JPH07326835A - 低温焼成セラミック回路基板 - Google Patents
低温焼成セラミック回路基板Info
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Abstract
線となる導体膜との焼結挙動を近似させ、表面配線の半
田濡れ性、基板との接合強度が良好で、且つ半田食われ
が発生しせず、しかも基板の反りを発生させることがな
い、安価な低温焼成セラミック回路基板を提供する。 【構成】800〜1000℃で焼成可能なガラス−セラ
ミック材料から成る単層または多層の基体1上に、表面
配線2となる導体膜をAg、Ptを含む導電性ペースト
の塗布によって形成した後、前記基体1及び前記導体膜
を一体的に焼成して成る低温焼成セラミック回路基板1
0において、前記基体1は、ガラス成分の結晶化温度が
焼成温度よりも低く、且つ軟化点が550〜650℃と
したガラス−セラミックからあり、前記表面配線2とな
る導体膜が、少なくとも0.5wt%のPtを含むAg
系導体から成る。
Description
料から成る単層または内部配線となる導体膜を挟持・積
層した多層の基体上に表面配線となる導体を一体的に焼
結した低温焼成セラミック回路基板に関するものであ
る。
板は、基板材料をガラスとアルミナなどの無機物フィラ
ーから成り、これにより、焼成温度を800〜1000
℃で可能とすることで、低抵抗導体材料であるAu、A
g、Cuなどを内部配線として用いることができるよう
になった。
おいては、デラミネーションなどが発生せず強固に接着
すること、焼結挙動が近似し基板の反りが発生しないよ
うに、特に基板材料のガラス成分を調整し、また内部配
線となる導体膜の導電性ペースト材料を調整していた。
面には表面配線が形成されるが、一般に焼成した後に、
Ag、Cuなどの導電性ペーストを別途印刷し、焼きつ
けていた。これは、表面配線には半田などを介して電子
部品などが搭載されため、接着強度が強いこと、基板に
反り変形などを与えないことに加え、半田濡れ性が良好
なことが要求されるためである。
基体に形成し、基体と低温で同時焼成したセラミック多
層回路基板が、例えば特公平4−77403号に提案さ
れている。
dを主成分として、さらに、Cr、TiO2 、Thを所
定量添加した金属粉末を用いた導電性ペーストによって
形成されるものであった。
術では、表面配線では、Ag、Pdを添加した場合、例
えば、Pdの添加量が比較的少ない場合には、表面配線
上に半田を介して電子部品を接合する半田による半田食
われが顕著となってしまう。
の添加量を増加させると、焼成時の比較的低い温度から
AgとPdとの反応が顕著となり、導体自身を硬化させ
てしまい、基板から剥離が発生しやすい傾向があり、ま
た、高価となってしまう。
代えてPtを用いることが考えられる。この場合、Pt
の添加量は、Ag、Pt等の金属成分中、少なくとも
0.5wt%添加すればよく、添加量も少なくて済み、
コスト的にも有利となる。
性ペーストにより形成された導体膜の収縮開始温度は約
600℃以下で始まり、収縮終了温度が750〜800
℃程度となり、一般のガラス−セラミック材料からなる
基体側の収縮挙動に合わなく、例えば、導体膜の収縮終
了温度前後でガラス−セラミック材料のガラスの軟化や
結晶化反応が行われるため、基体側に反りが発生してま
う。
たものであり、その目的は、基体側の焼結挙動とAg、
Ptを含む表面配線となる導体膜との焼結挙動を近似さ
せ、表面配線の半田濡れ性、基板との接合強度が良好
で、且つ半田食われが発生せず、しかも基板の反りを発
生することがない、安価な低温焼成セラミック回路基板
を提供するものである。
00℃で焼成可能なガラス−セラミック材料から成る単
層または多層の基体上に、表面配線となる導体膜を一体
的に焼成して成る低温焼成セラミック回路基板におい
て、前記基体は、ガラス成分の結晶化温度を焼成温度よ
りも低く、且つ軟化点を550〜650℃としたガラス
−セラミック材料から成るとともに、前記導体膜を、少
なくとも0.5wt%のPtを含むAg系導体から成る
低温焼成セラミック回路基板である。
ラス−セラミック材料の基体上に、少なくとも0.5w
t%のPtを含むAg系導電性ペーストでもって表面配
線となる導体膜を形成した後に一体焼結した低温焼成セ
ラミック回路基板である。
は、結晶化ガラスと無機物フィラーとから成り、焼成前
においては、結晶化ガラスを構成するガラス成分、無機
物フィラー、スラリー化またはテープ化するための有機
バインダー、有機溶剤などのビヒクルを含むものであ
る。
バライト、石英、コランダム、ムライト、ジルコニア、
コージェライトなどが例示でき、1種類または複数種類
を含むものであり、総称してセラミック材料という。こ
のセラミック材料の平均粒径は、1.0〜6.0μm程
度が望ましい。
イト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイ
ト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換
誘導体の結晶であり、焼成後に少なくともその1種類を
析出するようにガラスフリットの組成を制御する。
析出させるためのガラスフリットとの組成は、SiO2
−Al2 O3 −B2 O3 −CaOなどが例示でき、コー
ジェライト/ガーナイト/アノーサイト系のの結晶化ガ
ラスを析出させるためのガラスフリットとの組成は、M
gO−Al2 O3 −SiO2 −ZnO−CaO−B2O
3 などが例示でき、コージェライト/ガーナイト/ウイ
レマイト系のの結晶化ガラスを析出させるためのガラス
フリットとの組成は、MgO−Al2 O3 −SiO2 −
ZnO−B2 O3 などが例示できる。
〜5.0μm程度が望ましい。
材料の焼成における収縮開始温度、即ちガラスフリット
の軟化点温度を550〜650℃に制御するためには、
上述のガラス組成中に、PbO、B2 O3 などを添加す
るとともに、その添加量により制御することができる。
成比率は、セラミック材料が10〜60wt%、好まし
くは30〜50wt%、ガラス材料が90〜40wt
%、好ましくは70〜50wt%である。セラミック材
料が10wt%未満で、ガラス材料が90wt%を越え
ると、焼成後の基板の強度が低下してしまい、セラミッ
ク材料が60wt%を越え、ガラス材料が40wt%未
満であると、基体の緻密性が損なわれる。
は、金属粉末としてAg、少なくともPtを含み、さら
にペースト化するために有機バインダー、有機溶剤など
のビヒクルを均質混合されたものを用いる。
れるため、表面配線には、実質的にAg、Ptが夫々単
体の状態、または固溶した状態で、または合金の状態で
存在することになる。
gが99.5wt%以下、Ptが0.5wt%以上であ
る。尚、Ptは高価な材料であるため、その添加量は少
ない程望ましい。また、Ptの添加量が5〜10wt%
以上添加しても、添加した割りに半田濡れ性、基体との
接合強度、反りなどの効果の伸びは小さく、10wt%
を越えてもその効果は頭打ちとなってしまう。従って、
Ptの実用的な範囲を考慮すれば、Ptの上限は10w
t%程度であり、好ましくは5wt%と言える。
高めるために、Pdを10wt%を上限に添加しても構
わない。10wt%を越えると、上述した従来技術での
問題が発生してしまう。
上での金属粉末の実用的な一範囲として、Ag粉末が8
0〜99.5wt%、Pt粉末が0.5〜10wt%、
Pd粉末が0〜10wt%が挙げられる。上述のAg粉
末の平均粒径は0.2〜7.0μmで、より好ましくは
0.5〜5.0μmである。この範囲から外れると焼成
後の基体の反りが顕著となる。
また、Agとの共沈反応による粉末を用いたり、Ag粉
末にコーティングした状態で用いてもよい。
ガラス、SiO2 、Bi2 O3 などの金属酸化物や焼成
後に金属酸化物となる例えばシランカップリング剤など
を添加しても構わない。このホウケイ酸低融点ガラスや
金属酸化物等は、主に基体との接合強度を向上させるた
めに添加するものである。尚、過剰の添加は、表面配線
の表面にホウケイ酸低融点ガラスや金属酸化物などが析
出することになるため、逆に半田濡れ性を低下させてし
まう。このため、ホウケイ酸低融点ガラスの添加は、
1.0wt%以下にし、金属酸化物の添加は、5.0w
t%以下にすることが重要である。
料を含むスラリーから形成したグリーンシートを用い、
内部のグリーンシート上にビアホール導体を含む内部配
線となる導体膜を形成する。また、表層となるグリーン
シート上に上述の導電性ペーストの印刷により、ビアホ
ール導体を含む表面配線となる導体膜を形成する。
どが付着することがないため、軟化点が600℃前後の
低融点ガラスの添加したAg系導電性ペーストを用いて
も構わない。
慮して積層する。
リーと内部配線となる導電性ペーストとを塗布・印刷を
繰り返し、表層となる絶縁層をガラス−セラミック材料
を含むスラリーを塗布・印刷し、乾燥後、上述の導電性
ペーストでビアホール導体を含む表面配線を印刷により
形成する。尚、ガラス−セラミック材料を含むスラリー
に光硬化可能なモノマーを添加しておき、グリーンシー
ト、または塗布・印刷した絶縁膜を選択的な露光・現像
処理しても構わない。
る。焼成処理は、大気雰囲気・中性雰囲気で処理され
た、積層体内の有機ビヒクルを焼失させる比較的低い温
度、例えば500℃までの脱バンダー工程と、それ以上
の温度からピーク温度800〜1000℃、例えば95
0℃までの焼結工程とからなる。
じて表面配線に接続するように厚膜抵抗体膜を形成した
り、絶縁保護膜を形成する。
よって電子部品の接合を行う。
が、少なくとも0.5wt%のPtを含むAg系導体か
ら成っているため、従来のPdを含むAg系導体に比較
して、半田濡れ性、基板との接合強度が同等程度に維持
でき、さらに、半田食われ性が向上する。
体膜は、収縮開始温度が約600℃、収縮終了温度が約
750〜850℃となるものの、この導体膜と一体的に
焼成する基体(積層体)は、軟化点が550〜650℃
となるガラス成分を含有するガラス−セラミック材料を
用いているため、表面配線となる導体膜とガラス−セラ
ミック材料の焼結挙動を近似させることができるため、
基板側に反りなど発生を防止できる。
晶化温度が、焼成温度よりも低いために、焼結工程にお
いて、ガラス成分が結晶化され、表面配線となる導体膜
上に浮き上がることもなくなる。
配線に用いたものに比較にして、安価で、高密度化、電
子部品との接合信頼性の高い表面配線を有する低温焼成
セラミック回路基板となる。
1は本発明の低温焼成セラミック回路基板の断面図であ
る。尚、基板は複数のガラス−セラミック層が多層化さ
れた積層回路基板を例に説明する。
路基板であり、低温焼成セラミック回路基板10は、積
層体(基体)1と表面に形成された表面配線2から構成
され、さらにこの表面配線2上には半田6を介して電子
部品5が搭載されている。
ック層1a〜1gからなり、その層1a〜1g間には、
内部配線3が形成されている。また、各ガラス−セラミ
ック層1a〜1gには、その厚み方向に内部配線3間を
接続するため、また内部配線3と表面配線2とを接続す
るためのビアホール導体4が形成されている。
製造方法を簡単に説明すると、まず、ガラス−セラミッ
ク層となるグリーンシートを作成する。例えばグリーン
シートは、例えば、SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 −
CaO−PbOなどのガラス粉末、例えばアルミナセラ
ミック粉末の無機物フィラーと、例えばアルキルメタク
リレートなどの有機バインダーと、例えばDBPなどの
可塑剤と、例えばトルエンなどの有機溶剤とを混合し、
ボールミルで48時間混練しスラリーを形成する。 こ
こで、セラミック粉末、結晶化ガラスとなるガラス粉末
の混合比率は、セラミック粉末30wt%、ガラス粉末
70wt%である。
よりテープ成型を行い、所定寸法に切断してグリーンシ
ートを作成する。
線3と表面配線2とを接続するビアホール導体4となる
貫通穴を、夫々のグリーンシートの所定位置にパンチン
グなどにより穿設する。
用いて、表層のガラス−セラミック層1aとなるグリー
ンシートの貫通穴に充填するとともに、そのグリーンシ
ート上に所定形状の表面配線2となる導体膜を印刷形成
する。
は、所定量のAg粉末、Pt粉末、必要に応じて所定量
のPd粉末などの金属粉末と、必要に応じて例えば所定
量のホウケイ酸系の低融点ガラスと、、必要に応じて例
えばSiO2 、Bi2 O3 などの金属酸化物と、例えば
エチルセルロースなどの有機バインダーと、例えば2.
24−トリメチル−1.3−ペンタジオールモノイソブ
チレートなどの有機溶剤を混合して、3本ロールミルで
混練して形成する。
用いて、内部側のガラス−セラミック層1b〜1 とな
るグリーンシートの貫通穴に充填するとともに、そのグ
リーンシート上に所定形状の内部配線3となる導体膜を
印刷形成する。
は、例えば所定量のAg粉末などの低抵抗金属粉末と、
例えば所定量のホウケイ酸系の低融点ガラスと、例えば
エチルセルロースなどの有機バインダーと、例えば2.
24−トリメチル−1.3−ペンタジオールモノイソブ
チレートなどの有機溶剤を混合して、3本ロールミルで
混練して形成する。
積層順序に応じて、積層して、積層体1を形成して、一
体的に焼成する。具体的には、焼成処理は、昇温過程で
500℃前後までの脱バインダー工程と、950℃まで
の焼結工程とから成る。
層体1の各ガラス−セラミック層1a〜1gのガラス−
セラミック材料のガラス成分が軟化する。同時に600
℃以下で表面配線2となる導体膜が焼結反応により収縮
開始を行う。
ミック材料のガラス成分における収縮が略終了すること
になる。同時に、表面配線2となる導体膜が焼結反応に
より収縮が終了する。
成分の軟化点が、表面配線2となる導体膜の収縮開始温
度と略同等になり、表面配線2となる導体膜の焼結・収
縮が略終了する温度(800℃前後)であり、ガラス−
セラミック材料の焼結・収縮終了温度(850〜950
℃)では、表面配線2となる導体膜の焼結・収縮されて
いるので、基体側の反りを有効に防止できる。
じて表面配線2に接続するように厚膜抵抗体膜を焼きつ
けたり、また、絶縁保護膜を被覆したりして、最後に、
各種電子部品5を半田6により接合する。
配線2上にクリーム状の半田6を塗布し、各種電子部品
5を載置する。これにより、電子部品5はクリーム状の
半田6によって仮保持されることになる。
フロー炉に投入して、クリーム状の半田を溶融して、徐
冷・硬化して半田6接合を行い、低温焼成セラミック回
路基板10が完成する 〔実験例〕ガラス−セラミック材料として、上述の少な
くともアノーサイト系結晶が析出できるガラスフリット
と、アルミナ粉末と、固形成分(ガラスフリット、アル
ミナ粉末)の重量比で10%のアクリル樹脂と、同40
%のトルエンと、同10%のDBPとから成るスラリー
より、ドクターブレード法を用いて、200μmのグリ
ーンシートを形成した。尚、結晶化のためのガラス成分
以外に、軟化点を調整するための酸化物成分(PbO、
B2 O3 )を所定量含有させ、表1に示すように軟化点
に制御する。
粒径0.5μmのPt粉末と、必要に応じて平均粒径
0.5μmのPd粉末と、必要に応じて平均粒径0.5
μmのホウケイ酸ガラス粉末、必要に応じて所定量のS
iO2 、SnOなどの金属酸化物と、チタネート系カッ
プリング剤とに、エチルセルロース、ペンタンジオール
モノイソブチレートを適量加え、3本ロールミルで混練
しペーストを形成した。
電性ペーストをスクリーン印刷方法で所定形状の導体膜
を形成し、5枚重ね合わせて加熱圧着し、表面配線2と
なる導体膜を有する積層体1(基体)を作成して、その
後、大気雰囲気で900℃で焼成した。
浸漬した後、230℃の2%Ag入りSn−Pb共晶半
田浴中に漬け、半田濡れ性を評価した。半田濡れ性の評
価として、表面配線の表面積中90%以上の濡れがある
場合を「優」とし、それ以下を「劣」とした。接着強度
は、2mm角の表面配線上に0.6mmφの錫メッキ銅
線を半田を行い、ピール法でその強度を測定した。接着
強度の評価として、1kg以上あれば、実用的な条件を
満足するものである。
配線を形成し、反りの状況を測定した。
の軟化点は、上述の軟化点調整用ガラス成分の配合比率
を制御することによって達成する。
田濡れ性がよく、接着強度2.2kg/2mm角以上の
強い値を示し、基板の反りも小さい。
好であり、接着強度も高いものの、基体基板の軟化点が
高いため、基体の反りが発生してしまう。
く、表面配線2となる導体膜の収縮反応が終了した後に
基板側のガラス材料が軟化するため、基板の反りが大き
く、さらに、基板側のガラス成分が表面に浮き上がり、
表面配線2の表面にも析出されるための半田濡れ性が極
めて劣るものとなり、接合強度の測定が不可能となる。
tの添加量を増やしても、半田濡れ性や接着強度の作用
効果は大きく変化せず、むしろコストを考慮した場合に
は、実用的ではない。
ガラス、酸化物などを添加して基板との接合強度を向上
させることはできるものの、本発明者らの他の実験によ
り、ガラスの添加量が例えば2.0wt%、金属酸化物
の添加量が5.0wt%を越えると表面配線2の表面に
その成分が析出されることになり、半田濡れ性が低下す
ることを確認した。このため、ガラス、金属酸化物など
を添加する場合であっても、ガラスは2.0wt%以下
の範囲で、金属酸化物5.0wt%以下の範囲で添加し
なければならない。
て検討した結果、上述の少なくとも0.5wt%のPt
を含むAg系導電性ペーストを用いる場合、基板側のガ
ラス−セラミック材料のガラスの軟化点温度は、550
〜650℃に設定する必要があり、550℃を下回った
場合には、脱バインダー工程の有機成分が完全に焼失さ
れる前にガラスが軟化するため、デラミネーションなど
の問題が発生する。また、650℃以上となると、上述
の試料8のように基板の反りが顕著となる。
ス−セラミック層1a〜1gからなる積層体1である
が、単体のガラス−セラミック層であっても、この未焼
成ガラス−セラミック基体上に表面配線となる導体膜を
形成して、基体と導体膜を一体的に焼成しても構わな
い。
焼結挙動とAg、Ptを含む表面配線となる導体膜との
焼結挙動を近似させ、表面配線の半田濡れ性、基板との
接合強度が良好で、且つ半田食われが発生しせず、しか
も基板の反りを発生させることがない、安価な低温焼成
セラミック回路基板となる。
面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 800〜1000℃で焼成可能なガラス
−セラミック材料から成る単層または多層の基体上に、
表面配線となる導体膜を一体的に焼成して成る低温焼成
セラミック回路基板において、 前記基体は、ガラス成分の結晶化温度を焼成温度よりも
低く、且つ軟化点を550〜650℃としたガラス−セ
ラミック材料から成るとともに、 前記導体膜を、少なくとも0.5wt%のPtを含むA
g系導体から成る低温焼成セラミック回路基板。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP11700294A JP3686687B2 (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 低温焼成セラミック回路基板 |
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ID=14701037
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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-
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- 1994-05-30 JP JP11700294A patent/JP3686687B2/ja not_active Expired - Lifetime
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