JPS58130590A - セラミツク配線基板および該セラミツク配線基板を用いた厚膜ハイブリツドic - Google Patents

セラミツク配線基板および該セラミツク配線基板を用いた厚膜ハイブリツドic

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JPS58130590A
JPS58130590A JP1181582A JP1181582A JPS58130590A JP S58130590 A JPS58130590 A JP S58130590A JP 1181582 A JP1181582 A JP 1181582A JP 1181582 A JP1181582 A JP 1181582A JP S58130590 A JPS58130590 A JP S58130590A
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JP
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layer
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point metal
high melting
wiring board
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JP1181582A
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永山 瞳
戸崎 博己
杉下 信行
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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】 本発明はセラミック基板上に導体層を形成して成る配線
基板および該配線基板を用いた厚膜ハイブリッドICに
関するものである。
従来より、パワートランジスタやサイリスタ等の大電力
用能動素子を搭載するための配線基板として、 Az2
o3を主成分としたセラミックスから成るセラミック基
板上にW 、 Mo、W−MQ 、 W−Mn、 Mo
−Mn などの高融点金属で配線構造を形成し、さらに
該高融点金属上に電気めっきまたは化学めっきによシ数
100μm程度のCuを厚付けして構成した基板が使用
されている。
ところがこのような従来の配線基板の如く高融点金属上
に直接Cuを厚付けするものにあっては、熱処理を行っ
ても高融点金属とCuとが互いに拡散せず、接合が強固
にはなされないため、高融点金属とCuとの界面に剥離
が生じて所謂ふくれとなり、接着強度が弱くなるという
欠点がある。そこで接着強度を上げるため、高融点金属
とCuとの間に数μttsoNt層を設けて600〜9
00℃で熱処理し、これによ3 W−NlおよびNi−
Cu  の拡散層を形成して接着強直を向上させること
が行われている。
第1図にこのよう圧して得た従来の配線基板の断面図を
示す。図中符号1はセラミック基板、2は該セラミック
基板上の高融点金属層であってW。
M、 、 W−Mo、 W−MntたはMo−Mn な
どである。3はN1層、4はCu層である。上述の如く
高融点金属層2とCu層4とは、その間のN1層3によ
りそれぞれW−N i拡散層、 N1−Cu拡散層が形
成されることによシ、互いに強固な接着がなされている
。第1図の高融点金属層2 、 N1層3.Cu層4の
膜厚はそれぞれlo 〜aoμm 、2〜6 am 、
 200〜400μmであり、Cu層4の膜厚は他と比
べると非常に厚いが、そのようなN1拡散層が存在する
ため、高融点金属1112とCu層4との界面間での剥
離は全くなく、接着強度も非常に大きい。
しかしながらこのセラミック基板は、これを使用してハ
イブリッドICを作成しようとすると種々の問題を生じ
、実際上その使用は困難なものである。
まず、ハイブリッドICには微細パターンが必要であシ
、かつ抵抗体をスクリーン印刷で形成するためk Cu
層の膜厚は数μm〜数10μmとする必要がある。これ
は第1図の例の場合に比し、Cu層はずっと薄くなけれ
ばならないということである。
(なおそれ以外の、高融点金属層とNi層との膜厚にり
いては、上記に示した値と同様でよい。)このようにハ
イブリッドICE用いるべ(Cu層を数μm〜数10μ
mにしてセラミック配線基板を形成し、これに抵抗体を
印刷の形成し、600〜900℃ で焼成した結果、次
のような問題が生じた。
■抵抗体と導体との電なp部分に、抵抗体とNtとが反
応して生じたと思われる析出物が現れ、抵抗値が正常の
抵抗体に比べて高い値を示すようKなる。
■Cu層の膜厚が薄いために% CuがすべてNi*C
u合金になシ、結局この導体には全くはんだが付かなく
なる。tた、導体抵抗も大きくなる。
このようにハイブリッドICに用いるよう力、Cu層が
薄い配線基板を得ようとする場合には、高融点金属層と
Cu層との中間KNi層を設けるという従来技術は利用
不可能であるわけであプ、このようにして配線基板を形
成しても、ハイブリッドICのセラミック配線基板とし
ては使用できなかったのである。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を除去して
、配線導体のはんだぬれ性が良好で69、接着強直を向
上させて該強度が大きく、かつ抵抗体との適合性も良好
であって、ハイブリッドIC用にも使用で龜るセラミッ
ク配線基板を提供するKある。また、かようなセラミッ
ク配線基板を用いて、しかも微細パターンの形成が可能
であって性能の良好な厚膜ハイブリッドICを提供する
ことをも目的とする。
この目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究の結果
、湿式法によって形成した高融点金属の導体に直接鋼め
っきを行って得たW−Cu2層構造の配線導体に、その
抵抗体との接合部に何ら異常を発生させることなく、ま
たはんだぬれ性も良好であり、微細パターン形成も可能
でハイブリッドICに良好に使用できることを見い出し
た。本発明は、このような検討に基づいてなされたもの
である。
本発明のセラミック配線基板は、セラミック基板上に湿
式法を用いてW 、 Mo、 W−Mo、 W−Mnま
たはMo−Mnのいずれかによp高融点金属層を形成し
、骸高融点金属層上に直接鋼めっきを施し、これによっ
て高融点金属層と鋼層との2層構造の配線導体を形成し
て成る。
このように構成すると、はんだぬれ性が良好で、かつ接
着強度も従来の厚膜導体(Ag/Pd 、Ag/Pt@
Au等)に比較して大きく、抵抗体と接合してもその適
合性に問題がないので抵抗体を形成する端子としても何
ら異状のない配線基板を得ることができる。このような
配線基板は、後記詳述するように微細パターンをも形成
でき、ハイブリッドIC用として良好に使用できる。
よって本発明の厚膜ハイブリッドICは、上記のような
セラミック配線基板を用いて、該基板の配線導体を厚膜
抵抗体の端子および個別部品を搭載するための電極とし
て使用して構成し、これによって性能の良好なハイブリ
ッドICを得るものである。
以下、本発明の具体例について説明する。
第2図は本発明に係るセラミック配線基板の一実施例を
断面図にて示している。これは、セラミック基板1上に
湿式法を用いて高融点金属のW層2を形成し、このW層
2上に銅めつき層4を形成し、これKよシW層2と銅層
4との2層とから成る配線導体を形成したものである。
本例のセラミック基板1はA12o5を主成分としてお
シ、また本例の湿式法によるW層2の形成は、W微粉末
をペースト状にしたものを用いたスクリーン印刷による
以下にこの配線基板の製造プロセスについて説明する。
まず粒子径が数μm以下のAt205と、少量の5i0
2及びMgOの微粉末に有機結合剤と有機溶剤とを加え
てボールミルにて十分に混合する。混合して得られたこ
のスラリをドクターブレード法によるキャスティング装
置を用いて、未焼成アルZす基板(いわゆるグリーンシ
ート)を製造する。
このグリーンシートに、W微粉末をペースト状にしたも
のを用いて、スクリーン印刷にょシ導体配線を形成する
。印刷後、このグリーンシートを自然放置して導体中の
溶剤を蒸発させ、そのvkMOを発熱体とする電気炉で
焼成した。焼成条件は、常温から200℃/hの速度で
昇温し、1000 ’Cで1.5時間保持後、再び20
0℃/hの速度で1600℃まで昇温し、その後該温f
&c1時間保持後冷却することKよつ九。なお雰凹気ガ
スとして、N2=100(1/h 、 H2=400t
/h の混合ガスを45℃に保持した水100tのバブ
ラーを通し九ものを用いた。
上記のよう和して得られたセラ建ツク配線基板上に、所
定の膜厚になるよう通常の化学鋼めっきを施した。この
銅めつきO速fは、2〜3μ?P!/hとした。次いで
これをN2雰囲気中にて900℃、10分の熱処理を行
った。
このようKして得られた基板上の導体から成る1、5■
×2−角のパッドに、l■φの銅線を5n−Pb 共晶
はんだを用いてはんだ付けし、そのはんだ付けの接着強
度を測定した。この結果を第3図に示す。これは150
℃で1000時間までエージングした結果であシ、横軸
にエージング時間をと9、たて軸に接着強[t−とつ九
グラフで表している。
なお図中、比較の九めに本例のCuめつき導体の接着強
i1の他、従来のhg/P、1 導体の接着強度■も併
せて示し丸。図に示す如く、従来のAg−Pd導体の接
着強度は初期値で2−、エージング後でIKfであった
が、本実施例で作成した導体の接着強度ハ、初期値で4
 ”q sエージング後で2.5Kfという非常に大き
な値が得られている。さらに従来のAg/Pd導体は1
00h程度のエージングで急激な接着強度の低下が見ら
れるが、本実施例の導体ではこのような短時間での急激
な残置低下という現象は起こらない。
このように銅めつき導体は、従来の厚膜導体に比較して
、接着強度の点で全く問題がない。
接着強度が上記の如く優れているのは、高融点金属層2
への銅層4の密着性が優秀であるということのほか、高
融点金属層2自体が基板1に強固に密接着していること
もその一因と考えられる。
即ち、上述の如く未焼成アルミナ基板(グリーンシート
)に印刷形成し九高融点金属層(本例ではW層)は、ア
ルオナの焼結のために1600℃の高温処理を行う。こ
の時、副成分として存在する基板中のガラス質が高融点
金属層(W膚)へ浸み込むことによシ極めて強固な金属
層となる。従来技術の如き通常の900℃程度で焼成す
る厚膜導体は、導体ペーストのガラス成分が単に焼結ア
ルミナ基板表面に濡れて形成されるものであり、接着力
は本構成に比べて小さい。従って本構成によシ、従来よ
りも強い接着力が得られる。(なお、本発明で高融点金
属を用いる理由は、上述のように該金属をアル電子グリ
ーンシート上に付して、高温処理するためである。また
、このようにグリーンシート上にペースト印刷する湿式
法によれば、ペーストのにじみや広がシがないのでパタ
ーンの微細化が可能になるのであるが、これは後述する
。)上記データは高融点金属としてWを用いた例におけ
るものであるが、それ以外に高融点金属としてM。、 
W−M、 、 W−Mn、 Mo−Mnl用いて得た導
体について同じ試験を行った所、上記と°同様の優れ丸
物性が得られた。
次に、本発明のセラきツク配線基板はこれを用いてハイ
ブリッド厚膜ICを形成するのにきわめて好適であるこ
とについて説明する。従来例が厚膜ハイブリッドICに
使用できなかったのは、半田接着性の問題もあるが、導
体層がその抵抗体との適合性に劣るという点が大きい。
ところが本発明のセラミック配線基板は、かかる抵抗体
との適合性もきわめて良好なものである。
具体的に述べれば、上記実施例で作成し九セラミック配
線基板について、その導体配線と抵抗体との適合性を調
べた。抵抗体として、N2雰囲気焼成用のLJIB6系
のペーストであって、シート抵抗値が各々10Ω10,
100Ω10 * I KΩろ、 IOKΩるのもの4
撞類を用いた。抵抗体の形成は以下に示すプロセスによ
った。
4種類の抵抗ペーストを別々に印刷した。印刷後室温に
て10〜15分間レベリングし、その後150℃で15
〜20分間の乾燥を行っ九。最後に0211I!度が3
〜5 PPm ON2雰囲気焼成炉を用いてそれぞれの
試料を900℃で10分間焼成した。
次表に、以上の方法で形成し良紙抗体の各々のシート抵
抗値を示す。抵抗体の長さta、2簡。
4■、10■ として各々データをとった。
表 いずれの抵抗ペーストもtが長くなるに従い、そのシー
ト抵抗値は僅かではあるが大きくなる。
しかしこの変化率は表から明らかなように、数饅揚度と
非常に小さく、抵抗体の長さKよる影響はほとんど無い
。実質的には無視できる程度と言える。ま九、以上の結
果から、従来例の如き抵抗値が大きくなるというむとも
なく、従って導体配線と抵抗体の適合性も良く、重な多
部分にも何ら異常がないことがわかる。
このように1高融点金属上に直接鋼めっきし九セラミッ
ク配線基板は、抵抗体の端子としても十分圧実用できる
ものである。
ま九、ハイブリッドIC用の基板としては、微細パター
ンの形成のために銅層が薄いことが要せられるのである
が、銅めっき層は適宜、必l!に応じて薄厚にできるの
でわシ、その場合でも上記の如く、抵抗体の端子として
適合性良く使用できるのである。
また、すでに述ぺ九とおルこのセラミック配線基板は湿
式法で高融点金属層を形成したので、微細パターンを形
成する時ににじみが生じることがなく、微細パターンの
確実な形成が可能である。
即ち、湿式法であればセラミックのグリーンシートに厚
膜ペーストを印刷する時、ペースト中の溶剤がグリーン
シー)K浸み込み、従ってペーストだれによる広がシが
生じるということがない。これに反し、湿式法を用いず
、焼結したセラミック板上に厚膜ペーストを印刷する技
術においては、上記のような浸み込みがない丸め、基板
上にペーストがだれ広がシ、結局微細パターンの形成に
は限界があったものである。
以上述べえように本発明によれば、N1層を介さずに高
融点金属上に直接Cuをめっきするので、N1とCuと
の拡散ということは当然起こらず、はんだぬれ性が良好
となる。かつ接着強度も従来から用いられているAg/
Pd 系の厚膜導体に比べて非常に大きな値を示す。ま
九従来ON1層を設けた導体は、それを抵抗体との重な
シ部分で異常析出物が見られ九が、本発明の如< Cu
のみの導体とするととKよ〕上記のような析出物は全く
見られなくなシ、導体と抵抗体との適合性も非常に良好
になっている。さらに、Nlめつき工程を省略できるの
で、製造工程の短縮が図れる。よって、ハイブリッドI
CE用いた場合も、その製造工程を短くできる。
また、本発明は、このセラミック配線基板を用いてハイ
ブリッドICを形成することにおいて有効である。即ち
、このセラミック配線基板は、高融点金属を湿式法でセ
ラミック基板上に形成するので、ペーストのだれ広がシ
やKじみといった現象が起こらず、微細パターンも十分
く形成できるからである。
なお、当然のことではあるが、本発明は上述の具体的実
施例にのみ限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のセラミック配線基板の断面図である。第
2図は本発明によるセラミック配線基板の一実施例の断
面図である。第3図は該例の導体の接着強度を示すグラ
フであって、従来例と比較して示しである。 l・・・セラミック基板、2・・・高融点金属層(W層
)、4・・・銅(めつ1り層。 代理人 弁理士 秋  本  正 実 第1図 ! 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 セラミック基板上に湿式法を用いてW 、 Mo
    。 W−MO,W−Mn、 Mo−Mnのいずれかによシ高
    融点金属層を形成し、該高融点金属層上に直接鋼めっき
    して、前記高融点金属層と銅層との2層構造の配線導体
    を形成して成るセラミック配線基板。 2 セラミック配線基板上に湿式法を用いてWIMo、
     W−Mo、 W−Mn、 Mo−Mnのいずれかによ
    シ高融点金属層を形成し、該高融点金属層上に直接鋼め
    っきして前記高融点金属層と銅層との2層構造の配線導
    体を形成してセラきツク配線基板を構成し、該セラミッ
    ク配線基板を用いてその配線導体を4腺抵抗体の端子お
    よび個別部品を搭載するための電極としたことを特徴と
    する厚膜ノ)イブリッドIC。
JP1181582A 1982-01-29 1982-01-29 セラミツク配線基板および該セラミツク配線基板を用いた厚膜ハイブリツドic Pending JPS58130590A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61127194A (ja) * 1984-11-26 1986-06-14 京セラ株式会社 セラミツク配線基板
JPH07212010A (ja) * 1994-09-28 1995-08-11 Nippondenso Co Ltd 混成集積回路基板及びその製造方法
US5897724A (en) * 1986-05-19 1999-04-27 Nippondenso Co., Ltd. Method of producing a hybrid integrated circuit

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