JP5489701B2 - Multilayer wiring board and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、生体内に埋設される体内埋設機器に用いられる多層配線基板およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a multilayer wiring board used for an in-vivo embedded device embedded in a living body and a method for manufacturing the same.
生体内に埋め込まれる体内埋設機器用途に、セラミックスからなる絶縁基体を備えた多層配線基板が用いられることが知られていて、その需要は近年高まってきている。 It is known that a multilayer wiring board provided with an insulating substrate made of ceramics is used for an in-vivo embedded device to be embedded in a living body, and the demand thereof has been increasing in recent years.
この体内埋設機器用途の多層配線基板は、移動体通信分野などで用いられる多層配線基板と同様の基本構成であって、複数のセラミック絶縁層が積層された絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成された配線層と、セラミック絶縁層を貫通する貫通導体と、絶縁基体の一方主面および他方主面に形成された接続パッドとを備えている。 This multilayer wiring board for use in an in-vivo embedded device has the same basic structure as a multilayer wiring board used in the field of mobile communication, etc., and is formed inside an insulating substrate in which a plurality of ceramic insulating layers are laminated. Wiring layers formed therein, through conductors penetrating the ceramic insulating layer, and connection pads formed on one main surface and the other main surface of the insulating base.
ところで、体内埋設機器用途の多層配線基板には生体適合性が求められることから、セラミック絶縁層の形成材料としてアルミナ質焼結体を用い、貫通導体および接続パッドの形成材料として白金を用いることが知られている(特許文献1を参照)。 By the way, since the multilayer wiring board for use in an in-vivo embedded device is required to have biocompatibility, an alumina sintered body is used as a material for forming a ceramic insulating layer, and platinum is used as a material for forming a through conductor and a connection pad. It is known (see Patent Document 1).
しかし、白金は高価な材料である。そこで、コストを削減するために、生体に直接接触しない内部配線層や貫通導体の形成材料を白金ではなくより安価なタングステンやモリブデンとし、接続パッドの形成材料のみを白金とすることが考えられる。 However, platinum is an expensive material. Therefore, in order to reduce costs, it is conceivable that the internal wiring layer and the through conductor that do not directly contact the living body are made of cheaper tungsten or molybdenum instead of platinum, and only the connection pad forming material is platinum.
ここで、このような多層配線基板を製造するためには、アルミナ粉末を主成分とするセラミックグリーンシートを作製し、このセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して該貫通孔に貫通導体用導体ペーストを充填するとともに前記セラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布する等したうえで、このセラミックグリーンシートを複数積層してセラミックグリーンシート積層体を作製して焼成する方法が挙げられる。 Here, in order to manufacture such a multilayer wiring board, a ceramic green sheet mainly composed of alumina powder is prepared, a through hole is formed in the ceramic green sheet, and a conductive paste for a through conductor is formed in the through hole. And a method of firing a ceramic green sheet laminate by laminating a plurality of ceramic green sheets and applying a conductive paste for a wiring layer to one main surface of the ceramic green sheet. .
ところが、タングステンやモリブデンを主成分とする貫通導体用または配線層用の導体ペーストを焼成するためには、その酸化を防止するために水素窒素混合雰囲気で焼成する必要があり、このような雰囲気で白金を主成分とする接続パッド用導体ペーストを同時に焼成してしまうと、白金を主成分とする接続パッド用導体ペーストの最表面に形成されている酸化物が水素により還元されてしまうため、接続パッド用導体ペーストとセラミック絶縁層との濡れ性が低下し、接合強度が低下するという問題が生じてしまう。 However, in order to fire a conductor paste for through conductors or wiring layers mainly composed of tungsten or molybdenum, it is necessary to fire in a hydrogen-nitrogen mixed atmosphere to prevent oxidation. If the conductive paste for connection pads mainly composed of platinum is fired at the same time, the oxide formed on the outermost surface of the conductive paste for connection pads mainly composed of platinum will be reduced by hydrogen. The wettability between the pad conductor paste and the ceramic insulating layer is lowered, resulting in a problem that the bonding strength is lowered.
そこで、アルミナ質焼結体からなる複数のセラミック絶縁層が積層された絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする配線層と、セラミック絶縁層を貫通するタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体とを備える多層配線基板の前駆体を作製した後、絶縁基体の主面に、白金を主成分とする接続パッド用導体ペーストを塗布し、あらためて真空中にて焼成する方法が考えられる。 Therefore, an insulating base in which a plurality of ceramic insulating layers made of an alumina-based sintered body are laminated, a wiring layer mainly composed of tungsten or molybdenum formed inside the insulating base, and tungsten penetrating the ceramic insulating layer or After preparing a multilayer wiring board precursor comprising a through conductor mainly composed of molybdenum, a conductor paste for connection pads mainly composed of platinum is applied to the main surface of the insulating substrate, and then fired again in a vacuum. A way to do this is conceivable.
ここで、白金を主成分とする接続パッド用導体ペーストを、例えば1280℃で焼成して接続パッドを形成しようとすると、貫通導体の形成材料であるタングステンまたはモリブデンと接続パッドを形成する白金との金属間化合物が形成されて、この金属間化合物が接続パッドの表面まで達することで、生体適合性が低下してしまうおそれがある。 Here, when a connection pad conductor paste containing platinum as a main component is baked at, for example, 1280 ° C. to form a connection pad, tungsten or molybdenum, which is a through conductor forming material, and platinum forming the connection pad When the intermetallic compound is formed and the intermetallic compound reaches the surface of the connection pad, the biocompatibility may be lowered.
一方、白金を主成分とする接続パッド用導体ペーストを、例えば850〜1000℃で焼成して接続パッドを形成しようとすると、上記のような金属間化合物の形成をなくすことができるが、焼成温度が低いことから接続パッドを形成する白金の緻密性が不十分となる。このため、多層配線基板を生体内で使用する際に接続パッドを通過して体液が貫通導体の表面まで達することで、生体適合性が低下してしまうおそれがある。 On the other hand, when a connection pad conductor paste mainly composed of platinum is baked at, for example, 850 to 1000 ° C. to form a connection pad, the formation of the intermetallic compound as described above can be eliminated. Therefore, the density of platinum forming the connection pad is insufficient. For this reason, when using a multilayer wiring board in a living body, there is a possibility that the biocompatibility may be lowered by passing through the connection pad and the body fluid reaching the surface of the through conductor.
したがって、接続パッドは、貫通導体の形成材料との金属間化合物が形成されず、緻密に形成されたものである必要がある。 Therefore, the connection pad needs to be densely formed without forming an intermetallic compound with the through conductor forming material.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より安価に製造でき、生体適合性に優れた白金を主成分とする緻密な接続パッドを備えた多層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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a multilayer wiring board having a dense connection pad mainly composed of platinum, which can be manufactured at a lower cost and has excellent biocompatibility, and a method for manufacturing the same. For the purpose.
本発明の多層配線基板は、アルミナ質焼結体からなる複数のセラミック絶縁層が積層された絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする配線層と、前記セラミック絶縁層を貫通するタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体と、前記絶縁基体の一方主面および他方主面に形成された接続パッドとを備え、少なくとも前記一方主面に形成された前記接続パッドの表面が71〜88質量%の白金と残部の金とのみからなり、前記白金の中に前記金が、互いに繋がらずほぼ均一に分散しており、生体適合性を有していることを特徴とするものである。
A multilayer wiring board according to the present invention includes an insulating substrate in which a plurality of ceramic insulating layers made of an alumina sintered body are laminated, a wiring layer mainly composed of tungsten or molybdenum formed inside the insulating substrate, The connection formed at least on the one main surface, comprising a through conductor mainly composed of tungsten or molybdenum penetrating the ceramic insulating layer, and a connection pad formed on one main surface and the other main surface of the insulating base. The surface of the pad is composed of only 71 to 88% by mass of platinum and the remaining gold, and the gold is dispersed in the platinum substantially uniformly without being connected to each other , and has biocompatibility. It is a feature.
また本発明の多層配線基板の製造方法は、上記構成の本発明の多層配線基板の製造方法であって、アルミナ粉末を主成分とするセラミックグリーンシートを作製し、該セラミックグリーンシートに貫通孔を形成して該貫通孔にタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体用導体ペーストを充填するとともに、前記セラミックグリーンシートの一方主面にタングステンまたはモリブデンを主成分とする配線層用導体ペーストを塗布し、前記貫通孔に貫通導体用導体ペーストが充填され、一方主面に配線層用導体ペーストが塗布された前記セラミックグリーンシートを複数積層してセラミックグリーンシート積層体を作製し、該セラミックグリーンシート積層体を窒素と水素との混合雰囲気中1350〜1700℃で焼成した後、前記セラミックグリーンシート積層体を焼成して得られた絶縁基体の少なくとも一方主面に、無機物成分として71〜88質量%の白金粉末と残部の金粉末とのみが混合された接続パッド用導体ペーストを塗布し、真空中850〜1000℃で焼成することを特徴とするものである。
A method for manufacturing a multilayer wiring board according to the present invention is a method for manufacturing a multilayer wiring board according to the present invention having the above-described configuration, wherein a ceramic green sheet mainly composed of alumina powder is produced, and a through hole is formed in the ceramic green sheet. The through hole is filled with a conductive paste for a through conductor mainly composed of tungsten or molybdenum, and a conductive paste for a wiring layer mainly composed of tungsten or molybdenum is applied to one main surface of the ceramic green sheet. A ceramic green sheet laminate is prepared by laminating a plurality of the ceramic green sheets in which the through holes are filled with a conductor paste for through conductors and one of the main surfaces is coated with a conductor paste for wiring layers. After firing the body at 1350-1700 ° C. in a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen, At least one main surface of the resulting insulating base by firing La Mick green sheet laminate, a 71-88 wt% of the platinum powder and the balance of gold powder and only mixed connection pads conductor paste as inorganic component coating And firing at 850 to 1000 ° C. in a vacuum.
本発明の多層配線基板によれば、少なくとも絶縁基体の一方主面に形成された接続パッドの表面が71〜88質量%の白金と残部の金とのみからなり、白金の中に金が、互いに繋がらずほぼ均一に分散していることで、生体適合性に優れた白金を主成分とする緻密な接続パッドを備えた、生体適合性を有する多層配線基板を実現することができる。
According to the multilayer wiring board of the present invention, at least one surface of the connection pads formed on the main surface of the insulating substrate consists of 71 to 88 wt% of platinum and the remainder gold and only gold in platinum, together By being distributed almost uniformly without being connected, it is possible to realize a biocompatible multilayer wiring board having a dense connection pad mainly composed of platinum having excellent biocompatibility .
また、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、アルミナ質焼結体からなる複数のセラミック絶縁層が積層された絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする配線層と、セラミック絶縁層を貫通するタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体とを備える多層配線基板の前駆体を作製した後、無機物成分として71〜88質量%の白金粉末と残部の金粉末とのみが混合された接続パッド用導体ペーストを塗布し、真空中850〜1000℃で焼成することで、接続パッド用導体ペーストに含まれる白金と金とが合金とならず(白金の結晶格子中に金の原子が取り込まれることなく)、金の焼結助剤としての働き(金による接着効果)が保たれた状態で、白金の中に金がほぼ均一に分散した状態の緻密な接続パッドを形成することができる。また、接続パッド用導体ペーストに含まれる金と金が繋がって連続相を形成することがないので、多層配線基板を使用中に金が生体内に溶出した場合でも貫通導体が露出することを防ぐことができ、生体適合性に優れた多層配線基板を得ることができる。 Further, according to the method for manufacturing a multilayer wiring board of the present invention, an insulating base in which a plurality of ceramic insulating layers made of an alumina sintered body are laminated, and tungsten or molybdenum formed inside the insulating base as a main component. A multilayer wiring board precursor comprising a wiring layer to be formed and a through conductor mainly composed of tungsten or molybdenum penetrating the ceramic insulating layer, 71 to 88% by mass of platinum powder and the remaining gold as inorganic components By applying the connection pad conductor paste mixed only with the powder and firing at 850 to 1000 ° C. in vacuum, platinum and gold contained in the connection pad conductor paste do not become an alloy (platinum crystal lattice). Gold is dispersed almost uniformly in platinum while maintaining its function as a sintering aid for gold (adhesive effect of gold) without any gold atoms being taken in. Dense connection pads state can be formed. In addition, since the gold and gold contained in the connection pad conductor paste are not connected to form a continuous phase, it is possible to prevent the through conductor from being exposed even when the gold is eluted into the living body during use of the multilayer wiring board. And a multilayer wiring board having excellent biocompatibility can be obtained.
以下、本発明の実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の多層配線基板の実施形態の一例を示す概略断面図であり、図1に示す多層配線基板は、アルミナ質焼結体からなる複数のセラミック絶縁層11、12、13、14が積層された絶縁基体1と、絶縁基体1の内部に形成されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする配線層2と、セラミック絶縁層11、12、13、14を貫通するタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体3と、絶縁基体1の一方主面および他方主面に形成された接続パッド41、42とを備え、少なくとも一方主面に形成された接続パッド41の表面が71〜88質量%の白金と残部の金とからなり、白金の中に金がほぼ均一に分散していることを特徴とするものである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a multilayer wiring board according to the present invention. The multilayer wiring board shown in FIG. 1 has a plurality of ceramic
絶縁基体1は、アルミナ質焼結体からなる複数のセラミック絶縁層11、12、13、14からなるもので、それぞれのセラミック絶縁層11、12、13、14は、88〜96質量%のアルミナと残部のガラス(焼結助剤成分)とで形成されている。このアルミナの含有量は、X線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求められたものである。なお、アルミナの平均結晶粒径は、例えば1〜5μm程度であって、この平均結晶粒径は、測定試料(アルミナ質焼結体)の表面を鏡面研磨し、例えば燐酸を用いてエッチングを行って粒界を溶かした後、走査型電子顕微鏡(SEM)による例えば1000倍の画像の所定領域について複数の線を引いて各線の粒界との交点の数を数える、いわゆるインタセプト法により求めることができる。また、残部のガラスとしては、SiO2、MgOおよびCaOを含むものが挙げられる。
The insulating base 1 is composed of a plurality of ceramic
なお、複数のセラミック絶縁層11、12、13、14の厚みは通常50〜200μm程度、絶縁基体1の厚みは通常0.2〜0.8mm程度で、縦横それぞれ1〜30mm程度(多数個取り基板の状態では5〜150mm程度)に形成されたものであり、絶縁基体1(複数のセラミック絶縁層11、12、13、14)がこのようなアルミナ質焼結体からなることで、絶縁基体1の生体適合性は良好なものとなる。
The thickness of the plurality of ceramic
絶縁基体1の内部には、タングステンまたはモリブデンを主成分とする配線層2が設けられているとともに、セラミック絶縁層11、12、13、14をそれぞれ貫通するタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体3が設けられている。配線層2は、タングステン粉末またはモリブデン粉末を主成分とする配線層用導体ペーストの焼結によって形成され、貫通導体3は、タングステン粉末またはモリブデン粉末を主成分とする貫通導体用導体ペーストの焼結によって直径50〜200μm程度に形成されたものである。配線層2および貫通導体3には、セラミック絶縁層11、12、13、14の形成材料と同種の材料が、微量添加や拡散によって含まれていてもよい。
A
絶縁基体1の一方主面および他方主面には、接続パッド41、42が形成されている。そして、少なくとも一方主面に形成された接続パッド41の表面が71〜88質量%の白金と残部の金とからなり、白金の中に金がほぼ均一に分散している。
ここで、接続パッドの表面が71〜88質量%の白金と残部の金とからなるのは、一方主面に形成された接続パッド41のみでもよく、一方主面および他方主面の両主面に形成された接続パッド41、42でもよく、どちらの形態とするかは、生体内に埋設されたときの生体適合性を考慮して適宜決定される。例えば、本発明の多層配線基板が半導体素子収納用パッケージの一部を構成しており、他方主面に形成された接続パッド42が半導体素子収納用パッケージの内部空間に面しており、生体と接触する可能性がない場合には、一方主面の接続パッド41の表面のみが、71〜88質量%の白金と残部の金とからなり、白金の中に金がほぼ均一に分散しているようになっていればよい。
Here, the surface of the connection pad may be composed of 71 to 88% by mass of platinum and the remaining gold only by the
また、接続パッド41、42の少なくとも表面が、71〜88質量%の白金と残部の金とからなり、白金の中に金がほぼ均一に分散しているものであればよく、接続パッド41、42の全体がこのように形成されたものでもよく、貫通導体3と電気的に接続されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする第1層と、この第1層を被覆するように白金および金で形成された表面側の第2層とで構成されていてもよいことを意味している。
Further, at least the surface of the
具体的には、接続パッド41、42の全体が上記のように白金および金で形成され、貫通導体3に直接電気的に接続されている場合、接続パッド41、42の厚みは3〜50μm程度に形成され、接続パッド41、42の直径は貫通導体3の直径よりも10〜400μm程度大きく形成される。
Specifically, when the
また、接続パッド41、42が、貫通導体3と電気的に接続されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする第1層と、この第1層を被覆するように白金および金で形成された第2層とで構成されている場合には、第1層の厚みは3〜15μm程度、直径は75〜300μm程度に形成され、第2層の厚みは3〜50μm程度、直径は100〜400μm程度に形成される。
In addition, the
そして、本発明の多層配線基板においては、接続パッド41、42の表面が71〜88質量%の白金と残部の金とからなっていることが重要である。白金と金とがこのような割合で、白金の中に金がほぼ均一に分散していることで、製造時(後述する真空中850〜1000℃での焼成時)にこれらが合金とならず(白金の結晶格子中に金の原子が取り込まれることなく)、金の焼結助剤としての働き(金による接着効果)が維持されたまま、緻密に焼結して接続パッド41、42が形成される。白金の割合が71質量%未満であると、後述の焼成条件において、金と金とが繋がって連続相を形成し、多層配線基板を使用中に金が生体内に溶出した場合に貫通導体3が露出するおそれが生じ、接続パッド41、42の生体適合性を低下させるおそれがある。一方、白金の割合が88質量%を超えると、後述の焼成条件において、白金と金とが合金を形成してしまい、白金の結晶格子中に金の原子が取り込まれてしまうので、金の焼結助剤としての働き(金による接着効果)が低下し、接続パッド41、42の緻密性を低下させるおそれがある。
In the multilayer wiring board of the present invention, it is important that the surfaces of the
なお、白金が71〜88質量%の割合になっていることは、接続パッド41、42のX線回折の回折ピークにおける、白金と金のメインピーク強度比より測定することができる。
In addition, it can measure that the ratio of platinum is 71-88 mass% from the main peak intensity ratio of platinum in the diffraction peak of the X-ray diffraction of the
また、金と金とが繋がって連続相を形成しているかどうかは、接続パッド41、42を切断し断面を研磨して、この断面を波長分散型X線マイクロアナライザー分析(EPMA)法により、1000倍の倍率にて元素マッピングすることで、測定することができる。
Whether or not gold and gold are connected to form a continuous phase is determined by cutting the
また、接続パッド41、42の緻密性については、接続パッド41、42を切断し断面を研磨して、この断面の走査型電子顕微鏡(SEM)による1000倍の画像を画像処理することにより二値化し、測定することができる。二値化したうちのボイド部分の割合を数値化することにより、ボイド率を算出することができる。
Further, the denseness of the
以上述べたように、本発明の多層配線基板によれば、生体適合性に優れた白金を主成分とする緻密な接続パッドを備えた多層配線基板を実現することができ、接続パッド41、42を通過して貫通導体を形成するタングステンまたはモリブデンの導体成分が、使用時に生体内に溶出するのを抑制することができる。 As described above, according to the multilayer wiring board of the present invention, it is possible to realize a multilayer wiring board having a dense connection pad mainly composed of platinum having excellent biocompatibility. It is possible to suppress the elution of the tungsten or molybdenum conductor component that forms the through-conductor through the living body during use.
次に、上記構成の多層配線基板を製造するための製造方法について説明する。 Next, a manufacturing method for manufacturing the multilayer wiring board having the above configuration will be described.
本発明の多層配線基板の製造方法は、まず、アルミナ粉末を主成分とするセラミックグリーンシートを作製する。 In the method for producing a multilayer wiring board according to the present invention, first, a ceramic green sheet mainly composed of alumina powder is produced.
例えば、平均粒径1〜5μmのアルミナ粉末を88〜96質量%に、2〜8質量%のSiO2粉末、0.5〜2質量%のMgO粉末および0.1〜2質量%のCaO粉末を混合し、この混合粉末に例えばアクリル系、セルロース系などの有機バインダ、トルエン、アルコールなどの有機溶剤を添加してスラリーを調整した後、プレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法などの成形方法によってセラミックグリーンシートを作製する。セラミックグリーンシートの厚みは、例えば60〜230μm程度に形成される。 For example, alumina powder having an average particle diameter of 1 to 5 μm is added to 88 to 96% by mass, 2 to 8% by mass of SiO 2 powder, 0.5 to 2% by mass of MgO powder, and 0.1 to 2% by mass of CaO powder. After mixing the mixed powder, for example, an organic binder such as acrylic or cellulose, an organic solvent such as toluene or alcohol, and adjusting the slurry, press method, doctor blade method, rolling method, injection method, etc. A ceramic green sheet is produced by a forming method. The thickness of the ceramic green sheet is, for example, about 60 to 230 μm.
次に、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成して貫通孔にタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体用導体ペーストを充填するとともに、セラミックグリーンシートの一方主面にタングステンまたはモリブデンを主成分とする配線層用導体ペーストを塗布する。 Next, a through-hole is formed in the ceramic green sheet, and the through-hole is filled with a conductive paste for a through conductor mainly composed of tungsten or molybdenum, and one main surface of the ceramic green sheet is mainly composed of tungsten or molybdenum. Apply wiring layer conductor paste.
貫通孔は、マイクロドリル、レーザ等により直径60〜230μm程度に形成されたものである。そして、タングステン粉末またはモリブデン粉末に上記のような有機バインダ、有機溶剤等を添加してなる貫通導体用導体ペーストを、貫通孔に充填する。一方、タングステン粉末またはモリブデン粉末に上記のような有機バインダ、有機溶剤等を添加してなる配線層用導体ペーストを、セラミックグリーンシートの一方主面にスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により塗布する。 The through hole is formed with a diameter of about 60 to 230 μm by a micro drill, a laser, or the like. Then, a through-hole is filled with a conductive paste for through conductor formed by adding the above organic binder, organic solvent or the like to tungsten powder or molybdenum powder. On the other hand, a conductor paste for wiring layer formed by adding an organic binder, an organic solvent, or the like as described above to tungsten powder or molybdenum powder is applied to one main surface of the ceramic green sheet by a method such as screen printing or gravure printing.
次に、貫通孔に貫通導体用導体ペーストが充填され、一方主面に配線層用導体ぺーストが塗布されたセラミックグリーンシートを複数積層してセラミックグリーンシート積層体を作製する。 Next, a plurality of ceramic green sheets each having a through-hole filled with a conductive paste for through conductors and coated with a conductor paste for wiring layers on one main surface are laminated to produce a ceramic green sheet laminate.
積層する方法は、積み重ねたセラミックグリーンシート積層体に熱と圧力を加えて熱圧着する方法や、有機バインダ、可塑剤、溶剤等からなる密着剤をセラミックグリーンシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。なお、積層の際の加熱加圧の条件は、用いる有機バインダ等の種類や量により異なり、例えば30〜100℃、2〜20MPaに設定される。 The method of laminating is a method of applying heat and pressure to the stacked ceramic green sheet laminates and thermocompression bonding, or a method of applying an adhesive composed of an organic binder, plasticizer, solvent, etc. between the ceramic green sheets and thermocompression bonding. Etc. can be adopted. In addition, the conditions of the heating and pressing at the time of lamination | stacking change with kinds and quantity of organic binders etc. to be used, for example, set to 30-100 degreeC and 2-20 MPa.
次に、セラミックグリーンシート積層体を窒素と水素との混合雰囲気中1350〜1700℃で焼成する。 Next, the ceramic green sheet laminate is fired at 1350-1700 ° C. in a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen.
ここで、窒素と水素との混合雰囲気とは、例えば窒素80〜95%、水素5〜20%程度の雰囲気であり、このような雰囲気中1350〜1700℃で焼成して、アルミナ質焼結体からなる複数のセラミック絶縁層11、12、13、14が積層された絶縁基体1と、絶縁基体1の内部に形成されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする配線層2と、セラミック絶縁層11、12、13、14を貫通するタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体とを備える多層配線基板の前駆体が作製される。
Here, the mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen is, for example, an atmosphere of about 80 to 95% nitrogen and 5 to 20% hydrogen, and is fired at 1350 to 1700 ° C. in such an atmosphere to obtain an alumina sintered body. An insulating substrate 1 in which a plurality of ceramic insulating
最後に、得られた前駆体における絶縁基体1の少なくとも一方主面に、71〜88質量%の白金粉末と残部の金粉末とが混合された接続パッド用導体ペーストを塗布し、真空中850〜1000℃で焼成する。 Finally, a connection pad conductor paste in which 71 to 88% by mass of platinum powder and the remaining gold powder was mixed was applied to at least one main surface of the insulating base 1 in the obtained precursor, and 850 to 850 in vacuum. Bake at 1000 ° C.
接続パッド用導体ペーストは、71〜88質量%の白金粉末と残部(12〜29質量%)の金粉末との混合粉末に、例えばアクリル系、セルロース系などの有機バインダ、トルエン、アルコールなどの有機溶剤を添加してなるものであり、例えば、混合粉末100質量部に対し、外添で有機バインダを5〜30質量部、有機溶剤を0.1〜5質量部添加したものが採用される。 The conductive paste for connection pads is a mixed powder of 71 to 88% by mass of platinum powder and the balance (12 to 29% by mass) of gold powder, for example, an organic binder such as acrylic or cellulose, organic such as toluene or alcohol. A solvent is added. For example, a mixture obtained by adding 5 to 30 parts by mass of an organic binder and 0.1 to 5 parts by mass of an organic solvent is added to 100 parts by mass of the mixed powder.
なお、作製される接続パッド41、42の全体が上記のように白金および金で形成され、貫通導体3に直接電気的に接続される場合、接続パッド用導体ペーストの厚みは5〜60μm程度に形成され、接続パッド用導体ペーストの直径は貫通孔の直径よりも10〜400μm程度大きく形成される。
When the
また、作製される接続パッド41、42が、貫通導体3と電気的に接続されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする第1層と、この第1層を被覆するように白金および金で形成された第2層とで構成される場合には、第1層の厚みは5〜20μm程度、直径は85〜350μm程度に形成され、第2層の厚みは5〜60μm程度、直径は100〜400μm程度に形成される。
The
ここで、あらためて真空中850〜1000℃で焼成することが重要である。真空中で焼成することで、先に形成されたタングステンまたはモリブデンを主成分とする貫通導体および配線層の酸化を防止することができ、また、白金と水素とが反応することなく焼成できるからである。また、焼成温度が850℃以上であることで、この接続パッド用導体ペーストの焼結に必要な最低限の温度を確保でき、焼成温度が1000℃以下であることで、この接続パッド用導体ペーストと貫通導体用導体ペーストとの金属間化合物の形成を抑制することができるからである。 Here, it is important to fire again at 850 to 1000 ° C. in vacuum. By firing in vacuum, oxidation of the previously formed through conductor and wiring layer mainly composed of tungsten or molybdenum can be prevented, and platinum and hydrogen can be fired without reacting. is there. Moreover, since the firing temperature is 850 ° C. or higher, the minimum temperature necessary for sintering of the connection pad conductor paste can be secured, and when the firing temperature is 1000 ° C. or lower, this connection pad conductor paste. This is because it is possible to suppress the formation of an intermetallic compound between the conductive paste for through conductors.
そして、白金粉末と金粉末との混合粉末において、白金粉末の含有量が71〜88質量%であることが重要である。 And in the mixed powder of platinum powder and gold powder, it is important that the content of platinum powder is 71 to 88 mass%.
白金粉末のみ場合では、白金の融点が1700℃以上と高温のため、1000℃以下程度の温度では物質の移動(拡散)が生じにくく、焼結が進行しにくい状態にある。ここで、白金内に金を分散させて存在させ、それぞれが独立して存在していると、金は融点が1080℃程度なので、1000℃程度の温度でも活発に物質の移動が生じる。この金の活発な物質移動を生かして、金と白金との間で「相互拡散」現象が生じ、白金単体では移動度が低かった白金が、物質移動を始めるようになる。金と白金は結晶構造が近いので、相互拡散が生じやすいからである。この物質移動を利用して白金の焼結が促進される。 In the case of only platinum powder, since the melting point of platinum is as high as 1700 ° C. or higher, the movement (diffusion) of the substance hardly occurs at a temperature of about 1000 ° C. or lower, and the sintering is difficult to proceed. Here, when gold is dispersed in platinum and each exists independently, since gold has a melting point of about 1080 ° C., the substance actively moves even at a temperature of about 1000 ° C. Taking advantage of this active mass transfer of gold, an “interdiffusion” phenomenon occurs between gold and platinum, and platinum, which has a low mobility in single platinum, starts mass transfer. This is because gold and platinum are close to each other in crystal structure so that mutual diffusion is likely to occur. This mass transfer is used to promote the sintering of platinum.
本発明では、接続パッド用導体ペーストを焼結させるための焼成温度を850〜1000℃としており、白金と金との2元系状態図によれば、この温度で焼成して白金と金とが合金とならずに独立して存在するためには、白金粉末の割合が32〜88質量%であることが必要である。形成される接続パッド41、42において、白金と金との合金が形成され、白金の結晶格子中に金の原子が取り込まれてしまうと、金の焼結助剤としての働きが低下し、接続パッド41、42の緻密性を低下させるおそれがある。白金と金とが合金相を形成している場合は、最初から白金と金とが相互拡散をし終わった状態で存在していることになるので、わざわざそれ以上の拡散現象を起こそうというポテンシャルが働かなくなり焼結の促進効果は生まれないからである。
In the present invention, the firing temperature for sintering the connection pad conductor paste is set to 850 to 1000 ° C. According to the binary phase diagram of platinum and gold, platinum and gold are sintered at this temperature. In order to exist independently without becoming an alloy, the proportion of platinum powder needs to be 32 to 88 mass%. In the
ところが、単純立方格子のサイトパーコレーションの計算結果によれば、白金粉末の割合が71質量%未満であると、金粉末と金粉末とが繋がって連続相を形成し、多層配線基板を使用中に金が生体内に溶出した場合に貫通導体が露出する恐れが生じ、接続パッド41、42の生体適合性を低下させるおそれがある。
However, according to the calculation result of the site percolation of the simple cubic lattice, when the ratio of the platinum powder is less than 71% by mass, the gold powder and the gold powder are connected to form a continuous phase, and the multilayer wiring board is being used. When gold is eluted in the living body, the through conductor may be exposed, and the biocompatibility of the
したがって、白金粉末と金粉末との混合粉末において、白金粉末の含有量が71〜88質量%であることが重要となる。この割合は焼結後においても同じ割合となる。 Therefore, in the mixed powder of platinum powder and gold powder, it is important that the content of platinum powder is 71 to 88% by mass. This ratio is the same even after sintering.
以上述べたように、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、接続パッド用導体ペーストに含まれる白金と金とが合金とならず、また接続パッド用導体ペーストに含まれる金と金が繋がって連続相を形成せず、金による焼結助剤成分としての働き(金による接着効果)が保たれた状態で、白金の中に金がほぼ均一に分散した状態の緻密な接続パッドを形成することができ、生体適合性に優れた多層配線基板を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a multilayer wiring board of the present invention, platinum and gold contained in the connection pad conductor paste are not alloyed, and the gold and gold contained in the connection pad conductor paste are not. A dense connection pad in which gold is dispersed almost uniformly in platinum in a state in which the continuous phase is not formed and the function as a sintering aid component by gold (adhesion effect by gold) is maintained. A multilayer wiring board that can be formed and has excellent biocompatibility can be obtained.
平均粒径2μmのアルミナ粉末92質量%に、6質量%のSiO2粉末、1質量%のMgO粉末および1質量%のCaO粉末を混合し、この混合粉末にアクリル系の有機バインダおよびトルエンを添加してスラリーを調整した後、ドクターブレード法によってセラミックグリーンシートを作製する。セラミックグリーンシートの厚みは、180μmとした。 92% by mass of alumina powder having an average particle diameter of 2 μm is mixed with 6% by mass of SiO 2 powder, 1% by mass of MgO powder and 1% by mass of CaO powder, and an acrylic organic binder and toluene are added to the mixed powder. Then, after adjusting the slurry, a ceramic green sheet is prepared by a doctor blade method. The thickness of the ceramic green sheet was 180 μm.
次に、セラミックグリーンシートに直径235μmの貫通孔を形成し、この貫通孔にモリブデン粉末を主成分とする貫通導体用導体ペーストをスクリーン印刷法にて充填するとともに、モリブデン粉末を主成分とする配線層用導体ペーストを、セラミックグリーンシートの一方主面にスクリーン印刷にて塗布した。 Next, a through-hole having a diameter of 235 μm is formed in the ceramic green sheet, and the through-hole is filled with a conductor paste for a through conductor containing molybdenum powder as a main component by a screen printing method. The layer conductor paste was applied to one main surface of the ceramic green sheet by screen printing.
次に、貫通孔に貫通導体用導体ペーストが充填され、または前記接続パッド用導体ペーストが塗布されたセラミックグリーンシートを3層積層して、セラミックグリーンシート積層体を作製し、セラミックグリーンシート積層体を、窒素と水素との混合雰囲気にて1600℃で1時間かけて焼成して、多層配線基板の前駆体を作製した。 Next, a ceramic green sheet laminate is prepared by laminating three layers of ceramic green sheets in which through holes are filled with a conductor paste for through conductors or coated with the conductor paste for connection pads. Was fired at 1600 ° C. for 1 hour in a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen to prepare a precursor of a multilayer wiring board.
この前駆体における絶縁基体1の一方主面および他方主面に、表1に示す白金の割合で混合した白金粉末と金粉末との混合粉末100質量部に、外添でアクリル系有機バインダを12質量部、ターピネオールを1質量部添加した接続パッド用導体ペーストを40μmの厚みに塗布した。 In this precursor, 100 parts by mass of a mixed powder of platinum powder and gold powder mixed at a ratio of platinum shown in Table 1 on one main surface and the other main surface of the insulating substrate 1 is added 12 parts of an acrylic organic binder by external addition. The conductor paste for connection pads added with 1 part by mass of 1 part by mass and terpineol was applied to a thickness of 40 μm.
そして、真空中にて表1に示す温度で1時間かけて焼成して、多層配線基板を作製した。 And it baked over 1 hour in the temperature shown in Table 1 in the vacuum, and produced the multilayer wiring board.
得られた多層配線基板について、接続パッドにおける金のつながりの有無を波長分散型X線マイクロアナライザー分析(EPMA)法により測定した。
また、接続パッドの緻密性について、走査型電子顕微(SEM)による1000倍の画像を画像処理することにより二値化し、ボイド率を求めた。これらの結果を表1に示す。
About the obtained multilayer wiring board, the presence or absence of the gold | metal | money connection in a connection pad was measured by the wavelength dispersion type | mold X-ray microanalyzer analysis (EPMA) method.
Further, the denseness of the connection pads was binarized by image processing of a 1000-fold image by scanning electron microscope (SEM), and the void ratio was obtained. These results are shown in Table 1.
表1によれば、本発明範囲内の試料である試料No.2〜3および6〜7は、金のつながりもなく、ボイド率も32体積%未満で貫通導体が露出することがない。 According to Table 1, sample No. which is a sample within the scope of the present invention. In Nos. 2 to 3 and 6 to 7, there is no connection of gold, the void ratio is less than 32% by volume, and the through conductor is not exposed.
一方、本発明範囲外の試料である試料No.1、4〜5、および8は、金のつながりが観察されるか、あるいは32体積%以上のボイド率が観察され、生体適合性に対してリスクが高い状態となっている。 On the other hand, sample No. which is a sample outside the scope of the present invention. In 1, 4 to 5, and 8, a connection of gold is observed, or a void ratio of 32% by volume or more is observed, and there is a high risk for biocompatibility.
1:絶縁基体
11、12、13、14:セラミック絶縁層
2:配線層
3:貫通導体
41、42:接続パッド
1: Insulating
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