JP2007201272A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラスセラミック配線基板内に形成したコンデンサ周辺の空隙やデラミネーションの発生を防止して、信頼性の高い配線基板を提供すること。
【解決手段】 ガラスセラミックグリーンシート１を準備する工程と、ガラスセラミックグリーンシート１の表面に、一対の電極層２となる導電体ペーストおよび誘電体層３となる誘電体ペーストを塗布してコンデンサ部を形成する工程と、ガラスセラミックグリーンシート１上に、誘電体層３の上面および下面の縁部を覆うように、誘電体ペーストの収縮開始温度より収縮終了温度が低い絶縁体ペーストを塗布して、段差吸収層４を形成する工程と、コンデンサ部および段差吸収層４が形成されたガラスセラミックグリーンシート１を内層に位置するガラスセラミックグリーンシート積層体８を作製する工程と、ガラスセラミックグリーンシート積層体８を焼成する工程とを有する配線基板の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスセラミックスから成る絶縁層を積層して成る積層体の内部に容量素子（コンデンサ）を内蔵した配線基板の製造方法に関する。

従来、携帯電子機器や携帯用情報端末等の分野では、半導体素子を実装した配線基板と共に、受動部品として抵抗体、コンデンサ、インダクタ等をプリント回路基板等の配線基板上に実装したモジュール基板が用いられてきた。

しかしながら、近年、このような携帯電子機器や携帯用情報端末等に用いられる部品の小型化、複合化、高性能化が強く求められており、半導体素子を実装する配線基板の内部に受動部品に相当する機能を有する電子回路素子を内蔵させて、半導体素子と受動部品とを高密度に実装するという集積化の流れが進んでいる。これらの受動部品を配線基板内部に取り込むことは、配線基板表面に受動部品の実装スペースを確保する必要をなくし、また設計の自由度も増すため、配線基板の小型化に寄与できる。

また、上記の配線基板の絶縁層として誘電率が低く高周波用絶縁基板として好適なガラスセラミックスを用い、表層配線層や内部配線層などの配線導体として高周波信号を高速で伝送するために必要な低抵抗金属を用いたガラスセラミック配線基板に、受動部品としてコンデンサを内蔵したものが検討されている。

このようなコンデンサを内蔵した配線基板は、絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートの上面にコンデンサの下部電極層となる導電体ペーストを塗布形成しておき、その表面にコンデンサの誘電体層となる誘電体ペーストを塗布形成し、さらにその上にコンデンサの上部電極となる導電体ペーストを塗布形成したり、コンデンサの上部電極となる導電体ペーストを形成したガラスセラミックグリーンシートを積層したりすることによりコンデンサ部を形成し、コンデンサ部が形成されたガラスセラミックグリーンシートを内層として作製したガラスセラミックグリーンシート積層体を焼成することで作製される。

このときコンデンサ部は導電体ペーストや誘電体ペースト等を積み重ねて形成していることから、ガラスセラミックグリーンシート表面から突出して形成されているので、コンデンサ部の外周部分にデラミネーションが発生することがあった。このようなデラミネーションを防止するために、突出した部分の周囲に同じ厚みのガラスセラミックペーストを塗布して段差吸収層を形成する方法が提案されている。（特許文献１参照）
特開２００４−１６５３７５号公報

しかしながら、コンデンサ部の周囲にガラスセラミックペーストを塗布して段差吸収層を形成する方法を用いた場合でも、焼成後のコンデンサ部の側面と段差吸収層との間に空隙が発生する場合があった。これは、コンデンサ部の誘電体層と段差吸収層とが異種材料であるため接合強度が弱く、また、誘電体層と段差吸収層の焼結挙動が互いに異なることから、焼成前には接していた段差吸収層と誘電体層の界面が離れてしまうためであった。このような空隙が配線基板内部にあると、十分な基板強度を確保することができず、また、基板を実装基板に接続した場合には実装基板との熱膨張差により繰り返し熱応力を受けることによりこの空隙を起点としてクラックが進展することにより断線などの不良が発生するなど長期信頼性の低下が改善されないという問題点があった。

これを解決するために、誘電体層と段差吸収層の収縮挙動を一致させる、あるいは、誘電体層とコート層の相互拡散により接合強度を高める等の目的で、誘電体層または段差吸収層にガラス等の無機材料を多く添加すると、これらの無機材料が誘電体層に拡散することによって、誘電体層の誘電率が低下したり、ばらつきが生じたりするという不具合があった。

以上のように、コンデンサを内蔵した配線基板においては、コンデンサ部または誘電体層の端部側面に、空隙やデラミネーションや隙間などが発生することを解決することが困難であった。

本発明は上記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、誘電体層と段差吸収層の収縮挙動の差に起因するコンデンサ部の端部側面に空隙が発生することを抑制するとともに、実装の際の熱負荷などで内部にクラック等が発生しにくく、配線基板の信頼性を向上させた配線基板の製造方法を提供することにある。

本発明の配線基板の製造方法は、ガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記ガラスセラミックグリーンシートの表面に、一対の電極層となる導電体ペーストおよび誘電体層となる誘電体ペーストを塗布して、前記誘電体層の面積が前記一対の電極層の面積より大きなコンデンサ部を形成する工程と、前記ガラスセラミックグリーンシート上に、前記誘電体層の上面および下面の縁部を覆うように、前記誘電体ペーストの収縮開始温度より収縮終了温度が低い絶縁体ペーストを塗布して、段差吸収層を形成する工程と、前記コンデンサ部および前記段差吸収層が形成されたガラスセラミックグリーンシートを内層に位置するガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を焼成する工程とを有することを特徴とするものである。

なお、ここで収縮の終了とは熱機械分析（ＴＭＡ分析）において熱収縮曲線を測定した際の最終体積収縮量に対して９０％以上の体積収縮を示した状態のことである。

本発明の配線基板の製造方法によれば、誘電体ペーストの収縮開始温度より収縮終了温度が低い絶縁体ペーストを用いて段差吸収層を形成するため、誘電体層が収縮を開始する温度において誘電体層の縁部に形成された段差吸収層が収縮を終了しており、既に収縮が終了して収縮することのない段差吸収層が誘電体層の積層面方向の収縮を抑制することとなるので、誘電体層と段差吸収層との界面は接した状態が維持され、誘電体層と段差吸収層との間に空隙が発生することを防止することができる。その結果、十分な強度を有し、長期信頼性の高い配線基板を得ることができる。

本発明の配線基板について以下に詳細に説明する。図１は本発明の配線基板の製造方法を示す工程毎の断面図であり、コンデンサ部の周囲を拡大して示すものである。図１において１はガラスセラミックグリーンシート、２は電極層（導電体ペースト）、３は誘電体層（誘電体ペースト）、４は段差吸収層（絶縁体ペースト）、５は貫通導体、６は内部配線層、７は表層配線層、８はガラスセラミックグリーンシート積層体を示す。

まず、図１（ａ）に示すようにガラスセラミックグリーンシート１を準備する。

ガラスセラミックグリーンシート１はガラスセラミック粉末に有機バインダおよび溶剤を加えてボールミルやビーズミル等の混合装置を用いてセラミック粉末を解砕しながら混合することによりスラリーを調製し、このスラリーをドクターブレード法，リップコーター法，ダイコーター法，カレンダロール法等のシート成形方法により支持体上にシート状に成形することによって作製される。ガラスセラミック粉末の分散性やガラスセラミックグリーンシート１の硬度や強度を調整するために分散剤や可塑剤を添加してしてもよい。

ガラスセラミック粉末はガラス粉末とセラミック粉末とから成り、その種類やガラス粉末とセラミック粉末の混合比率は配線基板に要求される特性に合わせて適宜選択される。

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、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おり、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、セラミック粉末としては、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。

有機バインダは、従来よりグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、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）、ポリビニルブチラール系、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である。有機バインダの選定に当たっては、焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系バインダがより好ましい。また、有機バインダの添加量はガラスセラミック粉末により異なるが、焼成時に分解・除去されやすく、かつセラミック粉末が分散され、グリーンシートのハンドリング性や加工性が良好な量であればよく、ガラスセラミック粉末に対して１０乃至２０質量％程度が望ましい。また有機バインダの分子量Ｍｗは、ガラスセラミックグリーンシート１を支持体から剥がす際にガラスセラミックグリーンシート１に伸び等が発生しない程度であればよく、通常３０００００乃至１００００００程度であればよい。

溶剤は、ガラス粉末、セラミック粉末および有機バインダを分散させ、グリーンシート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や水が挙げられる。これらの中で、トルエン，メチルエチルケトン，イソプロピルアルコール等の蒸発係数の高い溶剤はスラリー塗布後の乾燥工程が短時間で実施できるので好ましい。溶剤の量は、ガラスセラミック粉末に対して３０乃至１００質量％加えることにより、スラリーを良好に支持体上に塗布することができるような粘度、３ｃｐｓ乃至１００ｃｐｓ程度となるようにすることが望ましい。

次に、図１（ｂ）〜（ｅ）に示すように、ガラスセラミックグリーンシート１の表面に、一対の電極層２となる導電体ペーストおよび誘電体層３となる誘電体ペーストを塗布することにより誘電体層３の面積が一対の電極層２の面積より大きなコンデンサ部を形成し、コンデンサ部の誘電体層３の上面および下面の縁部を覆うように絶縁体ペーストを塗布することにより段差吸収層４を形成する。

コンデンサ部および段差吸収層４の形成は、まず図１（ｂ）に示すようにガラスセラミックグリーンシート１にレーザ加工や金型加工等により貫通孔を形成し、この貫通孔に貫通導体５用の導電体ペーストをスクリーン印刷等により充填することにより貫通導体５を形成する。次に導電体ペーストをスクリーン印刷等により印刷することにより一対の電極層２のうち下部電極層２aを形成する。このとき必要に応じて内部配線層６用の導電体ペーストを用いて内部配線層６を同様の方法で形成する。

導電体ペースト、内部配線層６用の導電体ペースト、および貫通導体５用の導電体ペーストは、金属粉末に適当な有機バインダと溶剤、また必要に応じてガラスや分散剤を加えて混合したものをボールミル、三本ロールミル、プラネタリーミキサー等の混練手段により均質に分散した後、溶剤を必要量添加することにより粘度を調整することにより作製される。有機バインダや溶剤の量は印刷性や充填性等を考慮して各導体の形成に適した粘度となるように適宜調製される。

金属粉末は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄの１種または２種以上が挙げられ、Ａｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔのように導体材料が２種以上の場合は、２種類以上の粉末を混合してもよいし、合金、コーティング等により２種以上の材料が一体となった粉末であってもよく、ガラスセラミックグリーンシート１と同時焼結可能な金属粉末が用いられる。中でも、Ｃｕ粉末は、同時焼成したときの電気抵抗率が低いこと、マイグレーションの発生率が低いことなどから、配線基板用の金属導体として好ましい。

導電体ペーストに用いる金属粉末がＣｕ粉末の場合、積算５０％粒径が０．８〜１．２μｍで積算１０％粒径が０．５μｍ以上の球状のＣｕ粉末であることが好ましい。Ｃｕ粉末の積算５０％粒径が０．８μｍ未満の場合、ペースト化する際にＣｕ粉末の分散性が劣化しやすく、スクリーン印刷性が劣化する。一方、Ｃｕ粉末の積算５０％粒径が１．２μｍを超えると、電極層２の焼結中に誘電体層３の成分が相互拡散しやすく、誘電体層３の焼結性が劣化する。

また、Ｃｕ粉末の積算１０％粒径が０．５μｍ未満では、微粉末が凝集しやすく、ペースト化する際にＣｕ粉末の分散性が劣化しやすく、スクリーン印刷性が劣化しやすい。なお、積算１０％粒径とは、例えばレーザ式粒度分布測定装置により粒度を測定して、測定した粒径が小さい方から粉末の個数を積算して、その積算した個数が全体の個数の１０％となった時点での粒径である。また、積算５０％粒径とは、同様に測定した粒径が小さい方から粉末の個数を積算して、その積算した個数が全体の個数の５０％となった時点での粒径である。

有機バインダとしては、従来より導体ペーストに使用されているものが使用可能であり、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，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。有機バインダの選定に当たっては、溶解度パラメータの他、焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系、アルキド系の有機バインダがより好ましい。また、有機バインダの添加量としては、金属粉末により異なるが、焼成時に分解・除去されやすく、かつ金属粉末粒子を分散できる量であればよく、金属粉末に対して外添加で５乃至２０質量％程度が望ましい。

導体ペーストに用いる溶剤としては、金属粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、テルピネオールやブチルカルビトールアセテートなどが使用可能である。印刷後の形成性、乾燥性を考慮し、低沸点溶剤を用いることが好ましい。溶剤量は、電極層２、内部配線層６を良好に形成できる程度の粘度、３０００乃至４００００ｃｐｓ程度、貫通導体５用では充填性を考慮して１５０００ｃｐｓ乃至４００００ｃｐｓ程度となるように調整され、電極層２や内部配線層６用の導体ペーストでは導体粉末に対して４乃至１５質量％加えるとよい。

次に図１（ｃ）に示すようにガラスセラミックグリーンシート１上の下部電極層２ａを除く部分に絶縁体ペーストをスクリーン印刷等で印刷することにより段差吸収層４を形成する。次いで図１（ｄ）に示すように下部電極層２ａ上に誘電体ペーストをスクリーン印刷等により塗布することにより下部電極層２ａの面積より面積の大きな誘電体層３を形成する。そして図１（ｅ）に示すように、誘電体層３上に導電体ペーストをスクリーン印刷等により塗布することにより誘電体層３の面積より面積の小さな上部電極層２ｂを形成することによりコンデンサ部を形成し、さらに絶縁体ペーストを同様にして塗布することにより誘電体層３の上面および下面の縁部を覆うように段差吸収層４を形成する。コンデンサ部を形成した後で絶縁体ペーストを塗布することも可能であるが、このようにして段差吸収層４を形成することにより誘電体層３の上面および下面の縁部を隙間なく覆うことが容易となるのでより好ましい。ここで誘電体層３の面積が前記一対の電極層２の面積より大きいというのは、単に面積が大きいだけでなく、誘電体層３の縁部が突出した形状になっていることを示し、この縁部の上下面に接して段差吸収層４が形成されるものである。

このとき絶縁体ペーストは誘電体ペーストの収縮開始温度より収縮終了温度が低い組成物からなることが重要である。このことにより、後のガラスセラミックグリーンシート積層体８を焼成する工程において誘電体層３が収縮を開始する温度において誘電体層３の縁部に形成された段差吸収層４が収縮を終了しており、既に収縮が終了して収縮することのない段差吸収層４が誘電体層３の積層面方向の収縮を抑制することとなるので、誘電体層３と段差吸収層４との界面は接した状態が維持され、誘電体層３と段差吸収層４との間に空隙が発生することを防止することができる。その結果、十分な強度を有し、長期信頼性の高い配線基板を得ることができる。

ここで収縮の開始とは熱機械分析（ＴＭＡ分析）の圧縮法を用いて、室温〜１０００℃の温度帯において大気雰囲気中で５℃／分の速度で昇温を行い、熱収縮曲線を測定した際の最終体積収縮量に対して５％の体積収縮を示した状態であり、収縮の終了とは９０％以上の体積収縮を示した状態のことである。このＴＭＡ分析を行なう際の試料は、絶縁体ペーストおよび誘電体ペーストを４ｍｍφ×１０ｍｍの型に流し込んで乾燥させることにより作製される。

絶縁体ペーストは、絶縁体粉末に有機バインダおよび溶剤が添加されたものであり、必要に応じて分散剤を加えてもよい。絶縁体ペーストに含まれる有機バインダおよび溶剤としては、導電体ペーストに配合される有機バインダおよび溶剤と同様のものを用いることができ、導電体ペーストと同様の方法で作製される。

絶縁体粉末は、ガラスセラミックグリーンシート１やコンデンサ部と同時焼成が可能で、焼結後に下部電極層２aと上部電極層２ｂとを電気的に短絡させず、誘電体ペーストの収縮開始温度より収縮終了温度が低いものであり、ガラス粉末のみ、またはガラス粉末とセラミック粉末を混合したものを使用することができる。段差吸収層４をボイドの少ない緻密な焼結体で絶縁抵抗が高いものとするためには、セラミック粉末とガラス粉末を混合して用いることが好ましい。この場合のセラミック粉末とガラス粉末は、ガラスセラミックグリーンシート１に用いることのできるセラミック粉末やガラス粉末と同様のものを用いることができる。

また、絶縁体粉末として、誘電体ペーストに用いる誘電体粉末や誘電体粉末であるペロブスカイト化合物粉末を構成する元素を含むガラス粉末を用いると、誘電体ペーストとガラスセラミックグリーンシート１との相互拡散による誘電体層３の比誘電率の低下を抑制することができるのでより好ましい。

誘電体ペーストは誘電体粉末に焼結助剤、有機バインダ、および溶剤が添加されたものであり、必要に応じて分散剤を加えてもよい。誘電体ペーストに含まれる有機バインダおよび溶剤としては、導電体ペーストに配合される有機バインダおよび溶剤と同様のものを用いることができ、導電体ペーストと同様の方法で作製される。

誘電体粉末としては、ガラスセラミックグリーンシート１と同時焼成が可能であり、ガラスセラミックグリーンシート１よりも高い比誘電率を有するものが用いられる。なお、コンデンサの小型化または高容量化を図るためには、比誘電率の高い、ＢａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、ＰｂＺＯ_３等のペロブスカイト化合物粉末を用いることが好ましい。また、この誘電体粉末は、絶縁層のガラスセラミックグリーンシート１との同時焼結が容易となるように、平均粒径が０．３μｍ以下であることがより好ましい。

また、焼結助剤としては、ガラスセラミックグリーンシート１に用いられるガラス粉末などを用いることができる。この焼結助剤の添加量は、誘電体粉末１００質量部に対して、２〜１０質量部であることが好ましい。焼結助剤の添加量が２質量部未満では、誘電体ペーストが焼結しにくい。他方、焼結助剤の添加量が１０質量部を超えると、誘電体層３の比誘電率が低下しやすい。

誘電体ペーストの収縮開始温度よりも絶縁体ペーストの収縮終了温度を低くするには、それぞれのペーストに含まれるガラス粉末の軟化温度や結晶化温度、セラミック粉末の種類（材質）や、これらの添加量を調整すれば良い。

すなわち、誘電体ペーストの主成分である誘電体粉末(ＢａＴｉＯ_３等のペロブスカイト化合物）そのものの焼結温度は千数百℃であるが、誘電体ペーストをガラスセラミックグリーンシート１と同時焼成ができ、かつ、比誘電率を低下させないものとするために、誘電体粉末の粒径を平均粒径で０．３μｍ以下と小さくし、焼結助剤を１０質量部未満加えると、誘電体ペーストの収縮開始温度は８００℃程度となる。

そして、この誘電体ペーストよりも早く収縮が終了するように、絶縁体ペーストのガラス粉末として、結晶化温度が８００℃以下（誘電体ペーストの収縮開始温度よりも低い結晶化温度）のものを３０質量部以上、好適には５０〜８０質量部を添加すればよい。

一例として、誘電体粉末に粒径が０．３μｍのＢａＴｉＯ_３を用い軟化温度が５００℃のガラス粉末を５質量部添加した誘電体ペーストの場合、絶縁体ペーストには結晶化温度が７５０℃のガラス粉末を５０質量部とセラミック粉末２０質量部を添加すると、誘電体ペーストの収縮開始温度よりも絶縁体ペーストの収縮終了温度が低くなるとともに、比誘電率を下げることなくガラスセラミックグリーンシート１と同時焼成が可能となる。

なお、図１には、上部電極層２ｂおよび下部電極層２ａ間に単層の誘電体層３が形成された構造を示しているが、所望の容量に応じて、複数の誘電体層３と複数の電極層２とを交互に積層した構造としてもよい。この場合、電極層２および誘電体層３が四角形状であれば、誘電体層３の縁部のうち２辺のみを覆うように段差吸収層４が形成されることになる。

また、上下の電極層２それぞれとガラスセラミックグリーンシート１との間に、ガラスセラミックグリーンシート１と誘電体層３とのガラスの相互拡散を防止し、反応を抑える拡散抑制層を形成すると、誘電体層３の比誘電率が大幅に低下したりすることを抑制することができ、コンデンサを高容量なものとすることができより好ましい。

拡散抑制層としては、ガラス粉末やセラミック粉末、またはそれらの混合粉末に、誘電体ペーストに添加した誘電体粉末などを添加した拡散抑制ペーストの焼結体などを用いることができる。この焼結体の熱膨張係数がガラスセラミックグリーンシート１の熱膨張係数と誘電体層３の熱膨張係数の間となるような組成のものを用いると、より信頼性の高い配線基板を得ることができるので好ましい。さらには、この拡散抑制層とガラスセラミックグリーンシート１との間に、電極層２、表層配線層７、内部配線層６および貫通導体５と電気的に接続されない金属粉末の焼結体を形成することで、より拡散抑制の効果を高めることが可能となる。

次に図１（ｆ）に示すように、コンデンサ部および段差吸収層４が形成されたガラスセラミックグリーンシート１を内層に位置するガラスセラミックグリーンシート積層体８を作製する。コンデンサ部および段差吸収層４が形成されたガラスセラミックグリーンシート１の上下に配されるガラスセラミックグリーンシート１は、上述したのと同様にして、コンデンサの電極層２やその他の内部配線層６に接続される内部配線層６、貫通導体５が形成されたものであり、最上部および最下部のガラスセラミックグリーンシート１には表層配線層７が設けられており、表層配線層７には例えば、配線基板を外部の実装基板に接続するための下部接続パッド７aおよび電子部品の電極が電気的に接続される接続パッド７ｂがある。

ガラスセラミックグリーンシート積層体８の作製は、コンデンサ部および段差吸収層４が形成されたガラスセラミックグリーンシート１およびその上下に配されるガラスセラミックグリーンシート１を位置合わせして積層し、３〜１０ＭＰａの圧力および３０〜８０℃の温度で加熱圧着することにより行なわれる。ガラスセラミックグリーンシート１同士の十分な接着性を得るために、ガラスセラミックグリーンシート１に有機溶剤と樹脂バインダを混合するなどして作製した接着剤を塗布してもよい。このガラスセラミックグリーンシート積層体８中における誘電体層３の位置や数や大きさには特に制限はなく、所望の内蔵容量素子を有する配線基板の構成となるように配設すればよい。また、印加する圧力をさらに均一化するために、ゴム等の弾性体を介在させたり、液中に浸漬して加圧したりする静水圧プレス方法を用いてもよい。

そして、得られたガラスセラミックグリーンシート積層体８を焼成することにより、本発明の配線基板が得られる。焼成は、１００〜８００℃の温度範囲で有機成分を分解、揮発させることにより除去して、約８００〜１０００℃でガラスセラミック積層体８を焼結させる。焼成雰囲気はガラスセラミック粉末や誘電体粉末、導体材料により異なり、電極層２、貫通導体５、内部配線層６、および表層配線層７の金属粉末として酸化しにくいＡｇ系の材料を用いる場合は、空気中で有機成分の分解、揮発からガラスセラミックグリーンシート積層体８の焼結まで行ない、金属粉末として酸化しやすいＣｕ系の材料を用いる場合は、還元雰囲気中や窒素雰囲気などの非酸化性雰囲気中等で行ない、有機成分の除去を効果的に行なうために水蒸気等を含ませてもよい。

ガラスグリーンシート積層体８の上下面にさらに拘束グリーンシートを積層して焼成し、焼成後に拘束シートを除去するようにすれば、より高寸法精度の配線基板を得ることが可能となる。拘束グリーンシートは、Ａｌ_２Ｏ_３等の難焼結性無機材料を主成分とするグリーンシートであり、ガラスセラミック積層体８が焼結収縮する温度では焼結収縮しないものである。この拘束グリーンシートが積層された積層体は、収縮しない拘束グリーンシートにより積層平面方向（ｘｙ平面方向）の収縮が抑制され、積層方向（ｚ方向）にのみ収縮するので、焼成収縮に伴う寸法ばらつきが抑制される。

また、拘束グリーンシートには難焼結性無機成分に加えて、焼成温度以下の軟化点を有するガラス成分、例えばガラスセラミックグリーンシート１中のガラスと同じガラスを含有させるとよい。焼成中にこのガラスが軟化してガラスセラミックグリーンシート１と結合することによりガラスセラミックグリーンシート１と拘束グリーンシートとの結合が強固なものとなり、より確実な拘束力が得られるからである。このときのガラス量は難焼結性無機成分とガラス成分を合わせた無機成分に対して０．５〜１５質量％とすると拘束力が向上し、かつ拘束グリーンシートの焼成収縮が０．５％以下に抑えられる。

拘束シートを除去する方法としては、例えば研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト（砥粒と水とを空気圧により噴射させる方法）等が挙げられる。

焼成後の配線基板は、その表面に露出した表層配線層７の表面に、表層配線層７の腐食防止のために、または半田や金属ワイヤ等の外部基板や電子部品との接続手段の良好な接続のために、ＮｉやＡｕのめっきを施すとよい。

本発明の配線基板の実施例を以下に説明する。まず、ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ系ガラス粉末５０質量部と、Ａｌ_２Ｏ_３粉末５０質量部とを混合し、この無機粉末１００質量部に、有機バインダとしてのアクリル系樹脂１２質量部、フタル酸系可塑剤６質量部および溶剤としてのトルエン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２００μｍの第１および第２のガラスセラミックグリーンシートを含むガラスセラミックグリーンシートを成形した。

このガラスセラミック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２００μｍ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、Ｃｕ粉末９０質量部と焼結助剤としてのＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス粉末１０質量部を混合し、この混合粉末に対してアクリル樹脂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、このガラスセラミックグリーンシートに表層配線層用導体ペーストをスクリーン印刷法によって２０μｍの厚みに塗布し、７０℃で３０分乾燥して表層配線層となる導体パターンを形成した。表層配線層用導体ペーストとしては、Ｃｕ粉末１００質量部にＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス粉末２質量部を加え、その混合粉末に対してアクリル樹脂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。

同様に、このガラスセラミックグリーンシートに内部配線層用導体ペーストをスクリーン印刷法によって２０μｍの厚みに塗布し、７０℃で３０分乾燥して内部配線層となる導体パターンを形成した。内層配線層用導体ペーストとしては、表層配線層用導体ペーストと同様のものを用いることができる。

次に、第１のガラスセラミックグリーンシートに導電体ペーストをスクリーン印刷法によって２５μｍの厚みに塗布し、７０℃で３０分乾燥して下部電極層となる電極層パターンを形成した。この電極層パターンの形状は２×２ｍｍの四角形のパターンとした。導電体ペーストとしては、Ｃｕ粉末１００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、段差吸収層となる段差吸収層パターンを、電極層を除く部分に絶縁体ペーストを用いてスクリーン印刷により塗布した。絶縁体ペーストとしては、結晶化温度が７５０℃のＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＢａＯガラス粉末５０質量部、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を２０質量部、樹脂バインダとしてアクリル樹脂２８質量部、分散剤としてノニオン系分散剤２質量部を加え、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、電極層となる電極層パターン上に、誘電体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分乾燥して誘電体層となる誘電体層パターンを形成した。この誘電体層パターンの形状は２.２×２.２ｍｍの四角形のパターンとした。誘電体層用ペーストとしては、ＢａＴｉＯ_３粉末１００質量部と軟化温度が５００℃のＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＢａＯ−ＺｎＯガラス粉末５質量部を混合し、その混合粉末に対しアクリル樹脂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、誘電体層となる誘電体層パターンの上に、上記と同様の導電体ペーストを２５μｍの厚みに塗布して、電極層が誘電体層を挟んで対向配置されて成るコンデンサ部が形成されるように構成した。

次に、コンデンサ部の側面を覆うように、絶縁体ペーストを用いて上記と同様の絶縁体ペーストをスクリーン印刷により塗布し、コンデンサ部の周囲を覆うように段差吸収層を形成した。

次に、コンデンサとなる部位を形成した第１のガラスセラミックグリーンシートと、コンデンサとなる部位を形成していない第２のガラスセラミックグリーンシートとを積み重ねて、１０ＭＰａの圧力と５０℃の温度で加熱圧着して、ガラスセラミックグリーンシートの積層体を作製した。

なお、電極層となる電極層パターンは、貫通導体となる貫通導体組成物と、内部配線層となる導体パターンとによって、積層体の表面に形成した表層配線層となる導体パターンに電気的に引き出されるようにした。

次に、この積層体を、加湿窒素場雰囲気中５００℃で３時間加熱して有機分を除去し、続けて窒素雰囲気中９００℃で１時間焼成した。以上により本発明の実施例である誘電体層が収縮を開始する温度において段差吸収層が収縮を終了している配線基板を作製した。

一方、比較例として、絶縁体ペーストを、軟化温度が７８０℃のＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯガラス粉末６０質量部とＡｌ_２Ｏ_３粉末４０質量部の混合粉末に対して、樹脂バインダとしてアクリル樹脂３０質量部、分散剤としてノニオン系分散剤２質量部を加えたものとした以外は、実施例と同様にして、誘電体層と段差吸収層が同時に焼結収縮する配線基板を作製した。

また、コンデンサの断面を研磨してコンデンサ端部の空隙とデラミネーションの発生を光学顕微鏡（倍率２０倍）により確認した。この断面確認を、実施例と比較例のそれぞれ２０基板について実施して、空隙とデラミネーションが発生している基板数を比較した。

その結果、誘電体層と段差吸収層が同時に焼結収縮する比較例は、空隙とクラックの発生数が２０基板中に１０基板と多く発生しているのに対し、誘電体層が収縮を開始する温度において、段差吸収層が収縮を終了している実施例では空隙とデラミネーションの発生数が２０基板中に０基板であった。

本発明の配線基板の製造方法の一例を示す工程毎の断面図である。

符号の説明

１・・・・ガラスセラミックグリーンシート
２・・・・電極層
３・・・・誘電体層
４・・・・段差吸収層
５・・・・貫通導体
６・・・・内部配線層
７・・・・表層配線層
８・・・・ガラスセラミックグリーンシート積層体

Claims (1)

1. ガラスセラミックグリーンシートを準備する工程と、
   前記ガラスセラミックグリーンシートの表面に、一対の電極層となる導電体ペーストおよび誘電体層となる誘電体ペーストを塗布して、前記誘電体層の面積が前記一対の電極層の面積より大きなコンデンサ部を形成する工程と、
   前記ガラスセラミックグリーンシート上に、前記誘電体層の上面および下面の縁部を覆うように、前記誘電体ペーストの収縮開始温度より収縮終了温度が低い絶縁体ペーストを塗布して、段差吸収層を形成する工程と、
   前記コンデンサ部および前記段差吸収層が形成されたガラスセラミックグリーンシートを内層に位置するガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、
   前記ガラスセラミックグリーンシート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。

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