JPS61216393A - セラミツク多層配線基板とその製造方法 - 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 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ、チップ部品などを搭載し、か
つそれらを相互配線した回路の高密度実装用基板として
用いることのできるセラミック多層配線基板およびその
製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、電子回路の高密度化を進めるために、回路を積み
重ねて多層化することが盛んに行なわれている。セラミ
ック多層基板は、現在その多層配線形成法により分類す
ると３つの方法がある。それは、■厚膜法、■グリーン
シート印刷法、■グリーンシート積層法と呼ばれるもの
がそうである。

上述した従来の多層配線形成法の一例について説明する
。まず厚膜法は、ハイブリッドＩＯに代表されるもので
、焼結済のセラミック基板に導体や絶縁体の厚膜ペース
トを使用してスクリーン印刷し、その都度焼成を繰シ返
してパターン形成を行なう方法であシ、焼結済のセラミ
ック基板上に、絶縁層、導体層を交互に有する。この方
法は、厚膜ペーストとして、金、銀−パラジウム、銅な
どが用いられ、ペーストが手軽に手に入ることや、工法
そのものが簡単なため、比較的容易に製造ができるので
、現在多くの方面で用いられている。

次にグリーンシート印刷法であるが、これは、セラミッ
ク粉末（たとえばアルミナ、ベリリアなどを主成分とし
たもの）に有機結合剤と、可塑剤。

溶剤を加えてボールミルによってスラリー状にしドクタ
ーグレード法でシート状に造膜したもの（グリーンシー
トと呼ぶ）を用いるものである。

導体ペーストは、主にタングステンやモリブデンなどの
高融点金属が世いられ、前記グリーンシート材料と同一
組成の無機成分を用いたペーストを絶縁層用ペーストと
して用いる。グリーンシート印刷法は、前記グリーンシ
ート上にこの導体ペーストと絶縁ペーストとを交互に印
刷積層し、多層化するもので、印刷、乾燥を繰り返し行
なった後に一回で焼成を完了するものである。この焼成
は、前記高融点金属のタングステン、モリブデンが酸化
されないような還元雰囲気中で行なわれる。例えば焼成
温度は１６００″Ｃで行ない、若干の水蒸気を含み、水
素ガス濃度が約１０％程度の窒素ガス雰囲気中で行なわ
れる。

このグリーンシートを用いる方法は、多くの長所を有し
ておシ、今後増々多くのメーカで採用される手法である
と思われる。その長所とは、第一に印刷積層後、一度の
焼成で良いので、製造時間が短縮できること、第二に絶
縁層が基板材料と同一組成であり、同時焼成されるので
、放熱性、気密性にすぐれている。第三にグリーンシー
トを用いるのでスルーホールなどの加工が容易であり、
印刷性も良いといわれている。第四にタングステン、モ
リブデンなどの金属を使用するので、金あるいは銀−′
パラジウム系導体材料に比べて材料費が安い。第五には
、焼結時の収縮のため、印刷した時より実際上高密度に
なる。第六に導体の接着強度が厚膜法に比べて大きいこ
となどがあげられる。最後のグリーンシート積層法は、
グリーンシート印刷法とほぼ同一の手法であるが多層化
する時に、導体を印刷しバイアホール加工を済ませた、
グリーンシートを多数枚積層して張シ合わせる方法であ
り、前述のグリーンシート印刷法の利点をそのまま適応
できるものである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の３つの多層配線形成法においては
、以下に示す問題点がある。まず第一に厚膜法において
は、絶縁層にガラスを用いるため、あまシ多層化が容易
ではなく（せいぜい３層から４層まで）かつ、厚膜ペー
ストとして金、銀−パラジウムのような貴金属を用いる
ことや、印刷後、その都度焼成を行なうので設備などの
コストアップになシ、またリードタイムが長くなる。さ
らには焼結済の基板を用いるためスルーホールなどの加
工が困難なことから、両面配線や、多層配線には、あｔ
ｂ適当な方法であるとはいえない。次にグリーンシート
印刷法であるが、これは大きな設計変更が容易ではない
こと、高温でかつ水素雰囲気を必要とするので、危険で
あシ、そのため設備コストも高くなる。また導体につい
ては、金、銀。

銅などと比べて導体抵抗が高く、ハンダ付けができない
欠点がある他、表面が酸化されやすいので、金やニッケ
ルなどをコーティングするための後処理が必要なことな
どが上げられる。最後にグリーンシート積層法であるが
、この方法は、積層数が多く、多量に印刷する場合は有
利であるがグリーンシートのバイアホール加工のための
金型や、治具を多く必要とし、設計変更の自由度が低い
ので、グリーンシート印刷法はど一般的な方法ではない
。

本発明は上記問題点に鑑み、低コストで、ハンダ付は性
にすぐれた、部品の高密度実装を可能とするセラミック
多層基板の構造ならびにその製造方法を提供するもので
ある。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のセラミック多層配
線基板は、ガラスまたはセラミックもしくはガラスとセ
ラミック組成物からなる絶縁基板と、この絶縁基板上に
形成された、鉄、ニッケル。

コバルトまたは、これらの合金を主成分とする導体メタ
ライズ層を内層とし、銅を主成分とする導体メタライズ
層を外層とし、セラミックもしくはガラスとセラミック
組成物からなる絶縁層を有する構造を持ち、さらに、製
造方法においては、鉄。

ニッケ〜、コバルトまたはこれらの合金の融点より低い
温度で焼結するガラスまたはセラミックもしくはガラス
とセラミック組成物に、少なくとも有機バインダ、可塑
剤を含む生シートを作成し、前記生シート上と生シート
に設けたスルーホール用小孔の内壁に、酸化鉄、酸化ニ
ッケル、酸化コバルトまたはこれらの混合粉を有機バイ
ンダと有機溶剤とからなるビヒクρとともに混練して得
たペーストを印刷し、パターン膜を形成し、前記生シー
トとは別の生シートを所望の枚数同様にパターン形成し
、加熱、圧力によりラミネートし、積層化するか、もし
くは、前記導体ペーストの印刷と、前記生シートの無機
組成物と同一の組成の絶縁ペーストの印刷を繰シ返し行
ない多層化し、炭素に対して充分な酸化雰囲気で、かつ
内部の有機成分を熱分解させるに充分な温度で熱処理を
行ない、これを還元雰囲気中で熱処理し、酸化鉄、酸化
ニッケル、酸化コバルトまたはこれらの混合粉を金属に
還元、焼結すると同時に前記生シート組成物の焼結を行
なわしめ、その後、焼結したセラミンク多層配線基板上
に、銅を主成分とするペースト組成物でパターン形成し
、乾燥後、中性または還元性雰囲気で熱処理し、焼結す
る工程を有するものである。

作用 本発明は上記した構成によって、従来厚膜法に使用され
ていた、金、銀−パラジウムペーストに比べ、低コスト
になり、またグリーンシート印刷法の利点を十分に生か
し、その導体ペーストを従来のタングステン、モリブデ
ンペーストから酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルトま
たはこれらの混合粉を有機バインダと有機溶剤とからな
るビヒク〜とともに混練して得たペーストに変えること
によす、焼成時タングステン、モリブデンペーストを用
いる場合のような高温が必要でなくなる。

また、タングステンやモリブデンには直接ハンダ付けで
きないため実際にはタングステン、モリブデン導体層表
面にニッケル、金のメッキを施す必要があるのに対して
、本発明においては、最上層に銅のメタライズ層を設け
ることにより、上記の様なメッキ処理を施すこともなく
十分なハンダ付は性が得られる。さらに、鉄、ニッケ〜
、コバルトまたはそれらの合金を導体層とする内層部と
、銅多層配線基板においては、銅の融点が１０８３℃と
低いために、グリーンシートの材料が極めて限られたも
のになるのに対して、鉄、ニッケρ。

コバルトまたはそれらの合金を内層に用いる事により、
グリーンシートの材料の範囲が極めて広いものとなる。

さらに、銅多層配線基板の大きな長所であるハンダ付は
性の良さは、本発明においても、外層として銅の導体層
を形成することにより、上記の長所は充分に保持してい
ると考えられる。

実施例 以下に本発明の実施例について説明する。

コーニンク社製ガラス”７０７０の粉末とアルミナ粉が
重量比で１対１である混合粉２ｋｇとトルエンとイソプ
ロピルアルコ−μが重量比で１対１の有機溶剤ｏ、７ｋ
ｇ、可塑剤ｏ、ｏｓ　ｋｇ　、ポリビニルブチラールｏ
、１ｅｋｇをボールミルで混合し、これを脱泡後、ドク
ターブレード法で造膜、乾燥し、グリーンシートを作成
した。この時、造膜から乾燥、任意の打抜き、さらには
必要に応じてスルーホール加工を行なう各工程を連続的
に行なうシステムを使用した。基板材料としては、鉄、
ニッケル、コバ／Ｌ’）またはそれらの合金の融点以下
に軟化点を有するガラスであれば良い訳であシ、上記実
施例のガラスに限られるものではない。次に、酸化鉄（
α−ｙｅ２ｏ３　）粉末とテレピン油に１０％のエチル
セルロースを溶かしたビヒクｙｖヲ三段ロー）ｖで混練
し、導体ペーストとした。一方絶縁ペーストハコーニン
グ社製ガラス”７０７０の粉末と昭和電工製アルミナ（
ムＬ−３０）を１対１０重量比からなる粉末と上記ビヒ
クルを混練し絶縁ペーストとした。次にグリーンシート
上に上記の導体ペーストを所定のパターンに印刷し、乾
燥した。この絶縁層の所定箇所にはこの上に形成する導
体層と下部導体層を接続する目的で小孔（ビア）が設け
られている。そして前記の印刷を所望の回数、グリーン
シートの両面について印刷を行なった。なお、印刷条件
は導体ペーストの場合２６０メツシユのスクリーンで約
２０μｍの厚みとし、絶縁層は２００メツシユのスクリ
ーンで約３０μｍの厚みとなるようにした。このように
して印刷したグリーンシートを空気中、７００’Ｃで６
０分間熱処理した。更にこの積層体を８６０°Ｃ９１０
％Ｈ２−９０％Ｎ２混合気体中で３０分間熱処理した。

次に、これを１％１２−９９％Ｎ２混合気体雰囲気中で
１２００’Ｑ、１時間熱処理した。以上のようにしてで
きた多層配線基板上に、主成分とする銅にＢｉ２Ｏ３、
ＯａＯなどの酸化物ならびにガラスを適量加え、さらに
有機バインダ、溶剤を加えた銅ベーストを前記の印刷条
件で印刷し乾燥した。その後、窒素ベルト炉を用い、酸
素濃度を６〜１０ｐｐｍに調節し、図２に示す温度プロ
フィルで焼成した。なお、１０ｐｐｍ以上の酸素濃度に
おいては、銅の酸化が始まり、そのため抵抗値を下げ、
ハンダ付は性を悪くする。一方ｓ　ｐｐｍ以下の酸素濃
度においては、基板との密着性が低下するなどの問題点
が生ずる。以上のようにして得た積層体は緻密構造とな
っておシ、また内層鉄層と外層銅層との電気的導通も得
られた。以下に、このようにして得た積層体の配線基板
としての代表特性を示す。

導体接着強度は１．０〜１．　ｓ　ｋｇ／ｍｉ　、導体
電気抵抗は１０〜１３ｍΩ／ロ、絶縁層層間抵抗は〉１
０Ωであった。また、内層導体として、ニッケ／Ｌ’ま
たはコバルトを使用した多層基板も導体材料原料として
酸化ニッケ／ｌ／（ＮｉＯ）、酸化コバルト（Ｃｏｏ）
の粉末を用い、ビヒクルと混練し導体ペーストとした。

これを鉄の場合と同じ絶縁ペーストを用い、同じ手順１
条件で印刷、乾燥、空気中熱処理、還元雰囲気中熱処理
、高温熱処理し、さらに銅ペーストを印刷し、乾燥、焼
成を行ない積層体を作成した。これらのものも鉄の場合
同様、金属層と絶縁層は一体構造となっておシ、また外
層銅層と内層導体層間の電気的導通が得られた。そして
この二者の性質はほぼ同じ程度であシ、絶縁層抵抗は〉
１０Ω、導体抵抗は７〜１０ｍΩ／ロ、接着強度は１．
０〜１．ｓｋｇ／−であった。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、グリーンシ
ート上に内層用金属酸化物導体材料ペーストと絶縁ペー
ストを交互に印刷、乾燥し、脱バインダ空気中熱処理工
程、金属酸化物還元熱処理。

金属、絶縁層焼結緻密化工程、さらに外層用金属導体材
料ペーストの印刷、乾燥、焼成の工程からなるように構
成されておシ、その構造および製造方法により次のよう
な効果が得られる。

（１）導体材料として金属の酸化物を出発原料としてい
るため、グリーンシート、導体ペースト中に含まれる有
機バインダの除去が空気・中で行え、そのため極めてす
ぐれた緻密化状態が実現できる。

（２）導体材料は鉄、ニッケル、コバルト、銅のような
卑金属を用いるため極めて低コストの多層基板を得るこ
とができる。

（３）外層として銅を用いることにより、他の卑金属に
おけるように、ニッケルや金のメッキ処理を必要としな
くても十分なハンダ付は性が得られる。

以上の効果により、多層基板が低コストで、かつ容易に
製造ができるため低コスト、高密度実装回路モジュール
を提供し機器の小型、多機能化の拡大に貢献するところ
きわめて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるセラミック多層線基板の断面図
、第２図は外層の焼成工程を示す温度プロフィルを示す
図である。 １・・・・・・外層導体、２・・・・・・絶縁体層、３
・・・・・・内層導体、４・・・・・・絶縁基板材料。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｊ−
−−タｔ１１！床 第２図 特開（参） ＝＝中 τルト季シオ力じｔ問

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラスもしくはセラミック、またはガラスとセラ
   ミック組成物からなる絶縁基板と、この絶縁基板上に形
   成された、鉄、ニッケル、コバルトまたはこれらの合金
   を主成分とする導体メタライズ層を内層とし、銅を主成
   分とする導体メタライズ層を外層とし、セラミックもし
   くはガラスとセラミック組成物からなる絶縁層を有する
   ことを特徴とするセラミック多層配線基板。
2. （２）鉄、ニッケル、コバルトまたはこれらの合金の融
   点より低い温度で焼結するガラスまたはセラミックもし
   くはガラスとセラミック組成物に、少なくとも有機バイ
   ンダ、可塑剤を含む生シートを作成し、前記生シート上
   と生シートに設けたスルーホール用小孔の内壁に、酸化
   鉄、酸化ニッケル、酸化コバルトまたはこれらの混合粉
   を有機バインダと有機溶剤とからなるビヒクルとともに
   混練して得たペーストを印刷し、パターン膜を形成し、
   前記生シートとは別の生シートを所望の枚数同様にパタ
   ーン形成し、加熱、圧力によりラミネートし、積層化す
   るか、もしくは、前記導体ペーストの印刷と、前記生シ
   ートの無機組成物と同一の組成の絶縁ペーストの印刷を
   繰返し行ない多層化し、炭素に対して充分な酸化雰囲気
   で、かつ内部の有機成分を熱分解させるに充分な温度で
   熱処理を行ない、これを還元雰囲気中で熱処理し、酸化
   鉄、酸化ニッケル、酸化コバルトまたはこれらの混合粉
   を金属に還元、焼結すると同時に前記生シート組成物の
   焼結を行なわしめ、その後、焼結したセラミック多層配
   線基板上に銅を主成分とするペースト組成物でパターン
   形成し、乾燥後、中性または還元性雰囲気で熱処理し、
   焼結することを特徴とするセラミック多層配線基板の製
   造方法。