JPH02129997A

JPH02129997A - 多層セラミック回路基板の製造方法

Info

Publication number: JPH02129997A
Application number: JP28257388A
Authority: JP
Inventors: Morimichi Kanda; 神田　守道; Kyoji Saeki; 佐伯　恭二; Hisatomi Taguchi; 久富田口
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1990-05-18

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、多層セラミック回路基板の製造方法に関し、
詳しくはセラミック多層基板上にＣｕ厚膜導体、抵抗体
および保護体を印刷形成し、非酸化性雰囲気中で焼成、
焼付けする多層セラミック回路基板の製造方法に関する
。

［従来技術および発明が解決しようとする課題１回路の
小型化、高機能化の為に、混成厚膜集積回路基板（以下
、ＨＩＣ基板という）の高密度化がさらに望まれている
。この要求に答えるシステムの１つとして、Ｗ、Ｍｏ等
を内部導体とし、アルミナ等を絶縁体とする同時焼成多
層基板上に、Ｃｕ厚膜導体を形成する多層セラミック回
路基板が求められている。Ｃｕ厚膜導体は、マイグレー
ションが起き難くまた、導電率が高い為、細い線を用い
た間隔の狭い配線が可能となる。また最近はＣｕ厚膜シ
ステムに用いる非酸化性雰囲気焼成用の抵抗体ペースト
の改良も進み、印刷法による抵抗体の形成も実用レベル
に達している。この為デジタル回路とアナログ回路を混
在させた高機能のＨＩＣ基板にも高信頓、高機能のＣｕ
厚膜システムの応用が可能となり、ますます、多層基板
上にＣｕ厚膜システムを形成する必要性が増している。

Ｍｏ５Ｗ等の高融点金属層を内部導体とする多層基板上
に、Ｗ等の内部導体と電気的、機械的に接続をとるよう
にして、表層にＣｕ厚膜導体を形成する方法は今までに
も幾つかの方法が検討されている。

最も単純な方法としては、内部導体上に直接Ｃｕ厚膜導
体ペーストを印刷し、非酸化性雰囲気中で焼付けを行な
う方法があるが、この方法では内部導体とＣｕ厚膜導体
を電気的にも機械的にも、安定した状態に接続する事は
難しい。

このことを解決する方法としては、例えば、特開昭５８
−３０１９４号公報においてはＷ内部導体上に、Ｎ　ｌ
　ｓ　ＣＯあるいはＣｕ等の導電性金属よりなるメツキ
層を設けた後この上にＣｕ厚膜導体を形成する方法が開
示されているが、この方法はＮ２等の中性雰囲気中で繰
り返し焼成すると内部導体とＣｕ厚膜導体の接続部の抵
抗が上昇する等の課題を有する。

また、特公昭５９−１５５９９５号公報においてはＭ　
ｏ　。

Ｗ等の内部導体上に、Ｎｉメツキを施した後、さらにＮ
ｉペーストを印刷、焼付けた上に、表層のＣｕ厚膜導体
を印刷、焼付けする方法が提案されている。また、Ｗ内
部導体上にＮｉメツキを施した後、ざらにＣｕメツキを
施した上に、Ｃｕペーストを印刷、焼付けする方法も提
案されているが、どちらの方法も工程として湿式のメツ
キ工程を含み、かつ２以上の工程が必要な事から繁雑で
あり、さらにメツキが後のＣｕ厚膜導体形成工程におけ
る非酸化性雰囲気下の焼成での熱応力で、剥れ易くなる
という課題を何する。

Ｃｕ厚膜導体を表層に持つ抵抗体付きのＨＩＣ基板では
、Ｃｕ厚膜導体焼成および抵抗体焼成の少なくとも２回
、非酸化性雰囲気下で焼成を行なう必要があり、内部導
体とＣｕ厚膜導体の機械的、電気的接続は、この工程後
も安定している事が必要である。今までに提案されてい
る方法では、この安定性及び工程の簡素さという点で不
充分であり、より安定な電気的接続が得られ、かつ簡素
な工程が必要とされている。

本発明の目的は、内部導体とＣｕ厚膜導体の電気的、機
械的な接続が優れかつ安価な多層セラミック回路基板の
製造方法を提供する事にある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明者等は
上記目的を達成するため、種々検討した結果、内部導体
である高融点金属層上に一定組成のペーストを印刷する
ことによりて、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の多層セラミック回路基板の製造方法
は、アルミナセラミックスを絶縁体とし、高融点金属層
を内部導体として構成した多層配線基板上にＣｕ厚膜導
体、抵抗体および保護体を非酸化性雰囲気中で焼成、焼
付するセラミック回路基板の製造方法において、前記高
融点金属層上に、パラジウム粉末またはパラジウムを２
０重量％以上、ニッケルを８０重量％以下含む混合粉末
を含有する接合ペースト層を印刷し、これを焼成した接
合層を高融点金属層と接続した後に、この上にＣｕ厚膜
導体、抵抗体および保護体を順次、印刷と非酸化性雰囲
気下の焼成を繰り返して形成するものである。

本発明で用いられる接合用ペーストは、ニッケルを０〜
８０重量％、好ましくは４０〜８０重量％、パラジウム
を２０〜１００重量％、好ましくは２０〜６０重量％含
む金属粉末または金属混合粉末（以下、金属粉末と総称
する）を含をするものである。

Ｎｉの含有量が８０重量％を超えると高融点金属層と接
合ペーストを焼成して得られる接合層の接合が弱くなり
、高融点金属層から接合層が容易に剥れ易くなり、接続
抵抗の変化率が高くなり過ぎ、焼成回数に対して早く抵
抗値が上昇する。このため、非酸化性雰囲気下、約９０
０℃で繰り返し焼成を行なうと、電気的接続が失われて
しまう。

また、Ｎｉの含有量が０〜４０重量％、Ｐｄの含有量が
６０〜１００重量％の範囲では、接合ペーストがガラス
粉末、アルミナ粉末を含有する場合、高融点金属層と接
合層の接合が形成される以前に、高融点金属が凝集して
玉のようになりがちで高融点金属層と接合層の接合が形
成され難い時がある。

これら各成分の粒径範囲は、ＮｉＯ，１〜１μｍ１Ｐｄ
Ｏ，２〜　１μｍが好ましい。

また、本発明に用いられるペーストには、上記金属粉末
成分に加えて、ガラス粉末、アルミナ粉末またはエチル
セルロース系樹脂、アクリル系樹脂等のを機バインダー
やブチルカルピトールアセテート、α−ターピネオール
、石油系高沸点溶剤等の有機溶剤が好ましく含有される
。

ガラス粉末は、ホウケイ酸ガラス粉末、ホウケイ酸バリ
ウムガラス粉末、アルミノホウケイ酸カルシウムガラス
粉末等が望ましく用いられ、ガラス中の金属酸化物がＷ
等によって還元されないものが良く、例えば、ＰｂＯや
ＺｎＯを多量に含むものは好ましくない。ペースト中に
ガラス粉末とアルミナ粉末が同時に存在するとペースト
加熱時にアルミナ粉末とガラス粉末中のＳｉＯ２、Ｃａ
Ｏ等が反応し、ガラスの一部が結晶化してアノーサイト
を生じ、強度が増加する。このガラス粉末の含有量は、
前記した金属粉末１００重量部に対して１０〜２０重量
部が好ましい。ガラス粉末の含有量が１０重量部未満で
は、セラミック基板製造時に接合層の周辺部がアルミナ
絶縁層から剥離し易くなり、また２０重量部を超えると
、接合層上に形成される厚膜導体の半田濡れ性が悪化す
る等の可能性が高まる。ガラス粉末の軟化点は約８００
〜９００℃、平均粒径は２〜３μｍが好ましい。

アルミナ粉末は、平均粒径２〜４μｍのものが望ましく
用いられる。このアルミナ粉末の含有量は、前記した金
属粉末１００重量部に対して１〜５重量部が好ましい。

アルミナ粉末の含有量がＩＴＩＩ量部未構部未満アルミ
ナ絶縁層と接合層との接着強度が低下し、また５重量部
を超えると、ガラスの結晶化が進み過ぎ、接合層と高融
点金属層、アルミナ絶縁層との応力緩和がうまく出来な
くなり、接合層が剥離したり、接合層に亀裂が入ったり
する等の可能性が生じる。

次に、本発明の多層セラミック回路基板の製造方法を図
面に基づいて詳しく説明する。

第１図は、本発明に係る多層セラミック回路基板の縦断
面図を示し、第２図は厚膜導体印刷パターン図を示す。

第１図において、１はアルミナグリーンシート、２は高
融点金属層、３はアルミナペースト印刷層（焼成後はア
ルミナ絶縁層となる）、４は開口部−１５は接合ペース
ト層（焼成後は接合層となる）、６はＣｕ厚膜導体、７
は抵抗体、８は保護体、ＢＯは厚膜導体印刷パターン図
をそれぞれ示す。

本発明の製造方法においては、まず通常のアルミナグリ
ーンシート１上に、必要な層数骨のＷｌＭｏ等からなる
高融点金属層２およびアルミナペースト印刷層３を形成
後、還元性雰囲気中で焼成し、内部で互いに接続された
多層の導体を有する多層基板を得る。

次に前記多層基板の焼成により得られたアルミナ絶縁層
３の開口部４より露出した高融点金属層２上に、上記し
た組成からなる接合ペーストをスクリーン印刷法にて乾
燥後の厚さが１０〜３０μｍ程度になる様に印刷し、９
００〜１１００℃の温度で、Ｎ２ガスまたは必要に応じ
てＮ２ガスを含む非酸化性雰囲気中で、３〜１５分間熱
処理を行ない接合層５を形成する。

Ｎ２ガスの必要量は焼成炉の構造等によって異なるが、
炉内に混入する０２ガスと反応して、Ｈ，Ｏになる以上
のＮ２ガスが必要であり、通常はＮ２ガスとＮ２ガスの
体積比は０くＮ２ガス／Ｎ２ガス≦３の範囲が採用され
る。Ｎ２ガスを用いれば、高融点金属や接合層中のＮｉ
の表面が酸化されていても、Ｎ２ガスによって熱処理時
に還元され、高融点金属層と接合層の接合が良好に形成
される。

また、Ｎ２ガスのみで雰囲気を形成する場合は、Ｎ２ガ
ス中の酸素濃度はｌＯｐｐｍ以下が好ましい。

ＬＱｐｐｉを超えると、高融点金属や接合層中のＮｉの
表面が酸化され、高融点金属層と接合層の電気的接続が
不充分となり、後のＣｕ厚膜回路形成時に接続が失われ
る事がある。

熱処理温度は、９００〜１１００℃の範囲が好ましく、
９００℃未満であると、高融点金属層と接合層の接合が
不充分となり、１１００℃を超えると、高融点金属層と
接合層が反応し過ぎて、高融点金属層の体棲変化が大き
くなり、高融点金属層内に歪みが生じ、接合強度がかえ
って低下することになる。

次に、このようにして形成された接合層５の上に通常の
方法に従い、Ｃｕ厚膜導体６、抵抗体７および保護体８
の各層を形成する。

ここにおいて、Ｃｕ厚膜導体６は厚膜導体印刷パターン
６０により印刷後、非酸化性雰囲気下、約９００℃で焼
成される。

また、抵抗体７は、ランタンホウ化物系や酸化スズ系の
ペーストが用いられ、約９００℃で焼成される。

保護体８は、低融点のガラスペーストや、樹脂が使用さ
れ、低融点ガラスペーストは５００〜７００℃程度の非
酸化性雰囲気中で焼成され、樹脂は、８０〜１８０℃で
硬化されるか、または紫外線硬化される。

このような製造方法により、多層セラミ・ツク回路基板
が製造される。

［実施例コ以下実施例および比較例により、本発明をさらに詳しく
説明する。

実施例１〜１３アルミナ（Ａｊｌｌ　２０３　）　９４重量％およびＭ
ｇＯ。

Ｃａ　ＯＳＳ　ｉｏ　２からなるフラックス成分６重量
％の合計１００重量％の無機成分と、ポリビニルブチラ
ール（バインダー）、ジオクチルフタレート（可塑剤）
、ソルビタントリオレエート（分散剤）からなる有機成
分およびエタノール、トルエン混合溶剤から調製、混練
されたスラリーを用い、ドクターブレード法でキャリア
フィルム上に厚さ約０　、６３５　ｍｍのアルミナグリ
ーンシートを形成した。

次に、粒径１〜５μｍのＷ金属粉末とエチルセルロース
、ターピネオール等を主成分としたビヒクルから高融点
金属ペーストを調製し、アルミナグリーンシート上にス
クリーン印刷法で乾燥後の厚さが約２０μｍになるよう
印刷した。

この高融点金属層ペーストを乾燥後、アルミナグリーン
シートと同じ無機成分および有機成分から調製したアル
ミナペーストを乾燥後の厚さが約５０μｍになるように
印刷して高融点金属層およびアルミナ絶縁層から形成さ
れる積層体を得た。

前記積層体を乾燥後、Ｎ２ガス：Ｎ２ガスの体積比が１
：３程度、露点が４０℃の還元性雰囲気中で、約１５５
０℃で焼成してセラミック回路基板を得た。

このセラミック回路基板の開口部の高融点金属層上に、
第１表に示す成分のペーストを用いて乾燥後の接合ペー
スト層の厚さが約２０μｍとなるように印刷し、乾燥後
、Ｎ２ガス雰囲気中またはＮ２ガス二Ｎ２ガスの体積比
がに３程度の乾燥した混合ガス雰囲気中、９００〜１０
００℃で１０分間熱処理をした。

このペーストに用いられたＮｉ金属粉末の粒径は０．１
〜０．５　μｍ、　Ｐ　ｄ金属粉末の粒径は０．３〜０
．８μｍｓガラス粉末（ＳＬ０２５５重量％、Ｂ２０、
　９重量％、ＡＪ２０，１４重量％、Ｃａ０２０重量％
、Ｍｇ０２重量％、軟化魚釣８４０℃）の平均粒径は２
〜３μｍおよびアルミナ粉末の平均粒径は２〜４μｍの
ものを用い、ヒビクルとしてはアクリル系樹脂とターピ
ネオールを用いた。

このようにして得られた基板上に、Ｃｕ厚膜導体を第２
図に示されるパターンを用いて印刷し、９００℃の非酸
化性雰囲気中で焼成した。

この後、第２図の端子ＡＢ間の電気抵抗を測定した。ま
た２回〜５回焼成後の電気抵抗も測定し、それらの結果
を第１表に示した。

本発明により製造される多層セラミック回路基板は、高
密度化を目的とするため、基板の両面に回路を形成する
場合が多く、この場合、表面の厚膜導体、抵抗体、裏面
の厚膜導体、抵抗体をそれぞれ約９００℃で焼成後、両
面のガラス（保護体）を約８５０℃で同時または個別に
焼成する。よって焼成同数は最も多くて９００℃４回、
６５０℃２回の合計６回である。このため９００℃４回
、６５０℃２回の焼成に耐えれば充分であるが、試験条
件の統一性を欠くため、９００℃焼成に耐える回数で評
価した。この時、９００℃焼成４回よりも多くの焼成に
耐える必要があるとの判断により、９００℃５回焼成後
の通電性をもって評価を行なった。

さらに実施例５の接合層ペーストを用いて接合層とアル
ミナ絶縁層との接着強度評価試験を行なった。約１００
０℃で熱処理したところ、通常ＬＫｇ／履２以上、少な
くとも０．５に’Ｊ／ａｎ２以上のビーリング強度が得
られた。

比較例１〜３　　。

第１表に示す組成の接合層ペーストを用いた以外は、実
施例１〜１３と同様にして、供試試料を作成し、実施例
１〜１３と同様の測定を行ない、その結果を第１表に示
した。

比較例４実施例１〜１３と同様にして、高融点金属層（タングス
テン）およびアルミナ絶縁層から成るセラミック回路基
板を作成した後、開口部の高融点金属層上に市販のホウ
素系Ｎｉ化学メツキ液を用いてホウ素を約１％含むＮ１
−Ｂ膜を形成し、Ｈ２ガス二Ｎ２ガスの体積比が１：３
程度の炉中で約８５０℃で１０分間熱処理した。さらに
この上にＣｕの厚膜回路形成を行ない、実施例１〜１３
と同様の測定を行ない、その結果を第１表に示した。

第１表から明らかなように、Ｎ２ガス雰囲気下、９００
℃での焼成を５回繰り返した後でも、実施例１〜１３の
ペーストを用いて形成される多層セラミック回路基板は
良好な通電性を示している。

しかし、ペースト組成が本発明の範囲外の比較例１〜３
は５回の焼成で、いずれも抵抗値が］ｋΩを超えた。ま
た、Ｎ１−Ｂ膜を形成した比較例４においても１回の焼
成で抵抗値が１にΩを超えてしまった。

［発明の効果］以上説明したように、一定組成のペーストを多層セラミ
ック回路基板の接合層とする本発明の製造方法によって
、非酸化性雰囲気下で繰り返し焼成を行なった後も、高
融点金属層とＣｕ厚膜導体との電気的接続は良好な状態
を保つことができる。

また、高融点金属層とＣｕ厚膜導体との間に一層しか必
要としないため工程が簡便であり、コストの上昇を抑さ
えることができる。

さらに、接合層をアルミナ絶縁層に確実かつ強固に接着
させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る多層セラミック回路基板の縦断
面図、第２図は厚膜導体印刷パターン図を示す。１・・・アルミナグリーンシート、２・・・高融点金属層、３・・・アルミナペースト印刷層（アルミナ絶縁層）、４・・・開口部、５・・・接合ペースト層（接合層）、６・・・Ｃｕ厚膜導体、　７・・・抵抗体、８・・・保
護体、　８０・・・厚膜導体層印刷パターン図。特許出願人　株式会社　ノリタケカンパニーリミテド

Claims

【特許請求の範囲】

１．アルミナセラミックスを絶縁体とし、高融点金属層
を内部導体として構成した多層配線基板上にＣｕ厚膜導
体、抵抗体および保護体を非酸化性雰囲気中で焼成、焼
付するセラミック回路基板の製造方法において、前記高
融点金属層上に、パラジウム粉末またはパラジウムを２
０重量％以上、ニッケルを８０重量％以下含む混合粉末
を含有する接合ペースト層を印刷し、これを焼成した接
合層を高融点金属層と接続した後に、この上にＣｕ厚膜
導体、抵抗体および保護体を順次、印刷と非酸化性雰囲
気下の焼成を繰り返して形成することを特徴とする多層
セラミック回路基板の製造方法。