JPS6342879B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は電子回路部品として使用されるセラミ
ツク多層配線基板の製造法に関するものである。 （従来の技術） 混成集積回路などに用いられる従来のセラミツ
ク多層配線基板は、第３図に示されるように、セ
ラミツク基板１′上にモリブデン或いはタングス
テン等の高融点金属を主成分とする第１の導体層
２′と、該導体層２′を一部露呈させる開口３′を
有する絶縁層４′と、該絶縁層４′から前記開口
３′部分にわたらせた銀、金等の貴金属厚膜ペー
ストをもつてする第２の導体層５′とを順次設け
たものが知られているが、第２の導体層５′は酸
化雰囲気で焼結されるのが普通であるため、第１
の導体層２′が酸化されにくいような成分組成に
するなど特別の配慮が必要である。このため第２
の導体層５′を銅を主成分とする厚膜ペーストを
用いて焼結することにより第１の導体層２′の酸
化を防止するとともに貴金属よりも安価な材料を
用いることを本出願人は先に特願昭55−103288号
として提案したが、第２の導体層５′上に半導体
素子、コンデンサー、抵抗等の電子部品或いはそ
の電極用リードをはんだ付けにより取付けた場
合、第１の導体層２′と第２の導体層５′との接着
強度が不充分でこの部分で剥離が起きやすく信頼
性に問題があつて用途が限定されるものであつ
た。 （発明が解決しようとする課題） 本発明が解決しようとするとするところは、前
記のような問題点を解決し、安価で性能上も優れ
たセラミツク多層配線基板を容易に量産しようと
することにある。 （課題を解決するための手段） 本発明は、セラミツク生シート上に高融点金属
を主成分とするメタライズペーストをもつてする
印刷層と該印刷層の一部が露出されるように印刷
されたセラミツク系の絶縁ペーストよりなる印刷
層を順次印刷形成後これを還元雰囲気中において
焼成してセラミツク基板上に高融点金属を主成分
とする導体層と絶縁層を設けたうえ前記導体層の
うち絶縁層より露出する部分にニツケル、コバル
ト或いは銅よりなる膜厚0.2〜５ミクロンのメツ
キ層を形成した後これを還元雰囲気で熱処理し、
次いで、前記絶縁層からメツキ層にわたる表面に
銅を主成分とするメタライズペーストよりなる印
刷層を直接形成したうえ中性雰囲気で焼成して該
印刷層を前記導体層にメツキ層を介して導通され
る銅を主成分とする導体層に形成することを特徴
とするものである。 （実施例） まず、本発明の実施例を記す前に本発明方法に
より得られるセラミツク多層配線基板について図
面を参考にして説明する。 第１図は本発明方法により得られたセラミツク
多層配線基板の第１例を示すもので、１はセラミ
ツク基板で、該セラミツク基板１上にタングステ
ン、モリブデンなどの高融点金属すなわちセラミ
ツク基板１の焼成温度よりも融点が高くかつ電気
抵抗が小さい金属を主成分とするペーストをもつ
て印刷焼成した第１の導体層２が設けられてお
り、その上層には該導体層２の一部を露呈させる
開口３を有する絶縁層４が設けられている。この
開口３は前記第１の導体層２と上部導体層すなわ
ち後記する第２の導体層５とを導通させて電気的
に接続するためのものであるが、この開口３に臨
む第１の導体層２の上面にはニツケル、コバルト
或いは銅等の導電性金属よりなるメツキ層６が中
間導体層として設けられ、さらにこのメツキ層６
上或いはこのメツキ層６から前記絶縁層４の上面
にわたる部分には銅を主成分とするペーストをも
つて印刷焼成した第２の導体層５が設けられてい
る。なお、セラミツク基板１はアルミナ、ベリリ
アなどを主成分とするもので、セラミツク層のみ
でも或いはシールド用アース導体層等の配線層が
内層されているものとしてもよい。また、絶縁層
４はセラミツク基板１と同等の特性をもつことが
好ましく第１の導体層２と第２の導体層５とを絶
縁するとともに、第１の導体層２を酸化或いは腐
食雰囲気から保護するために設けられる。他方、
第２図は本発明によつて得られるセラミツク多層
配線基板の変形例を示し、その基本構成は前記第
１例と同一であるが、第１例においては第１の導
体層２と絶縁層４がそれぞれ１層宛の場合である
のに対し、第２の変形例では第１の導体層２を複
数層設けるとともに絶縁層４も複数層とした多層
構造のものとしてあり、この場合、第２の導体層
５と接続される上側の第１の導体層２とは材質が
異なるため両者間にメツキ層６が介在されるよう
上側にある第１の導体層２のうち絶縁層４の開口
３に相当する部分にのみメツキを施す。なお、こ
のメツキ層６は第１の導体層２との漏れ性がよい
うえ電気抵抗が小さくかつ安価なものがよく、第
１導体層２をタングステン、モリブデンとする場
合にはニツケルが望ましい。また、第２の導体層
５は主成分である銅が95％以上、面積抵抗が５ｍ
Ω／□以下が好ましく、またこの導体層の耐食性
を向上するためにさらにニツケル、金メツキやガ
ラス質、有機材などの絶縁層被覆をしてもよい。 このように構成されたものは、在来のこの種セ
ラミツク多層配線基板と同様に使用した場合、セ
ラミツク基板１上に設けられている第１の導体層
２が高融点金属を主成分とするものであるのに対
し、第２の導体層５は銅を主成分とするものであ
るから、面積抵抗が小さくて充分なシールド効果
が得られ、また、銅を主成分とする第２の導体層
５は金、銀等の貴金属厚膜ペーストをもつてした
ものと比較して安価に提供できる利点がありま
た、この第１の導体層２と第２の導体層５との間
には導電性金属よりなるメツキ層６が介在されて
いるため、両者の接着強度が充分確保でき、剥離
するおそれのない信頼性の高いものとなつて極め
て用途が広くなる特長がある。 次に、前記したようなセラミツク多層配線基板
を製造する本発明方法を詳細に説明する。 先ず、アルミナ或いはベリリアなどを主成分と
してこれにシリカ、マグネシアなどの添加成分お
よび有機バインダーなどを加えて混合し、ドクタ
ーブレード法或いは押出し成形法などにより成形
したセラミツク生シート上に、タングステン、モ
リブデンなどの高融点金属を主成分としてこれに
マンガン、チタン或いは前記セラミツク生シート
と同成分のセラミツク材料の適量を加えたメタラ
イズペーストをスクリーン印刷法或いは転写印刷
法により第１の印刷層を印刷形成し、次にその上
に第１の印刷層の所定の場所を残してアルミナ或
いはベリリア等を主成分とするセラミツク系の絶
縁材ペーストよりなる印刷層を重ね合せてスクリ
ーン印刷或いは転写印刷法により印刷形成する。
なお、前記した第２の実施例のように第１の導体
層を複数層必要とする場合は絶縁材ペーストより
なる印刷層の上に高融点金属を主成分とするメタ
ライズペーストをもつてスクリーン印刷或いは転
写印刷により再び印刷層を印刷形成後さらにその
上に前記絶縁材ペーストよりなる印刷層と同組成
の絶縁材ペーストよりなる印刷層を順次重ね合せ
て印刷形成する。その後これを水素、アンモニア
分解ガス等の還元雰囲気中において焼成してセラ
ミツク基板上に高融点金属を主成分とする第１の
導体層と絶縁層が一体となつたものとする。な
お、焼成温度および時間はセラミツク生シートの
組成、メタライズ層の組成などにより設定される
が、アルミナ系のセラミツク生シートの場合1400
〜1800℃で15〜180分とする。この焼成後は適切
な前処理、例えば酸洗、無電解メツキの場合は活
性化処理等を行つたうえ第１の導体層のうち絶縁
層に覆われていない部分の上にニツケルメツキま
たはコバルトメツキ或いは銅メツキを施して膜層
0.2〜５ミクロンのニツケル、コバルト或いは銅
よりなるメツキ層を形成する。メツキ方法として
は電解メツキより無電解メツキが電極治具が不要
でかつ凹部となつている開口上に施すのに有利で
ある。なお、メツキ層は後記する第２の導体層の
焼成条件によるが0.2〜５ミクロンが適切である。
その理由は0.2ミクロンより薄いとメツキ後に還
元雰囲気で熱処理した場合、第１の導体層とメツ
キ層との拡散が進み、その後第２の導体層を形成
するために中性雰囲気で焼成した場合、第１の導
体層が酸化し易いうえに接着強度が低下し、さら
に接触抵抗が大きくなつて電気的な接続上好まし
くなく、他方５ミクロンを越えるとメツキ層の内
部応力が増大し、メツキ後の熱処理でメツキ層が
膨れ、第１の導体層とメツキ層との接着強度が低
下するからである。そして、メツキ後は還元雰囲
気で熱処理をして次工程の中性雰囲気での焼成に
耐える被膜とする。熱処理温度は650〜1000℃程
度で、この温度および時間の選定は主にメツキの
種類によつて行えばよく、例えば次亜燐酸系ニツ
ケルメツキの場合は約950℃以下である。次いで、
このメツキ層および前記絶縁層上に金属銅、酸化
銅或いはこれらの混合物等の銅を主成分としてこ
れにガラスフリツト、印刷助剤などを添加したメ
タライズペーストを用いて第２の導体層とてる印
刷層を直接印刷形成する。なお、前記したように
主成分である銅はその焼成後の組成分95％以上で
面積抵抗が５ｍΩ／□以下となるものが好まし
い。このようにして第２の導体層となる印刷層を
形成後はこれを窒素等の中性雰囲気で700〜1000
℃で５〜60分焼成してこの印刷層を銅を主成分と
する第２の導体層とする。また、第２の導体層の
上にその導体層の耐食性の向上および他の電子回
路等との電気絶縁をするための絶縁層を形成する
方法としては、第２の導体層となる印刷層を形成
後焼成前に絶縁材ペーストをさらに重ね合せて印
刷して焼成してもよいし、印刷層を焼成して第２
の導体層を得たのち絶縁材ペーストをもつて印刷
したうえ焼成してもよいが、第２の導体層用のメ
タライズペーストが酸化銅を主成分とする場合は
導体層とした後に絶縁材ペーストを印刷、焼結す
る方がよい。 実施例 セラミツク成分として重量％でアルミナ90％の
他にシリカ、マグネシア等の添加物とポリビニー
ルブチラール等の有機バインダーを混合してドク
ターブレード法により厚さ0.8mmのセラミツク生
シートを成形後該セラミツク生シート上に、重量
％でタングステン粉末98％にセラミツク生シート
と同じセラミツク粉末２％と印刷助剤を加えた第
１のメタライズペーストと、タングステン粉末49
％モリブデン粉末49％にセラミツク粉末２％と印
刷助剤を加えた第２のメタライズペーストと、モ
リブデン粉末98％にセラミツク成分２％と印刷助
剤を加えた第３のメタライズペーストとの３種類
のメタライズペーストを用いてそれぞれスクリー
ン印刷により第１の導体層となる印刷層を形成
し、次いで、その上に該セラミツク生シートのセ
ラミツク成分と同じ組成をもつ絶縁剤ペーストを
用いて前記第１の導体層が後記する第２の導体層
と電気的に接続するために２mm径の開口部分を残
してスクリーン印刷法により絶縁層となる印刷層
を重ね印刷し、露点35℃水素雰囲気中において昇
温速度300℃／時間、1550℃２時間保持後、降温
速度600℃／時間で焼成した。次に焼結したセラ
ミツク基板上に設けられた第１の導体層のうち絶
縁層が覆われていない部分にメツキ前処理後硼化
水素浴系無電解ニツケルメツキや硫酸浴系電解コ
バルトメツキにするか、硫酸浴系電解ニツケルメ
ツキ後さらに硫酸浴系銅メツキにするか或いはホ
ルムアルデヒド浴系無電解銅メツキ後ピロリン酸
浴電解銅メツキの併用によりニツケル、コバルト
或いは銅よりなるメツキ層を形成し、次いで、こ
れを水素雰囲気で850℃で10分間熱処理後、銅を
主成分とする厚膜ペースト（商品名Dupont
＃9923）により第１の導体層から前記メツキ層に
わたり第２の導体層となる印刷層を印刷後窒素雰
囲気中において850℃で15分焼成し、該印刷層を
前記メツキ層を介し第１の導体層と導通される第
２の導体層としてセラミツク多層配線基板を得
た。 このようにして得られたセラミツク多層配線基
板の第２の導体層上に0.5mm径銅線を鉛−すずは
んだ（JIS H60A）によりはんだ付して引張強さ
を測定した結果を第１表に示す。 下表から明らかなように、第１の導体層と第２
の導体層との間にニツケル、コバルト或いは銅よ
りなる所定の膜厚のメツキ層があるものは引張強
さがいずれも0.3Kg／mm²以上であり、これはメツ
キ層のないものと比較して著しく強度上すぐれて
いた。また、第２の導体層の面積抵抗を測定した
ところ、いずれも約２ｍΩ／□で配線基板として
実用に供せられるものであつた。

【表】

【表】 （発明の効果） 本発明は前記説明から明らかなように、高融点
金属よりなる第１の導体層を還元雰囲気中で焼成
後還元雰囲気中で熱処理されたニツケル、コバル
ト或いは銅よりなるメツキ層を介して銅を主成分
とする第２の導体層を中性雰囲気中での焼成によ
り得るようにしたので、両導体層間の引張強さは
優れたものとなり、また、各導体層はスクリーン
印刷法等周知の印刷法によりメタライズペースト
をもつて印刷後焼成することにより簡単に得られ
るうえメツキ層も周知のメツキ法を行つた後還元
雰囲気中で熱処理を施すことにより形成でき、し
かも、ニツケル、コバルト或いは銅よりなるメツ
キ層は膜厚を0.2〜５ミクロンとするとともに還
元雰囲気中で熱処理しておくことにより第２の導
体層を中性雰囲気での焼成で得ることができるの
で、極めて安価に製造できるものであつて、電子
回路部品として広く使用できるセラミツク多層配
線基板の製造法として産業の発展に寄与するとこ
ろ極めて大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造されるセラミツク多
層配線基板の第１例を示す要部の断面図、第２図
は同じく変形例を示す要部の断面図、第３図は従
来のセラミツク多層配線基板の代表例を示す要部
の断面図である。 １：セラミツク基板、２：高融点金属を主成分
とする導体層、３：開口、４：絶縁層、５：銅を
主成分とする導体層、６：ニツケル、コバルト或
いは銅よりなる膜厚0.2〜５ミクロンのメツキ層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ セラミツク生シート上に高融点金属を主成分
   とするメタライズペーストをもつてする印刷層と
   該印刷層の一部が露出されるように印刷されたセ
   ラミツク系の絶縁ペーストよりなる印刷層を順次
   印刷形成後これを還元雰囲気中において焼成して
   セラミツク基板上に高融点金属を主成分とする導
   体層と絶縁層を設けたうえ前記導体層のうち絶縁
   層より露出する部分にニツケル、コバルト或いは
   銅よりなる膜厚0.2〜５ミクロンのメツキ層を形
   成した後これを還元雰囲気で熱処理し、次いで、
   前記絶縁層からメツキ層にわたる表面に銅を主成
   分とするメタライズペーストよりなる印刷層を直
   接形成したうえ中性雰囲気で焼成して該印刷層を
   前記導体層にメツキ層を介して導通される銅を主
   成分とする導体層に形成することを特徴とするセ
   ラミツク多層配線基板の製造法。