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発明の名称 セラミック多層配線基板用導体ペースト
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−53659
公開日 平成6年(1994)2月25日
出願番号 特願平4−200997
出願日 平成4年(1992)7月28日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 黒木 喬 / 槌田 誠一 / 高根 悦子 / 戸崎 博己 / 石原 昌作 / 阿美 徳宏
要約 目的


構成
図5の形状とするため、セラミックとの境界に隙間が発生せず研削しても金属粒子が脱落しないペ−ストを用いた。
特許請求の範囲
【請求項1】金属粉末(平均粒径4〜10μm)の80〜95wt%及びビヒクルの5〜20wt%からなるAに対して次のB〜Dの物質を単独又は組合わせで添加してなることを特徴とするセラミック多層配線基板用導体ペ−スト。
Ni粉末 0.3〜2wt% …Bセラミック粉末 1〜10wt% …Cゲル化剤 0.5〜2wt% …D
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック多層配線基板用導体ペ−ストに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のセラミック多層配線基板は、焼結していない生のシ−ト(グリ−ンシ−ト)に直径0.13〜0.18mmのスル−ホ−ルを形成し、このスル−ホ−ルに導体ペ−ストを充填したのちスル−ホ−ル間の配線印刷したのち積層圧着したのち焼結する。この焼結した基板表裏面に、めっきを行った後、チップおよびコネクタとの接続のために必要なピンをハンダおよびロウ付けしたものである。最近では、セラミック基板表面に薄膜プロセス微細信号配線層を形成した基板も、NIKKEIELECTRONICS 1985. 6.17P251に記載されている。この場合、図2(5)に示すピンをロウ付けするためのパッドは、焼結でセラミック表面のガラス成分と反応して接着している。そのため熱膨張差でヒズミを発生する。また焼結した基板表面は、そりやうねりが 0.05〜0.4mmあり、コネクタに対してピンの角度が、垂直でなくなり、コネクタ挿入時にピンが脱落する。ピンのロウ付け方法としてSPRECHSAAL114.Jahrgang.Heft12/81,P−927では、図3に示すようにピン(6)が壁面メタライズしたスル−ホ−ル(3)に挿入されている。また、特開昭63−107193では、図4に示すように壁面メタライズする治具が記載されている。しかし、グリ−ンシ−トから製作されるセラミック基板では、焼結時に起こる寸法収縮バラツキが約0.4%あり、コネクタと寸法が合わなくなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ピンが脱落する原因は、■セラミック基板との接着が小さい。■ピンがコネクタに対して垂直でないことである。本発明は、これらの原因を考慮してピンパッドを形成するための導体ペ−ストを用いた多層配線基板を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するためには、■基板表面を平坦にし、そりやうねりを無くする。 ■メタライズ強度を大きくする必要がある。そのためには、基板表面を0.2〜0.4mm 研削しなければならない。従来法では、ピンパッドの厚さは15〜20mmあれば十分であったが、本発明では、0.4mm 研削するので初期のピンパッドの厚さは、当然0.4mm 以上必要である。そのためグリ−ンシ−トにピンパッドと同じ形状のスル−ホ−ルを形成し、このスル−ホ−ルに導体ペ−ストを充填する。このように充填したシ−トを2〜4枚重ねてピンパッド部分とする。このピンパッドは、φ0.8〜1.6mmで従来用いられているスル−ホ−ル充填用ペ−ストを充填した場合、充填および焼結後、パッド周辺に0.2〜0.5mmのすき間が発生する。また表面研磨で金属が脱落しやすい。そのため、焼結収縮が小さく金属粒子同志の固着力を大きくする必要がある。従来の焼結したままで使用する場合には考えられなかったが、研削を前提にしているので金属粒子の粒径の大きい粉末とNi粉末を添加し、焼結収縮が小さく金属粒子同志の固着力も向上する。
【0005】
【作用】スル−ホ−ル径が大きくなると、印刷後の溶剤の蒸発、あるいは、焼結時の収縮量を小さくすることは困難である。スル−ホ−ル径が、φ0.13mmに比べると収縮量で5〜14倍ある。また、金属粉末の場合セラミックスの収縮開始温度を合わせるためには、平均粒径を1.5μmとし0.5μm以下の粒子の割合を50wt%以上にする必要があるが、スル−ホ−ル径が大きいと導体の収縮が大きく、セラミック導体の境界にすき間が発生する。そのために、金属粉末の平均粒径を4μm以上にすれば、すき間の発生は無くなる。しかし、金属粒子同志の結合力が弱く、すき間も大きい欠点がある。しかし、Ni粉末を0.3〜2wt%添加することにより金属粉末同志の結合力を大きくできる。この他に、セラミック粉末を添加することにより、金属粉末の粒子間のすき間を埋める事ができる。また、ゲル化剤を添加することによって、充填後に起こる溶剤の蒸発による導体ペ−ストの収縮を防止できる。このような、導体ペ−ストを充填した場合、0.2〜0.4mm研削しても、金属粉末の脱落や、すき間がなく、平坦な基板表面にすることができる。そのため、後工程である、めっき時の処理液のしみ込みが無く、シンタ工程でしみ込んだ処理液のしみ出しや、金属粒子結合部や、セラミックの溶解による結合力の低下がない。そのため、ピンの接合強度が強く、コネクタに挿抜時のピンの脱落が無い。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0007】実施例1セラミック多層配線基板は、アルミナ粉末と焼結助剤の粘土あるいは、ムライト粉末とシリカ、マグネシア、アルミナまたは、シリカとスピネルの焼結助剤をポリビニ−ルブチラ−ルと有機溶剤あるいはアクリル系の水溶性バインダと水、さらに分散剤、可塑剤あるいは消泡剤を加えボ−ルミルあるいは、サンドミル等で混合したスラリを製作する。このスラリをドクタブレ−ド法により、厚さ0.12〜0.2mm のグリ−ンシ−トを製作し、必要な大きさに切断する。次に、層間の電気的接続に必要なスル−ホ−ルをNCパンチによりφ0.05〜0.08mmの大きさの貫通孔を0.3mmピッチの格子点に形成する。この、スル−ホ−ルにスクリ−ン印刷法により導体ペ−ストを充填する。次に、本発明のピンバッド部分は、ピンを形成する部分にφ0.3〜2.0mmのスル−ホ−ルを形成した後、穴径の小さいスル−ホ−ルと同様にスクリ−ン印刷法で下記に示す原料配合の導体ペ−ストを充填した。
【0008】
W粉末(平均粒径4〜10μm)……………………80〜94wt% (A)
ビヒクル……………………………………………………6〜20wt%(A)に対して下記の物質を添加した。
【0009】
Ni粉末…………………………………………………0.3〜2.0wt%セラミック粉末………………………………………………1〜 10wt%ゲル化剤…………………………………………………0.5〜2.0wt%このペ−ストに用いたW粉末は、平均粒径4μm以下では、焼結収縮が大きく10μm以上では、形状が悪くペ−ストに適さない。これは、粒径の大きなW粉末を熱処理法で粒成長して製作しているためである。またW粉末の割合は、80wt%以下では、乾燥収縮が大きく94wt%以上では、ペ−ストの粘度が高くスル−ホ−ルに充填できない。ビヒクルは、エチルセルロ−ス、ポリビニ−ルブチラ−ルあるいはアクリル系樹脂をα−テルピネオ−ルあるいはnブチルカルビト−ルなどの有機溶剤に溶解したものである。ビヒクルの量は、6wt%以下では、ペ−ストの粘度が高くスル−ホ−ルに充填できない。18wt%以上では充填したペ−ストの乾燥収縮が大きい。次に、添加剤の量は、Ni粉末の場合0.3wt%以下ではW粒子間の結合力が小さく研削時W粉末が脱落しスル−ホ−ルに凹みが発生しやすく、めっき、シンタ工程で、めっき液のしみ出しやめっき膜のフクレが発生する2wt%以上では、導体部の収縮が大きく、セラミックとの境界にすき間が発生する。セラミック粉末は、主にグリ−ンシ−ト作製時の焼結助剤で1wt%以下では導体がポ−ラスとなりめっき液が残留し、10wt%以上ではめっき膜の接着力が小さくシンタ工程でめっき膜がはがれたり、フクレが発生する。ゲル化剤は、ジ・ベンジリデン−D・ソルビト−ルのような、溶剤をゲル状にする性質の物質を添加するが、0.5wt%以下では効果が無く2wt%以上ではゲル化が強く、スクリ−ン印刷法ではスル−ホ−ルに充填できなくなる。また、W粒子の結合力も低下する。
【0010】スル−ホ−ルに導体ペ−ストを充填した後、配線パタ−ンを印刷したのち、基板製作に必要なシ−ト6〜50枚を位置合わせしてホットプレス装置で熱圧着した後、還元雰囲気中で焼結(1550℃〜1640℃)した。焼結した基板の断面形状は、図5に示す形状で、基板のそり量は約240μm/100cmであった。この基板全面にわたり平坦になるように9,9’の削り代まで研削する。さらに必要に応じて鏡面研磨を行い、そり0.02mm、表面粗さ0.2μm(Rmax)にした。研削、研磨した後図6(5)に示すように、ピンパッド部分に無電解めっき法によりNiめっきした後、Auめっきを行う。または、薄膜法で、金属膜を形成した後、シンタ後ピン付けを行った。セラミックキャリアの場合、ピン付けを行なわず、そのまま、はんだ付けを行った。このようにして製作した基板は、表裏面が平坦で平滑であるため、薄膜形成およびピン付けが容易であり、コネクタ挿抜でのピンの脱落もなく、図1に示すように基板製作でのめっき、シンタおよびコネクタ挿抜テストでの不良を大幅に減少できた。
【0011】実施例2実施例1の導体金属としてW粉末の代わりにMo粉末を用いても同様の結果であった。
【0012】実施例3実施例1のグリ−ンシ−トとしてガラスセラミックスを原料とし導体金属として銅または酸化銅あるいは混合粉末を造粒した粉末を用いても同様の結果が得られた。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、そりをなくしたセラミック多層配線基板を製作でき、従来使用している装置で高信頼性を実現できる。




 

 


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