JPH0417392A - 多層セラミック配線基板の製法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、！子機器用多層セラミック配線基板に係り、
特に電子計算機用として好適な多層セラミンク基板に関
する。

〔従来の技術〕

近年、電子機器の小型化、高性能化、多機能化に伴い、
これに用いられる電子回路基板に対しても、高密度配線
化、高信頼度化が望まれている。

殊に電子計算機用回路基板としては、高密度微細配線、
高速性、高信頼性などが重要であるため、回路基板素材
としては印刷配線を施したセラミックスが用いられてい
る。

一般に、多層セラミック回路基板は、絶縁体となるセラ
ミ−ツクスと導体となる金属とから構成されているが、
この両者の物理的、化学的性質は大きく異なっている。

したがって、このような性質の異なる２種の物質を含む
複合体を高温に加熱して焼結すると、各々異なった収縮
挙動を示すために、焼結後の複合体は必然的に反りを生
ずる。

この反りの大きさは、セラミックスと金属との比率、つ
まり基板の配線密度や、基板の上下面における配線パタ
ーンの対称性に依存し、さらに基板が大きくなるほど反
りも大きくなることが知られている。通常のセラミック
基板の反りは、基板長さ２５ｍ＋ｎ当り０．１ｍｎ、５
０ｍｍ当り０．１５＋ｎｎであり、通常の回路基板では
この程度の反りがあっても十分使用可能である。しかし
高密度、多層配線を施す必要のある電子計算機用回路基
板では、長さ１００圃当り０．０５ｍｎ以下であること
が不可欠である。

従来、このようなセラミック基板の反り低減のために、
次のような方法が知られている。

１）焼結時のセラミック基板内の温度の不均一性が反り
の原因であると考え、できるだけ温度分布が均一になる
ように焼結条件を設定する方法。

しかし、セラミック基板の構造から見て、この方法で基
板の反りを大幅に低減することは根本的に不可能に近い
。

２）−度焼結した基板に適量の重さの荷重を加えながら
再加熱し、この荷重によって基板の反りを修正する方法
。発明者らの検討によればこの方法によって基板の反り
を、修正前のそれよりも約半分に低減することができる
。しかし、元の基板の反りが大きいとき、あるいは反り
の形状が不規則なときには、上記荷重修正法によっても
反りを大幅に低減することはできなかった。

３）反りのある焼結されたセラミック基板の表面を、研
削砥石などで平らに研削する方法。この方法は、反りを
無くするという点では非常に効果的であるが、第３図の
ように研削量が基板の場所によって異なるため基板内部
の配線導体の高さが不ぞろいになること、及び基板端部
の封止パターンが研削によって削りとられたり、パター
ン厚さが不足するなどの問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、セラミック配線基板の反り低減に対す
る根本的対策が施されておらず、基板上に能動素子を搭
載したときの接続不良や、基板周辺の封止時の気密不良
を生ずるため、電子計算機などに必要とされる高密度配
線基板が得られないという問題があった。

本発明の目的は、配線基板がセラミックスと導体金属と
いう異質の材料から成り、基板の反りはこの異種材料の
共存によって発生するという基本的考え方に立ち、上記
異種材料の効果を緩和させる作用をもつような基板構成
とすることによって配線基板の反りを低減させる方法を
堤供することにある。

〔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においては、セラミッ
クグリーンシートの上に配線導体を印刷形成し、これを
複数枚積層した積層体の上下両面に、無配線のセラミッ
ク層を、積層法あるいは印刷法によって形成し、これを
高温で焼結後、上記無配線層を研磨によって除去し、反
りの少ない配線基板を得るものである。

〔作用〕

前記のように、セラミック配線基板は２種の異質な材料
から構成されているため、その焼結過程における収縮率
差に起因して基板の反りを発生する９基板内における配
線パターンが上下左右で対象で、かつ焼結時の加熱が均
一に行われるならば基板に反りを生じないが、通常の配
線基板では、その上下面における配線パターンが同じで
対称形になることはないので反りを生ずることになる。

そこで本発明は、実質的に上下面に配線パターンが異な
る基板であっても、その上下面に配線パターンを全く含
まないセラミック絶縁層を形成することにより、基板の
上下面におけるセラミックスが等価的に同じ配線パター
ンを持つようにしたものである。

このような構成の基板を焼結すると、配線層を含む基板
内部の収縮は、従来構成の基板と同様に配線パターンの
対称性や比率に依存して進行し、反りが発生し易い状態
にある。しかし、基板上下面に存在する無配線層は、内
部の不均一収縮に逆らって均一に収縮するように作用し
、その結果基板の反りが減少するものである。このよう
にして作製した基板の上下面には、当然配線パターンが
存在せず、このままでは配線基板の役目を持たないので
、焼結後の基板の上下面を研削して無配線層のみを除去
し、配線パターンを露出させることにより配線基板が得
られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について述べる。

〔実施例１〕 ムライト微粉末（純度９９．９％　、平均粒子径２μｍ
）７５重量％に、５ｉｎ２（純度９９．９％平均粒子径
１．５μｍ　）９０重量％、Ａｌ１．０゜（純度９９．
５％　、平均粒子径０．６μｍ）７重量％、ＭｇＯ（純
度９９．８％、平均粒子径０．３μｍ）３重量％の組成
を有する焼結助剤を２５重量％添加し、さらに成形助剤
としてポリビニルブチラール樹脂、可塑剤としてフタル
酸エステル。

分散溶媒としてトリクロールエチレンを各々適量加え、
ボールミルにより十分混合した。

このようにして得られたスラリー状の混合物を、ドクタ
ーブレード法により厚さ０．３ｍｎ　のシートを成形し
た。このシートはグリーンシートと呼ばれ、多層セラミ
ックの基板の素材となるものである。

次に、このグリーンシート（１２０Ｘ１２０ｍｍ）にス
ルーホール用の穴をあけ、タングステンペーストをこの
穴の中に密充填して、基板の縦方向の配線とした。平面
方向の配線は、タングステンペーストを用いて行った。

ここで用いたタングステンペーストは、平均粒子径１μ
ｍのタングステン粒末８０重量％、ジエチレングリコー
ル・モノ・ｎ−ブチルエーテルアセテート１７．５重量
％エチルセルロース２．０重量％　、ポリビニルブチラ
ール０．５重量％より成るものである。

以上のようにして、タングステン導体が配線されたグリ
ーンシート２を１０枚積層し、さらにこの積層体の上下
両面に、０．３ｍｎ厚さのグリーンシート１を重ねて積
層した。この積層体を１６３０℃。

２時間、加湿水素−窒素雰囲気中で焼結することにより
、第１図のようなタングステン配線層を含むムライト系
セラミック焼結体を得た。

この焼結体の反りは、長さ１００ｍ＋ｎ当り０．１８ｍ
ｍであった。このように本発明による基板の反りが小さ
いのは、積層時に積層体の上下面に無配線層を形成させ
て、焼結時の基板の上下面の収縮を均等に行わせたこと
によるものである。次にこの焼結体の上下面３を、ダイ
ヤモンド砥石で研削して第２図のように無配線層（約２
５０μｍ）を除去して正常な回路基板を得た。この研磨
された基板の反りは、１００ｎｎ長さ当り、０．００８
ｍｎ　　と非常に小さく、この上に薄膜パターンなどを
形成する上で十分な平坦性を有していた。

一方、積層時に積層体の上下面に無配線層を設けず従来
法で作製した基板の反りは、長さ１００１１１１１当り
０　、３２　ｎｏ　　と非常に大きかった。さらに、従
来法によるこの基板を平滑研削した結果、第３図のよう
に基板の内層の導体も研削されて失われてしまい１回路
基板としての性能を保持し得ないことが明らかになった
。

〔実施例２〕 実施例１と同様の方法で、ムライト系セラミックスのグ
リーンシート上にタングステン導体を印刷配線したシー
ト５５枚を積層し、さらにその積層体の上下両面に、導
体無配線のグリーンシート（厚さ７０μｍ）を各−枚ず
つ積層し、これを１６３０℃、３時間、加湿水素−窒素
中で焼結した。得られた基板の反りは、長さ１０１００
ｌ当り０．００６ｍｂであった。次にこの基板の上下両
面をダイヤモンド砥石で平滑研削し、導体無配線層（厚
さ７０μｍ）のみを除去した。この研磨基板の反りは長
さ１００ｍ当り、０．００４ｍｍで非常に平坦であった
。

これに対して、従来法によって作製した４５層の積層体
を焼結したところ、基板の反りは長さ１００１０１１１
当り０．２５ｍｍ　と大きかった。この基板の上下両面
を平滑研磨した結果、基板の表面部に近い内層の厚さが
不均一となり５配線基板として不適当であった。

〔実施例３〕 アルミナ微粉末（純度９９．５％　、平均粒子径３μｍ
）９２重量％と、５ｉｎ２粉末（純度９９．７％、平均
粒子径１．０μｍ　）　６重量％と、ＭｇＯ粉末（純度
９９．５％、平均粒子径０．５μｍ）２重量％、それに
実施例１と同様の有機バインダー、可塑剤２分散溶剤を
加えて十分混合後、ドクターブレード法によって厚さ０
．２５ｎｎ＋　のアルミナグリーンシートを作製した。

次に、このグリーンシート上に、実施例１と同様の方法
でタングステン導体の配線を施し、このようなシートを
３０枚積層後、さらに積層体上下両面に無配線のアルミ
ナグリーンシート（厚さ１２０μｍ）を各−枚ずつ積層
した。続いてこの積層体を１５９０’Ｃ，２時間、加湿
水素−窒素中で焼結した。

得られた基板の反りは、長さ１００ｍｍ当り０．１１Ｉ
ｎと小さく、これを実施例１と同様に平滑研磨（研磨厚
さ約１１０μｍ）したところ、長さ１００Ｉ当りの反り
が０．００７ｎｎ　という非常に平坦性の良い基板が得
られ、基板表面の配線層厚さにも問題はなかった。

〔実施例４〕 アルミナ微粉末（純度９９．５％、平均粒子径５μｍ）
５５重量％に、はうけい酸ガラス微粉末（平均粒子径３
μｍ）４５重量％を加え、さらにこれに対して有機バイ
ンダー、可塑剤２分散溶媒を適量加え、実施例１と同じ
方法で厚さ０．２５Ｍのグリーンシートを得た。このグ
リーンシートの上にＣｕを主成分とする導体ペーストを
用いて、実施例１と同様の配線を施した。このように対
して作製したシートを１５枚積層し、この積層体の上下
両面に無配線のグリーンシート（厚さ２５０μｍ）を各
−積層層し、９５０℃、４時間９弱酸化性窒素雰囲気中
で焼結した。

得られた基板の反りは、長さ１０１００ａ当り０．１６
ｎｕｎと小さく、これを実施例１と同様平滑研磨（研磨
置駒２００μｍ厚さ）したところ、長さ１００ｍ当りの
反りが０．００５μｍ　という良い結果が得られた。

これに対して、積層体の上下面に無配線層を形成しない
従来法で作製した基板の反りは、長さ１００ｍｍ当り、
０．３５ｍｍ　と非常に大きく、これを平滑研磨しても
基板表面部の導体層厚さに大きな不同を生ずるという問
題があった。

〔実施例５〕 実施例３と同様の方法でアルミナ系グリーンシートを用
いた４０層配線の積層体を作り、その上下両面に、アル
ミナ系グリーンシート同じ組成のペーストをスクリーン
印刷法により厚さ８０μｍの無配線層を形成した。その
後、実施例３と同様の条件で焼結した。得られた基板の
反りは０．０７ｍｍで極めて小さかった。この焼結基板
をダイヤモンド砥石で厚さ８０層ｍ研磨した結果、基板
の１００１１１１１当りの反りは０　、０　Ｏ５ｎｗｏ
であった。

一方、従来法によって作製した基板の反りは、長さ１０
０ｍｍ当り、０．２７ｍｍ　と大きく、これを平滑研磨
しても、実用的な回路基板は得られなかった・ 〔実施例６〕 実施例４と同様の方法で、ガラスセラミックス系グリー
ンシートを用いた７０層配線の積層体を作り、その上下
両面に、ガラスセラミックス系グリーンシート同じ組成
の絶縁ペーストをスクリーン印刷法により、厚さ１５μ
ｍの無配線層を形成した。後、実施例４と同じ焼結条件
でこの積層体を焼結した。得られた基板の反りは、長さ
１００百１当り、１４μｍであった。この基板の反りが
他の実施例のものより小さいのは積層数が多いためであ
る。

次に、焼結基板の上下両面をダイヤモンド砥石で研磨（
研磨置駒２０μｍ厚さ）したところ、基板の長さ１００
ｍｍ当りの反りは０．００４μｍであり、高密度配線に
好適な基板が得られた。

一方、従来法によって、積層体の上下両面に無配線層を
設けないで作製した基板の反りは、長さ１００ｎｎ当り
０．２３ｍｍ　と非常に大きく、実用性のある基板は得
られなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、セラミックス系
回路基板の反りが非常に小さいために、電子計算機用と
して好適な高密度回路配線基板が可能となる。すなわち
、基板表面の配線導体の高さが均一であるため、能動素
子を搭載したときの接続不良や、基板周辺部の封止部の
気密不良などの問題がなくなり、信頼度の高い高密度配
線基板が得られる。

さらに、焼結基板上面に、有機薄膜法などを用いて回路
パターンを形成する場合、薄膜層の段切れや、ふくれ等
の問題が無くなるという大きな効果もあり、超高密度配
線回路基板の性能向上と共に、基板製造上の歩留り向上
にも大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はいずれも本発明によるセラミック系回
路基板の断面模式図、第３図は従来法による回路基板の
断面模式図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．複数枚のセラミックグリーンシートを積層，圧着し
   、該積層体を焼結して多層セラミック配線基板を製造す
   る方法において、上記積層体の上下両面に無配線の絶縁
   層を形成し、焼結した後、該無配線層を研磨除去するこ
   とを特徴とする多層セラミック配線基板の製法。
2. ２．請求項１記載の多層セラミック配線基板の製法にお
   いて、上記研磨除去される無配線層の厚さが２０〜２５
   ０μｍであることを特徴とする多層セラミック配線基板
   の製法。
3. ３．請求項１記載の多層セラミック配線基板の製法にお
   いて、上記無配線の絶縁層として、セラミックグリーン
   シートを用いることを特徴とする多層セラミック配線基
   板の製法。
4. ４．請求項１記載の多層セラミック配線基板の製法にお
   いて、絶縁体ペーストを用い、スクリーン印刷法によっ
   て上記無配線絶縁層を形成することを特徴とする多層セ
   ラミック配線基板の製法。
5. ５．請求項３記載の多層セラミック配線基板の製法にお
   いて、上記無配線の絶縁層として７０〜３００μｍ厚さ
   のグリーンシートを用いることを特徴とする多層セラミ
   ック配線基板の製法。
6. ６．請求項４記載の多層セラミック配線基板の製法にお
   いて、上記印刷厚さを１５〜８０μｍとすることを特徴
   とする多層セラミック配線基板の製法。
7. ７．請求項１記載の多層セラミック配線基板の製法にお
   いて、上記セラミックグリーンシートとして、アルミナ
   系，ムライト系，ガラスセラミックス系の材料のいずれ
   かを用いることを特徴とする多層セラミック配線基板の
   製法。