配線基板およびその製造方法
【課題】微細な配線回路層において、ショート断線が無く、絶縁基板との接着性、電気特性に優れた配線基板を提供することを目的とする。
【解決手段】ガラスセラミックスからなる絶縁基板３と、該絶縁基板３の表面及び内部の少なくとも一方に配設された配線回路５とを具備する配線基板１であって、前記配線回路５は、焼結金属５ｂと該焼結金属５ｂの両側面に沿って配置された金属箔５ａとが一体化したものからなることを特徴とする。
【解決手段】ガラスセラミックスからなる絶縁基板３と、該絶縁基板３の表面及び内部の少なくとも一方に配設された配線回路５とを具備する配線基板１であって、前記配線回路５は、焼結金属５ｂと該焼結金属５ｂの両側面に沿って配置された金属箔５ａとが一体化したものからなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信機や半導体素子収納用パッケージなどに適した配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや、各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される配線基板においては、近年、Ｃｕ、Ａｇ等の低抵抗の金属を主成分とした配線回路を絶縁基板と同時焼成して使用するために、１０５０℃程度以下の低温で焼結が可能であるガラスセラミック材料からなる絶縁基板が用いられている。
【０００３】
このようなガラスセラミック配線基板は、いわゆるグリーンシート法と呼ばれる製造方法により製造されている。このグリーンシート法では、まず、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有するスラリーをドクターブレード法などによってシート状に成形しグリーンシートを作製する。次に、このグリーンシートにＮＣパンチや金型などで貫通孔を形成し、前記貫通孔に導体ペーストを充填してビアホール導体を形成し、さらに、ビアホール導体を形成したグリーンシートに導体ペーストを塗布し、グリーンシート表面に配線回路を形成する。さらに必要に応じて同様にして作製した複数のグリーンシートを積層し、しかる後、焼成してガラスセラミック配線基板が製造されている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００４】
このような導体ペーストをグリーンシートに塗布して配線回路を形成する方法では導体ペーストがにじんでしまい、隣り合う配線回路同士が短絡する恐れがあるため配線回路間を広くする必要がある。
【０００５】
一方で、配線基板は、小型化、高性能化のために配線回路を高密度に形成する必要があるために、導体ペーストに換えて、にじみがなく配線回路間の距離を短くすることができ、配線幅を細くすることのできる金属箔を用いて配線回路を形成する試みも行われている（例えば特許文献２、３を参照。）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２、３に記載されている方法では、金属箔により形成された配線回路と絶縁基板との接合強度が導体ペーストを用いて形成された焼結金属体からなる配線回路を用いた場合よりも低くなるため、配線回路が絶縁基板から剥離する場合がある。
【０００７】
すなわち、導体ペーストで配線回路を形成した場合には、配線回路と絶縁基板とが同時焼成されて、両者ともに収縮するために両者の間に応力が発生しにくく、配線回路と絶縁基板とが容易に強固に接合するのに対し、金属箔を用いた場合には金属箔が収縮しないため、配線回路と絶縁基板との間に応力が残留しやすく、しかも金属箔の表面の小さな凹凸によってのみ物理的に接合しているため、金属箔からなる配線回路と絶縁基板との接合強度を高くすることが非常に困難なのである。
【０００８】
これに対して、例えば金属箔からなる配線回路の絶縁基板との接触面の表面粗さを粗くする方法が提案されている（例えば特許文献４を参照。）。
【特許文献１】特開平１１−０６６９５１号公報
【特許文献２】特開２０００−２００９６９号公報
【特許文献３】特開２０００−１８３５３０号公報
【特許文献４】特開平１１−３３０６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献４に記載された方法によれば、金属箔の表面粗さを粗くする必要があるために、高周波信号の損失が大きくなるという問題があり、しかも配線回路と絶縁基板との十分な接合強度も達成されていない。
【００１０】
したがって、本発明は配線抵抗が低く、配線回路の高密度な形成が可能であり、配線回路と絶縁基板との接合強度に優れ、更には高周波信号の伝送損失を小さくすることができる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】
【００１１】
本発明の配線基板は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面及び内部の少なくとも一方に配設された配線回路とを具備する配線基板であって、前記配線回路は、焼結金属と該焼結金属の両側面に沿って配置された金属箔とが一体化したものからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の配線基板の製造方法は、少なくともガラス粉末を含有するグリーンシートを準備する工程と、該グリーンシートの表面に金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出したグリーンシートの表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の配線基板の製造方法は、転写板の表面に、金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出した前記転写板の表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、少なくともガラス粉末を含有するグリーンシートを準備する工程と、前記転写板を前記配線パターンが配置された側の面を前記グリーンシートに向けて積層して積層体を作製する工程と、該積層体から前記転写板を除去して、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを得る工程と、前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明の配線基板の製造方法は、転写板の表面に、金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出した前記転写板の表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、少なくともガラス粉末と有機バインダーとを含有するスラリーを準備する工程と、前記スラリーを前記転写板、前記配線パターンおよび前記導体ペーストを覆うように塗布して、前記転写板の表面にグリーンシートを形成する工程と、該グリーンシートから前記転写板を除去して、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを得る工程と、前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の配線基板は、金属箔の抵抗の低さと焼結金属の絶縁基板との接合強度の高さを併せ持った配線回路を具備するものである。さらに、高周波の信号の伝達においても優れた特性を備えた焼結金属が配線回路を構成しているため、信号の損失も抑制することができる。
【００１６】
本発明の配線基板の製造方法によれば、金属箔の内側に形成された溝部に導体ペーストを充填することにより、金属箔が導体ペーストに対して堤防のような役割を果たし、導体ペーストがにじむことを防止することができる。そのため、配線回路間の距離を小さくすることができ、配線回路を高密度に形成することが容易となる。また、導体ペーストのみを用いた場合に比べ、配線回路の幅を小さくすることもできる。
【００１７】
金属箔の配置ならびに導体ペーストの充填の手順については、以下の３通りを例示することができる。
【００１８】
第１の方法として、グリーンシートの表面に配置された金属箔の内側に形成された溝部に導体ペーストを充填する方法が挙げられる。この方法ではグリーンシートの表面に導体ペーストを直接形成することができるため、グリーンシートの表面に導体ペーストを密着させることが容易になり、焼結金属と絶縁基板との接合強度を高くすることができる。
【００１９】
また、第２の方法として、転写板の表面に配置された金属箔の内側に形成された溝部に導体ペーストを充填し、予め準備しておいたグリーンシートに導体ペーストを溝部に充填した金属箔を転写する方法が挙げられる。この方法では、グリーンシートと、導体ペースト溝部に充填した金属箔とをそれぞれ別々の工程で準備することができるため、工程において待ち時間を短縮することができる。
【００２０】
また、第３の方法として、転写板の表面に配置された金属箔の内側に形成された溝部に導体ペーストを充填し、さらに、予め準備しておいたグリーンシートとなるスラリーを、導体ペーストを溝部に充填した金属箔を覆うように塗布して、転写板を除去し、金属箔ならびに導体ペーストが形成されたグリーンシートを形成する方法が挙げられる。
【００２１】
この方法によれば、金属箔ならびに導体ペーストがグリーンシートに埋設されるため、凹凸の少ない配線基板を容易に作製することができる。
【００２２】
なお、いずれの方法においても複数のグリーンシートを積層した後に焼成することで本発明の配線基板を容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
例えば、図１（ａ）に示すように、本発明の配線基板１は、複数のガラスセラミック絶縁層を積層した絶縁基板３と、絶縁基板３の表面および内部に配置された配線回路５とから構成されている。また、ガラスセラミック絶縁層を貫通して配線回路同士を電気的に接続する貫通導体が設けられている。この配線回路５と貫通導体により配線基板１には回路が形成されている。
【００２４】
本発明の配線基板１においては、図１（ｂ）に示すように配線回路５が、金属箔５ａと焼結金属５ｂとから構成され、焼結金属５ｂの両側面に沿って金属箔５ａが配置されていることが重要である。この焼結金属５ｂは上方あるいは下方のいずれかで絶縁基板３と接合されており、配線回路５と絶縁基板３との接合強度の向上に寄与している。
【００２５】
この焼結金属５ｂと金属箔５ａとは接合されて一体化していることが重要で、これにより金属箔５ａと絶縁基板３との接合強度が低い場合であっても配線回路５と絶縁基板３との接合強度を実用に耐えるように確保することができるとともに、配線回路５に流れる電気が表面電気抵抗の低い焼結金属５ｂあるいは内部電気抵抗の低い金属箔５ａを流れるために、配線回路５の抵抗を低くすることもできる。
【００２６】
本発明の配線基板１においては、配線回路５の全てが金属箔５ａと焼結金属５ｂとによって構成される必要はなく、例えば図１（ｂ）に示すように必要に応じて焼結金属５ｂのみからなる部分があってもよい。特に貫通導体と配線回路５が接続される部分においては、貫通導体と金属箔５ａの接合力が、貫通導体と焼結金属５ｂとの接合力に劣ることを考慮すると両者の間の接合強度を高くするために焼結金属５ｂのみが貫通導体と接合されるようにすることが望ましい。
【００２７】
また、配線回路５の幅や、隣り合う配線回路５同士の距離に応じても配線回路５の構成を変化させてもよい。例えば、隣り合う配線回路５同士の距離が十分に大きい部分においては焼結金属５ｂのみを用いてもよい。
【００２８】
一方、線幅が５０μｍ以下となる微細な部分については、配線回路５を金属箔５ａと焼結金属５ｂとによって構成することが望ましい。
【００２９】
また、配線回路５のうち、焼結金属５ｂが幅方向における割合は、焼結金属５ｂが２０％以上、さらに３０％以上、特に５０％以上を占めることが、配線回路５と絶縁基板３との接合強度を向上させる観点から望ましい。
【００３０】
本発明の配線基板１を構成する絶縁基板３は、配線回路５を形成する金属としてＣｕ、Ａｇなどの低抵抗金属を用いることを可能とするために、１０５０℃以下の温度域で低温焼成することが可能な、いわゆるガラスセラミックスから構成されている。
【００３１】
このような絶縁基板３は、例えば結晶化ガラスまたは、非結晶ガラスとＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の無機フィラーとを混合して成形したグリーンシートを焼成して得られるもので、従来周知の材料を用いることができる。無機フィラーとしては、他にコランダム（αアルミナ）、フォルステライト、ジルコニア、マグネシアなどが例示できる。また、結晶化ガラスの場合、焼成処理することによって、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト等の結晶を析出するものが例示できる。
【００３２】
配線回路５に用いる金属の材質は、抵抗が低い金属が好ましく、Ｃｕ、Ａｇが好適に用いられる。特に金属箔５ａとしてはコスト、加工性の観点からＣｕ箔を用いることが望ましい。また、貫通導体（図示しない）は、上記の配線回路層３と同様の成分からなる導体が充填されていることが望ましい。
【００３３】
また、配線基板１の表面に設けられた配線回路５は、ＩＣチップなどの各種電子部品（図示せず）を搭載するためのパッドや、電磁波を遮断するためのシールド用導体膜や、外部回路基板と接続する端子電極として用いられ、各種電子部品４が配線回路層に半田や導電性接着剤などを介して接合される。尚、必要に応じて、配線基板１の表面には、さらに珪化タンタル、珪化モリブデンなどの厚膜抵抗体膜や配線保護膜などを形成しても構わない。
【００３４】
次に、本発明の配線基板１を作製する３通りの方法について説明する。まず、いずれの方法も以下に示す方法でグリーンシート、導体ペースト、金属箔５ａを作製する。なお、グリーンシートならびに導体ペーストは市販のものを用いてもよいことはいうまでもない。
【００３５】
グリーンシートは上述したような結晶化ガラスまたは非結晶ガラスと前記のセラミック成分を混合してガラスセラミック組成物を調製し、その混合物に有機バインダー等を加えてグリーンシートとなるスラリーを作製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりシート状に成形して作製する。
【００３６】
また、配線回路５の焼結金属５ｂとなる導体ペーストは、Ｃｕ粉末またはＡｇ粉末とアクリル樹脂などからなる有機バインダーと、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの有機溶剤とを均質混合して作製する。用いる有機バインダーは、金属成分１００質量部に対して、０．５〜５．０質量部、有機溶剤は、固形成分及び有機バインダー１００質量部に対して、５〜１００質量部の割合で混合することが望ましい。なお、この導体ペースト中には必要に応じてセラミック粉末やガラス粉末を添加してもよい。
【００３７】
また、配線回路５を構成する金属箔５ａは以下の手順により形成される。例えば図２（ａ）に示すように、高分子フィルムや金属板からなる転写板１１に厚みが５〜２０μｍのＣｕ箔からなる金属シート１３を接着した後、図２（ｂ）に示すように、この金属シート１３の表面を覆うように感光性レジスト１５を形成する。次に、図２（ｃ）に示すように、感光性レジスト１５で表面を覆った金属シート１３に、予め所定のパターンを設けたガラスマスク１７を介して光を照射し、感光性レジスト１５の光の当たった部分を硬化させる。この光は、例えば感光性レジスト１５が紫外線により硬化するものである場合にはＵＶ照射機を用いればよく、例えば１００ｍＪ／ｃｍ２程度の紫外線を露光すればよい。
【００３８】
次に、図２（ｄ）に示すように、光硬化した感光性レジスト１５に対して１質量％炭酸ナトリウム水溶液をノズル１９を用いて吹きつけ、未硬化部分の光硬化性レジスト１５を除去し、光硬化した感光性レジスト１５のみを金属シート１３上に残存させる。
【００３９】
次に、図２（ｅ）に示すように、光硬化性レジスト１５が除去されて露出した金属シート１３に対して、塩化第二鉄液をノズル１９を用いて吹きつけ、金属シート１３の一部を除去する。
【００４０】
さらに、図２（ｆ）に示すように、２質量％水酸化ナトリウム水溶液をノズル１９を用いて吹きつけ、硬化した光硬化性レジスト１５を除去することで転写板１１上に、金属箔５ａからなる配線パターン２１を形成することができる。
【００４１】
この配線パターン２１は、配線パターン２１と、配線パターン２１の貫通部に露出した転写板１１ａの表面とで溝部２３を形成するようにすることが重要である。
【００４２】
以上説明した手順により準備したグリーンシートとなるスラリーとグリーンシートと導体ペーストならびに配線パターン２１とを用いて、本発明の配線基板１を作製することができる。
【００４３】
第１の方法によれば、例えば図３（ａ）示すように、まず、転写板１１の表面に形成した金属箔５ａからなる配線パターン２１をグリーンシート２５に向けて積層し、図３（ｂ）に示すように転写板１１のみを除去することで配線パターン２１と、配線パターン２１の貫通部に露出したグリーンシートの表面１１ａとで溝部２３を形成する。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、従来周知の印刷法などを用いて、溝部２３に導体ペースト２７を充填する。これにより図３（ｄ）に示すように、グリーンシート２５の表面に、導体ペースト２７の両側面に金属箔５ａを沿って配置することができる。
【００４５】
さらに、この導体ペースト２７および金属箔５ａならびにグリーンシート２５を焼成することで導体ペースト２７が焼結金属５ｂとなり、焼結金属５ｂの両側面に金属箔５ａが沿って配置された本発明の配線基板１を作製することができるのである。焼成は、例えば４００〜７５０℃で加熱処理してグリーンシート２５や導体ペースト２７、ビアホール導体の有機成分を分解除去した後で８００〜１０５０℃の温度範囲の窒素雰囲気で行う。また、導体ペースト２７および金属箔５ａにＡｇを用いた場合には大気中で焼成することも可能である。
【００４６】
なお、この例では絶縁基板を貫通する貫通導体は形成していないが、配線パターン２１を形成する前に、レーザ光やマイクロドリル、パンチングなどの従来周知の方法で、グリーンシート２５に直径５０〜２００μｍの貫通孔を形成し、この貫通孔に導体ペーストを充填しておくことで容易に貫通導体を有する配線基板１を作製することができるのはいうまでもない。
【００４７】
また、このようにして作製した貫通孔に導体ペースト２７を充填し、表面に導体ペースト２７を充填した配線パターン２１を具備するグリーンシート２５を複数積層した後に焼成することで、複数の絶縁層が積層された立体的な配線回路を備えた本発明の配線基板１を作製することもできる。
【００４８】
第１の方法の利点として、導体ペースト２７に溶剤が含まれている状態で導体ペースト２７をグリーンシート２５に直接接触させるため、導体ペースト２７中の溶剤により、グリーンシート２５の表面を粗すことができ、配線パターン２１と絶縁基板３との接着性を向上させることができることが挙げられる。
【００４９】
また、第２の方法によれば、図４（ａ）に示すように、転写板１１の表面に配置された配線パターン２１と、配線パターン２１の貫通部に露出した転写板の表面１１ａとで形成された溝部２３に、従来周知の印刷法などにより導体ペースト２７を充填して、図４（ｂ）に示すように、転写板の表面１１ａに導体ペースト２７の両側面に沿って金属箔５ａが配置された配線パターン２１を形成し、乾燥した後、図４（ｃ）に示すように、転写板１１を配線パターン２１が配置された側の面をグリーンシートに向けて積層して積層体を作製し、図４（ｄ）に示すように、配線パターン２１がグリーンシート２５の表面に残るように転写板１１のみを除去することで、第１の方法と同様に、グリーンシートの表面１１ａに導体ペースト２７の両側面に金属箔５ａを沿って配置することができる。
【００５０】
以降の手順は、第１の方法と同様の手順で、本発明の配線基板１を作製することができる。
【００５１】
第２の方法の利点として、転写板１１上に配線パターン２１を形成し、導体ペースト２７の溶剤を乾燥させた後、グリーンシート２５に転写するため、溶剤によってグリーンシート２５の表面を粗すことがなく、焼成後に焼結金属と絶縁基板との接触面が平滑となり、高周波信号の伝送損失をより小さくすることができることが挙げられる。
【００５２】
また、第３の方法によれば、第２の方法における図４（ｂ）までと同様の手順で、図５（ａ）に示すように転写板１１の表面に導体ペースト２７の両側面に沿って金属箔５ａが配置された配線パターン２１を形成した後、図５（ｂ）に示すように、乾燥後にグリーンシート２５となるスラリーを転写板１１および配線パターン２１ならびに導体ペースト２７を覆うように塗布して、転写板１１の表面にグリーンシート２５を形成し、図５（ｃ）に示すように、グリーンシート２５に配線パターン２１ならびに導体ペースト２７が残るように転写板１１のみを除去することで、グリーンシート２５に導体ペースト２７の両側面に金属箔５ａを沿って配置することができる。
【００５３】
第３の方法の場合には、特に圧力を印可することなく、グリーンシート２５に金属箔５ａならびに導体ペースト２７を埋設させることができるため、平坦な配線基板１を容易に作製することができる。
【００５４】
ところで、貫通導体については、第３の方法は、第１および第２の方法とは異なり、予めグリーンシート２５に貫通導体を充填することはできないため、図５（ｄ）に示すように、配線パターン２１を形成した後でグリーンシート２５の所定の位置に例えばレーザ光などを用いて孔２９をあけ、図５（ｅ）に示すようにこの孔に導体ペーストを充填することで貫通導体を作製することができる。
【００５５】
以降の手順については、第１および第２の方法と同様の手順で、積層、焼成するなどして本発明の配線基板１を作製することができる。
【実施例１】
【００５６】
まず、セラミック粉末１００質量部と、有機バインダー（イソブチルメタクリレート）１５質量部と、トルエン７０質量部とを、ボールミルで２４時間混練してセラミックスラリーを作製した。なお、セラミック粉末としては、無機フィラーとして平均粒径が２μｍのＳｉＯ２と、平均粒径が２μｍの非結晶性のホウ珪酸ガラスとをそれぞれ５０質量％混合したものを用いた。ガラスは組成がＳｉＯ２：４０質量％、Ｂ２Ｏ３：１０質量％、ＢａＯ：４０質量％、Ａｌ２Ｏ３：５質量％、ＣａＯ：５質量％のものを用いた。
【００５７】
次に、厚さ１００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる樹脂フィルム上に、セラミックスラリーをドクターブレード法により塗布乾燥し、乾燥後の厚みが、１００μｍとなるようにグリーンシートを形成し、２００ｍｍ×２００ｍｍの大きさに切断した。
【００５８】
まず、厚みが１００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる樹脂フィルム転写板に厚みが１５μｍのＣｕ箔を接着したものを準備し、このＣｕ箔の全面に感光性レジストを塗布した。次に所望のパターンを形成したガラスマスクを介して、ＵＶ照射機により、１００ｍＪ／ｃｍ２の光を感光性レジストに露光した後、１質量％炭酸ナトリウム水溶液により露光しなかった部分の感光性レジストを除去し、さらに塩化第二鉄液により感光性レジストが除去されて露出したＣｕ箔をエッチング処理した。
【００５９】
更に、硬化してＣｕ箔上に残存したレジストを２質量％の水酸化ナトリウム水溶液により除去して配線パターンを形成した。なお、この配線パターンは金属箔に貫通部を設け、金属箔の貫通部に露出した樹脂フィルムと、金属箔とで溝部を形成するようにした。
【００６０】
次に、配線パターンが形成された転写シートをグリーンシートの表面に位置合わせして積層圧着し、グリーンシートの表面に配線パターンが残るように転写シートのみを剥離して、配線パターンを備えたグリーンシートを形成した。
【００６１】
次に、平均粒径が２μｍのＣｕ又はＡｇ粉末９８質量％に、セラミック粉末に添加したものと同様のホウ珪酸ガラス粉末を２質量％添加した混合粉末１００質量部に対して、エチルセルロースを５質量部と、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加え３本ロールミルで混合し、２種類の導体ペーストを作製した。
【００６２】
次に得られた導体ペーストを、印刷法により、配線パターンとグリーンシートにより形成された溝部に充填した。
【００６３】
以上説明した工程により、電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルとを作製した。
【００６４】
電気抵抗評価サンプルは、表１に示す構造の長さが１０ｍｍで厚みが１５μｍの直線の配線回路を４０μｍの間隔で１０本、２０ｍｍ角の絶縁基板上に形成して作製した。なお、この配線回路の両端には直径が１００μｍの接続パッドを設けた。また、この接続パッドの周囲には金属箔がない構造とした。
【００６５】
メタライズの接着強度評価サンプルは、２ｍｍ□のパッドを３ｍｍピッチで１０個形成したものを評価サンプルとした。この２ｍｍ□のパッドは、焼成後の幅２０μｍの金属箔の隣り合う金属箔同士の間隔を表２に示す通り変化させたものである。なお、金属箔およびグリーンシートにより形成された溝部に導体ペーストを充填したため、金属箔間には焼結金属が充填された構造となっている。なお、金属箔は幅が２０μｍの直線状のものを表２に示す間隔で平行に配置した。
【００６６】
また、高周波信号の伝送評価サンプルは、表３に示す構造で、焼成後の厚さが１５μｍ、長さが３０ｍｍ、幅が２００μｍになる直線の配線回路を、焼成後の厚みが１００μｍの絶縁層で上下からはさみ、この絶縁層の全面に焼結金属からなるグランド層を設けストリップラインを形成して作製した。
【００６７】
なお、これらのサンプルはＮ２雰囲気中で７００℃、１時間の条件で脱有機バインダー処理した後、Ｎ２雰囲気中で９００℃、１時間の条件で焼成を行って作製した。
【実施例２】
【００６８】
実施例２においては、実施例１と同様のグリーンシートおよび導体ペーストならびに配線パターンを備えた樹脂フィルム転写板を準備した。
【００６９】
まず、配線パターンを備えた樹脂フィルム転写板の金属箔と樹脂フィルム転写板で形成された溝部に、印刷法により導体ペーストを充填した後、乾燥させて、樹脂フィルム転写板上に導体ペーストの両側面に沿って金属箔が配置された配線パターンを作製した。
【００７０】
次に、この配線パターンをグリーンシートに向けて積層し、７０℃、２０ＭＰａの圧力で加圧した後、樹脂フィルム転写板のみを剥離して、グリーンシートの表面に導体ペーストの両側面に沿って金属箔が配置された配線パターンを形成した。
【００７１】
以下、実施例１と同様にして電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルとを作製した。なお、それぞれのサンプルの構造はそれぞれ、表１〜３に記載したとおりである。
【実施例３】
【００７２】
実施例３においては、実施例１、２と同様の導体ペーストおよび配線パターンを備えた樹脂フィルム転写板を準備した。また、実施例１、２におけるグリーンシートとなるスラリーを用いた。
【００７３】
まず、配線パターンを備えた樹脂フィルム転写板の金属箔と、樹脂フィルム転写板により形成された溝部に導体ペーストを印刷法により充填した後、乾燥させた。次に、この樹脂フィルム転写板および金属箔ならびに乾燥させた導体ペーストを覆うようにグリーンシートとなるスラリーを塗布し、乾燥させてグリーンシートとなるスラリーをグリーンシートとしたのち、配線パターンおよび導体ペーストがグリーンシートの表面に残るように樹脂フィルム転写板のみを剥離して、グリーンシートの表面に導体ペーストの両側面に沿って金属箔が配置された配線パターンを形成した。
【００７４】
以下、実施例１、２と同様にして電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルとを作製した。なお、それぞれのサンプルの構造はそれぞれ、表１〜３に記載したとおりである。
【００７５】
（比較例１）
比較例として配線回路の全てを導体ペーストで形成したものとして表１の試料Ｎｏ．２５、表２の試料Ｎｏ．４９、表３の試料Ｎｏ．６４を作製した。また、配線回路の全てを金属箔で形成したものとして表１の試料Ｎｏ．２６、２７、表２の試料Ｎｏ．５０、５１、表３の試料Ｎｏ．６５、６６を作製した。これらは電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルである。なお、導体ペーストおよび金属箔の素材は実施例と同じものを用いた。
【００７６】
配線回路の全てを導体ペーストで形成したものは、グリーンシートの表面に導体ペーストを印刷して乾燥させた後、表１〜３に示す寸法のサンプルとした。
【００７７】
また、配線回路の全てをＣｕ箔で形成したものは、樹脂フィルム上のＣｕ箔をレジスト、エッチングにより加工した後、Ｃｕ箔からなる配線パターンをセラミックグリーンシートに向けて、積層し、樹脂フィルムのみを除去し、表１〜３に示す寸法のサンプルとした。
【００７８】
（比較例２）
また、他の比較例とて配線回路の全てを導体ペーストで形成したものとして、表１の試料Ｎｏ．２８、表２の試料Ｎｏ．５２、表３の試料Ｎｏ．６７を作製した。また、配線回路の全てを金属箔で形成したものとして表１の試料Ｎｏ．２９、３０、表２の試料Ｎｏ．５３、５４、表３の試料Ｎｏ．６８、６９を作製した。これらは電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルである。なお、導体ペーストおよび金属箔の素材は実施例と同じものを用いた。
【００７９】
配線回路の全てを導体ペーストで形成したものは、導体ペーストを樹脂フィルムの表面に印刷して乾燥させた後、実施例３の要領で樹脂フィルムと導体ペーストとを覆うように実施例３で用いたセラミックグリーンシートとなるスラリーを塗布したのち、乾燥させ、樹脂フィルムのみを剥離して、表１〜３に示す寸法のサンプルとした。
【００８０】
また、配線回路の全てをＣｕ箔で形成したものは、樹脂フィルム上のＣｕ箔をレジスト、エッチングにより配線パターンに加工した後、実施例３の要領で樹脂フィルムとＣｕ箔とを覆うように実施例３で用いたセラミックグリーンシートとなるスラリーを塗布したのち、乾燥させ、樹脂フィルムのみを剥離して、表１〜３に示す寸法のサンプルとした。
【００８１】
以上、説明した実施例１〜３および比較例１、２で作製したサンプルについて、配線回路の電気抵抗、配線回路間のショート、配線回路の断線、配線回路と絶縁基板との接着強度、高周波における配線回路の伝送損失を以下の要領で測定した。
【００８２】
（配線回路の電気抵抗、配線回路間のショート、配線回路の断線）
得られたセラミック配線基板の配線抵抗をテスタ−もちいて測定し、銅配線層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、銅配線の長さを４０倍の顕微鏡を用いて測定し、得られた面積、長さから抵抗率を算出した。尚、良否の判断としては、抵抗率が２．５μΩ・ｃｍ以下を良品とした。また、得られたセラミック配線基板は、配線回路層表面を２０倍の光学顕微鏡で観察し、ショート、断線の発生が無いか確認した。ショート、断線が発生しているものをＮＧとした。
【００８３】
（配線回路と絶縁基板との接着強度）
評価は２ｍｍ□のパターン部をφ０．４ｍｍの錫めっき銅線を半田を用いて接着し、銅線の端部を１０ｍｍ／秒の速度で引っ張り、パターン部が剥離するまでの荷重をロードセルにて測定した。荷重が２ｋｇｆ以上を良品とした。
【００８４】
（高周波における配線回路の伝送損失）
得られたストリップ線路からなる高周波配線回路層を含む配線基板について、６０ＧＨｚでの伝送特性の評価として透過損失であるＳ２１をネットワークアナライザーで測定した。
【表１】
【表２】
【表３】
【００８５】
表１〜３に示すように、本発明のサンプルはいずれも配線回路の断線も、配線回路間のショートもなく、接着強度ならびに高周波における電気特性に優れたものが得られた。
【００８６】
一方、比較例においては上記の評価項目の全てを満足するものはなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】（ａ）は、本発明の配線基板の斜視図であり、（ｂ）は、本発明の配線基板における配線回路の要部拡大図である。
【図２】本発明の配線基板の製造方法を説明する断面図である。
【図３】本発明の配線基板の製造方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の配線基板の製造方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の配線基板の製造方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１・・・配線基板
３・・・絶縁基板
５・・・配線回路
５ａ・・・金属箔
５ｂ・・・焼結金属
１１・・・転写板
１１ａ・・・溝部に露出した転写板の表面
２１・・・配線パターン
２３・・・溝部
２５・・・グリーンシート
２５ａ・・・溝部に露出したグリーンシートの表面
２７・・・導体ペースト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信機や半導体素子収納用パッケージなどに適した配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや、各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される配線基板においては、近年、Ｃｕ、Ａｇ等の低抵抗の金属を主成分とした配線回路を絶縁基板と同時焼成して使用するために、１０５０℃程度以下の低温で焼結が可能であるガラスセラミック材料からなる絶縁基板が用いられている。
【０００３】
このようなガラスセラミック配線基板は、いわゆるグリーンシート法と呼ばれる製造方法により製造されている。このグリーンシート法では、まず、ガラス粉末およびセラミック粉末を含有するスラリーをドクターブレード法などによってシート状に成形しグリーンシートを作製する。次に、このグリーンシートにＮＣパンチや金型などで貫通孔を形成し、前記貫通孔に導体ペーストを充填してビアホール導体を形成し、さらに、ビアホール導体を形成したグリーンシートに導体ペーストを塗布し、グリーンシート表面に配線回路を形成する。さらに必要に応じて同様にして作製した複数のグリーンシートを積層し、しかる後、焼成してガラスセラミック配線基板が製造されている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００４】
このような導体ペーストをグリーンシートに塗布して配線回路を形成する方法では導体ペーストがにじんでしまい、隣り合う配線回路同士が短絡する恐れがあるため配線回路間を広くする必要がある。
【０００５】
一方で、配線基板は、小型化、高性能化のために配線回路を高密度に形成する必要があるために、導体ペーストに換えて、にじみがなく配線回路間の距離を短くすることができ、配線幅を細くすることのできる金属箔を用いて配線回路を形成する試みも行われている（例えば特許文献２、３を参照。）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２、３に記載されている方法では、金属箔により形成された配線回路と絶縁基板との接合強度が導体ペーストを用いて形成された焼結金属体からなる配線回路を用いた場合よりも低くなるため、配線回路が絶縁基板から剥離する場合がある。
【０００７】
すなわち、導体ペーストで配線回路を形成した場合には、配線回路と絶縁基板とが同時焼成されて、両者ともに収縮するために両者の間に応力が発生しにくく、配線回路と絶縁基板とが容易に強固に接合するのに対し、金属箔を用いた場合には金属箔が収縮しないため、配線回路と絶縁基板との間に応力が残留しやすく、しかも金属箔の表面の小さな凹凸によってのみ物理的に接合しているため、金属箔からなる配線回路と絶縁基板との接合強度を高くすることが非常に困難なのである。
【０００８】
これに対して、例えば金属箔からなる配線回路の絶縁基板との接触面の表面粗さを粗くする方法が提案されている（例えば特許文献４を参照。）。
【特許文献１】特開平１１−０６６９５１号公報
【特許文献２】特開２０００−２００９６９号公報
【特許文献３】特開２０００−１８３５３０号公報
【特許文献４】特開平１１−３３０６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献４に記載された方法によれば、金属箔の表面粗さを粗くする必要があるために、高周波信号の損失が大きくなるという問題があり、しかも配線回路と絶縁基板との十分な接合強度も達成されていない。
【００１０】
したがって、本発明は配線抵抗が低く、配線回路の高密度な形成が可能であり、配線回路と絶縁基板との接合強度に優れ、更には高周波信号の伝送損失を小さくすることができる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】
【００１１】
本発明の配線基板は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面及び内部の少なくとも一方に配設された配線回路とを具備する配線基板であって、前記配線回路は、焼結金属と該焼結金属の両側面に沿って配置された金属箔とが一体化したものからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の配線基板の製造方法は、少なくともガラス粉末を含有するグリーンシートを準備する工程と、該グリーンシートの表面に金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出したグリーンシートの表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の配線基板の製造方法は、転写板の表面に、金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出した前記転写板の表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、少なくともガラス粉末を含有するグリーンシートを準備する工程と、前記転写板を前記配線パターンが配置された側の面を前記グリーンシートに向けて積層して積層体を作製する工程と、該積層体から前記転写板を除去して、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを得る工程と、前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明の配線基板の製造方法は、転写板の表面に、金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出した前記転写板の表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、少なくともガラス粉末と有機バインダーとを含有するスラリーを準備する工程と、前記スラリーを前記転写板、前記配線パターンおよび前記導体ペーストを覆うように塗布して、前記転写板の表面にグリーンシートを形成する工程と、該グリーンシートから前記転写板を除去して、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを得る工程と、前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の配線基板は、金属箔の抵抗の低さと焼結金属の絶縁基板との接合強度の高さを併せ持った配線回路を具備するものである。さらに、高周波の信号の伝達においても優れた特性を備えた焼結金属が配線回路を構成しているため、信号の損失も抑制することができる。
【００１６】
本発明の配線基板の製造方法によれば、金属箔の内側に形成された溝部に導体ペーストを充填することにより、金属箔が導体ペーストに対して堤防のような役割を果たし、導体ペーストがにじむことを防止することができる。そのため、配線回路間の距離を小さくすることができ、配線回路を高密度に形成することが容易となる。また、導体ペーストのみを用いた場合に比べ、配線回路の幅を小さくすることもできる。
【００１７】
金属箔の配置ならびに導体ペーストの充填の手順については、以下の３通りを例示することができる。
【００１８】
第１の方法として、グリーンシートの表面に配置された金属箔の内側に形成された溝部に導体ペーストを充填する方法が挙げられる。この方法ではグリーンシートの表面に導体ペーストを直接形成することができるため、グリーンシートの表面に導体ペーストを密着させることが容易になり、焼結金属と絶縁基板との接合強度を高くすることができる。
【００１９】
また、第２の方法として、転写板の表面に配置された金属箔の内側に形成された溝部に導体ペーストを充填し、予め準備しておいたグリーンシートに導体ペーストを溝部に充填した金属箔を転写する方法が挙げられる。この方法では、グリーンシートと、導体ペースト溝部に充填した金属箔とをそれぞれ別々の工程で準備することができるため、工程において待ち時間を短縮することができる。
【００２０】
また、第３の方法として、転写板の表面に配置された金属箔の内側に形成された溝部に導体ペーストを充填し、さらに、予め準備しておいたグリーンシートとなるスラリーを、導体ペーストを溝部に充填した金属箔を覆うように塗布して、転写板を除去し、金属箔ならびに導体ペーストが形成されたグリーンシートを形成する方法が挙げられる。
【００２１】
この方法によれば、金属箔ならびに導体ペーストがグリーンシートに埋設されるため、凹凸の少ない配線基板を容易に作製することができる。
【００２２】
なお、いずれの方法においても複数のグリーンシートを積層した後に焼成することで本発明の配線基板を容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
例えば、図１（ａ）に示すように、本発明の配線基板１は、複数のガラスセラミック絶縁層を積層した絶縁基板３と、絶縁基板３の表面および内部に配置された配線回路５とから構成されている。また、ガラスセラミック絶縁層を貫通して配線回路同士を電気的に接続する貫通導体が設けられている。この配線回路５と貫通導体により配線基板１には回路が形成されている。
【００２４】
本発明の配線基板１においては、図１（ｂ）に示すように配線回路５が、金属箔５ａと焼結金属５ｂとから構成され、焼結金属５ｂの両側面に沿って金属箔５ａが配置されていることが重要である。この焼結金属５ｂは上方あるいは下方のいずれかで絶縁基板３と接合されており、配線回路５と絶縁基板３との接合強度の向上に寄与している。
【００２５】
この焼結金属５ｂと金属箔５ａとは接合されて一体化していることが重要で、これにより金属箔５ａと絶縁基板３との接合強度が低い場合であっても配線回路５と絶縁基板３との接合強度を実用に耐えるように確保することができるとともに、配線回路５に流れる電気が表面電気抵抗の低い焼結金属５ｂあるいは内部電気抵抗の低い金属箔５ａを流れるために、配線回路５の抵抗を低くすることもできる。
【００２６】
本発明の配線基板１においては、配線回路５の全てが金属箔５ａと焼結金属５ｂとによって構成される必要はなく、例えば図１（ｂ）に示すように必要に応じて焼結金属５ｂのみからなる部分があってもよい。特に貫通導体と配線回路５が接続される部分においては、貫通導体と金属箔５ａの接合力が、貫通導体と焼結金属５ｂとの接合力に劣ることを考慮すると両者の間の接合強度を高くするために焼結金属５ｂのみが貫通導体と接合されるようにすることが望ましい。
【００２７】
また、配線回路５の幅や、隣り合う配線回路５同士の距離に応じても配線回路５の構成を変化させてもよい。例えば、隣り合う配線回路５同士の距離が十分に大きい部分においては焼結金属５ｂのみを用いてもよい。
【００２８】
一方、線幅が５０μｍ以下となる微細な部分については、配線回路５を金属箔５ａと焼結金属５ｂとによって構成することが望ましい。
【００２９】
また、配線回路５のうち、焼結金属５ｂが幅方向における割合は、焼結金属５ｂが２０％以上、さらに３０％以上、特に５０％以上を占めることが、配線回路５と絶縁基板３との接合強度を向上させる観点から望ましい。
【００３０】
本発明の配線基板１を構成する絶縁基板３は、配線回路５を形成する金属としてＣｕ、Ａｇなどの低抵抗金属を用いることを可能とするために、１０５０℃以下の温度域で低温焼成することが可能な、いわゆるガラスセラミックスから構成されている。
【００３１】
このような絶縁基板３は、例えば結晶化ガラスまたは、非結晶ガラスとＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の無機フィラーとを混合して成形したグリーンシートを焼成して得られるもので、従来周知の材料を用いることができる。無機フィラーとしては、他にコランダム（αアルミナ）、フォルステライト、ジルコニア、マグネシアなどが例示できる。また、結晶化ガラスの場合、焼成処理することによって、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト等の結晶を析出するものが例示できる。
【００３２】
配線回路５に用いる金属の材質は、抵抗が低い金属が好ましく、Ｃｕ、Ａｇが好適に用いられる。特に金属箔５ａとしてはコスト、加工性の観点からＣｕ箔を用いることが望ましい。また、貫通導体（図示しない）は、上記の配線回路層３と同様の成分からなる導体が充填されていることが望ましい。
【００３３】
また、配線基板１の表面に設けられた配線回路５は、ＩＣチップなどの各種電子部品（図示せず）を搭載するためのパッドや、電磁波を遮断するためのシールド用導体膜や、外部回路基板と接続する端子電極として用いられ、各種電子部品４が配線回路層に半田や導電性接着剤などを介して接合される。尚、必要に応じて、配線基板１の表面には、さらに珪化タンタル、珪化モリブデンなどの厚膜抵抗体膜や配線保護膜などを形成しても構わない。
【００３４】
次に、本発明の配線基板１を作製する３通りの方法について説明する。まず、いずれの方法も以下に示す方法でグリーンシート、導体ペースト、金属箔５ａを作製する。なお、グリーンシートならびに導体ペーストは市販のものを用いてもよいことはいうまでもない。
【００３５】
グリーンシートは上述したような結晶化ガラスまたは非結晶ガラスと前記のセラミック成分を混合してガラスセラミック組成物を調製し、その混合物に有機バインダー等を加えてグリーンシートとなるスラリーを作製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりシート状に成形して作製する。
【００３６】
また、配線回路５の焼結金属５ｂとなる導体ペーストは、Ｃｕ粉末またはＡｇ粉末とアクリル樹脂などからなる有機バインダーと、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの有機溶剤とを均質混合して作製する。用いる有機バインダーは、金属成分１００質量部に対して、０．５〜５．０質量部、有機溶剤は、固形成分及び有機バインダー１００質量部に対して、５〜１００質量部の割合で混合することが望ましい。なお、この導体ペースト中には必要に応じてセラミック粉末やガラス粉末を添加してもよい。
【００３７】
また、配線回路５を構成する金属箔５ａは以下の手順により形成される。例えば図２（ａ）に示すように、高分子フィルムや金属板からなる転写板１１に厚みが５〜２０μｍのＣｕ箔からなる金属シート１３を接着した後、図２（ｂ）に示すように、この金属シート１３の表面を覆うように感光性レジスト１５を形成する。次に、図２（ｃ）に示すように、感光性レジスト１５で表面を覆った金属シート１３に、予め所定のパターンを設けたガラスマスク１７を介して光を照射し、感光性レジスト１５の光の当たった部分を硬化させる。この光は、例えば感光性レジスト１５が紫外線により硬化するものである場合にはＵＶ照射機を用いればよく、例えば１００ｍＪ／ｃｍ２程度の紫外線を露光すればよい。
【００３８】
次に、図２（ｄ）に示すように、光硬化した感光性レジスト１５に対して１質量％炭酸ナトリウム水溶液をノズル１９を用いて吹きつけ、未硬化部分の光硬化性レジスト１５を除去し、光硬化した感光性レジスト１５のみを金属シート１３上に残存させる。
【００３９】
次に、図２（ｅ）に示すように、光硬化性レジスト１５が除去されて露出した金属シート１３に対して、塩化第二鉄液をノズル１９を用いて吹きつけ、金属シート１３の一部を除去する。
【００４０】
さらに、図２（ｆ）に示すように、２質量％水酸化ナトリウム水溶液をノズル１９を用いて吹きつけ、硬化した光硬化性レジスト１５を除去することで転写板１１上に、金属箔５ａからなる配線パターン２１を形成することができる。
【００４１】
この配線パターン２１は、配線パターン２１と、配線パターン２１の貫通部に露出した転写板１１ａの表面とで溝部２３を形成するようにすることが重要である。
【００４２】
以上説明した手順により準備したグリーンシートとなるスラリーとグリーンシートと導体ペーストならびに配線パターン２１とを用いて、本発明の配線基板１を作製することができる。
【００４３】
第１の方法によれば、例えば図３（ａ）示すように、まず、転写板１１の表面に形成した金属箔５ａからなる配線パターン２１をグリーンシート２５に向けて積層し、図３（ｂ）に示すように転写板１１のみを除去することで配線パターン２１と、配線パターン２１の貫通部に露出したグリーンシートの表面１１ａとで溝部２３を形成する。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、従来周知の印刷法などを用いて、溝部２３に導体ペースト２７を充填する。これにより図３（ｄ）に示すように、グリーンシート２５の表面に、導体ペースト２７の両側面に金属箔５ａを沿って配置することができる。
【００４５】
さらに、この導体ペースト２７および金属箔５ａならびにグリーンシート２５を焼成することで導体ペースト２７が焼結金属５ｂとなり、焼結金属５ｂの両側面に金属箔５ａが沿って配置された本発明の配線基板１を作製することができるのである。焼成は、例えば４００〜７５０℃で加熱処理してグリーンシート２５や導体ペースト２７、ビアホール導体の有機成分を分解除去した後で８００〜１０５０℃の温度範囲の窒素雰囲気で行う。また、導体ペースト２７および金属箔５ａにＡｇを用いた場合には大気中で焼成することも可能である。
【００４６】
なお、この例では絶縁基板を貫通する貫通導体は形成していないが、配線パターン２１を形成する前に、レーザ光やマイクロドリル、パンチングなどの従来周知の方法で、グリーンシート２５に直径５０〜２００μｍの貫通孔を形成し、この貫通孔に導体ペーストを充填しておくことで容易に貫通導体を有する配線基板１を作製することができるのはいうまでもない。
【００４７】
また、このようにして作製した貫通孔に導体ペースト２７を充填し、表面に導体ペースト２７を充填した配線パターン２１を具備するグリーンシート２５を複数積層した後に焼成することで、複数の絶縁層が積層された立体的な配線回路を備えた本発明の配線基板１を作製することもできる。
【００４８】
第１の方法の利点として、導体ペースト２７に溶剤が含まれている状態で導体ペースト２７をグリーンシート２５に直接接触させるため、導体ペースト２７中の溶剤により、グリーンシート２５の表面を粗すことができ、配線パターン２１と絶縁基板３との接着性を向上させることができることが挙げられる。
【００４９】
また、第２の方法によれば、図４（ａ）に示すように、転写板１１の表面に配置された配線パターン２１と、配線パターン２１の貫通部に露出した転写板の表面１１ａとで形成された溝部２３に、従来周知の印刷法などにより導体ペースト２７を充填して、図４（ｂ）に示すように、転写板の表面１１ａに導体ペースト２７の両側面に沿って金属箔５ａが配置された配線パターン２１を形成し、乾燥した後、図４（ｃ）に示すように、転写板１１を配線パターン２１が配置された側の面をグリーンシートに向けて積層して積層体を作製し、図４（ｄ）に示すように、配線パターン２１がグリーンシート２５の表面に残るように転写板１１のみを除去することで、第１の方法と同様に、グリーンシートの表面１１ａに導体ペースト２７の両側面に金属箔５ａを沿って配置することができる。
【００５０】
以降の手順は、第１の方法と同様の手順で、本発明の配線基板１を作製することができる。
【００５１】
第２の方法の利点として、転写板１１上に配線パターン２１を形成し、導体ペースト２７の溶剤を乾燥させた後、グリーンシート２５に転写するため、溶剤によってグリーンシート２５の表面を粗すことがなく、焼成後に焼結金属と絶縁基板との接触面が平滑となり、高周波信号の伝送損失をより小さくすることができることが挙げられる。
【００５２】
また、第３の方法によれば、第２の方法における図４（ｂ）までと同様の手順で、図５（ａ）に示すように転写板１１の表面に導体ペースト２７の両側面に沿って金属箔５ａが配置された配線パターン２１を形成した後、図５（ｂ）に示すように、乾燥後にグリーンシート２５となるスラリーを転写板１１および配線パターン２１ならびに導体ペースト２７を覆うように塗布して、転写板１１の表面にグリーンシート２５を形成し、図５（ｃ）に示すように、グリーンシート２５に配線パターン２１ならびに導体ペースト２７が残るように転写板１１のみを除去することで、グリーンシート２５に導体ペースト２７の両側面に金属箔５ａを沿って配置することができる。
【００５３】
第３の方法の場合には、特に圧力を印可することなく、グリーンシート２５に金属箔５ａならびに導体ペースト２７を埋設させることができるため、平坦な配線基板１を容易に作製することができる。
【００５４】
ところで、貫通導体については、第３の方法は、第１および第２の方法とは異なり、予めグリーンシート２５に貫通導体を充填することはできないため、図５（ｄ）に示すように、配線パターン２１を形成した後でグリーンシート２５の所定の位置に例えばレーザ光などを用いて孔２９をあけ、図５（ｅ）に示すようにこの孔に導体ペーストを充填することで貫通導体を作製することができる。
【００５５】
以降の手順については、第１および第２の方法と同様の手順で、積層、焼成するなどして本発明の配線基板１を作製することができる。
【実施例１】
【００５６】
まず、セラミック粉末１００質量部と、有機バインダー（イソブチルメタクリレート）１５質量部と、トルエン７０質量部とを、ボールミルで２４時間混練してセラミックスラリーを作製した。なお、セラミック粉末としては、無機フィラーとして平均粒径が２μｍのＳｉＯ２と、平均粒径が２μｍの非結晶性のホウ珪酸ガラスとをそれぞれ５０質量％混合したものを用いた。ガラスは組成がＳｉＯ２：４０質量％、Ｂ２Ｏ３：１０質量％、ＢａＯ：４０質量％、Ａｌ２Ｏ３：５質量％、ＣａＯ：５質量％のものを用いた。
【００５７】
次に、厚さ１００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる樹脂フィルム上に、セラミックスラリーをドクターブレード法により塗布乾燥し、乾燥後の厚みが、１００μｍとなるようにグリーンシートを形成し、２００ｍｍ×２００ｍｍの大きさに切断した。
【００５８】
まず、厚みが１００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる樹脂フィルム転写板に厚みが１５μｍのＣｕ箔を接着したものを準備し、このＣｕ箔の全面に感光性レジストを塗布した。次に所望のパターンを形成したガラスマスクを介して、ＵＶ照射機により、１００ｍＪ／ｃｍ２の光を感光性レジストに露光した後、１質量％炭酸ナトリウム水溶液により露光しなかった部分の感光性レジストを除去し、さらに塩化第二鉄液により感光性レジストが除去されて露出したＣｕ箔をエッチング処理した。
【００５９】
更に、硬化してＣｕ箔上に残存したレジストを２質量％の水酸化ナトリウム水溶液により除去して配線パターンを形成した。なお、この配線パターンは金属箔に貫通部を設け、金属箔の貫通部に露出した樹脂フィルムと、金属箔とで溝部を形成するようにした。
【００６０】
次に、配線パターンが形成された転写シートをグリーンシートの表面に位置合わせして積層圧着し、グリーンシートの表面に配線パターンが残るように転写シートのみを剥離して、配線パターンを備えたグリーンシートを形成した。
【００６１】
次に、平均粒径が２μｍのＣｕ又はＡｇ粉末９８質量％に、セラミック粉末に添加したものと同様のホウ珪酸ガラス粉末を２質量％添加した混合粉末１００質量部に対して、エチルセルロースを５質量部と、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加え３本ロールミルで混合し、２種類の導体ペーストを作製した。
【００６２】
次に得られた導体ペーストを、印刷法により、配線パターンとグリーンシートにより形成された溝部に充填した。
【００６３】
以上説明した工程により、電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルとを作製した。
【００６４】
電気抵抗評価サンプルは、表１に示す構造の長さが１０ｍｍで厚みが１５μｍの直線の配線回路を４０μｍの間隔で１０本、２０ｍｍ角の絶縁基板上に形成して作製した。なお、この配線回路の両端には直径が１００μｍの接続パッドを設けた。また、この接続パッドの周囲には金属箔がない構造とした。
【００６５】
メタライズの接着強度評価サンプルは、２ｍｍ□のパッドを３ｍｍピッチで１０個形成したものを評価サンプルとした。この２ｍｍ□のパッドは、焼成後の幅２０μｍの金属箔の隣り合う金属箔同士の間隔を表２に示す通り変化させたものである。なお、金属箔およびグリーンシートにより形成された溝部に導体ペーストを充填したため、金属箔間には焼結金属が充填された構造となっている。なお、金属箔は幅が２０μｍの直線状のものを表２に示す間隔で平行に配置した。
【００６６】
また、高周波信号の伝送評価サンプルは、表３に示す構造で、焼成後の厚さが１５μｍ、長さが３０ｍｍ、幅が２００μｍになる直線の配線回路を、焼成後の厚みが１００μｍの絶縁層で上下からはさみ、この絶縁層の全面に焼結金属からなるグランド層を設けストリップラインを形成して作製した。
【００６７】
なお、これらのサンプルはＮ２雰囲気中で７００℃、１時間の条件で脱有機バインダー処理した後、Ｎ２雰囲気中で９００℃、１時間の条件で焼成を行って作製した。
【実施例２】
【００６８】
実施例２においては、実施例１と同様のグリーンシートおよび導体ペーストならびに配線パターンを備えた樹脂フィルム転写板を準備した。
【００６９】
まず、配線パターンを備えた樹脂フィルム転写板の金属箔と樹脂フィルム転写板で形成された溝部に、印刷法により導体ペーストを充填した後、乾燥させて、樹脂フィルム転写板上に導体ペーストの両側面に沿って金属箔が配置された配線パターンを作製した。
【００７０】
次に、この配線パターンをグリーンシートに向けて積層し、７０℃、２０ＭＰａの圧力で加圧した後、樹脂フィルム転写板のみを剥離して、グリーンシートの表面に導体ペーストの両側面に沿って金属箔が配置された配線パターンを形成した。
【００７１】
以下、実施例１と同様にして電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルとを作製した。なお、それぞれのサンプルの構造はそれぞれ、表１〜３に記載したとおりである。
【実施例３】
【００７２】
実施例３においては、実施例１、２と同様の導体ペーストおよび配線パターンを備えた樹脂フィルム転写板を準備した。また、実施例１、２におけるグリーンシートとなるスラリーを用いた。
【００７３】
まず、配線パターンを備えた樹脂フィルム転写板の金属箔と、樹脂フィルム転写板により形成された溝部に導体ペーストを印刷法により充填した後、乾燥させた。次に、この樹脂フィルム転写板および金属箔ならびに乾燥させた導体ペーストを覆うようにグリーンシートとなるスラリーを塗布し、乾燥させてグリーンシートとなるスラリーをグリーンシートとしたのち、配線パターンおよび導体ペーストがグリーンシートの表面に残るように樹脂フィルム転写板のみを剥離して、グリーンシートの表面に導体ペーストの両側面に沿って金属箔が配置された配線パターンを形成した。
【００７４】
以下、実施例１、２と同様にして電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルとを作製した。なお、それぞれのサンプルの構造はそれぞれ、表１〜３に記載したとおりである。
【００７５】
（比較例１）
比較例として配線回路の全てを導体ペーストで形成したものとして表１の試料Ｎｏ．２５、表２の試料Ｎｏ．４９、表３の試料Ｎｏ．６４を作製した。また、配線回路の全てを金属箔で形成したものとして表１の試料Ｎｏ．２６、２７、表２の試料Ｎｏ．５０、５１、表３の試料Ｎｏ．６５、６６を作製した。これらは電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルである。なお、導体ペーストおよび金属箔の素材は実施例と同じものを用いた。
【００７６】
配線回路の全てを導体ペーストで形成したものは、グリーンシートの表面に導体ペーストを印刷して乾燥させた後、表１〜３に示す寸法のサンプルとした。
【００７７】
また、配線回路の全てをＣｕ箔で形成したものは、樹脂フィルム上のＣｕ箔をレジスト、エッチングにより加工した後、Ｃｕ箔からなる配線パターンをセラミックグリーンシートに向けて、積層し、樹脂フィルムのみを除去し、表１〜３に示す寸法のサンプルとした。
【００７８】
（比較例２）
また、他の比較例とて配線回路の全てを導体ペーストで形成したものとして、表１の試料Ｎｏ．２８、表２の試料Ｎｏ．５２、表３の試料Ｎｏ．６７を作製した。また、配線回路の全てを金属箔で形成したものとして表１の試料Ｎｏ．２９、３０、表２の試料Ｎｏ．５３、５４、表３の試料Ｎｏ．６８、６９を作製した。これらは電気抵抗評価サンプルと、メタライズの接着強度評価サンプルと、高周波信号の伝送評価サンプルである。なお、導体ペーストおよび金属箔の素材は実施例と同じものを用いた。
【００７９】
配線回路の全てを導体ペーストで形成したものは、導体ペーストを樹脂フィルムの表面に印刷して乾燥させた後、実施例３の要領で樹脂フィルムと導体ペーストとを覆うように実施例３で用いたセラミックグリーンシートとなるスラリーを塗布したのち、乾燥させ、樹脂フィルムのみを剥離して、表１〜３に示す寸法のサンプルとした。
【００８０】
また、配線回路の全てをＣｕ箔で形成したものは、樹脂フィルム上のＣｕ箔をレジスト、エッチングにより配線パターンに加工した後、実施例３の要領で樹脂フィルムとＣｕ箔とを覆うように実施例３で用いたセラミックグリーンシートとなるスラリーを塗布したのち、乾燥させ、樹脂フィルムのみを剥離して、表１〜３に示す寸法のサンプルとした。
【００８１】
以上、説明した実施例１〜３および比較例１、２で作製したサンプルについて、配線回路の電気抵抗、配線回路間のショート、配線回路の断線、配線回路と絶縁基板との接着強度、高周波における配線回路の伝送損失を以下の要領で測定した。
【００８２】
（配線回路の電気抵抗、配線回路間のショート、配線回路の断線）
得られたセラミック配線基板の配線抵抗をテスタ−もちいて測定し、銅配線層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、銅配線の長さを４０倍の顕微鏡を用いて測定し、得られた面積、長さから抵抗率を算出した。尚、良否の判断としては、抵抗率が２．５μΩ・ｃｍ以下を良品とした。また、得られたセラミック配線基板は、配線回路層表面を２０倍の光学顕微鏡で観察し、ショート、断線の発生が無いか確認した。ショート、断線が発生しているものをＮＧとした。
【００８３】
（配線回路と絶縁基板との接着強度）
評価は２ｍｍ□のパターン部をφ０．４ｍｍの錫めっき銅線を半田を用いて接着し、銅線の端部を１０ｍｍ／秒の速度で引っ張り、パターン部が剥離するまでの荷重をロードセルにて測定した。荷重が２ｋｇｆ以上を良品とした。
【００８４】
（高周波における配線回路の伝送損失）
得られたストリップ線路からなる高周波配線回路層を含む配線基板について、６０ＧＨｚでの伝送特性の評価として透過損失であるＳ２１をネットワークアナライザーで測定した。
【表１】
【表２】
【表３】
【００８５】
表１〜３に示すように、本発明のサンプルはいずれも配線回路の断線も、配線回路間のショートもなく、接着強度ならびに高周波における電気特性に優れたものが得られた。
【００８６】
一方、比較例においては上記の評価項目の全てを満足するものはなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】（ａ）は、本発明の配線基板の斜視図であり、（ｂ）は、本発明の配線基板における配線回路の要部拡大図である。
【図２】本発明の配線基板の製造方法を説明する断面図である。
【図３】本発明の配線基板の製造方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の配線基板の製造方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の配線基板の製造方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１・・・配線基板
３・・・絶縁基板
５・・・配線回路
５ａ・・・金属箔
５ｂ・・・焼結金属
１１・・・転写板
１１ａ・・・溝部に露出した転写板の表面
２１・・・配線パターン
２３・・・溝部
２５・・・グリーンシート
２５ａ・・・溝部に露出したグリーンシートの表面
２７・・・導体ペースト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックスからなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面及び内部の少なくとも一方に配設された配線回路とを具備する配線基板であって、前記配線回路は、焼結金属と該焼結金属の両側面に沿って配置された金属箔とが一体化したものからなることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
少なくともガラス粉末を含有するグリーンシートを準備する工程と、該グリーンシートの表面に金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出したグリーンシートの表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項３】
転写板の表面に、金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出した前記転写板の表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、少なくともガラス粉末を含有するグリーンシートを準備する工程と、前記転写板を前記配線パターンが配置された側の面を前記グリーンシートに向けて積層して積層体を作製する工程と、該積層体から前記転写板を除去して、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを得る工程と、前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項４】
転写板の表面に、金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出した前記転写板の表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、少なくともガラス粉末と有機バインダーとを含有するスラリーを準備する工程と、前記スラリーを前記転写板、前記配線パターンおよび前記導体ペーストを覆うように塗布して、前記転写板の表面にグリーンシートを形成する工程と、該グリーンシートから前記転写板を除去して、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを得る工程と、前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１】
ガラスセラミックスからなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面及び内部の少なくとも一方に配設された配線回路とを具備する配線基板であって、前記配線回路は、焼結金属と該焼結金属の両側面に沿って配置された金属箔とが一体化したものからなることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
少なくともガラス粉末を含有するグリーンシートを準備する工程と、該グリーンシートの表面に金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出したグリーンシートの表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項３】
転写板の表面に、金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出した前記転写板の表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、少なくともガラス粉末を含有するグリーンシートを準備する工程と、前記転写板を前記配線パターンが配置された側の面を前記グリーンシートに向けて積層して積層体を作製する工程と、該積層体から前記転写板を除去して、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを得る工程と、前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項４】
転写板の表面に、金属箔からなり、中央に貫通部を備えた配線パターンを配置して、該配線パターンと、該配線パターンの貫通部に露出した前記転写板の表面とで溝部を形成する工程と、前記溝部に導体ペーストを充填する工程と、少なくともガラス粉末と有機バインダーとを含有するスラリーを準備する工程と、前記スラリーを前記転写板、前記配線パターンおよび前記導体ペーストを覆うように塗布して、前記転写板の表面にグリーンシートを形成する工程と、該グリーンシートから前記転写板を除去して、前記溝部に前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを得る工程と、前記導体ペーストを充填した前記配線パターンを備えた前記グリーンシートを焼成する工程とを具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−６０１３１（Ｐ２００８−６０１３１Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３２０１７（Ｐ２００６−２３２０１７）
【出願日】平成１８年８月２９日（２００６．８．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２９日（２００６．８．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]