JPS62257794A - 積層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積層配線
基板とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、積層配線基板としては、例えばアルミナ等の未焼
成セラミツク基板上に導体（回路パターン）を印刷した
ものを複数枚積層し、しかる後焼成したものが多く用い
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

所が、上記の積層配線基板においては、焼成等の工程が
多くコスト高となる等の問題があり、また高温（例えば
８００〜１５００　”ｃ程度）を伴う処理を行うため各
層間に熱歪みによるクラックが発生し易いという問題も
ある。

そこでこの発明は、上記のような問題点を解消した積層
配線基板とその製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段） この発明の積層配線基板は、金属基体と、金属基体上に
積層された電気絶縁性を有する複数のセラミック層と、
セラミック層間に形成された配線用の金属層と、金属基
体、セラミック層および金属層の各界面付近にそれぞれ
形成されていてその両側の構成物質を含んで成る混合層
とを備えることを特徴とする。

この発明の製造方法は、真空中において、金属基体に対
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、当該金属基体上に電気絶縁性を
有するセラミック層を、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、金
属基体上のセラミック層に対して金属薫気の蒸着と加速
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配線用の金属層を、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２の工程と、セラミック層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、当該金属層上に次のセラミック層を、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３の工程とを備えることを特徴と
する。

〔作用〕

この発明の積層配線基板においては、混合層が言わば楔
のような作用有するので、セラミック層および金属層の
密着性が高く剥離しにくい。また接着剤等を介在させて
いないので各層間の熱伝導性も良い。

一方この発明の製造方法によれば、比較的低温でしかも
簡単な工程で上記のような積層配線基板を製造すること
ができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明に係る積層配線基板の一例を拡大し
て示す概略断面図である。この実施例の積層配線基板は
、金属基体２と、金属基体２上に積層された電気絶縁性
を有する四つのセラミック層４ａ〜４ｄと、各セラミッ
ク層４ａ〜４ｄ間に形成された配線用のパターン化され
た金属層６ａ〜にと、金属基体２、セラミック層４３〜
４ｄおよび金属層６ａ〜６ｃの各界面付近にそれぞれ形
成されていてその両側の構成物質を含んで成る混合ｒｆ
ｉ（図示省略、ただし第２図の混合ｉｌｌ参照）を備え
ている。当該積層配線基板上には、用途等に応じて電子
デバイス等を公知の手段（例えば接着剤）で搭載するこ
とができる。

金属基体２の材質としては、熱伝導率が高くかつ熱膨張
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ＡＩ　、Ａ１合金、Ｃｕ　、Ｃｕ合
金、ステンレス、Ｆｅ　　４２Ｎｉ。

コバール等が採り得る。また当該金属基体２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
、各種基板状、ヒートシンク状等が採り得る。

セラミック層４ａ〜４ｄ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
類似の炭素等が採り得る。

この場合、各セラミック層４ａ〜４ｄ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、各セラミック層４ａ〜４ｄ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（例えば４ｄ）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、クラッ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して複数の互いに異種の
セラミック層で構成しても良い。

尚、上記セラミック層４ａ〜４ｄは、金属基体２上の全
面に形成されている場合もあるし、この例のように一部
分に形成されている場合もある。

またその積層数は必ずしもこの例のように４層に限られ
るものではない。

金属層６３〜６ｃ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、Ｃ
ｕ、Ａ１．ＡｕｌＡｇ５各種合金等が採り得る。この各
金属層６ａ〜６ｃも、互いに同種のものでも良いし異種
のものでも良い。尚、金属層は必ずしも全てのセラミッ
ク層間に形成されている必要はない。

第２図は混合層の概念図であり、基材１０と被着物１２
との間に、両者の組成が連続的に変化した混合層（ミキ
シングＪ’５）１１が形成されている。

上記積層配線基板においては、およそこのような構造の
混合層が、金属基体２とセラミック層４ａ間、セラミッ
ク層４ａと金属層６ａおよびセラミック層４ｂ間、セラ
ミンク４ｂと金属層６ｂおよびセラミック層４０間並び
にセラミック層４ｃと金属層６ｃおよびセラミック層４
ｄ間の各界面付近にそれぞれ形成されている。

上記のような積層配線基板の特徴を列挙すれば次のとお
りである。

■　混合層が言わば楔のような作用有するので、金属基
体２、セラミック層４ａ〜４ｄおよび金属層６ａ〜６Ｃ
の各界面の密着性が非常に高く従ってセラミック層４ａ
〜４ｄおよび金属層６ａ〜６Ｃが剥離しにくい。また金
属基体２、セラミック層４ａ〜４ｄおよび金属層６ａ〜
６ｃのそれぞれの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でそれぞれ吸収できるためクラン
クの発生も抑えられる。従って信頼性が高い。

■　金属基体２、セラミック層４ａ〜４ｄおよび金属Ｎ
６　ａ〜６ｃの各界面には接着剤を用いておらず、また
混合層の存在によって各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、金属基体２、セラミック層４
ａ〜４ｄおよび金属層６ａ〜６ｃのそれぞれの間の熱伝
導が非常に良い。

■　セラミック基板を用いたものに比べて、大面積のも
のを容易にかつ安価に得ることができる。

また加工性および熱放散性も良い。

次に上記のような積層配線基板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。

前述したような金属基体２がホルダ２０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、当該金属
基体２に向けて蒸発源２２およびイオン源２８が配置さ
れている。金属基体２は、予め表面を研磨および洗浄し
ておくのが好ましい。

蒸発源２２は例えば電子ビーム蒸発源であり、蒸発材料
２４を加熱蒸気化して蒸着物質２６を金属基体２上に蒸
着させることができる。イオン源２８は例えばパケット
型イオン源が好ましく、そ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３０を加速して金
属基体２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、３２は金属基体２上に形
成される薄膜の膜厚モニタである。

上記蒸着物質２６およびイオン３０の種類は、金属基体
２上にセラミック層（４２〜４ｄ）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。

■　セラミック層が立法晶ＢＮまたは立方晶ＢＮを含む
ＢＮの場合 蒸着物質２６としてホウ素（Ｂ）。イオン３０として窒
素（Ｎ）イオン。

■　セラミック層がＡＩＮの場合 蒸着物質２６としてアルミニウム（ＡＩ）。イオン３０
として窒素イオン。もっともこの場合、金属基体２がＡ
Ｉの場合は初期段階では当該金属基体２上にＮイオンを
照射・注入するだけでも良い。その際の注入量は、例え
ばｌ×１０′６〜１×１０１８イオン／ｃｍ２程度にす
るのが好ましい。そのようにすれば、スパッタを抑え、
かつ抵抗率の高いＡＩＮを形成することができる。

■　セラミック層がＢＰの場合 蒸着物質２６としてホウ素。イオン３０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２６として炭素（Ｃ）。イオン３０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
イ素イオンを若干加えたもの。

処理に際しては、真空容器内を例えば１０−’〜ｌ　Ｑ
−′ＴＴｏ　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２２からの上述のような蒸着物質２
６を金属基体２上に蒸着させるのと同時に、またはそれ
と交互に、イオン源２８からの上述のような加速された
イオン３０を金属基体２に向けて照射する。これによっ
て金属基体２上に、成膜の初期段階で前述したような混
合層が形成され、更に引き続いて前述したような第１層
目のセラミック層４ａ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２６とイオン
３０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・ツク［４ａを前述し
たように複数層のセラミ・ツク層で構成することができ
る。尚、セラミック層４ａの膜厚は、例えば膜厚モニタ
３２を用いて所望のものに制御することができる。また
混合層の厚みは、照射するイオン３０のエネルギーによ
って調整することができる。以下の工程においても同様
である。

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４ａ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３０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３０のスパッ
タ作用により平滑な膜面が得られな（なる恐れがあると
共に、セラミンク層４ａの内部に欠陥等の損傷部が多く
なって良質のセラミ・７り層４ａが得られなくなる恐れ
があるからである。更に、金属基体２の表面を加熱手段
（図示省略）によって例えば数百〜５００℃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。

そして上記のようにしてセラミック層４ａを形成した後
、第２の工程として、例えば上記のような蒸発源２２お
よびイオン源２８を用いて、セラミック層４ａに対して
金属蒸気の蒸着を行い、かつその後交互にまたはそれと
同時に、加速された不活性ガスイオンの照射を行う。こ
の場合、蒸着物質２６としては、例えば、Ｗ　、Ｍｏ　
％　Ｎ　Ｉ　ＸＣｕ、ＡＩ　、Ａｕ　、Ａｇ、各種合金
等を用いる。またイオン３０としては、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。以上
によって、セラミックＮ４　ａ上に配線用の金属層６ａ
が、かつその界面付近に混合層が形成される。

尚、所定のパターンをした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
要することなく節単に、セラミック層４ａ上の一部分に
電気回路としてパターン化された金属層６ａ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層６ａを形成した
後、従来技術であるエツチング法によってそれをパター
ン化しても良い。

上記の場合、金属層６ａの薄着膜厚は、照射するイオン
３０の飛程（平均射影飛程）程度とするのが好ましい。

そのようにすれば、金属ＩＪ　６　ａとセラミック層４
ａのちょうど界面付近に効果的に混合層を形成すること
ができるからである。尚、混合層を形成した後に更に金
属層６ａの厚みを成長させる蒸着を行っても良い。

またイオン３０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３０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、セラミック層４ａ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、そのようにすれば前述したような注入イオンによ
るボリュームを軽減させることができると共に、金属層
６ａとセラミック層４ａとのなじみを良くして混合層を
効率良く形成することができる。

更に第３の工程として、セラミックＮ４ａ上の金属層６
ａに対して諺着物質２６の蒸着とイオン３０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。これによって金属層６ａ上に次
の（即ち第２層目の）セラミック層４ｂが、かつセラミ
ック層４ｂと金属層６ａおよび露出していたセラミック
層４ａの各界面付近に混合層がそれぞれ形成される。

以降必要に応じて上記第２および第３の工程を繰り返す
ことによって、所望とする積層数の積層配線基板が得ら
れる。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し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。

■　比較的低温（例えば数百℃以下）で処理できるため
、熱による歪み、クラックの発生が無く良質の積層配線
基板が得られる。

■　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
い積層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に優れた積層配線
基板が得られる。

■　一度に大面積の処理が可能であり、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積層配線基板においては、
混合層の作用によってセラミック層および金属層の密着
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
徴を有する積層配線基板を、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、この発明に係る積層配線基板の一例を拡大し
て示す概略断面図である。第２図は混合層の概念図であ
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・・・金属基体、４ａ〜４ｄ・・・セラミック層、６
ａ〜６ｄ・・・金属層、１１・・・混合層、２２・・・
蒸発源、２６・、・薄着物質、２８゜・・イオン源、３
０・・・イオン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基体と、金属基体上に積層された電気絶縁性
   を有する複数のセラミック層と、セラミック層間に形成
   された配線用の金属層と、金属基体、セラミック層およ
   び金属層の各界面付近にそれぞれ形成されていてその両
   側の構成物質を含んで成る混合層とを備えることを特徴
   とする積層配線基板。
2. （２）真空中において、金属基体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、当該金属基体上に電気絶縁性を有するセラミック
   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、金属基体上のセラミ
   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
   上に配線用の金属層を、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２の工程と、セ
   ラミック層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
   金属層上に次のセラミック層を、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３の工程とを備えることを特徴とする積層配線基板
   の製造方法。