JPH011268A - セラミックス回路基板 - 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】 イ６発明の目的 産業上の利用分野 本発明は民生用やコンピューター用等の電子工業に用い
られるセラミックスの多層配線基板に関する。

従来技術 従来電子機器類に使用する回路基板としてセラミックス
を絶縁体として使用した配線基板が使用されてきた。そ
の代表的なものとして、ＷやＮｏを配線用導体として使
用し、導体が酸化しないように還元雰囲気で焼成する導
体同時焼成セラミック配線基板がある。しかしながらこ
の基板は導体に讐やＭＯを使用するので、導通抵抗が１
０〜２０ｍ　ｏｈｍ　／口と高く、又ＬＳＩなど半導体
素子を実装したり、部品のハンダ付けを可能にする為に
Ｎ１メツキやＡｕメツキの後処理が必要であだ。

？［走通これらの問題を解決するためにＡｇ系、Ａｕ系
、Ｃｕ系などの導通抵抗が小さな導体材料を使用しく以
ドこれ等を低融点金属という）、これらの材料の融点以
ドの温度（８００〜１１００’Ｃ）で焼成できるセラミ
ック材料を絶縁体と・　　して用いた導体を同時に焼成
する低温焼成セラミック配線基板が開発されている。　
従来のアルミナセラミックス基板の場合は、入出力端子
（■１０端子）としてＮｏ又は−の導体バンド］−にＮ
ｉをメツキし、この後コバール又は４．２合金のピンも
しくはリードをＡｇ−Ｃｕろう材を使用してろう付けし
ていた。しかしながら低温焼成基板の場合は導体として
へｇ、Ａｕ、Ｃ：ｕ系の低融点金属を主体に使用する為
にこれらの金属は−やＭＯより耐熱性が劣るのでろう材
処理中にろう材中に溶解し強度を得ることができなかっ
た。従って、低温焼成ノ、（板の場合Ｉ１０端子用のピ
ンやリードは、ハンダにより接続するのが一般的である
。ハンダの問題点としては耐熱温度が１５０〜２００℃
と低くハンダ付けした後は低温で処理できる工程しか行
なえない。たとえばＳｉチンブのワイヤボンディングを
サーモソニックで行なうと基板温度は２００℃以トにも
なってしまう。このようにハンダを使用した場合その後
の作業方法が温度の面から限定されてしまい、実用性が
大幅に低下する。この対策として特開昭Ｇｏ−１７８７
６１においてはチタン薄膜上に周期率表８属の金属膜を
有するパッドを置きその上にピンをろう付する方法を開
示している。この方法ではろう材料にＡｕの含有率が８
０％と多いＡｕ−９ｎ系のろう材を使用しているので固
くてもろく、強度がＡｇ−Ｃｕろうより弱く又コストが
高いという問題がある。

又アルミナ基板の七に薄膜を形成しＡｇ−Ｃｕろうを使
用１−１ろう付けする方法も知られているがＭｏ、Ｗの
導体を同時焼成しる場合に使用するアルミナ基板は一般
に表面粗さが悪く、薄膜を形成するのが困難であった。

発明が解決しようとする問題点 本発明はＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ系の導体を有する低温焼結）
、（板トにこれらの導体と結合している金属パッドにＡ
ｇ−Ｃｕ系のろう材を使用してＩ１０端ｒ−川のピンや
リードを接続したセラミックス回路基板を提供すること
である。

口１発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明は８００〜１１００℃で焼成され内部に低融点金
属導体による回路配線を有する基板りに１ｚ（脱法よっ
て形成された金属層の−ＬにＩ１０端子用のピンもしく
はリードを、Ｃｕを含むろう材により結合した構造をも
つことを特徴とするセラミックス回路基板である。なお
低温焼成基板は原材料に多量のガラス成分を含むので表
面粗さが良く薄膜形成に適する利点を右する。

金属層として周期率表の４Ａ、５ＡＪＡ、８．ＩＢ属の
金属及びこれ等の組合はせからなることを特徴としてい
る。さらにセラミックスノ＾板材ネ゛１中のＰｂＯは１
玉ら￥２以ドでろう材処理温度は６００℃以１−の中性
又は５光性雰囲気で処理することを特徴としている。　
特開昭Ｇｏ−１７８７６１に開示されたろうイ・１方法
の問題点は、ろう材に強度が弱くて高価なＡｕ−５ｎ系
の材料を使用する点にある。本発明はろう材として強度
が強くて安価なＡｇ−Ｃｕ系のろうを使用する。Ａｇ−
Ｃｕ系のろう材を使用するためＡｕ−３ｎ系のろう材の
約４００℃に比較してろう材処理温度は高くなる。Ａｇ
−Ｇｕの共晶温度は７７９℃であるから、ろう材の処理
温度はこれより高くなる。Ｚｎ、Ｂｉ、等の第３．４成
分を加えれば処理温度は低くなるが８００℃以［二の処
理温度は必要である。この処理温度ではＡｇ−Ｃｕろう
中のＣｕが酸化しないようにろう材処理に際して中性も
しくは還元性雰囲気で行なう必要がある。このろう材処
理に際しては中性もしくはＱ元性雰囲気はセラミック基
板にＰｂＯ成分が含まれているとＰｂＯを還元させて基
板の絶縁性を劣化させる。従ってセラミックス基板材料
のＰｂＯ成分は１ｚ以ドとし、好ましくはＬ５＄以ドが
良い。すなわち使用する基板としてはノ、（末的にｐｂ
ｏを含まず８００〜１１００℃で焼成できるもので表面
粗さが良好なものであれば良い。その代表的なものとし
てホウケイ酸ガラスや更に数種類の酸化物（例えばＭｇ
Ｏ。

ＳｒＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＡＩ　ＯＫ　Ｏ，Ｎａ　Ｏ，
ＺｎＯ，Ｌｉ２Ｏ，Ｚｒ２０２３’２　　　　２ 、Ｔｌ０２）を含むガラス粉末とアルミナ、石英、酸化
クロム、ムライト、コージュライトなどのセラミック粉
末の混合物を原料とするものや、コージュライト系、α
スボジュメン系の結晶が生ずる結晶化ガラス粉末を原料
にするものがある。例えば本発明者等の出願に係る特願
昭５９−１１０９７３号、特願昭Ｇｏ−８３７２５号、
特願昭ＥｉＯ−２３７４５８号、特願昭６Ｏ−２８２Ｅ
ｉ８８号はかかる材料の一例であり、これらの材料の不
純物としてＰｂＯが１％以下が適する。これらの基板の
表面粗さＲａは０．０５〜０．４ルｍでありこの用途に
適する。一方通常のＷ、Ｍｏ導体を回持焼成するのに使
用されるアルミナ基板の場合はＲａが０．４〜１．Ｏｐ
−ｍと大きく場合によっては研磨を必要とする。

Ａｇ−Ｃｕ系ろう材の処理温度では低温焼成基板に使用
するＡｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系の導体がろう付処理中にろ
う材に溶解してしまうので付着強度が劣化し、ビンやリ
ードに必要な接着強度が得られない。本発明ではろう付
処理する金属パッドを耐熱金属よりなる薄膜に形成して
　Ａｇ−Ｃ：ｕろう付処理に耐えられるようにして又セ
ラミックスの付着性に優れたものや、Ａｇ−Ｃｕろう材
との濡れ性に優れた金属を組合わせる。これらの薄膜に
使用する金属としては周期率表の４Ａ、５Ａ、ｆｌｉＡ
、　８．ＩＢ族の中より選択する。

薄膜の形成方法としてはスパッタリング、ノ入着、メツ
キが使用されるが最外層の部分には場合によっては厚膜
を使用しても良い。

第１図は本発明を示す概念図の一例でセラミックス基板
ｌにＡｇ系導体１５を内蔵し上面にＳｉチップ７、Ａｕ
電極６を搭載している。下面が本発明の具体例で内蔵及
びスルーホール中１６のＡｇ系導体１５とＩ１０端子と
してのコバーピ５の間をＴｉ−Ｎｏ−Ｃｕ薄膜３さらに
Ａｇ−Ｃｕろう　４により接続した例を示している。

実施例１ Ｃａｂ−Ａｔ　Ｏ−５ｉＯ２−Ｂ２０３系ガラス粉末と
アルミナ粉末からなるセラミックスグリーンシートにＡ
ｇ導体ペーストを使用して配線パターンを印刷した後複
数枚を積層し熱圧着した。層間の導体の接続はグリーン
シートにパンチにより形成したスルーホール中に充填し
た導体ペーストにより行った。９００℃で焼成した後第
２〜５図の順に薄膜を形成した。第２図に小才ようにセ
ラミ−７クス　１の内蔵導体としてＡｇ導体２からなる
焼成基板上にメタルマスク８を固定しスパッタ装置の中
にセットする。

次に２　Ｘ　１ｏ−６ｔｏｒｒまで排気した後Ａｒガス
を導入し、連続しテＴｉ　９．　Ｍｏ　ｔｏ、　Ｃｕ　
ＩＩの順にそれぞれ０．１　体ｍ　、１．０ｗ国、２．
０用国の薄膜をＩＩＦ苗させた（第３図）。この場合７
１層９はセラミックス　１との付着を得るために、Ｎ。

層１０はＣｕ−Ａｇろうへの７１層９の拡！牧を防ぐた
めに、Ｃｕ層１１はＡｇ−Ｃｕろう層１３との濡れ性を
１１）るためである。この後マスクをはずしく第４図）
、セラミックス基板上の１５ｍｍφの金属パッド上にＡ
ｇ−Ｃｕろうを使用して窒素／水素雰囲気中で８５０℃
、１０分間処理して０．３５ｍｍφのビン１２を接続し
た（第５図）。ビンの付着強度は５ｋｇ以上でビン切れ
した。又１５０℃＠　　Ｒ，ｒ４−４０℃のヒートサイ
クルを１００サイクルした後も強度は変化しなかった。

又４．２７０イのビンを使用した場合も同様の結果を得
た。但しろう材の量が多すぎた場合は強度が低下して好
ましくなかった。又、第５図に示したスルーホール部分
１６のＡｇ導体２と薄膜の接続も良好で上記ヒートサイ
クル後も問題は生じなかった。Ｔｉ層９の部分をＯｒに
した場合や、Ｎｏ層１０の部分をＷ　、Ｎｂ又はＴａに
した場合も同様の結果を得た。又Ｃｕ層１１の部分はＮ
ｉ。

Ａｇ又はＰｄにしても同様の結果を得た。

実施例２ ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｔ２０３−５ｉＯ，、−８２０３系
ガラス粉末とアルミナ粉末からなるセラミックスグリー
ンシートにＡｇ−Ｐｄ導体ペース）１３を使用して実施
例１と同様な方法で得た積層体を９５０’Ｏで焼成した
（第６図）。この後ピンを接続する側の表面に連続しテ
Ｔｉ９、Ｍｏ１Ｏ，Ｃｕ１ｌの順にそれぞれ０．１　ｇ
ｍ、１．０　ｇｍ、２．０　ｇｒａの厚みの薄膜をスパ
ッタリング法で形成しその後フォトリソグラフィーを使
用してレジスト１４のマスクを薄膜辷に形成した。その
後の工程は図示していないがＣｕ膜をＨＣＩ　−Ｆ　ｅ
　ＣＩ　２水溶液により、Ｍｏ膜をＫＯＨ−に３［Ｆｅ
（ＣＭ）ｅ］５水溶液によりエツチングして薄膜を除去
し、１．５　ａｍφのバンドを得た。残ったパッド上に
０．３５ｍｍφのコバー製のピンを８５０℃窒素還元雰
囲気でＡｇ−Ｃｕろうを使用してろう付した。ピンの付
着強度は５ｋｇ以上で総じてピン切れした。１５０　’
０捉Ｒ，Ｔう一４０℃で１００　ヒートサイクル後も同
様の結果を得た。又４．２７０イのピンを使用した場合
も同様の結果を得た。Ｔｉ層９の部分をＣｒにした場合
やＮｏ層１０の部分をＷ、　Ｎｂ又はＴａにした場合も
回様な結果であった。又Ｇｕｌｆの１゛クヒをＡｇ、　
Ｐｄ又はＮｉにした場合も同様であった。

実施例３ Ｓｉ０８０％、　Ｂ、０３１２％残りが７　）ｌｙ　ｆ
３　＋）金属、及びアルカリ土類金属の酸化物などの組
成からなるゼ均粒度２　ｇｍのガラス粉末５０％と１ｌ
均粒１隻５４ｍのアルミナ粉末３０％と酸化クロム粉末
２０χよりなるセラミック絶縁体用混合粉末を使用して
実施例２と同様な方υ：でＡｇ　−Ｐｄ導体を内蔵した
セラミンク多層配線基板を作成した。この際焼成は酸化
性雰囲気中で９５０’ＣＩＨｒ保持の条件で行った。更
に実施例　１と同様な方法でＴｉ、Ｍｏ、Ｃｕの各層か
らなる１、５１１１ＩＩｌφの１ｔν膜パツドを形成し
、Ａｇ−Ｃｕろうを使用して０．３５ｍｍφのピンをろ
う伺した。ピンの付１、強度は５ｋｇ以）二でピン切し
た。又１５０℃手Ｒ，Ｔ５−４ｏ℃のヒートサイクルを
ｌＯＯサイクルした後も強度は変化しなかった。又４．
２７０イのピンを使用した場合も同様の結果を得た。但
しろう材の賃が多すぎた場合は強度が低下して好ましく
なかった。又、第２図に示したスルーホール部分のＡｇ
−Ｐｄ導体と薄膜の接続も良好で１−記ヒートサイクル
後も問題は生じなかった。Ｔ１の部分をＯｒにした場合
や、Ｎｏの部分を凱Ｎｂ又はＴａにした場合も同様の結
果を得た。又Ｃｕの部分はＮｉ、Ａｇ又はＰｄにしても
同様の結果を得た。

ハ　発明の効果 従来、使用することのできなかったＡｇ−Ｃｕ系のろう
材により低温焼成ノ１（板にＩ１０ビンやリードをろう
付できるようになった。この為接着強度が強いろう付は
ピンやリードを安価に得ることがＩＩｆ　ｆｋになった
。又この用途に供する低温焼成基板の表面粗さは、Ｉ１
０ピンやリードをろう利けする薄膜形成に８縞である利
点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を含む概合図の一例を示す。 第２〜６図は本発明の製造法の一例の部分拡大図を示し
たものである。 第２図はメタルマスク内定 第３図は金属薄膜形成 第４図はメタルマスク除去 第５図はＡｇ−Ｃ：ｕろうによりピン接着第６図は薄１
１９Ｆ−のレジスト形成 ｌセラミンクスノ、（板２　Ａｇ導体　３　Ｔｉ−Ｎｏ
−Ｃｕ薄１ｉ！２４　Ａｇ−Ｃ：ｕろう　５　コバーピ
ン　１３　Ａｕ電極７　Ｓｉチップ　　８　　メタルマ
スク９　Ｔｉ膜１０　Ｎｏ　ＩＩＱ　　　　ＩＩ　　Ｃ
ｕ膜　　　　１２ピン＋３　Ａｇ−Ｐｄ導体　１４　　
レジスト膜１５　Ａｇ系導体１６スルーホール１７　　
Ａｕ−３ｉＪ％晶特１；１出願人　鳴海製陶株式会社 第１図 第２図 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）８００〜１１００℃で焼成され内部に低融点金属
   導体による回路配線を有する基板上に薄膜法よって形成
   された金属層の上にＩ／０端子用のピンもしくはリード
   を、Ｃｕを含むろう材により結合した構造をもつことを
   特徴とするセラミックス回路基板
2. （２）金属層が周期率表の４Ａ、５Ａ、６Ａ、８、１Ｂ
   族の金属及びこれ等の組合はせからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のセラミックス回路基板
3. （３）セラミックス材料の酸化鉛の含有量が１重量％以
   下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   セラミックス回路基板
4. （４）ろう付処理を６００℃以上の中性または還元性雰
   囲気で処理することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のセラミクス回路基板