JPH02116196A - セラミック多層回路基板の製造方法 - 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ＬＳＩ素子を実装するためのセラミック回路基
板およびその製造方法に関する。

（従来の技術） 従来ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子はガラスエポキシ等の
プリント回路基板あるいはアルミナセラミック基板に実
装されていたが、半導体素子の高集積化、微細化、高速
化に伴い実装用基板に対しても高密度微細配線化・高速
伝送化・高周波数化・高熱放散化の要求が増えてきた。

アルミナ基板は１５００°Ｃ以上の高温で焼結しなけれ
ばならないため、同時焼成される配線導体材料としては
比較的電気抵抗の高いＷ、Ｍｏ等の高融点金属しか利用
できない。したがって、パルス信号の伝送損失を考慮に
入れた場合、配線パターンの微細化には限界が生じてし
まう。

一方プリント回路基板においてはパターンの微細化は困
難であり、更に積層後、スルーホールをドノルにより形
成し、メツキを施して電気的に接続させるため高密度化
は限界にあった。そこで開発されたのが低温焼結多層セ
ラミック基板で、１０００°Ｃ以下で焼結する絶縁材料
を用いているため、配線導体材料として電気抵抗の低い
Ａｕ、　Ａｇ−Ｐｄ、　Ｃｕ等の低融点金属を用いるこ
とができる。プロセス的にはグリーンシート積層技術を
用いているため１１００ｐ以下のグリーンシートを形成
しビアホールを開けることにより極めて高密度に回路配
線を基板内に実現することができる。

しかし、これらのセラミック配線基板においても、誘電
率の低減において、その絶縁材料本来の誘電率しか望む
ことができず、このレベルでは信号の高速化を向上させ
ることに問題がある。

（発明が解決しようとする課題） このように、高速伝送化に対しては、パルス信号の伝播
遅延時間が基板材料の誘電率の平方根に比例するため、
基板材料の低誘電率化が不可欠となる。

ところが、アルミナ基板（誘電率＝約１０）はもちろん
最近開発されている低温焼結セラミック基板もアルミナ
に比べれば低いものの、十分な低誘電率化は図られてお
らず高速化に対してまで改善する必要がある。一方、プ
リント基板にはスルーホールメツキ性、加工性、多層化
接着・高温での熱変形が大きい等の問題があり、高密度
化には限界がある。

そこでセラミック基板の誘電率を下げる方法としては、
基板を構成している絶縁材料を低誘電率化させることが
考えられる。しかし、これらのセラミック配線基板にお
いても、その絶縁材料本来の誘電率までしか望むことが
できず、低誘電率化については限界にある。一方、絶縁
層を形成しているセラミック部に空隙を存在させること
により大幅に誘電率を下げることが可能であるが、空隙
が外気と通じていると、吸水が発生し絶縁特性並びに耐
湿負荷特性に支障を来してしまう。そこで、いかにして
焼結体内に孤立空隙を生成させるかが鍵となる。したが
って、本発明の目的はこのような従来の課題を解決する
ことにより、低い誘電率を有し、たとえば８００°Ｃ以
上１０００°Ｃ以下の低温で焼成でき絶縁特性や耐水性
等信頼性の優れた高密度化が可能な孤立空隙を有するセ
ラミック多層回路基板を提供することにある。さらに、
電気抵抗の低い導体材料を施すことにより、パルス信号
の高速伝送化に極めて有利な高密度微細配線基板を提供
することもできる。

（課題を解決するための手段） 本発明のセラミック多層回路基板は、ガラスを含んだセ
ラミック混合粉末と焼成の際分解し完全に飛散する高分
子の空隙形成材料をバインダと溶剤により混合しスラリ
ーを作製する工程と、均一に分散されたスラリーをグリ
ーンシート化しビアホール形成し導体を埋め込むととも
に配線を印刷する工程と、積層、熱プレス後、酸化性雰
囲気中で高分子空隙形成材料を分解せしめ完全に飛散し
空隙を形成させる工程と酸化性雰囲気中で７５０°Ｃ以
上で焼成し、均一な１μｍ〜３０μｍの範囲にある孤立
空隙を５〜４０容量パーセント含んだ構造を有するもの
が得られる。

次に、本発明について孤立空隙の大きさ及び空隙率を上
記の如く限定した理由を述べる。まず、孤立空隙の大き
さについて述べると、孤立空隙がｌｐｍ未満だと孤立空
隙が均一に分散しない。また３０ｐｍを越えると孤立空
隙が形成できなくなる。

力学隙率が５％未満だと低誘電率効果が顕著でなく、４
０％を越えると強度の低下をまねき基板としての特性が
得られなくなる。

（実施例） 以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定
されるものではない。

絶縁材料として石英ガラスとホウケイ酸系ガラスおよび
α−石英の複合材料を用い高分子空隙形成材料としてポ
リスチレンを適用した場合について述べる。ポリスチレ
ンは球状の１μｍ〜４０ｐｍの範囲にある粒子を５〜４
０容量パーセントの範囲の所定の比率になるように混合
し、ポリビニルブチラールをエチルセルソルブを主成分
とする溶剤で溶かした液と均一に混ぜ合わせた粘度３０
００〜１００００ｃｐになるスラリーを作製する。これ
をスリップキャスティング成膜法により５０μｍ〜２０
０μｍの厚みになるようにグリーンシート化する。この
グリーンシートを所定の位置に１５０ｐｍ〜３００μｍ
のビアホールを形成し、スクリーン厚膜印刷法によりＡ
ｇ−Ｐｄ導体で配線パターンを印刷するとともに層間の
導通をもたせるためにビアホール導体を埋め込む。それ
ぞれパターンを形成したシートを積層し１１０°Ｃ１１
５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ２で熱プレスすることにより生
積層体を得る。この生積層体を電気炉中で酸化性雰囲気
下５００°Ｃの条件で空隙形成材を完全に除去せしめる
とともにバインダーも除去する。その後 ７５０〜８５０°Ｃの範囲で酸化性雰囲気中でガラスの
軟化反応を十分に進行させることにより孤立空隙を形成
し、更に９００°Ｃで焼結を完了させる。こうして得ら
れたセラミック多層回路基板の断面模式図を第１図に示
す。またセラミック部の誘電率と空隙形成材料のポリス
チレン含有量の関係を第２図に示す。

第１図で１はセラミック焼結体、２はビアホール、３は
回路導体、４は孤立空隙である。図かられかるように極
めて誘電率が下げられ高速化に対して有利である。他の
特性については、絶縁抵抗は１０１３Ω以上、誘電損失
は０．２％以下と良好であった。

ここで用いたポリスチレン以外にも空隙形成材料として
ポリエステル、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレー
ト、フッ素樹脂などを用いても同様の効果が得られた。

次に絶縁材料としてコーディエライトとホウケイ酸系ガ
ラスを用い、ポリスチレンを空隙形成材料として利用し
た場合を示す。スラリーの作製以降前記実施例と同様の
条件によりセラミック多層回路基板を得た。コーディエ
ライト４５ｗｔ％ホウケイ酸系ガラス５５ｗｔ％の組成
で空隙が存在しない場合誘電率は４．８であったが、空
隙率５〜４０ｖｏ１％のとき誘電率４．４〜２．６まで
低下させることができた。絶縁抵抗は１０１３Ω以上、
誘電損失は０．２％以下と良好であった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、絶縁層を形成し
ているセラミック部に空隙を存在させることによって大
幅に誘電率を下げることが可能となるので、従来のもの
より高速伝送化という点についてきわめて有利なセラミ
ック多層回路基板が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミック多層回路基板の断面模式図
、第２図は石英ガラス−ホウケイ酸系ガラス−α石英複
合系における空隙形成材料の含有率と誘電率の関係を示
す図、 図において、 ｌはセラミック焼結体、２はビアホール、３は回路導体
、４は孤立空隙をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）セラミック基板内に三次元的に導体配線を形成して
   なるセラミック多層回路基板において、導体層間を形成
   している絶縁層が１μｍ〜３０μｍの範囲にある孤立空
   隙を５〜４０容量パーセント含んだ構造であること特徴
   とするセラミック多層回路基板。 ２）ガラスを含んだセラミック混合粉末と高分子の空隙
   形成材料とバインダーとを溶剤中で混合し前記空隙形成
   材料を均一に分散させたスラリーを作製する工程と、該
   スラリーをグリーンシートに成膜する工程と、該グリー
   ンシートにビアホールを形成し導体を埋め込むとともに
   グリーンシート上に導体配線を印刷する工程と、積層熱
   プレス後酸化性雰囲気中で高分子空隙形成材料を分解せ
   しめ完全に飛散し空隙を形成させる工程と、焼成工程と
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項のセラ
   ミック多層回路基板の製造方法。