JPH03284896A

JPH03284896A - 多層配線回路基板の製造方法

Info

Publication number: JPH03284896A
Application number: JP8598890A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Irumagawa; 入間川　裕; Tsutomu Oda; 勉小田; Takanori Ikuta; 貴紀生田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-16
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JP2958492B2

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、セラミックの多層配線回路基板に関するもの
であり、特に基板材料として、ガラス質フリットとセラ
ミック成分からなる低温焼成セラミック基板を有する多
層配線回路基板およびその製造方法である。

〔従来の技術〕

一般に多層配線回路基板は、セラミックのグリーンシー
ト上に、モリブデン、タングステンなどの高融点金属の
導電性ペーストを内部配線として所望パターンを印刷し
たシートを、積層・圧着した後１４００℃程度に焼成し
ていた。

しかし、モリブデン、タングステンなどは、焼成温度が
高くコストアップにつながり、また導体抵抗が比較的高
く、回路の信号の高速化が困難であった。

そこで最近、内部配線材料として、金（Ａｕ）、銀（Ａ
ｇ）、銅（Ｃｕ）などの比較的低融点、且つ低抵抗の材
料を使用することが検討されている。

また、基板材料についても、焼成温度が１４００℃前後
から、１０００℃未満の低温で焼成できるガラス質フリ
ットとセラミック成分とからなるガラスセラミック基板
（低温焼成用セラミック基板）の使用が検討されている
。

このような状況において、低温焼成用セラミックを用い
た多層配線回路基板の内部配線としてＡｇが有望とされ
ている。Ａｇにはマイグレーションという問題はあるも
のの、Ａｕに比較して極めて安価であり、また、Ｃｕと
比較して、ペースト中の有機バインダーの脱パイ（脱バ
インダー）工程が簡単であり、製造上の制約が少ないこ
とが挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、低温焼成用セラミックの多層配線基板の内部配
線としてＡｇを使用した時の最大の問題点は、低温焼成
用セラミックグリーンシートとＡｇペーストの焼結反応
の度合いに大きな違いがあり、これにより、積層した基
板全体に反りが発生したり、導体抵抗値が大きくなって
しまうという問題点がある。即ち、低温焼成セラミック
のグリーンシートにＡｇの内部配線パターンを形成し、
積層圧着後、一体的に焼結すべく、約９００℃で焼成す
ると、Ａｇの焼結反応が完了した後でも、焼結が続けら
れ、Ａｇ過焼結となり導体中に空孔が発生する。

本発明は、上述の問題点に鑑みて案出したものであり、
その目的は、内部配線としてＡｇを使用するにあたり、
基板と内部配線との焼結度合いの違いに起因する基板の
反りが一切ない、低抵抗の内部配線を有する多層配線回
路基板を提供することにある。

〔目的を達成するための具体的手段〕

上述の問題点を解決するために行った本発明の具体的な
手段は、ガラスセラミックから成る回路基板内に平均粒
径５〜２５μｍの略球状の銀粉末と有機ビヒクルとから
なる導電性ペーストによって形成した内部配線パターン
を有することを特徴とする多層配線回路基板である。

また、１８０〜２５０℃で仮焼した銀粉末と有機ビヒク
ルとを混練した導電性ペスートでもって所望の内部配線
パターンを、ガラス質フリットとセラミック成分とから
なるセラミックグリーンシート上に印刷し、これらのセ
ラミックグリーンシートを所要枚数積層した後、焼成す
る工程から成る多層配線回路基板の製造方法である。

〔作用〕

上述の手段により、セラミックグリーンシートの表面に
所望内部配線パターンか印刷されたガラス質フリットと
セラミック成分とからなるセラミックグリーンシートを
積層し、焼結させた多層配線回路基板にあって、所望内
部配線パターンさして印刷される導体材料は、平均粒径
が５〜２５μｍの略球状のＡｇ粉末の導電性ペーストが
印刷されて形成されるので、Ａｇ粉末の極度の過焼結状
態にならず、焼結後の内部配線導体が緻密質となり、低
抵抗が達成され、さらに基板に反りか生じない。

上述のＡｇ粉末の粒径は、通常（１〜２μｍ）の１０倍
程度の粒径を有している。これにより、セラミックグリ
ーンシートの積層基板と同時に焼結させると、通常より
もＡｇ粉末の焼結が遅れ、セラミックグリーンシートの
焼結温度と近似し、その挙動に差異が少なくなる。例え
ば、セラミックグリーンシートの焼結温度は、ガラス質
フリットの成分などで若干異なるものの、その温度は８
５０〜９５０℃である。これに対して通常のＡｇ粉末で
は、約３００〜約４００’Ｃて焼結反応が終了し、８５
０〜約９００℃の間はＡｇの過焼結状態となってしまう
。

本発明においては、平均粒径か５〜２５μｍの略球状の
Ａｇ粉末を使用することにより、焼結開始温度が７００
〜８００℃となり、セラミックグリーンシートの焼結温
度と近似させることができる。

また、過焼結状態にならないので、焼成したＡｇの焼成
導体に空孔が発生ぜず、モリブデン、タングステンに比
較して低抵抗の内部配線が達成できる。

通常、Ａｇ粉末は化学還元法によって、上述したように
２μｍ以下の粒径のＡｇ粉末が形成される。特に、１μ
ｍ未満の粒径のＡｇ粉末をペースト化した導電性ペース
トでは、印刷後、セラミックグリーンシートと一体的に
焼結すると、Ａｇ粉末の過焼結状態が極端となり、体積
の収縮が起こる。これにより、焼結後の導体には空孔が
発生し、導体抵抗を大きくなる。反りについては、この
空孔が作用して逆に反り防止に役立つが根本的に導体抵
抗の問題で使用することが困難である。

また、粒径１〜２μｍ程度のＡｇ粉末をペースト化した
導電性ペーストでは、導体に空孔の発生が少ないものの
、その焼結挙動が、ガラスセラミックのセラミックグリ
ーンシートの焼結温度よりも低い温度で発生しはじめる
ため、始め、焼成後の多層基板に反りが発生する。

また、別の製造方法、電解法による製造された球状粉末
があるが、この方法で形成された球状粉末は粒径が数十
μｍと大きく、さらに鱗片状粉末では、粒径が不揃いで
、偏平状であるため、内部配線パターンの印刷時スクリ
ーンのメツシュに目詰まりを起こし、精度の高い配線パ
ターンが不可能となる。

結局、ガラス質フリットを含むセラミックのグリーンシ
ートの内部配線の導電性ペーストとして、平均粒径が５
〜２５μｍで略球状のＡｇ粉末か使用されることが最適
である。

このような平均粒径が５〜２５μｍで略球状のＡｇ粉末
は、化学還元法によるＡｇ粉末を仮焼させることにより
達成される。即ち、粒径が２μｍ以下の小さなＡｇ粉末
をペースト化する前に、仮焼し、Ａｇ粉末の粒径を成長
させておくことか重要である。その仮焼の温度は、１５
０〜３００℃であり、好ましくは１８０〜２５０６Ｃで
ある。これにより、本発明の目的である内部配線の低抵
抗で、且つ反りが少ない多層配線回路基板が達成される
ことになる。

〔実施例〕

以下、本発明の多層配線回路基板を図面に基づいて詳説
する。

第１図は、本発明の多層配線回路基板の断面図である。

本発明の多層配線回路基板１０は、セラミック基板１ａ
、ｌｂ・・・と内部配線２ａ、２ｂ・・・とで構成され
ている。尚、セラミック基板１ａ上の内部配線２ａとセ
ラミック基板ｌｂ上の内部配線２ｂとは、セラミック基
板１ｂに形成された導体材料（内部配線２ｂと同一材料
）か充填されたスルーホール（実線で示す）３ｂで電気
的に接続されている。このように形成された多層配線回
路基板１０の表面および裏面には、必要に応じて、所望
厚膜回路配線４や電子部品５などが被着・搭載される。

上述の多層配線回路基板１０の製造方法は、以下のとお
りである。

多層配線回路基板１０を構成するセラミック基板１ａ、
ｌｂ・・・は、ガラス質フリットとセラミック成分とか
らなる混合物を有機成分で混練ししたガラスセラミック
材料を、ドクターブレード法によって形成したセラミッ
クグリーンシートを焼結して形成する。具体的には、ガ
ラス質フリットは、例えば、酸化マグネシウム、酸化ア
ルミニウム、酸化珪素を主成分とし、セラミック成分は
、例えばアルミナであり、夫々が７０ｗｔ％、３０ｗｔ
％の比率で混合される。また、有機成分として、バイン
ダーは例えばアクリル系樹脂、可塑剤は例えばジブチル
フタレート、ビヒクルは例えばトルエンである。そして
、上述のガラス質フリットとセラミック成分との混合物
と有機成分とをホールミルにて均質混練する。

上述の内部配線２ａ、２ｂ・・・は、Ａｇを主成分とす
る導電性ペーストを焼結することによって形成する。そ
の導電性ペーストはＡｇを主成分とする金属粉末と有機
成分とを均質混練して構成する。金属粉末であるＡｇ粉
末は、化学還元法によって形成された粒径の小さい（〜
２μｍ未満）略球状の粉末を仮焼して形成する。これよ
り、平均粒径が５〜２５μｍの略球状の粉末体となる。

具体的には、Ａｇ粉末の仮焼方法は化学還元法によって
形成さられたＡｇ粉末をルツボに入れ、恒温槽に１５０
〜３００℃の範囲で１時間加熱する。

有機ビヒクルとして、有機バインダーは例えばエチルセ
ルロースであり、有機溶剤は例えば２゜２．４−トリメ
チル−１，３−ベンタンジオールモノイソブチレートで
あり、このバインダーおよびビヒクルを秤量・混合し、
３本ロールにて混練する。　例えば、平均粒径が５〜２
５μｍの略球状のＡｇ粉末を８７〜９３重量％、有機ビ
ヒクルを７〜８重量％、尚、有機ビヒクル中、バインダ
ーを１０重量％、溶剤を９０重量％夫々用いる。

ここで、Ａｇの平均粒径を大きくすれば、比表面積が低
下するので、Ａｇの重量を多くする。例えば、平均粒径
を１０μｍのＡｇ粉末ではＡｇ粉末を９０重量％に設定
することが望ましい。

上述のドクターブレード法によって形成されたセラミッ
クグリーンシートを所定形状にプレス切断し、単板のセ
ラミックグリーンシート１１ａ１１１ｂ・・・を作製す
る。そして、各単板のセラミックグリーンシートｌｌａ
、ｌｌｂ・・・には、所定位置にスルーホール３　ａ−
、３ｂ・・・を形成し、さらにセラミックグリーンシー
トｌｌａ、１１ｂ・・・上に所望内部配線として上述の
Ａｇの導電性ペーストをスクリーン印刷する。このとき
、スルーホール３ａ、３ｂ・・・にもＡｇの導電性ペー
ストを充填する。充填する方法としてスクリーン印刷の
スキージの印圧を利用したり、印刷面の反対側からスル
ーホール３ａ、３ｂ・・・を介して減圧にしてエアを引
き、導電性ペーストをスルーホール３ａ、３ｂ・・・、
に吸引したりする。

このように導電性ペーストにより所望内部配線パターン
が形成されたセラミックグリーンシート１１ａ、１１ｂ
・・・を所要枚数積層し、圧着する。

最後にピーク温度９００℃１３０分間、焼結し、多層配
線回路基板を製造する。

上述の多層配線回路基板１０によれば、所望内部配線パ
ターンとして印刷される導体ペーストのＡｇ粉末が平均
粒径５〜２５μｍであるため、焼結後の内部配線２ａ、
２ｂ・・・が緻密質となり、低抵抗が達成され、さらに
基板１ａＳ　ｌｂ・・・に反りがない多層配線回路基板
工０となる。

Ａｇ粉末の平均粒径が５〜２５μｍの導電性ペーストを
用いることにより、Ａｇ粉末の焼結反応の温度が７００
〜８００℃となる。また、低温焼成可能なガラス質セラ
ミックのグリーンシート１１ａ、ｌｌｂ・・・の焼結反
応温度は、８５０〜９５０℃であり、互いの焼結反応温
度が近似させることができるため、焼結の挙動に差異が
少なく、基板全体の反りか少なくなる。

基板全体の反りがないことは、外観形状は勿論のこと、
内部配線２ａ、２ｂ・・のパターンを精細に形成した時
、配線切れが一切ない安定した多層配線回路基板が達成
されることにもなる。

これに対して、平均粒径が２μｍ以下のＡｇ粉末を有す
る通常の導電性ペーストは、Ａｇ粉末の婢結開始温度が
３００〜４００６Ｃ程度であり、セラミックグリーンシ
ートが焼結反応する前に、焼結反応が終了する。さらに
昇温されるため、Ａｇ粉末が過焼結状態となる。

本発明ではＡｇ粉末の過焼結が防止できるため、体積収
縮が少なく、導体中に空孔が発生せず、低抵抗の内部配
線が達成でき、緻密質な導体が達成でき導体抵抗が小さ
くできる。

また、このような内部配線用のＡｇの導電性ペーストを
作成するにあたり、化学還元法によって形成された略球
状のＡｇ粉末を仮焼して形成することにより安定して平
均粒径か５〜２５μｍで略球状のＡｇ粉末を形成するこ
とができる。

ここで、Ａｇ粉末が鱗片状粒子であったり、粒径が２０
μｍを越えるものであると、印刷時スクリーンのメツシ
ュに目詰まりが発生してしまう。

本発明者らは、３０ｍｍＸ３５ｍｍの上述のセラミック
グリーンシート（厚み約０．８ｍｍで、焼結温度が９０
０℃）の単板上に、Ａｇ粉末の平均粒径が異なる導電性
ペーストで、２０ｍｍＸ２０ｍｍ（反りの測定用）と０
．３ｍｍＸｌＯｍｍ（抵抗値測定用）の２つのパターン
（厚み１３μｍ）を夫々形成し、反り及び抵抗値を測定
した。

その結果は、第１表のとおりである。

尚、反りの測定については、反りゲージで基板の中央部
の高さを求め、この高さから基板の厚みを差し引いた値
を反りとした。また、抵抗値の測定について、オームメ
ータで、４端子法にて測定した。

第１表試料番号１〜３で明らかなように、Ａｇの平均粒径が５
〜２５μｍであると、反りが０．０２ｍｍ以下となり、
実質的に無視でき、所要枚数のセラミックグリーンシー
トを積層した多層配線回路基板１０であっても問題なく
使用できるものである。

また、配線導体に空孔が生じることがなく、緻密な状態
となり、抵抗値が３，０〜３．５ｍΩ／ＩＤＯ］と極め
て低く、ばらつきも小さくなり、回路の信号高速化に対
応が容易となる。

これに対して、試料番号４〜６のようにＡｇの平均粒径
が０．５〜２．０μｍと、発明品に比較して小さいもの
については、反りが０．５８〜３．０５ｍｍと大きく、
また抵抗値が３．５〜３０［ＩｌΩ／田ｍと全体的に大
きく、ばらつきが多いものとなってしまい、所要枚数の
セラミックグリーンシートを積層した回路基板では、反
りによる内部配線切れ、外観不良などが生じてしまう。

尚、試料番号４．５において、反りが本発明品に比較し
て大きいものの、試料番号６よりも小さくなる原因とし
て、上述したように粒径がＡｇの粒径が１μｍ以下では
、簡単に過焼結状態になり、体積が収縮してしまい、導
体中に空孔が発生したり、極端な場合には基板上に焼結
した導体が点在してしまい、極端な反りが発生しないの
である。

なお、試料番号１〜３の粒径を形成するにありり、試料
番号１　（Ａｇの平均粒径５μｍ）については、比較例
５のＡｇ粉末を１８０′Ｃ１時間仮焼した。試料番号２
（Ａｇの平均粒径１５μｍ）については、比較例５のＡ
ｇ粉末を２００’ＣＩ時間仮焼した。試料番号３（Ａｇ
の平均粒径２５μｍ）については、比較例５のＡｇ粉末
を２５０’Ｃ１時間仮焼した。

上述のセラミックグリーンシートは、ガラス質フリット
として酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化珪素
を主成分として、セラミック成分にアルミナを用いたも
ので説明したが、このようなガラス質セラミックは、８
００〜９５０℃程度の低温で焼結できる材料として用い
られているものであり、上述の温度範囲の低温焼成用ガ
ラスセラミック材料であれば、どのような材料のガラス
セラミックのグリーンシートにも本発明は適用できる。

また、上述の導電性ペーストは、Ａｇ粉末を用いたＡｇ
ペーストであるか、導体材料としてＡｇを主成分とした
、Ａｇ系導電性ペースト、例えばＡｇ−Ｐｄペーストで
あっても構わない。

〔効果〕

以上のように、本発明によれば、ガラスセラミック成分
で構成した多層配線回路基板の内部配線として、平均粒
径が５〜２５μｍの略球状の銀粉末から成るＡｇの導電
性ペーストを用いたので、多層配線回路基板の基板材料
とＡｇとの焼結反応の挙動の差が少なく、基板全体の反
りがなく、また、緻密な導体が達成され低抵抗の多層配
線回路基板となる。

また、多層配線回路基板の内部配線として、１５０〜３
００℃で仮焼させた銀粉末を導電性ペーストに用いて製
造するため、平均粒径５〜２５μｍのＡｇ粉末か容易に
、且つ正確に作成でき、反りがなく、また、緻密質な導
体を有する低抵抗の多層配線回路基板の製造方法となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多層配線回路基板の断面図である。１０　　・　・　・ｌａ、１ｂ２ａ、２ｂａ１３ｂ１１ａ、ｌｌｂ・多層配線回路基板・・・・・・　セラミック基板・・・・・・　内部配線・・・・・・　スルーホール・・・・セラミックグリーンシート

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガラスセラミックから成る回路基板内に平均粒径
５〜２５μｍの略球状の銀粉末と有機ビヒクルとからな
る導電性ペーストによって形成した内部配線パターンを
有することを特徴とする多層配線回路基板。
（２）１８０〜２５０℃で仮焼した銀粉末と有機ビヒク
ルとを混練した導電性ペスートでもって所望の内部配線
パターンを、ガラス質フリットとセラミック成分とから
なるセラミックグリーンシート上に印刷し、これらのセ
ラミックグリーンシートを所要枚数積層した後、焼成す
る工程から成る多層配線回路基板の製造方法。