JPH0226798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、配線導体のみならず抵抗体をも多層
化した多層回路板とその製造方法に関する。

近年、電子回路には、半導体ICを装着した回
路板が使用されている。そして、半導体ICには
セラミツクなどで封止した、いわゆる封止ICが
使用されている。

半導体ICを装着した回路板の小形化は、ICチ
ツプ自体を回路板に装置すれば、以下(a)、(b)の理
由で達成される。

(a) チツプ素子自体は、封止ICより小さい。

(b) 接続用端子間隔が狭くなる。

この場合、基板上のIC接続用導体間隔は200μ
ｍ程度と微細で高密度にする必要がある。しか
し、このような微細パターンはセラミツク基板上
に導体ペーストを印刷し、乾燥し、焼成する厚膜
技術では、印刷だれ、印刷ペースト乾燥中の低粘
度化によるにじみなどにより導体間隔が400μｍ
程度となり製造できなかつた。

これに対し、アルミナを主成分とするグリーン
シート（未焼結板）に導体ペーストを印刷し、乾
燥し、焼成するいわゆるグリーンシート法は、以
下(a)、(b)の理由で微細で高密度な配線導体を形成
するのに適している。

(a) 印刷したペースト中の溶剤がグリーンシート
中にしみ込むため、印刷したペーストはだれ、
にじみを生じない。

(b) グリーンシートは焼結時にシートが10〜20％
収縮する。

しかし、アルミナのグリーンシートは1500〜
1600℃で焼結させるため、導体は焼結時変質しな
いモリブデン、タングステン、マンガンなどの高
融点金属にせねばならず、抵抗体は多層構造の内
層に設けると、グリーンシート焼結時変質するた
め、多層板ではこれを焼結してから最上層に抵抗
体を形成せざるを得なかつた。

ここで、アルミナの替りに1000℃程度以下で焼
結する絶縁材料をグリーンシート、層間絶縁層と
すれば、導体、抵抗体などの各種厚膜材料が適用
でき、微細で高密度な配線の形成と、導体と抵抗
体よりなる抵抗回路の多層化ができると思われ
る。

このような材料には、βリチア輝石を主成分と
しメタ珪酸リチウムを副成分とした微結晶を析出
する結晶化ガラス、α−菫青石を主成分とし斜頑
輝石を副成分とした微結晶を析出する結晶化ガラ
スが知られている。これら材料は昇温速度２℃／
分以下、高温保持時間１〜５時間、降温速度４
℃／分以下と加熱時間が長く、かつ短時間加熱で
は導体が基板よりはく離することがあつた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、グリーンシート法により微細で高密度な導
体配線を有し、かつ抵抗体をその層間に形成した
新規な小形多層回路板と短時間焼成で上記の多層
回路板が製造できる方法を提供するにある。

上記目的は、絶縁層が非晶質ガラスと絶縁性酸
化物結晶微粒子の混合絶縁材料であり、厚膜導体
が金属粒子あるいは金属粒子と前記非晶質ガラス
からなり、厚膜抵抗体が導電性粒子と前記非晶質
ガラスからなること、印刷基体を上記絶縁材料に
高分子結合剤を加えたグリーンシートを基体とす
ること、および高分子結合剤と有機溶剤の混合物
（ベヒクル）に上記絶縁材料、上記厚膜導体、上
記厚膜抵抗体を構成する粉末をそれぞれ加えて絶
縁ペースト、導体ペースト、抵抗体ペーストと
し、上記グリーンシート上にこれらペーストの印
刷を繰り返し、あるいは導体ペーストと抵抗体ペ
ーストを印刷したグリンシートを積層し、抵抗体
を層間および層上に形成した多層構造体を1000℃
以下の温度で熱処理することで達成される。

以下発明の特徴を詳細に説明する。多層構造体
を構成するグリンシートおよび絶縁層用の絶縁材
において非晶質ガラス粉末と絶縁性酸化物結晶微
粒子の混合物中の50〜80重量％より好ましくは60
〜70重量％が非晶質ガラスであり、残部が酸化物
結晶微粒子である。非晶質ガラスが50重量％より
少ないと焼結体が多孔質となり、吸湿性が著しく
高くなるとともに、この上に形成した抵抗膜に細
かな発泡を生じる。また、80重量％より多いとガ
ラスの流動による影響が大きく、シート上に形成
した導体・抵抗体パタンの変形を生じる。残部の
酸化物結晶には１種以上用いることができるが、
これらはその熱膨脹係数が非晶質ガラスに対し
て、それぞれ＋30×10^-7〜−10×10^-7／degの範
囲になければならない。この範囲外の熱膨脹係数
の組み合せでは多層構造体にクラツクを生じる。

用いる非晶質ガラスは、その組成を限定されな
いがBaO、CaO、ZnO、SrO、TiO₂、Bi₂O₃等を
含むアルミノホウケイ酸鉛ガラスが実用上よく、
Na₂O、Li₂O、K₂O等のアルカリ金属の酸化物を
少量加えてもよい。非晶質ガラスの熱的特性とし
ての軟化点は、多層構造体の焼結温度の範囲を決
めるものである。1000℃以下で熱処理するために
はこれより150℃以上低く、好ましくは250℃低い
750℃以下に軟化点をもつものがよい。なお、本
発明に用いうる非晶質ガラスの軟化点は400℃以
上のものがよく、焼結温度は550℃以上が望まし
い。

また、酸化物結晶は、印刷基体および焼結体の
表面平滑性を確保するのに最大粒径10μｍ、平均
粒径0.5〜3.0μｍの微粒子であることが望ましい。
Al₂O₃、SiO₂、MgO、SrO、BaO、CaO、ZrO₂、
TiO₂等の絶縁性金属酸化物、MgAl₂O₃、
CaZrO₃、Mg₂SiO₄、ZrSiO₄、BaAl₂Si₂O₈、
CaAl₂Si₂O₈等のアルミン酸塩、ジルコン酸塩、
ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩等の酸化物結晶の微
粒子のうち、非晶質ガラスの熱膨脹係数によつて
規定される範囲のものが用いられる。

配線および抵抗体電極用の導体は、金属成分と
して金、銀、パラジウム、白金等の貴金属が用い
られる。この時いわゆるバインダガラスとして、
絶縁材料に用いた非晶質ガラスを最大５重量％ま
で含有させうる。これより多いガラスを含む導体
では、熱処理によつて絶縁材料中のガラスが導体
層へ浸み込むことから、はんだ接続が全く不可能
となる。バインダガラスを含まない金属粒子とベ
ヒクルからなる導体ペーストを用いた場合も、導
体は絶縁材に良好に接着する。

抵抗体には、バインダガラスとして絶縁材料に
用いた非晶質ガラスをRuO₂、Bi₂Ru₂O₇、
Pb₂Ru₂O₆等の主導電性成分とから成り、抵抗値
の調整のためにガラスを50〜90重量％含む。
TCR、雑音特性等抵抗体特性の改善のために、
金、白金等の貴金属粒子およびMnO₂、CdO、
NiO等の半導体性酸化物も加えてもよい。

上記材料を用いる多層構造体の製造方法におい
て、非晶質ガラス粉末の製造、グリンシートの製
造および各種ペーストの製造そのものは、従来か
らよく知られた方法に依り、後述の実施例で示す
ようにして行なつた。本発明の最も特徴となる点
は、本発明により形成した抵抗体をも含む多層構
造体を通常の焼結基板上に形成した厚膜回路と全
く同様な温度条件で焼結することにある。即ち、
非晶質ガラスの軟化点より150℃以上高い温度を
５〜10分保持し、昇・降温速度が50〜100℃／分、
全熱処理時間が30分〜１時間の条件で焼結するこ
とである。これより早い速度の昇・降温では、多
層基板の不均一な収縮、彎曲、クラツクを生じ
る。

このような短いサイクルの熱処理においても、
本発明のグリンシートは均一な収縮を示し、反
り、彎曲、クラツク等の無い良好な多層構造体を
形成できる。また導体のはく離、抵抗膜のクラツ
ク、導体電極と抵抗膜の接合界面のくびれおよび
クラツク、さらに電極と抵抗膜の重なり部の発泡
等のいろいろな欠陥を全く生じない。

以下具体例により、詳しく説明する。

実施例 １ グリンシートおよび絶縁用絶縁体材料は次のよ
うにして調製した。重量百分率で、SiO₂が55％、
PbOが17％、Al₂O₃が９％、CaOが８％、B₂O₃が
５％、MgOが１％、Na₂Oが３％、K₂Oが２％と
なるように酸化物、炭酸塩あるいは水酸化物をボ
ールミルで混合し、これを白金ビーカに入れて
1500℃で溶融し、次いで水中に注いで急冷してガ
ラスの粗砕物をつくる。これをメノー製乳鉢およ
びホールミルで粋砕して平均粒径が2.5μｍの非晶
質ガラス微粉末を製造した。このガラスの熱膨脹
係数は60×10^-7／℃軟化点は690℃であつた。

次いで、90〜50×10^-7／℃の熱膨脹係数を有す
る絶縁性酸化物として、平均粒径が0.6μｍのアル
ミナ粉末35ｇに対して65ｇの割合で前記非晶質ガ
ラスを加えて混合した。

ガラス質のグリンシートは、広く一般に知られ
た方法により。次のようにして調製した。アルミ
ナと非晶質ガラスの混合物に、ポリビニルビチラ
ールを加えて混合後、ブチルフタリルブチルグリ
コレートとトリクレン−パークレン−アルコール
の混合溶剤を加えてアルミナボールミル中で混練
してスラリー状とする。これをドクターブレード
に通して乾燥膜厚0.8mmのシートを作成し、適当
に切断して回路形成用の印刷用グリンシート（未
焼成基板）とした。

層間絶縁用のペーストは、グリンシート用に用
いたアルミナと非晶質ガラスの混合物に厚膜用の
有機ビヒクルを加えて混練して調製した。

抵抗ペーストは、平均粒径0.8μｍのRuO₂に前
記非晶質ガラスを80wt％加え、厚膜ペースト用
の有機ビヒクルを加えて混練して調製した。

導電ペーストは、Ag粉末とPd粉末を７：３の
重量比で混合し、前記非晶質ガラスを5wt％加
え、厚膜ペースト用の有機ビヒクルを加えて混練
して調製した。

次に、第１図により本発明の構成を説明する。
非晶質ガラスとアルミナ微粒子からなる前記グリ
ンシートを印刷基体１とし、調製した導電ペース
トを印刷して抵抗体用電極３および第１層配線２
を形成した。風乾後調製した抵抗ペーストを所定
の位置に印刷し、第１層抵抗体４を形成した。次
いで、グリンシートと同じ成分をもつ調製した絶
縁用ガラスペーストを印刷して層間絶縁層５を形
成した。この時、厚の上・下を電気的に接続する
ためのスルホール６を形成しておく。次いで、導
電ペーストを印刷してスルーホールを介して層間
導電をとるとともに、第１層と同様に第２層配線
７と抵抗体用電極３を形成し、抵抗ペーストを印
刷して第２層抵抗体８を形成した。

第１図では、抵抗体を２層としているため、こ
の層には外部接続用端子９やIC素子、チツプコ
ンデンサ等の素子接続用端子１０が形成してあ
る。抵抗体をさらに多層化する場合には、前述の
ように絶縁ペースト、導電ペースト、そして抵抗
ペーストの印刷を繰返して行なう。

このようにして印刷積層した未焼結基板を、
900℃を10分保持する通常の厚膜焼成用のベルト
炉により空気中で焼成し、抵抗体を内装した多層
回路基板を作成した。この熱処理によつてグリン
シートは15％収縮した。

本発明により構成した抵抗体では、層間の抵抗
体の抵抗値が絶縁層上のものに比べてやや大きく
なるものの、層上の抵抗体にクラツクや電極との
接合部にくびれ等の欠陥は全くみられず、良好な
抵抗膜を形成することができた。

本実施例の材料系において、規定した組成範囲
内で良好な結果を得た。即ち、 (1) 絶縁体中の非晶質ガラス成分が80wt％より
多いと、絶縁体は非多孔質となるが、層間、層
上に形成した導体抵抗パタンが変形し、また導
体の実質的ガラス含量が増して外部素子接続端
子部に半田がのらなくなつてくる。一方、
50wt％より少ないと、絶縁体が多孔質となり、
層間絶縁性が著しく低下する等の好ましくない
結果を生じる。

(2) 抵抗組成物中のガラス含量は、その抵抗値を
主に決めるもので、実用性の高い10〜1Ml／口
のシート抵抗値を得る範囲が50〜90wt％であ
る。

(3) 導電ペースト組成物中にガラスを含まなくて
も、接合部に欠陥のない良好な抵抗膜が形成で
きる。しかし、ガラス含量が多くなると、抵抗
膜は良好であるものの、5wt％を越えると外部
素子接続用端子に半田がつかなくなる。

本発明によらず、抵抗ペーストや導電ペースト
に絶縁材料中の非晶質ガラス成分と異なるものを
用いると、抵抗膜にクラツクや電極との接合部に
くびれ等の欠陥を生じた。

さらに、アルミナ等のグリンシート法で形成す
るセラミツク多層配線基板と同様に本発明におい
てもグリンシートの溶剤の吸取り効果により、焼
結したアルミナ基板を用いる厚膜混成集積回路に
比べてより微細な導体の配線ができた。

実施例 ２ 実施例１で調製した熱膨脹係数が60×10^-7／
℃、軟化点が690℃、平均粒径が2.5μｍの非晶質
ガラス70ｇに、熱膨脹係数が90〜50×10^-7／℃の
結晶性酸化物として平均粒径が0.6μｍのアルミナ
を10ｇ、平均粒径2.0μｍのマグネシアスピネル
（MgAl₂O₄）を10ｇ、さらに平均粒径2.5μｍのジ
ルコン酸カルシウム（CaZrO₃）を10ｇの割合で
加えて混合し、グリンシート用の非晶質ガラスと
結晶性酸化物の混合物を調製した。

この混合物のグリンシートと、実施例１で調製
した導電ペーストと抵抗体ペーストとを用いて、
第２図に示す多層回路基板を次のようにして作成
した。

グリンシートの印刷基体１−１に導電ペースト
を印刷して、第１層配線２と抵抗体用電極３を形
成し、抵抗体ペーストを印刷し第１層目抵抗体４
を形成した。次に第２図の６に示すようなスルー
ホールを形成したグリンシートの印刷基体１−２
に、第２層配線７、第２層抵抗体８、外部接続用
端子９、素子接続用端子１０を形成するとともに
スルーホールに導体を充填して、上層と下層の導
通をもたせ、抵抗体を印刷して形成した。これら
の２枚のグリンシートを重ね合わせた後100℃に
加熱し、500Kg／cm²の荷重で圧着し、900℃を10分
間保持する通常の空気焼成厚膜ベルト炉で熱処理
した。収謝は16％であつた。

この多層回路基板において、層間の抵抗体の抵
抗値が層上のものに比べてやや大きくなるもの
の、層上の抵抗体にクラツクや電極との接合部に
くびれ等の欠陥は全くみられなかつた。

実施例 ３ 実施例１の非晶質ガラスに加える結晶性酸化物
として、熱膨脹係数が90〜50×10^-7／℃にあるそ
の他の微粒子、例えばジルコン酸塩、ケイ酸塩、
アルミン酸塩などを単独にあるいは他のものとの
混合して用いても良好な効果が得られた。

実施例 ４ グリンシートおよび絶縁用絶縁体材料は次のよ
うにして調製した。重量百分率でSiO₂が40％、
BaOが28％、Al₂O₃が９％、Pb₃O₄が10％、
Bi₂O₃が５％、CaOが３％そしてNa₂B₂O₇が５％
となるように酸化物、炭酸塩等の原料粉末を混合
し、溶融・粋砕して平均粒径3.0μｍの非晶質ガラ
スの微粉末を調製した。この熱膨脹係数は80×
10^-7／℃、軟化点は600℃であつた。この非晶質
ガラス60ｇに、熱膨脹係数が110〜70×10^-7／℃
の結晶性酸化物として平均粒径が3.0μｍのジルコ
ニア（ZrO₂）を25ｇ、平均粒径が1.5μｍのフオ
ルステライト（Mg₂SiO₄）を15ｇの割合で加え
て混合し、グリンシート用の非晶質ガラスと結晶
性酸化物の混合物を調製した。グリンシートおよ
び絶縁ペーストは実施例１に示した要領で作成し
た。

次いで、この非晶質ガラスが80wt％と0.8μｍ
のBi₂Ru₂O₇が20wt％から成る抵抗ペーストと、
この非晶質ガラスを5wt％含むAg・Pd系導電ペ
ーストを調製した。

グリンシートに導体ペースト、抵抗ペーストお
よび絶縁ペーストを印刷し、実施例１の要領によ
り多層化し、850℃を10分間保持する厚膜ベルト
炉で熱処理し、第１図に示した回路基板を作成し
た。

このガラス質絶縁層上に形成した抵抗体にはク
ラツク等の欠陥がなく、層間に形成した抵抗体と
ともに実用に適した諸特性を得た。

実施例 ５ 実施例４の非晶質ガラスに結晶性酸化物とし
て、熱膨脹係数が110〜70×10^-7／℃の範囲にあ
る、例えば実施例１および２で用いたアルミナ、
マグネシアスピネル、ジルコン酸カルシウムやそ
の他のジルコン酸マグネシウムなどのジルコン酸
塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩なども単独あるいは
混合して用いても良好な結果が得られた。

実施例 ６ グリンシートおよび絶縁用絶縁体材料は、次の
ようにして調製した。重量百分率でSiO₂が64％、
B₂O₃が24％、Al₂O₃が４％、ZnOが３％、Na₂O
が２％、K₂Oが３％となるように酸化物、炭酸塩
等の原料粉末を混合し、溶融、粉砕して平均粒径
2.5μｍの非晶質ガラス微粉末を調製した。この熱
膨脹係数は45×10^-7／℃軟化点は720℃であつた。
この非晶質ガラス60ｇに、熱膨脹係数が75〜35×
10^-7／℃の結晶性酸化物として平均粒径が3.5μｍ
のジルコン（ZrSiO₄）を５ｇ、平均粒径が2.0μｍ
のセルジアン（BaAl₂Si₂O₈）を15ｇ、そして平
均粒径0.6μｍのアルミナを20ｇの割合で加えて混
合してて作成した。

グリンシートおよび絶縁ペーストは、実施例１
に示した要領で調製した。次いで、この非晶質ガ
ラス80wt％、平均粒径0.5μｍのRuO₂20wt％から
成る抵抗ペーストと、この非晶質ガラスを含まな
いAg・Pd系導電ペーストを調製した。グリンシ
ートに導体ペースト、抵抗ペーストおよび絶縁層
ペーストを印刷し、実施例１の要領により多層化
した。その後、空気焼成の厚膜ベルト炉により、
950℃を10分間保持する条件で熱処理した。

このガラス質絶縁層上に形成した抵抗体は、ク
ラツク等の発生がなく、層間に形成した抵抗体と
ともに実用に適した諸特性を得た。

実施例 ７ 実施例６の非晶質ガラス65ｇに、結晶性酸化物
として平均粒径2.5μｍのムライト（3Al₂O₃・
2SiO₂）10ｇ、平均粒径2.0μｍのアノーサイト
（CaAl₂Si₂O₈）10ｇ、そして平均粒径0.6μｍのア
ルミナ15ｇの割合で加えて混合し、実施例１に示
した要領でグリンシートおよび絶縁ペーストを調
製した。

このグリンシートに、実施例６で調製した導電
ペーストと抵抗ペーストとを印刷し、さらに本実
施例で調製した絶縁層用ペーストを印刷し、実施
例２の要領により多層化した。焼成は、空気中
950℃で10分間を保持する条件で行なつた。本実
施例においても良好な結果を得た。

以上述べたように、本発明によれば、微細で高
密度の配線導体を有し、かつ抵抗体をその層間に
も形成した多層構造体を、短時間の熱処理によつ
て作成できるようになり、半導体IC、その他の
部品を高密度に実装できる小形の多層混成集積回
路基板を製造できるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多層回路板の一例を示す
断面図、第２図は本発明の他の例の断面図であ
る。 １，１−１，１−２：印刷基体、２：第１層配
線、３：抵抗体用電極、４：第１層抵抗体、５：
層間絶縁層、６：スルーホール、７：第２層配
線、８：第２層抵抗体、９：外部接続用端子、１
０：素子接続用端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 抵抗回路の設けられた基板、この基板の回路
   形成面の接続部を除いた全面に設けられた絶縁
   層、この絶縁層上に上記接続部で上記回路と接続
   されている第２抵抗回路、必要に応じて更に絶縁
   層、抵抗回路が上記と同様にして最小１回設けら
   れた多層回路板において、前記基板、前記絶縁層
   が夫々軟化点750℃以下の非晶質ガラス50〜80wt
   ％、絶縁性酸化物50〜20wt％よりなり、かつこ
   の絶縁性酸化物とこの非晶質ガラスの熱膨脹係数
   の差が＋30×10^-7〜−10×10^-7／degの範囲にあ
   るものからなり、前記抵抗回路のすべての導体路
   が金属95wt％以上、上記非晶質ガラス5wt％以下
   のものからなり、前記抵抗回路のすべての抵抗体
   が導電性物質と上記非晶質ガラスのものからなる
   ことを特徴とする多層回路板。 ２ グリーンシート上に導体ペースト、抵抗ペー
   ストを夫々印刷、乾燥して導体回路で抵抗体が接
   続された未焼成抵抗回路を形成し、ついで上記の
   グリーンシートの抵抗回路形成面の接続部を除い
   た全面に絶縁ペーストを印刷、乾燥して未焼成絶
   縁層を形成し、更にこの絶縁層上に導体ペースト
   で上記抵抗回路と接続するように未焼成導体回路
   を印刷、乾燥して形成すると共に抵抗ペーストを
   印刷、乾燥して未焼成第２抵抗回路を形成し、必
   要に応じて更に未焼成絶縁層、未焼成抵抗回路を
   上記と同様にして夫々最小１回設けて多層化した
   未焼成回路板とし、その後これを焼成することを
   特徴とする多層回路板の製造方法。 ３ グリーンシートが軟化点750℃以下の非晶質
   ガラス粉50〜80wt％、絶縁性酸化物粉50〜20wt
   ％よりなる絶縁物質、高分子物質、有機溶剤より
   なり、かつ上記非晶質ガラスと絶縁性酸化物の熱
   膨脹係数の差が＋30×10^-7〜−10×10^-7／degの
   範囲にあるものを用いたペーストからグリーンシ
   ート化したものであり、導体ペーストが金属粉、
   上記非晶質ガラス粉、ビヒクルよりなるものであ
   り、抵抗ペーストが抵抗体粉、上記非晶質ガラス
   粉、ビヒクルよりなるものであり、絶縁ペースト
   が上記の非晶質ガラスと絶縁性酸化物の混合物、
   ビヒクルより、焼成を上記非晶質ガラスの軟化点
   より150〜250℃高温で行なうことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の多層回路板の製造方
   法。