JP2004006624A

JP2004006624A - 配線基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004006624A
Application number: JP2002373993A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Onitani; 鬼谷　正光; Hidehiro Arikawa; 有川　秀洋; Yasuhiko Yoshihara; 吉原　安彦
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】配線回路の比抵抗が小さい配線基板と、それを同時焼成によって作製する製造方法を提供する。
【解決手段】アルミナを主体とする絶縁基板１と、該絶縁基板１の表面及び／又は内部に低抵抗金属及び高融点金属を含有する配線層２が被着形成されて設けられた配線回路を具備する配線基板であって、前記配線層２に存在する５μｍ以上の気孔が５個／ｃｍ^２以下、側面の凹凸が１５μｍ以下であることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナを主体とする絶縁基板を用いた配線基板とその製造方法に関する。
【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、このような熱を装置外に放出可能な配線基板が必要とされている。一方、電気的な特性としては、演算速度の高速化により、信号の遅延が問題となり、導体損失の小さい、つまり低抵抗の導体を用いることが要求されてきた。
【０００３】
これに対して、従来の半導体素子を搭載した配線基板としては、信頼性の点からアルミナセラミックスを絶縁基板とし、その表面又は内部にＷやＭｏなどの高融点金属からなる配線層を被着形成したセラミック配線基板が多用されている。ところが、従来から多用されている高融点金属からなる配線層では、比抵抗を高々１０μΩｃｍ程度までしか低くできない。
【０００４】
そこで、放熱性を維持したまま、配線層の電気抵抗を低下するため、Ｃｕ、またはＣｕとＷ又はＭｏを組み合わせた配線層とアルミナとを同時焼成により形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、導体抵抗と熱膨張の観点からＣｕとＷ又はＭｏ並びにガラスを組み合わせた導体組成を絶縁基板と同時焼成にて形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−８５０３号公報
【特許文献２】
特開平３−３０６４３７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、アルミナの緻密化のために、１６００℃以上の高温で焼成するため、溶融したＣｕ成分が表面に分離し、表面配線層ににじみが生じ、配線の側面形状の凹凸が大きくなることから抵抗も高くなるという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献２に記載の方法は、焼成温度の高いアルミナを主成分とする絶縁層と同時焼成する場合にはＣｕの比率が著しく低下し、さらに、ガラスを添加することによりＣｕが配線層から分離し、配線に大きなボイドが残留し、配線の比抵抗が１０μΩｃｍ以下を満足することができない。
【０００９】
従って、本発明は、配線回路の比抵抗が小さい配線基板と、それを同時焼成によって作製する製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配線層の組成及びその組織を制御することによって、高融点金属及び低抵抗金属が均一に分布し、大きなボイドの発生を抑制するとともに側面の凹凸を小さくすることがでるという知見に基づくもので、その結果、配線基板の比抵抗を低下させることができる。
【００１１】
また、微細な低抵抗金属粉末に、該低抵抗金属粉末よりも小さな平均粒径を有する高融点金属粉末を組み合わせることによって低温で同時焼成ができ、上記のような配線層の均一な組織を実現するものである。
【００１２】
特に、高融点金属からなる表面粉末層を有する低抵抗金属粉末を用いることにより、金属粉末の分散性を向上させることによって、微細な高融点金属を低抵抗金属マトリックス中に高均一分散でき、その結果、配線基板の比抵抗をさらに低下させることができる。
【００１３】
即ち、本発明の配線基板は、アルミナを主体とする絶縁基板と、該絶縁基板の表面及び／又は内部に低抵抗金属及び高融点金属を含有する配線層が被着形成されて設けられた配線回路を具備する配線基板であって、前記配線層に存在する５μｍ以上の気孔が５個／ｃｍ^２以下、側面の凹凸が１５μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の配線基板は、アルミナを主体とする絶縁基板と、該絶縁基板の表面及び／又は内部に低抵抗金属及び高融点金属を含有する配線層が被着形成されて設けられた配線回路を具備する配線基板であって、該配線層の組成が３０〜６５質量％の低抵抗金属及び３５〜７０質量％の高融点金属からなり、該組成のバラツキが５％以下であるとともに、前記配線層の比抵抗が４．５μΩｃｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
特に、前記低抵抗金属がＣｕ、前記高融点金属がＷ及び／又はＭｏであることが好ましい。これにより、Ｃｕの保形剤として働くＷ及び／又はＭｏ粒子がＣｕ中に均一に分布させやすくなり、導体の低比抵抗化の達成が容易となる。
【００１６】
さらに、前記高融点金属の平均粒径が１μｍ以下であることが好ましい。これにより、焼成中に流動するＣｕに対する保持力が向上すると共に粗大な高融点金属による低抵抗金属層の断絶を回避し、抵抗上昇を抑制することが容易になる。
【００１７】
また、本発明の配線基板の製造方法は、低抵抗金属粉末及び該低抵抗金属粉末より小さい平均粒径を有する高融点金属粉末を含有する導体ペーストを、アルミナを主体とするグリーンシートの表面に塗布して配線層を形成する工程と、該グリーンシートを複数積層して積層体を形成する工程と、該積層体を非酸化性雰囲気中で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】
特に、前記グリーンシートにビアホールを形成する工程と、該ビアホールの内部に配線層を形成する工程を含むことが好ましい。これにより、Ｃｕを含有する配線層とアルミナを主成分とする絶縁基板との同時焼成を行っても、優れた保形性を維持することにより、導体配線内に存在すボイドや、コア剤としてはたらくＷ及び／又はＭｏ粒子或いは、Ｃｕの不均一分布を抑制でき、緻密で比抵抗の低い配線層を形成することができる。
【００１９】
また、高融点金属粉末がＭｏ及び／又はＷ、前記低抵抗金属粉末がＣｕであり、該Ｃｕの平均粒径が２．０〜５．５μｍ且つ最大粒径が１５μｍ以下であるとともに、前記焼成の最高温度が１２００〜１５００℃であることが好ましい。これによって、コア剤の間隔が広がることにより側面の凹凸が抑制でき、均一な組織を形成することができる。
【００２０】
さらに、前記高融点金属粉末の平均粒径が、０．６〜２．０μｍであることが好ましい。これにより、粒子の凝集及び異常粒成長や巨大粒子添加に起因する配線層の断線を防止することが容易になるとともに、配線層の側面や上面の凹凸を小さくすることが容易となる。
【００２１】
前記高融点金属粉末の平均粒径が０．５μｍ以下であって、該高融点金属粉末が前記低抵抗金属粉末の表面に粉末被覆層を形成していることが好ましい。これにより、より微細な高融点金属を均一に分散させることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板を、図を用いて説明する。図１は配線基板の概略の断面を示すもので、アルミナ質焼結体１ａ〜１ｅの積層体からなる絶縁基板１の表面に表面配線層２ａが、絶縁基板１の内部に内部配線層２ｂが設けられ、これらの配線層２は、絶縁基板１の内部に設けられたビアホール導体３によって電気的に連結している。
【００２３】
本発明によれば、配線層２に存在する５μｍ以上の気孔が５個／ｃｍ^２以下であることが重要である。即ち、表面配線層２ａは表面に露出した気孔を、内部配線層２ｂは断面を観察して気孔の大きさを測定し、いずれも５μｍ以上の気孔の密度が１ｃｍ^２当たり５個以下であることが重要である。これにより、Ｃｕの寸断の抑制と均一な組織が形成でき、特に３個以下、更には１個以下が好ましい。
【００２４】
例えば、表面配線層２ａの場合、走査型電子顕微鏡を用いて、表面配線層２ａの表面を観察し、表面に形成された気孔の大きさを測定すれば良い。また、内部配線層２ｂの場合、絶縁基板１を切断及び／又は研磨して内部配線層２ｂの断面を観察して気孔の大きさを測定すれば良い。
【００２５】
また、配線回路における各配線層２の側面の凹凸が、１５μｍ以下であることが重要である。即ち、図２に示す配線層２の拡大図のように、配線層２の側面は直線ではなく、大小の凹凸が形成されている。この凹凸は、配線層２の中心線に平行に引いた時、その間隔を凹凸の幅ｄと規定すれば、ｄが１５μｍ以下であることが重要である。特に１０μｍ以下、更には５μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
これにより、均一で安定した配線層２を形成でき、抵抗上昇を抑制することができる。なお、この凹凸は、表面配線層２ａ及び内部配線層２ｂに対して適応される。
【００２７】
上述したように、表面配線層２ａに観察される５μｍ以上の気孔密度を５個／ｃｍ^２以下にするとともに、配線の側面の凹凸を１５μｍ以下とすることによって、導電パスの断面積を大きくし、配線層２の抵抗を小さくすることができ、その結果、低抵抗を有する配線基板を提供することが可能となる。
【００２８】
配線層２の比抵抗は、４．５μΩｃｍ以下、特に３μΩｃｍ以下、更には１μΩｃｍ以下にすることが、ジュール熱による発熱を効率的に抑制することができ、配線基板の温度上昇を防ぐ効果がある。
【００２９】
表面配線層２ａ、内部配線層２ｂ及びビアホール導体３は低抵抗金属及び高融点金属を含む。低融点金属は、比抵抗が１．０〜２．５μΩｃｍを有する金属であり、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等を例示できるが、コスト、マイグレーション及び融点の点でＣｕが特に好ましい。高融点金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａの少なくとも１種であり、特に、コスト、難焼結性の点でＭｏ、Ｗが特に好ましい。ＣｕとＷ及び／又はＭｏの組合せは、配線層のコア剤となるＷ及び／又はＭｏがアルミナ質焼結体１ａ〜１ｅとのアンカー効果によって、溶融したＣｕを保形し、緻密で連続した配線層２を形成できるという利点がある。
【００３０】
絶縁基板１は配線層２との同時焼成によって作製されるが、焼成温度はＣｕの融点よりも高いため、Ｃｕは焼成時に溶融するが、高融点金属であるＷやＭｏは溶融せずに溶融Ｃｕ中に分散され、焼結体中に粒子状で分散していることが好ましい。高融点金属は低抵抗金属に比べて抵抗が高いため、高融点金属が凝集し、或いは部分的に焼結して偏在すると、凝集部分又は偏在部分が高抵抗となり、配線層２の抵抗が高くなることがある。
【００３１】
本発明に用いられる絶縁基板１は、アルミナを主体し、絶縁基板１の熱伝導性及び高強度化を達成するために、相対密度が９５％以上、特に９７％以上、さらには９８％以上の高緻密体から構成され、さらに熱伝導率は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。
【００３２】
また、絶縁基板１を形成する主結晶相はアルミナ結晶であり、その形状は粒状、板状又は柱状として存在するが、主結晶相の平均結晶粒径は１．５〜５．０μｍ、特に２．０〜３．０μｍ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。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍよりも小さいと、高熱伝導化が難しく、平均粒径が５μｍよりも大きいと基板材料として用いる場合に要求される十分な強度を得にくくなる。
【００３３】
また、この絶縁基板１には、Ｃｕを含有するメタライズ組成物との同時焼結性を高める目的でさらに焼結助剤を添加することが好ましい。例えば、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化物及びＳｉＯ_２のうち少なくとも１種を０．４〜８質量％の割合で含有することで、低温焼結性を高めることができる。
【００３４】
また、アルミナを８４質量％以上の割合で含有し、焼結助剤としてＭｎ化合物をＭｎ_２Ｏ_３換算で２．０〜１５．０質量％、特に３〜１０質量％の割合で含有することが、高い絶縁性を維持したまま、１２００〜１５００℃の低温での緻密化が容易になる。さらに、Ｗ、Ｍｏなどの金属を着色成分として２質量％以下の割合で含んでも良い。
【００３５】
なお、上記のアルミナ以外の成分は、アルミナ主結晶相の粒界に非晶質相として存在しても結晶相として存在しても良いが、熱伝導性を高める上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い。
【００３６】
本発明によれば、配線層２中に分散する高融点金属の平均粒径は１μｍ以下、特に０．８μｍ以下、更には０．５μｍ以下であることが好ましい。このように高融点金属の粒径を設定することにより、高融点金属が微細にかつ均一に分散するため、配線層中でコア剤として同時焼成中に溶融、流動するＣｕを所望形状に保持することができ、その結果、断線の防止と均一な組織を容易に形成することができる。
【００３７】
高融点金属の平均粒径は、配線基板の切断面を研磨し、走査型電子顕微鏡を用いた配線層２の断面写真において、直線上に配置された少なくとも３０個の高融点金属粒子の最大粒径と最小粒径をそれぞれ測定し、各高融点金属粒子の平均粒径を算出した後、測定全粒子の平均値を算出して平均粒径とすれば良い。
【００３８】
本発明によれば、配線層２の緻密化と高融点金属粉末の分散状態を制御することによって５μｍ以上の気孔を排除し、側面の凹凸を１５μｍ以下にすることが重要である。この粉末が凝集し、偏在することによって高融点金属が存在する部位と存在しない部位とが生じてしまうと、低抵抗金属の流動性が高まって、短絡する危険があり、また、比抵抗が部位によって異なるという不具合が生じる。
【００３９】
また、高融点金属が存在しない部位の低融点金属の流動性が高いため、焼成すると高融点金属が存在しない部位に大きな気孔が生じる確立が高くなる。
【００４０】
具体的には、低抵抗金属であるＣｕが３０〜６５質量％、高融点金属であるＷ又は／及びＭｏ粒子が３５〜７０質量％含まれことが重要である。この組成範囲にすることによってＷ又は／及びＭｏとＣｕの均一分散された組織が実現できる。
【００４１】
配線層２におけるＷ又は／及びＭｏ含有量は、配線層２の保形性、凝集による抵抗上昇抑制のため、特に４０〜５５質量％、更には４５〜５０質量％が好ましい。また、組成のバラツキは、微細配線部での抵抗バラツキ幅が大きくなるため、５％以下であることが好ましい。特に、低抵抗化並びに保形性の観点から、３％以下、更には１％以下であることが好ましい。
【００４２】
また、配線層２は、比抵抗が４．５μΩｃｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
さらに、配線層２は、各アルミナ質焼結体１ａ〜１ｅの表面及び／又は内部に形成され、表面配線層２ａ、内部配線層２ｂ及びビアホール導体３を形成し、電気的に接続するものであるが、一対の内部配線層２ｂを、アルミナ質焼結体（１ａ〜１ｅの少なくとも１種）を挟持するように形成し、容量成分を配線基板内部に形成することもできる。これは、内部配線層２ｂが挟持するアルミナ質焼結体を薄層化することにより、キャパシタを形成するといったものである。
【００４４】
以上のように、本発明の配線基板は、低抵抗導体であるＣｕを用い、平均粒径の制御によって緻密な配線層２を得られ、低い比抵抗を達成できるという特徴を有し、パワーアンプ用モジュール、フロントエンドモジュ−ル等に好適に利用できる。
【００４５】
次に、本発明の配線基板の製造方法について説明する。
【００４６】
まず、絶縁基板１を形成する。主成分となるアルミナ原料粉末として、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、特に０．５〜２．０μｍの粉末を用いる。これは、平均粒径は０．５μｍよりも小さいと、粉末の取扱いが難しく、また粉末のコストが高くなり、２．５μｍよりも大きいと、１５００℃以下の温度で焼成することが難しくなることがあるためである。
【００４７】
上記アルミナ粉末に対して、第２の成分として、Ｍｎ_２Ｏ_３を２．０〜１５．０質量％、特に３．０〜１０．０質量％第３の成分として、ＳｉＯ_２を２．０〜１５．０質量％、特に３．０〜１０．０質量％の割合で添加する。また、適宜、第４成分としてＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ粉末等を０．２〜８質量％、第５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質量％以下の割合で添加する。
【００４８】
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。
【００４９】
この混合粉末を用いてアルミナ質焼結体１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、上記混合粉末に有機バインダーや溶媒を添加してスラリーを調製した後、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ーを加え、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。そしてこのシート状成形体に対して、マイクロドリル、レーザー等によりビアホール導体用スルーホールを形成してもよい。
【００５０】
次に、配線層２を形成するための導体ペーストを作製する。原料粉末を準備するに当たり、高融点金属粉末の平均粒径が低抵抗金属粉末の平均粒径よりも小さいものを準備することが重要である。低抵抗金属粉末の平均粒径の方が大きい場合、高融点金属粒子の間隔が狭くなり、焼成時の粒成長により低抵抗金属が押し出され、表面偏析等の概観不良が発生しやすくなる。特に、低抵抗金属粉末の平均粒径が高融点金属粉末の平均粒径よりも過度に大きい場合、配線層２の厚みに対して１個の高融点金属粒子の占める割合が多くなるため、低抵抗金属からなる導電パスを寸断し、部分的に比抵抗の高い部位が形成される。
【００５１】
低抵抗金属粉末の平均粒径のバラツキが大きい場合は、低抵抗金属粉末が焼成時に溶融するため、気孔となりやすく、特に保形性を保つ高融点金属粒子が偏在する場合には大きな気孔が形成される。
【００５２】
低抵抗金属粉末の平均粒径は２．０〜５．５μｍ、特に２．５〜３．８μｍであることが好ましい。低抵抗金属粉末であるＣｕ粉末の平均粒径を上記の範囲に設定することにより、Ｃｕの焼結性が高まってアルミナとの収縮開始温度に差が生じ、同時焼成における配線層２の剥がれや、断線や変形、不均一組織等が発生することを防止し、或いは焼成時に溶融したＣｕが流動してボイドが生じることを防止できる。
【００５３】
また、低抵抗金属粉末の最大粒径を１５μｍ以下にすることが好ましい。Ｃｕ等の低抵抗金属粉末の最大粒径が１５μｍ以上の場合、Ｃｕの流動性が大きいため、配線層２のボイドが著しく増加するばかりではなく、先に溶融したＣｕが粗大粒近辺に集中し、配線層２中のＣｕ分布の不均一が生じ、比抵抗の増大が生じる。
【００５４】
上記の平均粒径が２．０〜５．５μｍのＣｕ粉末を１０〜７０体積％、特に３０〜６０体積％、及びこのＣｕ粉末より小さい平均粒径を有するＷ及び／またはＭｏ粉末を３０〜９０体積％、特に４０〜７０体積％の割合で含有してなる導体ペーストを調製する。ここで、Ｗ及び／またはＭｏ粉末の平均粒径は、特に０．６〜２．０μｍ、更には０．８〜１．８μｍが好ましい。これによって、粒子が凝集及び焼成における異常粒成長により、また大きすぎる粒子により、配線層２の表面の凹凸、特に配線層２の側面７を含む境界の凹凸の増大を防止することが容易となる。
【００５５】
本発明によれば、上述したように、高融点金属粉末と低抵抗金属粉末との単純混合を行って導体ペーストを作製しても良いが、特に、高融点金属を配線層中に均一に分散させるため、低抵抗金属粒子を中核粒子とし、その表面に高融点金属の粉末層を形成した複合粉末を用いることが好ましい。
【００５６】
例えば、図３に示したように、低抵抗金属粉末１０１の粒子表面に、低抵抗金属粉末１０１よりも平均粒径が小さい高融点金属粉末１０２が多数付着し、粉末被覆層１０３を形成した複合粉末を用いるのが、配線層２に高融点金属粉末１０１を均一に分散させるために好ましい。
【００５７】
なお、粉末被覆層１０３は、高融点金属粉末１０２が必ずしも低抵抗金属粉末１０１粒子の表面全てを覆う必要は無く、低抵抗金属粉末粒子１０１の一部の表面が露出していても同様の効果がある。
【００５８】
このような粉末被覆層１０３の作製方法は、特に制限されるものではないが、総合技術出版「微粒子・超微粒子」−目で見るそのミクロ構造−に記載された粉体／粉体系混合法や高速気流中衝撃法等の手法を用いることができる。特に、簡便、低コストの点で、粉体／粉体系混合法に基づき、低抵抗金属粉末１０１と高融点金属粉末１０２との乾式混合によって複合粉末を得るのが良い。
【００５９】
上記の複合粉末を用いる場合、スクリーン印刷などにより配線層２の形成を考慮すると、低抵抗金属粉末１０１の平均粒径は２．０〜５．５μｍの被覆金属粉末を準備するのが良い。平均粒径が２．０μｍ未満では導体ペーストにおける粉末の分散、充填性を十分高めるのが容易ではないことがあり、その結果、配線層２における高融点金属粒子１０２が不均一に分散し、抵抗値が増大するという問題が生じやすい。また、平均粒径が５．５μｍを越えると溶融されたＣｕが流動し、その跡に大きな空隙が形成されることがあり、緻密な組織を形成するのが容易ではないことがある。
【００６０】
また、複合粉末に用いる低抵抗金属粉末１０１の最大粒径は、１０μｍ以下、特に５μｍ以下、更には３μｍ以下であるのが良い。低抵抗金属粉末１０１の最大粒径が１０μｍを越えると、複合粉末としての平均粒径が１５μｍを越えることがあり、そのために配線層２の側面７の凹凸が大きくなる場合があり、また、大きな空隙ができ易く、Ｍｏ又はＷの分散状態が部分的に悪くなり易い場合がある。
【００６１】
また、導体ペーストの組成は、上記単純混合の場合と同様に、低抵抗金属のＣｕが３０〜６５質量％、高融点金属のＷ又は／及びＭｏ粒子が３５〜７０質量％含まれることが好ましい。この組成範囲にすることによってＷ又は／及びＭｏとＣｕが均一に分散された組織を容易に実現することが可能となる。
【００６２】
配線層２におけるＷ又は／及びＭｏ含有量は、配線層２の保形性、凝集による抵抗上昇抑制のため、特に４０〜５５質量％、更には４５〜５０質量％が好ましい。また、組成のバラツキは、微細配線部での抵抗バラツキ幅が大きくなるため、５％以下であることが好ましい。特に、低抵抗化並びに保形性の観点から、３％以下、更には１％以下であることが好ましい。
【００６３】
本発明によれば、配線層２における高融点金属粉末１０２の微細化と均一な分散状態を確保するために、複合粉末を用いることにより、微細な高融点金属が低抵抗金属からなるマトリックス中に均一に分散させた組織を有する配線層を容易に形成でき、しかも高融点金属粉末１０２の平均粒径を１．０μｍ以下に抑制しやすく、配線層２の側面７の凹凸も１５μｍ以下、特に１０μｍ以下にすることが容易になる。
【００６４】
この高融点金属粉末１０２が凝集し、偏在することによって高融点金属が存在する部位と存在しない部位とが生じてしまうと、低抵抗金属の流動性が高まって、短絡する危険があり、また、比抵抗が部位によって異なるという不具合が生じる。また、高融点金属が存在しない部位の低融点金属の流動性が高いため、焼成すると高融点金属が存在しない部位に大きな気孔が生じる確立が高くなる。
【００６５】
なお、単純混合粉末及び複合粉末を用いた場合について上述したが、複合粉末と単純混合粉末とを組合せても良い。例えば、複合粉末に２０質量％以下の割合で高融点金属を加えても良いし、混合粉末を２０質量％と複合粉末８０質量％の割合で混合しても良い。
【００６６】
これらの導体ペースト中には、アルミナ質焼結体１ａ〜１ｅ各層との密着性を高めるために、アルミナ粉末や、アルミナ質焼結体成分と同一の組成物粉末、或いはＮｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎを酸化物、ホウ化物、窒化物或いは炭酸塩として０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００６７】
次いで、上記の導体ペーストを各シート状成形体に施した配線回路用ビアホール内に上記Ｃｕ含有導体ペーストを充填するとともに、各シート状成形体に対しスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により上記の導体ペーストを印刷塗布して配線層を形成する。
【００６８】
その後、上記の複数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着して積層体を作製する。そして、この積層体を、非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が１２００〜１５００℃の温度で焼成する。
【００６９】
また、表面配線層２ａ及び内部配線層２ｂの形成には、保形性及び絶縁性を達成する上で、Ｃｕを含む配線層との同時焼成が必要である。そして、その焼成温度は１２００〜１５００℃、特に１２５０〜１４００℃が好ましい。
【００７０】
焼成温度を上記の範囲に設定することによって、アルミナを主体とする絶縁基板１の相対密度を９５％以上に容易に緻密化でき、熱伝導性や強度の低下を防止しやすく、また、Ｗ及び／又はＭｏ自体の焼結が進み、Ｃｕの流動により均一組織を維持できなく、強いては低抵抗を維持することが困難となることを防止できる。
【００７１】
また、アルミナ主結晶相の粒径が大きくなる異常粒成長の発生を容易に防止でき、Ｃｕが絶縁基板１中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなって拡散速度が速くなったり、Ｃｕの拡散距離が増加し、配線層２間又はアルミナ質焼結体１ａ〜１ｅ間の絶縁劣化が生じることを防止できる。
【００７２】
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Ｃｕ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０〜２５℃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Ｃｕ含有導体のＣｕが反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、Ｃｕの拡散を助長してしまうためである。
【００７３】
【実施例】
実施例１
平均粒径１．８μｍのアルミナ粉末に対して、焼結助剤として平均粒径３．５μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末を６質量％、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ_２粉末を３質量％、平均粒径０．８μｍのＭｇＣＯ_３粉末を１．２質量％の割合で添加し、混合した後、結合材としてアクリル系バインダーと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製した。
【００７４】
このスラリーを用いて、ドクターブレード法にて厚さ２５０μｍのシート状に成形してグリーンシートを作成した。次に、表１に示した平均粒径及び最大粒径を有するＣｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末とＷ粉末及び／又はＭｏ粉末とを、表１に示す比率で混合し、アクリル系バインダーとをアセトンを溶媒として導体ペーストを作製した。
【００７５】
そして、焼成後に線幅１００μｍ、長さ４０ｍｍになるようにスクリーン印刷法を用いてグリーンシート上に上記導体ペーストを印刷塗布し、抵抗測定用試料の前駆体を作成した。
【００７６】
次いで、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（Ｈ_２＋Ｏ_２）で脱脂を行った後、表１に示した焼成温度にて、露点２０℃の窒素水素混合雰囲気中にて焼成した。
【００７７】
各配線層表面のボイド、配線中のＷ又は／及びＭｏ粒子の占有率を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定した。
【００７８】
導体の比抵抗はデジタルマルチメーターを用いて抵抗値を測定した。
【００７９】
気孔の密度は、表面配線層に露出している気孔を観察し、５μｍ以上の気孔だけをカウントして密度を算出した。また、外観観察は、光学顕微鏡で配線層を観察し、偏析、ニジミ、変色、断線を調べた。
【００８０】
配線層２の側面７の凹凸形状は上記の抵抗測定用試料のラインの一部を用いて、長さ２００μｍの領域で導体金属がまばらに存在する領域の凹凸の幅ｄを測定した。
【００８１】
配線中の高融点金属粒子であるＷ又は／及びＭｏ粒子の占有率は配線層を断面方向に研磨し、画像処理にて１００μｍ^２の領域におけるＷ又は／及びＭｏ粒子の占有率を測定し、１０箇所のバラツキを算出した。
【００８２】
配線層中の高融点金属粒径は、配線層の断面を観察し、画像解析処理を行い平均粒径を算出した。
【００８３】
【表１】

【００８４】
本発明の試料Ｎｏ．２〜５、８〜１０、１３〜１５、１８〜２０及び２４〜２６は、配線層の比抵抗が４．５μΩｃｍ以下、配線層２の側面７の凹凸の幅ｄが１５μｍ以下、高融点金属粒子の占有率バラツキが５％以下の緻密な配線層を得た。
実施例２
高融点金属と低抵抗金属の複合粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｕ粉末とＷ粉末及び／又はＭｏ粉末とを、表１の組合せで混合し、複合粉末を得た。そして、所望により、さらにＣｕ粉末、Ｔａ粉末、Ｒｅ粉末、Ｗ粉末又はＭｏ粉末を加え、アクリル系バインダーとをアセトンを溶媒として導体ペーストを作製した。他は実施例１と同様にして配線基板を作製した。
【００８５】
評価も実施例１と同様に行った。なお、配線層中の高融点金属粒径は、配線層の断面を観察し、画像解析処理を行い平均粒径を算出した。
【００８６】
【表２】

【００８７】
本発明の試料Ｎｏ．３１〜３５、３７〜４０、４２〜４８は、配線層の比抵抗が４．５μΩｃｍ以下、配線層２の側面７の凹凸が１５μｍ以下で緻密かつ外観上良好な配線層を得た。特に、配線層中の高融点金属の粒子径が１．０μｍ以下の場合には、ｄが１０μｍ以下で、外観も良好であった。
【００８８】
一方、低抵抗金属の含有量が２０質量％及び８０質量％と本発明の範囲外の試料Ｎｏ．３６及び４１は、比抵抗が５．５μΩｃｍ以上であった。また、外観観察でも異常が見られた。
【００８９】
さらに、低抵抗金属粉末より大きい平均粒径を有する高融点金属粉末を用いた試料Ｎｏ．４９及び５０は、比抵抗が高すぎて測定できず、又、配線層２の側面７の凹凸も大きすぎて測定不可能であった。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミナを絶縁層とする配線基板の低抵抗化を達成でき、配線層の緻密化が図れる為、メッキ処理後の残留分による外観不良が無く、アルミナ質焼結体と配線層の密着性が向上し、高周波信号の損失を低減できる配線層を同時焼成によって形成することができ、高信頼性の配線基板を得ることが出来る。
【００９１】
本発明によれば、アルミナを絶縁層とする配線基板の低抵抗化を達成する為に、Ｃｕ配線中に微細な高融点金属を均一に分散することにより配線層の緻密化が図れ、導体抵抗値を低減できる。また、アルミナ質焼結体と配線層の密着性が向上し、高周波信号の損失を低減できる配線層を同時焼成によって形成することができ、高信頼性の配線基板を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板を示す概略断面図である。
【図２】本発明の配線基板の配線における側面の凹凸の測定方法を示す平面図である。
【図３】本発明の配線基板の製造に用いる複合粉末の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基板
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・アルミナ質焼結体
２・・・配線層
２ａ・・・表面配線層
２ｂ・・・内部配線層
３・・・ビアホール導体
６・・・中心線
７・・・側面
ｄ・・・凹凸の幅

Claims

アルミナを主体とする絶縁基板と、該絶縁基板の表面及び／又は内部に低抵抗金属及び高融点金属を含有する配線層が被着形成されて設けられた配線回路を具備する配線基板であって、前記配線層に存在する５μｍ以上の気孔が５個／ｃｍ^２以下、側面の凹凸が１５μｍ以下であることを特徴とする配線基板。
アルミナを主体とする絶縁基板と、該絶縁基板の表面及び／又は内部に低抵抗金属及び高融点金属を含有する配線層が被着形成されて設けられた配線回路を具備する配線基板であって、該配線層の組成が３０〜６５質量％の低抵抗金属及び３５〜７０質量％の高融点金属からなり、該組成のバラツキが５％以下であるとともに、前記配線層の比抵抗が４．５μΩｃｍ以下であることを特徴とする配線基板。
前記低抵抗金属がＣｕ、前記高融点金属がＷ及び／又はＭｏであることを特徴とする請求項１又は２記載の配線基板。
前記高融点金属の平均粒径が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の配線基板。
低抵抗金属粉末及び該低抵抗金属粉末より小さい平均粒径を有する高融点金属粉末を含有する導体ペーストを、アルミナを主体とするグリーンシートの表面に塗布して配線層を形成する工程と、該グリーンシートを複数積層して積層体を形成する工程と、該積層体を非酸化性雰囲気中で焼成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
前記グリーンシートにビアホールを形成する工程と、該ビアホールの内部に配線層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の配線基板の製造方法。
高融点金属粉末がＭｏ及び／又はＷ、前記低抵抗金属粉末がＣｕであり、該Ｃｕの平均粒径が２．０〜５．５μｍ且つ最大粒径が１５μｍ以下であるとともに、前記焼成の最高温度が１２００〜１５００℃であることを特徴とする請求項５又は６記載の配線基板の製造方法。
前記高融点金属粉末の平均粒径が、０．６〜２．０μｍであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の配線基板の製造方法。
前記高融点金属粉末の平均粒径が０．５μｍ以下であって、該高融点金属粉末が前記低抵抗金属粉末の表面に粉末被覆層を形成していることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の配線基板の製造方法。