JPH06224556A

JPH06224556A - 低温焼成多層基板

Info

Publication number: JPH06224556A
Application number: JP5011531A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Kuwa; 俊一久和; Masaru Makino; 勝槙野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、印刷作業性、印刷直線性に優れ、
且つ低温で焼結しても、有機樹脂、それを含む有機ビヒ
クルの残存によるボイド等の内部欠陥がない低温焼成多
層基板を提供する。【構成】本発明は、ガラス−セラミックから成る絶縁層
間に低抵抗の金属材料から成る内部配線を配した低温焼
成多層基板において、前記内部配線は、固形成分である
少なくとも導電性粉末と、有機樹脂及び有機溶剤から成
る有機ビヒクルとから成り、有機ビヒクルの合計が固形
成分１００重量部に対して３５〜４５重量％であり、有
機樹脂が固形成分１００重量部に対して１．０〜４．
５重量％から成る導電性ペーストを焼成して形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器に利用される低
温焼成多層基板、例えば、多層回路基板、積層コイル、
積層コンデンサ及びそれらを含む積層部品に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】例えば、チップ状積層コイルは、セラミッ
ク多層配線基板同様に、内部配線であるコイルパターン
を形成したセラミックグリーンシートを複数積層して、
一体焼結していた。

【０００３】従来は、セラミックとして、アルミナなど
１３００℃前後で焼結可能な基板材料を用いていたた
め、その一体焼結されるコイルパターンの材料として、
高融点金属材料、例えばパラジウム、モリブデン、タン
グステンなどを用いる必要があった。しかし、上述の高
融点金属材料は、導電率が比較的に低いなどの問題を有
していた。

【０００４】このため、近年、内部配線、コイルパター
ンに、金、銀、銅などの低抵抗の材料が用いられ、同時
に、基板材料として、これらの金属の融点よりも低い例
えば９００℃で焼成可能なガラス−セラミックが用いら
れ、低温で一体焼結が行われている。

【０００５】このような低温焼成可能な多層基板に使用
される内部配線用導電性ペーストは、固形成分である
金、銀、銅などの低抵抗金属材料の導電性粉末と、有機
ビヒクルとを均質混練して形成される。この有機ビヒク
ルは、重量平均分子量が７．２×１０⁴〜２．１×１０
⁵のエチルセルロースなどの高分子有機樹脂と、２．
２．４−トリメチルー１．３−ペンタンジオールモノイ
ソブチレート等の有機溶剤から成っている。

【０００６】一般に、有機樹脂は、空気中で４５０〜５
５０℃でほとんど分解され、また、溶剤の沸点も２３０
℃以下であり、低温焼成多層基板に用いても、一体焼結
過程で、有機ビヒクルは完全に焼失されるものと考えら
れていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、空気中で４５
０〜５５０℃で分解される有機樹脂であっても、内部配
線がグリーンシート間に積層挟持されているため、空気
が不足した状態になり、その分解温度が約１００℃上昇
してしまい、さらに、基板材料として、低温焼成可能に
するために、アルミナなどの無機物フィラーと、ＳｉＯ
₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系などのガラスフリ
ットと（無機物フィラーが例えば３０ｗｔ％、ガラスフ
リットが７０ｗｔ％）が混合されており、基板材料のガ
ラスが約６００℃で軟化流動を開始してしまう。このた
め、有機樹脂の一部は、ガラスの軟化流動前に完全に分
解されることができないため、焼成後の配線パターンの
近傍に、ボイドが発生してしまうことがある。

【０００８】また、溶剤についても同様であり、グリー
ンシート間から完全に焼失される前に、基板材料のガラ
ス成分の軟化流動が開始されるため、焼成後の基板間に
取り残され、顕著な場合には、内部配線を取り囲むよう
にボイドが発生してしまうことがあった。

【０００９】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、固形成分に対する有機樹脂
及び有機樹脂を含む有機ビヒクルの量を適正化して、導
電性ペーストがスクリーンのメッシュ目から簡単に通り
抜ける、即ち印刷作業性を向上させ、さらにグリーンシ
ート上でニジミ等などの発生のない、即ち印刷直線性が
優れ、且つ基板とともに焼成しても、積層した基板内に
取り残されることがなく、ボイドが一切発生しない低温
焼成多層基板を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明は、ガラス−セラミックから成る絶縁層間
に低抵抗の金属材料から成る内部配線を配した低温焼成
多層基板において、前記内部配線は、導電性粉末を主成
分とする固形成分と、有機樹脂及び有機溶剤から成る有
機ビヒクルとから成り、有機ビヒクルの合計が固形成分
１００重量部に対して３５〜４５重量％であり、有機樹
脂が固形成分１００重量部に対して１．０〜４．５重
量％から成る導電性ペーストを焼成して形成されている
ことを特徴とする低温焼成多層基板である。

【００１１】

【作用】本発明によれば、ガラス成分と無機物フィラー
とを混合して成るガラス−セラミックグリーンシート上
に、内部配線用導電性ペーストを印刷し、複数のグリー
ンシートを積層圧着して、一体焼結しても、導電性ペー
ストの固形成分に対して、有機ビヒクルが３５〜４５ｗ
ｔ％であるため、上述の印刷工程で導電性ペーストがス
クリーンメッシュに通過可能な粘度とすることができ、
また、焼成工程で、基板材料のガラス成分が軟化流動す
る前に完全に積層基板から焼失できるようになる。ま
た、有機ビヒクルを構成する有機樹脂が、固形成分に対
して１．０〜４．５ｗｔ％であるため、印刷直線性が維
持でき、しかも焼成過程で、基板材料のガラス成分が軟
化流動する前に完全に分解されることになる。

【００１２】従って、上述の導電性ペーストを印刷する
際、そのスクリーンメッシュから容易に通過でき、さら
にグリーンシート上にニジミなどがなく印刷直線性が維
持でき、さらに、焼成工程でガラス成分が軟化流動する
前に、有機樹脂及びそれを含む有機ビヒクルが完全に焼
失できるため、焼成後に内部配線の周囲にボイドが一切
発生しない。

【００１３】有機樹脂が、固形成分１００重量部に対し
て１．０ｗｔ％未満であると、導電性ペースト全体の粘
度が低くなりすぎ、スクリーンに通過しても、グリーン
シート上に、印刷した状態で維持できなくなり、印刷直
線性が大きく劣化する。また、同４．５ｗｔ％を越える
と、基板材料のガラス成分の軟化流動する以前に、完全
に分解できず、内部配線の近傍にボイドが発生してしま
う。

【００１４】有機ビヒクルが、固形成分１００重量部に
対して３５ｗｔ％未満であると、導電性ペーストが粘土
状態となってしまい、根本的に印刷が不可能となってし
まう。また、同４５ｗｔ％を越えると、導電性ペースト
全体の粘度が低くなりすぎ、スクリーンに通過しても、
グリーンシート上に、印刷した状態で維持することが困
難となり、また、焼成過程で、完全に有機ビヒクルを焼
失させることができず、内部配線の周囲に広範囲にわた
り、ボイドが発生してしまう。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の多層基板を図面に基づいて詳
説する。尚、実施例では、多層基板の一用途である積層
インダクタを用いて説明する。

【００１６】図において、積層インダクタ１０は、絶縁
層１ａ、１ｂ・・・と、内部配線であるコイルパターン
２・・・とから成る積層体１及び該積層体１の対向する
端面に形成した端子電極３ａ、３ｂとから構成されてい
る。

【００１７】積層体１は、図２に示すように、絶縁層１
ａ〜１ｚが積層され、上部側から上部マージン部Ｙ₁、
コイル部Ｘ、下部マージン部Ｙ₂から構成されている。

【００１８】上部マジーン部Ｙ₁は、絶縁層１ａ〜１ｄ
で構成され、コイル部Ｘで発生した磁束に磁路となる領
域を確保するものである。

【００１９】コイル部Ｘを構成する絶縁層１ｄと１ｅ、
１ｅと１ｆ、・・・１ｖと１ｗとの間には、所定ターン
量のコイルパターン２ｅ〜２ｗが形成されている。

【００２０】コイルパターン２ｅの一端は、絶縁層１ｅ
の端部にまで延出しており、その他端は、絶縁層１ｅの
厚み方向に形成したビアホール導体４ｅを介して、絶縁
層１ｆ上に形成したコイルパターン２ｆの一端に接続し
ている。また、コイルパターン２ｆの他端は、絶縁層１
ｆの厚み方向に形成したビアホール導体４ｆを介して、
絶縁層１ｇ上に形成したコイルパターン２ｇの一端に接
続しており、同様に、コイルパターン１ｖの他端は、絶
縁層１ｖの厚み方向に形成したビアホール導体４ｖを介
して、絶縁層１ｗ上に形成したコイルパターン２ｗの一
端に接続しており、コイルパターン２ｗの他端は、絶縁
層１ｗの端部にまで延出している。即ち、コイルパター
ン２ｅの一端からコイルパターン２ｗの他端まで、一連
に接続し、１つのコイルが形成される。

【００２１】下部マジーン部Ｙ₂は、絶縁層１ｗ〜１ｚ
で構成され、コイル部Ｘで発生した磁束に磁路となる領
域を確保するものである。

【００２２】このような構成の積層体１の対向する端面
には、図１に示すように端子電極３ａ、３ｂが形成され
ている。即ち、端子電極３ａはコイルパターン２ｅの一
端に接続し、また端子電極３ｂはコイルパターン２ｗの
他端に接続される。

【００２３】ここで、絶縁層１ａ〜１ｚは、は、低温焼
成可能なガラス−セラミック材料、例えばＭｇＯ−Ｓｉ
Ｏ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系、ＭｇＯ−ＳｉＯ₂−Ａ
ｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａ
ｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系、ＭｇＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃
系、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系、ＭｇＯ−ＣａＯ
−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系のガラス成分とアルミナ、ム
ライト、コージェライトなどの無機物フィラーとを主成
分とするグリーンシートから構成される。無機物フィラ
ーは、基板材料の例えば３０ｗｔ％、ガラス成分は同７
０ｗｔ％で混合され、またシートの厚みとして例えば３
５μｍである。

【００２４】内部配線であるコイルパターン２ｆ〜２ｗ
は、絶縁層１ｆ〜１ｗとなるグリーンシートの主面に導
電性ペーストをスクリーン印刷法により形成される。導
電性ペーストは、金、銀、銅及びそれらの合金などを主
成分とする導電性粉末（固形成分）と、例えばエチルセ
ルロースなどの有機樹脂、例えば２．２．４−トリメチ
ルー１．３−ペンタンジオールモノイソブチレートなど
の有機溶剤、その他の可塑剤、分散剤などを均質混練さ
れている。尚、必要に応じて、固形成分として、抵抗が
大きくならない範囲で、低融点ガラスフリットを添加し
ても構わない。

【００２５】ここで、有機樹脂、有機溶剤などの有機成
分を有機ビヒクルという。

【００２６】ビアホール導体４ｅ〜４ｖは、コイルパタ
ーン２ｅ〜２ｗを接続するために形成され、具体的には
絶縁層１ｅ〜１ｖとなるグリーンシート上にスルーホー
ルを形成し、導電性ペーストを充填し、さらに積層体１
と同時に焼成することにより形成される。

【００２７】端子電極３ａ、３ｂは、焼結された積層体
１の端面、即ち、コイルパターン２ｅの一端及びコイル
パターン２ｗの他端が露出する面に、銀系導電性ペース
トの塗布・転写され、焼きつけを行い形成される。尚、
その表面に必要に応じてメッキ処理される。

【００２８】次に、上述の積層インダクタ１０の製造方
法を説明する。

【００２９】先ず、上述のガラス成分と無機物フィラー
を所定量比となるように秤量・混合し、さらに有機ビヒ
クルを加え、ガラス−セラミックペーストを作成する。
このペーストをドクターブレード法や引き上げ法を用い
て、２０〜１００μｍ、例えば３５μｍのテープを作成
する。

【００３０】次に、このテープ部材を複数又は１つの積
層インダクタが抽出できる寸法に裁断してガラス−セラ
ミックのグリーンシートを作成する。

【００３１】次に、コイル部Ｘとなるグリーンシート
に、ビアホール導体４ｅ〜４ｖが形成される位置にスル
ーホールをパンチング加工を行う。そして、ビアホール
導体用導電性ペーストをスクリーン印刷法を用いて、ス
ルーホールに充填する。

【００３２】続いて、コイル部Ｘとなるグリーンシート
に、コイルパターン２ｅ〜２ｗとなる導体膜を印刷す
る。尚、導電性ペーストの粘度などの特性によっては、
一回のスクリーン印刷工程で、コイルパターン２ｆ〜２
ｖの導体膜印刷と、スルーホール充填を行っても構わな
い。

【００３３】次に、上部マージン部Ｙ₁、コイル部Ｘ、
下部マージン部Ｙ₂を考慮して、絶縁層１ａ〜１ｚとな
るグリーンシートを順次積層し、圧着を行う。

【００３４】その後、未焼成の積層体を、１つのチップ
状の積層体１となるように裁断を行う。

【００３５】次に、未焼成の積層体１を、大気雰囲気又
は中性雰囲気で、約９００℃で焼成する。尚、焼成工程
は、グリーンシートを形成する絶縁ペースト中に加えら
れた有機ビヒクルや導電性ペースト中の有機ビヒクルを
焼失される脱バイ工程と、グリーンシートの主成分であ
るガラス−セラミックの焼結反応及びコイルパターン２
ｅ〜２ｗ、ビアホール導体４ｅ〜４ｖを焼結反応を行う
焼結工程から成る。これにより、焼結された積層体１が
完成する。

【００３６】次に、積層体１の対向する端面に、銀系導
電性ペーストを用いて、導体膜を塗布し、乾燥、焼きつ
けを行い、端子電極３ａ、３ｂを形成する。尚、必要に
応じて表面にメッキ処理を行う。

【００３７】尚、上述の実施例において、積層体１の寸
法が大きい多層回路基板のような場合は、焼成前の裁断
は行わず、例えばスナップラインの形成を行い、焼成後
に、機械的応力によってチッピングしても構わない。

【００３８】本発明の特徴的なことは、コイルパターン
２ｅ〜２ｗを形成するための、導電性ペーストとして、
固形成分である導電性粉末と、有機樹脂及び有機溶剤等
とからなる有機ビヒクルとを均質混合されてなるが、特
に、有機ビヒクルを構成する有機樹脂を導電性粉末１０
０重量部に対して１．０〜４．５ｗｔ％添加し、且つ有
機ビヒクル全体を導電性粉末１００重量部に対して３５
〜４５ｗｔ％添加したことである。

【００３９】ここで、有機樹脂は、グリーンシート上
に、導電性ペーストを印刷、乾燥した状態で導体膜のレ
ベリング（ニジミなく安定に保たせること）を行うもの
であり、固形成分１００重量部に対して１．０ｗｔ％未
満になると、印刷直線性が劣化してしまい、ニジミが発
生してしまう。

【００４０】また、有機樹脂は、上述の積層体１の焼成
工程で完全に分解されるべきものであるが、同４．５ｗ
ｔ％を越えると、完全に分解されず、コイルパターン２
・・・となる導体膜を挟持するグリーンシート間に残存
してしまい、その結果、焼結後には、積層体１の内部に
特にコイルパターン２・・・の近傍にボイドが発生して
しまう（図３（ａ）参照）。

【００４１】有機ビヒクルは、主に導電性ペーストの粘
度を調整するものであり、固形成分１００重量部に対し
て３５ｗｔ％未満になると、有機ビヒクル不足が生じ
て、粘土状態となってしまい、スクリーンメッシュの目
をペーストが通過できず、印刷作業が不可能となってし
まう。

【００４２】また、有機ビヒクルが、固形成分１００重
量部に対して４５ｗｔ％を越えると、相対的に有機ビヒ
クル量が増加してしまい、焼成過程で完全に焼失でき
ず、コイルパターン２・・・となる導体膜を挟持するグ
リーンシート間に残存してしまい、その結果、焼成後に
は、積層体１のコイルパターン２・・・の周囲の広い範
囲にわたり、ボイドが発生してしまう（図３（ｂ）参
照）。

【００４３】ここで、図３（ａ）、図３（ｂ）について
説明すると、夫々の図は、積層体１をコイルパターン２
が露出するように切断して、その切断面を研磨したもの
である。図３（ａ）においては、コイルパターン２の周
囲に一様にボイドＢが発生する。また、図３（ｂ）にい
ては、コイルパターン２の周囲に大きなボイドＢが発生
する。このため、特に、図３（ｂ）においては、切断・
研磨を行った際に、この大きなボイドＢのため、コイル
パターン２の断面形状が維持できない程になってしま
う。また、図には示していないが、夫々の積層体１の絶
縁層部分にも、ボイドの点在が多く見られる。

【００４４】本発明者らは、有機ビヒクル、その有機ビ
ヒクル中の有機樹脂の量を種々変えた導電性ペーストを
用いて、積層インダクタ１０を作成し、コイルパターン
２・・・周囲のボイドの発生状況を調べた。

【００４５】尚、グリーンシートは、アルミナ３０ｗｔ
％、ホウ珪酸ガラスフリット７０ｗｔ％から成り、シー
ト厚みは３５μｍとして、このシートを６０枚積層し
た。また、コイルパターンは、銀粉末（平均粒径２．５
μｍ）と、エチルセルロースから成る有機樹脂と、２．
２．４−トリメチルー１．３−ペンタンジオールモノイ
ソブチレートとから成る有機溶剤とからなる導電性ペー
ストを用いた。尚、固形成分である導電性粉末１００重
量部に対して、有機樹脂及びそれを含む有機ビヒクルを
表１に示すように秤量した。

【００４６】尚、コイルパターン２・・・となる導体膜
の厚みは７〜１１μｍであり、全体の形状は、５ｍｍ
（長さ）×５ｍｍ（幅）×１．５ｍｍ（高さ）であり、
夫々の印刷作業性、印刷直線性、ボイドの発生を調べ
た。

【００４７】

【表１】

【００４８】以上、表１から理解できるように、試料１
のように、有機樹脂が導電性粉末である固形成分１００
重量部に対して１．０ｗｔ％未満になると、グリーンシ
ート上に導電性ペーストを印刷した導体膜の維持が不可
能となり、印刷直線性が劣化してしまう。

【００４９】また、試料６のように同４．５ｗｔ％を越
えると、焼成工程において、基板材料のガラス成分が軟
化流動を始める約６００℃に達するまでに、完全に分解
されず、その残存分がボイドとして発生してしまう。
尚、このボイドは、試料１２、１３のボイドの発生状況
とは異なり、コイルパターン２・・・の近傍に発生する
（図３（ａ）参照）。

【００５０】また、試料７のように有機ビヒクルが同３
５ｗｔ％未満になると、導電性ペースト化のための混練
工程において、有機ビヒクル不足のため、粘土状態とな
ってしまいスクリーン印刷が実質的に不可能となる。

【００５１】さらに、試料１２、１３のように、有機樹
脂の量がに係わらず、有機ビヒクルが増加してしまう
と、焼成工程において、基板材料のガラス成分が軟化流
動を始める約６００℃に達するまでに、有機ビヒクルが
完全に分解されず、その残存分がボイドとして発生して
しまう。尚、このボイドは、図３（ｂ）に示すようにコ
イルパターン２・・・を取り囲むように発生し、試料６
のボイド発生と明らかに発生メカニズムが相違し、有機
ビヒクル全体が影響していることが判る。尚、試料１３
では、有機ビヒクルが多すぎ、導電性ペーストの粘度が
低くなり過ぎ、スクリーンのメッシュ目に通過でき、印
刷作業性は良好であるものの、グリーンシート上に印刷
された導体膜にニジミが発生してしまう。

【００５２】以上、試料６、１２、１３のようにボイド
が発生するのは、上述のように低温焼成で基板材料及び
コイルパターン２・・・となる導体膜を一体的に焼結す
るため、基板材料においては、アルミナなどの無機物フ
ィラー粒子の境界部分に、低融点ガラスが液相反応で軟
化流動して存在し、無機物フィラー粒子間を強固に結合
するが、その軟化流動が約６００℃という比較的に低い
温度から始まり、この温度で、完全に有機樹脂及び有機
ビヒクルが完全に分解・焼失されなかったことに起因す
る。

【００５３】尚、従来のように、高温で焼成される基板
材料においては、ガラス成分（カルシア、シリカなど）
の軟化開始温度が比較的高い温度であり、この場合に
は、有機樹脂や有機ビヒクルが完全に分解・焼失されて
おり、本発明は、特に、９００℃前後で焼成される低温
焼成多層基板には、非常に有用な技術となる。

【００５４】尚、上述の実施例では、低温焼成多層基板
として、積層インダクタで説明したが、その他に低温焼
成可能な多層配線基板や低温焼成可能な積層コンデン
サ、それらを組み合わせた複合型多層基板などに広く適
用できるものである。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、有機樹
脂及びそれを含む有機ビヒクルの量を適正に制御するこ
とにより、印刷作業性、印刷直線性が維持でき、さらに
焼成過程において、有機樹脂及び有機ビヒクルを完全に
分解・焼失でき、ボイドなどの内部欠陥のない多層基板
が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層基板の一例である積層インダクタ
の外観斜視図である。

【図２】本発明の積層インダクタの積層体部分の分解斜
視図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は、積層インダクタのコイルパタ
ーンに発生するボイドを説明するための模写図である。

【符号の説明】

１０・・積層インダクタ１・・積層体１ａ〜１ｚ・・・絶縁層２、２ｅ〜２ｗ・・・コイルパターン３ａ、３ｂ・・・端子電極４ｅ〜４ｖ・・・ビアホール導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 1/09 Ａ 6921−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス−セラミックから成る絶縁層間に
低抵抗の金属材料から成る内部配線を配した低温焼成多
層基板において、前記内部配線は、固形成分である少なくとも導電性粉末
と、有機樹脂及び有機溶剤から成る有機ビヒクルとから
成り、且つ有機ビヒクルの合計が固形成分１００重量部
に対して３５〜４５重量％であり、有機樹脂が固形成分
１００重量部に対して１．０〜４．５重量％から成る導
電性ペーストを焼成して形成されていることを特徴とす
る低温焼成多層基板。