JPS624354A - 厚膜多層基板の製造方法 - Google Patents

厚膜多層基板の製造方法

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JPS624354A
JPS624354A JP14375885A JP14375885A JPS624354A JP S624354 A JPS624354 A JP S624354A JP 14375885 A JP14375885 A JP 14375885A JP 14375885 A JP14375885 A JP 14375885A JP S624354 A JPS624354 A JP S624354A
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Tsuneo Kaneko
金子 恒雄
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、厚膜多層基板の製造方法に係り、特に銅系
の導体イーストを使用して導体層を形成し得るようKし
たものに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
周知のように、近時では、電子機器等の小形軽量化を図
るためK、混成集積回路が多く使用されるようになりて
きている。この混成集積回路は、一般K、絶縁基板に導
体材料及び抵抗材料を印刷してなる厚膜基板に、リード
線のないチップタイプの受動素子や能動素子を半田付け
して構成されるものである。
このような厚膜基板の従来の製造方法は、まず例えばア
ルミナ等のセラミック材料で形成された絶縁基板K、一
対の配線導体層を形成する。
この配線導体層は、例えば銀−ノ々ラジウム(Ag/P
d )粉末を含む導体ペーストを、スクリーン印刷法を
用いて印刷・焼成させることによシ形成されるものであ
る。
そして、上記一対の配線導体層間に、例えば酸化ルテニ
ウム(RuO2)粉末及びガラスフリットを含む抵抗ペ
ースト(例えば変性二トリルコ9ム)を、スクリーン印
刷法を用いて印刷°焼成させることによシ、抵抗体を形
成する・その後、上記一対の配線導体層と、抵抗体との
重なシ合う部分にYAGレーデを照射し、抵抗体を炭化
させて、配線導体層と抵抗体とを導通させる接続部を形
成するものである。
ところで、上記のような厚膜基板においては、高密度実
装化を図るために、配線導体層を絶縁層を介して多層に
形成することが行なわれている。
一方、上記銀−ノ4ラジウム系の導体4−ストは、イン
ピーダンス(導体抵抗)が単位体積当シ20〜50[m
O)と高く、吸湿による銀の移行現象(マイグレーシ!
ン)で絶縁劣化を生じ易く、さらには貴金顔であるため
経済的に不利になるという種々の問題を有している。そ
こで、近時では銀−パラジウム系の導体ペーストに代え
て銅系の導体(−ストを使用することが考えられている
。この銅系の導体ペーストは、銅が酸化しない程度にチ
ッ素ガス雰囲気中で低温で焼成すると、単位体積当シ2
〜5〔ml目と低インピーダンスの導体を形成すること
ができるとともに、経済的にも有利であるという利点を
有している。
しかしながら、銅系の導体ペーストを用いる場合、抵抗
体を形成するための材料つまシ抵抗ペーストとして、チ
ッ素ガス雰囲気中で焼成して実用範囲の抵抗値を得るこ
とのできる材料が、現状では開発されていないものであ
る。すなわち、現状の抵抗イーストは、チッ素ガス雰囲
気中で焼成した場合、その抵抗値が大きくばらついてし
まうという問題を有している。このため、従来では、空
気中で焼成して抵抗値のばらつきが少ない銀−IQラジ
クム系の導体ペーストと銅系の導体イーストとを、第4
図に示すように、混用して用いざるを得ないものであっ
た。
第4図(、)において、アルミナ等のセラミック材料で
なる絶縁基板11に、銀−パラジウム系の導体ペースト
を印刷し空気中で約850〜900℃の高温で焼成して
下層導体12を形成する。次に、第4図(b)に示すよ
うに、下層導体120所定部を覆うように絶縁層13と
しての高融点結晶化ガラス誘電体系の絶縁ペーストを印
刷し、かつ第4図(c)に示すように抵抗体14として
の酸化ルテニウム系の抵抗イーストを印刷し、これら絶
縁ペースト及び抵抗ペーストを空気中で約850〜90
0℃の高温で同時に焼成する。その後、第4図(d)に
示すように、絶縁層13上に上記下層導体12と略直交
するように銅系の導体イーストを印刷し、チッ素ガス雰
囲気中で約600〜650℃の低温で焼成して上層導体
15を形成し、最後にレーデカッティングを行なって最
終抵抗値を得るようにしている。
すなわち、従来では、銀−パラジウム系の導体ペースト
と銅系の導体ペーストとを混用して、チッ素ガス雰囲気
中での焼成回数を極力減らして、抵抗体14の抵抗値が
大きくばらつくことを抑えようとしているものである。
〔発明の目的〕
この発明は上記事情を考慮してなされたもので、全て銅
系の導体ペーストを使用して導体層を形成して抵抗体の
抵抗値変動を少なく抑えることができる極めて良好な厚
膜多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明に係る厚膜多層基板の製造方法は、
絶縁基板上に抵抗ペーストを印刷し空気中で焼成して抵
抗体を形成する第1の工程と、この第1の工程の後前記
絶縁基板上に銅系の導体イーストを印刷しチッ素ガス雰
囲気中で低温で焼成して下層導体層を形成する第2の工
程と、この第2の工程の後前記下層導体層上に低融点結
晶化ガラス組成物でなる絶縁ペーストを印刷しチッ素ガ
ス雰囲気中で低温で焼成して絶縁層を形成する第3の工
程と、この第3の工程の後前記絶縁層上に銅系の導体ペ
ーストを印刷しチッ素ガス雰囲気中で低温で焼成して上
層導体層を形成する第4の工程とを具備することによシ
、全て銅系の導体イーストを使用して導体層を形成して
、抵抗体の抵抗値変動を少なく抑えることができるよう
にしたものである◎〔発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。第1図(、)において、16はアルミナ等
のセラミック基板で、酸化ルテニウム系の抵抗イースト
を印刷し、空気中で約850℃の高温で約30分間焼成
することによシ抵抗体17を形成する。次に、第1図(
b)K示すように、セラミック基板16上に銅系の導体
ペーストを印刷し、チッ素ガス雰囲気中で約600〜6
50℃の低温で約30分間焼成して、下層導体18を形
成する。
そして、第1図(c)に示すように、上記下層導体18
を覆うように、低融点結晶化ガラス組成物(詳細は後述
する)でなる絶縁イーストを印刷し、チッ素ガス雰囲気
中で約600〜650℃の低温で約30分間焼成して絶
縁層19を形成する。その後、第1図(d)に示すよう
に、上記絶縁層19上に上記抵抗体17に接続されるよ
うに、銅系の導体ペーストを印刷し、チッ素ガス雰囲気
中で約600〜650℃の低温で約3−0分間焼成して
、上層導体20を形成する。
上記のような製造工程において、抵抗体17に接続され
る導体は、最後に印刷・焼成される上層導体20である
必要がある。その理由は、従来の銀−ノ母うジクム系導
体で一般的に行なわれているように、抵抗体に接続され
る導体を下層導体にすると、抵抗体形成後の上層、下層
導体及び絶縁層を形成するための約600〜650℃の
低温による繰シ返し焼成によって、第2図に破線で示す
ように抵抗値が大きく変動したシ、抵抗体の温度係数(
TCR)が著しく劣下したシし、量産性に欠けることに
なるからである。
これに対し、上述のように、抵抗体17に接続される導
体を、最後に印刷・焼成される上層導体20とすること
によシ、繰シ返し焼成を行なりても、第2図に実線で示
すように抵抗値の変動を少なく抑えることができ、TC
Hの劣化も少く実用的となるものである。
ここで、上記低融点結晶化ガラス組成物でなる絶縁(−
ストについて説明する。すなわち、この絶縁層用材料は
、重量%で、S i02を5〜2012nOを45〜6
0、B2O3を15〜30、R20(L120 + N
a2O+ K2O)を0.1〜3、RO(MgO+ C
aO+ BaO+ SrO)を0.5〜10、At20
3を0.5〜5、B120.を0.5〜5、Fを0、5
〜2、SnO2を0.5〜20割合で配合し、さらにC
oo 、 P2O5、ZrO2、CdO、PbOのいず
れか一種または二種以上を0.1以上でかつ個々の上限
がそれぞれ2,2.5,5.3を越えない割合で含有さ
せ、650℃以上の温度で結晶化させ、650℃以下の
温度で焼成させるようにしたものである。
ここで、各組成分を、上記のような配合比にした限定理
由は、次の通シである。
8102:5%よシ少ないと溶融時の粘性が低く、ガラ
ス化しにくい。また、20 チよシ多いと軟化温度が上昇し、低 温(600℃)での焼成ができなく なる。
ZnO: 45 %よシ少ないと結晶化ができなくなシ
、60%を越えると結晶化源 、度が下がシすぎる。
B2O3:15%よシ少ないと軟化温度が高くなシ、3
0%よシ多いと十分に結晶 化することができなくなる。
R20ニガラスの溶融を促進するため、Li2O。
Na2O、K2Oのうち一種以上添加できるが、これら
の総量が3%を越える と絶縁抵抗値を低下させる。
ROニガラスの溶融を促進するため、MgO。
CaOHBaO* SrOのうち少なくとも一種添加し
、0.5 *よシ少ないと促進効果が生じず、10チよ
シ多いと 膨張係数が大きくなシすぎる。
1v2o3: 0.5 Sよシ少ないと結晶化温度が下
シすぎ、5%よシ多いとガラスの軟 化温度が上がシすぎる。
B120. : 0.5 %よシ少ないとガラスのアル
ミナ基板に対する濡れ性が悪く、5チ よシ多いと膨張係数が大きくなシす ぎる。
F  ニガラスの溶融を促進するために添加するが、2
%を越えると膨張係数が 大きくなる。
8n02  :gラスの耐水性を向上させるために添加
する。0.5チよシ少ないと効果 がなく、2チよシ多くても効果は向 上しない。
Coo 、 P2O5,ZrO2、CdO、PbOにつ
いては、いずれか一種または二種以上を0.1%以上含
有させると、絶縁抵抗を劣下させず、ガラスとしての安
定性保持に寄与するが、それぞれ2,2゜5.5.3%
を越えると、ガラスが不均質になったシ、効果の増大が
期待できなくなる。
そして、具体的には、表1に示すような組成になるよう
に原料を調合する。なお、表1において、試料番号(υ
〜(4)までが低融点の結晶化ガラスを示しておシ、試
料番号(5)は従来の絶縁層用材料を示している。
そして、表1に示すように調合したものを、1300〜
1400℃の温度で白金るつぼ中で溶融し、ガラス化す
る。次に、このガラスを粉砕し篩分した後、湿式法にて
粉砕を行ない、平均粒径5μmの粉末とする。そして、
この粉末と適尚量のビヒクル(例えばエチルセルロース
とテルピネオール等)とを混練し、ガラスペーストを形
成する。
その後、予めアルミナ基板上に印刷・焼成によ多形成さ
れた、第1層目となる、銀−ノ臂うジワム(Ag−Pd
)系導体及び酸化ルテニクム(RuO2)系抵抗体よシ
なる配線層を覆うように上記ガラスイーストを印刷し、
600℃で10分間焼成することによシ、厚膜的40μ
mの絶縁層を形成する。そして、この絶縁層に第2層目
の配線層となるAg−Pd系導体を常法にて印刷形成す
る。
このようにガラス組成物の結晶化温度を650℃よシも
高くし、それ以下の低い温度(600℃)で焼成するこ
とにより、絶縁層を完全に結晶化させないで形成するこ
とができ、従来のようにピンホールが発生しなくなるも
のである。
上記のようにして製造されたガラス組成物の物性及び形
成された絶縁層の絶縁抵抗値、絶縁層上のAg−Pd系
導体の半田濡れ性、アルミナ基板面に対する絶縁層の密
着性及び印刷抵抗体の抵抗値変化率等を、表2に示す。
この場合、絶縁抵抗は、60℃95%の恒温恒湿槽中に
1000時間放置した後、第1層目の配線層と第2層目
の配線層との各導体間に直流50Vを印加したときの室
温における抵抗値である。
また、半田濡れ性は、Agを2チ含有するpb−8n共
晶半田を用い、230℃で3秒間浸漬した後引き上げ、
第2層目の導体面積の90%以上が半田に濡れているも
のを良とした。
さらに、アルミナ基板面に対する密着性は、第2層目の
導体にリード線を半田付けし、これを垂直に引張シ、ア
ルミナ基板面と絶縁層との間の剥離強度を測定したとき
、1kg1■2以上を良とした。
また、抵抗値変化率は、絶縁層を形成する前の印刷抵抗
体の抵抗値(Ro)と、絶縁層形成後の抵抗値(R1)
との比、つまシ、 R,−Ro の値を示した。
表  1 表  2 ここにおいて、ガラスの軟化温度及び結晶化温度を下げ
る一般的な方法である鉛系ガラスでは、チッ素ガス雰囲
気中でペーストを焼成したときに鉛が還元、析出し、絶
縁性能が劣るという不都合が生じる。
そこで、上記のような非鉛系低融点結晶化ガラス組成物
が考えられたわけであるが、このガラスのように例えば
ZnO、8203、8102等を主成分とするものは、
その焼成温度を抵抗体17の焼成温度よシも200℃以
上低くする必要がある。その理由は、第3図に示すよう
に、例えば抵抗体17を850℃で焼成した場合、上層
導体20の形成前でありても、絶縁ペースト焼成温度が
650℃以上、つまシ抵抗体I7の焼成温度との差が2
00℃以下になると、繰シ返し焼成により、やはシ抵抗
値が変化し易いからである。
したがって、上記実施例によれば、既存の抵抗ペースト
を用いながら、配線導体として全て銅系の導体ペースト
を用いた多層の厚膜基板を製造することができ、従来の
鋏−ノやラジウム系ペーストを使用した場合に比して、
導体インピーダンスが1/10以下に低下するので、フ
ァインノ’l?ターン化も可能となシ、また銅系イース
トであるためマイグレーシ嘗ンも銀糸に比して著しく軽
減し、信頼性が向上するものである。
さらに、抵抗値のばらつきの少ない、電気的特性の優れ
た厚膜抵抗体を得ることができ、量産化に好適するもの
である。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することができる。
〔発明の効果〕
したがって、以上詳述したようにこの発明によれば、全
て銅系の導体ペーストを使用して導体層を形成して、抵
抗体の抵抗値変動を少なく抑えることができ、量産性及
び経済性に優れた極めて良好な厚膜多層基板の製造方法
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る厚膜多層基板の製造方法の一実
施例を示す側断面図、第2図及び第3図はそれぞれ同実
施例の効果を説明するための特性図、第4図は従来の厚
膜多層基板の製造方法を示す側断面図である。 11・・・絶縁基板、12・・・下層導体、13・・・
絶縁層、14・・・抵抗体、15・・・上層導体、16
・・・セラミ、り基板、11・・・抵抗体、18・・・
下層導体、19・・・絶縁層、20・・・上層導体。 (a) (b) 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  絶縁基板上に抵抗ペーストを印刷し空気中で焼成して
    抵抗体を形成する第1の工程と、この第1の工程の後前
    記絶縁基板上に銅系の導体ペーストを印刷しチッ素ガス
    雰囲気中で低温で焼成して下層導体層を形成する第2の
    工程と、この第2の工程の後前記下層導体層上に低融点
    結晶化ガラス組成物でなる絶縁ペーストを印刷しチッ素
    ガス雰囲気中で低温で焼成して絶縁層を形成する第3の
    工程と、この第3の工程の後前記絶縁層上に銅系の導体
    ペーストを印刷しチッ素ガス雰囲気中で低温で焼成して
    上層導体層を形成する第4の工程とを具備してなること
    を特徴とする厚膜多層基板の製造方法。
JP14375885A 1985-06-29 1985-06-29 厚膜多層基板の製造方法 Granted JPS624354A (ja)

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US07/071,669 US4830878A (en) 1985-06-29 1987-07-09 Method of manufacturing a substrate coated with multiple thick films
US07/153,432 US4835038A (en) 1985-06-29 1988-02-08 Substrate coated with multiple thick films

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