JP2522180C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明はセラミック多層配線基板に関し、特にセラミック
多層配線基板のスルーホールの構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】セラミック多層配線基板は、ＬＳＩ等の半導体部品を実装する基
板として広く用いられている。セラミック多層配線基板は、絶縁層と、導体層と
、これらを接続するスルーホールとから構成されている。ここで、絶縁層はセラ
ミックから、また、導体層は主にメタルから構成されている。つまり、セラミッ
ク多層配線基板は、異なる材料を組み合わせた複合体である。 【０００３】 このように異なる材料から構成されているため、セラミック多層配線基板では
、各材料の特性を一致させることが重要となっている。とりわけ、熱特性を一致
させることは、重要な問題である。セラミック多層配線基板の製造工程は、焼成
等の大きな温度変化を伴うからである。 【０００４】 各材料の熱特性が異なる場合の間題として、クラックの発生がある。クラック
は、絶縁層を構成するセラミックの熱特性と、スルーホールを構成する導体材料
の熱特性とが異なる場合に、セラミックに発生する。発生箇所は、スルーホール
近傍のセラミックである。クラックが発生すると、基板の強度が低下する。また
、基板の信頼性も低下してしまう。このようなクラックの発生を防止するための
技術の一例は、特開昭５９−１１７００４号公報に記載されている（以下「従来
技術」という）。この従来技術では、スルーホール充填用ペーストを構成するタ
ングステン粉末の平均粒径を特定の範囲に限定することにより、クラックの発生
を防止する、としている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上述の従来技術では、タングステン粉末の粒径を精密に制御し
た、特別のスルーホール充填用ペーストを容易する必要があるので製造が困難で
ある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】 上述の課題を解決するため、本発明のセラミック多層配線基板では、基板と、
この基板内に設けられたスルーホールとを有するセラミック多層配線基板におい
て、前記スルーホールの前記基板の表層部における前記基板と平行な断面の断面
積が前記スルーホールの前記基板の内層部における前記基板と平行な断面の断面
積よりも小さくなるように形成されている。 【０００７】 【実施例】 まず、本発明の基礎実験ついて説明する。この基礎実験によって、スルーホー
ルの直径を小さくすることによってクラックの発生が防止できる、ということが
明らかになった。図８（ａ）〜（ｃ）は、この基礎実験の内容を示す図である。 【０００８】 本基礎実験は、スルーホールを有するセラミック多層配線基板をモデル化し、 その特性を数値実験によりシミュレートすることによって行われた。図８（ａ）
は、本基礎実験で使用されたモデルを示す図である。このモデルは、スルーホー
ル９１を中心とする２次元軸対象モデルである。スルーホール９１の周辺には、
セラミック９２が存在している。本基礎実験では、構造解析シミュレータによっ
て、スルーホール９１の直径と、スルーホール９１近傍の応力との関係が調べら
れた。本基礎実験で設定された各種材料の特性値は、図８（ｂ）に示されている
。 【０００９】 図８（ｃ）は、本基礎実験の結果を示すグラフである。図８（ｃ）を参照する
と、スルーホール９１の直径の減少に伴って、スルーホール９１近傍の最大主応
力も減少している。つまり、スルーホール９１の直径を小さくすることによって
、スルーホール９１近傍の応力を減ずることができる。 【００１０】 以上の結果から、スルーホールの直径を小さくすることによって、スルーホー
ル近傍のクラックの発生を防止することが明らかになった。しかしながら、スル
ーホールの直径を小さくすると、スルーホールの電気抵抗が急激に上昇してしま
う。このため、単純にスルーホールの直径を小さくすることはできない。しかし
ながら、以下に説明する各実施例によれば、このような問題を解決することがで
きる。 【００１１】 次に、本発明について図面を参照して説明する。 【００１２】 図１は、本発明の第１の実施例を示す図である。図１を参照すると、本実施例
のセラミック多層配線基板１０は、導体層１１と、絶縁層１２と、各導体層１１
を接続するスルーホール２０とから構成されている。スルーホール２０は導体ペ
ーストにより構成されている。 【００１３】 スルーホール２０の形状は、表層部Ａと内層部Ｂとで異なる。表層部Ａは、セ
ラミック多層配線基板１０の表面からおよそ４００μｍの範囲で、４層のグリー
ンシートから構成されている。内層部Ｂは、２つの表層部に挟まれた領域で、そ の高さは約４．７ｍｍである。内層部Ｂは、４７層のグリーンシートで構成され
ている。表層部Ａでは、スルーホール２０は、表層部スルーホール２１により構
成されている。表層部スルーホール２１の直径は９０μｍである。一方、内層部
Ｂでは、スルーホール２０は、内層部スルーホール２２により構成されている。
内層部スルーホール２２の直径は２８０μｍである。 【００１４】 次にセラミック多層配線基板１０の製造方法について説明する。セラミック多
層配線基板１０を製造するためには、まず、スラリーを作成する。スラリーは、
アルミナ粉末とホウケイ酸鉛ガラス粉末を重量比５５：４５で混合した混合粉末
に、溶剤としてエチルセロソルブおよびブチルカルビトールを加え、さらに、バ
インダーとしてポリビニルブチラールを加えたものを混合、混練して作成される
。 【００１５】 次に、グリーンシートが作成される。グリーンシートは、ドクターブレード法
によって、上述のスラリーをキャリアフィルム上に成膜し、乾燥させることによ
って作成される。次に、グリーンシート内にスルーホール形成用の導体ペースト
を埋め込む。具体的には、セラミック多層配線基板１０の表層部Ａを形成するグ
リーンシートには、スルーホール形成位置に直径１００μｍの穴が穿孔される。
この穴には導体ペーストが充填される。この導体ペーストは通常使用されている
もので構わない。導体ペーストの充填は、スクリーン印刷法によって行われる。
この後の工程によって、この直径１００μｍの穴は収縮し、図２（ａ）に示すよ
うな直径９０μｍの表層部スルーホール２１を形成する。一方、セラミック多層
配線基板１０の内層部を形成するグリーンシートには、直径３２０μｍの穴が穿
孔され、この穴に導体ペーストが充填される。この後の工程で、この直径３２０
μｍの穴は収縮し、図２（ｂ）に示すような、直径２８０μｍの内層部スルーホ
ール２２を形成する。上述の工程では、１００μｍの穴を穿孔するための第１の
金型と、３２０μｍの穴を穿孔するための第２の金型が必要である。また、この
工程において、グリーンシート上に、導体層１１も形成される。 【００１６】 次に複数のグリーンシートを一体化する。グリーンシートの一体化は、積層さ れた複数のグリーンシートを、温度１１０℃、圧力１５０ｋｇ／平方ｃｍの条件
下で熱プレスすることによって行われる。 【００１７】 最後に、グリーンシートの積層体が加熱される。加熱は、グリーンシートの積
層体を、空気中で加熱することによって行われる。このときの温度プロファイル
は図３に示されている。この加熱によって、バインダーの燃焼・蒸発、および基
板の焼結が行われる。 【００１８】 次に、本実施例の特性を実験した結果について説明する。 【００１９】 まず、本実験の方法について説明する。図４を参照すると、本実験では、スル
ーホール２０に抵抗測定パッド３０が形成され、スルーホール２０の抵抗が測定
された。さらに、スルーホール近傍を写真撮影することにより、スルーホール近
傍のクラックの発生が観察された。このとき、スルーホール２０とセラミックと
の境界をスポットライトで照射し、クラックにおいて光の屈設を生じさせた。ク
ラックの存在を確認しやすくするためである。 【００２０】 また、本実験は、本実施例のスルーホール２０の他に、直径が９０μｍおよび
２８０μｍの通常のスルーホールについても行われた。これら比較用のスルーホ
ールは、その形状を除く全ての点において、スルーホール２０と同様に製造され
たものである。 【００２１】 本実験の結果は図５に示されている。図５では、直径９０μｍの通常のスルー
ホールをタイプ１と、本実施例のスルーホール２０をタイプ２と、直径２８０μ
ｍの通常のスルーホールをタイプ３とそれぞれ呼んでいる。 【００２２】 図５を参照すると、タイプ１のスルーホールでは、クラックの発生は見られな
かった。しかしながら、その電気抵抗は１２０μΩと非常に大きい。また、タイ
プ３のスルーホールの電気抵抗は、１５μΩと小さい。しかしながら、スルーホ ール近傍にクラックが発生した。 【００２３】 一方、本実施例のスルーホールであるタイプ２のスルーホールでは、電気抵抗
は２５μΩであった。これは、タイプ１のスルーホールに比べてはるかに小さい
。また、タイプ２のスルーホールの近傍にはクラックの発生は見られなかった。
つまり、本実施例のスルーホールでは、クラックの発生は防止され、その電気抵
抗が大きく増大することもない。そして、スルーホール２０に充填される導体ペ
ーストとして、通常用いられているものを使用することができる。このため製造
が容易である。 【００２４】 本発明の適用範囲は、以上説明した実施例の寸法、および材料に限定されるも
のではない。以下、本実施例の変形可能な範囲について説明する。 【００２５】 内層部Ｂの高さはいくらでも構わない。表層部Ａの高さは０．４ｍｍ以上必要
である。０．４ｍｍ以下の場合、図１の部分Ｃにセラミックの割れが発生する恐
れがある。表層部スルーホール２１の直径は金型の許容する限り小さくすること
ができる。クラックを確実に防止するためには、表層部スルーホール２１の直径
はなるべく小さい方がよい。内層部スルーホール２２の直径が大きいほど、スル
ーホール２０の電気抵抗を減少することができる。しかし、導体ペーストの充填
のためには０．３０ｍｍ以下とする必要がある。 【００２６】 また、本実施例では、表層部スルーホール２１および内層部スルーホール２２
の断面形状は円であるとしたが、本発明の適用範囲はこれに制限されるものでは
ない。表層部スルーホール２１および内層部スルーホール２２の形状にかかわら
ず、内層部スルーホール２２の断面積が表層部スルーホール２１の断面積よりも
大きければ所期の効果を達成することができる。 【００２７】 次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例の特徴は、第１の実
施例の構造をブラインドスルーホールに適用した点にある。 【００２８】 図６を参照すると、ブラインドスルーホール４０の表層部Ａにおける形状は、
第１の実施例のスルーホール２０のものと変わらない。しかしながら、ブライン
ドスルーホール４０は、基板の反対面に貫通することなく、内層部Ｂの途中にお
いて終了する。 【００２９】 本実施例によって達成される効果は第１の実施例の効果と同等である。 【００３０】 次に、本発明の第３の実施例について説明する。本実施例は、第１〜第２の実
施例のスルーホールを簡便に製造するための構造である。より具体的には、本実
施例によれば、第１〜第２の実施例では２種類の金型が必要であったスルーホー
ル穿孔工程を、１種類の金型で実行することが可能となる。 【００３１】 図７（ａ）を参照すると、本実施例において、スルーホール穿孔用の金型は、
穴６１１１を穿孔するための１種類の金型のみが用意される。穴６１１１の直径
は表層部スルーホール２１の直径に合わせたものである。したがって、表層部ス
ルーホール２１を形成するときには、この金型によって通常通りグリーンシート
を穿孔すれば良い。一方、内層部スルーホール２２は、以下のようにして形成さ
れる。 【００３２】 図７（ｂ）を参照すると、内層部スルーホール２２は、点７３０を中心とした
内層部スルーホール２２は、点７２１〜７２４を中心とした４つの穴、穴６２１
〜６２４により形成される。穴６２１〜穴６２４は、表層部スルーホール２１を
形成するのに用いたのと同じ金型によって穿孔される。穴６２１〜穴６２４が形
成されるときには、金型もしくはグリーンシートが微細に移動される。点７２１
〜７２４間の距離が近接しているために、穴６２１〜穴６２４はつながり、穴６
１１１よりも大きな穴である穴８２０が形成される。穴８２０は円ではない。し
かしながら、前述したように、本発明の効果は内層部スルーホール２２の形状に
左右されない。したがって、穴８２０により形成される内層部スルーホール２２ でも所期の効果を達成することができる。 【００３３】 図７（ｃ）は、７つの穴、穴６３０〜穴６３６により、穴８２０よりも大きな
穴である穴８３０を形成した場合を示している。このように、多くの穴を組み合
わせることにより、いくらでも大きな内層部スルーホール２２を形成することが
できる。しかも、このとき必要な金型は１種類のみである。 【００３４】 以上のように、本実施例によれば、１種類の金型によって表層部スルーホール
２１と内層部スルーホール２２の両方のスルーホールを形成することができる。
このため、製造が容易である。 【００３５】 【発明の効果】 以上説明したように、本発明では、セラミック多層配線基板１０に設けられる
スルーホール２０を、表層部スルーホール２１の直径が内層部スルーホール２２
の直径よりも小さくなるように形成した。このため、特別のスルーホール充填用
ペーストを用いることなくスルーホール近傍のクラックの発生を防止することが
でき、製造が容易である、という効果を有する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施例を示す図。 【図２】（ａ）は、表層部スルーホール２１を示す図。（ｂ）は、内層部スルー
ホール２２を示す図。 【図３】第１の実施例のセラミック多層配線基板１０の製造方法を示す図。 【図４】第１の実施例の特性実験の概要を示す図。 【図５】第１の実施例の特性実験の結果を示す図。 【図６】本発明の第２の実施例を示す図。 【図７】（ａ）は、本発明の第３の実施例を示す図。（ｂ）は、本発明の第３の
実施例を示す図。（ｃ）は、本発明の第３の実施例を示す図。 【図８】（ａ）は、本発明に先立つ実験を示す図。（ｂ）は、本発明に先立つ実
験を示す図。（ｃ）は、本発明に先立つ実験を示す図。 【符号の説明】 １０ セラミック多層配線基板 １１ 導体層 １２ 絶縁層 ２０ スルーホール ２１ 表層部スルーホール ２２ 内層部スルーホール ３０ 抵抗測定パッド ４０ ブラインドスルーホール ５０ メッキ ６１１ 穴 ６２１〜６２４ 穴 ６３０〜６３６ 穴 ８２０ 穴 ８３０ 穴

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板と、この基板内に設けられたスルーホールとを有し、前記ス
   ルーホールの前記基板の表層部における前記基板と平行な断面の断面積が前記ス
   ルーホールの前記基板の内層部における前記基板と平行な断面の断面積よりも小
   さいセラミック多層配線基板の製造方法において、 第１の金型でグリーンシートを穿孔して前記基板の表層部のスルーホールを形
   成する第１の工程と、 前記第１の金型でグリーンシートに重なり合う複数の穴を穿孔して前記基板の
   内層部のスルーホールを形成する第２の工程とを有することを特徴とするセラミ
   ック多層配線基板の製造方法。