JPH0635341B2

JPH0635341B2 - 多層配線基板

Info

Publication number: JPH0635341B2
Application number: JP61126518A
Authority: JP
Inventors: 卓弘谷; 正小田切
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPS62283860A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、主としてハイブリッドＩＣ用多層配線基板に
関し、更に詳しくはセラミック絶縁層とＷ或いはＭｏの
導体をセラミックグリーンシート上に形成し、還元雰囲
気下に焼成してなるアルミナ磁器よりなる多層配線基板
に関するものである。

（従来技術とその問題点）最近における半導体チープの高集積化に伴い、これを実
装するセラミック多層配線基板やＩＣパッケージに対し
ても、配線の高密度化や高い寸法精度が要求されてきて
いる。そして、この寸法精度の中でも、特にアルミナ磁
器からなる基板の反りは、ＩＣチップの搭載やＩ／Ｏピ
ンの接続、気密封止等に大きな影響を及ぼすこととな
る。

ところで、従来の、この技術分野における通常の焼成操
作では、アルミナ磁器からなる基板やパッケージの反り
が大きいために、そのような反りを軽減する目的で、
（ａ）メタライズ印刷パターンの形状変更、（ｂ）焼成
時に基板に荷重をかける、（ｃ）焼成炉の内圧を高くす
る、等の手法が採られてきた。

さらに、従来からの基板は、基板上に形成されるＷ導
体、Ｍｏ導体の抵抗が大きいという問題が内在してお
り、また１枚の基板に複数個のパッケージ等を形成し、
その区画毎に予め溝（スナップライン）を設けておき、
焼成後に該溝部を折り割って、個々に分割する際に、そ
の折り割りがうまく出来ないというスナップ不良や、導
体上へメッキする際のメッキ不良が多い等という問題も
あった。また、従来の、アルミナ量が約９０重量％の基
板で、Ｗ導体や、Ｍｏ導体を基板（グリーンシート）と
還元雰囲気中で同時焼成し、更にその上にＡｇ−Ｐｄ系
導体を空気中で焼き付けた多層配線基板にあっては、Ａ
ｇ−Ｐｄ系導体周囲のアルミナ磁器表面が黄色く変色
し、外観上良くないという理由で、商品価値を低下させ
るという問題もあったのである。

（発明の目的）ここにおいて、本発明の第一の目的とするところは、セ
ラミック多層線基板に用いられるアルミナ磁器の焼成時
に生ずる反りを減少せしめ、Ｗ導体やＭｏ導体の導通抵
抗を下げ、焼成後の磁器のスナップ性を向上さえること
にあり、また第二の目的は、セラミック多層配線基板の
アルミナ磁器中のガラス相を減少させ、ガラス相が多く
存在するために製造工程で生じるメッキ不良を無くする
ことにあり、更に本発明の第三の目的とするところは、
還元雰囲気焼成したアルミナ磁器にＡｇ−Ｐｄ系導体を
空気中で焼き付けた時の磁器表面が黄色く変色する現象
を無くすことにある。

（発明の構成）そして、本発明は、上記の目的を達成するためのアルミ
ナ磁器の特別の技術構成、ひいては多層配線記板の特別
の技術構成を提供するものであって、その要旨とすると
ころは、Ａｌ_２Ｏ_３：８５〜９６重量％、ＳｉＯ_２：
２．５〜１２重量％、ＭｇＯ：０．５〜４重量％、及び
ＣａＯ：２重量％以下の組成を有し、且つＭｇＯ／Ｃａ
Ｏ重量比が２以上であるアルミナ磁器に対して、Ｗ若し
くはＭｏ導体を形成せしめてなることを特徴とする多層
配線基板にあり、またＡｌ_２Ｏ_３：８５〜９６重量％、
ＳｉＯ_２：２．５〜１重量％、ＭｇＯ：０．５〜４重量
％、及びＣａＯ：２重量％以下の組成を有し、且つＭｇ
Ｏ／ＣａＯ重量比が２以上であるアルミナ磁器中に、Ｗ
若しくはＭｏ導体が同時焼成によって形成され、更に該
アルミナ磁器上にＡｇ−Ｐｄ系導体が焼き付けられて設
けられてなることを特徴とする多層配線基板をも、その
要旨とするものである。

なお、そのような多層配線基板におけるアルミナ磁器
は、好ましくは、コランダムの他、ムライト及び／又は
スピネルの結晶相を含むものであり、またより好ましく
は、相対密度が９５％以上のものである。

ところで、かくの如き本発明は、主としてアルミナ基板
又はアルミナＩＣパッケージに用いられる、グリーンシ
ート成形法によるアルミナ磁器の反りのメカニズム、グ
リーンシート上に形成されるＷ導体やＭｏ導体とアルミ
ナ基板又はアルミナＩＣパッケージとの相互関係、及び
Ａｇ−Ｐｄ系導体を焼き付ける時の基板の変色のメカニ
ズムを鋭意研究し、解析した結果、完成されたものであ
る。

要するに、本発明者らの研究によって、グリーンシート
成形法による磁器の反りは、主としてアルミナ磁器のＭ
ｇＯ／ＣａＯ重量比の影響を受け易いことが明らかとな
ったのである。

すなわち、従来の多層配線基板或いはＩＣパッケージに
よく用いられていた、Ａｌ_２Ｏ_３が約９０重量％のアル
ミナ磁器では、殆どＭｇＯ／ＣａＯ重量比が１程度のも
のであった。而して、このように、ＣａＯに比べてＭｇ
Ｏの少ない組成は、焼結助剤として添加してあるフラッ
クス分が焼結時に液相となり、液相焼結を起こして焼結
体となるのである。しかしながら、この液相のアルミナ
粉末に対する濡れ性が大き過ぎるために、焼成時に焼結
体の流動が惹起され易くなり、そして焼結雰囲気の流れ
方、湿度分布等の影響を受けて、非常に反り易くなるの
である。本発明者らの検討により、これを防ぐために
は、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比を大きくして、液相の濡れ性
を少なくすれば良いことがわかった。そうすると、焼成
時の焼成体の流動性が少なくなり、外的要因による影響
を受け難くなって、反りが生じ難くなるのである。

因みに、第１図に示したように、焼成後の磁器の反り
は、ＭｇＯ／ＣａＯの重量比により変わり、ＭｇＯ／Ｃ
ａＯ重量比が２以上で少なくなり、そしてそれが３以上
で更に少なくなり、４以上になると、反りは無視出来る
程度となるのである。なお、第１図におけるカーブは、
Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２の量には関係なく、ＭｇＯ／Ｃａ
Ｏ重量比によってのみ変わるものである。また、基板の
反りは、５０mm四方の大きさでの反り値である。

また、このように、ＭｇＯ／ＣａＯの重量比を２以上と
することにより、基板またはＩＣパッケージ中のＷ、Ｍ
ｏ導体の導通抵抗が小さくなることがわかった。これ
も、上記のように、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比を大きくする
ことにより、焼成時のアルミナ焼成体中の液相の濡れ性
が小さくなったために、Ｗ、Ｍｏ金属粉末間への液相の
過度の浸透が抑えられ、Ｗ、Ｍｏ粉末の焼結が大部分金
属焼結によることとなり、結果として、金属粉末間の隙
間を埋める必要以上のガラス相が減少して、導通抵抗が
減少したものである。

さらに、第２図に示される如く、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比
が２以上となると、導通抵抗は１０％程度低下し、更に
３以上では２０％程度も低下するようになるのである。
なお、この第２図におけるカーブは、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ
Ｏ_２の量には関係なく、ＭｇＯ／ＣａＯの重量比によっ
てのみ変わるものである。

とろこで、スナップラインの形態を示す第３図におい
て、第３図（ａ）は、スナップラインのあるアルミナグ
リーンシートの斜視図であり、この（ａ）図におけるＡ
部の断面拡大図である（ｂ）図において、グリーンシー
ト１に入れられたスナップ用の溝２は、焼成後、磁器中
のＭｇＯ／ＣａＯ重量比が２より小さい場合には、
（ｃ）図に示される磁器３のように、癒着を生じた溝４
となって、スナップ不良の原因となるのに対して、Ｍｇ
Ｏ／ＣａＯの重量比が２以上の場合にあっては、（ｄ）
図のように、焼成して得られるアルミナ磁器５におい
て、溝６は癒着せず、良好なスナップ性を示すのであ
る。

このように、焼成時の液相の濡れ性が小さくなったた
め、第４図に示されるように、１枚の板状形態において
ＩＣパッケージを多数個同時焼成した後に、個々にチョ
コレートブレイクする時のスナップ不良が減少したので
ある。このスナップ不良率は、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比が
２以上で半減し、４以上では従来の１／５となる。な
お、第４図におけるカーブは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２量
には関係なく、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比によってのみ変わ
るものである。

また、従来の、Ａｌ_２Ｏ_３量が約９０％程度の基板又は
ＩＣパッケージ用アルミナ磁器では、焼結体の結晶相
は、主成分であるアルミナから構成されるコランダム相
より他の結晶相は無く、フラックス分は全てガラス相と
なっていた。これに対して、本発明のアルミナ磁器中に
は、コランダム相以外に、ムライト相或いはスピネル相
が析出しており、磁器中のガラス相が減少していること
がわかった。このような結晶相の析出現象は、ＭｇＯ／
ＣａＯ重量比を大きくしたことが原因しているのであ
る。こうした結晶相の析出により、磁器中のガラス相が
減少し、従来のアルミナ磁器の問題であったメッキ不良
が効果的に解消乃至は緩和され得たのである。なお、こ
のコランダム相と共に、析出、共存せしめられるムライ
ト相及び／又はスピネル相は、一般に、結晶相全体の１
〜１５重量％程度の割合となるように存在せしめられる
こととなる。

また、第５図に示されるように、ＭｇＯ／ＣａＯの重量
比が大きくなって、ガラス相が減少することに伴い、メ
ッキ不良は減少し、従来１５％程度であったメッキ不良
率が、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比が２以上で９％となり、そ
して４以上では７％と半減することが明らかとなった。

さらに、多層配線基板上にＡｇ−Ｐｄ系導体を空気中で
焼き付ける時に発生する磁器表面の黄色の変色も、Ｍｇ
Ｏ／ＣａＯ重量比に大きく影響されることが明らかとな
った。この変色現象は、Ａｇ−Ｐｄ系導体中のＡｇが、
アルミナ磁器表面のガラス相中のＣａと反応することに
より起こるものと推察されている。より具体的には、第
６図に示されるように、基板の黄色度は、色差計による
Ｌａｂ法のｂ値で表したとき、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比が
２で、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比が１のときの５０％とな
り、３以上では４０〜４５％となり、目視で黄色さが判
断出来ない程の白さに改善されるようになるのである。

なお、アルミナ磁器中のＡｌ_２Ｏ_３量は、８５重量％よ
り少ないと、フラックス分が多くなり過ぎて、磁器が焼
成時にＭｏ板、アルミナ等のセッターに接着してしま
い、また相対密度も９２％までしか上がらない問題があ
る。また、これとは逆に、Ａｌ_２Ｏ_３量が９６重量％よ
り多いと、フラックス分が足りなくて、充分緻密な磁器
が得られないのである。従って、本発明にあっては、ア
ルミナ磁器中のＡｌ_２Ｏ_３量は、相対密度が９５％以上
となる８５〜９６重量％の範囲内で選択され、更に好ま
しくは、磁器の相対密度が９６％以上となる８８〜９４
重量％が推奨されるのである。特に、本発明に伴うアル
ミナ磁器では、それを基板又はＩＣパッケージとして利
用するとき、その気密性を良好とするために、相対密度
９５％以上、好ましくは９６％以上の特性を備えること
が望まれるのである。

また、アルミナ磁器中のＳｉＯ_２量は、２．５重量％よ
り少ないと、充分に焼結せず、また１２重量％を超える
と、フラックスの融点が下がり過ぎて、焼結がバインダ
ー燃焼温度より低い温度で始まるため、特に還元雰囲気
中で焼成した時の脱バインダーが充分に起こらないとこ
ろから、２．５〜１２重量％の範囲で、その配合量を調
整する必要がある。

更に、アルミナ磁器中のＭｇＯ量は、０．５重量％より
少ないと、アルミナ粒子の異常粒成長の抑制効果が無く
なり、磁器中に粗大粒が発生して磁器の強度を低下さ
せ、一方４重量％を越えると、フラックスの融点が高く
なり過ぎて焼結し難くなる。このため、アルミナ磁器中
のＭｇＯ量は、０．５〜４重量％とされることとなる。

更にまた、アルミナ磁器中のＣａＯ量は、２重量％より
多いと、磁器中のガラス相が多くなり、メッキ不良やス
ナップ不良の原因となるので、２重量％以下となるよう
に、その配合量が決定されることとなる。

なお、本発明にあっては、一般に、上記範囲内のＡｌ_２
Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ及びＣａＯによって実質的に構
成される、換言すればそれらの合計量が実質的に１００
重量％となる組成においてアルミナ磁器が構成されるこ
ととなるが、また必要に応じて、それら必須の４成分に
加えて、更に他の添加剤を配合して、目的とするアルミ
ナ磁器を構成することも可能である。例えば、この添加
剤としては、アルミナ磁器を着色するためのＴｉＯ_２、
Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３等のものがある。尤も、この第
三の成分たる添加剤は、得られるアルミナ磁器の特性に
悪影響をもたらさない限度において配合され、一般に大
略５重量％以下の割合において（従って、上記４成分の
合計量は９５〜１００重量％となる）配合されることと
なる。

ところで、かくの如き本発明に従うアルミナ磁器は、例
えば、次のような方法で有利に製造することが出来る。

先ず、アルミナ磁器用フラックスの原料粉末を混合し、
仮焼して、その仮焼物を粉砕する。次いで、この得られ
た仮焼フラックス（粉砕物）とアルミナ粉末とを、本発
明のアルミナ磁器組成となるように混合し、そして常法
に従って所望の形状に成形して、焼成するのである。こ
のアルミナ磁器製造方法では、好ましくは、フラックス
の組成を、Ａｌ_２Ｏ_３が２０〜７５重量％、ＳｉＯ_２が
２０〜７５重量％、ＭｇＯが５〜３０重量％、ＣａＯが
１５重量％以下となるように調整し、またこのフラック
スの仮焼温度を１０００〜１４５０℃とする一方、磁器
の焼成温度を１４５０〜１６５０℃とするのが良く、こ
れにより相対密度９５％以上のアルミナ磁器を有利に得
ることが出来るのである。

（実施例）以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、かかる
実施例の記載によって何等制限的に解釈されるものでな
いことは、言うまでもないところである。なお、本発明
が、以下の実施例の他にも、また上記具体的記述の他に
も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、当業者
の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良などを加え
て実施され得るものであることが、理解されるべきであ
る。

先ず、アルミナ磁器用フラックス原料の混合物（Ａｌ_２
Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）を、１３００〜１４
００℃で仮焼し、その得られた仮焼物を、平均粒径が４
μｍ程度となるように乾式粉砕した。次いで、この仮焼
フラックス粉末と磁器原料であるアルミナ粉末を用い
て、下記第１表に示す各種化学組成のアルミナ磁器No.
１〜２０を作製した。焼成温度は１５５０〜１６００℃
とした。得られた各種アルミナ磁器のＭｇＯ／ＣａＯ重
量比、相対密度、反りの状態を、第１表に併せ示した。
また、これらのアルミナ磁器No.１〜２０について、各
種磁器特性及びＷ導体の特性を測定し、その結果を第２
表に示した。

なお、本実施例において、相対密度は、鏡面研磨した磁
器断面の顕微鏡観察による気孔率から求めた。焼成後の
磁器の反りは、５０mm四方の試料で、表面粗さ計を用い
て「うねり」の測定により、求めた。また、焼成後の導
体厚が２０μｍになるようにグリーンシート上にＷ導体
ペーストを印刷し、焼成した後、導通抵抗を測定した。
更に、還元雰囲気焼成したアルミナ磁器表面にＡｇ−Ｐ
ｄ導体ペーストを所定のパターンに印刷して、空気中に
おいて８５０℃で焼き付け、パターン周辺部のアルミナ
磁器表面の黄色度を色差計を用いて測定した。この場合
の黄色度は、Ｌａｂ法のｂ値を用いた。

かかる第１表及び第２表の結果から明らかなように、本
発明に従う磁器組成及びＭｇＯ／ＣａＯ比を有するアル
ミナ磁器No.１〜３、５〜８、１１〜１８の特性は、相
対密度が９５％以上、磁器の反りは９０μｍ以下、スナ
ップ不良率が０．４％以下、導通抵抗が１０ｍΩ／□以
下、メッキ不良率が９％以下、Ａｇ−Ｐｄ導体焼付後の
磁器の黄色度が３．３以下であり、本発明で規定する磁
器組成及びＭｇＯ／ＣａＯ以外のものであるNo.４、
９、１０、１９、２０に較べ、著しく優れた特性値を示
している。

また、これらの特性のうち、相対密度以外の特性は、磁
器中のＭｇＯ／ＣａＯの重量比が大きい程、特性値が向
上していく傾向が認められるのである。例えば、メッキ
不良率は、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比が２．３のとき９．０
％位であるが、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比が１９では、６．
５％まで減少している。また、磁器組成が本発明の範囲
外にある場合には、焼結性が悪く、相対密度が９１〜９
３％までしか上がらないことが認められる。これに対し
て、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比が大きいと、磁器の反り、ス
ナップ不良率、導通抵抗、メッキ不良率、磁器の黄色度
は何れも良い値を示しており、これは先に述べた通りで
ある。なお、ＭｇＯ／ＣａＯの重量比が２より小さい試
料１９と２０にあっては、磁器の相対密度、磁器の反
り、スナップ不良率、導通抵抗、メッキ不良率、磁器の
黄色度等全ての特性が、本発明に従うアルミナ磁器より
も劣るものである。例えば、黄色度は６．２〜６．７、
磁器の反りは１９０〜２２０μｍである。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、焼成
後の磁器の反りが減少し、ＩＣパッケーイの製造工程に
おけるメッキ不良、スナップ不良等か改善され、Ｗ、Ｍ
ｏ導体の導通抵抗が小さい多層配線基板及びＩＣパッケ
ージの製造が可能となる。更に、多層配線基板上にＡｇ
−Ｐｄ系導体ペースとを空気中で焼き付け、厚膜ＨＩＣ
基板とする時の、Ａｇ−Ｐｄ系導体パターン周囲の基板
表面が黄色に発色する現象が効果的に抑制乃至は阻止さ
れ得る利点をも享受し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比に対するアルミナ磁器
の反りの変化を示したグラフであり、第２図は、ＭｇＯ
／ＣａＯ重量比に対するアルミナ磁器上のＷ導体の導通
抵抗の変化を示したグラフである。第３図は、アルミナグリーンシートに付けたスナッピン
グ用溝の焼成する時の変化を示すものであり、（ａ）は
スナッピング用溝を設けたグリーンシートの斜視図、
（ｂ）は（ａ）のＡ部分の拡大溝部断面説明図、（ｃ）
及び（ｄ）はそれぞれアルミナ磁器（焼成体）の溝部の
異なる形態を示す（ｂ）に対応する図である。第４図は、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比に対するアルミナ磁器
のスナップ不良率の変化を示したグラフであり、また第
５図は、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比に対するアルミナ磁器上
のＷ導体のメッキ不良率の変化を示したグラフであり、
更に第６図は、ＭｇＯ／ＣａＯ重量比に対する、アルミ
ナ磁器にＡｇ−Ｐｄ導体を空気中で焼き付けた時の磁器
表面の黄色度の変化を示したグラフである。１：グリーンシート２：スナップ用溝（スナップライン）３、５：アルミナ磁器４、６：焼成後のスナップ用溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ_２Ｏ_３：８５〜９６重量％、Ｓｉ
Ｏ_２：２．５〜１２重量％、ＭｇＯ：０．５〜４重量
％、及びＣａＯ：２重量％以下の組成を有し、且つＭｇ
Ｏ／ＣａＯ重量比が２以上であるアルミナ磁器に、Ｗ若
しくはＭｏ導体を形成せしめてなることを特徴とする多
層配線基板。
【請求項２】Ａｌ_２Ｏ_３：８５〜９６重量％、Ｓｉ
Ｏ_２：２．５〜１２重量％、ＭｇＯ：０．５〜４重量
％、及びＣａＯ：２重量％以下の組成を有し、且つＭｇ
Ｏ／ＣａＯ重量比が２以上であるアルミナ磁器中に、Ｗ
若しくはＭｏ導体が同時焼成によって形成され、更に該
アルミナ磁器上にＡｇ−Ｐｄ系導体が焼き付けられて設
けられてなることを特徴とする多層配線基板。