JP2002009444A

JP2002009444A - セラミック多層配線基板の構造

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Publication number: JP2002009444A
Application number: JP2000192670A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Minagawa; 修一皆川; Norio Sengoku; 則夫千石; Hisatomo Mima; 久智見間; Shinichiro Toya; 伸一郎遠矢; Toshitada Nezu; 利忠根津; Yoshihiro Kokayu; 義弘小粥
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、セラミック多層配線基板の表
面導体パターンのセラミックスとの密着強度を従来の製
造技術を用いた方法で安価に向上させることである。【解決手段】セラミック多層配線基板の入出力ピン設置
用表面導体パターンに、絶縁層２層以上の深さを有する
電気的に必要の無いダミーのビアホールが接続し、かつ
そのビアホールがその直径より２０％以上大きい内層パ
ッドに接続する構造とする。また、ダミーのビアホール
は従来技術で容易に形成可能であり、新たな設備投資の
必要性がなく、安価に表面導体パターンのセラミックス
との密着強度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、民生用やコンピュ
ータ用などの電子産業部門に用いられるセラミック多層
配線基板の構造及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスの多層化技術は、電子産業
部門において重要な技術である。その中で、半導体素子
等の高密度実装に必須のセラミック多層配線基板の材料
には、ＬＳＩに近い熱膨張、高強度、寸法安定性等優れ
た特性を有するムライトやアルミナを使用していた。そ
れらの基板は、グリーンシート法で形成されたセラミッ
クスシートに表裏の導通をとるためのビアホールをパン
チピンにて形成、ペースト状の配線導体金属をスクリー
ン印刷することでビアホール内に配線導体金属を充填、
同時にシート表面に配線、電源パターンを形成、それら
シート複数枚を積層、熱圧着後、セラミックスと配線導
体金属を同時に焼結することで製造される。ムライトや
アルミナを基板材料に用いた場合、それらの焼結には１
５００℃以上の高温が要求され、それに伴って配線導体
には１５００℃以上の高融点であるモリブデン、タング
ステン等の材料が使用されてきた。

【０００３】しかし、これらの配線導体は高い電気抵
抗、高コスト等のデメリットがあることから、近年、電
気抵抗が低く安価な銅を配線導体に用いる傾向がある。
但し、銅の融点は１０８９℃であり、ムライトやアルミ
ナ等の高い焼結温度を必要とする材料を用いることがで
きない。そこでガラス成分を多く含み焼結温度が１００
０℃以下というガラスセラミック材料が用いられる。し
かし、タングステンやモリブデン等の配線導体とムライ
トやアルミナの基板材料の濡れ性と比較して、銅はガラ
スセラミックスとの濡れ性が低い。そのため、両者の密
着強度は従来使用してきたモリブデンやタングステンの
ような配線導体金属と比較して著しく小さい。これらの
理由から、ガラスセラミック基板では、ガラスセラミッ
ク基板表面の銅パッドの剥離が発生し問題となってい
る。特に外部との電気信号の伝達を行なう入出力ピンを
ガラスセラミック基板表面の銅パッドに直接接合する場
合、接合用ろう材の内部応力やろう材とガラスセラミッ
ク基板との熱膨張差などで基板表面の銅パッドとその下
のガラスセラミックスには大きな応力が生じ、パッドの
剥離が発生し易い。また、入出力ピンは近年の基板大形
化に伴いその数は数千本に達している。そのため基板の
挿抜時に大きな力がかかり、新たなパッドの剥離が発生
する。この剥離は、基板の機能を損う上、修復が不可能
なことから高価な基板を不良にしなければならず大きな
問題となっている。上記理由から入出力ピン設置用銅パ
ッドの剥離を対策することは重要な課題である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、入出
力ピンの設置用表面導体パッドとガラスセラミックスは
密着力が弱いため入出力ピンの設置用表面銅パッドの剥
離が発生し易い。このため、入出力ピン接合時の銅パッ
ド剥離だけではなく、挿抜時の入出力ピン脱落不良、長
期間にわたる接続信頼性等に問題があった。

【０００５】本発明の目的は、新規設備導入などのコス
ト増加を発生させないで、入出力ピンの設置用表面銅パ
ッドとガラスセラミックスの密着強度を向上させたセラ
ミックス多層配線基板構造を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、入出力ピン設置用表面銅パッドとガラスセラミック
スの接触面積の増加、および銅ビアホールにアンカー効
果をもたせることを目的に、入出力ピンの設置用表面銅
パッドに電気的に必要の無いダミーのビアホールを複数
接続しておく。また、基板内層に配置したパッドに、ダ
ミーのビアホールを接続することでビアホールに大きな
アンカー効果を持たせることができる。このとき、表面
から一層目に内層パッドを配置すると、入出力ピンに力
がかかった場合、強度の弱いガラスセラミックスは内層
パッドを基点にして基板表面に向かって破断するため、
２層目より深い位置に配置することが必須となる。さら
に、ダミーのビアホールは電気的に必要ないので、基板
の熱膨張と大きな差がない範囲であれば、ガラスセラミ
ックスと銅の両者に密着力大きい組成を選択することが
可能である。これらの方法により、入出力ピン設置用銅
パッドとガラスセラミックスの密着強度は著しく向上
し、入出力ピン設置用銅パッドの剥離を対策できる。

【０００７】本発明のもう一つの特徴は、ダミーのビア
ホールの形成は従来の製造方法と同様でり、新たな作業
や工数増加がないため、コストの増加なく入出力ピンの
設置用表面銅パッドとガラスセラミックスの密着強度を
向上させることである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例によってさ
らに詳細に示すが本発明はこれらに限定されない。

【０００９】図１に本発明のセラミック多層配線基板構
造の一実施例を基板断面図で、また図３に本発明のセラ
ミック多層配線基板製造方法の一実施例を断面で示す。

【００１０】図１に示すように、本発明のセラミック多
層配線基板の１実施例では、ガラスセラミックスからな
る絶縁層のうち最表面絶縁層１ａの表面に入出力ピンの
設置用表面銅パッド２が配置され、その上に入出力ピン
５がろう材６を介して接続されており、内部には導通用
銅ビアホール３、内層銅パターン４、そして電気的に必
要の無いダミーのビアホール７が入出力ピン設置用銅パ
ッド２に接続されている。ダミーのビアホール７は接触
面積を大きくするため、表面から２層目の絶縁層１ｂを
貫通し、またアンカー効果を持たせるために絶縁層１ｂ
と絶縁層１ｃ間で内層パッド８に接続させている。さら
に、ダミーのビアホール７は、ガラスセラミックスとの
ミクロなアンカー効果を目的に、アルミナを５％以上含
有させる。

【００１１】図２に上記構造を採用する前後の入出力ピ
ン５の引っ張り強度を示す。ダミーのビアホールを配置
する前は２０Nであったが、配置後は３０Nと著しい強度
の向上がみられた。

【００１２】図３の（ａ）〜（ｆ）は本発明に関する製
造方法の一実施例である。まず、ホウケイ酸ガラスとム
ライトの二種類を主成分とするセラミック粉体に、有機
バインダ、溶剤を加えてスラリーを作成し、ドクターブ
レードを用いたキャスティング法によって、焼成後セラ
ミック絶縁層となるグリーンシート９を所望枚形成する
（ａ）。

【００１３】次に、上記グリーンシート９に、パンチン
グで、セラミック絶縁層にビアホール１０を形成する
（ｂ）。

【００１４】そして、電気的に必要なビアホールを形成
するため銅粉末にビヒクルを加えたペースト状銅粉末を
穴埋め印刷によって、上記ビアホール１０に充填し、セ
ラミック絶縁層間の導通をとる銅ビアホール１１を形成
する。電気的に必要の無いダミーのビアホール１２を同
組成で作成する場合は同時に穴埋め印刷を行なうが、異
なった組成を用いる場合は個別に穴埋め印刷をする
（ｃ）。

【００１５】そして、グリーンシート９上に表面あるい
は内層パターンを印刷する。この時、上記電気的に必要
の無いダミーのビアホール１２が入出力ピンの設置用表
面銅パッド１３に接続されるような構造に、また内層に
はダミーのビアホール１２に内層パッド１４が配置され
るような構造にする（ｄ）。

【００１６】そして、同様に作成した複数枚のグリーン
シート９を用いて順次積み重ね、積層体とし、この積層
体を、プレス機等を用いて熱間接着し、接着体１５を得
る。得られた接着体１５を、窒素、水蒸気雰囲気中で加
圧しながら７８０〜９２０℃で０〜８時間、脱バインダ
を行い、その後、窒素雰囲気中、銅の融点以下の温度で
セラミック絶縁層を焼結させ、本発明による多層配線基
板１６を得る。以上のように本実施例のセラミック多層
配線基板は、従来から用いられてきたセラミック多層配
線基板の製造技術をほぼそのまま使用して形成すること
ができるので、コストの増加なく製造することができ
る。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、以上説明したように従
来から用いられてきたセラミック多層基板の製造技術を
そのまま使用して、厚膜セラミック基板表面の入出力ピ
ン設置用表面銅パッドのガラスセラミックスとの密着強
度を大きく向上させることが可能であり、長期信頼性、
入出力ピン接合時の応力による表面パッドの剥離対策を
実現できる。また、従来の製造技術を用いるため、設備
の新規導入などの費用が発生しないため、安価に対策を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気的に必要の無いダミーのビアホー
ルを入出力ピンの設置用表面導体パッドに接続した構造
を有するセラミック多層配線基板の一実施例を示す図で
ある。

【図２】本発明の電気的に必要の無いダミーのビアホー
ルを入出力ピンの設置用表面導体パッドに接続した構造
を有するセラミック多層配線基板製造方法の一実施例を
示す図である。

【図３】本発明に関する製造方法の一実施例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ａ…セラミック絶縁層（最表面）、１ｂ…セラミック
絶縁層（表面から２層目）、１ｃ…セラミック絶縁層
（表面から３層目）、２…入出力ピンの設置用表面銅パ
ッド、３…ビアホール、４…内層導体パターン、５…入
出力ピン、６…入出力ピン接続用ろう材、７…ダミーの
ビアホール、８…内層銅パッド、９…グリーンシート、
１０…ビアホール、１１…アルミナ含有銅ペーストが充
填されたビアホール、１２…銅ペーストが充填されたビ
アホール、１３…入出力ピンの設置用表面銅パッド、１
４…内層銅パッド、１５…接着体、１６…焼結体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者見間久智神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所エンタープライズサーバー事業部内 (72)発明者遠矢伸一郎神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所エンタープライズサーバー事業部内 (72)発明者根津利忠神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所エンタープライズサーバー事業部内 (72)発明者小粥義弘神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所エンタープライズサーバー事業部内Ｆターム(参考） 5E346 AA12 AA15 AA35 AA38 AA41 AA43 BB01 BB16 BB20 CC16 CC18 CC31 DD02 DD34 EE24 EE27 FF18 HH07 HH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも表面および内層に導体層が形
成された厚膜セラミック多層配線基板において、電気信
号を伝達する入出力ピンの設置用表面導体パッドに絶縁
層２層以上の深さを有する電気的に必要の無いダミーの
ビアホールが接続し、かつそのビアホールがその直径よ
り２０％以上大きい内層パッドに接続した構造を特徴と
するセラミック多層配線基板。
【請求項２】請求項１記載のビアホール径が電気的に
必要なビアホールと同一径を有することを特徴とするセ
ラミック多層配線基板。
【請求項３】請求項１記載のビアホールの入出力ピン
設置用表面導体パッドとの接続面積の総和が、入出力ピ
ン設置用パッド面積と比べて面積比で１％以上を有する
ことを特徴とするセラミック多層配線基板。
【請求項４】前記セラミック多層配線基板の絶縁材料
が、ガラス、結晶化ガラス、これらのうちの一種とセラ
ミックスフィラとの複合材から選ばれる少なくとも一種
であることを特徴とする請求項１乃至３記載のセラミッ
ク多層配線基板。
【請求項５】前記セラミック多層配線基板の入出力ピ
ンの設置用表面導体パッドが、Ｃｕを含むことを特徴と
する請求項１乃至３記載のセラミック多層配線基板。
【請求項６】請求項１記載のビアホールを形成する材
料組成が入出力ピンの設置用表面導体パッドを形成する
材料組成と異なることを特徴とするセラミック多層配線
基板。
【請求項７】請求項１記載のビアホールを形成する材
料組成が電気的に必要なビアホールを形成する材料組成
と異なることを特徴とするセラミック多層配線基板。
【請求項８】請求項１記載のビアホールを形成する導
体材料に、ガラス、結晶化ガラス、アルミナ、ムライ
ト、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、チタン、酸化チタ
ン、クロム、酸化クロム、マンガン及び二酸化マンガン
の内から選ばれる少なくとも一種を含有して形成するこ
とを特徴とするセラミック多層配線基板。