JP2009238884A

JP2009238884A - 多層配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP2009238884A
Application number: JP2008080833A
Authority: JP
Inventors: Minako Izumi; 美奈子泉; Shinya Kawai; 信也川井; Toshifumi Azuma; 登志文東; Yuichiro Ishizaki; 雄一郎石崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP5132387B2

Abstract

【課題】基板表面からのビア凸が低減されるとともに、基板内部への水分浸入の抑制された信頼性の高い多層配線基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、複数のガラスセラミック絶縁層が積層されてなる絶縁基体と、少なくとも表層を構成するガラスセラミック絶縁層の内部に形成された金、銀および銅のうちいずれかを主成分とする貫通導体とを具備してなる多層配線基板において、前記貫通導体が、ＳｉをＳｉＯ_２換算で４０〜６０質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜１５質量％、ＣａをＣａＯ換算で１０〜２０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜２５質量％、希土類元素を酸化物換算で１〜８質量％含有するガラスを含んでいることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種回路基板や高周波用の配線基板として好適な多層配線基板およびその製造方法に関するものである。

ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージや、半導体素子の他に各種電子部品を搭載した混成集積回路装置等の各種配線基板を構成する絶縁層の形成材料としては、電気絶縁性や化学的安定性等の特性に優れていることからアルミナセラミックスが用いられ、また配線層の形成材料としてはアルミナの焼成温度（約１６００℃）よりも高い融点を有するタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）が用いられている。

ところが、近年になって、タングステンやモリブデンよりも低い配線抵抗が要求され、配線層の形成材料として金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの低抵抗金属が注目されるようになり（例えば特許文献１および特許文献２を参照）、これに対応する絶縁層としてこれらの低抵抗金属の融点よりも低い９００℃程度で焼成可能なガラスセラミックスが使用されてきている。

かかるガラスセラミックスを絶縁層とする配線基板は、一般にはガラスセラミック原料粉末と有機バインダー、溶媒を用いて調製した泥漿をドクターブレード法等のシート成形方法で成形してグリーンシートを作製した後、得られたグリーンシートにスルーホール等を打ち抜き加工し、このスルーホールに導体粉末を含む貫通導体用ペーストを充填した後、グリーンシート上に同様の配線層用導体ペーストを用いて所定の配線パターンをスクリーン印刷法等の厚膜手法により印刷形成し、得られたグリーンシートを複数枚重ね合わせ、加圧して積層し、次いでこの積層体を加熱してバインダーを除去した後、焼成することにより作製されていた。

ここで、低抵抗金属である金、銀および銅は、一般にガラスセラミックスよりも低温から収縮を開始するため、貫通導体と絶縁層との接着強度が弱く、これらの界面に間隙が形成されてしまい、この間隙を伝って基板の表面から内部にめっき液などの水分が浸入してしまうとともに、貫通導体が基板の表面から突出して（以下、ビア凸と称す）部品の実装等に不具合が生じてしまうという問題がある。

これに対し、貫通導体用ペースト（銅メタライズ組成物）中に、例えば鉛ホウケイ酸ガラスやホウケイ酸ガラス、亜鉛ホウケイ酸ガラス、リチウムケイ酸ガラス、シリカ（ＳｉＯ_２）等のガラス粉末を添加して収縮挙動をガラスセラミックスの収縮挙動に近づけることにより、貫通導体と絶縁層との接着強度を向上させるとともにビア凸を低減することが提案されている（特許文献３を参照。）。
特開昭６３−３０１４０５号公報特開平１−１１２６０５号公報特開平１１−１６４１８号公報

しかしながら、貫通導体用ペースト中に特許文献３に記載のようなガラス粉末が含まれていると、焼成後の貫通導体中における導体成分とガラスとの界面にも間隙が形成される。貫通導体と絶縁層との界面の間隙形成が抑制されたとしても、貫通導体中における導体成分とガラスとの界面に間隙が形成されると、この間隙を伝って基板の内部にめっき液などの水分が浸入してしまうことがある。電子部品にさらなる高信頼性が求められる中で、貫通導体中における導体成分とガラスとの界面への間隙形成を抑制する必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、基板表面からのビア凸が低減されるとともに、基板内部への水分浸入の抑制された信頼性の高い多層配線基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数のガラスセラミック絶縁層が積層されてなる絶縁基体と、該絶縁基体の少なくとも表層を構成するガラスセラミック絶縁層の内部に形成された金、銀および銅のうちいずれか１種を主成分とする貫通導体とを具備してなる多層配線基板において、前記貫通導体が、ＳｉをＳｉＯ_２換算で４０〜６０質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜１５質量％、ＣａをＣａＯ換算で１０〜２０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜２５質量％、希土類元素を酸化物換算で１〜８質量％含有するガラスを含んでいることを特徴とするものである。

ここで、前記希土類元素がＹおよびＬａの少なくとも一方であるのが好ましい。

また本発明は、複数のガラスセラミックグリーンシートを作製する工程と、前記複数のガラスセラミックグリーンシートの積層体を作製する際に該積層体の少なくとも表層に配置されるガラスセラミックグリーンシートに、貫通孔を形成して、該貫通孔に、金、銀および銅のうちいずれか１種の金属粉末と、ＳｉＯ_２を４０〜６０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を５〜１５質量％、ＣａＯを１０〜２０質量％、ＢａＯを１５〜２５質量％、希土類酸化物を１〜８質量％含有し、かつ焼成によって結晶を析出しないガラス粉末とを含む貫通導体用ペーストを充填する工程と、前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填されたガラスセラミックグリーンシートを少なくとも表層に配置して前記複数のガラスセラミックグリーンシートの積層体を作製する工程と、前記積層体を焼成する工程とを具備することを特徴とするものである。

ここで、前記希土類酸化物としてＹ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３の少なくとも一方を用いるのが好ましい。

本発明の多層配線基板によれば、貫通導体がＳｉをＳｉＯ_２換算で４０〜６０質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜１５質量％、ＣａをＣａＯ換算で１０〜２０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜２５質量％、希土類元素を酸化物換算で１〜８質量％含有するガラスを含んでいることにより、貫通導体に含まれるガラスのガラス転移点が７２０〜７６０℃となり、貫通導体となる貫通導体用ペーストとガラスセラミック絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートとの収縮挙動を整合させることができるため、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面に間隙が形成されるのを抑制することができると同時にビア凸を低減することができる。また、貫通導体中に含まれるガラスの３０〜３００℃における熱膨張率が６×１０^−６／℃以上となり、焼成後の貫通導体中に含まれる導体成分になる金属粉末と、焼成後の貫通導体中に含まれるガラスになるガラス粉末との熱膨張差により生じる応力が低減されることとなるため、焼成後の貫通導体中における導体成分とガラスとの界面に間隙が形成されるのを抑制することができる。したがって、水分浸入の抑制された信頼性の高い多層配線基板を実現することができる。

また、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、貫通導体を形成するための貫通導体用ペーストとして、金、銀および銅のうちいずれかの金属粉末と、ＳｉＯ_２を４０〜６０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を５〜１５質量％、ＣａＯを１０〜２０質量％、ＢａＯを１５〜２５質量％、希土類酸化物を１〜８質量％含有し、かつ焼成によって結晶を析出しないガラス粉末とを含むものを用いることにより、貫通導体用ペーストに含まれるガラスのガラス転移点を７２０〜７６０℃として、貫通導体用ペーストとガラスセラミックグリーンシートとの収縮挙動差を小さくすることができるとともに、ガラス粉末の熱膨張率を６×１０^−６／℃以上として、金属粉末とガラス粉末との熱膨張差により生じる応力を低減させることができる。したがって、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面に間隙が形成されるのを抑制すると同時にビア凸を低減することができる。また、貫通導体中における導体成分とガラスとの界面に間隙が形成されるのを抑制することができることから、水分浸入の抑制された信頼性の高い多層配線基板を得ることができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の多層配線基板の一実施形態を示す概略縦断面図であって、図１に示す多層配線基板は、複数のガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅが積層されてなる絶縁基体１と、絶縁基体１の表面および内部に形成された配線層２と、絶縁基体１の少なくとも表層を構成するガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｅの内部に形成された貫通導体３とを具備している。

なお、図１では、多層配線基板の上面に、例えばＩＣやフィルター、コンデンサ等の各種電子部品４が実装され、ワイヤボンディングやフリップチップ実装（図示せず）により表面（上面）に形成された配線層（接続端子）と電気的に接続されている。さらに、保護用の封止樹脂５が多層配線基板の上面を被覆するように設けられている。また、図示しないが、得られた多層配線基板は外部回路基板（プリント基板）に実装され、下面に形成された配線層（接続端子）と外部回路基板（プリント基板）の接続端子とが半田などのロウ材や導電性接着剤を介して電気的に接続される。ただし、本発明は図１に例示される形態に限定されるものではない。

複数のガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅが積層されてなる絶縁基体１は、ガラス粉末単独、またはガラス粉末とセラミック粉末とを混合してガラスセラミックグリーンシートを成形した後、金、銀および銅などの低抵抗金属の融点以下の温度にて焼成して得られるガラスセラミック焼結体からなり、各種結晶およびガラスを含有するものである。

結晶としては、アルミナ、ジルコニア、クオーツ、クリストバライト、コーディエライト、ムライト、スピネル、ガーナイト、エンスタタイト、フォルステライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ディオプサイド、モンティセライト、アケルマナイト、ウイレマイトやその固溶体、置換誘導体などを例示でき、複数の結晶が共存していてもよい。抗折強度を向上させるという点で、アルミナやジルコニア、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアンを採用するのが好ましく、特に、アルミナ、ジルコニア、フォルステライト、セルジアンが望ましい。また、誘電率を下げて高周波信号の伝送損失を低減させるという点で、フォルステライト、エンスタタイト、クオーツ、クリストバライト、コーディエライト、ムライト、が好ましく、特に、フォルステライト、クオーツ、コーディエライトが望ましい。

これらの結晶は、セラミック粉末（原料粉末）としてもともと添加したものであってもガラス粉末から焼成中に析出したものであってもよく、セラミック粉末とガラス粉末との反応生成物であってもよい。

ガラス粉末としては、珪酸系ガラス、硼珪酸系ガラス、硼酸系ガラス、燐酸系ガラス等が挙げられ、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５といった網目形成酸化物に対して、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、希土類酸化物等の修飾酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等の中間酸化物または遷移金属酸化物を適宜選択して添加されたものである。

上述したガラス粉末単独、またはガラス粉末とセラミック粉末とを適宜組み合わせ、具体的にはガラス粉末３０〜１００質量％、セラミック粉末０〜７０質量％の範囲内で調整してガラスセラミックグリーンシートを作製することにより、８００〜１０００℃の温度で焼成して用途に応じた特性（機械的特性、熱特性、誘電特性等）のガラスセラミック焼結体を得ることができる。

配線層２は、絶縁基体１の表面および内部に形成されており、金、銀および銅のうちいずれか１種を主成分とする金属粉末を含む導体ペーストを用いてスクリーン印刷法やグラビア印刷法にて形成されたものでもよく、金属箔転写法やめっき法により形成されたものでもよい。

また、少なくとも表層を構成するガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｅの内部に形成された貫通導体３は、配線層２と同様の金、銀および銅のうちいずれか１種を主成分とする金属粉末を含む貫通導体用ペーストを用いて形成されたものであって、金、銀および銅のうちいずれか１種を主成分とするものである。

そして、この貫通導体３は、ＳｉをＳｉＯ_２換算で４０〜６０質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜１５質量％、ＣａをＣａＯ換算で１０〜２０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜２５質量％、希土類元素を酸化物換算で１〜８質量％含有するガラスを含んでいることが重要である。

貫通導体３が、ＳｉをＳｉＯ_２換算で４０〜６０質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜１５質量％、ＣａをＣａＯ換算で１０〜２０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜２５質量％、希土類元素を酸化物換算で１〜８質量％含有するガラスを含んでいることにより、貫通導体に含まれるガラスのガラス転移点が７２０〜７６０℃となり、後述するように、製造過程において、貫通導体３となる貫通導体用ペーストとガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｅとなるガラスセラミックスグリーンシートとの収縮挙動差を小さくすることができる。前述のように、ガラス粉末単独、またはガラス粉末とセラミック粉末とを適宜組み合わせたガラスセラミックグリーンシートは、８００℃〜１０００℃の焼成温度で焼結するようにされたものであるから、ガラス転移点が上記の範囲であることで、収縮挙動差を小さくすることができるのである。その結果、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面に間隙が形成されるのを抑制され、かつビア凸が低減された多層配線基板を実現することができる。また、貫通導体中に含まれるガラスの３０〜３００℃における熱膨張率が６×１０^−６／℃以上となり、焼成後の貫通導体中に含まれる導体成分になる金属粉末と焼成後の貫通導体中に含まれるガラスになるガラス粉末との熱膨張差により生じる応力が低減されることとなるため、導体成分とガラスとの界面に間隙が形成されるのを抑制することができる。

なお、焼成後の貫通導体３には、金、銀および銅のうちいずれかの導体成分１００質量部に対してガラスが２〜２０質量部含まれていることが望ましく、かつ実質的にガラスから析出した結晶は存在していない。ここで、実質的に存在していないとは、Ｘ線回折においてその結晶に由来する回折ピークが認められない程度の量であることを意味する。

また、製造コストの点からは、希土類元素がＹおよびＬａの少なくとも一方であるのが好ましい。

図１に示す多層配線基板においては、貫通導体３はすべてのガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅのそれぞれの層を貫通するように形成されており、すべての貫通導体３がＳｉをＳｉＯ_２換算で４０〜６０質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜１５質量％、ＣａをＣａＯ換算で１０〜２０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜２５質量％、希土類元素を酸化物換算で１〜８質量％含有するガラスを含むことが望ましいが、本発明においては少なくとも表層を構成するガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｅに形成された貫通導体３にＳｉをＳｉＯ_２換算で４０〜６０質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜１５質量％、ＣａをＣａＯ換算で１０〜２０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜２５質量％、希土類元素を酸化物換算で１〜８質量％含有するガラスを含むものであればよい。

なお、焼結後の貫通導体３に含まれるガラスの組成は透過型電子顕微鏡に付属のＸ線プローブマイクロアナリシス（ＴＥＭ−ＥＰＭＡ）や、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）等を用いて行うことができる。また、ガラスのガラス転移点は、示差熱分析（ＤＴＡ）により、求めることができる。

次に、本発明の多層配線基板の製造方法について説明する。

まず、複数のガラスセラミックグリーンシートを作製する。ガラスセラミックグリーンシートは、少なくともガラス粉末を含んでいて、このガラス粉末と必要に応じて所望の特性を得るために適宜選択したセラミック粉末とを原料粉末とし、この原料粉末に適当な有機樹脂バインダー、溶媒等を添加した後、混合してスラリーを得る。得られたスラリーから、所望の成形手段、例えばドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法等によりガラスセラミックグリーンシートを作製する。

次に、複数のガラスセラミックグリーンシートの積層体を作製する際に積層体の少なくとも表層に配置されるガラスセラミックグリーンシートに、貫通孔を形成して、この貫通孔に貫通導体用ペーストを充填する。

貫通導体用ペーストは、金、銀および銅のうちいずれか１種の金属粉末と、ＳｉＯ_２を４０〜６０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を５〜１５質量％、ＣａＯを１０〜２０質量％、ＢａＯを１５〜２５質量％、希土類酸化物を１〜８質量％含有し、かつ焼成によって結晶を析出しないガラス粉末とを、所望の配合比にて秤量し、適当な有機樹脂バインダー、溶媒等を添加した後、混合して得られたものである。

貫通導体用ペーストが、焼成によって結晶を析出しないガラス粉末を含んでいるのは、ガラス粉末が焼成中に結晶を析出してしまうものであると、貫通導体用ペーストの焼成収縮が結晶化と同時に阻害され、貫通導体用ペーストとガラスセラミックグリーンシートとの収縮挙動差を小さくすることができないからである。

このように貫通導体用ペースト中に添加するガラス粉末を適切に選択することにより、貫通導体用ペーストの収縮挙動を制御することができる。ガラス粉末としては、焼成によって結晶を析出しないものであればよく、例えば珪酸系ガラス、硼珪酸系ガラス、硼酸系ガラス、燐酸系ガラス等が挙げられ、これに希土類酸化物添加されたものが挙げられる。

そして、上記ガラス粉末はＳｉＯ_２を４０〜６０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を５〜１５質量％、ＣａＯを１０〜２０質量％、ＢａＯを１５〜２５質量％、希土類酸化物を１〜８質量％含有していることが重要である。

ここで、ガラス粉末において、ＳｉＯ_２が４０〜６０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が５〜１５質量％、ＣａＯが１０〜２０質量％、ＢａＯが１５〜２５質量％、希土類酸化物が１〜８質量％の範囲を逸脱すると、ガラス転移点が７２０〜７６０℃の範囲を超えてしまい、貫通導体用ペーストとガラスセラミックグリーンシートとの収縮挙動の差が大きくなり、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面に間隙を生じるとともに、ビア凸が大きくなる。また、３０〜３００℃における熱膨張率が６×１０^−６／℃以上を満たさず、焼成中の降温時に金属粉末とガラス粉末との熱膨張差によって生じる熱応力が増大し、貫通導体中における導体成分とガラスとの界面に間隙が形成されるのを抑制することが困難となる。

特に、ガラス粉末における希土類酸化物の含有量が１質量％よりも少ないと、３０〜３００℃における熱膨張率が６×１０^−６／℃以上を満たさない可能性があり、８質量％よりも多いとガラスの結晶化が起こるため、焼成収縮が阻害され、貫通導体用ペーストおよびガラスセラミックグリーンシートの収縮挙動が乖離するおそれがある。希土類酸化物の含有量は、好適には３〜６質量％である。

なお、熱膨張率は、熱機械分析（ＴＭＡ）により温度上昇時の微小な寸法変化を測定することで求めることができる。

希土類酸化物としてＹ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３の少なくともいずれか一方を用いるのが、他の希土類酸化物よりも比較的安価にビアホール用導体ペーストを作製することができる点で望ましい。

その他の成分として、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５といったＳｉＯ_２以外の網目形成酸化物、アルカリ金属酸化物、ＣａＯおよびＢａＯ以外のアルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ等の修飾酸化物、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等の中間酸化物または遷移金属酸化物を適宜選択し、特性を阻害しない程度に添加しても良い。

さらに、Ｓｂ、Ａｓ、Ｆ、ＮおよびＳの群から選ばれる少なくとも１種を酸化物やその他の化合物として添加しても良い。これらの元素の化合物は、ガラスの消泡剤として機能し、貫通導体中のガラスのボイドを低減し、貫通導体の抵抗値を低下させることができる。

ガラス粉末の添加量は、導体成分１００質量部に対して２〜２０質量部、特に５〜１５質量部であるのが望ましく、２質量部よりも少ない場合には、貫通導体用ペーストとガラスセラミックグリーンシートとの収縮挙動差を小さくする効果が不十分となるおそれがあり、２０質量部よりも多い場合には、貫通導体の抵抗が大きくなりすぎるおそれがある。

次に、所望のガラスセラミックグリーンシート上に、金、銀および銅のうちいずれか１種を主成分とする金属粉末を含む導体ペーストを用いて配線層となる導体パターンをスクリーン印刷法やグラビア印刷法にて形成する。この導体ペーストは、有機バインダー、有機溶剤およびそれらの量などを貫通導体用ペーストと異ならせて、粘度が異なるようにされているのが好ましい。なお、この導体パターンは、金属箔転写法やめっき法により形成してもよい。

次いで、貫通孔に貫通導体用ペーストが充填されたガラスセラミックグリーンシートを少なくとも表層に配置して複数のガラスセラミックグリーンシートの積層体を作製する。具体的には、複数のガラスセラミックグリーンシートを位置合わせして、熱圧着法や積層助剤を用いて加圧し積層する。

最後に、積層体を焼成する。

ここで、積層体中から成形のために配合した有機樹脂バインダー成分を除去するため、貫通導体用ペーストの導体成分として金または銀を用いた場合には、大気中で５００℃前後まで積層体の積層界面の剥離がないように昇温し、必要に応じて５００℃前後にて保持し、続いて大気中で９００℃前後まで再度昇温し、焼成の最高温度にて０．２〜１０時間、特に０．５〜５時間焼成することにより本発明の多層配線基板を得る。

一方、貫通導体用ペーストの導体成分として銅を用いた場合には、窒素雰囲気中で７００℃前後まで積層体の積層界面の剥離がないように昇温し、必要に応じて７００℃前後にて保持し、続いて窒素雰囲気中で９００℃前後まで再度昇温し、焼成の最高温度にて０．２〜１０時間、特に０．５〜５時間焼成することにより本発明の多層配線基板を得る。

なお、ガラス転移点の異なる第１のガラス粉末を含む第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラス粉末を含む第２のガラスセラミックグリーンシートを作製し、それぞれに貫通孔を形成してこの貫通孔に上記の貫通導体用ペーストを充填し、また導体ペーストを用いて配線層を形成した後、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを交互に積層し、上記と同様に焼成し、本発明の多層配線基板を得ることもできる。

第１ガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートに含まれるガラス粉末のガラス転移点が異なるため、第１ガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとは互いに焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度が異なる。そこで、これらを交互に積層して焼成すると、主に積層方向に収縮させて平面方向の焼成収縮を抑制することができ、寸法精度の高い多層配線基板となる。しかし、その一方で、平面方向の収縮が抑制されるため、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面の間隙形成、ビア凸の増大および貫通導体中の導体成分とガラスとの界面の間隙生成が顕著なものとなることから、これらの課題の解決に対して、本発明の製造方法が有効なものとなる。

加熱して溶解し急冷した後に表１に示すような組成となるように、ガラス原料粉末を秤量、混合した後に、加熱して溶解し急冷して、さらにボールミル粉砕にて平均粒径２μｍのガラス粉末を準備した。なお、表１には全体を１００質量％としたときの質量比を示すとともに、それぞれのガラス粉末のガラス転移点および熱膨張率も示した。

また、前記ボールミル粉砕をせずに急冷、除冷したバルク体を５×５×１０ｍｍの大きさに切断、研削加工したものを、大気中、９００℃にて１時間保持の条件にて熱処理を行い、さらに粉砕した試料を準備し、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて析出結晶の有無を測定し、その結果を表１に示した。

一方、表２に示す種類の平均粒径５μｍの金属粉末を準備した。

そして、表２に従い、前記ガラス粉末と前記金属粉末とを秤量し、メタクリル系樹脂からなる有機バインダーと有機溶媒、分散剤を適宜選択、調整することにより貫通導体用ペーストを作製した。

次に、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＣａＯ系ガラス粉末とアルミナ粉末とを適宜選択、調整した原料粉末を秤量し、メタクリル系樹脂からなる有機バインダー、可塑剤および溶媒と混合し、得られたスラリーをドクターブレード法により、焼成後のガラスセラミック絶縁層の厚みが１００μｍとなるように成形して、ガラスセラミックグリーンシートを得た。

このガラスセラミックグリーンシートに対して、レーザー加工機を用いて焼成後の直径が１００μｍとなるように貫通孔を形成し、前記貫通導体用ペーストをこの貫通孔にスクリーン印刷法にて充填し、さらに貫通導体用ペーストと同じ導体成分を主成分とする導体ペーストを用いて、スクリーン印刷法にてグリーンシート上に配線パターンを形成した。

こうして作製された複数のガラスセラミックグリーンシートを所定枚数、位置あわせして熱圧着にて積層し、貫通導体用ペーストおよび導体ペーストに金または銀を使用した場合には大気中、５００℃にて２時間保持を行うことにより脱バインダー処理を行った後、大気中、９００℃にて１時間の条件にて多層配線基板を得た。一方、貫通導体用ペーストおよび導体ペーストに銅を使用した場合には水蒸気含有窒素中、７００℃にて２時間保持を行うことにより脱バインダー処理を行った後、水蒸気含有窒素中、９００℃にて１時間の条件にて多層配線基板を得た。

なお、得られた多層配線基板のサンプル形状としては、縦３５ｍｍ、横３５ｍｍ、厚み８００μｍ（前記グリーンシートを８層積層）とし、その中央に基板を貫通するように長さ８００μｍ、直径１００μｍの貫通導体を上から見て３００μｍ間隔にて縦１０列、横１０列、合計１００本配置し、その上を完全に被覆するように表面に配線層を配置した構造とした。

得られた多層配線基板を減圧下で蛍光探傷液に２時間浸漬し、表面から３０μｍを乾式研磨によって取り除いた後、紫外光を照射することにより、貫通導体中への蛍光探傷液侵入の有無を確認し、結果を表２に示した。

また、得られた多層配線基板の任意の貫通導体に対して、３次元形状測定機を用いて多層配線基板の形状を測定し、多層配線基板の平坦部分をベースラインとして、そのラインより最も高い部分との高低差をビア凸として測定し、結果を表２に示した。なお、表２に示す結果はｎ数を５（５本）としてそれらの平均値を求めたもので、１０μｍ以下を合格とした。

さらに、比較試料として、表１、表２に従い、上記同様の方法にて作製した試料を準備し、同様の評価を行った（試料Ｎｏ．１、５、１６〜１８）。

表２から明らかなように、本発明の範囲内に相当する試料Ｎｏ．２〜４、６〜１５、１９〜２２は、貫通導体ペースト中に、ＳｉＯ_２を４０〜６０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を５〜１５質量％、ＣａＯを１０〜２０質量％、ＢａＯを１５〜２５質量％、希土類酸化物を１〜８質量％含有し、かつ焼成によって結晶を析出しないガラス粉末を含むことから、貫通導体用ペーストとガラスセラミックグリーンシートとの収縮挙動差を小さくすることができるとともに、金属粉末とガラス粉末との熱膨張差により生じる応力を低減させることができることから、貫通導体中に水分の浸入がなく、かつビア凸の小さな多層配線基板を作製することができた。

これに対し、ガラス粉末中の希土類酸化物の含有量が１％よりも少ない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１および希土類酸化物を含有しない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１６は、ガラス転移点が低く、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面にザイグロ液の浸入が確認されるとともにビア凸も１０μｍ以上となった。そして、試料Ｎｏ．１６については、熱膨張率が小さいため、貫通導体中における導体成分とガラスとの界面にザイグロ液の浸入が確認された。

また、ガラス粉末中の希土類酸化物の含有量が８質量％よりも多い本発明の範囲外の試料Ｎｏ．５は、結晶化が起こり、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面にザイグロ液の浸入が確認されるとともに、ビア凸が１０μｍ以上となった。

そして、ガラス粉末の組成が範囲外から大きく外れる試料Ｎｏ．１７は、結晶化が起こり、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面にザイグロ液の浸入が確認されるとともに、ビア凸が１０μｍ以上となった。
ザイグロ液浸入が生じ、ビア凸が大きくなった。

そしてまた、貫通導体ペースト中にガラス粉末を含まない試料Ｎｏ．１８は、貫通導体用ペーストとガラスセラミックグリーンシートとの収縮挙動差が大きくなり、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面にザイグロ液の浸入が確認されるとともに、ビア凸が１０μｍ以上となった。

本発明の多層配線基板の一実施形態を示す概略縦断面図である。

符号の説明

１絶縁基体
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅガラスセラミック絶縁層
２配線層
３貫通導体

Claims

複数のガラスセラミック絶縁層が積層されてなる絶縁基体と、該絶縁基体の少なくとも表層を構成するガラスセラミック絶縁層の内部に形成された金、銀および銅のうちいずれか１種を主成分とする貫通導体とを具備してなる多層配線基板において、前記貫通導体が、ＳｉをＳｉＯ_２換算で４０〜６０質量％、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で５〜１５質量％、ＣａをＣａＯ換算で１０〜２０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜２５質量％、希土類元素を酸化物換算で１〜８質量％含有するガラスを含んでいることを特徴とする多層配線基板。
前記希土類元素がＹおよびＬａの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
複数のガラスセラミックグリーンシートを作製する工程と、
前記複数のガラスセラミックグリーンシートの積層体を作製する際に該積層体の少なくとも表層に配置されるガラスセラミックグリーンシートに、貫通孔を形成して、該貫通孔に、金、銀および銅のうちいずれか１種を主成分とする金属粉末と、ＳｉＯ_２を４０〜６０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を５〜１５質量％、ＣａＯを１０〜２０質量％、ＢａＯを１５〜２５質量％、希土類酸化物を１〜８質量％含有し、かつ焼成によって結晶を析出しないガラス粉末とを含む貫通導体用ペーストを充填する工程と、
前記貫通孔に前記貫通導体用ペーストが充填されたガラスセラミックグリーンシートを少なくとも表層に配置して前記複数のガラスセラミックグリーンシートの積層体を作製する工程と、
前記積層体を焼成する工程とを具備することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
前記希土類酸化物としてＹ_２Ｏ_３およびＬａ_２Ｏ_３の少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項３に記載の多層配線基板の製造方法。