JP2006066743A

JP2006066743A - コンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP2006066743A
Application number: JP2004249296A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Furukuwa; 健古桑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】ガラスセラミック多層配線基板内に形成したコンデンサの容量値の低下やバラツキを防ぎ、共振周波数の低下が小さく、電気的な接続の信頼性の高いコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】コンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板１０は、ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層１が複数積層されて成る絶縁基体の内部にコンデンサが設けられており、コンデンサは、絶縁基体よりも高い誘電率を有する内層誘電体層２と、内層誘電体層２を間に挟んで対向する一対の対向電極４と、それに電気的に接続された貫通導体５とから成り、貫通導体５の対向電極４側の一方端面の面積が０．０７ｍｍ^２以下であるとともに他方端面の面積よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層の内部にコンデンサ部を内蔵させたコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板に関する。

近年、ＩＴ（Information Technology）産業の中核をなす半導体分野では、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子の性能向上が著しく、その半導体素子が大型コンピュータ，パーソナルコンピュータ，移動通信端末等に代表される情報処理装置の高速化，小型化，多機能化等を支えている。半導体素子に入出力される高周波信号の伝達速度を上げるために、導体材料としては銀や銅等の低抵抗金属が使用され、これらと同時焼成が可能で高周波帯域で誘電損失の低い低温焼結多層基板（ガラスセラミック多層基板）が開発された。さらに、コンデンサをガラスセラミック配線基板の内部に形成したコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板（以下、コンデンサ内蔵基板ともいう）も開発され、これを用いたモジュールも、小型化，高機能化，高容量化の一途をたどっている。

このような従来のコンデンサ内蔵基板は以下のようにして作製される。まず、貫通導体や配線導体が形成された絶縁体層となるガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）に配線導体用ペーストをスクリーン印刷法等によって塗布することによりコンデンサの電極パターンを形成し、その上に誘電体ペーストをスクリーン印刷法により塗布したり誘電体グリーンシートを配置して誘電体層を形成し、さらに誘電体層上に配線導体用ペーストをスクリーン印刷法により塗布して電極パターンを形成した後、所定の回路配線が形成された絶縁体層となるグリーンシートを順次積層してグリーンシート積層体を作製し、しかる後、これを焼成することにより作製される。

しかしながら、上記の絶縁層となるグリーンシートとコンデンサを成す誘電体層とを積層して同時焼成する場合、グリーンシート中のガラス成分が誘電体層中に拡散するという現象が発生するため、コンデンサ内蔵基板内に形成した誘電体層中のガラス成分が過剰となり、コンデンサの電気的な容量値が低下したり容量値のバラツキが大きくなるという不具合があった。

そこで、この不具合を解決するために、特許文献１では、絶縁層と誘電体層との間に介在するコンデンサの電極の厚さを厚くし、絶縁層と誘電体層との間のガラスの相互拡散を防止するバリア層として機能させ、貫通導体と電気的接続をとってコンデンサを構成するという提案がなされている。

また、特許文献２では、対向電極の材料を球状の銀粉末とフレーク状の銀粉末を含有するものとすることによって緻密化し、ガラスの相互拡散を防止するバリア層として機能させ、貫通導体と電気的接続をとってコンデンサを構成するという提案がなされている。

これらの特許文献１，２に開示された構成によって、コンデンサ内蔵基板内に形成した誘電体層中のガラス成分が過剰となり、コンデンサの容量値が低下したり容量値のバラツキが大きるという不具合は抑制されるようになった。

しかしながら、このようなコンデンサ内蔵基板は、携帯端末や車載等の分野に適用されることによってより厳しい環境下での使用が増え、年々さらなる高強度や高信頼性、気密封止性が要求されている。そこで、母材となるガラスセラミックスと貫通導体との間に、焼成時の収縮挙動の差などによって生じた隙間が存在したり接着強度が弱いと、これらの欠陥が落下や振動等の衝撃で破壊源となって、コンデンサ内蔵基板が破壊して断線不良を起こしたり、温度サイクルによってガラスセラミックスと貫通導体の界面に熱応力によるストレスが加わり、隙間が成長して断線不良を起こしたり、高湿度の環境での使用でこれらの隙間から水分が浸入し、半導体素子が結露してマイグレーションを起こし正常に動作しなかったりする。

これらの不具合を解消するため、貫通導体とガラスセラミックスとの間は隙間がなく強固に接合されねばならない。このため、貫通導体の収縮率をガラスセラミックスと合わせたり、貫通導体とガラスセラミックスとの濡れを向上させたりする必要があり、このために貫通導体の中に焼結助剤としてガラス成分を添加するようになった。
特開平６−１６４１５０号公報特開平９−９２９７７号公報上田達也，「低温焼成多層基板、内蔵コンデンサ用高誘電率材料とその応用」ファインセラミックスレポート，社団法人日本ファインセラミックス協会，１９９６年，第１４巻，第８号，ｐ．２２０〜２２２亀原伸男、丹羽紘一，「ＣＲ複合基板」，ニューセラミックス，１９９５年，第１号，ｐ．３９〜４４

しかしながら、貫通導体中に添加される焼結助剤としてのガラス成分は、上述のグリーンシート中のガラス成分が誘電体層中に拡散するという現象と同様の現象を起こして誘電体層中に拡散し、コンデンサの容量値が低下したり容量値のバラツキが大きくなる現象を誘発する。この現象はコンデンサ内蔵基板の高機能化に対して無視できなくなってきている。

そこで、この問題を解決するために、貫通導体の径を細くし、対向電極と貫通導体との接触面積を小さくして、貫通導体からのガラス成分の拡散を抑える方法がとられているが、貫通導体の径を細くすることによって貫通導体の断面積が小さくなると、貫通導体の導通抵抗が増大し、貫通導体を含めたコンデンサ全体のインダクタンス成分が増加する。このため、共振周波数が低くなり使用周波数帯域で共振を起こして、コンデンサとして機能しなくなるという問題点を有していた。

一方、貫通導体を形成する方法は、グリーンシートに打ち抜き金型やレーザ等を使って貫通孔を形成し、スクリーン印刷法等によって貫通導体用ペーストを充填することによって行なわれている。従って、上記のように貫通導体の径を細くすると、断面積が小さく長さが長い貫通孔に対する貫通導体用ペーストの充填を確実なものにするために、貫通導体用ペーストの粘度を下げ、貫通孔の側面に貫通導体ペーストを流し込む作業を複数回行なって埋め込む必要が生じる。

しかしながら、貫通導体用ペーストの粘度を下げるためには、貫通導体用ペーストに有機溶剤を多量に添加せねばならず、貫通導体用ペーストの中の有機成分の比率が増加し生密度が低下するので、乾燥の際に貫通導体が過剰に収縮し、貫通導体の中心部が収縮しまう。このため、複数回の埋め込み作業を行うが、２回目の埋め込みの際に１回目に埋め込まれた貫通導体との間に気泡が発生し、貫通導体の内部にボイドなどの充填不良が発生し易くなるという問題があった。

また、貫通穴の断面積が小さいために、貫通孔が設けられたグリーンシートと埋め込み用の製版の位置合わせをより精度良く制御しなければならない。グリーンシートと埋め込み用の製版との微小な位置のずれも、貫通孔の開口径に対しては大きいので、スクリーン印刷の際に貫通導体用ペーストが所望の貫通孔へ入らない場合がある。その場合、グリーンシートと貫通導体との間に隙間が生じたり、貫通孔の脇にはみ出してグリーンシート上に塗布された貫通導体用ペーストが貫通孔中にボイドを残したまま貫通孔を塞いだりして、隙間やボイド等の充填不良が発生し易くなるという問題点を有していた。

これらの結果、コンデンサ内蔵基板を焼成した後に、貫通導体内部にボイドが発生したり貫通導体とガラスセラミックスとの間に隙間が発生して、貫通導体の導通抵抗が非常に高くなり、接続信頼性に欠けるという問題点を有していた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ガラスセラミック多層配線基板内に形成したコンデンサの容量値の低下やバラツキを防ぎ、共振周波数の低下が小さく、かつ信頼性の高いコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板およびその製造方法を提供することにある。

本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板は、ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層が複数積層されて成る絶縁基体の内部にコンデンサが設けられており、該コンデンサは、前記絶縁基体よりも高い誘電率を有する内層誘電体層と、該内層誘電体層を間に挟んで対向する一対の対向電極と、それに電気的に接続された貫通導体とから成り、該貫通導体の前記対向電極側の一方端面の面積が０．０７ｍｍ^２以下であるとともに他方端面の面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板の製造方法は、前記貫通導体は、ガラスセラミックグリーンシートに設けた貫通孔に、該貫通孔の開口の大きい方である前記他方端面側から開口の小さい方である前記一方端面側へ向かって貫通導体用ペーストを充填することによって形成されることを特徴とする。

本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板によれば、コンデンサは、絶縁基体よりも高い誘電率を有する内層誘電体層と、内層誘電体層を間に挟んで対向する一対の対向電極と、それに電気的に接続された貫通導体とから成り、貫通導体の対向電極側の一方端面の面積が０．０７ｍｍ^２以下であるとともに他方端面の面積よりも小さいことから、貫通導体中のガラス成分の誘電体層への拡散を抑えることができる。これは、貫通導体から対向電極を通じて誘電体層へ拡散するガラスの拡散量は、貫通導体の対向電極側の面積に最も影響され、この面積が小さいと誘電体層へのガラスの拡散量は少なくなるためである。これにより、誘電体層へのガラスの拡散量が抑制され誘電体層中のガラス成分が過剰にならず、誘電体層本来の材料組成が維持される。その結果、誘電体層の焼結が正常に進み誘電体層は本来の誘電率を維持することができ、ガラスセラミック多層配線基板内に形成したコンデンサの容量値の低下を防ぎ、またそのバラツキを抑制することができる。

また、貫通導体の他方端面の面積を対向電極側の一方端面よりも大きくしたことから、全体として貫通導体の導通抵抗を低下させることができる。これは、物質の抵抗値は一般にＲ＝ρ・Ｌ／Ｓ（Ｒは抵抗値、ρは抵抗率、Ｌは長さ、Ｓは断面積）で表され、抵抗値を下げるためには抵抗率を下げる、断面積を大きくする、長さを短くする方法があるが、貫通導体にはガラス成分を添加しているため抵抗率ρは純金属に較べて高く、またコンデンサの上下には信頼性を保つために一般に５０μｍ以上のガラスセラミックスからなる絶縁層が形成されるため、長さＬも長い。従って、貫通導体の抵抗値を下げるためには貫通導体の断面積を大きくすることが最も効果的であり、対向電極側の面積を大きくすることができないので、他方端面の面積を大きくし、貫通導体の断面積を全体的に大きくしている。これにより、貫通導体を含めたコンデンサ全体のインダクタンス成分が低減し、共振周波数が低下することがなく、使用周波帯域でもコンデンサとして十分に機能する。

また、本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板の製造方法によれば、貫通導体は、ガラスセラミックグリーンシートに設けた貫通孔に、貫通孔の開口の大きい方である他方端面側から開口の小さい方である一方端面側へ向かって貫通導体用ペーストを充填することによって形成したことから、粘度を下げた貫通導体用ペーストを貫通孔の側面へ流し込む必要がなく、粘度が高く生密度が高い貫通導体用ペーストをスクリーン印刷によって貫通孔の先端まで押出して充填することができる。このため、貫通導体用ペーストが過剰に乾燥収縮することがないので、貫通導体の中心部が収縮せず、複数回の印刷を行っても貫通孔内部にボイド等の充填不良が発生することがない。

また、貫通孔の外部側の開口である他方端面側の開口が大きいため、貫通孔が設けられたグリーンシートと埋め込み用の製版の位置合わせが容易になり、微小な位置のずれが発生しても、そのずれは貫通孔の印刷面側の開口の大きさに対しては小さいものとなる。その結果、スクリーン印刷の際に貫通導体用ペーストの大半は貫通孔へ充填され、脇にはみ出してグリーンシート上に塗布される量が少なくなり、充填不良が発生することがない。これらの結果、貫通孔に確実に貫通導体用ペーストが充填され、導通抵抗が十分に低く、電気的な接続の信頼性の高いコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板を得ることができる。

本発明のコンデンサ内蔵基板について以下に詳細に説明する。図１は本発明のコンデンサ内蔵基板の実施の形態の一例を説明するための断面図である。

本発明のコンデンサ内蔵基板１０は、ガラスセラミックスからなる絶縁層１、内層誘電体層２、配線導体３、コンデンサの対向電極４、および、絶縁層１を貫通し配線導体３とコンデンサの対向電極４に接続される貫通導体５から基本的に構成される。

本発明における絶縁層１は、ガラスセラミック焼結体から成り、ガラスと絶縁体粉末とから成る。このガラスとしては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同じまたは異なっていて、Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。

また、絶縁体粉末としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。

ガラス粉末と絶縁体粉末とを混合する場合、その混合割合は質量比で４０：６０〜９９：１であることが好ましい。

この絶縁層１の前駆体であるガラスセラミックグリーンシート（グリーンシート）は、ガラス粉末，絶縁体粉末，樹脂バインダ，有機溶剤および可塑剤等を混合してスラリーを作製し、そのスラリーを用いて従来周知のドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって成形される。

このガラス粉末および絶縁体粉末に添加混合される樹脂バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用でき、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。

グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、ガラス粉末と絶縁体粉末と樹脂バインダを分散させ、グリーンシートの成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類，エーテル類，エステル類，ケトン類，アルコール類等の有機溶剤が挙げられる。

このグリーンシートに、打ち抜き金型やレーザ等により貫通孔を形成し、この貫通孔にタングステン，モリブデン，金，銀，銅等の金属粉末に収縮調整用のガラス粉末を加え、適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合した貫通導体用ペーストをスクリーン印刷等により充填して貫通導体５を形成する。ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス等が挙げられる。

次に、このグリーンシートの表面に、タングステン，モリブデン，金，銀，銅等の金属粉末に適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合した配線導体用ペーストをスクリーン印刷法等により塗布印刷し、回路配線となる配線導体３とコンデンサの対向電極４を形成する。

次に、焼成後の内層誘電体層２となる誘電体グリーンシートについて説明する。誘電体グリーンシートに用いられる誘電体粉末としては、コンデンサ内蔵基板に内蔵されるコンデンサの内層誘電体層２が形成されるように絶縁層１との同時焼成が可能で、絶縁層１となる絶縁体粉末よりも高い誘電率を有するものがよい。例えば、誘電体粉末としては、チタン酸バリウム，チタン酸ストロンチウム，ジルコン酸バリウム，酸化チタン等の高誘電率のものが良い。好ましくは、絶縁層１と同時焼成が可能で誘電率の値が絶縁基体の１００倍以上を示す誘電体材料を使用する。例えば、絶縁層１が比誘電率１０程度のＳｉＯ_２−ＭｇＯ−ＣａＯ系結晶化ガラスとアルミナの混合物から成る場合、内層誘電体層２はＢａＴｉＯ_３（比誘電率１０００），鉛系複合ペロブスカイト（ＰＭＮ：Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３，ＰＺＮ：Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ_３，ＰＭＷ：Ｐｂ（Ｍｇ，Ｗ）Ｏ_３等）（比誘電率３０００以上）から成るようにする。

この内層誘電体層２の前駆体である誘電体グリーンシートは、誘電体粉末と焼結助剤となるガラスや金属酸化物と、樹脂バインダ，有機溶剤，可塑剤等とを混合してスラリーとし、このスラリーを用いて従来周知のドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって成形する。

また、この誘電体グリーンシートに用いられる樹脂バインダ，有機溶剤としては、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層１との同時焼成が可能であれば特に制限されるものではなく、例えばグリーンシートに配合される樹脂バインダ，有機溶剤と同様のものが使用可能である。

ここで、本発明のコンデンサ内蔵基板１０においては、貫通導体５のコンデンサの対向電極４側の一方端面の面積が０．０７ｍｍ^２以下であるとともに配線導体３側の他方端面の面積よりも小さい。貫通導体５のコンデンサの対向電極４側の一方端面の面積が０．０７ｍｍ^２以下であることから、貫通導体５中のガラス成分の内層誘電体層２への拡散を抑えることができる。

コンデンサ内蔵基板１０は、貫通導体５とガラスセラミックスからなる絶縁体１の間に隙間をなくして強固に接着させるために、貫通導体５の収縮挙動を絶縁体１と合わせたり貫通導体５と絶縁体１との濡れを向上さる目的で、貫通導体５中に焼結助剤としてガラスを添加している。このガラスは、軟化温度が高いために、内層誘電体層２中に拡散しても内層誘電体層２の誘電体に対する焼結助剤として働かず、またガラス自体の誘電率が低いために、拡散することで内層誘電体層２の誘電率の低下を引き起こす。その結果、コンデンサの容量値が低下したり容量値のばらつきが大きくなる。そこで、貫通導体５の対抗電極４側の一方端面の面積を０．０７ｍｍ^２以下にすることによって、貫通導体４から対向電極４を通過して内層誘電体層２へ拡散するガラスの拡散量を抑えることができるので、内層誘電体層２中のガラス成分が過剰にならず、内層誘電体層２の本来の材料組成が維持されて内層誘電体層２の焼結が正常に進み内層誘電体層２は本来の誘電率を有することとなる。これにより、コンデンサ内蔵基板１０内に形成したコンデンサの容量値の低下を防ぎ、またそのバラツキを抑制することができる。

また、貫通導体５の他方端面の面積を、対向電極４側の一方端面よりも大きくしたことから、全体として貫通導体５の導通抵抗を低下させることができる。物質の抵抗値は一般にＲ＝ρ・Ｌ／Ｓ（Ｒは抵抗値、ρは抵抗率、Ｓは断面積、Ｌは長さ）で表され、抵抗値を下げるためには抵抗率を下げる、断面積を大きくする、長さを短くする方法がある。コンデンサ内蔵基板１０の配線導体３の材料は、半導体素子やコンデンサを通過する信号の高速化に伴い銀や銅等の低抵抗金属が使用されるが、貫通導体５にはガラスセラミックスからなる絶縁体１の間に隙間がなく強固に接着させるために多量のガラス成分を添加しており、抵抗率ρは純金属に較べて高くなる。また、コンデンサの上下には信頼性を保つために一般に厚さ５０μｍ以上の絶縁層１が形成されるため、長さＬの短縮化に対しても限界がある。従って、貫通導体５の抵抗値を下げるためには貫通導体５の断面積を大きくすることが最も効果的であるが、貫通導体５の対向電極４側の一方端面の面積を大きくすることができないので、配線導体３側の他方端面の面積を大きくし、貫通導体５の全体の断面積を大きくしている。これにより、貫通導体５を含めたコンデンサ全体のインダクタンス成分が低減し、共振周波数が低下することがなく、使用周波帯域でもコンデンサとして十分に機能する。

ここで、貫通導体５の対向電極４側の一方端面の面積は、０．００２ｍｍ^２以上であることが好ましい。０．００２ｍｍ^２未満では、貫通導体５と対向電極４との電気的接続がとれず断線不良を起こしたり、接触抵抗が異常に高いために局所的に発熱し、電気的接続部に繰り返し加わる熱ストレスにより断線不良を起こし易くなる。

また、本発明のコンデンサ内蔵基板１０の製造方法においては、貫通導体５は、グリーンシートに設けた貫通孔に、貫通孔の開口の大きい方である他方端面側から開口の小さい方である一方端面側へ向かって貫通導体用ペーストを充填することによって形成される。

グリーンシートに両端で開口径の異なる貫通孔を形成するには、例えば金型による打ち抜き方法では、打ち抜くピンの先端形状を細くしたり球状にしたりすることによって得られ、またレーザーによる加工方法では、焦点距離を短くすることによって得られる。次に、貫通孔に貫通導体用ペーストを充填する際、貫通孔の開口の大きい方である他方端面側から開口の小さい方である一方端面側へ向かって貫通導体用ペーストを充填することによって、粘度を下げた貫通導体用ペーストを貫通孔の側面へ流し込む必要がなく、粘度が高く生密度が高い貫通導体用ペーストをスクリーン印刷によって貫通孔の先端まで押出して充填することができる。このため、貫通導体用ペーストが過剰に乾燥収縮することがないので、貫通導体の中心部が収縮せず、複数回の印刷を行っても貫通孔の内部にボイド等の充填不良が発生することがない。特に、貫通導体５の形状が円錐形の場合、粘度が高い貫通導体用ペーストを開口径の大きい方から印刷することによって、貫通導体用ペーストは先端が細くなった貫通孔の側面に沿って移動し易く、１回の印刷で貫通導体用ペーストが確実に貫通孔の先端まで到達するとともに、乾燥後の貫通導体の中央部の収縮を抑えることができる。

また、貫通孔が設けられたグリーンシートと埋め込み用の製版の位置合わせが容易になり、微小な位置のずれが発生しても、そのずれは貫通孔の印刷面側の開口の大きさ対しては小さいので、スクリーン印刷の際に貫通導体用ペーストの大半は貫通孔へ充填され、グンシートと貫通導体との間に隙間が生じることがなく、脇にはみ出してグリーンシート上に塗布される量が少なくなり、充填不良が発生することがない。特に、貫通導体５の形状が円錐形の場合、グリーンシートの貫通孔と埋め込み用の製版の位置が若干ずれても、貫通孔の側面と貫通導体用ペーストは確実に接触するために隙間の発生を抑えることができる。

これらの結果、貫通孔に確実に貫通導体用ペーストが充填され、導通抵抗が十分に低く、電気的な接続の信頼性の高いコンデンサ内蔵基板を得ることができる。

上記のようにして作製したグリーンシートの積層体を、例えば配線導体用ペーストの金属粉末がＡｇ粉末である場合、大気中で８００〜１０００℃の温度で積層体を焼成することにより、本発明のコンデンサ内蔵基板１０が得られる。

なお、積層体を焼成する際に、グリーンシートや誘電体グリーンシートが焼結する温度では実質的に焼結収縮しない無機成分、例えばアルミナから成る拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成すると、この拘束グリーンシートによって積層体の主面方向（主面の平面方向）の焼成時の収縮が拘束されて抑制されるため、コンデンサ内蔵基板１０の寸法精度が向上し、内蔵されるコンデンサの容量値のバラツキを小さくすることが可能となる。また、このような方法で焼成した場合、厚み方向の焼成収縮が通常の方法で焼成した場合に比較して大きくなるので、内層誘電体層２の厚みをより薄くすることが可能となり、コンデンサの高容量化も容易となる。

さらに、コンデンサ内蔵基板１０表面に位置する配線導体３には、その表面に電子部品や半導体素子を実装する際の半田濡れ性の向上や配線導体３の腐食防止のために、ニッケル，銅，金等のめっきを施してもよい。

本発明の実施例について以下に説明する。

絶縁層１となるグリーンシートを得るために、ガラスとしてＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ系結晶化ガラス粉末５０質量部と、誘電体粉末としてＡｌ_２Ｏ_３粉末５０質量部とを混合し、これらの無機粉末１００質量部に、樹脂バインダとしてアクリル樹脂１２質量部，フタル酸系可塑剤６質量部および溶剤としてトルエン３０質量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ１００μｍのグリーンシートを成形した。

また同様の方法で内層誘電体層２となる誘電体グリーンシートを作製した。誘電体グリーンシートは、ガラスとＢａＴｉＯ_３粉末とから成り、ガラスとＢａＴｉＯ_３粉末との和を１００質量部とし、それに対して、樹脂バインダとしてアクリル樹脂１２質量部，フタル酸系可塑剤６質量部および溶剤としてトルエン３０質量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ５０μｍの誘電体グリーンシートを成形した。

グリーンシートにはＹＡＧレーザを用いて所定位置に貫通孔を形成した。この貫通孔にスクリーン印刷法で貫通導体用ペーストを充填し貫通導体５とした。本実施例では、レーザの出力や焦点距離を調整することにより、図１に示すように、貫通導体５のコンデンサの対向電極４側の一方端面の面積を他方端面の面積よりも小さくし、貫通孔の開口の大きい他方端面側から開口の小さい一方端面側へ向かって貫通導体用ペーストを充填した。

また比較例として、図３に示すように、貫通導体５の対向電極４側の一方端面の面積が他方端面の面積と同じものを用意した。

貫通導体用ペーストとしては、銅の粉末（平均粒径３μｍ）１００質量部に対して、上記ガラスと同組成のガラス粉末を２０質量部を加え、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂およびテルピネオールを加えて、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。

次に、充填した貫通導体用ペースト中の有機溶剤の重量が減少するまで６０℃の温風により乾燥させた。

次に、グリーンシートの所定箇所に配線導体３とコンデンサの対向電極４となる配線導体用ペーストをスクリーン印刷法により約１５μｍの膜厚で塗布した。配線導体用ペーストとしては、銅の粉末（平均粒径３μｍ）１００質量部に対して、上記ガラスと同組成のガラス粉末２質量部を加え、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂およびテルピネオールを加えて、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。

次に、印刷した配線導体用ペースト中の有機溶剤の重量が減少するまで６０℃の温風により乾燥させた。

次に、貫通導体５、配線導体３及びコンデンサの対向電極４となる配線導体用ペーストが形成されたグリーンシートと、誘電体グリーンシートとを順次積層し、誘電体グリーンシートを挟んだコンデンサの対向電極４がコンデンサを形成するよう配置した。

このようにして得られたグリーンシートの積層体を、５００℃で３時間の樹脂バインダの燃焼行程と９００℃で１時間のセラミックスの焼結工程とを含む工程を窒素雰囲気中で実施し、緻密なガラスセラミック焼結体から成る絶縁層１の内部や表面に同時焼成により形成された配線導体３および内層誘電体層２を配設して成るコンデンサ内蔵基板１０を作製した。

得られたコンデンサ内蔵基板１０中の内層誘電体層２について比誘電率を測定した。比誘電率の測定は、測定温度２５℃、測定周波数１ＭＨｚでのコンデンサの静電容量をインピーダンスアナライザーを用いて測定し、内層誘電体層２の厚みとコンデンサの有効面積を測定して算出した。比誘電率が９００以上の試料を良品とし、９００未満の試料を不良品として評価した。

また、コンデンサ内蔵基板１０中のコンデンサの共振周波数を測定した。共振周波数の測定は、測定温度２５℃、測定周波数１ＭＨｚ〜１ＧＨｚで貫通導体５を含むコンデンサ部のインピーダンスをインピーダンスアナライザーで測定し、共振周波数が３００ＭＨｚ以上の試料を良品とし、３００ＭＨｚ未満の試料を不良品として評価した。

また、貫通導体５の導通抵抗の理論値に対する比率を算出した。理論値の算出方法は、貫通導体用ペーストを乾燥させプレス金型で直径５ｍｍ、長さ１０ｍｍの円柱状に成型し、５００℃で３時間の樹脂バインダの燃焼行程と９００℃で１時間のセラミックスの焼結工程とを含む工程を窒素雰囲気中で実施し焼結体とし、この焼結体の導通抵抗をデジタルマルチメータで測定して貫通導体５の比抵抗とし、この比抵抗と各々の貫通導体５の寸法から換算して貫通導体５の導通抵抗の理論値を求めた。この理論値に対して、各々の貫通導体５の導通抵抗を比較し、２倍以下の比率の導通抵抗を有するものを良品とし、２倍より大きい比率の導通抵抗を有するものを不良品とした。

測定結果をまとめて表１に示し、判定欄に以上の３つの項目を全て満たすものを良品として○で示し、一つでも満たさないものを不良品として×で示した。

なお、貫通導体５の他方端面の面積とコンデンサの対向電極４側の一方端面の面積は、表１に示す種々の組み合わせとなるようにした。

表１より、Ｎｏ．１，３〜５は、貫通導体５の対向電極４側の面積が０．０７ｃｍ^２以下であるとともに他方端面の面積よりも小さいものであり、図１に示す本発明の構成のものである。この場合、いずれも比誘電率が９００を超え、共振周波数も３００ＭＨｚを超え、貫通導体５の導通抵抗の理論値に対する比率も２倍を下回った。特に、Ｎｏ．３〜５は、貫通導体５の導通抵抗の理論値に対する比率が１．５倍を下回り、いっそう好ましい結果となった。

これに対して、Ｎｏ．６は、貫通導体５の対向電極４側の面積が０．０９６ｃｍ^２で０．０７０ｃｍ^２より大きいため、比誘電率が８６２となり９００を下回っており、容量の小さなコンデンサとなった。

また、従来構成であるＮｏ．２は、貫通導体５の対向電極４側の一方端面と他方端面の面積が同じであり、共振周波数が２９３ＭＨｚで３００ＭＨｚを下回り、貫通導体５の導通抵抗の理論値に対する比率も２．７８となり２倍を超え、共振周波数が低く接続信頼性が低いコンデンサとなった。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態では、ガラス粉末と誘電体粉末とを含むスラリーを層状に成形した誘電体グリーンシートを積層するグリーンシート積層法で内層誘電体層２を形成したが、図２に示すように、ガラス粉末と誘電体粉末とを含む誘電体ペーストをスクリーン印刷等で塗布して多層化する厚膜印刷法で内層誘電体層２を形成してもよい。

本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板について実施の形態の一例を示す断面図である。本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板について実施の形態の他の例を示す断面図である。従来のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板の一例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁層
２・・・内層誘電体層
３・・・配線導体
４・・・コンデンサの対向電極
５・・・貫通導体
１０・・コンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板

Claims

ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層が複数積層されて成る絶縁基体の内部にコンデンサが設けられており、該コンデンサは、前記絶縁基体よりも高い誘電率を有する内層誘電体層と、該内層誘電体層を間に挟んで対向する一対の対向電極と、それに電気的に接続された貫通導体とから成り、該貫通導体の前記対向電極側の一方端面の面積が０．０７ｍｍ^２以下であるとともに他方端面の面積よりも小さいことを特徴とするコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板。
請求項１記載のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板の製造方法であって、前記貫通導体は、ガラスセラミックグリーンシートに設けた貫通孔に、該貫通孔の開口の大きい方である前記他方端面側から開口の小さい方である前記一方端面側へ向かって貫通導体用ペーストを充填することによって形成されることを特徴とするコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板の製造方法。