JPH07193372A - セラミック多層配線基板およびその製造法並びにセラミック多層配線基板用導電材料 - Google Patents
セラミック多層配線基板およびその製造法並びにセラミック多層配線基板用導電材料Info
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Abstract
層2を内蔵したアルミナ質セラミック多層基板1の表面
にCu導体5を接続し、該Cu導体5の接続部分である
スルーホール3にW/Mo40〜90wt%、Ir,P
t,Ni,Ti,Crの1又は2の10〜60wt%の
混合焼結層を設けたものである。又、アルミナ質多層基
板と内部配線導体並びに混合焼結層は同時焼成とし、そ
こへCuペーストを塗布、印刷して焼成する方法であ
る。混合焼結層にはアルミナ基板との熱膨張率の差を調
整するため30wt%までのAl2O3を含有することが
できる。 【効果】 内部導体と表層導体との接合に優れ、接合強
度並びに導電性にすぐれ、又、精密配線が可能であるた
め、電子回路部品の小型化に有効である。焼成工程を一
部省略することができ、しかも製品の寸法のバラツキも
少ないので、生産性が高く、付加価値の高いセラミック
多層配線基板を製造することができる。
Description
使用されるセラミック多層配線基板およびその製造法並
びにその製造に用いる導電材料に関する。
多層配線基板においては、高融点金属からなる導体を内
蔵させ、その内蔵導体を表面基板のスルーホールから露
出させ、そこに銅を主成分とする金属厚膜を表面導体と
して連接している。このような構成においては接触抵抗
が高く、接着強度も弱くなる欠点がある。そこで、この
ような欠点を防ぐ提案がなされており、例えば特開平3
−218693号公報が知られている。具体的に図3に
基づいて説明すると、基板11と内部配線導体12とを
同時焼成した後、内部配線導体12の表面スルーホール
13から露出している部分をPt,Pdなどのメタロオ
ーガニックペーストにより覆って焼成し、メタライズ層
14を形成し、さらにその上を覆ってCuを主成分とす
るペーストを印刷等により塗布し、焼成することにより
銅厚膜よりなる表面導体15を形成する。
のは多層配線基板としてすぐれたものではあるが、さら
なる改良の余地がある。例えば、焼成工程が基板と内部
配線導体との同時焼成、メタライズ層の焼成、表面導体
形成時の焼成と3段階となり、さらなる工程の短縮が望
まれる。又、焼成に伴う寸法のバラツキが発生し、メタ
ライズ層でスルーホール部の周辺を幅広く完全に覆わな
いと、内部導体が直接表面導体に接触する部分が発生し
て、接続不良が発生する。このように安全を見越してメ
タライズ層を幅広く形成するため、より小型化配線の需
要には完全に応えきれない。表面導体の上にチップ部品
を半田付けすると、半田熱によりスルーホール部分の耐
久性が劣化し、部品実装用ランドとして使用できなくな
る。そのためスルーホール部分を保護体で覆い、その外
側まで表面導体を引き出して、その部分にチップ部品を
半田付けすることが行われる。このことも、さらなる小
型化配線上問題となる。この発明では生産性と品質が高
く、さらに小型化の需要に応えることができるセラミッ
ク多層配線基板を提供するものである。
/およびMoを主成分とする配線導体層を内蔵したアル
ミナ質セラミック多層基板の表面に、Cuを主成分とす
る金属厚膜の表面導体層部分を接続し、該表面導体層の
接続部分であるアルミナ質基板のスルーホール部に、W
又は/およびMo40〜90wt%とIr,Pt,N
i,Ti,Crの1種又は2種以上の10〜60wt%
の混合焼結層を設けてなることを特徴とするセラミック
多層配線基板である。この発明ではアルミナ質基板のス
ルーホール部に、内部導体と表層導体とを接続するW又
は/およびMo40〜90wt%とIr,Pt,Ni,
Ti,Crの1種又は2種以上10〜60wt%の混合
焼結層を設けたことにより品質が安定する。
i,CrはW又は/およびMoの還元力を抑制する金属
で、W又は/およびMoとの代表的な組合せ例はWとI
rである。以下この組合せを主として説明する。すなわ
ち、焼結によりIrはWに固溶し合金化するため、W単
体の成分量が減少し、表層導体焼結時にCuペーストに
働くWの還元力が抑制され、Cu厚膜の焼結反応が安定
し、緻密で高強度でかつ高導電性の膜質となる。又、I
rはCu厚膜の焼成工程で、小量Cu内に固溶して、W
とIrの混合焼結層とCu厚膜との界面近傍に強固な接
合層を形成し、Cu厚膜の接合強度を向上させる。Ir
の含有量が10wt%未満ではWを合金化する量が少な
くW単体の残存量が大で還元力の抑制が十分でなくな
る。又、60wt%を超える含有は基板との同時焼成
時、Ir粉末とアルミナ基板との焼結特性の差が大きく
なるため、スルーホールとしての信頼性が劣化するため
と経済性の見地から不適当である。Irの含有量は35
〜50wt%がより望ましい。
ールの大部分を占めてもよいし、又、その一部分でもよ
い。又、必要に応じてWとIrの混合焼結層に外掛で3
0wt%までのAl2O3を混合してもよい。そうするこ
とによって、アルミナ質基板のスルーホール部分の穴径
の大きい場合などで、スルーホール内に充填する混合焼
結層形成用のペーストとアルミナ質基板材料の同時焼結
時における熱収縮率の差が大きくなって、その結果、基
板の反り等による寸法バラツキが発生することを少なく
することができる。混合するAl2O3の量が30wt%
を超えると混合焼結層の導電性に対する影響が大きくな
るので好ましくない。Al2O3の量は5〜20wt%が
より望ましい。
主成分とする配線導体形成材料を内蔵させてアルミナ質
基板を多層に形成し、その表層の導体との接続部分であ
るスルーホールに、W又は/およびMo粉末40〜90
wt%とIr,Pt,Ni,Ti,Crの1種又は2種
以上の粉末10〜60wt%を有機バインダとともに混
合したペーストを充填し、基板と内部導体を同時に焼成
し、次いで表層にCuを主成分とする導体厚膜形成用ペ
ーストを配して焼成することを特徴とするセラミック多
層配線基板の製造法である。この製造法によれば、従来
技術におけるメタライズ層形成のための焼結工程を省略
することができ、アルミナ質基板と内部導体およびW−
Irに代表される混合焼結層とを同時焼成することがで
きる。
とおりであるが、そのペースト作成に用いる有機バイン
ダとしては通常の例えばエチルセルロース樹脂を主とし
てこれを溶剤に溶解したものを用いる。Cuを主成分と
する導体厚膜形成用ペースとしては、市販の例えば商品
名Du Pont#9922を用いる。なお、この発明
においても混合焼結層にAl2O3を30wt%まで含有
させることができる。この発明の第三は、W又は/およ
びMo粉末40〜90wt%とIr,Pt,Ni,T
i,Crの1種又は2種以上の粉末10〜60wt%を
有機バインダとともに混合してなることを特徴とする多
層配線基板用導電材料である。
発明におけるW又は/およびMo粉末よりなる内部導体
とCuを主成分とする導体厚膜とを接続するための材料
として好適なものである。Ir,Pt,Ni,Ti,C
rの1種又は2種以上はW又は/およびMoの還元力を
抑制する金属であり、最も好ましい組合せは、W−Ir
である。このW−Ir混合物について、その作用を説明
すると、図2に示すように、アルミナ基板1のスルーホ
ール3内の内部導体2の上部に、W−Ir混合焼結層4
材料を充填して同時焼成すると、IrがWへ固溶して合
金化するとともに、一部のIrは内部導体2のWと界面
6において固溶して、接合を強固にする。次にCuを主
成分とする導体厚膜層5のペーストをもって、アルミナ
基板1のスルーホール3におけるW−Ir混合焼結層4
の周囲に塗布し焼成すると、Irの一部はCu厚膜との
界面7においてCuと固溶し、強固な接合層を形成し、
Cu厚膜の接合強度が向上する。又、前述のようにIr
によってCuに対して還元力の強いW単体の成分量が減
少することによりCu厚膜の焼結反応が安定し、緻密で
高強度の表層導体厚膜が形成される。以上は主として、
W−Irの混合物について述べてきたが、MoとIr、
あるいはMoやWとその他のPt,Ni,Ti,Crの
1種又は2種以上の組合せにおいても同等の効果が得ら
れる。
説明する。図1は、本発明製品の一例で、多層のアルミ
ナ質基板1の内部に内部導体2が配置され、その表層ア
ルミナ質基板1のスルーホール3の外面側にW又は/お
よびMoとIr,Pt,Ni,Ti,Crの1種又は2
種以上との混合焼結層4があり、その周辺にはCu厚膜
層5が形成される。最終的にはチップ部品Mをはんだ等
の接合材8を介してCu厚膜層に配置する。
るIr粉末を加え、エチルセルロース樹脂を主として溶
剤に溶解した有機バインダと混合し、ペーストを作成し
た。アルミナ質セラミック基板の表面のスルーホール部
に当該ペーストを充填印刷して基板と同時焼成した。次
に当該スルーホール部を中心として、市販のCuペース
ト(DuPont社製#9922)を2mm×2mm角
の大きさに印刷して焼成し、製品とした。この製品の接
着強度を初期強度と150℃高温保管後の強度で評価し
た。測定方法は、235℃±5℃の溶融半田槽に製品を
浸漬後、2mm×2mm角の大きさのランドに引張試験
用のリード線(線径0.6mmφ)を半田付けし、ピー
ル引張法により、初期強度と150℃で1000時間保
管後の強度を測定した。製品の組成並びに接着強度並び
に評価を表1に示す。併せて比較例として、この発明の
組成外の例の試験結果も表1に併記する。なお比較例の
No.10はPtメタロオーガニックペーストによるメタ
ライズ層をW膜上に形成したものである。
ることによる半田濡れ面積率は良好で、実用上問題のな
いレベルであった。実施例1に示すWとIrとの組成比
のペーストおよびアルミナ粉末を添加したペーストを用
いた例では、いずれも初期強度と高温放置試験後の強度
が大きく良好な結果を得た。Ptメタライズ層形成方式
のNo.10を含めて、比較例においては、初期強度と高
温放置試験後の強度不足が顕著であり、接合性能が実施
例に比して劣っている。
1と同様にして、強度試験をした。混合焼結層形成用ペ
ースの組成と接着強度の試験結果を表2に示す。
を用いた例を表3に示す。
線基板における内部導体と表層導体との接合が優れ、接
合強度並びに導電性にすぐれ、又、精密配線が可能であ
るため、電子回路部品の小型化に有効である。さらに、
この発明の製造法によれば、従来に比して焼成工程を一
部省略することができ、しかも製品の寸法のバラツキも
少ないので、生産性が高く、付加価値の高いセラミック
多層配線基板を製造することができる。
Claims (6)
- 【請求項1】 W又は/およびMoを主成分とする配線
導体層を内蔵したアルミナ質セラミック多層基板の表面
に、Cuを主成分とする金属厚膜の表面導体層部分を接
続し、該表面導体層の接続部分であるアルミナ質基板の
スルーホール部に、W又は/およびMo40〜90wt
%とIr,Pt,Ni,Ti,Crの1種又は2種以上
の10〜60wt%の混合焼結層を設けてなることを特
徴とするセラミック多層配線基板。 - 【請求項2】 混合焼結層がさらに30wt%以下のア
ルミナを含有する請求項1記載のセラミック多層基板。 - 【請求項3】 W又は/およびMo粉を主成分とする配
線導体形成材料を内蔵させてアルミナ質基板材料を多層
に形成し、その表層の導体との接続部分であるスルーホ
ールに、W又は/およびMo40〜90wt%とIr,
Pt,Ni,Ti,Crの1種又は2種以上の粉末10
〜60wt%を有機バインダとともに混合したペースト
を充填し、基板と内部導体を同時に焼成し、次いで表層
にCuを主成分とする導体厚膜形成用ペーストを配して
焼成することを特徴とするセラミック多層配線基板の製
造法。 - 【請求項4】 W又は/およびMo粉末40〜90wt
%とIr,Pt,Ni,Ti,Crの1種又は2種以上
の粉末10〜60wt%にさらに30wt%以下のアル
ミナ粉末を添加して有機バインダとともに混合したペー
ストを用いる請求項3記載セラミック多層配線基板の製
造法。 - 【請求項5】 W又は/およびMo粉末40〜90wt
%とIr,Pt,Ni,Ti,Crの1種又は2種以上
の粉末10〜60wt%を有機バインダとともに混合し
てなることを特徴とする多層配線基板用導電材料。 - 【請求項6】 さらに30wt%以下のアルミナ粉末を
含有する請求項5記載の多層配線基板用導電材料。
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