JP2010232257A - Multilayer wiring board - Google Patents

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Tooru Nakayama
徹 仲山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayer wiring board for preventing peeling of a connection pad installed on the surface of an insulating substrate and controlling a large projection of through-conductor from the surface of the insulating substrate. <P>SOLUTION: Inner wiring layers 2 and the through-conductors 3 are installed inside the insulating substrate 1, formed of a plurality of glass ceramic insulating layers 11, 12, 13 and 14. The connection pad 4 having an area larger than a cross section of each through conductor 3 is arranged on the surface of the insulating substrate 1 so that it is connected to the through-conductor 3 in the multilayer wiring board. The connection pad 4 is provided with a first conductor layer 41, which is brought into contact with the through conductor 3, a glass ceramic intermediate layer 43 including a circular part 431 covering a peripheral edge of the first conductor layer 41 and two belt-like parts 432 crossing just above the through conductor 3, and a second conductor layer 42, which is electrically connected to the first conductor layer 41, in a region excluding the circular part 431 and the belt-like part 432. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面実装部品や外部回路基板との接続のための接続パッドを有する多層配線基板に関する。   The present invention relates to a multilayer wiring board having a connection pad for connection to a surface mount component or an external circuit board.

近年、電子機器の小型化及び回路のデジタル化に伴い、高密度な多層配線基板が要求されるようになってきており、外部回路基板への実装の形態もBGA(ボールグリッドアレイ)タイプが主流となってきている。   In recent years, with the miniaturization of electronic devices and the digitization of circuits, a high-density multilayer wiring board has been required, and the BGA (ball grid array) type is mainly used for mounting on an external circuit board. It has become.

例えば、半導体素子が搭載される多層配線基板は、上面に半導体素子が搭載される搭載部を有するセラミックスからなる絶縁基体と、絶縁基体の半導体素子搭載部またはその周辺から下面にかけて導出される銅、銀、金等からなる貫通導体と、絶縁基体の下面に形成され、貫通導体と電気的に接続された複数個の接続パッドとを含む構成になっている。   For example, a multilayer wiring board on which a semiconductor element is mounted includes an insulating base made of ceramics having a mounting portion on which the semiconductor element is mounted on the upper surface, and a copper led out from the semiconductor element mounting portion of the insulating base or its periphery to the lower surface, The structure includes a through conductor made of silver, gold or the like, and a plurality of connection pads formed on the lower surface of the insulating base and electrically connected to the through conductor.

そして、上記の多層配線基板を外部回路基板に実装する場合には、半田ボールを用いて、外部回路基板の上面に設けられた接続パッドと多層配線基板の下面に設けられた接続パッドとをリフローにて半田接合している。   When mounting the multilayer wiring board on the external circuit board, the solder pads are used to reflow the connection pads provided on the upper surface of the external circuit board and the connection pads provided on the lower surface of the multilayer wiring board. Are soldered together.

ここで、多層配線基板の熱膨張係数が約4×10−6/℃〜12×10−6/℃であるのに対し、外部回路基板は一般にガラスエポキシ樹脂等の樹脂材で形成され、その熱膨張係数が約15×10−6/℃〜50×10−6/℃であることから、大きく相違する。 Here, the thermal expansion coefficient of the multilayer wiring board is about 4 × 10 −6 / ° C. to 12 × 10 −6 / ° C., whereas the external circuit board is generally formed of a resin material such as a glass epoxy resin. Since the thermal expansion coefficient is about 15 × 10 −6 / ° C. to 50 × 10 −6 / ° C., it is greatly different.

したがって、半導体素子の作動時に発生する熱が多層配線基板および外部回路基板に繰り返し作用すると、両者の熱膨張差に起因して水平方向に大きな熱応力が繰り返し生じる。そして、この熱応力の繰り返しによって、接続パッドがその周縁から剥離してしまうという問題があった。   Therefore, when the heat generated during the operation of the semiconductor element repeatedly acts on the multilayer wiring board and the external circuit board, a large thermal stress is repeatedly generated in the horizontal direction due to the difference in thermal expansion between the two. And there existed a problem that a connection pad will peel from the periphery by repetition of this thermal stress.

そこで、接続パッドがその外縁から剥離するのを防止するために、接続パッドの周縁部を絶縁膜で被覆した多層配線基板が提案されている(特許文献1および特許文献2を参照。)。   Therefore, in order to prevent the connection pad from peeling off from the outer edge, a multilayer wiring board in which the peripheral portion of the connection pad is covered with an insulating film has been proposed (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開平6−310614号公報参照See JP-A-6-310614 特開2002−198637号公報参照See JP 2002-198637 A

一方、ガラスセラミックスからなる絶縁基体を有する多層配線基板は、焼結前のガラスセラミックグリーンシート積層体の状態から焼結により体積が40〜50%程度収縮する。このとき、貫通導体に用いられる導体材料はその組成や原料粒子径を調整することにより、収縮率をガラスセラミックグリーンシートの収縮率に近づけ、同時焼成が可能となるように設計されている。   On the other hand, a multilayer wiring board having an insulating substrate made of glass ceramics shrinks in volume by about 40 to 50% due to sintering from the state of the glass ceramic green sheet laminate before sintering. At this time, the conductor material used for the through conductor is designed to adjust the composition and the raw material particle diameter so that the shrinkage rate approaches the shrinkage rate of the glass ceramic green sheet and allows simultaneous firing.

ところが、一般にガラスセラミックグリーンシートの収縮率は異方性を持ち、多層配線基板の主面と平行な方向(平面方向)における収縮率と垂直な方向(厚み方向)の収縮率とに差が生じる場合がある。ここで、ガラスセラミックグリーンシートの厚み方向の収縮率が平面方向の収縮率に比べて大きい場合、ガラスセラミックグリーンシートの厚み方向の収縮率が貫通導体の厚み方向の収縮率よりも大きくなり、焼結後の貫通導体の厚みが絶縁基体の厚みより大きくなることによって、絶縁基体の表面から貫通導体が突出することになる。   However, the shrinkage rate of the glass ceramic green sheet is generally anisotropic, and there is a difference between the shrinkage rate in the direction parallel to the main surface of the multilayer wiring board (plane direction) and the shrinkage rate in the direction perpendicular to the thickness (thickness direction). There is a case. Here, when the shrinkage rate in the thickness direction of the glass ceramic green sheet is larger than the shrinkage rate in the plane direction, the shrinkage rate in the thickness direction of the glass ceramic green sheet is larger than the shrinkage rate in the thickness direction of the through conductor, When the thickness of the penetrating conductor after bonding becomes larger than the thickness of the insulating base, the penetrating conductor protrudes from the surface of the insulating base.

したがって、接続パッドの周縁部を絶縁膜で被覆することで、接続パッドの周縁からの剥離を防止したとしても、絶縁基体の表面から貫通導体が突出することで、表面実装部品の実装信頼性および外部回路基板との接合信頼性が低下するという問題が生じていた。   Therefore, even if the peripheral portion of the connection pad is covered with an insulating film, even if peeling from the peripheral portion of the connection pad is prevented, the through conductor protrudes from the surface of the insulating base, so that the mounting reliability of the surface mount component and There has been a problem that the reliability of bonding with the external circuit board is lowered.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、絶縁基体の表面に設けられた接続パッドの剥離を防止するとともに、貫通導体が絶縁基体の表面から大きく突出するのを抑制された多層配線基板を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and while preventing the connection pads provided on the surface of the insulating base from being peeled off, the through conductor is prevented from greatly protruding from the surface of the insulating base. An object is to provide a multilayer wiring board.

本発明は、複数のガラスセラミック絶縁層からなる絶縁基体の内部に内部配線層および貫通導体が設けられるとともに、前記絶縁基体の表面に前記貫通導体に接続するように前記貫通導体の横断面よりも大きな面積の接続パッドが設けられた多層配線基板であって、前記接続パッドは、前記貫通導体に接する第1の導体層と、該第1の導体層の周縁部を覆う環状部および前記貫通導体の直上で交差する2本の帯状部を含むガラスセラミック中間層と、前記環状部および前記帯状部を除く領域で前記第1の導体層と電気的に接続された第2の導体層とからなることを特徴とするものである。   In the present invention, an internal wiring layer and a through conductor are provided inside an insulating base composed of a plurality of glass ceramic insulating layers, and the cross section of the through conductor is connected to the through conductor on the surface of the insulating base. A multilayer wiring board provided with a connection pad having a large area, wherein the connection pad includes a first conductor layer in contact with the through conductor, an annular portion covering a peripheral portion of the first conductor layer, and the through conductor And a second ceramic layer electrically connected to the first conductor layer in a region excluding the annular portion and the belt-like portion. It is characterized by this.

本発明によれば、第1の導体層の周縁部がガラスセラミック中間層の環状部によって覆われていることで、まず第1の導体層の剥離が抑制される。そして、第2の導体層がその周縁部に近い領域で第1の導体層に接合されていることで、第2の導体層の剥離が抑制される。   According to the present invention, since the peripheral portion of the first conductor layer is covered with the annular portion of the glass ceramic intermediate layer, first peeling of the first conductor layer is suppressed. And since the 2nd conductor layer is joined to the 1st conductor layer in the field near the peripheral part, exfoliation of the 2nd conductor layer is controlled.

また、ガラスセラミック中間層が貫通導体の直上で交差する2本の帯状部を含んでいることで、焼結の過程で2本の帯状部の交差する部分が貫通導体の突出を押さえ込むように作用し、貫通導体が絶縁基体の表面から大きく突出するのを抑制された多層配線基板を得ることができる。   Further, since the glass ceramic intermediate layer includes two strips intersecting immediately above the through conductor, the intersecting portion of the two strips acts to suppress the protrusion of the through conductor during the sintering process. Thus, it is possible to obtain a multilayer wiring board in which the through conductor is prevented from greatly protruding from the surface of the insulating base.

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。It is a schematic sectional drawing of one Embodiment of the multilayer wiring board of this invention. 図1に示す接続パッドの平面透視図である。It is a plane perspective view of the connection pad shown in FIG. 図2に示すA−A線矢視概略断面図である。It is an AA arrow schematic sectional drawing shown in FIG. 図2に示すB−B線矢視概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line B-B shown in FIG. 2. 本発明の多層配線基板の他の実施形態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of other embodiment of the multilayer wiring board of this invention.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

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り、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11、12、13、14からなる絶縁基体1の内部に内部配線層2および貫通導体3が設けられるとともに、絶縁基体1の表面に貫通導体3に接続するように貫通導体3の横断面よりも大きな面積の接続パッド4が設けられている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a multilayer wiring board according to the present invention. The multilayer wiring board shown in FIG. 1 is disposed inside an insulating substrate 1 composed of a plurality of glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14. The internal wiring layer 2 and the through conductor 3 are provided, and the connection pad 4 having an area larger than the cross section of the through conductor 3 is provided on the surface of the insulating base 1 so as to be connected to the through conductor 3.

複数のガラスセラミック絶縁層11、12、13、14からなる絶縁基体1は、焼成後に結晶が析出する結晶性ガラス粉末とセラミックフィラーとを主成分とするガラスセラミックグリーンシートまたはペーストの焼結によって得られたものであって、結晶相と残留ガラスとを有している。なお、残留ガラスとは、焼成によって結晶性ガラスから結晶として析出しきれずにガラスとして残留したもののことである。   An insulating substrate 1 composed of a plurality of glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 is obtained by sintering a glass ceramic green sheet or paste mainly composed of a crystalline glass powder on which crystals are deposited after firing and a ceramic filler. And has a crystalline phase and residual glass. Residual glass refers to glass that remains as glass without being deposited as crystals from crystalline glass by firing.

ガラスセラミック絶縁層11〜14に含まれる結晶相としては、アルミナ、ジルコニア、クォーツ、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、ハーディストナイト、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る。これらの結晶相のうち、抗折強度を向上させるという点でアルミナ、ジルコニア、コーディエライト、セルジアンが好ましく、誘電率を低下させ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、クォーツ、ディオプサイドが好ましい。   The crystal phases contained in the glass ceramic insulating layers 11 to 14 include alumina, zirconia, quartz, cristobalite, cordierite, mullite, spinel, garnite, enstatite, forsterite, anorsite, slausonite, serdian, diopside, Examples include hardestite, montericite, akermanite, willemite, its solid solution, and substituted derivatives. Among these crystal phases, alumina, zirconia, cordierite, and serdian are preferable in terms of improving the bending strength, and forsterite, quartz, in terms of reducing transmission loss of high-frequency signals by reducing the dielectric constant. Diopside is preferred.

ここで、複数の結晶相は共存していてもよい。また、結晶相は焼成によって結晶性ガラス粉末から析出したものやセラミックフィラーとの反応によって析出したものであってもよく、原料(セラミックフィラー)の段階から結晶として含まれているものであってもよい。また、残留ガラス量は、10体積%以下、特に5体積%以下であることが多層配線基板の曲げ強度、誘電損失の観点から望ましい。この残留ガラス量は、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。   Here, a plurality of crystal phases may coexist. Further, the crystal phase may be precipitated from a crystalline glass powder by firing, or may be precipitated by reaction with a ceramic filler, or may be included as crystals from the raw material (ceramic filler) stage. Good. Further, the amount of residual glass is preferably 10% by volume or less, particularly 5% by volume or less from the viewpoint of the bending strength and dielectric loss of the multilayer wiring board. This amount of residual glass can be determined from the XRD diffraction pattern by Rietveld analysis.

絶縁基体1の内部には、内部配線層2および貫通導体3が設けられている。内部配線層2および貫通導体3は、Cu、Ag、Au等の低抵抗導体を主成分として含むものであり、電気抵抗および熱伝導性を低下させない範囲で、他の金属、金属酸化物、ガラス、セラミックス等を含んでいてもよい。   An internal wiring layer 2 and a through conductor 3 are provided inside the insulating base 1. The internal wiring layer 2 and the through conductor 3 contain a low-resistance conductor such as Cu, Ag, Au or the like as a main component, and other metals, metal oxides, glass, and the like as long as the electrical resistance and thermal conductivity are not reduced. In addition, ceramics and the like may be included.

絶縁基体1の表面には、図2ないし図4に示すように、貫通導体3に接続した接続パッド4が設けられている。この接続パッド4は、貫通導体3の横断面よりも大きな面積に形成されていて、表面実装部品や外部回路基板との接続端子として機能するものである。   As shown in FIGS. 2 to 4, connection pads 4 connected to the through conductors 3 are provided on the surface of the insulating base 1. The connection pad 4 is formed in an area larger than the cross section of the through conductor 3, and functions as a connection terminal with a surface-mounted component or an external circuit board.

接続パッド4は、貫通導体3に接する第1の導体層41と、第1の導体層41の周縁部を覆う環状部431および貫通導体3の直上で交差する2本の帯状部432を含むガラスセラミック中間層43と、環状部431および帯状部432を除く領域で第1の導体層41と電気的に接続された第2の導体層42とからなるものである。   The connection pad 4 is a glass including a first conductor layer 41 that is in contact with the through conductor 3, an annular portion 431 that covers the peripheral portion of the first conductor layer 41, and two strips 432 that intersect just above the through conductor 3. The ceramic intermediate layer 43 and the second conductor layer 42 electrically connected to the first conductor layer 41 in the region excluding the annular portion 431 and the strip-like portion 432 are included.

第1の導体層41および第2の導体層42は、内部配線層2、貫通導体3と同様の材料で形成され、Cu、Ag、Au等の低抵抗導体を主成分として含むものであり、通常は、接続される貫通導体3の直径の1.2〜2倍程度の直径の円板状に形成される。   The first conductor layer 41 and the second conductor layer 42 are formed of the same material as the internal wiring layer 2 and the through conductor 3, and contain a low-resistance conductor such as Cu, Ag, Au as a main component, Usually, it is formed in a disk shape having a diameter of about 1.2 to 2 times the diameter of the through conductor 3 to be connected.

そして、第1の導体層41と第2の導体層42との間には、環状部431および帯状部432を有するガラスセラミック中間層43が設けられている。ガラスセラミック中間層43は、接続パッド4の周囲の絶縁基体1表面から形成されたセラミック被膜のうち、接続パッド4に含まれる領域のことをいい、絶縁基体1の形成材料と同様の材料で形成されたものである。   And between the 1st conductor layer 41 and the 2nd conductor layer 42, the glass ceramic intermediate | middle layer 43 which has the cyclic | annular part 431 and the strip | belt-shaped part 432 is provided. The glass ceramic intermediate layer 43 refers to a region included in the connection pad 4 in the ceramic coating formed from the surface of the insulating base 1 around the connection pad 4, and is formed of the same material as the formation material of the insulating base 1. It has been done.

具体的には、第1の導体層41の周縁部を覆うように環状部431が設けられている。この環状部431は、製造時および使用時の第1の導体層41の剥離を抑制するためのものである。第1の導体層41と第2の導体層42との導通(電気特性)の点および第1の導体層41の剥離抑制の点から、環状部431の内径は、第1の導体層41の外径(環状部431の外径)の75〜90%であるのが好ましい。   Specifically, an annular portion 431 is provided so as to cover the peripheral edge portion of the first conductor layer 41. The annular portion 431 is for suppressing peeling of the first conductor layer 41 during manufacture and use. From the viewpoint of conduction (electrical characteristics) between the first conductor layer 41 and the second conductor layer 42 and the suppression of peeling of the first conductor layer 41, the inner diameter of the annular portion 431 is the same as that of the first conductor layer 41. It is preferably 75 to 90% of the outer diameter (the outer diameter of the annular portion 431).

また、第1の導体層41の環状部431で覆われていない領域の上には、貫通導体3の直上で交差する2本の帯状部432が設けられている。この2本の帯状部432は焼結の過程で2本の帯状部の交差する部分が貫通導体3の突出を押さえ込むように作用し、貫通導体3が絶縁基体1の表面から大きく突出するのを抑制するためのものである。帯状部432が1本ではなく2本であって、貫通導体3の直上で交差していることで、十分な突出抑制効果が得られる。ここで、第1の導体層41と第2の導体層42との導通(電気特性)の点および貫通導体3の突出抑制の点から、帯状部432の幅は、貫通導体3の横断面の直径の30〜50%であるのが好ましい。   In addition, on the region of the first conductor layer 41 that is not covered with the annular portion 431, two belt-like portions 432 that intersect just above the through conductor 3 are provided. The two strips 432 act so that the intersecting portion of the two strips suppresses the protrusion of the through conductor 3 during the sintering process, and the through conductor 3 protrudes greatly from the surface of the insulating substrate 1. It is for suppressing. A sufficient protrusion suppression effect is obtained when the number of the belt-like portions 432 is two instead of one and intersects immediately above the through conductor 3. Here, from the viewpoint of conduction (electrical characteristics) between the first conductor layer 41 and the second conductor layer 42 and the suppression of the protrusion of the through conductor 3, the width of the belt-like portion 432 is the cross section of the through conductor 3. It is preferably 30 to 50% of the diameter.

なお、2本の帯状部432は、第1の導体層41のどの部分からの剥離も均等に抑制する点から、図1に示すように直交するように設けられているのが好ましい。   In addition, it is preferable that the two strip | belt-shaped parts 432 are provided so that it may orthogonally cross as shown in FIG. 1 from the point which suppresses peeling from any part of the 1st conductor layer 41 equally.

ガラスセラミック中間層43の上に第2の導体層42が設けられていて、第2の導体層42は環状部431および帯状部432を除く領域で第1の導体層41と電気的に接続されている。環状部431および帯状部432を除く領域は、第2の導体層42の周縁部に近い領域であることから、例えば中心付近で貫通導体に接続される場合に比べて、第2の導体層42の剥離は抑制される。   A second conductor layer 42 is provided on the glass ceramic intermediate layer 43, and the second conductor layer 42 is electrically connected to the first conductor layer 41 in a region excluding the annular portion 431 and the belt-like portion 432. ing. Since the region excluding the annular portion 431 and the belt-like portion 432 is a region close to the peripheral portion of the second conductor layer 42, for example, the second conductor layer 42 is compared with the case where it is connected to the through conductor near the center. The peeling of is suppressed.

ここで、図5に示すように、第1の導体層41は第2の導体層42より大きな面積であり、環状部431の内周と第2の導体層42の外周とが上から見てほぼ一致している場合には、第2の導体層42のより周縁部に近い部分で第1の導体層41と接合されることとなり、第2の導体層42の剥離はさらに抑制される。   Here, as shown in FIG. 5, the first conductor layer 41 has a larger area than the second conductor layer 42, and the inner periphery of the annular portion 431 and the outer periphery of the second conductor layer 42 are viewed from above. In the case where they substantially match, the second conductor layer 42 is joined to the first conductor layer 41 at a portion closer to the peripheral edge, and peeling of the second conductor layer 42 is further suppressed.

なお、接続パッド4とは、上から見て第1の導体層41または第2の導体層42のどちらか大きいほうの外周までの領域のことをいい、通常は第1の導体層41の外周までの領域のことをいう。また、絶縁基体1の表面には、接続パッド4の他に表面配線層が設けられていてもよい。   The connection pad 4 refers to a region up to the outer periphery of the first conductor layer 41 or the second conductor layer 42 as viewed from above, and usually the outer periphery of the first conductor layer 41. It means the area up to. In addition to the connection pads 4, a surface wiring layer may be provided on the surface of the insulating substrate 1.

次に、上記の多層配線基板の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of said multilayer wiring board is demonstrated.

まず、焼成後にガラスセラミック絶縁層11、12、13、14となる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、結晶性ガラス粉末30〜100質量%とセラミックフィラー0〜70質量%とを主成分とする材料で形成されている。   First, glass ceramic green sheets that become glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 after firing are prepared. The glass ceramic green sheet is formed of a material mainly composed of crystalline glass powder 30 to 100% by mass and ceramic filler 0 to 70% by mass.

ガラス粉末としては、SiOを20〜60質量%と、Alを10〜25質量%と、MgOを8〜35質量%、BaOを10〜20質量%と、B、Y、CaO、SrO、NaO、SnO、P、ZrOおよびLiOから選ばれる少なくとも1種を0〜20質量%とからなり、ディオプサイド、ハーディストナイト、セルシアン、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、フォルステライト、スーアナイトのうち少なくとも1種の結晶を形成するものが好ましい。また、セラミックフィラーとしては、Al、SiO、MgTiO、CaZrO、CaTiO、BaTi、MgSiO、SrTiO、ZrTiO、ZrO、TiO、AlN、Siから選ばれる少なくとも1種を含むものが好ましい。 The glass powder, and the SiO 2 20 to 60 wt%, and the Al 2 O 3 10 to 25 wt%, the MgO 8 to 35 wt%, and 10 to 20 wt% of BaO, B 2 O 3, Y At least one selected from 2 O 3 , CaO, SrO, Na 2 O, SnO 2 , P 2 O 5 , ZrO 2 and Li 2 O is 0 to 20% by mass, and includes diopside, hardistonite, It is preferable to form at least one crystal among celsian, cordierite, anorsite, garnite, willemite, spinel, mullite, forsterite, and sourite. As the ceramic filler, Al 2 O 3, SiO 2 , MgTiO 3, CaZrO 3, CaTiO 3, BaTi 4 O 9, Mg 2 SiO 4, SrTiO 3, ZrTiO 4, ZrO 2, TiO 2, AlN, Si 3 Those containing at least one selected from N 4 are preferred.

この材料を主成分として、焼成途中で容易に揮発する揮発性有機バインダー、有機溶剤および必要に応じて可塑剤とを混合してスラリー化し、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ガラスセラミックグリーンシートが作製される。   Using this material as a main component, a volatile organic binder that easily volatilizes during firing, an organic solvent and, if necessary, a plasticizer are mixed to form a slurry, and this slurry is used by a lip coater method or a doctor blade method. Tape molding is performed and the glass ceramic green sheet is produced by cutting into a predetermined size.

次に、得られたガラスセラミックグリーンシートにレーザー、パンチング、エッチング等の方法などによって所望の形状の貫通孔を形成する。そして、貫通孔内に貫通導体用ペーストを充填する。貫通導体用ペーストとして、Cu粉末、Ag粉末、Au粉末などに、有機バインダー、有機溶剤、必要に応じて有機物や無機物の添加剤を加えて3本ロールで混練したものを用いる。充填には、貫通孔に対応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、通常のポリウレタン製等の板状(あるいは剣状)のスキージを用いる方法でもよく、ペースト押し出し式のスキージヘッドを用いて加圧注入する方法でもよい。また、貫通導体用ペーストの粘度や印刷条件を調整して、充填した貫通導体用ペーストが貫通孔上でガラスセラミックグリーンシートの表面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。   Next, a through hole having a desired shape is formed in the obtained glass ceramic green sheet by a method such as laser, punching or etching. Then, the through hole paste is filled in the through hole. As a through-conductor paste, a paste prepared by adding an organic binder, an organic solvent, and, if necessary, an organic or inorganic additive to Cu powder, Ag powder, Au powder or the like and kneading them with a three-roll is used. For the filling, a screen printing method using a metal mask or an emulsion mesh screen mask drilled at a location corresponding to the through hole is used. At this time, as a method of extruding the through-conductor paste through the mask, a method using a normal polyurethane plate-like (or sword-like) squeegee, or a method of pressurizing and injecting using a paste extrusion squeegee head Good. Further, the viscosity of the through conductor paste and the printing conditions are adjusted, and the filled through conductor paste is overfilled so as to protrude from the surface of the glass ceramic green sheet through the through hole. Thereafter, if necessary, the protruding paste for through conductor is pressed and pushed into the through hole.

次に、内層に配置されるガラスセラミックグリーンシートの一方主面には、内部配線層2を形成するための導体ペーストをスクリーン印刷法などによって塗布し、表層に配置されるガラスセラミックグリーンシートの一方主面には、接続パッド4を構成する第1の導体層41を形成するための導体ペーストをスクリーン印刷法などによって塗布する。ここで導体ペーストは、金粉末、銀粉末、銅粉末、アルミニウム粉末のいずれかに、有機バインダー、有機溶剤、必要に応じて有機物や無機物の添加剤を加えて3本ロールで混練したものであり、貫通導体用ペーストと同様または粘度などを異ならせて調製している。   Next, on one main surface of the glass ceramic green sheet disposed in the inner layer, a conductive paste for forming the internal wiring layer 2 is applied by screen printing or the like, and one of the glass ceramic green sheets disposed in the surface layer is applied. A conductor paste for forming the first conductor layer 41 constituting the connection pad 4 is applied to the main surface by a screen printing method or the like. Here, the conductor paste is kneaded with three rolls by adding an organic binder, an organic solvent and, if necessary, an organic or inorganic additive to any of gold powder, silver powder, copper powder and aluminum powder. It is prepared in the same manner as the through-conductor paste or with a different viscosity.

また、第1の導体層41を形成するための導体ペーストをスクリーン印刷法などによって塗布したガラスセラミックグリーンシートには、第1の導体層41を形成するための導体ペーストの上に、環状部431と帯状部432とで構成されるガラスセラミック中間層43を形成するためのガラスセラミックペーストをスクリーン印刷などによって塗布する。なお、ガラスセラミックペーストは、接続パッド4となる領域以外の領域にも塗布され、その塗布の領域は接続パッド4の周囲のみならず、ガラスセラミックグリーンシートの主面全域にわたっていてもよい。   Further, in the glass ceramic green sheet in which the conductor paste for forming the first conductor layer 41 is applied by a screen printing method or the like, the annular portion 431 is formed on the conductor paste for forming the first conductor layer 41. And a glass ceramic paste for forming a glass ceramic intermediate layer 43 composed of the belt-like portion 432 is applied by screen printing or the like. Note that the glass ceramic paste is applied to a region other than the region to be the connection pad 4, and the coating region may extend not only around the connection pad 4 but also over the entire main surface of the glass ceramic green sheet.

さらに、ガラスセラミックペーストの塗布されたガラスセラミックグリーンシートには、第2の導体層42を形成するための導体ペーストを、第2の導体層42の外周が少なくとも環状部431の内周より大きくなるようにスクリーン印刷法などによって塗布する。なお、第2の導体層42を形成するための導体ペーストは、第1の導体層41を形成するための導体ペーストと同様のものが用いられる。   Furthermore, in the glass ceramic green sheet to which the glass ceramic paste is applied, the conductor paste for forming the second conductor layer 42 is made such that the outer periphery of the second conductor layer 42 is at least larger than the inner periphery of the annular portion 431. Apply by screen printing or the like. Note that the conductive paste for forming the second conductive layer 42 is the same as the conductive paste for forming the first conductive layer 41.

このようにして得られたそれぞれのガラスセラミックグリーンシートを所定の配置で積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製した後、焼成する。具体的には、400〜750℃で加熱処理してガラスセラミックグリーンシート積層体中の有機成分を分解除去した後、十分に焼結させるとともに過焼結を防止する点から、800〜1000℃で焼成する。また、導体ペーストとしてAg粉末を主成分とする場合は酸化性雰囲気、Cu粉末を主成分とする場合は非酸化性雰囲気というように、焼成雰囲気は適宜選択される。   The glass ceramic green sheets thus obtained are laminated in a predetermined arrangement to produce a glass ceramic green sheet laminate, and then fired. Specifically, after heat-treating at 400 to 750 ° C. to decompose and remove organic components in the glass ceramic green sheet laminate, it is sufficiently sintered and prevented from oversintering at 800 to 1000 ° C. Bake. In addition, the firing atmosphere is appropriately selected, such as an oxidizing atmosphere when Ag powder is the main component of the conductive paste, and a non-oxidizing atmosphere when Cu powder is the main component.

本発明によれば、焼成に際して、ガラスセラミックグリーンシートの収縮率の異方性から、貫通導体用ペーストがガラスセラミックグリーンシート積層体の表面から大きく突出しそうになるのを、帯状部432となる焼結しはじめたガラスセラミックペーストが押さえ込むように作用する。したがって、焼成後の貫通導体3の絶縁基体1からの突出を抑制することができ、表面実装部品の実装性および外部回路基板との接続信頼性を良好なものとすることができる。   According to the present invention, during firing, due to the anisotropy of the shrinkage rate of the glass ceramic green sheet, the through conductor paste is likely to protrude greatly from the surface of the glass ceramic green sheet laminate. It acts as if the glass ceramic paste that has started to be pressed is pressed down. Therefore, the protrusion of the through conductor 3 after firing from the insulating base 1 can be suppressed, and the mountability of the surface mount component and the connection reliability with the external circuit board can be improved.

ガラスセラミックグリーンシートの形成材料として、23.8質量%のSiO、8.4質量%のAl、15.4質量%のMgO、26.5質量%のBaO、17.9質量%のB、4.9質量%のCaO、0.4質量%のSrO、1.0質量%のSnO、1.7質量%のZrOからなる平均粒径2.5μmのガラス粉末60質量%と、平均粒径2.5μmのAlフィラー40質量%を用意した。 As a forming material of the glass ceramic green sheet, 23.8% by mass of SiO 2 , 8.4% by mass of Al 2 O 3 , 15.4% by mass of MgO, 26.5% by mass of BaO, 17.9% by mass. Glass powder having an average particle diameter of 2.5 μm, consisting of B 2 O 3 , 4.9 mass% CaO, 0.4 mass% SrO, 1.0 mass% SnO 2 , 1.7 mass% ZrO 2. 60% by mass and 40% by mass of an Al 2 O 3 filler having an average particle diameter of 2.5 μm were prepared.

このガラスセラミックグリーンシート形成材料に、アクリル有機バインダー、可塑剤、有機溶剤を添加して、スラリーを作製し、ドクターブレード法により薄層化し、ガラスセラミックグリーンシートを作製した。このとき、セラミックグリーンシートの厚みは、125μmとなるように作製した。   An acrylic organic binder, a plasticizer, and an organic solvent were added to this glass ceramic green sheet forming material to prepare a slurry, which was thinned by a doctor blade method to prepare a glass ceramic green sheet. At this time, the ceramic green sheet was prepared to have a thickness of 125 μm.

次に、Ag粉末に、β石英、バリウムホウ珪酸ガラス及び有機ビヒクルを添加し、これらを攪拌した後、銀粉末及び有機バインダーの凝集体がなくなるまで3本ロールミルで混合し、ペースト化し、導体ペーストを作製した。有機ビヒクルは、有機バインダーとしてエチルセルロースを5質量部、有機溶剤としてα−テルピネオールを95質量部とから構成し、この有機ビヒクルを、銀粉末100質量部に対して15質量部添加した。   Next, beta quartz, barium borosilicate glass, and organic vehicle are added to Ag powder, and after stirring these, they are mixed with a three-roll mill until there is no aggregate of silver powder and organic binder, and paste is formed. Produced. The organic vehicle was composed of 5 parts by mass of ethyl cellulose as an organic binder and 95 parts by mass of α-terpineol as an organic solvent, and 15 parts by mass of this organic vehicle was added to 100 parts by mass of silver powder.

次に、ガラスセラミックグリーンシートにレーザーによって直径75μmの貫通孔を形成し、上記の導体ペーストをこの貫通孔に充填した。導体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。   Next, a through-hole having a diameter of 75 μm was formed in the glass ceramic green sheet with a laser, and the above-described conductor paste was filled in the through-hole. An on-contact printer equipped with a paste extrusion head was used for filling the conductor paste.

次に、貫通孔に導体ペーストを充填したガラスセラミックグリーンシートを平板金型でプレスし、導体ペーストのガラスセラミックグリーンシート表面から突出した部分を貫通孔に押し込んだ。   Next, the glass ceramic green sheet in which the through hole was filled with the conductive paste was pressed with a flat plate mold, and the portion of the conductive paste that protruded from the glass ceramic green sheet surface was pressed into the through hole.

上記の貫通孔に導体ペーストを充填した複数のガラスセラミックグリーンシートのうち、後述のガラスセラミックグリーンシート積層体の内層に配置されるガラスセラミックグリーンシートに、内部配線層として上記の導体ペーストをスクリーン印刷により塗布した。   Screen printing of the above-mentioned conductor paste as an internal wiring layer on the glass-ceramic green sheet disposed in the inner layer of the glass-ceramic green sheet laminate described later, among the plurality of glass-ceramic green sheets in which the through-hole is filled with the conductor paste Was applied.

また、上記の貫通孔に導体ペーストを充填した複数のガラスセラミックグリーンシートのうち、後述のガラスセラミックグリーンシート積層体の表層に配置されるガラスセラミックグリーンシートに、第1の導体層として上記の導体ペーストをスクリーン印刷により直径100μmに塗布した。   In addition, among the plurality of glass ceramic green sheets in which the through holes are filled with the conductive paste, the above-mentioned conductor as a first conductor layer is formed on the glass ceramic green sheet disposed on the surface layer of the glass ceramic green sheet laminate described later. The paste was applied to a diameter of 100 μm by screen printing.

そして、第1の導体層となる導体ペーストの上に、ガラスセラミック中間層としての環状部および帯状部となるガラスセラミックペーストをスクリーン印刷により塗布した。ガラスセラミックペーストは上記ガラスセラミックグリーンシートの形成材料と同じスラリーを用いた。なお、環状部は内径75μm、外径100μmに形成し、2本の帯状部は十字状に交差するように、帯状部の線幅を20、30、40μm(試料No.1、2、3)と変化させて作製した。また、帯状部のないもの(試料No.4)についても作製した。   And the glass ceramic paste used as the cyclic | annular part and strip | belt-shaped part as a glass-ceramic intermediate layer was apply | coated by screen printing on the conductor paste used as a 1st conductor layer. The same slurry as the glass ceramic green sheet forming material was used as the glass ceramic paste. The annular portion is formed with an inner diameter of 75 μm and an outer diameter of 100 μm, and the line widths of the strip portions are 20, 30, and 40 μm (Sample Nos. 1, 2, and 3) so that the two strip portions intersect in a cross shape. It was made by changing. Further, a sample having no belt-like part (sample No. 4) was also produced.

さらに、第1の導体層となる導体ペーストおよびガラスセラミック中間層の上に、中心軸をあわせて、第2の導体層となる導体ペーストをスクリーン印刷により直径100μmに塗布した。   Further, on the conductor paste to be the first conductor layer and the glass ceramic intermediate layer, the conductor paste to be the second conductor layer was applied to a diameter of 100 μm by screen printing with the central axis aligned.

なお、帯状部および環状部が無く、第2の導体層が無いもの(試料No.5)についても作製した。   In addition, it produced also about the thing (sample No. 5) which does not have a strip | belt-shaped part and an annular part and does not have a 2nd conductor layer.

次に、これらのガラスセラミックグリーンシートを位置合わせした後、4層積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製し、これを大気中400℃で脱バインダー処理した後、大気中900℃で焼成して、多層配線基板を作製した。   Next, after aligning these glass ceramic green sheets, four layers are laminated to produce a glass ceramic green sheet laminate, which is debindered at 400 ° C. in the atmosphere and then fired at 900 ° C. in the atmosphere. Thus, a multilayer wiring board was produced.

得られた多層配線基板において、表面の凹凸を3次元レーザー変位計で測定した。測定範囲は多層配線基板中央部の接続パッドが形成されている3mm×3mmの範囲とし、得られた測定データのうち、最低点と最高点との差を突出量(突起高さ)とした。その結果を表1に示す。なお、表1には5つの多層配線基板を測定した結果における突出量(突起高さ)の最高値を記し、突出量25μm未満を良品とした。   In the obtained multilayer wiring board, surface irregularities were measured with a three-dimensional laser displacement meter. The measurement range was a range of 3 mm × 3 mm in which the connection pad at the center of the multilayer wiring board was formed, and the difference between the lowest point and the highest point in the obtained measurement data was defined as the protrusion amount (projection height). The results are shown in Table 1. Table 1 shows the maximum value of the protrusion amount (projection height) as a result of measuring five multilayer wiring boards, and a protrusion amount of less than 25 μm was regarded as a good product.

また、得られた多層配線基板において、240℃でリフローすることで半田接続した接続パッドの剥離強度を半田引っ張り試験により評価した。その結果を表1に示す。表1には20回の引っ張り試験による剥離強度の平均値を記し、剥離強度69N/cm以上を良品とした。なお、表1に示す全ての試料において、剥離は第1の導体層と絶縁基体との間で生じた。 Moreover, in the obtained multilayer wiring board, the peel strength of the connection pads soldered by reflowing at 240 ° C. was evaluated by a solder tensile test. The results are shown in Table 1. Table 1 shows the average value of peel strength obtained by 20 tensile tests, and a peel strength of 69 N / cm 2 or higher was determined as a good product. In all the samples shown in Table 1, peeling occurred between the first conductor layer and the insulating substrate.

また、得られた多層配線基板において、貫通導体で電気的に接続された上面の接続パッドと下面の接続パッドとの間の直流抵抗を電流計にて求めた。その結果を表1に示す。   Further, in the obtained multilayer wiring board, the direct current resistance between the connection pad on the upper surface and the connection pad on the lower surface electrically connected by the through conductor was obtained with an ammeter. The results are shown in Table 1.

Figure 2010232257
Figure 2010232257

表1によれば、本発明範囲内の試料No.1〜3は、突出量が17μm以下であり、引っ張り試験による剥離強度が74N/cm以上であり、突出量および剥離強度の良好な結果が得られた。なお、帯状部の幅が大きくなることによって、剥離強度が増していることがわかる。 According to Table 1, sample no. In Nos. 1 to 3, the protrusion amount was 17 μm or less, and the peel strength by the tensile test was 74 N / cm 2 or more, and good results of the protrusion amount and peel strength were obtained. In addition, it turns out that peeling strength is increasing, when the width | variety of a strip | belt-shaped part becomes large.

これに対し、環状部、帯状部および第2の導体層の形成されていない本発明範囲外の試料No.5では、突出量が25μmと大きく、剥離強度が3.7μmと低い結果となった。   On the other hand, the sample No. outside the scope of the present invention in which the annular portion, the band-like portion and the second conductor layer are not formed. In No. 5, the protrusion amount was as large as 25 μm, and the peel strength was as low as 3.7 μm.

また、環状部および第2の導体層は形成されているが、帯状部の形成されていない本発明範囲外の試料No.4では、剥離強度は問題ない範囲であるが、突出量が25μmと大きくなった。   In addition, although the annular portion and the second conductor layer are formed, the sample No. outside the scope of the present invention is not formed with the band-shaped portion. In No. 4, the peel strength was in a range where there was no problem, but the protrusion amount was as large as 25 μm.

なお、全ての試料について測定した直流抵抗値から、帯状部の幅が狭いほうが抵抗値が小さいことがわかる。実質的な伝送経路が長くなるためであると考えられる。   From the DC resistance values measured for all samples, it can be seen that the narrower the band width, the smaller the resistance value. This is probably because the substantial transmission path becomes longer.

1・・・絶縁基体
11、12、13、14・・・ガラスセラミック絶縁層
2・・・内部配線層
3・・・貫通導体
4・・・接続パッド
41・・・第1の導体層
42・・・第2の導体層
431・・・環状部
432・・・帯状部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating base | substrate 11, 12, 13, 14 ... Glass ceramic insulating layer 2 ... Internal wiring layer 3 ... Through-conductor 4 ... Connection pad 41 ... 1st conductor layer 42- .... Second conductor layer 431 ... annular part 432 ... band-like part

Claims (1)

複数のガラスセラミック絶縁層からなる絶縁基体の内部に内部配線層および貫通導体が設けられるとともに、前記絶縁基体の表面に前記貫通導体に接続するように前記貫通導体の横断面よりも大きな面積の接続パッドが設けられた多層配線基板であって、前記接続パッドは、前記貫通導体に接する第1の導体層と、該第1の導体層の周縁部を覆う環状部および前記貫通導体の直上で交差する2本の帯状部を含むガラスセラミック中間層と、前記環状部および前記帯状部を除く領域で前記第1の導体層と電気的に接続された第2の導体層とからなることを特徴とする多層配線基板。 An internal wiring layer and a through conductor are provided inside an insulating base made of a plurality of glass ceramic insulating layers, and a connection having a larger area than the cross section of the through conductor is connected to the through conductor on the surface of the insulating base. A multilayer wiring board provided with a pad, wherein the connection pad intersects a first conductor layer in contact with the through conductor, an annular portion covering a peripheral portion of the first conductor layer, and immediately above the through conductor. And a second ceramic layer electrically connected to the first conductor layer in a region excluding the annular portion and the belt-like portion. Multilayer wiring board.
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CN114171479A (en) * 2022-02-14 2022-03-11 潮州三环(集团)股份有限公司 Ceramic packaging base and preparation method and application thereof

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