JPH0541579A

JPH0541579A - 低温焼結多層基板

Info

Publication number: JPH0541579A
Application number: JP3219232A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Mizushima; 清水島; Hisakazu Fujimoto; 久和藤本; Mamoru Mori; 護毛利; Motoharu Miyakoshi; 基晴宮越
Original assignee: Nikko Co Ltd; Nikko KK
Current assignee: Nikko Co Ltd; Nikko KK
Priority date: 1991-08-05
Filing date: 1991-08-05
Publication date: 1993-02-19
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2506281B2

Abstract

(57)【要約】【構成】銀、銀系貴金属合金、金、金系貴金属合金、銅
およびニッケルから選択される低融点金属材料を配線材
料とする低温焼結多層基板と、前記多層焼結基板上のガ
ラス系オーバーコートと、少なくとも抵抗体側の前記オ
ーバーコート上の有機レジンコートとからなることを特
徴とする低温焼結多層基板。【効果】ガラスコートの上にレジンコートを施すことで
1.4 〜1.5倍強度が向上し、応力−抵抗特性はアルミナ
基板なみになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低温焼結多層基板に関す
る。さらに詳しくは、近年実用化され出した低融点金属
材料を内層配線材料とする低温焼結多層基板の強度の改
善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】ＬＳＩ、ＶＬＳＩ技術の
進展により電子機器の小形化、高性能化に拍車がかかる
につれ、マイクロエレクトロニクスに用いられる配線基
板も高密度化、多機能化が強く要望されてきている。こ
のような要望に対して、従来の基板材料は、熱方散、熱
膨張係数、寸法安定性等で優れた特性を有し、３次元配
線ができるアルミナ多層基板が重要な位置を占めてい
た。しかしながら、アルミナの焼成条件は配線材料の金
属の酸化を防ぐため、還元雰囲気下で1500℃〜1600℃と
いう高温での焼成が必要であること、導体材料が高温焼
成のためＭｏ、Ｗ等のシート抵抗値の高い耐熱性金属を
使用せざるを得ないこと等、微細配線や製造コストの点
で問題があり、応用範囲が限定されていた。

【０００３】このような背景から低温焼成多層基板が実
用化されてきている。低温焼成多層基板は、アルミナ多
層基板と比較した場合、誘電率が低く高速パルス伝送が
可能なこと、８００〜1100℃の範囲の温度で焼結できる
こと、導体抵抗の低い低融点金属材料であるＡｇＰｄ、
Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ等を内臓した微細配線材料とし
て使用できること、印刷法による抵抗等の表面形成部品
もアルミナ多層基板よりも特性のよいものが得られるこ
と等従来の厚膜法で実績のある材料、工法が活用できる
利点を有し、電子回路の小型化、高機能、低コスト化に
対応できる技術であり、今後の実装基板として注目され
ている。

【０００４】しかしながら、アルミナ多層基板と比較し
た場合、低温焼結基板は低融点の金属材料を内層配線材
料として使用するため、８００〜1100℃と従来のアルミ
ナを主体とする基板技術よりもかなり低い温度で焼結で
きるように基板組成を調整したガラス質に富んだ材料と
なっており、このために強度の低下や脆性化が生じてい
る。また、基板表面に抵抗体を形成する場合、一般的に
はレーザートリミングという手法で抵抗値を調整する
が、その際に基板自体に傷をつけることとなる。この場
合、基板強度はさらに低下する問題がある。

【０００５】また、抵抗体が形成されている場合、一方
向に応力を加えていくと、アルミナ基板では破断まで、
たわみ量に対して抵抗値が直線的に増加していくのに対
し、低温焼結基板の場合には、そのたわみ量はある値ま
ではアルミナ基板と同様にたわみ量に対して抵抗値が直
線的に増加していくが、ある値から抵抗値が急激に増加
する。破断直前で応力を開放すると、アルミナ基板につ
いては抵抗値がもとの値に戻るが、低温焼結基板では抵
抗値がもとの値よりも高くなり、一部にクラックが観察
される。また、一般的にセラミックでは１ヶ所でも弱い
傷等があると、その部分に応力の集中がおこり、強度の
低下を引き起す。すなわち、低温焼結基板では、強度が
落ちること（アルミナ基板の３０〜８０％）、応力−抵
抗特性が悪いこと等の問題がある。従って、本発明の課
題は上記低温焼成多層基板における問題を解消し、強度
を向上させ、特性に優れた配線基板を提供することにあ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者らは
上記の改善手法として、低温焼結基板にガラス系オーバ
ーコートとさらのその上に有機系レジンコートを形成す
ることを試みたところ、従来の低温焼結基板に比して強
度が４０％〜５０％向上するとともに、応力−抵抗特性
もアミナ基板なみに向上することを見出だし、本発明を
完成した。

【０００７】すなわち、本発明は、１）低融点金属材料
を配線材料とする低温焼結多層基板と、前記焼結多層基
板上のガラス系オーバーコートと、前記オーバーコート
上の有機系レジンコートとからなることを特徴とする低
温焼結多層基板、および２）有機系レジンコートが、低
温焼結多層基板の上部抵抗体を有する面に設けられてい
る前記１に記載の低温焼結多層基板、３）有機系レジン
コートが、低温焼結多層基板の両面に設けられている前
記１に記載の低温焼結多層基板、および４）低融点金属
材料が銀（Ａｇ）、銀系貴金属合金（Ａｇ・Ｐｄ、Ａｇ
・Ｐｔ）、金（Ａｕ）、金系貴金属合金、銅（Ｃｕ）お
よびニッケル（Ｎｉ）から選択される前記１乃至３に記
載の低温焼結多層基板に関するものである。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。セラミッ
ク基板では、従来、Ａｇなどの大気中で焼成可能な配線
材料の場合、マイグレーションの防止や配線の保護、絶
縁等の目的で、融点が５００〜６００℃のガラスをコー
トする技術が一般的に用いられている。また、抵抗体の
トリミング溝による信頼性の低下を防ぐことを目的とし
て、レジンコートを施してトリミング溝を埋めることも
行なわれているが、アルミナ基板が十分な強度をもって
いるため配線部の上にまでレジンコートを形成させるこ
とは行われていない。

【０００９】さらに、Ｃｕなどの非酸化雰囲気焼成が必
要な配線材料の場合、有機系レジンを前述のガラスコー
トの代用としている場合があるが、あくまでも絶縁、配
線の保護を目的としたものであり、基板強度の向上を目
的としたものではない。本発明者らがレジンコートを試
みた理由は、レジンの熱膨脹が低温焼結基板材料よりも
大きいことを利用し、レジンコートでセラミックに圧縮
応力をかけることが期待できること、およびレジンで表
面に応力集中しやすい部分をなくすことができ、強度強
化に結び付くとの発想に基いている。

【００１０】図１は本発明の低温焼結多層基板の１例の
構成を示す断面図である。裏面（下側）に導体（１）と
トリミング（５）された抵抗体（２）を有し、その上に
オーバーコートガラス層（３）および有機レジンコート
層（４）が設けられており、表面には導体（１）の上に
オーバーコートガラス層（３）が設けられ、電子部品
（図示せず）が搭載されるようになっている。

【００１１】本発明による低温焼結多層基板１は、周知
の方法で製造できるが、以下に１例について説明する。
低温焼結セラミック材料としては、ガラスセラミック
系、結晶化ガラスとアルミナあるいは他のセラミックと
の混合系、セラミック単相系、アルミナへの添加物系等
のいずれも使用できるが、結晶化ガラスとアルミナ混合
系を例に挙げて説明する。

【００１２】まず、粒度をコントロールしたアルミナお
よび結晶化ガラスを有機溶剤、バインダー、可塑剤と共
に混ぜ、スラリー状にした低温焼結セラミック材料を１
００〜３００μｍ程度のグリーンシートに成膜する。次
いでポンチ、ダイを用いた機械的方法で同時に多数個の
スルーホール（ビア）を形成する。スクリーン印刷法で
スルーホール中への導体の埋込み印刷を行ない、更に所
定パターンの導体配線印刷を行なう。かくして所望のパ
ターンに所望の枚数作成した導体の印刷されたグリーン
シートを８０〜１００℃程度の温度、１００〜２５０kg
／cm²の圧力で１〜１０分間保持させ熱圧着して一体化
する。なお、導体としては低融点金属材料、例えば銀
（Ａｇ）、銀系貴金属合金（Ａｇ・Ｐｄ、Ａｇ・Ｐ
ｔ）、金（Ａｕ）、金系貴金属合金、銅（Ｃｕ）および
ニッケル（Ｎｉ）のペースト等が用いられる。

【００１３】グリーンシート積層体は所定のサイズに切
断し、酸化雰囲気下で４００〜５００℃程度に加熱して
バインダーを除去する脱バインダープロセスを経て８５
０〜９００℃で約１５分間焼成し焼結する。焼成後の焼
結多層基板に対して、外部導体（前記Ａｇペースト等）
を両面に印刷法で形成し８５０〜９００℃で約１０分間
焼成して焼結する。つぎに上部抵抗体（酸化ルテニウム
ペースト等）を通常の厚膜法にて片面に形成し８５０〜
９００℃で約１０分間焼結する。本発明では、ここで鉛
硼硅酸系のガラスを両面に印刷して約５１０℃で５分間
焼成してガラスオーバーコートを両面に形成し、つい
で、所定の抵抗値となるよう抵抗体トリミング処理を行
なう。最後に、抵抗体側の面全体に、または両面に絶縁
性熱硬化性有機レジン（フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性熱硬化性樹脂）を、印
刷法、塗布法あるいは含浸法などにより２０〜３０μｍ
の厚みに設けて硬化させ、本発明の低温焼結多層基板を
得ることができる。かくして得られる本発明の低温焼結
多層基板は、従来のレジンコートの施されていない低温
焼結多層基板に比べて、強度が４０〜５０％増大し、ま
た応力−抵抗特性はアルミナ基板なみに向上する。

【００１４】

【実施例】以下に、実施例および比較例を挙げて本発明
の低温焼結多層基板を説明するが、本発明は下記の例に
限定されるものではない。

【００１５】評価サンプルの作製（１）低温焼結多層基板（内層配線無し）（ＬＭＳ１）アルミナおよび結晶化ガラスを有機溶剤、バインダー、
可塑剤を混ぜ、スラリー状にした低温焼結セラミック材
料を１８０μｍ程度のグリーンシートに成膜し、これを
４枚重ね８０〜１００℃程度の温度、１００〜２５０kg
／cm²の圧力で３分間保持させ熱圧着して一体化する。
このグリーンシート積層体を所定のサイズに切断し、８
５０〜９００℃で約１５分間焼成し焼結して、12.5×2
5.0mmで、厚み0.5mm の基板を得る。次に上部抵抗体
（酸化ルテニウムペースト等）を所定の抵抗値に合わせ
て通常の厚膜法にて片面に形成し８５０℃で約１０分間
焼結して形成し、その上に鉛硼硅酸系のガラスを両面に
印刷して５１０℃で５分間焼成してガラスオーバーコー
ト（約１０μｍ）を形成し、次いで、所定の抵抗値（１
０ｋΩ／□、１００ｋΩ／□および１ＭΩ／□）となる
ようレーザートリミング手法で抵抗値を調整する（この
時のトリミング倍率は、１０ｋΩ／□〜１ＭΩ／□につ
いて1.5 倍、2.0 倍および2.5 倍とした。）。この試料
基板をＡとする。試料基板（Ａ）の抵抗体側全面にエポ
キシ系熱硬化性樹脂を塗布し１５０℃２０分間処理硬化
し、約１０μｍのレジン膜を形成する。この試料基板を
Ｂとする。

【００１６】（２）アルミナ基板９６％アルミナのグリーンシートを用いて1600℃に焼成
して、12.5×25.0mmで、厚み0.4mm のアルミナ基板を得
て、これに上記の低温焼結多層基板の場合と同様にして
上部抵抗体（酸化ルテニウムペースト等）を通常の厚膜
法にて片面に形成し８５０℃で約１０分間焼結して形成
し、ここで鉛硼硅酸系のガラスを両面に印刷して約５１
０℃で５分間焼成してガラスオーバーコートを形成し、
ついで、レーザースクライプ手法で所定の抵抗値（１０
ｋΩ／□、１００ｋΩ／□および１ＭΩ／□）に抵抗値
を調節する。この試料基板をＣとする。試料基板（Ｃ）
の抵抗体側全面にエポキシ系熱硬化性樹脂を塗布し１５
０℃２０分間処理硬化し、約１０μｍのレジン膜を形成
する。この試料基板をＤとする。

【００１７】（３）低温焼結内層配線基板（ＬＭＳ２）低温焼結材料のグリーンシートの段階で多数個のビアを
形成しスクリーン印刷法でビア中への導体の埋込み印刷
を行ない、更に所定パターンの導体印刷も行なったほか
は、上記（１）の低温焼結多層基板（内層配線無し）と
同様の手法で、低温焼結内層配線基板を作成した（20×
8.5mm ，厚み0.51mm）。この試料基板をＥとし、試料基
板（Ｅ）についてレジンを抵抗体上に塗布して試料基板
Ｆを作成した。

【００１８】各基板の曲げ強度の評価上述したトリミング倍率を変えて抵抗値を調整した抵
抗体を有する低温焼結多層基板（内層配線無し）（ＬＭ
Ｓ１）、アルミナ基板および低温焼結内層配線多層基板
（ＬＭＳ２）で、レジンのオーバーコートの有るものと
無いもの６種の試料基板について、図２に示すように２
０ｍｍ（ＬＭＳ２については１５ｍｍ）のスパンで３点
曲げ法により基板にクロスヘッド速度0.05ｍｍ／ｍｉｎ
にて応力をかけて基板上の抵抗体にテンションが生じる
ようにして基板のたわみと抵抗体電圧を同時に測定し
た。最大応力とその時の基板のたわみ量およびヤング率
の値を表１に、破壊に至るまでの応力と基板のたわみ量
との関係を図３（ＬＭＳ１）、図４（アルミナ基板）お
よび図５（ＬＭＳ２）に示す。

【００１９】

【表１】ＬＭＳ１低温焼結多層基板（内層配線無し）ＬＭＳ２低温焼結多層基板（内層配線有り）

【００２０】その結果、アルミナ基板では、たわみの量
に対して抵抗値は直線的に増加し、破断の寸前でも抵抗
のドリフト値（初期抵抗値からの変化量）は0.4 〜0.8
％であり、応力を解放すれば元に戻った。レジンコート
によって抗折強度は３５kgf/mm²（レジンなしの場合の
約1.2 倍）が得られ、ヤング率の増加も認められた。ま
た、抵抗体の種類およびトリミング倍率による差は認め
られなかった。

【００２１】一方、内層配線の無い低温焼結基板（ＬＭ
Ｓ１）でレジンコートの無いものについては、アルミナ
基板と同様に、初期にはたわみの量に対して抵抗値が直
線的に増加するが、たわみ量が一定量（５０μｍ）を越
えてから破断値（６４μｍ）に至るまで抵抗値に急激な
ドリフトを起こすものが確認された。それらのサンプル
では、外圧の解放によっても抵抗値は元に戻らず高い値
を示し、外観観察により抵抗体のトリミング部分にクラ
ックが確認された。この現象は抵抗体の種類およびトリ
ミング倍率の如何によらず確認された。

【００２２】また、ＬＭＳ１でレジンコートのあるもの
では、レジンコートのないもので確認されたような急激
なドリフト現象は発生することなく、たわみ量に対し
て、抵抗値は直線的に増加し、アルミナ基板と同様、破
断の寸前で応力を解放すれば抵抗値は元に戻ることが確
認された。レジンコートにより抗折強度が1.5 倍の約１
３kgf/mm²が得られた。ヤング率の増加は目立たない。
破断はトリミング部分から起っていた。また、抵抗体の
種類およびトリミング倍率による差は生じなかった。

【００２３】また、内層配線の有る低温焼結基板（ＬＭ
Ｓ２）についても内層配線の無い基板（ＬＭＳ１）と同
様の傾向が認められるが、内層配線があるため、応力−
歪み曲線には破断部分で金属的な挙動が見られた。内層
配線があるだけで、上記無配線のＬＭＳ評価サンプルに
比較して強度は３０％弱くなるが、レジンコートにより
1.4 倍の抗折強度8.8 kgf/mm²が得られた。ヤング率の
増加も大きい。

【００２４】

【発明の効果】銀、銀系貴金属合金、金、金系貴金属合
金、銅およびニッケルから選択される低融点金属材料を
配線材料とする低温焼結多層基板と、前記多層焼結基板
上のガラス系オーバーコートと、少なくとも抵抗体側の
前記オーバーコート上の有機系レジンコートとからなる
本発明の低温焼結多層基板によれば、強度がレジンコー
トをしていないものに比べて約 1.4倍向上し、応力−抵
抗特性はアルミナ基板なみになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による配線基板の１例の断面図である。

【図２】基板の曲げ強度の評価を測定する方法を説明す
るための説明図である。

【図３】内層配線の無い低温焼結多層基板（ＬＭＳ１）
で有機レジンコートの無いもの（Ａ）とあるもの（Ｂ）
について、３点曲げ法により基板にかけた最大応力に至
るまでの、たわみ量と応力との関係を示すグラフであ
る。

【図４】アルミナ基板で有機レジンコートの無いもの
（Ｃ）とあるもの（Ｄ）について、３点曲げ法により基
板にかけた最大応力に至るまでの、たわみ量と応力との
関係を示すグラフである。

【図５】低温焼結内層配線多層基板（ＬＭＳ２）で有機
レジンコートの無いもの（Ｅ）とあるもの（Ｆ）につい
て、３点曲げ法により基板にかけた最大応力に至るまで
の、たわみ量と応力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１導体２抵抗体３ガラスオーバーコート４有機レジンコート５トリミング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮越基晴石川県松任市相木町383番地ニツコー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低融点金属材料を配線材料とする低温焼
結多層基板と、前記基板上のガラス系オーバーコート
と、前記オーバーコート上の有機系レジンコートとから
なることを特徴とする低温焼結多層基板。
【請求項２】有機系レジンコートが、低温焼結多層基
板の上部抵抗体を有する面に設けられている請求項１に
記載の低温焼結多層基板。
【請求項３】有機系レジンコートが、低温焼結多層基
板の両面に設けられている請求項１に記載の低温焼結多
層基板。
【請求項４】低融点金属材料が銀、銀系貴金属合金、
金、金系貴金属合金、銅およびニッケルから選択される
請求項１乃至３のいずれかの項に記載の低温焼結多層基
板。