JPH04196391A - 配線基板および電子装置 - 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〕 本発明は電子計算機など、電子部品の実装密度がその製
品性格を大きく左右する電子装置および電子素子を搭載
する配線基板に関する。

〔従来の技術〕

大形計算機など、処理速度の向上が強く要求される電子
装置では、ＬＳＩ等能動素子の高速化と同時に素子間接
続距離の短縮が装置性格を向上するための大きな課題と
なる。このような背景からＬＳＩ間の配線を有するＬＳ
Ｉ搭載基板の技術もより微細な配線を形成できる手法の
導入が検討され、特開昭５９−１１７１９７号、特開昭
６０−１４８１９１号公報に記載のように、セラミック
多層基板上に、主に有機物を絶縁層とした薄膜多層配線
を形成した基板が提案されるに至っている。

本配線基板は、配線の多層化が容易なグリーンシート法
によるセラミック多層基板技術と配線の微細化が容易な
薄膜技術を併用する事により配線の高密度化を達成しよ
うとするものである。

しかし、セラミック多層基板は、焼結時、導体材料とセ
ラミックとの収縮率のミスマツチ、成形時の不均一等に
よりＯ，１ｌＩＩｆｉ／２５ｍｍ程度の反りを生ずるの
が通常であり、基板上に形成できる薄膜パターンの微細
度に制限を与える。即ち薄膜パターンはホトリゾグラフ
ィ技術により形成されるが、パターン露光装置の焦点深
度の関係上、露光面の平坦度でパターン精度が決定され
る。

これを回避するため、基板表面を研削し平坦化した後薄
膜形成を行うことが考えられるが、この場合も以下の問
題が発生する。即ち、セラミック多層基板は、絶縁層と
なるセラミック粉末部と導電層となる金属粉末部を同時
焼結して製造されるが、この両粉末部間の接着性を確保
し同時に焼結収縮量の整合化を図るため、セラミックス
部に数％から数１０％のガラス成分を混入させるが通常
である。このようなセラミックスは溶融ガラスによる液
相焼結により緻密化するため、焼結体表面はほぼ滑らか
となるが、焼結体内には、成形時の空孔の残留が避は難
く、研削後の基板表面にはこれによる凹みが生ずる。こ
の凹みは、スパッタ、蒸着等により形成した薄膜に欠陥
を生じさせ、これが薄膜パターンの微細化における障害
となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記した、セラミック多層、薄膜多層混成基板
における、セラミック、薄膜界面の適正な構造を提供す
るものであり、配線密度の向上が可能な配線基板を提供
し、さらには、１．、　Ｓ　１等素子の実装密度を向上
させた電子装置を提供することを目的とする。

３ｆｆ題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、まず、セラミック多層基板
の薄膜形成面は、後の研削により除去されても配線板の
機能を損わぬよう、厚さ方向のスルーホール配線を形成
した構造とし、基板焼結後、基板の薄膜形成面を研削に
より平坦化する。次に基板の薄膜形成面をガラス層を形
成し、ガラスを溶融させることにより、凹みなど基板表
面の欠陥を被覆する。この時、基板表面に露出したスル
ーホール研削面には予め、めっき等により基板表面から
凸出した金属パッドを形成しておく。最後にガラス層を
平面研削し、金属パッドを露出させる。

本発明は以上の方法により、表面欠陥の無い薄膜形成用
の基板を得るものである。

さらに、スルーホール研削面の被覆金属には、ガラス溶
融処理時の酸化を防ぐため、金を用いることを特徴とす
る。

さらに、ガラス層加工後、再熱処理を行うことにより、
加工時の微細な欠陥を除去することができる。

〔作用〕

セラミック基板の研削により、基板焼結時に生ずる反り
を矯正でき、薄膜形成時の露光工程でのパターン解像度
の向上により、微細パターンの形成が可能となる。又、
研削面をガラス溶融層を形成することにより、研削によ
り表面に露出したセラミック内部のボイド等の欠陥を除
去でき、薄膜配線の高歩留まり化が達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて詳述する。

実施例］。

第１図に示すように、薄膜形成面側に厚さ約１關の厚さ
のスルーホールパターンのみを形成し、その下には多層
配線を形成、薄膜面の裏面には入出力ピンを接続するパ
ターンを有したセラミック多層基板を以下のプロセスで
形成した。

まず、アルミナ粉末とアルミナ・シリカ・マグネシア系
ガラス粉末を重量で９：１の割合で混合し、これにポリ
ビニールブチラールおよび可塑剤を加え、ドクターブレ
ード法により０．３ｍｍ厚さのグリーンシートを成形し
た。このグリーンシ一トにパンチングにより所望の位置
に０．１５ｍｍφのスルーホールを形成、スルーホール
部に印刷法によりタングステン粉末を充填した後、同様
の印刷法により、タングステンペーストを用いて所望の
導体パターンを形成した。以上の処理を施した１５０　
ｍｍＸ１５０　ｎｏｎのグリーンシートを所望の枚数重
め合せ圧着することにより多層配線構造を実現した。こ
の場合、薄膜形成面側のグリーンシート４枚は、スルー
ホールパターンのみが形成されたものを使用した。

圧着後、Ｎ２．Ｎ７の混合ガス雰囲気で１６００℃２時
間の熱処理を行いこれを焼結し、セラミック多層基板を
完成させた。

焼結後基板は、薄膜形成面で０．１５ｍｍ〜０．８肚の
反りを有していた。

次にこの基板の薄膜形成面を、ダイヤモンド粉を用いた
平面研磨により、表面の反りおよびうねりが２０μｍ以
下となるよう調整した。この時、基板表面のスルーホー
ル部のみを形成した部分だけが除去されることとなり、
多層配線の機能には影響しない。

上記研磨面は、セラミックス部と研磨によって露出した
、スルーホール部のタングステンパターンにより構成さ
れる。このセラミックス部分には焼結時に生じたボイド
の露出により、５μｍ〜２０μｍφの凹みが約１００個
／ｍｍ２が発生した。

次に、セラミック基板表面のスルーホールパターン部に
無電解めっきにより金膜を約５μｍの厚さで形成した。

この後、酸化ホウ素、シリカを主成分とするガラス材料
から熱膨張係数が４５〜５５×１０−’　／　’Ｃの組
成を選択し、この粉末をペースト化した材料をスクリー
ン印刷法で基板の薄膜形成面全面に厚さ３０μｍの膜を
形成した後、Ｎ２雰囲気で１０００〜１１００℃、４時
間の熱処理を行った。この熱処理によりガラスは軟化し
、基板表面の凹に充填されると同時に、ガラス層内の気
泡が消滅する。

また、この熱処理によりガラス層は厚さ約１５μｍにま
で収縮した。

ガラス膜形成後の基板表面を、先に形成した金めつき膜
が露出するまで、二度目の平面研磨を行い、セラミック
基板を完成させた。

完成後の基板表面は、５μｍφ以上の凹凸欠陥が０．０
１個／７程度にまで低減し、微細薄膜パターン形成に良
好な面状態を示した。

次に以下のプロセスにより薄膜多層配線を施した。

まず基板表面にＣｒ／ＡＱ／Ｃｒ（各０．１　μｍ、　
　５　μｍ。

０．１μｍ厚さ）の膜をスパッタリングにより成膜し、
フォトエツチングにより、セラミック基板焼結時、収縮
バラツキにより生ずるスルーホール位置のズレを吸収で
きる大きさの円形パッドを各スルーホールに対応するよ
う形成した。その後、ポリイミド系有機材料のワニスを
スピニングにより、この上にキュア後１０μｍ厚さとな
る厚さで形成し、熱処理によりキュアさせた。キュア後
有機膜表面には、基板表面の凹凸に起因した凹凸が生ず
るが、本実施例の基板では、５μｍφ以上、深さ２μｍ
以上の凹部は皆無であった。

有機膜キュア後、フォトエツチングにより、有機膜に、
φ３０μｍのスルーホールを形成した。この時のスルー
ホール径は±２μｍの精度が得られたが、基板表面の研
磨工程を入れない従来基板では、この値が±２０μｍ程
度となり実用的には、スルーホールの微細化はφ５０μ
ｍまでが限界であった。

以後、有機膜上に基板表面と同様な膜構成にて配線形成
、スルーホール形成を繰り返し、所望の層数の薄膜多層
配線を形成した。この場合、配線幅は５μｍ、配線スペ
ース５μｍ程度の微細化まで可能であり、配線層１０層
を形成した基板、セラミック基板表面の凹凸１反りに起
因した配線の断線、配線間ショート不良は認められなか
った。

実施例２ 実施例１における表面研磨後のスルーホールパターン部
上の金属構成として無電解Ｎｉめっき３μｍ厚さ、無電
解金めっき３μｍ厚さの二層構造として、その他のプロ
セスは同一とした。

この場合、ガラス層の熱処理工程で、ＮｉとＷおよびＡ
ｕとＷの拡散が生じ、めっき膜とＷパッド間の接続強度
が引っ張り強度で１スルーホールパッドあたり１ｋｇ以
上の値が得られた。一方同然処理工程で、Ｎｉ−Ａｕ拡
散層中のＮｉの酸化が認められたが、ガラス層研磨時に
スルーホール部めっき層を１μｍ以上研磨することとす
れば薄膜パターンとオーミック接合が得られた。

実施例３ セラミック基板材料としてムライト粉末と、アルミナ、
シリカ、マグネシア系ガラス粉末を重量で７＝３の割合
で混合し、実施例１と同様にスルーホール形成、パター
ン形成、薄膜形成面処理。

薄膜形成を行い、同様な結果を得た。

本実施例の基板では、セラミック部の誘伝率が実施例１
の約９に対し６以下となり、セラミック部配線での信号
伝播速度を３０％向上させることが出来た。

実施例４ セラミック基板材料としてアルミナ粉末と、ホウ硅酸系
ガラス粉末を重量で５＝５の割合に混合し、実施例１と
同様にグリーンシート成形、スルーホール形成を行った
後、銅粉末ペーストを用いスルーホール充填、導体パタ
ーン形成を行い、実施例１と同様に圧着することにより
多層配線構造を実現した。この後、Ｎ２雰囲気中、９０
０℃１時間で熱処理し、これを焼結した。

本基板も実施例１と同様な反りを示した。

焼結後、実施例１同様な平面研磨を行い、スルーホール
パッドにＮｉ、５μｍＪ！Ｘさ、金３μｍ厚さの二層構
造のめっき膜を形成した。

この後、基板材料として用いたガラスより低温で軟化す
るホウ硅酸系ガラス粉末を用い実施例１と同様に基板表
面にガラス層を形成した。この時の熱処理は８００℃、
８時間で行った。

この熱処理時に銅、Ｎｉ、Ａｕの相互拡散を生ずるが、
めっき膜としてＡｕのみを用いるとＡ　ｕの基板内Ｃｕ
への拡散が生じ、めっきで形成した基板表面よりのスル
ーホールパターン部の突出か無くなるため、後の研磨時
にガラス層を残存させたまま、めっき膜パターンを露出
させることが不可能となる。

以後、実施例１と同様に薄膜配線を施して基板を完成さ
せた。

本実施例によれば、セラミック基板中の配線抵抗を低減
できるため、セラミック基板内での信号レベルの低下を
防止できる。

実施例５ セラミック基板の薄膜形成面のガラス層を研磨後、実施
例１，３においては１１００℃　１時間、実施例４にお
いては８００℃　１時間の再熱処理を行った。この工程
を付加すると、ガラス研磨表面に生じた研磨時のキズや
、少量残存したガラス層中のボイドにより生じた表面凹
部が平坦化され、本工程を導入しない実施例１で得られ
た表面欠陥率を約１／１０に低減できた。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、セラミック多層基板の本質的欠
陥である、反り、表面欠陥を除去できるため、微細な薄
膜配線を形成した、セラミック薄膜混成多層基板が得ら
れる。

また、このような多層基板は、その配線密度を著しく向
上できるため、ＬＳ丁等の電子部品を基板上に高密度に
搭載できることとなり、Ｌ　Ｓ　Ｉ間を接続する配線長
を著しく低減できる。特に基板配線での信号遅延が問題
となる大形計算機においては、本発明は性能向上に大き
な効果を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるプロセスおよび各プ
ロセスでの基板の一部断面図である。 １・・・セラミック基板のセラミックス部２・・・セラ
ミック基板のスルーホール部３・・・セラミック基板の
導体配線部 ４・・・セラミック基板の入出力ビンパッド５・・・セ
ラミック中のボイド ６・・・研磨により生じた表面凹部 ７・・・スルーホールパターンの金属被覆層８・・・ガ
ラス層 ９・・・薄膜導体部 １０・・・薄膜絶縁体部 基報断面 製、造プロセス セラミック久パ４早１之 ↓ 表面質丑磨（手相化） ↓ ↓ 薄片乳西Ｂ祿汁多成

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．基板の厚さ方向に、表裏面間を電気的に接続する配
   線を有するセラミック基板上に薄膜配線を形成してなる
   配線基板において、少なくとも薄膜形成面とするセラミ
   ック基板面を平面研削した後、表面に露出した導電パッ
   ドを、後のガラス層形成工程で酸化しない金属膜で被覆
   し、少なくとも基板の薄膜形成部全面にガラス層を形成
   した後、さらにこのガラス層を平面研削し、上記被覆金
   属膜を露出させる処理を施したことを特徴とする配線基
   板。
2. ２．請求項１項記載の配線基板上にＬＳＩ等の素子を接
   続したことを特徴とする電子装置。
3. ３．請求項１項において、セラミック基板の導電パッド
   材料にタングステン，又はモリブデン，又はこれ等の混
   合物を用い、パッド被覆用金属として金を用いたことを
   特徴とする配線基板およびこれを用いた電子装置。
4. ４．請求項１項において、セラミック基板の導電パッド
   材料に銅を用い、パッド被覆用金属層をニッケルおよび
   金の二重構造としたことを特徴とする配線基板およびこ
   れを用いた電子装置。
5. ５．請求項１項において、ガラス層を平面研削し、金属
   面を露出させた後、さらにガラスの軟化する温度で熱処
   理を行うことを特徴とする配線基板およびこれを用いた
   電子装置。