JPH0321107B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、IC，LSI，チツプ部品などを搭載
し、かつそれらを相互配線した回路の、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銅
多層配線基板の製造方法に関するものである。

従来の技術 従来よりセラミツク配線基板の導体ペースト用
金属としては、Au，Au―Pt，Ag―Pt，Ag―Pd
等の貴金属、Ｗ，Mo，Mo―Mn等の高融点卑金
属が広く用いられていた。前者の、Au，Au―
Pt，Ag―Pt，Ag―Pd等の貴金属ペーストは空
気中で焼付けができるという反面、コストが高い
という問題を抱えている。また、後者の、Ｗ，
Mo，Mo―Mn等の高融点金属は1600℃程度、す
なわちグリーンシートの焼結温度（約1500℃）以
上の高温で同時焼成するため多層化しやすいが、
一方、導電性が低く、還元雰囲気中で焼成する必
要があるため危険である。また、ハンダ付けのた
めに導体表面にNi等によるメツキ処理を施す必
要があるなどの問題を有している。そこで、安価
で導電性が良く、ハンダ付け性の良好なCuが用
いられる様になつて来た。ここで、Cuペースト
を用いたセラミツク配線基板の製造方法の一例を
述べる。従来の方法は、アルミナ等の焼結基板上
にCuペーストをスクリーン印刷し、配線パター
ンを形成し、乾燥後、Cu融点よりも低い温度で、
かつCuが酸化されず、導体ペースト中の有機成
分が充分に燃焼する様に酸素分圧を制御した窒素
雰囲気中で焼成するというものである。また、
Cuペーストを用いたセラミツク多層配線基板の
場合は、さらに絶縁ペーストとCuペーストの印
刷、乾燥、中性雰囲気中での焼成をそれぞれ所望
の回数繰り返し、多層化するというものである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の様なCuペーストを用い
た場合、セラミツク配線基板の製造方法において
いくつかの大きな問題点がある。まず第１に、焼
成工程において、Cuを酸化させず、なおかつCu
ペースト中の有機成分を完全に燃焼させる様な酸
素分圧に炉内をコントロールするという事が非常
に困難であるという事である。酸素分圧が少しで
も高ければ、Cu表面が酸化され、ハンダ付け性
が悪くなり、導電性の低下につながり、逆に酸素
分圧が低く過ぎればCuメタライスの良好な接着
が得られないばかりか、Cuペースト中に含まれ
る有機成分の使用に困難が生じる。つまり、ペー
スト中のビヒクルに用いられる有機バインダ等が
完全に燃焼除去されないという事である。特に
Cuの融点以下の温度では、有機バインダは分解
しないといわれている。

（文献名 例えば 特開昭55−128899号公報） また、金属Cuを用いた場合、たとえ脱バイン
ダの工程と、Cu焼付けの工程を分けたとしても、
金属Cuが脱バインダの工程で酸化され、体積膨
張を起こすため、基板からの剥離等の問題を生ず
る。第２に、多層にする場合、印刷、乾燥後、そ
の都度焼成を行なうのでリードタイムが長くなる
という問題を有している。

そこで、特願59−147833において、酸化銅ペー
ストを用い、絶縁ペーストと導体ペーストの印刷
を繰り返し行ない多層化し、炭素に対して充分な
酸化雰囲気で、かつ内部の有機成分を熱分解させ
るに充分な温度で熱処理を行ない、しかる後、
Cuに対して非酸化性となる雰囲気とし、印刷さ
れた酸化銅が金属Cu還元され、焼結する事を特
徴とするセラミツク多層配線基板の製造方法につ
いて、すでに開示されている。この方法により焼
成時の雰囲気制御が容易になり、同時焼成が可能
となつた。しかしながら、以下に示す様な問題点
が新たに見出された。CuOを導体層材料とした場
合、還元工程において、CuOが金属Cuとなり体
積収縮をおこす。配線パターンを形成する際にお
いては、この体積収縮は別に問題とならないが、
アルミナ焼結基板の両面に、スルーホールを介し
て配線する場合、この体積収縮により、スルーホ
ール部分での断線を生じるという問題があり、両
面に多層配線する事が出来ず、搭載する部品点数
が多い場合など、そのためによりいつそうの基板
の小型化、高密度化がはばまれる事となる。ま
た、アルミナ焼結基板のかわりに、スルーホール
を有するグリーンシートを用いたグリーンシート
印刷多層法の場合、グリーンシートが焼結する際
に体積収縮をおこすため、アルミナ焼結基板を用
いた場合に比べれば少しましであるが、やはりス
ルーホール部分における断線の確率は非常に高い
ものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明のセラミ
ツク銅多層基板の製造方法においては、CuOを主
成分とする無機粉体に有機ビヒクルを加えた導体
ペーストと、ガラス―セラミツクに有機ビヒクル
を加えた絶縁ペーストを、スルーホールを有する
銅の融点以下の温度で焼結するグリーンシートの
両面に所望の層数印刷、乾燥した後、脱バイン
ダ、CuOのCuへの還元、焼結を所定の温度と雰
囲気で行ない内層の配線パターンを形成し、その
後さらに両面の最上層といて、Cuペーストを用
い、配線パターンを形成すると同時にスルーホー
ルを介して、はじめて両面間の接続を得る様に印
刷し、その後窒素雰囲気中で焼成するというもの
である。

作 用 本発明は上記した様に、脱バインダ工程におい
て内層導体層および絶縁層中に含まれる有機バイ
ンダの分解除去を完全に行なう事ができ、極めて
緻密な絶縁層が得られるとともに、焼成時におい
ても体積収縮の少ないCuペーストを用いて両面
の接続を行なうため、スルーホール部分での断線
の心配がない。この事より、信頼性の高い両面の
銅多層配線基板を得る事ができ、搭載する部品数
が多い基板をより小型化、高密度化する事が可能
となる。

実施例 以下に本発明の実施例について説明する。

まず、内層用CuOペーストは、市販の特級CuO
（平均粒径約3μm）に、コーニング社製＃7059ガ
ラス（平均粒径約2μm）を５重量％加えたもの
に、有機バインダであるエチルセルロースをテレ
ピン油に溶かした有機ビヒクルを加えたものを三
段ロールにより適度な粘度に混練して作製した。
一方絶縁ペーストは、ホウケイ酸ガラにアルミナ
を、重量比で１対１に混合した無機成分に、CuO
ペーストと同様の有機ビヒクルを加え三段ロール
で適度な粘度に混練して作製した。グリーンシー
トは、絶縁ペーストと同じ無機粉体に、有機バイ
ンダであるポリビニルブチラールをトルエンに溶
かした有機溶剤に可塑剤であるヂーブチルフタレ
ートを加え、ボールミルで混合し、これを脱泡後
ドクターブレード法で造膜、乾燥し、約１mm厚と
なるようにした。そしてその後所定のサイズに切
断するとともに、必要な箇所にスルーホール用の
小孔をあけ加工した。上記の方法で作製したスル
ーホールを有するグリーンシート上に、250メツ
シユのスクリーンでCuOペーストを印刷し、乾燥
（120℃で10分間）させ、導体層を形成した。その
後絶縁ペーストを200メツシユのスクリーンで印
刷、乾燥（120℃で10分間）させ、絶縁層を形成
した。上記の様な導体層の形成と絶縁層の形成を
両面に繰り返し行ない、第１図に示す様な断面を
有する未焼結セラミツク配線基板を作製した。こ
の様にして作製した未焼結セラミツク配線基板を
第３図に示す温度プロフアイルで、空気中で脱バ
インダし、その後、第４図に示す温度プロフアイ
ルでN₂＋H₂中（H₂／N₂＝20／80：流量2l／
min）で還元し、最後にに第５図に示す温度プロ
フアイルでN₂中で焼成した。焼成後、導体層の
厚みは約10μmであり、絶縁層の厚みは約30〜
40μmであつた。この様にして作製したセラミツ
ク銅多層基板の両面に、DuPont社製＃9153Cuペ
ーストを325メツシユのスクリーンで印刷し、配
線パターンを形成すると同時に、スルーホールを
介して両面間の接続を行なつた。乾燥後（110℃
で10分）窒素中で900℃（ピーク温度で10分間キ
ープ）で焼成した。なお、最上層印刷用のスクリ
ーンは、グリーンシートの焼成による体積収縮を
あらかじめみこして作成されているのは言うまで
もない。この様にして作製したセラミツク銅多層
基板は第２図に示す様な断面を有している。第２
図より明らかな様に、両面の接続は、グリーンシ
ートの両面に形成した内層導体間で行なうもので
はない。即ち、内層導体による配線パターンなら
びに絶縁層はスルーホール部分を避けて形成する
ものとする。そして、上層の印刷時にスルーホー
ル部分を介して両面間が接続されるものとする。
以上の様にして作製したセラミツク銅多層基板
は、焼成においても体積収縮の小さいCuペース
トを用いて両面間の接続を行なつているため、ほ
とんどスルーホール部分での断線はみられなかつ
た。

発明の効果 以上述べた様に、本発明の製造方法によつて、
絶縁層が極めて緻密で、かつスルーホール部分で
の断線がほとんど生じないセラミツク銅多層基板
の作製が可能となり搭載部品数の多い場合におい
ても、より基板を小型化高密度化いる事が出来
る。

さらに、銅多層基板という事で、Cuの持つて
いる導体抵抗の低さ、ハンダ付け性の良さ、耐マ
イグレーシヨン性の良さ、低コストを充分に生か
せるものであり、工業上極めて効果的な発明であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、印刷法によつて作製した未焼結セラ
ミツク配線基板の断面図、第２図は、本発明の製
造方法によつて作製したセラミツク銅多層基板の
断面図、第３図は、脱バインダ工程の温度プロフ
アイルの１例を示す特性図、第４図は、還元工程
の温度プロフアイルの１例を示す特性図、第５図
は、焼成工程の温度プロフアイルの１例を示す特
性図である。 １…グリーンシート、２…導体層、３…絶縁
層、４…スルーホール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ CuOを主成分とする無機成分に有機ビヒクル
   を加えた導体層用ペーストと、ガラス、または、
   ガラス―セラミツクに有機ビヒクルを加えた絶縁
   層用ペーストを、スルーホールを有する銅の融点
   以下の温度で焼結するグリーンシートの両面に所
   望の層数、印刷、乾燥を繰り返し、配線を形成す
   る工程と、該未焼結体を炭素に対して充分な酸化
   雰囲気で、かつ内部の有機成分を熱分解させるに
   充分な温度で脱バインダする工程と、さらに、こ
   れを還元雰囲気中で熱処理する工程と、その後、
   窒素雰囲気中で焼成し、焼結させる工程と、この
   様にして得たセラミツク銅配線基板の両面にCu
   ペーストを用い、配線パターンを形成すると同時
   に、スルーホールを介してはじめて両面間の接続
   を得る様に印刷する工程と、その後、窒素雰囲気
   中で焼成する工程からなる事を特徴とるセラミツ
   ク銅多層基板の製造方法。