JPS622406A - 多層基板用絶縁ペ−スト - 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】 産業上の利用分野 本発明は、セラミック多層配線基板の絶縁層に用いる多
層基板用絶縁ペーストに関するものである０ 従来の技術 近年、半導体工業の進展と一般電子部品工業の進歩に伴
ってＩＣ，ＬＳＩや小型部品が広範囲に使用されている
。このような情況のなかでＩＣやＬＳＩ１直接実装でき
、かつ配線密度が非常に高くできる事などの点からセラ
ミックスの多層配線基板が注目をあびている。

従来、セラミックスの多層配線基板の工法は大きく分け
て厚膜印刷法とグリーンシート積層法とがある。このう
ち、厚膜印刷法はアルミナの焼結基板上に導体ペースト
と絶縁ペーストラ交互に印刷する毎に焼成を繰り返し多
層化する方法であり、一般的によく使用されている。グ
リンシート法は未焼成の絶縁シート上に導体を印刷し、
これを複数枚重ねて熱と圧力で積層一体化した後焼結す
る方法で、積層数の多い用途に使用されている。このグ
リンシート工法は従来アルミナのような高温焼成を必要
とする絶縁材料を用いる方法が一般的でありたが、近年
は条件的な利点から低温で焼成する方法が盛んに検討さ
れている。、一方、これらの印刷法に用いる導体材料と
しては、従来ムＵやムｑ−Ｐｄ系の材料を用いているが
、これらの導体材料は貴金属であるためコストが高くつ
き、又、半田付の際の半田くわれや導体抵抗が高いなど
の問題があり、この問題に対処する観点からＣｕを導体
材料として用いた多層セラミック基板が注目されている
。（例えば、特開昭６５−１２８８９９号公報） 発明が解決しようとする問題点 Ｃｕ配線のセラミック多層基板は、厚膜印刷法が最も一
般的であるが、従来次にかかげるような問題があった。

（１）十分絶縁層を厚くしないと電気絶縁特性が得られ
ない。

（２）導体や絶縁層の形成には各層毎に印刷、焼成を繰
り返す必要があり、積層状態で一括して焼成することが
できない。

Ｃｕの導体材料を用いる場合は、貴金属導体のように空
気中で焼成する事ができないため材料面での制約もあり
焼成後の絶縁層の緻密性に問題があった。すなわち、上
記の（１）　ｌ　（２）の問題点は、絶縁層の緻密性が
十分でなく、内部に気孔が残るためである。

本発明は、上記問題点に鑑みＣｕ　配線のセラミック多
層基板の製造に用いるものであって、この構成のなかの
絶縁層を十分緻密に、かつ電気絶縁性を十分なものとす
る絶縁ペースト組成物を提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明の多層基板用絶縁ペ
ーストは、酸化ケイ素および酸化ホウ素を主成分とする
ガラス粉末と酸化アルミニウムを主成分とし、これに酸
化ケイ素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムの結
晶質の混合粉末とを有機溶剤、有機バインダーとともに
混練したペーストである。

作用 本発明は上記した絶縁ペースト組成にする事により、セ
ラミック多層配線基板の絶縁層が極めて緻密化する事を
可能にし、結果として絶縁層の電気的絶縁特性を大巾に
向上するものである。以下本発明の作用を判り易くする
ため更に詳し〈従来の問題点を整理しながら説明する。

従来は、セラミック多層配線基板の絶縁層材料にはガラ
ス成分のみ、またはガラス成分とアルミナ結晶質との混
合粉末を有機ビヒクルと混練して使用していた。これに
対し本発明では、ホウ硅酸系のガラスの他にアルミナ、
酸化ケイ素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムの
結晶質粉末とからなる無機質混合粉末と有機ビヒクルと
の混線物としている。具体的には、酸化ケイ素６０〜９
０ｗｔ％、酸化ホウ素５〜３０ｗｔ％、酸化アルミニウ
ム０．１〜１０ｗｔ％、酸化バリウム０．１〜１０ｗｔ
％、酸化アルカリ金属ｏ、０１〜６ｗｔ％　の組成範囲
で総重量が１００％になる組成を有するガラス粉末と酸
化アルミニウム９０〜９８ｗｔ％、酸化ケイ素１〜Ｓｗ
ｔ％、酸化カルシウム０．２〜２ｗｔ％。

酸化マグネシウム０．５〜４ｗｔ％　の組成範囲で総重
量が１００％になる組成を有する結晶質混合粉末とを有
機ビヒクルと共に混練してペースト化したものである。

そして、このような組成にした絶縁ペーストラ用いて作
成した多層基板は、その絶縁層が極めて緻密化し、層間
の絶縁性にすぐれた多層基板を得る事を可能にする。

ここで、従来の問題を実際の多層基板をつくる工程を具
体的に述べ、その問題点を振り返るとともに本発明にす
る事により問題がどのように改善されたかについて詳し
く述べる。ここでは、厚膜印刷による方法について述べ
る。先ずあらかじめ焼結したアルミナ基板上に、Ｃｕペ
ーストをスクリーン印刷し、乾燥後窒素雰囲気中９００
″Ｃで焼成し、さらにこの上に絶縁ペーストラスクリー
ン印刷し、乾燥後窒素雰囲気中９００　”Ｃで焼成する
。

そして、これを繰り返して多層化する。このようにして
得られた多層基板は、初期的にはほぼ問題のない層間電
気絶縁性が実現できるが、例えば温度８５°Ｃ９湿度８
５チの環境下で絶縁層間に電圧を印加して行う湿中負荷
（ＴＨＢ）試験では絶縁性の劣化が起る。この原因は、
色々な検討から絶縁層内に多数の気孔が残存していて構
造が不完全なだめ電圧印加中に導体であるＣｕ成分が絶
縁層内を移行するためである。

このように、従来の絶縁ペーストでは、出来上った多層
基板の特性に問題を残すのみならず、歩どまりの面でも
大きな問題となる。

これに対し、発明者らは種々の観点から検討を進め、前
記したようにガラス組成にホウ硅酸系ガラスを用い、こ
れに結晶質のアルミナ粉末の他に酸化ケイ素、酸化カル
シウムおよび酸化マグネシウムの結晶質粉末を混合する
事により、焼結が非常に促進される事を見出し、絶縁ペ
ーストに展開したものである。そして、焼結促進にはア
ルミナの他に酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化マグネ
シウムの添加が重要な役割を果しており、これらの添加
が不可欠であることが検討の結果明らかとなった。

上記ペーストを印刷するのは前記したようにスクリーン
印刷で行うが、実際のスクリーン印刷では、例えば２６
０メツシエのステンレススクリーンで乳剤厚１０μｍの
場合、１回あたりの印刷で形成される膜厚は２５〜３０
μｍである。この膜厚では良好な電気絶縁特性が得られ
ないので一般的には３回の印刷を行ない焼成後の膜厚を
６Ｑ〜６Ｑμｍにするのが普通であるが、本発明による
絶縁ペーストは、焼結性に富んでいることから緻密な絶
縁層が得られるので２回の印刷を繰り返して３０〜４０
１１ｍの膜厚を形成するだけで十分な電気絶縁特性を得
ることができる。

実施例 実施例１ 以下、実施例にもとづき具体的に述べる。

まず、ガラス粉末原料は、５ｉ０２　、ム１２０ｓ　。

ＢａＣ０３１”２　ｃＯｓ　Ｉ　Ｋ２Ｏ１Ｌｉ２ｏ′（
ｉｌ＋用いた〇又、結晶質混合粉末の原料には、ム１２
０ｓ　、　５ｉｏ２゜ｕｇ□　　を用いた。

ガラス粉末の作製条件は、第１表に示すガラス組成にな
るように秤量し、ライカイ機にて混合後、白金ルツボに
入れ電気炉にて１３００〜１４００″Ｃの温度で溶融す
る。溶融後すばやく溶融ガラスを水中に投下してガラス
の固ｉ得た。これをライカイ機にて粉砕後さらにボール
ミルボットで粉砕。

乾燥してガラス粉末を作製した。又、結晶質混合粉末の
作製条件は、第１表に示す結晶質混合粉末の組成になる
よう秤量し、ボールミルボットにて混合後乾燥して作製
した。

以下余白 このようにして得たガラス粉末と結晶質混合粉末をそれ
ぞれ１：１の比率で秤量し、ボールミルポットにて混合
、乾燥してガラス粉末と結晶質粉末との混合粉末を作製
した。

次に、この混合粉末を用いて２ｏφの円板形状に５００
ｋｇ／ｃ４Ｏ圧力で加圧成形した後、１０００’Ｃ空気
中で焼成して気孔率測定用のサシプルを作製し、焼結性
をしらべた。その結果を第２表に示した。

以下余白 第２表　各組成における特性 又、上記混合粉末を有機ビヒクルとともに三段ロールで
混練してペースト化した。この絶縁ベーストと市販のＱ
ｕ導体ペーストとを用いて、焼結済のアルミナ基板上に
父互に印刷して導体３層、絶縁層２層の多層構造を形成
した後、１００ｏ″Ｃ窒素中雰囲気で焼成して絶縁抵抗
測定用のサンプルを作製した。このサンプルを用いて初
期の絶縁抵抗をしらべ、さらに温度ａｓ’ｃ、湿度８５
％の環境下で絶縁層間にＳＯＷの直流電圧を印加してＴ
ＨＢ試験を行なった。その結果を第２表に示した。

なお、上記多層構造のサンプルの絶縁層の印刷条件は、
２５０メツシユ、乳剤厚５μｍのステンレス製スクリー
ンを用いて一層あたり２回の印刷で行なった。このサン
プルの焼成後の絶縁層膜厚は３５〜４５μｍであった。

また、絶縁層をはさむＣｕ導体電極の対向面積は１−で
あった。

第２表に示した應１〜＆１８の試料は、ガラス粉末に加
える結晶質粉末の添加効果をしらべたものであるが、ム
１２０ｓを単独で添加するよりも人１２０ｓと５ｉ０２
　、Ｃａ□　、Ｍ（ＪＯなどを複合で添加する方が、気
孔率、絶縁抵抗が改善されることがわかった。例えば、
本発明のＡＳ、１２．１８の試料は気孔率が１％以下、
絶縁抵抗が４Ｘ１０”以上、又、ＴＨＢ１０００ｈｒ後
の絶縁低抵の変化率が小さくて、従来のム！２０３単独
添加のＡＩ。

７．１３の試料に比べてはるかに優れていることがわか
る。＆１９以後の試料は１、ガラス組成および結晶質混
合粉末の組成を変化させた試料の特性をしらべたもので
あるが、最適なガラス組成範囲は５ｉｏ２　ｓｏ　〜９
０　ｗｔ９Ｊ、　ＢｚＯｓ　５〜３０　ｗｔ％。

ム１２０ｓ　Ｏ，１〜１０ｗｔ％、酸化バリウム０．１
〜１゜ｗｔ％、酸化アルカリ金属０．０１〜６ｗｔ％　
であり、又、結晶質混合粉末の組成範囲としては、ム１
２０ｓ　９０〜９８　ｗｔ％＋　５１０２１〜５　ｗｔ
％　。

ｃａＱ　Ｏ６５〜２　ｖｒｔ％、　ＭｇＯ０，５〜４　
ｗｔ％　ｔ７）範囲が最適であることがわかった０ 実施例２ 実施例１ではガラス組成および結晶質混合粉末組成の最
適範囲をしらべたが、ここでは、ガラス粉末と結晶質混
合粉末との最適混合比率をしらべた。

まず、ガラス粉末と結晶質混合粉末を作製した０それぞ
れの組成は、第１表に示した屋４２の組成に力るよう実
施例１と同一の条件で行なって、ガラス粉末の組成ｅｓ
ｉｏｚ７０ｗｔ％、　Ｂ２Ｏ５２層ｗｔ％。

ＡｌｚＯ５５ｗｔ％、　ＢＮ２３　Ｗｔ、％ｓ　Ｎａ２
Ｏ１ｖｒｔチ。

Ｋ２Ｏ０，６ｗｔ％＋　Ｌｉ２Ｏ０，４ｗｔチにして、
結晶質混合粉末の組成をムＡｔｚＯｓ　９５ｗｔ％、Ｓ
ｉＱｚ２ｗｔ％、　ＣａＱ　１　ｗｔ％＊　Ｍｇ０２　
Ｗ　ｔ％にした。このようにして作製したガラス粉末と
結晶質混合粉末を重量比率でガラス粉末／Ｉｆａ品質混
合粉末が、３５　／　６５　、４０　／　６０　、４５
　／　５５　、５０１５０゜５５／４５　、ｅｓｏ／４
ｏ　、６５／３６になるように秤量して、実施例１と同
様の条件で混合、乾燥を行ないガラス粉末と結晶質粉末
との混合粉末を得た。この混合粉末を用いて実施例１と
同様の試験を行なった。試験用サンプルの作製条件およ
び試験方法は実施例１と同一条件で行なった０その結果
を第３表に示す〇 以下余白 表かられかるように、ガラス粉末と結晶質混合粉末との
混合比率は、ガラス粉末／結晶質混合粉末が４０〜６０
　／　６０〜４０　ｗｔ％　の範囲において本発明の効
果があることが明らかとなった。

発明の効果 本発明は、ホウ硅酸ガラスにム１ｒｚｏｓ　、　５ｉＯ
ｚ。

ＣａＱ　、　ＭｇＯなどの結晶質粉末の４成分を複合で
添加し、有機性ビヒクルとともに混練して得られた絶縁
ペーストを用いることによって焼結性にいちじるしい効
果があり、絶縁層一層あたｖ２回の印刷回数で、かつ膜
厚が３０〜４５μｍにおいても気孔率、電気絶縁抵抗に
優れた絶縁層を得ることが可能となりた。又、最適な組
成範囲としては、ガラス組成１ｉＳｉＯｚ６０〜９０ｗ
ｔ％＊Ｂ２０ｓ５〜３０ｗｔ％９人７１２０３０．１〜
１ｏｗｔ％、Ｂ２０３０．１〜１０ｗｔ％、酸化アルカ
リ金属０．０１〜６ｗｔ％　であり、結晶質混合粉末は
ム７１ｚＯｓ９０〜９８ｗｔ％、　５ｉＯｚ　１〜５　
ｗｔ％　、　ｃ＆ｏ　ｏ、ｓ　〜２ｗｔ％。

ＭｑＱ　０１５〜２ｗｔ％であり、ガラス粉末と結晶質
混合粉末との最適混合比率はガラス粉末／結晶質混合粉
末が４ｏ〜６０　／　６０〜４０ｗｔ％　であることが
明らかとなった。なお、本発明の効果は厚膜用絶縁ペー
ストに限ったものではなく、グリーンシート法にもこの
効果は期待できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　酸化ケイ素６０〜９０ｗｔ％、酸化ホウ素５〜３０ｗ
   ｔ％、酸化アルミニウム０．１〜１０ｗｔ％、酸化バリ
   ウム０．１〜１０ｗｔ％、酸化アルカリ金属０．０１〜
   ６ｗｔ％の組成範囲で総重量１００％となるように選ん
   だガラス組成物の粉末４０〜６０ｗｔ％と酸化アルミニ
   ウム９０〜９８ｗｔ％、酸化ケイ素１〜５ｗｔ％、酸化
   カルシウム０．２〜２ｗｔ％、酸化マグネシウム０．５
   〜４ｗｔ％の組成範囲で総重量１００％となるように選
   んだ結晶質混合物の粉末６０〜４０ｗｔ％とを総重量が
   １００％となるように混合して得られた粉末組成物を有
   機性溶剤と有機性バインダとともに混練して得た多層基
   板用絶縁ペースト。