JP2005093945A - Method for manufacturing ceramic wiring board - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a ceramic wiring board in which a dielectric layer around a conductor is scarcely deformed even if the wiring structure is complicated or shrunk due to reduction in size or high integration of a semiconductor component, and flatness on the major surface of a substrate for forming component connection pads can be enhanced. <P>SOLUTION: A via hole is formed in a unit plate material 50' composed of a compacted ceramic material in the plate thickness direction and a conductor containing recess 30h for containing a layer conductor element 30 constituting a wiring part is formed on at least one major surface side of the unit plate material 50'. The via hole is filled with a metal material becoming a via conductor 35 and the conductor containing recess 30h is filled with a metal material constituting the layer conductor element 30 thus producing a unit plate material 55 filled with metal. A ceramic dielectric layer 50 is formed of the unit plate material 50' by laminating and pasting the unit plate materials 55 filled with metal in the plate thickness direction thus obtaining a ceramic wiring board 2 having a metal conductor layer formed of the layer conductor element 30. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、セラミック配線基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic wiring board.

特開2001−044323号公報JP 2001-044323 A

従来、パッケージ基板や回路モジュールに使用される配線基板として、比較的高密度の配線が可能なセラミック配線基板が多用されている(例えば特許文献1等を参照)。該セラミック配線基板はセラミック誘電体層と金属導体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部品が実装される。このようなセラミック配線基板は、従来、セラミック特有の高誘電特性を利用して、携帯電話や無線LANなどの移動体通信機器や光通信インターフェース等への利用が積極的に進められてきたが、近年、CPUやマイクロプロセッサのクロック周波数が数百MHz域から数GHzもの高周波域に移行しており、これらの半導体部品用のパッケージ基板としての用途も拡大している。   Conventionally, ceramic wiring boards capable of relatively high-density wiring have been widely used as wiring boards used for package boards and circuit modules (see, for example, Patent Document 1). The ceramic wiring board is obtained by alternately laminating ceramic dielectric layers and metal conductor layers, and a semiconductor component is mounted on the surface thereof as necessary. Conventionally, such ceramic wiring boards have been actively used for mobile communication devices such as mobile phones and wireless LANs, optical communication interfaces, etc., utilizing the high dielectric properties peculiar to ceramics. In recent years, the clock frequency of CPUs and microprocessors has shifted from a few hundreds of MHz to a high frequency of several GHz, and uses as package substrates for these semiconductor components are also expanding.

また、半導体部品をパッケージ基板を介してマザーボード等に接続する場合、マザーボード側の構成材料が線膨張係数の比較的大きい高分子材料(例えば15〜50ppm/℃)が主体となるのに対し、接続される半導体部品は、例えばSi系部品の場合、線膨張係数が3ppm/℃前後と小さい。従って、半導体部品/パッケージ基板/マザーボード相互間、特にフリップチップ接続される半導体部品とパッケージ基板との接続の信頼性を確保するためには、パッケージ基板の構成材料と、半導体部品との線膨張差を縮小し、半田リフロー工程や部品動作時の発熱に由来する熱的応力を軽減できるようにすることが必要である。高分子材料よりも線膨張係数の小さいセラミックにてパッケージ基板を構成することは、この観点においても有効である。   In addition, when connecting a semiconductor component to a motherboard or the like via a package substrate, the constituent material on the motherboard side is mainly a polymer material having a relatively large linear expansion coefficient (for example, 15 to 50 ppm / ° C.), whereas the connection is made. In the case of a semiconductor component to be used, for example, in the case of a Si-based component, the linear expansion coefficient is as small as around 3 ppm / ° C. Therefore, in order to ensure the reliability of the connection between the semiconductor component / package substrate / motherboard, in particular, the flip-chip connected semiconductor component and the package substrate, the difference in linear expansion between the component material of the package substrate and the semiconductor component. Therefore, it is necessary to reduce the thermal stress derived from the heat generated during the solder reflow process and the component operation. Constructing the package substrate with a ceramic having a smaller linear expansion coefficient than that of the polymer material is also effective from this viewpoint.

近年、上記のようなセラミック配線基板は、実装されるLSIやICの小型化ないし高集積化の流れを受けて、組み込まれる配線構造がますます複雑化し、また、配線やビアなどの導体要素の寸法や配置間隔は縮小の一途をたどっている。従来、セラミック配線基板は、セラミック粉末を樹脂バインダとともに成形したグリーンシートにビアホールを穿設し、金属ペーストを用いてこのビアホールを充填しつつ配線部等の導体要素パターンを印刷形成し、これを積層して焼成することにより製造されていた。しかし、この方法は、焼成時にグリーンシートの積層体に相当の収縮が生ずるとともに、収縮量のばらつきも大きいため、配線高密度化ないし小型化に伴う配線幅ないし配線間ピッチの狭小化やビア形成の位置精度確保には、もはや対応できなくなりつつある。   In recent years, ceramic wiring boards such as those described above have become increasingly complex as the wiring structure to be incorporated has become more complex due to the trend toward miniaturization or higher integration of mounted LSIs and ICs. Dimensions and arrangement intervals continue to shrink. Conventionally, a ceramic wiring board has a via hole drilled in a green sheet formed with ceramic powder and a resin binder, and a conductor element pattern such as a wiring portion is printed while filling the via hole using a metal paste. And then baked. However, this method causes considerable shrinkage of the green sheet laminate during firing, and the variation in the amount of shrinkage is large. It is no longer possible to ensure the accuracy of the position.

さらに、上記従来の方法では、図29に示すように、導体パターン130がグリーンシート150の主表面に一定の突き出高さをもって印刷形成され、その上に別のグリーンシート150が積層・圧着されるため、導体パターン130は2つのグリーンシート150,150間でつぶれやすい傾向にあり、グリーンシート150にも導体パターン130の形状に対応した変形や波打ちが生ずる。この積層体を焼成して得られる導体要素30は、2つのグリーンシート150,150に基づくセラミック導体層50,50の接合境界BPの延長を基準面BP’としたとき、その基準面BP’の両側のセラミック導体層50,50にまたがった形で(あるいは食い込んだ形で)形成されることになる。図30左に示すように、導体要素30の周囲に生ずるグリーンシート150ひいてはセラミック導体層50の変形は、積層体の厚さ方向に累積するため、端子接続パッド155が形成される基板主表面に生ずる起伏も大きくなり、パッド155のコプラナリティの悪化、ひいては部品端子接続の信頼性低下につながりやすい欠点がある。   Furthermore, in the above conventional method, as shown in FIG. 29, the conductor pattern 130 is printed and formed on the main surface of the green sheet 150 with a certain protruding height, and another green sheet 150 is laminated and pressure-bonded thereon. Therefore, the conductor pattern 130 tends to be crushed between the two green sheets 150 and 150, and the green sheet 150 is also deformed and corrugated corresponding to the shape of the conductor pattern 130. The conductor element 30 obtained by firing this laminated body has a reference plane BP ′ defined as an extension of the joint boundary BP of the ceramic conductor layers 50 and 50 based on the two green sheets 150 and 150. It is formed so as to straddle (or bite into) the ceramic conductor layers 50 and 50 on both sides. As shown on the left side of FIG. 30, the deformation of the green sheet 150 and the ceramic conductor layer 50 that occurs around the conductor element 30 accumulates in the thickness direction of the laminate, and therefore, on the main surface of the substrate on which the terminal connection pads 155 are formed. The resulting undulations are also increased, and there is a drawback that the coplanarity of the pad 155 is deteriorated and the reliability of connection of component terminals is likely to be lowered.

また、従来のセラミック配線基板においては、セラミックと、配線やビアを形成するための金属ペーストパターンとを同時焼成することが前提だったため、アルミナや窒化珪素、あるいは窒化アルミニウムといった焼成温度の高いセラミックの場合、その焼成温度でも溶融・流出しない高融点金属(例えば、MoやWなど)を導体材料として用いなければならなかったり、逆に、導電性の高い金属(例えばCu等)を採用したい場合は、これと同時焼成が可能なように焼成温度が調整されたセラミック(例えば、高融点セラミックとガラスとの複合セラミック材料)を誘電体層の材質として用いる必要が生ずるなど、材質選定に非常に大きな制約があった。前者の場合は導体の電気伝導率に難を生じやすく、後者の場合は、金属との同時焼成性の制約のためセラミックの材質が限定され、例えば半導体部品との線膨張係数差を一定以上に縮小できないなどが、大きな問題となっている。   Moreover, in the conventional ceramic wiring board, since it was premised on simultaneous firing of the ceramic and the metal paste pattern for forming the wiring and via, the ceramic having a high firing temperature such as alumina, silicon nitride, or aluminum nitride is used. If you need to use a high melting point metal (such as Mo or W) that does not melt or flow out even at the firing temperature as a conductor material, or conversely, if you want to use a highly conductive metal (such as Cu) The material selection is extremely large, such as the need to use a ceramic whose firing temperature is adjusted so that it can be fired simultaneously (for example, a composite ceramic material of high melting point ceramic and glass). There were restrictions. In the former case, the electrical conductivity of the conductor is likely to be difficult, and in the latter case, the ceramic material is limited due to restrictions on co-firing with the metal, for example, the difference in linear expansion coefficient from the semiconductor component is more than a certain value. The problem is that it cannot be reduced.

本発明の課題は、実装される半導体部品の小型化ないし高集積化に伴い、組み込まれる配線構造が複雑化ないし微細化しても、これらを簡便かつ高精度に形成でき、また、導体要素の周囲にてセラミック誘電体層の変形がほとんど生じず、端子接続用のパッドが形成される基板主表面の平坦性を大幅に向上できるセラミック配線基板の製造方法を提供することにある。   The problem of the present invention is that even if the wiring structure to be incorporated becomes complicated or miniaturized as the semiconductor components to be mounted are miniaturized or highly integrated, these can be easily and accurately formed, and the periphery of the conductor element It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a ceramic wiring board that can substantially improve the flatness of a main surface of a substrate on which a pad for connecting terminals is formed with almost no deformation of the ceramic dielectric layer.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記課題を解決するために、本発明のセラミック配線基板の製造方法は、緻密化したセラミック材料からなる単位板材の板厚方向にビアホールを形成し、また、該単位板材の少なくとも一方の主表面側に、配線部、面導体又はパッドからなる層状導体要素を収容する導体収容凹部を形成し、ビアホールにビア導体となる金属材料を充填し、導体収容凹部に層状導体要素をなす金属材料を充填することにより金属充填済み単位板材を作製し、該金属充填済み単位板材を板厚方向に積層して貼り合わせることにより、上記単位板材によりセラミック誘電体層が形成され、上記層状導体要素により金属導体層が形成されたセラミック配線基板を得ることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing a ceramic wiring board according to the present invention includes forming a via hole in a thickness direction of a unit plate material made of a densified ceramic material, and at least one main surface side of the unit plate material. Forming a conductor receiving recess for receiving a layered conductor element composed of a wiring portion, a surface conductor or a pad, filling a via hole with a metal material to be a via conductor, and filling the conductor receiving recess with a metal material forming the layered conductor element. A metal-filled unit plate material is prepared, and the metal-filled unit plate material is laminated in the plate thickness direction and bonded together, whereby a ceramic dielectric layer is formed by the unit plate material, and a metal conductor layer is formed by the layered conductor element. It is characterized in that a ceramic wiring board on which is formed is obtained.

本発明において「緻密化したセラミック材料」とは、相対密度(材料の(空隙等を含んだ)見かけ密度を理論密度によって規格化したものである)にて85%以上の密度を有するセラミック材料のことであり、粉末原料の焼成によって製造される焼成セラミックの場合は、該焼成によって上記相対密度以上に高密度化したセラミックをいう。他方、ガラス材料(ガラス相と、それよりも高融点のセラミック相との複合材料(いわゆるガラスセラミック材料)を概念として含む)の場合は、ガラス相の溶融により気泡等が離脱して、上記相対密度以上に高密度化したセラミックをいう。   In the present invention, “densified ceramic material” refers to a ceramic material having a density of 85% or more at a relative density (the apparent density of the material (including voids) is normalized by the theoretical density). In the case of a fired ceramic produced by firing a powder raw material, it means a ceramic that has been densified above the relative density by firing. On the other hand, in the case of a glass material (including a composite material of a glass phase and a ceramic phase having a melting point higher than that (so-called glass ceramic material)), bubbles and the like are released by melting of the glass phase, and the above relative A ceramic with a density higher than the density.

上記の方法を採用すれば、層状導体要素の一方の主表面を、セラミック誘電体層の貼り合わせ面と層厚方向に一致させる基板構造が簡単に得られるのはもちろんであるが、さらに、次のような有益かつ重要な技術的効果が得られる。すなわち、上記方法では、既に緻密化したセラミック材料の状態で、ビア導体を形成するためのビアホールと、層状導体要素を充填するための凹部とを形成し、また、それらビアホールと凹部とに金属材料を充填して、金属充填済み単位板材を作製する。該金属充填済み単位板材は、当然、従来のグリーンシートのごとき緻密化のための焼成は不要だから、以降の工程(例えば充填した金属材料の緻密化や、単位板材の貼り合わせのための熱処理など)で寸法的に大きく収縮するようなことは全くない。従って、単位板材に導体収容凹部やビアホールを一旦高精度に形成してしまいさえすれば、従来工程のごとき焼成収縮の影響を受けることなく、その精度を最終的な配線基板に引き継ぐことができる。また、既に緻密化したセラミック材料の状態で配線部を含む層状導体要素を後形成するため、配線部の幅や厚さを自由に制御でき、例えば大電流用の断面積の大きい配線を密集形成するようなことも比較的容易である。例えば金属導体層に形成される配線部の配線幅が0.1μm以上150μm以下の数値範囲であれば、従来は基板内での配線幅のバラツキが、配線幅の平均値に対して20〜25%もの範囲に及んでいた。その原因は、例えば上記の焼成収縮の問題の他、配線パターンを金属ペーストの印刷により形成する際の、ペーストのにじみなどによってももたらされる。しかし、本発明の採用により、上記基板内での配線幅のバラツキは、配線幅の平均値に対して±10%以内に収めることが十分に可能となる(例えば配線幅の平均値が50μm以上100μmであれば、バラツキの範囲は±5μmないし10μmとすることができる)。   If the above method is adopted, it is of course possible to easily obtain a substrate structure in which one main surface of the layered conductor element coincides with the bonding surface of the ceramic dielectric layer in the layer thickness direction. The following beneficial and important technical effects can be obtained. That is, in the above-described method, via holes for forming via conductors and recesses for filling layered conductor elements are formed in a state of already densified ceramic material, and a metal material is formed in these via holes and recesses. To fill a metal-filled unit plate material. Of course, the metal-filled unit plate material does not need to be baked for densification like a conventional green sheet, so the subsequent steps (for example, densification of the filled metal material, heat treatment for bonding the unit plate material, etc.) ) Does not cause any significant shrinkage in dimension. Therefore, once the conductor receiving recesses and via holes are formed with high accuracy in the unit plate material, the accuracy can be inherited to the final wiring board without being affected by firing shrinkage as in the conventional process. In addition, since the layered conductor element including the wiring portion is already formed in the state of the already dense ceramic material, the width and thickness of the wiring portion can be freely controlled. For example, wiring with a large cross-sectional area for large currents can be formed densely. It is relatively easy to do. For example, if the wiring width of the wiring portion formed in the metal conductor layer is in a numerical range of 0.1 μm or more and 150 μm or less, conventionally, the variation in the wiring width in the substrate is 20 to 25 with respect to the average value of the wiring width. % Range. The cause is caused, for example, by the bleeding of the paste when the wiring pattern is formed by printing the metal paste, in addition to the above-described problem of firing shrinkage. However, by adopting the present invention, the variation in the wiring width in the substrate can be sufficiently kept within ± 10% with respect to the average value of the wiring width (for example, the average value of the wiring width is 50 μm or more). If it is 100 μm, the range of variation can be ± 5 μm to 10 μm).

また、上記方法によると、金属導体層を介して互いに隣接する2つのセラミック誘電体層は、該金属導体層の層状導体要素が非形成となる領域にて、貼り合わせ面にて結合され、それらセラミック誘電体層の貼り合わせ位置において層状導体要素が、該層状導体要素の一方の主表面が貼り合わせ面と層厚方向に一致した位置関係にて形成されてなる基板構造を容易に得ることができる。図30右に示すように、本発明の配線基板は、配線部、面導体あるいはパッドをなす金属製の層状導体要素(30)を挟んで隣接する2つのセラミック誘電体層(50)が、層状導体要素(30)の形成されない領域おいて平坦な貼り合わせ面(10)にて結合される。そして、それらセラミック誘電体層(50)の貼り合わせ位置において層状導体要素(30)は、該層状導体要素(30)の一方の主表面(MPL)が貼り合わせ面(10)と層厚方向に一致した位置関係にて形成される。該構造の採用により、図30左に示す従来型のセラミック配線基板と比較して、導体要素(30)の周囲にてセラミック誘電体層の変形がほとんど生じず、用のパッドが形成される基板主表面の平坦性を大幅に向上できる。なお、従来の製法にて使用する薄いグリーンシートは可撓性が高すぎて、ペースト状態の導体パターンを挟み込んだだけでも簡単に変形を生じてしまい、それらの貼り合わせ面と層状導体要素の主表面とが面一的に合わせ込まれた構造を得るようなことは全く不可能である(セラミック配線基板の製造工程を記載した多くの従来技術文献では、配線部主表面とセラミック誘電体層の結合面とを面一化して図示しているものも多く見出されるが、これらは視覚的な構造把握を容易にするための方便に過ぎず、グリーンシートの積層・焼成により製造した実際の基板が、そのような形態を呈するものとならないことは、当業者には自明であろう)。   Further, according to the above method, two ceramic dielectric layers adjacent to each other through the metal conductor layer are bonded to each other at the bonding surface in a region where the layered conductor element of the metal conductor layer is not formed, It is possible to easily obtain a substrate structure in which a layered conductor element is formed at a bonding position of a ceramic dielectric layer, and one main surface of the layered conductor element is formed in a positional relationship with the bonding surface in the layer thickness direction. it can. As shown on the right side of FIG. 30, the wiring substrate of the present invention has two ceramic dielectric layers (50) adjacent to each other with a metal layered conductor element (30) forming a wiring portion, a surface conductor, or a pad interposed between the two layers. In the area | region in which a conductor element (30) is not formed, it couple | bonds by the flat bonding surface (10). At the bonding position of the ceramic dielectric layers (50), the layered conductor element (30) has one main surface (MPL) of the layered conductor element (30) in the layer thickness direction with the bonding surface (10). They are formed with the matching positional relationship. By adopting this structure, the ceramic dielectric layer hardly deforms around the conductor element (30) as compared with the conventional ceramic wiring substrate shown in the left of FIG. The flatness of the main surface can be greatly improved. The thin green sheet used in the conventional manufacturing method is too flexible and easily deforms even if a paste-like conductor pattern is sandwiched between them. It is absolutely impossible to obtain a structure in which the surface is flush with the surface (in many prior art documents describing the manufacturing process of a ceramic wiring board, the main surface of the wiring part and the ceramic dielectric layer Many of them are shown with the bonding surface in the same figure, but these are only convenient for visual understanding of the structure, and the actual substrate manufactured by laminating and firing green sheets It will be obvious to those skilled in the art that it does not assume such a form).

導体収容凹部やビアホールの形成は、フォトリソグラフィー技術やレーザー加工などのミクロ加工技術を採用することで、ミクロンないしサブミクロンオーダーの寸法精度にて行なうことが比較的容易である。例えば、セラミックグリーンシートを用いた従来の工程においても、配線印刷用マスクの形成にフォトリソグラフィー技術が採用され、ビア穿設にはレーザー加工も採用されている。この場合、セラミックグリーンシートの段階であれば、ビアや配線部の位置や寸法の精度をある程度は確保することができた。しかし、如何に高精度の加工技術を採用しようとも、収縮率の異なる金属との同時焼成を行うため、収縮のバラツキが大きく、最終的に得られる配線基板でのビアや配線部の位置ないし寸法にその精度を反映するようなことは、全く望むべくもなかった。   The formation of the conductor accommodating recess and the via hole is relatively easy to perform with a dimensional accuracy on the order of micron or submicron by employing a micro processing technique such as a photolithography technique or laser processing. For example, in a conventional process using a ceramic green sheet, a photolithography technique is employed for forming a wiring printing mask, and laser processing is also employed for forming a via. In this case, at the stage of the ceramic green sheet, the accuracy of the positions and dimensions of the vias and wiring portions could be ensured to some extent. However, no matter how high-precision processing technology is adopted, simultaneous firing with metals with different shrinkage rates results in large variations in shrinkage, and the positions and dimensions of vias and wiring parts in the finally obtained wiring board There was absolutely no hope that the accuracy would be reflected.

また、上記ミクロ加工技術のパターニングスケールは実質的にサブミクロンオーダーに及ぶから、加工のスケールだけで考えれば配線部の幅や配線間距離も相当な微細化が可能である。しかし、上記のセラミックの焼成収縮に加え、金属ペースト(インク)を用いた印刷の精度、具体的にはペーストのにじみの問題や、グリーンシートを積層したときのパターンつぶれの影響により、配線を過度に微細化すると、断線や隣接配線間の短絡などの発生頻度が非常に高くなってしまう。その結果、従来法によるセラミック配線基板の製造工程では、配線部幅及び配線間距離は100μm程度まで縮小するのが精一杯の状況であった。   In addition, since the patterning scale of the above-mentioned micro processing technology is substantially in the submicron order, the width of the wiring part and the distance between the wirings can be considerably miniaturized only by considering the processing scale. However, in addition to the firing shrinkage of the ceramics described above, the wiring is excessive due to the printing accuracy using metal paste (ink), specifically the problem of paste bleeding and the pattern collapse when green sheets are stacked. If it is made finer, the occurrence frequency of disconnection or short circuit between adjacent wirings becomes very high. As a result, in the manufacturing process of the ceramic wiring substrate according to the conventional method, the wiring portion width and the distance between the wirings were fully reduced to about 100 μm.

しかし、緻密化したセラミック材料の状態であれば、上記のミクロ加工技術のいわば限界にまで配線部の微細化を推し進めることが可能となる。つまり、配線部を形成するには、上記の単位板材に導体収容凹部を配線収容溝として形成し、ここに層状導体要素としての配線部を配置すればよいのであるが、剛性の高い緻密化したセラミック板(単位板材)に形成された凹部内に配線部が収容されるため、これを積層して貼り合わせても配線部のつぶれが生ずる心配はほとんどない。その結果、配線幅と配線間隔は、配線収容溝の加工精度が許す範囲内でいくらでも縮小することができる。その結果、金属導体層に形成される配線部の配線幅及び配線間領域の幅(複数平行に隣接する配線収容溝間に位置する線間領域の幅)はいずれも、グリーンシート上へのパターン印刷・焼成による従来の製法では不可能だったレベル、すなわち、0.1μm以上70μm以下を実現することができ、ひいてはセラミック配線基板のさらなる小型化あるいは高集積化に大きく貢献する。   However, in the state of a densified ceramic material, it is possible to promote the miniaturization of the wiring portion to the limit of the above-described micromachining technology. That is, in order to form the wiring portion, it is only necessary to form the conductor accommodating recess as the wiring accommodating groove in the unit plate material, and arrange the wiring portion as the layered conductor element here, but it is highly densified with high rigidity. Since the wiring portion is accommodated in the concave portion formed in the ceramic plate (unit plate material), there is almost no fear that the wiring portion will be crushed even if they are laminated and bonded together. As a result, the wiring width and the wiring interval can be reduced as much as possible within the range allowed by the processing accuracy of the wiring receiving groove. As a result, both the wiring width of the wiring portion formed in the metal conductor layer and the width of the inter-wiring area (the width of the inter-line area located between the wiring receiving grooves adjacent in parallel) are both patterns on the green sheet. A level not possible with the conventional manufacturing method by printing / firing, that is, 0.1 μm or more and 70 μm or less can be realized, and this greatly contributes to further miniaturization or higher integration of the ceramic wiring board.

また、本発明においては、配線部の形成方法の一つとして、配線収容溝内へ金属ペーストを充填し、これを二次焼成する工程を採用することが可能である。しかし、金属ペーストを配線パターンの形成工程を用いたとしても、配線収容溝による規制効果により、金属ペーストのにじみの問題は大幅に抑制できる。さらに、無電解メッキ等のメッキ法を用いた層状導体要素(配線部、面導体、パッド)あるいはビア導体の形成も容易に実現可能である(グリーンシートを用いた従来の工程では、メッキ後に焼成が必要なため実質的に不可能であった)。この工程を採用すれば、金属ペーストを用いないために、上記にじみ等の問題は本質的に生じなくなるし、二次焼成による金属ペーストパターンの緻密化も不要になるので、層状導体要素の形成工程を大幅に簡略化することも可能となる。   Further, in the present invention, as one method of forming the wiring portion, it is possible to employ a step of filling the metal accommodating groove with a metal paste and subjecting this to secondary firing. However, even if the metal paste is used in the wiring pattern forming step, the problem of bleeding of the metal paste can be greatly suppressed due to the regulation effect by the wiring receiving groove. Furthermore, formation of layered conductor elements (wiring parts, surface conductors, pads) or via conductors using a plating method such as electroless plating can be easily realized (in the conventional process using green sheets, firing is performed after plating). Was practically impossible because of the need). By adopting this process, since no metal paste is used, the above-mentioned problems such as bleeding are essentially not generated, and the metal paste pattern is not required to be densified by secondary firing. Can be greatly simplified.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の適用対象となるセラミック配線基板の一例を断面構造にて模式的に示すものである。セラミック配線基板2は、緻密化したセラミック材料からなる複数のセラミック誘電体層50と、配線部30、面導体56又はパッド154からなる層状導体要素(以下、配線部の符号で代表させて層状導体要素30と記載することがある)をそれぞれ有する複数の金属導体層51とが交互に積層された構造を有する。その積層体の第一主表面MP1には、集積回路部品として構成された電子部品としての半導体部品1を接続するための端子接続パッドアレイ155が形成されている。なお、半導体部品1に代え、インターポーザなどの別の基板を電子部品として接続してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows an example of a ceramic wiring board to which the present invention is applied in a sectional structure. The ceramic wiring substrate 2 includes a plurality of ceramic dielectric layers 50 made of a densified ceramic material, and a layered conductor element (hereinafter referred to by a reference numeral of the wiring part). A plurality of metal conductor layers 51 each having a structure (which may be described as an element 30) are alternately stacked. A terminal connection pad array 155 for connecting the semiconductor component 1 as an electronic component configured as an integrated circuit component is formed on the first main surface MP1 of the stacked body. Instead of the semiconductor component 1, another substrate such as an interposer may be connected as an electronic component.

他方、半導体部品1は部品側端子パッド101を有し、基板側のパッドアレイ155にこれら部品側端子パッド101が半田接続部102を介してフリップチップ接続されることにより面実装され、基板2とともに部品実装済み配線基板40を構成する。一方、セラミック配線基板2は、セラミック誘電体層50にて隔てられた2つの金属導体層51にそれぞれ含まれる層状導体要素30同士が、セラミック誘電体層50を厚さ方向に貫通して形成されたビアホール35h内部を充填するビア導体35により互いに導通接続された構造を有する。ビア導体35は、金属導体層51に形成されたビア受け用のパッド154、ないしグランド層ないし電源層として機能する面導体56に結合される。また、セラミック配線基板2の第二主表面には、該基板2自身をマザーボード等の接続先基板に実装するためのパッドアレイ156(例えばBGAパッドあるいはPGAパッドからなる)が形成されている。   On the other hand, the semiconductor component 1 has component-side terminal pads 101, and the component-side terminal pads 101 are flip-chip connected to the board-side pad array 155 via the solder connection portions 102 to be surface-mounted. The component-mounted wiring board 40 is configured. On the other hand, in the ceramic wiring board 2, the layered conductor elements 30 included in the two metal conductor layers 51 separated by the ceramic dielectric layer 50 are formed so as to penetrate the ceramic dielectric layer 50 in the thickness direction. In addition, the via conductors 35 filling the via holes 35h are connected to each other. The via conductor 35 is coupled to a via receiving pad 154 formed in the metal conductor layer 51, or a surface conductor 56 functioning as a ground layer or a power supply layer. On the second main surface of the ceramic wiring board 2, a pad array 156 (for example, made of a BGA pad or a PGA pad) for mounting the board 2 itself on a connection destination board such as a mother board is formed.

図2に示すように、金属導体層51を介して互いに隣接する2つのセラミック誘電体層50は、該金属導体層の層状導体要素30が非形成となる領域にて、平坦な貼り合わせ面10にて結合されている。そして、それらセラミック誘電体層50の貼り合わせ位置において層状導体要素30が、該層状導体要素30の一方の主表面MPLが貼り合わせ面10と層厚方向に一致した位置関係にて形成されてなる。既に説明したごとく、この構造により、図1において、端子接続パッドアレイ155が形成される基板主表面の平坦性、ひいてはパッドアレイ155のコプラナリティーが大幅に向上し、半導体部品1との間で接続不良等の不具合発生を低減することができる。   As shown in FIG. 2, two ceramic dielectric layers 50 adjacent to each other with the metal conductor layer 51 interposed therebetween are flat bonded surfaces 10 in regions where the layered conductor elements 30 of the metal conductor layer are not formed. It is combined with. The layered conductor element 30 is formed at the bonding position of the ceramic dielectric layers 50 in a positional relationship in which one main surface MPL of the layered conductor element 30 coincides with the bonding surface 10 in the layer thickness direction. . As described above, this structure greatly improves the flatness of the main surface of the substrate on which the terminal connection pad array 155 is formed, and the coplanarity of the pad array 155 in FIG. The occurrence of defects such as defects can be reduced.

図2に戻り、層状導体要素30の一方の主表面MPLを、セラミック誘電体層50の貼り合わせ面10と層厚方向に一致させる構造を得るには、図6に示すごとく、セラミック誘電体層50となる要素板材50’を用意し、その要素板材50’の一方の主表面側に、導体要素30を収容する導体収容凹部30hを予め確保しておく必要がある。導体収容凹部は、図7に示すように、配線部を収容するための配線収容溝30h以外に、パッドを収容するためのパッド収容凹部154h、さらには、図示はしていないが、面導体を収容するための面導体収容凹部として形成される。以下の説明では、配線収容溝30hの符号にて代表させ、導体収容凹部30hと記載することもある。また、要素板材50’には、ビア導体を収容するためのビアホール35hが、導体収容凹部30h(154h)に連通するように、板材厚さ方向に貫通形成される。   Returning to FIG. 2, in order to obtain a structure in which one main surface MPL of the layered conductor element 30 is aligned with the bonding surface 10 of the ceramic dielectric layer 50 in the layer thickness direction, as shown in FIG. It is necessary to prepare an element plate member 50 ′ to be 50, and to secure a conductor housing recess 30h for housing the conductor element 30 in advance on one main surface side of the element plate member 50 ′. As shown in FIG. 7, the conductor housing recess has a pad housing recess 154 h for housing a pad in addition to the wiring housing groove 30 h for housing the wiring portion, and further, although not shown, It is formed as a surface conductor accommodating recess for accommodating. In the following description, the wiring receiving groove 30h may be represented by a symbol and may be described as a conductor receiving recess 30h. Further, a via hole 35h for accommodating a via conductor is formed through the element plate 50 'in the thickness direction of the plate so as to communicate with the conductor receiving recess 30h (154h).

上記セラミック配線基板2は本発明の方法により製造でき、その概略は下記の通りである。まず、図16に示すように、緻密化したセラミック材料からなる単位板材50’の板厚方向にビアホール35hを形成し、また、該単位板材50’の少なくとも一方の主表面側に、配線部30、面導体56又はパッド154からなる層状導体要素30を収容する導体収容凹部30hを形成する。さらに、ビアホール35hにビア導体35となる金属材料を充填し、導体収容凹部30hに層状導体要素30をなす金属材料を充填することにより金属充填済み単位板材55を作製する(後述の通り、導体収容凹部30hと、この内側に充填される金属材料部分との形成順序は逆転することもある)。そして、図21又は図24に示すように、該金属充填済み単位板材55を板厚方向に積層して貼り合わせることにより、単位板材50’によりセラミック誘電体層50が形成され、層状導体要素30により金属導体層が形成されたセラミック配線基板2を得る。図21と図24の工程の違いは、金属充填済み単位板材55を熱圧着により直接貼り合わせるか、接着層51を介して貼りあわせるか、という点にあるが、詳細は後述する。   The ceramic wiring board 2 can be manufactured by the method of the present invention, and the outline thereof is as follows. First, as shown in FIG. 16, the via hole 35h is formed in the thickness direction of the unit plate member 50 ′ made of a densified ceramic material, and the wiring portion 30 is formed on at least one main surface side of the unit plate member 50 ′. A conductor housing recess 30h for housing the layered conductor element 30 composed of the surface conductor 56 or the pad 154 is formed. Further, a metal material that becomes the via conductor 35 is filled in the via hole 35h, and a metal material that forms the layered conductor element 30 is filled in the conductor housing recess 30h, so that a metal-filled unit plate material 55 is produced (as described later, the conductor housing). The order of formation of the concave portion 30h and the metal material portion filled therein may be reversed). Then, as shown in FIG. 21 or FIG. 24, by laminating the unit plates 55 filled with metal in the thickness direction and bonding them together, a ceramic dielectric layer 50 is formed by the unit plates 50 ′, and the layered conductor element 30 is formed. Thus, the ceramic wiring board 2 on which the metal conductor layer is formed is obtained. The difference between the steps of FIG. 21 and FIG. 24 is that the metal-filled unit plate material 55 is bonded directly by thermocompression bonding or bonded via the adhesive layer 51, and the details will be described later.

上記の方法の採用により、図2に示すごとく、層状導体要素30の一方の主表面を、セラミック誘電体層50の貼り合わせ面と層厚方向に一致させた構造が得られることは容易に理解できる。また、既に緻密化したセラミック材料の状態で、ビア導体35を配置するためのビアホール35hと、層状導体要素30を充填するための凹部30hとを形成し、そこに金属材料を充填する工程が採用されるため、従来のようにグリーンシート積層後における緻密化のための焼成が実施されない。つまり、積層の対象となる金属充填済み単位板材55は、積層段階では既に収縮が終わっており、以降の工程(例えば充填した金属材料の緻密化や、単位板材の貼り合わせのための熱処理など)での大幅な寸法縮小が生じない。従って、後述の種々の方法により、単位板材50’に導体収容凹部30hやビアホール35hを一旦高精度に形成してしまいさえすれば、焼成収縮の影響を受けることなく、その精度を最終的な配線基板2に引き継ぐことができる。   By adopting the above method, as shown in FIG. 2, it can be easily understood that a structure in which one main surface of the layered conductor element 30 is aligned with the bonding surface of the ceramic dielectric layer 50 in the layer thickness direction can be obtained. it can. In addition, a step of forming a via hole 35h for arranging the via conductor 35 and a recess 30h for filling the layered conductor element 30 in a state of the already densified ceramic material and filling the metal material therewith is adopted. Therefore, firing for densification after green sheet lamination is not performed as in the past. That is, the metal-filled unit plate material 55 to be laminated has already been shrunk in the lamination stage, and the subsequent steps (for example, densification of the filled metal material or heat treatment for bonding the unit plate materials) There is no significant dimensional reduction. Therefore, once the conductor accommodating recess 30h and the via hole 35h are formed in the unit plate member 50 'with high accuracy by various methods described later, the accuracy of the final wiring can be reduced without being affected by firing shrinkage. The substrate 2 can be taken over.

例えば、上記の単位板材50’に形成された配線収容溝30hに配線部30が配置されるが、剛性の高い緻密化したセラミック板(単位板材)50’の状態で凹部30h内に配線部30が収容され、これを積層して貼り合わせるので、ペースト印刷パターンのように、積層時につぶれが生ずる心配はほとんどない。その結果、図3に示すように、配線幅Lと配線間隔S(複数平行に隣接する配線収容溝39h間に位置する線間領域32の幅)とは、配線収容溝30の加工精度が許す範囲内でいくらでも縮小することができる。その結果、上記配線幅L及び配線間領域の幅Sはいずれも、0.1μm以上70μm以下を実現することができる。この数値は、グリーンシート上へのパターン印刷・焼成による従来の製法では到底実現不可能であり、セラミック配線基板2のさらなる小型化あるいは高集積化に大きく貢献する。   For example, the wiring portion 30 is disposed in the wiring receiving groove 30h formed in the unit plate material 50 ′, but the wiring portion 30 is placed in the recess 30h in the state of a highly rigid and dense ceramic plate (unit plate material) 50 ′. Are stacked and bonded together, so that there is almost no fear of crushing at the time of stacking unlike a paste printing pattern. As a result, as shown in FIG. 3, the wiring width L and the wiring interval S (the width of the inter-line region 32 located between the plurality of wiring receiving grooves 39h adjacent in parallel) allow processing accuracy of the wiring receiving groove 30. Any number of reductions can be made within the range. As a result, the wiring width L and the width S of the inter-wiring region can both be 0.1 μm or more and 70 μm or less. This numerical value can hardly be realized by a conventional manufacturing method by pattern printing / firing on a green sheet, and greatly contributes to further miniaturization or higher integration of the ceramic wiring board 2.

以下、さらに詳細に説明する。セラミック配線基板は近年低背化が求められる傾向にあり、セラミック誘電体層50(単位板材50’)も5μm以上200μm以下(好ましくは50μm以上100μm以下)程度の薄いものが必要となる。本発明では、基板製造に際して単位板材50’は、上記厚さのものを単独でハンドリングする必要があり、しかも、製造時には、10〜20もの配線基板を一括製造するために、縦横に複数個の基板が格子状に配列・一体化された大判状態でのハンドリングが求められる。従って、大判の大面積状態でもたわみ変位に十分耐えることができるように、なるべく剛性の高い材質、すなわちヤング率のなるべく高い材質(具体的には10GPa以上)を選定することが望ましい。   This will be described in more detail below. In recent years, there is a tendency for a ceramic wiring board to have a low profile, and the ceramic dielectric layer 50 (unit plate material 50 ') is also required to be as thin as 5 μm to 200 μm (preferably 50 μm to 100 μm). In the present invention, it is necessary to handle the unit plate material 50 ′ having the above-mentioned thickness independently when manufacturing the substrate, and at the time of manufacturing, in order to manufacture 10 to 20 wiring boards at a time, a plurality of unit plate members 50 ′ are vertically and horizontally. Handling in a large format in which substrates are arranged and integrated in a grid is required. Therefore, it is desirable to select a material having a rigidity as high as possible, that is, a material having a Young's modulus as high as possible (specifically, 10 GPa or more) so that it can sufficiently withstand the deflection displacement even in a large area.

セラミック誘電体層50(単位板材50’)は、具体的にはガラス材料板にて構成できる。ガラス材料は、組成による融点(あるいは軟化点)調整が容易で、緻密で気泡の少ない薄板を効率よく製造できる利点を生ずる。具体的には、図4に示すように、溶融ガラス60を板状に成形したガラス材料板62は、例えばロール61を用いたロール成形法を採用することにより、厚さの調整を高精度に行なうことができ、製造能率も高く安価である。   Specifically, the ceramic dielectric layer 50 (unit plate material 50 ') can be formed of a glass material plate. The glass material has an advantage that the melting point (or softening point) can be easily adjusted by the composition, and a thin plate having a small number of bubbles can be efficiently produced. Specifically, as shown in FIG. 4, the glass material plate 62 obtained by forming the molten glass 60 into a plate shape can be adjusted with high accuracy by adopting a roll forming method using a roll 61, for example. It can be carried out, has high production efficiency and is inexpensive.

ガラス材料は、具体的には、骨格成分が二酸化珪(シリカ)であるシリカ系ガラスを使用することができる。セラミック誘電体層としての用途に適した物性調整を行なうため、SiO以外の種々のガラス添加成分を配合することができる。溶融ガラスの流動性を高め、気泡残留等を抑制する観点においては、煤溶材成分として、NaO、KOあるいはLIOなどのアルカリ金属酸化物や、B(硼酸)の配合が有効である。ただし、前者の配合量が過剰になるとガラスの誘電率特性が悪化する惧れがあり、Bの配合量が過剰になると、ガラスの水への溶解度が大きくなり、水や水溶液との接触を伴う後工程(例えばメッキ工程など)でのガラスの溶出が問題となる場合がある。 As the glass material, specifically, silica-based glass whose skeleton component is silica dioxide (silica) can be used. In order to adjust the physical properties suitable for use as a ceramic dielectric layer, various glass additive components other than SiO 2 can be blended. From the viewpoint of improving the fluidity of the molten glass and suppressing the residual of bubbles and the like, an alkaline metal oxide such as Na 2 O, K 2 O or LI 2 O, B 2 O 3 (boric acid) The formulation is effective. However, if the former compounding amount is excessive, the dielectric constant characteristics of the glass may be deteriorated. If the B 2 O 3 compounding amount is excessive, the solubility of the glass in water increases, and water and aqueous solutions In some cases, glass elution in a subsequent process involving contact (for example, a plating process) becomes a problem.

他方、BaOやSrOなどのアルカリ土類金属酸化物を添加すると、ガラス材料の誘電率特性を向上させることができる。しかし、過剰の添加は、ガラスの線膨張係数の増大、ひいては部品側との線膨張係数差の拡大を招きやすくなり、熱応力による接続不良などにつながる場合がある。また、ガラス軟化点の上昇により流動性低下が著しくなり、気泡残留等の不具合を招く場合がある。   On the other hand, when an alkaline earth metal oxide such as BaO or SrO is added, the dielectric constant characteristics of the glass material can be improved. However, excessive addition tends to cause an increase in the linear expansion coefficient of the glass, and consequently an increase in the difference in linear expansion coefficient from the component side, which may lead to a connection failure due to thermal stress. Further, the increase in the glass softening point causes a significant decrease in fluidity, which may lead to problems such as residual bubbles.

なお、ガラスの線膨張係数の増大抑制には、SiO成分の含有率を高めること(例えば70質量%以上(100質量%含む)、あるいはZnOをガラス添加成分として配合することがそれぞれ有効である。一方、Ti、ZrないしHfの酸化物は、ガラスの誘電率特性向上の他、ガラスの耐水性改善にも効果がある。しかし、過剰の添加は、ガラス軟化点の上昇により流動性低下が著しくなり、気泡残留等の不具合を招く場合がある。 In order to suppress an increase in the linear expansion coefficient of glass, it is effective to increase the content of the SiO 2 component (for example, 70% by mass or more (including 100% by mass)) or to blend ZnO as a glass additive component. On the other hand, oxides of Ti, Zr or Hf are effective for improving the water resistance of the glass in addition to improving the dielectric constant characteristics of the glass, but excessive addition may decrease the fluidity due to an increase in the glass softening point. It may become noticeable and cause problems such as residual bubbles.

シリカ系ガラス材料(酸化物系ガラス材料)は、Si成分の含有率がSiO換算にて68質量%以上99質量%以下であり、Si以外のカチオン成分が、室温から200℃までの温度範囲においてSiOよりも線膨張係数の大きい酸化物(以下、線膨張係数調整用酸化物という)を形成する酸化物形成カチオンにて構成されることにより、1ppm/℃室温から200℃までの平均の線膨張係数が1ppm/℃以上7ppm/℃以下に調整されたものを採用することにより、(線膨張係数がSiOより大きい)酸化物成分の種類と含有量とに応じて、ガラス材料の線膨張係数を1ppm/℃以上の任意の値に自由に調整できる。その結果、図1において、セラミック配線基板2は、実装される半導体部品1との線膨張係数の差を可及的に縮小することができ、半田接続部102を介した基板側のパッドアレイ155と部品側端子パッド101との接続が、該線膨張係数差に基づく熱的な剪断応力により破断したりする不具合を大幅に現することができ、接続の信頼性を高めることができる。半導体部品1がSi半導体部品(室温から200℃までの平均の線膨張係数:3ppm/℃)の場合、シリカ系ガラス材料の線膨張係数は1ppm以上6ppm以下、特に、2ppm/℃以上5ppm/℃以下に調整することが望ましい。他方、半導体部品1がGaAsと格子整合するIII−V族化合物からなる化合物半導体部品(例えばGaAs系の次世代型高速CPUやMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit))である場合、該半導体の線膨張係数が5〜6ppm/℃程度なので、シリカ系ガラス材料の線膨張係数が4ppm/℃以上7ppm/℃以下に調整されていることが望ましい。 The silica-based glass material (oxide-based glass material) has a Si component content of 68% by mass or more and 99% by mass or less in terms of SiO 2 , and a cationic component other than Si has a temperature range from room temperature to 200 ° C. In which an oxide having a larger linear expansion coefficient than SiO 2 (hereinafter referred to as an oxide for adjusting the linear expansion coefficient) is formed of an oxide-forming cation, so that an average of 1 ppm / ° C. from room temperature to 200 ° C. By adopting a material whose linear expansion coefficient is adjusted to 1 ppm / ° C. or more and 7 ppm / ° C. or less, depending on the type and content of the oxide component (the linear expansion coefficient is larger than SiO 2 ), the wire of the glass material The expansion coefficient can be freely adjusted to an arbitrary value of 1 ppm / ° C. or higher. As a result, in FIG. 1, the ceramic wiring substrate 2 can reduce the difference in coefficient of linear expansion from the mounted semiconductor component 1 as much as possible, and the pad array 155 on the substrate side via the solder connection portion 102. And the component-side terminal pad 101 can be greatly broken due to thermal shearing stress based on the difference in linear expansion coefficient, and the connection reliability can be improved. When the semiconductor component 1 is a Si semiconductor component (average linear expansion coefficient from room temperature to 200 ° C .: 3 ppm / ° C.), the linear expansion coefficient of the silica-based glass material is 1 ppm to 6 ppm, particularly 2 ppm / ° C. to 5 ppm / ° C. The following adjustment is desirable. On the other hand, when the semiconductor component 1 is a compound semiconductor component made of a group III-V compound lattice-matched with GaAs (for example, a GaAs-based next-generation high-speed CPU or MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit)), the linear expansion coefficient of the semiconductor Is about 5-6 ppm / ° C., the linear expansion coefficient of the silica-based glass material is preferably adjusted to 4 ppm / ° C. or more and 7 ppm / ° C. or less.

SiOよりも線膨張係数の大きい酸化物は、アルカリ金属酸化物(NaO、KO、LiO:20〜50ppm/℃)、アルカリ土類金属酸化物(BeO、MgO、CaO、SrO、BaO:8〜15ppm/℃)、ZnO(6ppm/℃)、Al(7ppm/℃)など、種々例示でき、誘電特性や融点、さらにはガラス流動性などを考慮して適宜選定すればよい。なお、SiOの含有率は、線膨張係数を上記範囲内のものとするために、68質量%以上99質量%以下(好ましくは80質量%以上85質量%以下)に調整し、残部を上記の線膨張係数調整用酸化物にて構成することができる。SiOの含有率が68質量%未満では、ガラス材料の線膨張係数を7ppm/℃以下に留めることが困難となり、半導体部品との間の線膨張係数差を十分に縮小できなくなる。99質量%を超えると、ガラス融点が上昇し、気泡残留等の小さい良質のガラスをガラスの製造コストが増大する。また、ガラス材料の線膨張係数1ppm/℃以上に確保することが難しくなる場合もある。 Oxides having a larger linear expansion coefficient than SiO 2 include alkali metal oxides (Na 2 O, K 2 O, Li 2 O: 20 to 50 ppm / ° C.), alkaline earth metal oxides (BeO, MgO, CaO, Various examples such as SrO, BaO: 8 to 15 ppm / ° C., ZnO (6 ppm / ° C.), Al 2 O 3 (7 ppm / ° C.) can be exemplified, and they are appropriately selected in consideration of dielectric properties, melting point, and glass fluidity. do it. The content of SiO 2 is adjusted to 68% by mass or more and 99% by mass or less (preferably 80% by mass or more and 85% by mass or less) so that the linear expansion coefficient is within the above range, and the balance is the above. The linear expansion coefficient adjusting oxide can be used. If the content of SiO 2 is less than 68% by mass, it becomes difficult to keep the linear expansion coefficient of the glass material at 7 ppm / ° C. or less, and the difference in linear expansion coefficient from the semiconductor component cannot be sufficiently reduced. When it exceeds 99% by mass, the glass melting point increases, and the production cost of glass of high quality glass with small residual bubbles and the like increases. Moreover, it may be difficult to ensure the linear expansion coefficient of the glass material to 1 ppm / ° C. or higher.

以下は、本発明に採用可能なガラス組成の具体例である:
SiO:80.9質量%、B:12.7質量%、Al:2.3質量%、NaO:4.0質量%、KO:0.04質量%、Fe:0.03質量%
軟化点:821℃、線膨張係数(20℃から200℃までの平均値):3.25ppm/℃
The following are specific examples of glass compositions that can be employed in the present invention:
SiO 2: 80.9 wt%, B 2 O 3: 12.7 wt%, Al 2 O 3: 2.3 wt%, Na 2 O: 4.0 wt%, K 2 O: 0.04 wt% , Fe 2 O 3 : 0.03 mass%
Softening point: 821 ° C., linear expansion coefficient (average value from 20 ° C. to 200 ° C.): 3.25 ppm / ° C.

他方、セラミック誘電体層50(単位板材50’)は、粉末セラミック原料を焼成して得られる焼成セラミック板にて構成することもできる。図5に示すように、周知のセラミックグリーンシート130(セラミック原料粉末を、高分子材料からなる結合材、さらには分散剤、解膠剤及び溶媒などとともに混練し、シート状に成形したものである)を焼成することにより、焼成セラミック板64を簡単に得ることができる。   On the other hand, the ceramic dielectric layer 50 (unit plate material 50 ') can also be constituted by a fired ceramic plate obtained by firing a powder ceramic raw material. As shown in FIG. 5, a known ceramic green sheet 130 (ceramic raw material powder is kneaded with a binder made of a polymer material, and further, a dispersant, a peptizer, a solvent, etc., and formed into a sheet shape. Is fired, the fired ceramic plate 64 can be easily obtained.

この場合、従来の工程との違いは、セラミックグリーンシート130を、配線パターン非形成の状態で積層せずに単体で焼成する点にある。なお、ビアホールに関しては、焼成後の板材に穿設することが、寸法や形成位置の精度を向上させる観点でより望ましいが、セラミックグリーンシート130の状態でビアホールを形成することも可能である。従来工程のごとく、配線部、面導体、パッドあるいはビアなど、金属粉末(ペースト)からなる導体パターンと何層も重ね合わせた状態で同時焼成を行なうと、セラミックと金属粉末との焼成収縮率の大幅に異なるために、その収縮率差に伴う不均一応力の影響を受けて、パターンの変形や位置ずれが著しくなる。しかし、あくまでセラミックグリーンシート130を単独で焼成するのであれば、金属粉末との焼成収縮率差による影響はなくなり、ビアホールを形成して焼成を行なっても、寸法ないし形成位置の精度は比較にならないほど改善される(セラミックグリーンシート130にビアホールを形成する方法としては、打抜加工やレーザー加工を採用できる)。   In this case, the difference from the conventional process is that the ceramic green sheet 130 is fired as a single unit without being laminated in a state where the wiring pattern is not formed. As for the via hole, it is more desirable to drill the plate material after firing from the viewpoint of improving the accuracy of the dimensions and the formation position, but the via hole can be formed in the state of the ceramic green sheet 130. As in the conventional process, if firing is performed in a state where multiple layers are superimposed on a conductive pattern made of metal powder (paste), such as wiring parts, surface conductors, pads or vias, the firing shrinkage rate of ceramic and metal powder is reduced. Since it is significantly different, the deformation and misalignment of the pattern become significant due to the influence of non-uniform stress accompanying the difference in shrinkage rate. However, if the ceramic green sheet 130 is fired alone, the influence of the firing shrinkage difference with the metal powder is eliminated, and the accuracy of the dimensions or forming position is not comparable even if the via hole is formed and fired. (As a method of forming a via hole in the ceramic green sheet 130, punching or laser processing can be adopted).

焼成セラミック板を採用する場合、使用するセラミックの具体的な材質としては、誘電率特性に優れて、しかも薄板状態でも後述のハンドリングに耐える剛性(ヤング率)を有し、かつ、線膨張係数が比較的小さい材質として、窒化珪素系焼成セラミック(約3ppm/℃)又は窒化アルミニウム系焼成セラミック(約4ppm/℃)を好適に採用することができる。この場合、窒化珪素ないし窒化アルミニウムからなる主相の含有比率が80質量%以上99質量%以下であり、残部が焼結助剤成分に由来したガラス相となっている組成のものを使用することが望ましい。主相の含有比率が99質量%を超えるとセラミックの緻密化が困難となり、80質量%未満になると、焼結助剤に由来した粒界相(ガラス相比率が増加し、所期の線膨張係数が得られなくなる場合がある。窒化珪素ないし窒化アルミニウムは、いずれも線膨張係数がSiに近く、Si半導体部品との線膨張係数差の縮小に有効である。   When adopting a fired ceramic plate, the specific material of the ceramic to be used is excellent in dielectric constant characteristics, and has rigidity (Young's modulus) that can withstand the handling described later even in a thin plate state, and has a linear expansion coefficient. As a relatively small material, a silicon nitride fired ceramic (about 3 ppm / ° C.) or an aluminum nitride fired ceramic (about 4 ppm / ° C.) can be preferably used. In this case, a composition having a main phase content of silicon nitride or aluminum nitride of 80% by mass or more and 99% by mass or less and the balance being a glass phase derived from the sintering aid component should be used. Is desirable. When the content ratio of the main phase exceeds 99% by mass, it becomes difficult to densify the ceramic. When the content ratio is less than 80% by mass, the grain boundary phase derived from the sintering aid (the glass phase ratio increases and the expected linear expansion Silicon nitride or aluminum nitride has a coefficient of linear expansion close to that of Si, and is effective in reducing the difference in coefficient of linear expansion from Si semiconductor components.

緻密化したセラミックからなる単位板材には、ビアホール及び導体収容凹部を種々の方法により個別形成できる。最初に、ビアホールの形成方法から説明する。図8はショットブラスト処理を用いる方法を示している。すなわち、工程1のごとく、ビアホールウィンドウ202を有したマスク材201で単位板材50’の主表面をまず覆う。次いで、工程2のように、その覆われた主表面に研削砥粒162を投射するショットブラスト処理を行なって、ビアホールウィンドウ202に対応したパターンにてビアホール35hを穿設する。ショットブラストによるセラミックの研削速度は、後述の化学的なエッチングの速度よりも相当大きく、ビアホールの加工を迅速に行なうことができる利点がある。マスク材201は高分子材料にて構成でき、感光性高分子材料ないしフォトレジストを使用することにより、微細なビアホールパターンを周知のフォトリソグラフィー技術により簡便に形成できる。   Via holes and conductor accommodating recesses can be individually formed on the unit plate material made of a densified ceramic by various methods. First, a method for forming a via hole will be described. FIG. 8 shows a method using shot blast processing. That is, as in step 1, the main surface of the unit plate member 50 ′ is first covered with the mask member 201 having the via hole window 202. Next, as in step 2, shot blasting is performed to project the abrasive grains 162 onto the covered main surface, and a via hole 35 h is formed with a pattern corresponding to the via hole window 202. The ceramic grinding speed by shot blasting is considerably higher than the chemical etching speed described later, and there is an advantage that the via hole can be processed quickly. The mask material 201 can be made of a polymer material. By using a photosensitive polymer material or a photoresist, a fine via hole pattern can be easily formed by a well-known photolithography technique.

ショットブラストノズル160は、複数個のビアホールウィンドウ202を包含できる投射面積を有したものを使用することにより、多数のビアホール35hを効率的に形成することが可能となる。また、マスク材201は、ショットブラスト処理時において極端に早く摩耗が進行すると、十分な深さのビアホール35hが形成される前にマスクの消耗が著しくなり、ビアホールウィンドウ202が拡大して所期の開口寸法のビアホール35hが得られなくなる。従って、マスク材201は、セラミック材料よりも摩耗しにくい高分子弾性材料(つまり、自身の弾性変形により、研削砥粒の衝突を吸収しやすい材料)にて構成しておくのがよい。このようなマスク材用の高分子材料の市販品としては、ALPHO202J40(ニチゴーモートン(株):アルカリ現像型ドライフィルム(アクリル系):層厚約40μm)を例示できる。   By using a shot blast nozzle 160 having a projection area that can include a plurality of via hole windows 202, a large number of via holes 35h can be efficiently formed. Further, when the wear of the mask material 201 progresses extremely quickly during the shot blasting process, the mask is significantly consumed before the via hole 35h having a sufficient depth is formed, and the via hole window 202 is enlarged and the expected result is obtained. A via hole 35h having an opening size cannot be obtained. Therefore, the mask material 201 is preferably composed of a polymer elastic material that is less likely to wear than a ceramic material (that is, a material that easily absorbs collisions of abrasive grains due to its own elastic deformation). As a commercially available polymer material for such a mask material, ALPHA202J40 (Nichigo Morton Co., Ltd .: alkali development dry film (acrylic): layer thickness of about 40 μm) can be exemplified.

一方、図9は、ビアホールをエッチングにより形成する例を示すものである。すなわち、ビアホールウィンドウ204を有したマスク材203で単位板材50’の主表面を覆い、その覆われた主表面にエッチング処理を行なって、ビアホールウィンドウ202に対応したパターンにてビアホール35hを穿設する。エッチングは化学エッチングにより行なうことができ、そのエッチャントは単位板材50’の材質に応じて選定する。例えば、シリカ系ガラス材料の場合は、フッ酸系のエッチャントを使用できる。マスク材203は周知のフォトレジストにて構成でき、通常のフォトリソグラフィー技術を用いてアホールウィンドウ202をパターニングできる。ビアホールの穿孔速度はショットブラスト処理よりも小さいが、エッチャント浴中に単位板材50’を浸漬しておくだけでビアホール形成できる簡便性があり、また、大面積の単位板材50’を一括処理できる利点もある。   On the other hand, FIG. 9 shows an example in which a via hole is formed by etching. That is, the main surface of the unit plate member 50 ′ is covered with the mask material 203 having the via hole window 204, and the covered main surface is etched to form a via hole 35 h with a pattern corresponding to the via hole window 202. . Etching can be performed by chemical etching, and the etchant is selected according to the material of the unit plate material 50 '. For example, in the case of a silica-based glass material, a hydrofluoric acid-based etchant can be used. The mask material 203 can be made of a well-known photoresist, and the hole window 202 can be patterned using a normal photolithography technique. Although the drilling speed of via holes is smaller than that of shot blasting, there is an advantage that via holes can be formed simply by immersing the unit plate material 50 ′ in an etchant bath, and the advantage that a large area unit plate material 50 ′ can be collectively processed. There is also.

単位板材50’には、ビアホール35hをレーザーLBにより穿設することも可能である。この場合、使用可能なレーザーLBとしては、例えば炭酸ガスレーザーが、設備が比較的簡略で加工能率も高いことから、本発明に好適に採用できる。他方、より微細な加工を行ないたい場合は、レーザービーム径をより小さく絞ることができるよう、発振波長のより短いレーザー(例えばYAGレーザー、エキシマレーザー、あるいは半導体レーザー)を用いることが有効である。なお、レーザー光からの熱吸収を促進して加工効率を高めるために、単位板材50’を構成するセラミックにCr等の着色用の顔料を配合しておくと好ましい場合がある(特に、透光性の高いガラス材料を使用する場合)。 A via hole 35h can be drilled in the unit plate member 50 ′ with a laser LB. In this case, as a usable laser LB, for example, a carbon dioxide laser can be suitably employed in the present invention because the equipment is relatively simple and the processing efficiency is high. On the other hand, when finer processing is desired, it is effective to use a laser having a shorter oscillation wavelength (for example, a YAG laser, an excimer laser, or a semiconductor laser) so that the laser beam diameter can be narrowed down. In order to promote heat absorption from laser light and increase processing efficiency, it may be preferable to add a coloring pigment such as Cr 2 O 3 to the ceramic constituting the unit plate member 50 ′ (particularly, , When using highly translucent glass materials).

次に、導体収容凹部の形成方法について述べる。基本的にはビアホールの形成と類似の方法を採用できる。図11は、ショットブラスト処理を用いる方法を示しており、凹部パターンウィンドウ202’を有したマスク材201’で単位板材50’の主表面を覆い、その覆われた主表面に研削砥粒162を投射するショットブラスト処理を行なって、凹部パターンウィンドウ202’に対応した導体収容凹部30hを形成する。これにより、導体収容凹部30hの加工を迅速に行なうことができる。ここでも、マスク材201’を、ショットブラスト処理時においてセラミック材料よりも摩耗しにくい高分子弾性材料にて構成することが望ましい。   Next, a method for forming the conductor housing recess will be described. Basically, a method similar to the formation of a via hole can be adopted. FIG. 11 shows a method using shot blasting, in which the main surface of the unit plate material 50 ′ is covered with a mask material 201 ′ having a concave pattern window 202 ′, and grinding abrasive grains 162 are applied to the covered main surface. The shot blasting process to project is performed, and the conductor accommodating recessed part 30h corresponding to the recessed part pattern window 202 'is formed. Thereby, the process of the conductor accommodating recessed part 30h can be performed rapidly. Again, it is desirable that the mask material 201 ′ is made of a polymer elastic material that is less likely to wear than a ceramic material during the shot blasting process.

また、図12は、導体収容凹部30hをエッチングにより形成する例を示すものである。すなわち、凹部パターンウィンドウ204’を有したマスク材203’で単位板材50’の主表面を覆い、その覆われた主表面にエッチング処理を行なって、凹部パターンウィンドウ204’に対応したパターンにて導体収容凹部30hを形成する。エッチャント浴中に単位板材50’を浸漬しておくだけで、複雑な配線パターンを含む導体収容凹部30hを形成できる簡便性がある。また、導体収容凹部30hはビアホール35hよりは浅いためエッチング代が小さく、大面積の単位板材50’を一括処理できることとも合わせて、ビアホールをエッチング形成する場合よりは効率的に処理が行なえる利点がある。   FIG. 12 shows an example in which the conductor housing recess 30h is formed by etching. That is, the main surface of the unit plate member 50 ′ is covered with the mask material 203 ′ having the concave pattern window 204 ′, and the covered main surface is etched, so that the conductor is formed in a pattern corresponding to the concave pattern window 204 ′. A housing recess 30h is formed. Only by immersing the unit plate material 50 ′ in the etchant bath, there is a convenience that can form the conductor housing recess 30 h including a complicated wiring pattern. In addition, since the conductor containing recess 30h is shallower than the via hole 35h, the etching allowance is small, and the large area unit plate material 50 'can be processed at the same time, and there is an advantage that the processing can be performed more efficiently than when the via hole is formed by etching. is there.

なお、同じ単位板材50’にビアホールと、これに連通する導体収容凹部とを形成する場合、それらの形成順序は、図6に示すように、ビアホールの形成を先に行なうほうが好ましい。すなわち、形成後の単位板材に、凹部パターンウィンドウを有したマスク材を形成し、該マスク材を用いて導体収容凹部を形成するのがよい。図7に示すように、ビアホール35hの開口面積は導体収容凹部(ここではパッド収容凹部154h)の開口面積よりも小さく、導体収容凹部を先に形成してしまうと、その底に開口するビアホール35hを形成する場合、マスク材が導体収容凹部の位置で凹み、フォトリソグラフィーによりビアホールウィンドウを形成する際の焦点合わせが行ないにくくなる。また、マスク材を除去した際に、導体収容凹部の底内縁近傍にマスク材の一部が残留しやすく、コンタミの原因になる場合がある。   In addition, when forming a via hole and the conductor accommodating recessed part connected to this in the same unit board | plate material 50 ', as shown in FIG. 6, it is preferable to form a via hole first, as shown in FIG. That is, it is preferable to form a mask material having a concave pattern window on the unit plate material after the formation, and to form the conductor containing concave portion using the mask material. As shown in FIG. 7, the opening area of the via hole 35h is smaller than the opening area of the conductor receiving recess (here, the pad receiving recess 154h), and if the conductor receiving recess is formed first, the via hole 35h opening at the bottom thereof. When the mask material is formed, the mask material is recessed at the position of the conductor housing recess, and it becomes difficult to perform focusing when forming the via hole window by photolithography. Further, when the mask material is removed, a part of the mask material tends to remain in the vicinity of the bottom inner edge of the conductor accommodating recess, which may cause contamination.

図13は、単位板材50’に導体収容凹部30hをレーザーLBにより形成する例を示している。レーザーLBの走査により配線パターンをマスクなしで刻設できる利点があるが、複雑な配線パターンの場合に加工に時間を要するため、基板サンプル等を一品的に製作する場合等に向いている。   FIG. 13 shows an example in which the conductor accommodating recess 30h is formed in the unit plate member 50 'by the laser LB. Although there is an advantage that the wiring pattern can be engraved without a mask by scanning with the laser LB, since it takes time to process a complicated wiring pattern, it is suitable for manufacturing a substrate sample or the like individually.

また、図15は、刻印部材を用いた導体収容凹部の形成方法を示すものである。この場合、単位板材50’はガラス材料にて構成する必要がある。具体的には、該単位板材50’をガラス材料の軟化点以上に加熱し、その状態で導体収容凹部30hに対応した凸部パターン206を有する刻印部材205を、当該軟化した単位板材50’の主表面に押し付けることにより、凸部パターン206を刻印転写して導体収容凹部30hを形成する。刻印部材205は金属にて構成でき、フォトリソグラフィー技術とエッチングとを組み合わせることにより、微細な配線に対応した凸部パターン206であっても容易に形成できる。   FIG. 15 shows a method for forming a conductor receiving recess using a marking member. In this case, the unit plate material 50 'needs to be made of a glass material. Specifically, the unit plate member 50 ′ is heated to a temperature higher than the softening point of the glass material, and in this state, the marking member 205 having the convex pattern 206 corresponding to the conductor housing concave portion 30h is replaced with the softened unit plate member 50 ′. By pressing against the main surface, the convex portion pattern 206 is imprinted and transferred to form the conductor containing concave portion 30h. The marking member 205 can be made of metal, and can be easily formed even with the convex pattern 206 corresponding to fine wiring by combining photolithography and etching.

以上説明した方法は、いずれも用意されたセラミック板の一部を除去ないし変形させて導体収容凹部を形成するものであったが、セラミック板の主表面上に新たなセラミック層を付加する形で導体収容凹部を形成することも可能である。図14は、その一例を示すものである。セラミック板50aの主表面上に一定厚さの凹部形成用誘電体層50bを、導体収容凹部30hをパターニングした状態で付加することにより、導体収容凹部30hを有した単位板材50’を得ることができる。この方法によると、上記のようなショットブラストやエッチングなどの後工程による導体収容凹部形成が不要となる利点がある。具体的には、凹部形成用誘電体層50bは、セラミック板50a上にセラミック粉末ペーストの塗付層50b’を、導体収容凹部30hをパターニングした形で印刷形成し、さらに塗付層50b’を二次焼成することにより形成できる。この場合、凹部形成用誘電体層50b(セラミック粉末ペースト)は、セラミック板50aよりも低温で焼成可能な材質を使用することが、セラミック板50aの変形等を防止する観点において望ましい。例えば、セラミック板50aをガラス材料板とする場合、凹部形成用誘電体層50bはこれよりも軟化点の低いガラス材料にて形成することができる。また、セラミック板50aを前述の窒化珪素系セラミックあるいは窒化アルミニウム系セラミックなどの焼成セラミックとする場合、凹部形成用誘電体層50bは、該焼成セラミックの融点よりも低温で軟化するガラス材料で構成するとよい。なお、この凹部形成用誘電体層50bを上記のようなガラス材料層として構成する場合は、該ガラス材料層を、単位板材50同士を貼り合わせるための接着層に流用することができる。   In each of the methods described above, a part of the prepared ceramic plate is removed or deformed to form the conductor receiving recess, but a new ceramic layer is added on the main surface of the ceramic plate. It is also possible to form a conductor housing recess. FIG. 14 shows an example. A unit plate material 50 ′ having a conductor receiving recess 30h can be obtained by adding a recess forming dielectric layer 50b having a constant thickness on the main surface of the ceramic plate 50a in a state where the conductor receiving recess 30h is patterned. it can. According to this method, there is an advantage that it is not necessary to form a conductor receiving recess in the subsequent process such as shot blasting or etching. Specifically, the concave portion forming dielectric layer 50b is formed by printing a ceramic powder paste coating layer 50b ′ on the ceramic plate 50a in a pattern in which the conductor containing concave portion 30h is patterned, and further forming the coating layer 50b ′. It can be formed by secondary firing. In this case, it is desirable to use a material that can be fired at a lower temperature than the ceramic plate 50a for the recess forming dielectric layer 50b (ceramic powder paste) from the viewpoint of preventing deformation of the ceramic plate 50a. For example, when the ceramic plate 50a is a glass material plate, the recess forming dielectric layer 50b can be formed of a glass material having a lower softening point. Further, when the ceramic plate 50a is a fired ceramic such as the aforementioned silicon nitride ceramic or aluminum nitride ceramic, the recess forming dielectric layer 50b is made of a glass material that is softened at a temperature lower than the melting point of the fired ceramic. Good. In the case where the recess forming dielectric layer 50b is configured as a glass material layer as described above, the glass material layer can be used as an adhesive layer for bonding the unit plate members 50 together.

一方、凹部形成用誘電体層は、図28の工程1に示すように、導体収容凹部となるべき貫通部30hをパターニングして形成された、緻密化したセラミック板50bにて形成することもできる。該、セラミック板50bは、誘電体層50の本体となるべきセラミック板50a(ビアホール35hが形成されている)に、工程2aに示すように熱圧着により貼り合わせるか、又は工程2Bに示すように接着相1を介して貼り合わせることにより、単位板材50’とする。この方法によると、緻密化したセラミック板50bに導体収容凹部を貫通部30hとして形成するので、導体収容凹部の形成精度をさらに向上することができる。   On the other hand, as shown in Step 1 of FIG. 28, the concave portion forming dielectric layer can also be formed by a densified ceramic plate 50b formed by patterning the through portion 30h to be a conductor accommodating concave portion. . The ceramic plate 50b is bonded to the ceramic plate 50a (via hole 35h) to be the main body of the dielectric layer 50 by thermocompression bonding as shown in step 2a, or as shown in step 2B. A unit plate material 50 ′ is obtained by bonding through the adhesive phase 1. According to this method, since the conductor housing recess is formed as the through portion 30h in the densified ceramic plate 50b, the formation accuracy of the conductor housing recess can be further improved.

次に、層状導体要素およびビア導体の形成態様について説明する。
まず、図17に示すように、層状導体要素30は、その構成材料となる金属粉末130を、セラミック誘電体層50(単位板材50’)に形成された導体収容凹部30h内に充填した後、セラミック誘電体層50を構成するセラミックの融点よりも低温で二次焼成して形成されたものとすることができる。また、ビア導体35は、その構成材料となる金属粉末130をビアホール35h内に充填した後、セラミック誘電体層50(単位板材50’)を構成するセラミックの融点よりも低温で二次焼成して形成されたものとして形成することができる。図17において、二次焼成は焼成炉Fを用いて行なっている。
Next, the formation mode of the layered conductor element and the via conductor will be described.
First, as shown in FIG. 17, the layered conductor element 30 is filled with the metal powder 130 as a constituent material in the conductor containing recess 30 h formed in the ceramic dielectric layer 50 (unit plate material 50 ′). The ceramic dielectric layer 50 may be formed by secondary firing at a temperature lower than the melting point of the ceramic constituting the ceramic dielectric layer 50. The via conductor 35 is filled with the metal powder 130 as a constituent material in the via hole 35h, and then subjected to secondary firing at a temperature lower than the melting point of the ceramic constituting the ceramic dielectric layer 50 (unit plate member 50 ′). It can be formed as formed. In FIG. 17, the secondary firing is performed using a firing furnace F.

層状導体要素30やビア導体35の形成に際して、金属ペースト(金属粉末)130でそれらのパターンを形成後、焼成する工程は、グリーンシートに金属ペーストを用いてパターン形成し、焼成する従来の工程と一見類似しているようにも見える。しかし、従来の工程ではセラミックと金属ペーストとの同時焼成が前提であったから、アルミナや窒化珪素、あるいは窒化アルミニウムといった焼成温度の高いセラミックの場合、その焼成温度でも溶融・流出しない高融点金属(例えば、MoやWなど)を導体材料として用いなければならなかったり、逆に、導電性の高い金属(例えばCu等)を採用したい場合は、これと同時焼成が可能なように焼成温度が調整されたセラミックを誘電体層の材質として用いる必要が生ずるなど、材質選定に非常に大きな制約があった。前者の場合は導体の電気伝導率に難を生じやすく、後者の場合は、金属との同時焼成性と線膨張係数調整(具体的には、半導体部品との線膨張係数差をできるだけ縮小すること)とを両立させることが一般には相当困難となる問題がある。しかし、すでに緻密化したセラミック板を単位板材として使用することで、金属粉末130の二次焼成の温度は、セラミックの融点以下の範囲で自由に設定することができる。その結果、セラミックないし金属の材料選定の幅が大幅に拡大できるようになり、上記のようなセラミックの線膨張係数の適正化と、導体の電気伝導率改善とを容易に両立することができるようになる。   In forming the layered conductor element 30 and the via conductor 35, the process of forming the pattern with the metal paste (metal powder) 130 and firing the pattern is the same as the conventional process of forming the pattern with the metal paste on the green sheet and firing. At first glance it looks similar. However, in the conventional process, since simultaneous firing of the ceramic and the metal paste was premised, in the case of a ceramic having a high firing temperature such as alumina, silicon nitride, or aluminum nitride, a refractory metal that does not melt or flow out even at the firing temperature (for example, , Mo, W, etc.) must be used as the conductor material, or conversely, when a highly conductive metal (such as Cu) is to be used, the firing temperature is adjusted so that simultaneous firing is possible. The material selection was extremely limited, such as the need to use ceramic as the material for the dielectric layer. In the former case, the electrical conductivity of the conductor tends to be difficult, and in the latter case, simultaneous firing with metal and linear expansion coefficient adjustment (specifically, to reduce the difference in linear expansion coefficient with semiconductor parts as much as possible) ) Is generally difficult to achieve. However, by using an already densified ceramic plate as the unit plate material, the temperature of the secondary firing of the metal powder 130 can be freely set within a range below the melting point of the ceramic. As a result, the range of ceramic or metal material selection can be greatly expanded, and the optimization of the linear expansion coefficient of the ceramic and the improvement of the electrical conductivity of the conductor can be easily achieved at the same time. become.

また、金属メッキを採用することにより、次のような効果も達成することができる:
(1)形成する導体が始めから緻密であり、金属ペーストの二次焼成を用いる場合のように導体収縮が問題とならないので、導体収容凹部やビアホールの内面に対する導体の結合力を高めることができる。
(2)メッキ工程は、有機結合材のような炭素汚染源となる物質の介在が少ないため、炭素含有量の低い導体をより得やすい利点がある。
In addition, the following effects can be achieved by adopting metal plating:
(1) Since the conductor to be formed is dense from the beginning and the conductor shrinkage does not become a problem as in the case of using the secondary firing of the metal paste, it is possible to increase the bonding force of the conductor to the conductor receiving recess and the inner surface of the via hole. .
(2) The plating process has an advantage that it is easier to obtain a conductor having a low carbon content because there is little interposition of a substance that becomes a carbon contamination source such as an organic binder.

従来のグリーンシートは、単体では剛性が低すぎ、また、焼成による収縮を考慮すれば、メッキにより配線パターン等をグリーンシート上に直接形成するようなことは到底不可能であった。つまり、セラミック配線基板であるにもかかわらず、オーガニック配線基板と同様に金属メッキにより層状導体要素30(ビア導体35についても同様))の形成が可能となることは、緻密化した単位板材50’を積層単位として使用する本発明の大きな特徴の一つである。   A conventional green sheet is too low in rigidity, and it is impossible to form a wiring pattern or the like directly on the green sheet by plating in consideration of shrinkage due to firing. That is, despite the fact that it is a ceramic wiring board, it is possible to form the layered conductor element 30 (the same applies to the via conductor 35) by metal plating as in the case of the organic wiring board. Is one of the major features of the present invention.

他方、図18に示すように、層状導体要素30は、セラミック誘電体層50(単位板材50’)に形成された導体収容凹部30h内に充填形成された金属メッキ層30(P)にて構成することもできる。また、ビア導体35を、ビアホール内に充填形成された金属メッキ層35(P)とすることもできる。この場合、導体は、メッキ可能な金属には限定されるものの、セラミックの焼成温度や融点による制約を受けないことには変わりがない。この場合、このメッキは無電解メッキにて行なうことが、単位板材50’へのメッキ導通路形成が不要になるので好ましい。無電解メッキの容易性を考慮すれば、無電解Cuメッキ又は無電解Niメッキを採用するのがよく、導体の導電性向上も考慮すれば無電解Cuメッキを採用することが最も望ましい。   On the other hand, as shown in FIG. 18, the layered conductor element 30 is composed of a metal plating layer 30 (P) filled in a conductor containing recess 30h formed in the ceramic dielectric layer 50 (unit plate material 50 ′). You can also Further, the via conductor 35 may be a metal plating layer 35 (P) filled in the via hole. In this case, the conductor is not limited to a metal that can be plated, but is still not restricted by the firing temperature or melting point of the ceramic. In this case, it is preferable to perform the plating by electroless plating because it is not necessary to form a plating conduction path on the unit plate member 50 '. Considering the ease of electroless plating, it is preferable to employ electroless Cu plating or electroless Ni plating, and it is most desirable to employ electroless Cu plating in view of improving the conductivity of the conductor.

具体的には、工程1のように、導体収容凹部30hあるいはビアホール35hを形成した単位板材50’を用意し、その表面に前処理としての活性化処理を行なう。次に、工程2に示すように、その単位板材50’の、導体収容凹部30hあるいはビアホール35hなどの被メッキ部分を除く表面に、フォトレジストからなるメッキレジスト層207を形成する。そして、工程3に示すように、導体収容凹部30hあるいはビアホール35hに無電解メッキ層30(P)あるいは35(P)を充填形成し、工程4に示すようにメッキレジスト層207を除去すれば、金属メッキ層からなる層状導体要素30ないしビア導体35を得ることができる。なお、メッキレジスト層207を形成せず、単位板材50’の全面に金属メッキ層を形成し、その後、被メッキ部分以外の領域に形成されたメッキ層を、エッチングにより除去するようにしてもよい。   Specifically, as in step 1, a unit plate member 50 'having conductor receiving recesses 30h or via holes 35h is prepared, and the surface is subjected to activation treatment as pretreatment. Next, as shown in Step 2, a plating resist layer 207 made of a photoresist is formed on the surface of the unit plate member 50 ′ excluding the portion to be plated such as the conductor receiving recess 30 h or the via hole 35 h. Then, as shown in step 3, if the electroless plating layer 30 (P) or 35 (P) is filled and formed in the conductor containing recess 30h or the via hole 35h and the plating resist layer 207 is removed as shown in step 4, A layered conductor element 30 or a via conductor 35 made of a metal plating layer can be obtained. In addition, without forming the plating resist layer 207, a metal plating layer may be formed on the entire surface of the unit plate member 50 ′, and thereafter, the plating layer formed in a region other than the portion to be plated may be removed by etching. .

なお、図17では、層状導体要素30及びビア導体35の双方を、金属ペースト充填及び二次焼成により形成している。この方法は、導体収容凹部30hに金属ペースト130を充填する際にビアホール35hにもペーストを同時充填し、さらに二次焼成することで、層状導体要素30とビア導体35とを一括して得ることができる利点がある。また、図18では、層状導体要素30及びビア導体35の双方を金属メッキ(具体的には無電解メッキ)にて形成しており、メッキにより層状導体要素30とビア導体35とを一括して得ることができる利点がある。しかし、両方法を組み合わせること、すなわち、層状導体要素30及びビア導体35との一方を金属ペースト充填及び二次焼成により形成し、他方を金属メッキにより形成することも可能である。例えば、ビアホールのアスペクト比(孔径に対する孔深さ比)が大きく、メッキによる充填が困難な場合は、ビアホールを先にビア導体で埋め(例えば、金属ペーストで充填して二次焼成する)、その後、導体収容凹部を金属メッキ層で充填する方法を採用するとよい。   In FIG. 17, both the layered conductor element 30 and the via conductor 35 are formed by metal paste filling and secondary firing. In this method, when the conductor containing recess 30h is filled with the metal paste 130, the via hole 35h is simultaneously filled with the paste, and further subjected to secondary firing, whereby the layered conductor element 30 and the via conductor 35 are obtained collectively. There is an advantage that can be. In FIG. 18, both the layered conductor element 30 and the via conductor 35 are formed by metal plating (specifically, electroless plating), and the layered conductor element 30 and the via conductor 35 are collectively formed by plating. There are benefits that can be obtained. However, it is also possible to combine both methods, that is, one of the layered conductor element 30 and the via conductor 35 is formed by metal paste filling and secondary firing, and the other is formed by metal plating. For example, if the aspect ratio of the via hole (ratio of hole depth to hole diameter) is large and filling by plating is difficult, fill the via hole with the via conductor first (for example, filling with a metal paste and performing secondary firing), then A method of filling the conductor housing recess with a metal plating layer may be employed.

一方、図19に示すような工程を採用することも可能である。すなわち、工程1に示すように、緻密化したセラミック板材50aを、導体収容凹部30hが形成前であってビアホール35hを形成済みの状態にて用意する。次に、工程2及び工程3に示すように、該セラミック板材50aのビアホール35hにビア導体35を充填し、さらにセラミック板材50aの主表面上に層状導体要素30を突出形成する。本実施形態では、工程2において、マスクMKをセラミック板材50a上に重ね、層状導体要素30に対応したパターンにて形成されたマスクウィンドウを用いて、層状導体要素30とビアホール35hとに金属ペースト130を充填し、工程3に示すように、二次焼成することでビア導体35と層状導体要素30とを一括形成している。   On the other hand, it is possible to employ a process as shown in FIG. That is, as shown in step 1, the densified ceramic plate material 50a is prepared in a state in which the via hole 35h has been formed before the conductor housing recess 30h is formed. Next, as shown in step 2 and step 3, the via conductor 35 is filled into the via hole 35h of the ceramic plate 50a, and the layered conductor element 30 is formed to protrude on the main surface of the ceramic plate 50a. In the present embodiment, in Step 2, the mask MK is overlaid on the ceramic plate material 50a, and the metal paste 130 is applied to the layered conductor element 30 and the via hole 35h using a mask window formed in a pattern corresponding to the layered conductor element 30. As shown in step 3, the via conductor 35 and the layered conductor element 30 are collectively formed by secondary firing.

次に、工程4及び工程5に示すように、主表面の層状導体要素30の背景領域を覆う形で凹部形成用誘電体層50bを形成する。本実施形態においては、工程4に示すように、図示しないマスクを用いて層状導体要素30の背景領域にセラミック粉末(例えばガラスフリット)を塗付してセラミック塗付層50b’を形成し、工程5に示すように、これを焼成して凹部形成用誘電体層50bを得るようにしている(一体化した凹部形成用誘電体層50bとセラミック板材50aとが単位板材50’ひいてはセラミック誘電体層50を形成することとなる)。その結果、層状導体要素30との境界面を内側面とし、セラミック板材50aの主表面を底面とする形で導体収容凹部30hを形成することができる。この方法によると、ショットとブラストやエッチングが介在せず、例えばパターン印刷・二次焼成の組合せにより、この場合、セラミック粉末は、層状導体要素30を構成する金属よりも低温で軟化・流動化するガラス材料粉末を使用するとよい。このようなガラス材料粉末を層状導体要素30の表面も含めて塗付し、粉末が溶融する温度にて焼成すると、流動化したガラスはぬれの小さい層状導体要素30の表面にてはじかれ、層状導体要素30の表面を自己調整的に露出させることができる。この場合、凹部形成用誘電体層50の形成にマスクが不要となる。   Next, as shown in step 4 and step 5, the recess forming dielectric layer 50b is formed so as to cover the background region of the layered conductor element 30 on the main surface. In the present embodiment, as shown in Step 4, ceramic powder (for example, glass frit) is applied to the background region of the layered conductor element 30 using a mask (not shown) to form the ceramic coating layer 50b ′. As shown in FIG. 5, this is fired to obtain a recess forming dielectric layer 50b (the integrated recess forming dielectric layer 50b and the ceramic plate 50a are unit plates 50 'and thus the ceramic dielectric layer). 50 will be formed). As a result, the conductor accommodating recess 30h can be formed in such a manner that the boundary surface with the layered conductor element 30 is the inner side surface and the main surface of the ceramic plate member 50a is the bottom surface. According to this method, shot, blasting, and etching are not involved, and in this case, for example, by combination of pattern printing and secondary firing, the ceramic powder is softened and fluidized at a lower temperature than the metal constituting the layered conductor element 30. Glass material powder may be used. When such a glass material powder is applied including the surface of the layered conductor element 30 and fired at a temperature at which the powder melts, the fluidized glass is repelled on the surface of the layered conductor element 30 with low wettability, and the layered The surface of the conductor element 30 can be exposed in a self-regulating manner. In this case, a mask is not necessary for forming the recess forming dielectric layer 50.

本発明においては上記説明した通り、金属ペーストの二次焼成及び金属メッキのいずれを用いて形成するにしろ、層状導体要素30は、単位板材50’上にペースト状ではなく緻密化した状態で形成され、金属充填済み単位板材55(図21)の状態で積層され貼り合わされるから、グリーンシート上に形成したペースト印刷パターンのように、積層に際してつぶれる心配がない。従って、仮に金属ペーストを用いて層状導体要素30を形成する場合でも、使用する金属ペーストは強い粘性を有している必要がなくなり、最終的に得られる層状導体要素3に対して炭素汚染源となる有機結合材の配合量を大幅に削減できる。特に、図17のごとく、導体収容凹部30h内に金属ペースト130を充填する工程が採用される場合は、金属ペースト130の流動は凹部壁によって規制できるため、有機結合材を全く配合しない金属ペーストを用いることも不可能でなくなる。他方、金属メッキを採用する場合は、金属ペースト自体が使用されないため、有機結合材等による炭素汚染は本質的に生じない。その結果、得られる層状導体要素30の炭素含有率を大幅に削減すること、具体的には100ppm以下に低減することが可能である。これにより、層状導体要素30の導電率を大きく向上させることができる。   In the present invention, as described above, the layered conductor element 30 is formed in a dense state on the unit plate material 50 ′ instead of a paste, regardless of whether the metal paste is formed by secondary firing or metal plating. Then, since they are laminated and bonded in the state of the metal-filled unit plate material 55 (FIG. 21), there is no fear of crushing at the time of lamination as in the paste print pattern formed on the green sheet. Therefore, even when the layered conductor element 30 is formed using a metal paste, the metal paste to be used does not have to have a strong viscosity, and becomes a carbon contamination source for the finally obtained layered conductor element 3. The amount of organic binder can be greatly reduced. In particular, as shown in FIG. 17, when the step of filling the conductor containing recess 30 h with the metal paste 130 is adopted, the flow of the metal paste 130 can be regulated by the recess wall, so a metal paste containing no organic binder is used. It is no longer impossible to use. On the other hand, when metal plating is adopted, the metal paste itself is not used, so that carbon contamination by an organic binder or the like does not occur essentially. As a result, it is possible to greatly reduce the carbon content of the obtained layered conductor element 30, specifically to 100 ppm or less. Thereby, the electrical conductivity of the layered conductor element 30 can be greatly improved.

また、層状導体要素30は、単位板材50’の構成セラミックと同時焼成する必要がないため、金属ペーストを用いる場合でも、セラミックとの収縮係数差の調整等のために従来添加していた無機フィラーの量を大幅に削減することができる。また、金属メッキを採用する場合は、工程上、無機フィラーは本質的に関与しない。従って、最終的な層状導体要素として、含有される無機フィラー成分の体積率が5%未満のものを容易に得ることができる。このことは、層状導体要素の導電率向上に極めて顕著な効果をもたらす。ただし、層状導体要素30と単位板材50をなすセラミックとの線膨張係数差の縮小等を目的として、従来どおり無機フィラー成分を体積率にて20%程度まで添加することももちろん可能である。   Further, since the layered conductor element 30 does not need to be fired simultaneously with the constituent ceramic of the unit plate member 50 ′, an inorganic filler that has been conventionally added to adjust the difference in shrinkage coefficient with the ceramic, etc., even when a metal paste is used. The amount of can be greatly reduced. When metal plating is employed, the inorganic filler is essentially not involved in the process. Therefore, it is possible to easily obtain a final layered conductor element having a volume fraction of the contained inorganic filler component of less than 5%. This brings about a very remarkable effect in improving the conductivity of the layered conductor element. However, for the purpose of reducing the difference in coefficient of linear expansion between the layered conductor element 30 and the ceramic constituting the unit plate member 50, it is of course possible to add an inorganic filler component up to about 20% by volume as usual.

ビア導体ないし層状導体要素の具体的な材質としては、電気伝導率、価格、比較的低温での二次焼成(例えば200℃以上1200℃以下)が可能なこと、あるいは無電解メッキが容易であることなどを勘案すれば、Cu系金属(Cuを主成分とする金属:「主成分」は50質量%以上のこと)あるいはAg系金属(Agを主成分とする金属)を採用することが好ましい。特に、配線幅及び配線間領域の幅が150μm以下(特に70μm以下)の配線部を、金属ペースト(粉末)の二次焼成にて形成する場合、その金属粉末の平均粒径は2μm以上3μmのものを採用するとよい。そして、上記のごとく、本発明においては、炭素含有率や無機フィラーの削減も容易であるから、事実上純Cuに近い組成(つまり、Cu含有率が95質量%以上)の層状導体要素あるいはビア導体も簡単に得ることができる。これにより、層状導体要素、特に微細な配線部の電気伝導率を大幅に向上することができ、表皮効果により通電領域の実効断面積が小さくなる高周波領域(特に1GHz以上)での信号伝送効率を大幅に高めることができる。   Specific materials for via conductors or layered conductor elements include electrical conductivity, cost, secondary firing at a relatively low temperature (eg, 200 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower), or easy electroless plating. In view of the above, it is preferable to adopt a Cu-based metal (metal containing Cu as a main component: “main component” is 50% by mass or more) or an Ag-based metal (metal containing Ag as a main component). . In particular, when a wiring portion having a wiring width and a width of a region between wirings of 150 μm or less (particularly 70 μm or less) is formed by secondary firing of a metal paste (powder), the average particle size of the metal powder is 2 μm or more and 3 μm. You should adopt one. As described above, in the present invention, since the carbon content and the inorganic filler can be easily reduced, a layered conductor element or via having a composition substantially similar to pure Cu (that is, the Cu content is 95% by mass or more). Conductors can also be obtained easily. As a result, the electrical conductivity of the layered conductor element, particularly a fine wiring portion, can be greatly improved, and the signal transmission efficiency in the high frequency region (especially 1 GHz or more) in which the effective area of the energized region is reduced by the skin effect. Can greatly increase.

次に、本発明においては、緻密化したセラミックからなる単位板材50’(誘電体層50)に層状導体要素30をいわば後付的に形成した後、これを積層して基板とするため、層状導体要素30と単位板材50’との結合力が不足していると、導体充填済み単位板材55を貼り合わせのためにハンドリングする際に、僅かな衝撃でも層状導体要素30の脱落が生じやすくなり、不良の原因を生む。特に、導体収容凹部30h内に金属ペーストを充填して二次焼成する工程が採用される場合は、ペーストの焼成収縮により、得られる層状導体要素30と導体収容凹部30hの内側面との間に隙間が生ずることがあり、層状導体要素30と単位板材50’との結合力不足はより生じやすいといえる。   Next, in the present invention, after forming the layered conductor element 30 on the unit plate member 50 ′ (dielectric layer 50) made of a densified ceramic as a retrofit, the layered conductor element 30 is laminated to form a substrate. If the coupling force between the conductor element 30 and the unit plate member 50 ′ is insufficient, the layered conductor element 30 is likely to fall off even with a slight impact when the conductor-filled unit plate member 55 is handled for bonding. , Cause the failure. In particular, when the step of filling the metal containing recess 30h with the metal paste and performing secondary firing is adopted, the paste is fired and contracted, so that the layered conductor element 30 and the inner side surface of the conductor containing recess 30h are obtained. A gap may occur, and it can be said that insufficient bonding force between the layered conductor element 30 and the unit plate member 50 ′ is more likely to occur.

上記の結合力を向上させるには、図2に示すように、層状導体要素30と単位板材50’(セラミック誘電体層50)との接触面を面粗し処理しておくことが望ましい。この面粗し処理は、単位板材50’に導体収容凹部30hを形成した後、導体の充填前に、エッチングやショットブラストなどにより実施することができる。エッチングは化学エッチングと気相エッチング(例えばイオンエッチングやプラズマエッチング)とのいずれを用いてもよいが、化学エッチングの場合は単位板材50’(セラミック誘電体層50)の材質によってエッチャントを適宜選択する(例えばSiOを主成分とするガラス材料を用いる場合は、フッ酸系のエッチャントが面粗し処理に有効である)。 In order to improve the bonding force, it is desirable to roughen the contact surface between the layered conductor element 30 and the unit plate member 50 ′ (ceramic dielectric layer 50) as shown in FIG. The surface roughening treatment can be performed by etching, shot blasting, or the like after the conductor accommodating recess 30h is formed in the unit plate member 50 ′ and before the conductor is filled. For etching, either chemical etching or gas phase etching (for example, ion etching or plasma etching) may be used. In the case of chemical etching, an etchant is appropriately selected depending on the material of the unit plate material 50 ′ (ceramic dielectric layer 50). (For example, when a glass material mainly composed of SiO 2 is used, a hydrofluoric acid-based etchant is effective for surface roughening treatment).

図2においては、導体収容凹部30hの底面と内面との双方に面粗し処理を行なっているが、気相エッチングなど、エッチングの指向性が高く内面面粗し処理が困難な場合は、底面にのみエッチングを施すようにしてもよい。また、ショットブラストにより導体収容凹部30hを形成する場合は、凹部内面が既に所期の面粗し状態になっていることもあり、この場合は面粗し処理を省略できる。面粗しの程度は層状導体要素30の寸法(配線部の場合は幅や高さ)に応じて必要なアンカー効果が得られるよう、適宜粗さ調整する必要があるが、例えば配線部の線幅が30μm以上100μm以下の場合、面粗し後の凹部内面の粗さは、JIS:B0601に規定の算術平均粗さRaにて0.1μm以上1μm以下程度に調整するのがよい。   In FIG. 2, the surface roughening process is performed on both the bottom surface and the inner surface of the conductor housing recess 30h. However, if the etching directivity is high and the inner surface roughening process is difficult, such as vapor phase etching, the bottom surface Etching may be applied only to. In addition, when the conductor accommodating recess 30h is formed by shot blasting, the inner surface of the recess may already be in the desired roughened state, and in this case, the roughening process can be omitted. The degree of surface roughness needs to be adjusted appropriately so that the required anchor effect can be obtained according to the dimensions of the layered conductor element 30 (width and height in the case of a wiring portion). When the width is 30 μm or more and 100 μm or less, the roughness of the inner surface of the concave portion after surface roughening is preferably adjusted to about 0.1 μm or more and 1 μm or less at the arithmetic average roughness Ra specified in JIS: B0601.

一方、ビア導体35についても、単位板材50’(誘電体層50)との結合力不足は、層状導体要素30と全く同様の理由にて生じうる。従って、図2に示すように、ビアホール35hの内面にも面粗し処理を施すことは有効である。しかし、小径(例えば50μm以上100μm以下)で大きなアスペクト比(例えば1.5以上3以下)を有するビアホール35hの場合、内面の面粗しが困難な場合がある。そこで、これに代わる方法として、図26に示すように、ビアホール35hを、孔深さ方向の途中位置においてセラミック誘電体層50(単位板材50’)の主表面への開口径よりも径大となる径大部FPを有するものとして形成することができる。これにより、ビアホール35hに充填されたビア導体35が単位板材50’の開口部から抜け落ちる等の不具合を効果的に防止できる。   On the other hand, the via conductor 35 may have insufficient bonding strength with the unit plate member 50 ′ (dielectric layer 50) for the same reason as the layered conductor element 30. Therefore, as shown in FIG. 2, it is effective to subject the inner surface of the via hole 35h to surface roughening. However, in the case of the via hole 35h having a small diameter (for example, 50 μm or more and 100 μm or less) and a large aspect ratio (for example, 1.5 or more and 3 or less), it may be difficult to roughen the inner surface. Therefore, as an alternative method, as shown in FIG. 26, the via hole 35h has a diameter larger than the opening diameter to the main surface of the ceramic dielectric layer 50 (unit plate member 50 ′) at a midway position in the hole depth direction. It can be formed as having a large diameter portion FP. As a result, it is possible to effectively prevent problems such as the via conductor 35 filled in the via hole 35h falling off from the opening of the unit plate member 50 '.

具体的には、ビアホール35hの内周面を、孔深さ方向の途中位置にて半径方向外向きに膨出する凸湾曲面が、前記孔深さ方向に1つ(図26)又は2以上(図27)形成された形状を有するものとすることができる。このような湾曲面は、比較的簡単な方法により形成でき、ビア導体35の脱落防止効果も顕著である。以下、その具体的な方法について説明する。   Specifically, one or more convex curved surfaces (FIG. 26) or two or more are provided in the hole depth direction so that the inner circumferential surface of the via hole 35h bulges outward in the radial direction at an intermediate position in the hole depth direction. (FIG. 27) It can have a formed shape. Such a curved surface can be formed by a relatively simple method, and the effect of preventing the via conductor 35 from falling off is also remarkable. The specific method will be described below.

図26に示すように、単位板材50’は、セラミック原料粉末を高分子材料結合材にて結合した単体のグリーンシート150を焼成して形成することができる。そして、該グリーンシート150のビアホール形成位置に、焼成時に蒸発ないし分解する材料(例えば、アクリル樹脂ボールなど)からなる球状体151を埋設して焼成を行なう。すると、焼成時に球状体151が消失した後には、球状の内面を有する孔が残留するので、これをビアホール35hとして使用することができる。可撓性の高いグリーンシート150に球状体151を埋設してしまえば、焼成により始めからビアホール35hを有したセラミック板が得られるので工程が簡便である。   As shown in FIG. 26, the unit plate member 50 ′ can be formed by firing a single green sheet 150 in which ceramic raw material powder is bonded with a polymer material binder. A spherical body 151 made of a material that evaporates or decomposes during firing (for example, an acrylic resin ball) is embedded in the via hole formation position of the green sheet 150 and fired. Then, after the spherical body 151 disappears during firing, a hole having a spherical inner surface remains and can be used as the via hole 35h. If the spherical body 151 is embedded in the highly flexible green sheet 150, the ceramic plate having the via hole 35h is obtained from the beginning by firing, and thus the process is simple.

一方、レーザー加工によりビアホールを形成する場合は、セラミック板に対するレーザービームの照射条件調整によっても、内面に径大部を生じたビアホール35hを形成できる。例えば、形成途中の孔の底に常時焦点が合うように焦点追尾を行ないつつレーザー照射を行なう場合は、孔の深さ方向途中位置でレーザービームのパワーを一旦上昇させ、その後再びパワーダウンさせれば、焼き飛ばされるセラミックの量が深さ方向途中位置で極大となるため、該位置に径大部を形成することができる。   On the other hand, when the via hole is formed by laser processing, the via hole 35h having a large diameter portion on the inner surface can also be formed by adjusting the irradiation condition of the laser beam on the ceramic plate. For example, when performing laser irradiation while performing focus tracking so that the bottom of the hole being formed is always in focus, the power of the laser beam can be increased once at a position in the depth direction of the hole and then powered down again. In this case, the amount of ceramic to be burned out becomes a maximum at an intermediate position in the depth direction, so that a large diameter portion can be formed at this position.

一方、レーザービームの強度そのものを調整する代わりに、図27に示すように、レーザービームLBを、セラミック板50’の表面よりも深くなるように(つまり、オーバーフォーカス)となるように、焦点位置を作為的にずらすことで内面に径大部を生じたビアホール35hを得る方法もある。具体的には、レーザービームLBの焦点を、セラミック板50’の主表面から一定深さの位置に合焦するように固定して加工を行なうと、凹部251を掘り進むにつれて、レーザービームLBは最初オーバーフォーカスとなり、ジャストフォーカスの状態を経てアンダーフォーカスの状態へと移り変わる。レーザーパワーの材料への集中はジャストフォーカス位置で最も大きくなるため、該位置に径大部FPを形成することができる。この効果を顕著に得るには、レーザービームLBの照射光学系の焦点距離をある程度短く設定すること(つまり、焦点深度を小さくすること)が有効である。図27においては、上記オーバーフォーカスを利用した径大部FPの形成を、レーザービームLBの焦点位置を段階的に移動させながら行い、径大部FPを孔深さ方向に複数箇所有するビアホール35hを形成している。   On the other hand, instead of adjusting the intensity of the laser beam itself, as shown in FIG. 27, the focal position is such that the laser beam LB is deeper than the surface of the ceramic plate 50 ′ (ie, overfocus). There is also a method of obtaining a via hole 35h in which a large-diameter portion is formed on the inner surface by intentionally shifting. Specifically, when processing is performed with the focal point of the laser beam LB fixed to a position at a certain depth from the main surface of the ceramic plate 50 ′, the laser beam LB first appears as the recess 251 is dug. It becomes overfocus, and after changing to the just focus state, it changes to the under focus state. Since the concentration of the laser power on the material is greatest at the just focus position, the large diameter portion FP can be formed at the position. In order to obtain this effect remarkably, it is effective to set the focal length of the irradiation optical system of the laser beam LB to be somewhat short (that is, to reduce the depth of focus). In FIG. 27, the large-diameter portion FP is formed using the overfocus while the focal position of the laser beam LB is moved stepwise to form via holes 35h having a plurality of large-diameter portions FP in the hole depth direction. Forming.

次に、図2において、層状導体要素30とセラミック誘電体層50との結合力を高めるためには、セラミック誘電体層50に形成された導体収容凹部30h内に層状導体要素30を圧縮状態にて充填することも有効である。具体的には、図3の工程3のように、導体収容凹部30h内に層状導体要素30を凹部開口から突出する形態で配置し、その状態で工程4のように、該層状導体要素30の突出部30bを導体収容凹部30h内に圧入することにより、該層状導体要素30を導体収容凹部30h内に圧縮状態にて充填することができる。特に、金属ペースト130を導体収容凹部30h内に充填して二次焼成することにより層状導体要素30を得る方法では、金属ペースト130の焼成収縮により層状導体要素30と導体収容凹部30hの内側面との間に隙間を生じやすいが、上記方法の採用により、焼成上がりにて得られる導体を圧縮により押しつぶせば、層状導体要素30が凹部内で広がるので隙間を解消することができる。   Next, in FIG. 2, in order to increase the bonding force between the layered conductor element 30 and the ceramic dielectric layer 50, the layered conductor element 30 is compressed in the conductor housing recess 30 h formed in the ceramic dielectric layer 50. It is also effective to fill them. Specifically, as shown in Step 3 of FIG. 3, the layered conductor element 30 is disposed in the conductor receiving recess 30h so as to protrude from the opening of the recess, and in this state, the layered conductor element 30 is By press-fitting the protrusion 30b into the conductor housing recess 30h, the layered conductor element 30 can be filled in the conductor housing recess 30h in a compressed state. In particular, in the method of obtaining the layered conductor element 30 by filling the metal paste 130 into the conductor housing recess 30h and performing secondary firing, the layered conductor element 30 and the inner surface of the conductor housing recess 30h are formed by firing shrinkage of the metal paste 130. However, if the conductor obtained after firing is crushed by compression, the layered conductor element 30 spreads in the recess, so that the gap can be eliminated.

層状導体要素30を、導体収容凹部30h内に凹部開口から突出する形態で形成するためには、図20の工程1に示すように、金属ペースト130を導体収容凹部30hの開口からはみ出すように盛り上げて充填することが有効である。例えば、単位板材50’の主表面に、導体収容凹部30hに対応したウィンドウを有するマスクMSKを重ね、該ウィンドウを介して凹部30hに金属ペースト130を充填すれば、金属ペースト130を、マスクMSKの厚さに相当する高さだけ盛り上げることができる。盛り上げ高さは、二次焼成時の金属ペースト130の収縮を考慮して、焼成後も突出部30bが残留するように調整する。そして、工程2のようにマスクMSKを除去し、さらに工程3のごとく、これを二次焼成すれば、凹部開口からの突出部30bを有した層状導体要素30を得ることができる。   In order to form the layered conductor element 30 in the conductor housing recess 30h so as to protrude from the recess opening, the metal paste 130 is raised so as to protrude from the opening of the conductor housing recess 30h, as shown in step 1 of FIG. It is effective to fill them. For example, if the mask MSK having a window corresponding to the conductor receiving recess 30h is overlaid on the main surface of the unit plate member 50 ′, and the recess 30h is filled with the metal paste 130 through the window, the metal paste 130 is applied to the mask MSK. The height corresponding to the thickness can be raised. The raised height is adjusted so that the protrusion 30b remains even after firing in consideration of the shrinkage of the metal paste 130 during secondary firing. Then, if the mask MSK is removed as in step 2 and further subjected to secondary firing as in step 3, the layered conductor element 30 having the protruding portion 30b from the recess opening can be obtained.

一方、図25はマスクMSKを用いない、別の方法を示している。すなわち、導体収容凹部30hを全て充填してなお余剰となる金属ペースト130を、導体収容凹部30hの周囲領域も含めて単位板材50’の主表面全面に塗布する。この状態で、金属ペーストの溶融温度よりも高温で二次焼成を行なうと、ぬれ性の小さいセラミック製の単位板材50’の表面に溶融した金属が撥かれて、表面張力でまとまりながら自己調整的に導体収容凹部30h内に集まる。その後冷却すれば、余剰に塗付された金属ペーストに相当する高さの突出部30bを有した層状導体要素30を得ることができる。   On the other hand, FIG. 25 shows another method that does not use the mask MSK. That is, the metal paste 130 which is filled with the conductor containing recesses 30h and is still excessive is applied to the entire main surface of the unit plate member 50 'including the peripheral region of the conductor containing recesses 30h. In this state, when the secondary firing is performed at a temperature higher than the melting temperature of the metal paste, the molten metal is repelled on the surface of the ceramic unit plate material 50 'having low wettability and is self-adjusting while being gathered by the surface tension. Gather in the conductor housing recess 30h. If it cools after that, the layered conductor element 30 which has the protrusion part 30b of the height corresponding to the metal paste applied excessively can be obtained.

層状導体要素30の圧縮により、導体収容凹部30hの内側面との隙間を解消する以上の横方向のつぶれ変位を生じさせることができれば、導体収容凹部30hの内側面からの圧縮力が高められ、層状導体要素30の層状導体要素30内への固定力はさらに高められる。導体収容凹部30h内の層状導体要素30は上面側が開放しているので、上記層状導体要素30の圧縮は塑性変形を伴うものとして行なうことが望ましい。   If compression of the layered conductor element 30 can cause lateral crushing displacement beyond the clearance with the inner surface of the conductor housing recess 30h, the compressive force from the inner surface of the conductor housing recess 30h can be increased, The fixing force of the layered conductor element 30 into the layered conductor element 30 is further increased. Since the upper surface side of the layered conductor element 30 in the conductor housing recess 30h is open, it is desirable that the layered conductor element 30 is compressed with plastic deformation.

最後に、以上のようにして得られた金属充填済み単位板材55を、積層して貼り合わせる方法について説明する。
図2では、隣接するセラミック誘電体層50同士が熱圧着により直接貼り合わされている。この構造は、図21に示すように、金属充填済み単位板材55を熱圧着により直接貼り合わせることにより得られる。具体的には、工程1に示すように、上記金属充填済み単位板材55を複数積層して積層体を作り、次いで工程2に示すようにその積層体を加圧しながら加熱する。本実施形態では、積層体を加熱炉内で加熱しつつパンチ210,210間にて挟圧するホットプレスを採用している。
Finally, a method for laminating and bonding the metal-filled unit plate materials 55 obtained as described above will be described.
In FIG. 2, adjacent ceramic dielectric layers 50 are directly bonded together by thermocompression bonding. As shown in FIG. 21, this structure is obtained by directly bonding the metal-filled unit plate material 55 by thermocompression bonding. Specifically, as shown in step 1, a plurality of the metal-filled unit plate members 55 are laminated to form a laminate, and then, as shown in step 2, the laminate is heated while being pressurized. In the present embodiment, a hot press is used in which the laminate is heated between punches 210 and 210 while being heated in a heating furnace.

この場合、加熱温度と加圧力は、単位板材50を構成するセラミックの材質に応じて適宜設定する。具体的には、金属充填済み単位板材55の層状導体要素30あるいはビア導体35を構成する金属が溶融せず、かつ、単位板材50’を構成するセラミックには接着に好都合な熱拡散活性ないし軟化が生ずる温度域を選定する。例えば、金属がCuを主成分とするもの(例えば純銅)であり、SiOを主体とするガラスにより単位板材50’を構成する場合は、圧着温度は500℃以上ガラスの溶融温度未満に設定するのがよい。温度500℃未満では、単位板材50’間に良好な接着状態が得られなくなり、また、隣接する金属充填済み単位板材55間の導体同士(例えばビア導体35と層状導体要素30)の電気的な接続状態も確保できない場合がある。さらに、SiO以外のガラス添加成分の含有率が必然的に増加するので、必要な物性(特に、半導体部品に近い線膨張率特性率や、高周波用の配線基板に要求される誘電率特性)が得られなくなることがある。 In this case, the heating temperature and the applied pressure are appropriately set according to the material of the ceramic constituting the unit plate member 50. Specifically, the metal constituting the layered conductor element 30 or the via conductor 35 of the unit plate material 55 filled with metal does not melt, and the ceramic constituting the unit plate material 50 ′ has thermal diffusion activity or softening that is convenient for bonding. Select the temperature range where this occurs. For example, when the metal is mainly composed of Cu (for example, pure copper) and the unit plate member 50 ′ is made of glass mainly composed of SiO 2 , the pressure bonding temperature is set to 500 ° C. or higher and lower than the melting temperature of the glass. It is good. When the temperature is less than 500 ° C., a good adhesion state cannot be obtained between the unit plate members 50 ′, and the conductors between the adjacent metal-filled unit plate members 55 (for example, the via conductor 35 and the layered conductor element 30) are electrically connected. The connection status may not be secured. Further, since the content of glass additive components other than SiO 2 inevitably increases, the required physical properties (particularly, the linear expansion coefficient characteristic ratio close to semiconductor components and the dielectric constant characteristics required for high-frequency wiring boards) May not be obtained.

図21に示すように、金属充填済み単位板材55において層状導体要素30には、既に説明済みの方法により、導体収容凹部30hから突出する突出部30bを設けておくことができる。この場合、突出部30bを導体収容凹部30h内に押し込む形で層状導体要素30を圧縮しつつ熱圧着を行なうことができる。これにより、層状導体要素30とビア導体35との電気的な接続をより確実に行なうことができる。なお、単位板50’を構成するセラミックに適度な軟化が生じている場合、層状導体要素30の突出部30bを、貼りり合わせ先となる軟化した単位板材55の主表面に食い込ませることもできる。この食い込みの結果、層状導体要素30の主表面が、貼り合わせ面となる単位板材55の主表面と一致しなくなる場合がある。   As shown in FIG. 21, in the metal-filled unit plate 55, the layered conductor element 30 can be provided with a protruding portion 30b protruding from the conductor housing recess 30h by the method already described. In this case, thermocompression bonding can be performed while compressing the layered conductor element 30 in such a manner that the protruding portion 30b is pushed into the conductor housing recess 30h. Thereby, the electrical connection between the layered conductor element 30 and the via conductor 35 can be more reliably performed. In addition, when moderate softening has arisen in the ceramic which comprises unit board 50 ', the protrusion part 30b of the layered conductor element 30 can also be made to bite into the main surface of the softened unit board | plate material 55 used as a bonding destination. . As a result of this biting, the main surface of the layered conductor element 30 may not coincide with the main surface of the unit plate material 55 that becomes the bonding surface.

上記のように熱圧着を用いる方法は、積層状態(あるいはその後の加熱・加圧状態)において、層状導体要素30とビア導体35とが直接接触でき、接着層などの介在の心配がないので、両者の間に良好な導通状態を確実に形成できる利点がある。また、当然、接着層の塗付も不要だから工数削減にも寄与する。   As described above, the method using thermocompression bonding allows the layered conductor element 30 and the via conductor 35 to be in direct contact with each other in the laminated state (or the subsequent heating / pressurized state), and there is no concern about the presence of an adhesive layer or the like. There is an advantage that a good conduction state can be reliably formed between the two. Naturally, the application of an adhesive layer is also unnecessary, contributing to a reduction in man-hours.

次に、図22に示すように、隣接するセラミック誘電体層50同士が接着層11を介して貼り合わせることも可能である。該構造は、金属充填済み単位板材55を接着層11を介して貼り合わせることにより得られる。この態様は、接着層の塗付工程が必要となる代わりに、熱圧着のような高温での加熱が不要となるから、例えば単位板材50’が高融点のセラミックで構成されている場合でも、接着上の制約が少ない利点がある(ガラスやホットメルト型接着剤を使用する場合は、多少の加熱は必要であるが、単位板材50’を構成するセラミックの溶融温度ないし軟化点よりは、はるかに低い温度で接着が可能である)。   Next, as shown in FIG. 22, the adjacent ceramic dielectric layers 50 can be bonded together via the adhesive layer 11. The structure is obtained by bonding the metal-filled unit plate material 55 through the adhesive layer 11. In this aspect, instead of requiring an application step of the adhesive layer, heating at a high temperature such as thermocompression bonding is not required, so even when the unit plate material 50 ′ is made of a high melting point ceramic, for example, There is an advantage that there are few restrictions on adhesion (when glass or hot melt type adhesive is used, some heating is required, but much more than the melting temperature or softening point of the ceramic constituting the unit plate 50 '. Can be bonded at low temperature).

接着層11はエポキシ樹脂系接着剤などの有機系の接着剤を用いることも可能であるが、無機系の接着剤を使用することも可能であり、特に、セラミック誘電体層50の構成セラミックよりも低融点のガラス材料にて構成すると、強固で耐熱性のある接着状態を容易に得ることができる。   The adhesive layer 11 can use an organic adhesive such as an epoxy resin adhesive, but can also use an inorganic adhesive, particularly from the constituent ceramic of the ceramic dielectric layer 50. If it is made of a glass material having a low melting point, a strong and heat-resistant adhesive state can be easily obtained.

接着層11を形成する際に留意すべきことは、接着層11自体が絶縁性であるため、単位板材50’の主表面に露出している層状導体要素30やビア導体35の表面に接着剤が付着すると、貼り合わせ後の両者の導通が阻害される可能性がある点である。この問題を解決するために、いくつかの方法がある。まず、層状導体要素30やビア導体35の表面への接着層11の形成を極力回避するために、層状導体要素30やビア導体35の背景領域にのみ選択的に接着剤(ガラス材料の場合は、ガラス材料粉末ペーストやスラリーである)を塗付する方法である。接着後の導通確保を確実にするために、層状導体要素30を単位板材50’の主表面から突出させて配置し、その突出代の厚さの範囲内で接着層11を塗付することが望ましい。   What should be noted when forming the adhesive layer 11 is that the adhesive layer 11 itself is insulative, so that the adhesive is applied to the surface of the layered conductor element 30 and the via conductor 35 exposed on the main surface of the unit plate member 50 ′. If it adheres, there is a possibility that conduction between the two after bonding may be hindered. There are several ways to solve this problem. First, in order to avoid forming the adhesive layer 11 on the surface of the layered conductor element 30 or the via conductor 35 as much as possible, an adhesive (in the case of a glass material) is selectively applied only to the background region of the layered conductor element 30 or the via conductor 35. Glass material powder paste or slurry). In order to ensure the conduction after bonding, the layered conductor element 30 is disposed so as to protrude from the main surface of the unit plate member 50 ′, and the adhesive layer 11 is applied within the thickness range of the protrusion allowance. desirable.

層状導体要素30やビア導体35の背景領域にのみ接着層11を形成するには、層状導体要素30やビア導体35だけを被覆するマスクを用いる方法も考えられるが、微細な配線部やビアのみを正確に覆い隠すことはかなり難しい。そこで、より簡便な方法として、層状導体要素30やビア導体35の領域も含めて単位板材50’の主表面全面に接着剤をベタ塗りし、その後、層状導体要素30やビア導体35上に残留している余分な接着剤をスキージSKGを用いて掻き取る方法がある。ガラス材料を接着層として用いる場合、配線部間の狭いスペースにもガラス材料粉末のペーストないしスラリーが精度よく充填できるよう、使用するガラス粉末の平均粒度を、線間領域幅よりも十分小さく(例えば1/10以下)調整しておくことが望ましい。   In order to form the adhesive layer 11 only in the background region of the layered conductor element 30 or the via conductor 35, a method using a mask that covers only the layered conductor element 30 or the via conductor 35 can be considered. It is quite difficult to cover up exactly. Therefore, as a simpler method, an adhesive is applied over the entire main surface of the unit plate member 50 ′ including the regions of the layered conductor element 30 and the via conductor 35, and then remains on the layered conductor element 30 and the via conductor 35. There is a method of scraping off the excess adhesive using a squeegee SKG. When a glass material is used as an adhesive layer, the average particle size of the glass powder to be used is sufficiently smaller than the line width (for example, so that the paste or slurry of the glass material powder can be accurately filled in a narrow space between the wiring portions (for example, (1/10 or less) It is desirable to adjust.

上記方法で、特にガラス材料を用いる場合、層状導体要素30やビア導体35よりも低い融点を有するガラスを用い、接着時に(あるいは接着に先立って予め)、そのガラス材料からなる接着層11を一旦溶融させることが有効である。金属表面とのぬれが小さいガラス融液が層状導体要素30やビア導体35の表面にて撥かれるので、ガラス残留による導通不良を効果的に防止することができる。なお、必要に応じて、層状導体要素30やビア導体35の表面に残っている微量のガラスを、金属充填済み単位板材55の積層前にフッ酸等のエッチング液により軽くエッチングする、等の方法により除去してもよい。   In the above method, particularly when a glass material is used, glass having a melting point lower than that of the layered conductor element 30 and the via conductor 35 is used, and at the time of bonding (or prior to bonding), the adhesive layer 11 made of the glass material is temporarily formed. It is effective to melt. Since the glass melt having low wettability with the metal surface is repelled on the surface of the layered conductor element 30 or the via conductor 35, poor conduction due to glass residue can be effectively prevented. If necessary, a small amount of glass remaining on the surface of the layered conductor element 30 or the via conductor 35 is lightly etched with an etching solution such as hydrofluoric acid before the metal-filled unit plate material 55 is laminated. May be removed.

SiOを主体とするガラス材料を接着層として使用する場合、アルカリ金属酸化物、ホウ酸あるいは酸化鉛等の煤溶材の配合量を高めること(例えば合計で20質量%以上50質量%以下:特に酸化リチウムは流動性改善に効果がある)が、溶融時のガラスの流動性を高め、層状導体要素30やビア導体35の表面への残留を防止する上で有効である。また、Mo、W、Ni、Co、Fe及びMnの1種又は2種以上の金属の酸化物を例えば10質量%以内(望ましくは1質量%以上)の範囲で添加すると、溶融時のガラスの流動性を改善する効果をさらに高めることができる。 When a glass material mainly composed of SiO 2 is used as an adhesive layer, the blending amount of the soldering material such as alkali metal oxide, boric acid or lead oxide is increased (for example, 20% by mass to 50% by mass in total: in particular Lithium oxide is effective in improving fluidity), but is effective in increasing the fluidity of the glass during melting and preventing the layered conductor element 30 and via conductor 35 from remaining on the surface. Further, when one or more metal oxides of Mo, W, Ni, Co, Fe and Mn are added within a range of, for example, 10% by mass (desirably 1% by mass or more), the glass at the time of melting The effect of improving fluidity can be further enhanced.

一方、層状導体要素30やビア導体35の表面に接着層11が残留した状態で貼り合わせを行ない、その貼り合わせ時に、接着層11による絶縁状態を解消する方法もありうる。すなわち、図24に示すように、貼り合わせるべき2つの単位板材50’の一方の貼り合わせ面側に層状導体要素154を配置し、他方、接着層11を層状導体要素154の配置領域と非配置領域との双方にまたがるように配置して2つの単位板材50’を重ね合わせる。そして、その状態で加熱することにより、接着層11を隔てて隣接する層状導体要素154と単位板材50’側のビア導体35とを、それら層状導体要素154ないしビア導体35の構成金属材料の加熱膨張に基づいて接着層11を貫通させることにより導通接続する。この方法は、層状導体要素30やビア導体35上にも接着層11を一括塗付できるので工程が簡略な利点がある。ただし、金属材料の加熱膨張で容易に突き破ることができるよう、両者の間に介在する接着層11の厚さは一定以下の厚さに留める必要がある。また、該導通接続のための熱履歴に耐えるよう、耐熱性の接着剤(例えばガラス層)を用いる必要がある。なお、層状導体要素30ないしビア導体35の少なくとも一部が溶融する温度で熱処理すると、金属の体積膨張は溶融時に大きいので、接着層11の貫通が生じやすくなり、その貫通孔に対する溶融金属の浸透により導通接続状態を得やすい利点がある。   On the other hand, there may be a method in which the bonding is performed with the adhesive layer 11 remaining on the surface of the layered conductor element 30 or the via conductor 35 and the insulating state by the adhesive layer 11 is eliminated at the time of the bonding. That is, as shown in FIG. 24, the layered conductor element 154 is arranged on one bonding surface side of the two unit plate members 50 ′ to be bonded, and the adhesive layer 11 is not arranged with the arrangement region of the layered conductor element 154. Two unit plate members 50 ′ are overlapped with each other so as to extend over both of the regions. Then, by heating in this state, the layered conductor element 154 that is adjacent to the adhesive layer 11 and the via conductor 35 on the unit plate member 50 ′ side are heated to the layered conductor element 154 or the constituent metal material of the via conductor 35. Conductive connection is made by penetrating the adhesive layer 11 based on the expansion. This method has an advantage that the process is simple because the adhesive layer 11 can be applied all over the layered conductor element 30 and the via conductor 35. However, it is necessary to keep the thickness of the adhesive layer 11 interposed between the two materials at a certain level or less so that the metal material can be easily broken by heat expansion. Moreover, it is necessary to use a heat-resistant adhesive (for example, a glass layer) so as to withstand the heat history for the conductive connection. If heat treatment is performed at a temperature at which at least a part of the layered conductor element 30 or the via conductor 35 melts, the volume expansion of the metal is large at the time of melting, so that the adhesive layer 11 easily penetrates, and the molten metal penetrates into the through hole. Thus, there is an advantage that a conductive connection state can be easily obtained.

本発明の適用対象となるセラミック配線基板の一例を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows an example of the ceramic wiring board used as the application object of this invention. その一部断面を拡大して示す図。The figure which expands and shows the partial cross section. 配線幅と配線間領域幅の概念説明図。The conceptual explanatory drawing of wiring width and the area | region width between wiring. ガラス材料により単位板材を製造する方法を示す模式図。The schematic diagram which shows the method of manufacturing a unit board | plate material with a glass material. 焼成セラミックにより単位板材を製造する方法を示す模式図。The schematic diagram which shows the method of manufacturing a unit board | plate material with a sintered ceramic. 単位板材にビアホール及び導体収容凹部を形成する概念説明図。The conceptual explanatory drawing which forms a via hole and a conductor accommodation recessed part in a unit board | plate material. 導体収容凹部の種々の形成パターンを例示する平面図。The top view which illustrates the various formation pattern of a conductor accommodation recessed part. ショットブラストによりビアホールを形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a via hole by shot blasting. エッチングによりビアホールを形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a via hole by an etching. レーザー加工によりビアホールを形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a via hole by laser processing. ショットブラストにより導体収容凹部を形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a conductor accommodating recessed part by shot blasting. エッチングにより導体収容凹部を形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a conductor accommodation recessed part by an etching. レーザー加工により導体収容凹部を形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a conductor accommodating recessed part by laser processing. 凹部形成用誘電体層の追加形成により導体収容凹部を形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a conductor accommodating recessed part by the additional formation of the dielectric material layer for recessed part formation. 刻印部材により導体収容凹部を形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a conductor accommodating recessed part with a marking member. ビアホール及び導体収容凹部にビア導体と層状導体要素を充填形成する概念説明図。The concept explanatory drawing which fills and forms a via conductor and a layered conductor element in a via hole and a conductor accommodating recessed part. ビア導体と層状導体要素を金属ペーストの二次焼成にて形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a via conductor and a layered conductor element by secondary baking of a metal paste. ビア導体と層状導体要素を金属メッキにて形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a via conductor and a layered conductor element by metal plating. 先に層状導体要素をセラミック板に形成し、その背景領域に凹部形成用誘電体層を追加形成する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which forms a layered conductor element in a ceramic board previously, and additionally forms the dielectric layer for recessed part formation in the background area | region. 層状導体要素を導体収容凹部に圧縮充填する例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which compresses and fills a conductor accommodation recessed part with a layered conductor element. 金属充填済み単位板材を熱圧着により貼り合わせる例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the example which bonds a metal-filled unit board | plate material by thermocompression bonding. 金属充填済み単位板材を接着層を介して貼り合わせた構造例を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the structural example which bonded the metal-filled unit board | plate material through the contact bonding layer. 金属充填済み単位板材を接着層を介して貼り合わせる第一例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the 1st example which bonds a metal-filled unit board | plate material through an adhesive layer. 金属充填済み単位板材を接着層を介して貼り合わせる第二例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the 2nd example which bonds a metal-filled unit board | plate material through an adhesive layer. 導体収容凹部に層状導体要素を、凹部開口から突出するように充填形成する別例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows another example which fills and forms a layered conductor element in a conductor accommodating recessed part so that it may protrude from recessed part opening. 径大部を有するビアホールの第一形成例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the 1st example of formation of the via hole which has a large diameter part. 径大部を有するビアホールの第二形成例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the 2nd example of formation of the via hole which has a large diameter part. 凹部形成用誘電体層の追加形成により導体収容凹部を形成する別例を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows another example which forms a conductor accommodation recessed part by the additional formation of the dielectric material layer for recessed part formation. 従来のセラミック配線基板の製造工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of the conventional ceramic wiring board. 本発明の製法にて得られるセラミック配線基板の効果を従来のセラミック配線基板と比較して説明する図。The figure explaining the effect of the ceramic wiring board obtained by the manufacturing method of this invention compared with the conventional ceramic wiring board.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体部品
2 セラミック配線基板
10 貼り合わせ面
11 接着層
30 配線部(層状導体要素)
30(P) 金属メッキ層
30h 導体収容凹部
35 ビア導体
35(P) 金属メッキ層
35h ビアホール
40 部品実装済み配線基板
50 セラミック誘電体層
50’ 単位板材
50a セラミック板材
50b’ 凹部形成用誘電体層
51 金属導体層
56 面導体(層状導体要素)
130 金属ペースト(金属粉末)
150 グリーンシート
151 球状体
154 パッド(層状導体要素)
155 端子接続パッドアレイ
201 マスク材
202 ビアホールウィンドウ
203’ マスク材
204’ 凹部パターンウィンドウ
205 刻印部材
206 凸部パターン
FP 径大部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor component 2 Ceramic wiring board 10 Bonding surface 11 Adhesive layer 30 Wiring part (layered conductor element)
30 (P) metal plating layer 30 h conductor receiving recess 35 via conductor 35 (P) metal plating layer 35 h via hole 40 component mounted wiring board 50 ceramic dielectric layer 50 ′ unit plate material 50 a ceramic plate material 50 b ′ recess forming dielectric layer 51 Metal conductor layer
56 plane conductor (layered conductor element)
130 Metal paste (metal powder)
150 Green sheet 151 Spherical body 154 Pad (layered conductor element)
155 Terminal connection pad array 201 Mask material 202 Via hole window 203 'Mask material 204' Concave pattern window 205 Marking member 206 Convex pattern FP Large diameter part

Claims (14)

緻密化したセラミック材料からなる単位板材の板厚方向にビアホールを形成し、また、該単位板材の少なくとも一方の主表面側に、配線部、面導体又はパッドからなる層状導体要素を収容する導体収容凹部を形成し、ビアホールに前記ビア導体となる金属材料を充填し、前記導体収容凹部に前記層状導体要素をなす金属材料を充填することにより金属充填済み単位板材を作製し、該金属充填済み単位板材を板厚方向に積層して貼り合わせることにより、前記単位板材によりセラミック誘電体層が形成され、前記層状導体要素により金属導体層が形成されたセラミック配線基板を得るセラミック配線基板の製造方法。   Conductor accommodation for forming a via hole in the thickness direction of a unit plate material made of a densified ceramic material, and accommodating a layered conductor element made of a wiring portion, a surface conductor or a pad on at least one main surface side of the unit plate material A metal-filled unit plate material is produced by forming a recess, filling a via hole with a metal material that becomes the via conductor, and filling the conductor-receiving recess with a metal material that forms the layered conductor element. A method of manufacturing a ceramic wiring board, wherein a ceramic dielectric layer is formed by the unit plate material and a metal conductor layer is formed by the layered conductor element by laminating and bonding the plate materials in the thickness direction. 前記配線部を収容する前記導体収容凹部を配線収容溝として形成し、該配線収容溝に収容される配線部の配線幅と、複数平行に隣接する配線収容溝間に位置する線間領域の幅とがいずれも0.1μm以上70μm以下に調整されてなる請求項1記載のセラミック配線基板の製造方法。   The conductor accommodating recess for accommodating the wiring part is formed as a wiring accommodating groove, the wiring width of the wiring part accommodated in the wiring accommodating groove, and the width of the inter-line region located between a plurality of parallel adjacent wiring accommodating grooves The method for producing a ceramic wiring board according to claim 1, wherein both are adjusted to 0.1 μm or more and 70 μm or less. ビアホールウィンドウを有したマスク材で前記単位板材の主表面を覆い、その覆われた主表面に研削砥粒を投射するショットブラスト処理を行なって、前記ビアホールウィンドウに対応したパターンにて前記ビアホールを穿設する請求項1又は請求項2に記載のセラミック配線基板の製造方法。   The main surface of the unit plate material is covered with a mask material having a via hole window, shot blasting is performed to project abrasive grains onto the covered main surface, and the via hole is formed in a pattern corresponding to the via hole window. The manufacturing method of the ceramic wiring board of Claim 1 or Claim 2 to provide. ビアホールウィンドウを有したマスク材で前記単位板材の主表面を覆い、その覆われた主表面にエッチング処理を行なって、前記ビアホールウィンドウに対応したパターンにて前記ビアホールを穿設する請求項1又は2に記載のセラミック配線基板の製造方法。   3. The main surface of the unit plate material is covered with a mask material having a via hole window, the covered main surface is etched, and the via hole is formed in a pattern corresponding to the via hole window. The manufacturing method of the ceramic wiring board as described in any one of Claims 1-3. 前記単位板材に前記ビアホールをレーザーにより穿設する請求項1又は請求項2に記載のセラミック配線基板の製造方法。   The method for manufacturing a ceramic wiring board according to claim 1, wherein the via hole is formed in the unit plate material by a laser. 凹部パターンウィンドウを有したマスク材で前記単位板材の主表面を覆い、その覆われた主表面に研削砥粒を投射するショットブラスト処理を行なって、前記凹部パターンウィンドウに対応したパターンにて前記導体収容凹部を形成する請求項1ないし請求項5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。   Cover the main surface of the unit plate material with a mask material having a concave pattern window, perform shot blasting to project abrasive grains onto the covered main surface, and perform the conductor in a pattern corresponding to the concave pattern window The method for manufacturing a ceramic wiring board according to claim 1, wherein the housing recess is formed. 凹部パターンウィンドウを有したマスク材で前記単位板材の主表面を覆い、その覆われた主表面にエッチング処理を行なって、前記凹部パターンウィンドウに対応したパターンにて前記導体収容凹部を形成する請求項1ないし請求項5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。   The mask material having a recess pattern window covers the main surface of the unit plate material, and the covered main surface is etched to form the conductor-accommodating recess in a pattern corresponding to the recess pattern window. The method for manufacturing a ceramic wiring board according to any one of claims 1 to 5. 金属粉末を前記単位板材に形成された前記ビアホールに充填した後、前記セラミック誘電体層を構成するセラミックの融点よりも低温で二次焼成して前記ビア導体を形成する請求項1ないし請求項7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。   8. The via conductor is formed by filling the via hole formed in the unit plate material with the metal powder and then performing secondary firing at a temperature lower than the melting point of the ceramic constituting the ceramic dielectric layer. The manufacturing method of the ceramic wiring board of any one of these. 前記単位板材に形成された前記ビアホールに金属を充填メッキすることにより前記ビア導体を形成する請求項1ないし請求項8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。   9. The method of manufacturing a ceramic wiring board according to claim 1, wherein the via conductor is formed by filling and plating a metal in the via hole formed in the unit plate member. 金属粉末を前記単位板材に形成された前記導体収容凹部内に充填した後、前記セラミック誘電体層を構成するセラミックの融点よりも低温で二次焼成して前記層状導体要素を形成する請求項1ないし請求項9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。   2. The layered conductor element is formed by filling a metal powder into the conductor housing recess formed in the unit plate material and then performing secondary firing at a temperature lower than the melting point of the ceramic constituting the ceramic dielectric layer. The manufacturing method of the ceramic wiring board of any one of Claim 9 thru | or 9. 前記単位板材に形成された前記導体収容凹部内に金属を充填メッキすることにより、前記層状導体要素を形成する請求項1ないし請求項10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。   The method for manufacturing a ceramic wiring board according to any one of claims 1 to 10, wherein the layered conductor element is formed by filling and plating a metal in the conductor receiving recess formed in the unit plate material. 前記導体収容凹部内に前記層状導体要素を凹部開口から突出する形態で配置し、その状態で該層状導体要素の突出部を前記導体収容凹部内に圧入することにより、該層状導体要素を前記導体収容凹部内に圧縮状態にて充填する請求項1ないし請求項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。   The layered conductor element is arranged in the conductor receiving recess so as to protrude from the opening of the recess, and in this state, the protruding portion of the layered conductor element is press-fitted into the conductor receiving recess, whereby the layered conductor element is inserted into the conductor receiving recess. The method for manufacturing a ceramic wiring board according to any one of claims 1 to 11, wherein the housing recess is filled in a compressed state. 前記金属充填済み単位板材を熱圧着により直接貼り合わせる請求項1ないし請求項12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。   The method for manufacturing a ceramic wiring board according to any one of claims 1 to 12, wherein the metal-filled unit plate members are directly bonded together by thermocompression bonding. 前記金属充填済み単位板材を接着層を介して貼り合わせる請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載のセラミック配線基板。   The ceramic wiring board according to claim 1, wherein the metal-filled unit plate material is bonded through an adhesive layer.
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