JP5076652B2 - セラミック積層配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層配線基板に関する。

従来より、この種のセラミック積層配線基板としては、セラミックよりなる複数のセラミック層を積層してなる積層基板であって、当該積層基板の内部において各セラミック層に配線が設けられてなるものが、数多く提案されている（たとえば、特許文献１など参照）。

近年、配線基板の小型化、配線の高密度化の要望があり、セラミック積層配線基板においても、基板内部の配線（導体）密度が増加する傾向にある。そのため、従来のセラミック積層配線基板の構成では、配線密度の増加に伴い、当該基板の抗折強度が低下することが懸念される。

この点について、従来では、上記特許文献１に記載されているように、基板の構成材料を変更し、基板の熱膨張率を部分的に異ならせることで、積層基板の抗折強度の改善を図っている。
特開平６−２９６６４号公報

しかしながら、セラミック積層配線基板の構成材料を変更することは、コストが高くなるなどの問題を引き起こす恐れがある。そのため、できるかぎり、一般的な材料を用いて各セラミック層を構成することが望まれる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層配線基板において、基板構成材料を変更することなく、基板全体の抗折強度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層配線基板において、各セラミック層（１１〜１３）のうち最も外側に位置する最外層（１１、１３）を、当該最外層（１１、１３）よりも内側に位置する層（１２）よりも厚いものとし、
各セラミック層（１１〜１３）のうちの個々のセラミック層について、当該個々のセラミック層に設けられている配線（１６）のうち積層基板の内部にて各セラミック層（１１〜１３）の界面に位置する配線（１６ａ）の表面積が、当該個々のセラミック層において当該界面に位置する面の面積に占める割合を、配線密度としたとき、この配線密度を、各セラミック層（１１〜１３）のうち内側の層よりも外側の層の方が小さくなっているものとし、
個々のセラミック層（１１〜１３）に設けられている配線（１６）のうち積層基板の内部にて各セラミック層（１１〜１３）の界面に位置する配線（１６ａ）の厚さを、各セラミック層（１１〜１３）のうち内側の層よりも外側の層の方が薄くなるようにしたことを特徴とする。

それによれば、外部応力が直接加わる最外層（１１、１３）を厚くすることで外部応力からの耐性を向上させることができるため、基板構成材料を変更することなく、基板全体の抗折強度を向上させることができる。

また、本発明では、各セラミック層（１１〜１３）のうちの個々のセラミック層について、当該個々のセラミック層に設けられている配線（１６）のうち積層基板の内部にて各セラミック層（１１〜１３）の界面に位置する配線（１６ａ）の表面積が、当該個々のセラミック層において当該界面に位置する面の面積に占める割合を、配線密度としたとき、この配線密度は、各セラミック層（１１〜１３）のうち内側の層よりも外側の層の方が小さくなっているから、セラミック層（１１〜１３）同士の界面にて配線（１６ａ）以外のセラミック部分の面積が、外側の層の方が内側の層よりも多くなるため、外側の層の機械的強度を大きくすることができ、基板の抗折強度の向上にとって好ましい。

この場合、請求項２に記載の発明のように、個々のセラミック層（１１〜１３）に設けられている配線（１６）のうち積層基板の内部にて各セラミック層（１１〜１３）の界面に位置する配線（１６ａ）を、メッシュ状の膜よりなるものとして構成すれば、上記した配線密度を小さくすることが容易である。

また、請求項１に記載の発明では、個々のセラミック層（１１〜１３）に設けられている配線（１６）のうち積層基板の内部にて各セラミック層（１１〜１３）の界面に位置する配線（１６ａ）の厚さが、各セラミック層（１１〜１３）のうち内側の層よりも外側の層の方が薄くなっているから、セラミック層（１１〜１３）同士の界面にて、一方のセラミック層の配線（１６ａ）が他方のセラミック層に食い込む深さが、外側の層の方が内側の層よりも小さくなるため、外側の層の機械的強度を大きくすることができ、基板の抗折強度の向上にとって好ましい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセラミック積層配線基板Ｓ１を示す概略断面図である。このセラミック積層配線基板Ｓ１は、セラミックのグリーンシートを焼成してなるセラミック層１１、１２、１３を、複数層積層したものである。

このセラミック層１１〜１３は、アルミナなどを用いて一般的なドクターブレード法により作製されるものであり、本例ではアルミナシートである。このセラミック積層配線基板Ｓ１における各セラミック層１１〜１３の厚さは、たとえば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。

本実施形態では、各セラミック層１１〜１３のうち最も外側に位置する最外層１１が、当該最外層１１よりも内側に位置する層１２よりも厚いものとなっている。ここでは、図１において、セラミック積層配線基板Ｓ１の上側の最外層１１が、それ以外のセラミック層１２および１３、すなわち下側の最外層１３および内側の層１２よりも厚いものとなっている。

たとえば、上側の最外層１１の厚さは、下側の最外層１３および内側の層１２の厚さの１．２倍以上とする。限定するものではないが、具体的には、上側の最外層１１の厚さを２．５ｍｍ程度、下側の最外層１３および内側の層１２の厚さを１．５ｍｍ程度とすればよい。このようにセラミック層の厚さを変えることは、ドクターブレード法により容易に行える。

また、図１では示さないが、各セラミック層１１〜１３には、この種の一般的なセラミック積層配線基板と同じように、モリブデンなどを主成分とする導体材料が充填されたスルーホールが形成されるとともに、タングステンなどを主成分とする導体材料によって配線が形成されている。なお、これらスルーホールおよび配線構成の一例については、後述の製造方法を示す図２、図３に示してある。

次に、本実施形態に係るセラミック積層配線基板Ｓ１の製造方法について述べる。なお、本製造方法は、一般的なアルミナよりなるグリーンシートを用いたアルミナ積層配線基板を基本としたものであり、加圧・焼成条件などは、これに準ずるものである。図２および図３は、本製造方法を示す工程図である。

まず、ドクターブレード法により作製された各グリーンシートとしてのセラミック層１１〜１３を用意する（図２（ａ）参照）。次に、各セラミック層１１〜１３に対して、ホール１４を、金型などを用いて形成する（図２（ｂ）参照）。

次に、このようにホール１４が形成されたセラミック層１１〜１３に対して、印刷法などによりホール１４内に導体材料１５を充填する（図２（ｃ）参照）。そして、ホール１４に導体材料１５を充填した後に、印刷法などにより、各セラミック層１１〜１３の表面に導体材料１６を付与する（図２（ｄ）参照）。

これらホール１４内の導体材料１５はスルーホール１５として構成され、セラミック層１１〜１３の表面の導体材料１６は、積層基板であるセラミック積層配線基板Ｓ１の内部および表面において各セラミック層１１〜１３に設けられた配線１６として構成される。なお、上述したが、これら導体材料１５、１６は、いずれもモリブデン、タングステンなどを主成分とするペースト材料を用いる。

続いて、各セラミック層１１〜１３を、上記図１に示されるように積層し、これらを加圧して積層体１００を形成する（図２（ｅ）参照）。ここにおいて、加圧条件は、たとえば３０ｋｇ〜７０ｋｇ程度の荷重とすることができる。

その後、積層体１００における最表層１１、１３に対して、刃具を用いたプレス加工などにより、それぞれ分割溝Ｂを形成する。次に、両最表層１１、１３に分割溝Ｂを形成した積層体１００を焼成することで、図３（ａ）に示されるように、焼成後の積層体１００ができあがる。なお、この焼成は、たとえば水素などの還元雰囲気にて約１６００℃の温度で行う。

そして、焼成された積層体１００に対して、必要に応じて、以下の工程を行う。たとえば、図３（ｂ）に示されるように、焼成された積層体１００の最表層１１、１３の表面に位置する上記配線１６に対して、めっき被膜１７を形成する。

このめっき被膜１７は、たとえば無電解Ｃｕめっき、または、Ｃｕめっきの上に無電解Ａｕめっきを形成してなるものであり、ワイヤボンディング性やはんだ付け性を確保するなどの目的で形成されるものである。

また、図示しないが、焼成された積層体１００に対して、抵抗体などの機能厚膜体を設けたり、ＩＣチップやコンデンサなどの実装部品を搭載したり、ワイヤボンディングを行ったりすることも、必要に応じて行う。その後、この焼成された積層体１００を分割溝Ｂに沿って分断することで、個片化されたセラミック積層配線基板Ｓ１ができあがる（図３（ｃ）参照）。

ところで、本実施形態のセラミック積層配線基板Ｓ１においては、通常のものと同様に、上記図１中の矢印Ｆに示されるように、上側の最外層１１の表面に対して、当該最外層１１に垂直な方向に外部応力が加わりやすい。

このとき、基板Ｓ１が曲がろうとするが、このとき、抗折強度が大きいほど当該外部応力に耐えられる。ここで、抗折強度とは、一般的なもので、曲げ試験で基板が破断する際に材料内部で発生する内部応力値である。

本実施形態では、上述したように、各セラミック層１１〜１３のうちの上側の最外層１１を、当該最外層１１よりも内側に位置する層１２よりも厚いものとしているため、当該上側の最外層１１の機械的強度を従来よりも大きいものにできる。それにより、外部応力からの耐性を向上させることができるため、基板構成材料を変更することなく、基板Ｓ１全体の抗折強度を向上させることができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るセラミック積層配線基板Ｓ２を示す概略断面図である。ここでは、上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。

図４に示されるように、本実施形態のセラミック積層配線基板Ｓ２では、各セラミック層１１〜１３のうち上側の最外層１１だけでなく、下側の最外層１３も、当該最外層１１、１３よりも内側に位置する層１２よりも厚いものとしている。これら表裏両側の最外層１１、１３の厚さは、たとえば、内側の層１２の厚さの１．２倍以上とする。

本実施形態のセラミック積層配線基板Ｓ２は、図２中の矢印Ｆに示されるように、上側の最外層１１および下側の最外層１３の両方から、外部応力が加わりやすい場合に、有効である。

つまり、本実施形態では、各セラミック層１１〜１３のうちの上側の最外層１１および下側の最外層１３を、これらよりも内側に位置する層１２よりも厚いものとしているため、当該両最外層１１、１３の機械的強度を従来よりも大きいものにできる。それにより、外部応力からの耐性を向上させることができるため、基板構成材料を変更することなく、基板Ｓ２全体の抗折強度を向上させることができる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るセラミック積層配線基板Ｓ３を示す概略断面図である。本実施形態は、上記第１実施形態の基板構成に対して、さらに、配線１６のうち積層基板の内部に位置する配線１６ａの構成を変形したところが相違するものである。この相違点を中心に述べる。

図５に示されるように、セラミック積層配線基板Ｓ３においては、各セラミック層１１〜１３のうちの個々のセラミック層について、隣り合うセラミック層に貼り付いている面が当然ながら存在する。つまり、この面は、当該個々のセラミック層においてセラミック層の界面に位置する面である。

そして、個々のセラミック層に設けられている配線１６のうち積層基板の内部にて上記界面に位置する配線１６ａを界面配線１６ａということとし、この界面配線１６ａの表面積が、当該個々のセラミック層において上記界面に位置する面の面積に占める割合を、配線密度とする。

ここで、図５において、上記界面を介して貼り合わされている任意の２つのセラミック層を見てみる。たとえば、図５において、上側の最外層１１とその直下の層１２との組に着目する。このとき、図５に示されるように、これら２層１１、１２の界面では、上側に位置する最外層１１に界面配線１６ａが食い込んでいる。

このような界面における界面配線１６ａの状態は、当該２層１１、１２のうち界面配線１６ａが食い込んでいない下側の層１２に、界面配線１６ａを設けることにより実現される。つまり、当該２層１１、１２の界面に関して言えば、配線密度とは、下側の層１２における当該界面に位置する面の面積に対する、界面配線１６ａの面積の比率を意味するものである。

そして、図５に示される例では、上記界面を介して貼り合わされている任意の２つのセラミック層に関しては、いずれも、当該界面を挟んで下側の層における当該界面に位置する面に、界面配線１６ａが設けられた形となっている。

しかしながら、本実施形態では、当該張り合わされている任意の２つのセラミック層を見たとき、図５に示される例とは逆に、いずれも界面を挟んで上側の層に界面配線１６ａが設けられた構成であってもかまわない。この場合は、界面配線１６ａが、当該界面を挟んで図５における下側の層に食い込む形となる。

そして、本実施形態では、この配線密度を、各セラミック層１１〜１３のうち内側の層１２よりも外側の層１１、１３の方が小さいものとしている。図５に示される例では、５層のセラミック層１１〜１３が積層されているが、上から３番目の層１２における配線密度が最も大きく、上から２番目および４番目の層１２、１２における配線密度が互いに同程度であってその次の大きさであり、下側の最外層１３における配線密度が最も小さいものとなっている。

このような配線密度の関係によれば、セラミック層１１〜１３同士の界面にてセラミック部分の面積が、外側の層１１、１３の方が内側の層１２よりも多くなる。つまり、配線密度が小さくなるほどこのセラミック部分の面積が大きくなるため、セラミック層同士の界面にてセラミック部分にて密着している面積が大きくなるということであり、当該界面の密着強度も大きくなるということである。

そのため、外側の層１１、１３の機械的強度を大きくすることができ、基板Ｓ３の抗折強度の向上にとって好ましい。なお、配線密度を、内側の層１２よりも外側の層１１、１３の方が小さいものとする場合、内側から外側に行くにつれて連続的に小さくなるようにしてもよいし、不連続に減少していくものであってもよい。

また、図５に示されるように、本実施形態のセラミック積層配線基板Ｓ３においても、上記第１実施形態のものと同様に、各セラミック層１１〜１３のうちの上側の最外層１１を、これよりも内側に位置する層１２よりも厚いものとしているため、基板構成材料を変更することなく、基板Ｓ３全体の抗折強度を向上させることができる。

また、本実施形態のセラミック積層配線基板Ｓ３において、上記第２実施形態と同様に、各セラミック層１１〜１３のうちの上下の最外層１１、１３を、内側に位置する層１２よりも厚いものとし、それによって、基板Ｓ３全体の抗折強度を向上させるようにしてもよい。

（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係るセラミック積層配線基板Ｓ４を示す概略断面図である。本実施形態は、上記第１実施形態の基板構成に対して、さらに、配線１６のうち積層基板の内部に位置する界面配線１６ａの構成を変形したところが相違するものである。

図６に示されるように、本実施形態では、各セラミック層１１〜１３において界面配線１６ａを有する層において、界面配線１６ａの厚さを内側の層よりも外側の層の方が薄くなるようにしている。このように界面配線１６ａの厚さを変えることは、印刷マスクの厚さを変えたり、印刷時の原料である導体ペーストの供給量を変えたりすることで実現可能である。

それによれば、セラミック層１１〜１３同士の界面にて、一方のセラミック層の界面配線１６ａが他方のセラミック層に食い込む深さが、外側の層の方が内側の層よりも小さくなる。

この食い込み深さが小さいということは、それだけ、セラミック層同士の界面の密着強度が大きくなるということである。そのため、外側の層の機械的強度を大きくすることができ、基板Ｓ４の抗折強度の向上にとって好ましい。特に、上記配線密度が同じ場合、最外層１１、１３における層間の界面にて、界面配線１６ａを薄くすることで、当該最外層１１、１３における層間の密着力が向上し、抗折強度が向上する。

なお、図６に示されるように、本実施形態のセラミック積層配線基板Ｓ４においても、上記第１実施形態のものと同様に、上側の最外層１１を内側の層１２よりも厚いものとしているため、基板構成材料を変更することなく、基板Ｓ３全体の抗折強度を向上させることができる。さらに、本実施形態においても、上記第２実施形態と同様に、上下の最外層１１、１３を、内側の層１２よりも厚いものとしてもよい。

（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態に係るセラミック積層配線基板Ｓ５を示す概略断面図である。本実施形態は、上記第１実施形態の基板構成に対して、応力Ｆのかかる部分の配線密度をなるべく減らすことで、部分的に強度を向上させるものである。

この場合、シミュレーション等により、大きな応力Ｆが発生する箇所を事前に求め、その部分の配線密度を下げるようにすればよい。たとえば、図７に示される例では、配線基板Ｓ５の中央部に大きな応力Ｆが加わるため、この部分の界面配線１６ａを減らして配線密度を小さくすることで、基板Ｓ５の抗折強度の向上を図っている。

（第６実施形態）
図８は、本発明の第６実施形態に係るセラミック積層配線基板の要部を示す概略平面図である。図８に示されるように、１つのセラミック層１２に界面配線１６ａをベタの状態で形成する場合には、メッシュ状の膜よりなる界面配線１６ａにすることが望ましい。このようなメッシュ状の界面配線１６ａは、印刷マスクをメッシュ状のものとすれば容易に形成できる。

これにより、メッシュ状ではなく隙間無く形成された膜の場合に比べて、実質的な配線密度を小さくすることができる。つまり、本実施形態は、上記した配線密度を小さくするための一手段として有効である。

（他の実施形態）
なお、セラミック積層配線基板としては、複数のセラミック層を積層してなる積層基板であって当該積層基板の内部において各セラミック層に配線が設けられてなるものであればよく、上記図示例に限定するものではない。たとえば、セラミック層の数は、この種の一般的なものと同様に、３〜８層程度のものにできる。

本発明の第１実施形態に係るセラミック積層配線基板を示す概略断面図である。 第１実施形態に係るセラミック積層配線基板の製造方法を示す工程図である。 図２に続く製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係るセラミック積層配線基板を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係るセラミック積層配線基板を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係るセラミック積層配線基板を示す概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係るセラミック積層配線基板を示す概略断面図である。 本発明の第６実施形態に係るセラミック積層配線基板の要部を示す概略平面図である。

符号の説明

１１、１３…最外層、１２…内側の層、１６…配線、
１６ａ…配線のうちの界面配線。

Claims (2)

1. セラミックよりなる複数のセラミック層（１１〜１３）を積層してなる積層基板であって、当該積層基板の内部において前記各セラミック層（１１〜１３）に配線（１６）が設けられてなるセラミック積層配線基板において、
   前記各セラミック層（１１〜１３）のうち最も外側に位置する最外層（１１、１３）が、当該最外層（１１、１３）よりも内側に位置する層（１２）よりも厚いものとなっており、
   前記各セラミック層（１１〜１３）のうちの個々のセラミック層について、当該個々のセラミック層に設けられている前記配線（１６）のうち前記積層基板の内部にて前記各セラミック層（１１〜１３）の界面に位置する配線（１６ａ）の表面積が、当該個々のセラミック層において当該界面に位置する面の面積に占める割合を、配線密度としたとき、
   この配線密度は、前記各セラミック層（１１〜１３）のうち内側の層よりも外側の層の
   方が小さくなっており、
   個々の前記セラミック層（１１〜１３）に設けられている前記配線（１６）のうち前記積層基板の内部にて前記各セラミック層（１１〜１３）の界面に位置する配線（１６ａ）の厚さが、前記各セラミック層（１１〜１３）のうち内側の層よりも外側の層の方が薄くなっていることを特徴とするセラミック積層配線基板。
2. 個々の前記セラミック層（１１〜１３）に設けられている前記配線（１６）のうち前記積層基板の内部にて前記各セラミック層（１１〜１３）の界面に位置する配線（１６ａ）はメッシュ状の膜よりなることを特徴とする請求項１に記載のセラミック積層配線基板。

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