JPH01183448A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、回路基板に関し、特に絶縁体の材料を改良し
たＩＣ基板、集積回路用パッケージ等のセラミック回路
基板に係わる。

（従来の技術） 集積回路のセラミックパッケージや電卓計算器、カウン
ター等の固体表示装置の絶縁板としては、従来よシアル
ミナ磁器が使用されている。かかるアルミナ磁器は、Ａ
２，０．を主成分とし、これに８ｉ０．　、ＭｇＯ，Ｃ
ａＯ，Ｔｉ０１　、Ｃｒ、Ｏｓを数重量％添加し、還元
性雰囲気中で焼成することによシ得られる。

しかしながら、絶縁板をアルミナ磁器で形成した場合は
その焼成温度が１５００〜１６００ｔ：：と高温となる
ため、使用できる導体ペーストが制限されるという問題
がある。例えば、導体ペーストと絶縁板とを同時焼結す
る多層回路基板ではアルミナの焼結温度に充分耐え得る
ようなタングステン、モリブデン等の導体ペーストを用
いる必要があるが、かかるタングステン、モリブデンの
抵抗率はＡｇの１．６Ｘ１０　　Ω・国に比べて５．２
Ｘ１０Ω・国、５．５Ｘ１０Ω・倒と３倍程度大きい。

従って、同じ伝導度の導体路を得るためには、導体幅を
３倍程度にする必要があり、高密度配線の障害となる。

なお、ガラス成分を加えて焼成温度を下げる試みもある
が、多層配線の場合のマイグレーシ曹ンの問題があシ、
導体層間の絶縁抵抗が低下するため、実用上好ましくな
い。

このようなことから、本発明者はＢａＯ，ＳｎＯ！。

＆０．を主成分とする１３００℃以下程度で焼結可能な
低温焼結基板を提案した。その他、耐水性の改善、光の
不透過性ま九は光吸収性のある黒色セラミック回路、回
路基板の製造等、必要に応じＴｉ。

８！　、ＡＬ、Ｍｎ　、Ｐｂ　、Ｃｒ　、Ｃａ等を添加
した。かかる焼結基板は、絶縁抵抗、誘電率等の電気特
性がＡｔ１０゜と同等かそれ以上であ）、かつ低温焼結
ができるため非常に有効な材料である。しかしながら、
本発明者が該材料について更に検討したところ、熱衝撃
強度の点で若干劣るという問題があることがわかった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、低温焼成が可能で、かつ高熱衝撃強度及び絶
縁特性の優れた絶縁体を有する回路基板を提供しようと
するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段及び作用）本発明は、Ｂ　
ａ　Ｓ　ｎ　Ｂ、ｏ、系セラミックスにＺｒＯ。

を１ｍｏｌ％〜２９ｍｏｌ％　添加することによって熱
衝撃強度、焼結密度、誘電損失等を向上することを特徴
とする回路基板である。

こＯＢａ８ｎＢ、０．系セラミックスはＢａ、Ｓｎ、Ｂ
を夫々ＢａＯ，８ｎＯ１、ｎ、ｏ、に換算してＢａＯ１
０〜６８　　ｍｏｌ　％ ５ｎｕ１　　　　５〜５０　　ｍｏｌ　＊Ｂ、０．　　
　　１３〜７２　　ｍｏｌ　％含有する組成を基本とす
るＢａ８ｎＢ、Ｏ・主体のセラ、ミックスでる）Ｓ好ま
しくはＢａ８ｎＢ、Ｏ−を５０％以上含有し、その他必
要に応じ’ｌ’ｉ　、８ｉ　、Ａｔ、Ｍｎ。

Ｐｂ　、　Ｃｒ　、　Ｃａ　　等を添加しても良い。例
えば、その添ｍｉｔ　夫々Ｔｉｅ、　、ＳｉＯｘ　、Ａ
４０ｓ　、ＭｎＯ，ＰｂＯ。

（’ｒ、Ｏｓ　、（’ａｏ　Ｋ換算して、次のようにな
る。

Ｔｉｅ、　　　　０．１〜４８　　ｍｏｌ　％Ｓ”’ｚ
　　　　Ｏ，５〜３５　　ｍｏｌ　％Ａ４０ｓ　　　１
．Ｏ〜５２　　ｍｏｌ　％ＭｎＯ　　　０．１〜７　　
ｍｏｌ　ｇ。

Ｐｂ０　　　０．０５〜２０ｍ０１９ＧＣｒ、０．　　
１．０〜１２　　ｍｏｌ　％ＣａＯｚｏ　〜２０　　ｍ
ｏｌ　４ 次に、本発明のＺｒ０１添加量の限定理由等について説
明する。

ＺｒＯ，の添加量を１ｍｏｌｆ１未満にすると、その添
加効果を発揮することができない。一方、ＺｒＯ。

添加量が２０　ｍｏｌチを越えると本発明の主目的であ
る低温焼結の効果が得られず、１３００℃以上の温度で
焼成を必要とすることになる。

このようにＢ　ａ　８　ｎ　１％　０＠系セラミツクス
にＺｒ０１を添加することＫよシ、熱衝撃強度、焼成密
度、誘電損失等の面で従来のＢａ８ｎ１％Ｏ・基板よシ
優れた低温焼成基板が得られ、温度変化の厳しい環境に
使用可能な基板を提供できる。

次に回路基板、特に多層配線基板の製造方法を説明する
。その製造方法は次のような工程から成立っている。

（１）低温焼成基板のグリーンシートの製造（２）″低
温焼成セラミックスのペースト化（３）印刷による配線
工程 （４）積層工程 （５１同時焼成工程 （１）　　低温焼成基板のグリーンシートの製造工程ま
ず、ＢａＯ，８ｎＯ，、Ｂ、Ｏ，、ＺｒＯ，、Ｔｉｅ、
　、Ａ４０．　。

ＣａＯ，８ｉ０．　、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ，ＰｂＯ等又
は焼成後の酸化により前記酸化物に変換される化合物（
例えば炭酸塩、硝酸塩等）を所望の組成比となるように
調合した原料粉末をアルミナボールと共にアルミナ製ポ
ットに入れ、振動ミルによシ湿気粉砕を行なった後、脱
水乾燥を施し、加熱処理して仮焼し、ぐレ リー調整する。具体的には、前記原料粉末、有機溶媒、
分散剤、解膠剤を例えばポリエチレンポットに収納し、
ポットローラで充分に混合し、均一に分散し、この混合
物に有機結合剤を添加し、再度、混合して有機結合剤が
スラリー中に均一に分散した状態にした後、可塑剤を添
加し再度、混合するととＫよりスラリーを調整する。こ
の時のスラリーの粘度は、２５０００センチボイズ〜５
ｏｏｏ。

センチボイズの範囲にすることが望ましい。これらの添
加剤は、前記原料粉末１００重量部に対して有機溶媒４
０〜７０重量部、分散剤０６０１〜３重量部、解膠剤０
．０５〜２重量部、有機結合剤４〜１２重量部及び可塑
剤１０１）ｐｆｆ１〜２重量部配合することが望ましい
。

上記有機溶媒としては、例えばトルエン、トリクロロエ
チレン、ｎ−ブタノール、エチルアルコールなどの各種
のアルコール、１，１，１．ト！ｊクロル太タン、テト
ロクロールエチレン等を挙げることができる。

上記分散剤は、スラリー中の原料粉末の均一分散とスラ
リーの凝縮防止の役目をなす。分散剤の配合量を０．０
１重量部未満にすると、の配合効果を充分に発揮できず
、かといってその配合量が３重量部を越えると、スラリ
ーの分散性が強過ぎて乾燥工程において分散反応が進行
し過ぎ亀裂等を発生する恐れがある。かかる分散剤とし
ては、例えばステアリン酸、オレイン酸、クエン酸、ｄ
−酒石酸、スペリン酸、コール酸、酢酸、シェラ酸、コ
ラン酸、グルタル酸、クロコン酸、オピアン酸、α−メ
チルアクリル酸、コハク酸等を挙げることができる。

上記解膠剤は、原料粉末の表面状態を改質し、粉末同志
が凝縮、２次粒子化するのを防止して緻密で収縮率の低
い絶縁体を製造できる役目をする。

この解膠剤の配合量を０．０５重量部未満にするとその
配合効果を充分に達成できず、かといってその配合量が
２重量部を越えると有機結合剤に悪影響を及ぼし、その
結果多量の結合剤の配合を必要とな夛焼成後の絶縁体の
収縮率、緻密性を低下させる恐れがある。かかる解膠剤
としては、例えばグリセリン、オクタデシルアミン、ト
リクロロ酢酸、オレイン酸エチル、メンセーデン油、モ
ノオレイン酸グリセリン、トリステアリン酸グリセリン
、トリオレイン酸グリセリン、オクタジエン等を挙げる
ことができる。

上記可塑剤は、後述するシート化によ〕形成されたグリ
ーンシートを打ち抜き、圧着積層、穴開け、印刷工程に
おいてグリーンシー）Ｋ充分な強度を付与するために配
合される。この可塑剤の配合量を１０１）ｐｍ未満にす
ると、その配合効果を充分に発揮できず、かといってそ
の配合量が３重量部を越えるとスラリーの粘度が高くな
シ過ぎ、シート成形が困難となる。極端な場合にはスラ
リーの凝集が起り、シート成形が不可能となる。かかる
可塑剤としては、例えばトリブチルホスフェート、ポリ
エチルグリコール、ポリアルキレンゲコール、フタール
酸エステル、アビエチン酸誘導体、フタール酸ジプチル
、ジインデシルフタレート、ジブチル７タレート、サク
ローズアセテートイソプチレート、ジエチルシェフ酸等
を挙げることができる。

上記有機結合剤の配合量を４重量部未満にすると、その
配合による結合効果を充分に達成できず、かといってそ
の配合量が１２重量部を越えるとシート強度が低下する
ばかシか焼成後に微細な穴が形成されて密度の低下を招
き、更に焼成後の絶縁体の収縮率が大きくなりて寸法安
定性の低下を生じる恐れがある。かかる有機結合剤とし
ては、−般的なポリビニルアルコール等を用いることが
可能であるが、特に焼成後の絶縁体の寸法安定性を向上
させる場合にはポリ２−エチルへキシルアクリレート、
ポリアクリレート、ポリ２−ｎブタノール、ポリメチル
アクリレート、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポ
リエチルアクリレート、ポリ２−ヒドロキシブチルアク
リレート、ポリｎ　−ブチルアクリレート、ポリ２−ヒ
ドロキシエチルアクリレート、ポリメチルメタアクリレ
ート、セルローズアセテート、アクリル酸エステル、エ
チルセルローズ、アビエチン酸しンン等を使用すること
が望ましい。

次いで、前記スラリーをドクターブレード法によシ所望
厚さのグリーンシートを作成する。このグリーンシート
を数枚重ねて高温高圧処理を施し、グリーンシート積層
板を作成する。

（２）低温焼成セラミックスのペースト化（２−１）低
温焼成セラミックス原料粉末の製造まず、Ｂａ０，８ｎ
Ｏ，、Ｂ、０．　、ＺｒＯ，、Ｔｉｅ、　、Ａ４０．。

ＣａＯ，５ｉ０３　、Ｃｒ３０．　、ＭｎＯ，ＰｂＯ等
又は焼成後の酸化により前記酸化物に変換される化合物
（例えば炭酸塩、硝酸塩等）を所望の組成比となるよう
に調合した原料粉末をアルミナボールと共にアルミナ製
ポットに入れ、振動ミルによシ湿気粉砕を行なった後、
脱水乾燥を施し、加熱処理して仮焼し、更に再度アルミ
ナ製ポットに入れて湿式粉砕を行なう。脱水乾燥を施し
粒径〜１μｍの粉末を得る。

粉砕混合は上記側に限定されるものではなく、通常の方
法を用いることができる。

（２−２）低温焼成セラミックスのペースト化低温焼成
セラミックスのペーストは、上記のセラミック原料粉末
にブチルカルピトール、アセテート、テルピネオール、
エチルセルローズ、アビエチン酸レジン、ポリビニール
ブチテール等を添加してペースト状とすることＫより調
整される。

（３）　　配線工程 この工程はグイアフィル工程、印刷工程を含む（３−１
）グイアフイル工程 まず積層する時に眉間の接続を得るために、印刷の前に
絶縁体グリーンシートの所定の位置にスルーホールを設
け、そこに導体（Ａｇ、Ａｕ等）ペーストをインジェッ
トしてグイアフイルをする。

（３−２）印刷工程 積層した絶縁グリーンシートあるいはグイアフイルを施
したグリーンシート上にＡｇ系、Ａｕ系等のペーストを
スクリーン印刷し、導体層を成形する。

（４）積層工程 導体配線パターンを形成した絶縁体グリーンシートを所
定の枚数を重ねて、高温高圧下で積層し、多層配線構造
を有する積層グリーン基板を得る。

（５）　　同時焼成工程 積層グリーン基板を大気中で同時焼成を行い、多層配線
を有する回路基板を製造する。

最後に電子素子を実装するにあ念り、電子素子をマウン
トし、ワイヤボンディングを施し電極の接続を作る。

なお、上記多層基板はグリーンシートを積層することＫ
よシ製造する例を説明したが、印刷積層でも同様に製造
できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

（１１セラミック板製造、熱衝撃特性評価まず所望の組
成比となるようにＢａＣＯ５、ＳｎＯ，。

Ｂ、Ｏ，、Ｚｒ０ｔ　、ｋｔ＊ｏｓ等の原料粉末を調合
し、この調合された粉末をアルミナボールと共にアルミ
ナ製ポットに入れ、振動ミルにより、１６時間程度の湿
式粉砕を行なった。この原料粉末は、焼結後酸化物に添
加するもの、例えば炭酸塩等で用いても良く、本実施例
−ｔ’　ＢａＣＯ３，ＨｓＢＯ，、ＳｎＯ，、ＺｒＯ，
。

ＡＺ、Ｏ，等を用いた。次いで脱水乾燥を施し、７００
℃〜１２００℃で３時間程度の加熱処理を加えた仮ビニ
ールアルコール（Ｐ、Ｖ、Ａ）等の粘結剤を加え、造粒
し、団粒を製造した。

その後前記団粒を金型に充填し、１０００＃／ｌ−１１
１程度の圧力で加圧成形し、大気中８３０〜１２００℃
３時間焼成し、試料を作成した。

試料としては、２２■φｘ１．ｔの円板状試料、２０Ｘ
３．５Ｘ３．５ｔｍの棒状試料及び２０Ｘ１０Ｘ２＋ａ
＋の角板状試料を作成し、緒特性を測定した。

なお比誘電率（ε、）及び誘電損失（ｔａｎδ）、抵抗
率（ρ）は、円板状試料の両７ＩＫＡｇペーストを３２
５メツシユのスクリーン印刷により同心円状に印刷し、
乾燥後大気中にて７５０℃２０分間の焼付処理を行ない
、２０ｍφ×１′５μｍの円形の電極を形成して測定し
た。ε、及びｔａｎδはＩ　ＭＨｚでの値であシ、ρは
２５℃、湿度５０チの条件で１００ＯＶ印加してから１
分後の値の最低値である。また熱膨張係数（α）は棒状
試料を用い、２５〜５００℃の温度変化の条件で測定し
た。抗折強度（τ）は角板状試料（幅ＷＩＯ■、厚みｔ
２ｍ）を用い、支点間距離（ρ７ＷＫおける最大破壊荷
重Ｐｍ（＃）を測定し、によシ求めた値である。

次に熱衝撃特性を評価した。熱衝撃のための冷媒として
水を用いた。縦型電気炉内にｐｔ線を使用して、角板状
試料を吊るし、室温から所定温度に加熱し３０分以上同
温度に保った後、冷媒容器に自由落下させ熱衝撃を加え
た。その後、試料の温度が冷媒の温度になってから試料
を取シ出し、試料についている冷媒をふき取シ、速やか
に３点曲げ破壊試験法により試料の抗折強度を測定した
。

結果は次の通りである。

・結密度は９７チ〜９９．５　ｍであシ、緻密な試料が
得られた。

・絶縁抵抗ρは５Ｘ１０　　Ω・菌以上と回路基板とし
て十分な特性を有する。

・ε及びｔａｎδはそれぞれ１０以下程度及び２Ｘｌ□
’以下程度以下路基板用として良好な値である。

・熱膨張係数αは４．５Ｘ１０／℃〜７．５Ｘ１０／℃
であり、半導体素子用のＳｉあるいはＧａＡｓに近い値
である。なお表１中の値は、同組成１０個の試料の平均
値である。

第１表には組成比、焼成温度、ＺｒＯ，を添加した試料
（−１〜８）及びＺｒＯ，を添加しない試料（Ｎ１９〜
１５）の抗折強度τ及びその衝−撃温度ΔＴを示す。Ｚ
ｒＯ，添加した試料のτはその添加したいもののτの約
１．４倍以上である。衝撃温度はＺｒＯ，添加した試料
が添加しないものの約２倍の値を示す。

第１図にはＺｒＯ，のない試料（ＮｌｌＬｌ　１　）と
１０ｍｏ　１％ＺｒＯ，添加した試料（随３）の熱衝撃
温度ΔＴと抗折強度τの関係を示す。

高３の衝撃温度はＮａ１ｌの衝撃温度２倍である。

次に回路基板、特に多層配線基板の実施例を述べる。

まず、Ｂ　ａ　ＣＯｓ　、　Ｈｓ　ＢＯｓ　（又はＢｘ
Ｏｓ　）　、　５ｎ０２　。

Ｔ　ｉ　Ｏ！　、　８　ｉ　０Ｈ、Ｚ　ｒ　ＯＨ、Ａ４
　ｏ、　（又はＡＬ（ＯＨ）ｓ　ｅ　２　Ａ　４０ｓ　
。

ＢｚＯｌ、　３）（２ｏ　　等）、ｐｂｏ（又はＰｂ、
Ｏ，、ＰｂＯ，）Ｃｒｌ　ｏ、　、　Ｃａ　ＣＯｓ　　
（又はＣａｂ、　ＣａＢ、０７　、６ｎ、ｏ等）Ｍ　ｎ
　Ｏ（又はＭｎＣＯ５）を酸化物換算で表１に示す資料
ｍ１〜７の組成比となるように秤量した原料粉末を調合
し、これら原料粉末をアルミナ製ポット中に入れて混合
、粉砕し、乾燥処理を施し、７００〜９５０℃で３時間
程度加熱処理して仮焼した後、−ルブチーラル、ポリエ
チレングリコール、メンヘーデン油、エチルアルコール
を添加することによシスラリ−を調整した。ひきつづき
、これらスラリーをドクターブレード法によシ厚さ１０
０μｍ程度のグリーンシートを作成し念。この後、グリ
ーンシートを数枚重ねて高温高圧で厚さ１導程度のグリ
ーンシート積層板を作製した後、下記第２表に示す特性
の導体ペーストを用いて第１の導体層を印刷、塗布し、
しかる後乾燥した。

次いで、導体２層以上を次のようＫして製造する。

まず単独の低温焼成セラミックグリーンシート上に眉間
の接続を得るために所定の位置にスールホールを作シ、
インキインジェット装置を用いて昶餐導体ペーストをス
ールホールに埋め込む（ヴイアフイル工程）。次にシー
ト上に第２の導体配線パターンをスクリーン印刷する。

このようにスールホール→ヴイアフイルー印刷の工程に
よって第２層以上の配線パターンを作る。

次いで第一導体パターン、第２導体パターン、第３導体
パターン等を施したグリーンシートを所定の順番及び所
定の枚数重ねて２００　ｋｆ／ｄ程度の圧力、８０℃の
温度４０分間程度の条件下で圧着積層゛した後表ＩＫ示
すような温度で２時間程度同時焼成を行ない、７種の多
層配線基板を製造する。

最後に電子素子のコンタクトを取る念めのワイヤボンデ
ィングのために最上層の配線パターンをＡｕメツキある
いは蒸着等を行ない、基板を完成する。

しかして、本実施例の多層積層基板の緒特性をそれら各
基板１０個の平均値として測定した。その結果を第３表
に併記した。なお、密着強度は引張り試験用ワイヤを半
田付で最上層の導体層に固着し、インスロトロン引張シ
試験機を用°いて測定（引張９速度Ｑ、５ａｗ／ｍｉｎ
　）　Ｌ基板と導体層との密着の度合を評価した。ボン
ディング性は、Ａｕ−ＡＬ系の２５μｍφのボンディン
グワイヤの導体層との接着強度である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、１３００℃以下、
特に８００〜１２００℃の低温で焼成可能で、かつ熱衝
撃に優れ、一体焼結による多層配線基板として有効で、
更にＬＳＩチップ等を直接搭載する高密度ハイブリッド
基板として好適な回路基板を提供できる。

代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　　松　　山　　光　　之ａ斯弦崖（ｑ
△樹

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＢａＳｎＢ＿２Ｏ＿６系セラミックスを主体とし
   、ＺｒＯ＿２を１〜２０ｍｏｌ％含有するセラミックス
   を絶縁体層とすることを特徴とした回路基板。
2. （２）ＢａＳｎＢ＿２Ｏ＿６系セラミックスは、Ｂａ，
   Ｓｎ，Ｂを夫々ＢａＯ，ＳｎＯ＿２，Ｂ＿２Ｏ＿３に換
   算して、ＢａＯ１０〜６８ｍｏｌ％ ＳｎＯ＿２５〜５０ｍｏｌ％ Ｂ＿２Ｏ＿３１３〜７２ｍｏｌ％ 含有することを特徴とした請求項１記載の回路基板。
3. （３）ＢａＳｎＢ＿２Ｏ＿６系セラミックスは、Ｔｉ，
   Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｐｈ，Ｃｒ，Ｃａの少なくとも一種
   を夫々ＴｉＯ＿２，ＳｉＯ＿２，Ａｌ＿２Ｏ＿３，Ｍｎ
   Ｏ，ＰｂＯ，Ｃｒ＿２Ｏ＿３，ＣａＯに換算して、Ｔｉ
   Ｏ＿２０．１〜４８ｍｏｌ％ ＳｉＯ＿２０．５〜３５ｍｏｌ％ Ａｌ＿２Ｏ＿３１．０〜５２ｍｏｌ％ ＭｎＯ０．１〜７ｍｏｌ％ ＰｂＯ０．００５〜２０ｍｏｌ％ Ｃｒ＿２Ｏ＿３１．０〜１２ｍｏｌ％ ＣａＯ２．０〜２０ｍｏｌ％ 含有することを特徴とした請求項２記載の回路基板。