JPH11135899A - Ceramic circuit board - Google Patents
Ceramic circuit boardInfo
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- JPH11135899A JPH11135899A JP9299196A JP29919697A JPH11135899A JP H11135899 A JPH11135899 A JP H11135899A JP 9299196 A JP9299196 A JP 9299196A JP 29919697 A JP29919697 A JP 29919697A JP H11135899 A JPH11135899 A JP H11135899A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、ガラス−セラミッ
ク材料からなる基板上に、また、ガラス−セラミック材
料からなる絶縁層を複数積層した積層本体上に、表層配
線を形成したセラミック回路基板に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic circuit board having a surface wiring formed on a substrate made of a glass-ceramic material and on a laminated body in which a plurality of insulating layers made of a glass-ceramic material are laminated. It is.
【0002】[0002]
【従来技術】例えば、ガラス−セラミック材料からなる
絶縁層を複数積層した積層本体(基板)を用いたセラミ
ック回路基板は、従来より800〜1000°Cの低温
で焼成可能な構造であり、これにより、絶縁層間に配置
した内装導体や表層配線にAg、Cu、Auなどの低抵
抗材料(同時に低融点)を用いることができることから
広く用いられていた。尚、積層本体の内部に形成した内
装導体は、積層本体と同時焼成されるものの、表層配線
層は積層本体と同時に焼成される場合と、焼結した積層
本体の表面に、焼き付け処理する場合とがある。2. Description of the Related Art For example, a ceramic circuit board using a laminated body (substrate) in which a plurality of insulating layers made of a glass-ceramic material are laminated has a structure which can be fired at a lower temperature of 800 to 1000 ° C. than before. In addition, low resistance materials such as Ag, Cu, and Au (and at the same time, low melting points) can be used for interior conductors and surface wirings arranged between insulating layers, so that they have been widely used. The interior conductor formed inside the laminated main body is fired simultaneously with the laminated main body, but the surface wiring layer is fired simultaneously with the laminated main body, and when the surface of the sintered laminated main body is subjected to a baking treatment. There is.
【0003】一般に、800〜1000℃で焼成可能な
ガラス−セラミック材料としては、アルミナなどの耐火
物フィラー(セラミック粉末)と結晶化ガラス成分とを
所定量混合し、800〜1000℃の焼成処理で、耐火
物フィラーの粒堺に結晶化ガラス成分が析出されて良好
な強度が達成できる。Generally, as a glass-ceramic material that can be fired at 800 to 1000 ° C., a predetermined amount of a refractory filler (ceramic powder) such as alumina and a crystallized glass component are mixed, and the mixture is fired at 800 to 1000 ° C. In addition, the crystallized glass component is precipitated on the grain of the refractory filler, and good strength can be achieved.
【0004】また内装導体は、Ag系、Cu系、Au系
の金属材料からなり、ガラス−セラミック層との接合強
度を向上させるために、Ag系、Cu系、Au系のCu
導電性ペーストに、0〜1.0wt%のガラスフリット
や0〜5.0wt%の酸化物を添加していた。さらに、
表層配線は、Ag系、Cu系、Au系の金属材料からな
っていた。The interior conductor is made of an Ag-based, Cu-based, or Au-based metal material. In order to improve the bonding strength with the glass-ceramic layer, Ag-based, Cu-based, or Au-based Cu is used.
To the conductive paste, 0 to 1.0 wt% of glass frit and 0 to 5.0 wt% of oxide were added. further,
The surface wiring was made of an Ag-based, Cu-based, or Au-based metal material.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述のセラミック回路
基板において、表層配線を内装導体と同様に積層本体の
表面との接合強度を向上させるべく、ガラス成分、酸化
物成分を添加した導電性ペーストでもって焼き付け処理
をおこなうと、表層配線の表面にガラス成分や酸化物成
分が析出されやすなる。その結果、この表層配線の半田
濡れ性が低下してしまい、電子部品素子などを半田接合
することが困難となる。In the above-described ceramic circuit board, the surface wiring is made of a conductive paste to which a glass component and an oxide component are added in order to improve the bonding strength between the surface wiring and the surface of the laminated body in the same manner as the interior conductor. When the baking treatment is performed, a glass component or an oxide component tends to precipitate on the surface of the surface wiring. As a result, the solder wettability of the surface wiring is reduced, and it is difficult to solder electronic component elements and the like.
【0006】また、上述のようにガラス成分を添加した
導電性ペーストによって表層配線を形成しても、初期の
接合強度が強固であっても、熱サイクル試験などによっ
て接合強度が大きく低下してしまう。これは、内装導体
に比較して、表層配線は外部に晒されて環境的に過酷な
条件どなるためである。Even if the surface wiring is formed by the conductive paste to which the glass component is added as described above, even if the initial bonding strength is strong, the bonding strength is greatly reduced by a heat cycle test or the like. . This is because, compared to the interior conductor, the surface wiring is exposed to the outside and is subjected to severe environmental conditions.
【0007】これを回避するために、ガラス成分などを
添加しない導電性ペーストで表層配線を形成することも
考えられるが、このような場合、積層本体と表層配線と
の接合力が大きく低下してしまう。In order to avoid this, it is conceivable to form the surface wiring with a conductive paste to which no glass component or the like is added. However, in such a case, the bonding strength between the laminated body and the surface wiring is greatly reduced. I will.
【0008】即ち、仮に、上述のようにガラス成分を添
加した導電性ペーストによって表層配線を形成しても、
熱サイクル試験によって初期の接合強度が大きく低下し
てしまうことが多い。これは、内装導体に比較して、表
層配線は外部に晒されて環境的に過酷な条件どなるため
である。That is, even if the surface wiring is formed by the conductive paste to which the glass component is added as described above,
In many cases, the initial bonding strength is greatly reduced by the heat cycle test. This is because, compared to the interior conductor, the surface wiring is exposed to the outside and is subjected to severe environmental conditions.
【0009】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、ガラスーセラミック材料か
らなる基板と一体的に焼結された表面配線を有するセラ
ミック回路基板であって、表層配線の接着強度の信頼
性、特に温度サイクル試験後の接着強度の信頼性を向上
させたセラミック回路基板を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a ceramic circuit board having a surface wiring integrally sintered with a substrate made of a glass-ceramic material. It is another object of the present invention to provide a ceramic circuit board having improved reliability of the bonding strength of the surface wiring, particularly, the reliability of the bonding strength after the temperature cycle test.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、800
〜1000°Cで焼成可能なガラス−セラミック材料か
ら成る基板上に表層配線を一体的に焼結して成るセラミ
ック回路基板において、前記基板のガラス−セラミック
材料は、低融点結晶化ガラス粉末を45〜70重量%、
セラミック粉末を55〜30重量%を含み、前記ガラス
粉未は、A12 O3 を15〜25重量%、SiO2 を4
0〜43重量%、CaOを3〜5重量%、ZnOを10
〜15重量%、MgOを15〜17重量%、B2 O3 を
4〜7重量%含有していることを特徴とするセラミック
回路基板である。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, an 800
In a ceramic circuit board obtained by integrally sintering surface wiring on a substrate made of a glass-ceramic material which can be fired at ~ 1000 ° C., the glass-ceramic material of the substrate is a low melting point crystallized glass powder of 45%. ~ 70% by weight,
The ceramic powder contains 55 to 30% by weight, and the glass powder contains 15 to 25% by weight of Al 2 O 3 and 4 to 4% of SiO 2 .
0 to 43% by weight, 3 to 5% by weight of CaO, 10% of ZnO
15 wt%, the MgO 15 to 17% by weight, a ceramic circuit board, characterized by containing a B 2 O 3 4 to 7 wt%.
【0011】本発明において、セラミック粉末を55〜
30wt%としたのは、55wt%を越える(ガラス粉
末が45wt%を下回る)と焼成体密度が低下し、基板
の抗折強度、耐湿性か劣化してしまうためである。ま
た、30wt%を下回る(ガラス粉末が70wt%を越
える)と、基板の抗折強度が劣化してしまったり、焼成
時に型くずれが起こって基板とならなかったりする。In the present invention, 55 to 55 ceramic powders are used.
The reason for setting the content to 30% by weight is that if the content exceeds 55% by weight (the glass powder content is less than 45% by weight), the density of the fired body decreases, and the bending strength and moisture resistance of the substrate deteriorate. On the other hand, if the content is less than 30% by weight (glass powder exceeds 70% by weight), the bending strength of the substrate is deteriorated, or the shape is lost during firing, and the substrate is not formed.
【0012】また、上述のガラス成分のSiO2 は、ガ
ラスのネツトワークフォーマーであり、例えば、ガラス
成分中、40wt%未満となると、軟化点が低くなり過
ぎ、耐熱性か低下し、例えば、表面配線を焼成済の基板
の表面に焼き付け処理(再焼成)時に変形を生じやすく
なるので好ましくない。一方、43wt%を越えると、
ガラスの軟化点が高くなり、セラミック粒子の界面に充
分な結晶化ガラスを形成することができず、その結果、
基板の密度を低下させ、さらに、耐水性を劣化させる。The above-mentioned glass component SiO 2 is a glass network former. For example, if the glass component is less than 40% by weight, the softening point becomes too low and the heat resistance is lowered. It is not preferable because the surface wiring tends to be deformed during the baking process (re-baking) on the surface of the baked substrate. On the other hand, if it exceeds 43 wt%,
The softening point of the glass increases, and it is not possible to form sufficient crystallized glass at the interface between the ceramic particles, and as a result,
It lowers the density of the substrate and further deteriorates the water resistance.
【0013】ガラス成分のAl2 O3 はガラスの耐水性
を向上させ、また、所定結晶相を析出するに必須な成分
である。このAl2 O3 が15wt%未満では結晶化ガ
ラスの析出が不充分となり、基板の抗折強度、表層配線
との接着強度の劣化につながる。一方、25wt%を越
えるとガラスの軟化点が高くなり、例えば800〜10
00℃の焼結温度でも、結晶相が析出されにくくなる。The glass component Al 2 O 3 is an essential component for improving the water resistance of the glass and for precipitating a predetermined crystal phase. If the content of Al 2 O 3 is less than 15% by weight, the precipitation of crystallized glass becomes insufficient, leading to deterioration in the bending strength of the substrate and the adhesive strength with the surface wiring. On the other hand, if it exceeds 25 wt%, the softening point of the glass increases, for example, 800 to 10%.
Even at a sintering temperature of 00 ° C., a crystalline phase is hardly precipitated.
【0014】ガラス成分中、CaO、ZnO、MgO
は、ぞれぞれ所定結晶相を析出するに必要な成分であ
る。その所定結晶相とは、アノーサイト、ウィレマイ
ト、ガーナイトなどであり、これらの結晶相を析出する
ために必要で、上記範囲を越えると、結晶が充分に形成
されず、基板の抗折強度が劣化する。In the glass component, CaO, ZnO, MgO
Is a component necessary to precipitate a predetermined crystal phase. The predetermined crystal phases are anorthite, willemite, garnite, etc., which are necessary for precipitating these crystal phases. If the above-mentioned range is exceeded, crystals are not sufficiently formed, and the bending strength of the substrate is deteriorated. I do.
【0015】B2 O3 はフラックス成分として用いる
が、4%未満ではガラスの軟化点か高くなり、焼結温度
が高くなり、好ましくない。また、7.0wt%を越え
ると、結晶化されなかった残存するガラス成分が多くな
り、耐熱性や抗折強度が劣化してしまう。B 2 O 3 is used as a flux component, but if it is less than 4%, the softening point of the glass becomes high, and the sintering temperature becomes high. On the other hand, if it exceeds 7.0% by weight, the remaining glass component which has not been crystallized increases, and the heat resistance and the bending strength deteriorate.
【0016】[0016]
【作用】本発明において、上記範囲のガラス組成の粉末
と、アルミナセラミックなどのセラミック粉末とからな
る基板材料に、Ag系(Ag単体またはAg合金)、C
u系、Au系から成る表層配線となる導体膜を印刷・乾
燥により形成し、基板材料とこの導体膜とを一体的に焼
成処理すると、基板材料のガラス成分が軟化し、セラミ
ック粉末の粒堺で結晶化ガラスとなるとともに、基板上
に析出され、表層配線の金属粒子間に浸透する。これに
より、基板接合付近の焼結反応した金属粒子の界面にも
ガラス成分が回り込むことになり、金属粒子と基板材料
のガラス成分とがアンカー効果により、強固に接合され
ることになる。これより、温度サイクル時に発生する応
力に対しても、安定的に表層配線を接合することができ
る。In the present invention, a substrate material composed of a powder having a glass composition in the above range and a ceramic powder such as alumina ceramic is coated with an Ag-based material (Ag alone or an Ag alloy),
When a conductor film serving as a surface wiring made of u-based or Au-based is formed by printing and drying, and the substrate material and this conductor film are integrally baked, the glass component of the substrate material is softened, and the ceramic powder granules are formed. As a result, the glass becomes crystallized glass and is precipitated on the substrate, and penetrates between the metal particles of the surface wiring. As a result, the glass component goes around the interface of the metal particles that have undergone the sintering reaction in the vicinity of the substrate joining, and the metal particles and the glass component of the substrate material are firmly joined by the anchor effect. Thus, the surface wiring can be bonded stably even with respect to the stress generated during the temperature cycle.
【0017】同時に、表層配線の接合付近は、基板材料
のガラス成分によって強固な接合が達成されるものの、
表層配線の表面部分にまで基板材料のガラス成分が析出
されにくく、これにより、表層配線上に半田を介して電
子部品などを安定・強固に半田接合することができる。At the same time, near the junction of the surface wiring, a strong junction is achieved by the glass component of the substrate material,
The glass component of the substrate material is unlikely to be deposited on the surface portion of the surface wiring, whereby an electronic component or the like can be stably and firmly solder-bonded on the surface wiring via solder.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミック回路基
板を図面に用いて説明する。尚、実施例は、基板とし
て、複数の絶縁層を積層した積層基板(積層本体)で説
明する。図1は本発明の積層基板を用いたセラミック回
路基板である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a ceramic circuit board according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments, a laminated substrate (laminated main body) in which a plurality of insulating layers are laminated will be described as a substrate. FIG. 1 shows a ceramic circuit board using the laminated board of the present invention.
【0019】図1において、10はセラミック回路基板
であり、セラミック回路基板10は、積層本体1と表層
配線2とから構成されており、必要に応じて、この表層
配線2面配線2上に半田接合した電子部品3を搭載す
る。In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a ceramic circuit board. The ceramic circuit board 10 is composed of a laminated body 1 and a surface wiring 2 and, if necessary, soldered on the surface wiring 2 and the surface wiring 2. The joined electronic components 3 are mounted.
【0020】積層本体1は、例えば、4層の絶縁層1a
〜1dが積層して構成されている。The laminated body 1 has, for example, four insulating layers 1a.
To 1d are stacked.
【0021】各層間には内装導体11が配置されてお
り、また、各絶縁層1a〜1dには、絶縁層間の内装導
体11どうしを、また、内装導体11と表層配線2とを
接続するためのビアホール導体12が形成されて構成さ
れている。The interior conductors 11 are arranged between the layers, and the insulation layers 1a to 1d are used to connect the interior conductors 11 between the insulation layers and to connect the interior conductor 11 and the surface wiring 2. Are formed.
【0022】絶縁層1a〜1dは、耐火物無機物フィラ
ーであるセラミック成分と、結晶化ガラス成分とから構
成されている。具体的にはセラミック粉末、所定結晶相
を析出する各種ガラス成分を含む低融点ガラス粉末、バ
インダー、溶剤などを均質混合したグリーンシートや印
刷・乾燥により形成された絶縁層を低温で焼成処理する
ことにより達成される。尚、バインダーや溶剤は乾燥や
焼成処理中に焼失されることになるため、実質的に絶縁
層1a〜1dはセラミック成分とガラス成分とから構成
されることになる。上述のセラミック成分とは、アルミ
ナ、クリストバライト、石ランダム(αアルミナ)など
が例示できる。また、ガラス成分とは、800〜100
0℃の比較的低温で焼成処理されてもコージェライト、
ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、カー
ナイト、ウイレマイロマイト、ペタライト、オオズミラ
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種類を析出し得るガラス粉末から構成されている。The insulating layers 1a to 1d are composed of a ceramic component as a refractory inorganic filler and a crystallized glass component. Specifically, a ceramic sheet, a low melting point glass powder containing various glass components that precipitate a predetermined crystal phase, a green sheet in which a binder, a solvent, etc. are homogeneously mixed, and an insulating layer formed by printing and drying are fired at a low temperature. Is achieved by Since the binder and the solvent are burned off during the drying or baking treatment, the insulating layers 1a to 1d are substantially composed of a ceramic component and a glass component. Examples of the ceramic component include alumina, cristobalite, stone random (α-alumina), and the like. The glass component is 800 to 100.
Cordierite even when calcined at a relatively low temperature of 0 ° C.
It is composed of a glass powder capable of precipitating at least one of crystal phases such as mullite, anorthite, serdian, spinel, carnite, willemylomite, petalite, ozumilite and substituted derivatives thereof.
【0023】そして、絶縁層1a〜1dの固形成分中、
低融点結晶化ガラス粉末が45〜70重量%とセラミッ
ク粉末が55〜30重量%を含んでいる。Then, in the solid components of the insulating layers 1a to 1d,
The low melting point crystallized glass powder contains 45 to 70% by weight and the ceramic powder contains 55 to 30% by weight.
【0024】また、上述のガラス粉末は、当該ガラス粉
未中、A12 O3 を15〜25重量%、SiO2 を40
〜43重量%、CaOを3〜5重量%、ZnOを10〜
15重量%、MgOを15〜17重量%、B2 O3 を4
〜7重量%を含有している。Further, the glass powder described above, the glass powder raw medium, A1 2 O 3 15 to 25 wt%, a SiO 2 40
~ 43wt%, CaO 3 ~ 5wt%, ZnO 10 ~
15 wt%, the MgO 15 to 17 wt%, B 2 O 3 to 4
-7% by weight.
【0025】内装導体11及びビアホール導体12は、
Ag系(Ag単体やAg合金)、Cu系、金系などの低
抵抗金属材料から主に構成され、基板材料との接合強
度、一体焼結時の焼結挙動を合わせるために、必要に応
じて基板材料の結晶化ガラス成分の生成に障害を与えな
いガラス成分を含んでいる。具体的には、例えばAg粉
末と、低融点ガラス成分と、有機ビヒクルを均質混合し
た導電性ペーストを用いて、基板材料となるガラス−セ
ラミックのグリーン上に印刷、塗布され、また、グリー
ンシートに形成した貫通孔に充填、塗布され、乾燥後、
基板材料と一体的に焼成処理される。The interior conductor 11 and the via-hole conductor 12 are
Mainly composed of low-resistance metal materials such as Ag (Ag alone or Ag alloy), Cu, and gold, as necessary to match the bonding strength with the substrate material and the sintering behavior during integral sintering And does not hinder the generation of the crystallized glass component of the substrate material. Specifically, for example, using a conductive paste obtained by homogeneously mixing an Ag powder, a low-melting glass component, and an organic vehicle, printing and coating are performed on a glass-ceramic green serving as a substrate material, and on a green sheet. Filled, coated and dried in the formed through holes,
It is baked integrally with the substrate material.
【0026】表層配線2は、Ag系(Ag単体やAg合
金)、Cu系、金系などの低抵抗金属材料から主に構成
されている。具体的には、例えばAg粉末と、有機ビヒ
クルを均質混合した導電性ペーストを用いて、基板材料
となるガラス−セラミックのグリーン上に印刷、塗布さ
れ、基板材料と一体的に焼成処理される。The surface wiring 2 is mainly made of a low-resistance metal material such as an Ag-based material (Ag alone or an Ag alloy), a Cu-based material, or a gold-based material. Specifically, for example, using a conductive paste in which Ag powder and an organic vehicle are homogeneously mixed, printing and coating are performed on a glass-ceramic green serving as a substrate material, and firing treatment is performed integrally with the substrate material.
【0027】尚、この表層配線2とは、基板上に所定回
路の配線を構成するとともに、電子部品3を搭載する搭
載パット、出力パット、さらに、外部の配線基板と接続
する端子電極として作用する。The surface wiring 2 constitutes a wiring of a predetermined circuit on the substrate, and also functions as a mounting pad for mounting the electronic component 3, an output pad, and a terminal electrode connected to an external wiring substrate. .
【0028】電子部品3は、主にチップ抵抗器、チップ
型積層コンデンサ、圧電発振器、ICチップなどが例示
でき、クリーム半田や半田ボールを介して半田接合され
ている。The electronic component 3 can mainly be exemplified by a chip resistor, a chip-type multilayer capacitor, a piezoelectric oscillator, an IC chip, etc., and is soldered via cream solder or solder balls.
【0029】次に、本発明のセラミック回路基板の製造
方法の一例を説明する。Next, an example of a method for manufacturing a ceramic circuit board of the present invention will be described.
【0030】まず、ガラス−セラミック材料として、固
形成分中アルミナ粉末50wt%と表1の試料番号3に
示す低融点ガラス粉末50wt% と、例えばアルキルメ
タクリレート等の有機バインダーと、例えばDBP等の
可塑剤と、例えばトルエン等の有機溶剤とを混合し、ボ
ールミルで48時間混線してスラリーを作成する。この
アルミナ粉末とガラス粉末は、夫々平均粒径が1.0〜
5.0μm、好ましくは1.5〜3.0μmである。こ
のスラリーをドクターブレード法などによりテープ成形
を行い、所定寸法に切断して、グリーンシートを作成す
る。尚、グリーンシートは、複数の回路基板となる素子
領域となるように区画された大型グリーンシートである
が、各素子領域の内装導体11やビアホール導体12や
表層配線2を共通的に作成する。First, as a glass-ceramic material, 50 wt% of alumina powder in a solid component, 50 wt% of a low melting point glass powder shown in Sample No. 3 in Table 1, an organic binder such as alkyl methacrylate, and a plasticizer such as DBP And an organic solvent such as toluene, for example, and mixed with a ball mill for 48 hours to prepare a slurry. The alumina powder and the glass powder have an average particle size of 1.0 to 1.0, respectively.
It is 5.0 μm, preferably 1.5 to 3.0 μm. The slurry is formed into a tape by a doctor blade method or the like, and cut into a predetermined size to form a green sheet. Note that the green sheet is a large green sheet partitioned into element regions that become a plurality of circuit boards, and the interior conductor 11, the via-hole conductor 12, and the surface wiring 2 of each element region are created in common.
【0031】次に、各絶縁層1a〜1dとなるグリーン
シートにビアホール導体12が形成される位置に貫通穴
をパンチング加工により形成する。Next, through holes are formed by punching at positions where the via hole conductors 12 are to be formed in the green sheets to be the insulating layers 1a to 1d.
【0032】次に、各絶縁層1a〜1dとなるグリーン
シートに形成した貫通穴に上述のAg系材料を含む導電
性ペーストの充填塗布及び乾燥により、ビアホール導体
12となる導体を形成する。同時に、絶縁層1aとなる
グリーンシート上に表層配線2となる導体膜を、例えば
Ag系材料からなる上述の導電性ペーストの印刷塗布及
び乾燥により形成する。さらに、絶縁層1b〜1dとな
るグリーンシート上に内装導体11となる導体膜を、例
えばAg系材料からなる上述の導電性ペーストの印刷塗
布及び乾燥により形成する。Next, a conductor to be a via-hole conductor 12 is formed by filling and drying the above-described conductive paste containing an Ag-based material into the through-holes formed in the green sheets to be the respective insulating layers 1a to 1d. At the same time, a conductive film to be the surface wiring 2 is formed on the green sheet to be the insulating layer 1a by printing and applying the above-described conductive paste made of, for example, an Ag-based material. Further, a conductor film serving as the interior conductor 11 is formed on the green sheet serving as the insulating layers 1b to 1d by printing and drying the above-described conductive paste made of, for example, an Ag-based material.
【0033】このようして得られたグリーンシートを積
層本体1の順序に応じて、積層圧着して大型グリーンシ
ートの積層基板を形成する。尚、必要に応じて焼成後に
各素子領域に分割するために分割溝を形成する。The green sheets thus obtained are laminated and pressed in accordance with the order of the laminated body 1 to form a laminated substrate of large green sheets. In addition, if necessary, a division groove is formed to divide each element region after firing.
【0034】次に、上述の大型グリーンシートの積層基
板を、酸化性雰囲気で約800〜1000℃に焼成す
る。この焼成処理時の昇温過程の約500℃前後で基板
材料、内装導体11、ビアホール導体12、表層配線2
となる各導体に含まれる有機ビヒクルが焼失され、ま
た、700℃前後で基板材料のガラス成分が軟化して、
基板材料のセラミック粉末の粒堺及び表層配線2の金属
粒子の粒堺に浸透し、約800〜1000℃でこのガラ
ス成分が所定結晶相で強固に結晶化する。Next, the above-described laminated substrate of large green sheets is fired at about 800 to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere. The substrate material, the inner conductor 11, the via-hole conductor 12, the surface wiring 2
The organic vehicle contained in each conductor is burned off, and the glass component of the substrate material softens at around 700 ° C.
The glass component penetrates into the grains of the ceramic powder of the substrate material and the grains of the metal particles of the surface wiring 2, and at about 800 to 1000 ° C., the glass component is strongly crystallized in a predetermined crystal phase.
【0035】その後、焼成された積層本体1の表層配線
2の所定位置に厚膜低抗体膜を焼き付けたり、絶縁保護
膜を形成したり、また、クリーム半田を塗布し、所定電
子部品素子3を配置して、リフロー処理により接合す
る。また、同時に、必要に応じて、分割溝に沿って個々
のセラミック回路基板に分離する。Thereafter, a thick low-antibody film is baked at a predetermined position of the surface wiring 2 of the baked laminated main body 1, an insulating protective film is formed, or a cream solder is applied to form the predetermined electronic component element 3. It arrange | positions and joins by a reflow process. At the same time, if necessary, the ceramic circuit boards are separated along the dividing grooves.
【0036】本発明において、基板材料のガラス粉末の
ガラス成分にA12 O3 を15〜25重量%、SiO2
を40〜43重量%、CaOを3〜5重量%、ZnOを
10〜15重量%、MgOを15〜17重量%、B2 O
3 が4〜7重量%を含有しているため、基板材料に、A
g系(Ag単体またはAg合金)、Cu系、Au系から
成る表層配線となる導体膜を印刷・乾燥により形成し、
基板材料と導体とを一体的に焼成処理すると、基板材料
のガラス成分が軟化し、セラミック粉末の粒界で結晶化
ガラスとなるとともに、基板上に析出され、表層配線2
の金属粒子間に浸透する。これにより、基板接合付近の
焼結反応した表層配線2の金属粒子の界面にもガラス成
分が回り込むことにな。そして、金属粒子と基板材料の
ガラス成分とのアンカー効果により、積層本体1と表層
配線2とが強固に接合されることになる。しかも、温度
サイクル時に発生する応力に対しても、非常に安定した
接合が維持できる。In the present invention, the glass component of the glass powder of the substrate material contains 15 to 25% by weight of Al 2 O 3 and SiO 2
The 40-43 wt%, CaO 3-5% by weight, ZnO of 10-15% by weight, the MgO 15 to 17 wt%, B 2 O
3 contains 4 to 7% by weight.
forming a conductor film as a surface wiring made of g-based (Ag alone or Ag alloy), Cu-based, and Au-based by printing and drying;
When the substrate material and the conductor are integrally baked, the glass component of the substrate material is softened, becomes crystallized glass at the grain boundaries of the ceramic powder, and is precipitated on the substrate.
Between metal particles. As a result, the glass component also wraps around the interface of the metal particles of the surface wiring 2 that has undergone a sintering reaction near the substrate bonding. Then, due to the anchor effect between the metal particles and the glass component of the substrate material, the laminated main body 1 and the surface wiring 2 are firmly joined. In addition, extremely stable bonding can be maintained even with respect to stress generated during a temperature cycle.
【0037】同時に、表層配線2の接合付近は、基板材
料のガラス成分によって強固な接合が達成されるもの
の、表層配線2の表面部分にまで、基板材料のガラス成
分が析出されにくく、これにより、表層配線2上に半田
を介して電子部品素子3などを安定・強固に半田接合す
ることができる。At the same time, although strong bonding is achieved by the glass component of the substrate material in the vicinity of the junction of the surface wiring 2, the glass component of the substrate material is unlikely to be deposited on the surface portion of the surface wiring 2. The electronic component element 3 and the like can be stably and firmly soldered on the surface wiring 2 via solder.
【0038】本発明者は、表1に示すガラス成分となる
ガラス粉末を用いて、積層本体(基板)の強度(抗折強
度)、表層配線2との初期状態の接合強度、温度サイク
ル試験TCT(−40℃と125℃とを各々30分間
毎、100サイクル変動させた)を行った後の接合強度
を夫々調べた。尚、強度は、2mm角の表面配線パター
ン上にリード線を半田接合し、リード線を垂直上方向に
引っ張った時に、半田が表層配線2から剥離した時点、
または基板材料と表層配線2から剥離した時点の荷重で
示した。The inventor of the present invention used the glass powder as the glass component shown in Table 1 to measure the strength (flexural strength) of the laminated body (substrate), the bonding strength in the initial state with the surface wiring 2, and the temperature cycle test TCT. (The temperature was changed at −40 ° C. and 125 ° C. every 30 minutes for 100 cycles). The strength was determined by soldering a lead wire on a 2 mm square surface wiring pattern and pulling the lead wire vertically upward when the solder was peeled off from the surface wiring 2.
Alternatively, it is indicated by the load at the time of peeling from the substrate material and the surface wiring 2.
【0039】[0039]
【表1】 [Table 1]
【0040】その結果、試料番号1のように、ガラス成
分中、SiO2 が40wt%未満(36.9wt%)で
は、ガラス成分の軟化点が低くなり過ぎ、耐熱性が低下
してしまい、特に基板材料の表面に反りが発生しやす
く、基板材料(積層本体1)と表層配線2との間の接合
強度が極端に低下する。そのため、表層配線2との接合
強度(2mm角)は、初期状態で0.4kg重となって
しまう。尚、試料番号1のセラミック粉末をさらに20
wt%台とすると、さらに抗折強度がさらに低下する傾
向を示し、高抗折強度(例えば25kg重/厚み2m
m)以上が得られないという結果を確認した。As a result, when SiO 2 is less than 40 wt% (36.9 wt%) in the glass component as in Sample No. 1, the softening point of the glass component becomes too low, and the heat resistance is lowered. Warpage easily occurs on the surface of the substrate material, and the bonding strength between the substrate material (laminated main body 1) and the surface wiring 2 is extremely reduced. Therefore, the bonding strength (2 mm square) with the surface wiring 2 is 0.4 kg weight in the initial state. In addition, the ceramic powder of sample number 1
When it is on the order of wt%, the bending strength tends to further decrease, and high bending strength (for example, 25 kg weight / thickness 2 m)
m) or more was not obtained.
【0041】また、試料番号2のように、CaOが3w
t%未満(2.7wt%)では、Ca系の結晶相である
アノーサイトが十分に形成されていないことが理解でき
る。As shown in sample No. 2, CaO was 3w
At less than t% (2.7 wt%), it can be understood that anorthite which is a Ca-based crystal phase is not sufficiently formed.
【0042】また、K2 Oが含まれており、このK2 O
が残存ガラスとしそのまま残り、電気特性的に誘電損失
を低下する。特に、熱サイクル試験後の接合強度が1.
5kg重を下回ってしまう。[0042] In addition, includes the K 2 O, the K 2 O
Remains as the residual glass, and the dielectric loss is reduced in electrical characteristics. In particular, the bonding strength after the heat cycle test is 1.
It will be less than 5kg weight.
【0043】また、試料番号4のように、MgOが15
wt%未満(14.0wt%)では、Ma系の結晶相で
あるフォルステライトが形成されにくく、結晶されない
ガラスが残属してしまう。このため、表面配線と接合す
る結晶化ガラスが減少してしまうため、初期状態の接合
強度が2.2kg重/2mm角であったのに対して、熱
サイクル試験後に大きく接合強度が低下してしまう。As shown in Sample No. 4, MgO was 15
If it is less than 1 wt% (14.0 wt%), forsterite, which is a Ma-based crystal phase, is not easily formed, and uncrystallized glass remains. For this reason, the amount of crystallized glass bonded to the surface wiring decreases, so that the bonding strength in the initial state was 2.2 kgf / 2 mm square, but the bonding strength was significantly reduced after the heat cycle test. I will.
【0044】また、試料番号5、試料6のようにAl2
O3 が25wt%を越えて、26.4wt%、27.7
wt%となると、ガラスの軟化点が高く、流動性が悪く
なり、例えば800〜1000℃の焼結温度でも、結晶
化ガラスが生成されにくくなる上、結晶化できないガラ
ス成分が、通常のガラスとして残属する傾向にある。As shown in Sample Nos. 5 and 6, Al 2
O 3 exceeds 25 wt%, 26.4 wt%, 27.7 wt%
When it is wt%, the softening point of the glass is high and the fluidity is poor. For example, even at a sintering temperature of 800 to 1000 ° C., a crystallized glass is hardly generated, and a glass component that cannot be crystallized becomes a normal glass. It tends to remain.
【0045】例えば、試料番号5では、表層配線2との
接合強度に十分な結晶化ガラスが得られず、接合強度が
1.0kg重で剥離してしまい、しかも、熱サイクル試
験後では安定した接合すら達成できない。また、試料番
号6では、さらに、ガラス量が多く、セラミック粉末が
相対的に少なく、しかも、SiO2 も過剰になるため、
流動性がさらに悪化し、セラミック粉末の粒界を十分に
濡らすことができない上、結晶化されないガラス成分が
表層配線2の表面にまで析出されることになる。For example, in sample No. 5, crystallized glass sufficient for the bonding strength with the surface wiring 2 could not be obtained, and the bonding strength was separated by 1.0 kg weight, and was stable after the heat cycle test. Even bonding cannot be achieved. In sample No. 6, the amount of glass was large, the amount of ceramic powder was relatively small, and the amount of SiO 2 was too large.
The fluidity is further deteriorated, so that the grain boundaries of the ceramic powder cannot be sufficiently wetted, and a glass component that is not crystallized is deposited on the surface of the surface wiring 2.
【0046】また、試料番号7のように、Al2 O3 を
抑制し、SiO2 に代替する(51.7wt%)となる
と、初期状態での接合強度が2.2kg重という良好な
結果が得られるものの、熱サイクル試験によって接合強
度が半分以下に低下してしまう結果となる。これは、特
に、アノーサイト系の結晶相を構成するCaOが過剰と
なり、その結果、通常のガラス成分として残存してしま
うため、特に、熱サイクル後の接合強度が低下してしま
う。Further, as shown in Sample No. 7, when Al 2 O 3 is suppressed and replaced with SiO 2 (51.7 wt%), a good result that the bonding strength in the initial state is 2.2 kg weight is obtained. Although obtained, the heat cycle test results in a reduction in bonding strength to less than half. This is because CaO, which constitutes an anorthite-based crystal phase, becomes excessive, and as a result, remains as a normal glass component, so that the bonding strength after a heat cycle is reduced.
【0047】尚、本発明者は、試料番号3に示すガラス
成分に対して、アルミナ粉末の添加量を25〜60重量
%に変化されたが、アルミナ粉末が55wt%を越える
(ガラス粉末が45wt%を下回る)と焼成体密度が低
下し、基板の抗折強度が30kg重/2mmを下回って
しまうことを確認した。また、30wt%を下回る(ガ
ラス粉末が70wt%を越える)と、基板の抗折強度が
25kg重/2mmをしたまわってしまうことを確認し
た。The present inventor changed the amount of the alumina powder added to the glass component shown in Sample No. 3 to 25 to 60% by weight, but the alumina powder exceeded 55% by weight (the glass powder was 45% by weight). %), It was confirmed that the density of the fired body was reduced and the bending strength of the substrate was less than 30 kgf / 2 mm. Further, it was confirmed that when the amount was less than 30 wt% (the amount of glass powder exceeded 70 wt%), the transverse rupture strength of the substrate was reduced to 25 kgf / 2 mm.
【0048】以上、種々の実験から、基板の抗折強度
は、所定結晶相を安定して析出できるガラス成分の配合
が重要であり、しかも、所定ガラス成分の配合のガラス
粉末とアルミナ粉末との配合比率が非常に重要である。
同時に、表面配線2の強固な接合、熱サイクル試験後の
信頼性を高くするためには、ガラス成分の流動性を良好
として、且つ所定結晶相を安定して析出させるようにガ
ラス成分の所定配合比率とすることが重要である。As described above, from various experiments, it is important to determine the transverse rupture strength of a substrate by blending a glass component capable of stably depositing a predetermined crystal phase. The mixing ratio is very important.
At the same time, in order to strengthen the bonding of the surface wiring 2 and increase the reliability after the heat cycle test, the glass component should be blended so that the fluidity of the glass component is good and a predetermined crystal phase is stably precipitated. It is important to have a ratio.
【0049】以上のように、本発明のガラス粉末のガラ
ス成分において、SiO2 を40〜43wt%の範囲
で、Al2 O3 を15.0〜25.0wt%の範囲で用
い、所定結晶相を析出するために、CaO、ZnO、M
gO、B2 O3 を夫々3.0〜5.0wt%、10.0
〜15.0wt%、15.0〜17.0wt%、4.0
〜7.0wt%とすることにより、所定結晶相(コージ
ェライト、フォレステライト、エンスタタイト、ガーナ
イト、アノーサイト、ウィレマイト、セルシアンなどが
析出し、抗折強度25kg重以上の基板が達成でき、し
かも、初期状態及び熱サイクル後であっても、1.5k
g重以上の強固に基板に接合し、且つ半田の濡れ性も良
好な表層配線2が得られる。As described above, in the glass component of the glass powder of the present invention, SiO 2 is used in the range of 40 to 43 wt%, Al 2 O 3 is used in the range of 15.0 to 25.0 wt%, and the predetermined crystal phase is used. To precipitate CaO, ZnO, M
gO, B 2 O 3 respectively 3.0~5.0wt%, 10.0
-15.0 wt%, 15.0-17.0 wt%, 4.0
By setting the content to ~ 7.0 wt%, a predetermined crystal phase (cordierite, foresterite, enstatite, garnite, anorthite, willemite, celsian, etc.) is precipitated, and a substrate having a transverse rupture strength of 25 kgf or more can be achieved. 1.5k, even in the initial state and after thermal cycling
The surface wiring 2 which is firmly bonded to the substrate with a weight of g or more and has good solder wettability can be obtained.
【0050】尚、上述の実施例では、基板として複数の
絶縁層が積層した積層回路基板を用いたが゛単板上の基
板を用いて、表層配線と基板材料とを同時に焼成処理し
ても同様の結果が得られる。また、表層配線が、Ag系
(Ag単体、Ag合金)以外に、Cu系(Cu単体、C
u合金)、Au系(Au単体、Au合金)であっても基
板材料のガラス成分が、表面配線の基板との接合部分の
金属粉末の粒堺間に安定して浸透し、アンカー効果によ
り、初期接合強度及び熱サイル試験後の強度が1.5k
g重以上達成できる。In the above-described embodiment, a laminated circuit board in which a plurality of insulating layers are laminated is used as the substrate. However, the surface wiring and the substrate material may be simultaneously baked using a substrate on a single plate. Similar results are obtained. Further, in addition to the Ag-based (Ag simple substance, Ag alloy), the surface layer wiring is Cu-based (Cu simple substance, C alloy).
The glass component of the substrate material stably penetrates between the metal powder grains at the joint portion of the surface wiring with the substrate even if it is an Au-based (Au alloy) or Au-based (Au simple substance, Au alloy), 1.5k initial joint strength and strength after thermal sile test
g weight or more can be achieved.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明によれば、ガラス−セラミック材
料から成る強固な基板が達成されるとともに、初期状態
及び熱サイクル後であっても、強固に基板に接合し、且
つ半田の濡れ性も良好な表層配線が得られることにな
る。According to the present invention, a strong substrate made of a glass-ceramic material is achieved, and even when in an initial state and after a heat cycle, the substrate is firmly bonded to the substrate and solder wettability is also improved. A good surface wiring can be obtained.
【図1】本発明に係るセラミック回路基板の断面図てあ
る。FIG. 1 is a sectional view of a ceramic circuit board according to the present invention.
10・・・・・セラミック回路基板 1・・・・・基体(積層本体1体) la〜1d・・・セラミック層 2・・・・・表層配線 3・・・・・内装導体 4・・・・・ビアホール導体 5・・・・・電子部品 10 Ceramic circuit board 1 Base (one laminated body) la to 1d Ceramic layer 2 Surface wiring 3 Interior conductor 4 ..Via hole conductors 5 ..... Electronic components
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05K 3/46 C04B 35/16 Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H05K 3/46 C04B 35/16 Z
Claims (1)
−セラミック材料から成る基板上に表層配線を一体的に
焼結して成るセラミック回路基板において、 前記基板のガラス−セラミック材料は、低融点結晶化ガ
ラス粉末を45〜70重量%、セラミック粉末を55〜
30重量%含み、且つ前記ガラス粉未は A12 O3 を15〜25重量%、SiO2 を40〜43
重量%、CaOを3〜5重量%、ZnOを10〜15重
量%、MgOを15〜17重量%、B2 O3 を4〜7重
量%含有していることを特徴とするセラミック回路基
板。1. A ceramic circuit board obtained by integrally sintering surface wiring on a substrate made of a glass-ceramic material that can be fired at 800 to 1000 ° C., wherein the glass-ceramic material of the substrate has a low melting point. 45-70% by weight of crystallized glass powder and 55-70% of ceramic powder
Comprising 30 wt%, and the glass Konahitsuji is A1 2 O 3 15 to 25 wt%, a SiO 2 40 to 43
Wt%, CaO 3-5% by weight, ZnO of 10-15% by weight, the MgO 15 to 17 wt%, the ceramic circuit board, characterized by containing a B 2 O 3 4 to 7 wt%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9299196A JPH11135899A (en) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | Ceramic circuit board |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9299196A JPH11135899A (en) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | Ceramic circuit board |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11135899A true JPH11135899A (en) | 1999-05-21 |
Family
ID=17869393
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9299196A Pending JPH11135899A (en) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | Ceramic circuit board |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11135899A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1997
- 1997-10-30 JP JP9299196A patent/JPH11135899A/en active Pending
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051018 |