JPS60176297A - ハイブリツドｉｃ用多層基板 - 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） 本発明は、厚膜部品、ＩＣ、ＬＳＩなどの高密度実装に
好適なハイブリッドＩＣ用多層基板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の発達や抵抗器、コンデンサ等の厚膜化技術の発
達に伴い、回路部品の実装が益々高密度化へと移行しつ
つある。部品の高密度実装を実現するには、部品を小さ
くするととと同時に基板の配線密度を大きくすることが
重要である。基板の配線密度を高めるには、基板を多層
構造とし、配線層を基板内部に形成する方法が最も効果
が大きい。

従来の多層基板としては、アルミナとタングステンまた
はアルミナとモリブデンによる絶縁層、導体層を一交互
に積層したものがある。しかし・これには次のような問
題点がある。

■部品の半田付を可能にするために、多層基板表面のタ
ングステンまたはモリブデンの導体層上にニッケル、金
などのメッキを施す必要がある。

■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（８００〜９００℃
）処理する必要があるが、タングステンやモリブデンの
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、厚膜素子を直接形成する回路基板として
不向きである。

これらの理由から、アルミナ多層配線基板は、その利用
範囲が制限され、高密度実装用基板としての士１分な条
件を備えていなかった。

一方、上記のようなアルミナとタングステンとからなる
多層基板への、空気中、高温での厚膜の形成を可能にす
るために、多層基板最上層の必要箇所に小孔を設け、そ
の中にｐｔ寸たけＰｄのような貴金属を充填した構造の
焼結体基板が提案されている。（特開昭５４−５’４８
５９号公報参照）この構造の多層基板は、アルミナ、タ
ングステン、ｐｔまたはＰｄからなる未焼結多層構造を
形成し、これを還元雰囲気中で同時焼結する。・この方
法で」褪も重要な点は、異なる月利を同時に焼結して一
体構造とするとき、異なる拐料どうしの焼結収縮率が互
いによくマツチングできるように月利を高度に管理する
こと、材料どうしの密着性を保つ条件をつくり出すこと
である。従来、アルミナとタングステンとから構成され
る系は、一般的にも良く用いられておシ、材料や作製条
件が十分制御され、かつ管理された状態で製造されてい
る。しかし、上記提案の基板では、アルミナとタングス
テンに加えｐｔまたはＰｄのマツチングの制御という問
題が発生する。しだがって実際にアルミナとタングステ
ンとｐｔ捷たけＰｄという系からなり、かつこれを一括
焼結、一体構造とするには条件設定の上でかなりの困難
が伴うという欠点がある。寸だ、一体構造としたものに
厚膜素子を形成するためには空気中で８００〜９００℃
で処理する必要があるが、この場合、多層基板表面層に
形成した孔部分のＰ【またはＰ（ｌの充填構造としては
、空気の内部タングステン層への浸透を完全に防ぐ必要
がある。しかし、本発明者等が確認したところによれば
、ｐｔやＰｄとアルミナとの密着性は十分高いものとは
言えず、空気中、８００〜９００℃で処理した場合、Ｐ
ＩやＰｄとアルミナとの界面がら空気が徐々に浸透し、
内部タングステンを酸化させてし１うという欠点がある
。

以上述べてきたように、多層基板は部品実装用の基板と
しては非常に重要なものであるが、従来のアルミナとタ
ングステンまたはモリブデンから構成される多層基板の
表面層孔部にｐｔやＰｄを充填し、このＰｔ、　、　Ｐ
ｄによシ上部下部両導体層を継ぐ方法では、厚膜素子形
成に必要な空気中、８００〜９００℃の焼成染付で内部
導体層の酸化を十分防止することはできないものである
。

（発明の目的） 本発明の目的は、高密）Ｗ部品実装用基板として半）Ｂ
　ｆ＝Ｊ用電極パ、ドへのメッキ処凱を必要とせず、グ
レーズ抵抗素子のような厚膜素子の形成も可能な構造を
実現し、かつ製造工程の簡略化、コストダウンを可能に
するハイブリッドＩＣ用多層基板を提供することにある
。

（発明の構成） 本発明の多層配線基板は、アルミナを主成分とする電気
絶縁層と、タングステン金属からなる導体層を交互に積
層し、最上層の絶縁層に、内部タングステン層の必要部
分が露出するように形成された小孔に、タングステンに
還元されない低融点ガラスと貴金属とからなる材料を充
填するとともに同材料で最上層の配線層を形成し、その
配線層にはグレーズ抵抗素子を形成し、又、部品実装、
リードフレーム取付のだめの銀−・ぐラジウム系の導体
パッドを形成したものである。これによシ半田は用のメ
ッキ処理を必要とせず、かつ厚膜素子を備えた多層配線
基板を提供することができ・高密度実装回路七ジーール
の作製を可能にするものである。

（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、本発明の一実施例を示したものであり、１は
アルミナベース、２及び３はアルミナ絶縁層、４及び５
はタングステン導体層、６はタングステンに還元されな
い低融点力゛ラスと貴金属とからなる充填Ｕ、７．９は
銀−ノ’？ラノウム導体、８はルテニウム系厚膜抵抗素
子である。

次に、本実施例の多層基板の要部の作用・効果について
説明する。

第１図のように構成された多層基板では、タングステン
導体層４，５とアルミナペース１、アルミナ絶縁層２，
３は高温、還元雰囲気中で焼結されたもので、組織的に
十分に緻密な状態となっている。したがって、アルミナ
絶縁層２．３は空気に対して気密性を保っており、この
層を通じて空気中の酸素が内部に拡散することはない。

つまり、例え空気中、高温という条件下であってもこの
アルミナ絶縁層下のタングステン層が酸化されることは
ない。

本発明のねらいは、充填材６が内層及び表面層の各導体
層間を電気的に導通させるとともに、酸素雰囲気中の高
温焼成時においても、内部タングステン層が酸化されな
いように、空気の浸透を遮断する作用をし、かつ、表面
層において、前記充填材６の延設した一部を電極として
グレーズ抵抗素子を設け、又、延設した一部に部品実装
用のＡｇ−Ｐｄパッド７とリードフレーム取（＝Ｊ川用
極９を形成するところにある。

このことを第２図を用いてさらに詳細に説明する。第２
図は、第１図の充填材６の近傍を拡大して示したもので
、４はタングステンの心体層、：３は表面アルミナ層、
６は充填拐、８はグレーズ抵抗素子、７はＡｇ−Ｐｄ導
体である。ここで最も月？インドとなる点は、充填利６
が、タングステンに還元されない低融点ガラス、１０と
貴金属粒子１１とから構成されていることであり、これ
により、下部導体層４と上層の抵抗素子８及びＡｇ−Ｐ
ｄ導体７゜９との間の電気的導通をとると共に、高温空
気「１」でもこの充填材６部分から空気が内部導体層４
に拡散するのを防止する。

先ず、電気的導通がとれることについて説明する。一般
に流動性の拐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
構成でも、ある温度以上になると流動性を持つガラス中
に貴金属粒子を分散させたものであるため、低融点ガラ
ス粉末と貴金属粉末からなる材料を高温で処理すること
により、導電性を持つことになる。導電性粒子として貴
金属を用いるのは高温、空気中でも酸化されないことが
必要となるためである。

次に、充填材６を通して酸素が内部タングステン導体層
４に至らないことについて説明する。タングステンは、
融点が非常に高く、アルミナのように高温で焼結する必
要のあるもののメタライズ月別として最適である。しか
し、この金属は酸化に対して極めて弱い性質を有してお
り、空気中５００〜６００℃ですでに酸化が進むもので
ある。

本発明では、内部タングステン層の酸化を防止するのに
ガラス月利の果す役割が太い。つまり、第２図のガラス
１０の相がアルミナ：３によく濡れ、また貴金属粒子１
１のまわりはガラス１０で充填されているため、内部の
気密性が保たれる。ここで、ガラス月利として、一般に
よく用いられている鉛系のガラスを考えてみると、ガラ
スは内部導体のＷと次のような反応を起こす。

Ｗ＋　３ＰｂＯ→ＷＯ，＋３Ｐｂ すなわち、導体であるタングステンがガラスの主成分で
ある酸化鉛によって酸化され、電気的不導体となってし
まう。従って、本発明に使用するガラスは、タングステ
ンを酸化しない性質、別の云い方をすれば、タングステ
ンによって還元されないガラス月利であることが重要な
点である。このような条件を満足するガラス系としては
アル−カリ土系酸化物や■族系酸化物を主成分とするも
のがある。

以上の理由から、本発明のもうひとつの大きなポイント
である多層基板上層部へのルテニウム系グレーズ抵抗素
子８とＡｇ−Ｐｄ導体７，９の形成が可能となる。すな
わち、ルテニウム系グレーズ抵抗素子、Ａｇ−Ｐｄ導体
は、空気中高温で焼成され、形成するものであるが、上
で説明した理由からこれらの形成が可能となる。この構
成のなかで、従来と最も異なる点は、ルテニウム系抵抗
素子の電極として、Ａｇ−Ｐｄ導体を用いずに、前記構
成の充填材６の延設部を用いるところにある。これによ
り、工程が簡略化されると同時に、例えば貴金属粒子に
Ａｇを用いたとき、従来のＡｇ−Ｐｄの場合に比べ大幅
なコストダウンが可能となる。

ここで、工程が簡略化される理由のひとつは、作成時の
印刷工程にある。すなわち、抵抗素子の電極としてＡｇ
−Ｐｄを用いた場合、内部導体層と上層導体とを導通さ
せるために上層アルミナ層の孔部に印刷された貴金属−
低融点ガラスの・やットゝに、細い複雑な抵抗素子用Ａ
ｇ−Ｐｄ電極を接続させるように印刷するには、印刷時
の精度が極めて厳しくなるが、充填材６の延設部を抵抗
素子用電極とすれば、その精度は大幅に余裕がてき、印
刷工程を簡略化することが可能となる。

次に具体例を示す。

アルミナを主成分とし、それに焼結助剤を添加した無機
粉末と、ＰＯＢ　（、ｆリビニルブチラール）と、可塑
剤とからなるグリーンシートをドクタブレード法で作製
した。これに、タングステンペーストと、前記シートと
同じ無機組成をもつアルミナペーストとを交互に印刷ふ
多層化した。この工程で最上層のアルミナ層には下部タ
ングステン導体層の一部を露出するように３００μｍ径
の孔を設けた。これを１５８０℃、還元雰囲気中で焼結
した。焼結後の基板の収縮率は約１６係、基板密度は約
３．７であった。次に、焼結多層構造体の表面孔部に、
軟化点が約５４０℃でＢ２Ｏ３とＢａＯを主成分とする
ガラス粉末と銀粉末からなるペーストをスクリーン印刷
し、最上層アルミナ層の孔部を充填するとともに抵抗素
子用の電極となる延設部を有するパターンを形成した。

これを釣鐘状の温度プロファイルを有し、ピーク温度が
８５０℃の厚膜焼成炉に通した。次いで、ルテニウム系
グレーズ抵抗膜とＡｇ−Ｐｄ導体膜を必要ＪＪ？ターン
に印刷、形成し、上記と同じ厚膜焼成炉に通した。

このようにして得られた多層基板では、銀−ガラス材料
から構成された充填材の導体層が基板表面に強固に密着
し更に下部導体層との電気的導通が十分確保されていた
。下部導体層と上部電極との間の電気抵ｊＬ′ｆ：評価
したところ３〜５ｍΩ程度であった。また、充填材の延
設部を電極として形成したルテニウム系抵抗素子は、従
来のＡｇ−Ｐｄを電極としたものとほぼ同じ抵抗値を示
し、極めて良　。

いマツチング性を示した。また、充填材と部品マウント
用Ａｇ−Ｐｄ電極界面の電気的導通においても極めて良
好な特性を示し、その界面で抵抗が犬きくなるような現
象はみられなかった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、内部導体層とし
てタングステンを用い、層間絶縁層としてアルミナを使
用した多層構造を採用し、かつ内部導体層と、表面層に
形成する抵抗素子や導体層との間の電気的導通を、高温
・空気中においても安定な貴金属・ガラス材料で行ない
、さらに、内部導体層への空気の浸透を防止する構成と
なっているため、空気中、高温（８００〜９００℃）で
焼成する厚膜抵抗素子やコンデンザ素子を、最上′層に
形成することが可能となる。しかも、内部配線層はタン
グステンで多層化されているため、厚膜素子のみならず
チップ部品やＩＣ’？Ｔ−高密度で実装することが可能
である。そのため、この基板は小型、軽量化を目的とし
た高密度回路基板の実現に犬きく寄与するものである。

特に本発明では、貴金属−ガラス材料がグレーズ抵抗素
子用の電極も兼ねているため、製造工程が極めて簡略化
されるとともに、コストダウンの効果が大きい。また、
近年は、形成した厚膜抵抗素子の抵抗値を調整するため
にレーザトリミングが採用されているのが一般的である
が、本発明の多層基板では、従来の厚膜多層方式のよう
にガラスで絶縁層を形成するものではないため、抵抗素
子のトリミングの条件設定が簡単である。すなわち、ト
リミング中抵抗体膜の上をレーザビームが走るが、絶縁
層がガラスである場合、簡単にレーザで溶融され下部導
体に損傷を与え易いのに対し、本発明では、抵抗素子下
部の絶縁層が熱に対して安定なアルミナであるため絶縁
層の損傷は小さく、従って下部導体に影響を与えること
がないという大きな特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の多層基板の断面図、第２
図は、同基板の要部拡大断面図である。 １・・・アルミナペース、２，３・・・アルミナ絶縁層
、４．５・・タングステン導体層、６・・・タングステ
ンに還元され永い低融点ガラスと貴金属とから構成され
た充填利、７，９・・・Ａｇ−Ｐｄ導体、８・・・ルテ
ニウム系厚膜抵抗素子、１０・・・タングステンに還元
されない低融点ガラス、１１・・・貴金属粒子。 第１図 第２図６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミナベース上に、アルミナを主成分とする絶縁層と
   タングステン金属からなる導体層とを交互に積層してな
   る積層部と、該積層部の最上層絶縁層に形成された小孔
   に充填され、内部導体層と導通する、タングステンに還
   元されない低融点ガラス及び貴金属からなる導電性充填
   材と、前記最上層絶縁層上に設けられ、前記充填材の延
   設部を電極とする厚膜抵抗素子及び前記延設部に電気的
   に接続された、電子部品装着用の銀−・母ラジウム系導
   体・ぐラドとからなることを特徴とする・・イブリッド
   ＩＣ用多層基板。