JP4423008B2

JP4423008B2 - 多層配線基板の製造方法

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Publication number: JP4423008B2
Application number: JP2003368791A
Authority: JP
Inventors: 洋二古久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2005136048A

Description

本発明は、多層配線基板の製造方法に関し、特に、セラミックグリーンシートに形成されるビア導体の形成に適した多層配線基板の製造方法に関する。

近年、半導体素子収納用パッケージに代表される多層配線基板は、これを用いる携帯電話などの電子機器の小型化に伴い、配線回路層やビア導体などの導体層は、ますます微細化と高密度化が図られている。

このような多層配線基板の製造に際し、絶縁基板となるセラミックグリーンシートにビア導体を形成する方法としては、セラミックグリーンシートに、予め、ＮＣパンチャーや金型などの打抜き機で貫通孔を形成し、次いで、この貫通孔に導体ペーストを充填する方法が広く用いられてきた。しかしながら、近年では配線回路層など導体層の微細化に伴い、ビア導体は微細化とともに個数が増加する傾向にあり、打抜き機での加工が困難になってきていることから、最近ではレーザ加工機を用いる手法が試みられている（例えば、特許文献１）。
特開２００３−６０３５７号工法

しかしながら、前述のセラミックグリーンシートに直接レーザ光を照射して貫通孔を形成すると、レーザ光がセラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末やガラス粉末の表面に反射して、加工穴径の大きさにバラツキが生じたり、加工速度が低下するという問題があった。

従って、本発明は、セラミックグリーンシートに高い寸法精度でかつ高速で貫通孔を形成できる多層配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ガラス粉末を含有するセラミックグリーンシートの表面に、銅、銀、金の少なくとも１種である金属粉末により構成される導体ペーストからなる表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以上の導体パターンを形成する工程と、該導体パターンの上方側からレーザ光を照射し、前記導体パターンおよび前記セラミックグリーンシートに貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に導体を充填してビア導体とする工程と、前記導体パターンおよび前記ビア導体を形成した前記セラミックグリーンシートを複数積層し焼成する工程とを具備する多層配線基板の製造方法であって、前記金属粉末として、平均粒径ｄ５０が１０μm以下であり、１０％累積粒径をｄ１０、９０％累積粒径をｄ９０としたとき、ｄ９０／ｄ１０＜４の関係を満足するものを用いることを特徴とする。

本発明によれば、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成する際に、予め、貫通孔形成箇所の表面上に表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以上の導体パターンを形成しておくことにより、レーザ光が凹凸のある導体パターンを構成する金属成分によって適度に吸収され（かつ一部は反射され）ることから、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末やガラス粉末の表面での反射による加工穴径の大きさのバラツキを抑制でき、かつ加工速度を高めることができる。

また、本発明では、導体パターンが金属粉末により構成される導体ペースト膜であるので、導体パターンの表面の凹凸が不連続的となり、導体パターンとして表面が連続的な金属箔を用いる場合に比較してレーザ光の吸収と反射をさらに適度に調整できる。

さらに本発明では、導体ペーストを構成する金属粉末が銅、銀、金の少なくとも１種の低抵抗、高熱伝導性の金属であるので、レーザ光の吸収性が高まりレーザ光の照射スポットサイズを小さくでき、貫通孔の寸法精度と加工速度をさらに高めることができる。

そして、上記金属粉末の平均粒径ｄ５０を１０μm以下とし、金属粉末の１０％累積粒径をｄ１０、９０％累積粒径をｄ９０としたとき、ｄ９０／ｄ１０＜４の関係を満足するように調整したものを用いていることにより、特に、乱反射を起こしやすいとされるガラス粉末を多く含有するようなセラミックグリーンシートの加工にも好適である。

次に、本発明の製造方法について、ガラスセラミックスを絶縁基板として用いる多層配線基板を例として詳細に説明する。

図１は、本発明の多層配線基板の製造方法を示す工程図である。

（ａ）ガラス粉末、又はガラス粉末とフィラーとを混合してガラスセラミック組成物を調製し、その混合物に有機バインダや有機溶剤などを加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の適宜な成形手段によりセラミックグリーンシート１を形成する。

ここで、セラミックグリーンシート１を構成するガラス粉末としては、例えば、ＳｉＯ_２にＬｉ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏなどのアルカリ金属酸化物、ＣａＯ、ＭｇＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＰｂＯから選ばれる１種以上を含有するホウ珪酸ガラス、ＢａＯ系ガラス、ナトリウムソーダガラス等が望ましい。

フィラーとしては、クオーツ、クリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ディオプサイト、ムライト、コージェライト、およびフォルステライトから選ばれる少なくとも１種以上が好ましい。

また、ガラス粉末とフィラーとの割合は、ガラス粉末が３０〜７０質量部、フィラーが７０〜３０質量部からなることが好ましい。

有機バインダは、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ニトロセルロース、エチルセルロースなどの群から選ばれる少なくとも１種を用いることが望ましい。

有機溶剤としては、α−テルピネオール、ジブチルフタレート、ブチルカルビトールの群から選ばれる少なくとも１種が好適に用いられる。

（ｂ）次に、前記セラミックグリーンシート１の表面に導体ペーストを印刷して導体パターン３を形成する。本発明では、導体パターン３の表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以上であることが重要であり、特に、貫通孔の寸法ばらつきを抑制するという理由から５μｍ以上が好ましく、最大でも導体パターン厚みの１／２以下が好ましい。導体パターン３の表面粗さ（Ｒａ）が１μｍよりも小さい場合には、導体パターン３の平滑性が増すために、レーザ光の反射が強くなり、レーザ照射スポットサイズが大きくばらつくようになり貫通孔の大きさのばらつきが大きくなる。ここで、導体パターンの厚みは、表面粗さ（Ｒａ）を確実に形成するために１０μｍ以上が好ましい。

また、本発明では、導体パターン３は金属粉末を含む導体ペースト膜であることが重要であり、さらに、導体ペーストを構成する金属粉末は、銅、銀、金の少なくとも１種であることが重要であり、特に、低抵抗、高熱伝導、低コストという理由から銅がより望ましい。そして、導体パターン３を形成する導体ペーストは、所望の金属粉末と有機樹脂と有機溶媒とを混合して調製される。

金属粉末は、その平均粒径ｄ５０が１０μm以下であることが重要であり、更には、この金属粉末は１０％累積粒径をｄ１０、９０％累積粒径をｄ９０としたとき、ｄ９０／ｄ１０＜４の関係を満足することが重要である。

この導体ペーストに用いる有機樹脂および有機溶媒は、金属種に応じて選択する必要があるが、基本的に前記セラミックグリーンシート１に用いた有機バインダおよび有機溶剤を用いることができる。

（ｃ）次に、前記導体パターン３を形成したセラミックグリーンシート１にレーザ光９を用いて貫通孔５を形成する。本発明ではセラミックグリーンシート１の表面に形成された導体パターン３の上方側からレーザ光９を照射して貫通孔７を形成することを特徴とするものであり、導体パターン３およびセラミックグリーンシート１を貫く貫通孔５を形成することが重要である。この貫通孔５の形状は、レーザ光９照射側の直径が出射側の直径より大きいことが望ましく、これにより貫通孔５への導体ペーストの充填性が容易となり、ビア導体７の密度および導電性を高めることができる。

レーザ照射側の直径をＤｉ、出射側の直径をＤｏとしたとき、Ｄｏ／Ｄｉ比は０．５〜０．９５が好ましい。

レーザ光９を発生する加工機としては炭酸ガスレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどがあげられ、特に、穴精度および加工速度が速いという点で、ＵＶ−ＹＡＧレーザが好ましい。

（ｄ）次に、この貫通孔５の内部に前述したような導体ペーストを充填してビア導体７を形成し、（ｅ）次に、上記、導体パターン３およびビア導体７を形成したセラミックグリーンシート１を複数枚積層圧着して積層体１１を形成する。

さらに、この積層体１１を４００〜８００℃の窒素雰囲気中で加熱処理してセラミックグリーンシート内やペースト中に含有されている有機成分を分解除去した後、８００〜１０００℃の窒素雰囲気中で同時焼成することにより、導体層及びビア導体部を具備する多層配線基板を得ることができる。

絶縁基板用のセラミックグリーンシートとして、質量比率で４４％ＳｉＯ_２−３６％ＢａＯ−７％Ｂ_２Ｏ_３−８％Ａｌ_２Ｏ_３−５％ＣａＯ（屈伏点７００℃）の組成のガラス粉末を、５５体積％（質量部）に対してフィラー成分としてＳｉＯ_２を４５体積％（質量部）混合したものを用いた。この混合物にアクリル系の有機バインダ、有機溶剤、可塑剤、分散剤を加え混合してセラミックスラリを調製し、かかるセラミックスラリをドクターブレード法により厚さ平均１００μｍのセラミックグリーンシートを作製した。

次に、導体パターン用として表１に示すように金属粉末として銅粉末を用いて導体ペーストを調製し、前記セラミックグリーンシート上にスクリーン印刷法により厚み１５μｍの導体パターンを形成した。この導体ペーストは金属粉末として表1に示した銅粉末１００質量部に対し、共材として前述のガラスを３質量部、有機樹脂としてアクリル樹脂を５質量部加えて、これに有機溶媒としてα−テルピネオールを加えて調製した。

続いて、この導体パターンの表面側にＵＶ−ＹＡＧレーザ加工機を用いてレーザ光を照射して、導体パターン側の直径が５０μmの貫通孔を形成し、次に、貫通孔の直径を測定し平均値とバラツキ（３σ）を算出した。また、加工速度は、平均値およびそのばらつきがそれぞれ４５〜５５μｍの範囲、および５μｍ以下になることを基準として貫通孔数３０００個の加工時間を評価した。

次に、上記の方法により形成した貫通孔の内部に導体ペーストを充填してビア導体を形成した。ビア導体用の導体ペーストは、平均粒径が５μｍの銅粉末１００質量部に、共材として、平均粒径１μｍのアルミナ粉末を０．５質量部、ガラスを１５質量部加え、これに有機樹脂を４質量部、有機溶媒としてα−テルピネオール１０質量部を秤量したものを混練して調製した。

そして、ビア導体と導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数積層し、圧力５ＭＰａ、５０℃で加圧加熱して積層体を形成した。

その後、この積層体を窒素雰囲気中で７５０℃で脱脂した後、さらに９１０℃で１時間の焼成を行い多層配線基板を得た。多層配線基板は、その基板の内部において連結されたビア導体の抵抗とそのばらつきを評価した。尚、本発明の多層配線基板は、図２に示すように、複数の絶縁層２１を積層した絶縁基板２３の内部に複数のビア導体部２５が導体層２７により連結された所謂デイジーチェンを有するものである。

表1の結果から明らかなように、セラミックグリーンシートの表面に、予め平均粒径ｄ５０を１０μm以下とし、１０％累積粒径をｄ１０、９０％累積粒径をｄ９０としたとき、ｄ９０／ｄ１０＜４の関係を満足する金属粉末により構成される導体ペーストからなる表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以上の導体パターンを形成した後にレーザ光を照射して貫通孔を形成して作製した本発明の試料Ｎｏ．６、７では、貫通孔Ｄｉの直径の平均値が５０μｍで、ばらつきが１μｍ、加工時間は１５ｓｅｃ．以下であった。また、本発明の多層配線基板の内部において連結されたビア導体の抵抗は２μΩｃｍ以下であった。

これに対し、本発明範囲外の試料では、ばらつきが３μｍ以上、加工時間は１７ｓｅｃ．以上、基板の内部において連結されたビア導体の抵抗は３μΩｃｍ以上であった。

本発明の多層配線基板の製造方法を説明するための工程図である。基板内部に複数のビア導体が導体層により連結された本発明の多層配線基板の概略断面図である。

符号の説明

１セラミックグリーンシート
３導体パターン
５貫通孔
７ビア導体

Claims

ガラス粉末を含有するセラミックグリーンシートの表面に、銅、銀、金の少なくとも１種である金属粉末を含む導体ペーストからなる表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以上の導体パターンを形成する工程と、該導体パターンの上方側からレーザ光を照射し、前記導体パターンおよび前記セラミックグリーンシートに貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に導体を充填してビア導体とする工程と、前記導体パターンおよび前記ビア導体を形成した前記セラミックグリーンシートを複数積層し焼成する工程とを具備する多層配線基板の製造方法であって、前記金属粉末として、平均粒径ｄ５０が１０μm以下であり、１０％累積粒径をｄ１０、９０％累積粒径をｄ９０としたとき、ｄ９０／ｄ１０＜４の関係を満足するものを用いることを特徴とする多層配線基板の製造方法。