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JPH05116985A - セラミツク基板 - Google Patents

セラミツク基板

Info

Publication number
JPH05116985A
JPH05116985A JP4092239A JP9223992A JPH05116985A JP H05116985 A JPH05116985 A JP H05116985A JP 4092239 A JP4092239 A JP 4092239A JP 9223992 A JP9223992 A JP 9223992A JP H05116985 A JPH05116985 A JP H05116985A
Authority
JP
Japan
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glass
conductor
substrate
ceramic substrate
copper
Prior art date
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Pending
Application number
JP4092239A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoyuki Okamoto
尚之 岡本
Hidetoshi Mizutani
秀俊 水谷
Kazunori Miura
一則 三浦
Kazuo Kondo
和夫 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Publication of JPH05116985A publication Critical patent/JPH05116985A/ja
Priority to US08/189,284 priority Critical patent/US5362551A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0054—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing PbO, SnO2, B2O3
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3731—Ceramic materials or glass
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な製造法で、銅の利点を活かしつつ、ク
ラックの生じないセラミック基板を提供する。 【構成】 結晶化ガラスを主成分とし、スルーホールを
有する基板において、スルーホール内の導体材料が銅Ｃ
ｕ１００重量部に対し、室温から４００℃までの熱膨張
係数が１．５〜４．０×１０-6／Ｋ、軟化点が１０００
℃以下のガラスを１〜３０重量部含有することを特徴と
するセラミック基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低温焼成可能であっ
て、スルーホール内に導体材料が充填されたセラミック
基板に関し、高密度多層配線基板、ＩＣパッケージ等に
好適に利用される。
【０００２】
【従来技術】銅は、安価で低抵抗であり、しかも絶縁材
料であるセラミック中での熱拡散に起因する短絡等のお
それがないことから、高密度や信号伝播高速化を目的と
する配線基板の導体材料として有用である。そして、こ
の銅を導体材料として絶縁性セラミックと組み合わせて
配線基板を構成する場合、銅の融点との関係上、絶縁材
料としては結晶化ガラス、ガラス・セラミック等の１０
００℃前後で焼成可能ないわゆる低温焼成セラミックを
採用する必要がある。
【０００３】ところが、銅と低温焼成セラミックを同時
焼成すると、銅の熱膨張係数が１７×１０-6／Ｋである
のに対し、公知の低温焼成セラミックのそれが１．５〜
７．０×１０-6／Ｋ程度と大きな差があることから、焼
成中に両者が結合してもその後の冷却過程における収縮
差によって分離して隙間を生じたり、クラックを生ぜし
めることがあった。
【０００４】そこで、この問題を解決するため、ＷＣ、
ＶＣ等の低膨張材料の導体粒子９５〜９８．５重量％と
ガラス１．５〜５重量％とからなる導体材料を基板の表
面層部に近いスルーホールに用いる技術が提案されてい
る（特開平３−１９２９５号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平３
−１９２９５号公報に記載の技術は、基板の表面層と内
部層とで異なる導体材料を用いなければならないという
煩わしさがある。かといって、基板中のスルーホール全
部に上記の導体材料を用いれば抵抗が高くなる。
【０００６】また、導体材料には、スルーホール内への
充填を可能にするため、通常、樹脂等の有機成分が添加
されており、充填後にその有機成分が大気中で加熱除去
されるものであるところ、導体材料が銅である場合、そ
の加熱の際に銅が酸化されて体積膨張を起こし、スルー
ホール導体及びその周辺でクラックが生じる。
【０００７】本発明は、簡易な製造法で、銅の利点を活
かしつつ、クラックの生じないセラミック基板を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】その手段は、結晶化ガラ
スを主成分とし、スルーホールを有する基板において、
スルーホール内の導体材料が銅Ｃｕ１００重量部に対
し、室温から４００℃までの熱膨張係数が１．５〜４．
０×１０-6／Ｋ、軟化点が１０００℃以下のガラスを１
〜３０重量部含有することを特徴とするセラミック基板
にある。ここで、上記のガラスとしては、例えば、Ｓｉ
Ｏ2 ４０〜５２重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ２７〜３７重量％、
ＭｇＯ１１〜１３重量％、Ｂ2 Ｏ3 ２〜８重量％、Ｃａ
Ｏ２〜８重量％およびＺｒＯ2 ０．１〜３重量％からな
る結晶化ガラスが挙げられる。
【０００９】
【作用】ガラスを添加することによりスルーホール中の
Ｃｕの充填量が減少し、酸化による導体の体積膨張が緩
和され、クラックの発生を妨げる。Ｃｕと結晶化ガラス
基板の熱膨脹係数はそれぞれ１７×１０-6と約３×１０
-6であり、かなりの熱膨張率差となるが、上記ガラスは
１．５〜４×１０-6であり、これをＣｕに添加すること
によって、導体と基板の熱膨張率の差はかなり減少し、
導体中に発生する残留応力も減少し、基板及び導体部に
発生するクラックが防止できる。
【００１０】また、大気中での加熱により銅が酸化され
てもガラスは酸化されないので、導体材料全体としての
体積膨張量は、ガラス含有分だけ減少する。導体に添加
したガラスの軟化点は１０００℃以下であり、基板の焼
成温度１０００℃でガラスの軟化は充分に起きており、
基板とガラスが濡れることによって基板と導体部の界面
の密着強度が増した結果、気密性が向上する。なお、ガ
ラス添加量を１〜３０部と限定したのは３０部を超えて
添加すると導体の電気抵抗が大きくなってしまうからで
あり、電気抵抗値を考慮すると１〜１５部が好ましいと
思われる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例を、多層のセラミック
基板を例にとって説明する。本実施例のセラミック基板
は以下の様にして製造される。 （グリーンシート製造工程）グリーンシートの原料とな
る、ＺｎＯ、ＭｇＣＯ3 、Ａｌ（ＯＨ）3 、ＳｉＯ2 、
Ｈ3 ＢＯ3 、Ｈ3 ＰＯ4 を所定量秤量し、ライカイ機に
て混合し、白金ルツボにて１４００〜１５００℃の適当
な温度で溶融する。この溶液を水中に投入し、急冷して
からガラス化し、その後アルミナ製ボールミルで粉砕し
て、粒径が２〜３μｍのフリット（ガラス粉末）を形成
する。この粉末と有機溶剤と可塑剤とを用いて、常法に
従ってドクターブレート法により複数枚のグリーンシー
トを形成する。
【００１２】（パンチング工程）この様にして形成した
グリーンシートを使用し、各シートの所定位置にパンチ
ングで孔をあけて、スルーホールを形成する。
【００１３】（導体ペースト充填及び印刷工程）次に、
各グリーンシートのスルーホール内に下記の組成のペー
スト状のＣｕ導体組成物（導体ペースト）を充填する
（またグリーンシート表面にスクリーン印刷によって導
体層を形成する場合もある）。導体ペーストの組成及び
原料粉末径としては種々のものを採用できるが、例えば
下記の様である。 Ｃｕ：１００部、ガラス１〜３０部、樹脂（バインダ）
１０〜２０部 溶剤：適量部
【００１４】（シート積層工程）各層のグリーンシート
を所定の順序で重ねて加熱し、加圧して一体化する。そ
して所定の形状に切断して、外形寸法を揃える。尚、本
工程ではグリーンシートを積層して一体化したが、これ
以外にも、絶縁層を印刷によって順次積層してもよい。
【００１５】（脱バインダ工程）その後大気中で約３０
０℃にて仮焼し、グリーンシート及び各導体層等に含ま
れる樹脂等の有機質成分を飛散、除去させる。そして仮
焼成後大気中で７００℃にて焼成する。これにより残存
カーボンが消失する。 （還元焼成工程）次に、アンモニア分解ガス雰囲気中に
て、５００℃に保つ。これによりＣｕＯがＣｕに還元す
る。この時、アンモニア分解ガスに代えて水素ガスを使
用してもよい。 （本焼成工程）次いで、窒素ガス等の中性雰囲気中に
て、１０００℃１時間で本焼成を行う。これにより導体
及びセラミックスが一体化する。
【００１６】この様に、本実施例ではセラミック用Ｃｕ
導体組成物として、その成分中に低熱膨張ガラスを適量
添加している。従ってＣｕの酸化膨張の緩和、及びＣｕ
導体と基板との熱膨張率差を減少させることにより導体
層ならびに基板にクラックが発生するのを防止でき、導
体層は好適な導通を有し、また高い気密性を達成でき
る。
【００１７】次に本発明の効果を確認するために行った
実験例について説明する。 〔実験例〕実験は、上記のような製造工程を経て導体層
（Ｃｕビア）を備えたセラミック基板を製造して行った
（製造した基板は、スルーホール径φ０．１mm、ホール
ピッチ０．７００mm、ホール数６００、２０mm×２０mm
×１mmである）。導体材料に含有させるガラスは、組成
が重量基準でＣａＯ８％、Ａｌ2 Ｏ3 ３１％、ＳｉＯ2
４１％、ＭｇＯ１１％、Ｂ2 Ｏ3 ８％及びＺｒＯ2 １％
からなり、熱膨張係数３．０×１０-6／Ｋ、軟化点９４
２℃の結晶化ガラスとした。そして、スルーホール導体
の比抵抗、気密性、基板のクラック発生状態、ビアと基
板とのすきまを調べた（表１）。
【００１８】気密性は１０-8ｓｔｄ．ｃｃ／ｓｅｃ以下
のものを〇で示し、それを上回るものを×で示した。更
にクラック発生状況は、１０μｍ幅程度の大きなクラッ
クが連続して連なっているものを×で示し、部分的にそ
のクラックが発生しているものを△で示し、ほとんどク
ラックが見られないものを〇で示した。スルールホール
導体と基板のすきまは基板断面をＳＥＭ観察し、すきま
のあるものを×で示し、ほとんどすきまのないものを〇
で示した。また比較例としてガラスを添加しない導体も
製造した。
【００１９】表１から明らかなように、導体材料にガラ
スを添加することにより気密性、クラック発生状況、ビ
アと基板とのすきまに改善が見られ、またガラス添加量
７．５部では、比抵抗もほとんど変わっていない。それ
に対してガラスを添加しないものは気密性が損なわれた
り、クラックの発生が多く、ビアと基板との間にすきま
が生ずるといった問題があった。ガラス添加量が５０重
量部になると導体の比抵抗が高くなってしまうため好ま
しくはガラス添加量は３０重量部以下がよい。
【００２０】
【表１】
【００２１】上記した様に、本発明のセラミック用導体
組成物は、その成分中に低熱膨張ガラスを所定量含有し
ている。それによってクラックを生ずることなく高い導
通性及び気密性を備えた基板を得ることができる。
【発明の効果】導体抵抗が低く、且つ気密性に優れたセ
ラミック基板となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 41/88 Ｎ 6971−4Ｇ Ｈ０１Ｌ 23/15 Ｈ０５Ｋ 1/03 Ｂ 7011−4Ｅ 1/09 Ｚ 8727−4Ｅ 3/46 Ｓ 6921−4Ｅ (72)発明者 近藤 和夫 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶化ガラスを主成分とし、スルーホー
    ルを有する基板において、スルーホール内の導体材料が
    銅Ｃｕ１００重量部に対し、室温から４００℃までの熱
    膨張係数が１．５〜４．０×１０-6／Ｋ、軟化点が１０
    ００℃以下のガラスを１〜３０重量部含有することを特
    徴とするセラミック基板。
  2. 【請求項２】 ガラスが、ＳｉＯ2 ４０〜５２重量％、
    Ａｌ2 Ｏ3 ２７〜３７重量％、ＭｇＯ１１〜１３重量
    ％、Ｂ2 Ｏ3 ２〜８重量％、ＣａＯ２〜８重量％および
    ＺｒＯ2 ０．１〜３重量％からなる結晶化ガラスである
    ことを特徴とする請求項１のセラミック基板。
JP4092239A 1991-05-22 1992-03-18 セラミツク基板 Pending JPH05116985A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/189,284 US5362551A (en) 1991-05-22 1994-01-31 Ceramic substrate

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3-146843 1991-05-22
JP14684391 1991-05-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05116985A true JPH05116985A (ja) 1993-05-14

Family

ID=15416791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4092239A Pending JPH05116985A (ja) 1991-05-22 1992-03-18 セラミツク基板

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5362551A (ja)
JP (1) JPH05116985A (ja)

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JP2002198460A (ja) * 2000-12-27 2002-07-12 Kyocera Corp 多数個取り配線基板
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