JPH1154916A - 厚膜多層回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚膜多層回路基板において絶縁層のビアホー
ル付近の保護層にクラックが発生しない厚膜多層回路基
板を提供する。 【解決手段】 第１導体１４のビアランド２２の輪郭線
と第２導体１８のビアランド２４の輪郭線とがセラミッ
ク基板１２の面方向において所定値Ａ以上のずれが形成
されるようにずらされていることから、厚み方向におい
て第１導体１４のビアランド２２と第２導体１８のビア
ランド２４との重複状態が相互に一致する場合に比較し
て、ビアホール２６付近における厚み方向の熱膨張率の
セラミック基板１２の面方向位置に対する変化が緩和さ
れるので、ビアホール２６付近における保護層２０のク
ラックの発生が好適に防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚膜印刷により積
層された多層配線の間が絶縁層に形成された貫通穴を介
して接続される厚膜多層回路基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】混成集積回路の集積度を高めるためなど
を目的として、厚膜印刷を利用して、絶縁基板の一面に
複数種類の電気回路を積層した厚膜多層回路基板が考え
られている。このような厚膜多層回路基板は、たとえ
ば、基板の一面に厚膜材料を用いてスクリーン印刷され
た第１導体、絶縁層、第２導体、および保護層が厚み方
向に順次積層され、その厚み方向において相互に重なる
ように配設されたその第１導体の接続パッドおよび第２
導体の接続パッドが、それら接続パッドの間に位置する
ように上記絶縁層に形成された貫通穴すなわちビアホー
ル（via hole）内に充填された厚膜導電材料を介して相
互に電気的に接続される。

【０００３】ところで、上記絶縁層を構成する厚膜材料
は、アルミナなどのセラミック粉から成るフィラーおよ
びガラスフリットの混合物が樹脂および溶剤によって所
定の粘度のペースト状に混練されるものであって、ガラ
スフリットが溶融してフィラーを結合する焼成後の状態
においては基板と同程度の熱膨張率となるように調整さ
れるのが一般的である。また、上記導体を構成する厚膜
材料は、銀、銀−パラジウム、銀−白金、銅などの金属
粉およびガラスフリットの混合物が樹脂および溶剤によ
って所定の粘度のペースト状に混練されるものであっ
て、ガラスフリットが溶融して金属粉を結合する焼成後
の状態においては、金属粉の含有率が高いことから上記
絶縁層よりも大幅に高い熱膨張率となるが、膜厚が１０
μm 前後である厚膜導体の一般な使用条件では何らの問
題も生じない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような厚膜多層回路基板において、特に絶縁層の耐圧を
高めるために厚みを大きくした場合には、上記第２導体
の上側に位置する保護層の表面であって上記ビアホール
の付近にクラックが発生する場合があった。このような
クラックは保護層下の厚膜導体に対する保護を不十分と
し、厚膜多層回路基板の信頼性を損なう一因となり得る
のである。

【０００５】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、ビアホール付近
の保護層にクラックが発生しない厚膜多層回路基板を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の目的
を達成するために種々検討を重ねた結果、上記のクラッ
クは、第１導体および第２導体の一部においてビアホー
ルの面積よりも充分に大きく形成されてそのビアホール
内の厚膜導電材料に積層される接続パッドすなわちビア
ランドの輪郭線が重複している部分に多く発生すること
から、このクラックは、絶縁層と導体の接続パッドおよ
び絶縁層に形成されたビアホール内に充填され厚膜導電
材料との間の厚み方向の熱膨張差に起因する焼成冷却時
の曲げ応力の集中によるものと推定し、上記第１導体お
よび第２導体の一部に形成された接続パッドすなわちビ
アランドの輪郭線を基板の面方向に積極的にずらして、
面方向における熱膨張の変化を緩和すると、前記クラッ
クが好適に防止されるという事実を見いだした。本発明
はかかる知見に基づいて為されたものである。

【０００７】すなわち、本発明の要旨とするところは、
基板の一面に厚膜材料を用いてスクリーン印刷された第
１導体、絶縁層、第２導体、および保護層が厚み方向に
順次積層され、その厚み方向において相互に重なるよう
に配設された該第１導体の接続パッドおよび第２導体の
接続パッドが、それら接続パッドの間に位置するように
該絶縁層に形成された貫通穴内に充填され厚膜導電材料
を介して相互に電気的に接続される形式の厚膜多層回路
基板において、前記第１導体の接続パッドの輪郭線と前
記第２導体の接続パッドの輪郭線とを前記基板の面方向
において所定値以上ずらしたことにある。

【０００８】

【発明の効果】このようにすれば、第１導体の接続パッ
ドの輪郭線と前記第２導体の接続パッドの輪郭線とが前
記基板の面方向において所定値以上ずらされていること
から、厚み方向において第１導体の接続パッドと第２導
体の接続パッドとの重複状態が相互に一致する場合に比
較して、前記ビアホール付近における厚み方向の熱膨張
率の基板面方向位置に対する変化が緩和されるので、焼
成冷却時の曲げ応力の集中が少なくなり、ビアホール付
近における保護層のクラックの発生が好適に防止され
る。

【０００９】

【発明の他の態様】ここで、好適には、上記第１導体の
接続パッドの輪郭線と前記第２導体の接続パッドの輪郭
線との間における基板の面方向のずれＡである所定値
は、通常の厚膜印刷における位置ずれよりも充分に大き
い値であり、少なくとも１００μm 程度の値とされる。
このような値となるように、第１導体パターンおよび第
２導体パターンが設定されるのである。

【００１０】

【発明の好適な実施の形態】以下、本発明の一実施例を
図１および図２に基づいて詳細に説明する。図１は本実
施例の厚膜多層回路基板１０の要部を示す平面図であ
り、図２はその厚膜多層配線基板１０の要部であって図
１のII−II視断面図である。

【００１１】図１および図２において、厚膜多層回路基
板１０は、アルミナ、フォルステライト、ステアタイ
ト、ガラスなどにより構成されるセラミック基板１２の
上に、複数種類の厚膜材料が複数回のスクリーン印刷に
よって順次多層印刷され且つ焼成されることにより構成
されたものである。セラミック基板１２の一面上には、
導電性厚膜材料から構成されて所定の回路パターンを有
する第１導体１４、絶縁性厚膜材料から構成されるとと
もに充分な耐圧性能を備えるためにその第１導体１４の
厚みの４〜６倍程度の厚みを有する絶縁層１６、導電性
厚膜材料から構成されて所定の回路パターンを有する第
２導体１８、それら第１導体１４および第２導体１８を
電気的或いは化学的に保護するために低融点ガラス材料
から構成された保護層２０が順次積層されることにより
多層構造の厚膜回路が構成されている。

【００１２】上記第１導体１４の一部には層間接続のた
めの接続パッドすなわち矩形のビアランド２２が形成さ
れているとともに、第２導体１８の一部にも層間接続の
ための接続パッドすなわち矩形のビアランド２４が形成
されている。また、それらビアランド２２および２４間
に位置する部分の上記絶縁層１６には、それらビアラン
ド２２および２４よりも充分に小さな矩形の貫通穴すな
わちビアホール２６が設けられており、そのビアホール
２６内に充填された充填導体２８を介して、上記第１導
体１４および第２導体が相互に接続されている。

【００１３】上記セラミック基板１２の熱膨張係数はた
とえばアルミナであるときに７．５×１０^-6／°Ｃ程度
であるのに対し、上記絶縁層１６の熱膨張係数は６．５
×１０^-6／°Ｃ程度に設定されているが、上記第１導体
１４、第２導体１８、充填導体２８の熱膨張係数はたと
えば１６×１０^-6／°Ｃ程度であり、また、上記保護層
２０の熱膨張係数はたとえば８．１×１０^-6／°Ｃ程度
である。なお、図１において、最上層の保護層２０は着
色されてはいるもののやや光透過性を備えているために
第２導体１８は実線で示されている。その第２導体１８
および絶縁層１６はたとえば銀色および白色の非光透過
性であるために第２導体１８或いは絶縁層１６の下側に
位置する充填導体２８或いは第１導体１４は平面視にお
いて認識できないが、その存在を示すために破線および
１点鎖線で示されている。

【００１４】図１および図２に示されるように、第１導
体１４の一部に形成された矩形のビアランド２２と第２
導体の一部に形成された矩形のビアランド２４とは、上
記充填導体２８および絶縁層１６を介して相互に積層さ
れているが、上記ビアランド２２の輪郭線は、平面視に
おいて上記ビアランド２４と一致させられておらず、そ
の矩形のビアランド２４に比較して、全周にわたって大
きく形成されており、ビアランド２２の輪郭線とビアラ
ンド２４の輪郭線との間にそれらのずれＡが積極的に設
けられている。このずれＡは、少なくとも１００μm 以
上、好ましくは１５０〜３００μm 程度の値であり、一
般のスクリーン印刷のばらつきよりは充分に大きい値で
ある。クラックの防止のためには大きい程良いが、大き
過ぎると、配線密度或いは集積度を低下させることにな
る。

【００１５】上記のように構成された厚膜多層回路基板
１０は、たとえば図３に示す工程が実施されることによ
り製造される。図３において、第１導体印刷工程３０で
は、銀、銀−パラジウム、銀−白金、銅等の導電体とし
て機能する金属粉、結合材として機能するガラスフリッ
ト、所定粘度のペースト状とするための樹脂および溶剤
などが混合されたペースト状の導電性厚膜材料を用いて
スクリーン印刷が行われることによりセラミック基板１
２の一面に所定の回路パターンを有し且つ図４の(a) に
示すパターンのビアランド２２を有する第１導体１４が
印刷され、続く第１導体焼成工程３２においてその第１
導体１４が図示しない厚膜焼成炉を用いて上記ガラスフ
リットを溶融させる温度たとえば８００乃至９００°Ｃ
程度の温度で焼成される。これにより、たとえば１０μ
m 程度の第１導体１４がセラミック基板１２に固着され
る。上記第１導体印刷工程３０および第１導体焼成工程
３２は下層導体形成工程として機能している。

【００１６】次いで、絶縁層（１層目）印刷工程３４で
は、アルミナ等のフィラーとして機能するセラミック
粉、結合材として機能するガラスフリット、所定粘度の
ペースト状とするための樹脂および溶剤などが混合され
たペースト状の絶縁性厚膜材料を用いてスクリーン印刷
が行われることにより、上記第１導体１４の上側に図４
の(b) に示すビアホール２６を有する絶縁層１６がその
ビアホール２６の中心点と前記ビアランド２２の中心点
とが一致するように第１導体１４の上に印刷され、続く
絶縁層（１層目）焼成工程３６においてその絶縁層１６
が上記ガラスフリットを溶融させる温度たとえば８００
乃至９００°Ｃ程度の温度で焼成される。また、絶縁層
（２層目）印刷工程３８および絶縁層（２層目）焼成工
程３６が上記と同様に繰り返されることにより、上記絶
縁層１６の厚みが大きくされる。図２に示す絶縁層１６
の破線はこの２層目までの厚みを示している。

【００１７】続く充填導体印刷工程４２では、前記第１
導体１４と同様のペースト状の導電性厚膜材料を用いて
スクリーン印刷が行われることにより、上記絶縁層１６
のビアホール２６内に充填導体２８が充填され、次い
で、充填導体焼成工程４４では、その充填導体２８が第
１導体焼成工程３２と同様に焼成される。この充填導体
２８は、上記ビアホール２６と同様の矩形パターンに形
成されている。充填導体印刷工程４２および充填導体焼
成工程４４が充填導体形成工程として機能している。

【００１８】さらに、絶縁層（３層目）印刷工程４６お
よび絶縁層（３層目）焼成工程４８が上記絶縁層（１層
目）印刷工程３４および絶縁層（１層目）焼成工程３６
と同様に繰り返されることにより、図４の(d) に示すビ
アホール２６を有するパターンで形成されることによ
り、上記絶縁層１６の厚みがさらに増加され、最終厚み
すなわち絶縁層（３層目）焼成工程４８による焼成後の
厚みが５０μm 程度とされる。上記絶縁層（１層目）印
刷工程３４および絶縁層（１層目）焼成工程３６、絶縁
層（２層目）印刷工程３８および絶縁層（２層目）焼成
工程４０、および絶縁層（３層目）印刷工程４６および
絶縁層（３層目）焼成工程４８が、絶縁層形成工程とし
て機能している。

【００１９】そして、第２導体印刷工程５０では、前記
第１導体印刷工程３０と同様のペースト状の導電性厚膜
材料を用いてスクリーン印刷が行われることにより上記
絶縁層１６の上に所定の回路パターンを有する第２導体
１８が図４の(e) に示すそのビアランド２４の中心点が
前記ビアランド２２の中心点と一致し且つその輪郭線が
互いに平行となる位置に形成され、第２導体焼成工程５
２においてその第２導体１８が上記ガラスフリットを溶
融させる温度で焼成される。これにより、たとえば１０
μm 程度の第２導体１８が絶縁層１６の上に固着され
る。上記第２導体印刷工程５０および第２導体焼成工程
５２は、最上層導体形成工程として機能している。

【００２０】そして、保護層印刷工程５４では、硼珪酸
鉛系ガラスなどの所謂低融点ガラスから成るガラスフリ
ット、所定粘度のペースト状とするための樹脂および溶
剤などが混合されたペースト状の厚膜ガラス材料を用い
てスクリーン印刷が行われることにより、上記第２導体
１８の上側に保護層２０が印刷され、続く保護層焼成工
程５６においてその保護層２０が上記ガラスフリットを
溶融させる温度たとえば５００乃至７００°Ｃ程度の温
度で焼成される。これにより、第１導体１４および第２
導体１８などから成る厚膜多層回路が電気的或いは化学
的に保護されるようになっている。上記保護層印刷工程
５４および保護層焼成工程５６は、保護層形成工程とし
て機能している。

【００２１】上述のように本実施例の厚膜多層回路基板
１０によれば、第１導体１４のビアランド（接続パッ
ド）２２の輪郭線と第２導体１８のビアランド（接続パ
ッド）２４の輪郭線とがセラミック基板１２の面方向に
おいて所定値以上のずれＡが形成されるようにずらされ
ていることから、厚み方向において第１導体１４のビア
ランド２２と第２導体１８のビアランド２４との重複状
態が相互に一致する場合に比較して、ビアホール２６付
近における厚み方向の熱膨張率のセラミック基板１２の
面方向位置に対する変化が緩和されるので、ビアホール
２６付近における保護層２０のクラックの発生が好適に
防止される。

【００２２】因みに、図５および図６は、ビアランド２
２の輪郭線とビアランド２４の輪郭線との重複状態が相
互に一致する従来の厚膜多層回路基板を示す図１および
図２に相当する図である。なお、図４および図５におい
て前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して
説明を省略する。また、上記図４においては重なり構造
の理解を容易とするためにビアランド２２の輪郭線とビ
アランド２４とが僅かにずらして示されている。

【００２３】上記図５および図６に示すように、ビアラ
ンド２２の輪郭線とビアランド２４との相互に一致して
重複する場合には、基板１０の面方向において第１導体
１４および第２導体１８のない場所たとえばＰ１と、第
１導体１４および第２導体１８が積層されている場所Ｐ
２との間において厚み方向の熱膨張係数が急に変化し、
それが図１および図２に比較して大きい。このため、た
とえば保護膜焼成工程５６の冷却工程において保護膜２
０の融点を下回ってその保護膜２０が固化した後におい
て厚み方向の熱収縮が発生したとき、上記ビアランド２
２の輪郭線とビアランド２４の輪郭線とが相互に一致し
て重複する場所に沿って焼成冷却時の曲げ応力が集中し
てクラック６０が発生するのである。これに対し、図１
および図２に示すように、ビアランド２２の輪郭線とビ
アランド２４との間のずれＡが積極的に設けられている
場合には、基板１０の面方向において第１導体１４およ
び第２導体１８のない場所たとえばＰ１と、第１導体１
４および第２導体１８が積層されている場所Ｐ２との間
に、第１導体１４だけが存在する場所Ｐ３が設けられる
ため、場所Ｐ１とＰ２との間における厚み方向の熱膨張
率の変化が緩和されているのである。

【００２４】以上、本発明の一実施例を図面を用いて説
明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。

【００２５】たとえば、前述の実施例の厚膜多層回路基
板１０において、第１導体１４のビアランド２２の輪郭
線、第２導体１８のビアランド２４の輪郭線、およびビ
アホール２６は、それぞれ矩形となるように形成されて
いたが、丸形など、他の形状であっても差し支えない。
導体１４のビアランド２２の輪郭線に対して大きく形成
されていてもよい。

【００２６】また、前述の実施例の厚膜多層回路基板１
０において、第１導体１４のビアランド２２の輪郭線
は、第２導体１８のビアランド２４の輪郭線に対して、
ずれ量Ａだけ大きく形成されていたが、反対に、第２導
体１８のビアランド２４が第１導体１４のビアランド２
２の輪郭線に対してたとえば上記ずれ量Ａだけ大きく形
成されていてもよいし 第１導体１４のビアランド２２
の輪郭線を構成する４辺が、第２導体１８のビアランド
２４の輪郭線の内側およぼ外側へ交互にずらされていて
も差し支えない。要するに、第１導体１４のビアランド
２２の輪郭線が第２導体１８のビアランド２４の輪郭線
に対してクラック６０が発生しない程度にずらされてい
ればよいのである。

【００２７】また、前述の実施例において、第１導体１
４のビアランド２２の輪郭線と第２導体１８のビアラン
ド２４の輪郭線とは、それらの全周に亘ってずれＡが設
けられていたが、クラック６０の発生が問題となる場所
だけ、適宜設けられていても差し支えない。

【００２８】また、前述の実施例の厚膜多層回路基板１
０には、第１導体１４と第２導体１８とにより構成され
た厚膜多層配線が設けられていたが、さらに他の導体が
積層されていても差し支えない。

【００２９】また、前述の図３に示す工程において、各
印刷工程毎に焼成工程が設けられていたが、互いに同様
な焼成条件であれば、複数の厚膜、たとえば第１導体１
４、絶縁層１６、第２導体１８のうちの２以上の膜が同
時に焼成されても差し支えない。

【００３０】なお、上述したのはあくまでも本発明の一
実施例であり、本発明はその趣旨をその主旨を逸脱しな
い範囲において種々の変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である厚膜多層回路基板の要
部を示す平面図である。

【図２】図１の実施例の厚膜多層回路基板において積層
構造を説明する要部断面図である。

【図３】図１の実施例の厚膜多層回路基板の製造工程の
要部を説明する工程図である。

【図４】図３の工程において用いられる印刷パターンを
それぞれ示す図であって、(a)は第１導体のビアランド
のパターン、(b) はその上に印刷される絶縁層のビアホ
ールのパターン、(c) はそのビアホール内に印刷される
充填導体のパターン、(d) はその上に印刷される絶縁層
のビアホールのパターン、(e) は第２導体のビアランド
のパターンをそれぞれ示している。

【図５】下層導体のビアランドと上層導体のビアランド
との間にずれが設けられていない従来の厚膜多層回路基
板の要部を説明する平面図であって、図１に相当する図
である。

【図６】図４の従来の厚膜多層回路基板の積層構造を説
明する要部断面図であって、図２に相当する図である。

【符号の説明】

１０：厚膜多層回路基板 １２：セラミック基板（基板） １４：第１導体 １６：絶縁層 １８：第２導体 ２０：保護層 ２２、２４：ビアランド（接続パッド） ２６：ビアホール（貫通穴）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藁科 猛夫 三重県松阪市広陽町20番地 松阪ノリタケ 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の一面に厚膜材料を用いてスクリー
   ン印刷された第１導体、絶縁層、第２導体、および保護
   層が厚み方向に順次積層され、該厚み方向において相互
   に重なるように配設された該第１導体の接続パッドおよ
   び第２導体の接続パッドが、それら接続パッドの間に位
   置するように該絶縁層に形成された貫通穴内に充填され
   た厚膜導電材料を介して相互に電気的に接続される形式
   の厚膜多層回路基板において、 前記第１導体の接続パッドの輪郭線と前記第２導体の接
   続パッドの輪郭線とを前記基板の面方向において所定値
   以上ずらしたことを特徴とする厚膜多層回路基板。