JPH0685466A - 多層回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビアホール導体となるスルーホールに導電性
ペーストを充填した時に、充填したビアホール導体の表
面に発生する凹みを防止し、ビアホール導体の導通不良
を皆無とした多層回路基板を提供する。 【構成】 ガラス−セラミックから成る多層回路基板１
０であって、内部配線３間及び内部配線３と表面配線と
を接続するビアホール導体５が、導電性粉末と、無機バ
インダーと、有機ビヒクルからなる導電性ペーストを焼
成して形成されるとともに、その導電性ペーストのずり
速度１が２６００〜４２００ポイズ、ずり速度５が１０
５０〜１３５０ポイズである。

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多
層回路基板、特にガラスフリットに無機物フィラーを添
加した低温焼成可能な多層回路基板に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子機器に使用される多層回路基
板は高密度化、高速化、高信頼性化、低価格化などが求
められている。従来は、これらの要求に対応するために
銅張りしたエポキシ・フェノールなどを用いた有機基
板、もしくはＭｏ、Ｗなどを配線材料として用いたアル
ミナセラミック多層回路基板が用いられていた。しか
し、近年、先に述べた高密度化等の要求もさらに厳しく
なってきている。前述の有機基板においては熱膨張係数
が高く、熱伝導率が悪いために熱的信頼性に劣り、ま
た、アルミナセラミック多層回路基板においては配線材
料としてＭｏ、Ｗなどを使用するために導体抵抗が高
く、高速化への対応に限界があり、かつ高温焼成である
ため価格にも高いという欠点があった。

【０００３】これらの要求に応えるために、基板材料と
して、ガラスフリットにアルミナ等の無機物フィラーを
添加し、内部配線にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの低融点、低
抵抗の貴金属材料、即ち、低抵抗の金属材料を用いた低
温焼成可能な多層回路基板が提案されている（例えば、
特開昭６１−１０８１９２号公報参照）。

【０００４】ここで、多層回路基板は、低抵抗の金属材
料の内部配線を配置したガラス−セラミックから成る絶
縁層を積層した回路基板本体の表面に、表面配線を配置
するとともに、前記絶縁層内に内部配線間及び内部配線
と表面配線とを接続するビアホール導体を形成した構造
となっている。

【０００５】このような多層回路基板の製造は、まずガ
ラス−セラミックから成るグリーンシートを形成し、こ
のグリーンシートにビアホール導体が充填されるスルー
ホールを形成し、次にこのスルーホール内に導電性ペー
ストを充填し、さらに所定形状の内部配線となる導電性
ペーストで印刷、乾燥する。このように形成されたグリ
ーンシートを複数枚圧着積層して、所定雰囲気、所定温
度条件で一体焼結を行う。その後、焼成した回路基板本
体上に所定形状の表面配線となる導電性ペーストで印刷
形成し、所定雰囲気、所定温度条件で焼きつける。

【０００６】前記多層回路基板の製造工程では、ガラス
−セラミックから成る絶縁層の焼結は、通常のアルミナ
セラミックに比較して、９００℃前後の低温で焼成され
るため、この絶縁層と同時に焼成される内部配線及びビ
アホール導体を構成する導電性ペーストの焼結挙動を絶
縁層（グリーンシート）の焼結挙動と近似させることが
重要である。通常、内部配線、ビアホール導体として、
低融点で且つ低抵抗の金属粉末を主成分とする導電性ペ
ーストが用いられる。しかし、導電性粉末の融点が低い
ために、内部配線と基板の絶縁層との焼結挙動が合わず
基板の反りを生ずる。特に、Ａｕ及びＣｕに比べて融点
が低いＡｇを用いた場合は基板の反りが顕著である。

【０００７】このような基板の反りを解決するために、
内部配線及びビアホール導体を構成する導電性ペースト
に低融点ガラスフリットを添加して焼結挙動を近似させ
ることが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】しかし、内部配線及
びビアホール導体を形成する導電性ペーストにガラスフ
リットを添加したものを用いると、上述の製造工程で、
グリーンシートのスルーホールにビアホール導体となる
導電性ペーストを充填し、さらにグリーンシート上に内
部配線となる配線パターンを印刷し、このグリーンシー
トを複数枚積層する際に、スルーホールの開口で充填し
た導電性ペーストの凹みが発生してしまう。

【０００９】この状態で、焼成工程で、導電性ペースト
のガラス成分が凹みに流入して、ビアホール導体での導
通不良が発生することがある。

【００１０】このような導通不良を解消するには、ビア
ホール導体となるスルーホールに導電性ペーストを充填
した時に、スルーホールに充填した導電性ペーストの表
面が凹まないようにすることが重要となる。この凹み発
生の原因としては、スルーホールに導電性ペーストを充
填する際には、敷紙上にグリーンシートを載置して、内
部配線となる配線パターンの形成と同時にスルーホール
内に導電性ペーストを充填するが、この工程を終了した
後、グリーンシートを敷紙から剥離した時に、この敷紙
上に、スルーホールに充填した導電性ペーストの一部が
残存してしまい、この結果、スルーホール内の導電性ペ
ーストの充填量が不足してしまうため、グリーンシート
の裏面側のスルーホールの開口やまた表面側の開口で凹
みが発生してしまう。

【００１１】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、ビアホール導体となるスル
ーホールに導電性ペーストを充填した時に、充填したビ
アホール導体の表面に発生する凹みを防止し、ビアホー
ル導体の導通不良を皆無とした多層回路基板を提供する
ことである。

【００１２】

【問題点を解決するための手段】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
内部配線を配置した回路基板本体の表面に、表面配線を
配置するとともに、前記内部配線間及び内部配線と表面
配線とをビアホール導体を介して接続して成る多層回路
基板であって、前記ビアホール導体は、導電性粉末と、
無機バインダーと、有機ビヒクルから成り、前記ビアホ
ール導体は、導電性粉末と、無機バインダーと、有機ビ
ヒクルから成り、ずり速度１の粘度が２６００〜３８０
０ポイズで、且つずり速度５の粘度が１０５０〜１３５
０ポイズである導電性ペーストを焼成して形成されてい
る。

【００１３】

【作用】一般に、粘度は、Ｈｅｒｓｃｈｅｈ−Ｂｕｌｋ
ｌｅｙの流動方程式より導かれる。

【００１４】 η＝Ｓ−Ｓ_O ／Ｄ Ｓ−Ｓ_O ＝μＤⁿ 上式で、 Ｓ ：ずり応力 Ｓ_O ：降伏値 Ｄ ：ずり速度 μ ：非ニュートン粘度係数 ｎ ：非ニュートン粘度指数 η ：粘度 本発明で、ずり速度１の粘度は、導電性ペーストの構造
的な粘度を示し、応力の低い状態であり、長期保存後の
安定性やスクリーン印刷した後のスルーホールに充填さ
れた状態の静止形状に大きく寄与する。

【００１５】ずり速度１の粘度が２６００ポイズ未満で
あると、ペーストを長期保存していると、Ａｇなどの導
電性粉末の比重が大きいため、無機バインダー、有機ビ
ヒクル中の有機バインダーが導電性粉末を支えきれず、
導電性粉末の沈降現象を起こし、スクリーン印刷時のス
クリーンメシュの目ずまりが発生してしまい、印刷性を
悪化させる。

【００１６】また、ずり速度１の粘度が３８００ポイズ
を越えると、ペーストを長期保存していると、Ａｇなど
の導電性粉末が互いに凝集してしまい、増粘現象を起こ
してしまう。これは、導電性ペースト中の有機バインダ
ーの配合量などかが相対的に多くなり、導電性粉末が相
互に接触する確立が高くなるためである。

【００１７】本発明でずり速度５の粘度は、スクリーン
印刷時、スキージや印刷直後スクリーンが印刷された導
電性ペーストから剥離された状態の粘度を示し、応力が
かかった状態であり、スクリーンメッシュの通過のし易
さに寄与するものである。

【００１８】ずり速度５の粘度が１０５０ポイズ未満で
あると、導電性ペーストをスクリーン上でスキージで移
動させた印刷した際に、スルーホールに充填したビアホ
ール導体の周囲にニジミが発生しやすく、内部配線パタ
ーンとのマイグレーションなどがによる導通不良が発生
する。

【００１９】また、ずり速度５の粘度が１３５０ポイズ
を越えると、スルーホールに充填した導電性ペースト
が、充填されたことを確認するための敷紙に大量に取ら
れ、ビアホール導体の上部に凹みが発生してしまう。こ
れにより、積層後に上下の内部配線パターンとの導通不
良が発生してしまう。

【００２０】従って、本発明の多層回路基板によれば、
ビアホール導体の凹みが発生することなく、安定してビ
アホール導体を形成することができ、生産性にすぐれ、
且つ導通不良のない多層回路基板が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて詳説する。図
において、多層回路基板１０は、絶縁層２ａ、２ｂ、２
ｃと、内部配線３・・と、表面配線４と、ビアホール導
体５・・・とから成る回路基板本体１と、該回路基板本
体１上形成された表面導体４とから構成されている。

【００２２】回路基板本体１は、絶縁層２ａ、２ｂ、２
ｃの層間に所定回路パターンに対応して内部配線３・・
・が形成され、さらに該内部配線３及び表面に形成され
る表面配線４と内部配線３・・・とを接続するために、
絶縁層２ａ、２ｂ、２ｃを貫くビアホール導体５・・か
ら成り、焼成された回路基板本体１においては、絶縁層
２ａ、２ｂ、２ｃは、絶縁層２ａ、２ｂ、２ｃの焼結反
応により一体化されることになる。

【００２３】絶縁層２ａ、２ｂ、２ｃは、低温焼成可能
なガラス−セラミック材料、例えばＭｇＯ−ＳｉＯ₂ −
Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ
₃ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系、ＭｇＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ 系、Ｃ
ａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃系、ＭｇＯ−ＣａＯ−Ｓｉ
Ｏ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ 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部材を焼成して得られる。尚、無機
物フィラーはガラス成分に対して通常１０〜４５ｗｔ％
程度添加される。

【００２４】内部配線３は、絶縁層２ａ、２ｂ、２ｃ間
に配置され、所定回路パターンを達成する所定パターン
に形成されている。具体的には、グリーンシート部材の
主面に内部配線３となるＡｇ系導電性ペーストを厚膜手
法により形成し、シート部材と同時に焼成することによ
り形成される。

【００２５】ビアホール導体５は絶縁層２ａ、２ｂ、２
ｃ間の内部配線３・・・及び内部配線３・・と表面配線
４・・とを接続するために形成され、具体的にはシート
上にスルーホールを形成して置き、上述の内部配線３・
・・を形成するＡｇ系導電性ペーストを印刷する際に、
この導電性ペーストをスルーホール内に充填し、さらに
シート部材と同時に焼成することにより形成される。

【００２６】表面配線４は、回路基板本体１の一方又は
両主面に所定の高密度パターンで形成されている。表面
配線４は、例えば、マイグレーションを起こしにくいＣ
ｕ系導電性ペーストの印刷、焼きつけにより形成され
る。尚、表面配線４の形成と同時に、回路基板本体１上
に搭載される電子部品６の端子電極パッドや、信号の出
力端子を形成することができる。

【００２７】また、基板本体１の一方又は両主面に必要
に応じて電子部品６などが搭載される。

【００２８】次に、上述の多層回路基板１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
を所定組成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。

【００３０】このペーストをドクターブレード法で１０
０〜２００μｍのガラス−セラミックテープを作成す
る。

【００３１】次に、このテープ部材を複数又は１つの多
層回路基板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部材を作成する。

【００３２】次に、絶縁層２ａに対応するグリーンシー
ト部材に、ビアホール導体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。この時、スルーホールの
穴径は８０〜２３０μｍである。具体的にはグリーンシ
ート部材の厚みをｘ、スルーホールの穴径をｙとした
時、ｙ／ｘ（穴径／厚比率：α値）が０．５〜１．３の
範囲になるように設定する。尚、絶縁層２ｂ、２ｃに対
応するグリーンシート部材についてもパンチング加工を
行う。

【００３３】次に、スクリーン印刷装置の印刷基準面
に、敷紙を敷いて、該敷紙上に上述のスルーホールが形
成されたグリーンシート部材を載置し、スクリーン印刷
法によって導電性ペーストをスルーホールに充填する。
また、スルーホールの充填が終了した後、導電性ペース
トをもちいて内部配線３となる配線パターンをスクリー
ン印刷する。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スルーホール内に
導電性ペーストが充填し、且つグリーンシート上に内部
配線３となる配線パターンを形成してもよい。

【００３４】次に、前記敷紙から印刷を施したグリーン
シート部材を剥離する。この時、スルーホールに完全に
導電性ペーストが充填されていれば、敷紙上に導電性ペ
ーストが残存するため、充填の良否を判別することがで
きる。

【００３５】次に、このグリーンシート部材を、所定回
路パターンに応じて、複数枚（図では絶縁層２ａ、２
ｂ、２ｃの３枚）積層し、熱圧着を行い、未焼成の回路
基板本体１を作成する。

【００３６】次に、未焼成の回路基板本体１を、１つの
多層回路基板が抽出できるように、プレス成型によりス
ナップラインを形成する。

【００３７】次に、未焼成の回路基板本体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、グリーンシート部材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、グリーンシート部
材の主成分であるガラス−セラミックの焼結反応及び内
部配線３、ビアホール導体５を焼結反応を行う焼結工程
から成る。これにより、焼結された回路基板本体１が完
成する。

【００３８】次に、回路基板本体１の一方又は両主面に
Ｃｕ系導電性ペーストを用いて、所定表面配線４となる
配線パターンを印刷し、さらに乾燥する。

【００３９】次に、表面配線４を形成した回路基板本体
１を還元性雰囲気又は中性雰囲気で８７０℃以下の温度
で焼成して、回路基板本体１に表面配線５を焼きつけ
る。

【００４０】さらに、必要に応じて、電子部品６を回路
基板本体１の表面配線４上に搭載し、スナップラインに
沿って分割して、多層回路基板１０を抽出する。

【００４１】尚、上述の実施例において、内部配線３、
ビアホール導体５と表面配線４とが同一条件で焼成可能
な場合、例えば、内部配線３、ビアホール導体５と表面
配線４とが共に、Ａｇ系導体（Ａｇ単体、又はＡｇ−Ｐ
ｄのようなＡｇ合金）、Ｃｕ系導体などの場合には、焼
結工程を表面配線４の配線パターンを形成した後の１回
にすることができる。またスナップラインに沿って分割
する工程を電子部品６の搭載前にするなど、工程順序を
変えることが可能である。

【００４２】本発明は、ビアホール導体５の表面部分で
の凹みが形成されないように、内部配線３及びビアホー
ル導体５を形成する導電性ペーストを厳密に管理するこ
とが重要である。

【００４３】この導電性ペーストは、導電性粉末と、無
機バインダーと、主に有機バインダーと有機溶剤からな
る有機ビヒクルとを均質混練して作成される。

【００４４】導電性粉末は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びその
合金などの低抵抗の金属材料が用いることができるが、
コストや焼成雰囲気を考慮して、Ａｇ系の導電性粉末を
用いることが望ましい。このＡｇ系導電性粉末の平均粒
径３〜８μｍである。

【００４５】無機バインダーは、屈伏点が７００〜８７
０℃のホウ珪酸系ガラスフリットやβ−石英固溶体など
が用いられる。この無機バインダーによって、絶縁層２
ａ〜２ｃのガラス−セラミック材料の焼結挙動を近時さ
せることができ、焼結後に導電性粉末間の均一に分散さ
れ、導電性粉末を強固を接合させるとともに、絶縁層２
ａ〜２ｃと導体との間で一定の接合強度を得るものであ
る。

【００４６】有機ビヒクルを構成する有機バインダー
は、導電性ペースト中における導電性粉末及び無機バイ
ンダーを均質に分散させ、また焼成されるまでの配線パ
ターンを印刷形状を維持させるものであり、例えば、重
量平均分子量が７．２×１０⁴〜２．１×１０⁵ のエチ
ルセルロースなどが用いられる。

【００４７】有機ビヒクルを構成する有機溶剤は、有機
バインダーとともに、導電性ペーストの粘度を所定粘度
に制御して、印刷性の向上させるものであり、例えば
２．２．４−トリメチルー１．３−ペンタンジオールモ
ノイソブチレートが用いられる。尚、分散剤として、例
えばポリ燐酸エステルが添加される。尚、有機バインダ
ーは、有機ビヒクル中の３〜５ｗｔ％と設定する。

【００４８】ここで、重要なことは、導電性ペーストの
粘度を、ずり速度１で２６００〜３８００ポイズ、ずり
速度５で１０５０〜１３５０ポイズにする調整すること
である。

【００４９】このような導電性ペーストを用いて、ビア
ホール導体５を形成するために、スルーホール内に充填
すれば、導電性ペーストの粘度を適正化することができ
るため、導電性ペーストをスルーホールに充填し、敷紙
からシート部材を剥離した時に、敷紙側に取られるペー
スト量を極小化させることができ、内部配線３との導通
を良好にすることができる。

【００５０】また、長期保存性、スクリーンメッシュの
通過性が向上して、印刷精度が向上する。

【００５１】（実験１）本発明者らは、導電性粉末とし
てＡｇ粉末を、無機バインダーとしてホウ珪酸系ガラス
フリットを、有機ビヒクル中の有機バインダーとしてエ
チルセルロースを、有機ビヒクル中の溶剤として２．
２．４−トリメチルー１．３−ペンタンジオールモノイ
ソブチレートを、有機ビヒクル中の分散剤としてポリ燐
酸エステルを、夫々表１に示す含有量で、導電性ペース
ト試料を作成し、そのずり速度１及びずり速度５の粘度
を測定して、厚み１８０μｍのシート部材上に所定内部
配線３のパターンを形成して、上述の製造方法で多層回
路基板１を作成し、ビアホール導体５の断線の有無、導
電性ペーストを３カ月間放置して、導電性粉末成分の沈
降状態及びビアホール導体周囲のニジミ状況を確認し
た。

【００５２】尚、ずり速度１及びずり速度５の粘度は、
東機産業製ＶＩＳＣＯＩＮＣ ＥＣ型粘度計を用いて測
定し、ビアホール導体５の断線の有無は、任意の電極間
を４端子法により１００ポイント測定した。

【００５３】

【表１】

【００５４】その結果、試料番号１では、ずり速度１の
粘度が４１００と高いため、３カ月間の放置により固形
成分（導電性粉末及び無機バインダー）の沈降現象が発
生してしまい、長期保管に適したペーストが達成できな
い。

【００５５】試料番号４では、ずり速度１の粘度が２５
５０と低いため、３カ月間の放置により固形成分の沈降
現象が発生してしまい、長期保管に適したペーストが達
成できない。

【００５６】また、試料番号５では、ずり速度５の粘度
が１４５０と高いため、ビアホール導体を印刷して、グ
リーンシートを敷紙から剥離する際に、充填された多量
の導電性ペーストが取られてしまい、ビアホール導体の
開口部に凹みが発生してしまい、これにより導通不良が
発生してしまう。

【００５７】また、試料番号６では、ずり速度５の粘度
が１００５と低いため、ビアホール導体の周囲にニジミ
が発生してしまう。また、３カ月間の放置後の印刷にお
いても印刷の精度が劣化したままである。

【００５８】以上のように、ビアホールとなるスルーホ
ールに充填する導電性ペーストとして、ずり速度１の粘
度を２６００〜４２００ポイズ、且つずり速度５の粘度
を１０５０〜１３５０ポイズにすることにより、スルー
ホールに充填された導電性ペーストの上部開口に凹みが
発生せず、また、ビアホール導体の周囲にもニジミが発
生せず、内部配線３や表面配線４との良好な導通が達成
できる。

【００５９】また、３カ月放置後の印刷によって、良好
な印刷性が可能となる長期保存に適した導電性ペースト
となり、生産性が大幅に向上する。

【００６０】尚、本発明において、グリーンシート部材
に、内部配線及びビアホール導体を形成するための導電
性ペーストのずり速度１及びずり速度５の粘度がが極め
て重要であって、有機ビヒクルとして、所定粘度の範囲
が維持できれば、その他に消泡剤などを添加してもよい
し、その他のペースト、即ちグリーンシート部材を形成
する絶縁ペーストや表面配線を形成する導電性ペースト
の組成物や、多層回路基板の構造、製造工程などは種々
の変更が可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、少なく
ともビアホール導体となる導電性ペーストがずり速度１
が２６００〜４２００ボイズであり、ずり速度５が１０
５０〜１３５０ボイズとなっているため、多層回路基板
中のビアホール導体の導通不良のない多層回路基板が実
現できる。また、導電性ペーストの混練状態が安定し、
長期保存に適し、また印刷性の向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層回路基板の断面構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・回路基板本体 ２・・基板本体 ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・シート ３・・・内部配線 ４・・・表面配線 ５・・・ビアホール導体 ６・・・電子部品 １０・・多層回路基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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置した回路基板
   本体の表面に、表面配線を配置するとともに、前記内部
   配線間及び内部配線と表面配線とをビアホール導体を介
   して接続して成る多層回路基板であって、 前記ビアホール導体は、導電性粉末と、無機バインダー
   と、有機ビヒクルから成り、ずり速度１の粘度が２６０
   ０〜３８００ポイズで、且つずり速度５の粘度が１０５
   ０〜１３５０ポイズであ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多層回路基板。