JPH0320916B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、IC、LSI、チツプ部品などからなる
回路の高密度実装用基板として用いることのでき
るセラミツク多層配線基板ならびにその製造方法
に関するものである。 従来例の構成とその問題点 近年、機器の小型化や多機能化の要望が年を追
つて強くなつてきているが、これらの要望に応え
るため回路部品の高密度実装が重要な技術となつ
てきている。特に、IC、LSIやチツプ部品の発達
に伴い回路の小型化は急速に進展しつつある。部
品の高密度実装化には限られた面積のなかにでき
るだけ多くの部品を搭載する必要があり、そのた
めには部品を小型化するとともに部品を搭載する
基板の有効面積を大きくすることである。部品の
有効搭載面積を大きくするには基板に形成される
配線の密度を高くする必要がある。近年、前述し
たようにIC、LSI、チツプ部品にみられるように
小型部品の進歩は大きい。一方、配線密度を高く
する方法としては、配線を十分にフアインライン
にするか配線を多層構造にするかの方法がある。
配線をフアインライン化するには印刷またはエツ
チング技術を高度な方法で行う必要があるが、そ
れにしてもその程度には限度がある。配線密度を
高くするのに最も効果的なのは配線を多層化する
ことである。 従来、多層構造を有する部品搭載用の基板とし
ては有機樹脂をベースとするものとセラミツクを
ベースにするものとに代表される。これらのうち
樹脂ベースのものは 第１図に示すように基板内部の導体層間の導
体接続は、基板表裏に貫通孔を設け、この貫通
孔の内壁にメツキを施すことによつて行つてお
り内部導体層間の接続箇所が多いとき、貫通孔
の数も多くなり部品実装の有効搭載面積が小さ
くなる。 部品の搭載密度が高くなるにつれて、部品自
体から発熱するような場合、樹脂の熱伝導度が
小さいため熱の放散性が悪い。 部品が例えばシリコンの半導体チツプであり
これを基板に直付けしようとしたときシリコン
と有機樹脂の熱膨張係数の差が大きすぎるため
信頼性面から樹脂基板への半導体チツプ直付け
はむずかしい。 などの問題点があり、樹脂基板では高度の実装密
度化に対しては対応しきれない。 一方、セラミツクによる多層基板構成では第２
図に示すように層間の導体接続（ビア）が基板内
部に形成できることやセラミツクの熱伝導度が樹
脂に比べて格段に高いため熱の放散性にすぐれて
いること、さらには熱膨張係数が小さくシリコン
の熱膨張係数に近いためチツプの直付が可能であ
るなどの利点があり高密度実装用基板として極め
てすぐれた性質を有している。従来セラミツクに
よる多層基板には大きく分けて２つの構成があ
る。そのひとつは焼結セラミツク基板（例えばア
ルミナ基板）上に金または銀−パラジウム系の導
体ペーストとガラス絶縁ペーストを交互に印刷、
焼成を繰り返し多層化する方法である。 この方法では、ビアが基板内部に形成でき部品
搭載の有効面積が広くなり高密度実装用基板に適
している。しかし、この構成では導体材料に金ま
たは銀−パラジウムのような貴金属を用いてお
り、そのため高価なものとなつている。その結
果、この構成によるセラミツク多層基板は産業用
機器などその使用は極限られた分野にとどまり、
民生用機器などへの応用の例がないのが実状であ
る。 また、セラミツクを用いた多層基板のもうひと
つの例はアルミナを主成分とする無機粉末と有機
結合剤とからなるグリーンシート上にタングステ
ンまたはモリブデンの導体ペーストを印刷し、乾
燥後これらの複数枚を加熱、圧着により積層化
し、さらにこれを還元雰囲気中、1500〜1600℃の
高温で焼結する方法である。この方法は、未焼結
の状態で積層、多層化するため多層化が極めて容
易である。また、アルミナ、タングステン、モリ
ブデンから構成されるため極めてすぐれた安定性
を示し、またその材料コストも小さいという利点
がある。しかし、この構成をとるためには極めて
高温を必要とするため設備が大がかりになること
や、またタングステンやモリブデンには直接半田
付できないため実際にはタングステン、モリブデ
ン導体層表面にニツケル、金のメツキを施す必要
があるなどの問題がある。 前述したように近年は部品が年々小型化され、
これらの小型部品は産業用のみならず民生用機器
にも多用されているのが現状である。一方、産業
用のみならず民生用機器の分野においても機器は
多機能化、小型化の方向にあり、部品実装用基板
においてもその必要性から基板の多層化が望まれ
ている。しかし、現在の多層基板技術には上記し
たような問題点があり広く使用されるに至つてい
ない。 発明の目的 本発明の目的は、上記欠点に鑑み低コストでか
つ部品の高密度実装を可能とするセラミツク多層
基板の製造方法を提供することである。 発明の構成 上記目的を達成するために本発明のセラミツク
多層基板は、アルミナを主成分とする焼結基板上
に酸化鉄、酸化ニツケル、酸化コバルトまたはこ
れらの混合粉を有機バインダと有機溶剤とからな
るビークルとともに混練したペーストと鉄、ニツ
ケル、コバルトまたはこれらの合金を酸化せず、
かつ鉄、ニツケル、コバルトの融点より低い温度
で焼結するガラス粉またはガラス粉とアルミナ粉
とからなる粉体を有機バインダと有機溶剤とから
なるビークルとともに混練したペーストを交互に
印刷、乾燥を繰り返す工程と、その工程で得られ
た基板を絶縁層が焼結し始めない温度で空気中で
熱処理し有機バインダを燃焼させる工程と、その
工程で得られた基板を還元雰囲気中で熱処理し酸
化鉄、酸化ニツケル、酸化コバルトまたはこれら
の混合粉を金属に還元する工程と、その工程で得
られた基板を鉄、ニツケル、コバルトの融点より
低い温度で焼成し、ガラスまたはガラスとアルミ
ナの混合相と金属を緻密化する工程とからなる製
造工程としたもので、これにより極めて低コスト
の鉄、ニツケルまたはコバルトを使用したセラミ
ツク多層板を製造することを可能とするものであ
る。 実施例の説明 以下に本発明の各工程を詳細に説明する。 本発明では、鉄、ニツケル、コバルトのそれぞ
れの導体の出発原料として酸化鉄、酸化ニツケ
ル、酸化コバルトを用い、また絶縁材料としては
鉄、ニツケル、コバルトの融点以下で焼結し、か
つ鉄、ニツケルまたはコバルトを酸化しないガラ
スまたはガラスとアルミナの混合物を用いる。酸
化鉄としてはFe₂O₃（ベンガラ）が最も代表的で
あり、ニツケルではNiO、コバルトではCoOが代
表的であるが、もちろん他の価数の酸化物であつ
ても構わない。絶縁材料としては、例えばBaO、
B₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂などの成分か
ら構成されるガラスがある。これらのような成分
は熱力学的に十分安定なものであり、鉄やニツケ
ル、コバルトのそれぞれの金属を酸化させる事は
ない。このような成分からなる導体粉と絶縁材料
粉を有機バインダと有機溶剤とからなるビークル
とを混練しペースト化する。このペーストをアル
ミナ焼結基板上に導体ペーストを所定のパターン
状にスクリーン印刷したのち乾燥し、更にこの上
に絶縁ペーストを印刷、乾燥する。必要に応じ
て、この工程を繰り返し積層化する。次にこれを
600℃〜800℃、空気中で熱処理する。この工程
は、ペースト中にある有機バインダを完全に散逸
させる工程である。有機バインダは、普通には炭
素と水素から構成される高分子であり、これを中
性雰囲気中または還元雰囲気中で熱処理した場
合、最後に炭素が残り完全に散逸させる事は困難
である。有機バインダを含む未焼成セラミツクを
酸素を含まない系で焼結させる場合、有機バイン
ダを完全散逸させる事が焼結技術上最も問題とな
る事が多い。一方、本発明では有機バインダを含
むペーストを印刷、積層化したものを空気中で熱
処理するため雰囲気には十分多量の酸素が存在す
る。そのため、有機バインダが分散し、最後に炭
素が残つてもまわりの雰囲気の酸素により燃焼さ
れCOまたはCO₂というガスとなつて完全に有機
バインダは完全に外部に散逸する。この空気中熱
処理の工程では導体の酸化鉄、酸化ニツケルまた
は酸化コバルトと絶縁層が交互に積層化され互い
に接触しているが、まだ十分に高温でないためこ
れらの導体酸化物と絶縁層との間には極小量の相
互拡散しか生じない。この温度領域で完全に相互
拡散が生じるような場合は構成上都合が悪く、し
たがつて絶縁層の材料としては導体酸化物と相互
拡散しにくい系を選ぶ必要がある。このように完
全に有機バインダを消逸させたのち、これを還元
雰囲気中700〜900℃で熱処理する。 この工程のポイントは、導体材料酸化物の部分
を金属に還元するところにある。この工程では還
元性気体が十分に積層部内部に拡散する必要があ
るため、積層部の緻密化を起さないようにする事
が重要である。また、当然の事ながら絶縁層成分
中に還元され易い成分が含まれる事は好ましくな
く、このような成分が含まれると絶縁層の絶縁不
良や一度還元された導体部を再び酸化してしまう
という現象につながる。還元雰囲気としては水素
または水素とちつ素の混合気体が一般的である。 次に、還元された金属が酸化されない程度の還
元雰囲気を保ち、温度をあげ金属層と絶縁層を焼
結させ緻密化させる。緻密化される過程で金属と
絶縁層の密着性が確保され絶縁層と金属が積層化
され、多層一体構造のものが得られる。 以下に本発明の具体的な実施例についてのべ
る。 実施例 酸化鉄（α−Fe₂O₃）粉末とテレピン油に10w
％のエチルセルロースを溶かしたビークルを三段
ロールで混練し、導体ペーストとした。また、コ
ーニング社製ガラス＃7070の粉末と昭和電工製ア
ルミナ（AL−30）、50／50の重量比からなる粉末
と上記ビークルを混練し絶縁ペーストとした。焼
結96％アルミナ基板上に上記の導体ペーストを所
定のパターンに印刷し乾燥した。さらにこの上に
上記絶縁ペーストを印刷し、乾燥した。この絶縁
層の所定箇所にはこの上に形成する導体層と下部
導体層を接続する目的で小孔（ビア）が設けられ
ている。上記絶縁層の上にさらに所定のパターン
で導体層を印刷し、乾燥した。この積層体を空気
中、700℃で30分間熱処理した。更にこの積層体
を850℃、10％H₂・90％N₂混合気体中で30分間
熱処理した。次にこれを１％H₂−99％N₂混合気
体雰囲気中で1200℃、１時間熱処理した。このよ
うにして得た積層体は一体構造となつており、ま
た鉄は完全な金属層となつており最上層鉄層と下
部鉄層との電気的導通も得られた。以下には、こ
のようにして得た積層体の代表的特性を示す。

【表】 ニツケル導体またはコバルト導体の多層基板も
導体材料原料として酸化ニツケル（NiO）、酸化
コバルト（CoO）の粉末を用い、ビークルと混練
し導体ペーストとした。これを鉄の場合と同じ絶
縁ペーストを用い、同じ手順、条件で印刷、乾
燥、空気中熱焼理、還元雰囲気中熱処理、高温熱
処理をし積層体を作成した。これらのものも鉄の
場合同様、金属層と絶縁層は一体構造となつてお
り、また最上層導体層と下部導体層間の電気的導
通が得られた。 この２者の性質はほぼ同じ程度であり、絶縁層
抵抗は＞10¹²Ω、導体抵抗は７〜９ｍΩ／ロ、接
着強度は0.8〜1.1Kg／mm²であつた。 なお上の実施例では層数は導体２層としたが、
この層数は２層に限定されるものでなく印刷、乾
燥を繰り返えすことによつて更に多くの層数とす
ることができる。 発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明はアル
ミナ焼結基板の上に金属酸化物導体材料ペースト
と絶縁ペーストを交互に印刷、乾燥し、脱バイン
ダ空気中熱処理工程、金属酸化物還元熱処理、金
属、絶縁層焼結緻密化工程からなるように構成さ
れており次のような効果が得られる。 (1) 導体材料は鉄、ニツケル、コバルトのような
卑金属を用いているため極めて低コストの多層
基板が得られる。 (2) 導体材料は印刷時、金属の酸化物を用いるた
め、脱バインダは空気中で行う事が可能となる
ため容易にかつ完全にバインダの除去ができ金
属層、絶縁層の焼結状態に好結果を与える。 (3) 焼結の条件は完全な還元雰囲気で行うため、
微妙な雰囲気制御を必要とせず条件設定が容易
などの優れた効果が得られる。 その効果により、多層基板が低コストで、かつ
容易に製造ができるため低コスト、高密度実装回
路モジユールを提供し機器の小型、多機能化の拡
大に貢献するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は樹脂多層基板の断面図、第２図はセラ
ミツク多層配線基板の断面図である。 １……表面導体、２……スルホール内壁導体、
３……内部導体、４……樹脂絶縁体、５……表面
導体、６……内部導体、７……セラミツク絶縁
体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミナを主成分とする焼結基板上に、酸化
   鉄、酸化ニツケル、酸化コバルまたはこれらの混
   合粉を有機バインダと有機溶剤とからなるビーク
   ルとともに混練したペーストと鉄、ニツケル、コ
   バルトまたはこれらの合金を酸化せず、かつ鉄、
   ニツケル、コバルトの融点より低い温度で焼結す
   るガラス粉またはガラス粉とアルミナ粉とからな
   る粉体を有機バインダと有機溶剤とからなるビー
   クルとともに混練したペーストを交互に印刷乾燥
   を繰り返えす工程と、その工程で得られた基板を
   絶縁層が焼結し始めない温度で空気中で熱処理し
   有機バインダを燃焼させる工程と、その工程で得
   られた基板を還元雰囲気中で熱処理し、酸化鉄、
   酸化ニツケル、酸化コバルトまたはこれらの混合
   粉を金属に還元する工程と、その工程で得られた
   基板を鉄、ニツケル、コバルトの融点より低い温
   度で焼成し、ガラスまたはガラスとアルミナの混
   合相と金属を緻密化する工程とからなるセラミツ
   ク多層配線基板の製造方法。