JP4166360B2 - Dielectric paste and multilayer substrate - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素雰囲気等の非酸化雰囲気において焼成するのに適した誘電体ペースト及びそれを用いた多層基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば図1に示すように、半導体装置に使用されるセラミック回路基板には、導体材料からなる配線層12を2層以上の多層とし、配線層間を絶縁する絶縁材料として誘電体層13を用いる多層厚膜基板がある。この多層厚膜基板は、導体ペーストを印刷、焼成することにより配線層12を形成し、その後誘電体ペーストを印刷、焼成して誘電体層13を形成するという工程を繰り返すことにより得られる。
【0003】
このような多層厚膜基板においては、基板1の上に配線層12が配置され、その上に誘電体層13を介してさらに配線層14が配置される構造となる。これら配線層12,14を形成するための導体材料としては、Cu系導体が稀に用いられる場合はあるが、一般にAg系導体が多く用いられている。
【0004】
ここで、Cu系導体は、配線抵抗が低いため配線幅を細くすることが可能であり、結果としてセラミック基板の小型化を達成できるとの利点がある。さらに、Cu系導体は耐体硫黄性等の耐環境性や耐マイグレーション性等の耐はんだ性も非常に優れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Cu系導体が導体材料として優れた特性を有しているにもかかわらず、多層厚膜基板の配線層を形成するための導体材料としては専らAg系導体が用いられ、Cu系導体はほとんど用いられていない。その理由は以下に述べるような問題があるためである。
【0006】
多層厚膜基板において、Cu系導体を配線層を形成するための導体材料として用いる場合、Cu系導体の酸化を避けるため、Cu系導体の焼成は例えば窒素雰囲気にて行う必要がある。さらに、Cu系導体ペーストを印刷焼成して形成した第1層目のCu配線層12の酸化を防止するため、誘電体層13の形成も窒素雰囲気にて行う必要がある。
【0007】
誘電体層13は、ガラス粉末、無機絶縁物質、及び有機樹脂を有機溶剤に分散した誘電体ペーストを印刷乾燥した後、焼成して形成される。この誘電体ペーストを焼成するとき、通常、有機成分は分解消失し、ガラス粉末が溶融して無機絶縁物質とともに緻密な膜となり、第1層目のCu配線層12と第2層目のCu配線層14の間の層間絶縁膜を形成する。
【0008】
上記有機樹脂は、誘電体ペーストの印刷を良好に行うために添加されるものであり、通常エチルセルロースが用いられる。
【0009】
しかしながら、エチルセルロースは分解するために酸素を必要とするので、エチルセルロースを含む誘電体ペーストを窒素雰囲気で焼成した場合、300〜600℃で大部分は分解消失するが、一部は分解せず、ガラス粉末が溶融する700〜900℃の温度領域まで誘電体膜中に残る。このため、焼成後も炭素として誘電体膜中に残存したり、溶融したガラス粉末中の酸素と反応してガス化し、誘電体膜中に気孔を発生させたりする。その結果、誘電体膜の層間絶縁膜としての絶縁性が著しく劣化される。これが、Cu系導体が多層厚膜基板の配線層を形成するための導体材料としてはほとんど使用されていない理由である。
【0010】
なお、Ag系導体は、酸素雰囲気において焼成されても酸化されにくい性質をもっているので、Ag系導体を用いた配線膜及び配線層間を絶縁する誘電体膜は酸素雰囲気において形成され得る。従って、エチルセルロースが誘電体膜中に残存するといった問題は発生せず、配線膜を形成するための導体材料として広く用いられているのである。
【0011】
上記のような課題に対して、例えば特開平4−208598号公報には、窒素雰囲気中における誘電体ペーストの焼成による残炭や気孔の発生を低減するために、比較的低い温度領域において窒素雰囲気中に酸素を混入することが示されている。つまり、比較的低い温度領域において酸素を供給することにより、誘電体膜の焼成焼結前にエチルセルロースの分解を促進しようとしているのである。
【0012】
しかしながら、この方法では、混入された酸素によって第1層目のCu配線層12が酸化されてしまい、Cu配線層12のはんだ濡れ性が損なわれるという欠点があった。
【0013】
本発明は、かかる従来の問題点を鑑みてなされたもので、非酸化雰囲気において焼成可能であり、焼成後において絶縁特性に優れた誘電体ペースト及びこれを用いた多層基板を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の誘電体ペーストは、ガラス粉末と、無機絶縁物質と、樹脂とを有機溶剤に分散させ、前記樹脂としてエチルセルロースとアクリルの両者を添加した誘電体ペーストであって、前記エチルセルロースの添加量が0.3〜0.8重量%であり、前記アクリルの添加量が0.2〜0.8重量%であるとともに、前記ガラス粉末は、軟化点が800〜860℃、熱膨張係数が60〜70×10 -7 /℃のB 2 3 −SiO 2 −PbO−Al 2 3 系ガラス粉末であって、前記ペースト中の含有率が45〜49重量%であり、前記無機絶縁物質は、前記ペースト中の含有率が27〜29.5重量%の酸化アルミニウムと、前記ペースト中の含有率が18〜19.5重量%のジルコン酸カルシウムとからなることを特徴としている。
【0015】
エチルセルロースは、誘電体ペーストの印刷性を向上する。このため、誘電体ペーストを印刷する際、誘電体ペースト中にピンホールが発生することが防止される。但し、エチルセルロース単独で使用した場合には、誘電体ペーストの焼成時に上述したように完全に分解せず、誘電体膜中に炭素として残ったり、気孔を発生してしまう。
【0016】
アクリル樹脂は、分解に酸素を必要とせず、例えば窒素中でも完全に分解することができる樹脂である。しかしながら、アクリル樹脂はエチルセルロースに比較すれば、印刷性が悪く、もし単独で使用された場合には、誘電体用膜の印刷時に、その膜中にピンホールが発生しやすくなる。このようなピンホールは誘電体ペーストの乾燥、焼成後も残ることになり、形成される誘電体膜の絶縁特性を劣化させる要因となる。
【0017】
本発明では、エチルセルロース及びアクリルの両者を添加することにより、ピンホールの発生を抑えるに十分な印刷性を確保しつつ、酸素のない雰囲気であっても添加された樹脂の熱分解性を促進し、絶縁特性の良好な絶縁層(誘電体層)を形成できるようにしたものである。
【0018】
さらに、エチルセルロースの添加量が0.3〜0.8重量%であり、アクリルの添加量は0.2〜0.8重量%とした。その理由は以下の通りである。樹脂がエチルセルロース単独のものであって、その添加量が1.0重量%以下であると、印刷性が確保できずピンホールが発生しやすくなり、絶縁特性が損なわれる場合がある。逆に、その添加量が1.0重量%を超えると、完全に熱分解せず焼成後の誘電体膜中に炭素として残ったり、気孔を発生させたりして、絶縁特性を損なうことになる。そのため、エチルセルロースの添加量としては、焼成後も誘電体膜に残って絶縁特性を損なわないよう、0.3〜0.8重量%とし、エチルセルロースの添加量を少なくしたことに伴う印刷性の低下を補うべく、アクリル樹脂を0.2〜0.8重量%添加するのである。
【0019】
また、ガラス粉末はホウケイ酸鉛ガラスからなり、無機絶縁物質は酸化アルミニウムとジルコン酸カルシウムの少なくとも一方とする。より具体的には、ガラス粉末は、軟化点が800〜860℃、熱膨張係数が60〜70×10-7/℃のB23−SiO2−PbO−Al23系ガラス粉末であって、ペースト中の含有率が45〜49重量%であり、無機絶縁物質は、ペースト中の含有率が27〜29.5重量%の酸化アルミニウムと、ペースト中の含有率が18〜19.5重量%のジルコン酸カルシウムとから構成する。このような、ガラス粉末及び無機絶縁物質を用いることにより、緻密で電気絶縁性に優れた誘電体膜を形成することができる。
【0020】
また、請求項に記載したように、セラミック基板上に多層に形成される、銅を含む導体材料からなる配線層と、これらの配線層間の電気絶縁性を確保するために、配線層間に形成される誘電体層とからなる多層基板において、誘電体層を、有機溶剤に、ガラス粉末と、無機絶縁物質と、エチルセルロース樹脂及びアクリル樹脂とを分散させた誘電体ペーストを非酸化雰囲気において焼成することによって形成し、前記ペースト中における前記エチルセルロースの添加量が0.3〜0.8重量%であり、前記アクリルの添加量が0.2〜0.8重量%であるとともに、前記ガラス粉末は、軟化点が800〜860℃、熱膨張係数が60〜70×10 -7 /℃のB 2 3 −SiO 2 −PbO−Al 2 3 系ガラス粉末であって、前記ペースト中の含有率が45〜49重量%であり、前記無機絶縁物質は、前記ペースト中の含有率が27〜29.5重量%の酸化アルミニウムと、前記ペースト中の含有率が18〜19.5重量%のジルコン酸カルシウムとからなるようにすることによって、誘電体ペースト印刷時の印刷性に優れ、かつ焼成後は電気絶縁性に優れた誘電体層を備える多層基板を得ることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
図1は、本発明の実施の形態としての多層厚膜基板の構成を示している。図1に示されるように、セラミック基板1の上には、Cu系導体から形成された第1の配線層12が配置されている。第1の配線層12の上には、さらに絶縁層としての誘電体層13を介して、Cu系導体から形成された第2の配線層14が配置されている。このように、複数のCu配線層12,14が誘電体層13を介して積層されて、多層厚膜基板が構成される。
【0023】
次に、この多層厚膜基板の製造方法について説明する。
【0024】
上記第1及び第2の配線層12,14を形成するためのCu系導体ペーストとして、Cu粉末と、セラミック基板1との接合強度を確保するためのガラス粉末及び無機酸化物粉末と、印刷性を付与するための有機樹脂(例えば、エチルセルロース)を有機溶媒に分散したものを用いる。このCu系導体ペーストは、セラミック基板1上にスクリーン印刷により塗布される。その後、乾燥して所定のパターンを形成した後、窒素雰囲気下のピーク温度約900℃のベルト炉で1時間ほど焼成して、Cu配線層12を得る。
【0025】
引き続き、誘電体層13を形成するための誘電体ペーストとして、微細に粉砕されたガラス粉末、無機絶縁物質、有機樹脂成分としてエチルセルロースとアクリルとを有機溶剤に分散し、ペースト状としたものを用意する。
【0026】
より詳しくは、エチルセルロースを0.3〜0.8重量%添加し、アクリルを0.2〜0.8重量%添加する。その理由は、エチルセルロースが、焼成後も誘電体膜に残って絶縁特性を損なわないよう、0.3〜0.8重量%の添加量とし、エチルセルロースの添加量を少なくしたことに伴う印刷性の低下を補うべく、アクリル樹脂を0.2〜0.8重量%添加するものである。
【0027】
ガラス粉末としては、軟化点が800〜860℃、熱膨張係数が60〜70×10-7/℃のホウケイ酸鉛ガラス粉末であって、ペースト中の含有率が45〜49重量%である。無機絶縁物質としては、酸化アルミニウム粉末とジルコン酸カルシウム粉末の少なくとも一方を含むものを用いる。より具体的には、ペースト中の含有率が25〜35重量%の酸化アルミニウムと、ペースト中の含有率が15〜25重量%のジルコン酸カルシウムとから構成することができる。このような、ガラス粉末及び無機絶縁物質を用いることにより、緻密で電気絶縁性に優れた誘電体膜を形成することができる。また、有機溶剤としては、テルピネオールを用いている。
【0028】
更に、最適組成としては、ガラス粉末として軟化点が800〜860℃、熱膨張係数が60〜70×10-7/℃のB23−SiO2−PbO−Al23系ガラス粉末であって、ペースト中の含有率が45〜49重量%であり、無機絶縁物質として、ペースト中の含有率が27〜29.5重量%の酸化アルミニウムと、ペースト中の含有率が18〜19.5重量%のジルコン酸カルシウムとを含むものが良い。
【0029】
この誘電体ペーストは、図1に示すように、少なくともその一部がCu配線層12を覆うようにスクリーン印刷により塗布される。その後、乾燥して所定のパターンを形成した後、窒素雰囲気下のピーク温度約900℃のベルト炉で1時間ほど焼成して、誘電体層13を得る。
【0030】
この印刷工程において、エチルセルロース及びアクリルの両者を添加しているので、良好な印刷性が保たれピンホールの発生が抑制される。また誘電体ペーストの焼成工程においては、熱分解性に劣るエチルセルロースの添加量が最小限に抑えられているため、誘電体膜中の炭素の残存、気孔の発生が抑制され、絶縁特性の良好な誘電体層が形成できる。
【0031】
引き続き、Cu系導体ペーストが、少なくともその一部が誘電体層13を覆うようにスクリーン印刷により塗布される。その後、乾燥して所定のパターンを形成した後、窒素雰囲気下のピーク温度約900℃のベルト炉で1時間ほど焼成して、第2のCu配線層14を得る。このような工程を経て、図1に示す多層Cu厚膜基板を製造することができる。
【0032】
図2に、ペースト中に添加する樹脂として、0.7重量%のエチルセルロースに対してアクリルの添加量を変化させて誘電体ペーストを作成し、それを印刷焼成して形成した誘電体層の耐電圧特性(絶縁特性)と誘電体ペースト印刷時のピンホール発生数を示す。
【0033】
図2に示すグラフから、アクリルを添加することにより、印刷ピンホール発生数が減少し、かつ耐電圧特性が向上しているのがわかる。アクリルの添加量としては、0.2重量%から効果が現れ始めるが、本実施例においては、0.4重量%から0.8重量%の範囲が最適であった。
【0034】
比較例として、樹脂材料としてエチルセルロースのみを用いた場合の耐電圧特性及びピンホール発生数に関する評価結果を図3に示す。
【0035】
まず、エチルセルロースの添加量が1.0重量%以下であると、印刷性が確保できず多数のピンホールが発生する。その結果、焼成後の耐電圧特性が低下する。エチルセルロースの添加量が1.0重量%を超えると、ピンホールの発生数を低減することはできるが、窒素雰囲気中では完全に熱分解せず焼成後の誘電体膜中に炭素として残ったり、気孔を発生させたりして、やはり耐電圧特性が低下してしまう。
【0036】
さらに、比較例として、樹脂材料としてアクリルのみを用いた場合の耐電圧特性及びピンホール発生数に関する評価結果を図4に示す。
【0037】
アクリルは、印刷性に関してはエチルセルロースよりも劣っており、その添加量を増加してもピンホールの発生数を低減することはできない。従って、窒素雰囲気における焼成での優れた分解特性にも係わらず、誘電体ペーストの焼成後の耐電圧特性を十分に向上することができない。
【0038】
本実施形態では、印刷性には優れるが窒素雰囲気における熱分解性の劣るエチルセルロースと、印刷性は劣るが窒素雰囲気での熱分解性に優れるアクリル樹脂を共に誘電体ペーストに添加した。そして、それらの添加量を最適範囲に調整することにより、ペースト印刷時の印刷性に優れ、かつ焼成後は絶縁特性に優れた誘電体膜を形成することができる。
【0039】
この誘電体膜を、セラミック基板上に多層に形成されるCu配線層間の絶縁膜として適用することにより、絶縁特性に優れた多層Cu配線層基板を得ることができるものである。
【0040】
図5は、各種のアクリル樹脂A〜Dの組成及び物性を示す表である。この表に記載されたアクリル樹脂A〜D全てについて、エチルセルロースと共に添加して誘電体ペーストを作成した。その結果、どの誘電体ペーストも良好な印刷性を示すとともに、焼成における熱分解性も十分に満足できるものであった。その中でも、重量平均分子量が最も小さいアクリル樹脂Aは、有機溶剤の量を少なくしても良好な印刷性を得ることができる(誘電体ペーストの粘度を低くできる)ので、特に好ましい材料である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における多層厚膜基板の構成図である。
【図2】誘電体ペーストに添加する樹脂としてエチルセルロース及びアクリルの両者を混合した場合の、誘電体ペーストの印刷性及び焼成によって形成された誘電体膜の耐電圧特性を示すグラフである。
【図3】誘電体ペーストに添加する樹脂としてエチルセルロースのみを用いた場合の、誘電体ペーストの印刷性及び焼成によって形成された誘電体膜の耐電圧特性を示すグラフである。
【図4】誘電体ペーストに添加する樹脂としてアクリルのみを用いた場合の、誘電体ペーストの印刷性及び焼成によって形成された誘電体膜の耐電圧特性を示すグラフである。
【図5】各種のアクリル樹脂の組成及び物性を示す表である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric paste suitable for firing in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere and a multilayer substrate using the dielectric paste.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, as shown in FIG. 1, a ceramic circuit board used in a semiconductor device has a wiring layer 12 made of a conductive material as a multilayer of two or more layers, and a dielectric layer 13 as an insulating material for insulating the wiring layers. There are multilayer thick film substrates used. This multilayer thick film substrate is obtained by repeating the process of forming the wiring layer 12 by printing and baking a conductor paste, and then forming the dielectric layer 13 by printing and baking the dielectric paste.
[0003]
Such a multilayer thick film substrate has a structure in which a wiring layer 12 is disposed on the substrate 1 and a wiring layer 14 is further disposed thereon via a dielectric layer 13. As a conductor material for forming these wiring layers 12 and 14, a Cu-based conductor is rarely used, but an Ag-based conductor is generally used in many cases.
[0004]
Here, since the Cu-based conductor has a low wiring resistance, it is possible to reduce the wiring width, and as a result, there is an advantage that the downsizing of the ceramic substrate can be achieved. Furthermore, Cu-based conductors are very excellent in environmental resistance such as body sulfur resistance and solder resistance such as migration resistance.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, despite the fact that the Cu-based conductor has excellent characteristics as a conductive material, an Ag-based conductor is exclusively used as the conductive material for forming the wiring layer of the multilayer thick film substrate. It is rarely used. The reason is because of the following problems.
[0006]
When a Cu-based conductor is used as a conductor material for forming a wiring layer in a multilayer thick film substrate, the Cu-based conductor needs to be fired in, for example, a nitrogen atmosphere in order to avoid oxidation of the Cu-based conductor. Furthermore, in order to prevent oxidation of the first Cu wiring layer 12 formed by printing and baking a Cu-based conductor paste, the dielectric layer 13 must also be formed in a nitrogen atmosphere.
[0007]
The dielectric layer 13 is formed by printing and drying a dielectric paste in which glass powder, an inorganic insulating material, and an organic resin are dispersed in an organic solvent, followed by firing. When this dielectric paste is baked, the organic components usually decompose and disappear, the glass powder melts and becomes a dense film together with the inorganic insulating material, and the first layer Cu wiring layer 12 and the second layer Cu wiring An interlayer insulating film between the layers 14 is formed.
[0008]
The organic resin is added in order to satisfactorily print the dielectric paste, and usually ethyl cellulose is used.
[0009]
However, since ethyl cellulose requires oxygen to decompose, when a dielectric paste containing ethyl cellulose is baked in a nitrogen atmosphere, most of it decomposes and disappears at 300 to 600 ° C., but some does not decompose and glass It remains in the dielectric film up to a temperature range of 700 to 900 ° C. where the powder melts. For this reason, carbon remains in the dielectric film even after firing, or reacts with oxygen in the molten glass powder to gasify to generate pores in the dielectric film. As a result, the insulating property of the dielectric film as the interlayer insulating film is significantly deteriorated. This is the reason why Cu-based conductors are hardly used as a conductor material for forming a wiring layer of a multilayer thick film substrate.
[0010]
Note that since the Ag-based conductor has a property of being hardly oxidized even when fired in an oxygen atmosphere, the wiring film using the Ag-based conductor and the dielectric film that insulates the wiring layers can be formed in the oxygen atmosphere. Therefore, the problem that ethyl cellulose remains in the dielectric film does not occur, and it is widely used as a conductor material for forming a wiring film.
[0011]
In response to the above problems, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-208598 discloses a nitrogen atmosphere in a relatively low temperature region in order to reduce the occurrence of residual carbon and pores due to the firing of the dielectric paste in the nitrogen atmosphere. It is shown that oxygen is mixed in. That is, by supplying oxygen in a relatively low temperature range, the decomposition of ethyl cellulose is promoted before the dielectric film is fired and sintered.
[0012]
However, this method has a drawback that the first layer Cu wiring layer 12 is oxidized by the mixed oxygen, and the solder wettability of the Cu wiring layer 12 is impaired.
[0013]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a dielectric paste that can be fired in a non-oxidizing atmosphere and has excellent insulating properties after firing, and a multilayer substrate using the same. And
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The dielectric paste according to claim 1 includes a glass powder, and the inorganic insulating material, and a resin dispersed in an organic solvent, a derivative collector paste was added both of ethylcellulose and acrylic as the resin, The addition amount of the ethyl cellulose is 0.3 to 0.8 wt%, the addition amount of the acrylic is 0.2 to 0.8 wt%, and the glass powder has a softening point of 800 to 860 ° C, B 2 O 3 —SiO 2 —PbO—Al 2 O 3 glass powder having a thermal expansion coefficient of 60 to 70 × 10 −7 / ° C., and the content in the paste is 45 to 49% by weight, The inorganic insulating material is composed of aluminum oxide having a content of 27 to 29.5% by weight in the paste and calcium zirconate having a content of 18 to 19.5% by weight in the paste. Yes.
[0015]
Ethyl cellulose improves the printability of the dielectric paste. For this reason, when printing the dielectric paste, pinholes are prevented from being generated in the dielectric paste. However, when ethyl cellulose is used alone, it is not completely decomposed as described above when firing the dielectric paste, and remains as carbon in the dielectric film or generates pores.
[0016]
An acrylic resin is a resin that does not require oxygen for decomposition and can be completely decomposed even in, for example, nitrogen. However, the acrylic resin has poor printability compared to ethyl cellulose, and if used alone, pinholes are likely to occur in the film when the dielectric film is printed. Such pinholes remain even after the dielectric paste is dried and baked, which causes a deterioration in the insulating characteristics of the formed dielectric film.
[0017]
In the present invention, by adding both ethyl cellulose and acrylic, the thermal decomposability of the added resin is promoted even in an oxygen-free atmosphere while ensuring sufficient printability to suppress the generation of pinholes. In this way, an insulating layer (dielectric layer) having good insulating properties can be formed.
[0018]
Furthermore, the addition amount of ethyl cellulose was 0.3 to 0.8% by weight, and the addition amount of acrylic was 0.2 to 0.8% by weight . The reason is as follows. If the resin is ethyl cellulose alone and the amount added is 1.0% by weight or less, the printability cannot be ensured, pinholes are likely to occur, and the insulating properties may be impaired. On the other hand, if the added amount exceeds 1.0% by weight, it is not completely pyrolyzed and remains as carbon in the fired dielectric film or generates pores, thereby impairing the insulating properties. . Therefore, the amount of ethyl cellulose added is 0.3 to 0.8% by weight so that it does not deteriorate the insulating properties after remaining in the dielectric film after firing, and the printability is reduced due to the reduced amount of ethyl cellulose. order to compensate for, at the you added acrylic resin 0.2 to 0.8 wt%.
[0019]
The glass powder is made of borosilicate lead glass, inorganic insulating material shall be the at least one of aluminum oxide and calcium zirconate. More specifically, glass powder has a softening point of from 800 to 860 ° C., the thermal expansion coefficient of 60~70 × 10 -7 / ℃ B 2 O 3 -SiO 2 -PbO-Al 2 O 3 based glass powder In the paste, the content in the paste is 45 to 49% by weight, and the inorganic insulating material is aluminum oxide in which the content in the paste is 27 to 29.5% by weight, and the content in the paste is 18 to 19%. .5 that make up and a weight% of calcium zirconate. By using such glass powder and an inorganic insulating material, a dense dielectric film excellent in electrical insulation can be formed.
[0020]
According to a third aspect of the present invention , a wiring layer made of a conductive material containing copper, which is formed in multiple layers on a ceramic substrate, is formed between the wiring layers in order to ensure electrical insulation between these wiring layers. In a multi-layer substrate comprising a dielectric layer, a dielectric paste in which a dielectric layer is dispersed in an organic solvent, glass powder, an inorganic insulating material, ethyl cellulose resin and acrylic resin is baked in a non-oxidizing atmosphere. The addition amount of the ethyl cellulose in the paste is 0.3 to 0.8% by weight, the addition amount of the acrylic is 0.2 to 0.8% by weight, and the glass powder is a softening point of eight hundred to eight hundred and sixty ° C., a coefficient of thermal expansion a 60~70 × 10 -7 / ℃ of B 2 O 3 -SiO 2 -PbO- Al 2 O 3 based glass powder, the paste The content is 45 to 49% by weight, and the inorganic insulating material includes 27 to 29.5% by weight of aluminum oxide in the paste and 18 to 19.5% by weight in the paste. By being made of this calcium zirconate, it is possible to obtain a multilayer substrate having a dielectric layer that is excellent in printability during dielectric paste printing and excellent in electrical insulation after firing.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows a configuration of a multilayer thick film substrate as an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a first wiring layer 12 made of a Cu-based conductor is disposed on the ceramic substrate 1. On the 1st wiring layer 12, the 2nd wiring layer 14 formed from the Cu-type conductor is further arrange | positioned through the dielectric material layer 13 as an insulating layer. In this way, a plurality of Cu wiring layers 12 and 14 are laminated via the dielectric layer 13 to constitute a multilayer thick film substrate.
[0023]
Next, a method for manufacturing this multilayer thick film substrate will be described.
[0024]
As Cu-based conductor paste for forming the first and second wiring layers 12, 14, Cu powder, glass powder and inorganic oxide powder for ensuring the bonding strength between the ceramic substrate 1, and printability An organic resin (for example, ethyl cellulose) for imparting water is dispersed in an organic solvent. This Cu-based conductor paste is applied on the ceramic substrate 1 by screen printing. Then, after drying and forming a predetermined pattern, the Cu wiring layer 12 is obtained by baking for about 1 hour in a belt furnace having a peak temperature of about 900 ° C. in a nitrogen atmosphere.
[0025]
Subsequently, as a dielectric paste for forming the dielectric layer 13, a finely pulverized glass powder, an inorganic insulating material, and ethyl cellulose and acrylic as organic resin components dispersed in an organic solvent to prepare a paste To do.
[0026]
More specifically, 0.3 to 0.8% by weight of ethyl cellulose is added and 0.2 to 0.8% by weight of acrylic is added. The reason for this is that the added amount of 0.3 to 0.8% by weight so that the ethyl cellulose remains in the dielectric film after firing and does not impair the insulation properties, and the printability associated with the reduced amount of added ethyl cellulose. In order to compensate for the decrease, 0.2 to 0.8% by weight of an acrylic resin is added.
[0027]
The glass powder is a lead borosilicate glass powder having a softening point of 800 to 860 ° C. and a thermal expansion coefficient of 60 to 70 × 10 −7 / ° C., and the content in the paste is 45 to 49% by weight. As the inorganic insulating material, a material containing at least one of aluminum oxide powder and calcium zirconate powder is used. More specifically, it can be composed of aluminum oxide having a content of 25 to 35% by weight in the paste and calcium zirconate having a content of 15 to 25% by weight in the paste. By using such glass powder and an inorganic insulating material, a dense dielectric film excellent in electrical insulation can be formed. Further, terpineol is used as the organic solvent.
[0028]
Furthermore, the optimum composition, the softening point as the glass powder is eight hundred to eight hundred sixty ° C., the thermal expansion coefficient of 60~70 × 10 -7 / ℃ with B 2 O 3 -SiO 2 -PbO- Al 2 O 3 based glass powder And the content rate in a paste is 45 to 49 weight%, As an inorganic insulating substance, the content rate in a paste is 27-29.5 weight%, and the content rate in a paste is 18-19. What contains 5 weight% of calcium zirconate is good.
[0029]
As shown in FIG. 1, this dielectric paste is applied by screen printing so that at least a part thereof covers the Cu wiring layer 12. Then, after drying and forming a predetermined pattern, the dielectric layer 13 is obtained by baking for about 1 hour in a belt furnace having a peak temperature of about 900 ° C. in a nitrogen atmosphere.
[0030]
In this printing process, since both ethylcellulose and acrylic are added, good printability is maintained and the generation of pinholes is suppressed. In addition, in the firing process of the dielectric paste, since the amount of ethyl cellulose, which is inferior in thermal decomposability, is minimized, the remaining carbon in the dielectric film and the generation of pores are suppressed, and the insulation characteristics are good. A dielectric layer can be formed.
[0031]
Subsequently, the Cu-based conductor paste is applied by screen printing so that at least a part thereof covers the dielectric layer 13. Then, after drying and forming a predetermined pattern, the second Cu wiring layer 14 is obtained by baking for about 1 hour in a belt furnace having a peak temperature of about 900 ° C. in a nitrogen atmosphere. Through such steps, the multilayer Cu thick film substrate shown in FIG. 1 can be manufactured.
[0032]
As shown in FIG. 2, as a resin to be added to the paste, a dielectric paste is prepared by changing the amount of acrylic added to 0.7% by weight of ethyl cellulose, and the dielectric layer formed by printing and firing the dielectric paste. Indicates the voltage characteristics (insulation characteristics) and the number of pinholes generated during dielectric paste printing.
[0033]
From the graph shown in FIG. 2, it can be seen that the addition of acrylic reduces the number of printed pinholes and improves the withstand voltage characteristics. As the addition amount of acrylic, the effect starts to appear from 0.2% by weight, but in the present example, the range of 0.4% by weight to 0.8% by weight was optimal.
[0034]
As a comparative example, FIG. 3 shows the evaluation results regarding the withstand voltage characteristics and the number of pinholes generated when only ethyl cellulose is used as the resin material.
[0035]
First, when the addition amount of ethyl cellulose is 1.0% by weight or less, printability cannot be ensured and a large number of pinholes are generated. As a result, the withstand voltage characteristics after firing are reduced. If the added amount of ethyl cellulose exceeds 1.0% by weight, the number of pinholes can be reduced, but in a nitrogen atmosphere, it is not completely pyrolyzed and remains as carbon in the dielectric film after firing, As a result, pores are generated and the withstand voltage characteristic is also lowered.
[0036]
Furthermore, as a comparative example, FIG. 4 shows the evaluation results regarding the withstand voltage characteristics and the number of pinholes generated when only acrylic is used as the resin material.
[0037]
Acrylic is inferior to ethyl cellulose in terms of printability, and the number of pinholes cannot be reduced even if the amount added is increased. Therefore, the withstand voltage characteristics after firing of the dielectric paste cannot be sufficiently improved in spite of excellent decomposition characteristics upon firing in a nitrogen atmosphere.
[0038]
In this embodiment, ethyl cellulose, which is excellent in printability but poor in thermal decomposability in a nitrogen atmosphere, and an acrylic resin that is poor in printability but excellent in thermal decomposability in a nitrogen atmosphere are both added to the dielectric paste. Then, by adjusting the amount of addition to the optimum range, it is possible to form a dielectric film having excellent printability during paste printing and excellent insulating properties after firing.
[0039]
By applying this dielectric film as an insulating film between Cu wiring layers formed in multiple layers on a ceramic substrate, a multilayer Cu wiring layer substrate having excellent insulating characteristics can be obtained.
[0040]
FIG. 5 is a table showing compositions and physical properties of various acrylic resins A to D. All the acrylic resins A to D described in this table were added together with ethyl cellulose to prepare a dielectric paste. As a result, all the dielectric pastes exhibited good printability, and the thermal decomposability upon firing was sufficiently satisfactory. Among them, the acrylic resin A having the smallest weight average molecular weight is a particularly preferable material because good printability can be obtained (the viscosity of the dielectric paste can be lowered) even if the amount of the organic solvent is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a multilayer thick film substrate in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the printability of a dielectric paste and the withstand voltage characteristics of a dielectric film formed by firing when both ethyl cellulose and acrylic are mixed as a resin added to the dielectric paste.
FIG. 3 is a graph showing the printability of the dielectric paste and the withstand voltage characteristics of the dielectric film formed by firing when only ethyl cellulose is used as the resin added to the dielectric paste.
FIG. 4 is a graph showing the dielectric paste printability and the withstand voltage characteristics of a dielectric film formed by firing when only acrylic is used as the resin added to the dielectric paste.
FIG. 5 is a table showing compositions and physical properties of various acrylic resins.

Claims (4)

ガラス粉末と、無機絶縁物質と、樹脂とを有機溶剤に分散させ、前記樹脂としてエチルセルロースとアクリルの両者を添加した誘電体ペーストであって、
前記エチルセルロースの添加量が0.3〜0.8重量%であり、前記アクリルの添加量が0.2〜0.8重量%であるとともに、
前記ガラス粉末は、軟化点が800〜860℃、熱膨張係数が60〜70×10 -7 /℃のB 2 3 −SiO 2 −PbO−Al 2 3 系ガラス粉末であって、前記ペースト中の含有率が45〜49重量%であり、前記無機絶縁物質は、前記ペースト中の含有率が27〜29.5重量%の酸化アルミニウムと、前記ペースト中の含有率が18〜19.5重量%のジルコン酸カルシウムとからなることを特徴とする誘電体ペースト。
Glass powder, and the inorganic insulating material, and a resin dispersed in an organic solvent, a derivative collector paste was added both of ethylcellulose and acrylic as the resin,
The addition amount of the ethyl cellulose is 0.3 to 0.8% by weight, the addition amount of the acrylic is 0.2 to 0.8% by weight,
The glass powder has a softening point of 800-860 ° C., a coefficient of thermal expansion a 60~70 × 10 -7 / ℃ of B 2 O 3 -SiO 2 -PbO- Al 2 O 3 based glass powder, the paste The content in the paste is 45 to 49% by weight, and the inorganic insulating material includes aluminum oxide in which the content in the paste is 27 to 29.5% by weight, and the content in the paste is 18 to 19.5. A dielectric paste comprising weight percent calcium zirconate.
前記誘電体ペーストは、窒素雰囲気において焼成されるものであることを特徴とする請求項1記載の誘電体ペースト。The dielectric paste according to claim 1 Symbol placement of the dielectric paste, characterized in that it is intended to be fired in a nitrogen atmosphere. セラミック基板上に多層に形成される、銅を含む導体材料からなる配線層と、前記配線層間の電気絶縁性を確保するために、前記配線層間に形成される誘電体層とからなる多層基板であって、
前記誘電体層は、有機溶剤に、ガラス粉末と、無機絶縁物質と、エチルセルロース樹脂及びアクリル樹脂とを分散させた誘電体ペーストを非酸化雰囲気において焼成することによって形成されるものであり、
前記ペースト中における前記エチルセルロースの添加量が0.3〜0.8重量%であり、前記アクリルの添加量が0.2〜0.8重量%であるとともに、
前記ガラス粉末は、軟化点が800〜860℃、熱膨張係数が60〜70×10 -7 /℃のB 2 3 −SiO 2 −PbO−Al 2 3 系ガラス粉末であって、前記ペースト中の含有率が45〜49重量%であり、前記無機絶縁物質は、前記ペースト中の含有率が27〜29.5重量%の酸化アルミニウムと、前記ペースト中の含有率が18〜19.5重量%のジルコン酸カルシウムとからなることを特徴とする多層基板。
A multilayer substrate comprising a wiring layer made of a conductor material containing copper and formed in multiple layers on a ceramic substrate, and a dielectric layer formed between the wiring layers in order to ensure electrical insulation between the wiring layers. There,
The dielectric layer is formed by baking a dielectric paste in which glass powder, an inorganic insulating material, ethyl cellulose resin and acrylic resin are dispersed in an organic solvent in a non-oxidizing atmosphere ,
The addition amount of the ethyl cellulose in the paste is 0.3 to 0.8% by weight, the addition amount of the acrylic is 0.2 to 0.8% by weight,
The glass powder has a softening point of 800-860 ° C., a coefficient of thermal expansion a 60~70 × 10 -7 / ℃ of B 2 O 3 -SiO 2 -PbO- Al 2 O 3 based glass powder, the paste The content in the paste is 45 to 49% by weight, and the inorganic insulating material includes aluminum oxide in which the content in the paste is 27 to 29.5% by weight, and the content in the paste is 18 to 19.5. A multilayer substrate comprising weight percent calcium zirconate.
前記誘電体ペーストは、窒素雰囲気において焼成されるものであることを特徴とする請求項に記載の多層基板 The multilayer substrate according to claim 3 , wherein the dielectric paste is fired in a nitrogen atmosphere .
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