JP4610114B2

JP4610114B2 - セラミック配線基板の製造方法

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Publication number: JP4610114B2
Application number: JP2001093565A
Authority: JP
Inventors: 謙一永江; 哲也木村; 吉宏中尾; 晋一鈴木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: JP2002290043A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板および半導体素子収納用パッケージなどに適したセラミック配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される多層配線基板として、比較的高密度の配線が可能なセラミック配線基板が多用されている。このセラミック配線基板は、アルミナや低温焼成セラミックなどの絶縁基板と、その表面に形成されたＷやＭｏ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属からなる配線導体とから構成されるもので、この絶縁基板の一部にキャビティが形成され、このキャビティ内に半導体素子が収納され、蓋体によってキャビティを機密に封止されるものである。
【０００３】
近年、高集積化が進むＩＣやＬＳＩなどの半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや各種電子部品が搭載される混成集積回路装置などに適用される配線基板においては、高密度化、低抵抗化、小型軽量化が要求されており、アルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られ、配線回路層としてＣｕやＡｇなどの低抵抗金属を用いることができることから、焼成温度が１０００℃以下のいわゆる低温焼成セラミック配線基板が注目されている。
【０００４】
ところが、このような低温焼成セラミック配線基板において、配線導体層を形成する手法としては、ＣｕやＡｇなどの金属からなる配線導体を主成分とするメタライズペーストをスクリーン印刷法などによって絶縁基板上に印刷する。しかし、このような手法を用いた場合は、配線幅１００μｍ以下を形成するのが困難となり、今後さらに必要とされる高密度化、小型軽量化の達成を阻む原因であった。電気抵抗についてもペーストで配線導体層を形成させるため空隙が多く存在し、低抵抗化が困難という問題があった。
【０００５】
この問題を解決する手法としては、低温焼成セラミックグリーンシートにおける配線導体層を、エッチングした金属箔によって形成する手法が知られている（特開昭６３−１４４９３号）。しかし、金属箔と低温焼成セラミックを同時焼成すると、金属箔が収縮しないために、基板に反りやクラックが発生し、実用化が困難という問題があった。
【０００６】
そこで、セラミック配線基板の製造にあたって、積層成形体の表面に、焼成温度では焼結しない難焼結性のセラミックスからなる拘束シートを積層し、成形体と共に同時焼成し、該配線基板における平面方向の収縮を抑制することで、金属箔からなる配線回路層とセラミック絶縁層の同時焼成を可能とする方法が特開平７−８６７４３号等に提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通常、上記の方法において、セラミックグリーンシートと、拘束シートの結合は、それらのシート内に含有されている有機バインダーなどの有機成分によって行われ、有機成分が焼成によって分解した後は、拘束シートと低温焼成セラミックとの摩擦力のみによって低温焼成セラミックグリーンシートの収縮が拘束されることになる。
【０００８】
また、焼成工程における最高温度での保持終了後に冷却する際、その冷却時には低温焼成セラミック、拘束シート、金属箔の各々が各々の熱膨張係数にしたがって収縮する。従ってそこでは相互間の熱膨張係数差が重要となってくる。相互間の熱膨張係数差が大きいとそこに歪みが生じ、低温焼成セラミックの曲げ強度が低い場合などによっては相互間にクラックなどが生じるという問題があった。
【０００９】
一般に、低温焼成セラミックスの４０〜４００℃における熱膨張係数が５〜９×１０^-6／℃であり、曲げ強度が２００ＭＰａ以下であって、このセラミック絶縁層に銅などの高熱膨張の金属からなる配線回路層を形成した場合、焼成後の冷却中に、配線回路層に用いた金属箔の熱膨張係数と低温焼成セラミックの熱膨張係数の差が大きいために、金属箔からなる配線回路層の端部などにひずみが発生しクラックが発生するという問題があった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、セラミック絶縁層に対して金属箔などの高熱膨張の配線回路層を形成した配線基板を製造する場合に、セラミック絶縁層と配線回路層との熱膨張差によるクラックの発生を防止しつつ、安定的に平面方向の収縮を制御できるセラミック配線基板の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題について誠意検討した結果、金属箔などの配線回路層が形成されたセラミック積層成形体をＸ−Ｙ収縮を抑制して焼成する場合、熱膨張の異なる２種の拘束シートを組み合わせて積層することによって、金属箔からなる配線回路層とセラミック絶縁層との熱膨張差が大きい場合でも、セラミック絶縁層内にクラックなどの発生を防止できることを見いだした。
【００１２】
即ち、本発明は、セラミック絶縁層と、該セラミック絶縁層表面および／または内部に配設された配線回路層とを具備するセラミック配線基板の製造方法であって、（ａ）セラミックグリーンシートを作製する工程と、（ｂ）該セラミックグリーンシート表面に、焼成後の前記セラミック絶縁層よりも大きい熱膨張係数を有する金属箔からなる配線回路層を形成する工程と、（ｃ）（ａ）〜（ｂ）工程を経て作製した、配線回路層を有する複数のグリーンシートを積層し、積層成形体を作製する工程と、（ｄ）前記積層成形体の両面または片面に、難焼結性セラミック材料を主成分とする、前記積層成形体の焼成後の４０℃〜４００℃における熱膨張係数よりも０〜３×１０^-6／℃高い熱膨張係数を有する第１の拘束シートを積層する工程と、（ｅ）前記第１の拘束シート上に、難焼結性セラミック材料を主成分とする、前記第１の拘束シートの４０℃〜４００℃における熱膨張係数よりも１〜３×１０^-6／℃低い熱膨張係数を有する第２の拘束シートを積層する工程と、（ｆ）前記積層成形体を前記第１および第２の拘束シートとともに、前記配線回路層を形成する導体の融点よりも低い焼成温度で焼成する工程と、（ｇ）前記焼成後に、前記第１および第２の拘束シートを除去する工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の製造方法は、積層成形体の焼成後の４０〜４００℃における熱膨張係数が５〜９×１０^-6／℃である場合に好適に適用される。
【００１４】
また、前記金属箔として、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種からなるものを用いることが望ましい。
【００１５】
また、前記第１および第２の拘束シートの難焼結性セラミック材料として、ＢＮ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂の少なくとも１種またはその化合物を主体とするものを用いることが望ましい。また、前記第１の拘束シートとして、ガラス成分を０．５〜１５体積％含有するものを用いることが拘束力を高めるために望ましく、そのガラス成分としては、軟化点が、前記焼成温度以下であるものを用いることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、金属箔からなる配線回路層を具備する積層成形体の表面に、高熱膨張の第１の拘束シートと、低熱膨張の第２の拘束シートを積層することによって、積層成形体の焼成によって形成されたセラミック絶縁層よりも熱膨張係数が高い金属箔や第１の拘束シートによりセラミック絶縁層に圧縮応力がかかりひずみが生じるが、第１の拘束シートに積層した低熱膨張の第２の拘束シートにより第１の拘束シートに引張応力をかけセラミック絶縁層に生じたひずみを除去し、セラミック絶縁層の表面や内部に形成された金属箔からなる配線回路層の周辺にクラックが発生することを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるセラミック配線基板の構造について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明のセラミック配線基板の一例を示す概略断面図である。図１のセラミック配線基板１によれば、絶縁基板２は、複数のセラミック絶縁層２ａ〜２ｄを積層してからなる積層体から構成され、その絶縁層間および絶縁基板表面には、厚みが５〜２０μｍの高純度金属箔からなる配線回路層３が被着形成されている。さらに、各低温焼成セラミック絶縁層２ａ〜２ｄには、厚み方向を貫くように形成された直径が８０〜２００μｍのビアホール導体４が形成され、これにより配線回路層３間を接続し所定回路を達成するための回路網が形成される。また表面に形成された配線回路層３上には、適宜半導体素子などの電子部品５が実装搭載される。
【００１８】
（絶縁基板材質）
本発明における絶縁基板２は、低抵抗導体との同時焼成が可能なように、８５０〜１０００℃で焼成可能なセラミックスからなることが望ましい。この低温焼成セラミックスは、通常、ガラス成分、あるいはガラス成分とセラミックフィラー成分との混合系、あるいはＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、アルカリ土類金属酸化物との混合物によって構成される。
用いられるガラス成分としては、少なくともＳｉＯ₂を含み、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種を含有したものであって、例えば、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭＯ系（ただしＭはＣａ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）などのホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラスなどが挙げられる。
【００１９】
これらのガラス成分の屈伏点は、４００〜８００℃、特に４００〜７００℃であることが望ましい。これは、ガラスおよびフィラーからなる混合物を成形する場合、有機樹脂などの成形用バインダーを添加するが、このバインダーを効率的に除去するためであり、屈伏点が４００℃より低いと成形体の緻密化が低温で開始するためにバインダーは分解揮発できなくなり、バインダー成分が残留し特性に影響を及ぼす結果になるためである。一方、屈伏点が８００℃より高いと、ガラス量を多くしないと焼結しにくくなり、相対的に高価なガラスの使用量が増加するため、コスト削減の妨げとなる。
【００２０】
また、ガラスは焼成処理することによっても非晶質ガラスであるもの、また焼成処理によってリチウムシリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、バリウムシリケート、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種類析出するものが用いられる。
【００２１】
セラミックフィラー成分としては、クォーツ、クリストバライトなどのＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシアなどが好適に用いられる。また、低温焼成セラミック層の高誘電率化を目的としてＭｇＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＴｉＯ₂、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇、ＺｒＯ₂なども用いられる。
（配線回路層材質）
配線回路層３は、９９．５重量％以上の高純度金属導体の金属箔からなり、その金属箔は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕまたはそれらの混合物などを使用することが可能である。またビアホール導体４は、上記の配線回路層３と同様の成分からなる導体が充填されていることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の多層配線基板において、表面の配線回路層は、ＩＣチップなどの各種電子部品５を搭載するためのパッドや、シールド用導体膜、あるいは外部回路と接続する端子電極として用いられ、各種電子部品５が配線回路層３に半田や導電性接着剤などを介して接合される。なお図示していないが、必要に応じて配線基板の表面にはさらに珪化タンタル、珪化モリブデンなどの厚膜抵抗体膜や配線保護膜などを形成してもかまわない。
（製造方法）
次に、本発明のセラミック配線基板を製造する方法について説明する。図２は本発明の製造方法を説明するための工程図である。まず、セラミック絶縁層を形成するセラミックグリーンシート１１を形成する。上述したような結晶化ガラスまたは非結晶ガラスと前記のセラミック成分を混合してなる低温焼成のセラミック組成物を調製し、その混合物に有機バインダーなどを加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりシート状に成形して厚さ約２５〜５００μｍのグリーンシート１１を作製する。
【００２３】
このグリーンシート１１にレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより、直径８０〜２００μｍの貫通孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填してビアホール導体１２を形成する（ａ）。
【００２４】
導体ペースト中には、Ｃｕ、Ａｇ、等の金属成分と、それ以外にアクリル樹脂などからなる有機バインダー、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの有機溶剤とを混合して形成される。有機バインダーは金属成分１００重量部に対して０．５〜１５．０重量部、有機溶剤は固形成分及び有機バインダー１００重量部に対して５〜１００重量部の割合で混合されることが望ましい。なお、この導体ペースト中には若干のガラス成分等を添加してもよい。
【００２５】
次に、このグリーンシート１１の表面に、金属箔からなる配線回路層１３を形成する。このような金属箔からなる配線回路層１３は、グリーンシートの表面に金属箔を接着した後に周知のフォトエッチング法等の手法によって所望の回路を形成する方法が知られているが、かかる方法ではエッチング液によってグリーンシートを変質させてしまうため、転写法にて形成する。転写法による配線回路層１３の形成方法としては、まず、高分子材料からなる転写フィルム１４上に高純度金属導体、特に金属箔を接着した後、この金属導体の表面に鏡像のレジストを回路パターン状に塗布した後、エッチング処理およびレジスト除去を行い、鏡像の配線回路層１３を形成する（ｂ）。そして、鏡像の配線回路層１３を形成した転写フィルム１４を、ビアホール導体１２が形成されたグリーンシート１１の表面に位置合わせして積層圧着した後（ｃ）、転写フィルム１４を剥がすことにより、ビアホール導体１２を接続した配線回路層１３を具備する一単位のグリーンシートＡを形成することができる（ｄ）。
【００２６】
その後、グリーンシートＡに、同様にして得られた複数のグリーンシートＢ、Ｃを積層圧着して積層体Ｘを形成する（ｅ）。グリーンシートＡ、Ｂ、Ｃの積層には、積み重ねられたグリーンシートＡ、Ｂ、Ｃに熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。
【００２７】
次に、平面方向の収縮を抑制するため、グリーンシートを積層した低温焼成セラミック積層体Ｘの焼成温度においての難焼結性セラミック材料を主成分とする拘束シートを、低温焼成セラミック積層体の両面又は片面に加圧積層して積層体を作製する。この際、図２に示すように低温焼成セラミック積層体を焼成して得る焼結体の４０℃〜４００℃における熱膨張係数より０〜３×１０^-6／℃の範囲で同一あるいは高い熱膨張係数を示す拘束シート１５を前記低温焼成セラミック積層体に積層し、さらに前記拘束シート１５に拘束シート１５より４０℃〜４００℃における熱膨張係数が１〜３×１０^-6／℃低い熱膨張係数を示す拘束シート１６を積層する（ｆ）。
【００２８】
本発明によれば、熱膨張係数が高い拘束シート１５により低温焼成セラミックスに圧縮応力をかけつつ、拘束シート１５に積層した拘束シート１５に比べて熱膨張係数の低い拘束シート１６により拘束シート１５に引張応力をかけることにより低温焼成セラミック基板に生じたひずみを除去し、クラックの発生を防止することができる。
【００２９】
この拘束シート１５、１６は、いずれも難焼結性セラミック材料を主体とするものであり、有機バインダー、可塑剤、溶剤等を加えたスラリーをシート状に成形して得られる。難焼結性セラミック材料としては、具体的には１０００℃以下の温度で緻密化しないようなセラミック組成物から構成され、具体的には平均粒径１〜２０μｍ、特に３〜１０μｍのＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＢＮ、ＴｉＯ₂の群から選ばれる少なくとも１種またはその化合物（フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ₃）等）の粉末が挙げられる。難焼結性セラミック材料の焼成収縮開始温度は、積層体Ｘの焼成温度よりも高いことが望ましい。また、有機バインダー、可塑剤及び溶剤としては低温焼成セラミックグリーンシートを形成するものと同様の材料が使用可能である。
【００３０】
本発明によれば、この拘束シート１５、１６のうち、積層体Ｘと直接接触する拘束シート１５中には、ガラス成分、言い換えれば非晶質成分を０．５〜１５体積％含有することが望ましい。このガラス成分の含有によって、自己の収縮を抑制しつつ、拘束シートによる積層体Ｘへの焼成収縮の拘束力を高めることができる。拘束シート１５中の好適なガラス量は１〜１２体積％、最も好適な範囲は３〜１０体積％であることが望ましい。
【００３１】
また、拘束シート１５中に含まれるガラス成分としては、セラミックグリーンシートからの有機成分を容易に除去したり、積層体Ｘと拘束シート１５との接着性を高める上で、軟化点が積層体Ｘの焼成温度以下で、かつ拘束シート１５中の有機成分の分解揮散温度よりも高いことが望ましい。具体的には、拘束シート中のガラスの軟化点は４５０〜１１００℃程度であることが好ましい。さらに、上記ガラスは１〜２０μｍの粉末であることが望ましい。
【００３２】
前述した拘束シート１５中に含まれるガラス成分は、セラミックグリーンシート中に含まれるガラス成分と異なるものであっても良いが、セラミックグリーンシートが前述したガラスを含有する低温焼成セラミックスからなる場合には、セラミックグリーンシート中のガラスと同一のガラスを用いることが望ましい。
【００３３】
セラミックグリーンシートの積層体Ｘに積層される拘束シート１５、１６の厚さの合計は、拘束力を高めるとともに有機成分の揮散を容易にしかつ低温焼成セラミック基板からの拘束シートの除去性を考慮すれば、セラミックグリーンシート積層体Ｘの厚さに対して１０〜２００％であることがよい。なお、上記拘束シートの厚さは、積層体の片側に積層される拘束シートの厚みを指す。
【００３４】
また、拘束シート１６への引張応力を効果的に付与するためには、拘束シート１５の厚みに対して拘束シート１６の厚みが、５０〜２００％であることが望ましい。
【００３５】
次に、上記積層体を１００〜８５０℃、特に４００〜７５０℃の酸化性または加湿された非酸化性雰囲気中で加熱処理してグリーンシート内やビアホール導体ペースト中の有機成分を分解除去した後、８００〜１１００℃の酸化性または非酸化性あるいは加湿された非酸化性雰囲気中で同時焼成する。
【００３６】
なお、この焼成における焼成後の冷却速度が早すぎると、絶縁基板と配線回路層、拘束シートの温度差および熱膨張差によってクラックが発生するために、冷却速度は４００℃／ｈｒ以下であることが望ましい。
【００３７】
また、焼成時には反りを防止するために積層体上面に重しを載せる等して荷重をかけてもよい。荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａが適当である。
【００３８】
その後、所望により、拘束シート１５、１６を超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト等で除去することによって本発明の多層配線基板Ｙを作製することができる（ｇ）。
【００３９】
上記方法によって得られる多層配線基板は、焼成時の収縮が拘束シートによって厚さ方向だけに抑えられているので、その積層体面内の収縮を、例えば、積層体が矩形形状の場合には、一辺の長さの収縮率が０．５％以下に抑えることが可能となる。
【００４０】
【実施例】
実施例１
本発明の低温焼成配線基板について、一実施例に基づき評価する。先ずガラス粉末としてＳｉＯ₂：４３．９重量％−ＢａＯ：２３．２重量％−Ｂ₂Ｏ₃：１３．６重量％−Ａｌ₂Ｏ₃：７．０重量％−ＣａＯ：１２．３重量％から成るガラス、フィラーとしてクォーツ（ＳｉＯ₂）、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）を準備した。上記ガラス粉末を６０体積％、クォーツを２０体積％、フォルステライトを２０体積％の割合で調合し、ボールミルを用いて有機バインダー、可塑剤を加えて十分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み１５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００４１】
ここで得られたグリーンシートを後述する焼成条件（窒素中、９５０℃にて１時間）にて焼成して得た焼結体の４０〜４００℃における熱膨張係数は８．６×１０^-6／℃、１ＭＨｚにおける比誘電率は６．５、誘電正接は５×１０^-4、曲げ強度は１６０ＭＰａであった。
【００４２】
次に、平均粒径が５μｍのＣｕ粉末に対して、有機バインダーとしてアクリル樹脂を、溶媒としてＤＢＰを添加混練し、ペースト状のビアホール導体用ペーストを作製した。そして、グリーンシートの所定個所にビアホールを形成し、そのビアホール内に上記ビアホール用ペーストを充填した。
【００４３】
一方、高分子フィルムに、純度９９．５重量％以上の金属Ｃｕ箔を接着し、エッチングを行って配線回路層を形成し、転写シートを作製した。配線幅は５０μｍ、配線層ピッチ１００μｍとしたが、エッチングによる形成のため従来のスクリーン印刷法と比較して、非常に微細な配線回路層を形成することができた。
【００４４】
そして、上記転写シートの配線回路層形成表面に上記グリーンシート形成用として用いた有機物成分からなる接着剤をスクリーン印刷によって塗布した後、ビアホールが形成されたグリーンシートにビアホールの位置にあわせながら転写シートを積層し、６０℃、１５ＭＰａで熱圧着した。その後、転写シートを剥がすことにより、ビアホール導体を接続した配線回路層を具備する一単位の配線層を形成した。また、これら任意の一単位のグリーンシートを５枚積層し、積層体を形成した。
【００４５】
次に、クォーツ（ＳｉＯ₂）、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）に前記グリーンシートに用いたガラスと同一のものを添加し、厚さ２５０μｍの拘束シートを作製した。この際表１に示すようにガラス、クォーツ、フォルステライトの調合比を変更することにより熱膨張係数の異なる拘束シート（１）、（２）を作製した。なお拘束シート作製時の有機バインダー、可塑剤、溶媒などは前記低温焼成セラミックグリーンシートと同様とした。得られ拘束シート（１）を低温焼成セラミックグリーンシート積層体の両面に、さらにその上に拘束シート（２）を６０℃、２０ＭＰａで加圧積層して積層体を得た。
【００４６】
次いで、この積層体を、Ａｌ₂Ｏ₃セッターに載置して有機バインダー等の有機成分を分解除去するために、水蒸気含有窒素雰囲気中、７５０℃に加熱し、さらに９５０℃で１時間焼成を行った。なお、焼成後の冷却速度は３００℃／ｈｒとした。その後、拘束シート（焼結しない無機組成物）をブラスト処理によって除去し、多層配線基板を作製した。
【００４７】
得られた多層配線基板について、外観観察を行い、変形、クラックの有無を確認した。結果を表１に示す。評価結果は○×で判定しており、基板におけるクラックの発生や拘束シートの剥離などが生じた場合は×とした。
【００４８】
表１、２において低温焼成セラミック配線基板の熱膨張係数をＡ、拘束シート（１）の熱膨張係数をＢ、拘束シート（２）の熱膨張係数をＣと表示し、低温焼成セラミック配線基板と拘束シート（１）の熱膨張係数差をＢ−Ａ、拘束シート（１）拘束シート（２）の熱膨張係数差をＣ−Ｂと表示した。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
試料Ｎｏ．１、４、７、１６、２３、３１、３８、４１はＢ−Ａの値が３×１０^-6／℃を超えるものであり、低温焼成セラミック配線基板から拘束シート（１）の剥離が生じ、低温焼成セラミック配線基板の平面方向における収縮抑制効果が得られなかった。
【００５２】
また試料Ｎｏ．２、５、８、１１、１７、２２、２４、３０、３２、３７、３９は拘束シート（１）に対して熱膨張係数が低くなるように設定した拘束シート（２）との熱膨張係数差が１×１０^-6／℃未満と熱膨張差が小さくなってしまい、焼成工程における冷却過程において金属Ｃｕ箔および拘束シート（１）によって圧縮応力を受け低温焼成セラミックに生じた歪みを除去することができず、基板にクラックが生じた。
【００５３】
その他の試料は、剥離やクラック等の不良は確認されず、Ｂ−Ａの値が３×１０^-6／℃以下の範囲に入っており、Ｃ−Ｂの値も−３〜−１×１０^-6／℃の範囲に入っており、低温焼成セラミックス、拘束シート（１）、拘束シート（２）のそれぞれの間に所望の熱膨張係数差をつけることによる歪みの除去効果が発現していることがわかった。
実施例２
低温焼成セラミック配線基板として、低誘電率層の間に高誘電率層を配設した積層体を作製した。ガラス粉末としてＳｉＯ₂：４３．９重量％−ＢａＯ：２３．２重量％−Ｂ₂Ｏ₃：１３．６重量％−Ａｌ₂Ｏ₃：７．０重量％−ＣａＯ：１２．３重量％から成るガラス、低誘電率層のフィラーとしてクォーツ（ＳｉＯ₂）、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）を、高誘電率層のフィラーとしてチタン酸カルシウム、チタン酸ランタン、ジルコニアを準備した。
【００５４】
低誘電率層用として、上記ガラス粉末を６０体積％、クォーツを２０体積％、フォルステライトを２０体積％の割合で調合し、高誘電率層用としてガラス粉末を５５体積％、チタン酸カルシウムを２０体積％、チタン酸ランタンを２０体積％、ジルコニアを５体積％の割合で調合し、それぞれボールミルを用いて有機バインダー、可塑剤を加えて十分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み１５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００５５】
ここで得られたそれぞれのグリーンシートを後述する焼成条件（窒素中、９５０℃にて１時間）にて焼成して得た焼結体の特性は、低誘電率層用は４０〜４００℃における熱膨張係数は８．６×１０^-6／℃、１ＭＨｚにおける比誘電率は６．５、誘電正接は５×１０^-4、曲げ強度は１６０ＭＰａであった。高誘電率層用は４０〜４００℃における熱膨張係数は８．６×１０^-6／℃、１ＭＨｚにおける比誘電率は１６．５、誘電正接は９×１０^-4、曲げ強度は１４０ＭＰａであった。
【００５６】
得られたそれぞれのグリーンシートを前記実施例１に示す工程にて加工し、ビアホール導体を接続した配線回路層を具備する一単位の配線層を形成した。これらを用いて第１および第５層に低誘電率層を、第２、３、４層を高誘電率層とした計５層の積層体を作製した。積層方法は実施例１に準じた。
【００５７】
次に、クォーツ（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）にグリーンシートに用いたガラスと同一のものを添加し、厚さ２５０μｍの拘束シートを作製した。この際、表３に示すようにガラス、クォーツ、アルミナ、フォルステライトの調合比を変更することにより熱膨張係数の異なる拘束シート（１）、（２）を作製した。なお拘束シート作製方法、積層方法は実施例１に準じた。
【００５８】
次いで、この積層体を、Ａｌ₂Ｏ₃セッターに載置して有機バインダー等の有機成分を分解除去するために、水蒸気含有窒素雰囲気中、７５０℃に加熱し、さらに９５０℃で１時間焼成を行った。なお、焼成後の冷却速度は３００℃／ｈｒとした。その後、拘束シートをブラスト処理によって除去し、多層配線基板を作製した。得られた多層配線基板について、外観観察を行い、変形、クラックの有無を確認した。結果を表３に示す。
【００５９】
【表３】
【００６０】
評価の結果、試料Ｎｏ．４２〜４４は、拘束シート（１）に対して熱膨張係数が低くなるように設定した拘束シート（２）との熱膨張係数差が１×１０^-6／℃未満と熱膨張差が小さくなってしまい、焼成工程における冷却過程において金属Ｃｕ箔および拘束シート（１）によって圧縮応力を受けた低温焼成セラミックに生じた歪みを除去することができず、基板にクラックが生じていた。Ｎｏ．５０はＣ−Ｂの値が３×１０^-6／℃を超えており、拘束シート（１）から拘束シート（２）の剥離が生じ、歪みの除去効果が得られなかった。試料Ｎｏ．５３はＢ−Ａが３×１０^-6／℃を超えており、低温焼成セラミック配線基板から拘束シート（１）の剥離が生じ、低温焼成セラミック配線基板の平面方向における収縮抑制効果が得られなかった。またＣ−Ｂの差も３×１０^-6／℃よりも大きくなっており、拘束シート（１）から拘束シート（２）の剥離が生じ歪みの除去効果が得られなかった。
【００６１】
その他の本発明品は、剥離やクラック等の不良は確認されず、Ｂ−Ａの値が０〜３×１０^-6／℃の範囲に入っており、Ｃ−Ｂの値も−３〜−１×１０^-6／℃の範囲に入っており、低温焼成セラミック、拘束シート（１）、拘束シート（２）のそれぞれの間に所望の熱膨張係数差をつけることによる歪みの除去効果が発現していることがわかった。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように、セラミック絶縁層と、該セラミック絶縁層表面および／または内部に配設された配線回路層とを具備するセラミック配線基板の製造方法において、（ａ）セラミックグリーンシートを作製する工程と、（ｂ）該セラミックグリーンシート表面に、焼成後の前記セラミック絶縁層よりも大きい熱膨張係数を有する金属箔からなる配線回路層を形成する工程と、（ｃ）（ａ）〜（ｂ）工程を経て作製した、配線回路層を有する複数のグリーンシートを積層し、積層成形体を作製する工程と、（ｄ）前記積層成形体の両面または片面に、難焼結性セラミック材料を主成分とする、前記積層成形体の焼成後の４０℃〜４００℃における熱膨張係数よりも０〜３×１０ ^−６／℃高い熱膨張係数を有する第１の拘束シートを積層する工程と、（ｅ）前記第１の拘束シート上に、難焼結性セラミック材料を主成分とする、前記第１の拘束シートの４０℃〜４００℃における熱膨張係数よりも１〜３×１０ ^−６／℃低い熱膨張係数を有する第２の拘束シートを積層する工程と、（ｆ）前記積層成形体を前記第１および第２の拘束シートとともに、前記配線回路層を形成する導体の融点よりも低い焼成温度で焼成する工程と、（ｇ）前記焼成後に、前記第１および第２の拘束シートを除去する工程と、を具備することによって、セラミック絶縁層と金属箔からなる配線回路層との熱膨張差によるクラックの発生を防止しつつ、安定的に平面方向の収縮を抑制し、寸法精度の高いセラミック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】本発明による多層配線基板の一例を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１１グリーンシート
１２スルーホール導体
１３配線回路層
１５第１の拘束シート
１６第２の拘束シート

Claims

セラミック絶縁層と、該セラミック絶縁層表面および／または内部に配設された配線回路層とを具備するセラミック配線基板の製造方法において、（ａ）セラミックグリーンシートを作製する工程と、（ｂ）該セラミックグリーンシート表面に、焼成後の前記セラミック絶縁層よりも大きい熱膨張係数を有する金属箔からなる配線回路層を形成する工程と、（ｃ）（ａ）〜（ｂ）工程を経て作製した、配線回路層を有する複数のグリーンシートを積層し、積層成形体を作製する工程と、（ｄ）前記積層成形体の両面または片面に、難焼結性セラミック材料を主成分とする、前記積層成形体の焼成後の４０℃〜４００℃における熱膨張係数よりも０〜３×１０^−６／℃高い熱膨張係数を有する第１の拘束シートを積層する工程と、（ｅ）前記第１の拘束シート上に、難焼結性セラミック材料を主成分とする、前記第１の拘束シートの４０℃〜４００℃における熱膨張係数よりも１〜３×１０^−６／℃低い熱膨張係数を有する第２の拘束シートを積層する工程と、（ｆ）前記積層成形体を前記第１および第２の拘束シートとともに、前記配線回路層を形成する導体の融点よりも低い焼成温度で焼成する工程と、（ｇ）前記焼成後に、前記第１および第２の拘束シートを除去する工程と、を具備することを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。
前記積層成形体として、焼成後の４０〜４００℃における熱膨張係数が５〜９×１０^−６／℃のものを用いることを特徴とする請求項１記載のセラミック配線基板の製造方法。
前記金属箔として、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種からなるものを用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミック配線基板の製造方法。
前記第１および第２の拘束シートの難焼結性セラミック材料として、ＢＮ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２の少なくとも１種またはその化合物を主体とするものを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミック配線基板の製造方法。
前記第１の拘束シートとして、ガラス成分を０．５〜１５体積％含有するものを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミック配線基板の製造方法。
前記ガラス成分として、軟化点が、前記焼成温度以下であるものを用いることを特徴とする請求項５記載のセラミック配線基板の製造方法。