JPH0632380B2 - 多層配線基板の製造方法 - 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または小型受動部品を実装した高
機能，高性能，高密度実装用に用いる多層配線基板の製
造方法に関するものである。

従来の技術 近年、機器の小型化や多機能化の要望が年を追って強く
なってきている。一方、信号の高速度処理の技術の進歩
も大きい。このような状況のなかにあって、セラミック
を用いた多層配線基板技術は小型デバイスの高密度実装
用基板や高速デバイス実装用基板として重要な位置にあ
る。従来、セラミックの多層配線基板技術には大きく分
けて２通りの技術がある（例えば、電子技術，第２４巻
４号Ｐ２６〜３０）。

そのひとつは、アルミナ粉を主成分とする無機成分と有
機バインダ，可塑剤とからなるグリーンシートにタング
ステンまたはモリブデンのペーストを印刷し、これらを
複数枚を重ね合わせ、熱と圧力で積層一体化させるかま
たは、アルミナグリーンシートの上にタングステンまた
はモリブデンペーストとアルミナペーストを順次印刷積
層一体化させたものを還元雰囲気中高温で焼結させる方
法である。この方法で得た多層基板では、腐食を防いだ
り半田付ができるようにするため表層部のタングステン
またはモリブデン金属に金などのメッキを施すのが通例
である。もう一方の方法は厚膜印刷法とも称すべきもの
で、焼結されたアルミナ基板上に導体ペースト（Au，Ag
/Pd，Cuなど）とガラスペーストを各々一層毎に印刷，
乾燥，焼成を繰り返す方法である。この方法のうち、A
u，Ag/Pdの導体は空気中８５０〜９００℃で焼成するも
のであり、Cuは窒素雰囲気中８５０〜９００℃で焼成す
るものである。

発明が解決しようとする問題点 しかし、以上説明した２通りの方法のうち、グリーンシ
ート法は絶縁材料にアルミナを用いるため絶縁特性，熱
伝導性にすぐれ積層数を大きくできるという利点がある
一方、導体材料にタングステンやモリブデンを用いてい
るため配線部の導体抵抗が高い（Cuの５〜１０倍）とい
う不利な点があるとともに表面導体層に金メッキする必
要があるという点でコストが高い。また、この方法では
未焼成一体物を焼成する関係上、焼成後の寸法にバラツ
キが生じるため配線のパターン精度が十分だせないとい
う欠点もある。

一方、厚膜印刷法ではAuやCuといったような十分導体抵
抗の低い材料の使用が可能という点で信号の高速処理用
基板としては有利であり、また焼結された基板上に積層
してゆくため寸法精度も十分であるという利点がある。
しかし、この方法では導体、絶縁層の形成に印刷，乾
燥，焼成を一層毎に行う必要があるため工程が面倒とな
るとともに、一回毎の焼成で絶縁層の劣化が生じ絶縁特
性が十分でなく、歩どまり低下をまねくという欠点があ
る。この方法のうち、Au使用のものは極めてコストが高
く低コストで低導体抵抗材料であるCuの使用がつよく望
まれている。

本発明は上記問題点に鑑み、グリーンシート法と厚膜印
刷法の両者の利点を持ち合わせた低コスト，低抵抗銅配
線とタングステン配線層の両方を含む多層配線基板の製
造方法を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の多層配線基板の製
造方法は、アルミナとタングステンまたはモリブデンと
からなる積層一体焼結物の最上層の絶縁層の小孔に、Pt
またはPdまたはこれらの混合粉とタングステンまたはモ
リブデンを酸化させない低融点ガラスとアルミナ粉とか
らなるペーストを充てんし、熱処理し充てん物を緻密化
する工程と、これの上に酸化銅ペーストとガラスまたは
これとセラミックスの混合粉ペーストを繰り返し印刷，
乾燥する工程と、これを空気中熱処理しバインダを除去
したのち還元雰囲気中熱処理により酸化銅を銅メタルし
たのち焼成，緻密化する工程とからなるものである。

作 用 本発明は、上記した工程により各々次に示す理由，作用
により本発明の多層配線基板の製造を可能とするもので
ある。

本発明によれば、低抵抗銅配線層形成には出発原料に酸
化銅を用いている。この酸化銅を用いる理由は酸化銅層
及びそれととも積層されている絶縁層には印刷をする必
要上原料はペースト状で用意され、そのペーストには多
量に有機バインダが含まれている。この有機バインダは
緻密化の過程で炭素などの形で膜中に残っているとピン
ホールや泡発生の原因となるもので完全に除去する事が
望ましい。したがって、本発明では銅導体層の出発原料
に酸化銅を用い空気中で完全に有機バインダを然焼させ
たのち還元し、更に緻密化する。導体材料に銅メタル粉
原料を用いたりすると、バインダの除去には窒素雰囲気
中など酸素の存在しない雰囲気で行う必要がある。その
ため、バインダが膜中に微量残る事になり絶縁特性を劣
化させる事となる。本発明の銅多層部は上記の工程をと
るため絶縁層は非常に緻密化され、すぐれた絶縁特性を
示す。一方、内部積層体部の導体材料にはタングステン
やモリブデンを使用している。これらの材料は還元雰囲
気中では極めて安定であるが空気に触れると４００℃か
ら５００℃程度の温度から酸化が急激に進み、揮発性の
ガスとなって消失するという性質を持っている。そのた
め、本発明のように銅多層部を形成するのに空気中での
処理が伴うような場合は内部タングステンまたはモリブ
デンの導体層は酸化されてしまい導体としての用をたさ
ない事となる。本発明では、内部タングステンまたはモ
リブデン層がこのような空気中熱処理に耐えるような構
造とする事が重要なポイントのひとつである。その手段
として本発明では、白金（Pt）またはパラジウム（Pd）
またはこれらの混合物とタングステンまたはモリブデン
を酸化しない成分からなる低融点ガラス粉とアルミナ粉
と有機ビークルとで混練したペーストを充てんして、空
気中または窒素雰囲気中で熱処理して緻密化する事を行
う。この目的は、内層にタングステンやモリブデンを含
むものに対して、最上層と内層部を電気的に継ぐととも
に内層部が空気中熱処理後も酸化されないようにする事
にある。緻密化した充てん材料ではPtまたはPdまたはこ
れらの混合物が導体とて働き、またガラスとアルミナは
内部への酸素の侵入を防ぐ働きをする。この充てん機の
緻密化のための熱処理は空気中でも可能であるが、これ
は昇温の過程でタングステンまたはモリブデンが酸化し
始める前に低融点ガラスが流れ始め表面を被覆するた
め、外部の酸素との反応が進まなくなるためである。ま
た、ガラス中には酸化鉛（PbO）のような成分を含まな
い方が望ましい。それは、酸化鉛のような還元され易い
成分が含まれると、これによってタングステンやモリブ
デンが容易に酸化され導通性を示さなくなるためであ
る。

以上、説明したように本発明ではタングステンやモリブ
デン内層を有するアルミナ焼成基板最上層小孔部分に充
てん機を形成し、空気中熱処理しても内部が酸化されな
い処理を施したのち、酸化銅ペーストとガラス粉または
これとセラミック粉の混合物ペーストを交互に印刷，乾
燥を繰り返したのち、一括して空気中で脱バインダし、
更に還元雰囲気中で緻密化する工程をとる事により、ア
ルミナ−タングステンまたはモリブデン系多層構造体と
銅−ガラスまたはガラス−セラミックス系多層構造体を
一体化する事を可能にする。

なお、充てん機の組成は導体成分として６０〜９０ｗ％
の範囲にある事が望ましい。６０ｗ％より少い時は導電
性が十分とれず、また９０ｗ％以上になると内部への酸
素の侵入を完全に防ぎきれなくなるためである。

実施例 以下に実施例について示す。

実施例１ シリカ，マグネシアなどの焼結助剤成分を含むアルミナ
９２ｗ％の絶縁層とタングステン導体層とからなり、最
上部には内部導体層の微少部分（０．３mm角）が複数個
露出するようにした小孔を設けた絶縁層を形成した積層
焼結体を用意した。これは、アルミナグリーンシート上
にタングステンペーストとアルミナペーストを交互に印
刷，乾燥を繰返した積層体を１５８０℃、含湿窒素−水
素混合雰囲気中で焼成したものである。この積層焼結体
の小孔部分に表Ｉに示す成分のペーストをスクリーン印
刷充てんしたのち１００℃，１０分空気中で乾燥したの
ち、厚膜ベクトルで空気中８５０℃，３０分間で焼成し
た。

なお、表Ｉに示したガラス成分は約４５０℃で軟化する
ものである。

この焼成体の上部に、前記充てん機と接触するように酸
化銅粉と１０ｗ％エチルセルロース溶解のテンピン油と
を混練して得たペーストをスクリーン印刷，乾燥し、こ
の上に更に表IIに示す成分からなるガラス粉−セラミッ
ク粉混合物と上記エチルセルロース−テレピノール系ビ
ークルを混練したペーストをスクリーン印刷，乾燥し
た。

なお、この絶縁層ペーストの印刷は２回行った。前記工
程を繰り返し酸化銅層が最上層になるようにし、この最
上層を含め酸化銅層が３層になるように印刷した。これ
までの工程で、内部タングステン層と外部酸化銅層は各
層間ビアで接続されるよう設計されたスクリーン印刷版
を用いた。この印刷積層体を８００℃空気中で１５分間
処理したのち、Ｈ₂／Ｎ₂＝１０／９０の混合雰囲気、45
0℃，１５分間処理し、これにつづけて昇温し純Ｎ₂中１
０３０℃，３０分間保持したのち除冷し、炉より取り出
した。

焼成が完了した基板は緻密構造体として焼結されてお
り、銅多層部の配線抵抗は２〜３ｍΩ／口，銅導体の層
間絶縁抵抗は０．５×１×１０¹³Ωであった。なお、タ
ングステン導体層の抵抗は１５ｍΩ／口程度であった。
また、内部タングステンと銅メタライズ層をつなぐ抵抗
は極めて低く正確な評価は困難であったが、金属の量
（Pt）が７５ｗ％で最も抵抗値が小さく、６０ｗ％，９
０ｗ％のとき各々７５ｗ％のものに比べ１５〜２０％程
度高い値を示した。

しかし、この値は実用上全く問題にならない程度に小さ
いものである。また、内層部がモリブデンの場合もタン
グステンの場合とほぼ同じ程度のものが得られ、内層導
体にモリブデンを使用してもタングステンと同様の効果
が得られた。

発明の効果 以上説明したように、本発明はすなわちアルミナ−タン
グステンまたはモリブデン系の多層構造焼結体にPtまた
はPdと低融点ガラスとアルミナとからなる充てん機を形
成し、そのうち酸化銅ペーストと絶縁ペーストを交互に
繰返し印刷したのち、空気中熱処理と還元雰囲気処理，
緻密化処理を一括して行うことにより、アルミナ−タン
グステンまたはモリブデン系とガラスまたはこれとセラ
ミックス混合物−銅系の複合された多層構造体が得られ
る。

これにより、高度の多層化工法ならびに熱伝導特性にす
ぐれた多層基板と配線抵抗の極めて小さい多層基板の組
合わせが可能となり、かつ銅多層基板部は焼結基板上に
印刷形成するためパターン精度が高く精度の必要の部品
の実装にも適するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミナを主成分とする絶縁層とタングス
   テンまたはモリブデン金属導体層とからなる積層体の最
   上層絶縁層に内部導体が露出するよう小孔を設けた焼結
   体の小孔部分に白金粉，パラジウム粉の一種またはこれ
   らの混合物を６０〜９０ｗ％とタングステンまたはモリ
   ブデンを酸化させない成分からなる低融点ガラス粉とア
   ルミナ粉とからなるフリット成分４０〜１０ｗ％と有機
   ビークルとからなるペーストを充てんする工程と、この
   積層体を空気中またはＮ_２中で焼成し充てん部分を緻密
   化する工程と、これに酸化銅粉と有機ビークルからなる
   ペーストを印刷する工程と銅の融点より低い温度で焼結
   するガラス粉またはこれとセラミック粉の混合粉と有機
   ビークルとからなるペーストを印刷，乾燥する工程とを
   繰り返す工程と、これを空気中で熱処理しバインダを除
   去する工程と、これを還元雰囲気中で熱処理し酸化銅を
   銅金属に還元する工程と、これを中性雰囲気または還元
   雰囲気中で熱処理し、銅および酸化物絶縁層を焼結，緻
   密化する工程とからなる多層配線基板の製造方法。