重量部以
上であると、焼成後の銅導体配線の導電性が低下するの
で好ましくない。なお、粒径の小さい収縮抑制剤ほど収
縮抑制効果が高いため、添加量を低減させることができ
る。また、好ましい収縮抑制剤の粒径と添加量の組み合
わせは、粒径が0.5μm以下の収縮抑制剤の場合、酸
化銅100重量部に対し、9重量部以下である。
As the shrinkage inhibitor, a ceramic powder having a melting point higher than the melting point of copper or a glass powder having a softening point higher than the melting point of copper is used. Since it is necessary to be chemically stable also in the binder removal step in air and the reduction / calcination step in a reducing atmosphere, oxides such as alumina, zirconia, magnesia or silica, aluminum nitride, A nitride such as silicon nitride or a mixture thereof can be used, but alumina is preferred from the viewpoint of cost. Further, a glass having a softening point equal to or higher than the melting point of copper needs to be chemically stable in a binder removal step and a reduction / calcination step in a reducing atmosphere, for example, Al 2 O 3 —SiO 2 —CaO 2
Base glass can be used. The upper limit of the particle size of the shrinkage inhibitor may be 10 μm or less, which can be printed as a paste, and there is no particular lower limit on the particle size. The shrinkage-suppressing effect of the shrinkage-suppressing agent is large because the smaller the particle size, the more uniformly the particles are dispersed. The optimal particle size of the shrinkage-suppressing agent is 1 μm or less, preferably 0.1 μm or less. The amount of shrinkage inhibitor added is copper oxide 1
Less than 10 parts by weight based on 00 parts by weight. If the addition amount of the shrinkage inhibitor is at least 10 parts by weight based on 100 parts by weight of copper oxide, the conductivity of the copper conductor wiring after firing is undesirably reduced. In addition, since the shrinkage inhibitor having a smaller particle size has a higher shrinkage suppression effect, the amount of addition can be reduced. Further, a preferred combination of the particle size and the amount of addition of the shrinkage inhibitor is 9 parts by weight or less for 100 parts by weight of copper oxide in the case of a shrinkage inhibitor having a particle size of 0.5 μm or less.

【0022】また銅導体とセラミックス絶縁層との接着
性向上のために酸化銅ペーストに銅の融点以下の軟化点
を有するガラス粉末を添加しても良い。これら接着剤は
焼成時に反応して、銅導体部とセラミックス絶縁層とを
接着させる。前記ガラス粉末としては公知のものが使用
可能であり、鉛ホウケイ酸系ガラスが上記軟化点の条件
を満足するので好ましい。前記ガラス粉末の添加量は酸
化銅100重量部に対し、5重量部未満が望ましい。5
重量部以上になると銅の導通抵抗が大きくなるので好ま
しくない。
Further, glass powder having a softening point equal to or lower than the melting point of copper may be added to the copper oxide paste in order to improve the adhesion between the copper conductor and the ceramic insulating layer. These adhesives react during firing to bond the copper conductor and the ceramic insulating layer. Known glass powders can be used, and lead borosilicate glass is preferred because it satisfies the above softening point conditions. The addition amount of the glass powder is desirably less than 5 parts by weight based on 100 parts by weight of copper oxide. 5
If the amount is more than the weight part, the conduction resistance of copper increases, which is not preferable.

【0023】酸化銅のペースト化には、溶剤及び可塑剤
に樹脂を溶解させたビヒクル中に酸化銅粉末と収縮抑制
剤または酸化銅粉末、収縮抑制剤及び銅の軟化点以下の
ガラス粉末を3本ロールミルにより混練すればよい。樹
脂としてはエチルセルロースもしくはアクリル樹脂、溶
剤としてはテルピネオール、可塑剤としてはジブチルフ
タレートが使用可能である。
To form a copper oxide paste, a copper oxide powder and a shrinkage inhibitor or a copper oxide powder, a shrinkage inhibitor and glass powder having a softening point of copper or less are mixed in a vehicle in which a resin is dissolved in a solvent and a plasticizer. What is necessary is just to knead with this roll mill. Ethyl cellulose or acrylic resin can be used as the resin, terpineol can be used as the solvent, and dibutyl phthalate can be used as the plasticizer.

【0024】本発明に使用可能な低温焼成セラミックス
は銅の融点以下で焼成できる必要があり、ガラスと無機
フィラーとを混合したガラス複合セラミックス、結晶化
ガラス系セラミックス、非ガラス系セラミックス等が挙
げられる。例えばホウケイ酸系ガラスにアルミナ、ムラ
イト、フォルステライト等の無機フィラーを複合化した
セラミックスが望ましい。
The low-temperature fired ceramics usable in the present invention must be fired at a temperature lower than the melting point of copper, and include glass composite ceramics in which glass and an inorganic filler are mixed, crystallized glass-based ceramics, and non-glass-based ceramics. . For example, ceramics in which inorganic fillers such as alumina, mullite, and forsterite are combined with borosilicate glass are desirable.

【0025】該セラミックス原料のスラリー化は、セラ
ミックス原料を溶剤中で湿式微粉砕混合したのち、有機
バインダ、分散剤、可塑剤等を適宜配合した後、混合す
ることにより行う。
The slurry of the ceramic raw material is prepared by wet-pulverizing and mixing the ceramic raw material in a solvent, and then mixing and mixing an organic binder, a dispersant, a plasticizer and the like as appropriate.

【0026】溶剤としてはアルコール、トルエン、アセ
トン、メチルエチルケトン、トリクロロエチレンまたは
これらの混合物などの有機溶剤や水などが使用可能であ
る。有機バインダとしてはメタクリル酸エステル重合
体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合
体、α−メチルスチレン重合体、テトラフルオロエチレ
ン重合体等の易熱分解性の有機バインダが使用可能であ
る。しかし、有機バインダとして広く使用されているポ
リビニルブチラール、酢酸ビニルなどは脱バインダに高
温を要するので好ましくない。分散剤としてはオクタデ
シルアミン、グリセリルモノオレート、ソルビタンモノ
オレエートなどが用いられる。可塑剤としてはジオクチ
ルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DB
P)、ポリエチレングリコール、グリセリンなどが使用
可能である。
As the solvent, an organic solvent such as alcohol, toluene, acetone, methyl ethyl ketone, trichloroethylene or a mixture thereof, or water can be used. As the organic binder, a thermally decomposable organic binder such as a methacrylate polymer, an acrylate-methacrylate copolymer, an α-methylstyrene polymer, and a tetrafluoroethylene polymer can be used. However, polyvinyl butyral, vinyl acetate, and the like, which are widely used as organic binders, are not preferable because a high temperature is required for removing the binder. As the dispersant, octadecylamine, glyceryl monooleate, sorbitan monooleate and the like are used. Dioctyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DB)
P), polyethylene glycol, glycerin and the like can be used.

【0027】上記方法により得られたスラリーからドク
ターブレード法などの公知の方法によって均一な厚みの
グリーンシートを形成し、ハンドリング可能な状態まで
乾燥させる。このグリーンシートをカッターあるいは打
ち抜き型によって所望の形状に加工し、必要に応じてさ
らに打ち抜き型等により所望の位置にスルーホールを形
成する。その後、加工されたグリーンシート上に前記酸
化銅ペーストをスクリーン印刷して配線パターンを形成
し、前記配線パターン形成ずみのグリーンシートを所定
枚数重ね、プレスして積層体を作成する。
From the slurry obtained by the above method, a green sheet having a uniform thickness is formed by a known method such as a doctor blade method, and dried to a state in which it can be handled. The green sheet is processed into a desired shape by a cutter or a punching die, and if necessary, a through hole is formed at a desired position by a punching die or the like. Thereafter, the copper oxide paste is screen-printed on the processed green sheet to form a wiring pattern, and a predetermined number of the green sheets on which the wiring pattern has been formed are stacked and pressed to form a laminate.

【0028】該積層体の熱処理は空気中における脱バイ
ンダ工程と還元雰囲気下における還元焼成工程の2工程
あるが、いずれも連続生産性の高いベルト炉で行なうこ
とができる。
The heat treatment of the laminate includes two steps, a binder removal step in air and a reduction firing step in a reducing atmosphere, and both steps can be performed in a belt furnace having high continuous productivity.

【0029】積層済グリーンシートの脱バインダ工程は
空気中において550℃から低温焼成セラミックスの焼
結開始温度以下に加熱することが望ましい。加熱温度が
550℃未満では脱バインダが不十分となり、逆に前記
焼結開始温度を超えると前記低温焼成セラミックスが焼
結収縮を開始して緻密化し、後の還元ガスによる内部酸
化銅の還元が困難となり、また空気中においては銅の融
点以下の温度では酸化銅の焼結収縮はほとんどないた
め、前記低温焼成セラミックスのみが焼結収縮し、多層
体が変形するので好ましくない。
In the binder removing step of the laminated green sheets, it is desirable to heat the mixture in air from 550 ° C. to a temperature lower than the sintering start temperature of the low-temperature fired ceramics. When the heating temperature is lower than 550 ° C., the binder removal becomes insufficient. On the other hand, when the temperature exceeds the sintering start temperature, the low-temperature fired ceramics starts sintering shrinkage and densifies. At the temperature below the melting point of copper, there is almost no sintering shrinkage of copper oxide in the air, so that only the low-temperature fired ceramics shrinks and undesirably deforms the multilayer body.

【0030】脱バインダ工程後の還元焼成工程は3%以
下の水素を含む窒素ガス雰囲気中で800℃〜1050
℃に加熱することで行なうことが望ましい。水素濃度が
3%を超えると爆発の危険があり安全上問題がある。ま
た温度800℃未満の還元ではセラミックスが焼結しな
い場合があり、1050℃を超えると銅が溶融流動化
し、配線パターンが崩れてしまうので好ましくない。ま
た、還元工程を400℃程度で処理した後、中性雰囲気
下で焼成工程を行なっても構わない。
The reduction firing step after the binder removal step is performed at 800 ° C. to 1050 ° C. in a nitrogen gas atmosphere containing 3% or less of hydrogen.
It is desirable to carry out by heating to ° C. If the hydrogen concentration exceeds 3%, there is a risk of explosion and there is a safety problem. If the temperature is lower than 800 ° C., the ceramic may not be sintered. If the temperature exceeds 1050 ° C., copper is melted and fluidized, and the wiring pattern is undesirably broken. After the reduction step is performed at about 400 ° C., the firing step may be performed in a neutral atmosphere.

【0031】[0031]

【作用】請求項1記載の低温焼成セラミックス多層基板
にあっては、導体材料の出発材料として酸化銅を用いる
ことで脱バインダ工程を空気中で行うことが可能とな
り、樹脂バインダを完全に除去できるので良好な導体特
性および基板特性が得られる。また、前記酸化銅に収縮
抑制剤として銅の融点以上の融点を有するセラミックス
粒子、もしくは銅の融点以上の軟化点を有するガラス粒
子、もしくは銅の融点以上の融点を有するセラミックス
粒子と銅の融点以上の軟化点を有するガラス粒子との混
合粒子が添加されており、前記収縮抑制剤により酸化銅
から銅への還元による収縮量、及び銅の焼結による収縮
量を抑えて、該収縮量とセラミックス絶縁部の収縮量と
を一致させることにより、基板に変形やクラック等の形
状欠陥が発生すること及び断線の発生を抑えることが可
能となり、小型の電子部品を高密度に実装することが可
能となる。
In the low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the first aspect, the use of copper oxide as a starting material for the conductor material enables the binder removal step to be performed in the air, thereby completely removing the resin binder. Therefore, good conductor characteristics and substrate characteristics can be obtained. Further, ceramic particles having a melting point higher than the melting point of copper, or glass particles having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, or ceramic particles having a melting point equal to or higher than the melting point of copper and the melting point of copper or higher as the copper oxide as a shrinkage inhibitor Mixed particles with glass particles having a softening point are added, and the shrinkage inhibitor suppresses the amount of shrinkage due to reduction of copper oxide to copper, and the amount of shrinkage due to sintering of copper. By matching the amount of shrinkage of the insulating portion, it is possible to suppress the occurrence of shape defects such as deformation and cracks on the substrate and the occurrence of disconnection, and it is possible to mount small electronic components with high density. Become.

【0032】また前記収縮抑制剤を前記銅の融点以上を
有するものとしたのは、もし銅の融点未満のものにすれ
ば、低温焼成セラミックスの焼成時の焼成温度が銅の融
点以下の温度であるので、前記低温焼成セラミックスを
焼成する際に、前記収縮抑制剤としてのセラミックス粉
末またはガラス粉末がそれぞれ、溶融、軟化して流動化
し、酸化銅の還元による収縮及び還元銅の焼結による収
縮と同時に流動することとなり、導体部の収縮を抑制す
ることができないためである。
The reason why the shrinkage inhibitor has the melting point of copper or higher is that if it is lower than the melting point of copper, the firing temperature of the low-temperature fired ceramic is lower than the melting point of copper. Therefore, when firing the low-temperature fired ceramics, the ceramic powder or glass powder as the shrinkage suppressor is melted, softened and fluidized, respectively, and shrinkage due to reduction of copper oxide and sintering of reduced copper. This is because they flow at the same time, and the contraction of the conductor cannot be suppressed.

【0033】請求項2記載の低温焼成セラミックス多層
基板の製造方法によれば、請求項1記載の低温焼成セラ
ミックス多層基板を確実にかつ容易に得ることが可能で
ある。
According to the method for manufacturing a low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the second aspect, the low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the first aspect can be reliably and easily obtained.

【0034】請求項3記載の低温焼成セラミックス多層
基板にあっては、請求項1記載の銅導体に、さらに銅の
融点以下の軟化点を有するガラス粒子が存在するので、
請求項1記載のものと同様の作用を有しており、さらに
前記ガラス粒子が焼成時に反応して、銅導体部とセラミ
ックス絶縁層との接着性を向上させることが可能とな
る。
In the low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the third aspect, the copper conductor according to the first aspect further includes glass particles having a softening point equal to or lower than the melting point of copper.
It has the same function as that of the first aspect, and furthermore, the glass particles react at the time of sintering, so that the adhesiveness between the copper conductor portion and the ceramic insulating layer can be improved.

【0035】請求項4記載の低温焼成セラミックス多層
基板の製造方法によれば、請求項3記載の低温焼成セラ
ミックス多層基板を確実にかつ容易に得ることが可能で
ある。
According to the method for manufacturing a low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the fourth aspect, the low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the third aspect can be reliably and easily obtained.

【0036】[0036]

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る低温焼成セラ
ミックス多層基板及びその製造方法の実施例及び比較例
を説明する。まず、アルミナ粉末とホウケイ酸系ガラス
粉末をそれぞれ50重量%調合し、粉砕混合してセラミ
ックス原料とする。このセラミックス原料69%とメタ
クリル酸エステル樹脂9%、DOP3%、トルエン9
%、イソプロピルアルコール10%にオクタデシルアミ
ン系分散剤を極微量加え、ボールミルで混合してセラミ
ックススラリーを作った。このスラリーを真空脱泡機で
脱泡した後、ドクターブレード法により、前記セラミッ
クススラリーから厚み250μmのグリーンシートを作
製した。このグリーンシートを所定の大きさに切断した
後、必要な箇所に直径200μmのスルーホールを形成
した。
Examples and Comparative Examples Examples and comparative examples of a low-temperature fired ceramic multilayer substrate and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below. First, alumina powder and borosilicate glass powder are mixed at 50% by weight, respectively, and pulverized and mixed to obtain a ceramic raw material. 69% of this ceramic material, 9% of methacrylate resin, 3% of DOP, 9% of toluene
% And isopropyl alcohol 10%, a trace amount of an octadecylamine-based dispersant was added and mixed with a ball mill to form a ceramic slurry. After defoaming this slurry with a vacuum defoaming machine, a green sheet having a thickness of 250 μm was prepared from the ceramic slurry by a doctor blade method. After cutting this green sheet into a predetermined size, a through hole having a diameter of 200 μm was formed at a necessary portion.

【0037】次に、表1に示す酸化銅粉末及び表2に示
す収縮抑制剤としてのアルミナ粉末(融点2055℃)
及び、SiO2 −CaO−MgO系ガラス(軟化点13
00℃、粒径3μm)及び接着用のガラス粉末としてホ
ウケイ酸ガラス(軟化点500℃、粒径5μm)を表3
に示す組成で配合し、混合した。
Next, copper oxide powder shown in Table 1 and alumina powder as a shrinkage inhibitor shown in Table 2 (melting point: 2055 ° C.)
And SiO 2 —CaO—MgO-based glass (softening point 13
Table 3 shows borosilicate glass (softening point: 500 ° C., particle size: 5 μm) as a glass powder for bonding.
Was blended in the composition shown in Table 1 and mixed.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】[0040]

【表3の1】 [Table 3-1]

【0041】[0041]

【表3の2】 [Table 3-2]

【0042】[0042]

【表3の3】 [Table 3-3]

【0043】[0043]

【表3の4】 [Table 3-4]

【0044】次に、前記混合物をエチルセルロール5
%、テルピネオール55%、ジブチルフタレート40%
とからなるビヒクルに分散させ、3本ロールミルで混練
してペースト化した。この酸化銅を主成分とするペース
トを前記加工剤グリーンシート上にスクリーン印刷によ
り塗布して配線パターンを形成した。また、前記グリー
ンシートへの酸化銅ペーストの印刷面積率はシートの約
60%に設定した。
Next, the mixture was mixed with ethyl cellulose 5
%, Terpineol 55%, dibutyl phthalate 40%
And kneaded with a three-roll mill to form a paste. This paste containing copper oxide as a main component was applied by screen printing on the processing agent green sheet to form a wiring pattern. The printing area ratio of the copper oxide paste on the green sheet was set to about 60% of the sheet.

【0045】なお、この印刷工程において、前記スルー
ホールの内部にも酸化銅ペーストが充てんされる。その
後、配線パターン形成済みグリーンシートを所望枚重ね
合わせて圧力30MPa、温度100℃で積層し一体化
させた。図1は配線パターン圧着後のグリーンシート積
層体を示しており、11はグリーンシート、12は内部
導体ペースト、13は表層導体ペーストをそれぞれ表わ
している。
In this printing process, the inside of the through hole is filled with a copper oxide paste. Thereafter, the desired green sheets on which a wiring pattern had been formed were stacked and laminated at a pressure of 30 MPa and a temperature of 100 ° C. to be integrated. FIG. 1 shows the green sheet laminate after the wiring pattern is pressed, 11 denotes a green sheet, 12 denotes an internal conductor paste, and 13 denotes a surface conductor paste.

【0046】次に、この未焼結グリーンシートの積層体
のバインダ除去を行う。空気中でピーク温度600℃、
ピーク保持時間90分を含む3時間の加熱プロファイル
で加熱した。
Next, the binder is removed from the laminate of the unsintered green sheets. 600 ° C peak temperature in air
Heating was performed with a heating profile of 3 hours including a peak retention time of 90 minutes.

【0047】次に積層体中の酸化銅の金属銅への還元と
該還元銅とセラミックスとの一体化焼成を含む熱処理を
行う。前記脱バインダ済のグリーンシート積層体を1〜
4%水素と窒素との混合ガス中でピーク温度900℃、
ピーク温度保持時間30分を含む1.5時間の加熱プロ
ファイルで焼成を行ない、内部銅導体を有する低温焼成
セラミックス基板を作製した。
Next, heat treatment including reduction of copper oxide in the laminate to metallic copper and integrated firing of the reduced copper and ceramics are performed. The binder-removed green sheet laminate is 1 to
A peak temperature of 900 ° C. in a mixed gas of 4% hydrogen and nitrogen,
Firing was performed with a heating profile of 1.5 hours including a peak temperature holding time of 30 minutes to produce a low-temperature fired ceramic substrate having an internal copper conductor.

【0048】なお、最上層の銅導体回路はこの焼成済基
板上に銅導体ペーストを所定パターンに印刷し、窒素雰
囲気下でピーク温度900℃、ピーク温度保持時間10
分を含む60分間の加熱プロファイルで焼き付けて、最
終的な回路基板を得た。
The copper conductor circuit of the uppermost layer is formed by printing a copper conductor paste in a predetermined pattern on the fired substrate, and under a nitrogen atmosphere, at a peak temperature of 900 ° C. and a peak temperature holding time of 10 hours.
Baking with a heating profile of 60 minutes including the minutes to obtain a final circuit board.

【0049】次に前記低温焼成セラミックス多層基板を
用いて以下の実験を行ない、その結果を併せて表3に示
した。
Next, the following experiments were conducted using the low-temperature fired ceramic multilayer substrate, and the results are shown in Table 3.

【0050】表面荒さ計にて測定した基板の表裏の各2
つずつの対角線方向の凹凸の最高値と最低値(すなわち
最も高い山と最も低い谷)の差の平均値を基板の変形量
として表わしている。さらに、同表には内部銅配線の導
通抵抗をシート抵抗値で表わした。
Each of the two sides of the front and back of the substrate measured by the surface roughness meter
The average value of the difference between the maximum value and the minimum value (ie, the highest peak and the lowest valley) of the diagonal irregularities is represented as the deformation amount of the substrate. Further, in the same table, the conduction resistance of the internal copper wiring was represented by a sheet resistance value.

【0051】実施例No.1〜35は酸化銅に収縮抑制
剤としてアルミナ粒子を、実施例No.71、72は酸
化銅に収縮抑制剤としてSiO2 −CaO−MgO系ガ
ラス粉末を、実施例73、74は酸化銅に収縮抑制剤と
して前記アルミナ粉末及び前記ガラス粉末の混合粉末を
それぞれ添加した導体ペーストを用いたものであり、基
板の変形は4μm以下と非常に小さく、またシート抵抗
値も優れている。
Embodiment No. Nos. 1 to 35 are copper oxides containing alumina particles as a shrinkage inhibitor. 71 and 72 are conductors obtained by adding SiO 2 —CaO—MgO-based glass powder as a shrinkage inhibitor to copper oxide, and Examples 73 and 74 are conductors obtained by adding a mixed powder of the alumina powder and the glass powder to a copper oxide as a shrinkage inhibitor. Since the paste is used, the deformation of the substrate is as small as 4 μm or less, and the sheet resistance is excellent.

【0052】さらに、実施例No.36〜70は酸化銅
に収縮抑制剤としてアルミナ粒子及び接着用のSiO2
−B23 系ガラスを、No.76、77は酸化銅に収
縮抑制剤としてSiO2 −CaO−MgO系ガラス粉末
及び接着用のSiO2 −B23 系ガラスを、No.7
5は酸化銅に収縮抑制剤として前記アルミナ粉末及び前
記ガラス粉末及び接着用の前記ガラス粒子をそれぞれ添
加した導体ペーストを用いたものであり、シート抵抗の
値も優れており、また、基板の変形は実施例No.1〜
35、71及び72に比べ、さらに小さくなっていると
いえる。
Further, in Example No. 36 to 70 are alumina particles as a shrinkage inhibitor and SiO 2 for adhesion to copper oxide.
The -B 2 O 3 based glass, No. 76, 77 a SiO 2 -CaO-MgO based glass powder and SiO 2 -B 2 O 3 based glass for adhesion as shrinkage-suppressing agent in the copper oxide, No. 7
No. 5 uses a conductive paste obtained by adding the alumina powder, the glass powder, and the glass particles for bonding as a shrinkage inhibitor to copper oxide, and has an excellent sheet resistance value. In Example No. 1 to
It can be said that it is even smaller than 35, 71 and 72.

【0053】また比較例1〜2は酸化銅ペーストに収縮
抑制剤及び接着用ガラス粒子を含んでおらず、基板の変
形は実施例のものと比べると非常に大きく、またシート
抵抗も劣っている。さらに、比較例3〜6酸化銅ペース
トに接着用ガラス粒子を含んでいるので、基板の変形は
比較例1〜2と比べ小さくなっているが、実施例のもの
と比べると非常に大きいことがわかる。さらに比較例
2、3のものは断線していた。
In Comparative Examples 1 and 2, the copper oxide paste did not contain the shrinkage inhibitor and the glass particles for bonding, and the deformation of the substrate was much larger than that of the Example, and the sheet resistance was also inferior. . Furthermore, since the glass oxide for adhesion is contained in the copper oxide pastes of Comparative Examples 3 to 6, the deformation of the substrate is smaller than that of Comparative Examples 1 and 2, but it is very large compared to those of the Examples. Understand. Further, those of Comparative Examples 2 and 3 were disconnected.

【0054】また、すべての実施例1〜77は脱バイン
ダ工程後の多層体の炭素量は50ppm以下と十分に低
く、銅及び低温焼成セラミックスの焼結性や基板特性に
悪影響を及ぼさない量である。
Also, in all of Examples 1 to 77, the carbon content of the multilayer body after the binder removal step is sufficiently low as 50 ppm or less, and is an amount that does not adversely affect the sinterability and the substrate characteristics of copper and low-temperature fired ceramics. is there.

【0055】上記したように、実施例1〜35、71〜
74のものは銅の有する導通抵抗が小さいという特性を
十分に発現させることができ、また脱バインダ工程を完
全に完了させることができ、さらに前記酸化銅に収縮抑
制剤として銅の融点以上の融点を有するセラミッックス
としてアルミナもしくは銅の融点以上の軟化点を有する
ガラスとしてSiO2 −CaO−MgO系ガラスもしく
は前記アルミナとSiO2 −CaO−MgO系ガラスの
混合粉末が添加され、ペースト化されており、前記収縮
抑制剤により酸化銅の銅への還元及び銅の焼結による収
縮量を抑えて、該収縮量とセラミックス絶縁部の収縮量
とを一致させることにより、基板に変形やクラック等の
形状欠陥が発生すること及び断線の発生を抑えることが
でき、小型の電子部品を高密度に実装することができ
る。
As described above, Examples 1 to 35 and 71 to 71
No. 74 can sufficiently exhibit the property that the conduction resistance of copper is small, and can completely complete the binder removal step. Further, the copper oxide has a melting point higher than the melting point of copper as a shrinkage inhibitor. As a ceramic having alumina or a glass having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, a mixed powder of SiO 2 -CaO-MgO-based glass or a mixed powder of the alumina and SiO 2 -CaO-MgO-based glass is added and pasted, The shrinkage inhibitor suppresses the amount of copper oxide reduced to copper and the amount of shrinkage due to sintering of copper, and by matching the amount of shrinkage with the amount of shrinkage of the ceramic insulating portion, the substrate has a shape defect such as deformation or crack. And the occurrence of disconnection can be suppressed, and small electronic components can be mounted at high density.

【0056】また、実施例36〜70、75〜77のも
のは前記ペーストに接着用の銅の融点以下の軟化点を有
するガラス粉末としてホウケイ酸ガラスが添加されてお
り、前記ガラス粒子が焼成時に反応して、銅導体部とセ
ラミックス絶縁層との接着性を向上させることができ、
基板の変形などを抑える効果をさらに高くすることがで
きる。
In Examples 36 to 70 and 75 to 77, borosilicate glass was added to the paste as a glass powder having a softening point lower than the melting point of copper for bonding. Reacts to improve the adhesion between the copper conductor and the ceramic insulating layer,
The effect of suppressing deformation of the substrate and the like can be further enhanced.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明に係る請求項1記載の低温焼成セラミックス多層基板
にあっては、導体材料の出発材料として酸化銅を用いる
ことで脱バインダ工程を空気中で行うことが可能とな
り、樹脂バインダを完全に除去できるので良好な導体特
性および基板特性を得ることができる。また、前記酸化
銅に収縮抑制剤として銅の融点以上の融点を有するセラ
ミックス粒子、もしくは銅の融点以上の軟化点を有する
ガラス粒子、もしくは銅の融点以上の融点を有するセラ
ミックス粒子と銅の融点以上の軟化点を有するガラス粒
子との混合粒子が添加されており、前記収縮抑制剤によ
り酸化銅の銅への還元及び銅の焼結による収縮量を抑え
て、該収縮量とセラミックス絶縁部の収縮量とを一致さ
せることにより、基板に変形やクラック等の形状欠陥が
発生すること及び断線の発生を抑えることができ、小型
の電子部品を高密度に実装することができる。
As is apparent from the above description, in the low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the first aspect of the present invention, the binder removal step is performed by using copper oxide as a starting material for the conductor material. In this case, the resin binder can be completely removed, so that good conductor characteristics and substrate characteristics can be obtained. Further, ceramic particles having a melting point higher than the melting point of copper, or glass particles having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, or ceramic particles having a melting point equal to or higher than the melting point of copper and the melting point of copper or higher as the copper oxide as a shrinkage inhibitor Mixed particles with glass particles having a softening point are reduced by the shrinkage inhibitor to reduce the amount of copper oxide reduced to copper and the amount of shrinkage due to sintering of the copper, thereby reducing the amount of shrinkage and shrinkage of the ceramic insulating portion. By matching the amounts, it is possible to suppress the occurrence of shape defects such as deformation and cracks in the substrate and the occurrence of disconnection, and it is possible to mount small electronic components at high density.

【0058】請求項2記載の低温焼成セラミックス多層
基板の製造方法によれば、請求項1記載の低温焼成セラ
ミックス多層基板を確実にかつ容易に得ることができ
る。
According to the method for manufacturing a low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the second aspect, the low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the first aspect can be reliably and easily obtained.

【0059】請求項3記載の低温焼成セラミックス多層
基板にあっては、請求項1記載の銅導体に、さらに銅の
融点以下の軟化点を有するガラス粒子が存在するので、
上記請求項1記載のものと同様の効果を有しており、さ
らに前記ガラス粒子が焼成時に反応して、銅導体部とセ
ラミックス絶縁層との接着性を向上させることができ
る。
In the low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the third aspect, the copper conductor according to the first aspect further includes glass particles having a softening point equal to or lower than the melting point of copper.
It has the same effect as that of the first aspect, and furthermore, the glass particles react at the time of sintering, so that the adhesiveness between the copper conductor portion and the ceramic insulating layer can be improved.

【0060】請求項4記載の低温焼成セラミックス多層
基板の製造方法によれば、請求項3記載の低温焼成セラ
ミックス多層基板を確実にかつ容易に得ることができ
る。
According to the method for manufacturing a low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the fourth aspect, the low-temperature fired ceramic multilayer substrate according to the third aspect can be reliably and easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】低温焼成セラミックス多層基板の中間工程品の
一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an intermediate process product of a low-temperature fired ceramic multilayer substrate.

【符合の説明】[Description of sign]

11 グリーンシート 12 内部導体ペースト 13 表層導体ペースト 11 Green sheet 12 Internal conductor paste 13 Surface conductor paste

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内部銅導体に銅の融点以上の融点を有す
るセラミックス粒子、もしくは銅の融点以上の軟化点を
有するガラス粒子、もしくは銅の融点以上の融点を有す
るセラミックス粒子と銅の融点以上の軟化点を有するガ
ラス粒子との混合粒子が存在することを特徴とする低温
焼成セラミックス多層基板。
A ceramic particle having a melting point equal to or higher than the melting point of copper, a glass particle having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, or a ceramic particle having a melting point equal to or higher than the melting point of copper. A multilayer ceramic substrate fired at low temperature, characterized in that mixed particles with glass particles having a softening point are present.
【請求項2】 セラミックス原料に、有機バインダ及び
可塑剤を混合してグリーンシートを作製する工程と、 該グリーンシートに、酸化銅からなる主成分に銅の融点
以上の融点を有するセラミックス粉末、もしくは銅の融
点以上の軟化点を有するガラス粉末、もしくは銅の融点
以上の融点を有するセラミックス粉末と銅の融点以上の
軟化点を有するガラス粉末との混合粉末を主成分とする
ペーストを所望の回路パターンに印刷する工程と、 該回路パターンが印刷されたグリーンシートを積層して
グリーンシート積層体を形成する工程と、 該グリーンシート積層体中の有機バインダを分解・飛散
させる脱バインダ工程と、 該脱バインダ工程の後、銅の融点以下の温度の還元雰囲
気中で前記酸化銅を還元すると同時にセラミックスを焼
成する還元焼成工程とを含んでいることを特徴とする請
求項1記載の低温焼成セラミックス多層基板の製造方
法。
2. A step of producing a green sheet by mixing an organic binder and a plasticizer with a ceramic raw material; and adding a ceramic powder having a melting point equal to or higher than the melting point of copper to a main component comprising copper oxide; A paste containing a glass powder having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, or a mixed powder of a ceramic powder having a melting point equal to or higher than the melting point of copper and a glass powder having a softening point equal to or higher than the melting point of copper is used as a main component. Forming a green sheet laminate by laminating the green sheets on which the circuit patterns are printed; a binder removing step of decomposing and scattering an organic binder in the green sheet laminate; After the binder step, the copper oxide is reduced in a reducing atmosphere at a temperature equal to or lower than the melting point of copper. Method for producing a low-temperature co-fired ceramic multilayer substrate according to claim 1, characterized in that it comprises a firing step.
【請求項3】 内部銅導体に銅の融点以上の融点を有す
るセラミックス粒子、もしくは銅の融点以上の軟化点を
有するガラス粒子、もしくは銅の融点以上の融点を有す
るセラミックス粒子と銅の融点以上の軟化点を有するガ
ラス粒子との混合粒子及び銅の融点以下の軟化点を有す
るガラス粒子が存在することを特徴とする低温焼成セラ
ミックス多層基板。
3. A ceramic particle having a melting point equal to or higher than the melting point of copper, a glass particle having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, or a ceramic particle having a melting point equal to or higher than the melting point of copper. A low-temperature fired ceramic multilayer substrate comprising mixed particles with glass particles having a softening point and glass particles having a softening point equal to or lower than the melting point of copper.
【請求項4】 セラミックス原料に、有機バインダ及び
可塑剤を混合してグリーンシートを作製する工程と、 該グリーンシートに、酸化銅からなる主成分に銅の融点
以上の融点を有するセラミックス粉末、もしくは銅の融
点以上の軟化点を有するガラス粉末、もしくは銅の融点
以上の融点を有するセラミックス粉末と銅の融点以上の
軟化点を有するガラス粉末との混合粉末及び銅の融点以
下の軟化点を有するガラス粉末を主成分とするペースト
を所望の回路パターンで印刷する工程と、 該回路パターンが印刷されたグリーンシートを積層して
グリーンシート積層体を形成する工程と、 該グリーンシート積層体中の有機バインダを分解・飛散
させる脱バインダ工程と、 該脱バインダ工程の後、銅の融点以下の温度の還元雰囲
気中で前記酸化銅を還元すると同時にセラミックスを焼
成する還元焼成工程とを含んでいることを特徴とする請
求項3記載の低温焼成セラミックス多層基板の製造方
法。
4. A step of preparing a green sheet by mixing an organic binder and a plasticizer with a ceramic raw material; and adding a ceramic powder having a melting point equal to or higher than the melting point of copper to a main component made of copper oxide; Glass powder having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, or mixed powder of ceramic powder having a melting point equal to or higher than the melting point of copper and glass powder having a softening point equal to or higher than the melting point of copper, and glass having a softening point equal to or lower than the melting point of copper A step of printing a paste containing powder as a main component in a desired circuit pattern; a step of laminating green sheets on which the circuit pattern is printed to form a green sheet laminate; and an organic binder in the green sheet laminate. A binder removal step of decomposing and scattering the copper oxide, and after the binder removal step, the copper oxide is placed in a reducing atmosphere at a temperature equal to or lower than the melting point of copper. Method for producing a low-temperature co-fired ceramic multilayer substrate according to claim 3, characterized in that it comprises a reduction firing step of firing the reduction to simultaneously ceramics.
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