JPH07245481A - 酸化物セラミック回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配線材料として金あるいは金合金を使用して
酸化物セラミックと同時焼成によって内部配線を有する
回路基板を提供する。 【構成】 酸化物セラミック粉末を主原料とするグリー
ンシート１０に金または金合金からなる導体回路１４を
設け、該導体回路１４が表面に露出しないように該導体
回路１４を覆ってグリーンシート１０を積層して一体化
し、金または金合金の融点温度以上での焼成温度で焼成
した後、該焼成により得られた焼結体の内部導体回路の
一部を基板表面に露出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体パッケージ等に用
いられる酸化物セラミック回路基板及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高速化、高集積
化等に伴い、配線回路基板や半導体装置用パッケージな
どに用いるセラミック回路基板に対してこれらの性能を
満足できる諸特性が要求されている。このうち、特に電
気的特性に関しては導体材料のバルク抵抗と絶縁基材の
誘電率が問題とされる。たとえば、伝送線路上の損失は
ほとんどが導体損と誘電体損で反射損の寄与は一般に非
常に低い。信号の伝達速度の遅延は導体回路周囲に蓄え
られる静電容量と導体材料自体の電気抵抗によって大き
くなる。すなわち、これらの成分によって伝達される波
形になまりを生じ、ある一定のスレシュホールド値への
到達に遅れを生じ、これが信号遅延として現れることに
なる。

【０００３】伝達波形がなまることを抑えるためには導
体回路周囲の静電容量いいかえれば導体回路周囲の誘電
率を低くすることと、導体材料自体の電気抵抗値を小さ
くする必要がある。導体材料自体の直流抵抗成分を低減
させることは特性インピーダンスの周波数依存性を小さ
くすることになるので、特性インピーダンスを調整し、
各種導体回路相互の接続部における反射損や挿入損を低
減させる上からも必要とされることである。このような
ことから光通信を中心とする高速、高周波の分野では、
特にこの導体抵抗の低減が求められている。

【０００４】ところで、パッケージ材料などの回路基板
として用いられるセラミック材料のうち従来最も一般的
に用いられているものはアルミナセラミックであるが、
このアルミナセラミックでは同時焼成する導体材料とし
てタングステンあるいはモリブデン等の高融点金属が用
いられている。これはアルミナセラミックの焼成温度が
一般に１５００℃と高温であるため、同時焼成工程中に
融解・蒸発あるいはセラミック成分等と著しい反応を起
こさない導体材料として選ばれたものである。

【０００５】同時焼成によって得られるこれら導体の抵
抗率はそれら本来の比抵抗より一般に高めになる傾向が
あり、たとえばタングステンは本来の比抵抗は５．６×
１０ ^-6Ω・cmであるがアルミナセラミックとの同時焼成
によって得られるタングステン導体の比抵抗は１５×１
０^-6〜２０×１０^-6Ω・cm程度になる。これは不純物や
タングステンの焼結にともなう緻密化程度等の影響であ
ると考えられている。これらタングステンあるいはモリ
ブデン等の高融点金属にくらべて銅や金等の低融点金属
の比抵抗は小さく、たとえば金の比抵抗は２．２×１０
^-6Ω・cmとタングステンのほぼ１／２である。

【０００６】これら低抵抗金属を用いた導体回路をアル
ミナセラミック等の基板表面に後焼成によって形成する
技術が従来から知られている。ここで後焼成とは、いっ
たん１５００℃以上で焼結して得られたアルミナセラミ
ック等の基板上にこれらの低抵抗金属を主成分とするペ
ーストを印刷した後、これら金属の融点以下の温度、具
体的には９００℃〜１０００℃程度の温度で処理して金
属部を緻密化させるものである。こうして得られる導体
の抵抗はたとえば金の場合、３×１０^-6Ω・cm程度の比
抵抗値が得られ、同時焼成タングステンのように本来の
比抵抗値の数倍といった著しい抵抗上昇は一般にみられ
ない。

【０００７】このように、アルミナセラミック等のよう
に１５００℃程度で焼成される基板でもその表面になら
ば金等の低抵抗金属による導体回路を形成することがで
きる。しかし、導体回路の高密度化を達成するためには
内部導体回路が必須であり、この内部導体回路は同時焼
成によらなければその形成は殆ど不可能である。そこ
で、これら銅等の低融点金属の融点温度よりも低温で十
分緻密化可能なセラミック組成を用いてこれら低融点金
属と同時焼成する技術が開発されている。このような組
成のセラミックは一般に低温焼成セラミックと呼ばれ、
その組成としては結晶化ガラスを主成分とするもの、あ
るいは１０００℃以下で十分に流動化するガラスとアル
ミナやムライト等のセラミック粉末を混合したものを主
成分とするものがあり、特に後者のものが一般的である
ことからガラス−セラミック複合セラミックと呼ばれる
こともある。

【０００８】このガラス−セラミック複合セラミックは
たとえば、アルミナ、ムライト、シリカ等から選ばれる
高融点酸化物セラミック粉末あるいは窒化物セラミック
粉末の一種以上とホウケイ酸ガラス等の１０００℃で十
分に流動化するガラス粉末とを体積比１：１前後に混合
して得られる組成をもつ。これにより、上記低抵抗金属
材料を内部導体回路として同時焼成により形成できるよ
うになった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このガ
ラス−セラミック複合セラミックではアルミナ等の従来
の高温で焼成されるセラミックの場合とは異なる種々の
問題を抱えている。その一つは、このセラミックの特性
に関わるものであり、熱伝導率が著しく低いこと、機械
的強度が劣ること、および誘電正接が高いことがあげら
れる。熱伝導率は組成によって変動するが、本来熱伝導
率の低い材料であるガラスを含んでいるため、一般に１
〜３Ｗｍ^-1Ｋ^-1と一般のセラミックとくらべて著しく低
く、たとえばアルミナの熱伝導率１５〜３０Ｗｍ^-1Ｋ^-1
とくらべると１／１０程度であり、高密度化、高出力化
が進む近年の半導体デバイスの実装上問題となる。抗折
強度は一般に２０ｋｇｆ・mm^-2前後でアルミナセラミッ
クの３０〜４０ｋｇｆ・mm^-2にくらべて低く、やはり応
用面での制約を受ける。

【００１０】一方、電気的特性として誘電率が低い点で
アルミナセラミックよりもすぐれるものの高周波領域の
応用で問題となる誘電正接がアルミナセラミックの一般
値５×１０^-4（１ＭＨｚ）に対して２０〜４０×１０^-4
（１ＭＨｚ）と数倍高い点で劣る。また、焼結体はそれ
に用いられるガラスの組成にもよるが、一般に５００℃
前後から軟化がはじまる。したがって、ろう付けなど、
従来の製造に関係して用いられる工程のうち、約５００
℃を超える条件のものは採用できなくなってしまうとい
う問題もある。

【００１１】本発明はこれら問題点を解消すべくなされ
たものであり、その目的とするところは、酸化物セラミ
ックを絶縁基材として用い、基板内部に形成する内部導
体回路を金または金合金を使用して形成した酸化物セラ
ミック回路基板及びその好適な製造方法を提供しようと
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、酸化物セラミッ
クを絶縁基材として導体回路が形成された酸化物セラミ
ック回路基板において、該導体回路のうちの少なくとも
基板内部に設けた内部導体回路が前記酸化物セラミック
と同時焼成により形成された金または金合金からなるこ
とを特徴とする。また、前記酸化物セラミックがアルミ
ナ、ムライトまたはコーディエライトのうちの一種以上
を主成分とするものであるものが良好な熱的特性、電気
的特性および十分な機械的強度が得られる等の点で好ま
しい。また、前記酸化物セラミックが主成分以外に周期
律表中第IIａ族元素化合物、周期律表中第III ａ族元素
化合物またはＳｉＯ₂ のうちの一種以上が合計で0.1〜5
0重量％添加されたものであるものが主成分の諸特性を
著しく劣化させることなく、十分な密度まで緻密化させ
るのに効果的である点で好ましい。また、前記周期律表
中第IIａ族元素化合物がＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯまたは
ＢａＯであり、周期律表中第III ａ族元素化合物がＹ₂
Ｏ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃ またはＣｅＯであるものが入手が容易
で、比較的安価であるため好ましい。また、前記基板表
面の導体回路が、酸化物セラミックを研磨して内部導体
回路の一部を露出させたものであるものが後工程でスク
リーン印刷やスパッタ、蒸着等による表面導体回路を形
成しやすい点で好ましい。また、前記内部導体回路と接
続する基板表面の表面導体回路が、厚膜法または薄膜法
により形成されたものであるものがより高密度な配線構
造を得られる点で好ましい。

【００１３】また、酸化物セラミック回路基板の製造方
法において、酸化物セラミック粉末を主原料とするグリ
ーンシートに金または金合金からなる導体回路を設け、
該導体回路が表面に露出しないように該導体回路を覆っ
てグリーンシートを積層して一体化し、金または金合金
の融点温度以上での焼成温度で焼成した後、該焼成によ
り得られた焼結体の内部導体回路の一部を基板表面に露
出させることを特徴とする。また、アルミナ、ムライト
またはコーディエライトのうちの一種以上を主成分とす
る酸化物セラミック粉末を主原料とするグリーンシート
を用いることが良好な熱的特性、電気的特性および十分
な機械的強度が得られる等の点で好ましい。また、酸化
物セラミック粉末以外に周期律表中第IIａ族元素化合
物、周期律表中第III ａ族元素化合物またはＳｉＯ₂ の
うちの一種以上を合計で0.1 〜50重量％添加したグリー
ンシートを用いることが主成分の諸特性を著しく劣化さ
せることなく、十分な密度まで緻密化させるのに効果的
である点で好ましい。また、周期律表中第IIａ族元素化
合物がＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯまたはＢａＯであり、周
期律表中第III ａ族元素化合物がＹ₂ Ｏ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃
またはＣｅＯであることが入手が容易で比較的安価であ
るため好ましい。また、グリーンシートを積層して一体
化した後、脱バインダー工程および焼成工程を大気中で
行うことが製造時間を短縮し、製造コストを削減できる
点で好ましい。また、焼成工程を経た後、該焼成により
得られた焼結体を研磨することにより、内部導体回路の
一部を基板表面に露出させることが後工程でスクリーン
印刷やスパッタ、蒸着等による表面導体回路を形成しや
すい点で好ましい。また、内部導体回路の一部を基板表
面に露出した後、基板表面に厚膜法または薄膜法により
内部導体回路と接続する表面導体回路を形成することが
より高密度な配線構造を得られる点で好ましい。

【００１４】

【発明の概要】本発明で対象とする酸化物セラミックに
はアルミナ（Ａl₂O₃）、ムライト（３Ａl₂O₃・２Ｓｉ
O₂）、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａl₂O₃・５Ｓｉ
O₂）のうちの一種以上を主成分とするセラミックであ
り、より具体的には純度９９％以上の高純度アルミナセ
ラミック、基板やパッケージ材として多用されている純
度９０〜９７％程度のアルミナセラミック、数パーセン
トの焼結助剤を含むムライトセラミック、ＳｉO₂を含有
するムライトセラミックのうちＳｉO₂非晶質相が５０％
未満のもの、ムライトとアルミナとの複合セラミック、
コーディエライトセラミック及びコーディエライトとム
ライトとの複合セラミック等が含まれる。

【００１５】これら酸化物セラミックと金とを同時焼成
する際には金が１０６３℃以下で溶融して液化し、一
方、酸化物セラミックは一般にこの温度ではほとんど緻
密化しておらず、十分な緻密化のためにはこれより数十
〜数百度高い温度条件で焼成されなければならない。こ
のため、これら酸化物セラミックと金との同時焼成につ
いて以下のような問題が生じる。 (1) 溶融金と酸化物セラミックの主成分あるいは助剤等
副成分との化学的反応。 (2) キャピラリ効果による酸化物セラミック成分粒子間
中への溶融金の浸透。 (3) 溶融して液化した金の蒸発損失。 (4) 酸化物セラミック中への金の拡散。 (5) 酸化物セラミックの主成分あるいは助剤等の副成分
の溶融金中への溶解。 (6) 金と酸化物セラミックとの熱膨張係数の差による応
力発生。 (7) 金と酸化物セラミックとの全プロセス中での体積変
化の差。

【００１６】上記のうち、(1) の溶融金と酸化物セラミ
ックの主成分あるいは助剤等副成分との化学的反応につ
いては、金は本来酸化及び窒化されず、化合物もつくり
難いことが知られているため本系の焼成工程中でもあま
り懸念されないと考えられる。(2) のキャピラリ効果に
よる酸化物セラミック成分粒子間中への溶融金の浸透に
ついては、該酸化物セラミック成分粒子の溶融金に対す
る濡れ性の大小の影響を受けると考えられるが、この濡
れ性は金属やセラミックの熱力学的性質と相関している
他、固体の表面構造等に依存することが知られている。
具体的には、不純物レベルや雰囲気の影響などが濡れ性
に関与するため、かなり複雑な現象となっている。

【００１７】(3) の溶融して液化した金の蒸発損失は一
般に知られる溶融金属の蒸発挙動から考えても当然なが
ら考慮しなければならない現象である。(4) の酸化物セ
ラミック中への金の拡散は上記諸現象とも関わるものと
考えられる。具体的にはたとえば金属としてチタンをア
ルミナセラミックと同時焼成すると、チタンのアルミナ
セラミック中への明確な拡散分布が観察されるが、その
ような現象が金ではどうなるかという問題である。(5)
の酸化物セラミックの主成分あるいは助剤等の副成分の
溶融金中への溶解は固体の液体への溶解現象である。助
剤成分やそれ以外の不純物が溶質元素として溶融金中に
溶け込む可能性は大きいものと考えられる。

【００１８】(6) の金と酸化物セラミックとの熱膨張係
数の差による応力発生については、その結果としてセラ
ミックの破壊や導体回路の断線あるいは焼結体の歪みが
問題となる。金の熱膨張係数は約１４×10^-6／℃、これ
に対してアルミナセラミックは約７×10^-6／℃、ムライ
トセラミックは約４．５×10^-6／℃、ＳｉO₂非晶質相を
５０％以下含むムライトセラミックは約３×10^-6〜４．
５×10^-6／℃、コーディエライトは約２．５×10^-6／
℃、コーディエライトとムライトとの複合セラミックは
これら各成分セラミックの中間の値、すなわち２．５×
10^-6〜４．５×10 ^-6／℃の間の値をとる。以上は室温〜
４００℃程度の温度範囲の値だが同時焼成プロセス中の
特に冷却過程の熱膨張係数差も同程度の比率で関与する
と考えられる。

【００１９】しかしながら、これらの熱膨張係数差がそ
のまま応力の大きさにつながってクラックや断線等の問
題につながるとは限らない。それは金が本来延性金属で
あり上記酸化物セラミックと比べヤング率が低いためで
あり、実際の応力の大きさは金の導体回路部分の大きさ
に依存し、ある一定値以下の幅、長さ及び厚さの場合に
は応力の発生はほとんど無視し得るものと考えられる。

【００２０】(7) の金と酸化物セラミックとの全プロセ
ス中での体積変化の差は特に金が液体状態になる段階以
後に問題となる。すなわち、金が液体状態になる１０６
３℃付近では酸化物セラミックはまだ十分な緻密化が起
こっていないため、焼成前のグリーン段階での内部導体
回路における金の充填率が低い場合にはこの１０６３℃
付近での内部導体回路に空隙ができる。一方、グリーン
段階での内部導体回路における金の充填率がある一定値
以上の場合には溶融金の体積に過剰分が生じ、酸化物セ
ラミックの緻密化が進んだ段階以後において溶融金とセ
ラミックの両方に応力が生じることになる。したがっ
て、このような応力を回避するためにはグリーン段階に
ある金の充填率が１００−〔（焼成後のセラミック充填
率）−（グリーン段階でのセラミックの充填率）〕パー
セント程度である必要がある。

【００２１】上記諸点につき考慮しつつ種々検討した結
果、金あるいは金合金を導体材料として酸化物セラミッ
クと同時焼成して成る回路基板の製造方法として以下の
方法が好適に適用できる。すなわち、アルミナ、ムライ
ト、コーディエライト等の酸化物セラミック粉末を主原
料とするグリーンシートに金からなる平面回路および／
またはビア等の立体回路を設け、これら導体回路を覆っ
て前記グリーンシートにさらに導体回路の形成されてい
ないグリーンシートを積層して一体化した後、１０８３
℃〜１８００℃の範囲にある最適な最高温度で焼成す
る。

【００２２】ここで、導体回路形成用として用いる材料
としてはなるべく高純度の材料を用いるのがよい。金が
不純物を多く含むと一般に融点降下がおこり、そのため
酸化物セラミックの緻密化が始まる温度との差が大きく
なり、また緻密化がはじまる前の酸化物セラミック粉末
との濡れ性が変わり、溶融金が酸化物セラミック中に浸
透しやすくなるからである。金粉末を主成分とするぺー
ストを用いる場合はフリットボンドやケミカルボンド型
の金ぺーストは一般に好ましくない。なぜなら、フリッ
トボンド型の金ぺーストを用いると、金の導体回路中に
低融点ガラス等の介在物が混入することになり、電気的
特性等の金本来の優れた特性が阻害されるからである。
また、ケミカルボンド型の金ぺーストに添加されている
成分、特にカドミウムや鉛等は金の融点を低下させるの
で、より低温から金を液化させてしまい、金の導体回路
周囲のセラミックとの相互作用が問題となる。本発明の
回路基板に用いる導体材料としては、金の他に、Ａｕ−
Ｃｕ系合金、Ａｕ−Ｐｔ系合金、Ａｕ−Ｃｏ系合金、Ａ
ｕ−Ｚｒ系合金等の金合金を用いても好適である。

【００２３】酸化物セラミックの原料粉末は緻密化速度
を適度に速める目的からなるべく粒径の小さいものが好
ましく、少なくとも２μｍ以下の平均粒径をもつものが
よい。また、溶融金属との相互作用を小さくするため、
それ自体、なるべく高純度のものがよい。このような条
件を満たす粉末に有機バインダー、可塑剤、有機溶剤等
を加えてスラリーとするが、緻密化速度を促進しかつ緻
密化の開始温度を下げる目的で一般に焼結助剤を加え
る。焼結助剤としては周期律中第IIａ族元素化合物、周
期律表中第III ａ族元素化合物またはＳｉO₂のうちの一
種以上が合計で０．１〜５０重量％、好ましくは１〜２
０重量％を添加するが、これら成分をすべて酸化物とし
て添加するのがよい。

【００２４】さらに、具体的には一般に酸化物セラミッ
クの助剤として知られているものが好適に採用され、た
とえばＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ₃ 、ＳｒＯ、ＢａＯ、
Ｙ₂Ｏ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ、ＳｉＯ₂ 、３ＭｇＯ・
４ＳｉＯ₂ （タルク）、Ａｌ ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ （カオ
リン）等が好適に用いられ、これらを用いて少なくと
も、後に述べる条件で焼成する限りは前述したような溶
融金との間の問題となる相互作用はみられない。

【００２５】こうして得られたスラリーをドクターブレ
ード法によってグリーンシートとする。グリーンシート
の密度はなるべく高密度にする。これは導体材料である
金が溶融した時点でこの液体金属を取り囲む酸化物セラ
ミックの粉末がより密に充填されているようにすること
で金の酸化物セラミック中での移動を防ぎ、かつ緻密化
速度を速めるためである。グリーンシートの密度を高め
るためにはバインダー及び可塑剤の量を成形に必要な最
小限度にして無機成分そのものの充填密度を上げるこ
と、スラリー中での無機粉末の分散性を高めること、成
形速度や乾燥条件を調整することによって行う。

【００２６】このようにして得たグリーンシートに平面
回路とビアの一方あるいは両方を施す。平面回路は一般
に金箔を接着するか金ぺーストをスクリーン印刷するこ
とで形成できる。一方、ビアはあらかじめグリーンシー
トに設けたスルーホールに金ぺーストを充填することで
形成する。次いで、平面回路あるいはビアを設けたグリ
ーンシートを積層するが、最終的にグリーンシートの積
層体の表面に導体回路が露出しないように積層体の外表
面を導体回路を有しないグリーンシートで覆うように積
層し、加熱および加圧し、必要に応じてグリーンシート
中の有機成分と相溶性のある溶剤を塗布して一体化す
る。加熱および加圧の条件は一般的に５０℃以上で１０
０ｋｇｆ／cm² 以上の圧力とすることが望ましい。

【００２７】このようにして作製したグリーンシートの
積層体の脱バインダー及び焼成を行う。本発明では大気
中で焼成できることが特徴である。従来、アルミナやム
ライト等の酸化物セラミックと内部導体回路との同時焼
成には非酸化性雰囲気が必須であったが、本発明では酸
化物セラミックと内部導体回路とを大気中で同時焼成し
て低抵抗回路を形成することをはじめて可能にしたもの
である。

【００２８】焼成時の最適な最高温度は前記酸化物セラ
ミックの種類と組成により大きく変わり、たとえば通常
の純度９０〜９７％アルミナセラミックは１５００〜１
６００℃、純度９９％以上の高純度アルミナセラミック
の場合は１５００〜１８００℃（超微粉を用いたもので
は１３００〜１５００℃）、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＣａＯ
等を添加した９５〜９９％ムライトセラミックは１４５
０〜１６００℃、純度９９％以上のムライトセラミック
は１５５０〜１７００℃、ＳｉＯ₂ 非晶質相を５０重量
％以上含むムライトセラミックは添加するＹ₂ Ｏ₃ 等の
量にもよるが１２００〜１６００℃、純度８０〜９９％
のコーディエライトセラミックは１０００〜１３５０℃
の各範囲に最適な最高温度がある。

【００２９】本発明では脱バインダー及びそれに続く焼
成工程を大気中で行うことができるため、内部導体回路
を有する従来の酸化物セラミックにくらべて非常に早く
焼結体を得ることができるという特徴があり、脱バイン
ダーと焼成に要する時間を従来の１／２〜１／４にする
ことができる。また、本発明では金または金合金の融点
温度以上１８００℃以下の焼成温度で良好な内部導体回
路の形成を可能にしているから、従来のタングステンメ
タライズでは低過ぎる温度、具体的には約１４５０℃以
下の温度で焼成されるセラミックにも内部導体回路を形
成できるようになった。

【００３０】次にこのようにして得られる金の内部導体
回路を含む酸化物セラミック基板を研磨することにより
該基板の内部導体回路の一部が基板表面に露出するよう
にする。内部導体回路としては平面回路とビアがある
が、多くの場合表面上に露出させる必要があるのはビア
の端面である。続いて、表面に露出された前記内部導体
回路の一部を接続する表面導体回路あるいはパッド状の
表面端子を形成する。その形成については厚膜法あるい
は薄膜法が好適に利用できる。厚膜法ではポスト焼成用
の金ぺーストを用いることができ、フリットボンド型、
ケミカルボンド型いずれの種類も使用できる。このよう
な金ぺーストを基板表面にスクリーン印刷し、大気中で
９００℃前後に加熱することによって表面導体回路を形
成する。

【００３１】ポスト焼成用の銅ぺーストを用いた場合に
は、窒素ガス等非酸化性雰囲気中で９００℃前後に加熱
することにより表面導体回路が形成できるが、金のビア
との接触部で拡散がみられ、抵抗上昇を起こすので好ま
しくない結果となる。一方、薄膜法ではスパッタリン
グ、蒸着等の方法により表面導体回路を直接形成する。
導体材料としてはチタン−ニッケル−金、またはチタン
−白金−金の構成があげられる。また、本発明の酸化物
セラミック回路基板は、必要個所に外部リードやシール
リングを取り付けることにより、半導体装置用パッケー
ジとして使用することもできる。

【００３２】

【実施例】

（実施例１）図１はセラミック回路基板の製造方法の一
実施例を示す。この実施例は酸化物セラミックとしてア
ルミナセラミックを使用した例である。まず、平均粒径
約２μｍの酸化アルミニウム粉末にＭｇＯ、ＳｉＯ₂ 、
ＣａＣＯ₃ を混合して得られた９２重量％アルミナセラ
ミックのグリーンシート１０を成形し（図１(a) ）、こ
のグリーンシート１０に３６０μｍ径のスルーホール１
２を多数形成した（図１(b) ）。次に、市販の金ぺース
ト（ＤｕＰｏｎｔ５７１８Ｄ）１４をスルーホール１２
内に充填して乾燥した（図１(c) ）。

【００３３】次いで、上記のようにして金ペースト１４
を充填したグリーンシート１０を２枚重ね合わせ、さら
に、その積層体の外面に各々金ぺースト１４を印刷して
いないグリーンシート１０を重ね、温度６０℃、圧力２
００ｋｇｆ／cm² で５分間熱圧着して一体化した（図１
(d) ）。このグリーンシート１０の積層体を大気中にて
最高温度１５７０℃で２時間焼成した（図１(e))。得ら
れた焼結体は均一な白色の緻密体で内部のビアがわずか
に透けて見えた。

【００３４】この焼結体の上面および下面を研磨して、
ビア端面を表面に露出させたところ、ビア端面は金本来
の色相で、金属光沢を呈するものとして観察された。図
１(f) は基板を研磨してビア端面を露出させた状態を示
す。この部分のＥＰＭＡによる成分分布検査の結果、金
の分布はビア−セラミック界面からビア以内に限られ、
一方、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａの分布はいずれもセラミ
ック中のみに限られていた。図２〜図６にＥＰＭＡによ
りＡｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａの各成分についてビア
部近傍の平面分布および線分布を示す。

【００３５】（実施例２）焼結助剤として平均粒径約１
μｍの酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）を２重量％添加し
た平均粒径約１μｍのムライト粉を主成分とするグリー
ンシートを用い、実施例１と同様にして積層体を作製し
て焼成を行った。得られた焼結体は均一な白色の緻密体
で、これを研磨して露出させたビア端面をＥＰＭＡによ
り成分検査したところ、本実施例の場合も実施例１と同
様に金の分布はビア部のみに限られ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙの
分布はセラミック側のみに限定されていた。

【００３６】（実施例３）平均粒径２μｍのアルミナ粉
末７７．３重量％、平均粒径約２μｍのムライト粉末１
７．７重量％、平均粒径約１μｍの酸化イットリウム
（Ｙ₂ Ｏ₃ ）５重量％を無機成分混合物として成るグリ
ーンシートに１２０μｍ径のスルーホールを７００μｍ
ピッチで設け、実施例１と同様にしてスルーホールに金
ぺーストを充填した後、グリーンシートを積層して一体
化し、焼成して焼結体を得た。得られた焼結体を固定砥
粒の平面研削盤で研磨した後、ダイアモンド遊離砥粒を
用いたラップ及びポリッシュ機で研磨し、ビア端面を露
出させた（Ｒａ＝０．１μｍ）。次いで、研磨面上にス
パッタ法によりマスクを介してチタン、白金、金の順で
薄膜を形成し、薄膜−ビア−薄膜−ビア−薄膜間の導通
がとれていることを確認した。なお、内部導体回路を基
板表面に露出させる加工方法としては切断加工、超音波
加工、レーザ加工などによることもできる。

【００３７】（実施例４）平均粒径約１０μｍのＳｉＯ
₂ 粉末３１重量％と、平均粒径約１μｍの酸化イットリ
ウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）粉２重量％を添加した平均粒径約２μ
ｍのムライト粉を主成分とするグリーンシートを用い、
実施例１と同様にして焼結体を得た。本実施例の場合も
均一な白色の緻密体が得られ、金の分布はビア部のみに
限られることを確認した。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係る酸化物セラミック回路基板
及びその製造方法によれば、上述したように、従来はタ
ングステンあるいはモリブデン−マンガンといった高抵
抗材料で内部導体回路が形成されていたアルミナやムラ
イト等の酸化物セラミックに比抵抗の小さい金または金
合金を内部導体回路として用いた基板が提供されるか
ら、実用域で実績のある機械的強度に加えて導体損が少
なく高い信号伝播速度を有する回路基板が得られる。ま
た、ムライト、ＳｉＯ₂ 非晶質を含むムライト、コーデ
ィエライトセラミックを用いた場合は低誘電率及び低熱
膨張係数も同時に実現できる。その際、従来のタングス
テン導体等の高融点金属の場合では低すぎる１５００℃
未満の温度で焼成される組成のセラミックにも良好に低
抵抗の内部導体回路を形成することができる。また、本
発明によれば脱バインダー及び焼成工程を大気中で行う
ことができるから、非酸化性雰囲気を用いていた従来の
工程にくらべて工程時間を著しく短縮することができ、
また高価な雰囲気ガスを使用しないので製造コストの低
減を有効に図ることができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化物セラミック回路基板の製造方法を示す説
明図。

【図２】酸化物セラミック回路基板のビア部近傍のＥＰ
ＭＡによるＡｕ成分の平面分布及び線分布を示す。

【図３】酸化物セラミック回路基板のビア部近傍のＥＰ
ＭＡによるＡｌ成分の平面分布及び線分布を示す。

【図４】酸化物セラミック回路基板のビア部近傍のＥＰ
ＭＡによるＳｉ成分の平面分布及び線分布を示す。

【図５】酸化物セラミック回路基板のビア部近傍のＥＰ
ＭＡによるＭｇ成分の平面分布及び線分布を示す。

【図６】酸化物セラミック回路基板のビア部近傍のＥＰ
ＭＡによるＣａ成分の平面分布及び線分布を示す。

【符号の説明】

１０ グリーンシート １２ スルーホール １４ 金ぺースト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 1/03 Ｂ 7011−4Ｅ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化物セラミックを絶縁基材として導体
   回路が形成された酸化物セラミック回路基板において、 該導体回路のうちの少なくとも基板内部に設けた内部導
   体回路が前記酸化物セラミックと同時焼成により形成さ
   れた金または金合金からなることを特徴とする酸化物セ
   ラミック回路基板。
2. 【請求項２】 酸化物セラミックがアルミナ、ムライト
   またはコーディエライトのうちの一種以上を主成分とす
   るものであることを特徴とする請求項１記載の酸化物セ
   ラミック回路基板。
3. 【請求項３】 酸化物セラミックが主成分以外に周期律
   表中第IIａ族元素化合物、周期律表中第III ａ族元素化
   合物またはＳｉＯ₂ のうちの一種以上が合計で0.1 〜50
   重量％添加されたものであることを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の酸化物セラミック回路基板。
4. 【請求項４】 周期律表中第IIａ族元素化合物がＭｇ
   Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯまたはＢａＯであり、周期律表中第
   III ａ族元素化合物がＹ₂ Ｏ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃ またはＣｅ
   Ｏであることを特徴とする請求項３記載の酸化物セラミ
   ック回路基板。
5. 【請求項５】 基板表面の導体回路が、酸化物セラミッ
   クを研磨して内部導体回路の一部を露出させたものであ
   ることを特徴とする請求項１記載の酸化物セラミック回
   路基板。
6. 【請求項６】 内部導体回路と接続する基板表面の表面
   導体回路が、厚膜法または薄膜法により形成されたもの
   であることを特徴とする請求項１または請求項５記載の
   酸化物セラミック回路基板。
7. 【請求項７】 酸化物セラミック粉末を主原料とするグ
   リーンシートに金または金合金からなる導体回路を設
   け、 該導体回路が表面に露出しないように該導体回路を覆っ
   てグリーンシートを積層して一体化し、 金または金合金の融点温度以上での焼成温度で焼成した
   後、 該焼成により得られた焼結体の内部導体回路の一部を基
   板表面に露出させることを特徴とする酸化物セラミック
   回路基板の製造方法。
8. 【請求項８】 アルミナ、ムライトまたはコーディエラ
   イトのうちの一種以上を主成分とする酸化物セラミック
   粉末を主原料とするグリーンシートを用いることを特徴
   とする請求項７記載の酸化物セラミック回路基板の製造
   方法。
9. 【請求項９】 酸化物セラミック粉末以外に周期律表中
   第IIａ族元素化合物、周期律表中第III ａ族元素化合物
   またはＳｉＯ₂ のうちの一種以上を合計で0.1 〜50重量
   ％添加したグリーンシートを用いることを特徴とする請
   求項７または請求項８記載の酸化物セラミック回路基板
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 周期律表中第IIａ族元素化合物がＭｇ
    Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯまたはＢａＯであり、周期律表中第
    III ａ族元素化合物がＹ₂ Ｏ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃またはＣｅ
    Ｏであることを特徴とする請求項９記載の酸化物セラミ
    ック回路基板の製造方法。
11. 【請求項１１】 グリーンシートを積層して一体化した
    後、脱バインダー工程および焼成工程を大気中で行うこ
    とを特徴とする請求項７記載の酸化物セラミック回路基
    板の製造方法。
12. 【請求項１２】 焼成工程を経た後、該焼成により得ら
    れた焼結体を研磨することにより、内部導体回路の一部
    を基板表面に露出させることを特徴とする請求項７記載
    の酸化物セラミック回路基板の製造方法。
13. 【請求項１３】 内部導体回路の一部を基板表面に露出
    した後、基板表面に厚膜法または薄膜法により内部導体
    回路と接続する表面導体回路を形成することを特徴とす
    る請求項７または請求項１２記載の酸化物セラミック回
    路基板の製造方法。