JPH0677665A

JPH0677665A - 多層回路基板及びその製法

Info

Publication number: JPH0677665A
Application number: JP4250371A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ogawa; 敏夫小川; Tadamichi Asai; 忠道浅井; Noritaka Kamimura; 典孝神村; Shuji Kato; 修治加藤; Mitsuru Hasegawa; 長谷川　　満
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 1994-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】低抵抗性の導体配線を内蔵し、かつ高精度の
電気的特性を有する膜状受動素子を包含した小型、高密
度のハイブリッドＩＣ用多層回路基板及びその製法と用
途とを提供すること。【構成】絶縁性材料を積層して構成された層間２２
に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの抵抗率５μΩ−ｃｍを超え
ない低抵抗性導体配線１６を有し、かつ表層部２１に膜
状受動素子１２が配置された多層回路基板において、該
基板表面の膜状受動素子の少なくともトリミング工程に
おけるレーザービームの照射される部分１３に対応した
位置に、耐熱性表層部２１を設けることによって、該ト
リミング工程を容易ならしめ、高精度の電気的特性を有
する受動素子を包含した多層回路基板としたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、民生用やコンピュータ
用など電子工業に用いられる多層回路基板に係り、詳し
くは低抵抗性導体配線を内蔵し、表面に高精度の電気的
特性を有する膜状受動素子を配置した高密度多層回路基
板及びその製法と用途とに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のハイブリッドＩＣは、より小型
化、高密度化の要求から、グリーンシート上に電極パタ
ーンを印刷形成し、これらを積層、焼結することによっ
て、もしくは、スクリーン印刷の繰返しによって多層化
し、焼結することによって、基板内部に配線パターンを
持つセラミック多層配線基板が用いられてきた。その基
板を大別すると次の二つがある。その一つとして、例え
ば、特公平３−７８７９８号公報の従来技術として記載
されるように、ＷやＭｏを配線導体として使用し、１５
００〜１６００℃の高い温度で同時焼成するセラミック
ス多層基板がある。他の一つとして、例えば、特開昭６
３−２４４８９９号公報に開示される、通常１０００℃
以下の比較的低い温度で絶縁体の焼結ができる低温焼結
性セラミックス基板がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
高温で焼成される基板は、導体の抵抗率が大きく、高周
波用回路への適用に難があると共に、微細配線化による
回路の高密度化ができないという欠点があった。一方、
低温焼結性の基板では、焼成温度が低いので、同時焼成
する内蔵配線用導体材料として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなど
のいわゆる低抵抗性導体材料が使用できる。その為、前
述の導体抵抗率に関する問題点は解消できる。しかしな
がら、この基板の表層部に例えば厚膜抵抗体などの受動
素子を配置し、レーザービームによるトリミング工程を
加えると、その熱影響によって素子周辺の絶縁層も同時
に溶融してしまうという問題が生ずる。

【０００４】すなわち、レーザービームの出力が低い
と、素子の切断が十分でなく、高い信頼性が得られな
い。一方、出力が高過ぎると、低温焼結性材料であるた
め、絶縁体そのものが損傷を受け、例えば層間の絶縁特
性保障ができなくなってしまうなどの障害がある。従っ
て、レーザートリミングの条件が極めて狭い領域に限定
され、実用上難がある。以上記したように、低抵抗性導
体配線を内蔵し、表層に膜状受動素子を配置した多層回
路基板では高精度の素子を得にくいという問題があっ
た。本発明は、こうした問題点を解決し、高精度の電気
的特性を有する受動素子を包含し、かつ低抵抗性の導体
配線を内蔵した、小型かつ高密度の、高周波用途を含む
電子工業用多層回路基板及びその製法と用途とを提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、絶縁性材料を積層して構成された層間
に、抵抗率５μΩ−ｃｍを超えない低抵抗性導体配線を
有し、かつ表層部に膜状受動素子が配置された多層回路
基板において、該基板表面の全面又は少なくとも該膜状
受動素子が配置された一部に耐熱性表層部が形成されて
いることとしたものである。

【０００６】また、本発明では、絶縁性材料を積層して
構成された層間に、抵抗率５μΩ−ｃｍを超えない低抵
抗性導体配線を有し、かつ表層部に膜状受動素子が配置
された多層回路基板の製法において、低抵抗性の導体配
線を含む内層の絶縁性材料の積層体を形成する工程、該
積層体の表面の全面又は局部に耐熱性表層部を形成する
工程、該形成した耐熱性表層部の少なくとも一部が重な
りあう位置に膜状受動素子を形成する工程、該膜状受動
素子の電気的特性をレーザービームによるトリミング工
程によって調節することとしたものである。上記におい
て、耐熱性表層部はアルミナを主成分として構成するの
がよく、また、絶縁性材料は、組成中に含まれるアルミ
ナの占める体積分率が、内層部では最大でも４０％であ
り、表層部では少なくとも５０％であるのがよい。

【０００７】上記のように、本発明は、絶縁性材料を積
層した基板の内層部に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの低抵抗
性導体配線を配置し、少なくともトリミング工程におけ
るレーザービームの照射される部分に対応した位置に耐
熱性表層部を設けることによって、該トリミング工程を
容易ならしめ、高精度の電気的特性を有する受動素子を
包含し、かつ低抵抗性の導体配線を内蔵した、小型かつ
高密度の、高周波用途を含む電子工業用多層回路基板を
実現したものである。

【０００８】前記絶縁性材料は通常、軟化点の低い低温
焼結性ガラスで構成され、配線導体と同時焼成される。
前記耐熱性表層部の形成にあたっては、大別二つの方法
がある。一つは、予め例えばアルミナなどの耐熱性の高
い材料が表層部に偏在するように組成分布調整したグリ
ーンシートの成形体を準備し、内層導体配線と同時焼成
する方法である。他の一つは、低抵抗性の導体配線を内
蔵した、所定の積層回路を形成後に、該耐熱性表層部
を、例えばゾル−ゲル法などの他の成膜手段により別工
程で形成する方法である。

【０００９】本発明による上記積層回路基板の表面に、
受動素子として厚膜抵抗体を形成することによって、そ
の後のレーザービームを用いたトリミング工程が容易と
なり、高精度の素子を包含し、かつ低抵抗性導体配線を
内蔵する多層回路基板が得られる。さらに、受動素子と
して容量素子を形成した場合にも、その電極部分をレー
ザートリミングすることにより、素子の容量調整が容易
に可能となる。例えば、本発明による多層回路基板の内
層用絶縁体材料として、ほうけい酸鉛系ガラスを用いる
ことによって、８５０℃程度の温度でも焼結可能とな
り、基板の強度を確保するとともに、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ
などの低抵抗性導体材料を同時焼結することができる。

【００１０】本発明による、前記耐熱性表層部を形成す
るに当たって、組成の異なる内層絶縁体部との境界領域
に、両組成の混合層による適度の濃度勾配を設けた、い
わゆる傾斜組成構造化することによって、たとえば温度
変化時の熱膨張係数の差異による応力の発生など不安定
現象を抑制することができ、高信頼性回路基板が提供で
きる。そして、本発明で得られる多層回路基板は、高精
度の膜状受動素子を包含し、かつ低抵抗導体配線を有し
ているので、携帯用のカメラ一体型ビデオ装置並びに信
号を高速化した通信用電子機器やコンピュータなどを構
成する電子回路基板として有効活用できる。

【００１１】

【作用】本発明は、低抵抗性の導体配線を内蔵し、その
表面に耐熱性表層部を形成して膜状受動素子を配置する
構造である。従って、レーザービームによるトリミング
に際して、ビームの熱影響による基板表層周辺の絶縁体
並びに内層の導体配線の損傷を抑制することができる。
その為、精度の高いトリミングが容易に可能となり、高
精度の膜状受動素子を包含する低抵抗配線化した多層回
路基板を実現するものである。一方、基板の内層部は耐
熱性は低いが、低温焼結性の良い絶縁材料を用いること
により、基板の強度を確保することができる。

【００１２】上記多層回路基板用導体材料として、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも一つを
適用することによって、ＷもしくはＭｏ等の高温焼結性
の導体に比較して、回路の導電性を著しく高くすること
ができ、導体配線の微細パターン化が可能である。従っ
て、上記受動素子の高信頼性化と相まって、より小型、
高密度の多層回路基板が実現できる。さらに、５μΩ−
ｃｍ以下の低抵抗性の導体材料を適用することで、回路
で処理する信号の高速化もしくは高周波化が可能であ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例によって詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されない。。実施例１図１に本発明の一実施例を示す。図１は本発明による多
層回路基板の厚膜抵抗体を含む部分断面図を示してい
る。まず、ほうけい酸鉛ガラス粉と耐熱性フリットとし
てのアルミナ粉末に、ポリビニルブチラール等の有機溶
媒を加えてかくはんし、泥漿化状態にする。この泥漿
を、ドクターブレードを用いたキャスティング成膜法に
よって未焼成の誘導性グリーンシートを複数枚形成す
る。このグリーンシートを形成する段階で、含有するア
ルミナ粉末の量を３つの水準とする。アルミナ粉末の多
い順にＡ、Ｂ、Ｃの３種のグリーンシートを準備する。
アルミナ粉末の添加量は、焼成後のセラミック中に占め
る体積比基準でそれぞれおよそ６０％，４０％，２０％
となるように調節する。

【００１４】次に、ステンレス等から成る金型で外形と
複数個の孔部（ビアホール）とを同時にパンチングして
形成する。このグリーンシート上に、通常３μΩ−ｃｍ
より低い抵抗率が得られる銀を主成分とする導体ペース
トを、スクリーン印刷法によって塗布して、電極パター
ン１１もしくは内層導体配線１６を形成すると共にビア
ホール１４を充填する。同様に作成した複数のグリーン
シートを用いて順次積み重ねる。この時、先に準備した
グリーンシートＣを用いて所定層数の内層導体配線部２
２を形成し、続けてＢ、Ａの順にグリーンシートを各一
枚ずつ積層し、グリーンシートＡが表層にくるようにす
る。次いで、熱プレス機等を用いて温度１２０℃、圧力
２００ｋｇ／ｃｍ²の条件で上下面から熱圧着して、グ
リーンシートの積層体を得る。

【００１５】この成形体を、空気中、温度３５０℃で約
１時間脱脂した後、やはり空気中で８００−１０００℃
約１０分の焼成によって、表層部にアルミナ組成部１７
を多く含む耐熱性表層部２１を有し、かつ低抵抗性の内
層導体配線部２７を低温焼結性のガラスセラミック組成
部１８に内蔵した多層回路基盤を得る。さらに、この基
板上にＲｕＯ₂を主体とする抵抗体１２をスクリーン印
刷によって形成した後、乾燥−焼成して厚膜抵抗体を構
成する。通常は、さらにこの抵抗体上にガラスペースト
を印刷−乾燥し、６００℃以下の低い温度で焼成して、
保護皮膜１５を形成して、多層回路基板が完成する。こ
の状態で、抵抗体１２の抵抗値を測定すると、ばらつき
が大きく、通常目標値の約±１５％の範囲に分散する。

【００１６】次いで、レーザービームによって、目標と
する個別の抵抗値に対応して、トリミング部１３を形成
して抵抗値調節する。この工程により、抵抗体１２の抵
抗値は目標値に対する誤差を±１％以内に容易に設定で
きる。この工程のレーザービーム照射時の熱影響によっ
ても、この種基板表面は耐熱性の良好な層が形成されて
いるため、内部の絶縁体及び導体配線の損傷を最小限に
留めることができる。なお、ガラスペーストによる保護
皮膜を形成しない状態で、トリミングした後、抵抗体１
２表面に２００℃以下の温度で樹脂等による保護被膜１
５を形成する事により、同様に抵抗値の安定性を向上さ
せることができる。

【００１７】本実施例では、耐熱性材料としてアルミナ
フィラーを用いた例を示したが、他の材料例えば、Ａｌ
Ｎ、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂など他の材料系であ
っても良い。また、本実施例では、膜状受動素子として
厚膜抵抗体の例について示したが、これは厚膜もしくは
薄膜プロセスなどで形成される他の受動素子、例えばイ
ンダクタ、容量素子などの場合にも同様にトリミングが
容易に可能である。また、内層の導体材料として、Ａｇ
を用いた例について詳細に記してきたが、Ａｕ、Ｐｔ、
Ｐｄ及びこれらの合金についても同様に使用可能であ
る。Ｃｕについても、不活性ガス中で焼成することによ
り適用可能である。

【００１８】実施例２実施例１と同様の手順によって、ビアホール１４に導体
ペーストが充填され、かつ表層電極パターン１１及び内
層導体配線１６を形成した複数枚のグリーンシートを得
る。この時、実施例１に示すグリーンシートＡ中のアル
ミナフィラーの含有量を調節して、焼成後のセラミック
中の体積百分率がおよそそれぞれ８０、７０、６０、５
０、４０、３０、２０、１０％となるように準備した。
グリーンシートの厚さは約１００μｍ一定とした。これ
らのうち、アルミナフィラーの含有量が同じ複数枚のグ
リーンシートを組み合わせて積み重ね、その後は実施例
１と同様の要領で導体配線を内蔵した焼成多層体を作製
する。

【００１９】図２に本実施例によるサンプルの断面構成
図を示す。この基板の焼成温度は８５０℃とし、焼成後
の厚さは約０．７ｍｍである。これらサンプルについて
次の評価をした。一つは、４点曲げ抗折強度であり、他
は層間の絶縁抵抗値である。前者については、内層導体
配線の無い状態、すなわちセラミック単体で評価した。
後者の評価については、図２に示すトリミング部１３の
位置に、レーザービームを照射してトリミングを行い、
表層電極１１及び内層導体１６との間の絶縁抵抗値を測
定した。トリミング条件はレーザーパルス発信周波数３
ｋＨｚ、出力２．４Ｗ、ビーム速度２５ｍｍ／ｓｅｃで
ある。

【００２０】これらの測定結果を図３に示す。アルミナ
の体積分率が４０％を超えると抗折強度の低下が顕著と
なる。これは、層内のガラス組成の量が不足し、十分な
焼成ができなくなる為である。一方、層間の絶縁抵抗値
は、通常１０⁹Ω以上が要求される。しかし、アルミナ
含有量が５０％に満たないと耐熱性が低いために表層部
の絶縁体の損傷が大きく、十分な層間絶縁抵抗が得られ
ない。以上の実験結果からこの両特性、すなわち、低温
焼結性並びに耐熱性を同一組成の基板で実現するのは難
しいことがわかる。従って、絶縁性材料中のアルミナ含
有量は内層部では最大４０％、表層部では少なくとも５
０％とする必要がある。

【００２１】実施例３実施例１と同様の材料及び手順によって、グリーンシー
トの積層体を得る。ここでは、アルミナ含有量の最も少
ない、実施例１に示すグリーンシートＣのみで構成す
る。このグリーンシートの積層体を実施例１と同様の条
件で焼成する。さらに、次の工程で厚膜抵抗体を形成す
る位置の基板表面に、前述した耐熱性表層部として、ゾ
ル−ゲル法により、膜厚約３μｍのアルミナ皮膜を形成
する。この皮膜上に、実施例１と同様に厚膜抵抗体を形
成する。次いで、この抵抗体にガラスペーストを塗布
し、６００℃以下の温度で焼成して保護皮膜１５を形成
し、該保護被膜１５の上からレーザービームを用いて形
状トリミングし、抵抗値の微調節をすることによって、
実施例１と同様に高精度で安定した厚膜抵抗体素子を含
む高密度多層回路基板を得る。

【００２２】本実施例では、ゾル−ゲル法によるアルミ
ナの耐熱性表層部を形成する例について示したが、例え
ばＳｉＯ₂、ＣｏＯ、ＭｎＯ、ＴｉＯ₂などの他の材料
を中心とするものであっても良い。さらに、皮膜形成方
法として、たとえばスパッタ、溶射など他の方法であっ
ても良い。以上の実施例は、いずれもセラミック多層回
路基板の例を示したが、例えば絶縁体材料としてガラス
エポキシを用いたプリント配線基板などにも、本発明の
適用が可能である。

【００２３】実施例４実施例１と同様の手順によって、導体層６層及び表面に
厚膜抵抗素子を配置した多層回路基板を作製する。この
多層基板に、いわゆる表面実装技術によってＬＳＩ、ト
ランジスタなどの能動素子を中心とする電子部品を半田
によって接合する。さらに、回路外部への入出力用リー
ドフレームを１．２７ｍｍの狭ピッチで半田接合し、本
発明による映像信号処理回路モジュールが完成する。こ
の基板寸法は３５ｍｍ×２７．５ｍｍである。第１層及
び第２層の回路パターンを図４及び図５に示す。本発明
によれば、高精度で微細な厚膜抵抗素子を高密度に多数
形成でき、さらにその上にＬＳＩなど比較的面積の広い
素子を重ねて実装することができ、３０素子／ｃｍ²以
上の高密度実装が可能となった。このモジュールをカメ
ラ一体型ビデオ装置若しくは携帯用電子機器に適用する
ことによって、装置のより小型化、高性能化に効果的で
ある。

【００２４】実施例５実施例１と同様の手順によって、導体層１５層及び表面
に終端抵抗などの厚膜抵抗素子を配置した多層回路基板
を作製する。この基板に実施例４と同様に電子部品を表
面実装し、周波数ＧＨｚ帯まで使用できる高周波系回路
を作製し、通信用電子機器に適用する。本発明によれ
ば、厚膜抵抗素子に重ねてＬＳＩを配置することができ
るので基板寸法の小型化が可能となる。その結果ＬＳＩ
間の信号アクセス配線距離を短縮でき、通信回線の高周
波化、高速化に効果的である。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、低抵抗性導体配線を内
蔵し、かつ高精度膜状受動素子を包含した多層回路基板
とすることができるので、導体パターンの微細配線化が
可能となり、電子回路の小型化もしくは高密度比に貢献
でき、特に高速化または高周波化回路に有効使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による多層回路基板の断面構
成図。

【図２】本発明の実施例２による試験用サンプルの断面
構成図。

【図３】本発明の実施例２による多層回路基板の特性評
価結果を示すグラフ。

【図４】本発明の実施例４による多層基板の第１層回路
パターン図。

【図５】本発明の実施例４による多層基板の第２層回路
パターン図。

【符号の説明】

１１：表層電極、１２：抵抗体、１３：トリミング部、
１４：ビア、１５：保護皮膜、１６：内層導体、１７：
アルミナ組成部、１８：ガラスセラミック組成部、２
１：耐熱性表層部、２２：内層導体配線部。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｈ０１Ｌ 23/12 23/15 27/01 ３１１ 8418−4ＭＨ０５Ｋ 1/16 Ｃ 6921−4Ｅ 3/28 Ａ 7511−4Ｅ (72)発明者加藤修治茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者長谷川満茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性材料を積層して構成された層間
に、抵抗率５μΩ−ｃｍを超えない低抵抗性導体配線を
有し、かつ表層部に膜状受動素子が配置された多層回路
基板において、該基板表面の全面又は少なくとも該膜状
受動素子が配置された一部に耐熱性表層部が形成されて
いることを特徴とする多層回路基板。
【請求項２】前記膜状受動素子が、膜状抵抗体である
ことを特徴とする請求項１記載の多層回路基板。
【請求項３】前記耐熱性表層部が、アルミナを主成分
として構成されていることを特徴とする請求項１記載の
多層回路基板。
【請求項４】前記絶縁性材料は、組成中に含まれるア
ルミナの占める体積分率が、内層部では最大でも４０％
であり、表層部では少なくとも５０％であることを特徴
とする請求項１記載の多層回路基板。
【請求項５】前記低抵抗性導体配線が、Ａｕ、Ａｇ、
Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも一つによって形成
されていることを特徴とする請求項１記載の多層回路基
板。
【請求項６】前記耐熱性表層部と内層部の多層回路を
構成する絶縁性材料との境界領域には、両層を構成する
組成の混合した組成濃度勾配層を設けることを特徴とす
る請求項１記載の多層回路基板。
【請求項７】前記膜状受動素子は、少なくとも１つの
容量素子を含むことを特徴とする請求項１記載の多層回
路基板。
【請求項８】絶縁性材料を積層して構成された層間
に、抵抗率５μΩ−ｃｍを超えない低抵抗性導体配線を
有し、かつ表層部に膜状受動素子が配置された多層回路
基板の製法において、低抵抗性の導体配線を含む内層の
絶縁性材料の積層体を形成する工程、該積層体の表面の
全面又は局部に耐熱性表層部を形成する工程、該形成し
た耐熱性表層部の少なくとも一部が重なりあう位置に膜
状受動素子を形成する工程、該膜状受動素子の電気的特
性をレーザービームによるトリミング工程によって調節
することを特徴とする多層回路基板の製法。
【請求項９】請求項１〜７のいずれか１項記載の多層
回路基板を構成部材として含むことを特徴とするカメラ
一体型ビデオ装置。
【請求項１０】請求項１〜７のいずれか１項記載の多
層回路基板を構成部材として含むことを特徴とする通信
用電子機器。