JPS62232191A - セラミツク多層配線基板の製造方法 - 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 本発明は、ｌ’　ａ体１．ｓｌ、千ノブ部品などを搭載
し、かつそれらを相互配線するための、セラミ／り多層
体配！＆ｉ１Ｍ板のＩ！！遣方法に関するものである。

従来の技術 セラミック多層基板は、現在その多層化方法により３つ
の方法に分類される。第１はｊγ模膜印刷法、ハイブリ
ッドＩＣに代表されるものである。

焼結剤のセラミック基板に、導体や絶Ｈ体の厚膜ペース
トを使用してスクリーン印刷し、その都度焼成をくり返
えし多層化するものである。第２はグリーンシート印刷
法で、この方法は、基板）Ａ車ｌとして未焼結のセラミ
ック粉を有機結合剤、可塑剤）容剤でヌラリー状にし、
ドクターブレード法でソート状に造膜したもの（グリー
ンシートと呼ぶ）を用いる方法である。そしてそのグリ
ーンシートに４体と絶縁体のペーストを印刷し多層化し
一回で焼成するものである。また第３は、グリーンノー
ト禎層法で、前述のグリーンシートに４体パターンを形
成したものを所望の枚数積層して張り合わせる方法であ
り、グリーンシート印刷法と同様、−回の焼成で多層化
するものである。

一方、セラミック多層基板の使用される導体材寥＝ｌに
注目すると、Ａ、、Ａｕ−Ｐ、、Ａ８−Ｐ、。

Ａ、−Ｐｄ等の貴金属を用いるものと、Ｗ、Ｍｏ。

Ｍｏ−Ｍ、、等の高融点卑金属及びＣ，、Ｎ、。

等の比較的低融点の卑金属に大別することができる。ま
ず始めの貴金属系ペーストでは、空気中で処理ができ、
信頼性が高いことから大いに背反している。しかし、貴
金属はコストが高いという問題点を抱えている。またＷ
、Ｍｏ−Ｍｏ、Ｍｏ等の高融点卑金属は１６００℃程度
すなわちグリーンシートの焼結温度（約１５００℃）以
上の高温で同時焼成する必要があるため多層化が容易な
反面、還元雰囲気で焼成する必要があるため危険である
。また導体抵抗も高く、ハンダ付けのために導体表面に
Ｎ１や△、のメノー１−処理を必要とする等の問題点を
有している。そこで低温で処理でき、安価なＣｕやＮ、
等が注目されているのである。

そこで、Ｃｕペーストを用いたセラミ、り多層基板のＩ
！ＩＪ　ａ方法の一例を述べる。その方法は、アルミナ
などの焼結基板上にＣｕペーストをスクリーン印刷して
配線パターンを形成し、乾燥後、Ｃｕの融点以下の温度
で、かつＣｕが酸化されＪ″６体ペースト中の有機成分
が充分に燃焼する様に酸化分圧を制ｍした窒素雰囲気中
で焼成を行うもので、多層する場合は、同様の条件で絶
縁層を印刷焼成して得られる。しかしながら、上記の様
なＣｕペーストを用いた場合、いくつかの問題点を有し
ている。まず第１に焼成工程における雰囲気を適度な酸
素分圧下にコントロールすることが困難である点にある
。つまり酸素分圧が高ければＣｕが酸化され、逆に低く
過ぎれば、ペースト中の有機バインダが分解せず、良好
なメタライズが得られないからである。第２に多層化す
る場合、各ペーストを印刷乾燥後その都度焼成をくり返
えし行う必要があり、リードタイムが長くなり、設備な
どのコストアップにつながる等の問題点を有している。

そこで特願昭５９−１４７８３３号公報において、セラ
ミック多層配線基板の作製にあたり、脱パインダニ程、
還元工程、焼成工程の３段階とする方法がすでに開示さ
れている。それは酸化銅を導体の出発原料とし脱バイン
ダ工程は、炭素に対して充分な酸化雲囲気でかつ内部の
有機バインダを熱分解させるに充分な温度で行い酸化銅
を金属銅に還元する還元工程、基板材料を焼結させる焼
成工程より成立しているものである。これにより焼成時
の雰囲気：ｔＪ制御が容易になり、綿密な焼結体が得ら
れるよ・）になった。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、以下に示すような問題点が新たに見出さ
れた。それは、前記の酸化銅を用いた製造方法の場合、
工程の中に還元工程を存するため、絶縁層用材料に使用
し得る材料に限度があるからである。なぜなら前記絶縁
材料（ガラス−セラミンクなど）の【１弓こ例えば、Ｐ
、０などの金属酸化物が含まれているような系では、 ｒ’　　Ｏ＋　　Ｍ　　−Ｐ　　＋Ｍ　　　ＯＭｅ；別
の金属 の反応が起こり、金属化した１）、を含む絶縁層は絶縁
体としての機能が発Ｒ？できなくなる。したがって、導
体材ｔｉｔにＣｕなどの卑金属を用いる場合、絶縁材ｔ
−１としては、熱力学的に安定でＣｕと酸化。

還元反応を起こさない金属酸化物の中から選ばれる必要
がある。そのため酸化鉛を含むガラスは、絶縁材料（低
温焼結基板材１１　）として用いることができないので
ある。一方、使用し得る金属酸化物であるＡｇ２Ｏ３，
Ｂ２０．、Ｂ、Ｏ，Ｓ、０２゜ＣｕＯ，Ｎ、　２０Ｍ、
Ｏ，Ｔ、　２０５．Ｎｂ２Ｏ５構成されたガラスでは絶
縁材料として、あるいは基板材料として不充分な点が多
い０例えば、前記の材料は絶縁抵抗がやや低く、誘電＋
ｎ失（ｔ　ａ　ｎ　ｓ）も悪い。また、比較的、軟化点
が高い１頃向があるため、このようなガラスを含む１色
縁材料の焼成温度を低くすることが困難で、短時間焼成
も難しいなどの問題点が存在する。

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、本発明のセラミ。

り多層配線基板の製造方法において、絶縁（Ａｕあるい
は店板材ネ・ｌとして（ｇ軸性が高く、遺産性にも富む
。鉛系ガラスを使用し得るように製造工１７条件を構成
して得られたものである。つまり、製造工程の脱バイン
ダ工程、還元工程、焼成工程の各工程条件を詳細に検討
し、酸化鉛の非還元、酸化ｉ１ａ＋の還元を両立させる
ことに成功したものである。

作用 本発明は、以下に示すような製造方法及び作製条件が構
成することにより、電気絶縁などの信頼性に冨みかつ、
低温及び短時間の焼成が可能な酸化鉛を含むガラスの使
用を可能にするものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず酸化第二銅を導体材ネ４の出発原料とするセラミッ
ク多層配線基板の製造方法の重要な点は、脱バインダ工
程、還元工程、焼成工程より構成されていることにある
。つまり脱バインダ工程は、空気中などの酸化雰囲気で
基板内の有機バインダの分解除去を、絶縁用ガラスの軟
化点以下で行なう。次に１元工程で、酸化第二銅を金属
銅とし引き続いて窒素中などの中性雰囲気で焼成を行な
うものである。このように工程中に還元雰囲気での処理
を含んでいるため、従来より還元雰囲気の焼成において
還元されてしまう金属酸化物を含む絶縁材料は、用いる
ことができないとされて来た。

しかしながら、発明者らは、種々の観点から検討を重ね
た結果、還元及び焼成工程をある条件下に設定すれば、
酸化鉛の金属鉛への還元を防止するとともに銅への還元
を行なうことができることを見出した。つまり、還元工
程を例えば、窒素中に水素を含む雰囲気とし、酸化第二
銅が金ｒＡ銅に還元可能な温度を実験により求めると約
２５０°Ｃ以上の温度であれば良いことが判った。また
この温度では、ガラス中の酸化鉛は還元されなかった。

次に還元温度を徐々に上げていったところ、約６００’
Ｃ程度以上では鉛と銅の両者ともに還元されてしまうこ
とが判った。しかし、２５０℃では、還元時間によって
は、銅に還元されない部分が残る場合があり、逆に高い
方では、ガラス軟化点を越える場合があり、充分鋼に１
元される前に酸化第二！１１が内部にとり込まれる結果
になることもあるので実用上還元工程における本発明の
成立条（′１は、３００℃から５００℃の間である。そ
して焼成工程では、窒素などの中性雰囲気で焼成を行う
のでガラス中の酸化銅は還元されず、絶縁材として機能
する訳である。

実施例 以下にその一実施例を図面を参照しながら詳細に説明す
る。

まず本発明に係る多層基板材料には、厚さＱ、３ａａｔ
のアルミナ９６％基機を用いた。そして第１表に示す組
成のガラス粉末とセラミック粉末を重量比で１対１に混
合した無機わ〕末に、有機バインダであるエチルセルロ
ースをターピネオールに溶かしたビヒクルを加えたもの
を３段ロールにより適度な粘度になるように混練し、絶
縁ペーストとした。

（以下余白） 第１表　　　　　　（重量パーセント）次に導体ペース
トは、酸化第二銅を主成分とする無機＃５）末に接着強
度を向上さ−Ｕるため、硼６ｒ酸ガラスからなるフリッ
トを５ｗＬ％加えたものに、絶縁ペーストと同様のビヒ
クルを加え同しく３段ロールで混練したものを導体用ペ
ーストとじた。

この６体用ペーストを前記のアルミナ基板上に２５０メ
ノン工のスクリーンで印刷、乾燥（１２０℃で１０分間
）して導体パターンを形成した。その後、（色縁ペース
トで、２００メノンユスクリーンを用いて絶縁層の印刷
を行なった。この時Ｆ部に接続するための穴、バイアホ
ール部分を同時に設けた。以上の工程をくり返し行なっ
て未焼結多層体を形成した。

次にこの未焼結多層体を用いて脱バインダを行う。本実
施例に使用した絶縁層用ペーストに用いた第１表のガラ
スの軟化点はそれぞれ０６５０℃。

■６５５℃、■６１０℃である。したがって本税バイン
ダの温度は軟化点以下の温度で実施する必要がある。ま
た、絶縁ペースト及び４体ペーストに使用した有機バイ
ンダは、エチルセルロースであるので、空気中の熱処理
で短時間（約１００分）で分解させるためには約６００
℃以上の温度が望まれる。したがって６００℃で脱バイ
ンダを行なった。なお、軟化点以上の温度での脱バイン
ダでは、内部の酸化第二銅がそのまま密閉されるため徨
の一元工程で銅に還元できなくなるおそれがあるためで
ある。また、エチルセルロースの分解除去は、空気中の
、執処理によって分解されずに残るカーボンを分析Ｊ−
ることによって調べた。その結果５００°Ｃでは約１５
０ｐｐ□。のカーボンが、５５０℃では、８０１’　Ｐ
　Ｉｌｌのカーボンが検出でき、６００℃では数”　ｐ
　ｐ　ｍであり、充分な分解除去ができたことを示して
いる０本税パインダ工程の概略を第２は１に示した。

次に還元工程のプロファイルを第３図に示す。

１２０　鶴Φの管状炉内に前記の脱バインダ剤の積層体
を挿入し、窒素ガスを０．７１／分、水素ガスを０．１
１／分のｄＬｆｆｉで炉芯管内に流入させた。

還元温度は２００℃、３００℃、４００℃。

５００℃、６００℃１７００℃の各温度で２時間保持し
、冷却後、取出した。

銅への還元は、２００℃以外は、はぼ完全になされてお
り、３００℃では若干内部に酸化第二銅である現色を呈
しており、還元処理が充分とはいえない、また６００℃
以上の還元温度では、絶縁層が灰色を呈しており、酸化
鉛が還元されたことを示している０以上の結果からも、
還元処理工程としては３００℃〜５００℃が通しており
、なおｒｇｉ密には４００℃〜５００℃が最も良好と思
われ、標準とする条件は４００℃−２８ｒ　ｓで実施す
ることとした。

次に焼成工程である。炉は、ＢＴＵエンジニアリング社
のメツシュヘルド炉（２００＋＋ａヘルド輻）を使用し
雰囲気は純窒素である。この時内部の残存０２！ｉｔを
０２１燗度計にて計測したところ１〜２ｐｐ□１であっ
た。温度プロファイルを第４図に示す。

以上のように作製した、多層）Ｉ、、板の断面図を第１
図に示す。ｌはＳト・１のメタライズ層、２は本実施例
に示した鉛系ガラスを含む絶縁層、３はアルミナ焼結基
板である。

前記の標（鳩還元法で作製した積層体をこの条件で焼成
を行った。その結果を第２表、第３表に示す。

第２表は、第１表に記載の絶縁材ネコｉ上に形成した銅
メクラ・イズ層の１．シ軸性コ１（験結果であり、第３
表は、同しく第１表記載の絶縁材オー１の電気的性能を
評価した結果である。

第２表 第３表 以上の結果からも明らかなように、Ｉ！Ｘ　ＩＰＳハイ
ブリ、ドＩＣとして中し分のない性能のものが得られた
。つまり焼成が１時間と短時間の上、絶縁性。

誘電性の面およびＣｕのメタライズ性の面においても良
好なものである。

なお評価方法のうち接着強度の測定方法については、以
下のような測定法で実施した。前記のアルミナ焼結基板
上に形成した絶縁層上にさらに２Ｘ２Ｍ１０Ｃ，メタラ
イズ層を前記の作製方法で形成し、その上にリート線（
０，８ａｍφ）を垂直にハンダ付けして引張り試験機で
その破壊強度を測定するものである。

発明の効果 以上述べたように、本発明の製造方法によって、罎めて
イ３頬性の高い鉛ガラスを絶縁層用材料に使用しｉ）る
ばかりでなく、脱バインダ、還元５焼成の各工程に従っ
て作製することで、メタライズ性にすくれた銅多層配線
が１）られるものである。

つまり、鉛ガラスでは絶縁抵抗が高く、誘電性にもすぐ
れているばかりではなく、軟化点を低くすることができ
るもので、短時間、低温焼成が可能となり、極めて量産
に適した絶縁材料といえる。

また、本発明の製造法によって得られる酸化第二銅を用
いる銅メタライズは、Ｃｕの持つ導体抵抗の低さ、ハン
ダ付は性の良さ、耐マイグレーシヨン性の良さ、低コス
トの利点を充分に発揮できるものであり、工業土掻めて
効果的な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の製造法により作製されたセラミック
多層基板の一例の断面図、第２図は、本発明の製造法の
脱バインダ工程の温度プロファイルを示す特性図、第３
図は、還元工程の温度プロファイルを示す特性図、第４
図は、同じく焼成工程の温度プロファイルを示す特性図
である。 ｌ・・・・・・銅メタライズ層、２・・・・・・鉛系ガ
ラスを含む絶縁層、３・・・・・・アルミナ焼結基板。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名喫　四　、
Ｏ 第３図 磯尤工棧 １％　　　７’ｎ”Ｈ（／７）Ｊ ！４図 痣人工４ Ｍ合　間（今）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　焼結済のセラミック基板に酸化第二銅を主成分とする
   ペースト組成物でパターン形成し、さらに酸化鉛を含む
   ガラスを主成分とする絶縁ペースト組成物で印刷し、前
   記酸化第二銅ペーストと前記絶縁ペーストを前記セラミ
   ック基板の片面もしくは両面に所望の回数印刷をくり返
   えして多層化する工程と、前記多層体を空気中で多層体
   内部の有機バインダが分解、飛散するに充分な温度で熱
   分解を行う工程と、水素と窒素の混合ガス雰囲気中で３
   ００℃から５００℃の間の温度で還元熱処理を行なう工
   程と、前記還元熱処理後の多層体を純窒素雰囲気中で焼
   結させる工程とを含むことを特徴とするセラミック多層
   配線基板の製造方法。