JPH10284836A

JPH10284836A - セラミック一括積層配線基板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10284836A
Application number: JP9089069A
Authority: JP
Inventors: Shosaku Ishihara; 昌作石原; Hidetaka Shigi; 英孝志儀; Bunichi Tagami; 文一田上; Nobuyuki Ushifusa; 信之牛房
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】低配線抵抗で高密度配線が可能でかつ高寸法精
度で薄膜を搭載するのに適した焼結収縮の小さいガラス
一括積層セラミック配線基板を提供する。【解決手段】ガラスまたは焼結セラミック薄板にサンド
ブラストで貫通孔と配線用凹溝を加工して導体材料を充
填し、これらを積み重ねて加熱し貫通孔を電気的接続す
ることによって積層配線基板を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック配線基
板に係り、特に高密度配線と同時に低抵抗配線で高寸法
精度なセラミック配線基板、その基板を用いた電子回路
装置及びその製造方法を提供することにある。

【０００２】

【従来の技術】セラミック配線基板は、小型化が可能で
信頼性が高いという理由で、半導体チップや小型電子部
品搭載用の基板として用いられ、電子計算機、通信機
器、家電品等に組み込まれている。

【０００３】セラミック配線基板のなかでも、グリーン
シートを用いる湿式セラミック配線基板が高密度配線に
有利であるためによく用いられる。この湿式セラミック
配線基板の製造方法は以下のようである。まず、セラミ
ック原料粉末を有機樹脂で結合したセラミック生シート
（以下、グリーンシート）を作製し、続いてグリーンシ
ートに貫通孔を加工した後、導体ペーストを用いてスク
リーン印刷法で配線パターンを形成するとともに、各シ
ートの配線パターンを接続する貫通孔にも導体ペースト
を充填する。次に、このように配線パターンを形成した
グリーンシートを所定枚数積み重ね積層圧着した後、焼
成することによってセラミック配線基板が作製される。

【０００４】これらのなかでも、半導体素子を搭載し信
号伝送速度を必要とする場合には、特開平２−４９５５
０号や、特開平１−５０１２０号にあるように、電気抵
抗が低い銅を導体材料として誘電率の低いガラスセラミ
ックと組み合わせたガラス／銅配線基板が使用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれら従
来技術では、配線密度、低抵抗配線及び寸法精度に限界
があった。それは、以下のような理由による。配線密度
の目安として、グリーンシートに貫通孔を明ける際のス
ルーホールピッチがあるが、このピッチの限界は明けた
貫通孔の位置精度で決まる。この位置精度は貫通孔加工
時のグリーンシートへの累積歪量で決まるため、スルー
ホールピッチを小さくすると単位面積当たりの貫通孔数
が増えるので累積歪量が増加し位置精度が低下する。位
置精度が低下すると、積層する層間の導通が問題となる
ためスルーホールピッチを小さくすることが困難であ
る。また、配線抵抗も、スルーホールピッチを小さくす
ることでスルーホール間に印刷する配線も幅が狭くなる
ため、配線抵抗が大きくなる。従って、低抵抗配線とす
るためには、高アスペクト比の微細配線を形成する必要
があるが、従来のスクリーン印刷では高アスペクト比の
配線印刷はほとんど不可能である。また、焼結した基板
の寸法精度についても従来の焼結技術では、セラミック
粉末原料の粒径や組成ばらつき、グリーンシート密度ば
らつき、セラミック材料と導体との焼結収縮カーブのミ
スマッチ及び導体のパターン密度、積層圧着工程での積
層体密度ばらつき、焼成工程での雰囲気及び温度ばらつ
き等原材料やプロセスに起因する焼結収縮率ばらつきが
必ず発生するため、寸法精度を大幅に向上するには従来
とは異なる新しいプロセスを取り入れる必要がある。

【０００６】本発明の目的は、上述したような問題が無
く、高密度配線および低抵抗配線が可能でかつ高寸法精
度な多層配線基板、その基板を用いた電子回路装置及び
その製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、従来技術の
セラック多層配線基板の、グリーンシートに相当する絶
縁体を耐熱性薄板例えばガラス薄板及び焼結セラミック
薄板で、またグリーンシート表面への配線パターン形成
を薄板表面に加工した貫通孔と凹部に行い、これら配線
パターンを形成した薄板を積み重ね上下の貫通孔の導通
をとることで達成される。

【０００８】すなわち、グリーンシートのかわりにガラ
ス薄板及び焼結セラミックス薄板等を用いることによっ
て焼成時の寸法変化が無いため貫通孔の寸法精度及び位
置精度は加工時の精度となり、十分な加工精度を確保す
れば貫通孔の導通は容易にできる。また薄板表面に加工
した凹部に配線パターンを形成することで断面のアスペ
クト比の大きな配線を形成でき低抵抗配線が得られる。
さらにこの配線用凹部の加工を貫通孔と同時に行うこと
で貫通孔に対して高位置精度にできるので低抵抗配線で
かつ高密度配線ができる。また凹部に形成する配線導体
を薄板表面から突出しないようにすることで積み重ねた
際の貫通孔の電気的接続が容易となる。ここで、薄板と
しては上下の貫通孔に充填された導体材料の電気的接続
とる際あるいは薄板の接着をとる際の加熱温度に耐える
絶縁性の材料で、ＬＳＩチップ等の電子部品を搭載でき
る熱膨張係数の材料であることが好ましい。このような
薄板としては、アルミナ、ムライト、コージエライト、
マグネシア、ジルコニア、スピネル、ステアタイト等の
酸化物や、窒化アルミ、窒化ケイ素等の窒化物、炭化ケ
イ素等の炭化物などのセラミック焼結体の板、ソーダ石
灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、石英ガラス、
アルカリ酸化物が０．１％以下の無アルカリガラス、低
アルカリガラス、パイレックスガラス、結晶化ガラスな
どのガラス板などがある。なお、薄板を配線の絶縁体だ
けでなく、誘電体として用いたい場合には酸化チタン、
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸
マグネシウム、チタン酸カルシウム等の薄板を一部の層
または全層に使用すれば良い。なお、誘電体用薄板を一
部の層に使用する際には配線基板を作製したときの残留
応力が小さくなるよう熱膨張率差を考慮して組み合わせ
る絶縁体薄板を選ぶ必要がある。また、ガラス薄板を用
いて配線基板に透光性をもたせれば光信号を伝送するこ
とも可能である。

【０００９】次に、薄板への貫通孔および凹部の加工に
ついて述べる。加工は、通常のサンドブラスト、エッチ
ング、ＥＢ（電子ビーム）、レーザでおこなえばよい。
サンドブラスト、エッチング法ではレジストパターンを
フォトプロセスで形成することによってＥＢ、レーザと
同様に貫通孔および凹部の位置と形状を高精度に加工す
ることができる。

【００１０】貫通孔および凹部への導体材料の充填は、
従来技術のグリーンシートと同様にスクリーン印刷法や
Ｃｕ、Ｎｉ及びはんだめっき等で行うことができる。こ
こで、サンドブラスト加工の場合には貫通孔および凹部
を加工する際のレジスト膜をスクリーンとして使用し導
体ペーストを充填した後レジスト膜を剥離すれば印刷用
スクリーン無しで導体充填ができる。ここで、レジスト
の剥離を湿式プロセスとする必要がある場合でも、導体
ペーストをＵＶ硬化型、光硬化型および熱硬化型とすれ
ば充填した導体ペーストを容易に薄板に固着できるので
湿式プロセスでレジスト剥離が可能となり、印刷用スク
リーン無しで導体充填ができる。なお、薄板の貫通孔部
の導体の電気的接続をとるためには、貫通孔への導体充
填は薄板の表裏面のうち少なくとも一方の面で、充填さ
れた導体材料が薄板面より突出していることが好まし
い。導体材料としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｔｉ等の金属粉末
が好ましく、また焼結収縮率調節や薄板への接着などに
応じ必要な配線抵抗が得られる範囲内でセラミック微粉
末やガラス微粉末等のフラックス成分を添加してもよ
い。

【００１１】続いて、薄板の貫通孔部の導体の電気的接
続をとる方法について述べる。上記貫通孔および凹部へ
導体材料を充填した薄板を積み重ねて加熱することによ
って、貫通孔の導体材料中の金属粉末が焼結または溶融
することによって上下の貫通孔の電気的接続ができる。
これと同時に、薄板凹部の導体材料も電気的に接続され
る。なお、貫通孔に充填する導体材料は積み重ねる全薄
板で同一としてもまた各々の薄板で異なる導体材料とし
ても、加熱によって焼結あるいは合金化して電気的接続
がとれれば導体材料の種類は特に制限を受けない。同様
に各々の薄板の凹部の導体材料についても加熱によって
電気的接続がとれれば導体材料の種類は特に制限を受け
ない。さらに、電気的接続をとるときの雰囲気として
は、一般的なセラミック配線基板と同様に使用する導体
材料の種類によって接続面の導体材料が酸化されない雰
囲気、たとえばＣｕ導体の場合には窒素あるいは窒素＋
水素の非酸化性雰囲気で、またＡｕ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ
／Ｐｔ系導体材料であれば大気中で良い。なお電気的接
続をとる際に、導体材料をペースト状態で充填しペース
ト中のエチルセルロース等有機バインダを除去する必要
がある場合には、導体材料の種類に応じて大気中、ある
いは窒素＋水蒸気雰囲気で加熱して有機バインダを除去
する工程を取り入れても良い。また、貫通孔部を薄板か
ら突出させる、あるいは貫通孔部に接続用の導体パッド
を形成し薄板から突出させることにより電気的接続はよ
りとりやすくなる。突出させる導体パッド大きさとして
は、薄板を積み重ねて電気的接続をとる際にショート不
良が発生しないよう貫通孔の径より大きくならないよう
にした方が良い。この導体パッドの形成は貫通孔部への
導体材料の充填及びめっき後でも脱バインダ後でもよ
く、貫通孔内部の導体材料と異なる導体材料でもよい。
さらに、この電気的接続を十分行う、薄板間の隙間を小
さくする、あるいは気密性や強度を確保するために薄板
間の接着を行うなど必要に応じて加圧してもよい。特
に、薄板間の接着をとる際に真空中で加圧すると気泡を
巻き込まず十分な接着ができる。

【００１２】ここで、強度を確保するあるいは配線導体
を保護する等で薄板間を接着する必要がある場合には、
低軟化点のガラス薄板か接着材料を使用すればよい。低
軟化点のガラス板では導体材料の融点以下でかつガラス
の軟化点以上の温度に加熱しながら加圧することによっ
てガラス薄板を互いに接着させることができる。一方、
薄板がセラミック焼結体、高軟化点ガラス、結晶化ガラ
スの場合には、薄板間が互いに接着する温度は、セラミ
ック焼結体ではその焼結温度が、高軟化点ガラスまたは
結晶化ガラスでもかなりの高温度が必要となるために、
接着に必要となる温度より高い融点の導体材料のみが使
用可能となり導体材料選択範囲が狭くなる。そこで、接
着するための低軟化点ガラス薄板を、高軟化点ガラス、
結晶化ガラスおよびセラミック焼結等の薄板と交互に積
み重ね加熱しながら加圧することで接着を行ってもよ
い。また、薄板間を接着する別の方法として薄板の隙間
に接着材料を注入して接着してもよい。このような接着
材料としては、エポキシ等有機系の接着剤や金属アルコ
キシド、水ガラスなど無機系の接着剤がある。このよう
な金属アルコキシドとしては一般式Ｍ(ＯＲ¹)_nで表さ
れ、Ｍは金属原子で、例えばＳｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ、
Ｂが挙げられる。また、Ｒ1は有機基を表し端素数１〜
５が望ましい。金属アルコキシドおよびその加水分解生
成物は加熱によって金属酸化物のＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃に変化する。具体的には、テ
トラ（ｎ−ブチル）シリケート：Ｓｉ（ＯＣ₄Ｈ₉）₄、
トリ（ｓｅｃ−ブトキシ）アルミニウム：Ａｌ（ＯＣ₄
Ｈ₉）₃、テトラ（ｎ−プロピル）チタネート：Ｔｉ（Ｏ
Ｃ₃Ｈ₇）₄、テトラ（ｎ−ブチル）ジルコネート：Ｚｒ
（ＯＣ₄Ｈ₉）₄、トリメチルボレート：Ｂ（ＯＣＨ₃）₃
などがある。また金属アルコキシドは、ほとんどの金属
について作ることができ、常温で液体である。そこで、
これらの金属アルコキシドを複数種類混合して加水分解
することにより、所望の組成を有するガラスまたはセラ
ミックの原料ゲルの調整ができる。また、水ガラスは、
Ｒ² ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂で表されるアルカリケイ酸塩の濃厚
水溶液（水の量：７０〜９０重量％）である。ここで、
Ｒ²はＮａ，Ｋ，Ｌｉ，Ｒｂのうち少なくとも一つであ
り、特にＫが好ましい。また、ｎは４〜６であり、ｎが
４より大きいと生成されるガラスの重合度が不足し吸湿
しやすく、ｎが６より大きいと加水分解速度が遅い。金
属アルコキシド、水ガラスは乾燥で水やアルコールを除
去後約２００〜４００℃でガラス化し薄板を接着する。

【００１３】さらに、一般のセラミック配線基板と同様
に裏面に入出力ピンを接続する場合には、最下層となる
薄板に表裏面から入出力ピンのヘッドと軸に対応するよ
う径の異なる貫通孔を加工し、径の小さい側を裏面とな
るようにして加工した貫通孔部分に工程中の熱に耐える
材質の入出力ピンを挿入して積み重ねて一体化してもよ
い。このとき、必要な強度を得るために薄板の厚さを厚
くしても良い。また、最上層となる薄板も同様に径の異
なる貫通孔を加工し導体材料を充填し、径の小さい側を
表面となるようにすることによって半導体素子や種々の
部品をはんだで接続したときに貫通孔部分の導体接着強
度が得られる。同様に、表裏面以外の内層にくる薄板に
薄板表裏面で径の異なる貫通孔を加工することによって
導体が貫通孔部分に十分に保持されると同時に熱衝撃に
対する電気的接続信頼性が向上する。

【００１４】以上は、貫通孔および凹部への配線形成が
導体ペーストを用いた場合について述べたが、この導体
ペーストの充填以外に配線形成する方法としては、電気
あるいは無電解によるＣｕメッキ，Ｎｉメッキ，Ａｕメ
ッキ等がある。さらに、薄板表面へのパターン形成とし
て一般的な薄膜プロセスがあり、薄膜プロセスによって
形成されるパターンの例としては、信号配線以外に誘電
体、抵抗体、インダクタンスおよび光伝送用の反射膜、
導波路などがある。当然、この薄膜プロセスで形成する
パターンは、電気的接続および薄板接着等スループロセ
スでの各温度に耐える材料で構成すれば、一枚の薄板内
で導体ペースト、メッキおよび薄膜の各パターンが共存
してもよい。さらに、薄膜パターンは厚さが薄いので薄
板表面に形成してもよい。

【００１５】また、貫通孔の電気的接続について、上述
した貫通孔および凹部へ導体材料を充填した薄板を積み
重ねて加熱によって導体金属の焼結または溶融で電気的
接続をとる方法以外に、各薄板の貫通孔及び凹部配線パ
ターンの導体材料の焼結を終えてから、各薄板の表裏に
露出する貫通孔の少なくとも一方の面に、印刷、ボール
付け、ディップ等によってはんだやろう材の接続パッド
を付け、このはんだやろう材で積み重ねた薄板の貫通孔
部の電気的接続をすることによって積層配線基板を作製
しても良い。さらに、各薄板の貫通孔及び凹部配線パタ
ーンの導体材料の焼結を終えた後必要に応じて接続パッ
ドを形成してから、異方性導電シートを各薄板の間には
さみ、所定の温度及び圧力を加えることによって電気的
接続をとることによって積層配線基板を作製しても良
い。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（実施例１）熱膨張係数が約５×１０~⁶、軟化点が約９
００℃の無アルカリガラス薄板とＡｇ／Ｐｄ系導体材料
でガラス一括積層配線基板を作製する場合の１例につい
て説明する。

【００１７】厚さ０．１ｍｍ、大きさ１５０ｍｍ角の無
アルカリガラスの裏面に相当する面にドライフィルムを
約８０℃でロール圧着した後約８０℃で約５分間加熱し
てから保護フィルムを剥がし、所定パターンのポジ（ネ
ガ）フィルムをセットして３ｋＷ（８ｋＷ）の超高圧水
銀灯を用いて、露光量が２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ²と
なるように調節して露光した。続いて、０．２〜０．５
％の炭酸ナトリウム水溶液を用いて、現像温度：２５
℃、圧力：１．２ｋｇ／ｃｍ²、時間：１００秒の条件
でスプレー現像を行った。現像後、約０．１％の希酸で
中和し、水洗、乾燥して、厚さ５０μｍの所定パターン
のレジスト膜を形成した。次に、＃１０００のＳｉＣ砥
粒を用いてレジスト膜側をサンドブラスト加工して、ピ
ッチが０．２ｍｍ、径が６０μｍ、深さが７０μｍの穴
を加工した。次にレジスト膜を引き剥がした。続いて、
無アルカリの表面に相当する面に同様の手順で所定パタ
ーンのレジスト膜を形成後裏面に相当する面に保護用フ
ィルムを貼り付け、サンドブラスト加工し、裏面の穴と
同じ位置に径が４０μｍ，深さが３０μｍの穴を、また
同時に穴間に配線用の深さ３０μｍの凹状の幅が３０μ
ｍのパターンを加工した。このサンドブラストの両面加
工で穴は貫通し０．２ｍｍピッチの貫通孔となる。

【００１８】続いて適正焼成温度が約７００℃で、ガラ
ス薄板と十分な密着強度が得られるようフラックスを添
加したＡｇ／Ｐｄペーストを上記サンドブラスト加工を
した無アルカリガラス薄板の貫通孔および凹溝に充填し
た後レジスト膜を引き剥がし、ぺーストを乾燥させ、さ
らに貫通孔部に同種のペーストで接続パッドを印刷し
た。このとき、Ａｇ／Ｐｄ導体のガラス表面からの突出
量は貫通孔部：約５０μｍ、配線部：約２０μｍであっ
た。このように所定の配線パターンをＡｇ／Ｐｄ導体ペ
ーストで形成した無アルカリガラス薄板を互いに接続さ
れる貫通孔部分の位置ずれが最小となるように５０枚積
み重ね、約５〜１００ｇ／ｃｍ²の荷重をかけて大気中
雰囲気でピーク温度７００℃で焼成し導体材料の焼結を
行った。次に、テトラ（ｎ−ブチル）シリケートのｎ−
ブタノール溶液を加水分解して得られたゲルを無アルカ
リガラス薄板間の隙間に浸透させ、２００〜２５０℃で
３０〜６０分間加熱することによってＳｉＯ₂ガラスと
し無アルカリガラス薄板間を接着して、配線基板を作製
した。上記のプロセスを図１に示す。

【００１９】（比較例１）平均粒径４μｍのパイレック
ス粉末８０ｖｏｌ％と、フィラーとして平均粒径が約３
μｍのムライト粉末を２０ｖｏｌ％のセラミック粉末の
混合物、有機バインダーとしてポリビニルブチラールお
よび可塑剤としてブチルフタリル・ブチルグリコレート
を上記セラミック混合粉末１００重量部に対してそれぞ
れ６重量部及び２重量部、さらにエチルアルコール、ブ
チルアルコールを加えあわせ、アルミナボール及びアル
ミナ内張りボールミルで十分混合し、セラミック粉末が
均一に分散したスラリーを作った。続いて、スラリーを
撹拌しながら減圧中で気泡分を脱気しながら粘度を８０
００〜１３０００ｃｐｓに調整後、ドクターブレイド型
キャスティング装置を用いて、厚さが０．１５ｍｍのグ
リーンシートを作製した。このようにして作製したグリ
ーンシートの外形を切断し所定寸法とした後、焼成後に
ピッチが０．２ｍｍとなるように超硬製パンチピンが独
立駆動可能なＮＣ制御された穴明け装置を用いて、グリ
ーンシートに直径４０〜６０μｍの貫通孔を加工し、ス
クリーン印刷法にて貫通孔にグリーンシートと同時焼成
可能なＡｇ／Ｐｄペーストを充填するとともに、グリー
ンシート表面に同様のＡｇ／Ｐｄペーストで幅４０μｍ
の配線パターンを形成した。この時の印刷膜厚は約１８
μｍであった。このように所定の配線パターンを形成し
たグリーンシートを接続する貫通孔部分の位置ずれが小
さくなるように５０枚積み重ね、温度：１３０℃、圧
力：１５０ｋｇ／ｃｍ²でグリーンシートを互いに接着
し一体化して積層体を作製した。得られた積層体の寸法
は約２００ｍｍ角厚さは約７ｍｍであった。

【００２０】続いて、電気炉を用いて大気中雰囲気で焼
成を行った。すなわち、あらかじめ設定した温度プロフ
ァイルで脱バインダを行い、約９００℃の最高温度で１
〜３時間保持しガラスセラミック材料の気孔率が５％以
下となり緻密化するようした。焼成工程での寸法変化
は、ＸＹ平面方向で約１８±０．４％、厚さ方向の収縮
率は約２０％であった。

【００２１】以下に（実施例１）と（比較例１）の基板
品質の比較を示す。

【００２２】（実施例１）（比較例１）基板寸法精度 ±０．０１％ ±０．４％配線１００ｍ当たりの断線件数０２００以上基板当たりのショート件数０１００以上１ｃｍ当たりの配線抵抗１．８Ω ４．７Ω 抗折強度（ｋｇ／ｍｍ²）１３．５１３．０透光性有無以上から、本発明によれば、高密度配線でかつ低抵抗配
線で、高寸法精度の配線基板を作製することができる。
なお、（実施例１）で高密度配線の１例として、０．２
ｍｍピッチでのサンドブラスト加工について述べたが貫
通孔の径にもよるが０．１ｍｍピッチ程度までの加工が
可能である。なお、配線幅に相当する凹部の幅も１５μ
ｍ程度までサンドブラスト加工が可能である。さらに、
（実施例１）及び（比較例１）で述べた具体的数値は、
材料組成、材料構成、基板寸法及びパターン構造、プロ
セス条件で変化するもので特に限定されるものではな
い。また実施例１では石英ガラス薄板を金属アルコキシ
ド材料で接着したが、接着しないときの抗折強度９ｋｇ
／ｍｍ²が実用上十分であれば接着しなくてもよい。

【００２３】（実施例２）Ｃｕ導体ペーストを用いて積
層配線基板を作製する方法について述べる。実施例１と
異なる点は使用する導体金属がＡｇ／ＰｄのかわりにＣ
ｕであることと、電気的接続をとるときの雰囲気が異な
る点である。すなわち、所定の配線パターンをＣｕ導体
ペーストで形成した無アルカリガラス薄板を積み重ねて
荷重をかけ、窒素＋水蒸気雰囲気で脱バインダした後窒
素雰囲気とし、Ｃｕ導体の焼結を行い電気的接続を行っ
た。続いて実施例１と同様に無アルカリガラス薄板間を
接着して積層配線基板を作製した。得られた基板の、寸
法精度、断線及びショート件数、抗折強度は実施例１と
同等であった。配線抵抗は、実施例１の約１／６の０．
３Ω／ｃｍであった。

【００２４】（実施例３）無アルカリガラス薄板のかわ
りに、アルミナ薄板を用いて実施例１及び実施例２と同
様の方法で積層配線基板を作製した。得られた配線基板
の抗折強度はいずれも１９ｋｇ／ｍｍ²で、それ以外の
特性はそれぞれ実施例１及び実施例２と同等であった。

【００２５】（実施例４）実施例１での金属アルコキシ
ド接着材料のかわりに、水ガラス及びエポキシ樹脂を用
いて実施例１及び実施例２と同様の方法で配線基板を作
製した。得られた配線基板の抗折強度は水ガラスでは実
施例１と同等で、エポキシ樹脂で１１ｋｇ／ｍｍ²で、
強度以外の特性はそれぞれ実施例１及び実施例２と同等
であった。

【００２６】（実施例５）実施例１での金属アルコキシ
ド接着材料のかわりに、軟化点が約６５０〜７００℃の
低軟化点ガラス薄板を用いて接着し積層配線基板を作製
する例について述べる。実施例１では全層に無アルカリ
ガラス薄板が積層されるが、実施例５では表裏面層が無
アルカリガラス薄板となるように無アルカリガラス薄板
と低軟化点ガラス薄板が交互に積層される。低軟化点ガ
ラス薄板への貫通孔及び凹溝加工と導体ペースト充填を
実施例１と同様に行い、導体ぺーストが充填された無ア
ルカリガラス薄板と交互に積み重ね、荷重をかけて大気
中雰囲気で６００℃で保持して導体材料の仮焼結を行っ
た。続いて、炉内を真空雰囲気としてさらに荷重をかけ
るとともにピーク温度約７５０〜８００℃で焼成して導
体材料の焼結を行うとともに低軟化点ガラス薄板で無ア
ルカリガラス薄板を接着して積層配線基板を作製した。
得られた積層配線基板の抗折強度は１４ｋｇ／ｍｍ
²で、それ以外の特性は実施例１と同等であった。これ
を図２に示す。

【００２７】（実施例６）裏面に入出力ピンを接続した
積層配線基板を作製する例について述べる。実施例１
で、最下層となる無アルカリガラス薄板に表裏面から入
出力ピンのヘッドと軸に対応するよう径の異なる貫通孔
を加工し貫通孔部分に入出力ピンを挿入して最下層に積
み重ね、その他は実施例１と同様にして配線基板を作製
した。得られた積層配線基板の特性は実施例１と同等
で、実施例１と異なる点は裏面に入出力ピンを接続して
いる点である。これを図３に示す。

【００２８】（実施例７）電気的接続をとる際に、異方
性導電シートを用いる場合について述べる。実施例１で
導体充填を終了したガラス薄板を約７００℃で焼成し各
ガラス薄板の導体の焼結及びガラス薄板へのＩ／Ｏピン
の接着を行なった後、各薄板の貫通孔部分の導体上にろ
う材でバンプを形成した。この時各無アルカリガラス薄
板の寸法変化は０．０１％以下であった。続いて、各薄
板を位置決めしながら各薄板の間に異方性導電シートを
挟み、所定の温度と圧力を加えて各薄板を接着するとと
もに貫通孔部の電気的接続をおこない積層配線基板を作
製した。これを、図４に示す。

【００２９】（実施例８）薄板に誘電体薄板を使用した
例について述べる。ここでは、誘電体薄板としてジルコ
ニアを、また配線パターン形成用薄板に熱膨張係数が約
５×１０~⁶の低アルカリガラス薄板を用いる例について
述べる。実施例１と同様に、配線パターンを形成した低
アルカリガラス薄板を積み重ねる際にガラス薄板間に所
定容量のコンデンサが形成できるよう、厚さ数十μｍ以
下のジルコニア薄板を必要枚数挿入した。ジルコニア薄
板は、実施例１と同様にして貫通孔を加工し導体材料を
充填した。コンデンサ用の電極はジルコニア薄板を上下
で挟む低アルカリガラス薄板側に形成し、実施例１と同
様の方法にて積層配線基板を作製した。得られた積層配
線基板の特性は実施例１とほぼ同等で、実施例１と異な
る点はコンデンサを内蔵している点である。（図５）（実施例９）薄膜コンデンサを形成した例について述べ
る。無アルカリガラス薄板表面に一般的な手法であるス
パッタによって、所定パターンの電極用導体と必要厚さ
のチタン酸ストロンチウム誘電体層を形成後加熱酸化処
理して結晶化させ、続いて誘電体上に電極用導体を成膜
して所定容量のコンデンサを形成する。次に、実施例１
と同様の方法にて、薄膜コンデンサを形成した無アルカ
リガラス薄板に貫通孔と凹溝を加工して導体材料を充填
した後、実施例１と同様の方法にて積層配線基板を作製
した。得られた積層配線基板の特性は実施例１と同等
で、実施例１と異なる点はコンデンサを内蔵している点
である。（図６）（実施例１０）各薄板の貫通孔をろう材で接続する例に
ついて述べる。実施例２と同様に貫通孔及び凹溝にＣｕ
導体ペーストを充填した無アルカリガラス薄板を一枚づ
つ電気炉でピーク温度約７００℃で導体を焼結した。こ
の時各無アルカリガラス薄板の寸法変化は０．０１％以
下であった。このようにしてＣｕ配線を形成した無アル
カリガラス薄板に露出している貫通孔の一方の表面に高
融点ろう材をつけて積み重ね、荷重をかけてＣｕが酸化
しない雰囲気で加熱してろう材を溶融し貫通孔部の電気
的接続をとった後、実施例１と同様に接着し積層配線基
板を作製した。得られた積層配線基板の特性は実施例２
と同等であった。なお、実施例１と同様にろう材のみの
接続で強度が十分であれば、金属アルコキシドで接着し
なくても良い。

【００３０】（実施例１１）実施例６で作製した入出力
ピン付き積層配線基板に、ＬＳＩチップ等の半導体素子
をはんだバンプで搭載した入出力ピン付きチップキャリ
アを作製した。作製したチップキャリアは、従来の一般
的なセラミック多層配線基板（配線ピッチ０．４５ｍ
ｍ）で作製したチップキャリアと比べ配線密度が高いた
め、約１／４に小型化できると同時に約２倍の演算速度
が達成できた。（図７）（実施例１２）実施例１、２で得た積層配線基板を用い
て以下の手順でモジュールを作製した。積層基板裏面に
ろう材がヘッド部に固着させてある入出力ピンをカーボ
ン製の位置決め治具を用い、金属層が酸化しない雰囲気
でろう材の融点以上の温度でリフローすることによっ
て、基板裏面に入出力ピンをろう付けした。同様にして
融点の異なるはんだ材のハンダバンプを介してＬＳＩチ
ップを搭載したチップキャリアを積層配線基板表面には
んだ付けし、続いて冷却フィンを組み合わせた後必要に
応じてさらに融点の異なるはんだを用いて水冷ジャケッ
トをはんだ付けをしてモジュールを作製した。このよう
にして作製したモジュールは従来の一般的なセラミック
多層配線基板（配線ピッチ０．４５ｍｍ）を用いたモジ
ュールと比べ、約４倍の配線密度、約２倍の演算速度が
達成できた。（図８）以上述べたセラミック一括ガラス積層配線基板は実施例
１１や１２で述べたようなＰＧＡやモジュールだけでな
く、高密度配線及び高速演算が要求される電子回路装置
例えばパソコンや、耐熱性が要求される自動車のエンジ
ンルーム内の電子回路等に適用できる。これを、図９、
１０に示す。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
ラスまたは焼結セラミック薄板にサンドブラストで貫通
孔と配線用凹溝を加工して導体材料を充填し、これらを
積み重ねて加熱し貫通孔を電気的接続することによっ
て、高寸法精度、高密度配線、低抵抗配線の積層配線基
板を作製できる。なお、この積層配線基板の製造方法は
容易にコンデンサの内蔵や、入出力ピン付きの積層配線
基板を作製できる。また、セラミック材料として未焼結
のグリーンシートではなくガラスまたは焼結セラミック
薄板を用いるので種々のセラミック材料が使用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック一括積層配線基板の製造工
程を示す図である。（ａ）レジストパターン作製工程、
（ｂ）貫通孔、凹溝加工工程、（ｃ）導体充填工程、
（ｄ）積層工程、（ｅ）導体焼結工程、（ｆ）層間接着
工程

【図２】本発明の低軟化点ガラスで層間を接着したとき
の断面を示す図である。

【図３】本発明の入出力ピンを接続したときの断面を示
す図である。

【図４】本発明の異方性導電シートで層間接続をした時
の断面を示す図である。

【図５】本発明のセラミック薄板誘電体を内蔵した時の
断面を示す図である。

【図６】本発明の薄膜コンデンサを内蔵した時の断面を
示す図である。

【図７】本発明の入出力ピンを接続したセラミック一括
積層配線基板に半導体素子を搭載したときの断面を示す
図である。

【図８】本発明の入出力ピンを接続したセラミック一括
積層配線基板に半導体素子を搭載したときのモジュール
を示す図である。

【図９】本発明のモジュールをパソコンに搭載した図で
ある。

【図１０】本発明のモジュールを自動車のエンジンルー
ムに搭載した図である。

【符号の説明】

１・・・・レジストフィルム２・・・・ガ
ラス板３・・・・凹溝４・・・・貫
通孔５・・・・導体ペースト６・・・・接
着層７・・・・入出力ピン８・・・・異
方性導電シート９・・・・セラミック誘電体薄板１０・・・・薄
膜コンデンサ１１・・・・半導体素子１２・・・・
積層基板１３・・・・コネクタ１４・・・・
モジュール１５・・・・メモリ１６・・・・
プリント基板１７・・・・冷却フィン１８・・・・
エンジン２１・・・・高軟化点ガラス２２・・・・
低軟化点ガラス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牛房信之神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の配線層からなる配線基板において、
各層となるガラス薄板または焼結セラミック薄板の凹部
および貫通孔に導体材料を充填した後積み重ねて加熱し
導体材料の電気的接続をとることを特徴とするセラミッ
ク一括積層配線基板。
【請求項２】複数の配線層からなる配線基板において、
各層となるガラス薄板または焼結セラミック薄板の凹部
および貫通孔に導体材料を充填した後積み重ねて加熱し
導体材料の電気的接続と各薄板間の接着をとることを特
徴とするセラミック一括積層配線基板。
【請求項３】請求項１または２において、積み重ねる薄
板が１種類あるいは２種類以上の異なる材質、厚さのガ
ラス板または焼結セラミック板であること、各薄板の凹
部および貫通孔に充填される配線用導体材料がＡｇ，Ａ
ｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｃ
ｒ，Ｔｉの金属のうち少なくとも１種類を含むことを特
徴とするセラミック一括積層配線基板。
【請求項４】請求項１または２において、積層前の各薄
板またはセラミック一括積層配線基板の表裏面に薄膜プ
ロセスで誘電体、抵抗体、インダクタンス等が形成され
ていることを特徴とするセラミック一括積層配線基板。
【請求項５】請求項２において、導体材料の電気的接続
をとった後に各薄板間にアルコキシド、水ガラスあるい
は有機系接着材を浸入させて各薄板層間を接着すること
を特徴とするセラミック一括積層配線基板。
【請求項６】請求項１または２において、ガラス薄板を
積層した一括積層配線基板内で光信号を伝送することを
特徴とするセラミック部分が透明なセラミック一括積層
配線基板。
【請求項７】配線用導体材料を充填するための薄板の凹
部および貫通孔をサンドブラストで加工し、凹部および
貫通孔への配線用導体材料の充填をサンドブラスト時の
レジストフィルムをマスクとしておこなうことを特徴と
するセラミック一括積層配線基板の製造方法。
【請求項８】請求項７において、貫通孔を両面から異な
った径で加工し表裏面となる薄板の少なくとも一方の薄
板において貫通孔の径の小さい側が基板表裏面となって
いることを特徴とするセラミック一括積層配線基板の製
造方法。
【請求項９】請求項７において、裏面となる薄板の貫通
孔に入出力ピンを挿入することを特徴とするセラミック
一括積層配線基板及びその製造方法。
【請求項１０】請求項７において、裏面となる薄板の貫
通孔に入出力ピンを挿入することを特徴とするセラミッ
ク一括積層配線基板の製造方法。
【請求項１１】請求項１、２または６におけるセラミッ
ク一括積層配線基板が半導体素子または半導体素子を封
止したチップキャリア、冷却用フィン及び水冷ジャケッ
ト等の冷却部品をろう材等で接続していることを特徴と
する電子回路装置。
【請求項１２】請求項１１における電子回路装置をコネ
クターを介して複数個多層プリント基板に搭載すること
で命令プロセッサを構成し、この命令プロセッサを単独
もしくは複数個使用することを特徴とする大型電子計算
機。