複合配線基板の製造方法
【課題】 作業工数を減らし、安価に製造できるとともにボイドを効果的に排出できる寸法精度の高い複合配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 第１のガラスセラミックグリーンシート１１〜１５と、これよりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシート２１〜２４とを作製し、接続端子用パターン４１が上面となるように、ガラスセラミックグリーンシート積層体５を作製し、第２のガラスセラミックグリーンシート２１〜２４の焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高く、接続端子用パターン４１に対応して形成された複数の貫通孔７１を有する中継基板７を作製し、接続端子用パターン４１と複数の貫通孔７１とが重なるように、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面に接合材８を介して中継基板７を積層し、中継基板７が積層されたガラスセラミックグリーンシート積層体５を焼成する。
【解決手段】 第１のガラスセラミックグリーンシート１１〜１５と、これよりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシート２１〜２４とを作製し、接続端子用パターン４１が上面となるように、ガラスセラミックグリーンシート積層体５を作製し、第２のガラスセラミックグリーンシート２１〜２４の焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高く、接続端子用パターン４１に対応して形成された複数の貫通孔７１を有する中継基板７を作製し、接続端子用パターン４１と複数の貫通孔７１とが重なるように、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面に接合材８を介して中継基板７を積層し、中継基板７が積層されたガラスセラミックグリーンシート積層体５を焼成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線基板の一方主面に熱応力を緩和するための中継基板が搭載された寸法精度の高い複合配線基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多層配線基板の寸法精度（主面に形成された端子の間隔の精度）を向上させるために、焼成時の平面方向の収縮を抑制する方法として、第１のガラスセラミックグリーンシートと、第１のガラスセラミック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のガラスセラミックグリーンシートとを用意し、それぞれのガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して貫通導体用ペーストを充填するとともにそれぞれのガラスセラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布し、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製し、ガラスセラミックグリーンシート積層体を第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度で焼成するという方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
このような製造方法によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する際は、焼成収縮を開始していない状態の第２のガラスセラミックグリーンシートによって平面方向の収縮が抑制される。一方、第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する際は、すでに焼成収縮を終了した状態の第１のガラスセラミックグリーンシートによって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積層体の焼成後の状態）の寸法精度（主面に形成された端子の間隔の精度）が高くなる。
【特許文献１】特開２００１−１５８７５号公報
【特許文献２】特許第３３６３２２７号公報
【特許文献３】特開平１０−４１６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この多層配線基板の製造方法によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を終了した後に第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を開始するため、例えば第２のガラスセラミックグリーンシートにホウ素等の高温にてガス化する無機組成物が多く含まれ、ボイドが発生しやすい状態のときに、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生したボイドが第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）によってその行き場を塞がれて外部に排出されず、第１の絶縁層との境界付近に溜まってしまい、絶縁信頼性が低下したり、層間剥離が生じたりするという問題があった。
【０００５】
一方、圧力印加機構を用いてガラスセラミックグリーンシート積層体を上下から加圧しながら焼成することで、ボイドを効果的に排出しつつ、寸法精度のよい多層配線基板を製造する方法が提案されているが（特許文献２を参照）、この方法によれば、加圧焼成用の特別な設備を必要とし、設備コストの点で問題がある。
【０００６】
また、上記方法により得られる多層配線基板とこの多層配線基板が実装されるプリント配線基板との間の熱膨張係数の差が大きい場合には、多層配線基板とプリント配線基板との間に中継基板を設ける方法が知られているが（特許文献３を参照）、この方法によれば、多層配線基板をプリント配線基板に実装するまでの作業工数の低減が図れなかった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、作業工数を減らし、安価に製造できるとともにボイドを効果的に排出できる寸法精度の高い複合配線基板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】
本発明は、プリント配線基板に実装される際に該プリント配線基板と対向する側となる多層配線基板の一方主面に熱応力を緩和するための中継基板が搭載されてなる、前記多層配線基板と前記中継基板とを備えた複合配線基板の製造方法であって、上下に複数積層されてガラスセラミックグリーンシート積層体となる第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミック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のガラスセラミックグリーンシートとを作製する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して該貫通孔の内部に貫通導体用ペーストを充填する工程と、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の最上層に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布して接続端子用パターンを形成するとともに、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の前記最上層以外の層に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートの少なくとも一方の一方主面に内部配線層用パターンを形成するための配線層用導体ペーストを塗布する工程と、前記接続端子用パターンが上面側となるように、前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを複数積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、前記第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高い、前記接続端子用パターンに対応して形成された複数の貫通孔を有する中継基板を作製する工程と、前記接続端子用パターンと前記複数の貫通孔とが重なるように、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に接合材を介して前記中継基板を積層する工程と、前記中継基板が積層された前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を、前記第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度であって前記中継基板が溶融しない温度で焼成する工程とを有することを特徴とする複合配線基板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートとこの第１のガラスセラミック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のガラスセラミックグリーンシートとを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製して焼成するので、平面方向の収縮が抑制され、複合配線基板を構成する多層配線基板の寸法精度を高くすることができる。
【００１０】
また、ガラスセラミックグリーンシート積層体の平面方向の収縮が抑制されることから、第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高い中継基板を、接合材を介してガラスセラミックグリーンシート積層体に積層した状態で焼成しても、多層配線基板から中継基板がとれたり、接合材にクラックが生じたりするおそれは少ない。したがって、ガラスセラミックグリーンシート積層体に中継基板を積層して、中継基板による荷重をかけながら焼成することができ、このようにして焼成することにより、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生し、第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）との境界付近に溜まってしまったボイドを、中央から周縁に向かって押し出すようにして効果的に排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の複合配線基板の製造方法の一実施形態の説明図であり、図２は本発明によって得られた複合配線基板をプリント配線基板に実装したときの状態を示す概略断面図である。
【００１３】
本発明は、プリント配線基板に実装される際にプリント配線基板と対向する側となる多層配線基板の一方主面に熱応力を緩和するための中継基板が搭載されてなる、多層配線基板と中継基板とを備えた複合配線基板の製造方法であって、以下に述べる工程を有する。
【００１４】
まず、上下に複数積層されてガラスセラミックグリーンシート積層体５となる第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５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のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを作製する。
【００１５】
ここで、それぞれのグリーンシートがガラスセラミックグリーンシートであるのは、焼成温度を低くすることができ、後述の貫通導体用ペースト３および配線層用導体ペーストとして銀、銅または金等の低融点で低抵抗の金属を主成分として用いることができ、信号の高速化、高周波化に十分に対応できるからである。
【００１６】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とは、焼成時の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度が異なっていて、具体的には、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度が、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高くなっている。例えば、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に含まれるガラスの軟化点が、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５に含まれるガラスの結晶化点よりも高くなるように調整することで、このように第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度を第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高くすることができる。なお、ここでいう焼成収縮開始温度とは、対象とする材料を単独で焼成した時に、０．５％体積収縮したときの温度をいう。また、焼成収縮終了温度とは、焼成前の状態から焼成終了後の状態までの収縮量に対し９０％以上体積収縮したときの温度をいう。体積収縮はＴＭＡ（熱機械分析）の線収縮から体積収縮に換算して決定される。
【００１７】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４を作製するための原料としては、１０００℃未満の低温で焼成収縮させることができるように、ガラス粉末３０〜１００質量％、セラミック粉末０〜７０質量％の割合で調合したものを用いるのが好ましい。
【００１８】
ガラス粉末としては、ＳｉＯ２を含み、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＭＯ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。これらのガラスとしては、例えば、焼成後にリチウムシリケート、クォーツ、クリストバライト、エンスタタイト、コ−ジェライト、ムライト、アノ−サイト、セルジアン、スピネル、ガ−ナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト、ディオプサイドやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種類析出する結晶性ガラスが挙げられ、セラミック粉末の配合量との関係で、焼成後に結晶を析出しない非結晶性ガラスを用いてもよい。
【００１９】
具体的には、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５に用いられるガラス粉末としては、低温で焼成収縮を開始させるとともに結晶を多く析出させるために、例えばＳｉをＳｉＯ２換算で１〜３０質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で５〜２５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で２５〜６０質量％、ＣａをＣａＯ換算で０〜１０質量％、ＢａをＢａＯ換算で０〜２０質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２５質量％、ＰをＰ２Ｏ５換算で０〜１０質量％、ＳｎをＳｎＯ２換算で０〜１０質量％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０〜３質量％を含むものが挙げられる。
【００２０】
また、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に用いられるガラス粉末としては、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮の終了後に第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を開始するように、例えばＳｉをＳｉＯ２換算で２５〜４５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１０〜２５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１０〜２４質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２０質量％、ＺｎをＺｎＯ換算で５〜２０質量％、およびＣａをＣａＯ換算で０．５〜４質量％を含むものが挙げられる。
【００２１】
また、セラミック粉末としては、クォーツ、クリストバライト等のＳｉＯ２や、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、コージェライト、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア等が用いられる。これらのうち、高強度化、低コスト化等の点でアルミナが、また高熱膨張化の点でクォーツを用いることが好ましい。
【００２２】
上述した原料粉末を所定量秤量し、有機バインダ、有機溶剤、および所望により可塑剤等を加えてスラリーを調製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の周知の成形法によりシート状に成形して、厚さ１０〜５００μｍの第１ガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４をそれぞれ作製する。
【００２３】
次に、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に貫通孔を形成して、この貫通孔の内部に貫通導体用ペースト３を充填する。
【００２４】
また、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の最上層に配置される第１のガラスセラミックグリーンシートまたは第２のガラスセラミックグリーンシート（本例では第１のガラスセラミックグリーンシート１１）の一方主面に配線層用導体ペーストを塗布して接続端子用パターン４１を形成するとともに、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の最上層以外の層に配置される第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の少なくとも一方の一方主面に内部配線層用パターン４２を形成するための配線層用導体ペーストを塗布する。
【００２５】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の少なくとも一方への貫通孔の形成は、パンチング、レーザー、エッチング等の方法などによって行われる。貫通孔に充填する貫通導体用ペースト３は、主成分としての銀粉末、銅粉末、金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、さらに必要に応じて、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機分を含んでいてもよい。充填には、貫通孔に一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。このとき、マスクを通して貫通導体用ペースト３を押し出す方法として、通常のポリウレタン製等の板状（あるいは剣状）のスキージを用いる方法でもよく、ペースト押し出し式のスキージヘッドを用いて、貫通導体用ペースト３を加圧注入する方法でもよい。
【００２６】
また、接続端子用パターン４１または内部配線層用パターン４２を形成するための配線層用導体ペーストの塗布は、スクリーン印刷法などによって行われる。配線層用導体ペーストは、貫通導体用ペースト３と同様に、主成分としての銀粉末、銅粉末、金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、さらに必要に応じて、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機分を含んでいてもよい。なお、ここで用いられる配線層用導体ペーストは、貫通孔内に充填した貫通導体用ペースト３とは、例えば有機溶剤の量を異ならせるなどの手段によって粘度を異ならせてもよい。貫通導体用ペースト３よりも粘度を低くすることで、厚みを薄くすることができ、精度のよいパターンを形成することができる。これに対し、貫通導体用ペースト３は、粘度を高くすることで、充填後に垂れないようにすることができる。さらに、配線層用導体ペーストと貫通導体用ペースト３とは、主成分およびガラス、無機フィラー等の副成分が異なっていてもよい。
【００２７】
なお、貫通導体用ペースト３の充填および配線層用導体ペーストの塗布がなされた後、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３は６０〜１００℃で０．５〜３時間程度かけて乾燥される。
【００２８】
次に、接続端子用パターン４１が上面側となるように、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを複数積層してガラスセラミックグリーンシート積層体５を作製する。
【００２９】
積層には、積み重ねられた第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に熱と圧力とを加えて熱圧着する方法、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等からなる接着剤をシート間に塗布する方法等が採用できる。なお、互いのガラスセラミックグリーンシートによる焼成収縮抑制効果の点では、図１に示すように、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とが交互に積層された構成が望ましいが、この形態に限らず、例えば、第１のガラスセラミックグリーンシート１１〜１４が２層または３層連続して重なるように積層してもよい。また、図１に示す第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとの配置を入れ替えて、表層に第２のガラスセラミックグリーンシートを配置するようにしてもよく、この場合にも同様のボイド排出効果が得られる。
【００３０】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを複数組み合わせて積層することで、焼成収縮開始温度の低い第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５が焼成収縮する際は、未焼成収縮状態にある第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４によって平面方向の収縮が抑制され、焼成収縮開始温度の高い第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮する際は、すでに焼成収縮を終了した状態にある第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５によって平面方向の収縮が抑制される。これにより、複合配線基板を構成する多層配線基板５０（ガラスセラミックグリーンシート積層体５の焼成後の状態）の寸法精度が高くなる。ここで、寸法精度が高いとは主面に形成された端子の間隔が精度よく形成されていることをいう。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。
【００３１】
次に、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高い、接続端子用パターン４１に対応して形成された複数の貫通孔７１を有する中継基板７を作製する。
【００３２】
中継基板７とは、図２に示すように、ガラスセラミックグリーンシート積層体５が焼成してなる多層配線基板５０と、これが実装されるプリント配線基板９との間の熱膨張係数差によって生じる熱応力を緩和するためのものであって、この中継基板７を設けることによって実装高さ（半田の高さ）をかせぐことができ、半田にかかる熱応力を分散・低減することが可能となり、クラックを抑制し、優れた実装信頼性を得ることができる。
【００３３】
中継基板７がない場合は、球状の半田か柱状の半田を用いることが考えられる。しかし、球状の半田を用いた場合は、接続端子の大きさにより半田の直径が制約されるため、高さを大きくすることができない。また、柱状の半田を用いた場合は、高さを大きくすることは可能であるが、半田を接続端子に接続させる際に半田が倒れやすいため、実装方法が煩雑になる。
【００３４】
中継基板７は、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面側に形成された接続端子用パターン４１に対応して形成された複数の貫通孔７１を有している。そして、少なくとも貫通孔７１の内壁が電気絶縁体となっている。多層配線基板５０の接続端子４１０（焼成後の接続端子用パターン４１）とプリント配線基板９の接続パッド９１とを半田で電気的に接続するためである。なお、貫通孔７１はガラスセラミック積層体５に形成された接続端子用パターン４１と同一形状（同一径）であるのが好ましい。
【００３５】
また、中継基板７は、後述の焼成温度に耐えうるように、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を終了する温度では溶融しないような材料で形成されたものである。このような中継基板７の形成材料としては、アルミナ、ムライト、コージェライト、フォルステライトなどのセラミック材料、あるいはＣｕ、Ｆｅ、Ｃｕ−Ｗの金属材料に設けられた貫通孔７１の内壁にガラスやセラミックペーストを塗布して絶縁処理が施されたものが挙げられる。
【００３６】
次に、接続端子用パターン４１と複数の貫通孔７１とが重なるように、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面に接合材８を介して中継基板７を積層する。
【００３７】
接合材８としては、主成分としての軟化点が６００〜８００℃のガラス粉末とアルミナ・シリカ・フォルステライトなどのセラミックフィラーなどに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものからなるペーストを用いることができる。
【００３８】
最後に、中継基板７が積層されたガラスセラミックグリーンシート積層体５を、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮する温度であって中継基板７が溶融しない温度で焼成して、複合配線基板を得る。
【００３９】
具体的には、ガラスセラミックグリーンシート積層体５を十分に焼結させるとともに過焼結を防止する点から、最高温度を８００〜１０００℃、特に８５０〜９５０℃とする。また、焼成にあたっては、最高温度に到達するまで徐々に昇温するか、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度未満の温度で一旦炉内温度を保持するなどの温度管理がなされる。また、焼成雰囲気としては、貫通導体用ペースト３や配線層用導体ペーストの主成分に応じて適宜決定され、例えば銀粉末を主成分とする場合には大気雰囲気とするのがよく、銅粉末を主成分とする場合には非酸化性雰囲気とするのがよい。なお、焼成に先立って、ガラスセラミックグリーンシート積層体５を４００〜７５０℃で加熱処理して、ガラスセラミックグリーンシート積層体５中の有機成分を分解除去する。
【００４０】
ここで、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の平面方向の収縮が抑制されることから、中継基板７をガラスセラミックグリーンシート積層体５に接合材を介して積層した状態で焼成しても、多層配線基板から中継基板がとれたり、接合材にクラックが生じたりするおそれは少ない。したがって、このようにして焼成することにより、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生し、第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）によってその行き場を塞がれてしまったボイドを効果的に排出することができる。また、中継基板７に複数の貫通孔７１が形成されていることで通気孔の役割を果たし、第１のガラスセラミックグリーンシート１１からも効果的にボイドが排出される。
【００４１】
このようにして得られた複合配線基板は、図２に示すように、半田６によってプリント配線基板９に実装される。
【００４２】
具体的には、多層配線基板５０の下面に形成された接続端子４１０とプリント配線基板９の上面に形成された接続パッド９１とを半田６で接合して実装される。
【００４３】
ここで、中継基板７の貫通孔７１への半田注入には、ペースト状の半田を、ディスペンサーを用いて注入する方法、複数の半田ボールを投入する方法あるいは柱状の半田を貫通孔７１に挿入する方法などが挙げられる。半田の種類としては、鉛系共晶半田、鉛系高温半田のほかに、環境保護の観点から鉛フリー半田を用いてもよい。
【００４４】
なお、図示はしていないが、多層配線基板５０の中継基板７が積層されていない側の面（図２に示す上面）には、半導体素子やチップコンデンサーなどの電子部品を実装することができる。
【実施例】
【００４５】
第１のガラスセラミックグリーンシートの原料粉末として、クォーツ粉末１５質量％とガラス粉末８５質量％とを用いた。ガラス粉末の組成は、ＳｉをＳｉＯ２換算で１５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で２質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で４０質量％、ＣａをＣａＯ換算で１質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で２０質量％、ＺｎをＺｎＯ換算で１質量％、ＴｉをＴｉＯ２換算で０．５質量％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０．５質量％、ＬｉをＬｉ２Ｏ換算で５質量％としたものである。
【００４６】
一方、第２のガラスセラミックグリーンシートの原料粉末として、クォーツ粉末４５質量％とガラス粉末５５質量％とを用いた。ガラス粉末の組成は、ＳｉをＳｉＯ２換算で５０質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で２０質量％、ＣａをＣａＯ換算で２４質量％、ＢａをＢａＯ換算で０．５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で０．３質量％、ＬｉをＬｉ２Ｏ換算で０．２質量％としたものである。
【００４７】
そして、それぞれの原料粉末に、有機バインダとしてアクリルバインダー、有機溶剤としてトルエンを添加してなるスラリーを調製し、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に厚さ１０μｍの第１のガラスセラミックグリーンシートを作製するとともに、ＰＥＴフィルム上に厚さ１００μｍの第２のガラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００４８】
その後、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを重ね合わせた後、ＰＥＴフィルムを剥いで、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとからなる複合ガラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００４９】
第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートにパンチングで貫通孔を形成し、その貫通孔内に貫通導体用ペーストを充填するとともに、主面に配線層用導体ペーストと接続端子用導体ペーストをスクリーン印刷で塗布した。ここで、貫通導体用ペースト、配線層用導体ペーストおよび接続端子用導体ペーストの形成材料として、Ｃｕ粉末に、有機バインダとしてエチルセルロース、有機溶剤として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を添加してなるペーストを用いた。接続端子は、１つの直径が０．６ｍｍであり、これが１ｍｍ間隔で４８列×４８列の２３０４個で構成されている。
【００５０】
そして、第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートを組み合わせて、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとが交互に積層され、第１のガラスセラミックグリーンシートが最外層に配置されるようにして、第１のガラスセラミックグリーンシートが３１層、第２のガラスセラミックグリーンシートが３０層積層され、平面形状が５ｃｍ角のガラスセラミックグリーンシート積層体を作製した。
【００５１】
次に、ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に、１つの直径が０．６ｍｍであり、これが１ｍｍ間隔で４８列×４８列の２３０４個で構成された貫通孔を有するアルミナ製の中継基板（５ｃｍ角で厚み０．５ｍｍ）を、軟化点が７６０℃のガラス粉末７０質量％およびシリカ粉末３０質量％を１００質量部として、これに固形比率が３０％（残部はテルピネオール）のアクリルバインダー３０質量部添加してなるペーストを接合材として積層した。
【００５２】
そして、上面に中継基板を積層したガラスセラミックグリーンシート積層体と上面に中継基板を積層していないガラスセラミックグリーンシート積層体とを、窒素雰囲気で、７００℃にて２時間保持して脱バインダ処理を行った後、焼成最高温度９００℃にて焼成を行った。
【００５３】
得られたそれぞれのサンプルについて、断面を研磨し、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて１０００倍のＳＥＭ写真を撮影し、画像解析装置を用いて、上から２番目の第２絶縁層（第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成後の状態）の上から２番目の第１絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成後の状態）との境界付近（第１絶縁層との界面から２０μｍの領域）におけるボイド率を測定した。
【００５４】
その結果、中継基板を積層していない多層配線基板のボイド率が２０％であったのに対し、本発明により得られた複合配線基板（中継基板を積層した多層配線基板）のボイド率が１０％であり、本発明によれば効果的にボイドを排出できることを確認した。
【００５５】
また、中継基板を積層していない多層配線基板と本発明により得られた複合配線基板（中継基板を積層した多層配線基板）を、それぞれ共晶半田によりプリント配線基板に実装（評価数＝２０）し、０−１００℃の温度サイクル試験を実施した結果、中継基板を積層していない多層配線基板では、１５００サイクルで初期故障が始まり、最後の故障は４０００サイクル、平均故障時間は３１００サイクルであったのに対して、本発明により得られた複合配線基板（中継基板を積層した多層配線基板）では、初期故障が３５００サイクル、最終故障が９０００サイクル、平均故障時間は７２００サイクルと大幅に実装信頼性が向上されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の複合配線基板の製造方法の一実施形態の説明図である。
【図２】本発明によって得られた複合配線基板をプリント配線基板に実装したときの状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１１、１２、１３、１４、１５・・・第１のガラスセラミックグリーンシート
２１、２２、２３、２４・・・第２のガラスセラミックグリーンシート
３・・・貫通導体用ペースト
４１・・・接続端子用パターン
４１０・・・接続端子
４２・・・内部配線層用パターン
５・・・ガラスセラミックグリーンシート積層体
５０・・・多層配線基板
６・・・半田
７・・・中継基板
７１・・・貫通孔
８・・・接合材
９・・・プリント配線基板
９１・・・接続パッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線基板の一方主面に熱応力を緩和するための中継基板が搭載された寸法精度の高い複合配線基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多層配線基板の寸法精度（主面に形成された端子の間隔の精度）を向上させるために、焼成時の平面方向の収縮を抑制する方法として、第１のガラスセラミックグリーンシートと、第１のガラスセラミック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のガラスセラミックグリーンシートとを用意し、それぞれのガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して貫通導体用ペーストを充填するとともにそれぞれのガラスセラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布し、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製し、ガラスセラミックグリーンシート積層体を第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度で焼成するという方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
このような製造方法によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する際は、焼成収縮を開始していない状態の第２のガラスセラミックグリーンシートによって平面方向の収縮が抑制される。一方、第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する際は、すでに焼成収縮を終了した状態の第１のガラスセラミックグリーンシートによって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積層体の焼成後の状態）の寸法精度（主面に形成された端子の間隔の精度）が高くなる。
【特許文献１】特開２００１−１５８７５号公報
【特許文献２】特許第３３６３２２７号公報
【特許文献３】特開平１０−４１６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この多層配線基板の製造方法によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を終了した後に第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を開始するため、例えば第２のガラスセラミックグリーンシートにホウ素等の高温にてガス化する無機組成物が多く含まれ、ボイドが発生しやすい状態のときに、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生したボイドが第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）によってその行き場を塞がれて外部に排出されず、第１の絶縁層との境界付近に溜まってしまい、絶縁信頼性が低下したり、層間剥離が生じたりするという問題があった。
【０００５】
一方、圧力印加機構を用いてガラスセラミックグリーンシート積層体を上下から加圧しながら焼成することで、ボイドを効果的に排出しつつ、寸法精度のよい多層配線基板を製造する方法が提案されているが（特許文献２を参照）、この方法によれば、加圧焼成用の特別な設備を必要とし、設備コストの点で問題がある。
【０００６】
また、上記方法により得られる多層配線基板とこの多層配線基板が実装されるプリント配線基板との間の熱膨張係数の差が大きい場合には、多層配線基板とプリント配線基板との間に中継基板を設ける方法が知られているが（特許文献３を参照）、この方法によれば、多層配線基板をプリント配線基板に実装するまでの作業工数の低減が図れなかった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、作業工数を減らし、安価に製造できるとともにボイドを効果的に排出できる寸法精度の高い複合配線基板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】
本発明は、プリント配線基板に実装される際に該プリント配線基板と対向する側となる多層配線基板の一方主面に熱応力を緩和するための中継基板が搭載されてなる、前記多層配線基板と前記中継基板とを備えた複合配線基板の製造方法であって、上下に複数積層されてガラスセラミックグリーンシート積層体となる第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミック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のガラスセラミックグリーンシートとを作製する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して該貫通孔の内部に貫通導体用ペーストを充填する工程と、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の最上層に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布して接続端子用パターンを形成するとともに、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の前記最上層以外の層に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートの少なくとも一方の一方主面に内部配線層用パターンを形成するための配線層用導体ペーストを塗布する工程と、前記接続端子用パターンが上面側となるように、前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを複数積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、前記第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高い、前記接続端子用パターンに対応して形成された複数の貫通孔を有する中継基板を作製する工程と、前記接続端子用パターンと前記複数の貫通孔とが重なるように、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に接合材を介して前記中継基板を積層する工程と、前記中継基板が積層された前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を、前記第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度であって前記中継基板が溶融しない温度で焼成する工程とを有することを特徴とする複合配線基板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートとこの第１のガラスセラミック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のガラスセラミックグリーンシートとを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製して焼成するので、平面方向の収縮が抑制され、複合配線基板を構成する多層配線基板の寸法精度を高くすることができる。
【００１０】
また、ガラスセラミックグリーンシート積層体の平面方向の収縮が抑制されることから、第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高い中継基板を、接合材を介してガラスセラミックグリーンシート積層体に積層した状態で焼成しても、多層配線基板から中継基板がとれたり、接合材にクラックが生じたりするおそれは少ない。したがって、ガラスセラミックグリーンシート積層体に中継基板を積層して、中継基板による荷重をかけながら焼成することができ、このようにして焼成することにより、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生し、第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）との境界付近に溜まってしまったボイドを、中央から周縁に向かって押し出すようにして効果的に排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の複合配線基板の製造方法の一実施形態の説明図であり、図２は本発明によって得られた複合配線基板をプリント配線基板に実装したときの状態を示す概略断面図である。
【００１３】
本発明は、プリント配線基板に実装される際にプリント配線基板と対向する側となる多層配線基板の一方主面に熱応力を緩和するための中継基板が搭載されてなる、多層配線基板と中継基板とを備えた複合配線基板の製造方法であって、以下に述べる工程を有する。
【００１４】
まず、上下に複数積層されてガラスセラミックグリーンシート積層体５となる第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５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のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを作製する。
【００１５】
ここで、それぞれのグリーンシートがガラスセラミックグリーンシートであるのは、焼成温度を低くすることができ、後述の貫通導体用ペースト３および配線層用導体ペーストとして銀、銅または金等の低融点で低抵抗の金属を主成分として用いることができ、信号の高速化、高周波化に十分に対応できるからである。
【００１６】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とは、焼成時の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度が異なっていて、具体的には、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度が、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高くなっている。例えば、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に含まれるガラスの軟化点が、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５に含まれるガラスの結晶化点よりも高くなるように調整することで、このように第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度を第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高くすることができる。なお、ここでいう焼成収縮開始温度とは、対象とする材料を単独で焼成した時に、０．５％体積収縮したときの温度をいう。また、焼成収縮終了温度とは、焼成前の状態から焼成終了後の状態までの収縮量に対し９０％以上体積収縮したときの温度をいう。体積収縮はＴＭＡ（熱機械分析）の線収縮から体積収縮に換算して決定される。
【００１７】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４を作製するための原料としては、１０００℃未満の低温で焼成収縮させることができるように、ガラス粉末３０〜１００質量％、セラミック粉末０〜７０質量％の割合で調合したものを用いるのが好ましい。
【００１８】
ガラス粉末としては、ＳｉＯ２を含み、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＭＯ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。これらのガラスとしては、例えば、焼成後にリチウムシリケート、クォーツ、クリストバライト、エンスタタイト、コ−ジェライト、ムライト、アノ−サイト、セルジアン、スピネル、ガ−ナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト、ディオプサイドやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種類析出する結晶性ガラスが挙げられ、セラミック粉末の配合量との関係で、焼成後に結晶を析出しない非結晶性ガラスを用いてもよい。
【００１９】
具体的には、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５に用いられるガラス粉末としては、低温で焼成収縮を開始させるとともに結晶を多く析出させるために、例えばＳｉをＳｉＯ２換算で１〜３０質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で５〜２５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で２５〜６０質量％、ＣａをＣａＯ換算で０〜１０質量％、ＢａをＢａＯ換算で０〜２０質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２５質量％、ＰをＰ２Ｏ５換算で０〜１０質量％、ＳｎをＳｎＯ２換算で０〜１０質量％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０〜３質量％を含むものが挙げられる。
【００２０】
また、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に用いられるガラス粉末としては、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮の終了後に第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を開始するように、例えばＳｉをＳｉＯ２換算で２５〜４５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１０〜２５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１０〜２４質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２０質量％、ＺｎをＺｎＯ換算で５〜２０質量％、およびＣａをＣａＯ換算で０．５〜４質量％を含むものが挙げられる。
【００２１】
また、セラミック粉末としては、クォーツ、クリストバライト等のＳｉＯ２や、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、コージェライト、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア等が用いられる。これらのうち、高強度化、低コスト化等の点でアルミナが、また高熱膨張化の点でクォーツを用いることが好ましい。
【００２２】
上述した原料粉末を所定量秤量し、有機バインダ、有機溶剤、および所望により可塑剤等を加えてスラリーを調製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の周知の成形法によりシート状に成形して、厚さ１０〜５００μｍの第１ガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４をそれぞれ作製する。
【００２３】
次に、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に貫通孔を形成して、この貫通孔の内部に貫通導体用ペースト３を充填する。
【００２４】
また、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の最上層に配置される第１のガラスセラミックグリーンシートまたは第２のガラスセラミックグリーンシート（本例では第１のガラスセラミックグリーンシート１１）の一方主面に配線層用導体ペーストを塗布して接続端子用パターン４１を形成するとともに、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の最上層以外の層に配置される第１のガラスセラミックグリーンシート１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の少なくとも一方の一方主面に内部配線層用パターン４２を形成するための配線層用導体ペーストを塗布する。
【００２５】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の少なくとも一方への貫通孔の形成は、パンチング、レーザー、エッチング等の方法などによって行われる。貫通孔に充填する貫通導体用ペースト３は、主成分としての銀粉末、銅粉末、金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、さらに必要に応じて、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機分を含んでいてもよい。充填には、貫通孔に一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。このとき、マスクを通して貫通導体用ペースト３を押し出す方法として、通常のポリウレタン製等の板状（あるいは剣状）のスキージを用いる方法でもよく、ペースト押し出し式のスキージヘッドを用いて、貫通導体用ペースト３を加圧注入する方法でもよい。
【００２６】
また、接続端子用パターン４１または内部配線層用パターン４２を形成するための配線層用導体ペーストの塗布は、スクリーン印刷法などによって行われる。配線層用導体ペーストは、貫通導体用ペースト３と同様に、主成分としての銀粉末、銅粉末、金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、さらに必要に応じて、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機分を含んでいてもよい。なお、ここで用いられる配線層用導体ペーストは、貫通孔内に充填した貫通導体用ペースト３とは、例えば有機溶剤の量を異ならせるなどの手段によって粘度を異ならせてもよい。貫通導体用ペースト３よりも粘度を低くすることで、厚みを薄くすることができ、精度のよいパターンを形成することができる。これに対し、貫通導体用ペースト３は、粘度を高くすることで、充填後に垂れないようにすることができる。さらに、配線層用導体ペーストと貫通導体用ペースト３とは、主成分およびガラス、無機フィラー等の副成分が異なっていてもよい。
【００２７】
なお、貫通導体用ペースト３の充填および配線層用導体ペーストの塗布がなされた後、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３は６０〜１００℃で０．５〜３時間程度かけて乾燥される。
【００２８】
次に、接続端子用パターン４１が上面側となるように、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを複数積層してガラスセラミックグリーンシート積層体５を作製する。
【００２９】
積層には、積み重ねられた第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に熱と圧力とを加えて熱圧着する方法、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等からなる接着剤をシート間に塗布する方法等が採用できる。なお、互いのガラスセラミックグリーンシートによる焼成収縮抑制効果の点では、図１に示すように、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とが交互に積層された構成が望ましいが、この形態に限らず、例えば、第１のガラスセラミックグリーンシート１１〜１４が２層または３層連続して重なるように積層してもよい。また、図１に示す第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとの配置を入れ替えて、表層に第２のガラスセラミックグリーンシートを配置するようにしてもよく、この場合にも同様のボイド排出効果が得られる。
【００３０】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを複数組み合わせて積層することで、焼成収縮開始温度の低い第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５が焼成収縮する際は、未焼成収縮状態にある第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４によって平面方向の収縮が抑制され、焼成収縮開始温度の高い第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮する際は、すでに焼成収縮を終了した状態にある第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５によって平面方向の収縮が抑制される。これにより、複合配線基板を構成する多層配線基板５０（ガラスセラミックグリーンシート積層体５の焼成後の状態）の寸法精度が高くなる。ここで、寸法精度が高いとは主面に形成された端子の間隔が精度よく形成されていることをいう。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。
【００３１】
次に、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高い、接続端子用パターン４１に対応して形成された複数の貫通孔７１を有する中継基板７を作製する。
【００３２】
中継基板７とは、図２に示すように、ガラスセラミックグリーンシート積層体５が焼成してなる多層配線基板５０と、これが実装されるプリント配線基板９との間の熱膨張係数差によって生じる熱応力を緩和するためのものであって、この中継基板７を設けることによって実装高さ（半田の高さ）をかせぐことができ、半田にかかる熱応力を分散・低減することが可能となり、クラックを抑制し、優れた実装信頼性を得ることができる。
【００３３】
中継基板７がない場合は、球状の半田か柱状の半田を用いることが考えられる。しかし、球状の半田を用いた場合は、接続端子の大きさにより半田の直径が制約されるため、高さを大きくすることができない。また、柱状の半田を用いた場合は、高さを大きくすることは可能であるが、半田を接続端子に接続させる際に半田が倒れやすいため、実装方法が煩雑になる。
【００３４】
中継基板７は、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面側に形成された接続端子用パターン４１に対応して形成された複数の貫通孔７１を有している。そして、少なくとも貫通孔７１の内壁が電気絶縁体となっている。多層配線基板５０の接続端子４１０（焼成後の接続端子用パターン４１）とプリント配線基板９の接続パッド９１とを半田で電気的に接続するためである。なお、貫通孔７１はガラスセラミック積層体５に形成された接続端子用パターン４１と同一形状（同一径）であるのが好ましい。
【００３５】
また、中継基板７は、後述の焼成温度に耐えうるように、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を終了する温度では溶融しないような材料で形成されたものである。このような中継基板７の形成材料としては、アルミナ、ムライト、コージェライト、フォルステライトなどのセラミック材料、あるいはＣｕ、Ｆｅ、Ｃｕ−Ｗの金属材料に設けられた貫通孔７１の内壁にガラスやセラミックペーストを塗布して絶縁処理が施されたものが挙げられる。
【００３６】
次に、接続端子用パターン４１と複数の貫通孔７１とが重なるように、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面に接合材８を介して中継基板７を積層する。
【００３７】
接合材８としては、主成分としての軟化点が６００〜８００℃のガラス粉末とアルミナ・シリカ・フォルステライトなどのセラミックフィラーなどに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものからなるペーストを用いることができる。
【００３８】
最後に、中継基板７が積層されたガラスセラミックグリーンシート積層体５を、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮する温度であって中継基板７が溶融しない温度で焼成して、複合配線基板を得る。
【００３９】
具体的には、ガラスセラミックグリーンシート積層体５を十分に焼結させるとともに過焼結を防止する点から、最高温度を８００〜１０００℃、特に８５０〜９５０℃とする。また、焼成にあたっては、最高温度に到達するまで徐々に昇温するか、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度未満の温度で一旦炉内温度を保持するなどの温度管理がなされる。また、焼成雰囲気としては、貫通導体用ペースト３や配線層用導体ペーストの主成分に応じて適宜決定され、例えば銀粉末を主成分とする場合には大気雰囲気とするのがよく、銅粉末を主成分とする場合には非酸化性雰囲気とするのがよい。なお、焼成に先立って、ガラスセラミックグリーンシート積層体５を４００〜７５０℃で加熱処理して、ガラスセラミックグリーンシート積層体５中の有機成分を分解除去する。
【００４０】
ここで、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の平面方向の収縮が抑制されることから、中継基板７をガラスセラミックグリーンシート積層体５に接合材を介して積層した状態で焼成しても、多層配線基板から中継基板がとれたり、接合材にクラックが生じたりするおそれは少ない。したがって、このようにして焼成することにより、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生し、第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）によってその行き場を塞がれてしまったボイドを効果的に排出することができる。また、中継基板７に複数の貫通孔７１が形成されていることで通気孔の役割を果たし、第１のガラスセラミックグリーンシート１１からも効果的にボイドが排出される。
【００４１】
このようにして得られた複合配線基板は、図２に示すように、半田６によってプリント配線基板９に実装される。
【００４２】
具体的には、多層配線基板５０の下面に形成された接続端子４１０とプリント配線基板９の上面に形成された接続パッド９１とを半田６で接合して実装される。
【００４３】
ここで、中継基板７の貫通孔７１への半田注入には、ペースト状の半田を、ディスペンサーを用いて注入する方法、複数の半田ボールを投入する方法あるいは柱状の半田を貫通孔７１に挿入する方法などが挙げられる。半田の種類としては、鉛系共晶半田、鉛系高温半田のほかに、環境保護の観点から鉛フリー半田を用いてもよい。
【００４４】
なお、図示はしていないが、多層配線基板５０の中継基板７が積層されていない側の面（図２に示す上面）には、半導体素子やチップコンデンサーなどの電子部品を実装することができる。
【実施例】
【００４５】
第１のガラスセラミックグリーンシートの原料粉末として、クォーツ粉末１５質量％とガラス粉末８５質量％とを用いた。ガラス粉末の組成は、ＳｉをＳｉＯ２換算で１５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で２質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で４０質量％、ＣａをＣａＯ換算で１質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で２０質量％、ＺｎをＺｎＯ換算で１質量％、ＴｉをＴｉＯ２換算で０．５質量％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０．５質量％、ＬｉをＬｉ２Ｏ換算で５質量％としたものである。
【００４６】
一方、第２のガラスセラミックグリーンシートの原料粉末として、クォーツ粉末４５質量％とガラス粉末５５質量％とを用いた。ガラス粉末の組成は、ＳｉをＳｉＯ２換算で５０質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で２０質量％、ＣａをＣａＯ換算で２４質量％、ＢａをＢａＯ換算で０．５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で０．３質量％、ＬｉをＬｉ２Ｏ換算で０．２質量％としたものである。
【００４７】
そして、それぞれの原料粉末に、有機バインダとしてアクリルバインダー、有機溶剤としてトルエンを添加してなるスラリーを調製し、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に厚さ１０μｍの第１のガラスセラミックグリーンシートを作製するとともに、ＰＥＴフィルム上に厚さ１００μｍの第２のガラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００４８】
その後、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを重ね合わせた後、ＰＥＴフィルムを剥いで、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとからなる複合ガラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００４９】
第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートにパンチングで貫通孔を形成し、その貫通孔内に貫通導体用ペーストを充填するとともに、主面に配線層用導体ペーストと接続端子用導体ペーストをスクリーン印刷で塗布した。ここで、貫通導体用ペースト、配線層用導体ペーストおよび接続端子用導体ペーストの形成材料として、Ｃｕ粉末に、有機バインダとしてエチルセルロース、有機溶剤として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を添加してなるペーストを用いた。接続端子は、１つの直径が０．６ｍｍであり、これが１ｍｍ間隔で４８列×４８列の２３０４個で構成されている。
【００５０】
そして、第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートを組み合わせて、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとが交互に積層され、第１のガラスセラミックグリーンシートが最外層に配置されるようにして、第１のガラスセラミックグリーンシートが３１層、第２のガラスセラミックグリーンシートが３０層積層され、平面形状が５ｃｍ角のガラスセラミックグリーンシート積層体を作製した。
【００５１】
次に、ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に、１つの直径が０．６ｍｍであり、これが１ｍｍ間隔で４８列×４８列の２３０４個で構成された貫通孔を有するアルミナ製の中継基板（５ｃｍ角で厚み０．５ｍｍ）を、軟化点が７６０℃のガラス粉末７０質量％およびシリカ粉末３０質量％を１００質量部として、これに固形比率が３０％（残部はテルピネオール）のアクリルバインダー３０質量部添加してなるペーストを接合材として積層した。
【００５２】
そして、上面に中継基板を積層したガラスセラミックグリーンシート積層体と上面に中継基板を積層していないガラスセラミックグリーンシート積層体とを、窒素雰囲気で、７００℃にて２時間保持して脱バインダ処理を行った後、焼成最高温度９００℃にて焼成を行った。
【００５３】
得られたそれぞれのサンプルについて、断面を研磨し、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて１０００倍のＳＥＭ写真を撮影し、画像解析装置を用いて、上から２番目の第２絶縁層（第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成後の状態）の上から２番目の第１絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成後の状態）との境界付近（第１絶縁層との界面から２０μｍの領域）におけるボイド率を測定した。
【００５４】
その結果、中継基板を積層していない多層配線基板のボイド率が２０％であったのに対し、本発明により得られた複合配線基板（中継基板を積層した多層配線基板）のボイド率が１０％であり、本発明によれば効果的にボイドを排出できることを確認した。
【００５５】
また、中継基板を積層していない多層配線基板と本発明により得られた複合配線基板（中継基板を積層した多層配線基板）を、それぞれ共晶半田によりプリント配線基板に実装（評価数＝２０）し、０−１００℃の温度サイクル試験を実施した結果、中継基板を積層していない多層配線基板では、１５００サイクルで初期故障が始まり、最後の故障は４０００サイクル、平均故障時間は３１００サイクルであったのに対して、本発明により得られた複合配線基板（中継基板を積層した多層配線基板）では、初期故障が３５００サイクル、最終故障が９０００サイクル、平均故障時間は７２００サイクルと大幅に実装信頼性が向上されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の複合配線基板の製造方法の一実施形態の説明図である。
【図２】本発明によって得られた複合配線基板をプリント配線基板に実装したときの状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１１、１２、１３、１４、１５・・・第１のガラスセラミックグリーンシート
２１、２２、２３、２４・・・第２のガラスセラミックグリーンシート
３・・・貫通導体用ペースト
４１・・・接続端子用パターン
４１０・・・接続端子
４２・・・内部配線層用パターン
５・・・ガラスセラミックグリーンシート積層体
５０・・・多層配線基板
６・・・半田
７・・・中継基板
７１・・・貫通孔
８・・・接合材
９・・・プリント配線基板
９１・・・接続パッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線基板に実装される際に該プリント配線基板と対向する側となる多層配線基板の一方主面に熱応力を緩和するための中継基板が搭載されてなる、前記多層配線基板と前記中継基板とを備えた複合配線基板の製造方法であって、
上下に複数積層されてガラスセラミックグリーンシート積層体となる第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミック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のガラスセラミックグリーンシートとを作製する工程と、
前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して該貫通孔の内部に貫通導体用ペーストを充填する工程と、
前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の最上層に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布して接続端子用パターンを形成するとともに、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の前記最上層以外の層に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートの少なくとも一方の一方主面に内部配線層用パターンを形成するための配線層用導体ペーストを塗布する工程と、
前記接続端子用パターンが上面側となるように、前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを複数積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、
前記第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高い、前記接続端子用パターンに対応して形成された複数の貫通孔を有する中継基板を作製する工程と、
前記接続端子用パターンと前記複数の貫通孔とが重なるように、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に接合材を介して前記中継基板を積層する工程と、
前記中継基板が積層された前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を、前記第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度であって前記中継基板が溶融しない温度で焼成する工程と
を有することを特徴とする複合配線基板の製造方法。
【請求項１】
プリント配線基板に実装される際に該プリント配線基板と対向する側となる多層配線基板の一方主面に熱応力を緩和するための中継基板が搭載されてなる、前記多層配線基板と前記中継基板とを備えた複合配線基板の製造方法であって、
上下に複数積層されてガラスセラミックグリーンシート積層体となる第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミック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のガラスセラミックグリーンシートとを作製する工程と、
前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して該貫通孔の内部に貫通導体用ペーストを充填する工程と、
前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の最上層に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布して接続端子用パターンを形成するとともに、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の前記最上層以外の層に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートの少なくとも一方の一方主面に内部配線層用パターンを形成するための配線層用導体ペーストを塗布する工程と、
前記接続端子用パターンが上面側となるように、前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを複数積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、
前記第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高い、前記接続端子用パターンに対応して形成された複数の貫通孔を有する中継基板を作製する工程と、
前記接続端子用パターンと前記複数の貫通孔とが重なるように、前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に接合材を介して前記中継基板を積層する工程と、
前記中継基板が積層された前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を、前記第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度であって前記中継基板が溶融しない温度で焼成する工程と
を有することを特徴とする複合配線基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１２９６５０（Ｐ２０１０−１２９６５０Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３００７３２（Ｐ２００８−３００７３２）
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【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６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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