JPH05116985A - セラミツク基板 - Google Patents

セラミツク基板

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JPH05116985A
JPH05116985A JP4092239A JP9223992A JPH05116985A JP H05116985 A JPH05116985 A JP H05116985A JP 4092239 A JP4092239 A JP 4092239A JP 9223992 A JP9223992 A JP 9223992A JP H05116985 A JPH05116985 A JP H05116985A
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glass
conductor
substrate
ceramic substrate
copper
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JP4092239A
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Naoyuki Okamoto
尚之 岡本
Hidetoshi Mizutani
秀俊 水谷
Kazunori Miura
一則 三浦
Kazuo Kondo
和夫 近藤
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な製造法で、銅の利点を活かしつつ、ク
ラックの生じないセラミック基板を提供する。 【構成】 結晶化ガラスを主成分とし、スルーホールを
有する基板において、スルーホール内の導体材料が銅C
u100重量部に対し、室温から400℃までの熱膨張
係数が1.5〜4.0×10-6/K、軟化点が1000
℃以下のガラスを1〜30重量部含有することを特徴と
するセラミック基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低温焼成可能であっ
て、スルーホール内に導体材料が充填されたセラミック
基板に関し、高密度多層配線基板、ICパッケージ等に
好適に利用される。
【0002】
【従来技術】銅は、安価で低抵抗であり、しかも絶縁材
料であるセラミック中での熱拡散に起因する短絡等のお
それがないことから、高密度や信号伝播高速化を目的と
する配線基板の導体材料として有用である。そして、こ
の銅を導体材料として絶縁性セラミックと組み合わせて
配線基板を構成する場合、銅の融点との関係上、絶縁材
料としては結晶化ガラス、ガラス・セラミック等の10
00℃前後で焼成可能ないわゆる低温焼成セラミックを
採用する必要がある。
【0003】ところが、銅と低温焼成セラミックを同時
焼成すると、銅の熱膨張係数が17×10-6/Kである
のに対し、公知の低温焼成セラミックのそれが1.5〜
7.0×10-6/K程度と大きな差があることから、焼
成中に両者が結合してもその後の冷却過程における収縮
差によって分離して隙間を生じたり、クラックを生ぜし
めることがあった。
【0004】そこで、この問題を解決するため、WC、
VC等の低膨張材料の導体粒子95〜98.5重量%と
ガラス1.5〜5重量%とからなる導体材料を基板の表
面層部に近いスルーホールに用いる技術が提案されてい
る(特開平3−19295号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平3
−19295号公報に記載の技術は、基板の表面層と内
部層とで異なる導体材料を用いなければならないという
煩わしさがある。かといって、基板中のスルーホール全
部に上記の導体材料を用いれば抵抗が高くなる。
【0006】また、導体材料には、スルーホール内への
充填を可能にするため、通常、樹脂等の有機成分が添加
されており、充填後にその有機成分が大気中で加熱除去
されるものであるところ、導体材料が銅である場合、そ
の加熱の際に銅が酸化されて体積膨張を起こし、スルー
ホール導体及びその周辺でクラックが生じる。
【0007】本発明は、簡易な製造法で、銅の利点を活
かしつつ、クラックの生じないセラミック基板を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】その手段は、結晶化ガラ
スを主成分とし、スルーホールを有する基板において、
スルーホール内の導体材料が銅Cu100重量部に対
し、室温から400℃までの熱膨張係数が1.5〜4.
0×10-6/K、軟化点が1000℃以下のガラスを1
〜30重量部含有することを特徴とするセラミック基板
にある。ここで、上記のガラスとしては、例えば、Si
2 40〜52重量%、Al2 3 27〜37重量%、
MgO11〜13重量%、B2 3 2〜8重量%、Ca
O2〜8重量%およびZrO2 0.1〜3重量%からな
る結晶化ガラスが挙げられる。
【0009】
【作用】ガラスを添加することによりスルーホール中の
Cuの充填量が減少し、酸化による導体の体積膨張が緩
和され、クラックの発生を妨げる。Cuと結晶化ガラス
基板の熱膨脹係数はそれぞれ17×10-6と約3×10
-6であり、かなりの熱膨張率差となるが、上記ガラスは
1.5〜4×10-6であり、これをCuに添加すること
によって、導体と基板の熱膨張率の差はかなり減少し、
導体中に発生する残留応力も減少し、基板及び導体部に
発生するクラックが防止できる。
【0010】また、大気中での加熱により銅が酸化され
てもガラスは酸化されないので、導体材料全体としての
体積膨張量は、ガラス含有分だけ減少する。導体に添加
したガラスの軟化点は1000℃以下であり、基板の焼
成温度1000℃でガラスの軟化は充分に起きており、
基板とガラスが濡れることによって基板と導体部の界面
の密着強度が増した結果、気密性が向上する。なお、ガ
ラス添加量を1〜30部と限定したのは30部を超えて
添加すると導体の電気抵抗が大きくなってしまうからで
あり、電気抵抗値を考慮すると1〜15部が好ましいと
思われる。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例を、多層のセラミック
基板を例にとって説明する。本実施例のセラミック基板
は以下の様にして製造される。 (グリーンシート製造工程)グリーンシートの原料とな
る、ZnO、MgCO3 、Al(OH)3 、SiO2
3 BO3 、H3 PO4 を所定量秤量し、ライカイ機に
て混合し、白金ルツボにて1400〜1500℃の適当
な温度で溶融する。この溶液を水中に投入し、急冷して
からガラス化し、その後アルミナ製ボールミルで粉砕し
て、粒径が2〜3μmのフリット(ガラス粉末)を形成
する。この粉末と有機溶剤と可塑剤とを用いて、常法に
従ってドクターブレート法により複数枚のグリーンシー
トを形成する。
【0012】(パンチング工程)この様にして形成した
グリーンシートを使用し、各シートの所定位置にパンチ
ングで孔をあけて、スルーホールを形成する。
【0013】(導体ペースト充填及び印刷工程)次に、
各グリーンシートのスルーホール内に下記の組成のペー
スト状のCu導体組成物(導体ペースト)を充填する
(またグリーンシート表面にスクリーン印刷によって導
体層を形成する場合もある)。導体ペーストの組成及び
原料粉末径としては種々のものを採用できるが、例えば
下記の様である。 Cu:100部、ガラス1〜30部、樹脂(バインダ)
10〜20部 溶剤:適量部
【0014】(シート積層工程)各層のグリーンシート
を所定の順序で重ねて加熱し、加圧して一体化する。そ
して所定の形状に切断して、外形寸法を揃える。尚、本
工程ではグリーンシートを積層して一体化したが、これ
以外にも、絶縁層を印刷によって順次積層してもよい。
【0015】(脱バインダ工程)その後大気中で約30
0℃にて仮焼し、グリーンシート及び各導体層等に含ま
れる樹脂等の有機質成分を飛散、除去させる。そして仮
焼成後大気中で700℃にて焼成する。これにより残存
カーボンが消失する。 (還元焼成工程)次に、アンモニア分解ガス雰囲気中に
て、500℃に保つ。これによりCuOがCuに還元す
る。この時、アンモニア分解ガスに代えて水素ガスを使
用してもよい。 (本焼成工程)次いで、窒素ガス等の中性雰囲気中に
て、1000℃1時間で本焼成を行う。これにより導体
及びセラミックスが一体化する。
【0016】この様に、本実施例ではセラミック用Cu
導体組成物として、その成分中に低熱膨張ガラスを適量
添加している。従ってCuの酸化膨張の緩和、及びCu
導体と基板との熱膨張率差を減少させることにより導体
層ならびに基板にクラックが発生するのを防止でき、導
体層は好適な導通を有し、また高い気密性を達成でき
る。
【0017】次に本発明の効果を確認するために行った
実験例について説明する。 〔実験例〕実験は、上記のような製造工程を経て導体層
(Cuビア)を備えたセラミック基板を製造して行った
(製造した基板は、スルーホール径φ0.1mm、ホール
ピッチ0.700mm、ホール数600、20mm×20mm
×1mmである)。導体材料に含有させるガラスは、組成
が重量基準でCaO8%、Al2 3 31%、SiO2
41%、MgO11%、B2 3 8%及びZrO2 1%
からなり、熱膨張係数3.0×10-6/K、軟化点94
2℃の結晶化ガラスとした。そして、スルーホール導体
の比抵抗、気密性、基板のクラック発生状態、ビアと基
板とのすきまを調べた(表1)。
【0018】気密性は10-8std.cc/sec以下
のものを〇で示し、それを上回るものを×で示した。更
にクラック発生状況は、10μm幅程度の大きなクラッ
クが連続して連なっているものを×で示し、部分的にそ
のクラックが発生しているものを△で示し、ほとんどク
ラックが見られないものを〇で示した。スルールホール
導体と基板のすきまは基板断面をSEM観察し、すきま
のあるものを×で示し、ほとんどすきまのないものを〇
で示した。また比較例としてガラスを添加しない導体も
製造した。
【0019】表1から明らかなように、導体材料にガラ
スを添加することにより気密性、クラック発生状況、ビ
アと基板とのすきまに改善が見られ、またガラス添加量
7.5部では、比抵抗もほとんど変わっていない。それ
に対してガラスを添加しないものは気密性が損なわれた
り、クラックの発生が多く、ビアと基板との間にすきま
が生ずるといった問題があった。ガラス添加量が50重
量部になると導体の比抵抗が高くなってしまうため好ま
しくはガラス添加量は30重量部以下がよい。
【0020】
【表1】
【0021】上記した様に、本発明のセラミック用導体
組成物は、その成分中に低熱膨張ガラスを所定量含有し
ている。それによってクラックを生ずることなく高い導
通性及び気密性を備えた基板を得ることができる。
【発明の効果】導体抵抗が低く、且つ気密性に優れたセ
ラミック基板となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 41/88 N 6971−4G H01L 23/15 H05K 1/03 B 7011−4E 1/09 Z 8727−4E 3/46 S 6921−4E (72)発明者 近藤 和夫 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶化ガラスを主成分とし、スルーホー
    ルを有する基板において、スルーホール内の導体材料が
    銅Cu100重量部に対し、室温から400℃までの熱
    膨張係数が1.5〜4.0×10-6/K、軟化点が10
    00℃以下のガラスを1〜30重量部含有することを特
    徴とするセラミック基板。
  2. 【請求項2】 ガラスが、SiO2 40〜52重量%、
    Al2 3 27〜37重量%、MgO11〜13重量
    %、B2 3 2〜8重量%、CaO2〜8重量%および
    ZrO2 0.1〜3重量%からなる結晶化ガラスである
    ことを特徴とする請求項1のセラミック基板。
JP4092239A 1991-05-22 1992-03-18 セラミツク基板 Pending JPH05116985A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/189,284 US5362551A (en) 1991-05-22 1994-01-31 Ceramic substrate

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14684391 1991-05-22
JP3-146843 1991-05-22

Publications (1)

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JPH05116985A true JPH05116985A (ja) 1993-05-14

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ID=15416791

Family Applications (1)

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JP4092239A Pending JPH05116985A (ja) 1991-05-22 1992-03-18 セラミツク基板

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US (1) US5362551A (ja)
JP (1) JPH05116985A (ja)

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