JP5404470B2 - Glass ceramic wiring board - Google Patents

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JP5404470B2 JP2010039962A JP2010039962A JP5404470B2 JP 5404470 B2 JP5404470 B2 JP 5404470B2 JP 2010039962 A JP2010039962 A JP 2010039962A JP 2010039962 A JP2010039962 A JP 2010039962A JP 5404470 B2 JP5404470 B2 JP 5404470B2
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Description

本発明は、移動体通信分野などで使用される半導体素子収納用パッケージまたは高周波モジュール基板等に適用され、銅を主成分とする低抵抗の配線層を有するガラスセラミック配線基板に関するものである。   The present invention relates to a glass ceramic wiring board having a low-resistance wiring layer mainly composed of copper, which is applied to a package for housing a semiconductor element or a high-frequency module board used in the field of mobile communication.

図5は、ガラスセラミック配線基板を示す概略断面図である。図6は、図5のガラスセラミック配線基板の概略断面図において破線で囲まれる領域Aを拡大した断面図である。図7は、図5のガラスセラミック配線基板の概略断面図において破線で囲まれる領域Aを拡大した平面図である。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a glass ceramic wiring board. 6 is an enlarged cross-sectional view of a region A surrounded by a broken line in the schematic cross-sectional view of the glass-ceramic wiring board of FIG. FIG. 7 is an enlarged plan view of a region A surrounded by a broken line in the schematic cross-sectional view of the glass ceramic wiring board of FIG.

ガラスセラミック配線基板Bは、複数のガラスセラミック絶縁層111、112、113および114が積層された絶縁基体101と、ガラスセラミック絶縁層111、112、113および114を貫通する貫通導体103と、絶縁基体101の内部に形成された内部配線層104と、絶縁基体の主面である上下面に形成された表面配線層105とを備えている。   The glass ceramic wiring board B includes an insulating substrate 101 in which a plurality of glass ceramic insulating layers 111, 112, 113, and 114 are laminated, a through conductor 103 that passes through the glass ceramic insulating layers 111, 112, 113, and 114, and an insulating substrate. An internal wiring layer 104 formed inside 101 and a surface wiring layer 105 formed on upper and lower surfaces which are main surfaces of the insulating substrate are provided.

このようなガラスセラミック配線基板Bにおいては、絶縁基板101の上下面に形成された表面配線層105のうち上面側の表面配線層105aは半導体素子や電子部品などを実装するための配線層となり、一方、下面側の表面配線層105bは外部回路基板に接続するための接続端子106を形成するための配線層となる。なお、絶縁基板101の上下面に形成された表面配線層105の周縁部105cからその周囲の絶縁基体101の表面101cにかけては、表面配線層105のメタライズ強度を高めるための保護層107としてセラミック膜が形成されて表面配線層105の一部を被覆した状態となっている。   In such a glass ceramic wiring board B, the surface wiring layer 105a on the upper surface side of the surface wiring layers 105 formed on the upper and lower surfaces of the insulating substrate 101 serves as a wiring layer for mounting semiconductor elements, electronic components, and the like. On the other hand, the lower surface side surface wiring layer 105b serves as a wiring layer for forming connection terminals 106 for connection to an external circuit board. A ceramic film is formed as a protective layer 107 for increasing the metallization strength of the surface wiring layer 105 from the peripheral edge 105c of the surface wiring layer 105 formed on the upper and lower surfaces of the insulating substrate 101 to the surface 101c of the surrounding insulating substrate 101. Is formed to cover a part of the surface wiring layer 105.

なお、このようなガラスセラミック配線基板Bは、絶縁基体101としてガラスセラミック材料が用いられており、また、貫通導体105、内部配線層104および表面配線層105には、低融点かつ低抵抗の銅が用いられおり、これら絶縁基体101と、貫通導体103、内部配線層104および表面配線層105とは同時焼成により一体化されている(例えば、特許文献1〜5を参照)。   Such a glass ceramic wiring board B uses a glass ceramic material as the insulating substrate 101, and the through conductor 105, the internal wiring layer 104 and the surface wiring layer 105 have a low melting point and a low resistance copper. The insulating base 101, the through conductor 103, the internal wiring layer 104, and the surface wiring layer 105 are integrated by simultaneous firing (see, for example, Patent Documents 1 to 5).

このようにして得られるガラスセラミック配線基板は、耐湿性を高めるために表面基板にボイド等の欠陥が無く、また、半導体素子や外部回路基板との接続信頼性を向上させるという目的から、表面配線層105のメタライズ強度が高くかつ基板表面の平坦度の高いガラスセラミック配線基板が求められている。   The glass-ceramic wiring board obtained in this way is free from defects such as voids on the surface substrate in order to improve moisture resistance, and has the purpose of improving the connection reliability with semiconductor elements and external circuit substrates. There is a demand for a glass-ceramic wiring board having high metallization strength of the layer 105 and high flatness of the substrate surface.

このようなガラスセラミック配線基板Bは、以下のような工程によって作製される。まず、ガラスセラミック材料を主成分とするガラスセラミックグリーンシートを形成した後、このガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、導体ペーストを充填する。次に、貫通孔に導体ペーストが充填されたガラスセラミックグリーンシートの主面に導体ペーストを印刷して、内部配線層104または表面配線層105となる各導体パターンを形成する。ここで、表面配線層105となる導体パターンの周縁部105cおよびその周囲のガラスセラミックグリーンシートの表面にはガラス成分とフィラー成分とを含むセラミックスラリを印刷して、焼成後にセラミック膜となるセラミックパターンを形成する。次に、貫通導体103、内部配線層104および表面配線層105となる各導体パターンが形成されたガラスセラミックグリーンシートを複数積層して積層体を形成し、次いで、この積層体を所定の条件にて焼成することにより多層配線基板の素体を形成する。次に、こ
の多層配線基板の素体の表面に形成された表面配線層105の表面にめっき膜を形成することによりガラスセラミック配線基板Bを得ることができる。
Such a glass ceramic wiring board B is manufactured by the following processes. First, after forming a glass ceramic green sheet containing a glass ceramic material as a main component, through holes are formed in the glass ceramic green sheet, and a conductive paste is filled. Next, the conductor paste is printed on the main surface of the glass ceramic green sheet in which the through-holes are filled with the conductor paste to form each conductor pattern that becomes the internal wiring layer 104 or the surface wiring layer 105. Here, a ceramic pattern including a glass component and a filler component is printed on the peripheral portion 105c of the conductive pattern to be the surface wiring layer 105 and the surface of the surrounding glass ceramic green sheet, and the ceramic pattern that becomes a ceramic film after firing Form. Next, a laminated body is formed by laminating a plurality of glass ceramic green sheets on which the conductor patterns to be the through conductor 103, the internal wiring layer 104, and the surface wiring layer 105 are formed, and then the laminated body is subjected to predetermined conditions. The base body of the multilayer wiring board is formed by firing. Next, the glass ceramic wiring board B can be obtained by forming a plating film on the surface of the surface wiring layer 105 formed on the surface of the element body of the multilayer wiring board.

特開2004−231454号公報JP 2004-231454 A 特開平10−190178号公報JP-A-10-190178 特開2003−163427号公報JP 2003-163427 A 特開2009−238884号公報JP 2009-238884 A 特開2009−206233号公報JP 2009-206233 A

しかしながら、上記公報に開示されたガラスセラミック配線基板Bでは、表面配線層105の周縁部105cを被覆している保護層107上に黒ごまと呼ばれる斑点が発生したり、保護層107のうち表面配線層105の周縁部105cの周囲に位置している絶縁基体101の表面101cを被覆している保護層107の表面に、焼成時に製品を覆うために用いるセラミックシートの成分が付着するという外観的な不良が発生しやすいという問題があった。このような問題に対して、これまでは焼成直後のセラミック配線基板の素体を外観検査で選別する方法や軽微なものについては外観不良となっている箇所を研磨する方法などが採られていた。   However, in the glass-ceramic wiring board B disclosed in the above publication, spots called black sesame occur on the protective layer 107 covering the peripheral edge portion 105 c of the surface wiring layer 105, or the surface wiring of the protective layer 107. The appearance that the components of the ceramic sheet used to cover the product during firing adhere to the surface of the protective layer 107 covering the surface 101c of the insulating base 101 located around the peripheral edge portion 105c of the layer 105. There was a problem that defects were likely to occur. In order to deal with such a problem, a method for selecting a ceramic wiring substrate body immediately after firing by appearance inspection and a method for polishing a portion having a poor appearance for minor ones have been adopted so far. .

なお、黒ごまと呼ばれる斑点は、多層配線基板Bを製造する際の焼成時に、表面配線層105を形成する導体材料である銅が保護層107中に拡散することと、めっき処理時にエッチング液が保護層107に残ることが原因であり、一方、絶縁基体101の表面101cを被覆している保護層107の表面へのセラミックシートの成分の付着は、保護層107の成分が焼成時に一部溶融することにより、その上面に置かれたセラミックシートの成分と反応することに起因したものである。   In addition, the spots called black sesame are diffused in the protective layer 107, copper, which is a conductive material forming the surface wiring layer 105, during the baking in manufacturing the multilayer wiring board B, and the etching solution is used during the plating process. The reason is that the components of the ceramic sheet adhere to the surface of the protective layer 107 that covers the surface 101c of the insulating substrate 101. The components of the protective layer 107 partially melt during firing. This is due to the reaction with the components of the ceramic sheet placed on the upper surface.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、表面配線層を被覆している保護層にボイドなどの欠陥が無く、表面配線層のメタライズ強度および平坦度が高く、絶縁基体の表面に形成された表面配線層の周縁部を覆う保護層側において、黒ごまと呼ばれる斑点が無く、かつ絶縁基体の表面を被覆している保護層の表面へのセラミックシートの成分の付着の無いガラスセラミック配線基板を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and there is no defect such as a void in the protective layer covering the surface wiring layer, the surface wiring layer has high metallization strength and flatness, and is formed on the surface of the insulating substrate. Glass ceramic wiring that has no spots called black sesame on the protective layer side that covers the peripheral edge of the surface wiring layer formed, and that does not adhere components of the ceramic sheet to the surface of the protective layer covering the surface of the insulating substrate An object is to provide a substrate.

本発明の多層配線基板は、セラミック絶縁層と、該セラミック絶縁層の表面に形成された表面配線層と、該表面配線層の周縁部とその周囲の前記セラミック絶縁層とを部分的に被覆している保護層とを具備するセラミック配線基板であって、前記表面配線層を被覆している部分の前記保護層がSiOのフィラーを27.7〜31.7質量%と、酸化クロムを1.0〜1.2質量%と、残部にSiOを28.0〜31.0質量%、Alを5.0〜7.0質量%、CaOを1.0〜2.0質量%、BaOを14.0〜16.0質量%、MgOを13.0〜16.0質量%、SrOを0.5〜1.5質量%およびZrOを0.5〜0.8質量%含有するガラス成分とを含有するものであり、前記セラミック絶縁層を部分的に被覆している前記保護層が、SiOのフィラーを27.7〜31.7質量%と、酸化クロムを1.0〜1.2質量%と、残部にSiOを32.0〜34.0質量%、Alを6.5〜8.0質量%、CaOを9.0〜12.0質量%、BaOを15.0〜18.0質量%およびSrOを1.5〜3.0質量%含有するガラス成分とを含有するものであることを特徴とする。 The multilayer wiring board of the present invention partially covers a ceramic insulating layer, a surface wiring layer formed on the surface of the ceramic insulating layer, a peripheral portion of the surface wiring layer, and the ceramic insulating layer around it. A protective wiring layer, wherein the protective layer in a portion covering the surface wiring layer has a SiO 2 filler of 27.7 to 31.7% by mass and chromium oxide of 1%. 0.0 to 1.2% by mass, 2 to 31.0% by mass of SiO 2 in the balance, 5.0 to 7.0% by mass of Al 2 O 3, and 1.0 to 2.0% of CaO %, BaO 14.0-16.0 mass%, MgO 13.0-16.0 mass%, SrO 0.5-1.5 mass% and ZrO 0.5-0.8 mass% A glass component, and partially covering the ceramic insulating layer That said protective layer comprises 27.7 to 31.7 wt% of SiO 2 filler, and 1.0 to 1.2 mass% of chromium oxide, the SiO 2 to the remainder from 32.0 to 34.0 wt% Al 2 O 3 is 6.5 to 8.0 mass%, CaO is 9.0 to 12.0 mass%, BaO is 15.0 to 18.0 mass%, and SrO is 1.5 to 3.0 mass%. % Glass component.

また、上記ガラスセラミック配線基板では、前記表面配線層の外形の形状が円形状であるとともに、前記保護層が前記表面配線層の中心に対して同心円状に形成されていることが望ましい。   In the glass-ceramic wiring board, the outer shape of the surface wiring layer is preferably circular, and the protective layer is preferably formed concentrically with respect to the center of the surface wiring layer.

また、上記ガラスセラミック配線基板では、前記表面配線層を被覆している前記保護層の幅Wが前記表面配線層の直径Dに対して、4%≦W/D≦13%であることが望ましい。   In the glass ceramic wiring board, the width W of the protective layer covering the surface wiring layer is preferably 4% ≦ W / D ≦ 13% with respect to the diameter D of the surface wiring layer. .

本発明のガラスセラミック配線基板によれば、基板表面にボイドなどの欠陥が無く、表面配線層のメタライズ強度および平坦度が高く、絶縁基体の表面に形成された表面配線層の周縁部を覆う保護層側において、黒ごまと呼ばれる斑点が無く、かつ絶縁基体の表面を被覆している保護層の表面へのセラミックシートの成分の付着の無いガラスセラミック配線基板を得ることができる。   According to the glass ceramic wiring board of the present invention, the surface of the substrate is free from defects such as voids, the surface wiring layer has a high metallization strength and flatness, and covers the periphery of the surface wiring layer formed on the surface of the insulating substrate. On the layer side, there can be obtained a glass-ceramic wiring board having no spots called black sesame and having no ceramic sheet components attached to the surface of the protective layer covering the surface of the insulating substrate.

本発明のガラスセラミック配線基板の一実施形態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of one Embodiment of the glass-ceramic wiring board of this invention. 図1に示す破線で囲まれる領域Aの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region A enclosed with the broken line shown in FIG. 図1に示す破線で囲まれる領域Aの平面図であり、保護層が表面配線層に対して同心円状に配置している構造である。It is a top view of the area | region A enclosed with the broken line shown in FIG. 1, and is a structure where the protective layer is arrange | positioned concentrically with respect to the surface wiring layer. 保護層が表面配線層に対して同心円状の位置に無い配置の他の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the other structure of the arrangement | positioning which a protective layer does not have a concentric position with respect to a surface wiring layer. 従来のガラスセラミック配線基板の一実施形態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of one Embodiment of the conventional glass ceramic wiring board. 図5に示す破線で囲まれる領域Bの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region B enclosed with the broken line shown in FIG. 図5に示す破線で囲まれる領域Bの平面図であり、保護層が表面配線層に対して同心円状に配置している構造である。FIG. 6 is a plan view of a region B surrounded by a broken line shown in FIG. 5, in which the protective layer is concentrically arranged with respect to the surface wiring layer.

以下、本発明のセラミック配線基板の一実施形態について図面に基いて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a ceramic wiring board of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のガラスセラミック配線基板の一実施形態の概略断面図である。図2は、図1に示す破線で囲まれる領域Aの拡大図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the glass ceramic wiring board of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a region A surrounded by a broken line shown in FIG.

図1に示すガラスセラミック配線基板Aは、複数のガラスセラミック絶縁層11、12、13、14が積層された絶縁基体1と、絶縁基体1の主面に設けられた表面配線層2、3とを備えている。なお、絶縁基体1の主面とは、絶縁基体1における最も広い面積の面であって図1に示す上面および下面のことをいう。   A glass ceramic wiring board A shown in FIG. 1 includes an insulating substrate 1 in which a plurality of glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 are laminated, and surface wiring layers 2 and 3 provided on the main surface of the insulating substrate 1. It has. The main surface of the insulating substrate 1 is the surface of the widest area of the insulating substrate 1 and refers to the upper and lower surfaces shown in FIG.

絶縁基体1は、複数のガラスセラミック絶縁層11、12、13、14が積層されたものである。このガラスセラミック絶縁層11、12、13、14はガラスセラミックスで形成されており、例えば、プリント配線基板(マザーボード)との二次実装信頼性に優れた高い熱膨張係数(13×10−6/℃〜15×10−6/℃)のクォーツを主結晶として含むガラスセラミックスが採用される。また、クォーツは室温付近における比誘電率が低いことから、高周波領域における伝送信号の減衰を抑制でき、信号遅延による伝送ロスを少なくすることもできるという利点を有している。なお、絶縁基体1には、クォーツの他、セルジアンやエンスタタイトなどの結晶が存在していてもよく、これらの結晶の存在も絶縁基体1の熱膨張係数向上に寄与する。 The insulating base 1 is formed by laminating a plurality of glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14. The glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 are formed of glass ceramics. For example, the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 have a high thermal expansion coefficient (13 × 10 −6 / 6 ) excellent in secondary mounting reliability with a printed wiring board (motherboard). Glass ceramics containing quartz having a main crystal of [15 ° C. to 15 × 10 −6 / ° C.] are employed. In addition, since quartz has a low relative dielectric constant in the vicinity of room temperature, it has an advantage that transmission signal attenuation in a high frequency region can be suppressed and transmission loss due to signal delay can be reduced. In addition to quartz, crystals such as serdian and enstatite may exist in the insulating substrate 1, and the presence of these crystals also contributes to an improvement in the thermal expansion coefficient of the insulating substrate 1.

絶縁基体1の主面には表面配線層(ボールパット部)2が設けられており、また、絶縁基体1の内部には内部配線層4が設けられている。また、表面配線層2の周縁部には保護
層231と保護層232とがほぼ同一平面上に隣接して形成されている。ここで、表面配線層2の周縁部に形成されている保護層231は、めっき性を確保するために焼結性が高められたガラスセラミック製の膜であり、一方、保護層232は、主に、焼成時にガラスセラミック配線基板である製品を覆うために用いるセラミックシート(以下、セッターという)の成分との過剰な反応を抑制するために反応性を抑えたガラスセラミック製の膜である。この表面配線層2の上側(絶縁基体1側とは反対側)には、複数のめっき層(Pdめっき層21、Niめっき層22およびAuめっき層23)が形成されている。
A surface wiring layer (ball pad portion) 2 is provided on the main surface of the insulating base 1, and an internal wiring layer 4 is provided inside the insulating base 1. Further, a protective layer 231 and a protective layer 232 are formed adjacent to each other on the same plane in the peripheral portion of the surface wiring layer 2. Here, the protective layer 231 formed on the peripheral portion of the surface wiring layer 2 is a film made of glass ceramic whose sinterability is enhanced in order to ensure the plating property, while the protective layer 232 is the main layer. In addition, it is a glass ceramic film with reduced reactivity in order to suppress an excessive reaction with a component of a ceramic sheet (hereinafter referred to as a setter) used to cover a product which is a glass ceramic wiring board during firing. A plurality of plating layers (Pd plating layer 21, Ni plating layer 22, and Au plating layer 23) are formed on the upper side of the surface wiring layer 2 (on the side opposite to the insulating substrate 1 side).

ここで、表面配線層2を被覆している保護層231は、シリカ(SiO)のフィラーを27.7〜31.7質量%と、酸化クロム(Cr)を1.0〜1.2質量%と、残部のガラス成分とから構成されており、そのガラス成分の組成は、SiOを28.0〜31.0質量%、Alを5.0〜7.0質量%、CaOを1.0〜2.0質量%、BaOを14.0〜16.0質量%、MgOを13.0〜16.0質量%、SrOを0.5〜1.5質量%およびZrOを0.5〜0.8質量%含有するものである。 Here, the protective layer 231 covering the surface wiring layer 2 includes 27.7 to 31.7% by mass of silica (SiO 2 ) filler and 1.0 to 1 of chromium oxide (Cr 2 O 3 ). .2% by mass and the remaining glass component, and the composition of the glass component is 28.0 to 31.0% by mass of SiO 2 and 5.0 to 7.0 mass of Al 2 O 3. %, CaO 1.0-2.0 mass%, BaO 14.0-16.0 mass%, MgO 13.0-16.0 mass%, SrO 0.5-1.5 mass% and It contains 0.5 to 0.8% by mass of ZrO.

また、ガラスセラミック絶縁層11、12、13、14を部分的に被覆している保護層232は、SiOのフィラーを27.7〜31.7質量%と、酸化クロムを1.0〜1.1質量%と、残部のガラス成分とから構成されており、そのガラス成分の組成は、SiOを32.0〜34.0質量%、Alを6.5〜8.0質量%、CaOを9.0〜12.0質量%、BaOを15.0〜18.0質量%およびSrOを1.5〜3.0質量%含有するものである。 The protective layer 232 partially covering the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 includes 27.7 to 31.7% by mass of SiO 2 filler and 1.0 to 1 of chromium oxide. 0.1% by mass and the remaining glass component, and the composition of the glass component is 32.0 to 34.0% by mass of SiO 2 and 6.5 to 8.0% by mass of Al 2 O 3. %, CaO 9.0 to 12.0 mass%, BaO 15.0 to 18.0 mass% and SrO 1.5 to 3.0 mass%.

これにより、表面配線層2のメタライズ強度が5kgf/mm以上、平坦度が80μm以下であり、絶縁基体1の表面に形成された表面配線層2の周縁部を覆う保護層231側において、黒ごまと呼ばれる斑点が無く、かつ絶縁基体1の表面を被覆している保護層232の表面へのセッターの成分の付着の無いガラスセラミック配線基板Aを得ることができる。 As a result, the metallization strength of the surface wiring layer 2 is 5 kgf / mm 2 or more and the flatness is 80 μm or less, and on the protective layer 231 side covering the peripheral edge of the surface wiring layer 2 formed on the surface of the insulating substrate 1, It is possible to obtain a glass-ceramic wiring board A having no spots called sesame and having no setter component adhered to the surface of the protective layer 232 covering the surface of the insulating substrate 1.

また、この実施形態のガラスセラミック配線基板Aでは、表面配線層2に被覆されている保護層231に含まれるガラス相の組成が上記の範囲であると、銅の拡散による保護層231の焼結性劣化を抑制することができ、ガラスエッチング液や銅エッチングの侵食を防ぐことができめっき性を高めることが可能になる。なお、ここで、めっき性を高めるとは、表面配線層2などの導体層にめっきを施した後に黒ごまなどの斑点が無い状態をいう。   Moreover, in the glass ceramic wiring board A of this embodiment, when the composition of the glass phase contained in the protective layer 231 coated on the surface wiring layer 2 is in the above range, the protective layer 231 is sintered by the diffusion of copper. Deterioration can be suppressed, erosion of the glass etching solution and copper etching can be prevented, and the plating property can be improved. Here, improving the plating property means a state in which there are no spots such as black sesame after plating a conductor layer such as the surface wiring layer 2.

また、ガラスセラミック絶縁層11、12、13、14を部分的に被覆している保護層232に含まれるガラス相の組成が上記の範囲であると、製品とセッターとの過剰反応を抑制することができ、セッターの付着を防止すると同時に、絶縁層に被覆している保護層の焼結性低下から発生する粗大ボイドを抑制することが可能となる。なお、この保護層231および保護層232に含まれるガラス相は非晶質であり、原料のガラス粉末からの再結晶化は殆ど無いものである。   Moreover, when the composition of the glass phase contained in the protective layer 232 that partially covers the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 is within the above range, the excessive reaction between the product and the setter is suppressed. It is possible to prevent the setter from adhering, and at the same time, it is possible to suppress coarse voids generated due to the decrease in the sinterability of the protective layer covering the insulating layer. The glass phase contained in the protective layer 231 and the protective layer 232 is amorphous, and there is almost no recrystallization from the raw glass powder.

これに対して、表面配線層2を被覆している保護層231中に含まれる酸化クロムの含有量が1.0質量%よりも少ないと、表面配線層2上に保護層23を印刷するときに、緑色の着色が弱まることから表面配線層2上に精度良く印刷することが困難となり、保護層23の印刷不良により強度劣化が発生する恐れがある。   On the other hand, when the content of chromium oxide contained in the protective layer 231 covering the surface wiring layer 2 is less than 1.0% by mass, the protective layer 23 is printed on the surface wiring layer 2. In addition, since the green coloring is weakened, it is difficult to print on the surface wiring layer 2 with high accuracy, and there is a possibility that strength deterioration may occur due to printing failure of the protective layer 23.

一方、酸化クロムの含有量が1.1質量%よりも多い場合には、保護層231上に顔料過多によるインクペーストの分散不良から緑点が発生し、セッターからのセラミック成分の付着による外観不良を招くおそれがある。   On the other hand, when the content of chromium oxide is more than 1.1% by mass, green spots are generated on the protective layer 231 due to poor dispersion of the ink paste due to excessive pigment, and poor appearance due to adhesion of ceramic components from the setter. May be incurred.

シリカ(SiO)の含有量が27.7質量%より少ない場合には、表面配線層2に被覆される保護層231が過度に焼結しやすくなることから、セッターの付着が発生しやすくなるとともに、表面配線層2と保護層23との焼成収縮の挙動が合わなくなり、これにより表面配線層2と保護層23との間に空隙やボイドが発生するおそれがある。 When the content of silica (SiO 2 ) is less than 27.7% by mass, the protective layer 231 covered with the surface wiring layer 2 is easily sintered, so that setter adhesion is likely to occur. At the same time, the behavior of firing shrinkage between the surface wiring layer 2 and the protective layer 23 is not matched, and there is a possibility that voids or voids are generated between the surface wiring layer 2 and the protective layer 23.

一方、シリカ(SiO)の質量が31.7質量%よりも多い場合には、フィラーであるシリカ(SiO)の粉体の表面積に対して、ガラスの液相が不足してくるため、保護層23の焼結性が低下することにより、めっき後において黒ゴマが発生しやすくなる。 On the other hand, when the mass of silica (SiO 2 ) is greater than 31.7% by mass, the liquid phase of the glass is insufficient with respect to the surface area of the silica (SiO 2 ) powder, which is a filler. As the sinterability of the protective layer 23 decreases, black sesame is likely to occur after plating.

ガラス成分中のSiOの含有量が28.0質量%より少ない場合、Alの含有量が5.0質量%よりも少ない場合、CaOの含有量が2.0質量%よりも多い場合、BaOの含有量が14.0質量%よりも少ない場合、MgOの含有量が16質量%よりも多い場合、SrOの含有量が0.5質量%よりも少ない場合およびZrOの含有量が0.5質量%よりも少ない場合には、いずれも平坦度が損なわれて反りが80μm以上にまで大きくなる。 When the content of SiO 2 in the glass component is less than 28.0% by mass, when the content of Al 2 O 3 is less than 5.0% by mass, the content of CaO is more than 2.0% by mass The BaO content is less than 14.0% by mass, the MgO content is more than 16% by mass, the SrO content is less than 0.5% by mass, and the ZrO 2 content. Is less than 0.5% by mass, the flatness is impaired and the warpage is increased to 80 μm or more.

一方、ガラス成分中のSiOの含有量が31.0質量%より多い場合、Alの含有量が7.0質量%よりも多い場合、CaOの含有量が1質量%よりも少ない場合、BaOの含有量が16.0質量%よりも多い場合、MgOの含有量が13質量%よりも少ない場合、SrOの含有量が1.5質量%よりも多い場合およびZrO2の含有量が0.8質量%よりも多い場合には、表面配線層2を被覆している保護層231の焼結性が低下するために保護層231の表面にめっき後の現れる黒ごまが発生しやすくなる。 On the other hand, when the content of SiO 2 in the glass component is more than 31.0% by mass, when the content of Al 2 O 3 is more than 7.0% by mass, the content of CaO is less than 1% by mass. The BaO content is more than 16.0% by mass, the MgO content is less than 13% by mass, the SrO content is more than 1.5% by mass, and the ZrO2 content is When the amount is more than 0.8% by mass, the sinterability of the protective layer 231 covering the surface wiring layer 2 is lowered, and thus black sesame appearing after plating is likely to occur on the surface of the protective layer 231. .

また、ガラスセラミック絶縁層11、12、13、14を部分的に被覆している保護層232も、酸化クロムの含有量が1.0質量%よりも少ないと、保護層231のメタライズ強度が低下するおそれがあり、一方、酸化クロムの質量が1.1質量%よりも多い場合には、セッターからのセラミック成分の付着による外観不良が発生するおそれがある。   Further, the protective layer 232 partially covering the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 also has a reduced metallization strength of the protective layer 231 when the chromium oxide content is less than 1.0 mass%. On the other hand, when the mass of chromium oxide is more than 1.1% by mass, there is a risk of appearance failure due to adhesion of the ceramic component from the setter.

シリカ(SiO)の含有量が27.7質量%より少ない場合には、保護層232が過度に焼結しやすくなることから、セッターの付着が発生しやすくなる。 When the content of silica (SiO 2 ) is less than 27.7% by mass, the protective layer 232 is easily sintered excessively, so that setter adhesion is likely to occur.

一方、シリカ(SiO)の質量が31.7質量%よりも多い場合には、保護層232の焼結性が低下することにより、基板表面に粗大ボイドが形成されやすくなり、めっき後において黒ゴマが発生しやすくなる。 On the other hand, when the mass of silica (SiO 2 ) is more than 31.7% by mass, the sinterability of the protective layer 232 is reduced, so that coarse voids are easily formed on the substrate surface. Sesame is likely to occur.

ガラス成分中のSiOの含有量が32.0質量%より少ない場合、Alの含有量が6.5質量%よりも少ない場合、CaOの含有量が12.0質量%よりも多い場合、BaOの含有量が15.0質量%よりも少ない場合、MgOの含有量が16質量%よりも多い場合およびSrOの含有量が1.5質量%よりも少ない場合には、いずれも平坦度が損なわれて反りが80μm以上にまで大きくなるとともに、セッターの付着が発生しやすくなる。 When the content of SiO 2 in the glass component is less than 32.0% by mass, when the content of Al 2 O 3 is less than 6.5% by mass, the content of CaO is more than 12.0% by mass. In the case where the BaO content is less than 15.0% by mass, the MgO content is more than 16% by mass, and the SrO content is less than 1.5% by mass, all are flat. The degree of warpage is increased and warping is increased to 80 μm or more, and adhesion of setters is likely to occur.

一方、ガラス成分中のSiOの含有量が34.0質量%より多い場合、Alの含有量が8.0質量%よりも多い場合、CaOの含有量が9.0質量%よりも少ない場合、BaOの含有量が18.0質量%よりも多い場合およびSrOの含有量が3.0質量%よりも多い場合には、保護層232の焼結性が低下して粗大ボイドが発生しやすくなることから保護層232の表面にめっき後に現れる黒ごまが発生しやすくなる。 On the other hand, when the content of SiO 2 in the glass component is more than 34.0% by mass, when the content of Al 2 O 3 is more than 8.0% by mass, the content of CaO is more than 9.0% by mass. When the content of BaO is more than 18.0% by mass and when the content of SrO is more than 3.0% by mass, the sinterability of the protective layer 232 is reduced and coarse voids are formed. Since it becomes easy to generate | occur | produce, it will become easy to generate | occur | produce the black sesame which appears on the surface of the protective layer 232 after plating.

また、ガラスセラミック配線基板Aにおいては、絶縁基体1が1000℃以下の温度で
焼結されるものであることから、表面配線層2の主成分は低融点、低抵抗の銅である。ここで、表面配線層2には、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、酸化物、セラミックス等を含んでいてもよい。
Further, in the glass ceramic wiring board A, since the insulating substrate 1 is sintered at a temperature of 1000 ° C. or lower, the main component of the surface wiring layer 2 is low melting point and low resistance copper. Here, the surface wiring layer 2 may contain other metals, oxides, ceramics, and the like as long as electrical resistance and thermal conductivity are not deteriorated.

また、絶縁基体1を構成するガラスセラミック絶縁層11、12、13、14は、SiOが30〜50質量%、Bが5〜15質量%、Alが8.0質量%、MgOが10.0〜25質量%、CaOが0.5〜3質量%、BaOが10〜25質量%、SrOが0.5〜2.0質量%およびZrOが0.5〜2質量%であるのがよい。 The glass ceramic insulating layer 11, 12, 13, 14 constituting the insulating substrate 1, SiO 2 30 to 50 wt%, B 2 O 3 is 5 to 15 wt%, Al 2 O 3 is 8.0 mass %, MgO 10.0 to 25% by mass, CaO 0.5 to 3% by mass, BaO 10 to 25% by mass, SrO 0.5 to 2.0% by mass and ZrO 2 0.5 to 2 %. It is good that it is mass%.

また、絶縁基体1を構成するガラスセラミック絶縁層11、12、13、14の表面の設けられている表面配線層2は、94.9〜95.8質量%の銅と、3.2〜4.2質量%のガラス相と、0.5〜1.4質量%の溶融シリカ相とを含んでいるのが良く、また内部配線層4についても同様の組成であるのがよい。   The surface wiring layer 2 provided on the surfaces of the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 constituting the insulating base 1 is composed of 94.9 to 95.8% by mass of copper, and 3.2 to 4 .2% by mass of glass phase and 0.5 to 1.4% by mass of fused silica phase should be included, and the internal wiring layer 4 should have the same composition.

また、表面配線層2に含まれるガラス相は、これに含まれる成分の合計を100質量%としたときに、SiがSiO換算で48.0〜51.0質量%、AlがAl換算で9.8〜10.2質量%、MgがMgO換算で0.1〜0.3質量%、CaがCaO換算で14.0〜16.0質量%、BaがBaO換算で21.0〜24.0質量%、SrがSrO換算で2.4〜3.0質量%であるのがよい。なお、表面配線層2に含まれるガラス相は、原料である非晶質のガラスが残存したものであり、各成分の含有量は原料のガラス組成と同じである。 Further, the glass phase contained in the surface wiring layer 2 has Si of 48.0 to 51.0% by mass in terms of SiO 2 and Al of Al 2 O, when the total of the components contained therein is 100% by mass. 3 to 9.8 to 10.2% by mass, Mg to 0.1 to 0.3% by mass in terms of MgO, Ca to 14.0 to 16.0% by mass in terms of CaO, and Ba to 21.O in terms of BaO. It is good that it is 0-24.0 mass% and Sr is 2.4-3.0 mass% in conversion of SrO. In addition, the glass phase contained in the surface wiring layer 2 is the one in which the amorphous glass as the raw material remains, and the content of each component is the same as the glass composition of the raw material.

表面配線層2のガラス相に含まれる各成分の割合が上記の範囲であることで、収縮挙動の変動によるガラスセラミック配線基板(絶縁基体1)の主面の凹凸が抑制される。また、表面配線層2に含まれる表面に適度にガラスが存在する状態となることから、表面配線層2に含まれる表面の酸化が抑えられて、酸化膜(酸化銅)の生成が抑制される。これより、表面配線層2に含まれる金属成分である銅をエッチングした後に行うPdめっき層21の形成(Pd吸着)が良好なものとなり、さらに後のNiめっき層22およびAuめっき層23の形成が良好なものとなる。   When the ratio of each component contained in the glass phase of the surface wiring layer 2 is in the above range, unevenness of the main surface of the glass ceramic wiring board (insulating base 1) due to fluctuations in shrinkage behavior is suppressed. Further, since glass is appropriately present on the surface included in the surface wiring layer 2, oxidation of the surface included in the surface wiring layer 2 is suppressed, and generation of an oxide film (copper oxide) is suppressed. . As a result, the formation (Pd adsorption) of the Pd plating layer 21 performed after etching the copper, which is the metal component contained in the surface wiring layer 2, becomes favorable, and further the formation of the Ni plating layer 22 and the Au plating layer 23 later. Will be good.

ここで、保護層23の組成の組成については、例えば、分析する試料を切断してこの断面を研磨し、走査型電子顕微鏡(SEM)による画像を解析し、まず、組織上からガラス相とシリカのフィラーを分離し面積比を求めることで算出できる。また、ガラス相に含まれる各成分の含有量は、ガラス相の一部についてスポット的にエネルギー分散型X線分光分析(EDS)を行うことにより算出できる。   Here, as for the composition of the protective layer 23, for example, a sample to be analyzed is cut and this cross section is polished, and an image is analyzed by a scanning electron microscope (SEM). It can be calculated by separating the fillers and determining the area ratio. Further, the content of each component contained in the glass phase can be calculated by performing energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) on a part of the glass phase in a spot manner.

また、表面配線層2の組成についても、同様の方法によって求める。この場合、まず、組織観察した画面上において銅とガラス相とを分離し面積比を求める。また、ガラス相に含まれる各成分の含有量は、ガラス相の一部についてスポット的にエネルギー分散型X線分光分析(EDS)を行って求める。   Also, the composition of the surface wiring layer 2 is obtained by the same method. In this case, first, copper and glass phase are separated on the screen of the observed structure, and the area ratio is obtained. Further, the content of each component contained in the glass phase is obtained by performing energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) on a part of the glass phase in a spot manner.

この実施形態のセラミック配線基板Aを構成する表面配線層2の表面には、絶縁基体1側からPdめっき層21、Niめっき層22およびAuめっき層223がこの順に形成されてめっき層22が形成されている。このめっき層は、表面配線層2の酸化防止および実装部品との接合強度向上のために形成されるものである。   A Pd plating layer 21, a Ni plating layer 22, and an Au plating layer 223 are formed in this order from the insulating substrate 1 side on the surface of the surface wiring layer 2 constituting the ceramic wiring board A of this embodiment to form the plating layer 22. Has been. This plating layer is formed for the purpose of preventing the surface wiring layer 2 from being oxidized and improving the bonding strength with the mounted component.

図3は、図1に示す破線で囲まれる領域Aの平面図であり、保護層が表面配線層に対して同心円状に配置している構造である。図4は、保護層が表面配線層に対して同心円状の位置に無い配置の他の構造を示す平面図である。   3 is a plan view of a region A surrounded by a broken line shown in FIG. 1, and has a structure in which the protective layer is concentrically arranged with respect to the surface wiring layer. FIG. 4 is a plan view showing another structure in which the protective layer is not positioned concentrically with respect to the surface wiring layer.

また、この実施形態のセラミック配線基板Aでは、表面配線層2の外形の形状が円形状であるとともに、表面配線層2の表面に形成されている保護層23が、表面配線層2の中心に対して同心円状に形成されていることが望ましい。表面配線層2の外形の形状が円形状であり、保護層23が表面配線層2の中心に対して同心円状に形成されていると、表面配線層2のメタライズ強度を高められるという利点がある。ここで、表面配線層2の周縁部に形成されている保護層23が、表面配線層2の中心に対して同心円状に形成されているとは、図3に示すように、表面導体層2の直径Dに対して、保護層231の占める周縁部の幅Wが円周上に置いて同じ幅を有するものをいう。一方、表面配線層2の周縁部に形成されている保護層23が、表面配線層2の中心に対して同心円状ではないという状態とは、図4に他の例として示すように、表面導体層2の直径Dに対して、保護層231の占める周縁部の幅Wが円周上に対向する位置に置いて異なる幅W1、W2を有するものをいう。   In the ceramic wiring board A of this embodiment, the outer shape of the surface wiring layer 2 is circular, and the protective layer 23 formed on the surface of the surface wiring layer 2 is at the center of the surface wiring layer 2. On the other hand, it is desirable to form it concentrically. When the outer shape of the surface wiring layer 2 is circular and the protective layer 23 is formed concentrically with respect to the center of the surface wiring layer 2, there is an advantage that the metallization strength of the surface wiring layer 2 can be increased. . Here, the protective layer 23 formed on the peripheral portion of the surface wiring layer 2 is formed concentrically with respect to the center of the surface wiring layer 2, as shown in FIG. The width W of the peripheral portion occupied by the protective layer 231 is the same as that of the diameter D. On the other hand, the state that the protective layer 23 formed on the peripheral portion of the surface wiring layer 2 is not concentric with the center of the surface wiring layer 2 is a surface conductor as shown in FIG. With respect to the diameter D of the layer 2, the width W of the peripheral edge occupied by the protective layer 231 is different from that of the circumferential surface and has different widths W 1 and W 2.

また、この実施形態のセラミック配線基板Aでは、表面配線層2の表面に形成されている保護層23の幅Wが表面配線層2の直径Dに対して、4%≦W/D≦13%であることが望ましい。表面配線層2の直径Dに対する表面配線層2を被覆している保護層の幅Wが、4%≦W/D≦13%の関係であると、セラミック配線基板Aの反りを70μm以下で低減でき、平坦度を高められるという利点がある。   In the ceramic wiring board A of this embodiment, the width W of the protective layer 23 formed on the surface of the surface wiring layer 2 is 4% ≦ W / D ≦ 13% with respect to the diameter D of the surface wiring layer 2. It is desirable that When the width W of the protective layer covering the surface wiring layer 2 with respect to the diameter D of the surface wiring layer 2 has a relationship of 4% ≦ W / D ≦ 13%, the warp of the ceramic wiring board A is reduced to 70 μm or less. There is an advantage that the flatness can be increased.

なお、反り(平坦度)の測定方法は、焼成後のセラミック配線基板の素体の主面に対してレーザー変位計を用いて測定する。   In addition, the measuring method of curvature (flatness) is measured using the laser displacement meter with respect to the main surface of the element | base_body of the ceramic wiring board after baking.

表面配線層2のメタライズ強度は、メタライズ強度の測定は強度測定用パターン上に、Cu製のピンを共晶半田を用いて接合し、引張試験機(「MODEL−1310DW」AIKO ENGINEERING製)を用いて引っ張りによる破壊強度を測定して求める。   The metallization strength of the surface wiring layer 2 is measured using a tensile tester (“MODEL-1310DW” manufactured by AIKO ENGINEERING) on a pattern for strength measurement by bonding a Cu pin using eutectic solder. Determine the breaking strength by pulling.

また保護層232の粗大ボイドの有無は、焼成後のガラスセラミック配線基板の素体についてレッドチェック試験を行って判定する。なお、レッドチェック試験とは、評価する試料を赤色系の溶液中に浸漬させ、次いで、洗浄した後の試料の変色を確認する方法であり、これにより、例えば、ガラスセラミック配線基板Aの表面に存在するボイドの有無を確認することができる。レッドチェック試験後に着色した部分が見られるものをここではボイド有りと判定する。   The presence or absence of coarse voids in the protective layer 232 is determined by performing a red check test on the body of the glass ceramic wiring board after firing. The red check test is a method of immersing a sample to be evaluated in a red-based solution and then confirming the discoloration of the sample after washing. The presence or absence of existing voids can be confirmed. If a colored portion is seen after the red check test, it is determined here that there is a void.

次に、セラミック配線基板の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a ceramic wiring board will be described.

まず、ガラスセラミックグリーンシートを作製するためのガラス粉末およびセラミックフィラーを用意する。   First, glass powder and a ceramic filler for preparing a glass ceramic green sheet are prepared.

ガラス粉末としては、SiOを35〜45質量%、Bを5〜10質量%、Alを6〜10質量%、MgOを15〜25質量%、CaOを1〜3質量%、BaOを17〜23質量%、SrOを0.5〜2質量%およびZrOを0.5〜1.5質量%含有する平均粒径2.0〜5.0μmの粉末を用いる。このガラスは、焼成によりセルシアンおよびエンスタタイトを析出する結晶性のガラスである。 The glass powder, a SiO 2 35 to 45 wt%, the B 2 O 3 5 to 10 wt%, the Al 2 O 3 6 to 10 wt%, the MgO 15-25 wt%, 1-3 mass CaO %, BaO 17 to 23% by mass, SrO 0.5 to 2% by mass and ZrO 2 0.5 to 1.5% by mass powder having an average particle size of 2.0 to 5.0 μm is used. This glass is a crystalline glass on which celsian and enstatite are precipitated by firing.

また、セラミックフィラーとしては、高熱膨張化に極めて効果的な結晶であるSiO(クォーツ)を用いる。なお、セラミックフィラーの平均粒径は3.5〜5.0μm、比表面積は1.5〜2.5cm/gが好ましい。 As the ceramic filler, SiO 2 (quartz), which is a crystal extremely effective for increasing the thermal expansion, is used. The average particle size of the ceramic filler is preferably 3.5 to 5.0 μm, and the specific surface area is preferably 1.5 to 2.5 cm 2 / g.

次に、ガラス粉末60〜70質量%とセラミックフィラー30〜40質量%と酸化クロ
ム0.9〜1.3質量%を混合してガラスセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、ガラス粉末とセラミックフィラーと酸化クロムとの混合物(合計100質量%)に適当な有機バインダおよび有機溶剤を混合してスラリーを得る。得られたスラリーから、所望の成形手段、例えばドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法等によりガラスセラミックグリーンシートを作製する。
Next, a glass ceramic green sheet is produced by mixing 60 to 70% by mass of glass powder, 30 to 40% by mass of ceramic filler, and 0.9 to 1.3% by mass of chromium oxide. Specifically, an appropriate organic binder and organic solvent are mixed with a mixture of glass powder, ceramic filler, and chromium oxide (total 100 mass%) to obtain a slurry. From the obtained slurry, a glass ceramic green sheet is produced by a desired forming means such as a doctor blade method, a calender roll method, a rolling method or the like.

次に、得られたガラスセラミックグリーンシートにパンチングやレーザー加工法などにより貫通孔を形成する。そして、この貫通孔に銅粉末を主成分として含む貫通導体用の導体ペーストを充填する。   Next, a through hole is formed in the obtained glass ceramic green sheet by punching or laser processing. The through hole is filled with a conductor paste for a through conductor containing copper powder as a main component.

また、所望のガラスセラミックグリーンシート上に、銅粉末を主成分として含む配線層用の導体ペーストを用いて表面配線層用または内部配線層用の導体パターンをスクリーン印刷法やグラビア印刷法にて形成する。   Also, on the desired glass ceramic green sheet, a conductive pattern for the surface wiring layer or the internal wiring layer is formed by screen printing or gravure printing using a wiring layer conductive paste containing copper powder as a main component. To do.

次に、表面配線層2用の導体パターンの周縁部に、保護層用のペーストを用いてスクリーン印刷法により表面配線層2を被覆している保護層231となる保護層用のパターンを形成する。   Next, a protective layer pattern to be the protective layer 231 covering the surface wiring layer 2 is formed on the peripheral portion of the conductor pattern for the surface wiring layer 2 by screen printing using a protective layer paste. .

次に、表面配線層2を被覆している保護層231となる保護層用のパターンの周囲に、保護層用のペーストを用いて、ガラスセラミック絶縁層11、12、13、14を部分的に被覆している保護層232用のパターンを形成する。   Next, the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 are partially applied around the protective layer pattern that becomes the protective layer 231 covering the surface wiring layer 2, using a protective layer paste. A pattern for the covering protective layer 232 is formed.

ここで、表面配線層2および内部配線層4を形成するための導体ペーストは、平均粒径4.5〜5.5μmの銅粉末100質量部に対して、平均粒径1.6〜2.0μmのガラス粉末を3.5〜4.5質量部、フィラーとして平均粒径1.0〜1.5μmの溶融シリカを0.5〜2.0重量部、平均粒径2.0〜5.0μmの亜酸化銅を2.5〜4.0重量部添加したものに、有機バインダおよび有機溶剤を所定量添加して調製する。   Here, the conductive paste for forming the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 4 has an average particle size of 1.6 to 2. 5 with respect to 100 parts by mass of copper powder having an average particle size of 4.5 to 5.5 μm. 3.5 to 4.5 parts by mass of 0 μm glass powder, 0.5 to 2.0 parts by weight of fused silica having an average particle size of 1.0 to 1.5 μm as filler, and an average particle size of 2.0 to 5. It is prepared by adding a predetermined amount of an organic binder and an organic solvent to a mixture obtained by adding 2.5 to 4.0 parts by weight of 0 μm cuprous oxide.

ここで導体ペーストに添加するガラス粉末の組成は、SiがSiO換算で48.0〜51.0質量%、AlがAl換算で9.8〜10.2質量%、MgがMgO換算で0.1〜0.3質量%、CaがCaO換算で14.0〜16.0質量%、BaがBaO換算で21.0〜24.0質量%、SrがSrO換算で2.4〜3.0質量%であることがのぞましい。 Wherein the composition of the glass powder added to the conductor paste, Si is from 48.0 to 51.0 wt% in terms of SiO 2, 9.8 to 10.2 wt% of Al is in terms of Al 2 O 3, Mg is MgO 0.1 to 0.3% by mass in terms of Ca, 14.0 to 16.0% by mass in terms of CaO, 21.0 to 24.0% by mass in terms of BaO, and 2.4 in terms of SrO. It is preferable that it is -3.0 mass%.

次に、表面配線層2の表面を被覆する保護層231用のペーストは、平均粒径2.0〜4.0μmのSiOのフィラーを27.7〜31.7質量%と、酸化クロムを1.0〜1.2質量%と、平均粒径3.0〜4.0μmのガラス粉末が67.3〜71.2質量%から構成されている混合粉末に有機バインダ、有機溶剤等が添加されて混練されたものである。ここでガラス粉末はSiOを28.0〜31.0質量%、Al2O3を5.0〜7.0質量%、CaOを1.0〜2.0質量%、BaOを14.0〜16.0質量%、MgOを13.0〜16.0質量%、SrOを0.5〜1.5質量%およびZrOを0.5〜0.8質量%から構成されている。ここで、保護層231用のペースト中に含まれるガラス成分は、ガラス転移点が670〜690℃の範囲を有するものが望ましい。 Next, the paste for the protective layer 231 that covers the surface of the surface wiring layer 2 contains 27.7 to 31.7% by mass of SiO 2 filler having an average particle size of 2.0 to 4.0 μm, and chromium oxide. An organic binder, an organic solvent, etc. are added to a mixed powder composed of 67.3 to 71.2% by mass of glass powder having an average particle size of 3.0 to 4.0 μm and 1.0 to 1.2% by mass. And kneaded. Here glass powder of SiO 2 28.0 to 31.0 wt%, Al2 O3 and 5.0 to 7.0 mass%, the CaO 1.0 to 2.0 wt%, a BaO from 14.0 to 16. It is composed of 0 mass%, MgO 13.0 to 16.0 mass%, SrO 0.5 to 1.5 mass%, and ZrO 0.5 to 0.8 mass%. Here, as for the glass component contained in the paste for protective layers 231, what has a glass transition point of 670-690 degreeC is desirable.

保護層231用のペースト中に含まれるSiOのフィラーの含有量が27.7質量%よりも少ないと、表面配線層2に被覆する保護層231が過度に焼結しやすくなることから、セッターの付着が発生しやすくなるとともに、表面配線層2と保護層23との焼成収縮の挙動が合わなくなり、これにより表面配線層2と保護層23との間に空隙やボイドが発生するおそれがある。 If the content of the SiO 2 filler contained in the paste for the protective layer 231 is less than 27.7% by mass, the protective layer 231 that covers the surface wiring layer 2 is likely to be excessively sintered. Of the surface wiring layer 2 and the protective layer 23 become incompatible with each other, which may cause voids and voids between the surface wiring layer 2 and the protective layer 23. .

一方、シリカ(SiO)の質量が31.7質量%よりも多い場合には、フィラーであるシリカ(SiO)の粉体の表面積に対して、ガラスの液相が不足してくるため、保護層23の焼結性が低下することにより、めっき後において黒ゴマが発生しやすくなるおそれがある。 On the other hand, when the mass of silica (SiO 2 ) is greater than 31.7% by mass, the liquid phase of the glass is insufficient with respect to the surface area of the silica (SiO 2 ) powder, which is a filler. When the sinterability of the protective layer 23 is lowered, there is a possibility that black sesame is likely to occur after plating.

保護層231用のペースト中に含まれる酸化クロムの含有量が1.0質量%よりも少ないと、保護層231の焼結が過度になり、セッターの付着が多くみられるようになる。   When the content of chromium oxide contained in the paste for the protective layer 231 is less than 1.0% by mass, the protective layer 231 is excessively sintered and adhesion of setters is often observed.

一方、酸化クロムの含有量が1.1質量%よりも多い場合には、保護層231の焼成性が低下するために保護層231の表面にめっき後に現れる黒ごまが発生しやすくなる。   On the other hand, when the content of chromium oxide is more than 1.1% by mass, the sinterability of the protective layer 231 decreases, and black sesame appearing after plating on the surface of the protective layer 231 is likely to occur.

SiOの含有量が28.0質量%よりも少ないと、ガラスが3次元網目構造を形成しにくくなることから、ガラスの粘度が低下するおそれがある。一方、SiOの含有量が31.0質量%よりも多いと、ガラスの骨格は強固なものになっていくが、逆にガラスの液相化温度が上昇し過ぎることから、保護層231の密度が低くなり、黒ごまの発生やレッドチェックめっき性が劣化するおそれがある。 When the content of SiO 2 is less than 28.0% by mass, it becomes difficult for the glass to form a three-dimensional network structure, so that the viscosity of the glass may be lowered. On the other hand, when the content of SiO 2 is more than 31.0% by mass, the glass skeleton becomes firm, but conversely, the liquidus temperature of the glass is excessively increased. There is a risk that the density will be low, and black sesame and red check plating will be deteriorated.

Alの含有量が5.0質量%よりも少ないと、原子間の架橋効果が弱まることで、ガラス液相温度の低下により絶縁体と導体との収縮挙動を合わせることが困難になることから反りが大きくなるおそれがある。一方、Al23の含有量が7質量%より多いと、網目修飾酸化物であるAlの架橋効果が強まりガラスの粘度が上昇するとともに、導体との反応性が低下し保護層の緻密性が劣化することで、表面に黒ゴマが発生しやすくなる。 When the content of Al 2 O 3 is less than 5.0% by mass, the cross-linking effect between atoms is weakened, and it becomes difficult to match the shrinkage behavior of the insulator and the conductor due to the decrease in the glass liquidus temperature. Therefore, there is a risk that warping will increase. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is more than 7% by mass, the cross-linking effect of Al 2 O 3 which is a network modification oxide is strengthened, the viscosity of the glass is increased, and the reactivity with the conductor is decreased, thereby protecting the protective layer. As the denseness of the material deteriorates, black sesame is easily generated on the surface.

MgOの含有量が13.0質量%よりも少ないと、ガラスの化学耐久性が低下することで、めっき性が低下するおそれがある。一方、MgOの含有量が16質量%よりも多い場合には、フォルステライト等の複合酸化物が微量に析出するようになり保護層23の収縮量が変動しやすくなることから基板の平坦度が大きくなるおそれがある。   When the content of MgO is less than 13.0% by mass, the chemical durability of the glass is lowered, and thus the plating property may be lowered. On the other hand, when the content of MgO is more than 16% by mass, a complex oxide such as forsterite is precipitated in a small amount, and the amount of shrinkage of the protective layer 23 is likely to vary. May grow.

CaOの含有量が1.0質量%よりも少ないと、ガラスの化学耐久性を劣化させると同時に架橋構造を強めることで表面配線層2との反応性が低下し、保護層23の緻密性が低下するため、保護層231の表面に黒ゴマが発生しやすくなる。一方、CaOの含有量が2.0質量%よりも多い場合には、焼成における高温域での粘度が低下するため、表面配線層2の収縮開始温度も低温に変化しやすくなることから、絶縁基体1の主面の凹凸が大きくなり、平坦度が大きくなるおそれがある。   When the content of CaO is less than 1.0% by mass, the chemical durability of the glass is deteriorated and at the same time the cross-linking structure is strengthened, so that the reactivity with the surface wiring layer 2 is lowered, and the denseness of the protective layer 23 is reduced. Therefore, black sesame is likely to be generated on the surface of the protective layer 231. On the other hand, when the content of CaO is more than 2.0% by mass, the viscosity at the high temperature range in the firing is lowered, and the shrinkage start temperature of the surface wiring layer 2 is likely to change to a low temperature. The unevenness of the main surface of the substrate 1 is increased, and the flatness may be increased.

BaOの含有量が14.0質量%よりも少ないと、ガラス構造が不安定になり、ガラス相の粘度が低下しやすくなることから、絶縁基体1の主面の凹凸が大きくなるおそれがある。一方、BaOの含有量が16.0質量%よりも多いと、AlやSiOといった元素と結晶を析出するようになることから焼成時の収縮量が大きくなり、基板表面の平坦度が大きくなるおそれがある。 When the content of BaO is less than 14.0% by mass, the glass structure becomes unstable and the viscosity of the glass phase tends to decrease, so that the unevenness of the main surface of the insulating substrate 1 may be increased. On the other hand, when the content of BaO is more than 16.0% by mass, elements such as Al 2 O 3 and SiO 2 are precipitated, and the amount of shrinkage during firing increases, resulting in flatness of the substrate surface. May increase.

SrOの含有量が0.5質量%よりも少ないと、ガラスの化学耐久性が低下するため、ガラスの粘度が低下しやすくなることから、絶縁基体の主面の凹凸が大きくなるおそれがある。一方、SrOの含有量が1.5質量%よりも多いと、ガラス相中にSrOを含む複合酸化物が生成しやすくなることから、保護層231の収縮挙動が変化し平坦度が大きくなるおそれがある。   If the SrO content is less than 0.5% by mass, the chemical durability of the glass is lowered, and the viscosity of the glass tends to be lowered. On the other hand, when the SrO content is more than 1.5% by mass, a composite oxide containing SrO is likely to be generated in the glass phase, so that the shrinkage behavior of the protective layer 231 may change and the flatness may increase. There is.

ZrOの含有量が0.5質量%よりも少ないと、ガラスの粘度が低下しやすくなるために、絶縁基体1の主面の凹凸が大きくなるおそれがある。一方、ZrOの含有量が0
.8質量%よりも多いと、ガラス自身の化学的な耐久性は高くなるが、ガラスの液相化温度が上昇するため、保護層231の密度が低下するため黒ごまが発生しやすくなるおそれがある。
When the content of ZrO 2 is less than 0.5% by mass, the viscosity of the glass tends to decrease, so that the unevenness of the main surface of the insulating substrate 1 may increase. On the other hand, the content of ZrO 2 is 0.
. If the amount is more than 8% by mass, the chemical durability of the glass itself is increased, but the liquidus temperature of the glass is increased, so that the density of the protective layer 231 is decreased and black sesame is likely to be generated. is there.

次に、ガラスセラミック絶縁層11、12、13、14に被覆させる保護層用のペーストにおいては、平均粒径2.0〜4.0μmのSiOのフィラーを27.7〜31.7質量%と、酸化クロムを1.0〜1.2質量%と、平均粒径1.0〜2.0μmのガラス粉末が67.3〜71.2質量%から構成されている混合粉末に有機バインダ、有機溶剤等が添加されて混練されたものである。前記ガラス粉末はSiO2を32.0〜34.0質量%、Alを6.5〜8.0質量%、CaOを9.0〜12.0質量%、BaOを15.0〜18.0質量%およびSrOを1.5〜3.0質量%から構成されている。ここで、保護層232用のペースト中に含まれるガラス成分は、ガラス転移点が645〜777℃の範囲を有するものが望ましい。つまり、本発明では、保護層231用のペースト中に含まれるガラス成分のガラス転移点に比べて、保護層232用のペースト中に含まれるガラス成分のガラス転移点を高くしたものを用いることが望ましい。なお、この実施形態のガラスセラミック配線基板Aを構成する保護層23は、焼成後の組成が調合時の組成から殆ど変化しないものである。そのため焼成後においても表面配線層2を被覆している保護層231に含まれるガラス成分のガラス転移点をTg1とし、ガラスセラミック絶縁層11、12、13、14を部分的に被覆している保護層232に含まれるガラス成分のガラス転移点をTg2としたときに、Tg1<Tg2の関係を有する。 Next, in the protective layer paste to be coated on the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14, 27.7 to 31.7 mass% of SiO 2 filler having an average particle size of 2.0 to 4.0 μm. And an organic binder in a mixed powder composed of 1.0 to 1.2% by mass of chromium oxide and 67.3 to 71.2% by mass of glass powder having an average particle size of 1.0 to 2.0 μm, An organic solvent or the like is added and kneaded. The glass powder SiO2 of 32.0 to 34.0 wt%, the Al 2 O 3 6.5 to 8.0 wt%, the CaO 9.0-12.0 mass%, a BaO 15.0 to 18 0.0 mass% and SrO are comprised from 1.5-3.0 mass%. Here, the glass component contained in the paste for the protective layer 232 preferably has a glass transition point of 645 to 777 ° C. That is, in the present invention, the glass transition point of the glass component contained in the protective layer 232 paste is made higher than that of the glass component contained in the protective layer 231 paste. desirable. In addition, as for the protective layer 23 which comprises the glass-ceramic wiring board A of this embodiment, the composition after baking hardly changes from the composition at the time of preparation. Therefore, even after firing, the glass transition point of the glass component contained in the protective layer 231 covering the surface wiring layer 2 is Tg1, and the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, and 14 are partially covered. When the glass transition point of the glass component contained in the layer 232 is Tg2, the relationship Tg1 <Tg2 is satisfied.

これに対して、酸化クロムの含有量が1.0質量%よりも少ないと、保護層232の焼結が過度になり、セッターの付着が多くみられるようになる。   On the other hand, when the content of chromium oxide is less than 1.0% by mass, the protective layer 232 is excessively sintered and adhesion of setters is often observed.

一方、酸化クロムの含有量が1.1質量%よりも多い場合には、保護層232の焼成性が低下するために保護層231の表面に粗大ボイドが発生しやすくなるとともに、めっき後に現れる黒ごまが発生しやすくなる。   On the other hand, when the content of chromium oxide is more than 1.1% by mass, the firing property of the protective layer 232 is reduced, so that coarse voids are likely to be generated on the surface of the protective layer 231 and black that appears after plating is formed. Sesame is likely to occur.

フィラーであるシリカ(SiO)の含有量が27.7質量%より少ない場合には、保護層232が過度に焼結しやすくなることから、セッターの付着が発生しやすくなる。 When the content of silica (SiO 2 ) as a filler is less than 27.7% by mass, the protective layer 232 is easily sintered excessively, so that setter adhesion is likely to occur.

一方、フィラーであるシリカ(SiO)の質量が31.7質量%よりも多い場合には、保護層232の焼結性が低下することにより、基板表面に粗大ボイドが形成されやすくなり、めっき後において黒ゴマが発生しやすくなる。 On the other hand, when the mass of silica (SiO 2 ) as the filler is more than 31.7% by mass, the sinterability of the protective layer 232 is reduced, so that coarse voids are likely to be formed on the substrate surface. Later, black sesame is likely to occur.

保護層232用のペースト中に含まれるガラス成分については、SiOの含有量が32.0質量%未満であると、ガラスが3次元網目構造を形成しにくくなることから、ガラスの粘度が低下するため、フィラーであるシリカ(SiO2)との反応おそれがある。一方、SiOの含有量が34.0質量%を超えると、ガラスの骨格は強固なものになっていくが、逆にガラスの液相化温度が上昇し過ぎることで、絶縁基体表面に粗大ボイドが発生する恐れがある。 About the glass component contained in the paste for protective layers 232, since the glass becomes difficult to form a three-dimensional network structure when the content of SiO 2 is less than 32.0% by mass, the viscosity of the glass decreases. Therefore, there is a risk of reaction with silica (SiO 2) as a filler. On the other hand, when the content of SiO 2 exceeds 34.0% by mass, the skeleton of the glass becomes strong, but conversely, the liquidus temperature of the glass is excessively increased, so that the surface of the insulating substrate is coarse. There is a risk of voids.

Alの含有量が6.5質量%よりも少ないと、ガラスの液相化する温度が低下するために、ガラスセラミック絶縁層11、12、13、14と保護層232との収縮挙動が合わなくなることにより基板の平坦度が大きくなるおそれがある。一方、Al23の含有量が8.0質量%よりも多くなると、ガラスの粘度が上昇するため、フィラーであるシリカ(SiO)との反応性が低下することから保護層232の緻密化しにくくなり、保護層232の表面に粗大ボイドが発生しやすくなる。 When the content of Al 2 O 3 is less than 6.5% by mass, the temperature at which the liquid phase of the glass decreases, so that the shrinkage behavior of the glass ceramic insulating layers 11, 12, 13, 14 and the protective layer 232 is reduced. There is a possibility that the flatness of the substrate will be increased due to the failure to match. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is more than 8.0% by mass, the viscosity of the glass increases, and the reactivity with silica (SiO 2 ) as a filler decreases, so that the denseness of the protective layer 232 is reduced. This makes it difficult to generate coarse voids on the surface of the protective layer 232.

CaOの含有量が9.0質量%よりも少ない場合にも、フィラーであるシリカ(SiO
)との反応性が低下することから保護層232の緻密化しにくくなり、保護層232の表面に粗大ボイドが発生しやすくなる。一方、CaOの含有量が12.0質量%よりも多くなると、ガラスの高温域での粘度が低下するために、セッターと反応しやすくなるおそれがある。
Even when the CaO content is less than 9.0% by mass, the filler silica (SiO
2 ) The reactivity with 2 ) decreases, so that the protective layer 232 becomes difficult to be densified, and coarse voids are likely to be generated on the surface of the protective layer 232. On the other hand, when the content of CaO is more than 12.0% by mass, the viscosity of the glass at a high temperature range is lowered, so that there is a possibility that it easily reacts with the setter.

BaOの含有量が15.0質量%よりも少ないと、ガラスの粘度が低下するため、保護層232を含めた絶縁基体1の主面の凹凸ができやすくなり平坦度が大きくなるおそれがある。一方、BaOの含有量が16.0質量%よりも多いと、ガラスの液相化温度が高温化するために、保護層232の焼結性が低下し粗大ボイドが発生しやすくなるおそれがある。   When the content of BaO is less than 15.0% by mass, the viscosity of the glass is lowered. Therefore, the main surface of the insulating substrate 1 including the protective layer 232 can be easily uneven, and the flatness may be increased. On the other hand, when the content of BaO is more than 16.0% by mass, the liquidus temperature of the glass is increased, so that the sinterability of the protective layer 232 is lowered and coarse voids are likely to be generated. .

SrOの含有量が1.5質量%よりも少ないと、ガラスの粘度が低下しやすくなることから、絶縁基体1との反応性が高まり、基板表面の凹凸が大きくなることから平坦度が大きくなるおそれがある。一方、SrOの含有量が3.0質量%よりも多いと、ガラスの液相化温度が上昇するために、保護層232には粗大ボイドが発生しやすくなる。   If the content of SrO is less than 1.5% by mass, the viscosity of the glass tends to be lowered, so that the reactivity with the insulating substrate 1 is increased and the unevenness of the substrate surface is increased, so that the flatness is increased. There is a fear. On the other hand, when the content of SrO is more than 3.0% by mass, the liquidus temperature of the glass rises, so that coarse voids are easily generated in the protective layer 232.

次に、貫通孔に貫通導体用の導体ペーストが充填され、主面に内部配線層用または表面配線層用の導体パターンが形成され、さらに、表面配線層用の導体パターンの周縁部とその周囲に保護層用のパターンが形成されたガラスセラミックグリーンシートを複数積層し、これを熱圧着法または積層助剤を用いて加圧積層する方法により積層体を作製する。   Next, the through hole is filled with the conductive paste for the through conductor, the conductor pattern for the internal wiring layer or the surface wiring layer is formed on the main surface, and the peripheral portion of the conductor pattern for the surface wiring layer and its periphery A laminate is prepared by laminating a plurality of glass ceramic green sheets each having a protective layer pattern formed thereon, and pressure laminating them using a thermocompression bonding method or a laminating aid.

次に、得られた積層体を焼成する。焼成は、窒素雰囲中700〜750℃の温度で1〜5時間保持することにより脱脂した後、窒素雰囲気中850℃〜900℃の温度で1〜2時間の条件で行う。   Next, the obtained laminate is fired. Firing is performed by degreasing by holding at a temperature of 700 to 750 ° C. for 1 to 5 hours in a nitrogen atmosphere, and then for 1 to 2 hours at a temperature of 850 ° C. to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere.

次に、焼成して得られたガラスセラミック配線基板の素体を、例えば、硫酸および過硫酸アンモニウムなどのエッチング液を用いて表面処理を行い、ガラスセラミック配線基板の素体に形成された表面配線層の表面の酸化膜(酸化銅)を除去する。その後、例えば酸性フッ化アンモニウムを用いてガラスエッチング処理を施し、表面のガラスを除去する。   Next, the body of the glass ceramic wiring board obtained by firing is subjected to a surface treatment using an etching solution such as sulfuric acid and ammonium persulfate, for example, and the surface wiring layer formed on the body of the glass ceramic wiring board The oxide film (copper oxide) on the surface is removed. Thereafter, a glass etching process is performed using, for example, acidic ammonium fluoride, and the glass on the surface is removed.

最後に、第1の配線層上にめっき処理を行い、Pdめっき層、Niめっき層およびAuめっき層を形成する。なお、それぞれの浸漬工程の間に、水洗、アルカリ脱脂および酸処理などを適宜行う。   Finally, a plating process is performed on the first wiring layer to form a Pd plating layer, a Ni plating layer, and an Au plating layer. In addition, water washing, alkali degreasing, acid treatment, etc. are suitably performed between each immersion process.

以上説明した製造方法により、表面配線層2を被覆している保護層23にボイドなどの欠陥が無く、表面配線層2のメタライズ強度および平坦度が高く、また、絶縁基体1の表面に形成された表面配線層2の周縁部を覆う保護層231側において、黒ごまと呼ばれる斑点が無く、かつ絶縁基体1の表面を被覆している保護層232の表面へのセッターの付着の無いガラスセラミック配線基板を得ることができる。   By the manufacturing method described above, the protective layer 23 covering the surface wiring layer 2 has no defects such as voids, the surface wiring layer 2 has high metallization strength and flatness, and is formed on the surface of the insulating substrate 1. Glass ceramic wiring that has no spots called black sesame on the side of the protective layer 231 that covers the peripheral edge of the surface wiring layer 2 and that has no setter attached to the surface of the protective layer 232 that covers the surface of the insulating substrate 1 A substrate can be obtained.

ガラス粉末として、表1に示す組成のガラス粉末とSiOからなるセラミックフィラーとを用意し、表3に示す割合となるように秤量混合した。なお、ガラス粉末の平均粒径は3.5μm、フィラー本体の平均粒径は3.5μmとした。 As the glass powder, a glass powder having the composition shown in Table 1 and a ceramic filler made of SiO 2 were prepared and weighed and mixed so as to have the ratio shown in Table 3. The average particle size of the glass powder was 3.5 μm, and the average particle size of the filler body was 3.5 μm.

この混合物に、イソブチルメタクリレートを主鎖としてトルエンを溶媒とする有機バインダを添加するとともに、有機溶剤としてジブチルフタレートを添加し、十分混合してスラリーを作製した後、ドクターブレード法により厚み125μmのガラスセラミックグリーンシートを作製した。   To this mixture, an organic binder containing isobutyl methacrylate as the main chain and toluene as a solvent was added, dibutyl phthalate was added as an organic solvent, and mixed well to prepare a slurry, and then a glass ceramic having a thickness of 125 μm by a doctor blade method. A green sheet was produced.

得られたガラスセラミックグリーンシートにパンチングにより貫通孔を形成した後、この貫通孔に貫通孔用の導体ペーストを充填した。貫通孔用の導体ペーストは、銅粉末にアクリル系バインダおよびテルピネオールを添加して粘度を調整したものを用いた。   After the through hole was formed in the obtained glass ceramic green sheet by punching, the through hole was filled with a conductive paste for the through hole. The conductor paste for through-holes was prepared by adjusting the viscosity by adding an acrylic binder and terpineol to copper powder.

次に、貫通孔用の導体ペーストを充填したガラスセラミックグリーンシートの表面に内部配線層用の導体パターンまたは表面配線層用の導体パターンを形成した。内部配線層用の導体パターンまたは表面配線層用の導体パターンを形成するための導体ペーストは、表2示す組成のガラス粉末と、銅粉末と亜酸化銅と溶融シリカとを表3に示す割合になるように混合し、これにアクリル系バインダとテルピネオールとを添加し粘度調整したものである。なお、表面配線層用の導体ペーストに含まれる銅粉末の平均粒径は5μm、ガラス粉末の平均粒径は1.8μmとした。また、内部配線層用の導体ペーストに含まれる銅粉末の平均粒径は2μm、ガラス粉末の平均粒径は1.5μmとした。   Next, a conductor pattern for an internal wiring layer or a conductor pattern for a surface wiring layer was formed on the surface of a glass ceramic green sheet filled with a conductor paste for through holes. The conductor paste for forming the conductor pattern for the internal wiring layer or the conductor pattern for the surface wiring layer is composed of glass powder having the composition shown in Table 2, copper powder, cuprous oxide, and fused silica in the proportions shown in Table 3. The viscosity is adjusted by adding an acrylic binder and terpineol thereto. In addition, the average particle diameter of the copper powder contained in the conductor paste for the surface wiring layer was 5 μm, and the average particle diameter of the glass powder was 1.8 μm. Moreover, the average particle diameter of the copper powder contained in the conductor paste for the internal wiring layer was 2 μm, and the average particle diameter of the glass powder was 1.5 μm.

こうして作製した導体パターンが形成された複数のガラスセラミックグリーンシートを位置合わせして熱圧着により20層積層して積層体を作製した。   A plurality of glass ceramic green sheets formed with the conductor pattern thus formed were aligned and 20 layers were laminated by thermocompression bonding to produce a laminate.

次に、水蒸気を含む窒素雰囲気中にて、温度を725℃、保持時間を3時間とした条件で脱脂を行った後、窒素雰囲気にて、最高温度を860℃、保持時間を1時間とした条件で本焼成を行ない、縦45mm、横45mm、厚み2mmの大きさのガラスセラミック配線基板の素体を作製した。このガラスセラミック配線基板の素体の表面に形成された表面配線層は、平面視の形状が円形であり、その直径は0.8μmであった。   Next, after degreasing in a nitrogen atmosphere containing water vapor under the conditions of a temperature of 725 ° C. and a holding time of 3 hours, the maximum temperature was 860 ° C. and the holding time was 1 hour in the nitrogen atmosphere. The main firing was performed under the conditions, and an element body of a glass ceramic wiring board having a size of 45 mm in length, 45 mm in width, and 2 mm in thickness was produced. The surface wiring layer formed on the surface of the body of the glass ceramic wiring board had a circular shape in plan view, and its diameter was 0.8 μm.

また、平面視の形状が円形の表面配線層に対する表面配線層上に被覆された保護層の配置については、表面配線層に対する表面配線層上に被覆された保護層が同心円状のもの(図3)と、図4に示すように、表面配線層上に被覆された保護層を同心円の位置からずれた位置になるもの(図4)を作製した。また、表面配線層上に被覆された保護層の幅Wを表面配線層の直径に対して変化させたものを作製した。   Further, regarding the arrangement of the protective layer coated on the surface wiring layer with respect to the surface wiring layer having a circular shape in plan view, the protective layer coated on the surface wiring layer with respect to the surface wiring layer is concentric (FIG. 3). As shown in FIG. 4, the protective layer coated on the surface wiring layer was displaced from the position of the concentric circle (FIG. 4). In addition, the protective layer coated on the surface wiring layer was manufactured by changing the width W of the protective layer with respect to the diameter of the surface wiring layer.

最後に、得られたガラスセラミック配線基板の素体を過硫酸アンモニウムを用いてエッチングを30秒間行い、表面配線層の表面の酸化膜(酸化銅)の除去を行い、次いで、このガラスセラミック配線基板の素体を酸性フッ化アンモニウムを用いてエッチングを行うことによって第1の層の表面のガラス相の除去を行った。   Finally, the obtained body of the glass ceramic wiring board is etched with ammonium persulfate for 30 seconds to remove the oxide film (copper oxide) on the surface of the surface wiring layer. The glass phase on the surface of the first layer was removed by etching the element using acidic ammonium fluoride.

次に、エッチング処理したガラスセラミック配線基板の素体の表面に形成された第1の層上に、順に、Pdめっき層、Niめっき層およびAuめっき層を形成して、ガラスセラミック配線基板を完成させた。なお、これらのめっきは、ガラスセラミック配線基板の素体をPdめっき浴に90秒浸漬した後、Niめっき浴に18分浸漬し、最後に、Auめっき浴に5分浸漬させて各めっき層(Pdめっき層、Niめっき層、Auめっき層)を形成した。   Next, a Pd plating layer, an Ni plating layer, and an Au plating layer are formed in this order on the first layer formed on the surface of the etched glass ceramic wiring board body, thereby completing the glass ceramic wiring board. I let you. In these platings, the base body of the glass ceramic wiring board is immersed in a Pd plating bath for 90 seconds, then immersed in a Ni plating bath for 18 minutes, and finally immersed in an Au plating bath for 5 minutes. Pd plating layer, Ni plating layer, Au plating layer) were formed.

上記の方法で得られた多層配線基板に対して、以下の測定を行なった。   The following measurements were performed on the multilayer wiring board obtained by the above method.

まず、絶縁基体の表面に形成された表面配線層上に被覆された保護層およびガラスセラミック絶縁層上に被覆された保護層の組成分析を行なった。具体的には、焼成後のサンプルにおいて、それぞれのガラス相の一部についてスポット的にエネルギー分散型X線分光分析(EDS)を行って、ガラス相に含まれる元素のそれぞれの酸化物換算の含有量を求めた。表面配線層上に被覆された保護層の組成を表4に、またガラスセラミック絶縁層上に被覆された保護層の組成を表5に示した。この場合、各成分の含有量は原料であるガラス組成と同じであることを確認した。   First, composition analysis was performed on the protective layer coated on the surface wiring layer formed on the surface of the insulating substrate and the protective layer coated on the glass ceramic insulating layer. Specifically, in a sample after firing, energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) is performed on a part of each glass phase in a spot manner, so that each element contained in the glass phase is contained in terms of oxide. The amount was determined. Table 4 shows the composition of the protective layer coated on the surface wiring layer, and Table 5 shows the composition of the protective layer coated on the glass ceramic insulating layer. In this case, it was confirmed that the content of each component was the same as the glass composition as the raw material.

また、表面配線層を被覆している保護層の幅Wを測定した。具体的には、光学顕微鏡および三次元画像認識装置を用いて表面配線層の最大径と表面配線層を被覆する保護層の幅Wを各々測定した。   Further, the width W of the protective layer covering the surface wiring layer was measured. Specifically, the maximum diameter of the surface wiring layer and the width W of the protective layer covering the surface wiring layer were measured using an optical microscope and a three-dimensional image recognition device.

また、表面配線層のメタライズ強度の評価を行った。具体的には、めっき後の表面配線層の表面に直径0.6mmΦの共晶半田ボールを250℃×1minで溶融させて半田付けを行った。その後、半田ボールの付いた基板を半田ボールに載せる際に使用したフラックスをクリーンスルー(洗浄剤)で約10min洗浄し、洗浄後、水洗した後、ボンドテスターにて強度を測定した。測定条件は、クランプの引張速度を83μm/秒とした。   In addition, the metallization strength of the surface wiring layer was evaluated. Specifically, eutectic solder balls having a diameter of 0.6 mmΦ were melted on the surface of the surface wiring layer after plating at 250 ° C. × 1 min for soldering. Thereafter, the flux used for placing the substrate with the solder balls on the solder balls was washed with clean-through (cleaning agent) for about 10 minutes, washed, washed with water, and the strength was measured with a bond tester. Measurement conditions were such that the tension rate of the clamp was 83 μm / second.

また、セッターの付着については、双眼顕微鏡を用いて倍率を10〜100倍にして観察した。   Further, the adhesion of the setter was observed with a binocular microscope at a magnification of 10 to 100 times.

また、めっき性については、得られたガラスセラミック配線基板の素体を、表面配線層を被覆している保護層がレッドチェック液に約5秒間浸漬させた後、水洗し、その後に、双眼顕微鏡にてレッドチェック液の残液の有無を観察した。   As for the plating property, the protective layer covering the surface wiring layer was immersed in the red check solution for about 5 seconds, washed with water, and then binocular microscope. The presence or absence of red check liquid residue was observed.

また、絶縁基体の主面の平坦度を評価した。具体的には、一方主面の40mm角のエリアにおいてレーザー式変位計を用いて縦横5mmごとに主面の高さを測定し、その最高値と最低値の差を求めた。   Moreover, the flatness of the main surface of the insulating substrate was evaluated. Specifically, the height of the main surface was measured every 5 mm in length and width using a laser displacement meter in a 40 mm square area on one main surface, and the difference between the maximum value and the minimum value was obtained.

なお、絶縁基体中の結晶相の同定をX線回折(XRD)にて行ったところ、全ての試料について、クォーツの含有量が最も多く、ついでセルシアン、エンスタタイトという順で存在していることを確認した。これらの結果を表6に示した。   In addition, when the crystal phase in the insulating substrate was identified by X-ray diffraction (XRD), it was found that all samples had the highest quartz content, followed by celsian and enstatite. confirmed. These results are shown in Table 6.

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表6の結果から明らかなように、本発明の試料(試料No.1、8、21、27および37〜42)では、基板表面にボイドなどの欠陥が無く、表面配線層のメタライズ強度が5.1kgf/mm以上であり、基板の反りが75μm以下で平坦度が高く、また、絶縁基体の表面に形成された表面配線層の周縁部を覆う保護層側において黒ごまと呼ばれる
斑点が無く、また絶縁基体の表面を被覆している保護層の表面へのセッターの成分の付着の無いものであった。
As is clear from the results in Table 6, the samples of the present invention (Sample Nos. 1, 8, 21, 27, and 37 to 42) have no defects such as voids on the substrate surface, and the metallization strength of the surface wiring layer is 5 .1 kgf / mm 2 or more, warpage of the substrate is 75 μm or less and the flatness is high, and there is no spot called black sesame on the protective layer side covering the peripheral portion of the surface wiring layer formed on the surface of the insulating substrate. In addition, the setter component did not adhere to the surface of the protective layer covering the surface of the insulating substrate.

本発明の試料において、表面配線層に対する表面配線層上に被覆された保護層が同心円状のものでは(試料No.1、8、21および27)では、保護層の組成が同じである場合に、保護層の位置が同心円状でない試料(試料No.37〜42)に比べて、それぞれ高いメタライズ強度を示した。   In the sample of the present invention, when the protective layer coated on the surface wiring layer with respect to the surface wiring layer is concentric (sample Nos. 1, 8, 21, and 27), the composition of the protective layer is the same. The metallization strength was higher than that of the samples (sample Nos. 37 to 42) in which the positions of the protective layers were not concentric.

特に、保護層の位置が同心円状である試料で、表面配線層の最大径に対する表面配線層を被覆する保護層の幅Wを4〜9%とした試料(試料No.1、8、21および27)は、表面配線層の最大径に対する表面配線層を被覆する保護層の幅Wを3%および15%とした試料(試料No.41および42)に比べて、反りが66μmと小さかった。   In particular, a sample in which the position of the protective layer is a concentric circle and the width W of the protective layer covering the surface wiring layer with respect to the maximum diameter of the surface wiring layer is 4 to 9% (sample Nos. 1, 8, 21 and In No. 27), the warpage was as small as 66 μm compared to the samples (sample Nos. 41 and 42) in which the width W of the protective layer covering the surface wiring layer with respect to the maximum diameter of the surface wiring layer was 3% and 15%.

これに対して、本発明の範囲外である試料No.2〜7、9〜20、22〜26および28〜36では、基板表面にボイドなどの欠陥が有るか、表面配線層のメタライズ強度が5.1kgf/mmよりも低いか、基板の反りが75μmよりも大きいか、絶縁基体の表面に形成された表面配線層の周縁部を覆う保護層側において黒ごまと呼ばれる斑点があるか、または、絶縁基体の表面を被覆している保護層の表面へのセッターの成分の付着が有るものであった。 On the other hand, sample No. which is outside the scope of the present invention. In 2-7, 9-20, 22-26, and 28-36, there is a defect such as a void on the substrate surface, the metallization strength of the surface wiring layer is lower than 5.1 kgf / mm 2 , or the substrate warp The surface of the protective layer that is larger than 75 μm, has spots called black sesame on the protective layer side that covers the periphery of the surface wiring layer formed on the surface of the insulating substrate, or covers the surface of the insulating substrate There was adhesion of setter components to the surface.

1・・・絶縁基体
11、12、13、14・・・ガラスセラミック絶縁層
2・・・表面配線層(ボールパット部)
21・・・Pdめっき層
22・・・Niめっき層
23・・・Auめっき層
23・・・保護層
231・・・表面配線層を被覆する保護層
232・・・ガラスセラミック絶縁層を被覆する保護層
4・・・内部配線層
5・・・貫通導体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating base | substrate 11, 12, 13, 14 ... Glass ceramic insulating layer 2 ... Surface wiring layer (ball pad part)
21 ... Pd plating layer 22 ... Ni plating layer 23 ... Au plating layer 23 ... Protective layer 231 ... Protective layer 232 for covering the surface wiring layer ... Glass ceramic insulating layer Protective layer 4 ... internal wiring layer 5 ... through conductor

Claims (3)

セラミック絶縁層と、該セラミック絶縁層の表面に形成された表面配線層と、該表面配線層の周縁部とその周囲の前記セラミック絶縁層とを部分的に被覆している保護層とを具備するセラミック配線基板であって、前記表面配線層を被覆している部分の前記保護層がSiOのフィラーを27.7〜31.7質量%と、酸化クロムを1.0〜1.2質量%と、残部にSiOを28.0〜31.0質量%、Alを5.0〜7.0質量%、CaOを1.0〜2.0質量%、BaOを14.0〜16.0質量%、MgOを13.0〜16.0質量%、SrOを0.5〜1.5質量%およびZrOを0.5〜0.8質量%含有するガラス成分とを含有するものであり、前記セラミック絶縁層を部分的に被覆している前記保護層が、SiOのフィラーを27.7〜31.7質量%と、酸化クロムを1.0〜1.2質量%と、残部にSiOを32.0〜34.0質量%、Alを6.5〜8.0質量%、CaOを9.0〜12.0質量%、BaOを15.0〜18.0質量%およびSrOを1.5〜3.0質量%含有するガラス成分とを含有するものであることを特徴とするガラスセラミック配線基板。 A ceramic insulating layer; a surface wiring layer formed on the surface of the ceramic insulating layer; and a protective layer partially covering the peripheral portion of the surface wiring layer and the ceramic insulating layer around the periphery. In the ceramic wiring board, the protective layer covering the surface wiring layer is composed of 27.7-31.7% by mass of SiO 2 filler and 1.0-1.2% by mass of chromium oxide. And the balance is 28.0 to 31.0% by mass of SiO 2 , 5.0 to 7.0% by mass of Al 2 O 3 , 1.0 to 2.0% by mass of CaO, and 14.0 to BaO. A glass component containing 16.0% by mass, MgO 13.0 to 16.0% by mass, SrO 0.5 to 1.5% by mass and ZrO 0.5 to 0.8% by mass. , and the said protective layer that the ceramic insulating layer is partially coated, SiO Filler and a 27.7 to 31.7 weight percent, and 1.0 to 1.2 mass% of chromium oxide, the SiO 2 from 32.0 to 34.0 wt% to the remainder, the Al 2 O 3 6. 5 to 8.0% by mass, CaO 9.0 to 12.0% by mass, BaO 15.0 to 18.0% by mass and SrO 1.5 to 3.0% by mass. A glass-ceramic wiring board, characterized in that 前記表面配線層の外形の形状が円形状であるとともに、前記保護層が前記表面配線層の中心に対して同心円状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のガラスセラミック配線基板。   2. The glass ceramic wiring board according to claim 1, wherein the outer shape of the surface wiring layer is circular and the protective layer is formed concentrically with respect to the center of the surface wiring layer. . 前記表面配線層を被覆している前記保護層の幅Wが前記表面配線層の直径Dに対して4%≦W/D≦13%であることを特徴とする請求項2に記載のガラスセラミック配線基板。
3. The glass ceramic according to claim 2, wherein a width W of the protective layer covering the surface wiring layer is 4% ≦ W / D ≦ 13% with respect to a diameter D of the surface wiring layer. Wiring board.
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