JPS62186593A - ガラスセラミツク多層回路基板 - 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、各種電子装置に用いられ且つ高密度実装が可
能な多層回路基板に係り、特に導体抵抗の小さい貴金属
ペースト或いはＣＬＩペーストを用いるに好適なガラス
セラミック多層回路基板に関する。

〔従来技術〕

各種電子装置の小型・多機能化等に伴ない、これに搭載
される回路基板は高密度実装（配線）が要求され、多層
回路基板の用途は拡大している。

ところで、従来の多層回路基板に用いられるセラミック
基板は、熱伝導率、機械的強度、電気絶縁性、コスト等
の観点から、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板が主流を占め
ている。しかしながら、この主成分としてアルミナを使
用したアルミナセラミック基板では、焼結後のアルミナ
セラミックスの比誘電率が約９と大ぎく、そのために電
子回路としての信号伝達速度が遅く、高速な信号伝達を
必要とする分野の基板として要求を満たすことか困難に
なりつつある。さらには、アルミナセラミックスの焼結
温度は約１６００℃と高温であるために、同時に焼結出
来る導体材料としては高融点金属のモリブデン及びタン
グステンに限定されてしまう。

また、このような高融点金属を使用した場合、その比較
的太ぎい導体抵抗が問題となる。

〔発明の目的〕

従って本発明の解決すべき技術的課題は、上記従来欠点
の解消にあり、その目的とするところは、基板としての
比誘電率が比較的小さく、且つ導体抵抗の小さい金属導
体（Ａｕ　、Ａｇ　＋Ａｇ−Ｐｄ。

Ｃｕ等）を同時焼成可能で、また、基板の機械的強度も
保証できるガラスセラミック多層回路基板を提供するに
ある。

〔問題点を解消するための技術的手段〕本発明の上記目
的は、５ＩＯ２を４０〜６０ｗｔ％　、　Ｐ　ｌ）　０
を２０〜４０ｗｔ％、ＣａＯを８〜２０ｗｔ％を少くと
も含有してなる低融点ガラスフリット４０〜６０ｗ　ｔ
チに対し、Ａｌ　２０３粉末を４０〜５’　Ｑ　ｗ　ｔ
　％混合し、これにバインダー樹脂、有機溶剤等を加え
て混練してなる材料から形成されたフィルム状のグリー
ンシート上には、少くとも貴金属ペースト或いは（Ｕペ
ーストによる厚膜印刷回路が形成され、該厚膜印刷回路
を形成したグリーンシートを複数枚積層して加熱圧着し
て得た積層未焼結体を、前記低融点ガラスの軟化点以上
の温度で、且つ、前記貴金属或いはＣｕの融点より低い
温度で焼結してなることを特徴とするガラスセラミック
多層回路基板によって、概略達成される。

〔発明の実施例〕

発明者らは、前述した目的に叶う低温焼目可能な材料を
種々検討した。この結果、５ｉＯｚ（酸化ケイ素）４０
〜６０ｗｔ％、ｐｂｏ（酸化鉛）２０〜４０ｗｔ％、Ｃ
ａ０（酸化カルシウム）８〜２Ｑｗｔ％を少くとも含有
してなるガラスフリットと、Ａｌ２０３（アルミナ）粉
末を混合してなるガラスアルミナ粉末が、８２０〜１０
００℃の低温焼朽で優れた特性を示すことが見出された
。

上記成分のガラスアルミナ粉末と有機ビヒクル等を混練
して作成したスラリーから、ドクターブレード法にてグ
リーンシートを形成し、これを焼結ピーク温度８２０〜
１０００℃で焼結すると、比誘電率が７．５　（Ｉ　Ｋ
　〜１０ＭＨｚ　）と低く、機械的強度も実用上充分な
ガラスセラミックスが形成される。

即ち、発明者らは、５ＩＯ２のもつ低比誘電率に注目し
、前記ガラス成分中の５ｉ０２を４０ｗｔチ以上とし、
回路基板としての比誘電率７．５程度の達成を可能とし
た。この５ｉＱ２はこれのみでは１４００℃以上でなけ
れば焼結しないこと等の理由により、他のガラス成分と
の兼合いで、ガラス成分全体に対して５Ｑｗｔ％以下と
されることが望ましい。

また、ガラス成分中の前記ＰｂＯは、主にガラス全体と
しての軟化点の調整のために混入され、ガラス成分全体
に対し、ＰｂＯは２０〜４０ｗｔチ必要とされ、これに
よってガラス全体としての軟化点が６００〜８００℃に
調整される。この軟化点の調整は重要なファクターの１
つで、後述するグリーンシートの積層・圧着後に行なわ
れる焼結の際の脱バインダーを、ガラスの軟化により阻
害しないようにするため、ガラスの軟化点は、バインダ
ー樹脂の蒸散が完了する４、　００〜５３０℃を越える
温度に設定されねばならない。一方、貴金属、ＣＵ等の
金属導体のピーク焼成温度８２０〜１０００℃において
、ガラス成分はその軟化点を超える温度以上に加熱され
て低粘度状態となってＡ　Ｉ　２０３粒子の粒子間を埋
めて、ＡＩ　２０３粒子界面で焼結反応をすることが、
機械的強度の増加のためには必要である。よって、ガラ
ス成分全体としての軟化点の下限値、上限値は上述の理
由によって、脱バインダ一温度、ビーク焼朴温度との兼
合いで、上述の範囲内で適正値が決定される。

また、ガラス成分中の前記ＣａＯは、基板としての機械
的強度を満足させるために混入され、焼結工程において
、Ａｌ　２０３並びにＳ　ｉ　Ｏ２と結晶を生成するこ
とを期待するために添加されている。

即ち、ＣａＯをガラス成分中に添加・混入すると、Ｃａ
Ｏ−Ａｌ２Ｏ３５ｉ０２　　系の結晶相たるゲーレナイ
ト（２ＣａＯ−ＡＩ２０ｓ・５ｉＯｚ　　）並びにアノ
ルサイト（ｃａｏ−ＡＩ　２０３　・２Ｓｉ０２）の析
出が予想される。勿論、Ａｌ　２０３と５１０２とで、
Ａｌ２Ｏ３５１０２系の結晶相たるムライト（３Ａｌ　
２０３・２Ｓ！０２）の生成・析出も予想され、焼結後
の基板をＸ線回析の結果、上述した各結晶相と推察され
るものが確認された。なお、ＣａＯはガラス成分全体に
対して３　ｗ　ｔφ以上であれば上述の結晶相の生成、
即ち基板どしての強度増加に貢献するものと思われ、そ
の上限値は、他のガラス成分との兼合いで自らから決定
されろが、２０　Ｗ　ｔ　％以下が適当と思われる。

また、上記１〜だ各成分（Ｓ　ｒ　０２１　Ｐ　ｂ　Ｏ
＋　Ｃａ　Ｏ）以外の成分も、必要に応じガラス成分と
して添加混入される。例えば、Ａ　’　２０３　＋　Ｚ
　”　Ｏ、Ｂ　２０３　＋ＬｊＯ２＋ＭｇＯ等であるが
、これ等はガラス成分全体に対して、各々２〜８乃至９
ｗｔ％とされる。

また、ＴｌＯ２等の核発生を促進する成分を少量添加す
ることも可能で、これ等所謂核発生促進剤は生成される
結晶相の性質を調整するようにも働く。

以上の如く選定・調整されたガラス成分は、該ガラス成
分全体（ガラスフリット）を４０〜６０ｗｔチに対し、
Ａｌ　２０３粉末を４０〜５０　Ｖ／　ｔ　％として全
体が総量１００チとなるように混合される。ガラスフリ
ントに対して混合されるＡｌ２Ｏ３粉末は、４０ｗｔ％
を割ると基板と１〜ての強度を満足させず、６０ｗｔ％
を超えると回路基板の比誘電率を引上げるので、斯様な
組成比とされる。

（勿論、ガラス成分中にＡｌ２Ｏ３が含まれている場合
は、この点も考慮に入れられる。）上述のガラスフリン
ｂ　　Ａｌ２Ｏ３粉末の混合粉末（以下、原料粉末と称
す）は、有機ビヒクルと充分混練されて泥漿状のスラリ
ーとされる。この有機ビヒクルは、バインダー樹脂とし
てメタアクリル酸系樹脂、セルロース系樹脂、ポリビニ
ルブチラール系樹脂等を、有機溶剤と１〜でトルエン、
［ｌ−ブタノール等を、可塑剤としてフタル酸系エステ
ル等を用い、これに必要に応じ分散剤を添加したものを
混合溶解したものよりなり、バインダー樹脂と有機溶剤
との混合比は概略重量比で１：５とされる。上述した原
料粉末と有機ビヒクルとの混合比は、求めるグリーンシ
ートの膜厚によって左右されるが、原料粉末１００重量
部に対して、有機ビヒクルは５０〜６５重量部が妥当で
あり、両者はボールミル等で充分混練されて所望粘度の
スラリーとされる。

得られたスラリーは、公知のドクターブレード法によっ
て、ポリエステルフィルム等のキャリヤテープ上にドク
ターブレードで一定の厚みに塗付され、これを乾燥して
所望厚みのフィルム状のグリーンシートを作成する。グ
リーンシートの、［厚は任意であるが、多数を積層する
場合１．００〜３００μｒｎが適当である。

次に、グリーンシートはキャリヤテープから分離されて
、位置合せ穴、スルーホールを適宜プレス形成され（勿
論キャリヤテープと一体の状態でもプレス加工であるが
）、然る後、導電ペーストを用いてスクリーン印刷によ
って導電パターンが形成されると共に、同じ（抵抗ペー
ストを用いてスクリーン印刷による抵抗パターンが形成
される。

第２図はこの工程を示すもので、同図において、１はグ
リーンシー１−１２ハスルーホール、３は導電パターン
、３ａはスルーホール２内の導電部、４は抵抗パターン
をそれぞれ示している。−に記導電ペーストとしては、
比較的融点が低く導電性の良好な金属、即ち、Ａｕ（融
点１０６３℃）、Ａｇ（同９６１℃）等の貴金属および
その合金、或いはＣｕ（同１０８３℃）を主成分とする
導電ペーストが用いられ、焼結温度が８２０℃〜１００
０℃のものが選定される。（例えば、焼結温度８５０℃
前後のＡｇ−Ｐｄ系ペースト、　同８５０〜９００℃前
後のＡｌｌペースト、同９００℃前後のＣＵペースト等
がポピユラーで適当であるが、Ａｇペースト、Ａｇ−Ｐ
ｔペースト等を用いることもできる。）また、前記抵抗
ペーストとしては、後述する焼結工程を大気中で行なう
場合には、焼結温度が８５０〜９００℃のＲｕＯ２系ペ
ーストが最も適しており、焼結工程を窒素雰囲気中で行
なう場合には、ＴａＮ系ペースト、ＬａＢ５系ペースト
、５ｒＲｕ０４系ペースト等（これらの焼結温度は各々
９００℃前後）を用いる。

−Ｊ二述の如くして、厚膜印刷回路が形成されたグリー
ンシートは、複数板が順次位置合わせされて積層され、
ホットプレスによって加熱圧着されて一体化された後、
外形抜きプレスが行なわれる。

（第１図にはこの積層・一体化状態が示されている。）
このようにして得られた積層未焼結体は、第３図に示す
ような温度グロファイルで、脱バインダー、並びに焼結
される。この脱バインダ一温度は、グリーンシートの積
層枚数、バインダー樹脂材料等の諸条件によって左右さ
れるが、４００〜５３０℃の温度で、４０〜７０分程度
行なって充分脱バインダーを行なうことが望まＩ−い。

また、この脱バインダ一工程に続く焼結工程は、これも
前記した原料粉体の組成、厚膜回路の種類によって左右
されるが、ピーク温度８２０〜ｉ、　００　（１℃、望
ましくは８５０〜９５０　℃で、５〜１５分（望ましく
は１０分前後）緻密焼結させる。

この焼結工程によって前述した積層未焼結体は、焼結・
一体化されてガラスセラミックスとなり、同時に厚膜印
刷回路も焼結（焼成）されて所望のガラスセラミック多
層回路基板が得られる。得られたガラスセラミンク多層
回路基板は、比誘電率７．５以下、機械的（曲げ）強度
２０００　ｋｇｆＡ蒲以上の値を示し、実用上充分な強
度と、アルミナセラミック基板に較べて良好な（これよ
り小さい）比誘電率を示した。

（実験例−１） ガラス成分として、下記組成 ５１０２・・・・・・・・・・・・４８　ｗｔ％））　
ｂ　Ｏ・・・・・・・・・・２６　ＷＴ；％ＣａＯ・・
・・・・・・・・・・１２　ｗｔ九Ａ　ｌ　２０３　　
・・・・・・・・・・・７Ｗｔ、％Ｂ２Ｏ３・・・・・
・・・・・・・・・５　ｗｔ％ＺｎＱ・・・・・・・・
・・・・・・・・・・２ｖｚｕ％を調合し、該ガラスフ
リソｈ５０Ｗｔｑ６に対ｌ〜、Ａ　Ｉ　２０３粉末を５
０Ｗ１％とＬまた原料粉末を作成した。ガラスフリット
並びにＡｌ　２０３　　粉末の粒径は約２〜３ｚＪｍと
した。

有機ビヒクルと（−て、下記組成を、 バインダー樹脂（メタアクリル酸系樹脂）・・・・・・
・・・・・・１０Ｗｔ係 有機溶剤（トルエン）・・・・・・・・・・・・３Ｑｗ
ｔ係有機溶剤（ｎ−ブタノール戸・・・・・　２Ｑｗｔ
％可塑剤（ジブチルフタレー　ト）・・・３ｗｔ％分散
剤　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・１ｗ
ｔ％混合溶解したものを用意し、原料粉末１００　ｗ　
ｔ　％に有機ビヒクルを５４ｗｔ％加えて、ボールミル
にて３〜５時間充分混練してスラリーを作成した。

得られたスラリーを、ポリエステルフィルム上にドクタ
ーブレード法によって均一に塗付１〜、大気中で、５０
℃で２時間乾燥し、２００μｍ厚のグリーンシートを作
成した。これをポリエステルフィルムから剥離して、９
ｃｗＬ角にプレスし、位置決め穴、およびスルーホール
をプレス形成すると共に、厚膜印刷回路を形成した。導
電ペーストとしては焼結温度８５０℃のＡ　ｇ　−Ｉ）
　ｄペーストを用い、抵抗ペーストとしてはＲｕＯ２系
ペーストを用いた。

上記印刷されたペーストを乾燥させた後、５枚のグリー
ンシートを積層し、ボットプレスで一体１〜だ。ホット
プレス条件は、バインダー樹脂が流動変形せず相互融着
の進行する５０℃とし２、加圧圧力は３ｏｏ１ｖ／ｆｆ
ｌとし、た。次にこれを外形プレス１７て５Ｃｒｎ角の
積層未焼結体を作成した。

この未焼結体を、脱バインダ一温度５００℃で５０分、
続くピーク焼成温度を８５０℃で１０分（もしくは９０
０℃で１０分）焼成した。この際、グリーンシート１σ
角一枚に対し、０゜１５１／ｍｉで空気を供給するよう
にした。

このようにして得られたガラスセラミック多層基板ハ、
機械的曲げ強度２０００に９ｆ／ｃ！！以］−１基板と
しての比誘電率７．５以下の値を示１−た。

（実験例−２） ガラス成分として、下記組成 ５１０２・・・・・・・・・・・・・・５３　ｗ　ｔチ
ＰｂＯ・・・・・・・・・・・・・・・２２　ｗ　ｔチ
ＣａＯ・・・・・・・・・・・・・・・１５ｗｔチｚＴ
ＩＯ・・・・・・・・・・・・・・・・２　Ｗ　ｔチＴ
ｉＯ２・・・・・・・・・・・・・・・２Ｗｔ係Ａｌ２
Ｏ３・・・・・・・・・・５ｗｌ係を調合してガラスセ
ラミｉ・とじ、該ガラスフリット５（１ｗｔチに対し、
Ａｌ２Ｏ３粉末を５０ｗｔ係加えて、原料粉末とした。

この各成分の粒径は実験例−１と同程度とし、実験例−
１と同一組成の有機ビヒクルを、原料粉末１００　Ｗ　
ｔ　％に対し、６４、　Ｗ　ｔ　’％加えて、ボールミ
ルにて充分混練してスラリーを作成し、実験例−１と同
一条件で同一膜厚のグリーンシートを形成した。

このグリーンシートを同様に９α角にプレスすると共に
所望の穿孔加工をし、焼結温度９００℃のＣ１１ペース
トで導電パターンを、また、焼結温度９００℃のＴＩＮ
系ペーストで抵抗パターンを形成Ｉ−だ。

積層枚数、ボットプレス条件は実験例−１と同様にし、
外形抜きして得られた５ＣｗＬ角の積層未焼結体を、窒
素雰囲気中で、脱バインダ一温度５２０℃で６０分、ピ
ーク焼成温度９００℃で１０分間焼結した。得られたガ
ラスセラミ７り多層積層基板は、比誘電率７．；３以下
、機械的強度４・・・・・・抵抗パターン ２０００ｋｇｆ／ｃｉＬ以上の良好な値を示した１、〔
発明の効果〕 以上のように本発明によれば、導電ペーストとｔ７て、
貴金属系ペースト、Ｃ［ｌペーストのように導電性が良
好なものを同時焼結可能で、珪つ、基板としての比誘電
率が７．５程度（も（〜くはそれ以下）で、機械的曲げ
強度も２００　ｏｋｇｆ／−以」二のガラスセラミック
多層基板が提供でき、多層化による高密度実装可能な回
路基板への広汎な利用が期待でき、その産業的価値は多
大である３゜

【図面の簡単な説明】

図面は何れも本発明の実施例に係り、第１図はグリーン
シートの積層状態を示す要部断面図、第２図はグリーン
シート上への厚膜回路形成工程を示す図で、同図（ａｊ
は要部斜視図、同図０））は要部断面図、第３図は脱バ
インダーおよび焼結工程の温度プロファイルの説明図で
ある。 １・・・・・グリーンシー　ト ２・・・・・・スルーホール ３・・・・・・導電パターン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ＳｉＯ＿２を４０〜６０ｗｔ％、ＰｂＯを２０〜４０
   ｗｔ％、ＣａＯを８〜２０ｗｔ％を少くとも含有してな
   る低融点ガラスフリット４０〜６０ｗｔ％に対し、Ａｌ
   ＿２Ｏ＿３粉末を４０〜６０ｗｔ％混合し、これにバイ
   ンダー樹脂、有機溶剤等を加えて混練してなる材料から
   形成されたフィルム状のグリーンシート上には、少くと
   も貴金属ペースト或いはＣｕペーストによる厚膜印刷回
   路が形成され、該厚膜印刷回路を形成したグリーンシー
   トを複数枚積層して加熱圧着して得た積層未焼結体を、
   前記低融点ガラスの軟化点以上の温度で、且つ、前記貴
   金属或いはＣｕの融点より低い温度で焼結してなること
   を特徴とするガラスセラミック多層回路基板。