JPS5848984A - セラミツク配線板とその製造方法 - Google Patents

セラミツク配線板とその製造方法

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JPS5848984A
JPS5848984A JP14622181A JP14622181A JPS5848984A JP S5848984 A JPS5848984 A JP S5848984A JP 14622181 A JP14622181 A JP 14622181A JP 14622181 A JP14622181 A JP 14622181A JP S5848984 A JPS5848984 A JP S5848984A
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JP
Japan
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powder
green sheet
wiring
conductor
mixed
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Pending
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JP14622181A
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English (en)
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昌作 石原
毅 藤田
矩之 田口
喬 黒木
尭三 戸田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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】 本発明はセラミック配線板とその製造方法に係り、特に
湿式法で製作した配線部を具備したセラミック配線板と
その製造方法に関する。
半導体素子等の搭載用配線板として、一般にアルミナを
主成分としたセラミックスにW、Me。
W −No 、 F −Mn 等の高融点金属で配線を
施したセライック配線板が使用されている。この配線板
は以下のプロセスで湿式性製造される。
アルミナ微粉末的90のt%、焼結補助剤となるマグネ
シア、シリカ等の微粉末的1oωt%を均一に混合し、
さらにこれに有機バインダー、有機溶剤を添加し、これ
をボールミルで十分に湿式混合してスラリーな得る。次
にこのスラリーをドクタープレイド法等のキャスティン
グ装置を用いてシート化する。このシートはグリーンシ
ートと呼ばれ、配線基板の素材となる。次に。
このグリーンシート上に、スクリーン印刷等の手法によ
り導体ペーストを用いて配線パターンを形成する。導体
ペース)K含まれる導体材料トLテ)X、一般にF 、
 Me 、 F−Mo、 W−Mn 、 Mo −Mn
等の金属または合金が用いられる。これらの金属または
合金が用いられる理由は、これらの融点がグリーンシー
トの焼結温度より高く、また電気抵抗が比較的低いがら
である。
導体ペーストは1次のようKMC作る。すなわち、W導
体ペーストを例とした場合、0,5〜5.0μm程度の
W微粉末、有機バインダーをそれぞれ3 Qmt%、2
0のt%の割合で、らいかい機などを用いて混合した後
、S本ロールなどを用いて十分に混線する。混線後、適
量の溶剤を加えて粘度を調整し印刷用の導体ペーストと
する。配線パターンは、前記グリーンシートを印刷機に
セットシ、前記導体ペーストを印刷インクとし【印刷し
て形成する。配線パターンが印刷されたグリーンシート
は、焼成炉中において150051600υの高温度に
加熱されセラミック配線板となる。
上記のセラミック配線板の製造プロセスにおいて、基板
の特性に最も大きな影響を及ぼす工程は、印刷配線パタ
ーンを形成したグリーンシートの焼成工程である。
丁なわち、上記のグリーンシートは、グリーンシートと
導体材料が同時に焼結されるために以下の欠点を持つ。
(11セラミック配線板の反りの発生 セランツク配線@に要求される特性の1つに、平担性が
ある。すなわち、セラミック基板の平担性は、モジュー
ル製作時に1例えば前記セラミック基板上に乾式法で新
たに配線。
抵抗体、誘電体等を形成する場合、接続の信頼性が要求
されるLSIチップを搭載する場合、または外部回路と
FPCまたは導電性ゴム等で接続をする場合等で特に重
要となり、出来る限りの平担性が要求される。
しかしながら、焼成工程においては材料、丁なわちグリ
ーンシートとW等の導体材料を同時に焼成する際の1両
者の焼結収縮率の差異によって必然的に反りが発生する
、これら。
クリーンシートとWの焼結収縮を図に示す。
図において1はグリーンシートの焼成収縮率。
2はWの焼成収縮率である。セラミック基板は、  1
50(1−160tlで焼成されるから、この温度範囲
においては図からWの収縮率の方が小さいために1反り
が必然的に発生する。
(21配線の低抵抗化の困難さ 最近、セラミック基板が電子計算機モジ島−ル用、高周
波機器モジー−ル用として盛んに用いられるようになっ
てきている。電子計算機用としては、より高速演算を可
能とするために、また高周波機器としてより周波数特性
な良くするために1抵抗値を下げようと盛んな研究が行
なわれている。しかしながら。
導体材料は前述した理由によってW、Mo、M%。
等忙限定される。ところが、セラミック基板の焼結温度
でこれら導体材料を焼結させようとしても焼結が進まず
、配線抵抗を下げることが困難な状態である。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなりシ1反
りが低減し平担性が良く、かつ配線の抵抗値が低いセラ
ミック配線板とその製造方法を提供するにある。
上記目的は、セラミック基板の焼結源rIILK出米る
限り接近した焼成温度の導体材料を用いれば達成される
焼結温度が下がることによって、導体材料の焼結収縮カ
ーブがグリーンシートの焼結収縮カーブに接近し、焼結
収縮カーブの差に基づく反りが低減する。また、焼結温
度の低下は焼結性の向上につながり、低抵抗化がはかれ
る。
さらにくわしく述べれば、導体材料KF 、 Mo・M
nから選ばれた少なくとも1種類の金属と、その酸化物
の混合物を用いる。たとえば、W・MO・Mnには夫々
Wの酸化物1M・の酸化物、 Mnの酸化物を混合し、
 W+kb 、W+Mn 、 Mo+Mn KkZ夫々
WとMoの酸化物、WとMnの酸化物、MeとMnの酸
化物を混合し、W’+Mo+unにはWとMOとkin
の酸化物を混合する。
さらKくわしく述べればこれら高融点金属と酸化物を比
べた場合、酸化物の方が低融点である。例えば、Wの融
点は約5400℃であるのに対し、酸化タングステンで
あるWOsの融点は約1500℃、 WO2)X約20
00 t トかなり融点が下っ【いる。一般に焼結性を
良くするために取られる方法として、低融点の焼結助剤
を添加する方法がある。すなわち1本発明では高融点金
属の酸化物が焼結助剤の役割を果た丁。従って1図に示
すW粉末の焼結収縮率も金属酸化粉末を加えることによ
って焼結開始温度が下がり、fFにWO5の場合では、
グリーンシートの焼結収縮率に接近することがわかる。
従って、焼結収縮率の差圧起因するセラミック基板の反
りは像域する。また、導体材料の焼結忙ついても低融点
の焼結助剤を添加することによって焼結性が向上し金属
粉末間の接触面積が大きくなることと。
粒成長が促進されることによって配線の抵抗値が低くな
る。
次に・本発明で使用する材料などについて説明する。
セラミック配線基板の基板材料には、Al2O5を主成
分としたグリーンシートを用いる。グリーンシート中の
At 20B含有量は85チ以上で、残りは5i02 
、 MgO、CCLO等f)7 ラy lス成f+”Q
ある。
導体材料は前述した通りであるが、ある金属に対する金
属酸化物の混合割合は、前者70好ましくは前者90〜
99.7mt%に対して、後者1DSα5et %、で
ある。そして、この配合割合は、二種又は三種の金属に
二種又は三種の金属酸化物を混合する場合もそれぞれの
金属に対する金属酸化物の混合割合は上述のとおりであ
る。
次に、この導体材料を有機ビヒクル、有機溶剤等と混合
して導体ペーストとし、スクリーン印刷等の手法によっ
て上記グリーンシート上に配線パターンを形成する。配
線パターンが形成されたグリーンシートは、  150
0.−1650υで1%3時間焼成されてセラミック配
線板となる。スクリーン印刷の条件は以下の通りである
・印刷圧力11〜2勢− ギャップt 1 M 2 vm スピード富40雪m屯、−′秒 ペースト粘度+107−15万cps スキージアタツク角+1−55度 また、印刷後の乾燥条件は、80±10v、50±5分
間である。
以下1本発明を実施例により詳述する。
実施例1 粒子径数pm以下のAl2O5、5i02. MIO微
粉末を重量百分率にしてそれぞれ、95%、5.2%、
t8慢となるように秤量して、これに有機バインダート
シてポリビニルブチラールを上記混合粉末の全重量に対
して8.5%加え、さらに溶剤としてアゼオドロープを
同様の重量比で45%加える。
次いで、これらセラミック粉末、有機バインダー、有1
a#剤の王者をボールミ7しにて十分混合し、セラミッ
ク粉末を均一に分散させたスラリー7作る6次にこのス
ラリーに数滴の脱泡剤を加え、攪拌しながら低圧で脱気
し、スラリー内部の気泡を除去する。このスラリーをド
クタープレイド法キャスティング装置を用いて薄板化し
、グリーンシートを得る。グリーンシートの厚さはドク
タープレイドの高さを調節することによって任意に変え
ることができる。本実施例では0.8−厚のグリーンシ
ートを作製した。
次に導体ペーストの作製法について説明する。
(1)  従来ペーストの作製法 導体材料として0.5μmF粉末と05μmW粉末が重
量比で517の割合の混合粉末、ペースト用有機バイン
ダーとしてエチルセルロース、および有機溶剤としてジ
エチレングリコールをそれぞれ重量百分率にして80%
、2,5%4115%を加え、アルミナ製の乳鉢と乳棒
からなるらいかい機で5時間混合する。続いて。
この混合物を通常の3本゛ロールにかけ−(1分間混練
する。次に、配線印刷用に粘度を調整するためにブチル
カルピトールを加え粘度10万cpsとする。
(2)金属酸化粉末を含む導体ペーストの作製法(L5
μmF粉末と5.0μ、W粉末が517の割合の混合粉
末98・tq6に0,5μmのWOs粉末を2#tq4
加えて、導体ペースト用の導体材料とする。以下、有模
渉剤、11機)(インダーとの混合瞥混練を上記(11
と同様の手順で行X、1導体ペーストを作製した。
印刷工程で)S、 130箇角の大きさに外形切断なし
た前記0.8mm犀のグリーンシートを印刷機上にセッ
トする。印刷スクリーンとして、幅85μm。
長さ115箇のラインを2w間隔で50本並べたパター
ンを肩するステンレス製のメタルマスクと。
100g角の全面ベタ印刷とするためにエマルジ、ンマ
スクを用いた。次にグリーンシート上に。
前記2種類の導体ペーストを用い導体印刷を行った。
印刷工程を終えたグリーンシートは焼成工程を経てセラ
ミック基板となる。焼成はNOを発熱体とする箱型電気
炉を用いて行った。焼成条件は通常のセラミック基板の
焼成方法と同じく。
室温から200 ’C7時で昇温し、1000℃で1時
間保持後、再び200℃/時で1600℃まで昇温し。
その温度に1時間保持後冷却した。昇温時の雰囲気ガス
として黛素10004/時、水素4OO//時の混合ガ
スを45υに保持した水501のバブラーを通したもの
を、また冷却時には窒素1000//時。
水素400t/時の混合ガスを用いた。得られた焼成セ
ラミック基板は、密度5.5 t/cd 、収縮率15
チであった。
次に従頼導体ペーストと本実施例に示した酸化粉末を混
ぜた導体ペーストを印刷した場合での、全面ベタ印刷を
施したセラミック基板の反りと、配線ラインを印刷した
セラミック基板の配線抵抗を示す。なお、焼成後の配線
は1幅ニア5μ翼、厚さt IQμmである。
このように本発明によれば、従来法と比較し反りが小さ
くまた配線の電気抵抗の低いセラミック基板を得ること
ができる。これは前述したようにW粉末に比べWOs粉
末は融点が低くまた蒸気圧が高いことKよる。丁なゎち
、セラミック基板を焼結した際に、導体ペースト中に混
合されているWOsが溶融しWの焼結を促進するととも
に、蒸気圧が低いために焼結の1つの機構である気化−
凝縮過程が進み、W粒子間のネック成長が促進されるこ
とによる。
丁なわち、Wの焼結が促進されることにまり。
焼結収縮率が増し、グリーンシートの焼結収縮率に近づ
くことによって反りは低減する。またF粒子間の接触面
積が増大することによって抵抗値が下がる。
なお、F05は冷却時に雰囲気ガス中の水素によってほ
ぼ完全に還元されてWとなる。
実施例2 導体ペーストに用いるMe導体ペースト、およびMoと
M005混合導体ペーストの作製法は以下の通りである
。始めにMe導体ペーストの作製法について述べる。A
fa導体ペーストに用いるNo混合粉末には、 10μ
mMO粉末と五〇μInto粉末を重量比で218の割
合で混合したJfa粉末を用いた。
なお、ペースト化は前述のW導体ペーストと同様の手順
で行った。また1M−とMo5s混合導体ペーストは、
上記の混合Me粉末98耐僑に15μHMaO5粉末を
’l ent %加えたちのを用いて、前述と同様の手
順で作製した。このように作製したM#導体ペーストお
よびNoとMars混合導混合導体ペーストチグリーン
シートメーンを形成して焼成を行った後、基板の反り、
配線抵抗の測定を行った。その結果、 MoQsを混合
したペーストを用いて、片面に全面メタライズしたセラ
ミック基板の反りは、 Meのみのペーストを用いたセ
ラミック基板の反りと比べ約3に減少した。しかし。
配線抵抗は両者とも大差がなかった、 実施例3 導体ペーストに用いる( F 、 No ) 導体ペー
スト、および(W 、 No ) ト(WO5、Mo5
s )混合導体ペーストの作製法は以下の通りである。
(W。
No )導体ペーストには、F粉末とMO粉末を重量比
で9slの割合に混合したものを用いた。前述と同様、
W粉末はα5μrnW粉末と3.0μmW粉末を317
で混合したものであり、 Me粉末はtOμmho粉末
と3.0μmMo粉末を218の割合で混合したもので
ある。(W 、 No ) ト(WO3,Mo05)混
合導体ペーストには、前述と同様に、上記W粉末98 
at %に0.5μmWO5粉末を2txzt%混合し
たモノと、上記Ma粉末98 mt % K O,5μ
m Mo5s粉末を2ωt%混合したものを、981の
重量比で混合したものを用いた。以下、ペースト化、印
刷焼成、測定を前述と同様の手順で行った。その結果、
 (WOs 、 Mo5s )を混合した導体ペースト
を用いることくよって、 (F 、 No )導体ペー
ストの場合と比べて、a;板の反り量は約4以下に低減
し、また配線抵抗値は約1割低下した。
実施例4 導体ペーストに用いる( F 、* No 、 un 
) 導体べ’−スト、 オヨび(1F’ 、 No 、
 un ) + CW’Os 、Mo5s 、Mn02
)混合導体ペーストの作製方法は以下の通りである。(
iM’ 、Mn)導体ヘース) [4’!、 (II)
ノ(F。
No)導体ペーストに用いるWとNoの混合粉末と1μ
m un粉末を重量比で991の割合で混合した(W、
Me、Mn)混合粉末を用いた。また(w。
No 、Mn)+(IFOs、MoOs、Mn02) 
[金導体ヘース)には、(m)のC1F’ 、 Me 
)+CIFO5,khO5) 混合導体ペーストに用い
る(F9Mo、Fo50Moo5)混合粉末99mt%
と1 pm unn粉末−9−t % 、 (15pm
 MnO2粉末Q、f at %混合したものを用いた
。以下、ペースト化。印刷、焼成を前述と同様の手順で
行った。
その結果 (TFOs 、 Mars 、 MnO2)
を混合することによって1反り量は約1〜2割低減した
。しかしながら配線抵抗値には変化が認められなかった
以上述べたように、セラミック配線板の配線形成用の導
体ペーストして、高融点金属粉末とそれら高融点金属よ
り低融点のそれら高融点金属の酸化瞼を混合した導体ペ
ーストを用いることによって、基板の反りが低減し、配
、液抵抗値が下がったセラミック配線板が得られる。
また、反りの低減はセラミック配線板の歩留りの向上に
つながる。
【図面の簡単な説明】
図は、グリーンシートとタングステンの焼成収縮曲線を
示すフックである。 11グリーンシートの焼成収縮率 211Irの焼成収縮率

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 t 基板と、基板上に設けられたF 、 No 、 M
    uのうちから選ばれた少なくとも一種類の金属。 各金属の酸化物よりなる配線導体とからなることを特徴
    とするセラミック配線板。 2 アルミナを主成分とするグリーンシート上に、 W
     、No 、Mnのうちから選ばれた少なくとも一種類
    の金属、各金属の酸化物を必須成分とする導体ペースト
    を印刷し、その後上記グリーンシートと上記導体ペース
    トを同時焼成することを特徴とするセラミック配線板の
    製造方法。
JP14622181A 1981-09-18 1981-09-18 セラミツク配線板とその製造方法 Pending JPS5848984A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6045096A (ja) * 1983-08-22 1985-03-11 日立化成工業株式会社 セラミツク多層配線板
US6217990B1 (en) 1997-05-07 2001-04-17 Denso Corporation Multilayer circuit board having no local warp on mounting surface thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6045096A (ja) * 1983-08-22 1985-03-11 日立化成工業株式会社 セラミツク多層配線板
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