JPS6117656B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複合焼結体の改良された製造法に関す
るものである。さらに詳しく説明すれば、複数層
からなる例えば半導体集積回路装置用の複合焼結
体の製造法に関するものである。

一般に上述のような複合焼結体を製造するには
第１図に示したようにそれぞれ別個に形成された
誘電材料よりなる基板、例えば生セラミツクシー
ト１，１′，１″の表面にそれぞれ所望パターンの
導体層２，２′，２″を印刷し、上記各基板の所望
の相互配線接続部分に孔３を形成し、該孔にそれ
ぞれ導体材料を充填せしめ、次に導体層２，
２′，２″が所望の相互配線接続となるように上記
基板１，１′，１″を積み重ねて積層体となす。

しかる後に焼結するのに充分な温度で、かつ一
定時間上記基板の積層体を加熱することにより多
層配線基板あるいは多層配線パツケージのような
複合焼結体を完成せしめるのが普通であつた。

しかしながらこのような方法は、特にそれぞれ
の基板の相互配線接続において問題がある。すな
わち導体層を含む基板１，１′，１″の所望の個所
に穿たれた孔３に導体材料を充填しようとする場
合、孔はきわめて小さいものであるから導体材料
が孔の中に完全に充填されない場合があり、その
ため相互の配線接続が完全に出来ず断線等が生じ
ることがあり、接続状態は極めて信頼性に乏しい
ものであつた。この欠点を解決するために導体材
料を真空吸引させて孔の中に充填させる技術があ
るが作業工程が増し、量産性は乏しいものであ
る。

さらにこのような方法では、多層配線の層数に
等しい数の基板が必要であり、かつそれぞれの基
板を所定の形に打抜くパンチ工程が入り作業工程
が多くなる。また、基板を積層しホツトプレスを
行う工程も必要で、このホツトプレスの際、完全
に積層されないと積層の不安定性（接着の不確実
性）による気密リーク、基板の不必要な変形等の
不良につながる原因が発生しやすい。また、焼成
時に生セラミツクシートと導体層との収縮率の差
異により焼成変形によつてセラミツクシートにそ
りが生じたり、メタライズされた導体層とセラミ
ツクシートとの間の接合強度が低下し、はがれ等
を生じることがある。したがつて工程が比較的複
雑で歩留りが低下し、そのため原価高となる。

本発明は上記欠点を解消するために成されたも
のであり、その目的とするところは多層の配線接
続を容易にしかつ信頼性の高い複合焼結体の製造
法を提供するものである。他の目的は工程の省力
化を計つた複合焼結体の製造法を提供するもので
ある。さらに他の目的は複合焼結体の厚さを極め
て薄くし、それによる原料の無駄をなくした複合
焼結体の製造法を提供するものである。さらに他
の目的は気密リーク、基板の不必要な変形等をな
くした密封構造を有し、かつ比較的高度の耐久性
を有する小型化された複合焼結体の製造法を提供
するものである。

さらに他の目的は生セラミツクシートと印刷層
との焼結時における収縮率の差異をなくし、焼結
変形のない複合焼結体の製造方法を提供するもの
である。

さらに他の目的は複合焼結体として使用する生
セラミツクシートに対して、これと収縮率の合致
した印刷ペーストを製造することである。

このような本発明によれば各層の配線の相互接
続を極めて容易に行なうことができ、かつ各層は
生セラミツクシート上にセラミツクペーストおよ
び導体ペーストを印刷することによつて形成さ
れ、その厚さは充分薄く制御することができるか
ら、多層配線の複合焼結体の厚さを従来の方法に
比べて充分薄くすることができる。

さらに本発明によれば、無機材料の混合物形成
後その混合物から上記生セラミツクシートと印刷
ペーストとを形成するため、上記生セラミツクシ
ート及び印刷ペーストの焼結時における収縮率は
同一であり、従来のような収縮率の差異によるは
がれ、断線、われ、そりのない良好な複合焼結体
を得ることができる。すなわち、本発明によれ
ば、生セラミツクシートと印刷ペーストとは同一
の混合物からなるため、それらは、同一の材質及
び同一の混合比となり焼結時同一の収縮率をもつ
ことになるからである。

第２図は本発明により得られた具体的な複合焼
結体の完成体断面図であり、１はセラミツクシー
ト、４は絶縁層、２は導体層を示す。

第３図は本発明による製造工程を示すものであ
る。

(1) セラミツク原料無機分として、アルミナ
（Al₂O₃）を主成分としこれにシリカ（SiO₂）マ
グネシア（MgO）のごとき鉱化剤の粉末を例
えばAl₂O₃：91重量％、SiO₂：6.8重量％、
MgO：2.2重量％の比でさらに上記セラミツク
無機原料間に結合性を与えるための結合剤とし
てブツトバー（モンサント商品名）を加え混合
したものを用意する。なお、鉱化剤の添加量に
よつて焼結温度を適宜変化させ得る。

(2) 上記混合物をボールミルを使用して約30分間
混合することによりアルミナ粉末混合物を得
る。

(3) 次に上記混合物中にブツトバーの溶剤として
シート化しやすい溶剤（低沸点溶剤）例えば共
沸点混合物（トリクロールエチレン：60重量
％、ブチルアルコール：23重量％、パークロル
エチレン：17重量％）を、また生セラミツクの
可塑剤としてブチルフタリル・ブチルグリコレ
ートを用意する。次にアルミナ＋鉱化剤：100
ｇに対し、ブツトバー：６ｇ、低沸点溶剤：38
ｇ、可塑剤：2.8ｇを添加混合する。

(4) 上記の粘性混合物をボールミルを使用して３
時間かけて充分に混合することによりアルミナ
スリツプを得る。

(5) 上記のアルミナスリツプを樹脂フイルム例え
ばルミラー（商品名）あるいは、剥離紙上にキ
ヤステイングすることによつて、一定の厚さ
（約1.0mm）、所望形状のシート状スリツプを造
り、引きつづきそのシート状スリツプを加熱し
て低沸点溶剤を揮発させ、乾燥させて生セラミ
ツクシートを造る。

次にペーストとして使用する場合には、 (3)′ 前記(2)の工程において造られたアルミナ粉
末混合物中に、ブツトバーの溶剤として印刷し
やすい溶剤（高沸点溶剤、例えばブチルカルピ
トールアセテートを入れ、次に上記アルミナ粉
末混合物106ｇに対し、可塑剤を2.8ｇ、高沸点
溶剤を38ｇの割合で混合する。

(4)′ 上記の粘性混合物をボールミルを使用して
３時間かけて充分に混合することによりアルミ
ナスリツプを造り、それを２つにわける。

(5)′ その一方のアルミナスリツプを絶縁層とし
ての生セラミツクペーストとする。

(5)″ 他方のアルミナスリツプに導体粉末例え
ば、タングステン、モリブデンもしくはチタン
のごとき高耐熱性金属の粉末を単独または複合
体として添加して混合し、導体ペーストを造
る。このとき金属添加物の量を制御することに
よつて導体の抵抗値を決定することができる。
これらのペーストは例えばシルクスクリーンプ
ロセスで生セラミツクシート上に単層に、また
は導体ペーストと絶縁ペーストとを交互に積層
して印刷する。なお各印刷工程後80℃でペース
トの乾燥を行う。

上記の生セラミツクシートとペースト積層物を
還元性または中性雰囲気例えばN₂またはN₂＋H₂
混合ガス中で1450〜1650℃に加熱し、生セラミツ
クシートと絶縁ペーストとをセラミツク化すると
同時に、導体ペーストをメタライズしてこれらを
焼結する。

なお、上記具体的実施例の中で生セラミツクシ
ートを形成する場合に、アルミナ混合物中にシー
ト化しやすい溶剤（低沸点溶剤）を添加させた
が、これは低沸点溶剤であれば常温で揮発し、シ
ート化するのに作業上好都合であるから添加した
ものである。したがつて、何等これに限定される
ものでなく高沸点溶剤であつても一向に構わな
い。またこの時上記具体的実施例では同時にシー
ト取り扱いをよくするために可塑剤を添加した
が、高沸点溶剤を添加する場合においては、常温
で揮散しにくいから、それをある程度残留させて
おき、可塑剤として利用すれば別途可塑剤を添加
しなくとも構わない。

さらにペーストを形成する場合にアルミナ混合
物中に印刷しやすい溶剤（高沸点溶剤）を添加さ
せたが、これは高沸点溶剤を添加させることによ
つてペースト状態を保つておき、印刷時にスクリ
ーン印刷装置のスクリーンの目づまりを解消する
ためである。したがつて印刷手段を改良すれば問
題点は解決されるから低沸点溶剤であつても構わ
ない。

次に他の具体的実施例を第４図の製造工程に基
づいて説明する。

(1) セラミツク原料無機分として、アルミナ
（Al₂O₃）を主成分とし、これにシリカ
（SiO₂），マグネシア（MgO）のごとき鉱化剤
の粉末を例えばAl₂O₃：91重量％、SiO₂：6.8重
量％、MgO：2.2重量％の比で混合したものを
用意する。この鉱化剤の添加量によつて焼結温
度を適宜変化させ得る。

次に上記セラミツク無機原料間に結合性を与
えるための結合剤としてプツトバー（商品名）
を、プツトバーの溶剤として低沸点溶剤である
例えば共沸点混合物（トリクロールエチレン：
60重量％、ブチルアルコール：23重量％、パー
クロルエチレン：17重量％）を、また生セラミ
ツクの可塑剤としてブチルフタリル・ブチルグ
リコレートを用意しアルミナ＋鉱化剤：100ｇ
に対してブツトバー：６ｇ、低沸点溶剤：38
ｇ、可塑剤：2.8ｇ添加し混合する。

(2) 上記の混合物をボールミルを使用し３時間か
けて充分に混合することによりアルミナスリツ
プを得る。

(3) 上記アルミナスリツプをシート状に、樹脂フ
イルム例えばルミラー（商品名）、あるいは剥
離紙上にキヤステイングを行なつて、一定の厚
さ（約1.0mm）、所要形状の生セラミツクシート
を形成する。この生セラミツクシートは加熱す
ることによつて低沸点溶剤を揮散させて乾燥さ
せる。

(3)′ 上記アルミナスリツプをペーストとして使
用する場合にこのままでは低沸点溶剤が常温で
蒸発して急速に固化し、印刷時にスクリーンの
目づまりを生じたり、印刷後のスクリーンの掃
除を困難ならしめるので、低沸点溶剤を一旦高
沸点溶剤に置換する。例えば、アルミナスリツ
プ500ｇに対し、ブチルカルピトールアセテー
ト120ｇ、消泡剤としてシリコーン油（商品
名、東レシリコーンSH5520）0.2ｇを加え真空
加熱（10^-5Torr、80〜90℃）して低沸点溶剤
を飛散させることによりペーストを得る。

前記(3)′の工程で得られたペーストはそのま
まで絶縁ペーストとして使用できる。

(3)″ また導体ペーストを得るためには、上記ペ
ーストにさらにタングステン、モリブデンもし
くはチタンのごとき高耐熱性金属の粉末を単独
にまたは複合体として添加して混合する。これ
ら金属添物の量によつて導体の抵抗値が決定さ
れる。これらペーストは例えばシルクスクリー
ンプロセスで生セラミツクシート上に単層に、
または導体ペーストと絶縁ペーストとを交互に
積層して印刷する。各印刷工程後80℃でペース
トの乾燥を行なう。

上記の生セラミツクシートとペースト積層物を
水素等の還元性雰囲気中で1450〜1650℃に加熱
し、生セラミツクシートと絶縁ペーストとをセラ
ミツク化すると同時に、導体ペーストをメタライ
ズしてこれらを焼結せしめる。

このようにして得られた生セラミツクと絶縁層
または（および）金属層との複合焼結体は、同一
粉砕ロツトによる原料から生セラミツクシートと
印刷ペーストとを形成しているため、特にそれら
の混合度が一致しているから、それらの焼成時の
焼結温度に変動がないので収縮率が完全に一致し
ており、焼成変形は全くなく、導体と基板との間
の接合強度もきわめて高い製品が得られる。

以上本発明の実施例において、セラミツク原料
無機分、結合剤、溶剤等の種類、成分量を特定し
て説明したが、本発明はその特許請求の範囲を越
えない範囲で、前記材料の種類成分比を適宜変更
し得ることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法における薄板のそれぞれを分
解して別個に示した透視図、第２図は本発明の方
法より得られた具体的な完成体断面図、第３図及
び第４図は本発明の具体的実施例の製造工程図で
ある。 １……セラミツクシート、２……導体層、３…
…孔、４……絶縁層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 無機材料の混合物を形成する工程、上記混合
   物の一部を生セラミツクシートにする工程、上記
   混合物の他部を絶縁ペーストとする工程、上記生
   セラミツクシート上に上記絶縁ペーストを形成す
   る工程を有することを特徴とする複合焼結体の製
   造法。