JPH02159797A

JPH02159797A - セラミックス多層基板

Info

Publication number: JPH02159797A
Application number: JP31395988A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Yano; 圭一矢野; Naritaka Tamura; 田村　成敬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1990-06-19

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、交互に積層された導電層とセラミックス層と
が、同時焼成されているセラミックス多層基板に関する
。

（従来の技術）ハイブリッドＩＣは、基板表面を２次元的に利用する形
で発展してきた。しかし、ＩＣの高密度化の勢いは激し
く、より高い単位面積当たりの回路密度を実現する実装
形態として基板の多層化による３次元的回路構成が取入
れられている。

このような多層化の方法として、薄膜多層、厚膜多層お
よびグリーンシート多層などが挙げられるが、層数、す
なわち回路密度の点においてグリンシート多層が最も有
利である。

これは、薄膜多層は層形成に複雑な工程と高価な設備を
要し、厚膜多層は層を重ねる毎に焼成を行うため下部に
形成した層が繰返し熱履歴を受けることになり、層数に
制限が生じるためである。

グリーンシート多層によるセラミックス多層基板は、セ
ラミックス層と導電層とか交互に積層されており、上下
の導電層はセラミックス層に設けられているスルーホー
ルによって導通している。

このような多層基板は、たとえば、あらかじめ導通用の
スルーホールを設けたグリーンシートにタングステンま
たはモリブデンなどを主成分とする導体ペーストを印刷
し、また、上下の配線が接続するようにスルーホールに
も同種のペースト全印刷した後、必要な層の数だけグリ
ーンシートを重ねて熱圧着した後、同時焼成することな
どにより作製される。

また、セラミックスとして、熱伝導率、放熱性に優れ、
加えてシリコンチップに近似した低熱膨張率を有してい
る窒化アルミニウムセラミックスが多用され始めている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述したような同時焼成による方法を用
いる場合、タングステンの緻密化が充分に進行する温度
は、セラミックスの焼成温度領域である１３００℃〜２
０００℃よりも高く、従来の焼成方法ではタングステン
の緻密化が不十分なため導体抵抗が高くなるという問題
や、焼成時におけるセラミックスとタングステンの収縮
量に差が生じるという問題があった。

このため、焼成時にセラミックス多層基板のセラミック
ス層に割れや反り、歪みなどが生じ、これによってセラ
ミックス層と導電層との間の剥離などを招いていた。

そして、窒化アルミニウムセラミックスを使用する場合
、上述した問題に加えて、窒化アルミニウムはタングス
テンペーストとの接合力が弱いため、セラミックス層−
導電層間の剥離や多層基板としての強度低下が顕著であ
り、窒化アルミニウムの優れた特性を充分に生かすこと
ができなかった。

また、上述したような収縮量の差を低減させるために、
タングステンペースト中に、使用するセラミックス基板
と同一のセラミックス粉末を添加することが試みられて
いるか、導体抵抗が大ぎくなってしまうという難点を有
していた。

本発明はこのような課題に対処するためになされたもの
で、導体抵抗の低減と、同時焼成を行ってもセラミック
ス層に゛割れや歪みを生じさせず、セラミックス層−導
電層間の剥離を防ぎ、充分な強度を有する、信頼性の高
いセラミックス多層基板を提供することを目的とする。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明は、タングステンを主成分とし、所望形状の回路
を形成する導電層と、セラミックス層とが交互に積層さ
れ、これら導電層とセラミックス層とが同時焼成されて
いるセラミックス多層基板において、前記導電層が■族
あるいは■族の遷移金属を含有することを特徴としてい
る。

本発明における導電層は、タングステンを主成分とする
導体ペーストを、焼成後にセラミックス層となるグリー
ンシート上に塗布し、必要な数だけ重ねて熱圧着した後
、これら導電層とセラミックス層とを同時焼成すること
によって形成されている。

そして、この導電層はニッケル、コバルト、クロムなど
の■族あるいは■族の遷移金属を含有している。これら
の遷移金属が導電層中に含有される量は、焼成温度とタ
ングステンの緻密化との関係からみて、０．１〜５重量
％が好ましい。これは、遷移金属の含有量が余り多いと
、焼成時に溶融した遷移金属成分がセラミックス層表面
まで到達し、セラミックス成分と混じりあうことによっ
て抵抗特性が低下する可能性があるためである。

一方、本発明のセラミックス多層基板におけるセラミッ
クス層となるグリーンシートは、ドクタブレード法やカ
レンダー法などによって作製され、成分としては、窒化
アルミニウム、アルミナなど特に限定はないが、従来タ
ングステンペーストとの接合力が弱く、信頼性の低かっ
た窒化アルミニウムセラミックスを用いる場合に特に有
効である。

なぜならば、窒化アルミニウムセラミックスはセラミッ
クス内に不均一に存在する粒界構成相成分か導電層との
接合に関与しており、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ　Ｋ以上
と大きく粒界相の少ないものについては、通常の焼成温
度領域である１３００℃〜２０００℃で焼成を行うと、
不良品の発生が多く、形状修正の必要が生じていた。し
かし、本発明のセラミックス多層基板によれば、上述し
たような焼成温度においても窒化アルミニウムセラミッ
クスと導電層との接合が可能となるからである。

（作　用）本発明においては、タングステンを主成分とする導電層
がＶＩ族あるいはＶＩＩＩ族の遷移金属を含有している
ため、これら遷移金属か焼結助剤的に働いて、セラミッ
クスの焼成温度領域である１３００〜２０００℃で、タ
ングステンの粒界にタングステンと遷移−金属とが合金
化するなどして、タングステンの緻密化か進行し、セラ
ミックスとタングステンの焼成時における収縮量の差が
緩和される。

これによって、焼成時においてセラミックス層に割れや
歪みが生じるのを防ぎ、セラミックス層−導電層間の剥
離を防止することができる。

また、形状修正の手間を省き、コストダウンを図ること
も可能である。

（実施例）次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１平均粒径０．８μｍのタングステン粉末９９，５重量％
と、平均粒径１．０μｍのニッケル粉末０．５重量％と
を混合し、この混合粉末に有機バインダを加えて、導体
ペーストを調製した。

この導体ペーストを、所望の回路形状となるように窒化
アルミニウムを主成分とするグリーンシト上に塗布した
。

このように導体ペーストを塗布したグリーンシトを４枚
重ねて、８０°Ｃ、１５０ｋｇ／　ｃＪで熱圧着した後
、１８００℃、２時間で常圧焼成を行った。

こうして得たセラミックス多層基板について、セラミッ
クス層−導電層間の接合強度および導体抵抗を測定した
。その結果を第１表に示した。

実施例２〜６第１表に示す遷移金属を用いて、第１表に示すように含
有量を変化させ、それぞれの焼成条件に従って、実施例
１と同様にセラミックス多層基板を作製した。

得られたセラミックス多層基板について、セラミックス
層−導電層間の接合強度および導体抵抗を実施例１と同
一の条件で１ｌｌｌｌ定した。その結果を実施例１と併
せて第１表に示した。

比較例１平均粒径０８μｍのタングステン粉末９０，０重量％と
、平均粒径２μｍの窒化アルミニウム粉末１０．０重量
％とを混合し、この混合粉末に有機バインダを加えて導
体ペーストを調製した。

この導体ペーストを、所望の回路形状となるように窒化
アルミニウムを主成分とするグリーンシート上に塗布し
た。

このように導体ペーストを塗布したグリーンシートを４
枚重ねて、８０℃、１５０ｋｇ／ｃシで熱圧着した後、
１８００℃、２時間で常圧焼成を行った。

こうして得たセラミックス多層基板について、セラミッ
クス層−導電層間の接合強度および導体抵抗を測定した
。その結果を上述した実施例と併せて第１表に示した。

比較例２平均粒径０．８μｍのタングステン粉末に有機バインダ
を加えて導体ペーストを調製した。

この導体ペーストを、所望の回路形状となるように窒化
アルミニウムを主成分とするグリーンシート上に塗布し
、比較例１と同一の条件でセラミックス多層基板を作製
した。

得られたセラミックス多層基板について、セラミックス
層−導電層間の接合強度および導体抵抗を測定した。そ
の結果を上述した実施例および比較例と併せて第１表に
示した。

（以下余白）第表この結果から、タングステンを主成分とする導電層に■
族あるいは■族の遷移金属を含有させると、セラミック
スとタングステンの焼成時における収縮量の差が緩和さ
れ、セラミックス層−導電層間の剥がれなどが防止され
るのみならず、接合強度が向上することが明らかとなっ
た。

さらに、遷移金属を含有させたタングステンペストは、
セラミックスの焼成温度領域でも緻密化が充分に進行し
、導体抵抗の低減を図ることができた。

また、上述した実施例および比較例におけるセラミック
ス多層基板の形状について比較すると、本発明による多
層基板は従来の導体ペーストを使用したものより形状不
良が少ないため、形状修正の必要がなく、歩留りの向上
と共にコスト低減を図ることができた。

このほか、遷移金属としてニッケルを用いれば、セラミ
ックス多層基板の最外層に半導体素子などを塔載するた
めニッケルめっきを施す際、めっきとの付着力を向上さ
せることができる。

なお、この実施例では窒化アルミニウム基板を使用した
場合について述べなが、本発明はこれに限るものではな
く、アルミナ、炭化ケイ素など他のセラミックス基板を
用いても差支えない。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、タングステンを
主成分とする導電層に■族あるいは■族の遷移金属を含
有させているため、セラミックスの焼成温度においてタ
ングステンの緻密化か充分に進行し、セラミックスとタ
ングステンとの焼成時における収縮量の差を緩和するこ
とができる。

これによって、セラミックス層−導電層間の接合強度を
向上させることができる。

さらに、タングステンの緻密化が充分に進行するため、
導体抵抗の低減を図ることができる。

代理人　弁理士　　則　近　憲　右

Claims

【特許請求の範囲】

（１）タングステンを主成分とし所望形状の回路を形成
する導電層と、セラミックス層とが交互に積層され、こ
れら導電層とセラミックス層とが同時焼成されているセ
ラミックス多層基板において、前記導電層がVI族あるい
はVIII族の遷移金属を含有することを特徴とするセラミ
ックス多層基板。