JPS6247196A - セラミツク多層基板 - 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、セラミック多層基板、特に低温焼成可能なセ
ラミック多層基板に関するものである。

２ベー／′ 従来の技術 近年、電子回路には、厚膜印刷法により簡便に回路形成
できる熱放散性の優れたセラミック基板を使用した電子
回路が使用されている。そして、より小型高性能化を実
現する為に多層電子回路基板が使用され始めている。

多層回路基板を製造する方法は一般的には次に述べる（
ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）の三種類がある。

（ａ）　　セラミック焼結体上での印刷多層法申）　グ
リーンシート上での印刷多層法（Ｃ）　　グリーンシー
ト積層多層法 （ａ）のセラミック焼結体上での印刷多層法による多層
基板の製造方法を説明すると、第１図にそのプロセスを
示すように、まず基板となるセラミック焼結体上に第１
導体層を印刷・乾燥・焼成しくステップ１〜３）、次に
第１絶縁層を印刷・乾燥・焼成しくステップ４〜６）、
その上に第２絶縁層を印刷・乾燥しくステップ７．８Ｌ
第２導体層を印刷・乾燥しくステップ９　、１０）、第
２絶縁層ごと一括焼成（ステップ１１）する。この３　
ページ 際、第１及び第２絶縁層はヴイアホールと呼ばれる微小
孔が形成されるように印刷し、その微小孔中に第２導体
層に用いられる材料が充填されるように第２導体層を印
刷する事により第１導体層と第２導体層とが接続される
。次に第２導体層」二に第３絶縁層を印刷・乾燥・焼成
し、第２絶縁層以降と同手順で層数を重ねていく（ステ
ップ１〜１１）。

（ｂ）のグリーンシート上での印刷多層法による多層基
板の製造方法は、第２図にそのプロセスを示すように、
１ず焼成後基板と々るセラミックのグリーンシート」−
に第１導体層を印刷・乾燥しくステップ１２．１３Ｌ次
にその上に第１絶縁層を印刷・乾燥しくステップ１４．
１５Ｌ引き続き第２導体層、第２絶縁層の印刷・乾燥を
行ない（ステップ１６〜１９）、以降同手順で層数を繰
り返しくステップ１２〜１９）、グリーンシートと導体
層と絶縁層とを一括焼成する（ステップ２０）。

（Ｃ）のグリ−ンシート積層多層法による多層基板の製
造方法は、第３図にそのプロセスを示すように、１ず複
数枚のセラミンクのグリーンシートそれぞれに異々るパ
ターンの微小孔を形成しくステップ２２〜２４）、それ
ぞれ異なるパターンの導体層を印刷・乾燥する（ステッ
プ２５〜３Ｏ）　。

次に導体パターンの異々るグリーンシー１・同士を所望
枚数積層しくステップ３１）、適度な圧力と適度な温度
のもとで圧着しくステップ３２）、所望の外形寸法に切
断してから焼成する（ステップ３３．３４）。各導体層
間の導通はグリーンシートの微小孔に充填された導体に
より行なわれる。

（ｂ）　、　（Ｃ）の製造方法においては共に基板焼成
の後に最上層の厚膜形成を行なう（ステップ２１．３５
）。

（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）三種類の製造方法を比
較すると、（ａ）は比較的簡単な技術で多層化が可能で
あるが、実質的な層数限界は４〜６層でありそれ以−ト
の層数は表面の凹凸が激し、くなり実用に耐えない。（
ｂ）はグリーンシートと印刷した絶縁層と導体層とを一
度に焼成する事によりプロセスの合理化を行なう事がで
きる。しかしくｂ）も（−）同様に、層数を増すと６　
ベー／′ 表面の凹凸が大きくなるのでやはり限界層数は４〜６層
である。（Ｃ）は理論的に層数は無限に可能であり、現
実的にも３０〜４０層程度の多層基板が報告されている
。しかし、その製造にはきわめて高度な技術を要し、プ
ロセス的課題も多い。

以上の（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）三種類の製造方
法のうち、本発明は（Ｃ）のグリーンシート積層多層法
に関するものである。第３図を参照にしてより詳細に従
来技術を述べる。

（従来技術の第−例）！ｒ、ず、アルミナパウダーと有
機物の混合体を所定の厚みに成形したグＩＪ　−ンシー
ト複数枚に対し、ヴイアホールと々る微小孔をそれぞれ
に異なるパターンで形成しくステップ２２〜２４）、そ
れぞれ異なるパターンの導体層を印刷・乾燥する（ステ
ップ２５〜３０）。導体材料には主にＷ、Ｍｏが使用さ
れる。ヴイアホールへの導体材料の充填は導体の印刷工
程と同時に行なう（ステップ２５〜２７）か、もしくは
印刷工程の前にヴイアホール単独に導体材料を充填する
。導体の乾燥後に各々異なる導体パターンを６ベー、′ 形成したグリーンシートを所定枚数積層しくステップ３
１）、適度な温度下で加圧一体化する（ステップ３２）
。次に、所望の外形寸法に切断しくステップ３３）、約
１６００℃の還元性雰囲気中で焼成しくステップ３４）
、多層基板となる。

焼成された基板は充分洗浄され、以降最上層の厚膜形成
工程（ステップ３５）へと進む。

（従来技術の第二例）特公昭５９　２２３９９　’ｒ３
公報に開示される「多層セラミック基板」にあるＪ：う
に、まず、ガラス材料とアルミナ材料による複合組成物
と有機物の混合体を所定の厚みに成形したグリーンシー
ト複数枚に対し、ヴイアホールとなる微小孔をそれぞれ
に異なるパターンで形成しくステップ２２〜２４）、そ
れぞれ異なるパターンの導体層を印刷・乾燥する（ステ
ップ２５〜３０）。導体拐料にはＡｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ等の単体あるいはこれらの合金が使用される。ヴイア
ホールへの導体材料の充填は導体の印刷工程と同時に行
なう（ステップ２５〜２７）か、もしくは印刷工程の前
にヴイアホール単独に導体材料を充填す７ベーノ る。導体の乾燥後に各々異なる導体パターンを形成した
グリーンシートを所定枚数積層しくステップ３１）、適
度外温度下で加圧一体化する（ステップ３２）。次に、
所望の外形寸法に切断しくステップ３３）、７００℃〜
１４０ｏ℃の空気中で焼成しくステップ３４）多層基板
と々る。焼成された基板は充分洗浄され、以降最上層の
厚膜形成工程（ステップ３６）へと進む。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような従来技術の第−例では、焼成
温度が高く還元性雰囲気を使用する為に設備費用が高く
、取扱いも不便であった。また、グリーンシート材料に
アルミナを使用しており焼成温度が高い為、導体材料に
はＷ、Ｍｏ等の高融点金属しか使用出来ず、結果として
導体の抵抗値が高くなるという問題点を有していた。

壕だ従来技術の第二例では、上記第−例の問題点は解決
できるがガラス材料とアルミナ行別による複合組成物の
数に焼成収縮率の制御がアルミナ単独材料より難かしい
という欠点を有しており歩留りが低いという問題点があ
った。ちなみに１−記第一例による多層基板の焼成収縮
率のばらつきは±ｏ、６％〜±１．ｏ％であり、上記第
二例による多層基板の焼成収縮率は±１．０係へ〜±２
．６％あった。

本発明は上記問題点に鑑み、導体拐料にＡｇ、Ａｕ。

Ｐｄ、Ｐｔ等の年休あるいはこれらの合金である抵抗値
の低い低融点金属を使用し、焼成温度は低く空気中焼成
を可能にして設備費用を低減し、取り扱いも容易にする
事を目的とし、かつ焼成収縮率のばらつきが±１．０％
未満である空気中低温焼成可能なセラミック多層基板を
提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明のセラミック多層基
板は、酸化物に換算して、 ＳｉＯ２５〜５６重量係、Ｂ２Ｏ３１〜３０重量係Ｌ　
ｉ２０．Ｎａ２Ｏ，に２０のうち少なくとも１種０．０
１〜１０重量％。

ＭｇＯ、Ｃａｏ　、　Ｚ　ｎｏ　、　Ｂ　ａｏのうち少
なくとも１種０．０５〜２５重量％ の組成からなる基本組成物に、同じく酸化物に換９べ一
７゛ 算して、 Ａｆ１２０３．ＺｒＯ２，ＴｌＯ２のうち少なくとも１
種１６〜６５重＠条 の組成の添加物を含む誘電体組成物により絶縁層を形成
するものである。

作　　用 本発明のセラミック多層基板は、約８７０℃〜９８０℃
の低温で焼結可能な誘電体組成物により絶縁層が形成さ
れており、しかも電子回路形成用のセラミック基板とし
ての特性を充分発揮する。

本発明では、低融点金属であるＡｇ　、Ａｕ　、　Ｐｄ
　。

ｐｔ等の単体あるいはこれらの合金の使用が可能であり
、これら金属は空気中でも酸化しにくい為還元性の焼成
雰囲気は不必要であり、Ａｕ、Ａｇは抵抗値がＷ、Ｍｏ
よりも低い。従って、空気中低温焼成により設備費も小
さく済み、取り扱いも簡便になる。

さらに、本発明のセラミック多層基板は焼成収縮率のば
らつきが±１．ｏ％未満である為、歩留りが高く量産性
が良好である。

１０、、。

本発明の組成物における限定理由は次の通りである。

ＳｉＯ２は基板を構成する基本組成物であってガラス形
成の主＋、ｔ　＊」である。ＳｉＯ２が５係未満では焼
結温度が高くなり、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄの低融点金
属を内部導体として使用出来なくなり、焼成収縮率のば
らつきが大きくなる。丑たＳ　ｉＯ２が６５チを超える
と曲げ強さが小さくなり過ぎ、さらに焼成収縮率のばら
つきが大きくなり、基板としての実用性に耐えない。

Ｂ２Ｏ３もまた基板構成の基本組成物であり、Ｂ２Ｏ３
が１φ未満では吸水性を帯び曲げ強さも低い。またＢ２
Ｏ３が３０係を超えると焼結時にセラミックの変形が著
しくなる。

ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｚｎ○、ＢａＯは基板の焼結性向上及
び熱膨張係数の制御、さらには誘電正接を良好にする目
的添加される。ＭｇＯ，ＣａＯ，ＺｎＯ，ＢａＯのうち
少なくとも１種が０．０５％未満では焼結性が不充分で
あり、２５チを超えると誘電正接が大きくなり好ましく
ない。熱膨張係数は基板の用途に１１６−ジ より種々制御されるが、通常の厚膜混成集精回路として
用いる場合、特に厚膜導体ペースト及び厚膜抵抗ペース
トにより回路形成を行なう場合はアルミナの熱膨張係数
６．０〜６．５Ｘ１　ｏ−６／℃に一致させるのが好ｉ
ｔ、＜、ｔたＩＣのシリコンチップを直接基板に実装す
る場合はシリコンの熱膨張係数４×１０／℃に一致させ
るのが好ましい。熱膨張係数だけで基板の良否判断は難
かしいが、両者の値と比較して大きく離れた値を持つ基
板は実用に而１えない。

Ｋ　Ｏ＊　Ｎ　ａ　２０．　Ｌ　ｉ２０は基板の焼結性
向上及び吸水性の防止、さらには基板の変形を抑える目
的で添加する。Ｋ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｌ　ｉ２０のうち少
なくとも１種が０．０１％未満では基板の変形が著しく
なり、大きく基板が反る。Ｋ　Ｏ＋　Ｎ　ａ　２０．　
Ｌ　ｔ　２０のうち少なくとも１種が１０チを超えると
焼結が不充分となり吸水性を帯びる。

Ａ　ｆｉｌ　２０３ｔ　Ｚ　ｒ　Ｏ２，Ｔ　１０２は基
板ノフィラーとして使われ、主に曲げ強さの向上と焼成
収縮率のばらつきの抑制の為に添加される。

Ａａ２ｏ３．ＺｒＯ２，ＴｉＯ２のうち少なく　ともＩ
　Ｆｕ：１６％未満では曲げ強さが小さ過ぎ焼成収縮率
のばらつきも大きく実用に耐えない。寸たＡｐ、２０３
゜ＺｒＯ２、Ｔ　１０２のうち少なくとも１種が６５チ
を超えると焼結温度が高くなりかつ焼結が不充分で吸水
性を帯び、また曲げ強さも小さくなる。

実施例 以下本発明の多層基板用誘電体組成物の実施例について
説明する。

１ずガラスの調整に肖っては、後掲の第１表に示した組
成に々るように基本組成物の各原料を秤を 量してバソヂ調整し、このバッチを１４００〜１５００
℃で１〜３時間加熱して溶融し、例えばロールアウト法
等によりガラス板を成形する。次いでこのガラス板をア
ルミナボールなどで平均粒径０．６〜５１１ｍの粉末と
し、同粒径程度の添加物を加える事により本発明の誘電
体組成物が製造される。

なお、この際用いられる原料粉末は明確化のため酸化物
に換算表記したが、鉱物・酸化物・炭酸塩・水酸化物な
どの形でも通常の方法により使用さ１３　ベーン れるのは勿論である。

次に、このようにして得られた誘電体組成物を使用した
グリーンシート積層多層法によるセラミック多層基板の
製造方法の一例を述べる。

まず上記組成物ｊｏｏ重量部に対して、ポリビニルブチ
ラール１０重量部、ジブチルフタレートを６重量部、グ
リセリルモノオレエート０．４重量部、１−１−１）リ
クロルエタンを２０重量部、イソプロピルアルコールを
３９重量部加え、２４時間ボールミル混合を行Ａいスラ
リを造った。このスラリでポリエステルフィルム レード法により厚み０．１調のグリーンシートを製造し
、充分なエージングを行ない、ヴイアホールとなる微小
孔を機械的な加工により形成した。次いてこのヴイアホ
ールにメタルマスクを用いた印刷法により導体材料を充
填した。使用した導体材料１ｄ．Ａ　ｕで融点は１０６
２℃であった。

次に、同じ導体材料により導体層をグリーンシートに印
刷・乾燥した。ヴイアホールパターン１４べ−。

導体印刷パターンが各々異なるグ！Ｊー７’／−ｈ複数
枚を、８０℃の温度下で２００　Ｋｇ　／　ｃｒｌの圧
力で密着させ加圧一体化し，た。次に外形切断の後に最
大温度８７０〜１３４０℃最大温度保持時間６０分にて
焼成した。焼成された多層基板は、純水で超音波洗浄後
表裏の最上層厚膜を形成して、電子回路としての機能が
発揮される基板として完成した。

上記製造法により出来だ基板としての特性を誘電体組成
物の組成別に第１表に示す。特性は、上記の電子回路と
しての機能が発揮される基板について曲げ強さ、吸水率
，誘電正接を測定し、結果を第１表に示した。まだ、同
表の焼結温度はそれぞれの組成物について予じめ示差熱
分析よりおおよその焼結温度を推定しておき、吸水率０
．○係であり、なおかつ曲げ強さが最大になる焼結温度
を選択した。反り変形の有無については、基板焼結後、
外観形状を目視で観察して、基板表面の凹凸及び反りう
ねり、また大きな変形があるものに関して実用に耐えな
いとした。

１５ページ １７　へ−７゛ 参考として第２表に従来の材料である９６％Ａａ２Ｑ３
の特性を示す。

第　　　２　　　表 第１表、第２表、及び以上述べたように、本発明による
組成物は８７０〜９８０℃と低温で焼成でき、しかも電
子回路形成用のセラミック基板としての特性を充分発揮
しており、その特度は従来の材料である９６％Ａρ２ｏ
３に比較し、より優れている。

１８　、、、　。

発明の効果 以」−の説明より明らかなように、本発明の材料を使用
することにより低融点Ａｇ　、Ａｕ　、　Ｐｄ　、　Ｐ
　を等のｍ体あるいはこれらの合金の使用が可能となり
、これら金属は空気中でも酸化しない為還元性雰囲気は
不必要であり、外だＡｕ、Ａｇは抵抗値がＷ。

Ｍｏ　よりも小さい。従って空気中低温焼成により設備
費用も小さくて済み、取り扱いも簡便になる。

さらに、本発明のセラミック多層基板は焼成収縮率のば
らつきが±１．０％未満である為、歩留りが高く量産性
が良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミック焼結体上での印刷多層法による多層
基板の製造プロセスを示すフローチャート、第２図はグ
リーンシート上での印刷多層法による多層基板の製造プ
ロセスを示すフローチャート、第３図はグリーンシート
積層多層法による多層基板の製造プロセスを示すフロー
チャートである。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 酸化物に換算して、 ＳｉＯ＿２〜５５重量％ Ｂ＿２Ｏ＿３１〜３０重量％ Ｌｉ＿２Ｏ、Ｎａ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏのうち少なくとも１
   種０．０１〜１０重量％、 ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＢａＯのうち少なくとも１種
   ０．０６〜２５重量％、 Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２、ＴｉＯ＿２のうち少なく
   とも１種１５〜６５重量％ の組成からなる誘電体組成物により絶縁層を形成したセ
   ラミック多層基板。