JP7070684B2 - 複合基板及び複合基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合基板及び複合基板の製造方法に関する。

スマートフォンなどの移動体通信において通信周波数帯の高周波化に伴い、移動体通信モジュール基板には小型低背化と低伝送損失が要求されている。
特許文献１は小型低背化及び低伝送損失を実現する手段として低誘電率の樹脂層をセラミック多層基板内に形成することを提案している。

国際公開第２０１７／０４８８０５号

しかしながら、特許文献１に記載されたような樹脂層を有するセラミック多層基板は、基板の側面において樹脂層とセラミック層との界面が露出している。そのため、樹脂層とセラミック層との界面の接着強度が充分でなく、加工時の衝撃やリフロー時の熱衝撃によって、樹脂層とセラミック層との接着面が剥離してしまうという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、樹脂層とセラミック層との接着面が剥離しにくい複合基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の一態様に係る複合基板は、上部セラミック層、下部セラミック層、並びに、上記上部セラミック層及び上記下部セラミック層に挟まれた中間樹脂層を含む複合基板であって、上記複合基板の少なくとも１つの側面には、側面樹脂層が形成されており、上記中間樹脂層と上記側面樹脂層とが一体化していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る複合基板の製造方法は、空洞形成用材料からなる空洞形成用シートが未焼結のセラミック材料からなるセラミックグリーンシートで挟まれるように積層された積層体を準備する積層体準備工程と、上記積層体を焼成することによって上記未焼結のセラミック材料を焼結させて上部セラミック層及び下部セラミック層とし、さらに上記空洞形成用材料を焼失させて上記上部セラミック層と上記下部セラミック層との間に空洞を形成し、空洞を有する基板を得る焼成工程と、上記空洞を有する基板を樹脂材料を含む液体に浸漬して上記空洞及び上記基板の少なくとも１つの側面に上記樹脂材料を付着させて、上記樹脂材料を硬化させることにより、上記上部セラミック層と上記下部セラミック層との間に中間樹脂層を形成するとともに、上記基板の少なくとも１つの側面に側面樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、を行うことを特徴とする。

本発明によれば、樹脂層とセラミック層との接着面が剥離しにくい複合基板を提供することができる。

図１は、本発明の複合基板の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１におけるＡ－Ａ線断面図である。 図３は、本発明の複合基板の別の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の複合基板のさらに別の一例を模式的に示す断面図である。 図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、それぞれ本発明の複合基板の製造方法の一部の工程を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の複合基板及びその製造方法について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

＜複合基板＞
本発明の一態様に係る複合基板は、上部セラミック層、下部セラミック層、並びに、上記上部セラミック層及び上記下部セラミック層に挟まれた中間樹脂層を含む複合基板であって、上記複合基板の少なくとも１つの側面には、側面樹脂層が形成されており、上記中間樹脂層と上記側面樹脂層とが一体化していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る複合基板では、中間樹脂層が上部セラミック層及び下部セラミック層に挟まれている。
中間樹脂層は応力緩和層として働くため、中間樹脂層を設けることで、衝撃に対する強度を高めることができる。
また、複合基板の少なくとも１つの側面は側面樹脂層により覆われているため、中間樹脂層とセラミック層との界面が露出しないため、剥がれが発生しにくい。
さらに、中間樹脂層と側面樹脂層とが一体化しているため、セラミック層と中間樹脂層との間の剥がれをさらに抑制することができる。
なお、中間樹脂層と側面樹脂層とが一体化しているとは、中間樹脂層と側面樹脂層とが同じ種類の樹脂で構成されており、中間樹脂層と側面樹脂層との間に界面が存在しない状態を意味する。

本発明の複合基板の構成の一例を、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、本発明の複合基板の一例を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１におけるＡ－Ａ線断面図である。
図１及び図２に示すように、本発明の複合基板１は、上部セラミック層１０、下部セラミック層２０及び上部セラミック層１０と下部セラミック層２０との間に配置された中間樹脂層３０を有する複合基板であって、複合基板の側面には、側面樹脂層４０が形成されている。さらに、中間樹脂層３０と側面樹脂層４０は一体化している。
なお図２において、側面樹脂層４０に相当する領域を中間樹脂層３０よりも濃い色で表示しているが、これは説明のため便宜的に行うものであり、実際の複合基板において、中間樹脂層と側面樹脂層との間に境界は存在しない。
上部セラミック層１０は、上部配線導体１２及び上部貫通導体１１を、下部セラミック層２０は、下部配線導体２２及び下部貫通導体２１を、中間樹脂層３０は、中間配線導体３２及び中間貫通導体３１を、それぞれ有している。

複合基板１では、中間樹脂層３０が上部セラミック層１０及び下部セラミック層２０に挟まれている。中間樹脂層３０は応力緩和層として働くため、中間樹脂層３０を設けることで、衝撃に対する強度を高めることができる。また、複合基板１の側面が側面樹脂層４０により覆われているため、中間樹脂層３０と上部セラミック層１０、下部セラミック層２０との界面が露出せず剥がれが発生しにくい。
さらに、中間樹脂層３０と側面樹脂層４０とが一体化しているため、上部セラミック層１０と中間樹脂層３０との間の剥がれ、下部セラミック層２０と中間樹脂層３０との間の剥がれをそれぞれさらに抑制することができる。

図２の右側には、上部貫通導体１１、中間貫通導体３１及び下部貫通導体２１が厚さ方向に一直線に並んで一体化して柱状の金属導体となっている例を示している。
図２の左側には、上部セラミック層１０の平面方向に形成された上部配線導体１２、中間樹脂層３０の平面方向に形成された中間配線導体３２及び下部セラミック層２０の平面方向に形成された下部配線導体２２を示しており、上部貫通導体１１、中間貫通導体３１及び下部貫通導体２１が、上部配線導体１２、中間配線導体３２及び／又は下部配線導体２２を介して一体化している例を示している。
本明細書において、上部貫通導体、中間貫通導体及び下部貫通導体が一体化しているという概念は、図２の右側に示されるように貫通導体が厚さ方向に一直線に並んで一体化した柱状の金属導体となっている場合に限定されるものではない。図２の左側に示されるように平面方向に形成された上部配線導体、中間配線導体及び下部配線導体を介して上部貫通導体、中間貫通導体及び下部貫通導体が一体化して繋がっている場合も含まれる。

上部セラミック層１０及び下部セラミック層２０を構成するセラミック材料は焼結されたセラミック材料である。
セラミック材料としては、低温焼結セラミック材料を含むことが好ましい。
低温焼結セラミック材料とは、セラミック材料のうち、１０００℃以下の焼成温度で焼結可能であり、金属材料として好ましく使用される銀や銅との同時焼成が可能である材料を意味する。

低温焼結セラミック材料としては、具体的には、クオーツやアルミナ、フォルステライト等のセラミック材料にホウ珪酸ガラスを混合してなるガラス複合系低温焼結セラミック材料、ＺｎＯ－ＭｇＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２系の結晶化ガラスを用いた結晶化ガラス系低温焼結セラミック材料、ＢａＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２系セラミック材料やＡｌ_２Ｏ_３－ＣａＯ－ＳｉＯ_２－ＭｇＯ－Ｂ_２Ｏ_３系セラミック材料等を用いた非ガラス系低温焼結セラミック材料等を用いることができる。

図１及び図２には、上部セラミック層１０、下部セラミック層２０がそれぞれ複数層設けられている態様を示しているが、中間樹脂層の上下に少なくとも１層ずつ、上部セラミック層及び下部セラミック層が設けられていて、中間樹脂層が上部セラミック層及び下部セラミック層で挟まれていればよい。
上部セラミック層と下部セラミック層とをまとめて上下セラミック層ともいう。

中間樹脂層３０を構成する樹脂材料としては、複合基板に付与したい特性、機能を有する任意の樹脂材料を使用することができる。例えば、フッ素系樹脂、シリコーンゴム、極性基の少ない炭化水素系樹脂（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等）を好ましく使用することができる。より好ましい具体例としては、比誘電率ε_ｒ≒２．６のフッ素系樹脂、比誘電率ε_ｒ≒３．０のシリコーンゴム、比誘電率ε_ｒ≒２．２５のポリエチレン、比誘電率ε_ｒ≒２．２のポリプロピレン、比誘電率ε_ｒ≒２．４５のポリスチレン等を使用することができる。
これらの樹脂材料は、誘電率が低いため、高周波領域での伝送損失を低減するための中間樹脂層を構成する樹脂材料として適している。
また、中間樹脂層内にボイドが存在していることが好ましく、中間樹脂層内に中空ビーズ等の空隙形成材料が含まれていることも好ましい。中間樹脂層内にボイドが存在し、かつ、空隙形成材料が含まれていることも好ましい。
中間樹脂層内にボイドや空隙形成材料が存在していると、中間樹脂層の誘電率を低下させることができるため、高周波領域での伝送損失を低減するための中間樹脂層を構成するために適している。
そして、中間樹脂層の比誘電率ε_ｒが１．５以上３以下であることが好ましい。
中間樹脂層の比誘電率は樹脂材料の比誘電率ではなく、中間樹脂層全体として測定した比誘電率の値であり、中間樹脂層内にボイドや空隙形成材料、フィラーなど他の絶縁材料が存在している場合はその寄与も含まれる。

また、中間樹脂層が空隙形成材料を含むことにより、中間樹脂層と上下セラミック層との熱膨張係数の差を小さくすることができ、ヒートサイクル特性を向上させることができる。
空隙形成材料としては、中空ビーズを使用することもできる。
中空ビーズとしては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２及びＭｇＯからなる群より選択される少なくとも１種の無機物を主成分とするシェル層を有し、シェル層の中が中空となっているものが挙げられる。とくにＳｉＯ_２を主成分とするシェル層を有することが好ましい。また、中空部分がシェル層で完全に覆われたクローズ型の中空ビーズであることが好ましい。
中間樹脂層に占める空隙形成材料の割合は２０体積％以上であることが好ましく、４０体積％以上であることがより好ましい。

また、引っ張り弾性率の低い樹脂材料として、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、シクロオレフィン系樹脂等を好ましく使用することができる。
より好ましい具体例としては、引っ張り弾性率Ｅ（ＧＰａ）≒０．３９以上、０．５５以下のフッ素系樹脂、引っ張り弾性率Ｅ（ＧＰａ）≒２．１以上、２．２以下のシクロオレフィン系樹脂等を使用することができる。
これらの樹脂材料は引っ張り弾性率が低いため、衝撃に対する応力緩和層としての中間樹脂層を構成するための樹脂材料として適している。
そして、中間樹脂層の引っ張り弾性率が３ＧＰａ以下であることが好ましい。また、中間樹脂層の引っ張り弾性率が１ＧＰａ以下であることがより好ましい。
また、中間樹脂層の引っ張り弾性率が０．０２ＧＰａ以上であることが好ましい。
また、ゴム系材料、熱可塑性エラストマー（塩ビ系、スチレン系、オレフィン系、エステル系、ウレタン系、アミド系等）等の材料を使用することもできる。
中間樹脂層の引っ張り弾性率は樹脂材料の引っ張り弾性率ではなく、中間樹脂層全体として測定した引っ張り弾性率の値である。

中間樹脂層の厚さは特に限定されないが、上部セラミック層及び下部セラミック層の合計厚さよりも厚いことが好ましく、複合基板の厚さの５０～８０％であることがより好ましい。

上部セラミック層及び下部セラミック層の厚さは特に限定されないが、上部セラミック層及び下部セラミック層の厚さがいずれも、複合基板の厚さの５０％未満であることが好ましい。
上部セラミック層と下部セラミック層の厚さはそれぞれ異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
上部セラミック層と下部セラミック層の厚さが同じであると、焼成時の体積変化による複合基板の反りを抑制することができる。

側面樹脂層の厚さ（複合基板の平面方向における距離）は特に限定されないが、２０～１００μｍであることが好ましい。

側面樹脂層は、複合基板の少なくとも１つの側面に形成されていればよいが、２つ以上の側面に形成されていることが好ましく、複合基板を上部セラミック層又は下部セラミック層から正面視した際に、複合基板の全ての側面に形成されていることがより好ましい。
側面樹脂層の厚さは、全ての箇所で同じであってもよく、異なっていてもよい。

図２において、中間貫通導体３１、上部貫通導体１１及び下部貫通導体２１は一体化している。
中間貫通導体３１、上部貫通導体１１及び下部貫通導体２１を構成する材料としては、いずれも金属材料とセラミック材料の混合物であることが好ましい。
金属材料としては、金、銀及び銅から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、銀又は銅を含むことがより好ましい。金、銀及び銅は、低抵抗であるため、特に、複合基板が高周波用途である場合に適している。
セラミック材料としては、上下セラミック層を構成するセラミック材料と同じものを好適に使用することができる。同じセラミック材料を使用することによって、上下セラミック層を構成するセラミック材料と金属導体ペーストの焼結挙動を合わせることができる。

中間貫通導体に含まれる金属材料の割合が、４０重量％以上、９９重量％以下であることが好ましく、６０重量％以上であることがより好ましく、９０重量％以下であることがより好ましい。中間貫通導体に含まれる金属材料の割合が９９重量％以下であるということは、中間樹脂層における中間貫通導体が、樹脂基板でよく用いられる金属導体の形成法であるめっき等の方法で形成された金属のみからなる組成の金属導体とは異なることを意味している。後述するように、金属導体ペーストを焼成することにより金属導体を形成することができるが、金属導体ペーストの焼成を経て作製される金属導体にはセラミック材料など金属材料以外の材料が含まれるので、金属材料のみからなる組成とはならない。金属導体ペーストの焼成を経て形成される金属導体は、めっき等で形成された金属材料のみからなり焼成を経ていない金属導体に比べて強固な接合を形成することができるので、接続信頼性をより高めることができる。
また、上部貫通導体及び下部貫通導体に含まれる金属材料の割合も、中間貫通導体と同様に４０重量％以上、９９重量％以下であることが好ましく、６０重量％以上であることがより好ましく、９０重量％以下であることがより好ましい。
上部貫通導体及び下部貫通導体に含まれる金属材料の割合を４０重量％以上にすると、複合基板の抵抗値が大きくなり過ぎないために好ましい。

中間貫通導体、上部貫通導体及び下部貫通導体は、同じ組成となっていることが好ましい。同じ組成の金属導体ペーストを用いて同時焼成により金属導体を形成することにより、中間貫通導体、上部貫通導体及び下部貫通導体は、同じ組成となる。
また、同じ組成でなくとも近い組成であれば、上部貫通導体、中間貫通導体及び下部貫通導体が同様の特性を有することとなるため好ましい。具体的には、中間貫通導体に含まれる金属材料の割合（重量％）と、上部貫通導体及び下部貫通導体に含まれる金属材料の割合（重量％）の差がそれぞれ５９重量％以下であることが好ましく、差が３０重量％以下であれば、界面における貫通導体の特性を合わせやすい点で、より好ましい。また、上記差の下限値は０重量％（貫通導体の組成が同じ）であればよいが、下限値が０．００１重量％（上記差が０．００１重量％以上）であってもよい。

中間樹脂層に形成される中間配線導体は、異なる層に配線が形成される多層配線であってもよい。中間樹脂層を構成する絶縁層としての中間樹脂層は後述するように１回の樹脂浸漬により形成されるので１層であるが、中間貫通導体は多段に積み重なっていてもよく、平面方向に形成された中間配線導体も多層になっていてもよい。図２に示す複合基板１では、中間樹脂層３０に６層からなる多層配線が形成された例を示している。

また、図２には、中間樹脂層が１層だけ設けられた「上部セラミック層－中間樹脂層－下部セラミック層」の構成を示したが、中間樹脂層が上下セラミック層に挟まれていれば中間樹脂層が複数層設けられていてもよく、例えば、「上部セラミック層－第１中間樹脂層－中部セラミック層－第２中間樹脂層－下部セラミック層」といった層構成のものも本発明の複合基板に含まれる。
なお、中部セラミック層が形成されている場合において、中部セラミック層が第１中間樹脂層と第２中間樹脂層とを完全に分断している場合、中部セラミック層の厚さは中間樹脂層の厚さとして考慮しないものとする。一方で、中部セラミック層が第１中間樹脂層と第２中間樹脂層とを完全に分断していない場合には、第１中間樹脂層、中部セラミック層及び第２中間樹脂層の厚さを中間樹脂層の厚さとする。

本発明の複合基板は、中間樹脂層に、上部セラミック層と下部セラミック層とを接続する絶縁性の支柱構造を有していてもよい。
上記支柱構造は、上記中間樹脂層の厚さ方向に伸びる絶縁性の柱状の支持体が、上記支柱構造の少なくとも一部を構成している。このような構造を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の複合基板の別の一例を模式的に示す断面図である。
図３に示す複合基板２では、中間樹脂層３０中、破線で示す領域に、上部セラミック層１０と下部セラミック層２０とを接続する絶縁性の支柱構造５０ａ、５０ｂ、５０ｃを有している。
支柱構造５０ａは、下部セラミック層２０ａと中間配線導体３２とを接続する絶縁性の支持体５１ａと、支持体５１ａの上方に配置された中間配線導体３２と、中間配線導体３２と上部セラミック層１０との間に設けられた中間貫通導体３１とから構成されている。
支柱構造５０ｂは、中間樹脂層３０中に設けられた複数個の中間貫通導体３１及び中間配線導体３２と、これらの下側（下部セラミック層２０ａの直上に配置された中間配線導体３２との間）に設けられる絶縁性の支持体５２ｂと、これらの上側（上部セラミック層１０ｂとの間）に設けられる絶縁性の支持体５１ｂとから構成されている。
支柱構造５０ｃは、中間樹脂層３０中に設けられ、上部セラミック層１０ｂと下部セラミック層２０ａとの間に設けられた絶縁性の支持体５１ｃのみで構成されている。
中間樹脂層中に、上記のような支柱構造を有していることで、中間樹脂層を形成するために樹脂浸漬を行う前の段階において、焼成された積層体（基板）に形成された中空構造により基板の形状が変形してしまうことを防止することができる。また、中間樹脂層が形成された後は、複合基板の厚み方向の機械的強度を高めることができる。

支持体を構成する材料は絶縁性であれば特に限定されないが、上下セラミック層と同じ材料、上下セラミック層と同程度の絶縁性を有するセラミック材料やガラス材料等が挙げられる。
中間樹脂層中に配置される支持体の位置、太さ、数は、中間樹脂層を構成する中間貫通導体及び中間配線導体の形状及びパターンによって適宜調整することができる。

本発明の複合基板は、基板の側面だけでなく、上下セラミック層のいずれか一方の表面が中間樹脂層及び側面樹脂層と同様の樹脂により覆われていてもよい。
図４は、本発明の複合基板のさらに別の一例を模式的に示す断面図である。
図４に示す複合基板３は、上部セラミック層１０、下部セラミック層２０及び上部セラミック層１０と下部セラミック層２０との間に配置された中間樹脂層３０を有する複合基板であって、複合基板の側面には側面樹脂層４０が形成されており、中間樹脂層３０と側面樹脂層４０は一体化している。さらに、下部セラミック層２０の底面（下部セラミック層２０ｂの、下部セラミック層２０ａと接していない側の表面）には、表面樹脂層６０が設けられており、表面樹脂層６０は、側面樹脂層４０及び中間樹脂層３０と一体化している。
下部セラミック層２０の底面が表面樹脂層６０で覆われていると、複合基板の機械的強度がさらに向上する。
なお、図４では、下部セラミック層の底面に電極となる下部配線導体が配置されていない場合を説明しているが、表面樹脂層はセラミック層のどちらか一方の表面を覆っていればよく、上部セラミック層の表面に配置されていてもよい。
例えば、上部セラミック層の表面に電極となる上部配線導体が配置されておらず、下部セラミック層の底面に電極となる下部配線導体が配置されている場合には、上部セラミック層の表面が表面樹脂層により覆われていてもよい。

＜複合基板の製造方法＞
本発明の複合基板の製造方法は、空洞形成用材料からなる空洞形成用シートが未焼結のセラミック材料からなるセラミックグリーンシートで挟まれるように積層された積層体を準備する積層体準備工程と、上記積層体を焼成することによって上記未焼結のセラミック材料を焼結させて上部セラミック層及び下部セラミック層とし、さらに上記空洞形成用材料を焼失させて上記上部セラミック層と上記下部セラミック層との間に空洞を形成し、空洞を有する基板を得る焼成工程と、
上記空洞を有する基板を、樹脂材料を含む液体に浸漬して上記空洞及び上記基板の少なくとも１つの側面に上記樹脂材料を付着させて、上記樹脂材料を硬化させることにより、上記上部セラミック層と上記下部セラミック層との間に中間樹脂層を形成するとともに、上記基板の少なくとも１つの側面に側面樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、を行うことを特徴とする。

本発明の複合基板の製造方法によると、焼成工程において、セラミックグリーンシートを構成する未焼結のセラミック材料を焼結させるとともに、空洞形成用材料が焼失して空洞となる。
樹脂層形成工程においては、複合基板の少なくとも１つの側面に側面樹脂層が形成されるため、中間樹脂層とセラミック層との界面が露出せず、剥がれの発生を抑制することができる。
さらに、樹脂層形成工程においては、同一の樹脂材料を硬化させて中間樹脂層と側面樹脂層とを得るため、中間樹脂層と側面樹脂層とが一体化している。そのため、側面樹脂層が複合基板の側面から剥離することがなく、セラミック層と中間樹脂層との間の剥がれをより抑制することができる。中間樹脂層の硬化と側面樹脂層の硬化は同時に行ってもよい。

本発明の複合基板の製造方法の一例を、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）及び図５（ｄ）を参照しながら説明する。
図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、それぞれ本発明の複合基板の製造方法の一部の工程を模式的に示す断面図である。はじめに、空洞形成用シートがセラミックグリーンシートで挟まれるように積層された積層体を準備する積層体準備工程を行う。

まず、セラミックグリーンシートを準備する。
セラミックグリーンシートは、未焼結のセラミック材料として、アルミナとホウケイ酸系ガラスとを混合したガラスセラミックや、焼成中にガラス成分を生成するＢａ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系セラミックの原料となる粉末と、有機バインダと溶剤とを含有するセラミックスラリーを、ドクターブレード法等によってシート状に成形したものである。セラミックスラリーには、分散剤、可塑剤等の種々の添加剤が含有されていてもよい。

有機バインダとしては、例えば、ブチラール樹脂（ポリビニルブチラール）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等を用いることができる。溶剤としては、例えば、トルエン、イソプロピレンアルコール等のアルコール等を用いることができる。可塑剤としては、例えば、ジ－ｎ－ブチルフタレート等を用いることができる。

セラミックグリーンシートには、レーザーやメカパンチにより穴あけを行い、穴に層間接続用の金属導体ペーストを充填する。また、スクリーン印刷等の方法により金属導体ペーストを用いて配線や電極をセラミックグリーンシート上に形成する。
金属導体ペーストとしては、上述した金属材料と、セラミック層を構成するセラミック材料を含むペーストを好適に使用することができる。金属導体ペーストには、溶剤、有機バインダ等が含まれることが好ましい。
また、金属導体ペースト中には、焼成後の金属導体に含まれる金属材料の割合が４０重量％以上、９９重量％以下となるように金属材料が含まれていることが好ましい。
上記手順により未焼結のセラミック材料からなる層間接続用の金属導体ペーストを有するセラミックグリーンシートを準備する。

別途、空洞形成用シートを準備する。
空洞形成用シートは、後の焼成工程で焼失し、その存在していた部分に空洞を形成するための材料である空洞形成用材料からなり、層間接続用の金属導体ペーストを有するシートである。
空洞形成用材料は、空洞形成用シート中の金属導体ペーストの焼結開始温度での１時間の焼成による重量減少率が１０％以下であり、焼成工程における焼成温度での１時間の焼成による重量減少率が９９％以上である材料であることが好ましい。
また、空洞形成用材料は、焼成温度（８００℃以上、１０００℃以下であることが好ましい）以下の温度で焼失する材料であることが好ましく、具体的には８５０℃以上、９５０℃以下の温度で焼失する材料であることがより好ましい。
空洞形成用材料としては、カーボンが好ましく、カーボンシートを空洞形成用シートとして好ましく使用することができる。

カーボンシートは、カーボンに有機バインダ、分散剤及び可塑剤を加えて混合粉砕してスラリーを得て、得られたスラリーをドクターブレード法によって基材フィルム上にシート状に成形し、乾燥させることによって得ることができる。
空洞形成用シートの厚さは焼成工程後に形成する予定の空洞の厚さに合わせて適宜設定すればよく、５μｍ以上、１００μｍ以下とすることが好ましい。また、５μｍ以上、５０μｍ以下とすることがより好ましい。
また、市販のカーボンシート（グラファイトシート）を用いることもできる。

空洞形成用シートにも、セラミックグリーンシートと同様に、レーザーやメカパンチにより穴あけを行い、穴に層間接続用の金属導体ペーストを充填する。また、スクリーン印刷等の方法により金属導体ペーストを用いて配線や電極を空洞形成用シート上に形成する。
金属導体ペーストとしては、セラミックグリーンシートの作製に用いる金属導体ペーストと同じものを用いることが好ましい。
また、金属導体ペースト中には、焼成後の金属導体に含まれる金属材料の割合が４０重量％以上、９９重量％以下となるように金属材料が含まれていることが好ましい。
セラミックグリーンシートの作製に用いる金属導体ペーストとは異なる金属導体ペーストを用いる場合には、セラミックグリーンシートの作製に用いる金属導体ペーストに含まれる金属材料の割合（重量％）と、空洞形成用シートの作製に用いる金属導体ペーストに含まれる金属材料の割合（重量％）の差が５９重量％以下である金属導体ペーストを用いることが好ましい。

また、空洞形成用シートには、穴あけ後、セラミックグリーンシートの作製に用いるものと同じ組成のセラミックペーストを充填してもよい。
空洞形成用シートに穴をあけてセラミックペーストを充填することによって、中間樹脂層中に支柱構造を構成するための支持体を形成することができる。

続いて、空洞形成用シートがセラミックグリーンシートに挟まれるようにセラミックグリーンシートと空洞形成用シートを積み重ねる。
図５（ａ）は、本発明の複合基板の製造方法における積層体準備工程の一例を模式的に示す断面図である。
図５（ａ）に示す焼成前の積層体１００では、セラミックグリーンシート１２０が下に２枚（１２０ａ、１２０ｂ）、セラミックグリーンシート１１０が上に２枚（１１０ａ、１１０ｂ）積層されており、セラミックグリーンシート１１０ｂ及びセラミックグリーンシート１２０ａに挟まれて空洞形成用シート１３０が６枚（１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ）積層されている。
なお、セラミックグリーンシートの枚数及び空洞形成用シートの枚数は特に限定されるものではない。

セラミックグリーンシート１１０及びセラミックグリーンシート１２０は未焼結のセラミック材料からなり、それぞれ層間接続用の金属導体ペースト１１１、１２１を有している。空洞形成用シート１３０は空洞形成用材料としてのカーボンからなり層間接続用の金属導体ペースト１３１を有している。
また、金属導体ペーストを用いて形成された配線（参照符号１１２、１２２及び１３２で示す）が設けられている。上記配線は電極も含む概念である。
このようにセラミックグリーンシートと空洞形成用シートが積層された積層体を熱圧着することにより、焼成前の積層体を得ることができる。

なお、積層体準備工程では、空洞形成用シートがセラミックグリーンシートで挟まれるように積層された積層体を得ることができればその過程の順序は特に限定されるものではない。各層をそれぞれシートの形にしてから積層するのではなく、各層を形成する材料に対して、穴あけ及び金属導体ペーストの充填や印刷を行いながら積み上げていくビルドアップ方式によってもよい。

続けて、焼成工程を行う。
焼成工程では、セラミックグリーンシート中の金属導体ペースト及び空洞形成用シート中の金属導体ペーストの焼結開始温度以上の焼成温度で焼成を行い、空洞を有する基板を得る。
焼成により、セラミックグリーンシート中の金属導体ペースト及び空洞形成用シート中の金属導体ペーストが一体的に焼結して層間接続用の金属導体となる。また、未焼結のセラミック材料が焼結してセラミック層が形成される。さらに空洞形成用材料が焼失してセラミック層間に空洞が形成される。

焼成工程について、図５（ｂ）を参照しながら説明する。
図５（ｂ）は、本発明の複合基板の製造方法における焼成工程の一例を模式的に示す断面図である。
図５（ｂ）に示す焼成後の基板１’では、図５（ａ）におけるセラミックグリーンシート１１０、１２０における未焼結のセラミック材料、層間接続用の金属導体ペースト１１１、１２１及び金属導体ペーストを用いて形成された配線１１２、１２２が焼結してそれぞれセラミック材料、上部貫通導体１１、下部貫通導体２１、上部配線導体１２及び下部配線導体２２となって、上部セラミック層１０及び下部セラミック層２０が形成されている。
また、図５（ａ）において空洞形成用シート１３０であった部分は、層間接続用の金属導体ペースト１３１及び金属導体ペーストを用いて形成された配線１３２が焼結してそれぞれ中間貫通導体３１及び中間配線導体３２となっている。また、空洞形成用材料としてのカーボンが焼失してカーボンが存在していた位置に空洞３０’が形成されている。空洞３０’の厚さは空洞形成用シートの合計厚さに対応して定まる。また、焼結した中間貫通導体３１及び中間配線導体３２が強固な接合となることにより空洞３０’の所定の厚さが保持される。

焼成工程における焼成温度は特に限定されないが、一般的には８００℃以上、１０００℃以下であることが好ましい。

焼成雰囲気は特に限定されず、例えば、大気雰囲気、低酸素雰囲気等が挙げられる。本明細書において、低酸素雰囲気とは、大気よりも酸素分圧が低い雰囲気を意味し、例えば、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気、窒素等の不活性ガスを大気に混入した雰囲気、真空雰囲気等が挙げられる。また、窒素と水素の混合ガス雰囲気であってもよい。

焼成工程においては、焼成前の積層体の最も外側に位置するセラミックグリーンシートの両主面に、焼成温度では実質的に焼結しない無機材料を含有する第１拘束層及び第２拘束層をそれぞれ密着させた構造を有する拘束層複合積層体を準備し、上記拘束層複合積層体を焼成することにより、上記第１拘束層及び上記第２拘束層に挟まれた焼成後の基板を得るようにしてもよい。
上述の方法によれば、拘束層が焼成時におけるセラミックグリーンシートの収縮を拘束するため、セラミックグリーンシートの厚さ方向のみに収縮が生じ、主面方向での収縮が実質的に生じないため、製造する複合基板の寸法精度を向上させることができる。

続けて、樹脂層形成工程を行う。
樹脂層形成工程では、焼成工程により得られた空洞を有する基板を樹脂材料を含む液体に浸漬して、空洞及び基板の少なくとも１つの側面に樹脂材料を付着させて、樹脂材料を硬化させることにより、上部セラミック層と下部セラミック層との間に中間樹脂層を形成するとともに、基板の少なくとも１つの側面に側面樹脂層を形成する。

樹脂層形成工程において中間樹脂層を形成する方法としては、樹脂材料を含む液体を準備し、そこに空洞を有する基板を浸漬して空洞に樹脂材料を含浸させ、樹脂材料を硬化する方法を用いる。空洞に樹脂材料を含浸させる際に、基板の少なくとも１つの側面にも樹脂材料を含む液体を付着させることにより、中間樹脂層と一体化した側面樹脂層を基板の少なくとも１つの側面に形成することができる。

樹脂材料を含む液体は、樹脂材料自体が液体であってもよく、樹脂材料を溶媒と混合して得られた樹脂溶液、エマルジョン又はラテックスであってもよい。また、樹脂材料を軟化点以上に加熱して得られた流動性を有する液体であってもよい。さらに、樹脂材料を含む液体中には必要に応じて可塑剤、分散剤、硬化剤等を加えてもよい。

樹脂材料の硬化は、樹脂材料が熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の硬化性の樹脂であれば各樹脂の硬化条件に従って硬化させればよい。また、熱可塑性樹脂の場合、加熱して流動性を有する液体としてから空隙内に含浸し、降温させることで樹脂材料を固化させることができるが、このような手順による樹脂材料の固化も本明細書においては「樹脂材料の硬化」に含まれるものとする。

樹脂層形成工程について、図５（ｃ）及び図５（ｄ）を参照しながら説明する。
図５（ｃ）は、本発明の複合基板の製造方法における樹脂層形成工程の一例を模式的に示す断面図である。また図５（ｄ）は、樹脂層形成工程により得られる複合基板の一例を模式的に示す断面図である。
樹脂層形成工程では、図５（ｃ）に示すように、焼成工程により得られた基板１’を、基板１’を完全に収容することのできる凹部を有する型１５０内に静置し、型１５０内に樹脂材料を含む液体１４０を流し込むことによって、基板１’を、樹脂材料を含む液体１４０に浸漬させている。
基板１’を、樹脂材料を含む液体１４０に浸漬させることで、空洞３０’及び基板１’の側面に樹脂材料を付着させて、これらの樹脂材料を含む液体１４０を硬化させる。
樹脂材料を硬化させることで、図５（ｄ）に示すように、空洞３０’内に充填された樹脂材料（図５（ｃ）中、樹脂材料を含む液体１４０のうち、薄い色で示される部分）が中間樹脂層３０となり、基板１’の側面に付着した樹脂材料（図５（ｃ）中、樹脂材料を含む液体１４０のうち、濃い色で示される部分）が側面樹脂層４０となり、本発明の複合基板である複合基板１を製造することができる。

また、セラミック層の間の空洞に、複合基板の側面となる面側から樹脂材料、又は、樹脂材料を含む液体を注入することによって中間樹脂層及び側面樹脂層を形成させることもできる。

また、樹脂材料に空隙形成材料を含有させることにより、空隙形成材料を含む中間樹脂層及び側面樹脂層を形成させることができる。空隙形成材料としては上述した中空ビーズを使用することができる。

さらに、必要に応じて、複合基板の表面に形成した電極にＮｉめっき膜の形成、Ａｕめっき膜の形成を行ってもよい。さらに、電極に電子部品等を搭載することができる。

本発明の複合基板の製造方法において、樹脂層形成工程の後にさらに、側面樹脂層の一部を厚さ方向に切断する側面処理工程を行ってもよい。
図５（ｄ）は、側面処理工程の一例を模式的に示す断面図でもある。
側面処理工程では、図５（ｄ）に示すように、積層体準備工程、焼成工程及び樹脂層形成工程により得られた複合基板１の側面樹脂層４０の一部を、厚さ方向に（図５（ｄ）において一点鎖線Ｃで示した位置に沿って）切断する。
側面樹脂層の一部を厚さ方向に切断することによって、複合基板の外形を整えることができる。

以下、本発明の複合基板及び複合基板の製造方法をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
セラミック粉末としてＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３を含む粉末を湿式混合粉砕した後、乾燥し、混合物を得た。得られた混合物を熱処理してセラミックグリーンシートのための原料粉末を得た。この原料粉末に、有機バインダ、分散剤及び可塑剤を加え、混合粉砕してスラリーを作製した。得られたスラリーをドクターブレード法によって基材フィルム上にシート状に成形し、乾燥させて、焼成後の厚みが所望の厚みとなるように厚みを調整してセラミックグリーンシートを得た。
セラミックグリーンシートにレーザーでビアホールを形成し、ビアホールには金属導体ペーストを充填した。また、金属導体ペーストを用いてスクリーン印刷により配線を形成した。使用した金属導体ペーストには金属材料としての銅と上記セラミック粉末が含まれており、金属導体ペースト中の銅の割合は焼成後の金属導体に含まれる銅の割合が４０重量％の割合となるように定めた。

カーボンに有機バインダ、分散剤及び可塑剤を加え、混合粉砕して、スラリーを得た。得られたスラリーをドクターブレード法によって基材フィルム上にシート状に成形し、乾燥させて、焼成後の厚みが所望の厚みとなるように厚みを調整し、厚さ３０μｍのカーボンシートを得た。
カーボンシートにレーザーでビアホールを形成し、ビアホールには金属導体ペーストを充填した。また、金属導体ペーストを用いてスクリーン印刷により配線を形成した。使用した金属導体ペーストは、セラミックグリーンシートに対して使用したものと同じとした。

図５（ａ）に示すようにセラミックグリーンシート２枚、カーボンシート６枚及びセラミックグリーンシート２枚を積層し、熱圧着して焼成前の積層体を得た。
この積層体を９５０℃、１時間の低酸素雰囲気で焼成することにより、図５（ｂ）に示すように空洞（厚さ１８０μｍ）が形成された基板を得た。
この基板を、凹部を有し、上面視における凹部の形状が上記基板よりも少し大きく、深さが基板と同一である型の凹部内に静置し、側面から型内に、樹脂材料として引っ張り弾性率が０．４ＧＰａのフッ素樹脂を含む液体を注入して、基板の空洞に上記樹脂材料を含む液体を含浸し、基板の側面に上記樹脂材料を含む液体を付着させた状態とし、これを熱処理することによりフッ素樹脂を硬化させて中間樹脂層及び側面樹脂層を形成し、実施例１に係る複合基板を得た。
実施例１に係る複合基板において、上部セラミック層、下部セラミック層及び中間樹脂層の厚さは、ぞれぞれ、６０μｍ、６０μｍ、１８０μｍであった。
また、側面樹脂層の厚さは３０μｍであった。

（実施例２～３）
セラミックグリーンシートの厚さ及び枚数並びにカーボンシートの厚さ及び枚数を適宜調整することによって、上部セラミック層、中間樹脂層及び下部セラミック層の厚さを表１に示すように変更した他は、実施例１と同様にして複合基板を得た。

（比較例１）
実施例１のように型を用いず、樹脂材料を含む液体を基板の空洞にのみ注液して硬化させることで、基板の側面に側面樹脂層を形成しなかったほかは、実施例１と同様の方法で、比較例１に係る複合基板を作製した。

（比較例２）
比較例１に係る複合基板の側面に、実施例１で用いた樹脂材料を含む液体を塗布し、熱処理することで側面樹脂層を形成し、比較例２に係る複合基板を作製した。比較例２に係る複合基板では、中間樹脂層と側面樹脂層とが一体化していない。

（落下衝撃試験）
各実施例及び比較例で製造した複合基板につき、落下衝撃試験を行った。
落下衝撃試験はＪＥＤＥＣ ＪＥＳＤ２２－Ｂ１１１に準拠した方法で実施した。複合基板３０個を試験基板にデージーチェーン回路となるように半田実装し、衝撃加速度１５００Ｇ、１．０ｍｓ、正弦半波の衝撃波形にて１００回落下させて断線、クラックなどの故障がある場合を×、断線、クラックなどの故障がない場合を○とし、同条件で３００回落下させて断線、クラックなどの故障がない場合を◎とした。
評価結果を表１にまとめて示した。

（ヒートサイクル試験）
各実施例及び比較例で製造した複合基板につき、ヒートサイクル試験を行った。
複合基板３０個を試験基板にデージーチェーン回路となるように半田実装し、＋８５℃～－４０℃、保持時間３０ｍｉｎのサイクルを４００回実施し、断線、クラックなどの故障がある場合を×、断線、クラックなどの故障がない場合を○とした。
評価結果を表１にまとめて示した。

（反り性試験）
ヒートサイクル試験後の試験基板を水平面に静置し、複合基板の中央部分が水平面と接触している場合には水平面から複合基板の端面までの高さを、複合基板中央が水平面と接触していない場合には水平面から複合基板中央までの高さを、複合基板の反りとして測定した。結果を表１に示す。
ただし、反りの高さは落下衝撃試験及びヒートサイクル試験の結果に影響しないことを確認した。

以上の結果より、側面樹脂層が形成されている実施例に係る複合基板では、セラミック層と中間樹脂層との間の剥離が発生しなかったのに対して、側面に側面樹脂層が形成されていない比較例１に係る複合基板や側面樹脂層が中間樹脂層と一体化していない比較例２に係る複合基板では、落下時の衝撃や熱衝撃によって、セラミック層と中間樹脂層との間の剥離が発生しやすいことがわかった。
また、実施例１～３の結果より、上部セラミック層の厚さと下部セラミック層の厚さを近づけることで、複合基板の反りを抑制することができることがわかった。

１、２、３ 複合基板
１’ 基板
１０、１０ａ、１０ｂ 上部セラミック層
１１ 上部貫通導体
１２ 上部配線導体
２０、２０ａ、２０ｂ 下部セラミック層
２１ 下部貫通導体
２２ 下部配線導体
３０ 中間樹脂層
３０’ 空洞
３１ 中間貫通導体
３２ 中間配線導体
４０ 側面樹脂層
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 支柱構造
５１ａ、５１ｂ、５２ｂ、５１ｃ 支持体
６０ 表面樹脂層
１００ 積層体
１１０、１１０ａ、１１０ｂ セラミックグリーンシート
１１１、１２１、１３１ 層間接続用の金属導体ペースト
１１２、１２２、１３２ 金属導体ペーストを用いて形成された配線
１２０、１２０ａ、１２０ｂ セラミックグリーンシート
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ 空洞形成用シート
１４０ 樹脂材料を含む液体
１５０ 型

Claims (9)

1. 上部セラミック層、下部セラミック層、並びに、前記上部セラミック層及び前記下部セラミック層に挟まれた中間樹脂層を含む複合基板であって、
   前記複合基板の全ての側面には、側面樹脂層が形成されており、
   前記中間樹脂層と前記側面樹脂層とが一体化しており、
   前記上部セラミック層の側面及び前記下部セラミック層の側面が、前記複合基板の表面まで、前記側面樹脂層により覆われており、
   前記上部セラミック層は、上部貫通導体を有し、
   前記下部セラミック層は、下部貫通導体を有し、
   前記中間樹脂層は、中間貫通導体を有し、
   前記上部貫通導体、前記下部貫通導体及び前記中間貫通導体が一体化していることを特徴とする複合基板。
2. 前記上部セラミック層は、上部配線導体及び前記上部貫通導体を有し、
   前記下部セラミック層は、下部配線導体及び前記下部貫通導体を有し、
   前記中間樹脂層は、中間配線導体及び前記中間貫通導体を有し、
   前記上部配線導体、前記上部貫通導体、前記下部配線導体、前記下部貫通導体、前記中間配線導体及び前記中間貫通導体が一体化している請求項１に記載の複合基板。
3. 前記中間配線導体は、多層配線である請求項２に記載の複合基板。
4. 前記中間樹脂層は、前記上部セラミック層と前記下部セラミック層とを接続する絶縁性の支柱構造を有しており、
   前記支柱構造は、前記中間樹脂層の厚さ方向に伸びる絶縁性の柱状の支持体、及び、前記中間貫通導体を含んでいる請求項１～３のいずれかに記載の複合基板。
5. 前記上部セラミック層及び前記下部セラミック層の厚さはいずれも、複合基板の厚さの５０％未満である請求項１～４のいずれかに記載の複合基板。
6. 前記中間樹脂層の厚さが、前記上部セラミック層及び前記下部セラミック層の合計厚さよりも厚い請求項１～５のいずれかに記載の複合基板。
7. 前記上部セラミック層と前記下部セラミック層の厚さが同じである請求項１～６のいずれかに記載の複合基板。
8. 層間接続用の金属導体ペーストを有し、未焼結のセラミック材料からなるセラミックグリーンシートを準備する工程と、
   層間接続用の金属導体ペーストを有し、空洞形成用材料からなる空洞形成用シートを準備する工程と、
   前記空洞形成用シートが前記セラミックグリーンシートで挟まれるように積層された積層体を準備する積層体準備工程と、
   前記積層体を焼成することによって前記未焼結のセラミック材料を焼結させて上部セラミック層及び下部セラミック層とし、さらに前記空洞形成用材料を焼失させて前記上部セラミック層と前記下部セラミック層との間に空洞を形成し、空洞を有する基板を得るとともに、前記セラミックグリーンシート中の層間接続用の金属導体ペースト及び前記空洞形成用シート中の層間接続用の金属導体ペーストを一体的に焼結させて、前記上部セラミック層に上部貫通導体を、前記空洞に中間貫通導体を、前記下部セラミック層に下部貫通導体をそれぞれ形成し、かつ、前記上部貫通導体、前記中間貫通導体及び前記下部貫通導体を一体化する焼成工程と、
   前記空洞を有する基板を、樹脂材料を含む液体に浸漬して前記空洞及び前記基板の全ての側面に前記樹脂材料を付着させて、前記樹脂材料を硬化させることにより、前記上部セラミック層と前記下部セラミック層との間に中間樹脂層を形成するとともに、前記基板の全ての側面に、前記上部セラミック層の側面及び前記下部セラミック層の側面を覆う側面樹脂層を複合基板の表面まで形成する樹脂層形成工程と、を行うことを特徴とする複合基板の製造方法。
9. さらに、前記側面樹脂層の一部を厚さ方向に切断する側面処理工程を行う請求項８に記載の複合基板の製造方法。

Images