JPS5911700A - セラミツク多層配線回路板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低酵電率をもつセラミック基板と低い抵抗率？
もつ導体とから構成されたセラミック多層配線回路板に
係り、特にＬＳＩ恰載用セラミック基板に関する。

電子回路の高曽度化に伴い、セラミック基板に半導体電
子を搭載した多層配線回路板も、多用されるようになっ
た。従来、そのセラミック基板としては、熱伝導率、機
械的り動屁、電気杷縁吐などから、アルミナ磁器が用い
られている。

アルミナ磁器は、９程度という大きな比誘電率をもち、
約１５００〜１６５０ｃという高温で焼成すゐことによ
り製造される。

ところで、セラミック基板の比誘電率は電子回路の信号
伝達速度に＃讐し、両者の関係は式％式％ （ここでｔｄは電気信号の伝送遅れ、ε、は比誘電率、
ｔは信号の伝送距離、Ｃは光の速度ケそれぞれ示すｊ で表わされることが知らｎている。それ故、比誘シ率が
大きいきいうことは、信号の伝達がそれだけ遅れること
であり、アルミナｖａ＜ｉＭ基板にとって一つの弱点で
ある。また、アルミナ磁器が向い焼成温度′に安するこ
とは、基板の焼成と同時に導体回路をも焼成し形成する
工程上の都合から、通用できる導体材料？高融点？もつ
タングステンヤモリブデンなどに限定することになる。

しかるに、タングステンおよびモリブデンは焼結しが几
く、かつ５．２〜５．５μΩ・ｃｒｎ（室温）という大
きな抵抗率をもつ材料である。配線回路板において、回
路が高密度に形成される場合には、配縁幅が狭められる
から、回路の線抵抗は大きくなり、そのことは電圧降下
を増し、信号の伝送速度を遅くする。

従って、これらの高抵抗率材料？導体に使用することは
、好ましくない。

このように、従来、多層配線回路板の基板として使われ
ているアルミナ磁器は、回鮎信号の尚速伝送という点に
おいて、不利であった。

本発明は、＋ｉＪ述した従来の垂板の欠点全改良して、
小さい比誘電率をもち、比較的低い温度で焼成できるセ
ラミック基板を提供し、併せて、低抵抗率材料ケ導体に
用いることによって、１５号伝送の高速化に有利な多層
配線回路板を提供すること？目的としている。−仁の％
ｔｉＸ＆よ、セラミック絶縁材料と鋼もしくｖよ銀？含
む導体パターンとが又互に積層されてなる多層配線回路
板において、セラミック絶縁材料がシリカおよび１０５
０Ｃ以下の軟化点？もつガラスを含有してなることでる
る。

無機材料の中で比誘電率の最も小さい材料はシリカ（比
誘電率３．８）である。シリカは、それだけでは１４０
０ｔ：’以上で焼成しなければ焼結しない。

一方、導（性のすぐれた導体４．ｆ料として公知の銀（
体積抵抗率１．６μΩ・ｃｒｎ　）　、銅（体積抵抗率
１．７μΩ・ｃｒｒｌ）は、それぞれ９６１　Ｇ、　１
０８３Ｃで融解する　配線回路板として、これらの導体
を使うためには、これらの融点より低温で焼結できるセ
ラミック材料全選定しなければならない。さもないと、
該セラミック材料を焼成する際に、印刷法によりすでに
形成されである回路パターンの導体が融解し、断線また
は短紺全おこす恐れがある。それ故、シリカの比誘電率
を活かし、／、ｌ）つ、低温焼、渭を可能にする方法が
要求される。

本発明において、ま、シリカに低軟化点のガラスを配合
して、ガラスにより焼結させる運がとられた。ここで使
用されるガラスシュ、化学的に安定であって、１０５０
Ｃ以下で軟化するガラスであｉＬば艮い。例えば硼ケイ
酸系カラス、リン酸アルミニウム系ガラスなどがある。

酸化鉛を宮む低軟化点ガラスも使用できる。ガラスの選
択に際して、比誘電率の大きさに留意すべきことは言う
までもない。

シリカの原料としては、石英、石英ガラス、トリジマイ
ト、クリストバライトが用いられる。

原料は一般には３２５メツシユ以下の粒度で用いられる
。粒子が細いほどセラミック基板の表面の粗度は小さく
なる。

シリカとガラスとの混合比率は時に制限されない。しか
し、ガラスは少なくともシリカを結合できる量でなけれ
ばならない。したがって、実用可能な混合比はシリカ：
ガラス−５〜９５　：９５〜５（重ｉ％）が良い。

次に、本発明の最終目的であるセラミック多層配線回路
板を作成する工程の−？ｌＪ’に示す。

まず、シリカ粉末とガラス粉末ケ所定の混合割合で秤取
され、結合剤、０Ｔ塑剤及び浴剤とを混ゴされてスラリ
か作成される。結合剤としてはポリビニルブチラール樹
脂、ポリメタクリル樹脂などが、可塑剤としてはフタル
酸ジオクチル、４剤にはメタノール、トルエンなどが用
いらｌＬイ。スラリｒよ樹脂フィルム上にドクターブレ
ード法により適当な厚さのシート状に展延さｎる。浴剤
全乾燥は去することによりグリーンセラミックシートが
得らｌＬる。グリーンシートはパンチ法などにより所定
の位置に、所定の径の穴があけられ、さらに、該シート
表面に銀または銅のペーストが所定パターンに従って印
刷さルる。穴の内部にもペーストが印刷法により詰めら
れ、グリーン７−ト全貫いて導体パターンの開音接続す
るスルーホールになる。４体パターンとスルーホールが
形成されたグリーンノートば多層に積層された後、焼成
される。

銅導体が印刷され九グリーン／−トの焼成には窒素に水
素全混合したフォーミングガスの雰囲気が採用され、該
ガス中には結合剤および１丁塑剤などの赦化源として水
分が加えられる。焼成温度ｖユ、使用されたガラスの組
成、原料の粒度によって変えられるが、１０５０Ｃ以下
であることが望ましい。

それが１０５０Ｃｋこえると銅の浴解が２こり断線、短
Ｍをおこす。焼成は温度によるが、約数分間から１時間
程匿保持すれば完了する。トンネル型の炉を用い焼成す
る場合にＶま、炉の入口から炉の出口まで２４時間かけ
ることもめる。このような工程２通して、銅を導体にし
た回路が形成され几セラミック多層配線回路板が製造さ
れる。銀導体が印刷さｎたグリーンシートの焼成にはフ
ォーミングガス以外に、窒素ガス及び空気も用いること
ができる。これは銀が酸化されないだめである。その焼
成温度は９５０Ｃ以下が好筐しい。関温度で焼成すると
、銀の溶解がおこり、印刷パターンの断線、短絡をおこ
す。焼成工程を通して、銀導体が形成されたセラミック
多層配線回路板が製造される。

次に、本発明？実施例によって説明する。

なお、以下の各例中に部とあるのは重量部？１％とある
のは藏量％全意味する。

実施例１ ．５ＩＣｈ２０〜３０％、Ａｔ２０３　１５〜２０％、
Ｍｇ０５〜１０％、１３２０３３０〜５０％、Ｂｉｚ０
３５〜１５％の組成で各々酸化物を混合し、白金ルツボ
に入れ、１４００Ｃで俗解する。こｆ′Ｌ’ｌ室温まで
急冷して、均質なガラスを作成する。ガラス１よ８５０
〜９５０Ｃの低軟化点をもつ。このガラスを３２５メツ
シユ以下に粉砕して原料とする。

石英ガラス２５ｇ３２５メツ７ユ以下に粉砕し、石英ガ
ラス５〜９５部（５〜９５部の範囲内で、中間がある。

）に対して、上記で作成したガラスミ９５〜５部（９５
〜５部の範囲内で、中間がある。）？秤量する。両者ｔ
ボールミルに入７Ｌ。

２４時間混合する。さらに、メタクリル樹脂５．９部、
フタル坂ジオクチル２．４部、トリクロールエチレン２
３．０部、パークロルエチレン９．Ｏｍ及びブチルアル
コール６．ｂ で３時間混往する。これにより混合物はスラリーになる
。該スラリーからドクターブレード？用いてマイラーノ
イルム上に連続的に厚さ０．２Ｂの７−１つくる。その
シートｔ−最高温度１００Ｃで加熱し、溶剤類金揮敗さ
せ、グリーンシートにする。グリーンノートを所定の形
状（７０×７０＋１創）に切断する。パンチ法により所
定の位置にスルーホール紮あけ、銅の導体ペーストケス
クリーン印刷して、パターンを形成する。導体ベース）
２層間の接続用にスルーホール内にも施こす。銅の導体
パターンが形成され九６枚のグリーンシート會ガイド孔
奮用いて積重ね、１２０Ｃで７Ｆ＝ｇ／ｃｍ２の圧力で
接着する。

積層したグリーンシート’に炉詰めして、焼成する。焼
成雰囲気には水素？３〜７％會む望索會用い、峨ガス中
にわずかな水蒸気を導入して有機結合剤の熱分解を促進
させる。最高温度９５０Ｃで少なくとも３０分１ｔ４５
保持した後冷却する。

以上の工程によシ、導体層数６層の多層配線回路板を得
友。この回路板の導体には銅が用いろれているので、導
体の抵抗率は２．５μΩ・口であり、また石英ガラスと
低軟化点ガラスとからなるセラミック材料の比誘電率は
石英ガラス：低融点ガラス＝５：９５の材料で５．２．
３０ニア０の材料で４．６，５０：５０の材料で４．５
，９５：５の材料で４．２である。

実施例２ 石英ガラスケ３２５メツシユ以下に粉砕し、石英ガラス
５〜９５部に対して５ｊ０２４０、Ａｔｚ　０３１０、
ＭｇＱ５、Ｂ！０３４０、Ｋ２Ｏ３の組成からなるガラ
スフ９５ル５部ヶ秤量する。これｔボールミルに入れ２
４時間混合する。さらに、上記セラミックスの原料１０
０部に対して、結合剤としてポリビニルブチラール５．
９部、可塑剤としてフタル威ジブチル２．４部、溶剤と
してトリクロルエチレン２３．０　部、バークロヘルエ
チレン９．０　部、フ゛チルアルコール６．０部金力日
え、再びボールミルで混合する。得られたスラリー？ド
クターブレード法によりグリーンシートにする。シート
は０．２咽の均一な厚さにする。グリーンシート？所定
の形状（７０Ｘ　７０　ｒｒｍ　）に切Ｉ１．ｌｉする
。パンチ法により、所定の位置にスルーホール？おけ、
銀の導体ペーストｉ用いてスクリーン印刷法により、所
定パターン？形成する。導体ペーストは層間の接続用に
スルーホール内にも人種めする。銀の導体ペースト？形
成した６枚のグリーンノートはガイド穴？用いて厘ね合
せ、９０　Ｃ％　７　ｈ９／　ｃｍ２の圧力で積層接層
する。

積層したグリーンシートは炉詰めして、焼成すλ る。焼成雰囲気に空気を用い、最高温度９００Ｃで少な
くとも１５分間、保持した後、冷却する。

以上の工程により、導体層数６層の多層配線回路板？得
た。この回路板の導体には銀が用いられているので導体
の抵抗率は２μΩ・個である。このｌこめ、導体パター
ンの線幅７０μｍ１長さ１ｃｒｎのライン抵抗は０．４
Ω／ｃｍでめった。従来、アルミナ系多層配線回路板に
使用されているタングステン？用い良導体における抵抗
率は１５μΩ・圀であり、同じ７０μｍの線幅、長さ１
ｃｒｎのライン抵抗は１Ω／ｃｍである。本発明の多層
配線回路板では導体の抵抗が小さい九め、電圧降下が少
なく、信号の伝達遅れがない。また、セラミック材料の
比誘電率は４．３〜５．０でるり、比ｄ電率９のアルミ
ナ材料？用いたものより）１ｇ号の伝達速度が早い。

実施例３ 実施例１の石英ガラスのかわりに石英を用い、石英粉５
〜９５部に対して、実施例１のガラス９５〜５部？秤量
し、ボールミルに入れ、２４時間混合する。さらに、メ
タクリル樹脂５．９部、フタル酸ジグチル２，４部、ト
リクロルエチレン２３．０部、パークロルエチレン９．
０部、ブチルアルコール６．０部を入れ、再びボールミ
ルで３時間混合する。これに工り重合物はスラリーにな
る。スラリーからドクターブレード法により厚さ０．２
　ｍｒｓのグリーンシー）ｋつくる。グリーン７−トは
所定の形状（７０Ｘ７０ｔｒｒｍ）に切断する。パンチ
法により新星の位置にスルーホールをあける。穴のあけ
られたグリーン７−トにスクリーンｌ：ｌＪ刷法により
、まず１，１−間の接続用に穴の中に銅の導体ペースト
？埋め、次いで、所ノｔの配線パターン全形成した。

銅の導体ペーストが所定のパターン印刷された１０枚の
グリーンヅート？ガイド孔を用いて、所定の順序に重ね
合わせる。１２０　”Ｃ，７ｈ／ｃｍ２の圧力で接着し
、１０枚のグリーンシートが厘ねられた積層板？作成し
た。

積層されたグリーン７−トｔＰ詰めして、焼成する。焼
成雰囲気は水素全３〜７％會むフォーミングガスとし、
該ガス中にわずがな水蒸気全導入し、有機結合剤の熱分
解全促進させた。焼成温度は最高９５０Ｃとし、９５ｏ
ｃ迄の昇温時間全８時間、９５０ｔ：”で１時間保持し
、その後、８時間かけて室温まで冷却し、焼成を終えた
。

以上の工程により、導体層数１０層の多層配線回路板全
作成。この多層板Ｖヨ、線幅７０μｍの導体における抵
抗０．４０／　ｃｍ　、セラミック材料の比誘電率４．
６〜５．２であり、信号の伝達速度の早いものであった
。

実施例４ Ｓｉ０２２０〜３０％、ｈｌｚ　０３Ｕ−ぎ〜２０％、
Ｍｇ０５〜１０％、８２０ｇ　４０〜６０％からなる軟
化点７３０Ｃのガラスを作成する。このガラスに石英ガ
ラスを５〜９５％混合し、実施例１ま九は２と同様に多
層配線回路板全作成した。セラミック材料の比誘電率４
．４〜５．５の多層配線回路板が得られ九。

本発明によれば多層配線回路板の導体に抵抗の小さい鋼
または銀が使用できる。このため導体の線幅を小さくし
ても、導体のライン抵抗を小さくおさえることができ、
高密度の多層配線回路板を作成できる。

【図面の簡単な説明】

図は実施例１で作成した多層配線回路板の断面模式図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　セラミック絶縁材料と鋼もしくは銀？きむ導体と
   が交互に積ノーされてなるセラミック多層配線回路板に
   おいて、前記絶縁材料がシリカおよび１ｏｓｏｃ以下の
   軟化点？もつガラス全含有してなることｔ時減とするセ
   ラミック多層配線回路板。