JPH05167262A - セラミック多層配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック多層配線基板上の電子部品実装面
積を最大限に利用できるセラミック多層配線基板を提供
することを目的とする。 【構成】 セラミック多層配線基板中に、セラミック多
層配線基板を貫通するフェライトと、フェライトの内部
にフェライトを貫通しセラミック多層配線基板の表裏面
に両端がある内部導体を備えた構成、および、セラミッ
クグリーンシート多層体に孔開け加工をし、フェライト
粉を主成分とする無機成分と有機ビヒクルからなるフェ
ライトペーストを、加工孔に充填、乾燥後、フェライト
に加工孔より小さい孔を開け、フェライトの加工孔に、
ＣｕＯを主成分とする無機成分と有機ビヒクルからなる
導体ペーストと充填、乾燥することにより、セラミック
グリーンシート多層体中にフェライト内部に内部導体を
有する未焼結体を形成する工程と、有機バインダを除去
する熱処理工程と、ＣｕＯを金属銅にする還元工程と窒
素雰囲気中での焼結工程とからなる構成としたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ＬＳＩ、チップ部
品などを搭載し、かつそれらを相互配線するためのセラ
ミック多層配線基板とその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】セラミック多層配線基板は半導体ＬＳ
Ｉ、チップ部品などを搭載、それらを相互配線するもの
で電子機器に多数用いられている。従来、セラミック多
層配線基板の導体材料にはタングステン、モリブデン等
の高融点の金属が用いられていたが、近年、低温焼結ガ
ラス・セラミック多層基板の開発によって、使用できる
導体材料に、金、銀、銅、パラジウムまたはそれらの混
合物が用いられるようになった。これらの金属は従来使
用されたタングステン、モリブデンなどに比べ導体抵抗
が低く、且つ使用できる設備も安全で低コストに製造で
きる。

【０００３】これら低融点の金属の内、貴金属である
金、銀、パラジウムは高価でかつ価格変動が大きいこと
から、安価で価格変動の少ないＣｕ電極材料の使用が望
まれている。

【０００４】一方、近年、電子機器が電磁的に結合し電
子機器の機能に障害を引き起こす、いわゆる電磁波障害
が問題となっている。これは、電子機器、無線機器の種
類と量が急増したため、不用な電磁波の発生が増えたこ
と、また電子機器の配置される間隔が接近し機器相互間
の電磁的影響が生じ易くなったことなどによる。

【０００５】このような状況において、セラミック配線
基板上での電磁ノイズ対策への関心が高まっており、電
子機器におけるグラウンディング、シールディング、フ
ィルタリングなどの対策技術が検討されている。例え
ば、電子機器の信号ラインでの不用ノイズの除去にはフ
ェライトリングコア、三端子コンデンサ、チップ形フェ
ライトビーズコアなどの高周波ノイズフィルタをセラミ
ック多層配線基板上に取り付けたノイズ・フィルタリン
グがよく行われる。なかでもチップ形フェライトビーズ
コアは低価格のノイズ対策部品であり、ノイズが軽微で
あれば比較的簡単にノイズを低減できるため広く用いら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のチップ形フェラ
イトビーズコアは、回路基板上に半田等で装着して用い
るが、回路基板によっては多数のチップ形フェライトビ
ーズコアが必要であるため、このような場合、基板上の
他の電子部品の実装面積を制限するという問題点を有し
ていた。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、セラミック多層配線基板の内部にフェライトビーズ
コアを形成しセラミック多層配線基板上の電子部品実装
面積を最大限に利用できるセラミック多層配線基板を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のセラミック多層配線基板は、セラミック多層
配線基板中に、前記セラミック多層配線基板を貫通する
フェライトと、前記フェライトの内部に前記フェライト
を貫通し前記セラミック多層配線基板の表裏面に両端が
ある内部導体を備えた構成、および、セラミックグリー
ンシート多層体に孔開け加工をし、フェライト粉を主成
分とする無機成分と有機ビヒクルからなるフェライトペ
ーストを、前記加工孔に充填、乾燥後、前記フェライト
に前記加工孔より小さい孔を開け、前記フェライトの加
工孔に、ＣｕＯを主成分とする無機成分と有機ビヒクル
からなる導体ペーストと充填、乾燥することにより、前
記セラミックグリーンシート多層体中にフェライト内部
に内部導体を有する未焼結体を形成する工程と、有機バ
インダを除去する熱処理工程と、ＣｕＯを金属銅にする
還元工程と窒素雰囲気中での焼結工程とからなる構成と
したものである。

【０００９】

【作用】この構成によって、セラミック多層基板中にフ
ェライトビーズコアをセラミック多層配線基板表面の部
品実装面積を極力減らさずに形成でき、また多数のフェ
ライトビーズコアを同時に形成できるため低コスト化す
ることが可能となる。

【００１０】また、フェライトの内部に形成する電極に
銅を用いた前記セラミック多層配線基板を製造する場
合、導体の出発原料に酸化銅を用いるので有機バインダ
を除去する熱処理工程で内部導体の収縮、酸化を考慮せ
ずに空気中で充分に有機バインダを除去することがで
き、高信頼性で低抵抗の銅電極を有するフェライトビー
ズコアが容易にセラミック多層配線基板中に内蔵でき
る。

【００１１】

【実施例】（実施例１）以下本発明の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例のグリーンシート
積層体の断面を示す図である。図１において、１は多層
基板の内部電極層、２はビア電極、３はセラミックグリ
ーンシート層、４はフェライト、５はフェライトの内部
導体である。

【００１３】次に、多層セラミック基板作製方法を説明
する。本発明の製造プロセスは図２に示す方法で行なっ
た。

【００１４】基板材料のガラス・セラミックにはホウ珪
酸鉛ガラス粉末にセラミック材料としてのアルミナ粉末
を重量比で５０対５０とした組成物（日本電気硝子社製
ＭＬＳ−１９）を用いた。このガラス・セラミック粉
を無機成分とし、有機バインダとしてポリビニルブチラ
ール、可塑剤としてヂ−ｎ−ブチルフタレート、溶剤と
してトルエンとイソプロピルアルコールの混合液（３０
対７０重量比）を混合しスラリーとした。

【００１５】このスラリーをドクターブレード法で有機
フィルム上にシート成形した。この時、造膜から乾燥、
打ち抜き、さらには必要に応じてビアホール加工を行う
各工程を連続的に行うシステムを使用した。このグリー
ンシートに銀ペーストを用いて導体パターンの形成およ
びビアホール埋め印刷をスクリーン印刷法によって行っ
た。

【００１６】導体ペーストは、Ａｇ粉末（平均粒径１μ
ｍ）に接着強度を得るためのガラスフリット（日本電気
硝子社製 ＧＡ−９ガラス粉末、平均粒径２．５μｍ）
を５ｗｔ％加えたものを無機成分とし、有機バインダで
あるエチルセルロースをターピネオールに溶かしたビヒ
クルとともに加えて、３段ロールにより適度な粘度にな
るように混合したものを用いた。なおビア埋め用のＡｇ
ペーストは更に無機成分として前記ガラス・セラミック
粉末を１５重量％加えたものを使用して行なった。

【００１７】前記基板用グリーンシートに印刷を行なっ
たものを所定の枚数積み重ね、 この状態で熱圧着して
積層体を形成した。熱圧着条件は、温度が８０℃、圧力
は２００Ｋｇ／ｃｍ²であった。 熱圧着後、グリーン
シート積層体にフェライト・ビーズコアを形成するため
にＮＣパンチ機により積層体を貫通する孔開け加工を行
った。孔径は、１ｍｍであった。この孔開け加工はドリ
ルやＣＯ₂レーザーまたその他の方法を用いてももちろ
ん問題ない。

【００１８】つぎに、フェライト・ペーストの作成方法
について述べる。工業用のＮｉＯ，ＺｎＯ，ＣｕＯおよ
びＦｅ2Ｏ3をＮｉ0.36Ｚｎ0.64Ｃｕ0.15Ｆｅ1.9Ｏ4の組
成のフェライトになるように秤量、配合した。配合は、
らいかい機を用いた乾式混合を２時間行った。配合後、
上記金属酸化物の混合物を磁器るつぼに入れ、空気中で
８００℃で２時間の仮焼を行いフェライトを合成した。
仮焼後、フェライトをボールミルを用いて湿式粉砕し、
その後乾燥し、Ｘ線回折の測定結果でスピネル構造を有
するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトであることを確認し
た。

【００１９】次に、このフェライトを無機成分とし、有
機バインダとしてエチルセルロース（７重量％溶液）、
可塑剤としてジ−ｎ−ブチルフタレートを、溶剤のター
ピネオールに溶かした有機ビヒクルを加え、三段ロール
を用い混練し磁性体ペーストを作製した。

【００２０】この様に作成したフェライト・ペーストを
前記グリーンシート積層体の加工孔にスクリーン印刷法
により充填した。ペースト充填は、加工孔の下方より吸
引し、積層体の表裏面まで十分にペーストが充填される
条件で行った。フェライト・ペースト充填後、前記グリ
ーンシート多層体を乾燥機に入れフェライト・ペースト
の乾燥を行った。前記フェライト・ペーストの乾燥後、
ＮＣパンチ機にてフェライト中に０．２ｍｍの貫通孔を
開けた。ここで、フェライト貫通孔の孔径は前記グリー
ンシートの加工孔径より小さく、また、孔開け方法は、
ＮＣパンチ以外の方法でももちろん問題ない。

【００２１】次に、前記フェライト貫通孔に前記ビア埋
め用のＡｇペーストを、グリーンシート積層体表裏面ま
で十分に充填した。ここで作成した、積層体の構成を、
図１に示す。１は多層基板の内部電極層、２はビア電
極、３はセラミックグリーンシート層、４はフェライ
ト、５はフェライトの内部導体である。

【００２２】次に前記積層体をアルミナ９６％基板上に
乗せ焼成する。条件はベルト炉によって空気中の９００
℃で１時間焼成で行なった。（９００℃の保持時間は約
１２分である。）この時、基板の反りと厚み方向の焼結
収縮を助けるためアルミナ焼結基板を乗せて加圧するよ
うにして焼成を行なった。

【００２３】焼成後、前記多層基板の両面に銀・パラジ
ウムペーストによって最上層パターンをスクリーン印刷
し、乾燥の後焼成を前記と同様の方法で行ない、前記多
層基板中に形成したフェライト・ビーズコアのＡｇ内部
導体両端との導通を取った。

【００２４】前記多層基板中に形成したフェライト・ビ
ーズコアの電気特性を測定した結果、１００MHzでのイ
ンピーダンスは２００ohmで実用上充分なインピーダン
ス特性が得られ、電極の直流抵抗は０．０５ohmで低い
値が得られた。なお、本実施例では、グリーンシートに
加工した貫通孔、およびその孔へ充填したフェライトに
開けた貫通孔の孔径がそれぞれ１ｍｍと０．２ｍｍであ
ったが、これらはフェライトビーズコアの電気特性を考
慮して決定すればよい。

【００２５】本実施例では、セラミック・グリーンシー
トを積層後、積層体に貫通孔を開けフェライトペースト
の充填、フェライトへの孔開け、導体ペーストの充填を
行った。これは、セラミックグリーンシートの厚みが十
分に厚い場合には、各グリーンシートに貫通孔を開けフ
ェライトペーストの充填、フェライトへの孔開け、導体
ペーストの充填を行なった後、グリーンシートの積層を
行ないフェライト・ビーズコアを内蔵した積層体を作成
してももちろん問題ない。

【００２６】また、セラミック多層基板中のフェライト
ビーズコアのインピーダンス特性を高周波域でより大き
くしたい場合には、図２に示すようにフェライト中の内
部導体を２本以上としそれぞれの内部導体の一方の端を
つなぐことによってフェライト内部を通る導体長を長く
できるため、より大きなインピーダンスを得ることがで
きるものである。つまり、図２において、６はフェライ
ト、７は内部導体、８は最上層電極パターン、９はセラ
ミック基板であり、フェライトペースト充填、乾燥後、
フェライトへの貫通孔を２個以上開け、そこへ導体ペー
ストを充填し２本以上の内部導体７を形成後、基板の最
上層電極パターン８で前記内部導体の端をつなぐことに
よって、フェライト中の導体長を長くするものである。

【００２７】（実施例２）基板材料のガラス・セラミッ
クグリーンシートは実施例１と同様の組成の物を用い
た。このグリーンシートにＣｕＯペーストを用いて導体
パターンの形成およびビアホール埋め印刷をスクリーン
印刷法によって行った。 導体ペーストは、ＣｕＯ粉末
（平均粒径３μｍ）に接着強度を得るためのガラスフリ
ット（日本電気硝子社製 ＬＳ−０８０３ガラス粉末、
平均粒径２．５μｍ）を３ｗｔ％加えたものを無機成分
とし、有機バインダであるエチルセルロースをターピネ
オールに溶かしたビヒクルとともに加えて、３段ロール
により適度な粘度になるように混合したものを用いた。
なおビア埋め用のＣｕＯペーストは更に無機成分として
前記ガラス・セラミック粉末を１５重量％加えたものを
使用して行なった。

【００２８】前記基板用グリーンシートに印刷を行なっ
たものを所定の枚数積み重ね、 この状態で熱圧着して
積層体を形成した。熱圧着条件は、温度が８０℃、圧力
は２００Ｋｇ／ｃｍ²であった。熱圧着後、グリーンシ
ート積層体にフェライト・ビーズコアを形成するために
電動ドリルにより積層体を貫通する孔開け加工を行っ
た。孔径は、１ｍｍであった。この孔開け加工はＮＣパ
ンチ機やＣＯ₂レーザーまたその他の方法を用いてもも
ちろん問題ない。

【００２９】つぎに、フェライト・ペーストの作成方法
について述べる。Ｎｉ0.5Ｚｎ0.5Ｃｕ0.15Ｆｅ1.9Ｏ4の
組成のフェライトになるように実施例１と同様の方法で
フェライトの作成を行った後、このフェライトを無機成
分とし、実施例１と同様の方法でフェライト・ペースト
を作製した。

【００３０】この様に作成したフェライト・ペーストを
前記グリーンシート積層体の加工孔にスクリーン印刷法
により充填した。ペースト充填には、加工孔の下方より
吸引し、積層体の表裏面まで十分にペーストが充填され
るような条件で行った。フェライト・ペースト充填後、
前記グリーンシート多層体を乾燥機に入れフェライト・
ペーストの乾燥を行った。前記フェライト・ペーストの
乾燥後、ＮＣパンチ機にてフェライト中に０．３ｍｍの
貫通孔を開けた。ここで、フェライト貫通孔の孔径は前
記グリーンシートの加工孔径より小さく、また、孔開け
方法は、ＮＣパンチ以外の方法でももちろん問題ない。

【００３１】次に、前記フェライト貫通孔に前記ビア埋
め用のＣｕＯペーストを、グリーンシート積層体表裏面
まで十分に充填した。ここで作成した、積層体の構成
を、図１に示す。１は多層基板の内部電極層、２はビア
電極、３はセラミックグリーンシート層、４はフェライ
ト、５はフェライトの内部電極である。

【００３２】次に、焼成の工程を説明する。まず最初
は、脱バインダ工程である。発明に使用したグリーンシ
ート、ＣｕＯペーストの有機バインダは、ＰＶＢ及びエ
チルセルロースである。したがって空気中での分解温度
は、５００℃以上あれば良いので、６００℃の温度で行
なった。その後前記積層体を水素ガス１００％雰囲気中
で２００℃ー５時間で還元した。この時のＣｕ層をＸ線
回折により分析したところ１００％Ｃｕであることを確
認した。

【００３３】次に焼成工程は、純窒素中９００℃である
メッシュベルト炉で焼成した。焼成後、前記多層基板の
両面に銅ペーストによって最上層パターンをスクリーン
印刷し、乾燥の後焼成を前記と同様の方法で行ない、前
記多層基板中に形成したフェライト・ビーズコアの銅内
部電極両端との導通を取った。

【００３４】前記多層基板中に形成したフェライト・ビ
ーズコアの電気特性を測定した結果、１００MHzでのイ
ンピーダンスは２５０ohmで実用上充分なインピーダン
ス特性が得られ、電極の直流抵抗は０．０４ohmで低い
値が得られた。なお、本実施例では、グリーンシートに
加工した貫通孔、およびその孔へ充填したフェライトに
開けた貫通孔の孔径がそれぞれ１ｍｍと０．３ｍｍであ
ったが、これらはフェライトビーズコアの電気特性を考
慮して決定すればよい。

【００３５】本実施例では、セラミック・グリーンシー
トを積層後、積層体に貫通孔を開けフェライトペースト
の充填、フェライトへの孔開け、導体ペーストの充填を
行った。これは、セラミックグリーンシートの厚みが十
分に厚い場合には、各グリーンシートに貫通孔を開けフ
ェライトペーストの充填、フェライトへの孔開け、導体
ペーストの充填を行なった後、グリーンシートの積層を
行ないフェライト・ビーズコアを内蔵した積層体を作成
してももちろん問題ない。

【００３６】また、セラミック多層基板中のフェライト
ビーズコアのインピーダンス特性を高周波域でより大き
くしたい場合には、図２に示すようにフェライト中の内
部導体を２本以上としそれぞれの内部導体の一方の端を
つなぐことによってフェライト内部を通る導体長を長く
できるため、より大きなインピーダンスを得ることがで
きるものである。つまり、図２において、６はフェライ
ト、７は内部導体、８は最上層電極パターン、９はセラ
ミック基板であり、フェライトペースト充填、乾燥後、
フェライトへの貫通孔を２個以上開け、そこへ導体ペー
ストを充填し２本以上の内部導体７を形成後、基板の最
上層電極パターン８で前記内部導体の端をつなぐことに
よって、フェライト中の導体長を長くするものである。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明は、セラミック配線
基板中に、前記セラミック配線基板を貫通するフェライ
トと、前記フェライトの内部に前記フェライトを貫通し
前記セラミック多層配線基板の表裏面に両端がある内部
導体を備えた構成、および、セラミックグリーンシート
に孔開け加工をし、フェライト粉を主成分とする無機成
分と有機ビヒクルからなる磁性体ペーストを、前記加工
孔に充填、乾燥後、前記磁性体に前記加工孔より小さい
孔を開け、前記フェライトの加工孔に、ＣｕＯを主成分
とする無機成分と有機ビヒクルからなる導体ペーストと
充填することにより、前記セラミックグリーンシート中
にフェライト内部にライン状の内部導体を有する未焼結
体を形成する工程と、有機バインダを除去する熱処理工
程と、ＣｕＯを金属銅にする還元工程と窒素雰囲気中で
の焼結工程とからなる構成により、セラミック多層配線
基板の高周波ノイズ対策が容易で、しかも部品実装面積
を最大限に利用できるセラミック多層配線基板およびそ
の製造方法を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のセラミック・グリーンシー
ト積層体の断面図

【図２】本発明の一実施例のセラミック多層配線基板中
のフェライトビーズコアにおいてより高インピーダンス
を得る構成例を示す断面図

【符号の説明】

１ 多層基板の内部電極層 ２ ビア電極 ３ セラミックグリーンシート層 ４、６ フェライト ５ フェライトの内部電極 ７ 内部導体 ８ 最上層電極パターン ９ セラミック基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック多層配線基板中に、前記セラ
   ミック多層配線基板を貫通するフェライトと、前記フェ
   ライトの内部に前記フェライトを貫通し前記セラミック
   多層配線基板の表裏面に両端がある内部導体を備えたセ
   ラミック多層配線基板。
2. 【請求項２】 フェライトはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライ
   トを主成分とし、内部導体がＡｇ，Ａｇ／Ｐｄ，Ａｇ／
   Ｐｔ，Ｃｕのいずれかを主成分とすることを特徴とする
   請求項１に記載のセラミック多層配線基板。
3. 【請求項３】 セラミックグリーンシート多層体に孔開
   け加工をし、フェライト粉を主成分とする無機成分と有
   機ビヒクルからなるフェライトペーストを、前記加工孔
   に充填、乾燥後、前記フェライトに前記加工孔より小さ
   い孔を開け、前記フェライトの加工孔に、ＣｕＯを主成
   分とする無機成分と有機ビヒクルからなる導体ペースト
   を充填、乾燥することにより、前記セラミックグリーン
   シート多層体中にフェライト内部に内部導体を有する未
   焼結体を形成する工程と、空気中で前記セラミックグリ
   ーンシートと前記未焼結体の内部の有機バインダを除去
   する熱処理工程と、前記ＣｕＯを水素もしくは水素と窒
   素の混合ガス中で金属銅にする還元工程と、窒素雰囲気
   中で同時焼結する焼結工程とからなるセラミック多層配
   線基板の製造方法。