JP6845090B2 - セラミック配線基板及びその製造方法 - Google Patents

セラミック配線基板及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6845090B2
JP6845090B2 JP2017108150A JP2017108150A JP6845090B2 JP 6845090 B2 JP6845090 B2 JP 6845090B2 JP 2017108150 A JP2017108150 A JP 2017108150A JP 2017108150 A JP2017108150 A JP 2017108150A JP 6845090 B2 JP6845090 B2 JP 6845090B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
electrode portion
wiring board
cuw
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017108150A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018206849A (ja
Inventor
沓名 正樹
正樹 沓名
山下 大輔
大輔 山下
達哉 加藤
達哉 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2017108150A priority Critical patent/JP6845090B2/ja
Publication of JP2018206849A publication Critical patent/JP2018206849A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6845090B2 publication Critical patent/JP6845090B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Description

本発明は、例えば電子部品のパッケージ、無線通信モジュール基板、制御回路用基板、半導体検査装置などに用いることができるセラミック配線基板及びその製造方法に関するものである。
従来より、セラミック配線基板には、例えばMo金属やW金属等を用いた配線が形成されているが、配線抵抗が高いため、電気的ロスが大きいという問題があった。
そこで、配線抵抗を下げる手法として、AgやCuに代表される低抵抗金属を用いたLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)基板が開発されている。このLTCC基板とは、例えば600℃〜1050℃程度の低温で焼成が可能なように、セラミックにガラス成分等を添加した低温同時焼成セラミック基板である。
ところが、上述したLTCC基板は、低温で焼成可能にするため、ガラス成分が多いために、一般的に基板強度が低いという問題がある。
配線を構成する導体としてCu金属及びW金属を用いることにより、焼成温度が1000℃以上の比較的高い温度にて焼成可能となることで、セラミックに添加されるガラス成分の量を少なくでき、低抵抗で高強度のセラミック配線基板が実現可能である。
ところで、このようなCu金属及びW金属を用いたCuW電極部を基板内部に有するセラミック配線基板には、下記のような問題があった。
具体的には、焼成温度がCuの融点より高く且つCuW電極部(例えば内部電極)と接するMo貫通電極、即ち、基板の厚み方向にて基板を貫通して延びるMo電極部がある場合に、CuW電極部にてCuの融点を超えて液状化したCuが発生したときには、その液状化したCuが、CuW電極部からMo電極部の領域に浸入することがある。それにより、CuW電極部のCuが減少するので、CuW電極部の電気伝導率が不安定になる(具体的には比抵抗が大きくなる)という問題があった。
さらに、液状化したCuが、CuW電極部からMo電極部を介して、基板表面の表面電極(即ち外部電極)にまで達した場合には、Cuが外気に蒸発することがある。その場合には、蒸発したCuが、降温時に基板の表面に析出して、Cuの球が発生し、外観不良となることがあった。
このCuの液状化による移動の対策として、例えば特許文献1には、CuW導体層と放熱部材との距離を長くすることによって、Cuの移動を低減する技術が開示されている。
また、例えば特許文献2には、主成分としてCuよりも融点の高い金属又はセラミック材料を含むバリア層と、バリア層上に形成された主成分のCuWを含む表面金属層とを備えるとともに、バリア層にさらにCuを含む技術が開示されている。
特開2014−49590号公報 特許第3010333号公報
ところで、上述した従来技術では、下記のような問題があり、その改善が求められていた。
具体的には、基板内部のCuW電極部が外表面へ接続する距離を長くすると、CuW電極部を用いた低抵抗のメリットが無くなってしまうという問題がある。
また、Cuよりも高融点金属であるMoを用いたMo電極部や、少量のAlを添加したMo電極部をバリア層として用いても、融点を迎えたCuの熔出の抑制には不十分であり、CuW電極部からMo電極部にCuが浸入するという問題がある。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極材料としてCu及びWを用いた場合の低抵抗のメリットを生かしつつ、液状化若しくは熔融したCuがMo電極部に浸入することを抑制できるセラミック配線基板及びその製造方法を提供することにある。
(1)本発明の第1局面は、Alを90体積%以上含むセラミック基板の内部に、Cu及びWを主成分とするCuW電極部と、Moを主成分としCuW電極部と電気的に接続するとともにセラミック基板の厚み方向に延びるMo電極部と、を備えたセラミック配線基板に関するものである。
このセラミック配線基板では、Mo電極部には、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分を含むとともに、この添加成分の含有量が16.9〜32.5atom%である。
このように、本第1局面では、後述する実験例からも明らかなように、Mo電極部には、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分を含むとともに、この添加成分の含有量が16.9〜32.5atom%であるので、電極部にCu金属を用いた場合の低抵抗のメリットを生かしつつ、液状化若しくは熔融したCuがMo電極部に浸入することを抑制できるという顕著な効果を奏する。
つまり、本第1局面では、Mo電極部中に、Cuの濡れ性が悪いAlやガラスの成分(即ち添加成分)が、16.9〜32.5atom%含有されているので、セラミック基板、CuW電極部、Mo電極部が同時焼成によって製造される際に、Cuが熔融した場合でも、その熔融したCuは、Mo電極部内に浸入しにくいという効果がある。
そのため、CuW電極部の電気伝導率が不安定になること(具体的には比抵抗が大きくなること)を抑制できる。また、Mo電極部が基板表面の表面電極に電気的に接続されている場合には、熔融したCuが、CuW電極部からMo電極部を介して表面電極にまで達しにくいので、Cuの外気への蒸発を抑制できる。よって、蒸発したCuが、降温時に基板表面に析出して、基板の外観不良となることを防ぐことができる。
(2)本発明の第2局面では、Mo電極部の添加成分の含有量が、21.4〜32.5atom%であってもよい。
このように、Mo電極部の添加成分の含有量が、21.4〜32.5atom%である場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極部内に浸入しにくいので、CuW電極部の比抵抗が大きくなること等を抑制できる。
(3)本発明の第3局面では、Mo電極部の添加成分として、Alを含んでいてもよい。
このように、Mo電極部の添加成分として、Alを含んでいる場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極部内に浸入しにくいので、CuW電極部の比抵抗が大きくなること等を抑制できる。
(4)本発明の第4局面では、Mo電極部の添加成分において、Alの含有量がガラスの含有量以上であってもよい。
このように、Mo電極部の添加成分において、Alの含有量がガラスの含有量以上である場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極部内に浸入しにくいので、CuW電極部の比抵抗が大きくなること等を抑制できる。
(5)本発明の第5局面は、前記第1〜第4局面のいずれかに記載のセラミック配線基板の製造方法に関するものである。
このセラミック配線基板の製造方法では、セラミック基板となるグリーンシートに、CuW電極部となる材料とMo電極部となる材料とを配置し、同時焼成して、セラミック配線基板を製造する工程を有している。
そして、この製造の工程では、Mo電極部となる材料中の無機材料として、Moを主成分とし、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分を含む無機材料を用いるとともに、無機材料における添加成分の含有量が20〜40体積%である。
このように、本第5局面では、後述する実験例からも明らかなように、Mo電極部となる材料中の無機材料として、Moを主成分とし、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分を含む無機材料を用いるとともに、無機材料における添加成分の含有量が20〜40体積%としているので、電極部にCu金属を用いた場合の低抵抗のメリットを生かしつつ、同時焼成の際に、溶融したCuがMo電極部に浸入することを抑制できるという顕著な効果を奏する。
つまり、本第5局面では、Mo電極部の材料中に、Cuの濡れ性が悪いAlやガラスの成分(即ち添加成分)が、無機材料において20〜40体積%含有されているので、グリーンシートや各電極部の材料を同時焼成する際に、Cuが熔融した場合でも、その熔融したCuは、Mo電極内部に浸入しにくいという効果がある。
そのため、CuW電極部の電気伝導率が不安定になること(具体的には比抵抗が大きくなること)を抑制できる。また、Mo電極部が基板表面の表面電極に電気的に接続されている場合には、熔融したCuが、CuW電極部からMo電極部を介して表面電極にまで達しにくいので、Cuの外気への蒸発を抑制できる。よって、蒸発したCuが、降温時に基板表面に析出して、基板の外観不良となることを防ぐことができる。
(6)本発明の第6局面では、Mo電極部となる無機材料における添加成分の含有量を、30〜40体積%としてもよい。
このように、Mo電極部となる無機材料における添加成分の含有量を、30〜40体積%とした場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極部内に浸入しにくいので、CuW電極部の比抵抗が大きくなること等を抑制できる。
(7)本発明の第7局面では、Mo電極部となる無機材料の添加成分として、Alを含んでいてもよい。
このように、Mo電極部となる無機材料の添加成分として、Alを含んでいる場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極部内に浸入しにくいので、CuW電極部の抵抗が大きくなること等を抑制できる。
(8)本発明の第8局面では、Mo電極部となる無機材料の添加成分として、Alの含有量がガラスの含有量以上であってもよい。
このように、Mo電極部となる無機材料の添加成分として、Alの含有量がガラスの含有量以上である場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極部内に浸入しにくいので、CuW電極部の比抵抗が大きくなること等を抑制できる。
(9)本発明の第9局面では、Mo電極部となる無機材料の添加成分として、Alの含有量が10体積%以上であってもよい。
このように、Mo電極部となる無機材料の添加成分として、Alの含有量が10体積%以上である場合には、製造時に熔融したCuがMo電極部内に浸入しにくいので、CuW電極部の比抵抗が大きくなること等を抑制できる。
(10)本発明の第10局面では、Mo電極部となる無機材料として、Mo粉末を用いるとともに、Mo粉末の粒径を示すD50が1.0μm未満であってもよい。
このように、Mo電極部となる無機材料として、D50が1.0μm未満のMo粉末を用いる場合には、Mo電極部を緻密にでき空隙の発生を抑制できるので、例えば後工程にて、メッキを行う場合など、メッキが空隙に浸入して不具合の発生(例えば熱膨張によるクラックの発生)することを抑制できる。
<以下に、本発明の各構成について説明する>
・ガラスの成分としては、熔融したCuのMo電極部の成分に対する濡れ性を考えた場合、Cuの濡れ性が悪い成分、例えば、SiO、BaCO、MgCO、Mn、Nbなどが挙げられる。
・セラミック配線基板としては、例えば1200〜1300℃の温度範囲にて、例えばセラミックに焼結助剤(ガラス等の成分)が添加されたグリーンシートと前記電極部の材料とを同時焼成して製造されるセラミック配線基板が挙げられる。
・CuW電極部は、導電材料であるCu金属及びW金属を主成分としているが(例えばCu金属及びW金属からなる導電材料を採用できる)、他の導体材料を含んでいてもよい。なお、主成分とは最大の成分量を示している(以下同様)。なお、CuW電極部の材料としては、導電材料以外に、セラミックやガラスの成分を含んでいてもよい。
・Mo電極部は、導電材料であるMo金属を主成分としているが(例えばMo金属からなる導電材料を採用できる)、他の導体材料を含んでいてもよい。なお、Mo電極部の材料としては、導電材料以外に、セラミックやガラスの成分を含んでいてもよい。
また、Mo電極部としては、基板内部のCuW電極部から、基板を厚み方向に貫いて、基板表面の表面電極に到り、その表面電極に電気的に接続されたもの(例えばMo貫通電極)が挙げられるが、基板表面に到らないものであってもよい。例えば前記CuW電極部とは異なる基板内部の配線に到るものであってもよい。
実施形態のセラミック配線基板を厚み方向に破断して示す断面図である。 実施形態のセラミック配線基板の製造方法を示す説明図である。 実験例の比較例3の基板断面におけるCuのマッピングを示すEPMAマッピング像の説明図である。 実験例の実施例1〜6の基板断面におけるCuのマッピングを示すEPMAマッピング像の説明図である。 比抵抗を求めるための試料(抵抗用試料)を厚み方向に破断して示す断面図である。 追加試料の基板断面(Mo電極の断面)のSEM写真である。
次に、本発明のセラミック配線基板及びその製造方法の実施形態について説明する。
[1.実施形態]
[1−1.セラミック配線基板の構成]
まず、実施形態のセラミック配線基板について説明する。
図1に模式的に示す様に、実施形態のセラミック配線基板1は、Alを90体積%以上含むセラミック基板3の内部に、Cu及びWを主成分とするCuW電極(内部電極)5と、Moを主成分とするMo電極(Mo貫通電極)7とを備えるとともに、セラミック基板3の表面に、Moを主成分とする表面電極(外部電極)9とを備えている。
このうち、セラミック基板3は、第1セラミック層11と第2セラミック層13とを備えており、第1セラミック層11と第2セラミック層13との間にCuW電極5が配置されている。
セラミック基板3は、Al以外に、例えば、SiO、MgCO、BaCO等の焼結助剤の成分が含まれている。
前記CuW電極5は、導電成分であるCu及びW以外に、例えばAl等の成分が含まれている。
前記Mo電極7は、CuW電極5と電気的に接続するとともに、セラミック基板3の厚み方向に延びて(即ち第2セラミック層13を貫通して)、表面電極9と電気的に接続されている。
このMo電極7には、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分が含まれており、その添加成分の含有量は、16.9〜32.5atom%(好ましくは21.4〜32.5atom%)である。
なお、本実施形態において、Mo電極7の添加成分として、Alを含むことが好ましく、Alの含有量がガラスの含有量以上であることが一層好ましい。
[1−2.セラミック配線基板の製造方法]
次に、本実施形態のセラミック配線基板1の製造方法の要部について説明する。なお、下記の第1工程〜第4工程の順番は前後してもよい。
<グリーンシートの作製工程:第1工程>
まず、セラミック基板3の主原料(主成分となる原料)として、Al粉末を用意するとともに、焼結助剤として、SiO、MgCO、BaCO等の粉末を用意した。
そして、これらの粉末材料(なお、焼結助剤は各粉末から1種又は複数種を選択して使用する)に、バインダーや溶剤等を加えて、セラミックスラリーを作製した。このセラミックスラリーを用いて、図2(a)に示すように、ドクターブレード法によって、複数のグリーンシート21を作製した。
<CuW電極用の導体ペーストの作製工程:第2工程>
CuW電極5の主原料として、Cu粉末及びW粉末を用意するとともに、Al粉末を用意した。
そして、これらの粉末材料に、ワニス成分を加えてCuW電極用の導体ペーストを作製した。
<Mo電極用の導体ペーストの作製工程:第3工程>
Mo電極7の主原料として、Mo粉末を用意するとともに、Al粉末を用意した。さらに、焼結助剤(ガラスの成分)として、SiO、BaCO、MgCOの粉末を用意した。なお、ここでは、Mo粉末として、Mo粉末の粒径を示すD50が1.0μm未満である粉末を用いた。
そして、これらの粉末材料(なお、ガラスは各粉末から1種又は複数種を選択して使用する)に、ワニス成分を加えてMo電極用の導体ペーストを作製した。
特に、本実施形態では、Moを主成分とするMo電極用の導体ペーストには、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の成分(添加成分)が含まれており、無機材料(即ちMo、Al、ガラス)における添加成分の含有量が、20〜40体積%(好ましくは30〜40体積%)である。
また、Mo電極用の導体ペーストの添加成分としては、Alが好ましく、Alの含有量がガラスの含有量以上であることが一層好ましい。なお、Alの含有量が10体積%以上であると更に好ましい。
<表面電極用の導体ペーストの作製工程:第4工程>
表面電極9の主原料として、Mo粉末(例えばD50が1μm未満)を用意するとともに、Al粉末を用意した。さらに、焼結助剤として、SiO、BaCO、MgCO、Mn、Nbの粉末を用意した。
そして、これらの粉末材料(なお、焼結助剤は各粉末から1種又は複数種を選択して使用する)に、ワニス成分を加えて表面電極用の導体ペーストを作製した。
<積層体の作製工程:第5工程>
図2(b)に示すように、複数のグリーンシート21を積層して、第1セラミック層11となる第1積層体23を作製する。この第1積層体23の表面に、CuW電極用の導体ペーストをスクリーン印刷して、CuW電極用の導体パターン25を形成する。
また、図2(c)に示すように、複数のグリーンシート21を積層して、第2セラミック層13となる第2積層体27を作製する。この第2積層体27に、Mo電極用の貫通孔29を開け、その貫通孔29にMo電極用の導体ペーストを充填して充填部31を形成する。その後、第2積層体27の一方の表面にMo電極用の導体ペーストをスクリーン印刷して、Mo電極用の導体パターン33形成する。
次に、図2(d)に示すように、第1積層体23と第2積層体27とを積層して、セラミック基板3となる積層体35を作製する。詳しくは、第1積層体23のCuW電極用の導体パターン25が形成された側に、第2積層体27の表面電極用の導体パターン31が形成されていない側を積層するようにして、第1積層体23と第2積層体27とを積層する。
<焼成工程:第6工程>
次に、前記積層体35を、周知にように脱脂した後に、所定の焼成条件にて同時焼成して、セラミック配線基板1を得る。なお、焼成条件としては、例えば還元雰囲気にて、1200〜1300℃の温度範囲で、0.5〜2時間焼成する条件を採用できる。
[1−3.効果]
次に、本実施形態の効果を説明する。
(1)本実施形態では、Mo電極7には、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分を含むとともに、この添加成分の含有量が16.9〜32.5atom%(好ましくは21.4〜32.5atom%)であるので、電極材料としてCuを用いた場合の低抵抗のメリットを生かしつつ、液状化若しくは熔融したCuがMo電極7に浸入することを抑制できる。
つまり、Mo電極7中に、Cuの濡れ性が悪いAlやガラスの成分(即ち添加成分)が、16.9〜32.5atom%含有されているので、セラミック基板3及び各電極5、7、9が同時焼成によって製造される際に、Cuが熔融した場合でも、その熔融したCuは、Mo電極7内に浸入しにくいという効果がある。
そのため、CuW電極5の電気伝導率が不安定になること(具体的には比抵抗が大きくなること)を抑制できる。
また、熔融したCuが、CuW電極5からMo電極7を介して表面電極9にまで達しにくいので、Cuの外気への蒸発を抑制できる。よって、蒸発したCuが、降温時にセラミック配線基板1の外表面に析出して、基板の外観不良となることを防ぐことができる。
(2)また、Mo電極7の添加成分として、Alを含んでいる場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極7内に浸入しにくいので、CuW電極5の比抵抗が大きくなること等を好適に抑制できる。
(3)さらに、Mo電極7の添加成分において、Alの含有量がガラスの含有量以上である場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極7内に浸入しにくいので、CuW電極5の比抵抗が大きくなること等を好適に抑制できる。
(4)本実施形態では、セラミック配線基板1を製造する場合に、Mo電極7となる材料中の無機材料として、Moを主成分とし、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分を含む無機材料を用いるとともに、無機材料における添加成分の含有量が20〜40体積%(好ましくは30〜40体積%)であるので、電極材料としてCuを用いた場合の低抵抗のメリットを生かしつつ、同時焼成の際に、溶融したCuがMo電極7に浸入することを抑制できる。
つまり、Mo電極7の材料中に、Cuの濡れ性が悪いAlやガラスの成分(即ち添加成分)が、無機材料において20〜40体積%含有されているので、グリーンシートや各電極5、7、9の材料を同時焼成する際に、Cuが熔融した場合でも、その熔融したCuは、Mo電極7内に浸入しにくいという効果がある。
そのため、CuW電極7の電気伝導率が不安定になること(即ち比抵抗が大きくなること)を抑制できる。
また、熔融したCuが、CuW電極5からMo電極7を介して表面電極9にまで達しにくいので、Cuの外気への蒸発を抑制できる。よって、蒸発したCuが、降温時にセラミック配線基板1の外表面に析出して、基板の外観不良となることを防ぐことができる。
(5)また、Mo電極7となる無機材料の添加成分として、Alを含んでいる場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極7内に浸入しにくいので、CuW電極5の比抵抗が大きくなること等を好適に抑制できる。
(6)さらに、Mo電極7となる無機材料の添加成分として、Alの含有量がガラスの含有量以上である場合には、製造時に熔融したCuが一層Mo電極7内に浸入しにくいので、CuW電極5の比抵抗が大きくなること等を好適に抑制できる。
(7)しかも、Mo電極7となる無機材料の添加成分として、Alの含有量が10体積%以上である場合には、製造時に熔融したCuがMo電極7内に浸入しにくいので、CuW電極5の比抵抗が大きくなること等を好適に抑制できる。
(8)また、Mo電極7となる無機材料として、D50が1.0μm未満のMo粉末を用いるので、Mo電極7を緻密にでき空隙の発生を抑制できる。そのため、例えば後工程にて、メッキを行う場合など、メッキが空隙に浸入して不具合が発生することを抑制できる。
[1−4.文言の対応関係]
ここで、特許請求の範囲と実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
実施形態の、セラミック配線基板1、セラミック基板3、CuW電極5、Mo電極7、グリーンシート21が、それぞれ、本発明の、セラミック配線基板、セラミック基板、CuW電極部、Mo電極部、グリーンシートの一例に相当する。
[2.実験例]
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
この実験例は、下記表1に示す9種のセラミック配線基板の試料(No.1〜9)に関して、実験条件を変更して、Mo電極に対するCuの浸入状態や、Mo電極の比抵抗などを調べたものである。つまり、各試料を作製する際のMo電極用の導体ペーストの構成を変更して、各試料におけるMo電極に対するCuの浸入状態や、Mo電極の比抵抗などを調べたものである。
ここで、各試料のセラミック配線基板の大きさは、平面視で縦10mm×横10mmであり、厚みは約400μmである。また、CuW電極、表面電極の各厚みは、10〜20μmであり、Mo電極の長さ(厚み方向の寸法)は約200μmであり、Mo電極の直径はφ0.15mmである。なお、各セラミック層の厚みは約200μmである。
なお、試料No.1〜9のうち、試料No.1〜3は本発明の範囲外の比較例1〜3を示し、試料No.4〜9は本発明例である実施例1〜6を示している。
a)まず、下記表1に示す各試料のセラミック配線基板の製造方法について説明する。
<グリーンシートの作製工程:第1工程>
セラミック基板の主原料(主成分となる原料)として、Al粉末を用意し、焼結助剤として、SiO、MgCO、BaCOの粉末(焼結助剤粉末)を用意した。
このAl粉末としては、平均粒径:0.5μm、比表面積:6.0m/gのものを使用した。
また、シート成形時のバインダー成分及び可塑剤成分として、ブチラール系バインダー及び可塑剤(DOP:ジ・オクチル・フタレート)を用意した。
そして、Al製のポットに、前記Al粉末と焼結助剤粉末とを、90:10の体積比にて、総量で2500gとなるように秤量して投入した。なお、焼結助剤としては、SiO、MgCO、BaCOを全て用いた。
これに着色剤を所定量投入後、ブチラール樹脂300gと、適当なスラリー粘度とシート強度を持たせるのに必要な量の溶剤(IPA、トルエン)及び可塑剤(DOP)とを、前記ポットに入れ、20時間粉砕混合することにより、セラミックスラリーを得た。
得られたセラミックスラリーを用いて、ドクターブレード法により、厚み0.14mmのグリーンシートを得た。
<CuW電極用の導体ペーストの作製工程:第2工程>
CuW電極の主原料として、Cu粉末及びW粉末を用意し、また、Al粉末を用意した。
そして、Cu粉末とW粉末とAl粉末との体積比を、49:49:2とした粉末材料を作製した。次に、この粉末材料にワニス成分を加え、三本ロールミルを用いて混合して、CuW電極用の導体ペーストを作製した。なお、ワニス成分として、エチレンセルロース樹脂とこの樹脂を溶解する溶剤のターピネオールとを、体積比で15:85の割合で混合した混合物を用いた。
<Mo電極用の導体ペーストの作製工程:第3工程>
Mo電極の主原料として、Mo粉末を用意し、また、Al粉末を用意した。さらに、焼結助剤(ガラスの成分)として、SiO、BaCO、MgCOの粉末を用意した。なお、Mo粉末としては、Mo粉末の粒径を示すD50が1.0μm未満である粉末を用いた。
そして、Mo粉末とAl粉末と焼結助剤(即ちガラス)粉末との体積比を、下記表1の各試料のように調整した粉末材料を作製した。なお、各試料の焼結助剤(ガラス)としては、SiO、MgCO、BaCOを全て用いた。
次に、粉末材料にワニス成分を加え、三本ロールミルを用いて混合して、Mo電極用の導体ペーストを作製した。なお、ワニス成分として、エチレンセルロース樹脂とこの樹脂を溶解する溶剤のPPh(ダワノール)とを、体積比で20:80の割合で混合した混合物を用いた。
<表面電極用の導体ペーストの作製工程:第4工程>
表面電極の主原料として、Mo粉末を用意し、また、Al粉末を用意した。さらに、焼結助剤として、SiO、BaCO、MgCO、Mn、Nbの粉末を用意した。
そして、Mo粉末とAl粉末と焼結助剤粉末との体積比を、83:15:2とした粉末材料を作製した。なお、各試料の焼結助剤としては、SiO、BaCO、MgCO、Mn、Nbを全て用いた。
次に、粉末材料にワニス成分を加え、三本ロールミルを用いて混合して、表面電極用の導体ペーストを作製した。なお、ワニス成分として、エチレンセルロース樹脂とこの樹脂を溶解する溶剤のターピネオールとを、体積比で20:80の割合で混合した混合物を用いた。
<積層体の作製工程:第5工程>
次に、前記実施形態と同様にして、前記図2(d)に示すような積層体を作製した。
詳しくは、第1積層体と第2積層体との間にCuW電極用の導体パターンを備え、第1積層体の表面に表面電極用の導体パターンを備え、更に、第1積層体を貫通してCuW電極用の導体パターンとCuW電極用の導体パターンとに接続されたMo電極用の導体パターン(導体部)を備えた積層体を作製した。
<焼成工程:第6工程>
そして、上述した積層体を、脱脂した後に、窒素水素混合雰囲気にて、1300℃にて、30分間焼成して、各試料のセラミック配線基板を得た。
b)次に、各試料の基板評価試験のうち、Cu熔出距離に関する基板評価試験について説明する。
Cu熔出距離とは、CuがMo電極中においてCuW電極から移動した距離である。
このCu熔出距離に関する基板評価試験では、各試料のセラミック配線基板に対して、表面電極、Mo電極、CuW電極の全てが観察可能となるように、各試料の厚み方向における断面を研磨により露出させた。
そして、その断面を、JEOL製の走査型電子顕微鏡により組織を観察した。
また、前記断面に対して、JOEL製の電子線マイクロアナライザーにより、Mo電極内に移動したCuのマッピングを観察した。
そして、厚み約200μmのMo電極に対して、CuW電極から表面電極に向けて、Cuがどの程度まで浸入したかを調べた。具体的には、Mo電極の厚み方向の長さ(全長を100%とする)に対して何%までCuが浸入しているかをCu熔出距離として調べた。その結果を、下記表1に記す。
また、比較例3、実施例1〜6におけるCuをマッピングした状態を示すEPMAマッピング像を、図3及び図4に示す。
更に、JOEL製の電子線マイクロアナライザーにより、Mo電極内に存在するMo、Al、ガラスの量を算出した。その結果を、同じく下記表1に記す。
なお、本実験例1では、実験に用いる粉末の粒径も調べた。このうち、下記表1には、Mo電極に用いるMo粉末及びAl粉末の粒径を示すD50を記す。
この粉末の粒径測定には、マイクロトラック・ベル製の粒度分布測定機を用いた。具体的には、粉末をエタノール中において超音波分散させて懸濁液を作製し、その懸濁液に対してレーザ回折法を用いて粒径を測定した。
なお、表1において、調合量とは材料の調合量(体積%)を示し、算出量とは、焼成後の試料における各成分の含有量(atom%:原子百分率)を示している。
c)次に、比抵抗に関する基板評価試験について説明する。
この比抵抗に関する基板評価試験では、前記Cu熔出距離に関する基板評価試験に用いた試料(以下Cu用試料と称する)とは異なる試料(以下抵抗用試料と称する)を作製した。この抵抗用試料は、図5に示すように、セラミック基板の表面に、Mo電極用の導体ペーストによって形成された表面電極を備えたセラミック配線基板である。
つまり、比抵抗に関する基板評価試験とは、Mo電極用の導体ペーストによって形成された表面電極の比抵抗を測定することにより、実質的にMo電極の比抵抗を測定しようとするものである。以下、詳細に説明する。
・まず、抵抗用試料の作製方法について説明する。
抵抗用試料を作製するためのグリーンシートは、前記Cu用試料と同様であるので、その説明は省略する。
また、表面電極を形成するためのMo電極用の導体ペーストは、下記のようにして作製した。
Mo電極の主原料として、Mo粉末を用意し、また、Al粉末を用意した。さらに、焼結助剤(ガラスの成分)として、SiO、BaCO、MgCOの粉末を用意した。なお、Mo粉末としては、Mo粉末の粒径を示すD50が1.0μm未満である粉末を用いた。
そして、Mo粉末とAl粉末と焼結助剤(即ちガラス)粉末との体積比を、下記表1のNo.1(比較例1)、No.3(比較例3)、No.4(実施例1)、No.5(実施例2)の各試料のように調整した粉末材料を作製した。なお、各試料の焼結助剤(ガラス)としては、SiO、MgCO、BaCOを全て用いた。
次に、粉末材料にワニス成分を加え、三本ロールミルを用いて混合して、Mo電極用の導体ペーストを作製した。なお、ワニス成分として、エチレンセルロース樹脂とこの樹脂を溶解する溶剤のPPh(ダワノール)とを、体積比で10:90の割合で混合した混合物を用いた。
そして、前記グリーンシートの表面に、上述した各試料に対応したMo電極用の導体ペーストを用いて、スクリーン印刷によって、表面電極の導体パターンを形成した。これによって、比抵抗用試料となる各積層体を作製した。
その後、この積層体を、脱脂した後に、窒素水素混合雰囲気にて、1300℃にて、30分間焼成して、比抵抗用試料である各セラミック配線基板を得た。
・次に、比抵抗の測定方法について説明する。
表面電極の抵抗値を、四端子抵抗測定機により測定した。具体的には、表面抵抗の測定距離と表面電極の厚み及び幅と、測定顕微鏡により測定した。これらの測定結果から、比抵抗値を計算した。その結果を、下記表1に記す。
(1)前記表1、図3、図4から明らかなように、Mo電極内のAlやガラスの添加量は多い方が、Cuの熔出を抑制する効果が大きいことが分かる。
しかし、Alとガラスの合計添加量が40体積%を上回ると(例えば60体積%以上となると)、導電成分であるMoのネットワークの形成不足や、AlやガラスによるMoの焼結阻害により、急激に抵抗値(比抵抗値)が上昇すると考えられる。
一方、Alとガラスの合計添加量が20体積%を下回ると(例えば10体積%以下となると)、Cuの熔出を抑制する効果が小さいか全くないことが分かる。
従って、導体として十分に低い抵抗値を確保しつつ、Cu熔出の十分な抑制効果を得るためには、Mo電極の原料におけるAlやガラスの添加量は、20〜40体積%(焼結後のMo電極では、16.9〜32.5atom%)が好ましいことが分かる。
つまり、表1等から明らかなように、実施例4〜9では、Cu熔出距離が短く、且つ、比抵抗値が小さいので、好適であることが分かる。それに対して、比較例1〜3では、Cu熔出距離が長いか、比抵抗値が大きいので、好ましくないことが分かる。
(2)また、前記表1等から、ガラスよりAlの方が、Cu熔出の抑制効果が高いことが分かる。このように、ガラスよりAlの方が効果が高いのは、ガラスは高温にて軟化し、Mo電極周囲の基板中に移動しているため、Mo電極の内部に留まっている成分が少なくなっているためと考えられる。
(3)さらに、ガラスだけでなくAlも同時に添加することにより、ガラスはMo電極内部のAlと濡れることで、Mo電極周囲の基板中への移動が抑制される。そのため、一定量のAlをMo電極に添加することは効果的であることが分かる。
(4)また、Mo電極のMo粒径を粗大化することにより、Cuの熔出を抑えることが可能であるが、Moの焼結性が悪化するため、Mo電極内に多くの空隙が発生する。この空隙は、めっき液の浸入等のような不具合発生の懸念があり、信頼性を低下させるため、Moの粒径(D50)は2.0μm未満が好ましい。Alまたはガラスを添加した際においても、Mo電極の空隙を無くすため又は少なくするためには、前記Mo粒径(D50)は1.0μm未満が一層望ましい。
実際に、上述のように、表1の各試料の断面を、JEOL製の走査型電子顕微鏡により、1000倍の倍率で観察したところ、いずれも空隙は見られなかった。
一方、上述した試料とは別に、Mo粒径(D50)が2.0μm、Moが100体積%の材料を用いてMo電極用の導体ペーストを作製し、この導体ペーストを用いて追加試料(Cu用試料)を作製した。
そして、前記と同様にその断面を走査型電子顕微鏡により観察し、そのSEM写真(図6参照)を得た。
この図6から明らかなように、Mo粉末として、Mo粒径(D50)が2.0μmのものを用いた場合には、多くの空隙が発生していることが分かる。
[3.その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
(1)例えば、Mo電極の焼結助剤(ガラス)としては、1種又は2種以上を組み合わせて用いてよい。
(2)セラミック配線基板としては、前記実施形態に限定されることなく、例えばCuW電極からセラミック基板の厚み方向における一方の側又は両方の側に延びるMo電極を採用できる。
(3)セラミック基板、CuW電極、Mo電極、表面電極の組成については、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で、各種の組成を採用できる。
(4)なお、上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
1…セラミック配線基板
3…セラミック基板
5…CuW電極
7…Mo電極
21…グリーンシート

Claims (10)

  1. Alを90体積%以上含むセラミック基板の内部に、Cu及びWを主成分とするCuW電極部と、Moを主成分とし前記CuW電極部と電気的に接続するとともに前記セラミック基板の厚み方向に延びるMo電極部と、を備えたセラミック配線基板において、
    前記Mo電極部には、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分を含むとともに、該添加成分の含有量が、16.9〜32.5atom%である、
    セラミック配線基板。
  2. 前記Mo電極部の前記添加成分の含有量が、21.4〜32.5atom%である、
    請求項1に記載のセラミック配線基板。
  3. 前記Mo電極部の前記添加成分として、前記Alを含む、
    請求項1又は2に記載のセラミック配線基板。
  4. 前記Mo電極部の前記添加成分において、前記Alの含有量が前記ガラスの含有量以上である、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミック配線基板。
  5. 前記請求項1〜4のいずれか1項に記載のセラミック配線基板の製造方法であって、
    前記セラミック基板となるグリーンシートに、前記CuW電極部となる材料と前記Mo電極部となる材料とを配置し、同時焼成して、前記セラミック配線基板を製造する工程を有し、
    前記Mo電極部となる材料中の無機材料として、Moを主成分とし、Al及びガラスの成分の少なくとも一方の添加成分を含む無機材料を用いるとともに、前記無機材料における前記添加成分の含有量が、20〜40体積%である、
    セラミック配線基板の製造方法。
  6. 前記Mo電極部となる前記無機材料における前記添加成分の含有量が、30〜40体積%である、
    請求項5に記載のセラミック配線基板の製造方法。
  7. 前記Mo電極部となる前記無機材料の前記添加成分として、前記Alを含む、
    請求項5又は6に記載のセラミック配線基板の製造方法。
  8. 前記Mo電極部となる前記無機材料の前記添加成分として、前記Alの含有量が前記ガラスの含有量以上である、
    請求項5〜7のいずれか1項に記載のセラミック配線基板の製造方法。
  9. 前記Mo電極部となる前記無機材料の前記添加成分において、前記Alの含有量が10体積%以上である、
    請求項5〜8のいずれか1項に記載のセラミック配線基板の製造方法。
  10. 前記Mo電極部となる前記無機材料として、Mo粉末を用いるとともに、前記Mo粉末の粒径を示すD50が1.0μm未満である、
    請求項5〜9のいずれか1項に記載のセラミック配線基板の製造方法。
JP2017108150A 2017-05-31 2017-05-31 セラミック配線基板及びその製造方法 Active JP6845090B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017108150A JP6845090B2 (ja) 2017-05-31 2017-05-31 セラミック配線基板及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017108150A JP6845090B2 (ja) 2017-05-31 2017-05-31 セラミック配線基板及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018206849A JP2018206849A (ja) 2018-12-27
JP6845090B2 true JP6845090B2 (ja) 2021-03-17

Family

ID=64957446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017108150A Active JP6845090B2 (ja) 2017-05-31 2017-05-31 セラミック配線基板及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6845090B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023191067A1 (ja) * 2022-03-31 2023-10-05 Ngkエレクトロデバイス株式会社 セラミック配線部材

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06296084A (ja) * 1993-02-12 1994-10-21 Ngk Spark Plug Co Ltd 高熱伝導体及びこれを備えた配線基板とこれらの製造方法
JPH09135059A (ja) * 1995-11-08 1997-05-20 Kyocera Corp 配線基板
JP3411140B2 (ja) * 1995-11-28 2003-05-26 京セラ株式会社 メタライズ組成物およびそれを用いた配線基板の製造方法
JP2009283510A (ja) * 2008-05-19 2009-12-03 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミック配線基板及びその製造方法
JP5084668B2 (ja) * 2008-08-28 2012-11-28 京セラ株式会社 プローブカード用配線基板およびこれを用いたプローブカード

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018206849A (ja) 2018-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4817951B2 (ja) 厚膜導体組成物ならびにltcc回路およびデバイスにおけるその使用
US8501299B2 (en) Conductive paste, multilayer ceramic substrate and its production method
JP4736342B2 (ja) ガラスセラミック原料組成物、ガラスセラミック焼結体およびガラスセラミック多層基板
CN101930959A (zh) 铜导体糊剂、铜导体填充通孔的衬底的制造方法、电路衬底、电子部件、半导体封装
JP6845090B2 (ja) セラミック配線基板及びその製造方法
JPWO2020129945A1 (ja) 積層体及び電子部品
US9648743B2 (en) Multilayer glass ceramic substrate with embedded resistor
JPWO2015040949A1 (ja) アルミナ質セラミック配線基板及びその製造方法
JP2017171560A (ja) セラミック基板およびその製造方法
JP4802039B2 (ja) セラミックス組成物及び積層セラミック回路装置
JP2020096120A (ja) セラミックス配線基板及びその製造方法
JP6103051B2 (ja) セラミック基板用組成物およびセラミック回路部品
JP3121822B2 (ja) 導体ペーストおよび配線基板
JP5633707B2 (ja) ガラスセラミック組成物、セラミックグリーンシートおよび多層セラミック基板
JP2657008B2 (ja) セラミックス用メタライズ組成物
JP5648682B2 (ja) 金属ベース基板
JP2020015635A (ja) セラミックス組成物及び当該セラミックス組成物を用いた電子部品
JP7244265B2 (ja) セラミックス配線基板
JP2019179851A (ja) セラミック配線基板
JP2019041023A (ja) セラミック配線基板及びその製造方法
JP7438743B2 (ja) 窒化アルミニウム配線基板およびその製造方法
JP2009231542A (ja) ガラスセラミック多層配線基板およびその製造方法
JP4965276B2 (ja) 配線基板
JP4948459B2 (ja) ペースト組成物
JP6696795B2 (ja) 配線基板

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200316

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210225

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6845090

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250