JPH03108203A

JPH03108203A - 導体ペーストおよび配線基板

Info

Publication number: JPH03108203A
Application number: JP24542589A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsuyuki; 露木　博; Kiyoshi Hatanaka; 潔畑中
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1991-05-08
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JP3121822B2

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、半導体集積回路等の素子を実装する配線基板
の導体を形成するための導体ペーストと、その導体ペー
ストを用いて内部導体を形成した配線基板に関する。

〈従来の技術〉近年、基板材料と導体とを約１０００℃以下の低温で同
時焼成して得られる配線基板の開発が進められている。

このような低温焼成配線基板の基板材料は、アルミナ−
ガラス複合体を主成分とした骨材−ガラス複合系のもの
である。

一方、導体材料は、従来のＷやＭＯに代り、導通抵抗が
低い（約２ｍΩ／口）という点で優れるＡｇ、さらに耐
マイグレーション性を改善したＡｇ−Ｐｄ合金が用いら
れている。

骨材−ガラス複合系のセラミックを用いた配線基板にお
いて、Ａｇ、Ａｇ合金等の内部導体用の導体ペーストは
、基板材料と同時焼成される。

このような場合、従来は、基板と導体との焼結収縮プロ
セスのマツチングをとるため、導体ペーストには基板と
同材質のガラスあるいは基板ガラスよりも軟化点の低い
ガラスが添加されている。

しかし、このような場合には、導体ペースト層近傍の基
板部分の焼結は、他の部分に較べ進みすぎてしまう。

この結果、導体材料が焼結する時に押し出される泡が界
面近傍に集中し、ボアが発生する。

そして、ボアの発生が顕著になると、デラミネーション
が発生してしまう。

また、・抵抗上昇や基板のソリが増大する。

〈発明が解決しようとする課題〉本発明の目的は、導体−セラミックス界面近傍でのボア
発生が減少し、デラミネーションや、導体の抵抗上昇や
、基板のソリの発生が少ない導体ペーストと配線基板を
提供することにある。

く課題を解決するための手段〉このような目的は、下記（１）〜（５）の本発明によっ
て達成される。

（１）骨材とガラスとを含有する基板材料と同時焼成さ
れる導体ペーストであって、Ａｇ−またはＡｇ合金と、前記基板材料中のガラスより
も軟化点が５０〜２００℃高い高軟化点ガラスとを含有
することを特徴とする導体ペースト。

（２）前記高軟化点ガラスは、前記ＡｇまたはＡｇ合金
に対し体積比で５〜４０％含有されている上記（１）に
記載の導体ペースト。

（３）骨材とガラスとを含有する基板材料間に、Ａｇま
たはＡｇ合金と、前記ガラスよりも軟化点が５０〜２０
０℃高い高軟化点ガラスとを含有する導体ペースト層を
配設し、これを焼成して、導体を形成したことを特徴と
する配線基板。

（４）前記導体が内部導体である上記（３）に記載の配
線基板。

（５）前記高軟化点ガラスは、前記ＡｇまたはＡｇ合金
に対し体積比で５〜４０％含有されている上記（３）ま
たは（４）に記載の配線基板。

く作用〉本発明者らは基板−導体界面でのボア発生の原因につい
て種々検討を行った。

その結果、セラミックと内部導体との界面近傍にボアが
発生するのは、以下の理由によるものであることを見出
した。

ガラス−骨材セラミックス系の複合基板材料と同時焼成
される内部導体において、焼成プロセスの温度上昇中、
内部導体組成中のＡｇとガラスが化学反応が生じる。

その結果、Ａｇを含んだガラスは、その軟化点が、例え
ば約５０℃程度低温側に移行する。

軟化したガラスは、基板−導体界面側に移行し、基板界
面近傍の緻密化を促進すると同時に、溶融ガラスの膜を
形成する。

ＡｇＰｄ等の導体はさらに収縮を続け、緻密化に伴って
押し出される気泡が、界面近傍の溶融ガラス膜にトラッ
プされボアを形成する。

以上のメカニズムから、界面近傍のボアをなくすには、
Ａｇと化学反応してもそのガラスが基板ガラスに較べ、
軟化点が変わらないようにすればよいことが判明した。

すなわち、基板中のガラスに較べその軟化点が５０〜２
００’Ｃ程高いガラス粉末を導体組成中に添加すること
により、このガラス粉末がＡｇと反応した後に実質的に
形成されるガラスは、基板材料中のガラスとほぼ同様の
軟化点を持つので、導体一基板界面のボアを大幅に減す
ることができたのである。

く具体的構成〉以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明の導体ペーストは、導体の基本組成となるＡｇま
たはＡｇ系合金と、高軟化点ガラスとを含み、さらにビ
ヒクルとを含むものである。

導体ペーストの導体の基本組成はＡｇであるが、これに
代えて、Ａｇと所望の金属との２元系またはそれ以上の
合金でもよい。

Ａｇ系合金の例としては、好ましくは２５ｗｔ％以下の
Ｐｄを含むＡｇ−Ｐｄ合金、好ましくは２５ｗｔ％以下
のＰｄと、必要に応じ１０ｗｔ％以下のｐｔを含むＡｇ
−ＰｄないしＡｇ−Ｐｄ−Ｐｔ合金、好ましくは１０ｗ
ｔ％以下のｐｔを含むＡｇ−Ｐｔ合金等を挙げることが
できる。

このようなＡｇ系合金のＡｇ以外の成分、およびその含
有率は、目的に応じて適宜決定される。　例λば、Ａｇ
−Ｐｄ合金は、純Ａｇに比べ耐マイグレーション性、耐
湿性に優れている。　この合金のＰｄ含有率が５ｗｔ％
未満であると前記効果が少な（、また２５ｗｔ％を超え
ると導体の導電性が悪（なるため、Ｐｄ含有率は５〜２
５ｗｔ％とするのが好ましい。

また、導体ペースト組成物中には、Ａｇと、Ｐｄのよう
な他の金属が別個に存在していてもよい。　この場合、
後の焼成によりＡｇ合金となる。　このようなＡｇまた
はＡｇ合金、あるいは、Ｐｄのような合金となる金属は
、通常、ペースト組成物中に粒子として存在する。

ＡｇまたはＡｇ合金粒子の平均粒径は、０．０１〜１０
戸程度とするのが好ましい。

その理由は、平均粒径が０．０１μｓ未満であると導体
の収縮率が大きくなりすぎ、また１０μを超えると導体
用ペースト組成物の印刷性、分散性が悪（なるからであ
る。

また、合金となる金属の粒子を添加する場合、特にＰｄ
粒子では、平均粒径が、０．Ｏ１〜１０−程度であるこ
とが好ましい。　その理由は、平均粒径が０．０１μｓ
未満であると上記ＡｇまたはＡｇ合金粒子の場合と同様
、収縮の点で不十分となり、また１０−を超えるとＰｄ
の添加による耐マイグレーション性の改善効果が小さく
なるからである。

本発明の特徴は、導体ペースト組成物中に、高軟化点ガ
ラスを添加することにある。

高軟化点ガラスは、後述の基板材料中に添加されるガラ
スよりも、軟化点が５０〜２００℃高いものである。

軟化点の差が５０℃未満では、本発明の実効がなく、ま
た、この差が２００℃より大となると、導体抵抗が著し
く上昇してしまうからである。

そして、基板材料に添加されるガラスの軟化点は、焼成
温度や、脱バインダー性の観点から７００〜９００℃が
好ましいので、この高軟化点ガラスの軟化点は７５０〜
１１００”Ｃであることが好ましい。

なお、軟化点は、３．５Ｘ３．５Ｘ１２ｍｍの試料を用
い、荷重３ｇにて、示差熱膨張を用いて測定すればよい
。

このような高軟化点ガラスの材質としては、ホウケイ酸
ガラスが好ましく、例えばアルミナ−ホウケイ酸ガラス
、アルミナ−鉛ホウケイ酸ガラス、アルミナ−ホウケイ
酸バリウムガラス、アルミナ−ホウケイ酸カルシウムガ
ラス、アルミナ−ホウケイ酸ストロンチウムガラス、ア
ルミナ−ホウケイ酸マグネシウムガラス等が挙げられる
。

このような場合、５ｉｏ２５０〜６５ｍ０１％、Ｂ　２
０　ａ　Ｏ〜８　ｍｏ１％、Ａ　１２２０３４〜１２　
ｍｏ１％を含み、ＳｒＯ，ＭｇＯ，Ｃａｂ、ＢａＯの１
種以上を１５〜３０ｍｏ１％含有するものは好適に使用
される。

このようなガラスは、０．１〜１０−の平均粒径の粉末
として用いられる。

平均粒径が０．１−未満となると、粉砕時の不純物混入
が著しくなり、１０μｓをこえると、印刷性が悪くなる
傾向にある。

そして、このような高軟化点ガラスの粉末は、Ａｇまた
はＡｇ合金に対し、体積比で５〜４０％含有させること
が好ましい。

５％未満では、ガラス添加による基板と導体とのマツチ
ング改善効果が認められな（，４０％をこえると、導体
抵抗が著しく高くなるためである。

導体ペーストのビヒクルとしては、エチルセルロース、
ニドセルロース、アクリル系樹脂等のバインダー　テル
ピネオール、ブチルカルピトール等の溶剤、その他分散
剤、活性剤等が挙げられ、これらのうち任意のものが目
的に応じて適宜添加される。

なお、一般に、ペーストの上記ビヒクルの含有率は、１
０〜７０ｗｔ％程度である。

次に、基板材料は、骨材と、ガラスと、ビヒクルとを含
有するものである。

骨材としては、特に酸化物骨材、例えばアルミナ、フォ
ルステライト、ステアタイト、ジルコニア等を用いるこ
とができるが、特にアルミナが基板強度の点で好適であ
る。

骨材の平均粒径は、焼結性、磁器強度等の特性面から０
．５〜５−であることが好ましい。

一方、ガラスは、前記のとおり、７００〜９００℃の軟
化点をもつものである。

そして、その組成としては、前記の各種ホウケイ酸ガラ
スの中から選択して用いればよい。

また、その平均粒径は、同様に焼結性、磁器強度等の面
から０．５〜５−であることが好ましい。

このような基板材料において、ガラスの含有率は、一般
に５０〜７０ｗｔ％程度とするのがよい。

また、ビヒクルとしては導体ペーストと同様の構成とす
ればよい。

次に、本発明の配線基板について説明する。

第１図は、多層配線基板の部分断面図である。

同図に示すように、多層配線基板１は、複数の層を積層
し、焼成により一体化した絶縁体の基板４を有し、この
基板４の内部には、所定パターンの内部導体２が形成さ
れ、この内部導体２が基板４の表面に露出した部分に外
部導体３が形成されている。

内部導体２は、通常多層配線され、基板４の厚さ方向に
形成されたスルーホール５を介して互いに導通されてい
る。

外部導体３は、基板４の表面に形成され、チップインダ
クタ、チップコンデンサ等のチップ部品や半導体集積回
路素子、ダイオード等の素子等の表面実装部品７を半田
６により半田付けするためのパッドとして用いられ、あ
るいは抵抗８への導通用として用いられる。

なお、図示例では、抵抗８を覆うように絶縁被覆層９が
形成されている。

本発明の導体ペーストは、上記内部導体２および／また
は外部導体３、より好ましくは内部導体に適用される。

また、内部導体２の膜厚は、通常５〜２０戸程度、外部
導体３の膜厚は、通常５〜２０μｍ程度とされる。

そして、内部導体および外部導体の導通抵抗は、その組
成にもよるが、一般的に、前者は２〜１０ｍΩ／口、後
者は、１０〜３゜ｍΩ／口程度とするのがよい。

このような配線基板は以下のように製造される。

導体ペースト組成物は、前記の組成を混練してスラリー
化することにより得ることができる。　ここで、導体ペ
ーストの粘度は、３万〜３０万ＣｐＳ程度に調製してお
（のがよい。

まず、基板材料となるグリーンシートを作製する。

このグリーンシートを得るには、骨材とガラス粉末（例
えば、ホウケイ酸ガラス）とを所定量混合し、これにバ
インダー樹脂、溶剤等のビヒクルを加え、これらを混練
してスラリー化し、例えばドクターブレード法により０
．１〜０．３ｍｍ程度の厚さのグリーンシートを所定枚
数作製する。

次いで、グリーンシートにパンチングマシーンや金型ブ
レスを用いてスルーホール５を形成し、その後、前記ペ
ースト組成物を各グリーンシート上に例えばスクリーン
印刷法により印刷し、所定パターンの内部および外部導
体層を形成するとともにスルーホール５内に充填する。

また、必要に応じて抵抗体原材料ペースト（例えばＲｕ
０ｚ　、ガラスフリット含有）をスクリーン印刷法等に
より印刷し、抵抗体８を形成する。　なお、この抵抗体
８は、基板と一体焼結する場合に限らず、基板を焼成後
、基板上に印刷、焼成して形成してもよい。

次いで、各グリーンシートを重ね合せ、熱ブレス（約４
０〜１２０℃、５０〜１００゜Ｋｇｆ／ｃｍ’）を加え
てグリーンシートの積層体とし、必要に応じて脱バイン
ダー処理、切断用溝の形成等を行う。

その後、グリーンシートの積層体を通常空気中で８００
〜１０００℃程度の温度で焼成、体化し、基板４に内部
および外部導体が形成された多層配線基板を得る。

その後、所定の表面実装部品７を外部導体３に半田付け
し、絶縁被覆層９を形成して第１図に示す多層配線基板
ｌが得られる。

なお、基板は上記グリーンシート法に代り印刷法により
作製してもよい。

以上では、本発明を多層配線基板に適用した場合の例を
説明したが、本発明は、これに限らず、同時焼成配線基
板のような単層の基板等にも適用することができる。

〈実施例〉以下、本発明の具体的実施例について説明する。

実施例１下記組成の導体ペースト用組成物１００重量部に対し、
ビヒクルとしてアクリル系樹脂および高沸点溶剤（テル
ピネオール）を２０〜２５重量部加え、混練して導体ペ
ーストを得た。

ＡｇＰｄ（Ｐｄ５ｗｔ％）　　：　　８０ｖｏ１％ガラ
ス　　　　　　　　　：　　２０ｖｏ１％なお、ＡｇＰ
ｄ合金は、平均粒径１．０−のものを用い、ガラスは、
平均粒径１．５−のものを用いた。

用いるガラスの軟化点を下記表１のようにかえ、Ｎｏ、
　　１〜７の導体ペーストを得た。

なお、ガラス組成は、Ｓ　ｉ　０ａ−ＡＩ２２０ｓ−８
，０３−Ｍｏであり、（Ｍ＝Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ）
であり、Ｓｉ０．５６〜６４ｍｏ１％、　Ａｊ２．　０
ｇ　　４〜１　２ｍｏ１％、　Ｂ　２０３０〜４　ｍｏ
１％にて、Ｍの組成および組成比をかえて、その軟化点
をかえた。

一方、基板材料は、以下のようにして作製した。

まず、α−アルミナ：４０ｗｔ％、ガラス粉末：６０ｗ
ｔ％の組成のグリーンシートを作製した。

この場合のガラスは前記Ａｊ２２０ｓＢ　−０＝　−Ｓ　ｉ　Ｏｚ　−Ｍ　Ｏテア’）、軟化
点は８１０℃とした。

次に、このグリーンシートに、スクリーン印刷により、
前記の各導体ペーストを５　ｍｍＸ　５　ｍｍパッドに
乾燥後の膜厚が２０±３μｍになるように印刷した。

その後、この積層体を脱脂後、空気中にて９００℃で同
時焼成して導体を有する基板を作製した。

基板厚さは、０．３ｍｍ、基板サイズは４５×５５ｍｍ
とした。

得られた基板サンプルＮｏ、１−１０について、導体の
抵抗（ｍΩ／口）　そりを調べた。　その結果を下記表
１に示す。

なお、そりの評価にあたっては、基板を導体を上側に向
けて平面上に平置して、導体設層領域にて、最低高さを
示す基板下側の面と、最高高さを示す導体上側の面との
高さの差をそり量（ｍｍ）とした。

さらに、上記と同様にして、導体ペーストパターンを形
成したグリーンシートを積層し、多層配線基板を作製し
、基板−導体付近のボアの発生を電子顕微鏡で確認した
。　結果を表１に併記する。

表中、０はボア発生なし、○はボア微量発生、×はボア
発生を示す。

表１に示される結果から、本発明の効果かあきらかであ
る。

〈発明の効果〉本発明によれば、基板と導体との界面付近のボアの発生
が格段と減少する。　この結果、基板のデラミネーショ
ン、ソリ、導体の抵抗上昇等の発生がきわめて少なくな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の導体を有する多層配線基板の部分断
面図である。７・・・表面実装部品８・・・抵抗９・・・絶縁被覆層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）骨材とガラスとを含有する基板材料と同時焼成さ
れる導体ペーストであって、ＡｇまたはＡｇ合金と、前記基板材料中のガラスよりも
軟化点が５０〜２００℃高い高軟化点ガラスとを含有す
ることを特徴とする導体ペースト。
（２）前記高軟化点ガラスは、前記ＡｇまたはＡｇ合金
に対し体積比で５〜４０％含有されている請求項１に記
載の導体ペースト。
（３）骨材とガラスとを含有する基板材料間に、Ａｇま
たはＡｇ合金と、前記ガラスよりも軟化点が５０〜２０
０℃高い高軟化点ガラスとを含有する導体ペースト層を
配設し、これを焼成して、導体を形成したことを特徴と
する配線基板。
（４）前記導体が内部導体である請求項３に記載の配線
基板。
（５）前記高軟化点ガラスは、前記ＡｇまたはＡｇ合金
に対し体積比で５〜４０％含有されている請求項３また
は４に記載の配線基板。