JPS6357393B2

JPS6357393B2 -

Info

Publication number: JPS6357393B2
Application number: JP56002095A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ogiwara; Katsuhiro Sonobe; Mitsuo Taguchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1988-11-11
Also published as: JPS57115895A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は多層配線回路板の製造法に関する。ムライト（3Al₂O₃・2SiO₂）系セラミツクスは
アルミナ系セラミツクスに比べて誘電率が小さ
く、熱膨張係数が小さいことから多層配線セラミ
ツク板用材料としてより有用である。ムライトの製造法としては米国特許3336108号
により、ボーキサイトから分散剤を含んだ水で処
理し、不純物を除いた原料を用いることにより緻
密なムライト焼結体を製造する方法が提案されて
いる。しかし、ボーキサイトは元来アルミナ分が
ムライト組成より多いものであり、ムライトとア
ルミナとが混合された焼結体となる。したがつ
て、熱膨張係数もムライトより大きく、アルミナ
に近いものとなる。例えばムライトはSiO₂28.2重
量％、Al₂O₃71.8重量％であるのに対して、ボー
キサイトはSiO₂21.3重量％、Al₂O₃75.7重量％で
ありボーキサイトではAl₂O₃がSiO₂量に対して
21.4重量％も過剰となつている。このため熱膨張
係数も50×10^-7／℃以上、誘電率も６〜７と大き
い。ムライト組成に近づけるためにボーキサイト
に酸化ケイ素（SiO₂）を添加すると焼結しにく
く、気孔の多に焼結体になる。また、アルミナと酸化ケイ素をムライトの組成
比率に混合し焼結したものは一般に焼結体の表面
および内部に比較的大きな気孔を生じ易く、機械
的強度が低いこと、例えば多層配線回路板に応用
した場合、気孔の部分で導体の断線またはシヨー
トなどを生じる欠点がある。特開昭54−152010号
公報によると、ムライトとアルミナおよびガラス
を混合し、焼結時にアルミナとガラスとを反応さ
せてムライトを生成させ、ムライトを含んだ緻密
な焼結体を得ている。しかし、この方法ではムラ
イトを生成する組成となるように厳密にコントロ
ールしたガラス組成物を選ぶ必要があること、焼
成条件を十分にコントロールしないとガラスから
ムライトを生成する前にガラスが軟化して形くず
れをおこすこと、また、アルミナとガラスとが完
全に反応しないときにはアルミナが焼結体中に残
り、熱膨張係数および誘電率を大きくすることな
どの欠点がある。本発明の目的は気孔の少ない緻密なムライト焼
結体からなる多層配線回路板およびその能率的な
製造法を提供することにある。本発明は、有機物を除く組成でムライト粉70重
量％以上及びガラス粉を有する成形体にモリブデ
ン又はタングステンを含む導電ペーストによつて
回路を形成し、複数枚積層して焼結する方法であ
つて、前記ガラス粉は酸化物からなり、SiO₂に
換算して40重量％以上の珪素及びAl₂O₃に換算し
て40重量％以下のアルミニウムを含み、モリブデ
ン又はタングステンを含む導電ペーストの焼成と
同時に液相焼結できる軟化温度を有し、該温度で
焼結することを特徴とする多層配線回路板の製造
法にある。本発明のムライト焼結体は、モリブデン，タン
グステンの焼成と同時に液相焼結できる軟化温度
を有する。ガラスを焼結助剤として含有している
ことにより、ムライトの粉末間に介在する該ガラ
ス粉末がガラスの軟化点以上の温度に達すると全
体に亘つてほぼ同時に軟化し、流動してムライト
粉をとり囲むために気孔のない、均質な焼結体で
ある。多層配線回路板が得られるまた、ガラスを
焼結助剤として焼結することにより、液相焼結が
行なわれるためにモリブデン，タングステンペー
ストの焼成温度である1400〜1600℃と比較的低温
で、しかも短時間の焼成処理にて焼結せしめるこ
とができる。本発明に用いられるガラスは前述のような作
用、効果を満たすものであればよい。即ち、ムラ
イトの融点以下の軟化点を有し、全体がほぼ同時
に流動しうるような固溶体である。即ち、SiO₂
に換算して40重量％以上の珪素及びAl₂O₃に換算
して40重量％以下のアルミニウムを含み、モリブ
デン又はタングステンの焼成と同時に液相焼結で
きる軟化温度を有するものとして、けい酸アルミ
ニウムを主成分としたガラス，けい酸アルミニウ
ムマグネシウムを主成分としたガラスなどが用い
られる。特に望ましいのはムライトと同程度もし
くは、それより小さい熱膨張係数を有するもので
ある。具体的には10〜45×10^-7／℃程度の熱膨張
係数を有するものである。これにより、半導体素
子の基板などとして用いる場合、焼結体の熱膨張
係数をシリコン半導体素子の熱膨張係数と近似し
たものを得ることができる。セラミツク基板とシ
リコンとの熱膨張係数が同等になると、セラミツ
ク基板にシリコンが半田付けされたときの応力を
小さくし、半田付接合部の信頼性を上げることが
できる。ガラスの使用量は焼結に必要な量が用い
られるが、一般的には２〜30％（重量）の範囲が
適当である。極端に過剰量を用いた場合には焼成
する際に用いる焼成台に接着したり、形状が著し
く変形するおそれがある。ムライト粉とガラス粉は一般的には粒径の小さ
いものの方が有用である。一般的には、325メツ
シユ通過のものを用いるのが好ましい。勿論、こ
れに限定されるものではない。大きな粒子を用い
た場合は、ムライト粉とガラス粉，ムライト粉同
志の接触面積が少なくなり、反応性および焼結性
が低下するため、焼成温度を高くしたり、焼成時
間を長くする必要がある。また、粒子間に介在し
た気孔が残りやすい。焼成は1400〜1600℃の範囲
で十分達成できる。使用するガラスの軟化点が低
いものほど、焼成温度を低くすることができる。本発明においては必要に応じて、焼成に先立つ
て、ムライト粉とガラス粉を含む焼結助剤との混
合物を加圧してもよく、これにより一層緻密な焼
結体を得ることができる。また、上記混合物には
セラミツクの製造に通常用いられている結合剤、
可塑剤および溶剤などを使用することができる。
例えば、結合剤としてはポリビニルアルコール、
ポリビニルブチラール、ポリメタクリル酸などの
合成樹脂、可塑剤としてはフタル酸ジオクチル、
溶剤としてはメタノール、トリクレン、トルエン
などが用いられる。次に、多層配線回路板の製造法について説明す
る。先ず、ムライト粉とガラス粉とを所定の割合で
秤取し、これに結合剤および溶剤などを加えてス
ラリーをつくる。次にスラリーをポリエステルフ
イルムなどの支持体上に塗布し、かつ、ドクター
ブレードなどにより任意の厚さに調整した後、乾
燥して所謂グリーンシートを作成する。このグリ
ーンシートには導体回路を接続するための貫通孔
が設けられ、さらに導体回路としてのモリブデン
あるいはタングステンペーストが該貫通孔内面な
らびに回路パターンにしたがつて印刷される。こ
のようにして作成されたグリーンシートを積層
し、中性ないし、還元性雰囲気中で焼成する。還
元性雰囲気中で焼成する理由は、導体回路に用い
るタングステンまたはモリブデンが酸化され揮散
するのを防ぐためである。一般的には、窒素に水
素を混合したフオーミングガスを用いるのが適当
である。また、成形するために結合剤あるいは可
塑剤などの添加剤を使用した場合、その該添加剤
を酸化、分解するために該ガス中に酸化源として
水分を含ませることが望ましい。還元雰囲気中で
焼成する場合、酸化鉛や酸化チタンなどの還元さ
れ易い酸化物を含むガラス粉を用いると、焼結体
すなわち、基板の絶縁性が低下するおそれがあ
る。したがつてガラス粉としてはそのような化合
物を実質的に含まないものがよい。焼成によつて
製造されたセラミツク多層配線回路板にはIC，
LSI，その他の電子部品が組込まれる。次に、本発明の実施例を示す。なお、以下の各
例中に部とあるのは重量部を、％とあるのは重量
％を意味する。実施例１ 325メツシユ通過のムライト粉（3Al₂O₃・
2SiO₂、熱膨張係数45×10^-7／℃）90部、下記組
成を有するガラス粉（熱膨張係数30×10^-7／℃）
10部をボールミルに入れ、３時間乾式混合する。
さらに、ポリビニルブチラール5.9部、フタル酸
ジオクチル2.4部、トリクロールエチレン23部、
パークロルエチレン９部およびブチルアルコール
６部を加え、３時間混合してスラリーをつくる。
真空脱気処理によりスラリーから気泡を除去す
る。次いで、スラリーをドクターブレードを用い
て線状飽和ポリエステルフイルム支持体上に0.3
mm厚さに塗布し、かつ、赤外線ランプを用いて乾
燥し、グリーンシートを作成する。このシートを
70×70mmの大きさに切断した後、パンチ法により
所定位置にスルーホールをあけ、さらに下記組成
の導体ペーストをスクリーン印刷法により所定回
路パターンにしたがつて印刷する。導体ペースト
は層間の接続のためにスルーホール内にも充填し
た。ガラス粉の組成はSiO₂：Al₂O₃：MgO＝51.3：
34.9：13.8（重量比）、導体ペーストの組成はモリ
ブデン粉：ニトロセルローズ：エチルセルロー
ズ：ポリビニルブチラール：トリクレン＝100：
３：１：２：23（重量比）とした。導体ペーストが印刷された上記グリーンシート
を、ガイド孔の位置を合せて６枚積層し、温度90
℃で加圧、接着した。次に積層されたグリーンシ
ートを焼成炉内に入れ、水素３〜７容量％を含
み、かつ、微量の水蒸気を含む窒素雰囲気中で、
最高温度1550℃で１時間保持して焼成した。このようにして導体層数６層の多層配線回路板
を製造した。この回路板の熱膨張係数は38×
10^-7／℃、セラミツクスの誘電率は5.5であり、
各層間の接合状態も良好であつた。焼成時に気孔
の発生に起因する導体回路の断線またはシヨート
も皆無であり、機械的強度も十分であつた。ま
た、セラミツク基板と半導体素子（シリコンチツ
プ）との熱膨張係数が近似しているため、回路板
に直接半導体素子をはんだで接合したときに、接
合部の信頼性が極めて高い。実施例２ムライト粉：70部ガラス粉：SiO₂55％、Al₂O₃30％、MgO9％、
CaO6％、熱膨張係数42×10^-7／℃30部導体ペースト：タングステン粉100部、ニトロ
セルローズ３部、エチルセルローズ１部、
ポリビニルブチラール２部、トリクロルエ
チレン23部グリーンシートの厚さ：0.25mm グリーンシートの積層数：10枚焼成条件：1550℃、１時間上記の点の通りに変更した以外は前記実施例１
と同じ要領にてセラミツク多層配線回路板を製造
した。得られた回路板は熱膨張係数44×10^-7／℃でセ
ラミツクスの誘電率は5.9であり、各層間の接合
状態も良好な、緻密な回路板が得られた。実施例３ガラスの組成およびムライトとガラスの混合割
合を種々考え、前記実施例１と同じ要領にてセラ
ミツク基板を作成した。熱膨張係数と誘電率の測
定結果を下表に示す。

【表】表より明らかなように、回路板（焼結体）の熱
膨張係数38〜45×10^-7／℃とシリコン半導体素子
に近く該素子を半田で直接ボンデイングした場合
の接合部の信頼性が高く、また、誘電率も６以下
と小さく回路の信号伝達の高速化が可能である。
さらに電気絶縁性、機械的強度、緻密さの点でも
多層配線回路板用セラミツク材料として十分満足
しうるものである。例えば抗折強度は1100〜1500
Kg／cm²と高いものである。

Claims

【特許請求の範囲】

１有機物を除く組成でムライト粉70重量％以上
及びガラス粉を有する成形体にモリブデン又はタ
ングステンを含む導電ペーストによつて回路を形
成し、複数枚積層して焼結する方法であつて、前
記ガラス粉は酸化物からなり、SiO₂に換算して
40重量％以上の珪素及びAl₂O₃に換算して40重量
％以下のアルミニウムを含み、前記モリブデン又
はタングステンを含む導電ペーストの焼成と同時
に液相焼結できる軟化温度を有し、該温度で焼結
することを特徴とする多層配線回路板の製造法。