JPH1192256A - Conductor for inorganic substrate, paste for conductor and inorganic multilaered substrate using the same - Google Patents

Conductor for inorganic substrate, paste for conductor and inorganic multilaered substrate using the same

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JPH1192256A
JPH1192256A JP25530797A JP25530797A JPH1192256A JP H1192256 A JPH1192256 A JP H1192256A JP 25530797 A JP25530797 A JP 25530797A JP 25530797 A JP25530797 A JP 25530797A JP H1192256 A JPH1192256 A JP H1192256A
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JP
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conductor
inorganic
substrate
paste
metal
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JP25530797A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Inoue
修 井上
Yasuhiro Sugaya
康博 菅谷
Koichi Hirano
浩一 平野
Junichi Kato
純一 加藤
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a conductor for via holes and a conductor for an interlayer, capable of firmly and closely adhering even to the via holes and having a lower resistance than that of a conventional one without voids and wire breakage in an inorganic multilayered wiring substrate. SOLUTION: This inorganic multilayered wiring substrate is obtained by kneading a conductor material powder containing 60-99.95 wt.% metal as a principal component, 0.05-10 wt.% at least one or more of a nitride, a carbide and a boride as a secondary component and <=35 wt.% oxide glass with an organic vehicle component composed of at least an organic binder and a solvent, preparing a conductor paste, providing via holes in glassy or ceramic insulating layer sheets, filling the resultant paste therein, then carrying out the wiring pattern printing, thermocompression bonding the sheets, forming a laminate, subsequently baking the formed laminate and simultaneously sintering the laminate with the conductor material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、LSI、ICやチ
ップ部品を搭載し実装するための無機多層配線基板に形
成される配線用導体に関するものであり、さらに、この
ような配線用導体の形成のために使用される導体用ペー
ストに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring conductor formed on an inorganic multilayer wiring board for mounting and mounting LSIs, ICs and chip components, and further relates to the formation of such a wiring conductor. The present invention relates to a paste for a conductor used for:

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体IC等を実装する多層配線基板に
は、アルミナ等のセラミックス材料やガラス材料を主体
とした無機系基板が、一般に耐熱性が高く、熱伝導性が
高く、熱膨張性が低く、及び信頼性が高いといった優れ
た特性を有するので、幅広く用いられている。
2. Description of the Related Art As a multilayer wiring board on which a semiconductor IC or the like is mounted, an inorganic substrate mainly composed of a ceramic material such as alumina or a glass material generally has high heat resistance, high thermal conductivity, and high thermal expansion. It is widely used because it has excellent characteristics such as low reliability and high reliability.

【0003】無機多層基板の製造において重要なポイン
トは、基板がセラミックスやガラス、あるいはその混合
物から形成したグリーンシートを高温での焼成すること
によって作製されるが、焼成中の焼結に伴って基板が収
縮することである。この収縮によって、基板に寸法誤差
が生じ製品歩留りが低下する。この問題を克服するため
に、厚み方向だけに収縮して平面方向には収縮し難い無
機系多層基板が提案されている(特開平5−10266
6号等)。
An important point in the production of an inorganic multilayer substrate is that the substrate is produced by firing a green sheet formed of ceramics, glass, or a mixture thereof at a high temperature. Is to shrink. Due to this shrinkage, a dimensional error occurs in the substrate, and the product yield decreases. In order to overcome this problem, there has been proposed an inorganic multilayer substrate which shrinks only in the thickness direction and hardly shrinks in the plane direction (JP-A-5-10266).
No. 6, etc.).

【0004】基板の焼結収縮によるもう一つの問題点
は、基板とその内部に形成される配線用導体との焼結温
度や収縮率の違いである。多層基板に形成される配線用
導体は、最外層の表層上や相接する2つの絶縁層の間に
パターン配線される皮膜状の導体(表層の導体も含め
て、以下単に、層間導体という)と、絶縁層の層内を貫
通するビア孔に充填されて上下の層間導体と接続するビ
ア導体と、に分けられる。
[0004] Another problem due to the sintering shrinkage of the substrate is the difference in the sintering temperature and the shrinkage ratio between the substrate and the wiring conductor formed therein. The wiring conductor formed on the multilayer substrate is a film-like conductor that is patterned and wired on the outermost surface layer or between two adjacent insulating layers (hereinafter simply referred to as an interlayer conductor, including the surface layer conductor). And via conductors which are filled in via holes penetrating the insulating layer and connect to upper and lower interlayer conductors.

【0005】これらの配線用導体を含む無機系多層基板
の一般的な作製法の一例を、以下に示すと、まず、焼成
に先立って、所定形状の絶縁性無機材料のグリーンシー
トにその所定の位置に貫通孔を形成し、この孔を導電用
の金属粉末を含む導電材料あるいはその導体材料を含む
ペーストで充填する。次に、このグリーンシート上に、
厚膜印刷技術等を適用して、導体材料あるいはそのペー
ストでパターン形成を行う。しかる後、これらのグリー
ンシート数枚を積層して一体化し、焼成することによっ
て、上記の配線用導体を一体に形成した多層配線基板が
作製される。
[0005] An example of a general method for producing an inorganic multilayer substrate including these wiring conductors is as follows. First, prior to firing, a green sheet of an insulating inorganic material having a predetermined shape is formed on a green sheet of an insulating inorganic material. A through hole is formed at a position, and the hole is filled with a conductive material containing metal powder for conductivity or a paste containing the conductive material. Next, on this green sheet,
A pattern is formed with a conductor material or its paste by applying a thick film printing technique or the like. Thereafter, several of these green sheets are laminated, integrated, and fired to produce a multilayer wiring board integrally formed with the wiring conductors.

【0006】以上のような方法では、配線用導体と絶縁
性無機基板とは同時焼成によって形成されるが、同時焼
成の際に両者の焼結の開始ないし終了温度や焼結後の収
縮率に差があると、両者の間に剥離が生じたり、層間導
体やビア導体が切断されたり、ビア導体内部に空隙が発
生したりして、積層基板に対する接続信頼性が著しく低
下してしまう。これを防ぐため、導体材料には、金属以
外に、ガラス成分とその他のフィラーが添加されるのが
一般的である。ガラス成分は、比較的低温で軟化するの
で、絶縁性無機基板と配線用導体との間に接着力を生じ
させる役割を持つが、このガラス添加によって、導体の
焼結温度が絶縁性無機基板の焼結温度に比べて低下して
しまい、これにより、導体が基板よりも先に焼結して、
導体中に空隙が生じたり、基板材料と部分的に剥離する
と言う問題があった。そこで、導体の焼結温度の低下を
防ぐために、フィラーとして、比較的難焼結性のアルミ
ナ等が添加され、導体材料の焼結温度及び収縮率の制御
がなされていた。
In the above method, the wiring conductor and the insulative inorganic substrate are formed by simultaneous sintering. In the simultaneous sintering, the starting and ending temperatures of the sintering and the shrinkage after sintering are reduced. If there is a difference, separation occurs between the two, the interlayer conductor and the via conductor are cut, and a void is generated inside the via conductor, so that the connection reliability to the laminated substrate is significantly reduced. In order to prevent this, a glass component and other fillers are generally added to the conductor material in addition to the metal. Since the glass component softens at a relatively low temperature, it has a role of generating an adhesive force between the insulating inorganic substrate and the wiring conductor, but the addition of the glass lowers the sintering temperature of the insulating inorganic substrate. It will be lower than the sintering temperature, so that the conductor will sinter before the substrate,
There has been a problem that voids are generated in the conductor or the conductor is partially separated from the substrate material. Therefore, in order to prevent a decrease in the sintering temperature of the conductor, relatively hardly sinterable alumina or the like is added as a filler to control the sintering temperature and shrinkage of the conductor material.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のガラスとその他のアルミナなどの添加物は、絶縁体で
あるため、これらを導体材料に加えることは、必然的に
導体の抵抗を上昇させるという問題点があった。
However, since these glass and other additives such as alumina are insulators, adding them to the conductor material inevitably increases the resistance of the conductor. There was a point.

【0008】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、無機多層基板の配線用に利用される導体
であって、焼結過程で、断線、内部ボイドや基板からの
剥離等の欠陥がない配線用導体を提供することを目的と
するものである。また、本発明の他の目的は、焼成過程
での導体の上記欠陥が防止できて、同時に、できるだけ
低い電気抵抗を有する配線用導体を提供することであ
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a conductor used for wiring of an inorganic multilayer substrate. The conductor is used for disconnection, internal voids, peeling from the substrate, etc. in a sintering process. It is an object of the present invention to provide a wiring conductor free from defects. It is another object of the present invention to provide a wiring conductor which can prevent the above-mentioned defects of the conductor during the firing process and at the same time has the lowest possible electrical resistance.

【0009】さらに、本発明の他の目的は、焼成工程で
無機多層基板と同時に導体を焼結する過程での上記導体
での欠陥を防止し、且つ、導体の電気抵抗を低下するこ
とのできる導体用ペーストを提供することである。本発
明は、さらに、このような焼結による導体を利用した無
機多層基板を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to prevent defects in the conductor in the process of sintering the conductor simultaneously with the inorganic multilayer substrate in the firing step, and to reduce the electric resistance of the conductor. An object of the present invention is to provide a conductive paste. Another object of the present invention is to provide an inorganic multilayer substrate using such a sintered conductor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の配線用導体は、
無機多層基板の配線に利用される導体であって、概して
言えば、導電用の金属と、窒化物、炭化物、硼化物等の
非酸化物系の高融点物質と、を含む焼結体である。この
導体は、導体の焼結温度より高い焼結温度の無機基板に
使用され、導体材料を含むペーストを無機多層基板に塗
着充填し、該基板の焼成に際して導体材料を同時に焼結
させて成形し、焼結された導体中の金属が導電性を発現
するものである。
The wiring conductor of the present invention comprises:
A conductor used for wiring of an inorganic multilayer substrate, which is generally a sintered body containing a conductive metal and a non-oxide high-melting substance such as a nitride, carbide, or boride. . This conductor is used for an inorganic substrate having a sintering temperature higher than the sintering temperature of the conductor, and a paste containing the conductor material is applied to an inorganic multilayer substrate, and the conductor material is simultaneously sintered when the substrate is fired. The metal in the sintered conductor develops conductivity.

【0011】非酸化物系の高融点化合物は、その添加量
により、導体の焼結温度を高めるように制御するもので
あり、少量の添加により、導体の比抵抗を上昇させない
で、焼結した導体の焼結過程で発生する上記欠陥を有効
に防止する作用がある。即ち、非酸化物系の高融点物質
が、比較的少量の添加で、導体全体の焼結温度を高め
て、無機多層基板材料の焼結とほぼ同時に焼結するよう
に焼結温度と時期を制御することを可能にし、焼結過程
で生じ易い当該基板の収縮と焼結した導体の収縮との差
を極力減少させ、収縮差に伴う両者の間の剥離や隙間の
生じるのを防止し、導体がより多く収縮する場合に生じ
やすい導体の断線等の欠陥を防止するのである。
The non-oxide type high melting point compound is controlled so as to increase the sintering temperature of the conductor by the amount of addition, and by adding a small amount, the sintered body is sintered without increasing the specific resistance of the conductor. This has an effect of effectively preventing the above-mentioned defects generated during the sintering process of the conductor. That is, the sintering temperature and timing are adjusted so that the non-oxide type high melting point substance is added with a relatively small amount to increase the sintering temperature of the entire conductor and sinter almost simultaneously with the sintering of the inorganic multilayer substrate material. Control, the difference between the shrinkage of the substrate and the shrinkage of the sintered conductor, which is likely to occur in the sintering process, is reduced as much as possible, and the occurrence of separation or gap between the two due to the difference in shrinkage is prevented, This prevents defects such as disconnection of the conductor, which are likely to occur when the conductor contracts more.

【0012】本発明において、非酸化物系の高融点化合
物の用語は、無機基板の焼成温度においても溶融しない
で導電用の金属粒子を含む焼結材料の焼結温度を高温側
に移行させる焼結特性を有する物質をいうものとし、こ
こには、酸化物を包含しないものとする。このような非
酸化物系の高融点化合物には、典型的には、窒化物、炭
化物、硼化物が利用される。もっとも、導体には、非酸
化物高融点物質とともに、酸化物ガラスやアルミナ等の
高温酸化物を含有するのを除外しない。
In the present invention, the term "non-oxide type high melting point compound" refers to a firing method for shifting the sintering temperature of a sintered material containing conductive metal particles to a high temperature side without melting even at the firing temperature of the inorganic substrate. It refers to a substance having binding characteristics and does not include oxides. Typically, nitrides, carbides, and borides are used as such non-oxide high melting point compounds. However, it is not excluded that the conductor contains a high-temperature oxide such as oxide glass or alumina together with a non-oxide high-melting substance.

【0013】本発明の導体は、具体的には、導電用金属
60〜99.95重量%と、窒化物、炭化物、硼化物等
の非酸化物系の高融点物質0. 05〜10重量%と、酸
化物ガラスを30重量%以下を含む組成が選ばれる。
The conductor of the present invention is, specifically, 60 to 99.95% by weight of a conductive metal and 0.05 to 10% by weight of a non-oxide type high melting point substance such as nitride, carbide, boride and the like. And a composition containing 30% by weight or less of oxide glass.

【0014】焼結導体中の酸化物ガラスは、任意的成分
であるが、それが存在する場合には、配線用導体と無機
多層基板との接着性ないしは密着性を良好にし、導体の
剥離やビア導体内部の空隙を有効に防止する作用があ
る。
[0014] The oxide glass in the sintered conductor is an optional component, but when present, improves the adhesion or adhesion between the wiring conductor and the inorganic multilayer substrate, and removes or removes the conductor. This has the effect of effectively preventing voids inside the via conductor.

【0015】高融点物質及び必要な酸化物ガラスの添加
量は、選ばれた無機多層基板の焼結温度と焼結性と、選
ばれた導体用金属の焼結性に応じて、上記の組成範囲内
から、欠陥のない健全で比抵抗の低い導体になるように
決めることができる。
Depending on the sintering temperature and sinterability of the selected inorganic multilayer substrate, and the sinterability of the selected conductor metal, From within the range, it can be determined to be a sound conductor with no defects and a low resistivity.

【0016】本発明の配線用導体は、無機多層基板の各
絶縁層上にパターン形成した層間導体として利用し、ま
た、好ましくは、各絶縁層を表裏に貫通して層間導体の
間を接続するビア導体として利用することができる。
The wiring conductor of the present invention is used as an interlayer conductor patterned on each insulating layer of an inorganic multilayer substrate. Preferably, the wiring conductor penetrates each insulating layer from front to back to connect between the interlayer conductors. It can be used as a via conductor.

【0017】本発明は、また上述の配線用導体を形成す
るための導体用ペーストも提供するもので、このペース
トを構成する導体材料は、導電用金属と、窒化物、炭化
物、硼化物等の非酸化物高融点化合物の少なくとも1種
類以上と、任意成分として酸化物ガラスとから成るもの
である。この導体材料は、上記導体組成に予め配合さ
れ、樹脂バインダー中に配合混練されて、導体用ペース
トとされる。導体用ペーストは、後述するように各絶縁
層に塗着ないし充填され、各絶縁層を重積してグリーン
シート積層体として後、焼成されて、一体に基板中に導
体が形成される。
The present invention also provides a conductor paste for forming the above-described wiring conductor, and the conductor material constituting the paste includes a conductive metal, a nitride, a carbide, a boride and the like. It comprises at least one or more non-oxide high melting point compounds and oxide glass as an optional component. This conductor material is previously blended with the above-mentioned conductor composition, blended and kneaded in a resin binder to form a conductor paste. The conductor paste is applied or filled on each of the insulating layers as described later, and the respective insulating layers are stacked to form a green sheet laminate, which is then fired to integrally form the conductor in the substrate.

【0018】本発明の導体用ペーストにおいては、導体
材料に、上記金属と共に又は該金属に代えて、その前駆
体を利用するとができる。ここに、前駆体とは、基板の
焼成過程で何らかの化学的変化により単体金属に変換し
得る化合物をいう。具体的には、前駆体には、基板の焼
成過程で、還元性ガス、例えば、水素又は一酸化炭素に
より容易に金属に還元され得る物質があり、その金属の
酸化物、水酸化物、炭酸塩、その他の金属塩を含む。ま
た前駆体には、基板の焼成過程で、熱分解を伴って、金
属に変換され得る物質があり、例えば、有機金属が含ま
れる。
In the conductor paste of the present invention, a precursor of the conductor material may be used together with or in place of the metal. Here, the precursor refers to a compound that can be converted to a simple metal by some kind of chemical change in the process of firing the substrate. Specifically, the precursor includes a substance that can be easily reduced to a metal by a reducing gas, for example, hydrogen or carbon monoxide in the process of firing the substrate, and includes an oxide, a hydroxide, and a carbonate of the metal. Includes salts and other metal salts. In addition, the precursor includes a substance that can be converted to a metal with thermal decomposition in a firing process of the substrate, and includes, for example, an organic metal.

【0019】金属の前駆体を含有する導体材料又はその
ペーストは、無機多層基板の焼成工程で、その焼結過程
と同時に又は先立って金属に変換する段階を設けて、そ
の金属が焼結過程で焼結した導体とするものである。
A conductor material containing a metal precursor or a paste thereof is converted into a metal at the same time as or before the sintering step in the step of firing the inorganic multilayer substrate, and the metal is converted into a metal during the sintering step. It is a sintered conductor.

【0020】さらに本発明の多層基板は、無機絶縁材料
からなる絶縁層と上記の導体用ペーストよりなる導体を
少なくとも有することを特徴とする。特に、無機多層基
板としては、無機絶縁材料からなる絶縁層と前記の導体
ペースト組成物とを少なくとも有するグリーン積層体の
両面もしくは片面に、焼成処理では焼結しない無機組成
物を含んだ難焼結性のグリーンシートを積層した後、焼
成処理を行い、その後焼結しない難焼結シートを取り除
いて得られることが望ましい。
Further, the multilayer substrate of the present invention is characterized by having at least an insulating layer made of an inorganic insulating material and a conductor made of the above-mentioned conductor paste. In particular, as the inorganic multilayer substrate, on both surfaces or one surface of a green laminate having at least an insulating layer made of an inorganic insulating material and the conductor paste composition, it is difficult to perform sintering including an inorganic composition that does not sinter by a baking treatment. It is preferable that the green sheet is obtained by laminating a green sheet having a property, performing a baking treatment, and then removing the non-sinterable sheet that does not sinter.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】先ず、本発明の導体が使用される
多層無機基板について、その基板を構成する無機絶縁材
料は特に限定されず、基板の放熱性や強度、その製造コ
ストを考慮して、適宜決定される。無機絶縁材料には、
ガラス系又はセラミック系があり、ガラスとセラミック
スの混合系も使用可能である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION First, with respect to a multilayer inorganic substrate in which the conductor of the present invention is used, the inorganic insulating material constituting the substrate is not particularly limited, and the heat radiation and strength of the substrate and the manufacturing cost are taken into consideration. Is appropriately determined. Inorganic insulating materials include
There is a glass type or a ceramic type, and a mixed type of glass and ceramics can also be used.

【0022】ガラス系基板は、焼結温度を下げることが
できるので、基板製造コストの低減に有利である。無機
絶縁材料に使用されるガラスとしては、結晶化ガラス系
では、例えば、ほう珪酸ガラス、ほう珪酸鉛系やほう珪
酸カルシウム系などのほう珪酸塩系ガラスなどが利用さ
れ、また、非晶質ガラス系では、例えば、珪酸塩ガラス
やアルミノ珪酸塩ガラスなどが使用できる。
Glass-based substrates can be used at a lower sintering temperature, which is advantageous for reducing substrate manufacturing costs. As the glass used for the inorganic insulating material, in the case of crystallized glass, for example, borosilicate glass, borosilicate glass such as lead borosilicate or calcium borosilicate, or the like is used. In the system, for example, silicate glass or aluminosilicate glass can be used.

【0023】他方、セラミック系基板は、焼結温度は高
いが、基板のエネルギー損失が小さく、熱伝導性が良好
になるという長所がある。このようなセラミックとして
は、例えば、アルミナなどが使用できる。
On the other hand, the ceramic substrate has the advantages that the sintering temperature is high, but the energy loss of the substrate is small and the thermal conductivity is good. As such a ceramic, for example, alumina can be used.

【0024】焼結導体及び導体材料中の主成分たる導電
性金属には、上記の無機多層基板の焼結温度で焼結可能
であって、良好な導電性を有するものであれば、特に限
定されないが、好ましくは、銅、銀、金、パラジウム、
白金、若しくは、ニッケル、又はそれらの合金が使用さ
れる。これらの金属から、基板の作製方法や使用状態に
応じて適宜選択すればよいが、特に銅と銀が、その金属
自体の比抵抗が特に小さいので、好ましく使用される。
The conductive metal as the main component in the sintered conductor and the conductor material is not particularly limited as long as it can be sintered at the sintering temperature of the inorganic multilayer substrate and has good conductivity. But not preferably, copper, silver, gold, palladium,
Platinum or nickel or their alloys are used. Any of these metals may be appropriately selected depending on the method of manufacturing the substrate and the state of use. Copper and silver are particularly preferably used because the metal itself has a particularly low specific resistance.

【0025】導体中の金属の含有量は、必要な導電性と
緻密性に応じて適宜決定すればよいが、導体中に60重
量%以上であることが好ましい。金属の量が少なすぎる
と導電性が悪くなる。
The content of the metal in the conductor may be appropriately determined according to the required conductivity and denseness, but is preferably 60% by weight or more in the conductor. If the amount of the metal is too small, the conductivity becomes poor.

【0026】本発明の導体には、このような金属と共
に、少量の窒化物、炭化物、硼化物等の非酸化物系高融
点物質が添加される。この高融点物質は、無機多層基板
の焼結温度では溶融軟化せず、焼結導体の焼結温度を上
昇させるものが利用される。この高融点物質は、周期律
表のIVa族、 IIIb族、IVb族、の窒化物、炭化物、硼
化物が利用され、例として、TiC、TiN、ZrC、
BN、B4 C、AlN、SiC、Si3 4 等が挙げら
れる。また、 Va族からVIII族に至る遷移金属の窒化
物、炭化物、硼化物も利用可能であり、これには、例え
ば、TaB2 、WC等がある。非酸化物系高融点物質
は、上記化合物の中で、特に、TiN、BN、SiCが
好ましい。導電用金属として銅又は銀に対して高融点物
質TiN、BN、SiCの組合せが好ましく採用され
る。
The conductor of the present invention is added with a small amount of a non-oxide high-melting substance such as a nitride, a carbide or a boride, together with such a metal. This high-melting substance is used that does not melt and soften at the sintering temperature of the inorganic multilayer substrate but raises the sintering temperature of the sintered conductor. As the high melting point material, nitrides, carbides, and borides of groups IVa, IIIb, and IVb of the periodic table are used, and examples thereof include TiC, TiN, ZrC,
BN, B 4 C, AlN, SiC, Si 3 N 4 and the like. In addition, nitrides, carbides, and borides of transition metals from Group Va to Group VIII can be used, and examples thereof include TaB 2 and WC. Among the above compounds, the non-oxide high melting point material is particularly preferably TiN, BN, or SiC. As the conductive metal, a combination of high melting point materials TiN, BN and SiC with respect to copper or silver is preferably employed.

【0027】高融点化合物の配合量は、焼結導体中に
0. 05〜10重量%の範囲とするのが適当で、0. 0
5重量%未満では、添加量が少なすぎて、導体の焼結の
温度は、導体用金属およびこれに添加される酸化物ガラ
スの焼結により決まり、その焼結温度が基板の焼結温度
より低い導体では、基板の焼結に先行して導体の金属又
は酸化物ガラスの焼結が進行するので、収縮による導体
の断線を生じやすくなり、導体の欠陥を防止し得ない。
高融点化合物が10重量%を越えると、導体の焼結温度
が高くなり過ぎて、基板焼結温度では焼結不充分となり
基板焼結完了時に導体は焼結不十分のまま残るので、層
間導体が基板から剥離したり、ビア導体の場合には基板
から突出したりしてしまい、また、導体にボイド(気
孔)を残して多孔質となり易いからである。
The compounding amount of the high melting point compound is suitably in the range of 0.05 to 10% by weight in the sintered conductor.
If it is less than 5% by weight, the amount of addition is too small, and the sintering temperature of the conductor is determined by the sintering of the conductor metal and the oxide glass added thereto, and the sintering temperature is lower than the sintering temperature of the substrate. In the case of a low conductor, the sintering of the metal or oxide glass of the conductor proceeds prior to the sintering of the substrate, so that the conductor is liable to be disconnected due to shrinkage, and the defect of the conductor cannot be prevented.
When the content of the high melting point compound exceeds 10% by weight, the sintering temperature of the conductor becomes too high, and the sintering temperature is insufficient at the substrate sintering temperature. Is peeled off from the substrate, or in the case of a via conductor, protrudes from the substrate, and the conductor is likely to be porous, leaving voids (pores) in the conductor.

【0028】導体中における非酸化物系高融点物質の含
有量は、上記の範囲で、導電用金属の種類と基板の絶縁
相材料の種類を考慮して、導体の焼結が基板材料の焼結
とほぼ一致し、かつ導体の基板との接着性が生じるよう
に選択される。
The content of the non-oxide type high melting point substance in the conductor is within the above range, and the conductor is sintered and the substrate material is sintered in consideration of the type of the conductive metal and the type of the insulating phase material of the substrate. It is selected so as to substantially coincide with the knotting, and to cause adhesion of the conductor to the substrate.

【0029】また、上記の非酸化物系の高融点化合物と
共に、従来用いられている酸化物系ガラスやアルミナ等
の酸化物を含有することも可能である。酸化物ガラス成
分としては、無機多層基板の絶縁層材料の焼結温度より
も低い温度で軟化するものが利用され、結晶化ガラス、
非晶質ガラスの何れも用いることが可能であり、例え
ば、ほう珪酸ガラス、ほう珪酸鉛ガラスやほう珪酸カル
シウムなどのほう珪酸塩系ガラスなど、珪酸塩ガラスや
アルミノ珪酸塩ガラスなどが使用できる。
In addition to the above-mentioned non-oxide type high melting point compound, it is also possible to contain oxides such as conventionally used oxide glass and alumina. As the oxide glass component, one that softens at a temperature lower than the sintering temperature of the insulating layer material of the inorganic multilayer substrate is used, and crystallized glass,
Any of amorphous glasses can be used. For example, borosilicate glass, borosilicate glass such as lead borosilicate glass and calcium borosilicate, and silicate glass and aluminosilicate glass can be used.

【0030】酸化物ガラス成分が0〜30重量%であ
り、ガラス成分は、多層基板の内層あるいは表層導体の
場合には添加しないとすることも可能な場合がある。ビ
ア導体では、ガラス成分をある程度含ませないと、基板
側のビア壁との接着性が悪くなる。他方ではガラス成分
が多すぎると導体抵抗が高くなる。
The oxide glass component is 0 to 30% by weight, and the glass component may not be added in the case of the inner layer of the multilayer substrate or the surface conductor. In the via conductor, if the glass component is not included to some extent, the adhesiveness to the via wall on the substrate side deteriorates. On the other hand, if the glass component is too large, the conductor resistance increases.

【0031】上記の焼結導体を形成するために、焼結後
に上記焼結導体組成が得られるように導体材料の組成が
調製され、この導体材料を樹脂バインダーと混練して、
ペーストに調製される。このペーストは上記の基板を形
成するためのグリーンシートに所要の形態で塗着又は充
填されて多層グリーンシートを最終的に焼成することに
よって、多層基板中に焼結導体が形成される。
In order to form the above-mentioned sintered conductor, the composition of the conductor material is adjusted so as to obtain the above-mentioned sintered conductor composition after sintering, and this conductor material is kneaded with a resin binder.
Prepared into a paste. This paste is applied or filled in a required form on a green sheet for forming the above-mentioned substrate, and finally fires the multilayer green sheet, whereby a sintered conductor is formed in the multilayer substrate.

【0032】導体材料は、焼結したあと焼結導体と基本
的に同じ組成であるが、金属が酸化し易いものであると
きは、特に、その金属の前駆体が好ましく利用される。
前駆体の例には、金属銅に対して酸化銅、金属ニッケル
に対して酸化ニッケルなどがある。例えば、導電用金属
としての金属銅は、低価格で耐マイグレーション性に優
れた導体材料であるが、焼成時に酸化されやすい。この
ため導体ペースト中の金属への前駆体として酸化銅を主
体に用い、焼成時に還元段階を設けてメタライズ処理
(金属化処理)をして導電性の良好な金属銅とすること
で、従来のような酸化防止のための複雑な雰囲気調整や
温度調整が必要でなく、比較的容易に基板を作製するこ
とができる。
The conductor material has basically the same composition as the sintered conductor after sintering, but when the metal is easily oxidized, a precursor of the metal is particularly preferably used.
Examples of precursors include copper oxide for metallic copper, nickel oxide for metallic nickel, and the like. For example, metallic copper as a conductive metal is a conductor material that is inexpensive and has excellent migration resistance, but is easily oxidized during firing. For this reason, copper oxide is mainly used as a precursor to the metal in the conductor paste, and a reduction step is provided at the time of firing, and a metallization treatment (metallization treatment) is performed to obtain metal copper having a good conductivity. A complicated atmosphere adjustment and temperature adjustment for preventing such oxidation are not required, and the substrate can be manufactured relatively easily.

【0033】但し、すべて酸化銅とすると、還元時の体
積減少によって、導体中にボイドが生じやすくなるの
で、金属銅との混合物とすることが望ましい。そこで、
導電用金属の銅に対して、前駆体には、水素還元容易な
酸化銅を利用し、この場合には、金属銅と酸化銅との混
合比率を、金属銅に換算して重量比で、5:95〜3
0:70の範囲内であることが望ましい。
However, if all copper oxide is used, voids are likely to be generated in the conductor due to volume reduction during reduction. Therefore, it is desirable to use a mixture with metallic copper. Therefore,
For copper of the conductive metal, the precursor uses copper oxide that is easily hydrogen-reduced. In this case, the mixing ratio of the metal copper and the copper oxide is converted into the metal copper by the weight ratio, 5: 95-3
It is desirable to be within the range of 0:70.

【0034】有機バインダーとしては、有機ビヒクル成
分としては特に限定されないが、例えばエチルセルロー
ス系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアクリル系
樹脂などが使用でき、溶剤としてはテルピネオールなど
のアルコール類やケトン類などが使用できる。また適宜
可塑剤や界面活性剤を添加してもよい。ペーストの混練
方法としては特に限定はなく、例えば3本ロールミルや
ボールミルなどが使用できる。
As the organic binder, the organic vehicle component is not particularly limited, but, for example, ethyl cellulose resin, polyvinyl butyral resin, polyacrylic resin and the like can be used. As the solvent, alcohols such as terpineol and ketones can be used. it can. Further, a plasticizer or a surfactant may be appropriately added. The method of kneading the paste is not particularly limited, and for example, a three-roll mill or a ball mill can be used.

【0035】次に、本発明の焼結導体を形成する方法に
ついて説明する。金属および/またはその前駆体粉末
と、窒化物、炭化物、硼化物の少なくとも1種類以上の
粉末と、必要ならば酸化物ガラス粉末とを、少なくとも
有機バインダーと溶剤とからなる有機ビヒクル成分中に
十分に混合・混練して内層用導体ペーストを調製する。
同一組成、あるいは組成比を若干変えて、同様にビア導
体用ペーストを調製する。
Next, a method for forming the sintered conductor of the present invention will be described. The metal and / or its precursor powder, at least one powder of nitride, carbide, boride and, if necessary, oxide glass powder are sufficiently mixed in an organic vehicle component comprising at least an organic binder and a solvent. To prepare a conductor paste for the inner layer.
A paste for via conductor is prepared in the same manner, with the same composition or a slightly changed composition ratio.

【0036】他方、絶縁層用の無機絶縁材料を有機バイ
ンダーと十分に混合・混練してスラリーを調製し、ベー
スフィルム上にこのスラリーを引きのばしてシート状に
形成した後、これを乾燥して、グリーンシートとする。
On the other hand, an inorganic insulating material for an insulating layer is sufficiently mixed and kneaded with an organic binder to prepare a slurry, and the slurry is drawn on a base film to form a sheet, which is then dried. , And a green sheet.

【0037】このグリーンシートにビア孔加工を施す。
その後、ビア用導体ペーストをグリーンシートのビア孔
に充填する。次に内層用導体ペーストを用いて、グリー
ンシート上に配線パターンを印刷した後、これらのグリ
ーンシートを積層して積層体を形成する。次に、得られ
た積層体を加熱炉内で、先ず脱バインダー処理して有機
成分を揮発ないし燃焼させ、その後、前駆体の還元のた
めメタライズ処理を施して、金属還元した後、絶縁層材
料の焼結温度に昇温して所要時間保持する焼成処理を施
して放冷して、無機多層基板を得る。
The green sheet is subjected to via hole processing.
Then, the via paste of the green sheet is filled with the via conductor paste. Next, after a wiring pattern is printed on the green sheets using the inner layer conductor paste, these green sheets are laminated to form a laminate. Next, in a heating furnace, the obtained laminate is first subjected to a binder removal treatment to volatilize or burn an organic component. Thereafter, a metallization treatment is performed for reduction of a precursor, and metal reduction is performed. The sintering temperature is raised to a sintering temperature, and a sintering process for maintaining the sintering temperature for a required time is performed.

【0038】なお、このグリーン積層体の両面あるいは
片面に、絶縁シートの焼成時に焼結しない難焼結性の無
機組成物を含んだグリーンシートを積層しても良い。こ
の難焼結性のシートを積層した場合は、焼成放冷後に、
その難焼結性シートを剥離して、無機多層基板を得る。
A green sheet containing a hardly sinterable inorganic composition that does not sinter when the insulating sheet is fired may be laminated on both sides or one side of the green laminate. When laminating this hard-to-sinter sheet, after firing and cooling,
The hardly sinterable sheet is peeled off to obtain an inorganic multilayer substrate.

【0039】焼結後の無機多層基板の寸法バラツキは製
品歩留まりを低減させる。そこで、グリーンシート積層
体の両面もしくは片面に、焼成処理では焼結しない無機
組成物を含んだグリーンシートを積層して作製した無機
多層基板においては、焼成時に厚み方向だけに収縮し平
面方向には収縮しないため、平面方向にも収縮する無機
多層基板に比べ、一般にビア導体とビア孔内部との密着
性を高めることが困難であるが、その場合にも、本発明
の導体をビア用に用いると、低抵抗でかつビア孔との密
着性に優れたビア導体が形成できる。なお、内層導体用
ペーストとビア導体用ペーストは、同一組成のものを用
いることも可能であるが、一般的には、ビア導体は基板
との剥離やボイドが生じやすいので、ガラス成分を多め
にした方が良い。
The dimensional variation of the inorganic multilayer substrate after sintering reduces the product yield. Therefore, an inorganic multilayer substrate produced by laminating a green sheet containing an inorganic composition that does not sinter in the baking treatment on both sides or one side of the green sheet laminate, shrinks only in the thickness direction at the time of baking, and in the plane direction. Since it does not shrink, it is generally difficult to increase the adhesion between the via conductor and the inside of the via hole as compared with an inorganic multilayer substrate that also shrinks in the plane direction, but in such a case, the conductor of the present invention is used for a via. Thus, a via conductor having low resistance and excellent adhesion to the via hole can be formed. The paste for the inner layer conductor and the paste for the via conductor may have the same composition.However, in general, the via conductor is liable to be peeled off from the substrate and voids. It is better to do.

【0040】無機絶縁材料のグリーンシートの作製方法
は、例えばドクターブレード法やカレンダ法、ロールコ
ーター法などが使用でき特に限定されない。またシート
を保持するベースフィルムとしては、例えばポリエチレ
ン系樹脂やポリエステル系樹脂、紙などが使用できる。
さらに、絶縁シートにビア孔加工を施す方法としては、
例えばパンチングやレーザー加工などが使用できる。
A method for producing a green sheet of an inorganic insulating material is not particularly limited, for example, a doctor blade method, a calendar method, a roll coater method and the like can be used. As the base film for holding the sheet, for example, polyethylene resin, polyester resin, paper, or the like can be used.
Furthermore, as a method of performing via hole processing on the insulating sheet,
For example, punching or laser processing can be used.

【0041】上記焼成処理の雰囲気は、脱バインダー段
階、メタライズ段階、焼成段階などの処理目的に応じて
適宜選択されるが、例えば、脱バインダー段階では、窒
素や特に有機物の燃焼のため空気とし、メタライズ段階
を含む場合は水素を含む還元性雰囲気とし、焼成段階で
は、そのまま還元性雰囲気としてもよいし、窒素、二酸
化炭素あるいは空気とそれらの混合ガスとしてもよい。
The atmosphere of the calcination treatment is appropriately selected according to the treatment purpose such as the debinding step, the metallization step, and the calcination step. For example, in the debinding step, air is used to burn nitrogen and especially organic substances. When a metallizing step is included, a reducing atmosphere containing hydrogen is used. In the firing step, a reducing atmosphere may be used as it is, or nitrogen, carbon dioxide, air, and a mixed gas thereof may be used.

【0042】[0042]

【実施例】本発明の具体的実施例を、以下に、導体材料
中の金属成分として、最も低い比抵抗の銅または銀を用
いる場合で示す。導体材料中の銅または銀は融点が低い
ため、無機絶縁材料としては、低温で焼結できるもので
ある必要性がある。このため、無機絶縁材料として、ガ
ラス−アルミナ混合系のガラスセラミックスを選んだ
が、本発明はこれに限定されるものではない。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below in the case where copper or silver having the lowest specific resistance is used as a metal component in a conductor material. Since copper or silver in the conductor material has a low melting point, it is necessary that the inorganic insulating material can be sintered at a low temperature. For this reason, glass-alumina mixed glass ceramics was selected as the inorganic insulating material, but the present invention is not limited to this.

【0043】〔実施例1〕導体には、導体中の導電用金
属として銀を選び、絶縁層材料として、焼結温度約90
0℃のガラス−アルミナ混合の絶縁材料を選び、各種の
窒化物、炭化物、硼化物の効果を調べた。導体ペースト
の原料として、銀、ガラス、各種の窒化物、炭化物、硼
化物の粉末を、表1の重量配合で混合し、有機バインダ
ーとしてエチルセルロース系樹脂を、溶剤としてのテル
ピネオールを適当量加え、3本ロールで十分に混合、混
練して導体用ペーストを調製した。比較のため、窒化
物、炭化物、硼化物に代えてアルミナを用いたものも準
備した。
Example 1 For the conductor, silver was selected as a conductive metal in the conductor, and a sintering temperature of about 90 was used as an insulating layer material.
An insulating material of a glass-alumina mixture at 0 ° C. was selected, and the effects of various nitrides, carbides, and borides were examined. Powders of silver, glass, various nitrides, carbides, and borides were mixed as raw materials for the conductor paste in a weight ratio shown in Table 1, and ethyl cellulose resin as an organic binder and terpineol as a solvent were added in appropriate amounts. This roll was sufficiently mixed and kneaded to prepare a conductor paste. For comparison, a material using alumina instead of nitride, carbide and boride was also prepared.

【0044】無機多層基板を形成するため、絶縁層スラ
リーの原料として、上記のガラス−アルミナ混合の絶縁
材料70%(重量%、以下同じ)、バインダーとしてブ
チラール系樹脂+ベンジルブチルフタレート15%、及
び、溶剤としてのブチルカルビトールを15重量%を、
ボールミルで十分に混合、混練した後、脱泡し、絶縁体
スラリーを調製した。この絶縁体スラリーを用いて、表
面に離型処理を施したベースフィルム(ポリフェニルサ
ルファイド)上にドクターブレード法で厚み約200μ
mの絶縁層シートを形成した。難焼結性グリーンシート
のために、ガラスセラミック粉末の代わりにアルミナ粉
末を用いて、上記と同様にしてアルミナスラリーを調製
し、ベースフィルム(PET)上にアルミナシートを形
成した。
In order to form an inorganic multilayer substrate, 70% (weight%, hereinafter the same) of the above-mentioned glass-alumina mixed insulating material was used as a raw material of the insulating layer slurry, butyral-based resin + benzylbenzyl phthalate 15% as a binder, and , 15% by weight of butyl carbitol as a solvent,
After sufficiently mixing and kneading with a ball mill, the mixture was defoamed to prepare an insulator slurry. Using this insulator slurry, a doctor blade method is used to apply a thickness of about 200 μm on a base film (polyphenyl sulfide) whose surface has been subjected to a release treatment.
m of the insulating layer sheet was formed. For the non-sinterable green sheet, an alumina slurry was prepared in the same manner as described above using alumina powder instead of the glass ceramic powder, and an alumina sheet was formed on a base film (PET).

【0045】次に、絶縁層シートの所定箇所にφ0.2
mmのビア孔をパンチングにより穿孔し、必要枚数の絶
縁層シートのビア孔に導体ペーストを充填した後、ベー
スフィルムをはがして絶縁層シートを積層し、その両側
をアルミナシートで挟み、80℃で熱圧着して積層体を
得た。
Next, a predetermined position of φ0.2
mm of via holes by punching, filling the via holes of the required number of insulating layer sheets with conductive paste, peeling off the base film, laminating the insulating layer sheets, sandwiching both sides with alumina sheets, at 80 ° C. The laminate was obtained by thermocompression bonding.

【0046】得られた積層体を加熱炉内の大気中600
℃で脱バインダー処理した後、さらに900℃にて焼成
した。その後焼結体の両側のアルミナを除去し、無機多
層基板を得た。こうして得られた無機多層配線基板のビ
ア導体の状態観察をし、良好なものについては、導体抵
抗を評価した。結果を表1に示した。
The obtained laminate was placed in an atmosphere in a heating furnace at 600
After the binder was removed at ℃, the sintering was further performed at 900 ℃. Thereafter, alumina on both sides of the sintered body was removed to obtain an inorganic multilayer substrate. The state of the via conductor of the obtained inorganic multilayer wiring board was observed, and the conductor resistance was evaluated for a good one. The results are shown in Table 1.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】表1より明らかなように、ビア導体の状態
を観察すると、第3成分を用いなかった試料、アルミナ
を用いた試料、ガラス25%+アルミナ15%の試料を
除き、いずれも導体中にボイドが生じて多孔状態となる
ビア導体不良となった。ガラス25%+アルミナ15%
の試料は、状態は良好であったが、比抵抗値が高かっ
た。これに対して、炭化物、硼化物、窒化物を適当量用
いたものは、ビア状態も良好で、かつ抵抗も低い値であ
った。10重量%越える量を用いたものは、ビア導体が
基板と剥離して基板から突出する不良となった。
As is clear from Table 1, when observing the state of the via conductor, all of the conductors except the sample without the third component, the sample using alumina, and the sample of 25% glass + 15% alumina were observed. In this case, voids occurred in the via conductors, and the via conductors became porous. Glass 25% + Alumina 15%
The sample No. was in a good state, but had a high specific resistance value. On the other hand, those using an appropriate amount of carbides, borides and nitrides had good via states and low values of resistance. When the amount exceeded 10% by weight, the via conductor was peeled off from the substrate and protruded from the substrate.

【0049】炭化物、硼化物、窒化物としては、表1に
示したもの以外にもAlN,Si34 等も使用でき、
特にTiN,SiC,BNを用いた場合にビア不良が少
なく、低い抵抗となった。
As carbides, borides and nitrides, other than those shown in Table 1, AlN, Si 3 N 4 and the like can be used.
In particular, when using TiN, SiC, and BN, the number of via defects was small and the resistance was low.

【0050】〔実施例2〕導体の導電用金属に銅を使用
し、基板には、ガラス−アルミナ混合の絶縁材料(焼結
温度900℃)を使用して、焼結過程での導体に対する
その組成の影響を調べた。導体ペーストの原料として、
銅、ガラス、およびBNの粉末を表2の重量比となるよ
うに秤量し、実施例1と同様の方法で、有機バインダー
と溶剤を適当量加え、3本ロールで十分に混合、混練し
て導体用ペーストを作製した。比較のため、BNを含ま
ない導体用ペーストも作製した。
Example 2 Copper was used for the conductive metal of the conductor, and an insulating material (sintering temperature: 900 ° C.) of glass-alumina mixture was used for the substrate. The effect of composition was investigated. As a raw material for conductor paste,
Copper, glass, and BN powders were weighed so as to have the weight ratio shown in Table 2, and in the same manner as in Example 1, an appropriate amount of an organic binder and a solvent were added, and the mixture was thoroughly mixed and kneaded with three rolls. A conductor paste was prepared. For comparison, a conductor paste containing no BN was also prepared.

【0051】また、絶縁層スラリーの原料として、実施
例1と同様に、ガラス−アルミナ混合の絶縁材料(焼結
温度900℃)と、バインダーとしてアクリル系樹脂
と、溶剤としてトルエンを用意し、これらよりドクター
ブレード法で厚み約200μmの絶縁層シートを作製し
た。
As a raw material of the slurry for the insulating layer, an insulating material of a glass-alumina mixture (sintering temperature: 900 ° C.), an acrylic resin as a binder, and toluene as a solvent were prepared in the same manner as in Example 1. An insulating layer sheet having a thickness of about 200 μm was prepared by a doctor blade method.

【0052】また、難焼結性グリーンシート用として、
ガラスセラミック粉末の代わりにアルミナ粉末を用い
て、上記と同様にしてアルミナスラリーを調製し、ベー
スフィルム(PET)上にアルミナシートを作製した。
Also, for a non-sinterable green sheet,
An alumina slurry was prepared in the same manner as above using alumina powder instead of glass ceramic powder, and an alumina sheet was formed on a base film (PET).

【0053】次に絶縁層シートの所定箇所に内径0.1
5mmのビア孔をパンチングにより穿孔し、必要枚数の
絶縁層シートのビア孔に上記導体ペーストを充填し、ま
た導体ペーストを用いてスクリーン印刷により配線パタ
ーンが厚さ30μmとなるように層間導体を形成してか
ら、ベースフィルムをはがして絶縁層シートを積層し、
その両側を上記のアルミナシートで挟み80℃で熱圧着
して積層体を得た。
Next, an inner diameter of 0.1 is set at a predetermined position of the insulating layer sheet.
A via hole of 5 mm is punched by punching, the via paste of the required number of insulating layer sheets is filled with the conductive paste, and an interlayer conductor is formed by screen printing using the conductive paste so that the wiring pattern has a thickness of 30 μm. After that, peel off the base film and laminate the insulating layer sheet,
The laminate was obtained by sandwiching both sides thereof with the above-mentioned alumina sheet and thermocompression bonding at 80 ° C.

【0054】得られた積層体を加熱炉内で、酸素60p
pmを含む窒素中雰囲気下にて700℃で脱バインダー
処理し、さらに900℃にて、酸素20ppmを含む窒
素ガス雰囲気中で焼成した。その後焼結体の両側のアル
ミナを除去し、無機多層基板を得た。こうして得られた
無機多層配線基板の配線シートの層間導体の抵抗値とビ
ア導体の抵抗値(1ビア当たり)、および導体の外観の
状態と、基板との密着性を評価した。結果を表2に示し
た。
The obtained laminate was placed in a heating furnace at 60 p.p. of oxygen.
The binder was removed at 700 ° C. in an atmosphere of nitrogen containing pm, and then fired at 900 ° C. in a nitrogen gas atmosphere containing 20 ppm of oxygen. Thereafter, alumina on both sides of the sintered body was removed to obtain an inorganic multilayer substrate. The resistance value of the interlayer conductor and the resistance value of the via conductor (per via) of the wiring sheet of the inorganic multilayer wiring board thus obtained, the appearance of the conductor, and the adhesion to the board were evaluated. The results are shown in Table 2.

【0055】[0055]

【表2】 [Table 2]

【0056】表2から明らかなように、BNが0.05
%より少ない場合、ガラスが35%以上の場合を除き、
層間導体、ビア導体ともに、導体と基板に剥離が生じた
り、導体にボイドや亀裂が生じる不良となった。一方、
ガラスが35%を越えるか、金属成分が60%未満とな
ると、抵抗値が高くなった。
As is clear from Table 2, BN is 0.05
%, Less than 35% glass,
In both the interlayer conductor and the via conductor, the conductor and the substrate were peeled off, and the conductor was void or cracked. on the other hand,
When the glass content exceeded 35% or the metal component was less than 60%, the resistance value increased.

【0057】BNが10%を越えると、焼成時に導体が
全く収縮しなくなり、層間導体に基板との剥離が生じ、
ビア導体は基板より突出し、いずれも不良となった。B
Nが0.05%〜10%範囲にある場合は、ガラス量に
関係なく、ほぼ良好な導体が得られ、ガラス量35%以
下では、抵抗値も比較的低かった。試料No.5や同2
4に比べ、試料No.10、同15及び同20が、同じ
ガラス量を含むにもかかわらず、より低抵抗となるの
は、導体中のボイド等の欠陥がより少ないためと考えら
れる。なお、ビア配線では、ガラスが無添加0%の場合
には、BNを適当量含んでいても、若干のボイドが生じ
たり、導体と基板の剥離が生じやすくなる。このため、
ビア導体用としては、ガラス成分は5%以上含むこと
が、より望ましい。
If the BN content exceeds 10%, the conductor does not shrink at all during firing, and the interlayer conductor peels off from the substrate.
The via conductor protruded from the substrate, and all became defective. B
When N was in the range of 0.05% to 10%, almost good conductors were obtained irrespective of the amount of glass, and when the amount of glass was 35% or less, the resistance was relatively low. Sample No. 5 or 2
In comparison with Sample No. 4, Despite including the same amount of glass, 10, 15, and 20, the lower resistance is considered to be due to fewer defects such as voids in the conductor. In addition, in the case of via wiring, in the case where 0% of glass is not added, even if BN is contained in an appropriate amount, slight voids are generated and the conductor and the substrate are easily separated. For this reason,
For via conductors, it is more desirable that the glass component contains 5% or more.

【0058】〔実施例3〕ビア用導体ペーストの原料と
して、酸化銅、金属銅、ガラス、アルミナ、TiNおよ
びBNの粉末を使用して、実施例1と同様の方法で、表
3に示す組成比のビア用導体ペーストを調製して、導体
に対する酸化銅の利用と導体組成の効果を調べた。
Example 3 The composition shown in Table 3 was obtained in the same manner as in Example 1 by using powder of copper oxide, metallic copper, glass, alumina, TiN and BN as raw materials for the conductor paste for vias. A conductor paste for via was prepared at a specific ratio, and the effect of copper oxide on the conductor and the effect of the conductor composition were examined.

【0059】絶縁層スラリーは、実施例1と同様の方法
で調製し、さらに実施例2と同様の方法で絶縁層シート
を作製した。その後、絶縁層シートの所定箇所にビア孔
をパンチングにより穿孔した。次に、必要枚数の絶縁層
シートのビア孔にビア用導体ペーストを充填し、層間導
体用ペースト(京都エレックス社製、DD1411)を
用いてスクリーン印刷により配線パターンを形成した
後、ベースフィルムをはがして絶縁層シートを積層し、
その両側を難焼結性のアルミナグリーンシートではさ
み、80℃で熱圧着して積層体を得た。
The insulating layer slurry was prepared in the same manner as in Example 1, and an insulating layer sheet was produced in the same manner as in Example 2. Thereafter, a via hole was punched in a predetermined portion of the insulating layer sheet by punching. Next, the via holes of the required number of insulating layer sheets are filled with a conductor paste for vias, and a wiring pattern is formed by screen printing using a paste for interlayer conductors (DD1411 manufactured by Kyoto Elex Co., Ltd.), and then the base film is peeled off. To laminate the insulating layer sheet,
Both sides were sandwiched between hardly sinterable alumina green sheets, and thermocompression bonded at 80 ° C. to obtain a laminate.

【0060】この積層体を加熱炉内の大気中600℃で
脱バインダー処理した後、積層体中の導体成分である酸
化銅の還元処理を、400℃にて、90%窒素−10%
水素ガス雰囲気中で行った。さらに900℃にて、窒素
雰囲気中で焼成した。その後焼結体の両側のアルミナを
除去し、無機多層基板を得た。こうして得られた無機多
層配線基板のビアの導体抵抗と状態を評価した。また探
傷浸透液を用いて、ビアの気密性を評価した。結果を表
3に示した。
After debinding the laminate at 600 ° C. in the air in a heating furnace, a reduction treatment of copper oxide as a conductor component in the laminate was performed at 400 ° C. at 90% nitrogen-10%.
The test was performed in a hydrogen gas atmosphere. Further, firing was performed at 900 ° C. in a nitrogen atmosphere. Thereafter, alumina on both sides of the sintered body was removed to obtain an inorganic multilayer substrate. The conductor resistance and the state of the via of the obtained inorganic multilayer wiring board were evaluated. In addition, the airtightness of the via was evaluated using a flaw detection penetrant. The results are shown in Table 3.

【0061】[0061]

【表3】 [Table 3]

【0062】導体の出発主組成がCuOの場合、脱バイ
ンダーを空気中で行うことができるために、金属銅出発
の場合のような微妙な雰囲気調整が不要となる製造上の
メリットがあるが、CuO→Cuの還元による体積減少
が生じる点が欠点である。
When the starting main composition of the conductor is CuO, the binder can be removed in the air, so that there is a merit in production that delicate atmosphere adjustment as in the case of starting with metallic copper is unnecessary. The disadvantage is that the volume is reduced by the reduction of CuO → Cu.

【0063】表3の試料No.2に見られる導体中のボ
イドは、この体積減少によって生じたものと考えられ
る。試料No1のように、体積減少を起こす銅成分量を
少なくすれば、ボイドは生じなくなるが、導体抵抗が高
くなる。そこで試料No.3及び同4のように、CuO
の一部をCuに置換してやると、体積減少の効果が少な
くなって、低抵抗でかつボイドも生じなくなるが、ガラ
スが減少しているために、ビアの気密性は失われてしま
う。
In Table 3, sample No. It is considered that the voids in the conductor shown in FIG. 2 were caused by this volume reduction. As in the case of sample No. 1, when the amount of the copper component causing the volume decrease is reduced, voids are not generated, but the conductor resistance is increased. Then, the sample No. 3 and 4, CuO
Is partially replaced by Cu, the effect of reducing the volume is reduced, the resistance is low, and voids are not generated, but the hermeticity of the via is lost due to the reduced glass.

【0064】そこでビア導体の緻密性を確保しながら、
低抵抗のビア導体とする目的で、試料No.6〜10の
ようにガラスを減少させず、アルミナのみを減少させた
が、フィラー量が少ないと焼結性が制御できず、結果的
にボイドやビア孔との密着不良等の欠陥が生じ、これは
酸化銅の金属銅による置換を行っても改善できなかっ
た。
Therefore, while ensuring the fineness of the via conductor,
For the purpose of forming a low-resistance via conductor, the sample No. Although the glass was not reduced as in the case of 6 to 10, only the alumina was reduced, but if the amount of the filler was small, sinterability could not be controlled, resulting in defects such as poor adhesion with voids and via holes, This could not be improved by replacing copper oxide with metallic copper.

【0065】一方、本発明のBNを用いた場合、試料N
o.11〜17に示すように、CuOが100%ではや
はりボイドが生じたが、5%以上30%以下のCu置換
により、低抵抗で不良なく、緻密性のあるビア導体が得
られた。これは、BNを用いると、極少量でフィラーと
しての効果を持つため、Cu量、ガラス量ともに相対的
に多量とできるためと考えられる。なお、試料No.1
6、17およびNo.5、9、10、23、24のCu
が40%以上では、基板とビア導体の間に剥離が生じ、
100%では、脱媒時点でビア導体が破壊された。これ
は、金属銅の酸化によって生じた体積膨張によるものと
考えられる。試料No.18〜24は、BNとアルミ
ナ、TiNを併用したものであるが、BN単独の試料N
o.11〜17とほぼ同様の結果が得られた。従って、
これら複数のフィラーを併用することも可能である。
On the other hand, when the BN of the present invention was used, the sample N
o. As shown in FIGS. 11 to 17, voids were also generated when the CuO content was 100%, but by replacing the Cu content by 5% or more and 30% or less, a dense and low-resistance via conductor was obtained. This is presumably because the use of BN has an effect as a filler in a very small amount, so that both the Cu amount and the glass amount can be relatively large. The sample No. 1
6, 17 and No. 5, 9, 10, 23, 24 Cu
Is more than 40%, peeling occurs between the substrate and the via conductor,
At 100%, the via conductor was destroyed at the time of removal of the medium. This is considered to be due to volume expansion caused by oxidation of metallic copper. Sample No. Samples Nos. 18 to 24 used BN, alumina, and TiN together.
o. Almost the same results as those of 11 to 17 were obtained. Therefore,
These plural fillers can be used in combination.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上のように本発明では、導体材料に、
金属成分と酸化物ガラス成分と窒化物、炭化物、硼化物
の1種類以上を含むことによって、導体材料中の金属成
分量を多く保持しながら、その焼結温度を制御すること
が可能となり、無機基板材料との接着性が良く、かつ低
い比抵抗で、層間導体及びビア導体とすることができ
る。
As described above, according to the present invention, the conductive material is
By containing a metal component, an oxide glass component, and at least one of nitrides, carbides, and borides, it is possible to control the sintering temperature while maintaining a large amount of the metal component in the conductor material, It can be used as an interlayer conductor and a via conductor with good adhesion to a substrate material and low specific resistance.

【0067】これらの非酸化物系高融点物質は、多量の
酸化物ガラスや従来の高融点フィラーとしてのアルミナ
を用いることなく、その焼結温度と収縮率を制御して、
基板の焼結温度と収縮率に整合させることが可能とな
り、その結果、低抵抗値で、かつ導体部分での断線や空
隙が生じず、緻密な構造の導体が形成できる。
These non-oxide type high melting point materials are controlled by controlling their sintering temperature and shrinkage without using a large amount of oxide glass or alumina as a conventional high melting point filler.
It is possible to match the sintering temperature and the shrinkage ratio of the substrate, and as a result, a conductor having a low resistance value, no disconnection or voids in the conductor portion, and a dense structure can be formed.

フロントページの続き (72)発明者 加藤 純一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内Continued on the front page (72) Inventor Junichi Kato 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 無機基板に一体に形成される導体であっ
て、当該導体が、導電用金属と、窒化物、炭化物及び硼
化物などの非酸化物系の高融点物質1種以上と、任意成
分として酸化物ガラスと、を含む焼結体であることを特
徴とする無機基板用導体。
1. A conductor integrally formed on an inorganic substrate, wherein the conductor comprises a conductive metal, one or more non-oxide high melting point materials such as nitrides, carbides and borides. A conductor for an inorganic substrate, characterized by being a sintered body containing oxide glass as a component.
【請求項2】 上記の導体が、該金属60〜99. 95
重量%と、該高融点物質0. 05〜10重量%と、該酸
化物ガラス35重量%以下と、を含むことを特徴とする
請求項1記載の無機多層基板用導体。
2. The conductor according to claim 1, wherein the metal is 60 to 99.95.
2. The conductor for an inorganic multilayer substrate according to claim 1, comprising: by weight, 0.05 to 10% by weight of the high-melting substance, and 35% by weight or less of the oxide glass.
【請求項3】 上記の金属が、銅若しくは銀であること
を特徴とする請求項1又は2記載の導体材料。
3. The conductor material according to claim 1, wherein the metal is copper or silver.
【請求項4】 上記高融点物質が、TiN、SiC若し
くはBNであることを特徴とする請求項1又は2に記載
の無機基板用導体。
4. The conductor for an inorganic substrate according to claim 1, wherein the high melting point substance is TiN, SiC or BN.
【請求項5】 上記の導体が、無機多層基板の絶縁層を
貫通したビア導体である請求項1ないし4いずれか記載
の無機基板用導体。
5. The conductor for an inorganic substrate according to claim 1, wherein the conductor is a via conductor penetrating an insulating layer of the inorganic multilayer substrate.
【請求項6】 無機基板に導体を焼結一体に形成するた
めの導体材料の粉末と樹脂バインダーとを含む導体用ペ
ーストにおいて、当該導体材料が、導電用金属と、窒化
物、炭化物及び硼化物などの非酸化物系の高融点物質の
1種類以上と、任意成分として酸化物ガラスと、を含む
ことを特徴とする導体用ペースト。
6. A conductive paste containing a conductive material powder and a resin binder for integrally forming a conductive material on an inorganic substrate by sintering, wherein the conductive material is a conductive metal, a nitride, a carbide, and a boride. A paste for a conductor, comprising at least one kind of non-oxide type high melting point material such as a non-oxide type material and an oxide glass as an optional component.
【請求項7】 上記の高融点物質が、TiN、SiC若
しくはBNであることを特徴とする請求項6記載の導体
用ペースト。
7. The conductor paste according to claim 6, wherein said high-melting substance is TiN, SiC or BN.
【請求項8】 上記導体材料には、当該金属と共に若し
くは当該金属に代えて、その金属の前駆体を含む請求項
6の導体用ペースト。
8. The conductor paste according to claim 6, wherein the conductor material contains a precursor of the metal together with or instead of the metal.
【請求項9】 上記の金属が銅であり、その前駆体が酸
化銅であって、且つ銅と酸化銅との混合重量比が、金属
銅換算で5:95〜30:70である請求項8記載の導
体材料用ペースト。
9. The method according to claim 1, wherein said metal is copper, a precursor thereof is copper oxide, and a mixing weight ratio of copper and copper oxide is 5:95 to 30:70 in terms of metallic copper. 9. The paste for a conductor material according to item 8.
【請求項10】 無機絶縁材料から成る複数の絶縁層
と、該絶縁層に一体に形成された請求項1ないし4のい
ずれか記載の導体とから成ることを特徴とする無機多層
基板。
10. An inorganic multilayer substrate, comprising: a plurality of insulating layers made of an inorganic insulating material; and the conductor according to claim 1 formed integrally with said insulating layer.
【請求項11】 上記の導体が、層内に配設されて層間
接続のためのビア導体であることを特徴とする請求項1
0記載の無機多層基板。
11. The via conductor according to claim 1, wherein said conductor is a via conductor disposed in a layer for connection between layers.
0. The inorganic multilayer substrate according to 0.
【請求項12】 無機絶縁材料から成る複数の絶縁層を
その層間又は層内に請求項4又は5記載の導体ペースト
を適用して積層してグリーン積層体とし、該積層体の両
面若しくは片面に焼成処理では焼結しない難焼結性グリ
ーンシートを添着して後焼成して焼結体とし、該焼結体
から難焼結性シートを分離して無機多層基板としたとを
特徴とする無機多層基板。
12. A green laminate, wherein a plurality of insulating layers made of an inorganic insulating material are laminated between or within the layers by applying the conductive paste according to claim 4 or 5, on both surfaces or one surface of the laminate. A non-sinterable green sheet that does not sinter in the firing process is attached and post-fired to form a sintered body, and the non-sinterable sheet is separated from the sintered body to form an inorganic multilayer substrate. Multi-layer board.
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