JPH0691318B2 - セラミック多層配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子回路部品、特に混成集積回路に使用される
セラミック多層配線基板に関するものである。

（従来の技術） 従来、タングステン、モリブデン等の高融点金属を主成
分とする導体層と絶縁層とを交互に積層した同時焼成セ
ラミック多層配線基板の表面に、銅導体による回路配線
を設けた基板は、高密度化、高周波特性の向上、耐半田
性及び耐マイグレーション性に優れている等の理由から
種々の用途で使用されている。

このセラミック多層配線基板の例としては、第２図に示
すように、セラミック基板１上に、タングステン、モリ
ブデン等の高融点金属を主成分とする導体層２および絶
縁層３を設け、導体層２の露出部４にニッケルまたは銅
によるメッキ層５を設け、さらにその上に銅厚膜導体層
６を形成した構造の基板が、例えば特公昭63-42879号公
報において開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した構造のセラミック多層配線基板
においては、ニッケルまたは銅によるメッキ層５および
銅厚膜導体層６自体に酸素の遮断性がないため、高融点
金属による導体層２の露出部４と表面の銅厚膜導体層６
との接続部（以下、ビア部と記す）において容易に酸素
が侵入し、長時間にわたって高温高湿条件下にさらされ
ると高融点金属導体層の酸化が発生し、断線に至るとい
った現象が表れ信頼性に問題があった。

本発明は上述した課題を解消して、高温高湿条件下に長
時間さらされても高融点金属導体層の酸化がなく、高信
頼性のセラミック多層配線基板を提供しようとするもの
である。

（課題を解決するための手段） 本発明のセラミック多層配線基板は、セラミック基板上
に、高融点金属を主成分とする導体層と絶縁層とを交互
に積層し、この導体層の露出する領域に、銅よりなる導
体層を形成したセラミック多層配線基板において、前記
高融点金属層の露出する領域と銅よりなる導体層との間
に、銅に金又はパラジウムを0.5wt％以上固溶させてな
る耐酸化性保護層を形成し、前記高融点金属層の露出し
た領域をおおうことを特徴とするものである。

（作用） 上述した構成において、高融点金属層と銅導体層との間
に、銅と金又はパラジウムとが固溶した耐酸化性保護層
を形成しているため、高融点金属層と銅導体層との間で
オーミック接触を維持し、かつ機械的な接着性を良好な
範囲に保ちつつ、長時間にわたる高温高湿条件下におい
ても下層の高融点金属導体層を酸化させることがないた
め、高信頼性のセラミック多層配線基板を得ることがで
きる。

本発明のセラミック多層配線基板を得るには、同時焼成
セラミック多層配線基板のビア部に、ニッケルや銅によ
るメッキ層を必要に応じて設け、さらにその上に銅を主
成分として、これに対して金又はパラジウムを0.5wt％
以上含有する金属成分からなる厚膜ペーストを、スクリ
ーン印刷法により付加した後、850〜1100℃の還元雰囲
気中にて焼成（溶融）することにより耐酸化性保護層を
形成した後、銅導体による回路配線を設けることにより
得ることができる。

また、厚膜ペーストの溶融により耐酸化性保護層を形成
する代りに、ビア部に金又はパラジウムのメッキ層を設
けた後、銅導体を重ねて形成し、850℃以上の不活性ガ
ス雰囲気下で熱処理をし、耐酸化性保護層を設ける方法
も可能である。

（実施例） 第１図は本発明のセラミック多層配線基板の一例の構成
を示す図である。以下、第１図を参照して本発明のセラ
ミック多層配線基板の製造方法を説明する。

まず、アルミナ、ベリリア等を主成分とするセラミック
グリーンシート11を公知のドクターブレード法等により
作製する。

次いで、そのセラミックグリーンシート11上にタングス
テン、モリブデン等の高融点金属、即ちセラミックグリ
ーンシート11の焼成温度よりも融点が高く、かつ電気抵
抗の低い金属を主成分とする導体ペーストと、この導体
ペーストの一部が露出するビア部13を有するセラミック
グリーンシート11と同一成分を主原料とする絶縁ペース
トとを、スクリーン印刷により交互に印刷し、第１図に
示すように導体ペーストよりなる高融点金属導体層12と
絶縁ペーストよりなる絶縁層14とを形成する。なお、高
融点金属導体層12および絶縁層14の層数は限られたもの
ではなく、用途に応じた層数とすれば良い。

また、絶縁ペーストのスクリーン印刷のかわりに別個の
セラミックグリーンシート11を用意し、各々のセラミッ
クグリーンシート11に所望の高融点金属導体層12を形成
した後、重ね合わせるシート積層方式による多層化も使
用可能である。

そして、高融点金属導体層12と絶縁層14とが形成された
セラミックグリーンシート11を還元性雰囲気で焼成す
る。焼成条件はセラミックグリーンシート11の成分によ
り定めされるが、例えば1400〜1800℃、５〜180分程度
である。

次いで、焼成後の露出した高融点金属導体層12上に、ニ
ッケル又は銅よりなるメッキ層15を必要に応じて形成す
る。メッキ層15を形成するのは、上層の金属層との濡れ
性の向上を図るためである。メッキ層15の厚みは、１〜
５μｍが適当である。メッキ層15を形成する方法は、電
解、無電解のいずれのメッキ方法でも良く、電極の取り
出しの可否により選択するのが良い。メッキ層15を形成
した後に、メッキ層15と高融点金属導体層12との密着強
度を向上させるために、500〜1200℃、５〜30分間還元
性雰囲気中で熱処理するのも良い。

次いで、本発明によりCuを主成分とし、AuまたはPdを0.
5wt％以上を含有する導電ペーストを、メッキ層15上に
スクリーン印刷する。そしてメッキ層15に定着させるた
めに、導電ペースト層が印刷された基板を、還元性雰囲
気で850〜1100℃で所定時間、熱処理を施して、導電ペ
ースト層を溶融させるとともに合金化させる。この導電
ペースト層は耐酸化性保護層16を形成し、この耐酸化性
保護層16の厚みは、上層に設けられる銅導体層17により
異なるが、５〜30μｍが適当である。耐酸化性保護層16
である所定の合金の溶融温度はペースト中金属成分比に
より最適な温度を選択すればよいが、メッキ成分の耐酸
化性保護層16への過度の拡散を抑えるためにも、1100℃
以下の溶融温度が好ましい。

また、メッキ層15が設けてある場合は、耐酸化性保護層
16である所定の合金との濡れ性が非常に良好であるた
め、溶融、合金化時におけるセルフアライメント性が発
揮され、ビア部を確実におおうことができる。

さらに、熱処理されたセラミック基板の耐酸化性保護層
16および絶縁層14の上に、卑金属、例えば銅を主成分と
する厚膜導体ペーストを所要の回路パターンに印刷す
る。次いで回路パターンが印刷された基板を、N₂等の不
活性ガス雰囲気下で、焼成温度900℃に10分間、合計で6
0分間の焼成スケジュールにて焼成する。このように、
不活性ガス雰囲気下で焼成するのは、銅等の卑金属が
金、銀等の貴金属に比べて酸化しやすいためである。こ
のため炉内雰囲気を不活性雰囲気とするのであるが、完
全に不活性雰囲気にすると厚膜導体層17の接着性に問題
が生じるため、微量の酸素を含む雰囲気ガスにする。た
だし、実際の焼成時に厚膜ペースト中の有機樹脂からな
るバインダーが熱分解して発生する還元性の分解ガスに
より微量の酸素を含む雰囲気ガスが還元性雰囲気となる
ため、焼成時における焼成炉内の雰囲気を抽出型酸素セ
ンサにより分圧測定しながら、炉内の酸素分圧が５〜10
ppm範囲内の一定微量の酸素を含む不活性ガス雰囲気と
なるように、マスフローメータ等により不活性ガス中へ
の酸素添加量を制御する。この焼成により銅導体層17が
形成され、本発明のセラミック多層配線基板を得る。

また、上層に設けられる銅導体層17には前記の厚膜導体
の代りに、フオトリソエッチング技術よるメッキ導体を
用いることも可能である。

なお、必要に応じて、銅導体層17と同時にまたは別工程
により、抵抗体18と保護ガラス層19とを設けることもで
きる。

実施例１ セラミック成分としてアルミナ90wt％の他にシリカ、マ
グネシア等の添加物とポリビニールブチラール等等の有
機バインダーを混合し、ドクターブレード法により、厚
み0.8mmのセラミックグリーンシート11を作成した。

次に、タングステン粉末98wt％、シリカ2wt％のメタラ
イズ成分にエチルセルロースを印刷助剤として加えた導
電ペーストと、セラミックグリーンシート11と同一組成
の粉末にエチルセルロースを印刷助剤として加えた絶縁
ペーストとを、セラミックグリーンシート11上に導電ペ
ーストの１部を露出させて交互に印刷し、高融点金属導
体層12、絶縁層14を形成する積層体を得た。

次いで、その積層体を露点35℃の水素と窒素との混合雰
囲気中で、昇温速度300℃／時間で昇温した後、1550℃
に２時間保持して焼結後、降温速度600℃／時間で降温
し、多層配線基板を得た。

そして、得られた多層配線基板上に露出した高融点金属
導体層12上に、ホウ素系浴の無電解メッキにより３μｍ
のニッケルよりなるメッキ層15を形成した。

次に、ニッケルメッキした多層配線基板を水素雰囲気中
で、950℃で５分間熱処理後、表１に示す成分の導体ペ
ーストを、ビア部13においてニッケルメッキ層15上にス
クリーン印刷し、水素雰囲気中で850〜1100℃で熱処理
して合金化して耐酸化性保護層16を成形した。

さらに、耐酸化性保護層16上に、銅を主成分とする厚膜
導体ペーストをスクリーン印刷し、微量の酸素を含有す
る不活性ガス雰囲気中で900℃に10分間保持し、全体で6
0分かけて焼成して厚膜導体層17を形成し、本発明のセ
ラミック多層配線基板を得た。また、耐酸化性保護層16
としての導体ペーストの成分が本発明範囲外のものを比
較例として準備し、本発明例と同様に、プレッシャーク
ッカーテストを実施した後ビア部の導通抵抗を測定し、
最終的な判定を行った。これらの結果を表１に示す。ま
た、判定は、ビア部を含めたパターンの導通抵抗値の変
化率が５％以上は「×」５％以下は「○」で表してい
る。

表１から明らかなように、主成分CuにAuまたはPdが0.5
〜70wt％含む耐酸化性保護層16を有する試料は、長時間
にわたる高温高湿条件下においてもその下層に延在する
高融点金属導体層12の酸化によるその層12の抵抗値の増
加がないため、十分な性能のセラミック多層配線基板を
得ることができた。

実施例２ ビア部13にAu 30wt％、Cu 70wt％の金属成分重量比から
なるペースト層を印刷形成し、1030℃の還元雰囲気中に
て焼成する以外は実施例１と同様の工程により得られた
セラミック多層配線基板と、耐酸化性保護層を設けない
従来例のセラミック多層配線基板とに対して、プレッシ
ャークッカーテストを実施し、ビア部の酸化、断線不良
の発生数を評価した。結果を表２に示す。

表２の結果から、本発明の所定組成の耐酸化保護層を設
けたセラミック多層配線基板は、従来例と比較して良好
な耐酸化性を有することがわかった。

さらに、上述した本発明のセラミック多層配線基板に対
して、表３に示すように種々の信頼性評価試験を実施し
たところ、表３に示すように各種の信頼性評価試験にお
いて良好な結果が得られ、本発明によれば高信頼度のセ
ラミック多層配線基板を得られることがわかった。

実施例３ 実施例１と同様の工程により得られた同時焼成多層基板
のビア部に、ホウ素系浴の無電解メッキにより３μｍの
ニッケルよりなるメッキ層を形成後、シアン系浴の無電
解メッキにより0.5μｍの金よりなるメッキ層を形成
し、ビア部をおおうように銅を主成分とする厚膜導体ペ
ーストをスクリーン印刷し、微量の酸素を含有する不活
性ガス雰囲気中で900℃に10分間保持し、全体で60分か
けて焼成し、本発明のセラミック多層配線基板を得た。

以上の方法によって得られたセラミック多層配線基板を
プレッシャークッカーテストにかけたところ、実施例２
に示すものには、やや耐酸化が劣るものの、従来例より
は良好な耐酸化性を有することがわかった。結果を表４
に記す。

本発明は上述した実施例のみに限定されるものではな
く、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した
実施例においては、耐酸化性保護層の主成分を銅とした
が、同族の例えばニッケル、コバルト等を使用しても本
発明の効果を示す。また、上述した実施例では、メッキ
層を耐酸化性保護層の下層として設けたが、このメッキ
層は省略することもできる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明のセラミック多
層配線基板によれば、高融点金属層と銅よりなる導体層
との間に、所定組成からなる耐酸化性保護層を設けてい
るため、長期にわたって高温高湿下におかれてもビア部
の密着性、導通抵抗値に異常が発生せず、非常に高い信
頼性を得ることができる。また、ビア部にあらかじめニ
ッケル又は銅によるメッキ層を形成し、厚膜ペーストに
より耐酸化性保護層を設けた場合は、焼成時のセルフア
ライメント性により、ビア部を確実にカバーすることが
できるとともに、印刷時の位置ズレをも解消することが
でき、基板作製工程上非常に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミック多層配線基板の一例の構成
を示す図、 第２図は従来のセラミック多層配線基板の一例の構成を
示す図である。 11…セラミックグリーンシート 12…高融点金属導体層、13…ビア部 14…絶縁層 15…ニッケル又は銅よりなるメッキ層 16…耐酸化性保護層、17…銅導体層 18…抵抗体、19…保護ガラス層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック基板上に、高融点金属を主成分
   とする導体層と絶縁層とを交互に積層し、この導体層の
   露出する領域に、銅よりなる導体層を形成したセラミッ
   ク多層配線基板において、前記高融点金属層の露出する
   領域と銅よりなる導体層との間に、銅に金又はパラジウ
   ムを0.5wt％以上固溶させてなる耐酸化性保護層を形成
   し、前記高融点金属層の露出した領域をおおうことを特
   徴とするセラミック多層配線基板。