JPH03218693A - セラミック多層配線基板およびその製造方法 - 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］ この発明は、電子回路部品として使用されるセラミック
多層配線基板およびその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来の混成集積回路などに使用されるセラミック多層配
線基板は、゛絶縁層となるセラミック生基板にＷ，Ｍｏ
等の高融点金属を主成分とする第１導体層と、該導体層
を一部露出させる開口部を備えた絶縁層と、該絶縁層か
ら前記開Ｉ１部分と連接する銅を主成分とする金属厚膜
からなる第２導体層からなる構成である。このような構
成においては接触抵抗が高く、接着強度も弱くなる欠点
があり、特に第１導体層表面が酸化している場合には顕
著である． このため、上記問題点を防ぐ工夫がなされている。その
例として、実開昭５７−１２７７５では第１導体層と第
２導体層との接続部に、電解メッキ、無電解メッキある
いは蒸着等の手段によるメタライズ層を介して第１導体
層と第２導体層とが接続される構成の提案がある。

また別の例として、特公昭６３−４２８７９ではメタラ
イズ層の製造方法としてニッケル、コバルトあるいは銅
よりなる膜厚０．２〜５．０μＩのメッキ層の形成方法
の提案がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のセラミック多層配線基板のメタライズ層は、無電
解メッキ法では開口部分以外の周辺にブリードが発生す
るし、電解メッキ法ではメッキ引き回し線の設定による
基板寸法の制限あるいはメッキ引き回し線の配置によっ
て浮遊容量が増大する等機械的、電気的な品質上の課題
があった。

また、金属粉末等からなる市販の厚膜ペーストによる厚
膜メタライズ法ではメタライズ層は緻密膜質でないため
、十分な接着特性が得られないという課題があった． また、メッキ法では、メッキ液は必ず使用されるが、メ
ッキ面である第１導体層の表面に第５図（断面図）に示
すような穴（８）がある場合、その穴（８）にメッキ液
が残存することがある。そのため、セラミック多層配線
基板の変色、導体層の酸化による劣化等の品質上の課題
があった。

本発明の目的は、上述の課題を解決するため、メタライ
ズ層を改良し、生産性が高く、電気的、機械的な品質に
優れ、信頼性の高いセラミック多層配線基板およびその
製造方法の提供である。

［課題を解決するた゛めの手段］ 上記目的を達成するため、本発明の第１は、内層に高融
点金属を主成分とする第１導体層と、表面層に銅を主成
分とする第２導体層とを備えたセラミック多層配線基板
において、第１導体層と第２導体層との接続部にＰｔ，
　Ｎｉ，　Ｃｕ．Ａｕ，　Ｒｈ．Ｒｕ、Ｒｅ．Ｃｏ，　
ＰｄおよびＩｒのいずれか１種または２種以上の成分か
らなるメタロオーガニックスペーストを塗付、焼成した
メタライズ層を備えたことを特徴とするセラミック多層
配線基板である。

また、第２は、第１のセラミック多層配線基板の製造方
法であって、前記メタライズ層はＰＬ、Ｎｉ、Ｃｕ．　
Ａｕ．　Ｒｈ．Ｒｕ．Ｒｅ．Ｃｏ，　ＰｄおよびＩｒの
いずれか１種または２種の成分からなるメタロオーガニ
ックスペーストを塗付、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方法である．［作用コ 本発明のメタロオーガニックスペースト（Ｍｅｔａｌｌ
ｏ　Ｏｒｇａｎｉｃｓ　Ｐａｓｔｅｓ　）は、錯体ペー
ストであって、ガラス質のフリット分や金属酸化物を含
まない． 本発明の作用を第１図および第２図を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例のセラミック多層配線基板の
断面図である。絶縁層（１）となるセラミック生基板に
Ｗ−Ｍｏ等の高融点金属を主成分とした市販のＷペース
ト、Ｍｏペースト等で所定の配線を基板面およびスルー
ホール部に塗付する。さらに必要に応じてこれを複数枚
作成して積層することができる。次に、焼成して絶縁層
（１）と第１導体層（２）が一体化してコファイヤード
（Ｃｏｆ　ｉｒｅｄ　）多層基板（５）となる．次に、
この第１導体層による配線が露出する部分全体を覆うた
めにメタロオーガニックスペーストを塗付し、焼成して
メタライズ層（３）とする。次に、メタライズ層（３）
を介して、銅を主成分とする市販の銅ペーストにより所
定の配線を塗付し、焼成して第２導体層（４）を形成す
る。次に、図示しないが、必要に応じて、抵抗体層およ
びその抵抗体層を保護するガラス層、また、オーバーコ
ート樹脂層を設けることができる。

第２図は、第１図の○部の部分拡大図で、断面構造を詳
細に示した断面図である。図において、本発明のメタラ
イズ層（３）は、第１導体層（２）の凹凸面に容易に沿
い、凹部であっても深く入り込み、焼成によりメカニカ
ルアンカー効果と第１導体層（２）と固溶体層（６）を
生成している。

また、このメタライズ層は、第２導体層（４）ともメカ
ニカルアンカー効果があり、固溶体層（７）を生成する
． そのため、本発明のメタロオーガニックスペーストによ
るメタライズ層は、次のような■および■の作用効果が
ある。■第１導体層および第２導体層との接着強度は強
固なものとなる．モデル的に上記構成による試験片で、
第２導体層の上に銅１を２Ｘ２ｍｍ口全面にハンダ付け
して引張強度を測定したところ７〜１３Ｋｇ／２ａ＋ｍ
口であった。比較として、同様の試験片でメタライズ層
をメッキ法により形成した場合、引張強度は、５〜７ｋ
ｇ／２ｍｍ口であり、また、金属粉末等からなる厚膜ペ
ーストて形成した場合、緻密膜質とならず、引張強度は
２〜３　ｋｇ　／２ｍｍ　Ｔｌと低かった。

さらに、本発明の作用効果は、■導体成分とのメカニカ
ルアンカー効果および固溶体化（合金化）によりオーミ
ックコンタクトを形成することである。

メタロオーガニックスペーストの成分は、第１導体層あ
るいは第２導体層の成分によって、固溶体となる成分を
選ぶことが好ましい． 以下、実施例について図面を参照して説明する。

［実施例］ ［実施例１および比較例１コ 以下、実施例１について、比較例１と対比して説明する
。

実施例１は、アルミナを主成分として、これにシリカ、
カルシア等の焼結助材および有機バインダー等を加えて
混合して、ドクターブレード法等で成形した絶縁層（１
）となるセラミ・ソク生基板の複数枚の基板面およびス
ルーホールに、第１導体層（２）となるＷを主成分とし
たＷペーストをスクリーン印刷法等で必要な導体配線を
形成し、これらを複数枚積層゜した後、水素等の還元雰
囲気、１４００゜Ｃ−１７００℃で焼成して、絶縁層（
１）と第１導体層（２）と一体化してコファイヤード多
層基板（５）とする。

次に、コファイヤード多層基板（５）の外表面に第１導
体層（２）が露出している部分（第１導体層のうち絶縁
層で覆われていない配線部分）にｐｔメタロオーガニッ
クスペーストをスクリーン印刷等で塗布し、次に、これ
を酸化雰囲気で３５０℃〜４５０℃、１０分間脱バイン
ダー処理をした後、窒素雰囲気または水素雰囲気で７０
０℃〜１１００℃、１０分間熱処理してメタライズ層（
３）を形成する。

このときのメタライズ層の厚みは、０．０５〜５．０μ
ｍの範囲であればよいが、好ましくは約２μ讃である。

次に、銅を主成分とする厚膜ペースト（例えば、商品名
ＤＵＰＯＮＴ　＃９９２２）を用いて、前記メタライズ
層（３）を介してスクリーン印刷等の方法で印刷後、窒
素雰囲気中において、９００℃、１０分焼成して第２導
体層（４）とし、セラミック多層配線基板とする。さら
に、図示しないが、必要に応じて、抵抗体層およびその
抵抗体層を保護するガラス層、また、オーバーコート樹
脂層を設ける。

このｐｔメタロオーガニックスペーストよりなるメタラ
イズ層は電気的、機械的に安定で、強固な接合層を形成
する。すなわち、第１導体層のＷおよび第２導体層のＣ
ｕの双方と固溶性に優れていて、焼成により拡散して容
易に固溶体となり、また、メカニカルアンカー効果も有
している。

この効果を第３図で説明する。同図は、実施例１および
比較例１の引張強度の初期値から−４０℃〜１５０℃で
の冷熱サイクルを１０００サイクルまで行ったときの変
化を図示する。この比較例１は第１導体と第２導体との
接続部にメタライズ層の介在のない場合であり、その他
の条件は実施例１と同じである。実施例１は、比較例１
に比べ初期値そのものが数倍高い約１３．０ｋｇ／２ｍ
ｍ口であり、１０００サイクル後で約１０　．０ｋｇ　
／２ｗ＋ｍ　Ｏと十分高い値である．一方、比較例１は
初期値約３；０　｝ｃｇ／２ｍｍ口と小さな値であり、
さらに、１５０サイクルで引張強度は５０％程度低下し
、その後もさらに低下する．また、実施例１は、重要な
電気特性であるオーミックコンタクトにも優れている。

第４図は、実施例１のＷ　−　Ｃ　ｕ間の電圧一電流の
関係を示す特性図である。同図から、電圧と電流の関係
は直線の関係にあることがわかる。

本発明は、上述の優れた効果に加えて、メタロオーガニ
ックスペーストの塗布時に、位置ずれ等のため、必要と
しない部分（絶縁層部分）にはみでた場合、焼成により
絶縁層部分には十分に接着する強度がなく、超音波洗浄
、ブラッシング等の手法により容易に除去できる．その
ため、不必要なメタライズ層部分が存在せず、その点で
も電気的、機械的な特性を損なうことがなく、品質的に
安定し、信頼性を増す。

さらに、本発明の品質、生産性の評価を行ったが、主な
品質不良の一つであるブリードによるショート不良は０
％であり、また表面絶縁抵抗による劣化不良はＯ％であ
る。しかし、従来法のメッキ法によるメタライズ層の場
合では、それぞれの不良率は１５〜６０％であり、本発
明が品質、生産性の点で極めて優れているといえる． ［実施例２］ 実施例１との相違点だけを述べると、Ｐｄメタロオーガ
ニックスペーストをディスベンサで塗布し、次いで、こ
れを酸化雰囲気で３５０℃〜４５０℃、１０分間脱バイ
ンダー処理をした後、窒素雰囲気または水素雰囲気で７
００℃〜１１００℃、１０分間熱処理した。このときの
メタライズ層の厚みは約２μ鍋である。

ここで、Ｐｄメタロオーガニックスペーストを選んだの
は第１導体のＭｏと第２導体のＣｕとの双方に固溶性に
優れ、拡散して固溶体を作り、またメカニカルアンカー
効果を有していて電気的、機械的に安定で、強固な接合
層が得られる。同時に、絶縁層には接着する強度がなく
、実施例１と同様に電気的、機械的な特性を損なうこと
がない。

こうして得た製品の品質は実施例１と同様優れたもので
ある。

［実施例３］ 実施例１の方法で作製した絶縁層となるセラミック生基
板上に、第１導体層となるＷまたはＭｏの高融点金属を
主成分としたメタライズペーストをスクリーン印刷法に
より配線を形成し、次にその上に絶縁層となるアルミナ
を主成分とするセラミック系絶縁ペーストによりスクリ
ーン印刷法により印刷層を重ね合わせて形成する。次に
、これを水素等の還元雰囲気、１４００℃〜１７００℃
で焼成して、高融点金属を主成分とする第１導体層と絶
縁層が一体化してコファイヤード多層基板とする。

その他の条件は実施例１で述べた方法で行い、また、結
果も同様に優れたものである。

以上のように、本発明のメタライズ層は、メタロオーガ
ニックスペーストのスクリーン印刷法、ディスベンサー
等の常法で塗付し、焼成して形成できる。メッキ法のよ
うに温度、Ｐ｝ｌ等の条件を調整する必要もなく、また
メッキ液の管理は不要等の利点があり、その点でも生産
性は有利である。

なお、その他上記のｐｔおよびＰｄを含めて、Ｎ＋、Ｃ
ｕ，　Ａｕ，　Ｒｈ．Ｒｕ．Ｒｅ．ＣｏおよびＩｒの１
種または２種以上の成分からなるメタロオーガニックス
ペーストによるメタライズ層においても上述したと同様
のよい結果を得た。

［発明の効果］ 以上の説明のように、本発明は生産性が高く、電気的、
機械的な品質に優れ、高信頼性のセラミック多層配線基
板およびその製造方法の提供という工業的に極めて優れ
た効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のセラミック多層配線基板の
断面図である． 第２図は本発明の第１図のＯ部分拡大図で、構造を詳細
に示した断面図である。 第３図は本発明の実施例１と比較例１の引張強度の初期
値と冷熱サイクル後の変化を示した説明図である。 第４図は本発明の実施例１のＷ　−　Ｃ　ｕ間の電圧一
電流の関係を示す特性図である． 第５図はメッキ法による従来例の課題を説明するための
第１導体層面の断面図である。 １・・・絶縁層、２・・・第１導体層、３・・・メタラ
イズ層、４・・・第２導体層、５・・・コファイヤード
多層基板、６・・・第１導体とメタライズとの固溶体層
、７・・・第２導体とメタライズとの固溶体層、８・・
・穴。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内層に高融点金属を主成分とする第１導体層と、
   表面層に銅を主成分とする第２導体層とを備えたセラミ
   ック多層配線基板において、第１導体層と第２導体層と
   の接続部にＰｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ
   、Ｃｏ、ＰｄおよびＩｒのいずれか１種または２種以上
   の成分からなるメタロオーガニックスペーストを塗布し
   、焼成したメタライズ層を備えたことを特徴とするセラ
   ミック多層配線基板。
2. （２）請求項１記載のセラミック多層配線基板の製造方
   法であって、前記メタライズ層はＰｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａ
   ｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｃｏ、ＰｄおよびＩｒのいずれ
   か１種または２種以上の成分からなるメタロオーガニッ
   クスペーストを塗布、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方法。