JP2000188453A - Wiring substrate and its manufacture - Google Patents
Wiring substrate and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミナを主体と
するセラミックスを絶縁基板とする配線基板に関し、詳
細には絶縁基板の表面に、低抵抗の電気回路用のメタラ
イズ層と高接着強度を有する接合用のメタライズ層を具
備し、且ついずれも絶縁基板と同時焼成によって形成さ
れる配線基板とその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring substrate using an alumina-based ceramic as an insulating substrate, and more particularly, to a metallized layer for a low-resistance electric circuit on a surface of the insulating substrate and having a high adhesive strength. The present invention relates to a wiring board having a metallized layer for bonding, both of which are formed by simultaneous firing with an insulating substrate, and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来技術】近年、半導体素子の高集積化に伴い、半導
体装置から発生する熱も増加している。半導体装置の誤
動作をなくすためには、このような熱を装置外に放出可
能な配線基板が必要とされている。一方、電気的な特性
としては、演算速度の高速化により、信号の遅延が問題
となり、導体損失の小さい、つまり低抵抗の導体を用い
ることが要求されてきた。2. Description of the Related Art In recent years, heat generated by a semiconductor device has been increasing along with the high integration of semiconductor elements. In order to eliminate the malfunction of the semiconductor device, a wiring board capable of releasing such heat to the outside of the device is required. On the other hand, as for electrical characteristics, signal delay has become a problem due to an increase in operation speed, and it has been required to use conductors having small conductor loss, that is, low resistance.
【０００３】このような半導体素子を搭載した配線基板
としては、その信頼性の点から、アルミナセラミックス
を絶縁基板とし、その表面あるいは内部にタングステン
やモリブデンなどの高融点金属からなる配線層を被着形
成したセラミック配線基板が多用されている。ところ
が、従来から多用されている高融点金属からなる配線層
では、抵抗を高々８ｍΩ／□程度までしか低くできなか
った。[0003] As a wiring board on which such a semiconductor element is mounted, from the viewpoint of reliability, an alumina ceramic is used as an insulating substrate, and a wiring layer made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum is deposited on the surface or inside thereof. The formed ceramic wiring board is frequently used. However, in a wiring layer made of a refractory metal that has been widely used, the resistance can be reduced only to at most about 8 mΩ / □.
【０００４】これに対して、近年に至り、低抵抗導体で
ある銅や銀と同時焼成可能な、いわゆるガラスセラミッ
クスを用いた多層配線基板が提案されている。ところ
が、ガラスセラミックスの熱伝導率は高々数Ｗ／ｍ・Ｋ
しかなく、前記熱的問題を解決することが難しくなって
きている。さらには、ガラスセラミックに施されるメタ
ライズ層との接着強度が高々２ｋｇｆ以下と低い為に封
止性や金具との接続信頼性に問題がある。On the other hand, in recent years, a multilayer wiring board using a so-called glass ceramic which can be co-fired with copper or silver which is a low-resistance conductor has been proposed. However, the thermal conductivity of glass ceramics is at most several W / m · K.
However, it has become difficult to solve the thermal problem. Furthermore, since the adhesive strength to the metallized layer applied to the glass ceramic is as low as 2 kgf or less at most, there is a problem in sealing performance and connection reliability with metal fittings.
【０００５】そこで、この熱的問題点と、電気的問題点
並びに接続信頼性を同時に解決する方法として、アルミ
ナに、銅、または銅とタングステンまたはモリブデンを
組み合わせた低抵抗導体層とを同時焼成により形成する
方法が、特開平８−８５０２号、特開平７−１５１０１
号、特許第２６６６７４４号に提案されている。In order to solve the thermal problem, the electrical problem, and the connection reliability at the same time, a method of simultaneously firing alumina and copper or a low-resistance conductor layer obtained by combining copper and tungsten or molybdenum is used. The method of forming is described in JP-A-8-8502 and JP-A-7-15101.
No. 2,666,744.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−８５０２号は、そもそもアルミナを緻密化させるた
めに、１６００℃以上の高い温度で焼成するものである
が、このような高温で銅およびタングステンの導体層を
焼成すると、タングステンやモリブデンの急激な焼結が
進行して大きな凝集粒子を形成するために溶融した銅成
分が表面に分離し、表面電気回路層ににじみが生じた
り、銅の揮散が生じるなど、表面電気回路層形状の保形
性が低下するとともに、組織の不均一性から抵抗も高く
なるという問題があった。しかも、電気回路層中の銅成
分が、焼成中に絶縁基板のセラミックス中に拡散し、電
気回路層間の絶縁性が劣化するために、微細な電気回路
層を高密度に形成することが難しいものであった。However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-8502 discloses a method in which alumina is fired at a high temperature of 1600 ° C. or more in order to densify alumina. When the conductor layer is fired, the rapid sintering of tungsten and molybdenum progresses to form large agglomerated particles, and the molten copper component separates to the surface, causing bleeding of the surface electric circuit layer and the volatilization of copper For example, there is a problem that the shape retention of the surface electric circuit layer shape is reduced, and the resistance is increased due to the non-uniformity of the structure. In addition, since the copper component in the electric circuit layer diffuses into the ceramics of the insulating substrate during firing and the insulation between the electric circuit layers deteriorates, it is difficult to form a fine electric circuit layer at a high density. Met.
【０００７】また、特開平７−１５１０１号によれば、
表面電気回路層は、一旦、すべての電気回路層を絶縁基
板内部に配設して同時焼成した後、研磨等により表面の
絶縁層を研磨除去して内部電気回路層を表面に露出させ
たり、焼成後の配線基板の表面に、厚膜法や薄膜法によ
って表面電気回路層を形成するものである。そのため
に、表面電気回路層を形成するためには研磨工程、厚膜
形成工程、薄膜形成工程などが不可欠の工程となるため
に、製造工程が多く、歩留りの低下やコスト高となるよ
うな問題があった。According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-15101,
The surface electric circuit layer, once all the electric circuit layers are disposed inside the insulating substrate and fired simultaneously, the insulating layer on the surface is polished and removed by polishing or the like to expose the internal electric circuit layer to the surface, The surface electric circuit layer is formed on the surface of the baked wiring substrate by a thick film method or a thin film method. Therefore, a polishing process, a thick film forming process, a thin film forming process, and the like are indispensable processes for forming a surface electric circuit layer, so that there are many manufacturing processes, and a problem such as a reduction in yield and an increase in cost. was there.
【０００８】さらに、特許第２６６６７４４号には、絶
縁基板を形成するためのセラミック粉末として、平均粒
径が５〜５０ｎｍの微細なアルミナ粉末を用いることに
より、金、銀、銅等などの低抵抗金属の焼成温度に近づ
けることにより、絶縁基板と低抵抗金属との同時焼結性
を達成したものであるが、このような微粉末は取扱いが
非常に難しく、コスト高であるために、量産性に欠ける
とともにコスト高となる問題があった。Further, Japanese Patent No. 2666744 discloses that a fine alumina powder having an average particle diameter of 5 to 50 nm is used as a ceramic powder for forming an insulating substrate, so that a low resistance material such as gold, silver, copper or the like is used. Simultaneous sintering of the insulating substrate and low-resistance metal has been achieved by approaching the firing temperature of the metal, but such fine powders are extremely difficult to handle and costly, resulting in mass production. However, there is a problem that the cost is high.
【０００９】従って、本発明は、アルミナセラミックス
からなる絶縁基板と同時焼成によって形成され、銅を含
有する低抵抗の電気回路用のメタライズ層と、絶縁基板
と高い接着強度を有する接合用のメタライズ層とを兼備
した配線基板とその製造方法を提供することを目的とす
る。Accordingly, the present invention provides a metallized layer for a low-resistance electric circuit containing copper, which is formed by co-firing with an insulating substrate made of alumina ceramics, and a metallized layer for bonding having a high adhesive strength to the insulating substrate. And a method of manufacturing the same.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
に対して検討を重ねた結果、電気回路用のメタライズ層
をタングステンおよび／またはモリブデンと、銅を含有
する導体によって形成し、また、接合用メタライズ層を
タングステンおよび／またはモリブデンを主成分とし、
さらに遷移金属を含有する導体によって形成することに
より、いずれもアルミナセラミックスからなる絶縁基板
と同時焼成によって形成可能な、表面電気回路用のメタ
ライズ層と接合用メタライズ層とを兼備した配線基板が
得られることを見いだし、本発明に至った。Means for Solving the Problems The present inventors have studied the above objects, and as a result, have formed a metallized layer for an electric circuit with a conductor containing tungsten and / or molybdenum and a copper. , The bonding metallization layer is mainly composed of tungsten and / or molybdenum,
Further, by forming the conductor with a transition metal-containing conductor, it is possible to obtain a wiring board having both a metallized layer for a surface electric circuit and a metallized layer for bonding, which can be formed simultaneously with an insulating substrate made of alumina ceramics. This led to the present invention.
【００１１】即ち、本発明は、アルミナセラミックスか
らなる相対密度が９５％以上の絶縁基板と、該絶縁基板
の表面および／または内部に銅を１０〜７０体積％、タ
ングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積
％の割合で含有する第１のメタライズ層と、前記絶縁基
板の表面にタングステンおよび／またはモリブデンを５
０体積％以上含有し、鉄族金属を酸化物換算で０．１〜
５体積％、酸化アルミニウムを０〜４５体積％の割合で
含有してなる第２のメタライズ層を具備することを特徴
とするものである。That is, the present invention provides an insulating substrate made of alumina ceramics having a relative density of 95% or more, copper on the surface and / or inside of the insulating substrate at 10 to 70% by volume, and tungsten and / or molybdenum at 30 to 70% by volume. A first metallization layer containing 90% by volume and tungsten and / or molybdenum on the surface of the insulating substrate;
0% by volume or more, and the iron group metal is 0.1 to
A second metallized layer containing 5% by volume and 0 to 45% by volume of aluminum oxide is provided.
【００１２】特に、上記配線基板においては、前記アル
ミナセラミックスが、マンガン化合物をＭｎＯ2 換算で
２．０〜８．０重量％の割合で含有すること、前記第１
のメタライズ層によって電気回路が形成されてなるこ
と、前記第２のメタライズ層に、セラミックスまたは金
属が接合されること、前記第１のメタライズ層におい
て、銅からなるマトリックス中にタングステンおよび／
またはモリブデンが平均粒径１〜１０μｍの粒子として
分散含有してなること、前記第１のメタライズ層のシー
ト抵抗が８ｍΩ／□以下であることが望ましい。In particular, in the wiring board, the alumina ceramic contains a manganese compound at a ratio of 2.0 to 8.0% by weight in terms of MnO 2 ,
An electric circuit is formed by the metallized layer, ceramics or metal is bonded to the second metallized layer, and tungsten and / or
Alternatively, it is desirable that molybdenum is dispersed and contained as particles having an average particle size of 1 to 10 μm, and the sheet resistance of the first metallized layer is 8 mΩ / □ or less.
【００１３】また、本発明の配線基板の製造方法によれ
ば、アルミナを主成分とするグリーンシートの表面に、
銅を１０〜７０体積％、平均粒径が１〜１０μｍのタン
グステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％
の割合で含有してなる第１の導体ペーストを印刷塗布す
るとともに、タングステンおよび／またはモリブデンを
５０体積％以上含有し、鉄族金属の酸化物を０．１〜５
体積％、酸化アルミニウムを０〜４５体積％の割合で含
有する第２の導体ペーストを印刷塗布した後、該グリー
ンシートを積層し、非酸化性雰囲気中で１２００〜１５
００℃の温度で焼成することを特徴とするものである。According to the method of manufacturing a wiring board of the present invention, the surface of a green sheet containing alumina as a main component is
10 to 70% by volume of copper, 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum having an average particle size of 1 to 10 μm
And a first conductor paste containing at least 50% by volume of tungsten and / or molybdenum, and an oxide of iron group metal of 0.1 to 5%.
After printing and applying a second conductor paste containing 0 to 45% by volume of aluminum oxide at a ratio of 0 to 45% by volume, the green sheets are laminated, and the green sheets are stacked in a non-oxidizing atmosphere at 1200 to 15%.
It is characterized by firing at a temperature of 00 ° C.
【００１４】かかる製造方法によれば、前記グリーンシ
ートが、マンガン化合物をＭｎＯ2換算で２．０〜８．
０重量％の割合で含有すること、前記第１の導体ペース
トを電気回路パターン状に印刷すること、さらに前記第
２の導体ペーストをセラミックスまたは金属が接合され
る箇所に印刷塗布することが望ましい。[0014] According to such a manufacturing method, the green sheet, a manganese compound with MnO 2 in terms of 2.0 to 8.
It is preferable that the first conductor paste is contained in an amount of 0% by weight, the first conductor paste is printed in an electric circuit pattern, and the second conductor paste is printed and applied to a portion where ceramics or metal is joined.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の配線基板の一実
施態様を示す概略断面図を基に説明する。図１の配線基
板は、アルミナセラミックスからなる複数の絶縁層１
ａ，１ｂ、１ｃが積層された絶縁基板１の表面に表面電
気回路用のメタライズ層２ａと、絶縁層１ａ，１ｂ，１
ｃ間に内部電気回路用のメタライズ層２ｂが設けられて
いる。また、絶縁基板１の表面には、パッケージのよう
に配線基板の表面に搭載された半導体素子３を気密に封
止するためにセラミックスや金属からなる蓋体４をメタ
ライズ封止するために用いられる封止用メタライズ層
５、あるいはリードピン６などの外部回路と接続するた
めの接続パッド用メタライズ層７などの接合用メタライ
ズ層が形成されている。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a wiring board according to the present invention. The wiring board of FIG. 1 has a plurality of insulating layers 1 made of alumina ceramics.
A metallized layer 2a for a surface electric circuit and insulating layers 1a, 1b, 1
Metallized layer 2b for the internal electric circuit is provided between c. Further, on the surface of the insulating substrate 1, the lid 4 made of ceramics or metal is used for metallizing and sealing in order to hermetically seal the semiconductor element 3 mounted on the surface of the wiring substrate like a package. A bonding metallization layer such as a metallization layer 5 for sealing or a metallization layer 7 for connection pad for connecting to an external circuit such as a lead pin 6 is formed.
【００１６】本発明によれば、上記表面電気回路用のメ
タライズ層２ａ、内部電気回路用のメタライズ層２ｂ、
封止用メタライズ層５、接続パッド用メタライズ層７な
どの接合用メタライズ層はいずれも絶縁基板１と同時焼
成によって形成されたものである。According to the present invention, the metallized layer 2a for the surface electric circuit, the metallized layer 2b for the internal electric circuit,
The bonding metallization layers such as the sealing metallization layer 5 and the connection pad metallization layer 7 are all formed by simultaneous firing with the insulating substrate 1.
【００１７】また、各層の電気回路用のメタライズ層間
は、絶縁層１ａ〜１ｃを貫通するように形成されたビア
ホール導体８によって電気的に接続される。このビアホ
ール導体８も絶縁基板１と同時焼成によって形成され
る。The metallized layers for electric circuits of the respective layers are electrically connected by via-hole conductors 8 formed so as to penetrate insulating layers 1a to 1c. The via hole conductor 8 is also formed by simultaneous firing with the insulating substrate 1.
【００１８】本発明によれば、絶縁基板１の表面および
／または内部に、銅を１０〜７０体積％、Ｗおよび／ま
たはＭｏを３０〜９０体積％の割合で含有する導体材料
からなる第１のメタライズ層を具備する。この第１のメ
タライズ層は、特に、表面電気回路用のメタライズ層２
ａあるいは内部電気回路用のメタライズ層２ｂを構成す
る。According to the present invention, on the surface and / or inside of the insulating substrate 1, a first conductive material containing 10 to 70% by volume of copper and 30 to 90% by volume of W and / or Mo is used. Is provided. This first metallization layer is, in particular, a metallization layer 2 for surface electrical circuits.
a or the metallized layer 2b for the internal electric circuit.
【００１９】上記第１のメタライズ層の成分を上記の範
囲に限定するのは、電気回路用のメタライズ層の低抵抗
化と、上記アルミナセラミックスからなる絶縁基板１と
の同時焼結性を達成するとともに、表面電気回路用のメ
タライズ層２ａの適用に対して同時焼成後の回路形状の
保形性を維持するためである。The components of the first metallized layer are limited to the above-described ranges to achieve a reduction in the resistance of the metallized layer for an electric circuit and the simultaneous sinterability with the insulating substrate 1 made of the alumina ceramic. At the same time, it is for maintaining the shape retention of the circuit shape after simultaneous firing with respect to the application of the metallized layer 2a for the surface electric circuit.
【００２０】即ち、上記銅が１０体積％よりも少なく、
ＷやＭｏ量が９０体積％よりも多いと、電気回路用のメ
タライズ層の抵抗が８ｍΩ／□よりも高くなる。また、
銅量が７０体積％よりも多く、ＷやＭｏ量が３０体積％
よりも少ないと、表面電気回路用のメタライズ層の同時
焼成後の保形性が低下し、表面電気回路用のメタライズ
層２ａにおいてにじみなどが発生したり、溶融した銅に
よって表面電気回路用のメタライズ層が凝集して断線が
生じるとともに、絶縁基板と電気回路用のメタライズ層
の熱膨張係数差により電気回路用のメタライズ層の剥離
が発生するためである。最適な組成範囲は、銅を４０〜
６０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを６０〜４０体積％
である。That is, the copper content is less than 10% by volume,
When the amount of W or Mo is more than 90% by volume, the resistance of the metallized layer for an electric circuit becomes higher than 8 mΩ / □. Also,
Copper content is more than 70% by volume, W and Mo content is 30% by volume
If the amount is less than the above, the shape retention after the simultaneous firing of the metallized layer for the surface electric circuit is reduced, and bleeding or the like occurs in the metallized layer 2a for the surface electric circuit. This is because the layers are agglomerated to cause disconnection, and the metallized layer for the electric circuit is peeled off due to a difference in thermal expansion coefficient between the insulating substrate and the metallized layer for the electric circuit. Optimum composition range is 40-
60% by volume, 60 to 40% by volume of W and / or Mo
It is.
【００２１】また、本発明においては、この第１のメタ
ライズ層中におけるＷおよび／またはＭｏは、平均粒径
１〜１０μｍの球状あるいは数個の粒子による焼結粒子
として銅からなるマトリックス中に分散含有しているこ
とが望ましい。これは、上記平均粒径が１μｍよりも小
さい場合、表面電気回路用のメタライズ層２ａの保形性
が悪くなるとともに組織が多孔質化し電気回路用のメタ
ライズ層の抵抗も高くなり、１０μｍを越えると銅のマ
トリックスがＷやＭｏの粒子によって分断されてしまい
電気回路用のメタライズ層の抵抗が高くなったり、銅成
分が分離してにじみなどが発生するためである。Ｗおよ
び／またはＭｏは平均粒径１．３〜５μｍ、特に１．３
〜３μｍの大きさで分散されていることが最も望まし
い。In the present invention, W and / or Mo in the first metallized layer is dispersed in a copper matrix as spherical or sintered particles of several particles having an average particle diameter of 1 to 10 μm. It is desirable to contain. If the average particle size is smaller than 1 μm, the metallized layer 2 a for the surface electric circuit will have poor shape retention, the structure will be porous and the resistance of the metallized layer for the electric circuit will be high, and will exceed 10 μm. This is because the matrix of copper and copper is separated by the particles of W and Mo, so that the resistance of the metallized layer for an electric circuit increases, and the copper component is separated to cause bleeding. W and / or Mo have an average particle size of 1.3 to 5 μm, especially 1.3.
Most preferably, the particles are dispersed in a size of about 3 μm.
【００２２】また、上記第１のメタライズ層中には、絶
縁基板１との密着性を改善するために、アルミナ、また
は絶縁基板と同じ成分のセラミックスを０．０５〜２体
積％の割合で含有させることも可能である。In order to improve the adhesion to the insulating substrate 1, the first metallized layer contains 0.05% to 2% by volume of alumina or ceramics having the same composition as that of the insulating substrate. It is also possible to make it.
【００２３】また、本発明の配線基板においては、上記
第１のメタライズ層以外に、絶縁基板１の表面にタング
ステンおよび／またはモリブデンを５０体積％以上含有
し、鉄族金属を酸化物換算で０．１〜５体積％、酸化ア
ルミニウムを０〜４５体積％の割合で含有する導体から
なる第２のメタライズ層を具備する。Further, in the wiring board of the present invention, in addition to the first metallized layer, the surface of the insulating substrate 1 contains at least 50% by volume of tungsten and / or molybdenum, and contains iron group metal in an amount of 0% in terms of oxide. And a second metallized layer made of a conductor containing aluminum oxide at a ratio of 0 to 45% by volume.
【００２４】本発明においては、上記第２のメタライズ
層は、上記封止用メタライズ層５、接続パッド用メタラ
イズ層７などの接合用メタライズ層として用いることが
望ましい。In the present invention, the second metallized layer is preferably used as a metallized layer for bonding such as the metallized layer 5 for sealing and the metallized layer 7 for connection pads.
【００２５】配線基板表面に形成される上記封止用メタ
ライズ層５、接続パッド用メタライズ層７などの接合用
メタライズ層に対しては、セラミックス、金属などとの
接合によって高い接合強度とともに、絶縁基板との高い
接着強度が要求される。しかしながら、前記第１のメタ
ライズ層では十分な接着強度が得ることが難しい。The bonding metallization layers such as the metallization layer 5 for sealing and the metallization layer 7 for connection pads formed on the surface of the wiring board have high bonding strength by bonding with ceramics, metal and the like, as well as high insulation strength. High adhesive strength is required. However, it is difficult to obtain sufficient adhesive strength with the first metallized layer.
【００２６】そこで、本発明によれば、この接合用メタ
ライズ層を前記第２のメタライズ層によって形成するこ
とにより絶縁基板との高い接着強度を付与し得る。Therefore, according to the present invention, by forming the bonding metallization layer with the second metallization layer, a high adhesive strength to an insulating substrate can be imparted.
【００２７】この第２のメタライズ層を、導体成分とし
て低融点の銅を多量に含有する第１のメタライズ層と同
時焼成によって形成する場合、その焼成温度が後述する
ように、１２００〜１５００℃の低温で焼成する必要が
あることから、タングステンやモリブデンのみからなる
導体では、その低温焼成時に十分に焼結することができ
ない。When this second metallized layer is formed simultaneously with the first metallized layer containing a large amount of copper having a low melting point as a conductor component, the sintering temperature is from 1200 to 1500 ° C. as described later. Since it is necessary to fire at a low temperature, a conductor consisting only of tungsten or molybdenum cannot be sufficiently sintered at the time of firing at a low temperature.
【００２８】そこで、本発明によれば、タングステンお
よびモリブデン以外に、鉄族金属を酸化物換算で０．１
〜５体積％の割合で含有せしめることにより、低温での
焼結性を高めることができる。従って、この前記鉄族金
属量が０．１体積％未満の場合にはメタライズ自体の緻
密化が進行せず焼結不良になるため、絶縁基板との接着
強度が低下する。逆に、鉄族金属量が５体積％を越える
場合には、タングステン、モリブデンの粒子が異常粒成
長し接着強度が低下する。この上記鉄族金属量は、特に
は酸化物換算で０．５〜２体積％が望ましい。Therefore, according to the present invention, in addition to tungsten and molybdenum, an iron group metal is contained in an amount of 0.1% in terms of oxide.
By containing -5% by volume, sinterability at low temperatures can be improved. Therefore, when the amount of the iron group metal is less than 0.1% by volume, the metallization itself does not proceed to densification, resulting in poor sintering, and the adhesive strength to the insulating substrate is reduced. Conversely, if the amount of iron group metal exceeds 5% by volume, tungsten and molybdenum particles grow abnormally, and the adhesive strength decreases. The amount of the iron group metal is particularly preferably 0.5 to 2% by volume in terms of oxide.
【００２９】また、この第２のメタライズ層中には、ア
ルミナセラミックスからなる絶縁基板との接着強度を高
めるために、アルミナを添加することも有効である。し
かし、その含有量が４５体積％よりも多いと焼結不良を
招くとともにメッキ工程においてメッキ欠け（メッキが
付着しない）が発生する。このメッキ欠けは、蓋体４や
リードピン６などの接合信頼性の低下を招く。アルミナ
の含有量は、特に２〜３５体積％が望ましい。It is also effective to add alumina to the second metallized layer in order to increase the bonding strength with an insulating substrate made of alumina ceramics. However, when the content is more than 45% by volume, poor sintering is caused, and chipping of the plating (plating does not adhere) occurs in the plating step. The lack of plating causes a decrease in bonding reliability of the lid 4 and the lead pins 6. The content of alumina is preferably 2 to 35% by volume.
【００３０】この第２のメタライズ層中の鉄族金属とし
ては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏが挙げられるがこれらの中でも
Ｎｉが最も望ましい。また、酸化物換算量は、ＦｅはＦ
ｅ2Ｏ3 、ＮｉＯ、Ｃｏ3 Ｏ4 の形態で換算した量であ
る。Examples of the iron group metal in the second metallized layer include Fe, Ni, and Co. Of these, Ni is most preferable. In addition, the amount of oxide conversion is Fe is F
It is an amount converted in the form of e 2 O 3 , NiO, Co 3 O 4 .
【００３１】（絶縁基板）本発明において、絶縁基板１
は、アルミナセラミックスからなるものであるが、絶縁
基板の熱伝導性および高強度化を達成する上では、相対
密度９５％以上、特に９７％、さらには９８％以上の高
緻密体から構成されるものであり、さらに熱伝導率は１
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには
１７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。(Insulating substrate) In the present invention, the insulating substrate 1
Is made of alumina ceramics, but is composed of a dense body having a relative density of 95% or more, particularly 97%, and more preferably 98% or more in order to achieve the thermal conductivity and high strength of the insulating substrate. And a thermal conductivity of 1
It is desirably 0 W / m · K or more, particularly 15 W / m · K or more, and more preferably 17 W / m · K or more.
【００３２】本発明では、導体成分として銅を必須成分
として含有する第１のメタライズ層との同時焼結時によ
る保形性を達成するために、１２００〜１５００℃の低
温で焼成することが必要となるが、本発明によれば、こ
のような低温での焼成においても相対密度９５％以上に
緻密化することが必要となる。In the present invention, it is necessary to fire at a low temperature of 1200 to 1500 ° C. in order to achieve shape retention during co-sintering with the first metallized layer containing copper as an essential component as a conductor component. However, according to the present invention, it is necessary to densify to a relative density of 95% or more even in firing at such a low temperature.
【００３３】そこで、本発明における絶縁基板１は、ア
ルミナを主成分とするもの、具体的にはアルミナを９０
重量％以上の割合で含有するものであるが、添加成分と
して、Ｍｎ化合物をＭｎＯ2 換算で２〜８重量％の割合
で含有することが望ましい。即ち、Ｍｎ化合物量が２重
量％よりも少ないと、１２００〜１５００℃での緻密化
が達成されず、また８．０重量％よりも多いと絶縁基板
１の絶縁性が低下するためである。Ｍｎ化合物の最適な
範囲はＭｎＯ2 換算で３〜７重量％である。Therefore, the insulating substrate 1 according to the present invention is made of a material containing alumina as a main component, specifically, 90% of alumina.
The Mn compound is contained at a ratio of 2 to 8% by weight in terms of MnO 2 as an additive component. That is, if the amount of the Mn compound is less than 2% by weight, densification at 1200 to 1500 ° C. cannot be achieved, and if it is more than 8.0% by weight, the insulating property of the insulating substrate 1 decreases. Optimal range of the Mn compound is 3 to 7% by weight MnO 2 basis.
【００３４】また、この絶縁基板１中には、ＳｉＯ2 お
よびＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化
物を低温焼結性を高めるために合計で０．４〜１５重量
％の割合で含有せしめることが望ましい。The insulating substrate 1 contains SiO 2 and alkaline earth element oxides such as MgO, CaO, and SrO in a ratio of 0.4 to 15% by weight in total in order to improve low-temperature sinterability. It is desirable to include it.
【００３５】さらに、この絶縁基板１中には、着色成分
や誘電率などの誘電特性の向上のためにＷ、Ｍｏ、Ｃｒ
などの金属を着色成分として２重量％以下の割合で含ん
でもよい。Further, in order to improve dielectric properties such as a coloring component and a dielectric constant, W, Mo, Cr
Or the like may be contained as a coloring component in a proportion of 2% by weight or less.
【００３６】上記アルミナ以外の成分は、アルミナ主結
晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶相として存在する
が、熱伝導性を高める上で粒界中に助剤成分を含有する
結晶相が形成されていることが望ましい。The components other than the above-mentioned alumina exist as an amorphous phase or a crystal phase at the grain boundary of the alumina main crystal phase. However, in order to enhance the thermal conductivity, the crystal phase containing an auxiliary component in the grain boundary is increased. Preferably, it is formed.
【００３７】また、絶縁基板１を形成するアルミナ主結
晶相は、粒状または柱状の結晶として存在するが、これ
ら主結晶相の平均結晶粒径は、１．５〜５．０μｍであ
ることが望ましい。なお、主結晶相が柱状結晶からなる
場合、上記平均結晶粒径は、短軸径に基づくものであ
る。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍよりも小
さいと、高熱伝導化が難しく、平均粒径が５．０μｍよ
りも大きいと基板材料として用いる場合に要求される十
分な強度が得られにくくなるためである。The alumina main crystal phase forming the insulating substrate 1 exists as granular or columnar crystals, and the average crystal grain size of these main crystal phases is desirably 1.5 to 5.0 μm. . When the main crystal phase is composed of columnar crystals, the average crystal grain size is based on the minor axis diameter. When the average crystal grain size of the main crystal phase is smaller than 1.5 μm, it is difficult to increase the thermal conductivity. When the average crystal grain size is larger than 5.0 μm, sufficient strength required when used as a substrate material is obtained. This is because it becomes difficult.
【００３８】さらに、本発明の配線基板においては、銅
を含有する第１のメタライズ層を銅の融点を越える温度
で絶縁基板１と同時焼成することにより、第１のメタラ
イズ層中の銅成分が絶縁基板１中に拡散する場合がある
が、本発明によれば、上記少なくとも銅を含む第１のメ
タライズ層の周囲の絶縁基板１のセラミックスへの銅の
拡散距離が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であること
が望ましい。これは、銅のセラミックス中への拡散距離
が２０μｍを超えると、電気回路形成時にメタライズ層
間の絶縁性が低下し電気回路の信頼性が低下するためで
ある。Further, in the wiring board of the present invention, the first metallized layer containing copper is co-fired with the insulating substrate 1 at a temperature exceeding the melting point of copper, so that the copper component in the first metallized layer is reduced. According to the present invention, the diffusion distance of copper to the ceramics of the insulating substrate 1 around the first metallized layer containing at least copper may be 20 μm or less, particularly 10 μm or less. Desirably. This is because if the diffusion distance of copper into the ceramic exceeds 20 μm, the insulation between the metallized layers is reduced during the formation of the electric circuit, and the reliability of the electric circuit is reduced.
【００３９】この銅の拡散距離を２０μｍ以下とするこ
とにより、第１のメタライズ層のうち、同一平面内に形
成されたメタライズ層間の最小線間距離を１００μｍ以
下、特に９０μｍ以下の高密度配線化を図ることができ
る。また、同様に図１に示すように、１つの絶縁層内に
複数のビアホール導体８が形成される場合、そのビアホ
ール導体８間の最小離間距離も上記と同様な理由から１
００μｍ以下、特に９０μｍ以下に制御することが可能
である。By setting the copper diffusion distance to 20 μm or less, high-density wiring with a minimum distance between metallization layers formed in the same plane of the first metallization layer of 100 μm or less, particularly 90 μm or less. Can be achieved. Also, as shown in FIG. 1, when a plurality of via-hole conductors 8 are formed in one insulating layer, the minimum separation distance between the via-hole conductors 8 is also set to 1 for the same reason as described above.
It can be controlled to not more than 00 μm, especially not more than 90 μm.
【００４０】（製造方法）次に、本発明の配線基板の製
造方法について具体的に説明する。まず、絶縁基板を形
成するために、アルミナセラミックスの主成分となるア
ルミナ原料粉末として、平均粒径が０．５〜２．５μ
ｍ、特に０．５〜２．０μｍの粉末を用いる。これは、
平均粒径は０．５μｍよりも小さいと、粉末の取扱いが
難しく、また粉末のコストが高くなり、２．５μｍより
も大きいと、１５００℃以下の温度で焼成することが難
しくなるためである。(Manufacturing Method) Next, a method of manufacturing a wiring board according to the present invention will be specifically described. First, in order to form an insulating substrate, as an alumina raw material powder which is a main component of alumina ceramics, an average particle diameter is 0.5 to 2.5 μm.
m, especially 0.5 to 2.0 μm powder. this is,
If the average particle size is smaller than 0.5 μm, it is difficult to handle the powder, and the cost of the powder increases. If the average particle size is larger than 2.5 μm, it becomes difficult to fire at a temperature of 1500 ° C. or less.
【００４１】そして、上記アルミナ粉末に対して、第２
の成分として、ＭｎＯ2 を２〜８重量％、特に３〜７重
量％の割合で添加する。また、適宜、第３の成分とし
て、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ粉末等を０．４
〜１５重量％、第４の成分として、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒなど
の遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金
属換算で２重量％以下の割合で添加する。なお、上記酸
化物の添加に当たっては、酸化物粉末以外に、焼成によ
って酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などと
して添加してもよい。Then, a second powder was added to the alumina powder.
Is added as MnO 2 at a ratio of 2 to 8% by weight, particularly 3 to 7% by weight. Further, as a third component, SiO 2 , MgO, CaO, SrO powder, etc.
As a fourth component, a metal powder or oxide powder of a transition metal such as W, Mo, or Cr is added as a coloring component at a ratio of 2% by weight or less in terms of metal. In addition, in addition to the oxide powder, the above oxide may be added as a carbonate, nitrate, acetate, or the like which can form an oxide by firing.
【００４２】そして、この混合粉末を用いて絶縁層を形
成するためのシート状成形体を作製する。シート状成形
体は、周知の成形方法によって作製することができる。
例えば、上記混合粉末に有機バインダーや溶媒を添加し
てスラリーを調製した後、ドクターブレード法によって
形成したり、混合粉末に有機バインダーを加え、プレス
成形、圧延成形等により所定の厚みのシート状成形体を
作製できる。Then, a sheet-like molded body for forming an insulating layer is prepared using the mixed powder. The sheet-shaped molded body can be produced by a well-known molding method.
For example, a slurry is prepared by adding an organic binder or a solvent to the mixed powder, and then formed by a doctor blade method, or an organic binder is added to the mixed powder, and a sheet having a predetermined thickness is formed by pressing, rolling, or the like. Body can be made.
【００４３】このようにして作製したシート状成形体に
対して、第１のメタライズ層形成用として、導体成分と
して、平均粒径が１〜１０μｍの銅含有粉末を１０〜７
０体積％、特に４０〜６０体積％、平均粒径が１〜１０
μｍのＷおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％、特に
４０〜６０体積％の割合で含有し、場合によってはアル
ミナ、または絶縁基板と同じ成分のセラミックスを０．
０５〜２体積％の割合で添加してなる固形成分に対し
て、有機樹脂や溶剤を添加混合して導体ペーストを調製
し、このペーストを各シート状絶縁層にスクリーン印
刷、グラビア印刷等の手法によって印刷塗布する。For the sheet-like molded product thus produced, a copper-containing powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm was used as a conductor component for forming a first metallized layer in an amount of 10 to 7 μm.
0% by volume, especially 40 to 60% by volume, average particle size is 1 to 10
W and / or Mo of 30 μm in volume, particularly 40 to 60 volume%, and in some cases, alumina or ceramics having the same composition as the insulating substrate.
A conductive paste is prepared by adding and mixing an organic resin and a solvent to a solid component added at a ratio of 0.05 to 2% by volume, and the paste is screen-printed or gravure-printed on each sheet-like insulating layer. To print and apply.
【００４４】さらに、第２のメタライズ層形成用とし
て、平均粒径が０．５〜５μｍのタングステンおよび／
またはモリブデンに、Ｗ，Ｍｏ以外の遷移金属の酸化物
粉末のうち少なくとも１種以上を０．１〜５体積％、ア
ルミナ粉末を０〜４５体積％の割合で含有する固形成分
に対して、有機樹脂や溶剤を添加混合して導体ペースト
を調製し、このペーストをシート状成形体の所定箇所に
スクリーン印刷、グラビア印刷等の手法によって印刷塗
布する。Further, for forming the second metallized layer, tungsten having an average particle size of 0.5 to 5 μm and / or
Alternatively, molybdenum contains at least one of transition metal oxide powders other than W and Mo in an amount of 0.1 to 5% by volume and an alumina powder in a ratio of 0 to 45% by volume. A conductor paste is prepared by adding and mixing a resin and a solvent, and the paste is printed and applied to a predetermined portion of the sheet-like molded body by a method such as screen printing or gravure printing.
【００４５】なお、ビアホール導体を形成する場合に
は、シート状成形体に対して、マイクロドリル、レーザ
ー等により直径が５０〜２５０μｍのビアホールを形成
した後、このビアホール内に上記電気回路用のメタライ
ズ層形成用の導体ペーストを充填する。When a via-hole conductor is formed, a via hole having a diameter of 50 to 250 μm is formed on the sheet-like molded body by a microdrill, a laser, or the like, and the metallization for the electric circuit is formed in the via-hole. A conductive paste for forming a layer is filled.
【００４６】その後、導体ペーストを印刷塗布したシー
ト状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この積層
体を、この焼成を、非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が
１２００〜１５００℃の温度となる条件で焼成する。Thereafter, the sheet-shaped molded body on which the conductive paste was applied by printing was aligned and laminated and pressed, and the laminated body was fired in a non-oxidizing atmosphere at a maximum firing temperature of 1200 to 1500 ° C. The firing is performed under the following conditions.
【００４７】この時の焼成温度が１２００℃より低い
と、通常の原料を用いた場合において、アルミナ絶縁基
板が相対密度９５％以上まで緻密化できず、熱伝導性や
強度が低下し、１５００℃よりも高いと、ＷあるいはＭ
ｏ自体の焼結が進み、銅との均一組織を維持できなく、
強いては低抵抗を維持することが困難となりシート抵抗
８ｍΩ／□以下が得られなくなる。また、アルミナセラ
ミックスの主結晶相の粒径が大きくなり異常粒成長が発
生したり、銅がセラミックス中へ拡散するときのパスで
ある粒界の長さが短くなるとともに拡散速度も速くなる
結果、拡散距離を３０μｍ以下に抑制することが困難と
なるためである。好適には、１３５０〜１４５０℃の範
囲がよい。If the firing temperature at this time is lower than 1200 ° C., the alumina insulating substrate cannot be densified to a relative density of 95% or more when ordinary raw materials are used, and the thermal conductivity and the strength are reduced. Higher than W or M
o The sintering itself progresses, and a uniform structure with copper cannot be maintained.
If it is too strong, it becomes difficult to maintain a low resistance, and a sheet resistance of 8 mΩ / □ or less cannot be obtained. In addition, the grain size of the main crystal phase of alumina ceramics increases, abnormal grain growth occurs, and the diffusion speed increases as the length of the grain boundary, which is the path when copper diffuses into the ceramics, decreases, This is because it becomes difficult to suppress the diffusion distance to 30 μm or less. Preferably, the temperature range is 1350 to 1450 ° C.
【００４８】また、この焼成時の非酸化性雰囲気として
は、窒素、あるいは窒素と水素との混合雰囲気であるこ
とが望ましいが、特に、第１のメタライズ層中の銅の拡
散を抑制する上では、水素および窒素を含み露点＋１０
℃以下、特に−１０℃以下の非酸化性雰囲気であること
が望ましい。なお、この雰囲気には所望により、アルゴ
ンガス等の不活性ガスを混入してもよい。焼成時の露点
が＋１０℃より高いと、焼成中にアルミナセラミックス
と雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化
膜と銅含有導体の銅が反応してしまい、導体の低抵抗化
の妨げとなるのみでなく、銅の拡散を助長してしまうた
めである。It is desirable that the non-oxidizing atmosphere at the time of firing be nitrogen or a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen. In particular, in order to suppress the diffusion of copper in the first metallized layer, it is preferable to use nitrogen. , Containing hydrogen and nitrogen, dew point +10
It is desirable that the atmosphere be a non-oxidizing atmosphere of not more than ℃, especially -10 ℃. Note that an inert gas such as an argon gas may be mixed into this atmosphere, if desired. If the dew point during firing is higher than + 10 ° C., the alumina ceramic reacts with moisture in the atmosphere during firing to form an oxide film, which reacts with the copper of the copper-containing conductor, resulting in a low resistance of the conductor. This not only hinders the formation of copper, but also promotes the diffusion of copper.
【００４９】さらにまた、上記のように後述するように
焼成温度および雰囲気を制御して焼成することによっ
て、絶縁基板１の表面の平均表面粗さＲａを１μｍ以
下、特に０．７μｍ以下の平滑性に優れた表面を形成で
きる。Further, by sintering while controlling the sintering temperature and the atmosphere as described above, the average surface roughness Ra of the surface of the insulating substrate 1 is 1 μm or less, particularly 0.7 μm or less. Excellent surface can be formed.
【００５０】[0050]
【実施例】アルミナ粉末（平均粒径１．８μｍ）に対し
て、ＭｎＯ2 を表１、２に示すような割合で添加すると
ともに、ＳｉＯ2 を３重量％、ＭｇＯを０．５重量％の
割合で添加混合した後、さらに、成形用有機樹脂（バイ
ンダー）としてアクリル系バインダーと、トルエンを溶
媒として混合してスラリーを調製した後、ドクターブレ
ード法にて厚さ２５０μｍのシート状に成形した。そし
て、所定箇所にホール径１２０μｍのビアホールを形成
した。EXAMPLE MnO 2 was added to alumina powder (average particle size 1.8 μm) at the ratios shown in Tables 1 and 2 , SiO 2 was added at 3% by weight, and MgO was added at 0.5% by weight. After adding and mixing at a ratio, a slurry was prepared by further mixing an acrylic binder as an organic resin (binder) for forming with toluene as a solvent, and then formed into a sheet having a thickness of 250 μm by a doctor blade method. Then, via holes having a hole diameter of 120 μm were formed at predetermined locations.
【００５１】次に、平均粒径が５μｍの銅粉末と、平均
粒径が０．８〜１２μｍのＷ粉末あるいはＭｏ粉末を表
１に示す比率（固形成分全量中の比率）で混合し、これ
にアクリル系バインダーとアセトンを溶媒として混合し
導体ペーストを作製した。Next, copper powder having an average particle size of 5 μm and W powder or Mo powder having an average particle size of 0.8 to 12 μm were mixed at the ratio shown in Table 1 (the ratio in the total amount of solid components). Then, an acrylic binder and acetone were mixed as a solvent to prepare a conductor paste.
【００５２】一方、接合用のメタライズ層として、Ｆｅ
2 Ｏ3 、ＮｉＯ、Ｃｏ3 Ｏ4 ならびにアルミナを表１に
示す比率（固形成分全量中の比率）で混合しこれにアク
リル系バインダーとをアセトンを溶媒として混合し導体
ペーストを作製した。On the other hand, as a metallization layer for bonding, Fe
2 O 3 , NiO, Co 3 O 4, and alumina were mixed at the ratio shown in Table 1 (the ratio in the total amount of solid components), and an acrylic binder was mixed with acetone as a solvent to prepare a conductor paste.
【００５３】そして、シート状成形体の所定箇所に上記
第１のメタライズ層用ペーストおよび第２のメタライズ
層用ペーストを印刷塗布し、各シート状成形体のビアホ
ール導体にも上記第１のメタライズ層用導体ペーストを
充填した。上記のようにして作製した各シート状成形体
を位置合わせして積層圧着して成形体積層体を作製し
た。その後、この成形体積層体を実質的に水分を含まな
い酸素含有雰囲気中（Ｎ2 ＋Ｏ2 または大気中）で脱脂
を行った後、表１に示した焼成温度にて、露点−１０℃
の窒素水素混合雰囲気にて焼成して、絶縁基板、電気回
路用のメタライズ層、接合用メタライズ層およびビアホ
ール導体を同時焼成して形成した。Then, the first metallized layer paste and the second metallized layer paste are printed and applied to predetermined portions of the sheet-shaped molded body, and the first metallized layer paste is also applied to the via-hole conductor of each sheet-shaped molded body. The conductive paste was filled. Each sheet-like molded body produced as described above was aligned, laminated and pressed to produce a molded body laminate. Thereafter, after degreasing this molded body laminate in an oxygen-containing atmosphere (N 2 + O 2 or in the air) substantially free of moisture, the dew point is −10 ° C. at the firing temperature shown in Table 1.
And an insulating substrate, a metallized layer for an electric circuit, a metallized layer for bonding, and a via-hole conductor were formed by simultaneous firing.
【００５４】作製した配線基板における絶縁基板の相対
密度をアルキメデス法によって測定するとともに、レー
ザーフラッシュ法によってＪＩＳＲ１６１１に基づき厚
さ３ｍｍの試料の熱伝導率を測定後、補正した値と、室
温（２５℃）における体積固有抵抗を測定し、その結果
を表２に示した。The relative density of the insulating substrate in the manufactured wiring board was measured by the Archimedes method, and the thermal conductivity of the sample having a thickness of 3 mm was measured by the laser flash method based on JISR1611. ) Was measured, and the results are shown in Table 2.
【００５５】また、配線基板の表面電気回路用として形
成した第１のメタライズ層に対して、配線の導体抵抗、
長さ、幅、厚みを測定した後、厚さ１５μｍの導体に換
算したシート抵抗（ｍΩ／□）を算出した。また、組織
を走査型電子顕微鏡にて観察を行い、第１のメタライズ
層中のＷおよび／またはＭｏ粒子の粒径を測定した。そ
の結果を表２に示した。また、配線基板を外観検査し、
第１のメタライズ層のにじみの発生および剥離等の有無
を観察した。Further, the conductor resistance of the wiring, the resistance of the wiring,
After measuring the length, width and thickness, the sheet resistance (mΩ / □) was calculated in terms of a conductor having a thickness of 15 μm. In addition, the structure was observed with a scanning electron microscope, and the particle size of W and / or Mo particles in the first metallized layer was measured. The results are shown in Table 2. Also, inspect the appearance of the wiring board,
The occurrence of bleeding and peeling of the first metallized layer was observed.
【００５６】更に、第２のメタライズ層と絶縁基板との
接着強度を図２に示すようにして測定した。接着強度は
２ｍｍ×２０ｍｍの接合用メタライズ層９に対して２μ
ｍのＮｉ、１μｍのＡｕのメッキ層１０を施した後、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ製のＬ字型リード１１をＡｕ−Ｓｎから
なるロウ材１２によってロウ付けした後、このリードを
垂直に引っ張り、リ−ドが基板からはずれるときの強度
（ｋｇｆ）を測定した。結果を表２に示した。Further, the adhesive strength between the second metallized layer and the insulating substrate was measured as shown in FIG. Adhesion strength is 2μ for 2mm × 20mm bonding metallization layer 9
After applying a Ni plating layer 10 of 1 μm Au,
After brazing an L-shaped lead 11 made of e-Ni-Co with a brazing material 12 made of Au-Sn, the lead was pulled vertically and the strength (kgf) when the lead was detached from the substrate was measured. . The results are shown in Table 2.
【００５７】[0057]
【表１】 [Table 1]
【００５８】[0058]
【表２】 [Table 2]
【００５９】表１、２に示すように、絶縁基板中のＭｎ
Ｏ2 の含有量が２重量％よりも低い試料Ｎo.１では、絶
縁基板の焼結性が十分でなく相対密度９５％以上に緻密
化できず、熱伝導性や絶縁性の低下が起こり、配線基板
として使用できなくなった。また、第１のメタライズ層
組成において、Ｃｕ含有量が１０体積％よりも少ない試
料Ｎo.７，８では、導体抵抗が８ｍΩ／□よりも大きく
なった。また７０体積％よりも多い試料Ｎo.１４では、
配線の保形性が悪くなるとともに、組織が不均一となり
シート抵抗が８ｍΩ／□以上になるとともに、第１のメ
タライズ層ににじみおよび一部剥離も観察された。As shown in Tables 1 and 2, Mn in the insulating substrate
In Sample No. 1 in which the content of O 2 is lower than 2% by weight, the sinterability of the insulating substrate is not sufficient and the relative density cannot be increased to 95% or more, resulting in a decrease in thermal conductivity and insulation. It can no longer be used as a wiring board. In Samples Nos. 7 and 8 in which the Cu content was less than 10% by volume in the first metallized layer composition, the conductor resistance was higher than 8 mΩ / □. In the case of the sample No. 14 having more than 70% by volume,
The shape retention of the wiring deteriorated, the structure became uneven, the sheet resistance became 8 mΩ / □ or more, and bleeding and partial peeling of the first metallized layer were observed.
【００６０】第２のメタライズ層において、鉄族金属量
が０．１体積％よりも少ない試料Ｎo.２０、３６および
５体積％よりも多い試料Ｎo.２４、４０では、いずれも
接着強度が低いものであった。また、Ａｌ2 Ｏ3 量が４
５体積％よりも多い試料Ｎo.２９においても接着強度が
低くメッキ欠けが生じた。また、同時焼成の温度が１２
００℃より低い試料Ｎo.４１では相対密度９５％以上に
緻密化することができず、熱伝導性も低下した。In the second metallized layer, Samples Nos. 20, 36 having an iron group metal content of less than 0.1% by volume and Samples Nos. 24, 40 having a content of more than 5% by volume all have low adhesive strength. Was something. When the amount of Al 2 O 3 is 4
Even in the sample No. 29 in which the content was more than 5% by volume, the adhesive strength was low and the plating was chipped. In addition, the simultaneous firing temperature is 12
Sample No. 41 lower than 00 ° C. could not be densified to a relative density of 95% or more, and the thermal conductivity was lowered.
【００６１】これらの比較例に対して、本発明の配線基
板によれば、絶縁基板が相対密度９５％、１５Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の熱伝導率を有し、しかも第１のメタライズ層の
にじみや剥離の発生もなく、シート抵抗が８ｍΩ／□以
下の低抵抗の第１のメタライズ層を同時焼成によって形
成することができた。また、第２のメタライズ層におい
ては、３ｋｇｆ以上の高い接着強度を有するとともに良
好なメッキ性を有するものであった。In contrast to these comparative examples, according to the wiring board of the present invention, the insulating substrate has a relative density of 95% and a power density of 15 W / m ·
The first metallized layer having a thermal conductivity of K or more, without bleeding or peeling of the first metallized layer, and having a low sheet resistance of 8 mΩ / □ or less can be formed by simultaneous firing. Was. Further, the second metallized layer had a high adhesive strength of 3 kgf or more and good plating properties.
【００６２】なお、上記本発明の配線基板において、Ｅ
ＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）分析において、第
１のメタライズ層の端部から同一平面内において、銅元
素が検出される領域の最外部までの距離を１０箇所測定
したところ、各第１のメタライズ層の銅の拡散距離は平
均で２０μｍ以下と良好な特性を示した。In the wiring board of the present invention, E
In the PMA (X-ray microanalyzer) analysis, the distance from the end of the first metallized layer to the outermost part of the region where the copper element is detected in the same plane was measured at 10 points. The copper diffusion distance of 20 μm or less on average showed good characteristics.
【００６３】[0063]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の配線基板に
よれば、アルミナセラミックスからなる絶縁基板の表面
に、銅を含有する低抵抗の電気回路用のメタライズ層と
ともに、蓋体やリードピンなどを高い接合強度で接合し
得る接合用メタライズ層を絶縁基板と同時焼成によって
形成することができる。As described in detail above, according to the wiring board of the present invention, a cover, a lead pin, and the like are formed on a surface of an insulating substrate made of alumina ceramic, together with a metallized layer for a low-resistance electric circuit containing copper. Can be formed by co-firing with the insulating substrate.
【図１】本発明の配線基板の一例を説明するための概略
断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view for explaining an example of a wiring board of the present invention.
【図２】実施例における第２のメタライズ層の接着強度
の測定方法を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a method for measuring the adhesive strength of a second metallized layer in an example.
１ 絶縁基板 １ａ，１ｂ、１ｃ 絶縁層 ２ａ 表面電気回路用のメタライズ層 ２ｂ 内部電気回路用のメタライズ層 ３ 半導体素子 ４ 蓋体 ５ 封止用メタライズ層 ６ リードピン ７ 接続パッド用メタライズ層 ８ ビアホール導体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating board 1a, 1b, 1c Insulating layer 2a Metallized layer for surface electric circuit 2b Metallized layer for internal electric circuit 3 Semiconductor element 4 Cover 5 Metallized layer for sealing 6 Lead pin 7 Metallized layer for connection pad 8 Via hole conductor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 政信 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 4E351 AA07 AA08 BB01 BB31 BB35 CC22 CC33 DD04 DD17 DD31 DD52 EE02 GG01 GG04 GG06 5E346 AA02 AA15 CC17 CC35 CC36 DD03 DD13 DD34 EE21 FF18 FF22 FF28 GG04 GG06 GG15 GG19 GG28 HH05 HH17 HH31 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Masanobu Ishida 1-4-4 Yamashita-cho, Kokubu-shi, Kagoshima F-term in Kyocera Research Institute (reference) 4E351 AA07 AA08 BB01 BB31 BB35 CC22 CC33 DD04 DD17 DD31 DD52 EE02 GG01 GG04 GG06 5E346 AA02 AA15 CC17 CC35 CC36 DD03 DD13 DD34 EE21 FF18 FF22 FF28 GG04 GG06 GG15 GG19 GG28 HH05 HH17 HH31
Claims (10)
９５％以上の絶縁基板と、該絶縁基板の表面および／ま
たは内部に銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび
／またはモリブデンを３０〜９０体積％の割合で含有す
る第１のメタライズ層と、前記絶縁基板の表面にタング
ステンおよび／またはモリブデンを５０体積％以上含有
し、鉄族金属を酸化物換算で０．１〜５体積％、酸化ア
ルミニウムを０〜４５体積％の割合で含有してなる第２
のメタライズ層を具備することを特徴とする配線基板。1. An insulating substrate made of alumina ceramics having a relative density of 95% or more, and 10 to 70% by volume of copper and 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum on the surface and / or inside of the insulating substrate. A first metallized layer containing at least 50% by volume of tungsten and / or molybdenum on the surface of the insulating substrate, 0.1 to 5% by volume of iron group metal in terms of oxide, and 0% of aluminum oxide. The second containing at a rate of ~ 45% by volume
A wiring board, comprising:
合物をＭｎＯ2 換算で２．０〜８．０重量％の割合で含
有することを特徴とする請求項１記載の配線基板。2. The wiring board according to claim 1, wherein said alumina ceramic contains a manganese compound at a ratio of 2.0 to 8.0% by weight in terms of MnO 2 .
が形成されてなる請求項１記載の配線基板。3. The wiring board according to claim 1, wherein an electric circuit is formed by said first metallized layer.
または金属が接合される請求項１記載の配線基板。4. The wiring board according to claim 1, wherein ceramics or metal is bonded to said second metallized layer.
なるマトリックス中にタングステンおよび／またはモリ
ブデンが平均粒径１〜１０μｍの粒子として分散含有し
てなることを特徴とする請求項１記載の配線基板。5. The wiring according to claim 1, wherein in the first metallized layer, tungsten and / or molybdenum are dispersed and contained as particles having an average particle diameter of 1 to 10 μm in a matrix made of copper. substrate.
ｍΩ／□以下であることを特徴とする請求項１、３およ
び５のいずれか記載の配線基板。6. The sheet resistance of said first metallized layer is 8
The wiring board according to any one of claims 1, 3 and 5, wherein the wiring board has a resistance of not more than mΩ / □.
表面に、銅を１０〜７０体積％、平均粒径が１〜１０μ
ｍのタングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９
０体積％の割合で含有してなる第１の導体ペーストを印
刷塗布するとともに、タングステンおよび／またはモリ
ブデンを５０体積％以上含有し、鉄族金属の酸化物を
０．１〜５体積％、酸化アルミニウムを０〜４５体積％
の割合で含有する第２の導体ペーストを印刷塗布した
後、該グリーンシートを積層し、非酸化性雰囲気中で１
２００〜１５００℃の温度で焼成することを特徴とする
配線基板の製造方法。7. A green sheet containing alumina as a main component has a copper content of 10 to 70% by volume and an average particle size of 1 to 10 μm.
m of tungsten and / or molybdenum
A first conductor paste containing 0 vol% is printed and applied, and at least 50 vol% of tungsten and / or molybdenum is contained, and 0.1 to 5 vol% of an oxide of an iron group metal is oxidized. 0-45% by volume of aluminum
, And then printing and applying a second conductive paste containing the green sheets in a non-oxidizing atmosphere.
A method for manufacturing a wiring board, comprising firing at a temperature of 200 to 1500C.
ＭｎＯ2 換算で２．０〜８．０重量％の割合で含有する
ことを特徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。8. The method according to claim 7, wherein the green sheet contains a manganese compound in a ratio of 2.0 to 8.0% by weight in terms of MnO 2 .
ン状に印刷することを特徴とする請求項７記載の配線基
板の製造方法。9. The method according to claim 7, wherein the first conductive paste is printed in an electric circuit pattern.
または金属が接合される箇所に印刷塗布することを特徴
とする請求項７記載の配線基板の製造方法。10. The method for manufacturing a wiring board according to claim 7, wherein said second conductive paste is printed and applied to a portion where ceramics or metal is bonded.
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