JP2757574B2 - 低誘電率ハイブリッド多層セラミック配線基板の製造方法 - Google Patents
低誘電率ハイブリッド多層セラミック配線基板の製造方法Info
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Description
装するための低誘電率セラミック配線基板の製造方法に
関するものである。
ガラスエポキシ等のプリント回路基板或はアルミナセラ
ミック基板に実装されていたが、半導体素子の高集積
化,微細化,高速化に伴い、実装用基板に対しても高密
度微細配線化,高速伝送化,高周波数化,高熱放散化の
要求が増えてきた。
ッキ性,加工性,多層化接着,高温での熱変形等の問題
があり、高密度化には限界がある。そのため、高密度実
装基板としては未だ実用化には至っておらず、セラミッ
ク基板の方が可能性を秘めている。
高温で焼結しなければならないため、同時焼成される配
線導体材料としては、比較的比抵抗の高いW,Mo等の
高融点金属に限定される。したがって、パルス信号の伝
送損失を考慮に入れた場合、配線パターンの微細化には
限界が生じてしまう。
の伝播遅延時間が基板材料の誘電率の平方根に比例する
ため、基板材料の低誘電率化が必要不可欠となる。しか
し、アルミナ基板は誘電率が約10と比較的高い。
ラミック基板である。絶縁材料としては、セラミックと
ガラスの複合材料系や結晶化ガラス系等があるが、いず
れも1000℃以下で焼結するため、配線導体材料とし
て比抵抗の低いAu,Ag−Pd,Cu等の低融点金属
を用いることができる。また、低誘電率セラミックやガ
ラスを選定することで、絶縁材料の誘電率を5以下に下
げることも可能である。更に、グリーンシート多層化法
を用いることができるため、三次元配線が可能で高密度
化に非常に有利である。
ト多層化法における配線パターンの形成は、一般的には
厚膜スクリーン印刷法により行われており、量産レベル
ではライン&スペースは75μm幅が限界で、微細配線
化には新たな手法・構造が必要となる。
従来の課題を解決した低誘電率ハイブリッド多層セラミ
ック配線基板の製造方法を提供することにある。
め、本発明に係る低誘電率ハイブリッド多層セラミック
配線基板の製造方法においては、導体配線形成工程と、
絶縁層形成工程とを有する低誘電率ハイブリッド多層セ
ラミック配線基板の製造方法であって、導体配線形成工
程は、低誘電率を有する低温焼結性セラミック組成物か
らなる絶縁層を介して、複数の導体層が積層されている
多層セラミック配線基板上で、フォトレジストをコーテ
ィング後、露光・現像することでマスクパターンを形成
し、さらに選択的にメッキを施す工程であり、絶縁層形
成工程は、上記と同一のセラミック組成物及び感光性ビ
ヒクルからなる光硬化性絶縁層ペーストを印刷・乾燥
後、マスクを用いてビアホールパターンを露光・現像
し、さらにビアホール部分に導体ペーストを埋め込み焼
成する工程であり、導体配線形成工程と絶縁層形成工程
とを組み合わせて、微細な多層配線を形成するものであ
る。
配線基板の製造方法は、低い誘電率を有し、かつ100
0℃以下の低温焼結ができるセラミック組成物を用い、
微細な多層配線を形成することにより、高速伝送化と高
密度微細配線化を同時に実現するようにしたものであ
る。
明する。
率ハイブリッド多層セラミック配線基板を示す断面図で
ある。図1に示すように、グリーンシート積層法により
作られる多層セラミック配線基板とリソグラフィ技術と
厚膜多層化法を組み合わせて作られる微細多層配線部を
複合化したものであり、1は低誘電率多層セラミック基
板、2は微細多層配線部、3はビアホール、4はグラン
ド層、5は電源層、6は信号層、7はLSIチップ、8
は入出力ピンである。図2は、本発明の基板製造プロセ
スを示す図である。
のコーディエライトを20重量%、石英ガラスを15重
量%、ホウケイ酸系ガラスを65重量%含む3成分系セ
ラミック組成物を用いた場合について述べる。ホウケイ
酸系ガラスは酸化物換算表記に従ったとき、主成分が酸
化珪素:75.3重量%、酸化ホウ素:19.0重量
%、酸化アルミニウム:1.4重量%、I族元素酸化
物:2.3重量%、II族元素酸化物:0.13重量
%、酸化チタン:0.03重量%の組成から構成されて
いる。なお、本組成は特願平01−218707号公報
に記載されている組成の一つである。
な方法に依って製造される。即ち、ホウケイ酸系ガラス
の調整に当たっては、目標組成となるように各成分の原
料を秤量してバッチを作製し、このバッチを1400℃
以上の高温で2〜4時間加熱,溶解しガラス化させる。
溶解ガラスを水冷、あるいは厚い鉄板上に流しフレーク
状に成形し、得られたガラス片をアルミナボールミル等
で微粉砕し、平均粒径0.5〜3μmのガラス粉末を得
る。一方、コーディエライトや石英ガラスも粉砕により
平均粒径0.5〜5μmの微粉末とする。
ーディエライトや石英ガラス粉末を目標組成となるよう
配合し、ボールミル等で1〜3時間混合し、ホウケイ酸
系ガラス粉末とコーディエライト,石英ガラス粉末との
均質な混合粉末、即ち低温焼結性の低誘電率セラミック
組成物を得ることができる。なお、この際用いられるホ
ウケイ酸系ガラス粉末は明確化のため酸化物に換算表記
したが、鉱物,酸化物,炭酸塩,水酸化物等の形で、通
常の方法により使用されてもよい。
板1を作製する必要があるが、上記のようにして得られ
た粉末状セラミック組成物を用い、グリーンシート積層
法により成形される。即ち、粉末にビヒクルを添加混合
し、高速ミキサーやボールミル等を用い十分混練,均一
に分散させてスラリーを調整し、これをスリップキャス
ティング法により絶縁層を形成するのに適した膜厚のグ
リーンシートとする。なお、バインダーや溶剤等の有機
ビヒクル類は通常用いられているもので十分であり、成
分については何等限定を要しない。
ートに形成し、導体印刷やスルーホールに導体ペースト
が詰まるように印刷する。導体は、金や銀、銀−パラジ
ウムのペーストを使用することができる。更に、これら
を所望の多層構造となるよう積層,熱圧着する。成形時
に添加された有機ビヒクルを除去した後、焼成され、多
層セラミック配線基板が得られる。
の高速伝送化に有利であることと熱膨張係数がSiに極
めて近く、ベアチップ実装が可能であることが挙げられ
る。また、収縮率偏差も±0.3%以下に抑えることも
できる。
源層5と一部の信号層6のみ、導体層として含まれてお
り、微細配線が必要な各LSIチップ7,7間をつなぐ
大部分の信号層6は次に述べる微細配線部に形成される
ことになる。
ミック配線基板1上に、微細配線部が形成される。
性絶縁ペーストの代表的な組成を示す。
線基板に使用したものと同一の組成物を使用することが
重要で、お互いの接着性は非常に優れており、100m
m角の基板に300μm厚の絶縁層を形成しても基板の
反りは20μm以下と大変小さい。
粉末との最適配合比は、厚膜スクリーン印刷法では実現
が困難な微細なビアホール形成と非常に小さなリーク電
流を同時に実現するためのキーポイントとなる。
をまとめた。
リーク電流が小さく、高解像性であること等が挙げられ
る。
た絶縁層形成プロセスと導体配線形成プロセスを図3,
図4に示す。なお、導体は金を使用する。
うに、まずTiとPdの2層膜10,11をスパッタで
付け、図3(b)に示すように、フォトレジスト12を
コーティングし露光・現像することで、マスクパターン
を形成する。更に、選択的に金のメッキを施しAu配線
13を形成することになる(図3(c))。導体厚は1
0μm,最小線幅は30μmである。なお、残ったレジ
ストは約500℃で焼失、TiやPdはエッチングして
除去することができる(図3(d))。
に示すように、光硬化性絶縁層ペースト14をAu配線
13上にスクリーン印刷・乾燥し、マスク15を用いて
ビアホールパターンを露光・現像する。ビアホールの解
像度は膜厚によって異なり、アスペクト比は1である。
したがって、乾燥後の膜厚が約50μmであれば、50
μm径のビアホール16の形成が可能と言える。更に、
ビアホール部分には導体ペーストを埋め込み、補充す
る。その後、焼成することで、ビアホール16を有する
絶縁層17が形成されることになる(図4(d))。焼
成はベルト炉、900℃で行う。
ロセスと絶縁層形成プロセスを数回繰り返すことにな
る。また、最終的には、チップ実装用のトップメタル
(パッド)層を形成し、数個のLSIチップ7を搭載す
る。
リッド多層セラミック配線基板は、これまでのグリーン
シート積層法により作られていた基板の限界値よりも、
ライン&スペース幅で約1/3、ビアホール径では約1
/4低減でき、微細配線化に非常に有効であると言え
る。また、特性インピーダンスの制御とクロストークの
低減のために最適な配線設計を行うと、絶縁層厚もかな
り薄くできることから、断面方向の高密度化も同時に実
現できる。さらに、信号の伝搬遅延時間は約7ns/m
と小さく、例えばアルミナ基板と比較して、約35%低
減できることになる。
ラミック材料は実施例1と同一の組成物だが、母体とな
る多層セラミック配線基板内に孤立空隙を形成した場合
について述べる。例えば、孤立空隙形成方法について
は、特願昭63−269766号や特願平01−450
66号公報に詳細に記載されている。なお、空隙形成剤
が混合粉末化或はスラリー化する際に添加される以外
は、実施例1で述べた製造方法と何等変わりはない。
多層セラミック配線基板の特性を示す。
で、誘電率が3.4と非常に低いことから、信号の高速
伝送化に大変有利であることと、空隙の有無に拘らずS
iに整合した熱膨張係数を有していることが挙げられ
る。また、このような基板内には、実施例1よりも更に
多くの信号層を形成することが可能で、微細配線部の層
数を出来るだけ少なくすることもできる。
配線部を形成した低誘電率ハイブリッド多層セラミック
配線基板は、さらに信号の伝搬遅延時間を約6.5ns
/mまで下げることができ、高速伝送化にますます有利
となる。
ラミック材料の水晶(α−石英)を15重量%、石英ガ
ラスを20重量%、ホウケイ酸系ガラスを65重量%含
むセラミック組成物を用いた場合について述べる。ホウ
ケイ酸系ガラスは実施例1と同一のものを使用してい
る。なお、本組成は特願平01−275972号公報に
記載されている組成の一つである。
の方法で製造される。
性絶縁ペーストの代表的な組成を、表7には光硬化性絶
縁ペーストの特性を各々まとめた。
電率は4.2と低く、かつ熱膨張係数がSiに近いこと
が挙げられる。
に、上記の多層セラミック配線基板に使用した組成と同
一のものを適用し、接続信頼性や接着性、或は基板の反
り抑制を十分保つことが好ましい。
粉末との最適配合比は、第1の実施例と同様である。
ク電流は小さく、かつ高解像性であることは変わらな
い。このようなセラミック材料系を用い、実施例1と同
様のプロセスを経て、低誘電率ハイブリッド多層セラミ
ック配線基板は作製される。
細な多層配線を形成することができ、超高速LSI素子
実装用基板の提供が可能となり、実装の高密度微細配線
化と高速伝送化の向上に大きく寄与できる。
配線基板を示す構造断面図である。
部の導体配線形成プロセスを詳細に説明した図である
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 導体配線形成工程と、絶縁層形成工程と
を有する低誘電率ハイブリッド多層セラミック配線基板
の製造方法であって、導体配線形成工程は、低誘電率を
有する低温焼結性セラミック組成物からなる絶縁層を介
して、複数の導体層が積層されている多層セラミック配
線基板上で、フォトレジストをコーティング後、露光・
現像することでマスクパターンを形成し、さらに選択的
にメッキを施す工程であり、絶縁層形成工程は、上記と
同一のセラミック組成物及び感光性ビヒクルからなる光
硬化性絶縁層ペーストを印刷・乾燥後、マスクを用いて
ビアホールパターンを露光・現像し、さらにビアホール
部分に導体ペーストを埋め込み焼成する工程であり、導
体配線形成工程と絶縁層形成工程とを組み合わせて、微
細な多層配線を形成することを特徴とする低誘電率ハイ
ブリッド多層セラミック配線基板の製造方法。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP3049644A JP2757574B2 (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 低誘電率ハイブリッド多層セラミック配線基板の製造方法 |
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JP3049644A JP2757574B2 (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 低誘電率ハイブリッド多層セラミック配線基板の製造方法 |
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