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JPH04314394A - ガラスセラミック回路基板とその製造方法 - Google Patents

ガラスセラミック回路基板とその製造方法

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Publication number
JPH04314394A
JPH04314394A JP3079457A JP7945791A JPH04314394A JP H04314394 A JPH04314394 A JP H04314394A JP 3079457 A JP3079457 A JP 3079457A JP 7945791 A JP7945791 A JP 7945791A JP H04314394 A JPH04314394 A JP H04314394A
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JP
Japan
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glass
powder
layer
glass powder
circuit board
Prior art date
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Pending
Application number
JP3079457A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Kamezaki
亀▲崎▼　洋
Masato Wakamura
正人 若村
Kishio Yokouchi
貴志男 横内
Nobuo Kamehara
亀原　伸男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to CA002065537A priority patent/CA2065537C/en
Priority to EP19920303245 priority patent/EP0508821A3/en
Priority to US07/867,513 priority patent/US5458709A/en
Priority to KR1019920006137A priority patent/KR950000693B1/ko
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Pending legal-status Critical Current

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    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/15—Ceramic or glass substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4803—Insulating or insulated parts, e.g. mountings, containers, diamond heatsinks
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    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は焼成収縮率を制御し、基
板間の剥離を無くしたガラスセラミック多層回路基板の
製造方法に関する。
【０００２】大量の情報を迅速に処理する必要から情報
処理装置は小形大容量化が行われており、装置はＬＳＩ
　やＶＬＳＩなどの半導体素子を密に搭載して高密度実
装が行われている。
【０００３】こゝで、これらの半導体素子を搭載する回
路基板は当初ガラスエポキシなどからなる多層プリント
配線基板が使用されていたが、半導体素子の集積度が向
上するに従って発熱量が増加し、１チップの発熱量が１
０Ｗを超えるに及んで耐熱性の優れたセラミック基板が
用いられるようになった。
【０００４】
【従来の技術】セラミック基板の構成材料として当初は
アルミナ（　Ａｌ２Ｏ３）　セラミックスが使用され、
また配線パターンを形成する金属材料としてタングステ
ン（Ｗ）が使用されていたが、情報処理の高速化により
信号周波数がＭＨｚのオーダに達し、また光通信も行わ
れるに到って低損失のセラミック基板と低抵抗の導体材
料が必要となった。
【０００５】こゝで、低抵抗の導体材料で好ましい金属
は銅（Ｃｕ）であるが、融点は１０８４℃と低いため、
グリンシートの焼成温度が１４００℃を越すアルミナ・
セラミックスよりなる多層回路基板の配線材料としては
使用することができない。
【０００６】そこで、焼成温度が低いガラスセラミック
スが使用されるようになった。すなわち、ガラスセラミ
ックスは焼成温度を１０００℃以下にとることができ、
そのため金（Ａｕ）やＣｕのような導電率の優れた金属
材料を使用することができる。
【０００７】こゝで、代表的なガラスセラミックスは硼
珪酸ガラスにアルミナ粉を添加し固溶してなるものであ
り、硼珪酸ガラスの誘電率が約４と低いために複合誘電
率は５〜７とアルミナセラミックスの約１０に較べて小
さく、そのため信号の遅延時間を短縮することができ有
利である。
【０００８】然し、信号の高速化に対応して基板の複合
誘電率を更に下げる必要があり、硼珪酸ガラスの一部を
中空シリカ粉末に置き換えることが行われている。すな
わち、空気の誘電率は１であることから、中空シリカ粉
末を用いることにより複合誘電率を更に下げることがで
きる。
【０００９】一方、ガラスセラミックスの機械的強度例
えば曲げ強さは１５０〜２００　ＭＰａとアルミナセラ
ミックスに較べると弱く、この一部を中空シリカ粉末に
置き換えることにより更に弱く、破損し易いと云う問題
が生じた。
【００１０】そこで、ガラスセラミック多層基板のうち
、信号線がパターン形成されている信号層を中空シリカ
を含むガラスセラミックスで形成し、一方、最上層と最
下層など信号品質に影響が少ない部分を中空シリカ粉末
を含まないガラスセラミックスで形成することにより強
度を増すことが行われている。
【００１１】図２はかゝる多層回路基板の構成を示す断
面図であって、グリンシートが５層よりなる場合の例を
示している。すなわち、第二層１，第三層２，第四層３
を中空シリカを含むガラスセラミックスよりなるグリン
シートで形成し、第三層２と第四層３の上に信号配線４
をパターンニングする。
【００１２】また第一層５と第五層６を中空シリカ粉末
を含まないガラスセラミックスよりなるグリンシートで
形成し、第二層１と第一層５との間、或いは第四層３と
第五層６との間に接地層７をパターンニングし、積層し
て一体化した後に焼成することにより伝送品質の優れた
多層基板が形成されている。
【００１３】然し、このように異種材料を用いてガラス
セラミック多層基板を形成する場合は、焼成の際に第二
層１〜第四層３のグリンシートと第一層５および第五層
６のグリーンシートの焼成収縮率が異なるために層間剥
離が起こり易く、この傾向は基板面積が大きくなるに従
って顕著になっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】高速伝送を行うために
は導体線路の形成材料として抵抗率の低い金属材料を使
用する必要があり、また基板としては低誘電率のガラス
セラミックスを使用する必要がある。
【００１５】また、基板は必要とする機械的強度も保持
しなければならない。このような条件を満たすため、ガ
ラスセラミックスを構成する硼珪酸ガラス粉末の一部を
中空シリカ粉末に置き換えた基板を用いて多層からなる
信号層を作り、一方、上下層を従来のガラスセラミック
スで形成することが試みられている。
【００１６】然し、その場合は両者の組成が異なるため
にグリンシートの焼成に当たって収縮率が異なり、信号
層と上下層の間で層間剥離が生じ易い。そこで、この解
決が課題である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】セラミック粉末，ガラス
粉末，中空微小ガラス球および多孔質ガラス粉末を主成
分としてグリンシートを作り、このグリンシートに配線
パターンを形成した後に積層して信号層を作り、この信
号層の上下をセラミック粉末とガラス粉末を主成分とす
るグリンシートで挟み、一体化した後に焼成することを
特徴としてガラスセラミック回路基板の製造方法を構成
することにより解決することができる。
【００１８】
【作用】組成の異なるガラスセラミックスよりなるグリ
ンシートの焼成収縮率を調整して一致させる方法として
本発明は多孔質ガラス粉末を用いるものである。
【００１９】すなわち、多孔質ガラス粉末は凹凸が大き
く表面積が大きなために、焼成に当たって収縮が大きい
。そのために多孔質ガラス粉末の添加量を調節すること
によりグリンシートの焼成収縮率を増加方向に調節する
ことができる。
【００２０】なお、多孔質ガラス粉末の原料としてシリ
カ（ＳｉＯ２）を用いれば、電気的特性が優れているこ
とから、絶縁抵抗や耐圧などの低下を招くこともない。 本発明はゾル・ゲル法で作った高純度の多孔質ガラス粉
末を信号層を形成する焼成収縮率の小さなグリンシート
に加えるもので、これにより信号層を形成するグリンシ
ートの収縮率を増加させるものである。
【００２１】第１図は本発明の原理図である。すなわち
、信号層８は誘電率を下げるためにセラミック粉末，ガ
ラス粉末および中空微小ガラス球を主成分としてグリン
シートが形成されているが、中空微小ガラス球は他の粉
末に較べて粒径が大きく、球状をしており、また焼成温
度においても中空状態を保持しているために焼成収縮率
は約１２％と小さい。
【００２２】一方、信号層８の上下に積層するセラミッ
ク粉末とガラス粉末を主成分とするガラスセラミックス
層（以下略して強化層）９の焼成収縮率は約１６％と大
きい。そこで、本発明は信号層８を従来のセラミック粉
末，ガラス粉末および中空微小ガラス球に多孔質ガラス
粉末を加えてグリンシートを形成することにより焼成収
縮率を従来の約１２％より約１６％に増加させ、強化層
９の収縮率と一致させることにより、基板剥離の問題を
解決するものである。
【００２３】また、ゾル・ゲル法により得られる多孔質
ガラス粉末は、水ガラスとアルコールを反応させて生ず
るメトキシシリケート〔Ｓｉ（ＯＣＨ３）４］やエトキ
シシリケート［Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４］などのシリコン
アルコキシドを、加水分解して得られる含水酸化物ゾル
を脱水処理してゲルとし、このゲルを加熱して非晶質の
ＳｉＯ２としたものである。
【００２４】
【実施例】
実施例１：（焼成収縮率向上の確認，請求項１対応）　
　　　アルミナ粉末　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　・・・・１００　ｇ　　　　硼珪
酸ガラス粉末　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・・２００　ｇ　　　　多孔質シリカガラス
粉末　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・２００
　ｇ　　　　アセトン（溶剤）　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　・・・・　８０　ｇ　　　　メ
チルエチルケトン（溶剤）　　　　　　　　　　　　・
・・・３５０　ｇ　　　　ジブチル酸フタレート（可塑
剤）　　　　　　　　・・・・　３０　ｇ　　　　ポリ
メチルメタクリレート（バインダ）　　・・・・１００
　ｇを混練してスラリーとし、脱泡処理した後、ドクタ
ブレード法で成形して厚さが３００　μｍ　のグリンシ
ートを形成した。
【００２５】次に、このグリンシートを９×９ｃｍの大
きさに打抜き形成した後、銅（Ｃｕ）ペーストをスクリ
ーン印刷して導体線路を形成した。次に、このグリンシ
ートを８枚積層し、８０℃で１０ＭＰａの圧力を加えて
一体化した後、１０００℃で５時間焼成して多層基板を
形成した。
【００２６】かゝる基板の焼成収縮率は１８％であり、
多孔質シリカガラス粉末を加えないで形成する従来の多
層基板の焼成収縮率が１６％であるのに較べ、収縮率を
２％向上することができた。
【００２７】実施例２：（信号層と強化層からなる多層
基板の形成，請求項３対応） 　　　　ムライト粉末　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　・・・・１００　ｇ　　　　硼
珪酸ガラス粉末　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　・・・・１００　ｇ　　　　多孔質シリカガラ
ス粉末　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・　５
０　ｇ　　　　中空微小シリカ球　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・・　５０　ｇ　　　　
アセトン（溶剤）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・・　８０　ｇ　　　　メチルエチルケ
トン（溶剤）　　　　　　　　　　　　・・・・３５０
　ｇ　　　　ジブチル酸フタレート（可塑剤）　　　　
　　　　・・・・　３０　ｇ　　　　ポリメチルメタク
リレート（バインダ）　　・・・・１００　ｇを混練し
てスラリーとし、脱泡処理した後、ドクタブレード法で
成形して厚さが３００　μｍ　のグリンシートを形成し
た。
【００２８】次に、これを９×９ｃｍの大きさに打抜き
して信号層用のグリンシートとした後、この８枚にＣｕ
ペーストをスクリーン印刷して導体線路を形成した。次
に、　　　　アルミナ粉末　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・・２００　ｇ　　　
　硼珪酸ガラス粉末　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・・２００　ｇ　　　　シリカガラス
粉末　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・・２００　ｇ　　　　アセトン（溶剤）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・　８０　
ｇ　　　　メチルエチルケトン（溶剤）　　　　　　　
　　　　　・・・・３５０　ｇ　　　　ジブチル酸フタ
レート（可塑剤）　　　　　　　　・・・・　３０　ｇ
　　　　ポリメチルメタクリレート（バインダ）　　・
・・・１００　ｇを混練してスラリーとし、脱泡処理し
た後、ドクタブレード法で成形して厚さが３００　μｍ
　のグリンシートを形成した。
【００２９】次に、これを９×９ｃｍの大きさに打抜き
形成して強化層用のグリンシートとした。そして、８枚
の信号層用グリンシートの上下を一枚づつの強化層用グ
リンシートを当接して積層した後、８０℃で１０ＭＰａ
の圧力を加えて一体化し、次に１０００℃で５時間焼成
して多層基板を形成した。
【００３０】かゝる基板について、強化層と信号層との
間にはクラックや剥離などの現象は全く認められなかっ
た。
【００３１】
【発明の効果】本発明の実施により多層セラミック回路
基板の形成に当たって収縮率を制御することが可能にな
り、これにより信号層と強化層との剥離を無くすること
ができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】多層回路基板の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
８　　　　　　信号層 ９　　　　　　強化層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　セラミック粉末とガラス粉末にバイン
    ダ，可塑剤および溶剤を加え、混練してグリンシートを
    作り、該グリンシートを積層した後に焼成して得る多層
    セラミック回路基板において、前記ガラス粉末の一部を
    多孔質ガラス粉末で置換することを特徴とするガラスセ
    ラミック回路基板の製造方法。
  2. 【請求項２】　　前記多孔質ガラス粉末がゾル・ゲル法
    により作られたものであることを特徴とする請求項１記
    載のガラスセラミック回路基板の製造方法。
  3. 【請求項３】　　セラミック粉末，ガラス粉末，中空微
    小ガラス球および多孔質ガラス粉末を主成分としてグリ
    ンシートを作り、該グリンシートに配線パターンを形成
    した後に積層して信号層を作り、該信号層の上下をセラ
    ミック粉末とガラス粉末を主成分とするグリンシートで
    挟み、一体化した後に焼成することを特徴とするガラス
    セラミック回路基板の製造方法。
  4. 【請求項４】　　セラミック粉末とガラス粉末を含むグ
    リーンシートを積層した後に焼成して得るガラスセラミ
    ック回路基板において、少なくとも一層のグリーンシー
    ト中の上記ガラス粉末が多孔質ガラス粉末を含むことを
    特徴とするガラスセラミック回路基板。
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