JPH0693545B2 - セラミック多層配線基板およびその製造方法 - Google Patents

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
記開口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0.2〜5.0μｍ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。

あた、金属粉末等からなる市販の厚膜ペーストによる厚
膜メタライズ法でな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、N
i、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、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、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の製造方法において、（１）
セラミック生基板に高融点金属を主成分とする導体を塗
布、同時焼成し、第１導体層を有するコファイヤード多
層基板を形成し、（２）該コファイヤード多層基板表面
の該第１導体層が露出している部分に、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、焼成してメタライズ層を形成し、（３）次い
で、該メタライズ層を介して銅を主成分とする導体を塗
布、焼成し第２導体層を形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］ 本発明のメタロオーガニックスペースト（Metallo Orga
nics 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
ール部に塗布する。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
（Cofired）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布し、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
塗布し、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導体層の上に銅線を２×2mm□全面にハンダ付けし
て引張強度を測定したところ７〜13Kg/2mm□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、５〜7kg/2mm□であ
り、また、金属粉末等からなる厚膜ペーストで形成した
場合、緻密膜質とならず、引張強度は２〜3kg/2mm□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］ 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）となるセラミッ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℃〜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700℃〜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、0.05〜5.0μｍの範
囲であればよいが、好ましくは約２μｍ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Cu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/2mm□であり、1000サ
イクル後で約10.0kg/2mm□と十分高い値である。一方、
比較例１は初期値約3.0kg/2mm□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−Cu
間の電圧−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０％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ペンサで塗布し、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700℃〜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２μｍ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、ディスペンサー
等の常法で塗布し、焼成して形成できる。メッキ法のよ
うに温度、PH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、Ni、Cu、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○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−Cu間の電圧−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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長坂 崇 愛知県刈谷市昭和町一町目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 野村 徹 愛知県刈谷市昭和町一町目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 宮瀬 善行 愛知県刈谷市昭和町一町目１番地 日本電 装株式会社内 審査官 喜納 稔 (56)参考文献 特開 昭59−171195（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−30194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−54859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−258439（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項２】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の製造方法において、（１）セ
   ラミック生基板に高融点金属を主成分とする導体を塗
   布、同時焼成し、第１導体層を有するコファイヤード多
   層基板を形成し、（２）該コファイヤード多層基板表面
   の該第１導体層が露出している部分に、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、焼成してメタライズ層を形成し、（３）次い
   で、該メタライズ層を介して銅を主成分とする導体を塗
   布、焼成し第２導体層を形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。