JPH09260845A - セラミック多層配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器の集積回路として用いられるセラ
ミック多層配線基板を、安定した品質でしかも低コスト
で提供する。 【解決手段】 Ｗ及び／又はＭｏを主成分とする配線導
体層（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Ａｇ又はＡｕを主成分とする金属厚膜の
表面導体層（３）を接続し、両者の接続部分であるスル
ーホール（５）およびその近傍にＷ／ＭｏとＩｒおよび
Ｐｔで、少なくともＩｒ１０ｗｔ％を含むものとの混合
焼結層を設けたセラミック多層配線基板とその製造方法
として、アルミナ質基板材料の内蔵導体材料および混合
焼結層形成材料を非酸化性雰囲気で焼成し、ついで表面
にＡｇ又はＡｕを主成分とする導体厚膜形成用ペースト
を配して空気中６５０℃以下で焼成する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の集積回
路として用いられるセラミック多層配線基板およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、集積回路に使用されるセラミック
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
出させて、表面に形成したＣｕを主成分とする金属厚膜
を表層導体と中間の金属層を介して連接して構成した基
板が広く用いられている。かかる基板は、内部配線層お
よび表面導体共に非酸化性雰囲気中での焼成工程により
配線層を形成しているが、非酸化性雰囲気とするために
空気中の焼成に比べて経費が嵩む。そこで、空気中焼成
が利用できるＡｇやＡｕ系の金属を主とする表面導体を
形成することが考えられるが、内部の高融点金属である
ＭｏやＷの酸化が発生するため、内蔵導体と表面導体間
の接続はかなり技術的に困難なものであった。

【０００３】そのため、種々の工夫が提案されている。
一般的には表層導体と内蔵導体との接続部分に緻密なメ
ッキ層を形成する方法があり、又、特公平５−４４２０
０号公報では、表層導体と内蔵導体との接続部分として
絶縁層の最外層にスルーホールを設けて、そこにＷやＭ
ｏに還元されない低融点ガラス材料と貴金属材料を充填
して空気中で焼結させる方法が開示されている。

【０００４】しかしながら、メッキ層を利用する方法で
は、余分に必要となるメッキ工程による製造コストの上
昇は避けられず、生産性も低い。又、特公平５−４４２
００号公報記載の方法では、空気中の焼成時、軟化した
ガラスによってＷやＭｏの内蔵配線層を表層導体によっ
て完全には被覆できず、さらに、ＷやＭｏ自身の酸化が
空気中では約３００℃より発生し、温度上昇と共に酸化
反応が顕著となることから、酸化による接続部分での導
通抵抗の上昇は避けられない、という問題点を有してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、内蔵導体の
ＷやＭｏを酸化させることなく、基板表面にＡｇやＡｕ
を主成分とする表層導体を空気中の焼成で形成すること
によって生産性を上昇せしめると共に、内蔵導体と表面
導体との間の接続がより信頼性の高いものとするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｗ及び／又は
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Ａｇ又はＡｕを主成分とする
金属厚膜の表面導体層を接続し、該表面導体層と内蔵配
線導体層との接続部分であるアルミナ質基板のスルーホ
ール部あるいはその外側近傍に、Ｗ及び／又はＭｏ４０
〜９０ｗｔ％とＩｒ及びＰｔ１０〜６０ｗｔ％で、かつ
少なくともＩｒ１０ｗｔ％を含む組成の混合焼結層を設
けたことを特徴とするセラミック多層配線基板である。

【０００７】上記において、スルーホール部あるいはそ
の外側近傍に設ける混合焼結層は、Ｗ及び／又はＭｏと
Ｉｒ及びＰｔの他に外掛けで３０ｗｔ％以下のアルミナ
を添加して焼結したものであってもよい。

【０００８】又、基板表面には導体厚膜の外に、厚膜抵
抗体を設け、それらの上に保護ガラス層を形成してもよ
い。

【０００９】配線導体層はＷ及び／又はＭｏを主成分と
するもので、これのみでもよいが、他に副成分としてア
ルミナ、シリカ、カルシアおよびガラスを含んでもよ
い。又、金属厚膜の表面導体層はＡｇ又はＡｕを主成分
とするが、他にＰｄ、Ｐｔ、ガラスを含んでもよい。

【００１０】本発明は、又、上記配線基板の製造方法と
して、Ｗ及び／又はＭｏ粉末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、その表層の表面導体層との接続部分に相当するスル
ーホール部あるいはその外側近傍にＷ及び／又はＭｏ粉
末４０〜９０ｗｔ％とＩｒ及びＰｔ粉末１０〜６０ｗｔ
％で、かつ少なくともＩｒが１０ｗｔ％を含むものとを
バインダと共に混合したペーストを配置し、基板と内蔵
配線導体を非酸化性雰囲気中で焼成し、次いで表層にＡ
ｇ又はＡｕを主成分とする導体厚膜形成用ペーストを配
して、空気中６５０℃以下で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方法である。

【００１１】以下混合焼結層はＩｒとＷを代表にして記
述する。

【００１２】混合焼結層におけるＩｒはＷに固溶し合金
化する。それによりＷ単体は減少し、空気焼成時のＷの
酸化反応を抑制する。Ｉｒと合金化したＷ（ＩｒＷ等）
は、空気中約６５０℃まで加熱しても酸化反応を起さな
いため、表面導体を同程度の温度で焼成しても表面導体
含有成分（例えば鉛ガラスフリット成分）に対する還元
作用は発生せず、表面導体の焼結反応は安定となり、緻
密な膜質を形成することができる。

【００１３】Ｉｒの含有量が１０ｗｔ％未満では、Ｗを
合金化する量が少なく、Ｗ単体の残存量が多くなるた
め、Ｗの酸化の抑制が不十分となる。又、Ｉｒの６０ｗ
ｔ％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り、不適当である。

【００１４】ＷとＩｒとの混合焼結層は表層のスルーホ
ールの大部分を占めてもよいし、又、その表層側の一部
分でも良い。さらにはスルーホールの開口を覆うように
開口外側の近傍にはり出していても差支えない。又、Ｗ
とＩｒの混合焼結層に外掛けで３０ｗｔ％までのアルミ
ナを混合してもよい。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の
バラツキが発生することを少なくすることができる。混
合するアルミナの量が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。混合するアルミナの量は５〜２０ｗｔ％がより望ま
しい。

【００１５】ＷとＩｒに代表される金属の作用は前述の
とおりであるが、そのペースト作成に用いるバインダと
しては、通常の有機系のバインダである例えばエチルセ
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。

【００１６】アルミナ基板と内蔵配線導体とは例えばＨ
₂＋Ｎ₂の如き還元性雰囲気下で１４００〜１６００℃で
焼成する。ついで基板の表面にＡｇ又はＡｕを主成分と
する表面導体形成用ペーストを所定位置に印刷し、さら
に必要に応じて酸化ルテニウム等の粉末とガラスより構
成される厚膜抵抗体や保護ガラス層を基板表面に印刷し
た後、空気中で６５０℃以下の温度で繰り返し焼成す
る。この６５０℃はＩｒＷが空気中で焼成しても酸化反
応はほとんど起こさない温度で、さらに好ましくは６０
０℃がよい。

【００１７】図３に合金化したＩｒＷおよびＷ粉末の空
気中焼成時の熱重量分析結果を示し、縦軸は酸化増量
を、横軸は焼成時の温度を示す。Ｗ単体が約３００℃よ
り酸化による重量増加が発生し、温度上昇と共に急激に
酸化反応が促進している。合金化したＩｒＷは、６５０
℃までほとんど酸化による重量増加は発生せず、耐酸化
性能に優れていることが判る。この傾向はＰｔＷ、Ｐｔ
Ｍｏ、ＩｒＭｏについてもほぼ同様である。

【００１８】又、Ａｇ系あるいはＡｕ系表面導体層の空
気中での焼成時に混合焼結層との間で固相拡散が起こ
り、相互に固溶することにより、両者の界面に強固な接
合層を形成し、その結果、導通抵抗が低く、接合強度の
大きい、高品質の配線接続が可能となるものと考えられ
る。

【００１９】以上により、高強度な回路基板を製造する
ことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面をもっ
て説明する。

【００２１】図１は、本発明のセラミック多層配線基板
の実施例を示す。図２は発明の要部を示す説明図であ
る。図において１は多層のアルミナ質基板であり、２は
Ｗ及び／又はＭｏよりなる内蔵導体層である。３はＡｇ
系又はＡｕ系の表面導体層である。４ａ、４ｂ、４ｃ、
４ｄは内蔵導体層２と表面導体層３とを接続する混合焼
結層である。４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄはそれぞれ典形的
な構成の例を示すもので、混合焼結層４ａの場合は第一
層のアルミナ質基板１に設けたスルーホール５の全体に
充填され、上部はスルーホール開口の周縁を覆うように
形成されたものである。混合焼結層４ｂの場合は、スル
ーホール５内を全部混合焼結層としたものである。混合
焼結層４ｃの場合は、スルーホール５の開口部の外側に
その近傍までも含めて混合焼結層を配置したものであ
る。混合焼結層４ｄの場合は、スルーホール５内部の上
部からスルーホール開口の外側近傍まで混合焼結層を配
置したものである。なお、６は厚膜抵抗体層、７は抵抗
体保護ガラス層、８は導体保護ガラス層である。

【００２２】

【実施例】次に本発明の具体的な実施例について述べ
る。

【００２３】焼成後の厚みが０．２６ｍｍとなるアルミ
ナ質セラミックグリーンシートを多層に設け、その最上
層に０．２ｍｍ径のスルーホールを設け、アルミナ質グ
リーンシートの第１層と第２層との間に該スルーホール
に接続するように内蔵導体層となるＷあるいはＷとＭｏ
を主成分とするペーストを印刷した。又、場合によって
スルーホールの一部又は全部にＷあるいはＷとＭｏを充
填した。

【００２４】次に平均粒径３μｍのＷ及び／又はＭｏ粉
末に同等の粒度分布を有するＩｒおよびＰｔ粉末を表１
に示す割合で加え、エチルセルロース樹脂を溶剤に溶解
した有機バインダと混合してペーストを作成し、これを
スルーホール部に図１に示した各種態様に充填し、グリ
ーンシート第３層を積層した後、Ｈ₂＋Ｎ₂雰囲気下で同
時焼成し、アルミナの多層基板を得た。

【００２５】次にＡｇ粉末あるいはＡｕ粉末を主成分と
する表面導体層形成用ペーストを前記多層基板表面に各
スルーホールの露出部を結ぶように印刷し、空気雰囲気
中でベルト炉にて表１に示す焼成温度で焼成し、内蔵導
体層と表面導体層とがスルーホール部と一筆書きで接続
する配線パターンを形成した。

【００２６】表１には、得られた基板を２３０℃の半田
槽に１０秒浸漬して半田付けした後、配線両端部での電
気的導通性能を実施例と比較例について測定した結果を
示す。併せて酸化増量についても併記する。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示すように実施例の場合はいずれも
配線パターンの導通は良好であり回路基板として有用な
ものであることが判る。これに対し、Ｉｒ、Ｐｔの量が
少ないか焼成温度の高い比較例の場合は酸化増量が大き
く導通がなくなって回路基板としては不適当であった。

【００２９】次に、表１中Ｎｏ．７の組成および条件で
セラミック質多層基板の表面導体層の形成を行った後、
酸化ルテニウム粉末とガラス粉末を主成分とする抵抗体
ペーストと保護体であるガラスペーストを印刷し、空気
中で各々６００℃で焼成を繰り返すことにより、厚膜抵
抗体と保護ガラス層を基板表層部に形成し、所定の抵抗
特性が得られた。

【００３０】又、表１中Ｎｏ．１２の組成および条件で
セラミックス質多層基板を作成し、その後１ｍｍ×１ｍ
ｍの正方形状のランドを市販のＡｕペーストにて印刷
し、空気中６３０℃で焼成して表面導体層を形成した。

【００３１】このＡｕランド上に線径２μｍのＡｕワイ
ヤーを超音波ワイヤーボンダーで接合し、ワイヤーボン
ディング性能を評価した。ｎ＝４０点のワイヤーのＡｕ
厚膜との接合部は、スルーホール上のランド部を含めて
接合強度が高く、Ａｕ厚膜のワイヤーボンディング性能
は良好であった。

【００３２】

【発明の効果】本発明によればＷ及び／又はＭｏを内蔵
配線導体とするセラミック多層基板において、内蔵導体
の酸化による品質低下を起こすことなく、表面導体との
接合性がすぐれた基板が提供できる。又、表面導体層や
抵抗体および保護ガラス層の焼成工程として還元焼成に
比べて安価な空気焼成を利用することにより製造コスト
の低減に寄与できる。さらにＡｕ厚膜の場合は、ワイヤ
ーボンディング性能を有するものであり、メッキ法等に
比べて容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック多層配線基板の実施例の説
明図である。

【図２】本発明の実施例の要部説明図である。

【図３】ＩｒＷとＷの熱重量分析結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ アルミナ質基板 ２ 内蔵導体層 ３ 表面導体層 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 混合焼結層 ５ スルーホール ６ 厚膜抵抗体層 ７ 抵抗体保護ガラス層 ８ 導体保護ガラス層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｗ及び／又は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
   Ａｇ又はＡｕを主成分とする金属厚膜の表面導体層を接
   続し、該表面導体層と内蔵配線導体層との接続部分であ
   るアルミナ質基板のスルーホール部あるいはその外側近
   傍に、ＷあるいはＷとＭｏ４０〜９０ｗｔ％とＩｒ及び
   Ｐｔ１０〜６０ｗｔ％で、かつ少なくともＩｒ１０ｗｔ
   ％を含む組成の混合焼結層を設けたことを特徴とするセ
   ラミック多層配線基板。
2. 【請求項２】 スルーホール部あるいはその近傍の混合
   焼結層がさらに外掛けで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配線基板。
3. 【請求項３】表面にさらに厚膜抵抗体を設け、必要によ
   り表面導体及び／又は厚膜抵抗体上に保護ガラス層を形
   成した請求項１又は２記載のセラミック多層配線基板。
4. 【請求項４】 Ｗ及び／又はＭｏ粉末を主成分とする配
   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、その表層の表面導体層との接続部分に相当す
   るスルーホール部あるいはその外側近傍にＷ及び／又は
   Ｍｏ粉末４０〜９０ｗｔ％とＩｒ及びＰｔ粉末１０〜６
   ０ｗｔ％で、かつ少なくともＩｒが１０ｗｔ％を含むも
   のとをバインダと共に混合したペーストを配置し、基板
   と内蔵配線導体を非酸化性雰囲気中で焼成し、次いで表
   層にＡｇ又はＡｕを主成分とする導体厚膜形成用ペース
   トを配して、空気中６５０℃以下で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方法。
5. 【請求項５】 前記スルーホール部あるいはその外側近
   傍に配置するペーストにさらに外掛けで３０ｗｔ％以下
   のアルミナ粉末を添加する請求項４記載のセラミック多
   層配線基板の製造方法。
6. 【請求項６】 基板表面にＡｇ又はＡｕを主成分とする
   導体厚膜形成用ペーストの他にさらに金属酸化物粉末を
   主とする厚膜抵抗体材料および保護ガラス層形成材料を
   印刷し、空気中６５０℃以下で焼成する請求項４又は５
   記載のセラミック多層配線基板の製造方法。