JPS622407A

JPS622407A - 回路基板

Info

Publication number: JPS622407A
Application number: JP60138918A
Authority: JP
Inventors: トルン　デイン　タン
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1987-01-08
Also published as: US4673660A; EP0207466A2; EP0207466A3

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】〔発明の技術分野〕本発明は、電子部品用の回路基板、たとえばＩＣ基板、
回路基板、集積回路用パッケージなどで光の不透過性ま
たは光吸収性のある黒色セラミック回路基板に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

集積回路のセラミックパッケージあるいは卓上計算器、
カウンター等固体表示装置の電光表示板の基板として高
アルミナ磁器が使用されている。

而して前者セラミックパッケージの基板は遮光性、後者
電光表示板の基板はデジタル表示を明確にするため黒色
を要求すると共にこれら基板には配線用の多数のパター
ンを金属化法にて形成する必要があり、この金属化面は
Ｎｏ　−Ｍｎ系等メタライズインクを高温の還元性雰囲
気において焼成することによって得られるため基板の組
成物をも還元化し、必然的に絶縁抵抗を劣化するので従
来の黒色セラミックを使用することはできなかった。

従来＾Ｑ２０３を主成分として５ｉ０２＊　’ｇＯｗ　
ＣａＯ＠　ＴｘＯ，ｅＣｒ、　ｏ、を数組量％添加して
還元性雰囲気中で焼成される良好な黒色基板が得られて
いることが良く知られている。

しかしながらアルミナを用いた場合は、その焼成温度が
１５００〜１６００℃と高温であるため、使用できる導
体ペーストに制限が生じていた。例えば導体ペーストと
基板とを同時焼結する多層回路基板では、アルミナの焼
成温度に十分耐え得るようなタングステン、モリブデン
等の導体ペーストを用いる必要があった。しかしながら
Ｗ、Ｍｏ抵抗率がＡｇ（７）１．６Ｘ　１０−’　Ｑ　
・ｃｍ　ニ比へ５．２Ｘ　１０−”　Ｑ　・ｃｘｎ　、
　５．５Ｘ　１０−’Ω・ｌと３倍程度大きい。従って
、同じ伝導度の導体路を得るためには、導体幅を３倍程
度にする必要があり、高密度配線ができない欠点があっ
た。

また還元雰囲気の酸素分圧を厳密に調整しなければ良い
絶縁特性が得られない欠点があった。

なお、ガラス成分を加えて焼成温度を下げる試みもある
が、多層配線の場合のマイグレーションの問題があり、
実用上好ましくない。

このような欠点を除去するため、絶縁性等の特性を劣化
させることなく低温焼成可能な回路基板の開発が望まれ
ている。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点を考慮してなされたもので。

低温焼成が可能な黒色の回路基板を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

本発明は、Ｂａ、　Ｓｎｔ　Ｂ＋　Ｔｉｅ　ｓｘ及びＭ
ｎをＢａＯ。

ＳｎＯ，、Ｂ２０．　、　Ｔｉｅ２．５ｉｎ２．　Ｍｎ
Ｏに換算してＢａＯ１０〜５５　　　ｍｏＱ％Ｓｎ０．　　　２〜４５　　　ｍｏＱ％８２０３５〜４
０ｍ０１２％Ｔｉｅ、　　　　０．１〜２５　　ｍｏ１２％Ｓｉｎ、
　　　　０．１〜２５　　ｔａｏ１％ＭｎＯＯ，５〜２
０　　ｖｍｏＱ％からなる酸化物焼結体を絶縁体として用いることを特徴
とする黒色回路基板である。

このような組成をとることにより焼結温度１３００℃以
下の低温焼成可能な黒色回路基板を得ることができる。

この基板は熱膨張率αが８Ｘ１０−″／℃以下程度と小
さいため、　Ｓｉ　（４ｘｌＯ−’／　’Ｃ）と同程度
であり、直接ＬＳＩを実装するハイブリッド基板用に好
適である。また他の特性１例えば誘電率εｓ１２以下程
度、誘電損失ｔａｎδ８Ｘ１０−’以下程度、絶縁抵抗
ρ３Ｘ１０”Ω・１以上と回路基板として十分な特性を
有する。また抗折強度も１３００ｋｇ／−以上と十分な
強度を有する。

本発明において、各組成分は以下の理由で限定する。

まずＳｎＯ，であるが、余り多いと、本来半導体の性質
を有するため、絶縁抵抗が低下してしまい。

絶縁性基板としての特性を満足しなくなる。

また誘電損失（ｔａｎδ）、比誘電率（ｉｓ）も大きく
なり、高密度配線、高周波特性に劣ってしまう。

また少ないと、熱膨張率が大きくなってしまい。

例えばＬＳＩチップを搭載する場合にチップのソリ、・
割れ等が生じ易くなる。よってＳｎＯ□に換算して２〜
４５ｒｓｏＱ％の範囲が好ましい。

またＢａＯであるが、余り多いと、もろくなってしまい
基板強度に劣り、少ないと熱膨張率ｔａｎδが大きくな
ってしまう。特にバリウムの少ない領域でホウ素量が多
いと熱膨張率の劣化が顕著であり、ホウ素量が少ないと
ｔａｎδの劣化が顕著である。よってＢＯＯに換算して
、１０〜５５ｍｏＮ％の範囲が好ましい。

次にｎｔｏ、である。ホウ素量が少ないと、本発明の主
目的である低温焼成の効果が得られず、　１３００℃以
上程度の温度となってしまう、また多いと、熱膨張係数
が大きくなってしまう。

よって、　Ｂ、（１，に換算して５〜４０ｍｏＱ％の範
囲が好ましい。

Ｂａｄ、　ＳｎＯ，及びＢ２Ｏ３からなる組成系、例え
ばＢａＯ１０〜６８ｍｏｌ％、　ＳｎＯ，９〜５０ｍｏ
ｊ！％、　ＩＩ、０３１３〜７２ｍｏＮ％でも各特性に
十分に優れ、かつ１３００℃以下の低温焼成の回路基板
を得ることができるが１本発明のとと＜　ＭｎＯを加え
ることにより、さらに焼成温度の低下ができ、基板の黒
色化が可能となった。しかしＭｎＱの量が少ないと黒色
化が不充分であり、多すぎると固有抵抗率が低下し、誘
電損失ｔａｇδが悪くなる。

よってＭｎＯに換算して０．１〜７　ｔｓ＠Ｑ％の範囲
が好ましい。

さらにＴｉｅ２．　Ｓｉｎ、を分有させることにより、
耐環境性が非常に向上する。

一般環境での使用を考えた場合、湿度の影響を無視する
ことはできない。

ＴｉＯ□及びＳｉｎ、を含有させることにより、両者の
総合効果により、耐湿性が向上するのである。

Ｔｉｅ２及びＳｉＯ２に換算してそれぞれ０．１ｍｏ１
２％及び０　、５ｒａｏＱ％より少ないと吸水率が大き
く、高温中、もしくは水分が存在するような環境で回路
基板を用いた場合、絶縁抵抗が低下してしまう恐れがあ
る。

又、　Ｔｉｅ２は２５ＩｌＯＱ％を越えると、誘電率等
の他の特性が劣化してしまう。

よって、Ｔｉｅ、に換算して０．１〜２５ｍｏＱの範囲
が好ましい。

Ｓｉｎ、は３０ｍｏ１２％を越えると、基板のガラス含
有量が多くなり、マイグレーション等の問題が起る。

よって、ＳｉＯ□に換算して０．５〜３０ｍｏＱ％の範
囲が好ましい。

このように本発明によれば、焼成温度が１３００℃以下
の光の不透過または光吸収性のある黒色絶縁性基板を得
ることができ、Ａら０３の場合の’ｄ　、Ｍｏ等に変え
＋　Ａｇ、　Ａｇ−Ｐｂ、　Ａｇ−Ｐｔ等のＡｇ系ペー
スト、Ｃｕペースト等のシート抵抗の小さい低温焼成ペ
ース、トを用いることができるため高密度配線ができ、
非常に有効である。又、焼成温度を下げることにより、
１１２造時のエネルギーコストの低下の効果も大である
。［ｌａＯ、ＳｎＯ，、Ｂ、　Ｏ，のみの組合わせでも
低温焼成は可能であるがＭｎＯ，５ｉｎ２．　ＴｉＯ□
を加えることにより、シート化の際のバインダー量が少
なくてすみ、焼結時は収縮率が小さく、設計、製造が容
易となる。

本発明においては焼結体中でＢａＳｎ　（ＢＯｌ）ｔを
基本として各サイ１−をＴｉ、　Ｓｉｎ　Ｍｎ等で１＃
！したような構造、複合酸化物等が存在していると考え
られる。

又、特にＢａＯ１５〜４０　　　ｍｏ（１％５ｎ０２１０〜３４　　　ｗｏｎ％Ｂ２０．　　　２（１〜４０　　　ｍｏｌ％Ｔｉｅ、　
　　　　　　　１　〜１５　　　　　ｍｏＱ％５ｉｎ２
２〜２０　　　ｔａｏ（１％ＭｎＯ　　　０．５〜６　　　ｍｏｉ２％の範囲では、
焼成温度１１００’Ｃ以下程度で製造することができ、
α≦６．５Ｘ１０−＠／”Ｃと優れた特性を有する黒色
基板を低温焼結できるので非常に有効である。

さらにＢａＯ２０〜３５　　　ｍｏｌ％５ｎ０２１５〜３２１１０Ｑ％Ｂ、０．　　　２０〜３５　　　ｍｏＱ％７ｉＱ、　　
　　２〜ｌＯｍｏＱ％Ｓｉｎ、　　　　３．５〜１５　　ｍｏｌ！％ＭｎＯ　
　　１〜５　　５ｏｒ１％のとき、耐水性に優れ、プレッシャークツカーテスト（
Ｐ　ＣＴ）の１００＃間経過してもガラスエポキシ基板
の１７３０程度の吸水率となり、特に好ましい組成範囲
である。

従来用いられているＡｆｆｉ、Ｏ，基板はＡＱ、０３を
９２〜９３％含有したもので、１５００〜１６００Ｔ：
程度の焼成程度、ｔ　ｇ＝１０．５〜１２．　ｔａａ＋
５　＝　２〜５　Ｘｌ０−”、　ｐ　＝０．２−５Ｘ１
０”、αゝ８ＸｌＯ−’℃である。

本発明においては、前述のごとく焼結温度でＡｇ、Ｏ，
を大幅に下回り、他の特性も同等がそれ以上のものを得
ることができる。

本発明黒色絶縁性基板を用いて、同時焼結により多層配
線基板を形成した例を説明する。

まず、所望のＢａｄ、　ＳｎＯ，、Ｂ、０．、　Ｔｉｅ
、、　５ｉｎ２゜ＭｎＯ組成比を有する原料粉末を含有
するスラリーを製造する。スラリーは原料粉体に１例え
ばポリビニルブチラルアクリル樹脂等の結合剤、フター
取酸オクチル、ポリエチレングリコール等の可塑剤、メ
ンへ−テン油等の解膠剤、エチルアルコール、トリクロ
ロエチレンｎ−ブタノール等の溶媒を加えて製造する。

このスラリーを用い、ドクターブレード法でグリーンシ
ートを製造する。次いでＡｇ系等の導体ペーストを用い
、第１の導体層を印刷・塗布し乾燥する。続いて所望の
Ｂａｄ、　ＳｎＯ２゜Ｂ、Ｏ，、Ｔｉｅ、、　Ｓｉｎ、
、　ＭｎＯの組成比を有する原料粉末を含有する絶縁体
ペーストを第１の導体層上に印刷塗布し、乾燥した後、
第２の導体層を同様に形成する。絶縁ペーストは、ブチ
ルカルピトールアセテート、テルピネオール、エチルア
ルコール等を添加してペースト状とし、塗布する。

このように、２層配線を施したグリーンシートを電気炉
中で例えば１０００℃程度で３ｈｒ同時焼成し。

多層配線基板を製造する。

本発明の黒色回路基板は、多層配線を有する同時焼成用
の基板としての用途に特に優れている。

本発明によれば低温焼成が可能な絶縁体層を提供できる
ので、導体層として、従来のＶ、Ｍｏ等にかえ、シート
抵抗の小さいＡｇ系、　Ｃｕ系、　Ａｕ系、Ｎｉ系等の
ペーストを用いることができる。特にガラス成分を含ん
でいないため空孔が少なく、構造がち密であるため、　
Ａｇ系を用いてもマイグレーション等の問題がおこるこ
ともない、従って配線密度をあげ、高密度化が可能とな
る。また、Ａｇ系ペースト中の例えばｐｂ量を減少させ
ることもできコスト的にもすぐれた基板を提供できる。

従来Ａら０３にＷ、　Ｎｏ等の導体ペーストを用いた場
合は、還元性雰囲気中で同時焼結を行なう必要があった
が１．　Ａｌｌ、Ａｕを用いることができるため、空気
中焼成が可能であり、製造容易、コストの低下等の効果
を得ることもできる。又、基板中にガラス成分がないた
め、Ａｇのマイグリーン」ンが生じにくい。

また、この例は印刷多層であるがいわゆるグリーンシー
ト多層でも同様である。

また、印刷多層の場合、基体としては２本発明の回路基
板を用いても良いが１例えばＡも０３基板。

ムライト基板等の他の基体を用いても良い。

［発明の効果〕以上説明したように本発明によれば、１３００’Ｃ以下
程度、特に８００〜１２００”Ｃ程度の低温で焼成可能
な光の不透過または光吸収性のある黒色回路基板を得る
ことができる。

従って高密度配線、特に一体焼結による多層配線黒色基
板用として有効である。また熱膨張も小さくできるため
、ＬＳＩチップ等を直接搭載する高密度ハイブリッドＩ
Ｃ用の基板としても有効である。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の詳細な説明する６本実施例の黒色回路基
板は以下のようにして製造した。

まず、所望の組成比となるようにＢａｄ、　ｎ、ｏ、。

ＳｎＯ，、Ｔｌ０ｚｌ　Ｓ１０．、ＭｎＯの原料粉末を
調合し、この調合された粉末をアルミナボールと共にア
ルミナ製ポットに入れ、振動ミルにより１６時間程度の
湿式粉砕を行なった。この原料粉末は、焼結後酸化物に
転化するもの１例えば炭酸塩等で用いても良く、本実施
例ではＢａＣＯ３，Ｈ，８０，、ＳｎＯ，、ＴｉＯ，、
ＳｉＯ，。

ＭｎＣ０，を用いた０次いで脱水乾燥を施し、７００℃
〜１１００℃で３時間程度の加熱処理を加えた仮焼の後
５再度アルミナ製ポット中に入れ、３０時間程度の湿式
粉砕を行なって乾燥した。

次に１例えばポリビニールアルコール（Ｐ、Ｖ、Ａ）等
の粘結剤を加え、造粒し、団粒を製造した６その後前記
団粒を金型に充填し、　１０００ｋｇ／ｃｄ程度の圧力
で加圧成形し、大気中８００〜１２００’０３時間焼成
し、試料を作成し°た。

試料としては、２２■φＸ　１　ｍ　ｔの円板状試料、
２ＱＸＩＯＸ２ｍｍの角板状試料を作成し、諸特性を測
定した。その結果を第１表に示す、なお比誘電率（Ｃ８
）及び誘電損失（ｔａｎδ）、抵抗率（ρ）は１円板状
試料の両面にＡｇペーストを３２５メツシユのスクリー
ン印刷により同心円状に印刷し、乾燥後大気中にて７５
０℃２０分間の焼付処理を行ない、２０ｍφＸ　１５／
Ａｌｌの円形の電極を形成して測定した。Ｃ８及びｔａ
ｎδはＩＭＨｚでの値であり、ρは２５℃、湿度５０％
の条件で１０００　Ｖ印加してから１分後の値の最低値
である。

また吸水率はプレッシャーリッカーテスト（１２１”Ｃ
，２ｋｇ／ａｊ、水蒸気中）での値であり、テスト前後
における重量変化から得た値である。

第１表から明らかなように、本発明の実施例においては
、いずれも１３００℃以下の焼成温度を有し。

ｔａｎδが〜ｔｏ−’程度と優れた特性を示す、また、
いずれの試料も抗折強度は１３００ｋｇ／ａ＃以上と優
れた値を示した。

特に焼成温度低下の効果は大きく、他の特性でもＡらＯ
ｌと同等もしくはそれ以上の値を示す。

又、比較例（試料Ｎｏ、　１６〜２０）からも明らかな
ように、　ＴｘＯ２＊　５ｉ０２が本発明の範囲をはず
れるが、吸水性が大きく、耐水性に劣ることがわかる。

ＭｎＯが本発明の範囲をはずれると固有抵抗率の低下及
びｔａｎδ　の増大等、悪い影響が見られる。

特に試料Ｎｏ７及び１５は、ＰＣＴの１００時間後でも
吸水率がわずか０．５ｍｇ／ａ＃以下であり、非常に優
れている。

次に本発明絶縁性基板を用いて、同時焼結により多層配
線基板を形成した実施例を説明する。

まず、所望のＢａｄ、　ＳｎＯ，、Ｂ、Ｏ，、ＴｉＯ，
、ＳｉＯ，、ＭｎＯ組成比を有する原料粉末を含有する
スラリーを製造する。

スラリーは原料粉末に１例えばポリビニルブチラル、ア
クリル樹脂等の結合剤、フタール酸オクチル、ポリエチ
レングリコール等の可塑剤、メンヘーデン油等の解膠剤
、エチルアルコール、トリクロロエチレン、ｎ−ブタノ
ール等の溶媒を加えて製造する。このスラリーを用い、
ドクターブレード法でグリーンシートを製造する１次い
でＡｇ系等の導体ペーストを用い、第１の導体層を印刷
・塗布と乾燥する。続いて所望のＢａｄ、　ＳｎＯ，、
Ｂ、０２゜Ｔｉｅ、、　Ｓｉｎ、、　ＭｎＯの組成比を
有する原料粉末を含有する絶縁体ペーストを第１の導体
層上に印刷塗布し、乾燥した後、第２の導体層を同様に
形成する。絶縁ペーストは、ブチルカルピトールアセテ
ート、テルピネオール、エチルセルローズ等を添加して
ペースト状とし、塗布する。

このように、２層以上配線を施したグリーンシートを電
気炉中で１０００℃程度で３ｈｒ同時焼成し、多層配線
基板を製造した。

第２表に、この多層配線基板の諸特性を示す。

同表中密着強度は引張試験用ワイヤを半田付で最上の導
体層に固着し、インスロトロン引張試験機を用いて測定
した（引張測定０．５ｃｍ／ｗｉｎ）基板と導体層との
密着の度合である。またワイヤボンディング性はＡｕ、
Ａｇ系の２５．φのボンディングワイヤの導体層との接
着の強度を示したものである。また同表中試料Ｎｏ、は
表１における組成比のセラミック原料粉に用いたことを
示す、また各特性は１０個の試料に平均値である。

なお第３表に、第２表で用いた導体ペーストの諸特性を
示す。

密着強度、ボンディング特性は、それぞれ１ｋｇ／ｌ■
２以上、５ｇ以上で実用上問題はなく、各実施例ともに
十分満足している。またシート抵抗も導体ペーストの設
定値のものを得ることができた。

また、同時焼成時の焼成程度は組成によっても異なるが
、８００〜１２００℃程度が好ましい。余り高くすると
Ｂ、　０．が蒸発しやすくなり、均一な基板を得ること
が困難だからである。また１２００℃以上ではＡｕ、　
Ａｇ等がセラミック中に拡散してしまい良好なシート抵
抗が得られなくなるからである。

従来Ａ＋ｌ、０．にＬＭｏ等の導体ペーストを用いた場
合は、還元性雰囲気中で同時焼結を行なう必要があった
が、Ａｇ、　Ａｕを用いることができるため空気中焼成
が可能であり、製造容易、コストの低下等の効果を得る
こともできる。

又、基板中にガラス成分がないため、　Ａｇのマイグレ
ーションが生じにくい。

また、本実施例では印刷多層を施したが、いわゆるグリ
ーンシート多層でも同様である。

Claims

【特許請求の範囲】Ｂａ、Ｓｎ、Ｂ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＭｎをＢａＯ、ＳｎＯ
＿２、Ｂ＿２Ｏ＿３、ＴｉＯ＿２、ＳｉＯ＿２、ＭｎＯ
に換算してＢａＯ　１０〜５５ｍｏｌ％ＳｎＯ＿２　２〜４５ｍｏｌ％Ｂ＿２Ｏ＿３　５〜４０ｍｏｌ％ＴｉＯ＿２　０．１〜２５ｍｏｌ％ＳｉＯ＿２　０．５〜７ｍｏｌ％ＭｎＯ　０．１〜７ｍｏｌ％を含有する酸化物焼結体を絶縁体として用いることを特
徴とする回路基板。