JPS62226853A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、回路基板に関し、特に絶縁体の材料を改良し
たＩＣ基板、集積回路用パッケージ等のセラミック回路
基板に係わる。

（従来の技術） 集積回路のセラミックパッケージや電卓計算器、カウン
ター等の固体表示装置の絶縁板としては、従来よりアル
ミナ磁器が使用されている。かかるアルミナ磁器は、Ａ
Ｑ２０３を主成分とし、これにＳ　Ｍｏ２、ＭＱＯｌＣ
ａＱ、Ｔ　ｉ　０２、Ｃｒ２Ｏ３を数ｍ１％添加し、還
元性雰囲気中で焼成することにより得られる。

しかしながら、絶縁板をアルミナ磁器で形成した場合は
その焼成温度が１５００〜１６００℃と高温となるため
、使用できる導体ペーストが制限されるという問題があ
る。例えば、導体ペーストと絶縁板とを同時焼結する多
層回路基板ではアルミナの焼結温度に充分耐え得るよう
なタングステン、モリブデン等の導体ペーストを用いる
必要があるが、かかるタングツテン、モリブデンの抵抗
率はＡＱの１．６　Ｘ１０−　’Ω・υに比べて５，２
Ｘ１０°６Ω・ｃｒｓと３倍程度大きい。従って、同じ
伝導度の導体路を得るためには、導体幅を３倍程度にす
る必要があり、高密度配線の障害となる。また、還元雰
囲気の酸素分圧を厳密に調整しなければ良好な絶縁特性
が得られない欠点があった。

なお、ガラス成分を加えて焼成温度を下げる試みもある
が、多層配線の場合のマイグレーションの問題があり、
導体層間の絶縁抵抗が低下するため、実用上好ましくな
い。

このような欠点を除去するため、絶縁性等の特性を劣化
させることなく低温焼成可能な回路基板の開発が望まれ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記要望を満足すべくなされたもので、低温
焼成が可能で絶縁特性の優れた絶縁体を有する回路基板
を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は絶縁体が、 Ｂａｏ　　　８〜４７　　　　ｍｏｌ％Ｓ　ｎ　０２　
　１．７〜３８．２５　１０１％Ｂ２Ｏ３４，２５〜３
４　　　　ｌ１ｌｏ　Ｉ％Ｔ　　ｉ　０２　　　　０．
１　〜２２　　　　　ｍｏｌ　　％Ｓ　　ｉ　　０２　
　　　０．５　〜２５　　　　　ｍｏｌ　　％Ｃｒ２０
ヨ　　０，４　〜２０．５　　　　ｍｏｌ　　％Ｍ　ｏ
　ＯＯ，１５〜６．５　　　　　ａ＋ｏｌ　　％Ｃａ　
ＯＯ，１〜７．５　　　　　ｍｏｌ　　％からなる酸化
物焼結体より構成されることを特徴とする回路基板であ
る。

次に、本発明の酸化物焼結体を構成する各酸化物の配合
量の限定理由等について説明する。

■、５ａＯ ＢａＯの配合層を８１０１％未満にすると、熱膨張係数
が大きくなってしまい、待にＢａ１ｌが少ない配合組成
でＢ２Ｏ５ｍを多くすると熱膨張係数の増大が顕著とな
る。一方、ＢａＯの配合間が４７ｍｏｌ％を越えると、
脆くなって絶縁体の強度低下を招く。

■、５ｎＯ２ ＳｎＯ２の配合量を１．７１０１％未満にすると、熱膨
張係数が大きくなり、例えばＬＳＩチップを実装する場
合に該チップの剥離、割れ等が生じ易くなる。一方、５
００２の配合量が３８．２５　ｍｏｆ　９６を越えると
、該５ｎＯｓ＋は本来半導体の性質を有するため、絶縁
抵抗が低下してしまい、絶縁体としての特性を満足しな
くなる。また、誘電損失、比誘電率も大きくなり、高密
度配線、高周波特性が劣化する。

■、　Ｂ２Ｏ３ Ｂ２０３の配合量を４，２５ａ＋ｏ１％未満にすると、
本発明の主目的である低温焼成の効果が得られず、１３
００℃以上の温度での焼成を必要とすることになる。一
方、　Ｂ２Ｏ３　＋７）配合１！ｉカ３４ｍｏｌ　％ヲ
１１エルと、熱膨張係数が大きくなる。

上記ＢａＯ１ＳｎＯ２及びＢ２Ｏ３からなる組成系、例
えばＢａｏ１０〜６８ｉ１０１％、５ｎｏ２９〜５０ａ
＋ｏ１％及びＢ　ａ　Ｏ１３〜７２１１０１％でも各特
性に充分に優れ、かつ１３００℃以下の低温焼成で回路
基板の絶縁体を得ることができるが、その耐湿性が不十
分であるばかりか、抗折強度が１０００に５Ｆ／ｄ程度
と充分な強度とならない。

そこで、以下に説明するＴｉＯ２及びＳｉＯ２の配合、
並びにＣｒ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＣａＯの配合により耐湿
性と抗折強度を改善した。これは、焼結体中で３ａ３ｎ
　（８０３）２を基本として各サイトをＴｉ、Ｓｉ等で
置換したような構造、複合酸化物が存在することによる
ものと考えられる。

■、ＴｉＯ２，５ｉＯ２ 一般環境での使用を考えた場合、湿度の影響を無視する
ことができないが、Ｔ　ｉ　０２及びＳ　ｉ　０２を配
合することにより、両者の相乗効果により耐湿性を向上
できる。ＴｉＯ２及びＳｉＯ２の下限値を０．１１１０
１％、０．５　ｍｏｌ％未満にすると、耐湿性の向上化
を充分に達成できない。

一方、Ｔ　ｉ　０２の配合量が２２ｍｏｌ％を越えると
、絶縁抵抗の低下を招き、誘電率等の他の特性が劣化す
る。また、５ｉＯｚの配合量が２５１０１％を越えると
、絶縁体中のガラス含有量が多くなり過ぎ、マイグレー
ション等の問題が起こる。

■、Ｃｒ２Ｏ３、ＭＱＯ１ＣａＯ Ｃｒ２０３　、Ｍ（ＪＯ及びＣａＯを配合するコトによ
って、それらの相乗効果により抗折強度を１４００に９
／ｃｉ以上にできる。これらＣｒ２Ｏヨ、ＭｇＯ及びＣ
ａＯの配合量の下限値を０．４　ｍｏｌ％、０．１５ｇ
１ｏ１％、０，１ｍｏｌ％未満にすると、それらの添加
効果を十分に発揮できず、かといってＣｒ２０３　、Ｍ
ＱＯ及びＣａＯの配合量の上限値が２０，５１０１％、
６．５　ｌｌｌｏｔ％、７．５ｎ＋ｏ１％を越えると、
焼成温度が高くなる。特に、Ｃｒ２（ｈの配合量が２０
．５ｍｏｌ％を越えると、誘電率等の他の特性が劣化す
る。

（作用） 上述した酸化物組成とすることによって、焼結温度を１
３００℃以下の低温焼成が可能な絶縁体を有する回路基
板を得ることができ、ＡＱ２０３の場合のＷＳＭＯ等に
変え、Ａｇ、Ａｏ−Ｐｄ、ＡＱ−Ｐｔ等のＡＱ系ペース
ト、Ｃｕペースト等のシー１〜抵抗の小さい低温焼成ベ
ース１〜を使用できる上、特にガラス成分を含んでいな
いため、空孔が少なく、構造が緻密となり、ＡＱ系ペー
ストを使用してもマイグレーション等の問題が生じない
。その結果、高密度で信頼性の高い配線を実現できる。

しかも、焼成温度を下げることが可能となることによっ
て、製造時のエネルギーコストの低減化も達成できる。

また、前記回路基板の絶縁体は、熱膨張係数（α）が７
，５　ｘ　１０−６／’Ｃ以下程度と小さいため、Ｓ　
ｉ　　（４ｘｌＯ−’　／’Ｃ）と同程度であり、直接
ＬＳＩを実装するハイブリッド基板として使用できる。

また、他の特性、例えば比誘電率（εＳ）は１２以下程
度、誘電損失（ｔａｎδ）は７Ｘ１０’以下程度、絶縁
抵抗（ρ）は５Ｘ１０１３Ω・０以上と回路基板の絶縁
体として充分な特性を有する。更に抗折強度も１４００
Ｋｇ／′−以上と充分な強度を有する。なお、従来使用
されているＡ（１２０３３！板は、ＡＱ２０３を９２〜
９３％含有したもので、１５００〜１６００℃程度の焼
成温度、ε９−１０．５〜１２、ｔａｎδ−２〜５Ｘ１
０゛３、ρ−〇、２〜５Ｘ１０１３、α−ａｘｉｏ−ｓ
℃である。

本発明において、上記酸化物組成を特に以下に示す範囲
とすることによって、焼成１度を１１００℃以下程度に
でき、α≦６．３　ｘｌｏ−’ｃと優れた特性の絶縁体
を有する回路基板を得ることができる。

Ｂ　ａ　Ｑ　　　　　　１２．７５　〜３４　　　　ｍ
ｏｌ　　％Ｓ　ｎ　０２　　　８．５　〜２８．９　　
　１１１０１　　％３２　　Ｑ３　　　９〜３２　　　
　　　ｍｏｌ　　％Ｔｔ　Ｑ２　　　０．５　〜１７　
　　　　ｎｏｔ　　％３　　ｉ　Ｑ２　　　　１．７　
〜１９　　　　　ｍｏｌ　　％Ｃｒ　２　０３　　１．
３（３〜ＩＧ、４　　　　ｍｏｌ　　％ＭｇＯＯ，５〜
４．５　　　　ｍｏｌ　　％Ｃａ　ＯＯ０３〜５．５　
　　　　ｍｏｌ　　％また、本発明において上記酸化物
組成を更に以下に示す範囲に狭めることによって、耐水
性に優れ、プレツシセークッカーテスト（ＰＴＣ）で１
００時間経過してもガラスエポキシ樹脂基板の１７３０
程度の吸水率の絶縁体を有する回路基板を得ることがで
きる。

Ｂ　ａ　Ｏ１７〜２９．７５　　　ｍｏｌ％５ｎＯ２１
２，７５〜２７．２　　ｍｏｌ％Ｂ２Ｏ３　　１２〜２
９．７５　　１１０１９６Ｔ　ｉ　０２　　１，７〜８
．５　　　ｍｏｌ％Ｓ　ｉ　Ｏ２２，９５〜１２．７５
　１１１０１％Ｃｒ　２０３　２．３８〜１０．２　　
　ｌｏ１％Ｍ（，１００，７〜２．５５　　　　ｍｏｌ
　　％Ｃａ　ＯＯ，４５〜３．５　　　　　ｎｏｌ　　
％次に、本発明の回路基板（例えば多層配Ｉ！基板）を
製造する方法を説明する。

まず、ｓａｏ、ＳｎＯ２、ｓａｏ、Ｔ　ｉ　０２、Ｓ　
ｉｏ２、Ｃｒ２０３　、ＭＱＯ及びＣａＯ又は焼成後の
酸化により前記酸化物に変換される化合物を前記範囲の
組成比となるように調合した原料粉末を有するスラリー
を調整する。このスラリーは、例えばポリビニールブチ
ラール、アクリル樹脂等の結合剤、フタル酸オクチル、
ポリエチレングリコール等の可塑剤、メンヘーデン油等
のＷｉｎ剤、エチルアルコール、トリクロロエチリン、
ｎ−ブタノール等の溶媒を加えて調合する。つづいて、
前記スラリーをドクターブレード法により厚さ１００μ
ｍ程度のグリーンシートを作製する。このグリーンシー
トを数枚重ねて高温高圧で厚さ１−程度のグリーンシー
ト積層板を作製する。ひきつづき、このグリーンシート
積層板上にＡＱ系等の導体ペーストを用いて第１の導体
層を印刷、塗布した後、乾燥する。

次いで、Ｂａｄ、ＳｎＯ２、Ｂａｄ、Ｔ　ｉｏ２、Ｓ　
ｉｏ２．Ｃｒ２０３　、Ｍ（：ｌＯ及びＣａＯを前記範
囲の組成比となるように調合した原料粉末を含有する絶
縁ペーストを前記第１導体層を含むグリーンシート上に
印刷、塗布し、乾燥した後、第２の導体層を同様に形成
する。この絶縁ペーストは、ブチルカルピトール ル、エチルセルローズ、等を添加してペースト状とする
ことにより調整される。こうして２１１以上の導体層を
印刷、塗布したグリーンシートを電気炉中で例えば１０
００℃程度で３時間、同時焼成し、多層配線基板を製造
する。

なお、上記多層印刷基板は印刷多層により製造する例を
説明したが、グリーンシートを多層でも同様に製造でき
る。

また、印刷多層方法を採用する場合、基体として本発明
の絶縁体を用いてもよいが、例えばＡＣ２０３、ムライ
ト等の絶縁板を使用してもよい。

【発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ まず、ＢａＣＯ３、ｌ−１３　ＢＯｑ　、ＳｎＯ２、Ｔ
ｉＯ２、ＳｉＯ２，Ｃｒ２０ａ、ＭＱＣＯｇ及びＣａＣ
Ｏ３を酸化物換算で下記第１表に示す組成となるように
秤量して１０種の原料粉末を調合した後、これら原料粉
末を夫々アルミナボールと共にアルミナ製ポットに入れ
、振動ミルにより１６時間程度湿式粉砕した。つづいて
、これら粉砕物を脱水乾燥し、７００〜１１００℃で３
時間程度加熱処理を加えて仮焼した優、再度、アルミナ
製ポット中に入れ，　３０時間程度湿式粉砕を行なった
。この鴇乾燥し、ポリビニールブチラール等の粘結剤を
加えて造粒して造粒物を調整した。次いで、前記各造粒
物を金型に充填し、１００ＯＮ９　、／　ｃｄの圧力下
で加圧成形し、大気中で同第１表に示す温度にて３時間
焼成して２２℃ｗｘφＸ　１　ｔｔａ　ｔの円板状試料
及び２０ｘ１０Ｘ２Ｍの角板状試料を夫々１０種作製し
た。

しかして、本実施例１の１０種の試料について抵抗率（
ρ）、比誘電率（εＢ）、誘電損失（　ｔａｎδ）、抗
折強度（τ）及び吸水率を夫々測定した。その結果を同
第１表に併記した。また、同第１表中には本発明の組成
範囲から外れる組成からなる４！Ｉの試料の特性を比較
例として併記した。なお、各特性の評価は以下に示す方
法により行なった。

抵抗率（ρ）、比誘電率（ε３）及びｙｋ？Ｉ！損失（
　ｔａｎδ）は、円板状試料の両面にＡ９ペーストを３
２５メツシユのスクリーン印刷により同心円状に印刷し
、乾燥後大気中にて７５０℃、２０分間の焼付けを行な
い、２０．φ×１５μｍの円形胃極を形成して測定した
。抵抗率は、２５℃で湿度５０　　の条件でｉｏｏｏｖ
印加してから１分侵の値の最低値、比誘電率及び誘電４
失は１ＭＨｘでの値である。

抗折強度（τ）は、角板状試料（幅Ｗ＝１０ａｍ、厚さ
ｔ　−　２　ｍ　）を用い、支点開路１１Ｎ２）が７Ｉ
ＩＩＩＩにおける最大破壊荷重Ｐ　ｍ（／（ｙ）を測定
し、３　　　　Ｐｍｅ τ−　”　　　　　　　　　［　Ｋｇ　／　ｃｄ　］Ｗ
−ｔ２ により求めた。

吸水率は、プレッシャーリッカーテスト（１２１℃、２
気圧、蒸気中）での値であり、テスト前後における彊ｆ
ｌｌ’ａ’化から求めた値である。

上記第１表から明らかなように、本実施例１においては
、いずれも１３００℃以下の焼成温度でＩＩ損失が〜１
０°３程度、抗折強度が１４０ＯＮ９／ＣＩＩ以上と浸
れた特性を示すことがわかる。また、焼成温度の低下効
果が大きく、他の特性でもＡｎ２０３と同等もしくはそ
れ以上の値を示す。特に、試料Ｎα３．１０はＰＣＴの
１００時間後でも吸水率が僅か０．７１ｒ１ｇ、／ＣＩ
ｄ以下であり、非常に優れている。一方、５ｎ０２　、
ＢａＯが夫々本発明の範囲から外れる試ＦＩ　Ｎａ　１
１．１３は焼成温度が１４００℃以上となる。また、Ｃ
ｒ２Ｏ３及びＴｉＯ２が本発明の範囲から外れる試料Ｎ
０１２は固有抵抗率の低下、誘電損失の増大をｊＢ　＜
と共に、耐；１性が劣化する。更に、Ｃｒ２Ｏ３及びＣ
ａＯが本発明の範囲から外れる試料Ｎα１４は抗折強度
が１４００に９／ｃｉ以下と低くなる。

実施例２ まず、ＢａＣＯ３、Ｈ３８０３、Ｓ、ｎＯ２、ＴｉＯ２
、ＳｉＯ２、Ｃｒ２０ｇ、ＭＱＣＯ３及びＣａＣＯ３を
酸化物換算で前述した試料Ｎα３゜４．１０．７．８，
１．２の組成比となるように秤量した原料粉末を含有す
る１種のスラリーを調整した。これらスラリーは、各原
料粉末にポリビニールブチラール、ポリエチレングリコ
ール、メンヘーデン油、エチルアルコールを添加するこ
とにより１１４した。つづいて、これらスラリーをドク
ターブレード法により厚さ１００μｍＦｉ度のグリーン
シートを作製した。ひきつづき、グリーンシートを数枚
重ねて高温高圧で厚さ１導１程度のグリーンシート積層
板を作製した後、下記第２表に示す特性の導体ペースト
を用いて第１の導体層を印刷、塗布し、しかる後乾燥し
た。

次いで、試料ＮＱ３．４．１０．７．８．１．２の組成
比となるように秤量した原料粉末にブチルカルピトール
、アセテート、テルピネオール、エチルセルローズ等を
添加して１種の絶縁ベース１−をＵＡ製した後、これら
絶縁ペーストを前記第１導体層を含むグリーンシート積
層板上に夫々印刷、塗布し、乾燥した後、同第２表に示
す導体ペーストを用いて第２の導体層を同様に形成した
。こうして２１ｉ！以上の導体層を印刷、塗布したグリ
ーンシ−ト積層板を電気炉中で下記第３表に示す温度条
件にて３時間、同時焼成して７種の多層配線基板を製造
した。

しかして、本実施例の多層印刷基板の諸特性をそれら各
基板１０個の平均値として測定した。その結果を同１３
表に併記した。なお、密着強度は引張り試験用ワイヤを
半田付で最上層の導体層に固着し、インスロトロン引張
り試６ｗＡ機を用いて測定（引張り測定０．５０／１ｎ
　）　Ｌ、、基板と導体層との密着の度合を評価した。

ボンディング性は、Ａｕ−Ａｆｆ系の２５μｍφのボン
ディングワイヤの導体層との接着強度である。

上記第３表から明らかなように、本実施例の多層印刷基
板はいずれも密着強度、ボンディング特性が１Ｋｇ７／
ｌｌｍ２以上、５ｇ以上で実用上問題のない値を有する
ことがわかる。また、シー１〜抵抗も導体ペーストの設
定値のものを得ることができる。

更に、８００〜１２００℃の低温で同時焼成しても前ｊ
ホした良好な特性の多層印刷基板を得ることができる。

この場合、焼成温度を１２００℃以上にするとＢ２Ｏ３
が蒸発し易くなり、均一な回路基板を得ることが困難と
なるばかりか、導体層を構成するＡＵやＡＱが絶縁体中
に拡散して良好なシート抵抗を有する回路基板が得難く
なる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば１３００℃以下、特
に８００〜１２００℃の低温で焼成可能で、かつ抗折強
度が高く、一体焼結による多層配線基板として有効で、
更に熱膨張率も小さくＬＳＩチップ等を直接搭載する高
密度ハイブリッド基板として好適な回路基板を提供でき
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁体が、 ＢａＯ　８〜４７　ｍｏｌ％ ＳｎＯ＿２　１．７〜３８．２５　ｍｏｌ％ Ｂ＿２Ｏ＿３　４．２５〜３４　ｍｏｌ％ ＴｉＯ＿２　０．１〜２２　ｍｏｌ％ ＳｉＯ＿２　０．５〜２５　ｍｏｌ％ Ｃｒ＿２Ｏ＿３　０．４〜２０．５　ｍｏｌ％ ＭｇＯ　０．１５〜６．５　ｍｏｌ％ ＣａＯ　０．１〜７．５　ｍｏｌ％ からなる酸化物焼結体より構成されることを特徴とする
   回路基板。