JP2005210031A

JP2005210031A - 配線基板

Info

Publication number: JP2005210031A
Application number: JP2004017595A
Authority: JP
Inventors: Nobuoki Horiuchi; 伸起堀内; Toshiaki Shigeoka; 俊昭重岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】絶縁基板と、絶縁基板の表面または内部に形成されたメタイライズ配線層とからなる配線基板において、メタライズ配線層の導通性、めっき性、外観などを低下させず、メタライズ配線層と絶縁基板との接着強度を維持したまま、焼成による基板反りを低減する。
【解決手段】絶縁基板と、絶縁基板の表面または内部に形成されたメタイライズ配線層とからなる配線基板において、前記メタライズ配線層は、配線パターン形状に形成された絶縁性配線パターン層を介して絶縁基板に接合しており、絶縁性配線パターン層中には、前記メタライズ配線層中の金属成分が拡散分布していることを特徴とする。
【選択図】図３。

Description

本発明は、絶縁基板と、絶縁基板の表面または内部に形成されたメタイライズ配線層とからなる配線基板に関するものであり、特に、ガラスセラミックスにより形成された絶縁基板とメタライズ配線層を絶縁基板との同時焼成により形成することが可能な配線基板に関するものである。

半導体素子などを搭載するための配線基板としては、従来からアルミナなどのセラミック材料を絶縁基板とするものが用いられているが、最近に至り、アルミナに比較して誘電率が低く、焼結温度が低い低抵抗の導体（Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなど）の配線を形成できるなどの点で優れ、特に回路の高集積化の要求に適用することのできるガラスセラミックが絶縁基板材料として注目されている。また、ガラスセラミック材料は、近年通信分野で使用する基板材料として特に低抵抗の配線を形成できるという点から注目されており、その中でも特にＣｕによる配線化が進められている。

銅をメタライズ配線層とするガラスセラミック配線基板（即ち、ガラスセラミック製絶縁基板にメタライズ配線層が形成されたもの）を製造するには、先ず、ガラスセラミック原料と有機バインダーとから成形されたグリーンシート表面に、銅粉末を含むメタライズペーストをプリントして導体パターンを形成する。あるいは、グリーンシートに穴開けしてスルーホールを形成し、このスルーホールに銅メタライズペーストを充填し、さらにこのシートの所定の位置に銅メタライズペーストをプリントする。そして、これらのメタライズペーストを印刷あるいは充填したグリーンシートを複数層形成し、これらのシートを位置合わせして加圧積層する。その後、積層体を加熱してバインダーの除去を行い、導体ペースト及びガラスセラミックスを同時焼成することにより、上記のガラスセラミック配線基板が作製される。

強度の高いガラスセラミックを得るためには、結晶化度の高いガラス材料が要求され、焼成により形成される絶縁基板での結晶化が安定するために、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｍｏ等の金属が結晶化材（核材）として、上記ガラス材料に各種フィラーとともに添加した原料粉末が使用される。この場合、結晶核により結晶化のタイミングが早くなる系では、メタライズの金属成分の基板への拡散により反りが大きくなるという問題がある。

また、通常、ガラスセラミック絶縁基板、およびそれと同時焼成される銅メタライズの焼成温度は８００〜１１００℃程度であるが、焼成時の焼成収縮開始温度は、ガラスセラミック基板よりも銅メタライズの方が２００℃程度低い。このために、収縮開始のずれにより銅メタライズとガラスセラミック絶縁基板間に応力が発生し、その結果、基板に反りや変形が生じてしまう。

上記のような基板の反りを小さくする方法としては、銅メタライズ中の銅粉末表面に酸化膜を形成することにより、銅メタライズの収縮開始温度をガラスセラミック基板の収縮開始温度に近づける方法が特許文献１で提案されている。また、銅を主成分とする導体ペーストとして主成分のＣｕ、Ｃｕ_２Ｏ、Ｃｕ−Ｃｕ_２Ｏ混合物またはＣｕ−ＣｕＯ混合物に対して、金属酸化物としてＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２などの無機成分を総量で０．５〜３０．０体積％含有したことを特徴とする銅メタライズ組成物が特許文献２で提案されている。
特開平１１−２５７５４号特開平１０−９５６８６号

上記特許文献１，２で提案されている方法によれば、例えば後工程の半田濡れ性を阻害せずに、ガラスセラミックス絶縁基板の反りやうねりなどの変形を効果的に防止することができ、銅メタライズ配線層とガラスセラミックス絶縁基板との界面の接着強度が高く、安定した接着強度を得ることができる。

しかしながら、ガラスセラミックス絶縁基板は、７５０〜８００℃付近で焼成収縮が開始するが、銅メタライズは６００〜７００℃付近から収縮が始まる。さらに両者の焼成収縮曲線は全く異なる。従って、メタライズ収縮曲線をガラスセラミックスの収縮曲線に近づけて基板反りを無くす為には、銅メタライズの焼成を抑制することが必要であり、このために、メタライズペースト中に金属酸化物などの無機成分の添加量を多くしなければならず、その結果、導通抵抗が高くなるのみならず、メタライズ配線層の表面に金属酸化物が露出し、めっき性の低減、外観歩留りの低下、メタライズ配線層の絶縁基板との接着強度の低下などの不都合を生じてしまう。また、導通抵抗、めっき性、外観、接着強度等をすべて考慮すると、基板反りが発生してしまうという問題がある。

従って、本発明の目的は、絶縁基板と、絶縁基板の表面または内部に形成されたメタイライズ配線層とからなる配線基板において、メタライズ配線層の導通性、めっき性、外観などを低下させず、メタライズ配線層と絶縁基板との接着強度を維持したまま、焼成による基板反りを低減することを目的とする。

本発明によれば、絶縁基板と、絶縁基板の表面または内部に形成されたメタイライズ配線層とからなる配線基板において、
前記メタライズ配線層は、配線パターン形状に形成された絶縁性配線パターン層を介して絶縁基板に接合しており、絶縁性配線パターン層中には、前記メタライズ配線層中の金属成分が拡散分布していることを特徴とする配線基板が提供される。

本発明においては、
（１）前記絶縁性配線パターン層中の金属成分は、メタライズ配線層との界面から離れるにしたがって漸次低濃度となるように分布していること、
（２）前記絶縁基板は金属成分を含有しており、該絶縁基板中の金属成分濃度は、前記絶縁性配線パターン層中の金属成分の最低濃度よりも高濃度であること、
（３）前記絶縁性配線パターン層が、前記メタライズ配線層中の金属成分が拡散分布しているガラスセラミックから形成されていること、
（４）前記絶縁性配線パターン層の厚みが５００μｍ以下であること、
（５）前記絶縁基板は、結晶相を析出可能なガラスを３０〜９０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＳｉＯ_３、ＡｌＮ及びＭｇＴｉＯ_３の群から選ばれる少なくとも１種のフィラーを１０〜７０質量％、及び結晶化材であるＣｕを０．０５〜０．２質量％の量で含む混合粉末を用いて成形されたシートを焼成することにより得られ、且つ前記メタライズ配線層がＣｕより形成されたものであること、
（６）前記ガラスがディオプサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラスであり、ＳｉＯ_２を３０〜５５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１５質量％、ＭｇＯを１４〜３０質量％、ＣａＯを５〜２０質量％、及びＳｒＯを１０〜２５質量％を含むこと、
が好ましい。

本発明によれば、メタライズ配線層が絶縁性配線パターン層を介して絶縁基板と接合していることにより、メタライズ配線層の接着強度を高く維持でき、しかもメタライズ配線層中に、めっき性や導通性を低下させる金属酸化物などのフィラー成分を多量に添加することなく、基板反りを抑制することができる。

基板反りの原理を説明するための図１、及び本発明で基板反りが抑制される理由を説明するための図２を参照されたい。

図１に示すように、絶縁基板２上にメタライズ配線層３が直接形成されている場合には、絶縁基板２とメタライズ配線層３との焼成収縮挙動の不一致によって基板反りが発生する。また、メタライズ配線層３中の金属成分（メタライズ成分）が同時焼成時に絶縁基板２中に拡散する。このため、絶縁基板２では、メタライズ配線層３に近い側（金属成分が拡散する部分）と離れた側（金属成分が拡散していない部分）との間において、焼結過程や焼結状態（ボイドの量、焼結開始終了温度、発生する結晶相）に差が生じることとなり、このような差によっても基板反りが発生する。

しかるに、本発明では、図２に示したように、メタライズ配線層３と絶縁基板２との間には、絶縁性配線パターン層１０が介在している。即ち、この絶縁性配線パターン層１０と絶縁基板２との間での焼成収縮差は小さく、焼成収縮差に起因する基板反りは有効に回避される。しかも、同時焼成に際してのメタライズ配線層３から絶縁基板２への金属成分（メタライズ成分）の拡散は、両者の間に介在している絶縁性配線パターン層１０により遮断され、この結果、金属成分の拡散による基板反りも有効に抑制されることとなる。

また、絶縁性配線パターン層１０中には、同時焼成により、メタライズ配線層３の金属成分（メタライズ成分）が拡散するため、絶縁性配線パターン層１０でのメタライズ濃度（金属成分濃度）は、図２に示すように、メタライズ配線層３側の界面で最も高く、絶縁基板２側の界面側に向かって漸次低下する。この場合、図２に示すように、絶縁性配線パターン層１０中のメタライズ濃度（例えばＣｕ濃度）は、絶縁基板２中の金属成分濃度（例えばＣｕ濃度）よりも低い領域を有しているのがよい。このような濃度分布においては、絶縁性配線パターン層１０の焼成による反りは、メタライズ配線層３側の界面では上に凸となり、絶縁基板１側の界面では下に凸となる。即ち、互いに逆反りとなるため、絶縁性配線パターン層１０の反りは互いに打消しあい、有効に緩和される。この結果、焼成時の反り等の変形によるメタライズ配線層３の接合強度の低下も有効に回避することが可能となる。

以下、本発明を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図３は、本発明の配線基板の一例を示す概略断面図である。

図３において、全体として１で示す配線基板は、ガラスセラミック絶縁基板２と、その表面（底面を含む）や内部に形成されたメタライズ配線層３とからなっている。

ガラスセラミック絶縁基板２は、複数のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄを積層してなる積層体から構成されており、絶縁基板２の内部に設けられているメタライズ配線層３は、絶縁層２ａ〜２ｄの積層界面に形成されている。

また、各絶縁層２ａ〜２ｄには、厚み方向を貫くように形成された直径が８０〜２００μｍのビアホール導体４が設けられており、これにより、メタライズ配線層３間を接続し所定回路を達成するための回路網が形成される。絶縁基板２の表面に形成されているメタライズ配線層３上には、必要により、半導体素子等の電気素子５が実装搭載される。

本発明において、上記のメタライズ配線層３は、既に述べたように、配線パターン形状に形成された絶縁性配線パターン層１０を介して絶縁基板１（各絶縁層２ａ〜２ｄ）に接合されている。この場合、ビアホール導体４が接続される部分には、絶縁性配線パターン層１０が欠落しており、ビアホール導体４が直接メタライズ配線層３に接続されるようになっている。

（ガラスセラミック絶縁基板２）
上記のような構造を有する本発明の配線基板１において、ガラスセラミック絶縁基板２（絶縁層２ａ〜２ｄ）は、ガラスとフィラーとの焼成により形成されるガラスセラミックからなるものであり、特にガラスとして結晶相を析出可能なものを用いることが、絶縁基板２の高強度化の点で好ましい。高強度化に有用な結晶は一般に難焼結性であるため、該結晶をガラスから析出させず、該結晶粉末を、フィラーとして高強度化を達成できるような量でガラスと混合して用いた場合には、焼成温度が高くなってしまい、メタライズ配線層３を同時焼成により形成することが困難となってしまう。しかるに、焼成によりガラス中から結晶相を析出させれば、フィラー量を少なくし、焼成温度を高めることなく、絶縁基板２の高強度化を達成できるからである。

ガラス中から析出させる結晶相としては、ディオプサイド［Ｃａ（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓｉ，Ａｌ）_２Ｏ_６］、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、ガーナイト（ＺｎＡｌ_２Ｏ_４）、コージェライト（Ｍｇ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８）、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ_３）、ウイレマイト（Ｚｎ_２ＳｉＯ_４）、アノーサイト（ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）、スラウソナイト（ＳｒＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）、（Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、フォルステライト（２ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２）、セルシアン（ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）、ヘキサセルシアン、モンティセライト（ＣａＭｇＳｉＯ_４）、メリライト（Ｃａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８）、アケーマナイト（Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７）の群から選ばれる少なくとも１種が好適である。特に強度向上の点から、ディオプディオプサイドや、これと類似するアケーマナイト、モンティセライト、メリナイトなど（以下、これらをディオプサイド型酸化物結晶と呼ぶ）が好適である。また、前記ディオプサイド中にはＳｒＯが固溶していてもよい。

特に、上記のようなディオプサイド型酸化物結晶相を焼成により析出させる場合、メタライズ成分が拡散してくることにより結晶化度が大きく変化し、基板反りが顕著となるが、本発明では、絶縁性配線パターン層１０を設けることにより、メタライズ成分の拡散が有効に抑制されるため、このような結晶相を析出させる場合においても、基板反りを有効に低減することができる。

上述した結晶相を析出させ得るガラスは、析出させる結晶の種類に応じた組成を有する。例えばディオプサイド型酸化物結晶を析出させるガラスは、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＣａＯを主とするものであり、これら成分に、ＳｒＯやＢａＯなどが添加されたものであってを添加した系を主成分として含まれてもよい。ディオプサイド型酸化物結晶を析出させるガラスの特に好適な組成は、ＳｉＯ_２を３０〜５５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１５質量％、ＭｇＯを１４〜３０質量％、ＣａＯを５〜２０質量％、及びＳｒＯを１０〜２５質量％を含むものである。

また、フィラーとしては、アルミナ、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、ディオプサイド、コージェライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルシアン、ヘキサセルシアン、スピネル、ガーナイト、シリカ、ジルコニア、チタニア、ＭｇＴｉＯ_３、（Ｍｇ，Ｚｎ）ＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４、Ｚｎ_２ＴｉＯ_４、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣおよびＡｌＮの群から選ばれる少なくとも１種が好適であり、特には、アルミナ、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルシアン、ヘキサセルシアン、スピネル、ガーナイト、ジルコニア、ＡｌＮ，ＳｉＣの群から選ばれる少なくとも１種が望ましく、これらの中でもアルミナが最も望ましい。

上述した絶縁基板２は、上記のガラス粉末とフィラー粉末との混合粉末を用いて、公知の方法により成形し、焼成することにより形成されるが、混合粉末中のガラス粉末含量は、３０〜９０質量％、特に４０〜７０質量％であり、フィラー粉末含量は、１０〜７０質量％、特に３０〜６０質量％の割合とすることが好適である。ガラス量が上記範囲よりも少ないと、１０５０℃以下の温度で緻密化できず、メタライズ配線層３を同時焼成により形成することが困難となり、ガラス量が上記範囲よりも多いと、絶縁基板２の強度低下を生じてしまう。

本発明において、絶縁基板２には、上記のガラス及びフィラーに由来する成分（ガラスから析出した結晶相やフィラー成分が分解して生成した結晶相、これら結晶相の粒界に存在する残存ガラス相）と共に、ガラスから結晶相を析出する際の核となる結晶化材Ｃｕ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｍｏ等の金属成分を含有していることが好ましく、これにより、ガラス中からのディオプサイド結晶相等の析出を促進させることができる。このような結晶化材としては、特にＣｕが好適であり、通常、絶縁基板２中（即ち、絶縁基板２の形成に用いる前記混合粉末中）に、０．０５〜０．２質量％の割合で存在していることが好ましい。このような結晶化材を配合した場合には、先に述べたと同様、メタライズ成分の拡散により結晶化度が大きく変化し、基板反りが顕著となる傾向があるが、本発明では、このような場合においても、絶縁性配線パターン層１０の形成により、基板反りを有効に回避することができる。

（メタライズ配線層３）
メタライズ配線層３は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の低抵抗金属、特にＣｕから形成されるが、必要により、これら低抵抗金属成分１００質量部当り、２質量部以下、特に０．５〜２質量部の量でガラスを含有していてもよい。このガラスは、絶縁基板１や絶縁配線パターン層１０との接合強度を高めるために使用されるものであり、通常、絶縁基板１の形成に用いるガラスが使用されるが、必要以上に多量に使用すると、メタライズ配線層３の電気抵抗値が増大してしまうため、上記のように２質量部以下とするのがよい。

（絶縁性配線パターン層１０）
本発明において、上記絶縁基板２（絶縁層２ａ〜２ｄ）とメタライズ配線層３との間の界面に形成される絶縁性配線パターン層１０は、絶縁基板２やメタライズ配線層３との同時焼成により形成されるものであり、ガラスセラミックからなっていることが好ましく、特に、前述した絶縁基板２の形成に用いるガラスとフィラーとの焼成により形成されていることが、絶縁基板２との高い接合強度を確保できる点で好ましい。

また、この絶縁性配線パターン層１０には、同時焼成によって、メタライズ配線層３からメタライズ成分（金属成分）が拡散することとなり、図２に関して説明されているように、メタライズ配線層３との界面側から絶縁基板２（絶縁層２ａ〜２ｄ）側の界面に向かってメタライズ濃度が漸次減少するような濃度分布を有している。本発明では、このような絶縁性配線パターン層１０を設けることにより、基板反りを有効に抑制できるのであるが、この絶縁性配線パターン層１０に拡散しているメタライズ成分の最低濃度（即ち、絶縁基板２側の界面での濃度）が、絶縁基板２中の金属成分濃度（結晶化材濃度）以下となるように絶縁性配線パターン層１０の厚みが調整されていることが好ましい。即ち、メタライズ成分の最低濃度を絶縁基板２中の金属成分濃度以下とすることにより、このようなメタライズ成分がさらに絶縁基板２中に拡散することが確実に防止され、基板反りを防止する上で一層好適となる。

本発明において、絶縁性配線パターン層１０の厚みは、好ましくは２５μｍ〜５００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜２５０μｍ、さらに好ましくは１００μｍ〜２００μｍの範囲にあるのがよい。この厚みを必要以上に厚くすると、メタライズ配線層３の導通性が損なわれたり、回路破断を生じ易くなったり、或いは配線基板１の厚みが不必要に厚くなり、経済性、軽量性、コンパクト化等の点でも不利となってしまう。また、あまり薄いと、メタライズ配線層３から絶縁基板２へのメタライズ成分の拡散防止効果が損なわれ、特に、絶縁基板２中の金属成分濃度以下に絶縁性配線パターン層１０のメタライズ濃度を低下させることができず、基板反りの抑制効果が低減してしまうからである。

（配線基板１の製造）
上述した構造を有する本発明の配線基板１は、例えば以下の方法で製造することができる。

先ず、前述したガラス粉末、フィラー粉末及び結晶化材を所定量比で混合して絶縁基板２の製造用混合粉末を調製する。この混合粉末に、有機バインダー、可塑剤、溶剤を加えて成形用スラリーを調製し、所望の成形手段、例えば、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法、金型プレス等により、絶縁層２ａ〜２ｄに対応するグリーンシートを成形する。このグリーンシートには、必要により、打ち抜き加工等により、所定位置にビアホール用のスルーホールが形成される。

また、ガラス粉末及びフィラー粉末を、上記と同様の量比で混合し、この混合粉末に、有機バインダー、可塑剤、溶剤を加えて絶縁性配線パターン層形成用のペーストを調製する。

さらに、低抵抗金属の粉末（特にＣｕ粉末）に、必要により所定量のガラス粉末を加え、上記と同様に、有機バインダー、可塑剤、溶剤を加えてメタライズペーストを調製する。

次いで、先に作製されたグリーンシートに、絶縁性配線パターン層形成用のペーストを周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、さらに、その上にメタライズペーストを同様にして印刷塗布する。また、ビアホール用のスルーホール内にも、このメタライズペーストを充填する。そしてこれらのグリーンシートを複数枚積層する。

その後、この積層体を、５００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で熱処理して有機樹脂バインダーを除去した後に、８５０℃〜１０５０℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で、所定時間焼成することにより、相対密度９０％以上まで緻密化された絶縁基板２と、その表面及び内部に絶縁性配線パターン層１０を介して接合されたメタライズ配線層３が一括で形成される。焼成温度が８５０℃より低いと緻密化することができず、１０５０℃を越えるとメタライズ配線層との同時焼成でメタライズ層が溶融してしまう。

その後、必要により、絶縁基板２表面に形成されたメタライズ配線層３上に、電解めっき法や無電解めっき法によってＣｕ、Ａｕ、Ｎｉなどのめっき層を形成することによって、本発明の配線基板１を得ることができる。かかる配線基板１では、メタライズ配線層３の形成に、メッキ性や導通性を低下させる金属酸化物を用いることなく、基板反りが有効に抑制されている。

本発明における実験例を以下に示す。

（実験例１）
以下の組成を有する結晶性ガラス（軟化点８５０℃）の平均粒径３μｍの粉末を準備した。
結晶性ガラス
ＳｉＯ_２：５０．２質量％
Ａｌ_２Ｏ_３：５．０質量％
ＣａＯ：１５．１質量％
ＭｇＯ：１６．１質量％
ＳｒＯ：１３．６質量％

上記のガラス粉末に、平均粒径２μｍのＡｌ_２Ｏ_３（フィラー成分）及びＣｕ粉末（結晶化剤）を、６０：３９．９：０．１の質量比で混合してガラスセラミック原料粉末Ａを調製した。１００質量部の原料粉末Ａに、１１質量部のメタクリル酸イソブチル樹脂（有機バインダー）、５質量部のフタル酸ジブチル（可塑剤）を添加し、トルエンを溶媒としてボールミルにより３６時間混合し、絶縁基板用スラリーを調製した。このスラリーを用いて、ドクターブレード法によって厚さ０．２ｍｍのグリーンシートを作製した。

また、上記の結晶性ガラス粉末を用いて、以下のガラスセラミック原料粉末Ｂ〜Ｃを調製した。
ガラスセラミック原料粉末Ｂ
結晶性ガラス粉末７３質量％
平均粒径２．５μｍのシリカ（フィラー）２７質量％
ガラスセラミック原料粉末Ｃ
結晶性ガラス粉末７３質量％
平均粒径３μｍのシリカ（フィラー）２７質量％

上記のガラスセラミック原料粉末Ｂ或いはＣを用いて、上記と全く同様にして、厚さ０．２ｍｍのグリーンシートを作製した。

次に、前記結晶性ガラスの粉末と、平均粒径２μｍのＡｌ_２Ｏ_３（フィラー）とを質量比で６０：４０で混合し、このガラスセラミック原料粉末１００質量部に、アクリル樹脂（有機バインダー）を２質量部、有機溶剤としてα‐テルピネオールを１５質量部添加混錬することで、メタライズを含有しない絶縁性配線パターン層用のペーストを調製した。

さらに、平均粒径が５μｍの銅粉末を準備した。そして、この銅粉末に１００質量部（Ｃｕ換算）に対して、平均粒径が３μｍのフォルステライト粉末、上記結晶性ガラスの平均粒径が３．５μｍの粉末を、それぞれ表１に示す割合で秤量添加し、さらに、これら無機物成分１００質量部に対してアクリル樹脂（有機バインダー）を２質量部、α‐テルピネオール（有機溶剤）を１５質量部添加混錬し、銅メタライズペーストを調製した。

絶縁性配線パターン層用のペースト及び銅メタライズペーストを使用し、先に作製されたグリーンシートの表面に、焼成後の形状が縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ（１０ｍｍ角）、厚さ１００μｍとなる絶縁性配線パターン層用の配線パターンを形成し、この上に、焼成後の形状が上記同形、厚さ１５μｍとなるように銅メタライズ配線パターンを形成し、このグリーンシートを最上層とし、これらのパターンを形成していないグリーンシート６枚を加圧積層して、絶縁性配線パターン層（以下、界面層と呼ぶ）および絶縁基板のメタライズ成分濃度評価、基板反り測定、めっき性評価モニター用の積層体を作製した。

また、先に作製されたグリーンシートの表面に、焼成後の形状が縦２ｍｍ、横２ｍｍ（２ｍｍ角）、厚さ１００μｍとなる界面層用の配線パターンを形成し、この上に、焼成後の形状が上記同形、厚さ１５μｍとなる銅メタライズ配線パターンを形成し、これを最上層とし、このようなパターンを形成していないグリーンシート４枚を加圧積層し、接着強度測定用モニター用の積層体を作製した。

さらに、先に作製されたグリーンシートの表面に、焼成後の形状が長さ５０ｍｍ、幅０．３ｍｍ、厚さ１００μｍとなる界面層用の配線パターンを形成し、この上に、焼成後の形状が上記同形、厚さ１５μｍとなる銅メタライズ配線パターンを形成し、これを最上層とし、このようなパターンを形成していないグリーンシート１枚を加圧積層して、比抵抗測定モニター用の積層体を作製した。

上記の各積層体を、水蒸気を含んだ窒素雰囲気中、７５０℃の温度で３時間保持する熱処理を行って残留炭素量を２００ｐｐｍ以下に低減して脱バインダーを行った後、雰囲気を乾燥窒素に切り替え、９００℃に昇温して１時間保持する焼成を行い、銅メタライズ配線層を有する評価用のガラスセラミック配線基板を得、各種特性の評価を行い、その結果を表１に示した。

界面層（絶縁性配線パターン層）および絶縁基板に拡散するメタライズ成分の濃度評価は、ＥＰＭＡマッピング分析で行った。即ち、評価モニターの界面層、絶縁基板の断面をＥＰＭＡマッピング分析し、偏析量を表すメタライズ元素のカウント数の大小により、界面層の特にメタライズ側、絶縁基板側（磁器側）に拡散するメタライズ成分濃度変化、および界面層と絶縁基板のメタライズ成分濃度比較を行った。尚、ＥＰＭＡマッピング分析は波長分散形ＷＤＳＪＸＡ−８６００Ｍによって行った。

接着強度は、該測定モニター用の配線基板を用いて、２ｍｍ角の銅メタライズ配線層に厚さ２．５μｍのＮｉメッキを行い、その上に厚さ０．１μｍのＡｕメッキをした後、該メッキ被覆層上にＣｕ系のリード線を銅メタライズ配線層表面と平行に半田接合し、その時の半田濡れ％を目視検査して半田濡れ性の良否を、また、前記リード線を銅メタライズ配線層表面に対して垂直方向に曲げ、該リード線を１０ｍｍ／ｍｉｎ．の引っ張り速度で垂直方向に引っ張り、リード線が剥離した時の荷重を銅メタライズ配線層の接着強度として評価した。

反り評価は、反り測定モニターの配線基板を用い、表面粗さ計でＸ、Ｙ方向を測定しその最大値を反り値とした。また、反り測定モニターに接着強度測定モニターと同様のめっきを施し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるめっき表面観察にて全体の９８％以上めっきがかかっていれば○として評価した。

メタライズ配線層の導通抵抗の評価は、比抵抗測定モニターを用いて行った。評価については、配線（幅５０μm）の両端にて配線抵抗をテスターにて測定し、この配線層長さを走査型電子顕微鏡、配線層の長さを顕微鏡を用いて測定し、得られた配線層の形状から比抵抗を算出した。

表１の結果から明らかなように、従来のように、絶縁基板上にメタライズ配線層を接合させた場合、反り量を５０μｍ程度にするためには、金属酸化物などを２０質量％程度添加することが必要になるが、めっき性が低下し全く使用に耐えない。

これに対し、本発明に従い、絶縁基板とメタライズ配線層との間に、絶縁性配線パターン層（界面層）を設けると、金属酸化物成分の含有量が０質量％であっても反り量を０μmにすることができるとともに、めっき性の低下もなく、最大荷重最低値が９．４〜９．５ｋｇｆ／２ｍｍ□の範囲で安定した接合強度を有するものであった。

従来のメタライズ配線層を用いた配線基板の基板反りの原理を説明するための図。本発明により、基板反りが抑制される原理を説明するための図。本発明の配線基板の概略断面図である。

符号の説明

２：絶縁基板
３：メタライズ配線基板
１０：絶縁性配線パターン層

Claims

絶縁基板と、絶縁基板の表面または内部に形成されたメタイライズ配線層とからなる配線基板において、
前記メタライズ配線層は、配線パターン形状に形成された絶縁性配線パターン層を介して絶縁基板に接合しており、絶縁性配線パターン層中には、前記メタライズ配線層中の金属成分が拡散分布していることを特徴とする配線基板。
前記絶縁性配線パターン層中の金属成分は、メタライズ配線層との界面から離れるにしたがって漸次低濃度となるように分布している請求項１に記載の配線基板。
前記絶縁基板は金属成分を含有しており、該絶縁基板中の金属成分濃度は、前記絶縁性配線パターン層中の金属成分の最低濃度よりも高濃度である請求項２に記載の配線基板。
前記絶縁性配線パターン層が、前記メタライズ配線層中の金属成分が拡散分布しているガラスセラミックから形成されている請求項１乃至３の何れかに記載の配線基板。
前記絶縁性配線パターン層の厚みが５００μｍ以下である請求項１乃至４のいずれかに記載の配線基板。
前記絶縁基板は、結晶相を析出可能なガラスを３０〜９０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＳｉＯ_３、ＡｌＮ及びＭｇＴｉＯ_３の群から選ばれる少なくとも１種のフィラーを１０〜７０質量％、及び結晶化材であるＣｕを０．０５〜０．２質量％の量で含む混合粉末を用いて成形されたシートを焼成することにより得られ、且つ前記メタライズ配線層がＣｕより形成されたものである請求項１乃至５の何れかに記載の配線基板。
前記ガラスがディオプサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラスであり、ＳｉＯ_２を３０〜５５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１５質量％、ＭｇＯを１４〜３０質量％、ＣａＯを５〜２０質量％、及びＳｒＯを１０〜２５質量％を含む請求項６に記載の配線基板。