JPH01251696A

JPH01251696A - セラミック多層配線基板の製造法

Info

Publication number: JPH01251696A
Application number: JP7644488A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Yamada; 智裕山田; Michio Asai; 浅井　道生
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-06
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPH0614596B2

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】（産業上の利用分野）本発明は電子回路部品、特に混成集積回路に使用される
セラミック多層配線基板の製造法に関するものである。

（従来の技術）従来、一般にセラミック多層配線基板としては、厚膜導
体層として銅等の卑金属を用いたものと、銀、パラジウ
ム、白金、金等の貴金属を厚膜導体層として用いたもの
が知られている。近年、ＩＣチップ等の電気部品が高集
積化し、動作速度が高くなるにつれて、これら電気部品
が設けられる配線基板に対しても、高周波特性の向上等
の要求が課されるようになって来た。

ところで、銅等の卑金属の厚膜導体層を有するセラミッ
ク多層配線基板は、以下の特徴を有する。

１、導体抵抗が低い。

２、耐はんだ性および耐マイグレーション性に優れてい
る。

３、導体接着強度のエージング劣化が小さい。

４、高周波損失が小さい。このため、上記要求を満足す
るため、種々の用途で使用されている。

このセラミック多層配線基板の例としては、第２図に示
すように、セラミックグリーンシート（セラミック基板
）１上に、タングステン、モリブデン等の高融点金属を
主成分とする高融点金属導体ペースト層２′、およびそ
の高融点金属導体ペースト層２′の一部が露出する開口
３を有する絶縁ペースト層４′を重ね合わせ、還元性雰
囲気中で焼成して高融点金属導体層２および絶縁層４を
形成した後、開口３中に直接ニッケル等の鉄属めっき層
５′を施し、さらにシンターされた鉄属めっき層５上に
銅等の卑金属の厚膜導体ペースト層６′を印刷し、例え
ば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で焼成して厚膜導体
層６を形成して多層配線基板を得ることが知られている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記卑金属よりなる厚膜導体層を有する
セラミック多層配線基板では、卑金属厚膜導体層を窒素
ガス等の不活性ガス雰囲気中で焼成する場合、例えば５
〜１０ｐｐｍの微量の酸素を含む雰囲気にする必要があ
った。そのため鉄屑メツキ層、高融点金属導体層中への
酸素の侵入により鉄属メツキ層、高融点金属導体層が酸
化し、導通抵抗が高くなり、場合によっては断線に至る
という問題があった。

この発明は、卑金属よりなる厚膜導体層を有し、高融点
金属導体層への接続性の良好かつ、厚膜導体層を焼成す
るときに、鉄屑メツキ層、高融点金属導体層の酸化のな
いセラミック多層配線基板を提供することを目的とする
。

（課題を解決するための手段）本第１発明は、セラミック基板上に、高融点金属を主成
分とする導体層と絶縁層とが交互に積層され、該導体層
の露出する領域上に、鉄屑よりなる金属層が形成され、
この鉄属金属層上に卑金属よりなる厚膜導体層が形成さ
れ焼成されたセラミック多層配線基板の製造法であって
、前記鉄屑金属層上に銅、ニッケルまたはコバルトの少
なくとも１つ以上を主成分とし、ケイ素、ホウ素または
これらの化合物の還元剤を添加した導電性ペースト層を
設けて耐酸化性保護層とし、この耐酸化性保護層に前記
厚膜導体層を塗布して焼成することを特徴とするもので
ある。

本第２発明は、セラミック基板上に、高融点金属を主成
分とする導体層と絶縁層とが交互に積層され、該導体層
の露出す、る領域上に、鉄属よりなる金属層が形成され
、この鉄属金属層上に卑金属よりなる厚膜導体層が形成
されて焼成されたセラミック多層配線基板の製造法であ
って、前記鉄属金属層上に銅、または銅、ニッケル若し
くはコバルトの少なくとも１つ以上を主成分とし、ケイ
素、ホウ素またはこれらの化合物の還元剤を添加した導
電性ペースト層を設けて耐酸化性保護層とし、還元性雰
囲気中で熱処理をするとともに、この耐酸化性保護層に
前記厚膜導体層を塗布して不活性雰囲気中にて焼成する
ことを特徴とするものである。

好ましくは、上記熱処理は、４００〜１２００℃にて実
施し、また上記不活性雰囲気は、微量の酸素を含む窒素
ガス雪囲気中で構成されるのがよい。

（作用）この第１発明は、鉄属金属層と厚膜導体層との間に、濡
れ性並びに酸素遮断性が高い銅、ニッケノペまたはコバ
ルトの少なくとも１つ以上を主成分し、ケイ素、ホウ素
またはこれらの化合物の還元剤を添加した導電性ペース
ト層を設けることにより、鉄属金属層および厚膜導体層
との間でオ−ミック接触および機械的な接着性を良好な
範囲に維持しつつ、高融点金属導体層の酸化を防止する
ことができる。

また第２発明は、鉄屑金属層上に銅、または銅、ニッケ
ル若しくはコバルトの少なくとも１つ以上を主成分とし
、ケイ素、ホウ素またはこれらの化合物の還元剤を添加
した導電性ペースト層を還元性雰囲気で熱処理すること
により、耐酸化性保護層と鉄属金属層との間に化合物を
形成し、その後に厚膜導体層を不活性雰囲気で焼成する
ことにより、高融点金属導体層の酸化をより強力に防止
することができ、所望のセラミック多層配線基板を安定
にかつ廉価に生産することができる。

（実施例）本発明の一実施例の詳細を第１図を参照して各工程毎に
説明する。

まず、アルミナ、ベリリア等を主成分とするセラミック
グリーンシートを公知のドクターブレード法等により調
整し、混成集積回路基板としての必要な寸法に切断した
セラミックグリーンシート１１を準備する。

次いで、そのセラミックグリーンシート１１上にタング
ステン、モリブデン等の高融点金属、即ちセラミックグ
リーンシート１１の焼成温度よりも融点が高く、かつ電
気抵抗の低い金属を主成分とする導体ペーストと、この
導体ペーストの一部が露出する開口１３を有するセラミ
ックグリーンシート１１と同一成分を主原料とする絶縁
ペーストとを、スクリーン印刷により交互に印刷し、第
１図に示すように導体ペーストよりなる高融点金属導体
層１２と絶縁ペーストよりなる絶縁層１４とを形成する
。なお、高融点金属導体層１２および絶縁層１４の層数
は限られたものではなく、用途に応じた層数とすれば艮
い。また、絶縁ペーストのスクリーン印刷の代わりに、
個別のグリーンシートを用意し、各々のグリーンシート
に所望の高融点金属導体層を形成した後、重ね合わせる
シート積層方式による多層化も一般的である。

そして、高融点金属導体層１２と絶縁層１４とが形成さ
れたセラミックグリーンシート１１を還元性雰囲気で焼
成する。焼成条件はセラミックグリーンシート１１の成
分により定められるが、例えば１４００〜１８０（１℃
、５〜１８０分程度である。

次いで、焼成後の露出した高融点金属導体層１２上に、
ニッケル等の鉄属めっき層１５を形成する。

鉄属よりなる金属をめっきするのは、上層の金属層との
濡れ性の向上を図るためである。鉄屑めっき層１５の厚
みは、１〜５μが適当である。鉄属めっき層１５を形成
する方法は、電解、無電解のつずれのめっき方法でもよ
く、電極の取り出しの可否により選択するのがよい。鉄
屑めっき層１５を形成した後に、鉄屑めっき層１５と高
融点金属導体層１２との密着強度を向上させるために、
８００〜１２００℃、５〜３０分間還元性雰囲気中で熱
処理をするのもよい。

次いで、本第１発明により、銅、コバルトまたはニッケ
ルを主成分とし、還元剤を含有する導電性ペースト層１
６′を、鉄属めっき層１５上にスクリーン印刷し、さら
に導電性ペースト層１６′および絶縁層１４上に、卑金
属、例えば銅を主成分とする厚膜導電ペースト層１７′
を所要の回路パターンに印刷により形成した後、窒素ガ
ス等の不活性雰囲気中で焼成し、耐酸化性保護層１６お
よび厚膜導体層１７を有する、本第１発明のセラミック
多層配線基板を得る。

なお、上記還元剤としては、タングステン酸化物に対し
て還元力があり、かつ酸化された後にガラスの粘度を上
げる効果の少ないものを選択するのがよく、例えばケイ
素、ホウ素またはこれらの化合物を使用するとよい。例
えばケイ素を使用する場合には、その含有量を１．５〜
３．Ｑｗｔ％程度にし、ホウ化マンガンを使用する場合
には、その含有量を１．５〜３．Ｑｗｔ％程度にすると
よい。この還元剤により、同時焼成が可能となり、鉄属
金属層および高融点金属導体層が酸化されるのを防止す
る。

また、本第２発明により、上記耐酸化性保護層１６とし
ての導電性ペースト層１６′を形成した後に、鉄属めっ
き層１５に導電性ペースト層１６′を定着させる処理を
施すに導電ペースト層１６′が形成された基板を、Ｈ２
等の還元性雰囲気で４００〜１２００℃で所定時間、熱
処理を施して、導電性ペースト層１６′を金属化させる
とともに、下層の鉄屑めっき層１５との間で合金化させ
る。

ところで、第２発明により、厚膜導体層１７を印刷形成
した後に、不活性ガス雰囲気下で焼成するのは、銅等の
卑金属が、金、銀等の貴金属に比べて酸化しやすいため
である。このため焼成炉白露囲気を不活性ガス中とする
のであるが、完全に不活性雰囲気にすると厚膜導体層１
７の接着性に問題が生じるため、微量の酸素を含む雰囲
気ガスにする。ただし、実際の焼成時に厚膜導体ペース
ト層１７′中の有機樹脂からなるバインダが熱分解して
発生する還元性の分解ガスにより微量の酸素を含む雰囲
気が不活性ガス中となるため、焼成時における焼成炉内
の雰囲気を抽出型酸素センサにより分圧測定しながら、
炉内の酸素分圧が５〜１ｏｐｐｍ範囲内の一定微量の酸
素を含む不活性雰囲気となるように、マスフローメータ
等により不活性ガス中への酸素添加量を制御すると良い
。

実施例１セラミック成分としてアルミナ９０重遣パーセントの他
にシリカ、マグネシア等の添加物とポリビニールブチラ
ール等の有機バインダーを混合し、ドクターブレード法
により、厚みＱｌｇｍｍのセラミックグリーンシート１
１を作成した。

次に、タングステン粉末９３ｗｔ％、シリカ２ｗｔ％の
メタライズ成分にエチルセルロースを印刷助剤として加
えた導電ペーストと、セラミックグリーンシートと同一
組成の粉末にエチルセルロースを印刷助剤として加えた
絶縁ペーストとを、セラミックグリーンシート１１上に
導電ペーストの１部を露出させて交互に印刷し、高融点
金属導体層１２．絶縁層１４を形成する積層体を得た。

次いで、その積層体を露点３５℃の水素と窒素との混合
雰囲気中で、昇温速度３００℃／時間で昇温した後、１
５５０℃に２時間保持して焼結後、降温速度６００℃／
時間で降温し、多層配線基板を得た。

そして、得られた多層配線基板上に露出した高融点金属
導体層１２上に、ホウ素浴系の無電解めっきにより３μ
のニッケルよりなる鉄属めっき層１５を形成した。次に
、ニッケルメッキした多層配線基板を水素雰囲気中で、
９５０℃で５分間熱処理を施した。

次に耐酸化性保護層を形成するのであるが、これを２通
りの方法で行った。

第１の方法は導電ペースト層に熱処理を行う方法であっ
て、まず表１に示す成分の導体ペーストを、印刷厚みが
約２０μとなるように鉄屑めっき層１５上にスクリーン
印刷し、水素雰囲気中で１０００℃で熱処理して金属化
し、耐酸化性保護層１６を形成した。さらに、耐酸化性
保護層１６上に、銅を主成分とする厚膜導体ペーストを
スクリーン印刷し、微量の酸素を含有する窒素雰囲気中
で９００℃に１０分間保持し、全体で６０分かけて焼成
して厚膜導体層１７を形成し、本第２発明のセラミック
多層配線基板を得た。

第２の方法は熱処理を施さないで同時焼成する方法であ
って、まず上記と同様の組成の導電性ペーストを同様に
印刷し、さらにその上に銅厚膜導体ペーストを印刷した
後に、これら層を、微量の酸素を含有する窒素雰囲気中
で同時焼成し、本第１発明のセラミック多層配線基板を
得た。

これら２方法で得られたセラミック多層配線基板の、厚
膜導体層と高融点金属導体層との間の接続部の導通抵抗
を測定し、最終的な判定を行った。

これらの結果を表１に示す。

ところで、表中において、「評価１」は第１の方法（本
第２発明）で得られた多層配線基板を、「評価２」は第
２の方法（本第１発明）で得られた多層配線基板を夫々
示す。導通抵抗は厚膜導体層と高融点金属導体層との間
の接続部を４３５個直列に接続したテストパターンでの
抵抗値を表す。

また判定は、接続部を含めたパターンの導通抵抗１直が
５０Ω以上は「×」、５０Ω以下は「○」で表している
。

表１表１から明らかなように主成分Ｃｕ、ＮｉまたはＣ○に
還元剤を添加した耐酸化性保護層１６を有する試料は、
その下層に延在する高融点金属導体層１２の酸化による
その層１２の抵抗値の増大がないため、十分な性能のセ
ラミック多層配線基板を得ることができた。

マタ、銅１００ｗｔ％で還元剤が無添加である場合でも
、第１の方法により導電性ペースト層１６′に熱処理を
施せば、十分な性能のセラミック多層配線基板を得るこ
とができる。この場合の熱処理温度については、この試
料に種々の温度および熱処理時間で熱処理を行った結果
、第３図に示すように、４００〜１１００℃の範囲が好
ましい。

この第３図において「○」は耐酸化性良好を、「×」、
「△」は、耐酸化性不良、即ちテストパターンの導通抵
抗が大きい（５０Ω以上ある）ことを夫々表し、特に「
×」は金属の焼結が足りなく、「△」はＮ１がＣｕと化
合物を形成していると考えられる。

本発明は上述した実施例のみに限定されるものではなく
、幾多の変形、変更が可能である。

（発明の効果）以上説明したところから明らかなように、本発明のセラ
ミック多層配線基板の製造法によれば、鉄屑金属層と厚
膜導体層との間に、上記鋼、ニッケル、またはコバルト
の少なくとも１つ以上を主成分とし、ケイ素、ホウ素ま
たはこれらの化合物に還元剤を添加した導電性ペースト
層を設けることにより、鉄属金属層および厚膜導体層と
の間のオーミック接触および機械的な接着性を良好な範
囲に維持しつつ、鉄屑金属層および高融点金属導体層を
酸化させることがない。

また本第２発明の製造法により、導電性ペースト層に熱
処理を施し、導電性ペーストを金属化するとともに鉄屑
金属層および合金層を形成するため、高融点金属導体層
の酸化を防止することができる。したがって、所望のセ
ラミック多層配線基板を安定にかつ廉価に生産すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミック多層配線基板を示す断面図
、第２図は従来のセラミック多層配線基板を示す断面図、第３図は本発明により耐酸化性保護層のための導電性ペ
ーストに施した熱処理の結果を示すグラフ図である。１１・・・セラミックグリーンシート１２・・・高融点金属導体層１３・・・開口　　１４・・・絶縁層１５・・・鉄属めっき層　　１６・・・耐酸化性保護層
１７・・・厚膜導体層特許出願人　　日本碍子株式会社第１図第２図第３図５２度（＃Ｃ）７ｏｏＩＬｏ　　ｏ　　ｏ　　。３００　　　　　　Ｘ　　　　　Ｘ　　　　　ｘ　　　
　　ｘ５　　　　１０　　　　３０　　　１２０（介）
９、同第１７頁第３〜４行の「本発明の」を「本第１発
明の」に訂正し、同頁第８行の「に還元剤」を「の還元剤」に訂正し、同頁第１５〜１６行を「るとともに鉄属金属層の一部と
あらかじめ合金層を形成するため、高融点金属導体層の
酸化を防止することかで」に訂正する。１０、同第１８頁第１１行の「１７・・・厚膜導体層」
の後に「１６′・・・導電性ペースト層」を加入する。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

１．セラミック基板上に、高融点金属を主成分とする導
体層と絶縁層とが交互に積層され、該導体層の露出する
領域上に、鉄属よりなる金属層が形成され、この鉄属金
属層上に卑金属よりなる厚膜導体層が形成され焼成され
たセラミック多層配線基板の製造法であって、前記鉄属
金属層上に銅、ニッケルまたはコバルトの少なくとも１つ以上を主成分とし、ケイ素、ホ
ウ素またはこれらの化合物の還元剤を添加した導電性ペ
ースト層を設けて耐酸化性保護層とし、この耐酸化性保
護層に前記厚膜導体層を塗布して焼成することを特徴と
するセラミック多層配線基板の製造法。
２．セラミック基板上に、高融点金属を主成分とする導
体層と絶縁層とが交互に積層され、該導体層の露出する
領域上に、鉄属よりなる金属層が形成され、この鉄属金
属層上に卑金属よりなる厚膜導体層が形成されて焼成さ
れたセラミック多層配線基板の製造法であって、前記鉄
属金属層上に銅、または銅、ニッケル若しくはコバルトの少なくとも１つ以上を主成分とし
、ケイ素、ホウ素またはこれらの化合物の還元剤を添加
した導電性ペースト層を設けて耐酸化性保護層とし、還
元性雰囲気中で熱処理をするとともに、この耐酸化性保
護層に前記厚膜導体層を塗布して不活性雰囲気中にて焼
成することを特徴とするセラミック多層配線基板の製造
法。