JPH07176864A - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents
多層セラミック基板の製造方法Info
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- JPH07176864A JPH07176864A JP5321760A JP32176093A JPH07176864A JP H07176864 A JPH07176864 A JP H07176864A JP 5321760 A JP5321760 A JP 5321760A JP 32176093 A JP32176093 A JP 32176093A JP H07176864 A JPH07176864 A JP H07176864A
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Abstract
着性に優れた多層セラミック基板の製造方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】 表面層用ガラスセラミックスグリーンシート
12に銅ペーストをスクリーン印刷して、それぞれビア
16に接続された複数の表面厚膜パッド18を形成す
る。表面厚膜パッド18の一部を誘電体材料20で被覆
し、表面層用グリーンシート12が最上層となるよう
に、複数の内層用グリーンシート2と表面層用グリーン
シート12とを積層する。この積層体を加熱しながら加
圧して一体的に接着し、所定温度で所定時間焼成する。
Description
ク基板の製造方法に関し、特に、厚膜パッドの密着力を
改善した表面層の形成方法に関する。
を処理する電子装置は、小型化、高信頼性、高速化への
要求が一段と高く、従って電子回路を高密度化すること
が要求される。このためチップ(半導体素子)自体の集
積度を高め、要求に対処している。
の要求に伴い、放熱性がよく高速化に適した多層セラミ
ック基板上に複数のチップを実装するマルチチップモジ
ュールが開発されており、高速コンピュータ又は電子交
換機等に使用されている。
は、例えば以下の通りである。まず、ガラスセラミック
スのグリーンシートに複数の穴を形成し、これらの穴中
に銅ペーストを充填して複数のビアを形成する。
刷により銅ペーストを印刷して、ビアに接続された複数
の厚膜パッドと、これらの厚膜パッドに接続された厚膜
パターンを形成し、100℃前後でグリーンシートの乾
燥を行う。
て、加熱しながら加圧することによりグリーンシートを
一体的に接着する。次いで、一体化された積層グリーン
シートを焼成することにより、多層セラミック基板を製
造する。
ターンと基板との密着性を考慮して、薄膜プロセスによ
り表面層の導体パターンを形成することが多い。しか
し、薄膜プロセスによる表面層の形成は設備面及び工程
面からコスト高となる。
印刷して厚膜パッドを形成する厚膜形成プロセスは設備
が比較的安く、工程も簡単であり、製造コストが安価と
なる。
により形成された表面層上の厚膜パッドは基板との密着
性が十分でないという問題がある。特に、ガラスセラミ
ックス基板との密着性に優れた厚膜ペーストを見いだす
のは困難である。
ナ基板用に開発されており、アルミナ基板上では十分な
密着特性が得られている。しかし、ガラスセラミックス
基板との濡れ性に優れ、基板との密着性に十分満足でき
る導体厚膜ペーストを見いだすのは困難である。
ラスセラミックス基板との密着強度が低下すると、厚膜
パッドとビアとの接続強度が劣化し、信頼性に欠けてし
まうという問題がある。これは導体ペーストとガラスセ
ラミックス基板とのマッチングがとれていないからと考
えられる。
ッドと基板との密着性に優れた多層セラミック基板の製
造方法を提供することである。
1のガラスセラミックスグリーンシートに複数の第1の
穴を形成し、(b) 該第1の穴中に導体を充填して前記第
1のグリーンシートに第1のビアを形成し、(c) 該第1
のグリーンシートに導体ペーストを印刷して前記第1の
ビアにそれぞれ接続された複数の第1の厚膜パッドと、
該第1の厚膜パッドに接続された厚膜パターンを形成
し、(d) 前記ステップ (a)〜(c) を繰り返して前記第1
のグリーンシートを複数用意し、(e) 第2のガラスセラ
ミックスグリーンシートに複数の第2の穴を形成し、
(f) 該第2の穴中に導体を充填して前記第2のグリーン
シートに第2のビアを形成し、(g) 該第2のグリーンシ
ートに導体ペーストを印刷して前記第2のビアにそれぞ
れ接続された複数の第2の厚膜パッドを形成し、(h) 前
記第2の厚膜パッドの一部を誘電体材料で被覆し、(i)
前記第2のグリーンシートが最上層となるように、前記
複数の第1のグリーンシートと前記第2のグリーンシー
トとを積層し、(j) 積層された第1及び第2のグリーン
シートを加熱しながら加圧して前記第1及び第2のグリ
ーンシートを一体的に接着し、(k) 接着された第1及び
第2のグリーンシートを所定温度で所定時間焼成する、
ことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法が提供
される。
電体材料で被覆することにより、第2の厚膜パッドと基
板との密着強度を大きくすることができる。代案とし
て、第2のビアに隣接して複数の補強ビアを形成し、こ
れらの補強ビアを覆うように第2の厚膜パッドを形成す
るようにしても良い。
のガラスセラミックスグリーンシートに鉛ほうけい酸ガ
ラス等の低軟化点ガラスを含有したグリーンシートを使
用する。これにより、第2の厚膜パッドと基板との密着
性を改善することができる。
を誘電体材料で覆って補強すること、或いは第2の厚膜
パッドの下部に複数の補強ビアを形成することにより、
第2の厚膜パッドと基板との密着強度を大きくすること
ができる。これにより、第2の厚膜パッドと第2のビア
との接続信頼性を向上することができる。
導体ペーストとのマッチング性に優れた低融点ガラスを
含有したガラスセラミックスグリーンシートを使用する
ことにより、第2の厚膜パッドと基板との密着強度を大
きくすることができる。
に説明する。まず図1を参照して、本発明第1実施例の
多層セラミック基板の製造方法について説明する。図1
(a)に示すように、第1のガラスセラミックスグリー
ンシート2に例えば直径90μmの複数の穴4を形成す
る。
mのアルミナ30wt%、粒子径5〜6μmの石英ガラ
ス30wt%、粒子径5〜6μmのほうけい酸ガラス3
0wt%、アクリル樹脂8wt%、ジブチルフタレート
2wt%の組成を有している。
銅粉又は銅ペーストを充填して第1のビア6を形成す
る。次いで、第1のグリーンシート2に銅ペーストをス
クリーン印刷して、図1(c)に示すように第1のビア
6にそれぞれ接続された内層厚膜パッド8と、これらの
内層厚膜パッド8に接続された図示しない内層厚膜パタ
ーンを形成する。
℃で乾燥する。図1(c)に示された第1のグリーンシ
ート2を9層分用意する。さらに、第1のグリーンシー
ト2と同一組成を有する第2のガラスセラミックスグリ
ーンシート12に例えば直径90μmの複数の穴を形成
し、これらの穴中に銅粉又は銅ペーストを充填して第2
のビア16を形成する。
の銅ペーストDu Pont QP153(E.I. Du Pon
t de Nemours & Co., Inc.) をスクリーン印刷して、第
2のビア16にそれぞれ接続された複数の表面厚膜パッ
ド18を形成する。表面厚膜パッド18は1.0×1.
0mmのサイズを有している。
12と主成分を同一とする誘電体ペースト20をスクリ
ーン印刷して、表面厚膜パッド18の一部を被覆した。
誘電体層20には表面厚膜パッド18の接続を許容する
ために穴21が設けられている。この状態が図1(d)
に示されている。
アルミナ25wt%、粒子径5〜6μmの石英ガラス2
5wt%、粒子径5〜6μmのほうけい酸ガラス25w
t%、アクリル樹脂4wt%、テレピネオール20wt
%、硬化ひまし油1wt%の組成を有している。
グリーンシート12が最上層となるように複数の第1の
グリーンシート2と第2のグリーンシート12を積層
し、熱プレスで加圧して第1及び第2のグリーンシート
2,12を一体的に接着する。
の範囲内であり、圧力は250kg/cm2 〜350kg/cm
2 の範囲内であり、好ましくは加熱温度は130℃であ
り、圧力は300kg/cm2 である。
ンシート2,12を窒素雰囲気中で、1,000℃で約
4時間焼成し、図1(f)に示されている多層セラミッ
ク基板22を製造した。焼成条件としては、温度980
℃〜1,020℃、焼成時間3〜5時間が採用可能であ
る。図1(f)で、符号9は内層厚膜パターンを示して
いる。
18は誘電体層20で部分的に被覆されているため、表
面厚膜パッド18と多層セラミック基板22との密着強
度が高められ、表面厚膜パッド18と第2のビア16と
の接続信頼性が向上される。
多層セラミック基板の製造方法について説明する。この
実施例における内層グリーンシートの製造方法は図1
(a)〜図1(c)に示した製造方法と同様なので、そ
の説明を省略する。さらに、第2のグリーンシート12
上への表面厚膜パッド18の形成も第1実施例と同様な
ので省略する。
25を形成したグリーンシート24を第2のグリーンシ
ート12上に積層したことを特徴とするものである。グ
リーンシート24の組成は第1及び第2のグリーンシー
ト2,12の組成と同様である。
ンシート2,12,24をグリーンシート24が最上層
となるように積層し、熱プレスで互いに一体的に接着す
る。この一体化された積層体を窒素雰囲気中で、温度
1,000℃で約4時間焼成し、図2(b)に示すよう
な多層セラミック基板22を製造した。表面厚膜パッド
18が部分的にガラスセラミック層24′で覆われてい
るため、表面厚膜パッド18の多層セラミック基板22
への密着強度が増大する。
多層セラミック基板の製造方法について以下に説明す
る。本実施例において、内層グリーンシート2の製造方
法は第1実施例と同様であるのでその説明を省略する。
1の即ち表面層用ガラスセラミックスグリーンシート1
2に複数のビア用の穴14を形成すると共に、各ビア用
の穴14の回りに複数個の、例えば8個の補強用の穴1
5を形成する。
5中に銅ペーストを充填して、図3(b)に示すような
第2のビア16及び補強用ビア17を形成する。次い
で、表面層用グリーンシート12に市販の銅ペーストD
u Pont QP153をスクリーン印刷して、図3
(c)に示すように第2のビア16及び補強用ビア17
にそれぞれ接続された複数の表面厚膜パッド18を形成
する。
(d)に示すように第2のグリーンシート12が最上層
となるように積層し、温度130℃、圧力300kg/cm
2 の条件下で熱プレスで第1及び第2のグリーンシート
2,12を一体的に接着する。
度1,000℃で約4時間焼成し、多層セラミック基板
を製造した。この多層セラミック基板では、表面厚膜パ
ッド18が複数個の補強用ビア17に接続されているた
め、補強用ビア17のアンカー効果により表面厚膜パッ
ド18のセラミック基板への密着強度が著しく向上す
る。
例を示している。この第4実施例では、補強用ビア1
7′が盲穴となっている点のみが第3実施例と相違し、
補強用ビア17′のアンカー効果により第3実施例と同
様な効果をあげることができる。
多層セラミック基板の製造方法について説明する。本実
施例において、内層グリーンシート2の製造方法は第1
実施例と同様であるのでその説明を省略する。
ート2上に表面層用のダミーグリーンシート26を積層
し、これらの積層体を温度130℃、圧力300kg/cm
2 の条件下で、一体的に接着し、さらに窒素雰囲気中で
1,000℃で約4時間焼成する。
トを塗布し、このフォトレジストをフォトリソグラフィ
法で所定パターンに露光し、現像する。次いで、ふっ酸
によりエッチングして、図5(b)に示すような穴27
を表面セラミック層26′に形成する。このエッチング
により、穴27に露出した内層厚膜パッド8又は内層ビ
ア6の酸化被膜を除去することができる。
u Pont QS190を使用して表面セラミック層
26′上にスクリーン印刷を行い、その一部が穴27中
に埋め込まれた表面厚膜パッド18′を形成する。
とにより、図5(c)に示すような多層セラミック基板
22を製造した。このときの焼成温度として、約500
℃〜700℃、焼成時間としては約10分〜30分が採
用可能である。
面セラミック層26′に形成された穴27中に埋め込ま
れているため、ビア6との接続信頼性を向上することが
できる。
多層セラミック基板の製造方法について説明する。本実
施例においても、内層グリーンシート2の製造方法は第
1実施例と同様であるのでその説明を省略する。
スグリーンシートとして軟化温度が低い鉛ほうけい酸ガ
ラスを含有したガラスセラミックスグリーンシート28
を採用した。鉛ほうけい酸ガラスは513℃の軟化温度
を有しており、ほうけい酸ガラスは720℃の軟化温度
を有している。
アルミナ30wt%、粒子径5〜6μmの石英ガラス3
0wt%、粒子径5〜6μmの鉛ほうけい酸ガラス30
wt%、アクリル樹脂8wt%、ジブチルフタレート2
wt%の組成を有している。
ーストを充填して第2のビア16を形成し、さらに市販
の銅ペーストDu Pont QP153をスクリーン
印刷して、第2のビア16に接続された表面厚膜パッド
18を形成した。
リーンシート28を図6(a)に示すように積層して、
温度130℃圧力300kg/cm2 の条件下で熱プレスし
て、互いに一体的に接着した。
で、1,000℃で約4時間焼成したところ、図6
(b)に示すような多層セラミック基板22が得られ
た。本実施例では、表面層用グリーンシート28として
低軟化点ガラスを含有したグリーンシートを使用したた
め、表面厚膜パッド18と多層セラミック基板22との
密着性を向上することができる。内層グリーンシートと
しては、高軟化点ガラスを含有したグリーンシート2を
使用したため、電気特性、機械特性及び焼成の容易性に
優れている。
板への密着強度の試験方法について説明する。この試験
方法は90度ピーリング試験方法である。ガラスセラミ
ック基板30上に第1乃至第6実施例でそれぞれ使用し
た銅ペーストを用いてサイズ1.4×1.4mm、厚さ3
0〜40μmの厚膜パッド32を形成した。
ッキ軟銅線34を半田付けし、軟銅線34を矢印F方向
に引っ張ったところ表1に示すような結果が得られた。
表1には比較例として、ガラスセラミック基板上に従来
方法で厚膜パッドを形成した場合も示した。
例によると基板との密着強度の優れた表面厚膜パッドを
形成することができる。
が大幅に向上した表面厚膜パッドを有する多層セラミッ
ク基板を安価に製造することができる。これにより、表
面厚膜とビアとの接続信頼性を大幅に向上することがで
きる。
方法を説明する図である。
ート 16 第2ビア 17 補強ビア 18 表面厚膜パッド 20 誘電体層 22 多層セラミック基板
Claims (14)
- 【請求項1】 (a) 第1のガラスセラミックスグリーン
シート(2) に複数の第1の穴(4) を形成し、 (b) 該第1の穴(4) 中に導体を充填して前記第1のグリ
ーンシート(2) に第1のビア(6) を形成し、 (c) 該第1のグリーンシート(2) に導体ペーストを印刷
して前記第1のビア(6) にそれぞれ接続された複数の第
1の厚膜パッド(8) と、該第1の厚膜パッド(8) に接続
された厚膜パターンを形成し、 (d) 前記ステップ (a)〜(c) を繰り返して前記第1のグ
リーンシート(2) を複数用意し、 (e) 第2のガラスセラミックスグリーンシート(12)に複
数の第2の穴(14)を形成し、 (f) 該第2の穴(14)中に導体を充填して前記第2のグリ
ーンシート(12)に第2のビア(16)を形成し、 (g) 該第2のグリーンシート(12)に導体ペーストを印刷
して前記第2のビア(16)にそれぞれ接続された複数の第
2の厚膜パッド(18)を形成し、 (h) 前記第2の厚膜パッド(18)の一部を誘電体材料(20)
で被覆し、 (i) 前記第2のグリーンシート(12)が最上層となるよう
に、前記複数の第1のグリーンシート(2) と前記第2の
グリーンシート(12)とを積層し、 (j) 積層された第1及び第2のグリーンシート(2,12)を
加熱しながら加圧して前記第1及び第2のグリーンシー
ト(2,12)を一体的に接着し、 (k) 接着された第1及び第2のグリーンシート(2,12)を
所定温度で所定時間焼成する、 ことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 - 【請求項2】 前記第1及び第2のグリーンシート(2,1
2)は同一組成を有しており、前記誘電体材料(20)は前記
第1及び第2のグリーンシート(2,12)の主成分と同一の
主成分を含んだペースト状である請求項1記載の多層セ
ラミック基板の製造方法。 - 【請求項3】 前記誘電体材料(20)は前記第2のグリー
ンシート(12)と同一組成の第3のグリーンシート(24)か
ら構成される請求項1記載の多層セラミック基板の製造
方法。 - 【請求項4】 前記第3のグリーンシート(24)の前記第
2の厚膜パッド(18)を覆う部分に該第2の厚膜パッド(1
8)よりも小さな穴(25)を形成するステップをさらに含む
請求項3記載の多層セラミック基板の製造方法。 - 【請求項5】 前記第1及び第2のグリーンシート(2,1
2)の各々はアルミナ30wt%、石英ガラス30wt
%、ほうけい酸ガラス30wt%、アクリル樹脂8wt
%、ジブチルフタレート2wt%から構成され、前記ペ
ースト状誘電体材料(20)はアルミナ25wt%、石英ガ
ラス25wt%、ほうけい酸ガラス25wt%、アクリ
ル樹脂4wt%、テレピネオール20wt%、硬化ひま
し油1wt%から構成される請求項2記載の多層セラミ
ック基板の製造方法。 - 【請求項6】 (a) 第1のガラスセラミックスグリーン
シート(2) に複数の第1の穴(4) を形成し、 (b) 該第1の穴(4) 中に導体を充填して前記第1のグリ
ーンシート(2) に第1のビア(6) を形成し、 (c) 該第1のグリーンシート(2) に導体ペーストを印刷
して前記第1のビア(6) にそれぞれ接続された複数の第
1の厚膜パッド(8) と、該第1の厚膜パッド(8) に接続
された厚膜パターンを形成し、 (d) 前記ステップ (a)〜(c) を繰り返して前記第1のグ
リーンシート(2) を複数用意し、 (e) 第2のガラスセラミックスグリーンシート(12)に複
数の第2の穴(14)を形成し、 (f) 前記第2の穴(14)の各々に隣接して複数の第3の穴
(15)を形成し、 (g) 前記第2及び第3の穴(14,15) 中に導体を充填して
前記第2のグリーンシート(12)に第2のビア(16)及び補
強用ビア(17)を形成し、 (h) 該第2のグリーンシート(12)に導体ペーストを印刷
して前記第2のビア(16)及び補強用ビア(17)にそれぞれ
接続された複数の第2の厚膜パッドを形成し、 (i) 前記第2のグリーンシート(12)が最上層となるよう
に、前記複数の第1のグリーンシート(2) と前記第2の
グリーンシート(12)とを積層し、 (j) 積層された第1及び第2のグリーンシート(2,12)を
加熱しながら加圧して前記第1及び第2のグリーンシー
ト(2,12)を一体的に接着し、 (k) 接着された第1及び第2のグリーンシート(2,12)を
所定温度で所定時間焼成する、 ことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 - 【請求項7】 前記補強用ビア(17)は前記第2のグリー
ンシート(12)を貫通している請求項6記載の多層セラミ
ック基板の製造方法。 - 【請求項8】 前記補強用ビア(17)は前記第2のグリー
ンシート(12)の表面から途中まで形成されている請求項
6記載の多層セラミック基板の製造方法。 - 【請求項9】 (a) 第1のガラスセラミックスグリーン
シート(2) に複数の第1の穴(4) を形成し、 (b) 該第1の穴(4) 中に導体を充填して前記第1のグリ
ーンシート(2) に第1のビア(6) を形成し、 (c) 該第1のグリーンシート(2) に導体ペーストを印刷
して前記第1のビア(6) にそれぞれ接続された複数の第
1の厚膜パッド(8) と、該第1の厚膜パッド(8) に接続
された厚膜パターンを形成し、 (d) 前記ステップ (a)〜(c) を繰り返して前記第1のグ
リーンシート(2) を複数用意し、 (e) 前記第1のガラスセラミックスグリーンシート(2)
と同一組成の第2のガラスセラミックスグリーンシート
(26)を用意し、 (f) 前記第2のグリーンシート(26)が最上層となるよう
に、前記複数の第1のグリーンシート(2) と前記第2の
グリーンシート(26)とを積層し、 (g) 積層された第1及び第2のグリーンシート(2,26)を
加熱しながら加圧して前記第1及び第2のグリーンシー
ト(2,26)を一体的に接着し、 (h) 接着された第1及び第2のグリーンシート(2,26)を
所定温度で所定時間焼成し、 (i) 焼成されたガラスセラミックス(22)の表面層 (2
6′) にエッチングにより第2の穴(27)を形成して前記
第1のビア(6) を露出させ、 (j) 前記ガラスセラミックス(22)の表面層に導体ペース
トを印刷して、その一部が前記第2の穴(27)中に埋め込
まれた複数の第2の厚膜パッド (18′) を形成し、 (k) 前記第2の厚膜パッド (18′) を第2の所定温度で
第2の所定時間焼成する、 ことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 - 【請求項10】 (a) 高融点ガラスを含んだ第1のガラ
スセラミックスグリーンシート(2) に複数の第1の穴
(4) を形成し、 (b) 該第1の穴(4) 中に導体を充填して前記第1のグリ
ーンシート(4) に第1のビア(6) を形成し、 (c) 該第1のグリーンシート(2) に導体ペーストを印刷
して前記第1のビア(6) にそれぞれ接続された複数の第
1の厚膜パッド(8) と、該第1の厚膜パッド(8) に接続
された厚膜パターンを形成し、 (d) 前記ステップ (a)〜(c) を繰り返して前記第1のグ
リーンシート(2) を複数用意し、 (e) 低融点ガラスを含んだ第2のガラスセラミックスグ
リーンシート(28)に複数の第2の穴を形成し、 (f) 該第2の穴中に導体を充填して前記第2のグリーン
シートに第2のビア(16)を形成し、 (g) 該第2のグリーンシート(28)に導体ペーストを印刷
して前記第2のビア(16)にそれぞれ接続された複数の第
2の厚膜パッド(18)を形成し、 (h) 前記第2のグリーンシート(28)が最上層となるよう
に、前記複数の第1のグリーンシート(2) と前記第2の
グリーンシート(28)とを積層し、 (i) 積層された第1及び第2のグリーンシート(2,28)を
加熱しながら加圧して前記第1及び第2のグリーンシー
ト(2,28)を一体的に接着し、 (j) 接着された第1及び第2のグリーンシート(2,28)を
所定温度で所定時間で焼成する、 ことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 - 【請求項11】 前記第1及び第2のグリーンシート
(2,12,26) の各々はアルミナ30wt%、石英ガラス3
0wt%、ほうけい酸ガラス30wt%、アクリル樹脂
8wt%、ジブチルフタレート2wt%の組成を有して
いる請求項6又は9記載の多層セラミック基板の製造方
法。 - 【請求項12】 前記所定温度は約980℃〜約1,0
20℃の範囲内であり、前記所定時間は約3時間〜約5
時間の範囲内である請求項1,6,9又は10のいずれ
かに記載の多層セラミック基板の製造方法。 - 【請求項13】 前記第2の所定温度は約500℃〜約
700℃の範囲内であり、前記第2の所定時間は約10
分〜約30分の範囲内である請求項9記載の多層セラミ
ック基板の製造方法。 - 【請求項14】 前記第1のグリーンシート(2) はアル
ミナ30wt%、石英ガラス30wt%、ほうけい酸ガ
ラス30wt%、アクリル樹脂8wt%、ジブチルフタ
レート2wt%の組成を有しており、前記第2のグリー
ンシート(28)はアルミナ30wt%、石英ガラス30w
t%、鉛ほうけい酸ガラス30wt%、アクリル樹脂8
wt%、ジブチルフタレート2wt%の組成を有してい
る請求項10記載の多層セラミック基板の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5321760A JP2783751B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 多層セラミック基板の製造方法 |
US08/519,178 US5549778A (en) | 1993-12-21 | 1995-08-25 | Manufacturing method for multilayer ceramic substrate |
Applications Claiming Priority (1)
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