配線基板の製造方法
【課題】ＬＳＩ等のデバイスやチップ部品等の電気的接続性や接続信頼性に優れた多層配線基板を提供する。
【解決手段】セラミックグリーンシート積層体７の表層となる配線導体層付きセラミックグリーンシート６に貫通導体を形成する工程において、貫通孔３の配線導体層２が形成された表面側の部分に、第１の範囲の温度で収縮が開始し、第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペースト４’’を充填し、貫通孔３の表面とは逆側の部分に、第２の範囲の温度で収縮が開始する第２の貫通導体ペースト４’を充填して、配線導体層付きセラミックグリーンシートに貫通導体を形成する。
【解決手段】セラミックグリーンシート積層体７の表層となる配線導体層付きセラミックグリーンシート６に貫通導体を形成する工程において、貫通孔３の配線導体層２が形成された表面側の部分に、第１の範囲の温度で収縮が開始し、第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペースト４’’を充填し、貫通孔３の表面とは逆側の部分に、第２の範囲の温度で収縮が開始する第２の貫通導体ペースト４’を充填して、配線導体層付きセラミックグリーンシートに貫通導体を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ、ＩＣやチップ部品の搭載に利用される多層配線基板の製造方法に関するものであり、特に、導体が表面に形成された支持体上にセラミックスラリーを塗布し、乾燥後剥離することにより平坦なセラミックグリーンシートを形成して成る多層配線基板の製造方法およびこれを用いた多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化や高精度化に伴い、これらの電子機器に用いられるセラミック多層配線基板や積層コンデンサのような電子部品においても小型化や高性能化が望まれている。例えば、セラミック多層配線基板においては小型化及び配線導体の高密度化のために、より薄い絶縁層と配線導体層を多層に形成し、配線導体層の幅や間隔もより微細なものが求められている。
【０００３】
それに対して、特許文献１に記載されているような、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の支持体上に配線導体層を形成し、この支持体上にほぼ一定の厚みでセラミックスラリーを塗布し、その後乾燥することでセラミックスラリーをセラミックグリーンシートとし、このセラミックグリーンシートを支持体から剥離することにより、配線導体層がセラミックグリーンシートに埋没し、表面に配線導体層による凹凸のない導体付きセラミックグリーンシートを形成する製法が提案されている。
【０００４】
この製法によれば、グリーンシート積層時に、配線導体層が形成された領域が重なる部分とそうでない部分との厚み差が発生しないので、均一な圧着が可能となり、加圧が不十分な部分でデラミネーション（層間剥離）が発生することを抑制することができる。さらに、配線導体層が形成されたグリーンシートを多数積層する際、低圧で積層できるため、積層変形を抑えることができ、グリーンシート積層体の高寸法精度を確保することができる。
【０００５】
また、特許文献１に記載されているような方法を用いてセラミック多層配線基板を製造する場合は、各層に位置する配線導体層を上下に電気的に接合するために、配線導体層付きセラミックグリーンシートを形成した後に、配線導体層の所望の位置に配線導体層およびグリーンシートを貫通する貫通導体充填用貫通孔を形成し、この貫通導体充填用貫通孔に貫通導体ペーストを充填してから積層する必要がある。
【０００６】
一方、この貫通導体ペーストはグリーンシートや配線導体層形成用の配線導体ペーストと同時に焼結されて貫通導体を形成するが、貫通導体充填用貫通孔内部に充填された貫通導体ペーストは、貫通導体充填用貫通孔を形成したグリーンシートと焼結の開始温度を精密に合わせておく必要があり、この焼結の開始温度があっていないと、配線用の配線導体層と貫通導体との接続が切れたり、貫通導体充填用貫通孔の内面と貫通導体との間に空隙が生じたりして、セラミック多層配線基板の電気的接続信頼性が著しく低下するという不具合があった。
【０００７】
このような配線導体層と貫通導体との電気的接続信頼性の問題点を解決するために、例えば、特許文献２に示されるような方法が提案されている。
【０００８】
特許文献２においては、導体材料の中に焼結温度が絶縁層の焼結温度と同程度の無機材料や、絶縁層の焼結温度よりも焼結温度が高い無機材料を添加することにより、貫通導体と絶縁層の収縮開始温度を近づけることによって、前述の問題点の解決を図っている。 ここで収縮開始温度とはグリーンシートや配線導体ペースト中の粉末同士が焼結を開始し、体積収縮を始める温度のことである。
【特許文献１】特開昭５０−６４７６８号公報
【特許文献２】特開平１０−３４１０６７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２に記載されているような貫通導体と絶縁層の収縮開始温度を近づける方法においても、配線導体層および絶縁層を貫通して形成された貫通導体においては、貫通導体と配線導体層の収縮開始温度が異なることによって次のような不具合が生じる。
【００１０】
一般的に、配線導体層は電気的特性やめっき性の観点からガラスや無機材料等の添加物の含有量が少ないのに対して、貫通導体は上記のように絶縁層との収縮開始温度を近づけるためにガラスや無機材料等を１０〜４０重量％程度含有しており、貫通導体の収縮開始温度は配線導体層の収縮開始温度と比較して高いものである。例えば絶縁層にガラスセラミックスを導体材料として銅を用いた場合においては、配線導体層の収縮開始温度は３００乃至４００℃程度であるのに対して、貫通導体の収縮開始温度は６００乃至７００℃程度となる。
【００１１】
このため、図１に示すように、配線導体層２が収縮する温度域では貫通導体４’は収縮せずに配線導体層２のみが収縮することから、配線導体層２と貫通導体４’との界面において、貫通導体４’により配線導体層２の収縮が拘束されるので、配線導体層２は、貫通導体４’近傍のみが厚さ方向に収縮せずに、表面が盛り上がった形状で焼結が完了する。また、その後、貫通導体４’が収縮する温度域に達すると、配線導体層２の収縮は終了しているので配線導体層２は収縮せずに貫通導体４’のみが収縮することから、配線導体層２により貫通導体４’の収縮が拘束されることになるので、貫通導体４’は、配線導体層２との界面近傍においては収縮せず、配線導体層２との界面から離れた中心部付近の収縮量が相対的に大きくなり、表層の貫通導体の露出した面は凹部を有するものとなってしまう。
【００１２】
そして、このような多層配線基板表面に露出した面が凹部を有する貫通導体上に半田ボールや導電性樹脂ペースト等を用いてチップや受動部品を実装しようとすると、凹部と比較して寸法の大きい半田ボールが凹部に入り込めなかったり、粘度が高いために導電性樹脂ペーストが凹部に流れ込みにくかったりというような現象により、凹部と半田ボールや導電性樹脂ペーストの間にボイドが発生してしまい、電気的接続性や実装信頼性が低下してしまうという問題点があった。
【００１３】
また、上述したように貫通導体はめっきのかかりにくいガラスや無機材料などを多く含んでいるため、表面の配線導体層にめっき加工をした場合、配線導体層を貫通して表面に露出した貫通導体部分にめっき欠けやめっき皮膜密着強度低下などの不具合が発生することで、半田ぬれ性や導電性樹脂ペーストの密着強度を低下させ、電気的接続性や実装信頼性に影響が出るという問題点もあった。
【００１４】
本発明は、上記の問題点を解決するために案出されたものであり、配線導体層が表面に形成された支持体上にセラミックスラリーを塗布し、乾燥後剥離することにより平坦な配線導体層付きセラミックグリーンシートを形成してなるセラミック多層配線基板の製造方法において、多層配線基板表面の貫通導体が凹形状を示すことなく、また、多層配線基板表面の貫通導体部のめっき欠けやめっき皮膜密着強度低下等の不具合が発生することを抑制し、電気的接続性や実装信頼性の高い多層配線基板の製造方法およびこれを用いた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】
【００１５】
本発明の多層配線基板の製造方法は、支持体上に、第１の範囲の温度で収縮が開始し、前記第１の範囲の温度より高い第２の範囲の温度以下で収縮が終了する配線導体ペーストを印刷して配線導体層を形成する工程と、前記配線導体層が形成された前記支持体上に前記第２の範囲の温度で収縮が開始するセラミックスラリーを塗布し、セラミックグリーンシートの表面に前記配線導体層が形成された配線導体層付きセラミックグリーンシートを形成する工程と、前記配線導体層付きセラミックグリーンシートの前記配線導体層が形成された領域に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の前記配線導体層が形成された前記表面側の部分に、前記第１の範囲の温度で収縮が開始し、前記第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペーストを充填し、前記貫通孔の前記表面とは逆側の部分に、前記第２の範囲の温度で収縮が開始する第２の貫通導体ペーストを充填して、前記配線導体層付きセラミックグリーンシートに貫通導体を形成する工程と、前記貫通導体が形成された前記配線導体層付きセラミックグリーンシートを複数枚積層し、セラミックグリーンシート積層体を形成する工程と、前記第１の範囲の温度および前記第２の範囲の温度を経て、前記セラミックグリーンシート積層体を焼成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の多層配線基板の製造方法は、上記製造方法において、前記第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストの境界面が、前記配線導体層の主面と前記セラミックグリーンシートとの境界面と同じ位置に形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の多層配線基板の製造方法は、上記製造方法において、前記第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストとの境界面が、前記配線導体層と前記セラミックグリーンシートとの境界面より前記配線導体層側に位置することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の多層配線基板の製造方法は、セラミックグリーンシート積層体の表層となる貫通導体を形成する工程は、配線導体層付きセラミックグリーンシートの配線導体層が形成された領域に貫通孔を形成し、貫通孔の配線導体層が形成された表面側の部分に第１の範囲の温度で収縮が開始し、第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペーストを充填し、貫通孔の表面とは逆側の部分に、第２の範囲の温度で収縮が開始する第２の貫通導体ペーストを充填して、配線導体層付きセラミックグリーンシートに貫通導体を形成するとしたことにより、第１の貫通導体ペーストが収縮開始するときは、その側面は収縮の終了した配線導体層に、また、その上面は配線導体層と同様に収縮の終了した第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体に拘束されることになる。
【００１９】
このため、表面に露出している第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体は、側面と中心部近傍の収縮量はほぼ同じとなり、貫通導体の中心部が凹形状を示すことが抑制されるので、電気的接続性や実装信頼性が低下することを防止できる。
【００２０】
また、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、上記構成において、第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストの境界面が、前記配線導体層の主面と前記セラミックグリーンシートとの境界面と同じ位置に形成されているとした場合には、貫通導体充填用貫通孔の配線導体層を貫通した部分の内部が、配線導体層と同じ収縮開始温度の第２の貫通導体ペーストで充填されているので、配線導体層が第２の貫通導体ペーストで拘束されることが防止され、貫通導体近傍部の配線導体層が凸形状となることが抑制される。その結果、チップ部品等を実装する際に配線導体層が凸形状であることによって、ワイヤボンディング実装時の接合不良等の不具合が発生することを抑制できる。
【００２１】
また、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、上記構成において、第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面が、配線導体層とセラミックグリーンシートとの境界面より配線導体層側に位置するとした場合には、チップ部品等を実装した後やＬＳＩ等の素子の駆動に伴う熱負荷によって配線導体層や貫通導体と、絶縁層との間に発生する多層配線基板主面に対してせん断方向となる応力は、このせん断応力の方向に対して垂直な面となっている第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体と配線導体層の界面をずらす方向には作用しないため、第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体と配線導体層の界面に破断やクラックが発生することを防止することができる。
【００２２】
また、チップ部品等を実装した後やＬＳＩ等の素子の停止時や焼成時の降温過程において、ガラスや無機物等の含有量が多く熱膨張率が相対的に小さい第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体と、配線導体層の熱膨張率の差によって、配線導体層と配線導体層を貫通して形成されている貫通導体の界面に圧縮応力を生じさせることができ、この圧縮応力により貫通導体と配線導体層の界面の接合強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の多層配線基板の製造方法について以下に詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明の多層配線基板の製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の断面図であり、１は導体形成用シート、２は配線導体層、３は貫通導体充填用貫通孔、４は貫通導体、５はセラミックグリーンシート、６は配線導体層付きセラミックグリーンシート、７はセラミックグリーンシート積層体である。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、導体形成用シート１上に配線導体ペーストを用いて配線導体層２を形成する。次に、図１（ｂ）のように、配線導体層２の形成された導体形成用シート１を支持体１’として、支持体１’上にセラミックグリーンシート５を形成し、配線導体層２とセラミックグリーンシート５から成る配線導体層付きセラミックグリーンシート６を形成する。
【００２６】
支持体１’の表面には離型剤や帯電防止剤などの表面処理があってもよい。支持体１’上の離型層の種類としては、大別してシリコーン系の離型剤と、非シリコーン系の離型剤があり、非シリコーン系の離型剤としてはフッ素系などを用いることができる。この離型剤としては、商品形態別にいえば無溶剤型、エマルジョン型、溶剤型のいずれでも使用し得る。
【００２７】
配線導体ペーストに用いる導体材料としては、例えばＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｄ（パラジウム），Ｐｔ（白金）等の１種または２種以上が挙げられ、２種以上の場合は混合、合金、コーティング等のいずれの形態であってもよい。その導体粉末はアトマイズ法、還元法等により製造されたものであり、必要により酸化防止、凝集防止等の処理をおこなってもよい。また、分級等により微粉末または粗粉末を除去し粒度分布を調整したものであってもよい。
【００２８】
また、配線導体ペーストに用いる有機バインダとしては、従来より配線導体ペーストに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系、アルキド系の有機バインダがより好ましい。また、有機バインダの添加量としては、導体粒子により異なるが、有機バインダの分解性に問題なく、かつ導体粒子を分散できる量であればよい。
【００２９】
また、配線導体ペーストに用いる有機溶剤としては、上記の導体粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、テルピネオールやブチルカルビトールアセテート及びフタル酸等の可塑剤などが使用可能であるが、配線導体層２形成後の溶剤の乾燥性を考慮し、テルピネオール等の低沸点溶剤などが好ましい。
【００３０】
本発明における、セラミックグリーンシート５は、セラミック粉末、有機バインダ、溶剤等を混合したセラミックスラリーを、配線導体層２を形成した支持体１’上に成形して形成することが可能である。セラミック粉末の分散性やセラミックグリーンシート５の硬度や強度を調整するために分散剤や可塑剤を添加してしてもよい。また、セラミックグリーンシート５は、第１のグリーンシート層と溶融成分を含む第２のグリーンシート層で形成することも可能である。
【００３１】
また、別の支持体１’上に形成したグリーンシートを、配線導体層２を形成した支持体１’上に積み重ねて加圧、加温した後、支持体１を剥がすことによりグリーンシートを転写し、配線導体層付きセラミックグリーンシート６を形成することも可能である。
【００３２】
セラミックスラリーに用いられるセラミック粉末としては、例えばセラミック配線基板であれば、Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ガラスセラミック粉末（ガラス粉末とフィラー粉末との混合物）等が挙げられ、積層コンデンサであればＢａＴｉＯ３系，ＰｂＴｉＯ３系等の複合ペロブスカイト系セラミック粉末が挙げられ、多層配線基板に要求される特性に合わせて適宜選択される。
【００３３】
ガラスセラミック粉末のガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（ただし、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（ただし、Ｍ３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（ただし、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００３４】
また、ガラスセラミック粉末のフィラー粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等のセラミック粉末が挙げられる。
【００３５】
有機バインダとしては、従来よりグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系バインダがより好ましい。
【００３６】
溶剤としては、上記のセラミック粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、トルエン，ケトン類，アルコール類の有機溶媒や水等が挙げられる。これらの中で、トルエン，メチルエチルケトン，イソプロピルアルコール等の蒸発係数の高い溶剤はスラリー塗布後の乾燥工程が短時間で実施できるので好ましい。
【００３７】
セラミックスラリーを塗布してセラミックグリーンシート５を形成する方法としては、ドクターブレード法，リップコーター法，ダイコーター法等が挙げられる。特にダイコーター法やスロットコーター法、カーテンコーター法等の押し出し式の方法を用いると、これらは非接触式の塗布方法なので、配線導体層２を物理的な力で混合させてしまうことなくセラミックグリーンシート５を形成することができるのでよい。また、セラミックグリーンシート５の厚さは、配線導体層２の厚みより厚くなるように形成される。
【００３８】
次に図２（ｃ）に示すように、上下の層間の配線導体層２同士を接続するための貫通導体充填用貫通孔３を形成する。貫通導体充填用貫通孔３は配線導体層付きセラミックグリーンシート６において上下層の電気的接合を図りたい配線導体層２が存在する位置に、パンチング加工やレーザ加工等により形成される。貫通穴加工は、配線導体層付きセラミックグリーンシート６が厚い場合、パンチング加工が配線導体層付きセラミックグリーンシート６の表裏の貫通穴径に差異がなく、好ましい。また、貫通穴を加工する際、配線導体層付きセラミックグリーンシート６は支持体１’から剥がして行なってもよいが、支持体１’上に保持したまま行なうと配線導体層付きセラミックグリーンシート６の変形を防止できるのでより好ましい。
【００３９】
次に図２（ｄ）に示すように、配線導体層付きセラミックグリーンシート６を支持体１’から剥がし、貫通導体充填用貫通孔３にスクリーン印刷法やプレス充填法により貫通導体ペーストを充填する。このとき、貫通導体充填用貫通孔３の配線導体層２が形成された表面側の部分に第１の範囲の温度で収縮が開始し、第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペースト４’を充填し、貫通導体充填用貫通孔３の表面とは逆側の部分に第２の収縮開始温度を有する第２の貫通導体ペースト４’’を充填することが重要である。
【００４０】
ここで、収縮の終了とは、熱機械分析（ＴＭＡ分析）において熱収縮曲線を測定した際の最終体積収縮量に対して９０％以上の体積収縮を示した状態のことであり、また、収縮終了温度とは熱機械分析（ＴＭＡ分析）において熱収縮曲線を測定した際の最終体積収縮量に対して９０％以上の体積収縮を示す温度のことである。
【００４１】
配線導体層２が形成された表面側の部分に第１の範囲の温度で収縮が開始し、第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペースト４’を充填し、貫通導体充填用貫通孔３の表面とは逆側の部分に第２の収縮開始温度を有する第２の貫通導体ペースト４’’を充填するとしたことから、図３に示すように第１の貫通導体ペースト４’が収縮開始するときは、その側面は収縮の終了した配線導体層２に、また、その上面は収縮の終了した第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４に拘束されることになる。なお、第２の貫通導体ペースト４’’は配線導体層２と同様に収縮するため、収縮開始温度の差による拘束を受けることはない。
【００４２】
このため、表面に露出している第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４は、側面と中心部近傍の収縮量はほぼ同じとなり、貫通導体４の中心部が凹形状を示すことが抑制されるので、電気的接続性や実装信頼性が低下することを防止できる。
【００４３】
さらに、表面に露出した第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４は、ガラスや無機材料等の添加量が少ないことから、めっき欠けやめっき皮膜密着強度低下などの不具合を防止できる。
【００４４】
ここで、例えば、セラミックグリーンシート５にガラスセラミックスを用い、配線導体層２や貫通導体４の導体成分に銅を用いた場合において、第１の範囲の温度とは、配線導体層２の収縮温度と近い３００乃至４００℃程度であり、第２の範囲の温度とは、貫通導体４やセラミックグリーンシート５の収縮開始温度と近い６００乃至７００℃程度である。
【００４５】
上記構成において、第１の貫通導体ペースト４’と第２の貫通導体ペースト４’’の境界面が、配線導体層２の主面とセラミックグリーンシート５との境界面と同じ位置に形成されているとした場合には、貫通導体充填用貫通孔３の配線導体層２を貫通した部分の内部が、配線導体層２と同じ収縮開始温度の第２の貫通導体ペースト４’’で充填されているので、配線導体層２が第２の貫通導体ペースト４’’で拘束されることが防止され、貫通導体４近傍部の配線導体層２が凸形状となることが抑制される。その結果、チップ部品等を実装する際に配線導体層２が凸形状であることによって、ワイヤボンディング実装時の接合不良等の不具合が発生することを抑制できる。
【００４６】
また、上記構成において、第１の貫通導体ペースト４’と第２の貫通導体ペースト４’’の境界面が、配線導体層２とセラミックグリーンシート５との境界面より配線導体層２側に位置するとした場合には、チップ部品等を実装した後やＬＳＩ等の素子の駆動に伴う熱負荷によって配線導体層２や貫通導体４と、セラミックグリーンシート５が焼結してなる絶縁層との間に発生する多層配線基板主面に対してせん断方向となる応力は、このせん断応力の方向に対して垂直な面となっている第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４と配線導体層２の界面をずらす方向には作用しないため、第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４と配線導体層２の界面に破断やクラックが発生することを防止することができる。
【００４７】
また、チップ部品等を実装した後やＬＳＩ等の素子の停止時や焼成時の降温過程において、ガラスや無機物等の含有量が多く熱膨張率が相対的に小さい第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４と、配線導体層２の熱膨張率の差によって、配線導体層２と配線導体層２を貫通して形成されている貫通導体４の界面に圧縮応力を生じさせることができ、この圧縮応力により貫通導体と配線導体層の界面の接合強度を向上させることができる。
【００４８】
第１の貫通導体ペースト４’と第２の貫通導体ペースト４’’の境界面を配線導体層２の主面とセラミックグリーンシート５との境界面よりも下方に位置させると、収縮開始温度の異なる第２の貫通導体ペースト４’’ が焼結してなる貫通導体４とセラミックグリーンシート５が焼結してなる絶縁層の界面にクラックや空隙が発生してしまい好ましくない。
【００４９】
第１の貫通導体ペースト４’、第２の貫通導体ペースト４’’ともに配線導体ペーストと同様の方法で作製される。第１の貫通導体ペースト４’には収縮開始温度をセラミックグリーンシート５と同じにするためにガラスや無機物等を１０乃至４０重量％程度添加する。第２の貫通導体ペースト４’’は配線導体ペーストと収縮開始温度を同じにするために導体材料は配線導体ペーストと同じものを用い、貫通導体充填用貫通孔３への充填性を考慮して有機バインダや有機溶剤の添加量を適宜調整する。
【００５０】
次に、図２（ｅ）に示すように、配線導体層付きセラミックグリーンシート６同士を位置合わせして積み重ね、加熱及び加圧して圧着することでセラミックグリーンシート積層体７を作製する。圧着の際の加熱加圧の条件は用いる有機バインダ等の種類や量により異なるが、概ね３０〜１００℃、２〜２０ＭＰａである。このとき、配線導体層付きセラミックグリーンシート６同士の接着性を向上させるために、溶剤と有機バインダや可塑剤等を混合した接着剤を用いることも可能である。
【００５１】
そして最後に、セラミックグリーンシート積層体７を焼成することにより、本発明の多層配線基板が作製される。焼成する工程は、有機成分の除去とセラミック粉末の焼結とから成る。有機成分の除去は、１００〜８００℃の温度範囲でセラミックグリーンシート積層体７を加熱することによって行い、有機成分を分解、揮発させるものである。また、焼結温度は、セラミック組成により異なり、約８００〜１６００℃の範囲内で行なう。焼成雰囲気は、セラミック粉末や導体材料により異なり、大気中、還元雰囲気中、非酸化性雰囲気中等で行なわれ、有機成分の除去を効果的に行なうために水蒸気等を含ませてもよい。
【００５２】
焼成後の多層配線基板は、その表面に露出した配線導体層２の表面に、配線導体層２の腐食防止のために、または半田や金属ワイヤ等の外部基板や多層配線基板との接続手段の良好な接続のために、ＮｉやＡｕのめっきを施すとよい。
【００５３】
以上のような方法で作製された多層配線基板は、多層基板表面の貫通導体部に凹形状がなく、また、欠け等のめっき不具合もないＬＳＩやチップ部品等の実装性に優れたものとなり、また、ワイヤボンディング実装性や配線導体層と貫通導体の接続信頼性に優れたものとなる。
【実施例】
【００５４】
本発明の実施例について以下に詳細に説明する。
【００５５】
まず、Ｃｕ粉末１００質量％に対して外添加で、アクリル樹脂を１０質量％、溶剤としてテルピネオールを３０質量％添加し、混合することにより配線導体ペーストを作製した。その配線導体ペーストを用いて、支持体上にスクリーン印刷にて配線導体層を形成した。支持体にはＰＥＴフィルムを用いた。配線導体層形成後、４４質量％のＳｉＯ２、２８質量％のＡｌ２Ｏ３、１１質量％のＭｇＯ、９質量％のＣａＯ、８質量％のＢａＯを含有するガラス粉末８５質量％と、フィラー粉末としてＡｌ２Ｏ３粉末１５質量％に、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤、分散剤を加えて混合して得たセラミックスラリーを配線導体層を形成したＰＥＴフィルム上に塗工し、乾燥を行い、配線導体層付きセラミックグリーンシートとした。
【００５６】
次に、配線導体層付きセラミックグリーンシートの配線導体層が形成された所定の位置にパンチング加工により貫通導体充填用貫通孔を形成した。次にこの貫通導体充填用貫通孔にＣｕ粉末９５質量％と、６０質量％のＳｉＯ２、２０質量％のＡｌ２Ｏ３、１０質量％のＣａＯ、５質量％のＢａＯ、３質量％のＢ２Ｏ３、２質量％のＭｇＯを含有するガラス粉末５質量％に有機バインダ、有機溶剤を添加してペースト化した第１の貫通導体ペーストをスクリーン印刷法により貫通導体充填用貫通孔に充填した。
【００５７】
次に、Ｃｕ粉末１００質量％に対して外添加で、アクリル樹脂を１０質量％、溶剤としてテルピネオールを２５質量％添加し、混合してペースト化した第２の貫通導体ペーストを第１の貫通導体を充填した上に充填した。このとき、印刷の際のスキージ圧力を適宜調整することにより第１の貫通導体ペーストの充填量を制御することで第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面位置を制御した。
【００５８】
次に、これらの貫通導体と配線導体層を形成したセラミックグリーンシートを複数枚積層し、９５０℃の温度で焼成することによって第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体が配線導体層側で、第１の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体と第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体の境界面が配線導体層の支持体側の主面よりもグリーンシート側に位置する多層配線基板を作製した。作製した多層配線基板にはニッケルめっきおよび金めっきを被着させた。
【００５９】
また、比較例として貫通導体充填用貫通孔に第１の貫通導体ペーストのみを充填した多層配線基板も作製した。
【００６０】
その後、これらの多層配線基板の貫通導体部が形成されている配線導体層部分へ半田ボールを用いてＬＳＩチップ実装し、電気的接続性の確認を行った。電気的接続性が良好であったものを○、電気的接続性不良が発生したものを×とした。
【００６１】
また、光学顕微鏡を用いて貫通導体部が形成されている配線導体層部分の観察を行い、ニッケルおよび金めっきのめっき欠けの発生の有無に関して確認を行った。
【００６２】
また、貫通導体部が形成されている配線導体層部分へ金ワイヤボンディング実装を行い、ワイヤボンディング実装の接合性の確認を行った。ワイヤボンディング加工時にワイヤが貫通導体部が形成されている配線導体層部分に被着したものを○、ワイヤボンディング加工後にワイヤ引っ張り試験を行っても剥がれないものを◎、被着せずに剥がれたものを×とした。
【００６３】
また、これらの多層配線基板の配線導体層と貫通導体の電気的接続信頼性を０℃〜１００℃の温度サイクル試験により評価した。温度サイクル試験については半導体素子収納用多層配線基板に対して一般的に必要とされる３０００サイクル後の導通抵抗変化率を判断基準とした。また、温度サイクル試験の判定基準は電気的接続信頼性の判断基準に一般的に用いられている導通抵抗値の変化率５％とした。
【００６４】
表１より第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面が、配線導体層の上方主面よりも下方に位置することでビア中心部の凹みが解消され、ＬＳＩチップ実装時の電気的接続性が向上することが確認でき、かつめっき性が向上することが確認できる。
【００６５】
また、第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面を配線導体層の下方主面と同じ位置に形成することによって、貫通導体近傍の配線導体層の凸量が抑制されてワイヤボンディング接合性が向上することが確認できる。
【００６６】
また、第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面を配線導体層の上方主面と下方主面の間に形成することで配線導体層と貫通導体の電気的接続信頼性が向上することが確認できる。
【００６７】
以上より、本発明の製造方法を用いることで、ＬＳＩやチップ部品等の実装性に優れ、かつ、めっき性に優れた基板となり、また、ワイヤボンディング性や配線導体層と貫通導体の接続信頼性の高い多層配線基板を得ることができた。
【００６８】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何ら差し支えない。例えば、上記実施の形態では、本発明の多層配線基板を半導体素子収納用パッケージに適用した例を示したが、混成集積回路基板等の他の用途に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は従来構造の収縮挙動を示す断面図である。
【図２】図２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る。
【図３】図３は本発明の構造の収縮挙動を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１：導体形成用シート
２：配線導体層
３：貫通導体充填用貫通孔
４：貫通導体
５：セラミックグリーンシート
６：配線導体層付きセラミックグリーンシート
７：セラミックグリーンシート積層体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ、ＩＣやチップ部品の搭載に利用される多層配線基板の製造方法に関するものであり、特に、導体が表面に形成された支持体上にセラミックスラリーを塗布し、乾燥後剥離することにより平坦なセラミックグリーンシートを形成して成る多層配線基板の製造方法およびこれを用いた多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化や高精度化に伴い、これらの電子機器に用いられるセラミック多層配線基板や積層コンデンサのような電子部品においても小型化や高性能化が望まれている。例えば、セラミック多層配線基板においては小型化及び配線導体の高密度化のために、より薄い絶縁層と配線導体層を多層に形成し、配線導体層の幅や間隔もより微細なものが求められている。
【０００３】
それに対して、特許文献１に記載されているような、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の支持体上に配線導体層を形成し、この支持体上にほぼ一定の厚みでセラミックスラリーを塗布し、その後乾燥することでセラミックスラリーをセラミックグリーンシートとし、このセラミックグリーンシートを支持体から剥離することにより、配線導体層がセラミックグリーンシートに埋没し、表面に配線導体層による凹凸のない導体付きセラミックグリーンシートを形成する製法が提案されている。
【０００４】
この製法によれば、グリーンシート積層時に、配線導体層が形成された領域が重なる部分とそうでない部分との厚み差が発生しないので、均一な圧着が可能となり、加圧が不十分な部分でデラミネーション（層間剥離）が発生することを抑制することができる。さらに、配線導体層が形成されたグリーンシートを多数積層する際、低圧で積層できるため、積層変形を抑えることができ、グリーンシート積層体の高寸法精度を確保することができる。
【０００５】
また、特許文献１に記載されているような方法を用いてセラミック多層配線基板を製造する場合は、各層に位置する配線導体層を上下に電気的に接合するために、配線導体層付きセラミックグリーンシートを形成した後に、配線導体層の所望の位置に配線導体層およびグリーンシートを貫通する貫通導体充填用貫通孔を形成し、この貫通導体充填用貫通孔に貫通導体ペーストを充填してから積層する必要がある。
【０００６】
一方、この貫通導体ペーストはグリーンシートや配線導体層形成用の配線導体ペーストと同時に焼結されて貫通導体を形成するが、貫通導体充填用貫通孔内部に充填された貫通導体ペーストは、貫通導体充填用貫通孔を形成したグリーンシートと焼結の開始温度を精密に合わせておく必要があり、この焼結の開始温度があっていないと、配線用の配線導体層と貫通導体との接続が切れたり、貫通導体充填用貫通孔の内面と貫通導体との間に空隙が生じたりして、セラミック多層配線基板の電気的接続信頼性が著しく低下するという不具合があった。
【０００７】
このような配線導体層と貫通導体との電気的接続信頼性の問題点を解決するために、例えば、特許文献２に示されるような方法が提案されている。
【０００８】
特許文献２においては、導体材料の中に焼結温度が絶縁層の焼結温度と同程度の無機材料や、絶縁層の焼結温度よりも焼結温度が高い無機材料を添加することにより、貫通導体と絶縁層の収縮開始温度を近づけることによって、前述の問題点の解決を図っている。 ここで収縮開始温度とはグリーンシートや配線導体ペースト中の粉末同士が焼結を開始し、体積収縮を始める温度のことである。
【特許文献１】特開昭５０−６４７６８号公報
【特許文献２】特開平１０−３４１０６７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２に記載されているような貫通導体と絶縁層の収縮開始温度を近づける方法においても、配線導体層および絶縁層を貫通して形成された貫通導体においては、貫通導体と配線導体層の収縮開始温度が異なることによって次のような不具合が生じる。
【００１０】
一般的に、配線導体層は電気的特性やめっき性の観点からガラスや無機材料等の添加物の含有量が少ないのに対して、貫通導体は上記のように絶縁層との収縮開始温度を近づけるためにガラスや無機材料等を１０〜４０重量％程度含有しており、貫通導体の収縮開始温度は配線導体層の収縮開始温度と比較して高いものである。例えば絶縁層にガラスセラミックスを導体材料として銅を用いた場合においては、配線導体層の収縮開始温度は３００乃至４００℃程度であるのに対して、貫通導体の収縮開始温度は６００乃至７００℃程度となる。
【００１１】
このため、図１に示すように、配線導体層２が収縮する温度域では貫通導体４’は収縮せずに配線導体層２のみが収縮することから、配線導体層２と貫通導体４’との界面において、貫通導体４’により配線導体層２の収縮が拘束されるので、配線導体層２は、貫通導体４’近傍のみが厚さ方向に収縮せずに、表面が盛り上がった形状で焼結が完了する。また、その後、貫通導体４’が収縮する温度域に達すると、配線導体層２の収縮は終了しているので配線導体層２は収縮せずに貫通導体４’のみが収縮することから、配線導体層２により貫通導体４’の収縮が拘束されることになるので、貫通導体４’は、配線導体層２との界面近傍においては収縮せず、配線導体層２との界面から離れた中心部付近の収縮量が相対的に大きくなり、表層の貫通導体の露出した面は凹部を有するものとなってしまう。
【００１２】
そして、このような多層配線基板表面に露出した面が凹部を有する貫通導体上に半田ボールや導電性樹脂ペースト等を用いてチップや受動部品を実装しようとすると、凹部と比較して寸法の大きい半田ボールが凹部に入り込めなかったり、粘度が高いために導電性樹脂ペーストが凹部に流れ込みにくかったりというような現象により、凹部と半田ボールや導電性樹脂ペーストの間にボイドが発生してしまい、電気的接続性や実装信頼性が低下してしまうという問題点があった。
【００１３】
また、上述したように貫通導体はめっきのかかりにくいガラスや無機材料などを多く含んでいるため、表面の配線導体層にめっき加工をした場合、配線導体層を貫通して表面に露出した貫通導体部分にめっき欠けやめっき皮膜密着強度低下などの不具合が発生することで、半田ぬれ性や導電性樹脂ペーストの密着強度を低下させ、電気的接続性や実装信頼性に影響が出るという問題点もあった。
【００１４】
本発明は、上記の問題点を解決するために案出されたものであり、配線導体層が表面に形成された支持体上にセラミックスラリーを塗布し、乾燥後剥離することにより平坦な配線導体層付きセラミックグリーンシートを形成してなるセラミック多層配線基板の製造方法において、多層配線基板表面の貫通導体が凹形状を示すことなく、また、多層配線基板表面の貫通導体部のめっき欠けやめっき皮膜密着強度低下等の不具合が発生することを抑制し、電気的接続性や実装信頼性の高い多層配線基板の製造方法およびこれを用いた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】
【００１５】
本発明の多層配線基板の製造方法は、支持体上に、第１の範囲の温度で収縮が開始し、前記第１の範囲の温度より高い第２の範囲の温度以下で収縮が終了する配線導体ペーストを印刷して配線導体層を形成する工程と、前記配線導体層が形成された前記支持体上に前記第２の範囲の温度で収縮が開始するセラミックスラリーを塗布し、セラミックグリーンシートの表面に前記配線導体層が形成された配線導体層付きセラミックグリーンシートを形成する工程と、前記配線導体層付きセラミックグリーンシートの前記配線導体層が形成された領域に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の前記配線導体層が形成された前記表面側の部分に、前記第１の範囲の温度で収縮が開始し、前記第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペーストを充填し、前記貫通孔の前記表面とは逆側の部分に、前記第２の範囲の温度で収縮が開始する第２の貫通導体ペーストを充填して、前記配線導体層付きセラミックグリーンシートに貫通導体を形成する工程と、前記貫通導体が形成された前記配線導体層付きセラミックグリーンシートを複数枚積層し、セラミックグリーンシート積層体を形成する工程と、前記第１の範囲の温度および前記第２の範囲の温度を経て、前記セラミックグリーンシート積層体を焼成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の多層配線基板の製造方法は、上記製造方法において、前記第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストの境界面が、前記配線導体層の主面と前記セラミックグリーンシートとの境界面と同じ位置に形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の多層配線基板の製造方法は、上記製造方法において、前記第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストとの境界面が、前記配線導体層と前記セラミックグリーンシートとの境界面より前記配線導体層側に位置することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の多層配線基板の製造方法は、セラミックグリーンシート積層体の表層となる貫通導体を形成する工程は、配線導体層付きセラミックグリーンシートの配線導体層が形成された領域に貫通孔を形成し、貫通孔の配線導体層が形成された表面側の部分に第１の範囲の温度で収縮が開始し、第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペーストを充填し、貫通孔の表面とは逆側の部分に、第２の範囲の温度で収縮が開始する第２の貫通導体ペーストを充填して、配線導体層付きセラミックグリーンシートに貫通導体を形成するとしたことにより、第１の貫通導体ペーストが収縮開始するときは、その側面は収縮の終了した配線導体層に、また、その上面は配線導体層と同様に収縮の終了した第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体に拘束されることになる。
【００１９】
このため、表面に露出している第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体は、側面と中心部近傍の収縮量はほぼ同じとなり、貫通導体の中心部が凹形状を示すことが抑制されるので、電気的接続性や実装信頼性が低下することを防止できる。
【００２０】
また、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、上記構成において、第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストの境界面が、前記配線導体層の主面と前記セラミックグリーンシートとの境界面と同じ位置に形成されているとした場合には、貫通導体充填用貫通孔の配線導体層を貫通した部分の内部が、配線導体層と同じ収縮開始温度の第２の貫通導体ペーストで充填されているので、配線導体層が第２の貫通導体ペーストで拘束されることが防止され、貫通導体近傍部の配線導体層が凸形状となることが抑制される。その結果、チップ部品等を実装する際に配線導体層が凸形状であることによって、ワイヤボンディング実装時の接合不良等の不具合が発生することを抑制できる。
【００２１】
また、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、上記構成において、第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面が、配線導体層とセラミックグリーンシートとの境界面より配線導体層側に位置するとした場合には、チップ部品等を実装した後やＬＳＩ等の素子の駆動に伴う熱負荷によって配線導体層や貫通導体と、絶縁層との間に発生する多層配線基板主面に対してせん断方向となる応力は、このせん断応力の方向に対して垂直な面となっている第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体と配線導体層の界面をずらす方向には作用しないため、第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体と配線導体層の界面に破断やクラックが発生することを防止することができる。
【００２２】
また、チップ部品等を実装した後やＬＳＩ等の素子の停止時や焼成時の降温過程において、ガラスや無機物等の含有量が多く熱膨張率が相対的に小さい第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体と、配線導体層の熱膨張率の差によって、配線導体層と配線導体層を貫通して形成されている貫通導体の界面に圧縮応力を生じさせることができ、この圧縮応力により貫通導体と配線導体層の界面の接合強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の多層配線基板の製造方法について以下に詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明の多層配線基板の製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の断面図であり、１は導体形成用シート、２は配線導体層、３は貫通導体充填用貫通孔、４は貫通導体、５はセラミックグリーンシート、６は配線導体層付きセラミックグリーンシート、７はセラミックグリーンシート積層体である。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、導体形成用シート１上に配線導体ペーストを用いて配線導体層２を形成する。次に、図１（ｂ）のように、配線導体層２の形成された導体形成用シート１を支持体１’として、支持体１’上にセラミックグリーンシート５を形成し、配線導体層２とセラミックグリーンシート５から成る配線導体層付きセラミックグリーンシート６を形成する。
【００２６】
支持体１’の表面には離型剤や帯電防止剤などの表面処理があってもよい。支持体１’上の離型層の種類としては、大別してシリコーン系の離型剤と、非シリコーン系の離型剤があり、非シリコーン系の離型剤としてはフッ素系などを用いることができる。この離型剤としては、商品形態別にいえば無溶剤型、エマルジョン型、溶剤型のいずれでも使用し得る。
【００２７】
配線導体ペーストに用いる導体材料としては、例えばＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｄ（パラジウム），Ｐｔ（白金）等の１種または２種以上が挙げられ、２種以上の場合は混合、合金、コーティング等のいずれの形態であってもよい。その導体粉末はアトマイズ法、還元法等により製造されたものであり、必要により酸化防止、凝集防止等の処理をおこなってもよい。また、分級等により微粉末または粗粉末を除去し粒度分布を調整したものであってもよい。
【００２８】
また、配線導体ペーストに用いる有機バインダとしては、従来より配線導体ペーストに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系、アルキド系の有機バインダがより好ましい。また、有機バインダの添加量としては、導体粒子により異なるが、有機バインダの分解性に問題なく、かつ導体粒子を分散できる量であればよい。
【００２９】
また、配線導体ペーストに用いる有機溶剤としては、上記の導体粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、テルピネオールやブチルカルビトールアセテート及びフタル酸等の可塑剤などが使用可能であるが、配線導体層２形成後の溶剤の乾燥性を考慮し、テルピネオール等の低沸点溶剤などが好ましい。
【００３０】
本発明における、セラミックグリーンシート５は、セラミック粉末、有機バインダ、溶剤等を混合したセラミックスラリーを、配線導体層２を形成した支持体１’上に成形して形成することが可能である。セラミック粉末の分散性やセラミックグリーンシート５の硬度や強度を調整するために分散剤や可塑剤を添加してしてもよい。また、セラミックグリーンシート５は、第１のグリーンシート層と溶融成分を含む第２のグリーンシート層で形成することも可能である。
【００３１】
また、別の支持体１’上に形成したグリーンシートを、配線導体層２を形成した支持体１’上に積み重ねて加圧、加温した後、支持体１を剥がすことによりグリーンシートを転写し、配線導体層付きセラミックグリーンシート６を形成することも可能である。
【００３２】
セラミックスラリーに用いられるセラミック粉末としては、例えばセラミック配線基板であれば、Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ガラスセラミック粉末（ガラス粉末とフィラー粉末との混合物）等が挙げられ、積層コンデンサであればＢａＴｉＯ３系，ＰｂＴｉＯ３系等の複合ペロブスカイト系セラミック粉末が挙げられ、多層配線基板に要求される特性に合わせて適宜選択される。
【００３３】
ガラスセラミック粉末のガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（ただし、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（ただし、Ｍ３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（ただし、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００３４】
また、ガラスセラミック粉末のフィラー粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等のセラミック粉末が挙げられる。
【００３５】
有機バインダとしては、従来よりグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系バインダがより好ましい。
【００３６】
溶剤としては、上記のセラミック粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、トルエン，ケトン類，アルコール類の有機溶媒や水等が挙げられる。これらの中で、トルエン，メチルエチルケトン，イソプロピルアルコール等の蒸発係数の高い溶剤はスラリー塗布後の乾燥工程が短時間で実施できるので好ましい。
【００３７】
セラミックスラリーを塗布してセラミックグリーンシート５を形成する方法としては、ドクターブレード法，リップコーター法，ダイコーター法等が挙げられる。特にダイコーター法やスロットコーター法、カーテンコーター法等の押し出し式の方法を用いると、これらは非接触式の塗布方法なので、配線導体層２を物理的な力で混合させてしまうことなくセラミックグリーンシート５を形成することができるのでよい。また、セラミックグリーンシート５の厚さは、配線導体層２の厚みより厚くなるように形成される。
【００３８】
次に図２（ｃ）に示すように、上下の層間の配線導体層２同士を接続するための貫通導体充填用貫通孔３を形成する。貫通導体充填用貫通孔３は配線導体層付きセラミックグリーンシート６において上下層の電気的接合を図りたい配線導体層２が存在する位置に、パンチング加工やレーザ加工等により形成される。貫通穴加工は、配線導体層付きセラミックグリーンシート６が厚い場合、パンチング加工が配線導体層付きセラミックグリーンシート６の表裏の貫通穴径に差異がなく、好ましい。また、貫通穴を加工する際、配線導体層付きセラミックグリーンシート６は支持体１’から剥がして行なってもよいが、支持体１’上に保持したまま行なうと配線導体層付きセラミックグリーンシート６の変形を防止できるのでより好ましい。
【００３９】
次に図２（ｄ）に示すように、配線導体層付きセラミックグリーンシート６を支持体１’から剥がし、貫通導体充填用貫通孔３にスクリーン印刷法やプレス充填法により貫通導体ペーストを充填する。このとき、貫通導体充填用貫通孔３の配線導体層２が形成された表面側の部分に第１の範囲の温度で収縮が開始し、第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペースト４’を充填し、貫通導体充填用貫通孔３の表面とは逆側の部分に第２の収縮開始温度を有する第２の貫通導体ペースト４’’を充填することが重要である。
【００４０】
ここで、収縮の終了とは、熱機械分析（ＴＭＡ分析）において熱収縮曲線を測定した際の最終体積収縮量に対して９０％以上の体積収縮を示した状態のことであり、また、収縮終了温度とは熱機械分析（ＴＭＡ分析）において熱収縮曲線を測定した際の最終体積収縮量に対して９０％以上の体積収縮を示す温度のことである。
【００４１】
配線導体層２が形成された表面側の部分に第１の範囲の温度で収縮が開始し、第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペースト４’を充填し、貫通導体充填用貫通孔３の表面とは逆側の部分に第２の収縮開始温度を有する第２の貫通導体ペースト４’’を充填するとしたことから、図３に示すように第１の貫通導体ペースト４’が収縮開始するときは、その側面は収縮の終了した配線導体層２に、また、その上面は収縮の終了した第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４に拘束されることになる。なお、第２の貫通導体ペースト４’’は配線導体層２と同様に収縮するため、収縮開始温度の差による拘束を受けることはない。
【００４２】
このため、表面に露出している第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４は、側面と中心部近傍の収縮量はほぼ同じとなり、貫通導体４の中心部が凹形状を示すことが抑制されるので、電気的接続性や実装信頼性が低下することを防止できる。
【００４３】
さらに、表面に露出した第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４は、ガラスや無機材料等の添加量が少ないことから、めっき欠けやめっき皮膜密着強度低下などの不具合を防止できる。
【００４４】
ここで、例えば、セラミックグリーンシート５にガラスセラミックスを用い、配線導体層２や貫通導体４の導体成分に銅を用いた場合において、第１の範囲の温度とは、配線導体層２の収縮温度と近い３００乃至４００℃程度であり、第２の範囲の温度とは、貫通導体４やセラミックグリーンシート５の収縮開始温度と近い６００乃至７００℃程度である。
【００４５】
上記構成において、第１の貫通導体ペースト４’と第２の貫通導体ペースト４’’の境界面が、配線導体層２の主面とセラミックグリーンシート５との境界面と同じ位置に形成されているとした場合には、貫通導体充填用貫通孔３の配線導体層２を貫通した部分の内部が、配線導体層２と同じ収縮開始温度の第２の貫通導体ペースト４’’で充填されているので、配線導体層２が第２の貫通導体ペースト４’’で拘束されることが防止され、貫通導体４近傍部の配線導体層２が凸形状となることが抑制される。その結果、チップ部品等を実装する際に配線導体層２が凸形状であることによって、ワイヤボンディング実装時の接合不良等の不具合が発生することを抑制できる。
【００４６】
また、上記構成において、第１の貫通導体ペースト４’と第２の貫通導体ペースト４’’の境界面が、配線導体層２とセラミックグリーンシート５との境界面より配線導体層２側に位置するとした場合には、チップ部品等を実装した後やＬＳＩ等の素子の駆動に伴う熱負荷によって配線導体層２や貫通導体４と、セラミックグリーンシート５が焼結してなる絶縁層との間に発生する多層配線基板主面に対してせん断方向となる応力は、このせん断応力の方向に対して垂直な面となっている第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４と配線導体層２の界面をずらす方向には作用しないため、第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４と配線導体層２の界面に破断やクラックが発生することを防止することができる。
【００４７】
また、チップ部品等を実装した後やＬＳＩ等の素子の停止時や焼成時の降温過程において、ガラスや無機物等の含有量が多く熱膨張率が相対的に小さい第２の貫通導体ペースト４’’が焼結してなる貫通導体４と、配線導体層２の熱膨張率の差によって、配線導体層２と配線導体層２を貫通して形成されている貫通導体４の界面に圧縮応力を生じさせることができ、この圧縮応力により貫通導体と配線導体層の界面の接合強度を向上させることができる。
【００４８】
第１の貫通導体ペースト４’と第２の貫通導体ペースト４’’の境界面を配線導体層２の主面とセラミックグリーンシート５との境界面よりも下方に位置させると、収縮開始温度の異なる第２の貫通導体ペースト４’’ が焼結してなる貫通導体４とセラミックグリーンシート５が焼結してなる絶縁層の界面にクラックや空隙が発生してしまい好ましくない。
【００４９】
第１の貫通導体ペースト４’、第２の貫通導体ペースト４’’ともに配線導体ペーストと同様の方法で作製される。第１の貫通導体ペースト４’には収縮開始温度をセラミックグリーンシート５と同じにするためにガラスや無機物等を１０乃至４０重量％程度添加する。第２の貫通導体ペースト４’’は配線導体ペーストと収縮開始温度を同じにするために導体材料は配線導体ペーストと同じものを用い、貫通導体充填用貫通孔３への充填性を考慮して有機バインダや有機溶剤の添加量を適宜調整する。
【００５０】
次に、図２（ｅ）に示すように、配線導体層付きセラミックグリーンシート６同士を位置合わせして積み重ね、加熱及び加圧して圧着することでセラミックグリーンシート積層体７を作製する。圧着の際の加熱加圧の条件は用いる有機バインダ等の種類や量により異なるが、概ね３０〜１００℃、２〜２０ＭＰａである。このとき、配線導体層付きセラミックグリーンシート６同士の接着性を向上させるために、溶剤と有機バインダや可塑剤等を混合した接着剤を用いることも可能である。
【００５１】
そして最後に、セラミックグリーンシート積層体７を焼成することにより、本発明の多層配線基板が作製される。焼成する工程は、有機成分の除去とセラミック粉末の焼結とから成る。有機成分の除去は、１００〜８００℃の温度範囲でセラミックグリーンシート積層体７を加熱することによって行い、有機成分を分解、揮発させるものである。また、焼結温度は、セラミック組成により異なり、約８００〜１６００℃の範囲内で行なう。焼成雰囲気は、セラミック粉末や導体材料により異なり、大気中、還元雰囲気中、非酸化性雰囲気中等で行なわれ、有機成分の除去を効果的に行なうために水蒸気等を含ませてもよい。
【００５２】
焼成後の多層配線基板は、その表面に露出した配線導体層２の表面に、配線導体層２の腐食防止のために、または半田や金属ワイヤ等の外部基板や多層配線基板との接続手段の良好な接続のために、ＮｉやＡｕのめっきを施すとよい。
【００５３】
以上のような方法で作製された多層配線基板は、多層基板表面の貫通導体部に凹形状がなく、また、欠け等のめっき不具合もないＬＳＩやチップ部品等の実装性に優れたものとなり、また、ワイヤボンディング実装性や配線導体層と貫通導体の接続信頼性に優れたものとなる。
【実施例】
【００５４】
本発明の実施例について以下に詳細に説明する。
【００５５】
まず、Ｃｕ粉末１００質量％に対して外添加で、アクリル樹脂を１０質量％、溶剤としてテルピネオールを３０質量％添加し、混合することにより配線導体ペーストを作製した。その配線導体ペーストを用いて、支持体上にスクリーン印刷にて配線導体層を形成した。支持体にはＰＥＴフィルムを用いた。配線導体層形成後、４４質量％のＳｉＯ２、２８質量％のＡｌ２Ｏ３、１１質量％のＭｇＯ、９質量％のＣａＯ、８質量％のＢａＯを含有するガラス粉末８５質量％と、フィラー粉末としてＡｌ２Ｏ３粉末１５質量％に、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤、分散剤を加えて混合して得たセラミックスラリーを配線導体層を形成したＰＥＴフィルム上に塗工し、乾燥を行い、配線導体層付きセラミックグリーンシートとした。
【００５６】
次に、配線導体層付きセラミックグリーンシートの配線導体層が形成された所定の位置にパンチング加工により貫通導体充填用貫通孔を形成した。次にこの貫通導体充填用貫通孔にＣｕ粉末９５質量％と、６０質量％のＳｉＯ２、２０質量％のＡｌ２Ｏ３、１０質量％のＣａＯ、５質量％のＢａＯ、３質量％のＢ２Ｏ３、２質量％のＭｇＯを含有するガラス粉末５質量％に有機バインダ、有機溶剤を添加してペースト化した第１の貫通導体ペーストをスクリーン印刷法により貫通導体充填用貫通孔に充填した。
【００５７】
次に、Ｃｕ粉末１００質量％に対して外添加で、アクリル樹脂を１０質量％、溶剤としてテルピネオールを２５質量％添加し、混合してペースト化した第２の貫通導体ペーストを第１の貫通導体を充填した上に充填した。このとき、印刷の際のスキージ圧力を適宜調整することにより第１の貫通導体ペーストの充填量を制御することで第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面位置を制御した。
【００５８】
次に、これらの貫通導体と配線導体層を形成したセラミックグリーンシートを複数枚積層し、９５０℃の温度で焼成することによって第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体が配線導体層側で、第１の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体と第２の貫通導体ペーストが焼結してなる貫通導体の境界面が配線導体層の支持体側の主面よりもグリーンシート側に位置する多層配線基板を作製した。作製した多層配線基板にはニッケルめっきおよび金めっきを被着させた。
【００５９】
また、比較例として貫通導体充填用貫通孔に第１の貫通導体ペーストのみを充填した多層配線基板も作製した。
【００６０】
その後、これらの多層配線基板の貫通導体部が形成されている配線導体層部分へ半田ボールを用いてＬＳＩチップ実装し、電気的接続性の確認を行った。電気的接続性が良好であったものを○、電気的接続性不良が発生したものを×とした。
【００６１】
また、光学顕微鏡を用いて貫通導体部が形成されている配線導体層部分の観察を行い、ニッケルおよび金めっきのめっき欠けの発生の有無に関して確認を行った。
【００６２】
また、貫通導体部が形成されている配線導体層部分へ金ワイヤボンディング実装を行い、ワイヤボンディング実装の接合性の確認を行った。ワイヤボンディング加工時にワイヤが貫通導体部が形成されている配線導体層部分に被着したものを○、ワイヤボンディング加工後にワイヤ引っ張り試験を行っても剥がれないものを◎、被着せずに剥がれたものを×とした。
【００６３】
また、これらの多層配線基板の配線導体層と貫通導体の電気的接続信頼性を０℃〜１００℃の温度サイクル試験により評価した。温度サイクル試験については半導体素子収納用多層配線基板に対して一般的に必要とされる３０００サイクル後の導通抵抗変化率を判断基準とした。また、温度サイクル試験の判定基準は電気的接続信頼性の判断基準に一般的に用いられている導通抵抗値の変化率５％とした。
【００６４】
表１より第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面が、配線導体層の上方主面よりも下方に位置することでビア中心部の凹みが解消され、ＬＳＩチップ実装時の電気的接続性が向上することが確認でき、かつめっき性が向上することが確認できる。
【００６５】
また、第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面を配線導体層の下方主面と同じ位置に形成することによって、貫通導体近傍の配線導体層の凸量が抑制されてワイヤボンディング接合性が向上することが確認できる。
【００６６】
また、第１の貫通導体ペーストと第２の貫通導体ペーストの境界面を配線導体層の上方主面と下方主面の間に形成することで配線導体層と貫通導体の電気的接続信頼性が向上することが確認できる。
【００６７】
以上より、本発明の製造方法を用いることで、ＬＳＩやチップ部品等の実装性に優れ、かつ、めっき性に優れた基板となり、また、ワイヤボンディング性や配線導体層と貫通導体の接続信頼性の高い多層配線基板を得ることができた。
【００６８】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何ら差し支えない。例えば、上記実施の形態では、本発明の多層配線基板を半導体素子収納用パッケージに適用した例を示したが、混成集積回路基板等の他の用途に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は従来構造の収縮挙動を示す断面図である。
【図２】図２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る。
【図３】図３は本発明の構造の収縮挙動を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１：導体形成用シート
２：配線導体層
３：貫通導体充填用貫通孔
４：貫通導体
５：セラミックグリーンシート
６：配線導体層付きセラミックグリーンシート
７：セラミックグリーンシート積層体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に、第１の範囲の温度で収縮が開始し、前記第１の範囲の温度より高い第２の範囲の温度以下で収縮が終了する配線導体ペーストを印刷して配線導体層を形成する工程と、
前記配線導体層が形成された前記支持体上に前記第２の範囲の温度で収縮が開始するセラミックスラリーを塗布し、セラミックグリーンシートの表面に前記配線導体層が形成された配線導体層付きセラミックグリーンシートを形成する工程と、
前記配線導体層付きセラミックグリーンシートの前記配線導体層が形成された領域に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の前記配線導体層が形成された前記表面側の部分に、前記第１の範囲の温度で収縮が開始し、前記第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペーストを充填し、前記貫通孔の前記表面とは逆側の部分に、前記第２の範囲の温度で収縮が開始する第２の貫通導体ペーストを充填して、前記配線導体層付きセラミックグリーンシートに貫通導体を形成する工程と、
前記貫通導体が形成された前記配線導体層付きセラミックグリーンシートを複数枚積層し、セラミックグリーンシート積層体を形成する工程と、
前記第１の範囲の温度および前記第２の範囲の温度を経て、前記セラミックグリーンシート積層体を焼成する工程とを有することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストとの境界面が、前記配線導体層と前記セラミックグリーンシートとの境界面と同じ位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストとの境界面が、前記配線導体層と前記セラミックグリーンシートとの境界面より前記配線導体層側に位置することを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
【請求項１】
支持体上に、第１の範囲の温度で収縮が開始し、前記第１の範囲の温度より高い第２の範囲の温度以下で収縮が終了する配線導体ペーストを印刷して配線導体層を形成する工程と、
前記配線導体層が形成された前記支持体上に前記第２の範囲の温度で収縮が開始するセラミックスラリーを塗布し、セラミックグリーンシートの表面に前記配線導体層が形成された配線導体層付きセラミックグリーンシートを形成する工程と、
前記配線導体層付きセラミックグリーンシートの前記配線導体層が形成された領域に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の前記配線導体層が形成された前記表面側の部分に、前記第１の範囲の温度で収縮が開始し、前記第２の範囲の温度以下で収縮が終了する第１の貫通導体ペーストを充填し、前記貫通孔の前記表面とは逆側の部分に、前記第２の範囲の温度で収縮が開始する第２の貫通導体ペーストを充填して、前記配線導体層付きセラミックグリーンシートに貫通導体を形成する工程と、
前記貫通導体が形成された前記配線導体層付きセラミックグリーンシートを複数枚積層し、セラミックグリーンシート積層体を形成する工程と、
前記第１の範囲の温度および前記第２の範囲の温度を経て、前記セラミックグリーンシート積層体を焼成する工程とを有することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストとの境界面が、前記配線導体層と前記セラミックグリーンシートとの境界面と同じ位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の貫通導体ペーストと前記第２の貫通導体ペーストとの境界面が、前記配線導体層と前記セラミックグリーンシートとの境界面より前記配線導体層側に位置することを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１２３５０８（Ｐ２００７−１２３５０８Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１２９１０（Ｐ２００５−３１２９１０）
【出願日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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