JPH0544838B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、厚膜部品、IC、LSI、チツプ受動部
品などの高密度実装に好適なグレーズ抵抗素子一
体型多層配線基板の製造方法に関するものであ
る。

（従来例の構成とその問題点） 近年、機器の小型化や多機能化の要望が年を追
つて強くなつてきているが、これらの要望に応え
るため、回路部品の高密度実装が重要な技術とな
つている。特に、IC、LSIの発達、さらには抵抗
器やコンデンサ等の厚膜部品の発達に伴い、回路
構成が益々高密度化へと移行しつつある。高密度
実装の回路構成を実現するためには部品を小型化
することと同時に基板の配線密度を大きくするこ
とが重要であり、基板の配線密度を高めるには基
板を多層構造として配線層を基板内部に形成する
方法が最も効果的である。また、近年は通信周波
数の高周波化に伴つて配線層の導体抵抗も重要な
ポイントとなつている。例えば、チユーナモジユ
ールでは高周波域になると配線導体抵抗が高い場
合、発振や利得の低下などの現象が起こり、従来
構成のアルミナ基板と厚膜との構成によるチユー
ナモジユールでは導体抵抗が高いため、厚膜導体
として金などの高価な材料を使用せざるを得ない
のが現状である。しかし、機器の小型化、組立て
の合理化、コストダウンの観点からこれらの高周
波回路のハイブリツドICによるモジユール化が
強く望まれている。

従来、モジユールの小型化を目的とした多層基
板としては、大別してアルミナ焼結基板上にAg
−Pd系などの導体ペーストとガラス絶縁体ペー
ストを交互に印刷、焼成したものと、アルミナ絶
縁体とモリブデン（Mo）又はタングステン
（Ｗ）からなる導体を交互に積層化したものとが
ある。しかし、これらの構成の基板は、高密度実
装用の基板としては次のような問題点があつた。

アルミナ焼結基板上に厚膜導体ペースト、ガ
ラス絶縁体ペーストを交互に印刷し、焼成した
もの、 (イ) 層数に限界があり、一般には３〜４層、 (ロ) 導体抵抗が高く、それを低くするためには
金などの高価な導体材料を用いる必要があ
る。

アルミナとMoまたはＷとの組合わせによる
多層基板、 (イ) 部品の半田による接続を可能にするため
に、多層基板表面のＷまたはMo導体層上に
ニツケル、金などのメツキを施す必要があ
る。

(ロ) 厚膜素子としてのグレーズ抵抗素子やコン
デンサ素子を形成するためには、空気中で高
温処理する必要があるが、ＷやMoのような
酸化され易い導体材料は酸素雰囲気中での処
理ができないため、厚膜素子との一体化回路
基板として不向きである。

(ハ) Mo、Ｗの導体抵抗が高い（20〜30ｍΩ／
□）。

上記の理由から、従来構成のセラミツク多層基
板は高密度実装用基板または高周波モジユール用
基板としての十分な条件を備えていないと言え
る。

（発明の目的） 本発明の目的は、基板の多層化が容易でかつ内
層に設けた導体層の導体抵抗を十分低くすること
が可能であり、また表面層にはグレーズ抵抗素子
など従来の厚膜素子の形成が可能な高密度実装用
多層基板の製造方法を提供するものである。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、まず、アルミナを
主成分とする粉末及び有機結合材からなる未焼結
のグリーンシート上に、タングステン粉末、有機
バインダ及び溶剤からなる導体ペーストと、アル
ミナを主成分とする粉末、有機結合材及び溶剤か
らなる絶縁ペーストとを交互に印刷し、これを還
元雰囲気中で焼結する。次に、この焼結体上に、
銅を主成分とする金属粉末、有機結合材及び溶剤
からなる銅ペーストと、電気的絶縁を目的とする
ガラスペーストとを交互に印刷し、これを窒素雰
囲気中で焼成する。次いで、最外層のガラス層の
必要箇所に、内部銅配線層の一部が露出するよう
に設けられた小孔に、銅に還元されない低融点の
ガラス粉末、貴金属粉末、有機バインダ及び溶剤
からなるペーストを印刷、充填し、これを空気中
で焼成する。さらに最外層ガラス層上に、厚膜導
体ペースト、厚膜抵抗ペーストをそれぞれ印刷、
焼成して、前記充填材と電気的に接続されたグレ
ーズ抵抗素子を形成する。これにより、アルミナ
絶縁層とタングステン配線層の多層構造及び導体
抵抗の低い銅配線層を含み、かつグレーズ抵抗素
子を備えたグレーズ抵抗素子一体型多層基板とな
るものである。

（実施例の説明） 以下本発明の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は、本発明の一実施例の断面を示したも
のであり、１はアルミナ基板、２はアルミナを主
成分とする絶縁層、３はガラスを主成分とする絶
縁層、４はタングステンの導体配線層、５はタン
グステンのスルホール、６は銅の導体配線層、７
はガラス絶縁層３に設けた小孔に充填し、下層の
銅配線層６と上層の導体層とを電気的に中継し、
かつ高温において下層への空気の拡散をおさえる
機能を有する空気遮断材（又は充填材とも言う）、
８は一般に用いられる厚膜導体層例えばAg−Pd
電極、９はルテニウム系グレーズ抵抗素子であ
る。また第２図は、第１図の導体層の構造を拡大
して示したもので、さらに、チツプ部品１０を半
田１１で接合して実装した部分も例示している。

ここで、空気遮断材７は、銅に還元されない低
融点ガラスと貴金属とからなる材料で構成され
る。

次に、製造方法を、順を追つて詳細に説明す
る。先ずアルミナ粉末と有機結合材からなる未焼
結グリーンシート（焼結後は図中、１となる）に
タングステンペーストでスルホール５と導体配線
層４をスクリーン印刷する。これを120℃程度の
温度で乾燥させる。次に、アルミナ粉末を主成分
とする無機質とエチルセルロースを例えばテレピ
ン油に溶したビークルとからなるアルミナペース
トを印刷する。このアルミナ層は焼結後図中の２
となる。ここで、内層としてのアルミナ層とタン
グステン配線層の層数を多くする場合は、更にタ
ングステンペースト、アルミナペーストの印刷を
繰返す。またこの構造において、絶縁層を介して
配線層を多層化していくとき、上部導体層と下部
導体層の接続は、絶縁層の必要部分に小孔（普通
ビアホールと呼ぶ）を設け、その部分を通して接
続を行なう。以上述べたアルミナ層とタングステ
ン層からなる未焼成積層体を還元雰囲気中、1500
〜1600℃で焼結する。この工程の特徴は、未焼成
状態で簡単に積層構造が作成できること、ならび
に絶縁層にアルミナを使用しているため耐熱性、
耐電圧性、誘電正接などの特性にすぐれているこ
とである。

次に、上記の還元雰囲気で焼成したアルミナ・
タングステン積層体の表面に銅ペーストを印刷す
る。この銅ペーストは焼成後、図中の６となる。
この銅ペーストの上に更にガラスペーストを印刷
する。この層は焼成後、図中の３となる。上記の
銅ペースト、ガラスペーストを印刷したものを
800〜900℃、窒素雰囲気中で焼成する。ここで窒
素雰囲気中には10ppm程度の酸素が含まれてお
り、これは焼成後の銅配線層の接着強度向上に重
要なものである。

次に、上記したタングステン配線層４−アルミ
ナ絶縁層２−銅配線層６−ガラス絶縁層３からな
る焼成積層体の最上層、すなわち銅配線層６を覆
うガラス絶縁層３上に空気遮断材７を形成する。
ここで空気遮断材７は、ガラス絶縁層３の必要箇
所に形成され下の銅配線層６と上層の導体層とを
電気的に接続するための小孔に充填されるもの
で、銅に還元されない低融点ガラス（例えば
B₂O₃−BaO−Al₂O₃系ガラス）と、貴金属粉末
（例えばAg）と、有機結合材としてエチルセルロ
ースのテレピン油10％溶液からなるビークルとか
ら構成されたペーストを印刷し、空気中850℃、
10分間焼成して形成される。更にこの上に、従来
用いられているAg−Pd系導体ペースト、ルテニ
ウム系グレーズ抵抗ペーストを印刷し、空気中、
850℃で焼成し、厚膜導体層８、グレーズ抵抗素
子９を形成する。

このようにして得られたグレーズ抵抗素子一体
型多層基板は、内部のタングステン配線層４と銅
配線層６、更には最上層のAg−Pd導体層８とは
完全に電気的導通が得られており、グレーズ抵抗
素子９も温度係数が若干大きくなる（約±
200ppm）もののその他の経時変化、負荷特性な
どの性質は従来のグレーズ抵抗素子とほぼ同等の
ものとなつており、実用上問題のないものであつ
た。また、内部配線層でタングステン配線層４の
導体抵抗は約10ｍΩ／□、銅配線層の導体抵抗は
約３ｍΩ／□であつた。

本発明の構成で最もポイントとなるところは、
銅に還元されないガラスと貴金属とからなる充
填材（空気遮断材７）を形成することにより、最
上層部に通常の厚膜回路に用いられるAg−Pd導
体、ルテニウム系グレーズ抵抗素子等の厚膜回路
を空気中で形成することができること、多層化
し易いAl₂O₃−Ｗ多層構造と導体抵抗の小さい銅
配線層との各々の利点を生かした多層構造が可能
であること、の２点にある。の点に関しては、
上記構造にすることにより充填材を通して下部導
体である銅と表面導体層とを電気的に導通させ、
しかも後工程における空気中高温下の処理に対し
て充填材が空気を遮断し、従つて下部導体層の酸
化を防止することができる。もちろん、ガラス絶
縁層の下部に形成された銅導体は、ガラスが空気
の拡散防止材として働くので、高温空気中処理に
おいても酸化されることはない。

一般に、流動性の材料に導電性粒子を分散する
と、導電性粒子どうしが一種の凝集現象を起こ
し、粒子相互間で接触を保つ構造となる。その結
果、導電性粒子分散体に電気的導通現象がみられ
ることとなる。したがつて、本発明の実施例の処
理温度に達するとガラスは流動性をもち、これに
貴金属が分散されているため電気的導通が得られ
ることとなる。導電性粒子として貴金属を用いた
のは高温空気中でも酸化されないことが必要とな
るためである。一方、本発明の構成により空気中
高温においても空気遮断材７が充填されていない
部分の内部銅配線層６も酸化されないが、このこ
とについて以下に述べる。

本発明では、内部銅配線層６への酸化を防止す
るためにガラス材料が果す役割は大きい。つま
り、第１図、第２図における充填材（空気遮断材
７）中のガラス材料が焼成後、ガラス絶縁層３に
よくぬれ、また貴金属粒子の周りはガラスで充填
されているため、このガラス層により内部の気密
性が保たれ、空気が下部導体層まで浸透しない。
ここで、ガラス材料として一般に良く用いられて
いる鉛系のガラスを考えてみると、ガラスは下部
導体の銅と次のような反応を起こす。

Cu＋PbO→CuO＋Pb つまり、導体である銅がガラスの主成分である
酸化鉛によつて酸化され、充填材と銅の接触部の
抵抗が高くなつてしまう。従つて、本発明に使用
するガラスは銅を酸化しない性質、つまり銅によ
つて還元されないガラス材料であることが重要な
点となる。このような条件を満足するガラスとし
てはアルカリ土類金属酸化物か、族系金属酸化
物を主成分とするものがある。前に述べたBaO
−B₂O₃−Al₂O₃系ガラスはそれに該当するもので
ある。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば内部に銅配
線層を形成するとともに、それを覆う絶縁層に設
けた小孔に充填した充填材を通して上層の導体層
と電気的に接続することができ、しかも空気中高
温処理に於いても下部銅配線層が酸化されること
がない。したがつて、近年著しく発達している厚
膜技術によつて、この基板へのグレーズ抵抗素
子、コンデンサ素子の一体化が可能となる。なお
実施例では、アルミナ絶縁層、タングステン配線
層、銅配線層、そしてガラス絶縁層をそれぞれ一
層としたが、工程を繰返すことにより層数を増加
することができることは言うまでもない。

このように、本発明の基板構成は、多層化し易
いAl₂O₃−Ｗの多層構造と導体抵抗の小さい銅配
線を含んで内部配線が多層化され、更に厚膜素子
との一体化が可能であることから、高密度実装に
極めて適しているばかりでなく、高周波回路とし
ての展開も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例におけるグレーズ
抵抗素子一体型多層基板の断面図、第２図は、同
基板の要部の拡大断面図である。 １……アルミナ基板、２……アルミナ絶縁層、
３……ガラス絶縁層、４……タングステン配線
層、５……スルホール、６……銅配線層、７……
空気遮断材、８……厚膜導体層、９……グレーズ
抵抗素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミナを主成分とする粉末及び有機結合材
   からなる未焼結のグリーンシート上に、タングス
   テン粉末、有機バインダ及び溶剤からなる導体ペ
   ーストと、アルミナを主成分とする粉末、有機結
   合材及び溶剤からなる絶縁ペーストとを交互に印
   刷、積層し、この未焼結物を還元雰囲気中で焼結
   する工程と、この焼結体上に、銅を主成分とする
   金属粉末、有機結合材及び溶剤からなる銅ペース
   トと、電気的絶縁を目的とするガラスペーストと
   を交互に印刷、積層し、これを窒素雰囲気中で焼
   成する工程と、前記ガラスペーストにより形成さ
   れた最外層のガラス層の所要箇所に内部銅配線層
   の一部が露出するように設けられた小孔に、銅に
   還元されない低融点のガラス粉末、貴金属粉末、
   有機バインダ及び溶剤からなるペーストを印刷、
   充填し、これを空気中で焼成する工程と、前記最
   外層のガラス層上に、厚膜導体ペースト、厚膜抵
   抗ペーストをそれぞれ印刷し、これを空気中で焼
   成して、前記充填材に電気的に接続されたグレー
   ス抵抗素子を形成する工程とからなることを特徴
   とするグレーズ抵抗素子一体型多層基板の製造方
   法。