JP3909269B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や容量素子・圧電振動子等の電子部品を搭載する、電子部品搭載用の配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や容量素子・圧電振動子等の電子部品を搭載するための配線基板は、一般に、ガラスセラミックス焼結体や酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成るセラミック絶縁層と、銅・銀・タングステン等の金属材料から成り、セラミック絶縁層の表面に被着されているメタライズ配線層とにより形成されている。
【０００３】
この配線基板は、例えばセラミック絶縁層がガラスセラミックス焼結体から成る場合であれば、ホウ珪酸ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とを有機溶剤・バインダとともにシート状に成形して得たグリーンシートの表面に、銅・銀等の金属ペーストを所定のパターンに印刷塗布し、このグリーンシートを積層するとともに約1000℃で焼成することにより製作される。
【０００４】
なお、メタライズ配線層と他のメタライズ配線層との間には、通常、メタライズ配線層とほぼ同じ厚さのセラミックコート層が被着形成されて上下のセラミック絶縁層間の間隙を埋め、上下のセラミック絶縁層間の密着をより確実なものとしている。このセラミックコート層は、セラミック絶縁層と同様のセラミック粉末およびガラス粉末から成るセラミックペーストをメタライズ配線層となる金属ペーストの間を埋めるようにしてグリーンシートの表面に印刷塗布することで形成される。
【０００５】
このような配線基板においては、近年、セラミック絶縁層の少なくとも１層を挟んでメタライズ配線層を対向して形成し、セラミック絶縁層を誘電体層とし、メタライズ配線層を対向電極とすることにより容量素子を形成・内蔵したタイプのものが多用されるようになってきている。
【０００６】
また、配線基板に内蔵させた容量素子は、より静電容量の大きなものが求められ、この場合、静電容量は誘電体の誘電率と電極面積に比例し、誘電体厚みに反比例するため、同質誘電体で基板を大きくすることなく静電容量を大きくするためには誘電体厚みを小さくすることが必要となってきており、これに応じて容量素子の誘電体として機能するセラミック絶縁層の厚みは50μｍ以下と非常に薄く形成されるようになってきている。なお、容量素子の対向電極として機能するメタライズ配線層は、薄いセラミック絶縁層の両面に上下で対向するようにして（同一パターンで）被着形成される。
【０００７】
この場合も、対向させて被着形成されたメタライズ配線層（対向電極）とこれに隣接するメタライズ配線層との間、また隣接するメタライズ配線層がない場合であってもこのメタライズ配線層（対向電極）の両側には上下のセラミック絶縁層間の間隙を埋めるようにセラミックコート層が被着形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、容量素子を内蔵させるための電極を形成する場合など、厚みが50μｍ以下のセラミック絶縁層を積層し、このセラミック絶縁層の少なくとも１層の両面に上下で対向させたメタライズ配線層と、このメタライズ配線層の両側で上下のセラミック絶縁層間の間隙を埋めるセラミックコート層とを被着させた場合、薄いセラミック絶縁層の両面に同一のメタライズ配線層およびセラミックコート層が形成されるとともに、これらの境界が上下で対向することになるため、積層前または積層途中にセラミック絶縁層となるグリーンシートに微小な変形が生じた際に、メタライズ配線層となる金属ペーストとセラミックコート層となるセラミックペーストとの境界に位置するグリーンシートに変形に伴う応力が直線状に集中するため、グリーンシートは座屈し、形成された配線基板中にクラック等の欠陥が生じるという問題が新たに誘発される。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み案出されたものであり、その目的は、容量素子を内蔵するためのメタライズ配線層およびセラミックコート層が両面に被着されたセラミック絶縁層の厚みが50μｍ以下と薄くなったとしても、セラミック絶縁層にクラック等の不具合が生じることのない配線基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、厚みが50μｍ以下のセラミック絶縁層を積層して成り、前記セラミック絶縁層の少なくとも１層の両面にメタライズ配線層と、このメタライズ配線層の間隙を埋めるセラミックコート層とがそれぞれ対向させて被着されている配線基板において、前記メタライズ配線層とこれに隣接する前記セラミックコート層との境界領域で、前記メタライズ配線層が前記セラミックコート層上に、または前記セラミックコート層が前記メタライズ配線層上に、重なりの界面を階段状または段差状の面として重なっていることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の配線基板は、上記構成において、前記セラミックコート層と前記メタライズ配線層との重なりの幅は、0.1〜0.3ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の配線基板は、上記構成において、前記セラミック絶縁層の上下で対向している前記セラミックコート層と前記メタライズ配線層との重なりの境界位置がずれていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の配線基板によれば、セラミック絶縁層の両面に上下で対向させて被着形成されたメタライズ配線層とこれに隣接するセラミックコート層との境界領域で、メタライズ配線層がセラミックコート層上に、またはセラミックコート層がメタライズ配線層上に、重なりの界面を階段状または段差状の面として重なっていることから、メタライズ配線層とセラミックコート層との境界でのグリーンシートの変形と、この変形に伴う応力がグリーンシートに直線状に集中することがなくなるため、グリーンシートの座屈を効果的に防止し、配線基板にクラック等の不具合が発生することを効果的に防止することができる。また、セラミックコート層とメタライズ配線層との重なりの界面を階段状または段差状の面としていることから、セラミックコート層とメタライズ配線層とが、それぞれ界面で噛み合うようにして重なるため、セラミックコート層とメタライズ配線層との界面での接合の強度が高くなり、メタライズ配線層およびセラミックコート層のセラミック絶縁層に対する被着の信頼性が良好となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付の図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【００１６】
図１において、１はセラミック絶縁層、２はメタライズ配線層、３はセラミックコート層である。これらのセラミック絶縁層１・メタライズ配線層２およびセラミックコート層３により配線基板４が形成される。なお、セラミック絶縁層１のうち少なくとも１層には、両面に上下に対向させたメタライズ配線層２と、メタライズ配線層２の両側で上下のセラミック絶縁層１間の間隙を埋めるセラミックコート層３とが、それぞれ対向するようにして被着されている。
【００１７】
セラミック絶縁層１は、ガラスセラミックス焼結体・酸化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体等から成る。例えばガラスセラミックス焼結体から成る場合であれば、ガラス粉末とセラミック粉末とを有機溶剤・バインダとともにシート状に成形して得たグリーンシートを約1000℃で焼成することにより形成される。
【００１８】
なお、セラミック絶縁層１は、通常、複数が上下に積層され、電子部品を搭載する基体として機能する。この基体の上面および／または下面に半導体素子や容量素子・圧電振動子等の電子部品が搭載される。
【００１９】
セラミック絶縁層１のうち、図２（ａ）および（ｂ）にそれぞれ配線基板４の要部拡大断面図で示すように、その少なくとも１層の薄層部１ａは、配線基板４に容量素子を内蔵させるための誘電体層として機能させるために、50μｍ以下と薄く形成される。なお、このセラミック絶縁層１の薄層部１ａの厚みは、製法上の制約から通常は10μｍ以上である。
【００２０】
メタライズ配線層２は、電子部品の電極を接続するとともに外部に導出する機能を有し、露出表面の所定部位に電子部品の電極がボンディングワイヤや半田等を介して接続される。メタライズ配線層２は、銅・銀等の金属材料から成り、例えば、銅から成る場合であれば、銅粉末および有機溶剤を混練して得た金属ペーストをセラミック絶縁層１となるグリーンシートにスクリーン印刷法等で印刷塗布することにより形成される。
【００２１】
このメタライズ配線層２には、焼成時にセラミック絶縁層１およびその薄層部１ａならびにセラミックコート層３との収縮を合わせるため、セラミックフィラー等を含有させるとよい。
【００２２】
セラミックコート層３は、メタライズ配線層２の両側で上下のセラミック絶縁層１間の間隙を埋め、上下のセラミック絶縁層１間の密着性を良好とする機能を有する。
【００２３】
本発明においては、メタライズ配線層２と、少なくともその片側でこれに隣接するセラミックコート層３との境界領域を、図２（ａ）に要部拡大断面図で示すようにメタライズ配線層２がセラミックコート層３上に、または図２（ｂ）に同様の要部拡大断面図で示すようにセラミックコート層３がメタライズ配線層２上に、重なりの界面を階段状または段差状の面として重なっていることとすることが重要である。
【００２４】
本発明の配線基板によれば、このようにセラミック絶縁層１もしくはその薄層部１ａの上下でそれぞれ対向させて被着されているメタライズ配線層２とこれに隣接するセラミックコート層３との境界領域で、メタライズ配線層２がセラミックコート層３上に、またはセラミックコート層３がメタライズ配線層２上に、重なりの界面を階段状または段差状の面として重なっていることから、メタライズ配線層２とセラミックコート層３との境界で、セラミック絶縁層１およびその薄層部１ａとなるグリーンシートの変形が直線状に集中することがなくなるため、グリーンシートの座屈を効果的に防止し、配線基板４にクラック等の不具合が発生することを効果的に防止することができる。また、セラミックコート層とメタライズ配線層との重なりの界面を階段状または段差状の面としていることから、セラミックコート層とメタライズ配線層とが、それぞれ界面で噛み合うようにして重なるため、セラミックコート層とメタライズ配線層との界面での接合の強度が高くなり、メタライズ配線層およびセラミックコート層のセラミック絶縁層に対する被着の信頼性が良好となる。
【００２５】
ここで、このセラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりは、その重なりの幅が0.1〜0.3ｍｍであることが好ましい。重なりの幅が0.1ｍｍ未満では、メタライズ配線層２とセラミックコート層３との境界が重なりを設けていない直線の状態に近づくため、応力が境界にほぼ直線状に集中することからグリーンシートの座屈を防止する効果が不十分なものとなる傾向がある。また、重なりの幅が0.3ｍｍを超えると、重なり面の傾斜が大きくなり過ぎることにより、グリーンシートの変形に対して局所的に応力が集中することがあるため、かえってメタライズ配線層２とセラミックコート層３との境界に直交する方向にクラックが発生する危険性があるため適当ではない。よって、セラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりの幅は、0.1〜0.3ｍｍであることが好ましい。
【００２６】
なお、この重なりの幅は、メタライズ配線層２とセラミックコート層３との境界の全域で一様な幅とする必要はなく、製造工程上の誤差により多少ばらついても支障なく、また、応力のかかりやすいグリーンシートの端部分で大きく、中央部分で小さくなるようにしてもよい。
【００２７】
さらに、図３に図２と同様の要部拡大断面図で示すように、セラミック絶縁層１の薄層部１ａの上下で対向しているセラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりの境界位置、すなわち、セラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりの界面がセラミック絶縁層１、この例では薄層部１ａの上下各表面に接する部位に沿った直線または曲線の位置が、ずれていることが好ましい。これは、応力が集中しやすいセラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりの境界位置が、セラミック絶縁層１の薄層部１ａを挟んで上下に対向すること、つまりこの薄層部１ａを平面視したときに薄層部１ａの一箇所に応力の集中しやすい部分が集中することを避けるためである。
【００２８】
図３に示す例では、セラミック絶縁層１の薄層部１ａの上下でセラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりの界面を同じ傾きの傾斜面とすることによって、薄層部１ａの上下で対向しているセラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりの境界位置をずらせている。
【００２９】
これにより、セラミック絶縁層１の薄層部１ａにかかる厚み方向への局所的な応力集中をより一層効果的に緩和することができ、薄層部１ａとなるグリーンシートの座屈をより確実・効果的に防止し、配線基板４にクラック等の不具合が発生することをより一層効果的に防止することができる。
【００３０】
このようにセラミック絶縁層１の上下で対向しているセラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりの境界位置をずらせる場合は、そのずれ量としては、0.1乃至0.3mmであることが好ましい。このずれ量が0.1mm未満である場合は、セラミック絶縁層１の薄層部１ａの表裏における応力の分散を十分に得ることができなくなって、薄層部１ａとなるグリーンシートの座屈を効果的に防止することが困難となる。また、0.3mmを超えると、メタライズ配線層２の微細化による配線間隔の制約から、配線基板４の外形寸法の増大、もしくはセラミック絶縁層１内の配線密度の低下という、配線基板４の小型化に対して相反する副作用が生じることとなる。
【００３１】
なお、セラミックコート層３とメタライズ配線層２との重なりの界面は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように階段状や段差状の面とする必要がある。図２（ａ）および（ｂ）に示すように階段状や段差状の面としたことから、セラミックコート層３とメタライズ配線層２とが、それぞれ界面で噛み合うようにして重なるため、セラミックコート層３とメタライズ配線層２との界面での接合の強度が高くなり、メタライズ配線層２およびセラミックコート層３のセラミック絶縁層１に対する被着の信頼性が良好となる。
【００３２】
また、メタライズ配線層２またはセラミックコート層３の重なり部分における表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ以上としておくことが好ましい。これは、メタライズ配線層２とセラミックコート層３との接合を十分に補強し、セラミックグリーンシートの微小な変形等に伴う応力によってメタライズ配線層２またはセラミックコート層３が境界部分で変形することをより一層効果的に防止し、配線基板４の信頼性をより一層優れたものとすることができるためである。
【００３３】
メタライズ配線層２は、露出表面にニッケル・金等のめっき層を２〜20μｍ程度の厚さで被着させておくと、メタライズ配線層２の露出表面の酸化を防止するとともに、ボンディングワイヤや半田の接続を容易とし、接続信頼性を向上させることができる。従って、メタライズ配線層２は、露出表面にニッケル・金等のめっき層を２〜20μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３４】
なお、本発明は上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更は可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、セラミック絶縁層の両面に上下で対向させて被着形成されたメタライズ配線層とこれに隣接するセラミックコート層との境界領域で、メタライズ配線層がセラミックコート層上に、またはセラミックコート層がメタライズ配線層上に、重なりの界面を階段状または段差状の面として重なっていることから、メタライズ配線層とセラミックコート層との境界でのグリーンシートの変形と、この変形に伴う応力がグリーンシートに直線状に集中することがなくなるため、グリーンシートの座屈を効果的に防止し、配線基板にクラック等の不具合が発生することを効果的に防止することができる。また、セラミックコート層とメタライズ配線層との重なりの界面を階段状または段差状の面としていることから、セラミックコート層とメタライズ配線層とが、それぞれ界面で噛み合うようにして重なるため、セラミックコート層とメタライズ配線層との界面での接合の強度が高くなり、メタライズ配線層およびセラミックコート層のセラミック絶縁層に対する被着の信頼性が良好となる。
【００３６】
また、セラミックコート層とメタライズ配線層との重なりの幅は、0.1〜0.3ｍｍとしておくと、さらに効果的にグリーンシートの変形の集中を防止することができ、グリーンシートの座屈をより一層効果的に防止することができる。
【００３７】
また、セラミック絶縁層の上下で対向しているセラミックコート層とメタライズ配線層との重なりの境界位置がずれているときには、セラミック絶縁層にかかる厚み方向への局所的な応力集中をより一層効果的に緩和することができるので、厚みが50μｍ以下の薄層部となるグリーンシートについてもその座屈をより確実・効果的に防止することができ、配線基板にクラック等の不具合が発生することをより一層効果的に防止することができる。
【００３８】
以上により、本発明によれば、容量素子を内蔵するためのメタライズ配線層およびセラミックコート層が両面に被着されたセラミック絶縁層の厚みが50μｍ以下と薄くなったとしても、セラミック絶縁層にクラック等の不具合が生じることのない配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の例を示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・セラミック絶縁層
１ａ・・薄層部
２・・・メタライズ配線層
３・・・セラミックコート層
４・・・配線基板

Claims (3)

1. 厚みが50μｍ以下のセラミック絶縁層を積層して成り、前記セラミック絶縁層の少なくとも１層の両面にメタライズ配線層と、該メタライズ配線層の間隙を埋めるセラミックコート層とがそれぞれ対向させて被着されている配線基板において、前記メタライズ配線層とこれに隣接する前記セラミックコート層との境界領域で、前記メタライズ配線層が前記セラミックコート層上に、または前記セラミックコート層が前記メタライズ配線層上に、重なりの界面を階段状または段差状の面として重なっていることを特徴とする配線基板。
2. 前記セラミックコート層と前記メタライズ配線層との重なりの幅は、0.1〜0.3ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記セラミック絶縁層の上下で対向している前記セラミックコート層と前記メタライズ配線層との重なりの境界位置がずれていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。

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