多層配線基板およびその製造方法
【課題】 信頼性試験においてビアホール導体の抵抗変化が小さくかつ寸法精度の高い多層配線基板とその製造方法を提供する。
【解決手段】 前記第１、第２のグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターンを形成する工程と、該管状のビアホール導体パターンの内側に、前記第１の導体ペーストの焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮終了温度を有する第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターンを形成する工程と、前記管状のビアホール導体パターンおよび柱状のビアホール導体パターンを覆うように、前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートの表面に、表面配線導体パターンを形成する工程と、前記表面配線導体パターンが形成された前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートを積層し、焼成する工程と、を具備する。
【解決手段】 前記第１、第２のグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターンを形成する工程と、該管状のビアホール導体パターンの内側に、前記第１の導体ペーストの焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮終了温度を有する第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターンを形成する工程と、前記管状のビアホール導体パターンおよび柱状のビアホール導体パターンを覆うように、前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートの表面に、表面配線導体パターンを形成する工程と、前記表面配線導体パターンが形成された前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートを積層し、焼成する工程と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板を有する多層配線基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発達し、それに伴い、半導体素子等の高速化、大型化が図られ、配線層においても、信号の伝送損失を低減する上で配線層の低抵抗化と絶縁基板の低誘電率化が求められている。そこで、１０００℃以下での焼成によって緻密化でき、銅、銀または金等の低抵抗金属を主成分とする配線層との同時焼成が可能で、かつ誘電率の低いガラスセラミックスを絶縁層とする多層配線基板が提案されている。また、多層配線基板に実装される半導体素子は、ゲート数の増加に伴い、フリップチップ実装が主流となっており、接続端子の増加と挟ピッチ化が進められている。このため、これを実装する多層配線基板の半導体素子の搭載面には、半導体素子の表面に形成された接続端子のピッチに適合する寸法精度（主面に形成された接続端子の間隔の精度）が要求されており、この寸法精度を高めるために焼成時の平面方向の収縮を抑制する多層配線基板の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
例えば、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物に有機バインダ、可塑剤、溶剤等を加えてスラリーとし、ドクターブレード等により成形された第１のグリーンシートと、第１のグリーンシートと同様の方法で成形され、第１のグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のグリーンシートとを用意し、それぞれのグリーンシートに貫通孔を形成してビアホール導体用の導体ペーストを充填するとともに、少なくとも一方のグリーンシートの一方主面に表面配線層用の導体ペーストを塗布する。次いで、ビアホール導体および表面配線層用パターンを形成した第１のグリーンシートおよび第２のグリーンシート交互にを積層して積層体を作製し、この積層体を第２のグリーンシートが焼成収縮する温度まで加熱して焼成するという方法である。
【０００４】
特許文献１、２に開示された製造方法によれば、第１のグリーンシートが焼成収縮する際、焼成収縮を開始していない状態の第２のグリーンシートによって、第１のグリーンシートの平面方向の収縮が抑制される。一方、第２のグリーンシートが焼成収縮する際、第１の絶縁層（すでに焼成収縮を終了した状態の第１のグリーンシート）によって、第２のグリーンシートの平面方向の収縮が抑制される。なお、平面方向の収縮が抑制される分、積層方向の収縮は大きくなる。以上のようなメカニズムにより、多層配線基板（ガラスセラミックグリーンシートを積層した積層体の焼成後の状態）の寸法精度（主面に形成された接続端子の間隔の精度）を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１４４３号公報
【特許文献２】特開２００８−１１７８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１、２に開示された多層配線基板の製造方法により積層体を焼成した場合、積層体のグリーンシートの部分は平面方向の焼成収縮が抑えられるものの、グリーンシートの貫通孔内に形成されたビアホール導体は平面方向に収縮してしまうことから、貫通孔とビアホール導体との間に隙間が発生し、このため信頼性試験において多層配線
基板の層間絶縁信頼性試験において絶縁抵抗が大きく低下するという問題があった。
【０００７】
従って本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、多層配線基板の層間絶縁信頼性試験において絶縁抵抗変化が小さくかつ寸法精度の高い多層配線基板とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多層配線基板の製造方法は、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有する第１のグリーンシートを準備する工程と、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有し、前記第１のグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシートを準備する工程と、前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターンを形成する工程と、該管状のビアホール導体パターンの内側に、前記第１の導体ペーストの焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮終了温度を有する第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターンを形成する工程と、前記管状のビアホール導体パターンおよび前記柱状のビアホール導体パターンを覆うように、前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートの表面に、表面配線導体パターンを形成する工程と、前記表面配線導体パターンが形成された前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートを積層し、焼成する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明の多層配線基板は、複数のガラスセラミック絶縁層を積層してなり、少なくとも最外層の２層が他の前記ガラスセラミック絶縁層とは異なる異種材料ガラスセラミック絶縁層からなり、前記他のガラスセラミック絶縁層と前記異種材料ガラスセラミック絶縁層とにそれぞれビアホール導体が設けられた多層配線基板において、前記ビアホール導体中に当該ビアホール導体を構成する金属粒子よりも粒径の小さい金属粒子を具備する第２のビアホール導体を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多層配線基板の層間絶縁信頼性試験において絶縁抵抗変化が小さくかつ寸法精度の高い多層配線基板を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の多層配線基板の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】（ａ）は管状のビアホール導体パターンを形成するためのスクリーン印刷版を示す模式図であり、（ｂ）は管状のビアホール導体パターンの内側に第２の導体ペーストを充填するためのスクリーン印刷版を示す模式図である。
【図３】本実施形態の多層配線基板の製造方法により作製される多層配線基板の一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１の（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の多層配線基板の製造方法の一例を示す工程図である。
【００１３】
第１の工程では、まず、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有する第１のグリーンシート１を準備するとともに、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有し、第１のグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシート２を準備する。
【００１４】
第１のグリーンシート１に含まれるガラス粉末の具体的な組成の例としては、必須成分
として、ＳｉＯ２を２０〜３０質量％、Ｂ２Ｏ３を１５〜２０質量％、 Ａｌ２Ｏ３を５〜１０質量％、ＭｇＯを１０〜２０質量％、ＢａＯを２０〜２５質量％、ＳｎＯを０．２〜２質量％、ＣａＯを２〜７質量％、ＳｒＯを０．１〜０．６質量％、ＺｒＯ２を１〜２質量％含む組成が挙げられる。
【００１５】
第１のグリーンシート１に含まれるセラミック粉末の具体例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２（クォーツ）、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＣａＴｉＯ３、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＢａＴｉ４Ｏ９、ＺｒＴｉＯ４、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２から選ばれる１種以上が挙げられる。この場合、第１のグリーンシート１では、ガラス粉末７０〜９０質量％とセラミック粉末１０〜３０質量％とを含むことが望ましい。
【００１６】
第２のグリーンシート２に含まれるガラス粉末の具体的な組成の例としては、必須成分として、ＳｉＯ２を３５〜５０質量％、Ｂ２Ｏ３を５〜１０質量％、 Ａｌ２Ｏ３を１０〜１５質量％、ＭｇＯを１５〜２０質量％、ＢａＯを１１〜１８質量％、ＣａＯが０．５〜２質量％、ＳｒＯが０．１〜０．９質量％、ＺｒＯ２が０．５〜１．５質量％、希土類元素（ＲＥ）の酸化物（希土類元素としては、Ｙ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒから選ばれる少なくとも１種）を０．５〜１．５質量％含む組成が挙げられる。
【００１７】
第２のグリーンシート２に含まれるセラミック粉末については、上記した第１のグリーンシート１に適用されるセラミック粉末と同じようなセラミック粉末が挙げられるが、この場合、第２のグリーンシート２では、ガラス粉末５０〜６５質量％とセラミック粉末３５〜５０質量％とを含むことが望ましい。
【００１８】
上記組成のガラス粉末とセラミック粉末との組み合わせによれば、１０００℃以下での低温焼結が可能になるとともに、配線層として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌなどの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、また、誘電率を幅広い範囲で制御することも可能であり、高速伝送化や、内蔵素子の機能向上に適している。しかも、上記の範囲で種々組成を制御することによって、焼成収縮挙動を容易に制御、変更することができる。
【００１９】
第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２は、上記したガラス粉末とセラミック粉末との混合物に、有機バインダと有機溶剤および必要に応じて可塑剤とを混合し、スラリー化する。このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断して作製する。
【００２０】
第２の工程では、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２のそれぞれに、金型、パンチングおよびレーザー加工等のいずれかの加工法によって貫通孔３を形成する。
【００２１】
第３の工程では、貫通孔３の内壁の全面に導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターン５を形成する。
【００２２】
第４の工程では、管状のビアホール導体パターン５の内側にガラスセラミックペーストを充填して柱状のガラスセラミックパターン７を形成する。
【００２３】
貫通孔３の形状は、平面視での形状が円形または多角形のいずれでもよいが、後述するように、この貫通孔３に形成する管状のビアホール導体パターンの厚みをより均一にできるという点で円形が好ましい。
【００２４】
貫通孔３を断面視したときの形状（第１、第２のグリーンシートの厚み方向）は、第１、第２のグリーンシート１、２の両面において同じ口径を有するような形状、すなわち、
長方形または正方形等の矩形状であるのがよいが、この場合、貫通孔３の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布しやすく、また内壁の全面に塗布された管状のビアホール導体パターン５が落下し難く、形状保持性を高めるとともに、その管状のビアホール導体パターン５の内側に充填する第２の導体ペーストについても、充填しやすくかつ形状保持性を高められるという点で、第１の導体ペーストおよび第２の導体ペーストを充填する側の口径をその反対側の面よりも大きくするのがよい。
【００２５】
管状のビアホール導体パターン５を形成するための第１の導体ペーストは、平均粒径が１〜５μｍ程度の導体材料の金属粉末に、必要に応じてセラミック粉末を添加した無機成分に対して、エチルセルロース、アクリル樹脂などの樹脂を加え、さらにジブチルフタレート、αテルピネオール、ブチルカルビトール、２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートなどの適当な溶剤を混合し、３本ローラ又はボールミル等により均質に混練して調製されたものを用いる。
【００２６】
柱状のビアホール導体パターン５を形成するための第２の導体ペーストは、平均粒径が５００ｎｍ以下の導体材料の金属粉末に、必要に応じてセラミック粉末を添加した無機成分に対して、エチルセルロース、アクリル樹脂などの樹脂を加え、さらにジブチルフタレート、αテルピネオール、ブチルカルビトール、２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートなどの適当な溶剤を混合し、３本ローラ又はボールミル等により均質に混練して調製されたものを用いる。ここで、柱状のビアホール導体パターン５を形成するための第２の導体ペーストは、金属粉末の平均粒径が５００ｎｍ以下と管状のビアホール導体パターン５を形成するための第１の導体ペーストに用いている金属粉末よりも粒径が小さいものを用いていることから、第１の導体ペーストの焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮終了温度を有する第２の導体ペーストとすることができる。
【００２７】
図２（ａ）は管状のビアホール導体パターンを形成するためのスクリーン印刷版Ａを示す模式図であり、（ｂ）は管状のビアホール導体パターンの内側に第２の導体ペーストを充填するためのスクリーン印刷版Ｂを示す模式図である。
【００２８】
第１の導体ペーストの貫通孔３の内壁への塗布は、図２（ａ）に示すように、貫通孔３の内壁に第１の導体ペーストを塗布できるようにスクリーン印刷版Ａの貫通孔３の中心にレジスト部を設けて貫通孔３の中心に導体ペーストが充填されないようにしたドーナツ状の開口部を有するスクリーン印刷版Ａを用いて印刷により行う。この場合、貫通孔３が完全に第１の導体ペーストにより充填されず管状のビアホール導体パターン５として所定の厚みを有するとともに、この管状のビアホール導体パターン５の内側に空隙を確保できるように、第１の導体ペーストの粘度を適宜調整する。
【００２９】
次に、第２の導体ペーストを管状のビアホール導体パターン５の内側に充填する場合には、例えば、図２（ｂ）に示すように、円形状の開口部を有するスクリーン印刷版Ｂを用いて印刷により行う。この場合、管状のビアホール導体パターン５の内側の空隙に、液だれなどが生じないように第２の導体ペーストを充填できるように、第２の導体ペーストの粘度を適宜調整する。
【００３０】
第５の工程では、管状のビアホール導体パターン５および柱状のビアホール導体パターン７を覆うように、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２の表面に、表面配線導体パターン９を形成する。
【００３１】
この表面配線導体パターン９を形成するための導体ペーストも、管状のビアホール導体パターン５を形成するための第１の導体ペーストと同じく平均粒径が１〜５μｍ程度の導体材料の粉末に、必要に応じてセラミック材料を添加した無機成分に対して、エチルセル
ロース、アクリル樹脂などの樹脂を加え、さらにジブチルフタレート、αテルピネオール、ブチルカルビトール、２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートなどの適当な溶剤を混合し、３本ローラ又はボールミル等により均質に混練して調製されたものを用いる。表面配線導体パターン９用の導体ペーストは、焼成後の表面配線導体層の導体抵抗を低くするという理由から管状のビアホール導体パターン５の第１の導体ペーストよりもセラミック材料の添加量を少なくしたものを用いるのがよい。
【００３２】
第６の工程では、表面配線導体パターン９が形成された第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２を積層して積層体を形成した後、焼成を行って多層配線基板を作製する。
【００３３】
このようにして、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２に管状のビアホール導体パターン５および柱状のビアホール導体パターンと、それらを覆うように形成された表面配線導体パターン９とを有する積層体１１を形成することができる。なお、焼成にあたっては、有機バインダの揮散、消失工程で、第１、第２のグリーンシート１、２に含まれている樹脂を消失させ、焼成工程にて窒素などの不活性雰囲気中または大気中で、用いたガラス粉末、セラミック粉末および導体材料が十分に焼結する温度で焼成して、相対密度９５％以上に緻密化することが望ましい。
【００３４】
本実施形態の多層配線基板の製造方法は、ガラス粉末およびセラミック粉末の組成を変更することにより焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度の異なる第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２を積層して、第１のグリーンシート１の焼成収縮がほぼ終了した温度よりも高い温度から第２のグリーンシート２の焼成収縮が開始するようにして、第１のグリーンシート１が焼成時に収縮するときには第２のグリーンシート２が第１のグリーンシート１を拘束し、一方、第２のグリーンシート２が収縮し始めたときには、第１のグリーンシート１の焼成収縮がほぼ完了している。このため、第１のグリーンシート１が焼成されて形成されたガラスセラミックスからなる絶縁層により第２のグリーンシート２が拘束されることにより第２のグリーンシート２の焼成収縮を抑えることができる。その結果、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２が積層された積層体のＸ−Ｙ方向（長さの測定）の焼成収縮率を２％以下にすることができるとともに、同じＸ−Ｙ方向（長さの測定）の測定から求められる寸法精度を±０．２％以内にすることができる。
【００３５】
ここで、焼成収縮開始温度とは、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２であるグリーンシートが０．１％体積収縮したときのことをいい、焼成収縮終了温度とは、グリーンシートが最終焼成体積収縮量の９５％以上焼成収縮が進行している状態をいう。
【００３６】
また、本実施形態の多層配線基板の製造方法では、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２に形成した貫通孔３の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターン５を形成し、次いで、この管状のビアホール導体パターン５の内側に第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターン７を形成する。
【００３７】
このように、貫通孔３の内壁に管状のビアホール導体パターン５および柱状のビアホール導体パターン７を形成することにより、柱状のビアホール導体パターン７が焼成時に収縮するときには、その外側に形成された管状のビアホール導体パターン５が柱状のビアホール導体パターン７を拘束し、次に、昇温して、管状のビアホール導体パターン５が収縮し始めたときには、柱状のビアホール導体パターン７の焼成収縮がほぼ完了していることから、今度は、柱状のビアホール導体パターン７が焼成されて形成された第２のビアホール導体が管状のビアホール導体パターン５を拘束するため、管状のビアホール導体パター
ン５の焼成収縮が抑えられる。この結果、第１のグリーンシート１が焼成されて形成されるガラスセラミックスからなる絶縁層および第２のグリーンシート２から形成されるガラスセラミックスからなる絶縁層（第１のグリーンシート１とは組成の異なる絶縁層：異種材料ガラスセラミック絶縁層）の貫通孔３と管状のビアホール導体との間および管状のビアホール導体と柱状の第２のビアホール導体との間が接しており隙間が形成されにくい。
【００３８】
なお、貫通孔３の内壁に形成される管状のビアホール導体パターン５および柱状のビアホール導体パターン７のそれぞれの焼成収縮開始温度の関係は、管状のビアホール導体パターン５の焼成収縮開始温度が柱状のビアホール導体パターン７の焼成収縮終了温度よりも低くする。これにより高温高湿付加試験（８５℃、８５％ＲＨ、２気圧、直流電圧５．５Ｖ、１００時間経過後）での多層配線基板の層間絶縁抵抗の低下を大幅に抑えることが可能になる。
【００３９】
また、本実施形態の多層配線基板の製造方法では、柱状のビアホール導体パターン７の直径を管状のビアホール導体パターン５の厚みの１／５以上としたときには、同じ条件の高温高湿負荷試験での多層配線基板の層間絶縁抵抗の低下をさらに抑えることが可能になる。
【００４０】
図３は、本実施形態の多層配線基板の製造方法により作製された多層配線基板の断面図である。
【００４１】
多層配線基板１１は、第１のグリーンシート１の焼成体である第１のガラスセラミック絶縁層１３と、第１のガラスセラミック絶縁層１３とは異なる第２のグリーンシート２の焼成体である第２のガラスセラミック絶縁層１５とが積層された絶縁基板の内部に貫通孔１６が形成されており、この貫通孔１６の内壁に導体層がビアホール導体１７として管状に形成され、さらに、このビアホール導体１７の内側に柱状の第２のビアホール導体１９が形成されている。また、第２のビアホール導体１９は、ビアホール導体１７を構成する金属粒子よりも粒径の小さい金属粒子を具備している。さらに、第１のガラスセラミック絶縁層１３は、絶縁基板の最外層の２層を構成するようになっており、第１のガラスセラミック絶縁層１３および第２のガラスセラミック絶縁層１５の表面には表面配線層２１が形成されている。
【００４２】
本実施形態の多層配線基板１１によれば、第１のガラスセラミック絶縁層１３および第２のガラスセラミック絶縁層１５に設けられた貫通孔１６内にビアホール導体１７が設けられ、さらにその内側にビアホール導体１７を構成する金属粒子よりも粒径の小さい金属粒子を具備している柱状の第２のビアホール導体１９を有しており、貫通孔１６内のビアホール導体１７が第１、第２のガラスセラミック絶縁層１３、１５と第２のビアホール導体１９とで挟持された状態となっていることから、多層配線基板１１がハンダ実装工程や高温高湿負荷試験などにおいて加熱されてもビアホール導体１７の熱膨張による第１、第２のガラスセラミック絶縁層１３、１５からの剥離を大幅に抑制でき、ハンダ実装工程にも信頼性が高く、高温高湿負荷寿命に優れた多層配線基板１１を得ることができる。
【実施例】
【００４３】
まず、絶縁層を形成するためのグリーンシートを作製した。第１のグリーンシートとして、ＳｉＯ2が２３．８質量％、Ｂ２Ｏ３が１７．９質量％、Ａｌ2Ｏ3が８．４質量％、
ＭｇＯが１５．４質量％、ＢａＯが２６．５質量％、ＳｎＯ２が１．０質量％、ＣａＯが４．９質量％、ＳｒＯが０．４質量％、ＺｒＯ２が１．７質量％を含むガラス粉末と、クォーツ粉末とを準備し、これらをガラス８０質量％、Ａｌ2Ｏ3粉末を２０質量％秤量し、有機バインダーを添加して、ガラスセラミック組成物を作製した。
【００４４】
次いで、上記ガラスセラミック組成物に、有機バインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてジオクチルフタレート、溶媒としてトルエンを加えて調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により成形し、面積が２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚みが８４μmの第
１のグリーンシートを作製した。
【００４５】
次に、第２のグリーンシートとして、ＳｉＯ2が４３．３質量％、Ｂ２Ｏ３が７．５質
量％、Ａｌ2Ｏ3が１２．９質量％、ＭｇＯが１８．０質量％、ＣａＯが１．７質量％、ＢａＯが１４．１質量％、Ｙ2Ｏ3が１．０重量％、ＳｒＯが０．５質量％、ＺｒＯ２が１．０質量％を含むガラス粉末と、Ａｌ2Ｏ3粉末とを準備し、これらをガラス６０質量％、Ａｌ2Ｏ3粉末を４０質量％に秤量し、有機バインダーを添加して、ガラスセラミック組成物を作製した。
【００４６】
次いで、上記ガラスセラミック組成物に、有機バインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてジオクチルフタレート、溶媒としてトルエンを加えて調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により成形し、面積が２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚みが８４μmの第
２のグリーンシートを作製した。
【００４７】
次に、得られた第１、第２のグリーンシートの複数個に、ＣＯ2レーザーにより直径２
００μｍの貫通孔を形成した。また、貫通孔を形成しない第１、第２のグリーンシートもそれぞれ用意した。
【００４８】
次に、管状のビアホール導体パターン用の第１の導体ペーストを調製した。管状のビアホール導体パターン用の導体ペーストは、平均粒径５μmの銀粉末１００質量％に対して
、ガラス粉末を表１に示す割合になるように添加した無機成分に、有機バインダーとしてエチルセルロース樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液（質量比で８０：２０）を添加し、混練して調製した。
【００４９】
調製した管状のビアホール導体パターン用の第１の導体ペーストを、図２（ａ）に示すスクリーン印刷版を用いて、第１、第２のグリーンシートに形成した貫通孔に、スクリーン印刷法により塗布した。その後、８０℃で３０分乾燥し、続いて室温、７ＭＰａの条件で第１、第２のグリーンシートの表面を加圧し、表面形状を整えた。
【００５０】
続いて、柱状のビアホール導体パターン用の第２の導体ペーストを調製した。この場合、表１に示す３種の平均粒径を有する銀粉末１００質量％に対して、有機バインダーとしてエチルセルロース樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液（質量比で８０：２０）を添加し、混練して調製した。
【００５１】
次に、先に貫通孔に管状のビアホール導体パターンを形成した第１、第２のグリーンシートの管状のビアホール導体パターンの内側に、図２（ｂ）示すスクリーン印刷版を用いてスクリーン印刷法により調製した第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターンを形成した。
【００５２】
次に、表面配線層となる表面配線用の導体ペーストを調製した。この場合、平均粒径２．５μmの銀粉末を用意し、この銀粉末に対して有機バインダーとしてエチルセルロース
樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液（重量比で８０：２０）を添加し混練して調製した。
【００５３】
次に、調製した表面配線用の導体ペーストを、管状のビアホール導体パターンおよび柱状のビアホール導体パターンが形成された第１、第２のグリーンシートの貫通孔の上面に接続パッドとして、１０ｍｍ×２０ｍｍの表面配線導体パターンをスクリーン印刷により
形成した。このとき表面配線導体パターンのみ形成した第２のグリーンシートも用意した。
【００５４】
次に、管状のビアホール導体パターン、柱状のビアホール導体パターンおよび表面配線導体パターンを形成した第１のグリーンシート５枚と、管状のビアホール導体パターン、ビアホール導体パターンおよび表面配線導体パターンを形成した第２のグリーンシート３枚と、表面配線導体パターンのみ形成した第２のグリーンシート１枚とを用意し、管状のビアホール導体パターン、柱状のビアホール導体パターンおよび表面配線導体パターンを形成した第１のグリーンシートが最表層となるように第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとを交互に積層した。このとき表面配線導体パターンのみ形成した第２のグリーンシートを２層目に配置させ、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとの間に接着剤を均一に塗布し、４５℃、１０ＭＰａの条件で加圧積層を行い、積層体を作製した。
【００５５】
続いて、積層体を３０ｍｍ×３０ｍｍのサイズに切断し、これらの積層体の個片をＡｌ２Ｏ３の台板上に載せて有機バインダー等の有機成分を分解除去するために、大気中、４００℃で加熱処理した後、９１０℃で１時間保持して焼成した。得られた多層配線基板を１００個抽出し、多層配線基板の四隅に形成した接続パッドの間隔を測定して、焼成前の積層体に対する焼成後の積層体のＸ−Ｙ方向の焼成収縮率を測定したところ、辺の長さとしての収縮率が平均値で１．０％であり、寸法ばらつきが辺の長さの測定において±０．１％以内に入っており、高寸法制度の多層配線基板が得られた。
【００５６】
次に、得られた多層配線基板の接続パッドにＮｉ−Ａｕめっきを施し、評価用の基板を作製した。その後、接続パッドに低融点はんだ（Ｓｎ：Ｐｂ＝６３：３７（質量比））を用いてリード線を付け、多層配線基板に対して層間絶縁信頼性試験を行った。試験条件は、８５℃、８５％ＲＨ、２気圧、直流電圧５．５Vの条件とし、試験前の初期および試験
１００時間後の層間絶縁抵抗を測定した。層間絶縁抵抗は作製した多層配線基板のビアホール導体を形成していない２層目を対象とした。絶縁抵抗が１．０×１０９Ω以上あれば良品として○で示した。
【００５７】
また、管状のビアホール導体パターン用の第１の導体ペーストおよび柱状のビアホール導体パターン用の第２の導体ペーストを熱処理して有機成分を除去した粉末を用いて、加圧成型により直径１０ｍｍ、高さ８ｍｍの円柱状の圧粉体を形成した。成型条件は１×１０４ｋｇｆ／ｃｍ２とした。次に、この圧粉体に対して室温〜１０００℃の温度範囲で熱機械分析（ＴＭＡ）によりそれぞれの収縮開始温度および収縮終了温度を測定した。このとき、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとした。結果を表２に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
表２の結果から明らかなように、本発明の試料（試料Ｎｏ．２〜５、７〜９）では、作製した多層配線基板の破断面の観察から、最表層の絶縁層に形成されている貫通孔のビアホール導体について、ガラスセラミック絶縁層の内壁とビアホール導体との間およびビアホール導体と当該ビアホール導体の内側に設けられており、該ビアホール導体を構成する金属粒子よりも粒子径の小さい金属粒子を含んでなる柱状の第２のビアホール導体との間のいずれにも隙間が見られず、高温高湿付加試験１００時間後の多層配線基板の層間絶縁抵抗が２．９×１０９Ω以上で絶縁抵抗の変化が少なく、絶縁信頼性に優れた多層配線基板を得ることができた。
【００６１】
また、ガラスセラミック柱状パターンの直径を、管状のビアホール導体パターンの厚みの１／５以上とした試料（試料Ｎｏ．３〜１４）では、高温高湿付加試験１００時間後の
多層配線基板の層間絶縁抵抗が２．１×１０１０Ω以上で絶縁抵抗の変化が２桁以内であった。
【符号の説明】
【００６２】
１ 第１のグリーンシート
２ 第２のグリーンシート
３ 貫通孔
５ 管状のビアホール導体パターン
７ 柱状のビアホール導体パターン
９ 表面配線導体パターン
１１ 多層配線基板
１３ ガラスセラミック絶縁層
１５ 異種材料ガラスセラミック絶縁層
１６ 貫通孔
１７ ビアホール導体
１９ 第２のビアホール導体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板を有する多層配線基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発達し、それに伴い、半導体素子等の高速化、大型化が図られ、配線層においても、信号の伝送損失を低減する上で配線層の低抵抗化と絶縁基板の低誘電率化が求められている。そこで、１０００℃以下での焼成によって緻密化でき、銅、銀または金等の低抵抗金属を主成分とする配線層との同時焼成が可能で、かつ誘電率の低いガラスセラミックスを絶縁層とする多層配線基板が提案されている。また、多層配線基板に実装される半導体素子は、ゲート数の増加に伴い、フリップチップ実装が主流となっており、接続端子の増加と挟ピッチ化が進められている。このため、これを実装する多層配線基板の半導体素子の搭載面には、半導体素子の表面に形成された接続端子のピッチに適合する寸法精度（主面に形成された接続端子の間隔の精度）が要求されており、この寸法精度を高めるために焼成時の平面方向の収縮を抑制する多層配線基板の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
例えば、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物に有機バインダ、可塑剤、溶剤等を加えてスラリーとし、ドクターブレード等により成形された第１のグリーンシートと、第１のグリーンシートと同様の方法で成形され、第１のグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のグリーンシートとを用意し、それぞれのグリーンシートに貫通孔を形成してビアホール導体用の導体ペーストを充填するとともに、少なくとも一方のグリーンシートの一方主面に表面配線層用の導体ペーストを塗布する。次いで、ビアホール導体および表面配線層用パターンを形成した第１のグリーンシートおよび第２のグリーンシート交互にを積層して積層体を作製し、この積層体を第２のグリーンシートが焼成収縮する温度まで加熱して焼成するという方法である。
【０００４】
特許文献１、２に開示された製造方法によれば、第１のグリーンシートが焼成収縮する際、焼成収縮を開始していない状態の第２のグリーンシートによって、第１のグリーンシートの平面方向の収縮が抑制される。一方、第２のグリーンシートが焼成収縮する際、第１の絶縁層（すでに焼成収縮を終了した状態の第１のグリーンシート）によって、第２のグリーンシートの平面方向の収縮が抑制される。なお、平面方向の収縮が抑制される分、積層方向の収縮は大きくなる。以上のようなメカニズムにより、多層配線基板（ガラスセラミックグリーンシートを積層した積層体の焼成後の状態）の寸法精度（主面に形成された接続端子の間隔の精度）を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１４４３号公報
【特許文献２】特開２００８−１１７８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１、２に開示された多層配線基板の製造方法により積層体を焼成した場合、積層体のグリーンシートの部分は平面方向の焼成収縮が抑えられるものの、グリーンシートの貫通孔内に形成されたビアホール導体は平面方向に収縮してしまうことから、貫通孔とビアホール導体との間に隙間が発生し、このため信頼性試験において多層配線
基板の層間絶縁信頼性試験において絶縁抵抗が大きく低下するという問題があった。
【０００７】
従って本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、多層配線基板の層間絶縁信頼性試験において絶縁抵抗変化が小さくかつ寸法精度の高い多層配線基板とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多層配線基板の製造方法は、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有する第１のグリーンシートを準備する工程と、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有し、前記第１のグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシートを準備する工程と、前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターンを形成する工程と、該管状のビアホール導体パターンの内側に、前記第１の導体ペーストの焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮終了温度を有する第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターンを形成する工程と、前記管状のビアホール導体パターンおよび前記柱状のビアホール導体パターンを覆うように、前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートの表面に、表面配線導体パターンを形成する工程と、前記表面配線導体パターンが形成された前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートを積層し、焼成する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明の多層配線基板は、複数のガラスセラミック絶縁層を積層してなり、少なくとも最外層の２層が他の前記ガラスセラミック絶縁層とは異なる異種材料ガラスセラミック絶縁層からなり、前記他のガラスセラミック絶縁層と前記異種材料ガラスセラミック絶縁層とにそれぞれビアホール導体が設けられた多層配線基板において、前記ビアホール導体中に当該ビアホール導体を構成する金属粒子よりも粒径の小さい金属粒子を具備する第２のビアホール導体を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多層配線基板の層間絶縁信頼性試験において絶縁抵抗変化が小さくかつ寸法精度の高い多層配線基板を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の多層配線基板の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】（ａ）は管状のビアホール導体パターンを形成するためのスクリーン印刷版を示す模式図であり、（ｂ）は管状のビアホール導体パターンの内側に第２の導体ペーストを充填するためのスクリーン印刷版を示す模式図である。
【図３】本実施形態の多層配線基板の製造方法により作製される多層配線基板の一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１の（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の多層配線基板の製造方法の一例を示す工程図である。
【００１３】
第１の工程では、まず、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有する第１のグリーンシート１を準備するとともに、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有し、第１のグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシート２を準備する。
【００１４】
第１のグリーンシート１に含まれるガラス粉末の具体的な組成の例としては、必須成分
として、ＳｉＯ２を２０〜３０質量％、Ｂ２Ｏ３を１５〜２０質量％、 Ａｌ２Ｏ３を５〜１０質量％、ＭｇＯを１０〜２０質量％、ＢａＯを２０〜２５質量％、ＳｎＯを０．２〜２質量％、ＣａＯを２〜７質量％、ＳｒＯを０．１〜０．６質量％、ＺｒＯ２を１〜２質量％含む組成が挙げられる。
【００１５】
第１のグリーンシート１に含まれるセラミック粉末の具体例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２（クォーツ）、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＣａＴｉＯ３、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＢａＴｉ４Ｏ９、ＺｒＴｉＯ４、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２から選ばれる１種以上が挙げられる。この場合、第１のグリーンシート１では、ガラス粉末７０〜９０質量％とセラミック粉末１０〜３０質量％とを含むことが望ましい。
【００１６】
第２のグリーンシート２に含まれるガラス粉末の具体的な組成の例としては、必須成分として、ＳｉＯ２を３５〜５０質量％、Ｂ２Ｏ３を５〜１０質量％、 Ａｌ２Ｏ３を１０〜１５質量％、ＭｇＯを１５〜２０質量％、ＢａＯを１１〜１８質量％、ＣａＯが０．５〜２質量％、ＳｒＯが０．１〜０．９質量％、ＺｒＯ２が０．５〜１．５質量％、希土類元素（ＲＥ）の酸化物（希土類元素としては、Ｙ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒから選ばれる少なくとも１種）を０．５〜１．５質量％含む組成が挙げられる。
【００１７】
第２のグリーンシート２に含まれるセラミック粉末については、上記した第１のグリーンシート１に適用されるセラミック粉末と同じようなセラミック粉末が挙げられるが、この場合、第２のグリーンシート２では、ガラス粉末５０〜６５質量％とセラミック粉末３５〜５０質量％とを含むことが望ましい。
【００１８】
上記組成のガラス粉末とセラミック粉末との組み合わせによれば、１０００℃以下での低温焼結が可能になるとともに、配線層として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌなどの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、また、誘電率を幅広い範囲で制御することも可能であり、高速伝送化や、内蔵素子の機能向上に適している。しかも、上記の範囲で種々組成を制御することによって、焼成収縮挙動を容易に制御、変更することができる。
【００１９】
第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２は、上記したガラス粉末とセラミック粉末との混合物に、有機バインダと有機溶剤および必要に応じて可塑剤とを混合し、スラリー化する。このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断して作製する。
【００２０】
第２の工程では、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２のそれぞれに、金型、パンチングおよびレーザー加工等のいずれかの加工法によって貫通孔３を形成する。
【００２１】
第３の工程では、貫通孔３の内壁の全面に導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターン５を形成する。
【００２２】
第４の工程では、管状のビアホール導体パターン５の内側にガラスセラミックペーストを充填して柱状のガラスセラミックパターン７を形成する。
【００２３】
貫通孔３の形状は、平面視での形状が円形または多角形のいずれでもよいが、後述するように、この貫通孔３に形成する管状のビアホール導体パターンの厚みをより均一にできるという点で円形が好ましい。
【００２４】
貫通孔３を断面視したときの形状（第１、第２のグリーンシートの厚み方向）は、第１、第２のグリーンシート１、２の両面において同じ口径を有するような形状、すなわち、
長方形または正方形等の矩形状であるのがよいが、この場合、貫通孔３の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布しやすく、また内壁の全面に塗布された管状のビアホール導体パターン５が落下し難く、形状保持性を高めるとともに、その管状のビアホール導体パターン５の内側に充填する第２の導体ペーストについても、充填しやすくかつ形状保持性を高められるという点で、第１の導体ペーストおよび第２の導体ペーストを充填する側の口径をその反対側の面よりも大きくするのがよい。
【００２５】
管状のビアホール導体パターン５を形成するための第１の導体ペーストは、平均粒径が１〜５μｍ程度の導体材料の金属粉末に、必要に応じてセラミック粉末を添加した無機成分に対して、エチルセルロース、アクリル樹脂などの樹脂を加え、さらにジブチルフタレート、αテルピネオール、ブチルカルビトール、２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートなどの適当な溶剤を混合し、３本ローラ又はボールミル等により均質に混練して調製されたものを用いる。
【００２６】
柱状のビアホール導体パターン５を形成するための第２の導体ペーストは、平均粒径が５００ｎｍ以下の導体材料の金属粉末に、必要に応じてセラミック粉末を添加した無機成分に対して、エチルセルロース、アクリル樹脂などの樹脂を加え、さらにジブチルフタレート、αテルピネオール、ブチルカルビトール、２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートなどの適当な溶剤を混合し、３本ローラ又はボールミル等により均質に混練して調製されたものを用いる。ここで、柱状のビアホール導体パターン５を形成するための第２の導体ペーストは、金属粉末の平均粒径が５００ｎｍ以下と管状のビアホール導体パターン５を形成するための第１の導体ペーストに用いている金属粉末よりも粒径が小さいものを用いていることから、第１の導体ペーストの焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮終了温度を有する第２の導体ペーストとすることができる。
【００２７】
図２（ａ）は管状のビアホール導体パターンを形成するためのスクリーン印刷版Ａを示す模式図であり、（ｂ）は管状のビアホール導体パターンの内側に第２の導体ペーストを充填するためのスクリーン印刷版Ｂを示す模式図である。
【００２８】
第１の導体ペーストの貫通孔３の内壁への塗布は、図２（ａ）に示すように、貫通孔３の内壁に第１の導体ペーストを塗布できるようにスクリーン印刷版Ａの貫通孔３の中心にレジスト部を設けて貫通孔３の中心に導体ペーストが充填されないようにしたドーナツ状の開口部を有するスクリーン印刷版Ａを用いて印刷により行う。この場合、貫通孔３が完全に第１の導体ペーストにより充填されず管状のビアホール導体パターン５として所定の厚みを有するとともに、この管状のビアホール導体パターン５の内側に空隙を確保できるように、第１の導体ペーストの粘度を適宜調整する。
【００２９】
次に、第２の導体ペーストを管状のビアホール導体パターン５の内側に充填する場合には、例えば、図２（ｂ）に示すように、円形状の開口部を有するスクリーン印刷版Ｂを用いて印刷により行う。この場合、管状のビアホール導体パターン５の内側の空隙に、液だれなどが生じないように第２の導体ペーストを充填できるように、第２の導体ペーストの粘度を適宜調整する。
【００３０】
第５の工程では、管状のビアホール導体パターン５および柱状のビアホール導体パターン７を覆うように、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２の表面に、表面配線導体パターン９を形成する。
【００３１】
この表面配線導体パターン９を形成するための導体ペーストも、管状のビアホール導体パターン５を形成するための第１の導体ペーストと同じく平均粒径が１〜５μｍ程度の導体材料の粉末に、必要に応じてセラミック材料を添加した無機成分に対して、エチルセル
ロース、アクリル樹脂などの樹脂を加え、さらにジブチルフタレート、αテルピネオール、ブチルカルビトール、２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートなどの適当な溶剤を混合し、３本ローラ又はボールミル等により均質に混練して調製されたものを用いる。表面配線導体パターン９用の導体ペーストは、焼成後の表面配線導体層の導体抵抗を低くするという理由から管状のビアホール導体パターン５の第１の導体ペーストよりもセラミック材料の添加量を少なくしたものを用いるのがよい。
【００３２】
第６の工程では、表面配線導体パターン９が形成された第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２を積層して積層体を形成した後、焼成を行って多層配線基板を作製する。
【００３３】
このようにして、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２に管状のビアホール導体パターン５および柱状のビアホール導体パターンと、それらを覆うように形成された表面配線導体パターン９とを有する積層体１１を形成することができる。なお、焼成にあたっては、有機バインダの揮散、消失工程で、第１、第２のグリーンシート１、２に含まれている樹脂を消失させ、焼成工程にて窒素などの不活性雰囲気中または大気中で、用いたガラス粉末、セラミック粉末および導体材料が十分に焼結する温度で焼成して、相対密度９５％以上に緻密化することが望ましい。
【００３４】
本実施形態の多層配線基板の製造方法は、ガラス粉末およびセラミック粉末の組成を変更することにより焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度の異なる第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２を積層して、第１のグリーンシート１の焼成収縮がほぼ終了した温度よりも高い温度から第２のグリーンシート２の焼成収縮が開始するようにして、第１のグリーンシート１が焼成時に収縮するときには第２のグリーンシート２が第１のグリーンシート１を拘束し、一方、第２のグリーンシート２が収縮し始めたときには、第１のグリーンシート１の焼成収縮がほぼ完了している。このため、第１のグリーンシート１が焼成されて形成されたガラスセラミックスからなる絶縁層により第２のグリーンシート２が拘束されることにより第２のグリーンシート２の焼成収縮を抑えることができる。その結果、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２が積層された積層体のＸ−Ｙ方向（長さの測定）の焼成収縮率を２％以下にすることができるとともに、同じＸ−Ｙ方向（長さの測定）の測定から求められる寸法精度を±０．２％以内にすることができる。
【００３５】
ここで、焼成収縮開始温度とは、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２であるグリーンシートが０．１％体積収縮したときのことをいい、焼成収縮終了温度とは、グリーンシートが最終焼成体積収縮量の９５％以上焼成収縮が進行している状態をいう。
【００３６】
また、本実施形態の多層配線基板の製造方法では、第１のグリーンシート１および第２のグリーンシート２に形成した貫通孔３の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターン５を形成し、次いで、この管状のビアホール導体パターン５の内側に第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターン７を形成する。
【００３７】
このように、貫通孔３の内壁に管状のビアホール導体パターン５および柱状のビアホール導体パターン７を形成することにより、柱状のビアホール導体パターン７が焼成時に収縮するときには、その外側に形成された管状のビアホール導体パターン５が柱状のビアホール導体パターン７を拘束し、次に、昇温して、管状のビアホール導体パターン５が収縮し始めたときには、柱状のビアホール導体パターン７の焼成収縮がほぼ完了していることから、今度は、柱状のビアホール導体パターン７が焼成されて形成された第２のビアホール導体が管状のビアホール導体パターン５を拘束するため、管状のビアホール導体パター
ン５の焼成収縮が抑えられる。この結果、第１のグリーンシート１が焼成されて形成されるガラスセラミックスからなる絶縁層および第２のグリーンシート２から形成されるガラスセラミックスからなる絶縁層（第１のグリーンシート１とは組成の異なる絶縁層：異種材料ガラスセラミック絶縁層）の貫通孔３と管状のビアホール導体との間および管状のビアホール導体と柱状の第２のビアホール導体との間が接しており隙間が形成されにくい。
【００３８】
なお、貫通孔３の内壁に形成される管状のビアホール導体パターン５および柱状のビアホール導体パターン７のそれぞれの焼成収縮開始温度の関係は、管状のビアホール導体パターン５の焼成収縮開始温度が柱状のビアホール導体パターン７の焼成収縮終了温度よりも低くする。これにより高温高湿付加試験（８５℃、８５％ＲＨ、２気圧、直流電圧５．５Ｖ、１００時間経過後）での多層配線基板の層間絶縁抵抗の低下を大幅に抑えることが可能になる。
【００３９】
また、本実施形態の多層配線基板の製造方法では、柱状のビアホール導体パターン７の直径を管状のビアホール導体パターン５の厚みの１／５以上としたときには、同じ条件の高温高湿負荷試験での多層配線基板の層間絶縁抵抗の低下をさらに抑えることが可能になる。
【００４０】
図３は、本実施形態の多層配線基板の製造方法により作製された多層配線基板の断面図である。
【００４１】
多層配線基板１１は、第１のグリーンシート１の焼成体である第１のガラスセラミック絶縁層１３と、第１のガラスセラミック絶縁層１３とは異なる第２のグリーンシート２の焼成体である第２のガラスセラミック絶縁層１５とが積層された絶縁基板の内部に貫通孔１６が形成されており、この貫通孔１６の内壁に導体層がビアホール導体１７として管状に形成され、さらに、このビアホール導体１７の内側に柱状の第２のビアホール導体１９が形成されている。また、第２のビアホール導体１９は、ビアホール導体１７を構成する金属粒子よりも粒径の小さい金属粒子を具備している。さらに、第１のガラスセラミック絶縁層１３は、絶縁基板の最外層の２層を構成するようになっており、第１のガラスセラミック絶縁層１３および第２のガラスセラミック絶縁層１５の表面には表面配線層２１が形成されている。
【００４２】
本実施形態の多層配線基板１１によれば、第１のガラスセラミック絶縁層１３および第２のガラスセラミック絶縁層１５に設けられた貫通孔１６内にビアホール導体１７が設けられ、さらにその内側にビアホール導体１７を構成する金属粒子よりも粒径の小さい金属粒子を具備している柱状の第２のビアホール導体１９を有しており、貫通孔１６内のビアホール導体１７が第１、第２のガラスセラミック絶縁層１３、１５と第２のビアホール導体１９とで挟持された状態となっていることから、多層配線基板１１がハンダ実装工程や高温高湿負荷試験などにおいて加熱されてもビアホール導体１７の熱膨張による第１、第２のガラスセラミック絶縁層１３、１５からの剥離を大幅に抑制でき、ハンダ実装工程にも信頼性が高く、高温高湿負荷寿命に優れた多層配線基板１１を得ることができる。
【実施例】
【００４３】
まず、絶縁層を形成するためのグリーンシートを作製した。第１のグリーンシートとして、ＳｉＯ2が２３．８質量％、Ｂ２Ｏ３が１７．９質量％、Ａｌ2Ｏ3が８．４質量％、
ＭｇＯが１５．４質量％、ＢａＯが２６．５質量％、ＳｎＯ２が１．０質量％、ＣａＯが４．９質量％、ＳｒＯが０．４質量％、ＺｒＯ２が１．７質量％を含むガラス粉末と、クォーツ粉末とを準備し、これらをガラス８０質量％、Ａｌ2Ｏ3粉末を２０質量％秤量し、有機バインダーを添加して、ガラスセラミック組成物を作製した。
【００４４】
次いで、上記ガラスセラミック組成物に、有機バインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてジオクチルフタレート、溶媒としてトルエンを加えて調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により成形し、面積が２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚みが８４μmの第
１のグリーンシートを作製した。
【００４５】
次に、第２のグリーンシートとして、ＳｉＯ2が４３．３質量％、Ｂ２Ｏ３が７．５質
量％、Ａｌ2Ｏ3が１２．９質量％、ＭｇＯが１８．０質量％、ＣａＯが１．７質量％、ＢａＯが１４．１質量％、Ｙ2Ｏ3が１．０重量％、ＳｒＯが０．５質量％、ＺｒＯ２が１．０質量％を含むガラス粉末と、Ａｌ2Ｏ3粉末とを準備し、これらをガラス６０質量％、Ａｌ2Ｏ3粉末を４０質量％に秤量し、有機バインダーを添加して、ガラスセラミック組成物を作製した。
【００４６】
次いで、上記ガラスセラミック組成物に、有機バインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてジオクチルフタレート、溶媒としてトルエンを加えて調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により成形し、面積が２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚みが８４μmの第
２のグリーンシートを作製した。
【００４７】
次に、得られた第１、第２のグリーンシートの複数個に、ＣＯ2レーザーにより直径２
００μｍの貫通孔を形成した。また、貫通孔を形成しない第１、第２のグリーンシートもそれぞれ用意した。
【００４８】
次に、管状のビアホール導体パターン用の第１の導体ペーストを調製した。管状のビアホール導体パターン用の導体ペーストは、平均粒径５μmの銀粉末１００質量％に対して
、ガラス粉末を表１に示す割合になるように添加した無機成分に、有機バインダーとしてエチルセルロース樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液（質量比で８０：２０）を添加し、混練して調製した。
【００４９】
調製した管状のビアホール導体パターン用の第１の導体ペーストを、図２（ａ）に示すスクリーン印刷版を用いて、第１、第２のグリーンシートに形成した貫通孔に、スクリーン印刷法により塗布した。その後、８０℃で３０分乾燥し、続いて室温、７ＭＰａの条件で第１、第２のグリーンシートの表面を加圧し、表面形状を整えた。
【００５０】
続いて、柱状のビアホール導体パターン用の第２の導体ペーストを調製した。この場合、表１に示す３種の平均粒径を有する銀粉末１００質量％に対して、有機バインダーとしてエチルセルロース樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液（質量比で８０：２０）を添加し、混練して調製した。
【００５１】
次に、先に貫通孔に管状のビアホール導体パターンを形成した第１、第２のグリーンシートの管状のビアホール導体パターンの内側に、図２（ｂ）示すスクリーン印刷版を用いてスクリーン印刷法により調製した第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターンを形成した。
【００５２】
次に、表面配線層となる表面配線用の導体ペーストを調製した。この場合、平均粒径２．５μmの銀粉末を用意し、この銀粉末に対して有機バインダーとしてエチルセルロース
樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液（重量比で８０：２０）を添加し混練して調製した。
【００５３】
次に、調製した表面配線用の導体ペーストを、管状のビアホール導体パターンおよび柱状のビアホール導体パターンが形成された第１、第２のグリーンシートの貫通孔の上面に接続パッドとして、１０ｍｍ×２０ｍｍの表面配線導体パターンをスクリーン印刷により
形成した。このとき表面配線導体パターンのみ形成した第２のグリーンシートも用意した。
【００５４】
次に、管状のビアホール導体パターン、柱状のビアホール導体パターンおよび表面配線導体パターンを形成した第１のグリーンシート５枚と、管状のビアホール導体パターン、ビアホール導体パターンおよび表面配線導体パターンを形成した第２のグリーンシート３枚と、表面配線導体パターンのみ形成した第２のグリーンシート１枚とを用意し、管状のビアホール導体パターン、柱状のビアホール導体パターンおよび表面配線導体パターンを形成した第１のグリーンシートが最表層となるように第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとを交互に積層した。このとき表面配線導体パターンのみ形成した第２のグリーンシートを２層目に配置させ、第１のグリーンシートと第２のグリーンシートとの間に接着剤を均一に塗布し、４５℃、１０ＭＰａの条件で加圧積層を行い、積層体を作製した。
【００５５】
続いて、積層体を３０ｍｍ×３０ｍｍのサイズに切断し、これらの積層体の個片をＡｌ２Ｏ３の台板上に載せて有機バインダー等の有機成分を分解除去するために、大気中、４００℃で加熱処理した後、９１０℃で１時間保持して焼成した。得られた多層配線基板を１００個抽出し、多層配線基板の四隅に形成した接続パッドの間隔を測定して、焼成前の積層体に対する焼成後の積層体のＸ−Ｙ方向の焼成収縮率を測定したところ、辺の長さとしての収縮率が平均値で１．０％であり、寸法ばらつきが辺の長さの測定において±０．１％以内に入っており、高寸法制度の多層配線基板が得られた。
【００５６】
次に、得られた多層配線基板の接続パッドにＮｉ−Ａｕめっきを施し、評価用の基板を作製した。その後、接続パッドに低融点はんだ（Ｓｎ：Ｐｂ＝６３：３７（質量比））を用いてリード線を付け、多層配線基板に対して層間絶縁信頼性試験を行った。試験条件は、８５℃、８５％ＲＨ、２気圧、直流電圧５．５Vの条件とし、試験前の初期および試験
１００時間後の層間絶縁抵抗を測定した。層間絶縁抵抗は作製した多層配線基板のビアホール導体を形成していない２層目を対象とした。絶縁抵抗が１．０×１０９Ω以上あれば良品として○で示した。
【００５７】
また、管状のビアホール導体パターン用の第１の導体ペーストおよび柱状のビアホール導体パターン用の第２の導体ペーストを熱処理して有機成分を除去した粉末を用いて、加圧成型により直径１０ｍｍ、高さ８ｍｍの円柱状の圧粉体を形成した。成型条件は１×１０４ｋｇｆ／ｃｍ２とした。次に、この圧粉体に対して室温〜１０００℃の温度範囲で熱機械分析（ＴＭＡ）によりそれぞれの収縮開始温度および収縮終了温度を測定した。このとき、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとした。結果を表２に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
表２の結果から明らかなように、本発明の試料（試料Ｎｏ．２〜５、７〜９）では、作製した多層配線基板の破断面の観察から、最表層の絶縁層に形成されている貫通孔のビアホール導体について、ガラスセラミック絶縁層の内壁とビアホール導体との間およびビアホール導体と当該ビアホール導体の内側に設けられており、該ビアホール導体を構成する金属粒子よりも粒子径の小さい金属粒子を含んでなる柱状の第２のビアホール導体との間のいずれにも隙間が見られず、高温高湿付加試験１００時間後の多層配線基板の層間絶縁抵抗が２．９×１０９Ω以上で絶縁抵抗の変化が少なく、絶縁信頼性に優れた多層配線基板を得ることができた。
【００６１】
また、ガラスセラミック柱状パターンの直径を、管状のビアホール導体パターンの厚みの１／５以上とした試料（試料Ｎｏ．３〜１４）では、高温高湿付加試験１００時間後の
多層配線基板の層間絶縁抵抗が２．１×１０１０Ω以上で絶縁抵抗の変化が２桁以内であった。
【符号の説明】
【００６２】
１ 第１のグリーンシート
２ 第２のグリーンシート
３ 貫通孔
５ 管状のビアホール導体パターン
７ 柱状のビアホール導体パターン
９ 表面配線導体パターン
１１ 多層配線基板
１３ ガラスセラミック絶縁層
１５ 異種材料ガラスセラミック絶縁層
１６ 貫通孔
１７ ビアホール導体
１９ 第２のビアホール導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス粉末およびセラミック粉末を含有する第１のグリーンシートを準備する工程と、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有し、前記第１のグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシートを準備する工程と、
前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターンを形成する工程と、
該管状のビアホール導体パターンの内側に、前記第１の導体ペーストの焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮終了温度を有する第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターンを形成する工程と、
前記管状のビアホール導体パターンおよび前記柱状のビアホール導体パターンを覆うように、前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートの表面に、表面配線導体パターンを形成する工程と、
前記表面配線導体パターンが形成された前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートを積層し、焼成する工程と、
を具備することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項２】
複数のガラスセラミック絶縁層を積層してなり、少なくとも最外層の２層が他の前記ガラスセラミック絶縁層とは異なる異種材料ガラスセラミック絶縁層からなり、前記他のガラスセラミック絶縁層と前記異種材料ガラスセラミック絶縁層とにそれぞれビアホール導体が設けられた多層配線基板において、
前記ビアホール導体中に当該ビアホール導体を構成する金属粒子よりも粒径の小さい金属粒子を具備する第２のビアホール導体を有していることを特徴とする多層配線基板。
【請求項１】
ガラス粉末およびセラミック粉末を含有する第１のグリーンシートを準備する工程と、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有し、前記第１のグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシートを準備する工程と、
前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔の内壁の全面に第１の導体ペーストを塗布して管状のビアホール導体パターンを形成する工程と、
該管状のビアホール導体パターンの内側に、前記第１の導体ペーストの焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮終了温度を有する第２の導体ペーストを充填して柱状のビアホール導体パターンを形成する工程と、
前記管状のビアホール導体パターンおよび前記柱状のビアホール導体パターンを覆うように、前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートの表面に、表面配線導体パターンを形成する工程と、
前記表面配線導体パターンが形成された前記第１のグリーンシートおよび前記第２のグリーンシートを積層し、焼成する工程と、
を具備することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項２】
複数のガラスセラミック絶縁層を積層してなり、少なくとも最外層の２層が他の前記ガラスセラミック絶縁層とは異なる異種材料ガラスセラミック絶縁層からなり、前記他のガラスセラミック絶縁層と前記異種材料ガラスセラミック絶縁層とにそれぞれビアホール導体が設けられた多層配線基板において、
前記ビアホール導体中に当該ビアホール導体を構成する金属粒子よりも粒径の小さい金属粒子を具備する第２のビアホール導体を有していることを特徴とする多層配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２３３６８５（Ｐ２０１１−２３３６８５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０２１２３（Ｐ２０１０−１０２１２３）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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