(57)【要約】【課題】積層体の反りを抑制しつつ、接合強度の低下、導体抵抗の増大を防止できる導電性ペースト及びそれを用いた多層回路基板を提供する。【解決手段】本発明の多層配線基板１０は、複数のガラス−セラミック材料からなる絶縁層１ａ〜１ｈが積層されて成る積層体１と、積層体１の各絶縁層１ａ〜１ｈ間に形成された内部配線層４と、積層体１の表面に形成された表面配線層２と、各絶縁層１ａ〜１ｈの厚み方向を貫くビアホール導体３とを備え、表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４の内の少なくとも１つに、ＡｇまたはＡｇを主成分とする金属粉末と、Ｂａ（またはＢａとＣａの両方）を主成分とする有機金属化合物と、有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストを焼成して形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガラス−セラミック材料からなる絶縁層が積層されて成る積層体と、該積層体の各絶縁層間に形成された内部配線層と、前記積層体の表面に形成された表面配線層と、各絶縁層の厚み方向を貫くビアホール導体とを備えた多層回路基板であって、
前記内部配線層、表面配線層、ビアホール導体の内の少なくとも１つは、ＡｇまたはＡｇを主成分とする金属粉末と、Ｂａを主成分とする有機金属化合物と、有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストを焼成して形成されたことを特徴とする多層回路基板。
【請求項２】
前記導電性ペーストは、さらにＣａを主成分とする有機金属化合物を含んでいることを特徴とする請求項１記載の多層回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ペースト及びそれを用いた多層回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層回路基板は、複数の絶縁層が積層されて成る積層体と、積層体の各絶縁層間に形成された内部配線層と、積層体の表面に形成された表面配線層と、各絶縁層の厚み方向に所定内部配線層間、あるいは所定内部配線層と表面配線層との間を接続するビアホール導体とから構成されている。また、積層体の表面に配置した表面配線層には、ＩＣチップなどの各種電子部品が搭載されている。
【０００３】
上記積層体は、絶縁層となるセラミックグリーンシート上に、導電性ペーストをスクリーン印刷、乾燥することで、上記内部配線層、表面配線層、ビアホール導体となる導体が形成される。また、この導体を脱バインダ、焼成することで、内部配線層、表面配線層、ビアホール導体が形成される。
【０００４】
上記内部配線層、表面配線層、ビアホール導体としては、これらの導電率を高めて回路の高速化を行うために、金属成分がＡｇ単体またはＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金から成るＡｇ系材料が用いられている。また、絶縁層としては、Ａｇ系材料の融点以下の低温（９００〜１０５０℃）で焼成可能な材料として、ガラス成分とセラミック成分とから成るガラス−セラミック材料が用いられている。
【０００５】
しかしながら、上記多層回路基板では、図２に示すように、内部配線層、表面配線層、ビアホール導体となる導体は、積層体の焼成工程において、収縮開始温度は４００℃以下であるとともに、収縮終了温度が７５０〜８００℃程度となり（図中破線）、絶縁層となるセラミックグリーンシートの収縮挙動（図中実線）に合わず、例えば、上記導体の収縮終了温度（８００〜８５０℃）前後では、ガラス−セラミック材料のガラスの軟化や結晶化反応が行われるため、積層体に反りが発生してしまうという問題点があった。
【０００６】
そこで、導電性ペーストとして、ＡｇまたはＡｇを主成分とする金属粉末と、ＢａＯ、ＣａＯの少なくとも一方と、有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストを焼成して形成した多層回路基板が、特開平１１−３５３９３９号公報に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−３５３９３９号公報  （４−８頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報によれば、ＢａＯ、ＣａＯの融解温度は、内部配線層、表面配線層、ビアホール導体となる導体の収縮終了温度より高いため、焼成工程において、ＢａＯ、ＣａＯが導体中に均一に分散せず、積層体の反りを抑制するには限界があった。また、焼成工程におけるセラミックグリーンシートと導体の相互拡散が十分に行われず、絶縁層と、内部配線層、表面配線層、ビアホール導体のアンカー効果を十分働かせることができず、接合強度の低下、導体抵抗の増大という問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、積層体の反りを大幅に抑制しつつ、接合強度の低下、導体抵抗の増大を防止できる多層回路基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層回路基板は、複数のガラス−セラミック材料からなる絶縁層が積層されて成る積層体と、該積層体の各絶縁層間に形成された内部配線層と、前記積層体の表面に形成された表面配線層と、各絶縁層の厚み方向を貫くビアホール導体とを備えた多層回路基板であって、前記内部配線層、表面配線層、ビアホール導体の内の少なくとも１つは、ＡｇまたはＡｇを主成分とする金属粉末と、Ｂａを主成分とする有機金属化合物と、有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストを焼成して形成される。
【００１１】
また、この導電性ペーストには、Ｃａを主成分とする有機金属化合物を含んでいる。
【００１２】
【作用】
本発明の多層回路基板は、内部配線層、表面配線層、ビアホール導体の内の少なくとも１つは、ＡｇまたはＡｇを主成分とする金属粉末と、Ｂａ、Ｂａ及びＣａを主成分とする有機金属化合物とを含有する導電性ペーストを焼成して形成されるため、上記有機金属化合物が乾燥工程で融解し、内部配線層、表面配線層、ビアホール導体となる導体中に均一に分散することから、焼成後に積層体の反りを大幅に抑制することができる。また、焼成工程において、上記導体と絶縁層となるセラミックグリーンシートとの相互拡散が十分に行われ、内部配線層、ビアホール導体、表面配線層と絶縁層とのアンカー効果を十分働かせることができ、接合強度の低下、導体抵抗の増大を防ぐことができる。
【００１３】
ここで、脱バインダ時に、有機金属化合物中のＣ、Ｈ、Ｏ、Ｎ原子が燃焼分解し、焼成工程において、Ｂａ、Ｂａ及びＣａが酸化物の状態で存在することにより、Ａｇ単体の導電性ペーストを用いて焼成する場合に比較して、導体とセラミックグリーンシートの焼結挙動を近づけていると考えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多層回路基板を図面に基づいて説明する。なお、図番は、焼成の前後で区別しないことにする。
【００１５】
図１は本発明の多層回路基板を示す断面図である。
【００１６】
これらの図において、１０は多層回路基板、１は複数の絶縁層１ａ〜１ｈが積層されて成る積層体、２は表面配線層、３はビアホール導体、４は内部配線層、５は電子部品素子、６は回路構成部品である。
【００１７】
積層体１は複数の絶縁層１ａ〜１ｈからなり、１層あたり例えば４０〜３００μｍ程度の厚みを有し、その材質としては、セラミック成分と、ガラス成分（ガラス成分はセラミック成分の界面に存在したり、焼結助剤となる）から成る。具体的には、セラミック成分としては、例えばＡ１２Ｏ３、ＢａＯ−ＴｉＯ２系、ＣａＯ−ＴｉＯ２系、ＭｇＯ−ＴｉＯ２系などが選ばれる。また、ガラス成分としては、例えばホウケイ酸亜鉛、ホウケイ酸ビスマスなどのホウケイ酸アルカリ酸化物などのガラスから選ばれる少なくとも１種が用いられる。
【００１８】
積層体１表面には、表面配線層２が形成されている。また、各絶縁層１ａ〜１ｈの層間には、内部配線層４が形成されている。さらに、絶縁層１ａ〜１ｈには、各層の厚み方向に貫くビアホール導体３が形成されている。また、表面配線層２及び内部配線層４の厚みは８〜１５μｍ程度である。さらに、ビアホール導体３の直径は、ビアホール導体３となる貫通孔に導電性ペーストを充填後、絶縁層となるセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈを貫通孔内にあった導電性ペーストの一部が敷き紙側に落ちないようにするために、８０〜３５０μｍとしている。
【００１９】
表面配線層２は、ＡｇまたはＡｇを主成分とする金属粉末（Ａｇ単体、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金、以下Ａｇ系金属粉末とする）を主成分とし、所定回路網を構成するとともに、半田を介して接合される回路構成部品６の接続パッドとなったり、また、厚膜抵抗膜、厚膜コンデンサ素子の端子電極となる。
【００２０】
ビアホール導体３、内部配線層４は、Ａｇ系金属粉末を主成分とする。
【００２１】
上記表面配線層、ビアホール導体、内部配線層となる導体２、３、４は、絶縁層となるセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈ上に、導電性ペーストをスクリーン印刷、乾燥することで形成される。また、この導体２、３、４を脱バインダ、焼成することで、表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４が形成される。
【００２２】
本発明の特徴的なことは、表面配線層、ビアホール導体、内部配線層となる導体２、３、４を形成するための導電性ペーストは、Ｂａを主成分とする有機金属化合物を含有する。
【００２３】
また、上記導電性ペーストは、Ｂａ及びＣａを主成分とする有機金属化合物を含有する。
【００２４】
有機金属化合物としては、有機酸金属塩、金属アルコキシド、キレート化合物などが挙げられる。また、有機金属化合物は、固体の状態で導電性ペーストに添加するとともに、乾燥工程の初期段階で融解し、導電性ペースト中に均一に混合されるようにしても良く、Ａｇ系金属粉末表面に被覆されるようにしても良い。
【００２５】
さらに、Ａｇ系金属粉末の平均粒径は、２．０〜４．０μｍ、好ましくは２．５〜３．５μｍの範囲にあることが望ましい。すなわち、Ａｇ系金属粉末の平均粒径が２．０μｍ未満である場合、収縮開始温度が低下してしまうため、導体２、３、４とセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈの収縮挙動を一致させ、積層体１の反りを抑制するには限界がある。一方、Ａｇ系金属粉末の平均粒径が４．０μｍより大きい場合、緻密な表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４を得ることが困難になる。
【００２６】
また、導電性ペーストは、Ａｇ系金属粉末、有機金属化合物の他、有機ビヒクルを含有する。有機ビヒクルは、有機バインダ樹脂、有機溶剤を含有する。有機バインダ樹脂としては、印刷性状を良好にするという観点からは、エチルセルロースを用いることが好ましい。また、有機溶剤は、Ａｇ系金属粉末の分散性を良くするという観点からは、ペンタジオールイソブレードなどのアルコール系溶剤を用いることが好ましい。
【００２７】
次に、本発明の多層回路基板１０の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、絶縁層となるセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈの各積層体１領域に、ビアホール導体３となる貫通孔をパンチングによって形成する。
【００２９】
次に、これらの貫通孔が形成された各セラミックグリーンシート１ａ〜１ｈの下に、和紙、ＰＥＴフィルムなどからなる敷き紙を敷いておき、貫通孔にＡｇ系導電性ペーストを充填する。
【００３０】
一般には、ビアホール導体３となる導電性ペーストの粘度が高いほど、充填維持性は良好であるが、スクリーン印刷により導電性ペーストをこれらのビアホ−ル導体３となる貫通孔に充填する際に、充填しにくくなる。したがって、これらのビアホール導体３の充填性を良好にするためには、粘度が例えば５０００Ｐｏｉｓｅ以上と高い導電性ペーストを用い、上記スクリーン印刷による充填を２〜３回行うことが望ましい。
【００３１】
また、絶縁層の表面側となるセラミックグリーンシート１ａ上には表面配線層となる導体２をＡｇ系導電性ペーストの印刷・乾燥によって形成する。さらに、絶縁層となるセラミックグリーンシート１ｂ〜１ｈ上には、内部配線層となる導体４をＡｇ系導電性ペーストの印刷・乾燥によって形成する。
【００３２】
次に、このような絶縁層となるセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈを敷き紙上から外し、積層順に応じて積層後、一体化して大型積層体を形成する。
【００３３】
次に、未焼成状態の大型積層体に、各積層体領域を区画するように分割溝を形成する。
【００３４】
次に、未焼成状態の大型積層体を焼成処理する。
【００３５】
これにより、複数の積層体１が連接された焼成後の大型積層体が得られることになる。
【００３６】
そして、電子部品素子５をダイアタッチ接合させるとともに、ＡｌまたはＡｕのボンディングワイヤなどにより、各積層体１領域の表面配線層２に接合する。
【００３７】
この後、各積層体１領域の表面に、厚膜抵抗素子、各種回路構成部品６を半田などで接合・実装を行う。このようにして、焼成後の大型多層回路基板を得る。
【００３８】
最後に、各積層体１を区画する分割溝に沿って分割処理を行う。これにより、大型多層回路基板からは、図１に示す複数の多層回路基板１０が抽出されることになる。
【００３９】
かくして、本発明の多層回路基板１０は、表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４が、Ａｇ系金属粉末と、Ｂａ、Ｂａ及びＣａを主成分とする有機金属化合物とを含有する導電性ペーストを焼成して形成されるため、上記有機金属化合物が乾燥工程で融解し、表面配線層、ビアホール導体、内部配線層となる導体中２、３、４に均一に分散することから、焼成後に積層体１の反りを大幅に抑制することができる。また、焼成工程において、上記導体２、３、４と、絶縁層となるセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈとの相互拡散が十分に行われ、表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４と絶縁層１ａ〜１ｈとのアンカー効果を十分働かせることができ、接合強度の低下、導体抵抗の増大を防ぐことができる。
【００４０】
ここで、脱バインダ時に、有機金属化合物中のＣ、Ｈ、Ｏ、Ｎ原子が燃焼分解し、焼成工程において、Ｂａ、Ｂａ及びＣａが酸化物の状態で存在することにより、導体２、３、４とセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈの焼結挙動を近づけていると考えられる。
【００４１】
また、導体２、３、４となる導電性ペーストが、Ｂａを主成分とする有機金属化合物を含有する場合、図２に示すように、Ａｇ系金属粉末のみを含有する場合に比べて、収縮開始温度がセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈに近づくとともに、収縮開始温度と収縮終了温度の差が小さくなる（図中一点鎖線）ため、セラミックグリーンシート１ａ〜１ｈの収縮開始温度から収縮終了温度において、導体２、３、４が収縮する量をセラミックグリーンシート１ａ〜１ｈが収縮する量に近づけることができ、積層体１の反りをさらに効果的に抑制できる。
【００４２】
一方、導体２、３、４となる導電性ペーストが、Ｂａ及びＣａを主成分とする有機金属化合物を含有する場合、図２に示すように、セラミックグリーンシート１ａ〜１ｈと導体２、３、４の収縮挙動を全体的に近づけることができる（図中点線）ことから、積層体１と、表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４のアンカー効果を十分働かせることができ、接合強度の低下、導体抵抗の増大をさらに効果的に防止できる。
【００４３】
さらに、本発明の多層回路基板１０は、導電性ペーストにガラス成分を含有しなくても、表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４中のＢａ、Ｃａが絶縁層１ａ〜１ｈとの界面に析出するとともに、絶縁層１ａ〜１ｈ中のガラス成分とアンカー効果により、強固な結合を形成する。すなわち、本発明の多層回路基板１０は、導電性ペーストにガラス成分を含有しなくても済むため、表面配線層２の半田濡れ性が向上するという効果もある。
【００４４】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【００４５】
本発明者は、本発明の多層回路基板１０として、平均粒径３μｍのＡｇ粉末１００ｗｔ％に、Ｂａ、Ｂａ及びＣａを主構成金属元素とするカルボン酸塩を夫々Ｂａの酸化物換算で０．１ｗｔ、Ｂａ及びＣａの酸化物換算で０．０５ｗｔずつ添加させた導電性ペーストを形成して焼成することにより、表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４を形成した。比較例の多層回路基板１０として、平均粒径３μｍのＡｇ粉末１００ｗｔ％に、ＢａＯ、ＢａＯ２、ＣａＯを０．１ｗｔ添加させた導電性ペーストを形成して焼成することにより、表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４を形成した。
【００４６】
得られた試料について、積層体１の反り、及び積層体１と表面配線層２との接合強度、導体抵抗（シート抵抗）を測定した。
【００４７】
積層体１の反りは、積層体１のうち、１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲について測定した。
【００４８】
積層体１と表面配線層２との接合強度は、表面配線層２に半田付けされたφ０．６ｍｍの各ボンディングワイヤＷを垂直方向に２０ｍｍ／分の速度で引っ張り、各ボンディングワイヤＷが表面配線層２の一部とともに表面配線層２から剥がれ、外れた際の引っ張り強度を調べた。
【００４９】
導体抵抗は、長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）が１００：１の寸法関係（Ｌ／Ｗ＝１００／１）を有するパターンとされた表面配線層２上の２点を、周知の４端子法（ホイートストンブリッジを用いた抵抗値測定方法）によって測定し、膜厚換算によって求めた。
【００５０】
測定の結果、０．１ｗｔ％のＢａを主成分とする有機金属化合物を添加した導電性ペーストを用いた本実施例では、積層体１の反りは２．０ｍｍ以下、積層体１と表面配線層２との接合強度は３．０ｋｇｆ以上、表面配線層２の導体抵抗は１．５ｍΩ／□以下となった。
【００５１】
また、０．０５ｗｔ％のＢａ、及び０．０５ｗｔ％のＣａを主成分とする有機金属化合物を添加した導電性ペーストを用いた本実施例では、積層体１の反りは２．５ｍｍ以下、積層体１と表面配線層２との接合強度は４．０ｋｇｆ以上、表面配線層２の導体抵抗は１．５ｍΩ／□以下となった。
【００５２】
これに対し、ＢａＯ、ＢａＯ２、ＣａＯを添加した導電性ペーストを用いた比較例では、積層体１の反りは２．５μｍより大きくなり、積層体１と表面配線層２との接合強度は３．０ｋｇｆ未満、表面配線層２の導体抵抗は１．５ｍΩ／□より大きくなった。
【００５３】
また、本発明及び比較例の導電性ペーストを、多層回路基板１０の表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４のうちの１つまたは２つに用いた場合も、同様の結果が得られた。
【００５４】
これらの結果から、本発明の導電性ペーストは、Ａｇ系金属粉末と、Ｂａ（またはＢａとＣａの両方）を主成分とする有機金属化合物と、有機ビヒクルとを含有するため、多層回路基板１０の表面配線層２、ビアホール導体３、内部配線層４の内の少なくとも１つを形成するために用いた場合、積層体１の反りを抑制しつつ、接合強度の低下、導体抵抗の増大を防止できることがわかった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の多層回路基板は、内部配線層、表面配線層、ビアホール導体の内の少なくとも１つは、ＡｇまたはＡｇを主成分とする金属粉末と、Ｂａ、Ｂａ及びＣａを主成分とする有機金属化合物とを含有する導電性ペーストを焼成して形成されるため、上記有機金属化合物が乾燥工程で融解し、内部配線層、表面配線層、ビアホール導体となる導体中に均一に分散することから、焼成後に積層体の反りを大幅に抑制することができる。また、焼成工程において、上記導体と絶縁層となるセラミックグリーンシートとの相互拡散が十分に行われ、内部配線層、ビアホール導体、表面配線層と絶縁層とのアンカー効果を十分働かせることができ、接合強度の低下、導体抵抗の増大を防ぐことができる。
【００５６】
ここで、脱バインダ時に、有機金属化合物中のＣ、Ｈ、Ｏ、Ｎ原子が燃焼分解し、焼成工程において、Ｂａ、Ｂａ及びＣａが酸化物の状態で存在することにより、上記導体とセラミックグリーンシートの焼結挙動を近づけていると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性ペーストを用いた多層回路基板の断面図である。
【図２】絶縁層となるセラミックグリーンシート及び表面配線層、ビアホール導体、内部配線層となる導体の焼成時の収縮挙動の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
１０            多層回路基板
１              積層体
１ａ〜１ｈ      絶縁層
２              表面配線層
３              ビアホール導体
４              内部配線層
５              電子部品素子
６              回路構成部品
【図１】
2004296938.tif 000003
【図２】
2004296938.tif 000004