JPS6146097A - 多層回路基板 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は厚膜部品、ＩＣ，ＬＳＩなどの高密度実装に好
適な多層回路基板に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、機器の小型化や多機能の要望が年を追って強くな
ってきているが、これらの要望に応えるため、回路部品
の高密度実装が重要な技術となっている。特に、ｒｃ、
ＬＳＩの発達や抵抗器、コンデンサ等の厚膜化技術の発
達に伴い、回路部品の実装が益々高密度化へと移行しつ
つある。部品の高密度実装を実現するには、部品を小さ
くすることと同時に基板の配線密度を高くすることが重
要である。基板の配線密度を高めるには、基板を多層構
造とし、配線層を基板内部に形成する方法が最も効果が
大きい。

従来の多層基板としては、アルミナとタングステン（Ｗ
）またはアルミナとモリブデン（Ｍｏ）による絶縁層、
導体層を交互に積層したものがある。

しかし、これには次のような問題点がある。

■　部品の半田付を可能にするために、多層基板表面の
タングステンまたはモリブデンの導体層上にニッケル、
金などのメッキを施す必要がある。

■　厚膜素子としてのグレーズ抵抗素子やコンデンサ素
子を形成するためには、空気中で高温（８０Ｑ〜９００
’Ｃ）処理する必要があるが、タングステンやモリブデ
ンのような酸化され易い導体材料は酸素雰囲気中での処
理ができないため、厚膜素子を直接形成する回路基板と
して不向きである。

これらの理由から、アルミナ多層配線基板は、その利用
範囲が制限され、高密度実装用基板としての十分な条件
を備えていなかった。

一方、上記のようなアルミナとタングステンあるいはモ
リブデンとからなる多層基板上への、空気中、高温での
厚膜の形成を可能にするために、多層基板最上層の必要
箇所に小孔を設け、その中にタングステンに還元されな
い低融点ガラス及び貴金属からなる導電性充填材を形成
させた構造が提案されている。この多層回路基板では、
導電性充填材のガラス成分としてタングステンに還元さ
れない低融点のガラスを用いるため、空気中の高温下で
も導体焼結層が酸化されずに良好な電気導通性が得られ
るものである。この充填材を弁子ることによって、以降
抵抗やコンデンサの厚膜素子を最上層に空気中にて形成
できたシ、また厚膜抵抗のレーザによるトリミングも下
地が高アルミナであるところから安定に行なえるなどの
大きな特徴が得られるものであった。

しかし、この導電性充填材は、焼結されたタングステン
またはモリブデン導体の露出面に厚膜状にペーストの形
で印刷し、空気中、８６０°Ｃ前後の高温で焼成される
が一般的であるが、この焼成時に次の様な点が大きな問
題が生じていた。つまり、この被覆材（充填剤と同義）
の空気しゃ断の原理からして、これに含まれるガラス成
分は焼成時に出来る限シ低温で早く軟化して導体表面を
覆わなければならないが、ペースト中に多量に含まれる
有機バインダーは低温では飛びにくいばか９か残存量が
多ければ高温でのガラスの流動性をもさまたげ、結果と
して被覆材の被覆効果をおとすことになる。このため、
現実的には、バインダ燃焼を優先させた形となり、焼結
導体層の表面は幾分酸化されてしまうのが実情である。

この酸化層（ＷＯ２）なζ〜は電気的には半導体性を示
すため、輔頻導通は確保されるものの、次第に酸化は進
み、Ｗ○　→ＷＯ→ＷＯ３ ２２〜３ 究極的には内部電極と上層電極間の導通は得られなくな
ってしまう。この傾向は、特に苛酷カ条件下（湿中、高
温雰囲気中）で加速される。

以上述べてきたように、多層基板は部品実装用の基板と
しては非常に重要なものであるが、従来のアルミナとタ
ングステンまたはモリブデンから構成される多層基板の
表面層孔部にタングステンを酸化させないガラス及び貴
金属からなる導電性充填材を形成させる方法では内部導
体層の酸化を十分防止することはできないため、高信頼
性な多層回路基板は得られないのが実情であった。

発明の目的 本発明の目的は、高密度部品実装用基板とじて半田付用
電極パッドへのメッキ処理を必要とせず、グレーズ抵抗
素子のような厚膜素子の形成も可能な構造を実現し、か
つ製造工程の簡略化、コストダウンを可能にする高信頼
性な多層回路基板を提供することにある。

発明の構成 本発明の多層回路基板は、アルミナを主成分とする電気
絶縁層と、タングステンまたはモリブデン金属からなる
導体層を交互に積層し、最上層の絶縁層に、平均粒径が
３〜７０μの内部導体層の必要部分が露出するように形
成された部分に、タングステンまたはモリブデンに還元
されない低融点ガラスと貴金属とからなる材料を形成す
るとともに同材料で最上層の配線層を形成し、その配線
層、にはグレーズ抵抗素子を形成し、又、部品実装、リ
ードフレーム取付のための銀−パラジウム系の導体パッ
ドを形成したものである。これにより半田付用のメッキ
処理を必要とせず、かつ厚膜素子を備えた高信頼性の多
層回路基板を提供することができ、高密度実装回路モジ
ュールの作製を可能にするものである。

実施例の説明 以下本発明の実施例について、図面を参照、しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示したものであシ、１．２
及び３はアルミナ絶縁層、４及び６はタングステンまた
はモリブデン導体層、６はタングステンまたはモリブデ
ンに還元されない低融点ガラスと貴金属とからなる被覆
材、７，９は銀−パラジウム導体、８はルテニウム系厚
膜抵抗素子である。

次に具体例を示す。

アルミナを主成分とし、それに焼結助剤を添加した無機
粉末と、ＰＶＢ　（ポリビニルブチラール）と、可塑剤
とからなるグリーンシートをドクタブレード法で作製し
た。これに、タングステンまたはモリブデンを主成分と
し導体焼結助剤を含む導体混合物に適量のエトセル系ビ
ークルを加えて混した。この工程で最上層のアルミナ層
には下部タングステン導体層の一部ｆ：露出するように
３００μｍ径の孔を設けた。これ’１１６６０〜１６６
０°Ｃの還元雰囲気中で焼成した。焼結後の基板の収縮
率は約１６％で、タングステンおよびモリブデン導体露
出部のＳＥＭ写真から焼結平均粒径をプラニメトリック
法によって測ったところ、３〜７０μｍであり、焼結状
態は非常に緻密であった。。

次に、焼結多層構造体の表面孔部に、軟化点が約６４０
°ＣでＢ２Ｏ３とＢａＯ’ｉ主成分とするガラス粉末と
銀粉末からなるペーストラスフ！Ｊ　−ン印刷し、最上
層アルミナ層の孔部を被覆するとともに抵抗素子用の電
極となる延設部を有するパターンを形成した。これを釣
鐘状の温度プロファイルを有し、ピーク温度が８５０′
Ｃの厚膜焼成炉に通した。次いで、ルテニウム系グレー
ズ抵抗膜とＡｑ−Ｐｄ導体膜を必要パターンに印刷、形
成し、上記と同じ厚膜焼成炉に通した。

このようにして得られた回路基板では、銀−ガラス材料
から構成された被覆材の導体層が基板表面に強固に密着
し更に下部導体層との電気的導通が十分確保されていた
。下部導体層と上部電極との間（図２における４−７間
）の電気抵抗（Ｒｃ）全評価したところ３〜６ｍΩ程度
であった。また、被覆材の延設部を電極として形成した
ルテニウム系抵抗素子は、従来のＡｑ−Ｐｄを電極とし
たものとほぼ同じ抵抗値を示し、極めて良いマツチング
性を示した。また、被覆材と部品マウント用Ａｑ−Ｐｄ
電極界面の電気的導通においても唖めて良好な特性を示
し、その界面で抵抗が大きくなるような現象はみられな
かった。

さらに、この回路基板の被覆部の安定性を調べるために
、８６°Ｃ１相対湿度８６％の雰囲気中にｉｏｏ時間放
置した後の電気抵抗Ｒｃをも測定した。第１表には、従
来の回路基板と本発明による回路基板の代表的な値を比
較のために示す。また、第２表には具体例でえられた試
料の導体露出部の平均粒径、および電極層間の電気抵抗
Ｒｃ（Ω）全それぞれ示す。

第１表 第２表 ト ［− 「 第１表に示される様に、従来の多層基板では初期値的に
は低抵抗な導通が得られるが湿中放置によって大きく変
化し、時には断線状態となる。これは、粒子径の小さ−
な焼結導体層はタングステンまたはモリブデン粒子間の
ネックが小さく、特に露出導体の表面は粗れているため
低軟化点ガラスによる被覆効率が悪く、導体酸化層が厚
くなるためであると考えられる。これに反して、本発に
よる多層回路基板の導体層の粒子は大きく、ガラスの被
覆効果も高いばかりか、導体粒子自身も微粒子に比べて
酸化されにぐい。このため、湿中放置などの苛酷な条件
下でも被覆層は良好な導通性を保てる。

この事は第２表からも確かめられる。タングステン粒子
あるいはモリブデン粒子の粒成長を促すため、焼結助剤
を数種添加させる方法と（試料番号１〜７）と、高温度
で長時間保持の焼成を行なう方法（試料番号８〜１０〕
でも、被覆材の安定性に対して大差ない事がわかる。平
均粒径が３μｍ以上あれば被覆材は安定化されるが、７
０μｍよシ大きいと、導体とアルミナ基板との焼結性の
アンバランスが生じ、かえって導体の接着性の低下など
回路基板としてふされしくなくなる。

導体の平均粒径と、８６°Ｃ１８６％ＲＨ，１００時間
後の電気抵抗Ｒｃ　　との関係を比較例、実施例での値
を斜線の範囲で第３図に示す。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、内部導体層として
、粒子径が大きく緻密なタングステンまたはモリブデン
を用い、層間絶縁層としてアルミナを使用した多層構造
を採用し、かつ内部導体層と、表面層に形成する抵抗素
子や導体層との間の電気的導通を、高温・空気中におい
ても安定な貴金属・ガラス材料で行ない、さらに、内部
導体層への空気の浸透を防止する構成となっているため
、空気中、高温（８００−９００°Ｃ）で焼成する厚膜
抵抗素子やコンデンサ素子を、最上層に形成することが
可能となる。しかも、内部配線層はタングステンで多層
化されているため、厚膜素子のみならずチップ部品やＩ
Ｃを高密度で実装することが可能である。特に、本発明
では内部導体層が安定化されたため高信頼性の多層回路
基板が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の多層回路基板の断面図、第
２図は同基板の要部拡大断面図である。 第３図は内部導体層の平均粒径と湿空寿命との関係全示
す特性図である。 １．２．３・・・・−・アルミナ絶縁層、４，５・−・
・・・タングステン導体層、６・・・・−タングステン
に還元されない低融点ガラスと貴金属とから構成された
被覆材、７，９・・・・・・Ａｑ−Ｐｄ導体、８−・・
・・・ルテニウム系厚膜抵抗素子、１ｏ・・・・・・タ
ングステンに還元されない低融点ガラス、１１・・・・
・・貴金属粒子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名菓　
１　図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミナを主成分とする絶縁層とタングステン金
   属からなる導体層とを交互に積層してなる積層部と、該
   積層部の最上層絶縁層に設けられた導体露出部上に形成
   され、内部導体層と導通するタングステンに還元されな
   い低融点ガラス及び貴金属からなる導電性被覆材と、前
   記最上層絶縁層上に設けられ、前記被覆材の延設部を電
   極とする厚膜抵抗素子及び前記延設部に電気的に接続さ
   れた電子部品装着用の銀−パラジムラ系導体パッドとか
   らなり、前記導体露出部のタングステン焼結層の平均粒
   径が、３〜７０μｍの範囲にあることを特徴とする多層
   回路基板。
2. （２）導体層をモリブデンとした特許請求の範囲第１項
   記載の多層回路基板。