JPH0320915B2

JPH0320915B2 -

Info

Publication number: JPH0320915B2
Application number: JP18677584A
Authority: JP
Inventors: Tooru Ishida; Osamu Makino; Tatsuo Kikuchi; Seiichi Nakatani; Hideyuki Okinaka; Sei Juhaku
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1991-03-20
Also published as: JPS6164189A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、IC、LSI、チツプ部品などからなる
回路の高密度実装用基板として用いることのでき
るセラミツク多層配線基板ならびにその製造方法
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化の要望が年を追
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
てきている。特に、IC、LSIやチツプ部品の発達
に伴い回路の小型化は急速に進展しつつある。部
品の高密度実装化には限られた面積のなかにでき
るだけ多くの部品を塔載する必要があり、そのた
めには部品を小型化するとともに部品を塔載する
基板の有効面積を大きくすることである。部品の
有効塔載面積を大きくするには基板に形成される
配線の密度を高くする必要がある。近年、前述し
たようにIC、LSI、チツプ部品にみられるように
小型部品の進歩は大きい。一方、配線密度を高く
する方法としては、配線を十分にフアイン・ライ
ンにするか配線を多層構造にするかの方法があ
る。配線をフアインライン化するには印刷または
エツチング技術を高度な方法で行う必要がある
が、それにしてもその程度には限度がある。配線
密度を高くするのに最も効果的なのは配線を多層
化することである。従来、多層構造を有する部品塔載用の基板とし
ては有機樹脂をベースとするものとセラミツクを
ベースにするものとに代表される。これらのうち
樹脂ベースのものは (1) 第１図に示すように、基板内部の導体層間の
導体接続は、基板表裏に貫通孔を設け、この貫
通孔の内壁にメツキを施すことによつて行つて
おり内部導体層間の接続箇所が多いとき、貫通
孔の数も多くなり部品実装の有効塔載面積が小
さくなる。 (2) 部品の塔載密度が高くなるにつれて、部品自
体から発熱するような場合、樹脂の熱伝導度が
小さいため熱の放散性が悪い。 (3) 部品が例えばシリコンの半導体チツプであり
これを基板に直付けしようとしたときシリコン
と有機樹脂の熱膨張係数の差が大きすぎるため
信頼性面から樹脂基板への半導体チツプ直付け
はむずかしい。などの問題点があり、樹脂基板では高度の実装密
度化に対しては対応しきれない。一方、セラミツクによる多層基板構成では第２
図に示すように層間の導体接続（ビア）が基板内
部に形成できることやセラミツクの熱伝導度が樹
脂に比べ格段に高いため熱の放散性にすぐれてい
ること、さらには熱膨張係数が小さくシリコンの
熱膨張係数に近いためチツプの直付が可能である
などの利点があり高密度実装用基板として極めて
すぐれた性質を有している。従来セラミツクによ
る多層基板には大きく分けて２つの構成がある。
そのひとつは焼結セラミツク基板（例えばアルミ
ナ基板）上に金または銀−パラジウム系の導体ペ
ーストとガラス絶縁ペーストを交互に印刷、焼成
を繰り返し多層化する方法である。この方法で
は、ビアが基板内部に形成でき部品塔載の有効面
積が広くなり高密度実装用基板に適している。し
かし、この構成では導体材料に金または銀−パラ
ジウムのような基金属を用いており、そのため高
価なものとなつている。その結果、この構成によ
るセラミツク多層基板は産業用機器などその使用
は極限られた分野にとどまり、民生用機器などへ
の応用の例がないのが実状である。また、セラミ
ツクを用いた多層基板のもうひとつの例はアルミ
ナを主成分とする無機粉末と有機結合剤とからな
るグリーンシート上にタングステンまたはモリブ
デンの導体ペーストを印刷し、乾燥後これらの複
数枚を加熱、圧着により積層化し、さらにこれを
還元雰囲気中、1500〜1600℃の高温で焼結する方
法である。この方法は、未焼結の状態で積層、多
層化するため多層化が極めて容易である。また、
アルミナ、タングステン、モリブデンから構成さ
れるため極めてすぐれた安定性を示し、またその
材料コストも小さいという利点がある。しかし、
この構成をとるためには高温を必要とするため設
備が大がかりになることや、またタングステンや
モリブデンには直接半田付できないため実際には
タングステン、モリブデン導体層表面にニツケ
ル、金のメツキを施す必要があるなどの問題があ
る。前述したように近年は部品が年々小型化され、
これらの小型部品は産業用のみならず民生用機器
にも多用されているのが現状である。一方、産業
用のみならず民生用機器の分野においても機器は
多機能化、小型化の方向にあり、部品実装用基板
においてもその必要性から基板の多層化が望まれ
ている。しかし、現在の多層基板技術には上記し
たような問題点があり広く使用されるに至つてい
ない。発明の目的本発明の目的は、上記欠点に鑑み低コストでか
つ部品の高密度実装を可能とするセラミツク多層
基板の製造方法を提供することである。発明の構成上記目的を達成するために本発明は、鉄、ニツ
ケル、コバルトまたはこれらの合金の融点より低
い温度で焼結するガラス粉またはガラスとアルミ
ナ粉と有機性バインダと可塑剤とからなるグリー
ンシート上とグリーンシートに設けたスルホール
用小孔の内壁に、酸化鉄、酸化ニツケル、酸化コ
バルトまたはこれらの混合粉を有機バインダと有
機溶剤とからなるビークルとともに混練して得た
ペーストを印刷しパターン膜を形成する工程と、
該印刷されたグリーンシートの複数枚を加熱、圧
力によりラミネートし積層化する工程と、これを
ガラスまたはガラスとアルミナの混合体が焼結し
始めない温度で空気中で熱処理し有機バインダを
燃焼させる工程と、これを還元雰囲気中で熱処理
し、酸化鉄、酸化ニツケル、酸化コバルトまたは
これらの混合粉を金属に還元する工程と、これを
鉄、ニツケル、コバルトの融点より低い温度で焼
成し、ガラスまたはガラスとアルミナの混合相と
金属を緻密化する工程とからなる製造工程とした
もので、これにより極めて低コストの鉄、ニツケ
ルまたはコバルトを使用したセラミツク多層基板
を製造することを可能とするものである。実施例の説明以下に本発明の各工程を詳細に説明する。本発明では、鉄、ニツケル、コバルトのそれぞ
れの導体の出発原料として酸化鉄、酸化ニツケ
ル、酸化コバルトを用い、また絶縁材料としては
鉄、ニツケル、コバルトの融点以下で焼結し、か
つ鉄、ニツケルまたはコバルトを酸化しないガラ
スまたはガラスとアルミナの混合物を用いる。導
体原料の酸化鉄はFe₂O₃（ベンガラ）が最も代表
的であり、ニツケルではNiO、コバルトではCoO
が代表的であるが、もちろん他の価数の酸化物で
あつても構わない。絶縁材料としては、例えば
BaO、B₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂などの
成分から構成されるガラスやこれとアルミナの混
合物がある。これらのような成分は熱力学的に十
分安定なものであり、鉄、ニツケルやコバルトの
金属を酸化させる事はない。先ず上記したような
ガラス粉またはガラス粉とアルミナ粉の混合物を
トルエンのような有機溶剤とポリビニルブチラル
のような有機バインダとを混練しインキ状混練物
（一般にスリツプという）を、ドクタブレード造
膜機にかけ、乾燥してグリーンシートとする。ま
た、酸化鉄、酸化ニツケル、酸化コバルトまたは
これらの混合物を有機バインダと有機溶剤とから
なるビークルとを混練しペースト化する。このペ
ーストを上記グリーンシート上に印刷し、乾燥す
る。この場合、グリーンシートにはビアホール用
の小孔があけられておりペースト印刷時にこの小
孔に同時にペーストを埋め込む。このように印刷
された複数枚のグリーンシートを重ね合わせ熱と
圧力で積層一体化する。ここで、グリーンシート
にはポリビニールブチラールのような熱可塑性の
バインダを用いているため、これらは熱と圧力で
接着させ一体化することができる。次に、これを
600〜800℃、空気中で熱処理する。この工程は、
ペースト中にある有機バインダを完全に散逸させ
る工程である。有機バインダは、普通には主に炭
素と水素から構成される高分子であり、これを中
性雰囲気中または還元雰囲気中で熱処理した場
合、最後に炭素が残り完全に散逸させる事はなか
なか困難である。有機バインダを含む未焼成セラ
ミツクを酸素を含まない系で焼結する場合、有機
バインダを完全散逸させる事が焼結技術上の問題
となる事が多い。本発明では、有機バインダを含
むグリーンシート、ペーストを空気中で熱処理す
るため、まわりの雰囲気には十分多量の酸素が存
在している。そのため、有機バインダ分解し、最
後に炭素が残つても酸素によつて燃焼されCOま
たはCO₂のガスとなつて完全に外部に散逸する。
ここで当然の事ながら、酸素が内部に侵入する必
要上、この系が焼結し始めることはバインダと酸
素との反応上都合が悪い。この空気中熱処理の工
程では導体の酸素鉄、酸化ニツケルまたは酸化コ
バルトの層と絶縁層が交互に積層化され互いに接
触しているが、まだ十分高温でないため、これら
の導体層となる酸化物と絶縁層との間には極小量
の相互拡散層が生じるが、互いに混じり合うこと
はない。このように、完全に有機バインダを消逸させた
のち、これを還元雰囲気中700〜900℃で熱処理す
る。この工程のポイントは、導体材料酸化物質を
金属に還元するところにある。この工程では還元
性気体が十分に積層部内部に拡散する必要がある
ため、全体が緻密化しない事が重要である。ま
た、当然の事ながら絶縁層成分中に還元され易い
成分が含まれる事は好ましくない。このような成
分が含まれると絶縁層の絶縁不良が生じたり、ま
た還元された導体が絶縁層成分により酸化された
りすることとなる。還元雰囲気としては水素また
は水素とチツ素の混合気体が一般的である。次
に、還元された金属が酸化されない程度の還元雰
囲気を保ち、温度をあげ金属層と絶縁層を焼結さ
せ緻密化させる。緻密化させる過程で金属と絶縁
層の密着性が確保され、絶縁層と金属層が積層一
体化される。以下に本発明の具体的な実施例について述べ
る。コーニング社製ガラス＃ 7070の粉末とアルミナ
粉が重量比で１：１である混合粉２Kgとトルエン
とイソプロピルアルコールが重量比で１：１の有
機溶剤0.7Kg、可塑剤0.09Kg、ポリビニルブラー
ル0.16Kgをボールミルで混合し、これを脱泡後、
ドクタブレードで造膜、乾燥し、200μｍ厚のグ
リーンシートを作成した。次に、酸化鉄（α−
Fe₂O₃）粉末とテレピン油に10％のエチルセルロ
ースを溶かしたビークルを三段ロールで混練し、
導体ペーストとした。次に、グリーンシートを所
定サイズに切断するとともに必要箇所にビア用の
小孔をあけ加工したものに、上記導体ペーストを
250メツシユ、乳厚10μｍのステンレス・スクリ
ーンを用い印刷し、乾燥した。スクリーン印刷の
時点でビア用の小孔にも導体ペーストの充填を行
つた。次に、上記のように印刷したものを３枚重
ね合わせ、70℃、200Kg／cm²の圧力でラミネート
した。このようにして得た積層物を700℃、60分
間空気中で熱処理した。更にこの積層体を850℃、
10％H₂−90％N₂混合気体中で30分間熱処理し
た。次に、これを１％H₂−99％N₂混合気体雰囲
気中で1200℃、１時間熱処理した。このようにし
て得た積層体は一体、緻密構造となつておりまた
鉄は完全な金属層となつており最上層鉄層と内部
鉄層と電気的導通も得られていた。以下には、こ
のようにして得た積層体の配線基板としての代表
特性を示す。

【表】ニツケル導体またはコバルト導体の場合も、導
体材料原料として酸化ニツケル（NiO）、酸化コ
バルト（CoO）の粉末を用い、ビークルと混練し
導体ペーストとした。これを鉄の場合と同様、グ
リーンシートに印刷、乾燥し、ラミネート一体化
した。更に、熱処理も同条件で空気中処理、還元
処理、還元高温処理をし緻密な一体構造物を得
た。この２者の配線基板としての特性はほぼ同じ
程度であり、層間絶縁抵抗は＞10¹²Ω、導体抵抗
は７〜９ｍΩ、接着強度は1.0〜1.5Kg／mm²であつ
た。なお、上の実施例では層数は導体３層とした
が、この層数は３層に限定されるものでなく何層
にもすることができる。発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明はガラ
スまたはガラスとアルミナと有機バインダとから
なるグリーンシート上に鉄、ニツケルまたはコバ
ルトの酸化物粉とビークルを混練したペーストを
印刷し、熱、圧力によりこれらの複数枚をラミネ
ートした積層物を、脱バインダ空気中熱処理、金
属酸化物還元熱処理、絶縁層焼結緻密化工程から
なるように構成されており、次のような効果が得
られる。 (1) 導体材料として金属の酸化物を出発原料とし
ているため、グリーンシート：導体ペースト中
に含まれる有機バインダの除去が空気中で行
え、そのため極めてすぐれた緻密化状態が実現
できる。 (2) 導体材料は鉄、ニツケル、コバルトのような
卑金属を用いているため極めて低コストの多層
基板を得ることができる。 (3) 焼結の条件は完全な還元雰囲気で行うため微
妙な雰囲気制御を必要とせず条件設定が容易な
どのすぐれた効果が得られる。その効果により、多層基板が低コストで、かつ
容易に製造できるため低コスト、高密度実装回路
モジユールを提供し、機器の小型化、多機能化の
拡大に貢献するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は樹脂多層基板の断面図、第２図はセラ
ミツク多層配線基板の断面図である。１……表面導体、２……スルホール内壁導体、
３……内部導体、４……樹脂絶縁体、５……表面
導体、６……内部導体、７……セラミツク絶縁
体。

Claims

【特許請求の範囲】

１鉄、ニツケル、コバルトまたはこれらの合金
の融点より低い温度で焼結するガラス粉またはガ
ラス粉とアルミナ粉と有機性バインダと可塑剤と
からなるグリーンシート上とグリーンシートに設
けたスルホール用小孔の内壁に、酸化鉄、酸化ニ
ツケル、酸化コバルトまたはこれらの混合粉を有
機バインダと有機溶剤とからなるビークルととも
に混練して得たペーストを印刷し、パターン膜を
形成する工程と、上記印刷されたグリーンシート
の複数枚を加熱、圧力によりラミネートし積層化
する工程と、これをガラスまたはガラスとアルミ
ナの混合体が焼結し始めない温度、空気中で熱処
理し有機バインダを燃焼させる工程と、これを還
元雰囲気中で熱処理し、酸化鉄、酸化ニツケル、
酸化コバルトまたはこれらの混合粉を金属に還元
する工程およびこれを鉄、ニツケル、コバルトの
融点より低い温度で焼成し、ガラスまたはガラス
とアルミナの混合相と金属を緻密化する工程とか
らなるセラミツク多層配線基板の製造方法。