JP2002232142A

JP2002232142A - 多層配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002232142A
Application number: JP2001022253A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sasaki; 康博佐々木; Shigeki Yamada; 成樹山田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】導体充填層の充填率を適正化するとともに、該
導体充填層表面に発生するうねりを防止して、絶縁層と
の剥離を防止し、かつ絶縁基板表面の平滑性を維持して
電子部品の実装性や表面に形成される導体層、ワイヤボ
ンディング、端子等の形成精度を高めることのできる多
層配線基板を提供する。【解決手段】複数の絶縁層２ａ〜２ｃからなる絶縁基板
２の表面および／または内部に絶縁層２ａ、２ｂの１層
以上の厚みの深さを有する凹部３ａ、３ｂを形成し、凹
部３内に導体を充填してなる導体充填層４を具備し、導
体充填層４の空隙率が０．１〜１５％、導体充填層４表
面における最大うねり率が５０％以下の多層配線基板１
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、酸化アルミニウム
を主体とするセラミックスを絶縁層とする配線基板に関
し、特に絶縁層間に設けられた凹部内に導体を充填した
導体充填層を具備した配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、半導体素子の高集積化に伴い、半導
体装置から発生する熱も増加している。半導体装置の誤
動作をなくすためには、このような熱の発生を抑制する
ことが求められ、導体損失の小さい、すなわち低抵抗の
導体配線層を用いることが要求されてきたが、従来のア
ルミナセラミックスを絶縁層とし、その表面あるいは内
部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からな
る導体配線層を形成した配線基板では導体配線層の抵抗
が高く、導体配線層の低抵抗化が求められていた。

【０００３】これに対して、特開平５−２１６３５号公
報では、絶縁層グリーンシートに厚さが従来の導体配線
層の１０倍以上の貫通溝を形成し、該貫通溝内に圧入法
やスクリーン印刷法等の導体ペーストを用いる方法にて
導体ペーストを充填した後、複数層のグリーンシートを
積層して焼成することによって、導体配線層の厚みを増
して電流の通路面積を大きくし、シート抵抗を小さくで
きることが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−２１６３５号公報に記載された多層配線基板では、
導体配線層のシート抵抗を小さくすることはできるもの
の、厚みの厚い導体配線層（導体充填層）を導体ペース
トを用いた圧入法やスクリーン印刷法等により形成する
ために、圧入法の場合、導体ペーストの充填性が悪く、
凹部内にペーストの充填されない空隙部が生じたり、圧
入時に用いるノズルを充填後に引き上げた際に、導体ペ
ーストのけんし性によってノズルのに接触する導体ペー
ストが追従して引っ張り上げられて盛り上がってしまう
ために、導体充填層表面のうねりが大きいものであっ
た。

【０００５】また、スクリーン印刷法の場合には、ペー
ストの乾燥によりペースト中の溶剤成分が揮発して凹部
内の導体層の中央部が窪んでしまい複数回導体ペースト
を重ね塗りする必要があり、また、重ね塗りをするうち
に凹部内に充填されたペースト表面がスクリーン製版の
淵部と接触して、スクリーン製版を剥がす際に前記淵部
と接触したペーストがペーストの糸引き力が強く製版に
追従して持ち上げられて盛り上がってしまい、図３の模
式図に示すように、絶縁層用のシート状成形体１１の凹
部１２に形成された導体充填層１３の表面に大きなうね
りが生じるという問題があった。さらに、導体ペースト
を凹部１２内に充填した後他のグリーンシートを積層圧
着する際に、導体充填層内にクラックやグリーンシート
からの剥離が発生してしまい、空隙率が高くなるととも
に導体充填層の抵抗が増大するという問題があった。

【０００６】このように大きなうねりがある導体充填層
１３の上面に絶縁層用のシート（図示せず。）を積層し
て焼成すると、導体充填層１３とその上面の絶縁層との
間で剥離が生じたり、該絶縁層上面にも導体充填層１３
のうねりに追従してうねりが生じ、さらにはこのうねり
が絶縁基板の表面にまで残存する恐れがあることから、
絶縁基板の表面での半導体素子やコンデンサ等の電子部
品の実装信頼性が低下したり、絶縁基板表面に形成され
るロウ付けや厚膜抵抗等の導体層の寸法精度が低下した
り、さらにはワイヤボンディングや端子の取り付け等に
も支障をきたすという問題があった。

【０００７】さらに、特開平５−２１６３５号公報で
は、導体充填層のさらなる低抵抗化のために、タングス
テンに対して銅を３０％まで添加できることが記載され
ているが、導体ペースト中に銅粉末を添加するとさらに
導体ペーストの糸を引く力が大きくなるとともにレベリ
ング性が悪くなって導体配線層のうねりが大きくなって
しまうという問題があった。

【０００８】また、上記うねりは導体充填層１３の厚み
が大きくなるほど、また幅が広くなるほど顕著となり、
さらに、絶縁層と導体充填層１３に空隙が生じてしま
い、導体配線層（導体充填層１３）のさらなる低抵抗化
を妨げるものであった。

【０００９】上記うねりを解消するために、導体ペース
ト中の有機バインダ量を低減するか、または溶剤量を増
してペーストの粘度を低めることが考えられるが、有機
バインダ量を低減した場合、導体ペーストの保形性が低
下してペーストのにじみ等が発生し凹部内に精度よく導
体ペーストを充填することができず、また、溶剤量を増
した場合には、導体ペーストの充填性が低下するととも
に導体ペースト中の溶剤成分が絶縁層（グリーンシー
ト）側に多量に浸みだして膨潤してしまい、絶縁層が変
質したり、寸法精度の高い配線基板が作製できないとい
う問題があった。

【００１０】従って、本発明は、導体充填層用の凹部内
への導体ペーストの充填性を高めて、絶縁層１層以上の
厚み、例えば、厚み１００μｍ以上と厚い導体充填層で
あっても、導体充填層の充填率を最適化し、かつ導体充
填率表面に発生するうねりや空隙を防止して、絶縁層と
の剥離を防止できるとともに、絶縁基板表面の平滑性を
維持して電子部品の実装性や表面に形成される導体層、
ワイヤボンディング、端子等の形成精度を高めることが
できる多層配線基板を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
に対し、導体充填層を形成するための導体ペーストにつ
いて検討を重ねた結果、導体充填層用の導体ペーストに
用いる有機バインダとしてブチラール樹脂およびセルロ
ース樹脂の２種を混合したものを用いて保形性や充填性
を低下させることなく、導体ペーストの製版に接触した
部分に追従して引っ張られる度合い（糸を引く力）を低
下させることができるとともに導電ペーストのレベリン
グ性を高めることができ、厚みの大きい導体充填層であ
ってもその表面に生じるうねりを有効に抑制し、かつ積
層時においても導体充填層内にクラックや剥離が発生す
ることなく良好な形状に維持でき、かつ導体の充填率を
高めることができる結果、導体配線層と絶縁層との剥離
がなく、かつ電子部品の実装性、ロウ付けや厚膜抵抗の
寸法精度の向上、ワイヤボンディングや端子と取り付け
が容易である平滑な表面を有する絶縁基板を作製できる
ことができることを見いだし、本発明に至った。

【００１２】すなわち、本発明の多層配線基板は、複数
の絶縁層からなる絶縁基板の表面および／または内部に
前記絶縁層の１層以上の厚みの深さを有する凹部を形成
し、該凹部内に導体を充填してなる導体充填層を具備す
るものであって、前記導体充填層中の空隙率が０．１〜
１５％、かつ前記導体充填層の表面における最大うねり
率が５０％以下であることを特徴とするものである。

【００１３】ここで、前記導体充填層が、銅を３５〜７
０体積％と、タングステンおよび／またはモリブデンを
３０〜６５体積％との割合で含有する導体からなること
が望ましい。

【００１４】また、前記絶縁層が、酸化アルミニウム粒
子を主結晶とし、マンガン化合物をＭｎＯ₂換算で２．
０〜１０．０重量％の割合で含有するアルミナ質セラミ
ックスからなること、前記酸化アルミニウム結晶の粒界
にＭｎＡｌ₂Ｏ₄および／またはＭｎ₂ＳｉＯ₄が分散含有
してなることが望ましい。

【００１５】さらに、前記導体充填層中の前記絶縁層と
の界面に存在するタングステンおよび／またはモリブデ
ン粒子が前記絶縁層表面に食い込んでいることが望まし
く、前記導体充填層の幅が５００μｍ以上であることが
望ましい。

【００１６】また、前記導体充填層の体積固有抵抗が１
３μΩ・ｃｍ以下であること、前記絶縁層をなすアルミ
ナ質セラミックスの３点曲げ強度が３５０ＭＰａ以上で
あることが望ましい。

【００１７】さらに、本発明の多層配線基板の製造方法
は、（ａ）セラミック粉末を含有するシート状成形体を
作製する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程で得られた少な
くとも１枚のシート状成形体内に溝を形成する工程と、
（ｃ）前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程とによって得ら
れたシート状成形体を積層して凹部を有するシート積層
体を作製する工程と、（ｄ）金属粉末１００重量部に対
して、ブチラール樹脂とセルロース樹脂との混合物から
なる有機バインダを１．２〜２．５重量部の割合で添
加、混練した第１の導体ペーストを作製する工程と、
（ｅ）前記シート積層体の凹部内に印刷法によって前記
第１の導体ペーストを充填する工程と、（ｆ）前記
（ｅ）工程によって得られたシート積層体を焼成する工
程と、を具備することを特徴とするものである。

【００１８】ここで、前記金属粉末１００重量部に対し
て、アクリル樹脂１．２〜２．５重量部からなる有機バ
インダを添加した第２の導体ペーストを作製し、スクリ
ーン印刷法により前記シート状成形体表面に前記第２の
導体ペーストを塗布して導体配線層を形成することが望
ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の多層配線基板の一例につ
いて、その概略断面図である図１を基に説明する。図１
によれば、多層配線基板１は、複数の絶縁層２ａ、２
ｂ、２ｃが積層された絶縁基板２において、最外層であ
る絶縁層２ａおよび内部に位置する絶縁層２ｂ内に該絶
縁層と同じ厚みの深さを凹部３（図中、最外層の絶縁層
２ａに形成された凹部３ａ、内層の絶縁層２ｂに形成さ
れた凹部３ｂ）が形成され、凹部３内に導体を充填して
なる導体充填層４（凹部３ａに充填された導体充填層４
ａ、凹部３ｂに充填された導体充填層４ｂ）が形成され
ている。

【００２０】本発明によれば、導体充填層４表面の最大
うねり率が５０％以下、特に３０％以下、さらに２５％
以下であることが大きな特徴であり、これによって、導
体充填層４ｂと絶縁層２ａとの間の剥離を防止でき、か
つ絶縁基板２表面である絶縁層２ａの平滑性を維持して
電子部品の実装性や表面に形成される導体層、ワイヤボ
ンディング、端子等の形成精度を高めることができる。

【００２１】すなわち、導体充填層４ａ、４ｂ表面の最
大うねり率が５０％よりも大きいと導体充填層４ｂと絶
縁層２ａとの間の剥離が発生し、かつ絶縁基板２表面で
ある絶縁層２ａの平滑性が低下して電子部品の実装性、
表面に形成される導体層、ワイヤボンディング、端子等
の形成精度が低下する。

【００２２】なお、本発明における最大うねり率とは、
図２の導体充填層４の要部拡大図に示すように、導体充
填層４表面の最高位と最低位との距離ｄと導体充填層４
の平均厚みｔとの比（ｄ／ｔ）×１００（％）の意であ
る。

【００２３】また、本発明によれば、導体充填層４の空
隙率を０．１〜１５％、特に０．１〜５％に制御するこ
とも重要であり、この空隙率が０．１％よりも低いと導
体充填層４のヤング率が高くなりすぎてしまい、逆に空
隙率が１５％よりも大きくなると導体充填層４の抵抗値
が増大する。なお、本発明における導体充填層４の空隙
率とは、導体充填層４が形成された凹部３の任意の断面
におけるＳＥＭ写真から画像解析法によって求められる
空隙の比率である。

【００２４】さらに、本発明によれば、導体充填層４の
厚みが１００μｍ以上、特に３００μｍ以上、さらに４
００μｍ以上と厚く、導体充填層４の幅が５００μｍ以
上、特に１０００μｍ以上、さらには３０００μｍ以上
と広い場合に特に顕著な効果を発揮する。なお、図１に
おいては導体充填層４が絶縁層２ａまたは２ｂの１層分
のみに形成されているが、本発明によればこれに限定さ
れるものではなく、絶縁層２層以上の厚みにわたって形
成されていてもよい。

【００２５】一方、図１によれば、絶縁層２ａ〜２ｃの
表面および層間には厚み１５〜３０μｍ、幅２００μｍ
以下の一般の導体配線層５が形成され、さらに、導体充
填層４および導体配線層５は絶縁層２ａ〜２ｃの層内に
形成された貫通孔内に導体を充填してなる直径が５０〜
２５０μｍのビアホール導体６によって電気的に接続さ
れている。

【００２６】また、絶縁基板２（絶縁層２ａ）の表面に
は半導体素子等の電子部品７が形成され、絶縁層２ａ表
面に形成された導体配線層５と電気的に接続されてい
る。

【００２７】さらに、本発明によれば、導体充填層４と
してはタングステン、モリブデンおよび銅の群から選ば
れる１種または２種以上を用いることができるが、低抵
抗化のためには抵抗率の低い銅を含有することが望まし
く、特に絶縁基板との同時焼結性との兼ね合いから、導
体充填層４が銅を３５〜７０体積％と、タングステンお
よび／またはモリブデンを３０〜６５体積％との割合で
含有する導体からなることが望ましい。

【００２８】本発明によれば、タングステン粉末および
／またはモリブデン粉末と銅粉末との混合粉末を主とす
る導体ペーストのように、導体ペーストの糸引き力が高
くなりやすく、かつペーストのレベリング性が低くなり
やすいものであっても導体充填層内に空隙やうねりが発
生することなく良好な導体充填層を形成することができ
る。

【００２９】また、上記のように導体充填層４として、
銅と、タングステンおよび／またはモリブデンとの混合
導体からなる導体ペーストを用いて、後述するように導
体ペーストを凹部内に充填した後１１００℃以上の温度
にて焼成して、焼成時に導体中の銅を溶融させることに
よって、導体充填層４中の空隙率を特に０．１〜５％、
さらに０．１〜２％とすることができ、絶縁層との良好
な接合状態を図りつつ、さらなる低抵抗化を図ることが
できる。

【００３０】一方、前記タングステンおよび／またはモ
リブデンは、配線層の保形性、導体の均質性、低抵抗化
の点で、平均粒径１〜１０μｍ、特に１．３〜５μｍ、
さらに１．５〜３μｍの球状あるいは数個の粒子による
焼結粒子として銅からなるマトリックス中に分散含有し
ていることが望ましい。

【００３１】また、導体充填層４中には絶縁基板２との
密着性を改善するために、酸化アルミニウム、または絶
縁基板２と同じ成分のセラミックスを０．０５〜２体積
％の割合で含有させることも可能である。

【００３２】さらに、本発明の配線基板においては、銅
の融点を越える温度で酸化アルミニウムとの同時焼成に
よって、導体充填層４の銅成分が絶縁基板１中に拡散す
る場合があるが、絶縁層の絶縁性を確保する上では、導
体充填層４の周囲の絶縁基板２のセラミックスへの銅の
拡散距離が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であること
が望ましい。

【００３３】また、図１に示すように、１つの絶縁層内
に複数のビアホール導体配線層３が形成される場合、高
密度配線化を図るためにそのビアホール導体配線層３間
の最小離間距離も銅の拡散距離との関係から１００μｍ
以下、特に９０μｍ以下に制御することが可能である。

【００３４】さらに、絶縁層２と導体充填層４との接着
強度を高めるためには、両者間の界面に存在する導体配
線層４中のタングステンおよび／またはモリブデン粒子
が絶縁層２側に食い込んでいることが望ましい。（アルミナ質セラミックス）なお、多層配線基板１内の
導体充填層４以外の導体配線層５およびビアホール導体
６についても導体充填層４と同じ導体を用いることが望
ましく、これら導体層（導体充填層４、導体配線層５お
よびビアホール導体６）との同時焼成を行うためには、
絶縁層２ａ〜２ｃが低温焼成可能な酸化アルミニウム粒
子を主結晶とし、マンガン化合物をＭｎＯ₂換算で２．
０〜１０．０重量％の割合で含有する、特に相対密度９
５％以上、さらに９８％以上のアルミナ質セラミックス
からなることが望ましい。

【００３５】また、アルミナ質セラミックス中には、上
記成分以外にもＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土
類元素酸化物を銅含有導体との同時焼結性を高める上で
合計で０．４〜８重量％の割合で含有せしめることが望
ましく、さらにＷ、Ｍｏ、Ｃｒなどの金属を着色成分と
して２重量％以下の割合で含んでもよい。

【００３６】なお、酸化アルミニウム以外の成分は、酸
化アルミニウム主結晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶
相として存在するが、熱伝導性、強度、誘電損失低減の
点で、粒界中に助剤成分を含有する結晶相が形成されて
いることが望ましく、酸化アルミニウム粒子の粒界にＭ
ｎＡｌ₂Ｏ₄が結晶として分散含有することが望ましく、
酸化アルミニウム粒子の粒界にＭｎＳｉ₂Ｏ₄が結晶とし
て分散含有することが望ましい。

【００３７】また、絶縁基板２を形成する酸化アルミニ
ウム主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在する
が、これら主結晶相の平均結晶粒径は、強度および熱伝
導率の点で、１．０〜５．０μｍ、特に１．５〜２．０
μｍであることが望ましい。なお、主結晶相が柱状結晶
からなる場合、上記平均結晶粒径は、短軸径に基づくも
のである。

【００３８】上記構成からなる多層配線基板１は、導体
充填層４の体積固有抵抗を、特に１３μΩ・ｃｍ以下と
低いために、導体充填層４に低損失で大電流を流すこと
ができ、また、導体充填層４にて発生する熱を小さくす
ることによって多層配線基板１全体の温度上昇を抑制す
ることができる結果、多層配線基板１に半導体素子等の
電子部品を実装した際の誤作動を防止することができ
る。なお、絶縁基板２の熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上、特に１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには１７Ｗ／ｍ・Ｋ
以上であることが望ましい。

【００３９】また、導体充填層４として銅を用い低抵抗
化できるにも関わらず、絶縁基板２の３点曲げ強度を３
５０ＭＰａ以上、特に４００ＭＰａ以上と高強度を維持
することができることから、大きな容積を有する導体充
填層４と絶縁基板２との熱膨張差に起因する応力が発生
しても絶縁基板２に反りやクラック等が発生せず、多層
配線基板１の機械的信頼性を確保できる。（製造方法）次に、本発明の多層配線基板の製造方法の
一例について説明する。まず、絶縁基板を形成するため
に、酸化物セラミックスの主成分となる酸化アルミニウ
ム原料粉末として、粉末の取り扱い、コスト、低温焼結
性および絶縁層の強度等の点で、平均粒径が０．５〜
２．５μｍ、特に０．５〜２．０μｍの粉末を用いるこ
とが望ましい。

【００４０】そして、上記酸化アルミニウム粉末に対し
て、第２の成分として、ＭｎＯ₂を２．０〜１０．０重
量％、特に３．０〜７．０重量％の割合で、また、第３
の成分として、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ粉末
等を０．４〜８重量％、第４の成分として、Ｗ、Ｍｏ、
Ｃｒなどの遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分
として金属換算で２重量％以下の割合で添加する。

【００４１】なお、上記酸化物の添加に当たっては、酸
化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸
塩、硝酸塩、酢酸塩などとして添加してもよい。

【００４２】そして、この混合粉末を用いて絶縁層を形
成するためのシート状成形体を作製する。シート状成形
体は、周知の成形方法によって作製することができる。
例えば、上記混合粉末にアクリル系樹脂等の有機バイン
ダや溶媒を添加してスラリーを調製しドクターブレード
法によって形成したり、混合粉末に有機バインダを加
え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのシート
状成形体を作製できる。

【００４３】一方、導体充填層用の導体ペーストとし
て、平均粒径が１〜１０μｍの銅含有粉末を３５〜７０
体積％、特に４０〜６０体積％、平均粒径が１〜１０μ
ｍのタングステンおよび／またはモリブデンを３０〜６
５体積％、特に４０〜６０体積％の割合で混合し、上記
金属粉末の総量１００重量部に対して、ブチラール樹脂
とセルロース樹脂との両方を固形分による合計量で１．
２〜２．５重量部、特にブチラール樹脂を０．５〜１重
量部と、セルロース樹脂を０．７〜１．５重量部と、溶
剤を１０〜３０重量部の比率で添加、混練して作製す
る。

【００４４】なお、上記各有機物成分が上記範囲を逸脱
すると、導体ペーストの凹部内への充填性が低下する
か、もしくは導体粉末の充填密度が低下し、いずれも導
体充填層中の空隙率が高くなって高抵抗となる。

【００４５】本発明によれば、上記導体ペースト中の有
機バインダとしてブチラール系樹脂とセルロース系樹脂
との両方を混合したものを用いることが大きな特徴であ
り、これによって、導体ペーストの糸を引く力を低め、
かつ導体充填層用の導体ペーストのレベリング性を高め
ることができるとともに、導体充填層の焼成前の強度を
高めることができるために、導体充填層形成時に表面に
発生するうねりを防止することができる。

【００４６】他方、導体配線層およびビアホール導体用
の他の導体ペーストとしては、上記混合金属粉末１００
重量部に対して、アクリル樹脂の有機バインダを固形分
による含量で３〜３重量部、溶剤を５〜２０重量部の比
率で添加、混練したものを用いることが導体配線層の保
形性を高めて微細配線化が可能な点で望ましい。

【００４７】次に、シート状成形体にプレスによる打ち
抜きやレーザ加工で所定形状の導体充填層用溝およびビ
アホールを形成する。そして、前記ビアホール内に前記
他の導体ペーストをスクリーン印刷法等によって充填
し、シート状成形体表面にスクリーン印刷法やグラビア
印刷法等によって導体配線層を形成する。

【００４８】次に、前記溝を形成したシート状成形体の
下面に他のシート状成形体を位置合わせして積層し、溝
に基づく凹部を形成する。そして、該凹部内にスクリー
ン印刷法により、上記導体充填層用の導体ペーストを充
填する。

【００４９】本発明によれば、上述したように、導体充
填層用の導体ペーストが低い糸引き力および高いレベリ
ング性を有することから、導体充填層表面のうねりが抑
制され平坦な表面とすることができる。なお、導体ペー
ストを一回充填した後充填されたペーストを乾燥させた
場合に、ペースト層の中央部が窪むような場合には、再
度導体ペーストを重ね塗りして乾燥させることもできる
が、重ね塗りの回数が増すとペースト層の端部付近の盛
り上がりが大きくなる傾向にあることから、重ね塗りの
回数は４回以下とすることが望ましい。

【００５０】そして、導体充填層を形成した層を含む各
シート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この
積層体を、この焼成を、非酸化性雰囲気中、磁器を緻密
化できるとともに、タングステンおよび／またはモリブ
デン粒子の分散性がよく、保形性のよい導体を作製する
点で、焼成最高温度１２００〜１５００℃、特に１２５
０〜１４００℃にて焼成する。

【００５１】また、この焼成時の非酸化性雰囲気として
は、窒素、あるいは窒素と水素との混合雰囲気であるこ
とが望ましいが、特に、配線層中の銅の拡散を抑制する
上では、水素及び窒素を含み露点＋３０℃以下、特に−
２５℃〜＋１０℃の非酸化性雰囲気であることが望まし
い。なお、この雰囲気には所望により、アルゴンガス等
の不活性ガスを混入してもよい。焼成時の露点が＋３０
℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中
の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と銅含有
導体配線層の銅が反応してしまい、導体配線層の低抵抗
化の妨げとなるのみでなく、銅の拡散を助長してしまう
ためである。

【００５２】

【実施例】（実施例１）酸化アルミニウム粉末（平均粒
径１．８μｍ）に対して、ＭｎＯ₂を４重量％、ＳｉＯ₂
を３重量％、ＭｇＯを０．５量％の割合で添加混合した
後、さらに、有機バインダとしてアクリル系バインダ
と、溶剤としてトルエンとを混合してスラリーを調製
し、ドクターブレード法にて厚さ１００μｍのシート状
に成形した。そして、所定箇所に幅５ｍｍ×長さ３０ｍ
ｍの導体充填層用溝とホール径１２０μｍのビアホール
を形成した。

【００５３】一方、平均粒径が５μｍの銅粉末５０体積
％と、平均粒径が７μｍのタングステン粉末５０体積％
との混合し、該金属粉末総量に対して、有機バインダと
して、ブチラール樹脂を０．７重量部、セルロース樹脂
を１．０重量部、合計１．７重量部と、溶剤を１５重量
部を添加、混練して導体充填層用の導体ペースト（第１
の導体ペースト）を作製した。

【００５４】他方、上記金属粉末総量に対して、有機バ
インダとして、アクリル樹脂を１．７重量部と、溶剤を
１５重量部を添加、混練して他の導体ペースト（第２の
導体ペースト）を作製した。

【００５５】そして、シート状成形体上にスクリーン印
刷にて上記ビアホールに第２の導体ペーストを充填した
後、同じ第２の導体ペーストを用いてスクリーン印刷法
によって一般の導体配線層パターンを形成した。次に、
得られたシート状成形体のうち、導体充填層用凹部を有
するシート状成形体とその下に位置するシート状成形体
とを積層して前記導体充填層用凹部に基づく深さ１００
μｍの凹部を形成し、該凹部内に前記第１の導体ペース
トを用いてスクリーン印刷で充填し、乾燥した。

【００５６】そして、作製した各シート状成形体を位置
合わせして積層圧着して表面および内部に導体充填層を
有する積層体を作製した後、この積層体を実質的に水分
を含まない酸素含有雰囲気中（Ｎ₂＋Ｏ₂または大気中）
で脱脂を行った後、１３００℃、露点−１０℃の窒素水
素混合雰囲気にて２時間焼成した。

【００５７】得られた多層配線基板について、四端子法
により導体充填層の電気抵抗を測定し、長さ、幅、厚み
を測定して、抵抗率を算出したところ１２μΩ・ｃｍで
あり、また、同じ形状にて形成した複数の導体充填層間
でのばらつきも小さいものであった。

【００５８】また、走査型電子顕微鏡による断面観察を
行い、うねりの大きい導体充填層表面の最大うねり率を
算出したところ３５％であった。さらに、導体充填層の
組織を観察し、任意断面のＳＥＭ写真５枚から画像解析
法によって空隙率を算出したところ１％であり、タング
ステン粒子の平均粒径を算出したところ７μｍであっ
た。また、導体充填層と絶縁層間に剥離は見られず、Ｅ
ＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）分析において、導
体充填層の端部から同一平面内において、銅元素が検出
される領域の最外部までの距離を１０箇所測定したとこ
ろ、銅の拡散距離は平均で２０μｍ以下と良好な特性を
示した。

【００５９】さらに、導体充填層形成面上部に位置する
絶縁基板の表面に、１０ｍｍ×１０ｍｍの半導体素子を
実装したところ良好に実装できることを確認した。

【００６０】また、上記配線基板の絶縁基板について、
配線を有しない絶縁基板のみの磁器を上記と同様の方法
によって作製し、アルキメデス法によって相対密度を測
定したところ９９．２％であった。さらに、この磁器に
ついて、レーザーフラッシュ法によって熱伝導率（厚さ
３ｍｍ）を測定したところ、それぞれ１８．３Ｗ／ｍ・
Ｋであった。

【００６１】（実施例２）実施例１の多層配線基板に対
して、凹部の深さをシートの枚数を増すことによって深
くし、焼き上げ後の導体充填層の厚みを５００μｍと
し、かつ導体充填層用の凹部内への第１の導体ペースト
の印刷、乾燥を３回繰り返す以外は実施例１と同様に作
製した。

【００６２】実施例１と同様に導体充填層の抵抗率を測
定した結果、１２μΩ・ｃｍ、最大うねり率２０％、空
隙率２％で、導体充填層と絶縁層との間にクラックは見
られなかった。また、実施例１と同様に半導体素子を実
装しても不具合はみられなかった。

【００６３】（実施例３）実施例２に対して、絶縁基板
であるアルミナ質焼結体中にＭｎＯ₂を添加せず、導体
充填層として銅を添加せずにタングステン８０体積％と
モリブデン２０体積％とからなる導体を用い、かつ１５
００℃にて焼成する以外は実施例２と同様に多層配線基
板を作製し、同様に導体充填層の抵抗率を測定した結果
１８μΩ・ｃｍで、最大うねり率が１５％、空隙率１０
％であった。

【００６４】（比較例）実施例３の多層配線基板に対
し、導体充填層用の凹部内に充填する導体ペーストとし
て実施例１の第１の導体ペーストに代えて第２の導体ペ
ーストを用いる以外は実施例３と全く同様に導体充填層
および多層配線基板を作製した。

【００６５】実施例１と同様に導体充填層の体積抵抗値
を測定した結果、１８μΩ・ｃｍであったが同じ形状の
導体充填層間でのばらつきが大きいものであった。ま
た、最大うねり率は６０％、空隙率１７％で、導体充填
層と絶縁層との間にクラックが生じていた。さらに、実
施例１と同様に半導体素子を実装したところ、絶縁基板
表面の平坦度が悪く半導体素子との接続端子の一部に断
線が見られた。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の多層配線基
板によれば、導体充填層用の導体ペーストに用いる有機
バインダとしてブチラール樹脂およびセルロース樹脂の
２種を混合したものを用いることによって保形性や充填
性を低下させることなく、導体ペーストの糸引き力を低
下させるとともに、導体ペーストのレベリング性を高
め、かつ焼成前の導体充填層の強度を高めることがで
き、厚みの大きい導体充填層であっても、その空隙率を
適正化できるとともに、導体充填層表面に生じるうねり
を有効に抑制して良好な形状に形成できる結果、導体配
線層と絶縁層との剥離がなく、かつ電子部品の実装性、
ロウ付けや厚膜抵抗の寸法精度の向上、ワイヤボンディ
ングや端子と取り付けが容易である平滑な表面を有する
絶縁基板を作製できることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線基板の一例についての概略断
面図である。

【図２】図１の多層配線基板の導体充填層の表面構造を
説明するための模式図である。

【図３】従来の多層配線基板の導体充填層の表面構造を
説明するための模式図である。

【符号の説明】

１多層配線基板２絶縁基板２ａ、２ｂ、２ｃ絶縁層３ａ、３ｂ凹部４ａ、４ｂ導体充填層５導体配線層６ビアホール導体７電子部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 3/12 ６１０Ｈ０５Ｋ 3/12 ６１０Ｇ６１０ＭＦターム(参考） 4E351 AA07 BB31 DD04 DD17 EE02 EE11 EE12 EE13 GG01 GG03 GG04 5E343 AA02 AA23 BB24 BB39 BB40 BB72 BB75 BB76 BB77 DD03 ER35 GG02 GG11 5E346 AA32 AA41 AA43 CC16 CC17 CC32 CC35 CC36 DD13 DD34 EE21 EE24 EE25 EE27 EE29 EE30 FF18 FF45 GG15 GG19 GG28 HH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の絶縁層からなる絶縁基板の表面およ
び／または内部に前記絶縁層の１層以上の厚みの深さを
有する凹部を形成し、該凹部内に導体を充填してなる導
体充填層を具備する多層配線基板であって、前記導体充
填層中の空隙率が０．１〜１５％、かつ前記導体充填層
の表面における最大うねり率が５０％以下であることを
特徴とする多層配線基板。
【請求項２】前記導体充填層が、銅を３５〜７０体積％
と、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜６
５体積％との割合で含有する導体からなることを特徴と
する請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】前記絶縁層が、酸化アルミニウム粒子を主
結晶とし、マンガン化合物をＭｎＯ₂換算で２．０〜１
０．０重量％の割合で含有するアルミナ質セラミックス
からなることを特徴とする請求項１または２記載の多層
配線基板。
【請求項４】前記酸化アルミニウム結晶の粒界にＭｎＡ
ｌ₂Ｏ₄および／またはＭｎ₂ＳｉＯ₄が分散含有してなる
ことを特徴とする請求項３記載の多層配線基板。
【請求項５】前記導体充填層中の前記絶縁層との界面に
存在するタングステンおよび／またはモリブデン粒子が
前記絶縁層表面に食い込んでいることを特徴とする請求
項１乃至４のいずれか記載の多層配線基板。
【請求項６】前記導体充填層の幅が５００μｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の多
層配線基板。
【請求項７】前記導体充填層の体積固有抵抗が１３μΩ
・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のい
ずれか記載の多層配線基板。
【請求項８】前記絶縁層をなすアルミナ質セラミックス
の３点曲げ強度が３５０ＭＰａ以上であることを特徴と
する請求項１乃至７のいずれか記載の多層配線基板。
【請求項９】（ａ）セラミック粉末を含有するシート状
成形体を作製する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程で得ら
れた少なくとも１枚のシート状成形体内に溝を形成する
工程と、（ｃ）前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程とによ
って得られたシート状成形体を積層して凹部を有するシ
ート積層体を作製する工程と、（ｄ）金属粉末１００重
量部に対して、ブチラール樹脂とセルロース樹脂との混
合物からなる有機バインダを１．２〜２．５重量部の割
合で添加、混練した第１の導体ペーストを作製する工程
と、（ｅ）前記シート積層体の凹部内に印刷法によって
前記第１の導体ペーストを充填する工程と、（ｆ）前記
（ｅ）工程によって得られたシート積層体を焼成する工
程と、を具備することを特徴とする多層配線基板の製造
方法。
【請求項１０】前記金属粉末１００重量部に対して、ア
クリル樹脂１．２〜２．５重量部からなる有機バインダ
を添加した第２の導体ペーストを作製し、スクリーン印
刷法により前記シート状成形体表面に前記第２の導体ペ
ーストを塗布して導体配線層を形成することを特徴とす
る請求項９記載の多層配線基板の製造方法。