JP2003110247A

JP2003110247A - 多層回路基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003110247A
Application number: JP2001300762A
Authority: JP
Inventors: Kenichirou Morishige; 憲一郎森茂
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】多層回路基板の周囲におけるカケやクラック
の発生を抑えるとともに、大きな曲げ荷重が作用した場
合においても割れや破壊を招くことない多層回路基板及
びその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁層１ａ〜１ｅを積層してなる積層基
板１の各絶縁層１ａ〜１ｅ間に内部配線層２を、基板１
の表面に表面配線層４を形成するとともに、各絶縁層１
ａ〜１ｅに各内部配線層２、表面配線層４を接続するビ
アホール導体３を形成してなる多層回路基板１０におい
て、積層基板１の表面の外周に、その全部または一部が
積層基板１に埋設されたガラス層６を周設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層回路基板及び
その製造方法に関するものであり、特に落下試験に対す
る基板の強度及び抗折強度を向上させた多層回路基板に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、多層回路基板は、複数の絶縁
層からなる積層基板の各層間に内部配線層を、各絶縁層
の厚み方向にビアホール導体を夫々形成し、表面（一方
の表面）に、ＩＣチップや各種チップ状電子部品を搭載
するための表面配線層やキャビティが形成されており、
裏面（他方の表面にグランド電極や外部出力電極などが
形成されていた。

【０００３】また、積層基板の各絶縁層には、内部配線
層間を接続したり、また、内部配線層と表面配線層とを
接続したりするためのビアホール導体が形成されてい
た。尚、ビアホール導体については、上述の所定回路網
を形成する以外に、例えば、多層回路基板にＩＣチップ
が収容しえるキャビティを設け、このキャビティ内のＩ
Ｃチップで発生する熱が多層回路基板外に放出するビア
ホール導体を形成しても構わない。

【０００４】また、多層回路基板の表面には、上述の表
面配線層やこの表面配線層の一部を露出させて、オーバ
ーコートガラス層が形成されている。そして、このオー
バーコートガラス層から露出した部位に各種電子部品な
どを実装していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
多層回路基板は、携帯通信装置等に用いられることがあ
り、その過度の使用による落下衝撃に耐えることが望ま
れている。しかし、どのように過度の環境でも耐え得る
ように、多層回路基板を落下試験を施すものの、その結
果、多層回路基板の表面の稜線部分でクラックが発生し
やすい。特に、このクラックが表面配線層の形成部分に
まで到達すると、回路動作に悪影響をあたえ致命的な欠
陥が発生してしまう。

【０００６】また、多層回路基板をマザーボードに実装
した状態で、マザーボードから多層回路基板に大きな曲
げ荷重が作用した場合、割れや破壊が発生するという問
題点もあった。特に、近年の多層回路基板は小型化が希
求され、低背化が著しい。その結果、多層回路基板の厚
みも薄くなり、これらの問題点は顕著であった。

【０００７】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的には、多層回路基板の周囲にお
けるカケやクラックの発生を抑えるとともに、大きな曲
げ荷重が作用した場合においても割れや破壊を招くこと
なく多層回路基板を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁層を積層
して成る積層基板の各絶縁層間に内部配線層を、前記積
層基板の表面に表面配線層を各々形成するとともに、前
記各絶縁層に前記内部配線層、表面配線層を接続するビ
アホール導体を形成してなる多層回路基板である。そし
て、積層基板の表面の外周にガラス層を周設させるとと
もに、少なくともその一部を前記積層基板に埋設させた
多層回路基板である。

【０００９】また、ガラス層は、前記積層基板の表面か
ら１〜５０μｍの深さで埋設されている。

【００１０】さらに、複数の回路基板領域を有し、且つ
少なくとも内部配線層となる導体膜が形成された絶縁層
となるグリーンシートと、複数の回路基板領域を有し、
且つ少なくとも表面配線層となる導体膜が形成された最
外層の絶縁層となるグリーンシートとを積層圧着した
後、焼成処理するとともに、得られた大型多層基板を各
回路基板領域毎に分離する多層回路基板の製造方法にお
いて、前記最上層の絶縁層となるグリーンシート上で隣
接しあう回路基板領域に跨がるようにガラス層となるガ
ラス塗膜を被着形成し、該ガラス塗膜の少なくとも一部
を前記積層圧着により前記最上層の絶縁層となるグリー
ンシートに埋設した多層回路基板の製造方法である。

【００１１】

【作用】本発明の多層回路基板によれば、ガラス層の全
部または一部が積層基板に埋設されているため、ガラス
層及びガラス層によって押しつぶされた絶縁層部分での
嵩密度が高くなる。従って、多層回路基板の表面の稜線
部分の機械的強度が向し、この部分でのクラック、欠け
を有効に抑えることができる。従って、強い落下衝撃等
に耐えることが可能となる。

【００１２】また、多層回路基板をマザーボードに実装
した状態でマザーボードから多層回路基板に大きな曲げ
荷重が作用した場合でも、多層回路基板の周辺を起点と
して割れや破壊が発生しようとする。この時にも、多層
回路基板の周辺のガラス層及びガラス層に埋設された絶
縁層の嵩密度が高くなることにより、割れや破壊を防ぐ
ことができる。

【００１３】また、ガラス層は積層基板の表面から１〜
５０μｍの深さで埋設されている。上記多層回路基板の
周囲におけるカケやクラックの発生をさらに効果的に抑
えるとともに、抗折強度をさらに効果的に向上させるこ
とができる。尚、埋設深さが１μｍ未満では、耐落下衝
撃性が悪化するとともに、抗折強度が低下してしまい、
埋設深さが５０μｍを越えると製造工程の焼成中におい
て最外層のグリーンシートと第２層目のグリーンシート
とで、密度が大きくかけ離れ、その結果、絶縁層のデラ
ミネーションが発生してしまう。

【００１４】また、本発明の多層回路基板の製造方法に
よれば、絶縁層の各回路基板領域の外周部に未焼成状態
の周辺ガラス層を被着形成後、該絶縁層を積層、熱圧着
して得られた大型多層基板を焼成処理し、該大型多層回
路基板を各領域に分離して成る。従って、通常の大型多
層回路基板と実質的に同種の工程により達成でき、しか
も分離した後の多層回路基板の分離端面に沿って、周辺
ガラス層を容易に形成できる。さらに、周辺ガラス層を
被着形成後、該絶縁層を熱圧着するため、ガラス層の全
部または一部が積層基板にめり込むことにより、ガラス
層及びガラス層に押しつぶされた絶縁層の密度が高くな
り、多層回路基板の周囲におけるカケやクラックの発生
を抑えるとともに、大きな曲げ荷重が作用した場合にお
いても割れや破壊を招くことなくなる。また、ガラス層
となるガラス塗膜を塗布する以外に製造方法が変わるこ
とがなく、量産性を悪化させることがない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の多層回路基板及び
その製造方法を図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明に係る多層回路基板の外観
斜視図である。図２は、図１の多層回路基板の断面図で
ある。図３は、図１の多層回路基板の平面図及び正面図
である。図４は、図１の多層回路基板が抽出される大型
多層回路基板の断面図である。

【００１７】図において、１０は多層回路基板、１は積
層基板、２は内部配線層、３はビアホール導体、４は表
面配線層、５は回路構成部品、６はガラス層、７は分離
線、１１は大型多層回路基板である。

【００１８】以下、多層回路基板１０について詳細に説
明する。

【００１９】積層基板１を構成する絶縁層１ａ〜１ｅ
は、１層あたり例えば５０〜３００μｍ程度の厚みを有
し、その材質としては、セラミック材料、低温焼成化が
可能な酸化物、低融点ガラス材料などが用いられる。具
体的には、セラミック材料としては、例えばＡｌ₂Ｏ₃、
ＢａＯ−ＴｉＯ₂系、ＣａＯ−ＴｉＯ₂系、ＭｇＯ−Ｔｉ
Ｏ₂系などが、また低温焼成化が可能な酸化物として
は、例えばＢｉＶＯ₄、ＣｕＯ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃などが
選ばれる。

【００２０】絶縁層１ａ〜１ｅの各層の厚み方向に貫く
ビアホール導体３が形成されている。また、絶縁層１ａ
〜１ｅの層間には、容量を形成する容量電極、インダク
タンス成分を形成する導体、ストリップ線路を形成する
導体など所定回路網を形成する内部配線層２が形成され
ている。

【００２１】また、絶縁層１ａの表面には、回路構成部
品５を搭載するための電極パッドや外部回路と接続する
接続端子を含む表面配線層４が形成されている。また、
表面配線層４の一部には、半田などの導電性接着材の広
がりを防止し、機械的な保護し、さらに耐湿性保護をか
ねたオーバーコートのガラス層が被着形成されている。
尚、この表面配線層４とは積層基板１の裏面や端面にお
いて、外部のマザーボードと接続するための外部端子電
極を含む。

【００２２】そして、表面配線層４、ビアホール導体
３、内部配線層２は、所定回路網を構成すべく、互いに
接続されている。また、これらの導体は、Ａｇ系（Ａｇ
単体又はＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金）や、
Ｃｕ系（Ｃｕ単体又はＣｕ合金）を主成分とする導体膜
（導体）が用いられる。

【００２３】回路構成部品５は、積層セラミックコンデ
ンサ、チップ抵抗器、ＳＡＷ素子、インダクタンス素
子、半導体素子など各種電子部品が例示される。

【００２４】本発明では多層回路基板１０の表面の稜線
部分、即ち、多層回路基板１０の端面に沿ってガラス層
６が周設されている。また、このガラス層６は、一部ま
たは全部が積層基板１に埋設されている。即ち、ガラス
層６の一部が埋設されているとは、逆に、ガラス層６の
表面側が積層基板１の外周部分で突出していることにな
る。また、ガラス層６は、図１に示すように多層回路基
板１０の外周の全周において連続して形成されている
が、途中で分断して断続的に形成してもよい。

【００２５】このガラス層６の材料は、例えば、表面配
線層４の一部を覆うオーバーコートのガラス層と同一の
材料（固形成分が同一）によって形成してもよく、ま
た、基板材料を構成するガラス成分と同一の材料によっ
て形成してもよい。要は、絶縁層１ａ〜１ｅの焼成にあ
たり、絶縁層１ａの焼結挙動を大きく変動させないガラ
ス材料であればよく、ホウ珪酸系ガラス材料やその他の
低融点ガラス材料が例示できる。

【００２６】ここで、ガラス層６は、積層基板１の表面
からの厚み（以下、突起量）ｔ₁が０〜５０μｍとなっ
ている。即ち、０μｍとは、ガラス層６が完全に埋設さ
れている状態を示している。また、積層基板１に埋設さ
れる深さ（以下、埋設深さ）ｔ₂が１〜５０μｍの範囲
が好ましい。そして、ガラス層６の幅ｗ寸法は、このガ
ラス層６が沿う部分の積層基板１の辺の長さに対して、
１％〜２０％となっている。例えば、積層基板１のある
辺の長さが２０ｍｍの場合、その辺に沿って周設される
ガラス層６の幅ｗは、０．２〜４ｍｍの幅である。

【００２７】尚、突起量ｔ₁が５０μｍより大きい場
合、ガラス層６と積層基板１を一体焼成する際に、ガラ
ス層６と積層基板１との間でデラミネーションが発生す
ることがある。また、埋設深さｔ₂が１μｍ未満である
場合、ガラス層６が積層基板１に埋設さられた効果がほ
とんど得られない。一方、埋設深さｔ₂が５０μｍより
大きい場合、ガラス層６と積層基板１を一体焼成する際
に、積層基板１の絶縁層１ａと絶縁層１ｂとの間のデラ
ミネーションが発生する。

【００２８】また、ガラス層６の幅ｗが小さくなると、
例えば、後述する大型多層回路基板から各回路基板領域
を分離、切断した時、ガラス層６となる塗膜の印刷ず
れ、最外層となる絶縁層1ａの積層ずれなどにより安定
して形成されない。このため、ガラス層６の幅ｗの下限
は、基板の辺の長さに対して１％以上、好ましくは５％
以上であることが望ましい。また、ガラス層６の幅ｗが
大きくなると、他の表面配線層４などを形成する領域に
まで延出することになり、高密度実装された多層回路基
板は得られない。尚、ガラス層６の幅ｗの上限は、基板
の辺の長さに対して２０％以下、好ましくは１０％以下
であることが望ましい。

【００２９】このような多層回路基板１０は、図４に示
す複数の多層回路基板１０が抽出できる大型多層回路基
板１１から切断または分割して分離して製造される。

【００３０】図４においては、大型多層回路基板１１に
おいて、点線領域に示すガラス層６となる塗膜は、上述
の大型多層回路基板１１の切断または分割する分離線
（分割溝の場合には、大型多層回路基板１１上に現れ、
切断線の場合は大型多層回路基板１１上に現れない）７
に跨がって形成され、最終的には、この分離線７に沿っ
て、ガラス層６が多層回路基板１０とともに一体的切断
または分割されることになる。

【００３１】これにより、分離された多層回路基板１０
の端面に沿って、ガラス層６が周設されることになる。

【００３２】このような多層回路基板１０は、詳細には
以下のような製造方法により形成される。

【００３３】積層基板１となる誘電体材料、例えば、ガ
ラス−誘電体セラミック材料から成るグリーンシートを
形成する。なお、このグリーンシートは、積層基板１と
なる複数の基板領域からなる大型グリーンシートであ
る。

【００３４】次に、グリーンシート上の各回路基板領域
毎に、ビアホール導体３となる所定径の貫通孔をパンチ
ングによって形成する。

【００３５】次に、グリーンシート上の各回路基板領域
毎に、スクリーン印刷により、上述の貫通穴にＡｇ系導
電性ペーストを充填するとともに、内部配線層２となる
導体膜などを形成する。また、さらに、最外層に位置す
るグリーンシート上に、表面配線層４となる導体膜、各
種電極パッドとなる導体膜を形成する。

【００３６】このとき、最外層に位置するグリーンシー
ト上に、各回路基板領域を仕切る境界部分に跨がるよう
に、ガラス層６となるガラスを主成分とするガラスペー
ストの印刷によりガラス塗膜６０が形成される。即ち、
このガラスペーストを用いて、境界部分に跨がるように
スクリーン印刷により、所定幅でガラス層６となる塗膜
６０を形成し、その後乾燥処理する。

【００３７】次に、各種導体膜を形成した上述のグリー
ンシートを、積層基板１の積層順に応じて載置する。そ
して、熱を与えながらプレスを行う。これにより、図４
に示す大型多層回路基板１１となる。このプレスの際
に、ガラス塗膜６０の一部または全部が、絶縁体層１ａ
となるグリーンシートにめり込むように埋設される。な
お、積層基板１厚みが均一になるように、少量のグリー
ンシートの載置した後、プレスを行い、これを複数回実
施しても良い。

【００３８】このガラス層６となるガラス塗膜６０は、
全体を平面視した時、各回路基板領域の中央部分を露出
する窓部（表面配線層が形成され、回路構成部品５が実
装される領域）が形成された格子状となっている。そし
て、上述のガラス層６のガラス塗膜６０に対するプレス
によって、塗膜６０の一部が積層基板１の表面から突出
している部位を有するものとなる。

【００３９】次に、大型多層回路基板１１の分離を、分
割処理により行う場合には、各回路基板領域を仕切るよ
うに分割溝（分離線）７を形成する。この分離線７は、
ガラス層６となる部位を隣接し合う回路領域に分断する
ように形成する。

【００４０】次に、未焼成状態の大型多層回路基板１１
を、酸化性雰囲気または大気雰囲気で焼成処理する。焼
成処理は脱バインダー過程と焼結過程からなる。この焼
成温度は、ピーク温度８５０〜１０５０℃に達するまで
に行われる。これにより、内部に内部配線層２、ビアホ
ール導体３が形成され、且つ表面に表面配線層４が形成
され、さらに、各回路基板領域の境界部分に基板に埋設
し、且つ分離前のガラス層６が形成された大型多層回路
基板１１が達成されることになる。

【００４１】その後、必要に応じて、表面配線層４に接
続する回路構成部品５を接合・実装する。

【００４２】また、図面では、表裏両表面に、ガラス層
６を形成しているが、例えば、表面層側のみに形成して
も構わない。これは、多層回路基板１０の裏面側表面
が、例えばマザーボードに接続する実装面となり、マザ
ーボードの存在より衝撃によっても欠けやクラックが発
生しにくいためである。

【００４３】尚、多層回路基板１０の裏面側に、端子電
極を形成するためには、周辺ガラス層６の突起量ｔ
₁は、端子電極の厚みよりも小さくなるようにしなくて
はならない。

【００４４】また、上記実施の形態では、ガラス層は、
絶縁層より強度の大きい絶縁材料から構成するようにし
ても良く、また、上記周辺ガラス層をキャビティ周辺部
に形成するようにしても良い。このとき、この周辺ガラ
ス層を跨ぐようにキャビティ内の電子部品素子と表面配
線導体をボンディングワイヤ配線により電気的に接続で
きるように、キャビティ開口周囲のガラス層は基板表面
から３０μｍ以下の高さとなるように埋設することが重
要である。

【００４５】なお、本発明は上記の実施の形態例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
での種々の変更や改良等は何ら差し支えない。

【００４６】例えば、本発明は多層回路基板だけでなく
単板にも適用できる。

【００４７】

【実施例】本発明の実施例を以下に示す。

【００４８】本発明者は、上記方法により、平面形状が
１３．７５ｍｍ×８．０ｍｍで、ガラス層６の突起量ｔ
₁を合わせた実際の基板の厚みが０．７５ｍｍである多
層回路基板１０を作製した。

【００４９】表１に示すように、ガラス層６の埋設深さ
ｔ₂、幅ｗを変化させて、多層回路基板１０の耐落下強
度、抗折強度、デラミネーションの発生を比較した。

【００５０】

【表１】

【００５１】なお、ガラス層６の埋設深さｔ₂、幅ｗは
表面粗さ計を当てることによって測定した。

【００５２】また、多層回路基板１０の耐落下衝撃特性
は、多層回路基板１０をマザーボードに実装した状態
で、コンクリート上１ｍあるいは１．８ｍの高さから、
垂直及び水平落下試験を１００回行った後のクラック、
剥離の有無を確認した。１．８ｍの高さからの落下試験
でクラック、剥離が発生しなかった場合を二重丸印、１
ｍの高さからの落下試験でクラック、剥離が発生しなか
った場合を丸印、クラック、剥離が発生した場合をバツ
印とした。

【００５３】多層回路基板１０の抗折強度は、積層基板
１の長手方向の両端からそれぞれ基板の長さの１／４の
部分を支点として、基板の中央を押した際に、基板が割
れたときの強度を測定した。評価基準は、抗折強度が５
０Ｎ以上のものを良品、５０Ｎ未満のものを不良品とし
た。

【００５４】また、多層回路基板１０のデラミネーショ
ンは、試料５０個を金属顕微鏡で観察し、ガラス層６が
埋設された絶縁層とそうでない絶縁層との界面でデラミ
ネーションが発生しなかったものを良品、発生したもの
を不良品とした。

【００５５】実験の結果、ガラス層６の突起量ｔ₁が０
〜５０μｍの範囲において、埋設深さｔ₂が１〜５０μ
ｍである本実施例（試料番号４〜１４）では、耐落下衝
撃特性試験においてクラックが発生せず、抗折強度が５
０Ｎ以上となり、デラミネーションが発生しなかった。

【００５６】これに対し、ガラス層６の埋設深さｔ₂が
０、０．５μｍである比較例（試料番号１〜３）では、
耐落下衝撃特性試験においてクラックが発生し、抗折強
度が５０Ｎ未満となった。

【００５７】逆にガラス層６の埋設深さｔ₂が７０μｍ
である比較例（試料番号１５〜１６）では、積層基板１
の外周端面でデラミネーションが発生した。

【００５８】なお、本発明の多層回路基板１０の個片外
周部を絶縁層１ａ〜１ｅの積層方向と垂直方向に研磨
し、金属顕微鏡で観察したところ、ガラス層６の一部が
積層基板１に埋設していることが確認された。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明では積層基板の表
面の外周に全部または一部が基板に埋設されたガラス層
を周設したため、この埋設部分での基板密度があがり、
基板自体が破壊される際の強度を向上し、基板の抗折強
度を向上する。これにより、耐落下衝撃性が向上すると
ともに、多層回路基板の周囲におけるカケやクラックの
発生を抑えることができる。また、マザーボードなどか
ら大きな曲げ荷重が作用した場合においても割れや破壊
を招くことない。また、製造方法において、デラミネー
ションの発生を抑え、簡単な製造方法で多層回路基板か
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多層回路基板の外観斜視図であ
る。

【図２】図１の多層回路基板の断面図である。

【図３】図１の多層回路基板の（ａ）平面図及び（ｂ）
正面図である。

【図４】図１の多層回路基板が抽出される大型多層回路
基板の断面図である。

【符号の説明】

１０多層回路基板１積層基板２内部配線層３ビアホール導体４表面配線層５回路構成部品６ガラス層７分離線１１大型多層回路基板ｔ₁ 突起量ｔ₂ 埋設深さｗ幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層を積層して成る積層基板の各絶縁
層間に内部配線層を、前記積層基板の表面に表面配線層
を各々形成するとともに、前記各絶縁層に前記内部配線
層、表面配線層を接続するビアホール導体を形成してな
る多層回路基板において、前記積層基板の表面の外周に、ガラス層を周設させると
ともに、少なくともその一部を前記積層基板に埋設させ
たことを特徴とする多層回路基板。
【請求項２】前記ガラス層は、前記積層基板の表面か
ら１〜５０μｍの深さで埋設されていることを特徴とす
る請求項１記載の多層回路基板。
【請求項３】複数の回路基板領域を有し、且つ少なく
とも内部配線層となる導体膜が形成された絶縁層となる
グリーンシートと、複数の回路基板領域を有し、且つ少
なくとも表面配線層となる導体膜が形成された最外層の
絶縁層となるグリーンシートとを積層圧着した後、焼成
処理するとともに、得られた大型多層基板を各回路基板
領域毎に分離する多層回路基板の製造方法において、前記最上層の絶縁層となるグリーンシート上で隣接しあ
う回路基板領域に跨がるようにガラス層となるガラス塗
膜を被着形成し、該ガラス塗膜の少なくとも一部を前記
積層圧着により前記最上層の絶縁層となるグリーンシー
トに埋設したことを特徴とする多層回路基板の製造方
法。