JP3258231B2 - セラミック回路基板およびその製造方法 - Google Patents

セラミック回路基板およびその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器のセラミ
ック回路基板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミック回路基板に内蔵導体を配し、
これと表面導体とをビア導体によって接合してなる電子
機器用の回路基板は知られているが、近年電子機器の小
型化および多機能化の要望が強くなり、セラミック基板
と内蔵導体を多層に配置した多層回路基板が多く用いら
れる。セラミック多層回路基板においては、セラミック
にW,Moからなる導体を内蔵させ、その内蔵導体を表
面基板に設けたビアから露出させて、表層に形成したC
uを主成分とする金属厚膜よりなる表面導体をビアにお
ける中間金属層を介して連接した構造の基板が広く用い
られている。かかる基板は内蔵導体および表面導体共に
非酸化性雰囲気中での焼成により製造しているが、より
生産性の高い空気中での焼成が可能なAg系、Au系の
金属を主とする表面導体を形成する製造方法も開発され
ている。この空気中焼成を利用する場合には内蔵導体で
あるWやMoの酸化が発生するため、内蔵導体と表面導
体間の接続はかなり技術的に困難なものであった。
【0003】特公平5−44200号公報に記載された
多層回路基板はアルミナを主成分とする電気絶縁基板に
W又はMoからなる内蔵導体及び電気絶縁層を交互に積
層し、最外層絶縁層中に内蔵導体が露出するビアを設
け、該ビア部分にW又はMoによって還元されない低融
点ガラス材料と貴金属とからなる導体材料を充填して焼
成し、その上に表面導体を設けて焼成し、内蔵導体層の
劣化のない多層回路基板を提供せんとするものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
を検討した結果、表面導体とビア内に配置した導体とを
接合する際に接続不良が発生することが判った。原因と
しては以下のことが考えられる。Ag系、Au系、Cu
系等の表面導体はセラミック基板と強固に接合されるこ
とが必要であるため、表面導体形成材料中には一般的に
ガラスフリットが含有されている。すなわち、表面導体
形成材料は、通常、金属粉末、有機ビヒクル、ガラスフ
リットを主としてペースト状に構成されており、これを
スクリーン印刷法で所望の回路に印刷し、850℃程度
で焼成して形成する。ガラスフリットは焼成中にセラミ
ックと金属の接合を行うが、ビア導体との接合時には、
ガラスフリットは不要なものであり、ビア導体中に溶融
フリットの侵入がなければビア導体と表面導体との間に
溶融ガラスフリットが多量に存在することとなり、これ
が固化して接続不良の原因となる。そこで本発明はかか
る現象をなくして、ビア導体と表面導体との接続を良好
にして優れた導電性を確保するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくともビ
アおよび表面に金属導体を配したセラミック回路基板に
おいて、ビア導体と表面導体とを接合するため、セラミ
ック基板内に形成するビア導体が前記表面導体との接合
面において空隙率5%以上の表層ビア導体に表面導体が
接合されたものであるセラミック回路基板である。
【0006】本発明は、又、セラミック基板材料の表面
にビアを形成し、該ビア内に少なくとも露出部近傍が焼
成後に空隙率5%以上にするための表層ビア導体材料を
配置し、同時焼成した後、ビアを中心とした表面所定部
位に、金属粉末を主成分とし、これにガラスフリットと
バインダを混和してなる導体ペーストをもって回路パタ
ーンを印刷し焼成することによって表面導体を形成する
セラミック回路基板の製造方法である。
【0007】上記において、表面導体は金属導体材料と
ガラスフリットにより形成されたものである。又、セラ
ミック基板材料はAl23、AlNも適用できるが10
00℃以下で焼成可能なセラミックが望ましい。ビア導
体材料および表面導電材料は、W,Mo,Mo−Mn,
Ag,Ag−Pd,Ag−Pt,Au,Cu等の適宜の
組合せで適用できる。又、表面導電材料に含まれるガラ
スフリットとしては、金属材料がW,Mo,Mo−Mn
である場合には、CaO−MgO−SiO2系ガラスフ
リットが、又、Ag,Ag−Pd,Ag−Pt,Au,
Cuである場合にはPbO−SiO2−Al23−B2
3系、SiO2−CaO−Al23−B23系等が好適で
ある。
【0008】又、ビア導体の表面導体との接合面を空隙
率5%以上としてビア導体と表面導体とを接合するの
は、表面導体中のガラスフリットの溶融物がビア導体と
の接合面に偏在しないように、ビア導体の接合面の5%
以上の空隙中に浸入できるようにしたものである。空隙
率5%未満では、ビア導体と表層導体間に、表面導体に
由来するガラスフリットの濃縮部が形成され易くなり、
場合によっては電気的導通が遮断される。空隙率5%以
上では、このガラスフリットのビア導体への濃縮部の形
成が行われず、電気的導通が保たれる。空隙率の最大値
は上部導体とビア導体が導通できる範囲であれば良い。
なお、本発明における空隙率は次の定義による。
【0009】
【数1】
【0010】
【発明の実施の形態】空隙率5%以上の構成とするため
には下記いくつかの手段がある。 ビアへ充填する導電ペースト中へ添加する材料の焼
結完了温度は基板のセラミック材料の焼結完了温度より
も高い材料を混入する。 ビアの導電材料として焼結性の悪い金属材料を使用
する。 ビアの導電材料に蒸発飛散する有機物を添加する。 基板の焼成後、ビア導電体表面に機械的に微細な穴
をあける。
【0011】
【実施例】以下具体的な実施例について述べる。 実施例1 図1に本発明を適用する回路基板の説明図で、1はセラ
ミック基板、2は表面導体、3は内蔵導体、4はビア導
体、5,6は他のビアを示す。セラミック基板1用の材
料として、CaO−Al23−SiO2−B23系ガラ
スとα−Al23との60:40(重量比)混合よりな
る低温焼成セラミックを用いた。表面導体2としてはA
gとPdを重量比で85:15の割合で混合した粉末に
PbO−SiO2−B23系ガラスフリットを5%含有
させたものを用いた。ビア導体4としては図2に拡大し
て示すように内部ビア導体4aと表層ビア導体4bとに
分け、内部ビア導体4aとしては100%Agを用い
た。表層ビア導体4bとしてはAgとPdとを重量比で
90:10の割合で混合した粉末を用いた。なお、基板
内部のビア5には、前記内部ビア導体4aと同じ導体
を、又、反対表面側のビア6には前記の表層ビア導体4
bと同じ導体を適用してもよい。この表層ビア導体材料
は内部ビア導体材料Agよりも焼結性の悪いPdを含ん
でいるため、すなわち前述の空隙率5%以上とするため
の手段に相当し、焼結後の空隙率が約6%となるもの
である。
【0012】つぎに製造方法について説明する。上記セ
ラミック基板1用のセラミック粉体(平均粒径0.1〜
10μm程度)をポリビニルブチラール樹脂を溶剤(ト
ルエン)と共にボールミルにて混合し、ドクターブレー
ド法によってセラミックグリーンシートを作製した。こ
れを所望の形状に切断し、さらに層間の導通を得るため
のビアホールを打抜き金型をもって形成した。そして、
ビア内にまず内部ビア導体4a材料を、さらにその上に
表層ビア導体4b材料を印刷法によって充填し、又、必
要に応じて内部配線(Ag100%等)をスクリーン印
刷法により形成した。ついで、必要枚数のセラミックグ
リーンシートを熱圧着した後に、セラミックの焼結温度
(900℃)にて焼成した。得られた焼結セラミック板
上にガラスフリットを含有した表面導体2材料をビア表
面と接合するように形成し、又、必要に応じて抵抗体等
も形成した後に表面導体の焼結温度(900℃)にて焼
結してセラミック回路基板を得た。ビア径0.25m
m、配線幅0.3mm、セラミック厚0.3mmにおけ
る前記製品のビア接続性をテストしたところ、1000
0回の試験で接続不良の発生数は0であった。
【0013】実施例2 セラミック基板1用の材料としては実施例1と同じもの
を用い、表層ビア導体4b材料としては粒径0.5μm
のCu粉にAl23粉体10%添加したものを用い、内
部ビア導体4a材料としては、粒径3μmのCu粉を用
い900℃で焼成した。表層ビア導体の空隙率は上記手
段に相当し、15%であった。得られた焼成セラミッ
ク板上に、Cu粉にPbO−SiO2−B23−CdO
系ガラスフリットを10wt%含有させた表面導体2材
料をビア表面と接合するように形成し、又、必要に応じ
て抵抗体等も形成した後に、表面導体の焼結温度900
℃で焼成して、セラミック回路基板を得た。実施例1の
場合と同様に試験をしたところ10000回の試験で接
続不良の発生数は0であった。
【0014】実施例3 セラミック基板1用の材料としては96%Al23を用
い、内部ビア導体4b材料としてはW粉に粒径10μm
のポリスチレンボールを3wt%添加したものを、表層
ビア導体4a材料としては粒径2μmのW粉を用いた。
必要に応じてWを用いた配線を形成し、1600℃で焼
成した。表層ビア導体は前記の手段に相当し、空隙率
は7%であった。得られた焼成セラミック板上に、W粉
にMgO−SiO2−CaO系ガラスフリットを5wt
%添加したW系の表面導体2材料をビア表面と接合する
ように形成し、又、必要に応じて抵抗体等を形成した後
に、表面導体の焼結温度1600℃で焼成してセラミッ
ク回路基板を得た。実施例1の場合と同様に試験をした
ところ、10000回の試験で接続不良の発生率は0で
あった。
【0015】比較例1 セラミック基板1用の材料としては、CaO−Al23
−SiO2−B23系ガラスとα−Al23の重量比で
60:40の混合粉を用い、内部導体3、ビア導体
(4,4b,4aのいずれも含む)材料に粒径0.5μ
mのAg粉を用いて配線を形成し、900℃で焼成し
た。表層ビア導体4bの空隙率は3%であった。得られ
た焼成セラミック基板上にAg/Pd(85/15)の
混合物にPbO−SiO2−B23系ガラスを5wt%
含有させた材料を表面導体2材料としてビアと接合する
ように形成し、又、必要に応じて抵抗体等を形成した後
に、導面導体の焼結温度900℃で焼成してセラミック
回路基板を得た。実施例1と同様に試験をしたところ、
10000回の試験で接続不良率は23回あった。この
不良箇所を解析した結果、その接続面にガラスフリット
が遍在し接続不良となっていることが判明した。
【0016】
【発明の効果】本発明は、ビア導体と表面導体との接続
の信頼性の高いセラミック回路基板を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成を示す説明図である。
【図2】本発明のビア導体と表面導体との接合部の拡大
説明図である。
【符号の説明】
1 セラミック基板 2 表面導体 3 内部導体 4 ビア導体 4a 内部ビア導体 4b 表層ビア導体 5 ビア 6 ビア

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともビアおよび表面に金属導体を
    配したセラミック回路基板において、ビア導体と表面導
    体とを接合するため、セラミック基板内に形成するビア
    導体が前記表面導体との接合面において空隙率5%以上
    の表層ビア導体に表面導体が接合されたものであること
    を特徴とするセラミック回路基板。
  2. 【請求項2】 表面導体が金属導体材料とガラスフリッ
    トにより形成されたものである請求項1記載のセラミッ
    ク回路基板。
  3. 【請求項3】 セラミックが1000℃以下で焼成され
    た低温焼成セラミックである請求項1記載のセラミック
    回路基板。
  4. 【請求項4】 セラミック基板材料の表面にビアを形成
    し、該ビア内に少なくとも露出部近傍が焼成後に空隙率
    5%以上にするための表層ビア導体材料を配置し、同時
    焼成した後、ビアを中心とした表面所定部位に、金属粉
    末を主成分とし、これにガラスフリットとバインダを混
    和してなる導体ペーストをもって回路パターンを印刷し
    焼成することによって表面導体を形成することを特徴と
    するセラミック回路基板の製造方法。
  5. 【請求項5】 セラミック基板材料が低温焼成セラミッ
    クである請求項4記載のセラミック回路基板の製造方
    法。
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