JPH04502750A - 低膨脹プリント回路基板用およびインク用結晶性ガラス処方物 - 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】 低膨張プリント回路基板用および インク用結晶性ガラス処方物 本発明は新しい結晶性ガラス（ｄｅｖｉｔｒｙｆｉｎｇ　ｇｌａｓｓ　）並びに それから製造される基板およびインクに関する。

発明の背景 これは１９８９年１月１９日に出願された共同出願中の出願第０７　／２９９． １０４号の一部継続出願である。

これまでに、我々はシリコンの温度膨張率（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆ ｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｅｘｐａｎａｉｏｎ　）に非常にぴったりと合った温度膨 張率を有し、そして超大型シリコンチップのダイレクトマウン）　（ｄｉｒｅｃ ｔ　ｍｏｕｎｔｉｎｇ　）用基板材料として用いるのに適した新しい結晶性ガラ スを処方するのに成功した。この基板は結晶性ガラスをセラミック充填材と混合 することによって作られる。

この混合物はその後圧縮成形され、そして焼結されて溶融体となる。大型シリコ ンチップを使用すると、最も少ない加工段階数で回路、サブアセンブリ（５ｕｂ ａｓｓｅｎｂｌｙ　）および同様な部品の高密度パッケージングが可能になる。

しかしながら、作業、工程においては、チップに熱が生じるので、チップ材料の 温度膨張率が基板材料のそれとぴったり合っていないと、大型チップを基板上に 首尾よく据えつけることができない、さらに、これまで我々が処方した結晶性ガ ラスはシリコンと本質的に同じ温度膨張率を有するばかりでなく、初期の焼成（ ｉｎｉｔｉａｌ　ｆｉｒｉｎｇ）中に高い流れ温度（ｆｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａ ｔｕｒｅ　）（すなわち８００″〜９００℃）を示し、しかも結晶化の後に約１ ０００°Ｃまでの優れた再熱安定性（ｒｅｈｅａｔ　５ｔａｂｉｌｉｔｙ　）を 具えている。具体的に言うと、これまでに処方した結晶性ガラスは亜鉛−バリウ ム−アルミニウムー珪酸塩ガラスからなり、そしてそれはまた少量の五酸化燐、 珪酸ジルコニウムおよび酸化カルシウム、酸化マグネシウムまたはこれらの混合 物の群のうちの一員を含有している。このように、我々が過去に処方した結晶性 ガラスは７種または８種の異なる物質の混合物から作られていた。これらの異な る物質は、重量を基にして、適当な割合で混合された。

発明の要約 本発明はシリコンの温度膨張率にぴったりと合った温度膨張率を有し、そして妥 当な割合で混合される５種類の物質しか必要としない結晶性ガラスのための新し い処方物を目指している。

さらにこの新しい結晶性ガラスからなる基板の熱膨張率（ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　）はシリコンばかりでなくガ リウムひ素の熱膨張率に一致する適切な誘電体充填材材料を添加することによっ て調整できる。さらに、この結晶性ガラスは（１）銅電極に適合した上釉インク コーティング、（２）ｗ４電極に適合したハーメチック誘電体インク、（３）　 Ｓｌｉ！−誘電体多層体（ｃｏｐｐｅｒ　−ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ａ＋ｕｌｔ ｉｌａｙｅｒ　）用の銅バイアーフィルインク（ｖｉａ　ｆｉｌｌ　ｉｎｋ　） 、および（４）銅−誘電体多層体用の内側層銅インク（１ｎｎｅｒ　１ａｙｅｒ 　ｃｏｐｐｅｒ　ｉｎｋ　）を包含する様々なインクの構成成分として用いるの に特に通している。本ガラスの比較的高い軟化温度は、それらのインクが予め形 成されている層に不利な影響を及ぼすことなく、次の層の製作において再焼成で きることを意味している。

本発明の好ましい実施態様 本発明の結晶性ガラス処方物は、重量を基にして酸化亜鉛（ＺｎＯ）　約２６な いし約３３％；酸化マグネシウム（ＭｇＯ）　約４ないし約８％；酸化バリウム （ＢａＯ）　約２ないし約６％；または酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）　約２な いし約７％；酸化アルミニウム（Ａ　ｊ！　ｚＯｓ）　約１２ないし約１８％； および酸化珪素（５ｉ（ｈ　）　約４０ないし約５０％からなる。

本結晶性ガラスを形成させるためには、上記の成分を混合し、乾燥させ、そして 不活性な、例えば白金の容器中、約１６００゜〜１６５０°Ｃの温度で溶融させ る。ついでこの溶融液を逆方向に回転するローラ上で急冷してガラス質のガラス フレークを形成させる。その後これらのガラスフレークを、公知方法の乾燥およ び湿潤粉砕の組み合わせによって、約１〜５マイクロメーターの粒度を有する微 粉末にする。

当該技術において知られている適当なセラミック充填材と共に本発明の結晶性ガ ラスを含有する組成物は、圧縮成形および焼結によって、半導体チップ製作用の 基板として用いるための溶融体に直接作り上げることができる。好ましくは約３ 〜８マイクロメーターの粒度を有する結晶性ガラスと、アルミナのようなセラミ ック充填材との混合物は適当な有機結合剤、溶剤、界面活性剤および可塑剤と配 合され、そしてテープ状に注型されてから焼結されて基板を形成する。

ここで有用なセラミック充填材の酸化アルミニウム粉末は０６６２マイクロメー ターの平均粒度を有する。市販の有用な製品は日本の住友化学有限会社から入手 できるＡＫＰ−２０である。

前記基板の処方物中の適当な充填材としてセレシアン（ｃｅｌｅｓｉａｎ）、苦 土かんらん石（フォーステライト）またはアルファ石英を使用することによって 、熱膨張率をガリウムひ素のそれに合うように増大させることができる。同様に 、基板の製作における充填材として珪亜鉛鉱、菫青石または二酸化珪素を添加す ることによって熱膨張率を減少させることができる。

本発明の結晶性ガラス処方物は、当該技術において知られている他の結晶性ガラ ス処方物と同様に、幾つかの理由により、アルミナセラミックスを基材とする共 焼成（ｃｏ　−ｆｉｒｅｄ　）基板よりも優れている。第一に、アルミナセラミ ックスは非常に高い加工温度（１４００″′〜１５５０°Ｃ）を必要とするので 、電気接点を作る上でタングステンおよびモリブデンのような耐火性の高い金属 被覆法（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　）を使用する必要を生しさせる。これと は対照的に、誘電体を基とする結晶性ガラスからなる基板は比較的低い温度（９ ００″Ｃ）で加工することができるので、より導電性の金属（銅、銀等）を導体 として使用することを許容する。第二に、アルミナセラミックスはシリコンまた はガリウムひ素の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有す°るので、面積の大きいチ ップのボンディングには通していない。

本発明の結晶性ガラスはまた、適当な金属粉末にガラス粒子を添加し、そして適 当な有機ビヒクルを添加することによって、プリント回路の組立において使用さ れる様々な種類のインクを製造する上で用いるのに適している。

このような印刷インクはその後窒化アルミニウムまたは炭化珪素上に多層回路基 板を形成させるために使用できる。インクとして用いるのに適した金属は窒素中 で焼成するための銅、あるいは空気中で焼成できる銀、銀−白金合金、金または 金−白金合金であり得る。

有機ビヒクルは、例えばセルロース誘導体、特にパーキュレス社（Ｈｅｒｃｕｌ ｅｓ　＋　Ｉｎｃ、　）からＥＴ−１００として市販されているエチルセルロー スのような樹脂結合剤、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエステル 、ポリオレフィン等のような合成樹脂を適当な溶剤中に溶かした溶液である。好 ましい結合剤はポリ（イソブチルメタクリレート）である。一般に、本明細書中 に記載されている種類のインク中で使用されている慣用の溶剤を用いることがで きる。好ましい市販の溶剤は、例えば松根油、テルピネオール、ブチルカルピト ールアセテート、テクサノール（Ｔｅｘａｎｏｌ　）の商標の下にテキサスイー ストマン社（Ｔｅｘａｓ　Ｅａｓｔａ＋ａｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ　）から入手でき る２、２．４−トリメチル−２，３−ペンタンジオールモノイソプチラートおよ び同様な溶剤を包含している。

上記の樹脂結合剤は個々に、あるいは２種以上組み合わせて使用することができ る。所望ならば適当な粘度調整剤を樹脂材料に添加することができる。このよう な調整剤は、例えば、シクサトロール（Ｔｈ１ｘａｔｒｏｌ　）の商標の下にＮ 、Ｌ、インダストリーズから入手できるひまし油誘導体であり得る。

有機ビヒクルはまた、好適には、アルメーン（Ａｒｍｅｅｎ　）　０として入手 できるオレリアミン（Ｏｌｅｌｙａｍｉｎｅ　）のような界面活性剤、またはデ ュオメーン（Ｄｕｏｍｅｅｎ　）　Ｔ　Ｄ　Ｏとして入手できる高分子量のＮ− アルキル−１，３−ジアミノプロパンジオレエートを含有しており、この両者と もＡＫＺＯヘミ−アメリカ（Ｃｈｅｍｉｅ　Ａｍｅｒｉｃａ　）から市販されて いる。

使用されるビヒクルには関係なく、インクの均質性を最大にすることが重要であ る。それ故、混合は、好適には分散体に高い剪断作用を与えながら混合する慣用 の装置、例えば三本ロール練り機において遂行される。

公知のように、上記成分の種類および量を変えることによって様々な種類のイン ク処方物を作ることができる。

例えば、上釉インク（ｏｖｅｒｇｌａｚｅ　ｉｎｋ　）は本発明の結晶性ガラス ５０〜９０重量％および有機ビヒクル約１０〜５０％からなる。誘電体インク（ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｉｎｋ　）　は、好ましくは混合物中の５０〜８５％が 結晶性ガラスである、セラミック充填材と本発明の結晶性ガラスとの混合物５０ 〜９０％および有機ビヒクル１０〜１５％を含んでいる。

銅バイアーフィルインクは少なくとも約５０重量％の銅、少なくとも２５重量％ の本発明結晶性ガラスおよび有機ビヒクルを含むことができる。

鋼内層インク（ｃｏｐｐｅｒ　１ｎｎｅｒ　１ａｙｅｒ　ｉｎｋ　）は銅、少量 の本発明結晶性ガラス、少量の金属酸化物および有機ビヒクルを含むことができ る。

以下の例は本発明の結晶性ガラスの例証的な製造例、および本結晶性ガラスを用 いて製造された種々のインクを説明するものである。

これらの例において、百分率は重量によるものであり、そして温度は摂氏度で示 されている。

例１　酸化バリウム含有ガラスの製造 下記の酸化物を混合してから白金るつぼ中１６００°〜１６５０°Ｃで溶融させ 、ついで公知の方法で急冷した。

盪處炭立　−Ｋ ＺｎＯ２９，Ｏ７ ＭｇＯ６，Ｏ０ Ｂａ０　４．９０ ＡＬ（ｈ　Ｉ　５．５９ Ｓｉ（ｈ　４４．４４ ９００°Ｃにおいて２時間結晶化させた後、上記の例のガラスは８９５°Ｃにお いて４３．９Ｘ１０−？／”Ｃの熱膨張率を有していた。これは珪素の熱膨張率 と完全に一致している。

例２　酸化ストロンチウム含有ガラスの製造１威炭分　Ａ ＺｎＯ２９，２７ Ｍｇ０　６．０４ Ｓｒ０　４．２９ Ａ１１．ｏｚ　１５．６８ ＳｉＯ□　４４．７２ 上記の酸化物を混合し、白金るつぼ中１６００°〜１６５０℃において溶融させ 、そして急冷した。

５種の厚膜インク処方物を調製し、スクリーン印刷し、そして下記に詳しく述べ るように窒素中９００°Ｃにおいて焼成した。

例３　上釉インクの調製 Ｍ＃Ｍｉ　Ｘ 例１のガラス粉末　７４．７ ＥＴ−１００を６％含むテクサノール　１４．９シクサトロールを１０％含むテ クサノール　０．９テクサノール　９．３ デユオメーンＴ　Ｄ　Ｏ０，２ ガラス粉末と有機ビヒクルを三本ロール練り機で混合した。

インクをスクリーン印刷してから窒素中９００°Ｃにおいて焼成し、そして気密 性（ｈｅｒｍｅｔｉｃｉｔｙ　）並びに中程度の酸および中程度のアルカリに対 する抵抗性について試験した。それらの結果は満足なものであった。

漏れ電流は１０−’Ａ／ｃ＋ｓ”よりも小さく、これもまた満足なものであった 。

例４　ハーメチック誘電体インクの調製１戊炭光　％ 例１のガラス粉末　６７．２ 酸化アルミニウム粉末　７．５ ＥＴ−１００を６％含むテクサノール　１４．９シクサトロールを１０％含むテ クサノール　０．９テクサノール　９．３ デユオメーンＴ　Ｄ　Ｏ０，２ このインクをスクリーン印刷してから窒素中９００°Ｃにおいて焼成した。イン クは中程度の酸および中程度のアルカリに対して不活性であり、そして１０−’ Ａ／ｃｍ”よりも小さい満足な漏れ電流を示した。

例５　銅バイアーフィルインクの調製 構成底圀　Ｘ 銅粉末　５０．２ 例１のガラス粉末　３２．２ ＥＴ−１００を６％含むテクサノール　１１．３シクサトロールを１０％含むテ クサノール　２．５テクサノール　３．６ デユオメーンＴ　Ｄ　Ｏ０，２ このインクを例３のように処方し、そして例４の誘電体インクと組み合わせて使 用して銅−誘電体多層体プリント回路を製作した。バイアス（ｖｉａｓ　）には 割れもふくれも生じなかった。

例６　銅バイアーフィルインクの調製 １戊炭光　Ｘ 銅粉末　５４．５ 例１のガラス粉末　２７．８ ＥＴ−１００を６％含むテクサノール　１０．９シクサトロールを１０％含むテ クサノール　２．９テクサノール　３．６ デユオメーンＴ　Ｄ　Ｏ０，３ このインクを例３のように処方し、そして例４の誘電体インクと組み合わせて使 用して銅−誘電体多層体プリント回路を製作した。多層構造体には割れもふくれ も生じなかった。

例７　内層銅インクの調製 構成炭分　−に 銅粉末　７５．０ 例１のガラス粉末　３．８ 酸化カドミウム　０．６ 酸化第−銅　０．６ 酸化ビスマス　３．８ ＥＴ−１００を６％含むテクサノール　８，６シクサトロールを１０％含むテク サノール　２，５テクサノール　４．８ デユオメーンＴ　Ｄ　Ｏ０，３ このインクを例３のように処方し、そして例４の誘電体インクと組み合わせて使 用した。焼成されたオーバレイインク誘電体コーティングは優れた気密性を示し た。

上記のインクをまた、上記のような銅／誘電体構造中の埋込み銅導体のために使 用した。焼成後にふくれは観察されず、また上記のインクから形成された銅層の 接着性は基板および誘電体の両方において満足なものであった。

以上の解説から、本発明の結晶性ガラス処方物が基板の製作においても、またシ リコンチップまたはガリウムひ素チップを搭載できるプリント回路の基板によっ て支持される銅−誘電体多層構造物を制作し、ついでこのように組立てられたプ リント回路に気密封止用の上釉を適用する場合の両方において有用であることが 明らかである。その代りに、このようなプリント回路は本発明の結晶性ガラスを 使用する基板内の共焼成された埋込み銅層を含むことができる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．重量を基にして、 （ａ）酸化亜鉛（ＺｎＯ）約２６ないし約３３％；（ｂ）酸化マグネシウム（Ｍ ｇＯ）約４ないし約８％；（ｃ）酸化バリウム（ＢａＯ）約２ないし約６％また は酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）約２ないし約７％；（ｄ）酸化アルミニウム（ Ａｌ２Ｏ３）約１２ないし約１８％；および （ｅ）酸化珪素（ＳｉＯ２）約４０ないし約５０％からなる結晶性ガラス。 ２（ａ）酸化亜鉛約２９％； （ｂ）酸化マグネシウム約６％； （ｃ）酸化バリウム約４．９％； （ｄ）酸化アルミニウム約１５．６％；および（ｅ）酸化珪素約４４．５％ からなる特許請求の範囲第１項記載の結晶性ガラス。 ３．（ａ）酸化亜鉛約２９．３％； （ｂ）酸化マグネシウム約６％； （ｃ）酸化ストロンチウム約４．３％；（ｄ）酸化アルミニウム約１５．７％； および（ｅ）酸化珪素約４４．７％ からなる特許請求の範囲第１項記載の結晶性ガラス。 ４．特許請求の範囲第１項記載の結晶性ガラスおよび有機ビヒクルを含む組成物 。 ５．前記ガラス約５０〜９０重量％および有機ビヒクル約１０〜５０重量％を含 む、上釉インクとして好適な特許請求の範囲第４項記載の組成物。 ６．前記ガラス組成物５０〜９０％、セラミック充填材５〜１０重量％および有 機ビヒクルを含む、誘電体インクとして好適な特許請求の範囲第４項記載の組成 物。 ７．銅粉末少なくとも約５０重量％、前記ガラス組成物少なくとも２５重量％お よび有機ビヒクルを含む、銅バイアフィルインクとして好適な特許請求の範囲第 ４項記載の組成物。 ８．銅粉末、前記ガラス組成物２ないし１５重量％、金属酸化物０．５ないし８ 重量％および有機ビヒクルを含む、内層銅インクとして好適な特許請求の範囲第 ４項記載の組成物。 ９．特許請求の範囲第１項記載の結晶性ガラスおよびセラミック充填材からなる 溶融体。 １０．導体のパターン層を表面に有する特許請求の範囲第９項記載の溶融体から なる物品。 １１．表面に搭載された半導体チップを有する特許請求の範囲第９項記載の溶融 体からなる物品。 １２．表面に搭載された半導体チップを有する特許請求の範囲第１０項記載の溶 融体からなる物品。 １３．表面に銅のパターン層および上釉を有する特許請求の範囲第１０項記載の 物品であって、前記上釉が、重量を基にして、（ａ）酸化亜鉛（ＺｎＯ）約２６ ないし約３３％；（ｂ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）約４ないし約８％；（ｃ） 酸化バリウム（ＢａＯ）約２ないし約６％または酸化ストロンチウム（ＳｒＯ） 約２ないし約７％；および（ｄ）酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）約１２ないし 約１８％；および （ｅ）酸化珪素（ＳｉＯ２）約４０ないし約５０％からなる結晶性ガラス約５０ 〜９０重量％、および有機ビヒクル約１０〜５０％を含む焼成されたインク組成 物からなる、前記物品。 １４．交互に誘電体層と導体層とを有する基板を含む多層物品であって、前記誘 電体層が特許請求の範囲第６項記載のインク組成物から作られている、前記多層 物品。 １５．交互に誘電体層と導体層とを有する基板を含む多層物品であって、前記導 体が銅であり、そして前記層が特許請求の範囲第１項記載のガラス組成物を基板 としている、前記多層物品。