JPH1192256A

JPH1192256A - 無機基板用導体、導体用ペースト及びこれを用いた無機多層基板

Info

Publication number: JPH1192256A
Application number: JP25530797A
Authority: JP
Inventors: Osamu Inoue; 修井上; Yasuhiro Sugaya; 康博菅谷; Koichi Hirano; 浩一平野; Junichi Kato; 純一加藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1999-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】無機多層配線基板において、空隙や断線が無
く、ビア孔にもしっかりと密着し、かつ従来よりも低抵
抗なビア用導体および層間用導体を提供する。【解決手段】主成分として金属を６０〜９９. ９５重
量％と、副成分として、窒化物、炭化物、硼化物の少な
くとも１種類以上０. ０５〜１０重量％と、酸化物ガラ
スを３５重量％以下とを含む導体材料粉末にを少なくと
も有機バインダーと溶剤とからなる有機ビヒクル成分に
混練した導体ペーストを調製する。ガラス質又はセラミ
ック質絶縁層シートにビア孔を設けて、このペーストを
充填した後、配線パターン印刷を施し熱圧着して積層体
を形成し、後、この積層体に焼成をして積層体とその導
体材料とを同時に焼結をして、無機多層配線基板を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩ、ＩＣやチ
ップ部品を搭載し実装するための無機多層配線基板に形
成される配線用導体に関するものであり、さらに、この
ような配線用導体の形成のために使用される導体用ペー
ストに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣ等を実装する多層配線基板に
は、アルミナ等のセラミックス材料やガラス材料を主体
とした無機系基板が、一般に耐熱性が高く、熱伝導性が
高く、熱膨張性が低く、及び信頼性が高いといった優れ
た特性を有するので、幅広く用いられている。

【０００３】無機多層基板の製造において重要なポイン
トは、基板がセラミックスやガラス、あるいはその混合
物から形成したグリーンシートを高温での焼成すること
によって作製されるが、焼成中の焼結に伴って基板が収
縮することである。この収縮によって、基板に寸法誤差
が生じ製品歩留りが低下する。この問題を克服するため
に、厚み方向だけに収縮して平面方向には収縮し難い無
機系多層基板が提案されている（特開平５−１０２６６
６号等）。

【０００４】基板の焼結収縮によるもう一つの問題点
は、基板とその内部に形成される配線用導体との焼結温
度や収縮率の違いである。多層基板に形成される配線用
導体は、最外層の表層上や相接する２つの絶縁層の間に
パターン配線される皮膜状の導体（表層の導体も含め
て、以下単に、層間導体という）と、絶縁層の層内を貫
通するビア孔に充填されて上下の層間導体と接続するビ
ア導体と、に分けられる。

【０００５】これらの配線用導体を含む無機系多層基板
の一般的な作製法の一例を、以下に示すと、まず、焼成
に先立って、所定形状の絶縁性無機材料のグリーンシー
トにその所定の位置に貫通孔を形成し、この孔を導電用
の金属粉末を含む導電材料あるいはその導体材料を含む
ペーストで充填する。次に、このグリーンシート上に、
厚膜印刷技術等を適用して、導体材料あるいはそのペー
ストでパターン形成を行う。しかる後、これらのグリー
ンシート数枚を積層して一体化し、焼成することによっ
て、上記の配線用導体を一体に形成した多層配線基板が
作製される。

【０００６】以上のような方法では、配線用導体と絶縁
性無機基板とは同時焼成によって形成されるが、同時焼
成の際に両者の焼結の開始ないし終了温度や焼結後の収
縮率に差があると、両者の間に剥離が生じたり、層間導
体やビア導体が切断されたり、ビア導体内部に空隙が発
生したりして、積層基板に対する接続信頼性が著しく低
下してしまう。これを防ぐため、導体材料には、金属以
外に、ガラス成分とその他のフィラーが添加されるのが
一般的である。ガラス成分は、比較的低温で軟化するの
で、絶縁性無機基板と配線用導体との間に接着力を生じ
させる役割を持つが、このガラス添加によって、導体の
焼結温度が絶縁性無機基板の焼結温度に比べて低下して
しまい、これにより、導体が基板よりも先に焼結して、
導体中に空隙が生じたり、基板材料と部分的に剥離する
と言う問題があった。そこで、導体の焼結温度の低下を
防ぐために、フィラーとして、比較的難焼結性のアルミ
ナ等が添加され、導体材料の焼結温度及び収縮率の制御
がなされていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のガラスとその他のアルミナなどの添加物は、絶縁体で
あるため、これらを導体材料に加えることは、必然的に
導体の抵抗を上昇させるという問題点があった。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、無機多層基板の配線用に利用される導体
であって、焼結過程で、断線、内部ボイドや基板からの
剥離等の欠陥がない配線用導体を提供することを目的と
するものである。また、本発明の他の目的は、焼成過程
での導体の上記欠陥が防止できて、同時に、できるだけ
低い電気抵抗を有する配線用導体を提供することであ
る。

【０００９】さらに、本発明の他の目的は、焼成工程で
無機多層基板と同時に導体を焼結する過程での上記導体
での欠陥を防止し、且つ、導体の電気抵抗を低下するこ
とのできる導体用ペーストを提供することである。本発
明は、さらに、このような焼結による導体を利用した無
機多層基板を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の配線用導体は、
無機多層基板の配線に利用される導体であって、概して
言えば、導電用の金属と、窒化物、炭化物、硼化物等の
非酸化物系の高融点物質と、を含む焼結体である。この
導体は、導体の焼結温度より高い焼結温度の無機基板に
使用され、導体材料を含むペーストを無機多層基板に塗
着充填し、該基板の焼成に際して導体材料を同時に焼結
させて成形し、焼結された導体中の金属が導電性を発現
するものである。

【００１１】非酸化物系の高融点化合物は、その添加量
により、導体の焼結温度を高めるように制御するもので
あり、少量の添加により、導体の比抵抗を上昇させない
で、焼結した導体の焼結過程で発生する上記欠陥を有効
に防止する作用がある。即ち、非酸化物系の高融点物質
が、比較的少量の添加で、導体全体の焼結温度を高め
て、無機多層基板材料の焼結とほぼ同時に焼結するよう
に焼結温度と時期を制御することを可能にし、焼結過程
で生じ易い当該基板の収縮と焼結した導体の収縮との差
を極力減少させ、収縮差に伴う両者の間の剥離や隙間の
生じるのを防止し、導体がより多く収縮する場合に生じ
やすい導体の断線等の欠陥を防止するのである。

【００１２】本発明において、非酸化物系の高融点化合
物の用語は、無機基板の焼成温度においても溶融しない
で導電用の金属粒子を含む焼結材料の焼結温度を高温側
に移行させる焼結特性を有する物質をいうものとし、こ
こには、酸化物を包含しないものとする。このような非
酸化物系の高融点化合物には、典型的には、窒化物、炭
化物、硼化物が利用される。もっとも、導体には、非酸
化物高融点物質とともに、酸化物ガラスやアルミナ等の
高温酸化物を含有するのを除外しない。

【００１３】本発明の導体は、具体的には、導電用金属
６０〜９９．９５重量％と、窒化物、炭化物、硼化物等
の非酸化物系の高融点物質０. ０５〜１０重量％と、酸
化物ガラスを３０重量％以下を含む組成が選ばれる。

【００１４】焼結導体中の酸化物ガラスは、任意的成分
であるが、それが存在する場合には、配線用導体と無機
多層基板との接着性ないしは密着性を良好にし、導体の
剥離やビア導体内部の空隙を有効に防止する作用があ
る。

【００１５】高融点物質及び必要な酸化物ガラスの添加
量は、選ばれた無機多層基板の焼結温度と焼結性と、選
ばれた導体用金属の焼結性に応じて、上記の組成範囲内
から、欠陥のない健全で比抵抗の低い導体になるように
決めることができる。

【００１６】本発明の配線用導体は、無機多層基板の各
絶縁層上にパターン形成した層間導体として利用し、ま
た、好ましくは、各絶縁層を表裏に貫通して層間導体の
間を接続するビア導体として利用することができる。

【００１７】本発明は、また上述の配線用導体を形成す
るための導体用ペーストも提供するもので、このペース
トを構成する導体材料は、導電用金属と、窒化物、炭化
物、硼化物等の非酸化物高融点化合物の少なくとも１種
類以上と、任意成分として酸化物ガラスとから成るもの
である。この導体材料は、上記導体組成に予め配合さ
れ、樹脂バインダー中に配合混練されて、導体用ペース
トとされる。導体用ペーストは、後述するように各絶縁
層に塗着ないし充填され、各絶縁層を重積してグリーン
シート積層体として後、焼成されて、一体に基板中に導
体が形成される。

【００１８】本発明の導体用ペーストにおいては、導体
材料に、上記金属と共に又は該金属に代えて、その前駆
体を利用するとができる。ここに、前駆体とは、基板の
焼成過程で何らかの化学的変化により単体金属に変換し
得る化合物をいう。具体的には、前駆体には、基板の焼
成過程で、還元性ガス、例えば、水素又は一酸化炭素に
より容易に金属に還元され得る物質があり、その金属の
酸化物、水酸化物、炭酸塩、その他の金属塩を含む。ま
た前駆体には、基板の焼成過程で、熱分解を伴って、金
属に変換され得る物質があり、例えば、有機金属が含ま
れる。

【００１９】金属の前駆体を含有する導体材料又はその
ペーストは、無機多層基板の焼成工程で、その焼結過程
と同時に又は先立って金属に変換する段階を設けて、そ
の金属が焼結過程で焼結した導体とするものである。

【００２０】さらに本発明の多層基板は、無機絶縁材料
からなる絶縁層と上記の導体用ペーストよりなる導体を
少なくとも有することを特徴とする。特に、無機多層基
板としては、無機絶縁材料からなる絶縁層と前記の導体
ペースト組成物とを少なくとも有するグリーン積層体の
両面もしくは片面に、焼成処理では焼結しない無機組成
物を含んだ難焼結性のグリーンシートを積層した後、焼
成処理を行い、その後焼結しない難焼結シートを取り除
いて得られることが望ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の導体が使用される
多層無機基板について、その基板を構成する無機絶縁材
料は特に限定されず、基板の放熱性や強度、その製造コ
ストを考慮して、適宜決定される。無機絶縁材料には、
ガラス系又はセラミック系があり、ガラスとセラミック
スの混合系も使用可能である。

【００２２】ガラス系基板は、焼結温度を下げることが
できるので、基板製造コストの低減に有利である。無機
絶縁材料に使用されるガラスとしては、結晶化ガラス系
では、例えば、ほう珪酸ガラス、ほう珪酸鉛系やほう珪
酸カルシウム系などのほう珪酸塩系ガラスなどが利用さ
れ、また、非晶質ガラス系では、例えば、珪酸塩ガラス
やアルミノ珪酸塩ガラスなどが使用できる。

【００２３】他方、セラミック系基板は、焼結温度は高
いが、基板のエネルギー損失が小さく、熱伝導性が良好
になるという長所がある。このようなセラミックとして
は、例えば、アルミナなどが使用できる。

【００２４】焼結導体及び導体材料中の主成分たる導電
性金属には、上記の無機多層基板の焼結温度で焼結可能
であって、良好な導電性を有するものであれば、特に限
定されないが、好ましくは、銅、銀、金、パラジウム、
白金、若しくは、ニッケル、又はそれらの合金が使用さ
れる。これらの金属から、基板の作製方法や使用状態に
応じて適宜選択すればよいが、特に銅と銀が、その金属
自体の比抵抗が特に小さいので、好ましく使用される。

【００２５】導体中の金属の含有量は、必要な導電性と
緻密性に応じて適宜決定すればよいが、導体中に６０重
量％以上であることが好ましい。金属の量が少なすぎる
と導電性が悪くなる。

【００２６】本発明の導体には、このような金属と共
に、少量の窒化物、炭化物、硼化物等の非酸化物系高融
点物質が添加される。この高融点物質は、無機多層基板
の焼結温度では溶融軟化せず、焼結導体の焼結温度を上
昇させるものが利用される。この高融点物質は、周期律
表のIVａ族、 IIIｂ族、IVｂ族、の窒化物、炭化物、硼
化物が利用され、例として、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＺｒＣ、
ＢＮ、Ｂ₄Ｃ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄等が挙げら
れる。また、 Vａ族からVIII族に至る遷移金属の窒化
物、炭化物、硼化物も利用可能であり、これには、例え
ば、ＴａＢ₂、ＷＣ等がある。非酸化物系高融点物質
は、上記化合物の中で、特に、ＴｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣが
好ましい。導電用金属として銅又は銀に対して高融点物
質ＴｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣの組合せが好ましく採用され
る。

【００２７】高融点化合物の配合量は、焼結導体中に
０. ０５〜１０重量％の範囲とするのが適当で、０. ０
５重量％未満では、添加量が少なすぎて、導体の焼結の
温度は、導体用金属およびこれに添加される酸化物ガラ
スの焼結により決まり、その焼結温度が基板の焼結温度
より低い導体では、基板の焼結に先行して導体の金属又
は酸化物ガラスの焼結が進行するので、収縮による導体
の断線を生じやすくなり、導体の欠陥を防止し得ない。
高融点化合物が１０重量％を越えると、導体の焼結温度
が高くなり過ぎて、基板焼結温度では焼結不充分となり
基板焼結完了時に導体は焼結不十分のまま残るので、層
間導体が基板から剥離したり、ビア導体の場合には基板
から突出したりしてしまい、また、導体にボイド（気
孔）を残して多孔質となり易いからである。

【００２８】導体中における非酸化物系高融点物質の含
有量は、上記の範囲で、導電用金属の種類と基板の絶縁
相材料の種類を考慮して、導体の焼結が基板材料の焼結
とほぼ一致し、かつ導体の基板との接着性が生じるよう
に選択される。

【００２９】また、上記の非酸化物系の高融点化合物と
共に、従来用いられている酸化物系ガラスやアルミナ等
の酸化物を含有することも可能である。酸化物ガラス成
分としては、無機多層基板の絶縁層材料の焼結温度より
も低い温度で軟化するものが利用され、結晶化ガラス、
非晶質ガラスの何れも用いることが可能であり、例え
ば、ほう珪酸ガラス、ほう珪酸鉛ガラスやほう珪酸カル
シウムなどのほう珪酸塩系ガラスなど、珪酸塩ガラスや
アルミノ珪酸塩ガラスなどが使用できる。

【００３０】酸化物ガラス成分が０〜３０重量％であ
り、ガラス成分は、多層基板の内層あるいは表層導体の
場合には添加しないとすることも可能な場合がある。ビ
ア導体では、ガラス成分をある程度含ませないと、基板
側のビア壁との接着性が悪くなる。他方ではガラス成分
が多すぎると導体抵抗が高くなる。

【００３１】上記の焼結導体を形成するために、焼結後
に上記焼結導体組成が得られるように導体材料の組成が
調製され、この導体材料を樹脂バインダーと混練して、
ペーストに調製される。このペーストは上記の基板を形
成するためのグリーンシートに所要の形態で塗着又は充
填されて多層グリーンシートを最終的に焼成することに
よって、多層基板中に焼結導体が形成される。

【００３２】導体材料は、焼結したあと焼結導体と基本
的に同じ組成であるが、金属が酸化し易いものであると
きは、特に、その金属の前駆体が好ましく利用される。
前駆体の例には、金属銅に対して酸化銅、金属ニッケル
に対して酸化ニッケルなどがある。例えば、導電用金属
としての金属銅は、低価格で耐マイグレーション性に優
れた導体材料であるが、焼成時に酸化されやすい。この
ため導体ペースト中の金属への前駆体として酸化銅を主
体に用い、焼成時に還元段階を設けてメタライズ処理
（金属化処理）をして導電性の良好な金属銅とすること
で、従来のような酸化防止のための複雑な雰囲気調整や
温度調整が必要でなく、比較的容易に基板を作製するこ
とができる。

【００３３】但し、すべて酸化銅とすると、還元時の体
積減少によって、導体中にボイドが生じやすくなるの
で、金属銅との混合物とすることが望ましい。そこで、
導電用金属の銅に対して、前駆体には、水素還元容易な
酸化銅を利用し、この場合には、金属銅と酸化銅との混
合比率を、金属銅に換算して重量比で、５：９５〜３
０：７０の範囲内であることが望ましい。

【００３４】有機バインダーとしては、有機ビヒクル成
分としては特に限定されないが、例えばエチルセルロー
ス系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアクリル系
樹脂などが使用でき、溶剤としてはテルピネオールなど
のアルコール類やケトン類などが使用できる。また適宜
可塑剤や界面活性剤を添加してもよい。ペーストの混練
方法としては特に限定はなく、例えば３本ロールミルや
ボールミルなどが使用できる。

【００３５】次に、本発明の焼結導体を形成する方法に
ついて説明する。金属および／またはその前駆体粉末
と、窒化物、炭化物、硼化物の少なくとも１種類以上の
粉末と、必要ならば酸化物ガラス粉末とを、少なくとも
有機バインダーと溶剤とからなる有機ビヒクル成分中に
十分に混合・混練して内層用導体ペーストを調製する。
同一組成、あるいは組成比を若干変えて、同様にビア導
体用ペーストを調製する。

【００３６】他方、絶縁層用の無機絶縁材料を有機バイ
ンダーと十分に混合・混練してスラリーを調製し、ベー
スフィルム上にこのスラリーを引きのばしてシート状に
形成した後、これを乾燥して、グリーンシートとする。

【００３７】このグリーンシートにビア孔加工を施す。
その後、ビア用導体ペーストをグリーンシートのビア孔
に充填する。次に内層用導体ペーストを用いて、グリー
ンシート上に配線パターンを印刷した後、これらのグリ
ーンシートを積層して積層体を形成する。次に、得られ
た積層体を加熱炉内で、先ず脱バインダー処理して有機
成分を揮発ないし燃焼させ、その後、前駆体の還元のた
めメタライズ処理を施して、金属還元した後、絶縁層材
料の焼結温度に昇温して所要時間保持する焼成処理を施
して放冷して、無機多層基板を得る。

【００３８】なお、このグリーン積層体の両面あるいは
片面に、絶縁シートの焼成時に焼結しない難焼結性の無
機組成物を含んだグリーンシートを積層しても良い。こ
の難焼結性のシートを積層した場合は、焼成放冷後に、
その難焼結性シートを剥離して、無機多層基板を得る。

【００３９】焼結後の無機多層基板の寸法バラツキは製
品歩留まりを低減させる。そこで、グリーンシート積層
体の両面もしくは片面に、焼成処理では焼結しない無機
組成物を含んだグリーンシートを積層して作製した無機
多層基板においては、焼成時に厚み方向だけに収縮し平
面方向には収縮しないため、平面方向にも収縮する無機
多層基板に比べ、一般にビア導体とビア孔内部との密着
性を高めることが困難であるが、その場合にも、本発明
の導体をビア用に用いると、低抵抗でかつビア孔との密
着性に優れたビア導体が形成できる。なお、内層導体用
ペーストとビア導体用ペーストは、同一組成のものを用
いることも可能であるが、一般的には、ビア導体は基板
との剥離やボイドが生じやすいので、ガラス成分を多め
にした方が良い。

【００４０】無機絶縁材料のグリーンシートの作製方法
は、例えばドクターブレード法やカレンダ法、ロールコ
ーター法などが使用でき特に限定されない。またシート
を保持するベースフィルムとしては、例えばポリエチレ
ン系樹脂やポリエステル系樹脂、紙などが使用できる。
さらに、絶縁シートにビア孔加工を施す方法としては、
例えばパンチングやレーザー加工などが使用できる。

【００４１】上記焼成処理の雰囲気は、脱バインダー段
階、メタライズ段階、焼成段階などの処理目的に応じて
適宜選択されるが、例えば、脱バインダー段階では、窒
素や特に有機物の燃焼のため空気とし、メタライズ段階
を含む場合は水素を含む還元性雰囲気とし、焼成段階で
は、そのまま還元性雰囲気としてもよいし、窒素、二酸
化炭素あるいは空気とそれらの混合ガスとしてもよい。

【００４２】

【実施例】本発明の具体的実施例を、以下に、導体材料
中の金属成分として、最も低い比抵抗の銅または銀を用
いる場合で示す。導体材料中の銅または銀は融点が低い
ため、無機絶縁材料としては、低温で焼結できるもので
ある必要性がある。このため、無機絶縁材料として、ガ
ラス−アルミナ混合系のガラスセラミックスを選んだ
が、本発明はこれに限定されるものではない。

【００４３】〔実施例１〕導体には、導体中の導電用金
属として銀を選び、絶縁層材料として、焼結温度約９０
０℃のガラス−アルミナ混合の絶縁材料を選び、各種の
窒化物、炭化物、硼化物の効果を調べた。導体ペースト
の原料として、銀、ガラス、各種の窒化物、炭化物、硼
化物の粉末を、表１の重量配合で混合し、有機バインダ
ーとしてエチルセルロース系樹脂を、溶剤としてのテル
ピネオールを適当量加え、３本ロールで十分に混合、混
練して導体用ペーストを調製した。比較のため、窒化
物、炭化物、硼化物に代えてアルミナを用いたものも準
備した。

【００４４】無機多層基板を形成するため、絶縁層スラ
リーの原料として、上記のガラス−アルミナ混合の絶縁
材料７０％（重量％、以下同じ）、バインダーとしてブ
チラール系樹脂＋ベンジルブチルフタレート１５％、及
び、溶剤としてのブチルカルビトールを１５重量％を、
ボールミルで十分に混合、混練した後、脱泡し、絶縁体
スラリーを調製した。この絶縁体スラリーを用いて、表
面に離型処理を施したベースフィルム（ポリフェニルサ
ルファイド）上にドクターブレード法で厚み約２００μ
ｍの絶縁層シートを形成した。難焼結性グリーンシート
のために、ガラスセラミック粉末の代わりにアルミナ粉
末を用いて、上記と同様にしてアルミナスラリーを調製
し、ベースフィルム（ＰＥＴ）上にアルミナシートを形
成した。

【００４５】次に、絶縁層シートの所定箇所にφ０．２
ｍｍのビア孔をパンチングにより穿孔し、必要枚数の絶
縁層シートのビア孔に導体ペーストを充填した後、ベー
スフィルムをはがして絶縁層シートを積層し、その両側
をアルミナシートで挟み、８０℃で熱圧着して積層体を
得た。

【００４６】得られた積層体を加熱炉内の大気中６００
℃で脱バインダー処理した後、さらに９００℃にて焼成
した。その後焼結体の両側のアルミナを除去し、無機多
層基板を得た。こうして得られた無機多層配線基板のビ
ア導体の状態観察をし、良好なものについては、導体抵
抗を評価した。結果を表１に示した。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１より明らかなように、ビア導体の状態
を観察すると、第３成分を用いなかった試料、アルミナ
を用いた試料、ガラス２５％＋アルミナ１５％の試料を
除き、いずれも導体中にボイドが生じて多孔状態となる
ビア導体不良となった。ガラス２５％＋アルミナ１５％
の試料は、状態は良好であったが、比抵抗値が高かっ
た。これに対して、炭化物、硼化物、窒化物を適当量用
いたものは、ビア状態も良好で、かつ抵抗も低い値であ
った。１０重量％越える量を用いたものは、ビア導体が
基板と剥離して基板から突出する不良となった。

【００４９】炭化物、硼化物、窒化物としては、表１に
示したもの以外にもＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄等も使用でき、
特にＴｉＮ，ＳｉＣ，ＢＮを用いた場合にビア不良が少
なく、低い抵抗となった。

【００５０】〔実施例２〕導体の導電用金属に銅を使用
し、基板には、ガラス−アルミナ混合の絶縁材料（焼結
温度９００℃）を使用して、焼結過程での導体に対する
その組成の影響を調べた。導体ペーストの原料として、
銅、ガラス、およびＢＮの粉末を表２の重量比となるよ
うに秤量し、実施例１と同様の方法で、有機バインダー
と溶剤を適当量加え、３本ロールで十分に混合、混練し
て導体用ペーストを作製した。比較のため、ＢＮを含ま
ない導体用ペーストも作製した。

【００５１】また、絶縁層スラリーの原料として、実施
例１と同様に、ガラス−アルミナ混合の絶縁材料（焼結
温度９００℃）と、バインダーとしてアクリル系樹脂
と、溶剤としてトルエンを用意し、これらよりドクター
ブレード法で厚み約２００μｍの絶縁層シートを作製し
た。

【００５２】また、難焼結性グリーンシート用として、
ガラスセラミック粉末の代わりにアルミナ粉末を用い
て、上記と同様にしてアルミナスラリーを調製し、ベー
スフィルム（ＰＥＴ）上にアルミナシートを作製した。

【００５３】次に絶縁層シートの所定箇所に内径０．１
５ｍｍのビア孔をパンチングにより穿孔し、必要枚数の
絶縁層シートのビア孔に上記導体ペーストを充填し、ま
た導体ペーストを用いてスクリーン印刷により配線パタ
ーンが厚さ３０μｍとなるように層間導体を形成してか
ら、ベースフィルムをはがして絶縁層シートを積層し、
その両側を上記のアルミナシートで挟み８０℃で熱圧着
して積層体を得た。

【００５４】得られた積層体を加熱炉内で、酸素６０ｐ
ｐｍを含む窒素中雰囲気下にて７００℃で脱バインダー
処理し、さらに９００℃にて、酸素２０ｐｐｍを含む窒
素ガス雰囲気中で焼成した。その後焼結体の両側のアル
ミナを除去し、無機多層基板を得た。こうして得られた
無機多層配線基板の配線シートの層間導体の抵抗値とビ
ア導体の抵抗値（１ビア当たり）、および導体の外観の
状態と、基板との密着性を評価した。結果を表２に示し
た。

【００５５】

【表２】

【００５６】表２から明らかなように、ＢＮが０．０５
％より少ない場合、ガラスが３５％以上の場合を除き、
層間導体、ビア導体ともに、導体と基板に剥離が生じた
り、導体にボイドや亀裂が生じる不良となった。一方、
ガラスが３５％を越えるか、金属成分が６０％未満とな
ると、抵抗値が高くなった。

【００５７】ＢＮが１０％を越えると、焼成時に導体が
全く収縮しなくなり、層間導体に基板との剥離が生じ、
ビア導体は基板より突出し、いずれも不良となった。Ｂ
Ｎが０．０５％〜１０％範囲にある場合は、ガラス量に
関係なく、ほぼ良好な導体が得られ、ガラス量３５％以
下では、抵抗値も比較的低かった。試料Ｎｏ．５や同２
４に比べ、試料Ｎｏ．１０、同１５及び同２０が、同じ
ガラス量を含むにもかかわらず、より低抵抗となるの
は、導体中のボイド等の欠陥がより少ないためと考えら
れる。なお、ビア配線では、ガラスが無添加０％の場合
には、ＢＮを適当量含んでいても、若干のボイドが生じ
たり、導体と基板の剥離が生じやすくなる。このため、
ビア導体用としては、ガラス成分は５％以上含むこと
が、より望ましい。

【００５８】〔実施例３〕ビア用導体ペーストの原料と
して、酸化銅、金属銅、ガラス、アルミナ、ＴｉＮおよ
びＢＮの粉末を使用して、実施例１と同様の方法で、表
３に示す組成比のビア用導体ペーストを調製して、導体
に対する酸化銅の利用と導体組成の効果を調べた。

【００５９】絶縁層スラリーは、実施例１と同様の方法
で調製し、さらに実施例２と同様の方法で絶縁層シート
を作製した。その後、絶縁層シートの所定箇所にビア孔
をパンチングにより穿孔した。次に、必要枚数の絶縁層
シートのビア孔にビア用導体ペーストを充填し、層間導
体用ペースト（京都エレックス社製、ＤＤ１４１１）を
用いてスクリーン印刷により配線パターンを形成した
後、ベースフィルムをはがして絶縁層シートを積層し、
その両側を難焼結性のアルミナグリーンシートではさ
み、８０℃で熱圧着して積層体を得た。

【００６０】この積層体を加熱炉内の大気中６００℃で
脱バインダー処理した後、積層体中の導体成分である酸
化銅の還元処理を、４００℃にて、９０％窒素−１０％
水素ガス雰囲気中で行った。さらに９００℃にて、窒素
雰囲気中で焼成した。その後焼結体の両側のアルミナを
除去し、無機多層基板を得た。こうして得られた無機多
層配線基板のビアの導体抵抗と状態を評価した。また探
傷浸透液を用いて、ビアの気密性を評価した。結果を表
３に示した。

【００６１】

【表３】

【００６２】導体の出発主組成がＣｕＯの場合、脱バイ
ンダーを空気中で行うことができるために、金属銅出発
の場合のような微妙な雰囲気調整が不要となる製造上の
メリットがあるが、ＣｕＯ→Ｃｕの還元による体積減少
が生じる点が欠点である。

【００６３】表３の試料Ｎｏ．２に見られる導体中のボ
イドは、この体積減少によって生じたものと考えられ
る。試料Ｎｏ１のように、体積減少を起こす銅成分量を
少なくすれば、ボイドは生じなくなるが、導体抵抗が高
くなる。そこで試料Ｎｏ．３及び同４のように、ＣｕＯ
の一部をＣｕに置換してやると、体積減少の効果が少な
くなって、低抵抗でかつボイドも生じなくなるが、ガラ
スが減少しているために、ビアの気密性は失われてしま
う。

【００６４】そこでビア導体の緻密性を確保しながら、
低抵抗のビア導体とする目的で、試料Ｎｏ．６〜１０の
ようにガラスを減少させず、アルミナのみを減少させた
が、フィラー量が少ないと焼結性が制御できず、結果的
にボイドやビア孔との密着不良等の欠陥が生じ、これは
酸化銅の金属銅による置換を行っても改善できなかっ
た。

【００６５】一方、本発明のＢＮを用いた場合、試料Ｎ
ｏ．１１〜１７に示すように、ＣｕＯが１００％ではや
はりボイドが生じたが、５％以上３０％以下のＣｕ置換
により、低抵抗で不良なく、緻密性のあるビア導体が得
られた。これは、ＢＮを用いると、極少量でフィラーと
しての効果を持つため、Ｃｕ量、ガラス量ともに相対的
に多量とできるためと考えられる。なお、試料Ｎｏ．１
６、１７およびＮｏ．５、９、１０、２３、２４のＣｕ
が４０％以上では、基板とビア導体の間に剥離が生じ、
１００％では、脱媒時点でビア導体が破壊された。これ
は、金属銅の酸化によって生じた体積膨張によるものと
考えられる。試料Ｎｏ．１８〜２４は、ＢＮとアルミ
ナ、ＴｉＮを併用したものであるが、ＢＮ単独の試料Ｎ
ｏ．１１〜１７とほぼ同様の結果が得られた。従って、
これら複数のフィラーを併用することも可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明では、導体材料に、
金属成分と酸化物ガラス成分と窒化物、炭化物、硼化物
の１種類以上を含むことによって、導体材料中の金属成
分量を多く保持しながら、その焼結温度を制御すること
が可能となり、無機基板材料との接着性が良く、かつ低
い比抵抗で、層間導体及びビア導体とすることができ
る。

【００６７】これらの非酸化物系高融点物質は、多量の
酸化物ガラスや従来の高融点フィラーとしてのアルミナ
を用いることなく、その焼結温度と収縮率を制御して、
基板の焼結温度と収縮率に整合させることが可能とな
り、その結果、低抵抗値で、かつ導体部分での断線や空
隙が生じず、緻密な構造の導体が形成できる。

フロントページの続き (72)発明者加藤純一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機基板に一体に形成される導体であっ
て、当該導体が、導電用金属と、窒化物、炭化物及び硼
化物などの非酸化物系の高融点物質１種以上と、任意成
分として酸化物ガラスと、を含む焼結体であることを特
徴とする無機基板用導体。
【請求項２】上記の導体が、該金属６０〜９９. ９５
重量％と、該高融点物質０. ０５〜１０重量％と、該酸
化物ガラス３５重量％以下と、を含むことを特徴とする
請求項１記載の無機多層基板用導体。
【請求項３】上記の金属が、銅若しくは銀であること
を特徴とする請求項１又は２記載の導体材料。
【請求項４】上記高融点物質が、ＴｉＮ、ＳｉＣ若し
くはＢＮであることを特徴とする請求項１又は２に記載
の無機基板用導体。
【請求項５】上記の導体が、無機多層基板の絶縁層を
貫通したビア導体である請求項１ないし４いずれか記載
の無機基板用導体。
【請求項６】無機基板に導体を焼結一体に形成するた
めの導体材料の粉末と樹脂バインダーとを含む導体用ペ
ーストにおいて、当該導体材料が、導電用金属と、窒化
物、炭化物及び硼化物などの非酸化物系の高融点物質の
１種類以上と、任意成分として酸化物ガラスと、を含む
ことを特徴とする導体用ペースト。
【請求項７】上記の高融点物質が、ＴｉＮ、ＳｉＣ若
しくはＢＮであることを特徴とする請求項６記載の導体
用ペースト。
【請求項８】上記導体材料には、当該金属と共に若し
くは当該金属に代えて、その金属の前駆体を含む請求項
６の導体用ペースト。
【請求項９】上記の金属が銅であり、その前駆体が酸
化銅であって、且つ銅と酸化銅との混合重量比が、金属
銅換算で５：９５〜３０：７０である請求項８記載の導
体材料用ペースト。
【請求項１０】無機絶縁材料から成る複数の絶縁層
と、該絶縁層に一体に形成された請求項１ないし４のい
ずれか記載の導体とから成ることを特徴とする無機多層
基板。
【請求項１１】上記の導体が、層内に配設されて層間
接続のためのビア導体であることを特徴とする請求項１
０記載の無機多層基板。
【請求項１２】無機絶縁材料から成る複数の絶縁層を
その層間又は層内に請求項４又は５記載の導体ペースト
を適用して積層してグリーン積層体とし、該積層体の両
面若しくは片面に焼成処理では焼結しない難焼結性グリ
ーンシートを添着して後焼成して焼結体とし、該焼結体
から難焼結性シートを分離して無機多層基板としたとを
特徴とする無機多層基板。