JP2006287019A

JP2006287019A - 貫通電極付基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2006287019A
Application number: JP2005105856A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nagatomo; 浩之長友; Shinji Furuichi; 眞治古市
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】電極が低電気抵抗で耐熱性があり、電極が貫通孔から離脱し難い貫通電極付基板を得る。
【解決手段】Ｃｕ粉とＳｎ粉の混合材を熱処理することで、Ｃｕ−Ｃｕ_３Ｓｎ−Ｃｕ_６Ｓｎ_５の３層構造を形成。Ｃｕ_３Ｓｎ領域を多くすることで電気抵抗を下げ、３層構造とすることで耐熱性を有する電極材６とする。貫通孔３の内壁に予め金属膜をスパッタ等で形成し、金属膜と電極材６とが一部合金化することで、電極６が貫通孔３に強固に保持された貫通電極付基板５０が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、貫通電極を有するセラミックスやガラス基板に関し、特に基板に開けた貫通
孔に金属を充填して電極を形成した貫通電極付基板とその製造方法に関する。

電子デバイスやＲＦデバイス、光デバイスなどの分野では、小型薄型化や高周波化の要
求に対応するため、貫通電極付基板を用いて基板の表裏の電気的導通を得る方法が用いら
れている。貫通電極付基板使用例として、特許文献１に貫通電極付ガラス基板を用いた圧
力センサーが示されている。ダイヤフラムの変位を電気信号に変換し、貫通電極付基板を
通して電気信号を外部に引き出しているものである。特許文献２には、貫通電極付ガラス
基板を用いた圧力センサーが示されている。圧力を錘の変位で検知し、発生した電気信号
を外部に引き出すと同時に、錘を含む機械的に脆弱な部分を保護するのに貫通電極付ガラ
ス基板が用いられている。

特開２００１−２０１４１８図１、図２特開平１０−２２５１４図２、図２０

貫通電極付基板の製造方法として、基板に開けた貫通孔に導電性のフィラーと樹脂バイ
ンダーを混練した導電性ペーストを充填する方法があり、セラミックス積層基板の貫通電
極形成に用いられている。特許文献３で開示されている、貫通孔をめっき金属で充填する
方法もある。

特開２００３−６０３４５図１、図２

導電性フィラーと樹脂バインダーを混練した導電性ペーストを、貫通孔に充填する方法
を用いれば、低温加熱で比較的容易に貫通電極を形成することが可能である。しかし、樹
脂バインダーの熱膨張率が導電性フィラーの熱膨張率より大きいため、温度上昇すると樹
脂バインダーが膨張し導電性フィラーの接触面積が減ずるためか、電極の抵抗が上昇する
ことがあった。また、樹脂は高温で変質し分解し易く、分解時にガスの発生が懸念される
ので、用途が限定されることがある。このようなことから、導電性ペーストに樹脂バイン
ダーを用いることは、貫通電極の電気抵抗の安定性、耐熱性の面から適しているとは言い
難いところがあった。

貫通孔をめっきで金属充填する方法を用いると、ＣｕやＮｉなどの高融点金属を充填す
ることが可能である。しかし、貫通孔にめっきで金属を均一に充填することは難しく、め
っき金属の内部に空洞が発生してしまうことがあった。また、めっき金属の析出速度が遅
く生産性に難があるという問題があった。

本発明は上記問題を解決するもので、耐熱性を得るために貫通電極をＣｕとＳｎもしく
はＣｕＳｎ合金の電極材で形成し、また、電極材と貫通孔内壁に設けられた金属膜ａを合
金化することで、貫通電極の強い密着力と安定した電極の電気抵抗が得られる貫通電極付
基板とその製造方法を提供するものである。

本発明の貫通電極付基板は、ガラス基板もしくはセラミックス基板の板厚方向に貫通す
る孔に、電極となる金属を充填した貫通電極付基板であり、貫通孔内壁面には０．５μｍ
厚以上の金属膜ａが形成され、貫通孔はＣｕとＳｎ、ＣｕとＳｎの合金から構成される電
極材が充填されていることが好ましい。

電極材はＣｕの表面がＣｕ_３Ｓｎの合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５の合金層で被覆構成された３
層構造体で主構成されている。中心部がＣｕで中間層がＣｕ_３Ｓｎの合金層、最外層がＣ
ｕ_６Ｓｎ_５の合金層で構成されている。大部分の３層構造体は、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層同士
もしくはＳｎで接合されており、一部はＣｕ_３Ｓｎ合金層とＳｎで接合されている。３層
構造体と金属膜ａ間は、金属膜ａとＣｕ_６Ｓｎ_５とで構成される合金であることが好まし
い。３層構造体と金属膜ａ間を合金化することで、３層構造体と金属膜ａ間の強固な結合
が得られ、電極材が貫通孔から抜け落ちると言うような不具合を解消できる。

中心部のＣｕは、５ｍａｓｓ％以下であれば他の金属元素を含んでいても良いものであ
る。Ｃｕ表面とＳｎの合金化を促進するため、中心部のＣｕにＳｎを含むことは好ましい
ものである。同様に、ＳｎにもＣｕが含まれることも好ましいものである。ＣｕとＳｎの
合金化、金属膜ａとＳｎ間および金属膜ａとＣｕ_６Ｓｎ_５間の合金化を、阻害するような
金属の含有は避けることが良い。

電極材の融点が３００℃以上であることが好ましい。電極材の融点を３００℃以上とす
ることで、鉛フリー半田を使用することが可能となる。また、３００℃以上に基板を加熱
しながら数１００Ｖの電圧を印加する陽極接合を行うことも可能となる。より好ましくは
、電極材の融点は４００℃以上である。

本発明に用いる基板材料は、４００℃以上の耐熱性を有する材料が好ましい。樹脂等の
有機材料の多くは加熱によって軟化や変質を起こす恐れがあり、寸法精度が維持できなく
なるだけでなく、ガス等も発生するため適した材料とは言い難い。セラミックスやガラス
は加熱しても、４００℃以下では軟化や変質を起こすことはないため、好適な材料と言え
る。セラミックス材料としては、アルミナやジルコニア、マグネシア、窒化珪素、酸化チ
タン、チタン酸バリウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニッケル亜鉛フェラ
イトなどの絶縁性材料を用いることができる。ガラス材料としては、鉛ガラスやソーダガ
ラス、硼珪酸ガラスなどを用いることができる。

電子デバイスやＲＦデバイス、光デバイスなどのマイクロデバイスでは、パッケージン
グに陽極接合法と呼ばれる技術が使用されている。マイクロデバイスを形成したシリコン
基板と貫通電極付ガラス基板を、陽極接合法を使ってウエハーサイズもしくはチップサイ
ズで接合し、パッケージングする方法が開発され製品への適用が試みられている。陽極接
合法は基板を３００℃〜４００℃に加熱しながら数１００Ｖ前後の電圧を印加して接合す
る方法である。ガラス基板はシリコン基板と熱膨張率が近く、アルカリ金属イオンを含有
していることが好ましい。ガラス基板は陽極接合時に３００℃〜４００℃に加熱するので
、ガラスの軟化点は４００℃以上であることが好ましい。

貫通孔は、レーザーやブラスト、エッチングなどの方法で基板に形成することができる
。基板にフォトレジストなどでマスクを形成し、化学エッチングやブラストで貫通孔を形
成する方法は、多数の貫通孔を同時に形成できるので好ましい方法である。貫通孔の平面
形状は、円形や楕円形、多角形、矩形、不定な形状でも良く、深さ方向で形状が変化し、
基板表裏で貫通孔の形状や大きさが異なっても良いものである。

貫通電極表面と基板表面が、同一面であることが好ましい。同一面とすることで、貫通
電極基板上に機能素子等を形成しても特性が安定すること、機能素子等を形成する装置へ
の貫通基板の保持が容易になる。また、電極から引き回す配線の接続不良を防ぐことがで
きる。

貫通孔内壁の貫通孔端近傍の領域に、金属膜ａが形成されており、充填された電極材と
金属膜ａの接触部は合金化して結合されることが好ましい。金属膜ａは、少なくとも基板
表面から孔の深さ方向に向かって、片側で基板厚の１／４以上形成されていることが好ま
しい。電極材と基板の面を同一にするための加工代より、大きく金属膜ａが形成されてい
ること、言い換えると平坦化加工された後でも、金属膜ａは貫通孔内壁に残っていること
が好ましいものである。より好ましくは、貫通孔内壁全面に金属膜ａが形成されているこ
とである。金属膜ａを０．５μｍ厚以上とすることで、貫通孔内壁の面粗さの凹凸を埋め
、緩やかな凹凸状態とすることができる。貫通孔内壁を緩やかな凹凸状態にすることで、
電極材と貫通孔表面間に気泡の取り込みを少なくでき、結合面積が大きくなることで電極
材の強固な接合が得られる。また、金属膜ａと電極材との接触部は合金化して結合される
ため、熱が加わったときでも電極材が貫通孔から抜け出るようなことはない。

貫通孔の内壁面に形成する金属膜ａは、単体の金属もしくは合金の単層膜か、基板側と
電極側で組成が異なる少なくとも２層以上の金属膜で構成されていても良い。金属膜の形
成方法は、蒸着法やスパッタ法、めっき法などを用いることができる。貫通孔内壁に接す
る第一層目の金属膜は、貫通孔内壁への付着強度が高い膜が得られるスパッタ法を用いる
のが好ましい。貫通孔内壁への膜の付着強度が、電極材と貫通孔との接合強度を左右する
ものであり、高い付着強度が望まれるものである。

貫通孔の内壁面に形成する金属膜ａの第一層目は、密着性に優れたＣｒ膜を用いること
が好ましい。Ｃｒ膜厚は０．０２μｍより薄いと密着力を得る効果が小さいので、貫通孔
の内壁面の凹凸表面を覆うことができる０．０２μｍ以上の膜厚とすることが好ましい。
金属膜ａの最表面の膜は、ＮｉもしくはＮｉを主成分とする合金であることが好ましい。
金属膜ａと電極材との界面に拡散反応によって合金層が形成されるので、金属膜ａを電極
材と合金を作り易いＮｉ系とすることで、強固な結合が得られるものである。合金層が形
成され金属膜ａと電極材が強固に結合されることで、金属膜ａと電極材の熱膨張率の差に
よる応力や機械的な外力が加わっても、貫通孔から電極材が抜け出るようなことはない。

本発明の貫通電極付基板は、貫通孔を有する基板の貫通孔内壁に金属膜ａを形成する工
程、Ｃｕ粉とＳｎ粉、フラックスを混合し混合材を得る工程、混合材を貫通孔に充填する
工程、６０℃〜２００℃で一次ベークする工程、２４０℃〜３００℃でニ次ベークする工
程、３００℃〜５５０℃で三次ベークする工程、基板両面を研削もしくは研磨で平坦化す
る工程を有することが好ましい。

一次ベーク工程は、混合材中のフラックスを流動化させて混合材中の気泡を除去し、貫
通孔に混合材の充填密度を上げることを行う。気泡除去の効率を上げるため、減圧中でベ
ーク処理を行うのが好ましい。常圧であれば、ＣｕやＳｎの酸化を抑えるため不活性ガス
雰囲気で行うことが好ましい。

二次ベーク工程は、ＣｕとＳｎの３層構造体の形成、３層構造体の一体化、３層構造体
と金属膜ａの一体化を行う。３層構造体の形成とは、Ｃｕ粉末とＳｎ粉末が拡散反応しＣ
ｕをＣｕ_３Ｓｎが覆い、更にＣｕ_３ＳｎをＣｕ_５Ｓｎ_６が覆う３層構造体を作ることであ
る。前記、３層構造体を形成すると同時に、３層構造体同士を接合し電極材とするもので
ある。３層構造体は最表面のＣｕ_５Ｓｎ_６同士か、Ｃｕ_５Ｓｎ_６と遊離しているＳｎと結
合し一体化する。３層構造体が一体化することで低抵抗な電極材となる。また、同時に金
属膜ａは３層構造体のＣｕ_５Ｓｎ_６および、遊離しているＳｎと結合し一体化する。金属
膜ａと一体化することで、貫通孔に電極材が強固に保持されることになる。二次ベークは
不活性ガス雰囲気もしくは減圧雰囲気で行うことが好ましい。

三次ベーク工程は、３層構造体のＣｕ_３Ｓｎ層の厚みを厚くすることが主な目的である
。３層構造体同士の一体化と金属膜ａとの一体化も進むが、これらは副次的な効果である
。３層構造体の中間層であるＣｕ_３Ｓｎ層の厚みを、二次ベーク後の厚みに対し５倍以上
とすることで、電極材の電気抵抗を下げることができる。Ｃｕ_３Ｓｎ層厚が増えることで
、中心部のＣｕの領域が減少していく。最表層のＣｕ_５Ｓｎ_６層の厚みもＳｎとの合金化
が進み数倍程度の厚みとなる。三次ベークは不活性ガス雰囲気もしくは減圧雰囲気で行う
ことが好ましい。

電極材の主構成をＣｕとＳｎからなる３層構造体とすることで、低電気抵抗で３００℃
以上の融点を有する電極材を得た。貫通孔に内壁に金属膜ａを形成し、電極材と一体化さ
せることで、電極材は貫通孔に強固に保持され、信頼性の高い貫通電極付基板を得ること
ができた。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。説明を解りやすくす
るために同一の部位、部品には同一の記号を用いている。

図１に、本発明の貫通電極付基板の斜視図を示す。基板１”の厚み方向に貫通した孔に
金属が充填されて形成された電極６が所定の間隔で設けられている。図２は、本発明実施
例１で用いた貫通電極付基板の製造方法を示す。図２ａ）〜図２ｊ）を用いて、製造方法
（工程）を説明する。以降、電極６は電極材と称することもある。

図２ａ）〜図２ｃ）は、基板１に貫通孔３を形成する工程である。基板１は、直径が１
００ｍｍφで板厚４００μｍの硼珪酸ガラスである。用いた硼珪酸ガラスは、コーニング
社のパイレックス（登録商標）である。基板１の片面全面に厚さ９０μｍのフィルムレジ
スト２を接着し、露光と現像を行った。フィルムレジスト２に、φ１３０μｍの円形のパ
ターン３０を形成した（図２ａ））。フィルムレジスト２をマスクとして、砥粒３１を
高速で基板に噴射するブラスト法で基板１を削り取った。ブラストに用いた砥粒３１は炭
化珪素（ＳｉＣ）粉末で粒径は４００番を使用した。砥粒３１の噴射圧力は０．３５ＭＰ
ａとした。フィルムレジスト２を形成した基板１の片面から砥粒を基板全面に噴射して、
基板１の窪みを深くしていき最終的に貫通孔３を形成した（図２ｂ））。ブラスト加工終
了後、フィルムレジスト２を剥離除去し、貫通孔３が設けられた基板１’を得た（図２ｃ
））。貫通孔３は、砥粒を噴射した面側の直径がφ１８０μｍ、反対面側の直径がφ７０
μｍの略円錐台状となった。

図２ｄ）〜図２ｆ）は、貫通孔３の内壁に金属膜ａ４を形成する工程である。貫通孔３
が形成された基板１’の両面に、フィルムレジスト３２を接着し、露光と現像を行った。
貫通孔３の基板の周辺が露出するように、貫通孔３より数１０μｍ大きな孔径になるにフ
ィルムレジスト３２をパターニングした（図２ｄ））。次に、貫通孔３の内壁に金属膜ａ
４を形成した。金属膜ａ４は、スパッタリング法でＣｒ膜とＮｉ膜を形成し、さらにその
上に無電解めっき法でＮｉ膜を形成した。スパッタで形成したＣｒ膜の膜厚は０．０２μ
ｍ、Ｎｉ膜の膜厚は０．０８μｍである。スパッタは基板の片面毎に行い、基板１’の両
面側から１００μｍ程度の深さまで、ＣｒとＮｉの２層膜を形成し、同２層膜上に無電解
めっき法でＮｉ膜を３μｍ形成した（図２ｅ））。フィルムレジスト３２を除去し、貫通
孔の内壁と貫通孔周辺に金属膜ａ４が形成された基板１’を得た（図２ｆ））。

図２ｇ）〜図２ｉ）は、電極を形成する工程である。基板１’にスクリーンマスク３４
を密着固定し、貫通孔３に混合材５をスクリーン印刷法を用い充填した（図２ｇ））。混
合材５は、平均粒径１１μｍのＳｎ粉と平均粒径３０μｍのＣｕ粉、グリス状のフラック
スを混練した。混合材の粘度は１５０Ｐａ・Ｓに調製した。Ｓｎ粉とＣｕ粉の配合比は、
重量比で０．５：０．５とした。スクリーンマスク３４の開口ピッチは貫通孔３と同ピッ
チで、スクリーンマスク３４の開口径は貫通孔径より約３０μｍ大きくした。混合材５は
貫通孔３にへら３３を矢印方向に動かしながら摺り込むように充填した。混合材５が基板
１’表面から僅かにはみだすように充填した。スクリーンマスク３４を除去して、貫通孔
３に混合材５が充填された基板１’を得た（図２ｈ））。

貫通孔３に混合材５が充填された基板１’を窒素雰囲気のオーブンで、一次から三次ベ
ークを行い混合材５を合金化し電極材６とした（図２ｉ））。一次ベークの加熱条件は、
予め７０℃に昇温したオーブンに基板１”を投入し、２５分間保持した。加熱することで
混合材５中のフラックスを流動化させ、混合材５を貫通孔３に充填した際に混合材５内に
巻き込んだ気泡を、混合材５の表面に排出させた。二次ベークは、窒素雰囲気の電気炉を
用いて行った。二次ベークの加熱条件は、室温から１５０℃まで昇温して５分間保持し、
その後２７０℃まで昇温して３分間保持とした。Ｓｎの融点２３２℃より高温で保持する
ことで、混合材５中のＳｎ粉は熔融して液状になり、Ｃｕ粉の隙間に浸透させた。熔融し
たＳｎはＣｕ粉と反応し、ＣｕをＣｕ_３Ｓｎが覆い、Ｃｕ_３ＳｎをＣｕ_５Ｓｎ_６が覆う３
層構造体を作る。３層構造体は３層構造体同士もしくはＳｎと接合して電極材６を形成し
た。また、金属膜ａ４と３層構造体およびＳｎが接合して、貫通孔３に強固に電極材６を
形成した。混合材５中のフラックス成分が加熱により、電極材６表面に析出してくるので
、炉から取り出し室温まで冷却したのち、析出したフラックスを有機溶剤で洗浄除去した
。三次ベークは、窒素雰囲気の電気炉を用いて行った。三次ベークの加熱条件は、室温か
ら５００℃まで２時間かけて昇温し、５００℃で１時間保持した。

基板１’の表裏両面にはみ出した電極材６を除去するために、基板表裏面を１０μｍず
つ研磨し、電極材６と基板１”の面が同一の、貫通電極付基板５０を得た（図２ｊ））。

一次べークから三次ベークにおける混合材５と金属膜ａ４の変化を、図２ｉ）のｗ部を
拡大して図３ａ）から図３ｃ）に示すとともに、詳細に説明する。図３ａ）は、一次ベー
ク完了後、図３ｂ）は二次ベーク完了後、図３ｃ）は三次ベーク完了後のｗ部を模式的に
示す。図３ａ）に示す一次ベーク完了後は、ベーク温度が７０℃とＳｎおよびＣｕの融点
よりも低温であるため、Ｓｎ粉８とＣｕ粉９とも形状の外観的変化は見られない。Ｓｎ粉
８とＣｕ粉９の隙間には、フラックス１０が充填されている。基板１’に設けられた貫通
孔の内壁には、金属膜ａ４が形成されており、金属膜ａ４はＣｒ膜１２とＮｉ膜１１の２
層となっている。

図３ｂ）に示す二次ベーク完了後は、ベーク温度が２７０℃とＳｎの融点よりも高温で
保持したためＳｎ紛が熔融し、Ｃｕ粉９や金属膜ａ４と反応を起こした。Ｓｎ粉８が熔融
してＣｕ粉９の隙間に浸透し、フラックス１０は析出し電極材６の表面に追い出される。
追い出されたフラックス１０の図示は省略した。同時にＣｕ粉９の表面は熔融したＳｎと
反応し、Ｃｕ_３Ｓｎ１３とその外側にＣｕ_６Ｓｎ_５１４が形成された３層構造体となる。
３層構造体は、Ｃｕ_６Ｓｎ_５１４同士もしくはＳｎ１５と結合し一体化される。また、金
属膜ａ４の表面のＮｉ膜１１と熔融したＳｎとで合金反応を起こしＮｉ_３Ｓｎ_４を主とす
るＮｉＳｎ合金１６が形成される。このＮｉＳｎ合金１６が、貫通孔内壁に形成した金属
膜ａ４と電極材６の間を強固に結合する役割を果たす。３層構造体のＣｕ_６Ｓｎ_５１４と
Ｎｉ膜１１との間でも合金反応を起こし合金層が形成されるが、図ではＮｉＳｎ合金１６
として描いている。

図３ｃ）に示す三次ベーク完了後は、５００℃に加熱するためＣｕとＳｎの合金反応が
更に進行する。Ｃｕ粉９の表面のＣｕ_３Ｓｎ１３が、主にＣｕ粉９を侵食するように成長
して大きくなる。二次ベーク完了後の３層構造体同士の結合は最表面のＣｕ_６Ｓｎ_５１４
で行われていたが、三次ベーク完了後ではＣｕ_３Ｓｎ同士が結合するものも現われる。

３層構造体の組成や組成領域幅、金属膜ａと電極材の接合部の構造等は、電極部を研磨
して顕微鏡観察と組成分析を行い評価した。顕微鏡観察には、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａ
ｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を用いた。組成分析
には、エネルギー分散型Ｘ線分光測定器（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ−ｒ
ａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＸ）を用いた。ＳＥＭで観察しながら任意の部
位をＥＤＸで分析を行った。研磨した電極部をＳＥＭで観察すると、ＣｕとＣｕ_３Ｓｎ、
Ｃｕ_６Ｓｎ_５、Ｓｎの部位で、また、金属膜ａとＳｎ、Ｃｕ_６Ｓｎ_５の接合部で、僅かで
あるが色が変わって観察される。異なる色の部位にＸ線を当てて組成分析を行なった。ま
た、ＳＥＭの表示画面上や写真から各部位の長さを求めた。

二次ベーク、三次ベーク完了後の試料をＥＤＸで組成分析し、ＣｕはＳｎと反応してＣ
ｕ−Ｃｕ_３Ｓｎ−Ｃｕ_６Ｓｎ_５の３層構造になっていることが確認できた。同様に、金属
膜ａと接して合金を形成するＳｎとＣｕ_６Ｓｎ_５は、観察される色も検出される組成も異
なっている。接合部は、Ｎｉ_３Ｓｎ_４を主とするＮｉＳｎ合金が生成されていることが確
認できた。

ベークによる３層構造体の変化について、各組成領域の大きさで評価した。各組成領域
の大きさは、ＳＥＭで観察される色の違いとＥＤＸの分析値から求めているので、ある程
度の範囲を持った数値となるが、本項では、約５０個の測定値の平均で説明を行う。３層
構造体の中心部のＣｕは、初期および一次ベーク後では直径３０μｍであるが、二次ベー
ク後ではＳｎとの反応が進み直径２１μｍまで減少し、更に三次ベーク後では直径７μｍ
まで減少している。中間層のＣｕ_３Ｓｎは層の厚みで表している。一次ベーク後にはＣｕ
_３Ｓｎはまだ生成されていないが、二次ベーク後では３μｍの厚みに成長している。三次
ベークはＣｕ_３Ｓｎ層を厚くして、電極材の電気抵抗を下げることを目的の一つとしてお
り、三次ベーク後では、二次べーク後の１４倍近い４１μｍ厚になっている。中心部のＣ
ｕの直径が二次ベークから三次ベークで約１／３まで減っていることから、中間層のＣｕ
_３Ｓｎの生成は、中心部方向にも進んでいることが判る。最外層のＣｕ_６Ｓｎ_５は二次ベ
ーク後では１０μｍであるが、三次ベーク後では３倍近い２８μｍであった。三次ベーク
で中間層のＣｕ_３Ｓｎ厚は約１４倍、最外層のＣｕ_６Ｓｎ_５厚は約３倍となり、中間層の
厚み増加が大きいことが確認できた。

示差熱分析装置を使って、完成した貫通電極付基板の融点を評価し、図４に測定結果示
す。図４ａ）は、貫通孔充填前の混合材５の吸熱反応の測定結果である。２２６℃付近に
強い吸熱反応が現われており、混合材５の融点が２２６℃であることを示している。これ
は、フラックスが影響していると考えられる。図４ｂ）は、貫通電極付基板完成後の電極
材６の吸熱反応の測定結果である。２２６℃付近の吸熱反応はなくなっており、５００℃
まで目立った吸熱反応は発生していない。３５０℃付近に新たな吸熱反応が発生している
が、吸熱量はわずかであり、この反応が貫通電極全体の融点に影響を与えるほどの量では
ない。したがって、一次ベークから三次ベーク処理を実施し、Ｃｕ粉９とＳｎ粉８の合金
化を促進することで、貫通電極全体の融点は少なくとも５００℃以上であることが判った
。

貫通電極付基板の電極材の抵抗値を評価した。貫通電極を直列に接続するように貫通電
極付基板の表裏に配線パターンを形成してその抵抗値を測定し、貫通電極一つ当りの抵抗
値を求めた。その結果、貫通電極一つ当り０．００７Ωと十分に小さい抵抗値が得られた
。参考までに、本実施例と同様の形状の電極をＳｎもしくはＣｕで作製すると、Ｓｎは０
．００７Ω、Ｃｕは０．００１Ωと計算される。これらの値と比較しても、本実施例の電
極の抵抗０．００７Ωは実用的に問題ないものと言える。

貫通電極付基板の電極材の結合強度を評価した。評価方法はテープ法とピン押し法であ
る。テープ法は、貫通電極付基板に粘着テープを貼り付け剥がした時に、電極材が基板か
ら剥れるか否かで判定するものである。約５０００電極数に相当する貫通電極付基板を評
価したが、基板から剥れた電極材はなかった。ピン押し法は、電極材を虫ピンで押して抜
け出るか否かで判定するものである。実体顕微鏡下で１０００個の電極を虫ピンで押して
評価したが、基板から抜け出た電極材はなかった。虫ピンで電極材を押す力は、電極材の
表面に虫ピンの跡が僅かに付く程度とした。

本発明の他の実施例として、混合材５のＳｎ紛８とＣｕ粉９の配合重量比を変えて貫通
電極付基板を作製して耐熱性を評価した。混合材の配合重量比以外は、実施例１と同じと
した。Ｓｎ粉とＣｕ粉の配合重量比はＳｎ粉：Ｃｕ粉で、０．３：０．７、０．４：０．
６、０．５：０．５、０．６：０．４、０．７：０．３とした。配合重量比０．５：０．
５は、実施例１と同じである。

貫通電極付基板の耐熱性は、窒素雰囲気の電気炉中で４００℃と５００℃で１時間加熱
を行い、冷却後貫通電極の外観を観察し加熱前後での変化の有無で評価した。図５に加熱
試験後の貫通電極の外観評価結果を示す。観察した電極数は各２０００個である。４００
℃の加熱試験では何れの配合重量比の試料にも、変化は見られなかった。５００℃の加熱
試験では、Ｓｎ粉とＣｕ粉の配合重量比が０．７：０．３の貫通電極付基板では、Ｃｕ粉
と十分に合金化反応を起こすだけのＳｎ粉がないためか、電極材同士の結合が弱く、数％
の電極表面に亀裂が観察された。また、０．３：０．７の貫通電極付基板では、Ｃｕ粉と
合金化できないＳｎが多く残留しているため、加熱時のＳｎが再溶融し電極材が流動して
しまうためか、貫通電極表面の数％に凹凸が発生した。数％の電極に亀裂が観察された配
合重量比０．７：０．３や、数％の電極に凹凸が発生した配合重量比０．３：０．７の貫
通電極付基板でも使用できないと言うレベルの変化ではなかった。電極表面形状の安定性
の点から耐熱性を論じると、Ｓｎ粉とＣｕ粉の配合重量比が、０．３：０．７〜０．７：
０．３の範囲では耐熱性４００℃、０．４：０．６〜０．６：０．４の範囲では耐熱性５
００℃が得られることが確認できた。

本発明の貫通電極基板の斜視図である。本発明の貫通電極基板の製造方法（工程）を説明する図である。本発明の貫通電極基板の一次ベークから三次ベークにおける混合材と金属膜ａの変化を説明する図である。本発明の貫通電極基板の吸熱反応の測定結果を説明する図である。本発明実施例２のＣｕ粉とＳｎ紛の混合比と耐熱性の関係を説明する図である。

符号の説明

１’，１” 基板、２フィルムレジスト、３貫通孔、４金属膜ａ、５混合材、
６電極（電極材）、８Ｓｎ粉、９Ｃｕ粉、１０フラックス、１１Ｎｉ膜、
１２Ｃｒ膜、１３Ｃｕ_３Ｓｎ、１４Ｃｕ_６Ｓｎ_５、１６ＮｉＳｎ合金、
３０円形のパターン、３１砥粒、３２フィルムレジスト、３３へら、
３４スクリーンマスク、５０貫通電極付基板。

Claims

ガラス基板もしくはセラミックス基板の板厚方向に貫通する孔に、電極となる金属を充
填した貫通電極付基板であって、貫通孔内壁面に０．５μｍ厚以上の金属膜ａが形成され
、貫通孔は銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）、銅と錫の合金から構成される電極材が充填されてい
ることを特徴とする貫通電極付基板。
電極材はＣｕの表面がＣｕ_３Ｓｎの合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５の合金層で被覆構成された３
層構造体で主構成され、３層構造体同士はＣｕ_６Ｓｎ_５合金層もしくはＣｕ_３Ｓｎ合金層
、Ｓｎで接合され、３層構造体と金属膜ａ間は金属膜ａとＣｕ_６Ｓｎ_５とで構成される合
金層で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の貫通電極付基板。
前記電極材の融点が３００℃以上であることを特徴とする請求項１記載の貫通電極付基
板。
前記セラミック基板の材質は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、窒化珪素、酸化チ
タン、チタン酸バリウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニッケル亜鉛フェラ
イトであることを特徴とする請求項１に記載の貫通電極付基板。
前記ガラス基板の軟化点が４００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の貫通
電極付基板。
前記貫通孔の内壁面に設けられた金属膜ａが、基板側と電極側で組成が異なる少なくと
も２層以上の膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の貫通電極付基板。
前記金属膜ａの基板側の層はクロム（Ｃｒ）であり、電極側の層はニッケル（Ｎｉ）を
主成分とする金属であることを特徴とする請求項６に記載の貫通電極付基板。
貫通孔を有する基板の貫通孔内壁に金属膜ａを形成する工程、Ｃｕ粉とＳｎ粉、フラッ
クスを混合し混合材を得る工程、混合材を貫通孔に充填する工程、６０℃〜１００℃で一
次ベークする工程、２４０℃〜３００℃でニ次ベークする工程、３００℃〜５５０℃で三
次ベークする工程、基板両面を研削もしくは研磨する工程を有することを特徴とする請求
項１に記載の貫通電極付基板の製造方法。
一次ベーク工程でフラックスを流動化して混合材中の気泡を除去し、二次ベーク工程で
Ｓｎ粉を溶解，流動させ、Ｃｕ粉との合金化を進め、Ｃｕ−Ｃｕ_３Ｓｎ−Ｃｕ_５Ｓｎ_６の
３層構造体を形成させ、また、金属膜ａとの接合を行い、三次ベーク工程でＣｕ_３Ｓｎ層
の厚みを増加させて、電極材の電気抵抗を下げることを特徴とする請求項８に記載の貫通
電極付基板の製造方法。
二次ベーク後のＣｕ_３Ｓｎ層厚を、三次ベーク工程で５倍以上にすることを特徴とする
請求項８および９に記載の貫通電極付基板の製造方法。