JP2734404B2 - セラミック配線基板およびその製造方法 - Google Patents

セラミック配線基板およびその製造方法

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JP2734404B2 JP7125181A JP12518195A JP2734404B2 JP 2734404 B2 JP2734404 B2 JP 2734404B2 JP 7125181 A JP7125181 A JP 7125181A JP 12518195 A JP12518195 A JP 12518195A JP 2734404 B2 JP2734404 B2 JP 2734404B2
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  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は導体配線層と有機樹脂の
絶縁層とが交互に積層された多層配線基板の土台として
用いられ、表裏面を貫通するスルーホールを有するセラ
ミック配線基板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】グリーンシートを積層して形成する基板
のスルーホール形成技術の一例が特開平62−6964
8号公報に開示されている。この公報記載の第1図であ
る図2を参照して、公報第2頁右上欄第8行目−左下欄
第9行目の記載を示す。「まず、・・・無機組成物から
なるグリーンシート5,8および10のそれぞれにスル
ーホール配線4,7および11のための穴をパンチし、
次に、それぞれのシートのパンチされたスルーホールに
金を主成分とする厚膜導体ペーストを印刷により充填
し、さらにグリーンシート5の表面に第一の電源配線層
6として金を主成分とする厚膜導体ペーストを用いて印
刷により形成し、裏面に端子3形成用パッドを同様に形
成する。またグリーンシート8の表面に第2の電源配線
層9を同様に印刷形成する。次にグリーンシート5,
8,10のそれぞれを目合わせした後積層し、プレスに
よって各層を貼り合わせる。しかる後にこのグリーンシ
ート積層体を700℃〜900℃空気中で焼成する。こ
の工程によって各グリーンシート5,8,10は一体化
されてガラス・セラミック基板1となり、各導体ペース
トは焼成されて電源配線層6,9およびスルーホール配
線4,7および11となり、端子3のうちの電源端子の
それぞれと各電源配線層との相互電気的接続および端子
3のそれぞれとスルーホール配線の表面露出部との電気
的接続が行われる。」 この従来の技術では、スルーホールを形成するための穴
はすべて同じ位置にあるので、セラミック基板の表裏面
を貫通するスルーホールの形状は、一直線状になってい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】セラミック基板の貫通
スルーホールに使用する導体金属の熱膨張係数は、通常
セラミックの熱膨張係数よりはるかに大きい。従って、
従来の製造方法によるセラミック基板の一直線状のスル
ーホールでは、セラミック基板上に導体配線層と有機樹
脂による絶縁層を交互に積層する多層配線基板を製造す
る時、有機樹脂の絶縁層形成時の熱処理時に、スルーホ
ールが垂直方向に膨張し、スルーホール表面がセラミッ
ク基板表面より高くなり、有機樹脂絶縁層にストレスが
加わる。また、絶縁層形成工程が繰り返して行われるの
で、その度にスルーホールの熱ストレスが有機樹脂の絶
縁層に加わるため、スルーホールの形状に沿って、有機
樹脂絶縁層にクラックや膨れ等の不良が発生しやすいと
いう問題点があった。
【0004】本発明の目的は、有機樹脂絶縁層形成の際
行う熱処理によりスルーホール表面が基板表面より高く
なる量を減少するようにしたセラミック基板を提供する
ことにある。
【0005】本発明の他の目的は、スルーホール周辺の
絶縁層に応力がかかるのを防止して、クラックの発生を
予防するようにしたセラミック基板を提供することにあ
る。
【0006】本発明の他の目的は、膨れを発生しにくく
したセラミック基板を提供することにある。
【0007】本発明の他の目的は、有機樹脂絶縁層形成
の際行う熱処理によりスルーホール表面が基板表面より
高くなる量を減少するようにしたセラミック基板の製造
方法を提供することにある。
【0008】本発明の他の目的は、スルーホール周辺の
絶縁層に応力がかかるのを防止してクラックの発生を予
防するようにしたセラミック基板の製造方法を提供する
ことにある。
【0009】本発明の他の目的は、膨れの発生を予防す
るようにしたセラミック基板の製造方法を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の第1のセラミッ
配線基板は、上面と、下面と、該上面および下面を貫
通するとともに数回折れ曲がった形状を呈するスルーホ
ールとを有するセラミック基板と、このセラミック基板
の上面に設けられ導体配線層と有機樹脂の絶縁層とが交
互に積層された配線基板とを含む。
【0011】本発明の第2のセラミック配線基板は、
記セラミック基板は、第1の貫通孔および該第1の貫通
孔に設けられた第1の導体を有する第1の絶縁層と、こ
の第1の絶縁層の前記第1の貫通孔の位置とは異なる位
置に設けられた第2の貫通孔および該第2の貫通孔に設
けられた第2の導体を有する第2の絶縁層と、前記第1
の絶縁層と前記第2の絶縁層との間に設けられ前記第1
の導体と前記第2の導体とを電気的に接続する接続パタ
ーンとを含む。
【0012】本発明のセラミック配線基板の第1の製造
方法は、複数枚のグリーンシートのそれぞれにスルーホ
ール形成用の穴を位置をずらして形成する穴形成工程
と、この穴形成工程で形成された穴に印刷により導体ペ
ーストを充填する導体ペースト充填工程と、この導体ペ
ースト充填工程で充填された導体ペーストの間を電気的
に接続するために、前記グリーンシート上に印刷で導体
ペーストにより接続パターンを形成する接続パターン形
成工程とを含む。
【0013】本発明のセラミック基板の第2の製造方法
は、前記第1の製造方法における接続パターン形成工程
のあとに前記グリーンシートを積層しプレスし焼成する
工程を含むことを特徴とする。
【0014】
【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
【0015】図1(D)を参照すると、本発明の一実施
例は特徴の1つである低温焼結多層セラミック基板3
5、およびこのセラミック基板35上に形成された金ま
たは白金−鉛系の金属を材料とする導体配線層39,4
0および41を有する有機樹脂絶縁層37および42を
備えた多層配線層42を含む。
【0016】図1(C)を参照すると、本発明の一実施
例の特徴の1つは、セラミック基板35に、この基板3
5内の電源配線層34に接続するように貫通スルーホー
ル36が折れ曲がるようにして形成されていることにあ
る。このセラミック基板35は、特開昭61−1081
92号公報に示された低温焼結多層セラミック基板が望
ましい。この基板は「800℃〜1050℃の温度範囲
で焼結できる低温焼結材料のセラミック層」を含むもの
である。低温焼結材料の第1の例としては、酸化物換算
表記に従ったとき 酸化アルミニウム 55.0重量% 二酸化硅素 29.2重量% 酸化鉛 7.5重量% 酸化ホウ素 3.1重量% 2族元素酸化物 2.6重量% 4族元素酸化物 0.5重量% 1族元素酸化物 2.1重量% の組成である。ここで2族元素酸化物としては、酸化マ
グネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化スト
ロンチウムおよび酸化亜鉛から選ばれる。4族元素酸化
物としては酸化チタンジルコニウムから選ばれ、また1
族元素酸化物としては酸化ナトリウム、酸化カリウムか
ら選ばれる。このセラミック基板35で導体層の材料と
しては、「金又は銀パラジウム又は銀又は銅又はニッケ
ル」であり、第1の例としては「銀パラジウム」が望ま
しい。「銀パラジウムの組成は銀が85wt%およびパ
ラジウムが15wt%であり、この組成のペーストを用
いて900℃焼成した際のシート抵抗値は10〜12m
Ω/□で」ある。
【0017】第2の例では「セラミック材料としては酸
化物換算表記に従ったとき、 酸化アルミニウム 60.0重量% 二酸化硅素 23.2重量% 酸化鉛 3.0重量% 酸化ホウ素 7.2重量% 2族元素酸化物 3.8重量% 4族元素酸化物 1.2重量% 1族元素酸化物 1.6重量% の組成である。一方、導電材料としては銀70重量%と
パラジウム30重量%の組成」である。
【0018】第3の例では、「セラミック材料としては
酸化物換算表記に従ったとき、 酸化アルミニウム 45.0重量% 二酸化硅素 10.2重量% 酸化鉛 18.4重量% 酸化ホウ素 10.2重量% 2族元素酸化物 8.8重量% 4族元素酸化物 5.1重量% 1族元素酸化物 2.3重量% の組成である。
【0019】導電体材料としては金」が用いられてい
る。
【0020】第4の例では、「セラミック材料の組成
は、次に示す。
【0021】 酸化アルミニウム 40.0重量% 二酸化硅素 18.3重量% 酸化鉛 11.0重量% 酸化ホウ素 14.5重量% 2族元素酸化物 10.0重量% 4族元素酸化物 2.1重量% 1族元素酸化物 4.1重量% 導電材料としては銅を用い窒素ガスによる中性雰囲気中
で800℃の温度で焼成」された。
【0022】第5の例では、「セラミック材料は次の組
成である。
【0023】 酸化アルミニウム 50.0重量% 二酸化硅素 22.1重量% 酸化鉛 8.2重量% 酸化ホウ素 13.7重量% 2族元素酸化物 1.0重量% 4族元素酸化物 2.3重量% 1族元素酸化物 2.7重量% 導電材料にはニッケル金属を用い焼成雰囲気は中性雰囲
気で1000℃程度の焼成温度で緻密な多層セラミック
基板の焼結体」が構成される。このセラミック基板35
の焼成後の厚さは5.5ミリ(mm)であり、スルーホ
ール36の直径は約200ミクロン(μm)である。
【0024】本発明の一実施例は、スルーホール36に
充填された金属とセラミック基板の熱膨張の差により生
ずるスルーホールの突出を避けようとするものである。
このためスルーホールの折り曲がり回数を多くして充填
される導体配線長を短くすることが特徴である。
【0025】次に本発明の一実施例の製造方法について
図面を参照して詳細に説明する。
【0026】図1(A)を参照すると、本発明の一実施
例では、セラミック基板35を形成するためにグリーン
シート21−30を用意する。セラミック基板35の貫
通スルーホール36を形成するため、これらグリーンシ
ート21−30にパンチングが施される。この結果、2
00ミクロン(μm)の径のスルーホール31が形成さ
れる。グリーンシート23および24,27および28
に対しては、スルーホール31の位置をずらして形成さ
れる。
【0027】図1(B)を参照すると、図1(A)に示
される工程で形成されたグリーンシート21−30のス
ルーホール31に印刷により導体ペーストが埋め込まれ
スルーホール32が形成される。
【0028】グリーンシート22と23、24と25,
26と27,28と29において、位置をずらしたスル
ーホール32を接続するため、グリーンシート23,2
5,27および29上に、導体ペーストを用いて印刷に
より接続パターン33が形成される。
【0029】グリーンシート24および28には電源配
線層34が導体ペーストを用いて印刷により形成され
る。
【0030】このあと、グリーンシート21−30が積
層されプレスされ、グリーンシート積層体が形成され
る。
【0031】図1(C)を参照すると形成されたグリー
ンシート積層体が焼成される。この焼成工程によりグリ
ーンシート積層体が一体化されセラミック基板35にな
る。
【0032】各導体ペーストも焼成されて電源配線層2
4および貫通スルーホール36が形成される。
【0033】図1(C)には、上述の工程で完成された
セラミック基板が示されている。
【0034】図1(D)を参照すると、セラミック基板
35上にスパッタリングで薄膜が形成され、フォトレジ
ストが塗布される。露光、現像によりフォトレジストに
配線パターンが形成される。次に、めっきにより導体配
線層39が形成される。それから、フォトレジストおよ
びスパッタにより薄膜が除去される。薄膜の除去された
ものの上に、ポリイミド前駆体ワニスが塗布され、乾燥
される。このあと、この塗布膜にビアホールが露光、現
像により形成される。さらにこれが望ましくは400℃
まで上昇した温度で熱硬化(キュア)されてポリイミド
樹脂絶縁層37が形成される。
【0035】これらの工程が繰り返されて多層配線層4
2が形成される。
【0036】図1(D)には、このような工程により形
成された多層配線基板の断面が示されている。
【0037】
【発明の効果】本発明の特徴の1つは、セラミック基板
の貫通スルーホールを基板内部で数回折り曲げ、短いス
ルーホールを数個接続して形状にある。この特徴によ
り、本発明は有機樹脂絶縁層形成の際に行う熱処理時に
スルーホール表面が基板表面より高くなる量を減らすと
いう効果をもたらす。この効果を、上述の実施例で用い
られ特開昭61−108192号公報で示された低温焼
結多層セラミック基板35で説明する。焼成後の基板の
厚さは5.5ミリ(mm)であり、スルーホールの直径
は約200ミクロン(μm)である。スルーホールに
は、銀Ag−パラジウムPdの合金が充填されている。
このセラミック基板の熱膨張係数は4.2×10-6[1
/℃]であり、スルーホールの合金を銀の熱膨張係数を
近似値として使用すると19.1×10-6〔1/℃〕で
ある。
【0038】実施例では、有機樹脂絶縁層はポリイミド
樹脂を使用し、熱硬化時の温度は400℃まで上昇させ
た。400℃まで温度上昇させた時のスルーホール内合
金とセラミック基板の熱膨張の差は、以下の計算とな
る。
【0039】すなわち、(19.1−4.2)×10-6
〔1/℃〕×(400−20)〔℃〕×5.5〔mm〕
=31.1×10-3〔mm〕 基板の両側にスルーホールが同じだけ突出すると仮定す
ると、基板表面に突出する量は約15.5ミクロン(μ
m)となる。
【0040】現実には、基板表面と裏面とで配線ピッチ
が異なっているため、基板の裏面約1ミリ(mm)のと
ころで1回折り曲げられている。
【0041】この状態では約25ミクロン突出すること
になる。
【0042】基板内部でスルーホールを折り曲げる回数
が多いほど、スルーホールが短くなる。従って、熱によ
り膨張する長さが短くなり、突出する量が小さくなる。
従って、熱により膨張する長さが短くなり、突出する量
が小さくなる。しかし、折り曲げる回数が多くなると導
体配線長が長くなる。これらを考慮して基板内部で5回
折り曲げるとスルーホールの長さは1/6になり、突出
する量は約5ミクロン(μm)となりうる。
【0043】本発明の第2の効果は以下の通りである。
【0044】すなわち、有機樹脂絶縁層の熱硬化時、ス
ルーホールの突出量が多いとスルーホール周辺の絶縁層
に応力がかかり、クラックが発生しやすくなる。本発明
はスルーホールの突出量を少なくしたため、このような
クラックの発生不良を防止できる。
【0045】本発明の第3の効果は以下の通りである。
【0046】温度が下がり、導体金属が収縮したとき、
膨張の収縮の差が大きいほど、一度持ち上げられた絶縁
層がもとに戻らずに膨れが発生しやすい。本発明は膨張
と収縮との差を少なくしたため、このような膨れの発生
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】従来のセラミック基板を使用した多層配線基板
の断面を示す図である。
【符号の説明】 1〜10 グリーンシート 11 スルーホール(穴) 12 スルーホール(導体ペースト充填後) 13 接続パターン 14 電源配線層 15 セラミック基板 16 貫通スルーホール 17,18 有機樹脂絶縁層 19〜21 導体配線層 22 多層配線層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面と、下面と、該上面および下面を貫
    通するとともに数回折れ曲がった形状を呈するスルーホ
    ールとを有するセラミック基板と、 このセラミック基板の上面に設けられ導体配線層と有機
    樹脂の絶縁層とが交互に積層された配線基板とを含むこ
    とを特徴とするセラミック配線基板。
  2. 【請求項2】 前記セラミック基板は、 第1の貫通孔および該第1の貫通孔に設けられた第1の
    導体を有する第1の絶縁層と、 この第1の絶縁層の前記第1の貫通孔の位置とは異なる
    位置に設けられた第2の貫通孔および該第2の貫通孔に
    設けられた第2の導体を有する第2の絶縁層と、 前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層との間に設けられ
    前記第1の導体と前記第2の導体とを電気的に接続する
    接続パターンとを含むことを特徴とする請求項1記載の
    セラミック配線基板。
  3. 【請求項3】 複数枚のグリーンシートのそれぞれにス
    ルーホール形成用の穴を位置をずらして形成する穴形成
    工程と、 この穴形成工程で形成された穴に導体ペーストを充填す
    る導体ペースト充填工程と、 この導体ペースト充填工程で充填された導体ペーストの
    間を電気的に接続するために、前記グリーンシート上に
    導体ペーストにより接続パターンを形成する接続パター
    ン形成工程と 前記グリーンシートを積層プレスして焼成してセラミッ
    ク基板を形成するセラミック基板形成工程と、 前記セラミック基板の上面に導体配線層と有機樹脂の絶
    縁層とを交互に積層する積層工程と を含むことを特徴と
    するセラミック配線基板の製造方法。
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