JP2005236150A

JP2005236150A - 配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP2005236150A
Application number: JP2004045457A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hayashi; 桂林; Hidetoshi Yugawa; 英敏湯川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: JP4395388B2

Abstract

【課題】無機粉末と樹脂とを含有してなる絶縁基体を具備してなる配線基板において、絶縁基体に形成された貫通孔と、貫通孔内に設けられた貫通導体との密着性を向上させ、信頼性に優れた配線基板並びにその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも第一の無機粉末１ｂと第一の樹脂１ａを含有してなる絶縁基体１と、該絶縁基体１に形成された貫通孔３と、該貫通孔３に形成された第一の金属相５からなる貫通導体５を具備してなる配線基板１７において、前記貫通孔３の内壁と前記貫通導体５とが、少なくとも第二の金属相６ａと、第二の無機粉末６ｂとを含有してなる中間層６を介して接続されてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機材料系の配線基板、特に、大規模半導体（ＬＳＩ）を実装するための配線基板に関し、特に貫通孔のピッチが狭く、高密度に貫通孔を形成した配線基板に関するものである。

ＬＳＩは微細配線加工技術の進歩と動作周波数の増加により、大量の情報を短時間で処理することが可能になっている。半導体に大量の情報とそれを処理するための電力を供給するのがＩ／Ｏと呼ばれる端子である。このＩ／ＯはＬＳＩ技術の進歩と共に近年急激な増加が見込まれている。一方、従来、半導体素子等の電子部品を搭載するための有機材料系の配線基板は、例えばガラス−エポキシ板の上面から下面にかけて貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔にめっきを施して上下両面の配線導体同士を接続したものであった。

このような配線基板は、ガラス−エポキシ板からなる絶縁基体の上下両面に銅箔が被着された両面銅張板を準備するとともに、この両面銅張板を上下に貫通する貫通孔をドリル加工により穿孔し、次に前記上下両面の銅箔上および貫通孔内面に銅からなるめっき層を無電解めっき法および電解めっき法により析出させて前記上下両面の銅箔の上にめっき層を被着するとともに貫通孔の内面にめっき層からなる貫通導体を形成し、次に、前記絶縁基体の上下両面に被着された銅箔およびその銅箔に被着しためっき層をフォトリソグラフィー技術を採用して部分的にエッチングして配線導体を形成することによって製作されている。さらに、より微細な配線を形成するために、ビルドアップ法と呼ばれ一般に知られている方法でビルドアップ層を形成することも行われている。

ところで、ＬＳＩのＩ／Ｏ数の増加に伴い、このような有機材料系の多層配線基板においては、貫通導体の間隔（貫通導体のピッチ）を狭くすることによって、貫通導体の密度を高くすることが求められている。

この理由は、貫通導体の密度が高くなければ、Ｉ／Ｏ端子と接続するための配線の密度を上げることができなくなり、その結果Ｉ／Ｏ端子の密度は、配線可能な密度まで下げざるを得ないためである。

また、貫通導体の密度が高くなければ、ＬＳＩの端子からの配線を大きく外部に引き出してからマザーボード側に配線する必要が生じ、配線長を短くすることができなくなる。配線長を短くすることは、ＧＨｚレベルに達する信号の伝送による劣化を防ぐためには、不可欠な要素である。

この様な理由で貫通導体の密度を高くする必要が増大しているが、貫通導体の間隔を狭くすると、貫通導体間の電気的絶縁を確保することが困難になっている。絶縁を確保するためには、貫通孔の直径を極力細くする必要があり、現在、７５〜１３０μｍ程度の小さなものとする試みがなされているが、従来のドリル加工では困難な問題もあり、炭酸ガスレーザによる穿孔方法が検討されている（特許文献１、２、３参照）。
特開平９−０５１１７２号公報特開平８−３２３４８８号公報特開平６−３３４３０１号公報

しかしながら、特許文献１、２、３の方法を用いた場合でも、貫通導体の密度を高くするために貫通導体の間隔（ピッチ）を狭くすると貫通導体間の電気的絶縁性が劣化するという問題があった。

この原因は、貫通導体として形成した銅めっきと絶縁基体とが、十分な接続信頼性を有しておらず、そのための貫通導体と絶縁基体との間に隙間が発生しやすくなるためである。

この部分に隙間ができると長時間一般の室内に放置された場合、貫通導体と絶縁基体との間の隙間に水分が凝縮され、水分に起因する電気化学的なショートが発生する。また、この隙間に製造工程で用いる各種薬液が残留する場合があり、この薬液残留は、少量であったとしても、たとえば塩素などのイオン成分であるため、容易に電気化学的な腐食の起点となり、絶縁性の劣化を促進していた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、貫通導体を形成する銅メッキと絶縁基体との密着力を向上させることにより、貫通導体と絶縁基体との隙間をなくし、絶縁性低下を生じない信頼性に優れた配線基板および配線基板の製造方法を提供し、貫通導体のピッチを狭くすることを可能にし、これによって、ＬＳＩの小型化や高周波領域での電気特性の改善を可能にすることにある。

本発明の配線基板は、少なくとも第一の無機粉末と第一の樹脂を含有してなる絶縁基体と、該絶縁基体に形成された貫通孔と、該貫通孔に形成された第一の金属相からなる貫通導体を具備してなる配線基板において、前記貫通孔の内壁と前記貫通導体とが、少なくとも第二の金属相と、第二の無機粉末とを含有してなる中間層を介して接続されてなることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は、中間層が、第二の樹脂を含有してなることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、中間層において、第二の無機粉末同士がネックを形成して結合した骨格構造を形成してなることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、中間層の絶縁基体側において第二の金属相が前記中間層の貫通導体側よりも減少していることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、中間層の厚みが３〜３０μｍであることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方の平均粒子径が、３μｍ以下であることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方が、ガラス質であることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方が、ＳｉＯ_２を主成分とすることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、絶縁基体の第一の樹脂と第一の無機粉末の総量に対して、第一の無機粉末の含有量が、２０体積％以上であることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、第二の無機粉末と、第一の無機粉末とが同一の無機材料からなり、第二の金属相と第一の金属相とが同一の金属からなることが望ましい。

本発明の配線基板の製造方法は、少なくとも第一の無機粉末と第一の樹脂を含有してなる絶縁基体に貫通孔を設けるとともに、該貫通孔の内壁に前記絶縁基体よりも樹脂の含有量が少なく、少なくとも第二の無機粉末と空隙とを具備する中間層前駆体を形成する工程と、該中間層前駆体の前記空隙に第二の金属相を充填形成して、少なくとも前記第二の金属相と、前記第二の無機粉末とを含有してなる中間層を形成する工程と、内壁に前記中間層が形成された前記貫通孔に第一の金属相よりなる貫通導体を形成する工程とを具備することを特徴とする。

また、本発明の配線基板の製造方法は、第一の無機粉末の平均粒子径が、３μｍ以下であることが望ましい。

また、本発明の配線基板の製造方法は、第一の無機粉末が、ガラス質であることが望ましい。

また、本発明の配線基板の製造方法は、第一の無機粉末が、ＳｉＯ_２を主成分とすることが望ましい。

また、本発明の配線基板の製造方法は、絶縁基体の第一の樹脂と第一の無機粉末の総量に対して、第一の無機粉末の含有量が、２０体積％以上であることが望ましい。

また、本発明の配線基板の製造方法は、中間層前駆体を形成する工程において、第二の無機粉末同士の接点にネックを形成し、第二の無機粉末同士が結合した骨格構造を形成することが望ましい。

また、本発明の配線基板の製造方法は、貫通孔をレーザ加工により形成することが望ましい。

本発明の配線基板によれば、少なくとも第二の金属相と第二の無機粉末とを含有する中間層、即ち、貫通導体とも、貫通孔とも接続親和性の高い中間層を介して、貫通孔の内壁と、貫通導体とを、接続することで、貫通導体と貫通孔との間に隙間が生じることがなくなり、配線基板の信頼性が向上する。

また、中間層に第二の樹脂を含有させた場合には、さらに中間層と貫通孔の内壁との接続親和性が向上し、配線基板の信頼性が向上する。

また、中間層において、第二の無機粉末同士が骨格構造を形成した場合には、中間層の構造が強固になり、配線基板の信頼性が向上する。

また、中間層の絶縁基体側において、第二の金属相の含有量を少なくすることで、中間層の貫通孔の内壁との接続親和性が向上するとともに、中間層の絶縁基体側において絶縁基体との熱膨張係数差も小さくなるため、熱応力が小さくなり、さらに配線基板の信頼性が向上する。

また、中間層の厚みを、３μｍ以上とすることで中間層としての機能を十分に発現させることができる。また、貫通導体よりも電気的抵抗の高い中間層の厚みを３０μｍ以下とすることで、貫通孔内に形成された貫通導体を必要以上に小さくする必要がなくなり、低い電気抵抗を維持できる。

また、第二の無機粉末の平均粒径を３μｍ以下とすることで、仮に、無機粉末と金属相との熱膨張係数差が大きくても、無機粉末あたりに発生する応力は小さくなり、中間層に亀裂が発生することがない。また、第一の無機粉末の平均粒径を３μｍ以下とすることで、第二の無機粉末を第一の無機粉末により形成する場合には、第二の無機粉末同士の焼結性が向上し、第二の無機粉末同士のネック形成が容易となり、強固な中間層を形成することができる。

また、第二の無機粉末として、結晶質の無機粉末よりも焼結性の高いガラス粉末を用いることで、無機粉末同士のネックの形成が容易になり、強固な中間層を容易に形成することができる。また、第二の無機粉末を第一の無機粉末により形成する場合には、第二の無機粉末同士の焼結性が向上し、第二の無機粉末同士のネック形成が容易となり、強固な中間層を形成することができる。

また、第二の無機粉末として、耐薬品性に優れるＳｉＯ_２を用いることで、薬液処理などを行っても、無機粉末が減少したりすることがなく、信頼性に優れた配線基板となる。また、ＳｉＯ_２は、誘電率、誘電正接も優れた値を示すことから第一の無機粉末として用いることで電気特性に優れた配線基板となる。

また、第二の無機粉末と、第一の無機粉末とを同一の無機材料から形成し、第二の金属相と第一の金属相とを同一の金属から形成することで中間層と貫通導体、中間層と絶縁基体との接続信頼性が向上し、配線基板の信頼性を向上させることができる。

また、絶縁基体の第一の無機粉末の含有量を２０体積％以上とすることで、絶縁基体の中間層との接続親和性を向上させることができる。なお、無機粉末の含有量は、絶縁基体に用いられるガラスクロスを除いた成分のうち無機粉末が占める割合を示すものとする。

本発明の配線基板の製造方法によれば、貫通導体と絶縁基体との間に、容易に中間層を形成することができ、信頼性に優れる配線基板を作製することができる。

また、第一の無機粉末の平均粒子径を３μｍ以下とすることで、容易に、第二の無機粉末同士の間にネックを形成することができ、容易に強固な中間層前駆体を形成することができ、容易に精度よく本発明の配線基板を作製することができる。

また、仮に、粒径の大きい第一の無機粉末を用いたとしても、結晶質の第一の無機粉末に比べ焼結性の高い、即ち、粒子間にネックの生じやすいガラス質の第一の無機粉末を用いることで、容易に強固な中間層前駆体を形成することができ、容易に精度よく本発明の配線基板を作製することができる。

また、ＳｉＯ_２は加熱により適度なネックを形成しやすいため、ＳｉＯ_２を主成分とする第一の無機粉末を用いることで、容易に強固な中間層前駆体を形成することができ、容易に精度よく本発明の配線基板を作製することができるとともに、耐薬品性に優れた中間層、絶縁基体、並びに電気特性に優れた絶縁基体を容易に提供することができる。

また、絶縁基体の第一の樹脂と第一の無機粉末の総量に対して、第一の無機粉末の含有量を、２０体積％以上とすることで、第二の無機粉末を含有する中間層との親和性が向上し、高信頼性の配線基板となる。また、第二の無機粉末を第一の無機粉末から形成する場合には第二の無機粉末同士の接触点が増加することから、第二の無機粉末同士が骨格構造を形成しやすく、強固な中間層を有する配線基板を容易に作製することができる。

また、中間層前駆体を形成する工程において第二の無機粉末同士の間にネックを形成して、骨格構造を形成することで、中間層前駆体の強度が向上し、例えば、貫通孔内部に粗化液やめっき液を循環させたとしても中間層前駆体が欠損することがなく、容易に歩留まりよく、性能のばらつきの少ない配線基板を作製することができる。

また、貫通孔の形成は、高温域を容易に形成できるレーザ光により貫通孔を形成することで、貫通孔の内壁に種々の形態を有する中間層前駆体並びに中間層を形成することができる。

本発明の配線基板は、例えば、図１に示すように、ガラスクロスと第一の樹脂と第一の無機粉末とを含有してなる絶縁基体１と、絶縁基体１を貫通して形成された貫通孔３と、貫通孔３内に形成された貫通導体５と、貫通孔３の内壁と貫通導体５とを接続する中間層６と、絶縁基体１の両面に形成されたコア配線層７と、絶縁基体１の主面に形成された絶縁層９と、絶縁層９を貫通して形成された貫通孔１１と、貫通孔１１内に形成されたビア導体１３と、絶縁層９の主面に形成された配線導体層１５とで構成されている。

このような配線基板において、絶縁基体１、絶縁層９は、それぞれを挟持するように配置されたコア配線層７、配線導体層１５並びに、それぞれを貫通して設けられた貫通導体５、ビア導体１３と、を支持し、電気的に絶縁する機能を有している。

そして、コア配線層７、配線導体層１５、貫通導体５、ビア導体１３は、それぞれが任意に接続され、配線回路を形成している。

本発明の配線基板１７においては、貫通孔３の内壁と貫通導体５との間に、少なくとも第二の金属相と第二の無機粉末とを含有してなる中間層６を形成することが、重要であり、従来、剥離しやすく、配線基板１７の信頼性を低下させる大きな要因の一つであった貫通孔３の内壁と貫通導体５との間に、中間層６を形成することで、両者の剥離を効果的に抑制し、配線基板の信頼性を格段に向上させるものである。

この中間層６は、例えば、図２に示すように、少なくとも第二の金属相６ａと第二の無機粉末６ｂとからなっている。この第二の金属相６ａは貫通導体１を構成している第一の金属相５と同様のものであり、また、第二の無機粉末６ｂは絶縁基体１を構成している第一の無機粉末１ｂに由来するもので、第二の金属相６ａのマトリックス中に第二の無機粉末６ｂが分散しているが、言い換えると、貫通導体５を形成する第一の金属層５に第一の無機粉末１ｂが分散した形態となっている。そのため、中間層６は、絶縁基体１並びに貫通導体５との親和性に優れ、従来、剥離の発生しやすかった絶縁基体１と貫通導体５とを強固に接合している。また、中間層６の熱膨張係数が、絶縁基体１と貫通導体５との間になった場合には、絶縁基体１と貫通導体５の間に発生する熱応力を緩和する機能も発現し、さらに配線基板１７の信頼性を向上させることができる。

なお、図２では、中間層６の第二の無機粉末６ｂは孤立しているように描写しているが、第二の無機粉末６ｂ同士はそれぞれ、接触していてもよいことは勿論であり、さらに、構造物としての強度の点や後述する製造上の理由から第二の無機粉末６ｂ同士が、その接触点においてネックを形成し、３次元の網目状の構造を有することが最も望ましい。

そして、第一の無機粉末１ｂ、並びに第二の無機粉末６ｂとしては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの一般的な結晶質の無機粉末や、非晶質ＳｉＯ_２、Ｅガラス、Ｓガラスなどの非結晶の無機粉末を用いることができる。なお、無機粉末においては、誘電率などの電気的な特性に優れた結晶質あるいは非晶質のＳｉＯ_２が好適に用いられる。

また、第二の無機粉末６ｂ同士のネックを形成するためには、融点の低い非晶質の無機粉末を用いることが望ましく、さらに、電気特性に優れ、低熱膨張の非晶質ＳｉＯ_２が最も好適に用いられる。また、ＳｉＯ_２を主成分とし、ガラス化するためにＢ_２Ｏ_３などを少量含有するガラスも同様に用いることができる。

この第二の無機粉末６ｂの平均粒径は、３μｍ以下とすることで、第二の無機粉末６ｂと第二の金属相６ａとの熱膨張係数に差がある場合でも、第二の無機粉末６ｂと第二の金属相６ａとの間に過剰な熱応力が集中することを抑制できるため、貫通導体５が断線するなどの不具合を効果的に防止することができる。また、２μｍ以下、さらに、１μｍ以下とすることで、上記の効果に加え、同じ量の第二の無機粉末６ｂを用いた場合には第二の無機粉末６ｂの数が増えることから、第二の無機粉末６ｂ同士の接触点が増加し、第二の無機粉末６ｂ同士がネックを形成して強固な構造体となるため、中間層６の強度も増し、配線基板１７の信頼性を向上させることができる。

また、中間層６を構成する第二の金属相６ａには、貫通導体５を構成する第一の金属相５を用いることにより、中間層６と貫通導体５との接合強度を向上させることができる。また、中間層６の第二の金属相６ａも配線基板１７の回路の一部であることから、回路の抵抗を小さくするために低抵抗の銅や銀により形成することが望ましい。

また、図３に示すように、中間層６には、第二の金属相６ａ、第二の無機粉末６ｂに加えて、第二の樹脂６ｃを含有させることで、中間層６と絶縁基体１との親和性をさらに向上させることができる。なお、第二の樹脂６ｃは、第一の樹脂１ａと同様のものを用いることが中間層６と絶縁基体１との親和性を向上させる点で望ましい。

また、第二の樹脂６ｃは、絶縁基体１側により多く存在することが望ましい。従って、中間層６においては、第二の金属相６ａは、絶縁基体１側では徐々に存在量を減少させることが特に望ましい。

このような構造を有する中間層６は、その厚みを３μｍ以上とすることで、強固に貫通導体５と絶縁基体１とを接続することができ、配線基板１７の信頼性を向上させることができる。さらに、中間層６の厚みを５μｍ以上、特に、１０μｍ以上とすることで、格段に信頼性に優れた配線基板１７とすることができる。

また、中間層６の厚みを３０μｍ以下とすることで、必要以上に貫通孔３を大きくする必要がなくなり、配線密度を高くすることができる。また、貫通導体５の大きさを必要以上に小さくする必要もなくなるため、貫通導体５の電気的抵抗を小さくすることができ、配線基板１７の特性を向上させることができる。これらの点から、さらに、中間層６の厚みは、２０μｍ以下、特に、１５μｍ以下とすることが望ましい。

以下に本発明の配線基板１７の製造方法について詳細に説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、例えば、ガラスクロス（図示せず）と第一の樹脂１ａと第一の無機粉末１ｂとを含有する絶縁基体１を準備する。この絶縁基体１は、ガラスクロスに例えば、第一の無機粉末１ｂと、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂・ポリフェニレンエーテル樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂との混合樹脂である第一の樹脂１ａを含浸させた厚みが０．０５〜２．０ｍｍのものである。

なお、絶縁基体１には、第一の無機粉末１ｂを２０体積％以上、さらに、４０体積％以上、特に、５０体積％以上含有させることが、中間層６において、無機粉末６ａ同士のネックを形成させるために望ましい。また、無機粉末６ａ同士が結合して形成する３次元の網目状構造体の強度を向上させるためには、さらに、５５体積％以上含有させることが望ましい。

また、第一の無機粉末１ｂとしては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの一般的な結晶質の無機粉末や、非晶質ＳｉＯ_２、Ｅガラス、Ｓガラスなどの非晶質の無機粉末を用いることができる。結晶質の無機粉末においては、誘電率などの電気的な特性に優れたＳｉＯ_２が好適に用いられる。また、フォルステライトやスピネルなどの複合酸化物を用いてもよいことはいうまでもない。なお、図中においては第一の無機粉末１ｂは球形として記載されており、勿論、球形であることが成形性の点などから望ましいが、例えば、破砕して作製された非球状の第一の無機粉末１ｂを用いてもかまわない。また、第一の無機粉末１ｂの混合は均一であることが望ましいが、巨視的に見て均一であれば良く、微視的に不均一な部分があっても問題は無い。このように微視的に不均一な場合であっても、中間層６を形成することができ、絶縁基体１と貫通導体５との密着を強化することができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、絶縁基体１にレーザ光を用いて、貫通孔３を形成する。このとき、貫通孔３の中心部においては、絶縁基体１の第一の樹脂１ａも、第一の無機粉末１ｂも、完全に除去されてしまうが、貫通孔３の壁面から貫通孔３の中心に向けて、わずかではあるが第一の無機粉末１ｂに由来する第二の無機粉末６ｂが除去されずに、貫通孔３の壁面から露出した状態で残存し、中間層前駆体７を形成している。

中間層前駆体７を形成するには、樹脂１ａを除去し、第一の無機粉末１ｂに由来する第二の無機粉末６ｂを残存させることが必要である。本発明の配線基板１７の製造方法によれば、貫通孔３の形成に際して、特に、後に中間層６が形成される貫通孔３の内側の部分において、熱により樹脂１ａを除去することが重要である。

例えば、レーザ光を用いる場合には、絶縁基体１から熱により樹脂１ａと無機粉末１ｂとを除去して、貫通孔３を形成するのであるが、後に、中間層６となる貫通孔３の壁面付近において、樹脂１ａのみを除去できる程度に照射間隔を調節したり、照射エネルギーを弱くするなどして適宜調整することで、図４（ｂ）に示すように、貫通孔３の壁面に無機粉末６ａと空隙６ｄとから形成された中間層前駆体７を容易に形成できるのである。

なお、絶縁基体１を貫通して直径が７５〜１３０μｍの貫通孔３を形成することが望ましく、貫通孔３の孔径を７５〜１３０μｍと微細にした場合には、貫通孔３の大きさが小さくなるため、貫通導体５を高密度で配置することができ、極めて高密度な配線を有する配線基板を得ることができる。

なお、絶縁基体１および絶縁基体１の主面に形成された金属相箔（図示せず）に貫通孔３を形成するには、金属相箔の主面に例えばレーザ光のエネルギーを良好に吸収する黒色もしくは黒色に近い色を有する樹脂からなるレーザ加工用シートを貼着し、このレーザ加工用シートの上から炭酸ガスレーザ光を照射する方法、もしくは金属相箔の主面を算術平均粗さＲａで０．２〜２μｍの範囲で表面を粗化した後、その金属相箔に酸化雰囲気１５０℃で３０分程度の熱処理を施し、その表面をレーザ光のエネルギーを良好に吸収する黒色もしくは茶色等の黒色に近い色を有する色として炭酸ガスレーザ光を照射する方法のどちらかの方法を使用し、６〜３０ｍＪの出力の炭酸ガスレーザ光を４０〜２４０μ秒のパルス幅で所定の位置に照射して貫通孔３を穿孔する方法が採用される。

このとき、炭酸ガスレーザ光の出力を６ｍＪ以上とすることで、貫通孔３を十分な大きさに穿孔することが可能となる。また、３０ｍＪ以下とすることで絶縁基体１における貫通孔３の孔径を精度よく形成することができる。したがって、照射する炭酸ガスレーザ光は、その出力が６〜３０ｍＪでパルス幅が４０〜２４０μ秒の範囲ですることが好ましい。

なお、レーザ光の最適な出力は絶縁基体１に含まれる第一の無機粉末１ｂの含有量や特性によって変化することは言うまでもない。例えば、修飾酸化物を含有するガラスなどの場合には、出力は小さい方が望ましい。同じ非晶質の粉末であっても、修飾酸化物を含まない、あるいはほとんど含まない無機粉末の場合には、若干、出力を大きくする必要があり、結晶質の無機粉末の場合にはさらに大きな出力が必要となる。

また、無機粉末の粒径や表面状態も、ネックの形成に影響を与えることは言うまでもない。

なお、貫通孔３を上下両面側に向けて拡径する形状とするには、レーザ加工により穿孔する場合、レーザ光の１パルス当たりのエネルギーやショット数を調整すればよい。

また、レーザ加工では炭酸ガスレーザがコスト上優位であるが、より微細加工が可能なＹＡＧレーザを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの３倍以上の高調波を用いたレーザは一般に加工時の熱影響が少ないと言われているが、その様な場合でも、絶縁基板１に熱影響を与えるため、本発明の中間層６の形成は可能である。

以上説明したように、貫通孔３を形成する際に、第一の無機粉末１ｂの周囲の第一の樹脂１ａを除去する際に加熱された第一の無機粉末１ｂは、互いに接触し、十分に加熱された場合には、その接触点においてネックを形成し、３次元の網目状構造を有する中間層前駆体７を形成する。

なお、絶縁基体１に用いる第一の無機粉末１ｂとして、結晶質の第一の無機粉末１ｂよりも軟化しやすいガラス質の第一の無機粉末１ｂを用いた場合には、容易に第二の無機粉末６ｂ間にネックを形成することができ、中間層前駆体７が強固な構造体となるため、製造過程において中間層前駆体７が剥離するなどの不具合を抑制でき、任意の厚みの中間層前駆体７を形成できるため、厚い中間層６であっても容易に精度よく作製することができる。

また、同様に第二の無機粉末６ｂ間にネックを形成するためには、焼結性の高い平均粒径３μｍ以下の第一の無機粉末１ｂを用いて絶縁基体１を作製することが重要である。さらに、中間層前駆体７の高強度化のためには、２μｍ以下、特に、１μｍ以下の第一の無機粉末１ｂを用いることが望ましい。

なお、中間層６の第二の無機粉末６ｂは、それぞれが均一に分散し、分離した形態であってもよく、また、複数の第二の無機粉末６ｂが凝集して、複数の３次元の骨格が不均一に存在する形態であってもよいのは言うまでもない。

また、図１や図４（ｂ）の例では、貫通孔３の壁面は直線として描かれているが、絶縁基体１においては、第一の無機粉末１ｂは必ずしも均一に分散しておらず、特に、微視的に見た場合には不均一な分散となっている。このような形態の絶縁基体１に貫通孔３を形成する場合には、第一の樹脂１ａの存在も均一とは言えず、微視的に見ると絶縁基体１は構造的にも、熱伝導の観点から見ても不均一なものであり、貫通孔３を形成する工程において、図３に示すように貫通孔３の壁面には凹凸が形成される。

従って、中間層６の絶縁基体１側において、第二の金属相６ａが減少する図３のような形態の中間層６を形成することができるのである。

第一の無機粉末１ｂとして、特に、誘電率、誘電正接の低いＳｉＯ_２を用いることで、高周波特性に優れた高性能の配線基板１７を作製できる。また、非晶質のＳｉＯ_２を用いた場合には、電気特性に加え、結晶質のＳｉＯ_２よりも低い温度でネックを形成できることから頑強な中間層前駆体７を形成できるという利点がある。

また、これらの第一の無機粉末１ｂとしては、例えば、高熱膨張係数の結晶質ＳｉＯ_２や低熱膨張係数の非晶質のＳｉＯ_２を用いることができることから、中間層６の熱膨張係数が貫通導体５と絶縁基体１との中間になるよう適宜、調整することが望ましい。

以上説明した第二の無機粉末６ｂ間に形成されるネックの強さ、即ち、結合の度合いは第二の無機粉末６ｂの耐熱性と大きさによるため、材質および粒子径を調整することによって、最適化できる。例えば、無機成分がＳｉＯ_２の場合には、第一の樹脂１ａに平均粒子径３μｍ以下のＳｉＯ_２が２０体積％以上含まれることが望ましい。無機成分がＡｌ_２Ｏ_３の場合には、ＳｉＯ_２よりも耐熱性が高く、軟化温度が高いため、平均粒子径２μｍ以下など、更に微細な粉末を使用することが望ましい。また、ＳｉＯ_２にＢ_２Ｏ_３などを混合したガラス粉末の場合には、軟化点が低いため、粒子経は大きくてもよく、平均粒子径５μｍ程度のものも使用できる。

次に、貫通孔３内に順次、パラジウム触媒、無電解めっき、電解めっきを形成することで、図５（ｃ）に示すように、第二の無機粉末６ｂにより囲まれていた空隙が、無電解めっき、電解めっきにより形成される金属相６ａにより充填され、中間層６が形成される。

さらに、電解めっきを施すことにより、図５（ｄ）に示すような貫通導体５を形成することができる。

そして、さらに必要に応じて貫通孔３、貫通導体５、中間層６を形成した絶縁基体１の主面に絶縁層９を形成し、さらに従来周知の方法でビア導体１３や配線導体層１５を形成することですることで、例えば、図１に示す本発明の配線基板１７を作製することができる。

また、例えば、図６に示すように貫通導体３の形成する空間に埋め込み樹脂１９を充填してもよく、また、埋め込み樹脂１９に換えて導電性ペーストを充填してもよい。

なお、樹脂系の配線基板１７には、難燃性を付与するため、臭素系、燐系などの樹脂系の難燃剤が一般的に添加されている。これらの添加剤は、樹脂成分の一部としての挙動をするため、本発明の無機粉末と金属相との中間層の形成には影響を及ぼさない。このため、本発明で用いる基板材料には各種の難燃剤を添加することができる。

また、以上説明した例では、ガラスクロスを具備する、いわゆるコア基板について記載したが、無機粉末と樹脂とを含有した絶縁層であれば、本発明を適用できるのは自明であり、コア基板の表面に絶縁層を積層して作製されるいわゆるビルドアップ基板のビルドアップ層に適用することもできるのは言うまでもない。

なお、中間層６は、貫通孔３の内壁の全面に形成されることが望ましいが、一部に中間層６が存在しない領域が形成されていたとしても貫通導体５と貫通孔３と剥離を抑制できればよい。また、ガラスクロスが中間層を形成する要素として含有された構造であってもよいのは言うまでもない。

また、以上説明した例では、第一の金属相５と第二の金属相６ａとは同じ金属で形成し、第一の無機粉末１ｂと第二の無機粉末６ｂとは同じ無機材料として説明したが、これらを異なる金属、異なる無機材料で形成してもよいのは言うまでもない。異なる材料で無機粉末、金属層を形成した場合には、例えば、熱膨張率などを高い自由度で制御することが可能となる。なお、金属相を異なる金属で形成する場合には、めっきされる金属の種類をかえればよい。また、無機粉末の場合には、同じ無機材料であっても、貫通孔を形成する工程で、結晶質の無機粉末を非晶質に変化させることもできる。また、中間層を形成する際に、めっきしながらめっき液に第二の無機粉末６ｂとなる無機粉末を混合することで、第二の無機粉末６ｂを含有する中間層６を形成することができる。

本発明の配線基板を評価するために、評価基板を作製し、これを用いて信頼性評価を行なった。

（１）絶縁基体の作製：シアネート系、エポキシ系、ポリイミド系、ＰＰＥ系の各種樹脂よりなる４種類のワニスを準備した。さらに、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、非晶質ＳｉＯ_２、Ｅガラス、Ｓガラスよりなる表１に示す平均粒子径を有する各種粉末を準備した。なお、非晶質、あるいはガラスと記載していないものは結晶質の無機粉末である。そして、これらの粉末をシラン系カップリング剤でカップリング処理した後、樹脂に対する体積分率が表１に示す含有量となるよう、混合を行った。樹脂と無機粉末とを混合した後のワニスを、「２１１６」と呼ばれる規格のガラスクロスに含浸させた後、乾燥し、厚さ約０．１ｍｍのプリプレグを作製した。このプリプレグを４枚重ね、この積層体の表裏に厚さ１２μｍの銅箔を設置し、所定温度（２００℃）で約１時間ホットプレスを行って、全体の厚みが０．４ｍｍの表裏面に銅箔を形成した絶縁基体を作製した。

（２）評価基板の作製：上記の方法で作製した銅箔付き絶縁基体の表裏面に形成された銅箔の表面を約９μｍ、エッチング除去した後、レーザ光の吸収を良くするため、１６０℃、１０分の条件で、銅箔表面の酸化処理を行った後、炭酸ガスレーザにより９５μｍの孔径の貫通孔を形成した。なお、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザの穿孔条件は、特に記載のない場合にはパルス幅を７５μｓ、出力を６ｍＪでショット数を８ショットとした。

また、試料Ｎｏ．２８では、炭酸ガスレーザを用いて貫通孔を形成したが、穿孔条件はパルス幅を７５μｓ、出力を４ｍＪでショット数を１２ショットとした。

また、試料Ｎｏ．２９では、炭酸ガスレーザを用いて貫通孔を形成したが、穿孔条件はパルス幅を７５μｓ、出力を３２ｍＪでショット数を４ショットとした。

また、試料Ｎｏ．２５では、９０μｍの直径のマイクロドリルを毎分３０万回転の回転数として穿孔した。

その後、貫通孔を形成した絶縁基体を過マンガン酸カリウム溶液からなる８０℃の粗化液に浸漬させ、１０分間の粗化処理を行い、順次、パラジウム触媒、無電解銅めっきおよび電解銅めっきを貫通孔の壁面に形成して、貫通孔の壁面に中間層と貫通導体を形成した。

なお、無機粉末の含有量が２０体積％に満たない試料では、中間層は確認されなかった。

その後、貫通孔の内部に穴埋め樹脂を埋め込み、研磨により穴埋め樹脂の不要部分を除去し、絶縁基体の表裏面に形成された銅箔とめっき層とからなる配線導体を所定の厚みにし、従来周知のサブトラクティブ法により配線パターンを形成し、ピッチ１７５μｍで格子状に貫通導体が形成されたものを、横方向に電気的に連結した構造の評価用基板を作製した。なお、それぞれの評価基板には、１０００個の貫通孔を形成して、それぞれが電気的に直列につながるように配線を形成した。

（３）評価：上記の評価基板は、貫通孔の断面を研摩して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて２００倍及び１０００倍の倍率で貫通導体１０孔分の中間層を観察した。それによって観察できる最大の厚さの中間層について、１０，０００倍の倍率で最大厚さを測定して、中間層の厚さとした。絶縁信頼性の評価は、試験投入前に全ての評価基板をＪＥＤＥＣＬｅｖｅｌ３の条件で前処理を行った。次いで、１３０℃、８５％、５．５Ｖ、１６８時間のＨＡＳＴを実施した。１６８時間後に試料を取り出し、それぞれ１０個の評価基板について、貫通導体間の絶縁抵抗を測定し、１０の８乗オーム以下となったものを不良とした。測定はそれぞれのピッチでの絶縁抵抗について実施したが、表１には代表例として１７５μｍピッチの結果を示した。

本発明の範囲外である中間層のない試料Ｎｏ．１、２、１５、２５、２８、２９は、いずれも絶縁信頼性が著しく悪く、信頼性が低かった。また、ＨＡＳＴ後の試料の断面を観察したところ、貫通孔と貫通導体との界面で剥離が確認され、ガラスクロスに沿って銅のマイグレーションが発生しているのが観察された。また、無機粉末を８０体積％添加した試料Ｎｏ．１０においては、無機粉末の量が多すぎて絶縁基体自体を形成することができなかった。

これらの試料のうち、試料Ｎｏ．１、２、１５では、絶縁基体に含まれる無機粉末の量が少ないために中間層が形成されなかったものと考えられる。また、ドリルで貫通孔を形成した試料Ｎｏ．２５では、熱の発生が不足したために中間層が形成されなかったものと考えられる。また、レーザ光の出力を変化させた試料Ｎｏ．２８、２９では、レーザ光の出力が適切な範囲にないために中間層が形成されなかったものと考えられる。

一方、本発明の試料Ｎｏ．３〜９、１１〜１４、１６〜２４、２６、２７では、一部に信頼性の若干、劣る試料もあるが中間層のない試料Ｎｏ．１、２、１５、２５、２８、２９と比較すると格段に貫通孔間のマイグレーションが減少し、絶縁信頼性も向上している。

以下に本発明の試料について詳細に説明する。

絶縁基体に平均粒子径１μｍのＳｉＯ_２粉末を２０〜７０体積％の範囲で添加した試料Ｎｏ．３〜９では、無機粉末の量が増加するのに伴って中間層の厚みが増加し、３〜３０μｍの中間層が観察され、マイグレーションもなく、信頼性に優れた配線基板が得られた。

また、ＳｉＯ_２粉末の粒径を０．５〜５．０μｍの範囲で変化させた試料Ｎｏ．１１〜１４の結果から粒径の小さい無機粉末を用いた方が容易に厚い中間層を形成できることがわかる。この試料のうち、ＳｉＯ_２粉末の粒径を５．０μｍとした試料Ｎｏ．１４では、中間層は形成されてはいるものの、無機粉末の粒径が大きいために十分な厚み、強度を持つ無機粉末の３次元の骨格構造が形成されず、絶縁信頼性においては問題ないものの、ごくわずかではあるが、貫通孔と貫通導体の間に剥離が認められた。

結晶質のＡｌ_２Ｏ_３を用いた試料Ｎｏ．１６、１７では、０．３μｍと微粒の無機粉末を用い、絶縁基体に２０体積％以上含有させることで、中間層を形成することが可能となった。また、結晶性無機粉末や修飾酸化物を含有しない非晶質ＳｉＯ_２粉末と比べ、軟化点の低いＥガラス、Ｓガラスを用いた試料Ｎｏ．１８、１９では、容易に厚く、強固な構造を有する中間層が形成され、優れた絶縁信頼性の配線基板が得られた。

また、０．３μｍの非晶質ＳｉＯ_２粉末を用いた試料Ｎｏ．２０〜２２では、絶縁基体に用いる樹脂を変更しても、何ら影響なく優れた特性が得られた。また、貫通孔の形成にＹＡＧレーザ光を用いた試料Ｎｏ．２３、２４では、若干、中間層の厚みが薄くなるものの良好な特性が得られた。

また、結晶質のＳｉＯ_２粉末を用いた試料Ｎｏ．２６、２７では非晶質のＳｉＯ_２粉末を用いた場合に比べ、中間層の厚みは薄くなるものの、十分な厚みの中間層が形成されており、高い絶縁信頼性を有することがわかる。

本発明の配線基板の一形態を説明する断面図である。本発明の配線基板の要部拡大断面図である。本発明の配線基板の他の形態の要部拡大断面図である。本発明の配線基板の製造方法を説明する工程図である。本発明の配線基板の製造方法を説明する工程図である。本発明の配線基板の他の形態を説明する断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
１ａ・・・第一の樹脂
１ｂ・・・第一の無機粉末
３・・・貫通孔
５・・・貫通導体、第一の金属相
６・・・中間層
６ａ・・・第二の金属相
６ｂ・・・第二の無機粉末
６ｃ・・・第二の樹脂
７・・・中間層前駆体

Claims

少なくとも第一の無機粉末と第一の樹脂を含有してなる絶縁基体と、該絶縁基体に形成された貫通孔と、該貫通孔に形成された第一の金属相からなる貫通導体を具備してなる配線基板において、前記貫通孔の内壁と前記貫通導体とが、少なくとも第二の金属相と、第二の無機粉末とを含有してなる中間層を介して接続されてなることを特徴とする配線基板。
中間層が、第二の樹脂を含有してなることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
中間層において、第二の無機粉末同士がネックを形成して結合した骨格構造を形成してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線基板。
中間層の絶縁基体側において第二の金属相が前記中間層の貫通導体側よりも減少していることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の配線基板。
中間層の厚みが３〜３０μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の配線基板。
第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方の平均粒子径が、３μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の配線基板。
第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方が、ガラス質であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の配線基板。
第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方が、ＳｉＯ_２を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の配線基板。
絶縁基体の第一の樹脂と第一の無機粉末の総量に対して、第一の無機粉末の含有量が、２０体積％以上であることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれかに記載の配線基板。
第二の無機粉末と、第一の無機粉末とが同一の無機材料からなり、第二の金属相と第一の金属相とが同一の金属からなることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれかに記載の配線基板。
少なくとも第一の無機粉末と第一の樹脂を含有してなる絶縁基体に貫通孔を設けるとともに、該貫通孔の内壁に前記絶縁基体よりも樹脂の含有量が少なく、少なくとも第二の無機粉末と空隙とを具備する中間層前駆体を形成する工程と、該中間層前駆体の前記空隙に第二の金属相を充填形成して、少なくとも前記第二の金属相と、前記第二の無機粉末とを含有してなる中間層を形成する工程と、内壁に前記中間層が形成された前記貫通孔に第一の金属相よりなる貫通導体を形成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方の平均粒子径が、３μｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の配線基板の製造方法。
第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方が、ガラス質であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の配線基板の製造方法。
第一の無機粉末及び第二の無機粉末のうち少なくとも一方が、ＳｉＯ_２を主成分とすることを特徴とする請求項１１乃至１３のうちいずれかに記載の配線基板の製造方法。
絶縁基体の第一の樹脂と第一の無機粉末の総量に対して、第一の無機粉末の含有量が、２０体積％以上であることを特徴とする請求項１１乃至１４のうちいずれかに記載の配線基板の製造方法。
中間層前駆体を形成する工程において、第二の無機粉末同士の接点にネックを形成し、第二の無機粉末同士が結合した骨格構造を形成することを特徴とする請求項１１乃至１５のうちいずれかに記載の配線基板の製造方法。
貫通孔をレーザ加工により形成することを特徴とする請求項１１乃至１６のうちいずれかに記載の配線基板の製造方法。