JPH01251695A - セラミック多層配線基板の製造法 - 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） 本発明は電子回路部品、特に混成集積回路に使用される
セラミッ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） 従来、一般にセラミック多層配線基板としては、厚膜導
体層として銅等の卑金属を用いたものと、銀、パラジウ
ム、白金、金等の貴金属を厚膜導体層として用いたもの
とが知られている。近年、ＩＣチップ等の電子部品が高
集積化し、動作速度が高くなるにつれて、これら電子部
品が設けられる配線基板に対しても、高周波特性の向上
等の要求が課されるよっになっＣ来た。

ところで、銅等の卑金属の厚膜導体層を有するセラミッ
ク多層配線基板は、以下の特徴を有する。

１、　導体抵抗が低い。

２、　耐はんだ性および耐マイグレーション性に優れて
いる。

３、　導体接着強度のエージング劣化が小さい。

４、　高周波損失が小さい。

このため、上記要求を満足するため、種々の用途で（吏
用されている。

このセラミック多層配線基板の例としては、第２図に示
すように、セラミックグリーンシート（セラミック基板
）１上に、タングステン、モリブデン等の高融点金属を
主成分とする高融点金属導体ペースト層２′、およびそ
の高融点金属導体ペースト層２′の一部が露出する開口
３を有する絶縁ペースト層４′を重ね合わせ、還元性雰
囲気中で焼成して高融点金属導体層２、絶縁層４を形成
した後、開口３中に直接ニッケル等の鉄属メツキ層５′
を施しさらにシンク−リングされた鉄属メツキ層５上に
銅等の卑金属の厚膜導体ペースト層６′を印刷し、例え
ば、窒素ガス等の不活性ガス雲囲気中で焼成して厚膜導
体層６を形成して多層配線基板を得ることが知られてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記卑金属よりなる厚膜導体層を有する
セラミック多層配線基板では、卑金属厚膜導体層を窒素
ガス等の不活性ガス雰囲気中で焼成する場合、例えば５
〜１０ｐｐｍの微量の酸素を含む雰囲気にする必要があ
った。その為鉄属メツキ層、高融点、金属導体層中への
酸素の侵入により、鉄属メツキ層、高融点金属が酸化し
、導通抵抗が高くなり、場合によっては断線に至るとい
う問題点があった。

この発明は、卑金属よりなる厚膜導体層を有し、高融点
金属導体層への接続性の良好な、かつ厚膜導体層を焼成
するときに鉄属メツキ層、高融点金属導体層の酸化によ
る劣化が少ないセラミック多層配線基板を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、セラミック基板上に、高融点金属を主成分と
する導体層と絶縁層とが交互に積層され、該導体層の露
出する領域上に鉄属よりなる金属層が形成され、この鉄
族金属層上に卑金属よりなる厚膜導体層が形成され焼成
されたセラミック多層配線基板の製造法であって、前記
鉄属金属層上に銀を主成分として、この銀に対し金また
はパラジウムを０．５ｗｔ％以上含有する導電性ペース
トを配置し、還元雲囲気で９００〜１０５０℃の温度で
熱処理を施し耐酸化性保護層を形成したのちに前記厚膜
導体層を塗布して焼成することを特徴とするものである
。

好ましくは、上記厚膜導体層を、焼成炉内の酸素分圧が
５〜１０ｐｐｍとなるように雰囲気を調整して、最大温
度９００℃に１０分間保持し、全部で６０分間かけて焼
成するのがよい。

（作　用） この発明は、鉄金属層と厚膜導体層との間に、上記組成
の銀−金または銀−パラジウムの耐酸化性保護層を熱処
理して形成することにより、鉄属金属層および厚膜導体
層との間でオーミック接触を維持し、かつ機械的な接着
性を良好な範囲に保ちつつ、高融点金属導体層を酸化さ
せることがないため、所望のセラミック多層配線基板を
安定に生産することができる。

（実施例） 本発明の一実施例の詳細を第１図を参照して各工程毎に
説明する。

まず、アルミナ、ベリリア等を主成分とするセラミック
グリーンシートを公知のドクターブレード法等により調
整し、混成集積回路基板としての必要な寸法に切断した
セラミックグリーンシート１１を準備する。

次いで、そのセラミックグリーンシート−１１上にタン
グステン、モリブデン等の高融点金属、即ちセラミック
グリーンシート１１の焼成温度よりも融点が高く、かつ
電気抵抗の低い金属を主成分とする導体ペーストと、こ
の導体ペーストの一部が露出する開口１３を有するセラ
ミックグリーンシート１１と同一成分を主原料とする絶
縁ペーストとを、スクリーン印刷により交互に印刷し、
第１図に示すように導体ペーストよりなる高融点金属導
体層１２と絶縁ペーストよりなる絶縁層１４とを形成す
る。

なお、高融点金属導体層１２および絶縁層１４の層数は
限られたものではなく、用途に応じた層数とすれば良い
。

また、絶縁ペーストのスクリーン印刷のかわりに個別の
セラミックグリーンシート１１を用意し、各々のセラミ
ンクグリーンシート１１に所望の高融点金属導体層１２
を形成した後、重ね合わせるシート積層方式による多層
化も一般的である。

そして、高融点金属導体層１２と絶縁層１４とが形成さ
れたセラミックグリーンシート１１を還元性雰囲気で焼
成する。焼成条件はセラミックグリーンシート１１の成
分により定められるが、例えば１４００〜１８００℃、
５〜１８０分程度である。

次いで、焼成後の露出した高融点金属導体層１２上に、
ニッケル等の鉄属メツキ層１５を形成する。

鉄属よりなる金属をめっきするのは、上層の金属層との
濡れ性の向上を図るためである。鉄属めっき層１５の厚
みは、１〜５μが適当である。鉄属めっき層１５を形成
する方法は、電解、無電解のいずれかのめっき方法でも
良く、電極の取り出しの可否により選択するのが良い。

鉄属めっき層１５を形成した後に、鉄属めっき層１５と
高融点金属導体層１２との密着強度を向上させるために
、８００〜１２００℃、５〜３０分間還元性雰囲気中で
熱処理をするのも良い。

次いで、本発明により、Ａｇを主成分とし、Ａｕまたは
Ｐｄを０．５ｗｔ％以上を含有する導電ペーストを、鉄
属めっき層１５上にスクリーン印刷する。

そして鉄属めっき層１５に定着させるために、導体ペー
スト層が印刷された基板を、Ｎ２等の還元性雰囲気で９
００〜１０５０℃で所定時間、熱処理を施して、導電ペ
ースト層を溶融させるとともに合金化させる。この導電
ペースト層は耐酸化性保護層１６を形成し、この耐酸化
性保護層１６の厚みは、上層に設けられる厚膜導体層１
７の焼成温度により異なるが、５〜３０μが適当である
。耐酸化性保護層１６であるＡｇ−Ａｕ合金またはＡｇ
−Ｐｄ合金の溶融温度は９００℃以上であるが、鉄属成
分の耐酸化性保護層１６への過度の拡散を抑えるために
も、１０５０℃以下の溶融温度が好ましい。

さらに、熱処理されたセラミック基板の耐酸化性保護層
１６および絶縁層１４の上に、卑金属、例えば銅を主成
分とする厚膜導体ペーストを所要の回路パターンに印刷
する。次いで回路パターンが印刷された基板を、Ｎ２等
の不活性ガス雲囲気下で、焼成温度９００℃に１０分間
、合計で６０分間の焼成スケジュールにて焼成する。こ
のように、不活性ガス雰囲気下で焼成するのは、銅等の
卑金属が金、銀等の貴金属に比べて酸化しやすいためで
ある。

このため炉内雰囲気を不活性雰囲気とするのであるが、
完全に不活性雰囲気にすると厚膜導体層１７の接着性に
問題が生じるため、微量の酸素を含む雰囲気ガスにする
。ただし、実際の焼成時に厚膜ペースト中の有機樹脂か
らなるバインダーが熱分解して発生する還元性の分解ガ
スにより微量の酸素を含む雰囲気ガスが還元性雰囲気と
なるため、焼成時における焼成炉内の雰囲気を抽出型酸
素センサにより分圧測定しながら、炉内の酸素分圧が５
〜１０ｐｐｍ範囲内の一定微量の酸素を含む不活性ガス
雰囲気となるように、マスフローメータ等により不活性
ガス中への酸素添加量を制御する。この焼成により厚膜
導体層が形成され、本発明のセラミック多層配線基板を
得る。

実施例１ セラミック成分としてアルミナ９Ｑｗｔ％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、ドクターブレード法により、
厚み０．　８ｍｍのセラミックグリ−ンシート１１を作
成した。

次に、タングステン粉末９３ｗｔ％、シリカ２ｗｔ％の
メタライズ成分にエチルセルロースを印刷助剤として加
えた導電ペーストと、セラミックグリーンシート１１と
同一組成の粉末にエチルセルロースを印刷助剤として加
えた絶縁ペーストとを、セラミックグリーンシート１１
上に導電ペーストの１部を露出させて交互に印刷し、高
融点金属導体層１２、絶縁層１４を形成する積層体を得
た。

次いで、その積層体を露点３５℃の水素と窒素との混合
雰囲気中で、昇温速度３００℃／時間で昇温した後、１
５５０℃に２時間保持して焼結後、降温速度６００℃／
時間で降温し、多層配線基板を得た。

そして、得られた多層配線基板上に露出した高融点金属
導体層１２上に、ホウ素系浴系の無電解めっきにより３
μのニッケルよりなる鉄属めっき層１５を形成した。

次に、ニッケルメッキした多層配線基板を水素富囲気中
で、９５０℃で５分間熱処理後、表１に示す成分の導体
ペーストを、鉄属めっき層１５上にスクリーン印刷し、
水素富囲気中で９００〜１０５０℃で熱処理して合金化
して耐酸化性保護層１６を形成した。

さらに、耐酸化性保護層１６上に、銅を主成分とする厚
膜導体ペーストをスクリーン印刷し、微量の酸素を含有
する酸素雰囲気中で９００℃に１０分間保持し、全体で
６０分かけて焼成して厚膜導体層１７を形成し、本発明
のセラミック多層配線基板を得た。また、耐酸化性保護
層１６としての導体ペーストの成分が本発明範囲外のも
のを比較例として準備し、本発明例と同様に、ピアホー
ル部の導通抵抗を測定し、最終的な判定を行った。これ
らの結果を表１に示す。ところで導通抵抗はピアホール
部が４３５個直列に接続したテストパターンでの抵抗値
を表す。また判定は、ピアホール部を含めたパターンの
導通抵抗値が５０　Ω以上は「×」、５０Ω以下は「○
」で表している。

表１から明らかなように、主成分ＡｇにＡｕまたはＰｄ
が０，５〜ｌＱ　ｗｔ％含む耐酸化性保護層１６を有す
る試料は、その下層に延在する高融点金属導体層１２の
酸化によるその層１２の抵抗値の増加がないため、十分
な性能のセラミック多層配線基板を得ることができた。

本発明は上述した実施例のみに限定されるものではなく
、幾多の変形、変更が可能である。

（発明の効果） 以上説明したところから明らかなように、本発明のセラ
ミック多層配線基板の製造法によれば、鉄属金属層と厚
膜導体層との間に、上記組成の銀−金または銀−パラジ
ウムの耐酸化性保護層を熱処理して形成することにより
、鉄属金属層および厚膜導体層との間でオーミック接触
を維持し、かつ機械的な接着性を良好な範囲に保ちつつ
、高融点金属導体層を酸化させることがないため、所望
のセラミック多層配線基板を安定に生産することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミック多層配線基板を示す断面図
、 第２図は従来のセラミック多層配線基板を示す断面図で
ある。 １１・・・セラミックグリーンシート １２・・・高融点金属導体層　　１３・・・開口１４・
・・絶縁層　　　　　　　１５・・・鉄属めっき層１６
・・・耐酸化性保護層　　　１７・・・厚膜導体層特許
出願人　　日本碍子株式会社 第１図 第２図 手　　　続　　　補　　　正　　　書 昭和６３年　７月　４日 特許庁長官　　吉　　１）　文　　毅　　殿１、事（牛
の表示 昭和６３年特許願第　７６４４３号 ２、発明の名称 セラミンク多層配線基板の製造法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 １、明細書第３頁第３行「（セラミック基板）１上に、
」を「１′　上に、」に訂正し、 同頁第８行「中で焼成して」の後に「セラミック基板１
、」を加入する。 ２、同第４頁第１行「高融点、金属導体層」を「高融点
金属導体層」に訂正し、 同頁第２行「高融点金属」を「高融点金属導体層」に訂
正し、 同頁第１３行「領域上に」を「領域上に、」に訂正する
。 ３、同第５頁第８行「鉄金属層」を「鉄属金属層」に訂
正し、 同頁第１１行・′高融点・・・、を「下層の高融点・・
・」に訂正しする。 ４、同第８頁第２行「導体」を「導電」に訂正する。 ５、同第１０頁第１６行「ホウ素系浴系」を「ホウ素浴
系」に訂正する。 ６、同第１１頁第１行「導体」を「導電」に訂正し、同
頁第７行「酸素雲囲気中」を「窒素雰囲気中」に訂正し
、 同頁第１０行「導体」を「導電」に訂正する。 ７、同第１２頁表１のｒＰ、ｄＪをｒＰｄＪに訂正する
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミック基板上に、高融点金属を主成分とする導
   体層と絶縁層とが交互に積層され、該導体層の露出する
   領域上に、鉄属よりなる金属層が形成され、この鉄属金
   属層上に卑金属よりなる厚膜導体層が形成され焼成され
   たセラミック多層配線基板の製造法であって、前記鉄属
   金属層上に銀を主成分として、こ の銀に対し金またはパラジウムを０．５ｗｔ％以上含有
   する導電性ペーストを配置し、還元雰囲気で９００〜１
   ０５０℃の温度で熱処理を施し耐酸化性保護層を形成し
   たのちに前記厚膜導体層を塗布して焼成することを特徴
   とするセラミック多層配線基板の製造法。