JP4610066B2

JP4610066B2 - Multilayer wiring board and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4610066B2
Application number: JP2000294744A
Authority: JP
Inventors: 吉健寺師
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2020-09-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低抵抗金属からなる導体配線層を具備する多層配線基板に関するものであり、特に、焼成による面内方向の収縮を抑制した多層配線基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、異なる組成のグリーンシートを積層して焼成することにより異なる特性の絶縁層を積層してなる多層配線基板が提案されている。例えば、特開平７−３１２５１１号公報では、高誘電率層と低誘電率層との間に、厚みが０．１〜０．３ｍｍで両者の構成成分を含む中間層を１層介装して、高誘電率層と低誘電率層との界面での基板の反りや層間剥離を防止できることが記載されている。
【０００３】
また、特開平６−２８３３８０号公報では、絶縁層と誘電体層とを積層する際に、いずれか焼結温度が高い一方の層を焼結させた後、該焼結体に他方の層を形成するためのグリーンシートを積層して焼成した多層配線基板が記載されている。
【０００４】
一方、上記のような多層配線基板は、焼成によってグリーンシートが面（グリーンシート積層面）内およびグリーンシート厚み方向に収縮するものであったが、最近、導体配線層の高密度化が求められ、これに伴い、多層配線基板において絶縁層の面（絶縁層積層面）内方向での焼成による収縮を抑制することが図られている。
【０００５】
例えば、特開平６−９７６５６号公報では、ホウケイ酸鉛ガラスとアルミナとの混合物からなる第１のグリーンシートと、コージェライト等の無機酸化物からなる第２のグリーンシートの表面に銀や銅等の導体ペーストを塗布して積層し、９００℃で第１の焼成を行った後に１０００℃で第２の焼成を行うことによって、グリーンシートの焼成に伴う面内方向の収縮率を抑制できることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平６−９７６５６号公報の第２のグリーンシートとしてコージェライト等の無機組成物を用いた多層配線基板では、第１の焼成温度において第１のグリーンシート中に存在するガラス成分の第２のグリーンシート側への拡散、移動が充分でなく、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとは部分的に接着される結果、焼結した第１の絶縁層と第２の絶縁層との積層面に未接着部分が生じて耐湿性が低下したり、使用時の衝撃や温度サイクルによってクラックや剥離等が発生する恐れがあった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、絶縁層の積層面内方向の収縮を抑制して微細配線化が可能であるとともに、低抵抗金属を含有する導体配線層を形成しても異なる２種以上の絶縁層の特性を損なうことなく積層できる多層配線基板およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して検討した結果、第１のガラスセラミック組成物および／または第２の無機組成物中にＺｎＯを含有せしめ、焼成温度、焼成時間を制御した２段階の焼成を行うことによって、２段階焼成によりＺｎＯが特異的に拡散、移動する結果、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に、前記第１のガラスセラミック組成物および／または前記第２の無機組成物中のＺｎＯの含有量よりもＺｎＯの含有量が多い領域を存在させて、各絶縁層の特性を維持したまま、絶縁層間の部分的な剥離等を発生させることなく積層面内方向の収縮を抑制して異種材料の積層体を焼成した多層配線基板を作製できることを知見した。
【０００９】
すなわち、本発明の多層配線基板は、第１のガラスセラミック組成物からなる第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層とは異なる第２の無機組成物からなる第２の絶縁層とが積層されている積層体の表面および／または内部に導体配線層が形成されている多層配線基板であって、前記第１のガラスセラミック組成物および／または前記第２の無機組成物中にＺｎＯを含有するとともに、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との界面におけるＺｎＯの含有量が、前記第１のガラスセラミック組成物および前記第２の無機組成物中のＺｎＯの含有量よりも多いことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、前記界面におけるＺｎＯの含有量の多い領域の幅が８０μｍ以下であることが望ましい。
【００１１】
また、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との積層体の表面から複数の絶縁層にわたって凹部を形成してなること、前記導体配線層が金属箔からなることが望ましい。
【００１２】
さらに、前記第２の絶縁層が、Ｚｎ、ＴｉおよびＢを含有すること、前記第１の絶縁層が、Ｓｉ、Ａｌ、ＭＯ（Ｍはアルカリ土類金属）を含むガラスを含有することが望ましい。
【００１３】
また、本発明の多層配線基板の製造方法は、第１のガラスセラミック組成物からなる第１のグリーンシートを作製する工程と、前記第１のガラスセラミック組成物よりも高い温度で焼結する第２の無機組成物からなる第２のグリーンシートを作製する工程と、前記第１のグリーンシートおよび／または前記第２のグリーンシートの表面に導体配線層を形成する工程と、前記第１のグリーンシートと前記第２のグリーンシートとを積層して積層体を作製する工程と、該積層体を前記第１のグリーンシートが焼結し、前記第２のグリーンシートが焼結しない第１の焼成温度で０．５時間以上焼成した後、前記第２のグリーンシートが焼結する第２の焼成温度で２時間以下の時間焼成する工程を具備する多層配線基板の製造方法であって、前記第１のガラスセラミック組成物および／または前記第２の無機組成物としてＺｎＯを含有するものを用いるとともに、前記積層体を焼成することにより、第１のガラスセラミック組成物からなる第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層とは異なる第２の無機組成物からなる第２の絶縁層との界面における、ＺｎＯの含有量が、前記第１のガラスセラミック組成物および前記第２の無機組成物中のＺｎＯの含有量よりも多くなった積層体を作製することを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、前記第１の焼成温度と前記第２の焼成温度との差を５０〜１５０℃とすることが望ましい。
【００１５】
また、前記第１のガラスセラミック組成物として軟化点が５００〜９００℃のものを用いること、前記積層体の焼成による面内方向の収縮率が５％以下であることが望ましい。
【００１６】
さらに、前記第１のグリーンシートと前記第２のグリーンシートとの積層体の表面から複数の絶縁層にわたって凹部を形成する工程を具備することが望ましい。
【００１７】
また、前記導体配線層の形成方法が、前記第１のグリーンシートおよび／または前記第２のグリーンシートの表面に金属箔からなる導体配線層を被着する方法であることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の多層配線基板の製造方法についての一例について説明する。
（第１のグリーンシート）
まず、第１のグリーンシートを作製するには、ガラス原料とセラミック原料とを混合する。
【００１９】
上記ガラス原料としては、平均粒径０．５〜１０μｍ、特に１〜３μｍのホウケイ酸系ガラス、アルカリ珪酸系ガラス、シリカガラス等の粉末が好適であり、中でもガラスの拡散速度を制御する点で、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭＯ（Ｍはアルカリ土類金属）を含むガラスを特に主成分として含有することが望ましい。なお、アルカリ土類金属（Ｍ）としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる少なくとも１種が使用可能であるが、特に、ガラスの軟化点の調整の点で、アルカリ土類金属（Ｍ）としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒから選ばれる少なくとも１種からなることが望ましい。
【００２０】
また、ガラスの軟化点の調整、絶縁層の誘電損失の低減、誘電率や熱膨張係数の調整等の点で、ガラス中にはＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃がガラス総量に対して、酸化物換算量でそれぞれ０〜２０重量％、特に１〜１０重量％の割合で含有されていてもよい。また、それ以外に、ＣｕＯ、ＴｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｃｏ₃Ｏ₄、Ｐ₂Ｏ₅の不純物がガラス総量に対して、酸化物換算による総量で０．１重量％以下の含まれていてもよく、さらに、ＰｂＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃、アルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）の含有量は酸化物換算による総量で０．１重量％以下、特に０．０５重量％以下であることが望ましい。
【００２１】
また、ＺｎＯの拡散を制御する点、絶縁層の積層面内方向の収縮率を抑制する点、酸化性雰囲気あるいは非酸化性雰囲気中での脱バインダ特性を良くする点、成分の拡散を制御する点で、ガラス原料の軟化点は、５００〜９５０℃、特に、７００〜９５０℃、さらに８００〜９２０℃であることが望ましい。
【００２２】
さらに、上述した観点および熱膨張係数、誘電率、誘電損失、抗折強度等の点から、ガラス原料としては、ＳｉＯ₂を４０〜４６重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を２６〜３２重量％、ＺｎＯを５〜１０重量％、ＭｇＯを７〜１４重量％、Ｂ₂Ｏ₃を４〜１５重量％との割合で含有するガラスや、ＳｉＯ₂を４６〜５４重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を２〜９重量％、ＣａＯを２１〜３０重量％、ＭｇＯを１４〜２５重量％との割合で含有し、後述するような結晶相を析出可能な結晶化ガラスが最適である。
【００２３】
（ガラセラのフィラー）
一方、セラミック原料としては、例えば、平均粒径０．５〜１５μｍ、さらに１〜１０μｍ、さらには１．５〜８μｍの酸化物、窒化物または炭化物粉末からなり、特に、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、コージェライト、エンスタタイト、フォルステライト、ステアタイト、ウイレマイト、ＺｎＴｉＯ₃、Ｚｎ₂ＴｉＯ₄、ディオプサイド、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。
【００２４】
また、上述したガラス原料とフィラー成分であるセラミック原料との混合比率は、ガラス原料４０〜８０重量％、特に５０〜７０重量％と、セラミック原料２０〜６０重量％、特に３０〜５０重量％との比率からなることが望ましい。
【００２５】
（第２のグリーンシート）
他方、第２のグリーンシートを作製するには、例えば、平均粒径０．５〜１５μｍ、さらに１〜１０μｍ、さらには３〜８μｍで、１０５０℃以下、特に１０００℃以下、さらには１０００℃より低い温度で９０％以上に緻密化が可能なセラミック原料、またはガラス原料とセラミック原料とを準備する。
【００２６】
具体的なセラミック原料としては、特に、Ｚｎ、ＭｇおよびＴｉを含む（Ｚｎ，Ｍｇ）ＴｉＯ₃で表されるイルメナイト結晶相、（Ｚｎ，Ｍｇ）₂ＴｉＯ₄で表されるスピネル型結晶相および（Ｚｎ，Ｍｇ）₂ＳｉＯ₄で表されるウイレマイト型結晶相の群から選ばれる少なくとも１種を析出可能な原料粉末、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ₂、ＭｇＯの各酸化物粉末、またはＺｎＴｉＯ₃、Ｚｎ₂ＴｉＯ₄、ＭｇＴｉＯ₃、Ｍｇ₂ＴｉＯ₄、ＭｇＳｉＯ₃、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、ＺｎＳｉＯ₃、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、ＣａＴｉＯ₃等の複合酸化物、さらには焼成過程で酸化物を形成しうる炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩等のセラミック粉末が使用可能である。
【００２７】
また、特に１０５０℃以下、さらに１０００℃以下、さらには１０００℃より低い温度で焼結体を相対密度９５％以上に緻密化させるため、第１の絶縁層と第２の絶縁層との接着性を高めるため、中間層内にボイドが発生することを抑制するために、上記セラミック粉末に加えて、Ｂ₂Ｏ₃粉末を０．０５〜２０重量％、特に３〜１０重量％の割合で添加することが望ましい。
【００２８】
（ＺｎＯ成分）
ここで、本発明によれば、前記第１のガラスセラミック組成物および／または前記第２の無機組成物中にＺｎＯを含有することが重要であり、これによって、各層中に存在するＺｎＯ成分が特異的に第１の絶縁層と第２の絶縁層との界面に拡散、移動して両者を強固に接合することができる結果、第１の絶縁層と第２の絶縁層との拘束力が高く、界面で剥離等の発生がない優れた積層体および多層配線基板を作製できる。なお、ＺｎＯ成分は、上記拡散、移動の容易性の点で絶縁層をなすセラミックス中マトリックスとして存在することが望ましい。
【００２９】
また、ＺｎＯ成分が第１のガラスセラミック組成物中に存在する場合には、第１の焼成温度にて第１のグリーンシートが焼結する際にガラスセラミック組成物中のＺｎＯを含むガラス成分が第２のグリーンシートとの積層界面で多くなることによって、第１および第２のグリーンシートの密着力および拘束力を高める作用をなす。一方、ＺｎＯ成分が第２のガラスセラミック組成物中に存在する場合には、第１の焼成温度にて第１の絶縁層を焼成した後第２の焼成温度にて第２のグリーンシートが焼結する際に、第２の無機組成物中のＺｎＯ成分が、前記第１の焼成温度で生じたガラスと結合するように前記ガラスが多い領域に選択的に拡散、移動することにより、第１および第２の絶縁層間に両者よりもＺｎＯ成分の多い領域が存在するとともに、第１および第２の絶縁層間で剥離することを防止できる。
【００３０】
上記セラミック原料以外にも、コージエライト、フォルステライト、エンスタタイト、クオーツ、ディオプサイド、スライソナイト、アノーサイト、ＳｒＴｉＯ₃、チタニア等のセラミック原料や、軟化点が９５０〜１０５０℃のガラスを、特に６０〜９０重量％と、上記のようなセラミック原料を、特に１０〜４０重量％との比率で混合した混合物が使用可能である。
【００３１】
（グリーンシートの作製）
上記それぞれの原料粉末に対して、所望により、有機バインダ、分散剤および溶媒を添加、混合してそれぞれスラリーを作製した後、ドクターブレード法、カレンダーロール法、プレス成形法、圧延法等によって第１のグリーンシートおよび第２のグリーンシートをそれぞれ作製する。グリーンシートの厚みは１５０〜２５０μｍであることが望ましい。
【００３２】
そして、これらグリーンシートに所望によりスルーホールを形成した後、該スルーホール内に低抵抗金属を特に主成分として含有する導体ペーストを充填する。また、グリーンシートの表面には前記金属ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法によって印刷することによって、低抵抗金属を含有する導体配線層を形成してもよいが、望ましくは、微細で寸法精度のよい導体配線層を形成する点で、純度９９％以上の低抵抗金属からなる金属箔を用いて導体配線層を形成することが望ましい。
【００３３】
ここで、低抵抗金属としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、特に抵抗が低い点でＣｕまたはＡｇを主成分とすることが望ましく、さらに絶縁層中への金属のマイグレーション（拡散）が小さいＣｕを主成分として含有することが望ましい。
【００３４】
なお、上記金属箔を用いて前記グリーンシート表面に導体配線層を形成するには、まず、樹脂シートに金属箔を貼り付け、レジスト等を用いてエッチングすることにより導体配線パターンに加工した後、前記グリーンシート表面の所定位置に前記導体配線パターンを転写することによって所定のパターンの導体配線層を形成する方法が好適に使用可能である。かかる方法によれば、前記エッチング処理によって導体配線層の断面形状が逆台形形状となるために、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとをくさび状に接続でき、焼成後に第１の絶縁層と第２の絶縁層が剥離することを防止できる。
【００３５】
その後、上記配線層を形成した複数のグリーンシートを位置合わせして積層し、４０〜５０℃、５０〜１００ＭＰａで熱圧着する。この時、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートの接着性を高め、剥離や気孔等のない中間層を形成するために、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートの積層面にエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の有機バインダを溶剤で希釈した密着液を塗布することが望ましい。
【００３６】
そして、上記積層体を焼成する。焼成に関しては、例えば、導体配線層としてＣｕ等の酸化性雰囲気中での焼成によって酸化する金属を含有する場合、非酸化性雰囲気または弱酸化性雰囲気中、６００〜７５０℃で脱バインダ処理を行った後、例えば、５０〜３００℃で昇温して第１のグリーンシートが焼結し、かつ第２のグリーンシートが焼結しない第１の焼成温度、例えば、７５０〜９２５℃、特に８５０〜９００℃で、０．５時間以上、特に０．５〜２時間、さらに１〜１．５時間保持し第１のグリーンシートを焼結させる。
【００３７】
この時、第１のグリーンシートは焼結によって収縮しようとするものの、該シートの表面が第２のグリーンシートに接着されており、その接着力のために積層面内方向の収縮が抑制され、第１のグリーンシートの厚み方向に選択的に収縮する。また、この第１の焼成温度において、第１のグリーンシート中のガラス成分が第２のグリーンシートとの積層面にしみ出し、該ガラス成分が毛細管現象により第２のグリーンシート側に拡散する。なお、このガラス成分の拡散により第１のグリーンシートの積層面側にガラス成分が欠如した層が形成される。
【００３８】
その後、例えば、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとの拘束力と高めるとともに、局所的な温度上昇によってクラックや剥離を防止するために、昇温速度５０〜４００℃／時間、特に１００〜３００℃／時間で、第２の焼成温度、望ましくは上述した低抵抗金属との同時焼成が可能な１０５０℃以下、特に９００〜１０５０℃、さらに９３０〜９８０℃で、２時間以下の時間保持することによって、第２のグリーンシートを焼結させる。
【００３９】
この上記第２の焼成温度での保持によって、第２のグリーンシートは焼結によって収縮しようとするものの、該シートの表面が第１のグリーンシートが焼結した第１の絶縁層と接着されており、その接着力のために積層面内方向の収縮が抑制され、第２のグリーンシートの厚み方向に選択的に収縮する。また、この焼成時に、第１の絶縁層の積層面側に存在するガラス成分が欠如した部分に第２のグリーンシート中の成分が拡散し、第１絶縁層の積層面側に第２のグリーンシート（絶縁層）の成分が多い部分が形成される。
【００４０】
すなわち、上記焼成によって、第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に、ＺｎＯ成分の多い領域が形成される。なお、この領域は、気孔率が０．５％以下、特に０．４％以下、さらに０．２％以下であることが望ましい。このＺｎＯ成分の多い領域の存在によって、第１の絶縁層および第２の絶縁層の積層面内の収縮を抑制し、両層の特性を劣化させることなく、かつ両者を強固に接合できる。
【００４１】
なお、上記ＺｎＯ成分の多い領域の幅は、第１の絶縁層と第２の絶縁層との充分な接着力および第１の絶縁層と第２の絶縁層との特性変化を小さくするために、１〜８０μｍ、特に３〜２０μｍであることが望ましい。また、上記ＺｎＯ成分の多い領域において、ＺｎＯはガラスまたは結晶化して存在してもよい。
【００４２】
ここで、第１の焼成温度での保持時間を０．５時間以上としたのは、０．５時間より短いと第１のグリーンシートを緻密化することが困難で、その後の第２の焼成温度において焼結が進行して、第２のグリーンシートとともに積層面内方向にも収縮したり、第１のグリーンシートから第２のグリーンシート側へ拡散するガラス成分量が不十分で、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとの積層面で局所的に接続不良が発生するためである。また、第１のグリーンシート中のガラス成分の拡散、移動量を調整するためには第１の焼成温度での保持時間が０．５時間以上であることが望ましい。
【００４３】
さらに、第２の焼成温度での保持時間を３時間以下としたのは、第２の焼成温度での保持時間が３時間より長いと第１の絶縁層が過焼結となり第１の絶縁基板中に多量のボイドが発生するとともに、ＺｎＯ成分の多い領域から成分の一部が流失する恐れがあるためである。なお、第２のグリーンシートを充分に緻密化させて基板強度を向上させるためには、第２の焼成温度での保持時間は、０．５〜２．５時間、特に１〜２時間であることが望ましい。
【００４４】
なお、第１の焼成温度と第２の焼成温度との温度差は、焼成による積層面内方向の収縮率を小さくするとともに、各層をともに緻密化するために、５０〜１５０℃、特に７０〜１００℃、さらに８０〜９０℃であることが望ましい。
【００４５】
（凹部、キャビティ形成）
また、本発明によれば、前記第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとの積層体の表面部に半導体素子等の電子部品を収納して気密に封止するための凹部（キャビティ）を形成するような場合においても、前記積層体が部分的に収縮してクラック等が発生することなく、積層面方向の寸法精度の高い多層配線基板を作製できる。
【００４６】
なお、上記第１のグリーンシートと第２のグリーンシートの積層体の表面部分に凹部を形成するには、所定形状の空洞部を有する少なくとも１層のグリーンシートを交互に積層すればよい。
【００４７】
（実装）
そして、この配線基板の表面または凹部内に、適宜、半導体素子等の電子部品を搭載し、配線層と信号の伝達が可能なように接続する。接続の方法としては、配線層上に直接搭載させて接続させたり、あるいは５０μｍ程度の樹脂、Ａｇ−エポキシ、Ａｇ−ガラス、Ａｕ−Ｓｉ等の樹脂、金属、セラミックス等の接着剤により前記半導体素子を絶縁基板表面に固着し、ワイヤボンディング、リボンボンディング、ＴＡＢテープなどにより配線層と半導体素子とを接続したりする。
【００４８】
さらに、半導体素子等の電子部品が搭載された配線基板表面または凹部内の開口部に、絶縁層と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材料、あるいは放熱性が良好な金属等からなる蓋体を、ガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合して凹部内を気密に封止することが望ましい。
【００４９】
また、配線基板の裏面には配線基板の配線層と電気的に接続され、かつ外部回路基板へ実装するための接続端子が配設されていてもよい。なお、接続端子は半田等からなり、層状であってもよく、またはボール状であってもよい。
【００５０】
（基板）
次に、上述した方法によって得られる本発明の多層配線基板について、その一例である図１の半導体素子等の素子を収納するための素子収納用パッケージについての概略断面図を基に説明する。
図１によれば、半導体素子収納用パッケージ１は、第１のガラスセラミック組成物からなる第１の絶縁層２と第２の無機組成物からなる第２の絶縁層３とが交互に積層され、該第１の絶縁層２と第２の絶縁層３との積層体である絶縁基板４の表面および内部に低抵抗金属を含有する導体配線層５が形成された構成からなる。
【００５１】
なお、図１によれば、絶縁基板４は第１の絶縁層２を２層以上と第２の絶縁層３を２層以上を交互に積層したものであるが、本発明によれば、これに限定されるものではなく、例えば、第１の絶縁層２の両面に第２の絶縁層３が積層された構成からなっていてもよい。また、絶縁層２、３の両面に形成される導体配線層５、５間は、絶縁層２、３を貫通して形成されるビアホール導体６によって電気的に接続される。
【００５２】
本発明によれば、第１の絶縁層２と第２の絶縁層３との間には、前記第１のガラスセラミック組成物および／または前記第２の無機組成物中のＺｎＯの含有量よりもＺｎＯの含有量が多い領域が存在することが大きな特徴であり、これによって、上述したように、焼成による積層面内方向の収縮を抑制できるとともに、焼成時あるいは使用時のクラックや層間剥離を防止することができる。
【００５３】
ここで、ＺｎＯの含有量が多い領域での気孔率は０．５％以下、特に０．４％以下、さらに０．２％以下であることが望ましく、また、ＺｎＯの含有量が多い領域の幅が８０μｍ以下、特に１〜８０μｍ、さらに３〜２０μｍであることが望ましい。
【００５４】
なお、焼成時あるいは使用時のクラックや層間剥離を抑制する点で、第１の絶縁層２と第２の絶縁層３の室温（２５℃）〜４００℃における平均熱膨張係数の差が１×１０^-6／℃以下、特に、０．５×１０^-6／℃以下であることが望ましい。
【００５５】
また、第１の絶縁層２と第２の絶縁層３との誘電率の差は、インピーダンスの変化を防いで信号の伝送特性を均一にするため、２以下、特に１以下、さらには０．５以下であることが望ましい。
【００５６】
さらに、絶縁基板４内には、誘電率が第１および第２の絶縁層２、３のそれと５以上、特に１０以上異なる第３の絶縁層１０が形成されていてもよい。
【００５７】
さらに、半導体素子収納用パッケージ１に、特に１ＭＨｚ以上、さらに１ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する場合、高周波信号の伝送特性を高めるために、第１の絶縁層２と第２の絶縁層３の誘電損失は、例えば、１０ＧＨｚにおいて２０×１０^-4以下、特に１５×１０^-4以下、さらに１０×１０^-4以下と小さいことが望ましい。
【００５８】
一方、図１によれば、絶縁基板４の表面には凹部（キャビティ）８が形成され、この凹部８内には、Ｓｉ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｇａ−Ａｓ等の半導体素子等の半導体素子９が搭載されている。そして、凹部８の開口部は上述した材料からなる蓋体１１が形成され、上述した接着剤により凹部８の開口部と接合されて凹部８が気密に封止されている。また、半導体素子９は導体配線層５と上述したワイヤボンディング１２等を介して電気的に接続されている。
【００５９】
なお、半導体素子９および導体配線層５に高周波信号を流す場合には、蓋体１１は半導体素子９と外部との電磁波の漏洩が防止できる材料から構成されることが望ましく、また、導体配線層５の形状は、高周波信号の伝送損失を小さくするために、ストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路のうちの少なくとも１種から構成されることが望ましい。また、導体配線層５は高周波信号の伝送損失を小さくするために、銅または銀の低抵抗金属のいずれか１種を含有し、特にこれら金属を主成分とすることが望ましい。
【００６０】
また、絶縁基板４の裏面には、パッケージ１を外部回路基板１３へ実装するための接続端子１４が形成されており、本発明によれば、絶縁基板４に反り等が発生することなく接続端子１４を介してパッケージ１を外部回路基板１３へ実装することができる。
【００６１】
さらに、図１のパッケージ１では、絶縁基板４と蓋体１１にて半導体素子９を気密に封止した構成であったが、本発明はこれに限られるものではなく、蓋体１１を形成せず半導体素子９を樹脂モールド等によって封止したものであってもよい。
【００６２】
【実施例】
（実施例１）
表１の組成からなる平均粒径２μｍの結晶化ガラスおよび表２の組成からなる平均粒径２μｍのセラミック粉末を準備した。
【００６３】
【表１】

【００６４】
【表２】

【００６５】
上記ガラス粉末およびセラミック粉末を表３に示す比率で混合し、有機バインダ、可塑剤、トルエンを添加、混合して２種類のスラリーを調製した後、このスラリーを用いてドクターブレード法により、それぞれ厚さ２００μｍのグリーンシートを作製した。そして、該グリーンシートの所定位置にビアホールを形成して、該ビアホール内にＣｕ粉末を主成分として含有する導体ペーストを充填した。
【００６６】
一方、樹脂シート表面に接着剤を用いて厚み１２μｍのＣｕ箔を貼り付け、レジストを用いてエッチング処理することにより導体配線パターンを形成した後、該導体配線パターンを前記グリーンシート表面の前記ビアホール導体に位置合わせして載置し、４０℃で５０ＭＰａに加圧した後、樹脂シートを剥がすことによって、導体配線層をグリーンシート表面に転写した。
【００６７】
そして、このグリーンシートをそれぞれ１枚づつ交互に積層し、５０℃の温度で５０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着し、得られた積層体を水蒸気含有／窒素雰囲気中、７００℃で脱バインダ処理を行った後、乾燥窒素中で表３の条件で焼成し多層配線基板を得た。
【００６８】
得られた多層配線基板について、絶縁基板の面内方向の寸法を測定し、焼成による収縮率を算出した。また、絶縁基板の絶縁層の積層面部分について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびエレクトロンプローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）観察を行い界面の外観を検査し、ＺｎＯ成分が多い領域の存在の有無の確認、およびＺｎＯの多い領域の幅を測定した。なお、図２に試料Ｎｏ．３についてＥＰＭＡの線分析結果を示した。
【００６９】
また、このＥＰＭＡ線分析の結果より、ＺｎＯ成分の多い領域の幅を、さらにその領域における気孔率をルーゼックス解析法によって測定した。また、ビアホール導体を挟んで接続された長さ２０ｍｍの２本の配線層の端部同士をテスターに接続して配線回路の抵抗率を測定した。結果は、表３に示した。
【００７０】
（比較例１）表３に示す第１および第２のグリーンシートの間に、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートの構成成分を１：１の比率で混合して実施例１のグリーンシートと同様に作製した厚み１００μｍの中間層形成用のグリーンシートを介在させて積層する以外は実施例１と同様に多層配線基板を作製し、評価した（試料Ｎｏ．１７）。結果は表３に示した。
【００７１】
（比較例２）表３の第１および第２のグリーンシートの間に、ＳｉＯ₂−ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系のガラス粉末を含有するガラスペーストを２０μｍ塗布して、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートを積層する以外は実施例１と同様に多層配線基板を作製し、評価した（試料Ｎｏ．１８）。結果は表３に示した。
【００７２】
【表３】

【００７３】
さらに、得られた多層配線基板の絶縁基板を研削加工して、第１の絶縁層および第２の絶縁層を取り出し、誘電体円柱共振器法により、１０ＧＨｚにおける誘電率および誘電損失、２５〜４００℃における熱膨張曲線をとり、平均熱膨張係数を算出した。結果は、表４に示した。
【００７４】
【表４】

【００７５】
表３、４の結果から明らかなように、第１の焼成温度における保持時間および第２の焼成温度における保持時間が０．５時間より短い試料Ｎｏ．１では、ＺｎＯ成分の多い領域の存在が見られず、焼成収縮率も大きくなった。また、第１の絶縁層と第２の絶縁層に同じガラスを配合した試料Ｎｏ．１４では、積層面の収縮率が大きく、また、ＺｎＯ成分の多い領域の生成は見られなかった。さらに、第１のガラスセラミック組成物および第２の無機組成物ともにＺｎＯを含まない試料Ｎｏ．１６では、第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に部分的な剥離が発生して界面での気孔率が高く、抵抗率は２．５ｍΩ・ｃｍとなった。なお、試料Ｎｏ．１６では、第２の絶縁層の相対密度を９０％以上に高めることができず、高周波での誘電率および誘電損失は測定不能であった。
【００７６】
さらに、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートの中間の組成からなる他のグリーンシートを介在させた試料Ｎｏ．１７では、ＺｎＯ成分の多い領域の生成が見られず積層面の収縮率も大きいものであった。また、第１の絶縁層と第２の絶縁層をガラスにて接着した試料Ｎｏ．１８では、接着層であるガラスの焼成収縮に伴って界面に剥離が発生するとともに、ガラスが各グリーンシート側へ移動してＺｎＯ成分の多い領域は確認できなかった。
【００７７】
これに対して、本発明に従い、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートの積層体を、第１のグリーンシートが焼結し、前記第２のグリーンシートが焼結しない第１の焼成温度で所定時間保持した後、所定の速度で昇温して第２のグリーンシートが焼結する第２の焼成温度で所定時間保持した試料Ｎｏ．２〜１３、１５では、いずれもＺｎＯ成分の多い領域の存在が確認でき、積層面の収縮率１％以下、抵抗率が１．５ｍΩ・ｃｍ以下の優れた特性を有するものであった。
【００７８】
（実施例２）
実施例１の表１〜４の試料Ｎｏ．３の多層配線基板に対して、第１のグリーンシートおよび第２のグリーンシート１枚ずつの内部に５×３ｍｍの空洞部を形成して実施例１と同様に積層して、実施例１と同様に焼成することにより、図３に示すような表面に凹部を形成した多層配線基板を作製した。
【００７９】
得られた多層配線基板に対して、絶縁基板の凹部底面の中央部と周縁付近における絶縁基板の厚みｔ₁、ｔ₂を測定した結果、ｔ₁とｔ₂の厚み差は２μｍ以下であり、絶縁基板の反りが小さいことがわかった。また、この多層配線基板を用いて外部回路基板に良好に実装できた。
【００８０】
（比較例３）
実施例１の表１〜４の試料Ｎｏ．３の多層配線基板に対して、第１のグリーンシートのみを用いて実施例２と同様に凹部を形成したグリーンシート積層体を作製し、焼成温度８５０℃にて１時間保持する第１の焼成温度のみで焼成する以外は実施例２と同様に作製し、実施例２と同様に絶縁基板の凹部底面の中央部と周縁付近における絶縁基板の厚みｔ₁、ｔ₂を測定した結果、ｔ₁とｔ₂の厚み差は１０μｍであり、実施例２の絶縁基板よりも反りが大きいことがわかった。また、この多層配線基板を用いて外部回路基板に実装した結果、反りが大きいために接続端子のはがれが見られた。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の多層配線基板によれば、第１のガラスセラミック組成物からなる第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層とは異なる第２の無機組成物からなる第２の絶縁層とが積層されている積層体の表面および／または内部に導体配線層を形成されている多層配線基板であって、前記第１のガラスセラミック組成物および／または前記第２の無機組成物中にＺｎＯを含有するとともに、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との界面におけるＺｎＯの含有量が、前記第１のガラスセラミック組成物および前記第２の無機組成物中のＺｎＯの含有量よりも多いことにより、第１のガラスセラミック組成物からなる第１の絶縁層と第２の無機組成物からなる第２の絶縁層との接合を強固にできる。これにより、多層配線基板の絶縁層の積層面内方向の収縮を抑制して微細配線化を可能としたり、低抵抗金属を含有する導体配線層を形成しても異なる２種以上の絶縁層の特性を損なうことなく積層した多層配線基板を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板の一例である半導体素子収納用パッケージの概略断面図である。
【図２】実施例１の試料Ｎｏ．３のＥＰＭＡのＺｎＯの含有量（Ｚｎ濃度）についての線分析結果を示す図である。
【図３】実施例２および比較例３の多層配線基板の構成を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
１半導体素子収納用パッケージ
２第１の絶縁層
３第２の絶縁層
４絶縁基板
５導体配線層
６ビアホール導体
８凹部（キャビティ）
９半導体素子
１０第３の絶縁層
１１蓋体
１２ワイヤボンディング
１３外部回路基板
１４接続端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multilayer wiring board having a conductor wiring layer made of a low resistance metal, and more particularly to a multilayer wiring board in which shrinkage in the in-plane direction due to firing is suppressed and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a multilayer wiring board has been proposed in which insulating sheets having different characteristics are laminated by laminating and firing green sheets having different compositions. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-312511, an intermediate layer having a thickness of 0.1 to 0.3 mm and including both components is interposed between a high dielectric constant layer and a low dielectric constant layer. Further, it is described that warpage of the substrate and delamination can be prevented at the interface between the high dielectric constant layer and the low dielectric constant layer.
[0003]
In JP-A-6-283380, when laminating an insulating layer and a dielectric layer, one of the layers having a higher sintering temperature is sintered, and then the other layer is attached to the sintered body. A multilayer wiring board in which green sheets for formation are laminated and fired is described.
[0004]
On the other hand, in the multilayer wiring board as described above, the green sheet shrinks in the surface (green sheet laminated surface) and in the thickness direction of the green sheet by firing. Recently, a higher density of the conductor wiring layer is required. Accordingly, it is intended to suppress shrinkage due to firing in the in-plane direction of the insulating layer (insulating layer lamination surface) in the multilayer wiring board.
[0005]
For example, in JP-A-6-97656, silver, copper or the like is formed on the surface of a first green sheet made of a mixture of lead borosilicate glass and alumina, and a second green sheet made of an inorganic oxide such as cordierite. It is described that the shrinkage rate in the in-plane direction accompanying the firing of the green sheet can be suppressed by applying and laminating the conductor paste, performing the first firing at 900 ° C., and then performing the second firing at 1000 ° C. Has been.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the multilayer wiring board using an inorganic composition such as cordierite as the second green sheet of the above-mentioned JP-A-6-97656, the glass component present in the first green sheet at the first firing temperature. The first green sheet and the second green sheet are partially bonded to each other as a result of insufficient diffusion and movement of the second green sheet to the second green sheet side. There was a possibility that an unadhered portion was generated on the laminated surface with the insulating layer, resulting in a decrease in moisture resistance, and a crack or peeling occurred due to an impact or temperature cycle during use.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to enable shrinking of the insulating layer in the in-plane direction of the laminated layer and to form a fine wiring, and to form two or more different types of insulation even when a conductor wiring layer containing a low resistance metal is formed. An object of the present invention is to provide a multilayer wiring board that can be laminated without impairing the characteristics of the layers and a method for manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying the above problems, the inventor of the present invention performed two-stage firing in which ZnO was contained in the first glass ceramic composition and / or the second inorganic composition, and the firing temperature and firing time were controlled. As a result of the specific diffusion and migration of ZnO by the two-step firing, the first glass ceramic composition and / or the second insulating layer is interposed between the first insulating layer and the second insulating layer. The laminated surface without causing partial delamination or the like between the insulating layers while maintaining the characteristics of each insulating layer in the presence of a region where the ZnO content is higher than the ZnO content in the inorganic composition 2 It has been found that a multilayer wiring board in which a laminate of different materials is fired while suppressing inward shrinkage can be produced.
[0009]
That is, the multilayer wiring board of the present invention includes a first insulating layer made of the first glass ceramic composition, and a second insulating layer made of a second inorganic composition different from the first insulating layer. But Laminated Has been Conductor wiring layer on the surface and / or inside of the laminate But Formation Has been A multilayer wiring board comprising ZnO in the first glass ceramic composition and / or the second inorganic composition, and an interface between the first insulating layer and the second insulating layer ZnO content in the first glass ceramic composition and Before It is characterized by being larger than the content of ZnO in the second inorganic composition.
[0010]
Where At the interface ZnO content of It is desirable that the width of many regions be 80 μm or less No .
[0011]
Further, it is preferable that a recess is formed from the surface of the laminate of the first insulating layer and the second insulating layer to a plurality of insulating layers, and the conductor wiring layer is made of a metal foil.
[0012]
Further, the second insulating layer preferably contains Zn, Ti, and B, and the first insulating layer preferably contains glass containing Si, Al, and MO (M is an alkaline earth metal). .
[0013]
The method for producing a multilayer wiring board according to the present invention includes a step of producing a first green sheet made of the first glass ceramic composition, and a step of sintering at a temperature higher than that of the first glass ceramic composition. A step of producing a second green sheet comprising the inorganic composition of 2, a step of forming a conductor wiring layer on the surface of the first green sheet and / or the second green sheet; Above Laminating the first green sheet and the second green sheet To produce a laminate And the laminate Above After firing at the first firing temperature at which the first green sheet is sintered and the second green sheet is not sintered for 0.5 hours or more, Above And a step of firing at a second firing temperature at which the second green sheet is sintered for a period of 2 hours or less. A method of manufacturing a multilayer wiring board, The first glass-ceramic composition and / or the second inorganic composition As Contains ZnO A first insulating layer made of the first glass ceramic composition and a second inorganic composition different from the first insulating layer are used by firing the laminate. A laminate in which the ZnO content at the interface with the insulating layer is greater than the ZnO content in the first glass ceramic composition and the second inorganic composition is produced. It is characterized by this.
[0014]
Here, the difference between the first firing temperature and the second firing temperature The 50-150 ° C Toss It is desirable.
[0015]
In addition, the first glass ceramic composition As Softening point 500-900 ° C Use It is desirable that the shrinkage rate in the in-plane direction due to firing of the laminate is 5% or less.
[0016]
Further, a recess is formed from the surface of the laminate of the first green sheet and the second green sheet to a plurality of insulating layers. With steps It is desirable.
[0017]
The method for forming the conductor wiring layer may include the first green sheet and / or Above It is desirable that the conductor wiring layer made of a metal foil is deposited on the surface of the second green sheet.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of the method for manufacturing a multilayer wiring board according to the present invention will be described.
(First green sheet)
First, to produce the first green sheet, a glass raw material and a ceramic raw material are mixed.
[0019]
As the glass raw material, powders such as borosilicate glass, alkali silicate glass, silica glass and the like having an average particle diameter of 0.5 to 10 μm, particularly 1 to 3 μm are preferable, and in particular, the diffusion rate of the glass is controlled. , SiO ₂ , Al ₂ O _Three It is desirable to contain glass containing MO (M is an alkaline earth metal) as a main component. In addition, as the alkaline earth metal (M), at least one selected from Mg, Ca, Sr, and Ba can be used. In particular, in terms of adjusting the softening point of the glass, the alkaline earth metal (M ) Is preferably at least one selected from Mg, Ca and Sr.
[0020]
In addition, the glass contains ZnO, B in terms of adjusting the softening point of the glass, reducing the dielectric loss of the insulating layer, and adjusting the dielectric constant and the thermal expansion coefficient. ₂ O _Three May be contained in a ratio of 0 to 20% by weight, particularly 1 to 10% by weight, in terms of oxide, based on the total amount of glass. In addition, CuO, TiO ₂ , Fe ₂ O _Three , Co _Three O _Four , P ₂ O _Five May be contained in an amount of 0.1% by weight or less in terms of oxide based on the total amount of glass, and PbO, Bi ₂ O _Three The content of alkali metals (Li, Na, K) is preferably 0.1% by weight or less, particularly 0.05% by weight or less in terms of the total amount in terms of oxides.
[0021]
It also controls the diffusion of ZnO, suppresses the shrinkage rate in the in-plane direction of the insulating layer, improves the debinding property in an oxidizing atmosphere or non-oxidizing atmosphere, and controls the diffusion of components. In this respect, the softening point of the glass raw material is preferably 500 to 950 ° C, particularly 700 to 950 ° C, and more preferably 800 to 920 ° C.
[0022]
Furthermore, from the viewpoints described above and the points of thermal expansion coefficient, dielectric constant, dielectric loss, bending strength, etc., as a glass raw material, SiO ₂ 40 to 46% by weight, Al ₂ O _Three 26 to 32% by weight, ZnO 5 to 10% by weight, MgO 7 to 14% by weight, B ₂ O _Three Glass containing 4 to 15% by weight, SiO ₂ 46-54% by weight, Al ₂ O _Three A crystallized glass containing 2 to 9% by weight of Ca, 21 to 30% by weight of CaO and 14 to 25% by weight of MgO and capable of precipitating a crystal phase as described later is optimal.
[0023]
(Galasera filler)
On the other hand, the ceramic raw material is made of, for example, an oxide, nitride or carbide powder having an average particle size of 0.5 to 15 μm, further 1 to 10 μm, and further 1.5 to 8 μm. ₂ O _Three , SiO ₂ , MgTiO _Three , CaTiO _Three , SrTiO _Three , Cordierite, enstatite, forsterite, steatite, willemite, ZnTiO _Three , Zn ₂ TiO _Four , Diopside, ZrO ₂ MgO, AlN, SiC, Si _Three N _Four It is desirable that at least one selected from the group of
[0024]
Further, the mixing ratio of the glass raw material and the ceramic raw material which is the filler component described above is 40 to 80% by weight of glass raw material, particularly 50 to 70% by weight, and 20 to 60% by weight of ceramic raw material, particularly 30 to 50% by weight. It is desirable to consist of these ratios.
[0025]
(Second green sheet)
On the other hand, for producing the second green sheet, for example, the average particle size is 0.5 to 15 μm, further 1 to 10 μm, further 3 to 8 μm, and 1050 ° C. or less, particularly 1000 ° C. or less, more preferably 1000 ° C. A ceramic raw material that can be densified to 90% or more at a low temperature, or a glass raw material and a ceramic raw material are prepared.
[0026]
As a specific ceramic raw material, in particular, (Zn, Mg) TiO containing Zn, Mg and Ti _Three Ilmenite crystal phase represented by: (Zn, Mg) ₂ TiO _Four Spinel type crystal phase represented by the formula (Zn, Mg) ₂ SiO _Four A raw material powder capable of precipitating at least one selected from the group of willemite type crystal phases represented by, for example, ZnO, TiO ₂ MgO oxide powder, or ZnTiO _Three , Zn ₂ TiO _Four , MgTiO _Three , Mg ₂ TiO _Four MgSiO _Three , Mg ₂ SiO _Four ZnSiO _Three , Zn ₂ SiO _Four , CaTiO _Three Furthermore, ceramic powders such as carbonates, acetates and nitrates that can form oxides in the firing process can be used.
[0027]
Further, in order to densify the sintered body to a relative density of 95% or more, particularly at a temperature of 1050 ° C. or lower, further 1000 ° C. or lower, and even lower than 1000 ° C., the adhesion between the first insulating layer and the second insulating layer In order to suppress the generation of voids in the intermediate layer, in addition to the ceramic powder, ₂ O _Three It is desirable to add the powder in a proportion of 0.05 to 20% by weight, particularly 3 to 10% by weight.
[0028]
(ZnO component)
Here, according to the present invention, it is important that ZnO is contained in the first glass ceramic composition and / or the second inorganic composition, whereby the ZnO component present in each layer is reduced. As a result of being able to diffuse and move specifically to the interface between the first insulating layer and the second insulating layer and firmly bond them together, the binding force between the first insulating layer and the second insulating layer is reduced. An excellent laminate and multilayer wiring board that is high and does not cause peeling at the interface can be manufactured. The ZnO component is preferably present as a matrix in the ceramic that forms the insulating layer in terms of the ease of diffusion and movement.
[0029]
Further, when the ZnO component is present in the first glass ceramic composition, the glass component containing ZnO in the glass ceramic composition is formed when the first green sheet is sintered at the first firing temperature. By increasing the amount at the lamination interface with the second green sheet, the first and second green sheets have an effect of increasing the adhesion and restraining force. On the other hand, when the ZnO component is present in the second glass ceramic composition, the second green sheet is fired at the second firing temperature after firing the first insulating layer at the first firing temperature. In the bonding, the ZnO component in the second inorganic composition is selectively diffused and moved to a region where the glass is large so that the ZnO component is bonded to the glass generated at the first firing temperature, thereby the first In addition, a region having a ZnO component larger than both exists between the second insulating layers, and separation between the first and second insulating layers can be prevented.
[0030]
In addition to the above ceramic raw materials, cordierite, forsterite, enstatite, quartz, diopside, suraisonite, anorthite, SrTiO _Three , Ceramic materials such as titania, and glass having a softening point of 950 to 1050 ° C., particularly 60 to 90% by weight, and a mixture of the above ceramic materials in a ratio of 10 to 40% by weight is used. Is possible.
[0031]
(Production of green sheets)
If necessary, an organic binder, a dispersant and a solvent are added to each of the above raw material powders and mixed to prepare respective slurries. The green sheet and the second green sheet are respectively prepared. The thickness of the green sheet is desirably 150 to 250 μm.
[0032]
Then, after through holes are formed in these green sheets as desired, a conductive paste containing a low resistance metal as a main component is filled in the through holes. A conductive wiring layer containing a low resistance metal may be formed on the surface of the green sheet by screen printing or gravure printing using the metal paste. In terms of forming a highly accurate conductor wiring layer, it is desirable to form the conductor wiring layer using a metal foil made of a low resistance metal having a purity of 99% or more.
[0033]
Here, examples of the low resistance metal include at least one selected from the group consisting of Cu, Ag, Pb, Sn, Al, Ni, and Co, and Cu or Ag is a main component in terms of particularly low resistance. Further, it is preferable that Cu as a main component contains a small amount of metal migration (diffusion) into the insulating layer.
[0034]
In addition, in order to form a conductor wiring layer on the surface of the green sheet using the metal foil, after first processing the conductor wiring pattern by pasting the metal foil on the resin sheet and etching using a resist or the like, A method of forming a conductor wiring layer having a predetermined pattern by transferring the conductor wiring pattern to a predetermined position on the surface of the green sheet can be suitably used. According to this method, since the cross-sectional shape of the conductor wiring layer becomes an inverted trapezoidal shape by the etching process, the first green sheet and the second green sheet can be connected in a wedge shape, and the first insulation after firing. It is possible to prevent the layer and the second insulating layer from peeling off.
[0035]
Thereafter, the plurality of green sheets on which the wiring layers are formed are aligned and laminated, and thermocompression bonded at 40 to 50 ° C. and 50 to 100 MPa. At this time, in order to improve the adhesion between the first green sheet and the second green sheet and to form an intermediate layer without peeling or pores, an epoxy layer is formed on the laminated surface of the first green sheet and the second green sheet. It is desirable to apply an adhesion liquid obtained by diluting an organic binder such as a resin, an acrylic resin, or polyvinyl butyral (PVB) with a solvent.
[0036]
And the said laminated body is baked. Regarding firing, for example, when the conductor wiring layer contains a metal that is oxidized by firing in an oxidizing atmosphere such as Cu, the binder removal treatment is performed at 600 to 750 ° C. in a non-oxidizing atmosphere or a weakly oxidizing atmosphere. Then, for example, the temperature is raised at 50 to 300 ° C. to sinter the first green sheet and the second green sheet does not sinter, for example, 750 to 925 ° C., particularly 850 to 850 ° C. The first green sheet is sintered at 900 ° C. for 0.5 hours or more, particularly 0.5 to 2 hours, and further 1 to 1.5 hours.
[0037]
At this time, although the first green sheet tries to shrink by sintering, the surface of the sheet is bonded to the second green sheet, and due to the adhesive force, shrinkage in the in-layer direction is suppressed, It shrinks selectively in the thickness direction of the first green sheet. Further, at this first firing temperature, the glass component in the first green sheet oozes out to the laminated surface with the second green sheet, and the glass component diffuses to the second green sheet side by capillary action. The diffusion of the glass component forms a layer lacking the glass component on the laminated surface side of the first green sheet.
[0038]
Thereafter, for example, in order to increase the binding force between the first green sheet and the second green sheet, and to prevent cracking and peeling due to a local temperature rise, the temperature rising rate is 50 to 400 ° C./hour, particularly 100. ˜300 ° C./hour, second firing temperature, desirably 1050 ° C. or less capable of co-firing with the above-mentioned low resistance metal, particularly 900 to 1050 ° C., and further maintained at 930 to 980 ° C. for 2 hours or less By doing so, the second green sheet is sintered.
[0039]
Although the second green sheet tends to shrink by sintering by holding at the second firing temperature, the surface of the sheet is bonded to the first insulating layer sintered by the first green sheet. The shrinkage in the in-plane direction is suppressed due to the adhesive force, and the shrinkage is selectively shrunk in the thickness direction of the second green sheet. Further, during this firing, the component in the second green sheet diffuses into the portion where the glass component present on the laminated surface side of the first insulating layer is absent, and the second green sheet is formed on the laminated surface side of the first insulating layer. A portion having a large component of the sheet (insulating layer) is formed.
[0040]
That is, by the firing, a region having a large ZnO component is formed between the first insulating layer and the second insulating layer. In this region, the porosity is preferably 0.5% or less, particularly 0.4% or less, and more preferably 0.2% or less. Due to the presence of the region containing a large amount of ZnO, the shrinkage in the laminated surface of the first insulating layer and the second insulating layer can be suppressed, and the two layers can be bonded firmly without deteriorating the characteristics of both layers.
[0041]
Note that the width of the ZnO component-rich region is to reduce the sufficient adhesive force between the first insulating layer and the second insulating layer and the characteristic change between the first insulating layer and the second insulating layer. 1 to 80 μm, particularly 3 to 20 μm. Further, ZnO may exist in a glass or crystallized region in the region where the ZnO component is large.
[0042]
Here, the holding time at the first baking temperature is set to 0.5 hours or longer. If the holding time is shorter than 0.5 hours, it is difficult to densify the first green sheet, and the subsequent second baking is performed. Sintering proceeds at the temperature, shrinks in the in-plane direction along with the second green sheet, or the glass component amount that diffuses from the first green sheet to the second green sheet is insufficient. This is because poor connection locally occurs on the laminated surface of the green sheet and the second green sheet. In order to adjust the diffusion and movement amount of the glass component in the first green sheet, it is desirable that the holding time at the first baking temperature is 0.5 hour or more.
[0043]
Furthermore, the holding time at the second baking temperature is set to 3 hours or less because if the holding time at the second baking temperature is longer than 3 hours, the first insulating layer becomes oversintered and the first insulating substrate This is because a large amount of voids are generated, and a part of the components may be washed away from a region where the ZnO component is large. In order to improve the substrate strength by sufficiently densifying the second green sheet, the holding time at the second firing temperature is 0.5 to 2.5 hours, particularly 1 to 2 hours. It is desirable.
[0044]
The temperature difference between the first firing temperature and the second firing temperature is 50 to 150 ° C., particularly 70 to 70 ° C., in order to reduce the shrinkage rate in the in-plane direction of the laminate due to firing and to densify the layers together. It is desirable that it is 100 degreeC and also 80-90 degreeC.
[0045]
(Concave and cavity formation)
Further, according to the present invention, a recess (cavity) for accommodating an electronic component such as a semiconductor element and hermetically sealing the surface portion of the laminate of the first green sheet and the second green sheet is provided. Even in such a case, a multilayer wiring board having a high dimensional accuracy in the direction of the laminated surface can be produced without the shrinkage of the laminated body and the occurrence of cracks.
[0046]
In order to form a recess in the surface portion of the laminate of the first green sheet and the second green sheet, at least one green sheet having a cavity with a predetermined shape may be alternately laminated.
[0047]
(Implementation)
Then, an electronic component such as a semiconductor element is appropriately mounted on the surface or recess of the wiring board, and connected to the wiring layer so that signals can be transmitted. As a method of connection, the semiconductor element may be directly mounted on the wiring layer and connected, or the semiconductor element may be bonded with an adhesive such as resin of 50 μm, resin such as Ag-epoxy, Ag-glass, Au—Si, metal, ceramics, etc. Is fixed to the surface of the insulating substrate, and the wiring layer and the semiconductor element are connected by wire bonding, ribbon bonding, TAB tape or the like.
[0048]
Furthermore, a lid made of an insulating material of the same type as the insulating layer, other insulating materials, or a metal having good heat dissipation is provided on the surface of the wiring board on which electronic components such as semiconductor elements are mounted or the opening in the recess. It is desirable to hermetically seal the inside of the recess by bonding with an adhesive such as glass, resin, or brazing material.
[0049]
In addition, a connection terminal that is electrically connected to the wiring layer of the wiring board and is mounted on the external circuit board may be disposed on the back surface of the wiring board. The connection terminal is made of solder or the like, and may be layered or ball-shaped.
[0050]
(substrate)
Next, the multilayer wiring board of the present invention obtained by the above-described method will be described based on a schematic cross-sectional view of an element housing package for housing an element such as the semiconductor element of FIG.
According to FIG. 1, a semiconductor element storage package 1 is formed by alternately laminating first insulating layers 2 made of a first glass ceramic composition and second insulating layers 3 made of a second inorganic composition. The conductor wiring layer 5 containing a low resistance metal is formed on the surface and inside of the insulating substrate 4 which is a laminate of the first insulating layer 2 and the second insulating layer 3.
[0051]
According to FIG. 1, the insulating substrate 4 has two or more first insulating layers 2 and two or more second insulating layers 3 stacked alternately. For example, the second insulating layer 3 may be laminated on both surfaces of the first insulating layer 2. The conductor wiring layers 5 and 5 formed on both surfaces of the insulating

layers

2 and 3 are electrically connected by via-hole conductors 6 formed through the insulating

layers

2 and 3.
[0052]
According to the present invention, the content of ZnO in the first glass ceramic composition and / or the second inorganic composition is between the first insulating layer 2 and the second insulating layer 3. The main feature is that there is a region with a high ZnO content, and as described above, the shrinkage in the in-plane direction due to the firing can be suppressed, and cracks and delamination during firing or use can be prevented. Can be prevented.
[0053]
Here, the porosity in the region where the ZnO content is high is preferably 0.5% or less, particularly 0.4% or less, more preferably 0.2% or less, and in the region where the ZnO content is high. The width is desirably 80 μm or less, particularly 1 to 80 μm, and more desirably 3 to 20 μm.
[0054]
The difference in average thermal expansion coefficient between the first insulating layer 2 and the second insulating layer 3 at room temperature (25 ° C.) to 400 ° C. is 1 × from the viewpoint of suppressing cracks and delamination during firing or use. 10 ^-6 / ° C. or below, especially 0.5 × 10 ^-6 / ° C. or less is desirable.
[0055]
Further, the difference in dielectric constant between the first insulating layer 2 and the second insulating layer 3 is 2 or less, particularly 1 or less, and further 0. 0, in order to prevent the change of impedance and make the signal transmission characteristics uniform. It is desirable to be 5 or less.
[0056]
Further, a third insulating layer 10 having a dielectric constant different from that of the first and second insulating

layers

2 and 5 by 5 or more, particularly 10 or more may be formed in the insulating substrate 4.
[0057]
Furthermore, when transmitting a high frequency signal of 1 MHz or higher, and further 1 GHz or higher, to the semiconductor element storage package 1, the dielectric of the first insulating layer 2 and the second insulating layer 3 is improved in order to enhance the transmission characteristics of the high frequency signal. The loss is, for example, 20 × 10 at 10 GHz. ^-Four Below, especially 15 × 10 ^-Four Hereinafter, further 10 × 10 ^-Four It is desirable that the following is small.
[0058]
On the other hand, according to FIG. 1, a recess (cavity) 8 is formed on the surface of the insulating substrate 4, and a semiconductor element 9 such as a semiconductor element such as Si, Si—Ge, or Ga—As is formed in the recess 8. It is installed. Then, the opening 11 of the recess 8 is formed with the lid 11 made of the above-described material, and the recess 8 is hermetically sealed by being joined to the opening of the recess 8 by the adhesive described above. The semiconductor element 9 is electrically connected to the conductor wiring layer 5 through the above-described wire bonding 12 and the like.
[0059]
When a high frequency signal is passed through the semiconductor element 9 and the conductor wiring layer 5, the lid 11 is preferably made of a material that can prevent leakage of electromagnetic waves between the semiconductor element 9 and the outside. The shape 5 is preferably composed of at least one of a strip line, a microstrip line, a coplanar line, and a dielectric waveguide line in order to reduce transmission loss of a high-frequency signal. Further, in order to reduce transmission loss of high-frequency signals, the conductor wiring layer 5 contains any one of copper and silver low-resistance metals, and it is particularly preferable that these metals are the main components.
[0060]
Further, a connection terminal 14 for mounting the package 1 on the external circuit board 13 is formed on the back surface of the insulating substrate 4. According to the present invention, the connection terminal is not warped in the insulating substrate 4. The package 1 can be mounted on the external circuit board 13 via 14.
[0061]
Further, in the package 1 of FIG. 1, the semiconductor element 9 is hermetically sealed with the insulating substrate 4 and the lid 11. However, the present invention is not limited to this, and the lid 11 is formed. The semiconductor element 9 may be sealed with a resin mold or the like.
[0062]
【Example】
Example 1
Crystallized glass having an average particle diameter of 2 μm having the composition shown in Table 1 and ceramic powder having an average particle diameter of 2 μm having the composition shown in Table 2 were prepared.
[0063]
[Table 1]

[0064]
[Table 2]

[0065]
The above glass powder and ceramic powder were mixed at the ratio shown in Table 3, and an organic binder, a plasticizer, and toluene were added and mixed to prepare two types of slurries. A 200 μm thick green sheet was produced. And the via hole was formed in the predetermined position of this green sheet, and the conductor paste which contains Cu powder as a main component in this via hole was filled.
[0066]
On the other hand, after a 12 μm thick Cu foil is attached to the resin sheet surface using an adhesive and a conductor wiring pattern is formed by etching using a resist, the conductor wiring pattern is formed on the via-hole conductor on the green sheet surface. The conductor wiring layer was transferred to the surface of the green sheet by peeling off the resin sheet after pressurizing to 50 MPa at 40 ° C.
[0067]
The green sheets are alternately laminated one by one, thermocompression-bonded by applying a pressure of 50 MPa at a temperature of 50 ° C., and the resulting laminate is subjected to a binder removal treatment at 700 ° C. in a steam-containing / nitrogen atmosphere. Then, firing was performed in dry nitrogen under the conditions shown in Table 3 to obtain a multilayer wiring board.
[0068]
About the obtained multilayer wiring board, the dimension of the in-plane direction of the insulating substrate was measured, and the shrinkage ratio by baking was calculated. In addition, a scanning electron microscope (SEM) and electron probe microanalysis (EPMA) observation is performed on the laminated surface portion of the insulating layer of the insulating substrate to inspect the appearance of the interface, and the presence or absence of a region rich in ZnO component is confirmed. The width of a region rich in ZnO was measured. In FIG. EPMA line analysis results for 3 were shown.
[0069]
Moreover, from the result of this EPMA line analysis, the width of a region containing a large amount of ZnO component and the porosity in that region were measured by the Luzex analysis method. Further, the end portions of two wiring layers having a length of 20 mm connected via the via-hole conductors were connected to a tester, and the resistivity of the wiring circuit was measured. The results are shown in Table 3.
[0070]
(Comparative Example 1) Between the first and second green sheets shown in Table 3, the components of the first green sheet and the second green sheet were mixed at a ratio of 1: 1, and the green of Example 1 was mixed. A multilayer wiring board was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a green sheet for forming an intermediate layer having a thickness of 100 μm, which was prepared in the same manner as the sheet, was interposed (Sample No. 1). 7 ). The results are shown in Table 3.
[0071]
(Comparative Example 2) Between the first and second green sheets of Table 3, SiO 2 ₂ -ZnO-B ₂ O _Three A multilayer wiring board was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 20 μm of glass paste containing a glass powder of the system was applied and the first green sheet and the second green sheet were laminated (Sample No. 1). 1 8 ). The results are shown in Table 3.
[0072]
[Table 3]

[0073]
Further, the insulating substrate of the obtained multilayer wiring board is ground to take out the first insulating layer and the second insulating layer, and dielectric constant and dielectric loss at 10 GHz, 25 to 400 by the dielectric cylindrical resonator method. An average thermal expansion coefficient was calculated by taking a thermal expansion curve at ° C. The results are shown in Table 4.
[0074]
[Table 4]

[0075]
As is apparent from the results of Tables 3 and 4, the sample Nos. 1 and 2 having a holding time at the first baking temperature and a holding time at the second baking temperature shorter than 0.5 hours were obtained. In No. 1, the presence of a region with a large amount of ZnO component was not observed, and the firing shrinkage ratio also increased. Sample No. 1 in which the same glass was blended in the first insulating layer and the second insulating layer was used. 1 4 Then, the shrinkage ratio of the laminated surface was large, and the generation of a region with a large ZnO component was not observed. Further, both the first glass ceramic composition and the second inorganic composition are sample Nos. Containing no ZnO. 1 6 Then, partial peeling occurred between the first insulating layer and the second insulating layer, the porosity at the interface was high, and the resistivity was 2.5 mΩ · cm. Sample No. 1 6 However, the relative density of the second insulating layer could not be increased to 90% or more, and the dielectric constant and dielectric loss at high frequencies were not measurable.
[0076]
In addition, sample No. 1 in which another green sheet having an intermediate composition between the first green sheet and the second green sheet is interposed. 1 7 Then, the production | generation of the area | region with many ZnO components was not seen, but the contraction | shrinkage rate of the lamination | stacking surface was also large. Sample No. 1 in which the first insulating layer and the second insulating layer were bonded with glass was used. 1 8 Then, peeling occurred at the interface with firing shrinkage of the glass serving as the adhesive layer, and the glass moved to each green sheet side, and a region with a large ZnO component could not be confirmed.
[0077]
On the other hand, in accordance with the present invention, the first green sheet and the second green sheet are laminated at the first firing temperature at which the first green sheet sinters and the second green sheet does not sinter. The sample No. 2 was held for a predetermined time at the second firing temperature at which the second green sheet was sintered by heating at a predetermined speed after being held for a predetermined time. 2-1 3 1 5 In either case, the presence of a region containing a large amount of ZnO component was confirmed, and the laminate surface had excellent characteristics such as a shrinkage ratio of 1% or less and a resistivity of 1.5 mΩ · cm or less.
[0078]
(Example 2)
Sample No. 1 in Tables 1 to 4 of Example 1 3 multilayer wiring boards are formed in the same manner as in Example 1 by forming a 5 × 3 mm cavity inside each of the first green sheet and the second green sheet. By firing in the same manner, a multilayer wiring board having concave portions formed on the surface as shown in FIG. 3 was produced.
[0079]
With respect to the obtained multilayer wiring board, the thickness t of the insulating substrate in the vicinity of the central portion and the periphery of the bottom surface of the concave portion of the insulating substrate ₁ , T ₂ As a result of measuring t ₁ And t ₂ The difference in thickness was 2 μm or less, and it was found that the warpage of the insulating substrate was small. Moreover, it was possible to mount the multilayer circuit board on the external circuit board satisfactorily.
[0080]
(Comparative Example 3)
Sample No. 1 in Tables 1 to 4 of Example 1 First, a green sheet laminate having a recess formed in the same manner as in Example 2 using only the first green sheet for the multilayer wiring board 3 and maintained at a firing temperature of 850 ° C. for 1 hour. The insulating substrate was manufactured in the same manner as in Example 2 except that it was fired only at temperature, and the thickness t of the insulating substrate in the vicinity of the central portion and the periphery of the bottom surface of the recessed portion of the insulating substrate was the same as in Example 2. ₁ , T ₂ As a result of measuring t ₁ And t ₂ The thickness difference was 10 μm, and it was found that the warpage was larger than that of the insulating substrate of Example 2. Further, as a result of mounting on the external circuit board using this multilayer wiring board, peeling of the connection terminals was observed due to large warpage.
[0081]
【The invention's effect】
As detailed above, the multilayer wiring board of the present invention According to the present invention, a laminated body in which a first insulating layer made of a first glass ceramic composition and a second insulating layer made of a second inorganic composition different from the first insulating layer are laminated. A multilayer wiring board having a conductor wiring layer formed on the surface and / or inside thereof, wherein the first glass ceramic composition and / or the second inorganic composition contains ZnO, and The ZnO content at the interface between the first insulating layer and the second insulating layer is greater than the ZnO content in the first glass ceramic composition and the second inorganic composition, Bonding between the first insulating layer made of the first glass ceramic composition and the second insulating layer made of the second inorganic composition can be strengthened. As a result, the multilayer wiring board Miniaturization by suppressing shrinkage in the in-plane direction of the insulating layer The Possible Or Even if a conductor wiring layer containing a low-resistance metal is formed, a multilayer wiring board can be produced without impairing the characteristics of two or more different insulating layers.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a package for housing a semiconductor element, which is an example of a multilayer wiring board according to the present invention.
2 shows sample No. 1 of Example 1. FIG. It is a figure which shows the line-analysis result about content (Zn density | concentration) of ZnO of 3 EPMA.
3 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration of multilayer wiring boards of Example 2 and Comparative Example 3. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor device storage package
2 First insulating layer
3 Second insulating layer
4 Insulating substrate
5 Conductor wiring layer
6 Via-hole conductor
8 Recess (cavity)
9 Semiconductor elements
10 Third insulating layer
11 Lid
12 Wire bonding
13 External circuit board
14 Connection terminal

Claims

A first insulating layer made of a first glass ceramics composition, the surface of the stack the second is an insulating layer made of a different second inorganic composition and the first insulating layer are stacked and / or inside a multilayer wiring board that has conductive wiring layer is formed, together with the containing ZnO in the first glass ceramic composition and / or the second inorganic composition, wherein the first insulating layer the content of ZnO in the interface between the second insulating layer, characterized in that more than the content of ZnO of the first glass ceramic composition and before Symbol second inorganic composition and Multilayer wiring board.

Multilayer wiring board according to claim 1, wherein the width of the large area of the content of ZnO in the interface is characterized in that at 80μm or less.

3. The multilayer according to claim 1, wherein a difference in average thermal expansion coefficient between the first insulating layer and the second insulating layer from room temperature to 400 ° C. is 1 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less. Wiring board.

Multilayer wiring board according to any one of claims 1 to 3, characterized by comprising a recess over a plurality of insulating layers from the first dielectric layer and the surface of the laminate of the second insulating layer .

Multilayer wiring board according to any one of claims 1 to 4 wherein the conductive wiring layer is characterized in that it consists of a metal foil.

Multilayer wiring board according to any one of claims 1 to 5 wherein the second insulating layer, characterized in that it contains Zn, Ti and B.

The first insulating layer, Si, Al, MO (M is an alkaline earth metal) multilayer wiring board according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it contains a glass containing.

A step of producing a first green sheet comprising a first glass ceramic composition; and a second green sheet comprising a second inorganic composition that is sintered at a temperature higher than that of the first glass ceramic composition. a step of preparing, by laminating and forming the first green sheet and / or conductive wiring layer on the surface of the second green sheets, the said first green sheet and the second green sheet a step of producing a laminate, the laminate wherein the first green sheet is sintered, after the second green sheet was calcined 0.5 hours at a first baking temperature without sintering, the first 2 of the green sheet is a method for manufacturing a multilayer wiring board and a step of firing at 2 hours or less time at a second baking temperature of sintering, the first glass ceramic composition and / or With using those containing ZnO as the second inorganic composition, by firing the laminate, a first insulating layer made of a first glass ceramics composition, and the first insulating layer The ZnO content at the interface with the second insulating layer made of a different second inorganic composition is larger than the ZnO content in the first glass ceramic composition and the second inorganic composition. A method for producing a multilayer wiring board, comprising producing a laminated body .

Method for manufacturing a multilayer wiring board according to claim 8, wherein 50 to 150 ° C. and to Rukoto a difference between the first baking temperature and the second baking temperature.

Method for manufacturing a multilayer wiring board according to claim 8 or 9, wherein the softening point is characterized Rukoto used as the 500-950 ° C. as the first glass ceramic composition.

Method for manufacturing a multilayer wiring board according to any one of claims 8 to 1 0, characterized in that the firing plane direction of shrinkage due to the laminate is not more than 5%.

Method for manufacturing a multilayer wiring board according to any one of claims 8 to 1 1, characterized in that it comprises a step of forming a recess over a plurality of insulating layers from the surface of the front miracle layer body.

8. formation method of the conductive wiring layer, characterized in that the conductor interconnect layer made of a metal foil on the first green sheet and / or the surface of the second green sheet is a method of depositing form to a multilayer wiring board manufacturing method according to any one of 1 2.