JP5074792B2 - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents
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更に、ガラス−セラミックからなる基板本体の表面に形成すべき導体層の一部にTi層を用いる場合、導体層の形成に不要な位置のTi層を除去する際にエッチング剤として用いるフッ酸が、上記基板本体中のガラス成分を溶解する場合がある。このため、Ti層を用いることができず、高い密着強度の導体層をガラス−セラミックからなる基板本体の表面に形成し難い、という問題があった。
即ち、本発明の配線基板(請求項1)は、ガラス成分を含有する第1絶縁層と、かかる第1絶縁層の少なくとも一面上に配置され、第1絶縁層よりもガラス成分の含有量が少なく且つ該ガラス成分の含有量が上記第1絶縁層に近付くに連れて次第に増加している第2絶縁層と、かかる第2絶縁層の一面に形成されたTi層またはCr層を含む導体層と、を備えている、ことを特徴とする。
尚、本発明には、複数の前記配線基板を縦横に隣接して配置した製品領域と、かかる領域の外周の少なくとも一部に沿い且つ前記第1・第2絶縁層からなる耳部と、を有する多数個取り基板の形態も含まれる。
尚、前記第1絶縁層におけるガラス成分とセラミック成分との重量割合は、一方が60〜40wt%であり、他方が40〜60wt%である。
更に、前記導体層は、パッド、配線層、または、端子の何れかである。
また、前記第1絶縁層がビア導体を有する形態では、第2絶縁層(ペースト層)を貫通して形成されたビアホール内にも、上記ビア導体が形成されている。
更に、前記第1絶縁層は、複数の絶縁層からなり且つそれらの間に配線層と、かかる配線層同士の間を接続するビア導体とを形成した形態も含まれる。
加えて、前記第1絶縁層の両面に第2絶縁層が形成され、かかる第2絶縁層ごとの一面(表・裏面)にそれぞれ前記導体層が形成された形態の配線基板も含まれる。
これによれば、ガラス成分を含有する第1絶縁層の少なくとも一面上に、かかる第1絶縁層よりもガラス成分の含有量が少なく且つ該ガラス成分の含有量が上記第1絶縁層に近付くに連れて次第に増加している第2絶縁層を形成し、かかる第2絶縁層において、含有されるガラス成分が少ない側の表面にTi層またはCr層を形成するため、かかるTi層またはCr層を含み且つ高い密着強度を持った導体層を有する前記配線基板を確実に製造することが可能となる。
これによる場合、Ti層またはCr層、Cu層、Cuメッキ層、および、これらの表面全体に順次形成されたNiメッキ層およびAuメッキ層からなり、密着強度が高く且つ耐食性にも優れた導体層を有する配線基板を確実に製造することが可能となる。
かかる製造方法の場合、貫通孔を明けても、上記ペーストの形が変形しないように、アルミナなどのセラミック粉末を含む絶縁性ペーストの粘度を調整することが必要となる。
更に、スパッタリングにより形成される前記Ti層またはCr層の厚みは、約500Åである。一方、スパッタリングにより形成される前記Cu層の厚みは、約5000Åである。
また、前記Cu、Ni、およびAuをメッキする工程は、無電解メッキまたは電解メッキにより行われる。このうち、Cuメッキ層の厚みは、約8μmである。
更に、第1絶縁層(グリーンシート)と第2絶縁層(ペースト層)とに含まれるセラミックは、同一または同種のセラミック(例えば、アルミナ)が望ましい。これにより、焼成時の収縮を均一にすることが容易となり、焼成された積層体の反りを防止できる。
加えて、前記第1絶縁層(グリーンシート)は、単層の形態のほか、複層で且つその間に配線層を形成した形態も含まれる。
図1は、本発明の一形態である配線基板1を示す断面図である。
配線基板1は、図1に示すように、ガラス−アルミナ(セラミック)からなる第1絶縁層S1と、かかる第1絶縁層S1の一面(表面)に形成され、当該第1絶縁層S1よりもガラス成分の含有量が少ないガラス−アルミナからなる第2絶縁層S2と、が一体に積層された基板本体2を備えている。かかる基板本体2の表面(第2絶縁層S2の一面)3には、複数のパッド(導体層)5が形成されている。
第1絶縁層S1は、図1に示すように、内部に所定パターンの配線層7,8と、裏面4に設けた複数の端子10と、これらの間を接続するビア導体9と、を有している。上記パッド5と配線層7との間にも、第1・第2絶縁層S1,S2を貫通するビア導体6が形成されている。尚、配線層7,8、ビア導体6,9、および端子10は、例えば、AgまたはCuからなる。
一方、第1絶縁層Sは、ガラス−セラミックの割合が全体としてほぼ均一(例えば、アルミナ成分が60〜40wt%で、ガラス成分が40〜60wt%:図2中のc部分)であるが、隣接する第2絶縁層S2に近付く程(図2中のb部分)、ガラス成分の含有量が徐々に低くなっている。
また、図1の一部を拡大した図2に示すように、パッド8は、厚みが500ÅのTi層11またはCr層11と、その上に形成された厚みが5000ÅのCu層12aと、その上に形成された厚みが約8μmのCuメッキ層12bと、かかるTi層11またはCr層11、Cu層12a、および、Cuメッキ層12bからなるほぼ円柱形の本体部の側面および上面に、順次形成されたNiメッキ層13およびAuメッキ層14とからなる。
尚、前記第1絶縁層S1の両面に前記第2絶縁層S2を形成した基板本体2と、その表面3に形成した前記パッド5と、基板本体2の裏面4に、前記Ti層11(またはCr層11)、Cu層12a、およびCuメッキ層12bを有し、且つこれらの表面にNiメッキ層13およびAuメッキ層14を形成した導体層の端子と、を有する形態の配線基板としても良い。
また、複数の配線基板1を縦横に隣接して有し、これらの外周に沿った耳部を有する多数個取り基板の形態としても良い。
予め、アルミナ粉末、ガラス粒子、有機系バインダ、および溶剤を所定量ずつ配合して、セラミックスラリを形成し、これをドクターブレード法によりシート状に成形することで、図3に示すように、複数のグリーンシートs1〜s3を形成した。かかるグリーンシートs1〜s3は、それぞれ厚みが約125〜250μmで、含有するアルミナ(セラミック成分)とガラス成分との重量比が6:4であり、追って前記第1絶縁層S1となる未焼成の第1絶縁層である。
先ず、グリーンシートs1の一面(上面)に、アルミナ粉末、有機系バインダ、および溶剤を所定量ずつ配合した絶縁性のペーストpを約1〜5μmの厚みで印刷した。尚、かかるペーストpと同様な組成の絶縁性のシートを接着しても良い。
次いで、図3に示すように、絶縁性のペーストpが形成されたグリーンシートs1と、グリーンシートs2,s3との所定の位置に対し、パンチングを施して、スルーホールhを形成した。上記ペーストpは、かかるパンチングによって、変形しない程度に、予め粘性が調整されている。
次いで、図5に示すように、絶縁性のペーストpが形成されたグリーンシートs1と、グリーンシートs2,s3とを積層した。その結果、グリーンシートs1〜s3からなる未焼成の第1絶縁層S1と上記ペーストpとを備え、表面3および裏面4を有する未焼成積層体GSが形成された(未焼成積層体の形成工程)。この際、配線層7,8および端子10は、ビア導体9を介して接続された。
その結果、図6に示すように、前記グリーンシートs1〜s3が焼成されて一体となった第1絶縁層S1と、その一面(上面)に形成され且つ当該第1絶縁層S1よりもガラス成分の含有量が少ない第2絶縁層S2とを備え、表面3および裏面4を有する基板本体2からなる焼成後の積層体SSが形成された。同時に、前記配線層7,8、ビア導体6,9、および端子10も焼成された。
先ず、図7の左側に示すように、第2絶縁層S2の表面(基板本体2の表面)3全体に、スパッタリングを施して、厚みが約500ÅのTi層11を形成した(Ti層またはCr層形成工程)。上記スパッタリング時の高熱を受けても、第2絶縁層S2の表面3付近は、ほぼ100%のアルミナであるため、何らの影響も受けていなかった。尚、上記Ti層11に替えて、ほぼ同じ厚みのCr層をスパッタリングにて形成しても良い。
次に、図7の右側に示すように、Cu層12aの上にレジストRを形成した後、各ビア導体6ごとの真上付近に、平面視が円形となるパターン(孔)を、フォトリソグラフィ技術によって形成した。かかる状態で、電解Cuメッキを施して、上記パターンの底面に露出するCu層12aの上に、厚みが約8μmのCuメッキ層12bを形成した。
次いで、図8の左側に示すように、上記レジストRを除去した。その結果、第2絶縁層S2の表面3には、上記レジストRに覆われていた部分のTi層11、Cu層12a、および上記パターンに倣ったCuメッキ層12bのみが残った。
更に、図9の右側に示すように、上記Ti層11およびCu層12aの側面とCuメッキ層12bの側面および上面とに対し、電解Niメッキを行って、厚みが約3〜5μmのNiメッキ層13を形成した。
尚、基板本体2の裏面4側に位置する前記端子10に対しても、上記Niメッキ層13およびAuメッキ層14を、各電解メッキ時に同時に形成しても良い。
尚、未焼成の第1絶縁層S1の両面に、前記絶縁性のペーストpを印刷して、前記と同様な未焼成積層体(GS)を形成し、これを焼成して得られた基板本体2の裏面4に、前記Ti層11(またはCr層11)およびCu層12aをスパッタリングで形成し、更に、Cuメッキ層12b、Niメッキ層13、およびAuメッキ層14を形成して、裏面4にも導体層の端子を有する配線基板を製造することも可能である。
また、前記製造方法は、前記グリーンシートs1〜s3を大版のシートとし、複数の配線基板1を縦横に隣接して形成し、それらの外周に第1・第2絶縁層S1,S2からなる耳部を有する多数個取り基板を製造する形態としても良い。
かかる配線基板1aは、図10に示すように、ガラス−アルミナからなる第1絶縁層S1と、かかる第1絶縁層S1の一面に配置され、当該第1絶縁層S1よりもガラス成分の含有量が少ないガラス−アルミナからなる第2絶縁層S2と、が積層された基板本体2を備えている。かかる基板本体2の表面3には、所定パターンの配線層(導体層)5aが形成されている。かかる配線層5aの断面も、前記図2と同様に、前記Ti層11(またはCr層11)、Cu層12a、およびCuメッキ層12bと、これらの表面に形成したNiメッキ層13およびAuメッキ層14を有している。
以上のような配線基板1aも、前記同様の製造方法によって得られ、配線層5aに含まれるTi層11(またはCr層11)が、第2絶縁層S2におけるアルミナがほぼ100%の表面3に強固に密着しているため、高い信頼性を有する。
アルミナとガラス成分との重量比が6:4で且つ厚みが250μmのグリーンシートである未焼成の第1絶縁層S1を、30枚用意した。このうち、20枚のグリーンシートの一面に、アルミナ粉末、有機系バインダ、および溶剤を一定量ずつ配合した絶縁性のペーストを約5μmの厚みで印刷し、20個の未焼成積層体(GS)を得た。残りのグリーンシートには、上記ペーストを印刷しなかった。
次に、上記未焼成積層体(GS)と残り10個のグリーンシートとを、同じ温度で焼成した。その結果、図11の左右に示すように、第1絶縁層S1の一面に第2絶縁層S2が形成された実施例用の焼成積層体(SS)と、第1絶縁層S1のみからなる比較例用の焼成体とが得られた。
その結果、図11の左側に示すように、第2絶縁層S2の表面3に、パッド5を設けた実施例1の配線基板を10個得た。
残り10個の焼成積層体(SS)における第2絶縁層S2の表面3に、前記製造方法と同様に、スパッタリングにより直径が0.1mmで且つ厚みが500ÅのCr層11、および厚みが5000ÅのCu層12aを順次を形成し、その表面に前記と同じ厚みのCuメッキ層12b、Niメッキ層13、およびAuメッキ層14とを形成した。その結果、図11の左側に示すように、パッド5を設けた実施例2の配線基板を10個得た。
実施例1,2および比較例の配線基板における各パッド5に対し、ショア試験を行った。図11に示すように、各パッド5に対し、表面3に沿って移動させたブレードbを押し付け、各例のパッド5、第1絶縁層S1、または第2絶縁層S2の何れかで破損した際に、要した強度を測定し、各例ごとの平均値を算出して、表1に示した。尚、表1の下方に上記ショア試験の条件を示した。
また、実施例1,2では、全数においてパッド5自体が第2絶縁層S2の表面3から剥離したのに対し、比較例では、殆どがパッド5を含む表面3付近の第1絶縁層S1からの剥離であった。
かかる結果は、実施例1,2では、第2絶縁層S2の表面3付近が、ほぼ100%のアルミナであったことで、これとパッド5に含まれるTi層11またはCr層11とが強固に密着していたためであり、比較例では、第1絶縁層S1自体の強度が低いことに起因していた、ものと推定される。
以上の実施例1,2によって、本発明の作用が理解され、且つその効果を確認することができた。
3……………表面(一面)
5……………パッド(導体層)
5a…………配線層(導体層)
11…………Ti層またはCr層
S1…………第1絶縁層
S2…………第2絶縁層
s1〜s3…グリーンシート(未焼成の第1絶縁層)
p……………絶縁性のペースト
GS…………未焼成積層体
SS…………焼成後の積層体
Claims (2)
- ガラス成分を含有する第1絶縁層と、
上記第1絶縁層の少なくとも一面上に配置され、第1絶縁層よりもガラス成分の含有量が少なく且つ該ガラス成分の含有量が上記第1絶縁層に近付くに連れて次第に増加している第2絶縁層と、
上記第2絶縁層の一面に形成されたTi層またはCr層を含む導体層と、
を備えている、
ことを特徴とする配線基板。 - 焼成後に第1絶縁層となるガラス成分を含有する未焼成の第1絶縁層の少なくとも一面に、焼成後に少なくとも一部分が第2絶縁層となり、上記未焼成の第1絶縁層よりもガラス成分の含有量が少ない絶縁性のペーストを印刷して、未焼成積層体を形成する工程と、
上記未焼成積層体を焼成し、上記ペーストが焼成された第2絶縁層において、該第2絶縁層中に上記第1絶縁層中から浸透したガラス成分の含有量が焼成後の第1絶縁層に近付くに連れて次第に増加している焼成工程と、
上記焼成後の積層体の第2絶縁層において、含有されるガラス成分が少ない側の表面に、Ti層またはCr層を形成する工程と、を含む、
ことを特徴とする配線基板の製造方法。
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