JP2004095762A

JP2004095762A - 多層基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004095762A
Application number: JP2002253412A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Nishi; 西　雄一; Atsushi Sasaki; 佐々木　淳; Mitsuhiro Azumaguchi; 東口　光博
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】本発明は、電気的接続性、放熱性及び信号の伝送性に優れた多層基板及びその効率的な製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の多層基板１は、絶縁材からなる絶縁基体１１と、該絶縁基体に少なくとも２層以上配設する導体パターンからなる回路層１３と、回路層を相互接続する導通路１４とを有し、導通路の外周面のＪＩＳＢ０６２１で定める輪郭度が１μｍ〜１０μｍであることを特徴としている。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層基板およびその製造方法に係わり、特に半導体部品を実装するのに好適な多層基板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話や家庭電化製品などの電気製品の小型化、多機能化が急速な速度で進んでいる。それら電気製品を制御する例えば半導体部品などの電子部品を実装する基板は、従来の一層型の基板から小型化、多機能化が実現可能な多層基板へ移行しつつある。
その多層基板は、例えばセラミックスや樹脂などからなる絶縁層を複数層に積層してなる絶縁基体と、絶縁基体に形成した導体パターンからなる回路層とを有するものである。多層基板は、インダクタ（Ｌ）、キャパシタ（Ｃ）、抵抗（Ｒ）叉は半導体部品などの電子部品の表面実装基板や、それら電子部品を実装した積層チップ型コンデンサ、積層チップインダクタ、積層トランス叉はＬＣＲ複合部品などのＭＣＭ（マルチチップモジュール）の基板として用いられる。
【０００３】
その多層基板には、回路層間を電気的に相互接続すると共に実装した電子部品から発生する熱を放熱するための導通路が配設される。その導通路は、多層基板を厚み方向に非貫通で形成した孔部（以下ビアホールと称する。）や、多層基板を厚み方向に貫通して形成した孔部（以下スルーホールと称する。）に内設される。そのビアホールには、一層の絶縁層に設けられる単層ビアホールや複数の絶縁層を介してなる複層ビアホールがある。
【０００４】
上記多層基板は、セラミックス多層基板を例として説明すると、次のように形成される。なお、従来のセラミックス多層基板の製造方法としては、グリーンシート多層積層法、グリーンシート多層印刷法、厚膜多層印刷法または厚膜薄膜混成法などの工法が採用されているが、導通路の形成方法についてはどの工法についても大略同一であるので、以下グリーンシート多層積層法を例に説明する。
グリーンシート多層積層法は、セラミックスを含有したグリーンシート（以下シートと称する。）を準備し、略円柱状のプレス雄型を用いたプレス、レーザ又はドリルなどにより所定パターンでシートに貫通孔を形成し、スクリーン印刷で導体ペーストを印刷して導体パターンをシートの一面に形成すると共に該貫通孔へ導体ペーストを充填し、シートを積層して未圧着積層体を形成し、未圧着積層体を圧着して圧着積層体を形成し、圧着積層体を焼結して焼成圧着積層体を形成し、セラミック多層基板を得るものである。
【０００５】
上記した工法では、導体を充填した貫通孔により導通路が形成される。すなわち、複数枚のシートで積層時に同一軸心となるように形成した貫通孔は、製品では複数枚のシートを連通する複層ビアホールやスルーホールとなる。もってその貫通孔に充填された導体ペーストも積層され、製品では複数の絶縁層を介して回路層を接続する導通路となる。また、孤立するようにシートに形成された貫通孔は、製品では単層ビアホールとなる。もってその貫通孔に充填された導体ペーストは、一層の絶縁層を介して回路層を接続する導通路となる。
【０００６】
セラミックス多層基板の製造方法の一例が特開平８−６６９１１号公報に開示されている。特開平８−６６９１１号公報に記載されている工法は、「少なくともセラミックグリーンシートからなるシートを複数枚積層して未圧着積層体を得る積層工程と、該積層体を圧着して圧着積層体を得る圧着工程と、該圧着積層体を焼成して焼成圧着積層体を得る焼成工程を有するセラミック積層型電子部品の製造方法において、上記積層工程と圧着工程の間に上記未圧着積層体を穿孔する穿孔工程を設けることにより上記焼成工程を経て得られた焼成圧着積層体にスルーホールを形成し、該スルーホールの内面をレーザー光を照射することにより修正し、該スルーホール内面に電極材料ペーストの塗布膜からなる電極を形成するセラミック積層型電子部品の製造方法。」である。特開平８−６６９１１号公報には、例えば‘打ち抜き’すなわちプレスにより未圧着積層体にスルーホールを形成することが記載されている。
また、特開平８−６６９１１号公報には、圧着積層体にＮＣボール盤、金型等で圧着積層体にスルーホールを形成することも記載されている。
【０００７】
加えて、高周波用回路基板とその製造方法の一例が特開平１１−２４３２８１号公報に開示されている。特開平１１−２４３２８１号公報に記載された高周波回路基板は、「絶縁層を複数積層してなる絶縁基体内に、平行に設けられた一対のアース電極と、該一対のアース電極間に設けられたストリップラインと、前記一対のアース電極と前記ストリップラインとを接続する板状電極とからなるストリップライン型共振器を形成したことを特徴とする高周波回路基板。」である。特開平１１−２４３２８１号公報には、フォトリソにより絶縁層に板状溝を設け、板状溝に導体を充填し、絶縁層を積層して板状電極を得ることが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
シート多層積層法で例示した従来の工法によれば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、シート９１を積層し、圧着する際に導体８の接合面に空隙が生じ、また貫通孔９２の軸心の不一致が生じやすく、もって所定の導通路を形成することができないため、放熱不良による実装した電子部品の動作不良や回路層間の導通不良が発生するという問題があった。
【０００９】
また、かかる従来の工法によれば、前記したように貫通孔の軸心に不一致が生じることに加えて、図９（ａ）に示すように、シート９１ごとの体積弾性率の違いにより、未圧着積層体を圧着する際の圧着力に対するシート変形量に差異が生じ、積層された貫通孔９２の内壁面が一致しないことがある。加えて近年は、貫通孔９２は径小、狭ピッチ及び多数個化しており、よって加工精度が高く能率的に貫通孔９２を形成できるレーザにより貫通孔９２を加工する場合が多い。レーザで貫通孔９２を形成した場合には、図９（ｂ）に示すように内壁面がテーパ状の貫通孔９２となることがある。以上のような場合には、複層ビアホールやスルーホールの内壁面が凹凸状となることがあり、もって導通路の外周面も凹凸を有することとなる。
【００１０】
従来は問題とされていなかった導通路の外周面の凹凸は、導通路と回路層とのインピーダンスの不整合の原因となる。すなわち、例えば信号周波数が１ＭＨｚ以上となるような高周波信号を伝送する際には、表皮効果により導通路の凹凸状の外壁面を信号が流れるので信号の挿入損失や、回路Ｑ値が悪化という問題が発生する。加えて、凹凸の角部により信号が反射されてノイズとなり、そのノイズが信号に重積するという問題が発生する。更に加えて、その凹凸により信号の伝送経路が実質的に長くなるため信号の遅延が発生するという問題が発生する。
以上のように導通路の信号の伝送性が劣化すると、多層基板に実装される特に半導体部品などの電子部品や、多層基板が接続される外部装置の動作不良の原因となる。
【００１１】
加えて従来の工法においては、複層ビアホールやスルーホールを設けるためにはシート９１ごとに貫通孔を形成しなければならず、シート９１の積層枚数の増加に比例して製造工数が増加するという生産効率上の問題があった。
【００１２】
特開平８−６６９１１号公報で開示されている工法は、強度的に軟弱でシート間の密着力の弱い未圧着積層体に一括してスルーホールを形成するものである。よって、特開平８−６６９１１号公報で示されるようにスルーホールをプレスで形成した場合、スルーホールの内壁面とプレス雄型の外周面の接触により発生する摩擦力によりシート間に剥離が発生するという問題があった。加えて、プレスの押圧力によりスルーホールの内壁面が剪断、変形し、スルーホールが潰れるという問題があった。更に加えて、未圧着積層体を圧着する際の圧着力によりスルーホールの内壁面が半径方向に変形し、スルーホールが潰れるという問題があった。以上の問題が発生した場合には、所定の導通路を形成することができないため導通不良や放熱不良の原因となる。
【００１３】
特開平８−６６９１１号公報に記載されているように、ＮＣボール盤すなわちドリルなどの刃具や、金型すなわちプレスを用いて圧着積層体にスルーホールを形成すれば、内面の凹凸の少ないスルーホールを得ることができる。しかしながら、直径が数百μｍ程度の大きさの微小なスルーホールを形成する刃具やプレス雄型は微小な大きさであり、かつ圧着積層体は密度や強度が高いため、刃具やプレス雄型の摩耗や破損が発生しやすくなる。もって、その摩耗のためスルーホールの大きさのバラツキが生じやすく、破損のためにスルーホールが形成できないことがあるという問題があった。
【００１４】
加えて、ＮＣボール盤や金型などの機械的な加工方法によりスルーホールを形成する場合には、刃具やプレス雄型とスルーホールの内壁面が直接接触するため、刃具の振れやプレス雄型と内壁面の摩擦力により内壁面が剪断し、変形することがあるという問題があった。本発明者らは、この工法を実験的に試みたが、直径が２００μｍ以下のスルーホールをピッチが４００μｍ以下で厚みが７００μｍ以下の圧着積層体に形成する場合に上記のような問題が発生しやすくなることが判った。
更に加えて、特開平８−６６９１１号公報では、スルーホールの形成方法については記載されているが、複層ビアホールの形成方法について一切説明はなく、よって能率的に多層基板を製造するという要求に適するものではない。
【００１５】
特開平１１−２４３２８１号公報における高周波回路基板の板状電極は、フォトリソにより絶縁層に板状溝を形成し、板状溝に導体を充填し、絶縁層を積層して形成するものである。よく知られているように、フォトリソは、露光、現像、洗浄及び乾燥と複数の処理を行わなければならず手間がかかるという問題があった。加えて、板状溝は絶縁層一層ごとに形成しなければならず、絶縁層の積層枚数の増加に比例して製造工数が増加するという問題があった。
【００１６】
本発明は、上述した問題を解決すべく本発明者らが鋭意検討を行ったものであり、電気的接続性、放熱性及び信号の伝送性に優れた多層基板及びその効率的な製造方法を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層基板は、絶縁材からなる絶縁基体と、該絶縁基体に少なくとも２層以上配設する導体パターンからなる回路層と、回路層を相互接続する導通路とを有し、導通路の外周面のＪＩＳＢ０６２１で定める輪郭度が１μｍ〜１０μｍであることを特徴としている。前記輪郭度が、１μｍ〜５μｍとすることが望ましい。加えて、そのような輪郭度の導通路とすることにより、挿入損失が０．１５ｄＢ〜０．１８ｄＢの多層基板とすることができる。
【００１８】
本発明の多層基板は、絶縁基体は少なくとも２層以上で積層した絶縁層からなると共に、導通路は少なくとも２層以上の絶縁層を介して回路層を相互接続していることを特徴としている。加えて、絶縁基体は、導通路により相互接続した回路層を連通するよう形成した略円柱形状の孔部を有し、該導通路を孔部に内設すると共に該導通路の外周面は孔部の内壁面に密着していることを特徴としている。絶縁基体はセラミックスを含有していることが好ましい。
【００１９】
本発明の多層基板の製造方法は、少なくとも２層以上の回路層を備え絶縁層を積層してなる絶縁基体と回路層を相互接続する導通路とを有し、該導通路を内設した孔部を該絶縁基体に形成した多層基板の製造方法において、少なくとも２層以上の絶縁層を積層し、圧着して圧着積層体を形成し、少なくとも２層以上の絶縁層を連通した孔部を該圧着積層体に一括して形成することを特徴としている。もって、効率的に孔部を形成することができる。
【００２０】
加えて、本発明の多層基板の製造方法は、絶縁基体の表面に開口しない孔部を形成する絶縁層を積層し、圧着して中間圧着積層体を形成し、中間圧着積層体に該孔部を一括して形成し、該中間圧着積層体に残余の絶縁層を積層し、圧着して圧着積層体を形成することを特徴としている。もって、絶縁基体の表面に開口しない孔部を形成することが可能となる。圧着積層体又は中間圧着積層体の孔部は、レーザにより効率的に形成することができる。また、前記絶縁層はセラミックスを含有していることが好ましい。
【００２１】
更に加えて、本発明の多層基板の製造方法は、圧着積層体又は中間圧着積層体のレーザが照射される側の面に樹脂層を形成することや、レーザが照射される反対側の面に樹脂層を形成することを特徴としている。樹脂層は樹脂フィルムにより形成すれば、効率的に樹脂層を形成できるので好ましい。樹脂層を形成すればレーザの熱の影響を抑制でき、もって良好な形状の孔部を形成できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図１〜５に基づいて説明する。図１は、本発明の多層基板の概略構成図である。図２は、本発明の多層基板の製造方法の一例を示す概略工程図である。図３は、製造方法の別の例を示す概略工程図である。図４は、孔部の形成方法の一例を示す図である。図５は、孔部の形成方法の別の例を示す図である。
【００２３】
なお、以下で説明する本発明の実施態様では、セラミックスを含有した絶縁層を積層してなる多層基板とその製造方法を例として述べているが、本発明はこれに限定されることなく、セラミックスやガラスなどの無機物又は樹脂や紙などの有機物の少なくとも一つを含有した絶縁層を積層してなる多層基板の製造を実施することが可能である。すなわち、例えばガラスエポキシ、ポリテトラフルオロチレン又はポリイミドなどの樹脂材料、セラミックスの粉末を例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂などで結合した複合材料からなる絶縁層を積層した多層基板においても、本発明は同様に実施することができる。
【００２４】
本発明の一実施態様の多層基板１を図１に示す。
本実施態様の多層基板１は、セラミックスを含有した絶縁層であるシート１１ａ〜１１ｅを少なくとも２層以上で積層してなる絶縁基体１１と、該絶縁基体１１に配設した少なくとも２層以上の回路層である導体パターン１３と、少なくとも一層以上のシート１１ａ〜１１ｅを介して導体パターン１３を相互接続した導通路１４と、導通路１４で相互接続された導体パターン１３を連絡するよう形成すると共に該導通路１４を内設した孔部１２とを有している。
【００２５】
シート１１ａ〜１１ｅには、例えばアルミナ質、窒化アルミニウム質、ムライト質、コーディエライト質、ステアタイト質、フォルステアタイト質、ベリリア質、炭化珪素質、窒化珪素質のセラミックス又はガラスのいずれかの少なくとも一つ以上を、焼成温度など製造条件又は熱伝導率及び誘電率など製品特性により適宜選択する。かかるシート１１ａ〜１１ｄは、１２００℃前後の温度で焼成可能なセラミックス（ＬＴＣＣ：低温焼成型セラミックス）で形成することが好ましい。
工業的に使用される絶縁基体１１の厚みは１００μｍ程度〜２０００μｍ程度と多層基板１の用途により適宜設定されるが、本実施態様の絶縁基体１１は、厚みが４０μｍ程度のシート１１ａ〜１１ｄを５層積層したものとした。シート１１ａ〜１１ｄは焼成後に８０％程度の収縮率で収縮するので、絶縁基体１１の厚みは１６０μｍ程度となる。
【００２６】
導体パターン１３は、該絶縁基体１１の上面と下面に形成した外部導体パターン１３１と、該絶縁基体１１の内部でシート１１ａ〜１１ｅの間に形成した内部導体パターン１３２からなる。絶縁基体１１の上面の外部導体パターン１３１は、半導体部品２やチップ型コンデンサ３などの電子部品を多層基板１へ実装するために、下面の外部導体パターン１３１は、外部装置（図示せず）へ多層基板１自身を搭載するために設けられるものである。それぞれには、信号を伝送するストリップライン１３２ａ、接続用ランド１３１ａ、コンデンサ電極、抵抗体１３１ｂ、インダクタンスのいずれかの少なくとも一つが電子部品の配置パターンや外部装置への接続仕様により適宜配設される。
本実施態様における回路層１３の厚みは７μｍ程度であり、ストリップライン１３２ａのライン幅は８０μｍ程度で設けている。
【００２７】
導通路１４は、少なくとも一層以上のシート１１ａ〜１１ｅを介して回路層１３を電気的に相互接続すると共に、実装した電子部品から発生する熱を放熱するものである。
【００２８】
その導通路１４を内設する孔部１２は、絶縁基体１１を厚み方向に非貫通で形成したビアホール１２１と、絶縁基体１１を貫通したスルーホール１２２からなる。ビアホール１２１は、一層の絶縁層を介して回路層を相互接続する単層ビアホール１２１ａと複数層を介する複層ビアホール１２１ｂからなる。また孔部１２は、サイドスルーホール１２３のように絶縁基体１１の外周面に露出するように設けてもよい。
本実施形態の孔部１２は、直径が８０μｍ程度の大略円形状断面となるよう形成しており、もって導通路１４の外周の断面形状も直径が８０μｍ程度の大略円形状となる。
【００２９】
導通路１４は、孔部１２の内壁面に導通路１４の外周面が密着し、その内壁面で支持されるように配設すればよい。よって、導通路１４ａのように中実の略円柱形状で形成してもよいし、導通路１４ｂのように中空の略円筒形状で形成してもよい。すなわち、電気的接続を目的に導通路１４を配設するのであればと略円筒形状すればよく、放熱が目的であれば略円柱形状とすることが好ましい。
【００３０】
回路層１３や導通路１４は、例えばタングステン、モリブデン、モリブデン−マンガン、ニッケル、クロム、銀−パラジウム、チタン、アルミニウム、銅、鉛又は金などの導体材料を用いて形成することができる。また、それらにガラスや樹脂を混合すれば、焼成する際の熱によりガラスや樹脂が溶融して絶縁基体１１の表面にガラス層又は樹脂層が形成され、回路層１３や導通路１４がそのガラス層又は樹脂層を介して絶縁基体１１へ強固に固着できるので好ましい。
【００３１】
上述した本実施態様の多層基板１の製造方法の一例を図２に基づいて説明する。ここで、本実施態様の多層基板１は、図１に示したように絶縁基体１１の上面に開口する複層ビアホール１２１ｂを有しており、次述する製造方法はそのような複層ビアホール１２１ｂを有する多層基板１の製造方法の説明である。なお、複層ビアホールとスルーホールを以下連通孔と称することとする。
【００３２】
適当な有機バインダと可塑剤にセラミックス粉末を添加混合してなるスラリーをキャリアフィルムの一面にテープ成型法で塗工し、乾燥して、適当な大きさに裁断し、シート１１ａ〜１１ｅを得る。
次に、図２（ａ）の第１の孔部形成工程で示すように、単層ビアホール１２１ａをシート１１ａ〜１１ｅに形成する。つまり第１の孔部形成工程では、連通孔は形成しない。
【００３３】
次に、図２（ｂ）の第１の印刷工程で示すように、粒状の導体材料とガラスフリットに適当なバインダと溶剤を添加混合してなる導体ペースト４をスクリーン印刷法でシート１１ａ〜１１ｅの一面に印刷して導体パターン１３を形成する共に、第１の孔部形成工程で形成した単層ビアホール１２１ａに導体ペースト４を充填する。ここで、第１の印刷工程で形成する導体パターン１３は、内部導体パターン１３２と絶縁基体１１の上面の外部導体パターン１３１である。
次に、図２（ｃ）の積層圧着工程で示すように、複数枚のシート１１ａ〜１１ｅを積層して未圧着積層体を形成し、未圧着積層体を圧着して圧着積層体１１’を得る。
【００３４】
次に、図２（ｄ）の第２の孔部形成工程で示すように、穿孔手段で圧着積層体１１’に連通孔を形成する。その穿孔手段としては、例えばサンドブラスト、フォトリソなどの方法を用いることができるが、前後処理が不要で、消耗品が少なく、加工能率の高いレーザを用いることが工業生産上の面から好ましく、本実施態様のようにセラミックを含有したシート１１ａ〜１１ｅを積層し、圧着してなる圧着積層体１１’に連通孔を形成する場合には好適である。
【００３５】
次に、図２（ｅ）の第２の印刷工程で示すように、第２の孔部形成工程で形成した連通孔へスクリーン印刷法により導体ペースト４を充填すると共に、絶縁基体１１の下面の外部導体パターン１３１を形成する。
【００３６】
次に、図２（ｆ）の焼成工程で示すように、上述した工程で形成した圧着積層体１１’を焼成する。焼成時の熱によりシート１１ａ〜１１ｅは緻密固化すると共にシート１１ａ〜１１ｅに含有するバインダと可塑剤が焼散し、絶縁基体１１が形成される。また、焼成時の熱により導体ペースト４のガラスフリットが溶融して形成されたガラス層を介して銀が絶縁基体１１に固着すると共に含有したバインダと溶剤が焼散し、回路層１３と導通路１４が形成される。以上の工程をもって、所定の多層基板１を得ることが可能となる。
【００３７】
本発明の多層基板１の製造方法の別の一例を図３に示す。図３は、絶縁基体１１の上面に開口しない複層ビアホール１２１ｃを有する多層基板１の製造方法を示すものである。なお、図２に基づいて説明した工程と同様な工程については図示せず、詳細な説明を省略する。
絶縁基体１１の上面に開口しない複層ビアホール（以下未開口複層ビアホールと称する。）１２１ｃを有する多層基板１は、未開口複層ビアホール１２１ｂを形成するシート１１ｂ〜１１ｄを積層、圧着して中間圧着積層体１１’’を形成し、中間圧着積層体１１’’に未開口複層ビアホール１２１ｃを形成し、該未開口複層ビアホール１２１ｃへ導体ペースト４を充填し、残余のシート１１ａ、１１ｄを中間圧着積層体１１’’に積層、圧着して圧着積層体１１’を形成し、得ることができる。
【００３８】
すなわち、前記した図２（ａ）、（ｂ）と同様な工程で形成したシート１１ａ〜１１ｅを用意する。
次に、図３（ａ）の第１の圧着積層工程で示すように、未開口複層ビアホール１２１ｂを形成するシート１１ｂ〜１１ｃを積層、圧着して中間圧着積層体１１’’を得る。
次に、図３（ｂ）の第３の孔部形成工程で示すように、図２（ｄ）の第２の孔部形成工程で説明したものと同様な穿孔手段で未開口複層ビアホール１２１ｂを中間圧着積層体１１’’に形成する。
次に、図３（ｃ）の第３の印刷工程で示すように、未開口複層ビアホール１２１ｂに導体ペースト４を充填する。
【００３９】
次に、図３（ｄ）の第２の積層圧着工程で示すように、中間圧着積層体１１’’の上面に残余のシート１１ａを、下面に残余のシート１１ｅを積層し、圧着して圧着積層体１１’を得る。
その後、前記した図２（ｄ）〜（ｆ）と同様に、外部導体パターン１２１やスルーホール１２２を上述の圧着積層体１１’へ形成し、その圧着積層体１１’を焼成し、未開口複層ビアホール１２１ｂを有する多層基板１を得ることができる。
【００４０】
図２及び図３に基づいて説明したように、本発明によれば、シート１１ａ〜１１ｅを積層した状態で連通孔を一括に形成できるので、連通孔の内壁面、すなわち導通路１４の外周面の凹凸が極めて小さい導通路１４を得ることができる。加えて、シート１１ａ〜１１ｅごとに全ての貫通孔を設ける必要がないことから能率的に多層基板１を製造することができる。更に、連通孔を形成するために従来は必要とされていた積層時の位置決め誤差を吸収するためのランドが不要となるため、多層基板１をコンパクトにでき、また導体パターンの設計の自由度が大きくなるなどの効果を得ることができる。
加えて径小な連通孔をレーザで形成すれば、プレスやドリルなどでは生じやすい連通孔の内壁面の変形がなく、もって導通路１４の導通不良や放熱不良を防止することができ、特に、直径が２００μｍ以下の連通孔を形成する場合には好適である。
【００４１】
上記した第１〜第３の孔部形成工程で使用するレーザとしては、発振波長が異なるＣＯ_２（炭酸ガス）レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどが、表面反射率、熱伝導度または比熱などのシート１１ａ〜１１ｄの物性や孔部１２の大きさにより適宜選択される。本実施態様のようにセラミックスを含有したシート１１ａ〜１１ｄの場合には比較的出力の高く、材料の吸収波長が一致しているＣＯ_２レーザを用いることが好ましい。
【００４２】
かかる、第２又は第３の孔部形成工程で形成する連通孔の大きさは、連通孔へ充填できる導体ペースト４の量や導体ペースト４の充填性に影響を与え、回路層１３の電気的接続性や放熱性を左右する。しかしながら、次述する実験例１で述べるように、工業生産上で問題ない程度の大きさとなるよう連通孔を形成することが可能である。
【００４３】
【実験例１】
図６に、以下で示すの条件１〜３で、厚みが４０μｍのシートを複数枚積層してなる２００μｍ〜１６００μｍの厚みの圧着積層体１１’に、直径が５０μｍの略円柱状のスルーホール１２２をＣＯ_２レーザで形成した。その際の圧着積層体１１’の厚みと両端穴径比の関係を図６示す。ここで孔径比とは、図４（ａ）において、ｂで示すスルーホール１２２の両端面の直径の比（＝ｂ／ａ）である。
条件１：シートに貫通孔を形成する場合と同じ加工条件で、レーザの発振周波数のみを増加させた。
条件２：条件１と投入エネルギーが同一になるように、パルス条件１よりも、レーザパルスのピーク値を８０％程度低くし、パルス幅を１２５％程度長くした。
条件３：図４（ｂ）に示すように、レーザ吸収率が高い樹脂層５を圧着積層体１１’のレーザが照射される上面に形成した。レーザの加工条件は条件１と同様とした。
【００４４】
導体ペースト４の粘度や充填方法にもよるが、工業的に用いられるスクリーン印刷法により、電気的接続性や放熱性の問題が発生しないように導体ペースト４を連通孔へ充填するためには孔部１２は少なくとも３０μｍ以上の穴径を有している必要がある。すなわち、孔部１２の軸心方向において３０μｍ以下となる部分があると、導体ペースト４はその粘性によりその部分で停滞し、もって導通路１４を形成できないこととなる。
実験例１によれば、条件１〜３により形成されたスルーホール１２２はいずれも上記の要求を満足するが、特に条件３によれば極めて穴径比が大きく、より円柱形状に近いスルーホール１２２を形成できることが判った。つまり、条件１や条件２でスルーホール１２２を形成すれば、レーザの熱の影響によりスルーホール１２２の上面側の開口端縁辺の角部が面取り状となり、よってスルーホール１２２の孔径比が小さくなる。しかしながら条件３のように圧着積層体１１’の上面に樹脂層５を形成すれば、レーザの熱は直接に圧着積層体１１’へ影響せず、もってスルーホール１２２の孔径比が高くなるものと考えられる。
【００４５】
加えて、図４（ｂ）で示すように、レーザ吸収率が高い樹脂層５を圧着積層体１１’のレーザが照射される上面に形成することにより、レーザで発生する加工残渣や塵埃が圧着積層体１１’の上面や連通孔の内壁面に付着することを防止することができる。もって第２の印刷工程や第３の印刷工程で導体ペースト４を連通孔へ充填する際に、その加工残渣や塵埃による充填不良を防止することが可能となる。
【００４６】
また、図５に示すように、上記と同様な樹脂層５を圧着積層体１１’の下面に形成すれば、第２の孔部形成工程や第３の孔部形成工程で連通孔を形成する際に、圧着積層体１１’をセットする載置部材（図示せず）と圧着積層体がレーザの熱により溶着することを防止できる。加えて、第２又は第３の印刷工程において連通孔に充填された導体ペースト４がその内壁面を伝って圧着積層体１１’の下面に漏出しても、その下面に形成した樹脂層４により圧着積層体１１’の下面に導体ペーストが付着しないので、導体の付着による導通不良を防止することが可能となる。
【００４７】
上記で説明した樹脂層５は、樹脂フィルム、例えばＣＯ_２レーザではポリエチレンテレフタレートからなるフィルムを圧着積層体１１’の上面に貼り付けて形成すれば、加工の前後処理の手間が少なく好ましい。
また、シート１１ａ〜１１ｄに貫通孔を形成する第１の孔部形成工程前にシート１１ａ〜１１ｄに上記のような樹脂層５を形成すれば、上述したものと同様な効果を得ることができる。
【００４８】
更に加えて、ヘリウムや窒素など不活性ガス雰囲気中でレーザ加工すれば圧着積層体１１’の酸化を防止できる。また、その不活性ガスを加工部へ吹き付ければ加工残渣や塵埃を除去することができ、もって第１〜第３の印刷工程における導体の充填不良を防止することができる。
【００４９】
以上説明したように構成された多層基板１では、導通路１４、特に複数のシート１１ａ〜１１ｅを介して回路層１３を接続する導通路１４の外周面の凹凸を極めて小さく形成できるので、次述の実験例２で説明するように信号の伝送性を高めることが可能である。
【００５０】
【実験例２】
上述した工法により、２００μｍ〜１６００μｍの種々の厚みを有するアルミナ質セラミックスを含有したシートを積層してなる絶縁基体１１に、直径がφ３０μｍ〜φ２００μｍの種々の直径を有する連通孔を１００個設けると共に、その連通孔に内設するよう導通路１４を１００個直列で接続するパターンを形成した。信号周波数が１ＧＨｚの場合のその多層基板１の伝送特性を測定し、インピーダンスがマッチングするよう調整した後の挿入損失（Ｓ_２１）を図７（ｃ）に示す。また比較のために、従来のグリーンシート多層積層法により絶縁基体１１、連通孔及び導通路１４を形成し、同様に確認した挿入損失も図７（ｃ）に併せて示す。
【００５１】
ここで、導通路１４の形状を評価する値としては、ＪＩＳＢ０６２１で定める面の輪郭度を採用した。すなわち、図７（ａ）の断面図に示すように、例えば大略円柱形状の導通路１４にあっては、導通路１４の実際の外周面形状から多重回帰などの方法により幾何学的輪郭面ｄを求め、その導通路１４の外周面を包絡すると共に互いに平行となるように２つの幾何学的輪郭面ｄを配置した場合の２つの幾何学的輪郭面ｄの距離ｃをもって、その導通路１４の輪郭度と定義する。また、図７（ｂ）の断面図に示すように、大略円錐形状の導通路１４にあっても、同様にして導通路１４の輪郭度を評価することができる。
【００５２】
本発明の製造方法によれば、輪郭度が１μｍ〜１０μｍの導通路１４を得ることができ、挿入損失は０．１５ｄＢ〜０．１８ｄＢの範囲となった。従来の製造方法によれば、輪郭度が１７μｍ〜２５μｍで、挿入損失が０．３５ｄＢ〜０．７ｄＢの範囲となる。もって本発明においては挿入損失を最大で０．５ｄＢ程度向上できると共に、挿入損失のバラツキも低減できることが判った。
加えて、導通路１４の輪郭度が１０μｍ以下となると挿入損失が０．１８ｄＢ以下で平衡する状態となるので輪郭度は１μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。また、導通路１４の輪郭度が５μｍ以下となると挿入損失が０．１５ｄＢ程度で安定するため、導通路１４の輪郭度は１μｍ〜５μｍとすれば好適である。
【００５３】
上述のように導通路１４の輪郭度を規定することで、導通路１４の挿入損失を低減できることに加えて、凹凸により発生するノイズの重積や凹凸による信号遅延を低減でき、信号の伝送性を向上することができる。もって、特に１ＭＨｚ以上の高周波信号を処理する半導体部品が実装された多層基板において、高周波信号の伝送中の劣化を少なくできるので、その半導体部品を所定の性能で動作させることが可能となる。
【００５４】
なお、絶縁基体１１の表面に開口した複層ビアホール１２１ｂやスルーホール１２２は、焼成した圧着積層体１１’に形成しても良い。すなわち、圧着積層体１１’の焼成する際、シート１１ａ〜１１ｅごとの収縮率の差異により、上述したように圧着積層体１１’に一括して形成したその複層ビアホール１２１ｂやスルーホール１２２の内壁面の収縮量に差異が発生し、その内壁面が凹凸状となる可能性がある。しかしながら、焼成した圧着積層体１１’に、その複層ビアホール１２１ｂやスルーホール１２２を形成すれば、そのような現象を防止することが可能となる。
その複層ビアホール１２１ｂやスルーホール１２２は、上述したようなレーザで形成することもできるが、焼成した圧着積層体１１’は機械的強度が極めて高いため、複数個の複層ビアホール１２１ｂやスルーホール１２２をマスクなどを用いて同時に加工可能なサンドブラストにより形成することが工業生産上の能率の面から望ましい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多層基板によれば、複数層の絶縁層を介して導通路で回路層間を接続すると共にその導通路の外周面の輪郭度を規定することにより、その導通路で伝送する信号の劣化を抑制することができる。もって、特に高周波信号を処理する半導体部品を実装した多層基板において、その半導体部品を所定の性能で動作させることが可能となる。
加えて、本発明の多層基板の製造方法によれば、複数の絶縁層に連通する複層ビアホールやスルーホールを圧着積層体や中間圧着積層体に一括して加工できるので、極めて効率的に多層基板を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層基板の一実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の多層基板の製造方法の一例を示す概略工程図である。
【図３】本発明の多層基板の製造方法の別の例を示す概略工程図である。
【図４】孔部の形成方法の一例を示す図である。
【図５】孔部の形成方法の別の例を示す図である。
【図６】レーザ加工条件と穴径比の関係を示す図である。
【図７】導通路の輪郭度と順方向伝達係数の関係を示す図である。
【図８】従来の多層基板の製造方法の一例を示す図である。
【図６】従来の多層基板の製造方法の別の例を示す図である。
【符号の説明】
１：多層基板、１１：絶縁基体、１２：孔部、１３：回路層
１４：導通路
２：半導体部品、３：チップコンデンサ、４：導電ペースト、５：樹脂層

Claims

絶縁基体と、該絶縁基体に少なくとも２層以上配設する回路層と、回路層を相互接続する導通路とを有し、導通路の外周面のＪＩＳＢ０６２１で定める輪郭度が１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする多層基板。
請求項１に記載の多層基板において、前記輪郭度が１μｍ〜５μｍであることを特徴とする多層基板。
請求項１に記載の多層基板において、導通路の挿入損失が０．１５ｄＢ〜０．１８ｄＢであることを特徴とする多層基板。
請求項１乃至３のいずれかに記載の多層基板において、絶縁基体は少なくとも２層以上で積層した絶縁層からなると共に、導通路は少なくとも２層以上の絶縁層を介して回路層を相互接続していることを特徴とする多層基板。
請求項１乃至４のいずれかに記載の多層基板において、絶縁基体は、導通路により相互接続した回路層を連通するよう形成した略円柱形状の孔部を有し、該導通路を孔部に内設すると共に該導通路の外周面は孔部の内壁面に密着していることを特徴とする多層基板。
請求項１乃至５のいずれかに記載の多層基板において、前記絶縁基体はセラミックスを含有していることを特徴とする多層基板。
絶縁基体と、該絶縁基体に少なくとも２層以上配設する回路層と、回路層を相互接続する導通路とを有し、該導通路を内設する孔部を該絶縁基体に配設した多層基板の製造方法において、少なくとも２層以上の絶縁層を積層し、圧着して圧着積層体を形成し、少なくとも２層以上の絶縁層を連通した孔部を該圧着積層体に一括して形成することを特徴とする多層基板の製造方法。
請求項７に記載の多層基板の製造方法において、絶縁基体の表面に開口しない孔部を形成する絶縁層を積層し、圧着して中間圧着積層体を形成し、中間圧着積層体に該孔部を一括して形成し、該中間圧着積層体に残余の絶縁層を積層し、圧着して圧着積層体を形成することを特徴とする多層基板の製造方法。
請求項７又は８に記載の多層基板の製造方法において、前記孔部はレーザで形成することを特徴とする多層基板の製造方法。
請求項７乃至９のいずれかに記載の多層基板の製造方法において、絶縁層はセラミックスを含有していることを特徴とする多層基板の製造方法。
請求項９又は１０に記載の多層基板の製造方法において、圧着積層体又は中間圧着積層体のレーザが照射される側の面に樹脂層を形成することを特徴とする多層基板の製造方法。
請求項９乃至１１のいずれかに記載の多層基板の製造方法において、圧着積層体又は中間圧着積層体のレーザが照射される反対側の面に樹脂層を形成することを特徴とする多層基板の製造方法。
請求項１０又は１２に記載の多層基板の製造方法において、樹脂層は樹脂フィルムにより形成することを特徴とする多層基板の製造方法。