JPH02238642A - セラミック回路基板の製造方法 - 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】 〔概要〕 半導体チップを搭載するセラミック回路基板の製造方法
に関し、 高周波特性と放熱性に優れた回路基板を実用化すること
を目的とし、 アルミナ粉末と硼硅酸ガラス粉末とを主構成材とし、ガ
ラス・セラミソクス複合材料よりなるグリーンシートを
形成する工程と、該グリーンシートを所定の大きさに切
断した後、ビア用ホールと半導体チップ搭載用の穴を打
ち抜く工程と、切断した個々のグリーンシートに銅ペー
ストを印刷して導体回路を作り、該複数のグリーンシー
トを位置合わせし積層する工程と、該積層体を該グリー
ンシートと同形で半導体チップ搭載用の穴を備えない窒
化アルミニウム基板上に置き、重しを載せて不活性ガス
雰囲気中で焼成して一体化する工程とを含んでセラミッ
ク回路基板の製造方法を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体チップを搭載するセラミノク回路基板の
製造方法に関する。

大量の情報を高速に処理する必要から情報処理技術の進
歩は著しく光通信が広く行われるようになった。

こ一で、光通信の特徴は多重化と共に高速伝送が可能な
ことであり、この特徴を活かすためにＬＳＩ，ＶＬＳＴ
などの半導体チップが信号の高速化に通ずるように構成
されていることは勿論、この半導体チップを搭載する回
路基板も信号の減衰が少なく且つ低損失なことが必要で
ある。

すなわち、多層セラミックよりなる回路基板は低損失で
、熱伝導性が良く、また導体回路は導体抵抗の少ない金
属材料を用いて形成されていることが必要である。

〔従来の技術〕

従来の多層セラミック回路基板の基板材料としてはアル
ミナ（Ａｊ２ｚＯ３）が使われ、また導体回路第３図は
従来のセラミソク回路基板１の構造を示すもので、アル
ミナを構成分とするグリーンシートにバイヤホール形成
用の穴を打ち抜いた後、Ｗペーストをスクリーン印刷し
て導体線路とビアを形成し、か＼るグリーンシートを積
層した後、約１６００゜Ｃの温度で焼成して一体化した
ものである。

こ一で、アルミナ基板２の上にはＷからなる導体回路３
がパターン形成されており、各層の導体回路３はバイア
４により回路接続されている。

また、半導体チップ５は最上層のアルミナ基板２の上に
共晶ボンディング或いは接着剤などにより装着されてお
り、半導体チンプ５の周辺に設けてある電極端子とアル
ミナ基板上に設けられているボンディング・パッド６と
は金（Ａｕ）線かアルミニウム（　１）線を用いてワイ
ヤボンディングされている。

このように、半導体チップ５ばセラミソク回路基板」一
に搭載され、基板上に設けられているボンディング・バ
ッド６と回路接続が行われており、チップ面が回路基板
面より高い位置にあるためにとしではタングステン（Ｗ
）などが使用されている。

この理由はアルミナの融点は２０１５゜Ｃと高いために
焼結温度として１６００゜Ｃ程度が必要であり、そのた
め導体線路を印刷したグリーンシートを積層して焼成す
る場合に導体線路の構成材料としてＷのように高融点（
３３８７゜Ｃ）の金属しか使用できないからである。

然し、多層セラミンク回路基板を構成する単位基板の厚
さは数１０〜数１００μｍと薄く、また導体線路は数μ
ｍ〜数１０μｍ幅の微細パターンが接近して設けられて
いるために、基板の誘電率が大きいと伝送損失が増し、
また信号の伝播遅延も大きくなる。

すなわち、アルミナは誘電率が８〜１０と大きいために
信号の漏洩（Ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）が生じ易く、また
信号の遅延時間（τ）も大きくなる。

また、Ｗの導体抵抗は１０ｍΩ／口と大きく、そのため
に電力の１員失が大きく、基板の発熱が大きくなる。

ポンディング距離が長いことも伝送損失が増加する原因
となっていた。

（発明が解決しようとする課題〕 以上記したように光通信において半導体チップを搭載す
るセラミンク回路基板は信号の伝播遅延が少なく、伝送
損失が少なく、放熱性が良く、また導体線路は低抵抗な
ことが必要である。

然し、基板材料としてアルミナを、また導体線路をＷか
ら構成する従来のセラミック回路基板はこれらの必要条
件を満たしていないことが解決を要する問題である。

〔課匙を解決するだめの手段〕

上記の課題はアルミナ粉末と硼硅酸ガラス粉末とを主構
成材とし、ガラス・セラミンクス複合材料よりなるグリ
ーンシートを形成する工程と、このグリーンシー１・を
所定の大きさに切断した後、ビア用ホールと半導体チッ
プ搭載用の穴を打ち抜く工程と、切断した個々のグリー
ンシートに銅べ一ストを印刷して導体線路を作り、この
複数のグリーンシートを位置合わせし積層する工程と、
が＼る積層体をグリーンシートと同形で半導体チップ搭
載用の穴を備えない窒化アルミニウム基板上に置き、重
しを載せて不活性ガス雰囲気中で焼成して一体化する工
程とを含んでセラミンク回路基板の製造方法を構成する
ことにより解決することができる。

〔作用］ 本発明はアルミナの代わりにガラス　セラミックス複合
材料を用い、導体線路はＷの代わりに銅（Ｃｕ）を用い
て形成し、また半導体チンブを搭載する基板部分は凹部
とし、半導体チップは窒化アルミニウム（　ＡｊＨＪ　
）基板上に装着するようにしたものである。

発明者等は伝送損失が少なく、高周波特性の優れたセラ
ミック回路基板を実用化するには、■　セラミック基板
の誘電率が少ないこと、■　導体回路の構成材としてＣ
ｕを用いること、基板の上に直接に装着するようにした
。

すなわち、ＡＩ！．Ｎの熱伝導率は２６０凶／『Ｋ（理
論値３２０　Ｗ／ｍＭ）とａ−ＡＩ２ｚ０３の熱伝導率
が２０　Ｗ／ｍＫであるのに較べて格段に優れている。

また、■のワイヤボンディング距離を短縮する方法とし
て、ガラス・セラミンク基板に半導体チップが遊嵌する
に必要な穴をもうけ、ＡＰ．Ｎ基板上に装着した半導体
チンプの高さをガラス・セラミソク基板面と略等しくし
た。

第１図は本発明に係るセラミック回路基板の斜視図、ま
た第２図は断面図を示している。

すなわち、硼硅酸ガラスとアルミナの複合材料を誘電体
とし、Ｃｕを導体線路とし、中央部に半導体チンプの搭
載用穴７があるガラス・セラミノクグリーンシー１・８
を積層し、これをＡＰ．Ｎ基板９に融着させるものであ
る。

なお、積層したガラス　セラミノクグリーンシー１・８
をＡＩＮ基板９に融着さゼるにはＣｕの酸化を防ぐため
に不活性雰囲気中で行う必要があり、またグリーンシー
トのガラスをハインダとして融■　基板の放熱性が優れ
ていること、 ■　ワイヤボンディングする距離が少ないこと、などが
必要と考えた。

こ＼で、■に適した材料として硼硅酸ガラスとＡｊ２２
０．とからなる複合誘電体を選んだ。

その理由は、硼硅酸ガラスの誘電率は組成比により異な
るもの−４．１〜４．８　とアルミナに較べれば遥かに
少ない、然し、このま〈では融点が低くスクリーン印刷
法でパターン形成した導体線路の焼成ができない。

また、硼硅酸ガラスだけでは機械的強度も劣っている。

そこで、軟化温度を上げ、また機械的強度を上げるため
にアルミナとの複合誘電体とした。

これにより、複合誘電率は約５．６と少し増加するが、
軟化温度は１０００“Ｃ以上となり、導体抵抗が１，５
ｍΩ／口と少ないＣｕを導体線路の構成材として使用す
ることが可能となる。

次に、■の半導体チップの放熱性を高める方法として半
導体チップを窒化アルミニウム（ＡＩ！．Ｎ）着を行わ
せるために、適量の重しを置いて焼成する必要がある。

〔実施例〕

実施例１： アルミナ粉末（粒径１μｍ）　　・・・５０重量部硼硅
酸ガラス（粒径１μｍ）　　・・・５０ポリメチルメタ
アクリレート（ハインダ）・・・７０重量部 ジブチルフタレート（可塑剤）　・・・３０アセトン（
溶剤）　　　　　　　・・・１１０〃メチルエチルケト
ン（溶剤）　　　・・・５３０〃を加え、ボールミルを
用いて２４時間に亙って混練し、このスラリーを用い、
ドクタブレード法で厚さが０．３　μｍのグリーンシー
トを形成した。

次に、 Ｃｕ粉末（粒径１μｍ）　　　　　・・１００重量部ポ
リメチルメタアクリレート（ハインダ）・・３　重量部 チタン（Ｔｉ）カンプリング剤　　・・１テルピネオー
ル（　ｉ容？Ｉ　）　　　　　・・・１０ノｌメヂルエ
チルケトン（溶剤）　　　・・・１００〃をボールミリ
ングし、引き続いて三本ロールミルを用いて混練してＣ
ｕペーストを作った。

次に作成したグリーンシートを金型を用いて１５０ｍ＋
ｎ角に切断し、ビア用ホールと半導体チップ搭載用の穴
を打ち抜いた。

このグリーンシートにＣｕペーストを用いてバクーン形
成してパイアホールを埋めた後に乾燥し、位置合わせし
て四層からなる積層体を作った。

この積層体をＡＮＮ基板の上に置き、窒素（Ｎ２）雰囲
気中で８５０゜Ｃでハインダ抜きを行った後に、１５０
ｍ＋ｎ角で重量が１００　ｇの窒化硼素（ＢＮ）基板を
重しとして積層体の上に置いた状態で、１０５０゜Ｃで
４時間焼成した。

その結果、ガラス・セラミック基板とＡＩＮ基板との接
着強度は５Ｋｇ／ｍｍ２であり、またガラス・セラミッ
ク基板内の焼成収縮率の変動は±０．５％であった。

比較例３： 実施例１と同様にしてグリーンシートからなる四層の積
層体を形成した後、この積層体をＡｊＨ１基板の上に置
き、大きさが１５０　ｍｍ角で重さが５０ｇのＢＮ基板
を重しとし、Ｎ２雰囲気中で８５０゜Ｃでハインダ抜き
をした後、１０５０゜Ｃで焼成を行った。

第１表 その結果、ガラス・セラミック基板とＡｉ基板との接着
強度はＩＫｇ／ｍｍ２と小さく、ガラス比較例１： 実施例１と同様にしてグリーンシートからなる四層の積
層体を形成した後、この積層体をＡｊ２Ｎ基板の上に置
き、重しを載せずにＮ２雰囲気中で８５０゜Ｃでバイン
ダ抜きをした後、そのま−１０５０゜Ｃで焼成を行った
。

その結果、ガラス・セラミンク基板とＡｌｌ基板との接
着強度は０．　５　Ｋｇ／　ｍｍ２と低く、またガラス
・セラミック基板にうねりを生した。

比較例２ 実施例１と同様にしてグリーンシートからなる四層の積
層体を形成した後、この積層体をＡｎ基板の上に置き、
大きさが１５０ｍｍ角で重さが１５０ｇのＢＮ基板を重
しとし、Ｎ２雰囲気中で８５０゜Ｃでハインダ抜きをし
た後、そのま＼１０５０゜Ｃで焼成を行った。

その結果、ガラス・セラミック基板と八ρＮ基板との接
着強度は８Ｋｇ／ｍｍ２と大きいが、ガラス・セラミッ
ク基板内の収縮率の変動は±１．０％と大きく、基板が
変形して不良品となった。

セラミンク基板に反りが生じ、また接着強度の変動が大
きく不良品となった。

なお、第１表は実施例１で作ったガラス・セラミック回
路基板の高周波特性を示すものである。

次に、信号の伝播遅延時間について、本発明にか一るガ
ラス・セラミック回路基板と従来のセラミック回路基板
と比較すると、後者がｌＩｎｓ／ｍであるのに対し７．
５ｎｓ／ｍであり、大幅の改良が認められる。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明によれば熱放散性が優れ、また
高周波特性が優れたセラミック回路基板を実用化するこ
とができ、これにより低損失の高速伝送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミック回路基板の斜視回、 第２図は本発明に係るセラミンク回路基板の断面図、 第３図は従来のセラミノク回路基板の構成を示す断面図
、 である。 図において、 １はセラミック回路基板、 ２はアルミナ基板、　　　　３ば導体回路、５は半導体
チップ、 ７は半導体チップ搭載用穴、 ８はガラス・セラミンタグリーンシート、９はｉＮ基板
、 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アルミナ粉末と硼硅酸ガラス粉末とを主構成材とし、ガ
   ラス・セラミックス複合材料よりなるグリーンシートを
   形成する工程と、 該グリーンシートを所定の大きさに切断した後、ビア用
   ホールと半導体チップ搭載用の穴を打ち抜く工程と、 切断した個々のグリーンシートに銅ペーストを印刷して
   導体回路を作り、該複数のグリーンシートを位置合わせ
   して積層する工程と、 該積層体を該グリーンシートと同形で半導体チップ搭載
   用の穴を備えない窒化アルミニウム基板上に置き、重し
   を載せて不活性ガス雰囲気中で焼成して一体化する工程
   と、 を含むことを特徴とするセラミック回路基板の製造方法
   。