JPS59193095A - セラミツク配線基板及びその製造方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、セラミック基板のクラック発生をなくシタセ
ラミック基板とその製造方法に関する。

〔発明の背景〕

近年、安価に製造できるセラミック配線基板は、半導体
素子の搭載用、特にＬＳＩチップ搭載用として幅広く用
いられるようになってきた。

以下詳細な説明をするに当ってセラミック基板製造の概
要を説明する。

セラミック配線基板は、一般にグリーンシート法によっ
て作製される。グリーンシート法とは、アルミナを主成
分とするセラミック粉末全樹脂で結合してなる柔軟なグ
リーンシートに、貫通孔力［１工をした後、スクリーン
印刷法で、タングステン。

モリブデン等の導体材料用金属イーストを用いて、前記
の貫通孔全充填するとともに、グリーンシート上に配線
パターンを形成した後、所定温度で焼成することによっ
てセラミック配線基板を製造する方法である。

又ＬＳＩのような高密度化された半導体には、積層され
た配線層が用いられる。

このように配線層全多層とする方法には、良く知られて
いるように、導体層と絶縁層を交互にスクリーン印刷す
る印刷法、および配線パターンを形成したグリーンンー
トヲ必要数だけ圧着して一体化する積層法とがある。

さてセラミック配線基板は、安価である反面、以下に説
明するような技術的な問題があり、その解決が急がれて
いる。

即ち、セラミック配線基板内の配線の高密度化に伴い、
基板全体の体積に占める導体金属部の体積比の増加をも
たらし、第１図に示すような微小亀裂すなわちクラック
が発生する。

図において、１はセラミック、２は配線導体、３はクラ
ック、４は貫通孔である− このクラックは以下に述べる理由によって必然的に発生
する□ それは、セラミック配線基板を構成するセラミック材料
と導体金属材料の熱膨張率差に起因する応力の発生が原
因である。

丁なわち、セラミック配線基板は所定温度で焼成された
後冷却されろわけであるが、この冷却過程で、セラミッ
ク材料および導体材料とも＋ｆｆｉイヒし始め、この時
点より両者σ）熱膨張率の差による応力が発生する、こ
れらセラミック配線基板σ）セラミック材料の熱膨張率
および導体金属の熱膨張率全図２に示す。図において曲
線５は導体材料１曲線６はセラミックの熱膨張率を示す
。図１力）られ力）るように、セラミックの熱膨張率は
導体ゼ料の熱膨張率よＶ大きい。従って応力は、セラミ
ック倶！１に引張り応力、また導体側に圧縮応力となり
、セラミック側にクラックが発生することになる。

このクラックの発生は、■焼成後のめつき工程時に、め
っき液がクラックに侵入することによるショート、■配
線部に発生することによる断線σ）原因となるので、ク
ラックの発生全防止するための技術的解決が急がれてい
るのが実性である。

〔発明の目的〕

本発明は、上記実情に鑑みなされたもＱ）であり、上記
した従来技術の欠点をなくし、クラックの発生のないセ
ラミック配線基板とその製造方法を提供せんとするもの
でおる。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、セラミックと配線基板との間に中間層全
介在して、セラミックと導体材料との間の熱膨張差全緩
和することによって両者間の熱応力を緩和したものであ
り、グリーンシートに貫通孔を穿設し、次いでこの貫通
孔に中間層を形成し７、然る後に導体ペーストラこの孔
内に充填し、次にこのように処理されたグリーン表面上
に配線層全形成し焼成して作られる、 このようにして作られたセラミック配線基板は、セラミ
ックと配線層との間に中間層全介在した構造に形成され
、この中間層によって両者間に発生する熱応力全緩和す
ることになり、クラックの発生を防止したことを特徴と
する。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例の内いくつかについて詳細に説明す
る。本発明の実施に当たっては、中間層に使用される材
料としては、熱膨張率が、セラミック材料と導体材料の
熱膨張率の中間にある材料、又は、発生する応力を緩和
できる材料が望ましい。

この条件金満すものとしては、セラミック、または金属
、または金属とセラミックの混合物があげられ、具体的
な組成として、セラミックについては、Ａ１２０ｓ　＋
　５ｉ０２　、　ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２等の単成分
またはこれらのうち２成分以上含むもの、金属としては
、Ｗ　、　Ｍｏ　、　Ｍｎ等の単体またはこれらのうち
２成分以上含むものが適している。

又セラミック基板配線板の貫通孔の構造は、第３図に示
すものがよい。

図において、（ａ）は、セラミック１に穿設された貫通
孔４の内周面にのみ中間層７を形成したもの・ｉｂｌは
、セラミック１に穿設した貫通孔４の内周面とセラミッ
ク１の裏表面の一部にまで中間層７全形成したもの、（
Ｃ）は、セラミック１に穿設された貫通孔４の内周面と
セラミック１の裏表面の全部に中間層７を形成したもの
をそれぞれ示て。なお、図中２は配線導体である。

以下実際に本発明に係る実施例により製造したセラミッ
ク配線基板と、従来の製造方法に基づき製造したセラミ
ック配線基板とを対比する。

先ず、セラミック配線基板に必要な、グリーンシートと
導体材料の製法について説明する。

（グリーンシートの製造眞ついて） 粒子径数ｐｍＡ−１下のＡＡ！２０３・５ｉ０２　・Ｍ
ｇＯ微粉末を重量百分率にしてそれぞれ、９３％、５．
２％、１．８％となるように秤量して、これに有機バイ
ンダーとしてポリビニルブチラールを上記混合粉末の全
重量に対して８．５％加え、さらに溶剤としてアゼオド
ロープを同様の重量比で４５％加える。次いで、これら
セラミック粉末、有機バインダー、有機溶剤の王者をボ
ールミルにて十分混合し、セラミック粉末を均一に分散
させたスラリーを作る。次にこのスラリーに数滴の脱泡
剤を加え、攪拌しながら低圧で脱気し、スラリー内部の
気泡を除去する。

このスラリーをドクタープレイド法キャスティング装置
を用いて薄板化し、グリーンシー）ｋ得る。

グリーンシートの厚さはドクタープレイドの高さを調節
することによって任意に変えることができる。本例では
０．２５ｍｍ厚のグリーンシートラ作製した０ （導体材料（Ｗペースト）の製造にすし・て）Ｗ材料と
して０．５μｒｎＷ粉末と３．０μｍＷ粉末が重量比で
３ニアの割合の混合粉末、ペースト用有機バインダーと
してエチルセルロース、および有機溶剤としてジエチレ
ングリコールをそれぞれ重量百分率にして８０％、２．
５％、１７．５％を加え、アルミナ製の乳鉢と乳棒から
なるらいかい機で３時間混合する。続いて、この混合物
を通常の３本ロー　。

ルにかげて加分間混練￥ろ、次に、配線印刷用て粘度を
調整するためにブチルカルピトールて製造した。

始めに、従来法によるセラミック配線基板の製造につい
て第４図をもとに述べる。作製したグリーンシートを切
断しくａ１図のように５０＃０のダリンシート８とする
。続いて超硬製プレス金型を用℃・て上記グリーンシー
ト８に貫通孔４を施丁（第４図（ｂ））。貫通孔４の直
径は０．１５ｍｍ＋間隔は１胛，縦横とも３０列づつで
ある。続いて、スクリーン印刷法で、前記導体ペースト
９を貫通孔４に充填するとともに、グリーンシート表面
に幅０，１個のラインの配線ツヤターンを形成する（第
４（９）（Ｃ））。次に、同様にして作製した配線層を
形成したグリーンシートをか枚加熱圧着して積層する（
第４図（ｄ））。

加熱圧着条件は１００℃，　５０ｋｙ／ｃ４である、積
層工程を終えたグリーンシート８ｉｌ″ｌ：焼成工程金
繰てセラミック配線基板となる。焼成はＭｏｆ発熱体と
する箱型電気炉を用いて行った。焼成条件は通常のセラ
ミック基板の焼成方法と同じく、室温から２００°Ｃ／
時で昇温し、１０００℃で１時間保持後、再び２００℃
／時で１６００℃まで昇温し、その温度に１時間保持後
冷却した。昇温時の雰囲気ガスとして窒素１０００４／
時、水素４００　ｌ／時の混合ガスを４５℃に保持した
水５０　ｌのバブラーを通したものを・また冷却時には
窒素１０００Ａ／時，水素４００Ａ／時の混合ガスを用
いた。得られた焼成セラミック基板は、密度３．　５　
ｇ／　ｃｒｌ　、収縮率１５％であった。

次に本発明の実施例のいくつかについての具体的な説明
に入る。

実施例１ この実施例は、中間層としてＷとＡ７，０，粉末の混合
物を用いた。中間層の製造方法は次の通りである。

前記で製造したＷ導体波−ス）８０ｗｔ％に粒度０．５
μのＡ１２０３粉末２０ｗｔ％を加えて、３本ロールに
かけて３０分間混練した後にブチルカルピトールを加え
て粘度を調整する。

以下に、前記で作製したグリーンシート、導体波ースト
，及び上記の中間層イーストヲ用℃・、積層によって配
線の多層化を行なうセラミック配線基板の製造について
述べる。

前述の従来法と異なる点は、Ｗ−！！ースト充填σ）前
に、第３図にて示した中間層を形成する点である。中間
層の形成は、以下の方法で行なった。

前記で製造したＷとＡ１２　０　ｓ粉末σ）混合イース
トの粘度全３万ｃｐｓに調整する。続いて、真空吸引法
で貫通孔部にこの混合ペーストを通過させ貫通孔壁面に
中間層全形成する。これ全第５図に示す。

図において４は貫通孔、８はグリーンシー）　、　１０
は中間層である。以下の工程は前述の工程と同様である
。

この叉造工程を順に示せば次の通シである。

（１）　　グリーンシート外形切断 （２）貫通孔加工 （３）貫通孔壁面に中間層形成 （４）貫通孔ＶｃＷペースト充填、Ｗ配線層形成（５）
積層 （６）焼結 次に従来法で作製したセラミック配線基板と本実施例で
作製した中間層のあるセラミック配線基板の表面に発生
したクラック数を光学顕微鏡で調べた。倍率は１００倍
で行ない、セラミック配線基板１牧当りに発生したクラ
ック数全調べた。結果を下表に示す□ 実施例２ 中間層として、ＭＯ金金属用いた場合について述べる。

始めにＭ。ペーストの作製方法について述べる。

ＭＯ粉末としては、５μｍのものを用し・、前述σ）Ｗ
投・−ストと同じ方法で、ＭＯ啄−ストを製造したーセ
ラミック配線基板の製造方法は実施例１と同様であるの
で説明は省略する。

上記で製造したセラミック配線基板におし・て実施例１
と同様クランクの発生数がなかった、実施例３ 中間層として、２Ｍｇ０・３Ａｌｌ　２０３・５ＳｉＯ
２丁なわちコーディエライトヲ用いた場合について述べ
る。

中間層ペーストの製造法は前記のＷ　ｄ−ストσ）製造
法と同じである。コーディエライト粉末としては、平均
粒径３μｍのものを用い文。セラミック配線基板の製造
方法は前述と同様であるので省略するＯ 上記で製造したセラミック配線基板において実施例１と
同様、クランクの発生数がなかった。

また、実施例１，２．３共に中間層の構造を第６図とし
ても同様の結果が得られた。

第６図の構造は、上記ペースト’に低粘度とじた液中に
、貫通孔力θ工を施したグリーンシートを浸漬した後乾
燥させることによって得られる。

なお図中４は貫通孔、８はグリーンシート、１０は中間
層である。実施例１，２及び３においてクラックが発生
しなかったのは、中間層の熱膨張率がセラミックと導体
材料の間にあるためセラミックと導体材料の熱膨張率差
によって発生する応力を中間層で低減するためであり、
また中間層が応力を緩和することに基づいている。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、セラミック配線基
板においてセラミックと配線材料との間に中間層を介在
させた構造とすることによってクラックの発生が無いセ
ラミック配線基板全得ることができ、たとえ高密度化し
ても信頼性の高い半導体とすることが可能となシ、その
効果は多大なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、セラミック配線基板表面に発生するクラック
を示した図、第２図は、セラミック配線基板を構成する
セラミック導体材料の熱膨張率を示した図、第３図（ａ
ｌ〜（ｃｌは本発明の一実施例であり、セラミック配線
基板の貫通孔部の断面全模式的に示した縦断面図、第４
図ｆａｌ〜［ｄｌは従来のセラミック配線基板の工程図
、第５図および第６図は、本発明の一実施例であＱ１グ
リーンシートに中間層を形成した時の縦断面図である。 １・・・セラミック、２・・・配線導体、３・・・クラ
ック、４・・・貫通孔、５・・・導体の熱膨張曲線、６
・・・セラミックの熱膨張曲線、７・・・中間層、８・
・・グリーンシート、９・・・導体波−スｌ−１１０・
・・中ｆｉＪ］　層＜　−スト。 代理人弁理士　　秋　本　正　　実 第１図 ３１ 第２図 ｏ４Ｑ０８ｏｏＩ２００ 多７’１（０Ｃ） 第３図 １ ２　　′ 第４図 ：：； 団；１；工目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミナを主成分とするグリーンシート上にＷ　、
   　Ｍｏ等の高融点金属にて配線層を形成した後に焼成し
   て作られるセラミック基板において、上記グリーンシー
   トと配線層との間に中間層を介在したこと全特徴とする
   セラミック配線基板。 ２、アルミナを主成分とするグリーンシート上にＷ、Ｍ
   ｏ等の高融点金属にて配線層全形成した後に焼成して作
   られるセラミック基板において、上記グリーンシートに
   貫通孔を穿設し、次いでこの貫通孔に中間層を形成した
   後に、導体被−ストを充填し、このグリーン表面上に配
   線層を形成し焼成したことを特徴とするセラミック配線
   基板の製造方法。