JPH0719964B2 - 銀系配線セラミック基板 - Google Patents

銀系配線セラミック基板

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、厚膜ハイブリッドICや高速LSI素子搭載用の
セラミック基板に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、通信機器，家電品，コンピュータ等の電子機器に
対する小型化，軽量化，多機能化，高密度化，高信頼性
化が望まれている中で、半導体チップの高集積化や高速
化技術と共に、これらを相互に配線する実装技術の重要
性も増してきている。基板材料としては、有機樹脂系，
金属系及びセラミック系に大別できるが、主にセラミッ
ク系は高品質，高信頼性，長寿命が要求される分野で使
用されるケースが多い。その中で、電気的特性，化学的
安定性，機械的特性，価格の面から、最も広く利用され
ているのがアルミナである。しかし、三次元配線が可能
で、高密度化に有利なグリーンシート多層化法を適用す
るには、アルミナの焼結温度が1500〜1600℃と非常に高
温であるため、同時焼成できる導体として、比抵抗の比
較的高いタングステンやモリブデン等の金属に限られて
しまうという欠点がある。
そこで、低温焼結性セラミックで、ガラスとホストセラ
ミックとの複合系材料が開発されている。このものは低
融点であるために、同時焼成できなかった抵抗の低い金
属を導体として使用することが可能となったわけであ
る。このような金属として、金，銀，銅等が挙げられる
が、金は価格の面から、銅は酸化に対する安定性からバ
イブリッドIC用基板の市場で占める割合は少なく、現在
の主流は銀系といっても過言ではない。しかし、銀系導
体にもマイグレーションの問題があり、パラジウム等の
金属との合金化で対処されている。
銀とパラジウムとの比率は、耐マイグレーション性，半
田濡れ性，半田食われ性，密着性あるいは抵抗値のバラ
ンスを考え、現在80対20が主流であるが、更に抵抗値を
下げ、半田濡れ性やエージング特性の向上を図るため
に、銀比率の高い導体の適用が望まれている。半田食わ
れ性やクロスオーバーガラスとのマッチィング不良，表
面硫化による半田濡れ性劣化、更に銀マイグレーション
性は種々の工夫により回避でき、今後発展する可能性を
十分に有する。
〔発明が解決しようとする課題〕
一方、大型高速コンピュータに用いる多数個のLSIチッ
プを１基板に実装するマルチチップパッケージにおいて
も、配線長を短くでき、多層化による高密度配線が可能
な多層ガラスセラミック基板が注目されているが、配線
材料としては上記に述べた銀系が多く適用されている。
しかし、更に、高密度実装を達成するために、基板のサ
イズは大きくなる傾向にある。その分、基板の焼結を従
来と変わりないものとするには、焼成時間を長くする必
要があり、逆に配線を形成している銀系導体が焼成過程
でガラス内部に拡散し易くなり、焼成後の銀系導体の諸
特性が極端に低下するという問題が生じてしまう。
そこで、本発明の目的はこのような従来の課題を解決す
ることにより、導体特性の非常に安定した銀系のセラミ
ック配線基板を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明に係る銀系配線セラミ
ック基板においては、銀を主成分とする導体とセラミッ
ク絶縁層からなる基板であって、 セラミック絶縁層は、0.1〜2.5重量％の銀を含むことを
特徴とする銀系配線セラミック基板。
〔作用〕
本発明の銀系配線セラミック基板は、セラミック中に0.
1〜2.5重量％の銀を含んでいるため、配線を形成してい
る銀を主成分とする導体の焼成過程におけるセラミック
絶縁層内への拡散が抑制され、焼結後の導体特性が安定
している。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を引用して詳細に説明する。
（実施例１） 第１図は本発明の銀系配線基板を示す断面図である。
第１図に示すように本発明に係る基板は、銀を主成分と
する銅系導体２とセラミック絶縁層１とからなり、セラ
ミック絶縁層１中に0.1〜2.5重量％の銀微粒子３を含む
ものである。４は基板上に実装したIC,LSIチップ、５は
基板の入出力端子である。
本発明の実施例１として、アルミナとホウケイ酸系鉛ガ
ラスの２成分系をセラミック配線基板用原料粉末として
用いた場合について述べる。この複合材料は焼成温度が
900℃と低いため、銀系のペーストを同時焼成用導体と
して用いることができる。例として、銀とパラジウムの
合金系を適用した。また、アルミナよりも誘電率が低
い、熱膨張係数がSi素子とほぼ整合している、アルミナ
とガラスの反応によるアノーサイト相析出が強度を高め
ると共に、銀のマイグレーシヨンを抑制する等の利点も
ある。
さて、製法として高密度実装化に有利なグリーンシート
積層法を使用する場合、まず粉末粒度を制御するため
に、ガラス原料粉末の粉砕を行い、その後アルミナ55重
量％，ガラス45重量％の比率で混合する。さらに、平均
粒径が１〜５μｍ程度の銀の微粒子を所定量添加し、十
分に混合した後に、有機ビヒクルと共に混練し、スラリ
ー状とする。次に、スリップキャスティング成膜法によ
り所望の厚みのグリーンシートを作製し、スルーホール
形成・銀パラジウム導体パターン印刷やヴィア充填印刷
・積層・熱プレスを用い、成形体を作製する。この成形
体を脱バインダー・焼成することにより多層の配線基板
が完成する。
ここで、銀微粒子３の添加比率の範囲を0.1〜2.5重量％
に限定した根拠について述べる。まず、焼成過程におけ
る銀の絶縁層を形成しているガラス相への拡散を防止で
きるだけの添加量が必要である。しかし逆に、添加量が
多すぎると、絶縁層の特性劣化、特に絶縁性が急激に低
下してしまう。そこで、銀微粒子の添加比率を０〜10重
量％の範囲で変化させた場合の銀系導体特性及び絶縁層
の特性への影響を調査した。導体特性としては、抵抗と
焼成後の断面積から算出した銀比率が100重量％と95重
量％の場合の比抵抗を、また絶縁層の特性として、収縮
率，アルキメデス法により算出した焼成体密度,3点曲げ
法により算出した抗折強度,1MHzにおける誘電率及び誘
電損失,50Vの電圧を印加したときの絶縁抵抗，絶縁耐
圧，室温から350℃までの平均熱膨脹係数を各々選択し
た。結果を第１表に示す。絶縁層に銀微粒子を添加しな
い場合、導体の比抵抗は非常にばらつきが大きく、安定
していない。ところが、0.1重量％の銀微粒子を絶縁層
に混入すると、銀の焼成過程における拡散が抑制され、
比抵抗は安定することが分かる。一方、絶縁層の特性に
おいて、銀微粒子の添加比率が2.5重量％を越えると、
劣化が認められる。特に、絶縁抵抗や絶縁耐圧等の絶縁
性は急激に低下してしまう。よって、配線を形成してい
る銀系導体の特性を安定せしめ、かつ絶縁層の特性に支
障を来さない銀微粒子の添加比率は0.1〜2.5重量％とい
うことができる。
（実施例２） 本発明の実施例２として石英ガラス，コーディエライト
とホウケイ酸系ガラスの３成分系をセラミック配線基板
用原料粉末として用いた場合について述べる。この複合
材料も焼成温度が900℃と低いため、銀系のペーストを
同時に焼成用導体として用いることができる。例とし
て、実施例１と同様、銀とパラジウムの合金系を使用し
た。また、本材料は誘電率が4.4と低く、高速伝送化に
有利であり、熱膨張係数もSi素子に整合している。抗折
強度も比較的高く、1600kg/cm2である。なお、混合比率
は重量比で20対15対65である。本材料系に対しても、銀
微粒子の添加比率を０〜10重量％の範囲で変化させた場
合の導体及び絶縁層の特性への影響を調べた。その結果
を第２表にまとめたが、本発明の実施例１と同様、最適
比率は0.1〜2.5重量％であることが分かる。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、銀を主成分とする導体と
セラミック絶縁層からなる基板において、セラミック絶
縁層中に0.1〜2.5重量％の銀微粒子を含むため、配線を
形成している銀を主成分とする導体の焼成過程における
セラミック絶縁層内への拡散が抑制され、焼結後の導体
特性を安定させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の銀系配線セラミック基板を示す断面図
である。 １……セラミック絶縁層、２……銀系導体 ３……銀微粒子、４……IC,LSIチップ ５……入出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】銀を主成分とする導体とセラミック絶縁層
    からなる基板であって、 セラミック絶縁層は、0.1〜2.5重量％の銀を含むことを
    特徴とする銀系配線セラミック基板。
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