多層配線基板
【課題】複数の貫通導体が平面視で重なる場合でも、貫通導体等における機械的な破壊を抑制することが可能な多層配線基板を提供する。
【解決手段】樹脂絶縁層１と薄膜配線層２とが交互に積層され、上下の薄膜配線層２が貫通導体３によって互いに電気的に接続されてなる薄膜多層部４を有し、貫通導体３は、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の貫通導体３（３ａ，３ｂ）のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなる多層配線基板５である。弾性率が低い錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａによって複数の貫通導体３が平面視で重なることによる応力を緩和し、貫通導体３の内部等におけるクラック等の発生を抑制することができる。
【解決手段】樹脂絶縁層１と薄膜配線層２とが交互に積層され、上下の薄膜配線層２が貫通導体３によって互いに電気的に接続されてなる薄膜多層部４を有し、貫通導体３は、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の貫通導体３（３ａ，３ｂ）のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなる多層配線基板５である。弾性率が低い錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａによって複数の貫通導体３が平面視で重なることによる応力を緩和し、貫通導体３の内部等におけるクラック等の発生を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂絶縁層と薄膜配線層とが交互に積層され、上下の薄膜配線層が樹脂絶縁層を厚み方向に貫通する貫通導体によって互いに電気的に接続されてなる薄膜多層部を有する多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子を上面の端子に接続し、この端子と電気的に接続された下面の接続パッドを外部電気回路に電気的に接続するための多層配線基板として、複数の薄膜配線層と複数の樹脂絶縁層とが交互に積層されてなる薄膜多層部が、セラミック基板等の基板の上面に配置されてなる多層配線基板が知られている。このような多層配線基板は、例えば、半導体素子の電気的なチェックを行なう、いわゆるプローブカード用の基板として用いられている。
【０００３】
このような多層配線基板におけるセラミック基板は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等からなる絶縁基体の上下面および内部に、タングステン等の金属材料からなるメタライズ配線層や貫通導体等の配線導体が配置された構造である。そして、薄膜多層部の上面に露出して形成された薄膜配線層が半導体素子と接続される端子として機能し、セラミック基板の下面に形成された配線導体が外部接続用の接続パッドとして機能する。
【０００４】
薄膜多層部は、高い密度で電極が配置された半導体素子に対応して薄膜配線層が形成されたものであり、近年の半導体素子の電極の高密度化に対応するために、より一層の薄膜配線層の高密度化が求められている。また、この高密度化のために、薄膜配線層を上下に接続する貫通導体についてもより一層の高密度化が必要である。そして、この貫通導体の高密度化のために、上下に連続する複数の樹脂絶縁層にわたって、それぞれの樹脂絶縁層の貫通導体を平面視で互いに重なるようにして形成すること（いわゆるスタックドビアとすること）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003−218531号公報
【特許文献２】特開2006−173333号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように複数の樹脂絶縁層にわたって、貫通導体が平面視で重なるように形成した場合には、貫通導体を形成する銅等の金属材料と樹脂絶縁層との間で熱膨張率（線膨張係数）が異なるため、この熱膨張率の差に起因して、樹脂絶縁層と貫通導体との間に大きな熱応力が生じやすい。そして、この熱応力によって、貫通導体や、貫通導体と樹脂絶縁層との界面においてクラックや断線等の機械的な破壊が生じやすいという問題点があった。このような機械的な破壊が生じた場合には、例えば、薄膜多層部の上面側の薄膜配線層と下面側の薄膜配線層との間で、電気抵抗の増加や電気的な接続の信頼性の低下等の不具合を生じる。
【０００７】
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、貫通導体が、上下に連続する複数の樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されている場合でも、貫通導体や貫通導体と樹脂絶縁層との界面等に機械的な破壊が生じることを効果的に抑制することが可能であり、小型化が容易で、かつ信頼性が高い多層配線基
板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多層配線基板は、樹脂絶縁層と薄膜配線層とが交互に積層され、上下の前記薄膜配線層が前記樹脂絶縁層を厚み方向に貫通する貫通導体によって互いに電気的に接続されてなる薄膜多層部を有する多層配線基板であって、前記貫通導体は、上下に連続する複数の前記樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の前記貫通導体のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、上下に連続する３層以上の前記樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に前記貫通導体が形成されており、これらの貫通導体のうちの上下方向の中央部分に位置する前記樹脂絶縁層に形成されているものが錫を主成分とする金属材料からなり、他のものが銅を主成分とする金属材料からなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記貫通導体のうちの錫を主成分とする金属材料からなるものの一端面が位置する前記樹脂絶縁層の層間において、上下の前記樹脂絶縁層同士が、前記貫通導体に対応した位置に貫通孔を有する樹脂接着層を介して互いに接着されているとともに、上下の前記樹脂絶縁層の前記貫通導体同士が、前記樹脂接着層の前記貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料によって互いに電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記樹脂接着層の前記貫通孔に充填された錫を主成分とする前記金属材料は、側面の少なくとも一部が凸状に湾曲していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、複数の前記貫通導体をそれぞれ上下に電気的に接続する前記金属材料が充填された前記貫通孔が前記樹脂接着層に複数個配置されており、前記金属材料の前記側面は、平面視で前記樹脂接着層の中心部から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線と交差する部分のうち前記中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、または該交差部において他の部分よりも大きく凸状に湾曲していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の多層配線基板によれば、薄膜多層部において、貫通導体は、上下に連続する複数の樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の貫通導体のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなることから、上下の貫通導体を連続させた、いわゆるスタックドビアを有する場合でも、貫通導体と樹脂絶縁層との間に生じる熱応力を銅よりも弾性率が低い錫を主成分とする金属材料によって緩和することができる。そのため、貫通導体や貫通導体と薄膜配線層との界面等にクラック等の機械的な破壊が生じることが抑制される。また、複数の貫通導体のうち一部のもののみが錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなるものであることから、複数の貫通導体における合計の電気抵抗を低く抑えることができる。そのため、多層配線基板としての電気抵抗が高くなるようなことは効果的に抑制される。
【００１４】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、上下に連続する３層以上の樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に貫通導体が形成されており、これらの貫通導体のうちの上下方向の中央部分に位置する樹脂絶縁層に形成されているものが錫を主成分
とする金属材料からなり、他のものが銅を主成分とする金属材料からなる場合には、貫通導体における熱応力の緩和をより一層効果的に行なわせることができる。
【００１５】
すなわち、薄膜多層部において、上下に連続する３層以上の樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に貫通導体が形成されているときに、応力が集中しやすい上下方向の中央部分に位置する樹脂絶縁層の貫通導体において弾性率を低く抑えることができるため、熱応力の緩和をより有効なものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、貫通導体のうちの錫を主成分とする金属材料からなるものの一端面が位置する樹脂絶縁層の層間において、上下の樹脂絶縁層同士が、貫通導体に対応した位置に貫通孔を有する樹脂接着層を介して互いに接着されているとともに、上下の樹脂絶縁層の貫通導体同士が、樹脂接着層の貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料によって互いに電気的に接続されている場合には、貫通導体における熱応力の緩和に有効であるとともに、生産性を高める上でも有効な多層配線基板とすることができる。
【００１７】
すなわち、この場合には、貫通導体を有する複数の樹脂絶縁層を、錫を主成分とする金属材料で貫通導体が形成された部分を境にして上下に分けて製作し、これらを樹脂接着層で接着して多層配線基板を生産することができるため、薄膜多層部の生産性を向上させることが容易であり、多層配線基板としての生産性を高める上でも有効である。この場合、錫（融点：約232℃）を主成分とする金属材料の融点が比較的低いため、上下の貫通導体
を接続させるために樹脂接着層の貫通孔内に金属材料を溶融させて充填させることも容易である。また、錫を主成分とする金属材料は、例えば錫−銀はんだを用いることができ、銅を主成分とする金属材料からなる貫通導体に対する接合が容易である。
【００１８】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、樹脂接着層の貫通孔に充填された錫を主成分とする金属材料の側面の少なくとも一部が凸状に湾曲している場合には、金属材料と薄膜配線層との接続の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１９】
すなわち、この場合には、樹脂絶縁層と樹脂接着層との熱膨張率の差に起因して生じる横方向（つまり、樹脂絶縁層と樹脂接着層との界面に沿った水平方向）の熱応力が貫通孔内の金属材料に対してせん断応力として作用することを抑制することができる。これは、上記応力が金属材料に作用したときに、湾曲した側面に沿って上下斜め方向に分散され、横方向にせん断応力として作用する成分が小さくなることによる。
【００２０】
したがって、応力による金属材料と貫通導体（または金属材料と貫通導体との間に介在している薄膜配線層）との間の亀裂等の機械的な破壊をより確実に抑制して、金属材料と貫通導体および薄膜配線層との接続信頼性をさらに向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、複数の貫通導体をそれぞれ上下に電気的に接続する金属材料が充填された貫通孔が樹脂接着層に複数個配置されており、金属材料の側面が、平面視で樹脂接着層の中心部から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線と交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、またはこの交差部において他の部分よりも大きく凸状に湾曲している場合には、複数の貫通導体に対応して配置された樹脂接着層のそれぞれの金属材料にせん断応力として作用する熱応力をより効果的に緩和することができる。
【００２２】
すなわち、この場合には、樹脂接着層において、中心から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線に沿った方向に、金属材料に大きな熱応力が作用する傾向がある。そのため、これらの金属材料に対しては、上記仮想の直線が交差する部分においてより大きな熱応
力（せん断応力）が作用する傾向があり、特に、いわゆる昇温過程において上記交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部において応力による金属材料と貫通導体や薄膜配線層との間の断線が生じやすい。
【００２３】
これに対して、上記構成を備えている場合には、金属材料において、熱応力が集中しやすい側面が大きく湾曲していることで熱応力が分散され、応力を緩和する効果を高めることができる。したがって、複数の金属材料が配置されている構成において、金属材料の側面の湾曲の範囲を小さく抑えながら、金属材料と貫通導体や薄膜配線層との接続信頼性を効果的に向上させることができる。
【００２４】
言い換えれば、上記構成において、金属材料の、仮想の直線と交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、またはこの部分において他の部分よりも大きく湾曲している（より外側に突出している）場合には、金属材料の側面について湾曲させる部分、つまり外側に張り出させる範囲を小さく抑えながら応力を緩和することができるため、金属材料（および貫通導体）の高密度化の上で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す多層配線基板の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明の多層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拡大断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の多層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拡大断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の多層配線基板の実施の形態の他の例における樹脂接着層の部分を平面視した平面図（透視図）であり、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の多層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拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の多層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は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は、図１に示す多層配線基板の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。図１および図２において、１は樹脂絶縁層，２は薄膜配線層，３は貫通導体，４は薄膜多層部である。樹脂絶縁層１，薄膜配線層２および貫通導体３によって薄膜多層部４が構成され、薄膜多層部４がセラミック基板６の上面に積層されて多層配線基板５が構成されている。
【００２７】
樹脂絶縁層１は、例えば長方形状や正方形状等の四角形状、または円形状等で、厚みが約25μｍ程度の層状に形成されている。また、図１に示す例において、複数の樹脂絶縁層１は、平面視でそれぞれの外形寸法および形状が同様であり、多層配線基板５の外側面に凹凸が生じないように積層されている。積層された複数の樹脂絶縁層１は、薄膜多層部４における絶縁性の基体部分（符号なし）となるものであり、例えば上面に半導体素子等の電子部品（図示せず）が搭載され、下面がセラミック基板６等の剛性の高い基板上に取着される。
【００２８】
これらの樹脂絶縁層１は、例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂，ポリアミドイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，液晶ポリマー等の樹脂材料により形成されている。
【００２９】
樹脂絶縁層１を厚み方向に貫通する貫通導体３および薄膜配線層２は、多層配線基板５に搭載される半導体素子等の電極をプリント回路基板等の外部の電気回路（図示せず）に
電気的に接続するための導電路となる部分である。例えば、薄膜多層部４の上面の中央部に半導体素子を搭載するとともに、その電極を薄膜多層部４の最上面に露出する薄膜配線層２にはんだやプローブ等を介して電気的に接続すれば、半導体素子の電極が薄膜配線層２および貫通導体３を介して薄膜多層部４の最下面の薄膜配線層２と導通される。そして、この薄膜多層部４の最下面の薄膜配線層２を、例えばセラミック基板６にあらかじめ形成しておいた配線導体７を介して外部の電気回路に電気的に接続すれば、半導体素子の電極と外部の電気回路とが電気的に接続される。
【００３０】
なお、図１に示す例においては、セラミック基板６も、平面視で薄膜多層部４と同様の形状および寸法で形成されている。つまり、多層配線基板５は、例えば全体が四角板状や円板状等であり、上面が、実装や電気チェックを行なう半導体素子等の電子部品を搭載（半導体素子を多層配線基板５に電気的および機械的に接続して半導体装置とするための実装、または半導体素子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。半導体素子としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子や、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）等が挙げられる。
【００３１】
薄膜配線層２は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト，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。
【００３２】
また、薄膜配線層２は、上記の金属材料をスパッタリング法や蒸着法，めっき法等の方法で樹脂絶縁層１の上面等の表面に被着させ、必要に応じてマスキングやエッチング等のトリミング加工を施すことによって、所定のパターンで樹脂絶縁層１の表面に被着させることができる。
【００３３】
貫通導体３は、例えば上記の樹脂絶縁層１の一部にＣＯ２レーザやＹＡＧレーザによるレーザ加工，ＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）または溶剤によるエッチング等の孔あけ加工で厚み方向に貫通する貫通孔（符号なし）を形成し、この貫通孔内に貫通導体３となる導体材料を、スパッタリング法や蒸着法，めっき法，導体ペーストの充填等の方法で充填することによって形成することができる。
【００３４】
このような貫通導体３も、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト，チタン，タングステ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ものとすることができるが、後述する、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成された貫通導体３については、平面視で重なる複数の貫通導体３のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなるものとする必要がある。
【００３５】
すなわち、本発明の多層配線基板５においては、薄膜多層部４の貫通導体３が、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の貫通導体３のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａであり、他が銅を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ｂである。
【００３６】
このように、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって、平面視でそれぞれの貫通導体３を互いに重ならせた、つまり複数の貫通導体３を上下に（必要に応じて薄膜配線層２を介して）連続させた、いわゆるスタックドビアを有する薄膜多層部４においては、貫通導体３と樹脂絶縁層１との間に生じる熱応力を、銅よりも弾性率が低い錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａによって効果的に緩和することができる。そのため、貫通導体３（特に、貫通導体３の内部のうち、特に薄膜配線層２と接する部分の端部分等）
や貫通導体３と薄膜配線層２との界面等にクラック等の機械的な破壊が生じるようなことが抑制される。また、電気抵抗が低い銅（錫の抵抗率が約11.5Ω・ｍであるのに対し、銅の抵抗率が約1.7Ω・ｃｍである。）を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ｂによ
って貫通導体３全体の電気抵抗を低く抑えることができる。
【００３７】
また、このような平面視で重なる位置に形成された貫通導体３ａ，３ｂを有することによって、薄膜多層部４および多層配線基板５全体の平面視における面積を小さく抑えることができる。
【００３８】
この場合、銅のヤング率が約129.8ＧＰａであるのに対して、錫のヤング率が約49.9Ｇ
Ｐａであり、銅に比べて錫の方が同じ応力に対して変形量が約2.6倍大きい。そのため、
上記のような応力の緩和を有効に行なわせることができる。
【００３９】
なお、銅を主成分とする金属材料は、銅を20質量％程度以上含むものであることが、貫通導体３における電気抵抗を効果的に低く抑える上で好ましい。銅を主成分とする金属材料において、銅に添加する材料としては、例えばチタンやクロム，ニッケル，コバルト等を挙げることができる。
【００４０】
また、錫を主成分とする金属材料は、錫を質量90％程度以上含むものであることが、貫通導体３における応力の緩和を効果的なものとする上で好ましい。錫を主成分とする金属材料において、錫に添加する金属材料としては銀や銅，ビスマス，インジウム等を用いることができる。このような金属材料を添加した錫としては、例えば低融点ろう材（いわゆる鉛フリーはんだ等）となるものを用いることもできる。例えば、錫に銀を５質量％程度添加した場合であれば、錫が100質量％である場合に比べてウィスカ発生防止等の効果を
得ることができる。
【００４１】
貫通導体３は、電気抵抗を低く抑える上では横断面（電流が流れる方向に直交する方向における断面）の面積が大きいほど好ましく、多層配線部４の外形の寸法を小さく抑える上では横断面が小さいほど好ましい。また、貫通孔導体３のうち特に上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されているもの３ａ，３ｂについては、上記のように応力を緩和してクラックを抑制する上では円形が好ましい。
【００４２】
このような貫通導体３の横断面については、上記の要件を考慮しながら、適宜設定すればよく、例えば、貫通導体３の長さ（樹脂絶縁層１の厚み方向の寸法）が15〜30μｍ程度の場合であれば、直径が30〜50μｍ程度の円形状や、長軸の長さが30〜50μｍ程度で短軸の長さが30〜50μｍ程度の楕円形状等とすればよい。
【００４３】
なお、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されている貫通導体３ａ，３ｂについて、図１においては、３層の樹脂絶縁層１においてそれぞれの貫通導体３ａ，３ｂが平面視で互いに重なる位置に形成された例を示しているが、４層以上または２層の樹脂絶縁層１においてそれぞれの貫通導体３ａ，３ｂが平面視で互いに重なる位置に形成されていてもよい。このような場合でも、平面視で互いに重なる上下の貫通導体３の一部（少なくとも１つ樹脂絶縁層１の貫通導体３）が錫を主成分とする金属材料からなるもの３ａであれば、全部の貫通導体３を銅を主成分とする金属材料からなるもの３ｂとした場合に比べて、応力を緩和して貫通導体３等におけるクラックの発生を低減することができる。
【００４４】
ただし、薄膜多層部４において、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で重なる位置に貫通導体３が形成されている部分においては、上下方向の中央部分に位置する樹脂絶縁層１に、錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａを配置することが
好ましい。これは、上下の貫通導体３が平面視で重なる位置に形成されている場合には、上下方向の中央部に位置する樹脂絶縁層１の貫通導体３において上下両方向からの熱応力が集中するため、この中央部に位置する樹脂絶縁層１の貫通導体３に作用する応力が大きくなる傾向があり、この部分で応力をより効果的に緩和することが、貫通導体３や貫通導体３と薄膜配線層２との界面におけるクラック等の機械的な破壊を抑制する上で効果的であるためである。
【００４５】
すなわち、本発明の多層配線基板５において、上下に連続する３層以上の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に貫通導体３（３ａ，３ｂ）が形成されており、これらの貫通導体３のうちの上下方向の中央部分に位置する樹脂絶縁層１に形成されているものが錫を主成分とする金属材料からなり、他のものが銅を主成分とする金属材料からなる場合には、貫通導体３における熱応力の緩和をより一層効果的に行なわせることができる。
【００４６】
そして、上下に連続する３層以上の樹脂絶縁層１にわたって、それぞれの貫通導体３が互いに平面視で重なっているときに、応力が集中しやすい中央の樹脂絶縁層１の、錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａにおいて弾性率を低く抑えることができるため、貫通導体３と樹脂絶縁層１との熱膨張率の差等に起因する熱応力の緩和をより有効に行なわせることができる。
【００４７】
この場合、樹脂絶縁層１の厚みが、前述した樹脂材料による形成が容易な約15〜30μｍ程度である場合には、個々の貫通導体３の長さも約15〜30μｍ程度になる。そして、このような場合には、上下に連続する樹脂絶縁層１について、５層程度までであれば、それぞれの貫通導体３が平面視で互いに重なる位置に形成されていても、上下方向の中央部に位置する１層の樹脂絶縁層１において錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａを形成すれば、熱応力をより効果的に緩和することができる。
【００４８】
以上のような薄膜多層部４を有する多層配線基板５は、例えば以下のようにして作製することができる。
【００４９】
まず、セラミック基板６等の比較的剛性が高い基板を準備する。この基板は、剛性が低い薄膜多層部４をその上面に被着させて剛性の高い多層配線基板５とするためのものである。セラミック基板６は、例えば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）等のセラミック材料により形成されている。
【００５０】
セラミック基板６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。
【００５１】
また、セラミック基板６には、必要に応じて配線導体７を、タングステンやモリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等の金属材料を用いて、メタライズ法やめっき法等の方法で被着させておく。配線導体７は、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステンのペーストをセラミック基板６となるセラミックグリーンシートの表面
やあらかじめ形成しておいた貫通孔の内部等に塗布または充填し、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被着させることができる。
【００５２】
次に、セラミック基板６の上面に、上記の樹脂材料（ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，液晶ポリマー等）の未硬化物を層状に塗布して硬化させ樹脂絶縁層１を被着させるとともに、樹脂絶縁層１の一部を厚み方向に貫通させるように、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザによるレーザ加工，ＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）または溶剤によるエッチング等の孔あけ加工を施して貫通孔を形成する。その後、樹脂絶縁層１の上面および貫通孔の内部に上記の金属材料（銅や銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト，チタン，タングステン）をスパッタリング法や蒸着法，めっき法等の方法でパターン状に被着または充填することよって、薄膜配線層２および貫通導体３を形成する。この際に、貫通導体３のうち、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成するものについては、一部を、錫を主成分とする金属材料で形成する必要があり、他のものを、銅を主成分とする金属材料で形成する必要がある。
【００５３】
錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａは、例えば錫−銀系の低融点ろう材（いわゆる鉛フリーはんだ）のペーストを上記樹脂絶縁層１の貫通孔内に充填して加熱すれば、形成することができる。
【００５４】
また、銅を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ｂは、例えば、樹脂絶縁層１の内側面にスパッタリング法によってチタン等の薄膜金属層を被着させておき、この薄膜金属層上にめっき法によって銅を被着させて貫通孔を銅のめっき層で充填することによって形成することができる。
【００５５】
そして、この樹脂絶縁層１，薄膜配線層２および貫通導体３を形成する工程を繰り返せば、セラミック基板６の上面に薄膜多層部４が配置され、薄膜多層部４において、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に、錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａと、銅を主成分とする貫通導体３ｂとが形成された多層配線基板５を製作することができる。
【００５６】
本発明の多層配線基板５においては、上記いずれの構成においても、例えば図３に示すように、貫通導体３のうちの錫を主成分とする金属材料からなるもの３ａの一端面が位置する樹脂絶縁層１の層間において、上下の樹脂絶縁層１同士が、貫通導体３（３ａ，３ｂ）に対応した位置に貫通孔（符号なし）を有する樹脂接着層８を介して互いに接着されているとともに、上下の樹脂絶縁層１の貫通導体３（３ａ，３ｂ）同士が、樹脂接着層８の貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料９によって互いに電気的に接続されている場合には、多層配線基板５としての生産性を高める上で有効である。
【００５７】
すなわち、貫通導体３（３ａ，３ｂ）を有する複数の樹脂絶縁層１を、錫を主成分とする金属材料で貫通導体３ａが形成された部分で上下に分けて作り、これらを樹脂接着層８で接着して多層配線基板５を生産することができるため、多層配線基板５としての生産性を高めることが容易である。言い換えれば、薄膜多層部４を、例えばセラミック基板６の上面に順次樹脂絶縁層１等を積層させるのではなく、これらの樹脂絶縁層１等を複数のブロックに分けて並行して製作することができるので、生産性を高めることができる。
【００５８】
また、錫（融点：約232℃）を主成分とする金属材料９の融点が比較的低いため、上下
の貫通導体３（３ａ，３ｂ）を接続させるために樹脂接着層８の貫通孔内に金属材料９を溶融させて充填させることも容易である。この場合、錫を主成分とする金属材料９（以下、単に金属材料９という場合がある）は、例えば錫−銀はんだを用いることができ、銅を
主成分とする金属材料からなる貫通導体３ｂに対する接合も容易である。
【００５９】
樹脂接着層８としては、樹脂絶縁層１と同様の樹脂材料を用いることができるが、硬化温度がより低いものが好適に使用される。これは、錫を主成分とする金属材料９を樹脂接着層８内に配置した状態で樹脂接着層８を熱硬化させるときの金属材料９の変形の抑制や、作業性等を考慮することによる。この場合、樹脂絶縁層１と樹脂接着層８との間で熱膨張率が異なり、熱応力が生じる可能性がある。また、樹脂接着層８の貫通孔は、樹脂絶縁層１の場合と同様に、レーザ加工やＲＩＥ，溶剤によるエッチング等の方法で形成することができる。
【００６０】
樹脂接着層８内に充填された錫を主成分とする金属材料９は、錫を主成分とする貫通導体３ａと同様のものでもよい。この場合には、例えば、貫通導体３ａとなる錫を主成分とする金属材料（低融点ろう材のペースト等）を樹脂絶縁層１の貫通孔内に充填する際に、その金属材料が貫通孔の上端からはみ出すような量としておいて、このはみ出した金属材料を樹脂接着層８の貫通孔内に充填させるようにすれば、樹脂接着層８の貫通孔への金属材料の充填が容易となるため、多層配線基板５の生産性をより高くすることができる。
【００６１】
また、この場合には、例えば図３に示すように、上下の貫通孔（樹脂絶縁層１の貫通孔と樹脂接着層８の貫通孔）の互いに接続し合う部分における開口を他の部分よりも広くしておいた方が、低融点ろう材のペースト等の充填をより容易とする上で好ましい。この場合には、樹脂接着層８からその下側に接する樹脂絶縁層１にかけて、錫を主成分とする金属材料からなる一続きの貫通導体（符号なし）が形成されているとみなすこともできる。そして、この一続きの貫通導体を介して、銅を主成分とする金属材料からなる上下の貫通導体３ｂが互いに電気的に接続されている。
【００６２】
なお、樹脂接着層８の錫を主成分とする金属材料９と貫通導体３との電気的な接続は、必ずしも互いに直接に接続させて行なわせる必要はなく、間に薄膜配線層２を介在させて行なうようにしてもよい。例えば、図３に示す例において、金属材料９の上側の端面は薄膜配線層２と直接に接続され、この薄膜配線層２を介して上側の貫通導体３（３ｂ）と電気的に接続されている。
【００６３】
また、本発明の多層配線基板５は、上下の樹脂絶縁層１同士が樹脂接着層８を介して互いに接着されているとともに、上下の樹脂絶縁層１の貫通導体３同士が金属材料９によって互いに電気的に接続されている上記構成において、金属材料９の側面の少なくとも一部が凸状に湾曲している場合には、金属材料９と貫通導体３および薄膜配線層２との接続信頼性を向上させることができる。これについて、他の実施形態として以下に説明する。なお、金属材料９の側面を上記のように湾曲させるためには、この金属材料９が充填されている樹脂接着層８の貫通孔の内側面も同様に湾曲している必要がある。
【００６４】
本発明の多層配線基板５の実施の形態の他の例を図４に示す。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の多層配線基板５の実施の形態の他の例における要部を示す要部断面図である。図４において図１および図３と同様の部位には同様の符号を付している。
【００６５】
図４（ａ）に示すように、樹脂接着層８内に充填された錫を主成分とする金属材料９の側面の一部が凸状に湾曲している場合には、樹脂接着層８と金属材料９との間に生じる熱応力が、樹脂接着層８の貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料９に対してせん断応力として作用することを抑制することができる。これは、上記応力が金属材料９に作用したときに、湾曲した側面に沿って斜め方向に分散され、せん断応力として作用する成分が小さく抑えられることによる。
【００６６】
したがって、応力による金属材料９と薄膜配線層２との間の亀裂等をより確実に抑制して、金属材料９と薄膜配線層２との接続信頼性をさらに向上させることができる。
【００６７】
なお、図４（ａ）に示す例は、図３に示すような傾斜した金属材料９の側面のうち下側が凸状に湾曲した例である。この例において、湾曲した側面のうち最も外側に出ている部分（最突出部）は金属材料９の側面の上下方向の途中にあり、この最突出部から下端にかけて再び金属材料９の中心方向に曲がっている。つまり、側面の上下方向の途中の一部が外側に突出して凸部分になっている。
【００６８】
金属材料９が上記形状の場合には、斜め方向に分散された上記応力のうち金属材料９に対して上下方向に圧縮させる成分が凸部分の上下で互いに打ち消しあうため、応力が金属材料９と薄膜配線層２とを引き剥がす方向に作用することが抑制される。そのため、金属材料９と薄膜配線層２との接続信頼性をさらに向上させる上で有効である。
【００６９】
また、図４（ｂ）に示すように、金属材料９の側面の全体が凸状に湾曲している場合には、金属材料９の側面の上端から下端にかけて（つまり側面のより広い範囲で）応力を分散させることができる。そのため、この場合にも、金属材料９と薄膜配線層２との接続信頼性をさらに向上させることができる。
【００７０】
なお、図４（ｂ）に示す例においては、金属材料９の湾曲した側面の曲がり方（金属材料９の縦断面における側面に相当する弧状の線の曲率半径）が途中で変化し、下部において上部よりも大きく湾曲している（より外側に突出している）。このような場合には、金属材料９の側面の上端から下端にかけて湾曲させた構造において、図４（ａ）に示す例のような、側面の一部のみを湾曲させたときの効果（分散させた応力が金属材料９と薄膜配線層２とを引き剥がす方向に作用することの抑制）をある程度得ることもできる。
【００７１】
また、図４（ｃ）に示す例は、金属材料９の側面のうち下側が凸状に湾曲しているとともに、最突出部が下端に位置している例である。言い換えれば、樹脂接着層８の金属材料９が充填されている貫通孔の開口径が、下端において最も大きくなっている例である。
【００７２】
この例のように、上下の貫通孔（樹脂絶縁層１の貫通孔と樹脂接着層８の貫通孔）の互いに接続し合う部分における開口を他の部分よりも広くしておいた方が、金属材料９となる低融点ろう材のペースト等の貫通孔への充填をより容易とする上で好ましい。
【００７３】
金属材料９について、側面の少なくとも一部を凸状に湾曲させるには、例えば以下のようにすればよい。
【００７４】
すなわち、まず、未硬化で、ある程度塑性変形が可能な状態の樹脂接着層８に図３に示すような貫通孔を、前述した樹脂絶縁層１の場合と同様にレーザ加工やＲＩＥ，溶剤によるエッチング等の孔あけ加工で形成する。
【００７５】
その後、例えば上記のように樹脂絶縁層１の貫通孔の上端から貫通導体３（３ａ）となる金属の材料（低融点ろう材のペースト）をはみ出させておいて、このはみ出した金属の材料を樹脂接着層８の貫通孔内に充填させるようにして、その後、未硬化の樹脂接着層８を硬化させることで形成することができる。はみ出した金属の材料が樹脂接着層８の貫通孔内に充填される際に、貫通孔の体積に比べて金属材料９の体積を多くしておくことによって樹脂接着層８が塑性変形し（貫通孔が横方向に膨れて）、貫通孔の内側面が湾曲する。これに応じて、金属材料９の側面が湾曲する。
【００７６】
また、本発明の多層配線基板５は、例えば図５に示すように、複数の貫通導体３をそれ
ぞれ上下に電気的に接続する金属材料９が充填された貫通孔が樹脂接着層８に複数個配置されているときに、材料９の側面が、平面視で樹脂絶縁層１の中心から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線Ｌと交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、またはこの交差部において他の部分よりも大きく湾曲している場合には、複数の貫通導体３に対応して配置された樹脂接着層８のそれぞれの金属材料９にせん断応力として作用する熱応力をより緩和することができる。なお、図５（ａ）は本発明の多層配線基板５の実施の形態の他の例における樹脂接着層８の部分を平面視した平面図（透視図）であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の要部を拡大して示す要部拡大平面図である。図５において図１および図３と同様の部位には同様の符号を付している。
【００７７】
この構成における断面の要部の一例を図６に示す。なお、図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の多層配線基板５の実施の形態の他の例における要部を示す要部断面図である。図６において図１および図３と同様の部位には同様の符号を付している。
【００７８】
図６（ａ）に示す例において、金属材料９の側面は、平面視で樹脂絶縁層１の中心から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線Ｌと交差する部分のうち前記中心部に近い側に位置する交差部において他の部分よりも大きく湾曲している。この場合には、複数の金属材料９が樹脂接着層８に配置されている多層配線基板５において、金属材料９における熱応力をより緩和することができる。
【００７９】
すなわち、金属材料９において、熱応力がより大きく作用する傾向がある側面の一部（仮想の直線Ｌと交差する中心部に近い側の交差部）が湾曲していることで、熱応力が上下方向（斜め方向）により一層効果的に分散され、緩和効果を高めることができる。したがって、上記構成において、金属材料９と貫通導体３や薄膜配線層２との接続信頼性を効果的に向上させることができる。
【００８０】
また、図６（ｂ）に示すように、平面視で樹脂絶縁層１の中心から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線Ｌと交差する部分のうち前記中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲している場合には、金属材料９のうち凸状に湾曲させる範囲をより小さく抑えながら、金属材料９と薄膜配線層２との界面に働くせん断応力をより効果的に低減することができる。
【００８１】
言い換えれば、上記構成において、金属材料９の、仮想の直線Ｌと交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、またはこの部分において他の部分よりも大きい場合には、金属材料９の側面について湾曲させる部分、つまり外側に張り出させる範囲を小さく抑えながら応力を緩和することができるので、金属材料９（および貫通導体３）の高密度化の上で有利である。
【実施例】
【００８２】
（実施例１）
酸化アルミニウム質焼結体からなるセラミック基板の上面に、厚みが約20μｍのエポキシ樹脂からなる樹脂絶縁層と、厚みが約10μｍの銅からなる薄膜配線層とを交互に10層積層するとともに、各樹脂絶縁層に直径が約400μｍの貫通導体を形成して上下の薄膜配線
層を互いに電気的に接続させた多層配線基板を用いて、本発明の多層配線基板における効果を確認した。
【００８３】
樹脂絶縁層のうち上から３〜５層目の上下に連続する３層の樹脂絶縁層にわたって、平面視で互いに重なる位置に貫通導体を形成し、その３層の貫通導体のうち上下方向の中央に位置する１つのもの（上から４層目）を、錫を主成分として95質量％含有し、銀を質量５％含有する金属材料によって形成した。また、他の２つの貫通導体を、銅を主成分とし
て約99質量％含有し、チタンおよびニッケルを含む金属材料で形成した。これらの３層の貫通導体以外の貫通導体も、上記同様の銅を主成分とする金属材料で形成した。
【００８４】
また、比較例として、すべての貫通導体を上記と同様の銅を主成分とする金属材料で形成したこと以外は上記の実施例の多層配線基板と同様にして作製した従来技術による多層配線基板を準備した。
【００８５】
なお、セラミック基板は、酸化アルミニウム質焼結体からなる厚みが１ｍｍの第１セラミック基板の表面および内部にタングステンからなるメタライズ導体で配線導体を形成したものを使用した。
【００８６】
これらの実施例および比較例の多層配線基板について、加速試験として温度サイクル試験を＋125℃〜−55℃の条件で500サイクル行なった後に、貫通導体の内部および貫通導体と薄膜配線層との境界におけるクラックと断線の有無を、複数の貫通導体を直列に接続したデイジーチェーンサンプルを用いて抵抗変動をデジタルマルチメータで測定することによって検査した。抵抗値に変動（抵抗の増加）等の異常が見られた試料については、貫通導体部分の断面を観察してクラック等の有無を確認した。
【００８７】
その結果、実施例の多層配線基板では20%を超える抵抗変動（電気抵抗の増加）および
断線の発生が見られなかったのに対し、比較例の多層配線基板では20個中６個において断線の発生が見られ、20個中９個に20%を超える抵抗変動が見られた。以上のように、本発
明の多層配線基板においては、複数の樹脂絶縁層にわたって、貫通導体が平面視で重なるように形成した場合でも、貫通導体や貫通導体と樹脂絶縁層との界面等に機械的な破壊が生じることを効果的に抑制することが可能であり、小型化が容易で、かつ信頼性が高い多層配線基板を提供することができることが確認できた。
【００８８】
（実施例２）
実施例１において、樹脂絶縁層のうち上から３層目と４層目との間に樹脂接着層を介在させるとともに、錫を主成分として95質量％含有し、銀を質量５％含有する金属材料を樹脂接着層に貫通させて配置し、金属材料を介して、３層目の銅を主成分とする貫通導体と４層目の錫を主成分とする貫通導体とを電気的に接続させ、錫を主成分とする金属材料の側面の一部を凸状に湾曲させた。湾曲の形態は、図４（ａ）に示す例と同様にした。これ以外は実施例１と同様にして実施例２の多層配線基板を準備した。比較例の多層配線基板は実施例１の場合と同様にして準備した。
【００８９】
これらの実施例２および比較例の多層配線基板について、加速試験として温度サイクル試験を＋125℃〜−55℃の条件で1000サイクル行なった後に、貫通導体の内部および貫通
導体と薄膜配線層との境界におけるクラックと断線の有無を、複数の貫通導体を直列に接続したデイジーチェーンサンプルを用いて抵抗変動をデジタルマルチメータで測定することによって検査した。抵抗値に変動（抵抗の増加）等の異常が見られた試料については、貫通導体部分の断面を観察してクラック等の有無を確認した。
【００９０】
その結果、実施例の多層配線基板では20%を超える抵抗変動（電気抵抗の増加）および
断線の発生が見られなかったのに対し、比較例の多層配線基板では20個中11個において断線の発生が見られ、20個中９個に20%を超える抵抗変動が見られた。
【００９１】
言い換えれば、実施例２の多層配線基板においては、樹脂接着層を樹脂絶縁層の間に介在させた（つまり、熱応力が生じやすい）構成において、温度サイクルの回数（つまり、熱応力の作用回数）を増やしても、金属材料と貫通導体との間の接続を確保することができた。
【００９２】
以上のように、金属材料の側面の少なくとも一部を湾曲させることによって、信頼性を向上させる効果を得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００９３】
１・・・樹脂絶縁層
２・・・薄膜配線層
３・・・貫通導体
４・・・薄膜多層部
５・・・多層配線基板
６・・・セラミック基板
７・・・配線導体
８・・・樹脂接着層
９・・・錫を主成分とする金属材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂絶縁層と薄膜配線層とが交互に積層され、上下の薄膜配線層が樹脂絶縁層を厚み方向に貫通する貫通導体によって互いに電気的に接続されてなる薄膜多層部を有する多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子を上面の端子に接続し、この端子と電気的に接続された下面の接続パッドを外部電気回路に電気的に接続するための多層配線基板として、複数の薄膜配線層と複数の樹脂絶縁層とが交互に積層されてなる薄膜多層部が、セラミック基板等の基板の上面に配置されてなる多層配線基板が知られている。このような多層配線基板は、例えば、半導体素子の電気的なチェックを行なう、いわゆるプローブカード用の基板として用いられている。
【０００３】
このような多層配線基板におけるセラミック基板は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等からなる絶縁基体の上下面および内部に、タングステン等の金属材料からなるメタライズ配線層や貫通導体等の配線導体が配置された構造である。そして、薄膜多層部の上面に露出して形成された薄膜配線層が半導体素子と接続される端子として機能し、セラミック基板の下面に形成された配線導体が外部接続用の接続パッドとして機能する。
【０００４】
薄膜多層部は、高い密度で電極が配置された半導体素子に対応して薄膜配線層が形成されたものであり、近年の半導体素子の電極の高密度化に対応するために、より一層の薄膜配線層の高密度化が求められている。また、この高密度化のために、薄膜配線層を上下に接続する貫通導体についてもより一層の高密度化が必要である。そして、この貫通導体の高密度化のために、上下に連続する複数の樹脂絶縁層にわたって、それぞれの樹脂絶縁層の貫通導体を平面視で互いに重なるようにして形成すること（いわゆるスタックドビアとすること）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003−218531号公報
【特許文献２】特開2006−173333号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように複数の樹脂絶縁層にわたって、貫通導体が平面視で重なるように形成した場合には、貫通導体を形成する銅等の金属材料と樹脂絶縁層との間で熱膨張率（線膨張係数）が異なるため、この熱膨張率の差に起因して、樹脂絶縁層と貫通導体との間に大きな熱応力が生じやすい。そして、この熱応力によって、貫通導体や、貫通導体と樹脂絶縁層との界面においてクラックや断線等の機械的な破壊が生じやすいという問題点があった。このような機械的な破壊が生じた場合には、例えば、薄膜多層部の上面側の薄膜配線層と下面側の薄膜配線層との間で、電気抵抗の増加や電気的な接続の信頼性の低下等の不具合を生じる。
【０００７】
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、貫通導体が、上下に連続する複数の樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されている場合でも、貫通導体や貫通導体と樹脂絶縁層との界面等に機械的な破壊が生じることを効果的に抑制することが可能であり、小型化が容易で、かつ信頼性が高い多層配線基
板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多層配線基板は、樹脂絶縁層と薄膜配線層とが交互に積層され、上下の前記薄膜配線層が前記樹脂絶縁層を厚み方向に貫通する貫通導体によって互いに電気的に接続されてなる薄膜多層部を有する多層配線基板であって、前記貫通導体は、上下に連続する複数の前記樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の前記貫通導体のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、上下に連続する３層以上の前記樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に前記貫通導体が形成されており、これらの貫通導体のうちの上下方向の中央部分に位置する前記樹脂絶縁層に形成されているものが錫を主成分とする金属材料からなり、他のものが銅を主成分とする金属材料からなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記貫通導体のうちの錫を主成分とする金属材料からなるものの一端面が位置する前記樹脂絶縁層の層間において、上下の前記樹脂絶縁層同士が、前記貫通導体に対応した位置に貫通孔を有する樹脂接着層を介して互いに接着されているとともに、上下の前記樹脂絶縁層の前記貫通導体同士が、前記樹脂接着層の前記貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料によって互いに電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記樹脂接着層の前記貫通孔に充填された錫を主成分とする前記金属材料は、側面の少なくとも一部が凸状に湾曲していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、複数の前記貫通導体をそれぞれ上下に電気的に接続する前記金属材料が充填された前記貫通孔が前記樹脂接着層に複数個配置されており、前記金属材料の前記側面は、平面視で前記樹脂接着層の中心部から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線と交差する部分のうち前記中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、または該交差部において他の部分よりも大きく凸状に湾曲していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の多層配線基板によれば、薄膜多層部において、貫通導体は、上下に連続する複数の樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の貫通導体のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなることから、上下の貫通導体を連続させた、いわゆるスタックドビアを有する場合でも、貫通導体と樹脂絶縁層との間に生じる熱応力を銅よりも弾性率が低い錫を主成分とする金属材料によって緩和することができる。そのため、貫通導体や貫通導体と薄膜配線層との界面等にクラック等の機械的な破壊が生じることが抑制される。また、複数の貫通導体のうち一部のもののみが錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなるものであることから、複数の貫通導体における合計の電気抵抗を低く抑えることができる。そのため、多層配線基板としての電気抵抗が高くなるようなことは効果的に抑制される。
【００１４】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、上下に連続する３層以上の樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に貫通導体が形成されており、これらの貫通導体のうちの上下方向の中央部分に位置する樹脂絶縁層に形成されているものが錫を主成分
とする金属材料からなり、他のものが銅を主成分とする金属材料からなる場合には、貫通導体における熱応力の緩和をより一層効果的に行なわせることができる。
【００１５】
すなわち、薄膜多層部において、上下に連続する３層以上の樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に貫通導体が形成されているときに、応力が集中しやすい上下方向の中央部分に位置する樹脂絶縁層の貫通導体において弾性率を低く抑えることができるため、熱応力の緩和をより有効なものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、貫通導体のうちの錫を主成分とする金属材料からなるものの一端面が位置する樹脂絶縁層の層間において、上下の樹脂絶縁層同士が、貫通導体に対応した位置に貫通孔を有する樹脂接着層を介して互いに接着されているとともに、上下の樹脂絶縁層の貫通導体同士が、樹脂接着層の貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料によって互いに電気的に接続されている場合には、貫通導体における熱応力の緩和に有効であるとともに、生産性を高める上でも有効な多層配線基板とすることができる。
【００１７】
すなわち、この場合には、貫通導体を有する複数の樹脂絶縁層を、錫を主成分とする金属材料で貫通導体が形成された部分を境にして上下に分けて製作し、これらを樹脂接着層で接着して多層配線基板を生産することができるため、薄膜多層部の生産性を向上させることが容易であり、多層配線基板としての生産性を高める上でも有効である。この場合、錫（融点：約232℃）を主成分とする金属材料の融点が比較的低いため、上下の貫通導体
を接続させるために樹脂接着層の貫通孔内に金属材料を溶融させて充填させることも容易である。また、錫を主成分とする金属材料は、例えば錫−銀はんだを用いることができ、銅を主成分とする金属材料からなる貫通導体に対する接合が容易である。
【００１８】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、樹脂接着層の貫通孔に充填された錫を主成分とする金属材料の側面の少なくとも一部が凸状に湾曲している場合には、金属材料と薄膜配線層との接続の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１９】
すなわち、この場合には、樹脂絶縁層と樹脂接着層との熱膨張率の差に起因して生じる横方向（つまり、樹脂絶縁層と樹脂接着層との界面に沿った水平方向）の熱応力が貫通孔内の金属材料に対してせん断応力として作用することを抑制することができる。これは、上記応力が金属材料に作用したときに、湾曲した側面に沿って上下斜め方向に分散され、横方向にせん断応力として作用する成分が小さくなることによる。
【００２０】
したがって、応力による金属材料と貫通導体（または金属材料と貫通導体との間に介在している薄膜配線層）との間の亀裂等の機械的な破壊をより確実に抑制して、金属材料と貫通導体および薄膜配線層との接続信頼性をさらに向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の多層配線基板は、上記構成において、複数の貫通導体をそれぞれ上下に電気的に接続する金属材料が充填された貫通孔が樹脂接着層に複数個配置されており、金属材料の側面が、平面視で樹脂接着層の中心部から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線と交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、またはこの交差部において他の部分よりも大きく凸状に湾曲している場合には、複数の貫通導体に対応して配置された樹脂接着層のそれぞれの金属材料にせん断応力として作用する熱応力をより効果的に緩和することができる。
【００２２】
すなわち、この場合には、樹脂接着層において、中心から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線に沿った方向に、金属材料に大きな熱応力が作用する傾向がある。そのため、これらの金属材料に対しては、上記仮想の直線が交差する部分においてより大きな熱応
力（せん断応力）が作用する傾向があり、特に、いわゆる昇温過程において上記交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部において応力による金属材料と貫通導体や薄膜配線層との間の断線が生じやすい。
【００２３】
これに対して、上記構成を備えている場合には、金属材料において、熱応力が集中しやすい側面が大きく湾曲していることで熱応力が分散され、応力を緩和する効果を高めることができる。したがって、複数の金属材料が配置されている構成において、金属材料の側面の湾曲の範囲を小さく抑えながら、金属材料と貫通導体や薄膜配線層との接続信頼性を効果的に向上させることができる。
【００２４】
言い換えれば、上記構成において、金属材料の、仮想の直線と交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、またはこの部分において他の部分よりも大きく湾曲している（より外側に突出している）場合には、金属材料の側面について湾曲させる部分、つまり外側に張り出させる範囲を小さく抑えながら応力を緩和することができるため、金属材料（および貫通導体）の高密度化の上で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す多層配線基板の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明の多層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拡大断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の多層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拡大断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の多層配線基板の実施の形態の他の例における樹脂接着層の部分を平面視した平面図（透視図）であり、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の多層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拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の多層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は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は、図１に示す多層配線基板の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。図１および図２において、１は樹脂絶縁層，２は薄膜配線層，３は貫通導体，４は薄膜多層部である。樹脂絶縁層１，薄膜配線層２および貫通導体３によって薄膜多層部４が構成され、薄膜多層部４がセラミック基板６の上面に積層されて多層配線基板５が構成されている。
【００２７】
樹脂絶縁層１は、例えば長方形状や正方形状等の四角形状、または円形状等で、厚みが約25μｍ程度の層状に形成されている。また、図１に示す例において、複数の樹脂絶縁層１は、平面視でそれぞれの外形寸法および形状が同様であり、多層配線基板５の外側面に凹凸が生じないように積層されている。積層された複数の樹脂絶縁層１は、薄膜多層部４における絶縁性の基体部分（符号なし）となるものであり、例えば上面に半導体素子等の電子部品（図示せず）が搭載され、下面がセラミック基板６等の剛性の高い基板上に取着される。
【００２８】
これらの樹脂絶縁層１は、例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂，ポリアミドイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，液晶ポリマー等の樹脂材料により形成されている。
【００２９】
樹脂絶縁層１を厚み方向に貫通する貫通導体３および薄膜配線層２は、多層配線基板５に搭載される半導体素子等の電極をプリント回路基板等の外部の電気回路（図示せず）に
電気的に接続するための導電路となる部分である。例えば、薄膜多層部４の上面の中央部に半導体素子を搭載するとともに、その電極を薄膜多層部４の最上面に露出する薄膜配線層２にはんだやプローブ等を介して電気的に接続すれば、半導体素子の電極が薄膜配線層２および貫通導体３を介して薄膜多層部４の最下面の薄膜配線層２と導通される。そして、この薄膜多層部４の最下面の薄膜配線層２を、例えばセラミック基板６にあらかじめ形成しておいた配線導体７を介して外部の電気回路に電気的に接続すれば、半導体素子の電極と外部の電気回路とが電気的に接続される。
【００３０】
なお、図１に示す例においては、セラミック基板６も、平面視で薄膜多層部４と同様の形状および寸法で形成されている。つまり、多層配線基板５は、例えば全体が四角板状や円板状等であり、上面が、実装や電気チェックを行なう半導体素子等の電子部品を搭載（半導体素子を多層配線基板５に電気的および機械的に接続して半導体装置とするための実装、または半導体素子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。半導体素子としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子や、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）等が挙げられる。
【００３１】
薄膜配線層２は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト，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。
【００３２】
また、薄膜配線層２は、上記の金属材料をスパッタリング法や蒸着法，めっき法等の方法で樹脂絶縁層１の上面等の表面に被着させ、必要に応じてマスキングやエッチング等のトリミング加工を施すことによって、所定のパターンで樹脂絶縁層１の表面に被着させることができる。
【００３３】
貫通導体３は、例えば上記の樹脂絶縁層１の一部にＣＯ２レーザやＹＡＧレーザによるレーザ加工，ＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）または溶剤によるエッチング等の孔あけ加工で厚み方向に貫通する貫通孔（符号なし）を形成し、この貫通孔内に貫通導体３となる導体材料を、スパッタリング法や蒸着法，めっき法，導体ペーストの充填等の方法で充填することによって形成することができる。
【００３４】
このような貫通導体３も、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト，チタン，タングステ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ものとすることができるが、後述する、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成された貫通導体３については、平面視で重なる複数の貫通導体３のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなるものとする必要がある。
【００３５】
すなわち、本発明の多層配線基板５においては、薄膜多層部４の貫通導体３が、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の貫通導体３のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａであり、他が銅を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ｂである。
【００３６】
このように、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって、平面視でそれぞれの貫通導体３を互いに重ならせた、つまり複数の貫通導体３を上下に（必要に応じて薄膜配線層２を介して）連続させた、いわゆるスタックドビアを有する薄膜多層部４においては、貫通導体３と樹脂絶縁層１との間に生じる熱応力を、銅よりも弾性率が低い錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａによって効果的に緩和することができる。そのため、貫通導体３（特に、貫通導体３の内部のうち、特に薄膜配線層２と接する部分の端部分等）
や貫通導体３と薄膜配線層２との界面等にクラック等の機械的な破壊が生じるようなことが抑制される。また、電気抵抗が低い銅（錫の抵抗率が約11.5Ω・ｍであるのに対し、銅の抵抗率が約1.7Ω・ｃｍである。）を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ｂによ
って貫通導体３全体の電気抵抗を低く抑えることができる。
【００３７】
また、このような平面視で重なる位置に形成された貫通導体３ａ，３ｂを有することによって、薄膜多層部４および多層配線基板５全体の平面視における面積を小さく抑えることができる。
【００３８】
この場合、銅のヤング率が約129.8ＧＰａであるのに対して、錫のヤング率が約49.9Ｇ
Ｐａであり、銅に比べて錫の方が同じ応力に対して変形量が約2.6倍大きい。そのため、
上記のような応力の緩和を有効に行なわせることができる。
【００３９】
なお、銅を主成分とする金属材料は、銅を20質量％程度以上含むものであることが、貫通導体３における電気抵抗を効果的に低く抑える上で好ましい。銅を主成分とする金属材料において、銅に添加する材料としては、例えばチタンやクロム，ニッケル，コバルト等を挙げることができる。
【００４０】
また、錫を主成分とする金属材料は、錫を質量90％程度以上含むものであることが、貫通導体３における応力の緩和を効果的なものとする上で好ましい。錫を主成分とする金属材料において、錫に添加する金属材料としては銀や銅，ビスマス，インジウム等を用いることができる。このような金属材料を添加した錫としては、例えば低融点ろう材（いわゆる鉛フリーはんだ等）となるものを用いることもできる。例えば、錫に銀を５質量％程度添加した場合であれば、錫が100質量％である場合に比べてウィスカ発生防止等の効果を
得ることができる。
【００４１】
貫通導体３は、電気抵抗を低く抑える上では横断面（電流が流れる方向に直交する方向における断面）の面積が大きいほど好ましく、多層配線部４の外形の寸法を小さく抑える上では横断面が小さいほど好ましい。また、貫通孔導体３のうち特に上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されているもの３ａ，３ｂについては、上記のように応力を緩和してクラックを抑制する上では円形が好ましい。
【００４２】
このような貫通導体３の横断面については、上記の要件を考慮しながら、適宜設定すればよく、例えば、貫通導体３の長さ（樹脂絶縁層１の厚み方向の寸法）が15〜30μｍ程度の場合であれば、直径が30〜50μｍ程度の円形状や、長軸の長さが30〜50μｍ程度で短軸の長さが30〜50μｍ程度の楕円形状等とすればよい。
【００４３】
なお、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されている貫通導体３ａ，３ｂについて、図１においては、３層の樹脂絶縁層１においてそれぞれの貫通導体３ａ，３ｂが平面視で互いに重なる位置に形成された例を示しているが、４層以上または２層の樹脂絶縁層１においてそれぞれの貫通導体３ａ，３ｂが平面視で互いに重なる位置に形成されていてもよい。このような場合でも、平面視で互いに重なる上下の貫通導体３の一部（少なくとも１つ樹脂絶縁層１の貫通導体３）が錫を主成分とする金属材料からなるもの３ａであれば、全部の貫通導体３を銅を主成分とする金属材料からなるもの３ｂとした場合に比べて、応力を緩和して貫通導体３等におけるクラックの発生を低減することができる。
【００４４】
ただし、薄膜多層部４において、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で重なる位置に貫通導体３が形成されている部分においては、上下方向の中央部分に位置する樹脂絶縁層１に、錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａを配置することが
好ましい。これは、上下の貫通導体３が平面視で重なる位置に形成されている場合には、上下方向の中央部に位置する樹脂絶縁層１の貫通導体３において上下両方向からの熱応力が集中するため、この中央部に位置する樹脂絶縁層１の貫通導体３に作用する応力が大きくなる傾向があり、この部分で応力をより効果的に緩和することが、貫通導体３や貫通導体３と薄膜配線層２との界面におけるクラック等の機械的な破壊を抑制する上で効果的であるためである。
【００４５】
すなわち、本発明の多層配線基板５において、上下に連続する３層以上の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に貫通導体３（３ａ，３ｂ）が形成されており、これらの貫通導体３のうちの上下方向の中央部分に位置する樹脂絶縁層１に形成されているものが錫を主成分とする金属材料からなり、他のものが銅を主成分とする金属材料からなる場合には、貫通導体３における熱応力の緩和をより一層効果的に行なわせることができる。
【００４６】
そして、上下に連続する３層以上の樹脂絶縁層１にわたって、それぞれの貫通導体３が互いに平面視で重なっているときに、応力が集中しやすい中央の樹脂絶縁層１の、錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａにおいて弾性率を低く抑えることができるため、貫通導体３と樹脂絶縁層１との熱膨張率の差等に起因する熱応力の緩和をより有効に行なわせることができる。
【００４７】
この場合、樹脂絶縁層１の厚みが、前述した樹脂材料による形成が容易な約15〜30μｍ程度である場合には、個々の貫通導体３の長さも約15〜30μｍ程度になる。そして、このような場合には、上下に連続する樹脂絶縁層１について、５層程度までであれば、それぞれの貫通導体３が平面視で互いに重なる位置に形成されていても、上下方向の中央部に位置する１層の樹脂絶縁層１において錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａを形成すれば、熱応力をより効果的に緩和することができる。
【００４８】
以上のような薄膜多層部４を有する多層配線基板５は、例えば以下のようにして作製することができる。
【００４９】
まず、セラミック基板６等の比較的剛性が高い基板を準備する。この基板は、剛性が低い薄膜多層部４をその上面に被着させて剛性の高い多層配線基板５とするためのものである。セラミック基板６は、例えば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）等のセラミック材料により形成されている。
【００５０】
セラミック基板６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。
【００５１】
また、セラミック基板６には、必要に応じて配線導体７を、タングステンやモリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等の金属材料を用いて、メタライズ法やめっき法等の方法で被着させておく。配線導体７は、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステンのペーストをセラミック基板６となるセラミックグリーンシートの表面
やあらかじめ形成しておいた貫通孔の内部等に塗布または充填し、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被着させることができる。
【００５２】
次に、セラミック基板６の上面に、上記の樹脂材料（ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，液晶ポリマー等）の未硬化物を層状に塗布して硬化させ樹脂絶縁層１を被着させるとともに、樹脂絶縁層１の一部を厚み方向に貫通させるように、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザによるレーザ加工，ＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）または溶剤によるエッチング等の孔あけ加工を施して貫通孔を形成する。その後、樹脂絶縁層１の上面および貫通孔の内部に上記の金属材料（銅や銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト，チタン，タングステン）をスパッタリング法や蒸着法，めっき法等の方法でパターン状に被着または充填することよって、薄膜配線層２および貫通導体３を形成する。この際に、貫通導体３のうち、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に形成するものについては、一部を、錫を主成分とする金属材料で形成する必要があり、他のものを、銅を主成分とする金属材料で形成する必要がある。
【００５３】
錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａは、例えば錫−銀系の低融点ろう材（いわゆる鉛フリーはんだ）のペーストを上記樹脂絶縁層１の貫通孔内に充填して加熱すれば、形成することができる。
【００５４】
また、銅を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ｂは、例えば、樹脂絶縁層１の内側面にスパッタリング法によってチタン等の薄膜金属層を被着させておき、この薄膜金属層上にめっき法によって銅を被着させて貫通孔を銅のめっき層で充填することによって形成することができる。
【００５５】
そして、この樹脂絶縁層１，薄膜配線層２および貫通導体３を形成する工程を繰り返せば、セラミック基板６の上面に薄膜多層部４が配置され、薄膜多層部４において、上下に連続する複数の樹脂絶縁層１にわたって平面視で互いに重なる位置に、錫を主成分とする金属材料からなる貫通導体３ａと、銅を主成分とする貫通導体３ｂとが形成された多層配線基板５を製作することができる。
【００５６】
本発明の多層配線基板５においては、上記いずれの構成においても、例えば図３に示すように、貫通導体３のうちの錫を主成分とする金属材料からなるもの３ａの一端面が位置する樹脂絶縁層１の層間において、上下の樹脂絶縁層１同士が、貫通導体３（３ａ，３ｂ）に対応した位置に貫通孔（符号なし）を有する樹脂接着層８を介して互いに接着されているとともに、上下の樹脂絶縁層１の貫通導体３（３ａ，３ｂ）同士が、樹脂接着層８の貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料９によって互いに電気的に接続されている場合には、多層配線基板５としての生産性を高める上で有効である。
【００５７】
すなわち、貫通導体３（３ａ，３ｂ）を有する複数の樹脂絶縁層１を、錫を主成分とする金属材料で貫通導体３ａが形成された部分で上下に分けて作り、これらを樹脂接着層８で接着して多層配線基板５を生産することができるため、多層配線基板５としての生産性を高めることが容易である。言い換えれば、薄膜多層部４を、例えばセラミック基板６の上面に順次樹脂絶縁層１等を積層させるのではなく、これらの樹脂絶縁層１等を複数のブロックに分けて並行して製作することができるので、生産性を高めることができる。
【００５８】
また、錫（融点：約232℃）を主成分とする金属材料９の融点が比較的低いため、上下
の貫通導体３（３ａ，３ｂ）を接続させるために樹脂接着層８の貫通孔内に金属材料９を溶融させて充填させることも容易である。この場合、錫を主成分とする金属材料９（以下、単に金属材料９という場合がある）は、例えば錫−銀はんだを用いることができ、銅を
主成分とする金属材料からなる貫通導体３ｂに対する接合も容易である。
【００５９】
樹脂接着層８としては、樹脂絶縁層１と同様の樹脂材料を用いることができるが、硬化温度がより低いものが好適に使用される。これは、錫を主成分とする金属材料９を樹脂接着層８内に配置した状態で樹脂接着層８を熱硬化させるときの金属材料９の変形の抑制や、作業性等を考慮することによる。この場合、樹脂絶縁層１と樹脂接着層８との間で熱膨張率が異なり、熱応力が生じる可能性がある。また、樹脂接着層８の貫通孔は、樹脂絶縁層１の場合と同様に、レーザ加工やＲＩＥ，溶剤によるエッチング等の方法で形成することができる。
【００６０】
樹脂接着層８内に充填された錫を主成分とする金属材料９は、錫を主成分とする貫通導体３ａと同様のものでもよい。この場合には、例えば、貫通導体３ａとなる錫を主成分とする金属材料（低融点ろう材のペースト等）を樹脂絶縁層１の貫通孔内に充填する際に、その金属材料が貫通孔の上端からはみ出すような量としておいて、このはみ出した金属材料を樹脂接着層８の貫通孔内に充填させるようにすれば、樹脂接着層８の貫通孔への金属材料の充填が容易となるため、多層配線基板５の生産性をより高くすることができる。
【００６１】
また、この場合には、例えば図３に示すように、上下の貫通孔（樹脂絶縁層１の貫通孔と樹脂接着層８の貫通孔）の互いに接続し合う部分における開口を他の部分よりも広くしておいた方が、低融点ろう材のペースト等の充填をより容易とする上で好ましい。この場合には、樹脂接着層８からその下側に接する樹脂絶縁層１にかけて、錫を主成分とする金属材料からなる一続きの貫通導体（符号なし）が形成されているとみなすこともできる。そして、この一続きの貫通導体を介して、銅を主成分とする金属材料からなる上下の貫通導体３ｂが互いに電気的に接続されている。
【００６２】
なお、樹脂接着層８の錫を主成分とする金属材料９と貫通導体３との電気的な接続は、必ずしも互いに直接に接続させて行なわせる必要はなく、間に薄膜配線層２を介在させて行なうようにしてもよい。例えば、図３に示す例において、金属材料９の上側の端面は薄膜配線層２と直接に接続され、この薄膜配線層２を介して上側の貫通導体３（３ｂ）と電気的に接続されている。
【００６３】
また、本発明の多層配線基板５は、上下の樹脂絶縁層１同士が樹脂接着層８を介して互いに接着されているとともに、上下の樹脂絶縁層１の貫通導体３同士が金属材料９によって互いに電気的に接続されている上記構成において、金属材料９の側面の少なくとも一部が凸状に湾曲している場合には、金属材料９と貫通導体３および薄膜配線層２との接続信頼性を向上させることができる。これについて、他の実施形態として以下に説明する。なお、金属材料９の側面を上記のように湾曲させるためには、この金属材料９が充填されている樹脂接着層８の貫通孔の内側面も同様に湾曲している必要がある。
【００６４】
本発明の多層配線基板５の実施の形態の他の例を図４に示す。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の多層配線基板５の実施の形態の他の例における要部を示す要部断面図である。図４において図１および図３と同様の部位には同様の符号を付している。
【００６５】
図４（ａ）に示すように、樹脂接着層８内に充填された錫を主成分とする金属材料９の側面の一部が凸状に湾曲している場合には、樹脂接着層８と金属材料９との間に生じる熱応力が、樹脂接着層８の貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料９に対してせん断応力として作用することを抑制することができる。これは、上記応力が金属材料９に作用したときに、湾曲した側面に沿って斜め方向に分散され、せん断応力として作用する成分が小さく抑えられることによる。
【００６６】
したがって、応力による金属材料９と薄膜配線層２との間の亀裂等をより確実に抑制して、金属材料９と薄膜配線層２との接続信頼性をさらに向上させることができる。
【００６７】
なお、図４（ａ）に示す例は、図３に示すような傾斜した金属材料９の側面のうち下側が凸状に湾曲した例である。この例において、湾曲した側面のうち最も外側に出ている部分（最突出部）は金属材料９の側面の上下方向の途中にあり、この最突出部から下端にかけて再び金属材料９の中心方向に曲がっている。つまり、側面の上下方向の途中の一部が外側に突出して凸部分になっている。
【００６８】
金属材料９が上記形状の場合には、斜め方向に分散された上記応力のうち金属材料９に対して上下方向に圧縮させる成分が凸部分の上下で互いに打ち消しあうため、応力が金属材料９と薄膜配線層２とを引き剥がす方向に作用することが抑制される。そのため、金属材料９と薄膜配線層２との接続信頼性をさらに向上させる上で有効である。
【００６９】
また、図４（ｂ）に示すように、金属材料９の側面の全体が凸状に湾曲している場合には、金属材料９の側面の上端から下端にかけて（つまり側面のより広い範囲で）応力を分散させることができる。そのため、この場合にも、金属材料９と薄膜配線層２との接続信頼性をさらに向上させることができる。
【００７０】
なお、図４（ｂ）に示す例においては、金属材料９の湾曲した側面の曲がり方（金属材料９の縦断面における側面に相当する弧状の線の曲率半径）が途中で変化し、下部において上部よりも大きく湾曲している（より外側に突出している）。このような場合には、金属材料９の側面の上端から下端にかけて湾曲させた構造において、図４（ａ）に示す例のような、側面の一部のみを湾曲させたときの効果（分散させた応力が金属材料９と薄膜配線層２とを引き剥がす方向に作用することの抑制）をある程度得ることもできる。
【００７１】
また、図４（ｃ）に示す例は、金属材料９の側面のうち下側が凸状に湾曲しているとともに、最突出部が下端に位置している例である。言い換えれば、樹脂接着層８の金属材料９が充填されている貫通孔の開口径が、下端において最も大きくなっている例である。
【００７２】
この例のように、上下の貫通孔（樹脂絶縁層１の貫通孔と樹脂接着層８の貫通孔）の互いに接続し合う部分における開口を他の部分よりも広くしておいた方が、金属材料９となる低融点ろう材のペースト等の貫通孔への充填をより容易とする上で好ましい。
【００７３】
金属材料９について、側面の少なくとも一部を凸状に湾曲させるには、例えば以下のようにすればよい。
【００７４】
すなわち、まず、未硬化で、ある程度塑性変形が可能な状態の樹脂接着層８に図３に示すような貫通孔を、前述した樹脂絶縁層１の場合と同様にレーザ加工やＲＩＥ，溶剤によるエッチング等の孔あけ加工で形成する。
【００７５】
その後、例えば上記のように樹脂絶縁層１の貫通孔の上端から貫通導体３（３ａ）となる金属の材料（低融点ろう材のペースト）をはみ出させておいて、このはみ出した金属の材料を樹脂接着層８の貫通孔内に充填させるようにして、その後、未硬化の樹脂接着層８を硬化させることで形成することができる。はみ出した金属の材料が樹脂接着層８の貫通孔内に充填される際に、貫通孔の体積に比べて金属材料９の体積を多くしておくことによって樹脂接着層８が塑性変形し（貫通孔が横方向に膨れて）、貫通孔の内側面が湾曲する。これに応じて、金属材料９の側面が湾曲する。
【００７６】
また、本発明の多層配線基板５は、例えば図５に示すように、複数の貫通導体３をそれ
ぞれ上下に電気的に接続する金属材料９が充填された貫通孔が樹脂接着層８に複数個配置されているときに、材料９の側面が、平面視で樹脂絶縁層１の中心から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線Ｌと交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、またはこの交差部において他の部分よりも大きく湾曲している場合には、複数の貫通導体３に対応して配置された樹脂接着層８のそれぞれの金属材料９にせん断応力として作用する熱応力をより緩和することができる。なお、図５（ａ）は本発明の多層配線基板５の実施の形態の他の例における樹脂接着層８の部分を平面視した平面図（透視図）であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の要部を拡大して示す要部拡大平面図である。図５において図１および図３と同様の部位には同様の符号を付している。
【００７７】
この構成における断面の要部の一例を図６に示す。なお、図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の多層配線基板５の実施の形態の他の例における要部を示す要部断面図である。図６において図１および図３と同様の部位には同様の符号を付している。
【００７８】
図６（ａ）に示す例において、金属材料９の側面は、平面視で樹脂絶縁層１の中心から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線Ｌと交差する部分のうち前記中心部に近い側に位置する交差部において他の部分よりも大きく湾曲している。この場合には、複数の金属材料９が樹脂接着層８に配置されている多層配線基板５において、金属材料９における熱応力をより緩和することができる。
【００７９】
すなわち、金属材料９において、熱応力がより大きく作用する傾向がある側面の一部（仮想の直線Ｌと交差する中心部に近い側の交差部）が湾曲していることで、熱応力が上下方向（斜め方向）により一層効果的に分散され、緩和効果を高めることができる。したがって、上記構成において、金属材料９と貫通導体３や薄膜配線層２との接続信頼性を効果的に向上させることができる。
【００８０】
また、図６（ｂ）に示すように、平面視で樹脂絶縁層１の中心から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線Ｌと交差する部分のうち前記中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲している場合には、金属材料９のうち凸状に湾曲させる範囲をより小さく抑えながら、金属材料９と薄膜配線層２との界面に働くせん断応力をより効果的に低減することができる。
【００８１】
言い換えれば、上記構成において、金属材料９の、仮想の直線Ｌと交差する部分のうち中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、またはこの部分において他の部分よりも大きい場合には、金属材料９の側面について湾曲させる部分、つまり外側に張り出させる範囲を小さく抑えながら応力を緩和することができるので、金属材料９（および貫通導体３）の高密度化の上で有利である。
【実施例】
【００８２】
（実施例１）
酸化アルミニウム質焼結体からなるセラミック基板の上面に、厚みが約20μｍのエポキシ樹脂からなる樹脂絶縁層と、厚みが約10μｍの銅からなる薄膜配線層とを交互に10層積層するとともに、各樹脂絶縁層に直径が約400μｍの貫通導体を形成して上下の薄膜配線
層を互いに電気的に接続させた多層配線基板を用いて、本発明の多層配線基板における効果を確認した。
【００８３】
樹脂絶縁層のうち上から３〜５層目の上下に連続する３層の樹脂絶縁層にわたって、平面視で互いに重なる位置に貫通導体を形成し、その３層の貫通導体のうち上下方向の中央に位置する１つのもの（上から４層目）を、錫を主成分として95質量％含有し、銀を質量５％含有する金属材料によって形成した。また、他の２つの貫通導体を、銅を主成分とし
て約99質量％含有し、チタンおよびニッケルを含む金属材料で形成した。これらの３層の貫通導体以外の貫通導体も、上記同様の銅を主成分とする金属材料で形成した。
【００８４】
また、比較例として、すべての貫通導体を上記と同様の銅を主成分とする金属材料で形成したこと以外は上記の実施例の多層配線基板と同様にして作製した従来技術による多層配線基板を準備した。
【００８５】
なお、セラミック基板は、酸化アルミニウム質焼結体からなる厚みが１ｍｍの第１セラミック基板の表面および内部にタングステンからなるメタライズ導体で配線導体を形成したものを使用した。
【００８６】
これらの実施例および比較例の多層配線基板について、加速試験として温度サイクル試験を＋125℃〜−55℃の条件で500サイクル行なった後に、貫通導体の内部および貫通導体と薄膜配線層との境界におけるクラックと断線の有無を、複数の貫通導体を直列に接続したデイジーチェーンサンプルを用いて抵抗変動をデジタルマルチメータで測定することによって検査した。抵抗値に変動（抵抗の増加）等の異常が見られた試料については、貫通導体部分の断面を観察してクラック等の有無を確認した。
【００８７】
その結果、実施例の多層配線基板では20%を超える抵抗変動（電気抵抗の増加）および
断線の発生が見られなかったのに対し、比較例の多層配線基板では20個中６個において断線の発生が見られ、20個中９個に20%を超える抵抗変動が見られた。以上のように、本発
明の多層配線基板においては、複数の樹脂絶縁層にわたって、貫通導体が平面視で重なるように形成した場合でも、貫通導体や貫通導体と樹脂絶縁層との界面等に機械的な破壊が生じることを効果的に抑制することが可能であり、小型化が容易で、かつ信頼性が高い多層配線基板を提供することができることが確認できた。
【００８８】
（実施例２）
実施例１において、樹脂絶縁層のうち上から３層目と４層目との間に樹脂接着層を介在させるとともに、錫を主成分として95質量％含有し、銀を質量５％含有する金属材料を樹脂接着層に貫通させて配置し、金属材料を介して、３層目の銅を主成分とする貫通導体と４層目の錫を主成分とする貫通導体とを電気的に接続させ、錫を主成分とする金属材料の側面の一部を凸状に湾曲させた。湾曲の形態は、図４（ａ）に示す例と同様にした。これ以外は実施例１と同様にして実施例２の多層配線基板を準備した。比較例の多層配線基板は実施例１の場合と同様にして準備した。
【００８９】
これらの実施例２および比較例の多層配線基板について、加速試験として温度サイクル試験を＋125℃〜−55℃の条件で1000サイクル行なった後に、貫通導体の内部および貫通
導体と薄膜配線層との境界におけるクラックと断線の有無を、複数の貫通導体を直列に接続したデイジーチェーンサンプルを用いて抵抗変動をデジタルマルチメータで測定することによって検査した。抵抗値に変動（抵抗の増加）等の異常が見られた試料については、貫通導体部分の断面を観察してクラック等の有無を確認した。
【００９０】
その結果、実施例の多層配線基板では20%を超える抵抗変動（電気抵抗の増加）および
断線の発生が見られなかったのに対し、比較例の多層配線基板では20個中11個において断線の発生が見られ、20個中９個に20%を超える抵抗変動が見られた。
【００９１】
言い換えれば、実施例２の多層配線基板においては、樹脂接着層を樹脂絶縁層の間に介在させた（つまり、熱応力が生じやすい）構成において、温度サイクルの回数（つまり、熱応力の作用回数）を増やしても、金属材料と貫通導体との間の接続を確保することができた。
【００９２】
以上のように、金属材料の側面の少なくとも一部を湾曲させることによって、信頼性を向上させる効果を得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００９３】
１・・・樹脂絶縁層
２・・・薄膜配線層
３・・・貫通導体
４・・・薄膜多層部
５・・・多層配線基板
６・・・セラミック基板
７・・・配線導体
８・・・樹脂接着層
９・・・錫を主成分とする金属材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂絶縁層と薄膜配線層とが交互に積層され、上下の前記薄膜配線層が前記樹脂絶縁層を厚み方向に貫通する貫通導体によって互いに電気的に接続されてなる薄膜多層部を有する多層配線基板であって、
前記貫通導体は、上下に連続する複数の前記樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の前記貫通導体のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
上下に連続する３層以上の前記樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に前記貫通導体が形成されており、これらの貫通導体のうちの上下方向の中央部分に位置する前記樹脂絶縁層に形成されているものが錫を主成分とする金属材料からなり、他のものが銅を主成分とする金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記貫通導体のうちの錫を主成分とする金属材料からなるものの一端面が位置する前記樹脂絶縁層の層間において、上下の前記樹脂絶縁層同士が、前記貫通導体に対応した位置に貫通孔を有する樹脂接着層を介して互いに接着されているとともに、上下の前記樹脂絶縁層の前記貫通導体同士が、前記樹脂接着層の前記貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料によって互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記樹脂接着層の前記貫通孔に充填された錫を主成分とする前記金属材料は、側面の少なくとも一部が凸状に湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の多層配線基板。
【請求項５】
複数の前記貫通導体をそれぞれ上下に電気的に接続する前記金属材料が充填された前記貫通孔が前記樹脂接着層に複数個配置されており、前記金属材料の前記側面は、平面視で前記樹脂接着層の中心部から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線と交差する部分のうち前記中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、または該交差部において他の部分よりも大きく凸状に湾曲していることを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板。
【請求項１】
樹脂絶縁層と薄膜配線層とが交互に積層され、上下の前記薄膜配線層が前記樹脂絶縁層を厚み方向に貫通する貫通導体によって互いに電気的に接続されてなる薄膜多層部を有する多層配線基板であって、
前記貫通導体は、上下に連続する複数の前記樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に形成されたものを含んでおり、平面視で重なる複数の前記貫通導体のうちの一部が錫を主成分とする金属材料からなり、他が銅を主成分とする金属材料からなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
上下に連続する３層以上の前記樹脂絶縁層にわたって平面視で互いに重なる位置に前記貫通導体が形成されており、これらの貫通導体のうちの上下方向の中央部分に位置する前記樹脂絶縁層に形成されているものが錫を主成分とする金属材料からなり、他のものが銅を主成分とする金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記貫通導体のうちの錫を主成分とする金属材料からなるものの一端面が位置する前記樹脂絶縁層の層間において、上下の前記樹脂絶縁層同士が、前記貫通導体に対応した位置に貫通孔を有する樹脂接着層を介して互いに接着されているとともに、上下の前記樹脂絶縁層の前記貫通導体同士が、前記樹脂接着層の前記貫通孔内に充填された錫を主成分とする金属材料によって互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記樹脂接着層の前記貫通孔に充填された錫を主成分とする前記金属材料は、側面の少なくとも一部が凸状に湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の多層配線基板。
【請求項５】
複数の前記貫通導体をそれぞれ上下に電気的に接続する前記金属材料が充填された前記貫通孔が前記樹脂接着層に複数個配置されており、前記金属材料の前記側面は、平面視で前記樹脂接着層の中心部から外辺に向かって放射状に伸びる仮想の直線と交差する部分のうち前記中心部に近い側に位置する交差部のみが凸状に湾曲しているか、または該交差部において他の部分よりも大きく凸状に湾曲していることを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２２９４５（Ｐ２０１１−２２２９４５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４０９９２（Ｐ２０１０−２４０９９２）
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【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４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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