JPH10215046A

JPH10215046A - 回路基板

Info

Publication number: JPH10215046A
Application number: JP1700397A
Authority: JP
Inventors: Rika Tsukiji; 理香築地; Akihiro Sakanoue; 聡浩坂ノ上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 1998-08-11
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: JP3642648B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内部配線導体とガラス−セラミック層との接
着強度の高く、全体として、導体の接着強度の信頼性が
高い回路基板を提供する。【解決手段】本発明は、ガラス−セラミック層が積層
たれた基体１の表面に、金属成分に対して０．２〜１．
０ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅、軟化点が７００〜８００℃で金属
成分に対して０．２〜１．０ｗｔ％のホウ珪酸系ガラス
成分を含むＡｇ系の表面配線導体２を形成した回路基板
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、基板材料に、ガラ
ス−セラミック材料を用いて、低温、例えば８００〜１
０５０℃で焼成可能な回路基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、焼成温度を８００〜１０５０
℃と比較的低い温度で焼成可能な材料を用いた低温焼成
回路基板が検討されてきた。回路基板の基体構造として
は、ガラス−セラミック層を複数積層して成る多層基板
と、ガラス−セラミックから成る単板基板とがある。基
体が多層基板である場合には、基体の内部に内部配線導
体やビアホール導体をＡｇ系（Ａｇ単体またはＡｇ合金
など）、Ｃｕ系、Ａｕ系などの低抵抗材料で形成されて
いた。

【０００３】このような基板材料として、一般にガラス
−セラミック材料、例えば、コージェライト、ムライ
ト、アノートサイト、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、オオスミ
ライト及びその置換誘導体などの結晶相のうち少なくと
も１種類を析出し得る低融点ガラス成分とクリストバラ
イト、石英、コランダム（αアルミナ）のうち少なくと
も１種類のセラミック材料（無機物フィラー）とをから
なっていた。特に、このようなガラス−セラミック基板
の混合比率はセラミック材料が１０〜６０ｗｔ％、低融
点ガラス成分が９０ｗｔ％〜４０ｗｔ％と、低融点ガラ
ス成分が多いものであった。

【０００４】実際、このような基板材料を用いて、回路
基板を構成するには、回路基板の表面に表面配線導体を
形成する必要がある。また、製造工程上、基板の焼成と
表面配線導体の焼成工程を共通化して、製造方法の簡略
化を図ることが考えられていた。

【０００５】基板と一体的に焼成される表面配線導体と
しては、Ａｇ系導体やＣｕ系導体などが例示できる。し
かしながら、表面配線導体のマイグレーション性、酸化
性雰囲気（大気中）での焼成などを考慮して、専らＡｇ
系導体に限られていた。

【０００６】上述のように基板と一体的に形成されるＡ
ｇ系導体から成る表面配線においては、一体的に焼成し
た後の基体との間の接着強度が優れ、ワイヤボンディン
グ接合性や半田接合性などに優れ、特に、基板の反りを
抑制することが重要となる。

【０００７】上述のように、接着強度、ワイヤボンディ
ング接合性や半田接合性などに優れた表面配線導体とし
て、Ａｇ系導体中に、所定量のＶ₂Ｏ₅を含有させるこ
とが知られている。

【０００８】これは、Ａｇ系導電性ペーストを構成する
Ａｇ粒子への基板材料のガラス成分によるアンカー効果
を助長し、高温エージング試験や温度サイクル試験で
も、接着強度が劣化することがなく、また、半田ぬれ性
に優れたものとなり、基板と表面配線導体間にかかる応
力による基板のそりを防止できるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、表面にＡｇ系
材料に、単にＶ₂Ｏ₅を添加した表面配線導体では、充
分な基板の反りを抑えることに限界があった。例え
ば、ガラス−セラミックからなるグリーンシート（２０
０μｍ）を５層積層し、その表面に、Ａｇ系導体材料、
Ｖ₂Ｏ₅粉末を含む導電性ペーストを印刷して、同時に
焼成したところ、例えば、５ｍｍ角の基板（導体電極パ
ッド）で０．０３ｍｍ、１０ｍｍ角の基板（導体電極パ
ッド）で０．０５ｍｍの反り（基体の表面で最低部分と
最高部分とのギャップ差）が発生した。

【００１０】このように、基板に反りが発生すると、こ
の基板上にＩＣチップなどの電子部品を搭載する場合に
は、実装の信頼性が大きく低下し、また、この基板を別
のマザー基板に接合する場合に、接合信頼性が大きく低
下してしまうことになる。

【００１１】本発明は上述の課題に鑑みて案出されたも
のであり、その目的は、表面配導体の基板との接着強
度、表面配線導体のワイヤボンディング接合性や半田接
合性などに優れ、しかも基板の反りを有効に抑えること
ができる回路基板を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス−セラ
ミック焼結体から成る基体の表面に表面配線導体を一体
的に形成して成る回路基板において、前記表面配線導体
は、Ａｇ系金属成分１００ｗｔ％に対して０．２〜１．
０ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅、０．２〜１．０ｗｔ％の軟化点が
７００〜８００℃のホウ珪酸系ガラスを含有しているこ
とを特徴とする回路基板。

【００１３】

【作用】本発明では、Ａｇ系の表面配線導体に、金属成
分１００重量％に対してＶ₂Ｏ₅を０．２〜１．０ｗｔ
％を含有させることにより、表面配線導体と基板材料で
あるガラス−セラミック層との間でアンカー効果（Ａｇ
系導電性ペーストを構成するＡｇ粒子への基板材料のガ
ラス成分とが強固に結合しあう）が助長され、これによ
り、高温（１５０℃）エージング試験や温度サイクル
（−４０℃〜１２５℃、各３０分）試験をおこなって
も、接着強度が劣化することを防止できる。

【００１４】特に、Ｖ₂Ｏ₅の添加量が、０．２〜１ｗ
ｔ％に設定すると、高温（１５０℃）エージング試験や
温度サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）試験後
であっても、接着強度が１．０Ｋｇｆ／２ｍｍ□と非常
に優れ、且つ表面の半田濡れ性も優れた低温焼成回路基
板となる。

【００１５】Ｖ₂Ｏ₅の添加量が、０．２ｗｔ％未満で
は、上述のアンカー効果が充分に発揮されないことか
ら、接着強度が大きく低下する。また、１．０ｗｔ％を
越えると、表面配線導体上に、Ｖ₂Ｏ₅成分が析出され
て、半田ぬれ性を劣化させてしまう。

【００１６】また、軟化点７００〜８００℃のホウ珪酸
系ガラス成分を、金属成分１００重量％に対して０．２
〜１．０ｗｔ％を含有させることにより、Ａｇ系導体材
料の焼結反応を、ガラス−セラミック材料の焼結反応と
同時程度に遅らせることができ、その結果、基板の反り
を防止することができる。尚、基板の反りは、Ａｇ系導
体が先行して焼結反応し、表面配線導体に強度が発生し
て、その後の基体材料の焼結反応時の基体の挙動が、既
に焼結された表面配線導体の形状に規制されて発生す
る。

【００１７】この基板の反りとして、５ｍｍ角、１０ｍ
ｍ角の導体電極パッドであっても、０．０３ｍｍ以下と
することができる。

【００１８】ここで軟化点が７００℃未満では、表面配
線導体中で、Ａｇ材料に比較して低い温度または同等の
温度で、軟化流動してしまう。このため、基体の収縮挙
動を阻害しり、基体のガラス成分と相溶し、基体のガラ
ス成分の組成を変質させて、結晶化を阻害してしまう。
そして、Ａｇ系材料の焼結を遅らせるべく、ホウ珪酸系
ガラス成分の量を多くすると、表面配線導体の表面や配
線導体の基体との界面部分にガラス成分が集中し、半田
ぬれ性が低下し、Ａｇ粉末のアンカー効果を阻害する結
果となり、接着強度が低下してしまう。

【００１９】また、軟化点が８００℃を越えると、焼成
された表面配線導体中にホウ珪酸系ガラス成分が残存
し、基体のガラス成分を引きつけ、表面配線導体のガラ
ス成分が多過となり、半田ぬれ性を劣化してしまうこと
になる。

【００２０】また、ホウ珪酸系ガラス成分の含有量に関
して、０．２ｗｔ％未満では、Ａｇの焼結を遅らせて基
板の反りを小さくするという効果が充分に得られない。
また、１０ｗｔ％を越えると、表面配線導体のガラス成
分が多過となり、半田ぬれ性を劣化してしまうことにな
る。

【００２１】以上、本発明では、ガラス−セラミック材
料を基体とする表面に、配線導体を一体的に焼成して形
成して成る回路基板であって、表面配線導体をＡｇ系導
体を主成分に、Ａｇ系金属成分１００ｗｔ％に対して、
Ｖ₂Ｏ₅を０．２〜１．０ｗｔ％、ホウ珪酸系ガラス成
分を０．２〜１．０ｗｔ％含有するため、基体と表面配
線導体との接着強度が強固になり、半田ぬれ性が良好
で、基板の反りが非常に小さい回路基板となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回路基板を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係る回路基板の断
面図である。尚、実施例では、基板として、ガラス−セ
ラミック層を４層積層して成る多層回路基板で説明す
る。

【００２３】図１において、１０は回路基板であり、１
は内部に所定回路を構成する内部配線導体を有する基体
（以下、積層体という）、２は基体１の表面に形成した
表面配線導体、３は内部配線導体、４はビアホール導
体、５は各種電子部品である。

【００２４】積層体１は、ガラス−セラミック層１ａ〜
１ｄと、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄの各層間に
は、所定回路網を達成するや容量成分を発生するための
内部配線導体３が配置されている。また、ガラス−セラ
ミック層１ａ〜１ｄには、その層の厚み方向を貫くビア
ホール導体４が形成されている。

【００２５】ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄは、例え
ば８５０〜１０５０℃前後の比較的低い温度で焼成可能
にするガラス−セラミック材料からなる。具体的なセラ
ミック材料としては、クリストバライト、石英、コラン
ダム（αアルミナ）、ムライト、コージライトなどが例
示できる。また、ガラス材料として複数の金属酸化物を
含むガラスフリットを焼成処理することによって、コー
ジェライト、ムライト、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を少なくとも１種類を析
出するものである。このガラス−セラミック層１ａ〜１
ｄの厚みは例えば１００〜３００μｍ程度である。

【００２６】内部配線導体３、ビアホール導体４は、金
属酸化物Ｖ₂Ｏ₅を含有するＡｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−
ＰｄなどのＡｇ合金）など導体からなり、内部配線導体
３の厚みは８〜１５μｍ程度であり、ビアホール導体４
の直径は任意な値とすることができるが、例えば直径は
８０〜２５０μｍである。

【００２７】また、積層体１の両主面には、表面配線導
体２が形成されている。表面配線導体２は、金属酸化物
Ｖ₂Ｏ₅、ホウ珪酸系ガラス成分を含有するＡｇ系（Ａ
ｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）導体から成る。

【００２８】また、表面配線導体２のＶ₂Ｏ₅、ホウ珪
酸系ガラス成分を含有するＡｇ系導体は、積層体１の焼
成時に同時に焼成されて形成されるものであり、電子部
品５を表面配線導体２上に半田接合したときに、表面配
線導体２に半田食われが発生しないように、金属成分と
して、Ｐｔなどを若干添加してもかまわない。

【００２９】表面配線導体２は、所定回路の入出力端子
電極や電子部品搭載パッドを含むものであり、必要に応
じて、厚膜抵抗体膜や絶縁保護膜が形成され、さらにチ
ップ状コンデンサ、チップ状抵抗、トランジスタ、ＩＣ
などの各種電子部品５などが半田やワイヤボンディング
などによって搭載されている。

【００３０】上述の回路基板の製造方法について説明す
る。

【００３１】積層体１は、まず、ガラス−セラミック層
１ａ〜１ｄとなるガラス−セラミック材料から成るグリ
ーンシートを形成する。具体的には、セラミック粉末、
低融点ガラス成分のフリット、有機バインダ、有機溶剤
を均質混練したスラリーを、ドクタブレード法によって
所定厚みにテープ成型して、所定大きさに切断してシー
トを作成する。

【００３２】セラミック粉末は、クリストバライト、石
英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージライ
トなどの絶縁セラミック材料、ＢａＴｉＯ₃、Ｐｂ₄Ｆ
ｅ₂Ｎｂ₂Ｏ₁₂、ＴｉＯ₂などの誘電体セラミック材
料、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト（広
義の意味でセラミックという）なとの磁性体セラミック
材料などが挙げられ、その平均粒径１．０〜６．０μ
ｍ、好ましくは１．５〜４．０μｍに粉砕したものを用
いる。尚、セラミック材料は２種以上混合して用いられ
てもよい。特に、コランダムを用いた場合、コスト的に
有利となる。

【００３３】低融点ガラス成分のフリットは、焼成処理
することによってコージェライト、ムライト、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や
スピネル構造の結晶相を析出するものであればよく、例
えば、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アル
カリ土類酸化物を含むガラスフリットが挙げられる。こ
の様なガラスフリットは、ガラス化の温度範囲が広く、
また屈伏点が６００〜８００℃付近にあるため、８５０
〜１０５０℃程度の低温焼成に適し、Ａｇ系内部配線導
体３、Ａｇ系表面配線導体２となる導体膜との焼結挙動
が近似している。尚、このガラスフリットの平均粒径
は、１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜３．５μ
ｍである。

【００３４】上述のセラミック材料とガラス材料との構
成比率は、８５０〜１０５０℃の比較的低温で焼成する
場合には、セラミック材料が１０〜６０ｗｔ％、好まし
くは３０〜５０ｗｔ％であり、ガラス材料が９０〜４０
ｗｔ％、好ましくは７０〜５０ｗｔ％である。

【００３５】有機バインダは、固形分（セラミック粉
末、低融点ガラス成分のフリット）との濡れ性も重視す
る必要があり、比較的低温で且つ短時間の焼成工程で焼
失できるように熱分解性に優れたものが好ましく、アク
リル酸もしくはメタクリル酸系重合体のようなカルボキ
シル基、アルコール性水酸基を備えたエチレン性不飽和
化合物が好ましい。

【００３６】溶剤として、有機系溶剤、水系溶剤を用い
ることができる。例えば、有機溶剤の場合には、２．
２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソ
ベンチートなどが用いられ、水系溶剤の場合には、水溶
性である必要があり、モノマー及びバインダには、親水
性の官能基、例えばカルボキシル基が付加されている。

【００３７】その付加量は酸価で表せば２〜３００あ
り、好ましくは５〜１００である。付加量が少ない場合
は水への溶解性、固定成分の粉末の分散性が悪くなり、
多い場合は熱分解性が悪くなるため、付加量は、水への
溶解性、分散性、熱分解性を考慮して、上述の範囲で適
宜付加される。

【００３８】次に、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄと
なるグリーンシートには、各層のビアホール導体４の形
成位置に対応して、所定径の貫通穴をパンチングによっ
て形成する。

【００３９】次に、グリーンシートの貫通穴に、ビアホ
ール導体４の導体をＡｇ系導電性ペーストを印刷・充填
するとともに、ガラス−セラミック層１ｂ〜１ｄとなる
グリーンシート上に、各内部配線導体３となる導体膜を
印刷し、乾燥処理を行う。

【００４０】ここで、ビアホール導体、内部配線用のＡ
ｇ系導電性ペーストは、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−Ｐｄ
などのＡｇ合金）粉末、所定量のＶ₂Ｏ₅粉末、ホウ珪
酸系ガラスフリット、エチルセルロースなどの有機バイ
ンダー、溶剤を均質混合したものが用いられる。

【００４１】また、ガラス−セラミック層１ａとなるグ
リーンシート上に、表面配線導体２となる導体膜を表面
配線用Ａｇ系導電性ペーストを用いて印刷し、乾燥処理
を行う。

【００４２】ここで、表面配線用Ａｇ系導電性ペースト
は、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）粉
末、Ｐｔ粉末、所定量のＶ₂Ｏ₅粉末、ホウ珪酸系ガラ
スフリット、有機バインダー、溶剤を均質混合したもの
が用いられる。尚、Ｖ₂Ｏ₅、ホウ珪酸系ガラス成分以
外の微量の金属酸化物が含有していても構わない。この
ようにビアホール導体４となる導体、内部配線導体３と
なる導体膜、表面配線導体２となる導体膜が形成された
グリーンシートを、積層体１のガラス−セラミック層１
ａ〜１ｄの積層順に応じて積層一体化する。

【００４３】尚、ガラス−セラミック層１ａとなるグリ
ーンシートに形成されるビアホール導体４となる導体
は、印刷工程の共通化のために、表面配線用Ａｇ系導電
性ペーストを用いることが望ましい。

【００４４】次に、未焼成の積層体を、酸化性雰囲気ま
たは大気雰囲気で焼成処理する。焼成処理は、脱バイン
ダ過程と焼結過程からなる。

【００４５】脱バインダ過程は、ガラス−セラミック層
１ａ〜１ｄとなるグリーンシート、内部配線導体３とな
る導体膜、ビアホール導体４となる導体、表面配線導体
２となる導体膜に含まれる有機成分を焼失するためのも
のであり、例えば６００℃以下の温度領域で行われる。

【００４６】また、焼結過程は、ガラス−セラミックの
グリーンシートのガラス成分を結晶化させると同時にセ
ラミック粉末の粒界に均一に分散させ、積層体に一定強
度を与え、内部配線導体３となる導体膜、ビアホール導
体４となる導体、表面配線導体２となる導体膜の導電材
料、例えば、Ａｇ系粉末を粒成長させて、低抵抗化さ
せ、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄと一体化させるも
のである。これは、ピーク温度８５０〜１０５０℃に達
するまでに行われる。

【００４７】この工程で、内部に内部配線導体３、ビア
ホール導体４が形成され、且つ表面に表面配線導体２が
形成された積層体１が達成されることになる。

【００４８】その後、必要に応じて、表面配線導体２に
接続する厚膜抵抗素子や絶縁保護膜を形成して、各種電
子部品５を半田などで接着・実装を行う。

【００４９】これにより、表面配線導体２が積層体１と
一体的に焼成処理された低温焼成の回路基板が達成する
ことになる。

【００５０】本発明において、表面配線導体２を形成す
るためのＡｇ系導電性ペーストは、例えば、平均粒径３
μｍのＡｇ粉末と、Ａｇ等の金属成分に１００ｗｔ％に
対して０．２〜１．０ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅粉末と、軟化点
７００〜８００℃でＡｇ等の金属成分に１００ｗｔ％に
対して０．２〜１．０ｗｔ％のホウ珪酸系ガラスフリッ
ト、エチルセルロースなどの有機バインダー、ペンタン
ジオールイソブレートなどの有機溶剤が均質混合されて
形成される。尚、必要に応じて、金属成分として、例え
ば、平均粒径０．５μｍのＰｔ粉末を添加しても構わな
い。このＰｔ粉末は、表面配線導体２上に電子部品５な
どを半田を介して接着する際、Ａｇ成分が半田に食われ
ることを防止するために添加するものであり、例えば、
金属成分中、例えば約１ｗｔ％の割合で添加されてい
る。

【００５１】この表面配線用のＡｇ系導電性ぺースト
は、ガラス−セラミック層１ａ〜１ｄとなるガラス−セ
ラミックのグリーンシートなどとともに、大気雰囲気中
で一体的に焼成されるものである。

【００５２】Ｖ₂Ｏ₅粉末は、Ａｇ系粉末と、例えば積
層体１のガラス−セラミック材料のガラス成分とのアン
カー効果のスパイク構造をより接着を強固にするもので
ある。まず、Ｖ₂Ｏ₅粉末の添加範囲の下限は、金属成
分１００ｗｔ％に対して０．２ｗｔ％である。これは、
上述のアンカー効果によって、特にガラス−セラミック
層との界面部分の強度を向上させるために必要な量であ
る。具体的にＡｇ系粒子の凹凸表面に、食い込むように
Ｖ₂Ｏ₅が配置されて、ガラス−セラミック材料のガラ
ス成分と安定的に結合しあう。

【００５３】この下限である０．２ｗｔ％を満たない場
合には、表面配線導体２とガラス−セラミックとの界面
部分で充分な接着強度が得られない。この充分な接着強
度とは、初期状態で１．５ｋｇｆ／２ｍｍ角の力で表面
配線導体２を引っ張っても剥離が生じないことである。
また、熱エージング試験後で１．５ｋｇｆ／２ｍｍ角の
力で表面配線導体２を引っ張っても剥離が生じないこと
である。

【００５４】従って、導電性ペーストに、少なくとも
０．２ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅を添加することにより、表面配
線導体２と表面のガラス−セラミック層１ａとの強固な
接着強度が達成される。

【００５５】次に、Ｖ₂Ｏ₅粉末の添加範囲の上限は、
金属成分１００ｗｔ％に対して１．０ｗｔ％である。Ｖ
₂Ｏ₅粉末が１．０ｗｔ％を越えて過剰に添加される
と、Ｖ₂Ｏ₅成分が、表面配線導体２の表面に析出され
ることから、表面配線導体２の表面において、半田の濡
れ性を阻害され、各種電子部品５を安定して半田接合す
ることが困難となる。

【００５６】また、ホウ珪酸系ガラスについて、軟化点
が７００〜８００℃がである。軟化点は、ホウ珪酸系ガ
ラス成分を構成するＢ₂Ｏ₃の量比を調整することによ
って制御される。例えば、Ｂ₂Ｏ₃の量比を高めると、
軟化点は低下する方向となる。

【００５７】ホウ珪酸系ガラス成分の軟化点は、積層体
１の焼結挙動に近時させることなどから厳密に制御する
必要がある。

【００５８】軟化点が７００℃未満では、表面配線導体
２中のホウ珪酸系ガラス成分が、Ａｇ系材料に比較して
低い温度または同等の温度で軟化流動してしまう。この
ため、積層体１の収縮挙動を阻害しり、積層体１のガラ
ス成分と相溶し、積層体１の結晶化ガラス成分の組成を
変質させて、結晶化を阻害してしまう。そして、Ａｇ系
材料の焼結反応を遅らせるべく、ホウ珪酸系ガラス成分
の量を多くすると、表面配線導体２の表面や配線導体の
基体との界面部分にガラス成分が集中し、半田ぬれ性が
低下し、Ａｇ粉末のアンカー効果を阻害する結果とな
り、接着強度が低下してしまう。

【００５９】また、軟化点が８００℃を越えると、焼成
された表面配線導体２中にホウ珪酸系ガラス成分が残存
し、積層体１の結晶化ガラス成分を引きつけ、表面配線
導体２のガラス成分が相対的に過剰となり、半田ぬれ性
を劣化させてしまうことになる。

【００６０】以上の点から、表面配線導体２に含まれる
ホウ珪酸系ガラス成分の軟化点は、７００〜８００℃が
望ましい。

【００６１】また、このようなホウ珪酸系ガラス成分の
含有量は、Ａｇ系材料の焼結反応を制御して基板の反り
を防止することなどから厳密に制御する必要がある。

【００６２】ホウ珪酸系ガラス成分は、金属成分１００
重量％に対して０．２〜１．０ｗｔ％を含有している。
この含有量に関してはＡｇ系材料の焼結反応を遅らせ
て、ガラス−セラミック材料の焼結反応と同時程度にま
ですることがてき、その結果、基板の反りを防止するこ
とができる。

【００６３】ホウ珪酸系ガラス成分の含有量が、０．２
ｗｔ％未満では、Ａｇの焼結を遅らせて基板の反りを小
さくするという効果が充分に得られない。また、１０ｗ
ｔ％を越えると、表面配線導体２のガラス成分が過剰と
なり、表面配線導体２の表面にガラス成分が析出され
て、半田ぬれ性が劣化してしまうことになる。

【００６４】〔実験例〕本発明者は、回路基板の作用・
効果を確認するために、８種類の表面配線導体用のＡｇ
系導電性ペーストを用いて作成し、上述の低温焼成可能
なガラス−セラミック材料のグリーンシート（厚み２０
０μｍ）を５層して、積層した未焼成の積層体（基板の
形状５ｍｍ角、１０ｍｍ角）の表面に、表面配線用のＡ
ｇ系導電性ペーストを印刷し、大気雰囲気中で９５０℃
で焼成処理して試料を作成した。

【００６５】各表面配線導体用Ａｇ系導電性ペースト
は、平均粒径３μｍのＡｇ粉末、所定量のＶ₂Ｏ₅粉
末、所定量のホウ珪酸系ガラスフリット、有機バンイダ
ー（エチルセルロース）、有機溶剤（２．２．４−トリ
メチル−１．３−ペンタジオールモノイソブチレート）
を３本ロールで均質混合して作成した。

【００６６】具体的には、上述のホウ珪酸系ガラスフリ
ットとして、軟化点が６００℃、７５０℃、８９０℃の
３種類のホウ珪酸系ガラス成分を用意し、所定割合とな
るようにペーストを作成した。

【００６７】ガラス−セラミック材料は、アノーサイト
系結晶化ガラスが析出されるガラス材料、平均粒径２．
０μｍのアルミナセラミック粉末を用いた。混合比率
は、ガラス材料が５５ｗｔ％、アルミナセラミック粉末
が４５ｗｔ％である。

【００６８】さらに、全重量に対して、１０ｗｔ％のア
クリル樹脂、４０ｗｔ％のトルエン、６０ｗｔ％のＤＴ
Ｐをボールミルで混練し、ドクターブレードで２００μ
ｍのシートを作成した。試料の基体は、このシートを５
層を加圧圧着して積層し、その基体の形状は、焼成後に
２ｍｍ角（半田ぬれ性測定、及び接着強度用）、５ｍｍ
角（基板の反り測定用）、１０ｍｍ角（基板の反り測定
用）とした。

【００６９】表面配線導体２は、上述の未焼成の基体の
全表面に、スクリーン印刷により、厚み１５μｍの導体
膜を形成した。

【００７０】このようにした作成した試料１〜８につい
て、半田ぬれ性、基板の反り、接着強度を調べた。

【００７１】〔半田ぬれ性〕得られた試料をロジン系フ
ラックス溶液に浸漬した後、２３０℃の２％Ａｇ入りＳ
ｎ−Ｐｂ共晶半田浴中に浸漬し、表面配線導体２の表面
の半田濡れ性を調べた。半田濡れ性は、全表面面積に対
して９０％以上の面積で半田が付着しているものを
「優」とし、それ以下を「劣」とした。

【００７２】〔接着強度〕接着強度は２ｍｍ角の表面配
線導体２に０．６ｍｍφの鉛メッキ導線を半田接合し
て、ピール法で、初期状態の接着強度、１５０℃で
５００時間放置後（エージング）の接着強度、−４０
℃〜１２５℃、各３０分を１００サイクルを施した温度
サイクル試験（サイクル）後の接着強度をそれぞれ調べ
た。

【００７３】接着強度は、初期状態で２．０ｋｇｆ／２
ｍｍ角以上、エージング、サイクル試験後で１．０ｋｇ
ｆ／２ｍｍ角以上の試料が実用上重要となる。

【００７４】〔基板の反りの評価〕また、焼成後の試料
の表面の最高部分と最低部分の差を測定した。基板の反
りは、０．０３ｍｍ以下の試料が実用上重要となる。

【００７５】表２には、表面配線用導電性ペーストの固
形成分の重量比率（Ｖ₂Ｏ₅粉末、ホウ珪酸系ガラスは
夫々金属成分１００ｗｔ％に対する比率）及び夫々の特
性を表１に示す。尚、表中、接着強度の「初期」は上述
のの初期状態の特性であり、「エージング」は、上述
のの熱硬化エージング後の特性であり、「サイクル」
は上述のの温度サイクル試験後の特性を示す。

【００７６】

【表１】

【００７７】〔結果〕まず、試料番号８では、ホウ珪酸
系ガラスを含まない表面配線導体を形成した試料であ
る。この試料では、半田のぬれ性、初期接着強度、１５
０℃で５００時間放置（熱エージング）後、熱サイクル
（−４０℃〜１２５℃、各３０分を１００サイクルを施
した温度サイクル試験）後の接着強度ともに優れたもの
のとなるが、特に基板の反り（１０ｍｍ角）が顕著に現
れる。

【００７８】この基板の反りは、基体の焼結反応に比較
して、Ａｇ材料の焼結反応が比較的低温で達成されてし
まうため、表面配線導体と基体の焼結挙動の挙動が合致
していないことに起因するものであり、Ａｇの焼結反応
を遅らせるホウ珪酸系ガラスを含まないためである。

【００７９】試料番号１、４、５から、表面配線用Ａｇ
系導電性ペーストのＶ₂Ｏ₅粉末は、金属成分１００ｗ
ｔ％に対して０．２〜１．０ｗｔ％の範囲が望ましいこ
とが理解できる。これによって、初期の接着強度で試料
番号８と同等で、熱エージグ後でも、熱サイクル後で
も、試料番号８と比較して遜色のない特性がなられ、し
かも、基板の反りも小さいものとなる。尚、試料番号５
は、半田ぬれ性が劣るため、接着強度の測定が不可能で
ある。

【００８０】また、試料番号４と試料番号８とから、ホ
ウ珪酸系ガラスの軟化点、含有量を適正に設定すれば、
試料番号８の基板の反りを大きく改善できることにな
る。

【００８１】試料番号１〜３は、上述のＶ₂Ｏ₅粉末を
０．２ｗｔ％に固定し、また、軟化点が７５０℃のホウ
珪酸系ガラスを用いて、そのホウ珪酸系ガラスの重量比
率を変化させた。これにより、軟化点７５０℃のホウ珪
酸系ガラスフリットは、金属成分１００ｗｔ％に対して
０．２〜１．０ｗｔ％の範囲が望ましいことが理解でき
る。傾向としては、ホウ珪酸系ガラスの量を増加させる
と、基板の反りは減少する方向となるが、表面配線導体
２の半田ぬれ性を劣化させる方向、熱硬化エージング、
熱サイサル後の接着強度を低下させ、接着信頼性が劣る
傾向を示す。

【００８２】尚、試料番号３は、半田ぬれ性が劣るた
め、接着強度の測定が不可能である。

【００８３】次に、試料番号６、７は、上述のＶ₂Ｏ₅
粉末を金属成分１００ｗｔ％に対して、軟化点が異なる
ホウ珪酸系ガラス成分（軟化点が６００℃、８９０℃）
を用いた。

【００８４】試料番号６の軟化点が６００℃のホウ珪酸
系ガラス成分（１．０ｗｔ％）では、初期の特性は、半
田ぬれ性に優れ、基板の反りにも優れたものとなるが、
特に接着強度が劣るものとなる。これは、半田ぬれ性は
一応良好を示すものの、表面配線導体の表面や配線導体
の基体との界面部分にガラス成分が集中して、Ａｇ粉末
のアンカー効果を阻害する結果となり、接着強度が低下
してしまうものである。このため、この接着信頼性を回
復させるため、ホウ珪酸系ガラスの量を１．０ｗｔ％以
下とすることが考えられるが、ホウ珪酸系ガラス成分の
軟化流動が比較的低い温度から発生してしまうため、基
体の収縮挙動を阻害して基板の反りを大きくしてしまっ
たり、基体のガラス成分と相溶し、基体のガラス成分の
組成を変質させて、結晶化を阻害してしまう。

【００８５】試料番号７の軟化点８９０℃では、焼成さ
れた表面配線導体中にホウ珪酸系ガラス成分が残存し、
基体のガラス成分を引きつけ、表面配線導体のガラス成
分が多過となり、半田ぬれ性を劣化してしまい、接着強
度の測定ができないものとなる。

【００８６】また、本発明者らは、本発明に適用される
ホウ珪酸系ガラスの軟化点の範囲を７００〜８００℃で
あれば、試料番号１、２のように傾向を示し、上述の良
品の範囲に属することを確認した。

【００８７】尚、上述の実施例において、基板として、
複数のガラス−セラミック層１ａ〜１ｄが積層し、その
間に内部配線導体３を有する積層体で説明したが、ガラ
ス−セラミック材料からなる単板であっても構わない。

【００８８】また、積層体の形成工程がグリーンシート
の積層による方法で説明したが、ガラス−セラミック材
のペーストを順次印刷した印刷多層により積層体を形成
してもよく、また、ガラス−セラミック材からなるスリ
ッフプ材に光硬化モノマーを添加して、ビアホール導体
となる貫通穴を露光・現像によって形成する方法を含む
積層体の形成方法であってもよく、要は未焼成状態の基
板（積層体）の表面に表面配線用Ａｇ系導電性ペースト
を用いて、表面配線導体となる導体膜を形成し、その
後、基板（積層体）と同時に焼成した低温焼成回路基板
であれば、基板（積層体）の構造・形成方法は任意に変
更できる。

【００８９】また、上述の表面配線用Ａｇ系導電性ペー
ストとして、上述のようにｐｔ粉末を若干添加したもの
であってもよく、その主成分がＡｇ系粉末、即ち、Ａｇ
単体、Ａｇ−Ｐｄ合金などのＡｇ合金粉末であっても構
わない。

【００９０】さらに、Ａｇ系材料を主成分とする金属材
料に対して、金属酸化物として、Ｖ₂Ｏ₅を添加した
が、表面配線導体２の半田ぬれ性を阻害しない範囲で、
その他の金属酸化物が微量に含まれていても構わない。

【００９１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガラス−
セラミック層からなる基体の表面に、表面配線導体を所
定量のＶ₂Ｏ₅、所定温度の軟化点、所定量のホウ珪酸
系ガラスを含むＡｇ系導体膜で形成し、しかも、これら
を大気雰囲気中で一体的に焼成して形成した低温焼成回
路基板である。

【００９２】これにより、表面配線導体のＡｇ粒子への
基板材料のガラス成分からのアンカー効果が助長され、
長期にわたり安定且つ強固な接着強度が維持でき、接着
信頼性に優れた回路基板となる。また、基板の反りを抑
えた実用性に優れた回路基板となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回路基板の断面図である。

【符号の説明】

１０・・・・・・回路基板１・・・・・・・積層体１ａ〜１ｄ・・・ガラス−セラミック層２・・・・・・・表面配線導体３・・・・・・・内部配線導体４・・・・・・・ビアホール導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｇ系金属成分１００ｗｔ％に対して
０．２〜１．０ｗｔ％のＶ₂Ｏ₅、０．２〜１．０ｗｔ
％の軟化点が７００〜８００℃のホウ珪酸系ガラスを含
有する表面配線導体を、ガラス−セラミック焼結体から
成る基体に一体的に焼結して形成して成る回路基板。