JP2610487B2 - セラミック積層回路基板 - Google Patents

セラミック積層回路基板

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JP2610487B2 JP63143350A JP14335088A JP2610487B2 JP 2610487 B2 JP2610487 B2 JP 2610487B2 JP 63143350 A JP63143350 A JP 63143350A JP 14335088 A JP14335088 A JP 14335088A JP 2610487 B2 JP2610487 B2 JP 2610487B2
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英夫 荒川
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機能モジュールを構成するのに好適なセラ
ミック積層回路基板及びその基板の用途に関する。
〔従来の技術〕
近年、大型電子計算機では、演算速度の高速化のため
に、高密度実装が要求されるようになってきている。そ
して、LSIチップは、配線形成技術の進歩から微細な配
線が形成可能となり、LSIチップからの電気信号入出力
用端子のピッチは、500μｍ以下と微細になってきてい
る。
また、実装の点ではセラミック積層回路基板の採用で
高密度の配線が形成できるようになってきている。そし
て、LSIチップとセラミック積層回路基板の接続は、高
密度実装の点からセラミック積層回路基板の上に直接、
またはキャリア基板を介してLSIチップを装着する実装
方式を採用するようになってきている。
しかし、LSIチップが技術の進歩により微細化が進ん
でいるにもかかわらず、セラミック積層回路基板の方
は、焼結という技術で作製されるため、10〜30％の焼成
収縮を生じ、その収縮のばらつきによってLSIチップと
セラミック積層回路基板の接続がうまくいかないという
問題が生じるようになってきた。焼成収縮率にばらつき
を生じるのは、焼成収縮率が10〜30％と比較的大きく、
またこの焼成収縮率が正確にコントロールできないこと
による。一般に焼成収縮率のばらつきと焼成収縮率は関
係が深く、焼成収縮率が大きい程ばらつきも大きくな
る。
焼成収縮率のばらつきを少なくするためには、原料粉
末の粒径及び粒度分布のコントロール、または分散法，
バインダの選定，プレス条件などによって、均質で密度
のばらつきの少ない成形体を作製しなければならない。
しかし、このようなコントロールをしても、焼成収縮率
のばらつきは±0.1〜0.2％程度が限界であり、LSIチッ
プの配線高密度化に対応できなくなってきている。
一方、セラミックスに繊維等を含ませて複合セラミッ
クスとすることによりセラミックスの性能が向上するこ
とが知られている。例えば、セラミックスに繊維等を含
ませて靭性を向上させたものがある。また、特開昭59−
83985号公報に記載されているように、ガラスに発砲剤
と繊維とを含ませたものとすることにより、軽量で断熱
性に優れたセラミックス基板としたものがある。また、
特公昭51−16302号公報、特開昭55−117250号公報に記
載されているように、炭素繊維と銅導体を複合化した導
体も得られている。また、有機物の中にガラスクロスを
複合させることにより主として強度を向上させ、熱膨張
係数を下げた有機系多層回路基板も知られているが、熱
膨張係数がまだ十分に小さくないため、LSIチップとの
接続の信頼性に問題がある。そしてまた、特開昭62−27
0442号公報に記載されているように、ガラスにウィスカ
を複合化することにより複合セラミックス材料が得られ
ているが、常圧焼結では、緻密に焼結できず、気孔が残
りやすい。
これら複合セラミックスは、靭性、強度、軽量化、断
熱性等を向上させることを目的としたものであって、寸
法精度の向上を目的としたものではない。寸法精度の向
上を目的にしたものとしては、特開昭62−241391号公報
に、セラミック配線基板用のグリーンシート中にガラス
繊維からなるガラス布を埋設することにより、ガラス布
が補強材となってグリーンシートの歪発生が抑制される
ので、多層化に際して各層の寸法精度が向上することが
記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のセラミック積層配回路基板にあっては、繊維を
含まないグリーンシートのみを積層して焼成したセラミ
ック積層回路基板では積層面方向の焼成収縮率が大き
く、またそのばらつきも大きいという欠点があった。ま
た、グリーンシート中にガラス布を埋設した複合グリー
ンシートのみを積層体中に用いて焼成すると、この複合
グリーンシートは厚さ方向に焼成収縮しにくいので内部
に15〜30vol％の気孔を生じ易くなるという欠点があ
る。
本発明の目的は、焼成収縮率のばらつきが少なく、か
つ、内部に気孔の少ないセラミック積層回路基板を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明の第１のセラミッ
ク積層回路基板は、導体層及びセラミックスからなるセ
ラミック絶縁層をそれぞれ複数積層してなる基板におい
て、セラミック絶縁層のうちの最上層及び最下層を、互
いに交差した繊維をセラミック層に内包させてなる繊維
複合セラミック絶縁層（時にこの絶縁層を、交差繊維を
含む繊維複合セラミック絶縁層と略す）から構成し、両
繊維複合セラミック絶縁層間に形成される積層部を、導
体層とセラミックスからなるセラミック絶縁層とから構
成したものである。
また、本発明の第２のセラミック積層回路基板は、導
体層及びセラミックスからなるセラミック絶縁層をそれ
ぞれ複数積層してなる基板において、セラミック絶縁層
のうちの最上層に隣合う第２上層及び最下層に隣り合う
第２下層を、交差繊維を含む繊維複合セラミック絶縁層
から構成し、両繊維複合セラミック絶縁層間に形成され
る積層部を導体層とセラミックスからなるセラミック絶
縁層とから構成したものである。
また本発明の第３、第４のセラミック積層回路基板
は、第１、第２のセラミック積層回路基板に加えて、２
つの繊維複合セラミック絶縁層間の導体層及びセラミッ
ク絶縁層からなる積層部の厚さ方向のほぼ中心に交差繊
維を含む第３の繊維複合セラミック絶縁層を介在させた
ものである。
本発明の第５のセラミック積層回路基板は、導体層及
びセラミックスからなるセラミック絶縁層をそれぞれ複
数積層してなる基板において、セラミック絶縁層のうち
の最上層、該最上層に隣合う第２上層、最下層及び該最
下層に隣り合う第２下層のそれぞれは、長手方向を層に
沿う一方向に延びる繊維をセラミック層中に内包させて
なる繊維複合セラミック絶縁層から構成し、第２上層と
第２下層間を形成する積層部を、導体層とセラミックス
からなるセラミック絶縁層とから構成し、かつ隣合う繊
維複合セラミック絶縁層はそれぞれ繊維の方向が互いに
直交するように配置されているものである。
第１〜５のセラミック積層回路基板において、導体層
がCu、Au、Ag、Ag−Pd、Ｗ、またはそれらの２種以上の
合金からなる。
また、セラミック絶縁層及び繊維複合セラミックがス
ルーホール導体及びビアホール導体の少なくとも一方を
有するものでもよい。
また、第１〜５の各セラミック積層回路基板の上に薄
膜多層配線を形成してもよいし、上記の導体層及びセラ
ミック絶縁層の積層部にセラミックコンデンサを内蔵し
てもよい。
本発明のセラミック積層回路基板の用途として、上記
コンデンサを内蔵したセラミック積層回路基板を、半導
体素子のキャリア基板として適用した電子計算機があ
る。また上記第１〜５のセラミック積層回路基板上に、
半導体素子を搭載した半導体モジュールがあり、さらに
この半導体モジュールを適用した電子計算機がある。
〔作用〕
上記のように構成されたセラミック積層回路基板にお
いて、セラミック絶縁層に含まれた繊維は、焼成時にそ
の繊維の長手方向の収縮が少ないので、繊維複合セラミ
ック絶縁層の繊維の長手方向の焼成収縮を妨げる。そし
て、繊維複合セラミック絶縁層を第１〜５のセラミック
積層回路基板のように含めることにより、その絶縁層が
繊維を含まないセラミック絶縁層の積層面方向の焼成収
縮を妨げ、セラミック積層回路基板の面方向の収縮を妨
げる。また、繊維を含まない絶縁層が重さ方向に焼成収
縮し易いので、基板が厚み方向に収縮して、基板内の気
孔率が低減する。
このセラミック積層回路基板の中で、第４、５のセラ
ミック積層回路基板のように、導体層及びセラミック層
の積層部の厚さ方向のほぼ中心に交差繊維を含む繊維複
合セラミック絶縁層を介在させる、すなわちこの基板の
厚さ方向の中心線に対して上下にほぼ対称に、上記繊維
複合セラミックス絶縁層を積層することにより、焼成時
にこの繊維複合セラミック絶縁層による基板の収縮変形
を妨げる力が、基板の厚さ方向で中心線に対し上下にほ
ぼ同等になる。また、この中心線に対称に積層された繊
維複合セラミックス絶縁層を相互に繊維の長手方向を交
差させて配置することにより、焼成時にこの絶縁層の焼
成収縮を妨げる方向が交差するので、この基板の面方向
の焼成収縮が妨げられる。
そして、層内で長手方向の交差した繊維は、焼成時に
繊維の長手方向に収縮しにくいので、この繊維を含む繊
維複合セラミック絶縁層が面方向に収縮するのを妨げ
る。従って、この繊維複合セラミック絶縁層を基板の厚
さ方向のほぼ中心に積層することにより、基板の両面の
収縮をほぼ均等に妨げる。
そして、基板を貫通するスルーホール導体と貫通しな
いビアホール導体の少なくとも一方を有するもので基板
の面方向の焼成収縮が抑制され、したがってモジュール
組立の位置決め精度が向上する。
また、本発明の第５のセラミック積層回路基板のよう
に、それぞれ繊維の方向が互いに直交するように配置さ
れた、繊維を含む繊維複合セラミック絶縁層の２枚を一
組にして、該基板の最上部及び最下部に配置すれば、繊
維複合セラミック絶縁層それぞれは、繊維の長手方向の
収縮が少ないので、交差繊維を含む繊維複合セラミック
絶縁層と同程度に基板の面方向の収縮を少なくでき、繊
維を含まないセラミック絶縁層の収縮をも妨げる。一
方、繊維を含まないセラミック絶縁層は厚さ方向に容易
に収縮して、内部の気孔率を低減する。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例について、第１図〜第11図に
より説明する。
第１実施例 繊維複合セラミック多層回路基板の製造方法は、第５
図に示すように、まず繊維、すなわちガラスクロス1Aを
複合化したグリーンシート21Aを作製する。繊維を複合
化したグリーンシート21Aを作製するには、セラミック
原料として、平均粒径５μｍのガラス粉を60重量％、平
均粒径１μｍのα石英を30重量％、SiO2ガラスクロスを
10重量％用意する。ガラス粉末の組成は、酸化物に換算
してSiO2を70〜80重量％、B2O3を10〜20重量％、アルカ
リ金属酸化物（この場合K2O）１〜５重量％、その他を
１重量％以下である。ガラスクロスの厚さは50μｍであ
る。次に上記のガラス粉末及びα石英を混合した粉末を
用いてスラリーを作製した。スラリーは、上記の比率で
混合したガラス粉末とα石英の混合粉末100重量部とメ
タクリル酸系のバインダを20重量部、トリクロロエチレ
ン99重量部、テトラクロロエチレン26重量部、ｎブチル
アルコール35重量部、フタル酸ジｎブチルを１重量部加
えボールミルで24h湿式混合して作製した。さらに、こ
のスラリをSiO2ガラスクロス1Aの両面に均一な厚さで塗
布し、その後乾燥して繊維複合グリーンシート21Aを作
製した。
次に、従来と同じ方法で、上記のガラス粉末とα石英
を原料粉末としたグリーンシート21Bを作製した。つま
り、ガラス粉を60重量％、α石英を40重量％の比で混合
した原料粉末100重量部とメタクリル酸系のバインダを2
0重量部、トリクロロエチレン99重量部、テトラクロロ
エチレン26重量部、ｎ−ブチルアルコール35重量部、フ
タル酸ジｎブチルを１重量部加えボールミルで24h湿式
混合してスラリーを作る。次に、真空脱気処理により適
当な粘度に調整する。次いで、このスラリーをドクター
ブレードを用いてシリコーンコートしたポリエステルフ
ィルム上に0.5mm厚さに塗布し、その後乾燥してグリー
ンシート21Bを作製した。
次に、スルーホールに充填する導体ペースト23を作製
した。導体ペースト23の作製は、平均粒径５μｍのガラ
ス粉末を10〜30重量％、銅粉末を90〜70重量％で配合
し、この混合粉末100重量部にメタクリル酸系バインダ3
0重量部、ブチルカルビトールアセテート100重量部を加
えたものを30分らいかい機にて混合し、適当な粘度に調
整した。このペーストに使われたガラス粉末の組成は、
金属酸化物に換算した値で、SiO2を70〜80mol％,Al2O3
を10〜15mol％,Cu2Oを10〜15mol％で総量100％となるよ
うに選んだものを基本組成とする。
次に、上記で作製した繊維複合グリーンシート21A及
び繊維を含まないグリーンシート21Bに、機械加工によ
り100μｍφの穴22をあけ、上記で作製した導体ペース
ト23を埋め込んでビアホールを形成した。更に、このグ
リーンシートに銅ペーストでライン配線及び表面パター
ンを印刷した。ライン配線に使用した銅ペーストは、有
機物を除いた成分の95重量％以上が銅である一般の銅ペ
ーストである。
更に、このようにして作製したグリーンシートを、第
５図（Ｃ）に示すように、繊維を含んだグリーンシート
を表面近くに１層ずつ、中間に一層入れ、その他の層
は、繊維を含まないグリーンシートを積層して計15層と
した。そして熱間プレスにより圧着した。圧着条件は、
温度100℃、圧力は50kgf/cm2である。圧着による面方向
の変形量は少なく、１％以下であった。このようにして
作製した積層体を、バインダ抜きのため100℃/h以下の
昇温速度で昇温し、950〜1000℃で1h焼成して、第５図
（Ｄ）に示す焼成品を得た。雰囲気は、10〜50vol％の
水蒸気を含む窒素中である。大気中では導体ペースト中
の銅が酸化するため、上記雰囲気を用いた。このように
して作製した基板を第１図に示す。このセラミック積層
回路基板30には、導体層３及びビアホール４の回りにク
ラック及びはがれ等は認められなかった。セラミック積
層回路基板の焼成収縮率は面方向が約１％であり、厚さ
方向は約40％であった。また、面方向の焼成収縮率のば
らつきは、測定試料数100個（以後の実施例も同じ）に
ついて0.1％以下であった。また、セラミック積層回路
基板の気孔率は10vol％以下となり、従来の15〜30％に
比らべ少なくなった。更に焼成品にピン９付け及び半導
体素子８、すなわち、LSIチップをCCB接合７により装着
した。焼成品にピン付けした部分の周辺には、クラック
等は認められなかった。また基板30に反り、変形などは
認められなかった。更に、面方向の焼成収縮率のばらつ
きが小さいため、LSIチップ８とセラミック積層回路基
板30の電気的接続不良は発生しなかった。
第２実施例 酸化物に換算してSiO2を65〜80重量％、B2O3を10〜30
重量％、アルカリ金属酸化物（K2O）５重量％以下、Al2
O3を１〜７重量％、その他を１重量％以下とし総量100
％となるように選んだ組成である平均粒径５μｍのガラ
ス粉と平均粒径１μｍのα石英を、ガラス粉末90〜40重
量％、α石英10〜60重量％の混合比で配合し、この粉末
にメタクリル酸系のバインダ20重量部、トリクロロエチ
レン99重量部、テトラクロロエチレン26重量部、ｎブチ
ルアルコール35重量部、フタル酸ジｎブチルを１重量部
加え、ボールミルで24h湿式混合してスラリーを作る。
更に、第１実施例と同様にして、第５図（Ｂ）に示すよ
うに、グリーンシート21Bを作製し、次いで、繊維複合
グリーンシート21Aを作製した。繊維としては、SiO2ガ
ラス繊維を短く切ったチョップドストランドを使用し
た。つまり、上記のガラス粉末90〜40重量％、α石英10
〜60重量％、SiO2ガラスのチョップドストランド５〜10
重量％で総量100％としたものを原料とし、上記と同様
にスラリーを作製した。さらに第１実施例と同様の方法
でグリーンシートを作製した。次に、繊維複合グリーン
シート21A及び繊維を含まないグリーンシート21Bに100
μｍφの穴をあけ、第１実施例で作製したペースト、つ
まり、SiO2、Al2O3とCu2Oを成分としたガラス粉と銅粉
から作製した銅ペーストを埋め込んだ。更に、第１実施
例と同様に銅ペーストでライン配線及び表面パターンを
形成した。本実施例で作製した繊維複合グリーンシート
21Aは、キャスティング方向、すなわち、ドクターブレ
ードの間隙を通過させる方向に繊維が配向するために、
グリーンシートを積層する時には、繊維の長手方向を90
゜ずらしたものを一組として、多層基板の表面層に配置
し、繊維を含まないグリーンシートを内部に配置して20
層積層した。更に、圧着して、900〜1000℃で第１実施
例と同様に焼成した。圧着後の面方向の変形量は１％以
下と、少なかった。
作製した基板を第２図に示す。このセラミック積層回
路基板30には、導体層３及びビアホール４の回りにクラ
ック及びはがれ等は認められなかった。セラミック積層
回路基板の焼成収縮率は、面方向が約１〜２％で、厚さ
方向は約40％であった。また、面方向の焼成収縮率のば
らつきは、0.1％以下であった。また、セラミック積層
回路基板の気孔率は、10％以下であった。更に、焼成品
にピン付け９及びLSIチップ８を装着した。焼成品にピ
ン付けした部分の周辺には、クラック等は認められなか
った。また基板により、変形などは認められなかった。
更に面方向の焼成収縮率のばらつきが小さいために、LS
Iチップ８とセラミック積層回路基板の電気的接続不良
は発生しなかった。
第３実施例 第１及び第２実施例で使用したホウケイ酸ガラス粉末
を60〜70重量％、平均粒径1.5μｍのAl2O3粉末を30〜40
重量％の混合比で配合し、この粉末にメタクリル酸系の
バインダ20重量部、トリクロロエチレン99重量部、テト
ラクロロエチレン26重量部、ｎブチルアルコール35重量
部、フタル酸ジｎブチルを１重量部に加えボールミルで
24h湿式混合してスラリを作る。このスラリを２つに分
け、一方のスラリからは、通常の方法でグリーンシート
を作製した。もう一方のスラリは、SiO2ガラスクロスの
両面に塗布して、繊維複合グリーンシートを作製した。
次に、上記で作成した繊維複合グリーンシート及び繊維
を含まないグリーンシートに100μｍφの穴あけをし、A
g−Pdペーストを埋め込んでビアホールを形成した。Ag
−Pdペーストは、Pdの含有量が５〜30重量％で、有機物
を除いたAg＋Pdの合計が95重量％以上のペーストであ
る。更に、このグリーンシートに上記のAg−Pdペースト
で導体層及び表面パターンを印刷した。ここで、Ag−Pd
中のPdは、Agがまわりの絶縁体へ移動するのを防ぎ、Ag
を安定化させる元素である。
更に、第１実施例と同様に、積層し圧着して積層板を
作製した。次に、バインダ抜きのため100℃/h以下の昇
温速度で昇温し、900〜950℃で1h焼成した。雰囲気は大
気中である。導体ペースト中のAg−Pdは大気中の酸素で
酸化しないので大気中で焼成できる。作製したセラミッ
ク積層回路基板には、導体層及びビアホールの回りにク
ラック及びはがれ等は認められなかった。セラミック積
層回路基板の焼成収縮率は面方向が約１〜２％であり、
厚さ方向は約40％であった。また、面方向の焼成収縮率
のばらつきは、0.1％以下であった。また、セラミック
ス積層回路基板の気孔率は10vol％以下であった。更
に、焼成品にピン付け及びLSIチップ装着をした。焼成
品にピン付けした部分の周辺には、クラック等は認めら
れなかった。また基板にそり、変形などは認められなか
った。面方向の焼成収縮率のばらつきが小さいためにLS
Iチップとセラミック多層回路基板の電気的接続不良は
発生しなかった。
第４実施例 第１及び第２実施例で使用したホウケイ酸ガラス粉末
を30〜70重量％、α石英または石英ガラスを10〜40重量
％、Al2O3を10〜40重量％で総量100％とした混合粉末か
ら、第２実施例と同様にグリーンシートを作製した。更
に、第１及び第２実施例で使用したホウケイ酸ガラス粉
末を30〜70重量％、α石英またはSiO2ガラスを10〜40重
量％、Al2O3を５〜30重量％、Al2O3ウィスカを５〜20重
量％で総量100％とした混合粉末から、第２実施例と同
様に繊維複合グリーンシートを作製した。なお、ウィス
カのサイズは、直径0.5〜１μｍ、長さ10〜20μｍ程度
である。更に、実施例２と同様に穴あけをし、Cuペース
トを充填した。そして、Cuペーストで導体層及び電源
層、表面パターンを印刷した。Cuペーストは、有機物を
除いた成分の95％以上がCuのペーストである。
次に、第２実施例と同様に積層して積層板とし、第１
実施例と同様に950〜1050℃で焼成した。雰囲気は水蒸
気を含んだ窒素中である。作製したセラミック積層回路
基板には、導体層及びビアホール回りにクラック及びは
がれ等は認められなかった。セラミック積層回路基板の
焼成収縮率は、面方向が約１〜２％であり。厚さ方向
は、約35〜45％であった。また、面方向の焼成収縮率の
ばらつきは、0.1％以下であった。また、セラミック積
層回路基板の気孔率は10vol％以下であった。更に、焼
成品にピン付け及びLSIチップ装着をした。ピン付けし
た部分の周辺には、クラック等は認められなかった。ま
た、基板にそり、変形などは認められなかった。そし
て、LSIチップとセラミック多層回路基板の電気的接続
不良は発生しなかった。
第５実施例 第１及び第２実施例で使用したホウケイ酸ガラスの粉
末を30〜90重量％，石英ガラスを10〜60重量％，ムライ
トを５〜20重量％で総量100とした混合粉末から第１実
施例と同様にスラリを作製した。更に、このスラリを、
第１実施例と同様にしてガラスクロスの両面に塗布し、
繊維複合グリーンシートを作製した。次に、このシート
に穴あけをし、金ペーストを埋め込み、金ペーストで導
体層を印刷した。次いで、第１実施例と同様に積層し積
層体とした後、900〜1050℃で焼成した。雰囲気は大気
中である。セラミック積層回路基板の焼成収縮率は、面
方向が約0.5％であり、厚さ方向は約35％であった。ま
た、基板にそり、変形などは認められなかった。そし
て、セラミック積層回路基板の気孔率は10vol％以下で
あった。次いで、焼成品にピン付け及びLSIチップ装着
をした。面方向の焼成収縮率のばらつきが小さいため
に、ピンの接続及びLSIチップの電気的接続不良は発生
しなかった。
第６実施例 第３実施例で作製した繊維複合グリーンシート及び繊
維を含まないグリーンシートに穴あけをし、Ag−Pd粉末
とガラス粉末からなるペーストを埋め込んだ。このペー
ストは、Agに対するPdの比が５〜30重量％であり、Ag＋
Pd粉末に対するガラス量は５〜30重量％である。ガラス
は、第１実施例で使用したCu2OとAl2O3とSiO2からなる
ガラス粉末である。更に、第３実施例と同様にAg−Pd粉
末ペーストで導体層を印刷し、積層して大気中で900〜9
50℃で焼成した。ビアホール周辺には、クラック等は発
生していなかった。上記のようなペーストを使用するこ
とにより、ビアホール周辺の信頼性を向上させることが
できる。更に、LSIチップ装着及びピン付けをした。作
製したセラミック積層回路基板には、電気的接続不良は
発生しなかった。
第７実施例 酸化物に換算して、MgOを15〜25mol％,CaOを0.05〜3m
ol％,Al2O3を20〜35mol％,B2O3を20〜55mol％,SiO2を０
〜25mol％，アルカリ金属酸化物（K2O）を０〜5mol％,Z
nOを０〜5mol％,PbOを０〜20mol％とし総量100％となる
ように選んだ組成である平均粒径５μｍのガラス粉と平
均粒径１μｍのα石英を、ガラス粉末60重量％，α石英
40重量％の混合化で配合した原料粉末から、第１実施例
と同様にグリーンシートを作製した。
更に、上記のガラス粉末60重量％，α石英の粉末30重
量％,SiO2ガラスクロス10重量％の比で用意し、ガラス
粉末とα石英の粉末から第１実施例と同様にスラリを作
製し、SiO2ガラスクロスの両端に塗布して繊維複合グリ
ーンシートを作製した。更に、第１実施例と同様に穴あ
けをした。そして、第１実施例で使用したCu2OとAl2O3
とSiO2からなるガラス粉とCu粉からなる導体ペーストを
充填した。更に、Cuペーストで導体層及び電源層，表面
パターンを印刷した。
次に、第１実施例と同様に積層し、圧着して積層板を
作製し、第１実施例と同様に焼成した。作製したセラミ
ック積層回路基板には、導体層及びビアホールの回りに
クラック及びはがれ等は認められなかった。また、基板
にそり、変形などは認められなかった。セラミック積層
回路基板の焼成収縮率は、面方向が約１％であり。厚さ
方向は、約40％であった。また、面方向の焼成収縮率の
ばらつきは、0.1％以下であった。また、セラミック積
層回路基板の気孔率は10vol％以下であった。更に、焼
成品にピン付け及びLSIチップ装着をした。焼成品にピ
ン付けした部分の周辺には、クラック等は認められなか
った。また、焼成収縮率のばらつきが小さいためにLSI
チップとセラミック積層回路基板の電気的接続不良は発
生しなかった。
第８実施例 ムライト（3Al2O3・2SiO2）を70〜80重量％,MgOを0.5
〜1.5重量％,Al2O3を１〜３重量％,SiO2を20〜30重量％
で総量100％とした混合粉末100重量部と、ポリビニルブ
チラール５〜10重量部，トリクロロエチレン60重量部，
テトラクロロエチレン17重量部,nブチルアルコール23重
量部，ブチルフタリルブリコール酸ブチル２重量部を加
え、ボールミルで24h湿式混合してスラリを作製した。
更に、第３実施例と同様にこのスラリをSiO2ガラスクロ
スの両面に塗布して繊維複合グリーンシートを作製し
た。次に、上記スラリを用いて、通常のドクターブレー
ド法で繊維を含まないグリーンシートを作製した。更
に、第１実施例と同様に繊維を含まないグリーンシート
に穴あけをし、Ｗペーストを充填した。次いで、このグ
リーンシートにＷペーストで導体層及び電源層，表面パ
ターンを印刷した。Ｗペーストは、有機物を除いた成分
の95重量％以上がＷである一般のペーストである。更
に、第１実施例と同様に積層し、圧着して積層板を作製
した。更に、1600〜1650℃で1h焼成した。雰囲気は、H2
ガスを10〜20vol％,H2Oを10〜20vol％含む窒素中であ
る。H2ガスはＷの酸化防止のために混合したものであ
る。作製したセラミック積層回路基板にはライン配線及
びビアホールの回りにクラック及びはがれ等は認められ
なかった。また基板にそり、変形などは認められなかっ
た。セラミック積層回路基板の焼成収縮率は、面方向が
約１％であり。厚さ方向は約40％であった。また、面方
向の焼成収縮率のばらつきは、0.1％以下であった。そ
して、セラミック積層回路基板の気孔率は10vol％以下
であった。更に、焼成品にピン付け及びLSIチップ装着
をした。焼成品にピン付けした部分の周辺には、クラッ
ク等は認められなかった。また、面方向の焼成収縮率の
ばらつきが小さいために、LSIチップとセラミック積層
回路基板の電気的接続不良は発生しなかった。
第９実施例 第１及び第２実施例に示した方法と同様にして、第１
表に示したセラミックスで繊維複合グリーンシートを作
製した。なお、繊維のサイズはウィスカが直径0.5〜１
μm,長さ10〜20μm,ガラスフィラメントが直径10〜30μ
m,長さ50〜1000μｍ程度のものである。一方、同質の材
料を用いて繊維を含まないグリーンシートを作製した。
更に、第１実施例と同様に穴あけをし、第１表に示した
導体ペーストを充填し、導体層等を印刷した。更に、積
層して積層体とした後、焼成してセラミック積層回路基
板の導体層及びビアホールの回りにクラック及びはがれ
等は認められなかった。また、基板にそり、変形などは
認められなかった。そして、セラミック積層回路基板の
気孔率は10vol％以下であった。次いで、ピン付け及びL
SIチップ装着をした。セラミック多層回路基板の面方向
の焼成収縮率が小さく、その焼成収縮率のばらつきが0.
1％以下である。ピン及びLSIチップとセラミック積層回
路基板の電気的接続不良は発生しなかった。
第10実施例 エチルシリケートSi（OC2H5）4,H2O,HCl,C2H5OHを適
当な量混合して放置し、紡糸可能な粘度になった時、第
１〜第９実施例で作製した繊維を含まないグリーンシー
ト上に、繊維状に塗布した。次に、第１〜第９実施例と
同様に穴あけをし、導体ペーストを充填した。さらに、
導体ペーストで導体層等を印刷し、積層して積層体とし
た後焼成してセラミック積層回路基板を作製した。セラ
ミック積層回路基板の導体層及びビアホールの回りにク
ラック及びはがれ等は認められなかった。また、基板に
そり、変形などは認められなかった。そして、セラミッ
ク積層回路基板の気孔率は10vol％以下であった。次い
でピン付け及びLSIチップ装着をした。繊維状ゲルは焼
成中にSiO2ガラス繊維になり、面方向の焼成収縮率を小
さくすることができる。また、面方向の焼成収縮率のば
らつきが0.1％以下であるため、ピン及びLSIチップとセ
ラミック積層回路基板の電気的接続不良は発生しなかっ
た。
第11実施例 本実施例で作製したコンデンサ内蔵のセラミック積層
回路基板を第３図に示す。第１〜第７実施例及び第９実
施例の中で1000℃以下で焼結可能なセラミック絶縁材料
を用いて、繊維を含まないグリーンシートを作製し、そ
のグリーンシートに穴あけをし、Ag−Pdペーストを充填
した。更に、Ag−Pdペーストを用いて電極パターンを印
刷し、そして、誘電体セラミック粉末から作製したペー
ストを印刷した。更に誘電体の層にAg−Pdペーストを埋
め込んだ。そして、電極層を印刷し、Ag−Pdペーストを
埋め込んだ絶縁材のグリーンシートではさんだ。誘電体
はPb（Mg1/3W2/3）O3−PbTiO3系のものである。次に、
第１〜第７実施例及び第９実施例の中で1000℃以下で焼
結可能なセラミック絶縁材料を用いて、繊維を含んだ繊
維複合グリーンシートを作製し、そのグリーンシート、
又は、第10実施例の繊維状に塗布したグリーンシートに
穴あけをし、Ag−Pdペーストを充填した。更に、内部に
誘電体を含むグリーンシートを、表面近くに繊維複合グ
リーンシートを配置し、積層して積層体とした後大気中
で焼成した。基板32にそり、変形などは認められなかっ
た。また、コンデンサ内蔵のセラミック積層回路基板32
の気孔率は10vol％以下であった。そして、面方向の焼
成収縮率のばらつきが小さいために、他の部品等との高
精度の接続が可能なコンデンサ内蔵のセラミック多層回
路基板32を作製できる。
第12実施例 本実施例の概略図を第４図に示す。第１〜第10実施例
で作製したセラミック積回層回路基板上にポリイミドを
絶縁材料とし、Cuを導体層とした薄膜多層配線31を形成
した、従来のセラミック積層回路基板は、面方向の焼成
収縮率のばらつきが大きいために、その基板上に薄膜多
層配線31を形成する場合、セラミック積層回路基板30と
薄膜多層配線31の電気的接続がうまくいかないなどの問
題点があったが、本発明のセラミック積層回路基板は、
面方向の焼成収縮率のばらつきが小さいためにセラミッ
ク積層回路基板と薄膜多層配線31の電気的接続不良は発
生しなかった。
第13実施例 第３、第５及び第６実施例で作製したセラミック積層
回路基板上に、その基板のセラミック絶縁材料と同質の
粉末と感光性樹脂を混合したものを塗布し、フォトリソ
グラフィ技術を用いて穴あけをし、Ag−Pdペーストを充
填した。感光性樹脂としては、メタクリル酸系（例、ポ
リチルメタクリート）、アクリル酸系、重クロム酸アン
モニウム＋樹脂、有機珪素系の樹脂がある。この感光性
樹脂の添加量は、粉末に対し、10〜30wt％が適当であ
る。更に、Ag−Pd粉末と感光性樹脂を混ぜたものをその
上に塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いて導体パタ
ーンを形成した。この操作を数回繰り返して多層化し
た。更に、900〜950℃で焼成した。雰囲気は大気中であ
る。セラミック積層回路基板上へ無機の薄膜多層配線を
形成したものは、面方向の焼成収縮率のばらつきが小さ
いために、電気的接続不良は発生しなかった。次に、Ag
−Pdの代わりにCuを用いて、上記と同様に無機の薄膜多
層配線を形成した。焼成雰囲気は、水蒸気を含んだ窒素
中である。
第14実施例 第１〜第９実施例で作製した繊維複合グリーンシート
及び繊維を含まないグリーンシート上に、セラミック絶
縁材料と同時焼結が可能な導体粉末と感光性樹脂とを混
ぜたものを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いて配
線幅100μｍ以下の導体パターンを形成した。更に、第
１〜第９実施例と同様に積層して積層体とした後、焼成
してセラミック積層回路基板を作製した。次に、ピン付
け及びLSIチップ装着をした。面方向の焼成収縮率のば
らつきが小さいために、ピン及びLSIチップとの電気的
接続不良は発生しなかった。LSIチップとセラミック積
層回路基板を接続する時は、焼成収縮率のばらつきを考
慮しても電気的な接続が可能となるように配線幅等は設
計されるが、従来のセラミック積層回路基板では、面方
向の焼成収縮率が比較的大きく、配線の微細化にも限界
があった。しかし、本発明のセラミック積層回路基板
は、面方向の焼成収縮率のばらつきが小さいために、微
細配線を形成しても電気的不良が発生しないセラミック
積層回路基板とすることができた。
第15実施例 本実施例で作製した補強板付きセラミック積層回路基
板の概略図を第７図に示す。焼成したAl2O3基板20にレ
ーザー等の方法を用いて穴あけをし、その穴の部分にメ
ッキをした。次に、この基板20に、第１〜第14実施例で
作製した繊維複合グリーンシートを含んだグリーンシー
ト積層体を接着し、適正な焼成温度で焼成した。更に、
電気信号入出力用ピン９をろう付けし、その後LSIチッ
プ８を装着した。作製した補強板付きセラミック積層回
路基板35は、LSIチップ８と基板の電気的接続不良は発
生しなかった。また、ピン９を取り付けた部分のセラミ
ックスの強度が大きいために、ピン付け部分の信頼性も
向上した。本実施例のように、繊維複合グリーンシート
を含んだグリーンシート積層体は、ほとんど焼成収縮が
生じないために、焼結済みのセラミックスとの接合及び
グリーンシート積層体の焼成を同時にすることができ
る。
第16実施例 本実施例である半導体モジュールの概略図を第６図に
示す。第12〜第13実施例で作製したセラミック積層回路
基板の上に、第11実施例で作製したコンデンサ内蔵セラ
ミック多層回路基板32をキャリア基板として装着し、更
に、そのキャリア基板32の上にLSIチップ８を装着し
た。更に、キャリア基板にAlNキャップ15をかぶせ、LSI
チップ８の駆動源である電源基板34及びLSIチップの発
熱を冷却する冷却系16にセラミック積層回路基板30を接
続して大型電子計算機用のモジュール37を作製した。
第17実施例 第１〜第10実施例で作製した繊維複合グリーンシート
と繊維を含まないグリーンシートとを積層した積層体
と、その積層体の焼結温度以上の融点をもつ金属板とを
接着し、焼成して、第８図に示す補強板付きセラミック
積層回路基板35を作製した。本実施例のように、繊維を
複合グリーンシートを含んだグリーンシート積層体は、
焼結による焼成収縮がほとんど生じないために、金属と
の接合及びグリーンシート積層体の焼成を同時に行なう
ことができる。この基板35の応用例として、第９図及び
第10図に示すように、繊維複合の多層金属コアセラミッ
ク基板36がある。
この基板36は、金属19に機械的強度、熱拡散性、電磁
気シールド性をもたせ、セラミックスに電気特性をもた
せたものである。従来は、金属上に印刷、焼成を繰り返
し行なって多層化していたが、多層化の途中で不良が発
生すると基板自体が不良品となるため、製造歩留りが悪
く、更に、層数の増加とともに基板の平坦性が悪くな
り、多層化は数層が限界であった。
しかしながら、本発明の繊維複合の多層金属コアセラ
ミック基板36は、繊維複合グリーンシートと繊維を含ま
ないグリーンシートとを、内部に導体層を含めて成形し
て積層体とし、その積層体の焼成と金属との接合を同時
に行なって、内部に導体層を含み、繊維複合セラミック
絶縁層2Aと繊維を含まないセラミック絶縁層2Bが積層し
て金属19に接合されたものとなるので、製造歩留りが良
く、数十層の多層化も可能である。なお、金属19として
は、鉄、アルミメッキ鋼、ステンレス、銅、チタン等が
適用できる。
第18実施例 本実施例である光伝送用セラミック回路基板の概要図
を第11図に示す。B2O3,SiO2を主成分としたホウケイ酸
ガラスのスラリの中に、石英ガラスを主成分とした光フ
ァイバを埋め込み、900〜950℃で焼成して基板33とし
た。ファイバ10の方向には焼成収縮はほとんど生じなか
った。次に、ホウケイ酸ガラスとα石英ガラスからなる
グリーンシートに穴あけをし、光ファイバを埋め込み、
そのグリーンシート上に光ファイバを配置した。このグ
リーンシートを多層化し、積層体とした後900〜1000℃
で焼成した。焼成時にホウケイ酸ガラス11は軟化して各
層間で接合される。本実施例のように、ファイバ10を光
信号の伝送系とした光伝送用積層回路基板33とすること
もできる。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。
層中に互いに交差した繊維を内包させてなる繊維複合
セラミック絶縁層を含むことにより、あるいは長手方向
を層に沿う一方向に延びる繊維を含む繊維複合セラミッ
ク絶縁層で隣合う２つの繊維複合セラミック絶縁層にお
ける繊維の方向が互いに直交するように配置されてなる
１組の繊維複合セラミック絶縁層を含むことにより、焼
成時のセラミック積層回路基板の面方向の収縮が妨げら
れるので、その方向の焼成収縮が減少し、その焼成収縮
のばらつきが小さくなる。そして、半導体素子との接合
位置の精度が向上し、接合が確実になる。また、繊維を
含まないセラミック絶縁層が、厚さ方向に収縮しやすい
ので、基板内の気孔率が小さくなり、強度が向上する。
次いで、セラミック積層回路基板用繊維複合グリーン
シートの製造方法としては、ガラスクロスにスラリを塗
布することにより、また、粘度を調整したスラリの中に
ガラスクロスを浸漬することにより、更に、スラリを塗
布したガラスクロスをドクタブレードの間隙に通すこと
により、そして、ガラスクロスの両面にスラリを塗布す
ることにより、上記いずれの場合によってもスラリを均
一に塗布することができるので、面方向の焼成収縮の小
さいセラミック積層回路基板に使用し得る繊維複合グリ
ーンシートを容易に作製することが出来る。
そして、アルコキシドと水と触媒とを混合し、加水分
解して適度な粘度になった液体を、グリーンシート上に
塗布して繊維状ゲルを形成し、このグリーンシートを少
なくとも１層含めて積層し焼成すると、このグリーンシ
ートの繊維の長手方向の焼成収縮が小さくなるので、基
板の面方向に焼成収縮の小さいセラミック積層回路基板
を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はガラスクロスを用いたセラミック積層回路基板
の概要を示す断面図、第２図はチョップドストランドを
用いたセラミック積層回路基板の概要を示す断面図、第
３図はコンデンサ内蔵のセラミック積層回路基板の概要
を示す断面図、第４図はセラミック積層回路基板上に薄
膜多層配線を形成したセラミック積層回路基板の概要を
示す断面図、第５図はガラスクロスを用いたセラミック
積層回路基板の製造方法の概要を示す説明図、第６図は
薄膜多層配線を形成したセラミック積層回路基板上に、
コンデンサ内蔵のセラミック積層回路基板を適用した半
導体モジュールの概要を示した断面図、第７図は、第８
図は補強板付きセラミック積層回路基板の概要を示した
断面図、第９図、第10図は多層金属コアセラミック基板
の概要を示した断面図、第11図は光伝送用セラミック回
路基板の概要を示した断面図である。 １……繊維、1A……ガラスクロス、1B……チョップドス
トライド、２……セラミック絶縁層、2A……繊維複合セ
ラミック絶縁層、2B……繊維を含まないセラミック絶縁
層、３……導体層、４……ビアホール、４′……スルー
ホール、７……CCB接合、８……半導体素子、10……光
ファイバ、14……コンデンサ、19……金属、20……セラ
ミック、21……グリーンシート、21A……繊維複合グリ
ーンシート、21B……繊維を含まないグリーンシート、2
3……導体ペースト、24……積層体、30……セラミック
積層回路基板、31……薄膜多層配線、32……コンデンサ
内蔵のセラミック多層回路基板、33……光伝送用セラミ
ック回路基板、35……補強板付きセラミック積層回路基
板、37……半導体モジュール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 英夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−206085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−173742（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−10698（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−177695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−194207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−149708（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−245594（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−140792（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−269903（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−32036（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】導体層及びセラミックスからなるセラミッ
    ク絶縁層をそれぞれ複数積層してなるセラミック積層回
    路基板において、セラミック絶縁層のうちの最上層及び
    最下層を、互いに交差した繊維をセラミック層に内包さ
    せてなる繊維複合セラミック絶縁層から構成し、両繊維
    複合セラミック絶縁層間に形成される積層部を、導体層
    とセラミックスからなるセラミック絶縁層とから構成し
    たことを特徴とするセラミック積層回路基板。
  2. 【請求項２】導体層及びセラミックスからなるセラミッ
    ク絶縁層をそれぞれ複数積層してなるセラミック積層回
    路基板において、セラミック絶縁層のうちの最上層に隣
    合う第２上層及び最下層に隣合う第２下層を、互いに交
    差した繊維をセラミック層に内包させてなる繊維複合セ
    ラミック絶縁層から構成し、両繊維複合セラミック絶縁
    層間に形成される積層部を導体層とセラミックスからな
    るセラミック絶縁層とから構成したことを特徴とするセ
    ラミック積層回路基板。
  3. 【請求項３】前記２つの繊維複合セラミックス絶縁層間
    に挟まれた積層部の厚さ方向のほぼ中心に、互いに交差
    した繊維をセラミック層中に内包させてなる第３の繊維
    複合セラミック絶縁層を介在させた請求項１または２に
    記載のセラミック積層回路基板。
  4. 【請求項４】導体層及びセラミックスからなるセラミッ
    ク絶縁層をそれぞれ複数積層してなるセラミック積層回
    路基板において、セラミック絶縁層のうちの最上層、該
    最上層に隣合う第２上層、最下層及び該最下層に隣合う
    第２下層のそれぞれは、長手方向を層に沿う一方向に延
    びる繊維をセラミック層中に内包させてなる繊維複合セ
    ラミック絶縁層から構成し、第２上層と第２下層間を形
    成する積層部を、導体層とセラミックスからなるセラミ
    ック絶縁層とから構成し、かつ前記隣合う繊維複合セラ
    ミック絶縁層はそれぞれ繊維の方向が互いに直交するよ
    うに配置されていることを特徴とするセラミック積層回
    路基板。
  5. 【請求項５】前記導体層がCu、Au、Ag、Ag−Pd、Ｗ、ま
    たはそれらの２種以上の合金からなる請求項１ないし４
    のいずれかに記載のセラミック積層回路基板。
  6. 【請求項６】前記セラミック絶縁層及び前記繊維複合セ
    ラミックがスルーホール導体及びビアホール導体の少な
    くとも一方を有する請求項１ないし４のいずれかに記載
    のセラミック積層回路基板。
  7. 【請求項７】前記セラミック積層回路基板の上に薄膜多
    層配線を形成した請求項１ないし４いずれかに記載のセ
    ラミック積層回路基板。
  8. 【請求項８】前記導体層及び前記セラミック絶縁層積層
    部にセラミックコンデンサを内蔵した請求項１ないし４
    いずれかに記載のセラミック積層回路基板。
  9. 【請求項９】請求項８記載のコンデンサを内蔵したセラ
    ミック積層回路基板を、半導体素子のキャリア基板とし
    て適用した電子計算機。
  10. 【請求項１０】請求項１ないし４いずれかに記載のセラ
    ミック積層回路基板上に、半導体素子を搭載した半導体
    モジュール。
  11. 【請求項１１】請求項10記載の半導体モジュールを適用
    した電子計算機。
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