JPS60257196A - セラミツク多層配線基板 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 木発明け、セラミック多層配線基板に関する。

〔発明の背景〕

半導体部品を高密度に搭載するための配線基板として、
アルミナを主体としたセラミックを絶縁材料として用い
１回路導体およびスルーホール導体としてタングステン
を用いたセラミック多層配線基板がある。しかし、アル
ミナの熱膨張係数がタングステンのそれよりもがなり大
きいため、焼結工程の冷却時に、アルミナセラミックの
破壊強度を越える引張り応力がスルーホールの周囲に発
生し、その結果、アルミナセラミック、特に表面層のア
ルミナセラミックにクラックが発生するという欠点があ
った。この問題は、半導体部品の実装密度の上昇に伴い
、単位面積当りのスルーホール数が増加してスルーホー
ル間ピッチが小さくなるにつれ、益々重大となっている
。

上記クラックの発生を抑える方法として、スルーホール
導体の形成のためにスルーホールに充填されるタングス
テン混合ペーストにアルミナの微粉を添加することによ
り、スルーホール導体とアルミナセラミックの熱膨張係
数の差を減少させることが考えられている。しかし、こ
のような方法は、スルーホール導体の電気抵抗が増大す
る等の問題があり、実用的でない。

また、アルミナを主体としたセラミックを絶縁材料とし
て用い、スルーホール導体および回路導体の材料として
モリブデンを用いたセラミック多層配線基板もある。こ
の場合、モリブデンの熱膨張係数はアルミナセラミック
のそれに近いため、スルーホール周辺のクラックは発生
しない。しかし、モリブデン焼結体の強度はタングステ
ン焼結体の強度に比べて小さいことから、別の欠点があ
る。即ち、基板表面に入出力ピンまたは半導体部品を接
合するためのメタライズ部が設けられるが、モリブデン
の場合、そのメタライズ部の強度が低く、入出力ピンま
たは半導体部品の接合強度が不足するという欠点がある
。この欠点は、基板の高密度化によりメタライズ面積が
減少するに従い、益々重大となっている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、スルーホール周囲のクラックが発生せ
ず、かつ部品接合用および検査用のメタライズ部の強度
を高めたセラミック多層配線基板を提供することにある
。

〔発明の概要〕

アルミナセラミック、タングステンおよびモリブデンの
熱膨張係数は次の通りである。

アルミナセラミック・・・・・・７．０Ｘ１０−’／’
Ｃタングステン・・・・・・・・・・・・・・・５．３
Ｘ１０−’／℃モリブデン・・・・・・・・・・・・・
・・・・５．２ＸＩ　Ｏ−６／℃このように、アルミナ
セラミックとタングステンの熱膨張係数は差は１．７　
Ｘ　１０−’　／℃であり、アルミナセラミックとモリ
ブデンの熱膨張係数の差０．８Ｘ１０’″６／℃に比べ
てかなり大きい。このため、スルーホールにタングステ
ン混合ペーストを充填した場合、セラミックとタングス
テンを同時に焼結し冷却する過程で、両者の熱膨張係数
の違いにより、スルーホールのタングステンに圧−、ｊ
　− 圧縮応力、スルーホール周辺のセラミックに引張り応力
がそれぞれ発生する。この引張り応力がセラミックの破
壊強度を越えたとき、セラミックにクラックが発生する
。この引張り応力は大きさはモリブデンを用いたときの
方が小さいからスルーホール導体としてモリブデンを用
いるのが望ましいと考えられる。

一方、基板表面に形成される回路導体の中には。

入出力ピンのロウ付は用パッド、半導体部品搭載のため
の半田付はパッド、封止のためのロウ付は用パッド、導
通試験のための検査用パッド等がある。これらの他部品
が当接または接合される回路導体部分には強度が要求さ
れる。基板の高密度化が進むにつれ、上記パッドは益々
微小化するため、それらの強度に対する要求はさらに厳
しくなっている。

タングステンとモリブデンの焼結体強度を比較すると、
タングステンの方がかなり大きいため、基板表面の上記
パッドの材料としてはタングステンを用いる方が望まし
い。また、耐腐食性の点で４− もタングステンの方が優れており、長期信頼性の面から
も、基板表面の少なくとも上記パッドはタングステンを
用いて形成する方が望ましい。

さらに、スルーホール導体としてタングステンを用いた
従来のセラミック多層配線基板におけるクラックの発生
状況を観察すると、クラックは表面層およびその近傍に
集中して発生していることが認められる。従って、スル
ーホール周辺のクラック発生は、表面層部分に注目した
対策を施すことが有効と考えられる。

本発明は１以上の考察に基づいて為されたものであり、
表面回路導体の少なくとも他部品が当接または接合され
る部分をタングステンで形成し。

少なくとも表面層のスルーホール導体をモリブデンで形
成することを特徴とするものである。

なお、他部品が当接または接合されない表面層回路導体
、内層回路導体はモリブデンで形成してもよく、また表
面層以外の層のスルーホール導体はタングステンで形成
してもよい。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の一実施例について詳細に説明する。

３２５メツシュ通過のアルミナ粉９３部、Ｓ１０、、：
ＡＩ、Ｏ：ｌ：ＭｇＯ：Ｃａ０＝５５　：　３０：９：
６　（重量比）の組成の焼結助剤７部をボールミルに入
れ１０時間混合粉砕し、これにポリビニルブチラール６
部、　フタル酸ジオクチル２．４部、トリクレン、パー
クレン、ブタノールの共沸混合物を４０部加えスリップ
を作成する。

次に、このスリップを脱気した後、ドクターブレード法
によりポリエステルフィルム上にキャストして溶剤を乾
燥され、厚さ０　、３　ｍｍのグリーンシートを作成す
る。

このグリーンシートの所定位置に、パンチ法によりスル
ーホールを穿孔する。

そのスルーホールに、導体ペーストとしてモリブデン混
合ペーストを充填する。このモリブデン混合ペーストの
組成は、平均粒径７μｍのモリブデン粉末９０部、エチ
ルセルローズ１．５部、　ｎ−プチルカラビトールアセ
テート８．５部である。

次に、平均粒径２μｍのタングステン粉末８０部、エチ
ルセルローズ２部、ｎ−プチルカラビトールアセテート
１８部から成るタングステン混合ペーストを用い、グリ
ーンシート」二に回路パターン（回路導体）をスクリー
ン印刷法により印刷する。

このようにして得たグリーンシートを位置合わせして積
層し７、加熱加圧することにより一体化する。

以下、図面を参照して説明する。この図において、２は
積層されたグリーンシート、３はモリブデン混合ペース
トを充填されたスルーホール、４はタングステン混合ペ
ーストを用いて印刷された内層回路パターンである。

次に、基板表面に、半導体部品１０を搭載するための半
田付はパッド６と、入出力ピン８をロウ付けするための
ロウ付はパッド５を、内層回路パターン４の形成に用い
たと同じタングステン混合ペーストを用いスクリーン印
刷する。

この後、グリーンシートの積層体を所定サイズ７− に切断し、焼成炉を用い、還元性雰囲気中で最高温度１
６００℃の条件で焼成する。

次に、無電解ニッケルメッキ法により、ロウ付はパッド
５および半田付はパッド６の表面に、ニッケルを約３μ
ｍの厚さに析出させる。

そして、ロウ付はパッド５に、銀ロウ（組成は銀：銅＝
７２：２８）を用いて入出力ピン８をロウ付けする。

次に、電気ニッケルメッキ法により半田付はパッド６お
よび入出力ピン８の表面にニッケルを析出させ、続いて
電気金メッキ法により、半田付はパッド６および入出力
ピン８に金を析出させる。

その後、溶融半田槽に浸漬して、半田付はパッド６およ
び入出力ピン８に鉛／スズの共晶半田を供給する。

最後に、半導体部品１０を半田付はパッド６上に位置合
せをしておき、最高温度２３０℃で半田９を再溶融させ
、半導体部品１０を半田付はパッド６に接合する。

このようにして得られたセラミック多層配線基８− 板の入出力ピン８の引張り試験を行ったところ、すべて
の入出力ピン自体に切断が生じ、ロウ付はパッド６を構
成するタングステン部分に破断を生じるような破壊モー
ドは観察されなかった。また。

スルーホール周辺部分に、問題となるようなりラックの
発生は認められなかった。

本実施例においては、タングステン混合ペーストとモリ
ブデン混合ペーストが混在した基板を同時に焼結するの
であるから、タングステン混合ペースト、モリブデン混
合ペースト、グリーンシートの焼結収縮率をできるだけ
一致させる必要がある。たとえば、グリーンシートは焼
結収縮率に比べてモリブデン混合ペーストの焼結収縮率
が大きいと、焼縮によりスルーホール導体に凹部が生じ
。

逆［−モリブデン混合ペーストの焼結収縮率が小さいと
、焼結後のスルーホール導体が突出する。また１表面導
体パターンを形成するタングステン混合ペーストの焼結
収縮率とグリーンシートの焼結収縮率が一致していない
と、焼結により基板に反りが発生する。

このように、タングステン混合ペースト、モリブデン混
合ペースト、グリーンシートの焼結収縮率を一致させる
ように材料を選択することが重要である。

一般に、モリブデンはタングステンに比べて焼結し易く
、またモリブデン混合ペーストおよびタングステン混合
ペーストは、それに含まれる金属粒子の粒径が小さいほ
ど焼結し易い。このようなことを考慮すると、焼結収縮
率を一致させるには、モリブデン混合ペースト中のモリ
ブデン粉末の粒径をタングステン混合ペースト中のタン
グステン粉末の粒径より平均的に大きくなるようにする
のが望ましい。本実施例においては、そのような条件を
満足するようにタングステン粉末とモリブデン粉末の粒
径が選ばれている。

そのような条件を満たさないと、一般に使用に耐える基
板を実現できないことが実験により確認されている。そ
のような好ましくない例を次に示す。

例　１ １１− スルーホールに充填する導体ペーストとして、平均粒径
２μｍのモリブデン粉末９０部、エチルセルロース１．
５部、　ｎ−プチルカラビトールアセテ−１−８，５部
の組成のモリブデン混合ペーストを用い、それ以外は上
記実施例と同じ条件で基板を作成した。この場合、スル
ーホール部分のモリブデン焼結体が、セラミック表面よ
り約５０μｍ陥没し、使用に耐える基板は得られなかっ
た。

次に、少なくとも表面層のスルーホール導体をモリブデ
ンによって形成する効果を明らかにするための実施例を
示す。

例　２ 各層のスルーホールに充填する４体ペーストとして、平
均粒径２ＩＬＩ＋１のタングステン粉末９０部、エチル
セルロース１．５部、　ｎ−プチルカラビトールアセテ
ート８．５の組成のタングステン混合ペーストを用い、
それ以外は上記実施例と同じ条件で基板を作成した。こ
の場合、スルーホール周囲のセラミックにクラックが発
生し、使用に耐える基板ではなかった。

次に、他部品が当接または接合される表面回路導体のタ
ングステンで形成した効果を確認するための実施例を示
す。

例　３ 平均粒径７１ｔｒｎのモリブデン粉末８０部、エチルセ
ルロース２部、ｎ−プチルカラビトールアセテート１８
部から成るモリブデン混合ペーストを用い、基板表面の
半田付はパッド６およびロウ付はパッド５を形成した。

これ以外の条件は上記実施例と同様である。このように
して得た基板について入出力ピン８の引張り試験を行っ
た所、約ｌＯ％の入出力ピンについて、ロウ付はパッド
５を構成するモリブデン焼結体の内部から破断した。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、入出
力ピンのロウ付はパッド、半導体部品の半田付はパッド
、封止用パッド、導通検査用パッド等の表面回路導体の
強度を高め、かつスルーホール周辺のクラックの発生を
防止できる等の効果を得られる。

１２− また、上記実施例に示したように、タングステン混合ペ
ースト中のタングステン粉末の粒径と、モリブデン混合
ペースト中のモリブデン粉末の粒径との関係を選べば、
スルーホール導体の陥没や突出を防止し、焼結体強度が
優れたスルーホールを形成することができるという効果
も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るセラミック多層配線基
板の断面図である。 ２・・・グリーンシート（セラミック絶縁層）、３・・
・スルーホール、４・・・内層口ｆ、ハターン（内層回
路導体）、　５・・・ロウ付はパッド（表面回路導体）
、　６・・・半田付はパッド（表面回路導体）、７・・
・銀ロウ、８・・・入出力ピン。 ９・・・半田、１０・・・半導体部品。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数層の内層回路導体と表面層回路導体およびそ
   れらを相互接続するスルーホール導体を有するセラミッ
   ク多層配線基板において、少なくとも他部品が当接また
   は接合される表面層回路導体はタングステンで形成され
   、少なくとも表面層のスルーホール導体はモリブデンで
   形成されたことを特徴とするセラミック多層配線基板。
2. （２）少なくとも表面層のスルーホール導体はモリブデ
   ン混合ペーストを用いて形成され、少なくとも他部品が
   当接または接合される表面層回路導体はタングステン混
   合ペーストを用いて形成され。 上記モリブデン混合ペースト中のモリブデン粉末の粒径
   は、上記タングステン混合ペースト中のタングステン粉
   末の粒径より平均的に大きい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。