JPH066046A - セラミック多層配線基板 - Google Patents

セラミック多層配線基板

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JPH066046A
JPH066046A JP15663892A JP15663892A JPH066046A JP H066046 A JPH066046 A JP H066046A JP 15663892 A JP15663892 A JP 15663892A JP 15663892 A JP15663892 A JP 15663892A JP H066046 A JPH066046 A JP H066046A
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JP
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silver
ceramic
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palladium
wiring board
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JP15663892A
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Hiroyuki Hamaguchi
博幸 濱口
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/40Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K3/4038Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections
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    • H05K3/4629Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets
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    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4644Manufacturing multilayer circuits by building the multilayer layer by layer, i.e. build-up multilayer circuits
    • H05K3/4673Application methods or materials of intermediate insulating layers not specially adapted to any one of the previous methods of adding a circuit layer
    • H05K3/4676Single layer compositions

Abstract

(57)【要約】 【目的】配線抵抗の低いセラミック多層配線基板を得
る。 【構成】各配線層を接続するスルーホール3の導体が銀
で構成されているセラミック多層配線基板において、表
面および裏面に露出するスルーホール3をすべて銀−パ
ラジウム−ガラスの複合体4で覆う。 【効果】銀導体を使用したセラミック多層配線基板にお
けるマイグレーションを抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック多層配線基板
に関する。
【0002】
【従来の技術】電子回路の高密度化に伴い、半導体素子
を搭載するセラミック基板も多用されるようになってき
た。セラミック基板には熱伝導率,機械的強度,電気絶
縁性などの点からアルミナ磁器が採用されることが多か
った。しかしながら、アルミナ磁器は焼成温度が150
〜1650℃と高温であり、配線回路をセラミックの焼
成と同時に形成するため適用できる導体はタングステン
またはモリブデンなどの高融点金属材料に限定される。
タングステンおよびモリブデンは焼結し難い材料であ
り、また温室での電気抵抗も5.2または5.5μΩ・
cmと大きい。また、高密度に回路を形成する場合には
配線幅が小さくなるため配線の単位長さ当りの抵抗が大
きくなってしまう。このため、配線抵抗の上昇に伴う電
圧降下によって信号の伝達速度が遅くなってしまう問題
がある。
【0003】導電性に優れた導体材料としては銀(1.
6μΩ・cm),銅(1.7μΩ・cm),金(2.2
μΩ・cm)が知られている。これらの材料の融点は各
々961℃,1083℃,1063℃である。セラミッ
ク多層配線基板にこれらの導体を使用するためには、こ
の融点よりも低温で焼結できるセラミック材料を選定す
る必要がある。なぜならば、導体材料の融点よりも高温
で焼成すると印刷法により形成された導体が融解し、断
線またはショートをおこす恐れがあるからである。
【0004】そこで、現在では低温で焼結が可能なガラ
ス−セラミックを使用して前述の導電性に優れた導体材
料を使用ししたセラミック多層配線基板が実用化の段階
に来ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のセラミ
ック多層配線基板のうち、導電材料に金を用いる場合に
は、金の価格が高いという問題がある。また、銅の場合
には導体を酸化させずにグリーンシートに含まれるバイ
ンダーを焼失させるという問題があり、焼成時に複雑な
雰囲気制御が必要となる。そして、銀の場合にはエレク
トロマイグレーションが発生しやすく信頼性に問題があ
る。エレクトロマイグレーションを防ぐために銀とパラ
ジウムの合金を使用する案もあるが銀にパラジウムを添
加すると導電性が劣化してしまうという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、配
線導体層とセラミック層が交互に積層され、各配線層が
銀を主成分とする導体で構成され、さらに各配線層間が
セラミック層に形成されるスルーホールに充填された銀
を主成分とする導体により接続されているセラミック多
層配線基板において、基板の表面および裏面に露出する
すべてのスルーホールが銀とパラジウムとガラスの複合
体で覆われていることを特徴とする。
【0007】
【作用】セラミック多層配線基板に於けるエレクトロマ
イグレーションについて実験を行ったところ、基板の表
面ではマイグレーションが発生するが、基板内部であマ
イグレーションの発生が抑えられ実用上は問題ないこと
がわかった。従って、基板表面および裏面近傍でのマイ
グレーションを抑えることができれば配線抵抗の低い銀
を主成分としつ導体材料を使用することができる。
【0008】そこで、本発明では基板の表面および裏面
に露出するすべてのスルーホールが銀−パラジウム−ガ
ラスの複合体もしくは銅を主成分とする導体で覆うこと
とした。
【0009】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0010】図1は、本発明の一実施例を示す多層配線
基板の断面図であり、図2は本実施例の基板焼成時の温
度プロファイルである。
【0011】図1において、セラミック層2に形成され
たスルーホール3に銀を主成分とする導体が充填され、
各セラミック層間の接続が行われている。すべてのスル
ーホール3は銀−パラジウムとガラスの複合体4によっ
て覆われている。セラミック材料としてはアナルミナと
ホウケイ酸鉛ガラスによるガラス−セラミックを使用し
た。
【0012】このような多層配線基板は、以下のように
して製造される。
【0013】まず、無機粉末を作成する。平均粒径1.
0〜1.5μmのアルミナ粉末と平均粒径1.5〜2.
5μmのホウケイ酸鉛ガラス粉末を混合比が55:45
となるように秤量した後、ボールミルにて混合すること
によって無機粉末を得る。
【0014】次に、グリーンシートを作成する。無機粉
末に有機溶剤としてエチルセロソルブ,ブチルカルビト
ールを加えさらに結合剤としてポリビニルブチラールを
加えた後、ホモジナイザーにて混合し、泥しょう(スラ
リー)を作成する。そして、泥しょうをドクターブレー
ド法によってキャリアフィルム上に成膜し、乾燥させた
後120mm×120mmに裁断してグリーンシートを
得る。
【0015】そして、グリーンシートに各セラミック多
層配線基板における各セラミック層間の導通を得るため
のスルーホールを形成する。
【0016】次に、スルーホールに充填する導体ペース
トを作成する。銀粉末にビヒクルを加え3本ロールにて
混練し、銀ペーストを得た。
【0017】さらに銀93重量パーセントに対してパラ
ジウム5重量パーセント,無機粉末に使用したホウケイ
酸鉛ガラス粉末を2重量パーセントを秤取した後、ビヒ
クルを加え3本ロールにて混練し、銀−パラジウム−ガ
ラスペーストを得た。ペーストおよび銀−パラジウム−
ガラスペーストに於けるビヒクル組成としては、溶剤と
してテレピン油を用い、有機バインダーとしてエチルセ
ルロース,可塑剤としてヂ−n−ブチルフタレートを溶
かしたものを使用した。
【0018】まず、ルリーンシートのスルーホールに厚
膜印刷法によって銀ペーストを充填する。この充填作業
は必要枚数だけ繰り返す。そして、さに所望の配線パタ
ーンを銀ペーストによって印刷形成する。
【0019】その後、配線パターンを形成したグリーン
シートを所望の順番で積層した後、熱プレスにより一体
化させ積層体サンプルAを得る。尚、熱プレスの条件は
温度100℃,圧力150kg/cm2 とした。
【0020】次に、、積層体サンプルAの表面,裏面に
露出しているすべてのスルーホールを覆うようなパター
ンを表面および裏面に銀−パラジウム−ガラスペースト
によって印刷形成し、サンプルBを得る。
【0021】次に両積層体サンプルを図2に示す温度プ
ロファイルによって空気中で加熱・焼成し2種類のセラ
ミック基板A,Bを得た。尚、焼成時にサンプルBにお
いては基板裏面のパターンが焼成台(セッター)と接着
するのを防ぐために基板と焼成台の間に粒径1〜2μm
のアルミナ粉末を敷いた。セラミック基板A,Bは各セ
ラミック層間を接続するスルーホールおよび配線が銀に
よって構成されており、更にサンプルBは表面および裏
面のスルーホールがすべて銀−パラジウム−ガラス複合
体によって覆われている。
【0022】上記2種類のセラミック基板A,Bにおい
てスルーホール間に電圧を加え、プレッシャークッカー
試験をおこなった。その結果、セラミック基板Aでは2
00時間経過後、エレクトロマイグレーションが原因と
考えられる絶縁抵抗劣化が見られ、1×109 Ω以上あ
った絶縁抵抗が1×106 まで低下した。しかし、セラ
ミック基板Bでは1000時間経過後も絶縁抵抗の劣化
は見られず良好な結果を得た。尚、プレッシャークッカ
ー試験の保管条件は120℃/85%,印加電圧は30
0V/mmである。
【0023】次に、図1の多層配線基板の他の製造方法
について説明する。
【0024】グリーンシートおよび銀ペーストは上述し
た方法と同様な方法によって得る。銅ペーストは銅98
重量パーセントに対して無機粉末に使用したホウケイ酸
鉛ガラス粉末を2重量パーセントを秤取した後、ビヒク
ルを加え3本ロールにて混練して得た。銅ペーストに於
けるビヒクル組成としては、溶剤としてテレピン油を用
いて、有機バインダーとしてアクリル系樹脂を使用し
た。
【0025】まず、グリーンシートのスルーホールに厚
膜印刷法によって銀ペーストを充填する。この充填作業
は必要枚数だけ繰り返す。そして、さらに所望の配線パ
ターンを銀ペーストによって印刷形成する。
【0026】その後、配線パターンを形成したグリーン
シートを所望の順番で積層した後、熱プレスにより一体
化させ積層体サンプルAを得る。尚、熱プレスの条件は
温度100℃,圧力150kg/cm2 とした。
【0027】次に積層体サンプルAを図2に示す温度プ
ロファイルによって空気中で加熱・焼成しのセラミック
基板Aを得た。
【0028】次に、セラミック基板Aの表面,裏面に露
出しているすべてのスルーホールを覆うようなパターン
を表面および裏面に銅ペーストによって印刷形成し、焼
成を行いセラミック基板Cを得た。今回の焼成は銅の酸
化を防止するために酸素濃度10ppm以下の窒素雰囲
気中でのピーク温度900℃,キープ時間15分で行っ
た。セラミック基板Cはセラミック層間を接続するスル
ーホールおよび配線が銀によって構成されており、表面
および裏面のスルーホールがすべて銅とガラスの複合体
によって覆われている。
【0029】上記のセラミック基板Cにおいてスルーホ
ール間に電圧を加え、プレッシャークッカー試験をおこ
なった。その結果、セラミック基板Cに於いても100
0時間経過込も絶縁抵抗の劣化は見られず良好な結果を
得た。尚、プレッシャークッカー試験の保管条件は12
0℃/85%,印加電圧は300V/mmである。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、配線導体
層とセラミック層が交互に積層され、各配線層が銀を主
成分とした導体で構成され、さらに各配線層間がスルー
ホールに充填された銀を主成分とする導体により接続さ
れているセラミック多層配線基板において、基板の表面
および裏面に露出するすべてのスルーホールを銀−パラ
ジウム−ガラスの複合体もしくは銅とガラスの複合体で
覆うことによって、銀導体のマイグレーションを防止す
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す多層配線基板の積層体
断面図である。
【図2】図1に示した実施例の焼成プロファイルを示す
図である。
【符号の説明】 1 セラミック多層配線基板 2 セラミック層 3 スルーホール 4 銀−パラジウウ−ガラス複合体 5 銀導体 6 信号配線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配線導体層とセラミック層が交互に積層
    され、各配線層が銀を主成分とする導体で構成され、さ
    らに各配線層間がセラミック層に形成されるスルーホー
    ルに充填された銀を主成分とする導体により接続されて
    いるセラミック多層配線基板において、基板の表面およ
    び裏面に露出するすべてのスルーホールが銀とパラジウ
    ムとガラスの複合体で覆われていることを特徴とするセ
    ラミック多層配線基板。
  2. 【請求項2】 基板の表面および裏面に露出するすべて
    のスルーホールを覆う導体が銅を主成分とする導体であ
    ることを特徴とする請求項1記載のセラミック多層配線
    基板。
JP15663892A 1992-06-16 1992-06-16 セラミック多層配線基板 Withdrawn JPH066046A (ja)

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Effective date: 19990831