JP2739767B2 - 多層ガラスセラミック回路基板の製造方法 - Google Patents

多層ガラスセラミック回路基板の製造方法

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JP2739767B2 JP2083030A JP8303090A JP2739767B2 JP 2739767 B2 JP2739767 B2 JP 2739767B2 JP 2083030 A JP2083030 A JP 2083030A JP 8303090 A JP8303090 A JP 8303090A JP 2739767 B2 JP2739767 B2 JP 2739767B2
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【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 多層ガラスセラミック回路基板の製造方法に関し、 層間剥離及び応力の発生を防止して、低誘導率且つ高
強度の多層ガラスセラミックス回路基板を製造すること
を目的とし、 第一のガラスセラミックス組成の第一のグリーンシー
トと、この第一のガラスセラミックス組成よりもガラス
成分の少ない第二のガラスセラミックス組成の第二のグ
リーンシートとを混成して積層し、この積層体を一体焼
成して多層ガラスセラミック回路基板を製造する方法に
おいて、第一のグリーンシートと第二のグリーンシート
との間に一体焼成時における両方のグリーンシートの収
縮挙動の違いを緩和することのできるバッファー層を介
在させてグリーンシート積層体を作製するように構成す
る。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、大規模集積回路(LSI)素子を搭載するた
めの多層ガラスセラミック回路基板の製造方法に関す
る。
〔従来の技術〕
近年の情報処理装置の大容量化と高速化に対応するた
め、回路基板の内部には電気抵抗の低い銅などを配線材
料として用いることが望まれる。銅を配線材料とする場
合には、1000℃以下で焼成することのできるガラスセラ
ミックスが基板材料として使用される。ガラスセラミッ
クスは、一般に、曲げ強さなどの機械的強度は十分であ
るが、誘電率が比較的高いため、情報処理の高速化の要
求に反して電気信号の遅延時間を増加させ、また配線間
の漏話を増加させる原因となる。そのため、実用に耐え
る強度を保持し、且つ、配線周囲の絶縁材料の誘電率の
より低いガラスセラミック回路基板が求められるように
なった。
こうした要望を満たすために、信号配設周囲の絶縁層
にはガラス成分を多くした低誘電率層グリーンシート
を、その他の部分には低誘電率層よりもセラミックス成
分の割合を多くした強化層グリーンシートを用い、両層
を所望の特性に合うように印刷、積層して焼成すること
により基板を作製する方法が考え出された。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の如く低誘電率層と強化層とを組み合わせてガラ
スセラミック回路基板を作製した場合には、両層の成分
組成が異なることから、一体焼成時における両層の収縮
挙動に相違の生じることが分ってきた。この収縮挙動の
相違は、両層の成分組成の違いがわずかであったり、あ
るいは焼成時における両層の収縮率が近くなるように両
層の構成成分を選択して配合したりする場合には、実用
上問題にならない。ところが、所定の回路基板に要求さ
れる電気的特性及び機械的強度の双方を同時に満足する
ためには、上述の如くにして必ずしも焼成時の両層の収
縮挙動を近似させることができるとは限らない。そして
両層の収縮挙動を近似させることができない場合には、
両層間で剥離が起きたり、両層に応力が生じたりする可
能性が生じる。すなわちこのような場合には、焼成され
た回路基板の強度が期待に反して低下したり、回路基板
に反りが生じたりする可能性がある。
本発明は、ガラスセラミックスの低誘電率層グリーン
シートとこの層よりもガラス成分の少ない別のガラスセ
ラミックスの強化層グリーンシートとを混成して積層
し、一体焼成する場合に生じる層間の剥離及び応力の発
生を防止して、誘電率が低く且つ強度の高い多層ガラス
セラミック回路基板を製造することができる方法を提供
することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の多層ガラスセラミック回路基板製造方法は、
第一のガラスセラミックス組成の第一のグリーンシート
と、この第一のガラスセラミックス組成よりもガラス成
分の少ない第二のガラスセラミックス組成の第二のグリ
ーンシートとを混成して積層し、この積層体を一体焼成
して多層ガラスセラミック回路基板を製造する方法にお
いて、第一のグリーンシートと第二のグリーンシートと
の間に組成比が第一及び第二のグリーンシートの中間で
ある第三のガラスセラミックスのバッファー層を介在さ
せてグリーンシート積層体を作製することを特徴とする
方法である。
第一及び第二のグリーンシートのガラスセラミックス
は、回路基板の材料として一般的な、ガラス成分(例え
ばホウケイ酸ガラス、シリカガラス等)及びセラミック
ス成分(例えばアルミナ、ムライト等)を主成分とする
ガラスセラミックスである。第一のグリーンシートのガ
ラスセラミックスは、誘電率を低下させるためにガラス
成分の量が第二のガラスセラミックスのガラス成分量よ
りも多いものを使用する。第二のグリーンシートのガラ
スセラミックスは、第一のガラスセラミックスよりもガ
ラス成分が少なく、このため機械的強度が高くなる。
このようにガラスセラミックスの成分組成が異なるこ
とから、両方のグリーンシートを積層して一体焼成する
とこれらは異なる収縮挙動を示す。そこで、第一のグリ
ーンシートと第二のグリーンシートとの間に両者の異な
る収縮挙動を緩和することのできるバッファー層を介在
させる。バッファー層は、具体的に言うならば、焼成時
の第一のグリーンシートの収縮率と第二のグリーンシー
トの収縮率との中間の収縮率を有する材料で構成するこ
とができる。そのような材料として最も好都合なのは、
第一及び第二のグリーンシートの各成分組成の中間の成
分組成を有する材料である。この材料で作られたバッフ
ァー層は、第一のグリーンシートと第二のグリーンシー
トとの間にあって焼成時に両者と一緒に都合よく焼成さ
れる。あるいはまた、バッファー層は、例えばガラスの
ように基板焼成時の高温において軟化又は溶融してある
程度の流動性を示し、それによってバッファー層を挟む
両方のグリーンシートの異なる収縮挙動を緩和すること
の可能な材料で構成することもできる。
本発明の方法では、多層ガラスセラミックス回路基板
を次に述べるようにして製造することができる。すなわ
ち、第一のグリーンシート、第二のグリーンシート及び
バッファー層を構成するグリーンシートの原料をそれぞ
れボールミルで混練し、ドクターブレード法により各グ
リーンシートを成形する。これらのグリーンシートを適
当な大きさに打抜き、更にバイアーホールをあけた後、
第一のグリーンシートのうちの一部に信号配線の導体パ
ターンを印刷し、第一のグリーンシートの残りとバッフ
ァー層グリーンシートのうちの一部にはシールド層を印
刷する。次いで、第1図に示すように、下から順に、第
二のグリーンシート1、シールド層4を印刷したバッフ
ァー層グリーンシート2、信号配線5を印刷した第一の
グリーンシート3、シールド層4を印刷した第一のグリ
ーンシート3、バッファー層グリーンシート2、そして
第二のグリーンシート1の順番に積み重ねたものを一つ
の構成単位として、所望の数の構成単位を更に積み重
ね、そしてこれを適当な条件下で積層してグリーンシー
ト積層体を作製する。このようにして得られた積層体を
一体焼成することによって、各グリーンシートが層間の
剥離を起こすことなく接合されて、反りのない、誘電率
が低く且つ強度の高い多層ガラスセラミック回路基板が
精度よく製造される。完成された多層回路基板のうちの
第1図に示した一つの構成単位に対応する部分を第2図
に示す。この図において、4はシールド層、5は信号配
線、11は強化層、12はバッファー層、13は低誘電率層で
ある。
本発明の方法で製造された多層ガラスセラミック回路
基板は、グリーンシート層間の剥離がなく、反りもな
く、しかも誘電率が低く且つ強度が十分であるから、大
容量化及び高速化がますます求められているコンピュー
タに用いられるようなLSI素子を搭載するための多層回
路基板として使用することができる。
〔作 用〕
本発明の方法において作製されるグリーンシート積層
体中の第一のグリーンシートと第二のグリーンシートと
の間に介在するバッファー層は、該積層体の一体焼成時
に第一のグリーンシート及び第二のグリーンシートの両
方の収縮に追随して両者の収縮挙動の違いを緩和するこ
とができ、このため、両方のグリーンシートの収縮率が
大きく違う場合に起こり得る両者間の層間剥離や、応力
の発生を未然に防止する。焼成された多層回路基板にお
いて信号配線の周囲に存在する、第一のグリーンシート
から形成された低誘電率層は、情報処理の高速化に有利
な低誘電率絶縁層を構成し、そしてこの層とバッファー
層を介して結合された、第二のグリーンシートから形成
された強化層は、多層回路基板に実用上十分な強度を与
える。このような各層の働きから、本発明の製造方法に
よれば、層間剥離や反りのない、高速処理に適し且つ十
分な機械的強度を備えた多層ガラスセラミック回路基板
が製造される。
〔実施例〕
次に、先の説明において利用した第1図を参照して本
発明の一実施例を示す。
第1表に示した量比の、低誘電率層、強化層及びバッ
ファー層用の各グリーンシート原料を、それぞれボール
ミルを用いて混練した後、ドクターブレード法により厚
さ300μmの各層用のグリーンシートを成形した。これ
らを100mmに打ち抜き、バイアーホールを形成後、低
誘電層グリーンシート3のうちの一部に信号配線5を、
残りにシールド層4を、そしてバッファー層グリーンシ
ート2のうちの一部にシールド層4をそれぞれスクリー
ン印刷で印刷した。次いで、こうして用意された各グリ
ーンシート1,2,3を、一つの構成単位が第1図に示す層
構成となるようにしたものを20単位分積み重ね、そして
これを150℃,10MPaの条件下で積層して、グリーンシー
ト積層体を作製した。この積層体を窒素中で1000℃で焼
成して、多層回路基板を製造した。この回路基板には、
層間剥離が見られず、また反りも認められなかった。こ
の回路基板の誘電率は4.1であり、曲げ強さは170〜180M
Paであった。この誘電率の値は、ホウケイ酸ガラスのそ
れ(約4)に近く、そして本発明のように低誘電率層と
強化層とに分けたグリーンシートを用いずに同一組成の
グリーンシートのみを使って製造された従来の代表的ガ
ラスセラミック回路基板の誘電率(5〜9)よりもかな
り低い。一方の曲げ強さは、同じ従来の代表的なガラス
セラミック回路基板のそれ(150〜200MPa)と比べて遜
色がない。
〔発明の効果〕 本発明の多層ガラスセラミック回路基板製造方法によ
れば、完成された基板の機械的強度の低下を招く層間剥
離を生じさせ、あるいは応力を発生させることなしに、
電気信号の高速伝播を可能にする低誘電率を有し、しか
も十分な機械的強度を有する多層ガラスセラミック回路
基板を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法において作製されるグリーン
シート積層体の一単位分の層構成を模式的に示す断面
図、第2図は第1図の層構成部分の焼成後の断面図であ
る。 図中、1は強化層グリーンシート、2はバッファー層グ
リーンシート、3は低誘電率層グリーンシート、4はシ
ールド層、5は信号配線、11は強化層、12はバッファー
層、13は低誘電率層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横内 貴志男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 横山 博三 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 亀原 伸男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−124799(JP,A) 特開 平1−262695(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一のガラスセラミックス組成の第一のグ
    リーンシートと、この第一のガラスセラミックス組成よ
    りもガラス成分の少ない第二のガラスセラミックス組成
    の第二のグリーンシートとを混成して積層し、この積層
    体を一体焼成して多層ガラスセラミック回路基板を製造
    する方法において、第一のグリーンシートと第二のグリ
    ーンシートとの間に組成比が第一及び第二のグリーンシ
    ートの中間である第三のガラスセラミックスのバッファ
    ー層を介在させてグリーンシート積層体を作製すること
    を特徴とする多層ガラスセラミック回路基板の製造方
    法。
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