多層配線基板
【課題】 絶縁基体の表面に形成された電極パターンの画像認識装置による誤認識を生じさせることなく、絶縁基体の表面に隣接して配置される配線間の絶縁性が保持された多層配線基板を提供する。
【解決手段】 本発明は、Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｇおよびＭｏを含むアルミナ質焼結体からなる絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを複数積層してなる絶縁基体１１と、絶縁基体１１の表面および内部に設けられた配線層１２、１３と、絶縁基体１１の内部に設けられ、配線層１２、１３に接続された貫通導体１４とを備えた多層配線基板において、Ｍｏがアルミナ質焼結体中に平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子として含まれているとともに、Ｍｏの含有量が０．０７〜０．４２質量％であり、かつアルミナ質焼結体の明度が４０％〜４６％である。
【解決手段】 本発明は、Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｇおよびＭｏを含むアルミナ質焼結体からなる絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを複数積層してなる絶縁基体１１と、絶縁基体１１の表面および内部に設けられた配線層１２、１３と、絶縁基体１１の内部に設けられ、配線層１２、１３に接続された貫通導体１４とを備えた多層配線基板において、Ｍｏがアルミナ質焼結体中に平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子として含まれているとともに、Ｍｏの含有量が０．０７〜０．４２質量％であり、かつアルミナ質焼結体の明度が４０％〜４６％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒色化されたアルミナ質焼結体からなる複数の絶縁層が積層された絶縁基体を有する多層配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ質焼結体を絶縁基体とし、その表面および内部にＷやＭｏなどの高融点金属からなる配線層を形成した配線基板が知られているが、近年の半導体素子における演算速度の高速化により、半導体素子を搭載する配線基板では信号遅延の問題が生じてしまうことから、配線層をより低抵抗、低誘電損失の材質により形成することが求められていた。
【０００３】
そこで、絶縁基体の形成材料として、アルミナを主成分とし、ＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２〜１５重量％、ＳｉをＳｉＯ２換算で２〜１５重量％、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｃｏの中から選ばれる１種以上を酸化物換算で０．１〜４重量％、さらに第４ａ族金属元素を酸化物換算で０．１重量％以下含有し、相対密度が９５％以上であり、且つアルミナ結晶粒子の粒界相にＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４を含有してなるアルミナ質焼結体が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
上記のアルミナ質焼結体を絶縁基体の形成材料とすることで、１５００℃以下の焼成温度により作製することが可能となり、配線層の形成材料として、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属と、Ｗ、Ｍｏのうち少なくとも１種の高融点金属との複合導体を用いることができ、より低抵抗、低誘電損失の配線層を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、ＭｎおよびＳｉを焼結助剤成分として含むアルミナ質焼結体は、アルミナ結晶粒子の粒界にＡｌ、ＭｎおよびＳｉのうちの少なくとも２種を含む結晶が析出し、その組成によってはシミ（斑点模様）となって絶縁基体の表面に観察されるようになる。このことは、例えば配線基板の表面に形成された電極に電子部品を実装する際の画像認識装置による電極パターン認識時に誤認識を発生させる原因となる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、Ｗ、Ｍｏなどの金属をアルミナ質焼結体の着色剤として含んでもよいことが記載されており、この着色剤を所望の割合で含有させることによって、アルミナ質焼結体を黒色化してシミを見え難くし、誤認識を発生させないようにすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９７７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述のような着色剤が絶縁基体中に多く含まれていると、配線基板の表面に形成された電極に対して電極パターン保護あるいは半田濡れ性向上のために行なうめっき工程の際に、絶縁基体の表面に存在する着色剤を起点としてめっきが広がってしまうことがあった。近年、配線の高密度化のために配線間の間隔が短くなり、めっきが広がってしまうと隣接する配線と接触することになり配線間の絶縁性が保てなくなるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、絶縁基体の表面に形成された電極パターンの画像認識装置による誤認識を生じさせることなく、絶縁基体の表面に隣接して配置される配線間の絶縁性が保持された多層配線基板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】
【００１０】
本発明の多層配線基板は、Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｇおよびＭｏを含むアルミナ質焼結体からなる絶縁層を複数積層してなる絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部に設けられた配線層と、前記絶縁基体の内部に設けられ、前記配線層に接続された貫通導体とを備えた多層配線基板において、前記Ｍｏが前記アルミナ質焼結体中に平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子として含まれているとともに、前記Ｍｏの含有量が０．０７〜０．４２質量％であり、かつ前記アルミナ質焼結体の明度が４０％〜４６％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＳｉおよびＭｎを焼結助剤成分として含むアルミナ質焼結体からなる絶縁基体の表面のシミに対し、アルミナ質焼結体の明度を４０〜４６％として黒色化させたことから、絶縁基体の表面に形成された電極パターンの画像認識装置による誤認識を生じさせることのない多層配線基板を得ることができる。また、アルミナ質焼結体中におけるＭｏの含有量が０．０７〜０．４２質量％であり、また、Ｍｏがアルミナ質焼結体中に平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子として含まれていることによって絶縁基体が黒色化していることから、アルミナ質焼結体中にＭｏ粒子の凝集や粗大なＭｏ粒子がほとんど存在しておらず、絶縁基体の表面へのめっきの広がりを抑制し、絶縁基体の表面に隣接して配置される配線間の絶縁性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の多層配線基板の一実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の多層配線基板の一実施形態の概略断面図である。
【００１５】
図１に示す多層配線基板１は、アルミナ質焼結体からなる絶縁基体１１と、絶縁基体１１の表面および内部に形成された低抵抗金属および高融点金属の複合導体からなる表面配線層１２および内部配線層１３と、表面配線層１２と内部配線層１３または異なる絶縁層間に設けられた内部配線層１３同士を接続するための貫通導体１４とを備えている。
【００１６】
絶縁基体１１は複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが積層されてなるものである。
【００１７】
それぞれの絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、Ａｌ２Ｏ３（α−Ａｌ２Ｏ３）を主結晶とするアルミナ質焼結体で形成されている。アルミナ質焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有量は８５〜９６質量％であり、粒状または柱状の結晶として存在している。本発明においてＡｌ２Ｏ３の平均結晶粒径は特に限定されるものではないが、結晶粒径が大きくなるに従い熱伝導性が向上し、結晶粒径が小さくなるに従い強度が向上することから、高熱伝導性および高強度の両立という点から、Ａｌ２Ｏ３の平均結晶粒径は１．０〜５．０μｍ、特に１．７〜２．５μｍであることが望ましい。
【００１８】
絶縁基体１１（絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を構成するアルミナ質焼結体には、ＳｉおよびＭｎが含まれていることが重要であり、ＳｉＯ２、Ｍｎ２Ｏ３とした酸化物換算でそれぞれ２〜７．５質量％、ＳｉとＭｎとを合わせて４〜１５質量％含まれているのが好ましい。ＳｉおよびＭｎは、Ａｌ２Ｏ３粉末を主成分とするセラミックグリーンシートを１５００℃以下の低温で焼成して、絶縁基体１１（絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が得られるようにするための焼結助剤成分として機能するものである。これらの成分は、アルミナ質焼結体において、Ａｌ２Ｏ３の結晶粒界に非晶質あるいは結晶として存在する。結晶としては、Ａｌ、ＭｎおよびＳｉのうちの少なくとも２種を含む結晶、具体的にはＭｎＡｌ２Ｏ４、Ｍｎ３Ａｌ２Ｓｉ３Ｏ１２、ＭｎＳｉＯ３などが挙げられる。熱伝導性向上、強度向上、誘電損失低減および耐薬品性向上の点では、このような結晶が存在しているのが望ましい。
【００１９】
また、絶縁基体１１（絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を構成するアルミナ質焼結体には、Ｍｇが含まれていることが重要である。Ｍｇは、後述する複合導体との同時焼結性を高める成分として機能し、かつＭｏとともに黒色化に寄与するものである。Ｍｇは、酸化物換算（ＭｇＯ換算）で０．１〜４．０質量％含まれているのが好ましい。
【００２０】
さらに、複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを構成するアルミナ質焼結体には、着色成分としてのＭｏが０．０７〜０．４２質量％含まれているとともに、その大部分は平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子としてアルミナ質焼結体中に存在していることが重要である。
【００２１】
そして、複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを構成するアルミナ質焼結体の明度は４０％〜４６％であることが重要である。
【００２２】
すなわち、Ａｌ２Ｏ３の結晶粒界に存在する、ＭｎＡｌ２Ｏ４、Ｍｎ３Ａｌ２Ｓｉ３Ｏ１２、ＭｎＳｉＯ３などの結晶は、アルミナ質焼結体の熱伝導性向上、強度向上、誘電損失低減および耐薬品性向上に寄与するものであるが、これらの結晶はシミ（斑点模様）となって絶縁基体１１の表面および内部に観察されるようになり、多層配線基板１の表面に形成された電極（表面配線層１２）に電子部品を実装する際の画像認識装置による電極パターン認識時に誤認識を発生させる原因となるが、アルミナ質焼結体の明度が４０％〜４６％であると、黒色化されていることから絶縁基体１１の表面におけるシミ（斑点模様）が見え難くなり、画像認識装置による電極パターン認識時に誤認識が発生することを防止あるいは大幅に低減することができる。
【００２３】
ただし、アルミナ質焼結体の明度が４６％を超えると、十分に黒色化されていないために絶縁基体１１の表面にシミが見えやすくなって画像認識装置による誤認識の原因となり、アルミナ質焼結体の明度が４０％未満であると、画像認識装置による誤認識の問題はないが、このような明度になるにつれて、後述する製造方法においてセラミックグリーンシートに含まれる有機バインダに対して吸湿による水分子が水素結合により架橋し、セラミックグリーンシートの硬度が著しく上昇して積層密着性が失われ、デラミネーションが発生してしまうおそれがある。そのため、絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを構成するアルミナ質焼結体の明度は４０％〜４６％であることが重要である。
【００２４】
ところで、アルミナ質焼結体中のＭｏ粒子を、平均粒径が０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子とするのは、平均粒径が０．１μm未満であると、後述する製造方法において、セラミックグリーンシートの作製時に用いるＭｏＯ３粉末の粒径を小さくする必要があり、ＭｏＯ３粉末のコストが高くなるとともに、製造過程において凝集しやすくなって余分な解砕工程が必要になるおそれがある。一方、Ｍｏ粒子の平均粒径が０．５μmを超えるかまたはＭｏ粒子の最大粒径が１μmを超えると、めっき広がりが発生する可能性が高くなる。また、Ｍｏ粒子の平均粒径が０．５μmを超えるかまたはＭｏ粒子の最大粒径が１μmを超える場合とは、後述するセラミックグリーンシートの吸湿が十分でない場合であり、アルミナ質焼結体を十分に黒色化することができないために絶縁基体１１の表面にシミが見えやすくなって画像認識装置による誤認識の原因となる。
【００２５】
また、アルミナ質焼結体中のＭｏの含有量を極めて少量の０．０７〜０．４２質量％とするのは、Ｍｏの含有量が０．０７質量％未満であると、アルミナ質焼結体を十分に黒色化することができないために絶縁基体１１の表面にシミが見えやすくなって画像認識装置による誤認識の原因となる。一方、Ｍｏの含有量が０．４２質量％を超えると、Ｍｏ粒子の凝集や粗大なＭｏ粒子の存在による絶縁基体１１の表面へのめっきの広がりが発生して、絶縁基体１１の表面に隣接する配線間の絶縁性を保てなくなるおそれがある。
【００２６】
なお、Ｍｏ粒子は絶縁基体１１中にほぼ均一に分散されているのが好ましい。ほぼ均一に分散されているとは、絶縁基体１１の断面を２０００倍の走査型電子顕微鏡の反射電子像で観察し、その画面を２４等分したとき、おのおのの領域におけるＭｏの面積率の差が０．５％以内であることをいう。
【００２７】
アルミナ質焼結体中におけるＡｌ２Ｏ３の含有量は、Ｘ線回折装置を用いてリートベルト解析により求めることができ、Ｍｏおよびその他の成分の存在およびその含有量はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析装置を用いて測定することができる。
【００２８】
絶縁基体１１の表面および内部には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属と、ＷおよびＭｏの少なくともいずれか一方の高融点金属との複合導体からなる表面配線層１２および内部配線層１３が形成されている。Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属と、ＷおよびＭｏの少なくともいずれか一方の高融点金属との複合導体からなる配線層とすることで、低抵抗金属のみからなる配線層に比べると抵抗値は多少上がってしまうものの、後述する１２００℃〜１５００℃の焼成温度で、アルミナ質焼結体との同時焼成が可能となる。ただし、同時焼成可能といえども、低抵抗金属の融点を超える温度での焼成となるため、低抵抗金属の溶融を抑制して配線層の形態を保つことが必要となる。そこで、配線層の低抵抗化と保形性をともに達成する上で、低抵抗金属が３０〜７０体積％、高融点金属が３０〜７０体積％の割合からなることが望ましい。また、高融点金属は平均粒径が１〜１０μｍの粒子として、低抵抗金属からなるマトリックス中に分散していることが望ましい。なお、表面配線層１２は、高融点金属および低抵抗金属の割合が内部配線層１３と同じであっても異なっていてもよい。
【００２９】
また、貫通導体１４は、表面配線層１２および内部配線層１３と同様の組成であってもよく、異なっていてもよい。例えば、表面配線層１２および内部配線層１３に比べて、断面積がかなり大きなものであることから、高融点金属のみからなるものであってもよい。
【００３０】
このような多層配線基板１は、表面に形成された電極パターンの誤認識を生じさせることなく、表面配線層１２間の絶縁性が保持されたものとなる。
【００３１】
次に、本発明の多層配線基板１の製造方法について説明する。
【００３２】
まず、絶縁基体１１を形成するためのセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、Ａｌ２Ｏ３粉末を８５〜９６質量％、ＳｉＯ２粉末を２〜７．５質量％、Ｍｎ２Ｏ３を粉末２〜７．５質量％、ＭｇＯ粉末を０．１〜４．０質量％の合計１００質量部にＭｏＯ３粉末を０．１〜０．６質量部の割合で添加（外添）してなる混合粉末を用意する。
【００３３】
Ａｌ２Ｏ３粉末として、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、特に１．０〜２．０μｍのものを用いる。これは、平均粒径を０．５μｍ以上とすることでシート成形性を良好なものとし、２．５μｍ以下とすることで１５００℃以下の温度での焼成によっても緻密化を促進させるためである。
【００３４】
また、ＳｉＯ２粉末として平均粒径が１〜３μｍのものを用い、Ｍｎ２Ｏ３粉末として平均粒径が０．７〜１．７μｍのものを用いる。これらは、焼結助剤成分であって、１５００℃以下の温度でセラミックグリーンシートを焼結させるためのものである。なお、ＳｉおよびＭｎは、酸化物粉末以外に焼成によって酸化物を形成しうる炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加してもよい。
【００３５】
ＭｇＯ粉末として、平均粒径が０．５〜２．０μｍのものを用いる。ＭｇＯ粉末は、配線層を形成する複合導体との同時焼結性を高めるために添加されるもので、さらに着色成分としてのＭｏと関わってアルミナ質焼結体の黒色化に寄与するものである。Ｍｇは酸化物（ＭｇＯ）換算で０．１〜４質量％となるように、例えばＭｇＣＯ３粉末として添加されてもよい。
【００３６】
ＭｏＯ３粉末として、平均粒径が０．５〜１．５μｍのものを用いる。ＭｏＯ３粉末は、アルミナ質焼結体を黒色化するための着色成分であり、本発明においては着色成分の中でもＭｏＯ３粉末を用いることが重要である。また、このＭｏＯ３粉末は後述の非酸化性雰囲気下での焼成により、金属のＭｏとなる。Ｍｏの添加量が０．１質量部未満であると、絶縁基体１１の表面にシミが見えやすくなって誤認識の原因となる。一方、Ｍｏの含有量が０．６質量部を超えると、Ｍｏ粒子の凝集や粗大なＭｏ粒子の存在による絶縁基体１１の表面へのめっきの広がりが発生して、表面配線層１２間の絶縁性を保つことができなってしまうおそれがある。なお、絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにおけるＭｏの含有量は、セラミックグリーンシートにおけるＭｏＯ３粉末の含有量と比較して３割程度減少する。これはＭｏＯ３が焼成中に還元されるためである。また、平均粒径０．５〜１．５μｍのＭｏＯ３粉末は後述の反応によって焼成後に平均粒径０．１〜０．５μm、最大粒径１μm以下のＭｏ粒子となる。
【００３７】
また、セラミックグリーンシートにはその他の成分が含まれていてもよいが、例えばＴｉＯ２やＺｒＯ２等の周期表第４族元素の酸化物が存在すると、アルミナ質焼結体の誘電損失が増大してしまうので、これらの元素含有量は酸化物換算で０．１質量％以下、特に０．０５質量％以下であることが好ましい。
【００３８】
そして、この混合粉末に対して有機バインダ、溶媒を添加してスラリーを調整した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法などの成形方法によってセラミックグリーンシートを作製する。あるいは、混合粉末に有機バインダを添加し、プレス成形、圧延成形等の方法により所定の厚みのセラミックグリーンシートを作製する。
【００３９】
次に、このセラミックグリーンシートを湿度８５〜９５％の大気雰囲気下に０．５〜５時間保管し、水分を吸湿させる。
【００４０】
本発明の多層配線基板１を製造するうえで、水分を吸湿させたセラミックグリーンシートを用意することが重要である。水分を吸湿させたセラミックグリーンシートにおいては、セラミックグリーンシート中のＭｏの存在状態が変化する。また、水分を吸湿させたセラミックグリーンシートを用意することにより、水分を吸湿させていないセラミックグリーンシートと比較して焼成後の明度が変化する。具体的には、水分の吸湿によりＭｏＯ３およびＭｇＯがＨ２Ｏと反応して溶解し、Ｍｏ６＋とＭｇ２＋とになり、ＭｇＭｏＯ４・５Ｈ２Ｏが析出する。このとき、ＭｇＯ粉末にＭｏ６＋がくっつき、加湿なしの状態に比べてより細かく分散すると考えられる。その後、焼成過程ではＨ２Ｏが離脱し、ＭｇＯは非加湿時と同様に焼結していき、ＭｏＯ３はより細かく分散した状態を維持したままＭｏ粒子となり、焼成後にアルミナ質焼結体をより黒く見えるように黒色化できる。そして、水分を吸湿させたセラミックグリーンシートの焼成後の状態（絶縁層）において、明度が４０〜４６％となる。
【００４１】
このように、アルミナ質焼結体を着色成分であるＭｏの少ない量で黒色化するには、セラミックグリーンシートを湿度８５〜９５％の大気雰囲気下に０．５〜５時間保管することが重要であり、湿度が８５％未満の場合や吸湿時間が０．５時間未満の場合は、焼成後のアルミナ質焼結体の明度が４６％を超えてしまう。また、湿度が９５％を越える場合や、吸湿時間が５時間を超える場合は、焼成後のアルミナ質焼結体の明度が４０％未満となり、このような明度になると、セラミックグリーンシートに含まれる有機バインダに対して吸湿による水分子が水素結合により架橋し、セラミックグリーンシートの硬度が著しく上昇して積層密着性が失われ、デラミネーションが発生してしまうおそれがある。
【００４２】
次に、得られたセラミックグリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径が５０〜２５０μｍの貫通孔を形成する。
【００４３】
このようにして作製されたセラミックグリーンシートの表面に対して、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属粉末と、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１種の高融点金属粉末とを前述した比率（低抵抗金属が４０〜６０体積％、高融点金属が４０〜６０体積％）で混合して配線層用導体ペーストを調製し、スクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により配線パターン状に印刷塗布する。また、貫通導体用ペーストを各セラミックグリーンシートの貫通孔内に充填する。なお、これらのペースト中には、絶縁層との密着性を高めるために、上記の金属粉末以外にアルミナ粉末あるいは絶縁基体１１と同一組成物の混合粉末を添加してもよく、さらにはＮｉ等の活性金属あるいはそれらの酸化物を０．０５〜２体積％の割合で添加してもよい。
【００４４】
その後、配線層用導体ペーストの印刷塗布や貫通孔に貫通導体用ペーストの充填されたセラミックグリーンシートを位置合わせして複数積層圧着した後、得られたセラミックグリーンシート積層体を非酸化性雰囲気中、最高温度が１２００〜１５００℃、特に１２５０〜１４００℃の温度となる条件で焼成して多層配線基板１を作製する。
【００４５】
このときの焼成温度が１２００℃より低いと、アルミナ質焼結体を相対密度９５％以上まで緻密化させることができず、熱伝導性や強度が低いものとなってしまい、焼成温度が１５００℃より高いと、ＷあるいはＭｏ自体の焼結が進み、Ｃｕ等の低抵抗金属の流動により均一組織を維持できず、強いては低抵抗を維持することが困難となってしまう。また、アルミナ結晶の粒径が大きくなり異常粒成長が発生したり、Ｃｕ等の低抵抗金属がセラミックグリーンシート（絶縁層）中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなるとともに拡散速度も速くなる結果、拡散距離が３０μｍを超えて大きくなり、微細配線化を阻害してしまう。
【００４６】
また、この焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素雰囲気あるいは窒素と水素との混合雰囲気であることが望ましい。特に、低抵抗導体のセラミックグリーンシート（絶縁層）中への拡散を抑制する上では、水素および窒素を含み露点が＋３０℃以下、特に＋２５℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、この雰囲気には所望によりアルゴンガス等の不活性ガスが混入されてもよい。焼成時の露点が＋３０℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と低抵抗導体とが反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、低抵抗導体の拡散を助長してしまうためである。
【００４７】
その後、得られた多層配線基板１の表面配線層１２に電極パターン保護あるいは半田濡れ性向上のために、無電解Ｎｉ−Ａｕめっき、あるいは無電解Ｃｕ−Ａｕめっき、または無電解Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｕめっき等のめっきを施す。
【００４８】
以上述べた製造方法により作製された多層配線基板１は、表面に形成された電極パターンの誤認識を生じさせることなく、表層配線層１２間の絶縁性が保持されたものとなる。
【実施例】
【００４９】
純度が９９％で平均粒子径が１．８μｍのＡｌ２Ｏ３粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．０μｍのＳｉＯ２粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．５μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、純度が９９．９％で平均粒子径が０．７μｍのＭｇＯ粉末を表１に示すような割合で混合するとともに、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＳｉＯ２粉末、Ｍｎ２Ｏ３粉末およびＭｇＯ粉末の合計１００質量部に対して、純度が９９．９％で平均粒子径が１．２μｍのＭｏＯ３粉末を表１に示すような割合で添加（外添）した後、さらに、有機バインダとしてアクリル系バインダと、有機溶媒としてトルエンを混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にてそれぞれ焼成後の厚みが１５０μｍとなるように、１８５μｍの厚みを有するシート状に成形し、セラミックグリーンシートを得た。
【００５０】
得られたセラミックグリーンシートのうち複数枚を温度２５℃、表１に示す湿度に調整した恒温恒湿槽に入れ、表１に示す所定時間放置し、吸湿させた。
【００５１】
吸湿させたセラミックグリーンシートに対してレーザー加工によって打抜き加工を施し、直径が２００μｍの貫通孔を形成した。
【００５２】
そして、純度９９．９％で平均粒子径１．２μｍのＭｏ粉末を９５質量％と、純度９９．９％で平均粒子径１．８μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を５質量％とを混合した粉末に対し、アクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、貫通導体用ペーストを調製し、この貫通導体用ペーストを上記のセラミックグリーンシートの貫通孔内に充填した。
【００５３】
次に、純度９９％で平均粒子径１．２μｍのＣｕ粉末を３５質量％（５４体積％）と、純度９９．９％で平均粒子径１．２μｍのＷ粉末を６５質量％（４６体積％）とを混合した粉末に対し、アクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、配線層用導体ペーストを調製した。そして、貫通孔内に貫通導体用ペーストを充填したセラミックグリーンシートに対してスクリーン印刷法によってシグナル配線パターンおよびグランド配線パターンを印刷塗布した。
【００５４】
このようにして得られたセラミックグリーンシートを５層積層してセラミックグリーンシート積層体を作製した。そして、セラミックグリーンシート積層体を、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、１０００℃から焼成温度の１３５０℃までを５０℃／時間の昇温速度で昇温し、焼成温度にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１時間保持した後、１０００℃までを１００℃／時間の降温速度で冷却した。
【００５５】
その後、Pｄ活性を行い、アルミナ質焼結体からなる絶縁基体の表面における表面配線層に無電解Nｉめっきを４．５μm施した後に、無電解Ａｕめっきを０．０５μm施して、本発明実施例の多層配線基板（試料Ｎｏ．１〜１４）を各５０個作製した。
【００５６】
また、比較例（試料Ｎｏ．１５〜１７）として、吸湿させていないセラミックグリーンシートを用いて作製した多層配線基板を得た。
【００５７】
このようにして得られた多層配線基板を切断し、断面を走査型電子顕微鏡の反射電子像にて５視野観察した。各画像を画像処理し、それぞれのＭｏ粒子の直径の値から平均粒径および最大粒径を算出した。その結果を表１に示す。
【００５８】
また、Ｍｏの含有量はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析装置にて測定した。その結果を表１に示す。
【００５９】
また、色彩色差計（コニカミノルタ社製、ＣＲ−３００）によりアルミナ質焼結体の明度を測定した。その結果を表１に示す。
【００６０】
また、めっき広がりの有無を４０倍の光学顕微鏡にて５０個の多層配線基板について観察し、電極パターンからめっきがはみ出ているものの個数（めっき広がり発生数）を求めた。その結果を表１に示す。
【００６１】
また、得られた多層配線基板を内層断面が露出するように切断し、デラミネーションの発生の有無を確認した。１個の多層配線基板につき１０箇所、１０個の多層配線基板について計１００箇所確認を行い、デラミネーションが発生していないものを良品とした。その結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
表１から明らかなように、本発明の多層配線基板（試料Ｎｏ．２〜４、６、８〜１０、１２、１３）では、めっき広がりの発生がなく、デラミネーションによる不良のないものであった。
【００６４】
これに対し、Ｍｏの含有量が０．４質量％を超える試料Ｎｏ．１では、めっき広がりの発生数が５０個中１５個と多かった。
【００６５】
また、製造条件として湿度が８５％未満であり、絶縁層中のＭｏ粒子の最大粒径が１μｍを超える試料Ｎｏ．５および試料Ｎｏ．７では、めっき広がりが発生するとともに、明度が４６％を超えて十分な黒色化が得られず、誤認識の可能性が高いものとなった。
【００６６】
また、加湿時間が５時間を超え、明度が４０％未満である試料Ｎｏ．１１および試料Ｎｏ．１４では、デラミネーションの判定において不良が発生した。
【００６７】
加湿させていない試料Ｎｏ．１５〜１７では、Ｍｏ粒子の最大粒径が１μｍをはるかに超え、めっき広がりが発生するとともに、明度が高い値となった。特に、試料Ｎｏ．１６、１７では、明度が４６％を超えて十分な黒色化が得られず、誤認識の可能性が高いものとなった。
【符号の説明】
【００６８】
１ ：多層配線基板
１１：絶縁基体
１１ａ〜１１ｄ：絶縁層
１２：表面配線層
１３：内部配線層
１４：貫通導体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒色化されたアルミナ質焼結体からなる複数の絶縁層が積層された絶縁基体を有する多層配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ質焼結体を絶縁基体とし、その表面および内部にＷやＭｏなどの高融点金属からなる配線層を形成した配線基板が知られているが、近年の半導体素子における演算速度の高速化により、半導体素子を搭載する配線基板では信号遅延の問題が生じてしまうことから、配線層をより低抵抗、低誘電損失の材質により形成することが求められていた。
【０００３】
そこで、絶縁基体の形成材料として、アルミナを主成分とし、ＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２〜１５重量％、ＳｉをＳｉＯ２換算で２〜１５重量％、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｃｏの中から選ばれる１種以上を酸化物換算で０．１〜４重量％、さらに第４ａ族金属元素を酸化物換算で０．１重量％以下含有し、相対密度が９５％以上であり、且つアルミナ結晶粒子の粒界相にＭｎＡｌ２Ｏ４およびＭｎＳｉ２Ｏ４を含有してなるアルミナ質焼結体が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
上記のアルミナ質焼結体を絶縁基体の形成材料とすることで、１５００℃以下の焼成温度により作製することが可能となり、配線層の形成材料として、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属と、Ｗ、Ｍｏのうち少なくとも１種の高融点金属との複合導体を用いることができ、より低抵抗、低誘電損失の配線層を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、ＭｎおよびＳｉを焼結助剤成分として含むアルミナ質焼結体は、アルミナ結晶粒子の粒界にＡｌ、ＭｎおよびＳｉのうちの少なくとも２種を含む結晶が析出し、その組成によってはシミ（斑点模様）となって絶縁基体の表面に観察されるようになる。このことは、例えば配線基板の表面に形成された電極に電子部品を実装する際の画像認識装置による電極パターン認識時に誤認識を発生させる原因となる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、Ｗ、Ｍｏなどの金属をアルミナ質焼結体の着色剤として含んでもよいことが記載されており、この着色剤を所望の割合で含有させることによって、アルミナ質焼結体を黒色化してシミを見え難くし、誤認識を発生させないようにすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９７７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述のような着色剤が絶縁基体中に多く含まれていると、配線基板の表面に形成された電極に対して電極パターン保護あるいは半田濡れ性向上のために行なうめっき工程の際に、絶縁基体の表面に存在する着色剤を起点としてめっきが広がってしまうことがあった。近年、配線の高密度化のために配線間の間隔が短くなり、めっきが広がってしまうと隣接する配線と接触することになり配線間の絶縁性が保てなくなるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、絶縁基体の表面に形成された電極パターンの画像認識装置による誤認識を生じさせることなく、絶縁基体の表面に隣接して配置される配線間の絶縁性が保持された多層配線基板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】
【００１０】
本発明の多層配線基板は、Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｇおよびＭｏを含むアルミナ質焼結体からなる絶縁層を複数積層してなる絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部に設けられた配線層と、前記絶縁基体の内部に設けられ、前記配線層に接続された貫通導体とを備えた多層配線基板において、前記Ｍｏが前記アルミナ質焼結体中に平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子として含まれているとともに、前記Ｍｏの含有量が０．０７〜０．４２質量％であり、かつ前記アルミナ質焼結体の明度が４０％〜４６％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＳｉおよびＭｎを焼結助剤成分として含むアルミナ質焼結体からなる絶縁基体の表面のシミに対し、アルミナ質焼結体の明度を４０〜４６％として黒色化させたことから、絶縁基体の表面に形成された電極パターンの画像認識装置による誤認識を生じさせることのない多層配線基板を得ることができる。また、アルミナ質焼結体中におけるＭｏの含有量が０．０７〜０．４２質量％であり、また、Ｍｏがアルミナ質焼結体中に平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子として含まれていることによって絶縁基体が黒色化していることから、アルミナ質焼結体中にＭｏ粒子の凝集や粗大なＭｏ粒子がほとんど存在しておらず、絶縁基体の表面へのめっきの広がりを抑制し、絶縁基体の表面に隣接して配置される配線間の絶縁性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の多層配線基板の一実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の多層配線基板の一実施形態の概略断面図である。
【００１５】
図１に示す多層配線基板１は、アルミナ質焼結体からなる絶縁基体１１と、絶縁基体１１の表面および内部に形成された低抵抗金属および高融点金属の複合導体からなる表面配線層１２および内部配線層１３と、表面配線層１２と内部配線層１３または異なる絶縁層間に設けられた内部配線層１３同士を接続するための貫通導体１４とを備えている。
【００１６】
絶縁基体１１は複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが積層されてなるものである。
【００１７】
それぞれの絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、Ａｌ２Ｏ３（α−Ａｌ２Ｏ３）を主結晶とするアルミナ質焼結体で形成されている。アルミナ質焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の含有量は８５〜９６質量％であり、粒状または柱状の結晶として存在している。本発明においてＡｌ２Ｏ３の平均結晶粒径は特に限定されるものではないが、結晶粒径が大きくなるに従い熱伝導性が向上し、結晶粒径が小さくなるに従い強度が向上することから、高熱伝導性および高強度の両立という点から、Ａｌ２Ｏ３の平均結晶粒径は１．０〜５．０μｍ、特に１．７〜２．５μｍであることが望ましい。
【００１８】
絶縁基体１１（絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を構成するアルミナ質焼結体には、ＳｉおよびＭｎが含まれていることが重要であり、ＳｉＯ２、Ｍｎ２Ｏ３とした酸化物換算でそれぞれ２〜７．５質量％、ＳｉとＭｎとを合わせて４〜１５質量％含まれているのが好ましい。ＳｉおよびＭｎは、Ａｌ２Ｏ３粉末を主成分とするセラミックグリーンシートを１５００℃以下の低温で焼成して、絶縁基体１１（絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が得られるようにするための焼結助剤成分として機能するものである。これらの成分は、アルミナ質焼結体において、Ａｌ２Ｏ３の結晶粒界に非晶質あるいは結晶として存在する。結晶としては、Ａｌ、ＭｎおよびＳｉのうちの少なくとも２種を含む結晶、具体的にはＭｎＡｌ２Ｏ４、Ｍｎ３Ａｌ２Ｓｉ３Ｏ１２、ＭｎＳｉＯ３などが挙げられる。熱伝導性向上、強度向上、誘電損失低減および耐薬品性向上の点では、このような結晶が存在しているのが望ましい。
【００１９】
また、絶縁基体１１（絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を構成するアルミナ質焼結体には、Ｍｇが含まれていることが重要である。Ｍｇは、後述する複合導体との同時焼結性を高める成分として機能し、かつＭｏとともに黒色化に寄与するものである。Ｍｇは、酸化物換算（ＭｇＯ換算）で０．１〜４．０質量％含まれているのが好ましい。
【００２０】
さらに、複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを構成するアルミナ質焼結体には、着色成分としてのＭｏが０．０７〜０．４２質量％含まれているとともに、その大部分は平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子としてアルミナ質焼結体中に存在していることが重要である。
【００２１】
そして、複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを構成するアルミナ質焼結体の明度は４０％〜４６％であることが重要である。
【００２２】
すなわち、Ａｌ２Ｏ３の結晶粒界に存在する、ＭｎＡｌ２Ｏ４、Ｍｎ３Ａｌ２Ｓｉ３Ｏ１２、ＭｎＳｉＯ３などの結晶は、アルミナ質焼結体の熱伝導性向上、強度向上、誘電損失低減および耐薬品性向上に寄与するものであるが、これらの結晶はシミ（斑点模様）となって絶縁基体１１の表面および内部に観察されるようになり、多層配線基板１の表面に形成された電極（表面配線層１２）に電子部品を実装する際の画像認識装置による電極パターン認識時に誤認識を発生させる原因となるが、アルミナ質焼結体の明度が４０％〜４６％であると、黒色化されていることから絶縁基体１１の表面におけるシミ（斑点模様）が見え難くなり、画像認識装置による電極パターン認識時に誤認識が発生することを防止あるいは大幅に低減することができる。
【００２３】
ただし、アルミナ質焼結体の明度が４６％を超えると、十分に黒色化されていないために絶縁基体１１の表面にシミが見えやすくなって画像認識装置による誤認識の原因となり、アルミナ質焼結体の明度が４０％未満であると、画像認識装置による誤認識の問題はないが、このような明度になるにつれて、後述する製造方法においてセラミックグリーンシートに含まれる有機バインダに対して吸湿による水分子が水素結合により架橋し、セラミックグリーンシートの硬度が著しく上昇して積層密着性が失われ、デラミネーションが発生してしまうおそれがある。そのため、絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを構成するアルミナ質焼結体の明度は４０％〜４６％であることが重要である。
【００２４】
ところで、アルミナ質焼結体中のＭｏ粒子を、平均粒径が０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子とするのは、平均粒径が０．１μm未満であると、後述する製造方法において、セラミックグリーンシートの作製時に用いるＭｏＯ３粉末の粒径を小さくする必要があり、ＭｏＯ３粉末のコストが高くなるとともに、製造過程において凝集しやすくなって余分な解砕工程が必要になるおそれがある。一方、Ｍｏ粒子の平均粒径が０．５μmを超えるかまたはＭｏ粒子の最大粒径が１μmを超えると、めっき広がりが発生する可能性が高くなる。また、Ｍｏ粒子の平均粒径が０．５μmを超えるかまたはＭｏ粒子の最大粒径が１μmを超える場合とは、後述するセラミックグリーンシートの吸湿が十分でない場合であり、アルミナ質焼結体を十分に黒色化することができないために絶縁基体１１の表面にシミが見えやすくなって画像認識装置による誤認識の原因となる。
【００２５】
また、アルミナ質焼結体中のＭｏの含有量を極めて少量の０．０７〜０．４２質量％とするのは、Ｍｏの含有量が０．０７質量％未満であると、アルミナ質焼結体を十分に黒色化することができないために絶縁基体１１の表面にシミが見えやすくなって画像認識装置による誤認識の原因となる。一方、Ｍｏの含有量が０．４２質量％を超えると、Ｍｏ粒子の凝集や粗大なＭｏ粒子の存在による絶縁基体１１の表面へのめっきの広がりが発生して、絶縁基体１１の表面に隣接する配線間の絶縁性を保てなくなるおそれがある。
【００２６】
なお、Ｍｏ粒子は絶縁基体１１中にほぼ均一に分散されているのが好ましい。ほぼ均一に分散されているとは、絶縁基体１１の断面を２０００倍の走査型電子顕微鏡の反射電子像で観察し、その画面を２４等分したとき、おのおのの領域におけるＭｏの面積率の差が０．５％以内であることをいう。
【００２７】
アルミナ質焼結体中におけるＡｌ２Ｏ３の含有量は、Ｘ線回折装置を用いてリートベルト解析により求めることができ、Ｍｏおよびその他の成分の存在およびその含有量はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析装置を用いて測定することができる。
【００２８】
絶縁基体１１の表面および内部には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属と、ＷおよびＭｏの少なくともいずれか一方の高融点金属との複合導体からなる表面配線層１２および内部配線層１３が形成されている。Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属と、ＷおよびＭｏの少なくともいずれか一方の高融点金属との複合導体からなる配線層とすることで、低抵抗金属のみからなる配線層に比べると抵抗値は多少上がってしまうものの、後述する１２００℃〜１５００℃の焼成温度で、アルミナ質焼結体との同時焼成が可能となる。ただし、同時焼成可能といえども、低抵抗金属の融点を超える温度での焼成となるため、低抵抗金属の溶融を抑制して配線層の形態を保つことが必要となる。そこで、配線層の低抵抗化と保形性をともに達成する上で、低抵抗金属が３０〜７０体積％、高融点金属が３０〜７０体積％の割合からなることが望ましい。また、高融点金属は平均粒径が１〜１０μｍの粒子として、低抵抗金属からなるマトリックス中に分散していることが望ましい。なお、表面配線層１２は、高融点金属および低抵抗金属の割合が内部配線層１３と同じであっても異なっていてもよい。
【００２９】
また、貫通導体１４は、表面配線層１２および内部配線層１３と同様の組成であってもよく、異なっていてもよい。例えば、表面配線層１２および内部配線層１３に比べて、断面積がかなり大きなものであることから、高融点金属のみからなるものであってもよい。
【００３０】
このような多層配線基板１は、表面に形成された電極パターンの誤認識を生じさせることなく、表面配線層１２間の絶縁性が保持されたものとなる。
【００３１】
次に、本発明の多層配線基板１の製造方法について説明する。
【００３２】
まず、絶縁基体１１を形成するためのセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、Ａｌ２Ｏ３粉末を８５〜９６質量％、ＳｉＯ２粉末を２〜７．５質量％、Ｍｎ２Ｏ３を粉末２〜７．５質量％、ＭｇＯ粉末を０．１〜４．０質量％の合計１００質量部にＭｏＯ３粉末を０．１〜０．６質量部の割合で添加（外添）してなる混合粉末を用意する。
【００３３】
Ａｌ２Ｏ３粉末として、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、特に１．０〜２．０μｍのものを用いる。これは、平均粒径を０．５μｍ以上とすることでシート成形性を良好なものとし、２．５μｍ以下とすることで１５００℃以下の温度での焼成によっても緻密化を促進させるためである。
【００３４】
また、ＳｉＯ２粉末として平均粒径が１〜３μｍのものを用い、Ｍｎ２Ｏ３粉末として平均粒径が０．７〜１．７μｍのものを用いる。これらは、焼結助剤成分であって、１５００℃以下の温度でセラミックグリーンシートを焼結させるためのものである。なお、ＳｉおよびＭｎは、酸化物粉末以外に焼成によって酸化物を形成しうる炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加してもよい。
【００３５】
ＭｇＯ粉末として、平均粒径が０．５〜２．０μｍのものを用いる。ＭｇＯ粉末は、配線層を形成する複合導体との同時焼結性を高めるために添加されるもので、さらに着色成分としてのＭｏと関わってアルミナ質焼結体の黒色化に寄与するものである。Ｍｇは酸化物（ＭｇＯ）換算で０．１〜４質量％となるように、例えばＭｇＣＯ３粉末として添加されてもよい。
【００３６】
ＭｏＯ３粉末として、平均粒径が０．５〜１．５μｍのものを用いる。ＭｏＯ３粉末は、アルミナ質焼結体を黒色化するための着色成分であり、本発明においては着色成分の中でもＭｏＯ３粉末を用いることが重要である。また、このＭｏＯ３粉末は後述の非酸化性雰囲気下での焼成により、金属のＭｏとなる。Ｍｏの添加量が０．１質量部未満であると、絶縁基体１１の表面にシミが見えやすくなって誤認識の原因となる。一方、Ｍｏの含有量が０．６質量部を超えると、Ｍｏ粒子の凝集や粗大なＭｏ粒子の存在による絶縁基体１１の表面へのめっきの広がりが発生して、表面配線層１２間の絶縁性を保つことができなってしまうおそれがある。なお、絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにおけるＭｏの含有量は、セラミックグリーンシートにおけるＭｏＯ３粉末の含有量と比較して３割程度減少する。これはＭｏＯ３が焼成中に還元されるためである。また、平均粒径０．５〜１．５μｍのＭｏＯ３粉末は後述の反応によって焼成後に平均粒径０．１〜０．５μm、最大粒径１μm以下のＭｏ粒子となる。
【００３７】
また、セラミックグリーンシートにはその他の成分が含まれていてもよいが、例えばＴｉＯ２やＺｒＯ２等の周期表第４族元素の酸化物が存在すると、アルミナ質焼結体の誘電損失が増大してしまうので、これらの元素含有量は酸化物換算で０．１質量％以下、特に０．０５質量％以下であることが好ましい。
【００３８】
そして、この混合粉末に対して有機バインダ、溶媒を添加してスラリーを調整した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法などの成形方法によってセラミックグリーンシートを作製する。あるいは、混合粉末に有機バインダを添加し、プレス成形、圧延成形等の方法により所定の厚みのセラミックグリーンシートを作製する。
【００３９】
次に、このセラミックグリーンシートを湿度８５〜９５％の大気雰囲気下に０．５〜５時間保管し、水分を吸湿させる。
【００４０】
本発明の多層配線基板１を製造するうえで、水分を吸湿させたセラミックグリーンシートを用意することが重要である。水分を吸湿させたセラミックグリーンシートにおいては、セラミックグリーンシート中のＭｏの存在状態が変化する。また、水分を吸湿させたセラミックグリーンシートを用意することにより、水分を吸湿させていないセラミックグリーンシートと比較して焼成後の明度が変化する。具体的には、水分の吸湿によりＭｏＯ３およびＭｇＯがＨ２Ｏと反応して溶解し、Ｍｏ６＋とＭｇ２＋とになり、ＭｇＭｏＯ４・５Ｈ２Ｏが析出する。このとき、ＭｇＯ粉末にＭｏ６＋がくっつき、加湿なしの状態に比べてより細かく分散すると考えられる。その後、焼成過程ではＨ２Ｏが離脱し、ＭｇＯは非加湿時と同様に焼結していき、ＭｏＯ３はより細かく分散した状態を維持したままＭｏ粒子となり、焼成後にアルミナ質焼結体をより黒く見えるように黒色化できる。そして、水分を吸湿させたセラミックグリーンシートの焼成後の状態（絶縁層）において、明度が４０〜４６％となる。
【００４１】
このように、アルミナ質焼結体を着色成分であるＭｏの少ない量で黒色化するには、セラミックグリーンシートを湿度８５〜９５％の大気雰囲気下に０．５〜５時間保管することが重要であり、湿度が８５％未満の場合や吸湿時間が０．５時間未満の場合は、焼成後のアルミナ質焼結体の明度が４６％を超えてしまう。また、湿度が９５％を越える場合や、吸湿時間が５時間を超える場合は、焼成後のアルミナ質焼結体の明度が４０％未満となり、このような明度になると、セラミックグリーンシートに含まれる有機バインダに対して吸湿による水分子が水素結合により架橋し、セラミックグリーンシートの硬度が著しく上昇して積層密着性が失われ、デラミネーションが発生してしまうおそれがある。
【００４２】
次に、得られたセラミックグリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径が５０〜２５０μｍの貫通孔を形成する。
【００４３】
このようにして作製されたセラミックグリーンシートの表面に対して、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属粉末と、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１種の高融点金属粉末とを前述した比率（低抵抗金属が４０〜６０体積％、高融点金属が４０〜６０体積％）で混合して配線層用導体ペーストを調製し、スクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により配線パターン状に印刷塗布する。また、貫通導体用ペーストを各セラミックグリーンシートの貫通孔内に充填する。なお、これらのペースト中には、絶縁層との密着性を高めるために、上記の金属粉末以外にアルミナ粉末あるいは絶縁基体１１と同一組成物の混合粉末を添加してもよく、さらにはＮｉ等の活性金属あるいはそれらの酸化物を０．０５〜２体積％の割合で添加してもよい。
【００４４】
その後、配線層用導体ペーストの印刷塗布や貫通孔に貫通導体用ペーストの充填されたセラミックグリーンシートを位置合わせして複数積層圧着した後、得られたセラミックグリーンシート積層体を非酸化性雰囲気中、最高温度が１２００〜１５００℃、特に１２５０〜１４００℃の温度となる条件で焼成して多層配線基板１を作製する。
【００４５】
このときの焼成温度が１２００℃より低いと、アルミナ質焼結体を相対密度９５％以上まで緻密化させることができず、熱伝導性や強度が低いものとなってしまい、焼成温度が１５００℃より高いと、ＷあるいはＭｏ自体の焼結が進み、Ｃｕ等の低抵抗金属の流動により均一組織を維持できず、強いては低抵抗を維持することが困難となってしまう。また、アルミナ結晶の粒径が大きくなり異常粒成長が発生したり、Ｃｕ等の低抵抗金属がセラミックグリーンシート（絶縁層）中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなるとともに拡散速度も速くなる結果、拡散距離が３０μｍを超えて大きくなり、微細配線化を阻害してしまう。
【００４６】
また、この焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素雰囲気あるいは窒素と水素との混合雰囲気であることが望ましい。特に、低抵抗導体のセラミックグリーンシート（絶縁層）中への拡散を抑制する上では、水素および窒素を含み露点が＋３０℃以下、特に＋２５℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、この雰囲気には所望によりアルゴンガス等の不活性ガスが混入されてもよい。焼成時の露点が＋３０℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と低抵抗導体とが反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、低抵抗導体の拡散を助長してしまうためである。
【００４７】
その後、得られた多層配線基板１の表面配線層１２に電極パターン保護あるいは半田濡れ性向上のために、無電解Ｎｉ−Ａｕめっき、あるいは無電解Ｃｕ−Ａｕめっき、または無電解Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｕめっき等のめっきを施す。
【００４８】
以上述べた製造方法により作製された多層配線基板１は、表面に形成された電極パターンの誤認識を生じさせることなく、表層配線層１２間の絶縁性が保持されたものとなる。
【実施例】
【００４９】
純度が９９％で平均粒子径が１．８μｍのＡｌ２Ｏ３粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．０μｍのＳｉＯ２粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．５μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、純度が９９．９％で平均粒子径が０．７μｍのＭｇＯ粉末を表１に示すような割合で混合するとともに、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＳｉＯ２粉末、Ｍｎ２Ｏ３粉末およびＭｇＯ粉末の合計１００質量部に対して、純度が９９．９％で平均粒子径が１．２μｍのＭｏＯ３粉末を表１に示すような割合で添加（外添）した後、さらに、有機バインダとしてアクリル系バインダと、有機溶媒としてトルエンを混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にてそれぞれ焼成後の厚みが１５０μｍとなるように、１８５μｍの厚みを有するシート状に成形し、セラミックグリーンシートを得た。
【００５０】
得られたセラミックグリーンシートのうち複数枚を温度２５℃、表１に示す湿度に調整した恒温恒湿槽に入れ、表１に示す所定時間放置し、吸湿させた。
【００５１】
吸湿させたセラミックグリーンシートに対してレーザー加工によって打抜き加工を施し、直径が２００μｍの貫通孔を形成した。
【００５２】
そして、純度９９．９％で平均粒子径１．２μｍのＭｏ粉末を９５質量％と、純度９９．９％で平均粒子径１．８μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を５質量％とを混合した粉末に対し、アクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、貫通導体用ペーストを調製し、この貫通導体用ペーストを上記のセラミックグリーンシートの貫通孔内に充填した。
【００５３】
次に、純度９９％で平均粒子径１．２μｍのＣｕ粉末を３５質量％（５４体積％）と、純度９９．９％で平均粒子径１．２μｍのＷ粉末を６５質量％（４６体積％）とを混合した粉末に対し、アクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、配線層用導体ペーストを調製した。そして、貫通孔内に貫通導体用ペーストを充填したセラミックグリーンシートに対してスクリーン印刷法によってシグナル配線パターンおよびグランド配線パターンを印刷塗布した。
【００５４】
このようにして得られたセラミックグリーンシートを５層積層してセラミックグリーンシート積層体を作製した。そして、セラミックグリーンシート積層体を、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、１０００℃から焼成温度の１３５０℃までを５０℃／時間の昇温速度で昇温し、焼成温度にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１時間保持した後、１０００℃までを１００℃／時間の降温速度で冷却した。
【００５５】
その後、Pｄ活性を行い、アルミナ質焼結体からなる絶縁基体の表面における表面配線層に無電解Nｉめっきを４．５μm施した後に、無電解Ａｕめっきを０．０５μm施して、本発明実施例の多層配線基板（試料Ｎｏ．１〜１４）を各５０個作製した。
【００５６】
また、比較例（試料Ｎｏ．１５〜１７）として、吸湿させていないセラミックグリーンシートを用いて作製した多層配線基板を得た。
【００５７】
このようにして得られた多層配線基板を切断し、断面を走査型電子顕微鏡の反射電子像にて５視野観察した。各画像を画像処理し、それぞれのＭｏ粒子の直径の値から平均粒径および最大粒径を算出した。その結果を表１に示す。
【００５８】
また、Ｍｏの含有量はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析装置にて測定した。その結果を表１に示す。
【００５９】
また、色彩色差計（コニカミノルタ社製、ＣＲ−３００）によりアルミナ質焼結体の明度を測定した。その結果を表１に示す。
【００６０】
また、めっき広がりの有無を４０倍の光学顕微鏡にて５０個の多層配線基板について観察し、電極パターンからめっきがはみ出ているものの個数（めっき広がり発生数）を求めた。その結果を表１に示す。
【００６１】
また、得られた多層配線基板を内層断面が露出するように切断し、デラミネーションの発生の有無を確認した。１個の多層配線基板につき１０箇所、１０個の多層配線基板について計１００箇所確認を行い、デラミネーションが発生していないものを良品とした。その結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
表１から明らかなように、本発明の多層配線基板（試料Ｎｏ．２〜４、６、８〜１０、１２、１３）では、めっき広がりの発生がなく、デラミネーションによる不良のないものであった。
【００６４】
これに対し、Ｍｏの含有量が０．４質量％を超える試料Ｎｏ．１では、めっき広がりの発生数が５０個中１５個と多かった。
【００６５】
また、製造条件として湿度が８５％未満であり、絶縁層中のＭｏ粒子の最大粒径が１μｍを超える試料Ｎｏ．５および試料Ｎｏ．７では、めっき広がりが発生するとともに、明度が４６％を超えて十分な黒色化が得られず、誤認識の可能性が高いものとなった。
【００６６】
また、加湿時間が５時間を超え、明度が４０％未満である試料Ｎｏ．１１および試料Ｎｏ．１４では、デラミネーションの判定において不良が発生した。
【００６７】
加湿させていない試料Ｎｏ．１５〜１７では、Ｍｏ粒子の最大粒径が１μｍをはるかに超え、めっき広がりが発生するとともに、明度が高い値となった。特に、試料Ｎｏ．１６、１７では、明度が４６％を超えて十分な黒色化が得られず、誤認識の可能性が高いものとなった。
【符号の説明】
【００６８】
１ ：多層配線基板
１１：絶縁基体
１１ａ〜１１ｄ：絶縁層
１２：表面配線層
１３：内部配線層
１４：貫通導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｇおよびＭｏを含むアルミナ質焼結体からなる絶縁層を複数積層してなる絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部に設けられた配線層と、前記絶縁基体の内部に設けられ、前記配線層に接続された貫通導体とを備えた多層配線基板において、前記Ｍｏが前記アルミナ質焼結体中に平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子として含まれているとともに、前記Ｍｏの含有量が０．０７〜０．４２質量％であり、かつ前記アルミナ質焼結体の明度が４０％〜４６％であることを特徴とする多層配線基板。
【請求項１】
Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｇおよびＭｏを含むアルミナ質焼結体からなる絶縁層を複数積層してなる絶縁基体と、該絶縁基体の表面および内部に設けられた配線層と、前記絶縁基体の内部に設けられ、前記配線層に接続された貫通導体とを備えた多層配線基板において、前記Ｍｏが前記アルミナ質焼結体中に平均粒径０．１〜０．５μｍで、かつ最大粒径１μm以下の粒子として含まれているとともに、前記Ｍｏの含有量が０．０７〜０．４２質量％であり、かつ前記アルミナ質焼結体の明度が４０％〜４６％であることを特徴とする多層配線基板。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２２５９５９（Ｐ２０１０−２２５９５９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７３１７２（Ｐ２００９−７３１７２）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]