配線基板およびその製造方法
【課題】 絶縁板の貫通孔の内側面と、貫通孔内に配置された貫通導体の側面との間におけるクラック等の不具合が抑制された配線基板およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 セラミック焼結体からなり、厚み方向に貫通する貫通孔２を有する絶縁板１と、貫通孔２内に配置されて、側面が貫通孔２の内側面に付着した貫通導体３とを備えており、貫通導体３の側面の一部に複数の凹部４が設けられているとともに、凹部４が設けられた部分において貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間に空隙４ａが設けられている配線基板である。空隙４ａにおいて貫通導体３の熱膨張を吸収し、絶縁板１と貫通導体３との間の熱応力を緩和して、クラック等を抑制できる。
【解決手段】 セラミック焼結体からなり、厚み方向に貫通する貫通孔２を有する絶縁板１と、貫通孔２内に配置されて、側面が貫通孔２の内側面に付着した貫通導体３とを備えており、貫通導体３の側面の一部に複数の凹部４が設けられているとともに、凹部４が設けられた部分において貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間に空隙４ａが設けられている配線基板である。空隙４ａにおいて貫通導体３の熱膨張を吸収し、絶縁板１と貫通導体３との間の熱応力を緩和して、クラック等を抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、この絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔内に配置されて側面が貫通孔の内側面に付着した貫通導体とを備える配線基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品搭載用等に使用される配線基板として、セラミック焼結体からなり、主面（上面や下面）に配線導体が形成された絶縁板と、その絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔と、貫通孔内に配置された貫通導体（いわゆるビア導体）とを備えたものが用いられている。絶縁板の上下面の配線導体は、貫通孔が形成された位置で上下に重なり合う部分を有し、この部分で貫通導体を介して上下に電気的に接続されている。
【０００３】
このような配線基板は、例えば絶縁板の上面の配線導体に電子部品の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブが接続され、下面の配線導体が回路基板等の外部電気回路基板に接続される。そして、絶縁板の上面の薄膜配線等の配線導体と、貫通導体と、絶縁板の下面の配線導体とを介して、電子部品が外部電気回路と電気的に接続され、信号の送受や、電子部品に対する電気的な検査等が行なわれる。
【０００４】
貫通導体は、セラミック焼結体からなる絶縁層の所定位置にレーザ加工によって開口が円形状等の貫通孔を形成し、この貫通孔内に銅や銀−パラジウム等の金属ペーストを充填した後、金属ペーストを加熱して貫通孔の内側面に金属材料とし付着させることによって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−94840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、このような配線基板においては、絶縁板と貫通導体との熱膨張率に差がある（貫通導体の方が大きい）。そのため、例えば配線基板に電子部品を実装する際に加わる熱や、検査のために電子部品を加温する際に繰り返し加わる熱等によって貫通導体と絶縁板との間に熱応力が生じる。この熱応力によって、貫通導体の側面と貫通孔の内側面とが互いに付着し合う界面付近で、貫通導体または絶縁板の一部にクラック等の機械的な破壊が発生する可能性があるという問題点があった。このような破壊が生じると、貫通導体と貫通孔との間に外気や水分等が侵入しやすくなり、配線基板としての信頼性が低くなる可能性がある。
【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、セラミック焼結体からなる絶縁板の貫通孔の内側面と、貫通孔内に配置された貫通導体の側面との界面付近におけるクラック等の不具合が抑制された配線基板、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの態様の配線基板は、セラミック焼結体からなり、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、前記貫通孔内に配置されて、側面が前記貫通孔の内側面に付着した貫通導体とを備えており、前記貫通導体の前記側面の一部に複数の凹部が設けられてい
るとともに、該凹部が設けられた部分において前記貫通導体の前記側面と前記貫通孔の前記内側面との間に空隙が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一つの態様の配線基板の製造方法は、
セラミック焼結体からなる絶縁板を準備するとともに、該絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔を形成する第１工程と、
金属粉末を含む金属ペーストを作製するとともに、該金属ペーストを前記貫通孔内に充填する第２工程と、
前記貫通孔内の前記金属ペーストを加熱して前記金属粉末を焼結させて貫通導体とする第３工程とを備えており、
前記第３工程において、前記金属ペーストを加熱する温度を前記金属粉末同士が互いに焼結する温度として、前記焼結に伴い前記貫通導体の側面に凹部を生じさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一つの態様の配線基板によれば、貫通導体の側面の一部に複数の凹部が設けられているとともに、その凹部が設けられた部分において貫通導体の側面と貫通孔の内側面との間に空隙が設けられていることから、この空隙によって、絶縁板に比べて大きく膨張する貫通導体の膨張を吸収することができる。そのため、貫通導体と絶縁板との間に生じる熱応力を低減することができる。したがって、熱応力に起因する貫通導体と絶縁板（貫通孔の内側面）との界面付近におけるクラック等の機械的な破壊を抑制することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の配線基板の製造方法によれば、上記各工程を備えており、貫通導体を形成する金属粉末を焼結させて、その貫通導体の側面に凹部を生じさせることから、貫通孔の内側面と貫通導体の側面との間に、凹部に応じて空隙を生じさせることができる。したがって、作製した配線基板において、上記空隙における貫通導体の熱膨張の吸収が可能であり、絶縁板と貫通導体との間におけるクラック等の破壊を抑制することができる。また、そのような配線基板を容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の配線基板における要部を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】図１に要部を示す配線基板全体の一例を模式的に示す上面図である。
【図３】図１（ｂ）における要部をさらに拡大して示す断面図である。
【図４】図１に示す配線基板の第１の変形例における要部を拡大して示す断面図である。
【図５】図１に示す配線基板の第２の変形例における要部を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の配線基板における要部を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態における配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の複数の実施形態の配線基板を、添付の図面を参照して説明する。以下の説明における上下の区別は便宜上のものであり、実用の際に上下が逆になっても構わない。
【００１４】
（第１の実施形態の配線基板）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の配線基板における要部を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。また、図２は、図１に要部を示
す配線基板全体の一例を模式的に示す上面図である。また、図３は、図１（ｂ）における要部をさらに拡大して示す断面図である。
【００１５】
図１〜図３において、１は絶縁板，２は貫通孔，３は貫通導体，４は凹部，５は配線導体である。絶縁板１に形成された貫通孔２内に貫通導体３が配置され、貫通導体３の側面が貫通孔２の内側面に付着されて配線基板が基本的に形成されている。また、絶縁板１の上下の配線導体５が貫通導体３を介して互いに電気的に接続されている。
【００１６】
絶縁板１は、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）等のセラミック焼結体により形成されている。
【００１７】
絶縁板１は、例えば窒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、まず窒化アルミニウムの粉末に酸化イットリウムや酸化カルシウム等の焼結助剤を添加するとともに、これらを有機溶剤およびバインダと混練してスラリーを作製する。次に、この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する。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、これを非酸化性の雰囲気において約1600〜1900℃の温度で焼成することによって製作することができる。
【００１８】
絶縁板１は、例えば四角板状や円板状等であり、例えば上面が、実装や電気チェックを行なう電子部品（図示せず）を搭載（電子部品を配線基板に電気的および機械的に接続して電子装置とするための実装、または電子部品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。電子部品としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子およびＬＥＤ（発光ダイオード）やＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子）等の光半導体素子を含む半導体素子，弾性表面波素子や水晶振動子等の圧電素子，容量素子，抵抗器，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）等の種々の電子部品が挙げられる。
【００１９】
絶縁板１は、例えば図２に示すように、後述する貫通孔２、貫通導体３および配線導体５がそれぞれ複数、配列形成されたものであってもよい。この場合、多数の電極が縦横の並び等に配置された半導体集積回路素子等の半導体素子に対応して、電極接続用の多数の配線導体５が絶縁板１の上面に配置され得る。
【００２０】
図１および図２に示す例において、絶縁板１の上面および下面に、それぞれ配線導体５が形成されている。配線導体５は、例えば電子部品と電気的に接続されて、この電子部品に対する信号の送受や、電子部品に対する電気的なチェックを行なうためのプローブを接続するための端子として機能する。絶縁板１の上下面の配線導体５は、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通導体３を介して互いに電気的に接続されている。
【００２１】
配線導体５と電子部品との電気的な接続は、例えば配線導体５の所定部分に電子部品の電極（図示せず）をはんだ等の導電性接続材を介して接合することによって行なわれる。この場合、配線導体５について、例えば図１および図２に示したように貫通導体３の端面を覆う円形状等の比較的大きなパターンで（いわゆる接続パッドとして）形成しておいて、はんだの接合面積をより広くして、電子部品に対する電気的な接続の信頼性を向上させるようにしてもよい。
【００２２】
配線導体５は、例えば、タングステン，モリブデン，マンガン，銅、銀，パラジウム，金，白金，ニッケル，コバルトまたは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。
【００２３】
配線導体５は、タングステンからなる場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製したタングステンの金属ペーストを、絶縁板１となるセラミックグリーンシートの主面にスクリーン印刷法等の方法で所定パターンに塗布し、その後、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形成することができる。また、配線導体５は、銅やチタン，ニッケル等の金属材料をスパッタリング法やめっき法等の薄膜形成法によって絶縁板１の主面から貫通導体３の端面にかけて被着させることによって形成することもできる。貫通導体３の形成方法については後述する。
【００２４】
貫通孔２は、例えば、セラミック焼結体からなる絶縁板１にドリル加工等の機械的な孔あけ加工や、炭酸ガスレーザ，ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等のレーザ光の照射による孔あけ加工（レーザ加工）を施すことによって形成されている。貫通孔２について、（未焼成の上記セラミックグリーンシートの状態ではなく）セラミック焼結体からなる絶縁板１に孔あけ加工を施して形成した場合には、焼成時の収縮に起因する寸法精度の低下の影響を受けない。そのため、この場合には、絶縁板１における貫通孔２の位置精度を高くする上で有利である。
【００２５】
貫通孔２は、例えば、直径が200μｍ〜700μｍ程度の円形状であり、この貫通孔２の内側に貫通導体３が配置されている。貫通孔２は、円形状に限らず、楕円形状や四角形状，角を円弧状に成形した四角形状等の形状でもかまわない。
【００２６】
貫通導体３は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，ニッケル，コバルト，タングステン，モリブデン，マンガン等または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。貫通導体３は、例えば絶縁板１が窒化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、チタン等の活性金属材料を含むものとする。貫通導体３に含まれる活性金属材料が絶縁板１（貫通孔２の内側面部分）と反応して結合し、活性金属材料を介して銅等の金属材料が絶縁板１に付着する。
【００２７】
貫通導体３は、例えば銅およびチタン等の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを貫通孔２内に真空吸引を併用したスクリーン印刷法等の方法で埋め込んだ後、この金属ペーストを絶縁板１とともに真空中、または非酸化雰囲気で加熱することによって、貫通孔２内に貫通導体３を形成することができる。
【００２８】
なお、絶縁板１が酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等の酸化物系の材料からなる場合であれば、貫通導体３を形成する金属材料に、絶縁板１（貫通孔２の内側面）に対する密着性を向上させること等のためにガラス成分を添加してもよい。
【００２９】
このような配線基板において、例えば、絶縁板１の上面の配線導体５に半導体素子等の電子部品（図示せず）が搭載され、電子部品の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブ（図示せず）が接続される。また、絶縁板１の下面の配線導体５が回路基板等の外部電気回路基板（図示せず）に接続される。絶縁板１の上面の配線導体５と、貫通導体３と、絶縁板１の下面の配線導体５とを介して、電子部品が外部電気回路と電気的に接続され、電子部品に対する電力の供給や、信号の送受，電子部品に対する電気的なチェック等が行なわれる。例えば電子部品がＬＥＤ等の発光素子の場合であれば、供給される電流によってＬＥＤ等から光が放射される。
【００３０】
上記配線基板において、貫通導体３の側面の一部に複数の凹部４が設けられているとと
もに、これらの凹部４が設けられた部分において貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間に空隙４ａが設けられている。空隙４ａは、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間に上記凹部４が空間として存在することによって設けられている。つまり、貫通導体３の側面に設けられた凹部４が、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間の空隙４ａとなっている。凹部４の形成方法については後述する。
【００３１】
空隙４ａによって、セラミック焼結体からなる絶縁板１と貫通導体３との熱膨張差に起因する熱応力が低減される。すなわち、絶縁板１に比べて大きく膨張しようとする貫通導体３の一部を空隙４ａ内に吸収することができる。そのため、上記熱応力が低減され、絶縁板１と貫通導体３との境界部分におけるクラック等の破壊を抑制することができる。
【００３２】
このような配線基板によれば、貫通導体３と絶縁板１との間の機械的な破壊が抑制されているため、貫通導体３を介した絶縁板１の上下面の配線導体５間の電気的な接続の信頼性を高くすることができる。
【００３３】
空隙４ａは、貫通導体３の熱膨張を吸収する上では合計の空隙４ａの面積が大きいほど好ましいが、大きくしすぎると、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間の接合面積が小さくなって、貫通導体３の絶縁板１に対する付着の強度自体が低くなる可能性がある。なお、空隙４ａの面積とは、貫通孔２の内側面のうち空隙４ａが存在している部分の面積であり、貫通導体３の側面に設けられた凹部４の開口部分の面積に相当する。
【００３４】
空隙４ａの面積は、このような条件を考慮して、貫通導体３の熱膨張を効果的に吸収する上では、貫通孔２の内側面の面積、つまり空隙４ａがないと仮定したときに貫通孔２の内側面に対して貫通導体３の側面が付着するべき面積面積（以下、接合面積という）に対して、合計で10〜40％程度の割合に設定すればよい。すなわち、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面とが互いに付着し合っている部分の面積をＡ、両者の間に空隙４ａが設けられている部分（付着し合っていない部分）の面積をＢとしたとき、Ｂ／（Ａ＋Ｂ）が0.1
〜0.4程度の範囲になるようにすればよい。
【００３５】
例えば、絶縁板１が窒化アルミニウム質焼結体（熱膨張率が約４×10−６／℃）からなり、貫通導体３を形成する導体材料が、熱膨張率が約８〜16×10−６／℃程度の上記の金属材料（銅およびチタン等）からなる場合であれば、空隙４ａの面積は、貫通導体３の接合面積に対して合計で15〜30％程度に設定すればよい。
【００３６】
また、空隙４ａの面積は、空隙４ａが複数設けられているときに合計の面積が同じであれば、貫通孔２（内側面）と貫通導体３（側面）との接合強度を確保できる範囲で、両者の間のより広い範囲に配置されていることが好ましい。例えば、上記のような条件で空隙４ａを貫通導体３の接合面積に対して10〜15％程度の体積で形成した場合であれば、一つの空隙４ａの大きさを、貫通導体３を形成している粉末粒子の１／４程度にすればよい。
【００３７】
空隙４ａとなる凹部４は、凹部４の内面の一部に応力が集中することを抑制する上では、半球状等の、断面視における内面が円弧状のものであることが好ましい。この場合には、凹部４の一部に応力が集中することによる、貫通導体３のクラック等の発生をより効果的に抑制することができる。
【００３８】
空隙４ａは、貫通孔２と貫通導体３との間に外気中の水分等の腐食成分が侵入することを防ぐために、配線基板の外表面に露出しないようにすることが好ましい。つまり貫通導体３の上端部分および下端部分には凹部４を設けないようにすることが好ましい。
【００３９】
図４は、図１に示す配線基板の第１の変形例における要部を拡大して示す断面図である
。図４において図１〜図３と同様の部位には同様の符号を付している。図４に示す例においては、貫通導体３が活性金属材料を含有しているとともに、貫通導体３の側面に、活性金属材料と絶縁板１との反応層６が形成されている。図４は、図１に示す配線基板の第１の変形例における要部を拡大して示す断面図である。図４において図１〜図３と同様の部位には同様の符号を付している。図４に示す例においては、貫通導体３が活性金属材料を含有しているとともに、貫通導体３の側面に、活性金属材料と絶縁板１との反応層６が形成されており、複数の凹部４の少なくとも一部が反応層６内に位置している。
【００４０】
なお、図４に示す例は、貫通導体３の側面に設けられた凹部４の一部が、反応層６内に延びた例であるとみなすこともできる。この場合には、貫通導体３の凹部４に加えて、反応層６内の凹部４によって、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間の空隙４ａが形成される。
【００４１】
反応層６は、前述したようにチタン等の活性金属材料が絶縁板１の窒化アルミニウムと反応して生成した層であり、Ａｌ−Ｎ−Ｔｉの成分を含んでいる。反応層６の熱膨張率は、絶縁板１の熱膨張率と、貫通導体３の熱膨張率との間の値である（例えば約６×10−６／℃）。そのため、反応層６の介在によって絶縁板１と貫通導体３との間の熱膨張率の差が緩和され、熱膨張率の差に起因する、絶縁板１と貫通導体３との境界部分におけるクラック等の破壊がより効果的に抑制される。
【００４２】
また、図４に示す例においては、貫通孔２の内側面に、絶縁板１を形成しているセラミック焼結体の一部が溶融再結晶してなる改質層７が形成されているとともに、改質層７と反応層６とが接合している。この場合にも、絶縁板１と貫通導体３との境界部分におけるクラック等の破壊がより効果的に抑制され得る。
【００４３】
すなわち、改質層７は絶縁板１に貫通孔２を形成する際のレーザ加工に伴う衝撃（熱衝撃）によって、厚み方向に貫通する微細な開口部７ａを有している。そのため、この場合には、貫通導体３に設けた凹部４に加えて、改質層７、つまり絶縁板１側である貫通孔２の内側面の一部にも凹状の部分を形成できる。そのため、改質層７内にも熱膨張しようとする貫通導体３の一部吸収することができ、絶縁板１と貫通導体３との間の熱応力をより効果的に低減することができる。この場合、反応層６の一部が貫通導体３の一部とともに改質層７の開口部７ａ内に入り込んでも構わない。
【００４４】
また、改質層７は、溶融再結晶に伴い酸素成分を含んでいることから、貫通導体３に含まれる活性金属と絶縁板１（実際には改質層７）との反応がより容易になり、反応層６を介した貫通導体３（側面）が絶縁板１（貫通孔２の内側面）との接合がより容易な、生産性に優れた配線基板とすることができる。
【００４５】
また、図４に示す例においては、貫通孔２の内側面に、絶縁板１を形成しているセラミック焼結体の一部が溶融再結晶してなる改質層７が形成されているとともに、改質層７と反応層６とが接合している。この場合にも、絶縁板１と貫通導体３との境界部分におけるクラック等の破壊がより効果的に抑制され得る。
【００４６】
また、改質層７は、溶融再結晶に伴い酸素成分を含んでいることから、貫通導体３に含まれる活性金属と絶縁板１（実際には改質層７）との反応がより容易になる。これは、酸素成分の存在により、チタン等がより活性化されて反応しやすくなることによる。そのため、反応層６を介した貫通導体３（側面）が絶縁板１（貫通孔２の内側面）との接合がより容易な、生産性に優れた配線基板とすることができる。
【００４７】
なお、図４に示す第１の変形例において、反応層６および改質層７のいずれか一方のみ
が形成されていてもよい。反応層６および改質層７のいずれか一方のみであったとしても、それぞれが形成されていることによる効果は、独立して得ることができる。例えば反応層６のみが形成されている場合であっても、活性金属材料を含む銅等からなる貫通導体３と、窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁板１との間の熱膨張率の差を緩和する効果を得ることができる。また、改質層７のみが形成されている場合であっても、熱応力のより一層の低減等の効果を得ることができる。
【００４８】
なお、反応層６の有無にかかわらず、改質層７が形成されている場合において、絶縁板１が酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等の酸化物系のセラミック材料からなるものであったとしても、上記開口部７ａの存在による熱応力低減の効果は得ることができる。
【００４９】
図５は、図１に示す配線基板の第２の変形例における要部を拡大して示す断面図である。図５において図１〜図４と同様の部位には同様の符号を付している。図５に示す例においては、図４に示す例と同様に、貫通導体３が活性金属材料を含有しているとともに、貫通導体３の側面に、活性金属材料と絶縁板１との反応層６が形成されている。ただし、この図５に示す例においては、凹部４が反応層６よりも内側、つまり貫通導体３の反応層６が形成されていない部分に位置している。
【００５０】
このような場合にも、例えば絶縁板１が窒化アルミニウム質焼結体からなり、反応層６がチタン等と窒化アルミニウム等との反応層である場合には、絶縁板１と貫通導体３との間の熱膨張率の差を緩和する効果を得ることができる。
【００５１】
反応層６と貫通孔２に内側面との間には空隙４ａに相当する部分が設けられていないが、反応層６は上記のように絶縁板１との熱膨張率の差が比較的小さいため、反応層６と絶縁板１との間に作用する熱応力は比較的小さい。そのため、反応層６にクラック等の機械的な破壊が生じるような可能性は小さい。
【００５２】
（第２の実施形態の配線基板）
図６は、本発明の第２の実施形態の配線基板における要部を示す断面図である。第２の実施形態の配線基板について、第１の実施形態の配線基板と同様の部位等については説明を省略する。
【００５３】
この第２の実施形態の配線基板においては、貫通孔２ａが、長さ方向の両端部のそれぞれから中央部にかけて漸次径が大きくなっている。この貫通孔２ａ内に配置された貫通導体３ａも、同様の形状になっている。これら以外の部位については、前述した第１の実施形態の配線基板と同様である。
【００５４】
このような配線基板によれば、例えば貫通導体３ａが熱膨張しようとしたとしても、貫通導体３ａの傾斜した側面が傾斜した貫通孔２ａの内側面に押し付けられるため、貫通導体３ａの長さ方向の伸びが抑制される。そのため、貫通導体３ａの長さ方向の伸びに伴って貫通導体３ａの一部または全部が貫通孔２ａから外側に抜けるようなことがより効果的に抑制される。
【００５５】
このような形状の貫通孔２ａは、例えば絶縁板１を、２層の絶縁層（図示せず）を上下に積層することによって形成するようにして、上下の絶縁層に形成する貫通孔（図示せず）を、絶縁層の一方の主面から他方の主面にかけて漸次径が大きくなるような形状（いわゆるテーパー状）とすればよい。この２層の絶縁層を、貫通孔の径が大きい方の主面同士が対向し合うように、かつ貫通孔が上下につながるように積層すれば、上記形状の貫通孔２ａを形成することができる。またこの貫通孔２ａ内に前述した銅等の金属ペーストを充
填して加熱すれば、上記形状の貫通導体３ａを形成することができる。
【００５６】
（配線基板の製造方法）
本発明の実施形態における配線基板の製造方法について、図７を参照して説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の実施形態における配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。図７において図１〜図３と同様の部位には同様の符号を付している。以下の説明において、上記配線基板についての説明と同様の事項については説明を省略する。
【００５７】
まず、図７（ａ）に示すように、セラミック焼結体からなる絶縁板１を準備するとともに、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通孔２を形成する。絶縁板１は、上記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等のセラミック焼結体により作製する。
【００５８】
絶縁板１が窒化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、上記と同様に、窒化アルミニウム等の原料粉末をシート状に成形してセラミックグリーンシート（図示せず）を作製し、これを積層した後に焼成することによって、絶縁板１を作製して準備することができる。
【００５９】
貫通孔２は、上記と同様に、機械的な孔あけ加工またはレーザ加工等の方法で形成することができる。前述したように、貫通孔２をレーザ加工で形成するようにすれば貫通孔２の内側面に改質層７を形成することができ、絶縁板１と貫通導体３との間の熱応力を緩和する上ではより有効である。
【００６０】
次に、図７（ｂ）に示すように、金属粉末を含む金属ペースト13を作製するとともに、金属ペースト13を貫通孔２内に充填する。金属粉末を形成する金属材料としては、上記貫通導体３を形成する、銅およびタングステン等の金属材料を用いることができる。
【００６１】
金属ペースト13は、上記と同様に銅およびチタン等の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製することができる。金属ペースト13の貫通孔２内への充填も上記と同様に真空吸引を併用したスクリーン印刷法等の方法で行なうことができる。
【００６２】
次に、図７（ｃ）に示すように、貫通孔２内の金属ペースト13を加熱して金属粉末を焼結させて貫通導体３とする。この工程において、金属ペースト13を加熱する温度は、金属ペースト13を形成している銅等の金属粉末同士が互いに焼結する温度とする。これにより、焼結に伴い貫通導体３の側面に凹部４を生じさせる。凹部４の形状および寸法に応じて、絶縁板１と貫通導体３との間に空隙４ａを設けることができる。
【００６３】
このような配線基板の製造方法によれば、上記各工程を備えており、貫通導体３を形成する金属粉末を焼結させて、その貫通導体３の側面に凹部４を生じさせることから、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間に、凹部４に応じて空隙４ａを生じさせることができる。したがって、作製した配線基板において、上記空隙４ａにおける、貫通導体３の熱膨張の吸収が可能であり、絶縁板１と貫通導体３との間におけるクラック等の破壊を抑制することができる。また、そのような配線基板を容易に製作することができる。
【００６４】
すなわち、上記製造方法によれば、貫通導体３の側面に凹部４を形成するような加工を別途施す必要がなく、貫通導体３の形成と同時に凹部４の形成も行なうことができる。また、この貫通導体３の形成は、金属ペースト13を加熱する操作のみであるため、手間がかからない。そのため、絶縁板１（貫通孔２の内側面）と貫通導体３（貫通導体３の側面）との間に上記空隙４ａを有する配線基板を容易に製作することができる。
【００６５】
金属粉末を焼結させる温度は、金属粉末を形成している金属材料の融点付近温度（例えば融点に対して＋50℃〜−200℃）であり、例えば、金属ペースト13が銅の粉末を用いて
作製したものであれば、上記金属粉末を焼結させる温度は、粉末の大きさにもよるが、約900〜1000℃程度である。
【００６６】
なお、貫通導体３を、複数の金属材料を用いて形成する場合であれば、上記焼結する温度は、上記複数の金属材料の合金の融点を基準に設定する。互いに合金化しない複数の金属材料を使用する場合は、主成分の融点で設定する。
【００６７】
以上の工程の後、例えばスパッタリング法や蒸着法，めっき法等の薄膜形成方法で所定パターンに配線導体５を絶縁板１の上面等に被着させれば、図１または図２に示すような配線基板を製作することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・絶縁板
２・・・貫通孔
２ａ・・貫通孔
３・・・貫通導体
３ａ・・貫通導体
４・・・凹部
４ａ・・空隙
５・・・配線導体
６・・・反応層
７・・・改質層
７ａ・・開口部
13・・・金属ペースト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、この絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔内に配置されて側面が貫通孔の内側面に付着した貫通導体とを備える配線基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品搭載用等に使用される配線基板として、セラミック焼結体からなり、主面（上面や下面）に配線導体が形成された絶縁板と、その絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔と、貫通孔内に配置された貫通導体（いわゆるビア導体）とを備えたものが用いられている。絶縁板の上下面の配線導体は、貫通孔が形成された位置で上下に重なり合う部分を有し、この部分で貫通導体を介して上下に電気的に接続されている。
【０００３】
このような配線基板は、例えば絶縁板の上面の配線導体に電子部品の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブが接続され、下面の配線導体が回路基板等の外部電気回路基板に接続される。そして、絶縁板の上面の薄膜配線等の配線導体と、貫通導体と、絶縁板の下面の配線導体とを介して、電子部品が外部電気回路と電気的に接続され、信号の送受や、電子部品に対する電気的な検査等が行なわれる。
【０００４】
貫通導体は、セラミック焼結体からなる絶縁層の所定位置にレーザ加工によって開口が円形状等の貫通孔を形成し、この貫通孔内に銅や銀−パラジウム等の金属ペーストを充填した後、金属ペーストを加熱して貫通孔の内側面に金属材料とし付着させることによって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−94840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、このような配線基板においては、絶縁板と貫通導体との熱膨張率に差がある（貫通導体の方が大きい）。そのため、例えば配線基板に電子部品を実装する際に加わる熱や、検査のために電子部品を加温する際に繰り返し加わる熱等によって貫通導体と絶縁板との間に熱応力が生じる。この熱応力によって、貫通導体の側面と貫通孔の内側面とが互いに付着し合う界面付近で、貫通導体または絶縁板の一部にクラック等の機械的な破壊が発生する可能性があるという問題点があった。このような破壊が生じると、貫通導体と貫通孔との間に外気や水分等が侵入しやすくなり、配線基板としての信頼性が低くなる可能性がある。
【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、セラミック焼結体からなる絶縁板の貫通孔の内側面と、貫通孔内に配置された貫通導体の側面との界面付近におけるクラック等の不具合が抑制された配線基板、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの態様の配線基板は、セラミック焼結体からなり、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、前記貫通孔内に配置されて、側面が前記貫通孔の内側面に付着した貫通導体とを備えており、前記貫通導体の前記側面の一部に複数の凹部が設けられてい
るとともに、該凹部が設けられた部分において前記貫通導体の前記側面と前記貫通孔の前記内側面との間に空隙が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一つの態様の配線基板の製造方法は、
セラミック焼結体からなる絶縁板を準備するとともに、該絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔を形成する第１工程と、
金属粉末を含む金属ペーストを作製するとともに、該金属ペーストを前記貫通孔内に充填する第２工程と、
前記貫通孔内の前記金属ペーストを加熱して前記金属粉末を焼結させて貫通導体とする第３工程とを備えており、
前記第３工程において、前記金属ペーストを加熱する温度を前記金属粉末同士が互いに焼結する温度として、前記焼結に伴い前記貫通導体の側面に凹部を生じさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一つの態様の配線基板によれば、貫通導体の側面の一部に複数の凹部が設けられているとともに、その凹部が設けられた部分において貫通導体の側面と貫通孔の内側面との間に空隙が設けられていることから、この空隙によって、絶縁板に比べて大きく膨張する貫通導体の膨張を吸収することができる。そのため、貫通導体と絶縁板との間に生じる熱応力を低減することができる。したがって、熱応力に起因する貫通導体と絶縁板（貫通孔の内側面）との界面付近におけるクラック等の機械的な破壊を抑制することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の配線基板の製造方法によれば、上記各工程を備えており、貫通導体を形成する金属粉末を焼結させて、その貫通導体の側面に凹部を生じさせることから、貫通孔の内側面と貫通導体の側面との間に、凹部に応じて空隙を生じさせることができる。したがって、作製した配線基板において、上記空隙における貫通導体の熱膨張の吸収が可能であり、絶縁板と貫通導体との間におけるクラック等の破壊を抑制することができる。また、そのような配線基板を容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の配線基板における要部を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】図１に要部を示す配線基板全体の一例を模式的に示す上面図である。
【図３】図１（ｂ）における要部をさらに拡大して示す断面図である。
【図４】図１に示す配線基板の第１の変形例における要部を拡大して示す断面図である。
【図５】図１に示す配線基板の第２の変形例における要部を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の配線基板における要部を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態における配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の複数の実施形態の配線基板を、添付の図面を参照して説明する。以下の説明における上下の区別は便宜上のものであり、実用の際に上下が逆になっても構わない。
【００１４】
（第１の実施形態の配線基板）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の配線基板における要部を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。また、図２は、図１に要部を示
す配線基板全体の一例を模式的に示す上面図である。また、図３は、図１（ｂ）における要部をさらに拡大して示す断面図である。
【００１５】
図１〜図３において、１は絶縁板，２は貫通孔，３は貫通導体，４は凹部，５は配線導体である。絶縁板１に形成された貫通孔２内に貫通導体３が配置され、貫通導体３の側面が貫通孔２の内側面に付着されて配線基板が基本的に形成されている。また、絶縁板１の上下の配線導体５が貫通導体３を介して互いに電気的に接続されている。
【００１６】
絶縁板１は、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）等のセラミック焼結体により形成されている。
【００１７】
絶縁板１は、例えば窒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、まず窒化アルミニウムの粉末に酸化イットリウムや酸化カルシウム等の焼結助剤を添加するとともに、これらを有機溶剤およびバインダと混練してスラリーを作製する。次に、この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する。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、これを非酸化性の雰囲気において約1600〜1900℃の温度で焼成することによって製作することができる。
【００１８】
絶縁板１は、例えば四角板状や円板状等であり、例えば上面が、実装や電気チェックを行なう電子部品（図示せず）を搭載（電子部品を配線基板に電気的および機械的に接続して電子装置とするための実装、または電子部品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。電子部品としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子およびＬＥＤ（発光ダイオード）やＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子）等の光半導体素子を含む半導体素子，弾性表面波素子や水晶振動子等の圧電素子，容量素子，抵抗器，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）等の種々の電子部品が挙げられる。
【００１９】
絶縁板１は、例えば図２に示すように、後述する貫通孔２、貫通導体３および配線導体５がそれぞれ複数、配列形成されたものであってもよい。この場合、多数の電極が縦横の並び等に配置された半導体集積回路素子等の半導体素子に対応して、電極接続用の多数の配線導体５が絶縁板１の上面に配置され得る。
【００２０】
図１および図２に示す例において、絶縁板１の上面および下面に、それぞれ配線導体５が形成されている。配線導体５は、例えば電子部品と電気的に接続されて、この電子部品に対する信号の送受や、電子部品に対する電気的なチェックを行なうためのプローブを接続するための端子として機能する。絶縁板１の上下面の配線導体５は、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通導体３を介して互いに電気的に接続されている。
【００２１】
配線導体５と電子部品との電気的な接続は、例えば配線導体５の所定部分に電子部品の電極（図示せず）をはんだ等の導電性接続材を介して接合することによって行なわれる。この場合、配線導体５について、例えば図１および図２に示したように貫通導体３の端面を覆う円形状等の比較的大きなパターンで（いわゆる接続パッドとして）形成しておいて、はんだの接合面積をより広くして、電子部品に対する電気的な接続の信頼性を向上させるようにしてもよい。
【００２２】
配線導体５は、例えば、タングステン，モリブデン，マンガン，銅、銀，パラジウム，金，白金，ニッケル，コバルトまたは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。
【００２３】
配線導体５は、タングステンからなる場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製したタングステンの金属ペーストを、絶縁板１となるセラミックグリーンシートの主面にスクリーン印刷法等の方法で所定パターンに塗布し、その後、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形成することができる。また、配線導体５は、銅やチタン，ニッケル等の金属材料をスパッタリング法やめっき法等の薄膜形成法によって絶縁板１の主面から貫通導体３の端面にかけて被着させることによって形成することもできる。貫通導体３の形成方法については後述する。
【００２４】
貫通孔２は、例えば、セラミック焼結体からなる絶縁板１にドリル加工等の機械的な孔あけ加工や、炭酸ガスレーザ，ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等のレーザ光の照射による孔あけ加工（レーザ加工）を施すことによって形成されている。貫通孔２について、（未焼成の上記セラミックグリーンシートの状態ではなく）セラミック焼結体からなる絶縁板１に孔あけ加工を施して形成した場合には、焼成時の収縮に起因する寸法精度の低下の影響を受けない。そのため、この場合には、絶縁板１における貫通孔２の位置精度を高くする上で有利である。
【００２５】
貫通孔２は、例えば、直径が200μｍ〜700μｍ程度の円形状であり、この貫通孔２の内側に貫通導体３が配置されている。貫通孔２は、円形状に限らず、楕円形状や四角形状，角を円弧状に成形した四角形状等の形状でもかまわない。
【００２６】
貫通導体３は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，ニッケル，コバルト，タングステン，モリブデン，マンガン等または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。貫通導体３は、例えば絶縁板１が窒化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、チタン等の活性金属材料を含むものとする。貫通導体３に含まれる活性金属材料が絶縁板１（貫通孔２の内側面部分）と反応して結合し、活性金属材料を介して銅等の金属材料が絶縁板１に付着する。
【００２７】
貫通導体３は、例えば銅およびチタン等の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを貫通孔２内に真空吸引を併用したスクリーン印刷法等の方法で埋め込んだ後、この金属ペーストを絶縁板１とともに真空中、または非酸化雰囲気で加熱することによって、貫通孔２内に貫通導体３を形成することができる。
【００２８】
なお、絶縁板１が酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等の酸化物系の材料からなる場合であれば、貫通導体３を形成する金属材料に、絶縁板１（貫通孔２の内側面）に対する密着性を向上させること等のためにガラス成分を添加してもよい。
【００２９】
このような配線基板において、例えば、絶縁板１の上面の配線導体５に半導体素子等の電子部品（図示せず）が搭載され、電子部品の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブ（図示せず）が接続される。また、絶縁板１の下面の配線導体５が回路基板等の外部電気回路基板（図示せず）に接続される。絶縁板１の上面の配線導体５と、貫通導体３と、絶縁板１の下面の配線導体５とを介して、電子部品が外部電気回路と電気的に接続され、電子部品に対する電力の供給や、信号の送受，電子部品に対する電気的なチェック等が行なわれる。例えば電子部品がＬＥＤ等の発光素子の場合であれば、供給される電流によってＬＥＤ等から光が放射される。
【００３０】
上記配線基板において、貫通導体３の側面の一部に複数の凹部４が設けられているとと
もに、これらの凹部４が設けられた部分において貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間に空隙４ａが設けられている。空隙４ａは、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間に上記凹部４が空間として存在することによって設けられている。つまり、貫通導体３の側面に設けられた凹部４が、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間の空隙４ａとなっている。凹部４の形成方法については後述する。
【００３１】
空隙４ａによって、セラミック焼結体からなる絶縁板１と貫通導体３との熱膨張差に起因する熱応力が低減される。すなわち、絶縁板１に比べて大きく膨張しようとする貫通導体３の一部を空隙４ａ内に吸収することができる。そのため、上記熱応力が低減され、絶縁板１と貫通導体３との境界部分におけるクラック等の破壊を抑制することができる。
【００３２】
このような配線基板によれば、貫通導体３と絶縁板１との間の機械的な破壊が抑制されているため、貫通導体３を介した絶縁板１の上下面の配線導体５間の電気的な接続の信頼性を高くすることができる。
【００３３】
空隙４ａは、貫通導体３の熱膨張を吸収する上では合計の空隙４ａの面積が大きいほど好ましいが、大きくしすぎると、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間の接合面積が小さくなって、貫通導体３の絶縁板１に対する付着の強度自体が低くなる可能性がある。なお、空隙４ａの面積とは、貫通孔２の内側面のうち空隙４ａが存在している部分の面積であり、貫通導体３の側面に設けられた凹部４の開口部分の面積に相当する。
【００３４】
空隙４ａの面積は、このような条件を考慮して、貫通導体３の熱膨張を効果的に吸収する上では、貫通孔２の内側面の面積、つまり空隙４ａがないと仮定したときに貫通孔２の内側面に対して貫通導体３の側面が付着するべき面積面積（以下、接合面積という）に対して、合計で10〜40％程度の割合に設定すればよい。すなわち、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面とが互いに付着し合っている部分の面積をＡ、両者の間に空隙４ａが設けられている部分（付着し合っていない部分）の面積をＢとしたとき、Ｂ／（Ａ＋Ｂ）が0.1
〜0.4程度の範囲になるようにすればよい。
【００３５】
例えば、絶縁板１が窒化アルミニウム質焼結体（熱膨張率が約４×10−６／℃）からなり、貫通導体３を形成する導体材料が、熱膨張率が約８〜16×10−６／℃程度の上記の金属材料（銅およびチタン等）からなる場合であれば、空隙４ａの面積は、貫通導体３の接合面積に対して合計で15〜30％程度に設定すればよい。
【００３６】
また、空隙４ａの面積は、空隙４ａが複数設けられているときに合計の面積が同じであれば、貫通孔２（内側面）と貫通導体３（側面）との接合強度を確保できる範囲で、両者の間のより広い範囲に配置されていることが好ましい。例えば、上記のような条件で空隙４ａを貫通導体３の接合面積に対して10〜15％程度の体積で形成した場合であれば、一つの空隙４ａの大きさを、貫通導体３を形成している粉末粒子の１／４程度にすればよい。
【００３７】
空隙４ａとなる凹部４は、凹部４の内面の一部に応力が集中することを抑制する上では、半球状等の、断面視における内面が円弧状のものであることが好ましい。この場合には、凹部４の一部に応力が集中することによる、貫通導体３のクラック等の発生をより効果的に抑制することができる。
【００３８】
空隙４ａは、貫通孔２と貫通導体３との間に外気中の水分等の腐食成分が侵入することを防ぐために、配線基板の外表面に露出しないようにすることが好ましい。つまり貫通導体３の上端部分および下端部分には凹部４を設けないようにすることが好ましい。
【００３９】
図４は、図１に示す配線基板の第１の変形例における要部を拡大して示す断面図である
。図４において図１〜図３と同様の部位には同様の符号を付している。図４に示す例においては、貫通導体３が活性金属材料を含有しているとともに、貫通導体３の側面に、活性金属材料と絶縁板１との反応層６が形成されている。図４は、図１に示す配線基板の第１の変形例における要部を拡大して示す断面図である。図４において図１〜図３と同様の部位には同様の符号を付している。図４に示す例においては、貫通導体３が活性金属材料を含有しているとともに、貫通導体３の側面に、活性金属材料と絶縁板１との反応層６が形成されており、複数の凹部４の少なくとも一部が反応層６内に位置している。
【００４０】
なお、図４に示す例は、貫通導体３の側面に設けられた凹部４の一部が、反応層６内に延びた例であるとみなすこともできる。この場合には、貫通導体３の凹部４に加えて、反応層６内の凹部４によって、貫通導体３の側面と貫通孔２の内側面との間の空隙４ａが形成される。
【００４１】
反応層６は、前述したようにチタン等の活性金属材料が絶縁板１の窒化アルミニウムと反応して生成した層であり、Ａｌ−Ｎ−Ｔｉの成分を含んでいる。反応層６の熱膨張率は、絶縁板１の熱膨張率と、貫通導体３の熱膨張率との間の値である（例えば約６×10−６／℃）。そのため、反応層６の介在によって絶縁板１と貫通導体３との間の熱膨張率の差が緩和され、熱膨張率の差に起因する、絶縁板１と貫通導体３との境界部分におけるクラック等の破壊がより効果的に抑制される。
【００４２】
また、図４に示す例においては、貫通孔２の内側面に、絶縁板１を形成しているセラミック焼結体の一部が溶融再結晶してなる改質層７が形成されているとともに、改質層７と反応層６とが接合している。この場合にも、絶縁板１と貫通導体３との境界部分におけるクラック等の破壊がより効果的に抑制され得る。
【００４３】
すなわち、改質層７は絶縁板１に貫通孔２を形成する際のレーザ加工に伴う衝撃（熱衝撃）によって、厚み方向に貫通する微細な開口部７ａを有している。そのため、この場合には、貫通導体３に設けた凹部４に加えて、改質層７、つまり絶縁板１側である貫通孔２の内側面の一部にも凹状の部分を形成できる。そのため、改質層７内にも熱膨張しようとする貫通導体３の一部吸収することができ、絶縁板１と貫通導体３との間の熱応力をより効果的に低減することができる。この場合、反応層６の一部が貫通導体３の一部とともに改質層７の開口部７ａ内に入り込んでも構わない。
【００４４】
また、改質層７は、溶融再結晶に伴い酸素成分を含んでいることから、貫通導体３に含まれる活性金属と絶縁板１（実際には改質層７）との反応がより容易になり、反応層６を介した貫通導体３（側面）が絶縁板１（貫通孔２の内側面）との接合がより容易な、生産性に優れた配線基板とすることができる。
【００４５】
また、図４に示す例においては、貫通孔２の内側面に、絶縁板１を形成しているセラミック焼結体の一部が溶融再結晶してなる改質層７が形成されているとともに、改質層７と反応層６とが接合している。この場合にも、絶縁板１と貫通導体３との境界部分におけるクラック等の破壊がより効果的に抑制され得る。
【００４６】
また、改質層７は、溶融再結晶に伴い酸素成分を含んでいることから、貫通導体３に含まれる活性金属と絶縁板１（実際には改質層７）との反応がより容易になる。これは、酸素成分の存在により、チタン等がより活性化されて反応しやすくなることによる。そのため、反応層６を介した貫通導体３（側面）が絶縁板１（貫通孔２の内側面）との接合がより容易な、生産性に優れた配線基板とすることができる。
【００４７】
なお、図４に示す第１の変形例において、反応層６および改質層７のいずれか一方のみ
が形成されていてもよい。反応層６および改質層７のいずれか一方のみであったとしても、それぞれが形成されていることによる効果は、独立して得ることができる。例えば反応層６のみが形成されている場合であっても、活性金属材料を含む銅等からなる貫通導体３と、窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁板１との間の熱膨張率の差を緩和する効果を得ることができる。また、改質層７のみが形成されている場合であっても、熱応力のより一層の低減等の効果を得ることができる。
【００４８】
なお、反応層６の有無にかかわらず、改質層７が形成されている場合において、絶縁板１が酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等の酸化物系のセラミック材料からなるものであったとしても、上記開口部７ａの存在による熱応力低減の効果は得ることができる。
【００４９】
図５は、図１に示す配線基板の第２の変形例における要部を拡大して示す断面図である。図５において図１〜図４と同様の部位には同様の符号を付している。図５に示す例においては、図４に示す例と同様に、貫通導体３が活性金属材料を含有しているとともに、貫通導体３の側面に、活性金属材料と絶縁板１との反応層６が形成されている。ただし、この図５に示す例においては、凹部４が反応層６よりも内側、つまり貫通導体３の反応層６が形成されていない部分に位置している。
【００５０】
このような場合にも、例えば絶縁板１が窒化アルミニウム質焼結体からなり、反応層６がチタン等と窒化アルミニウム等との反応層である場合には、絶縁板１と貫通導体３との間の熱膨張率の差を緩和する効果を得ることができる。
【００５１】
反応層６と貫通孔２に内側面との間には空隙４ａに相当する部分が設けられていないが、反応層６は上記のように絶縁板１との熱膨張率の差が比較的小さいため、反応層６と絶縁板１との間に作用する熱応力は比較的小さい。そのため、反応層６にクラック等の機械的な破壊が生じるような可能性は小さい。
【００５２】
（第２の実施形態の配線基板）
図６は、本発明の第２の実施形態の配線基板における要部を示す断面図である。第２の実施形態の配線基板について、第１の実施形態の配線基板と同様の部位等については説明を省略する。
【００５３】
この第２の実施形態の配線基板においては、貫通孔２ａが、長さ方向の両端部のそれぞれから中央部にかけて漸次径が大きくなっている。この貫通孔２ａ内に配置された貫通導体３ａも、同様の形状になっている。これら以外の部位については、前述した第１の実施形態の配線基板と同様である。
【００５４】
このような配線基板によれば、例えば貫通導体３ａが熱膨張しようとしたとしても、貫通導体３ａの傾斜した側面が傾斜した貫通孔２ａの内側面に押し付けられるため、貫通導体３ａの長さ方向の伸びが抑制される。そのため、貫通導体３ａの長さ方向の伸びに伴って貫通導体３ａの一部または全部が貫通孔２ａから外側に抜けるようなことがより効果的に抑制される。
【００５５】
このような形状の貫通孔２ａは、例えば絶縁板１を、２層の絶縁層（図示せず）を上下に積層することによって形成するようにして、上下の絶縁層に形成する貫通孔（図示せず）を、絶縁層の一方の主面から他方の主面にかけて漸次径が大きくなるような形状（いわゆるテーパー状）とすればよい。この２層の絶縁層を、貫通孔の径が大きい方の主面同士が対向し合うように、かつ貫通孔が上下につながるように積層すれば、上記形状の貫通孔２ａを形成することができる。またこの貫通孔２ａ内に前述した銅等の金属ペーストを充
填して加熱すれば、上記形状の貫通導体３ａを形成することができる。
【００５６】
（配線基板の製造方法）
本発明の実施形態における配線基板の製造方法について、図７を参照して説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の実施形態における配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。図７において図１〜図３と同様の部位には同様の符号を付している。以下の説明において、上記配線基板についての説明と同様の事項については説明を省略する。
【００５７】
まず、図７（ａ）に示すように、セラミック焼結体からなる絶縁板１を準備するとともに、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通孔２を形成する。絶縁板１は、上記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等のセラミック焼結体により作製する。
【００５８】
絶縁板１が窒化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、上記と同様に、窒化アルミニウム等の原料粉末をシート状に成形してセラミックグリーンシート（図示せず）を作製し、これを積層した後に焼成することによって、絶縁板１を作製して準備することができる。
【００５９】
貫通孔２は、上記と同様に、機械的な孔あけ加工またはレーザ加工等の方法で形成することができる。前述したように、貫通孔２をレーザ加工で形成するようにすれば貫通孔２の内側面に改質層７を形成することができ、絶縁板１と貫通導体３との間の熱応力を緩和する上ではより有効である。
【００６０】
次に、図７（ｂ）に示すように、金属粉末を含む金属ペースト13を作製するとともに、金属ペースト13を貫通孔２内に充填する。金属粉末を形成する金属材料としては、上記貫通導体３を形成する、銅およびタングステン等の金属材料を用いることができる。
【００６１】
金属ペースト13は、上記と同様に銅およびチタン等の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製することができる。金属ペースト13の貫通孔２内への充填も上記と同様に真空吸引を併用したスクリーン印刷法等の方法で行なうことができる。
【００６２】
次に、図７（ｃ）に示すように、貫通孔２内の金属ペースト13を加熱して金属粉末を焼結させて貫通導体３とする。この工程において、金属ペースト13を加熱する温度は、金属ペースト13を形成している銅等の金属粉末同士が互いに焼結する温度とする。これにより、焼結に伴い貫通導体３の側面に凹部４を生じさせる。凹部４の形状および寸法に応じて、絶縁板１と貫通導体３との間に空隙４ａを設けることができる。
【００６３】
このような配線基板の製造方法によれば、上記各工程を備えており、貫通導体３を形成する金属粉末を焼結させて、その貫通導体３の側面に凹部４を生じさせることから、貫通孔２の内側面と貫通導体３の側面との間に、凹部４に応じて空隙４ａを生じさせることができる。したがって、作製した配線基板において、上記空隙４ａにおける、貫通導体３の熱膨張の吸収が可能であり、絶縁板１と貫通導体３との間におけるクラック等の破壊を抑制することができる。また、そのような配線基板を容易に製作することができる。
【００６４】
すなわち、上記製造方法によれば、貫通導体３の側面に凹部４を形成するような加工を別途施す必要がなく、貫通導体３の形成と同時に凹部４の形成も行なうことができる。また、この貫通導体３の形成は、金属ペースト13を加熱する操作のみであるため、手間がかからない。そのため、絶縁板１（貫通孔２の内側面）と貫通導体３（貫通導体３の側面）との間に上記空隙４ａを有する配線基板を容易に製作することができる。
【００６５】
金属粉末を焼結させる温度は、金属粉末を形成している金属材料の融点付近温度（例えば融点に対して＋50℃〜−200℃）であり、例えば、金属ペースト13が銅の粉末を用いて
作製したものであれば、上記金属粉末を焼結させる温度は、粉末の大きさにもよるが、約900〜1000℃程度である。
【００６６】
なお、貫通導体３を、複数の金属材料を用いて形成する場合であれば、上記焼結する温度は、上記複数の金属材料の合金の融点を基準に設定する。互いに合金化しない複数の金属材料を使用する場合は、主成分の融点で設定する。
【００６７】
以上の工程の後、例えばスパッタリング法や蒸着法，めっき法等の薄膜形成方法で所定パターンに配線導体５を絶縁板１の上面等に被着させれば、図１または図２に示すような配線基板を製作することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・絶縁板
２・・・貫通孔
２ａ・・貫通孔
３・・・貫通導体
３ａ・・貫通導体
４・・・凹部
４ａ・・空隙
５・・・配線導体
６・・・反応層
７・・・改質層
７ａ・・開口部
13・・・金属ペースト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック焼結体からなり、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、前記貫通孔内に配置されて、側面が前記貫通孔の内側面に付着した貫通導体とを備えており、
前記貫通導体の前記側面の一部に複数の凹部が設けられているとともに、該凹部が設けられた部分において前記貫通導体の前記側面と前記貫通孔の前記内側面との間に空隙が設けられていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記貫通導体が活性金属材料を含有しているとともに、前記貫通導体の前記側面に、前記活性金属材料と前記絶縁板との反応層が形成されており、前記複数の凹部の少なくとも一部が前記反応層内に位置していることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記貫通孔の前記内側面に、前記セラミック焼結体の一部が溶融再結晶してなる改質層が形成されているとともに、該改質層と前記反応層とが接合していることを特徴とする請求項２記載の配線基板。
【請求項４】
前記貫通孔は、長さ方向の両端部のそれぞれから中央部にかけて漸次径が大きくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の配線基板。
【請求項５】
セラミック焼結体からなる絶縁板を準備するとともに、該絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔を形成する第１工程と、
金属粉末を含む金属ペーストを作製するとともに、該金属ペーストを前記貫通孔内に充填する第２工程と、
前記貫通孔内の前記金属ペーストを加熱して前記金属粉末を焼結させて貫通導体とする第３工程とを備えており、
前記第３工程において、前記金属ペーストを加熱する温度を前記金属粉末同士が互いに焼結する温度として、前記焼結に伴い前記貫通導体の側面に凹部を生じさせることを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項１】
セラミック焼結体からなり、厚み方向に貫通する貫通孔を有する絶縁板と、前記貫通孔内に配置されて、側面が前記貫通孔の内側面に付着した貫通導体とを備えており、
前記貫通導体の前記側面の一部に複数の凹部が設けられているとともに、該凹部が設けられた部分において前記貫通導体の前記側面と前記貫通孔の前記内側面との間に空隙が設けられていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記貫通導体が活性金属材料を含有しているとともに、前記貫通導体の前記側面に、前記活性金属材料と前記絶縁板との反応層が形成されており、前記複数の凹部の少なくとも一部が前記反応層内に位置していることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記貫通孔の前記内側面に、前記セラミック焼結体の一部が溶融再結晶してなる改質層が形成されているとともに、該改質層と前記反応層とが接合していることを特徴とする請求項２記載の配線基板。
【請求項４】
前記貫通孔は、長さ方向の両端部のそれぞれから中央部にかけて漸次径が大きくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の配線基板。
【請求項５】
セラミック焼結体からなる絶縁板を準備するとともに、該絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔を形成する第１工程と、
金属粉末を含む金属ペーストを作製するとともに、該金属ペーストを前記貫通孔内に充填する第２工程と、
前記貫通孔内の前記金属ペーストを加熱して前記金属粉末を焼結させて貫通導体とする第３工程とを備えており、
前記第３工程において、前記金属ペーストを加熱する温度を前記金属粉末同士が互いに焼結する温度として、前記焼結に伴い前記貫通導体の側面に凹部を生じさせ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６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１５１２３（Ｐ２０１３−１１５１２３Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７８４０（Ｐ２０１１−２５７８４０）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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