JPH03151690A - 多層セラミック回路基板 - 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〕 多層セラミック回路基板の構成に関し、　　。

信号の遅延時間を少なくし、また機械的強度の優れた多
層セラミック回路基板を実用化することを目的とし、 信号線（１）をガラスセラミックスよりなる絶縁層（２
）を介してシールド層（３）で上下より挟んだ層構成を
単位層とし、該単位層を単層或いは複数層形成した後、
上下にガラスセラミックスよりなる強化層（４）を配設
してなる多層セラミック回路基板、より詳しくは信号線
（１）とシールド層（３）を含む絶縁層（２）にはガラ
ス成分の多いガラスセラミックスを、また強化層（４）
にはセラミックス成分の多いガラスセラミックスを用い
て構成することを特徴として多層セラミック回路基板を
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は信号の遅延時間を少なくし、また機械的強度の
優れた多層セラミック回路基板の構成に関する。

大量の情報を高速に処理する必要から情報処理装置は小
形大容量化が行われており、装置はＬＳＩやＶＬＳＩな
どの半導体素子を多数搭載して高密度実装が行われてい
る。

こ−で、上記の半導体素子は多数個が印刷配線基板に装
着されているが、集積度が向上しているためＬＳＩチッ
プの発熱量は約４ＷまたＶＬＳＩチップの発熱量は約１
０Ｗにまで増加しており、そのため印刷配線基板は耐熱
性が優れたものが必要であり、この点からアルミナ（Ａ
ｆｚＯａ）などのセラミックスが基板材料として使用さ
れている。

また半導体素子は多数のリード端子を備えていることか
ら、立体配線が必要で、そのために多層回路基板が使用
されている。

〔従来の技術〕

多層セラミック回路基板の必要条件は耐熱性の優れてい
ること＼共に電子回路の導体抵抗が少なく、また信号の
遅延時間が少ないことである。

こ＼で、アルミナセラミックスは耐熱性と熱伝導性に優
れているもの一１焼成温度が１４００℃以上と高いため
に導体線路としてタングステン（Ｗ）のような高融点金
属しか使うことができず、そのために導体抵抗が高く、
信号の伝送には損失が多く適当ではない。

そこで、多層セラミック回路基板の構成材としては導体
線路として銅（Ｃｕ）が使用できるガラスセラミックス
が使用されている。

すなわち、ガラスセラミックスは焼成温度を１０００℃
以下にとることができ、そのため金（Ａｕ）やＣｕのよ
うな導電率の優れた金属材料を使用することができる。

こ−で、代表的なガラスセラミックスは硼珪酸ガラスに
アルミナ粉を添加したものから構成されており、微結晶
の集合体からなるために機械的強度例えば曲げ強さは１
５０〜２００　ＭＰａとガラスに較べて著しく改良され
ているもの−、誘電率は５〜９と硼硅酸ガラスの誘電率
（約４）よりも高いと云う問題がある。

なお、情報処理の高速化により信号の周波数は光にまで
及んでいるが、このように高速な信号を処理する電子回
路が形成されている多層回路基板は電気信号の遅延時間
τができるだけ少なく、また配線間の漏話が少ないこと
が必要であるが、そのためには使用基板の誘電率εが少
ないことが必要である。

τ＝εＩ　／　Ｎ　／　ｃ　　　　　　・・・（１）但
し、Ｃは光の速度 そのため、誘電率の低減が必要であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ガラスセラミックスを基板材料とする多層セラミック回
路基板はガラスセラミックスよりなるグリンシートにＣ
ｕペーストをスクリーン印刷して導体線路を作り、乾燥
後、グリンシートを積層し、加圧して一体した後に焼成
することにより作られている。

然し、このようにして作られた多層セラミック回路基板
は誘電率が高いために信号の遅延時間が太き（、信号の
高速伝播が困難である。

一方、セラミックスの含有量を少な（した多層セラミッ
ク回路基板は誘電率は低く、信号の高速伝播には適して
いるが、機械的強度が弱く壊れ易いことが問題である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は信号層をガラスセラミックスよりなる絶縁
層を介してシールド層で上下より挟んだ層構成を単位層
とし、この単位層を単層或いは複数層形成した後、上下
にガラスセラミックスよりなる強化層を配設してなる多
層セラミック回路基板であって、信号層とシールド層を
含む絶縁層にはガラス成分の多いガラスセラミックスを
、また強化層にはセラミックス成分の多いガラスセラミ
ックスを用いて構成することを特徴として多層セラミッ
ク回路基板を構成することにより解決することができる
。

〔作用〕

本発明は用途によりガラスセラミックスよりなるグリン
シートを使い分けて積層し、一体化して焼成することに
より多層セラミック回路基板を作るものである。

電算機を始めとして情報処理装置は多層セラミック回路
基板が使われている。

第１図は多層セラミック回路基板の基本構造を示すもの
で、信号線１がパターン形成されている信号層を絶縁層
２で挟み、この上下にシールド層３を備えた強化層４を
配した構造を基本構造としている。

そして、これをそのま＼複数層積み重ねるか、或いは信
号層を複数個積み重ね、この上下にシールド層３を配設
した構造を単位構造としている。

第２図は実施例の構造を示すもので、同図（Ａ）は多層
セラミック回路基板の断面図、また同図（Ｂ）は積層前
の構成を示す断面図である。

すなわち、同図（Ｂ）に示すように絶縁層２の上にシー
ルド層３をパターン形成したもの、絶縁層２の上に信号
線ｌをパターン形成したもの、強化層４の上にシールド
層３をパターン形成したものをそれぞれ二組づつ準備し
、これを図に示すように積層し、加圧して一体化した後
に焼成することにより同図（Ａ）に示すような多層セラ
ミック回路基板が形成されている。

本発明は第１図および第２図において、信号線１を挟ん
でシールド層３との間に存在する絶縁層２にはガラス成
分の多いガラスセラミックスを使用し、また強化層４に
はセラミック成分の多いガラスセラミックスを使用する
もので、これにより信号線の周囲は低誘電率ガラスセラ
ミックスからなるために信号の高速伝播が達成でき、ま
た強化層４の存在によって、必要とする機械的強度をも
たせるものである。

なお、本発明に係るガラスセラミックスはマトリックス
材として硼硅酸ガラスを用い、またフィラー材としシリ
カガラス粉末とセラミックス粉末との混合物を使用する
。

こ−で、セラミックス粉末としてはアルミナ（Ａ１２ｏ
ｓ）やムライト（３Ａ２□０．・２Ｓｉｆｔ）などを使
用する。

そして、ガラスセラミックスを構成するマトリックス材
の構成比は２０〜５０重量％の範囲で固定し、一方、フ
ィラーを構成するシーリカガラス粉末とセラミック粉末
との組成比を変えることにより低誘電率ガラスセラミッ
クスからなる絶縁層と機械的強度が優れている強化層を
作るものである。

こ−で、ガラスセラミックスを構成するマトリックス材
すなわち硼硅酸ガラスの量を一定にする理由は接着性を
良くするためで、フィラーの種類と量が多少違っていて
も、これが分散する硼硅酸ガラスの量が同じなため容易
に接合し、剥離を起こすことはない。

以下、本発明の基礎となった試作例について説明する。

下記の材料を用いて各種のグリンシートを作成した。

マトリックス材： 硼硅酸ガラス（略称ＢＧ）　　・・・３０重量部、フィ
ラー材ニ シリカガラス（略称ＳＧ）　　・・・１０〜６０重量部
アルミナ（八Ｉ！、、ｏ、）　　　・・・ｌＯ〜６０〃
但し、合計して７０重量部 バインダ： ポリビニルブチラール（略称ＰＢＶ） ・・・１０重量部 可塑剤ニ ジブチルフタレート（略称ＤＢＦ） ・・・５　〃 溶剤： エチルアルコール　　　　・・・１００以上の材料を次
の７種類に分類して混合し、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が３００　μｍの
グリーンシートを形成した。

絶縁層形成用　３０８Ｇ／６０ＳＧ／１０　Ａ　１ｇｏ
３を６０枚、強化層形成用■３０ＢＧ／ｌ０３Ｇ／６０
　Ａ　ｆｆｉ　２０３を１０枚、強化層形成用■３０Ｂ
Ｇ／２０ＳＧ１５０　Ａ　１　ｚｏｚを１０枚、■３０
８Ｇ／３０ＳＧ／４０　Ａ　Ｎ　ｇｏｓを１０枚、■３
０８Ｇ／４０ＳＧ／３０　Ａ　ｆｆｉ　２０３を１０枚
、■３０８Ｇ１５０ＳＧ／２０　Ａ　ｌ　ｔｏ、を１０
枚、■３０８Ｇ／６０ＳＧ／１０　Ａ　ｆｉ　２０３を
１０枚、これを１００　μｍ角に打ち抜いた後、バイア
ホールを形成し、表面にフリットレスの銅ペーストを印
刷した。

次に、絶縁層形成用のグリーンシートと強化層形成用の
グリーンシート■の組み合わせ、絶縁層形成用のグリー
ンシートと強化層形成用のグリーンシート■の組み合わ
せ、・・・のように６通り組み合わせ材料を用いて第３
図に示すように積層した。

すなわち、中央には３０８Ｇ／６０ＳＧ／１０＾２．０
．からなる絶縁層用グリーンシート５を１００枚積し、
この上下にＮｏ、■の３０ＢＧ／２０ＳＧ１５０＾！２
０．からなる強化層用グリンシート６を５枚づつ積層し
た後、１５０°Ｃで３０ＭＰａの条件でホットプレスし
、積層体を形成した。

他の組み合わせについても同様にして積層体を形成した
。

このようにして形成した６個の積層体を窒素気流中で１
０００℃で５時間に亙って焼成した。

第５図は強化層を構成する＾！２０３の含有量を１０重
量％から６０重量％に変えたことによるガラスセラミッ
クスの曲げ強さと誘電率の関係を示すものであり、誘電
率はＴ　Ｄ　Ｒ（Ｔｉｍｅ　Ｄｏｓ＋ａｉｎ　Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｓｅｔｒｙ）測定機により測定した伝播遅延から
求めた。

この図から判るように、信号線の周囲は同一組成のグリ
ンシートを用いて形成されているために誘電率は４．５
と一定であり、一方、曲げ強さはＡｌｔｏｓの増加に比
例して急速に改善されること１ が判る。

〔実施例〕

実施例Ｉ： マトリックス材： 硼硅酸ガラス（略称ＢＧ）　　・・・３０重量部、フィ
ラー材ニ シリカガラス（略称ＳＧ）　　・・・ＩＯと６０重量部
アルミナ（八〇１ｐｓ）　　　・・・６０と１０重量部
バインダ： ポリビニルブチラール（略称ＰＢＶ） ・・・１０重量部 可塑剤ニ ジブチルフタレート（略称ＤＢＰ） ・・・５　〃 溶剤： エチルアルコール　　　　・・・１００以上の材料を混
合し、ボールミルを用いて混練した後、ドクターブレー
ド法により厚さが３００　μｍのグリーンシートを形成
した。

２ 絶縁層形成用　３０８Ｇ／６０ＳＧ／１０＾１２０．を
１５枚、強化層形成用■３０ＢＧ／ｌ０３Ｇ／６０　Ａ
　ｌ　！ｏｓを５枚、これを１００−角に打ち抜いた後
、バイアホールを形成し、それぞれの表面にフリットレ
スの銅ペーストを印刷して信号線８とシールド層９をパ
ターン形成した後、これを第４図に示すように積層した
。

すなわち、信号線がパターン形成される中央には３０８
Ｇ／６０ＳＧ／１０＾２．０．からなる絶縁層用グリー
ンシート５を３枚積層し、この上下に３０８Ｇ／ｌ０３
Ｇ／６０Ａｊ！！Ｏ，からなる強化層用グリーンシート
６を上下に配する構造を単位層とし、これを５層に亙っ
て積層した後、１５０℃で３０　Ｍ　Ｐａの条件でホッ
トプレスし、積層体を得た。

このようにして形成した６個の積層体を窒素気流中で１
０００°Ｃで５時間に亙って焼成した。

その結果、誘電率は４．５と少なく、また曲げ強さは１
７５　ＭＰａと大きな多層セラミック回路基板を得るこ
とができた。

実施例２： 実施例１においてフィラーを構成するＡ　ｊ２．０゜の
代わりにムライト（３＾１２０．・２　ＳｉＯ□）を用
いた以外は全く同様にして多層セラミック回路基板を作
り、その誘電率と曲げ強さを調べた。

その結果、誘電率は４．３と同じであり、また曲げ強度
は１７０　ＭＰａと大きな多層セラミック回路基板を得
ることができた。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施により信号の高速伝播が
可能で、しかも曲げ強さの大きな多層セラミック回路基
板を得ることができる。

第４図は実施例に用いた多層セラミック回路基板の構成
図、 第５図は本発明に係る多層セラミック回路基板について
アルミナ含有量の影響を示す関係図、である。

図において、 １．８は信号線、　　　２は絶縁層、 ３．９はシールド層、　４は強化層、 ５は絶縁層用グリーンシート、 ６は強化層用グリーンシート、 である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）信号線（１）をガラスセラミックスよりなる絶縁
   層（２）を介してシールド層（３）で上下より挟んだ層
   構成を単位層とし、該単位層を単層或いは複数層形成し
   た後、上下にガラスセラミックスよりなる強化層（４）
   を配設してなることを特徴とする多層セラミック回路基
   板。
2. （２）信号線（１）とシールド層（３）を含む絶縁層（
   ２）にはガラス成分の多いガラスセラミックスを、また
   強化層（４）にはセラミックス成分の多いガラスセラミ
   ックスを用いて構成することを特徴とする請求項１記載
   の多層セラミック回路基板。
3. （３）上記ガラスセラミックスはマトリックス材の中に
   フィラー材が分散して構成され、マトリックス材は硼硅
   酸ガラスより構成され、またフィラー材はシリカガラス
   とセラミックスとの混合体により構成されており、中央
   に設けた信号線（１）を挟み、上下にシールド層（３）
   を配する絶縁層（２）はシリカガラスの混合比率の多い
   フィラー材を用いて構成し、またシールド層（３）間あ
   るいは外側に配設する強化層（４）にはセラミックスの
   混合比率の多いフィラー材を用いて構成することを特徴
   とする請求項１記載の多層セラミック回路基板。