JPS62173797A

JPS62173797A - セラミック多層配線基板

Info

Publication number: JPS62173797A
Application number: JP61015154A
Authority: JP
Inventors: 康行馬場
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-01-27
Filing date: 1986-01-27
Publication date: 1987-07-30
Also published as: JPH0447476B2

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、電子機器等に使用されるセラミック多層配線
基板に関するものである。

従来の技術従来、グリーンシート積層法によるセラミック多層配線
基板に於ては、絶縁層にアルミナ、導電配線材料にはタ
ングステン、あるいはモリブデンを使用し還元雰囲気で
約１５００〜１６ｏＯ℃の温度で焼成を行っていた。最
近では、低温焼成用材料として、絶縁材料にガラス系材
料やホウ酸チタンスズバリウム系材料（通称ＢＳＢ）を
用い、導電配線材料には金、銀パラジウム、銅、ニッケ
ルを使用し１０００℃以下で焼成できるセラミック多層
配線基板の報告（エレクトロニク・セラミクス１９８５
年３月号）がされている０発明が解決しようとする問題点ところがアルミナ系の多層基板に於ては、アルミナとタ
ングステンあるいはモリブデンの温度−収縮曲線が似て
いる為に、基板の変形や反りのない多層基板が得られる
が、焼成温度が高くかつ還元雰囲気で焼成される為に焼
成に要する工程費用が高くついてしまう欠点を有してい
る。また、より高密度で多機能のセラミック多層基板を
得る為に、回路内の受動素子である抵抗体、コンデンサ
等を各層内に形成する必要があるが、現状のアルミナ系
多層基板では、焼成温度が１６ｏＯ〜１６００℃と高温
の為、層内に同時に実用的な受動素子を形成することは
、技術的、コスト的に困難が大きいという問題点がある
。上記の問題点を解決する為に、低温焼成セラミ’）り
多層配線基板の開発が行われている。しかしこの開発を
進めるにあたり、従来のアルミナ系多層基板では思いも
よらぬ問題点が存在する事がわかった。

第１の問題点として、基板材料と導電配線材料の温度−
収縮曲線が異なる為に多層基板の反り、変形が生じてし
まう事である。低温焼成用基板材料の報告や特許出願が
多くなされているが、この最も重要な問題について詳細
な報告はほとんどみられない。実際に実用化しようとし
た場合、セラミンク組成を固定すると使用可能な導電配
線材料は限定される筈であり、逆に導電配線材料を固定
すると使用可能なセラミック組成の範囲は限定される筈
である。

第２の問題点としては、最外層の導電配線材料の半田ぬ
れ性である。電気回路用配線基板として使用する場合、
この問題も非常に重要であり、これは導電配線材料の種
類のみならず、セラミック基板の組成も半田ぬれ性に大
きな影響を与える。この詳細については後述するが、セ
ラミック基板のある成分が最外層の導電配線材料に拡散
してゆき、半田ぬれ性を阻害してしまう。従って最外層
の導電配線材料の半田ぬれ性についても、セラミック組
成と導電配線材料は相互に限定されてしまう。

また、半田ぬれ性を改善する為に、ＮｉやＣｕメッキを
施したとしても、次の工程でＲｕ　Ｏ２系の抵抗ペース
トを印刷し、空気中で８５０℃焼成を行う為にメッキ部
分は侵れてしまう。また、Ａｕメッキを施した場合には
コストは高くなり工程費用も必要となってしまう。

第３の問題点として、高価な導電配線材料を使用しなけ
ればならないという事である。第１表に各種金属の相場
両路を示す。

第　　　１　　　表８６ｏ℃〜１０００℃で焼成できる導電配線材料として
安価なＣｕ、Ｎｉ等の卑金属材料を使用すると、これら
卑金属材料は還元雰囲気が必要であり、工程に於るラン
ニングコストが高くつき、まだアルミナ系多層基板の欠
点で先述した様に抵抗やコンデンサ等の受動素子を層内
に形成しようとすると、Ｒｕ　Ｏ２系の抵抗では還元さ
れてしまい抵抗体としての機能を失う、現在報告されて
いるコンデンサもほとんど酸化物系のものである為に還
元雰囲気焼成ではコンデンサとしての機能を失ってしま
う。

空気中で焼成可能な導電配線材料は貴金属に多く。

金、銀、銀パラジウム合金が使用可能であるが、金につ
いてはコストが非常に高くコンピューター関係以外の一
般電気機器にセラミック多層配線基板を採用しようとし
た場合、コストの面で実用化されない場合が多い。また
、貴金属の中では安価なＡｇは、セラミック基板中に拡
散してゆき信頼性に劣る報告が数多くある。但し、この
時の信頼性はセラミック組成やセラミック絶縁層の厚み
に影響されることはいうまでもない。銀パラジウム合金
の場合、通常ハイブリッドＩＣに使用されているように
、Ａｇの含有量が重量比が７０％以上であれば、コスト
、インピーダンス共に実用化が可能である。

以上の様に真に実用化しようとした場合、上記問題点を
全て解決する必要があり、本発明のセラミツク多層配線
基板は従来の問題点を全て解消するものである。

問題点と解決する為の手段本発明のセラミック多層配線基板は、セラミック絶縁層
が、Ａ１２Ｏ３４５〜６０重量％、ｂ　ｓ　０２２４〜
３３重量％、Ｅ　２Ｏ　ｓ　２．４〜３．３重量％、Ｎ
　ａ　２Ｏ１−２〜１　、６６重量％、Ｋ２Ｏ０Ｊ３〜
１１重量％　、　Ｃａ、ＣａＯ３．２〜４．４重量％、
ＭｑＯ１，２〜１．６５重量係、ｐｂｏ　７．２〜９．
９重量％の組成範囲で総量１００重量係となるように選
んだ組成物であり、内部層の導電配線材料が、Ａ（Ｊ７
０〜１００重量係、Ｐｄ　ｏ〜３０重量饅の組成範囲で
総量１００重量％となるように選んだ組成物であり、最
外層の導電配線材料がＡｇ　７０−９５重量％、Ｐｄ　
５〜３Ｑ重量％の組成範囲でａ量１００重量％となるよ
うに選んだ組成物により構成されている。

作　　　用本発明のセラミンク多層配線基板は、空気中でかつ例え
ば９００’Ｃという低温で焼成可能である為に、従来の
アルミナ系の多層基板と比較して焼成工程が簡単でかつ
省エネルギーが図れる。また、本発明におけるセラミッ
ク絶縁層を形成するセラミック組成物と導電配線材料と
の適合性は良く、反り、変形のないセラミック多層配線
基板が得られ、かつ最上層の導電配線材料は牛田ぬれ性
に浸れている。また導電配線材料のコスト、インピーダ
ンス共に十分実用化しうるものである。

実施例第１図は、本発明のセラミック多層配線基板の一実施例
を示す一部切欠斜視図であり、１ａ。

１ｂ、１ｃ、１ｄはセラミ’７り絶縁層、２は内部導電
層、３は外部導電層であり、これらの配置には何らの特
徴はないものである。第２表に今回実験に使用した３種
類のガラス粉末Ａ、Ｂ、Ｃの組成を示す。（単位は重量
％）第　　　２　　　表第３表には、基板のセラミック組成と多層配線基板とし
ての評価結果を一覧表にして示す（組成の単位は重量％
）。

第２表に示されているセラミック組成は、第２表に示し
た平均粒径が約２μｍのガラス粉末Ａ、Ｂ。

Ｃに、平均粒径が約１．８７１１１１１　のアルミナを
混合したもので、表３中の試料番号１〜５の組成はガラ
ス粉末Ａとアルミナを混合した系で、例えば試料番号１
のセラミック組成はガラス粉末Ａとアルミナを重量比で
６０対４ｏに混合したものである。

同様に、試料番号６〜１０については、ガラス粉末Ｂと
アルミナを混合した系で、試料番号１１〜１６について
はガラス粉末Ｃとアルミナを混合した系である。

表３に示す評価項目の中で、内部導体との適合性につい
ては、第３図に示すように８Ｂ巾の内部導体層２が２１
間隔をもって形成された７　０　ｍｎ　Ｘ３５　ｙａｐ
　Ｘ　Ｏ，２５＋ＩＩｌ＋＋のグリーンシート４を６枚
積層した試験サンプルを作成し、第２図に示す焼成プロ
ファイルにより空気中で焼成を行い、セラミック多層基
板の反り、変形について評価を行った０この時使用した
内部導体層２は、金属成分が重量比でＡｇ／Ｐｄ＝　１
００１０　、９５　／ｓ、９０／１０゜８０／２Ｏ、Ｔ
ｏ／３０の６種類であり、これら５種類の全ての内部導
体との適合性に満足するセラミック組成にＯの評価を与
え、たとえ１種類の内部導体とも適合しないセラミック
組成はＸの評価を与えた。

第４図イ５口、ハに、第３中のセラミックの試料番号３
，８．１１とＡｇ１００％の適合性を示す。適合性の悪
い組合せでは、第４図ノ・の如く基板は変形する。表３
に示す評価項目の中で、半田ぬれ性については各セラミ
ック組成のグリーンシートに、金属成分が重量比で、Ａ
ｇ／Ｐｄ＝９５／６．９０／１０．８０／２Ｏ，７０／
３０の導体ペーストを印刷、乾燥し、これらのグリーン
シートを積層圧着後、第２図に示す焼成プロファイルば
て焼成を行い、得られた基板を２６０℃の半田槽に約２
秒間浸漬して最外層導体の半田ぬれ性を試験した。上記
４種類の導体表面の全面に半田がついているセラミ、り
組成には０の評価を与え、たとえ上記１種類の導体表面
の全面に半田がついていなければ×の評価を与えた。

実験の結果からセラミック組成の試料番号１〜４のみ著
しく半田付性が悪かった０この原因を調べる為に、試料
番号３と８について、最外層導体として金属成分が重量
比でＡｇ／Ｐｄ＝　８０　／２Ｏを使用した時の最外層
導体の表面元素分析をオージェ分析法にて行った。その
結果を第５図、第６図に示す。

第６図は、セラミック組成の試料番号３とＡｇ／Ｐｄ＝
８０／２Ｏの組合せで、Ａｇ／Ｐｄの表面分析を行った
結果を示すチャート図である０第６図は、セラミック組
成の試料番号８とＡｇ／Ｐｄ＝８０／２Ｏの組合せで、
Ａｇ／Ｐｄの表面分析を行った結果を示すチャート図で
ある。いづれもス・くツタリング速度は１６０人／Ｍｉ
Ｎで分析を行ったので、第６図、第６図共にＸ軸のスノ
＜・ツタリング時間が１０分の所は１１．ｑ／Ｐｄの表
面から１５００人の深さであることを示す。第５図と第
６図を比較すると大きな違いがあることに気づく０第６
１図ではＡｇ／Ｐｄの表面にはＳ　ｉＯ２が多量に存在
し、ｏ２の量も多い事が判る０第６図ではＡｇ／Ｐｄの
表面部にＳｔが存在するが、表面から１５００への深さ
の部分にｉｊ　Ｓ　ｉ○２が存在しない事が判明した０
また、これらのＡｇ／Ｐｄ表面の電子顕微鏡写真（倍率
４０００倍）を第７図、第８図に示す。

第７図は、セラミック基成の試料番号３とＡｇ／Ｐｄ＝
ｓｏ／２ｏ（重量比）の組合せで、Ａｇ／Ｐｄの表面の
電子顕微鏡写真（倍率４０００倍）であり、第８図はセ
ラミック組成の試料番号８とＡｇ／Ｐｄ＝８０／２Ｏ（
重量比）の組合せで、Ａｇ／Ｐｄ０表面の電子顕微鏡写
真（倍率４０００倍）である。

第７図と第８図を比較すると顕著な差がある事が判る。

第７図では、Ａｇ／Ｐｄの表面にガラス質のような物が
全体を覆っているようにみえるが、第８図ではＡｇ／Ｐ
ｃｉ粒子しか確認できない。これは、セラミック組成の
試料番号３すなわち、ガラスＡ系の組成ではセラミック
基板中の非晶質のガラスがＡｇ／Ｐｄ内に拡散して半田
ぬれ性を阻害しているものと考えられる。

以上の様に、セラミック基板の組成は最外層導体の半田
ぬれ性に大きな影響を与える。

表２に示す評価項目の中で、層間の信頼性の評価に使用
した試験サンプルは、焼成後に約２Ｏ０１の厚みのセラ
ミック絶縁層の両側に約２　ｃｍ　Ｘ　２ｍの面積で対
向電極が形成されるように作成した０この時使用した対
向電極の材料は金属成分が重量比でＡｇ／Ｐｄ＝　１０
　ｏ、’ｏ、９５１５．９０／１０゜８０／２Ｏ．７０
／３０の計６種類で、１つのセラミック組成について上
記５種類の電極材料にて試験を行った。試験方法は、対
向電極に１ｏＯｖの電圧を加え試験サンプルを８６℃、
８５％ＲＨの環境下に１０００時間放置した後、室内に
サンプルを戻し、対向電極にｓｏＶ印加して絶縁抵抗を
測定する。このとき、１つのセラミック組成に対し上記
５種類の電極材料の組合せで、絶縁抵抗値が全て１０１
０９以上のセラミック組成にはＯの評価を与え、たとえ
１つの電極材料について絶縁抵抗が１０１０９を下回る
と、そのセラミック組成には×の評価を与えた。

以上、実験結果をまとめてみるとセラミック多層配線基
板として実用可能なセラミック組成はセラミック組成の
試料番号６〜９の範囲内である。

発明の効果以上のように、本発明のセラミック多層配線基、　板は
空気中で、例えば９００１：という低温で焼成できる為
に省エネルギーが図れ、かつ抵抗やコンデンサ等の受動
素子を内蔵できる可能性をもち、焼成後に基板の反りゃ
変形がなく、最外層導体の半田ぬれ性も良好である。ま
た、内部層導体にＡｇ１００％を使用しても層間に於る
Ａｇのマイグレーションはなく、導体の電気抵抗が低い
ために高信頼性かつ低コストのセラミック多層配線基板
を提供できる実用上きわめて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のセラミック多層配線基板の一実施例
の一部切欠斜視図、第２図は、セラミック多層配線基板
の焼成プロファイルを示す図、第３図は、セラミック組
成と内部導体との適合性を評価する為の評価用サンプル
の斜視図、第４図は、セラミック組成と内部導体の適合
性を評価した結果の一例を示す平面図、第５図は、半田
ぬれ件の悪いＡｇ／Ｐｄ表面のオージェ分析結果を示す
図、第６図は、半田ぬれ性の良いＡｇ／Ｐｄ表面のオー
ジェ分析結果を示す図、第７図は、半田ぬれ性の悪いＡ
ｇ／Ｐｄ表面の電子顕微鏡写真図、第８図は、半田ぬれ
性の良いＡｇ／Ｐｄ表面の電子顕微鏡写真図である。１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・・・・セラミック絶縁層
、２・・・・・・内部導体、３・・・・・・最外層導体
、４・・・・・・グリーンシート。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名、’
ｎ、Ｉｂ、Ｉｃ、／ｌ　−−−ｅうＺｌりＩｅＪ１２〜
・内部４惨第１図　　　　　　　　　　、−東７゜■う□４−−−
　グリーノψト卆洸　１！ｐｒ　　閉　（旧第　３　図第４図（イ）　　　　　　　　　　　　　（ロ）　　　　　　
　　　　　　　　　　（ハノ第５図又パノクリノグは関０ｎ手続補正書（扛９昭和ご７年な　月２４日２発明の名称セラミック多層配線基板３補正をする者事件との関係　　　　　　特　　　許　　　出　　　願
　　人任　所９　大阪府門真市大字門真１００６３地名
　称　（５８２）松下電器産業株式会比代表者　　　　
　　　谷　　　井　　　昭　　　　雉４代理人　〒５７
１住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内５補正命令の日付６、補正の内容（１）明細書第１８頁第３行目〜第７行目の「・・・を
示す図、・・・である。」を「・・・を示す図である。」に補正します。（２）図面第７図、第８図を抹消します。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミック絶縁層が、Ａｌ＿２Ｏ＿３　４５〜６
０重量％、ＳｉＯ＿２　２４〜３３重量％、Ｂ＿２Ｏ＿
３　２．４〜３．３重量％、Ｎａ＿２Ｏ　１．２〜１．
６５重量％、Ｋ＿２Ｏ　０．８〜１．１重量％、ＣａＯ
　３．２〜４．４重量％、ＭｇＯ　１．２〜１．６５重
量％、Ｐｂ　Ｏ　７．２〜９．９重量％の組成範囲で総
量１００重量％となるように選んだ組成物であり、内部
層の導電配線材料が、Ａｇ　７０〜１００重量％、Ｐｄ
　０〜３０重量％の組成範囲で総量１００重量％となる
ように選んだ組成物であり、最外層の導電配線材料が、
Ａｇ　７０〜９５重量％、Ｐｄ　５〜３０重量％の組成
範囲で総量１００重量％となるように選んだ組成物によ
って構成されることを特徴とするセラミック多層配線基
板。
（２）内部層の導電配線材料がＡｇ　１００重量％であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミ
ック多層配線基板。