JP2003031956A

JP2003031956A - セラミック配線基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003031956A
Application number: JP2001215715A
Authority: JP
Inventors: Makoto Origuchi; 誠折口
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】平滑な表面を有して高周波伝送損失の小さい
金属配線部を備えるとともに、製造がきわめて容易で安
価に供給可能なセラミック配線基板を提供する。【解決手段】セラミック配線基板は、セラミック誘電
体層５０と金属配線層３０とを交互に積層した構造を有
する。金属配線層３０は、厚さ方向における片側の主表
面を第一主表面３０Ｐ、他方の主表面を第二主表面３０
Ｓとして、第一主表面３０Ｐを含む第一層３１と第二主
表面３０Ｓを含む第二層３２とを有し、第二層３２の金
属充填率を第一層３１の金属充填率よりも高くしてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はセラミック配線基
板に関し、特に高周波用に適したセラミック配線基板に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、配線基板、例えば、ＬＳＩやＩＣ
あるいはディスクリート部品などの半導体素子を搭載し
たり、あるいは基板内部に種々の厚膜印刷素子を作りこ
んだ配線基板として、比較的高密度の配線が可能な多層
セラミック配線基板が多用されている。この多層セラミ
ック配線基板は、アルミナやガラスセラミックなどから
なるセラミック誘電体層と、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ等の
金属からなる金属配線層とを交互に積層したものであ
り、必要に応じてその表面に半導体素子が実装される。
最近、携帯電話をはじめとする無線通信には、電波資源
拡大と伝送容量の高密度化を測るために、マイクロ波帯
からミリ波帯の高周波帯が積極的に採用されるようにな
り、これに使用される無線通信機器用の部品として、高
周波信号を取り扱うための配線基板に対する需要が爆発
的に増大しつつある。

【０００３】高周波用の基板においては、高周波信号の
伝送損失がなるべく生じないことが重要であり、特に基
板中に組み込まれた金属配線層は、高周波帯でのインピ
ーダンスがなるべく小さいことが要求される。金属配線
層内において高周波信号は、主にその表皮部分を伝送さ
れるので、金属配線層の表面（あるいはセラミック誘電
体層との界面）の粗さが大きい場合、伝送距離の増大に
より高インピーダンス化し損失が大きくなる。そこで、
特開２００１−１５８７８号公報には、金属配線層とセ
ラミック誘電体層との界面の表面粗さを０．３μｍ以下
とすることにより、高周波信号の損失低減を図る提案が
なされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】セラミック配線基板の
金属配線部は、セラミックグリーンシート上に金属粉末
ペーストを用いて配線部パターンを印刷形成し、セラミ
ックグリーンシートと同時焼成により形成することがで
きる。しかしながら、特開２００１−１５８７８号公報
にも記載されている通り、こうした同時焼成用の金属ペ
ーストには配線層とセラミック誘電体層との焼成時の収
縮挙動をマッチングさせるために、セラミックスやガラ
スのフィラーが配合されており、得られる金属配線部の
表面粗さが大きくなるため、低インピーダンスの金属配
線部が得にくい問題があった。他方、フィラー含有率の
小さいペーストを用いて高温焼成すれば、緻密に焼き締
まった平滑な金属配線部が得られるが、焼成時の収縮が
セラミック誘電体層と比べて相当大きくなるため、基板
の反りや金属配線部の剥離など欠陥を生じやすくなる。
これを解決するために、特開２００１−１５８７８号公
報では、フォトリソグラフィー技術を用いて金属箔から
回路パターンを転写する技術が採用されているが、金属
ペーストによるスクリーン印刷を利用する従来技術と比
較して、コスト・能率ともに大幅に劣り、また、印刷工
程からフォトリソグラフィー工程に転換する設備更新費
用も膨大な額にのぼる。

【０００５】本発明は、平滑な表面を有して高周波伝送
損失の小さい金属配線部を備えるとともに、製造がきわ
めて容易で安価に供給可能なセラミック配線基板と、そ
の製造方法とを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明
は、セラミック誘電体層と金属配線層とを交互に積層し
たセラミック配線基板において、上記の課題を解決する
ために、金属配線層が、厚さ方向における片側の主表面
を第一主表面、他方の主表面を第二主表面として、第一
主表面を含む第一層と第二主表面を含む第二層とを有
し、かつ第二層の金属充填率を第一層の金属充填率より
も高くしてなることを特徴とする。

【０００７】本発明においては、第一主表面側に第一層
を形成し、他方の第二主表面側にはそれよりも金属充填
率の高い第二層を形成する。これは、換言すれば第二層
を第一層よりも緻密に焼き締まった金属層として形成す
ることを意味する。その結果、金属配線層の第二主表面
は第一主表面よりも平滑となり、高周波信号に対する伝
送インピーダンスを低減することができ、ひいては信号
の伝送損失を抑え、またノイズを低減してＳ／Ｎ比の向
上を図ることが可能となる。他方、第一主表面は金属充
填率を低くすることで、焼成時のセラミック誘電体層と
の間の収縮のマッチングを取りやすくなり、基板の反り
や金属配線層の剥離などの欠陥が少ないセラミック配線
基板が実現される。

【０００８】第二層の金属充填率を第一層よりも高くす
る態様は２通りある。一つは、第二層を第一層よりも気
孔率を小とする方式（気孔率ゼロを含む：以下、第一態
様とする）であり、他方は、第二層を第一層よりも非金
属フィラーの配合率を小とする態様（配合率ゼロを含
む：以下、第二態様とする）である。焼成時の第一層の
収縮抑制を、前者においては気孔の残留により図るもの
であり、後者においては非金属フィラーの配合により図
るものである。いずれの場合も、第二層は、気孔あるい
は非金属フィラーの体積比率を低減することにより層の
収縮が促進されて金属充填率が高められ、表面粗さを低
減することが可能となる。なお、両方式は互いに組み合
わせることも可能であり、本発明の効果をさらに高める
ことができる。

【０００９】上記のようなセラミック配線基板は、以下
の本発明の製造方法により製造可能である。該方法は、
セラミック誘電体層となるべきセラミックグリーンシー
トと、配線層となるべき配線層金属粉末パターンとを交
互に積層した積層体を作り、その積層体を焼成すること
によりセラミック配線基板を得るようにする。そして、
その第一の方法においては、配線層金属粉末パターン
は、第一の平均粒径を有した第一金属粉末により形成さ
れる第一パターン層と、第一の平均粒径よりも小なる第
二の平均粒径を有した第二金属粉末により、第一パター
ン層上に重ね形成される第二パターン層とを有するもの
として、セラミックグリーンシート上に印刷形成する。

【００１０】これによると、配線層金属粉末パターンを
第一パターン層と第二パターン層の少なくとも二層構造
とし、第二パターン層の金属粉末の平均粒径を第一パタ
ーン層の金属粉末の平均粒径よりも小とする。平均粒径
の小さい金属粉末は平均粒径の大きい金属粉末よりも焼
成時の収縮率が高いので、セラミックグリーンシートと
の同時焼成により、第二パターン層及び第一パターン層
はそれぞれ異なる収縮率にて焼結され、前者は気孔率の
低い第二層となり、後者は気孔率の高い第一層となる。
これにより、前記した第一態様の金属配線層を簡単に得
ることができる。

【００１１】他方、第二の方法においては、配線層金属
粉末パターンは、金属粉末と無機材料フィラーとを配合
した第一導体ペーストにより形成される第一パターン層
と、第一導体ペーストよりも無機材料フィラーの含有量
が小なる第二導体ペーストにより、第一パターン層上に
重ね形成される第二パターン層とを有するものとして、
セラミックグリーンシート上に印刷形成される。

【００１２】この場合も、配線層金属粉末パターンは第
一パターン層と第二パターン層の少なくとも二層構造と
されるが、該第二の方法では、第二パターン層の無機材
料フィラーの配合率を第一パターン層の無機材料フィラ
ーの配合率よりも小とする。無機材料フィラー粒子が介
在すると金属粉末は焼成時の収縮が妨げられるので、セ
ラミックグリーンシートとの同時焼成により、第二パタ
ーン層及び第一パターン層はそれぞれ異なる収縮率にて
焼結される。この場合、前者は無機材料フィラーの含有
率の低い第二層となり、後者は無機材料フィラーの含有
率の高い第一層となる。これにより、前記した第二態様
の金属配線層を簡単に得ることができる。ここで、配合
する金属粉末の平均粒径を第二パターン層において第一
パターン層よりも小さくすれば、得られる金属配線層は
第一態様の特徴も兼ね備えたものとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。（実施の形態１）図１は、本発明のセラミック配線基板
の一実施例である高周波用多層セラミック配線基板（以
下、単に基板ともいう）１の外観を示すものであり、表
面には基板内部に形成された配線あるいは回路パターン
との電気的接続を取るための端子部４０が形成されてい
る。図２は、基板１の内部構造を模式的に示すものであ
り、セラミック誘電体層５０と、金属配線層３０とが交
互に積層されるとともに、必要に応じてその表面には半
導体素子５１が実装される。各金属配線層３０は、セラ
ミック誘電体層５０を厚さ方向に貫く層間ビア３５によ
り互いに電気的に接続される。該基板１は、例えば信号
処理用パッケージのように、それ自身が高周波信号処理
能力を有した能動素子機能を備えたものであってもよい
し、別途構成された半導体ディスクリート部品やその他
の高周波用素子を搭載したアンテナスイッチモジュール
基板であってもいずれでもよい。

【００１４】本実施形態の基板１では、金属配線層３０
は、ノイズ防護用のシールド部として機能する接地導体
５６が随伴したものとして構成されている。接地導体５
６は、金属配線層３０と同様の方法により、セラミック
誘電体層５０の片面を略全面に渡って被覆する形で形成
されてなる。図１では、金属配線層３０がセラミック誘
電体層５０間に挟み込まれ、いわゆるストリップライン
を構成しているが、図７に示すように、基板１の表層部
をなすセラミック誘電体層５０の表面に、金属配線層８
０を露出形態にて形成することもできる。この場合、セ
ラミック誘電体層５０の裏面に接地導体５６を形成する
ことで、いわゆるマイクロストリップラインを構成する
ことができる。ただし、本発明の適用は、これらの金属
配線層の形態に限られるものではなく、スロットライ
ン、コプレーナウェーブガイドなど、公知の高周波用金
属配線の全ての形態に適用可能である。

【００１５】例えば、図７は、本発明の基板の別実施例
であるセラミックパッケージ基板１００を示すものであ
る（上図が平面図、下図が正面断面図である）。該基板
１００は、Ｃｕ−Ｗ合金等の放熱金属基体２０１上に、
同じ材質にてチップ保持部２０１ａを突出形成し、その
周囲を取り囲む形で多層配線部６０が配置されたもので
ある。多層配線部６０は、シート状の接地導体５６とセ
ラミック誘電体層５０とを交互に積層したものであり、
最表面部には金属配線層８０が露出形成されている。ま
た、多層配線部６０の最表面部には、金属配線層８０の
幅方向両側には、一定の間隔をおいて別の接地導体１５
６，１５６が露出形成され、いわゆるコプレーナウェー
ブガイド形態の配線部が構成されている。各層の接地導
体５６及び１５６は、ビア３５にて接続されている。ま
た、チップ保持部２０１ａの周囲には、多層配線部６０
の表面から突出する形で、高周波用ＩＣあるいはＬＳＩ
からなるチップ２０５を収容する凹部を形成するための
枠体２０６が形成されている。枠体２０６はセラミック
誘電体層５０と、開口部側をなす低膨張率金属層（イン
バーあるいはコバール等の低膨張率金属からなる）２０
３とが、ろう材層２０２にて接蔵された構造をなす。そ
して、最表面部に形成された金属配線層８０が、図１の
金属配線層８０と同様に、前記した複数層構造のものと
して構成される。チップ２０５はチップ保持部２０１の
先端面上に接着固定され、ボンディングワイヤ２０７に
より金属配線層８０と端子接続される。そして、枠体２
０６の開口部は金属製の蓋体２０４により封止される。

【００１６】図２に戻り、本実施形態の基板１では、金
属配線層３０のほかに、コンデンサ５４、インダクタ５
３及び抵抗器５５などの種々の厚膜回路素子が作りこま
れているが、厚膜回路素子を特に有さない、金属配線層
のみを有する基板として構成することも可能である。な
お、本発明において高周波信号とは、８００ＭＨｚ以上
の周波数を有した信号を意味する。

【００１７】セラミック誘電体層５０を構成する誘電体
材料としては、アルミナ含有量を９８％以上としたアル
ミナ質セラミックス、ムライト質セラミックス、窒化ア
ルミニウムセラミックス、窒化珪素セラミックス、炭化
珪素セラミックスおよびガラスセラミックス等、高周波
領域においても誘電損失が小さい材質が本発明に好適に
使用される。特に、誘電体基板表面の焼き上げ時の表面
平滑性に優れる点において、ガラスとガラス以外のセラ
ミックフィラーとの複合材料（以下、これをガラスセラ
ミックという）や高純度アルミナ質セラミックスを使用
することが特に望ましい。特にガラスセラミックとして
は、ホウケイ酸系ガラスあるいはホウケイ酸鉛系ガラス
にアルミナ等の無機セラミックフィラーを４０〜６０重
量部添加した系が、金属配線部との同時焼結性が良好で
好ましい。

【００１８】また、金属配線層８０，３０に使用される
金属の材質は、例えばセラミック誘電体層５０の材質と
してガラスセラミックスを用いる場合には、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｃｕのいずれかを主成分とするものを使用すること
ができる（本明細書にて「主成分」とは、最も質量含有
率の高い成分のことである）。具体的には、Ａｇ系（Ａ
ｇ単体、Ａｇ−金属酸化物（Ｍｎ、Ｖ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ｃｕ等の酸化物）、Ａｇ−ガラス添加、Ａｇ−Ｐ
ｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｒｈ等）、Ａｕ系（Ａｕ単体、
Ａｕ−金属酸化物、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｒ
ｈ等）、Ｃｕ系（Ｃｕ単体、Ｃｕ−金属酸化物、Ｃｕ−
Ｐｄ、Ｃｕ−Ｐｔ、Ｃｕ−Ｒｈ等）等の低抵抗材料から
選ばれるものを用いることができる。

【００１９】図３に示すように、金属配線層３０は、厚
さ方向における片側の主表面を第一主表面３０Ｐ、他方
の主表面を第二主表面３０Ｓとして、両主表面３０Ｐ，
３０Ｓにてセラミック誘電体層５０と接して配置され
る。そして、第一主表面３０Ｐを含む第一層３１と第二
主表面を含む第二層３２とを有し、第二層３２の金属充
填率が第一層３１の金属充填率よりも高く設定される。

【００２０】第一層３１は、例えば第二層３２よりも気
孔率の高いものとして形成できる。換言すれば、第二層
３２は第一層３１よりも相対密度の高い焼結金属層とし
て構成できる。このような気孔率の差は、金属配線層３
０の断面を研磨して走査型電子顕微鏡（Scanning Elect
ron Microscope：ＳＥＭ）等により観察したとき、その
研磨断面上での気孔Ｐの面積率により識別可能である。
面積率測定により気孔率を求める場合、本明細書では、
測定精度と測定時間とのバランスを考慮して、研磨断面
上にて観察される寸法（断面上にて空孔外径線に対し間
隔最大となるように外接平行線を引いたときの、当該平
行線間距離として定義する）０．５μｍ以上の気孔の合
計面積を、観察視野の全面積により割った値を気孔率と
して採用するものとする。

【００２１】そして、第一層３１は、第一主表面３０Ｓ
をできるだけ平滑にするために、その気孔率が可及的に
小さいこと、例えば５％以下であることが望ましい。他
方、第二層３２は、セラミック誘電体層５０の材質とし
てガラスセラミックを用いる場合、その収縮率のマッチ
ングを考慮すると、前記した面積率にて特定される気孔
率が０．１〜５％であることが望ましい。

【００２２】上記のように構成することで、金属配線層
３０の第二主表面３０Ｓは第一主表面３０Ｐよりも平滑
となり、高周波信号に対する伝送インピーダンスを低減
することができる。他方、第一主表面３０Ｐは金属充填
率を低くすることで、焼成時のセラミック誘電体層５０
との間の収縮のマッチングを取りやすくなり、基板の反
りや金属配線層の剥離などの欠陥が少ないセラミック配
線基板が実現される。なお、第一層３１と第二層３２の
構成金属は、例えば同一材質のものを採用することで、
層間の接合強度をより高めることができる。

【００２３】第二主表面３０Ｓが第一主表面３０Ｐより
も平滑であるということは、具体的には、第二主表面３
０Ｓの算術平均粗さが第一主表面３０Ｐの算術平均粗さ
よりも小さいことを意味する。算術平均粗さの小さい表
面のほうが、表面に沿った高周波信号の伝送経路長が短
いためインピーダンスが低く、伝送損失を低く抑えるこ
とができる。なお、第一主表面３０Ｐは第二主表面３０
Ｓよりも算術平均粗さが大きいが、高周波信号は、粗さ
の小さい第二主表面３０Ｓを選ぶ形で伝送され、金属配
線層全体としてのインピーダンスは低減されることとな
る。

【００２４】なお、本明細書において金属配線層３０の
第一主表面３０Ｐは、図７のマイクロストリップライン
等のように、基板表面に金属配線層が露出している場合
は、セラミック誘電体層５０と接している側の主表面と
して定義する。他方、図２のストリップライン等のよう
に、基板１中に金属配線層３０が埋設される場合は、い
ずれの側を第一主表面３０Ｐとして定めてもよいが、第
一層３１と第二層３２とで金属充填率に差が生じている
ことが肝要であり、その金属充填率の高い第一層３１の
形成側が第一主表面３０Ｐである。

【００２５】また、基板表面に金属配線層３０が露出し
ている場合は、その露出している側の主表面が第二主表
面３０Ｓであり、表面粗さはその露出した第二主表面３
０Ｓ上で、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定され
た方法により直接測定することが可能である。他方、金
属配線層３０が基板１中に埋設されている場合は、金属
配線層３０をセラミック誘電体層５０とともに厚さ方向
に切断・研磨して観察したときの、両者の境界のプロフ
ァイルを粗さプロファイルとして代用し、これにＪＩ
Ｓ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された定義を適用し
て算出される算術平均粗さＲａを意味するものとする。
なお、第二主表面３０Ｓの算術平均粗さは、具体的には
０．３μｍ以下であることが、金属配線層３０のインピ
ーダンスを十分に低減させる上で望ましい。

【００２６】次に、第二主表面３０Ｓ側をなす第二層３
２は、第一層３１よりも収縮率が大きくなるから、該第
二主表面側にて接するセラミック誘電体層５０との間の
収縮のマッチングを高める観点において、第二層３２を
第一層３１よりも厚みを小さくすることが望ましい。例
えば、第二層３２の厚さの、金属配線層３０の全厚さに
対する比率を１０％以上５０％未満に設定することが望
ましい。該比率が１０％未満では、第二主表面３０Ｓの
平滑化効果が不十分となる場合がある。

【００２７】以下、上記セラミック配線基板１の製造方
法について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、
セラミック誘電体層５０となるべきセラミックグリーン
シート１５０を用意する。セラミックグリーンシート１
５０は、セラミック誘電体層の原料セラミック粉末（例
えば、ガラスセラミック粉末の場合、ホウケイ酸ガラス
粉末とアルミナ等のセラミックフィラー粉末との混合粉
末）に溶剤（アセトン、メチルエチルケトン、ジアセト
ン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、ブロムクロロ
メタン、エタノール、ブタノール、プロパノール、トル
エン、キシレンなど）、結合剤（アクリル系樹脂（例え
ば、ポリアクリル酸エステル、ポリメチルメタクリレー
ト）、セルロースアセテートブチレート、ポリエチレ
ン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールな
ど）、可塑剤（ブチルベンジルフタレート、ジブチルフ
タレート、ジメチルフタレート、フタル酸エステル、ポ
リエチレングリコール誘導体、トリクレゾールホスフェ
ートなど）、解膠剤（脂肪酸（グリセリントリオレート
など）、界面活性剤（ベンゼンスルホン酸など）、湿潤
剤（アルキルアリルポリエーテルアルコール、ポチエチ
レングリコールエチルエーテル、ニチルフェニルグリコ
ール、ポリオキシエチレンエステルなど）などの添加剤
を配合して混練し、ドクターブレード法等によりシート
状に成形したものである。

【００２８】そして、上記のセラミックグリーンシート
上に配線層（厚膜回路素子を作りこむ場合は、その素子
のパターンも含む）となるべき配線層金属粉末パターン
１３０を形成する。図４（ａ）に示すように、配線層金
属粉末パターンは、第一の平均粒径を有した第一金属粉
末のペーストを用いて公知のスクリーン印刷法により、
第一パターン層１３１をまず形成する。第一金属粉末の
ペーストは、例えは平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下
の、前記した配線層形成用の金属粉末に、エチルセルロ
ース等の有機バインダと、ブチルカルビトール等の有機
溶剤を適度な粘度が得られるように配合・調整したもの
である。

【００２９】次に、図４（ｂ）に示すように、上記第一
の平均粒径よりも小なる第二の平均粒径を有した第二金
属粉末のペーストを用いて公知のスクリーン印刷法によ
り、第一パターン層１３１上に第二パターン層１３２を
重ね形成する。第二金属粉末のペーストは、平均粒径が
１０ｎｍ以上０．３μｍ以下の微粒金属粉末を用いて、
第一金属粉末のペーストと同様に調製されたものであ
る。平均粒径が１０ｎｍ未満では金属粉末の酸化等に対
する安定性が損なわれやすくなり、０．３μｍを超える
と平滑な第二主表面３０Ｓ（図３：特にＲａが０．３μ
ｍ以下）を得ることが困難となる。

【００３０】こうして配線層金属粉末パターン１３０が
完成すれば、（ｃ）に示すように、その上に別のセラミ
ックグリーンシート１５０を重ね、さらにパターン印刷
／セラミックグリーンシート積層の工程を繰り返すこと
により、（ｄ）に示す積層体１８０が得られる。なお、
層間ビア３５を形成する場合は、セラミックグリーンシ
ート１５０のビア形成位置にドリル等を用いて穿孔して
おき、ここに金属ペーストを充填するようにする。

【００３１】上記の積層体１８０を焼成すれば、図２に
示す断面構造の基板１が得られる。図５（ａ）に示すよ
うに、第二パターン層１３２の金属粉末の平均粒径が、
第一パターン層１３１の金属粉末の平均粒径よりも小さ
い。そして、平均粒径の小さい金属粉末は平均粒径の大
きい金属粉末よりも表面の曲率が大きく、粒子表面に向
けた金属原子の固相拡散の分圧が高くなるため、焼成時
の収縮は第二パターン層１３２のほうが第一パターン層
１３１よりも大きくなる。これにより、（ｂ）に示すよ
うに、第一パターン層１３１はあまり収縮せずに気孔率
の高い第一層３１となり、セラミック誘電体層５０との
焼成時のマッチングをあわせやすくなる。他方、第二パ
ターン層１３２は緻密に収縮して、平滑な第二主表面３
０Ｓを有した第二層３２となる。

【００３２】なお、図５（ａ）において、第二パターン
層１３２は、第一パターン層１３１の外にはみ出して形
成されると、収縮率の大きい、第二パターン層１３２の
金属粉末が、そのはみ出し領域でセラミックグリーンシ
ートと直接接触することになる。この場合、該部分で焼
成時の収縮のマッチングが取れなくなり、基板の反りや
剥離等の不具合を生じやすくなる懸念がある。従って、
第二パターン層１３２は、第一パターン層１３１と同一
幅又は狭幅にて重ね形成することが望ましい。この場
合、第二パターン層１３２は第一パターン層１３１より
も収縮率が高くなるから、図５（ｂ）に示すように、第
二層３２は第一層よりも狭幅に形成される形となる。

【００３３】（実施の形態２）図６に示すように、配線
層金属粉末パターン２３０を、金属粉末と無機材料フィ
ラーとを配合した第一導体ペーストにより形成される第
一パターン層２３１と、第一導体ペーストよりも無機材
料フィラーの含有量が小なる第二導体ペーストにより、
第一パターン層２３１上に重ね形成される第二パターン
層２３２とを有するものとして形成し、他を実施の形態
１と同様の工程として基板１を得ることもできる。無機
材料フィラー粒子ＱＦの介在により金属粉末の焼結収縮
が妨げられるので、焼成時の収縮は第二パターン層２３
２のほうが第一パターン層２３１よりも大きくなる（図
３参照）。これにより、（ｂ）に示すように、第一パタ
ーン層２３１はあまり収縮せず、結果として無機材料フ
ィラー粒子ＱＦの含有率が高い第一層８１となり、セラ
ミック誘電体層５０との焼成時のマッチングを合わせや
すくなる。他方、第二パターン層２３２は無機材料フィ
ラー粒子ＱＦの含有率が低いため緻密に収縮して、平滑
な第二主表面３０Ｓを有した第二層８２となる。なお、
配合する金属粉末の平均粒径は、第二パターン層２３２
と第一パターン層２３１との間で特に限定はされない
が、第二パターン層２３２において第一パターン層２３
１よりも金属粉末の平均粒径を小さくすれば、一層平滑
な第二主表面３０Ｓが得られるようになる。

【００３４】無機材料フィラー粒子ＱＦとしては、セラ
ミック誘電体層５０と同じ材質のものを採用可能であ
り、第二パターン層２３２（第二層８２）においては、
その体積含有率が可及的に小さいこと、例えば５％以下
であることが望ましい。他方、第二層３２は、セラミッ
ク誘電体層５０の材質としてガラスセラミックを用いる
場合、その収縮率のマッチングを考慮すると、前記体積
含有率が２〜５％であることが望ましい。

【００３５】第一層８１と第二層８２との体積含有率の
差は、金属配線層３０の断面を研磨してＳＥＭ等により
観察したとき、前記気孔率と同様、その研磨断面上での
フィラー粒子ＱＦの面積率により識別可能である。

【００３６】なお、実施の形態１及び２のいずれにおい
ても、金属配線層３０は、第一層３１、８１と第二層３
２、８２との間に、両者の中間の金属充填率となる層を
１又は２以上挿入した形で形成することが可能である。

【００３７】

【実施例】本発明の効果を確認するために、下記の実験
を行なった。まず、セラミックスグリーンシートを以下
のようにして作製した。すなわち、平均粒径２．５μ
ｍ、組成がＣａＯ＋ＢａＯ：６質量％、ＳｉＯ_２：６質
量％、Ａｌ_２Ｏ_３：９質量％、Ｂ_２Ｏ_３２６質量％のホ
ウケイ酸系ガラス粉末５０質量部に対し、セラミックフ
ィラー粒子として平均粒径２μｍのアルミナ粉末を５０
質量部配合し、複合セラミック粉末を調製した。この複
合セラミック粉末１００質量部に対し、バインダ成分と
してアクリル系の樹脂を１０質量部、可塑剤としてジブ
チルフタレートを５質量部、さらに有機溶剤としてメチ
ルエチルケトンを適量添加して混合し、スラリーにした
後、ドクターブレード法によりグリーンシート（厚み
０．３ｍｍ）を得た。

【００３８】次に、金属ペーストを以下のようにして調
製した。・ペーストＸ：平均粒径３μｍのＣｕ粉末１００質量部
に対して、前記した複合セラミック粉末を５重量部添加
し、これに有機バインダとしてエチルセルロース及び溶
剤としてブチルカルビトールを粘度が１０００ポイズに
なるように適量添加し、３本ロールミルにて混合するこ
とにより調製した。・ペーストＹ：平均粒径１μｍのＣｕ粉末を用いた以外
はペーストＸと同様に調製した。・ペーストＺ：平均粒径１０ｎｍのＣｕ粉末を用いた以
外はペーストＸと同様に調製した。

【００３９】そして、前記した方法で製造された第一の
セラミックグリーンシート上に、上記のペーストを用い
て、長さ１ｃｍ、幅１００μｍの直線状の配線層金属粉
末パターンを形成した。Ａ：ペーストＸを用いて第一パターン層を厚さ１５μｍ
にて形成し、ペーストＹを用いて第二パターン層を厚さ
２μｍにて形成した。Ｂ：ペーストＸを用いて第一パターン層を厚さ１５μｍ
にて形成し、ペーストＺを用いて第二パターン層を厚さ
１μｍにて形成した。Ｃ：ペーストＸのみを用いて単一のパターン層を厚さ１
５μｍにて形成した。Ｄ：ペーストＺのみを用いて単一のパターン層を厚さ５
μｍにて形成した。

【００４０】上記の配線層金属粉末パターンを形成した
後、さらに第二のセラミックグリーンシートを積層圧着
して焼成することにより、基板サンプルを得た。各基板
サンプルは、配線層の長手方向と略平行となるように厚
さ方向に切断し、断面研磨してＳＥＭにより倍率３００
０倍にて拡大画像を撮影した。そして、その拡大画像上
にて、第二セラミックグリーンシート側にてセラミック
誘電体層と金属配線層との界面（つまり、第二主表面）
のプロファイルを、両者のコントラストの相違に基づい
て抽出し、これを粗さプロファイルとみなすことでＪＩ
Ｓ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された方法により、
算術平均粗さＲａを算出した。

【００４１】また、セラミック誘電体層との焼成時の収
縮マッチングの評価を、焼成後の基板反り量の測定によ
り行ない、反り量が２０μｍ以下のものを良好（○）、
２０μｍを超えたものを不良（×）として判定した。さ
らに、各金属配線層の両端にプローブを接続し、市販の
ネットワークアナライザ（横川ヒューレットパッカード
（株）製：ＨＰ−８５１０Ｃ）により５０ＧＨｚまでの
周波数帯での端子間伝達係数Ｓ_２１を測定し、その測定
プロファイル上において半値幅５ＧＨｚ以下、ピーク高
さ２ｄＢ以上の伝送ロスピークを生じたものを不良
（×）、ピーク高さ２ｄＢ未満の軽微な伝送ロスピーク
しか認められなかったものを良好（○）、伝送ロスピー
クが全く認められなかったものを優良（◎）として判定
した。以上の結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】これによると、第一パターン層よりも平均
粒径の小さいＣｕ粉末を用いて第二パターン層を形成し
たものは、得られる金属配線層の第二主表面の算術平均
粗さを小さくできる結果、高周波信号の伝送ロスが少な
く、さらにセラミック誘電体層との焼成時の収縮マッチ
ングも良好であることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック配線基板の一例を模式的に
示す斜視図。

【図２】図１のセラミック配線基板の断面構造を模式的
に示す図。

【図３】図２の金属配線層の断面形態を拡大して模式的
に示す図。

【図４】図２に係るセラミック配線基板の製造工程の一
例を示す説明図。

【図５】配線層金属粉末パターンが焼結されて金属配線
層となる様子を示す説明図。

【図６】配線層金属粉末パターンが焼結されて金属配線
層となる様子を示す別の説明図。

【図７】本発明のセラミック配線基板を、パッケージ基
板として構成した例を模式的に示す図。

【符号の説明】

１セラミック配線基板３０，８０金属配線層３１，８１第一層３２，８２第二層５０セラミック誘電体層１３０，２３０配線層金属粉末パターン１３１，２３１第一パターン層１３２，２３２第二パターン層

フロントページの続きＦターム(参考） 4E351 AA07 BB01 BB24 BB26 BB31 BB35 BB43 BB44 CC12 CC21 DD01 DD52 GG07 5E338 AA03 AA18 BB75 CC01 CD03 EE11 5E346 AA12 AA15 AA23 AA35 AA38 BB01 CC18 CC31 DD02 DD34 EE24 GG03 GG06 HH06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック誘電体層と金属配線層とを交
互に積層したセラミック配線基板において、前記金属配
線層が、厚さ方向における片側の主表面を第一主表面、
他方の主表面を第二主表面として、前記第一主表面を含
む第一層と前記第二主表面を含む第二層とを有し、かつ
前記第二層の金属充填率を前記第一層の金属充填率より
も高くしてなることを特徴とするセラミック配線基板。
【請求項２】前記第二層は前記第一層よりも気孔率が
小である請求項１記載のセラミック配線基板。
【請求項３】前記第二層は前記第一層よりも非金属フ
ィラーの配合率が小である請求項１又は２に記載のセラ
ミック配線基板。
【請求項４】前記第二層は前記第一層よりも厚みが小
である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセラミ
ック配線基板。
【請求項５】前記第二主表面の算術平均粗さが、前記
第一主表面の算術平均粗さよりも小さくしてなる請求項
１ないし４のいずれか１項に記載のセラミック配線基
板。
【請求項６】前記第二主表面の表面粗さにおいて、そ
の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下である請求項５記
載のセラミック配線基板。
【請求項７】前記第二層が前記第一層よりも狭幅に形
成されてなる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
セラミック配線基板。
【請求項８】前記第一層と前記第二層とが同一材質の
金属からなる請求項１ないし７のいずれか１項に記載の
セラミック配線基板。
【請求項９】セラミック誘電体層と金属配線層とを交
互に積層したセラミック配線基板の製造方法であって、前記セラミック誘電体層となるべきセラミックグリーン
シートと、前記配線層となるべき配線層金属粉末パター
ンとを交互に積層した積層体を作り、その積層体を焼成
することにより前記セラミック配線基板を得るととも
に、前記配線層金属粉末パターンは、第一の平均粒径を有し
た第一金属粉末により形成される第一パターン層と、前
記第一の平均粒径よりも小なる第二の平均粒径を有した
第二金属粉末により、前記第一パターン層上に重ね形成
される第二パターン層とを有するものとして、前記セラ
ミックグリーンシート上に印刷形成されることを特徴と
するセラミック配線基板の製造方法。
【請求項１０】前記第二金属粉末として、平均粒径が
０．３μｍ以下のものが使用される請求項９に記載のセ
ラミック配線基板の製造方法。
【請求項１１】セラミック誘電体層と金属配線層とを
交互に積層したセラミック配線基板の製造方法であっ
て、前記セラミック誘電体層となるべきセラミックグリーン
シートと、前記配線層となるべき配線層金属粉末パター
ンとを交互に積層した積層体を作り、その積層体を焼成
することにより前記セラミック配線基板を得るととも
に、前記配線層金属粉末パターンは、金属粉末と無機材料フ
ィラーとを配合した第一導体ペーストにより形成される
第一パターン層と、前記第一導体ペーストよりも無機材
料フィラーの含有量が小なる第二導体ペーストにより、
前記第一パターン層上に重ね形成される第二パターン層
とを有するものとして、前記セラミックグリーンシート
上に印刷形成されることを特徴とするセラミック配線基
板の製造方法。
【請求項１２】前記第二パターン層を前記第一パター
ン層と同一幅もしくはそれよりも狭幅にて重ね形成する
請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のセラミック
配線基板の製造方法。