JPS61274397A - 低温焼成セラミツクス基板及びその製造方法 - Google Patents

低温焼成セラミツクス基板及びその製造方法

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JPS61274397A
JPS61274397A JP60115225A JP11522585A JPS61274397A JP S61274397 A JPS61274397 A JP S61274397A JP 60115225 A JP60115225 A JP 60115225A JP 11522585 A JP11522585 A JP 11522585A JP S61274397 A JPS61274397 A JP S61274397A
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は集積回路等を実装するために使用される低温焼
成セラミックス基板及びその製造方法に関するものであ
る。
(従来の技術とその問題点) 従来一般的に使用されているW又はMoを導体とするア
ルミナ系の高温焼成多層基板に於ては、アルミナの誘電
率(ε=9.5)が高く、導電抵抗(10〜15mΩ、
10)も高いため2例えば超高速コンピュータのマルチ
チップマザーゼードとして用いる場合、信号伝播遅延時
間が長く、超高速化の障害となっている。
このために、従来の高温焼成基板に代わるものとして導
通抵抗の低い低温焼成基板の開発が進められており、す
てに−、二発表された例もある。
しかし、従来の低温焼成セラミックス基板は多層導体と
して* Ag −Pd r Au r Ni+ Cu等
を用いたものであり、以下に述べるような不具合があり
十分満足の行くものではなかった。
即ち、Auを導体として多層化した低温焼成基板では、
 Auの導通抵抗が2〜3m〜牟と低く、マイグレーシ
ョン性も少いため、これは性能的には優れている。
しかし、 Auは非常に高価であるためAuを導体とし
て用いた低温焼成基板を民生用或は一般産業用に用いる
には経済的に無理があり特殊な用途に限られている。
Cuを導体として多層化した低温焼成基板、では。
製造工程においてCuを酸化させずに(300℃以下)
グリーンテープ中のバインダーを除去する必要があるが
、現在、300℃以下で分解又は酸化除去され、かつグ
リーンテープにした時にテープに強度と可塑性を付与で
きる有機バインダーが存在しないと共に+Cuは空気中
では酸化されるため。
還元雰囲気中で焼成しなければならない等の理由から未
だに実用化されていない。
また、 Agは導通抵抗が2mΩ力と低くこの限りでは
優れた導体である。ところが2通常低温焼成基板として
はガラス系のものが用いられ、かつ湿度下で純粋にAg
はガラス中を容易にマイグレーシラン(拡散)する性質
があシ、湿度下で電圧を印加すると絶縁層の絶縁の劣化
が起る。この現象は特に気孔を有するガラス中で著しる
しい。従って。
従来、低温焼成基板においては純度の高いAgは導体と
しては用いられず、 Agの耐マイグレーション性、耐
湿性を改善したAg −Pd導体が一般的に使用されて
いる。
しかし、 Pdは比抵抗が非常に高く2例えばAg−2
0wt%Pdの導体抵抗は20mΩ/口と非常に高くな
シ、導通抵抗を低くするという目的を達せられない。
更にr Ntを導体として用いた場合+ NlばAg−
20wt%Pd程には導通抵抗は高くはないもののW或
はMoと同様に10〜15 m010と高い。
前記した様な理由から、従来の低温焼成セラミック基板
用の導体はいずれも経済上或は性能上の理由等から民生
用或は一般産業用のセラミック基板用として採用するた
めには難があった。
また、従来の低温焼成基板に抵抗を形成する場合、精度
を要しない抵抗を同時焼成により内蔵した例は散見され
るものの、これは抵抗値のバラツキが大きく、実用上の
用途は限定されたものであり、精度の高い抵抗を形成す
る場合、一旦導体付きの焼成基板を形成した後、厚膜法
により市販の抵抗体4−ストを用いて抵抗体を形成し、
レーザートリミングによって抵抗値を調整する。所謂後
付は方法がとられておシ基板の製造工程が複雑となシ、
製造工程の金環化の障害となっていた。
(発明の目的) 本発明の目的は、導通抵抗の小さいAgを導体して用い
、かつ気中でも焼成可能な低温焼成可能なセラミックス
基板及びその製造方法を提供すること。
また2本発明の他の目的は、多層導体と高精度の内蔵抵
抗とを同時に一体焼成可能な低温焼成セラミックス基板
の製造方法を提供することにある。
(発明の構成) 本発明によれば、セラミックス基板をCaO−Al2O
3−SiO2系r CaO−Al2O3−5t02− 
B2O3系。
MgO−Al2O3−SiO2−B203系及びCaO
−MgO−Al2O3−SiO2− B2O5系の群か
ら選ばれ1重量%でMo:10〜55wt%、Al2O
3:0〜30wt%。
SiO2 : 45〜70 wt% e B2O3: 
O〜30 wt%D (ただし、 4ker : CaO、MgO)からなる
ガラス粉末とアルミナ粉末とからなシ、その比が重量%
でガラス粉末が55〜65 wt%で残部がアルミナ粉
末とからなる組成を出発原料とし、セラミックスのテー
プ作成工程と、この工程で作成したテープに導通抵抗が
10mΩ/口以下のAgを主体とする導体を配設し、前
記テープと同じ組成の絶縁イーストを介して多層化する
工程と、多層化した成形体の最外層部に導通抵抗が10
mΩ10以上望ましくは20mΩ10以上の耐マイグレ
ーション性に優れたAg −Pdを主体とする導体を形
成する工程と、前記工程により成形した生成形体を80
0〜1,000℃の低温で一体焼成するセラミックス基
板の製造方法が得られる。
また2本発明では、前記した組成のセラミックスを出発
原料として得られたセラミックス基板は。
重量%でMo : 5〜35゜75 wt% # Al
2O3 : 35〜を有している。
更に、抵抗を内蔵する場合、生成形体の最外要部直下に
薄い印刷絶縁層を介して抵抗を内蔵して一体成形する工
程と一体焼成したセラミックス基板の絶縁層上部から抵
抗のレーザートリミングを行なう工程を付加して高精度
の内蔵抵抗の一体焼成を可能にしている。
以下余日 (実施例) 以下1図面を参照して本発明を説明する。
第1図を参照すると2本発明の一実施例に係る低温焼成
セラミックス基板が示されている。
まず、第1図を参照して印刷法による製造方法について
説明する。
本発明の低温焼成セラミ、クスの材料はガラスとアルミ
ナ粉末の混合物で、ガラスとしては。
CaO−Al2O5−5t02系、 CaO−Al2O
5−5t02−B203系、 MgO−Al2O5−S
iO2− B2O3或はCaO−MgO−Al2O5−
SiO2系のガラスを用いる。
その出発原料の組成(重量%)は次の通シである。
Mo  :  10〜55 wt%r Al2O3: 
 O〜30 wt%ただし、 446 : CaO、M
gOそして、不純物としてNa2O+ K2O: 0〜
5 wt%その他の酸化物を0〜10 vrt%含んで
も良い。
上記の組成を有するガラス粉末50〜65 wt%と残
部のアルミナ粉末からなる混合物をグリーンテープ及び
絶縁層用ペースト材料として用いて以下に述べる工程に
より製造する。
第1工程:ベースとなるグリーンテープ上に導通抵抗の
小さい導体層を形成する工程 前記した組成を有するガラス粉末とアルミナ粉末の混合
物を用いて通常の方法により、スルーホール2を有する
700μm厚のグリーンテープ1を作成し、これに導通
抵抗が3mΩhのAg導体3を印刷し乾燥する。
続いてグリーンチーf1と略同じ組成を有する絶縁層ペ
ーストを用いてピアホール5を有する絶縁層4を印刷し
、乾燥してHC−1層を形成する。
同様にして印刷積層法によってHC−2)HC−3゜H
C−4、HC−5及びHC−6層を形成する。
第2工程:最上層部に部品搭載を主目的とした耐マイグ
レーション性、耐環境性に優れた導体層を形成する工程 第1工程で成形した成形体の最外層部にAg−Pd系の
導体62例えばAg −20w、t%Pdで面抵抗(導
通抵抗) 20 mO/口〜30mΩ/口の導体を印刷
し、乾燥して形成し、この電極間にRuO7を主体とす
る抵抗ペーストを用い抵抗体7を印刷し、乾燥して形成
する。
この抵抗体7に絶縁層を被覆し、抵抗体集積面R1層8
を形成する。
第3工程:ターミナル電極を形成する工程前述した一体
化した印刷乾燥積層体の側面にAg −Pd系導体9を
印刷し、乾燥して、上部又は側面に出た端子電極(9)
を積層体の下面に引出す。
第4工程ニ一体焼成する工程 前記の工程を経lで成形した生成形体、即ち。
生状態の導体積層体、抵抗内蔵積層体を900℃の温度
で焼成する。
第5工程:抵抗体のレーザートリミングを行なう工程 焼成後のセラミックス基板に絶縁層を介して内蔵されて
いる抵抗体7の抵抗値を調整するためのレーザートリミ
ングを行なう。
次に、第2図を参照して熱間圧着法による製造方法の概
略を説明する。
前述したと同様の組成を有するグリーンシートを第2図
に示す如く所望寸法に切断して成形した3枚のシー) 
10a、10b、10cを用意し、 VLSI用のプラ
グイン型パッケージモデルを作成する。゛第1シー)1
0aには外部接続用ピンを植設するためのスルーホール
11が設けられておシ、スルーホール内導体として第2
シー)10b側からAg導体を印刷法により施し、第2
シー)10bの反対側からAg −Pd導体を印刷法だ
よって施す。
このAg −Pd導体は外部接続用ピン(図示せず)を
半田付するための導体である。
また、第2シー)10bにはビヤホール12を設け、こ
の第2シート10bにはビヤホール12内、第3シー)
10e側の導体配線及び前記第1シート10&のスルー
ホール11に設けた導体との接続が十分になされるよう
にAgペーストを印刷すると共に、中央部には図示しな
いシリコンチップを載置する凹部形成用の角孔13を形
成する。
更に、第3シー)10cの中央部には、前記第2シー)
10bの角孔13よりやや大きい角孔14を設ける。
このようにして形成した第1〜第3シー) 10a・1
0b・10cの3枚のシートを公知の熱圧着法にょ多積
層して900℃で焼成する。
〜35.75 wt%* Al2O3 : 35〜65
 wt% p SiO2:22)5〜45.5 wt 
’It * 8203 : O〜19.5 wt%ただ
O し、 4M: CaO、MgO、であった。
次に本発明による低温焼成セラミックス基板の特性rつ
いて従来のセラミックス基板と比較しながら説明する。
第1表は前記した本発明のガラス組成及びガラスとアル
ミナとの混合割合の異なる5例の絶縁特性を従来例と比
較して現わしたものである。
以下余白 また、第3図は65℃湿度95チの高温、高湿にさらし
た時間と絶縁抵抗との関係、同じく第4図は絶縁耐圧と
の関係を示すもので、第5図に示す製造工程により製造
した本発明の低温同時焼成セラミックス基板(a)と、
比較例として導体にAg −Pdを使用した市販のHI
C多層基板(c)及び本発明と同じ材料を絶縁層とし、
Ag100%を導体として使用した導体層をアルミナ基
板上に形成し絶縁層と導体を同時焼成して得た多層基板
(d)について測定した測定結果を示すものである。
なお、この測定に使用した導体ノやターンはいずれも第
6図に示す様なパターンを使用し、基板の構成は導体2
層、絶縁層1層のものを使用し、絶縁層の厚さは焼成後
301tmになるように成形した。
また、この測定に使用した本発明の低温焼成セラミック
ス基板(、)については表面導体層にもAg100チの
導体を使用した。
以上の測定結果から明らかな通り、第5図(a)、(b
)の工程により製造した本発明の低温焼成セラミックス
多層基板は内部導体にAg 100 %の導体を使用し
ているにもかかわらず、第6図(c)の工程により製造
した従来のHIC多層基板に比較して眉間絶縁抵抗及び
絶縁耐圧共に非常に良好な結果が得られた。
また、第5図(a)の工程により製造した多層基板は、
前記した第5図(c)の製造工程により製造した従来の
HIC多層基板が絶縁性を向上させるために導体や絶縁
層を何回にも分けて焼成していたものを一回の焼成で済
むように簡略化したものであるが、導体にAg 100
 %を使用しているにもかかわらすe Ag −Pd導
体を使用した従来のHIC多層基板と同等若しくは、そ
れ以上の絶縁特性を示した。
これは絶縁層材料に本発明の低温焼成用セラミックス基
板に使用したものと同じ材料を使用しているためと判断
される。
更に2本発明の低温焼成セラミックス基板には面抵抗で
表わされる広い範囲の抵抗値で良好な温度特性を持つ抵
抗体を基板内部に基板と同時焼成によって成形すること
ができる。
抵抗体としては、ガラス−RuO□系、f!シラスBi
2Ru207系或はpb2− Ru2O3系等aノイロ
クロア型化合物からなるものを用い、ガラスの割合を変
えることによって、任意の抵抗値を得ることができる。
また、抵抗値の温度係数の調整を目的としてMnO2,
5b203或はFe2O3等の酸化物やAg、Pt或は
Auの様な金属を0〜20 wt%添加する。
これらの抵抗体を低温焼成セラミックス基板と同時焼成
するためには焼成過程での抵抗体と基板材料の収縮の不
一致や抵抗体に使用するガラスと基板材料に使用するガ
ラスの間に生じる成分の拡散や反応のような化学変化に
よって生じるソリやブクを発生させないために本発明で
は、抵抗体に使用するガラスは基板材料に使用する組成
範囲のガラスを使用する。
即ち、抵抗体に使用するガラスの組成範囲はMO=10
〜55wtチ、Al2O3:O〜30wtqIJ。
SiO2 : 45〜70 wt9J及びB2O3:O
〜30會t%。
D ただし、41%+e−: CaO、MgOで、望ましく
は基板材料に使用するガラスと抵抗体に使用するガラス
は全く同一の組成のものが良い。
また、抵抗体、特にガラスの割合の大きい抵抗体から基
板へのガラスの移動を防ぐためにアルミナを添加する。
アルミナの添加割合はRuO2mBl 2Ru207或
はPb2Ru2O6のようなi’?イロクロア型化合物
とれ合計量が35〜60wt%であることが望ましく、
更に、温度特性の調整剤を0〜10wt%添加する。
しかるに、基板材料のガラス量と抵抗体のガラス量が略
等しくなシ、ガラスは相互に移動することはなく、抵抗
値は安定する。
また鉛系ガラスを使用した場合、焼成の過程で還元雰囲
気にさらされるとガラス中のpboが還元されるため抵
抗値が安定しないが2本発明では。
抵抗体に使用するガラスもpboを含まないため。
pboの還元による抵抗値の変化もない。
低温焼成セラミックス基板では、゛焼成前のグリ   
−一ンシートICバインダーや可塑剤として多量の有機
物を含むので、これらの有機物が焼成の過程で燃焼する
際、基板内部が還元雰囲気になるので。
安定な抵抗値を持つ抵抗体を得るためにはpboを含ま
ないガラスを使用することが特に重要である。
なお1本発明の抵抗体はペーストとして使用するのが好
ましく、抵抗体材料とエチルセルロース・アセチルセル
ロース或はアクリル樹脂等の有機重合物及びテルピネオ
ール、カルピトール或はアセテート等の溶剤を所定量混
合して得る。
第2表は本発明による抵抗体の組成と抵抗値との関係を
示すものである。
以下余日 また、第7図は2本発明による抵抗体(X)と比較例と
して鉛系ガラスを使用して市販の抵抗体2種(y−z)
をアルミナ基板上で焼成した抵抗体について焼成雰囲気
(0□、N2)と抵抗値の変化を測定したものである。
この測定結果から明らかな様に1本発明の抵抗体(X)
の抵抗値は02 r N2の濃度に関係なく殆んど一定
しているが比較例の抵抗体(y−z)はいずれも02濃
度が低い時には高い抵抗値を示し、02濃度が高くなる
につけて抵抗値が低下して安定していない。
上述した様に1本発明の抵抗体の内蔵抵抗は安定してお
り抵抗値のバラツキは小さいが、更に高精度の抵抗体が
要求される場合には1表面層の次の第2層に抵抗体を形
成すればレーザートリミングにより更に高精度の抵抗体
を得ることができる。
これは2本発明に使用した材料が焼成後、アルミナ粒子
、ガラスとアルミナとの反応及びガラスの成分による結
晶化により生成するアノーサイトやコージェライトの結
晶質部分及びマトリックスを形成するガラス部分の3相
の構造を持ち、この構成のガラスがレーザートリミング
を可能にしているからである。
また、レーで一トリミングを容易て行なわせるために表
面層に接する絶縁層に限シアルミナの割合を20wt%
まで下げても良い。この時、基板全体のアルミナを35
 wt%以下にすることは基板の強度上望ましくない。
また、ガラス成分にCr2O3r Coo t Fe2
O3或はNiO等の着色成分を添加してレーザー光の吸
収効率を上げればレーザートリミングを更に容易て行な
える。
なお、この場合1表面層にレーデ−トリミングする面積
だけ第2層の抵抗体のためて空ける必要があるが表面層
に電極及び抵抗体を形成するよりは大幅に高密度実装化
を図ることができる。
第8図は本発明の内蔵抵抗をレーザートリミングした基
板の拡大写−真である。
本発明は低温焼成ピングリッドアレイ(pGA)或は低
温焼成チップキャリヤー、サーマルヘッド基板等にも適
用できる。
第9図を参照して低温焼成PGAに実施した実施例fつ
いて説明する。
まず、低温焼成基板用テープ上にI10ピンP1とLS
Iチップとのインターコネクション用パターン(図示せ
ず)をAgを主体とする導体ペーストC1を厚膜印刷法
により形成する。
また、もう一枚の低温焼成基板用テープT2上にLSI
チップのダイデンプングツ母ッド(図示せず)をAu又
はAg −Pd厚膜ペーストにより形成する。
前記のパターンを形成したテープT1に必要に応じてス
ルーホールS2を形成したグリーンテープT2を熱間圧
着法により圧着して積層化する。
次に、テープT1の下面にリードロウ付部を形成し、こ
の積層体を大気中900℃で焼成して208ピンのビン
グリッドアレー(PGA )用セラミック積層基板を製
作した。更に、42合金(Ni−Co−Fe)、 42
6合金(Ni −Co−Cr−Fe )或いはステンレ
ス(Ni −Cr−Fe )製のI10ピンP1をリー
ドロー付部に接着した。このとき、ピンP1にはAgメ
ッキを施すことができる。
したがって2以上の工程により製作しだPGAは従来の
アルミナ−W系のPGAに比較して低コスト化が可能で
ある。
次に第10図を参照して低温焼成チップキャリーに実施
した実施例を説明する。
まず、低温焼成基板用グリーンテープT1にAu又はA
gを主体とする導体C1を厚膜印刷法により形成し、併
せて、LSIチップのダイデングパットC2をAu又は
Ag −Pd厚厚膜−ストにより形成する。
前記の・ぐターンを形成したテープT1上にグリーンテ
ープT2を熱間圧着法により積層して積層体を成形する
積層後、側面電極C3をAg又はAg −Pd厚膜によ
り形成する。
前記の工程により成形した積層体を気中900℃で焼成
して48ピンのチップキャリヤを作成した。
本実施例によるチップキャリヤーは従来のアルミナ−W
系で製作したチップキャリヤーに比較してメッキ工程が
不要となシ、電気メッキ用の引出し線のだめのデッドス
ペースも必要としない。
従って、大型(200wO’ )で平坦な基板が得られ
るため、多面取りが可能となシ、工程の短縮並びに大幅
なコスト低減が可能となる。
(発明の効果) 本発明によれば、導通抵抗の低く比較的安価なAgを基
板内層に用いることが可能となり、民生用或は一般産業
用にも適用可能な高精能セラミックス基板の提供が可能
である。
また2本発明の低温焼成セラミックス基板は気中でも焼
成可能であるから製作も容易に行える。
更に、高精度抵抗を内蔵して一体成形が可能であるから
製作工程の短縮が可能であると共に実装密度も高めるこ
とができる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の低温焼成セラミックス基板の一例を示
す断面図、第2図は同地の例を示す分解斜視図、第3図
は2時間−絶縁抵抗線図、第4図は1時間−耐圧線図、
第5図は1本発明及び従来のセラミックス基板の製造工
程図、第6図は絶縁特性評価のための導体・ぐターンの
一例を示す図。 第7図は抵抗値−雰囲気線図、第8図は抵抗体のレザー
トリミング断面写真、第9図は本発明を低温焼成PGA
に実施した一例を示す断面図、第10図は同低温焼成チ
ップキャリヤに実施した一例を示す断面図である。 第1図 第2図 絶11&を抗Ω 慣 絶誇耐圧にV 第5図 第6図 $9図 $10図 第7図 N2 ”11M ■シ 2.  C10’!0    
   5’s        15υ       1
3第8図 0抵a、       IK品/口 手続補正8(方式) %式% 1、事件の表示 昭和ω年特許願第115225号 2)発明の名称 低温焼成セラミックス基板及び その製造方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 4、代理人 〒105 住所 東京都港区西新橋1丁目4番10号5、補正命令
の日付 6、補正の対象 1)明細書の図面の簡単な説明の欄 2)図面(第8図) 7、補正の内容 1)明細書の第あ頁5行目「断面写真」とあるを「断面
図」と訂正する。 2)第8図を別紙のとおシ訂正する。 第8図 W O抵抗   IKΩ/口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)800〜1,000℃の低温で焼成可能なセラミッ
    クス基板に於て、セラミックス基板の内部にAgを主体
    とする導体を配設し、表面には、Ag−Pdを主体とし
    、導通抵抗が前記導体より低い耐マイグレーション性の
    優れた導体を配設したことを特徴とする低温焼成セラミ
    ックス基板。 2)特許請求の範囲第1項において、セラミックス基板
    がCaO−Al_2O_3−SiO_2系、CaO−A
    l_2O_3−SiO_2−B_2O_3系、MgO−
    Al_2O_3−SiO_2−B_2O_2系及びCa
    O−MgO−Al_2O_3−SiO_2−B_2O_
    3系の群から選択された組成を有し、前記組成は重量%
    でMo:5〜35.75wt%、Al_2O_3:35
    〜65wt%、SiO_2:22.5〜45.5wt%
    、B_2O_3:0〜19.5wt%(ただし、MO:
    CaO、MgO)からなる低温焼成セラミックス基板。 3)セラミックスのテープ作成工程と、この工程で作成
    したテープに導通抵抗が10mΩ/□以下のAgを主体
    とする導体を配設し、前記テープと同じ組成の絶縁ペー
    ストを介して多層化する工程と、多層化した成形体の最
    外層部に導通抵抗が20mΩ/□以上の耐マイグレーシ
    ョン性に優れたAg−Pdを主体とする導体を形成する
    工程と、前記工程により成形した生成形体を800〜1
    ,000℃で一体焼成する工程とよりなる低温焼成セラ
    ミックス基板の製造方法。 4)特許請求の範囲第3項において、セラミックス基板
    がCaO−Al_2O_3−SiO_2系、CaO−A
    l_2O_3−SiO_2−B_2O_3系、MgO−
    Al_2O_3−SiO_2−B_2O_3系及びCa
    O−MgO−Al_2O_3−SiO_2−B_2O_
    3系の群から選択され、重量%でMo:10〜55wt
    %、Al_2O_3:0〜30wt%、SiO_2:4
    5〜70wt%、B_2O_3:0〜30wt%、(た
    だし、Mo:CaO、MgO)からなるガラス粉末とア
    ルミナ粉末とを含み、その比が重量%でガラス粉末が5
    0〜65wt%で残部がアルミナ粉末とからなる組成を
    出発原料とする低温焼成セラミックス基板の製造方法。 5)特許請求の範囲第3項において、生成形体の最外層
    部直下に薄い印刷絶縁層を介して抵抗を内蔵して一体焼
    成する工程と、一体焼成したセラミックス基板の絶縁層
    上部から抵抗のレーザートリミングを行なう工程よりな
    る低温焼成セラミックス基板の製造方法。
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