JPH05267855A - ムライト系多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ムライト系多層配線基板として、微細で低配
線抵抗の厚膜Ｗ導電膜の形成、ムライト基材との接合力
の高い部品接続用厚膜Ｗ導電膜の形成、ならびに層間剥
離の無い積層焼結体の形成を目的とする。 【構成】 ムライトを基材とするセラミックス１の表裏
面および内部にタングステン（Ｗ）を導電成分とする厚
膜導体を配設する多層配線基板において、厚膜導体は各
種部品接続用裏面端子導電膜２、各種部品接続用表面端
子導電膜４、信号配線導電膜７、電源層用導電膜８、ビ
ア導体９からなり、厚膜ＷペーストのＷ粉末、スクリー
ン印刷のための有機ポリマとその有機溶剤からなるビヒ
クル材料、およびペースト添加する界面活性剤、ゲル
剤、カップリング剤、焼結助剤等の好適な配合割合を規
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層配線基板に関し、
特に特定組成のタングステン導体および厚膜ペーストを
用いて作成するムライト系多層配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子計算機の演算速度の高速化のため
に、誘電率が低く、かつ基板に搭載するシリコン系ＬＳ
Ｉチップの接続信頼性の確保のために、熱膨張係数がシ
リコンに近いセラミクス材料を用いて電子回路基板を作
成することが進められている。そして、各種のセラミッ
ク材料のなかでムライト（2SiO₂・3Al₂O₃）が上記の要求
を満たすものとして着目され、配線および部品接続端子
用導電膜として厚膜タングステン（Ｗ）を形成する多層
配線基板の開発が行なわれている。図２は、多層配線基
板の基本的な構成を示す断面図である。図２の基材１
は、ムライトセラミックスである。裏面（図の下面）厚
膜Ｗ２は、入出力ピン３の接続用端子であり、表面（図
の上面）厚膜Ｗ４は、論理演算用ＬＳＩチップ等の電子
部品５の接続用端子４−１ならびに電子部品の保護キャ
ップ７の封止接続用の導体膜４−２である。これらの表
・裏面の厚膜Ｗは何れもメッキ処理された後、ろう付け
あるいははんだ付けにより、それぞれの部品に接続され
る。基板内部の厚膜Ｗは、ＬＳＩチップ間の電気的接続
のための約０．１mm幅の微細な信号配線膜５、基板内層
面のほぼ全面を覆う面積の電源層膜６、そして、各上下
導電膜を電気的に接続する約０．１mm径の微細なビア導
体７からなる。そして、この基板は、ムライトセラミッ
ク粉末をグリーンシートとし、ビア形成のための穴あ
け、厚膜Ｗペーストの穴うめ印刷、厚膜Ｗペーストの印
刷による配線および部品接続端子を対応する各層ごとに
形成し、これらを積層接着した後、焼結する方法により
作成される。この多層配線基板において、厚膜Ｗは、上
述したように、Ｎｉ−Ａｕメッキ膜を介するＬＳＩチ
ップおよび入出力ピン接続用の表・裏面端子用導電線、
上下配線層間接続のための微細なビア導体、微細な
信号配線用導電膜、そして、信号配線層をはさみ込む
上下の回路面のほぼ全面に厚膜Ｗが形成される電源層用
導電膜と区分される。そして、それぞれの厚膜Ｗでは、
各々必要とされる特性がある。即ち、表・裏面の各種
部品接続端子用導電膜では、セラミック基材との密着強
度が高く、各種部品の接続強度が確保できること、ビ
ア導体では、グリーンシート内に形成したビア用スルー
ホール内部に印刷充填できてビア導体自体の抵抗体が低
く、焼結体において、ビア用端子膜と良好に接合し、抵
抗値の増大および断線等の電気特性上の欠陥ならびにビ
ア周囲のムライトセラミックにクラック等の不具合の無
いこと、信号線膜では、膜幅の小さい配線において抵
抗値が低いこと、電源層では、Ｗ膜面積の大きな電源
層をはさむ上下のグリーンシート間の接続性が優れ、焼
結体において層間剥離の無いこと等である。このような
厚膜Ｗペーストに関し、上記の一部の特性を満たす厚膜
Ｗペーストとしては、例えば特公昭６３−０４０３２５
号等に開示があるが、上記課題の全てを満足する多層配
線基板を作成するには至っていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、多
層配線基板として必要な電気的、機械的特性ならびに構
造的形状を満たす回路基板が形成できないという問題が
ある。本発明の目的は、このような問題点を改善し、電
気的、機械的特性ならびに構造的形状を満たす回路基板
を形成可能な多層配線基板を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のムライト系多層配線基板は、導電膜の導電
成分であるＷ粉末、厚膜スクリーン印刷のための有機ポ
リマと有機溶剤からなるビヒクルの材料、界面活性剤、
ゲル化剤、カップリング剤ならびにＷ粉末の焼結助剤等
の添加量を適正に組み合わせた厚膜ペーストを用いて作
成する。すなわち、ビア充填用の第１の厚膜ペースト
（タングステン粉末８２〜８５ｗｔ％、ビヒクル１０〜
１４ｗｔ％、界面活性剤０．１〜０．５ｗｔ％、ゲル化
剤１．０〜２．０ｗｔ％、カップリング剤０．１〜１．
０ｗｔ％、焼結助剤２〜４ｗｔ％からなるもの）と、低
抵抗配線を実現する第２の厚膜ペースト（タングステン
粉末８５〜９６ｗｔ％、ビヒクル４〜１５ｗｔ％、界面
活性剤０．１〜１．０ｗｔ％からなるもの）と、広面積
印刷用の第３の厚膜ペースト（タングステン粉末８０〜
８５ｗｔ％、ビヒクル１０〜１５ｗｔ％、界面活性剤
０．１〜０．５ｗｔ％、焼結助剤２〜４ｗｔ％からなる
もの）と、高接着力を有する第４の厚膜ペースト（タン
グステン粉末７９〜８５ｗｔ％、ポリビニルブチラール
３５〜２５ｗｔ％を含むビヒクル１５〜２５ｗｔ％から
なるもの）と、カバーコート用の第５の厚膜ペースト
（ムライト粉末４０〜５０ｗｔ％、ビヒクル３５〜４５
ｗｔ％、界面活性剤０．１〜０．５ｗｔ％、カップリン
グ剤０．１〜０．５ｗｔ％、焼結助剤１０〜２０ｗｔ％
からなるもの）とから構成されたグリーンシート積層体
を焼結して作成したことに特徴がある。

【０００５】

【作用】本発明においては、次の（１）〜（５）に示す
作用がある。 （１）焼結助剤は、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯの混合
物であり、焼結時にその混合粉末が溶解して液相焼結す
る作用により、タングステン（Ｗ）粉末同志が引き寄せ
られて、Ｗ粉末の焼結性すなわちＷ膜密度を向上させ、
低い抵抗値のＷ配線膜を形成させるとともに、Ｗ膜とグ
リーンシートとの一体焼結性が向上し、Ｗ膜のセラミッ
クからの剥離の発生およびＷ膜をはさむ上下セラミック
層の層間隔離の発生を抑制する。また、セラミックペー
ストにおける焼結助剤は、同様な液相焼結の作成により
ムライト粉末の焼結性、すなわちムライトセラミック膜
密度を向上させる。 （２）界面活性剤は、アルキルアミンあるいはアルキル
ジアミン等であり、Ｗ粉末に対して有機物であるビヒク
ルの濡れ性を高める作用があり、ビヒクル中への多量な
Ｗ粉末の混合を可能とし、印刷膜の表面凹凸および印刷
パターンの縁のにじみが少ない良好な形成と、配線抵抗
の低い微細配線の形成を可能とする。 （３）ゲル化剤は、ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトール
であり、印刷膜の乾燥による体積収縮を抑制する作用が
あり、スルーホールへ印刷充填したビア導体表面の凹型
の窪みと印刷にじみの発生を抑制する。 （４）カップリング剤は、イソプロピル・トリイソステ
アロイルチタネート、テトラ（２・２−ジアリルオキシ
メチル−１−ブチル）ホスファイトチタネート、ビス
（ジオクチルパイロホスハイト）オキシアセテートチタ
ネート等であり、ムライト粉末および酸化物である焼結
助剤とビヒクルとの濡れ性を高める作用があり、酸化物
を含むペーストの印刷における印刷スクリーンの透過量
を増大する。 （５）表裏面層用厚膜Ｗペーストのビヒクル中の有機ポ
リマであるエチルセルロースへのポリビニルブラールの
混合は、多層配線基板の表裏面に形成する厚膜Ｗとムラ
イトセラミックスとの密着性を高める作用があり、部品
接続の信頼性を高める。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。 １）多層配線基板の構成 本実施例のムライト系多層配線基板は、図２に示したと
同様に、基材（ムライトセラミックス）、裏面用厚膜Ｗ
導電膜、入出力ピン、表面用厚膜Ｗ導電膜、電子部品の
接続用端子導電膜、キャップ封止用導電膜、信号配線導
電膜、電源層用導電膜、ビア導体等から構成される。

【０００７】次に、本実施例の多層配線基板の作成方法
について述べる。 ２）多層配線基板の作成 ２−１）ムライトセラミックグリーンシートの作成 ムライト粉末７０〜７２ｗｔ％とＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−
ＭｇＯ粉末２８〜３０ｗｔ％とからなる混合粉末に、ポ
リビニルブチラールをグリーンシート用バインダとし、
可塑剤としてブチルフタリルブチルグリコレート、そし
て、メチルエチルケトン等の有機溶剤を加えて混練して
スラリー（泥しょう）を作製し、ドクタブレート法で
０．２４ｍｍの厚さのセラミックグリーンシートを作製
する。次いで、２００ｍｍ角に切断した後、ＮＣパンチ
により０．１３ｍｍ径のスルーホールを形成する。 ２−２）厚膜タングステン（Ｗ）ペーストの作成 図１は、本発明の一実施例のビア導体用厚膜タングステ
ンペーストにおけるタングステン量の好適範囲を示す
図、図３は本発明の一実施例の信号配線膜用厚膜タング
ステンペーストにおけるタングステン量の好適範囲を示
す図である。本実施例では、導電膜の導電成分であるＷ
粉末、厚膜スクリーン印刷のための有機ポリマ（ペース
ト用バインダ）と有機溶剤からなるビヒクルの材料、お
よびペーストの印刷特性ならびに膜特性の向上のために
添加する界面活性剤、ゲル化剤、カップリング剤、なら
びにＷ粉末の焼結助剤等を次に示す配合比率で秤取し、
３本ロールミルを用いて混合・混練し、所定の粘度の厚
膜Ｗペースト（１）〜（４）を作成する。 （１）ビア導体用厚膜Ｗペースト ビア導体用厚膜Ｗペーストの構成成分の配合は下記の通
りである。 （ａ）Ｗ粉末…………………………………………………
………８０〜８５ｗｔ％ （ｂ）ビヒクル………………………………………………
………１０〜１４ｗｔ％ （ｂ−１）有機ポリマ…………………………１０〜１３
ｗｔ％ （ｂ−２）有機溶剤……………………………８７〜９０
ｗｔ％ （ｃ）界面活性剤……………………………………………
…０．１〜０．５ｗｔ％ （ｄ）ゲル化剤………………………………………………
…０．５〜２．０ｗｔ％ （ｅ）カップリング剤………………………………………
…０．１〜１．０ｗｔ％ （ｆ）焼結助剤………………………………………………
…２〜４ｗｔ％ なお、Ｗ粉末は、平均粒径０．５ｕｍのＷ粉末２０〜２
５ｗｔ％と平均粒径１．０〜２．０μｍのＷ粉末８０〜
７５ｗｔ％の混合粉末であり、ビヒクルは、有機ポリマ
であるエチルセルロースを有機溶剤として用いたジエチ
レングリコールモノブチルエーテルアセテートに溶解し
た粘性溶液であり、界面活性剤はアルキルアミン、ゲル
化剤はジ・ベンジリデン−Ｄ−ソルビトール、カップリ
ング剤はイソプロピル・トリイソステアロイルチタネー
トであり、焼結助剤は、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯの
混合粉末を１０００℃で熱処理し、平均粒径２．０μｍ
に粉砕したものである。そして、調製したペーストの粘
度は１２ｋＰａ・ｓ（ずり速度：２ｓｅｃ^-1）である。
また、上記の各材料の配合組成は、それぞれ印刷充填し
たビア導体の性状、抵抗値より適正範囲が決められたも
のである。例えば、図１のように、ビアに印刷充填した
導体シート表面からの凹凸量と、ペースト中のＷ含有量
との関係を示すと、Ｗ量が増すとともに、シート表面に
対する凹み状態が次第に凸状となる。そして、その良好
な凹凸の範囲（−１０μｍ〜＋２０μｍ）を満たすＷ量
は、８２ｗｔ％〜８５ｗｔ％となる。その他の材料も同
様にして決められたものである。 （２）信号配線膜用厚膜Ｗペースト 信号配線膜用厚膜Ｗペーストの構成成分の配合は下記の
通りである。 （ａ）Ｗ粉末…………………………………………………
………８５〜９６ｗｔ％ （ｂ）ビヒクル………………………………………………
…………４〜１５ｗｔ％ （ｂ−１）有機ポリマ…………………………１０〜１３
ｗｔ％ （ｂ−２）有機溶剤……………………………８７〜９０
ｗｔ％ （ｃ）界面活性剤……………………………………………
…０．１〜１．０ｗｔ％ なお、Ｗ粉末の平均粒径は２．０μｍであり、ビヒクル
は、有機ポリマであるエチルセルロースを有機溶剤とし
て用いたジエチレングリコールモノブチルエーテルアセ
テートに溶解した粘性溶液であり、界面活性剤はアルキ
ルアミンである。そして、調製したペーストの粘度は１
２０Ｐａ・ｓ（ずり速度：４ｓｅｃ^-1）である。また、
上記の各材料の配合組成は、それぞれ印刷した信号配線
膜の抵抗値と印刷ペーストの粘度により適正範囲が決め
られたものである。例えば、図３のように、ペースト中
のＷ含有量と、形成した配線膜の抵抗値の比と、印刷ペ
ーストの粘度の比との関係を示すと、Ｗ量が増すととも
に、抵抗値は低くなり、一方、粘度は高くなる。所望の
抵抗値（ここでは相対値比で１．０以下）となるＷ量
は、８５ｗｔ％以上である。そして、良好な印刷および
焼結膜の形成が可能な印刷ペーストの粘度の範囲（ここ
では相対値比で０．５〜１．０）にあるＷ量は、８５ｗ
ｔ％〜９６ｗｔ％となる。その他の材料も同様にして決
められたものである。 （３）電源層用厚膜Ｗペースト 電源層用厚膜Ｗペーストの構成成分の配合は下記の通り
である。 （ａ）Ｗ粉末…………………………………………………
………８０〜８５ｗｔ％ （ｂ）ビヒクル………………………………………………
………１０〜１５ｗｔ％ （ｂ−１）有機ポリマ…………………………１０〜１３
ｗｔ％ （ｂ−２）有機溶剤……………………………８７〜９０
ｗｔ％ （ｃ）界面活性剤……………………………………………
…０．１〜０．５ｗｔ％ （ｄ）焼結助剤………………………………………………
…２〜４ｗｔ％ なお、Ｗ粉末の平均粒径は２．０μｍであり、ビヒクル
は、有機ポリマであるエチルセルロースを有機溶剤とし
て用いたジエチレングリコールモノブチルエーテルアセ
テートに溶解した粘性溶液であり、界面活性剤はアルキ
ルアミン、焼結助剤は、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯの
混合粉末を１０００℃で熱処理し、平均粒径２．０μｍ
に粉砕したものである。そして、調製したペーストの粘
度は１２０Ｐａ・ｓ（ずり速度：４ｓｅｃ^-1）である。 （４）表裏面層導体用厚膜Ｗペースト 表裏面層導体用厚膜Ｗペーストの構成成分の配合は下記
の通りである。 （ａ）Ｗ粉末…………………………………………………
………７９〜８５ｗｔ％ （ｂ）ビヒクル………………………………………………
………１５〜２５ｗｔ％ （ｂ−１）有機ポリマ…………………………１０〜１３
ｗｔ％ （ｂ−２）有機溶剤……………………………８７〜９０
ｗｔ％ なお、Ｗ粉末は、平均粒径０．５μｍのＷ粉末２０ｗｔ
％と平均粒径２．０μｍのＷ粉末８０ｗｔ％の混合粉末
であり、ビヒクルは、有機ポリマであるエチルセルロー
ス６５〜７５ｗｔ％とポリビニルブチラール３５〜２５
ｗｔ％の混合物を有機溶剤として用いたジエチレングリ
コールモノブチルエーテルアセテートに溶解した粘性溶
液である。そして、調製したペーストの粘度は１００Ｐ
ａ・ｓ（ずり速度：４ｓｅｃ^-1）である。

【０００８】２−３）ムライトセラミック厚膜Ｗペース
トの作成 厚膜Ｗペーストと同様に、下記の構成成分を配合で秤取
し、３本ロールミルを用いて混合・混練し、所定の粘度
の厚膜ペーストを作成する。 （ａ）ムライト粉末…………………………………………
………４０〜５０ｗｔ％ （ｂ）焼結助剤………………………………………………
………１０〜２０ｗｔ％ （ｃ）ビヒクル………………………………………………
………３５〜４５ｗｔ％ （ｃ−１）有機ポリマ…………………………５〜１０ｗ
ｔ％ （ｃ−２）有機溶剤……………………………９０〜９５
ｗｔ％ （ｄ）界面活性剤……………………………………………
…０．１〜０．５ｗｔ％ （ｅ）カップリング剤………………………………………
…０．１〜０．５ｗｔ％ なお、ムライト含有セラミックスの平均粒径は２．０μ
ｍであり、焼結助剤は、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＭｇＯの
混合粉末を１０００℃で熱処理し、平均粒径２．０μｍ
に粉砕したものであり、ビヒクルは、有機ポリマである
エチルセルロースを有機溶剤として用いたα−テルピネ
オールに溶解した粘性溶液であり、界面活性剤はアルキ
ルアミン、カップリング剤はイソプロピル・トリイソス
テアロイルチタネートである。そして、調製したペース
トの粘度は１５０Ｐａ・ｓ（ずり速度：４ｓｅｃ^-1）で
ある。

【０００９】２−４）多層配線積層体の作成 スルーホールを形成したグリーンシートにビア導体用厚
膜Ｗペーストをスクリーン印刷して充填し、乾燥後、信
号配線膜用厚膜Ｗペースト、電源層用厚膜Ｗペースト、
表・裏面用厚膜Ｗペーストをそれぞれのグリーンシート
上にスクリーン印刷し、信号配線層、電源層、および表
面層の各導体膜パターンを形成する。そして、電源層を
形成した最下層用グリーンシートを反転し、表・裏層用
厚膜Ｗペーストを印刷して裏面導体膜を形成する。さら
に、裏面厚膜Ｗの入出力ピンの接続用端子および表面厚
膜Ｗの保護キャップ封止用膜では、その縁を覆うように
厚膜セラミックペーストの印刷により周囲にセラミック
保護膜を形成する。次いで、裏面導体膜を下面として、
電源層、信号配線層、表面層を形成したグリンシートを
順次組み合わせて４３枚を積み上げ、この積層体の両面
に離型用耐熱プラスチックフィルムをはさみ込み、１３
０℃、１００kgで５分間加圧して各グリーンシートの層
間接着を行なう。冷却後、フィルムを剥がし、Ｎ₂−Ｈ₂
−Ｈ₂Ｏの雰囲気を調整しながら、１６００℃まで加熱
し、グリーンシートおよび厚膜ペーストの有機物（有機
ポリマ）を分解、揮散させた後、グリーンシートのセラ
ミック粉末および厚膜ペーストのＷ粉末ならびに焼結助
剤を一体焼結させ、ムライト系多層配線基板を作成す
る。その後、表裏面の厚膜ＷにＮｉ−Ａｕメッキを施
し、はんだ付けおよびろう付けにより、ＬＳＩチップ等
の電子部品、保護キャップ、入出力ピンを接続する。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、表・裏面の各種部品
接続端子用導電膜において各種部品の接続強度が確保で
き、ビア導体では、グリーンシート内に形成したビア
用スルーホール内部に印刷充填でき、ビア導体自体の抵
抗値が低く、焼結体においてビア用端子膜と良好に接合
し、抵抗値の増大および断線等の電気特性上の欠陥なら
びにビア周囲のムライトセラミックにクラック等の不具
合が無く、信号配線膜では、膜幅の小さい配線におい
て抵抗値が低く、電源層では、面積の広いＷ膜の電源
層をはさむ上下のグリーンシート間の接着性が優れ、焼
結体において層間剥離が無い等、印刷特性に優れた良好
な厚膜および良好な基板形状の得られる厚膜ペーストが
作成でき、各厚膜の必要な機能を満たす優れた電気的、
機械的特性を有する多層配線基板を作成できる。

【００１１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のビア導体用厚膜タングステ
ンペーストにおけるタングステン量の好適範囲を示す図
である。

【図２】多層配線基板の基本的な構成を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の一実施例の信号配線膜用厚膜タングス
テンペーストにおけるタングステン量の好適範囲を示す
図である。

【符号の説明】

１ 基板の基材 ２ 裏面用厚膜Ｗ導電膜 ３ 入出力ピン ４ 表面用厚膜Ｗ導電膜 ４−１ 電子部品の接続用端子導電膜 ４−２ キャップ封止用導電膜 ５ 電子部品 ６ 保護キャップ ７ 信号配線導電膜 ８ 電源層用導電膜 ９ ビア導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸崎 博己 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ムライトセラミックグリーンシートに形
   成したスルーホール内に印刷充填してビア導体とするた
   めの第１の厚膜ペーストと、各層ごとのパターンに対応
   させて該グリーンシート上に印刷して信号配線用導電膜
   を形成するための第２の厚膜ペーストと、電源層用導電
   膜を形成するための第３の厚膜ペーストと、表裏面の導
   電膜を形成するための第４の厚膜ペーストと、表裏面に
   形成された導電膜の縁に重なるように印刷された第５の
   厚膜ペーストとから構成された多層配線基板において、
   上記第１の厚膜ペーストは、タングステン粉末８２〜８
   ５ｗｔ％、ビヒクル１０〜１４ｗｔ％、界面活性剤０．
   １〜０．５ｗｔ％、ゲル化剤１．０〜２．０ｗｔ％、カ
   ップリング剤０．１〜１．０ｗｔ％、焼結助剤２〜４ｗ
   ｔ％からなり、第２の厚膜ペーストは、タングステン粉
   末８５〜９６ｗｔ％、ビヒクル４〜１５ｗｔ％、界面活
   性剤０．１〜１．０ｗｔ％からなり、第３の厚膜ペース
   トは、タングステン粉末８０〜８５ｗｔ％、ビヒクル１
   ０〜１５ｗｔ％、界面活性剤０．１〜０．５ｗｔ％、焼
   結助剤２〜４ｗｔ％からなり、第４の厚膜ペーストは、
   タングステン粉末７９〜８５ｗｔ％、ポリビニルブチラ
   ール３５〜２５ｗｔ％を含むビヒクル１５〜２５ｗｔ％
   からなり、第５の厚膜ペーストは、ムライト粉末４０〜
   ５０ｗｔ％、ビヒクル３５〜４５ｗｔ％、界面活性剤
   ０．１〜０．５ｗｔ％、カップリング剤０．１〜０．５
   ｗｔ％、焼結助剤１０〜２０ｗｔ％からなることを特徴
   とするムライト系多層配線基板。