JPH0137878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は厚膜部品、IC、LSIなどの高密度実装
に好適な多層回路基板に関するものである。 従来例の構成とその問題点 近年、機器の小型化や多機能の要望が年を追つ
て強くなつてきているが、これらの要望に応える
ため、回路部品の高密度実装が重要な技術となつ
ている。特に、IC、LSIの発達や抵抗器、コンデ
ンサ等の厚膜化技術の発達に伴い、回路部品の実
装が益々高密度化へと移行しつつある。部品の高
密度実装を実現するには、部品を小さくすること
と同時に基板の配線密度を高くすることが重要で
ある。基板の配線密度を高めるには、基板を多層
構造とし、配線層を基板内部に形成する方法が最
も効果が大きい。 従来の多層基板としては、アルミナとタングス
テンＷまたはアルミナとモリブデンMoによる絶
縁層、導体層を交互に積層したものがある。しか
し、これには次のような問題がある。 部品の半田付を可能にするために、多層基板
表面のタングステンまたはモリブデンの導体層
上にニツケル、金などのメツキを施す必要があ
る。 厚膜素子としてのグレーズ抵抗素子やコンデ
ンサ素子を形成するためには、空気中で高温
（800〜900℃）処理する必要があるが、タング
ステンやモリブデンのような酸化され易い導体
材料は酸素雰囲気中での処理ができないため、
厚膜素子を直接形成する回路基板として不向き
である。 これらの理由から、アルミナ多層配線基板は、
その利用範囲が制限され、高密度実装用基板とし
ての十分な条件を備えていなかつた。 一方、上記のようなアルミナとタングステンあ
るいはモリブテンとからなる多層基板上への、空
気中、高温での厚膜の形成を可能にするために、
多層基板最上層の必要箇所に小孔を設け、その中
にタングステンに還元されない低融点ガラス及び
貴金属からなる導電性充填材を形成させた構造が
提案されている。この多層回路基板では、導電性
充填材のガラス成分としてタングステンに還元さ
れない低融点のガラスを用いるため、空気中の高
温下でも導体焼結層が酸化されず良好な電気導通
性が得られるものであある。この充填材を介する
ことによつて、以降抵抗やコンデンサの厚膜素子
を最上層に空気中にて形成できたり、また厚膜低
抗のレーザによるトリミングも下地が高アルミナ
であるところから安定に行なえるなどの大きな特
徴が得られるものであつた。 しかし、この導電性充填材は、焼結されたタン
グステンまたはモリブデン導体の露出面に厚膜状
にペーストの形で印刷し、空気中、850℃前後の
高温で焼成されるが一般的であるが、この焼成時
に次の様な点が大きな問題が生じていた。つま
り、この被覆材（充填剤と同義）の空気しや断の
原理からして、これに含まれるガラス成分は焼成
時に出来る限り低温で早く軟化して導体表面を覆
わなければならないが、ペースト中に多量に含ま
れる有機バインダーは低温では飛びにくいばかり
か残存量が多ければ高温でのガラスの流動性をも
さまたげ、結果として被覆材の被覆効果をおとす
ことになる。このため、現実的には、バインダ燃
焼を優先させた形となり、焼結導体層の表面は幾
分酸化されてしまうのが実情である。この酸化層
（WO₂）などは電気的には半導体性を示すため、
初期の導通は確保されるものの、次第に酸化は進
み、 WO₂→WO_2〜3→WO₃ 究極的には内部電極と上層電極間の導通は得られ
なくなつてしまう。この傾向は、特に苛酷な条件
下（湿中、高温雰囲気中）で加速される。 また、多層回路基板の製造方法において、焼結
前のグリーンシート板の表面露出導体として白金
を主成分とした被覆材を用い、アルミナ、内層タ
ングステン、白金を一体焼結する方法もある。し
かし、空気中高温焼成した場合、前記空気遮断方
法と同様、内層導体の酸化が避けがたく、回路基
板としての信頼性が劣るものとなる。さらに、白
金、タングステン、アルミナの三種を同時に焼成
するために、熱膨脹係数をマツチングさせる必要
があるなど、製造に際して煩雑な工程管理が必要
となる。 以上述べたように、多層基板は部品実装用の基
板としては非常に重要なものであるが、従来のア
ルミナとタングステンまたはモリブデンから構成
される多層基板の表面層孔部にタングステンを酸
化させないガラス及び貴金属からなる導電性充填
材を形成させる方法では内部導体層の酸化を十分
防止することはできないため、高信頼性な多層回
路基板は得られないのが実情であつた。 発明の目的 本発明の目的は、高密度部品実装用基板として
半田付用電極パツドへのメツキ処理を必要とせ
ず、グレーズ抵抗素子のような厚膜素子の形成も
可能な構造を実現し、かつ製造行程の簡略化、コ
ストダウンを可能にする高信頼性な多層回路基板
を提供することにある。 発明の構成 本発明の多層回路基板は、アルミナを主成分と
する電気絶縁層と、タングステンまたはモリブデ
ン金属からなる導体層を交互に積層し、最上層の
絶縁層に、平均粒径が３〜70μの内部導体層の必
要部分が露出するように形成された部分に、タン
グステンまたはモリブデンに還元されない低融点
ガラスと貴金属とからなる材料を形成するととも
に同材料で最上層の配線層を形成し、その配線層
にはグレーズ抵抗素子を形成し、又、部品実装、
リードフレーム取付のための銀−パラジウム系の
導体パツドを形成したものである。これにより半
田付用のメツキ処理を必要とせず、かつ厚膜素子
を備えた高信頼性の多層回路基板を提供すること
ができ、高密度実装回路モジユールの作製を可能
にするものである。 さらには、内層のタングステン、アルミナの焼
結工程と、空気遮断材ならびに従来の厚膜形成工
程を独立に管理することができ、多層基板の製造
工程管理が容易となる。 実施例の説明 以下本発明の実施例について、図面を参照しな
がら説明する。 第１図は本発明の一実施例を示したものであ
り、１，２及び３はアルミナ絶縁層、４及び５は
タングステンまたはモリブデン導体層、６はタン
グステンまたはモリブデンに還元されない低融点
ガラスと貴金属とからなる被覆材、７，９は銀−
パラジウム導体、８はルテニウム系厚膜抵抗素子
である。 次に具体例を示す。 アルミナを主成分とし、それに焼結助剤を添加
した無機粉末と、PVB（ポリビニルブチラール）
と、可塑剤とからなるグリーンシートをドクタブ
レード法で作製した。これに、タングステンまた
はモリブデンを主成分とし導体焼結助剤を含む導
体混合物に適量のエトセル系ビークルを加えて混
練した導体ペーストと、前記シートと同じ無機組
成をもつアルミナペーストとを交互に印刷し多層
化した。この工程で最上層のアルミナ層には下部
タングステン導体層の一部を露出するように
300μｍ径の孔を設けた。これを1550〜1650℃の
還元雰囲気中で焼成した。焼結後の基板の収縮率
は約16％で、タングステンおよびモリブデン導体
露出部のSEM写真から焼結平均粒径をプラニメ
トリツク法によつて測つたところ、３〜70μｍで
あり、焼結状態は非常に緻密であつた。 次に、焼結多層構造体の表面孔部に、軟化点が
約５４０℃でB₂O₃とBaOを主成分とするガラス
粉末と銀粉末からなるペーストをスクリーン印刷
し、最上層アルミナ層の孔部を被覆するとともに
抵抗素子用の電極となる延設部を有するパターン
を形成した。これを鈎鐘状の温度プロフアイルを
有し、ピーク温度が850℃の厚膜焼成炉に通した、
次いで、ルテニウム系グレーズ抵抗膜とAg−Pd
導体膜を必要パターンに印刷、形成し、上記と同
じ厚膜焼成炉に通した。 このようにして得られた回路基板では、銀−ガ
ラス材料から構成された被覆材の導体層が基板表
面に強固に密着し更に下部導体層との電気的導通
が十分確保されていた。下部導体層と上部電極と
の間（図２における４−７間）の電気抵抗Rcを
評価したところ３〜５ｍΩ程度であつた。また、
被覆材の延設部を電極として形成したルテニウム
系抵抗素子は、従来のAg−Pdを電極としたもの
とほぼ同じ抵抗値を示し、極めて良いマツチング
性を示した。また、被覆材と部品マウント用Ag
−Pd電極界面の電気的導通においても極めて良
好な特性を示し、その界面で抵抗が大きくなるよ
うな現象はみられなかつた。 さらに、この回路基板の被覆部の安定性を調べ
るために、85℃、相対湿度85％の雰囲気中に100
時間放置した後の電気抵抗Rcをも測定した。第
１表には、従来の回路基板と本発明による回路基
板の代表的な値を比較のために示す。また、第２
表には具体例でえられた試料の導体露出部の平均
粒径、および電極層間の電気抵抗Rc（Ω）をそれ
ぞれ示す。

【表】

【表】

【表】 第１表に示される様に、従来の多層基板では初
期値的には低抵抗な導通が得られるが湿中放置に
よつて大きく変化し、時には断線状態となる。こ
れは、粒子径の小さな焼結導体層はタングステン
またはモリブデン粒子間のネツクが小さく、特に
露出導体の表面には粗れているため低軟化点ガラ
スによる被覆効率が悪く、導体酸化層が厚くなる
ためであると考えられる。これに反して、本発に
よる多層回路基板の導体層の粒子は大きく、ガラ
スの被覆効果も高いばかりか、導体粒子自身も微
粒子に比べて酸化されにくい。このため、湿中放
置などの苛酷な条件下でも被覆層は良好な導通性
を保てる。 この事は第２表からも確かめられる。タングス
テン粒子あるいはモリブデン粒子の粒成長を促す
ため、焼結助剤を数種添加させる方法と（試料番
号１〜７）と、高温度で長時間保持の焼成を行な
う方法（試料番号８〜10）でも、被覆材の安定性
に対して大差ない事がわかる。平均粒径が3μｍ
以上あれば被覆材は安定化されるが、70μｍより
大きいと、導体とアルミナ基板との焼結性のアン
バランスが生じ、かえつて導体の接着性の低下な
ど回路基板としてふさわしくなる。 第３図に、導体の平均粒径と、温度85℃、相対
湿度85％の雰囲気中100時間放置後の電気抵抗Rc
との関係を実施例と比較例の値を斜線の範囲で示
す。 発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、内部導
体層として、粒子径が大きく緻密なタングステン
またはモリブデンを用い、層間絶縁層としてアル
ミナを使用した多層構造を採用し、かつ内部導体
層と、表面層に形成する抵抗素子や導体層との間
の電気的導通を、高温・空気中においても安定な
貴金属・ガラス材料で行ない、さらに、内部導体
層への空気の浸透を防止する構成となつているた
め、空気中、高温（800〜900℃）で焼成する厚膜
抵抗素子やコンデンサ素子を、最上層に形成する
ことが可能となる。しかも、内部配線層はタング
ステンで多層化されているため、厚膜素子のみな
らずチツプ部品やICを高密度で実装することが
可能である。特に、本発明では内部導体層が安定
化されたため高信頼性の多層回路基板が提供でき
る。 つまり、被覆材の構成は種々あるものの、被覆
材で完全に補えない、高温空気中焼成における、
モリブデンあるいはタングステン粒子の酸化をこ
れら粒子の大きさを規定することにより、高信頼
性の多層回路基板を構成することができ、良質の
多層回路基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の多層回路基板の断
面図、第２図は同基板の要部拡大断面図である。
第３図は内部導体層の平均粒径と湿中寿命との関
係を示す特性図である。 １，２，３……アルミナ絶縁層、４，５……タ
ングステン導体層、６……タングステンに還元さ
れない低融点ガラスと貴金属とから構成された被
覆材、７，９……Ag−Pd導体、８……ルテニウ
ム系厚膜抵抗素子、１０……タングステンに還元
されない低融点ガラス、１１……貴金属粒子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミナを主成分とする絶縁層とタングステ
   ン金属からなる導体層とを交互に積層してなる積
   層部と、前記積層部の最上層絶縁層に設けられた
   導体露出部上に形成され、内部導体層と導通する
   タングステンに還元されない低融点ガラス及び貴
   金属からなる導電性被覆材と、前記最上層絶縁層
   上に設けられ、前記被覆材の延設部を電極とする
   厚膜抵抗素子及び前記延設部に電気的に接続され
   た電子部品装着用の銀−パラジウム系導体パツド
   とからなり、前記導体露出部のタングステン焼結
   層の平均粒径が３〜70μｍの範囲にあることを特
   徴とする多層回路基板。 ２ 導体層をモリブデンとした特許請求の範囲第
   １項記載の多層回路基板。