JPH04167595A - 多層セラミック配線基板 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、超高速ＶＬＳＩ素子の実装に用いる多層セラ
ミック配線基板に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子は、ガラスエポキシ
等のプリント回路基板あるい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。アルミナ基板は１５００℃以上の高温で焼結しな
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等の高融点金属しか利
用できない。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。そこで、開発されたのが低温焼結多層セラミッ
ク基板で、１０００℃以下で焼結する絶縁材料を用いて
いるため、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、また、グリー
ンシート多層化法を使うことができ、非常に高密度微細
配線化に有利である。

ところで、高速伝送化に対しては、パルス信号の伝播遅
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不可欠となる。プリント基板には
幾つか低誘電率なものがあるが、スルーホールメツキ性
・加工性・多層化接着・高温での熱変形が大きい等の問
題があり、高密度実装基板としては未だ実用化には至っ
ていない。一方、低温焼結多層セラミック基板において
は、石英ガラスとホウケイ酸系ガラスとの組合せで、組
成や粒度、焼成条件を最適化することによリ、１０００
℃以下での焼成が可能で、かつ低誘電率３．９を実現す
ることができる。また、閉空隙を利用することによりさ
らに低誘電率化も可能となり、石英ガラスとホウケイ酸
系ガラスとの複合焼結体に約１０％閉空隙を導入すると
誘電率は３．６にまで達する。したがって、パルス信号
の伝播遅延時間は６．５ｎｓ／ｍとアルミナに比べ約４
０％以上も短縮され、樹脂並の高速化を達成できる。ま
た、閉空隙であるため吸水や絶縁不良も起こらず、環境
試験も良好な結果を得ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、材料の抗折強度も重要な基板特性の一つであり、
プロセス上ある程度の強さが必要となる。

従来セラミック基板として用いられているアルミナは３
０００ｋｇ／Ｃｌ１ｔ以上の抗折強度を有し、これは実
用上全く問題ない。また、低温焼結基板でもアルミナと
ホウケイ酸鉛系ガラスとの複合系ではアルミナと同等の
強度を有するために問題なく用いられている。しかし、
上記低誘電率セラミック材料は材料固有の抗折強度が１
０００ｋｇ／ａｎ！と低く、さらに空隙の導入により強
度は指数関数的に急激に低下しく空隙率＝約１０％で、
強度＝８００ｋｇ／Ｃ１１）、焼成後の基板の端が欠け
たり、スルーホール部の剥がれが生じたり、入出力ビン
の強度が弱い等幾つかの障壁が発生する。

本発明の目的は、このような従来の低誘電率セラミック
材料の課題を解決することにより、低い誘電率を有し、
１０００℃以下の低温で焼成でき、かつ高強度・高靭生
を有した高密度化が可能な多層セラミック基板を提供す
ることにある。さらに、低比抵抗導体材料を施すことに
より、パルス信号の高速伝送化に極めて有利な高密度微
細配線基板を提供することもできる。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の多層セラミック配線
基板においては、配線基板のセラミック構造体中に、ア
ルミナシリケート質のウィスカーもしくは短繊維を有す
るものである。

［作用］ セラミック構造体中に、アルミナシリケート質のウィス
カーもしくは短繊維を添加すると、抗折強度がその添加
量に比例して増大するが、特性上の変化は殆ど生じない
。

［実施例］ 次に、本発明について図面を引用して詳細に説明する。

本発明の第１の実施例として、材料本来の誘電率が非常
に低い石英ガラスとホウケイ酸系ガラスとの複合体を用
いた場合について述べる。この複合体は１０００℃以下
の低温で焼結する組成において、誘電率３．９を示す。

しかし、抗折強度は粉末の粒度や焼成条件をコントロー
ルすることによっても、１０００ｋｇ／ｃ％程度にしか
達しない。

そこで、第１図に示すように石英ガラス粒子の一部ある
いは全部をアルミナシリケート質のウィスカーもしくは
短繊維に置き換えることにより、低誘電率、焼結特性及
び絶縁特性を維持しつつ強度を向上させた低誘電率多層
セラミック配線基板が得られる。

次に、上記基板の製造方法及び緒特性について述べる。

まず、粉末粒度を制御するために原料の石英ガラス及び
ホウケイ酸系ガラスの粉砕を行い、石英ガラス粉末（３
５−Ｘ）ｗｔ％、アルミナシリケート質のウィスカーも
しくは短繊維Ｘｗｔ％。

ホウケイ酸系ガラス６５Ｗし％の比率で混合する。

さらに、有機ビヒクルと共に混合しスラリー状とした後
、スリップキャスティング成膜法により所望の厚みのグ
リーンシートを作製する。このグリーンシートをカセッ
トセツティングした後、所定の位置にスルーホールを形
成し、スクリーン厚膜印刷法により導体パターン印刷を
行う。

一方、層間の導通をもたせるためにグリーンシートのビ
イアワイル中に導体を埋め込む。これらグリーンシート
を所定の構造となるよう積層し、熱プレス（］　Ｉ　Ｏ
″Ｃ，２００ｋ　ｇ／ｃｎｔ）することにより、生積層
体を作製する。この生積層体を電気炉中で脱バインダー
・仮焼成後、ベルト炉で本焼成を行うと、多層配線基板
ができる。なお、電気特性、密度、抗折強度等の測定を
行うサンプルは、印刷を施さない生積層体を切断後焼成
することにより得られる。第２図〜第５図に、アルミナ
シリケート質のウィスカーもしくは短繊維添加が各特性
（誘電率、焼結温度（吸水率が０％となる焼成温度）、
絶縁抵抗、抗折強度）に与える影響を示す。各図に明ら
かな通り、アルミナシリケート質のウィスカーもしくは
短繊維の添加により誘電率は若干上昇するものの低誘電
率を維持し、焼結温度、絶縁抵抗に変化はなく、抗折強
度は添加量に比例して増大し、石英ガラス粒子をすべて
ウィスカーに変換すると、約３倍向上する。

第２の実施例として、石英ガラスとホウケイ酸系ガラス
との複合体に閉空隙を導入した場合を示す。閉空隙を約
１０％に制御すると、誘電率は３゜６にまで低下するが
、強度も約８００ｋｇ／ｃｏ？まで下がってしまう。そ
こで、アルミナシリケート質のウィスカーもしくは短繊
維により石英ガラス粒子を置換していくと強度は約２５
００ｋｇ／ａｎ！まで向上する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は基板として用いられてい
るセラミック絶縁材料の組成の一部あるいは全部をアル
ミナシリケート質のウィスカーもしくは短繊維に置換す
ることにより構造を強化した多層セラミック配線基板が
得られ、高速ＶＬＳ■素子用実装基板として優れた効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の多層セラミック配線基板の絶縁層の
断面の模式図、第２図は、石英ガラス／ホウケイ酸系ガ
ラス複合体の誘電率に対するアルミナシリケート質のウ
ィスカーもしくは短繊維置換効果を示す図、第３図は、
石英ガラス／ホウケイ酸系ガラス複合体の焼結温度に対
するアルミナシリケート質のウィスカーもしくは短繊維
置換効果を示す図、第４図は、石英ガラス／ホウケイ酸
系ガラス複合体の絶縁抵抗に対するアルミナシリケート
質のウィスカーもしくは短繊維置換効果を示す図、第５
図は、石英ガラス／ホウケイ酸系ガラス複合体の抗折強
度に対するアルミナシリケート質のウィスカーもしくは
短繊維置換効果を示す図である。 ２・・石英ガラス粒子 ３・・・ホウケイ酸系ガラスマトリックス特許呂願人　
日本電気株式会社 代　理　人　　弁理士　菅　野　　　中　−・−）−一
′ノ ミ−μ゛ 第１図 第２図 アノ財シリケーＦ質のウィスカーｔＬ＜ｒ工欠び柩１し
添勇０牟Ｘ　（ｗｔ％つ 第３図 アノＵンナシソケー）質のクィス力−ｔＬ＜ｉｆ、短糟
遺し季加贅Ｘ（ｗｔｂ／１０） 第４図 ア４／シアシソウー−ｈＫ／）ウィスカーどしくｌよス
ピ市代と触刃１力り事ぺ　（ｖＪ、５　ｅ、、） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）配線基板のセラミック構造体中に、アルミナシリ
   ケート質のウィスカーもしくは短繊維を有することを特
   徴とした多層セラミック配線基板。