JP3752453B2

JP3752453B2 - Low-temperature fired multilayer wiring board and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3752453B2
Application number: JP2001390735A
Authority: JP
Inventors: 泰志墨; 真司鈴村; 秀俊水谷; 学佐藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP2003198127A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体層と導電体層とを有し、該導電体層の一部が形成面積が１ｃｍ^２以上の全面電極導電体層である低温焼成多層配線基板及びその製造方法に関し、特には、全面電極導電体層が接地電極及び／又はコンデンサ電極であり、更には、ストリップラインやマイクロストリップラインを有する高周波用途に適した多層配線基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板、例えば、ＬＳＩやＩＣあるいはディスクリート部品などの半導体素子を搭載したり、あるいは基板内部に種々の厚膜印刷素子を作りこんだ配線基板として、比較的高密度の配線が可能な多層配線基板が多用されている。この多層配線基板の多くは、ガラスセラミックなどからなる誘電体層と、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ等の金属導体を主としてなる導電体層とを交互に積層したものであり、必要に応じてその表面に半導体素子が実装される。
また、近年、携帯電話をはじめとする無線通信には、電波資源拡大と伝送容量の高密度化を測るために、マイクロ波帯からミリ波帯の高周波帯が積極的に採用されるようになった。これに使用される無線通信機器用の部品として、高周波信号を取り扱うための多層配線基板に対する需要が爆発的に増大しつつある。
【０００３】
上述した高周波信号を取り扱う場合、電子部品の動作電源と電子部品とを繋ぐ導電体層がインダクタンスとして寄与するため、導電体層における配線等にノイズが重畳されることによる誤動作の発生、電子部品の動作応答の遅延、または、高周波信号の伝送損失等の、低周波信号では問題にならなった不具合が生じることがある。このような高周波信号特有の不具合を抑制するためには、導電体層を低抵抗率の材料から構成させ、他方、誘電体層を低比誘電率でかつ高周波帯においても誘電損失の低い材料より構成させた多層配線基板を用いることが必要とされる。
【０００４】
しかし、導電体層を構成する材料として低抵抗率のＡｇやＣｕを採用した場合、融点が低いために、導電体層と誘電体層とを同時焼成にて多層配線基板を形成するためには、焼成温度が８００〜１０５０℃といった低温において焼成可能な誘電体材料が必要となる。このような低温焼成が可能であり、かつ低比誘電率でかつ高周波帯においても誘電損失の低い材料として、ホウケイ酸ガラスを主体とし、焼成段階にて結晶を析出させた結晶化ガラスが種々提案されている。
【０００５】
上記結晶化ガラスの一例としては、スピネル型構造の結晶などを析出させたもの（特開平９−１７５８５３）、ディオプサイドを結晶析出させたもの（特開平１０−１２０４３６）、アルミナなどを結晶析出させたもの（特願平１０−３２０６１２）を挙げることができる。
【０００６】
また、高周波信号の伝送特性を向上させるために、導電体層の一部をストリップラインやマイクロストリップラインとして構成させた多層配線基板が提案されている（例えば、特開平１１−２１４８１２）。このようなストリップラインやマイクロストリップラインを形成させた場合、誘電体層の片面を略全面に渡って被覆する形で、接地導体として機能する全面電極導電体層を導電体層の一部として形成させる必要がある。該全面電極導電体層は、多層配線基板の内部に多層形成されることが、高周波信号の伝送特性向上の観点より望ましい。また、配線基板のモジュール化に伴い、全面電極導電体層をコンデンサ電極として形成して、コンデンサを内蔵したモジュール配線基板を形成する要請もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記全面電極導電体層（以下、電極層とも略記する）を含む導電体層と、上記結晶化ガラスを用いた誘電体層とを同時焼成させて多層配線基板を作製した場合、誘電体層と導電体層との焼成温度及び焼成収縮挙動の違いにより、図３の模式図に示すような、ふくれや隙間が導電体層に発生しやすくなる問題がある。これは、結晶化ガラスは、焼成過程で急激に焼成収縮する性質があるため、全面電極導電体層の焼成収縮挙動が付いていけないからである。特に、誘電体層との接触面積が大きい全面電極導体層（形成面積が１ｃｍ^２以上）に発生しやすくなる。このようなふくれや隙間が発生すると、導電体層と誘電体層との密着性の低下による機械的強度の低下や、抵抗率の増大などの不具合に繋がる。また、該不具合は、多層配線基板に全面電極導電体層を多層形成した場合、さらに顕著となる。
【０００８】
上記した電極層に発生するふくれや隙間は、焼成時における導電体層と誘電体層との焼成温度及び焼成収縮挙動の違いに起因した収縮挙動の違いにより起こる。そこで、該収縮挙動の違いを低減をさせる観点より、導電体層を主に構成する金属導電体の成分量の調整や、導電体層に、該導電体層を主に構成する金属導電体とは異種の金属導電体を添加させることなどが図られている。このような工夫が図れたものとして、例えば、特開昭６３−１６８９０４や特開昭６２−４８０９７を挙げることができる。
【０００９】
しかしながら、上記導電体層の構成成分に対する工夫だけでは、電極層に発生するふくれなどの上記不具合を抑制することができない場合が多い。また、該不具合を抑制するために、導電体層に、該導電体層を主に構成する金属導電体とは異種の添加物（金属酸化物等）を多量に添加しなければならず、導電体層の抵抗率増大を招くといった問題がある。
【００１０】
また、低抵抗率のＣｕやＡｇを主として形成させた導電体層と、ガラスを用いて形成させた誘電体層とを同時焼成する場合、焼成温度を金属の融点未満、つまり８００〜１０５０℃といった低温焼成にて行なう必要がある。そのため、導電体層を構成する金属種によって、誘電体層との同時焼成可能な焼成温度域が制限されることとなる。さらに、上述したように、高周波信号を取り扱う場合には、誘電体層を高周波信号に適した低比誘電率で誘電損失の低いものとする必要があり、そのために結晶化ガラスにおける結晶化の度合いを調整しなければならないので、焼成温度域が一層狭められることとなる。その結果、従来のような導電体層の構成成分の工夫だけでは、導電体層における抵抗率等の電気的特性を悪化させずに、電極層に発生する上記不具合を抑制することがさらに困難となる。このように、誘電体層と、ＣｕやＡｇを主体とした導電体層とを同時焼成させる際には、焼成温度等の焼成条件の最適化の幅は広いほどよい。また、誘電体層とＣｕを用いた導電体層とを同時焼成して配線基板を形成する際には、Ｃｕの酸化を防止するために中性雰囲気あるいは、還元雰囲気で行なわれる。そのため、特に、焼成条件の最適化の幅が広いほどよい。
上記のような同時焼成を行なう際、誘電体層は、その構成成分以外に、通常、有機材料よりなるバインダが含有された状態あるいは、ある程度事前に脱バインダした状態で焼成形成される。該バインダは、焼成段階あるいは、事前の脱バインダ段階において脱脂除去される。しかし、脱バインダが不完全な状態で焼成を行なうと、バインダが抜けきる前に、誘電体層を形成する構成成分の緻密化が進んで、バインダが抜けるための経路が塞がれてしまい、その後の脱バインダが困難になる問題がある。このような問題も含めて、上記同時焼成における焼成条件の最適化の幅は広いほどよい。
【００１１】
本発明は、かかる問題を考慮してなされたものである。すなわち本発明は、誘電体層と導電体層とを同時焼成させた場合においても、導電層（特には、形成面積が１ｃｍ^２以上の全面電極導電体層）と誘電体層との間に発生するふくれなどの不具合を抑制するとともに、形成される導電体層の抵抗率に代表される電気的特性の向上を可能とし、特に、高周波信号に適した誘電体層および導電体層の形成を可能とするとともに、生産性向上を可能とする低温焼成配線基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するための本発明の低温焼成多層配線基板は、
結晶化温度が１０００℃を超えるガラスとセラミックフィラーとより構成される誘電体層と、主に金属導電体より構成される導電体層とを有し、８００〜１０００℃で焼成されてなり、
該導電体層の一部は、形成面積が１ｃｍ^２以上の全面電極導電体層として構成されてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の低温焼成多層配線基板においては、誘電体層を構成するガラスマトリックスの原料であるガラスとして、その結晶化温度が１０００℃を超えるものを用いているので、ＡｇやＣｕといった融点の低い金属導電体より主に構成される導電体層と、８００〜１０００℃（好ましくは８５０〜１０００℃）の低温焼成にて同時焼成させた場合、誘電体層を構成するガラスマットリックスは、焼成時に結晶析出が抑制されたもの、もしくは、結晶析出しないものとして形成させることができる。そのため、焼成時において、誘電体層と導電体層との構成成分の粒子に起因した収縮挙動の違いを抑制することが可能となる。その結果、誘電体層と導電体層とを同時焼成させた際に導電体層、特に、導電体層の一部をなす形成面積が１ｃｍ^２以上の全面電極導電体層（以下、単に電極層とも言う）に発生する膨れやはがれなどの不具合を抑制するが可能となり、ひいては、導電体層の抵抗率等の電気的特性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に示すように、焼成過程において結晶化を抑制した、もしくは、結晶化しないガラスを用いて誘電体層を形成させることで、該誘電体層と導電体層とを同時焼成させる焼成温度等の焼成条件の幅を広げることが可能となり、ひいては、形成される低温焼成多層配線基板の生産性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の誘電体層を構成するガラスマトリックスとなるガラスにおいては、焼成時に少なくとも結晶析出を抑制させる必要があり、よりよくは結晶析出しないことが必要である。該結晶析出は、焼成温度が結晶化温度以上に高くなるほど起こりやすくなる。そのため、本発明に使用されるガラスの結晶化温度は、誘電体層を緻密に形成させるために、高いものほどよい。尚、焼成時にガラスの結晶析出が抑制されたものとは、誘電体層が緻密化していく際にはガラスの結晶化がほとんど起こらないものを言う。よって、誘電体層が緻密化した後の熱処理（例えば、焼成温度での保持時間を長くする）にてガラスが結晶化したものについては、本発明の誘電体層の概念に含まれるものとされる。また、誘電体層が緻密化した後に、ガラスが結晶化した場合であっても、既に、誘電体層と導電体層との同時焼成後であるので、焼成収縮のミスマッチングによる反りは発生しない。
【００１６】
上記本発明の低温焼成多層配線基板における導電体層を主に構成する金属導電体は、低抵抗率であることが当然望ましく、特に、高周波信号を取り扱う場合においては、導電体層の抵抗率が小さいことが、高周波信号の伝送特性の観点より望まれる。このような金属導電体としては、銀系（銀単体、銀−金属酸化物（マンガン、バナジウム、ビスマス、アルミニウム、ケイ素、銅等の酸化物（以下、これらを単に金属酸化物と称する。））、銀−ガラス添加、銀−パラジウム、銀−白金、銀−ロジウム等）、金系（金単体、金−金属酸化物、金−パラジウム、金−白金、金−ロジウム等）、銅系（銅単体、銅−金属酸化物、銅−パラジウム、銅−白金、銅−ロジウム等）等を挙げることができる。
【００１７】
また、使用される金属導電体の抵抗率や融点の観点から、上記した金属導電体の中においても、特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの１種以上から形成されるものが最適である。
【００１８】
さらに、上記Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの中において、Ｃｕ、Ａｇが低抵抗率であるので、導電体層を主に構成する金属導電体としては、Ｃｕ、Ａｇを主体としたものが適している。特に、Ａｇより耐マイグレーション性に優れたＣｕを主体としたものが、誘電体層層を主に構成する金属導電体としては好適である。また、本発明においては、誘電体層を結晶化温度が１０００℃を超えるガラスを用いて、８００〜１０００℃で焼成を行なうため、結晶化温度の低いガラスを用いた場合に比べて焼結が緩やかに進行する。よって、Ｃｕを主体としたものを導電体層に用いて、中性雰囲気あるいは還元雰囲気で同時焼成した場合であっても、バインダが抜けるための経路が塞がれ難く、脱バインダ性に優れたものとすることができる。
【００１９】
次に本発明の低温焼成多層配線基板における全面電極導電体層は、接地電極及び／又はコンデンサ電極であることを特徴とする。
導電体層の一部をストリップラインやマイクロストリップラインとして機能させる場合に必要とされる接地電極や、低温焼成多層配線基板内に高周波信号に対応してコンデンサ（積層型コンデンサ等の公知のコンデンサを概念として含む。）を内蔵させる場合に必要とされるコンデンサ電極は、導電体層の一部として形成されるとともに、その形成面積が大きいほどよく、少なくとも１ｃｍ^２以上とすることが望ましい。このような接地電極およびコンデンサ電極は、上記全面電極導電体層に対応する。
上述してきたように、本発明においては、結晶化ガラスを用いながらも、焼成時における結晶析出を抑制しながら誘電体層は焼成されるために、従来あった、焼成時の結晶化ガラスの結晶化に伴う急激な収縮挙動の違いにより発生する導電体層、特に全面電極導電体層（形成面積１ｃｍ^２以上）のふくらみや隙間を抑制することができる。そのため、上記接地導体やコンデンサ電極として機能する全面電極導電体層の形成面積を少なくとも１ｃｍ^２以上とすることが可能である。その結果、接地導体およびコンデンサ電極としての機能が向上するとともに、ひいては、形成される低温焼成多層配線基板における高周波信号の伝送特性等をさらに向上させることが可能となる。
【００２０】
また、上記した電極層の形成面積のみならず、電極層を低温焼成多層配線基板の内部に多層形成させ場合においても、発生する電極層のふくらみや隙間を有効に抑制することが可能である。
【００２１】
さらに、導電体層には、ふくらみや隙間を抑制させるための金属導電体とは異種の添加物を多量に添加する必要がないため、導電体層における抵抗率を下げることが可能となり、上記した金属導電体のいずれかを用いることで、導電体層の体積抵抗率を、４×１０^−６Ωｃｍ以下（特に３×１０^−６Ωｃｍ以下、更には２．５×１０^−６Ωｃｍ以下）とすることができる。その結果、低温焼成多層配線基板の電気的特性を向上させることが可能となるとともに、高周波信号における伝送損失を抑制することが可能となる。
【００２２】
次に、本発明において、高周波信号にさらに適した低温焼成多層配線基板とするには、誘電体層の比誘電率および誘電損失をできる限り小さくすることが望まれる。その値としては、比誘電率が７以下であり、１０ＧＨｚ以上の高周波帯における誘電損失が０．００２以下であることがよい。
【００２３】
上記のような値の比誘電率および誘電損失となる誘電体層とするためには、例えば、該誘電体層の構成成分であるガラスを、主成分としてのＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３と、副成分としてのＡｌ_２Ｏ_３およびアルカリ土類金属酸化物とを有した形にて構成し、その主成分の含有量を８０〜９５ｍｏｌ％とすることで可能となる。また、このような構成成分からなるガラスとすることで、結晶化温度が１０００℃を超え、かつ８００〜１０００℃で焼成しても、該ガラスが結晶化することがないため、Ｃｕ等の金属導電体との同時焼成時における焼成収縮挙動のミスマッチを効果的に緩和することができる。
【００２４】
上記本発明におけるガラスの主成分であるＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３（以下、主成分とも略記する）の含有量は、８０％〜９５ｍｏｌ％とされるが、主成分の含有量が９５ｍｏｌ％より大きくなると、ＳｉＯ_２に起因した、例えばクリストバライト等の結晶が、焼成過程（焼成温度１０００℃以下）にて析出してしまう。他方、主成分の含有量が８０ｍｏｌ％未満となると、形成される誘電体層の比誘電率もしくは、高周波帯における誘電損失が高くなる不具合が起こる。これら内容を考慮して、主成分の含有量を、８０％〜９５ｍｏｌ％とすることが望ましい。
【００２５】
さらに、上記本発明におけるガラスの副成分である、Ａｌ_２Ｏ_３およびアルカリ土類金属酸化物は、焼成過程における主成分に起因した結晶析出を抑制させる効果等をもつが、各々Ａｌ_２Ｏ_３とアルカリ土類酸化物の含有量は、３〜１０ｍｏｌ％とすることが望ましい。
【００２６】
上記Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が、３ｍｏｌ％未満となるとＳｉＯ_２に起因した結晶が焼成過程にて析出してしまう。他方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が、１０ｍｏｌ％より大きくなると、Ａｌ_２Ｏ_３に起因したＡｌ_２Ｏ_３結晶や長石等が、焼成過程にて析出してしまう不具合が起こる。これら内容を加味して、ガラスにおけるＡｌ_２Ｏ_３の含有量は、３〜１０ｍｏｌ％とすることが好適である。
【００２７】
また、上記アルカリ土類酸化物において、その含有量が３ｍｏｌ％未満となると、焼成過程での主成分のガラス溶融が困難となり、他方、１０ｍｏｌ％より大きくなると、アルカリ土類酸化物に起因した結晶が、焼成過程にて析出してしまう不具合が生じる。これらを考慮してガラスにおけるアルカリ土類酸化物の含有量は、３〜１０ｍｏｌ％とすることが望ましい。
ここで述べたアルカリ土類酸化物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等を挙げることができる。その中でも、ＭｇＯは、焼成過程にて結晶析出しやすく、ＳｒＯおよびＢａＯは、形成される誘電体層における比誘電率を過度に高めてしまうことになるので、特にＣａＯを選択することが最適である。アルカリ土類酸化物としてＣａＯを選択することで、焼成時のガラスの構成成分に起因した結晶析出の発生を容易に抑制することができるとともに、誘電体層の比誘電率をも低くすることが可能となる。
【００２８】
従来のガラスにおいては、該ガラスの溶融温度を下げるなどの目的で、ガラスにアルカリ金属、ＰｂおよびＳｂ等の金属成分を添加させる必要があった。しかし、これら金属成分に起因して、焼成過程にて形成される酸化物は、形成される誘電体層の高周波帯における誘電損失を増大させてしまう。しかしながら、本発明においては、アルカリ金属、ＰｂおよびＳｂといった金属成分をガラス粉末に含有させずに、１０００℃以下の低温焼成にて誘電体層を焼成形成させることが可能である。その結果、上記した金属成分に起因した酸化物による高周波帯での誘電損失増大といった不具合を抑制することができ、ひいては、形成される誘電体層における高周波帯における誘電損失をさらに低減することが可能となる。
【００２９】
また、本発明における全面電極導電体層は、高周波信号に対応したストリップライン等の接地導体の機能以外にも、高周波といった信号の周波数に関係なく、全面電極導電体層が、ノイズ防護用のシールド部としての接地導体として形成される場合がある。その場合においても、本発明に示すように、焼成時に発生するふくれや隙間などの不具合を抑制することが可能である。
【００３０】
次に本発明の低温焼成多層配線基板の製造方法は、結晶化温度が１０００℃を超えるガラスからなるガラス粉末とセラミックフィラーとより主に構成されるグリーン体と、主に金属導電体より構成される導電体層とを有してなり、該導電体層の一部は、形成面積が１ｃｍ^２以上の全面電極導電体層として構成される多層配線成形体を、該ガラスの結晶化温度未満で焼成して多層配線基板を形成することを特徴とする。
【００３１】
焼成させることで誘電体層となるグリーン体を構成するガラスの結晶化温度は、１０００℃を超えているので、ＡｇやＣｕといった融点の低い金属導電体より主に構成される導電体層と、８５０〜１０００℃の低温焼成にて同時焼成させた場合においても、誘電体層を構成するガラスを、焼成時に結晶析出が抑制されたもの、もしくは、結晶析出しないものとして形成させることができる。そのため、焼成時において、誘電体層と導電体層との構成成分の粒子に起因した収縮挙動の違いを抑制することが可能となる。その結果、誘電体層と導電体層とを同時焼成させた際に導電体層、特に、導電体層の一部をなす形成面積が１ｃｍ^２以上の全面電極導電体層に発生する膨れやはがれなどの不具合を抑制するが可能となり、ひいては、導電体層の抵抗率等の電気的特性が向上した多層配線基板、つまり低温焼成多層配線基板を製造することが可能となる。
【００３２】
また、上記本発明の製造方法においては、グリーン体を構成するガラスが、焼成過程で結晶化が抑制された、もしくは焼成過程においては、結晶化しないものとなるので、誘電体層と導電体層とを同時焼成させる焼成温度等の焼成条件の幅を広げることが可能となる。その結果、製造される低温焼成多層配線基板の生産性を向上させることが可能となる。また、このように焼成条件の幅を広げることで、グリーン体に含有される、有機材料よりなるバインダの焼成過程における脱バインダ性をも向上させることができる。
【００３３】
本発明の製造方法にて製造される低温焼成多層配線基板は、上述した本発明の低温焼成多層配線基板と同様の効果を有するが、誘電体層の比誘電率を７以下とし、１０ＧＨｚ以上の高周波帯における誘電損失を０．００２以下とするためには、本発明の製造方法におけるガラス粉末を、主成分としてのＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３と、副成分としてのＡｌ_２Ｏ_３およびアルカリ土類金属酸化物とを有したものとし、その主成分の含有量を８０〜９５ｍｏｌ％とすることで可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低温焼成多層配線基板の一実施形態について説明する。
図１は、低温焼成多層配線基板１（以下、基板１とも略記する）の概略断面図を模式的に示すものであり、誘電体層２と導電体層３とが交互に形成されているとともに、必要に応じてその表面には半導体素子５１が実装される。導電体層３における配線の役割を担う各配線層は、配線層を厚さ方向に貫くビアホール３５により互いに電気的に接続される。また、図１においては、導電体層３の一部が、ノイズ防護用の接地導体として機能する全面電極導電体層１１が構成されている。基板１を高周波用基板として機能させるために、導電体層３における配線層の一部をストリップラインとして構成させることもできる。配線基板１は、例えば、高周波用パッケージや、それ自身が高周波信号処理能力を有した能動素子機能を備えたものであってもよいし、別途構成されたアンテナスイッチモジュール等の高周波用素子を搭載するためのものであってもよい。
【００３５】
さらに、本実施形態の基板１では、導電体層３のほかに、コンデンサ５４、インダクタ５３及び抵抗器５５などの種々の厚膜回路素子が作りこまれているが、厚膜回路素子を特に有さない、導電体層３のみを有する基板として構成することも可能である。また、基板１は、高周波用のマイクロストリップライン等の高周波用の配線層１０よりなる形態など、公知の配線基板に適用可能である。また、図１におけるコンデンサ５４におけるコンデンサ電極を、全面電極導電体層１１とすることも可能である。
【００３６】
図１におけるノイズ防護用のシールド部として機能する、ストリップライン等の接地導体として機能する、もしくは、コンデンサ電極として機能する電極層１１は、その形成面積を１ｃｍ^２以上といった大きいものとする必要がある。しかしながら、従来、結晶化ガラスを用いた誘電体層２と、電極層１１を含む導電体層３とを同時焼成させると、形成された導電体層３において、特に電極層１１にふくれや隙間が発生しやすく、ひいては電極層１１の機能を低下させる問題があった。
【００３７】
本発明においては、誘電体層２の構成成分であるガラスの結晶化温度が１０００℃を超えるものとしているので、該ガラスは、８００〜１０００℃の焼成温度となる焼成時においても結晶析出が抑制されたもの、もしくは結晶析出しないものとなり、従来のような誘電体層と導電体層における焼成収縮挙動の違いにより発生する、形成される導電体層に発生するふくれや隙間を抑制することが可能となる。その結果、導電体層における抵抗率等の電気的特性の向上を可能とし、特に、高周波信号に適した導電体層とすることが可能となる。また、電極層の形成面積を１ｃｍ^２とることができ、かつ、その形成層数も増やすことできるので、電極層の機能が向上するとともに、高周波信号に適した低温焼成多層配線基板とすることができる。
【００３８】
本発明の誘電体層を構成するガラスとしては、主成分としてのＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３と、副成分としてのＡｌ_２Ｏ_３およびアルカリ土類金属酸化物とを有したもので、その主成分の含有量を８０〜９５ｍｏｌ％とされるものを採用することができる。
【００３９】
また、導電体層を主に構成する金属導電体以外に、誘電体層との焼成時のマッチングをよくするために、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ムライト、スピネル、ガラスフリット等を加えてもよい。
【００４０】
本発明におけるガラスの製造方法であるが、特に限定されないがその一例を示す。ガラスを構成する原料における原料元素の酸化物を焼成後の組成が前記含有量となるように、秤量して混合後、例えば、ルツボ中で、１６００℃の仮焼きを行なった後、ボールミール等により粉砕することにより、ガラス粉末を得る。該ガラス粉末の平均粒経は１〜３μｍの範囲となるように粉砕するのがよい。平均粒径が３μｍより大きくなると、形成される誘電体層の機械的強度が低下し、他方、平均粒径が１μｍ未満となると、脱バインダ性が低下するからである。なお、形成されたガラス粉末の結晶化温度は、１０００℃を超えるものとされる。
【００４１】
次に、図１に示したような低温焼成多層配線基板を製造するための、本発明の製造方法の一例を以下に説明する。
誘電体層となるべきグリーンシートを用意する。グリーンシートは、上記と同工程にて形成可能な平均粒径が1〜３μｍの範囲となるガラス粉末、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラミックフィラー、バインダ、溶剤、可塑剤、解膠剤、界面活性剤、湿潤剤などの添加剤を配合して混合し、ドクターブレード法等によりシート状に成形したものである。
【００４２】
上記バインダとしては、アクリル系樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリｔ−ブチルメタクリレート）、セルロースアセテートブチレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどを挙げることができ、溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、ブロムクロロメタン、エタノール、ブタノール、プロパノール、トルエン、キシレンなどを挙げることができる。
さらに、上記可塑剤としては、ブチルベンジルフタレート、ジブチルフタレート、ジメチルフタレート、フタル酸ジ２エチルヘキシル、アジピン酸エステル、ポリエチレングリコール誘導体、トリクレゾールホスフェートなど、上記解膠剤としては、脂肪酸（グリセリントリオレートなど）、上記界面活性剤としては、ベンゼンスルホン酸など、上記湿潤剤としては、アルキルアリルポリエーテルアルコール、ポチエチレングリコールエチルエーテル、ニチルフェニルグリコール、ポリオキシエチレンエステルなどを挙げることができる。
【００４３】
このように得られたグリーンシート上に、形成面積１ｃｍ^２以上となる全面電極導電体層を含む導電体層（厚膜回路素子を作りこむ場合は、その素子のパターンも含む）となるべき配線パターンを複数、公知のスクリーン印刷法により形成を行ない、その後、その上に、別のセラミックグリーンシートを重ね、さらにパターン形成／グリーンシート積層の工程を繰り返し、熱圧着積層することにより、上記ガラス粉末およびセラミックフィラーから主に構成されるグリーン体と、上記導電体層とを有する多層配線成形体を得る。なお、ビアホール３５を形成する場合は、グリーンシートのビア形成位置にドリル等を用いて穿孔しておき、ここに金属ペーストを充填するようにする。このように形成された多層配線成形体を、上記ガラス粉末の結晶化温度印未満の焼成温度にて焼成することにより低温焼成多層配線基板となる多層配線基板を得ることができる。
【００４４】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
【００４５】
（実施例１）
上記した製造工程に従い、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３およびアルカリ土類金属酸化物のＣａＯとからなるガラス粉末５０重量部と、アルミナからなるセラミックフィラー５０重量部との平均粒径が２．５μｍとなる混合粉末１００重量部に対して、バインダ（アクリル樹脂）２０重量部、可塑剤（フタル酸ジブチル）１０重量部、溶剤（トルエンとイソプロピルアルコールの混合液）７５重量部とを混和し、スラリーを作製した。次に、該スラリーを用い、ドクターブレード法により厚さ２５０μｍのグリーンシートを作製した。得られたグリーンシートの表面にＣｕペーストをスクリーン印刷法にてパターン印刷することで３．６×２．６ｃｍ^２の導電体層である電極層を形成するとともに、さらに、グリーンシート積層／パターン印刷の工程を繰り返すことで、電極層を３層形成した後、電極層を被覆する形にてグリーンシートを積層させ多層配線成形体を形成させた。その後、該多層配線成形体を、窒素雰囲気下（還元雰囲気下）にて、８５０℃にて脱脂させるとともに、１０００℃×２時間焼成させることで、電極層を形成させた低温焼成多層基板を得た。
また、Ｃｕペーストは、電極層を主に構成する銅粉（粒径５μｍ）１００重量部、ビヒクル３０重量部、シリカ０．５重量部を３本ロールミルで混和することで作製させた。
【００４６】
（実施例２）
実施例１おけるガラス粉末を構成するＣａＯにかえて、ＭｇＯおよびＺｎＯを加えたガラス粉末６０重量部と、アルミナからなるセラミックフィラー４０重量部との混合粉末とした以外は、実施例１と同条件にて、低温焼成多層配線基板を作製した。
【００４７】
（比較例１）
実施例１おけるガラス粉末を構成する成分にＣａＯにＭｇＯを加えたガラス粉末６０重量部と、アルミナからなるセラミックフィラー４０重量部との混合粉末とした以外は、実施例１と同条件にて、低温焼成多層配線基板を作製した。
（比較例２）
実施例１おけるガラス粉末を構成するＣａＯにかえて、ＭｇＯを加えたガラス粉末６５重量部と、アルミナからなるセラミックフィラー３５重量部との混合粉末とした以外は、実施例１と同条件にて、低温焼成多層配線基板を作製した。
【００４８】
上記実施例および比較例におけるガラス粉末の構成成分の含有量は、表１に示すとおりである。表1における結晶化温度は、実施例および比較例の実施に先立ち、実施例および比較例の各々のガラス粉末と同成分含有量にて作製したガラス粉末に対して、公知の示差熱分析法（ＤＴＡ）にて、示差熱曲線の測定を行い、得られた示差熱曲線の発熱ピーク温度に対応するものである。該示差熱曲線の測定は、昇温速度１０℃／分、２５℃から１１００℃の範囲で行なった。また、実施例１におけるガラス粉末においては、その結晶化温度が１１００℃以上であったため、２５℃から１１００℃以下の温度範囲では発熱ピークが見られなかった。
なお、本明細書におけるガラス粉末の結晶化温度は、上記同様の示差熱曲線の発熱ピーク温度に対応したものを指す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
上記実施例および比較例にて作製した低温焼成多層配線基板を切断し、電極層を倍率２０倍の拡大鏡にて目視観察を行なった。
その結果、表１から分かるように、ガラス粉末の結晶化温度が１０００℃以上である実施例１のものは、電極層に膨れや剥がれが確認されなかった。実施例２のものも、そのガラス粉末の結晶化温度は１０００℃以上であるが、実施例１におけるガラス粉末の結晶化温度より低いために、電極層の端部に若干小さな膨れが確認された。他方、比較例１および２のものは、結晶化温度が１０００℃以下であるために、電極層に大きな膨れや剥がれが確認された。
【００５１】
以上の結果より、ガラス粉末の結晶化温度が１０００℃以上である実施例１および実施例２にて形成されたものが、電極層における膨れや剥がれを抑制できることが分かった。また、ガラス粉末の結晶化温度が高い実施例１のものが、さらに電極層のふくれや剥がれを抑制できることが分かった。
【００５２】
（実施例３）
実施例１と同様のグリーンシートおよびＣｕペーストを用いて、図２の模式図に示すような多層配線成形体となるように、グリーンシートの表面にＣｕペーストをスクリーン印刷し、形成面積６ｍｍ^２の電極層パターンを形成させ、その後、グリーンシート積層／パターン印刷の工程を繰り返すことで、電極層パターンおよび配線パターンを形成させた多層配線成形体を形成させた。その後、該多層配線成形体を、窒素雰囲気下（還元雰囲気下）にて、８５０℃にて脱脂させるとともに、１０００℃×２時間焼成させることで、ストリップラインおよびマイクロストリップラインを有する高周波信号に対応した低温焼成多層配線基板を得た。
【００５３】
上記実施例３にて得られた低温焼成多層配線基板における誘電体層の比誘電率および誘電損失の誘電測定と、導電体層をなす導電体配線の抵抗測定とを行なった。誘電測定は、両端短絡型誘電体共振器法のＴＥ０１１モード（ＪＩＳＲ１６２７）にて、共振周波数８〜１２ＧＨｚとして測定を行なった。また、抵抗測定より得られた導電体配線の抵抗値と、計測した導体配線の長さ、幅、高さとより導電体層の体積抵抗率を求めた。両測定とも測定温度は２５℃にて行なった。
上記誘電測定より、比誘電率は５．８、１０ＧＨｚにおける誘電損失は、０．００１４となった。一方、抵抗測定より、体積抵抗率は２．４×１０^−６Ωｃｍとなった。
【００５４】
上記実施例３に対する測定結果より、実施例３にて形成されたストリップラインおよびマイクロストリップラインを有する低温焼成配線基板は、誘電体層における比誘電率および高周波帯での誘電損失が小さく、導電体層における抵抗率が小さい高周波信号に適したものであることが確認された。
なお、本明細書における、高周波とは、１ＧＨｚ以上のものを指す。
【００５５】
上記本実施例より、本発明の低温焼成多層配線基板は、Ｃｕなどの低抵抗率で低融点の材料より導電体層を構成させた場合においても、導電体層の一部の電極層にふくれや隙間等の不具合を抑制することが可能であり、ひいては、導電体層の抵抗率を下げることが可能となり、高周波信号の伝送特性を向上させることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低温焼成多層配線基板の一実施形態を示す概略断面図。
【図２】実施例における低温焼成多層配線基板を示す模式図。
【図３】導電体層に発生する不具合を説明するための模式図。
【符号の説明】
１低温焼成多層配線基板
２誘電体層
３導電体層
１１全面電極導電体層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention has a dielectric layer and a conductor layer, and a part of the conductor layer has a formation area of 1 cm. ² The low-temperature fired multilayer wiring board which is the above-described entire surface electrode conductor layer and the manufacturing method thereof, in particular, the entire surface electrode conductor layer is a ground electrode and / or a capacitor electrode, and further includes a strip line and a microstrip line. The present invention relates to a multilayer wiring board suitable for high frequency applications and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a wiring board, for example, a multilayer board capable of relatively high-density wiring as a wiring board in which semiconductor elements such as LSI, IC, or discrete components are mounted or various thick film printing elements are formed inside the board. Wiring boards are frequently used. Many of the multilayer wiring boards are obtained by alternately laminating dielectric layers made of glass ceramic and the like and conductor layers mainly made of metal conductors such as Cu, Ag, Au, W, and Mo. A semiconductor element is mounted on the surface.
In recent years, high-frequency bands from the microwave band to the millimeter wave band have been actively adopted for wireless communication such as mobile phones in order to measure the expansion of radio wave resources and the increase in transmission capacity. It was. As parts for wireless communication devices used for this, the demand for multilayer wiring boards for handling high-frequency signals is explosively increasing.
[0003]
When handling the above-mentioned high-frequency signals, the conductor layer that connects the operation power supply of the electronic component and the electronic component contributes as inductance. Therefore, malfunctions caused by noise superimposed on the wiring in the conductor layer, Problems that have become problematic with low-frequency signals, such as delays in operation response or transmission loss of high-frequency signals, may occur. In order to suppress such problems peculiar to high frequency signals, the conductor layer is made of a material having a low resistivity, while the dielectric layer is made of a material having a low relative dielectric constant and low dielectric loss even in a high frequency band. It is necessary to use a multilayer wiring board configured.
[0004]
However, when Ag or Cu having a low resistivity is adopted as a material constituting the conductor layer, since the melting point is low, in order to form a multilayer wiring board by simultaneous firing of the conductor layer and the dielectric layer. A dielectric material that can be fired at a low temperature of 800 to 1050 ° C. is required. Various kinds of crystallized glass, mainly composed of borosilicate glass and crystal precipitated at the firing stage, are available as a material that can be fired at such a low temperature and has a low relative dielectric constant and low dielectric loss even in the high frequency band. Has been.
[0005]
Examples of the crystallized glass include those obtained by precipitating spinel-type crystals (Japanese Patent Laid-Open No. 9-175453), those obtained by precipitating diopside (Japanese Patent Laid-Open No. 10-120436), and crystals such as alumina. (Japanese Patent Application No. 10-320612).
[0006]
In order to improve the transmission characteristics of high-frequency signals, a multilayer wiring board in which a part of a conductor layer is configured as a strip line or a microstrip line has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-214812). When such a stripline or microstripline is formed, a full-surface electrode conductor layer that functions as a ground conductor is formed as a part of the conductor layer so that one surface of the dielectric layer is covered over substantially the entire surface. It is necessary to let The whole surface electrode conductor layer is preferably formed in a multilayer wiring board from the viewpoint of improving the transmission characteristics of the high frequency signal. Further, with the modularization of the wiring board, there is also a demand to form a module wiring board with a built-in capacitor by forming the entire surface electrode conductor layer as a capacitor electrode.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a multilayer wiring board is produced by simultaneously firing a conductor layer including the entire surface electrode conductor layer (hereinafter also abbreviated as an electrode layer) and a dielectric layer using the crystallized glass, Due to the difference in firing temperature and firing shrinkage behavior between the layer and the conductor layer, there is a problem that blisters and gaps are likely to occur in the conductor layer as shown in the schematic diagram of FIG. This is because crystallized glass has the property of undergoing rapid firing shrinkage during the firing process, and therefore the firing shrinkage behavior of the entire surface electrode conductor layer cannot be attached. In particular, the entire surface electrode conductor layer having a large contact area with the dielectric layer (formation area of 1 cm ² Above). When such blisters or gaps are generated, it leads to problems such as a decrease in mechanical strength due to a decrease in adhesion between the conductor layer and the dielectric layer, and an increase in resistivity. In addition, the problem becomes more prominent when a multi-layered electrode conductor layer is formed on a multilayer wiring board.
[0008]
The blisters and gaps generated in the electrode layer are caused by a difference in shrinkage behavior caused by a difference in firing temperature and firing shrinkage behavior between the conductor layer and the dielectric layer during firing. Therefore, from the viewpoint of reducing the difference in shrinkage behavior, adjustment of the component amount of the metal conductor mainly constituting the conductor layer, and the metal conductor mainly constituting the conductor layer in the conductor layer and It is intended to add different kinds of metal conductors. As examples of such devices, for example, JP-A 63-168904 and JP-A 62-48097 can be mentioned.
[0009]
However, in many cases, it is not possible to suppress the above-mentioned problems such as blisters generated in the electrode layer only by devising the constituent components of the conductor layer. In addition, in order to suppress the problem, a large amount of an additive (metal oxide or the like) different from the metal conductor mainly constituting the conductor layer must be added to the conductor layer. There is a problem that the resistivity of the body layer is increased.
[0010]
Further, when a conductor layer mainly formed of low resistivity Cu or Ag and a dielectric layer formed using glass are simultaneously fired, the firing temperature is less than the melting point of the metal, that is, 800 to 1050 ° C. It is necessary to carry out by low temperature firing. Therefore, the firing temperature range that can be fired simultaneously with the dielectric layer is limited by the metal species constituting the conductor layer. Furthermore, as described above, when handling a high-frequency signal, the dielectric layer needs to have a low dielectric constant and low dielectric loss suitable for the high-frequency signal, and therefore, the degree of crystallization in crystallized glass. Therefore, the firing temperature range is further narrowed. As a result, it is more difficult to suppress the above-mentioned problems occurring in the electrode layer without deteriorating electrical characteristics such as resistivity in the conductor layer only by devising the constituent components of the conductor layer as in the past. Become. Thus, when the dielectric layer and the conductor layer mainly composed of Cu or Ag are simultaneously fired, the wider the range of optimization of the firing conditions such as the firing temperature is better. Further, when the wiring substrate is formed by simultaneously firing the dielectric layer and the conductor layer using Cu, it is performed in a neutral atmosphere or a reducing atmosphere in order to prevent oxidation of Cu. Therefore, in particular, the wider the range of optimization of the firing conditions, the better.
When performing the co-firing as described above, the dielectric layer is usually fired and formed in a state in which a binder made of an organic material is contained in addition to its constituent components, or in a state where the binder has been removed to some extent in advance. The binder is degreased and removed in a firing step or a prior debinding step. However, if firing is performed in an incomplete state of the binder removal, before the binder is completely removed, the components forming the dielectric layer are densified, and the path for the binder to escape is blocked. There is a problem that subsequent binder removal becomes difficult. Including such problems, the wider the range of optimization of the firing conditions in the simultaneous firing, the better.
[0011]
The present invention has been made in consideration of such problems. That is, in the present invention, even when the dielectric layer and the conductor layer are simultaneously fired, the conductive layer (particularly, the formation area is 1 cm). ² In addition to suppressing problems such as blisters occurring between the above-mentioned whole surface electrode conductor layer) and the dielectric layer, it is possible to improve electrical characteristics typified by the resistivity of the formed conductor layer. An object of the present invention is to provide a low-temperature fired wiring board and a method for manufacturing the same, which enable formation of a dielectric layer and a conductor layer suitable for high-frequency signals and improve productivity.
[0012]
[Means for solving the problems and actions / effects]
The low-temperature fired multilayer wiring board of the present invention for solving the above problems is
It has a dielectric layer composed of glass with a crystallization temperature exceeding 1000 ° C. and a ceramic filler, and a conductor layer mainly composed of a metal conductor. Baked at 800-1000 ° C And
A part of the conductor layer has a formation area of 1 cm. ² The entire surface electrode conductor layer is configured as described above.
[0013]
In the low-temperature fired multilayer wiring board according to the present invention, a glass having a crystallization temperature exceeding 1000 ° C. is used as a glass matrix raw material constituting the dielectric layer, and therefore a metal having a low melting point such as Ag or Cu. A conductor layer mainly composed of a conductor; 800-1000 ° C (preferably 850-1000 ° C) In the case of simultaneous firing at low temperature firing, the glass matrix constituting the dielectric layer can be formed in such a manner that crystal precipitation is suppressed during firing or is not precipitated. Therefore, it is possible to suppress the difference in shrinkage behavior due to the constituent particles of the dielectric layer and the conductor layer during firing. As a result, when the dielectric layer and the conductor layer are fired simultaneously, the formation area of the conductor layer, particularly a part of the conductor layer, is 1 cm. ² It is possible to suppress problems such as blistering and peeling that occur in the entire surface electrode conductor layer (hereinafter also simply referred to as an electrode layer), thereby improving electrical characteristics such as resistivity of the conductor layer. it can.
[0014]
In addition, as shown in the present invention, firing in which the dielectric layer and the conductor layer are fired at the same time by forming the dielectric layer using a glass that suppresses crystallization in the firing process or does not crystallize. It becomes possible to widen the range of firing conditions such as temperature, and as a result, the productivity of the low-temperature fired multilayer wiring board to be formed can be improved.
[0015]
In the glass serving as the glass matrix constituting the dielectric layer of the present invention, it is necessary to suppress at least crystal precipitation at the time of firing, and it is more preferable that crystal precipitation does not occur. The crystal precipitation is more likely to occur as the firing temperature becomes higher than the crystallization temperature. Therefore, the crystallization temperature of the glass used in the present invention is preferably as high as possible in order to form the dielectric layer densely. In addition, what suppressed the crystal precipitation of glass at the time of baking means the thing which hardly crystallizes glass when a dielectric material layer densifies. Therefore, the glass crystallized by heat treatment after the dielectric layer is densified (for example, by increasing the holding time at the firing temperature) is included in the concept of the dielectric layer of the present invention. The Further, even when the glass is crystallized after the dielectric layer is densified, warping due to mismatch of firing shrinkage does not occur because it is already after the simultaneous firing of the dielectric layer and the conductor layer. .
[0016]
The metal conductor mainly constituting the conductor layer in the low-temperature fired multilayer wiring board of the present invention desirably has a low resistivity, and particularly when a high-frequency signal is handled, the resistivity of the conductor layer is preferably low. Smallness is desired from the viewpoint of transmission characteristics of high-frequency signals. As such a metal conductor, silver-based (silver simple substance, silver-metal oxide (oxides such as manganese, vanadium, bismuth, aluminum, silicon, and copper (hereinafter, these are simply referred to as metal oxides)). , Silver-glass addition, silver-palladium, silver-platinum, silver-rhodium, etc.), gold-based (single gold, gold-metal oxide, gold-palladium, gold-platinum, gold-rhodium, etc.), copper-based (copper Simple substance, copper-metal oxide, copper-palladium, copper-platinum, copper-rhodium, etc.).
[0017]
Further, from the viewpoint of the resistivity and melting point of the metal conductor used, among the above-described metal conductors, those formed of at least one of Au, Ag, and Cu are optimal.
[0018]
Furthermore, among Cu, Ag, and Au, since Cu and Ag have a low resistivity, those mainly composed of Cu and Ag are suitable as the metal conductor mainly constituting the conductor layer. In particular, a material mainly composed of Cu, which has better migration resistance than Ag, is suitable as a metal conductor mainly constituting the dielectric layer. In the present invention, since the dielectric layer is fired at 800 to 1000 ° C. using glass having a crystallization temperature exceeding 1000 ° C., sintering is performed as compared with the case of using glass having a low crystallization temperature. Progress slowly. Therefore, even when the conductor layer is mainly composed of Cu and is fired at the same time in a neutral atmosphere or a reducing atmosphere, the path for the binder to escape is not easily blocked, and the binder removal property is excellent. Can be.
[0019]
Next, the entire surface electrode conductor layer in the low-temperature fired multilayer wiring board of the present invention is a ground electrode and / or a capacitor electrode.
A grounding electrode required when a part of the conductor layer functions as a strip line or a micro strip line, or a capacitor (a known capacitor such as a multilayer capacitor) corresponding to a high frequency signal in a low-temperature fired multilayer wiring board. Capacitor electrode required for incorporating the above is formed as a part of the conductor layer, and the larger the formation area, the better. ² It is desirable to set it above. Such a ground electrode and a capacitor electrode correspond to the entire surface electrode conductor layer.
As described above, in the present invention, while the crystallized glass is used, the dielectric layer is fired while suppressing the crystal precipitation at the time of firing. Conductor layer generated by the difference in abrupt contraction behavior accompanying the formation, especially the entire surface electrode conductor layer (formation area 1 cm ² The above-mentioned swelling and gaps can be suppressed. Therefore, the formation area of the entire surface electrode conductor layer functioning as the ground conductor or capacitor electrode is at least 1 cm. ² This can be done. As a result, the functions as the ground conductor and the capacitor electrode are improved, and as a result, the high-frequency signal transmission characteristics and the like in the low-temperature fired multilayer wiring board to be formed can be further improved.
[0020]
Further, not only the above-described electrode layer formation area but also the occurrence of bulges and gaps in the electrode layer can be effectively suppressed when the electrode layer is formed in multiple layers within the low-temperature fired multilayer wiring board.
[0021]
Furthermore, since it is not necessary to add a large amount of an additive different from the metal conductor for suppressing swelling and gaps to the conductor layer, it becomes possible to reduce the resistivity in the conductor layer. By using any of the metal conductors, the volume resistivity of the conductor layer is 4 × 10 ^-6 Ωcm or less (especially 3 × 10 ^-6 Ωcm or less, and 2.5 × 10 ^-6 Ωcm or less). As a result, the electrical characteristics of the low-temperature fired multilayer wiring board can be improved, and transmission loss in high-frequency signals can be suppressed.
[0022]
Next, in the present invention, in order to obtain a low-temperature fired multilayer wiring board that is more suitable for high-frequency signals, it is desirable to reduce the relative dielectric constant and dielectric loss of the dielectric layer as much as possible. As its value, the relative dielectric constant is 7 or less, and the dielectric loss in a high frequency band of 10 GHz or more is preferably 0.002 or less.
[0023]
In order to obtain a dielectric layer having a dielectric constant and dielectric loss with the above values, for example, glass as a constituent component of the dielectric layer is made of SiO as a main component. ₂ And B ₂ O ₃ And Al as a minor component ₂ O ₃ In addition, it can be made by having a main component content of 80 to 95 mol%. In addition, by using a glass composed of such components, the crystallization temperature exceeds 1000 ° C., and even when baked at 800 to 1000 ° C., the glass does not crystallize. The mismatch of the firing shrinkage behavior at the time of simultaneous firing with the conductor can be effectively alleviated.
[0024]
SiO which is the main component of the glass in the present invention ₂ And B ₂ O ₃ The content of (hereinafter also abbreviated as the main component) is 80% to 95 mol%, but when the content of the main component exceeds 95 mol%, SiO ₂ For example, crystals such as cristobalite resulting from the precipitation will be deposited in the firing process (firing temperature 1000 ° C. or lower). On the other hand, when the content of the main component is less than 80 mol%, there arises a problem that the dielectric constant of the formed dielectric layer or the dielectric loss in the high frequency band increases. Considering these contents, it is desirable that the content of the main component is 80% to 95 mol%.
[0025]
Furthermore, Al is a subcomponent of the glass in the present invention. ₂ O ₃ And alkaline earth metal oxides have the effect of suppressing crystal precipitation caused by the main component in the firing process, ₂ O ₃ The content of alkaline earth oxide is preferably 3 to 10 mol%.
[0026]
Above Al ₂ O ₃ When the content of Si is less than 3 mol%, SiO ₂ Crystals resulting from this will precipitate during the firing process. On the other hand, Al ₂ O ₃ When the content of Al exceeds 10 mol%, Al ₂ O ₃ Due to Al ₂ O ₃ There arises a problem that crystals, feldspars and the like are precipitated during the firing process. In consideration of these contents, Al in glass ₂ O ₃ The content of is preferably 3 to 10 mol%.
[0027]
Further, in the alkaline earth oxide, if the content is less than 3 mol%, glass melting of the main component in the firing process becomes difficult. On the other hand, if the content exceeds 10 mol%, crystals caused by the alkaline earth oxide However, the malfunction which precipitates in a baking process arises. Taking these into consideration, the content of the alkaline earth oxide in the glass is desirably 3 to 10 mol%.
Examples of the alkaline earth oxide described here include MgO, CaO, SrO, BaO and the like. Among them, MgO tends to crystallize during the firing process, and SrO and BaO excessively increase the relative dielectric constant of the dielectric layer to be formed, so it is particularly optimal to select CaO. is there. By selecting CaO as the alkaline earth oxide, it is possible to easily suppress the occurrence of crystal precipitation due to the glass components during firing, and to lower the dielectric constant of the dielectric layer. It becomes possible.
[0028]
In the conventional glass, it was necessary to add metal components such as alkali metals, Pb and Sb to the glass for the purpose of lowering the melting temperature of the glass. However, due to these metal components, the oxide formed in the firing process increases the dielectric loss in the high frequency band of the formed dielectric layer. However, in the present invention, the dielectric layer can be formed by firing at a low temperature of 1000 ° C. or less without containing metal components such as alkali metals, Pb and Sb in the glass powder. As a result, it is possible to suppress problems such as an increase in dielectric loss in the high-frequency band due to the oxides caused by the metal components described above, and it is possible to further reduce the dielectric loss in the high-frequency band in the formed dielectric layer. It becomes.
[0029]
In addition to the function of a ground conductor such as a strip line corresponding to a high-frequency signal, the full-surface electrode conductor layer in the present invention is a shield for noise protection regardless of the frequency of a signal such as a high frequency. It may be formed as a ground conductor as a part. Even in that case, as shown in the present invention, it is possible to suppress problems such as blisters and gaps generated during firing.
[0030]
Next, the method for producing a low-temperature fired multilayer wiring board of the present invention comprises a green body mainly composed of glass powder made of glass having a crystallization temperature exceeding 1000 ° C. and a ceramic filler, and mainly a metal conductor. And a part of the conductor layer has a formation area of 1 cm. ² The multilayer wiring molded body configured as the entire surface electrode conductor layer is baked at a temperature lower than the crystallization temperature of the glass to form a multilayer wiring board.
[0031]
Since the crystallization temperature of the glass constituting the green body that becomes the dielectric layer by firing exceeds 1000 ° C., a conductor layer mainly composed of a metal conductor having a low melting point such as Ag or Cu, Even in the case of co-firing by low-temperature baking at 850 to 1000 ° C., the glass constituting the dielectric layer can be formed as one in which crystal precipitation is suppressed during baking or not. Therefore, it is possible to suppress the difference in shrinkage behavior due to the constituent particles of the dielectric layer and the conductor layer during firing. As a result, when the dielectric layer and the conductor layer are fired simultaneously, the formation area of the conductor layer, particularly a part of the conductor layer, is 1 cm. ² It is possible to suppress problems such as swelling and peeling occurring on the entire surface electrode conductor layer as described above. As a result, a multilayer wiring board with improved electrical characteristics such as resistivity of the conductor layer, that is, a low-temperature fired multilayer wiring board can be obtained. It can be manufactured.
[0032]
Further, in the manufacturing method of the present invention, the glass constituting the green body is suppressed in crystallization in the firing process or not crystallized in the firing process, so that the dielectric layer and the conductor layer It is possible to widen the range of firing conditions such as a firing temperature for simultaneous firing. As a result, it is possible to improve the productivity of the manufactured low-temperature fired multilayer wiring board. In addition, by widening the range of firing conditions in this way, it is possible to improve the binder removal property in the firing process of the binder made of an organic material contained in the green body.
[0033]
The low-temperature fired multilayer wiring board produced by the production method of the present invention has the same effect as the low-temperature fired multilayer wiring board of the present invention described above, but the dielectric constant of the dielectric layer is 7 or less, and 10 GHz or more. In order to make the dielectric loss in the high frequency band 0.002 or less, the glass powder in the production method of the present invention is made of SiO as a main component. ₂ And B ₂ O ₃ And Al as a minor component ₂ O ₃ And an alkaline earth metal oxide, and the main component content is 80 to 95 mol%.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the low-temperature fired multilayer wiring board of the present invention will be described.
FIG. 1 schematically shows a schematic cross-sectional view of a low-temperature fired multilayer wiring board 1 (hereinafter also abbreviated as “substrate 1”), in which dielectric layers 2 and conductor layers 3 are alternately formed. The semiconductor element 51 is mounted on the surface as necessary. Each wiring layer serving as a wiring in the conductor layer 3 is electrically connected to each other by a via hole 35 penetrating the wiring layer in the thickness direction. Moreover, in FIG. 1, a part of the conductor layer 3 constitutes a full-surface electrode conductor layer 11 that functions as a ground conductor for noise protection. In order to cause the substrate 1 to function as a high-frequency substrate, a part of the wiring layer in the conductor layer 3 can be configured as a strip line. The wiring board 1 may be, for example, a high-frequency package, or an active element function that itself has a high-frequency signal processing capability, or a high-frequency element such as an antenna switch module that is configured separately. It may be for doing.
[0035]
Further, in the substrate 1 of the present embodiment, various thick film circuit elements such as the capacitor 54, the inductor 53, and the resistor 55 are formed in addition to the conductor layer 3, and the thick film circuit element is particularly included. It is also possible to configure as a substrate having only the conductor layer 3. In addition, the substrate 1 can be applied to a known wiring substrate such as a form including a high-frequency wiring layer 10 such as a high-frequency microstrip line. Further, the capacitor electrode in the capacitor 54 in FIG.
[0036]
The electrode layer 11 functioning as a shield part for noise protection in FIG. 1, functioning as a ground conductor such as a strip line, or functioning as a capacitor electrode has a formation area of 1 cm. ² It is necessary to make it large. However, conventionally, when the dielectric layer 2 using crystallized glass and the conductor layer 3 including the electrode layer 11 are simultaneously fired, in the formed conductor layer 3, in particular, there is a blister or a gap in the electrode layer 11. There is a problem that it is likely to occur, and consequently the function of the electrode layer 11 is lowered.
[0037]
In the present invention, since the crystallization temperature of the glass that is a constituent component of the dielectric layer 2 exceeds 1000 ° C., the glass suppresses crystal precipitation even during firing at a firing temperature of 800 to 1000 ° C. It is possible to suppress the blisters and gaps generated in the formed conductor layer due to the difference in firing shrinkage behavior between the dielectric layer and the conductor layer as in the past. It becomes. As a result, electrical characteristics such as resistivity in the conductor layer can be improved, and in particular, a conductor layer suitable for high-frequency signals can be obtained. Moreover, the formation area of the electrode layer is 1 cm. ² In addition, since the number of formed layers can be increased, the function of the electrode layer can be improved and a low-temperature fired multilayer wiring board suitable for high-frequency signals can be obtained.
[0038]
As the glass constituting the dielectric layer of the present invention, SiO as a main component is used. ₂ And B ₂ O ₃ And Al as a minor component ₂ O ₃ And an alkaline earth metal oxide having a main component content of 80 to 95 mol% can be employed.
[0039]
In addition to the metal conductors that mainly constitute the conductor layer, silica, alumina, magnesia, zirconia, titania, mullite, spinel, glass frit, etc. are added to improve the matching with the dielectric layer during firing. May be.
[0040]
Although it is a manufacturing method of the glass in this invention, Although it does not specifically limit, the example is shown. After weighing and mixing the oxides of the raw material elements in the raw materials constituting the glass so as to have the above content, for example, after calcining at 1600 ° C. in a crucible, ball meal, etc. A glass powder is obtained by pulverizing. The glass powder is preferably pulverized so that the average particle size is in the range of 1 to 3 μm. This is because when the average particle size is larger than 3 μm, the mechanical strength of the formed dielectric layer is lowered, and when the average particle size is less than 1 μm, the binder removal property is lowered. In addition, the crystallization temperature of the formed glass powder shall be over 1000 degreeC.
[0041]
Next, an example of the manufacturing method of the present invention for manufacturing a low-temperature fired multilayer wiring board as shown in FIG. 1 will be described below.
Prepare a green sheet to be the dielectric layer. Green sheets are made of glass powder, ceramic filler such as alumina, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, binder, solvent, plasticizer, peptizer, and the average particle size that can be formed in the same process as above Additives such as an agent, a surfactant, and a wetting agent are mixed and mixed, and formed into a sheet by a doctor blade method or the like.
[0042]
Examples of the binder include acrylic resins (for example, polymethyl methacrylate, poly t-butyl methacrylate), cellulose acetate butyrate, polyethylene, polyvinyl alcohol, and polyvinyl butyral. Solvents include acetone, methyl ethyl ketone, and diacetone. Methyl isobutyl ketone, benzene, bromochloromethane, ethanol, butanol, propanol, toluene, xylene and the like.
Furthermore, as the plasticizer, butylbenzyl phthalate, dibutyl phthalate, dimethyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate, adipic acid ester, polyethylene glycol derivative, tricresol phosphate, etc. ), The surfactant includes benzene sulfonic acid, and the wetting agent includes alkyl allyl polyether alcohol, polyethylene glycol ethyl ether, nithyl phenyl glycol, polyoxyethylene ester, and the like.
[0043]
On the green sheet thus obtained, a formation area of 1 cm ² A plurality of wiring patterns to be a conductor layer including the whole surface electrode conductor layer (including a pattern of the element when a thick film circuit element is formed) are formed by a known screen printing method, and thereafter The green body mainly composed of the glass powder and the ceramic filler is formed by stacking another ceramic green sheet thereon, repeating the pattern forming / green sheet laminating process, and thermocompression laminating, and the conductive material. A multilayer wiring molded body having a body layer is obtained. In addition, when forming the via hole 35, it drills using a drill etc. in the via formation position of a green sheet, and fills it with a metal paste here. A multilayer wiring board to be a low-temperature fired multilayer wiring board can be obtained by firing the multilayer wiring molded body thus formed at a firing temperature lower than the crystallization temperature mark of the glass powder.
[0044]
【Example】
Hereinafter, experimental results performed to confirm the effects of the present invention will be described.
[0045]
(Example 1)
In accordance with the manufacturing process described above, SiO ₂ , B ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ And binder (acrylic) with respect to 100 parts by weight of the mixed powder having an average particle diameter of 2.5 μm of 50 parts by weight of the glass powder composed of CaO as an alkaline earth metal oxide and 50 parts by weight of the ceramic filler composed of alumina. 20 parts by weight of a resin, 10 parts by weight of a plasticizer (dibutyl phthalate), and 75 parts by weight of a solvent (a mixture of toluene and isopropyl alcohol) were mixed to prepare a slurry. Next, using this slurry, a green sheet having a thickness of 250 μm was prepared by a doctor blade method. By printing a Cu paste pattern on the surface of the obtained green sheet by screen printing method, 3.6 × 2.6 cm ² In addition to forming the electrode layer, which is a conductive layer, and repeating the green sheet lamination / pattern printing process, three electrode layers are formed, and then the green sheet is laminated so as to cover the electrode layer. A multilayer wiring molded body was formed. Thereafter, the multilayer wiring molded body is degreased at 850 ° C. in a nitrogen atmosphere (in a reducing atmosphere) and fired at 1000 ° C. for 2 hours to obtain a low-temperature fired multilayer substrate on which an electrode layer is formed. It was.
The Cu paste was prepared by mixing 100 parts by weight of copper powder (particle size: 5 μm) mainly constituting the electrode layer, 30 parts by weight of vehicle, and 0.5 parts by weight of silica with a three roll mill.
[0046]
(Example 2)
The same conditions as in Example 1 except that instead of CaO constituting the glass powder in Example 1, a mixed powder of 60 parts by weight of glass powder added with MgO and ZnO and 40 parts by weight of ceramic filler made of alumina was used. A low-temperature fired multilayer wiring board was produced.
[0047]
(Comparative Example 1)
Except for the mixed powder of 60 parts by weight of glass powder obtained by adding MgO to CaO to the components constituting the glass powder in Example 1 and 40 parts by weight of ceramic filler made of alumina, under the same conditions as in Example 1, A low-temperature fired multilayer wiring board was produced.
(Comparative Example 2)
The same conditions as in Example 1 except that instead of CaO constituting the glass powder in Example 1, 65 parts by weight of glass powder to which MgO was added and 35 parts by weight of ceramic filler made of alumina were used. A low-temperature fired multilayer wiring board was produced.
[0048]
The contents of the constituent components of the glass powder in the examples and comparative examples are as shown in Table 1. The crystallization temperature in Table 1 is a known differential thermal analysis method for glass powders prepared with the same component content as the glass powders of the examples and comparative examples prior to the implementation of the examples and comparative examples ( In DTA), the differential heat curve is measured and corresponds to the exothermic peak temperature of the obtained differential heat curve. The differential thermal curve was measured at a rate of temperature increase of 10 ° C./min and in the range of 25 ° C. to 1100 ° C. Moreover, in the glass powder in Example 1, since the crystallization temperature was 1100 degreeC or more, the exothermic peak was not seen in the temperature range of 25 degreeC to 1100 degreeC or less.
In addition, the crystallization temperature of the glass powder in this specification points out the thing corresponding to the exothermic peak temperature of a differential heat curve similar to the above.
[0049]
[Table 1]

[0050]
The low-temperature fired multilayer wiring boards produced in the above examples and comparative examples were cut, and the electrode layers were visually observed with a magnifying glass having a magnification of 20 times.
As a result, as can be seen from Table 1, in the case of Example 1 in which the crystallization temperature of the glass powder was 1000 ° C. or higher, no swelling or peeling was confirmed in the electrode layer. Although the crystallization temperature of the glass powder of Example 2 was 1000 ° C. or higher, it was lower than the crystallization temperature of the glass powder in Example 1, so that a slight bulge was confirmed at the end of the electrode layer. . On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, since the crystallization temperature was 1000 ° C. or less, large swelling or peeling was confirmed in the electrode layer.
[0051]
From the above results, it was found that those formed in Example 1 and Example 2 in which the crystallization temperature of the glass powder is 1000 ° C. or higher can suppress swelling and peeling in the electrode layer. Moreover, it turned out that the thing of Example 1 whose crystallization temperature of glass powder is high can further suppress the swelling and peeling of an electrode layer.
[0052]
(Example 3)
Using the same green sheet and Cu paste as in Example 1, a Cu paste was screen-printed on the surface of the green sheet to form a multilayer wiring molded body as shown in the schematic diagram of FIG. ² The electrode layer pattern was formed, and then the green sheet lamination / pattern printing process was repeated to form a multilayer wiring molded body on which the electrode layer pattern and the wiring pattern were formed. After that, the multilayer wiring molded body is degreased at 850 ° C. in a nitrogen atmosphere (in a reducing atmosphere) and fired at 1000 ° C. for 2 hours to cope with a high-frequency signal having a stripline and a microstripline. A low-temperature fired multilayer wiring board was obtained.
[0053]
The dielectric measurement of the dielectric constant and dielectric loss of the dielectric layer in the low-temperature fired multilayer wiring board obtained in Example 3 above, and the resistance measurement of the conductor wiring forming the conductor layer were performed. The dielectric measurement was performed at a resonance frequency of 8 to 12 GHz in the TE011 mode (JIS R1627) of the both-end short-circuited dielectric resonator method. Further, the volume resistivity of the conductor layer was determined from the resistance value of the conductor wiring obtained from the resistance measurement and the measured length, width and height of the conductor wiring. In both measurements, the measurement temperature was 25 ° C.
From the above dielectric measurement, the dielectric constant was 5.8 and the dielectric loss at 10 GHz was 0.0014. On the other hand, from the resistance measurement, the volume resistivity is 2.4 × 10. ^-6 It became Ωcm.
[0054]
From the measurement results for Example 3, the low-temperature fired wiring board having the stripline and the microstripline formed in Example 3 has a low dielectric constant in the dielectric layer and dielectric loss in the high frequency band, and the conductor It was confirmed that the layer is suitable for high-frequency signals with low resistivity.
In addition, in this specification, a high frequency refers to a thing of 1 GHz or more.
[0055]
From the above example, the low-temperature fired multilayer wiring board according to the present invention is swollen on a part of the electrode layer of the conductor layer even when the conductor layer is composed of a low-resistance and low-melting material such as Cu. It has been confirmed that defects such as gaps and gaps can be suppressed, and consequently the resistivity of the conductor layer can be lowered, and the transmission characteristics of high-frequency signals are improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a low-temperature fired multilayer wiring board according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a low-temperature fired multilayer wiring board in an example.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a problem that occurs in a conductor layer.
[Explanation of symbols]
1 Low-temperature fired multilayer wiring board
2 Dielectric layer
3 Conductor layer
11 Full-surface electrode conductor layer

Claims

It has a dielectric layer composed of glass and a ceramic filler whose crystallization temperature exceeds 1000 ° C., and a conductor layer mainly composed of a metal conductor, and is fired at 800 to 1000 ° C.
A part of the conductor layer is configured as a full-surface electrode conductor layer having a formation area of 1 cm ² or more.

2. The low-temperature fired multilayer wiring board according to claim 1, wherein the whole surface electrode conductor layer is a ground electrode and / or a capacitor electrode.

The low-temperature fired multilayer wiring board according to claim 1 or 2, wherein the dielectric layer has a dielectric constant of 7 or less, and a dielectric loss in a high frequency band of 10 GHz or more is 0.002 or less.

The glass has SiO ₂ and B ₂ O ₃ as main components, Al ₂ O ₃ and alkaline earth metal oxides as subcomponents, and the content of the main components is 80 to 95 mol%. 4. The low-temperature fired multilayer wiring board according to claim 1, wherein crystals due to the glass are not precipitated in the dielectric layer. 5.

The glass is composed of SiO ₂ and B ₂ O ₃ as main components, Al ₂ O ₃ and alkaline earth metal oxides as subcomponents, and the content of the main components is 80 to 95 mol%. 4. The low-temperature fired multilayer wiring board according to claim 1, wherein crystals due to the glass are not precipitated in the dielectric layer. 5.

The conductor layer comprising a green body mainly composed of glass powder made of glass having a crystallization temperature exceeding 1000 ° C. and a ceramic filler, and a conductor layer mainly composed of a metal conductor. A low temperature characterized by forming a multilayer wiring board by firing a multilayer wiring molded body formed as a whole surface electrode conductor layer having a formation area of 1 cm ² or more below the crystallization temperature of the glass. A method for manufacturing a fired multilayer wiring board.

The glass powder has SiO ₂ and B ₂ O ₃ as main components, Al ₂ O ₃ and alkaline earth metal oxide as subcomponents, and the content of the main components is 80 to 95 mol. The method for producing a low-temperature fired multilayer wiring board according to claim 6, wherein