JPH024153B2 - - Google Patents

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JPH024153B2
JPH024153B2 JP60101693A JP10169385A JPH024153B2 JP H024153 B2 JPH024153 B2 JP H024153B2 JP 60101693 A JP60101693 A JP 60101693A JP 10169385 A JP10169385 A JP 10169385A JP H024153 B2 JPH024153 B2 JP H024153B2
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green sheet
green
forming
light
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International Business Machines Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基板上に電気相互接続パターンを形
成する方法、さらに詳しくいえば導電性ペースト
を詰めて焼結すると、電気相互接続パターンをイ
ンレーしたセラミツク・パツケージができる、未
焼成セラミツク基板にトレンチないし埋込みパタ
ーンを形成する方法に関するものである。
〔開示の概要〕
セラミツク・グリーン・シートにトレンチ・パ
ターンを形成する方法を開示する。このトレン
チ・パターンには後刻導電ペーストが充填され埋
め込み導電パターンが形成される。まずグリー
ン・シートにつき所望導電パターンを濃淡インク
で描く。グリーン・シートに直接画像を印刷して
もよく、可撓性基体たとえば紙に最初に印刷を行
つて、そののちゼログラフイでグリーン・シート
に転写を行つてもよい。つぎに強度の非コヒーレ
ント光源を用いてグリーン・シートを照射し、イ
ンク領域が高度に光エネルギを吸収するようにす
る。これによりグリーン・シートの接着剤が揮発
して、画像に合つたトレンチ・パターンがそこに
形成される。
〔従来技術〕
多層セラミツク（MLC）基板パツケージの利
点はよく知られている。MLCは、典型的な場合、
モリブデンをメタライズしたアルミナ17〜32層か
ら構成され、合計厚さが４〜５mmであるが、典型
的な場合100個以上の半導体集積回路チツプを収
容することができる。MLC基板はいくつかの信
号層を具備し、これによりチツプ間およびチツプ
内接続が達成され、かつ導電体が外部接続用入出
力に案内される。また適正な電気的性能特性を得
るための層が設けられる。MLCは、先行技術の
パツケージに比べて回路密度、信頼性および性能
が改良されており、VLSIおよびULSI半導体技術
で実現された利点を補足するものである。
MLC基板の基本的製造方法は、(1)酸化アルミ
ニウム、ガラス粉末、有機接着材、可塑剤などの
原材料を組み合せてスラリーを調製すること、(2)
スラリーを流込み形成して均一な厚さ（典型的な
場合0.2mm）の未焼成のグリーン・セラミツク・
シート・テープにし、続いて形成テープを切断し
て正方形の半加工品を作ること、(3)まずシート精
密位置決め用の貫通ホールをシートの４隅に穿孔
し、次に典型的な場合、樹脂中に均一に分散させ
たモリブデン粉末と溶媒混合物からなる導体ペー
ストを使つて、シートを所期の相互接続パターン
に応じてメタライズして、パーソナリゼーシヨン
を行なうこと、(4)まず４隅の位置決め穴を使つて
層間の正確な位置合せをすることにより、パーソ
ナライズされたグリーン・シートの所期の組み合
せを積み重ね、次に層を張り合せて、熱（約75
℃）と圧力（約25MPaまで）を加えて融着させ
てモノリシツク・ユニツトにして、スタツキング
と積層を行なうこと、および(5)支持板上の積層基
板を炉で還元性雰囲気中で1250〜1500℃の高温で
焼結させて有機物質を揮発させ、しつかりと結合
された金属相互結合パターンを備えた、高密度の
耐損傷性のMLC基板を形成することからなる。
最も広く使用されるセラミツク・グリーン・シ
ート・メタライゼーシヨン法は、導電性ペースト
でセラミツク・グリーン・シートをスクリーニン
グすることからなる。米国特許第4109377号に開
示されている方法では、所期の開口パターンを備
えた金属マスク（たとえばステンシル）をグリー
ン・シートのすぐ近くに置き、または直接に接触
させ、通常のドクター・ブレード法でマスクの開
放スペースから導電性ペーストを押し出して、グ
リーン・シート表面から突き出した導体パターン
を形成する。この方法の基本的欠点は、セラミツ
ク・シートを積み重ねるとき、各シートから導体
パターンが突き出しているため、MLC基板に表
面のふくらみができることである。張り合せてふ
くらみを平坦にすると、パターンが広がり歪ん
で、線幅と線の断面積、線間隔、積層できるシー
ト数などが制限される。線の断面積が減るに従つ
て抵抗率が増大するため、線幅と断面積に対する
制限は、線抵抗に対する制限となる。そのため信
号伝播速度が減少する。スクリーニング法の第２
の欠点は、自己支持性ステンシルを使つて導体パ
ターンが形成されるため、導体ペーストを押し出
すのに必要なステンシルの剛性を破壊することな
く、その中にどれだけ接近した開口を形成できる
かについて限界がある。それに付随して、開口が
細かいほどその清掃が難しいため、使用の度にス
テンシルを清掃する問題がある。これらの制限の
ため、寸法は25μmのオーダー、抵抗率は0.5chm
―cmのオーダーになつている。
上記の導体スクリーン法の制限を克服するた
め、まずグリーン・シートの表面部分に溝ないし
トレンチ・パターンを形成して、次にそこに導電
体ペーストを詰める第２の方法が使われてきた。
このやり方では、導電体パターンはグリーン・シ
ート中に完全に隠れまたは埋め込まれ、表面の突
起はなくなる。
溝ないしトレンチ・パターンを形成する１つの
方法は、グリーン・シート中に埋め込むべき所期
のパターンをまず表面上のポジ浮出しパターンと
して形成し（すなわち、マスター・ツール上にパ
ターンを突起として形成し）、次にポジ・イメー
ジをグリーン・シート材料中に刻印しまた押し込
んで、後に埋込みパターンが残るという、インタ
リオ（陰刻）印刷の一変形の方法によるものであ
る。しかし、グリーン・シートは浮出し法に従う
ほど軟かく可撓性ではなく、実際に焼結段階でグ
リーン・シートの収縮を抑制するために入れられ
た固形物質を大量に含んでいるため、パターンを
機械的にグリーン・シートに押し込むのは実用的
でない。
グリーン・シート中に埋込みパターンを形成す
るもう１つの方法が、米国特許第3770529号に開
示されているが、これはグリーン・シートのすぐ
近くに配列された予定パターンの穴があいた反射
性マスクを通して、グリーン・パターンをレーザ
ー光線に当て、それによつてグリーン・シート材
料を熱で加工するものである。この方法はずつと
細い線が画定でき、隣接する線の間隔をずつと狭
くすることができるものの高価でしかも慎重な制
御を必要とする、高出力のレーザー・システムが
必要である。
溝またはトレンチ・パターンをグリーン・シー
トに形成するはるかに印象的な方法は、米国特許
第3956052号に開示されている、非接触式電子ビ
ーム法によるものである。この方法では薄い有機
マスク材料を用いてグリーン・シートを積層し、
高エネルギー電子ビームを使つて、有機材料を通
つて選択的にグリーン・シート中に伸びる予定パ
ターンの開口を画定する。電子ビーム法はグリー
ン・シート中によく画定された凹んだパターンを
もたらし、次にそこに電導体ペーストを詰めて信
頼性の高いMLCパツケージを得ることができる
が、電子ビーム式パターン生成装置を使用する必
要がある。このようなパターン生成装置は、高真
空ツーリング、精巧な電子ビーム光学系およびカ
スタム・ソフトウエアが必要であり、そのためこ
の方法は極めて高くつく。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、先行技術の利点を保ちながらその欠
点を除去するものである。
グリーン・シート上に導電性ペーストの埋め込
みパターンを形成する簡単な方法を提供すること
が、本発明の主目的である。
本発明の第２の目的は、複数のグリーン・シー
トを積み重ね、張り合せ、焼結すると、表面のふ
くらみのないパツケージができるような、セラミ
ツク・グリーン・シート上に埋込まれた導電性ペ
ーストの相互接続パターンを形成することであ
る。
本発明の第３の目的は、グリーン・シート上
に、相互接続密度の高い多層セラミツク・パツケ
ージの製造に特に適した改良された線画定と品質
をもつ、完全に埋込まれた導電性相互接続パター
ンを提供することである。
本発明の第４の目的は、剛性で自己支持性のマ
スクが必要でない、セラミツク・グリーン・シー
ト上に導電性ペーストの埋め込みパターンを形成
する方法を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的およびその他の関連する目的および
利点は、本明細書で関示する新奇な方法の使用に
よつて達成できる。本発明の一つの良好な実施例
では、まず紙基板に所期の導電体パターンの白黒
ポジ・イメージを形成する。次にゼログラフイー
によつてイメージをグリーン・シートに転写す
る。こうして得られるパターンの白黒コピーは、
黒色領域がパターンの導電性部分に対応するもの
であるが、これに強い可視光または紫外光を当
て、黒色領域に光を吸収させてその部分のグリー
ン・シートを揮発させ、そこにトレンチ・パター
ンを形成する。トレンチにドクターブレード法な
ど通常の方法で導電性ペーストを塗布して、完全
にグリーン・シート中に埋込まれた導電性ペース
トのパターンを形成する。
本発明のもう一つの実施例では、ゼログラフイ
ーではなくて直接プリントによつて、グリーン・
シート上に導電体パターンの白黒（または一般に
高コントラストの）イメージを形成する。直接プ
リント法の一例では、所期のパターンをもつ高解
像力の非剛性ステンシルをグリーン・シートと接
触させ、カーボン・インキなど放射線吸収性の強
いインキを塗布してステンシル・パターンをグリ
ーン・シートに転写する。
〔実施例〕
ここで図面に示されている工程段階を参照する
と、この方法は空白のセラミツク・グリーン・シ
ート部材１０から始まる。典型的な場合、グリー
ン・シート部材１０は厚さ約200μmで機械的強度
が大きく、しかし充分に柔軟なものである。
グリーン・シートの基本成分は典型的な場合、
酸化アルミニウムとガラス粉末に有機接着材と可
塑剤を加えたものである。部材１０のこれらの基
本成分は、充分な可撓性と安定性を与えるだけで
なく、グリーン・シートに熱伝導性（典型的な場
合、熱伝導率は約0.02Wcm／℃）およびある程度
の光学反射性を与える。本発明ではこの両方の特
性をうまく利用している。
工程の第１段階では、最終的に希望する導電体
パターンの高コストラスト・イメージを、グリー
ン・シート部材１０の表面に形成する。この段階
は、いくつかの方法で実施できる。一つの方法
は、紙などの可撓性マスター基板上に最終的に希
望する導電体パターンの黒白（または明暗）線図
を形成するものである。線図の黒／暗色領域は、
パターンの導電性パターンに対応し、明／白色領
域は導電性パターンのないグリーン・シートの残
りの部分に対応する。次に、段階１で示されてい
るようにゼログラフイーによつてマスター上の白
黒パターンをグリーン・シート部材１０に転写
し、部材１０上にポジ・パターン１１を作る。こ
のゼログラフイーによるパターンの転写は、
IBM複写装置シリーズモデル４０など市販の
乾式複写装置を使つてうまく実施できる。このゼ
ログラフイー法では、カーボンをベースとするト
ナーを使つて、明色のグリーン・シート上部材上
に高コントラストの暗色カーーボン・パターンを
得る。カーボンが好ましいのは、グラフイツク・
カーボンまたは熱分解カーボンは、暗色領域に高
レベルで充てんできる微粒子のものが市販されて
おり、また後述のように本発明の実施可能性にと
つての必要な基準となる特性である紫外光および
可視光の吸収力の熱伝導率が高いためである。ゼ
ログラフイーによつてマスター・パターンをグリ
ーン・シート部材に転写することは、マスターを
何度も繰返し利用して多数のグリーン・シート部
材上にパターンを複製できるため、大量生産では
特に好ましい。ゼログラフイー法のもう一つの利
点は、紙幅が10μmの細さであり、また紙間隔が
12.5μmの狭さである高解像力イメージ・パター
ンの転写が可能なためである。
段階１を実施するためのもう一つの方法は、所
期の導電体パターンに対応する開口パターンをも
つステンシルを形成し、このステンシルをグリー
ン・シート部材１０のすぐ近くに置きまたは直接
接触させ、カーボンをベースとするトナーをその
開放領域に塗布するものである。
段階１を実施するための第３の方法は、電子ビ
ームを使つて導電体パターンのイメージをもつ光
学マスクを形成するものであるが、これは解像力
の極めて高い導電体パターンが望ましい場合に特
に有利である。次に、通常のフオトリソブラフイ
ー法によつて、フオトレジストなど薄い感光性フ
イルムを備えたマスター・プレートにこの光学パ
ターンを転写する。現像すると、導電体パターン
と厳密に対応するフオトレジスト・パターンが形
成される。このフオトレジスト・パターンを適当
なインキを使つて直接接触プリントして、最終的
にグリーン・シートに移す。
段階１を実施するための第４の方法は、通常の
印刷で導電体パターン・イメージをもつマスタ
ー・リソグラフイー・プレートを形成するもの
で、解像力が比較的低い（例えば、75〜100μm
の）導線を形成するのに適している。
上記のどの方法を使つて段階１を実施しよう
と、表面に高コストラストのポジ・インキ・パタ
ーン１１を備えたグリーン・シート部材１０がも
たらされる。
高コストラストのインキ・パターンを形成した
後、段階２でグリーン・シート部材１０を高光度
光源１２に当てて、グリーン・シート全体を均一
に照射すると、シートのインキのついた領域１１
は、その光吸収能力が大きいために光エネルギー
を容易に吸収し、グリーン・シートの残りの領域
は、光エネルギーを少ししか吸収しない。この段
階で使用する光の波長と強度は、吸収特性、イン
キ・パターン１１の厚さ、および照射時間によつ
て決まる。この照射段階で使用する光の波長は、
一般にインキ材料の吸収スペクトルとできるだけ
一致させるべきである。例えばカーボンをベース
とするインキの場合、電磁スペクトルの可視光部
分または紫外光部分に対応する波長が適している
ことになる。光の強度については、一般にイン
キ・パターンが厚いほど必要な光の強度も大きく
なる。しかし、グリーン・シート部材１０の照射
時間を長くすると、グリーン・シート部材全体が
暖まつて、光エネルギーがそのインキのついた領
域のみから局部的に伝達され、段階２で実施しよ
うとする領域で局部的に温度上昇が起るのを妨げ
ることになるので、照射時間は相殺効果をもつ問
題である。つまり、光源の強度とその活性化時間
は、インキのついた領域がつかない領域よりもず
つと速い速度で加熱されると、グリーン・シート
およびその上のインキの光学特性と厚さ特性に付
随する問題によつて規定される。このグリーン・
シート部材１０の局部的選択的加熱を実施するた
めの好ましい方法は、強度の大きな光で長時間一
回照射するか、または強度の小さな光で短時間ず
つ何回も照射するかである。
光源１２の一例は、水銀アーク光源である。水
銀アーク光源は、250〜436nmの紫外波長領域で
の固有輝度が大きいため、特に適している。光源
１２のもう一つの例は、静電容量の大きなコンデ
ンサを充電し、続いてキヤノンなどの気体導電体
中で突然放電して、短時間に高輝度の閃光が得ら
れる。気体放電光源である。光パルスの継続時間
は、数ミリ秒ないし十分の数秒のオーダーとすべ
きである。別法として高光度連続光源を使い、光
源にとグリーン・シート部材１０の間に高速度開
閉シヤツターを用いて継続させることもできる。
最良の結果を与える光源１２を選択するための
実用的な方法は、グリーン・シート材料とインキ
材料について独立に吸光曲線を求め、吸収の点で
インキ材料と最も適合し、グリーン・シート材料
と最も適合しない波長を決定するものである。次
に、その強度ピークが、決定された波長にある光
源を選択する。
段階２にもとづいてインキ・パターン１１が吸
収した光エネルギーは、瞬間的に熱に変換され
る。次にこの熱は、インキ材料の熱伝導率が大き
いため直ちにパターン１１の真下のグリーン・シ
ート領域に伝わり、それらの領域の温度が急激に
大きく上昇することになる。熱を吸収するイン
キ・パターン１１は、熱容量が小さいためまず揮
発し、続いて、その下のグリーン・シート接着材
が揮発する。この揮発の結果、その中のグリー
ン・シートが爆発的に蒸発して、段階３でトレン
チないし埋込みパターン１３が残る。このインキ
とグリーン・シート材料の揮発はクリーンであ
り、こうしてできるトレンチ・パターンは均一で
ほぼ垂直な壁面とほぼ水平な底面をもつものとな
る。
こうして、非コヒーレントな可視光を使つた熱
加工によつて、グリーン・シート部材中に埋込み
パターンないしトレンチ・パターンが形成され
る。
トレンチ・パターンを形成した後、通常のグリ
ーン・シート・メタライゼーシヨン法を用いて単
層または多層セラミツク基板パツケージの製造を
完了する。段階４に示すように、押出しヘツド、
転造、ワイピング、ドクター・ブレード法などに
よつて埋込みチヤネルに導電性金属ペースト１５
を塗布する。導電性ペーストに限る必要はなく、
液状や粉末状の導電性材料を使つて溝に詰めるこ
ともできる。
段階４では、メタライゼーシヨン中にグリー
ン・シート部材１０に高圧がかかるため、段階３
で示されている表面の盛り上つた壁１４はつぶれ
る。つぶれたくずは溝の中に落ち、導電性ペース
ト材料と混ざつて、最終的には焼結段階で消え
る。つまり、メタライゼーシヨン後のグリーン・
シート部材１０は、平面状である。
段階５では、メタライズしたグリーン・シート
部材１０を、完全に埋込まれた導電体ペースト充
てん物２１，２２をもつ同様にメタライズした１
個または複数個のグリーン・シート部材と積み重
ね張り合せて、全体を焼結し統一体とする。
すなわち、導電性ペーストを詰めるとグリー
ン・シート中に完全にインレーないし埋込まれた
導電性パターンをもたらす溝をセラミツク・グリ
ーン・シート中に形成するための簡単で経済的な
方法が実現された。ペーストはグリーン・シート
中に完全に埋め込まれるので、先行技術の方法の
特徴である導電性ペーストの散布やにじみの問題
が解消される。この方法は、解像力の大きい高密
度の線を形成することができ、その制限条件は、
グリーン・シート上にインキ・パターンを印刷す
ることに関する制限だけである。この方法では、
導電性ペーストを完全に埋込むことによつて、ペ
ースト塊が押しつけられ小さな塊に分れるという
先行技術の問題が解消さるため、積み重ねたグリ
ーン・シートの全体寸法の乱れが最小限になる。
閃光は可視光または紫外光を使つてグリーン・
シートの暗色領域を揮発させることに関して本発
明を説明してきたが、純可視光も適している。
グリーン・シート部材にチヤネルないしトレン
チを形成することに関してこの方法を説明してき
たが、この方法はグリーン・シート充てん物中に
バイアを形成するのみにも使え、ある層の導体パ
ターンをそれに隣層する（上下の）層のそれと接
続する、導電性ペーストのレベル間バイア・スタ
ツドを形成することができる。
また、セラミツク・グリーン・シート材料に凹
部を形成することに関して本発明を記述したが有
機物質をベースとする基板、例えばポリイミドを
ベースとする基板に凹部またはバイアを形成する
ことにも拡張できる。
〔発明の効果〕
この発明によれば簡易にセラミツク・グリー
ン・シートにトレンチ・パターンを形成すること
ができ、MLC基板に最適な導電パターンを形成
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明を基本的工程段階
に沿つて示す図である。 １０……グリーン・シート部材、１１……ポ
ジ・インキ・パターン、１２……光源、１３……
埋込みパターン、１５……導電性金属ペースト。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 多層セラミツク基板パツケージに用いる未焼
    成セラミツク基板に光エネルギ吸収性インクのパ
    ターンを形成したのち、この未焼成セラミツク基
    板に非コヒーレント光を照射し、上記パターンの
    領域の加熱によりこの領域の未焼成セラミツク基
    板の接着剤を揮発させて上記パターンに沿つてト
    レンチを形成することを特徴とする多層セラミツ
    ク基板パツケージ用の未焼成セラミツク基板のト
    レンチ・パターン形成方法。
JP60101693A 1984-10-19 1985-05-15 多層セラミック基板パッケージ用未焼成セラミック基板のトレンチ・パターン形成方法 Granted JPS6197991A (ja)

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