JP5566271B2 - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、この絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔内に配置されて側面が貫通孔の内側面に接合された貫通導体とを備える配線基板およびその製造方法に関するものである。

従来、電子部品搭載用等に使用される配線基板として、セラミック焼結体からなり、主面（上面や下面）に配線導体が形成された絶縁板と、その絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔と、貫通孔内に配置された貫通導体（いわゆるビア導体）とを備えたものが用いられている。絶縁板の上下面の配線導体は、貫通孔が形成された位置で上下に重なり合う部分を有し、この部分で貫通導体を介して上下に電気的に接続されている。

このような配線基板は、例えば絶縁板の上面の配線導体に電子部品の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブが接続され、下面の配線導体が回路基板等の外部電気回路基板に接続される。そして、絶縁板の上面の薄膜配線等の配線導体と、貫通導体と、絶縁板の下面の配線導体とを介して、電子部品が外部電気回路と電気的に接続され、信号の送受や、電子部品に対する電気的な検査等が行なわれる。

貫通導体を有する配線基板は、セラミック焼結体からなる絶縁板を作製し、この絶縁板の所定位置にドリル加工等の機械的な孔あけ加工やレーザ加工によって開口が円形状等の貫通孔を形成し、この貫通孔内に銀−パラジウム等の金属ペーストを充填した後、金属ペーストを加熱して貫通孔の内側面に金属材料として接合させることによって製作されている。貫通導体は、貫通孔内に充填された金属ペーストによって形成されているので、その側面の全面と貫通孔の内側面の全面とが互いに接合し合っている。

特開平６−177200号公報 特開平７−94840号公報 特開2001−196496号公報

しかしながら、このような配線基板においては、絶縁板と貫通導体との熱膨張率に差がある（貫通導体の方が大きい）ため、例えば配線基板に電子部品を実装する際に加わる熱や、検査のために電子部品を加温する際に繰り返し加わる熱等によって貫通導体と絶縁板との間に熱応力が生じ、この熱応力によって貫通導体と絶縁板（貫通孔の内側面）との間で剥離等の機械的な破壊が発生しやすいという問題点があった。

本発明は上記従来の技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、セラミック焼結体からなる絶縁板の貫通孔内に配置された貫通導体と、貫通孔の内側面との間の剥離を効果的に抑制することができる配線基板、およびその製造方法を提供することにある。

本発明の配線基板は、セラミック焼結体からなり、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、前記貫通孔内に配置された貫通導体とを備える配線基板であって、前記貫通導
体は、前記セラミック焼結体が部分的に溶融した後に固化して形成された溶融改質材からなり、前記貫通孔の内側面と前記貫通導体の側面とを結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状の複数の接合材と、該接合材同士の間に介在する空隙とを備える接合層を介して前記貫通孔の内側面に接合されていることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、前記接合層の前記接合材は、それぞれ一端が前記貫通孔の内側面に接合し、他端が前記貫通導体の側面に接合するように形成されていることを特徴とする。

本発明の配線基板の製造方法は、セラミック焼結体からなる絶縁板を準備する工程と、前記絶縁板にレーザ加工を施して、該絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔を形成するとともに、該貫通孔の内側面に、前記セラミック焼結体の一部が溶融後に再結晶してなる、ガラス層を含む溶融改質層を設ける工程と、
前記貫通孔内に導体材料を充填する工程と、
前記貫通孔に前記導体材料を充填した前記絶縁板にガラスエッチング加工を施し、前記溶融改質層の前記ガラス層の一部を除去して、前記溶融改質層を、前記貫通孔の内側面と前記貫通導体の側面との間を結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状の溶融改質材からなる接合材と、該溶融改質材同士の間に介在する空隙とを備える接合層とする工程と
を備えることを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、上記構成を備え、貫通導体は、セラミック焼結体が部分的に溶融した後に固化して形成された溶融改質材からなり、長さ方向が貫通孔の内側面と貫通導体の側面とを結ぶ仮想の線分に沿うように配置された柱状の複数の接合材と、これらの接合材同士の間に介在する空隙とを備える接合層を介して貫通孔の内側面に接合されていることから、貫通導体と絶縁板との間に熱応力が生じたときに、接合材が変形して、この熱応力を緩和することができる。そのため、貫通導体と絶縁板（貫通孔の内側面）との間に、上記熱応力に起因する剥離等の機械的な破壊が発生することは効果的に抑制することができる。したがって、貫通導体の側面と貫通孔の内側面との間の剥離を効果的に抑制することができる配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、接合層の接合材は、それぞれ一端が貫通孔の内側面に接合し、他端が貫通導体の側面に接合するように形成されている場合には、これらの接合材を介して貫通導体と貫通孔の内側面とがより強固に接合される。すなわち、この場合には、貫通導体と絶縁板（貫通孔の内側面）とが、貫通導体の側面から貫通孔の内側面までそれぞれが一続きに（いわゆるブリッジ状に）形成された、より機械的な強度や貫通導体および絶縁板に対する接合強度が高い接合材を介して接合される。そのため、貫通導体の側面と貫通孔の内側面との間の剥離がより効果的に抑制された配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板の製造方法は、上記各工程を備え、貫通孔に導体材料を充填した前記絶縁板にガラスエッチング加工を施し、前記溶融改質層の前記ガラス層の一部を除去して、前記溶融改質層を、貫通孔の内側面と貫通導体の側面との間を結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状の溶融改質材からなる接合材と、溶融改質材同士の間に介在する空隙とを備える接合層とすることから、製作された配線基板において、貫通導体と絶縁板との間に生じる熱応力を、接合層の接合材の変形によって効果的に緩和することができる。したがって、貫通孔の内側面との間の剥離を効果的に抑制することが可能な配線基板の製造方法を提供することができる。

また、上記の製造方法によれば、レーザ加工による貫通孔の形成と同時に溶融改質層を
形成し、貫通導体を充填後、この溶融改質層にガラスエッチング加工を施すだけで（つまり、化学的な一括処理によって）容易に柱状の改質材を形成することができる。そのため、上記構成の配線基板を容易に製作することができる。

（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 図１に示す配線基板の要部を拡大して示す要部平面図（透視図）である。 本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す平面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を拡大して示す要部平面図（透視図）である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明の配線基板の製造方法を工程順に模式的に示す断面図である。

本発明の配線基板を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図２は、図１に示す配線基板の要部（貫通孔と貫通導体との境界部分）を拡大して示す要部平面図（透視図）である。

図１および図２において、１は絶縁板，２は貫通孔，３は貫通導体，４は接合材４ａおよび空隙４ｂを備える接合層，５は配線導体である。絶縁板１に形成された貫通孔２内に貫通導体３が配置され、貫通導体３の側面が貫通孔２の内側面に、接合材４ａと空隙４ｂとを含む接合層４を介して接合されて配線基板が基本的に形成され、絶縁板１の上下の配線導体５が貫通導体３を介して電気的に接続されている。なお、図２においては、見やすくするために配線導体５を省略し、接合層４の空隙４ｂを除く各部位にハッチングを施している。

絶縁板１は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミック焼結体，ガラス母材中に結晶成分を析出させた結晶化ガラスまたは雲母やチタン酸アルミニウム等の微結晶焼結体からなる、金属材料とほぼ同等の精密な機械加工が可能なセラミック材料（いわゆるマシナブルセラミックス）等のセラミック焼結体により形成されている。

絶縁板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。すなわち、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末に適当な有機バインダおよび有機溶剤を添加混合して作製したスラリーをドクターブレード法やリップコータ法等のシート成形技術でシート状に成形することによってセラミックグリーンシートを作製して、その後、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工によって適当な形状および寸法とするとともに、これを約1300〜1500℃の温度で焼成することによって製作することができる。

絶縁板１は、例えば四角板状や円板状等であり、例えば上面が、実装や電気チェックを行なう電子部品（図示せず）を搭載（電子部品を配線基板に電気的および機械的に接続して電子装置とするための実装、または電子部品に対して電気的なチェックを施すための一時的な載置）するための部位として使用される。電子部品としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子およびＬＥＤ（発光ダイオード）やＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子）等の光半導体素子を含む半導体素子，弾性表面波素子や水晶振動子等の圧電素子，容量素子，抵抗器，半導体基板の表面に微小な電子機械機構が形成されてなるマイクロマシン（いわゆるＭＥＭＳ素子）等の種々の電子部品が挙げられる。

絶縁板１は、例えば図３に示すように複数の貫通孔２および貫通導体３が配列されたものであってもよい。この場合には、広い面積の電子部品である、シリコンウエハ等の半導体基板に多数の半導体集積回路素子が縦横の並びに配列形成された半導体素子（図示せず）等に対応する、広い面積の配線基板を提供することができる。なお、図３は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例を模式的に示す上面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

図１および図２に示す例において、絶縁板１の上面および下面に、それぞれ配線導体５が形成されている。配線導体５は、例えば電子部品と電気的に接続されて、この電子部品に対する信号の送受や、電子部品に対する電気的なチェックを行なうためのプローブを接続するための端子として機能する。絶縁板１の上下面の配線導体５は、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通導体３を介して互いに電気的に接続されている。

配線導体５と電子部品との電気的な接続は、例えば配線導体５の所定部分に電子部品の電極（図示せず）をはんだ等の導電性接続材を介して接合することによって行なわれる。この場合、配線導体５について、例えば図１および図２に示したように貫通導体３の端面を覆う円形状等の比較的大きなパターンで（いわゆる接続パッドとして）形成しておいて、はんだの接合面積をより広くして、電子部品に対する電気的な接続の信頼性を向上させるようにしてもよい。

配線導体５は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，ニッケル，コバルト，タングステン，モリブデン，マンガン，チタン等の金属材料またはこれらの金属材料の合金材料からなる。配線導体５は、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製したタングステンの金属ペーストを、絶縁板１となるセラミックグリーンシートの主面にスクリーン印刷法等の方法で所定パターンに塗布し、その後、セラミックグリーンシートと同時焼成することによって形成することができる。また、配線導体５は、銅やチタン，ニッケル等の金属材料をスパッタリング法やめっき法等の薄膜形成法によって絶縁板１の主面から貫通導体３の端面にかけて被着させることによって形成することもできる。貫通導体３の形成方法については後述する。

貫通孔２は、例えば、セラミック焼結体からなる絶縁板１に、炭酸ガスレーザ，ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等のレーザ光の照射による孔あけ加工（レーザ加工）を施すことによって形成されている。貫通孔２について、（未焼成の上記セラミックグリーンシートの状態ではなく）セラミック焼結体からなる絶縁板１に孔あけ加工を施して形成した場合には、焼成時の収縮に起因する寸法精度の低下の影響を受けない。そのため、この場合には、絶縁板１における貫通孔２の位置精度を高くする上で有利である。

貫通孔２は、例えば、直径が200μｍ〜700μｍ程度の円形状であり、この貫通孔２の内側に貫通導体３が配置されている。貫通孔２は、円形状に限らず、楕円形状や四角形状，角を円弧状に成形した四角形状等の形状でもかまわない。

貫通導体３は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，ニッケル，コバルト，タングステン，モリブデン，マンガン等の金属材料またはこれらの金属材料の合金材料からなる。貫通導体３は、例えば上下の配線導体５等の、絶縁板１の上下にそれぞれ配置される導体の間を電気的に接続するためのものであるため、貫通導体３の電気抵抗を低く抑えることを考慮すれば、貫通導体３を形成する金属材料としては銅または銀が特に適している。

貫通導体３は、例えば銀や銅の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した導体ペーストを貫通孔２内に真空吸引を併用したスクリーン印刷法等の方法で埋め込んだ後、この導体ペーストを絶縁板１とともに加熱することによって、貫通孔２内に充填させることができる。この場合、貫通導体３を形成する金属材料に、絶縁板１（貫通孔２の内側面）に対する密着性を向上させること等のためにガラス成分を添加してもよい。

このような配線基板において、例えば、絶縁板１の上面の配線導体５に電子部品（図示せず）の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブ（図示せず）が接続され、下面の配線導体５が回路基板等の外部電気回路基板（図示せず）に接続される。そして、絶縁板１の上面の配線導体５と、貫通導体３と、絶縁板１の下面の配線導体５とを介して、電子部品が外部電気回路と電気的に接続され、信号の送受や、電子部品に対する電気的なチェック等が行なわれる。なお、電子部品に対する電気的なチェックは、例えば半導体集積回路素子の集積回路が正常に作動するか否かの検査である。

この場合には、半導体基板（シリコンウエハ等）に形成された多数の半導体集積回路素子に対して、個片に切断する前に一括して検査を行なうために、例えば図３に示したように、複数の貫通導体３が、半導体基板と同じ程度の大きさの絶縁板１に配列形成されたものが使用される。この場合の配線基板は、いわゆるプローブカードとして使用することができる。

また、貫通導体３は、セラミック焼結体が部分的に溶融した後に固化して形成された柱状の溶融改質材からなり、長さ方向が貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面とを結ぶ仮想の線分に沿うように配置された複数の接合材４ａと、これらの接合材４ａ同士の間に介在する空隙４ｂとを備える接合層４を介して貫通孔２の内側面に接合されている。

配線基板において上記の構成を備えていることから、貫通導体３と絶縁板１との間に熱応力が生じたときに、接合材４ａが変形して、この熱応力を緩和することができる。そのため、貫通導体３と絶縁板１（貫通孔２の内側面）との間に、上記熱応力に起因する剥離等の機械的な破壊が発生することは効果的に抑制することができる。したがって、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間の剥離を効果的に抑制することができる配線基板を提供することができる。

それぞれの溶融改質材は、上記のようにセラミック焼結体が部分的に溶融した後に固化して形成されたものである。セラミック焼結体の部分的な溶融は、貫通孔２を形成する際のレーザ加工時に絶縁板１に加わる熱（レーザ光による熱エネルギー）によって生じる。レーザ加工時に、絶縁板１のうちレーザ光が直接照射された部分は酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体の融点以上に加熱されて除去され、同時に、この熱によって、体絶縁板１の貫通孔２の内側面部分が溶融し、加工終了後の冷却（自然冷却等）によって溶融した部分が固化する。この固化の際に酸化アルミニウム成分が再結晶する。再結晶に伴い、酸化アルミニウムの結晶の間に絶縁板１に含まれる酸化ケイ素等のガラス成分が入り込む場合がある。

すなわち、接合材４ａは、再結晶した酸化アルミニウムの再結晶層と、酸化アルミニウムの結晶の間に介在する酸化ケイ素等のガラス成分とによって構成されている。

これらの接合材４ａは、絶縁板１（酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体）の一部が溶融改質によって形成されているものであるため、絶縁板１に対しては強固に接合されている。また、接合材４ａは、含有する酸化ケイ素等のガラス成分を介して貫通導体３の側面に、ガラス成分の貫通導体３への拡散に伴うアンカー効果（や水素結合等の結合力）によって、貫通導体３と接合している。

また、空隙４ｂは、上記固化の後にガラス成分をガラスエッチング加工等の方法で除去することによって形成することができる。ガラス層が除去された跡が空隙４ｂになる。

なお、接合材４ａおよび空隙４ｂの形状や大きさ（体積）は、上記レーザ加工時の条件や、ガラスエッチング加工の条件によって調整することができる。

なお、柱状の接合材４ａのそれぞれは、必ずしも貫通導体３の側面から貫通孔２に内側面にかけて一続きに形成されているものである必要はなく、図２に示す例のような形態であってもよい。この例においては、接合層４の厚み（接合層４の外周と内周との間の距離、言い換えれば、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間の距離）に比べて比較的短い複数の接合材４ａが互いに、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間をつなぐように接合し合っている。

言い換えれば、いわゆる細切れ状の複数の接合材４ａ同士が互いにつながって、貫通導体３の側面と貫通孔２の側面とを接合する接合層４の一部を構成していても構わない。

複数の接合材４ａの形状は、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間を結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状のものであれば、特に他の制約はない。接合材４ａのそれぞれの形状は、例えば、円柱状や楕円柱状，多角形の柱状，柱状であって側面が不規則に湾曲したり側面に凹凸を有したりする不定形の柱状等である。

それぞれの接合材４ａの大きさは、例えば、長さが接合層４の厚みに対して約30〜110
％程度であり、太さ（円柱状であれば横断面の直径）が約10〜50μｍ程度である。

なお、接合材４ａについて、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間を結ぶ仮想の線分に沿って配置させるのは、絶縁板１と貫通導体３との間に生じる熱応力を効果的に緩和させるためである。すなわち、絶縁板１と貫通導体３との間に生じる熱応力は、主に、貫通導体３の長さ方向と平行な方向に作用する。このような応力の作用する方向に対して、接合材４ａが、長さ方向が交差（ほぼ直交）するように、つまり変形しやすいように配置されているので、熱応力による接合材４ａの変形が容易に生じ、この変形によって熱応力を効果的に緩和することができる。

接合層４における空隙４ｂの割合は、絶縁板１および貫通導体３の材料（つまり熱膨張率の差）や、絶縁板１の厚み，貫通導体３の大きさ（平面視における面積）等の、熱応力の大きさに影響を与える各種の条件、および配線導体５の配置形態や、生産性，経済性等の条件に応じて適宜設定すればよい。

例えば、配線基板をプローブカード用に用いる場合に一般的な構成である、絶縁板１が酸化アルミニウム質焼結体からなり、貫通導体３が銅または銀からなり、貫通孔２が直径約200〜500μｍの円形状であり、絶縁板１の厚みが約１〜３ｍｍ程度である場合には、接合層４における空隙４ｂの割合は、体積比で約５〜50％程度とすればよい。

なお、接合材４ａおよび空隙４ｂは、必ずしも、接合層４の全域において同様の形状および大きさとする必要はなく、部分的に、互いの形状や大きさが異なっていてもよい。例えば、貫通孔２の上下の端付近において上下方向の中央部等の他の部分よりも接合層４における空隙４ｂの割合（接合層４における空隙４ｂの合計の体積比率）を大きくして、熱応力をより効果的に緩和するようにしてもよい。

また、このような配線基板において、図４に示すように、接合層４の接合材４ａが、一
端が貫通孔２の内側面に接合し、他端が貫通導体３の側面に接合したブリッジ状に形成されている場合には、これらの接合材４ａを介して貫通導体３と貫通孔２の内側面とがより強固に接合される。なお、図４は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を拡大して示す要部平面図（透視図）である。図４において、図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。図４においても、見やすくするために配線導体５を省略し、空隙４ｂを除く各部位にハッチングを施している。

すなわち、この場合には、貫通導体３と絶縁板１（貫通孔２の内側面）とが、貫通導体３の側面から貫通孔２の内側面までそれぞれが一続きに（いわゆるブリッジ状に）形成された、より機械的な強度や貫通導体３および絶縁板１に対する接合強度が高い接合材４ａを介して接合される。そのため、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間の剥離がより効果的に抑制された配線基板を提供することができる。

また、この場合には、例えば後述するレーザ加工による貫通孔２の形成と、貫通孔２への貫通導体３の配置を行なった後のガラスエッチングによる上記構成の空隙４ｂの形成がより容易である。したがって、貫通導体３と絶縁板１との間の熱応力の緩和に有効であり、かつ生産性にも優れた配線基板とすることができる。

ブリッジ状の接合材４ａは、例えば、前述したようないわゆる細切れ状の複数の接合材４ａが接合し合ったものと同様の形状および寸法であり、直径が約５〜30μｍ程度で、長さが接合層４の厚みと同じ程度である。接合材４ａをブリッジ状にする方法については、後述する。
レーザ加工の条件を、比較的高エネルギーで短時間で加工を行い、酸化ケイ素や酸化硼素，酸化亜鉛等からなるガラス成分を含有した導体ペーストを充填後、焼成することで貫通導体３を形成し、ガラスエッチング加工の条件を比較的低濃度で短時間でエッチング処理を行うことで、形成することができる。すなわち、溶融改質層と貫通導体３中のガラス成分がつながっている部分を一部除去することで作製することができる。

次に、本発明の配線基板の製造方法について、図５を参照しつつ詳しく説明する。なお、図５（ａ）は、本発明の配線基板の製造方法を工程順に示す要部断面図である。図５において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

本発明の配線基板の製造方法は、図５（ａ）に一例を示す、セラミック焼結体からなる絶縁板１を準備する工程と、
図５（ｂ）に一例を示す、絶縁板１にレーザ加工を施して、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通孔２を形成するとともに、この貫通孔２の内側面に、セラミック焼結体の一部が溶融後に再結晶してなる、ガラス層14ｂを含む溶融改質層14を設ける工程と、
図５（ｃ）に一例を示す、貫通孔２内に導体材料13を充填する工程と、
図５（ｄ）に一例を示す、貫通孔２に導体材料13を充填した絶縁板１にガラスエッチング加工を施し、溶融改質層14のガラス層14ｂの一部を除去して、溶融改質層14を、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間を結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状の溶融改質材14ａからなる接合材４ａと、溶融改質材14ａ同士の間に介在する空隙４ｂとを備える接合層４とする工程とを備える。導体材料13は、導体ペースト等を用いた場合であれば、加熱することによって貫通導体３としておく。この最後の工程において除去したガラス層14ｂの跡が接合層４の空隙４ｂになる。

以上の工程の後、スパッタリング法や蒸着法，めっき法等の方法で絶縁板１の上面および下面に配線導体５を形成し、これらの上下の配線導体５を貫通導体３を介して互いに電気的に接続させれば、例えば図１および図２に示すような配線基板を製作することができる。

本発明の配線基板の製造方法によれば、上記各構成を備え、貫通孔２に導体材料13を充填した絶縁板１にガラスエッチング加工を施し、溶融改質層14のガラス層14ｂの一部を除去して、溶融改質層14を、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間を結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状の溶融改質材14ａからなる接合材４ａと、接合材４ａ同士の間に介在する空隙４ｂとを備える接合層４とすることから、製作された配線基板において、貫通導体３と絶縁板１との間に生じる熱応力を、接合層４の接合材４ａの変形によって効果的に緩和することができる。したがって、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間の剥離を効果的に抑制することが可能な配線基板の製造方法を提供することができる。

以下、各工程について具体的に説明する。なお、前述した本発明の配線基板についての説明と同様の点については詳しい説明は省略する。

まず、セラミック焼結体からなる絶縁板１を準備する。

絶縁板１は、前述した酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなるものであり、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のように製作して準備することができる。すなわち、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を有機溶剤とともにドクターブレード法等の方法でシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製し、このセラミックグリーンシートを、打ち抜き加工等の方法で所定の形状および寸法に加工し、これを約1300〜1500℃の温度で焼成することによって製作する。

なお、絶縁板１は、複数のセラミックグリーンシートを積層し、この積層体を焼成して作製するようにしてもよい。この場合には、それぞれのセラミックグリーンシートが、多層の絶縁板１を構成するそれぞれの絶縁層（図示せず）になる。複数の絶縁層が積層されてなる絶縁板１は、各絶縁層の層間にも配線導体５を形成することができるため、配線基板の高機能化等に有効である。また、絶縁板１の機械的強度を高くする上でも有効である。

次に、絶縁板１にレーザ加工を施して、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通孔２を形成するとともに、この貫通孔２の内側面に、セラミック焼結体の一部が溶融後に再結晶してなる、ガラス層14ｂを含む溶融改質層14を設ける。

絶縁板１に対するレーザ加工は、前述したように、炭酸ガスレーザ，ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等のレーザ光の照射による孔あけ加工（レーザ加工）によって行なう。貫通孔２は、開口が円形状のものであれば、レーザ加工による形成が容易である。

このレーザ加工に伴う熱によって、絶縁板１に貫通孔２を形成すると同時に、この貫通孔２の内側面に溶融改質層14を形成することができる。つまり、レーザ光の照射によって絶縁板１を形成しているセラミック焼結体を順次溶融除去して貫通孔２を形成しながら、形成した貫通孔２の内側面を順次部分的に溶融させる。部分的に溶融したセラミック焼結体は、貫通孔２形成後に冷却させることによって再結晶し、ガラス層14ｂを含む溶融改質層14とすることができる。溶融改質層14は、前述したように、ガラス層14ｂ以外に酸化アルミニウムの再結晶成分の層を含んでいる。

溶融改質層14は、酸化アルミニウム等の、セラミック焼結体が部分的に溶融した後に再結晶してなる柱状の溶融改質材14ａと、溶融改質材14ａの間に介在するガラス層14ｂとを含んでいる。

溶融改質層14のガラス層14ｂは、次の工程で除去されて空隙４ｂを形成するためのものである。溶融改質層14におけるガラス層14ｂの形状および大きさは、レーザ加工の条件で調整することができる。例えば、比較的低エネルギーで熱負荷を低くすれば薄くなり、この逆に、高エネルギーで熱負荷が大きくなれば厚くなる。また、レーザの種類により、熱負荷の大きい加工条件では、ガラス層14ｂが厚くなる。

この工程において、再結晶した酸化アルミニウムの結晶の間に、絶縁板１を形成するセラミック焼結体のガラス成分等のガラスが入り込む。この場合、酸化アルミニウムの再結晶化は、溶融改質層14の内周側と外周側（貫通孔２の内側面側）との間に柱状に結晶が生じるように進行する。そのため、ガラスエッチング後の溶融改質層14における酸化アルミニウムが再結晶してなる溶融改質材14ａは柱状になっている。

次に、貫通孔２内に導体材料13を充填する。

この導体材料13は、後の工程で加熱されて貫通導体３となるものである。導体材料13は、前述した銅や銀等の貫通導体３を形成するのと同様の金属材料や合金材料を用いて作製した導体ペーストである。

導体材料13は、例えば、銅または銀からなる場合であれば、銅または銀の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練してペースト状とすることによって作製することができる。導体材料13は、前述したように、絶縁板１（貫通孔２の内側面）に対する密着性を向上させること等のために酸化ケイ素や酸化硼素，酸化亜鉛等のガラス成分を添加してもよい。また、溶剤の量等で導体材料13の粘度を調整して、貫通孔２内への充填を容易とするようにしてもよい。また、貫通孔２に導体材料13を充填する際に、導体材料13を充填する側と反対側から真空吸引を行なって、充填をより容易とするようにしてもよい。

次に、貫通孔２に導体材料13を充填した絶縁板１にガラスエッチング加工を施し、溶融改質層14のガラス層14ｂの一部を除去して、溶融改質層14を、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間を結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状の溶融改質材14ａからなる接合材４ａと、溶融改質材14ａ同士の間に介在する空隙４ｂとを備える接合層４とする。

なお、ガラス層14ｂは、上記のように全部が除去されるものではないため、接合層４中にはガラス層14ｂが残るが、図４（ｄ）においてはガラス層14ｂを省略している。

ガラス層14ｂを除去するガラスエッチング加工は、例えばフッ化水素酸（フッ酸）を含むガラスエッチング液を用いて行なう。ガラスエッチング液中に上記の作製途中の配線基板を浸漬すれば、溶融改質層14中のガラス成層４ａが溶解して除去され、除去されたガラス層14ｂの跡が空隙４ｂになる。

この場合、ガラスエッチング液中のフッ酸の濃度や、ガラスエッチング液中に添加するフッ化水素以外の成分（例えば、硝酸やアンモニウム等）でガラスエッチング加工の条件を調整することによって、除去されるガラス層14ｂの範囲、つまり空隙４ｂの形状や大きさを調整することができる。

例えば、比較的低濃度で長時間することで、深さ方向（溶融改質層14の上下端からの上下方向）の長さも安定して空隙４ｂを形成することができる。

以上の工程によって、例えば図１および図２に示すような配線基板を製作することができる。

なお、接合材４ａについて、一端が貫通孔２の内側面に接合し、他端が貫通導体３の側面に接合したブリッジ状とするには、例えば、比較的高エネルギーで短時間でレーザ加工を行い、導体材料13については、酸化ケイ素や酸化硼素，酸化亜鉛等からなるガラス成分を含有した導体ペーストを用い、これを貫通孔２に充填した後、焼成することで貫通導体３を形成し、ガラスエッチング加工の条件を比較的低濃度で短時間でエッチング処理を行なうようにすればよい。この場合には、再結晶した酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体と、ガラス成分とが貫通孔２の内側面から貫通導体３の側面にかけて十分な長さで（つまり一続きに）形成され、接合材４ａをブリッジ状に形成することができる。すなわち、溶融改質層14と貫通導体３中のガラス成分がつながっている部分を一部除去することで、接合材４ａがブリッジ状とされた配線基板を作製することができる。

酸化アルミニウム質焼結体からなる厚みが約3000μｍ（３ｍｍ）の絶縁板に直径が約500μｍ（長さが約3000μｍ）の貫通孔をレーザ加工で形成し、この貫通孔の内側に導体材
料として銀ペーストを充填し、約900℃で加熱して貫通導体を形成した後、フッ酸（フッ
化水素が約５ｗｔ％）のガラスエッチング液を用いてガラスエッチング加工を行ない、実施例の配線基板を100個作製した。

また、上記と同様の絶縁板にドリル加工によって上記と同様の寸法の貫通孔を形成し、貫通孔内に上記と同様の銀ペーストを充填し、その後に約900℃で加熱して比較例の配線
基板を100個作製した。

実施例および比較例の各配線基板100個について、加速試験として温度サイクル試験（
−45℃〜＋125℃、1000サイクル）の後、貫通導体と貫通孔との間の剥離の有無を断面観
察によって検査した。

なお、実施例の配線基板においては、貫通孔と貫通導体との間に幅が約50μｍの接合層が形成されていた。接合層は、電子顕微鏡を用いた観察によって、柱状の多数の接合材と、その接合材の間に介在する空隙とによって構成されたことを確認した。この観察の際には、貫通導体および接合層の横断面の試料を作製し、この試料を用いて観察した。接合層における空隙の割合は、体積比率で約10％であった。空隙の割合は、上記電子顕微鏡を用いた観察の際に、貫通導体の側面の表面積と貫通導体および接合層の横断面の面積より比率計算によって測定した。

その結果、実施例の配線基板では貫通孔と貫通導体との間の剥離は確認されなかった。これに対し、比較例の配線基板では１個の配線基板において２つの貫通導体に、他の１個の配線基板において１つの貫通導体に、それぞれ貫通導体の剥がれが発生していた。

以上の結果により、本発明の配線基板における、貫通導体の突出、および貫通導体の突出に起因する貫通導体と配線導体との間の剥がれを抑制する効果を確認することができた。

なお、本発明の配線基板および配線基板の製造方法は、上記実施の形態や実施例に記載した例に限定されるものではなく、種々の変形は可能である。例えば、絶縁板の上面に樹脂絶縁層と、配線導体と電気的に接続された薄膜配線導体とを交互に（必要に応じて複数層）被着させるとともに、薄膜配線導体の一部を最上層の樹脂絶縁層の上面に露出させて、この薄膜配線導体を半導体集積回路素子等の電子部品にプローブ等を介して電気的に接続させるようにしてもよい。この場合には、電子部品への電気的な接続を、より微細で高密度に行なうことができる。

１・・・絶縁板
２・・・貫通孔
３・・・貫通導体
４・・・接合層
４ａ・・接合材
４ｂ・・空隙
５・・・配線導体
13・・・導体材料
14・・・溶融改質層
14ａ・・溶融改質材
14ｂ・・ガラス層

Claims (3)

1. セラミック焼結体からなり、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、前記貫通孔内に配置された貫通導体とを備える配線基板であって、前記貫通導体は、前記セラミック焼結体が部分的に溶融した後に固化して形成された溶融改質材からなり、前記貫通孔の内側面と前記貫通導体の側面とを結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状の複数の接合材と、該接合材同士の間に介在する空隙とを備える接合層を介して前記貫通孔の内側面に接合されていることを特徴とする配線基板。
2. 前記接合層の前記接合材は、それぞれ、一端が前記貫通孔の内側面に接合し、他端が前記貫通導体の側面に接合するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. セラミック焼結体からなる絶縁板を準備する工程と、
   前記絶縁板にレーザ加工を施して、該絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔を形成するとともに、該貫通孔の内側面に、前記セラミック焼結体が部分的に溶融した後に再結晶してなる、ガラス層を含む溶融改質層を設ける工程と、
   前記貫通孔内に導体材料を充填する工程と、
   前記貫通孔に前記導体材料を充填した前記絶縁板にガラスエッチング加工を施し、前記溶融改質層の前記ガラス層の一部を除去して、前記溶融改質層を、前記貫通孔の内側面と前記貫通導体の側面との間を結ぶ仮想の線分に沿って配置された柱状の溶融改質材からなる接合材と、該溶融改質材同士の間に介在する空隙とを備える接合層とする工程と
   を備えることを特徴とする配線基板の製造方法。

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