JP2011114175A

JP2011114175A - 多層配線基板の製造方法および多層配線基板

Info

Publication number: JP2011114175A
Application number: JP2009269524A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Inuyama; 重俊犬山; Kazuya Hashimoto; 一也橋本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】デラミネーションが発生するのを抑制するとともに、近接する配線間の絶縁性に優れた多層配線基板の製造方法および多層配線基板を提供する。
【解決手段】本発明の多層配線基板の製造方法は、平均粒径が１〜１０μｍのセラミック粉末および有機バインダを含むセラミックグリーンシート４を用意し、セラミックグリーンシート４の上面に、第２の金型２を押し付けて第２の突条２１による溝４１を形成し、セラミックグリーンシート４の上面の少なくとも溝４１の内壁に、平均粒径が０．１〜０．５μｍのセラミック粉末およびホットメルト樹脂を含むセラミックスラリー５を被着形成し、セラミックグリーンシート４の上面に、ホットメルト樹脂が軟化するように加熱した第１の金型１を押し付けて、第２の突条２１による溝の内側に、側面および底面がセラミックスラリー５からなる配線形状の溝５１を形成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子収納用パッケージや高周波モジュールに適用される多層配線基板の製造方法および多層配線基板に関するものである。

近年、移動体通信分野などで使用される電子機器の小型化に伴い、この電子機器に用いられる配線基板においても小型化及び高性能化が望まれている。

このような配線基板は、セラミック粉末に有機バインダ、可塑剤および溶剤等を加えてスラリーとし、ドクターブレード等によりセラミックグリーンシートを成形した後、金属粉末を含有する導体ペーストを印刷するなどしてセラミックグリーンシート上に配線パターンを形成し、次に複数枚の配線パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層して加圧することによりセラミックグリーンシート積層体を得た後、このセラミックグリーンシート積層体を焼成することにより得られる。

ところが、配線基板に対する前述の要求に対応するために、セラミックグリーンシートの厚みを薄くするとともにセラミックグリーンシートの積層数を多くすると、異なるセラミックグリーンシートの層間に形成された配線パターンが積層方向において重なる領域と重ならない領域とではその厚み差が大きくなる。このため、セラミックグリーンシート積層体を作製するために加圧する際に、異なるセラミックグリーンシートの層間に形成された配線パターンが積層方向において重なる領域においては加圧力が十分に加わるものの、重ならない領域において加圧力が十分に加わりにくくなるので、不十分な圧着となりやすい。そして、そのように不十分な圧着により形成されたセラミックグリーンシート積層体を焼成すると、圧着が不十分な部分でデラミネーション（層間剥離）が発生する可能性があった。

これらの問題に対して、セラミックグリーンシートの表面に、断面が矩形の配線形状の突条を有する金型を押し当てて、セラミックグリーンシートに断面が矩形の配線形状の溝を形成し、溝に配線用導体ペーストを充填して配線パターン付きセラミックグリーンシートを作製し、配線パターン付きセラミックグリーンシートを複数積層して積層体を作製し、積層体を焼成する方法が提案されている（特許文献１を参照）。

この製造方法によれば、導体ペーストによる配線がセラミックグリーンシートに埋設されているので、配線の形成されたセラミックグリーンシートの表面が平坦になることから、セラミックグリーンシートを積層したときに異なるセラミックグリーンシートの層間に形成された配線が積層方向において重なる領域と重ならない領域とで厚み差がなくなり、不均一な加圧力によりデラミネーションが発生するのを抑制することができる。

特開２０００−３４０４４５号公報

しかしながら、上記の製造方法によれば、配線を形成する導体成分がセラミックグリーンシート中に拡散することが知られている。ここで、多層配線基板の小型化に伴って同一のセラミック絶縁層間に設けられた近接する配線同士の間隔が狭くなると、これらの配線間で絶縁性が保持できなくなって、ショートしてしまうおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、デラミネーションが発生するのを抑制するとともに、近接する配線間の絶縁性に優れた多層配線基板の製造方法および多層配線基板を提供することを目的とする。

本発明は、配線形状の第１の突条を有する第１の金型と、前記第１の突条と同じパターンに形成され、前記第１の突条よりも幅広かつ厚肉の第２の突条を有する第２の金型とを用いる多層配線基板の製造方法であって、平均粒径が１〜１０μｍのセラミック粉末および有機バインダを含むセラミックグリーンシートを用意する工程と、該セラミックグリーンシートの上面に、前記第２の金型を押し付けて前記第２の突条による溝を形成する工程と、前記セラミックグリーンシートの上面の少なくとも前記溝の内壁に、平均粒径が０．１〜０．５μｍのセラミック粉末およびホットメルト樹脂を含むセラミックスラリーを被着形成する工程と、前記溝の内壁に前記セラミックスラリーの被着形成された前記セラミックグリーンシートの上面に、前記ホットメルト樹脂が軟化するように加熱した前記第１の金型を押し付けて、前記第２の突条による溝の内側に、側面および底面が前記セラミックスラリーからなる配線形状の溝を形成する工程と、該配線形状の溝に配線用導体ペーストを充填して配線パターン付きセラミックグリーンシートを作製する工程と、該配線パターン付きセラミックグリーンシートを複数積層して積層体を作製する工程と、該積層体を焼成する工程とを有することを特徴とする多層配線基板の製造方法である。

また本発明は、配線が埋設されたセラミック絶縁層が複数積層されてなり、前記セラミック絶縁層は主として平均粒径１〜１０μｍのセラミック結晶粒子で形成されているとともに、前記配線の側面および底面に当接する部位が平均粒径０．１〜０．５μｍのセラミック結晶粒子で形成されていることを特徴とする多層配線基板である。

本発明の多層配線基板の製造方法によれば、デラミネーションの発生が抑制された多層配線基板を得ることができ、かつ配線を形成する導体成分がセラミックグリーンシート中に拡散するのを抑制するため、近接する配線間の絶縁性に優れた多層配線基板を得ることができる。

また、本発明の多層配線基板によれば、配線を形成する導体成分のセラミック絶縁層への拡散が抑制されたものであるため、近接する配線間の絶縁性に優れた多層配線基板を実現できる。

本発明の多層配線基板の製造方法の一例を示す説明図である。本発明の多層配線基板の概略断面図である。図２に示す多層配線基板の要部拡大断面図である。

以下、本発明の多層配線基板の製造方法の実施の形態の例について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製造方法の一例を示していて、図１に示す例の多層配線基板の製造方法は、配線形状の第１の突条１１を有する第１の金型１と、第１の突条１１と同じパターンに形成され、第１の突条１１よりも幅広かつ厚肉の第２の突条２１を有する第２の金型２とを用いる。

そして、図１に示す例の多層配線基板の製造方法は、図１（ａ）に示すように、まず平均粒径が１〜１０μｍのセラミック粉末および有機バインダを含むセラミックグリーンシートを用意する。

図１（ａ）は、支持体３の上にセラミックグリーンシート４を形成した状態を示していて、例えばドクターブレード、リップコーター、ダイコーターなどによる方法でＰＥＴフィルムなどからなる支持体３の上に、セラミック粉末を主成分とし、これに有機バインダ、可塑剤、有機溶剤が添加され、必要により分散剤が添加されてなるセラミックスラリーを塗工して乾燥させることで、支持体３の上に形成されたセラミックグリーンシート４が得られる。

セラミック粉末は、例えばアルミナ、シリカ、ガラスセラミックス等からなり、セラミック粉末の平均粒径は１〜１０μｍ、好ましくは２〜３μｍである。そして、有機バインダとしては、アクリル系樹脂、ブチラール系樹脂等が採用される。また、可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチルまたはフタル酸ジオクチルが採用され、有機溶剤としては、例えばトルエンが採用される。

乾燥工程は、乾燥速度や熱変形を防止する観点より、５０℃〜６５℃で乾燥するのが好ましく、得られるセラミックグリーンシート４の厚みは、３０〜２５０μｍ程度である。

なお、セラミックグリーンシート４を用意する工程において、支持体３を用いることは必須ではないが、形成されるセラミックグリーンシート４が薄いものであるため、上記のように支持体３を用いるのが好ましい。

次に、図１（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート４の上面に、第２の金型２を押し付けて第２の突条２１による溝を形成する。

第２の金型２における第２の突条２１は、後述する第１の金型１における配線形状の第１の突条１１と同じパターンに形成されたものである。ここで、同じパターンとは、第２の突条２１によるパターンが第１の突条１１によるパターンと同じであることを意味するものであって、第２の突条２１が第１の突条１１と同じ線幅および肉厚であることを意味するものではなく、第２の突条２１は第１の突条１１よりも幅広かつ厚肉に形成されている。

そして、セラミックグリーンシート４の上面に第２の金型２を押し付けることで、セラミックグリーンシート４の上面に第２の突条２１による溝４１、すなわち第２の突条２１と同じ線幅で第２の突条２１の高さ（厚み）と同じ深さの溝４１が形成される。

ここで、図１（ｂ）に示す第２の突条２１は、断面が矩形のものであるが、図の下側に向かって幅が狭くなるようなテーパ状に形成されたものであってもよい。このときのテーパ率（第２の突条２１の下辺２１１の長さ／第２の突条２１の上辺２１２の長さ）は８０〜９０％であるのが好ましく、第２の突条２１の線幅は３０〜５０μｍ程度であり、第２の突条２１の高さは１０〜５０μｍであるのが好ましい。また、第２の金型２をセラミックグリーンシート４に押し付けた後の第２の金型２をセラミックグリーンシート４から離す際の離型性を良好にするために、金型２の下面（押し付け面）にシリコーン樹脂などによって離型処理が施されていることが好ましい。なお、第２の金型２を押し付ける際の押し付け荷重は、単位平方センチメートルあたり７０〜１００ｋｇで押し付けることが好ましい。

次に、図１（ｃ）に示すように、セラミックグリーンシート４の上面の少なくとも溝４１の内壁に、平均粒径が０．１〜０．５μｍのセラミック粉末およびホットメルト樹脂を含むセラミックスラリー５を被着形成する。

セラミックスラリー５は、セラミック粉末を主成分とし、これにホットメルト樹脂、可塑剤および分散剤が添加されたものである。配合の割合は、セラミック粉末１００質量部に対して、ホットメルト樹脂１０〜１５質量部、可塑剤１〜２質量部、分散剤０．３〜０．７質量部であるのがよい。

セラミックスラリー５に含まれるセラミック粉末は、例えばアルミナ、シリカ、ガラスセラミックス等のセラミックグリーンシート４を形成するセラミック粉末と同様のセラミック粉末からなり、セラミックスラリー５に含まれるセラミック粉末の平均粒径は０．１〜０．５μｍである。セラミックスラリー５に含まれるセラミック粉末の平均粒径がセラミックグリーンシート４に含まれるセラミック粉末の平均粒径よりも小さいことで、セラミックスラリー５がセラミックグリーンシート４よりも焼結が早く、また緻密に形成されるため、配線を形成する導体成分がセラミックグリーンシート中に拡散するのを抑制する効果が得られる。

そして、セラミックスラリー５には、ホットメルト樹脂が含まれていることが重要である。ここで、ホットメルト樹脂とは、セラミックグリーンシート４に含まれる有機バインダとは性質が異なり、例えばある温度で液状（流動状）から固体状へと状態が急激に変化する熱可塑性樹脂であり、セラミックスラリー５に含まれているときには液状（流動状）または固体状の状態を呈している。この性質により、後述するように、溝４１の内壁（側面）にセラミックスラリー５を保持した状態で、配線用導体ペースト６を充填することができる。ホットメルト樹脂ではなく、セラミックグリーンシート４に含まれる有機バインダを用いれば、流動性を得られないかまたは溝４１の内壁（側面）に保持させることができなくなる。ホットメルト樹脂としては、例えばポリ酢酸ビニルや高密度ポリエチレンが採用される。

可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチルまたはフタル酸ジオクチルが採用され、分散剤としては、例えば脂肪酸エステルまたはアミン系の分散剤が採用される。

また、セラミックスラリー５は、セラミックグリーンシート４の上面の少なくとも溝４１の内壁に７〜１０μｍの厚みで塗布されているのが好ましい。塗工方法としては、薄膜形成に対応可能なダイコーターもしくはリップコーターを用いるのが好ましい。

なお、図１（ｃ）では、セラミックグリーンシート４の上面の少なくとも溝４１の内壁にセラミックスラリー５を被着形成するために、セラミックグリーンシート４の上面の全面にセラミックスラリー５を塗布しているが、必ずしも全面に塗布する必要はない。

次に、図１（ｄ）に示すように、溝４１の内壁にセラミックスラリー５の被着形成されたセラミックグリーンシート４の上面に、ホットメルト樹脂が軟化するように加熱した第１の金型１を押し付けて、第２の突条２１による溝４１の内側に、側面および底面がセラミックスラリー５からなる配線形状の溝５１を形成する。

この工程で用いられる第１の金型１は、配線形状の第１の突条１１を有している。この第１の突条１１は、第２の金型２における第２の突条２１の線幅および高さ（厚み）に対して、それぞれ７〜１０μｍ程度小さいサイズになっている。第１の金型１を押し付ける際には、溝４１の幅の中央に第１の突条１１の幅の中央を対応させるように、画像加圧機にて位置を制御しながら押し付けを行う。

そして、第１の金型１をセラミックグリーンシート４の上面に押し付ける際には、ホットメルト樹脂が軟化するように例えば４０〜５０℃に第１の金型１を加熱しており、これにより第１の金型１をセラミックグリーンシート４から離したときに第２の突条２による溝４１の内側の側壁にセラミックスラリー５が固化した状態で形成され、第２の突条２による溝４１の内側に、側面および底面がセラミックスラリー５からなる配線形状の溝５１が形成されることとなる。

前述のセラミックグリーンシート４の上面の少なくとも溝４１の内壁に、平均粒径が０．１〜０．５μｍのセラミック粉末およびホットメルト樹脂を含むセラミックスラリー５を被着形成する工程では、セラミックスラリー５の厚みを溝４１の内壁（側面および底面）の全面にわたってほぼ均一にするなどの調整は困難であったが、この工程により、セラミックスラリー５の厚みを調整溝４１の内壁の全面にわたってほぼ均一にするなどの調整をすることができる。

なお、配線形状の溝５１の側面および底面がセラミックスラリー５からなると述べたが、配線形状の溝５１が形成されたときはセラミックスラリー５はすでに固化しておりスラリー状ではなくなっているが、便宜上、側面および底面がセラミックスラリー５からなる配線形状の溝５１が形成されると表現している。

また、第１の金型１を押し付ける際の押し付け荷重は、単位平方センチメートルあたり７０〜１００ｋｇで押し付けることが好ましい。

次に、図１（ｅ）に示すように、配線形状の溝５１に配線用導体ペースト６を充填して配線パターン付きセラミックグリーンシート７を作製する。

配線層用導体ペースト６は、タングステン、モリブデン、銀、銅などの導体粉末を主成分とし、これに有機バインダおよび溶剤を混合することによって作製されたものである。配線層用導体ペースト６の充填方法としては、スキージ印刷、凹版印刷、インクジェット方法などが採用される。

次に、配線パターン付きセラミックグリーンシート７を複数積層して積層体８を作製する。

積層に際しては、配線パターン付きセラミックグリーンシート７から支持体３を剥離したうえで、配線パターン付きセラミックグリーンシート７を所望する枚数だけ積層して、積層体８を得る。また、積層に際しては、配線パターン付きセラミックグリーンシート７と配線パターン付きセラミックグリーンシート７との間に密着液を塗布したり、熱圧着したりするのがよい。

最後に、積層体８を焼成する。

セラミックグリーンシート４やセラミックスラリー５に含まれるセラミック粉末（セラミック材料）に応じて焼成温度が設定され、例えばセラミック粉末がアルミナからなる場合は、１６００℃の焼成温度で焼成する。焼成雰囲気は、配線用導体ペーストに含まれる導体粉末材料にもよるが、酸化を防止する必要がある場合には還元雰囲気とするのがよい。

以上述べた多層配線基板の製造方法により、図２および図３に示すように、配線９０が埋設されたセラミック絶縁層９が複数積層されてなり、セラミック絶縁層９は主として平均粒径１〜１０μｍのセラミック結晶粒子９１で形成されているとともに、配線９０の側面および底面に当接する部位が平均粒径０．１〜０．５μｍのセラミック結晶粒子９２で形成されている多層配線基板が得られる。

セラミック結晶粒子９１およびセラミック結晶粒子９２は、原料となるセラミック粉末の平均粒径がとほぼ同じ平均粒径で存在している。そして、図３に示すように、配線９０の側面および底面に当接する部位が、平均粒径０．１〜０．５μｍのセラミック結晶粒子９２で形成されていて、この当接する部位とは、配線９０とセラミック絶縁層９との境界から、上述したセラミックスラリー５の厚み領域（７〜１０μｍ）が焼結してなる厚み６〜９μｍまでの領域（焼結により縮んでいる）のことを意味する。セラミック結晶粒子９１およびセラミック結晶粒子９２の平均粒径の相違は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による画像で確認することができる。

なお、セラミック絶縁層９は主として平均粒径１〜１０μｍのセラミック結晶粒子９１で形成されているとは、図１に示すようにセラミックグリーンシート４の上面にセラミックスラリー５を塗布したことで、図２に示すようにセラミック絶縁層９の上面側に平均粒径０．１〜０．５μｍのセラミック結晶粒子９２からなる層が形成されていることから、配線８の側面および底面に当接する部位とセラミック絶縁層９の上面側に平均粒径０．１〜０．５μｍのセラミック結晶粒子９２からなる層とを除く部位である大部分が平均粒径１〜１０μｍのセラミック結晶粒子９１で形成されていることを意味する。

以上述べたように、本発明の多層配線基板によれば、デラミネーションの発生が抑制された多層配線基板を得ることができ、かつ配線を形成する導体成分がセラミックグリーンシート中に拡散するのを抑制するため、近接する配線間の絶縁性に優れた多層配線基板を実現することができる。

１：第１の金型
１１：第１の突条
２：第２の金型
２１：第２の突条
３：支持体
４：セラミックグリーンシート
４１：溝
５：セラミックスラリー
５１：配線形状の溝
６：配線層用導体ペースト
７：配線パターン付きセラミックグリーンシート
８：積層体
９：セラミック絶縁層
９０：配線層
９１、９２：セラミック結晶粒子

Claims

配線形状の第１の突条を有する第１の金型と、前記第１の突条と同じパターンに形成され、前記第１の突条よりも幅広かつ厚肉の第２の突条を有する第２の金型とを用いる多層配線基板の製造方法であって、
平均粒径が１〜１０μｍのセラミック粉末および有機バインダを含むセラミックグリーンシートを用意する工程と、
該セラミックグリーンシートの上面に、前記第２の金型を押し付けて前記第２の突条による溝を形成する工程と、
前記セラミックグリーンシートの上面の少なくとも前記溝の内壁に、平均粒径が０．１〜０．５μｍのセラミック粉末およびホットメルト樹脂を含むセラミックスラリーを被着形成する工程と、
前記溝の内壁に前記セラミックスラリーの被着形成された前記セラミックグリーンシートの上面に、前記ホットメルト樹脂が軟化するように加熱した前記第１の金型を押し付けて、前記第２の突条による溝の内側に、側面および底面が前記セラミックスラリーからなる配線形状の溝を形成する工程と、
該配線形状の溝に配線用導体ペーストを充填して配線パターン付きセラミックグリーンシートを作製する工程と、
該配線パターン付きセラミックグリーンシートを複数積層して積層体を作製する工程と、
該積層体を焼成する工程とを有することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
配線が埋設されたセラミック絶縁層が複数積層されてなり、前記セラミック絶縁層は主として平均粒径１〜１０μｍのセラミック結晶粒子で形成されているとともに、前記配線の側面および底面に当接する部位が平均粒径０．１〜０．５μｍのセラミック結晶粒子で形成されていることを特徴とする多層配線基板。