JPH06334351A - 導体ペーストおよびそれを用いたセラミック多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温焼成セラミック多層配線基板の表面のAu
導体に対し直接接続でき、且つ内層配線とも接続良好な
ヴィア導体用ペーストを開発する。 【構成】 Ag 80 〜99重量％とPd、Au、Ptの少なくとも
1種以上の合計 1〜20重量％からなる金属成分 100重量
部に結晶化ガラス 0.3〜7 重量部及び有機ビヒクル 8〜
50重量部を配合した低温焼成用導体ペーストをヴィア用
及び内部配線用に用い、積層した低温焼成セラミックグ
リーンシートを 850℃で焼成する。 【効果】 本発明の導体ペーストは、最外層のヴィア導
体に用いて表面のAu導体と直接接続でき、配線パターン
の微小化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温焼成セラミックの
多層配線基板に用いる導体ペースト及びそれを用いた低
温焼成多層配線基板に関し、特に表面に金導体を設ける
場合の多層配線基板のヴィア用導体ペースト及び内層配
線用導体ペーストに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器に用いられる配線基板には、高
速化、高密度化などの要求からセラミックの多層配線基
板が使用されるようになってきている。このような多層
配線基板には、層間の導通をとるためにヴィアが形成さ
れる。

【０００３】このヴィアは、一般的に、セラミックのグ
リーンシートのそれぞれの必要箇所にスルーホールを設
けて導電材を充填したものを、積層、焼成することによ
って形成される。

【０００４】セラミックの多層配線基板には、主として
アルミナが用いられている。このアルミナ基板はその焼
成温度が高いので、配線材料としてもMoやW 等の高融点
の配線材料が用いられている。しかし、近年の高速化、
高密度化等の要求から、導電抵抗の低い Cu 、Ag、Au等
を導体とする低温で焼成できる基板が開発され（例えば
特開昭62-113758 号公報）、その利用が拡大されつつあ
る。

【０００５】この低温焼成セラミック基板の導体として
は、Cu、Ag系の導体、Auなどが用いられる。そのうちAg
導体は、内部配線及びヴィアとしては使用できるが、表
面導体として用いる場合にはマイグレーションによる拡
散、短絡を生じ易いので、表面導体としてはCu、Ag・Pd
、Ag・Pt 、Au等が用いられる。これらCu、Ag・Pd 、Ag・
Pt 、Au等の導体のうち、特に表面に金配線やワイヤボ
ンディング用の金バンド等のAu導体を用いる場合、基板
表面でまず最外層ヴィアと Ag・Pd等の導体とを接続し、
次いでその Ag・Pd等の導体とAu導体とを接続するという
方法がとられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、内部
にAgを配線材料として用いる低温焼成基板では、表面に
Cu、Ag・Pd 、Auなどの他の金属を接続する必要があるた
め、信頼性の高い接続を得るのが困難であった。特に内
部にAg導体を用い、表面に金導体を形成する場合には、
直接ヴィア上にAuを接続するのではなく、基板表面でAg
・Pd 合金等の導体を介してAuを接続する方法が用いられ
ており、この方法では配線パターンの精密微小化に限界
があり、微小化のためにAg導体のヴィア上に直接Au導体
を形成すると、Agの拡散によりヴィアに空隙を生ずるこ
とがあった。

【０００７】このように、異種の金属の接する部分に
は、金属原子の拡散の速度が異なることによって接続不
良を生じることがある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
がなく、表面のAu導体に直接接続できるヴィア導体を形
成する導体ペーストとして、Agを主成分とする合金と結
晶化ガラス及び有機ビヒクルとよりなる導体ペーストを
提供するものである。

【０００９】すなわち、本発明の導体ペーストは、Ag
80〜99重量％とPd、Au、Ptの少なくとも 1種以上の合計
1〜20重量％とからなる金属成分 100重量部、結晶化ガ
ラス0.3〜7 重量部及び有機ビヒクル 8〜50重量部から
なる低温焼成セラミック多層配線基板用導体ペーストで
ある。

【００１０】上記の導体ペーストは、その目的によって
更に好ましい組成が選択される。

【００１１】以下の説明において最外層ヴィア、内層用
ヴィア、内部配線等の用語は図１の模式図（断面図）に
よってその概念が示される。

【００１２】すなわち、最外層１は多層基板の表裏両面
の最外層であり、表面導体２はその該表面に形成され
る。最外層用ヴィア３は、表面導体と内部の導体すなわ
ち内部配線４又は内層用ヴィア５とを接続する最外層に
設けられたヴィアである。最外層に挟まれた内部の層は
全て内層であり、内層面に設けられた配線が内部配線４
であり、内層用ヴィア５はこれらの内部配線を層間で接
続する内層に設けられたヴィアである。

【００１３】表面のAu導体と内部の導体を接続する最外
層ヴィア用の導体ペーストとしては、好ましくはAgが80
〜95重量％でPd、Au、Ptの少なくとも 1種以上の合計が
5〜20重量％である金属成分 100重量部に、結晶化ガラ
ス 0.3〜3 重量部及び有機ビヒクル 8〜25重量部を配合
したペーストが用いられる。

【００１４】多層基板の内部の配線用ペーストとして
は、好ましくはAgが95〜99重量％で、Pd、Au、Ptの 1種
以上の合計が 1〜5 重量％である金属成分 100重量部
に、結晶化ガラス 2〜7 重量部及び有機ビヒクル15〜50
重量部を配合した導体ペーストが用いられる。

【００１５】さらに、これらの内部の配線間を接続する
内層用のヴィアには、好ましくはAgが95〜99重量％、P
d、Au、Ptの少なくとも 1種以上の合計が 1〜5 重量％
である金属成分 100重量部に、結晶化ガラス 0.3〜3 重
量部及び有機ビヒクル 8〜25重量部を配合した導体ペー
ストが用いられる。

【００１６】以下、本発明の詳細について説明する。表
面のAuと接するヴィア導体は、AgのほかにPd、Au、Ptの
1種以上を 5重量％以上含むことが好ましい。これより
少ない組成では、Auと接する部分に導通不良が生じる可
能性がある。20重量％より多い配合では、内部導体との
接続が悪くなる。

【００１７】すなわち、内部導体としてはシート抵抗が
低いことが要求され、上記のヴィア導体との接続をよく
するための異種金属の添加はシート抵抗を上昇せしめる
ので、内部配線及びそれを各層間で接続する内層ヴィア
導体としては、Ag以外の金属成分の比率は 5重量％以
下、 1〜5 重量％が好ましい。これより少ない場合は、
表面用のヴィア導体との接続が悪くなり、多い場合は、
シート抵抗が高くなる。

【００１８】従って、この内層導体と良好な接続をとる
には、前記最外層のヴィア導体のPd、Au、Ptの合計量は
20％以下が好ましい。また、内部配線を各層間で接続す
る内層ヴィア導体は、その金属組成が内部配線に近いこ
とが望ましい。

【００１９】本発明の導体ペーストに用いられる各金属
粉末は市販のものが用いいられるが、その好ましい粒径
としては、Ag粉末は0.5 〜2 μm 、Pd粉末は 0.2〜1 μ
m 、Pt粉末は 0.1〜1.5 μm 、Au粉末は 0.2〜1.5 μm
である。

【００２０】粉末の形状としては、なるべく球形に近い
ことが好ましい。球形であれば粉末の吸油量が小さいた
めペーストにし易く、固形分や粘度の調整が容易であ
る。

【００２１】導体ペースト成分のガラスは、 850℃の焼
成で結晶化するものが好ましい。再焼成による軟化がな
く、基板との密着性に優れるからである。また、結晶化
するガラスを用いると、焼成時にアルミナ等のセッター
に付着しにくく、セッターの汚染を防ぎ、セッターの再
利用が可能である。

【００２２】ヴィア導体用ペーストに配合される結晶化
ガラスの量は金属成分 100重量部に対して 0.3〜3 重量
部である。 0.3重量部未満では、アルミナ等焼成時に用
いるセッターに付着するおそれがあり、また、内部のヴ
ィア導体と基板との密着性が不良となって、空隙を生じ
ることがある。 3重量部より多く配合では、ヴィア導体
の周辺にクラックを生じることがある。

【００２３】ただし、内部配線ペーストに加える結晶化
ガラスの量は、ヴィア用の導体に比べて多い方がよい。
すなわち、金属成分 100重量部に対して 2重量部以下の
場合には基板にそりを生じることがあるからである。逆
に多いとシート抵抗が高くなる。よって、2 〜7 重量部
が好ましい。

【００２４】有機ビヒクルは、ペースト化でき、充填で
きるような粘度特性が得られるものならば任意であり、
例えばエチルセルローズ、メタクリレート樹脂などを高
沸点の溶剤、例えばテルビネオール、ブチルカルビトー
ル、ジブチルフタレートなどに10〜20重量％溶解したも
のが使用できる。

【００２５】有機ビヒクルの配合量は 8重量部以上あれ
ばペースト化できる。しかし、25％以上の場合には充填
後乾燥したときに空洞を生じるおそれがあるので、ヴィ
ア用ペーストとしては 8〜25重量部の範囲が好ましい。

【００２６】ただし、内部配線用のペーストとしてはヴ
ィア用のような制約はないので、有機ビヒクルは、スク
リーン印刷可能なペースト粘度を持たせられる量であれ
ばよく、また印刷後に適当な膜厚になればよいので、そ
の配合は15〜50重量部の範囲が採用できる。

【００２７】本発明の導体ペーストには、必要に応じて
分散剤や粘度調整剤などを加えることができる。

【００２８】

【作用】本発明の導体ペーストとして、表面のAu導体と
内部の導体を接続する最外層のヴィア用導体ペーストの
金属成分として、Agが80〜95重量％でPd、Au、Ptの少な
くとも 1種以上の合計が 5〜20重量％である金属成分を
用いることにより、ヴィア導体と表面のAu導体が接した
場合に、ヴィア用の導体中のPd、Au、Ptが、ヴィア中の
金属原子の移動速度、及び、Auと接して合金化した部分
での移動速度を遅くすることができ、ヴィア導体の周辺
の空洞の発生をおさえ、ヴィアと表面のAuとの接続を確
実なものとすることができる。

【００２９】また、このような最外層ヴィア導体を採用
したときに発生する内部導体との接続不良も、内部配線
及び内層ヴィア導体用の導体ペーストを選択することに
より解消することができる。

【００３０】

【実施例】以下の実施例及び比較例における導体ペース
トの原材料及びペーストの調製は次のとおりである。

【００３１】（金属粉末） Ag粉末：三井金属鉱業製、粒径が約 1μm の球形に近い
粉末。 Pd粉末：住友金属鉱山製、粒径約 0.5μm のほぼ球形の
もの。 Pt粉末：田中貴金属工業製、粒径約 1μm のもの。 Au粉末：田中貴金属インターナショナル製、粒径約 1μ
m 。

【００３２】（結晶化ガラス）SiO2: 33％、Al2O3:18
％、B2O3:2％、ZnO:17％、CaO:17％、TiO2: 13％の組成
のガラスを用いた。

【００３３】（有機ビヒクル）最外層ヴィア導体及び内
層ヴィア導体に用いられるペーストに配合される有機ビ
ヒクルは、エチルセルローズを15％ジブチルフタレート
に溶解したものを金属成分 100重量部に対して15重量部
配合した。また、内部配線用導体ペーストには、有機ビ
ヒクルとしてエチルセルローズを15％テルビネオールに
溶解したものを金属成分 100重量部に対して35重量部配
合した。

【００３４】（ペーストの調製）金属粉末、結晶化ガラ
ス、有機ビヒクルを所定量混合した後、三本ロールミル
を通過させることによって調製した。

【００３５】（グリーンシート）セラミックのグリーン
シートは、アルミナ粉末50重量部とホウケイ酸亜鉛ガラ
ス50重量部を混合したものに、有機バインダーとしてア
クリル樹脂を10重量部加え、スラリー化したものをドク
タブレード法により、厚さ約 0.2mmのシート状に成形し
た。

【００３６】（多層基板）このグリーンシートにそれぞ
れの所定位置にNCパンチングにより、0.15mmのヴィア用
のスルーホールをあけ、それぞれのグリーンシートのス
ルーホールに、所定のヴィア用ペーストを印刷により充
填し、さらにその上に所定の内部配線パターンを印刷し
た。

【００３７】各グリーンシートを積層し、熱圧着後、 4
00℃で脱バインダーし、 859℃で焼成した。

【００３８】得られた多層基板の表面の所定部に市販の
Au導体ペースト（エヌイーケムキャットのAuペースト）
を印刷し、 850℃で焼成した。

【００３９】（評価方法）以下の各実施例及び比較例に
おける各種の測定は以下の方法によった。

【００４０】導通：図２に示すようなパターンの基板を
作製し、テスターにてＡ−Ｂ間及びＣ−Ｄ間の導通を調
べた。１基板に表裏それぞれ96箇所の接続部があり、各
実施例ごとに50基板を作製し、それぞれ合計9600箇所の
導通を調べた。

【００４１】セッターへの付着：アルミナセッターを拡
大鏡で観察した。

【００４２】クラック：基板をエポキシ樹脂に包埋した
後、研磨して顕微鏡にて観察した。

【００４３】シート抵抗：内部に 0.2mm×20mmの配線を
形成し、ヴィア導体で表面に引き出した試料を用い、４
端子法で測定した。

【００４４】実施例１〜７、比較例１〜３ 図２に示す多層基板において、内部配線導体に後記実施
例１１のペーストを用い、内層用ヴィアとして後記実施
例２１の導体ペーストを用い、最外層ヴィア導体ペース
トの組成を表１に示す各組成として多層基板を作成し、
その導通を測定した。結果を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】比較例１及び２における導通不良は、断面
観察の結果、表面導体とヴィア導体の界面付近で空洞が
生じていた。また、比較例３では表面導体との接続は良
好であったが、内部配線導体との接続部の一部に空隙が
見られた。

【００４７】実施例８、９及び比較例４、５ 実施例６のペーストにおいて、ガラス配合量を表２に示
すように変え、得られた多層基板の導通を測定した。結
果は表２に示す。この結果より、ヴィア用のペーストに
加えるガラスの量は金属成分 100重量部に対して 0.3〜
3 重量部あればよいことがわかる。

【００４８】

【表２】

【００４９】実施例１０〜１６、比較例６ 実施例６の多層基板において、内部配線導体の金属成分
組成を表２の組成として多層基板を作成し、その内部配
線のシート抵抗及び導通を測定した。結果を表３に示
す。比較例６ではヴィアと内部配線との接続部で不良を
生じている。これに対し実施例では接続不良は発生して
いない。

【００５０】

【表３】

【００５１】実施例１７〜１９、比較例７、８ 実施例６の多層基板において、内部配線導体ペーストの
ガラス配合量を表４に示すように変更し、得られた多層
基板について内部配線のシート抵抗を測定した。結果は
表４に示す。

【００５２】

【表４】

【００５３】ガラス配合量が 2重量部より少ない場合に
は基板のそりが大きかった。また、7重量部より多い場
合にはシート抵抗が大きかった。

【００５４】実施例２０〜２５ 実施例６の多層基板において、内層用ヴィア導体ペース
トとして表５に示す組成ものを用い、導通を測定した。
結果は表５に示す。

【００５５】

【表５】

【００５６】導通不良は全く認められず、内部配線導体
と組成を近くすることによって良好な結果が得られてい
る。

【００５７】

【発明の効果】本発明の導体用ペーストは、セラミック
多層基板の最外層のヴィア導体に用いて表面のAu導体と
の直接の接続が可能であり、その接続は信頼性が高く、
配線パターンの微小化が可能となる。また、そのペース
ト組成を選択することにより、内部配線用及び内層ヴィ
ア導体用として相互に良好な接続を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック多層配線基板の模式断面
図。

【図２】本発明の実施例での導通評価用基板の断面図。

【符号の説明】

１ 最外層 ２ 表面導体 ３ 最外層用ヴィア ４ 内部配線 ５ 内層用ヴィア Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 端子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ag 80〜99重量％とPd、Au、Ptの少なく
   とも 1種以上の合計1〜20重量％とからなる金属成分 10
   0重量部、結晶化ガラス 0.3〜7 重量部及び有機ビヒク
   ル 8〜50重量部からなる低温焼成セラミック多層配線基
   板用導体ペースト。
2. 【請求項２】 Ag 80〜95重量％とPd、Au、Ptの少なく
   とも 1種以上の合計5〜20重量％とからなる金属成分 10
   0重量部、結晶化ガラス 0.3〜3 重量部及び有機ビヒク
   ル 8〜25重量部からなる低温焼成セラミック多層配線基
   板の表面Au導体と接続する最外層ヴィア用導体ペース
   ト。
3. 【請求項３】 Ag 95〜99重量％、Pd、Au、Ptの少なく
   とも 1種以上の合計1〜5 重量％とからなる金属成分 10
   0重量部、結晶化ガラス 2〜7 重量部及び有機ビヒクル1
   5〜50重量部からなる低温焼成セラミック多層配線基板
   の内部配線用導体ペースト。
4. 【請求項４】 Ag 95〜99重量％、Pd、Au、Ptの少なく
   とも 1種以上の合計1〜5 重量％とからなる金属成分 10
   0重量部、結晶化ガラス 0.3〜3 重量部及び有機ビヒク
   ル 8〜25重量部からなる低温焼成セラミック多層配線基
   板の内層ヴィア用導体ペースト。
5. 【請求項５】 表面にAu導体を設けるセラミック多層配
   線基板において、Ag80〜95重量％とPd、Au、Ptの少なく
   とも 1種以上の合計 5〜20重量％とからなる金属成分 1
   00重量部、結晶化ガラス 0.3〜3 重量部及び有機ビヒク
   ル 8〜25重量部からなる導体ペーストを最外層のヴィア
   に、 Ag 95 〜99重量％、Pd、Au、Ptの少なくとも 1種以上の
   合計 1〜5 重量％とからなる金属成分 100重量部、結晶
   化ガラス 2〜7 重量部及び有機ビヒクル15〜50重量部か
   らなる導体ペーストを内部の配線に、 Ag 95〜99重量％、Pd、Au、Ptの少なくとも 1種以上の
   合計 1〜5 重量％とからなる金属成分 100重量部、結晶
   化ガラス 0.3〜3 重量部及び有機ビヒクル 8〜25重量部
   からなる導体ペーストを内層のヴィアに用いたことを特
   徴とする低温焼成セラミック多層配線基板。