JP2629325B2 - Manufacturing method of AlN multilayer substrate - Google Patents

Manufacturing method of AlN multilayer substrate

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は窒化アルミニウム(AlN)基板の製造方法,
特にタングステン(W)等の導電体を内層,あるいは表
面層に形成したAlN基板の焼成方法に関し, 基板焼成時に,AlN基板の歪がなく表面メタライズ層の
剥離及び炭化の生じないAlN基板を得ることを目的と
し, 導電体を窒化アルミニウム(AlN)グリーンシート内
に密封して焼成するように構成する。又,密封方法とし
て,導電体パターン或いは導電体バイアを形成したグリ
ーンシートと,前記導電体の露出部を覆う無垢のグリー
ンシートとで積層するように構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum nitride (AlN) substrate,
In particular, it relates to a method for firing an AlN substrate having a conductor such as tungsten (W) formed on an inner layer or a surface layer. For this purpose, the conductor is sealed in an aluminum nitride (AlN) green sheet and fired. As a sealing method, a green sheet having a conductor pattern or a conductor via formed thereon and a solid green sheet covering an exposed portion of the conductor are laminated.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明はAlN基板の製造方法,特にW等の導電体を内
層したAlN基板の焼成方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an AlN substrate, and particularly to a method for firing an AlN substrate having a conductor such as W inside.

近年,コンピュータシステムの高速化に伴い,インタ
ポーザ(Interposer,層間接続用のバイア等)や多層セ
ラミック基板が要求されている。
In recent years, with the speeding up of computer systems, interposers (interposers, vias for interlayer connection, etc.) and multilayer ceramic substrates have been required.

熱伝導率が高く,熱膨張係数がシリコンに近いAlNは
インタポーザや多層セラミック基板の材料として使用す
るため,導電体との一体焼成が必要となる。AlNと一体
焼成する導電体としてはWやモリブデン(Mo)等がある
が,AlNは他のセラミックに比し焼成温度は高いため,焼
成の際にAlNとの収縮率の差によりAlN基板に反りやうね
りを生ずる原因となる。
Since AlN, which has a high thermal conductivity and a thermal expansion coefficient close to that of silicon, is used as a material for interposers and multilayer ceramic substrates, it must be integrally fired with a conductor. There are W, molybdenum (Mo), etc. as conductors that are integrally fired with AlN. However, since AlN has a higher firing temperature than other ceramics, it warps the AlN substrate due to the difference in shrinkage ratio with AlN during firing. This may cause undulation.

このため,導電体との一体焼成で反りのないAlN基板
が要求されている。
For this reason, there is a demand for an AlN substrate that is not warped by integral firing with a conductor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図(1)〜(3)は従来例によるAlN基板の焼成
を説明する模式断面図である。
FIGS. 2 (1) to 2 (3) are schematic cross-sectional views for explaining firing of an AlN substrate according to a conventional example.

従来のAlN基板の焼成方法としては,AlNグリーンシー
ト2を貫通するWバイア3を有する複数のシート(第2
図(1)),或いはAlNグリーンシート4の表面に印刷
したWパターン5を有する複数のシート(第2図
(2))をプレスにより積層して試料7とし,これを窒
素中で脱脂した後,グラファイト容器6内の窒化硼素
(BN)製のセッタ8上で焼成を行っている(第2図
(3))。
As a conventional method of firing an AlN substrate, a plurality of sheets having a W via 3 penetrating the AlN green sheet 2 (second sheet) are used.
(1), or a plurality of sheets (FIG. 2 (2)) having a W pattern 5 printed on the surface of an AlN green sheet 4 are laminated by pressing to obtain a sample 7, which is degreased in nitrogen. The sintering is performed on a boron nitride (BN) setter 8 in a graphite container 6 (FIG. 2 (3)).

しかしこの方法では,Wの焼成収縮の開始温度がAlNよ
り低く,又,AlN基板表面より焼結の際にグリーンシート
の助剤が飛散するため,AlN基板の歪や印刷されたWパタ
ーンの剥離の原因となる。
However, in this method, the starting temperature of the firing shrinkage of W is lower than that of AlN, and the auxiliary of the green sheet scatters during sintering from the surface of the AlN substrate. Cause.

又,焼成炉のヒータにカーボンが使用されるため,炉
内雰囲気にカーボンが混入される。そのため導体の表面
層を炭化し,絶縁層が形成されてしまう。
Further, since carbon is used for the heater of the firing furnace, carbon is mixed into the furnace atmosphere. Therefore, the surface layer of the conductor is carbonized and an insulating layer is formed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従って,AlN基板上に同時焼成で,即ち基板焼成と同時
に表面メタライズ層或いはバイアを形成することは困難
であった。
Therefore, it has been difficult to form a surface metallized layer or via on an AlN substrate by simultaneous firing, that is, simultaneously with the substrate firing.

本発明は同時焼成で,AlN基板の歪がなく表面メタライ
ズ層の剥離及び炭化による絶縁層の生じないようなAlN
基板の製造方法を得ることを目的とする。
The present invention relates to an AlN film which is co-fired and has no distortion of the AlN substrate and no insulating layer due to peeling and carbonization of the surface metallized layer.
It is an object to obtain a method for manufacturing a substrate.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記課題の解決は,導電体を窒化アルミニウム(Al
N)グリーンシート内に密封して焼成することを特徴と
するAlN多層基板の製造方法,或いは該密封方法とし
て,導電体パターン或いは導電体バイアを形成したグリ
ーンシートと,前記導電体の露出部を覆う無垢のグリー
ンシートとで積層することを特徴とするAlN多層基板の
製造方法により達成される。
In order to solve the above problems, the conductor must be made of aluminum nitride (Al
N) A method of manufacturing an AlN multilayer substrate characterized by sealing and firing in a green sheet, or as a sealing method, a green sheet having a conductor pattern or a conductor via formed thereon and an exposed portion of the conductor. This is achieved by a method for manufacturing an AlN multilayer substrate, characterized by laminating with a covering solid green sheet.

この場合,導電体パターン或いはバイアを形成したAl
N積層体の導体露出部を無垢のグリーンシートで無加圧
で覆うことで十分な効果がある。
In this case, a conductor pattern or via-formed Al
A sufficient effect can be obtained by covering the exposed portion of the conductor of the N laminate with a solid green sheet without pressure.

〔作用〕[Action]

第1図(1),(2)は本発明によるAlN基板の焼成
の原理を説明する模式断面図である。
1 (1) and 1 (2) are schematic sectional views for explaining the principle of firing an AlN substrate according to the present invention.

第1図(1)はWバイア3を形成したAlNグリーンシ
ート2の積層体と,上下の無垢のAlNグリーンシート1
とを同時に積層したものである。
FIG. 1A shows a laminate of AlN green sheets 2 having W vias 3 formed thereon, and upper and lower solid AlN green sheets 1.
Are simultaneously laminated.

第1図(2)は表面にWパターン5を印刷したAlNグ
リーンシート4の積層体と,その上に無垢のAlNグリー
ンシート1とを同時に積層したものである。
FIG. 1 (2) shows a laminate of an AlN green sheet 4 having a W pattern 5 printed on its surface and a solid AlN green sheet 1 on the laminate.

次に,第2図(3)において,第1図(1),或いは
第1図(2)で作製した積層体を試料7として,これを
窒素中で脱脂した後,グラファイト容器6内のBN製のセ
ッタ8上で焼成を行っている。
Next, in FIG. 2 (3), the laminate prepared in FIG. 1 (1) or FIG. 1 (2) was used as a sample 7 and degreased in nitrogen. Is baked on a setter 8 made of aluminum.

以上のように焼成した焼結体は,内層された導電体を
外部に接続する場合等必要な場合は研磨により導電体を
露出させることができる。
In the sintered body fired as described above, the conductor can be exposed by polishing if necessary, for example, when connecting the inner conductor to the outside.

本発明は,第1図(1),或いは(2)のように無垢
のAlNグリーンシート1で導電体(Wバイア3,或いはW
パターン5)を炉内雰囲気より遮断するため,焼結後基
板の表面状態が良く,導電体は炭化しないこと,又,導
電体はAlNグリーンシートで包まれている状態で焼結さ
れるため収縮率の差は減少し,基板の反りは低減できる
ことを利用したものである。
According to the present invention, as shown in FIG. 1 (1) or (2), a conductor (W via 3 or W
Since the pattern 5) is shielded from the atmosphere in the furnace, the surface condition of the substrate after sintering is good, the conductor is not carbonized, and the conductor is sintered while being wrapped in an AlN green sheet. The difference in rate is reduced, and the warpage of the substrate can be reduced.

本発明は特に,焼結温度の高いAlN基板の焼成に有効
である。
The present invention is particularly effective for firing an AlN substrate having a high sintering temperature.

〔実施例〕〔Example〕

比較例及び実施例を第1図を用いて説明する。 Comparative examples and examples will be described with reference to FIG.

まず,実施例と同条件で比較例を作製する。 First, a comparative example is manufactured under the same conditions as in the example.

比較例: 表1に示す組成のスラリー(Slurry,泥漿)を作製
し,ドクタブレード法を用いて成型ギャップ450μm,送
り速度2.3m/minで成型を行い,グリーンシートを作製し
た。
Comparative Example: A slurry (Slurry) having the composition shown in Table 1 was prepared, and molded using a doctor blade method with a molding gap of 450 μm and a feeding speed of 2.3 m / min to produce a green sheet.

表1 スラリーの組成(重量部) セラミック AlN 100,CaCO3 5. バインダ PVB 10 可塑剤 DBP 10 分散媒 エタノール 50 ここで,PVB(Polyvinyl Butyral)はエスレックBシ
リーズ(BL−1),積水化学製を用いた。
Table 1 Slurry composition (parts by weight) Ceramic AlN 100, CaCO 3 5. Binder PVB 10 Plasticizer DBP 10 Dispersion medium Ethanol 50 Here, PVB (Polyvinyl Butyral) is manufactured by Eslek B series (BL-1), manufactured by Sekisui Chemical. Using.

又,DBP(Di−n−butyl Phtalate,フタル酸−n−ブ
チル)は和光純薬製の試薬特級を用いた。
For DBP (Di-n-butyl Phtalate), a special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used.

このグリーンシートを10層重ねて積層(積層条件:加
熱温度50℃,積層圧45MPaで20分間加圧)し,これにド
リルで0.2mmφのスルーホールを20mm角内に900個形成
し,市販のWペーストを充填したものを第2図(1)に
相当するバイア形成用の試料とした。又,グリーンシー
トに市販のWペーストで幅300μm,長さ70mmのパターン
を形成したものを同様の積層条件で10層重ねて第2図
(2)に相当する多層基板用の試料とした。
This green sheet was laminated 10 times and laminated (lamination conditions: heating temperature 50 ° C, laminating pressure 45MPa, pressurized for 20 minutes), and 900 through holes of 0.2mmφ were formed in a 20mm square with a drill. The sample filled with W paste was used as a via forming sample corresponding to FIG. 2 (1). A green sheet having a pattern of 300 μm in width and 70 mm in length formed with a commercially available W paste was laminated 10 layers under the same lamination conditions to obtain a multilayer substrate sample corresponding to FIG. 2 (2).

上記の積層されたバイア形成用のグリーンシート及び
多層基板用のグリーンシートを窒素中600℃で脱脂を行
い,各試料を第2図(3)に示されるグラファイト容器
6内のBN製のセッタ8上にセットし,窒素中1気圧のガ
スフローの下で焼成温度1700〜1900℃の範囲で保持時間
3hの焼成を行った。
The laminated green sheets for forming vias and the green sheets for the multilayer substrate are degreased in nitrogen at 600 ° C., and each sample is placed in a BN setter 8 in a graphite container 6 shown in FIG. Set on top and hold for 1700-1900 ° C in baking temperature under 1 atmosphere gas flow in nitrogen
The firing was performed for 3 hours.

焼成の結果を表2に示す。 Table 2 shows the results of the firing.

バイア形成用の試料は焼成温度にかかわらず大きな反
りが見られた。
The sample for via formation showed a large warp regardless of the firing temperature.

又,多層基板用試料は,基板の表面が粗く,基板に反
りを生じていた。又,表面のWパターンはめくれあがり
(表中剥離と表示),炭化して黒色に変色し絶縁層が形
成されていた。
Also, in the multilayer substrate sample, the substrate surface was rough and the substrate was warped. Further, the W pattern on the surface was turned up (indicated as "peeling" in the table), carbonized and turned black, and an insulating layer was formed.

実施例1(第1図(1)参照): 上記比較例のバイア用グリーンシート2を10層と,そ
の上下に無垢のグリーンシート1とを積層し,窒素中60
0℃で脱脂を行い,各試料を第2図(3)に示されるグ
ラファイト容器6内のBN製のセッタ8上にセットし,窒
素中1気圧のガスフローで焼成温度1700〜1900℃の範囲
で保持時間3hの焼成を行った。
Example 1 (see FIG. 1 (1)): Ten layers of via green sheets 2 of the comparative example, and solid green sheets 1 above and below the green sheets 2 were stacked on top of each other.
After degreasing at 0 ° C., each sample was set on a BN setter 8 in a graphite container 6 shown in FIG. Was carried out for a holding time of 3 hours.

なお,上記の積層は以下のように行った。 Note that the above lamination was performed as follows.

前記の積層条件で10層重ねて積層した後,スルーホー
ルを開け,ここにWペーストを充填し,乾燥したグリー
ンシート積層体の上下に無垢のグリーンシートを無加圧
で覆う積層を行った。
After laminating 10 layers under the above-mentioned laminating conditions, a through hole was opened, a W paste was filled in the through-hole, and a solid green sheet was covered above and below the dried green sheet laminate without applying pressure.

実施例2(第1図(2)参照): 上記比較例の多層基板用グリーンシート4を10層と,
その上に無垢のグリーンシート1とを実施例1と同様の
条件で積層し,窒素中600℃で脱脂を行い,各試料を第
2図(3)に示されるグラファイト容器6内のBN製のセ
ッタ8上にセットし,窒素中1気圧のガスフローで焼成
温度1700〜1900℃の範囲で保持時間3hの焼成を行った。
Example 2 (refer to FIG. 1 (2)): The green sheet 4 for a multilayer substrate of the comparative example was composed of 10 layers.
A solid green sheet 1 was laminated thereon under the same conditions as in Example 1 and degreased in nitrogen at 600 ° C., and each sample was placed in a graphite container 6 shown in FIG. It was set on the setter 8 and baked for 3 hours at a calcination temperature of 1700 to 1900 ° C. with a gas flow of 1 atm in nitrogen.

実施例の焼成の結果を表3に示す。 Table 3 shows the results of firing in the examples.

表3より,次のことがわかる。 Table 3 shows the following.

実施例1の場合(バイア)は,焼成温度1700〜1900℃
の範囲で基板の反りは見られなかった。
In the case of Example 1 (via), the firing temperature is 1700 to 1900 ° C.
No warping of the substrate was observed in the range.

実施例2の場合(多層基板)は,焼成温度1900℃の場
合にみ炭化を生じ,1700〜1850℃の範囲で焼成した基板
にはこのような変化は見られなかった。
In the case of Example 2 (multilayer substrate), carbonization occurred only at a firing temperature of 1900 ° C., and no such change was observed in a substrate fired in the range of 1700 to 1850 ° C.

実施例で作製された焼結体は,必要ならば研磨により
導体を露出させることができる。
The conductor of the sintered body manufactured in the embodiment can be exposed by polishing if necessary.

試料7上に重しとしてセッタを置いて焼成してもよ
い。
A setter may be placed as a weight on the sample 7 and fired.

また,必要ならば,バイア形成用のグリーンシート,
多層基板用グリーンシートの上下の無垢のグリーンシー
トを同時に加圧積層してもよい。
Also, if necessary, green sheets for via formation,
Solid green sheets above and below the green sheet for the multilayer substrate may be simultaneously laminated under pressure.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば,基板の反りやイ
ンターポーザ或いは配線パターンの剥離や炭化が防止で
き,インターポーザ或いは多層セラミック基板の信頼性
と歩留の向上を寄与することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the warpage of the substrate, the separation and carbonization of the interposer or the wiring pattern, and to contribute to the improvement of the reliability and the yield of the interposer or the multilayer ceramic substrate.

更に,スルーホールに底が形成されるため導体ベース
トの充填が容易になり,又,スリーホールに蓋がされる
ためペースト粘度の変化により生じるバイアの滲みが改
善される。
Further, since the bottom is formed in the through hole, the filling of the conductor base becomes easy, and since the three hole is covered, the bleeding of the via caused by the change in the viscosity of the paste is improved.

又,AlN基板を無垢のグリーンシートで密封することに
より,焼成の際の基板周囲の雰囲気を均一にし,基板表
面の焼成条件を均一化する効果がある。
In addition, by sealing the AlN substrate with a solid green sheet, the atmosphere around the substrate during firing can be made uniform, and the firing conditions on the substrate surface can be made uniform.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(1),(2)は本発明によるAlN基板の焼成の
原理を説明する模式断面図, 第2図(1)〜(3)は従来例によるAlN基板の焼成を
説明する模式断面図である。 図において, 1は無垢のAlNグリーンシート, 2はWバイアを形成したAlNグリーンシート, 3はWバイア, 4はWパターンを印刷したAlNグリーンシート, 5はWパターン, 6はグラファイト容器, 7は試料, 8はBN製のセッタ である。
1 (1) and 1 (2) are schematic cross-sectional views illustrating the principle of firing an AlN substrate according to the present invention, and FIGS. 2 (1) to (3) are schematic cross-sectional views illustrating firing of an AlN substrate according to a conventional example. FIG. In the figure, 1 is a solid AlN green sheet, 2 is an AlN green sheet formed with a W via, 3 is a W via, 4 is an AlN green sheet on which a W pattern is printed, 5 is a W pattern, 6 is a graphite container, and 7 is a graphite container. Sample 8 is a BN setter.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】導電体を窒化アルミニウム(AlN)グリー
ンシート内に密封して焼成することを特徴とするAlN多
層基板の製造方法。
1. A method for manufacturing an AlN multilayer substrate, wherein a conductor is sealed in an aluminum nitride (AlN) green sheet and fired.
【請求項2】請求項1記載の密封方法として,導電体パ
ターン或いは導電体バイアを形成したグリーンシート
と,前記導電体の露出部を覆う無垢のグリーンシートと
で積層することを特徴とするAlN多層基板の製造方法。
2. A sealing method according to claim 1, wherein a green sheet on which a conductor pattern or a conductor via is formed and a solid green sheet covering an exposed portion of the conductor are laminated. A method for manufacturing a multilayer substrate.
JP31414588A 1988-12-13 1988-12-13 Manufacturing method of AlN multilayer substrate Expired - Lifetime JP2629325B2 (en)

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