JPH0467360B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、電子機器の回路の高密度実装基板と
して広く用いることのできる多層基板ならびにそ
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、電子機器の小型化や多機能化の要望が
増々強くなつてきている。こ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。部品の高密度実装を実現するには、部品を小
型化すると同時に基板の配線密度を高めることが
極めて重要である。基板の配線密度を高めるに
は、基板を多層構造として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、高密度実装基板として、アルミナなどに
よる絶縁層とタングステンやモリブデンなどの高
融点非貴金属による導体層を交互に積層した還元
焼成多層配線基板がある。しかしこれには次のよ
うな問題点があつた。 (1) 部品の半田接続および半導体IC、トランジ
スタの金線またはアルミニウム線によるワイヤ
ーボンデイングなどのためにタングステンまた
はモリブデンの上にニツケル、金などのメツキ
を施こす必要がある。 (2) 厚膜部品であるグレーズ抵抗の形成は、一般
に空気中高温（800℃〜900℃）で行なう必要が
あるので、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で構成された多層基板へ
の厚膜部品の形成は極めて困難である。 一方、上記のような還元焼成多層基板に、空気
中高温で厚膜部品を形成するために多層基板最上
層の必要個所に小孔を設けてその中をPtまたは
Pdのような貴金属で充てんした焼結構造の基板
が提案されている。（特開49−54859）、 しかし、この構造の多層基板に一般的な厚膜部
品を形成するには、空気中で800℃〜900℃という
高温で処理する必要があるが、発明者らが確認し
たところによれば、PtやPdとアルミナとの密着
性は十分に高いものとは言えず、空気中で800℃
〜900℃で処理した場合、気密性が悪くPt，Pdと
アルミナとの界面から空気が徐々に侵入し内部導
体のタングステンやモリブデンが酸化され実用に
耐えないという問題を有している。 このため、タングステンやモリブデンなどで導
体を形成した還元焼成多層基板に厚膜抵抗を形成
する実用的な方法としては、空気中500℃〜600℃
で焼成できる特殊な低温焼成タイプの厚膜導体お
よび厚膜抵抗ペーストを用いて形成する方法、あ
るいは、200℃付近で硬化する樹脂系のポリマー
抵抗ペーストで形成する方法により行なわれてい
る。（文献 電子材料 1980年 ５月号 p84〜
p87）しかしながら、これら低温焼成の厚膜抵抗
やポリマー抵抗は、一般的な800℃〜900℃焼成の
厚膜抵抗に比し、抵抗体の電気的特性や眼環境特
性が劣り、回路上使用範囲が制限されているとい
う問題を有している。 発明の目的 本発明の目的は、高密度実装用基板として、信
頼性の高い、厚膜抵抗体、厚膜導体を有する多層
配線基板およびその製造方法を提供することにあ
る。 発明の構成 本発明の多層基板は、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から
なる内部導体層とを交互に積層すると共に、電気
絶縁層の最外層は内部導体層の必要部分が露出す
るよう小孔を設けた還元焼成多層基板の小孔部分
にホウケイ酸バリウムガラスと貴金属とからなる
導体材料を充てんし、上記電気絶縁層の最外層上
に厚膜導体および厚膜抵抗体を形成した構成にす
ることにより、配線および部品実装密度が高く信
頼性の高い、厚膜抵抗体、厚膜導体を有する多層
基板を可能にしたものである。 また、本発明は、アルミナを主成分とする粉末
と有機バインダからなる未焼成グリーンシートと
する工程と、このグリーンシート上にタングステ
ン粉末またはモリブデン粉末と有機バインダ、溶
剤とからなる導体層を形成する工程と、アルミナ
を主成分とする粉末と有機バインダ、溶剤とから
なる絶縁層を形成する工程と、これを還元雰囲気
中高温で焼成する工程と、この還元焼成基板のタ
ングステンまたはモリブデンの露出部分にホウケ
イ酸バリウムガラスと貴金属粉末、有機バイン
ダ、溶剤とからなる導体を形成する工程と、上記
還元焼成基板上に貴金属厚膜導体および厚膜抵抗
体を形成する工程と、これを空気中600℃〜900℃
で焼付ける工程とからなる多層基板の製造方法で
あり、このことにより、厚膜抵抗体、厚膜導体を
有する多層基板を簡易かつ確実に作製することを
可能にしたものである。 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。 図は、本発明の一実施例における多層基板の断
面図である。 図において、１はアルミナ基板、２はタングス
テンまたはモリブデンからなる内部導体層、３は
アルミナ絶縁層、３′は最上層のアルミナ絶縁層、
４は酸化ホウ素と酸化バリウムを主成分とするガ
ラスと貴金属とからなる導体材料で、内部導体層
２が露出するよう設けた最上層のアルミナ絶縁層
３′の小孔部分に充てんしたものであり、５は厚
膜導体、６は厚膜抵抗体である。 この本実施例の多層基板の構成と機能について
説明する。 図の多層基板では、この内部導体層を１，３，
３′のアルミナ絶縁層は、高温還元雰囲気中で焼
結されたもので十分に緻密な状態となつており、
３′の小孔部分以外の内部導体層２は空気に対し
て気密構造となつている。したがつて、例えば、
３′に小孔のない構造では、空気中、高温に基板
を放置したとしても内部導体層のタングステンあ
るいはモリブデンは酸化されない。この事実につ
いては従来からも十分に実証されている。 本発明のねらいは、３′の小孔部分を通じて多
層基板表面に電気的導通をもち、かつ厚膜導体お
よび厚膜抵抗体を形成するために高温、空気中に
おいても内部導体層が酸化されない構造とすると
ころにあり、このことをホウケイ酸バリウムガラ
スと貴金属とからなる導体材料４を、内部導体層
２が露出するよう設けた最上層のアルミナ絶縁層
３′の小孔部分に充てんすることにより達成して
いる。導体材料４は、貴金属粒子間の接触により
電気的導通を得ると同時に、ガラス材料により内
部導体層の酸化を防止するものでなければなら
ず、特にガラス材料が重要であつた。 本発明のねらいから、小孔部分に充填する導体
材料のガラスとして、内部導体のタングステンも
しくはモリブデンの酸化温度以下で軟化が起こる
低融点ガラスであることが必須であるばかりでな
く、これに加え内部導体のタングステンもしくは
モリブデンを熱力学的に還元される成分を含んで
いないガラスである必要がある。たとえばホウケ
イ酸鉛系ガラスなどは、空気中でタングステンも
しくはモリブデンと熱処理すると Mo＋3PbO→3Pb＋MoO₃ なる反応が起こり、金属化したPbのため導体材
料が溶融し、また気密性も得られなかつた。 これに比べ本発明のホウケイ酸バリウムガラス
では、タングステンもしくはモリブデンを酸化し
ない性質、別の言い方をすればタングステンもし
くはモリブデンによつて還元されない性質を有し
てるので有効である。 また貴金属との濡れ性も重要な項目である。ホ
ウケイ酸アルミガラスでは貴金属との濡れ性が悪
いため、気密性を確保するためのガラス量が多く
必要で、十分な導通が得られなかつた。 さらにホウケイ酸亜鉛系ガラスでは軟化点が低
いものが得られたが、900℃の焼成温度では気泡
が多く発生し、耐湿特性に問題があつた。 これに比べ本発明のホウケイ酸バリウムガラス
に前記のような貴金属粒子として金、白金、銀、
パラジウムおよびそれらの合金粒子を分散させた
導体材料では、タングステンもしくはモリブデン
により還元されることはなく、かつ充填導体の信
頼性、特に耐湿性に優れたものであつた。 厚膜導体５は、厚膜抵抗体６およびIC、トラ
ンジスタ、コンデンサ他の電気部品の接続部と配
線部であり、材料として銀−パラジウム系に代表
される一般的な貴金属導体ペースト材料を用い形
成した。 厚膜抵抗体６は、本発明の目的である高信頼性
と小型高密度の多層基板を得るために、抵抗部品
を膜化形成したもので、材料として酸化ルテニウ
ム系の厚膜抵抗ペーストを用い形成した。 次に、図に示した多層基板を得た製造方法につ
いて、一実施例を以下に示す。 アルミナを主成分としこ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
法で作成した。これにタングステン粉末またはモ
リブデン粉末と有機バインダ、溶剤とからなる導
体ペーストとアルミナを主成分とする粉末と有機
バインダ、溶剤とからなるアルミナペーストとを
交互に印刷乾燥し多層化した。この工程で最上層
のアルミナ層には内部導体層が露出するよう所定
の位置に300μm径の小孔を設けた。これを、1580
℃の還元雰囲気中で焼成した。こうして、図のア
ルミナ基板１、タングステンまたはモリブデンか
らなる内部導体層２、アルミナ絶縁層３および
３′までを形成した還元焼成多層基板を得た。 次に、ホウケイ酸バリウムガラスの第１表の組
成のガラス粉末と銀粉末、有機バインダ、溶剤と
からなる導体ペーストを作成し、これを、上記の
還元焼成多層基板の最上層のアルミナ絶縁層３′
の小孔部分に印刷により充填した。なお、実施例
に示したガラス粉末は、本発明のホウケイ酸バリ
ウムガラスに加えAl₂O₃，MgO，CaOをさらに添
加した系で行つた。Al₂O₃の添加は、ガラス軟化
点のコントロールのため、また熱膨張係数を制御
するためのCaO、耐湿性の改善のためMgOを添
加それぞれ適量溶解させたものである。乾燥後、
ピーク温度850℃保持時間10分のベルト炉に通し
空気中焼成し、図４の導体材料を形成した。導体
ペーストのガラス粉末と銀粉末の組成比と空気中
850℃焼成後の特性を調べた結果を第２表に示す。

【表】

【表】 第２表に示した結果のごとく、銀粉末の組成比
が98wt％ではガラス成分が少ないためガラス材
料による内部導体層の酸化からの保護が不完全と
なり、内部導体層が酸化され電気的導通が得られ
なかつた。また逆に銀粉末の組成比が10wt％以
下では、比抵抗が極めて大きく、内部導体層は酸
化されないが電気的導通は得られなかつた。銀粉
末の組成比20wt％〜95wt％では良好な結果が得
られた。 また、貴金属として上記の銀粉末の他に、金、
白金、パラジウム、銀−パラジウム、銀−白金、
金−パラジウムの粉末についても調べたが、ほぼ
同様の結果であつた。 次に、上記した中で内部導体と電気的導通が得
られた基板の表面に、極めて一般的な銀−パラジ
ウム系の厚膜導体ペースト（銀56wt％、パラジ
ウム14wt％、ガラス他30wt％）を印刷した。乾
燥後、ピーク温度850℃、保持時間10分のベルト
炉に通し空気中焼成し、図５の厚膜導体を形成し
た。さらに、市販の酸化ルテニウム系の抵抗ペー
ストを用い印刷乾燥した。３種類のシート抵抗の
異なる抵抗ペーストを用い印刷、乾燥を３回くり
返した。これを、ピーク温度850℃、保持時間10
分のベルト炉に通し空気中焼成し、図６の厚膜抵
抗体を形成し、図に示した多層基板の完成品を得
た。 この完成品の内部導体と充填導体との接続およ
び前記銀−パラジウム系最上層配線、酸化ルテニ
ウム系抵抗の導通、抵抗値、その他電気的特性や
耐環境特性は、使用条件を十分満足するものであ
つた。また、必要に応じて図の完成品にガラスま
たは樹脂による保護コート層を形成した。 なお、上記実施例では、厚膜導体ペーストとし
て銀−パラジウム系を使用したが、銀、銀−白
金、金など一般的な厚膜導体ペーストが使用でき
る。また、空気中焼成条件としてピーク温度850
℃保持時間10分についてのみ記したが、各導体ペ
ースト、抵抗ペーストの適正条件に合わせて、ピ
ーク温度600℃〜900℃の空気中焼成条件で行なつ
ても、完成品の基本的な特性には影響がなかつ
た。 発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、内
部導体層の必要部分が露出するよう小孔を設けた
還元焼成多層基板の小孔部分にホウケイ酸バリウ
ムガラスのガラスと貴金属とからなる導体材料を
充てんし、上記の多層基板の絶縁層表面に厚膜導
体および厚膜抵抗体を形成しているので、還元焼
成多層基板の内部導体層を酸化することなく、き
わめて一般的で特性や工程管理の安定した厚膜材
料を用いて厚膜導体および厚膜抵抗体を還元焼成
多層基板上に形成することが可能であるという優
れた効果が得られる。さらに、このことにより、
本発明による多層基板は、配線は内部導体層によ
り多層化しているので配線密度を極めて大きくで
き、また抵抗部品を厚膜抵抗体により膜化形成し
ているので、小型で高密度の回路基板であり、電
子機器の小型高密度化に寄与する効果は大であ
る。 また、本発明の多層基板は従来の還元焼成多層
基板と異なり、部品の半田接続や半導体ICのワ
イヤーボンデイングのためのメツキ処理が不要で
あり、従来の厚膜多層基板のようなガラス材料で
形成した絶縁層の上に厚膜抵抗体を形成した場合
と異なり、抵抗体形成が容易で安定であり抵抗体
のレーザトリミングによる絶縁層の損傷がなく、
極めて工程条件の管理が容易であり、生産上の効
果も大である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例における多層基板の断面
図である。 １……アルミナ基板、２……内部導体層、３，
３′……アルミナ絶縁層、４……導体材料、５…
…厚膜導体、６……厚膜抵抗体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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からなる内部導電体層と
   を交互に積層すると共に、電気絶縁層の最外層は
   内部導電体層の必要部分が露出するよう小孔を設
   け、この小孔部分にホウケイ酸バリウムガラスと
   貴金属とからなる導電材料を充填し、上記電気絶
   縁層の最外層上に厚膜導体および厚膜抵抗体を形
   成したことを特徴とする多層基板。 ２ 導体材料の貴金属が、金、白金、銀、パラジ
   ウムおよびこれらの合金であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の多層基板。 ３ 導体材料の貴金属含有量がホウケイ酸バリウ
   ムガラスに対し、20wt％以上で95wt％以下であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   多層基板。 ４ アルミナを主成分とする粉末と有機バインダ
   からなる未焼成グリーンシートとする工程と、こ
   のグリーンシート上にタングステン粉末とまたは
   モリブデン粉末と有機バインダ、溶剤とからなる
   層を形成する工程と、アルミナを主成分とする粉
   末と有機バインダ、溶剤とからなる絶縁層を形成
   する工程と、これを還元雰囲気中高温で焼成する
   工程と、この還元焼成基板のタングステンまたは
   モリブデンの露出部分に、ホウケイ酸バリウムガ
   ラス、貴金属粉末、有機バインダ、溶剤とからな
   る導体を形成する工程と、上記還元焼成基板上に
   厚膜導体および厚膜抵抗体を形成する工程と、こ
   れを空気中600〜900℃で焼付ける工程とからなる
   ことを特徴とする多層基板の製造方法。 ５ 導体材料の貴金属が金、白金、銀、パラジウ
   ムおよびこれらの合金であることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の多層基板の製造方法。 ６ 導体材料の貴金属含有量が上記ホウケイ酸バ
   リウムガラスに対し、20wt％以上で95wt％以下
   であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の多層基板の製造方法。