JPH0143706B2 - - Google Patents
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- JPH0143706B2 JPH0143706B2 JP59150305A JP15030584A JPH0143706B2 JP H0143706 B2 JPH0143706 B2 JP H0143706B2 JP 59150305 A JP59150305 A JP 59150305A JP 15030584 A JP15030584 A JP 15030584A JP H0143706 B2 JPH0143706 B2 JP H0143706B2
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- ceramic
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- substrate
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はセラミツク粉末としてマグネシヤを用
いたガラスセラミツク基板の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a glass-ceramic substrate using magnesia as a ceramic powder.
情報処理の高速化と大容量化とを実現するため
電子機器特に電子計算機の進歩は著しく、これに
使用する電子回路は小形化と高密度化が進められ
ている。 BACKGROUND OF THE INVENTION Electronic devices, especially electronic computers, have made remarkable progress in order to achieve higher speed and larger capacity information processing, and the electronic circuits used in these devices are becoming smaller and more dense.
特にIC、LSIなどの半導体装置はこれに該当す
るものであつて、従来はチツプ毎にアルミナセラ
ミツクからなる配線基板に接着剤或いは共晶ボン
デイングなどの方法で接着し、ワイヤボンデイン
グなどの方法でチツプの端子とセラミツク基板の
配線とを回路接続した後に樹脂外装或いはハーメ
チツクシール外装を施して半導体装置が構成され
ており、これをプリント配線基板に装着する実装
方法がとられていた。 This particularly applies to semiconductor devices such as ICs and LSIs; conventionally, each chip was bonded to a wiring board made of alumina ceramic using adhesive or eutectic bonding, and the chips were bonded using methods such as wire bonding. A semiconductor device is constructed by making a circuit connection between the terminals of the semiconductor device and the wiring on the ceramic substrate, and then applying a resin sheath or a hermetic seal sheath, and a mounting method has been used in which the semiconductor device is mounted on a printed wiring board.
然し、更に小形化と高密度化を達成する方法と
して複数個のチツプをセラミツク多層配線基板に
接着して回路接続した後、一括してハーメチツク
などの外装を施すか、或いは耐湿処理技術の進歩
によつて複数個のチツプをフエイスダウンボンデ
イング法でセラミツク多層配線基板に装着し、こ
れをそのままの状態で取替単位として使用する実
装形態が実用化されつつある。 However, in order to achieve further miniaturization and higher density, it is possible to bond multiple chips to a ceramic multilayer wiring board and connect the circuits, and then apply a hermetic or other sheathing to the chips, or to take advantage of advances in moisture-resistant treatment technology. Therefore, a mounting system is being put into practical use in which a plurality of chips are attached to a ceramic multilayer wiring board by face-down bonding and used as a replacement unit.
このような用途に使用されるセラミツク配線基
板は上部に装着したチツプの端子数が厖大である
ことから多層配線基板の構成層数の増加と配線パ
ターンの微細化が必要条件となる。 Since the number of terminals of the chip mounted on the ceramic wiring board used for such applications is enormous, it is necessary to increase the number of constituent layers of the multilayer wiring board and to miniaturize the wiring pattern.
またチツプをフエイスダウンボンデイング法で
装着する場合にはチツプの信頼性保持のために基
板とチツプとの膨張係数を合わせることが必要と
なる。 Further, when a chip is mounted by face-down bonding, it is necessary to match the expansion coefficients of the substrate and the chip in order to maintain the reliability of the chip.
本発明はかかる目的で開発されたガラスセラミ
ツク基板の製造法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a glass ceramic substrate developed for this purpose.
従来のセラミツク多層基板はアルミナ(α−
Al2O3)を主構成剤としてグリンシートを形成
し、これにモリブデン・マンガン(Mo・Mn)、
タングステン・マンガン(W・Mn)などの導電
ペーストをスクリーン印刷して導体パターンを作
り、これを積層した後、千数百℃の高温で焼成す
ることにより作られている。
Conventional ceramic multilayer substrates are made of alumina (α-
A green sheet is formed using Al 2 O 3 ) as the main constituent, and molybdenum/manganese (Mo/Mn),
It is made by screen printing a conductive paste such as tungsten/manganese (W/Mn) to create a conductive pattern, stacking these, and then firing them at a high temperature of over 1,000 degrees Celsius.
ここでセラミツク基板は多層化が進むに従つて
薄くなり、また回路が複雑になるに従つてパター
ン幅は縮小することが必要となるが、アルミナ磁
器基板は誘電率が9〜10と比較的高く、そのため
多層配線間の静電容量による漏話(クロストー
ク)や導体抵抗が増加し、この影響が無視できな
くなる。 Ceramic substrates become thinner as they become more multi-layered, and pattern widths need to be reduced as circuits become more complex, but alumina porcelain substrates have a relatively high dielectric constant of 9 to 10. As a result, crosstalk and conductor resistance due to capacitance between multilayer interconnects increase, and these effects cannot be ignored.
そこで誘電率が4〜5と低く、また900℃程度
で焼成が可能な硼珪酸ガラスが基板として使用さ
れるようになつた。 Therefore, borosilicate glass, which has a low dielectric constant of 4 to 5 and can be fired at about 900°C, has come to be used as a substrate.
この基板の特徴は焼成温度が低いために金
(Au)や銅(Cu)のような低抵抗金属を用いて
微細な導体パターンを形成できることである。 A feature of this substrate is that the firing temperature is low, so it is possible to form fine conductor patterns using low-resistance metals such as gold (Au) and copper (Cu).
然し、ガラス基板は機械的強度の点で問題があ
る。 However, glass substrates have problems in terms of mechanical strength.
そこでセラミツクの粉末を添加して機械的強度
を改良したガラスセラミツク基板が実用化され使
用されている。 Therefore, glass-ceramic substrates with improved mechanical strength by adding ceramic powder have been put into practical use.
ここでアルミナは膨張係数が少なく、また硬度
が高いなどの特徴からセラミツク粉末の成分とし
て選ばれ、シリコン半導体チツプの装着用基板と
して一般に使用されている。 Alumina is selected as a component of ceramic powder because of its low coefficient of expansion and high hardness, and is generally used as a substrate for mounting silicon semiconductor chips.
然し、半導体材料の中には熱膨張係数が大きく
従来のアルミナ基板或いはガラスセラミツク基板
では不適当なものがある。 However, some semiconductor materials have large coefficients of thermal expansion and are unsuitable for use with conventional alumina substrates or glass ceramic substrates.
例えば本発明に係るガリウム砒素(GaAs)が
これに該当し、GaAs基板を用いて形成されたチ
ツプを従来のセラミツク基板或いはガラスセラミ
ツク基板に接合すると熱膨張係数の差異が大き過
ぎるために温度変動に際して機械的ストレスを生
じ、信頼性が損なわれる。 For example, gallium arsenide (GaAs) according to the present invention falls under this category, and when a chip formed using a GaAs substrate is bonded to a conventional ceramic substrate or glass ceramic substrate, the difference in coefficient of thermal expansion is too large, so that it is difficult to cope with temperature fluctuations. This creates mechanical stress and reduces reliability.
そのためにGaAsに適合した膨張係数をもつガ
ラスセラミツク基板を使用する必要があり、セラ
ミツク成分としてマグネシヤ(MgO)が適して
いる。 For this purpose, it is necessary to use a glass-ceramic substrate with an expansion coefficient compatible with GaAs, and magnesia (MgO) is suitable as a ceramic component.
第1図はこの関係の説明図で横軸には絶対温度
を、また縦軸には熱膨張係数をとり、293度を基
準点として比較してある。 Figure 1 is an explanatory diagram of this relationship, with absolute temperature plotted on the horizontal axis and thermal expansion coefficient plotted on the vertical axis, with 293 degrees being the reference point for comparison.
図から明らかなようにGaAs1の熱膨張係数に
較べてアルミナ2の熱膨張係数は遥かに小さく、
またマグネシヤ3は僅かに大きい。 As is clear from the figure, the thermal expansion coefficient of alumina 2 is much smaller than that of GaAs 1.
Also, Magnesia 3 is slightly larger.
本発明はマグネシヤをガラスセラミツクのセラ
ミツク成分として用いるもので、第2図は硼珪酸
ガラスとMgOとからなる系においてMgO含有量
に対する熱膨張係数の変化を示している。 The present invention uses magnesia as a ceramic component of glass-ceramic, and FIG. 2 shows the change in thermal expansion coefficient with respect to MgO content in a system consisting of borosilicate glass and MgO.
図からGaAsの熱膨張係数である10.7×10-4と
一致させるためには特性曲線4からMgOの含有
を40%とすればよいことが判る。 From the figure, it can be seen that in order to match the thermal expansion coefficient of GaAs, which is 10.7×10 -4 , the MgO content should be set to 40% from characteristic curve 4.
以上のことからGaAsに適したガラスセラミツ
ク基板は容易にできる筈であるが、MgOはガラ
スに対する濡れ性が極めて悪く、均一に分散され
ず、また焼成後にガラスとの界面に隙間を生ずる
など、緻密なガラスセラミツク基板ができないと
云う問題があつた。 Based on the above, it should be easy to create a glass-ceramic substrate suitable for GaAs, but MgO has extremely poor wettability with glass, is not uniformly dispersed, and has problems such as creating gaps at the interface with the glass after firing. There was a problem that a glass-ceramic substrate could not be produced.
以上説明したようにGaAsチツプを接着する基
板としてはMgOをセラミツク成分とするガラス
セラミツクが適しているが、両者の濡れ性が悪い
ことが問題である。
As explained above, a glass ceramic containing MgO as a ceramic component is suitable as a substrate to which a GaAs chip is bonded, but the problem is that the wettability of both is poor.
上記の問題点はセラミツク粉末を添加したガラ
ス粉末にバインダと溶剤とを加え、これを混練し
てグリンシートを作り、該グリンシートに配線パ
ターンを印刷し焼成してなるガラスセラミツク基
板において、セラミツク粉末として硝酸アルミニ
ウムを熱分解して生じたアルミナ膜を被覆したマ
グネシヤ粉を用いるガラスセラミツク基板の製造
方法により解決することができる。
The above problem can be solved by adding a binder and a solvent to glass powder to which ceramic powder has been added, kneading this to make a green sheet, printing a wiring pattern on the green sheet, and firing it. This problem can be solved by a method of manufacturing a glass ceramic substrate using magnesia powder coated with an alumina film produced by thermally decomposing aluminum nitrate.
本発明はアルミナ(α−Al2O3)と硼珪酸ガラ
スとの濡れ性が非常に良いことを利用してマグネ
シヤ(MgO)粉の上にアルミナ膜を被覆するこ
とによつて濡れ性を改善するものである。
The present invention utilizes the very good wettability of alumina (α-Al 2 O 3 ) and borosilicate glass to improve the wettability by coating magnesia (MgO) powder with an alumina film. It is something to do.
すなわちMgO粉を硝酸アルミニウム水溶液に
浸漬した後乾燥し、これを熱分解することを繰り
返すことにより、表面にアルミナ膜を形成するも
のである。 That is, by repeatedly immersing MgO powder in an aluminum nitrate aqueous solution, drying it, and thermally decomposing it, an alumina film is formed on the surface.
粒径約1μmのMgOの粉末を濃度約30%の硝酸
アルミニウム水溶液中に浸漬し、充分に撹拌した
後に濾過して乾燥する。
MgO powder with a particle size of about 1 μm is immersed in an aqueous aluminum nitrate solution with a concentration of about 30%, thoroughly stirred, filtered, and dried.
これを空気中で熱分解温度以上の温度例えば
300度で加熱すると、
2Al(NO3)3→Al2O3+6NO2+3/2O2
の反応によりMgO粒の表面にAl2O3を析出するこ
とができ、これを繰り返すことにより、Al2O3膜
を被覆することができる。 This is carried out in air at a temperature above the pyrolysis temperature, e.g.
When heated at 300 degrees, Al 2 O 3 can be precipitated on the surface of MgO grains by the reaction of 2Al(NO 3 ) 3 → Al 2 O 3 + 6NO 2 + 3/2O 2 , and by repeating this, Al 2 Can be coated with O 3 membrane.
この粉末を硼珪酸ガラス(例えばコーニング社
No.7052)粉末と混合し、バインダとしてボリビニ
ルブチラールをまた溶剤としてメチルセルソルブ
を使用し、ボールミルで48時間混練し、これを用
いてグリンシートを作り、約600度で仮焼きを行
つた後、900度で1時間焼成して基板を形成した。 This powder is mixed with borosilicate glass (e.g. Corning Co., Ltd.).
No. 7052) powder, using polyvinyl butyral as a binder and methyl cellosolve as a solvent, kneaded in a ball mill for 48 hours, used this to make a green sheet, and calcined at about 600 degrees. Thereafter, the substrate was baked at 900 degrees for 1 hour.
このようにして作つたガラスセラミツク基板と
無処理のMgOを等量添加して作つた基板とに就
いて吸水性試験により緻密性を測定したところ、
無処理のものが9%と大きな吸水率を示すのに対
し、本発明を実施した基板は0.1%と吸水率が少
なく、これにより基板が緻密であり、MgOと硼
珪酸ガラスとの濡れ性の良いことが証明すること
ができた。 The density of the glass-ceramic substrate made in this way and the substrate made by adding an equal amount of untreated MgO was measured by a water absorption test.
While the untreated substrate shows a high water absorption rate of 9%, the substrate applied with the present invention has a low water absorption rate of 0.1%, which means that the substrate is dense and has a low wettability between MgO and borosilicate glass. I was able to prove that it was good.
以上記したように本発明の実施によりGaAsチ
ツプの搭載に適するガラスセラミツク基板の製造
が可能となり、GaAs半導体装置の信頼性を向上
することが可能となる。
As described above, by carrying out the present invention, it becomes possible to manufacture a glass ceramic substrate suitable for mounting a GaAs chip, and it becomes possible to improve the reliability of a GaAs semiconductor device.
第1図は熱膨張係数の温度依存性の説明図、第
2図はマグネシヤを添加した硼珪酸ガラスの熱膨
張係数の変化を示す説明図である。
図において、4は熱膨張特性曲線である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the temperature dependence of the coefficient of thermal expansion, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the change in the coefficient of thermal expansion of borosilicate glass to which magnesia is added. In the figure, 4 is a thermal expansion characteristic curve.
Claims (1)
ンダと溶剤とを加え、これを混練してグリンシー
トを作り、該グリンシートに配線パターンを印刷
し焼成してなるガラスセラミツク基板において、
セラミツク粉末として硝酸アルミニウムを熱分解
して生じたアルミナ膜を被覆したマグネシヤ粉を
用いることを特徴とするガラスセラミツク基板の
製造方法。1. A glass-ceramic substrate made by adding a binder and a solvent to glass powder added with ceramic powder, kneading this to make a green sheet, printing a wiring pattern on the green sheet, and firing it,
A method for manufacturing a glass-ceramic substrate, characterized in that magnesia powder coated with an alumina film produced by thermally decomposing aluminum nitrate is used as ceramic powder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59150305A JPS6131342A (en) | 1984-07-19 | 1984-07-19 | Manufacture of glass ceramic substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59150305A JPS6131342A (en) | 1984-07-19 | 1984-07-19 | Manufacture of glass ceramic substrate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6131342A JPS6131342A (en) | 1986-02-13 |
| JPH0143706B2 true JPH0143706B2 (en) | 1989-09-22 |
Family
ID=15494097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59150305A Granted JPS6131342A (en) | 1984-07-19 | 1984-07-19 | Manufacture of glass ceramic substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6131342A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2786191B2 (en) * | 1987-08-14 | 1998-08-13 | 旭硝子株式会社 | Method for producing magnesium oxide powder |
-
1984
- 1984-07-19 JP JP59150305A patent/JPS6131342A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6131342A (en) | 1986-02-13 |
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