JPS60176296A - グレ−ズ抵抗素子一体型多層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 不発ＥＡは、厚膜部品、ＩＣ，ＬＳＩ　、チップ受動部
品などの高密度実装に好適なグレーズ抵抗素子一体型多
層配線基板の製造方法に関するものである。

（従来例の構成とその問題点） 近年、機器の小型化や多機能化の要望が年を追って強く
なってきているが、これらの要望に応えるため、回路部
品の高密度実装が重要な技術となっている。特に、ＩＣ
，ＬＳＩの発達、さらには抵抗器やコンデンサ等の厚膜
部品の発達に伴い、回路構成が益々高密度化へと移行し
つつある。高密度実装の回路構成を実現するためＫは部
品を小型化することと同時に基板の配線密度を太きぐす
ることが重要であり、基板の配線密度を高めるには基板
を多層構造として配線層を基板内部に形成する方法が最
も効果的である。また、近年は通信周波数の高周波化に
伴って配線層の導体抵抗も重要なポイントとなっている
。例えば、チューナモノユールでは高周波域になると配
線導体抵抗が高い場合、発振や利得の低下などの現象が
起とシ、従来構成のアルミナ基板と厚膜との構成による
チューナモノー−ルでは導体抵抗が高いため、厚膜導体
として金などの高価な材料を使用せざるを得ないのが現
状である。しかし、機器の手甲化、組立ての合理化、コ
ストダウンの観点からこれらの高周波回路のハイブリッ
ドＩＣによるモノニール化が強く望まれている。

従来、モジーーールの小型化を目的とした多層基板とし
ては、大別してアルミナ焼結基板上にＡｇ−Ｐｄ系など
の導体４−ストとガラス絶縁体イーストを交互に印刷、
焼成したものと、アルミナ絶縁体とモリブデン（Ｍｏ）
又はタングステン（Ｗ）からなる導体全交互に積層化し
たものとがある。。しかし、これらの構成の基板は、高
密度実装用の基板としては次のような問題点があった。

■　アルミナ焼結基板上に厚膜導体波−スト、ガラス絶
縁体波−ストを交互に印刷し、焼成したもの、 （イ）層数に限界があり、一般には３〜４層、（ロ）導
体抵抗が高く、それを低くするためには金などの高価な
導体材料を用いる必要がある。

■　アルミナとＭｏまたはＷとの組合わせによる多層基
板、 （イ）部品の半田による接続を可能にするために、多層
基板表面のＷまたはＭｏ導体層上に二、ケル、金などの
メッキを施す必要がある。

（ロ）厚膜素子としてのグレーズ抵抗素子やコンデンサ
素子を形成するためには、空気中で高温処理する必要が
あるが、ＷやＭｏのような酸化され易い導体材料は酸素
雰囲気中での処理ができないため、厚膜素子との一体化
回路基板として不向きである。

（ハ）Ｍｏ、Ｗの導体抵抗が高い（２０〜３０ｍΩ／口
）・上記の理由から、従来構成のセラミ、り多層基板は
高密度実装用基板または高周波モジュール用基板として
の十分な条件を備えていないと言える。

（発明の目的） 本発明の目的は、基板の多層化が容易でかつ内層に設け
た導体層の導体抵抗を十分低くすることが可能であり、
また表面層にはグレーズ抵抗素子など従来の厚膜素子の
形成が可能な高密度実装用多層基板の製造方法を提供す
るものである。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、まず、アルミナを主成分と
する粉末及び有機結合材からなる未焼結のグリーンシー
ト上に、タングステン粉末、有機バインダ及び溶剤から
なる導体４−ストと、アルミナを主成分とする粉末、有
機結合材及び溶剤からなる絶縁に一ストとを交互に印刷
し、これを還元雰囲気中で焼結する。次に、この焼結体
上に、銅を主成分とする金属粉末、有機結合材及び溶剤
からなる銅被−ストと、電気的絶縁を目的とするガラス
波−ストとを交互に印刷し、これを窒素雰囲気中で焼成
する。次いで、最外層のガラス層の必要箇所に、内部銅
配線層の一部が露出するように設けられた小孔に、銅に
還元されない低融点のガラス粉末、貴金属粉末、有機バ
インダ及び溶剤からなるペーストを印刷、充填し、これ
を空気中で焼成する。さらに最外層ガラス層上に、厚膜
導体イースト、厚膜抵抗ペーストラそれぞれ印刷、焼成
して、前記充填材と電気的に接続されたグレーズ抵抗素
子を形成する。これにより、アルミナ絶縁層とタングス
テン配線層の多層構造及び導体抵抗の低い銅配線層を含
み、かつグレーズ抵抗素子を備えたグレーズ抵抗素子一
体型多層基板となるものである。

（実施例の説明） 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例の断面を示したものであり
、１はアルミナ基板、２はアルミナを主成分とする絶縁
層、３はガラスを主成分とする絶縁層、４はタングステ
ンの導体配線層、５はタンゲステンのスルホール、６は
銅の導体配線層、７はガラス絶縁層３に設けた小孔に充
填し、下層の銅配線層６と上層の導体層とを電気的に中
継し、かつ高温において下層への空気の拡散をおさえる
機能を有する空気遮断材（又←充填材とも言う）、８は
一般に用いられる厚膜導体層例えばＡｇ−Ｐｄ電極、・
９はルテニウム系グレーズ抵抗素子である。

また第２図は、第１図の導体層の構造を拡大して示した
もので、さらに、チップ部品１０′ｆ：半田１１で接合
して実装した部分も例示している。

ここで、空気遮断材７は、銅に還元されない低融点ガラ
スと貴金属とからなる材料で構成される。

次に、製造方法を、順を追って詳細に説明する。

先ずアルミナ粉末と有機結合材からなる未焼結グリーン
シート（焼結後は図中、１となる）にタングステンペー
ストでスルホール５と導体配線層４をスクリーン印刷す
る。これｆ：１２０℃程度の温度で乾燥させる。次に、
アルミナ粉末を主成分°とする無機質とエチルセルロー
スを例えばテレピン油に溶したビークルとからなるアル
ミナ４−スト全印刷する。−このアルミナ層は焼結後回
中の２となる。ここで、内層としてのアルミナ層とタン
グステン配線層の層数を多くする場合は、更にタングス
テンペースト、アルミナベースｉ・の印刷を繰返す。ま
だこの構造において、絶縁層を介して配線層を多層化し
ていくとき、上部導体層と下部導体層の接続は、絶縁層
の必要部分に小孔（普通ピアホールと呼ぶ）を設け、そ
の部分を通して接続を行なう。以上述べたアルミナ層と
タングステン層からなる未焼成積層体を還元雰囲気中、
１５００〜１６００℃で焼結する。この工程の特徴は、
未焼成状態で簡単に積層構造が作成できること、ならび
に絶縁層にアルミナを使用しているため耐熱性、耐電圧
性、誘電正接などの特性にすぐれていることである。

次に、上記の還元雰囲気で焼成したアルミナ・タングス
テン積層体の表面に銅４−ストを印刷する。この銅に一
ストは焼成後、図中の６となる。

この銅被−ストの上に更にガラスに一ストを印刷する。

この層は焼成後、図中の３となる。上記の銅ペースト、
ガラスペーストを印刷したものを８００〜９００℃、窒
素雰囲気中で焼成する。ここで窒素雰囲気中には１０　
ｐｐｍ程度の酸素が含まれており、これは焼成後の銅配
線層の接着強度向上に重要なものである。

次に、上記したタングステン配線層４−アルミナ絶縁層
２−銅配線層６−ガラス絶縁層３からなる焼成積層体の
最上層、すなわち銅配線層６を覆うガラス絶縁層３上に
空気遮断材７を形成する。

ここで空気遮断材７は、ガラス絶縁層３の必要箇所に形
成され下の銅配線層６と上層の導体層とを電気的に接続
するための小孔に充填されるもので、銅に還元されない
低融点ガラス（例えばＢ２Ｏ２−ＢａＯ−Ａｔ２０５系
ガレス）と、貴金属粉末（例えばＡｇ）と、有機結合材
としてエチルセルロースのテレピン油１０％溶液からな
るビークルとから構成されたく一ストヲ印刷し、空気中
８５０℃、１ｏ分間焼成して形成される。更にこの上に
、従来用いられているＡｇ−Ｐｄ系導体Ｒ−スト、ルテ
ニウム系グレーズ抵抗波−ストを印刷し、空気中、８５
０℃で焼成し、厚膜導体層８、グレーズ抵抗素子９を形
成する。

このようにして得られたグレーズ抵抗素子一体型多層基
板は、内部のタングステン配線層４と銅配線層６、更に
は最上層のＡｇ−Ｐｄ　Ｊ体層８とは完全に電気的導通
が得られており、グレーズ抵抗素子９も温度係数が若干
大きくなる（約±２００　ｐｐｍ）もののその他の経時
変化、負荷特性などの性質は従来のグレーズ抵抗素子と
ほぼ同等のものとなっており、実用上問題のないもので
あった。また、内部配線層でタングステン配線層４の導
体抵抗は約１０ｍΩ／口、銅配線層の導体抵抗は約３ｍ
Ω／口であった。

本発明の構成で最もＩインドとなるところは、■銅に還
元されないガラスと貴金属とからなる充填材（空気遮断
材７）を形成することにより、最上層部に通常の厚膜回
路に用いられるＡｇ−Ｐｄ導体、ルテニウム系グレーズ
抵抗素子等の厚膜回路を空気中で形成することができる
こと、■多層化し易いｈｔ２ｏ３−ｗ多層構造と導体抵
抗の小さい銅配線層との各すの利点を生かした多層構造
が可能であること、の２点にある。■の点に関しては、
上記構造にすることにより充填材を通して下部導体であ
る銅と表面導体層とを電気的に導通させ、しかも後工程
における空気中高温下の処理に対して充填材が空気を遮
断し、従って下部導体層の酸化を防止することができる
。もちろん、ガラス絶縁層の下部に形成された銅導体は
、ガラスが空気の拡散防止材として働くので、高温空気
中処理においても酸化されることはない。

一般に、流動性の材料に導電性粒子を分散すると、導電
性粒子どうしが一種の凝集現象を起こし、粒子相互間で
接触を保つ構造となる。その結果、導電性粒子分散体に
電気的導通現象がみられることとなる。したがって、本
発明の実施例の処理温度に達するとガラスは流動性をも
ち、これに貴金属が分散されているため電気的導通が得
られることとなる。導電性粒子として貴金属を用いたの
は高温空気中でも酸化されないことが必要となるためで
ある。一方、本発明の構成により空気中高温においても
空気遮断材７が充填されていない部分の内部銅配線層６
も酸化されないが、このことについて以下に述べる。

本発明では、内部銅配線層６への酸化を防止するだめに
ガラス材料が果す役割は大きい。つまり、第１図、第２
図における充填材（空気遮断側７）中のガラス材料が焼
成後、ガラス絶縁層３によくぬれ、また貴金属粒子の周
りはガラスで充填されているだめ、このガラス層により
内部の気密性が保たれ、空気が下部導体層まで浸透しな
い。ここで、ガラス材料として一般に良く用いられてい
る鉛系の力゛ラスを考えてみると、ガラスは下部導体の
銅と次のような反応を起こす。

Ｃｕ　＋ＰｂＯ−＋　ＣｕＯ＋　Ｐｂ つまり、導体である銅がガラスの主成分である酸化鉛に
よって酸化され、充填材と銅の接融部の抵抗が高くなっ
てし寸う。従って、本発明に使用するガラスは銅を酸化
しない性質、つまシ銅によって還元されないガラス材料
であることが重要な点となる。このような条件を満足す
るガラスとじてはアルカリ土類金属酸化物か、Ｉ］１族
系金属酸化物を主成分とするものがある。前に述べたＢ
ａＯ−Ｂ２０３−１．、Ｏ６系ガラスはそれに該当する
ものである。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば内部に銅配線層を形
成するとともに、それを覆う絶縁層に設けた小孔に充填
した充填材を通して上層の導体層と雷、気的に接続する
ことができ、しかも空気中高温処理に於いても下部銅配
線層が酸化されることがない。したがって、近年著しく
発達している厚膜技術によって、この基板へのグレーズ
抵抗素子、コンデンサ素子の一体化が可能となる。なお
実施例では、アルミナ絶縁層、タングステン配線層、銅
配線層、そしてガラス絶縁層をそれぞれ一層としたが、
工程を繰返すことにより層数を増加することができるこ
とは言うまでもない。

このように、本発明の基板構成は、多層化し易いＡｔ２
０．−Ｗの多層構造と導体抵抗の小さい銅配線を含んで
内部配線が多層化され、更に厚膜素子との一体化が可能
であることから、高密度実装に極めて適しているばかシ
でなく、高周波回路としての展開も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例におけるグレーズ抵抗素子
一体型多層基板の断面図、第２図は、同基板の要部の拡
大断面図である。 １・・・アルミナ基板、２　・アルミナ絶縁層、３・・
ガラス絶縁層、４・・タングステン配線層、５　・スル
ホール、６　・銅配線層、７・・空気遮断相、８・・厚
膜導体層、９・・・グレーズ抵抗素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミナを主成分とする粉末及び有機結合材からなる未
   焼結のグリーンメート上に、タングステン粉末、有機バ
   インダ及び溶剤からなる導体イーストと、アルミナを主
   成分とする粉末、有機結合材及び溶剤からなる絶縁被−
   ストとを交互に印刷、積層し、この未焼結物を還元雰囲
   気中で焼結する工程と、この焼結体上に、銅を主成分と
   する金属粉末、有機結合相及び溶剤からなる銅ペースト
   と、電気的絶縁を目的とするガラスイーストとを交互に
   印刷、積層し、これを窒素雰囲気中で焼成する工程と、
   前記ガラスペーストによシ形成された最外層のガラス層
   の所要箇所に内部＆目配線層の一部が露出するように設
   けられた小孔に、銅に還元されない低融点のガラス粉末
   、貴金属粉末、有機バインダ及び溶剤からなるイースト
   を一印刷、充填し、これを空気中で焼成する工程と、前
   記最外層のガラス肩上に、厚膜導体（−スト、厚膜抵抗
   波−ストヲそれぞれ印刷し、これを空気中で焼成して、
   前記充填材に電気的に接続されたブレース抵抗素子を形
   成する工程とからなることを特徴とするグレーズ抵抗素
   子一体型多層基板の製造方法。