JP2023005498A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装性と高いメタライズ強度を両立した配線基板を提供する。【解決手段】 配線基板は、基板と、白金を主成分とする第１の白金層と、前記基板と、前記第１の白金層との間に形成され、前記第１の白金層よりも多くのセラミックス成分を含有する第２の白金層とを有する。好適には、前記第２の白金層は、ポーラス構造のセラミックスと、前記セラミックスの孔に包摂された白金とを含み、前記基板は、セラミックスで構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、配線基板及びその製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、セラミックグリーンシートに形成された貫通孔に白金を主成分とする貫通導体用導体ペーストを充填するとともに、貫通孔に貫通導体用導体ペーストが充填されたセラミックグリーンシートのうちの一部に白金を主成分とする接続パッド用導体ペーストを塗布し、セラミックグリーンシート積層体を作製して焼成する多層配線基板の製造方法において、接続パッド用導体ペーストをセラミックグリーンシート積層体の厚みに対して５～１０％の厚みとなるような厚みに塗布し、接続パッド用導体ペーストの厚みの４０～６０％がセラミックグリーンシート積層体に埋まるように、セラミックグリーンシート積層体を加圧する多層配線基板の製造方法が開示されている。

特開２０１１－１３４８４４号公報

本発明は、実装性とメタライズ強度を両立した配線基板を提供することを目的とする。

本発明に係る配線基板は、基板と、白金を主成分とする第１の白金層と、前記基板と、前記第１の白金層との間に形成され、前記第１の白金層よりも多くのセラミックス成分を含有する第２の白金層とを有する。

好適には、前記第２の白金層は、ポーラス構造のセラミックスと、前記セラミックスの孔に包摂された白金とを含み、前記基板は、セラミックスで構成されている。

好適には、前記第２の白金層は、１重量％以上２０重量％以下のセラミックス成分を含む。

好適には、前記第２の白金層は、５重量％以上１５重量％以下のセラミックス成分を含む。

好適には、前記基板は、アルミナを９０重量％以上含有するセラミックス基板であり、前記第２の白金層は、前記セラミックス成分として、アルミナを１０重量％以上含有する。

また、本発明に係る配線基板の製造方法は、セラミックス基板と白金電極との間に、セラミックスの粉末が添加された白金ペーストの層を形成する工程と、前記白金ペーストの層を挟んだセラミックス基板及び白金電極を焼成する工程とを有する。

本発明によれば、実装性と高いメタライズ強度を両立した配線基板を提供できる。

１層電極が形成された基板と、２層電極が形成された基板（実施例）とを比較するための断面図である。 実施例及び比較例の表面及び断面のＳＥＭ画像である。 内装導体の断面を王水でエッチングした場合の断面ＳＥＭ画像である。 下部導体に対するアルミナ添加量の評価結果を示す図である。 上部導体に対するパラジウム添加量の評価結果を示す図である。

まず、本発明がなされた背景を説明する。
白金は、ガラスの中にほとんど溶け込まないので、焼結は液相反応ではなく、固相反応として進行する。アルミナの焼結助剤が白金導体内部に入り込んで焼結するわけではないため、アルミナ表面に白金導体を形成しても、界面での接合力は弱く、十分な密着強度を有しない。また、アルミナなどの添加物を添加したペーストは、半田に濡れないなど、表面電極として求められる実装性能を有しない。
そこで、本発明の実施形態では、白金を表層導体として用いるセラミック多層基板において、アルミナなどのセラミックス含有率の高い白金ペーストからなる下部導体（第２の白金層）の上に、添加物の少ない白金ペーストからなる上部導体（第１の白金層）を重ねた２層構造の電極を形成させる。下部導体は、添加されているアルミナ粉末が基板のアルミナと焼結することで、白金導体の中に微細なセラミックス構造体を形成して密着層として働き、上部導体は、半田接続やワイヤーボンディングなどの実装に必要な性能を発揮する。

（セラミックス多層基板）
本実施形態のセラミックス多層基板は、白金を表層導体として用いるセラミックス多層基板であって、アルミナなどのセラミックス成分が添加された白金ペーストからなる下部導体（第２の白金層となる）と、この下部導体よりもセラミックス成分が少ない白金ペーストからなる上部導体（第１の白金層となる）を重ねて同時焼成することで、セラミックス基板上に、２層構造の表層電極を形成する。上部導体及び下部導体の厚みは、例えば、３～５μｍである。
セラミクス基板上に、セラミックス成分の少ない白金ペーストのみで表層電極を形成した場合には、図１（Ａ）に例示するように、セラミックス基板と表層電極の界面がはっきりしているが、本実施形態のように、２層構造の表層電極をセラミックス基板上に形成した場合には、図１（Ｂ）に例示するように、セラミックスと白金導体が絡み合い、界面が見えなくなる。

（下部導体）
下部導体（第２の白金層）用の白金ペーストは、白金１００重量部に対して、１～２０重量部のセラミックス粉末（例えば、アルミナ粉末）を添加したものである。より好ましくは、下部導体用の白金ペーストは、白金１００重量部に対して、５～１５重量部のセラミックス粉末（例えば、アルミナ粉末）を添加したものである。白金ペースト中の白金粒子の粒径は、例えば、０．８～１．１μｍであり、セラミックス粉末の粒径は、０．４～０．６μｍである。焼成後の下部導体は、およそ１重量％～２０重量％のセラミックス成分を含む。より好ましくは、焼成後の下部導体は、およそ５重量％～１５重量％のセラミックス成分を含む。

（上部導体）
上部導体（第１の白金層）用の白金ペーストは、セラミックス粉末を含有しない白金ペーストである。白金ペーストは、白金とパラジウムを混合した白金合金ペーストであってもよい。また、上部導体用の白金ペーストは、半田濡れ性やワイヤーボンディング性に影響を与えない程度の量のセラミッスク粉末を添加してもよく、例えば、白金１００重量部に対して、０～０．３重量部のセラミックス粉末（例えば、アルミナ粉末）を添加したものであってもよい。

（セラミックス基板）
セラミックス基板は、例えば、アルミナの含有率が９０重量％～１００重量％のアルミナ基板である。なお、セラミックス基板は、２０重量％以下のジルコニアを含有するアルミナジルコニア複合材料からなる基板であってもよい。

次に、セラミックス多層基板の製造方法を説明する。
（層形成工程）
まず、セラミックスグリーンシートと白金電極との間に、セラミックスの粉末が添加された白金ペーストの層を形成する。例えば、セラミックスグリーンシート上に、アルミナ粉末が添加された白金ペーストを塗工し、この白金ペーストの上に、アルミナ粉末が添加されていない白金ペーストを塗工する。
（焼成工程）
白金ペーストの層を挟んだセラミックス基板及び白金電極を同時に焼成する。焼成条件は、例えば、１５５０℃で２時間である。

（実施例）
アルミナを主成分とする焼成厚み０．１ｍｍのセラミックスグリーンシートを５層分所定のサイズに切断し、各々の層の導通用貫通孔をパンチ加工した。表裏面の電極の形成は、スクリーン印刷によりアルミナ粉末１０重量％添加の白金ペーストを塗工し、その上に、アルミナ粉末を添加していない白金ペーストを塗工していった。またキャビティと呼ばれる基板内部のザグリ部に関連した表面露出電極のある層の配線形成は、スクリーン印刷によりアルミナ粉末１０重量％添加の白金ペーストを塗工し、その上の焼成後に表面に露出する部分に対してアルミナ粉末を添加していない白金ペーストを塗工して行った。内部配線層は、スクリーン印刷で白金ペーストによる貫通孔充填と配線形成を行った。キャビティパンチが必要な層の加工を行い、所定の順番でセラミックスグリーンシートを積み重ねた。温水等方圧プレスを用いて、９０℃、２４．５ＭＰａ、２０分の条件で積層体を作り、１５５０℃で２時間焼成してキャビティ構造を有する白金導体による同時焼成セラミックス多層基板を得た。
図２は、本実施例のセラミックス多層基板と、比較例の基板のＳＥＭ画像である。図２に示すように、比較例１（アルミナ基板上に白金のみの電極層を形成した場合）では、エッジ部で大きくめくれている。また、比較例２（アルミナ基板上に、アルミナ１％添加の白金ペーストで電極層を形成した場合）では、エッジ部でめくれていないものの、中央部の断面では、層間に隙間がある。さらに、比較例２では、表面にアルミナ粒子が見えており、半田濡れ性に影響することは明白である。
一方、実施例（アルミナ基板上に、アルミナ１０％添加の下部導体を形成し、その上に、白金単体の上部導体を形成した場合）では、エッジ部でめくれておらず、中央部の断面でも層間の密着性が良い。さらに、実施例の表面には、アルミナ粒子は見えず、半田濡れ性に影響しないことが期待できる。

実施例のセラミックス多層基板の構造をより詳細に観察するために、図３（Ａ）の模式図で示すような内層導体を作成し、その断面に対して、王水エッチングを施した。その際の断面ＳＥＭ画像が、図３（Ｂ）である。図３（Ｂ）に示すように、白金のみで構成された上部導体に相当する領域は、王水によって無くなっており、下部導体に相当する領域は、白金部分が無くなり、添加されたアルミナによるポーラス構造が観察できる。下部導体に相当する領域のポーラス構造は、アルミナ基板に相当する領域と比較して、空孔が大きく、白金により満たされていた空間であることがわかる。

（下部導体の検討）
図４は、下部導体に対するアルミナ添加量の評価結果を示す。
下部導体に用いるペーストとして、白金ペーストに対するアルミナの添加量を検討した。焼成厚み０．１ｍｍのアルミナグリーンシートに２ｍｍ角のサイズでペーストを乾燥厚み５μｍ程度でスクリーン印刷し、焼成厚み０．５ｍｍ程度になるようにセラミックスグリーンシートを複数枚積層したのち、焼成して試料を作製した。その焼成したままの状態の試料と、更に８５０℃１０分のベルト炉通炉を、５回繰り返した試料の２水準で断面観察をＳＥＭで行い、下部導体とセラミックス基板が重なっている部分に隙間が生じているかを評価した。
白金１００重量部に対して６重量部アルミナを添加したもの（図４の下部導体４）は、基板を焼成したままの状態ではセラミックス上の導体エッジに隙間は観察されなかったが、ベルト炉通炉を行ったものではエッジに隙間が生じていた。７重量部以上アルミナを添加した試料（下部導体５～７）では、ベルト炉通炉しても導体とセラミックの接合界面に異常は観察されなかった

（上部導体の検討）
図５は、上部導体に対するパラジウム添加量の評価結果を示す。
上部導体に用いるペーストとして、白金ペーストに対するパラジウム添加量を振った実験を行った。焼成厚み０．１ｍｍのアルミナグリーンシートに２ｍｍ角のサイズで下部電極として白金１００重量部に対してアルミナ１０重量部を添加したペーストを乾燥厚み５μｍ程度でスクリーン印刷し、その上に同じサイズで白金１００重量部に対してパラジウムを添加したペーストを乾燥厚みで５μｍ程度に印刷した。焼成厚み０．５ｍｍ程度になるようにセラミックグリーンシートを複数枚積層したのち、焼成して試料を作製した。焼成したままの状態の試料で半田濡れ性とセラミックスとの密着性を判断する断面ＳＥＭ観察、及び、半田密着強度を評価した。パラジウムを添加することで、これらの評価項目は大きく変化することなく、良好な半田濡れ性と密着強度を示すことがわかった。

以上説明したように、本実施形態におけるセラミックス多層基板によれば、下部導体によってセラミックスとの密着強度を向上させ、白金のみからなる上部導体で半田濡れ性等の実装性能を有した電極が形成できる。
また、本実施形態の製造方法によれば、白金を主成分とする表層電極を有し、実装性と高いメタライズ強度を両立したセラミックス多層基板を同時焼成にて製造することができる。

Claims (6)

1. 基板と、
   白金を主成分とする第１の白金層と、
   前記基板と、前記第１の白金層との間に形成され、前記第１の白金層よりも多くのセラミックス成分を含有する第２の白金層と
   を有する配線基板。
2. 前記第２の白金層は、ポーラス構造のセラミックスと、前記セラミックスの孔に包摂された白金とを含み、
   前記基板は、セラミックスで構成されている
   請求項１の配線基板。
3. 前記第２の白金層は、１重量％以上２０重量％以下のセラミックス成分を含む
   請求項２の配線基板。
4. 前記第２の白金層は、５重量％以上１５重量％以下のセラミックス成分を含む
   請求項２の配線基板。
5. 前記基板は、アルミナを９０重量％以上含有するセラミックス基板、もしくは２０重量％以下のジルコニアを含有するアルミナジルコニア複合材料であり、
   前記第２の白金層は、前記セラミックス成分として、アルミナを７重量％以上含有する
   請求項４に記載の配線基板。
6. セラミックスグリーンシートと白金電極との間に、セラミックスの粉末が添加された白金ペーストの層を形成する工程と、
   前記白金ペーストの層を挟んだセラミックスグリーンシート及び白金電極を同時焼成する工程と
   を有する配線基板の製造方法。

Images