JPS6197991A - 多層セラミック基板パッケージ用未焼成セラミック基板のトレンチ・パターン形成方法 - 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、基板上に電気相互接続パターンを形成する方
法、さらに詳しくいえば導電性ペーストを詰めて焼結す
ると、電気相互接続パターンをインレーしたセラミック
・パッケージができる、未焼成セラミツク基板にトレン
チないし埋込みパターンを形成する方法に関するもので
ある。

〔開示の概要〕

セラミック・グリーン・シートにトレンチ・パターンを
形成する方法を開示する。このトレンチ・パターンには
後刻導電ペーストが充填され埋め込み導電パターンが形
成される。まずグリーン・シートにつき所望導電パター
ンを濃淡インクで描く。グリーン・／−トに直接画像を
印刷し７てもよく、可撓性基体たとえば紙に最初に印刷
を行って、そののちゼログラフィでグリーン・シートに
転写を行ってもよい。つぎに強度の非コヒーレント光源
を用いてグリーン・シートを照射し、インク領域が高度
に光エネルギを吸収するようにする。これによりグリー
ン・シートの接着剤が揮発して、画像知合ったトレンチ
・パターンがそこに形成される。

〔従来技術〕

多層セラミック（ＭＬＣ）基板パッケージの利点はよく
知られている。Ｍ　Ｌ　Ｃは、典型的な場合、モリブデ
ンをメタライズしたアルミナ１７〜３２層から構成され
、合計厚さが４〜５ｍｍであるが、典型的な場合１００
個以上の半導体集積回路チップを収容することができる
。ＭＬＣ基板はいくつかの信号層を具備し、これにより
チップ間およびチップ内接続が達成され、かつ導電体が
外部接続用入出力に案内される。また適正な電気的性能
特性を得るだめの層が設けられる。ＭＬＣは、先行技術
のパッケージに比べて回路密度、信頼性および性能が改
良されており、ＶＬＳＩおよびＵＬＳ■半導体技術で実
現された利点を補足するものである。

ＭＬＣ基板の基本的製造方法は、（１）酸化アルミニウ
ム、ガラス粉末、有機接着材、可塑剤などの原材料を組
み合せてスラリーを調製すること、（２）スラリーを流
込み形成して均一な厚さく典型的な場合０．２　ｍｍ　
）の未焼成のグリーン・セラミック・ノート・テープに
し、続いて形成テープを切断して正方形の半加工品を作
ること、（３）まずシート精密位置決め用の貫通ホール
をシートの４隅に穿孔し、次に典型的な場合、樹脂中に
均一に分散させたモリブデン粉末と溶媒混合物からなる
導体ペーストを使って、シートを所期の相互接続パター
ンに応じてメタライズして、パーンナリゼーションを行
なうこと、（４）まず４隅の位置決め穴を使って層間の
正確な位置合せをすることにより、パーンナライズされ
たグリーン・シートの所期の組み合せを積み重ね、次に
層を張り合せて、熱（約７５℃）と圧力（約２５ＭＰａ
まで）を加えて融着させてモノリシック・ユニットにし
て、スクッキングと積層を行なうこと、および（５）支
持板上の積層基板を炉で還元性雰囲気中で１２５０〜１
５００℃の高温で焼結させて有機物質を揮発させ、しっ
かりと結合された金属相互結合パターンを備えた、高密
度の耐損傷性のＭＬＣ基板を形成することからなる。

最も広く使用されるセラミック・グリーン・シート・メ
タライゼーション法は、導電性ペーストでセラミック・
グリーン・シートをスクリーニングすることからなる。

米国特許第４１０９３７７号に開示されている方法では
、所期の開ロバターンを備えた金属マスク（たとえばス
テンシル）をグリーン・シートのすぐ近くに置き、また
は直接に接触させ、通常のドクター・ブレード法でマス
クの開放スペースから導電性ペーストを押し出して、グ
リーン・シート表面から突き出した導体パターンを形成
する。この方法の基本的欠点は、セラミック・シートを
積み重ねるとき、各シートから導体パターンが突き出し
ているため、Ｍ　Ｌ　Ｃ基板に表面のふくらみができる
ことである。張り合せてふくらみを平坦にすると、パタ
ーンが広がり歪んで、線幅と線の断面積、線間隔、積層
できる／−ト数などが制限される。線の断面積が減るに
従って抵抗率が増大するだめ、線幅と断面積に対する制
限は、線抵抗に対する制限となる。そのた・め信号伝播
速度が減少する。スクリーニング法の第２の欠点は、自
己支持性ステンシルを使って導体パターンが形成される
ため、導体ペーストを押し出すのに必要なステンシルの
剛性を破壊することなく、その中にどれだけ接近した開
口を形成できるかについて限界がある。それに付随して
、開口が細かいほどその清掃が難しいため、使用の度に
ステンシルを清掃する問題がある。これらの制限のため
、寸法は２５μｍのオーダー、抵抗率は０、５　ｃｈｍ
　−一のオーダーになっている。

上記の導体スクリーン法の制限を克服するため、まずグ
リーン・シートの表面部分に溝ないしトレンチ・パター
ンを形成して、次にそこに導電体ペーストを詰める第２
の方法が使われてきた。このやり方では、導電体パター
ンはグリーン・シート中に完全に隠れまたは埋め込まれ
、表面の突起はなくなる。

溝ないしトレンチ・パターンを形成する１つの方法は、
グリーン・シート中に埋め込むべき所期のパターンをま
ず表面上のポジ滓出しパターンとして形成しくすなわち
、マスター・ツール上にパターンを突起として形成し）
、次にポジ・イメージをグリーン・シート材料中に刻印
しまたは押し込んで、後に埋込みパターンが残るという
、インタリオ（陰刻）印刷の一変形の方法によるもので
ある。しかし、グリーン・シートは浮出し法に従うほど
軟かく可撓性ては々く、実際に焼結段階でグリーン・シ
ートの収縮を抑制するために入れられた固形物質を大量
に含んでいるため、パターンを機械的にグリーン・シー
トに押し込むのは実用的でない。

グリーン・シート中に埋込みパターンを形成するもう１
つの方法が、米国特許第３７７０５２９号に開示されて
いるが、これはグリーン・シートのすぐ近くに配列され
た予定パターンの穴があいた反射性マスクを通して、グ
リーン・パターンをレーザー光線に当て、それによって
グリーン・シート材料を熱で加工するものである。この
方法はずっと細い線が画定でき、隣接する線の間隔をず
っと狭くすることができるものの高価でしかも慎重な制
御を必要とする、高出力のレーザー・システムが必要で
ある。

溝またはトレンチ・パターンをグリーン・シートと形成
するはるかに印象的な方法は、米国特許第３９５６０５
２号に開示されている、非接触式電子ビーム法によるも
のである。この方法では、薄い有機マスク材料を用いて
グリーン・シートを積層し、高エネルギー電子ビームを
使って、有機材料を通って選択的にグリーン・／−ト中
に伸びる予定パターンの開口を画定する。電子ビーム法
はグリーン・シート中によく画定された凹んだパターン
をもたらし、次にそこに電導体ペーストを詰めて信頼性
の高いＭＬＣパッケージを得ることができるが、電子ビ
ーム式パターン生成装置を使用する必要がある。このよ
うなパターン生成装置は、高真空ツーリング、精巧な電
子ビーム光学系およびカスタム・ソフトウェアが必要で
あり、そのためこの方法は極めて高くつく。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、先行技術の利点を保ちながらその欠点を除去
するものである。

グリーン・シート上に導電性ペーストの埋め込みパター
ンを形成する簡単な方法を提供することが、本発明の主
目的である。

本発明の第２の目的は、複数のグリーン・シートを積み
重ね、張シ合せ、焼結すると、表面のふくらみのないパ
ッケージができるような、セラミック・グリーン・シー
ト上に埋込まれた導電性ペーストの相互接続パターンを
形成することである。

本発明の第３の目的は、グリーン・シート上に、相互接
続密度の高い多層セラミック・パッケージの製造に特に
適した改良された線固定と品質をもつ、完全に埋込まれ
た導電性相互接続パターンを提供することである。

本発明の第４の目的は、剛性で自己支持性のマスクが必
要でない、セラミック・グリーン・シート上に導電性ペ
ーストの埋め込みパターンを形成する方法を提供するこ
とである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記の目的およびその他の関連する目的および利点は、
本明細書で開示する新奇な方法の使用によって達成でき
る。本発明の一つの良好な実施例ポジ・イメージを形成
する。次にゼログラフィーによってイメージをグリーン
・シートに転写する。

こうして得られるパターンの白黒コピーは、黒色領域が
パターンの導電性部分に対応するものであるが、これに
強い可視光または紫外光を当て、黒色領域に光を吸収さ
せてその部分のグリーン・シートを揮発させ、そこにト
レンチ・パターンを形成する。トレンチにドクター・ブ
レード法など通常の方法で導電性ペーストを塗布して、
完全にグリーン・シート中に埋込まれた導電性ペースト
のパターンを形成する。

本発明のもう一つの実施例では、ゼログラフィーではな
くて直接プリントによって、グリーン・シート上に導電
体パターンの白黒（または一般に高コントラストの）イ
メージを形成する。直接プリント法の一例では、所期の
パターンをもつ高解像力の非剛性ステンシルをグリーン
・シートと接゛触させ、カーボン・インキなど放射線吸
収性の強いインキを塗布してステンンル・パターンをグ
リ〔実施例〕 ここで図面に示されている工程段階を参照すると、この
方法は空白のセラミック・グリーン・シート部材１０か
ら始まる。典型的な場合、グリーン・ノート部材１０は
厚さ約２００μｍで機械的強度が大きく、シかし充分に
柔軟なものである。

グリーン・ノートの基本成分は典型的な場合、酸化アル
ミニウムとガラス粉末に有機接着材と可塑剤を加えたも
のである。部材１０のこれらの基本成分は、充分な可撓
性と安定性を与えるだけでなく、グリーン・シートに熱
伝導性（典型的な場合、熱伝導率は約０．０２　Ｗａｒ
ｎ／　’Ｃ）およびある程度の光学反射性を与える。本
発明ではこの両方の特性をうまく利用している。

工程の第１段階では、最終的に希望する導電体パターン
の高コントラスト・イメージを、グリーン・７一ト部材
１０の表面に形成する。この段階は、いくつかの方法で
実施できる。一つの方法は、紙などの可撓性マスター基
板上に最終的に希望する導電体パターンの黒白（または
明暗）＠図を形成するものである。線図の黒／暗色領域
は、パターンの導電性パターンに対応し、明／白色領域
は導電性パターンのないグリーン・ソートの残シの部分
に対応する。次に、段階１で示されているようにゼログ
ラフィーによってマスター上の白黒パターンをグリーン
・シート部材１０に転写し、部材１′０上にポジ・パタ
ーン１１を作る。このゼログラフィーによるパターンの
転写は、ＩＢＮｉ複写装置シリーズ■モデル４０など市
販の乾式複写装置を使ってうま〈実施できる。このゼロ
グラフィー法では、カーボンをベースとするトナーを使
って、明色のグリーン・シート上部材上に高コントラス
トの暗色カーボン・パターン−ｔｉる。カーボンが好ま
しいのは、グラフィック・カーボンまたは熱分解カーボ
ンは、暗色領域に高レベルで充てんできる微粒子のもの
が市販されており、また後述のように本発明の実施可能
性にとっての必要な基準となる特性である紫外光および
可視光および可視光の吸収力と熱伝導率が高いためであ
る。ゼログラフィーによってマスター・パターンをグリ
ーン・ノート部材に転写することは、マスターを何蜜も
繰返し利用して多数のグリーン・／−ト部材上にパター
ンを複製できるため、大量生産では特に好ましい。ゼロ
グラフィー法のもう一つの利点は、紙幅が１０μｍの細
さであυ、また紙間隔が１２５μｍの狭さである高解像
力イメージ・パターンの転写が可能なためである。

段階１を実施するためのもう一つの方法は、所期の導電
体パターンに対応する開ロバターンをもツステンンルを
形成し、このステンシルラフリーン・ソート部材工０の
すぐ近くに置きまたは直接接触させ、カーボンをベース
とするトナーをその開放領域に塗布するものである。

段階１を実施するための第３の方法は、電子ビームを使
って導電体パターンのイメージをもつ光学マスクを形成
するものであるが、これは解像力の核めで高い導電体パ
ターンが望ましい場合に特に有刈である。次に、通常の
フォト’Ｊンプラフィー法によって、フォトレジストｈ
）：蒲−威を什フィルムを備えたマスター・プレートに
この光学パターンを転写する。現像すると、導電体パタ
ーンと厳密に対応するフォトレジスト・パターンが形成
される。このフォトレジスト・パターンを適当なインキ
を使って直接接触プリントして、最終的にグリーン・シ
ートに移す。

゛段階１を実施するだめの第４の方法は、通常の印刷で
導電体パターン・イメージをもつマスター・リソグラフ
ィー・プレートを形成するもので、解像力が比較的低い
（例えば、７５〜１００μｍの）導線を形成するのに適
している。

上記のどの方法を使って段階１を実施しようと、表面に
高コントラストのポジ・インキ・パターン１１を備えた
グリーン・シート部材１０がもたらされる。

高コントラストのインキ・パターンを形成した後、段階
２でグリーン・シート部材１０を高光度光源１２に当て
て、グリーン・シート全体を均一に照射すると、シート
のインキのついた領域１１ν→−Ｊ胃ハを西討台粋す充
士謳■を払１ｆ≠１女ルゼーを容易に吸収し、グリーン
・ノートの残りの領域は、光エネルギーを少ししか吸収
しない。この段階で使用する光の波長と強度は、吸収特
性、インキ・パターン１１の厚さ、および照射時間によ
って決まる。この照射段階で使用する光の波長は、一般
にインキ材料の吸収スペクトルとできるだけ一致させる
べきである。例えばカーボンをベースとするインキの場
合、電磁スペクトルの可視光部分または紫外光部分に対
応する波長が適していることになる。光の強度について
は、一般にインキ・パターンが厚いほど必要な光の強度
も大きくなる。しかし、グリーン・シート部材１０の照
射時間を長くすると、グリーン・シート部材全体が暖ま
って、光エネルギーがそのインキのついた領域のみから
局部的に伝達され、段階２で実施しようとする領域で局
部的に温度上昇が起るのを妨げることになるので、照射
時間は相殺効果をもつ問題である。つまり、光源の強度
とその活性化時間は、インキのついた領域がつかない領
域よりもずっと速い速度で加熱されるという、グリーン
・シートおよびその上のインキの光学特性と厚さ特性に
付随する問題によって規定される。このグリーン・シー
ト部材１０の局部的選択的加熱を実施するだめの好まし
い方法は、強度の大きな光で長時間−回照射するか、ま
たは強度の小さな光で短時間ずつ何回も照射するかであ
る。

光源１２の一例は、水銀アーク光源である。水銀アーク
光源は、２５０〜４３６１ｍの紫外波長領域での固有輝
度が大きいため、特に適している。

光源１２のもう一つの例は、静電容量の大きなコンデン
サを充電し、続いてキャノンなどの気体導電体中で突然
放電して、短時間に高輝度の閃光が得られる、気体放電
光源である。光パルスの継続時間は、数ミリ秒ないし十
分の数秒のオーダーとすべきである。別法として高光度
連続光源を使い、光源にとグリーン・シート部材ＩＯの
間に高速度開閉シャッターを用いて継続させることもで
きる。

最良の結果を与える光源１２を選択するための実用的な
方法は、グリーン・シート材料とインキ材料について独
立に吸光曲線を求め、吸収の点でインキ材料と最も適合
し、グリーン・シート材料と最も適合しない波長を決定
するものである。次に、その強度ピークが、決定された
波長にある光源を選択する。

段階２にもとづいてインキ・パターン１１が吸収した光
エネルギーは、瞬間的に熱に変換される。

次にこの熱は、インキ材料の熱伝導率が大きいため直ち
にパターン１１の真下のグリーン・シート領域に伝わり
、それらの領域の温度が急激に大きく上昇することにな
る。熱を吸収するインキ・パターン１１は、熱容量が小
さいためまず揮発し、続いて、その下のグリーン・シー
ト接着材が揮発する。この揮発の結果、その中のグリー
ン・シートが爆発的に蒸発して、段階３でトレンチない
し埋込みパターン１３が残る。このインキとグリーン・
シート材料の揮発はクリーンであシ、こうしてできるト
レンチ・パターンは均一でほぼ垂直な壁面とほぼ水平な
底面をもつものとなる。

こうして、非コヒーレントな可視光を使った熱加工によ
って、グリーン・シート部材中に埋込みパターンないし
トレンチ・パターンが形成される。

トレンチ・パターンを形成した後、通常のグリーン・シ
ート・メタライゼーション法を用いて単層または多層セ
ラミック基板パッケージの製造を完了する。段階４に示
すように、押出しヘッド、転造、ワイピング、ドクター
・ブレード法などによって埋込みチャネルに導電性金属
ペースｌ−１５を塗布する。導電性ペーストに限る必要
はなく、液状や粉末状の導電性材料を使って溝に詰める
こともできる。

段階４では、メタライゼーション中にグリーン・シート
部材１０に高圧がかかるため、段階３で示されている表
面の盛り上った壁１４ばつぶれる。

つぶれたくずは溝の中に落ち、導電性ペースト材料と混
ざって、最終的には焼結段階で消える。つまり、メタラ
イゼーション中のグリーン・シート部材１０は、平面状
である。

段階５では、メタライズしたグリーン・ソート部材１０
を、完全に埋込まれた導電体ペースト充てん物２１．２
２をもつ同様にメタライズした１個または複数個のグリ
ーン・シート部材と積み重ね張り合せて、全体を焼結し
統一体とする。

すなわち、導電性ペーストを詰めるとグリーン・シート
中に完全にインレーないし埋込まれた導電性パターンを
もたらす溝をセラミック・グリーン・ノート中に形成す
るだめの簡単で経済的な方法が実現された。ペーストは
グリーン・シート中ば完全に埋め込まれるので、先行技
術の方法の特徴である導電性ペーストの散布やにじみの
問題が解消される。この方法は、解像力の大きい高密度
の線を形成することができ、その制限条件は、グリーン
・シート上にインキ・パターンを印刷することに関する
制限だけである。この方法では、導電性ペーストを完全
に埋込むことによって、ペースト塊が押しつけられ小さ
な塊に分れるという先行技術の問題が解消されるため、
積み重ねたグリーン・シートの全体寸法の乱れが最小限
になる。

閃光は可視光または紫外光を使ってグリーン・シートの
暗色領域を揮発させることに関して本発明を説明してき
たが、純可視光も適している。

グリーン・シート部材にチャネルないしトレンチを形成
することに関してこの方法を説明してきたが、この方法
はグリーン・シート充てん物中にバイアを形成するのに
も便え、ある層の導電体パターンをそれに燐層する（上
下の）層のそれと接続する、導電性ペーストのレベル間
バイア・スタッドを形成することができる。

ま゛た、セラミック・グリーン・シート材料に凹部を形
成することに関して本発明を記述したが有機物質をベー
スとする基板、例えばポリイミドをベースとする基板に
凹部またはバイアを形成することにも拡張できる。

〔発明の効果〕

この発明によれば簡易にセラミック・グリーン・シート
にトレンチ・パターンを形成することができ、ＭＬＣ基
板に最適な導電パターンを形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明を基本的工程段階に沿って
示す図である。 １０・・・・グリーン・シート部材、１１・−・・ポジ
・インキ・パターン、１２・・・・光源、１３・・・・
埋込みパターン、１５・・・・導電性金属ペースト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱揮発性基体に光エネルギ吸収性インクのパターンを形
   成したのち、この熱揮発性基体に光を照射し、上記パタ
   ーンの領域の加熱によりこの領域の基体組成を揮発させ
   てトレンチを形成することを特徴とする熱揮発性基体の
   トレンチ・パターン形成方法。