JP2007335585A - 複合基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種セラミック材料または異種セラミック基板の界面における剥離や変形を防止し、信頼性に優れた複合基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複合基板１は、ＬＴＣＣ基板２と、このＬＴＣＣ基板２と比べて誘電率の高い高誘電率セラミック基板３と、これらセラミック基板２，３を接合する熱可塑性樹脂を含む樹脂層４とを備える複合基板１及びその製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに異なる特性を有する複数のセラミック基板を積層してなる複合基板及びその製造方法に関する。

近年、多機能化、多性能化に対応するため、互いに異なる電気的特性や物理的特性を有する複数のセラミック基板を積層してなる複合基板が多用されている。このような複合基板は、一般に、配線導体等を形成した複数のセラミック基板を積層し、同時に焼成することによって得られる（例えば、特許文献１，２，３参照）。

しかしながら、従来の複合基板では、特性の異なるセラミック基板を積層して複合化しているため、例えば低誘電率のセラミック基板と高誘電率のセラミック基板とを積層した場合には、その熱膨張係数の違い等により、両者の界面での剥離や基板自体の変形が生じ、信頼性が損なわれるという問題があった。
特開平８−２１３２７１号公報 特開平８−２６４３７０号公報 特開平８−２９５５３３号公報

本発明の目的は、異種セラミック材料又は異種セラミック基板の界面における剥離や変形を防止し、優れた複合基板及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る複合基板は、熱可塑性樹脂を含む樹脂層と、前記樹脂層の一方の主面に設けられた第１のセラミック基板と、前記第１のセラミック基板とは異なる誘電率を有し、前記樹脂層の他方の主面に設けられた第２のセラミック基板とを具備することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る複合基板の製造方法は、成形、焼成された第１のセラミック基板とこの第１のセラミック基板とは異なる誘電率を有する第２のセラミック基板との間に、熱可塑性樹脂を含む樹脂層を挟み積層する工程と、前記積層された第１のセラミック基板、樹脂層及び第２のセラミック基板を加圧しつつ加熱する工程とを備えることを特徴とする。

上記構成により、樹脂層が異種セラミック材料または異種セラミック基板の熱膨張差による応力を緩和するだけでなく、同時焼成技術と比較して低温で接合可能な為、接合プロセスの冷却時に発生する応力そのものが小さく、異種セラミック材料または異種セラミック基板の界面における剥離や変形を防止できる。また、特性の異なるセラミック材料またはセラミック基板を同時焼成ではなく別々に焼成するため、良品のみを選択し接合することができ、低コスト化が可能となる。更に、同時焼成では、特性の異なるセラミック材料またはセラミック基板は、対象構造が基本であり、焼結挙動の近いセラミックとの複合に組み合わせが限定されるのに対して、上記構成では、別々に焼成できるので、組み合わせが自由であり、非対称構造が可能になるなどデザインや構造の自由度が大きい。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態の複合基板１は、第１のセラミック基板として例えばＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic：低温焼成セラミックス）基板２と、第２のセラミック基板としてこのＬＴＣＣ基板２と比べて誘電率の高い高誘電率セラミック基板３と、これらセラミック基板２，３の間に介在してなる樹脂層４とを備える。

高誘電率セラミック基板３は、ＬＴＣＣ基板２と比較して、焼成後の誘電率が高い材料で形成される。高誘電率セラミック基板３の誘電率は１０よりも大きく、ＬＴＣＣ基板２の誘電率は２〜１０の範囲であり、ＬＴＣＣ基板２および高誘電率セラミック基板３は、焼成後の誘電率が上記範囲となる組成、材料で構成されていればよい。また、高誘電率セラミック基板３とＬＴＣＣ基板２との２５℃〜３００℃での熱膨張係数の絶対値の差は、１０×１０^−６／℃以下であることが好ましい。ＬＴＣＣ基板２及び高誘電率セラミック基板３は、それぞれ内部配線としてビアホール導体（不図示）を有し、このビアホール導体と電気的に接続するようにその表面には回路パターン５が形成されている。これら回路パターン５は、樹脂層４をその厚さ方向に貫通形成してなる電気導通用のビアホール導体６と電気的に接続される。

樹脂層４は、ＬＴＣＣ基板２と高誘電率セラミック基板３とを接着する樹脂接着材である。樹脂層４の厚さは、５０〜１００μｍの範囲である。樹脂層４の熱膨張係数としては、層平面方向（ＸＹ方向）の５０℃〜１５０℃での熱膨張係数が、−１０〜３０×１０^−６／℃であり、かつ、厚さ方向（Ｚ方向）の熱膨張係数が、樹脂層４に形成されたビアホール導体６の熱膨張係数以上であることが好ましい。このような熱膨張係数の範囲にすることで、本実施形態のような異種材料のセラミック基板２、３を接合してなる複合基板１を作製する場合に、異種セラミック基板の界面に集中する応力を緩和することができる。

樹脂層４を構成する材料としては、樹脂層４の体積収縮（寸法変化）を抑制し、樹脂層４に形成されたビアホール導体６の所望の形状と位置精度を保持できる点から、熱可塑性樹脂を含んでいればよく、例えばポリエーテルエーテルケトン樹脂と、ポリエーテルイミド樹脂と、無機フィラーとを配合調整した熱可塑性樹脂組成物が好ましい。配合例としては、例えばポリエーテルエーテルケトン樹脂７０〜２０重量％と、ポリエーテルイミド樹脂３０〜８０重量％からなる樹脂１００重量部に対して、無機フィラーの配合量が５〜６５重量部であることが好ましい。このように構成された樹脂層４は、基板２，３間に挟まれ熱プレスして積層一体化された場合に、良好な電気的導通を付与することができる。

樹脂層４の製造方法は、押出し法、インフレーション法や溶媒キャスト法等の周知の製法を用いればよい。

なお、異種材料のセラミック基板の積層数は限られるものではなく、３個もしくはそれ以上であってもよい。

上述した本実施形態の複合基板１は、例えば以下のようにして製造される。

まず、成形、焼成された高誘電率セラミック基板３とＬＴＣＣ基板２を用意する。なお、これらの基板２、３には、内部にビアホール導体を形成し、その表面に回路パターン５として例えばＡｇ、Ｗ、Ｃｕ粉末等を含む導体ペーストをパターン印刷して形成しておく。

次に、樹脂層４に例えば炭酸ガスレーザー等のレーザー加工、パンチング加工もしくはドリル加工等でビアホールを形成し、このビアホールにスクリーン印刷、圧入、ディスペンサ等で導電性ペーストを充填して電気導通用のビアホール導体６を形成する。導電性ペーストは、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ粉末等に液状樹脂、可塑剤、硬化剤等を加えてペースト化したものであり、無溶剤系が好ましい。

続いて、高誘電率セラミック基板３とＬＴＣＣ基板２との間に樹脂層４を挟み、例えば２７５℃、５ＭＰａ、３０分のプレス条件で真空加熱プレス機により厚み方向に加熱加圧して積層一体化する。

以上説明したように、本実施形態によれば、熱可塑性樹脂を含む樹脂層４を用いて誘電率の異なるセラミック基板２，３を接合することにより、樹脂層４に形成された所望のビア形状と位置精度を保持して良好な層間導通が得られ、信頼性に優れた複合基板１を提供することができる。また、予め成形、焼成し、パターン形成された異種材料のセラミック基板２，３間に樹脂層４を挟んで熱プレスすることにより、低温での接合が可能であり、異種セラミック基板界面の応力集中を緩和するとともに、接合可能な基板の種類が増え、被接合物の選択の自由度を高めることができる。

次に、第２の実施形態に係る複合基板について図２を用いて説明する。図２は、第２の実施形態に係る複合基板を模式的に示す断面図である。本実施形態の複合基板２１は、上述した実施形態において、樹脂層２２が多層樹脂層である点が異なる。なお、第１の実施形態と同一の構成部分には、同一の符号を付してその説明を簡略又は省略する。

図２に示すように、第２の実施形態の複合基板２１では、樹脂層が多層樹脂層２２で構成される。多層樹脂層２２は、熱可塑性樹脂を含む第１の樹脂層と、この第１の樹脂層の少なくとも片面、本実施形態では両面に設けられた熱硬化性樹脂を含む第２の樹脂層からなる。

多層樹脂層２２は、第１の樹脂層として熱可塑性樹脂を含む厚さ５０〜１００μｍのコア層２３と、このコア層２３の両面に設けられた第２の樹脂層となるコート層２４とを備えている。コート層２４の厚さは、上記コア層２３の厚さの１／４０〜１／５、好ましくは５〜１０μｍの範囲である。多層樹脂層２２の熱膨張係数としては、コート層２４とコア層２３とを含む全体として層平面方向の５０℃〜１５０℃での熱膨張係数が３〜２５×１０^−６／℃であり、かつ厚さ方向の熱膨張係数がビアホール導体の熱膨張係数以上であることが好ましい。このような熱膨張係数の範囲にすることで、異種材料のセラミック基板同士を接合する場合に、多層樹脂層２２と各セラミック基板２、３の界面に集中する応力を緩和することができる。

コア層２３は、熱可塑性樹脂から構成され、上述した第１の実施形態で説明した樹脂層４と同様の材料、組成で構成される。コア層２３の熱膨張係数としては、層平面方向（ＸＹ方向）の５０℃〜１５０℃での熱膨張係数が、−１０〜３０×１０^−６／℃であり、かつ、厚さ方向（Ｚ方向）の熱膨張係数が、多層樹脂層２２に形成されたビアホール導体６の熱膨張係数以上であることが好ましい。このような熱膨張係数の範囲にすることで、本実施形態のような異種材料のセラミック基板２、３を接合してなる複合基板２１を作製する場合に、多層樹脂層２２と各セラミック基板２、３の界面に集中する応力を緩和することができる。また、多層樹脂層２２内のコア層２３とコート層２４との界面に集中する応力も緩和することができる。

コート層２４は、本実施形態ではコア層２３の両面に設けられ、被接合物であるセラミック基板２、３表面に形成された回路パターン５の凹凸等に対して優れた追随性を発揮し、層間剥離、接着不良等を抑制することができる。コート層２４としては、高耐熱性を発揮し優れた流れ性及び接着性を有する点から、熱硬化性樹脂を含んでいればよく、例えばポリイミド樹脂、変性エポキシ樹脂、ＢＣＢ樹脂、ＰＰＥ樹脂、シアネート系樹脂等が好ましい。このように構成されたコート層２４は、層平面方向（ＸＹ方向）及び厚さ方向（Ｚ方向）の５０℃〜１５０℃での熱膨張係数が１０〜６０×１０^−６／℃の範囲であることが好ましい。このような熱膨張係数の範囲にすることで、多層樹脂層２２と各セラミック基板２、３の界面に集中する応力を緩和するとともに、多層樹脂層２２内のコア層２３とコート層２４との界面に集中する応力を緩和することができる。また、上記のような熱硬化性樹脂単体では熱膨張係数が大きくなるため、フィラーを含有させることで低熱膨張化を図る方法が用いられる。この場合、フィラー含有量の増加は樹脂の流れ性を低下させる要因となるが、上記の熱膨張係数の範囲内であれば、流動性を損なうことなく、良好なパターン追随性が得られる。

本実施形態の多層樹脂層２２の製造方法としては、例えば押出キャスト法、カレンダー法等で得られたフィルム状のコア層２３の両面に、ポリイミド樹脂等からなるフィルム状のコート層２４を設けて熱プレス機で加熱加圧する方法、ワニス状樹脂を塗布する方法等が挙げられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、熱可塑性樹脂を含むコア層２３に熱硬化性樹脂からなるコート層２４を設けた多層樹脂層２２を用いて誘電率の異なるセラミック基板２，３を接合することにより、上述した実施形態と同様に、良好な層間導通を得られ、異種セラミック基板の界面における剥離や変形が生じ難い、信頼性に優れた複合基板２１を提供することができる。また、コア層２３の両面にコート層２４を設けることにより、多層樹脂層２２に形成されているビアホール導体６の所望の形状と位置精度を保持できると同時に、被接合物であるセラミック基板２、３表面に形成された回路パターン５の凹凸等に対して優れた追随性を発揮し、層間剥離、接着不良等を抑制することができる。

次に、第３の実施形態に係る複合基板について図３を用いて説明する。図３は、第３の実施形態に係る複合基板を模式的に示す断面図である。本実施形態の複合基板３１は、上述した実施形態において、高誘電率セラミック基板を複数積層する点が異なる。なお、第１の実施形態と同一の構成部分には、同一の符号を付してその説明を簡略又は省略する。

図３に示すように、第３の実施形態の複合基板３１は、ＬＴＣＣ基板２、第１の高誘電率セラミック基板３２及び第２の高誘電率セラミック基板３３の間に樹脂層４をそれぞれ挟み、これらを加熱加圧して積層一体化したものである。樹脂層４は熱可塑性樹脂から構成され、第１の実施形態と同様のものを意味する。

第１及び第２の高誘電率セラミック基板３２，３３は、ＬＴＣＣ基板２と比べて相対的に高い誘電率を有している。また、第１の高誘電率セラミック基板３２と第２の高誘電率セラミック基板３３は、互いに異なる誘電率を有する。第１の高誘電率セラミック基板３２の誘電率は１０〜３０の範囲であり、第２の高誘電率セラミック基板３３の誘電率は３０よりも大きい。ＬＴＣＣ基板２の誘電率は上述した実施形態と同様である。ＬＴＣＣ基板２、第１及び第２の高誘電率セラミック基板３２，３３は、焼成後の誘電率が上記範囲となるような組成、材料で構成されていればよい。ＬＴＣＣ基板２、第１の高誘電率セラミック基板３２及び第２の高誘電率セラミック基板３３は、上記実施形態と同様にその内部にビアホール導体（不図示）を有し、このビアホール導体と電気的に接続された回路パターン５を表面に有する。これら回路パターンは、樹脂層４のビアホール導体６と電気的に接続されている。

したがって、本実施形態によれば、熱可塑性樹脂を含む樹脂層４を用いて誘電率の異なる異種材料のセラミック基板を接合することにより、上述した実施形態と同様に、良好な層間導通を得られ、異種セラミック基板の界面における剥離や変形が生じ難い、信頼性に優れた複合基板３１を提供することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

上記実施形態では、２個又は３個の異種セラミック基板を接合した構造について説明したが、基板の積層数はこれに限られるものではなく、４個もしくはそれ以上であってもよい。

また、上記実施形態では、樹脂層４又は多層樹脂層２２の第１の樹脂層となるコア層２３を構成する材料として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂と無機フィラーを用いたが、これに限定されるものではない。異種材料のセラミック基板の接合には、樹脂層４又はコア層２３が熱可塑性樹脂を含み、好ましくは樹脂層４の層平面方向の５０℃〜１５０℃での熱膨張係数が−１０〜３０×１０^−６／℃であり、かつ、厚さ方向の熱膨張係数がビアホール導体の熱膨張係数以上である樹脂材料及びフィラーであればよい。また、熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂以外に、例えば熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー等が挙げられる。

また、上記実施形態において、被接合物に設けられた回路パターン５やビアホール導体、樹脂層４、多層樹脂層２２に設けられたビアホール導体６は、必要に応じて形成すればよい。また、樹脂層４、多層樹脂層２２には、電気導通用の貫通導体６以外に被接着物の種類、用途に応じて放熱用のサーマルビアを貫通形成することができ、上記貫通導体６と併用することもできる。

本発明の第１の実施形態に係る複合基板の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る複合基板の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係る複合基板の構成を模式的に示す断面図。

符号の説明

１，２１，３１…複合基板、２…ＬＴＣＣ基板、３…高誘電率セラミック基板、４，２２…樹脂層、５…回路パターン、６…ビアホール導体、２３…コア層、２４…コート層、３２…第１の高誘電率セラミック基板、３３…第２の高誘電率セラミック基板。

Claims (9)

1. 熱可塑性樹脂を含む樹脂層と、
   前記樹脂層の一方の主面に設けられた第１のセラミック基板と、
   前記第１のセラミック基板とは異なる誘電率を有し、前記樹脂層の他方の主面に設けられた第２のセラミック基板と
   を具備することを特徴とする複合基板。
2. 前記樹脂層は、前記第１のセラミック基板と前記第２のセラミック基板とを電気的に接続する厚さ方向に貫通されたビアホール導体または、前記第１のセラミック基板と前記第２のセラミック基板との間の熱のみを伝導するサーマルビアのうち少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項１に記載の複合基板。
3. 前記樹脂層は、熱可塑性樹脂を含む第１の樹脂層と、前記第１の樹脂層の少なくとも片面に設けられた熱硬化性樹脂を含む第２の樹脂層からなる多層樹脂層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合基板。
4. 接合されるセラミック基板間の２５℃〜３００℃での熱膨張係数の差の絶対値が、１０×１０^−６／℃以下である請求項３に記載の複合基板
5. 前記第２の樹脂層の厚さは、前記第１の樹脂層の厚さの１／４０〜１／５であることを特徴とする請求項３又は４に記載の複合基板。
6. 前記第１の樹脂層の層平面方向の５０℃〜１５０℃での熱膨張係数が、−１０〜３０×１０^−６／℃であり、かつ、厚さ方向の熱膨張係数が前記ビアホール導体または前記サーマルビアのうち少なくともいずれか一方の熱膨張係数以上であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の複合基板。
7. 前記第２の樹脂層の層平面方向及び厚さ方向の５０℃〜１５０℃での熱膨張係数が、１０〜６０×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の複合基板。
8. 前記多層樹脂層の層平面方向の５０℃〜１５０℃での熱膨張係数が、３〜２５×１０^−６／℃であり、かつ、厚さ方向の熱膨張係数がビアホール導体またはサーマルビアのうち少なくともいずれか一方の熱膨張係数以上であることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の複合基板。
9. 成形、焼成された第１のセラミック基板とこの第１のセラミック基板とは異なる誘電率を有する第２のセラミック基板との間に、熱可塑性樹脂を含む樹脂層を挟み積層する工程と、
   前記積層された第１のセラミック基板、樹脂層及び第２のセラミック基板を加圧しつつ加熱する工程と
   を備えることを特徴とする複合基板の製造方法。

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