JP2009266993A - 多層配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 直径１００μｍ以下の貫通導体を有し、貫通導体が配線基板の表面から大きく突出せず、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間にセパレーションが発生するのを抑制された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、第１のガラスを含むガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｄが上下に複数積層されてなる絶縁基体１と、絶縁基体１の少なくとも最上層および最下層に位置するガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｄに形成された第２のガラスを含む直径１００μｍ以下の貫通導体２とを具備してなる多層配線基板において、貫通導体２とガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｄとの間に第１のガラスと第２のガラスとを含む幅１０μｍ以上の混合層５を有することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子収納用パッケージ等に適用される多層配線基板およびその製造方法に関するものである。

従来、移動体通信分野などで使用される多層配線基板において、配線導体層の材料として導電率の高い金、銀、銅、アルミニウムあるいはそれらの混合物を用い、絶縁層の材料として配線導体層の材料の融点よりも低い温度で焼成が可能なガラスセラミックスを用いた多層配線基板が広く用いられている。この多層配線基板は、複数の配線導体層間が貫通導体により電気的に接続されている。

製造に際しては、焼成後に絶縁層となるセラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、その貫通孔に焼成後に貫通導体となる貫通導体用ペーストを充填し、貫通孔に貫通導体用ペーストの充填されたセラミックグリーンシートの主面に焼成後に配線導体層となる導体ペーストを塗布する。そのようにして準備されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、焼成することにより、配線導体層間が貫通導体により接続された多層配線基板が得られる。

ここで、セラミックグリーンシートと貫通導体用ペーストとの間には、焼成過程における焼結挙動に差があるため、貫通導体が多層配線基板の表面から突出して表面実装部品の実装性が低下したり、絶縁層と貫通導体との間にセパレーション（隙間）が発生したりするという問題がある。

特に、焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度の異なる２種類のセラミックグリーンシートを交互に積層して焼成することにより、平面方向の焼成収縮を抑制して主に積層方向に収縮させることで、多層配線基板の寸法精度を向上させる方法が知られているが（例えば特許文献１を参照。）、この方法により作製された多層配線基板では、貫通導体の突出および絶縁層と貫通導体との間に生じるセパレーションの問題は顕著であった。

そこで、セラミックグリーンシートの貫通孔に貫通導体用ペーストを充填する前に、ガラス層またはガラス成分を含有する導体層を貫通孔壁面に形成した後、貫通導体用ペーストを充填して焼成することにより、絶縁層と貫通導体とを強固に接合させる方法が提案されている（特許文献２参照。）。
特開２００３−６９２３６号公報 特開平８−２２２８５２号公報

ところが、この特許文献２に記載の方法では、貫通孔の孔径が小さくなった場合、具体的には直径１００μｍ以下になった場合に対応できない。ガラス層またはガラス成分を含有する導体層を貫通孔壁面に形成することが困難となるからである。

また、貫通孔壁面にガラス層またはガラス成分を含有する導体層を形成した後に、この貫通孔に貫通導体用ペーストを充填するという複雑な製造工程であるため、製造コストも大幅に増大する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、直径１００μｍ以下の貫通導体を有し、貫通導体が配線基板の表面から大きく突出せず、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間のセパレーションが抑制された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、第１のガラスを含むガラスセラミック絶縁層が複数積層されてなる絶縁基体と、該絶縁基体の少なくとも最上層および最下層に位置する前記ガラスセラミック絶縁層に形成された第２のガラスを含む直径１００μｍ以下の貫通導体とを具備してなる多層配線基板において、前記貫通導体と前記ガラスセラミック絶縁層との間に前記第１のガラスと前記第２のガラスとを含む幅１０μｍ以上の混合層を有することを特徴とするものである。

また本発明は、第１のガラス粉末を含むセラミックグリーンシートを複数積層してなり、少なくとも最上層および最下層に配置される前記セラミックグリーンシートに貫通孔を形成するとともに、該貫通孔に金属粉末および第２のガラス粉末を含む貫通導体用ペーストが充填されたセラミックグリーンシート積層体を作製し、該セラミックグリーンシート積層体を焼成する多層配線基板の製造方法において、前記第２のガラス粉末として、前記第１のガラス粉末のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度であり、かつ前記セラミックグリーンシートが焼結したガラスセラミック絶縁層に対する接触角が前記金属粉末のペースト膜が焼結した金属膜に対する接触角よりも小さいガラスを用いることを特徴とするものである。

本発明の多層配線基板によれば、焼成後に貫通導体となる貫通導体用ペースト中に含まれる第２のガラス粉末のガラス成分が流出してセラミックグリーンシート中に含まれる第１のガラス粉末のガラス成分と混ざり合って形成された第１のガラスと第２のガラスとを含む幅１０μｍ以上の混合層を貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間に有することで、セラミックグリーンシートの積層方向への収縮に追随して貫通導体用ペーストが収縮するとともに、第２のガラス粉末のガラス成分が流出した分だけ貫通導体用ペーストの収縮量が増大していることから、貫通導体の絶縁基体表面からの突出が抑制された多層配線基板が実現できる。また、絶縁基体と貫通導体とが強固に接合されるとともにセパレーションの形成される空間を埋めるような状態となり、セパレーションの発生が抑制された多層配線基板が実現できる。

また、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、第２のガラス粉末と貫通導体用ペーストを構成する金属粉末との親和性（ぬれ性）よりも第２のガラス粉末とセラミックグリーンシートとの親和性（ぬれ性）のほうが強いことから、第２のガラス粉末の成分が貫通導体用ペーストから流出して、セラミックグリーンシート中に含まれる第１のガラス粉末の成分と混ざり合い、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間に第１のガラスと第２のガラスとを含む幅１０μｍ以上の混合層を形成することができる。これにより、貫通導体の収縮量を増大させて貫通導体の絶縁基体表面からの突出を抑制するとともに、絶縁基体と貫通導体とを強固に接合させ、かつセパレーションの形成される領域を埋めることにより、セパレーションの発生を抑制することができる。

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の概略断面図であって、図２は図１に示す最上層に位置するガラスセラミック絶縁層の要部拡大図である。

図１に示す多層配線基板は、第１のガラスを含むガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが上下に複数積層された絶縁基体１と、少なくとも最上層および最下層に位置するガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｄに形成された第２のガラスを含む直径１００μｍ以下の貫通導体２とを具備している。また、絶縁基体１の表面には表面配線層３が形成されているとともに、絶縁基体１の内部には内部配線層４が形成されている。

絶縁基体１を構成するガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、焼成により結晶化するガラス粉末のみ、焼成により結晶化するガラス粉末とセラミック粉末、または焼成によっても結晶化しないガラス粉末とセラミック粉末を含むセラミックグリーンシートを焼成することにより得られたもので、結晶および第１のガラス（残留ガラス）を含むガラスセラミックスで構成されている。

ガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを構成する結晶としては、セルシアン、ディオプサイド、ハーディストナイト、コージェライト、アノーサイト、ガーナイト、ウィレマイト、スピネル、ムライトおよびフォルステライトから選ばれる少なくとも１種であるのが望ましい。具体的には、誘電特性の点でセルシアン、ディオプサイド、ハーディストナイト、ウィレマイトまたはフォルステライトが望ましく、強度の点でセルシアン、ディオプサイド、コージェライトまたはアノーサイトが望ましい。

また、ガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを構成する第１のガラスとしては、ＳｉＯ_２換算で２５〜６０質量％のＳｉと、Ａｌ_２Ｏ_３換算で１０〜４０質量％のＡｌと、ＭｇＯ換算で５〜３５質量％のＭｇと、ＢａＯ換算で０〜１０質量％のＢａと、酸化物（Ｂ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｎａ_２Ｏ、ＳｎＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２およびＬｉ_２Ｏ）換算で０〜５０質量％のＢ、Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｎ、Ｐ、ＺｒおよびＬｉから選ばれる少なくとも１種とを含むガラスが望ましい。

第１のガラスの量は、ＸＲＤ回折パターンからリートベルト解析により求めることができる。リートベルト法については、J.Am.Ceram.Soc.,81[11]2978-82(1998)に記載されている方法を用いる。具体的には、解析対象の試料とＣｒ_２Ｏ_３の標準試料とを所定の比率で混合し、ディフラクトメーター法で測定した２θ＝１０°以上８０°以下の範囲のＸ線回折パターンに対して、ＲＩＥＴＡＮ−２０００プログラムを使用することにより、Ｃｒ_２Ｏ_３の標準試料により回折されたパターンと加えたＣｒ_２Ｏ_３の標準試料の量の相関関係から、評価対象の試料中に含まれる結晶の種類およびその量を評価する。

そして、少なくとも最上層および最下層に位置するガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｄの内部には、直径１００μｍ以下の貫通導体２が形成されている。なお、図１では、ガラスセラミック絶縁層１ｂに形成された貫通導体２も表されていて、図示しないがガラスセラミック絶縁層１ｃにも図の断面に表れない貫通導体が形成されている。

貫通導体２は、微細な配線形成のために直径が１００μｍ以下となっている。そして、貫通導体２は、金、銀、銅およびアルミニウムのうち少なくとも１種以上を主成分としているのが望ましく、価格および導通抵抗の点から、銀または銅が望ましい。また、貫通導体２には上記主成分の他に第２のガラスが含まれている。第２のガラスは、主成分１００質量部に対して１〜２５質量部含まれているのが望ましい。この第２のガラスとしては、ＳｉＯ_２換算で４０〜８０質量％のＳｉと、Ａｌ_２Ｏ_３換算で１〜３０質量％のＡｌと、ＭｇＯ換算で０〜２０質量％のＭｇと、ＢａＯ換算で０〜４０質量％のＢａと、酸化物（Ｂ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｎａ_２Ｏ、ＳｎＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＺnＯおよびＬｉ_２Ｏ）換算で０〜３０質量％のＢ、Ｙ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｎａ、Ｓｎ、Ｐ、ＺｒおよびＬｉから選ばれる少なくとも１種とからなるガラスが望ましい。

なお、貫通導体２には、上記主成分および第２のガラスに対して、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、酸化物、セラミックス等の無機分が含まれていてもよい。

そして、図１および図２に示すように、貫通導体２とガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｄとの間（貫通導体２の周囲）に、第１のガラスと第２のガラスとを含む幅Ｗが１０μｍ以上の混合層５を有していることが重要である。

この貫通導体２とガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｄとの間（貫通導体２の周囲）に形成された第１のガラスと第２のガラスとを含む混合層５とは、焼成後に貫通導体２となる貫通導体用ペースト中に含まれる第２のガラス粉末のガラス成分が流出して、主にセラミックグリーンシート中に含まれる第１のガラス粉末のガラス成分と混ざり合って層状に形成された領域をいう。なお、この混合層５は主としてガラスで構成されているが、ガラス以外にもガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｄを構成する結晶も含まれている。また、混合層５は、後述するように、第２のガラス粉末と貫通導体用ペーストを構成する金属粉末との親和性（ぬれ性）よりも第２のガラス粉末とセラミックグリーンシートとの親和性（ぬれ性）のほうが強いことから、第２のガラス粉末のガラス成分が貫通導体用ペーストから流出して形成されたもので、その幅Ｗが１０μｍ以上にもなるのである。なお、この幅Ｗは最大で３０μｍ程度である。なお、幅Ｗとは、断面でみたときの混合層５の厚みを意味している。

ここで、貫通導体２と混合層５との境界（貫通導体２の壁面）および混合層５とガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｄとの境界は、実際には図に示すような直線状とはなっておらず、互いに入り組んだ形状となっている。そこで、混合層の幅Ｗを測定する方法としては、焼成後の多層配線基板の断面をＢＥＭ（反射電子像）で観察して、組成の違いを示すコントラストから、貫通導体２、混合層５およびガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｄの存在を確認するとともに、貫通導体２の壁面から混合層５とガラスセラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｄとの境界までの水平方向の距離を積層方向に等間隔で１０箇所測定して平均化して得られた値を混合層の幅Ｗとする。

なお、第１のガラス、第２のガラスおよび混合層５について、ＴＥＭ−ＥＤＳを用いてそれぞれの成分を測定することで、混合層５に第１のガラスの成分および第２のガラスの成分が含まれていて両者が混ざり合ったものであることを確認することができる。ここで、混合層５において、貫通導体２との境界から離れるにしたがって第２のガラスの成分の濃度がうすくなるような濃度勾配があることでも、混合層５に第２のガラスが混ざっていることが確認できる。

このような構成により、セラミックグリーンシートの積層方向への収縮に追随して貫通導体用ペーストが収縮するとともに、第２のガラス粉末のガラス成分が流出した分だけ貫通導体用ペーストの収縮量が増大していることから、貫通導体の絶縁基体表面からの突出が抑制された多層配線基板が実現できる。また、絶縁基体１と貫通導体２とが強固に接合されるとともにセパレーションの形成される空間を埋めるような状態となり、セパレーションの発生が抑制された多層配線基板が実現できる。

特に、ガラスセラミックスからなる第１のガラスセラミック絶縁層と、第１のガラスセラミック絶縁層を構成するガラスセラミックスの焼成収縮の終了温度よりも焼成収縮の開始温度が高いガラスセラミックスからなる第２のガラスセラミック絶縁層とが交互に積層された絶縁基体においては、更に複雑な引張り応力が発生するため、貫通導体の絶縁基体表面からの突出およびセパレーションを非常に効果的に防ぐことができる。

なお、ここでいう焼成収縮の開始温度とは、単一のガラスセラミック絶縁層を焼成したときに、０．３％体積収縮するときの温度で定義されるものである。また、ここでいう焼成収縮の終了温度とは、焼成前の状態から焼成終了後の状態までの収縮量に対し９０％体積収縮したときの温度をいう。なお、体積収縮はＴＭＡ（熱機械分析）の線収縮から体積収縮に換算して決定される。

続いて、上記多層配線基板の製造方法について説明する。

まず、第１のガラス粉末を含むセラミックグリーンシートを作製する。このセラミックグリーンシートは、第１のガラス粉末に加えて通常はセラミック粉末を含んでいて、これらに焼成途中で容易に揮発する有機バインダー、有機溶剤および必要に応じて可塑剤を混合し、スラリー化する。このスラリーを用いて、リップコーター法やドクターブレード法などによってテープ成形を行い、所定寸法に切断してセラミックグリーンシートを作製する。

第１のガラス粉末としては、２０〜６０質量％のＳｉＯ_２、５〜４０質量％のＡｌ_２Ｏ_３、０〜３５質量％のＭｇＯ、０〜４０質量％のＢａＯ、０〜５０質量％のＢ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｎａ_２Ｏ、ＳｎＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＺnＯおよびＬｉ_２Ｏから選ばれる少なくとも１種からなるのが好ましく、また強度や電気特性の点から焼成により結晶化するガラスであるのが好ましい。一方、セラミック粉末としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＴｉＯ_３、ＣａＺｒＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＢａＴｉ_４Ｏ_９、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＡｌＮおよびＳｉ_３Ｎ_４から選ばれる少なくとも１種からなるのが好ましく、誘電特性の点ではＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＴｉＯ_３、ＣａＺｒＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４、ＢａＴｉ_４Ｏ_９が望ましく、強度の点ではＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４が望ましい。第１のガラス粉末とセラミック粉末との割合は、第１のガラス粉末が３０〜１００質量％でありセラミック粉末が０〜７０質量％であるのが望ましい。

次に、後述するセラミックグリーンシート積層体を作製する際に少なくとも最上層および最下層に配置されるセラミックグリーンシートにパンチングなどによって貫通孔を形成し、形成した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の原料粉末としては、金粉末、銀粉末、銅粉末およびアルミニウム粉末のうち少なくとも１種以上が１００質量部に対し、例えば４０〜８０質量％のＳｉＯ_２、１〜３０質量％のＡｌ_２Ｏ_３、０〜２０質量％のＭｇＯ、０〜４０質量％のＢａＯ、０〜３０質量％のＢ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｎａ_２Ｏ、ＳｎＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＺnＯおよびＬｉ_２Ｏから選ばれる少なくとも１種からなる第２のガラス粉末を５〜３０質量部添加してなる材料が採用される。この第２のガラス粉末は、焼結によって収縮して貫通導体２の基板表面からの突出を抑制するのに寄与する点から、焼成によって結晶を析出しない非晶質ガラスであるのが望ましい。そして、貫通導体用ペーストは、この原料粉末に有機バインダー、有機溶剤および必要に応じ添加剤を加えて、３本ロールで混練したものを用いる。充填には、貫通孔と一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。このとき、マスクを通して貫通導体用ペーストを押し出す方法として、例えばポリウレタン製の板状（あるいは剣状）のスキージを用いる方法ではなく、ペースト押し出し式のスキージヘッドを用いて、貫通導体用ペーストを貫通孔に加圧注入する方法を用いる。また、貫通導体用ペーストの粘度や印刷条件を調整して、充填された貫通導体用ペーストが貫通孔から突出するように過充填する。その後、必要に応じて突出した貫通導体用ペーストをプレスして、貫通孔に押し込む。

ここで、貫通導体用ペーストに含まれる第２のガラス粉末として、第１のガラス粉末のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度であり、かつ前記セラミックグリーンシートが焼結したガラスセラミック絶縁層に対する接触角が前記金属粉末のペースト膜が焼結した金属膜に対する接触角よりも小さいガラスを用いることが重要である。

第２のガラス粉末のガラス転移温度が、第１のガラス粉末のガラス転移温度よりも低いことで、第２のガラス粉末のガラス成分が貫通導体とガラスセラミック絶縁層との界面に移動しやすくなり、貫通導体自身の収縮量をガラスセラミック絶縁層に合わせることが可能となり、貫通導体が基板表面から突出するのを抑制する効果が期待できる。また、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間に強固なガラス層（混合層）が形成されることで、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間にセパレーションが発生するのを抑制する効果が期待できる。なお、ガラス転移温度は、示差熱分析（ＤＴＡ）により求めることができる。

そして、前記セラミックグリーンシートが焼結したガラスセラミック絶縁層に対する接触角が前記金属粉末のペースト膜が焼結した金属膜に対する接触角よりも小さいことで、さらなる貫通導体の突出抑制効果およびセパレーションの発生抑制効果が得られる。

接触角の測定として、具体的には、図３に示すように、プレス成形により第２のガラス粉末６１（図は溶融後の状態）を例えば直径５ｍｍ、厚み２ｍｍのタブレット状にしたものを、セラミックグリーンシート上に載置して、９００℃で１時間保持することで溶融させる。また、図４に示すように、セラミックグリーンシート上に貫通導体用ペーストを構成する金属粉末のペースト膜（第２のガラス粉末は含まずに、金属粉末１００質量部に例えばアクリル系バインダーを１０質量部添加したもの）を１０ｍｍ角に形成し、さらにこの上にプレス成形により第２のガラス粉末６１（図は溶融後の状態）を例えば直径５ｍｍ、厚み２ｍｍのタブレット状にしたものを載置して、９００℃で１時間保持することで溶融させる。なお、９００℃で１時間保持することで、第２のガラス粉末６１の溶融と同時に、セラミックグリーンシートおよび金属粉末のペースト膜は焼結して、それぞれガラスセラミック絶縁層６２および金属膜６３となる。このように、第２のガラス粉末６１をセラミックグリーンシート上または金属粉末のペースト膜上でそれぞれ溶融させた後、その状態で冷却されたものの断面を研磨し、マイクロ顕微鏡で観察することで、接触角θを測定することができる。また、金属粉末のペースト膜は、必ずしもセラミックグリーンシート上に形成される必要はない。

このような接触角θの関係になるということは、第２のガラス粉末と貫通導体用ペーストを構成する金属粉末との親和性（ぬれ性）よりも第２のガラス粉末とセラミックグリーンシートとの親和性（ぬれ性）のほうが強いということである。したがって、第２のガラス粉末の成分が貫通導体用ペーストから流出して、セラミックグリーンシート中に含まれる第１のガラス粉末の成分と混ざり合うことができ、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間に第１のガラスと第２のガラスとを含む幅１０μｍ以上の混合層を形成することができる。これにより、貫通導体の収縮量を増大させて貫通導体の絶縁基体表面からの突出を抑制するとともに、絶縁基体と貫通導体とを強固に接合させ、かつセパレーションの形成される領域を埋めることにより、セパレーションの発生を抑制することができる。

次に、セラミックグリーンシートに表面配線層や内部配線層となる導体ペーストを被着形成する。具体的には、金、銀、銅およびアルミニウムのうちいずれかを主成分とする導体ペーストを用いて、表面配線層や内部配線層となる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。

このようにして得られた各セラミックグリーンシートを所定の積層順序に応じて積層してセラミックグリーンシート積層体を作製する。具体的には、複数の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、得られた積層体を焼成する。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。

表１に示す組成およびガラス転移温度を有する平均粒径２．０μｍの第１のガラス粉末を６０質量％、平均粒径２．０μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末を４０質量％の比率で秤量し、これに、有機バインダー、可塑剤および溶媒を混合してスラリーを作製し、得られたスラリーをドクターブレード法によって成形してセラミックグリーンシートを作製した。このときのセラミックグリーンシートの厚みは１００μｍとした。なお、ガラス転移温度は示差熱分析（ＤＴＡ）により求めた。

次に、平均粒径５．０μｍの銀粉末に、表２に示す組成およびガラス転移温度を有する平均粒径２．０μｍの第２のガラス粉末および有機バインダーを添加し、これらを攪拌した後、銀粉末および有機バインダーが凝集しなくなるまで３本ロールミルで混合して、貫通導体用ペーストを作製した。第２のガラス粉末は、表３に示すように、銀粉末１００質量部に対して０〜１５質量部添加した。また、有機バインダーとして５質量％のエチルセルロースおよび有機溶剤として９５質量％のα−テルピネオールを、銀粉末１００質量部に対して１５質量部添加した。なお、ガラス転移温度は示差熱分析（ＤＴＡ）により求めた。

次に、上記のセラミックグリーンシートに直径７５μｍの貫通孔をレーザーによって形成し、上記の貫通導体用ペーストをこの貫通孔に充填した。なお、貫通導体用ペーストの充填には、ペースト押出式のヘッドを備えたオンコンタクト印刷機を用いた。

次に、貫通孔に貫通導体用ペーストが充填されたセラミックグリーンシートを平板金型でプレスし、貫通導体用ペーストのセラミックグリーンシートから突出した部分を内部に押し込んだ。

上記のセラミックグリーンシート表面に、表面配線層および内部配線層となる導体パターンをスクリーン印刷により形成した。その後、これらのセラミックグリーンシートを位置合わせした後、４層積層してセラミックグリーンシート積層体を作製し、このセラミックグリーンシート積層体を大気中５００℃で脱バインダー処理し、さらに、大気中９００℃、１時間保持で焼成して多層配線基板を作製した。なお、貫通導体は４層連続して接続されたものとした。

得られた多層配線基板の断面をＢＥＭ観察することにより、混合層の幅を測定した。測定方法として、貫通導体界面からの混合層の幅を積層方向に１０μｍ間隔で１０箇所測定し、その平均値を混合層の幅とした。その結果を表３に示す。

なお、第１のガラス、第２のガラスおよび混合層について、サンプル（多層配線基板）を樹脂埋めし、研磨によって平坦な断面を形成し、これを測定面としてＷＤＳ（波長分散型ＥＰＭＡ）分析により、それぞれの成分を測定することで、第１のガラスおよび第２のガラスが混ざり合った混合層であることを確認した。

また、多層配線基板の表面に露出する貫通導体およびその周囲の凹凸を３次元レーザー変位計で測定した。測定領域は３ｍｍ×３ｍｍとして、最低点と最高点との差を貫通導体の基板表面からの突出量とした。その結果を表３に示す。なお、表３には５つのサンプル結果における突出量の最高値を示し、１５μｍ未満を良品とした。

さらに、表面配線層をめっき処理した（めっき液に浸漬した）多層配線基板を、断面ＳＥＭ観察により、貫通導体とガラスセラミック絶縁層の間のセパレーション発生の有無を確認した。その結果を表３に示す。

別途、接触角測定用として、第２のガラス粉末から直径５ｍｍ、厚み２ｍｍのガラスタブレットをプレスにより作製した。また、厚み４００μｍのセラミックグリーンシート積層体およびセラミックグリーンシート積層体に１０ｍｍ角の前記銀粉末のペースト膜（銀粉末１００質量部にアクリル系バインダー１０質量部添加したもの）をスクリーン印刷してなるベース層を作製した。そして、ベース層（セラミックグリーンシートおよび純銀ペースト膜）上にガラスタブレットを載せ、大気中９００℃、１時間保持で焼成した。さらに、図３および図４に示すように、同時焼成したベース層とガラスタブレットの冷却後の断面をマイクロ顕微鏡で確認し、セラミックグリーンシートが焼結したガラスセラミック絶縁層上、銀粉末のペースト膜が焼結した銀膜上のガラスタブレット（第２のガラス粉末）の接触角θを算出した。その結果を表３に示す。

なお、表３には第２のガラス粉末のガラス転移温度と第１のガラス粉末のガラス転移温度とを対比して、第２のガラス粉末のガラス転移温度の方が低い場合には低と示し、第２のガラス粉末のガラス転移温度の方が高い場合には高と示した。

表３より、混合層の幅が１０μｍ以上である本発明の範囲内の試料Ｎｏ．２、３、７〜９については、貫通導体の基板表面からの突出量の最高値が１５μｍ未満と実装性が良好で、且つ貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間にセパレーションがないことがわかる。

これに対し、混合層の幅が１０μｍ未満である本発明の範囲外の多層配線基板である試料Ｎｏ．１、４〜６については、貫通導体の基板表面からの突出量の最高値が１５μｍ以上であり、さらに貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間にセパレーションが存在した。特に、試料Ｎｏ．１は貫通導体にガラスを添加しておらず、貫通導体の基板表面からの突出量が著しく上昇した。また、試料Ｎｏ．５については、第２のガラス粉末のガラス転移温度が第１のガラス粉末のガラス転移温度より低くても、第２のガラス粉末のセラミックグリーンシートに対する接触角が銀粉末のペースト膜に対する接触角よりも大きいことから、貫通導体の基板表面からの突出量が１５μｍ未満とならず、貫通導体とガラスセラミック絶縁層との間にセパレーションが発生していることがわかる。

本発明の多層配線基板の一実施形態の概略断面図である。 図１に示す最上層に位置するガラスセラミック絶縁層の要部拡大図である。 第２のガラス粉末のガラスセラミック絶縁層に対する接触角の測定方法についての説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線矢視断面図である。 第２のガラス粉末の金属膜に対する接触角の測定方法についての説明図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・ガラスセラミック絶縁層
２・・・貫通導体
３・・・表面配線層
４・・・内部配線層
５・・・混合層
６１・・・第２のガラス粉末
６２・・・ガラスセラミック絶縁層
６３・・・金属膜

Claims (2)

1. 第１のガラスを含むガラスセラミック絶縁層が複数積層されてなる絶縁基体と、該絶縁基体の少なくとも最上層および最下層に位置する前記ガラスセラミック絶縁層に形成された第２のガラスを含む直径１００μｍ以下の貫通導体とを具備してなる多層配線基板において、前記貫通導体と前記ガラスセラミック絶縁層との間に前記第１のガラスと前記第２のガラスとを含む幅１０μｍ以上の混合層を有することを特徴とする多層配線基板。
2. 第１のガラス粉末を含むセラミックグリーンシートを複数積層してなり、少なくとも最上層および最下層に配置される前記セラミックグリーンシートに貫通孔を形成するとともに、該貫通孔に金属粉末および第２のガラス粉末を含む貫通導体用ペーストが充填されたセラミックグリーンシート積層体を作製し、該セラミックグリーンシート積層体を焼成する多層配線基板の製造方法において、
   前記第２のガラス粉末として、前記第１のガラス粉末のガラス転移温度よりも低いガラス転移温度であり、かつ前記セラミックグリーンシートが焼結したガラスセラミック絶縁層に対する接触角が前記前記金属粉末のペースト膜が焼結した金属膜に対する接触角よりも小さいガラスを用いることを特徴とする多層配線基板の製造方法。

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