JPS63155695A - コンデンサ付多層基板の製造方法 - 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、コンデンサ付多層配線基板の製造方法に関す
るものである。

従来の技術 セラミック配線基板に用いられる導体用ペースト材料に
は従来から貴金属ではＡｕ、Ａｕ−Ｐｔ。

Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄなどが、卑金属では、Ｗ。

Ｍｏ、Ｍｏ−Ｍｎ等の高融点金属がある。前者のＡｕ、
Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ等の貴金属ペース
トは、空気中で焼付けができ、信頼性が高いという反面
、コストが高いという問題を抱えている。また後者のＷ
　、　Ｍ　ｏ　、　Ｍ　ｏ　−Ｍ　ｎ等の高融点金属は
１６００℃程度、すなわちグリーンシート焼結温度（約
１５００℃）以上ので同時焼成するため多層化がしやす
いが、電気抵抗が高く、還元雰囲気中で焼成する必要が
あるため危険である、などの問題を有しており、さらに
ハンダ付けが直接できないため、導体表面にＮｉ等によ
るメッキ処理を施す必要があるという欠点があり、業界
に広く受は入れられない原因となっている。

そこで近年、安価で電気抵抗が低く、ハンダ付は性の良
好なＣｕが注目されており、各方面で、実用化のための
取組が活発に行なわれている。ここでＣｕペーストを用
いたセラミック配線基板の製造方法の一例を述べる。ア
ルミナ等の焼結済基板に、Ｃｕペーストを用いてスクリ
ーン印刷し、配線パターンを形成し、乾燥の後、Ｃｕの
融点以下の温度でＣｕが酸化されず、導体ペースト中の
有機バインダが充分に分解除去されるように酸素分圧を
コントロールした窒素雰囲気中で焼成するというもので
ある。さらにＣｕペーストを用いたセラミック多層基板
では、さらに絶縁ペーストの印刷を行ない、前記のＣｕ
ペーストと、絶縁ペーストの印刷、焼成をくり返し行な
って多層化するものである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら一般にＣｕペーストを用いる多層基板には
以下のような問題点がある。すなわちＣｕ電極を得るに
は、窒素中で焼成を行なう必要があるため、窒素中にお
いても充分に安定な、抵抗体、誘電体が要求される。し
かしながらこれらの材料には実用上充分なものがないの
が現状であり、窒素焼成可能なこれらの材料の開発が各
方面で行なわれている。特にコンデンサ材料については
、Ｎ２などの中性雰囲気や還元雰囲気での焼成が可能な
新しいタイプの材料システムが提案されている。たとえ
ば、ピー、セイヤー、リメックスコーボレーシジン　ア
イ、エム、シー　１９８４東京　ｐｌ　０６−ｐ　１１
１　　（Ｐ、　５ａｙｅｒｓ、ＲｅｍｅｘＣｏｒｐｏｒ
ａｔｉｏｎ、　　Ｉ　ＭＣ，１９８４ＴＯＫＹＯ，ｐｌ
ｏ　６〜ｐ　１１１）。これらの材料が銅ペーストと一
体化できるシステムが紹介されている。しかし、これら
の材料システムにもいくつかの問題点を有している。

それは、ＢａＴｉＯ３系材料や、ｐｂペロブスカイト型
のコンデンサ材料では、Ｎ２中雰囲気の熱処理で還元さ
れ誘電特性が得られなくなるものが多く、また特殊な材
料系を用いる場合でも、誘電率の低いものや誘電損失、
温度特性など不充分なものしか得られないのが現状であ
る。またコンデンサペーストを焼成する時に、ペースト
内の有機バインダの除去が困難であることが上げられる
。

そして残存バインダがカーボンの形で残り、不充分な誘
電性しか得られなくなる。以上のような問題点を有して
いるため、なかなか実用化までには年月を要すと思われ
る。

一方、新しい提案として酸素分圧が１０４〜１０′３気
圧で焼成しても半導体化せずコンデンサとして十分な絶
縁抵抗をもつ材料も開発された。

たとえば、ワイ、サカベ、ケイ、ミナイ、ケイ。

ワキノ、ジャパニーズ、ジャーナル、アポライド。

フィジックス（Ｙ、　　５ａｋａｂｅ、　Ｋ、　Ｍｉｎ
ａｉ。

Ｋ、　Ｗａｋｉｎｏ、　　Ｊａｐ、　　Ｊ、　Ａｐｐｌ
、Ｐｈｙｓ、、）２０（ｓｕｐｐｌ、２０−４３　、　
１４７　（１９８１）。

この方法によれば、通常利用されるＢ　ａＴ　ｒ　Ｏａ
糸材料に比べ少ない酸素量でも焼成できることが示され
ている。しかし実際の焼成において１０石〜１０４気圧
の酸素分圧は、コントロールが困難で、また上層のＣｕ
電極を焼成するときも酸素分圧をコントロール必要があ
り繁雑である。

問題点を解決するための手段 以上のようなコンデンサを付加した多層基板の問題点を
解決するため本発明は、空気中焼成可能なコンデンサ材
料および電極ペーストを用いてコンデンサの形成を行な
う。そして６００℃以下の軟化点を有するガラスとセラ
ミックを混合した粉末を主成分とする絶縁ペーストでコ
ンデンサ材料部分が外部に露出せず、かつ回路パターン
を上層配線部と接続し得るようにバイアホール部を形成
する部分以外全面印刷を行なう。最後に上層部にＣｕペ
ーストでパターン印刷をし、８００℃以上の温度でＮ２
焼成する。この時、絶縁ペーストの印刷の後、Ｃｕペー
ストの印刷を行なうが、さらに絶縁ペースト　Ｃｕペー
ストの印刷をくり返し行なうことで多層化することもで
きる。

作用 本発明は、上記の構成の絶縁ペーストを用いることによ
り高温時に還元されるコンデンサ材をＮ２雰囲気より保
護し、コンデンサ性能を発揮させることが可能となるも
のである。すなわち、空気中で一度焼成したコンデンサ
形成部を絶縁ペーストで被覆し、Ｎ２中で焼成する時、
６００℃前後で絶縁ペースト中のガラス成分が軟化し、
コンデンサ部分を密閉してしまうため、Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ
　Ｏａ　。

ｐｂペロブスカイト系などのコンデンサ材料が還元され
てしまうことはない。

そしてさらに高温に保持し絶縁材の結晶化およびアルミ
ナ等のセラミックとの反応により絶縁層の焼結を行なう
。さらに上層部にＣｕペーストの印刷、焼成も同時に行
なう。この時絶縁材料は、結晶化もしくはセラミックと
の反応により高軟化点化しているので軟化することはな
い。以上のようにして得られた、本発明のコンデンサ付
ハイブリッドＩＣは、ＢａＴｉＯ３，ｐｂペロブスカイ
トなどの空気中焼成に適したコンデンサ材料の特徴（精
度良いコンデンサ形成、誘電率が大きい。

高い信頼性など）をそのまま利用できるばかりでなく、
合わせて、高温でＣｕの焼成を行なうことができるので
、高い信頼性のＣｕメタライズが得られるものである。

さらにＣｕペーストと絶縁ペーストの印刷を所望の回数
くり返し行なうことで、多層化が容易に可能である。以
下その実施例をのべる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

９６％Ａｌ２Ｏ８基板の表面に、Ａ　ｇ　／　Ｐ　ｄ電
極ペースト（Ｄｕｐｏｎｔ社製６１２０）で、コンデン
サ用下部導体パターンをスクリーン印刷法で形成し、８
５０℃の温度（ピーク時間１０分）でメツシュベルト炉
にて空気中焼成した。この状態を第１図（ａｌに示す。

図において１はアルミナ基板、２はＡｇ／Ｐｄ電極であ
る。次に第１表に示したコンデンサ形成用ペーストを２
５０メソシュ５μｍの乳剤厚を有するスクリーンで印刷
乾燥（１２０°Ｃ１０分）を行ない、同じく８５０℃（
ピーク１０分）のメツシュベルト炉にて空気中焼成した
。

第１図中）に示す。

第　　　１　　　表 使用したコンデンサペースト 次に、前記と同じＡｇ／Ｐｄ電極でコンデンサの上部電
極を構成する。第１図（Ｃ）に示した通りである。この
時の焼成も前記の導体、コンデンサの条件と同一である
。

さらに硼硅酸ガラス（コーニング社製＃７０５９）を粉
砕し平均粒径１．８μｍとしたものと、アルミナ（平均
粒径０．３μｍ）粉末を５０１５０ｗｔ％混合し、有機
バインダを含むソルベントと、三段ロールにて混練しペ
ースト化した。そしてこの絶縁ペーストを、所定のビア
形成部を残して前記コンデンサ部分を被覆するように印
刷する。印刷条件は、２５０メソシュ１０μｍ乳剤厚で
ある。

この時完全に抵抗体をＮ２雰囲気から保護するため望ま
しくは、２回以上印刷をくり返し、印刷時のピンホール
などの現象の確率を少なくするべきである０次にＣｕペ
ースト（Ｄｕｐｏｎｔ社＃９１５３）を用いてスクリー
ン印刷法にて電極パターンを形成する。

以上のようにして作製したものを、窒素中（０２量１１
００ｐｐ以下）で９００°Ｃ、ピーク１０分のメソシュ
ベルトにて焼成を行なった。

この時０２？Ｍ度はなるべく少ない方が良いが、有機バ
インダの分解Ｃｕのメタライズを考慮すれば、１０〜５
０ｐｐｍ程度が最も望ましい。

以上のようにして得られた基板の断面図を第１図（ｄ）
に示す。４は上部電極、３はコンデンサ部、５は絶縁層
、６はＣｕ電極である。

そして、第１表に示すコンデンサペーストの誘電特性と
比較した。従来の方法とはＡｇ／ｐｄ電極による空気中
で作製した結果で、本発明の方法は、さらにその上に絶
縁層を形成し、Ｃｕ電極を形成した後の特性である。両
者の結果を第２表に示す。

第２表　　空気中焼成法との比較結果 表から明らかなように、空気中で処理したコンデンサ特
性が後のＣｕ多層化によっても大きく変化せず、誘電特
性が保持されていることがわかる。

本発明では、絶縁ペーストに硼硅酸ガラスを用いたが６
００℃以下に軟化点を有し、かつ６００℃以上の窒素雰
囲気で還元される成分を含まないものであれば良いこと
は言うまでもない。またセラミック材料にアルミナを用
いたが９００°Ｃ程度の焼成でガラスと反応し高軟化点
化するものであれば良いことは言うまでもない。

また、ＡｇはＣｕと共晶を作るので、焼成温度をあまり
上げることは適当ではないが、Ａｇ／Ｐｄ系合金を使用
すればあまり問題はなく９００℃前後が最適である。

発明の効果 本発明は、Ｃｕを用いたハイブリッドＩＣおよび銅多層
基板にコンデンサを内蔵することを目的としたもので、
使用するコンデンサ材料が空気中焼成が可能なものを付
加せしむるに有効な方法を提供するものである。

つまり、絶縁ペーストでコンデンサ形成部を密閉するこ
とによりコンデンサ材料をＮ２雰囲気より守り、変質さ
せずに高温でＣｕの焼付けも行なうことが可能となるも
のである。また多層形成も同時に容易に行なうことがで
きるもので極めて効果的な発明といえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって得られるコンデンサ付多層基板
の製造方法を示す概略図、（ａｌはコンデンサ用下部導
体を形成したもの、（ｂｌはコンデンサ用ペースト形成
したもの、（Ｃ１はコンデンサ用上部導体を形成したも
の、ｆｄｌは絶縁ペーストおよび銅ペーストによる多層
部を形成したものである。 ■・・・・・・アルミナ基板、２・・・・・・下部導体
Ａｇ／Ｐｄ、３・・・・・・コンデンサ材料、４・・・
・・・上部導体、５・・・・・・絶縁層、６・・・・・
・Ｃｕ導体。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　セラミック基板上に、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄの内少なくと
   も一種以上を含む導体粉末よりなる導体ペーストで下部
   導体パターンを形成し、空気中で焼付けて後、コンデン
   サ材料粉末よりなるコンデンサペーストを印刷、空気中
   焼成し、しかる後前記導体ペーストで上部導体を印刷、
   空気中焼成する工程と、６００℃以下の軟化点を有する
   ガラスとセラミックフィラーの混合粉末を主成分とする
   絶縁ペーストで、前記コンデンサ部分が直接外部に露出
   せず、かつ前記上部下部導体部分の所望の部分と接続し
   得るバイアホール部分を除いて全面に印刷を行ない、し
   かる後、前記絶縁パターン上に銅ペーストで所望の回路
   パターンを形成し、前記絶縁ペースト印刷と銅ペースト
   印刷を所定の回数くり返し行ない、酸素濃度が１００ｐ
   ｐｍ以下の窒素雰囲気中で８００℃以上の温度で焼成を
   行なう工程を有することを特徴とするコンデンサ付多層
   基板の製造方法。