JPH06275954A

JPH06275954A - 多層配線基板の製造方法

Info

Publication number: JPH06275954A
Application number: JP5818993A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Ami; 徳宏阿美; Shosaku Ishihara; 昌作石原; Takashi Kuroki; 喬黒木; Seiichi Tsuchida; 誠一槌田; Etsuko Takane; 悦子高根
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-09-30
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JP3102192B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、焼成途中の寸法変化がほとん
どなく、高い寸法精度の多層配線基板を提供することで
ある。【構成】本発明の構成はガラス板の所定部分に貫通孔を
あける工程、前記貫通孔にめっきにより導体を形成する
工程、ガラス板の表面に配線を設けてガラス配線板とす
る工程、前記ガラス配線板の複数個を積層して加熱一体
化する工程よりなるガラス多層配線基板の製造方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内部に金属の導体を有す
る多層ガラス基板の製造方法に関するものである。特
に、電子計算機などの高密度配線が必要とされる電気機
器の実装用基板に適するものである。

【０００２】

【従来の技術】大型計算機の演算速度の向上のために
は、スイッチング速度の速いＬＳＩを高密度に実装する
必要がある。これを実現するために、各社の大型計算機
のほとんどのタイプには、セラミックまたはガラスをベ
ースにした多層配線基板を用いたモジュール実装方式が
採用されている。搭載するＬＳＩの規模が大きくなるに
従い、ＬＳＩと外部回路をつなぐ信号端子や電源・グラ
ンド端子の数は増加し、端子間隔は狭くなる一方であ
る。これを受ける多層基板側の接続点の間隔も狭くな
り、同時にこの接続点の位置精度にもより高いものが要
求されるようになってきている。

【０００３】従来技術による上記多層配線基板の製造方
法は、以下の一連の工程よりなっている。すなわち、セ
ラミックやガラス等の原料粉末とバインダとを有機溶剤
に混合懸濁させて、スラリ混合物を作り、このスラリ混
合物をドクターブレード法等によりグリーンシート状に
成型する。このグリーンシートの所定の個所に貫通孔を
あけ、金属ペーストをこの貫通孔に充填し、必要な表面
配線パターンを金属ペーストを用いた印刷等で形成す
る。この金属としては、セラミックの焼結が多くの場合
１２００℃以上で起こるために、高融点のモリブデンや
タングステン等が使われる。上記の一連の工程で配線パ
ターンを形成したグリーンシートを積層圧着後、焼成し
て、多層配線基板を製造する。この焼成工程では、バイ
ンダが燃え尽きる温度以上でバインダを除去した後に、
基板材料粉末が焼結しかつ導体金属も焼結するような加
熱プロファイルで焼成する。冷却時には、異結晶の発生
や歪の残留がないようにする。焼成後は必要に応じて、
研磨、めっきなどの工程を通し、モジュール用の多層配
線基板を製造する。この内容は特公平１−５０１２０号
公報に開示がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
グリーンシート積層体を焼成工程で、バインダを燃え尽
きさせているのでそのバインダの体積分は必然的に収縮
を起こし、典型的な例では、焼成後の基板の一辺の長さ
は焼成前に比べ１５％ほど収縮する。この焼結収縮した
後の状態で、ＬＳＩ等の電子部品が搭載できる寸法精度
を満たしていなければならない。しかし、電子計算機等
では、電子部品の実装密度を高めるために、ＬＳＩのピ
ンの狭ピッチ化が進み、接続点位置の寸法誤差の許容範
囲が１０〜１μｍオーダーとなる例もある。更に回路規
模の大型化に伴い多層基板の寸法も大きくなる傾向にあ
る。事実、１０ｍｍ角のＬＳＩを３０〜６０個程度搭載
するモジュール基板は１００〜１８０ｍｍ角程度の大き
さになるが、これを従来技術で製造すると焼結前後で、
１５〜３０ｍｍの寸法変化が起こるが、この変化を誤差
１０〜１μｍオーダーで制御しなければならず、近年の
要求を満たすことが不可能になりつつある。

【０００５】また、上記の従来技術では、バインダの除
去工程を多層基板の一連の製造工程の中に含んでいる
が、基板内の電送特性を上げるために電気伝導性の高
い、銅や銀などの金属を配線に用いようとすると、これ
らの金属は比較的融点が低く、また酸化しやすいため
に、焼成温度は低めになり、雰囲気も酸化性の低いもの
にしなければならない。このような焼成条件はバインダ
除去にとっては不利であるため、使用可能なバインダの
種類の幅が狭まる。そのため、バインダ選択に関して、
他の条件、例えば環境問題を考慮して有機ハロゲン系以
外の溶剤に溶けるもの等が重なると適切なものが選べな
くなることにもなりかねない。

【０００６】従って、本発明の目的は、焼成工程で寸法
変化をほとんど起こさない、積層体を作り、これを焼成
することによって寸法精度の高いガラス多層基板を製造
する方法を提供することである。

【０００７】また、この方法の他の目的は、積層体を焼
成するにあたり、バインダの除去工程を含まない一連の
焼成工程を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明ではグリーンシー
トの代わりに、ガラス板を用いて積層体を形成すること
によって、上記の課題を解決する。

【０００９】第１に、ガラス板の所定部分に貫通孔をあ
ける工程、前記貫通孔にめっきにより導体を形成する工
程、ガラス板の表面に配線を設けてガラス配線板とする
工程、前記ガラス配線板の複数個を積層して加熱一体化
する工程よりなることを特徴とするガラス多層配線基板
の製造方法である。

【００１０】第２に、前記ガラス板が配線に用いる単体
金属の融点温度以上の流動温度を持ち、かつ、配線に用
いる単体金属の融点温度以下の軟化温度を持つことを特
徴とする第１記載のガラス多層配線基板の製造方法であ
る。

【００１１】第３に、前記ガラス板が配線に用いる合金
金属の融点温度以上の流動温度を持ち、かつ、配線に用
いる合金金属の融点温度以下の軟化温度を持つことを特
徴とする第１記載のガラス多層配線基板の製造方法であ
る。

【００１２】第４に、前記貫通孔をあける工程が、エッ
チングまたはレーザーによるものであることを特徴とす
る第１記載のガラス多層配線基板の製造方法である。

【００１３】第５に、前記配線を設けてガラス配線板と
する工程が、フォトプロセスによるものであることを特
徴とする第１記載のガラス多層配線基板の製造方法であ
る。

【００１４】第６に、前記加熱一体化する工程が、複数
個のガラス配線板のガラス同志を接着する温度まで温度
を上昇させ、一定時間保持し、更に複数個のガラスは配
線板の配線に用いる金属同志を接着する温度まで温度を
上昇させ、一定時間保持し、徐冷温度まで急冷させ、そ
の後徐冷するものであることを特徴とする第１記載のガ
ラス多層配線基板の製造方法。

【００１５】

【作用】本発明で用いるガラスの温度特性としては、徐
冷温度、軟化温度、流動温度、がそれぞれ、Ｔａ，Ｔ
ｓ，Ｔｆとする。徐冷温度は加熱によってガラス流動が
起こるが、その程度が小さくて外形上の変化は認められ
ないが、１５分程度で内部歪が取り除かれる温度で、粘
度が３×１０¹³ｄＰａ・ｓとなる温度と定義されてい
る。軟化温度は、流動の程度が徐冷温度のときよりも大
きく、細い繊維状にしたガラスが数分という時間スケー
ルで１ｍｍ程度変形する温度であって、粘度が３×１０
⁷ｄＰａ・ｓとなる温度と定義されている。流動温度は
流動の程度が更に大きくなり、数時間の間に外形が大き
く崩れてしまう温度で、粘度が、１×１０⁵ｄＰａ・ｓ
となる温度と定義されている。

【００１６】更に、本発明で用いる導体金属の融点温度
をＴｍとする。このとき、各温度にＴａ＜Ｔｓ＜Ｔｍ＜
Ｔｆの大小関係があるものとする。

【００１７】一般にガラス板の製造方法としては、フル
コール式、旭式、コルバーン式、ピッツバーグ式などの
ガラス引上げ法、ロール法、フロート法等の大量生産に
向いた方法や、ＣＶＤ法等に代表される気層から生成す
る方法などが知られている。また、上記の従来技術によ
ってガラス粉末をグリーンシート状にしてからガラス板
を作ることも可能である。更に、加工方法にしても工具
や火炎を用いた切断や、研削、研磨などがある他、表面
処理方法にも酸磨き、化学研磨、イオン交換、エレクト
ロフロート等が挙げられる。本発明では製造方法、加工
方法、表面処理方法を問わず、上記の温度特性をもつガ
ラスから製造したガラス板を用いる。

【００１８】上記のガラス板に、ドリル、フォトまたは
ケミカルエッチング、レーザ等で貫通孔を所定の場所に
あける。

【００１９】上記の貫通孔に上記導体金属の粉末で作っ
たペーストをスクリーン印刷等で充填するか、めっき法
で上記の貫通孔内に上記導体金属を成長させるなどし
て、上記の貫通孔内に上記導体金属を形成する。

【００２０】上記の貫通導体を持つガラス板表面に、上
記の導体金属をスクリーン印刷やフォトプロセススパッ
タ等で配線するか上記導体金属の線材を接着するなどの
方法で配線をする。

【００２１】上記ガラス配線板を複数枚位置合わせをし
て、積層圧着して積層体を形成する。この積層体の加熱
に関して、本発明では次のプロファイルで行なう。第１
段階の温度Ｔ１はＴｓ＜Ｔ１＜Ｔｍの温度範囲に設定す
る。適当な加圧を行ないながら、この温度に置くことに
よって、層間のガラスを流動により一体化する。ただ
し、この温度では、導体金属の融点よりも低いので、こ
の導体金属は溶融、流動化しておらず、配線パターンは
変形しない。

【００２２】第２段階の温度Ｔ２はＴ１≦Ｔ２＜Ｔｆの
温度範囲に設定する。適当な加圧を行ないながら、この
温度に置くことによって、層間の金属導体を接着する。
この金属の十分な接着は、この金属の融点Ｔｍより低温
で起こるか、Ｔｍ以上で起こるかのいずれかである。Ｔ
ｍより低温で起こる場合は、この金属導体は流動化して
いないので、当然配線パターンは変形しない。他方、温
度Ｔ２がＴｍ以上になり金属が液状化し流動してしまう
場合でも、層間のガラスは既に第１段階で一体化させて
いるので、液状化した金属が層間に漏れでることもない
し、ガラスの流動温度Ｔｆより低いので基板全体の変形
や配線パターンの変形もない。したがって、この第２段
階においても配線及び外形は変形しない。

【００２３】そして、第３段階は冷却とする。冷却速度
は、ガラスを結晶化させないために温度Ｔａ付近までは
急速にするが、温度Ｔａ付近では基板中の熱応力歪を取
り除くために、速度を落して室温に戻す。この冷却時の
変形は収縮であり、この変形量は原理的には加熱時熱膨
張量を相殺する。

【００２４】よって、上記一連のプロファイルで行なえ
ば、バインダを含まない複数のガラス板及びそれらに形
成された配線を変形させることなく、一体化させ、多層
配線基板にすることができる。

【００２５】

【実施例】(実施例１)図１に本実施例の製造プロセスを
示す。ガラス板１は厚さ０．１ｍｍ，３０ｍｍ角であ
る。ガラスの割れを防ぎ取り扱いを容易にするために片
方の面にはフイルム５を張った。フィルム５には面内の
座標の原点６をマーキングし、フィルムを張っていない
方の面(以下、ガラス面という)越しに原点６が見えるよ
うにした。上記ガラス板１の母材となったガラスには、
アルミノケイ酸塩ガラスを用いた。その温度特性は、Ｔ
ｆ＝１１２０℃，Ｔｓ＝９００℃，Ｔａ＝７１０℃であ
った。この温度特性は上記ガラスでファイバを作り、そ
れを鉛直に立てて重りをつるして、高温に置いたときの
伸び速度から求める繊維伸長法でＴｓ，Ｔａを、Ｔｆは
ガラスの中に白金球を入れてそれを等速運動させたとき
に掛かるトルクから求める球引上げ法で求めた。

【００２６】ガラス板１のガラス面にフォトレジストを
スピンコーティング法で塗布し、原点マーキングに合わ
せて所定の貫通孔の位置に穴の空いているシャドーマス
クを被せて、感光、現像液、水酸化ナトリウムを主たる
成分とするアルカリ溶液につけて、エッチングし、φ６
０μｍの貫通孔２をガラス板１にあけた。次に貫通孔２
に銅を配線導体としてめっき法で充填したがこの手順を
図２に示す。ガラス板１のガラス面に銅箔７を張り、こ
の銅箔面を下にして、めっき槽８の底に置き、治具１５
で固定したあと、フィルム５を剥がし、銅箔に電線９を
取り付けて、めっき槽８に銅用のめっき液１０を静かに
注ぎ、陽極１６を設置し銅箔７を陰極にして、貫通孔２
内部に銅３を成長させた。成長の終点は、あらかじめ作
成しておいためっき条件と成長速度の関係から、時間で
調整した。時々、銅が成長し過ぎることがあったが、こ
の場合には、酸で成長しすぎた銅を取り除いた。次に、
この基板を取り出して洗浄した後、粒子径１μｍのダイ
ア砥粒をつけたバフ１１で銅箔７を擦って取り除いた。
つづいて(図１)、このバフ面にフォトレジストをスピン
コーティング法で塗布し、所定の表面配線パターンのシ
ャドーマスクを被せて、感光、現像後、銅を無電解めっ
き法で成長させて、銅配線入りのガラス板１を作った。

【００２７】上記の方法で作成した銅配線入りのガラス
板１を３枚、マーキングパターンを合わせて積層し積層
体１４として、加圧ピストン１２付きの電気炉１３にセ
ットした(図３)。加熱前のピストン１２の加圧は積層体
１４の位置が、ずれない程度のごく軽いものにした。そ
の後焼成雰囲気で炉１３内をパージした。この雰囲気と
して、純窒素を用いたところ、炉１３内の微量の酸素に
よって銅が酸化されてしまったので、水素を１０ｖｏｌ
％混ぜた雰囲気を用いた。

【００２８】上記の積層体１４に対する加熱プロファイ
ルを図４に示す。上記積層体１４を１０１０℃で２時間
の間で接着した。さらに、１０８０℃の温度に０．５時
間置くことによって層間の銅配線を接着させた。銅の融
点(Ｔｍ)は１０８３℃である。ガラス板１の母材に用い
たアルミノケイ酸塩ガラスは８００℃から９５０℃付近
に長く置くと結晶が析出してしまって、強度が落ちる傾
向がみられたので、温度Ｔａ近くの７５０℃まで急冷し
た後、歪を取り除くために７５０℃に１時間置いてから
室温に戻した。

【００２９】上記の加熱途中、積層体１４に対する圧力
は、上記の加圧ピストン１２の圧力で調整した。９００
℃までは圧力を増やさなかったが、９００℃から増加さ
せ１０００℃以上では１ｋｇ／ｃｍ²の圧力が積層体１
４にかかるようにした。冷却過程でもその圧力は維持し
た。

【００３０】上記のプロセスで作製したガラス配線基板
の寸法変形量は、基板の対角線長さで測って、６０μｍ
の増加であった。設計上の寸法のずれの許容範囲は±５
μｍであったので、この寸法変形量を±８％で管理する
必要があったが、この管理範囲は実施例においては達成
可能なものであった。なぜなら、上記の寸法変化量は、
加圧量を変えることによって、増減させることができ、
導体金属量の多少やガラス母材のロット変動等による寸
法変化量の変動をこの圧力量の調節によって吸収できた
からである。

【００３１】これと同等のものを従来のグリーンシート
から作る方法で作製しようとすると、加熱途中の雰囲気
に水蒸気あるいは二酸化炭素などを微量に混入させなけ
ればならない他、この雰囲気下でバインダを燃やし尽く
すために数十時間から百時間以上かかる。さらに、製造
工程途中でグリーンシートからの収縮率にすると約１５
％、約７．５ｍｍ収縮すると予想される。この収縮量を
本実施例と同じく±５μｍの範囲で管理するためには、
収縮率を１５±０．０７％で管理しなければならない。
しかし、この管理範囲は非現実的でかつ極めて達成困難
な値である。なぜならば、収縮率は原料粉末の粒子径分
布の変化等の制御の困難な要因によって約０．１％以上
変化するほか、加熱温度のバラツキやグリーンシートの
密度揺らぎなどの不可避的な変動要因によっても約０．
１％以上変化するからである。

【００３２】(実施例２)図５に本発明による他の実施例
の製造プロセスを示す。ガラス板２１は厚さ０．２ｍ
ｍ，５０ｍｍ角である。上記ガラス板２１の母材となっ
たガラスには、ソーダ石灰ガラスを用いた。その温度特
性は、Ｔｆ＝９７０℃，Ｔｓ＝６９０℃，Ｔａ＝５１０
℃であった。この温度特性は、上記ガラスでファイバを
作りそれを鉛直に立てて重りをつるして、高温に置いた
ときの伸び速度から求める繊維伸長法でＴｓ，Ｔａを、
Ｔｆはガラスの中に白金球を入れてそれを等速運動させ
たときに掛かるトルクから求める球引上げ法で求めた。

【００３３】ガラス板２１の片面にポリマーを塗布し硬
化させて皮膜２２を形成し、炭酸ガスレーザで所定の位
置に、φ１００μｍの貫通孔２３をあけた。次にスパッ
タ法で皮膜２２の上から銅２４の層を形成した。このと
き下地のガラス板２１を高温にしなかったので、形成さ
れた銅２４は微結晶の集合状態であった。次に、皮膜２
２とその上の銅２４の層を剥がし、研磨して、上記ガラ
ス板２１の中に貫通した銅２４を持つ銅充填ガラス板２
５を作成した。同様の方法で、銅２４の代わりに亜鉛２
６を持つ亜鉛充填ガラス板２７を作成した。

【００３４】上記の方法で作成した銅充填ガラス板２５
を３枚と亜鉛充填ガラス板２７を２枚、交互に積層し積
層体２８とし、その積層体２８の上にステンレス板２９
を置き、電気炉にセットした。ステンレス板２９によっ
て積層体２８には圧力が０．２ｋｇ／ｃｍ²かかった。
雰囲気で炉内には水素を１０ｖｏｌ％混ぜた窒素雰囲気
を流した。積層体２８の加熱温度プロファイルを図６に
示す。温度Ｔ１は８００℃で、この温度で４時間保持し
た後、９００℃に上げて１時間保持した。銅と亜鉛が合
金化し溶融する温度(Ｔｍ)は８８５℃であった。用いた
ソーダ石灰ガラスは５５０℃以上の温度で失透してしま
う可能性があったので、５２０℃まで急冷した後、歪を
取り除くために冷却速度を落して室温に戻した。

【００３５】本実施例では、銅単体では融点が１０８３
℃であり、ソーダ石灰ガラスのＴｆ(９７０℃)を超えて
いるが、合金の融点が８８５℃とＴｆ以下になることを
用い、導体金属とガラスの組合せの範囲を広げられるこ
とを示している。また、レーザ加工とスパッタ法により
全プロセスを乾式に行なうことによって、めっきやエッ
チング液など化学的に厳しい条件に長時間耐えられない
ようなガラス材料でも多層基板にすることができた。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、焼結前後の基板の収縮
がなく、初期寸法のままの一体化した多層配線版が得ら
れた。また、脱バインダ工程を省略することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のガラス多層基板の製造方法
の説明図である。

【図２】本発明の一実施例の銅をめっき法により貫通孔
に充填する手順の説明図である。

【図３】本発明の一実施例で用いた電気炉の断面図であ
る。

【図４】本発明の一実施例の加熱温度プロファイルの図
である。

【図５】本発明の他の実施例のガラス多層基板の製造方
法の説明図である。

【図６】本発明の他の実施例の加熱温度プロファイルの
図である。

【符号の説明】

１…ガラス板、２…孔、３…銅、４…銅配線、５…フィルム、６…原点、７…銅箔、８…めっき槽、９…電線、１０…めっき液、１１…バフ、１２…加圧ピストン、１３…電気炉、１４…積層体、１５…治具、１６…陽極、２１…ガラス板、２２…皮膜、２３…貫通孔、２４…銅、２５…銅充填ガラス板、２６…亜鉛、２７…亜鉛充填ガラス板、２８…積層体、２９…ステンレス板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者槌田誠一神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者高根悦子神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス板の所定部分に貫通孔をあける工
程、前記貫通孔にめっきにより導体を形成する工程、ガ
ラス板の表面に配線を設けてガラス配線板とする工程、
前記ガラス配線板の複数個を積層して加熱一体化する工
程よりなることを特徴とするガラス多層配線基板の製造
方法。
【請求項２】前記ガラス板が配線に用いる単体金属の融
点温度以上の流動温度を持ち、かつ、配線に用いる単体
金属の融点温度以下の軟化温度を持つことを特徴とする
請求項１記載のガラス多層配線基板の製造方法。
【請求項３】前記ガラス板が配線に用いる合金金属の融
点温度以上の流動温度を持ち、かつ、配線に用いる合金
金属の融点温度以下の軟化温度を持つことを特徴とする
請求項１記載のガラス多層配線基板の製造方法。
【請求項４】前記貫通孔をあける工程が、エッチングま
たはレーザーによるものであることを特徴とする請求項
１記載のガラス多層配線基板の製造方法。
【請求項５】前記配線を設けてガラス配線板とする工程
が、フォトプロセスによるものであることを特徴とする
請求項１記載のガラス多層配線基板の製造方法。
【請求項６】前記加熱一体化する工程が、複数個のガラ
ス配線板のガラス同志を接着する温度まで温度を上昇さ
せ、一定時間保持し、更に複数個のガラスは配線板の配
線に用いる金属同志を接着する温度まで温度を上昇さ
せ、一定時間保持し、徐冷温度まで急冷させ、その後徐
冷するものであることを特徴とする請求項１記載のガラ
ス多層配線基板の製造方法。