JP2014236072A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】基板強度に優れ、ＩＣ等の各種電子部品の安定な実装が可能であり、各種モジュールの低背化に対応した薄型ガラスセラミック多層配線配線の提供。【解決手段】外側絶縁層に含まれる外装用フィラーの扁平・球形度を示す第１アスペクト比が、前記内側絶縁層に含まれる内装用フィラーの扁平・球形度を示す第２アスペクト比に比較して大きく、前記外側絶縁層の熱膨張係数が前記内側絶縁層の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とするガラスセラミック多層配線基板。【選択図】図１

Description

本発明は、内部導体層を有するガラスセラミック焼結体からなる多層配線基板に係り、たとえば各種モジュール基板および半導体素子収納用パッケージなどとして用いることが可能な多層配線基板に関する。

近年、携帯電話や無線ＬＡＮ等における高機能化と、機器における小型化対応の面から、使用される電子部品においては、小型・低背化が求められている。特に低背化に関しては、それに使用される材料に対して、薄型化に対応可能な高強度の材料が求められている。小型化に関しても、ガラスセラミック等により構成された多層配線基板上に直接ＩＣ等を実装することで狭いエリア内で高い機能の実現をはかっており、その際のＩＣの実装においては、極力実装面積を小さくするという観点から、フリップチップ等の実装が多く使用されるようになってきている。

このようなフリップチップ実装においては、ＩＣの小型、多ピン化の市場動向に対応して、非実装体となる多層配線基板表面においては、寸法の高精度化、表面の平坦性が以前にもまして求められるようになってきている。

集積化したＬＳＩや各種電子部品を搭載する多層配線基板においては、上記のような要求へ対応とともに信頼性確保の観点から材料としてセラミックスやガラスセラミックが用いられている。セラミックス材料の代表的な存在として、アルミナが使用されている。ガラスセラミック材料は、ガラス材料と骨材と呼ばれるセラミックス材料とを混合し、焼成することによって製造することで使用されている。

一般にアルミナは強度が大きく、耐熱性に優れる等の利点を有するため、前記多層配線基板材料用のセラミックスに占める割合は大きいが、一方、比誘電率が大きいため伝送信号の遅延の原因になりやすいという問題点を有している。さらに、アルミナは焼成温度が１５００℃以上と高いため、内層の配線に、融点が高く電気抵抗率の大きいＷまたはＭｏを使用しなければならず、このため配線を微細化すると電気抵抗が大きくなるという問題点も有している。

一方、ガラスセラミック材料は、アルミナにおける問題を解決するために、比誘電率を小さくし、さらにＣｕ、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の低融点の低抵抗金属材料を内層導体や表面導体、あるいはこれらの接続のためのビア導体として利用できるという利点からその採用が増えつつある。

一般的に、ガラスセラミックを利用したガラスセラミック多層配線基板は、３次元構造の層間回路の具現が容易であるため、設計の柔軟性が高い。そのため小型化、高機能化される高周波部品の市場において重要な技術の一つとなっている。

さらには、３次元構造を有する多層配線基板においては、立体的な構造をとることで製造過程でそりや凹凸等の変形を生じやすい。特に、ＩＣをフリップチップ実装する際の多層配線基板表面の表面導体によって形成される接続端子付近のエリアにおいては、その表面状態は、ＩＣとの実装を良好なものとするため、平坦性が求められている。凹凸がＩＣでのフリップチップパッドの高さより大きい場合には実装不良となる可能性が高くなる。また、その変形要因としては、内層導体やビア導体とガラスセラミック材料との焼結挙動のズレが考えられ、特にビア導体とガラスセラミック材料との焼結挙動を合わせることが重要な技術となっている。

特に、ビア導体は基板表面に対して垂直方向に形成されるため、ビア導体の配線基板の表面に垂直な方向での長さが、基板の厚みに対しての比率が大きくなればなるほど基板表面の平坦性は低下する傾向にある。当然のことながら、表面に垂直な方向のビア導体が直接連続して接続され、合計の長さが長くなればなるほど、基板表面の平坦性は低下する。設計の自由度を高める観点からはビア導体を直接に連続して接続することが望ましく、ビア導体の焼結挙動を合わせることが重要となっている。

また、これらビア導体は、電気的な配線以外にもＩＣの放熱のための熱伝導経路として使用される場合もある。このような場合は、ビア導体が多層配線基板を貫通した構造をとる場合が多く、これによりＩＣの動作時に発生する熱をこのビア導体を通じて外部へ逃がす役目を果たしている。このような貫通したビア導体を形成した場合は、ビア導体の影響を受けやすくなり、変形しやすい状況となるが、昨今のＩＣの放熱性が求められる状況においてはこのような構造も増える傾向にあり、ビア導体とガラスセラミックの焼結挙動の制御は重要なものになりつつある。

ガラスセラミックス材料は、一般的にガラス材料とセラミックス材料を組み合わせることにより焼成の際に相乗作用が働き、得られるセラミックス多層配線基板の特性（比誘電率、損失特性、熱膨張係数、焼成温度、抗析強度等）をコントロールできるため、最良の組み合わせを見つけ、さらに、常に一定の特性を出現させることができるような安定した組成や構造とすることが技術課題となっている。

また、ガラスセラミック材料を用いた多層配線基板は、主成分としてガラスを含有しているため、衝撃に弱く、クラックが発生し易いという特性を有する。その欠点を補うべく、セラミックスフィラーを配合して、強度を向上することが試みられている。

以上のような課題に対して、それぞれの課題に応じた改善検討がなされているが、実用性に優れた多層配線基板の具現化のためには、課題を同時にいかに満足させるかが大きなポイントとなっている。

たとえば、基板強度の観点からは、特許文献１では、ガラスセラミック多層配線基板の強度を向上するために、板状アルミナフィラーの使用が提案されているが十分な基板強度が得られていない。このため、特許文献２では、アスペクト比が大きなセラミックフィラーを配合することによって、セラミックスフィラーの配向を向上させ、高強度の多層配線基板を提供することが提案されている。

また、一般的に、焼成をすることで作製される多層配線基板は、焼成時の収縮のバラつきにより高い寸法精度を得ることが難しい。その対策として、無収縮焼成技術と呼ばれる焼成収縮を抑制した焼成技術を使用することが提案されている。

さらには、一般的な焼成技術による焼成した多層配線基板においては、Ｃｕ、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の低融点の低抵抗金属材料からなる内層導体の焼結挙動の影響を受けて、基板表面へうねりが生じ、多層配線基板表面の平坦性が低下しやすいことがわかっており、これらの対策の手法の一つとしても無収縮焼成技術と呼ばれる焼成収縮を抑制した焼成技術を使用することが提案されている。

たとえば、特許文献３では、無収縮焼成を用い、平坦性と寸法精度を改善した多層ガラスセラミック基板の提案がなされている。

無収縮焼成技術は、焼成時の基板のそり抑制効果についても確認されており、低背かつ大型化が必要とされる多層配線基板においては、非常に有効な手法として用いられている。

具体的には、無収縮焼成技術は未焼結ガラスセラミック積層体の一面または両面に、ガラスセラミック基板配線材料の焼成温度では焼成されない難焼結性素材の可溶性のグリーンシート（収縮抑制用グリーンシート）を接合してｘ−ｙ方向の収縮を抑制する方法が主に使用されている。

このような無収縮焼成技術を用いた工程の方法において、複数枚のガラスセラミックグリーンシートを積層して製造されるガラスセラミック多層配線基板においては、各層間回路の電気的な連結のために多数のビアホールを形成し、その内部を導電性電極物質で充填している。

その際、ビアホールは導電性金属粉末、有機バインダーおよび溶媒で構成されるため、焼成過程においてその体積が収縮するようになる。導電性金属粉末はガラスセラミックと同等の収縮となるように設計されるが、無収縮焼成では、導電性金属粉末に対する収縮抑制用グリーンシートの収縮抑制効果が低く、ガラスセラミックとは焼結挙動に違いが生じやすい。これらに対応した各種導電性金属粉末の検討は行われているが、無収縮焼成に技術おける一つの課題となっている。

一般には、ガラスセラミックの場合、難焼結性素材の可溶性のグリーンシートによりｘ−ｙ方向の収縮が抑制され、そのかわり、z方向の収縮が大きくなる。従って、無収縮焼成においては、ビアホール部の導電性金属との収縮差が大きくなり、その結果として、焼成後、ビア導体（導電性金属が充填されたビアホール部）の高さがガラスセラミックの高さより高くなり外部に突出されやすくなり、基板が変形しやすくなりやすいという特徴を有しており、その占める割合が大きくなればなるほど変形度合いは増える方向にある。そのための各種改善検討がなされている。このように無収縮焼成を用いた場合には、一般的な焼成の場合と比べてビア導体の収縮挙動を合わせるのが難しくなっており、その制御が重要となっている。

多層配線基板に用いられるガラスセラミック基板は、電子製品の低背化に伴い、更なる薄型化が求められている。また、回路の複雑化および微細化に伴って電極構造が複雑化しているため、ガラスセラミック基板にかかる応力も大きくなっている。さらには、ＩＣ等の実装部品もより小型化が進むことで実装のための位置合わせ精度がこれまで以上に求められており、結果として被実装体である多層配線基板の寸法精度もこれまで以上に高いものが求められるようになっている。ＩＣ実装に関してもフリップチップ実装も増えてきており、多層配線基板に対するそりや表面の平坦性の要求も増してきている。よって、従来よりも、高い強度を有しつつ、寸法精度が良く、反りが無く、しかも表面の平坦性に優れた多層配線基板が求められている。

ところが、本発明者らの検討によれば、上記特許文献１および２で提案されているようなガラスセラミック多層配線基板に関しては、強度および寸法精度は十分ではあるが、基板のそり、表面の平坦性が十分なものではないことがわかった。

また、特許文献３では、無収縮焼成を用い、基板の反り低減と寸法精度を改善した多層ガラスセラミック基板の提案がなされているが、基板強度としては高い強度を期待するのは難しいものとなっている。また、特許文献３では、基板の反りは改善できても、無収縮焼成技術単独で表面の平坦度を向上させることは困難になってきている。ビア導体を有する多層配線基板に対して無収縮焼成技術を適用した場合には、一般的な焼成の場合と比べてビア導体の収縮挙動を合わせるのが難しくなっているからである。

特開２００７−１０３８３６号公報 特開２０１０−１００５１７号公報 特開２００５−２６７２２公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、薄くても十分に優れた強度を有し、しかも、ビア導体を有する多層配線基板であっても、表面平坦度を向上させることができるガラスセラミック多層配線基板を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るガラスセラミック多層配線基板は、
ガラスセラミックからなる複数の絶縁層と、
前記絶縁層間に形成された複数の内部導体層と、
前記絶縁層を貫通して、異なる層位置に存在する前記内部導体層の相互間を接続するビア導体と、
前記絶縁層の積層方向における少なくとも一方の外表面に形成された表面導体層と、を有するガラスセラミック多層配線基板であって、
前記表面導体層が形成された前記外表面から所定厚み範囲内の前記絶縁層を外側絶縁層と規定し、当該外側絶縁層よりも内側に位置する前記絶縁層を内側絶縁層と規定した場合に、
前記外側絶縁層に含まれる外装用フィラーの扁平・球形度を示す第１アスペクト比が、前記内側絶縁層に含まれる内装用フィラーの扁平・球形度を示す第２アスペクト比に比較して大きく、
前記外側絶縁層の熱膨張係数が前記内側絶縁層の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする。

本発明では、外側絶縁層の熱膨張係数（室温から焼成温度範囲／以下、同様）を内側絶縁層の熱膨張係数よりも小さくすることで、多層配線基板として高い強度が実現可能となる。このことは、外側絶縁層の熱膨張係数を内側絶縁層に比べて小さくすることで、基板焼成時の冷却工程で表面に圧縮応力が働き、結果として強度向上効果をもたらしているものと考えられる。

また、外側絶縁層に含まれる外装用フィラーの扁平・球形度を示す第１アスペクト比を、内側絶縁層に含まれる内装用フィラーの扁平・球形度を示す第２アスペクト比に比較して大きくすることでも、結果として強度向上効果をもたらしているものと考えられる。外側絶縁層は、外部応力に対して最も影響されやすい部分であり、この部分に含まれる外層用フィラーの第１アスペクト比を大きくすることで、フィラーの扁平度が増し、外側絶縁層を起点とするクラックが生じ難くなる。そのため、基板を薄くしても、基板内部へのクラックの伝播を効果的に抑制し、同時に強度改善効果要因となっていると本発明者等は推定している。

また、本発明では、内装用フィラーとしては、アスペクト比が小さいものを用いることで、ビア導体を有する多層配線基板であっても、表面導体層が形成された外表面の平坦性を向上させることができる。

なお、内側絶縁層を形成するガラスセラミック中において、高アスペクト比のフィラーを使用した場合、フィラーがグリーンシート製造時にシート表面に平行な方向へ配向され、結果として焼成時のシート積層方向（シート表面に垂直方向）の収縮が大きくなるため、配線に使用される導電性金属粉末との収縮差が大きくなる。特に、ビア電極が埋設された基板においては、その影響で基板表面のうねりが大きくなる傾向があるため、使用されるセラミックフィラーとしては、アスペクト比が小さい球状もしくは不定形状のフィラーであることで、平坦性に優れた外表面を実現することができる。基板の外表面の平坦性を確保することで、基板に対するＩＣ等の実装のための位置合わせが容易になる。

好ましくは、外側絶縁層のトータル厚みの割合が、多層配線基板のトータル厚みに対して、５〜２０％である。アスペクト比が比較的に大きなフィラーを含む外側絶縁層のトータル厚みの割合が基板のトータル厚みに比較して少なすぎると、基板の強度向上の効果が少なくなる傾向にあり、多すぎると、外表面の平坦性が悪くなる傾向にある。

なお、外側絶縁層のトータル厚みとは、外側絶縁層が積層方向の両側にそれぞれ形成してある場合には、それらの外側絶縁層のトータルの厚みという意味である。なお、外側絶縁層が、積層方向の片側にのみ存在する場合には、その片側の外側絶縁層のトータルの厚みという意味である。多層配線基板のトータル厚みは、絶縁層と内部導体層との積層体における積層方向の厚みである。

本発明では、特に、多層配線基板中における厚み方向に最も長いビア導体の長さを、多層配線基板のトータル厚みで割り算した値として定義されるビア導体比率が０．４以上である場合に、特に効果が大きい。ビア導体比率が０．４以上である多層配線基板では、従来技術では、基板の強度向上と外表面の平坦性の向上とを両立させることが困難であった。本発明では、上述した構成を有するために、これらの両立が実現可能である。

好ましくは、第２アスペクト比が２以下である。すなわち、内側絶縁層を構成するガラスセラミック中の内装用フィラーとしては、アスペクト比が小さいものが好ましく用いられ、その具体的な形状は特に限定されず、球状もしくは不定形状のフィラーである。

好ましくは、第１アスペクト比が２５以上である。すなわち、外層用フィラーの第１アスペクト比を大きくすることで、フィラーの扁平度が増し、外側絶縁層を起点とするクラックが生じ難くなる。そのため、基板を薄くしても、基板内部へのクラックの伝播を効果的に抑制し、同時に強度改善効果要因となっていると本発明者等は推定している。

好ましくは、前記外装用フィラーがアルミナで構成してある。外層用フィラーをアルミナで構成することにより、比較的にアスペクト比が大きいフィラーを容易に実現することができると共に、外側絶縁層の弾性率を高くし易く、基板の反り抑制の効果も期待でき、フィラー単体での材質的にも靭性が高く、クラックの発生、伝播を抑制しやすくなることから好ましい。

好ましくは、外装用フィラーの平均粒径が、内装用フィラーの平均粒径よりも大きい。内装用フィラーの平均粒径が大きすぎると、ビア導体や内部導体層に悪影響を与えるおそれがある。外装用フィラーの平均粒径を、内装用フィラーの平均粒径よりも大きくすることで、基板の強度向上と、基板の外表面における平坦度向上の効果が大きくなる。

好ましくは、外側絶縁層および内側絶縁層を形成するガラスセラミックス中のガラス組成物としては、同じものが望ましく、焼結挙動の不一致や拡散反応による欠陥等の発生が生じにくくなり、基板外表面の変形要因を低減できる。

本発明によれば、表面の平坦性に優れ、高い基板強度を有する、薄型化に適したガラスセラミック多層配線基板を提供することができる。フリップチップ実装等のＩＣや各種機能部品を基板上に実装する場合に、安定した実装性を有するガラスセラミックス多層配線基板であり、安定的に製造することが可能なガラスセラミック多層配線基板を提供することともなる。

図１は本発明の一実施形態に係るガラスセラミック多層配線基板の模式断面図である。 図２は本発明の他の実施形態に係るガラスセラミック多層配線基板の模式断面図である。 図３は外側絶縁層に含まれるフィラーの一例を示す上面図であり、フィラーを板面に水平な平板の上に静置されたものを真上から観察した形状を示す。 図４（Ａ）および図４（Ｂ）はそれぞれ内側絶縁層に含まれるフィラーの一例を示す上面図であり、フィラーを板面に水平な平板の上に静置されたものを真上から観察した形状を示す。 図５Ａは本発明の一実施形態に係るガラスセラミック多層配線基板の製造方法を模式的に示す工程断面図である。 図５Ｂは図５Ａの続きの工程を示す工程断面図である。 図５Ｃは図５Ｂの続きの工程を示す工程断面図である。 図５Ｄは図５Ｃの続きの工程を示す工程断面図である。 図６は本発明の実施形態に係るガラスセラミック多層配線基板の平面図であり、回路を構成する基本構造体が任意のピッチで配置された形態を模式的に示してある。 ガラスセラミック多層配線基板のビア導体比率を説明するための断面図であり、基板内に任意のピッチで配置された回路を構成する基本構造体について中央付近の断面を示す。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本実施形態のガラスセラミック多層配線基板の模式断面図である。図１においては、基板内に任意のピッチで配置された回路を構成する基本構造体の１つについて中央付近の断面を示してある。なお、このことは、後述する図２、図５Ａ〜図５Ｄ、図７においても同様である。

図１に示すように、ガラスセラミック多層配線基板１０は、ガラスセラミックで構成してある絶縁層１１ａ〜１１ｈがこの順に積層された積層構造を有する。さらに、ガラスセラミック多層配線基板１０は、図１中で上下に隣り合う絶縁層１１ａ〜１１ｈの間に所定パターンで設けられた内部導体層１３と、最外層である外側絶縁層１１ａ，１１ｈの外表面に設けられた表面導体層１４とを有する。さらに、ガラスセラミック多層配線基板１０は、絶縁層１１ａ〜１１ｈを貫通して、異なる層位置に存在する内部導体層１３の相互間あるいは表面導体層１４と内部導体層１３とを接続するビア導体１２を有する。

なお、図１に示す実施形態のガラスセラミック多層配線基板１０では、ビア導体１２は、異なる層位置に存在する内部導体層１３の相互間あるいは表面導体層１４と内部導体層１３とを接続しているが、本発明は、それに限定されない。たとえば図２に示すように、ガラスセラミック多層配線基板１０ａは、最外層である外側絶縁層１１ａ，１１ｈの外表面にそれぞれ設けられた表面導体層１４の相互間を直接に接続するビア導体１２を有していても良い。なお、図面において、共通する部材には共通する符号を付し、その説明は一部省略する。

図１および図２に示す各絶縁層１１ａ〜１１ｈは、後述する単一のグリーンシートを焼成して得られるものでも良く、あるいは複数のグリーンシートの積層体を焼成して得られるものでも良い。また、絶縁層１１ａ〜１１ｈの積層数は、図示する実施形態に限定されない。

本実施形態では、積層してある複数の絶縁層１１ａ〜１１ｈの内の最外層である外側絶縁層１１ａ，１１ｈと、これらよりも内側に配置される内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇとでは、これらを構成するガラスセラミックに含まれるフィラーが異なる。すなわち、外側絶縁層１１ａおよび１１ｈを構成するガラスセラミックに含まれる外装用フィラーと、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇを構成するガラスセラミックに含まれる内装用フィラーとは、少なくともフィラーの扁平・球形度を示すアスペクト比が異なる。つまり、外側絶縁層１１ａ，１１ｈに含まれる外装用フィラーの扁平・球形度を示す第１アスペクト比Ａ１が、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに含まれる内装用フィラーの扁平・球形度を示す第２アスペクト比Ａ２に比較して大きい。

外側絶縁層１１ａ，１１ｈを構成するガラスセラミックは、それぞれ、ガラスと該ガラスの中に分散された板状アルミナフィラーとを含有する。板状アルミナフィラーの含有量は、ガラスと板状アルミナフィラーの合計量に対して、好ましくは１７．５〜２７．５体積％であり、より好ましくは２０〜２５体積％である。また、ガラスセラミックで構成された内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇは、ガラスと該ガラスの中に分散された球状もしくは不定形状のセラミックフィラーを含有する。球状もしくは不定形状のセラミックフィラーの含有量は、ガラスとアルミナフィラーの合計量に対して、好ましくは２５〜３５体積％であり、より好ましくは２７.５〜３２．５体積％である。以下、各成分について詳細に説明する。

＜外装用フィラー＞
本実施形態のガラスセラミック配線基板１０（１０ａも同様／以下同様）の外側絶縁層１１ａ，１１ｈを構成するガラスセラミックに含まれる外装用フィラーは、特に限定されないが、好ましくは、板状アルミナフィラーで構成される。板状アルミナフィラーの平均粒径は、好ましくは２〜１０μｍであり、より好ましくは２〜５μｍである。このような粒径範囲の場合において、基板の強度向上を図りつつ、配線基板の配線ピッチが小さい場合であっても、電子部品等の電気特性に影響を及ぼすおそれが少ない。

板状アルミナフィラーの平均厚みは、ガラスセラミック多層配線基板１０の強度を一層向上させる観点から、好ましくは０．４μｍ以下であり、より好ましくは０．０３〜０．３μｍである。板状アルミナフィラーの平均厚みを小さくすれば、同一含有量で外側絶縁層１１ａおよび１１ｃに含まれる板状アルミナフィラーの個数を増やすことが可能になるため、結果として、外側絶縁層１１ａおよび１１ｃにおいてクラックが伝播しづらくなる。そのため、ガラスセラミック多層配線基板１０における強度を向上させることができる。一方、板状アルミナフィラーの平均厚みが所定厚みよりも厚い場合には、板状アルミナフィラーの良好な配向性が損なわれる傾向が強くなり、クラック抑制効果が低下し、強度改善効果が低下する傾向にある。

板状アルミナフィラーの平均アスペクト比は、ガラスセラミックス多層配線基板１０の強度を一層向上させる観点から、好ましくは２５以上であり、より好ましくは５０〜７０である。板状アルミナフィラーの平均アスペクト比が小さすぎると、板状アルミナフィラーの良好な配向性が低下する傾向にある。

図３は、板状アルミナフィラーの一例を示す上面図である。図３は、外装用フィラー３０が板状アルミナフィラーである場合の板面形状を示している。すなわち、この板状アルミナフィラーの板面は八角形状を有している。図３のように板状アルミナフィラーの板面が正八角形ではない場合、板状アルミナフィラーの粒径は、板面における長径Ｄ１と短径Ｄ２の平均値として求めることができる。すなわち、板状アルミナフィラーの粒径は、板状アルミナフィラーに内接する最小の長方形の長辺と短辺の平均値として求めることができる。板状アルミナフィラーに内接する最小の四角形が正方形の場合は、１辺の長さが粒径となる。

板状アルミナフィラーの厚みは、板面に垂直な方向の最大長さである。平均板径、平均厚みは、それぞれ、電子顕微鏡画像において無作為に抽出した５００個の板状アルミナフィラーの粒径および厚みの測定値の算術平均値である。平均アスペクト比は、（平均粒径）／（平均厚み）によって算出される。

本実施形態の外側絶縁層１１ａ，１１ｈに含まれる板状アルミナフィラーは、図３のように板面に垂直な方向から見た平面形状が、円形、楕円形または円形若しくは楕円形に近似する多角形等、異方性の小さな形状であるものが好ましい。ガラスセラミック多層配線基板１０の強度向上の観点からは、板状アルミナフィラーの平面形状は、好ましくは六角形であること、より好ましくは正六角形である。

外側絶縁層１１ａおよび１１ｈは、外装用フィラー３０として、板状アルミナフィラー以外のセラミックスフィラーを更に含有してもよい。板状アルミナフィラー以外のセラミックスフィラーとしては、たとえば、マグネシア、スピネル、シリカ、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、コージェライト、ストロンチウム長石、石英、ケイ酸亜鉛、ジルコニアおよびチタニアからなる群より選ばれる少なくとも一種の材料によって形成された球状または不定形状のフィラーが挙げられる。反応による焼結挙動の観点からは、板状アルミナと同一材質である球状もしくは不定形状アルミナフィラーが好ましい。ガラスセラミック多層配線基板１０の強度を一層高くすることが期待できる。

＜内装用フィラー＞
本実施形態のガラスセラミック多層配線基板１０において、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇを構成するガラスセラミックに含まれる内装用フィラーとしては、不定形状または球形のセラミックフィラーが好ましい。この内装用フィラーの平均粒径は、外装用フィラーの平均粒径よりも小さいことが好ましく、具体的には、好ましくは０．５〜１０μｍであり、より好ましくは１〜５μｍである。

内装用フィラーの平均粒径が小さすぎると、ガラスセラミックとしての焼結性が低下し、ポアの発生等、信頼性の課題が生じやすくなる傾向にある。平均粒径が大きすぎると、配線基板の配線ピッチが小さい場合に、電子部品等の電気特性に影響を及ぼす場合がある。

内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇを構成するガラスセラミックに含まれる内装用フィラーとしては、たとえば、マグネシア、スピネル、シリカ、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、コージェライト、ストロンチウム長石、石英、ケイ酸亜鉛、ジルコニアおよびチタニアからなる群より選ばれる少なくとも一種の材料によって形成された球状または不定形状のフィラーが挙げられる。反応による焼結挙動の観点からは、内装用フィラーとしては、外装用フィラーとして用いられる板状アルミナと同一材質である球状もしくは不定形状アルミナフィラーが好ましい。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本実施形態のガラスセラミック多層配線基板に含まれる球状もしくは不定形状のアルミナフィラーの一例を示す上面図である。図４(Ａ)は、内装用フィラー４０の一例としての球状セラミックフィラーを示している。図４(Ｂ)は、内装用フィラー４１の他の例として、不定形状のセラミックフィラーの形状を示している。この場合の平均アスペクト比は電子顕微鏡画像において無作為に抽出した５００個のセラミックフィラーの（最大長径Ｄ１０）／（最大長径に直交する幅Ｄ２０）の平均によって算出される。また、不定形状のセラミックフィラーの粒径は、フィラーの最大長径Ｄ１０と最大長径に直交する幅Ｄ２０との平均値（（Ｄ１０+Ｄ２０）／２）として求めることができる。球状セラミックフィラーの粒径は、一般的な方法で求めることができる。

絶縁層１１ａ〜１１ｈを構成するガラスセラミックの主成分であるガラスとしては、各種ガラスが使用可能である。詳しくは以下に記述する。ただし、基板のそりや基板内部に発生する構造欠陥抑制の観点からは、外側絶縁層１１ａ，１１ｈと内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに用いられるガラスは同一の組成物であることが望まれる。組成が違う場合においては、構造によっては焼結挙動の違いの影響が顕著となり、そりや変形の要因となりやすい。

＜ガラス＞
絶縁層１１ａ〜１１ｈに含まれるガラス材料としては、たとえば、（１）非晶質ガラス系材料および、（２）結晶化ガラス系材料の少なくとも１種からなるガラス粉末が挙げられる。（２）結晶化ガラス系材料は、加熱焼成時に多数の微細な結晶がガラス成分中に析出した材料であり、ガラスセラミックともいう。

前記ガラスは、（１）非晶質ガラス系材料および（２）結晶化ガラス系材料のうち、（２）結晶化ガラス系材料を用いて形成されるものであることが好ましい。（２）結晶化ガラス系材料としては、たとえば、（ｉ）ＳｉＯ_２ 、Ｂ_２ Ｏ_３ 、Ａｌ_２ Ｏ_３ およびアルカリ土類金属酸化物を含有するガラス並びに、（ｉｉ）ＳｉＯ_２ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２ Ｏ_３ およびＣｕＯを含有するディオプサイド結晶ガラスを用いることができる。

本実施形態において、（ｉ）のガラスの好適な組成を説明する。ガラス材料は、ＳｉＯ_２ 、Ｂ_２ Ｏ_３ 、Ａｌ_２ Ｏ_３ およびアルカリ土類金属酸化物を含有することが好ましい。ＳｉＯ_２ の含有量は、ガラス全量を基準として４６〜６０質量％であることが好ましく、４７〜５５質量％であることがより好ましい。（ｉ）のガラスにおけるＳｉＯ_２ の含有量が少なすぎると、ガラス化が困難になる傾向にある。一方、（ｉ）のガラスにおけるＳｉＯ_２ の含有量が６０質量％を超えると融点が高くなって低温焼結が困難になる傾向にある。

Ｂ_２ Ｏ_３ の含有量は、ガラス全量を基準として、好ましくは０．５〜５質量％であり、より好ましくは１〜３質量％である。ガラスにおけるＢ_２ Ｏ_３ の含有量が５質量％を超えると、耐湿性が低下する傾向にある。一方、ガラスにおけるＢ_２ Ｏ_３ の含有量が０．５質量％未満であると、ガラス化温度が高くなるとともに密度が低くなる傾向にある。

Ａｌ_２ Ｏ_３ の含有量は、ガラス全量を基準として、好ましくは６〜１７．５質量％であり、より好ましくは７〜１６．５質量％である。ガラスにおけるＡｌ_２ Ｏ_３ の含有量が少なすぎると十分に優れた強度が損なわれる場合がある。一方、ガラスにおけるＡｌ_２ Ｏ_３ の含有量が多すぎるとガラス化が困難になる傾向にある。

アルカリ土類金属酸化物の含有量は、ガラス全量を基準として、好ましくは２５〜４５質量％であり、より好ましくは３０〜４０質量％である。アルカリ土類金属酸化物としては、たとえば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯおよびＳｒＯが挙げられる。これらのアルカリ土類金属酸化物は一種のみを含んでいてもよく二種以上を含んでいてもよい。アルカリ土類金属酸化物の中でも、ＳｒＯとその他のアルカリ土類金属酸化物とを組み合わせて含むことが好ましい。ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯからなる群より選ばれる少なくとも一種と、ＳｒＯとを組み合わせて用いると、溶解ガラスの粘性が低下し、焼結温度の自由度を大きくすることができる。このため、ガラスセラミックス多層配線基板１０および１０ａの製造を容易にすることができる。

アルカリ土類金属酸化物の全量に対するＳｒＯの含有量は、好ましくは６０質量％以上であり、より好ましくは８０質量％以上である。この含有量が少なすぎると、ガラスと板状アルミナフィラーとの熱膨張係数の差が大きくなりガラスセラミック多層配線基板１０，１０ａの強度が低下する傾向にある。

アルカリ土類金属酸化物の全量に対するＣａＯ，ＭｇＯおよびＢａＯの合計含有量は、好ましくは１質量％以上である。アルカリ土類金属酸化物の全量に対するＣａＯおよびＭｇＯの含有量は、それぞれ好ましくは０．２質量％以上であり、より好ましくは０．５質量％以上である。アルカリ土類金属酸化物の全量に対するＣａＯの含有量は、好ましくは１０質量％未満である。アルカリ土類金属酸化物の全量に対するＭｇＯの含有量は、好ましくは４質量％以下である。ＣａＯおよびＭｇＯの含有量が多すぎると熱膨張係数が小さくなりすぎて、ガラスセラミック多層配線基板１０，１０ａの強度が低下する傾向にあると共に、ガラスの結晶化度の制御が困難になる傾向にある。ガラスセラミック多層配線基板１０，１０ａの製造の容易性とガラスセラミック配線基板の強度とを両立させる観点からは、アルカリ土類金属酸化物全量に対するＣａＯおよびＭｇＯの合計含有量は、好ましくは１０質量％未満である。アルカリ土類金属酸化物全量に対するＣａＯの含有量は、好ましくは５質量％以下である。

アルカリ土類金属酸化物全量に対するＢａＯの含有量は、好ましくは５質量％以下である。この含有量が多すぎると誘電率が高くなる傾向にある。

次に、本実施形態において、（ｉｉ）の結晶ガラスにおけるガラスの好適な組成を説明する。（ｉｉ）の結晶ガラスは、焼成によって主結晶としてディオプサイド結晶ガラスを析出する。

ディオプサイド結晶ガラスにおいて、ＳｉＯ_２ はガラスのネットワークフォーマーであるとともに、ディオプサイド結晶の構成成分である。ＳｉＯ_２ の含有量は、ディオプサイド結晶ガラス全量を基準として、好ましくは４０〜６５質量％であり、より好ましくは４５〜６５質量％である。ＳｉＯ_２ の含有量が４０質量％未満であるとガラス化が困難になる傾向にある。一方、ＳｉＯ_２ の含有量が６５質量％を超えると密度が低くなる傾向にある。

ディオプサイド結晶ガラスにおいて、ＣａＯはディオプサイド結晶の構成成分である。ＣａＯの含有量は、ディオプサイド結晶ガラス全量に対して、好ましくは２０〜３５質量％であり、より好ましくは２５〜３０質量％である。ＣａＯの含有量が少なすぎると誘電損失が高くなる傾向にある。一方、ＣａＯの含有量が多すぎるとガラス化が困難になる傾向にある。

ディオプサイド結晶ガラスにおいて、ＭｇＯはディオプサイド結晶の構成成分である。ＭｇＯの含有量は、ディオプサイド結晶ガラス全量に対して、好ましくは１１〜３０質量％であり、より好ましくは１２〜２５質量％である。ＭｇＯの含有量が少なすぎると結晶が析出し難くなる傾向にある。一方、ＭｇＯの含有量が多すぎるとガラス化が困難になる傾向にある。

ディオプサイド結晶ガラスにおいて、Ａｌ_２ Ｏ_３ はガラスの結晶性を調節する成分である。Ａｌ_２ Ｏ_３ の含有量は、ディオプサイド結晶ガラス全量に対して、好ましくは０．５〜１０質量％であり、より好ましくは１〜５質量％である。Ａｌ_２ Ｏ_３ の含有量が少なすぎると結晶性が強くなりすぎてガラス成形が困難になる傾向にある。一方、Ａｌ_２ Ｏ_３ の含有量が１０質量％を超えるとディオプサイド結晶が析出し難くなる傾向にある。

ディオプサイド結晶ガラスにおいて、ＣｕＯはＡｇに電子を与え、ガラスセラミック中への拡散を抑制する成分である。ＣｕＯの含有量は、ディオプサイド結晶ガラス成分全量に対して、好ましくは０．０１〜１．０質量％である。ＣｕＯの含有量が少なすぎると上述の効果が十分に発揮されない傾向にある。一方、ＣｕＯの含有量が多すぎると誘電損失が大きくなり過ぎる傾向にある。

ディオプサイド結晶ガラス成分において、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２ はガラス化を容易にするために添加する成分である。ディオプサイド結晶ガラス成分全量に対する含有量は、各成分とも好ましくは０〜１０質量％であり、より好ましくは０〜５質量％である。これらの成分が各々多すぎると結晶性が弱くなり、ディオプサイドの析出量が少なくなって誘電損失が大きくなる傾向にある。

また、ディオプサイド結晶ガラス成分としては、誘電損失等の特性を損なわない範囲で上記成分以外の成分を含んでいてもよい。

＜無収縮焼成法＞
無収縮焼成法は、ガラスセラミックの寸法精度向上を目的として使用される。未焼結セラミック積層体の両面に、セラミック基板材料の焼成温度では焼結しない難焼結性素材の可溶性のグリーンシート（収縮抑制用グリーンシート）を接合してｘ−ｙ方向の収縮を抑制する方法が主に使用されている。このような難焼結性素材の可溶性のグリーンシートは、焼成過程および焼成後にｘ−ｙ方向の収縮を抑制する拘束層としてはたらくことで収縮時の寸法ばらつきを抑制し、寸法精度の向上がはかられる。
このような焼成過程および焼成後に拘束層となる収縮抑制用グリーンシートに用いられる材料（以下、「収縮抑制材」という）としては、たとえば、トリジマイト、クリストバライト、石英、溶融石英、アルミナ、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、炭化ケイ素および炭酸カルシウムが挙げられる。

以上、本発明のガラスセラミック多層配線基板およびそれを備える配線基板の好適な実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。配線基板に備えられるガラスセラミック基板の枚数および内層導体および表面導体およびビア導体構造は限定されない。

＜製造方法＞
次に、本発明のガラスセラミックス多層配線基板の製造方法の好適な実施形態を、ガラスセラミック多層配線基板１０を例にして説明する。図５Ａ〜図５Ｄは、図１に示すガラスセラミック多層配線基板１０の製造方法を説明するための工程断面図である。

本実施形態のガラスセラミック多層配線基板の製造方法では、まず、図５Ａに示すように、ビア導体パターン２、内層導体パターン３および表面導体パターン４の少なくとも一つが形成されたグリーンシート１ａ〜１ｈを用意する。

外側絶縁層用グリーンシート１ａ，１ｈは、ガラスとガラス中に分散した板状アルミナフィラーとを含有する。この外側絶縁層用グリーンシート１ａ，１ｈは、以下の手順で形成することができる。

まず、たとえば図３に示す板状アルミナフィラー３０を準備する。板状アルミナフィラー３０は、たとえば、アルミン酸塩と酸性アルミニウム塩とを水を含んだ状態で反応させて、アルミナおよび／またはアルミナ水和物と中和金属塩を含む混合物を得る反応工程と、該混合物を１０００〜１６００℃で焼成する焼成工程とを有する製造方法によって得ることができる。

反応工程では、まず、水酸化ナトリウムを水に溶解させて水酸化ナトリウム溶液を調製する。この水酸化ナトリウム溶液に、金属アルミニウムおよびリン酸水素二ナトリウムを混合して攪拌し、金属アルミニウムおよびリン酸水素二ナトリウムが溶解した混合溶液を調製する。当該混合溶液に、ｐＨが６〜８となるまで硫酸アルミニウム水溶液を攪拌しながら投入し、白濁状のゲル状混合物（アルミナおよび／またはアルミナ水和物と中和金属塩を含む混合物）を得る。その後、当該混合物を乾燥して、水分を除去する。

焼成工程では、乾燥した混合物を、１０００〜１６００℃で２〜８時間焼成して、焼成物を得る。得られた焼成物に水を加えて洗浄および濾過を行い、得られた固形分を乾燥する。以上の工程によって、所定のサイズを有する板状アルミナフィラー３０を得ることができる。

板状アルミナフィラー３０を、たとえば、ガラス粉末並びに結合剤、溶剤、可塑剤および分散剤等を含む有機ビヒクルと混合し、スラリー状の誘電体ペーストを調製する。ここで、板状アルミナフィラーの配向性を良好にするためには、誘電体ペースト中におけて板状アルミナフィラーを十分に分散させる必要がある。このため、混合は、ボールミルを用いて行うことが好ましく、混合時間は４０時間以上とすることが好ましい。また、誘電体ペースト中の板状アルミナフィラー３０の含有量は、好ましくは１７．５〜２７．５体積%である。板状アルミナフィラーの分散性が不十分であると、ガラスセラミック基板における板状アルミナフィラーの良好な配向性が損なわれる傾向にある。

結合剤としては、たとえば、ポリビニルブチラール樹脂およびメタアクリル酸樹脂等が挙げられる。可塑剤としては、たとえば、フタル酸ジブチル等が挙げられる。溶剤としては、たとえば、トルエン、メチルエチルケトン等が挙げられる。

調製した誘電体ペーストを、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート等の支持体上にドクターブレード法等によって成膜する。これによって、支持体上に外側絶縁層用グリーンシート１ａ，１ｈを形成することができる。ドクターブレード法によって成膜を行うことで、板状アルミナフィラーの板面をグリーンシートの主面とほぼ平行（水平方向）になるように配向させることができる。これによって、十分に優れた強度を有するガラスセラミックス基板を形成することができる。

次に内側絶縁層用グリーンシート１ｂ〜１ｇを準備する。このグリーンシートは、ガラスと、ガラス中に分散した球状もしくは不定形状セラミックフィラー（図４（Ａ），図４（Ｂ）参照）とを含有する。この基板用グリーンシート１ｂ〜１ｈは、以下の手順で形成することができる。

まずは、球状もしくは不定形状のセラミックフィラーを準備する。アルミナ、マグネシア、スピネル、シリカ、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、コージェライト、ストロンチウム長石、石英、ケイ酸亜鉛、ジルコニアおよびチタニアからなる群より選ばれる少なくとも一種の材料によって形成されたフィラー等が使用可能となる。これらの材料の中から一種類もしくは複数種のフィラーを用いることが可能である。また、形状としては、アスペクト比が２以下のものが選択されるが、フィラーの製造方法は特に限定されるものではない。

これらを、板状アルミナフィラーの場合と同様に、結合剤としては、たとえば、ポリビニルブチラール樹脂およびメタアクリル酸樹脂等、可塑剤としては、たとえば、フタル酸ジブチル等、溶剤としては、たとえば、トルエン、メチルエチルケトン等を用いて、誘電体ペーストを作製し、、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート等の支持体上にドクターブレード法等によって成膜することでグリーンシートを準備する。

誘電体ペースト中におけるガラスとセラミックフィラーを合わせた無機フィラー中におけるフィラー４０または４１の含有量は、好ましくは２５．０〜３５．０体積%となるように調合される。

また、図５Ｂに示す収縮抑制用グリーンシート５に関しても、トリジマイト、クリストバライト、石英、溶融石英、アルミナ、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、炭化ケイ素および炭酸カルシウム等のガラスセラミックの焼成条件にて未焼結となる材料を選定した後、上述同様に収縮抑制材ペースト作製し、その後ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート等の支持体上にドクターブレード法等によって成膜し、グリーンシート５を準備する。

次に、基板用グリーンシート１ａ〜１ｈに、導体パターン（配線パターンや外部接続用パッド、上下層接続用ビアパターン等）を形成する。具体的には、基板用グリーンシート１ａ〜１ｈの所定の位置に貫通孔（ビアホール）を形成し、ここに導体ペーストを充填することにより上下層の配線接続用ビア導体パターン２を形成する。また、内層となる基板用グリーンシート１ｂ〜１ｇの表面に所定のパターンで導体ペーストを印刷し、内部導体パターン３を形成する。さらに、最も外側に配置される外側絶縁層用グリーンシート１ａおよび１ｈには、表面導体パターン４を形成する。なお、基板用グリーンシート１ａ〜１ｈには、必要に応じて電子素子（インダクタやキャパシタ等）を形成してもよい。

導体パターンの形成に用いる導電ペーストは、たとえば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ｃｕ、Ｎｉ等の各種導電性金属や合金からなる導電材料と有機ビヒクルとを混練することにより調製することができる。導電ペーストに用いられる有機ビヒクルは、バインダと溶剤とを主たる成分として含有する。バインダ、溶剤および導電材料の配合比に特に制限はなく、たとえば、導電材料に対して、バインダを１〜１５質量％、溶剤を１０〜５０質量％配合することができる。導電ペーストには、必要に応じて各種分散剤や可塑剤等から選択される添加物を添加してもよい。

次に、図５Ｂに示すように、グリーンシート１ａ〜１ｈをこの順で積層して積層体を得る。この積層体を積層方向に挟むようにして拘束層となる一対の収縮抑制用グリーンシート５を配置する。配線基板１０または１０ａとなるグリーンシート１ａ〜１ｄからなる積層体を、収縮抑制用グリーンシート５により挟み込むことで、後述の焼成時における積層体の面内方向（積層方向に垂直な方向）の収縮を抑制することができる。

また、このように積層体の面内方向の収縮を抑制することにより、収縮ばらつきによって生じる面内方向の寸法ばらつき、および基板のそりを低減することができる。

次に、収縮抑制用グリーンシート５が両側に配置された積層体（仮スタック）をプレスする。プレス後に、焼成を行うことにより、図５Ｃに示すように、グリーンシート１ａ〜１ｈはガラスセラミックで構成された絶縁層１１ａ〜１１ｈとなり、ビアホール内のビア導体パターン２はビア導体１２となる。また、内層導体パターン３は内部導体層１３となり、表面導体パターン４は表面導体層１４となる。

次に、図５Ｄに示すように、ガラスセラミック多層配線基板１０から収縮抑制用グリーンシート５を剥離する。以上の工程によって、ガラスセラミックから成る絶縁層を有するガラスセラミック多層配線基板１０を得ることができる。

なお、一般的に、このようなガラスセラミック多層配線基板１０は、図６に示すように、な回路を構成する基本構造体１００が任意のピッチで配列された集合体構造となっている。

次に、場合によっては、めっきにより、金を表面導体パターン上に施しても良い。その際には、金めっきの下地としてニッケル、パラジウム等の金属を施しても良い。

以上、図１に示すガラスセラミックス多層配線基板１０の製造方法を説明したが、本発明のガラスセラミックス多層配線基板の製造方法は上述の方法に限られるものではない。

本発明の実施形態では、外側絶縁層１１ａ，１１ｈの熱膨張係数を内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇの熱膨張係数よりも小さくすることで、多層配線基板として高い強度が実現可能となる。このことは、外側絶縁層１１ａ，１１ｈの熱膨張係数を内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに比べて小さくすることで、基板焼成時の冷却工程で表面に圧縮応力が働き、結果として強度向上効果をもたらしているものと考えられる。

また、外側絶縁層１１ａ，１１ｈに含まれる外装用フィラー３０の扁平・球形度を示す第１アスペクト比を、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに含まれる内装用フィラー４０，４１の扁平・球形度を示す第２アスペクト比に比較して大きくすることでも、結果として強度向上効果をもたらしているものと考えられる。外側絶縁層１１ａ，１１ｈは、外部応力に対して最も影響されやすい部分であり、この部分に含まれる外層用フィラー３０の第１アスペクト比を大きくすることで、フィラーの扁平度が増し、外側絶縁層１１ａ，１１ｈを起点とするクラックが生じ難くなる。そのため、基板１０，１０ａを薄くしても、基板内部へのクラックの伝播を効果的に抑制し、同時に強度改善効果要因となっていると本発明者等は推定している。

また、本実施形態では、内装用フィラー４０，４１としては、アスペクト比が小さいものを用いることで、ビア導体１２を有する多層配線基板１０，１０ａであっても、表面導体層１４が形成された外表面の平坦性を向上させることができる。

なお、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇを形成するガラスセラミック中において、高アスペクト比のフィラーを使用した場合、フィラーがグリーンシート製造時にシート表面に平行な方向へ配向され、結果として焼成時のシート積層方向（シート表面に垂直方向）の収縮が大きくなるため、配線に使用される導電性金属粉末との収縮差が大きくなる。特に、ビア電極１２が埋設された基板１０，１０ａにおいては、その影響で基板表面のうねりが大きくなる傾向があるため、内装用フィラー４０，４１として使用されるセラミックフィラーとしては、アスペクト比が小さい球状もしくは不定形状のフィラーであることで、平坦性に優れた外表面を実現することができる。基板の外表面の平坦性を確保することで、基板に対するＩＣ等の実装のための位置合わせが容易になる。

なお、本実施形態では、外側絶縁層１１ａ，１１ｈの熱膨張係数を内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇの熱膨張係数よりも小さくしてあるが、そのための手段としては、特に限定されず、たとえば以下の手段が考えられる。

第１の手段としては、各絶縁層１１ａ〜１１ｈに含まれるガラスの種類は変えずに、外側絶縁層１１ａ，１１ｈに含まれる外装用フィラーと、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに含まれる内装用フィラーとで、添加量を変化させれば良い。具体的には、外側絶縁層１１ａ，１１ｈに含まれる外装用フィラーを板状アルミナフィラーとし、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに含まれる内装用フィラーを、不定形状のアルミナフィラーとし、外装用フィラーの添加割合を、内装用フィラーの添加割合に比較して、少なくすれば良い。ただし、これは、ガラスの線膨張係数がアルミナに比べ小さい場合であり、逆にガラスの線膨張係数がアルミナに比べて大きい場合は、外装用フィラーの添加割合を、内装用フィラーの添加割合に比較して、多くすることで同様の効果が可能となる。

第２の手段としては、外側絶縁層１１ａ，１１ｈを構成するガラスと、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇを構成するガラスとで、基本的な組成は変化させずに、熱膨張係数に大きな影響を持つ酸化物の含有割合を調整しても良い。たとえばガラスに含まれるＳｒＯの含有量や、ＣａＯおよびＭｇＯの含有量を、外側絶縁層１１ａ，１１ｈと、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇとで変化させることで調整しても良い。

第３の手段としては、絶縁層１１ａ〜１１ｈに含まれるガラスの種類は変えずに、外側絶縁層１１ａ，１１ｈに含まれる外装用フィラーと、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに含まれる内装用フィラーとで、材質を変化させれば良い。具体的には、外側絶縁層１１ａ，１１ｈに含まれる外装用フィラーを板状アルミナフィラーとし、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに含まれる内装用フィラーを、アルミナより線膨張係数の大きなムライトとすることで、外側絶縁層１１ａ，１１ｈを、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇと比較して、線膨張係数小さくすることで同様の効果を得る手段も考えられる。

外側絶縁層１１ａ，１１ｈの熱膨張係数αｏと内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇの熱膨張係数αｉとの関係は、好ましくは、αｉ−αｏが０．１〜１．０ｐｐｍ／℃である。この差が小さすぎると、本実施形態の作用効果が小さくなり、この差が大きすぎると、外側絶縁層と内側絶縁層の界面付近にクラックが発生し、信頼性上問題となる可能性がある。

また、本実施形態では、外側絶縁層１１ａ，１１ｈに含まれる外装用フィラーの扁平・球形度を示す第１アスペクト比Ａ１が、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに含まれる内装用フィラーの扁平・球形度を示す第２アスペクト比Ａ２に比較して大きく、好ましくは、（Ａ１−Ａ２）は、２０〜７０である。この差が小さすぎると、本実施形態の作用効果が小さくなり、この差が大きすぎると、外側絶縁層と内側絶縁層の焼成時の焼結挙動の差が大きくなり、ガラスセラミック多層配線基板の変形が発生しやすくなる傾向にある。

さらに好ましくは、本実施形態では、第２アスペクト比Ａ２が２以下である。また、好ましくは、第１アスペクト比Ａ１が２５以上である。すなわち、外層用フィラーの第１アスペクト比を大きくすることで、フィラーの扁平度が増し、外側絶縁層を起点とするクラックが生じ難くなる。そのため、基板を薄くしても、基板内部へのクラックの伝播を効果的に抑制し、同時に強度改善効果要因となっていると本発明者等は推定している。

本実施形態では、図１に示す外側絶縁層１１ａ，１１ｈのトータル厚（Ｔａ＋Ｔｈ）の割合が、多層配線基板のトータル厚み（Ｔｏ）に対して、５〜２０％である。アスペクト比が比較的に大きなフィラーを含む外側絶縁層１１ａ，１１ｈのトータル厚み（Ｔａ＋Ｔｈ）の割合が基板のトータル厚み（Ｔｏ）に比較して少なすぎると、基板の強度向上の効果が少なくなる傾向にあり、多すぎると、外表面の平坦性が悪くなる傾向にある。

なお、各外側絶縁層１１ａ，１１ｈの厚みＴａ，Ｔｈは、特に限定されないが、たとえば２０〜１００μｍである。また、各内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇの厚みは、外側絶縁層１１ａ，１１ｈの厚みＴａ，Ｔｈと同じでも異なっていても良い。

本実施形態では、特に、図７に示すように、多層配線基板１０中における厚み方向に最も長いビア導体の長さＬｖを、多層配線基板１０のトータル厚みＴｏで割り算した値として定義されるビア導体比率が０．４（４０％）以上である場合に、特に効果が大きい。ビア導体比率が０．４以上である多層配線基板では、従来技術では、基板の強度向上と外表面の平坦性の向上とを両立させることが困難であった。本実施形態では、上述した構成を有するために、これらの両立が実現可能である。

また本実施形態では、外装用フィラーの平均粒径Ｄｏが、内装用フィラーの平均粒径Ｄｉよりも大きい。内装用フィラーの平均粒径Ｄｉが大きすぎると、ビア導体や内部導体層に悪影響を与えるおそれがある。外装用フィラーの平均粒径Ｄｏを、内装用フィラーの平均粒径Ｄｉよりも大きくすることで、基板の強度向上と、基板の外表面における平坦度向上の効果が大きくなる。好ましくは、Ｄｏ−Ｄｉは、２．０〜７．０μｍである。このような範囲にある時に、本実施形態の作用効果が大きくなる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、上述した実施形態では、無収縮焼成技術を使用するために、図５Ｂ〜図５Ｄに示す収縮抑制用グリーンシート５を用いているが、本発明では必ずしも収縮抑制用グリーンシート５を用い無くても良い。外側絶縁層１１ａ，１１ｈを、板状アルミナフィラーを含むガラスセラミック組成物で形成することで、十分にそりの抑制が可能である。板状アルミナフィラーを含むガラスセラミック組成物の弾性率が高いことが起因していると考えている。ただし、さらに表面の平坦性と基板のそりを両立させる観点から、無収縮焼成技術を用いても良い。

また上述した実施形態では、外側絶縁層１１ａ，１１ｈには、アスペクト比が大きい板状フィラーのみでなく、アスペクト比が小さい球形または不定形状フィラーを少量で添加しても良い。たとえば外側絶縁層１１ａ，１１ｈに添加する全フィラーの体積％を１００体積％とした場合に、そのうちの２．０％以下の割合で、アスペクト比が小さい球形または不定形状フィラーを少量で添加しても良い。また、同様に、内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに関しても、アスペクト比が小さい球形または不定形状フィラーのみでなく、たとえば内側絶縁層１１ｂ〜１１ｇに添加する全フィラーの体積％を１００体積％とした場合に、そのうちの５０.０％以下の割合で、アスペクト比が大きい板状フィラーを少量で添加しても良い。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

（実施例１）
［ガラスセラミックス多層配線基板の作製］
ガラス粉末（ＳｉＯ_２ 、Ｂ_２ Ｏ_３ 、Ａｌ_２ Ｏ_３ およびＳｒＯを主成分とするガラス）と板状アルミナフィラー（外装用フィラー）と不定形状のアルミナフィラー（内装用フィラー）とを準備した。板状アルミナフィラーおよび不定形状アルミナフィラーとしては、表１における板状アルミナフィラーＡおよび不定形状アルミナフィラーＡを使用した。

なお、上記表１における平均粒径およびアスペクト比は下記によって定義される。すなわち、平均粒径については、次のように定義した。不定形アルミナフィラーの場合についてはレーザ回折式粒度分布測定装置おける体積平均径での累積の５０％粒子径の平均粒子径を平均粒径とした。また、板状アルミナフィラーの場合は、板面における長径Ｄ１と短径Ｄ２の５００個の板状アルミナフィラーにおける平均値を平均粒径とした。

アスペクト比については、不定形アルミナフィラーの場合については、電子顕微鏡画像において無作為に抽出した５００個のセラミックフィラーの（最大長径Ｄ１０）／（最大長径に直行する幅Ｄ２０）の平均によって算出されたものとした。板状アルミナフィラーの場合は、フィラーの厚みを板面に垂直な方向の最大長さとし、電子顕微鏡画像において無作為に抽出した５００個の板状アルミナフィラーの粒径および厚みの測定値の算術平均によって求めた後、平均アスペクト比を（平均粒径）／（平均厚み）によって算出した。

次に、アクリル系樹脂を１９．４ｇ、トルエンを５９．１ｇ、エタノールを３ｇ、可塑剤（ブチルフタリルグリコール酸ブチル）を６．５ｇ混合して、有機ビヒクルを調製した。そして、ガラス粉末、板状アルミナフィラーもしくは不定形状のアルミナフィラーをそれぞれ調製した有機ビヒクルを配合し、ボールミルを用いて６０時間混合して、基板用グリーンシート２ａ〜２ｃを形成するための塗料を調製した。ガラスセラミック中においての板状アルミナフィラーの含有率および、ガラスセラミック中においての不定形状アルミナフィラーの含有率はそれぞれ表２に示す含有量とした。

調製した基板用グリーンシート用塗料をポリエチレンテレフタレートフィルム上にドクターブレードにより成膜して、板状アルミナ含有の外側絶縁層用グリーンシートおよび不定形状アルミナ含有の内側絶縁層用グリーンシートを複数形成した。

同じように、ガラス粉末と板状もしくは不定形のアルミナフィラーを不定形アルミナフィラーだけとした以外は、前記と同じ方法でアルミナからなる収縮抑制用グリーンシートを作製した。

その後、絶縁層用グリーンシートを４×４インチの大きさに裁断した後、パンチングして直径１００μｍのビアホールを形成した。ビアホールが形成されたグリーンシートにスクリーン印刷方法で導電性電極ペーストを満たしビア導体パターンを形成すると共に、内部導体パターンおよび表面導体パターンを形成した。この際、板状アルミナ含有の外側絶縁層用グリーンシートに対しては表面用の電極材料をスクリーン印刷して、表面導体パターンを形成した。

次に、図５Ｂに示すように、これら絶縁層用グリーンシートを適切な順序で積層して積層体を得る。また、この積層体を積層方向に挟むようにして拘束層となる一対の収縮抑制用グリーンシート５を配置する。このように、ビア導体パターン、内部導体パターンおよび表面導体パターンが形成されたグリーンシートを複数積層した後に加熱圧着して一体化されたガラスセラミック多層配線構造を有する積層体を製造した。この際の圧力としては、５０ＭＰａでプレスを行った。

この際、板状アルミナ含有ガラスセラミックから成る外側絶縁層の焼成後の厚みと、不定形状アルミナ含有ガラスセラミック層の焼成後の厚みは、それぞれ表２に示す厚みとなるようにした。また、基板構造中におけるビア導体比率は、前述したように、図７に示したように定義され、実際の比率については表２に示した。

さらに、この積層体を４００℃までは１．５℃／ｍｉｎの速度で昇温し、４００℃〜９００℃までは１０℃／ｍｉｎで昇温するとともに、９００℃で２５ｍｉｎ保持して焼成を行った後、拘束層を除去することにより、評価用のガラスセラミック多層配線基板を得た。以上のような工程を経ることで、所望の回路を構成するためのガラスセラミック多層配線基板を作製した。

（実施例２）
［ガラスセラミックス多層配線基板の作製］
表２に示すように、外装用フィラーおよび内装用フィラーとしては、表１における板状アルミナフィラーＣおよび不定形状アルミナフィラーＡを使用した以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミックス多層配線基板を作製した。

（実施例３）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、ビア導体比率を変化させた以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（実施例４）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、外装用フィラーおよび内装用フィラーとしては、表１における板状アルミナフィラーＡおよび不定形状ムライトフィラーＡを使用し、それぞれのフィラー量を調整することでセラミック層の線膨張係数を変化させた以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（実施例５）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、内装用フィラーとしては、表１における不定形状アルミナフィラーＡを使用し、外装用フィラーとしては、板状アルミナフィラーＡに所定量の熔融シリカ（ＳｉＯ_２ ）フィラー（アスペクト比が１で球状／平均粒径が１μｍ）を添加したものを用い、ビア導体比率を変化させた以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（比較例１、２、３）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、外装用フィラーおよび内装用フィラー共に、表１における板状アルミナフィラーＡを使用し、それぞれのフィラー量を２３体積％と同じにし、ビア導体比率を変化させた以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（比較例４）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、外装用フィラーおよび内装用フィラー共に、表１における不定形状のアルミナフィラーＡを使用し、それぞれのフィラー量を３０体積％と同じにした以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（比較例５）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、各フィラーの添加量以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。すなわち、内装用フィラーとしての不定形状アルミナフィラーＡの添加量を１０体積％とし、外装用フィラーとしての板状アルミナフィラーＡの添加量を２８体積％とし、実施例１とは逆に、外側絶縁層の線膨張係数が、内側絶縁層のそれよりも大きくなるようにして、ガラスセラミック配線基板を作製した。

（比較例６）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、各フィラーの添加量以外は、実施例４と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。すなわち、内装用フィラーとしての不定形状ムライトフィラーＡの添加量を３０体積％とし、外装用フィラーとしての板状アルミナフィラーＡの添加量を２８体積％とし、実施例４とは逆に、外側絶縁層の線膨張係数が、内側絶縁層のそれよりも大きくなるようにして、ガラスセラミック配線基板を作製した。

（比較例７）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、内装用フィラーとして表１における板状のアルミナフィラーＡを使用し、外装用フィラーとして不定形状アルミナフィラーＡを使用し、それぞれ所定のフィラー量となるように調整し、アスペクト比の関係が実施例１とは逆の関係となる以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（比較例８）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表２に示すように、内装用フィラーの添加量を変化させ、線膨張係数の関係が比較例７とは逆の関係となる以外は、比較例７と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

評価１
表２に示すように、各実施例および比較例に係るサンプル基板について、下記の方法により、ビア導体比率と、基板サンプルの外表面の平坦度と、基板強度を求めた。

ビア導体比率(%)は、図７の説明で前述したように、多層配線基板１０中における厚み方向に最も長いビア導体の長さＬｖを、多層配線基板１０のトータル厚みＴｏで割り算した値（％表示）として定義される。

また、平坦度は、下記の式（１）により定義され、表２では、３０個のサンプルの平均値として求めた。

[(基板中で最も厚い場所の厚み)― (基板中で最も薄い場所の厚み)] ／ ２ …（１）

さらに、基板強度は、長さ３０ｍｍ、幅５．５ｍ形状の短冊状に切り出した基板サンプルを、ＪＩＳ Ｃ２１４１に準拠して３点曲げ試験にて強度評価した値である。表２では、３０個のサンプルの平均値として求めた。

表２から明らかな通り、比較例１〜３に示すように、板状アルミナフィラーを全て用いたガラスセラミック多層配線基板においては、ビアの比率が高くなると表面の平坦度が低下することが確認された。また、全て不定形状のアルミナフィラーを用いた比較例４の場合には、平坦性は良好なものとはなるが高い基板強度は得られていない。また、外側絶縁層を構成するガラスセラミックの線膨張率が内側絶縁層に比べて大きい比較例５，６，８の場合には、高い強度が得られていない。さらに、外装用フィラーと内装用フィラーとのアスペクト比の関係が実施例とは逆の関係となる比較例７および８では、平坦性が悪いと共に、高い基板強度も得られない。これらの比較例に対して、実施例では、ビア導体比率が高い場合であっても、平坦性および基板強度に優れていることが確認できた。

（実施例１０）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表３に示すように、内装用フィラーとしては、表１における不定形状アルミナフィラーＢを使用し、外装用フィラーとしては、板状アルミナフィラーＢを使用し、各フィラーの添加量を調整して線膨張係数を所定の関係とし、内側絶縁層および外側絶縁層のトータル厚みを変化させた以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミックス配線基板を作製した。

（比較例１０）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表３に示すように、外装用フィラーおよび内装用フィラー共に、表１における不定形状のアルミナフィラーＢを使用し、それぞれのフィラー量を３３体積％と同じにした以外は、実施例１０と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（比較例１１）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表３に示すように、外装用フィラーおよび内装用フィラー共に、表１における板状のアルミナフィラーＢを使用し、それぞれのフィラー量を２２体積％および２５体積％にした以外は、実施例１０と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

評価２
表３からも分かるように、基板厚みが薄い場合においても、表２に示す結果と同様な結果が得られた。

（実施例２０および２１）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表４に示すように、ビア導体比率が４０％および５０％の基板を用いた以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミックス配線基板を作製した。

（比較例２０および２１）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
表４に示すように、外装用フィラーおよび内装用フィラー共に、表１における板状アルミナフィラーＡを使用し、それぞれのフィラー量を３０体積％と同じにした以外は、実施例２０および２１と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（実施例２２〜２４）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
ガラス粉末（ＳｉＯ_２ 、ＣａＯ、ＭｇＯを主成分とするディオプサイド結晶ガラス）を用い、外装用フィラーとして表１に示す板状アルミナフィラーＢを用い、各フィラーの添加量とビア導体比率を変化させた以外は、実施例１と同様の方法にてガラスセラミック多層配線基板を作製した。

（比較例２２）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
外装用フィラーおよび内装用フィラー共に、表１における不定形状アルミナフィラーＡを使用し、それぞれのフィラー量を２８体積％と同じにした以外は、実施例２２と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

（比較例２３）
［ガラスセラミック多層配線基板の作製］
外装用フィラーおよび内装用フィラー共に、表１における板状アルミナフィラーＢを使用し、それぞれのフィラー量を２０体積％と同じにした以外は、実施例２２と同様の方法にてガラスセラミック配線基板を作製した。

かくして得られたガラスセラミック多層配線基板について、基板の平坦性、強度について評価した。結果を表４に示す。

評価３

表４から明らかな通り、組成の違うガラスを使用した場合においても、前述した実施例と同様な効果が得られることが確認され、ガラス材質によらない手法であることが確認できた。

本発明によれば、基板強度に優れ、ＩＣ等の各種電子部品の安定な実装が可能であり、各種モジュールの低背化に対応した薄型基板に好適なガラスセラミック多層配線基板の提供が可能となる。

１ａ，１ｈ…外側絶縁層用グリーンシート、
１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ…内側絶縁層用グリーンシート、
２…ビア導体パターン、
３…内部導体パターン、
４…表面導体パターン、
５…収縮抑制用グリーンシート、
１０，１０ａ，１００…ガラスセラミック多層配線基板
１１ａ，１１ｈ…外側絶縁層
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ…内側絶縁層、
１２…ビア導体、
１３…内部導体層、
１４…表面導体層、
３０…外装用フィラー、
４０，４１…内装用フィラー
５０…支持台
１００…基本構造体

Claims (8)

1. ガラスセラミックからなる複数の絶縁層と、
   前記絶縁層間に形成された複数の内部導体層と、
   前記絶縁層を貫通して、異なる層位置に存在する前記内部導体層の相互間を接続するビア導体と、
   前記絶縁層の積層方向における少なくとも一方の外表面に形成された表面導体層と、を有するガラスセラミック多層配線基板であって、
   前記表面導体層が形成された前記外表面から所定厚み範囲内の前記絶縁層を外側絶縁層と規定し、当該外側絶縁層よりも内側に位置する前記絶縁層を内側絶縁層と規定した場合に、
   前記外側絶縁層に含まれる外装用フィラーの扁平・球形度を示す第１アスペクト比が、前記内側絶縁層に含まれる内装用フィラーの扁平・球形度を示す第２アスペクト比に比較して大きく、
   前記外側絶縁層の熱膨張係数が前記内側絶縁層の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とするガラスセラミック多層配線基板。
2. 前記外側絶縁層のトータル厚みの割合が、前記多層配線基板のトータル厚みに対して、５〜２０％である請求項１に記載のガラスセラミック多層配線基板。
3. 前記多層配線基板中における厚み方向に最も長い前記ビア導体の長さを、前記多層配線基板のトータル厚みで割り算した値として定義されるビア導体比率が０．４以上である請求項１または２に記載のガラスセラミック多層配線基板。
4. 前記第２アスペクト比が２以下である請求項１〜３のいずれかに記載のガラスセラミック多層配線基板。
5. 前記第１アスペクト比が２５以上である請求項１〜４のいずれかであるガラスセラミック多層配線基板。
6. 前記外装用フィラーがアルミナで構成してある請求項１〜５のいずれかに記載のガラスセラミック多層配線基板。
7. 前記外装用フィラーの平均粒径が、前記内装用フィラーの平均粒径よりも大きい請求項１〜６のいずれかに記載のガラスセラミック多層配線基板。
8. 前記外側絶縁層を構成するガラスセラミックのガラスと、前記内側絶縁層を構成するガラスセラミックのガラスとが、同じ組成を有している請求項１〜７のいずれかに記載のガラスセラミック多層配線基板。

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