JPS63122195A - ムライト系セラミツク多層配線基板用導体ペ−スト - 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配線基板に係シ、特にムライト
（ｓｈｔ２ｏ、・２Ｓ１０２）系セラミック多層配線基
板の配線導体の形成に好適な導体ペーストに関する。

〔従来の技術〕

現在、半導体部品を高密度に搭軟するための基板として
、多層の配線を施こしたアルミナ多層配線基板が多く用
いられている。しかし、このアルミナ多層配線基板は信
号伝播速度が遅いという欠点がある。信号伝播速度は、
信号、１１（配線導体）を取シ巻く絶縁体の誘電率と信
号線の抵抗に反比例する。この信号伝播速度を速くする
ためには、比誘電率の小さいムライト系セラミックスが
注目されている。この材料は、熱膨張係数がアルミナと
シリコンとの中間にあシ、シリコンチップなどの半導体
部品との熱膨張差が小さく、熱応力の面からも利点が多
いので実用化のために種々の提案がなされている（特公
昭５７−２３６７２号公報、￥！ｊ開昭５５−１１７０
９号公報）。しかしながら、ムライト系セラミック基板
はアルミナ基板はどの熱的１機械的強度が得られず、ま
た焼結や熱処理工程において配線導体層の剥がれや、ス
ルーホール部のクラックの発生などがあり、実用化に際
しては多くの問題点を有している。

一方、セラミック基板における配線導体の形成は、第２
図および第３図に示すごとく、未焼結のムライトセラミ
ックシート（ムライトグリーンシ　・−ト）１に、スル
ーホール２ｔ−形成り、、　コｏスルホール２に導体ペ
ーストを密に充填して、スルーホール充填導体ペースト
３を形成した後、信号線となる配線導体ペースト４を形
成する。しかし、従来のアルミナグリーンシート用に用
いられている導体ペースト（導体金属としてタングステ
ン。

モリブデン表どの金属粉末を含む導体ペースト）では、
ムライトグリーンシート１との濡れ性が悪く、そのため
に金属粉末とムライトグリーンシート１との結合力が小
さくなシ、わずかの力で導体金属が脱落するという欠点
があった。この欠点をなくするために１導体ペーストに
焼結助剤を添加することが行なわれているが、焼結助剤
を使用する場合には導体ペーストの粘度が高くなシ、ス
ルーホール内に導体ペーストが流入しにくくなシ。

例えば第４図（ａ）に示すごとく、密に充填することが
できず空隙７が生ずる。そこで、導体ペースト中の溶剤
の割合を多くし粘度を下げてスルーホールに導体ペース
トを充填すると、充填された導体ペースト中の溶剤がグ
リーンシートに吸収され、スルーホールに充填した導体
ペーストの体積が減少し、第４図（ｂ）または第４図（
ｃ）に示すごとく、スルー、ホール充填導体ペースト３
に凹み５や空洞６が発生し易いという欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したごとく、従来技術においてはムライト系セラミ
ック基板の多層配線の形成に使用する導体ペーストにつ
いては全く配慮されておらず、導体ペーストの印刷性お
よびスルーホール部への充填性が悪く、またムライトグ
リーンシートとの焼結収縮の差による基板の反りが大き
く、さらに焼結後に行なわれるめっき、シンク（焼結）
、ワイヤボンデングなどの工程において、配線導体がム
ライト基板の表面を破壊した夛、配線導体が部分的に脱
落して配線導体パターンが崩れるという問題があった。

本発明の目的は、上記の問題点を解消するために、特定
の温度で仮焼処理をした焼結助剤および特定の組成のチ
タネート系カップリング剤を添加することによって、導
体ペーストの粘度を適度に訓整すると共に、導体金属粉
末の含有量を増大させ、配線導体パターンの印刷性、ス
ルーホール部への充填性を良くシ、導体ペーストとムラ
イトグリーンシートとの焼結収縮の差による基板の反シ
を僅少にし、かつ焼結後のめっき、シンクおよびワイヤ
ボンディング工程においても配線導体パターンが崩れる
ことのない優れた性質を有する導体ペーストを提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、（１）配線導体金属材料である高融点金属
粉末の平均粒度の適性化、（２）焼結助剤の仮焼温度の
最適化、（３）導体ペースト原料の配合量の適性化、お
よび（４）チタネート系カップリング剤の添加と、その
添加量の最適化を行なうことによシ。

達成される。

すなわち、（１）配線導体金属であるタングステン（Ｗ
）またはモリプデｙ（Ｍｏ）などの高融点金属粉末の平
均粒径を、Ｗにおいては１〜３μｍ、Ｍｏにおいては３
〜６μｍとなし、これらの高融点金属粉末１００重量部
と、（２）炭酸マグネシウム、アルミナ（Ａｔ２０．）
およびシリカ（Ｓｉ０２）の混合物を１０００〜１４０
０℃の温度で仮焼処理をした焼結助剤、もしくは炭酸マ
グネシウムのみを１０００〜１４００℃の温度で仮焼処
理を行ない、それをＡｔ２０５および５１０２に混合し
た焼結助剤（１１〜１０重量部と、【３）ビヒクル１０
〜２０重量部と、（４）チタネート系カップリング剤α
１〜２重量部よシなる導体ペースト。

もしくは上記の導体ペーストに、さらにゲル化剤として
、例えばジ・ベンジリデン−Ｄ−ソルビトールα５〜３
重量部を加えた導体ペーストを用いることにより本発明
の目的を達成することができる。

〔作用〕

本発明によるムライト系セラミック多層配線基板用導体
ペーストは、（１）配線導体金属であるＷまたはＭｏ　
　などの高触点金属粉末の平均粒度の適正化によシ焼結
収縮を、ムライトグリーンシートの焼結収縮に整合させ
ることができるので、焼結による基板の反シおよび配線
導体パターンの脱落を防ぐことができる。また、（２）
焼結助剤の仮焼温度の最適化により導体ペーストの粘度
を低くすることができ、それによって配線導体金属粉末
の配合割合の増大とスルーホールへの充填性の向上をは
かることができる。さらに、（３）導体ペースト原料の
配合量の適性化によシ、配線導体パターンの印刷性、ス
ルーホールへの充填性の向上や、配線導体金属粉末の配
合割合の増加により配線抵抗を低減させることができる
。また、（４）チタネート系カップリング剤の添加によ
シ、焼結助剤とビヒクルとの濡れ性を良くすることがで
き、配線導体の印刷におけるペースト転写量の増大、導
体ペースト表面の皮張シ現象（ペースト・表面が早く乾
燥し溶剤が内部に多く残留する現象）を防止することが
でき、スルーホールに充填した導体内部に発生し易い凹
みや空洞を無くすることができる。そして、カップリン
グ剤には、イソプロピル・トリイソステアロイルチタネ
ーと、テトラ（２・２−ジアリルオキシメチル−１−ブ
チル）ホスファイトチタネーと、ビス（ジオクチルパイ
ロホスファイト）オキシアセテートチタネートなどが有
効である。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を挙げさらに詳細に説明する。

（実施例１） Ｗ粉末（平均粒径１，５μｍ）・・・・・・１００ｆ焼
結助剤（仮焼温度１２００℃）・・・・・・２ｔビヒク
ル・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・　　１５ｆチタネート系カツプリング剤　
　　１ｔ〔イソプロピル・トリイソステアロイルチタネ
ート〕 ゲル化剤　　　　　　　　　　　　１・５ｔ〔ジ−ベン
ジリデン−Ｄ−ソルビトール〕上記配合量の導体ペース
トを３本ロールミルで２時間懲練して調製した。この導
体ペーストを、ムライトグリーンシート（２００ｍＸ２
００ｍＸ（１２３１ｍｔの大きさで、かつＱ、５■の格
子点に直径α１３ｔｍ（ＤスルーホールをＮＣパンチ装
置で約４ｏｏｏ。

個形成させたもの）のスルーホール内にスクリーン印刷
法によって充填した。このスクリーン印刷の条件は次の
とおシであった。

スキージアタック角　　　　　　３０度スキージ速度　
　　　　　　　　５ｃｍ／秒スキージ荷重　　　１０匂
／１４（Ｍｌ（スキージ長さ）このようにして、導体ペ
ーストを充填したムライトグリーンシート１０〜５０枚
を、１２Ｍ／ｉの圧力、１５０℃の温度で、ホットプレ
ス装置で熱圧着した後、１６００〜１６６０℃の温度で
１時間水素還元雰囲気炉内で焼成した。焼結したムライ
ト多層板は、反シがα３■／　１００　ｓｏｔ、、スル
ーホールの直径α１■であった。また、スルーホール部
のＷ導体の表面は銀灰色で表面アラサが２〜３μｍＲｍ
ａｘｅスルーホール内部のＷ導体は、Ｗ粒子同志が良く
接続し稠密に焼結し断面を研磨してもＷ粉末粒子の脱落
が々く、スルーホール部には凹み、空洞は全く見られな
かった。さらに、この基板のスルーホール部に、Ｎ１−
Ｈの無電解めっき膜を２〜１０μｍの厚さにめっきした
後、８５０℃の温度で１０分間シンタ処理を行なったが
スルーホール部のめっき膜の剥れは発生しなかった。ま
た、スルーホール近傍のムライト基板部においてもクラ
ックの発生がなく、またスルーホール部の抵抗は２ｍΩ
／層と小さかった。

次に、導体ペースト材料の配合量は％Ｗ粉末１００ｆに
対して、焼結助剤の量はＱ、１〜１０ｔが適当で、この
範囲よシ少ない場合にはＷの粒子同志の結合が弱く、研
磨でＷ粒子が脱落し易く、また、Ｗ粒子間に隙間が多く
、次のめっき工程で処理液がしみ込んでシンタ時にめっ
き膜の表面が変色したシ、あるいはめっき膜がはがれ易
い傾向がある。

逆に、上記の焼結助剤の量が、上記の範囲よシ多くなる
と焼結収縮が大きく、ムライトセラミックおよびＷ導体
間に隙間が発生し易い、。また、電気抵抗値が高くなる
とか、めっきが析出しにくいとか、めっき膜の密着力が
悪く、シンタ処理中にめっき膜が剥れる傾向がある。ま
た、ビヒクルの量が１０ｆ未満になるとペーストの粘度
が高くなシ、スルーホール部に充填できなくなる。また
、２０ｆを超えると溶剤量が多くなり、スルーホールに
充填された導体ペーストが凹んだシ空洞が発生したシし
易い。チタネート系カップリング剤はＣＬ１ｆ未満であ
ると焼結助剤の分散が悪く、そのため焼結助剤が凝集し
、Ｗ粉末の焼結が弱くなる。逆に、２ｆを超えると導体
ペーストの粘度低下が大きくなシ、配線導体の印刷時に
溶剤のしみ出しが多くなるとか、導体ペーストの粘着力
が大きくなって、版離れ性（被印刷物からのスクリーン
の離れ具合）が悪くなシ、ムライトグリーンシートがス
クリーン面から離れなかったシ、ムライトグリーンシー
トが破損され易い傾向になる。ゲル化剤であるジ・ベン
ジリデン−Ｄ−ソルビトールの量は、α８２未満では、
ゲル化しにくいため、充填したペーストの溶剤がムライ
トグリーンシートに吸収され導体ペーストの体積が減少
し、スルーホール部に凹みあるいは空洞が発生する。ま
た、３ｆを超えると、導体ペーストの粘度が急激に高く
なシ、スルーホールに充填されにくくなる。さらに、Ｗ
粒子間の隙間が大きくなるため、焼結時にＷ粒子同志の
結合ができなＣＯｌそのためＷ導体の電気抵抗値が増大
する傾向になる。

焼結助剤の仮焼温度は、第１図に示すごとく、６００℃
と９００℃とでは粘度が非常に高くなる傾向にあシ、１
０００℃以上では粘度が急激に低下する。しかし、１４
００℃を超えると焼結助剤自身の焼結が強く、粉砕する
のに高価な装置が必要となシ、さらに粉砕するのに長時
間を必要とするので好ましくない。

（実施例２） 実施例１の配合割合でＷ粉末の代シに平均粒径５μｍの
町粉末を用いた導体ペーストを調製し、実施例１と同様
のスルーホールを形成したムライトグリーンシートおよ
び印刷条件で、ス／ｌ／−ホーｋに導体ペーストを充填
し、実施例１と同様に焼結。

めっきし、シンタ処理を行なった。その結果、Ｗ粉末と
同様に良好な結果が得られた。Ｍ０粉末の場合、粉末の
平均粒径が３μｍよシ小さいと焼結収縮がムライトセラ
ミックスに比べて大きく、配線導体近傍のムライト表面
に割れが発生する。また、平均粒径が６μｍよシ大きい
と導体表面の凹凸が大きく（表面アラサ６〜２０μｍＦ
ｔｍａｘ　）めっきの不良が生じたシ、ワイヤボンデン
グができないという問題が生ずるので好ましくない。

（実施例３） Ｗ粉末（平均粒径１，２μｍ）・・・・・・・・・・・
・・・・・・・１００を焼結助剤（仮焼源［１０００℃
）・・・・・・・・・・・・α５ｔビヒクル　・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・　２０？チタネート系カツ
プリング剤・・・・・・・・・・・・　　１ｔ（テトラ
（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチルホスファ
イトチタネート） 上記配合の導体ペーストを３本ロールミルで２時間混練
し調製した。

次に、ドクターブレード法で第１表に示すムライトグリ
ーンシートを作製し、実施例１と同様の方法でスルーホ
ールを形成後、このスルーホールに実施例１で用いた導
体ペーストを充填した。

第１表 このシートの表面に線幅０．１簡の配線パターンあるい
は全面をべたに印刷できるスクリーン版を使用して、本
実施例における導体ペーストを用いてスクリーン印刷法
で配線導体層を形成させた。

このようにして作製したシートを１０〜３０枚用いて、
実施例１と同様の条件で熱圧着して焼成した後、無電解
めっき法によってＮ□−Ｂめっき膜を形成し、ついでシ
ンタ処理を行なった。その結果。

基板の反シが実施例１と同様に小さく、配線導体の剥れ
、基板の割れがなく、配線抵抗Ｑ、５〜（１８ｍΩ／ｃ
ｒｓのムライト系セラミック多層配線基板を作製するこ
とができた。

Ｗ粉末の平均粒径は、１μｍ未満では焼成時の収縮が大
きくムライト基板には不適である。３μｍを超えると導
体表面の凹凸が大きくな夛ボンデングできない。焼結助
剤の量、仮焼温度あるいは、ビヒクル、チタネート系カ
ップリング剤の量も実施例１と同様の適合範囲である。

なおジ・ベンジリデン−Ｄ−ソルビトールは、α５を未
満であれば添加しても問題とならない。また、Ｍ０粉末
についても、平均粒径３〜６μｍでペーストを作製した
結果、Ｗ粉末の場合と同様の結果を得た。このＭ０導体
ペーストには、チタネート系カップリング剤としてビス
（ジオクチルパイロホスファイト）オキシアセテートチ
タネートを用いた。その結果、凝集し易いも粉末の分散
に効果があシ有効であった。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明のムライト系セラミ
ック多層配線基板用導体ペーストは、特にムライトグリ
ーンシートとの濡れ性に優れているので、配線導体パタ
ーンの印刷性およびスルーホール部への充填性が良く、
配線導体形成における歩留シが、従来の導体ペーストに
おいては約５チ程度であったものが、８０％以上に向上
させることが可能であシ、また簡単な補修を行なうこと
′　によって、さらに歩留シを３〜８チ向上させること
ができる。　　゛ また本発明の導体ペーストは、ムライトグリーンシート
との焼結収縮の差が少ないために基板の反シを極めて小
さくすることができ、従来では２〜６ｍ／１００ｍ程度
であったものを、α２〜α８ｍｍ／１００ｍ程度にする
ことができ、焼結後に行なうめっきおよびシンタ工程で
の配線導体パターンの脱落がほとんどなく、従来のアル
ミナ多層配線基板と同様の簡易なプロセスによって性能
の優れたムライト系セラミック多層配線基板を作製する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における焼結助剤の仮焼温度
と導体ペーストの粘度との関係を示すグラフ、第２図は
ムライトグリーンシートのスルーホールを示す斜視図、
第３図は導体ペーストを充填したスルーホールおよび配
線導体ペーストを示す斜視図、第４図（ａ）　、　（ｂ
）　、　（ｃ）は従来の導体ペーストを用いた場合のス
ルーホール部の充填状況を示す斜視図である。 １・・・ムライトグリーンシート ２・・・スルーホール ３・・・スルーホール充填導体ペースト４・・・配線導
体ペースト ５・・・凹み ６・・・空洞

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導体金属として、平均粒径が１〜６μｍの高融点金
   属粉末１００重量部と、１０００〜１４００℃の温度で
   仮焼処理をした焼結助剤０．１〜１０重量部と、ビヒク
   ル１０〜２０重量部と、チタネート系カップリング剤０
   ．１〜２重量部とを含むことを特徴とするムライト系セ
   ラミック多層配線基板用導体ペースト。 ２、導体金属として、平均粒径が１〜６μｍの高融点金
   属粉末、１００重量部と、１０００〜１４００℃の温度
   で仮焼処理をした焼結助剤０．１〜１０重量部と、ビヒ
   クル１０〜２０重量部と、チタネート系カップリング剤
   ０．１〜２重量部と、ゲル化剤０．５〜３重量部とを含
   むことを特徴とするムライト系セラミック多層配線基板
   用導体ペースト。 ３、高融点金属粉末は、平均粒径が１〜３μｍのタング
   ステン粉末、もしくは平均粒径が３〜６μｍのモリブデ
   ン粉末であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載のムライト系セラミック多層配線基板
   用導体ペースト。 ４、焼結助剤は、炭酸マグネシウム、アルミナおよびシ
   リカの混合物を１０００〜１４００℃の温度で仮焼処理
   をするか、もしくは炭酸マグネシウムのみを１０００〜
   １４００℃の温度で仮焼処理を行ない、それにアルミナ
   およびシリカを混合したものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載
   のムライト系セラミック多層配線基板用導体ペースト。 ５、チタネート系カップリング剤は、イソプロピル・ト
   リイソステアロイルチタネート、テトラ（２．２−ジア
   リルオキシメチル−１−１ブチル）ホスファイトチタネ
   ート、ビス（ジオクチルパイロホスファイト）オキシア
   セテートチタネートのうちの少なくとも、種を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れか１項に記載のムライト系セラミック多層配線基板用
   導体ペースト。 ６、ビヒクルは、ポリビニルブチラール、エチルセルロ
   ース、ｎ・ブチルカルビトールアセテートのうちより選
   ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載のムラ
   イト系セラミック多層配線基板用導体ペースト。 ７、ゲル化剤が、ジ・ベンジリデン−Ｄ−ソルビトール
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   ムライト系セラミック多層配線基板用導体ペースト。