JPH0470124B2 - - Google Patents
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- JPH0470124B2 JPH0470124B2 JP58244022A JP24402283A JPH0470124B2 JP H0470124 B2 JPH0470124 B2 JP H0470124B2 JP 58244022 A JP58244022 A JP 58244022A JP 24402283 A JP24402283 A JP 24402283A JP H0470124 B2 JPH0470124 B2 JP H0470124B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- firing
- ceramic
- parts
- glass
- multilayer wiring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Devices For Post-Treatments, Processing, Supply, Discharge, And Other Processes (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明はセラミツク多層配線回路基板の製造法
に係り、特に電気信号の入出力のためのピンを取
り付けたり、半導体部品を搭載して機能モジユー
ルを構成するための高精度セラミツク基板に好適
なものである。
〔発明の背景〕
近年、半導体部品を高密度に搭載するための基
板として多層の配線を施こしたセラミツク基板が
使われつつある。これらに使われているセラミツ
ク絶縁体は多くの場合アルミナ(Al2O3)を主成
分とする焼結体である。従来のセラミツク多層配
線回路基板は、セラミツク粉末を樹脂で結合した
グリーンシートに内部配線及び互いの層間の導体
接続を施こし、多数枚積層圧着した後、炉内で無
加圧で焼成し作製していた。この製造法では、グ
リーンシート積層材を焼成する際収縮変形及び反
りが発生することが最大の欠点である。焼成収縮
は、炉内のわずかな温度変化により変動するもの
であり、特に高密度配線基板においては、このわ
ずかな変動により、半導体部品の接続及び電気信
号の入出力用のピン端子の接続にずれが生ずるこ
とになる。また、焼成時の反りにより半導体部品
の搭載時に接続不良を生ずることになる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、セラミツク基板に電気信号の
入出力のためのピン及び半導体部品を高精度に接
続するためのセラミツク多層配線回路基板及びそ
の製造法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明を概説すれば、セラミツク絶縁材料と導
体材料とを複数層に積層し、得られた積層体を焼
成するセラミツク多層配線回路基板の製造法にお
いて、前記積層体が実質的に寸法変化を伴わない
温度範囲内で樹脂分を除去するための加熱工程、
及び前記積層体が実質的に平面方向の寸法変化を
伴わない範囲内で厚さ方向に荷重を加えて焼成す
る工程を含むことを特徴とするセラミツク多層配
線回路基板の製造法に関する。
本発明のセラミツク多層配線回路基板の製造法
は、電気信号の入出力のためのピン及び半導体部
品を接続する面に垂直に一軸圧力をかけた状態で
焼成することに特徴がある。
通常セラミツク多層配線回路基板に用いるセラ
ミツク絶縁焼結体には焼結助剤として2〜30%
(重量)のガラス成分が含まれる。このためセラ
ミツク粉末間に介在する該ガラス粉末がガラスの
軟化点以上の温度に達すると、全体にわたつてほ
ぼ同時に軟化し、流動してセラミツク粉末をとり
囲むために均質な焼結体となるとともに、いわゆ
る液相焼結が行われるため1400〜1600℃と比較的
低温で短時間に焼結せしめることができる。これ
からわかるように、焼結の進行を決めている主要
因はセラミツク主材料ではなく、焼結助剤として
のガラス成分であり、その軟化点である。逆に言
えば、部分によりセラミツク主材料が混在してい
ても同一組成のガラス成分を焼結助剤として用い
るならば、同一の液相焼結が行なわれるため均一
な焼結が行れる。異なつたセラミツク主材料の絶
縁層を組み合わせる製造方法としては、絶縁材料
を一度グリーンシート化し、これに加工し、一体
に積層し焼結する方法が最適である。このグリー
ンシート化に当つてはセラミツク主材料と上述の
ガラス成分の焼結助剤の他、結合剤、可塑剤及び
溶剤などが使われる。例えば結合剤としてはポリ
ビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ
メタクリル酸などの合成樹脂、可塑剤としてはフ
タル酸ジオクチル、ブチルフタリルグリコール酸
ブチルなど、溶剤としてはメタノール、トリクレ
ン、トルエン、テトラクロルエチレン、ブチルア
ルコールなどである。これらを秤量し、混合しス
ラリーとする。次に、このスラリーをシリコン処
理したポリエステルフイルムなどの支持体上に塗
布し、かつ、ドクターブードなどにより任意の厚
さに調整した後、乾燥してグリーンシートと成
す。このグリーンシートには導体回路を接続する
ための貫通孔が設けられ、さらに導体回路として
のモリブデンあるいはタングステンペーストが該
貫通孔内ならびに回路パターンにしたがつて印刷
される。このように加工されたセラミツクを主成
分とする複数枚のグリーンシートを必要な構成に
一体に積層し、中性ないし還元性雰囲気中で焼成
する。還元性雰囲気を必要とする理由は、導体回
路に用いられるモリブデンまたはタングステンま
たは銅が酸化され揮散するのを防ぐためである。
しかしグリーンシート中に含まれる結合剤あるい
は可塑剤を酸化し、分散させるため、焼成の一時
期該雰囲気中に酸化源として水分を含ませること
が望ましい。還元雰囲気中で焼成する場合、酸化
鉛や酸化チタンなどの還元されやすい酸化物を含
むガラス粉末を用いると、焼結体すなわち基板の
絶縁性が低下するおそれがある。したがつてガラ
ス粉としてはそのような化合物を実質的に含まな
いものがよい。しかし、金や銀を導体材料に使用
する場合には大気中焼成が可能である。
従来、グリーンシート積層材を焼成する際に
は、セツタ上に多数個置き、無加圧で焼成してい
た。この場合には、幅方向及び厚さ方向に焼成収
縮を生じ、炉内のわずかな温度差により焼成収縮
率が変動し、電気信号の入出力に用いるピンを接
続するためのメタライズパターン及び半導体部品
を搭載するためのメタライズパターンが変動する
ために、位置ずれが生じ、接続不良が発生してい
る。また、無加圧で焼成するために、雰囲気ガス
の流れや焼成条件により基板の反りが多く発生し
ている。これは、雰囲気温度とセツタ温度の差に
よるものと、異なる材料すなわち、セラミツク材
料と導体材料、組成の異なるセラミツク材料等に
より焼成収縮率や熱膨張係数の違いによるもので
ある。そこで、これらの原因によるメタライズパ
ターンの位置ずれ及び反りをなくすために、焼成
時に厚さ方向に荷重を加え、幅方向(平面方向)
の焼成収縮をなくし、反りが発生しないようにし
た。このようにして焼成されたセラミツク多層配
線回路基板はニツケル等のメツキが施こされた
後、銀ロウ材でコバール等のピンまたはリードが
ろう接される。そして、半導体部品が搭載されて
一つの機能モジユールとなる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を示す。なお、以下の各例
中に部とあるのは重量部を、%とあるのは重量%
を意味する。
実施例 1
平均粒径5μm以下のムライト粉末(3Al2O3・
2SiO2)70部、SiO2:Al2O3:MgO=51.3:
34.9:13.8(重量比)の組成をもつガラス粉末材
料30部にポリビニルブチラール5.9部をボールミ
ルに入れ3時間乾式混合する。さらに、ブチルフ
タリルグリコール酸ブチル1.9部、トリクロルエ
チレン23部、テトラクロルエチレン6部、ブチル
アルコール8部を加え、20時間湿式混合しスラリ
ーを作る。真空脱気処理によりスラリーから気泡
を除去する。次いでスラリーをドクターブレード
を用いてシリコンコートしたポリエステルフイル
ム支持体上に0.25mmの厚さに塗布し、炉を通して
乾燥し、ムライト−ガラス系グリーンシートを作
成する。このグリーンシートを200×200mmの大き
さに切断した後、パンチ法により所定位置にスル
ーホールを明ける。さらにモリブデン粉末:エチ
ルセルロース:ポリビニルブチラール:ブチルカ
ルビトールアセテート:ジベンジリデン−D−ソ
ルビトール=88:2:0.7:21:2(重量比)の導
体ペーストをスクリーン印刷法により所定回路パ
ターンにしたがつて印刷する。半導体ペーストは
層間の接続のためスルーホール内にも充填した。
次に、グリーンシートを、ガイド穴の位置に合わ
せて5枚積層し、温度90℃で加圧し積層した。次
に、積層したグリーンシートを焼成炉内に入れ、
水素3〜7容量%を含み、かつ微量の水蒸気を含
む窒素雰囲気中で、荷重を加えて焼成した。1200
℃までは、1時間に100℃以下の昇温速度で無加
圧とし、樹脂分の除去を行い、その後30Kg/cm2の
圧力を加え、最高温度1540℃で1時間保持して焼
成した。この基板は、電気信号の入出力に用いる
リードを接続するためのメタライズ面及び半導体
部品を搭載する面が平滑で反りがなく、所望の寸
法通り高精度である。これは、基板の厚さ方向に
圧力を加えたために、平面方向(幅方向)の焼成
収縮がなく、厚さ方向のみ焼成収縮したことによ
る。この基板に無電解ニツケルメツキを施こした
後、カーボン治具を用いた通常の方法で裏面導体
層にコバールリードを金−スズ合金にて接続し
た。また、表面導体層には、半導体部品を半田に
て接続した。コバールリード及び半導体部品の接
続位置のずれが全くなく接続面が平滑のため接続
不良が全く認められなかつた。
第1図は本発明実施例1のセラミツク多層配線
回路基板の層構成と、その基板を用いた機能モジ
ユールの断面図である。第1図において、符号1
はムライトを主体とする焼結体、2はモリブデン
内部配線導体、3はセラミツク多層配線回路基
板、4はコバールリード、5は半田、6はチツプ
キヤリアを意味する。
実施例 2
325メツシユ通過のアルミナ粉末(Al2O3)90
部、SiO2:Al2O3:MgO=51.3:34.9:13.8(重量
比)の組成をもつガラス粉末材料10部をボールミ
ルに入れる時間乾式混合する。さらにポリビニル
ブチラール5.9部、フタル酸ジオクチル2.4部、ト
リクロルエチレン23部、パークロルエチレン9部
及びブチルアルコール6部を加え3時間混合して
スラリーを作る。真空脱気処理によりスラリーか
ら気泡を除去する。次いでスラリーをドクターブ
レードを用いてポリエステルフイルム支持体上に
0.3mm厚さに塗布し、炉を通して乾燥し、アルミ
ナ−ガラス系グリーンシートを作成する。このグ
リーンシートを200×200mmの大きさに切断した
後、パンチ法により所定位置にスルーホールを明
ける。さらにタングステン粉:ニトロセルロー
ス:エチルセルロース:ポリビニルブチラール:
トリクロルエチレン=100:3:1:2:23(重量
比)の導体ペーストをスクリーン印刷法により所
定回路パターンにしたがつて印刷する。導体ペー
ストは層間の接続のためスルーホール内にも充填
した。このグリーンシートをガイド穴の位置を合
わせて11枚積層し、温度90℃で加圧し積層した。
次に、積層したグリーンシートを焼成炉内に入
れ、水素3〜7容量%を含み、かつ微量の水蒸気
を含む窒素雰囲気中で、荷重を加えて焼成した。
1200℃までは、微量の水蒸気を含む雰囲気とし、
1時間に100℃以下の昇温速度で荷重をかけず、
樹脂分の除去を行い、その後50Kg/cm2の圧力を加
え、最高温度1600℃で1時間保持して焼成した。
この基板は、厚さ方向に圧力を加えたために、幅
方向(平面方向)の焼成収縮がなく、厚さ方向の
み焼成収縮している。このため、電気信号の入出
力に用いるピンを接続するためのメタライズ面及
び半導体部品を搭載する面が平滑で反りがなく、
所望の寸法通り高精度である。この基板に無電解
ニツケルメツキを施こした後、カーボン治具を用
いた通常の方法で裏面導体層にコバールピンを銀
ロウを用い接続した。また、表面層には、シリコ
ン半導体素子をフエースダウンにて直接半田で基
板と接続して搭載した。コバールピン及びシリコ
ン半導体素子の接続位置のずれが全くなく接続面
が平滑のため接続不良が全く認められなかつた。
第2図は本発明実施例2のセラミツク多層配線
回路基板の層構成と、その基板を用いた機能モジ
ユールの断面図である。第2図において、符号1
1はアルミナを主体とする焼結体、12はタング
ステン内部配線導体、13はセラミツク多層配線
回路基板、14はコバールピン、15は半田、1
6はシリコン半導体素子を意味する。
実施例 3
325メツシユ通過のシリカ粉末(SiO2)60部、
SiO2:Al2O3:MgO:CaO=55:30:9:6(重
量比)の組成ガラス粉末材料40部をボールミルに
入れ6時間乾式混合する。さらに、ポリビニルブ
チラール5.9部を入れ1時間混合した後、ブチル
フタリルグリコール酸ブチル2.3部、トリクロル
エチレン23部、テトラクロルエチレン6部、ブチ
ルアルコール8部を加え24時間混合してスラリー
を作る。真空脱気処理によりスラリーから気泡を
除去する。次いでスラリーをドクターブレードを
用いてポリエステルフイルム支持体上に0.25mmの
厚さに塗布し、炉を通して乾燥し、シリカ−ガラ
ス系グリーンシートを作成する。このグリーンシ
ートを200×200mmの大きさの切断した後、パンチ
法により所定位置にスルーホールを明ける。さら
にモリブデン粉末:エチルセルロース:ポリビニ
ルブチラール:ブチルカルビトールアセテート:
ジベンジリデン−D−ソルビトール=88:2:
0.7:21:2(重量比)の導体ペーストをスクリー
ン印刷法により所定回路パターンにしたがつて印
刷する。導体ペーストは層間の接続のためスルー
ホール内にも充填した。次に、グリーンシートを
ガイド穴の位置を合わせて7枚積層し、温度90℃
で加圧し積層した。次に積層したグリーンシート
を焼成炉内に入れ、水素3〜7容量%を含み、か
つ微量の水蒸気を含む窒素雰囲気中で、荷重を加
えて焼成した。1200℃までは、1時間に100℃以
下の昇温速度で無加圧とし、樹脂分の除去を行
い、その後、25Kg/cm2の圧力を加え、最高温度
1500℃で1時間保持して焼成した。この基板は、
厚さ方向に圧力を加えたために、幅方向(平面方
向)の焼成収縮がなく、厚さ方向のみ焼成収縮し
ている。このため、電気信号の入出力に用いるピ
ンを接続するためのメタライズ面及び半導体部品
を搭載する面が平滑で反りがなく、所望の寸法通
り高精度である。この基板に無電解ニツケルメツ
キを施こした後、カーボン治具を用いた通常の方
法で裏面導体層にコバールピンを金−スズ合金を
用いて接続した。また、表面層には、シリコン半
導体素子をフエースダウンにて直接半田で基板と
接続して搭載した。コバールピン及びシリコン半
導体素子の接続位置のずれが全くなく接続面が平
滑のため接続不良が全く認められなかつた。ここ
で用いたシリカは、石英、石英ガラス、クリスト
バライト、トリジマイトであり、これらシリカの
多形の内、少なくとも1種以上含むものである。
実施例 4
上記実施例1〜3で作製したムライト・ガラス
系、アルミナ−ガラス系及びシリカ−ガラス系グ
リーンシートを少なくとも2種以上使用する。こ
れらのグリーンシートを200×200mmの大きさに切
断した後、パンチ法により所定位置にスルーホー
ルを明ける。さらに上記実施例1〜3で使用した
モリブデンペーストまたはタングステンペースト
をスクリーン印刷法により所定回路パターンにし
たがつて印刷する。導体ペーストは層間の接続の
ためスルーホール内にも充填した。電気信号の入
出力に用いるピンを接続するためのメタライズ層
に接した絶縁層と半導体部品を搭載するためのメ
タライズ層に接した絶縁層にはアルミナ−ガラス
系グリーンシートを使用し、内部配線層に接した
上記他の絶縁層にはムライト−ガラス系グリーン
シートまたはシリカ−ガラス系グリーンシートを
使用した。これらのグリーンシートをガイド穴の
位置を合わせて5枚積層し、温度90℃で加圧し積
層した。次に積層したグリーンシートを焼成炉内
に入れ、水素3〜7容量%を含み、かつ微量の水
蒸気を含む窒素雰囲気中で、荷重を加えて焼成し
た。1200℃までは、1時間に100℃以下の昇温速
度で無加圧とし、樹脂分の除去を行い、その後30
Kg/cm2の圧力を加え、最高温度1560℃で1時間保
持して焼成した。このようにして表面に出ている
2つの絶縁層がアルミナ−ガラス系焼結体で、そ
の他の絶縁層がアルミナ−ガラス系またはシリカ
−ガラス系焼結体で出来た絶縁層数5層、導体層
数6層のセラミツク多層配線回路基板を作製し
た。この基板は、厚さ方向に圧力を加えたために
幅方向(平面方向)の焼成収縮がなく、厚さ方向
のみ焼成収縮している。このため、電気信号の入
出力に用いるリードを接続するためのメタライズ
面及び半導体部品を搭載する面が平滑で反りがな
く、所望の寸法通り高精度である。通常、異なる
材料を積層して無加圧で焼成した場合、それぞれ
の焼成収縮率及び熱膨張係数の差により反りが発
生するが、この実施例の場合には荷重を加えて焼
成しているために異なる材料を使用しているため
基板に反りが発生しなかつた。この基板の各層間
の接合状態は良好であり、無電解ニツケルメツキ
を施こした後、カーボン治具を用いた通常の方法
で裏面導体層にコバールリードを銀ロウにて接続
した。また表面導体層にはアルミナを主成分とす
るセラミツクで出来たチツプキヤリアを半田にて
接続した。リードの引張り強度は1Kg/ピン以上
であつた。この値は全層がアルミナを主成分とす
る焼結体で出来ている基板とほぼ同等の値であり
十分実使用に耐え得る強度であつた。またチツプ
キヤリアの半田接続部は、−65℃〜+150℃の温度
サイクルで3000サイクル以上断線が生じなかつ
た。この値は全層がアルミナを主成分とする焼結
体で出来ている基板とほぼ同等の値であり、苛酷
な使用条件下においても充分な接続寿命を保証で
きる強度であつた。一方、内部配線回路内への信
号伝播遅延時間は、内部絶縁層にムライトを主成
分とする絶縁体を使用した場合、7.7ns/mであ
り、また、内部絶縁層にシリカを主成分とする絶
縁体を使用した場合、7.0ns/mであつた。これ
らの値は絶縁層の比誘電率に対応するものであ
る。ムライトを主成分とする絶縁体の比誘電率は
5.5であり、シリカを主成分とする絶縁体は4.5で
ある。また、全層がアルミナを主成分とする焼結
体で出来ている基板では比誘電率が約9.5であり、
信号伝播遅延時間は10.2ns/mであるから、本実
施例では信号伝播遅延時間が75〜68%に低減する
ことになつた。
実施例 5
アルミナまたはムライトまたはシリカ粉:70部
ガラス粉(表1の組成):30部
導体ペースト:銅粉100部
ニトロセルロース3部
エチルセルロース1部
ポリビニルブチラール2部
トリクロルエチレン23部
グリーンシートの厚さ:0.25mm
上記の通りに変更した以外は前記実施例1〜4
と同じ要領にてグリーンシート積層材を作製し
た。
[Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer wiring circuit board, and particularly to a method for manufacturing a ceramic multilayer wiring circuit board, and in particular, a method for manufacturing a high-precision ceramic circuit board for attaching pins for inputting and outputting electrical signals, and for mounting semiconductor components to configure a functional module. It is suitable for substrates. [Background of the Invention] In recent years, ceramic substrates with multilayer wiring have been used as substrates for mounting semiconductor components at high density. Ceramic insulators used in these devices are often sintered bodies containing alumina (Al 2 O 3 ) as a main component. Conventional ceramic multilayer wiring circuit boards are made by applying internal wiring and conductor connections between layers to green sheets made by bonding ceramic powder with resin, laminating and pressing a large number of sheets, and then firing them in a furnace without applying pressure. was. The biggest drawback of this manufacturing method is that shrinkage deformation and warping occur when the green sheet laminate is fired. Firing shrinkage fluctuates due to slight temperature changes in the furnace, and especially in high-density wiring boards, this slight variation can cause misalignment in the connections of semiconductor components and pin terminals for inputting and outputting electrical signals. will occur. Furthermore, warping during firing may cause connection failures when semiconductor components are mounted. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a ceramic multilayer wiring circuit board for connecting pins for inputting and outputting electrical signals and semiconductor components to a ceramic board with high precision, and a method for manufacturing the same. [Summary of the Invention] To summarize the present invention, there is provided a method for manufacturing a ceramic multilayer wiring circuit board in which a ceramic insulating material and a conductive material are laminated in multiple layers, and the resulting laminate is fired. A heating process to remove the resin within a temperature range that does not cause dimensional changes,
The present invention also relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer wiring circuit board, comprising the step of firing the laminate by applying a load in the thickness direction within a range that does not substantially cause dimensional change in the planar direction. The method for manufacturing a ceramic multilayer wiring circuit board according to the present invention is characterized in that firing is performed under a state in which uniaxial pressure is applied perpendicularly to the surface to which pins for inputting and outputting electric signals and semiconductor components are connected. Ceramic insulation sintered bodies normally used for ceramic multilayer wiring circuit boards contain 2 to 30% as a sintering aid.
(by weight) of glass components. Therefore, when the glass powder interposed between the ceramic powders reaches a temperature higher than the softening point of the glass, the entire part softens almost simultaneously and flows to surround the ceramic powders, forming a homogeneous sintered body. Since so-called liquid phase sintering is performed, sintering can be performed at a relatively low temperature of 1400 to 1600°C in a short time. As can be seen, the main factor determining the progress of sintering is not the ceramic main material, but the glass component as a sintering aid, and its softening point. Conversely, even if ceramic main materials are mixed in some parts, if glass components of the same composition are used as sintering aids, uniform sintering can be achieved because the same liquid phase sintering is performed. As a manufacturing method for combining insulating layers made of different ceramic main materials, the most suitable method is to first form the insulating materials into green sheets, process them into green sheets, and then laminate them together and sinter them. In forming this green sheet, in addition to the ceramic main material and the above-mentioned sintering aid of the glass component, binders, plasticizers, solvents, etc. are used. For example, binders include synthetic resins such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and polymethacrylic acid; plasticizers include dioctyl phthalate and butyl phthalyl glycolate; and solvents include methanol, trichlene, toluene, tetrachlorethylene, and butyl alcohol. etc. These are weighed and mixed to form a slurry. Next, this slurry is applied onto a support such as a silicon-treated polyester film, adjusted to a desired thickness using a doctor bud, etc., and then dried to form a green sheet. This green sheet is provided with through holes for connecting conductor circuits, and molybdenum or tungsten paste as conductor circuits is printed inside the through holes and in accordance with the circuit pattern. A plurality of green sheets whose main component is ceramic processed in this way are laminated together into a desired configuration and fired in a neutral or reducing atmosphere. The reason why a reducing atmosphere is required is to prevent molybdenum, tungsten, or copper used in the conductor circuit from being oxidized and volatilized.
However, in order to oxidize and disperse the binder or plasticizer contained in the green sheet, it is desirable to include moisture as an oxidation source in the atmosphere during the firing period. When firing in a reducing atmosphere, if a glass powder containing an oxide that is easily reduced, such as lead oxide or titanium oxide, is used, the insulation of the sintered body, that is, the substrate, may deteriorate. Therefore, it is preferable that the glass powder is substantially free of such compounds. However, when gold or silver is used as the conductor material, firing in the atmosphere is possible. Conventionally, when firing green sheet laminates, a large number of them were placed on a setter and fired without pressure. In this case, firing shrinkage occurs in the width direction and thickness direction, and the firing shrinkage rate fluctuates due to slight temperature differences within the furnace. Due to variations in the metallization pattern used to mount the device, positional deviations occur and connection failures occur. Furthermore, since firing is performed without pressure, the substrate often warps due to the flow of atmospheric gas and firing conditions. This is due to the difference between the ambient temperature and the setter temperature, and the difference in firing shrinkage rate and thermal expansion coefficient due to different materials, such as ceramic materials and conductive materials, ceramic materials with different compositions, etc. Therefore, in order to eliminate misalignment and warpage of the metallized pattern due to these causes, a load is applied in the thickness direction during firing, and the width direction (plane direction) is
This eliminates firing shrinkage and prevents warping. The thus fired ceramic multilayer wiring circuit board is plated with nickel or the like, and then pins or leads made of Kovar or the like are brazed with silver solder. Then, semiconductor components are mounted on it to form a single functional module. [Embodiments of the Invention] Examples of the present invention will be shown below. In each of the following examples, "part" means part by weight, and "%" means percent by weight.
means. Example 1 Mullite powder with an average particle size of 5 μm or less (3Al 2 O 3
2SiO 2 ) 70 parts, SiO 2 :Al 2 O 3 :MgO=51.3:
Add 5.9 parts of polyvinyl butyral to 30 parts of glass powder material having a composition of 34.9:13.8 (weight ratio) in a ball mill and dry mix for 3 hours. Furthermore, 1.9 parts of butyl phthalyl glycolate, 23 parts of trichlorethylene, 6 parts of tetrachloroethylene, and 8 parts of butyl alcohol were added and wet mixed for 20 hours to prepare a slurry. Air bubbles are removed from the slurry by vacuum degassing. The slurry is then applied to a thickness of 0.25 mm on a silicone-coated polyester film support using a doctor blade and dried in an oven to produce a mullite-glass green sheet. After cutting this green sheet into a size of 200 x 200 mm, through holes are punched at predetermined positions using a punch method. Furthermore, a conductor paste of molybdenum powder: ethyl cellulose: polyvinyl butyral: butyl carbitol acetate: dibenzylidene-D-sorbitol = 88:2:0.7:21:2 (weight ratio) was printed according to a predetermined circuit pattern by screen printing. do. The semiconductor paste was also filled into the through holes for connection between layers.
Next, five green sheets were laminated according to the positions of the guide holes, and the sheets were laminated under pressure at a temperature of 90°C. Next, put the stacked green sheets into a firing furnace,
Firing was performed under a load in a nitrogen atmosphere containing 3 to 7% by volume of hydrogen and a trace amount of water vapor. 1200
℃, the temperature was increased at a rate of 100℃ or less per hour without applying any pressure, the resin content was removed, and then a pressure of 30Kg/cm 2 was applied, and the maximum temperature was maintained at 1540℃ for 1 hour for firing. This board has a metallized surface for connecting leads used for inputting and outputting electrical signals and a surface on which semiconductor components are mounted, which are smooth and free from warp, and have high precision according to desired dimensions. This is because the pressure was applied in the thickness direction of the substrate, so there was no firing shrinkage in the plane direction (width direction), and firing shrinkage occurred only in the thickness direction. After electroless nickel plating was applied to this substrate, a Kovar lead was connected to the back conductor layer using a gold-tin alloy in a conventional manner using a carbon jig. Furthermore, semiconductor components were connected to the surface conductor layer with solder. There was no deviation in the connection position between the Kovar lead and the semiconductor component, and the connection surface was smooth, so no connection failure was observed. FIG. 1 is a cross-sectional view of the layer structure of a ceramic multilayer wiring circuit board according to Embodiment 1 of the present invention and a functional module using the board. In Figure 1, reference numeral 1
2 means a sintered body mainly composed of mullite, 2 means a molybdenum internal wiring conductor, 3 means a ceramic multilayer wiring circuit board, 4 means Kovar lead, 5 means solder, and 6 means a chip carrier. Example 2 Alumina powder (Al 2 O 3 ) passing through 325 mesh 90
10 parts of a glass powder material having a composition of SiO 2 :Al 2 O 3 :MgO=51.3:34.9:13.8 (weight ratio) was put into a ball mill and dry mixed for an hour. Furthermore, 5.9 parts of polyvinyl butyral, 2.4 parts of dioctyl phthalate, 23 parts of trichloroethylene, 9 parts of perchlorethylene and 6 parts of butyl alcohol are added and mixed for 3 hours to prepare a slurry. Air bubbles are removed from the slurry by vacuum degassing. The slurry is then transferred onto a polyester film support using a doctor blade.
It is applied to a thickness of 0.3 mm and dried in an oven to create an alumina-glass green sheet. After cutting this green sheet into a size of 200 x 200 mm, through holes are punched at predetermined positions using a punch method. In addition, tungsten powder: nitrocellulose: ethyl cellulose: polyvinyl butyral:
A conductor paste of trichlorethylene=100:3:1:2:23 (weight ratio) is printed according to a predetermined circuit pattern by screen printing. The conductive paste was also filled into the through holes for connection between layers. Eleven of these green sheets were laminated with the guide holes aligned, and the sheets were laminated under pressure at a temperature of 90°C.
Next, the laminated green sheets were placed in a firing furnace and fired under a load in a nitrogen atmosphere containing 3 to 7% by volume of hydrogen and a trace amount of water vapor.
Up to 1200℃, the atmosphere must contain a trace amount of water vapor.
without applying any load at a heating rate of 100℃ or less per hour.
After removing the resin component, a pressure of 50 kg/cm 2 was applied and the product was fired at a maximum temperature of 1600° C. for 1 hour.
Because pressure was applied to this substrate in the thickness direction, there was no firing shrinkage in the width direction (plane direction), and there was firing shrinkage only in the thickness direction. For this reason, the metallized surface for connecting pins used for inputting and outputting electrical signals and the surface for mounting semiconductor components are smooth and free from warping.
High precision according to desired dimensions. After electroless nickel plating was applied to this substrate, Kovar pins were connected to the back conductor layer using silver solder using a conventional method using a carbon jig. In addition, a silicon semiconductor element was mounted face-down on the surface layer and connected directly to the substrate using solder. There was no deviation in the connection position between the Kovar pin and the silicon semiconductor element, and the connection surface was smooth, so no connection failure was observed. FIG. 2 is a cross-sectional view of the layer structure of a ceramic multilayer wiring circuit board according to a second embodiment of the present invention and a functional module using the board. In Figure 2, reference numeral 1
1 is a sintered body mainly made of alumina, 12 is a tungsten internal wiring conductor, 13 is a ceramic multilayer wiring circuit board, 14 is a Kovar pin, 15 is solder, 1
6 means a silicon semiconductor element. Example 3 60 parts of 325 mesh silica powder (SiO 2 ),
40 parts of a glass powder material having a composition of SiO 2 :Al 2 O 3 :MgO:CaO=55:30:9:6 (weight ratio) is placed in a ball mill and dry mixed for 6 hours. Further, 5.9 parts of polyvinyl butyral were added and mixed for 1 hour, and then 2.3 parts of butyl phthalyl glycolate, 23 parts of trichlorethylene, 6 parts of tetrachlorethylene, and 8 parts of butyl alcohol were added and mixed for 24 hours to prepare a slurry. Air bubbles are removed from the slurry by vacuum degassing. Next, the slurry is applied onto a polyester film support to a thickness of 0.25 mm using a doctor blade and dried in an oven to produce a silica-glass green sheet. After cutting this green sheet to a size of 200 x 200 mm, through holes are punched at predetermined positions using a punch method. Furthermore, molybdenum powder: ethyl cellulose: polyvinyl butyral: butyl carbitol acetate:
Dibenzylidene-D-sorbitol = 88:2:
A conductor paste of 0.7:21:2 (weight ratio) is printed according to a predetermined circuit pattern by screen printing. The conductive paste was also filled into the through holes for connection between layers. Next, stack 7 green sheets with the guide holes aligned, and heat to 90°C.
Pressure was applied and laminated. Next, the laminated green sheets were placed in a firing furnace and fired under a load in a nitrogen atmosphere containing 3 to 7% by volume of hydrogen and a trace amount of water vapor. Up to 1200℃, the resin content is removed by heating at a rate of 100℃ or less per hour without applying pressure, and then a pressure of 25Kg/cm 2 is applied to reach the maximum temperature.
It was fired by holding it at 1500°C for 1 hour. This board is
Since pressure was applied in the thickness direction, there was no firing shrinkage in the width direction (plane direction), and firing shrinkage occurred only in the thickness direction. Therefore, the metallized surface for connecting pins used for inputting and outputting electrical signals and the surface on which semiconductor components are mounted are smooth and free from warp, and are highly accurate to desired dimensions. After electroless nickel plating was applied to this substrate, Kovar pins were connected to the back conductor layer using a gold-tin alloy in a conventional manner using a carbon jig. In addition, a silicon semiconductor element was mounted face-down on the surface layer and connected directly to the substrate using solder. There was no deviation in the connection position between the Kovar pin and the silicon semiconductor element, and the connection surface was smooth, so no connection failure was observed. The silica used here is quartz, quartz glass, cristobalite, and tridymite, and contains at least one type of polymorphic silica. Example 4 At least two types of mullite glass, alumina glass, and silica glass green sheets prepared in Examples 1 to 3 above are used. After cutting these green sheets into a size of 200 x 200 mm, through holes are punched at predetermined positions using a punch method. Furthermore, the molybdenum paste or tungsten paste used in Examples 1 to 3 above is printed into a predetermined circuit pattern by screen printing. The conductive paste was also filled into the through holes for connection between layers. Alumina-glass green sheets are used for the insulating layer in contact with the metallized layer for connecting pins used for inputting and outputting electrical signals, and the insulating layer in contact with the metallized layer for mounting semiconductor components, and for the internal wiring layer. A mullite-glass green sheet or a silica-glass green sheet was used for the other insulating layer in contact with the above. Five of these green sheets were laminated with the guide holes aligned, and the sheets were laminated under pressure at a temperature of 90°C. Next, the laminated green sheets were placed in a firing furnace and fired under a load in a nitrogen atmosphere containing 3 to 7% by volume of hydrogen and a trace amount of water vapor. Up to 1200℃, the temperature is raised at a rate of 100℃ or less per hour without applying pressure, the resin content is removed, and then the temperature is increased for 30 minutes.
A pressure of Kg/cm 2 was applied, and the maximum temperature was maintained at 1560° C. for 1 hour for firing. In this way, the two insulating layers exposed on the surface are made of alumina-glass sintered material, and the other insulating layers are made of alumina-glass-based or silica-glass sintered material, numbering five insulating layers. A ceramic multilayer wiring circuit board having six layers was manufactured. Since this substrate was subjected to pressure in the thickness direction, there was no firing shrinkage in the width direction (plane direction), and firing shrinkage occurred only in the thickness direction. Therefore, the metallized surface for connecting leads used for inputting and outputting electrical signals and the surface on which semiconductor components are mounted are smooth and free from warp, and are highly accurate in accordance with desired dimensions. Normally, when different materials are laminated and fired without pressure, warping occurs due to differences in firing shrinkage and thermal expansion coefficients, but in this example, the firing was done under load. Because different materials were used for the substrate, there was no warping of the board. The bonding between each layer of this substrate was good, and after electroless nickel plating, Kovar leads were connected to the back conductor layer with silver solder in the usual manner using a carbon jig. In addition, a chip carrier made of ceramic containing alumina as a main component was connected to the surface conductor layer with solder. The tensile strength of the lead was 1 kg/pin or more. This value was almost the same as that of a substrate whose entire layer was made of a sintered body mainly composed of alumina, and was strong enough to withstand actual use. Additionally, the chip carrier's soldered joints did not break during more than 3,000 temperature cycles from -65°C to +150°C. This value was almost the same as that of a board whose entire layer was made of a sintered body whose main component was alumina, and the strength was sufficient to guarantee a sufficient connection life even under severe usage conditions. On the other hand, the signal propagation delay time into the internal wiring circuit is 7.7 ns/m when an insulator whose main component is mullite is used for the internal insulating layer; When an insulator was used, it was 7.0 ns/m. These values correspond to the dielectric constant of the insulating layer. The dielectric constant of an insulator whose main component is mullite is
5.5, and an insulator whose main component is silica is 4.5. In addition, a substrate whose entire layer is made of a sintered body whose main component is alumina has a dielectric constant of approximately 9.5.
Since the signal propagation delay time is 10.2 ns/m, the signal propagation delay time was reduced to 75-68% in this example. Example 5 Alumina or mullite or silica powder: 70 parts Glass powder (composition shown in Table 1): 30 parts Conductor paste: 100 parts copper powder 3 parts nitrocellulose 1 part ethyl cellulose 2 parts polyvinyl butyral 2 parts trichloroethylene 23 parts Thickness of green sheet :0.25mm Examples 1 to 4 except for the above changes
A green sheet laminate was produced in the same manner as described above.
【表】【table】
本発明によれば、焼成時に厚さ方向に荷重を加
えているために幅方向(平面方向)の焼成収縮が
ないためピン(リード)及びシリコン半導体素子
(半導体部)の基板への接続位置のずれが全くな
く、また接続面が平滑のため接続不良が全く認め
られない。
According to the present invention, since a load is applied in the thickness direction during firing, there is no firing shrinkage in the width direction (plane direction), so the connection positions of pins (leads) and silicon semiconductor elements (semiconductor parts) to the substrate can be adjusted. There is no deviation at all, and the connection surface is smooth, so no connection defects are observed.
第1図は本発明実施例1のセラミツク多層配線
回路基板の層構成と、その基板を用いた機能モジ
ユールの断面図、第2図は本発明実施例2のセラ
ミツク多層配線回路基板の層構成と、その基板を
用いた機能モジユールの断面図である。
1…ムライトを主体とする焼結体、2…モリブ
デン内部配線導体、3,13…セラミツク多層配
線回路基板、4…コバールリード、5,15…半
田、6…チツプキヤリア、11…アルミナを主体
とする焼結体、12…タングステン内部配線導
体、14…コバールピン、16…シリコン半導体
素子。
FIG. 1 shows the layer structure of a ceramic multilayer wiring circuit board according to Embodiment 1 of the present invention and a cross-sectional view of a functional module using the substrate, and FIG. 2 shows the layer structure of a ceramic multilayer wiring circuit board according to Embodiment 2 of the present invention. , is a cross-sectional view of a functional module using the substrate. 1...Sintered body mainly made of mullite, 2...Molybdenum internal wiring conductor, 3, 13...Ceramic multilayer wiring circuit board, 4...Kovar lead, 5, 15...Solder, 6...Chip carrier, 11...Mainly made of alumina Sintered body, 12... Tungsten internal wiring conductor, 14... Kovar pin, 16... Silicon semiconductor element.
Claims (1)
積層し、得られた積層体を焼成するセラミツク多
層配線回路基板の製造法において、前記積層体が
実質的に寸法変化を伴わない温度範囲内で樹脂分
を除去するための加熱工程、及び前記積層体が実
質的に平面方向の寸法変化を伴わない範囲内で厚
さ方向に荷重を加えて焼成する工程を含むことを
特徴とするセラミツク多層配線回路基板の製造
法。1. A method for manufacturing a ceramic multilayer wiring circuit board in which ceramic insulating material and conductive material are laminated in multiple layers and the resulting laminate is fired, wherein the laminate is heated with resin within a temperature range that does not substantially cause dimensional change. and a step of firing the laminate by applying a load in the thickness direction within a range where the laminate does not substantially change its dimension in the planar direction. Substrate manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24402283A JPS60137884A (en) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | Manufacture of ceramic multi-layer wiring circuit substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24402283A JPS60137884A (en) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | Manufacture of ceramic multi-layer wiring circuit substrate |
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|---|---|
| JPS60137884A JPS60137884A (en) | 1985-07-22 |
| JPH0470124B2 true JPH0470124B2 (en) | 1992-11-10 |
Family
ID=17112540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24402283A Granted JPS60137884A (en) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | Manufacture of ceramic multi-layer wiring circuit substrate |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPS60137884A (en) |
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1983
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| JPS60137884A (en) | 1985-07-22 |
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Legal Events
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |