JPS62256648A - 配線基板とその製造方法 - 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〕 この発明は、例えばＩＣ１半導体素子等の電子デバイス
実装用のパッケージや各種基板等に用いられる配線基板
とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の配線基板としては、例えば■厚膜法によ
るもの、■薄膜法によるもの、等がある。

厚膜法によるものは、簡単に言えば、アルミナ等のセラ
ミック基板上に導体層（回路パターン）を印刷して焼成
したものであり、多層化の場合は更に絶縁体層印刷およ
び焼成の工程を加えてこれらを繰り返して作製される。

薄膜法によるものは、簡単に言えば、セラミック基板上
にＰＶＤ法、ＣＶＤ法により金属膜を被着させたもので
あり、多層化の場合は更に絶縁膜被着の工程を加えてこ
れらを繰り返して作製される。

〔従来の技術の問題点〕 ところが上記■、■いずれの配線基板においても、導体
層（金属膜）や絶縁体層（絶縁膜）の密着性が悪くて剥
離し易いという問題がある。この問題は特に上記■の配
線基板では著しく、当該基板では多層化は困難である。

また、上記■の配線基板において′は、焼成等の工程が
多くてコスト高になる、高温処理（例えば８００〜１５
００　”Ｃ程度）を伴うため各層間に熱歪みによるクラ
ックが発生し易い、等の問題もある。

〔発明の目的〕

そこでこの発明は、各層、の密着性が高くて剥離しにく
い配線基板と、そのような配線基板を比較的低温でしか
も簡単な工程で作れる製造方法を提供することを目的と
する。

〔実施例〕

第１図は、この発明に係る配線基板の一例を示す拡大部
分断面図である。この実施例の配線基板２においては、
セラミック基体４上に金属層８が形成されており、かつ
両者の界面付近に両者の構成物質を含んで成る混合層６
が形成されている。

セラミック基体４の種類としては、熱伝導性、電気絶縁
性に優れ誘電率が小さくかつ熱膨張率が搭載するデバイ
ス等のそれに近いものを選択するのが好ましく、例えば
窒化アルミニウム（Ａ、　Ｉ　Ｎ　）、ベリリア（Ｂｅ
ｄ）　、アルミナ（ＡｈＯｈ）、窒化ホウ素（Ｂ　Ｎ）
等が採り得る。また当該セラミック基体４の形状として
は、用途等に応じて種々のもの、例えばパフケージ状、
チップキャリヤ状、各種基板状等が採り得る。

金属層８の種類としては、導電性等に優れたものを選択
するのが好ましく、例えばＷ、Ｍｏ　、Ｎｉ、Ｃｕ　、
　ＡＩ　、　Ａｕ　、　Ａｇ　、　Ｐｔ　、　Ｐｄ　、
各種合金等が採り得る。また当該金属層８は、セラミッ
ク基体４上の全面に形成されている場合もあるし、配線
等に用いるため予め所定の回路にパターン化されている
場合もある。全面に形成されている場合は、必要に応じ
て例えばエツチング等の公知の手段でパターン化するこ
とができる。また当該金属層８上には、用途等に応じて
デバイス等を接着剤等の公知の手段で搭載したり、絶縁
層を形成したりすることができる。

混合層６の厚みは、例えば５〜５００λ程度で十分な密
着強度が得られる。

上記のような配線基板２においては、混合層６が言わば
模のような作用をするので、セラミック基体４と金属層
８間の密着性が非常に高く従って金属Ｎ８が剥離しにく
い。またセラミック基体４と金属層８間の熱膨張率の違
いを、組成が連続的　　　　・に変化している混合層６
で吸収できるためクランクの発生も抑えられる。従って
信頬性が高い。しかも、セラミック基体４と金属Ｎ８間
には接着剤等を用いておらず、また混合層６の存在によ
って両者の界面の組成がそれぞれ連続的に変化したもの
となるため、セラミック基体４と金属層８間の熱伝導性
も非常に良い。

第２図は、この発明に係る配線基板の他の例を示す拡大
部分断面図である。以下に上記配線基板２との相違点を
主に説明する。

この実施例の配線基板２０は多層形のものであり、セラ
ミック基体４に複数の（この例では二つの）金属層８．
１６が互いの間に電気絶縁性を有するセラミック層１２
を挟んで積層されており、かつセラミック基体４、金属
層８．１６およびセラミンク層１２の各界面付近に、そ
の両側の構成物質を含んで成る混合Ｎ６．１０．１４が
それぞれ形成されている。

尚、金属層やセラミック層等の積層数は必ずしもこの例
のようなものに限定されるものではなく、またこれらは
セラミック基体４上の全面に形成されている場合もある
し一部分に形成されている場合もあり、更にその最上層
は金属層の場合もあるしセラミック層の場合もある。

上記の場合、セラミック基体４や金属層８．１６には前
述と同様のものが採り得る。ただし、金属層８．１６は
互いに同種のものでも良いし異種のものでも良い、眉間
の金属層（例えば金属層８）は、通常は所定の回路にパ
ターン化されている。

セラミック層１２の種類としては、熱伝導性、電気絶縁
性に優れ誘電率が小さくかつ熱膨張率が搭載するデバイ
ス等のそれに近いものを選択するのが好ましく、例えば
立方晶窒化ホウ素（Ｃ−ＢＮ）、立方晶ＢＮを含む窒化
ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）　、リン
化ホウ素（ＢＰ）、ダイヤモンド、ダイヤモンド類似の
炭素、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等が採り得る。

この場合、セラミック層が複数層ある場合は、互いに同
種のものでも良いし異種のものを含むようにしても良い
。異種のものを含む場合は、各セラミツ久層をそれぞれ
目的に応じた特性のものに選定できるという利点がある
。例えば、搭載するデバイスがシリコンの場合、その直
下のセラミック層としてシリコンと熱膨張率が近似であ
るＡＩＮを用い、その下部に更に熱伝導性、電気絶縁性
が大きいＢＮ、ダイヤモンド等を組み合わせれば、クラ
ンク等の発生を効果的に防止することができると共に、
放熱および絶縁を良好にすることができる。また同様の
考えから、一つの上記のようなセラミック層のそれぞれ
を必要に応じて複数の互いに異種のセラミック層で構成
しても良い。

混合層６．１０．１４のそれぞれの厚みは、例えば前述
したように５〜５００＾程度で十分な密着強度が得られ
る。

上記のような配線基板２０においても前述した配線基板
２の場合と同様に、混合層６．１０．１４の存在によっ
て、各層間の密着性が非常に高くて剥離しに＜＜、かつ
クランクの発生も抑えられ、しかも熱伝導性が良いとい
う特徴がある。従って多層化しても各層の剥離等の問題
はない。

次に上記のような配線基板２および２０の製造方法の一
例を第３図を参照して説明する。第３図は、この発明に
係る製造方法を実施する装置の一例を示す概略図である
。

前述したようなセラミック基体４がホルダ３０に取り付
けられて真空容器（図示省略）内に収納されており、当
該セラミック基体４に向けて蒸発源３２およびイオン源
３８が配置されている。蒸発源３２は例えば電子ビーム
蒸発源であり、蒸発材料３４を加熱蒸気化して蒸着物質
３６をセラミック基体４上に蒸着させることができる。

イオン源３８は例えばパケット型イオン源が好ましく、
これによれば供給されたガスＧをイオン化して均一で大
面積のイオン４０を加速してセラミック基体４に向けて
照射することができるので、一度に大面積の処理が可能
になる。尚、４２はセラミック基体４上に形成される薄
膜の膜厚モニタである。

上記蒸着物質３６およびイオン４０の種類は、セラミッ
ク基体４上に金属層（８，１６等）を形成する場合は、
蒸着物質３６として例えばＷ、Ｍ。

、、　Ｎｉ　％　Ｃｕ　％　Ａｔ　％　Ａｕ　ＳＡｇ　
、、　Ｐｔ　ｓ　Ｐｄ　％各種合金等の金属蒸気を用い
、イオン４０として例えばアルゴン、キセノン、窒素等
の不活性ガスイオンを用いる。またセラミック基体４上
にセラミック層（１２等）を形成する場合はその種類に
応じて例えば次のような組み合わせとする。

■　セラミック層が立方晶ＢＮまたは立方晶ＢＮを含む
ＢＮの場合 蒸着物質３６としてホウ素（Ｂ）。イオン４０として窒
素（Ｎ）イオン。

■　セラミック層がＡＩＮの場合 蒸着物質３６としてアルミニウム（Ａ１）。イオン４０
として窒素イオン。

■　セラミック層がＢＰの場合 １着物質３６としてホウ素。イオン４０としてリン（Ｐ
）イオン。またはその逆。

■　セラミック層がダイヤモンドまたはダイヤモンド類
似の炭素の場合 蒸着物質３６として炭素（Ｃ）。イオン４０として炭素
イオン、水素イオン、アルゴン等の不活性ガスイオンの
１種以上、あるいはそれにダイヤモンド形成促進用にケ
イ素（Ｓｉ　）イオンを若干加えたもの。

■　セラミック層が５ｉ３Ｎａの場合 蒸着物質３６としてケイ素。イオン４０として窒素イオ
ン。

成膜に際しては、真空容器内を例えば１０−Ｓ〜１０−
’Ｔｏ　ｒ　ｒ程度にまで排気した後、まず第１の工程
として、蒸発源３２からの上述のようなＷｌＭｏ等の金
属蒸気３６をセラミック基体４上に蒸着させるのと同時
に、またはその後交互に、イオン源３８からの加速され
た上述のようなアルゴン等の不活性ガスイオン４０をセ
ラミック基体４に向けて照射する。これによって、セラ
ミック基体４上に前述したような金属層８が、かつその
界面付近に混合層６が形成され、その結果例えば第１図
に示したような配線基板２が得られる。

尚、所定のパターンをした金属マスクを介して上記蒸着
とイオン照射とを行っても良く、そのようにすれば別工
程を要することな（簡単に、セラミック基体４上の一部
分に電気回路としてパターン化された金属層８を形成す
ることができる。もっとも、所定の電気回路パターンを
得る方法として、上記のようにして金属Ｎ８を形成した
後、従来技術であるエツチング法等によってそれをパタ
ーン化してもよい。

上記の場合、金属Ｎ８の当初の蒸着膜厚は、照射するイ
オン４０の飛程（平均射影飛程）程度（例えば１０〜ｓ
ｏｏ、Ｒ程度）とするのが好ましい。そのようにすれば
、金属層８とセラミック基体４のちょうど界面付近に効
果的に混合層６を形成することができるからである。尚
、混合層６を形成した後に更に金属Ｎ８の厚みを所望の
厚みまで成長させる蒸着等を行っても良い。

またイオン４０の加速エネルギーは、５０Ｋｅ■程度以
下にするのが好ましい。これは、エネルギーがそれ以上
になると、イオン４０のスパッタ作用により平滑な膜面
が得られなくなる恐れがあるからである。更に上記処理
は、セラミック基体４の表面を加熱手段（図示省略）に
よって数百〜５００℃程度にまで加熱しながら行っても
良く、そのようにすれば注入イオンによるボリュームが
混合層６等の内部に残留するのを軽減させて密着強度の
低下等を防ぐことができる。

次に例えば第２図に示したような多層形の配線基Ｆｉ、
２０を製造する場合は、更に第２の工程として、例えば
上記のような蒸発源３２およびイオン源３８を用いて、
上記■〜■のような蒸着物質３６をセラミック基体４上
の金属層８上に蒸着させるのと同時に、またはそれと交
互に、上記■〜■のような加速されたイオン４０を金属
層８に向けて照射する。これによって金属層８上に前述
したようなセラミック層１２が、かつその界面付近に混
合層１０が形成される。また金属Ｎ８がパターン化され
ている場合は、セラミック層１２と露出していたセラミ
ック基体４の界面付近にも両者の構成物質を含んで成る
混合層が形成される。この場合、上記のような蒸着およ
びイオン照射を、蒸着物質３６とイオン４０の少なくと
も一方の種類を変えて複数回行っても良く、そのように
すれば当該セラミック層１２を前述したように複数層の
セラミック層で構成することができる。

上記の場合、蒸着物質／照射イオンの粒子比（組成比）
は、セラミック層１２の種類に応じて適切な値をそれぞ
れ選ぶものとする。また、イオン４０の加速エネルギー
は、５０ＫｅＶ程度以下にするのが好ましい。これは、
エネルギーがそれ以上になると、イオン４０のスパッタ
作用により平滑な膜面が得られなくなる恐れがあると共
に、セラミック層１２の内部に欠陥等の損傷部が多くな
って良質のセラミック層１２が得られなくなる恐れがあ
るからである。更に、セラミック基体４等の表面を加熱
手段（図示省略）によって例えば数百〜５００°Ｃ程度
にまで加熱しながら膜形成をしても良く、そのようにす
れば上記損傷部や注入イオンによるボリュームを軽減さ
せることができると共に、膜形成の反応を促進すること
ができる場合もある。

また上記のようにして混合層１０およびある程度の厚み
のセラミック層１２を形成した後に、通常のＰＶＤ法等
で当該セラミック層１２の厚みを所望の厚みまで成長さ
せるようにしても良い。

更に第３の工程として、上記セラミック層１２に対して
金属蒸気３６の蒸着と不活性ガスイオン４０の照射とを
行う。その詳細は第１の工程の場合と同様であるのでこ
こでは説明を省略する。これによってセラミック層１２
上に次の（即ち第２層目の）金属層１６が、かつ両者の
界面付近に混合層１４が形成される。その結果、例えば
第２図に示したような配線基板２０が得られる。

尚、以降必要に応じて上記第２第および第３の工程を繰
り返しても良く、そのようにすれば任意の積層数の多層
配線基板を得ることができる。その場合、各工程におい
て形成するセラミック層や金属層の種類を必要に応じて
互いに異ならせても良いのは前述のとおりである。

上記のような製造方法の特徴を列挙すれば次のとおりで
ある。

■　混合層によって密着性の高いセラミック層および金
属層が得られるので、各層が剥離しにくく、信頼性の高
い配線基板が得られる。

■　比較的低温（例えば数百℃以下）で処理できるため
、残留応力、熱歪み、クランクの発生等の少ない良質の
配線基板が得られる。

■　不純物が少なく、膜質の均一なセラミック層が得ら
れるため、電気絶縁性および熱伝導性等に優れた配線基
板が得られる。

■　一度に大面積の処理が可能であり、冷却時間も短縮
化でき、また工程も簡単であるため、低コスト化が可能
である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明に係る配線基板においては、混合
層の作用によって金属層（およびセラミック層）の密着
性が高くて剥離しにくく、しかもクランクの発生も抑え
られ、従って信頼性が高い。

また各層間には接着剤等を用いておらず、しかも混合層
が存在するため、熱伝導性も良い。

またこの発明に係る製造方法によれば、上記のような特
徴を有する配線基板を、比較的低温で熱歪み、クラック
等の発生を抑えつつ、しかも簡単な工程で安価に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明に係る配線基板の一例を示す拡大部
分断面図である。第２図は、この発明に係る配線基板の
他の例を示す拡大部分断面図である。第３図は、この発
明に係る製造方法を実施する装置の一例を示す概略図で
ある。 ２．２０・・・実施例に係る配線基板、４・・・セラミ
ック基板、６，１０．１４・・・混合層、８゜１６・・
・金属層、１２・・・セラミック層、３２・・、蒸発源
、３６．・・蒸着物質、３８・・・イオン源、４０・・
・イオン。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック基体上に金属層が形成されており、か
   つ両者の界面付近に両者の構成物質を含んで成る混合層
   が形成されていることを特徴とする配線基板。
2. （２）セラミック基体上に、複数の金属層が互いの間に
   電気絶縁性を有するセラミック層をそれぞれ挟んで積層
   されており、かつセラミック基体、金属層およびセラミ
   ック層の各界面付近にその両側の構成物質を含んで成る
   混合層がそれぞれ形成されていることを特徴とする配線
   基板。
3. （３）真空中において、セラミック基体に対して金属蒸
   気の蒸着と加速された不活性ガスイオンの照射とを行う
   ことによって、当該セラミック基体上に金属層を、かつ
   両者の界面付近に両者の構成物質を含んで成る混合層を
   形成する工程を備えることを特徴とする配線基板の製造
   方法。
4. （４）真空中において、セラミック基体に対して金属蒸
   気の蒸着と加速された不活性ガスイオンの照射とを行う
   ことによって、当該セラミック基体上に金属層を、かつ
   両者の界面付近に両者の構成物質を含んで成る混合層を
   形成する第１の工程と、セラミック基体上の金属層に対
   して蒸気化された物質の蒸着と加速されたイオンの照射
   とを行うことによって、当該金属層上に電気絶縁性を有
   するセラミック層を、かつ少なくとも両者の界面付近に
   両者の構成物質を含んで成る混合層を形成する第２の工
   程と、前記セラミック層に対して金属蒸気の蒸着と加速
   された不活性ガスイオンの照射とを行うことによって、
   当該セラミック層上に金属層を、かつ両者の界面付近に
   両者の構成物質を含んで成る混合層を形成する第３の工
   程とを備えることを特徴とする配線基板の製造方法。
5. （５）前記第１の工程の後、前記第２および第３の工程
   を複数回繰り返すことを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の配線基板の製造方法。