JPH05314810A

JPH05314810A - 導体ペースト組成物

Info

Publication number: JPH05314810A
Application number: JP4121610A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Itagaki; 峰広板垣; Kazuyuki Okano; 和之岡野; Ryo Kimura; 涼木村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】セラミック多層配線基板の製造に使用する導
体ペースト組成物において、歩留まりの低下や信頼性の
劣化の原因となる部分の断線や空隙の発生という課題を
解決し、緻密な構造のビア導体を形成できる信頼性に優
れた導体ペースト組成物を得る。【構成】ビア導体１形成用として導体材料粉末３０．
０〜７０．０重量％と軟化温度が絶縁層４用の絶縁材料
の焼結開始温度よりも高いガラス粉末３０．０〜７０．
０重量％とからなる無機成分と、少なくとも有機バイン
ダと溶剤とよりなる有機ビヒクル成分を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ，ＩＣやチップ
部品を搭載したセラミック多層配線基板の製造に用いら
れる導体ペースト組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック多層基板の製造方法として
は、グリーンシート積層法と厚膜印刷多層法がよく知ら
れており、広範に利用されている。グリーンシート積層
法は高積層や微細な配線パターン形成が可能である反
面、製造歩留りの悪さや配線パターン変更への対応力の
弱さといった難点があるのに対し、厚膜印刷多層法は工
程が簡便で対応力もよく、製造歩留りもよい反面、配線
パターンによる基板表面の段差のため、高積層が不可能
で微細な配線パターンに対応できないという課題を有し
ている。これら二者の製造法の長所を取り入れた方法と
して配線パターンを絶縁層中に埋設した構造をもつ転写
シートをセラミック基板上に転写、積層する方法（転写
法）が提案されている。一方、セラミック多層基板の製
造技術で重要なポイントは配線層間を接続する技術で、
一般に配線層間を接続するには、配線上の所定箇所にビ
ア孔と呼ばれる穴を形成し、ビア孔に導体材料を充填す
る方法が取られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記グリ
ーンシート積層法や転写法における従来の接続方法で
は、絶縁層と導体層を積層一体化した後に同時焼成する
ので、従来の導体ペースト組成物ではビア孔内部の導体
材料とビア孔を形成する絶縁材料の焼結のタイミングを
精密に合わせないと配線とビア導体が断線したり、ビア
孔内部に空隙が発生したりし、接続信頼性が著しく劣化
するという課題があった。

【０００４】本発明は上記課題を解決するものであり、
高い接続信頼性を有するビア導体が形成できる導体ペー
スト組成物を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、導体ペースト組成物に導体材料粉末３０．
０〜７０．０重量％と軟化温度が絶縁層用の絶縁材料の
焼結開始温度よりも高い温度のガラス粉末３０．０〜７
０．０重量％とからなる無機成分と、少なくとも有機バ
インダと溶剤とよりなる有機ビヒクル成分とを備えたも
のである。

【０００６】

【作用】したがって本発明によれば、上述したようにビ
ア用の導体形成に導体材料粉末３０．０〜７０．０重量
％と軟化温度が絶縁層形成のための絶縁材料の焼結開始
温度よりも高いガラス粉末３０．０〜７０．０重量％と
からなる無機成分と、少なくとも有機バインダと溶剤と
よりなる有機ビヒクル成分とを備えた導体ペースト組成
物を用いるため、ビア孔を形成する絶縁材料が焼結し、
ビア孔が形成された後にビア孔内部のビア導体材料中の
ガラス成分が軟化、溶融してビア導体が焼結するので、
ビア導体部分での断線やビア孔内部の空隙などが発生せ
ず、ビア孔にしっかりと密着した緻密な構造のビア導体
を形成することができる。

【０００７】

【実施例】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。

【０００８】図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例の
導体ペースト組成物を用いて作られたセラミック多層配
線基板のビア断面を示すものであり、図において１はビ
ア孔２の内部に充填されたビア導体、３は絶縁層４のそ
れぞれ片面に形成された導体層、５はこのようにして形
成された積層体である。

【０００９】図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本
発明の一実施例の導体ペースト組成物を用いてセラミッ
ク多層配線基板を製造する各工程の温度プロファイルを
示す図である。

【００１０】（実施例１）ビア導体１用の導体ペースト
の原料として、平均粒径が約１ミクロンの銀粉末（福田
金属箔粉社製）を４１．７重量％、ガラス粉末（日本電
気硝子社製、ＧＡ１３、軟化温度８５０℃）を４１．７
重量％、バインダとしてのエチルセルロース系樹脂を
０．８重量％、溶剤としてのテルピネオールを１５．８
重量％、それぞれ用意し、これらを３本ロールにて充分
に混合、混練してビア導体ペーストを作製した。

【００１１】絶縁層４形成用の絶縁体ペーストの原料と
して、絶縁体粉末（アルミナ＋ホウケイ酸ガラス粉末）
を７０重量％、バインダとしてブチラール系樹脂＋ベン
ジルブチルフタレートを１５重量％、溶剤としてのブチ
ルカルビトールを１５重量％を用意し、これらを３本ロ
ールにて充分に混合、混練して絶縁体ペーストを作製し
た。なお、ＴＭＡによる測定の結果、この絶縁体粉末は
７００℃で加熱による収縮が始まり、８５０℃で収縮が
終了することが確認され、したがってその焼結開始温度
は７００℃であった。

【００１２】表面に離型処理を施したベースフィルム
（ＰＥＴ）（図示せず）上に導体層３形成用の厚膜導体
ペースト（京都エレックス社製、ＤＤ１４１１）を用い
てスクリーン印刷により配線パターンを形成し、その上
に絶縁体ペーストにより配線パターン全体を覆うように
絶縁層４を形成し、転写シートを作製した。同様の順序
で各層の配線パターンを形成した転写シートを複数枚作
製し、各転写シートの所定箇所にビア孔２をパンチング
によって穿孔した。なお、ビア孔２は炭酸ガスレーザに
よって穿孔してもよい。次に９６％アルミナ基板（図示
せず）上に転写シートを６０℃、８０kg／cm²の条件で
熱転写し、作製したビア導体１用の導体ペーストをビア
孔２に充填した後にベースフィルムをはがし、同様の順
序で複数の転写シートを積層して積層体５を得た。

【００１３】次に得られた積層体５を加熱炉内の大気中
で、脱バインダ処理をした。この際の加熱条件はピーク
温度２７５℃、ピーク温度保持時間３６０分の図２
（ａ）に示す温度プロファイルとした。

【００１４】その後、積層体５を加熱炉内の大気中で焼
結、焼成した。加熱条件はピーク温度９００℃、ピーク
温度保持時間１０分の図２（ｂ）に示す温度プロファイ
ルとした。最後に最上部の配線（図示せず）を厚膜導体
ペース（京都エレックス社製、ＤＤ２３３２Ｈ）でスク
リーン印刷により形成し、大気中で焼成した。加熱条件
はピーク温度９００℃、ピーク温度保持時間１０分の図
２（ｂ）に示す温度プロファイルとした。こうして得ら
れた多層配線基板のビア孔２は、導体層３との接触部分
での断線やビア孔２内部の空隙等が発生せず、ビア孔２
の内壁にしっかりと密着した緻密な構造のビア導体１が
形成できた。これの体積抵抗は３．７Ｅ−４ｏｈｍ・
cm³であった。図１（ａ）に本実施例で得られたビア導
体１部分の断面を示す。

【００１５】なお本実施例の比較として、導体ペースト
に含有するガラスとしてＧＡ−１（日本電気硝子社製、
軟化温度６００℃）を用いて同様に多層配線基板を作成
したところ、ビア導体部分の断面は図１（ｂ）に示すよ
うに、ビア孔２の内部で柱状に焼結し、ビア導体１と導
体層３の接触部分で断線部６が発生した。詳細に観察す
ると、この柱状に焼結したビア導体１のまわりには絶縁
層４を形成する絶縁体が付着しているのが認められ、絶
縁体の焼結開始より先にビア導体１中のガラスが軟化、
溶融したためにこのような欠陥が生じたものと思われ
る。

【００１６】またビア導体ペースト中の銀とガラスの比
率を変化させたものを作成して同様に多層配線基板を製
造した。このとき、銀の比率が３０重量％以上含有され
ていないビア導体ペースト（ガラス成分が多い）を用い
たものでは、その断面が図１（ａ）に示したような構造
のビア導体１が形成されたが、ガラス成分が多すぎるた
めに導通が得られなかった。一方、銀の比率が７０重量
％を超えるビア導体ペースト（銀が多い）を用いたもの
では、その断面が図１（ｂ）に示したような構造となっ
た。

【００１７】（実施例２）ビア導体１用の導体ペースト
の原料として、平均粒径が約１〜３ミクロンの酸化銅粉
末（京都エレックス社製、ＣＢ２５０粉砕）を４１．７
重量％、ガラス粉末（日本電気硝子社製、ＧＡ１３、軟
化温度８５０℃）を４１．７重量％、バインダとしての
エチルセルロース系樹脂を０．８重量％、溶剤としての
テルピネオールを１５．８重量％、それぞれ用意し、こ
れらを３本ロールにて充分に混合、混練してビア導体ペ
ーストを作製した。

【００１８】導体層３用の導体ペーストの原料として、
平均粒径が約１〜３ミクロンの酸化銅粉末（京都エレッ
クス社製、ＣＢ２５０粉砕）を８５．５重量％、バイン
ダとしてブチラール系樹脂＋ベンジルブチルフタレート
を１１．５重量％、溶剤としてのブチルカルビトールを
３重量％を用意し、これらを３本ロールにて充分に混
合、混練して配線導体ペーストを作製した。

【００１９】絶縁層４形成用の絶縁体ペーストの原料と
して、（実施例１）と同様の絶縁体粉末を７０重量％、
バインダとしてブチラール系樹脂＋ベンジルブチルフタ
レートを１５重量％、溶剤としてのブチルカルビトール
を１５重量％を用意し、これらを３本ロールにて充分に
混合、混練して絶縁体ペーストを作製した。

【００２０】表面に離型処理を施したベースフィルム
（ＰＥＴ）（図示せず）上に上記のように作製した配線
導体ペーストを用いてスクリーン印刷により配線パター
ン（導体層３）を形成し、その上に絶縁体ペーストによ
り配線パターン全体を覆うように絶縁層４を形成し、転
写シートを作製した。同様の順序で各層の配線パターン
を形成した転写シートを複数枚作製し、各転写シートの
所定箇所にビア孔２を炭酸ガスレーザによって穿孔し
た。なおビア孔２はパンチングによって穿孔してもよ
い。次に９６％アルミナ基板（図示せず）上に転写シー
トを６０℃、８０kg／cm²の条件で熱転写し、作製した
ビア導体ペーストをビア孔２に充填した後にベースフィ
ルムをはがし、同様の順序で複数の転写シートを積層し
て積層体５を得た。次に得られた積層体５を加熱炉内の
大気中で、脱バインダ処理をした。この際の加熱条件は
ピーク温度４５０℃、ピーク温度保持時間１２０分の図
２（ｃ）に示す温度プロファイルとした。

【００２１】その後、積層体５中の導体層３の成分であ
る酸化銅の還元処理を加熱炉内の水素ガス雰囲気中で行
った。加熱条件はピーク温度３５０℃、ピーク温度保持
時間１８０分の図２（ｂ）に示す温度プロファイルとし
た。

【００２２】さらに積層体５を加熱炉内の窒素ガス雰囲
気中で焼結、焼成した。加熱条件はピーク温度９００
℃、ピーク温度保持時間１０分の図２（ｂ）に示す温度
プロファイルとした。こうして得られた多層配線基板の
ビアは、ビア導体１と導体層３の接触部分での断線やビ
ア孔２内部の空隙等が発生せず、ビア孔２の内壁にしっ
かりと密着した緻密な構造のビア導体１が形成できた。
ビア導体１の体積抵抗は９．４Ｅ−４ｏｈｍ・cm³で
あった。図１（ａ）に本実施例で得られたビア導体部分
の断面構造を示す。

【００２３】なお本実施例の比較として、ビア導体ペー
ストに含有するガラスとしてＧＡ−１（日本電気硝子社
製、軟化温度６００℃）を用いて多層配線基板を作成し
たところ、（実施例１）の比較例と同様の結果となっ
た。

【００２４】またビア導体ペースト中の酸化銅とガラス
の比率を変化させたものを作成して、同様に多層配線基
板を製造した。このとき、酸化銅の比率が３０重量％以
上含有されていないビア導体ペースト（ガラス成分が多
い）を用いたものでは、断面が図１（ａ）に示したよう
な構造のビア導体１が形成されたが、ガラス成分が多す
ぎるために導通が得られなかった。一方、酸化銅の比率
が７０重量％を超える導体ペースト（銅が多い）を用い
たものでは、断面が図１（ｂ）に示したような構造とな
った。

【００２５】（実施例３）ビア導体１用の導体ペースト
の原料として、平均粒径が約１ミクロンの酸化ルテニウ
ム粉末（京都エレックス社製、ＣＢ２５０粉砕）を４
１．７重量％、ガラス粉末（日本電気硝子社製、ＧＡ１
３）を４１．７重量％、バインダとしてのエチルセルロ
ース系樹脂を０．８重量％、溶剤としてのテルピネオー
ルを１５．８重量％、それぞれ用意し、これらを３本ロ
ールにて充分に混合、混練してビア導体ペーストを作製
した。

【００２６】導体層３用の導体ペーストの原料として、
平均粒径が約１〜３ミクロンの酸化銅粉末（京都エレッ
クス社製、ＣＢ２５０粉砕）を８５．５重量％、バイン
ダとしてブチラール系樹脂＋ベンジルブチルフタレート
を１１．５重量％、溶剤としてのブチルカルビトールを
３重量％を用意し、これらを３本ロールにて充分に混
合、混練して配線導体ペーストを作製した。

【００２７】絶縁層４形成用の絶縁体ペーストの原料と
して、（実施例１）と同様の絶縁体粉末を７０重量％、
バインダとしてブチラール系樹脂＋ベンジルブチルフタ
レートを１５重量％、溶剤としてのブチルカルビトール
を１５重量％を用意し、これらを３本ロールにて充分に
混合、混練して配線導体ペーストを作製した。

【００２８】表面に離型処理を施したベースフィルム
（ＰＥＴ）（図示せず）上に上記のように作製した配線
導体ペーストを用いてスクリーン印刷により配線パター
ン（導体層３）を形成し、その上に絶縁体ペーストによ
り配線パターン全体を覆うように絶縁層４を形成し、転
写シートを作製した。同様の順序で各層の配線パターン
を形成した転写シートを複数枚作製し、各転写シートの
所定箇所にビア孔２を炭酸ガスレーザによって穿孔し
た。なおビア孔２はパンチングによって穿孔してもよ
い。次に９６％アルミナ基板（図示せず）上に転写シー
トを６０℃、８０kg／cm²の条件で熱転写し、作製した
ビア導体ペーストをビア孔２に充填した後にベースフィ
ルムをはがし、同様の順序で複数の転写シートを積層し
て積層体５を得た。

【００２９】次に得られた積層体５を加熱炉内の大気中
で、脱バインダ処理をした。この際の加熱条件はピーク
温度４５０℃、ピーク温度保持時間１２０分の図２
（ｃ）に示す温度プロファイルとした。

【００３０】その後、積層体５中の導体層３の成分であ
る酸化銅の還元処理を加熱炉内の水素ガス雰囲気中で行
った。加熱条件はピーク温度３５０℃、ピーク温度保持
時間１８０分の図２（ｄ）に示す温度プロファイルとし
た。

【００３１】さらに積層体５を加熱炉内の窒素ガス雰囲
気中で焼結、焼成した。加熱条件はピーク温度９００
℃、ピーク温度保持時間１０分の図２（ｂ）に示す温度
プロファイルとした。こうして得られた多層配線基板の
ビアは、（実施例１）や（実施例２）と同様にビア導体
１と導体層３の接触部分での断線部６やビア孔２内部の
空隙等が発生せず、ビア孔２の内壁にしっかりと密着し
た緻密な構造のビア導体１が形成できた。これの体積抵
抗は２．３Ｅ−３ｏｈｍ・cm³であった。

【００３２】なお本実施例の比較として、（実施例１）
と同様にビア導体ペーストに含有するガラスとしてＧＡ
−１（日本電気硝子社製、軟化温度６００℃）を用いて
多層配線基板を作成したところ、（実施例１）および
（実施例２）の比較例と同様の結果となった。

【００３３】またビア導体ペースト中の酸化ルテニウム
とガラスの比率を変化させたものを作成して、同様に多
層配線基板を製造した。このとき、酸化ルテニウムの比
率が３０重量％以上含有されていないビア導体ペースト
（ガラス成分が多い）を用いたものでは、その断面が図
１（ａ）に示したような構造のビア導体１が形成された
が、ガラス成分が多すぎるために導通が得られなかっ
た。一方、酸化ルテニウムの比率が７０重量％を超える
導体ペースト（ルテニウムが多い）を用いたものでは、
断面が図１（ｂ）に示したような構造となった。

【００３４】以上の（実施例１）から（実施例３）で
は、焼結開始温度７００℃の絶縁層材料に対して、ビア
導体１中のガラスの軟化温度が８５０℃のものを用いた
が、これは７００℃以上のものであれば組成などによっ
て制限を受けることはない。しかしながら、容易に類推
できるように強度や絶縁抵抗、配線抵抗および信頼性な
どの特性的観点から、絶縁層４の材料と配線用の導体層
３の材料に対して要求される焼成温度（以上の実施例の
場合は９００℃）以下において、軟化、溶融すべきガラ
スでなければならない。

【００３５】また以上の実施例で用いた絶縁層４の材料
は、ホウケイ酸ガラスにアルミナをフィラーとして含有
する材料であるが、このガラスとしてはホウケイ酸鉛
系、ホウケイ酸カルシウム系などのホウケイ酸塩系ガラ
スをはじめ、一般に電気的絶縁を目的とした特性を備え
たガラスであれば問題なく使用することができる。フィ
ラーとしても石英やフォルステライトなど、電気的絶縁
特性に優れた材料であれば本発明において使用できる。

【００３６】（実施例４）（実施例１）から（実施例３）に示したビア導体ペース
ト中のガラスとしてＦＥ−１（日本電気硝子社製、試作
品、軟化温度６５０℃）を用いて同様にビア導体ペース
トを作成した。

【００３７】次に（実施例１）から（実施例３）で用い
た絶縁体粉末にかえて、焼結開始温度が６００℃の絶縁
体粉末（アルミナ＋石英＋ホウケイ酸鉛ガラス）を用い
て、絶縁体ペーストを作成し、焼成温度を８５０℃とし
て同様の方法で多層配線基板を製造した。得られた多層
配線基板のビア導体１は、（実施例１）から（実施例
３）で示したものと同等の形状、構造および特性を有す
るものであった。

【００３８】以上の実施例においては、ビア導体１の導
電成分として銀、銅またはルテニウムを用いた例を挙げ
て説明したが、この導電成分としては絶縁層４の材料と
配線用の導体層３の材料の種類、およびそれによって要
請される熱処理プロセス条件に応じて、パラジウムや銀
−パラジウム、白金や白金−パラジウム、金、ニッケル
などを選択して使用することができる。

【００３９】また、積層方法としても上記実施例のよう
な熱転写法だけでなく、グリーンシート法にも本発明が
適用できることはいうまでもなく、したがって、本発明
はセラミック多層配線基板以外にも、配線層間の導通が
必要とされる電子部品の製造に広く応用することができ
る。

【００４０】

【発明の効果】上記実施例より明らかなように本発明
は、導体材料粉末３０．０〜７０．０重量％と軟化温度
が絶縁材料の焼結開始温度よりも高い温度のガラス粉末
３０．０〜７０．０重量％とからなる無機成分と、少な
くとも有機バインダと溶剤とよりなる有機ビヒクル成分
とを備えた導体ペースト組成物であるため、ビア孔を形
成する絶縁材料が焼結し、ビア孔が形成された後に、ビ
ア孔内部のビア導体材料中のガラス成分が軟化し、ビア
導体が焼結するので、ビア導体部分での断線やビア孔内
部の空隙等が発生せず、ビア孔にしっかりと密着した緻
密な構造の信頼性の高いビア導体を形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例の導体ペースト組成物
を使用した場合の多層配線基板のビア導体部分の断面図（ｂ）比較例の導体ペースト組成物を使用した場合の同
断面図

【図２】（ａ）本発明の一実施例の導体ペースト組成物
を使用して多層配線基板を製造する際の脱バインダ工程
の温度プロファイル図（ｂ）同焼結、焼成工程の温度プロファイル図（ｃ）同脱バインダ工程の温度プロファイル図（ｄ）同還元工程の温度プロファイル図

【符号の説明】

１ビア導体２ビア孔３導体層４絶縁層５積層体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック多層配線基板に用いる導体ペー
スト組成物において、導体材料粉末３０．０〜７０．０
重量％と軟化温度が絶縁層用の絶縁材料の焼結開始温度
よりも高い温度のガラス粉末３０．０〜７０．０重量％
とからなる無機成分と、少なくとも有機バインダと溶剤
とよりなる有機ビヒクル成分とを備えた導体ペースト組
成物。
【請求項２】導体材料粉末が、銀、酸化銅、酸化ルテニ
ウム、金、銅、パラジウム、白金、ニッケルまたはそれ
らの合金である請求項１記載の導体ペースト組成物。