JPH09172084A - バイアフィルおよびキャプチュアパッドの形成方法および厚膜組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、金属相互の拡散を阻止して、信頼
性の高い多層相互配線を形成する方法およびそれに用い
る特定の組成物の提供を目的とする。 【解決手段】 遷移組成物を有効に利用して絶縁層によ
って分離された異なった金属の電気的機能層の間に、電
気的導電性バイアを埋めるための方法および電気的導電
性キャプチュアパッドを形成する方法に関するものであ
り、およびこれに使用される厚膜（遷移）組成物とその
製造方法に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は厚膜組成物および
その製造方法に関するものであり、特に、多層電子部品
中でバイア(vias)およびキャプチュアパッド(capture p
ad) を相互接続(interconnecting) することに使用する
ことによって、異なった金属(dissimilarmetal)を接続
するために有用である厚膜ペースト組成物に関するもの
である。

【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たる米国特許出願第０８／５５４，３２６号（１
９９５年１１月２日出願）の明細書の記載に基づくもの
であって、当該米国特許出願の番号を参照することによ
って当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の
一部分を構成するものとする。

【０００３】また、この米国出願は、１９９２年１０月
５日に出願された米国出願番号第０７／９５６，２７３
号（EL-0360 ）の継続出願である、１９９４年４月２６
日に出願された米国出願番号第０８／２３３，４８５号
（EL-0360-A ）の継続出願である、１９９５年１月５日
に出願された米国出願番号第０８／３６８，９２７号
（EL-0360-B ）の一部継続出願である。

【０００４】

【従来の技術】回路密度の増加は、多層セラミック回路
の発達を促した。この要求に対応するために、２つのタ
イプの技術が開発された。すなわち、（１）埋め込み型
配線および（２）単一セラミック基板上にスクリーン印
刷された多層相互配線、である。

【０００５】埋め込み型配線のセラミックの相互接続
は、３つの主要なビルディングブロックから成る。すな
わち、アルミナおよびガラスコーディライトと結合した
アルミナのような絶縁層；還元性雰囲気中高温で処理す
るためのモリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）
のようなメタライゼション、または空気中もしくは不活
性雰囲気中低温で処理するための貴金属およびその合
金；および隣接および近接層中の導電性トラックを接続
するための貴金属およびその混合物およびその合金のよ
うなバイアフィル(via fill)およびキャプチュアパッド
の導電体である。ここでは両者あわせて集合的に、バイ
アフィルおよびキャプチュアパッド伝導体を「遷移組成
物(transition compositions) 」と呼ぶ。

【０００６】絶縁層は非常にしばしばグリーンテープか
ら形成される。そのテープは、焼結されてない絶縁およ
び無機バインダー物質の細かく分割された粒子のフィル
ムであり、その粒子は、絶縁物質を焼成させることによ
り容易に揮発する固体有機重合体のマトリックス中に、
分散させられている。しかしながら、このような絶縁層
は、絶縁厚膜ペーストを基盤に塗布することによっても
形成することができる。このような厚膜ペーストは、細
かく分割された絶縁固体および無機バインダーの分散物
であり、溶媒で溶解されたポリマーバインダーを含む有
機媒体中に分散させられている。

【０００７】多層回路は、絶縁テープ層中にホール（バ
イア）を設け、テープ層上に金属トラックをスクリーン
印刷し、および導電体ペーストでバイアを埋めることに
よって、組み立てられている。次いで、埋められたバイ
アをもつパターン付きのグリーンテープシートの何層か
を、一緒に積み重ね、積層し、適切な温度で焼成して、
導電および絶縁の層中に含まれる有機物質の揮発を生じ
させ、そして導電性金属を焼結し絶縁物質の高密度化を
はかる。特別なシステムに使用される物質に応じて、そ
れらは、低温（８００〜１０００℃）で、または高温
（１３００〜１６００℃）で燃成されて、埋め込み型配
線のセラミックの相互接続を形成することができる。

【０００８】スクリーン印刷された多層相互接続は、絶
縁体、導電体および供給通路(feed-through)導電体（埋
め込み型配線におけるバイアフィルに等しい）のペース
トを、セラミック基板上にスクリーン印刷して連続層を
作ることにより、形成される。通例は各層、および時に
はその層の各構成部分（絶縁体および導電体）を、別々
に、印刷し、乾燥し、かつ、燃焼する。次いで、このプ
ロセスを繰り返して、多層構造を作る。６０層をこえる
構成の埋め込み型配線（テープ）構造が当業者に周知で
あるが、この技術においては、いくつかの層に限定され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】埋め込み型の銀導体で
回路を作ることおよび最上層に金のメタライゼーション
をもつことは、配線接続、信頼性および費用の削減のた
めに有用である。このような埋め込まれた銀および最上
層の金導体を有する構造は、厚膜バイアフィルまたはキ
ャプチュアパッドペースト組成物による手段によって、
埋め込まれた銀と外部の金との電気的接続を必要をす
る。

【００１０】銀、金または銀／鉛ペーストを用いて銀を
金に接続することには、いくつかの欠陥がある。例え
ば、銀は金に容易に拡散するので、このように金導体を
汚染し、かつ、最上層での銀移動のためのリスクを増大
させることによって信頼性を減少させる。銀と金の相互
拡散は、特にそれらを焼結するのに用いられる温度範囲
（７００〜９５０℃）で、カーケンドル空隙(Kirkendal
l void) および最終的にはオープン回路に導くことにな
る。

【００１１】それ故、異なった金属（Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ
およびＡｕまたはＡｇ）を接続でき、１つの金属の他の
金属中への拡散に対するバリヤを提供することができる
バイアフィルまたはキャプチュアパッド（遷移）組成物
に対する相当な需要がある。更に、この組成物は、その
バリヤ特性に加えて、低抵抗であり、多層構造の機械的
条件と適合しうるべきである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、この発明の
バイアフィル組成物を用いた多層構造の製造に関する
が、その連続ステップは以下の通りである。すなわち、
無機固体の総量を基準にして、ルテニウム、オスミウ
ム、イリジウムおよびロジウムの細かく分割された粒子
を重量で７５〜１００％、および無機バインダーの細か
く分割された粒子を重量で２５〜０％含有し、両者とも
液体有機媒体中に分散している組成物で、スクリーン印
刷することによって作られている異なった金属からなる
電気的機能層を分離している絶縁層中のバイアホールを
埋める工程、および埋め込まれたバイアホールを燃成し
て、ペーストから液体有機媒体の揮発を生じさせ、およ
び導電体金属粒子およびもしあれば無機バインダー、を
焼結させる工程である。

【００１３】更にこの発明は、絶縁層によって分離され
ている異なった金属からなる電気的機能層間に電気的導
電性キャプチュアパッドを形成するための方法に関する
が、その方法は、以下の連続ステップを包含する。すな
わち、無機固体の総量を基準にして、ルテニウム、オス
ミウムイリジウムおよびロジウムとその混合物およびそ
の合金の細かく分割された粒子を重量で７５〜１００
％、および無機バインダーの細かく分割された粒子を重
量で２５〜０％、の両方を液体有機媒体中に分散させた
ものを含有する遷移組成物で、電気的機能層を分離する
絶縁層上にキャプチュアパッドを印刷する工程、および
ペーストから液体有機媒体の揮発を生じさせるために埋
められたバイアホールを焼成する工程、および導電体金
属粒子およびもしあれば無機バインダーを焼結する工
程、である。

【００１４】

【発明の実施の態様】多層相互配線を作るための１つの
方法には、キャプチュアパッドのコンフィギュレーショ
ンの使用が含まれ、それによって、銀および金は遷移導
電体を用いて横へつなげられる。この場合、遷移導電体
は、埋められた銀導電体と重なり合って、金のバイアま
で直接接続するような方法で、印刷される。金のバイア
および銀導電体との間の十分な横分離（すなわち、４ミ
ル以上）、および適切な遷移金属の使用でもって、回路
は、カーケンドルの空隙プロセスに関連した電気的信頼
性を損なうことなく、何回も再焼成に耐えることができ
る。この横分離なしでは、銀を金に近接させることによ
り、および遷移導電体による不十分な保護に導く印刷関
連の欠陥の更なる可能性により、信頼性の問題があらわ
れてくる。

【００１５】多層相互配線を作るためのもう１つの方法
には、銀および金のような異なった金属の電気的機能層
を分離する絶縁層中にバイアホールを形成するというこ
とが含まれる。キャプチュアパッドと同様の機能を持た
せるために、この発明の遷移導電体組成物でバイアを埋
める。

【００１６】上記に述べられた方法で、この発明の遷移
導電体組成物はスクリーンまたは謄写印刷によって通常
塗布される。このように、その組成物はスクリーン印刷
できる厚膜ペーストの形態になる。

【００１７】バイアフィルの実例においては、埋め込ま
れた銀導体および金導体を分離しているバイアを埋める
方法で、遷移導電体は印刷される。遷移導電体組成物
は、無機バインダー、および銀と合金にならないような
金属、いいかえれば、液体有機溶媒中に分散した銀と固
溶体を形成しないような金属で、細かく分割された粒子
のものを使用してもよい。この目的に適した金属には、
オスミウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウムおよび
その混合物および合金がある。これらの金属のうち、ル
テニウムが好ましい。金属粒子は部分的に酸化されてい
てもよく、０．１〜５ｍ² ／ｇの表面積を持つことが好
ましい。無機物質（金属およびバインダー）および液体
有機媒体の正確な割合は、ペーストのレオロジーに依存
する。しかしながら、通常、ペーストは重量で、金属を
７５〜１００％および液体有機媒体中に分散した状態で
無機バインダー粒子を０〜２５％含むが、好ましくは、
金属が重量で８５〜９９％であり、媒体は１〜１５％で
ある。ペーストのレオロジーが用いられる印刷装置に適
していれば、媒体と無機物質との割合は重要ではない。
組成物が焼成される時、有機媒体は完全にペーストから
揮発して、導電性金属粒子およびガラスフリットは焼結
される。

【００１８】無機バインダーまたはこの発明のガラスシ
ステムは、多孔ガラスフリット物質を通って表面移動し
ないように、気密でなければならない。ＺｎＯは表面移
動を避けることが知られているので、ガラスシステムは
調合物の中にＺｎＯを含有することが好ましい。

【００１９】焼成温度でのガラスの電気的導電性が増加
すると、銀のような可動性イオンのガラスセラミック物
質中への移動を刺激することができる。更に、研究から
導電体絶縁回路中のこの「バッテリー効果」は、移動の
確実なあらわれであることが分かった。ガラス中に挿入
されたＰｂＯ、ＣｄＯおよびＢｉ₂ Ｏ₃ のようなアルカ
リ金属の酸化物およびＢ₂ Ｏ₃ 、ＧｅＯ₂ 、Ｖ₂ Ｏのよ
うな低温度ガラス形成剤は、すべてガラスのＤＣ導電性
を増加するということが知られている。それ故、この発
明に用いられるガラスシステムは増加されたＤＣ導電性
を避けるべきである。更に、導電体パッドの近くでふく
れ(blistering)という結果をもたらすガラスシステム
は、この発明の望ましい選択ではない。このふくれは、
実質的な電流が絶縁物質を通してイオンの運動を刺激す
ることを可能にしている電位差に起因するものである。
更にこの電位差は、その溶融温度で低減された固有抵抗
を有するガラスによって、溶融状態で形成される電解質
により分離されている異なった金属導電体により生じる
ものである。それ故、本発明の好ましいガラスシステム
は、結晶化可能であり、ますます溶けにくいレムナント
ガラスを製造し、溶融温度で高い固有抵抗を維持する、
周知のガラスである。

【００２０】有機媒体の主な目的は、セラミックまたは
他の基板に容易に適用しうる形態で、その組成物の細か
く分割された固体を分散するためのビヒクルとして役立
つことにある。このように有機媒体は、まず第１に、そ
の中で固体が十分な安定度をもって分散できるものでな
ければならない。第２番目に、有機媒体のレオロジカル
特性は、分散に対する優れた適応性を与えるようなもの
でなければならない。たいていの厚膜組成物はスクリー
ン印刷手段によって基板に塗布される。それ故、それら
は容易にスクリーンを通りぬけることができるような適
当な粘度を有していなければならない。更に、それらは
スクリーンされた後、すぐに使える状態にするためにチ
キソトロープであるべきであり、それによって優れた解
像度を与える。レオロジカル特性は第１に重要である
が、有機媒体においても、固体および基板に適当な湿り
気と、優れた乾燥速度と、手荒な扱いに十分に耐えるよ
うな乾燥フィルム強度と、および優れた焼成特性と、を
与えるように好ましく配合されている。焼成された組成
物の満足な外観もまた重要である。

【００２１】これらすべての基準を考慮すると、広くい
ろいろな液体を有機溶媒として用いることができる。大
部分の厚膜組成物のための有機媒体は、代表的には、チ
キソトロープ剤および湿潤剤をもしばしば含む溶剤中で
の樹脂溶液である。その溶剤の沸点は、通常１３０〜３
５０℃の範囲内である。

【００２２】適した溶剤の実例には、ケロセン、ミネラ
ルスピリット、フタル酸ジブチル、ブチルカルビトール
アセテート（但し「カルビトール」は登録商標）、へキ
シレングリコール、および高沸点アルコールおよびアル
コールのエステルが含まれる。これらと他の溶剤との様
々な組み合わせが、望ましい粘度および揮発性を得るた
めに配合される。

【００２３】きわめて頻繁に用いられており、多くの場
合好ましい樹脂は、エチルセルロースである。しかしな
がら、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジ
ン、エチルセルロースとフェノール樹脂との混合物、低
級アルコールのポリメタクリレートおよびエチレングリ
コールモノアセテートのモノブチルエーテルのような樹
脂も用いることができる。

【００２４】厚膜適用のための好ましいビヒクルはエチ
ルセルロースおよびβ−テルピネオールを重量比で約
１：８のものを基準とする。ペーストは好都合に三本ロ
ール練り機で調製される。これらの組成物の好ましい粘
度は、１０ｒｐｍで＃５のスピンドルを用いてＢ型ＨＢ
Ｔ粘度計で測定したときの値で約１００〜２００Ｐａ．
ｓ．である。使用されるビヒクルの量は、最終的に要求
される配合物粘度によって決定される。

【００２５】一般に、用いられるチキソトロープ剤の中
には、水素化ヒマシ油とその誘導体およびエチルセルロ
ースがある。チキソトロープ剤を挿入することは、もち
ろん必ずしも必要ではない。なぜなら、どんな縣濁液中
においても固有の剪断減粘性と結びつく溶媒樹脂特性
は、この点に関して単独で適しているからである。適し
た湿潤剤には、リン酸エステルおよび大豆レシチンが含
まれる。

【００２６】ペーストは三本ロール練り機で好都合に調
製される。ペーストの粘度は、低、中、および高剪断速
度でＢ型粘度計で室温で測定されたときに、代表的には
０．１〜３００Ｐａ．ｓ．である。使用される有機媒体
（ビヒクル）の量とタイプは、最終的に要求される配合
物粘度およびプリントの厚さによって主に決定される。

【００２７】多層デバイスは空気または窒素のような非
還元雰囲気下で焼成されてもよく、水素のような還元雰
囲気を用いる必要はない。焼成雰囲気の特別な調製なし
に空中でそれらを焼成することができるということは、
この発明の組成物の格別の長所である。

【００２８】ハイブリッドな多層構成部分を作る場合、
導電層のパターンは、厚膜導電性ペーストをスクリーン
印刷することによって形成される。このようなペースト
は、液体有機媒体中に分散された、銀の細かく分割され
た粒子または銀の低合金を含む。ペーストは、通常、導
電ペーストの固体含量の約２０重量％を越えない範囲
で、少量の無機バインダーを含んでいてもよい。十分な
技術的効果を得るためには、少なくとも０．５重量％の
無機バインダーを用いることが好ましい。無機バインダ
ーの軟化点は銀の焼結温度より低い。厚膜ペースト導電
層を有する多層組み立て物を焼成する場合、有機媒体は
ペーストから完全に揮発され、銀の金属粒子は焼結され
る。もし無機バインダーが、結局用いられるならば、そ
れも焼結されるだろう。上述のバイアフィル組成物は同
様に、この発明に従って導電層を形成するときの使用に
適している。

【００２９】遷移組成物中の固体の粒子サイズは、その
粒子が焼結に逆影響を及ぼすほど大きくなければ、また
はスクリーン印刷にとって大きすぎなければ、または取
扱いに不便な程小さくない限り、それ自身重要ではな
い。それ故、この発明で用いられる固体の粒子サイズ
は、０．１〜２０μの範囲内であるべきであり、好まし
くは０．５〜１０μの範囲である。多層に用いられる絶
縁層は、厚膜ペーストの形態でかまたはグリーン（未焼
成）テープの形態のどちらかで適用されうる。

【００３０】絶縁厚膜ペーストの場合、絶縁分離層がス
クリーン印刷される。共焼成可能な絶縁グリーンテープ
の場合、２またはそれ以上のテープが下部基板を形成す
るために一緒に積層される。基板上のテープ（ＴＯＳ）
絶縁グリーンテープの場合、１またはそれ以上のテープ
層が下部基板の上に積層される。絶縁厚膜ペーストは、
液体有機媒体中に分散された絶縁固体の細かく分割され
た粒子を含み、一方、絶縁グリーンテープは、有機ポリ
マーの固体マトリックス中に分散された絶縁固体の細か
く分割された粒子を含む。両方の実例において、層が焼
成されたとき、分散媒体は完全に揮発し、絶縁固体は密
度が上がる。

【００３１】グリーンテープが絶縁層を形成するために
用いられるときは、テープが無機バインダーを含んでい
るかどうかは、システムの焼成されるべき温度に依存す
る。例えば、高温（１３００〜１６００℃）で焼成させ
られるアルミナグリーンテープは、たとえ必要であるに
してもほとんど無機バインダーを必要としない。なぜな
ら、燃焼の間、ほとんど十分に高密度になるからであ
る。このように高温で燃焼させられるアルミナグリーン
テープは、体積で０〜１０％の無機バインダーを含んで
いる。他方、低温（８００〜１０００℃）で焼成させら
れるアルミナ充填型グリーンテープは、このような低い
焼成温度で焼結できる無機バインダーのかなりの量を必
要とする。後者の場合、焼成テープは本質的には、アル
ミナ粒子が分散している焼結ガラスバインダーのマトリ
ックスである。それ故、低温で焼成させられるアルミナ
−充填型グリーンテープまたは他の種々のセラミック充
填型グリーンテープは、無機バインダーを体積で、無機
固体の総量を基準にして、５０％より多く含んでいても
よい。無機バインダーが、グリーンテープ、導電層のた
めの厚膜ペースト、または遷移組成物のどれかに用いら
れるにしても、無機バインダーの化学組成は、この発明
の利点を得るという点に関しては重要ではない。

【００３２】

【実施例】本発明は、実施例を与えることによって、更
に詳細に説明される。しかしながら、本発明の範囲は、
とにかくこれらの実施例に限定されるものではない。

【００３３】実施例１ 厚膜ペーストを、ＬＴＣＣ回路の遷移バイアフィルとし
て用いるために調製する。バイアフィルペーストの配合
を以下に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】 ＊フリット 重量％ ＳｉＯ₂ 33.6 Ａｌ₂ Ｏ₃ 8.6 ＺｒＯ₂ 3.4 ＺｎＯ 20.3 ＢａＯ 21.5 ＳｒＯ 12.4 ＊＊媒体 ６２ｗｔ％ テキサノール ３１ｗｔ％ ジブチルフタレート ７ｗｔ％ エチルセルロース ペーストは、以下のようにして形成された相互配線され
た多層のためのバイアフィルとして用いられた。

【００３６】１．商業的に入手可能なアルミナー充填型
ガラスグリーンテープ（デュポン９５１ＡＴ グリーン
テープ、イー・アイ・デュポン ドゥ ヌムール アン
ドカンパニー、ウィルミントン、ＤＥ）を、絶縁層形成
のために用いた。

【００３７】２．共焼製できる金厚膜ペーストを、多層
の外側導電パターンを形成するために用いた。

【００３８】３．銀厚膜ペーストを、多層の内側導電パ
ターンを形成するために用いた。

【００３９】４．上述のバイアフィルペーストを、銀お
よび金の導電パターンを接続するバイアホールを埋める
ために用いた。

【００４０】５．バイアフィルされたシートを、積層さ
れて８７５℃で共焼成された、７つの追加のグリーンテ
ープ層を持つ組立物の最上層として置いた。

【００４１】電気抵抗は、焼成された部分に対して決定
され、共焼成された後または８５０℃で５回再焼成した
後は、電気的オープンは決定されなかった。Ｘ線のエネ
ルギー分散解析（ＥＤＡＸ）を、遷移バイアフィルの直
接上部の表面金メタライゼーションに対して実行した。
ＥＤＡＸは、銀／金ピーク領域の割合を共焼成後は０．
００８、５回の再焼成後は０．０１７と決定した。それ
は遷移バイアフィルを通って銀拡散することを有効に阻
止することを示した。

【００４２】実施例２ 厚膜ペーストを、ＬＴＣＣ回路の遷移キャプチュアパッ
ドとして用いるために調製した。キャプチュアパッドペ
ーストの配合を以下に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】 ＊フリット 重量％ ＳｉＯ₂ 33.6 Ａｌ₂ Ｏ₃ 8.6 ＺｒＯ₂ 3.4 ＺｎＯ 20.3 ＢａＯ 21.5 ＳｒＯ 12.4 ＊＊媒体 ６２ｗｔ％ テキサノール ３１ｗｔ％ ジブチルフタレート ７ｗｔ％ エチルセルロース 厚膜ペーストは、以下のようにして形成された相互接続
された多層のためのキャプチュアパッドとして用いられ
た。

【００４５】１．デュポン ９５１ＡＴ グリーンテー
プを絶縁層を形成するために用いた。

【００４６】２．共焼成できる金の厚膜ペーストを外側
導電パターンを形成するために用いて、金バイアフィル
を多層の一番上の絶縁層のバイアを埋めるために用い
た。

【００４７】３．銀厚膜ペーストを多層の内側導電パタ
ーンを形成するために用いた。そして、 ４．キャプチュアパッドペーストを用いて、分離してお
り、かつ、一番上のテープ層の金バイアを内側銀導電パ
ターンと接続している内部キャプチュアパッドを形成し
た。

【００４８】５．最上層として金バイアフィルされたシ
ート、遷移キャプチュアパッドおよび銀導体を持つ内側
シート、および８層構造を形成するための追加のグリー
ンテープ層を含む組立物は、積層されて８７５℃で共焼
成された。

【００４９】抵抗は、焼成部分に対して決定されて、共
焼成された後または８５０℃での１０回の再焼成の後
は、電気的オープンは決定されなかった。

【００５０】実施例３ バイアフィル厚膜ペースト組成物を、以下の配合で調成
した。

【００５１】

【表３】

【００５２】厚膜ペーストは、以下のようにして形成さ
れた相互接続された多層のためのバイアフィルとして用
いられた。

【００５３】１．厚膜絶縁をアルミナ基板上に焼成し
た。

【００５４】２．銀導体を絶縁上で焼成した。

【００５５】３．バイアをもつ厚膜絶縁層を銀導電層上
に焼成した。この絶縁層は２つの分離印刷、乾燥、焼成
工程から成る。

【００５６】４．バイアフィル組成物をバイアの中にス
クリーン印刷で印刷して、焼成した。この工程は、２つ
の異なった方法で実行された。

【００５７】（Ａ）焼成された絶縁体の各層を、厚膜ペ
ースト組成物で満たして、次いで、焼成し、これは結果
としてペースト組成物の、２つの印刷工程および焼成工
程となり、（Ｂ）２個の絶縁層バイアについてのただ１
回の埋め込み、これは結果としてペースト組成物の１回
の印刷および埋め込みとなる。

【００５８】５．厚膜の金導体を絶縁層の一番上で焼成
した。金は、バリヤバイアフィル物質とオーバーラップ
した。

【００５９】このやり方で作られた部分を、銀−バイア
フィル−金の通路を通して、電気導通のための試験をし
て、最初および以下のテストの後にもオープンがないこ
とが分かった。

【００６０】１０と１５ミルに対する、１回、３回、５
回、１０回の再焼成 １０００サーマルサイクル（−５０℃から＋１５０℃ま
で） バイアフィルの近くの金のボンディングパッドの金配線
の接続性の低下は観察されなかった。

【００６１】

【発明の効果】本発明のような特定の厚膜（遷移）組成
物を用いて、絶縁層によって分離された異なった金属の
電気的機能層の間に、電気的導電性バイアを埋め、およ
び電気的に導電性キャプチュアパッドを形成することに
より、異なった金属間での相互拡散が防止でき、経済的
で信頼性ある多層配線接続が達成される。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 バイアフィルおよびキャプチュアパッ
ドの形成方法および厚膜組成物

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は厚膜組成物および
バイアフィル，キャプチュアパッドの形成方法に関する
ものであり、特に、多層電子部品中でバイア(vias)およ
びキャプチュアパッド(capture pad) を相互接続(inter
connecting) することに使用することによって、異なっ
た金属(dissimilar metal)を接続するために有用である
厚膜ペースト組成物に関するものである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】埋め込み型配線のセラミックの相互接続
は、３つの主要なビルディングブロックから成る。すな
わち、アルミナおよびガラスコーディライトと結合した
アルミナのような絶縁層；還元性雰囲気中高温で処理す
るためのモリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）
のようなメタライゼーション、または空気中もしくは不
活性雰囲気中低温で処理するための貴金属およびその合
金；および隣接および近接層中の導電性トラックを接続
するための貴金属およびその混合物およびその合金のよ
うなバイアフィル(via fill)およびキャプチュアパッド
の導電体である。ここでは両者あわせて集合的に、バイ
アフィルおよびキャプチュアパッドの導電体を「遷移組
成物(transition compositions) 」と呼ぶ。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】スクリーン印刷された多層相互接続は、絶
縁体、導電体および供給通路(feed-through)導電体（埋
め込み型配線におけるバイアフィルに等しい）のペース
トを、セラミック基板上にスクリーン印刷して連続層を
作ることにより、形成される。通例は各層、および時に
はその層の各構成部分（絶縁体および導電体）を、別々
に、印刷し、乾燥し、かつ、焼成する。次いで、このプ
ロセスを繰り返して、多層構造を作る。６０層をこえる
構成の埋め込み型配線（テープ）構造が当業者に周知で
あるが、この技術においては、いくつかの層に限定され
る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】埋め込み型の銀導体で
回路を作ることおよび最上層に金のメタライゼーション
をもつことは、ワイヤボンディング、信頼性および費用
の削減のために有用である。このような埋め込まれた銀
および最上層の金導体を有する構造は、厚膜バイアフィ
ルまたはキャプチュアパッドペースト組成物による手段
によって、埋め込まれた銀と外部の金との電気的接続を
必要とする。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、この発明の
バイアフィル組成物を用いた多層構造の製造に関する
が、その連続ステップは以下の通りである。すなわち、
無機固体の総量を基準にして、ルテニウム、オスミウ
ム、イリジウムおよびロジウムの細かく分割された粒子
を重量で７５〜１００％、および無機バインダーの細か
く分割された粒子を重量で２５〜０％含有する組成物
（両者とも液体有機媒体中に分散している）で、スクリ
ーン印刷することによって、異なった金属からなる電気
的機能層を分離している絶縁層中のバイアホールを埋め
る工程、および埋め込まれたバイアホールを燃成して、
ペーストから液体有機媒体の揮発を生じさせ、および導
電性金属粒子およびもしあれば無機バインダー、を焼結
させる工程である。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】更にこの発明は、絶縁層によって分離され
ている異なった金属からなる電気的機能層間に電気的導
電性キャプチュアパッドを形成するための方法に関する
が、その方法は、以下の連続ステップを包含する。すな
わち、無機固体の総量を基準にして、ルテニウム、オス
ミウム、イリジウムおよびロジウムとその混合物および
その合金の細かく分割された粒子を重量で７５〜１００
％、および無機バインダーの細かく分割された粒子を重
量で２５〜０％（両者とも液体有機媒体中に分散させた
もの）を含有する遷移組成物で、電気的機能層を分離す
る絶縁層上にキャプチュアパッドを印刷する工程、およ
びペーストから液体有機媒体の揮発を生じさせるために
埋められたバイアホールを焼成する工程、および導電性
金属粒子およびもしあれば無機バインダーを焼結する工
程、である。ここで、遷移組成物は、さらに、４００〜
１０００℃の軟化点を有する無機バインダーを０．５〜
２０％含むことができる。また、絶縁層が無機バインダ
ーを含まないセラミックフィルされたグリーンテープか
ら形成され、遷移組成物が無機バインダーを含まず、お
よび焼成が非還元雰囲気中、８００〜１０００℃または
１３００〜１６００℃で実施されてもよい。この場合、
遷移組成物は無機バインダーを含んでいてもよく、セラ
ミックフィルされたグリーンテープはセラミック厚膜で
あってもよい。さらにまた、電気的機能層は抵抗体また
は導電体であることができる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【発明の実施の態様】多層相互接続を作るための１つの
方法には、キャプチュアパッドのコンフィギュレーショ
ンの使用が含まれ、それによって、銀および金は遷移導
電体を用いて横へつなげられる。この場合、遷移導電体
は、埋められた銀導体と重なり合って、金のバイアまで
直接接続するような方法で、印刷される。金のバイアお
よび銀導電体との間の十分な横分離（すなわち、４ミル
以上）、および適切な遷移金属の使用でもって、回路
は、カーケンドルの空隙プロセスに関連した電気的信頼
性を損なうことなく、何回も再焼成に耐えることができ
る。この横分離なしでは、銀を金に近接させることによ
り、および遷移導電体による不十分な保護に導く印刷関
連の欠陥の更なる可能性により、信頼性の問題があらわ
れてくる。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】多層相互接続を作るためのもう１つの方法
には、銀および金のような異なった金属の電気的機能層
を分離する絶縁層中にバイアホールを形成するというこ
とが含まれる。キャプチュアパッドと同様の機能を持た
せるために、この発明の遷移導電体組成物でバイアを埋
める。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】バイアフィルの実例においては、埋め込ま
れた銀導体および金導体を分離しているバイアを埋める
方法で、遷移導電体は印刷される。遷移導電体組成物
は、無機バインダー、および銀と合金にならないような
金属、いいかえれば、液体有機媒体中に分散した銀と固
溶体を形成しないような金属で、細かく分割された粒子
のものを使用してもよい。この目的に適した金属には、
オスミウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウムおよび
その混合物およびその合金がある。これらの金属のう
ち、ルテニウムが好ましい。金属粒子は部分的に酸化さ
れていてもよく、０．１〜５ｍ² ／ｇの表面積を持つこ
とが好ましい。無機物質（金属およびバインダー）およ
び液体有機媒体の正確な割合は、ペーストのレオロジー
に依存する。しかしながら、通常、ペーストは重量で、
金属を７５〜１００％および液体有機媒体中に分散した
状態で無機バインダー粒子を０〜２５％含むが、好まし
くは、金属が重量で８５〜９９％であり、媒体は１〜１
５％である。ペーストのレオロジーが用いられる印刷装
置に適していれば、媒体と無機物質との割合は重要では
ない。組成物が焼成される時、有機媒体は完全にペース
トから揮発して、導電性金属粒子およびガラスフリット
は焼結される。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】これらすべての基準を考慮すると、広くい
ろいろな液体を有機媒体として用いることができる。大
部分の厚膜組成物のための有機媒体は、代表的には、チ
キソトロープ剤および湿潤剤をもしばしば含む溶剤中で
の樹脂溶液である。その溶剤の沸点は、通常１３０〜３
５０℃の範囲内である。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】グリーンテープが絶縁層を形成するために
用いられるときは、テープが無機バインダーを含んでい
るかどうかは、システムの焼成されるべき温度に依存す
る。例えば、高温（１３００〜１６００℃）で焼成させ
られるアルミナグリーンテープは、たとえ必要であるに
してもほとんど無機バインダーを必要としない。なぜな
ら、燃焼の間、ほとんど十分に高密度になるからであ
る。このように高温で焼成させられるアルミナグリーン
テープは、体積で０〜１０％の無機バインダーを含んで
いる。他方、低温（８００〜１０００℃）で焼成させら
れるアルミナ充填型グリーンテープは、このような低い
焼成温度で焼結できる無機バインダーのかなりの量を必
要とする。後者の場合、焼成テープは本質的には、アル
ミナ粒子が分散している焼結ガラスバインダーのマトリ
ックスである。それ故、低温で焼成させられるアルミナ
−充填型グリーンテープまたは他の種々のセラミック充
填型グリーンテープは、無機バインダーを体積で、無機
固体の総量を基準にして、５０％より多く含んでいても
よい。無機バインダーが、グリーンテープ、導電層のた
めの厚膜ペースト、または遷移組成物のどれかに用いら
れるにしても、無機バインダーの化学組成は、この発明
の利点を得るという点に関しては重要ではない。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】 ＊フリット 重量％ ＳｉＯ₂ 33.6 Ａｌ₂ Ｏ₃ 8.6 ＺｒＯ₂ 3.4 ＺｎＯ 20.3 ＢａＯ 21.5 ＳｒＯ 12.4 ＊＊媒体 ６２ｗｔ％ テキサノール ３１ｗｔ％ ジブチルフタレート ７ｗｔ％ エチルセルロース ペーストは、以下のようにして形成された相互接続され
た多層のためのバイアフィルとして用いられた。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】２．共焼成できる金厚膜ペーストを、多層
の外側導電パターンを形成するために用いた。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】実施例３ バイアフィル厚膜ペースト組成物を、以下の配合で調製
した。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５７】（Ａ）焼成された絶縁体の各層を、厚膜ペ
ースト組成物で満たして、次いで、焼成し、これは結果
としてペースト組成物の、２つの印刷工程および焼成工
程となり、（Ｂ）２個の絶縁層バイアについてのただ１
回の埋め込み、これは結果としてペースト組成物の１回
の印刷および焼成となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーサー ハーヴェイ モネ アメリカ合衆国 85260−2862 アリゾナ 州 スコッツデイル ノース トムソン パークウェイ 15050 ユニット 2067 (72)発明者 ロリ ピー． ドロジィク アメリカ合衆国 27278−9171 ノースカ ロライナ州 ヒルズボロー ショアーフロ ント レーン 918 (72)発明者 アール． ロス ゲティ アメリカ合衆国 19803−2928 デラウェ ア州 ウィルミントン フォールクストー ン ロード 408

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 以下の連続的工程、 （１）重量基準で、無機固体の総量中、ルテニウムおよ
   びその混合物およびその合金の細かく分割された粒子を
   ７５〜１００％、および無機バインダーの細かく分割さ
   れた粒子を２５〜０％で、両者とも液体有機媒体中に分
   散したものを含有する遷移組成物でもって、電気的機能
   層を分離している絶縁層中のバイアホールを、スクリー
   ン印刷することによって埋める工程、 （２）ペーストから液体有機媒体の揮発を生じさせるた
   めに、前記埋められたバイアホールを焼成し、導電性金
   属粒子およびもし必要ならば無機バインダー、を焼結す
   る工程、を含むことを特徴とする絶縁層によって分離さ
   れた異なった金属の電気的機能層の間に、電気的導電性
   のバイアを埋めるための方法。
2. 【請求項２】 以下の連続的工程、 （１）重量基準で、無機固体の総量中、ルテニウムおよ
   び混合物およびその合金の細かく分割された粒子を７５
   〜１００％、および無機バインダーの細かく分割された
   粒子を２５〜０％で、両者とも液体有機媒体中に分散し
   たものを含有する遷移組成物でもって、キャプチュアパ
   ッドを埋められた金属導体上にスクリーン印刷する工
   程、 （２）異なる金属の導電体でバイアホールを埋める工
   程、 （３）ペーストから液体有機媒体の揮発を生じさせるた
   めに焼成し、導電性金属粒子およびもし必要なら無機バ
   インダー、を焼結させる工程、を含むことを特徴とする
   絶縁層によって分離された異なった金属の電気的機能層
   の間に、電気的導電性キャプチュアパッドを形成するた
   めの方法。
3. 【請求項３】 ４００〜１０００℃の軟化点を有する無
   機バインダーを０．５〜２０％含むことを特徴とする請
   求項１または２記載の組成物。
4. 【請求項４】 絶縁層が無機バインダーを含まないセラ
   ミックフィルされたグリーンテープから形成され、遷移
   組成物が無機バインダーを含まず、および焼成が非還元
   雰囲気中、１３００〜１６００℃で実施されることを特
   徴とする請求項１または２記載の方法。
5. 【請求項５】 焼成が非還元雰囲気中、８００〜１００
   ０℃で実行されることを特徴とする請求項４記載の方
   法。
6. 【請求項６】 遷移組成物が無機バインダーを含んでい
   ることを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 【請求項７】 セラミックフィルされたグリーンテープ
   がセラミック厚膜であることを特徴とする請求項４記載
   の方法。
8. 【請求項８】 電気的機能層が抵抗体または導電体の群
   から選ばれることを特徴とする請求項１記載の方法。