JPS60254697A - 多層セラミック回路基板および製法 - Google Patents

多層セラミック回路基板および製法

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JPS60254697A
JPS60254697A JP59109490A JP10949084A JPS60254697A JP S60254697 A JPS60254697 A JP S60254697A JP 59109490 A JP59109490 A JP 59109490A JP 10949084 A JP10949084 A JP 10949084A JP S60254697 A JPS60254697 A JP S60254697A
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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】 技術分野 本発明は、半導体素子を搭載した多層回路基板、特に、
低融点金属である銅を導体材料とし、とれと誘電率の低
いガラスセラミックとを同時に焼成する、信号伝搬速度
の高速化が可能な多層回路基板の製法に関する。
技術の背景 多層セラミ、り回路基板は、一般にモリブデン、タング
ステンなどの高融点金属、または金などの貴金属を導体
材料とする。しかし、前者は電気抵抗が高く、また後者
は価格が高い欠点を有するので、これらよりも電気抵抗
が低く、かつ価格が安い銅を導体材料とすることが望ま
れている。
従来技術と問題点 導体材料のモリブデン、タングステン、などは高温度の
焼成に耐えるために、絶縁材料として高融点のアルミナ
を使用することができる。アルミナは絶縁性、熱伝達性
、安定性および強度が優れているが、誘電率が比較的高
いので、信号伝送の遅延および雑音の発生を伴なう欠点
があシ、またシリコン・チップをアルミナ基板に、はん
だ接続する場合は、アルミナはシリコンと比べて熱膨張
係数が比較的高い欠点もある。
銅を導体材料とする基板に、アルミナよシ融点がはるか
に低いガラス・セラミックを使用することが提案されて
いる。銅は酸化され易いので、非酸化性雰囲気で焼成す
る必要がある。他方、絶縁材料は焼成中にバインダの樹
脂を完全に飛散し炭素残留物を残さないことが必要であ
る。従来、一般に使用された、たとえばポリビニルブチ
ラールは、１０００℃以下の非酸化性雰囲気中では完全
に飛散しないので、焼成基板が多孔性とな）、卆つ炭素
残留物が生じて基板の機械的および電気的な特性が低下
する欠点を生ずる。これらの欠点を回避するためには、
各層ごとに焼成を反復する、いわゆる厚膜多層法が知ら
れているが、この方法は繁雑であって商業的製造に適し
ない欠点を有するＯ ＩＢＭ社り、　Ｗ、　Ｈａｒｒｏｗ　らの米国特許第４
，２３４，３６７号（対応特開昭５５−１２８，８９９
号）によれば、銅を導体材料とし、スポジューメンまた
はコージーライトを絶縁材料とし、水素対水蒸気の比が
１０−４〜１０−６°５の雰囲気中で一体焼成する。こ
の方法は主ガスが水蒸気であり、また水蒸気中の水素含
量が極めて少ないので、雰囲気のコントロールは困難で
ある。
また本発明者らの特開昭５９−９９５号は、熱解重合型
樹脂を含むバインダを使用してガラスセラミック層を形
成し、この層の上に銅導体層を形成し、多層化した未焼
結体を、ガラスセラミ、夛に含まれるガラス成分が加熱
による変化を示さない温度において、水蒸気分圧を０．
００５〜０．３気圧に制御した窒素雰囲気中で焼成して
パイン〆を飛散させることを特徴とする、銅導体多層構
造体の製造方法を開示し、ガラスセラミ、りめアルミナ
含量を４０〜６０重量％とし、水蒸気分圧を制御した窒
素雰囲気性でパインｔを飛散させる焼成温度を５５０〜
６５０℃とすることが好ましいこと、およびバインダを
飛散させた後に、水蒸気を含まない窒素雰囲気中で約９
００℃で焼結することを教示している。しかし、バイン
ダを十分に飛散させようとして、水蒸気を含む不活性雰
囲気中での焼−底温度を６５０℃よシ高くすると、ガラ
ス成分が熱変化してバインダの飛散を妨げて、炭化した
バインダが幾分残る欠点があった。
発明の目的 本発明の目的は、バインダを十分に酸化して飛散させる
ことができる、銅導体およびガラスセラミックからなる
多層構造体の製法を提供することである。それには、ガ
ラス成分を熱変化させずに、十分な高い温度で酸化焼成
することが必要である。
発明の構成 本発明の上記目的は、熱解重合型樹脂を含む・ｆインダ
を使用してガラスセラミック層を形成し、この層の上に
銅導体層を形成し、多層化した未焼結体を、ガラスセラ
ミックに含まれるガラス成分が加熱による変化を示さな
い温度において、水蒸気分圧を０．００５〜０．３気圧
に制御した不活性雰囲気中で焼成してバインダな飛散さ
せる多層セラミック回路基板の製法であって、ガラスセ
ラミックの原料として、２０重量−以上、５０重量％未
満のアルミナと、１０重量％以上、６０重量％未満の石
英ガラスと、２０重量−以上、４０重量％未満の、銅の
融点よシ低い温度で焼成可能なガラスまたは結晶化ガラ
スとを混合して使用することを特徴とする多層セラミッ
ク回路基板の製法によって達成される。
実施例 ガラスセラミックの原料のうち、アルミナは、前述のよ
うに絶縁性、熱伝達性、安定性および強度が優れている
が、誘電率が比較的高く、かつ熱膨張率がけい素チップ
と比べて高いので、２０重量％以上とするが、５０重量
％よシ少なく使用する。銅の融点よシ低い温度で焼成可
能なガラスは、はうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラ
ス、また銅の融点よシ低い温度で焼成可能な結晶化ガラ
スはコージーライ゛トまたはスＩシー−メンが適当であ
る。これらは軟化点が７５０〜８５０℃程度であって、
これよシ高い温度ではガラスの軟化焼結が進行して、ガ
ラスセラミック中に気泡を生じるので、バインダを飛散
させる温度を９００℃よシ高めることができず、残留炭
素を十分に除去することができない。従ってこれらのガ
ラスの使用量は２０重量％以上とするが、４０重量％よ
シ少なくする。石英ガラスは、上記鋼の融点よシ低い温
度で焼成可能なガラスまたは結晶化ガラスよシ、軟化点
がはるかに高く、かつ誘電率が極めて低いので、これら
のガラスおよびアルミナの欠点を打消すために、６０重
量％より少くないが、１０重量％以上を使用する。
アルミナが、２０重量−以下では、強度が低くな）、ま
た５０重量−以上では、誘電率が高くなって、信号伝搬
速度を十分に高速化することができない。石英ガラスが
、１０重量％未満では、誘電率を低くシ、かつ熱膨張率
を低くすることができない。また６０重量％以上では、
強度が低く銅の融点より低い温度で焼成可能なガラスま
たは結晶化ガラスが、２０重量％未満では焼結が不十分
となシ、また４０重量％以上では、ガラスセラミ、りの
融点が低くなシ、焼成温度を十分に高めることができな
い。
パイン〆としては、熱解重合型樹脂は、ポリメタクリル
酸エステル系樹脂、Ｉリテトラフルオロエチレン系樹脂
およびポリ−α−メチルスチレン系樹脂、ならびにこれ
らの混合物のいずれかを使用できる。これらの樹脂は３
５０〜４５０℃で熱分解するので、水蒸気分圧を０．０
０５〜０．３気圧に制御した不活性雰囲気中で、この温
度で第１焼成した後に、６５０〜９００℃において第２
焼成してバインダを完全に飛散させることが好ましい。
これによって、ガラスセラミック中への銅の拡散を少な
くして、かつ残留炭素による基板の炭化を防止ししかも
銅の酸化を防止することができる。
本発明の１つの実施例として、下記第１表に示す組成の
ガラスセラミックスリップを使用した０第１表ガラスセ
ラミックスリ、プの組成この組成のスリ、ｆよジグリー
ンシートをドクタブレード法によシ厚さ０．３ｕに形成
し、１５Ｘ１５αに打抜き、直径０．２　ｒａｔの銅が
一ルを埋設してバイアホールを形成し、銅ペースト（Ｅ
ＳＬ製、２３１０）を印刷して導体ツヤターンを形成し
た単層を、３０層積層し、１３０℃、２５ＭＰｍで３０
分間プレスした後、第１図に示す焼成条件、すなわち水
蒸気分圧０．０７気圧の窒素中で、第１焼成として４０
０℃で８時間、次に第２焼成として８００℃で８時間焼
成してパイン〆を飛散させた後窒素中で１０１０℃に加
熱してガラスセラミックを焼結した。
得られた多層セラミック回路基板は、銅導体の電気抵抗
が１．１ｍΩ／口／ｍ　ｓ　Ｉ　Ｎ絶縁体の曲げ強度１
８００　ｋｇ／ｃｒｎ２、密度９９，０％、誘電率４．
９、残留炭素Ｊ１３０ｐｐｍ以下（明度８０％）であっ
た。このとき、絶縁体ガラスセラミ、りの組成は、次の
第２表に示すとおシであった。
第２表　ガラスセラミックの組成（ｗｔ％）ｋｔ２０５
　３４．２ ｓｔｏ２　５９．３ ｎ２ｏ３　４．９ Ｎａ２０　１．３ に２０　０．２ ＣａＯＯ，１ なお、未焼結体の焼成条件を変えて、得られた焼結体の
明度、銅の拡散または酸化の有無を試験した。その結果
を第２図に示す。
焼成温度は、３５０℃よシ低いと、バインダが熱分解し
ない、４５０℃よシ高いと、ガラスセラミック中へ銅の
拡散囚がおきる。第２焼成温度は６５０℃よシ低いと、
残留炭素量が多くなシｚ９００℃よシ高いと銅の酸化（
Ｂ）がおきる。そして３５０〜４５０℃で第１焼成し、
８５０〜９００℃で第２焼成するときは明度８０の基板
が得られる。
なお、他の実施例として、第１表の組成のポリメタクリ
レートエステル系樹脂の含量を１／！とじ、ガラスセラ
ミックペーストと銅イーストとを交互に１０層印刷する
厚膜印刷によりて積層したことい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 本発明の製法によれば、バインダを飛散させる焼成温度
を高めることができ、これによって残留する炭素量を低
減でき、しかも誘電率を低くすることができ、基板の信
頼性の向上および、信号伝播速度の高速化の効果がある
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例における焼成条件を示すグラフ
でアシ、第２図は本発明の実施例における、第１焼成お
よび第２焼成の温度条件と、得られた基板の特性を示す
グラフである・ Ａ・・・銅拡散領域、Ｂ・・・銅酸化領域、Ｃ・・・明
度。 特許出願人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士　西舘和之 弁理士　内田幸男 弁理士　山　口　昭　之 第１Ｗ！Ｊ 時叩（ｈ）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、熱解重合型樹脂を含むパイン〆を使用してガラスセ
    ラミック層を形成し、との層の上に銅導体層を形成し、
    多層化した未焼結体を、ガラスセラミ、りに含まれるガ
    ラス成分が加熱による変化を示さない温度において、水
    蒸気分圧をｏ、ｏｏｓ〜０．３気圧に制御した不活性雰
    囲気中で焼成してバインダを飛散させる多層セラミック
    回路基板の製法であって、ガラスセラミ、り原料として
    、２０重量−以上、５０重量−未満のアルミナと、１０
    重量−以上、６０重量−未満の石英ガラスと、２０重量
    −以上、４０重量％未満の、銅の融点よ）低い温度で焼
    成可能なガラスまたは結晶化ガラスとを混合して使用す
    ることを特徴とする、多層セラミック回路基板の製法。 −２，銅の融点より低い温度で焼成可能なガラスがほう
    けい酸ガラスまたはアルミノけい酸ガラスであシ、銅の
    融点よシ低い温度で焼成可能な結晶化ガラスがコージー
    ライトまたはスポジューメンである、特許請求の範囲第
    １項記載の製法。 ３、熱解重合減樹脂がポリメタクリル酸エステル系樹脂
    、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、およびポリ−α
    −メチルスチレン系樹脂ならびにこれらの樹脂の混合物
    のいずれかである、特許請求の範囲第１項記載の製造方
    法。 ４、水蒸気分圧をｏ、ｏｏｓ〜０．３気圧に制御した不
    活性雰囲気中で、３５０〜４５０℃で第１焼成し、さら
    に、６５０〜９００℃で第２焼成してパ°インダを飛散
    させた後に、水蒸気を含まない不活性雰囲気中で、９．
    ５０〜１０８３℃において焼結する、特許請求の範囲第
    １項記載の製法。 ５、積層法によって未焼結体を特徴する特許請求の範囲
    第１項記載の製法。 ６、多層印刷法によって未焼結体を特徴する特許請求の
    範囲第１項記載の製法。
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