(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体配線層とガラスセラミック絶縁層とが交互に複数積層されると共に、上記各導体配線層がＡｇ系導体よりなる接続ビアを介して導電接続され、かつ少なくとも表面に配設される導体配線層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上あるいはＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上とＡｇの合金からなるガラスセラミック多層基板において、少なくとも上記の表面に配設される導体配線層と他の導体配線層とを接続する接続ビアを、Ａｇと酸化ニッケルとで構成し、そのＡｇと酸化ニッケルとの重量比率をＡｇ／ＮｉＯ＝９８／２〜８０／２０の範囲内としたことを特徴とするガラスセラミック多層基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えばハイブリットＩＣ、マルチチップモジュール等に用いる低温焼成ガラスセラミック基板に関する。更に詳しくは、Ａｇ系ビアとＡｇ／ＰｄあるいはＡｕ等の外部導体配線の拡散により生じる導通不良をなくしたガラスセラミック多層基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、導体配線層とガラスセラミック絶縁層とを交互に複数積層し、その各導体配線層をＡｇ系導体よりなる接続ビアを介して導電接続するようにしたガラスセラミック多層基板は知られている。そのような多層基板は、例えばガラス粉末とセラミックフィラーの混合物から作製したグリーンシートに接続ビア形成用のスルーホールを形成してＡｇペースト等を充填すると共に、そのグリーンシート上にＡｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｕ等のペーストを用いて所望の導体配線を形成し、これを複数枚積層して８００〜１０００℃で焼成して得るものである。
【０００３】
上記のようなガラスセラミック多層基板において、最上層の導体配線（以下、外部導体配線という）には、半田への耐浸食性と、回路の短絡の原因となる湿中電界下におけるマイグレーションが発生し難いこと、およびワイヤボンディング性がよいこと、等が要求される。そのような外部導体配線として、例えばＡｇ配線は廉価であるが、上記のような要求品質を満足することができないため、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上あるいはＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上とＡｇの合金を用いることが多い。
【０００４】
一方、ガラスセラミック絶縁層間に配設される導体配線（以下、内部導体配線という）と、接続ビアは、上記絶縁層により基板内部に完全に内包され、湿中に置かれないためマイグレーションの発生するおそれが少ない。そのため、導電性が高く、しかも低価格であるＡｇを利用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように内部導体配線と接続ビアにＡｇを用い、外部導体配線にＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上、あるいはＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上とＡｇの合金を用いた場合には、外部導体配線を焼成する際に接続ビアのＡｇが外部導体配線中に拡散して接続ビアの厚みが減少し、接続部で断線あるいは接続不良が生じることが判明した。上記の断線や接続不良は、外部導体配線を接続ビアと同時あるいは別個に焼成しても発生した。
【０００６】
上記の問題を解決するには、外部導体配線の焼成温度を低く、例えば６００℃程度で焼成するのが効果的であるが、絶縁層と外部導体配線の密着性、耐半田侵食性、導電率が著しく悪化するため必ずしも充分な対策とはいえない。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、外部導体配線の特性を犠牲にすることなく、しかもＡｇを用いた接続ビアと外部導体配線とを良好に接続することのできるガラスセラミック多層基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明によるガラスセラミック多層基板は、以下の構成としたものである。
即ち、導体配線層とガラスセラミック絶縁層とが交互に複数積層されると共に、上記各導体配線層がＡｇ系導体よりなる接続ビアを介して導電接続され、かつ少なくとも表面に配設される導体配線層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上あるいはＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上とＡｇの合金からなるガラスセラミック多層基板において、少なくとも上記の表面に配設される導体配線層と他の導体配線層とを接続する接続ビアを、Ａｇと酸化ニッケルとで構成し、そのＡｇと酸化ニッケルとの重量比率をＡｇ／ＮｉＯ＝９８／２〜８０／２０の範囲内としたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
先ず、接続ビアを形成するのに用いるペーストについて説明する。接続ビアに用いる銀粉末は市販のものでよい。特に本発明を限定するものでないが、電子顕微鏡による写真から測定した平均粒径は２〜５μｍが好ましい。平均粒径が５μｍよりも大きいとペースト中のＡｇ粉末とビヒクルが分離しやすく保存性に難があり、平均粒径が２μｍより小さいと焼成収縮が大きくなり基板にクラックが発生しやすくなるからである。
【００１０】
また接続ビアに用いる酸化ニッケルとしては、酸化ニッケル源として、酸化ニッケルの他に、金属ニッケル、炭酸ニッケル、しゅう酸ニッケル、ニッケルレジネート等、焼成により酸化ニッケルになるものはすべて利用可能である。Ａｇ粉末との配合比率は、前述のように重量基準でＡｇ／ＮｉＯ＝９８／２〜８０／２０となるようにする。ＮｉＯが９８／２より少ないと、接続不良の解決が充分でなく、８０／２０より多いとＮｉＯが接続を妨害することがある。基板との焼結挙動を一致させるために、接続ビアにガラスや他の酸化物等を加えることができるが、本発明の効果には特に影響しない。しかし、接続ビアの導電率を悪化させない程度に極力少量にすることが好ましい。
【００１１】
上記のビヒクルの成分は特に限定されないが、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の樹脂を単独あるいは混合してターピネオール、ブチルカルビトール等の溶剤あるいはフタル酸ブチル等の可塑剤に溶解して作製する。ビヒクル量は、銀粉等固形分１００重量部に対して７〜１２重量部とすればよく、ペーストの粘度が３００〜５００Ｐａ・Ｓになるように適宜調整すればよい。そして前記のＡｇ粉末と酸化ニッケル粉末、および上記のビヒクルをスリーロールミル等を用いて混練し、ペースト状に作製する。
【００１２】
一方、内部導体配線を形成するペーストは、平均粒径０．５〜２μｍ程度のＡｇ粉末を接続ビアと同様のビヒクルとともに混練して作製すればよい。ビヒクル量は、Ａｇ粉末１００重量部に対して１８〜３０重量部とすればよい。
【００１３】
また外部導体配線を形成するペーストは、必要に応じてＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上の粉末あるいはＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔの一種以上とＡｇの合金粉あるいは混合粉の中から導電粉末を選択し、ガラスセラミック絶縁層と接合させるためのほうけい酸ガラス粉末とともに上述の内部導体配線ペーストと同様の方法で作成すればよい。そのほうけい酸ガラス粉末は市販品でよいが、軟化点５００〜７００℃程度で粒度３２５メッシュ以下のものが使用できる。
【００１４】
さらに、絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートは、ガラスセラミック粉末をスラリーに調整後、ドクターブレード等を用いて作製する。そのガラスセラミック粉末は、１０００℃以下で充分に焼結するものであれば何でもよく、ガラス粉末としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物等を含有するアルミノ硼珪酸ガラスで軟化点が６００〜８００℃の非晶質ガラス粉末、あるいは６００〜１０００℃で結晶化する結晶化ガラス等が使用できる。また、これにアルミナ、ジルコン、ムライト、コージェライト、アノーサイト、シリカ等のセラミックフィラーを混合してもよい。この場合、ガラス粉末とセラミックフィラーとの混合比率は、ガラスセラミック基板の坑折強度、誘電率、緻密性等の性能を勘案して調整されるが、一般的に重量比で約１：１が好ましい。
【００１５】
また上記スラリーは、ガラスセラミック粉末にバインダー、可塑剤、溶剤を加えて、ボールミルやアトライター等で混合して得られる。そのバインダーとしては、例えばポリビニルブチラール、メタアクリルポリマー、アクリルポリマー等を使用することができる。また可塑剤としては、フタル酸の誘導体等を使用することができ、溶剤としては、アルコール類、ケトン類、塩素系有機溶剤等を使用することができる。
【００１６】
上記のようにして作成したグリーンシートを、適当な大きさの外形寸法に切断し、金型あるいはレーザー等でスルーホールを形成する。次に上述の接続ビア用ペーストをスクリーン印刷等でスルーホールに充填する。そして所望のパターンに内部導体配線用ペーストを印刷する。これを必要層数繰り返す。次に印刷済のグリーンシートを積層してホットプレス機等で一体化し、焼成する。
【００１７】
そのホットプレス機等で一体化する際の圧力は、例えば５０〜３００ｋｇ／ｃｍ2 、温度は６０〜９０℃程度が好ましく、焼成は、例えば４５０〜６００℃程度に加熱して有機物を除去した後、１１００℃以下、例えば８００から１０００℃で行う。
【００１８】
次に、上記のようにして得られた焼成体の表面に、外部導体配線用ペーストを所望のパターンにスクリーン印刷し、ピーク温度８００〜９００℃で１０分間程度の厚膜焼成炉等で焼成してガラスセラミック多層基板を得ることができる。なお、外部導体配線は、最上層となるグリーンシートに印刷して積層後、あるいはホットプレスした積層体の表面に印刷して、一括で焼成することもできる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明によるガラスセラミック多層基板の具体的な実施例について説明する。
【００２０】
ガラスセラミック絶縁層を形成するためのガラスセラミック粉末として、下記表１に示す組成のガラス粉末（平均粒径２．２μｍ）と、アルミナ粉末（平均粒径１．７μｍ）を５０：５０の比率で混合した。
【００２１】
0003817758.tif 000002
【００２２】
上記の混合粉末１００重量部に対して、ボリビニルブチラール９重量部、フタル酸ジイソブチル７重量部、オレイン酸１重量部、イソプロピルアルコール４０重量部、トリクロロエタン２０重量部を加えてボールミルで２４時間混合してスラリーを製作した。そのスラリーをドクターブレード法で均して厚さ約２００μｍのガラスセラミックグリーンシートを形成した。
【００２３】
接続ビアを形成するに当たっては、上記のガラスセラミックグリーンシートに直径１００μｍのスルーホールを形成し、そのスルーホール内に接続ビア形成用のペーストをスクリーン印刷法によって充填した。その接続ビア形成用のペーストとしては、平均粒径２．４μｍのＡｇ粉末と酸化ニッケルとを種々の配合比率で混合し、その各混合物の合計１００重量部に対して、それぞれエチルセルロース６％のターピネオール溶液１８重量部を添加してスリーロールミルで混合したものを用いた。
【００２４】
また内部導体配線用ペーストは、平均粒径１．２μｍのＡｇ粉末１００重量部をエチルセルロース６％のターピネオール溶液２２重量部とともにスリーロールミルで混合して得た。そのペーストを前記のグリーンシートおよび接続ビア形成済みのグリーンシートに印刷して内部導体配線を形成し、それを乾燥した後、５枚積み重ね、１５０ｋｇ／ｃｍ2 、８５℃の条件で加圧成形した。なお最下部のグリーンシートは接続ビアが形成されていないものを用い、最上部のグリーンシートは導体配線が形成されていないものを用いた。
【００２５】
次に、上記の成形体をアルミナ製板上に置き、５２０℃、３時間加熱して有機物を除去し、次いで９００℃、１時間加熱して焼成した。そして最上部のグリーンシート（ガラスセラミック絶縁層）上に外部導体配線用ペーストを接続ビアに接するようにスクリーン印刷で塗布し、乾燥後ピーク温度８５０℃で１０分間の厚膜焼成炉で焼成した。なお、その外部導体配線用ペーストとしては、組成や重量比率の異なる種々の導電粉末を、前記の内部導体配線用ペーストと同様に調整したものを用いた。また前記のように加圧成形した積層体上に外部導体配線用ペーストを予め印刷し、それを上記と同様の条件で同時焼成したものも試作した。
【００２６】
さらに上記の実施例に対する比較例として、接続ビアをＡｇのみで構成したもの、およびＡｇと酸化ニッケルの配合比率が前記の本発明の条件を満たさないものについても上記と同様の要件で試作し、その比較例および前記の実施例について接続ビアと外部導体配線の接続性、および接続ビアの抵抗値を調べた。その結果を下記表２にまとめて示す。
【００２７】
【表２】
0003817758.tif 000003
【００２８】
なお上記表中の接続性については、接続ビアと外部導体配線の接合部の断面を電子顕微鏡で観察し、接合部に直径２０μｍ以上の孔のないものを○とした。また接続ビアの抵抗値は、Ａｇ粉のみから試作した場合の抵抗値と比較して１．５倍以内のものを○とした。
【００２９】
上記の表からも明らかなように、本発明に基づく実施例１〜１１のガラスセラミック多層基板は、接続ビアと外部導体配線との接続性が良好であり、しかも接続ビアの抵抗値は、Ａｇ粉のみで構成した場合と比較していずれも１．５倍以内で、充分に実用性があることがわかった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるガラスセラミック多層基板は、外部導体配線を８５０℃という高温で焼成してもＡｇを用いた接続ビアとの間に前述のような接続不良等が生じるのを回避できると共に、絶縁層と外部導体配線の密着性や耐半田侵食性のよい信頼性の高いガラスセラミック多層基板を提供できる等の効果がある。