【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子・チップ部品等を搭載し、それらを相互配線するための多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高度情報化時代を迎え、使用される周波数帯域はますます高周波に移行しつつある。そして、半導体素子・チップ部品等を搭載して情報処理に利用される電子回路を構成するのに用いられる多層配線基板には、このような高周波の信号を高速で伝送する上で、配線導体および絶縁層を貫通して配線導体同士を接続するビア導体には導体の抵抗が小さいことが要求され、絶縁基体にもより低い誘電率が要求されている。
【０００３】
しかし、従来のタングステン（Ｗ）・モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属は、導体抵抗が大きく、信号の伝播速度が遅く、また３０ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難であることから、これらタングステン（Ｗ）・モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属に代えて、銅（Ｃｕ）・銀（Ａｇ）・金（Ａｕ）等の低抵抗金属を使用することが必要である。
【０００４】
ところが、上記のような低抵抗金属は融点が低いため、８００〜１０００℃程度の低温で焼成することが必要であることから、低抵抗金属から成る配線導体およびビア導体は、高温焼成が必要なアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と同時焼成することができなかった。また、アルミナ質焼結体は誘電率が高いため、絶縁基体にアルミナ質焼結体を用いた多層セラミック配線基板は、高周波回路基板としては不適切である。
【０００５】
このため、最近では、ガラスとセラミックス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガラスセラミックスを絶縁基体として用いることが注目されている。ガラスセラミックスは誘電率が低いため高周波用絶縁基体として好適であり、またガラスセラミックスは８００〜１０００℃の低温で焼成することができることから、銅（Ｃｕ）・銀（Ａｇ）・金（Ａｕ）等の低抵抗金属を配線導体およびビア導体として使用できるという利点がある。
【０００６】
このガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面および内部に配線導体を形成するとともに、絶縁基体の表面から内部にかけて、例えば絶縁基体の表面の配線導体と内部の配線導体とを接続するようにして、ビア導体を形成する方法には、一般に、絶縁基体と同時焼成する同時焼成法が採用される。
【０００７】
このようにしてガラスセラミックスから成る絶縁基体の内部に銅・銀・金等の金属材料から成るビア導体を形成した場合は、これらの金属材料の融点が絶縁基体の焼成温度に近いことから、焼成の早い段階で金属粉末間の焼結が開始され、ビア導体中に絶縁基体のガラスセラミックスからガラス成分が入り込むことによるアンカー効果が弱くなるため、一般に、ビア導体とガラスセラミックスとの間の被着強度は、従来のアルミナセラミックスから成る絶縁基体に高融点金属から成るビア導体を形成した場合に比べて低いものとなっている。
【０００８】
この場合、ビア導体を形成する導体ペーストに多量のガラスを配合することにより、ガラスセラミック絶縁基体とビア導体との接合強度を向上させることができる。しかしながら、導体ペーストへのガラス成分の配合量が多くなると、ビア導体の導通抵抗が高くなってしまい、ビア導体中に高周波信号を伝搬させた場合に、高周波信号にノイズ等の不具合が生じてしまうという問題点があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１８０５４１号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４１０６７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ビア導体を形成する導体ペーストへのガラス成分の配合量を適度に少なくするという手段が考えられる。
【００１１】
しかしながら、このようなビア導体の絶縁基体に対する被着強度を確保することが可能で、かつ低導通抵抗となるようなガラス成分の配合量は、実際には極めて狭い範囲に限定されるか、または適当な範囲が存在しない場合が多く、またガラス成分やセラミックス成分の種類・混合比等によっても大きく変動するため、安定して実用化することが難しい。その結果、絶縁基体に対する被着強度に優れ、かつ伝搬される高周波信号にノイズ等の不具合を生じることのないビア導体を有する配線基板を得ることは、やはり困難であった。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、ガラスセラミックスから成る絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成された上下に位置する配線導体を接続するビア導体との接合強度を強固にし、かつビア導体の導通抵抗を低い値に抑えることにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好とした配線基板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、絶縁基体の内部に配線導体を有するとともに、上下に位置する前記配線導体を接続するようにして内部にガラスを含有する導体材料が充填されたビア導体が形成されて成る配線基板において、前記ビア導体は、前記絶縁基体に接する外周領域のガラス含有量が中心領域のガラス含有量よりも多い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、上記構成において、前記ビア導体は、中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズから成り、かつ前記中心領域のガラス含有量が０．１乃至４．０質量％であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の配線基板によれば、ビア導体は、絶縁基体に接する外周領域のガラス含有量が中心領域のガラス含有量よりも多いことから、絶縁基体に強固に接合させることが可能となるとともに、ビア導体の導通抵抗を低い値に抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の配線基板によれば、ビア導体を中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズで形成したときには、ビア導体全体の抵抗を小さなものとすることができるとともに、ガラス含有量の調整でビア導体の絶縁基体に対する被着を強固とすることがより確実に行なえるものとなり、ビア導体２の中心領域のガラス含有量を外周領域よりも少量で０．１乃至４．０質量％としたときには、ビア導体の導通抵抗の増加を抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２はビア導体、３は配線導体である。これらの絶縁基体１と、ビア導体２と、配線導体３とから配線基板４が構成されている。なお、ビア導体２は、後に説明するように、絶縁基体１に接する外周領域２ｂと、その内側の中心領域２ａとにより構成されている。
【００１９】
絶縁基体１は、ホウ珪酸ガラス−アルミナセラミックス系等のガラスセラミックスにより形成されており、例えば、次のように作製される。
【００２０】
まず、ガラスおよびフィラー等の原料粉末と、適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤を添加混合してスラリーとするとともに、そのスラリーから、従来周知のドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって、絶縁基体１の各絶縁層となるグリーンシートを成形する。
【００２１】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである）・Ｐｂ系ガラス・Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２２】
また、フィラーとしては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【００２３】
これらガラスとフィラーとの混合割合は、重量比で４０：６０〜９９：１であるのが好ましい。
【００２４】
この原料粉末に添加混合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸・メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体・メタクリル酸エステル共重合体・アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）・ポリビニルブチラ−ル系・ポリビニルアルコール系・アクリル−スチレン系・ポリプロピレンカーボネート系・セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００２５】
この絶縁基体１には、絶縁基体１の内部で上下に位置する配線導体３同士を電気的に導通するためのビア導体２が形成されている。
【００２６】
ビア導体２は、例えば、絶縁基体１の各絶縁層の上下面等に回路状の配線導体３を上下に形成したときには、この回路状の配線導体３を上下に接続するための導体として機能する。また、絶縁基体１の上下面間を貫通するようにして形成された場合には、絶縁基体１の上下面にそれぞれ形成された配線導体３間を導通するための貫通導体として機能する。
【００２７】
このようなビア導体２は、各絶縁層となるグリーンシートに、打ち抜きピンを用いた打ち抜き加工やレーザ光による穿孔加工等の加工を施すことにより貫通孔を形成し、この貫通孔内に、銅や銀・金等の金属粉末およびガラス成分を有機溶剤・バインダ等とともに混練して成る金属ペースト等の導体材料を充填しておくことにより形成される。
【００２８】
またビア導体２は、中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズで形成することが好ましい。これにより、ビア導体２全体の抵抗を小さなものとすることができるとともに、後述するようにガラス含有量の調整でビア導体２の絶縁基体１に対する被着を強固とすることがより確実に行なえるものとなる。
【００２９】
この場合、低抵抗の金属材料としては銀や金等も用いることが可能であるが、銀はマイグレーション等の不具合が発生しやすい傾向があり、金は高価であるという短所がある。したがって、ビア導体２は銅粉末メタライズで形成することが好ましい。
【００３０】
この場合、銅粉末の中心粒径が３μｍ未満の場合は、銅粉末が凝集しやすくなるという不具合があり、４μｍを超える場合は、導電ペーストの比抵抗値が高くなるという不具合がある。したがって、銅粉末の平均粒径は３乃至４μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の配線基板４において、ビア導体２は、絶縁基体１に接する外周領域２ｂと、その内側の中心領域２ａとを有しており、外周領域２ｂのガラス含有量が中心領域２ａのガラス含有量よりも多くなっている。
【００３２】
このように、ビア導体２の絶縁基体１と接する外周領域２ｂのガラス含有量を中心領域２ａのガラス含有量よりも多くしておくと、絶縁基体１とビア導体２との間で十分なガラスの拡散・入り込みが得られて絶縁基体１に対するビア導体２の被着を強固なものとすることができる。
【００３３】
ガラス含有量が外周領域２ｂと中心領域２ａとの間で異なるビア導体２は、例えば、グリーンシートに金型加工等により中央領域２ａや外周領域２ｂを形成するための貫通孔を形成し、この貫通孔に、例えば銅または銅を主成分とする合金とガラス成分とから成る導体粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストをスクリーン印刷等により充填することにより、中央領域２ａおよび外周領域２ｂが形成される。
【００３４】
具体的には、絶縁基体１の絶縁層となるグリーンシートにまずビア導体２の外周領域２ｂとなる貫通孔を形成してその貫通孔にガラス含有量の多い導体ペーストを充填し、次に、このガラス含有量の多い導体ペーストが充填された貫通孔の中央部にビア導体２の中心領域２ａとなる小径の貫通孔を形成してこの小径の貫通孔にガラス含有量の少ない導体ペーストを充填すればよい。あるいは、グリーンシートにビア導体２となる貫通孔を形成し、その内壁に外周領域２ｂとなるガラス含有量の多い導体ペーストを塗布し、次いで、その中央部に中心領域２ａとなるガラス含有量の少ない導体ペーストを充填するようにしてもよい。
【００３５】
この外周領域２ｂに充填されるビア導体２用の導体ペーストは、例えば、上述のように、銅または銅を主成分とする合金から成る金属粉末と、例えば５乃至１５質量％と比較的多量のガラス粉末とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストを用いることが好ましい。
【００３６】
また、中心領域２ａに充填されるビア導体２用の導体ペーストは、例えば銅または銅を主成分とする合金から成る金属粉末と、例えば０．１乃至４質量％と比較的少量のガラス粉末とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストを用いることが好ましい。
【００３７】
本発明の配線基板４においては、ビア導体２は、絶縁基体１に接する外周領域２ｂのガラス含有量が中心領域２ａのガラス含有量よりも多いことが重要である。
【００３８】
外周領域２ｂは、例えば５乃至１５質量％と比較的多量のガラス成分を含有することから、ビア導体２を絶縁基体１との間で高い接合強度が得られるものとする機能がある。
【００３９】
なお、絶縁基体１と接するビア導体２の外周領域２ｂは、ビア導体２の外周の全周を、ほぼ同じ幅で環状に形成しておくと、ビア導体２の全周で高い接合強度を確保することができ、配線基板４としての信頼性をより一層優れたものとすることができる。
【００４０】
また、この外周領域２ｂの幅（厚み）は、ビア導体２の半径に対して約５％〜２５％の範囲としておくと、例えば、ビア導体２が絶縁基体１の内部により高密度で隣接間隔を狭くして形成された場合であっても、絶縁基体１との接合強度を確実に確保することができ、配線基板４としての信頼性をより一層優れたものとすることができるとともに、配線基板４の小型化・高密度化等への対応もより一層容易なものとすることができる。
【００４１】
ビア導体２の外周領域２ｂにおけるガラス含有量が５質量％未満の場合には、絶縁基体１との接合に必要なガラスが不足するため、絶縁基体１との接合強度が低下する傾向がある。他方、外周領域２ｂのガラス含有量が１５質量％を超えると、絶縁基体１と外周領域２ｂとの焼成時の収縮挙動の差による内部応力が増加しやすく、絶縁基体１に反りが発生したり、絶縁基体１にクラックが発生して、ビア導体２と絶縁基体１との接合強度が低下したりする等の不具合が発生しやすい傾向にある。
【００４２】
ビア導体２の中心領域２ａは、例えば０．１乃至４．０質量％と、外周領域２ｂよりも少量のガラス成分を含有することから、ビア導体２の導通抵抗の増加を抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【００４３】
ビア導体２の中心領域２ａにおけるガラス含有量が０．１質量％未満となると、焼成時に、ビア導体２の外周領域２ｂから中心領域２ａへのガラスの移動が顕著に進行し、ビア導体２全体のガラス含有比率が低下することとなる。このため、焼結に伴うビア導体２の収縮が増大してしまい、絶縁基体１の収縮との差から、ビア導体２の内部に空隙が発生したり、絶縁基体１とビア導体２との境界面で剥離が生じたりして、ビア導体２による電気接続性が低下する傾向がある。また、中心領域２ａのガラス含有量が４．０質量％を超えると、このビア導体２が接続された配線導体３の表面へのガラス析出が増加しやすく、膨れや発泡等の外観上の欠陥が生じやすい傾向にある。
【００４４】
また、ビア導体２を形成するための導体ペーストに添加するガラス粉末については特に限定されるものではなく、例えばホウケイ酸塩系やホウケイ酸亜鉛系のガラス等の粉末を適宜用いることができる。
【００４５】
さらに、この導体ペーストに添加する有機バインダについても特に限定されるものではなく、例えばエチルセルロース樹脂・ポリビニルアルコール・アクリル系樹脂等を用いればよい。
【００４６】
さらにまた、この導体ペーストに添加する溶剤についても特に限定されるものではなく、例えばテルピネオール・各種グリコール類・各種セルソルブ類・酢酸エステル類等を用いればよく、樹脂の種類・塗布方法等により、適宜選択して用いることができる。
【００４７】
また、配線導体３の露出表面には、ニッケル・金等のめっき層を被着させておくと、配線導体３の酸化腐食を効果的に防止することができるとともに、配線導体３に半導体素子・チップ部品等の電極をボンディングワイヤや半田等を介して接続するときのボンディング性・半田塗れ性を良好とすることができ、配線基板４の信頼性をより一層優れたものとすることができる。従って、配線導体３の露出表面には、ニッケル・金等のめっき層を、例えば、ニッケルめっき層を１〜１０μｍ、金めっき層を０．０３〜２μｍの厚さで被着させておくことが好ましい。
【００４８】
以下、上述の好適なガラス含有量の条件について、具体例を挙げて説明する。
【００４９】
表１は、ビア導体２の中心領域２ａのガラス成分の含有量（単位：質量％）による外観不具合発生率（単位：％）について検査した結果を示すものである。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１の結果より分かるように、ビア導体２の中心領域２ａのガラス含有量が０．１質量％未満（０．０５質量％）の場合には、８００乃至１０００℃での焼成に必要なガラスが不足するため、ビア導体２の中心領域２ａと外周領域２ｂとの間に隙間が生じ、ビア導体２を形成した部分に若干（発生率が３％）のクラックの発生が見られた。また、このガラスの含有量が４質量％を超える（５質量％）と、このビア導体２が接続された配線導体３の表面へのガラス析出が増加しやすく、膨れや発泡等の外観上の欠陥が生じる傾向が見られた。
【００５２】
なお、本発明は上述の実施の形態の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であれば種々の変更は可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体の内部に配線導体を有するとともに、上下に位置する配線導体を接続するようにして内部にガラスを含有する導体材料が充填されたビア導体が形成されて成る配線基板において、ビア導体は、絶縁基体に接する外周領域のガラス含有量が中心領域のガラス含有量よりも多いことから、ビア導体を絶縁基体に強固に接合させることが可能となるとともに、ビア導体の導通抵抗を低い値に抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【００５４】
また、本発明の配線基板によれば、ビア導体を中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズで形成したときには、ビア導体全体の抵抗を小さなものとすることができるとともに、ガラス含有量の調整でビア導体の絶縁基体に対する被着を強固とすることがより確実に行なえるものとなり、ビア導体２の中心領域のガラス含有量を外周領域よりも少量で０．１乃至４．０質量％としたときには、ビア導体の導通抵抗の増加を抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基体
２・・・ビア導体
２ａ・・・中心領域
２ｂ・・・外周領域
３・・・配線導体
４・・・配線基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multilayer wiring board for mounting semiconductor elements, chip components and the like and interconnecting them.
[0002]
[Prior art]
With the recent era of advanced information technology, the frequency band used is shifting to higher and higher frequencies. In order to transmit such a high-frequency signal at a high speed, a wiring conductor and a multi-layer wiring board used for forming an electronic circuit used for information processing by mounting a semiconductor element, a chip component, etc. Via conductors which connect wiring conductors through an insulating layer are required to have low conductor resistance, and an insulating base is also required to have a lower dielectric constant.
[0003]
However, conventional refractory metals such as tungsten (W) and molybdenum (Mo) have high conductor resistance, slow signal propagation speed, and have difficulty in signal propagation in a high frequency region of 30 GHz or more. It is necessary to use a low-resistance metal such as copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au) instead of a high melting point metal such as (W) and molybdenum (Mo).
[0004]
However, since the low-resistance metal as described above has a low melting point, it is necessary to fire at a low temperature of about 800 to 1000 ° C. Therefore, wiring conductors and via conductors made of a low-resistance metal require high-temperature firing. Co-firing with alumina (Al 2 O 3 ) could not be performed. Further, since the alumina-based sintered body has a high dielectric constant, a multilayer ceramic wiring board using an alumina-based sintered body as an insulating base is not suitable as a high-frequency circuit board.
[0005]
Therefore, recently, attention has been paid to using glass ceramics obtained by firing a mixture of glass and ceramics (inorganic filler) as an insulating base. Glass ceramics are suitable as high-frequency insulating substrates because of their low dielectric constants, and glass ceramics can be fired at a low temperature of 800 to 1000 ° C., such as copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au). There is an advantage that the low-resistance metal can be used as a wiring conductor and a via conductor.
[0006]
A wiring conductor is formed on the surface and inside of the insulating base made of this glass ceramic, and the via conductor is connected from the surface of the insulating base to the inside, for example, by connecting the wiring conductor on the surface of the insulating base and the internal wiring conductor. In general, a co-firing method of co-firing with an insulating substrate is employed as a method for forming the substrate.
[0007]
When via conductors made of a metal material such as copper, silver, or gold are formed inside an insulating base made of glass ceramic in this way, the melting point of these metal materials is close to the firing temperature of the insulating base. Sintering between metal powders starts at an early stage, and the anchor effect due to the intrusion of the glass component from the glass ceramic of the insulating base into the via conductor is weakened. The strength is lower than when a via conductor made of a high melting point metal is formed on a conventional insulating base made of alumina ceramics.
[0008]
In this case, the bonding strength between the glass ceramic insulating base and the via conductor can be improved by blending a large amount of glass into the conductor paste forming the via conductor. However, when the blending amount of the glass component in the conductor paste increases, the conduction resistance of the via conductor increases, and when a high-frequency signal is propagated through the via conductor, a problem such as noise occurs in the high-frequency signal. There was a problem.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-180541 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-341067
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, a method of appropriately reducing the amount of the glass component in the conductive paste for forming the via conductor is considered.
[0011]
However, the amount of the glass component that can secure the adhesion strength of such a via conductor to the insulating base and has low conduction resistance is actually limited to an extremely narrow range, or In many cases, an appropriate range does not exist, and it greatly fluctuates depending on the types and mixing ratios of the glass component and the ceramic component. As a result, it is still difficult to obtain a wiring board having a via conductor that has excellent adhesion strength to an insulating base and does not cause problems such as noise in a transmitted high-frequency signal.
[0012]
The present invention has been completed in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the bonding strength between an insulating base made of glass ceramic and a via conductor that connects upper and lower wiring conductors formed inside the insulating base. It is an object of the present invention to provide a wiring board which has improved electrical characteristics such as signal propagation of semiconductor elements and chip components by strengthening the strength and suppressing the conduction resistance of via conductors to a low value.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The wiring board of the present invention has a wiring conductor inside an insulating base, and a via conductor filled with a glass-containing conductor material so as to connect the wiring conductors located above and below. In the wiring board, the via conductor has a glass content in an outer peripheral region in contact with the insulating base, which is larger than a glass content in a central region.
[0014]
Further, in the wiring board according to the present invention, in the above structure, the via conductor is made of copper powder metallized having a center particle size of 3 to 4 μm, and the glass content of the center region is 0.1 to 4.0% by mass. It is characterized by having.
[0015]
According to the wiring board of the present invention, since the via conductor has a glass content in the outer peripheral region in contact with the insulating substrate that is larger than the glass content in the central region, it is possible to firmly bond the via conductor to the insulating substrate, The conduction resistance of the via conductor can be suppressed to a low value, whereby the electrical characteristics such as signal propagation of the semiconductor element / chip component can be improved.
[0016]
Further, according to the wiring board of the present invention, when the via conductor is formed by copper powder metallization having a center particle diameter of 3 to 4 μm, the resistance of the entire via conductor can be reduced and the glass content can be adjusted. Thus, it is possible to more reliably make the via conductor adhere to the insulating substrate firmly, and the glass content in the central region of the via conductor 2 is 0.1 to 4.0% by mass, which is smaller than that in the outer peripheral region. In this case, an increase in the conduction resistance of the via conductor can be suppressed, whereby the electrical characteristics such as signal propagation of the semiconductor element / chip component can be improved.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a wiring board according to the present invention, wherein 1 is an insulating base, 2 is a via conductor, and 3 is a wiring conductor. A wiring board 4 is composed of the insulating base 1, the via conductors 2, and the wiring conductors 3. The via conductor 2 includes an outer peripheral region 2b in contact with the insulating base 1 and a central region 2a inside the outer conductor 2b, as described later.
[0019]
The insulating substrate 1 is formed of a glass ceramic such as a borosilicate glass-alumina ceramic system, and is manufactured, for example, as follows.
[0020]
First, raw material powders such as glass and filler, and an appropriate organic binder, solvent and plasticizer are added and mixed to form a slurry.From the slurry, a conventionally well-known doctor blade method or a calendar roll method is used. A green sheet to be each insulating layer of the insulating base 1 is formed.
[0021]
As the glass component, for example, SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —MO system (where M is Ca , Sr, Mg, Ba or an Zn) · SiO 2 -Al 2 O 3 -M 1 O-M 2 O system (where, M 1 and M 2 are identical or different and Ca, Sr, Mg, Ba or Zn · SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 -M 1 O-M 2 O system (where M 1 and M 2 are the same as above) · SiO 2 -B 2 O 3 -M 3 2 O system (where, M 3 is Li, shows the Na or K) · SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 -M 3 2 O system (where, M 3 are as defined above) Pb-based glass and Bi-based glass can be used.
[0022]
Examples of the filler include a composite oxide of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and an alkaline earth metal oxide, a composite oxide of TiO 2 and an alkaline earth metal oxide, Al 2 O 3, and the like. A composite oxide containing at least one selected from SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like can be mentioned.
[0023]
The mixing ratio of these glass and filler is preferably 40:60 to 99: 1 by weight.
[0024]
As the organic binder to be added to and mixed with the raw material powder, those conventionally used for ceramic green sheets can be used. For example, an acrylic binder (a homopolymer or copolymer of acrylic acid / methacrylic acid or their esters) can be used. (Specifically, acrylate copolymer, methacrylate copolymer, acrylate-methacrylate copolymer, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene, polypropylene Homopolymers or copolymers such as carbonates and celluloses are exemplified.
[0025]
In the insulating base 1, via conductors 2 for electrically connecting the wiring conductors 3 located above and below inside the insulating base 1 are formed.
[0026]
For example, when the circuit-shaped wiring conductors 3 are formed vertically on the upper and lower surfaces of each insulating layer of the insulating base 1, the via conductors 2 function as conductors for connecting the circuit-shaped wiring conductors 3 vertically. . Further, when formed so as to penetrate between the upper and lower surfaces of the insulating base 1, it functions as a through conductor for conducting between the wiring conductors 3 formed on the upper and lower surfaces of the insulating base 1, respectively.
[0027]
Such a via conductor 2 forms a through-hole by subjecting a green sheet to be an insulating layer to a punching process using a punching pin or a punching process using a laser beam, and a copper hole is formed in the through-hole. It is formed by filling a conductive material such as a metal paste obtained by kneading a metal powder such as silver, gold, or the like and a glass component together with an organic solvent, a binder, or the like.
[0028]
The via conductor 2 is preferably formed by metallizing a copper powder having a center particle diameter of 3 to 4 μm. Thereby, the resistance of the entire via conductor 2 can be reduced, and the adhesion of the via conductor 2 to the insulating base 1 can be more reliably strengthened by adjusting the glass content as described later. It will be.
[0029]
In this case, silver, gold, or the like can be used as the low-resistance metal material. However, silver tends to easily cause problems such as migration, and gold has a disadvantage that it is expensive. Therefore, the via conductor 2 is preferably formed by copper powder metallization.
[0030]
In this case, when the center particle size of the copper powder is less than 3 μm, there is a problem that the copper powder is likely to aggregate, and when it exceeds 4 μm, there is a problem that the specific resistance value of the conductive paste increases. Therefore, the average particle size of the copper powder is preferably in the range of 3 to 4 μm.
[0031]
In the wiring substrate 4 of the present invention, the via conductor 2 has an outer peripheral region 2b in contact with the insulating base 1 and a central region 2a inside the peripheral region 2b, and the glass content of the outer peripheral region 2b is smaller than that of the central region 2a. More than glass content.
[0032]
As described above, if the glass content of the outer peripheral region 2b of the via conductor 2 that is in contact with the insulating substrate 1 is set to be larger than the glass content of the central region 2a, sufficient glass between the insulating substrate 1 and the via conductor 2 is obtained. Of the via conductor 2 can be firmly adhered to the insulating base 1.
[0033]
The via conductor 2 having a glass content different between the outer peripheral region 2b and the central region 2a forms a through hole for forming the central region 2a and the outer peripheral region 2b in a green sheet by, for example, die processing. The central region 2a and the outer periphery are filled by filling the through-hole with a conductor paste obtained by adding a suitable organic binder / solvent to a conductor powder composed of, for example, copper or an alloy containing copper as a main component and a glass component, by adding a suitable organic binder / solvent. Region 2b is formed.
[0034]
Specifically, first, a through hole serving as the outer peripheral region 2b of the via conductor 2 is formed in a green sheet serving as an insulating layer of the insulating base 1, and the through hole is filled with a conductive paste having a high glass content. A small-diameter through-hole serving as the central region 2a of the via conductor 2 is formed at the center of the through-hole filled with the conductive paste having a large glass content, and the small-diameter through-hole is filled with the conductive paste having a small glass content. do it. Alternatively, a through-hole serving as the via conductor 2 is formed in the green sheet, and a conductive paste having a large glass content serving as the outer peripheral region 2b is applied to the inner wall thereof. A small amount of conductive paste may be filled.
[0035]
The conductor paste for the via conductor 2 filled in the outer peripheral region 2b is, for example, as described above, a metal powder made of copper or an alloy containing copper as a main component and a relatively large amount of, for example, 5 to 15% by mass. It is preferable to use a conductive paste in which a suitable organic binder and a solvent are added to and mixed with glass powder.
[0036]
The conductor paste for the via conductor 2 filled in the central region 2a is made of, for example, a metal powder made of copper or an alloy containing copper as a main component, and a relatively small amount of glass powder of, for example, 0.1 to 4% by mass. It is preferable to use a conductive paste obtained by adding a suitable organic binder and solvent to the mixture.
[0037]
In the wiring board 4 of the present invention, it is important for the via conductor 2 that the glass content of the outer peripheral region 2b in contact with the insulating base 1 is larger than the glass content of the central region 2a.
[0038]
Since the outer peripheral region 2b contains a relatively large amount of a glass component, for example, 5 to 15% by mass, the outer peripheral region 2b has a function of obtaining high bonding strength between the via conductor 2 and the insulating base 1.
[0039]
The outer peripheral region 2b of the via conductor 2 that is in contact with the insulating base 1 has a high bonding strength over the entire periphery of the via conductor 2 if the entire outer periphery of the via conductor 2 is formed in an annular shape with substantially the same width. And the reliability as the wiring board 4 can be further improved.
[0040]
If the width (thickness) of the outer peripheral region 2b is set to be in a range of about 5% to 25% with respect to the radius of the via conductor 2, for example, the via conductors 2 are more densely disposed in the insulating base 1 and adjacent to each other. Even when the wiring board 4 is formed to have a small width, the bonding strength with the insulating base 1 can be reliably ensured, and the reliability as the wiring board 4 can be further improved, and the wiring It is possible to further facilitate the miniaturization and high density of the substrate 4.
[0041]
If the glass content in the outer peripheral region 2b of the via conductor 2 is less than 5% by mass, the glass required for bonding with the insulating base 1 is insufficient, and the bonding strength with the insulating base 1 tends to decrease. On the other hand, if the glass content of the outer peripheral region 2b exceeds 15% by mass, internal stress due to a difference in shrinkage behavior during firing between the insulating substrate 1 and the outer peripheral region 2b tends to increase, and the insulating substrate 1 may warp. In addition, cracks tend to occur in the insulating substrate 1, which tends to cause problems such as a decrease in bonding strength between the via conductor 2 and the insulating substrate 1.
[0042]
The center region 2a of the via conductor 2 contains 0.1 to 4.0% by mass, for example, of a smaller glass component than the outer peripheral region 2b, so that an increase in the conduction resistance of the via conductor 2 can be suppressed. This makes it possible to improve the electrical characteristics of the semiconductor element / chip component such as signal propagation.
[0043]
When the glass content in the central region 2a of the via conductor 2 is less than 0.1% by mass, the movement of the glass from the outer peripheral region 2b of the via conductor 2 to the central region 2a remarkably progresses during firing, and the entire via conductor 2 In the glass content ratio. For this reason, shrinkage of the via conductor 2 due to sintering increases, and a gap is generated inside the via conductor 2 due to a difference from shrinkage of the insulating base 1, or a boundary between the insulating base 1 and the via conductor 2. The electrical connection by the via conductor 2 tends to decrease due to peeling off on the surface. Further, when the glass content of the central region 2a exceeds 4.0% by mass, glass precipitation on the surface of the wiring conductor 3 to which the via conductor 2 is connected tends to increase, and appearance defects such as swelling and foaming occur. Tends to occur.
[0044]
Further, the glass powder to be added to the conductor paste for forming the via conductor 2 is not particularly limited, and for example, a powder of borosilicate-based glass or zinc borosilicate-based glass can be appropriately used.
[0045]
Further, the organic binder to be added to the conductor paste is not particularly limited. For example, an ethyl cellulose resin, polyvinyl alcohol, an acrylic resin, or the like may be used.
[0046]
Furthermore, the solvent to be added to the conductor paste is not particularly limited, and may be, for example, terpineol, various glycols, various cellsolves, acetates, and the like. Can be selected and used.
[0047]
If a plating layer made of nickel, gold, or the like is applied to the exposed surface of the wiring conductor 3, oxidative corrosion of the wiring conductor 3 can be effectively prevented. It is possible to improve the bonding property and the solder wettability when connecting electrodes such as chip parts via bonding wires or solder, so that the reliability of the wiring board 4 can be further improved. Therefore, a plating layer of nickel, gold, or the like, for example, a nickel plating layer with a thickness of 1 to 10 μm and a gold plating layer with a thickness of 0.03 to 2 μm is preferably applied to the exposed surface of the wiring conductor 3. preferable.
[0048]
Hereinafter, the above-mentioned preferable conditions of the glass content will be described with reference to specific examples.
[0049]
Table 1 shows the results of inspection of the appearance defect occurrence rate (unit:%) depending on the glass component content (unit: mass%) of the central region 2a of the via conductor 2.
[0050]
[Table 1]
[0051]
As can be seen from the results in Table 1, when the glass content of the central region 2a of the via conductor 2 is less than 0.1% by mass (0.05% by mass), the glass necessary for firing at 800 to 1000 ° C. Is insufficient, a gap is formed between the central region 2a and the outer peripheral region 2b of the via conductor 2, and a slight (occurrence rate of 3%) crack is observed in the portion where the via conductor 2 is formed. When the content of the glass exceeds 4% by mass (5% by mass), glass precipitation on the surface of the wiring conductor 3 to which the via conductor 2 is connected is likely to increase, and appearance such as swelling or foaming is increased. There was a tendency for defects to occur.
[0052]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0053]
【The invention's effect】
According to the wiring board of the present invention, a via conductor filled with a conductive material containing glass is formed so as to have a wiring conductor inside the insulating base and to connect the wiring conductors positioned above and below the insulating base. In the wiring board having the above structure, the via conductor has a glass content in the outer peripheral region in contact with the insulating substrate larger than the glass content in the central region, so that the via conductor can be firmly bonded to the insulating substrate and the via conductor can be firmly bonded. The conduction resistance of the conductor can be suppressed to a low value, whereby the electrical characteristics such as signal propagation of the semiconductor element / chip component can be improved.
[0054]
Further, according to the wiring board of the present invention, when the via conductor is formed by copper powder metallization having a center particle diameter of 3 to 4 μm, the resistance of the entire via conductor can be reduced and the glass content can be adjusted. Thus, it is possible to more securely perform the adhesion of the via conductor to the insulating base, and the glass content in the central region of the via conductor 2 is 0.1 to 4.0% by mass, which is smaller than that in the outer peripheral region. In this case, an increase in the conduction resistance of the via conductor can be suppressed, whereby the electrical characteristics such as signal propagation of the semiconductor element / chip component can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a wiring board of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating base 2 ... Via conductor 2a ... Central area 2b ... Outer peripheral area 3 ... Wiring conductor 4 ... Wiring board
