JP2007173650A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実装パッドとフェライトとの界面の強度が高く、実装パッドに実装した半導体チップやチップ部品の実装信頼性が高い配線基板（例えばコイル内蔵基板）、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】表層がフェライト層２０とされた絶縁性基体と、フェライト層２０に表面に形成された１以上の実装パッド５と、を備えた配線基板１であって、実装パッド５を、外周部に２価の金属酸化物を含むものとした。好ましくは、実装パッド５は、金属材料を主成分とする第１導体部５１と、前記金属材料および前記２価の金属酸化物を含む第２導体部５２と、を有するものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁性基体の表面に、低抵抗金属からなる配線導体が同時焼成されて形成される配線基板およびその製造方法に関し、特に、絶縁性基板の内部にインダクタンス値を上げるための磁性フェライト層が設けられたコイル内蔵基板およびその製造方法に関するものである。

従来、携帯電話機を始めとする移動体通信機器等の電子機器には、多数の電子装置が組み込まれている。このような携帯電話等の通信機器は、近年、小型化が急激に進んでおり、通信機器に搭載される各種の電子装置に対しても小型化および薄型化が要求されている。このような通信機器に搭載される電子装置としては、たとえば、ガラスセラミック配線基板の内部にコイルが内蔵されたＬＣフィルタが知られている（たとえば特許文献１参照）。

このＬＣフィルタは、セラミック基板等の絶縁性基板の内部にコイルを内蔵することにより、従来のようにコイルをチップ部品として外付けしていたものを不要にし、小型化および薄型化が図られている。特に、１００ｎＨを超えるインダクタンスの大きなコイルはチップ部品として比較的大型であるために、この大きなコイルを絶縁性基板の内部に内蔵することができた場合には、ＬＣフィルタをより効果的に小型化および薄型化させることができる。

しかしながら、コイルを内蔵したセラミック等の絶縁性基板は、基板自体が非磁性であるために、１００ｎＨ程度の比較的大きなインダクタンスを得るためには、内蔵させるコイルの巻き数を多くすることが必要である。したがって、コイルの巻き数を多くするために、基板の面積を大きくしたり、あるいはコイル用導体が形成された絶縁体層の積層数を多くする必要がある。その結果、絶縁性基板の小型化、薄型化が阻害され、ＬＣフィルタの小型化、薄型化が図れないという問題があった。

そこで、近年、ＬＣフィルタにおいては、絶縁性基板に強磁性を有するフェライト層を用い、この磁性フェライト層内部にコイルを埋設させることにより、コイルの巻き数を増やさずに１００ｎＨを超えるインダクタンスを実現するとともに、効果的に絶縁基板の小型化、薄型化することが図られている（たとえば特許文献２および３参照）。

また、コイル以外の配線を磁性フェライト層からなる絶縁性基板上に形成した場合には、配線のインダクタンスが高いものとなるので、配線のインダクタンスを低減させるために、配線用の絶縁性基体として磁性を有さない非磁性フェライト層やセラミック層が用いられている（たとえば特許文献４参照）。さらにまた、配線の導体抵抗を小さくすることによって高周波信号を高速に伝播させるために、低抵抗の金属粉末と同時焼成可能な低温焼成フェライト層やガラスセラミック層が絶縁性基体として用いられている。

このようなコイル内蔵基板、たとえば携帯電話機に使用されるコイル内蔵基板は、複数の非磁性フェライト層が積層されてなる一対の絶縁層と、これらの絶縁層に挟まれて積層されるとともに内部にコイル用導体が埋設された第１の磁性フェライト層及び第２の磁性フェライト層とによって構成されている。そして、絶縁層の表面には、半導体チップやチップ部品を搭載したり、外部の配線基板に接続したりするための実装パッド等の表面配線導体が形成されている。

このようなコイル内蔵基板は、例えば以下のようにして作製される。

まず、非磁性フェライト粉末およびガラス粉末に適当な有機バインダ、可塑剤および有機溶剤等を混合することによってスラリーを得て、ドクターブレード法等を用いることによって、先のスラリーから非磁性フェライトグリーンシートを作製する。同様に、磁性フェライト粉末に適当な有機バインダ、可塑剤および有機溶剤等を混合することによって得られたスラリーから、磁性フェライトグリーンシートを作製する。次いで、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｇ合金等の金属粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を混練して作製した金属導体ペーストを、非磁性フェライトグリーンシートの表面に実装パッド等の表面配線用導体パターンとして印刷する。その一方で、上述の金属導体ペーストを磁性フェライトグリーンシートの表面にコイル導体パターンとして印刷する。そして、少なくとも２枚の磁性フェライトグリーンシートの間にコイル導体を形成し、その外層に複数の非磁性フェライトグリーンシートを積層することにより積層体を形成した後に、この積層体を焼成することによって、コイル内蔵基板が製造される。

特開平２−１０１７１４号公報 特開平６−２０８３９号公報 特開平６−２１２６４号公報 特開平６−３３３７４３号公報

しかしながら、従来のコイル内蔵基板の製造方法では、金属導体ペーストを焼成してなる表層配線導体は、導体抵抗を低くすることにより電気的な損失を防ぐために、金属成分のみからなるものとされている。しかしながら、金属成分は、焼成時においてもフェライトに拡散しないので、表層配線導体とフェライトとの結合力が強くなるものではなかった。その上、金属成分の焼成収縮量がフェライトの焼成収縮量に比べて大きいことから、焼成により表面配線導体の表面側が凹形状に反り、この反りによる応力が表面配線導体とフェライトの界面とに作用する。この応力は、表面配線導体の端部で大きくなるため、フェライトから表面配線導体が剥離してしまう場合もあった。表面配線導体の端部が剥離してしまうほどではなくても、実装パッドにおいて表面配線導体とフェライトとの接合強度が低下してしまうと、実装パッドに実装された半導体チップやチップ部品に外力が作用したり、実装された部品や接続された外部の配線基板との熱膨張差による応力が作用したりすると、実装パッドが剥離するなどして実装信頼性が低下するという問題点があった。

このような問題を解決するために、通常のセラミック配線基板と同様に、実装パッドにガラス組成物を添加することによって結合強度を高めることも考えられるが、その場合には焼成時に軟化温度の低いガラスが液層としてフェライト層内に拡散してしまう。そのため、フェライト層の焼結温度が下がってフェライト層の焼結が収縮を伴わない表面拡散が支配的なものとなり、焼結体の中にボイドが多く内在したものとなる。その結果、実装パッドとの界面付近のフェライトの磁器強度が低下し、ここに外力などが作用すると実装パッドの直下のフェライトが破壊し、コイル内蔵基板の実装パッドに実装した半導体チップやチップ部品が剥がれるという問題点があった。

本発明は以上のような従来の問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、実装パッドとフェライトとの界面の強度を高くすることで、実装パッドに実装した半導体チップやチップ部品の実装信頼性が高い配線基板、例えば、コイル内蔵基板等とその製造方法を提供することにある。

本発明の第１の側面において提供される配線基板は、表層がフェライト層とされた絶縁性基体と、前記フェライト層に表面に形成された１以上の実装パッドと、を備えた配線基板であって、前記実装パッドは、外周部に２価の金属酸化物を含まれていることを特徴としている。

実装パッドは、金属材料を主成分とする第１導体部と、第１導体部の外周縁における少なくとも一部を囲むように第１導体部に一体化され、かつ金属材料および２価の金属酸化物を含む第２導体部と、を有した構成であるのが好ましい。

金属材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種を使用するのが好ましく、２価の金属酸化物としては、ＣｕＯおよびＺｎＯのうちの少なくとも１種を使用するのが好ましい。

第２導体部における２価の金属酸化物の含有量は、金属材料１００質量部に対して、５〜１５質量部であるのが好ましい。

第２導体部は、たとえば枠状に形成され、この場合の第２導体部の幅寸法は３０μｍ以上に設定される。

本発明の第２の側面においては、複数のフェライトグリーンシートを準備する工程と、 前記複数のフェライトグリーンシートのうちの少なくとも１つフェライトグリーンシートの表面における所定の部位に、第１金属材料からなる金属粉末を主成分とする第１の金属導体ペーストを印刷する工程と、前記金属粉末を主成分とし、かつ２価の金属酸化物をさらに含んだ第２の金属導体ペーストを、前記第１の金属導体ペーストの外周縁に隣接させて印刷する工程と、上記第１および第２の金属導体ペーストが塗布されたフェライトグリーンシートが最表層に位置するように前記複数のフェライトグリーンシートを積層して積層体を形成する工程と、上記積層体を焼成する工程と、を有することを特徴とする、配線基板の製造方法が提供される。

本発明においては、金属粉末としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金の中から選択される少なくとも１種の金属の粉末を使用するのが好ましく、２価の金属酸化物としては、ＣｕＯおよびＺｎＯのうちの少なくとも１種を使用するのが好ましい。

第２金属導体ペーストとしては、金属粉末１００質量部に対して、２価の金属酸化物を５〜１５質量部含んだものを使用するのが好ましい。

第２金属導体ペーストは、たとえば幅寸法が３０μｍ以上である枠状に、第１金属導体ペーストを囲むように印刷される。

本発明では、実装パッドが２価の金属酸化物を含んだものとされている。このような実装パッドは、たとえば金属粉末を主成分とする第１の金属導体ペーストをフェライトグリーンシートの表面の所定の部位に印刷し、２価の金属酸化物が添加された第２の金属導体ペーストを第１の金属導体ペーストに隣接させて印刷して焼成することにより得ることができる。この場合には、実装パッドは、第１の金属導体ペーストにより形成される第１導体部に対して第２の金属導体ペーストにより形成される第２導体部が一体に焼結されたものとして得ることができる。その一方で、第２の金属導体ペーストには２価の金属酸化物が含まれていることから、第２導体部に絶縁性基体の表層を構成するフェライト層に対して強固に接合されたものとなる。

第２導体部がフェライト層に対して強固に接合されるメカニズムの詳細は明らかではないが、焼成の際に２価の金属酸化物がフェライトの表面と相互作用して、実装パッドとフェライト層との界面に機械的に強い反応層、例えばスピネル構造体からなる結合層などを形成するためであると考えられる。

このように、本発明では、実装パッドがフェライト層に強固に接合されるため、焼成時フェライト層と実装パッドとの間に応力が作用し、あるいは配線基板に実装されたチップ部品などの駆動時の熱収縮や外力によりフェライト層と実装パッドとの間に応力が作用したとしても、実装パッドの端部が剥離してしまうといった事態が生じることを回避することができる。その結果、本発明では、配線基板に実装されるチップ部品などの実装信頼性を高めることができる。

また、実装パッドの剥離を抑制し、実装信頼性を向上させることができれば、実装パッドに対してガラス組成物を含有させる必要はなくなる。これにより、焼成時に液相となったガラスがフェライト層内に拡散してフェライトの磁器強度が低下するといった事態が発生することもない。このため、ガラス組成物を含有させることにより生じる不具合、たとえば実装されたチップ部品などの駆動や外力により応力が作用したりしても、実装パッドが配線基板から剥離したり、実装パッド直下のフェライトが破壊するといった不具合を回避し、実装信頼性を高めることができる。

また、第１の金属導体ペーストとしてＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属から成る金属粉末を主成分とするものを使用して実装パッドの第１導体部を形成するとともに、第２の金属導体ペーストとして第１の金属導体ペーストの主成分の金属粉末と同一の金属粉末を主成分とし、ＣｕＯまたはＺｎＯの少なくとも一方が添加されたものを使用して実装パッドの第２導体部を形成した場合には、先に例示した金属が低抵抗なものであるため、第２導体部を含めた実装パッドの全体を低抵抗なものとして形成することができる。そのため、本発明の配線基板に対して、実装パッドに導通するように半導体チップやチップ部品を実装し、これらに駆動するために電流を負荷した場合には、実装パッドにおいて発生する熱を抑制することができる。また、実装パッドを低抵抗なものとすれば、本発明の配線基板を高周波用途などに用いることもできるようになる。また、金属粉末として先に例示したもの、金属酸化物として先に例示したものは、いずれも非磁性材料であることから、実装パッドに導通するように実装した半導体チップやチップ部品に対して電気的な影響を及ぼすことがなく回路が誤動作することを防止することができる。

さらに、第２の金属導体ペーストにおける金属酸化物（ＣｕＯまたはＺｎＯ）の含有量を５〜１５質量部とした場合には、実装パッドの抵抗値が不当に大きくなることもなく、また実装パッドと配線基板（フェライト層）との間の結合力を確実に向上させることができる。その結果、先に説明した効果を、より顕著に享受することができるようになる。

また、第２の金属導体ペーストを第１の金属導体ペーストにおける周縁の少なくとも一部を囲むように印刷することにより、第１導体部の周縁に第２導体部が存在する実装パッドを形成することができる。たとえば、第２の金属導体ペーストを第１の金属導体ペーストにおける周縁の略全体を囲むように印刷すれば、第１導体部を取り囲む枠状に第２導体部が設けられた実装パッドが形成される。

このような実装パッドでは、接合強度を高めるための２価の酸化物が添加された部位、すなわち電気抵抗値が高い部位が実装パッドの外側に形成されており、電気信号は電気抵抗値の低い中央部において伝播させることができるので、半導体チップやチップ部品からの電気信号の遅延がない、電気特性の高い配線基板とすることができる。このような効果は、第２の金属ペースト（第２導体部）を、たとえば３０μｍ以上の幅で形成した場合には、確実に享受することができる。

以下、本発明により提供される配線基板およびその製造方法について図面を参照しつつ説明する。

図１に示した配線基板１は、複数のフェライト層２０，２１，２２，２３，２４に、電気回路網３０，３１，３２、コイル４および実装パッド５を作り込んだものである。

複数のフェライト層２０〜２４は、非磁性のフェライト層２０，２１，２２および強磁性のフェライト層２３，２４を含んでおり、強磁性フェライト層２３，２４の間に、コイル４が形成されている。

電気回路網３０，３１，３２は、表面配線３０、内部配線３１および複数の貫通導体３２を含むものであり、貫通導体３２を介して実装パッド５に導通接続されている。もちろん、図示した電気回路網３０，３１，３２は一例であり、表面配線３０、内部配線３１および複数の貫通導体３２の数、位置などについては適宜設計されるものである。

実装パッド５は、配線基板１に実装される半導体チップやチップ部品（図示せず）を電気的に接続させるためのものであり、電気回路網３０〜３２に導通接続されている。この実装パッド５は、図１および図２から良くわかるように、非磁性フェライト層２０の表面において平面視矩形状に形成されており、第１導体部５１および第２導体部５２からなっている。

第１導体部５１は、実装パッド５の主要部をなすものであり、低抵抗の金属材料、たとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種を主成分として形成されている。

第２導体部５２は、非磁性フェライト層２０に対する実装パッド５の接合強度を高めるためのものであり、第１導体部５１の外周を囲むように矩形枠状に形成されている。この第２導体部５２は、非磁性フェライト層２０に対する実装パッド５の接合強度を確実に高めるために、たとえば幅寸法Ｗが３０μｍ以上に形成されている。ただし、第２導体部５２の幅寸法は、配線基板の小型化、高密度化の観点からは、５００μｍ以下に形成するのが好ましい。

第２導体部５２は、第１導体部５１の主成分である低抵抗金属材料と同一の金属材料を主成分とするとともに、２価の金属酸化物をさらに添加したものとされている。この場合に添加する２価の金属酸化物としては、たとえばＺｎＯ、ＣｕＯ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＭｎＯ、およびＦｅ_２Ｏ_３を挙げることができるが、その中でもＣｕＯおよびＺｎＯのうちの少なくとも１種を使用するのが好ましい。２価の金属酸化物としてＣｕＯおよびＺｎＯのうちの少なくとも１種を使用する場合には、第２導体部５２における２価の金属酸化物の含有量は、たとえば５〜１５質量部とされる。これは、２価の金属酸化物の含有量が少ない場合には、非磁性フェライト層２０に対して強固に接合することができない一方で、２価の金属酸化物の含有量が多い場合には、第２導体部５２（実装パッド４）の抵抗値が不当に大きくなるからである。

なお、実装パッド５は、その表面に接続される半導体チップあるいはチップ部品の実装パッド（図示せず）との接合を強固にするために、ニッケル層（図示せず）および金層（図示せず）を、めっき法などによって被着した構成としてもよい。

本発明に係る配線基板１は、上述した例には限定させず、種々に変更可能である。たとえば、実装パッド５は、図１および図２に示した形態に限らず、図３（ａ）に示したように、円形状の第１導体部５１Ａを囲むように円環状の第２導体部５２Ｂが形成された構成であってもよいし、図３（ｂ）に示したように第１導体部５１Ｂが表面配線３０に連続し、第１導体部５１Ｂを選択的に囲むように第２導体部５２Ｂが形成された構成であってもよいし、図３（ｃ）に示したように第１導体部５１Ｂが表面配線３０に連続して形成された構成において、表面配線３０にまで第２導体部５２Ｃが形成された構成であってもよい。また、実装パッド５は、必ずしも第１導体部５１の周りを第２導体部５２によって一連に囲んだ形態とする必要はなく、第２導体部５２の一部が分断された形態（複数の導体部が離散的に形成された形態）であってもよい。

次に、本発明の配線基板の製造方法について、図１および図２を参照して説明した配線基板１を例にとって、図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照しつつ、以下に詳細に説明する。

本発明の配線基板の製造方法は、図４（ａ）に示したようにフェライトグリーンシート６０，６１，６２，６３，６４を準備する第１工程、図４（ｂ）に示したようにフェライトグリーンシート６０，６１、６３に実装パッド５および配線回路網３０，３１，３２（図１参照）となるべきペースト部７，８０，８１，８２を形成する第２工程、図４（ｃ）に示したようにフェライトグリーンシート６４の表面にコイル４（図１参照）となるべきペースト部８３を形成する第３工程、図４（ｄ）に示したようにフェライトグリーンシート６０〜６４を積層して積層体９を作製する第４工程、および積層体９を焼成する第５工程（図示略）を含んでいる。

図４（ａ）に示したように、第１工程においては、非磁性フェライトグリーンシート６０〜６２、および強磁性フェライトグリーンシート６３，６４を作製する。これらのフェライトグリーンシート６０〜６４は、フェライト組成の主成分第１酸化物成分、または、フェライト組成の主成分ならびに第１酸化物成分およびガラス、第２酸化物成分、さらに有機バインダ、可塑剤、有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法、圧延法、カレンダーロール法等によって製作される。

後述する第３工程においてコイル用のペースト部８３（図４（ｃ）参照）を形成する強磁性フェライトグリーンシート６４と、その上面に積み重ねて積層する強磁性フェライトグリーンシート６３とを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末であり、平均粒径が０．１μｍ〜０．９μｍの範囲で均一であり、球形状に近い粒が望ましい。これは、平均粒径が０．１μｍより小さいと、強磁性フェライトグリーンシート６３，６４の製作においてフェライト粉末の均一な分散が困難であり、平均粒径が０．９μｍより大きいと強磁性フェライトグリーンシート６３，６４の焼結温度が高くなりやすくなるからである。また、粒径が均一で球状に近いことにより均一な焼結状態を得ることができる。例えばフェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在した場合は、その部分のみ結晶粒の成長が低下し、強磁性フェライトグリーンシート６３，６４を焼成してなるフェライト層の透磁率が安定しにくい傾向がある。

また、コイル用のペースト部８３の上下面を覆う強磁性のフェライトグリーンシート６３，６４（図４（ｄ）参照）は、磁束を安定させるという観点からは同一の組成であることが望ましく、その場合は主成分の組成を、焼結体としてＦｅ_２Ｏ_３を６３〜７３質量％、ＣｕＯを５〜１０質量％、ＮｉＯを５〜１２質量％、ＺｎＯを１０〜２３質量％とすると、１０００℃以下の低温で焼結密度５．０ｇ／ｃｍ^３以上の高密度焼成が可能であり、かつ、高周波帯域で十分に高い透磁率を得ることができるので好ましい。

ここで、Ｆｅ_２Ｏ_３は、フェライトの基幹成分であり、そのフェライトの主成分をＸ−Ｆｅ_２Ｏ_４（ＸはＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎ等）として示される逆スピネル構造の固溶体である場合、強磁性フェライトグリーンシート５３，５４のうちＦｅ_２Ｏ_３が６３〜７３質量％を構成していると良い。強磁性フェライトグリーンシート５３，５４におけるＦｅ_２Ｏ_３の割合が６３質量％未満の場合には十分な透磁率が得られない傾向がある一方で、Ｆｅ_２Ｏ_３の割合が７３質量％を超えて多い場合は焼結密度の低下により機械的強度が低下する傾向がある。

ＣｕＯは、強磁性フェライトグリーンシート６３，６４の主成分のうち５〜１０質量％を構成していると良いのは、ＣｕＯが焼結温度の低温化に大きく寄与しており、ＣｕＯが低温で液層を形成することにより焼結を促進させる効果を用いて、磁気特性を損なわずに８００〜１０００℃の低温で焼成することができるためである。強磁性フェライトグリーンシート６３，６４におけるＣｕＯの割合が５質量％未満であると、低抵抗金属を用いてペースト部８０，８１を形成する場合に、それらのペースト部８０，８１と同時に低温度域で焼成を行うと、焼結密度が不十分になって機械強度が不足する傾向がある。その一方で、ＣｕＯの割合が１０質量％を超えて多い場合、磁気特性の低いＣｕＦｅ_２Ｏ_４の割合が多くなるため磁気特性を損ないやすくなる傾向がある。

ＮｉＯは、強磁性フェライトグリーンシート６３，６４を焼成してなる強磁性フェライト層２３，２４（図１参照）において、Ｆｅ_２Ｏ_３と固溶体（ＮｉＦｅ_２Ｏ_４）を形成させることにより、高周波域における透磁率を確保するために含有させられるものである。ＮｉＦｅ_２Ｏ_４は高周波域まで共振による透磁率の減衰を起さず、高周波域での透磁率を比較的高い値に維持することができるが、初期透磁率は低い特徴をもつため、５質量％未満であると、１０ＭＨｚ以上の高周波域での透磁率が低下する傾向がある。また、１２質量％より多い場合、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の割合が多くなり初期透磁率が低下する傾向にある。

ＺｎＯは、強磁性フェライトグリーンシート６３，６４を焼成してなる強磁性フェライト層２３，２４（図１参照）の透磁率向上のために重要な要素である。強磁性フェライトグリーンシート６３，６４におけるＺｎＯの割合を１０〜２３質量％の範囲とするのは、フェライト主成分のうち１０質量％未満であると、透磁率が低くなる問題を生じる可能性があり、逆に２３質量％より多くても磁気特性が悪くなる傾向があるからである。

図４（ｂ）に示したように、第２工程においては、フェライトグリーンシート６０，６１，６３にペースト部７（７１，７２），８０，８１，８２が形成される。

ペースト部７は、実装パッド５となるべきものであり、第１導体部５１となるべき第１ペースト部７１と、第２導体部５２となるべき第２導体部７２とを含んでいる（図１参照）。

ペースト部７は、第１の金属ペーストを用いて第１ペースト部７１を印刷により形成した後に、第２の金属ペーストを用いて、第１ペースト部７１の周囲を囲む矩形枠状に第２ペースト部７２を印刷により形成することにより作製される。

ここで、印刷方法としては、スクリーン印刷あるいはグラビア印刷を採用することができる。また、第２ペースト部７２は、幅寸法が３０μｍ以上、好ましくは３０〜５００μｍに形成となるように形成される。これは、第２ペースト部７２の幅寸法が３０μｍ未満の場合には、実装パッド５と、非磁性フェライト層２０とが強固に接合している領域が少なくなるために、実装パッド５を利用して配線基板１に実装した半導体チップやチップ部品に外力が働いたときに、実装パッド５の端部が剥離しやすい傾向があるからである。その一方で、配線基板１の小型化、高密度化の観点からは、第２ペースト部７２の幅寸法を５００μｍ以下とすることが望ましい。

また、第１金属ペーストとしては、金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤を混練して作製したものが使用される。金属粉末としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属からなるものを使用することができる。

一方、第２金属ペーストとしては、第１金属ペーストに、２価の金属酸化物の粉末をさらに加えたものである。第２の金属導体ペーストに添加される２価の金属酸化物としては、たとえばＺｎＯ、ＣｕＯ、ＭｇＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３を挙げることができるが、その中でもＣｕＯおよびＺｎＯのうち少なくとも１種を使用するのが好ましい。すなわち、ＣｕＯおよびＺｎＯは、それらを単独で使用しても、併用してもよい。これらの酸化金属の粉末は低抵抗であるため、実装パッド５の第２導体部５２を構成する材料として用いた場合には、実装パッド５に電流を負荷した際に発生する熱を抑制することができるとともに、実装パッド５の第２導体部５２と非磁性フェライト層２０との界面に形成されるスピネル結合層が磁性を有さないものとなることから、表面配線３０、あるいは配線基板１の上面や下面に実装した半導体チップやチップ部品や配線に対して、電気的に影響を及ぼすことがなく高周波用途などに用いることができるようになる（図１参照）。

第２金属導体ペーストに添加するＣｕＯおよびＺｎＯの総量は、それらが単独で使用される場合であっても、それらが併用される場合であっても、５〜１５質量％とすることが好ましい。５質量％未満の場合、非磁性フェライト層２０との接合強度が十分に得られない傾向がある一方で、１５質量％を超えて多い場合は、焼成後に実装パッド５の第２導体部５２を構成させたときに、第２導体部５２ひいては実装パッド５の導体抵抗値が高くなりやすい傾向があるからである（図１参照）。

ペースト部８０，８１は、それぞれ表面配線３０および内部配線３１（図１参照）となるべきものであり、先の第１ペースト部７１と同様なペースト（第１の金属ペースト）を用いた印刷により、同様な手法により形成することができる。

ペースト部８２は、貫通導体３２（図１参照）となるべきものであり、フェライトグリーンシート６０，６１，６３に貫通孔を打ち抜き形成し、貫通孔に導体ペーストを充填することにより形成される。フェライトグリーンシート６０，６１，６３に対する貫通孔の形成は、パンチング加工やレーザ加工等により行なうことができる。一方、貫通孔に対する導体ペーストの充填は、印刷やプレス充填により埋め込む等の手段によって行うことができる。貫通導体用の導電ペーストとしては、先の第１ペースト部７１と同様なペースト（第１の金属ペースト）を用いることができる。

図４（ｃ）に示すように、第３工程においては、磁性フェライトグリーンシート６４の表面にコイル４となるべきペースト部８３が形成される。このペースト部８３は、導体ペーストを用いた印刷により形成することができる。この場合に使用することができる導体ペーストは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製したものである。印刷手法としては、スクリーン印刷法あるいはグラビア印刷法を採用することができる。

図４（ｄ）に示すように、第４工程においては、フェライトグリーンシート６０〜６４を積層した積層体９が形成される。この積層体９は、非磁性フェライトグリーンシート６２を最下層として、この非磁性フェライトグリーンシート６２上に順次、コイル用のペースト部８３が形成された強磁性フェライトグリーンシート６４、内部配線用のペースト部８２が形成された強磁性フェライトグリーンシート６３、非磁性フェライトグリーンシート６１を積層し、さらに、最上層として、実装パッド用および表面配線用のペースト部７，８０が形成された強磁性フェライトグリーンシート６０を積層することにより形成される。

そして、第５工程においては、積層体９を大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１０００℃の温度で焼成することにより、図１および図２に示したコイル内蔵配線基板１が製造される。すなわち、図１および図４（ｄ）から分かるように、第５工程における焼成により、ペースト部８０，８１，８２はそれぞれ表面配線３０、内部配線３２および貫通導体３２として一体となって電気回路網となり、ペースト部８３はコイル４となる。

そして、ペースト部７（７１，７２）は、第１ペースト部７１が第１導体部５１、第２ペースト部７２が第２導体部５２として実装パッド５となるが焼成により第１および第２ペースト部７１，７２が焼結されて、第１および第２導体部５２が一体に形成される。その一方で、第２ペースト部７２には２価の金属酸化物が含まれていることから、第２導体部７２は、２価の金属酸化物がフェライトの表面と相互作用して、実装パッドとフェライト層との界面に機械的に強い反応層、例えばスピネル構造体からなる結合層などを形成することにより、非磁性フェライト層２０に対して強固に接合して焼結する。そのため、実装パッド５は、非磁性フェライト層２０に強固に接合されたものとなる。

なお、実装パッド５あるいは表面配線３０の表面には、配線基板１に実装される半導体チップやチップ部品の端子との接合を強固なものにするために、ニッケル層および金層をメッキ法等により順次被着するとよい。

本発明の配線基板の実施例を以下に説明する。

まず、非磁性フェライト層を形成するため、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末６３０質量部と、ＣｕＯ粉末８０質量部と、ＺｎＯ粉末２９０質量部に、４０００ｃｍ^３の純水とともにジルコニア粉砕用ボールを使用した７０００ｃｍ^３のボールミルにて２４時間調合後、原料粉を分別乾燥し、ジルコニアるつぼにて７３０℃の仮焼を行い、非磁性フェライト仮焼粉末を作製した。作製した非磁性フェライト仮焼粉末１００質量％に対し、ブチラール樹脂１０質量％、高分子量のアルコールを希釈剤として４５質量％添加し、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の非磁性フェライトグリーンシートを成型した。

この非磁性フェライトグリーンシートに金型による打ち抜き加工によって、直径１５０μｍの貫通孔を形成した。この貫通孔に、貫通導体用ペーストをスクリーン印刷法によって充填し、７０℃で３０分乾燥して貫通導体となる貫通導体組成物を形成した。貫通導体用ペーストとしては、Ａｇ粉末１００質量部と、焼結助剤としてのガラス粉末１０質量部に、アクリル樹脂１２質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール２質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に３本ロールにて十分に混練したものを用いた。

次に、この非磁性フェライトグリーンシートに第１の金属導体ペーストをスクリーン印刷法によって１ｍｍ×１ｍｍのサイズで２０μｍの厚みに塗布し、７０℃で３０分乾燥した。次いで、第２の金属導体ペーストを、第１の金属導体ペーストを塗布した外周部に、表１に示す幅になるように、スクリーン印刷法によって形成した。なお、第２の金属導体ペーストのシート抵抗を測定できるように、１５０μｍの幅の直線形状の独立パターンをスクリーン印刷によって形成しておいた。

第１の金属導体ペーストとしては、Ａｇ粉末１００質量部に、アクリル樹脂１０質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール１質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に３本ロールにて十分に混練したものを用いた。また、第２の金属導体ペーストとしては、Ａｇ粉末１００質量部に、表１に示す量のＣｕＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ粉末を加えて、アクリル樹脂１０質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール１質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に３本ロールにて十分に混練したものを用いた。

次に、強磁性のフェライト層を形成するために、非磁性フェライト仮焼粉末と同様の作製方法でフェライト粉末を作製した。作製した仮焼粉末１００質量％に対し、ブチラール樹脂１０質量％、高分子量のアルコールを希釈剤として４５質量％添加し、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のフェライトグリーンシートを成型した。

このフェライトグリーンシートに金型による打ち抜き加工によって、直径１５０μｍの貫通孔を形成した。この貫通孔に、貫通導体用ペーストをスクリーン印刷法によって充填し、７０℃で３０分乾燥して貫通導体となる貫通導体組成物を形成した。貫通導体用ペーストとしては、Ａｇ粉末１００質量部と、焼結助剤としてのガラス粉末１０質量部に、アクリル樹脂１２質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール２質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に３本ロールにて十分に混練したものを用いた。

このフェライトグリーンシートにコイル導体用ペーストをスクリーン印刷法によって３０μｍの厚みに塗布し、７０℃で３０分乾燥してコイル用導体となるパターンを形成した。コイル導体用ペーストとしては、Ａｇ粉末１００質量部に、アクリル樹脂１０質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール１質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に３本ロールにて十分に混練したものを用いた。

次に、フェライトグリーンシートと非磁性フェライトグリーンシートとを積み重ねて、２０ＭＰａの圧力と５０℃の温度で加熱圧着してグリーンシートの積層体を作製した。

次に、この積層体を、空気雰囲気中で５００℃、３時間の条件で焼成し有機分を除去して、空気雰囲気中で９００℃、１時間の条件で焼成して、表面に実装パッドを有する配線基板を作製した。

次に、無電解メッキ法を用いて実装パッド上にＮｉ／Ａｕメッキ処理を施した。

次に、比較例として第２の金属導体ペーストを印刷塗布しないものとし、それ以外の構成は上記と同様にして配線基板を作製した。

得られた配線基板について、実装パッドにチップ部品を共晶半田を用いて２４５℃の温度で接合した。この配線基板を−５５℃（３０分）〜１２５℃（３０分）の温度サイクル試験に投入した後、１００サイクル後、５００サイクル後、１０００サイクル後のそれぞれの基板において、実装パッド部分の外周部を５０倍の顕微鏡で外観状態を観察して、剥離の生じていない基板を○、剥離の発生している基板を×、剥離は発生していないがわずかに空隙のある基板を△として、表１に記載した。

また、実施例１〜１５のサンプルおよび比較例１のサンプルについて、シート抵抗測定用のパターン部分の直流抵抗値、長さ、幅、厚みを測定して、厚さ１５μｍに換算したときのシート抵抗値（ｍΩ／□）を算出した。この結果も、表１に記載した。

表１から、外周部に第２の金属導体ペーストを印刷して実装パッドを形成した基板は、温度サイクル試験に投入した後も、実装パッド部分の剥離の発生がないことがわかった。一方、外周部に第２の金属導体ペーストを印刷していない比較例１の基板は、実装パッド部分が剥離して、配線基板と電気的に断線していることがわかった。

また、２価の金属酸化物の添加量が３質量％の実施例１、６、１１の基板と、２価の金属酸化物としてＭｇＯを添加した実施例１６、１７の基板と、第２の金属導体ペーストを２０μｍの幅で形成した実施例２１〜２９の基板は、１０００サイクル終了後わずかに空隙のあることがわかった。

また、２価の金属酸化物の添加量が１５％を越えた実施例５、１０、１５の基板は第２の金属導体ペーストのシート抵抗が上昇していることがわかった。

本発明に係る配線基板の一例を示す断面図である。 図１に示した配線基板における実装パッド周りを拡大して示した要部斜視図である。 実装パッドの他の例を説明するための実装パッドの平面図である。 本発明の配線基板の製造方法の一例を説明するための断面図である。

符号の説明

１ 配線基板
２０，２１，２２ 非磁性フェライト層
２３，２４ 強磁性フェライト層
４ コイル
５ 実装パッド
５１，５１Ａ，５１Ｂ （実装パッドの）第１導体部
５２，５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ （実装パッドの）第２導体部
６０，６１，６２ 非磁性フェライトグリーンシート
６３，６４ 強磁性フェライトグリーンシート
７ （実装パッド用の）ペースト部
７１ （実装パッドの第１導体部用の）ペースト部
７２ （実装パッドの第２導体部用の）ペースト部
９ 積層体

Claims (9)

1. 表層がフェライト層とされた絶縁性基体と、
   前記フェライト層に表面に形成された実装パッドと、
   を備えた配線基板であって、
   前記実装パッドは、外周部に２価の金属酸化物を含む導体材料から成ることを特徴とする、配線基板。
2. 前記実装パッドは、金属材料を主成分とする第１導体部と、前記第１導体部の外周縁における少なくとも一部を囲むように前記第１導体部に一体化され、かつ前記金属材料および前記２価の金属酸化物を含む第２導体部と、を有していることを特徴とする、請求項１に記載の配線基板。
3. 前記金属材料は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種であり、
   前記２価の金属酸化物は、ＣｕＯおよびＺｎＯのうちの少なくとも１種であることを特徴とする、請求項２に記載の配線基板。
4. 前記第２導体部における前記２価の金属酸化物の含有量は、前記金属材料１００質量部に対して、５〜１５質量部であることを特徴とする、請求項３に記載の配線基板。
5. 前記第２導体部は、枠状に形成されており、かつ前記第１導体部に隣接して幅寸法が３０μｍ以上に形成されていることを特徴とする、請求項２ないし４のいずれかに記載の配線基板。
6. 複数のフェライトグリーンシートを準備する工程と、
   前記複数のフェライトグリーンシートのうちの少なくとも１つのフェライトグリーンシートの表面における実装パッドが形成される部位の中央領域に、金属粉末を主成分とする第１の金属導体ペーストを印刷する工程と、
   前記金属粉末を主成分とし、かつ２価の金属酸化物をさらに含んだ第２の金属導体ペーストを、前記実装パッドが形成される部位の外周領域に印刷する工程と、
   前記第１および第２金属の導体ペーストが塗布されたフェライトグリーンシートが最表層に位置するように前記複数のフェライトグリーンシートを積層して積層体を形成する工程と、
   前記積層体を焼成する工程と、
   を有することを特徴とする、配線基板の製造方法。
7. 前記金属粉末は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金の中から選択される少なくとも１種の金属の粉末であり、
   前記２価の金属酸化物は、ＣｕＯおよびＺｎＯのうちの少なくとも１種であることを特徴とする、請求項６に記載の配線基板の製造方法。
8. 前記第２の金属導体ペーストは、前記金属粉末１００質量部に対して、前記２価の金属酸化物を５〜１５質量部含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の配線基板の製造方法。
9. 前記第２の金属導体ペーストは、幅寸法が３０μｍ以上である枠状に印刷されることを特徴とする、請求項６ないし８のいずれかに記載の配線基板の製造方法。
   

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