JP3652184B2 - 導体ペースト、ガラスセラミック配線基板並びにその製法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｃｕを主成分とするＣｕ系導体ペースト、及びガラスセラミックスからなる絶縁基板と同時焼成して形成された前記Ｃｕ系導体ペーストを起源とするビアホール導体や配線回路層を形成したガラスセラミック配線基板の製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、配線基板においては、高周波回路の対応性、高密度化、高速化が要求され、アルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られ、配線層の低抵抗化が可能な低温焼成配線基板が一層注目されている。
【０００３】
この低温焼成配線基板は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板に、該基板と同時焼成して形成された銅、金、銀などの低抵抗金属を主体とする配線回路層を施した配線基板が知られている。このような配線基板は、ガラスセラミック組成物からなるシート状成形体に上記低抵抗金属粉末を含む導体ペーストを印刷した後、８００〜１０００℃で同時に焼成して作製される。
【０００４】
また、この低温焼成配線基板は、配線層の低抵抗化、絶縁基板の低誘電率、低誘電損失化によって、半導体素子が収納する半導体素子収納用パッケージや、配線回路基板、携帯電話やパーソナルハンディホンシステム、各種衛星通信用に使用される高周波用多層配線基板などのあらゆる分野への応用が進められている。
【０００５】
低温焼成配線基板に用いる低抵抗の配線回路層としては、金系ではコスト的な問題、銀系ではマイグレーションの問題から用途などが限定されるのに対して、銅系材料では焼成処理を還元雰囲気で行う必要があるものの、配線基板の高密度化、配線基板中の回路の高周波化の要求に充分応えることが出来る材料であることから配線層を形成するための材料として主流となっている。
【０００６】
ガラスセラミックからなる絶縁基体の表面及び内部に銅粉末を主成分とする配線回路層を形成する具体的方法としては、ガラスセラミック原料粉末、有機バインダーに溶剤を添加して調製したスラリーをドクターブレード法などによってシート状に形成し、得られたグリーンシートに貫通孔を打ち抜き加工し、該貫通孔に銅粉末を主成分とする導体ペーストを充填し、同時にグリーンシート上に銅粉末を主成分とする導体ペーストを配線パターン状にスクリーン印刷法などで印刷形成し、配線パターンや貫通孔に導体が充填されたビアホール導体が形成されたグリーンシートを複数枚加圧積層し、８００〜１０００℃で焼成することにより作製されていた。
【０００７】
以上のような目的に適用される銅導体組成物として、（１）主成分の銅又は銅合金に対して軟化点が３００〜６００℃のガラスフリットを含有する導電性組成物（特開昭６３−３０１４０５号公報参照）や（２）主成分の銅に対して結晶化ガラスフリットと導体の接着力を向上するために、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ等の金属又は金属酸化物を含有する導体ペースト（特開平１−１１２６０５号公報参照）などが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記提案の銅導体ペーストでは以下に示すような課題が発生する。（１）ではガラスフリットの軟化点が低いため、グリーンシート中の有機成分を除去する脱バイ工程（通常６５０〜７５０℃）においてガラスフリットの軟化に起因する脱バインダー不良を起こし、接着強度が不安定となる。また、（２）では初期の接着力は良好であるが、接着力の向上の目的で添加した金属又は金属酸化物が、熱履歴（半田ボールの実装時等）を通すことにより変質し、接着強度が劣化する。さらには，（１）、（２）の導体ペーストは主として配線パターン用として好適な物であり、これらをビアホールに充填してビアホール導体を形成した場合、ガラスセラミックスとの濡れ性が著しく劣化し、ビアホール導体とガラスセラミックの間に隙間が発生したり、ビアホール導体とガラスセラミックスの焼結開始温度が異なることにより、焼成過程での収縮にズレを生じる結果、ビアホール導体がガラスセラミック表面より不用意に突出あるいは埋没してビアホール導体の端部に凹凸が形成されてしてしまい、その結果半導体素子のシリコンチップ接続部の凹凸による接続不良や、各種チップ部品の接続不良、あるいはワイヤーボンディングの接続不良が発生するという課題もあった。
【０００９】
従って、本発明は、前記課題を解消せんとしてなされたもので、その目的はガラスセラミックに好適なＣｕ系導体ペースト、つまり配線パターン用としては熱履歴などの信頼性を含めた接着強度が強く、ビアホール充填用としてはガラスセラミックとの濡れ性が良好で接着強度が強く、しかも焼成過程でのガラスセラミックスとの焼成収縮率を一致させることが可能なＣｕ系導体ペーストと、ビアホール導体がガラスセラミック絶縁基板表面から突出したり埋没したりするといった異常形態の発生が無いガラスセラミック配線基板とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題に対して検討を重ねた結果、Ｃｕ系導体ペーストとして、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕの酸化物との混合物からなるＣｕ成分１００重量部に対して、特定の屈伏点を有するガラスフリットと石英ガラスを特定範囲に調製した導体ペーストを用いることにより上記目的を達成できることを知見した。
【００１１】
即ち、本発明のＣｕ系導体ペーストは、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕの酸化物との混合物からなるＣｕ成分１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有し、さらに、有機溶剤と、有機バインダーとを含有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、ガラスセラミック配線基板としては、ガラスセラミックス絶縁基板と、該絶縁基板表面あるいは内部に形成された配線回路層と、該配線回路層間を電気的に接続するためのビアホール導体を具備してなるガラスセラミック配線基板において、前記配線回路層および／またはビアホール導体が、Ｃｕを主成分とし、Ｃｕ１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有する導体からなることを特徴とするものである。
【００１３】
また、このようなガラスセラミック配線基板を製造する方法として、ガラス、あるいはガラスとセラミックフィラーとの混合物をシート状に成形してなるグリーンシートに対してビアホールを形成し、該ビアホール内にＣｕ系導体ペーストを充填するとともに、前記グリーンシート表面に、前記Ｃｕ系導体ペーストを回路パターン状に印刷塗布して配線回路層を形成した後、８００〜１０００℃で焼成するガラスセラミック配線基板の製法において、前記Ｃｕ系導体ペーストが、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕ酸化物との混合物からなるＣｕ成分と、該Ｃｕ成分のＣｕ換算量１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有し、さらに、有機溶剤と、有機バインダーとを含有することを特徴とするものである。
【００１４】
なお、上記のガラスセラミック配線基板においては、配線回路層としては、Ｃｕ成分に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜４重量部と、石英ガラスを０．１〜４重量部の割合で含有する導体からなること、また、ビアホール導体としては、Ｃｕ成分に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを２〜１５重量部と、石英ガラスを２〜１５重量部の割合で含有することが望ましい。
【００１５】
なお、上記製造方法においては、前記Ｃｕ系導体ペースト中のガラスフリットが、前記グリーンシート中のガラスと同一であることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、主成分であるＣｕ成分に対して屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットと、石英ガラスを含有させることにより以下のような効果が発揮される。即ち、石英ガラスを添加することにより銅の焼結を遅らせ、銅導体とガラスセラミックスの焼成過程での収縮率を一致させることができる。また屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを添加することにより脱バインダーが効率的に行われた後、ガラスフリットが軟化し、銅とガラスセラミックスあるいは銅と石英ガラスとの隙間に浸透し接着が強固になる。
【００１７】
さらに、上記Ｃｕ系導体組成物を用いてビアホール導体を形成した場合、Ｃｕ成分にガラスのみを添加した場合には添加したガラスがビアホール導体からガラスセラミック絶縁基板側に流出し、ビアホール導体周辺のガラスセラミック絶縁基板が盛り上がり凹凸が形成されるといった不具合が発生するが、石英ガラスを添加することによりビアホール導体内のガラス成分の流出が抑制され、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁基板の前記部の凹凸の発生を抑制することができる。その結果、ガラスセラミック配線基板における配線回路層用およびビアホール導体用として好適な導体組成物が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガラスセラミック配線基板について、図面に基づいて説明する。尚、説明では、配線基板の構造を複数のガラスセラミック絶縁層からなる多層配線基板を用いて説明する。
【００１９】
本発明のガラスセラミック配線基板１によれば、絶縁基板２は、複数のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄを積層した積層体から構成され、その絶縁層間および絶縁基板表面には、厚みが５〜３０μｍ程度の銅粉末を主成分とする配線回路層３が被着形成されている。また、絶縁基板２内には、絶縁層２ａ〜２ｄの厚み方向を貫くように形成された直径が３０〜２００μｍ程度のビアホール導体４が形成されている。
【００２０】
絶縁基板２は、少なくともＳｉＯ2 を含有するガラス、又はＳｉＯ2 を含有するガラスとセラミックフィラーとの複合材料からなるガラスセラミックスからなる。具体的には、ガラスセラミックスのガラス成分は、複数の金属酸化物から構成され、焼成後において非晶質、又は焼成によってコージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウィレマイト、ドロマイト、リチウムシリケートやその置換誘導体の結晶を析出する結晶化ガラスによって構成される。
【００２１】
ガラス成分中には、ＳｉＯ2 以外にＬｉ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏなどのアルカリ金属酸化物、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、ＺｎＯ、Ｂ2 Ｏ3 、ＰｂＯの群から選ばれる少なくとも１種以上を含有する。
【００２２】
フィラー成分としては、クオーツ、クリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージェライト、フォルステライトの群から選ばれる少なくとも１種以上が好適に用いられる。ガラス成分とフィラー成分とは、ガラス成分が３０〜７０重量部、フィラー成分が７０〜３０重量部からなることが基板強度を高める上で適切である。
【００２３】
本発明によれば、配線回路層３および／またはビアホール導体４が、Ｃｕを主成分とし、Ｃｕ１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有する導体からなることを特徴とするものであるが、特に、配線回路層用とビアホール導体用とで最適な含有量が定められる。
【００２４】
配線回路層用としては、前記Ｃｕ成分に対して屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜４重量部、石英ガラスを０．１〜４重量部の割合で含有することが望ましい。
【００２５】
ガラスフリットの屈伏点を上記の温度に限定したのは、６００℃未満の場合、脱バインダー工程中にガラスフリットの軟化が生じ、その結果、導体ペースト中の脱バインダー不良が発生して配線回路層の絶縁基板への接着強度が不安定となり、絶縁基板の反りが発生するためである。逆に８００℃を超える場合、銅の焼結性を劣化させ、半田濡れ性の劣化、接着強度の低下、基板反り発生などの悪影響を及ぼす。
【００２６】
ガラスフリットの含有量をを上記の比率にしたのは０．１重量部未満の場合、軟化成分が少なくなり、銅とガラスセラミック絶縁基板あるいは銅と石英ガラスの隙間を満たすことができず、配線回路層の絶縁基板への密着強度が低下したり、基板に反りが発生するなどの問題がある。逆に４重量部を超える場合、ガラス成分がビアホール導体の端面の導体表面に浮き上がり半田濡れ性に悪影響を及ぼすためである。
【００２７】
石英ガラスの含有量を上記の比率にしたのは、０．１重量部未満の場合、銅とガラスが別々に焼結し分離を起こし、配線回路層表面にガラスが浮き出ることにより配線回路層の半田濡れ性に悪影響を及ぼし、逆に４重量部を超える場合、銅の焼結性を劣化させ、半田濡れ性に悪影響を及ぼすためである。
【００２８】
ビアホール導体用としては、前記Ｃｕ成分に対して屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットが２〜１５重量部、石英ガラスが２〜１５重量部を含有することが望ましい。
【００２９】
ガラスフリットの屈伏点を上記の温度に限定したのは６００℃未満の場合、脱バインダー工程中にガラスフリットの軟化が生じ、その結果、脱バインダー不良を起こしビアホール部分の焼結を劣化させ、ビアホール導体の端部に凹凸が発生したり、ビアホール導体の気密性が劣化する。逆に８００℃を超える場合も、銅の焼結性を著しく劣化させ、半田濡れ性、気密性が低下するとともに、ビアホール導体の端部に凹凸が形成されやすくなる。
【００３０】
ガラスフリットの含有量を上記の比率にしたのは２重量部未満の場合、軟化成分が少なすぎて銅とビアホール壁面あるいは銅と石英ガラスの隙間を満たすことが出来ず、ビアホール導体の気密性の劣化が発生する。逆に１５重量部を超える場合、ガラス成分がビアホール導体の端面にて浮き上がり半田濡れ性が劣化してしまうためである。
【００３１】
石英ガラスを上記比率にしたのは４重量部未満の場合、銅と前記ガラスが別々に焼結し分離を起こし、銅体表面にガラスが浮き出ることにより半田濡れ性に悪影響を及ぼし、さらにビアホール部のガラス成分がガラスセラミック絶縁基板側に流出しビアホール周辺の絶縁基板が盛り上がるといった悪影響を及ぼす。逆に１５重量部を超える場合、銅の焼結性を劣化させ、半田濡れ性の低下、気密性の低下等の悪影響を及ぼす。
【００３２】
また、多層配線基板の表面の配線回路層３は、ＩＣチップなどの各種電子部品５を搭載するためのパッドとして、シールド用導体膜として、さらには、外部回路と接続する端子電極として用いられ、各種電子部品５が配線回路層３に半田や導電性接着剤などを介して接合される。なお、図示していないが、必要に応じて、配線基板の表面には、更に、珪化タンタル、珪化モリブデンなどの厚膜抵抗体膜や配線保護膜などを形成しても構わない。
【００３３】
次に、本発明のガラスセラミック配線基板を作製する方法について説明する。まず、上述したようなガラス成分、又はガラス成分とセラミックフィラーとを混合してガラスセラミックス組成物を調製し、その混合物に有機バインダーなどを加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりシート上に成形してグリーンシートを作製する。
【００３４】
次に、配線回路層および／またはビアホール導体を形成するためのＣｕ系導体ペーストを調製する。
このペーストは、Ｃｕ成分として、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕ2 Ｏ、ＣｕＯなどのＣｕ酸化物との混合物からなるものである。これらは、いずれも平均粒径が０．５〜１０μｍ、好ましくは３〜５μｍの球状粉末であることが望ましい。これは、平均粒径が１０μｍよりも大きいと微細な配線加工が難しく、また０．５μｍよりも小さいと銅の焼結が著しく早くなり、ガラスフリットや石英ガラスの添加の効果が小さくなるためである。なお、上記Ｃｕ酸化物は、還元性雰囲気で焼成されることにより実質的に金属Ｃｕとなる。
【００３５】
本発明によれば、上記Ｃｕ成分をＣｕ換算量１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを１〜１５重量部と、石英ガラスを１〜１５重量部とを含有させる。ガラスフリットと石英ガラスの平均粒径は、分散性および微細配線化を達成する上で１〜５μｍであることが好ましい。つまり、平均粒径が５μｍを超えると微細配線加工に不敵となり、また１μｍ以下だと導体ペースト中に安定して分散させることが困難となり、凝集体を形成し、銅体表面の欠陥を発生させる。
【００３６】
また、導体ペースト中には、上記のＣｕ系導体ペーストに対して、さらにアクリル樹脂などからなる有機バインダーと、αテルピネオール、ジブチルフタレート、ブチルカルビトールなどの有機溶剤とを均質混合して調製される。有機バインダーはＣｕ系導体ペースト１００重量部に対して１〜１０重量部、有機溶剤成分は５〜３０重量部の割合で混合されることが望ましい。
【００３７】
次に、上述のＣｕ系導体ペーストを、前記ガラスセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法などにより回路パターン状に印刷塗布して配線回路層を形成する。また、ビアホール導体を形成するには、グリーンシートにレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより直径３０〜２００μｍの貫通孔を形成しその内部にペーストを充填する。その後、配線パターンやビアホール導体が形成されたグリーンシートを積層圧着して積層体を形成する。
【００３８】
その後、この積層体を４００〜８００℃の窒素雰囲気中で加熱処理してグリーンシート内やペースト中の有機成分を分解除去した後、８００〜１０００℃の窒素雰囲気中で同時焼成することにより配線回路層及びビアホール導体を具備する多層配線基板を作製することができる。
【００３９】
また、Ｃｕ系導体ペースト中のＣｕ成分として、Ｃｕ酸化物を含む場合には、脱バインダー後、水素雰囲気または窒素＋水蒸気雰囲気等で還元処理後、焼成することにより、Ｃｕ酸化物をＣｕに変換させることができる。
【００４０】
【実施例】
実施例１
絶縁基板用のグリーンシートとしては重量比率で４３％ＳｉＯ2 −３７％ＢａＯ−９％Ｂ2 Ｏ3 −６％Ａｌ2 Ｏ3 −５％ＣａＯ（屈伏点７００℃）の組成のガラスを５０体積％に対してフィラー成分としてＳｉＯ2 を５０体積％混合したものを用いた。これに分子量３０万のアクリル系バインダーと可塑剤、分散剤、溶剤を加え混合し、かかる泥しょうをドクターブレード法により厚さ平均２００μｍのグリーンシートに成形した。
【００４１】
次に、平均粒径が５μｍの銅粉末に対して、平均粒径が３μｍの前記ガラス粉末と、平均粒径が２μｍの石英ガラス粉末を表１に示す割合で秤量し、これらのＣｕ系導体組成物１００重量部に対して、有機バインダーとしてアクリル樹脂を２重量部、有機溶剤としてαテルピネオールを１５重量部添加混練し、導体ペーストを調製した。
【００４２】
かくして得られたグリーンシートと導体ペーストにより各種特性を評価するサンプルとして、以下の物を用意した。
【００４３】
即ち、接着強度を測定するサンプルとして、グリーンシート上に焼成後の形状が２ｍｍ角、厚さ約２０μｍとなるものをスクリーン印刷し、その下部にグリーンシート５枚を加圧積層した。また基板反りを評価するサンプルとしてグリーンシート上に１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ２０μｍとなるものをスクリーン印刷し、その下部にグリーンシート１枚を加圧積層した。
【００４４】
半田濡れ性を評価するサンプルとしてはグリーンシート上に直径が０．１ｍｍの円形パターンをスクリーン印刷し、その下部にグリーンシート５枚を加圧積層した。次いで、この未焼成状態の配線パターンが形成された積層体を、有機バインダーなどの有機成分を分解除去するために、窒素雰囲気中で７００℃の温度で３時間保持して脱脂した後、９００℃に昇温して１時間保持し配線基板を作製した。なお、ＣｕＯを含んだ試料Ｎo.２２〜２５では、脱バインダー後、水素雰囲気中で７５０℃で１時間還元処理した後、窒素雰囲気中で９００℃で１時間焼成した。
【００４５】
得られた配線基板のうち、２ｍｍ角の銅配線層に厚さ１μｍのＮｉメッキを行い、その上に厚さ０．１μｍのＡｕメッキを施した後、直径０．８ｍｍの錫メッキ銅線を該メッキ被覆層上に基板と平衡に半田付けし、該錫メッキ銅線を基板に対して垂直方向に曲げ、該錫メッキ導線を１０ｍｍ／ｍｉｎの引っ張り速度で垂直方向に引っ張り、これが破断したときの最大荷重を銅配線回路層の接着強度として評価した。尚良否の判断としては、２ｋｇ／２ｍｍ角を超える場合を良品とした。次に、基板反りの評価については、１０ｍｍ×１０ｍｍの対角方向（１４．２ｍｍ）を接触型の表面あらさ径にて測定した。尚良否の判断としては５０μｍ／１４．２ｍｍ以下のものを良品とした。
【００４６】
また半田濡れ性としては評価サンプルにフラックスを塗布し２３５℃に保たれた共晶半田中に鉛直方向に４５度の角度で５秒間浸漬させたものを実体顕微鏡にて観察した。良否の判断はパターンの全面が半田に濡れているものを良品とした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１から明らかなように、ガラスフリットの屈伏点が６００℃よりも低い試料Ｎo.１、屈伏点が８００℃よりも高い試料Ｎo.５、ガラス量が０．１重量部よりも少ない試料Ｎo.６，７、ガラス量が１５重量部よりも多い試料Ｎo.１３、石英ガラス量が０．１重量部よりも少ない試料Ｎo.１４、１５、石英ガラス量が１５重量部よりも多い試料Ｎo.２１はいずれも、導体の焼結不足に起因する接着強度の低下、基板の反り、半田濡れ性低下が発生した。
【００４９】
それに対して、本発明の試料Ｎo.２〜４、８〜１２、１６〜２０、２２〜２５では、いずれも配線回路層用のＣｕ系導体ペーストとして良好な結果を示した。なお、試料Ｎo.１１、１２、１９、２０では、半田濡れ性の項目で△という評価が成されているが、この組成の場合には、半田濡れ性が求められない場合において有効に用いられる。
【００５０】
実施例２
ビアホール導体用のＣｕ系導体組成物の評価を以下に実施した。
実施例１と同様にして作成したグリーンシートに直径が１６０μｍのビアホールを形成した。
【００５１】
一方、平均粒径が５μｍの銅粉末に対して、平均粒径が３μｍの前記ガラス粉末と、平均粒径が２μｍの石英ガラス粉末を表２に示す割合で秤量し、これらのＣｕ系導体組成物１００重量部に対して、有機バインダーとしてアクリル樹脂を２重量部、有機溶剤としてαテルピネオールを１５重量部添加混練し、導体ペーストを調製した。
【００５２】
そして、上記ビアホール内に上記Ｃｕ系導体ペーストを充填し、これを３層積層した。次いで、この積層体を、有機バインダーなどの有機成分を分解除去するために、窒素雰囲気中で７００℃の温度で３時間保持して脱脂した後、９００℃に昇温して１時間保持し配線基板を作製した。なお、試料Ｎo.４７〜５０は、脱バインダー後、水素雰囲気中で７５０℃で１時間還元処理した後、窒素雰囲気中で９００℃で１時間焼成した。
【００５３】
得られた配線基板の半田濡れ性の評価として、実施例１と同様にしてＮｉメッキ、Ａｕメッキを施した後、半田中に浸漬して配線の表面を観察し、配線の全面に半田が付着しているものを○、一部分でも半田が付着していない部分が存在するものを×として評価した。更に気密性を確認するために蛍光探傷液に２時間浸漬した後、３０秒間流水で洗浄し、紫外線によりビアホール導体周辺からの蛍光液のもれが発生の有無を確認し、もれが発生したものを×、もれの発生がないものを○とした。更に、ビアホール導体部分の凹凸を表面粗さ計にて測定した。ビアホール導体部分の凹凸についてはビアホール導体がガラスセラミックより突出している物をプラスの数値、へこんでいる物をマイナスの数値で表し±１５μｍ以下を良品と判定した。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２から明らかなように、ガラスフリットの屈伏点が６００℃よりも低い試料Ｎo.２６、屈伏点が８００℃よりも高い試料Ｎo.３０、ガラス量が０．１重量部よりも少ない試料Ｎo.３１、３２、ガラス量が１５重量部よりも多い試料Ｎo.３８、石英ガラス量が０．１重量部よりも少ない試料Ｎo.３９、４０、石英ガラス量が１５重量部よりも多い試料Ｎo.４６は、ビアホール導体の焼結不足によって、半田濡れ性が低下したり、気密性が低下したり、あるいはビアホール導体の周辺に凹凸の発生が大きくなるなどの不具合が発生した。
【００５６】
それに対して本発明の試料番号２７〜２９、３３〜３７、４１〜４５、４７〜５０ではいずれもめっき性、気密性が良好で、表面の凹凸も±１５μｍ以下に抑えることができた。なお試料Ｎo.８、１６では半田濡れ性と気密性の項目で△という評価が成されているが、この組成に関しては、半田濡れ性、気密性が厳しく求められない場合においてのみ有効である。
【００５７】
尚、上述の２つの実施例では、基板構造が積層体で説明したが、単状のガラスセラミックシート上に上述の銅粉末を主成分とするＣｕ系導体ペーストを用いて、所定の配線パターンを形成し、グリーンシートと所定の配線パターンを一体的に焼成した配線基板でも構わない。
【００５８】
また、基板構造が積層構造であっても、内部配線層２のみを積層体と同時に焼成処理し、表面配線層をすでに焼成された積層体に焼き付け処理で形成しても構わない。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ガラスセラミックススからなる絶縁基板に対して、配線回路層やビアホール導体を施す銅粉末を主成分とするＣｕ系導体ペースト中に、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットと石英ガラスを含有させることにより、配線回路層用としては接着強度が強く、あるいはビアホール導体用としてビアホール充填用としてはガラスセラミックとの濡れ性が良好で接着強度が強く、しかも焼成過程でのガラスセラミックスとの焼成収縮率を一致させることが可能であり、ガラスセラミック基板との同時焼結性に優れ、さらには、ビアホール導体がガラスセラミック絶縁基板表面から突出したり埋没したりするといった異常形態の発生が無いガラスセラミック配線基板の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 配線基板
２ 絶縁基板
３ 配線回路層
４ ビアホール導体
５ 電子部品
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｃｕを主成分とするＣｕ系導体ペースト、及びガラスセラミックスからなる絶縁基板と同時焼成して形成された前記Ｃｕ系導体ペーストを起源とするビアホール導体や配線回路層を形成したガラスセラミック配線基板の製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、配線基板においては、高周波回路の対応性、高密度化、高速化が要求され、アルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られ、配線層の低抵抗化が可能な低温焼成配線基板が一層注目されている。
【０００３】
この低温焼成配線基板は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板に、該基板と同時焼成して形成された銅、金、銀などの低抵抗金属を主体とする配線回路層を施した配線基板が知られている。このような配線基板は、ガラスセラミック組成物からなるシート状成形体に上記低抵抗金属粉末を含む導体ペーストを印刷した後、８００〜１０００℃で同時に焼成して作製される。
【０００４】
また、この低温焼成配線基板は、配線層の低抵抗化、絶縁基板の低誘電率、低誘電損失化によって、半導体素子が収納する半導体素子収納用パッケージや、配線回路基板、携帯電話やパーソナルハンディホンシステム、各種衛星通信用に使用される高周波用多層配線基板などのあらゆる分野への応用が進められている。
【０００５】
低温焼成配線基板に用いる低抵抗の配線回路層としては、金系ではコスト的な問題、銀系ではマイグレーションの問題から用途などが限定されるのに対して、銅系材料では焼成処理を還元雰囲気で行う必要があるものの、配線基板の高密度化、配線基板中の回路の高周波化の要求に充分応えることが出来る材料であることから配線層を形成するための材料として主流となっている。
【０００６】
ガラスセラミックからなる絶縁基体の表面及び内部に銅粉末を主成分とする配線回路層を形成する具体的方法としては、ガラスセラミック原料粉末、有機バインダーに溶剤を添加して調製したスラリーをドクターブレード法などによってシート状に形成し、得られたグリーンシートに貫通孔を打ち抜き加工し、該貫通孔に銅粉末を主成分とする導体ペーストを充填し、同時にグリーンシート上に銅粉末を主成分とする導体ペーストを配線パターン状にスクリーン印刷法などで印刷形成し、配線パターンや貫通孔に導体が充填されたビアホール導体が形成されたグリーンシートを複数枚加圧積層し、８００〜１０００℃で焼成することにより作製されていた。
【０００７】
以上のような目的に適用される銅導体組成物として、（１）主成分の銅又は銅合金に対して軟化点が３００〜６００℃のガラスフリットを含有する導電性組成物（特開昭６３−３０１４０５号公報参照）や（２）主成分の銅に対して結晶化ガラスフリットと導体の接着力を向上するために、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ等の金属又は金属酸化物を含有する導体ペースト（特開平１−１１２６０５号公報参照）などが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記提案の銅導体ペーストでは以下に示すような課題が発生する。（１）ではガラスフリットの軟化点が低いため、グリーンシート中の有機成分を除去する脱バイ工程（通常６５０〜７５０℃）においてガラスフリットの軟化に起因する脱バインダー不良を起こし、接着強度が不安定となる。また、（２）では初期の接着力は良好であるが、接着力の向上の目的で添加した金属又は金属酸化物が、熱履歴（半田ボールの実装時等）を通すことにより変質し、接着強度が劣化する。さらには，（１）、（２）の導体ペーストは主として配線パターン用として好適な物であり、これらをビアホールに充填してビアホール導体を形成した場合、ガラスセラミックスとの濡れ性が著しく劣化し、ビアホール導体とガラスセラミックの間に隙間が発生したり、ビアホール導体とガラスセラミックスの焼結開始温度が異なることにより、焼成過程での収縮にズレを生じる結果、ビアホール導体がガラスセラミック表面より不用意に突出あるいは埋没してビアホール導体の端部に凹凸が形成されてしてしまい、その結果半導体素子のシリコンチップ接続部の凹凸による接続不良や、各種チップ部品の接続不良、あるいはワイヤーボンディングの接続不良が発生するという課題もあった。
【０００９】
従って、本発明は、前記課題を解消せんとしてなされたもので、その目的はガラスセラミックに好適なＣｕ系導体ペースト、つまり配線パターン用としては熱履歴などの信頼性を含めた接着強度が強く、ビアホール充填用としてはガラスセラミックとの濡れ性が良好で接着強度が強く、しかも焼成過程でのガラスセラミックスとの焼成収縮率を一致させることが可能なＣｕ系導体ペーストと、ビアホール導体がガラスセラミック絶縁基板表面から突出したり埋没したりするといった異常形態の発生が無いガラスセラミック配線基板とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題に対して検討を重ねた結果、Ｃｕ系導体ペーストとして、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕの酸化物との混合物からなるＣｕ成分１００重量部に対して、特定の屈伏点を有するガラスフリットと石英ガラスを特定範囲に調製した導体ペーストを用いることにより上記目的を達成できることを知見した。
【００１１】
即ち、本発明のＣｕ系導体ペーストは、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕの酸化物との混合物からなるＣｕ成分１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有し、さらに、有機溶剤と、有機バインダーとを含有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、ガラスセラミック配線基板としては、ガラスセラミックス絶縁基板と、該絶縁基板表面あるいは内部に形成された配線回路層と、該配線回路層間を電気的に接続するためのビアホール導体を具備してなるガラスセラミック配線基板において、前記配線回路層および／またはビアホール導体が、Ｃｕを主成分とし、Ｃｕ１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有する導体からなることを特徴とするものである。
【００１３】
また、このようなガラスセラミック配線基板を製造する方法として、ガラス、あるいはガラスとセラミックフィラーとの混合物をシート状に成形してなるグリーンシートに対してビアホールを形成し、該ビアホール内にＣｕ系導体ペーストを充填するとともに、前記グリーンシート表面に、前記Ｃｕ系導体ペーストを回路パターン状に印刷塗布して配線回路層を形成した後、８００〜１０００℃で焼成するガラスセラミック配線基板の製法において、前記Ｃｕ系導体ペーストが、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕ酸化物との混合物からなるＣｕ成分と、該Ｃｕ成分のＣｕ換算量１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有し、さらに、有機溶剤と、有機バインダーとを含有することを特徴とするものである。
【００１４】
なお、上記のガラスセラミック配線基板においては、配線回路層としては、Ｃｕ成分に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜４重量部と、石英ガラスを０．１〜４重量部の割合で含有する導体からなること、また、ビアホール導体としては、Ｃｕ成分に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを２〜１５重量部と、石英ガラスを２〜１５重量部の割合で含有することが望ましい。
【００１５】
なお、上記製造方法においては、前記Ｃｕ系導体ペースト中のガラスフリットが、前記グリーンシート中のガラスと同一であることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、主成分であるＣｕ成分に対して屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットと、石英ガラスを含有させることにより以下のような効果が発揮される。即ち、石英ガラスを添加することにより銅の焼結を遅らせ、銅導体とガラスセラミックスの焼成過程での収縮率を一致させることができる。また屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを添加することにより脱バインダーが効率的に行われた後、ガラスフリットが軟化し、銅とガラスセラミックスあるいは銅と石英ガラスとの隙間に浸透し接着が強固になる。
【００１７】
さらに、上記Ｃｕ系導体組成物を用いてビアホール導体を形成した場合、Ｃｕ成分にガラスのみを添加した場合には添加したガラスがビアホール導体からガラスセラミック絶縁基板側に流出し、ビアホール導体周辺のガラスセラミック絶縁基板が盛り上がり凹凸が形成されるといった不具合が発生するが、石英ガラスを添加することによりビアホール導体内のガラス成分の流出が抑制され、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁基板の前記部の凹凸の発生を抑制することができる。その結果、ガラスセラミック配線基板における配線回路層用およびビアホール導体用として好適な導体組成物が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガラスセラミック配線基板について、図面に基づいて説明する。尚、説明では、配線基板の構造を複数のガラスセラミック絶縁層からなる多層配線基板を用いて説明する。
【００１９】
本発明のガラスセラミック配線基板１によれば、絶縁基板２は、複数のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄを積層した積層体から構成され、その絶縁層間および絶縁基板表面には、厚みが５〜３０μｍ程度の銅粉末を主成分とする配線回路層３が被着形成されている。また、絶縁基板２内には、絶縁層２ａ〜２ｄの厚み方向を貫くように形成された直径が３０〜２００μｍ程度のビアホール導体４が形成されている。
【００２０】
絶縁基板２は、少なくともＳｉＯ2 を含有するガラス、又はＳｉＯ2 を含有するガラスとセラミックフィラーとの複合材料からなるガラスセラミックスからなる。具体的には、ガラスセラミックスのガラス成分は、複数の金属酸化物から構成され、焼成後において非晶質、又は焼成によってコージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウィレマイト、ドロマイト、リチウムシリケートやその置換誘導体の結晶を析出する結晶化ガラスによって構成される。
【００２１】
ガラス成分中には、ＳｉＯ2 以外にＬｉ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏなどのアルカリ金属酸化物、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、ＺｎＯ、Ｂ2 Ｏ3 、ＰｂＯの群から選ばれる少なくとも１種以上を含有する。
【００２２】
フィラー成分としては、クオーツ、クリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージェライト、フォルステライトの群から選ばれる少なくとも１種以上が好適に用いられる。ガラス成分とフィラー成分とは、ガラス成分が３０〜７０重量部、フィラー成分が７０〜３０重量部からなることが基板強度を高める上で適切である。
【００２３】
本発明によれば、配線回路層３および／またはビアホール導体４が、Ｃｕを主成分とし、Ｃｕ１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有する導体からなることを特徴とするものであるが、特に、配線回路層用とビアホール導体用とで最適な含有量が定められる。
【００２４】
配線回路層用としては、前記Ｃｕ成分に対して屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜４重量部、石英ガラスを０．１〜４重量部の割合で含有することが望ましい。
【００２５】
ガラスフリットの屈伏点を上記の温度に限定したのは、６００℃未満の場合、脱バインダー工程中にガラスフリットの軟化が生じ、その結果、導体ペースト中の脱バインダー不良が発生して配線回路層の絶縁基板への接着強度が不安定となり、絶縁基板の反りが発生するためである。逆に８００℃を超える場合、銅の焼結性を劣化させ、半田濡れ性の劣化、接着強度の低下、基板反り発生などの悪影響を及ぼす。
【００２６】
ガラスフリットの含有量をを上記の比率にしたのは０．１重量部未満の場合、軟化成分が少なくなり、銅とガラスセラミック絶縁基板あるいは銅と石英ガラスの隙間を満たすことができず、配線回路層の絶縁基板への密着強度が低下したり、基板に反りが発生するなどの問題がある。逆に４重量部を超える場合、ガラス成分がビアホール導体の端面の導体表面に浮き上がり半田濡れ性に悪影響を及ぼすためである。
【００２７】
石英ガラスの含有量を上記の比率にしたのは、０．１重量部未満の場合、銅とガラスが別々に焼結し分離を起こし、配線回路層表面にガラスが浮き出ることにより配線回路層の半田濡れ性に悪影響を及ぼし、逆に４重量部を超える場合、銅の焼結性を劣化させ、半田濡れ性に悪影響を及ぼすためである。
【００２８】
ビアホール導体用としては、前記Ｃｕ成分に対して屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットが２〜１５重量部、石英ガラスが２〜１５重量部を含有することが望ましい。
【００２９】
ガラスフリットの屈伏点を上記の温度に限定したのは６００℃未満の場合、脱バインダー工程中にガラスフリットの軟化が生じ、その結果、脱バインダー不良を起こしビアホール部分の焼結を劣化させ、ビアホール導体の端部に凹凸が発生したり、ビアホール導体の気密性が劣化する。逆に８００℃を超える場合も、銅の焼結性を著しく劣化させ、半田濡れ性、気密性が低下するとともに、ビアホール導体の端部に凹凸が形成されやすくなる。
【００３０】
ガラスフリットの含有量を上記の比率にしたのは２重量部未満の場合、軟化成分が少なすぎて銅とビアホール壁面あるいは銅と石英ガラスの隙間を満たすことが出来ず、ビアホール導体の気密性の劣化が発生する。逆に１５重量部を超える場合、ガラス成分がビアホール導体の端面にて浮き上がり半田濡れ性が劣化してしまうためである。
【００３１】
石英ガラスを上記比率にしたのは４重量部未満の場合、銅と前記ガラスが別々に焼結し分離を起こし、銅体表面にガラスが浮き出ることにより半田濡れ性に悪影響を及ぼし、さらにビアホール部のガラス成分がガラスセラミック絶縁基板側に流出しビアホール周辺の絶縁基板が盛り上がるといった悪影響を及ぼす。逆に１５重量部を超える場合、銅の焼結性を劣化させ、半田濡れ性の低下、気密性の低下等の悪影響を及ぼす。
【００３２】
また、多層配線基板の表面の配線回路層３は、ＩＣチップなどの各種電子部品５を搭載するためのパッドとして、シールド用導体膜として、さらには、外部回路と接続する端子電極として用いられ、各種電子部品５が配線回路層３に半田や導電性接着剤などを介して接合される。なお、図示していないが、必要に応じて、配線基板の表面には、更に、珪化タンタル、珪化モリブデンなどの厚膜抵抗体膜や配線保護膜などを形成しても構わない。
【００３３】
次に、本発明のガラスセラミック配線基板を作製する方法について説明する。まず、上述したようなガラス成分、又はガラス成分とセラミックフィラーとを混合してガラスセラミックス組成物を調製し、その混合物に有機バインダーなどを加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりシート上に成形してグリーンシートを作製する。
【００３４】
次に、配線回路層および／またはビアホール導体を形成するためのＣｕ系導体ペーストを調製する。
このペーストは、Ｃｕ成分として、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕ2 Ｏ、ＣｕＯなどのＣｕ酸化物との混合物からなるものである。これらは、いずれも平均粒径が０．５〜１０μｍ、好ましくは３〜５μｍの球状粉末であることが望ましい。これは、平均粒径が１０μｍよりも大きいと微細な配線加工が難しく、また０．５μｍよりも小さいと銅の焼結が著しく早くなり、ガラスフリットや石英ガラスの添加の効果が小さくなるためである。なお、上記Ｃｕ酸化物は、還元性雰囲気で焼成されることにより実質的に金属Ｃｕとなる。
【００３５】
本発明によれば、上記Ｃｕ成分をＣｕ換算量１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを１〜１５重量部と、石英ガラスを１〜１５重量部とを含有させる。ガラスフリットと石英ガラスの平均粒径は、分散性および微細配線化を達成する上で１〜５μｍであることが好ましい。つまり、平均粒径が５μｍを超えると微細配線加工に不敵となり、また１μｍ以下だと導体ペースト中に安定して分散させることが困難となり、凝集体を形成し、銅体表面の欠陥を発生させる。
【００３６】
また、導体ペースト中には、上記のＣｕ系導体ペーストに対して、さらにアクリル樹脂などからなる有機バインダーと、αテルピネオール、ジブチルフタレート、ブチルカルビトールなどの有機溶剤とを均質混合して調製される。有機バインダーはＣｕ系導体ペースト１００重量部に対して１〜１０重量部、有機溶剤成分は５〜３０重量部の割合で混合されることが望ましい。
【００３７】
次に、上述のＣｕ系導体ペーストを、前記ガラスセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法などにより回路パターン状に印刷塗布して配線回路層を形成する。また、ビアホール導体を形成するには、グリーンシートにレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより直径３０〜２００μｍの貫通孔を形成しその内部にペーストを充填する。その後、配線パターンやビアホール導体が形成されたグリーンシートを積層圧着して積層体を形成する。
【００３８】
その後、この積層体を４００〜８００℃の窒素雰囲気中で加熱処理してグリーンシート内やペースト中の有機成分を分解除去した後、８００〜１０００℃の窒素雰囲気中で同時焼成することにより配線回路層及びビアホール導体を具備する多層配線基板を作製することができる。
【００３９】
また、Ｃｕ系導体ペースト中のＣｕ成分として、Ｃｕ酸化物を含む場合には、脱バインダー後、水素雰囲気または窒素＋水蒸気雰囲気等で還元処理後、焼成することにより、Ｃｕ酸化物をＣｕに変換させることができる。
【００４０】
【実施例】
実施例１
絶縁基板用のグリーンシートとしては重量比率で４３％ＳｉＯ2 −３７％ＢａＯ−９％Ｂ2 Ｏ3 −６％Ａｌ2 Ｏ3 −５％ＣａＯ（屈伏点７００℃）の組成のガラスを５０体積％に対してフィラー成分としてＳｉＯ2 を５０体積％混合したものを用いた。これに分子量３０万のアクリル系バインダーと可塑剤、分散剤、溶剤を加え混合し、かかる泥しょうをドクターブレード法により厚さ平均２００μｍのグリーンシートに成形した。
【００４１】
次に、平均粒径が５μｍの銅粉末に対して、平均粒径が３μｍの前記ガラス粉末と、平均粒径が２μｍの石英ガラス粉末を表１に示す割合で秤量し、これらのＣｕ系導体組成物１００重量部に対して、有機バインダーとしてアクリル樹脂を２重量部、有機溶剤としてαテルピネオールを１５重量部添加混練し、導体ペーストを調製した。
【００４２】
かくして得られたグリーンシートと導体ペーストにより各種特性を評価するサンプルとして、以下の物を用意した。
【００４３】
即ち、接着強度を測定するサンプルとして、グリーンシート上に焼成後の形状が２ｍｍ角、厚さ約２０μｍとなるものをスクリーン印刷し、その下部にグリーンシート５枚を加圧積層した。また基板反りを評価するサンプルとしてグリーンシート上に１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ２０μｍとなるものをスクリーン印刷し、その下部にグリーンシート１枚を加圧積層した。
【００４４】
半田濡れ性を評価するサンプルとしてはグリーンシート上に直径が０．１ｍｍの円形パターンをスクリーン印刷し、その下部にグリーンシート５枚を加圧積層した。次いで、この未焼成状態の配線パターンが形成された積層体を、有機バインダーなどの有機成分を分解除去するために、窒素雰囲気中で７００℃の温度で３時間保持して脱脂した後、９００℃に昇温して１時間保持し配線基板を作製した。なお、ＣｕＯを含んだ試料Ｎo.２２〜２５では、脱バインダー後、水素雰囲気中で７５０℃で１時間還元処理した後、窒素雰囲気中で９００℃で１時間焼成した。
【００４５】
得られた配線基板のうち、２ｍｍ角の銅配線層に厚さ１μｍのＮｉメッキを行い、その上に厚さ０．１μｍのＡｕメッキを施した後、直径０．８ｍｍの錫メッキ銅線を該メッキ被覆層上に基板と平衡に半田付けし、該錫メッキ銅線を基板に対して垂直方向に曲げ、該錫メッキ導線を１０ｍｍ／ｍｉｎの引っ張り速度で垂直方向に引っ張り、これが破断したときの最大荷重を銅配線回路層の接着強度として評価した。尚良否の判断としては、２ｋｇ／２ｍｍ角を超える場合を良品とした。次に、基板反りの評価については、１０ｍｍ×１０ｍｍの対角方向（１４．２ｍｍ）を接触型の表面あらさ径にて測定した。尚良否の判断としては５０μｍ／１４．２ｍｍ以下のものを良品とした。
【００４６】
また半田濡れ性としては評価サンプルにフラックスを塗布し２３５℃に保たれた共晶半田中に鉛直方向に４５度の角度で５秒間浸漬させたものを実体顕微鏡にて観察した。良否の判断はパターンの全面が半田に濡れているものを良品とした。
【００４７】
【表１】
表１から明らかなように、ガラスフリットの屈伏点が６００℃よりも低い試料Ｎo.１、屈伏点が８００℃よりも高い試料Ｎo.５、ガラス量が０．１重量部よりも少ない試料Ｎo.６，７、ガラス量が１５重量部よりも多い試料Ｎo.１３、石英ガラス量が０．１重量部よりも少ない試料Ｎo.１４、１５、石英ガラス量が１５重量部よりも多い試料Ｎo.２１はいずれも、導体の焼結不足に起因する接着強度の低下、基板の反り、半田濡れ性低下が発生した。
【００４９】
それに対して、本発明の試料Ｎo.２〜４、８〜１２、１６〜２０、２２〜２５では、いずれも配線回路層用のＣｕ系導体ペーストとして良好な結果を示した。なお、試料Ｎo.１１、１２、１９、２０では、半田濡れ性の項目で△という評価が成されているが、この組成の場合には、半田濡れ性が求められない場合において有効に用いられる。
【００５０】
実施例２
ビアホール導体用のＣｕ系導体組成物の評価を以下に実施した。
実施例１と同様にして作成したグリーンシートに直径が１６０μｍのビアホールを形成した。
【００５１】
一方、平均粒径が５μｍの銅粉末に対して、平均粒径が３μｍの前記ガラス粉末と、平均粒径が２μｍの石英ガラス粉末を表２に示す割合で秤量し、これらのＣｕ系導体組成物１００重量部に対して、有機バインダーとしてアクリル樹脂を２重量部、有機溶剤としてαテルピネオールを１５重量部添加混練し、導体ペーストを調製した。
【００５２】
そして、上記ビアホール内に上記Ｃｕ系導体ペーストを充填し、これを３層積層した。次いで、この積層体を、有機バインダーなどの有機成分を分解除去するために、窒素雰囲気中で７００℃の温度で３時間保持して脱脂した後、９００℃に昇温して１時間保持し配線基板を作製した。なお、試料Ｎo.４７〜５０は、脱バインダー後、水素雰囲気中で７５０℃で１時間還元処理した後、窒素雰囲気中で９００℃で１時間焼成した。
【００５３】
得られた配線基板の半田濡れ性の評価として、実施例１と同様にしてＮｉメッキ、Ａｕメッキを施した後、半田中に浸漬して配線の表面を観察し、配線の全面に半田が付着しているものを○、一部分でも半田が付着していない部分が存在するものを×として評価した。更に気密性を確認するために蛍光探傷液に２時間浸漬した後、３０秒間流水で洗浄し、紫外線によりビアホール導体周辺からの蛍光液のもれが発生の有無を確認し、もれが発生したものを×、もれの発生がないものを○とした。更に、ビアホール導体部分の凹凸を表面粗さ計にて測定した。ビアホール導体部分の凹凸についてはビアホール導体がガラスセラミックより突出している物をプラスの数値、へこんでいる物をマイナスの数値で表し±１５μｍ以下を良品と判定した。
【００５４】
【表２】
表２から明らかなように、ガラスフリットの屈伏点が６００℃よりも低い試料Ｎo.２６、屈伏点が８００℃よりも高い試料Ｎo.３０、ガラス量が０．１重量部よりも少ない試料Ｎo.３１、３２、ガラス量が１５重量部よりも多い試料Ｎo.３８、石英ガラス量が０．１重量部よりも少ない試料Ｎo.３９、４０、石英ガラス量が１５重量部よりも多い試料Ｎo.４６は、ビアホール導体の焼結不足によって、半田濡れ性が低下したり、気密性が低下したり、あるいはビアホール導体の周辺に凹凸の発生が大きくなるなどの不具合が発生した。
【００５６】
それに対して本発明の試料番号２７〜２９、３３〜３７、４１〜４５、４７〜５０ではいずれもめっき性、気密性が良好で、表面の凹凸も±１５μｍ以下に抑えることができた。なお試料Ｎo.８、１６では半田濡れ性と気密性の項目で△という評価が成されているが、この組成に関しては、半田濡れ性、気密性が厳しく求められない場合においてのみ有効である。
【００５７】
尚、上述の２つの実施例では、基板構造が積層体で説明したが、単状のガラスセラミックシート上に上述の銅粉末を主成分とするＣｕ系導体ペーストを用いて、所定の配線パターンを形成し、グリーンシートと所定の配線パターンを一体的に焼成した配線基板でも構わない。
【００５８】
また、基板構造が積層構造であっても、内部配線層２のみを積層体と同時に焼成処理し、表面配線層をすでに焼成された積層体に焼き付け処理で形成しても構わない。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ガラスセラミックススからなる絶縁基板に対して、配線回路層やビアホール導体を施す銅粉末を主成分とするＣｕ系導体ペースト中に、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットと石英ガラスを含有させることにより、配線回路層用としては接着強度が強く、あるいはビアホール導体用としてビアホール充填用としてはガラスセラミックとの濡れ性が良好で接着強度が強く、しかも焼成過程でのガラスセラミックスとの焼成収縮率を一致させることが可能であり、ガラスセラミック基板との同時焼結性に優れ、さらには、ビアホール導体がガラスセラミック絶縁基板表面から突出したり埋没したりするといった異常形態の発生が無いガラスセラミック配線基板の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 配線基板
２ 絶縁基板
３ 配線回路層
４ ビアホール導体
５ 電子部品
Claims (8)
- Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕ酸化物との混合物からなるＣｕ成分と、該Ｃｕ成分のＣｕ換算量１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有し、さらに、有機溶剤と、有機バインダーとを含有することを特徴とするＣｕ系導体ペースト。
- ガラスセラミックス絶縁基板と、該絶縁基板表面あるいは内部に形成された配線回路層と、該配線回路層間を電気的に接続するためのビアホール導体を具備してなるガラスセラミック配線基板において、前記配線回路層および／またはビアホール導体が、Ｃｕを主成分とし、Ｃｕ１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有する導体からなることを特徴とするガラスセラミック配線基板。
- 前記配線回路層が、Ｃｕを主成分とし、Ｃｕ１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜４重量部と、石英ガラスを０．１〜４重量部の割合で含有する導体からなることを特徴とする請求項２記載のガラスセラミック配線基板。
- 前記ビアホール導体が、Ｃｕを主成分とし、Ｃｕ１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを２〜１５重量部と、石英ガラスを２〜１５重量部の割合で含有する導体からなることを特徴とする請求項２または請求項３記載のガラスセラミック配線基板。
- ガラス、あるいはガラスとセラミックフィラーとの混合物をシート状に成形してなるグリーンシートに対してビアホールを形成し、該ビアホール内にＣｕ系導体ペーストを充填するとともに、前記グリーンシート表面に、前記Ｃｕ系導体ペーストを回路パターン状に印刷塗布して配線回路層を形成した後、８００〜１０００℃で焼成するガラスセラミック配線基板の製法において、前記Ｃｕ系導体ペーストが、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕ酸化物との混合物からなるＣｕ成分と、該Ｃｕ成分のＣｕ換算量１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜１５重量部と、石英ガラスを０．１〜１５重量部の割合で含有し、さらに、有機溶剤と、有機バインダーとを含有することを特徴とするガラスセラミック配線基板の製法。
- 前記配線回路層を形成するＣｕ系導体ペーストが、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕ酸化物との混合物からなるＣｕ成分と、該Ｃｕ成分のＣｕ換算量１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを０．１〜４重量部と、石英ガラスを０．１〜４重量部の割合で含有し、さらに、有機溶剤と、有機バインダーとを含有することを特徴とする請求項５記載のガラスセラミック配線基板の製法。
- 前記ビアホールに充填するＣｕ系導体ペーストが、Ｃｕ、あるいはＣｕとＣｕ酸化物との混合物からなるＣｕ成分と、該Ｃｕ成分のＣｕ換算量１００重量部に対して、屈伏点が６００〜８００℃のガラスフリットを２〜１５重量部と、石英ガラスを２〜１５重量部の割合で含有し、さらに、有機溶剤と、有機バインダーとを含有することを特徴とする請求項５または請求項６記載のガラスセラミック配線基板の製法。
- 前記Ｃｕ系導体ペースト中のガラスフリットが、前記グリーンシート中のガラスと同一であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか記載のガラスセラミック配線基板の製法。
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