JPH0614596B2 - セラミック多層配線基板の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子回路部品、時に混成集積回路に使用される
セラミック多層配線基板の製造法に関するものである。

（従来の技術） 従来、一般にセラミック多層配線基板としては、膜厚導
体層として銅等の卑金属を用いたものと、銀、パラジウ
ム、白金、金等の貴金属を厚膜導体層として用いたもの
が知られている。近年、ＩＣチップ等の電気部品が高集
積化し、動作速度が高くなるにつれて、これら電気部品
が設けられる配線基板に対しても、高周波特性の向上等
の要求が課されるようになって来た。

ところで、銅等の卑金属の厚膜導体層を有するセラミッ
ク多層配線基板は、以下の特徴を有する。

１．導体抵抗が低い。

２．耐はんだ性および耐マイグレーション性に優れてい
る。

３．導体接着強度のエージング劣化が小さい。

４．高周波損失が小さい。このため、上記要求を満足す
るため、種々の用途で使用されている。

このセラミック多層配線基板の例としては、第２図に示
すように、セラミックグリーンシート１′上に、タング
ステン、モリブデン等の高融点金属を主成分とする高い
高融点金属導体ペースト層２′、およびその高融点金属
導体ペースト層２′の一部が露出する開口３を有する絶
縁ペースト層４′を重ね合わせ、還元性雰囲気中で焼成
してセラミック基板１、高融点金属導体層２および絶縁
層４を形成した後、開口３中に直接ニッケル等の鉄属め
っき層５′を施し、さらにシンターされた鉄属めっき層
５上に銅等の卑金属の膜厚導体ペースト層６′を印刷
し、例えば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中て焼成して
膜厚導体層６を形成して多層配線基板を得ることが知ら
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記卑金属よりなる厚膜導体層を有する
セラミック多層配線基板では、卑金属厚膜導体層を窒素
ガス等の不活性ガス雰囲気中で焼成する場合、例えば５
〜１０ppmの微量の酸素を含む雰囲気にする必要があっ
た。そのため鉄属メッキ層、高融点金属導体層中への酸
素侵入により鉄属メッキ層、高融点金属導体層が酸化
し、導通抵抗が高くなり、場合によっては断線に至ると
いう問題があった。

この発明は、卑金属よりなる厚膜導体層を有し、高融点
金属導体層への接続性の良好かつ、膜厚導体層を焼成す
るときに、鉄属メッキ層、高融点金属導体層の酸化のな
いセラミック多層配線基板を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 本第１発明は、セラミック基板上に、高融点金属を主成
分とする導体層と絶縁層とが交互に積層され、還元性雰
囲気中で焼成され、該導体層の露出する領域上に、ニッ
ケルよりなる鉄属金属層が化学めっきにより形成され、
この鉄属金属層上に銅を主成分とする膜厚導体層が形成
されて焼成されたセラミック多層配線基板の製造法であ
って、前記鉄属金属層上に銅、ニッケルまたはコバルト
の少なくとも１つ以上を主成分とし、ケイ素、ホウ素ま
たはこれらの化合物の還元在を添加した導電性ペースト
層を設けて耐酸化性保持層とし、耐酸化性保護層に前記
厚膜導体層を塗布し、微量の酸素を含む不活性ガス雰囲
気中で焼成することを特徴とするものである。

本第２発明は、セラミック基板上に、高融点金属を主成
分とする導体層と絶縁層とが交互に積層され、還元性雰
囲気中で焼成され、該導体層の露出する領域上で、ニッ
ケルよりなる鉄属金属層が化学めっきにより形成され、
この鉄属金属層上に銅を主成分とする膜厚導体層が形成
され焼成されたセラミック多層配線基板の製造法であっ
て、前記鉄金属属層上に銅単独からなる導電性ペースト
層、または銅、ニッケルまたはコバルトの少なくとも１
つ以上を主成分とし、ケイ素、ホウ素またはこれらの化
合物の還元剤を添加した導電性ペースト層を設けて耐酸
化性保持層とし、還元性雰囲気中で熱処理をするととも
に、この耐酸化性保護層に前記厚膜導体層を塗布し、微
量の酸素を含む不活性ガス雰囲気中で焼成することを特
徴とするものである。

好ましくは、上記熱処理は、４００〜１２００℃にて実
施し、また上記不活性雰囲気は、微量の酸素を含む窒素
ガス雰囲気中で構成されるのがよい。

（作用） この第１発明は、鉄属金属層と厚膜導体層との間に、濡
れ性並びに酸素遮断性が高い銅、ニッケル、またはコバ
ルトの少なくとも１つ以上を主成分とし、ケイ素、ホウ
素またはこれらの化合物の還元剤を添加した導電性ペー
スト層を設けることにより、鉄属金属層および厚膜導体
層とを間でオーミック接触および機械的な接着性を良好
な範囲に維持しつつ、高融点金属導体層の酸化を防止す
ることができる。

また第２発明は、前記鉄属金属層上に銅単独からなる導
電性ペースト、または銅、ニッケル若しくはコバルトの
少なくとも１つ以上を主成分とし、ケイ素、ホウ素また
ははこれらの化合物の還元剤を添加した導電性ペースト
層を還元性雰囲気で熱処理することにより、体酸性性保
護層と鉄属金属層との間に化合物を形成し、その後に厚
膜導体層を不活性雰囲気で焼成することにより、高融点
金属導体層の酸化をより強力に防止することができ、所
望のセラミック多層配線基板を安定にかつ廉価に生産す
ることができる。

（実施例） 本発明の一実施例の詳細を第１図を参照して各工程毎に
説明する。

まず、アルミナ、ベリリア等を主成分とするセラミック
グリーンシートを公知のドクターブレード法等により調
整し、混成集積回路基板としての必要な寸法に切断した
セラミックグリーンシート１１を準備する。

次いで、そのセラミックグリーンシート１１上にタング
ステン、モリブデン等の高融点金属、即ち、セラミック
グリーンシート１１の焼成温度よりも融点が高く、かつ
電気抵抗の低い金属を主成分とする導体ペーストと、こ
の導体ペーストの一部が露出する開口１３を有するセラ
ミックグリーンシート１１と同一成分を主原料とする絶
縁ペーストとを、スクリーン印刷により交互に印刷し、
第１図に示すように導体ペーストよりなる高融点金属導
体層１２と絶縁ペーストよりなる絶縁層１４とを形成す
る。なお、高融点金属導体層１２および絶縁層１４の層
数は限られたものではなく、用途に応じた層数とすれば
良い。また、絶縁ペースとのスクリーン印刷の代わり
に、個別のグリーンシートを用意し、各々のグリーンシ
ートに所望の高融点金属導体層を形成した後、重ね合わ
せるシート積層方式により多層化も一般的である。

そして、高融点金属導体層１２と絶縁層１４とが形成さ
れたセラミックグリーンシート１１を還元性雰囲気で焼
成する。焼成条件はセラミックグリーンシート１１の成
分により定められるが、例えば１４００〜１８００℃、
５〜１８０分程度である。

次いで、焼成後の露出した高融点金属導体層12上に、ニ
ッケルよりなる鉄属めっき層１５を形成する。鉄属より
なる金属をめっきするのは、上層の金属層との濡れ性の
向上を図るためである。鉄属めっき層１５の厚みは、１
〜５μが適当である。鉄属めっき層１５を形成する方法
は、電解、無電解のいずれのめっき方法でもよく、電極
の取り出しの可否により選択するのがよい。鉄属めっき
層１５を形成した後に、鉄属めっき層１５と高融点金属
導体層１２との密着強度を向上させるために、800〜１
２００℃、５〜３０分間還元性雰囲気中で熱処理をする
のもよい。

次いで、本第１発明により、銅、コバルトまたはニッケ
ルを主成分とし、還元剤を含有する導電性ペースト層１
６′を、鉄属めっき層１５上にスクリーン印刷し、さら
に導電性ペースト層１６′および絶縁層１４上に、卑金
属、例えば銅を主成分とする厚膜導電ペースト層１７′
を所要の回路パターンに印刷により形成した後、窒素ガ
ス等の不活性雰囲気中で焼成し、耐酸化性保護層１６お
よび厚膜導体層１７を有する、本第１発明のセラミック
多層配線基板を得る。

なお、上記還元剤としては、タングステンの酸化を防止
し、かつ酸化された後にガラスの粘度を上げる効果の少
ないものを選択するのが良く、例えばケイ素、ホウ素ま
たはこれらの化合物を使用するとよい。例えばケイ素を
使用する場合にはその含有量を１．５〜３．０ｗｔ％程
度にし、ホウ化マンガンを使用する場合には、その含有
量を１．５〜３．０ｗｔ％程度にするとよい。この還元
剤により、同時焼成が可能となり、鉄属金属層および高
融点金属導体層が酸化されるのを防止する。

また、本第２発明により、上記耐酸化性保護層１６とし
ての導電性ペースト層１６′を形成した後に、鉄属めっ
き層１５に導電性ペースト層16′を定着させる処理を施
すに導電ペースト層１６′が形成された基板を、Ｈ_２等
の還元性雰囲気で４００〜１２００℃で所定時間、熱処
理を施して、導電性ペースト層１６′を金属化させると
ともに、下層の鉄属めっき層１５の間で合金化させる。

ところで、第２発明により、厚膜導体層１７を印刷形成
した後に、不活性ガス雰囲気下で焼成するのは、銅等の
卑金属が、金、銀等の貴金属に比べて酸化しやすいため
である。このため焼成炉内雰囲気を不活性雰囲気とする
のであるが、完全に不活性雰囲気にすると膜厚導体層１
７の接着性に問題が生じるため、微量の酸素を含む雰囲
気ガスにする。ただし、実際の焼成時に厚膜導体ペース
ト層１７′中の有機樹脂からなるバインダが熱分解して
発生する還元性の分解ガスにより微量の酸素を含む雰囲
気が還元性雰囲気となるため、焼成時における焼成炉内
の雰囲気を抽出型酸素センサにより分圧測定しながら、
炉内の酸素分圧が５〜１０ｐｐｍ範囲内の一定微量の酸
素を含む不活性雰囲気となるように、マスフローメータ
等により不活性ガス中への酸素が添加量を制御すると良
い。

実施例１ セラミック成分としてアルミナ９０重量パーセントの他
にシリカ、マグネシア等の添加物とポリビニールブチラ
ール等の有機バインダーを混合し、ドクターブレード法
により、厚み０．８ｍｍをセラミックグリーンシート１
１を作成した。

次に、タングステン粉末９８ｗｔ％、シリカ２ｗｔ％の
メタライズ成分にエチルセルロースを印刷助剤として加
えた導電ペーストと、セラミックグリーンシートと同一
組成の粉末にエチルセルロースを印刷助剤として加えた
絶縁ペーストとを、セラミックグリーンシート１１上に
導電ペーストの１部を露出させて交互に印刷し、高融点
金属導体層１２，絶縁層１４を形成する積層体を得た。

次いで、その積層体を露点３５℃の水素と窒素との混合
雰囲気中での、昇温速度３００℃／時間で昇温した後、
１５５０℃に２時間保持して焼結後、消音速度６００℃
／時間で降温し、多層配線基板を得た。

そして、得られた多層配線基板上に露出した高融点金属
導体層１２上に、ホウ素浴系のの無電解めっきにより３
μのニッケルよりなる鉄属めっき層１５を形成した。次
に、ニッケルメッキした多層配線基板を水素雰囲気中
で、９５０℃で５分間熱処理を施した。

次に耐酸化性保護層を形成するのであるが、これを２通
りの方法で行った。

第１の方法は導電ペースト層に熱処理を行う方法であっ
て、まず表１に示す金属成分にアクリル系バインダーを
印刷助剤として１０〜２０ｗｔ％加えた導体ペースト
を、印刷厚みが約２０μとなるように鉄属めっき層１５
上にスクリーン印刷し、水素雰囲気中で1000℃で熱処理
して金属化し、耐酸化性保護層16を形成した。さらに、
耐酸化性保護層１６上に、銅を主成分とする厚膜導体ペ
ーストをスクリーン印刷し、微量の酸素を含有する窒素
雰囲気中で９００℃に１０分間保持し、全体で６０分か
けて焼成して厚膜同体層１７を形成し、本第２発明のセ
ラミック多層配線基板を得た。

第２の方法は熱処理を施さないで同時焼成する方法であ
って、まず上記と同様の組成の導電性ペーストを同様に
印刷し、さらにその上に銅厚膜導体ペーストを印刷した
後に、これら層を、微量の酸素を含有する窒素雰囲気中
で同時焼成し、本第１発明のセラミック多層配線基板を
得た。

これら２方法で得られらセラミック多層配線基板の、厚
膜導体層と高融点金属導体層との間の接続部の導通抵抗
を測定し、最終的な判定を行った。これらの結果を表１
に示す。

ところで、表中において、「評価１」は第１の方法（本
第２発明）で得られた多層配線基板を、「評価２」は第
２の方法（本第１発明）で得られた多層配線基板を夫々
示す。導通抵抗は厚膜導体層と高融点金属導体層との間
の接続部を４３５個直列に接続したテストパターンでの
抵抗値を表す。また判定は、接続部を含めたパターンの
導通抵抗値が５０Ω以上は「×」、５０Ω以下は「○」
で表している。

表１から明らかなように主成分Ｃｕ、ＮｉまたはＣｏに
還元剤を添加した耐酸化保護層１６を有する試料は、そ
の下層に延在する高融点金属導体層１２の酸化によるそ
の層１２の抵抗値の増大がないため、十分な性能のセラ
ミック多層配線基板を得ることができた。

また、銅１００ｗｔ％で還元剤が無添加である場合で
も、第１の方法により導電性ペースト層１６′に熱処理
を施せば、十分な性能なセラミック多層配線基板を得る
ことができる。この場合の熱処理温度については、この
試料に種々の温度および熱処理時間で熱処理を行った結
果、第３図に示すように、４００〜１１００℃の範囲が
好ましい。第３図において「○」は耐酸化性良好を、
「×」、「△」は、耐酸化性不良、即ちテストパターン
の導通抵抗が大きい（５０Ω以上ある）ことを夫々表
し、特に「×」は金属の焼結が足りなく、「△」はNiが
Cuと全面的に化合物を形成しメタライズ層とのオーミッ
ク接触が不足したと考えられる。

本発明は上述した実施例のみに限定されるものではな
く、幾多の変形、変更が可能である。

（発明の効果） 以上説明したところから明らかなように、本第１発明の
セラミック多層配線基板の製造法によれば、鉄属金属層
と厚膜導体層との間に、上記銅、ニッケル、またはコバ
ルトの少なくとも１つ以上を主成分としケイ素、ホウ素
またはこれらの化合物の還元剤を添加した導電性スペー
スト層を設けることにより、鉄属金属層および膜厚導体
層との間のオーミック接触および機械的な接着性を良好
な範囲に維持しつつ、鉄属金属層および高融点金属導体
層を酸化させることがない。

また本第２発明の製造法により、導電性ペースト層に熱
処理を施し、導電性ペーストを金属化するとともに鉄属
金属層の一部とあらかじめ合金層を形成するため、高融
点金属導体層の酸化を防止することができる。したがっ
て、所望のセラミック多層配線基板を安定にかつ廉価に
生産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミック多層配線基板を示す断面
図、 第２図は従来のセラミック多層配線基板を示す断面図、 第３図は本発明により耐酸化性保護層のための導電性ペ
ーストに施した熱処理の結果を示すグラフ図である。 １１……セラミックグリーンシート １２……高融点金属導体層 １３……開口、１４……絶縁層 １５……鉄属めっき層、１６……耐酸化性保護層 １７……厚膜導体層、１６′……導電性ペースト層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック基板上に、高融点金属を主成分
   とする導体層と絶縁層とが交互に積層され、還元性雰囲
   気中で焼成され、該導体層の露出する領域上に、ニッケ
   ルよりなる鉄属金属層が化学めっきにより形成され、こ
   の鉄属金属層上に銅を主成分とする膜厚導体層が形成さ
   れて焼成されたセラミック多層配線基板の製造法であっ
   て、 前記鉄属金属層上に銅、ニッケルまたはコバルトの少な
   くとも１つ以上を主成分とし、ケイ素、ホウ素またはこ
   れらの化合物の還元剤を添加した導電性ペースト層を設
   けて耐酸化性保護層とし、この耐酸化性保護層に前記厚
   膜導体層を塗布し、微量の酸素を含む不活性ガス雰囲気
   中で焼成することを特徴とするセラミック多層配線基板
   の製造法。
2. 【請求項２】セラミック基板上に、高融点金属を主成分
   とする導体層と絶縁層とが交互に積層され、還元性雰囲
   気中で焼成され、該導体層の露出する領域上に、ニッケ
   ルよりなる鉄属金属層が化学めっきにより形成され、こ
   の鉄属金属層上に銅を主成分とする圧膜導体層が形成さ
   れて焼成されたセラミック多層配線基板の製造法であっ
   て、 前記鉄属金属層上に銅単独からなる導電性ペースト層、
   または銅、ニッケル若しくはコバルトの少なくとも１つ
   以上を主成分とし、ケイ素、ホウ素またはこれらの化合
   物の還元剤を添加した導電性ペースト層を設けて耐酸化
   性保護層とし、還元性雰囲気中で熱処理をするととも
   に、この耐酸化性保護層に前記厚膜導体層を塗布し、微
   量の酸素を含む不活性ガス雰囲気中で焼成することを特
   徴とするセラミック多層配線基板の製造法。