JPS6112091A

JPS6112091A - 多層回路基板及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6112091A
Application number: JP59131169A
Authority: JP
Inventors: 戸崎　博己; 平吉種井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1986-01-20

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】〔発明の利用分野〕本発明は多層回路基板及びその製造方法に関する。特に
、ガラスセラミック質絶縁材料を用いた多層回路基板及
びその製造方法に関するものである。′この種の多層回
路基板は、例えば多数のＬＳＩチップを搭載する高集積
化した回路基板として利用される。

〔発明の背景〕

ＬＳＩチップを搭載する基板は、従来、アルミナを主材
とする原料シートつまり所謂グリーンシートにタングス
テン等の高融点金属の導体を厚膜技術によシ印刷形成し
、これを積層して多層のグリーンシートとして、これを
約１５００℃の高温非酸化雰囲気にて焼結して製造され
ている。

しかしこのようなアルミナ系多層配線基板では、近年特
に情報処理装置の分野等で望まれている演算処理の高速
化に対応するのには充分でないという問題がある。アル
ミナは比誘電率が比較的高く、微細配線タングステン導
体は配線抵抗が高いため、その多層層内の配線を伝播す
る信号遅延時間は、一段と高まった演算処理の高速化の
要求に応え難いからである。このことから、電気抵抗の
低い金属による配線と、誘電率の低い絶縁材料が必要と
されている。

上記事情を背景として、高導電性金属即ちＡｇ。

Ａｕ−、Ｃｕ　、　Ａｇ／Ｐａ等約１０００℃近辺に融
点を持つ材料を配線に用いることができるように、多層
基板として、絶縁材料にガラス及び結晶化ガラスを用い
ることが提案されている（特開昭５１−１２７１１２号
）。　また、特開昭５４−１１１５１７号においては、
α−１−シェラ、イト（ＭｇＯＩＩＡ１２０３・Ｓ　ｉ
　０２　）やβ−スＩノーメン（Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏｓ
・５ｉｎ）　を主結晶とする結晶化ガラスセラミックス
が開示されている。これら技術は確かに成る面で従来の
アルミナ系多層基板より有利と考えられる。例えばα−
１−ジェライトやβ−スポジュメンは、その熱膨張係数
が加〜５０Ｘ１０”７℃の範囲にあり、Ｓｉチップ（Ｌ
ＳＩ）　ｏ熱膨張係数（約３０　Ｘ　１０−７７℃）に
ほぼ合致させることができ、熱膨張の差に由来する接続
部の温度サイクルによる応力破壊を抑えることができる
。またこれらの基板は抗折強度が高く、１５００　ｋｙ
／ｃｙ１以上であシ、これは一般的なガラスの抗折強度
の倍以上あり、これによ５ＬＳＩチツプ及び基板に接続
される入出力ビンの基板からの剥離破壊を抑えることが
可能となる。

しかしながら、前記した演算処理の高速化という点で考
えるといガラスセラミックスの比誘電率は未だ高く、よ
って多層配線を伝播する信号遅延時間は、未だ充分には
その要求に応え難い。理想的には比誘電率を５以下にし
たく、あるいＦｉ５〜６前後に抑えたいのであるが、こ
の要請は満たされていないのが現状である。また、その
熱膨張率は艶Ｘ　１０−７／’Ｃ以下であυ、１４０　
Ｘ　１０　’／℃以上の”　ｅ　Ａｇ　＋　Ｃｕ　、　
Ａｇ／Ｐａ等の配線導体や、表面層の端子の剥離を生じ
易いという問題がある。よって、ＬＳＩとして一般的な
Ｓｉチップを用いても、その熱膨張係数である約３０Ｘ
１０−７／”Ｃと余９差がなくて温度サイクルによって
も接続部に応力破壊が生じず、かつ１４０　Ｘ　１０−
７／’Ｃ以上の熱膨張係数を有する上記高導電性金属と
も余シ差がなく端子剥離を生じにくい、有利なガラスセ
ラミックス絶縁材料が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、極めて低い誘電率のガラスセラミック
ス絶縁材料を用いることにより信号伝播の遅延速度が極
めて小さくて高速処理に充分対応でき、かつ高抗折性で
強度が高く、熱膨張係数も適当な範囲に選ぶことができ
る、有利な多層回路基板及びその製造方法を提供するに
ある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本願発明の多層回路基板は、
Ｓ　ｉ　０２を６６〜７９ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏを９〜２０
ｗｔ％　、　Ａｄ２０３を３〜１０ｗｔ％、Ｋ２Ｏを１
〜３ｗｔ％およびＴｊ　０４あるいはＰ２Ｏ５を３ｗｔ
％含むガラス質材料７０〜４０　ｗ　ｔ％に、石英ガラ
ス加〜６０　ｗ　ｔ％を混合した材料をガラスセラミッ
ク質絶縁材料として用いて回路を多層化して構成する。

このガラスセラミック質材料は、誘電率が低く、高抗折
性で、熱膨張率も適当な範囲にあり、上記目的にかなう
ものである。

本願の他の発明は、このような混合物材料を７５０〜８
５０℃の温度で熱処理して、ガラスセラミック質絶縁材
料として用いる。　　　　　−゛へ石英ガラスは極めて
低い比誘電率（約４）と、低い熱膨張係数（約５　Ｘ　
１０　”／”Ｃ）を有するので、この構成によシ上記ガ
ラス質と石英ガラスとを混合すると、誘電率を低くする
ことができ、またこれにより、熱膨張率を所望の値に調
整することができる。

本願の更に別の発明は、上記のような多層配線基板の製
造方法であシ、上記ガラス質と石英ガラスとの混合物を
７５０〜８５０℃の結晶析出温度で熱処理し、けい酸リ
チウム（Ｌｉ２Ｏ・２Ｓ１０２）を析出させて結晶化ガ
ラスとし、これをガラスセラミック質絶縁材料として用
い回路を多層化して多層回路基板を得る方法である。こ
の方法によれば、加熱温度は高導電性金属の融点よりも
小さいので、信号伝播を高速化する多層回路基板の製法
として有利である。

〔発明の実施例〕

以下゛、本発明の一実施例について、図面を参照して説
明する。

本実施例により得られる多層配線基板は、その−例が添
付図面に断面図にて示す構造になっており、図の如くガ
ラスセラミンク質から成る絶縁材料ｌに所望の配線２が
形成されて回路が多層化されておシ、この配線２は、ビ
ン接続端子３を介してビン５と接続され、また、ＬＳＩ
接続端子４を介してＬＳＩ６と接続されることにより、
ＬＳＩ６を搭載するようになっている。本実施例で得ら
れるガラスセラミ−ツク質絶縁材料は、例えばこのよう
な構造の多層配線基板として具化化されるのである。

本実施例のガラスセラミックス質絶縁材料は、Ｓ　１０
２　、　Ｌｉ２Ｏ、Ａｌｚ　０３　、　ＫｌＩ　Ｏ、及
びＰ２Ｏ５またけＴ　ｉ　０２を成分としてその組成が
第１表の５１〜Ａ７に掲げるようにして形成したガラス
質に、石英ガラスを混合して得られたものを用いる。本
実施例においては、このようなガラス質材料を７５０〜
８５０℃の温度で熱処理してガラスセラミック質絶縁材
料として用い、かつ、この場合、この熱処理においてけ
い酸リチウム（Ｌｓ、　０・２ＳｉＯ２）を主結晶とし
て析出させて、結晶化ガラスにして用いる。

本実施例の多層配線基板は、次に述べるＩ〜■の工程に
よシ、製造する。

工程Ｉニガラス粉末の作成第１表に示す組成となるよう、５ＩＯ２，Ｌｉ２Ｏ。

’−１３２０３ｒ　Ｋ２９　＋　Ｐ２Ｏ５（またはＴｉ
０２）を酸化物あるいは炭酸塩として秤量し、混合後、
白金るつぼに投入して１４００℃にて溶融させる。　こ
れを、急冷し、粉砕して、平均粒径１．５μｍのガラス
粉末を作成する。

工程■：グリ・−ンシートの作成ここでは、平均粒径１．０μｍの石英ガラスの所定量（
３０−６０Ｗ　ｔ％）を上記ガラス粉に加えて混合し、
ポリビニルブチラール樹脂を加えて更に混合し、可塑剤
・揮発性溶剤を加えて混線後、脱気処理してスリップを
作成する。上記ガラス質（結晶化ガラス）粉末と石英ガ
ラスとの配合割合は第２表に示す通シであシ、また、本
実施例の扁１〜Ａ８の各側で使用のガラス質の組成は、
第１表に記載の嵐で特定した。

次いでこのスリップをドクターブレード法により２リエ
ステル等のフィルム上に塗布・乾燥してガラスのグリー
ンシートを作成し、このグリーンシートに回路上必要な
導通孔と印刷積層位置決め用基準孔を形成する。

工程■：導体ペーストの印刷とシート積層金粉末に、エ
チルセルロースとポリビニルブチラール樹脂を溶融した
ビヒクルを加えて、導体ペースト作成した。これをシー
トに形成した孔に印刷充填するとともに、必要な配線回
路を形成する。

また、ＬＳＩおよび入出力ビンが接続される端子は、Ａ
ｇ／Ｐｄの啄−スト印刷して形成する。

所定の回路・やタンを印刷したグリーンシートを順次重
ね合わせ、所定の外形に切断しつつ、加圧・加熱（１２
０℃）して積層体を作成する。

工程■：焼結積層体を次に示す温度条件で焼結した。毎時２００℃で
４００℃まで昇温し、１時間保持してシートおよびペー
ストの樹脂物を分解除去する。次いで毎時２００℃で軟
化温度まで昇温して領分保持し、゛ここで結晶析出のた
めの核形成を行なう。そして、毎時２００℃で結晶温度
まで昇温しでＩ分保持し、ガラスシートの焼結を行なっ
た。

結晶温度は第２表のＡ　］−Ａ　８の各々につき、同表
に示す温度とした。なおこの場合、結晶温度はこれに限
られず、例えば７５０〜８５０℃の間で選択できる。こ
の温度は、ここで用いる高導電性金属の融点よシも充分
に低い。

工程Ｖ　：　ＬＳＩチップ及び入出力ビンの接続金メッ
キしたエバールの入出力ビンを基板の裏面にＡｕ／Ｓｎ
はんだで接合し、ＬＳＩチップをＰｂ／Ｓｎはんだで接
合して、多層化配線基板を形成する。

上記工程で得られ次ガラスセラミックの諸特性を、その
組成とともに、第２表に示す。本実施例によれば、比誘
電率は５以下とすることができ１極めて低誘電率の絶縁
材料として得ることができ、演算処理の高速化等への対
処として有効である。

また熱膨張係数はおよそ５０〜７０　Ｘ　１０−７７　
”Ｃの範囲にあシ、約３０　Ｘ　１ｏ−７／　＊ｃであ
るＳｔチップと余ｐ差がなく、接続部の接着性が良く、
その応力破壊なども生じない。従来のアルミナ基板と同
等のＬＳＩチップ接続寿命が得られる。かつ、従来のガ
ラスセラミックに比して熱膨張係数が大きいので、高導
電性金属との接続性も良好である。よって、使用するチ
ップや配線材料に応じて、最適なものを選択使用するこ
とができる。更に抗折強度も充分である。

〔発明の効果〕

上述の如く本、発明の多層回路基板は、低誘電率の絶縁
材料を用いたので、信号伝播を高速化できるとともに、
高抗折強度によシビン接合強度を向上できる。かつ、熱
膨張係数を適切な範囲にとることができるので、信号伝
播を一層高速化すべく、高導電性の材料で配線すること
が充分可能であシ、あ・つ、使用するチップとの接続性
も良好な範囲で選択使用することができるものである。

また、本発明の多層回路基板の製造方法は、高導電性金
属の融点以下での焼結によシ回路基板を製造できるので
、高速信号伝播の多層回路基板の生産に有利である。

なお、当然のことではあるが、本発明は前述した実施例
にのみ限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明の一実施例に係る多層配線基板の断
面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１、ＳｉＯ＿２を６６〜７９ｗｔ％、Ｌｉ＿２Ｏを９〜
２０ｗｔ％、Ａｌ＿２Ｏ＿３を３〜１０ｗｔ％、Ｋ＿２
Ｏを１〜３ｗｔ％およびＴｉＯ＿４あるいはＰ＿２Ｏ＿
５を３ｗｔ％含むガラス質材料７０〜４０ｗｔ％に、石
英ガラス３０〜６０ｗｔ％を混合した材料をガラスセラ
ミック質絶縁材料として用いて回路を多層化したことを
特徴とする多層回路基板。２、前記ガラス質材料と石英ガラスとはともに粉末とし
て混合したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の多層回路基板。３、ＳｉＯ＿２を６６〜７９ｗｔ％、Ｌｉ＿２Ｏを９〜
２０ｗｔ％、Ａｌ＿２Ｏ＿３を３〜１０ｗｔ％、Ｋ＿２
Ｏを１〜３ｗｔ％およびＴｉＯ＿４あるいはＰ＿２Ｏ＿
５を３ｗｔ％含むガラス質材料９０〜４０ｗｔ％に、石
英ガラス３０〜６０ｗｔ％を混合した材料を７５０〜８
５０℃の温度で熱処理してガラスセラミック絶縁材料と
して用い回路を多層化したことを特徴とする多層配線基
板。４、前記ガラス質材料と石英ガラスとはともに粉末とし
て混合したことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
載の多層回路基板。５、前記熱処理においてけい酸リチウム（Ｌｉ＿２Ｏ・
２ＳｉＯ＿２）を主結晶として析出させることを特徴と
する特許請求の範囲第３項または第４項に記載の多層配
線基板。６、ＳｉＯ＿２を６６〜７９ｗｔ％、Ｌｉ＿２Ｏを９〜
２０ｗｔ％、Ａｌ＿２Ｏ＿３を３〜１０ｗを％、Ｋ＿２
Ｏを１〜３ｗｔ％およびＴｉＯ＿４あるいはＰ＿２Ｏ＿
５を３ｗｔ％含むガラス質材料に、石英ガラスを混合し
た材料を７５０〜８５０℃の結晶析出温度で熱処理し、
けい酸リチウム（Ｌｉ＿２Ｏ・２ＳｉＯ＿２）を析出さ
せて結晶化ガラスとし、これをガラスセラミック質絶縁
材料として用い回路を多層化したことを特徴とする多層
回路基板の製造方法。