JP3631572B2

JP3631572B2 - Wiring board and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3631572B2
Application number: JP34821296A
Authority: JP
Inventors: 紀彰浜田; 浩一山口; 秀人米倉; 正也國分; 洋二古久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JPH10190178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性粉末とガラスフリットからなる導体ペーストを用いて作製された導体配線層を有する配線基板に関わり、特に導体配線層の表面に金属メッキ層を形成する、多層配線基板、半導体素子収納用パッケージなどに用いられる配線基板とその製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体素子などを搭載するための配線基板としては、アルミナなどのセラミック材料が用いられているが、最近に至り、アルミナに比較して誘電率が低い、焼成温度が低い低抵抗の導体、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇでの配線を形成できるなどの点で優れていることから、特に回路の高集積化の要求に適用することのできる基板材料としてガラスセラミック焼結体が注目されている。
【０００３】
このガラスセラミック焼結体を絶縁基板とする配線基板は、例えばホウケイ酸系ガラスなどのガラス相とセラミックフィラーとからなるガラスセラミック原料と有機バインダーからなる混合物を用いて成形して、グリーンシートを作製した後、このシートに穴開けしてスルーホールを形成し、このスルーホールに導体ペーストを充填し、次いで、このシートの所定位置に導体ペーストを印刷して導体パターンを形成する。これらのシートを位置合わせして加圧積層した後、積層体を加熱して脱バインダーした後に、絶縁基板と導体配線層とを同時焼成することにより、ガラスセラミック多層配線基板が得られる。
【０００４】
このようなガラスセラミック配線基板における導体配線層を形成するための導体材料にはＣｕ、Ａｕ、Ａｇが使用されるが、このような導体配線層の表面には、酸化防止のために、あるいはワイヤーボンディング性や導体配線層に搭載される電子部品との半田実装時の半田濡れ性を改善するために、導体配線層の表面にＮｉ、Ａｕ等の金属メッキ層を電解メッキ法や無電解メッキ法の手法によって形成している。
【０００５】
また、導体配線層を絶縁基板と同時焼成によって形成する場合、導体ペースト中には、絶縁基板との焼成時の収縮率と整合させる、あるいは絶縁基板との接合強度を高める目的で、導体粉末とともに、ホウケイ酸亜鉛系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスなどのガラス粉末が添加されている。
【０００６】
このようなガラス粉末を含む導体ペーストを用いて同時焼成して形成された導体配線層は、導体相とガラス相からなり、その表面には、ガラスが表面に浮き出てガラス膜が形成される傾向にある。このようなガラス膜表面にはメッキ層が形成されにくいために、メッキ処理前にエッチング処理して上記のガラス膜を除去した後にメッキ処理することが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板には、不可避的にガラス相が焼結体中に残存している。このようなガラス相を不可避的に含有する絶縁基板表面にＣｕを含む導体配線層が形成された配線基板に対して、前述したように、金属メッキ層を形成すべく、メッキ処理前に導体配線層表面のガラス膜を除去する前にエッチング処理を施すと、導体配線層のガラス膜が除去されると同時に、絶縁基板中のガラス相も同時に除去されてしまう。その結果、絶縁基板の表層に微細な細孔が生成し、この部分にＨｅ等のガスを吸着することから疑似リークが発生し、製品の気密性の確認が困難となることや絶縁基板とメタライズとを物理的に接合しているガラス相が除去されるためにメタライズとの接合強度が劣化するという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点に対して検討を重ねた結果、Ｃｕを含む導体配線層中に含まれるガラスとして、容易にエッチング処理されやすく、絶縁基板中に含まれるガラスよりもエッチングされやすいものを選択することにより、エッチング処理において、導体配線層表面に浮き上がったガラス膜のみをエッチング除去することができるために、エッチング処理時に絶縁基板に対して影響を与えることがなく、その後の導体配線層表面へのメッキ処理も不具合なく実施できることを見いだし本発明に至った。
【０００９】
即ち、本発明の配線基板は、少なくともガラス相を含有するガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板の表面に、Ｃｕを含む導体相とガラス相とからなる導体配線層を形成してなるものであり、前記導体配線層中のガラス相の耐エッチング性が、前記絶縁基板中のガラス相よりも劣ることを特徴とするものであり、さらには、前記導体配線層の表面に金属メッキ層を有することを特徴とする。
【００１０】
また、配線基板の製造方法としては、ガラス粉末、あるいはガラス粉末と無機質フィラー粉末との混合物を用いてシート状成形体を作製する工程と、導電性粉末と、前記シート状成形体の焼成後の焼結体中に残存するガラス相よりも耐エッチング性の劣るガラスを含む導体ペーストを調製する工程と、前記シート状成形体の表面に前記導体ペーストを回路パターンに印刷塗布する工程と、印刷された導体ペーストとシート状成形体とを同時焼成して絶縁基板の表面に導体配線層が形成された配線基板を作製する工程と、前記導体配線層表面をエッチング処理して前記配線層表面のガラス相を除去する工程と、ガラス相除去後の導体配線層表面に金属メッキ層を施す工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、導体配線層中に含まれるガラス相として、絶縁基板中のガラス相よりもエッチングされやすいガラスを用いることにより、エッチング処理により導体配線層表面にメッキ処理に有害なガラスのみを、絶縁基板表面の性状およびメタライズ層と絶縁基板との接合強度に悪影響を与えることなく、短時間で容易に除去することが可能となる。したがって、本発明によれば、導体配線層表面に金属メッキ層を有し、絶縁基板表面の平滑性に優れた配線基板を歩留りよく製造することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明における配線基板は、絶縁基板と、少なくともその表面に導体配線層が被着形成されたものである。また、導体配線層の表面には、導体配線層の酸化防止、半田濡れ性を改善するために金属メッキ層が形成される。
【００１３】
絶縁基板としては、少なくともガラス相を含有するガラスセラミック焼結体により構成される。このようなガラスセラミック焼結体としては、周知の材料が用いられるが、例えば、例えば、ホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラス等のホウケイ酸系ガラスの他、リチウム珪酸系ガラス等が採用される。これらのガラスとしては、焼結過程で結晶質成分を析出させる結晶化ガラスや、それ以外の非結晶化ガラスのいずれでも使用される。なお、結晶化ガラスにおいても、結晶相の粒界にガラス相が存在する。
【００１４】
一方、これらのガラスに対しては、セラミックフィラーを配合することもできる。用いられるフィラーとしては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯなどの酸化物や、これらの酸化物の２種以上の複合酸化物等が使用できる。これらのセラミックフィラーの配合により焼結体の焼成温度を導体ペーストとの焼成温度と整合させたり、焼結体自体の強度を高めることができる。この場合の上記ガラスと上記セラミックフィラーとの比率は、体積比率で２０：８０〜８０：２０で配合されることが効果的である。
【００１５】
一方、絶縁基板表面に形成される導体配線層は、導体相とガラス相から構成される。導体相としては、ガラスセラミック焼結体と同時焼成可能な導体成分であることが望ましく、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕなどが挙げられるが、特にＣｕは、酸化性が高いために金属メッキ層の形成を必要とすることから、特に好適である。導体配線層中に含まれるガラス相量としては０．５〜５重量％、特に０．７〜３重量％が好適である。このガラス量が０．５重量％よりも少ないと、絶縁基板との同時焼成が難しくなったり、絶縁基板の密着性が低下する場合があるためである。ガラス量が５重量％よりも多いと導体配線層自体の抵抗が増大する傾向にある。
【００１６】
導体配線層中のガラスとしては、酸性あるいはアルカリ性溶液による化学的エッチング処理を施す場合に、容易にエッチングされやすく、しかも前記絶縁基板中に存在するガラス相に比較してエッチングされやすいものであることが必要である。導体配線層中のガラス相のエッチング性が絶縁基板中のガラス相と同等もしくは、絶縁基板中のガラス相の方がエッチングされやすいと、導体配線層表面のガラス膜をエッチングによって除去する場合に、絶縁基板表面に存在するガラス相も同時にエッチングしてしまう結果、絶縁基板の表面が荒れ、前述した擬似リークの発生やメッキ工程でのシミの発生などの問題が生じることになる。
【００１７】
ガラスのエッチング性は、ガラスの組成によって様々であるが、一般には、アルカリ成分が多く含まれるとエッチングされやすい傾向にある。特に導体配線層のガラス中のアルカリ金属量が酸化物換算で１０重量％以上であることが望ましい。これに対して、絶縁基板中のガラス相としては、同系列のアルカリ含有ガラスの場合、アルカリ金属量を上記の導体配線層のガラス中の量よりも少なくすればよい。
【００１８】
また、エッチング性の他の要因として、絶縁基板に対するエッチング処理時の影響を抑制する上では、絶縁基板中のガラス相の存在量が少ないことが望ましい。このガラス相の量が５体積％以上となる場合には、エッチングに影響によって表面が荒れるなどの表面性状の変化が大きいが、ガラス相量が５体積％よりも少ない場合には、表面性状の変化は小さい。従って、本発明によれば、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板中のガラス相が５体積％以上含有する場合において特に有効である。
【００１９】
また、本発明によれば、Ｃｕを含む導体配線層の表面には、Ｃｕの酸化を防止し、導体配線層に被着される半田等との濡れ性を改善することを目的として、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒなどの金属メッキ層が形成される。この金属メッキ層は、電解メッキ法や無電解メッキ法によって形成されるものであり、１〜１０μｍの厚みで形成されることが望ましい。
【００２０】
次に、本発明の配線基板の製造方法について説明する。
まず、本発明によれば、絶縁基板を形成するための構成するガラス粉末、またはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合粉末を用いてグリーンシートを作製する。このグリーンシートは、例えば、上記の粉末に溶剤、成形用有機バインダー等を添加して混合してスラリーを調製した後、これをドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法などの手法によって形成することができる。
【００２１】
次に、このグリーンシートの表面に導体配線層を形成するための、Ｃｕを含む導体粉末と、ガラス粉末とからなる導体ペーストを回路パターン状にスクリーン印刷法、グラビア印刷法等により印刷する。また、多層化する場合には、グリーンシートの所定箇所にスルーホールを形成し、ホール内に導体ペーストを充填する。
【００２２】
用いる導体ペースト中に配合するガラス粉末は、導体配線層中においてガラス相を形成する成分であるために、このガラス粉末としてエッチングされやすいガラスを用いる。適当なガラスとしては、アルカリ金属成分を多く含有する非結晶性のガラスやＢ_２Ｏ_３を多く含むガラスがよい。
【００２３】
また、絶縁基板を形成するためのグリーンシート中に含まれるガラス粉末は、前記導体ペースト中に配合するガラス粉末よりもエッチング性が低いものを使用することが必要である。また、そのガラス粉末が結晶化ガラスの場合には、結晶化後の残存ガラス相としてエッチング性が低くなるものを選択することが必要である。
【００２４】
次に、上記のようにして導体ペーストが塗布されたグリーンシートを所望により積層処理した後、窒素あるいは大気雰囲気中で８５０〜１０５０℃の温度で焼成して、導体ペーストとグリーンシートを同時に焼成して、絶縁基板表面に導体配線層が形成された配線基板を作製することができる。
【００２５】
この焼成後の導体配線層の表面には、導体ペースト中に配合したガラス粉末によりガラス相が表面に浮き出しガラス膜を形成しているため、このガラス膜を化学的エッチング処理により除去する。エッチング溶液としては、酸性フッ化アンモンなどの酸性溶液を用いることができるが、エッチング処理を行う場合には、導体配線層表面のガラス膜のみが除去できる程度に溶液濃度やエッチング時間等を制御する。
【００２６】
上記のようにして導体配線層のガラス膜をエッチング除去した後、その表面に電解メッキ、無電解メッキ等の手法により、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属メッキ層を１〜１０μｍの厚みで形成する。このメッキ処理においても、本発明によれば、絶縁基板表面に存在するガラス相はエッチングされることがないために、表面荒れがなく、絶縁基板表面にメッキ膜が形成されることもなく、擬似リーク等の発生も解消される。
【００２７】
このようにして作製される配線基板は、導体配線層の酸化が効果的に抑制されるとともに、基板に搭載される電子部品を導体配線層に半田により実装する場合、導体配線層表面に半田濡れ性のよい金属メッキ層が形成されているために、実装の信頼性を高めることができる。しかも絶縁基板表面がエッチングによる表面荒れ等の発生がなく、良好な面を有するものである。
【００２８】
【実施例】
実施例１
エッチング性の異なる下記の組成（重量％）からなる２種のガラス粉末を準備した。
Ａ：耐食性ガラス
８１％ＳｉＯ_２−１３％Ｂ_２Ｏ_３−４％Ｎａ_２Ｏ−２％ＳｒＯ，ＣａＯ
Ｂ：低耐食性ガラス
６０％ＳｉＯ_２−２９％Ｂ_２Ｏ_３−８％Ｎａ_２Ｏ−３％ＳｒＯ，ＣａＯ
平均粒径が５μｍの銅粉末に対して前記ガラス粉末を銅粉末：ガラス粉末が９３：７の体積比率になるように添加し、さらに溶剤としてフタル酸エステルを添加混合して導体ペーストを調製した。
【００２９】
一方、ホウケイ酸亜鉛系ガラス（重量組成：２５％Ｂ_２Ｏ_３−６５％ＺｎＯ−１０％ＳｉＯ_２）５０体積％と、フィラーとしてクォーツを４０体積％、フォルステライトを１０体積％の割合で混合したガラスセラミック組成物に対して成形用有機バインダーとしてイソブチルメタクリレート系樹脂、溶剤としてトルエンを用いてスラリーを調製し、これをドクターブレード法によってグリーンシートを作製した。
【００３０】
そして、グリーンシート表面に、導体ペーストを回路パターン状にスクリーン印刷した後、窒素雰囲気中、９２０℃で１時間焼成して、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板表面に導体配線層が形成された配線基板を作製した。
【００３１】
得られた配線基板の導体配線層の表面には、ガラス濃度の高いガラス膜が形成されていることを確認した。そこで、この配線基板を酸性フッ化アンモンの酸性溶液に浸漬した後、水洗してエッチング処理を行った。そして、エッチング処理後の導体配線層表面にＮｉを電解メッキ法により３μｍの厚みの金属メッキ層を形成した。
【００３２】
このようにして作製した配線基板に対して、メッキ性、絶縁基板表面の表面粗さ（Ｒｍａｘ）、ならびにメタライズ強度を測定した。
【００３３】
また、アルカリ性及び酸性のエッチング液への浸漬時間は０、５、１０、１５秒と変化させた。表１に実験結果を示した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１の結果によれば、エッチング無しの場合（試料Ｎｏ．１、４）、いずれのガラスを用いたペーストでも絶縁基板の表面状態およびメタライズと絶縁基板の接合強度は十分であったがメタライズ表面にガラスが浮いた部分があり、この部分へのメッキが施されずメッキ性に劣るものであった。
【００３６】
５秒の浸漬では高耐食性ガラスを用いた基板（試料Ｎｏ．２）は、絶縁基板表面の状態およびメタライズと絶縁基板の接合強度は良好な状態であったがメタライズ表面のガラスがほとんどエッチングされずメッキ性は改善されていない。低耐食性ガラスを用いた基板（試料Ｎｏ．５）ではメタライズ表層のガラスが除去されメッキ性が改善された。また、絶縁基板表面の状態およびメタライズと絶縁基板の接合強度についてもエッチング無しの状態を維持しておりすべての評価項目に対して良好な結果が得られた。
【００３７】
浸漬時間を延長して１０秒とした場合、高耐食性ガラスを用いた基板（試料Ｎｏ．３）ではメタライズ表面のガラスは約半分程度に減少したがメッキ性の改善は認められない。一方、低耐食性ガラスを用いた基板（試料Ｎｏ．６）ではメタライズの内層部のガラスまでエッチングされエッチング時間５秒の場合の試料Ｎｏ．５と同様に良好なメッキ性を示した。またいずれのガラスを用いた場合も絶縁基板表面のガラス相が若干エッチングされはじめており、表面の平滑性がわずかに失われ始めている。絶縁基板とメタライズとの接合強度についてはこの条件では変化が認められなかった。
【００３８】
さらに浸漬時間を延長して１５秒とした場合、高耐食性ガラスを用いた場合（試料Ｎｏ．４）でも低耐食性ガラスを用いた場合（試料Ｎｏ．８）と同様にメタライズ表層のガラスは完全に失われメッキ性は改善されたが絶縁基板表面のガラス相も失われ平滑性に劣る物となった。また、絶縁基板とメタライズとの接合に寄与していた絶縁基板中のガラス相が失われ絶縁基板とメタライズの接合強度も劣化した。低耐食性ガラスを用いた場合も同様にメッキ性は良好であるが絶縁基板表面状態、絶縁基板とメタライズの接合強度は劣化した。
【００３９】
以上記述したように、従来のような高耐食性ガラスを導電性ペーストに添加した系ではメッキ性、絶縁基板表面の平滑性、メタライズ強度を同時に満足させるのは困難である。これに対して低耐食性ガラスを導電性ペーストに添加した系では短時間のエッチング処理を行うことによりメッキ性、メタライズ強度に優れ、かつ絶縁基板表面が十分な平滑性を有する絶縁基板と導体の接合体を容易に作製することが可能となった。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、導体ペースト中のガラスとして、基板中のガラスよりも耐エッチング性の劣るガラスを用いることにより、メタライズ表面のガラス相のみを容易に除去することが可能となり、かつ、絶縁基板表面が化学的にエッチングされることがないために絶縁基板表面が平滑でメッキ性に優れた絶縁基板、メタライズ配線層とを具備する配線基板や半導体素子収納用パッケージを容易に歩留まり良く作製することが可能となる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wiring board having a conductive wiring layer manufactured using a conductive paste made of conductive powder and glass frit, and in particular, a multilayer wiring board and a semiconductor element in which a metal plating layer is formed on the surface of the conductive wiring layer The present invention relates to a wiring board used for a storage package or the like and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, ceramic materials such as alumina have been used as wiring boards for mounting semiconductor elements, etc., but recently, low-resistance conductors having a lower dielectric constant and lower firing temperature than alumina. For example, a glass ceramic sintered body is attracting attention as a substrate material that can be applied to the demand for higher circuit integration because it is excellent in that it can form wiring with Cu, Au, Ag, for example. .
[0003]
A wiring board using this glass ceramic sintered body as an insulating substrate is formed using a mixture of a glass ceramic raw material composed of a glass phase such as borosilicate glass and a ceramic filler and an organic binder, and a green sheet is produced. After that, a hole is formed in the sheet to form a through hole. The through hole is filled with a conductive paste, and then the conductive paste is printed at a predetermined position of the sheet to form a conductive pattern. After these sheets are aligned and pressure laminated, the laminated body is heated and debindered, and then the insulating substrate and the conductor wiring layer are fired simultaneously to obtain a glass ceramic multilayer wiring board.
[0004]
Cu, Au, and Ag are used as a conductor material for forming a conductor wiring layer in such a glass-ceramic wiring board, and the surface of such a conductor wiring layer is used for preventing oxidation or as a wire. In order to improve the solderability when soldering with electronic components mounted on the bonding property and electronic wiring layer, a metal plating layer of Ni, Au, etc. is applied to the surface of the conductive wiring layer by electroplating or electroless plating. It is formed by the method.
[0005]
In addition, when the conductor wiring layer is formed by simultaneous firing with the insulating substrate, the conductor paste is used together with the conductor powder for the purpose of matching the shrinkage ratio during firing with the insulating substrate or increasing the bonding strength with the insulating substrate. Glass powders such as zinc borosilicate glass and lead borosilicate glass are added.
[0006]
A conductive wiring layer formed by co-firing using a conductive paste containing such glass powder is composed of a conductor phase and a glass phase, and on its surface, the glass tends to rise to form a glass film. It is in. Since it is difficult to form a plating layer on the surface of such a glass film, an etching process is performed before the plating process to remove the glass film, and then a plating process is performed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the glass phase inevitably remains in the sintered body on the insulating substrate made of the glass ceramic sintered body. As described above, in order to form a metal plating layer on a wiring board in which a conductive wiring layer containing Cu is formed on the surface of an insulating substrate that inevitably contains such a glass phase, the conductor wiring is formed before plating. If an etching process is performed before removing the glass film on the surface of the layer, the glass film in the conductive wiring layer is removed, and at the same time, the glass phase in the insulating substrate is also removed. As a result, fine pores are formed on the surface layer of the insulating substrate, and a gas such as He is adsorbed to this portion, so that a pseudo leak occurs, making it difficult to check the airtightness of the product, and metalizing with the insulating substrate. Since the glass phase that physically bonds the metallized material is removed, the bonding strength with the metallization deteriorates.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated investigations on the above problems, the present inventors are easily etched as glass contained in a conductor wiring layer containing Cu, and are more easily etched than glass contained in an insulating substrate. By selecting one, only the glass film floating on the surface of the conductor wiring layer can be removed by etching in the etching process, so that there is no influence on the insulating substrate during the etching process, and the subsequent conductor wiring It has been found that the plating process on the surface of the layer can be carried out without any trouble, and the present invention has been achieved.
[0009]
That is, the wiring board of the present invention is formed by forming a conductive wiring layer made of a conductor phase containing Cu and a glass phase on the surface of an insulating substrate made of a glass ceramic sintered body containing at least a glass phase. The etching resistance of the glass phase in the conductor wiring layer is inferior to that of the glass phase in the insulating substrate, and further has a metal plating layer on the surface of the conductor wiring layer. It is characterized by.
[0010]
Moreover, as a manufacturing method of a wiring board, the process of producing a sheet-like molded object using a mixture of glass powder or glass powder and inorganic filler powder, conductive powder, and after firing the sheet-like molded article A step of preparing a conductor paste containing glass that is inferior in etching resistance to the glass phase remaining in the sintered body, a step of printing and applying the conductor paste on the surface of the sheet-like molded body, and a printed circuit pattern. A step of producing a wiring board in which a conductor wiring layer is formed on the surface of an insulating substrate by simultaneously firing the conductor paste and the sheet-like molded body; and a glass on the surface of the wiring layer by etching the surface of the conductor wiring layer. A step of removing the phase, and a step of applying a metal plating layer to the surface of the conductive wiring layer after the removal of the glass phase.
[0011]
According to the present invention, as the glass phase contained in the conductor wiring layer, by using glass that is more easily etched than the glass phase in the insulating substrate, only the glass harmful to the plating process is etched on the surface of the conductor wiring layer by the etching process. It can be easily removed in a short time without adversely affecting the properties of the insulating substrate surface and the bonding strength between the metallized layer and the insulating substrate. Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture a wiring substrate having a metal plating layer on the surface of the conductor wiring layer and having excellent smoothness on the surface of the insulating substrate with a high yield.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The wiring board in the present invention is an insulating board and a conductor wiring layer formed on at least the surface thereof. Further, a metal plating layer is formed on the surface of the conductor wiring layer in order to prevent oxidation of the conductor wiring layer and improve solder wettability.
[0013]
The insulating substrate is composed of a glass ceramic sintered body containing at least a glass phase. As such a glass ceramic sintered body, a well-known material is used. For example, in addition to borosilicate glass such as zinc borosilicate glass and lead borosilicate glass, lithium silicate glass is adopted. Is done. As these glasses, any of crystallized glass for depositing a crystalline component during the sintering process and other non-crystallized glass is used. In the crystallized glass, a glass phase is present at the grain boundary of the crystal phase.
[0014]
On the other hand, a ceramic filler can be blended with these glasses. As the filler to be used, oxides such as Al ₂ O ₃ , SiO ₂ , ZrO ₂ , MgO, or a composite oxide of two or more of these oxides can be used. By blending these ceramic fillers, the firing temperature of the sintered body can be matched with the firing temperature of the conductor paste, or the strength of the sintered body itself can be increased. In this case, it is effective that the ratio of the glass and the ceramic filler is 20:80 to 80:20 by volume ratio.
[0015]
On the other hand, the conductor wiring layer formed on the surface of the insulating substrate is composed of a conductor phase and a glass phase. The conductor phase is preferably a conductor component that can be co-fired with the glass ceramic sintered body, and examples thereof include Cu, Ag, Al, Au, and the like. In particular, Cu is metal-plated because it has high oxidizability. This is particularly preferred because it requires formation of a layer. The amount of glass phase contained in the conductor wiring layer is preferably 0.5 to 5% by weight, particularly 0.7 to 3% by weight. This is because if the amount of glass is less than 0.5% by weight, simultaneous firing with the insulating substrate may be difficult, and adhesion of the insulating substrate may be reduced. When the amount of glass is more than 5% by weight, the resistance of the conductor wiring layer itself tends to increase.
[0016]
The glass in the conductor wiring layer is easily etched when subjected to a chemical etching treatment with an acidic or alkaline solution, and more easily etched than the glass phase present in the insulating substrate. is required. When the glass phase in the conductive wiring layer is equivalent to the glass phase in the insulating substrate, or the glass phase in the insulating substrate is more easily etched, when the glass film on the surface of the conductive wiring layer is removed by etching, As a result of the simultaneous etching of the glass phase present on the surface of the insulating substrate, the surface of the insulating substrate becomes rough, and problems such as the generation of the above-described pseudo leak and the occurrence of spots in the plating process occur.
[0017]
Etching properties of glass vary depending on the composition of the glass, but generally, when a large amount of alkali component is contained, it tends to be easily etched. In particular, the amount of alkali metal in the glass of the conductor wiring layer is preferably 10% by weight or more in terms of oxide. On the other hand, as the glass phase in the insulating substrate, in the case of the same series of alkali-containing glass, the amount of alkali metal may be smaller than the amount in the glass of the conductor wiring layer.
[0018]
In addition, as another factor of the etching property, in order to suppress the influence of the etching process on the insulating substrate, it is desirable that the amount of the glass phase present in the insulating substrate is small. When the amount of the glass phase is 5% by volume or more, there is a large change in the surface properties such as roughening of the surface due to the influence of etching, but when the amount of the glass phase is less than 5% by volume, the surface properties The change is small. Therefore, according to the present invention, it is particularly effective when the glass phase in the insulating substrate made of the glass ceramic sintered body contains 5% by volume or more.
[0019]
Further, according to the present invention, the surface of the conductor wiring layer containing Cu is prevented from being oxidized by Cu, and for the purpose of improving wettability with solder or the like applied to the conductor wiring layer, Ni, A metal plating layer such as Au or Cr is formed. This metal plating layer is formed by an electrolytic plating method or an electroless plating method, and is preferably formed with a thickness of 1 to 10 μm.
[0020]
Next, the manufacturing method of the wiring board of this invention is demonstrated.
First, according to this invention, a green sheet is produced using the glass powder which comprises for forming an insulated substrate, or the mixed powder of glass powder and a ceramic filler powder. For example, the green sheet is prepared by adding a solvent, an organic binder for molding, etc. to the above powder and mixing to prepare a slurry, which is then formed by a technique such as a doctor blade method, a calender roll method, a rolling method, etc. Can do.
[0021]
Next, a conductor paste made of a conductor powder containing Cu and glass powder for forming a conductor wiring layer on the surface of the green sheet is printed in a circuit pattern by a screen printing method, a gravure printing method, or the like. In the case of multilayering, a through hole is formed at a predetermined position of the green sheet, and a conductor paste is filled in the hole.
[0022]
Since the glass powder blended in the conductor paste to be used is a component that forms a glass phase in the conductor wiring layer, glass that is easily etched is used as the glass powder. Suitable glass is preferably an amorphous glass containing a large amount of an alkali metal component or a glass containing a large amount of B ₂ O ₃ .
[0023]
Moreover, it is necessary to use the glass powder contained in the green sheet for forming an insulating substrate that has a lower etching property than the glass powder blended in the conductor paste. Further, when the glass powder is crystallized glass, it is necessary to select a glass layer having low etching property as a residual glass phase after crystallization.
[0024]
Next, the green sheet coated with the conductor paste as described above is laminated as desired, and then fired at a temperature of 850 to 1050 ° C. in a nitrogen or air atmosphere to simultaneously fire the conductor paste and the green sheet. Thus, a wiring board having a conductive wiring layer formed on the surface of the insulating substrate can be manufactured.
[0025]
On the surface of the conductor wiring layer after firing, the glass phase is raised on the surface by the glass powder blended in the conductor paste to form a glass film. Therefore, the glass film is removed by chemical etching treatment. As the etching solution, an acidic solution such as acidic ammonium fluoride can be used. However, when performing the etching process, the solution concentration, etching time, and the like are controlled so that only the glass film on the surface of the conductor wiring layer can be removed. .
[0026]
After the glass film of the conductor wiring layer is removed by etching as described above, a metal plating layer of Ni, Au, Cu or the like is formed on the surface with a thickness of 1 to 10 μm by a technique such as electrolytic plating or electroless plating. . Also in this plating process, according to the present invention, since the glass phase present on the surface of the insulating substrate is not etched, there is no surface roughness, no plating film is formed on the surface of the insulating substrate, The occurrence of leaks is also eliminated.
[0027]
In the wiring board manufactured in this way, oxidation of the conductor wiring layer is effectively suppressed, and when electronic components mounted on the board are mounted on the conductor wiring layer by solder, the surface of the conductor wiring layer is wetted with solder. Since a good metal plating layer is formed, the mounting reliability can be improved. Moreover, the surface of the insulating substrate is free from surface roughness due to etching and has a good surface.
[0028]
【Example】
Example 1
Two types of glass powders having the following compositions (% by weight) having different etching properties were prepared.
A: Corrosion resistant glass 81% SiO ₂ -13% B ₂ O ₃ -4% Na ₂ O-2% SrO, CaO
B: Low corrosion resistance glass 60% SiO ₂ -29% B ₂ O ₃ -8% Na ₂ O-3% SrO, CaO
The glass powder was added to copper powder having an average particle diameter of 5 μm so that the volume ratio of copper powder: glass powder was 93: 7, and a phthalate was added and mixed as a solvent to prepare a conductor paste. .
[0029]
On the other hand, zinc borosilicate glass (weight composition: 25% B ₂ O ₃ -65% ZnO-10% SiO ₂ ) 50% by volume, 40% by volume of quartz as filler and 10% by volume of forsterite are mixed. A slurry was prepared from the glass ceramic composition using isobutyl methacrylate resin as an organic binder for molding and toluene as a solvent, and a green sheet was prepared from the slurry by a doctor blade method.
[0030]
Then, the conductor paste was screen-printed in a circuit pattern on the green sheet surface, and then fired at 920 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to form a conductor wiring layer on the surface of the insulating substrate made of a glass ceramic sintered body. A wiring board was produced.
[0031]
It was confirmed that a glass film having a high glass concentration was formed on the surface of the conductor wiring layer of the obtained wiring board. Therefore, this wiring board was immersed in an acidic solution of ammonium ammonium fluoride, and then washed with water and etched. Then, a metal plating layer having a thickness of 3 μm was formed on the surface of the conductor wiring layer after the etching treatment by electrolytic plating of Ni.
[0032]
With respect to the wiring board thus produced, plating property, surface roughness (Rmax) of the insulating substrate surface, and metallization strength were measured.
[0033]
The immersion time in alkaline and acidic etching solutions was changed to 0, 5, 10, and 15 seconds. Table 1 shows the experimental results.
[0034]
[Table 1]

[0035]
According to the results in Table 1, when there was no etching (sample Nos. 1 and 4), the surface state of the insulating substrate and the bonding strength between the metallized and the insulating substrate were sufficient with any glass paste, but the metallized surface There was a part where the glass floated, and plating on this part was not performed, and the plating property was inferior.
[0036]
In the case of immersion for 5 seconds, the substrate using the high corrosion resistance glass (Sample No. 2) was in the state of the insulating substrate surface and the bonding strength between the metallized and insulating substrate was good, but the glass on the metalized surface was hardly etched. Plating properties are not improved. In the substrate using the low corrosion resistance glass (Sample No. 5), the glass of the metallized surface layer was removed and the plating property was improved. In addition, the state of the surface of the insulating substrate and the bonding strength between the metallization and the insulating substrate were maintained without etching, and good results were obtained for all the evaluation items.
[0037]
When the immersion time was extended to 10 seconds, the glass on the metallized surface was reduced to about half in the substrate using the highly corrosion-resistant glass (Sample No. 3), but no improvement in plating properties was observed. On the other hand, in the substrate using the low corrosion resistance glass (sample No. 6), the glass of the inner layer portion of the metallization is etched and the sample No. in the case where the etching time is 5 seconds is used. Similar to 5, good plating properties were exhibited. In addition, when any glass is used, the glass phase on the surface of the insulating substrate is beginning to be slightly etched, and the surface smoothness is slightly lost. With respect to the bonding strength between the insulating substrate and the metallization, no change was observed under these conditions.
[0038]
Further, when the immersion time is extended to 15 seconds, the glass of the metallized surface layer is completely the same as when the high corrosion resistance glass is used (Sample No. 4) and the low corrosion resistance glass is used (Sample No. 8). Although it was lost and the plating property was improved, the glass phase on the surface of the insulating substrate was also lost, resulting in inferior smoothness. In addition, the glass phase in the insulating substrate that contributed to the bonding between the insulating substrate and the metallized layer was lost, and the bonding strength between the insulating substrate and the metalized layer also deteriorated. When the low corrosion resistance glass was used, the plating property was also good, but the surface condition of the insulating substrate and the bonding strength between the insulating substrate and metallized deteriorated.
[0039]
As described above, it is difficult to satisfy the plating property, the smoothness of the surface of the insulating substrate, and the metallization strength at the same time in a system in which a conventional high corrosion resistance glass is added to the conductive paste. On the other hand, in a system in which low corrosion resistance glass is added to the conductive paste, the bonding between the insulating substrate and the conductor has excellent plating properties and metallized strength by performing a short etching process, and the insulating substrate surface has sufficient smoothness. The body can be easily produced.
[0040]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to easily remove only the glass phase of the metallized surface by using a glass having a lower etching resistance than the glass in the substrate as the glass in the conductor paste. In addition, since the surface of the insulating substrate is not chemically etched, the insulating substrate surface is smooth and the plating substrate having a metallized wiring layer having a smooth plating surface and a metallized wiring layer can be easily used. Therefore, it can be manufactured with a high yield.

Claims

In a wiring board formed by forming a conductor wiring layer comprising a conductor phase containing Cu and a glass phase on the surface of an insulating substrate comprising a glass ceramic sintered body containing at least a glass phase, the glass phase in the conductor wiring layer Etching resistance of the wiring substrate is inferior to the glass phase in the insulating substrate.

The wiring board according to claim 1, wherein a metal plating layer is provided on a surface of the conductor wiring layer.

The wiring board according to claim 1, wherein the glass phase in the glass ceramic sintered body is 5% by volume or more.

A step of producing a sheet-like molded body using glass powder or a mixture of glass powder and inorganic filler powder, a conductive powder containing Cu, and the sintered body after firing the sheet-like molded body A step of preparing a conductive paste containing glass having a lower etching resistance than the glass phase, a step of printing and applying the conductive paste on the surface of the sheet-like molded body, and a printed conductor paste and a sheet-like molding. A step of simultaneously firing the body to produce a wiring substrate having a conductive wiring layer formed on the surface of the insulating substrate, a step of etching the surface of the conductive wiring layer to remove the glass phase on the surface of the wiring layer, And a step of applying a metal plating layer to the surface of the conductive wiring layer after removing the glass phase.