配線基板
【課題】ガラス−セラミックからなる基板本体とこれに形成するパッドとの密着性を高めると共に、かかるパッドにハンダ付けされる導体ピンの接合強度を高められる配線基板を提供する。
【解決手段】ガラス−セラミックからなり、表面３および裏面４を有する基板本体２と、該基板本体２の裏面４に形成されるパッド２０と、該パッド２０の表面に形成される表層パッド２２と、該表層パッド２２上にハンダ２３を介して立設される導体ピン２６と、を備え、パッド２０は、１００重量部のＣｕに対し、ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部であり、表層パッド２２は、ＣｕおよびＦｅを含むと共に、該ＦｅのＦｅ２Ｏ３換算した場合の含有量は、パッド２０におけるＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量よりも少ない、配線基板１。
【解決手段】ガラス−セラミックからなり、表面３および裏面４を有する基板本体２と、該基板本体２の裏面４に形成されるパッド２０と、該パッド２０の表面に形成される表層パッド２２と、該表層パッド２２上にハンダ２３を介して立設される導体ピン２６と、を備え、パッド２０は、１００重量部のＣｕに対し、ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部であり、表層パッド２２は、ＣｕおよびＦｅを含むと共に、該ＦｅのＦｅ２Ｏ３換算した場合の含有量は、パッド２０におけるＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量よりも少ない、配線基板１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス−セラミックからなる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成したパッドに導体ピンをハンダ付けした配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
低誘電損失のガラス−セラミックからなる基板本体と、かかる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成した低抵抗のＣｕ系金属からなるパッドと、を含む配線基板は、特に高周波領域で使用される電子部品の実装用に好適である。
更に、上記Ｃｕ系金属からなるパッドに導体ピンをハンダ付けすることで、ＭＰＵの実装用や、例えば光通信用素子を実装する光通信用の分野などに広く利用することができる。
一方、ガラス−セラミックと体積収縮率が近似し且つ当該ガラス−セラミックへの接着を強化するため、導電性の第１金属（例えば、銅）、酸化可能な第２金属（例えば、鉄）、および有機媒体からなる金属含有ペースト組成物およびその焼結方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
更に、ガラス−セラミックからなる基板材料に、Ｃｕ系金属からなる配線導体および接合用電極を形成すると共に、かかる接合用電極にＡｕ−Ｎｉの保護膜を形成し、その上方にＡｕ−Ｓｎ系などのロウ材を介して、電子部品や入出力ピンを接合するようにした電子回路装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５６５４５号公報（第１〜９頁）
【特許文献２】特開平８−１２５３４１号公報（第１〜８頁、図４）
【０００４】
ところで、ガラス−セラミックからなる基板本体の表面に、前記特許文献１の金属（銅）含有ペースト組成物を用いて、前記特許文献２のＣｕ系金属からなる接合用電極（パッド）を形成し、かかる電極の上方にＳｎ−Ｓｂ系合金などのハンダを介して銅合金からなる導体ピンを接合する場合がある。
しかしながら、上記導体ピンに対しほぼ軸方向に沿った外力が働くと、上記電極とガラス−セラミック材料との界面にクラックが入り、当該導体ピンと共に、上記ハンダ、上記電極、およびかかる電極に隣接するガラス−セラミック材料が一緒に、基板本体から外れる場合がある。このため、上記導体ピンを介して、配線基板の内部配線と中継基板やマザーボードとの導通が取れなくなる、という問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記背景技術において開示した問題点を解決し、ガラス−セラミックからなる基板本体とこれに形成するパッドとの密着性を高めると共に、かかるパッドにハンダ付けする導体ピンの接合強度を高めた配線基板を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、基板本体のガラス−セラミックの表面に所定量の金属とセラミックとが混在するパッドを設け、かかるパッド上にハンダを介して導体ピンを接合する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による第１の配線基板（請求項１）は、ガラス−セラミックからなり、表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成されるパッドと、かかるパッド上にハンダを介して立設される導体ピンと、を備え、上記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部である、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、前記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、前記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部であるため、そのうちのセラミックにより、かかるパッドと基板本体のガラスーセラミックとの間で化学的な接着が得られる。更に、当該パッドとガラス−セラミックとの熱膨張差が縮小され、かかるパッドと基板本体との焼成収縮量（焼成収縮差）を近付けられるため、基板本体の反りを抑制することも可能となる。また、Ｆｅ２Ｏ３など酸化鉄が基板本体内に拡散することによって、ガラス成分と上記パッドとの密着性を高められる。
このため、上記パッドの上方で、例えば、Ｓｎ−Ｓｂ系合金などのハンダを加熱（リフロー）し、当該ハンダを介して、例えば導体ピンを接合した際、上記リフロー時にパッドと基板本体との界面で残留する応力を小さくできる。従って、接合した導体ピンに外力が作用しても、反りの少ない基板本体にパッドが強固に密着しているので、背景技術において説明した当該導体ピン、ハンダ、およびパッドと共に、当該パッドに隣接する基板本体（ガラス−セラミック）が部分的に剥離する事態を確実に防止できるため、中継基板などとの導通も確実に取ることができる。
【０００８】
前記パッドにおいて、１００重量部のＣｕに対し、前記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が１重量部よりも少なくとなると、前記化学的な接着が得られず、且つパッドと基板本体を構成するガラス−セラミックとの熱膨張差や焼成収縮率の差を顕著に縮小できなくなる。
一方、前記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの合計量が２８重量部よりも多くとなると、上記各効果が飽和する。しかも、セラミックの増加によって、その表面へのメッキ金属、もしくは他の金属層との密着性が低下し、Ｆｅの過度な増加により、パッド自体の焼成収縮率と基板本体を構成するガラス−セラミックの焼成収縮率との差が大きくなり、配線基板が反り易くなる。これらの理由により、上記セラミックとＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量との合計量を規定している。
【０００９】
尚、前記ガラス−セラミックには、ガラス−アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス−珪酸（ＳｉＯ２）、ガラス−窒化アルミニウム、ガラス−酸化ジルコニウム、ガラス−ムライトなどが含まれる。
また、前記パッドは、９９．３０〜７９．２ｗｔ％のＣｕと、Ａｌ２Ｏ３およびＦｅ酸化物を含むＦｅの合計が０．７０〜２０．８ｗｔ％とからなるとも表すこともできる。更に、前記Ｆｅ酸化物には、Ｆｅ２Ｏ３やＦｅ３Ｏ４が含まれる。
加えて、前記パッドに含まれる前記ガラス−セラミックに含有されるセラミックの平均粒径は、１〜４μｍである。
加えて、前記導体ピンには、いわゆる４２アロイ（Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ）、いわゆる１９４合金（Ｃｕ−２．３ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ）、あるいはコバール（Ｆｅ−２９ｗｔ％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ）などが用いられる。
【００１０】
一方、本発明による第２の配線基板（請求項２）は、ガラス−セラミックからなり、表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成されるパッドと、かかるパッドの表面に形成される表層パッドと、かかる表層パッド上にハンダを介して立設される導体ピンと、を備え、上記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部であり、上記表層パッドは、ＣｕおよびＦｅを含むと共に、かかるＦｅのＦｅ２Ｏ３換算した場合の含有量は、上記パッドにおけるＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量よりも少ない、ことを特徴とする。
【００１１】
これによれば、パッドと、その表面に形成されるＣｕおよびパッド中に含まれるＦｅの含有量よりも比較的少量のＦｅを含む表層パッドと、からなる２層構造のパッドとなる。しかも、基板本体のガラス−セラミックに接する上記パッドは、当該ガラス−セラミックとの間で、化学的な接着および小さな熱膨張差となる。一方、表層パッドは、Ｃｕおよび比較的少量のＦｅを含むため、下層のパッドと上方（表面を含む）に形成し且つリフローされるハンダもしくはメッキ金属との双方の間における密着強度を高めることができる。このため、接合した導体ピンに外力が作用しても、反りの少ない基板本体にパッドおよび表層パッドが強固に密着しているので、導体ピン、ハンダ、およびパッドが外れたり、これらと共に当該パッドに隣接する基板本体（ガラス−セラミック）が部分的に剥離する事態を確実に防止できる。従って、中継基板などとの導通も確実に取ることができる。
尚、表層パッドにおけるＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量は、１００重量部のＣｕに対し、１重量部以下である。
【００１２】
また、本発明には、前記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のセラミックと、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅと、を含む、配線基板（請求項３）も含まれる。
これによれば、上記パッドが、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のセラミックを含んでいるため、基板本体のガラスーセラミックとの間で化学的な接着が一層確実に得られる共に、当該パッドとガラス−セラミックとの熱膨張差も確実に縮小できる。このため、前記ハンダをリフローする工程において、パッドと基板本体のガラスーセラミックとの界面で残留する応力を小さくできる。
一方、上記パッドが、１００重量部のＣｕに対し、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅを含んでいるため、基板本体中のガラス成分とパッドとの密着性を高められ、パッドと基板本体のガラス−セラミックとの焼成収縮差を小さくし、基板本体の反りを確実に抑制することができる。従って、反りの少ない基板本体にパッド、あるいは当該パッドと表層パッドとが強固に密着しているため、ハンダ付けした導体ピンに外力が作用しても、前記導体ピン、ハンダ、パッドと共に、当該パッドに隣接するガラス−セラミックの部分剥離を確実に防止できる。尚、上記パッドに含まれるＦｅ２Ｏ３は、Ｆｅ換算で０．７〜４．２重量部である。
【００１３】
更に、本発明には、前記セラミックは、Ａｌ２Ｏ３を含む、配線基板（請求項４）も含まれる。これによれば、セラミックとして汎用的なＡｌ２Ｏ３を使用できる。
また、本発明による第２の配線基板には、前記表層パッドに含まれる前記セラミックの含有量は、前記パッドに含まれる前記セラミックの含有量よりも少ない、配線基板（請求項５）も含まれる。これによれば、表層パッドとその表面に形成されるハンダもしくはメッキ層との密着性を確保することができる。
加えて、本発明による第２の配線基板には、前記表層パッドは、セラミックを含まない、配線基板（請求項６）も含まれる。これによっても、表層パッドとその表面に形成されるハンダもしくはメッキ層との密着性を一層高められる。
付言すれば、本発明には、前記表層パッドの表面にＮｉおよびＡｕメッキ層が被覆されている、配線基板も含まれ得る。これによる場合、表層パッドの上において、各種のハンダをリフローしても、上記２層のメッキ層によって、当該表層パッド中の金属酸化物の生成を抑制でき、Ｃｕの比率が高められるため、メッキ金属の被着を容易にすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による第２の配線基板１の概略を示す断面図、図２は、図１中の一点鎖線部分Ａの部分拡大図である。
配線基板１は、図１，図２に示すように、表面３および裏面４を有する基板本体２と、かかる基板本体２の裏面４に形成された複数のパッド２０と、各パッド２０ごとの表面に形成された複数の表層パッド２２と、各表層パッド２２ごとの外表面側（図示で下方）にハンダ２３を介して立設された例えば１９４合金からなる導体ピン２６と、を備えている。
基板本体２は、ガラス−セラミック（例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ））からなる絶縁層５〜７を一体に積層したものである。
また、パッド２０は、Ｃｕ、平均粒径が１〜４μｍで上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックのＡｌ２Ｏ３粒子、およびＦｅ２Ｏ３を含むＦｅ酸化物を含み、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のＡｌ２Ｏ３と、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅとを混合した金属−セラミックの複合材である。更に、表層パッド２２は、ＣｕおよびＦｅ２Ｏ３を含み、１００重量部のＣｕに対し、１重量部以下のＦｅ２Ｏ３を混合したものである。加えて、上記ハンダ２３は、約２５０℃でリフロー可能な低融点のＳｎ−Ｓｂ系合金からなる。
【００１５】
図１，図２に示すように、基板本体２の絶縁層５〜７間には、Ｃｕからなる配線層９，１０が形成され、基板本体２の表面３には、Ｃｕからなる複数の接続パッド１４が形成されると共に、これらの間および裏面４のパッド２０との間を、Ｃｕからなるビア導体１１〜１３が接続している。
基板本体２の裏面４には、前記パッド２０と前記表層パッド２２との外周部に貫通孔１８の開口縁１９が覆っている（オーバーコート）ガラスよりなる被覆層８が所要の厚みで形成されている。かかる被覆層８は、例えば、珪酸を含むガラスからなり、その表面（裏面）８ａに複数の貫通孔１８が開口している。
尚、上記ガラスからなる被覆層８には、基板本体２と同じ成分のガラス−アルミナ系複合材に、Ｃｒ、Ｍｎ、またはＦｅなどの色彩粉（顔料）を混ぜたものを用いても良い。
【００１６】
図１，図２に示すように、上記導体ピン２６の半球形のネールヘッド部２８は、ハンダ２３を介して表層パッド２２と対向している。ハンダ２３は、ネールヘッド部２８とメッキ層２１との間２４にも入り込んでいる。複数の導体ピン２６は、配線基板１自体を図示しない中継基板やマザーボートの表面電極などに接続するために用いられる。表層パッド２２の表面には、厚み約２〜５μｍのＮｉメッキ層と厚み約０．０２〜０．３μｍのＡｕメッキ層との２層のメッキ層からなるメッキ層２１が被覆されている。また、導体ピン２６およびハンダ２３の表面にも、Ｎｉメッキ層とＡｕメッキ層とを被覆しても良い。
【００１７】
因みに、基板本体２のサイズは、５１ｍｍ×５１ｍｍ×厚み２ｍｍ、ガラスよりなる被覆層８の厚みは、約２０μｍ、導体ピン２６の直径は、０．３ｍｍ、そのネールヘッド部２８の最大直径は、０．６５ｍｍである。
図１に示すように、基板本体２の表面３上に位置する複数の接続パッド１４上には、ハンダ２３よりも融点の低い合金（例えば、９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ）からなるハンダ１５を介して、ＩＣチップ（電子部品）１６の底面に設けた外部電極１７が接続される。これにより、基板本体２の表面３上に、当該ＩＣチップ１６が実装される。
【００１８】
前記のような配線基板１によれば、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、基板本体２のガラス−セラミック、パッド２０、表層パッド２２の順で段階的に少なくなる。このため、ガラス−セラミックからなる裏面４、パッド２０、および表層パッド２２の隣接する２者間同士の化学的な接着がそれぞれ確実に高められ、且つ基板本体２、パッド２０、表層パッド２２、および前記ハンダ２３との間における熱膨張係数の差も小さく抑制できる。一方、Ｆｅ２Ｏ３を含むＦｅ成分が上記パッド２０に含まれるため、基板本体２中のガラス成分とパッド２０との密着強度が向上し、且つ基板本体２のガラス−セラミックとパッド２０との焼成収縮差が小さくなることで、基板本体の反りを確実に抑制できる。
【００１９】
この結果、前記ビア導体１１〜１３を介して配線層９，１０と表層パッド２２との導通が確実に取れる。更に、基板本体２とパッド２０とが両者の界面で強固に密着するため、パッド２０、表層パッド２２、およびこれらに隣接する被覆層８が部分的に剥離し、これらと共に導体ピン２６が外力によって不用意に外れる事態を確実に防止できる。
しかも、ガラスからなる被覆層８が、パッド２０と表層パッド２２との外周部を覆うように形成されているため、これらを物理的にも基板本体２のガラス−セラミック側に強固に密着させている。従って、かかる配線基板１によれば、導体ピン２６を介して、マザーボードなどのプリント基板との導通が確実に取れると共に、表面３上へのＩＣチップ１６の実装も確実に行うことができる。
【００２０】
以下において、前記配線基板１の製造方法について説明する。
予め、複数枚のガラス−セラミックのグリーンシートを用意した。かかるグリーンシートは、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系のガラス粉末、フィラであるセラミック粉末、有機バインダ、可塑剤、および有機溶剤などを混合したものである。
上記以外のガラス粉末のガラス成分には、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、またはＺｒを示す）、ＰＢ系ガラス、あるいはＢｉ系ガラスなどが使用できる。
また、上記セラミック粉末には、例えばＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｒＯ２とアルカリ希土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ２とアルカリ希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である例えばスピネル、ムライト・コージェライトなど、が使用できる。
上記ガラス粉末とセラミック粉末とを、重量比で４０：６０〜６０：４０の割合で混合した。
【００２１】
更に、前記グリーンシートに配合する有機バインダには、例えばアクリル系、ポリビニルブチラール系、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、あるいはセルロース系の単独重合体または共重合体などが使用できる。
前記グリーンシートは、前記ガラス粉末、セラミック粉末、および有機バインダを配合し、必要に応じて所要量の可塑剤、溶剤（有機溶剤または水）を更に加えてスラリとし、かかるスラリをドクターブレード法、圧延法、カレンダロール法、金型プレス法などにより、厚さ数１０〜数１００μｍのシート状に成形することで得られた。
【００２２】
そして、得られた複数枚のガラス−セラミックのグリ−ンシートの表面および裏面の少なくとも一方に、Ｃｕ粒子を含む導電性ペーストをスクリーン印刷などにより、所定パターンで印刷・形成すると共に、上記グリ−ンシートを貫通するビアホールにも上記導電性ペーストを充填した。
その結果、図３で例示するように、追って前記絶縁層７となり、内部の配線層１０、およびビア導体１３、を有するグリーンシートｓ７が得られた。
次いで、図３中の一点鎖線部分Ｂを拡大した図４に示すように、グリーンシートｓ７の裏面４における所定の位置に、厚み約２０μｍである複数のパッド２０をスクリーン印刷などにより形成した。かかるパッド２０は、Ｃｕ、Ａｌ２Ｏ３粒子、およびＦｅ２Ｏ３を含み、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のＡｌ２Ｏ３と、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅとを混合した混合材料からなる。
【００２３】
更に、図５に示すように、各パッド２０の表面（上）に、スクリーン印刷法により、厚み約１５μｍの表層パッド２２を形成した。かかる表層パッド２２は、ＣｕとＦｅ２Ｏ３とを含み、１００重量部のＣｕに対し、１重量部以下のＦｅ２Ｏ３を混合したものであり、上記パッド２０に比べてＣｕの含有量が多く且つＦｅ２Ｏ３の含有量が少ない。このため、表層パッド２２は、パッド２０を介して、ビア導体１３の端面を含むグリーンシートｓ７の裏面４に形成されるが、かかる裏面４に直に形成する場合に比べ、強固に接合された。
引き続いて、パッド２０と表層パッド層２２との外周部を囲うように所定のマスキング（図示せず）を施した後、図６に示すように、基板本体２の裏面４上に、前記ガラス成分からなる軟質ガラスの被覆層８を、塗布コーティングなどにより形成した。かかる被覆層８が固化すると、図６に示すように、ガラスよりなる被覆層８の表面８ａに開口する貫通孔１８の開口縁１９がパッド２０および表層パッド２２の外周部を覆う形状（オーバーコート）になった。
【００２４】
かかる状態で、前記被覆層８を含むグリーンシートｓ７と追って前記絶縁層５，６となるグリーンシートとを積層し、得られた積層体を例えば１００〜８００℃の温度域に加熱して前記有機バインダなどの有機成分を除去し、更に約８００〜１０００℃の温度域に加熱して焼成した。尚、前記絶縁層５，６となる各グリーンシートには、予め配線層９、ビア導体１１，１２が形成されていた。
その結果、図７に示すように、ガラス−セラミックの絶縁層５〜７からなり、内部の配線層９，１０、ビア導体１１〜１３、および表面３の接続パッド１４を有する基板本体２と、その裏面４に形成された被覆層８とが得られた。
次いで、図７中の一点鎖線部分Ｃを拡大した図８に示すように、前記表層パッド２２の表面に対し、厚み２〜５μｍのＮｉメッキ層および厚み約０．０２〜０．３μｍのＡｕメッキ層の２層からなるメッキ層２１を被覆した。
【００２５】
更に、図８中の矢印で示すように、ガラスよりなる被覆層８から露出する表層パッド２２の表面、あるいは前記メッキ層２１が露出する貫通孔１８内に、例えば１９４合金からなる導体ピン２６を、そのネールヘッド部２８が対向するようにして挿入した。かかるネールヘッド部２８の曲面２８ａ上には、融点が約２３０℃のＳｎ−Ｓｂ系合金からなるハンダ２５がほぼ半球形状にして予め形成されていた。
かかるハンダ２５と表層パッド２２、あるいは前記メッキ層２１とが接触し且つ導体ピン２６の軸心が基板本体２の裏面４に対し直角に保たれた状態として、上記ハンダ２５をその融点直上の温度付近に加熱（リフロー）した。
【００２６】
その結果、前記ハンダ２５が溶融し、前記図２で示したように、前記メッキ層２１とネールヘッド部２８との間２４を含めて、導体ピン２６のネールヘッド部２８を包囲するように凝固したほぼ円錐形状のハンダ２３となった。このため、かかるハンダ２３を介して、導体ピン２６を基板本体２の裏面４の上方に立設することができた。
そして、導体ピン２６および上記ハンダ２３の表面に対し、ＮｉメッキおよびＡｕメッキを施した。その結果、図８中の一点鎖線部分Ｄを拡大した同図中の部分面で例示するように、ピン本体２７の表面が厚み３〜７μｍのＮｉメッキ層２９ａと厚み約０．０２〜０．３μｍのＡｕメッキ層２９ｂとに被覆された。かかるＡｕメッキ層２９ｂにより、導体ピン２６およびハンダ２３の耐食性が確保された。
以上の各工程を経ることで、前記図１，図２に示した配線基板１が得られた。
【００２７】
更に、基板本体２の表面３上方にＩＣチップ１６を実装するため、表面３に位置する複数の接続パッド１４上に、ハンダ２３よりも低融点の前記Ｓｎ−Ａｇ系合金からなるハンダ１５を介してＩＣチップ１６の底面に設けた外部電極１７を載置した状態で、上記ハンダ１５をその融点付近に加熱（リフロー）した。
尚、前記表層パッド２２の表面に対し、前記メッキ層２１を被覆する工程は、省略することも可能である。
【００２８】
図９は、本発明による第１の配線基板１ａを示す部分断面図である。
配線基板１ａも、前記同様の配線層９，１０やビア導体１１〜１３を内蔵する基板本体２と、その裏面４に前記同様の被覆層８とを備えている。基板本体２の裏面４には、やや厚肉とした前記同様のパッド２０が複数形成され、その外周部を被覆層８に設けた貫通孔１８の開口縁１９が覆っている。
図９に示すように、配線基板１ａでは、パッド２０の表面がメッキ層２１に被覆され、かかるパッド２０およびメッキ層２１の外表面側（図示で下方）に、ハンダ２３を介して導体ピン２６のネールヘッド部２８側がハンダ付けされている。
【００２９】
即ち、配線基板１ａは、前記配線基板１における表層パッド２２を省略したものである。このため、パッド２０の表面に対するメッキ層２１の密着性が、前記配線基板１の場合に比べて若干低下する場合がある。
以上の配線基板１ａによれば、基板本体２のガラス−セラミックとパッド２０との間では、前記配線基板１と同程度の密着強度が得られ、パッド２０およびメッキ層２１に対し、ハンダ２３を介して導体ピン２６を強固に接合できる。
【実施例】
【００３０】
ここで、本発明による実施例の効果を確認する試験の結果を示す。
ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスからなるガラス粉末、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物とからなるフィラのセラミック粉末、アクリル系の有機バインダ、可塑剤、および有機溶剤を混合してセラミックスラリを得た。尚、上記ガラス粉末とセラミック粉末との混合比は、５０重量部：５０重量部とした。かかるスラリをドクターブレード法によって、厚さが３００μｍで縦横サイズが同じである複数枚のグリーンシートを成形した。
【００３１】
各グリーンシートの裏面における同じ位置に、厚みが２０μｍである複数のパッド２０をスクリーン印刷により形成した。かかるパッド２０は、Ｃｕ、Ａｌ２Ｏ３粒子、およびＦｅ２Ｏ３を含み、１００重量部のＣｕに対し、各基板本体２ごとに、表１に示すように、Ｃｕ、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ（Ｆｅ２Ｏ３）の含有量を変化させて、各試料ごとに１０個ずつ用意した。
尚、試料Ｎｏ，５〜８における各パッド２０の表面（上）には、スクリーン印刷により、厚みが１５μｍの表層パッド２２を形成した。かかる表層パッド２２は、ＣｕとＡｌ２Ｏ３とを含み、１００重量部のＣｕに対し、１重量部のＦｅ２Ｏ３を混合したものである。
【００３２】
かかる状態で、各グリーンシートに対し上層側の前記グリーンシートを積層した。得られた複数の積層体を約２５０℃の温度域に加熱して、前記有機バインダなどの有機成分を除去し、更に１０００℃温度域に加熱・焼成して、複数個の基板本体２を得た。次いで、各基板本体２における前記パッド２０または表層パッド２２の表面に対し、厚み５μｍのＮｉメッキ層と厚み０．１μｍのＡｕメッキ層との２層からなるメッキ層２１を被覆した。
【００３３】
次に、各基板本体２の裏面８ａに露出するパッド２０または表層パッド２２の表面上で且つ上記メッキ層２１が裏面８ａに露出する貫通孔１８内ごとに、１９４合金からなる同じサイズの導体ピン２６を、そのネイルヘッド部２８の曲面２８ａが対向するように挿入した。予め、かかる曲面２８ａ上には、予め融点が約２３０℃のＳｎ−Ｓｂ系合金からなるハンダ２５をほぼ半球形状にして形成した。
更に、各例ごとのハンダ２５と前記メッキ層２１とが接触し且つ導体ピン２６の軸部２６ａの軸心が、基板本体２の裏面８ａに対し垂直に保った状態として、上記ハンダ２５をその融点直上の温度（約２４０℃）に加熱（リフロー）した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
そして、各試料ごとの導体ピン２６の軸部２６ａの軸心に対し４５度傾斜した方向に沿って、一定の速度で引っ張った試験の結果を表１に示した。尚、表１におけるＣｕ、Ａｌ、Ｆｅの含有量は、各パッド２０の断面を蛍光Ｘ線分析（ＥＤＳ）装置で測定し、酸化物に換算した値の平均値である。
表１中で示すように、引張強度が２０Ｎを越えてもパッド２０と基板本体２との間で剥離を生じなかったものに○印を、焼成後において基板本体２に反りが生じたものには▲印を、１個でもパッド２０と基板本体２との間で剥離を生じものには×印を付した。
表１によれば、本発明の実施例である試料Ｎｏ，３〜８は、基板本体２とパッド２０との界面においてクラックや剥離が生じていなかった。これは、パッド２０中のＡｌ２Ｏ３の存在により、当該パッド２０と基板本体２内のガラス−セラミック（Ａｌ２Ｏ３）との間で化学的な接着が得られると共に、Ｆｅ２Ｏ３などの酸化鉄が基板本体２内に拡散することで、ガラス成分と上記パッド２０との密着が高められたことによる、と推定される。
【００３６】
一方、比較例の試料Ｎｏ，１，２は、引張強度が２０Ｎ以下で、基板本体２とパッド２０との界面においてクラックや剥離が生じていた。これは、パッド２０がＡｌ２Ｏ３を含んでいないため、当該パッド２０と基板本体２との間で化学的な接着がなく、且つ、パッド２０と基板本体２との熱膨張差が大きくなり、両者間に残留応力が発生したため、と推定される。
また、比較例の試料Ｎｏ，９，１０は、焼成後の基板本体２に反りが生じていた。かかる結果は、試料Ｎｏ，９では、Ｆｅの含有量が高過ぎたことで、パッド２０と基板本体２との焼成収縮率の差が大きくなったため、と推定される。更に、試料Ｎｏ，１０では、Ａｌ２Ｏ３とＦｅとの双方の含有量が高過ぎたことで、パッド２０と基板本体２との焼成収縮率の差が一層大きくなったため、と推定される。
以上のような実施例の試料Ｎｏ，３〜８によって、本発明の効果が裏付けられた。
【００３７】
本発明は、前述した形態に限定されるものではない。
例えば、前記パッド２０におけるＣｕ、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅの配合割合は、前記範囲内で適宜選択することが可能である。
また、前記パッド２０や表層パッド２２を基板本体２の表面３のみに形成し、かかる表面３側に前記ハンダ２３を介して導体ピン２６を立設することも可能であり、あるいは、基板本体２の表面３と裏面４との双方に導体ピン２６を立設することも可能である。
更に、前記基板本体２は、表面３に開口するキャビティを有する形態として良く、かかる形態では前記ＩＣチップ１６の電子部品や発光ダイオードなどの発光素子は、上記キャビティの底面に実装される。
また、前記ハンダ２５（２３）は、前記Ｓｎ−Ｓｂ系以外のＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系など低融点合金を適用することも可能である。
加えて、前記導体ピン２６の材質は、１９４合金に限らず、コバールや４２アロイとしても良く、そのネールヘッド部２８は、偏平な円柱形のものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による第２の配線基板の概略を示す断面図。
【図２】図１中の一点鎖線部分Ａの部分拡大図。
【図３】上記配線基板を得るための製造工程を示す概略図。
【図４】図３に続く製造工程で且つ図３中の一点鎖線部分Ｂの部分拡大図。
【図５】図４に続く製造工程を示す概略図。
【図６】図５に続く製造工程を示す概略図。
【図７】図６に続く製造工程を示す概略図。
【図８】図７に続く製造工程で且つ図７中の一点鎖線部分Ｃの部分拡大図。
【図９】本発明による第１の配線基板を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１．１ａ……配線基板
２……………基板本体
３……………表面
４……………裏面
８……………ガラスよりなる被覆層
２０…………パッド
２２…………表層パッド
２３，２５…ハンダ
２６…………導体ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス−セラミックからなる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成したパッドに導体ピンをハンダ付けした配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
低誘電損失のガラス−セラミックからなる基板本体と、かかる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成した低抵抗のＣｕ系金属からなるパッドと、を含む配線基板は、特に高周波領域で使用される電子部品の実装用に好適である。
更に、上記Ｃｕ系金属からなるパッドに導体ピンをハンダ付けすることで、ＭＰＵの実装用や、例えば光通信用素子を実装する光通信用の分野などに広く利用することができる。
一方、ガラス−セラミックと体積収縮率が近似し且つ当該ガラス−セラミックへの接着を強化するため、導電性の第１金属（例えば、銅）、酸化可能な第２金属（例えば、鉄）、および有機媒体からなる金属含有ペースト組成物およびその焼結方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
更に、ガラス−セラミックからなる基板材料に、Ｃｕ系金属からなる配線導体および接合用電極を形成すると共に、かかる接合用電極にＡｕ−Ｎｉの保護膜を形成し、その上方にＡｕ−Ｓｎ系などのロウ材を介して、電子部品や入出力ピンを接合するようにした電子回路装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５６５４５号公報（第１〜９頁）
【特許文献２】特開平８−１２５３４１号公報（第１〜８頁、図４）
【０００４】
ところで、ガラス−セラミックからなる基板本体の表面に、前記特許文献１の金属（銅）含有ペースト組成物を用いて、前記特許文献２のＣｕ系金属からなる接合用電極（パッド）を形成し、かかる電極の上方にＳｎ−Ｓｂ系合金などのハンダを介して銅合金からなる導体ピンを接合する場合がある。
しかしながら、上記導体ピンに対しほぼ軸方向に沿った外力が働くと、上記電極とガラス−セラミック材料との界面にクラックが入り、当該導体ピンと共に、上記ハンダ、上記電極、およびかかる電極に隣接するガラス−セラミック材料が一緒に、基板本体から外れる場合がある。このため、上記導体ピンを介して、配線基板の内部配線と中継基板やマザーボードとの導通が取れなくなる、という問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記背景技術において開示した問題点を解決し、ガラス−セラミックからなる基板本体とこれに形成するパッドとの密着性を高めると共に、かかるパッドにハンダ付けする導体ピンの接合強度を高めた配線基板を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、基板本体のガラス−セラミックの表面に所定量の金属とセラミックとが混在するパッドを設け、かかるパッド上にハンダを介して導体ピンを接合する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による第１の配線基板（請求項１）は、ガラス−セラミックからなり、表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成されるパッドと、かかるパッド上にハンダを介して立設される導体ピンと、を備え、上記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部である、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、前記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、前記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部であるため、そのうちのセラミックにより、かかるパッドと基板本体のガラスーセラミックとの間で化学的な接着が得られる。更に、当該パッドとガラス−セラミックとの熱膨張差が縮小され、かかるパッドと基板本体との焼成収縮量（焼成収縮差）を近付けられるため、基板本体の反りを抑制することも可能となる。また、Ｆｅ２Ｏ３など酸化鉄が基板本体内に拡散することによって、ガラス成分と上記パッドとの密着性を高められる。
このため、上記パッドの上方で、例えば、Ｓｎ−Ｓｂ系合金などのハンダを加熱（リフロー）し、当該ハンダを介して、例えば導体ピンを接合した際、上記リフロー時にパッドと基板本体との界面で残留する応力を小さくできる。従って、接合した導体ピンに外力が作用しても、反りの少ない基板本体にパッドが強固に密着しているので、背景技術において説明した当該導体ピン、ハンダ、およびパッドと共に、当該パッドに隣接する基板本体（ガラス−セラミック）が部分的に剥離する事態を確実に防止できるため、中継基板などとの導通も確実に取ることができる。
【０００８】
前記パッドにおいて、１００重量部のＣｕに対し、前記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が１重量部よりも少なくとなると、前記化学的な接着が得られず、且つパッドと基板本体を構成するガラス−セラミックとの熱膨張差や焼成収縮率の差を顕著に縮小できなくなる。
一方、前記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの合計量が２８重量部よりも多くとなると、上記各効果が飽和する。しかも、セラミックの増加によって、その表面へのメッキ金属、もしくは他の金属層との密着性が低下し、Ｆｅの過度な増加により、パッド自体の焼成収縮率と基板本体を構成するガラス−セラミックの焼成収縮率との差が大きくなり、配線基板が反り易くなる。これらの理由により、上記セラミックとＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量との合計量を規定している。
【０００９】
尚、前記ガラス−セラミックには、ガラス−アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス−珪酸（ＳｉＯ２）、ガラス−窒化アルミニウム、ガラス−酸化ジルコニウム、ガラス−ムライトなどが含まれる。
また、前記パッドは、９９．３０〜７９．２ｗｔ％のＣｕと、Ａｌ２Ｏ３およびＦｅ酸化物を含むＦｅの合計が０．７０〜２０．８ｗｔ％とからなるとも表すこともできる。更に、前記Ｆｅ酸化物には、Ｆｅ２Ｏ３やＦｅ３Ｏ４が含まれる。
加えて、前記パッドに含まれる前記ガラス−セラミックに含有されるセラミックの平均粒径は、１〜４μｍである。
加えて、前記導体ピンには、いわゆる４２アロイ（Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ）、いわゆる１９４合金（Ｃｕ−２．３ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ）、あるいはコバール（Ｆｅ−２９ｗｔ％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ）などが用いられる。
【００１０】
一方、本発明による第２の配線基板（請求項２）は、ガラス−セラミックからなり、表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成されるパッドと、かかるパッドの表面に形成される表層パッドと、かかる表層パッド上にハンダを介して立設される導体ピンと、を備え、上記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部であり、上記表層パッドは、ＣｕおよびＦｅを含むと共に、かかるＦｅのＦｅ２Ｏ３換算した場合の含有量は、上記パッドにおけるＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量よりも少ない、ことを特徴とする。
【００１１】
これによれば、パッドと、その表面に形成されるＣｕおよびパッド中に含まれるＦｅの含有量よりも比較的少量のＦｅを含む表層パッドと、からなる２層構造のパッドとなる。しかも、基板本体のガラス−セラミックに接する上記パッドは、当該ガラス−セラミックとの間で、化学的な接着および小さな熱膨張差となる。一方、表層パッドは、Ｃｕおよび比較的少量のＦｅを含むため、下層のパッドと上方（表面を含む）に形成し且つリフローされるハンダもしくはメッキ金属との双方の間における密着強度を高めることができる。このため、接合した導体ピンに外力が作用しても、反りの少ない基板本体にパッドおよび表層パッドが強固に密着しているので、導体ピン、ハンダ、およびパッドが外れたり、これらと共に当該パッドに隣接する基板本体（ガラス−セラミック）が部分的に剥離する事態を確実に防止できる。従って、中継基板などとの導通も確実に取ることができる。
尚、表層パッドにおけるＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量は、１００重量部のＣｕに対し、１重量部以下である。
【００１２】
また、本発明には、前記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のセラミックと、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅと、を含む、配線基板（請求項３）も含まれる。
これによれば、上記パッドが、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のセラミックを含んでいるため、基板本体のガラスーセラミックとの間で化学的な接着が一層確実に得られる共に、当該パッドとガラス−セラミックとの熱膨張差も確実に縮小できる。このため、前記ハンダをリフローする工程において、パッドと基板本体のガラスーセラミックとの界面で残留する応力を小さくできる。
一方、上記パッドが、１００重量部のＣｕに対し、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅを含んでいるため、基板本体中のガラス成分とパッドとの密着性を高められ、パッドと基板本体のガラス−セラミックとの焼成収縮差を小さくし、基板本体の反りを確実に抑制することができる。従って、反りの少ない基板本体にパッド、あるいは当該パッドと表層パッドとが強固に密着しているため、ハンダ付けした導体ピンに外力が作用しても、前記導体ピン、ハンダ、パッドと共に、当該パッドに隣接するガラス−セラミックの部分剥離を確実に防止できる。尚、上記パッドに含まれるＦｅ２Ｏ３は、Ｆｅ換算で０．７〜４．２重量部である。
【００１３】
更に、本発明には、前記セラミックは、Ａｌ２Ｏ３を含む、配線基板（請求項４）も含まれる。これによれば、セラミックとして汎用的なＡｌ２Ｏ３を使用できる。
また、本発明による第２の配線基板には、前記表層パッドに含まれる前記セラミックの含有量は、前記パッドに含まれる前記セラミックの含有量よりも少ない、配線基板（請求項５）も含まれる。これによれば、表層パッドとその表面に形成されるハンダもしくはメッキ層との密着性を確保することができる。
加えて、本発明による第２の配線基板には、前記表層パッドは、セラミックを含まない、配線基板（請求項６）も含まれる。これによっても、表層パッドとその表面に形成されるハンダもしくはメッキ層との密着性を一層高められる。
付言すれば、本発明には、前記表層パッドの表面にＮｉおよびＡｕメッキ層が被覆されている、配線基板も含まれ得る。これによる場合、表層パッドの上において、各種のハンダをリフローしても、上記２層のメッキ層によって、当該表層パッド中の金属酸化物の生成を抑制でき、Ｃｕの比率が高められるため、メッキ金属の被着を容易にすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による第２の配線基板１の概略を示す断面図、図２は、図１中の一点鎖線部分Ａの部分拡大図である。
配線基板１は、図１，図２に示すように、表面３および裏面４を有する基板本体２と、かかる基板本体２の裏面４に形成された複数のパッド２０と、各パッド２０ごとの表面に形成された複数の表層パッド２２と、各表層パッド２２ごとの外表面側（図示で下方）にハンダ２３を介して立設された例えば１９４合金からなる導体ピン２６と、を備えている。
基板本体２は、ガラス−セラミック（例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ））からなる絶縁層５〜７を一体に積層したものである。
また、パッド２０は、Ｃｕ、平均粒径が１〜４μｍで上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックのＡｌ２Ｏ３粒子、およびＦｅ２Ｏ３を含むＦｅ酸化物を含み、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のＡｌ２Ｏ３と、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅとを混合した金属−セラミックの複合材である。更に、表層パッド２２は、ＣｕおよびＦｅ２Ｏ３を含み、１００重量部のＣｕに対し、１重量部以下のＦｅ２Ｏ３を混合したものである。加えて、上記ハンダ２３は、約２５０℃でリフロー可能な低融点のＳｎ−Ｓｂ系合金からなる。
【００１５】
図１，図２に示すように、基板本体２の絶縁層５〜７間には、Ｃｕからなる配線層９，１０が形成され、基板本体２の表面３には、Ｃｕからなる複数の接続パッド１４が形成されると共に、これらの間および裏面４のパッド２０との間を、Ｃｕからなるビア導体１１〜１３が接続している。
基板本体２の裏面４には、前記パッド２０と前記表層パッド２２との外周部に貫通孔１８の開口縁１９が覆っている（オーバーコート）ガラスよりなる被覆層８が所要の厚みで形成されている。かかる被覆層８は、例えば、珪酸を含むガラスからなり、その表面（裏面）８ａに複数の貫通孔１８が開口している。
尚、上記ガラスからなる被覆層８には、基板本体２と同じ成分のガラス−アルミナ系複合材に、Ｃｒ、Ｍｎ、またはＦｅなどの色彩粉（顔料）を混ぜたものを用いても良い。
【００１６】
図１，図２に示すように、上記導体ピン２６の半球形のネールヘッド部２８は、ハンダ２３を介して表層パッド２２と対向している。ハンダ２３は、ネールヘッド部２８とメッキ層２１との間２４にも入り込んでいる。複数の導体ピン２６は、配線基板１自体を図示しない中継基板やマザーボートの表面電極などに接続するために用いられる。表層パッド２２の表面には、厚み約２〜５μｍのＮｉメッキ層と厚み約０．０２〜０．３μｍのＡｕメッキ層との２層のメッキ層からなるメッキ層２１が被覆されている。また、導体ピン２６およびハンダ２３の表面にも、Ｎｉメッキ層とＡｕメッキ層とを被覆しても良い。
【００１７】
因みに、基板本体２のサイズは、５１ｍｍ×５１ｍｍ×厚み２ｍｍ、ガラスよりなる被覆層８の厚みは、約２０μｍ、導体ピン２６の直径は、０．３ｍｍ、そのネールヘッド部２８の最大直径は、０．６５ｍｍである。
図１に示すように、基板本体２の表面３上に位置する複数の接続パッド１４上には、ハンダ２３よりも融点の低い合金（例えば、９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ）からなるハンダ１５を介して、ＩＣチップ（電子部品）１６の底面に設けた外部電極１７が接続される。これにより、基板本体２の表面３上に、当該ＩＣチップ１６が実装される。
【００１８】
前記のような配線基板１によれば、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、基板本体２のガラス−セラミック、パッド２０、表層パッド２２の順で段階的に少なくなる。このため、ガラス−セラミックからなる裏面４、パッド２０、および表層パッド２２の隣接する２者間同士の化学的な接着がそれぞれ確実に高められ、且つ基板本体２、パッド２０、表層パッド２２、および前記ハンダ２３との間における熱膨張係数の差も小さく抑制できる。一方、Ｆｅ２Ｏ３を含むＦｅ成分が上記パッド２０に含まれるため、基板本体２中のガラス成分とパッド２０との密着強度が向上し、且つ基板本体２のガラス−セラミックとパッド２０との焼成収縮差が小さくなることで、基板本体の反りを確実に抑制できる。
【００１９】
この結果、前記ビア導体１１〜１３を介して配線層９，１０と表層パッド２２との導通が確実に取れる。更に、基板本体２とパッド２０とが両者の界面で強固に密着するため、パッド２０、表層パッド２２、およびこれらに隣接する被覆層８が部分的に剥離し、これらと共に導体ピン２６が外力によって不用意に外れる事態を確実に防止できる。
しかも、ガラスからなる被覆層８が、パッド２０と表層パッド２２との外周部を覆うように形成されているため、これらを物理的にも基板本体２のガラス−セラミック側に強固に密着させている。従って、かかる配線基板１によれば、導体ピン２６を介して、マザーボードなどのプリント基板との導通が確実に取れると共に、表面３上へのＩＣチップ１６の実装も確実に行うことができる。
【００２０】
以下において、前記配線基板１の製造方法について説明する。
予め、複数枚のガラス−セラミックのグリーンシートを用意した。かかるグリーンシートは、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系のガラス粉末、フィラであるセラミック粉末、有機バインダ、可塑剤、および有機溶剤などを混合したものである。
上記以外のガラス粉末のガラス成分には、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、またはＺｒを示す）、ＰＢ系ガラス、あるいはＢｉ系ガラスなどが使用できる。
また、上記セラミック粉末には、例えばＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｒＯ２とアルカリ希土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ２とアルカリ希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である例えばスピネル、ムライト・コージェライトなど、が使用できる。
上記ガラス粉末とセラミック粉末とを、重量比で４０：６０〜６０：４０の割合で混合した。
【００２１】
更に、前記グリーンシートに配合する有機バインダには、例えばアクリル系、ポリビニルブチラール系、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、あるいはセルロース系の単独重合体または共重合体などが使用できる。
前記グリーンシートは、前記ガラス粉末、セラミック粉末、および有機バインダを配合し、必要に応じて所要量の可塑剤、溶剤（有機溶剤または水）を更に加えてスラリとし、かかるスラリをドクターブレード法、圧延法、カレンダロール法、金型プレス法などにより、厚さ数１０〜数１００μｍのシート状に成形することで得られた。
【００２２】
そして、得られた複数枚のガラス−セラミックのグリ−ンシートの表面および裏面の少なくとも一方に、Ｃｕ粒子を含む導電性ペーストをスクリーン印刷などにより、所定パターンで印刷・形成すると共に、上記グリ−ンシートを貫通するビアホールにも上記導電性ペーストを充填した。
その結果、図３で例示するように、追って前記絶縁層７となり、内部の配線層１０、およびビア導体１３、を有するグリーンシートｓ７が得られた。
次いで、図３中の一点鎖線部分Ｂを拡大した図４に示すように、グリーンシートｓ７の裏面４における所定の位置に、厚み約２０μｍである複数のパッド２０をスクリーン印刷などにより形成した。かかるパッド２０は、Ｃｕ、Ａｌ２Ｏ３粒子、およびＦｅ２Ｏ３を含み、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のＡｌ２Ｏ３と、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅとを混合した混合材料からなる。
【００２３】
更に、図５に示すように、各パッド２０の表面（上）に、スクリーン印刷法により、厚み約１５μｍの表層パッド２２を形成した。かかる表層パッド２２は、ＣｕとＦｅ２Ｏ３とを含み、１００重量部のＣｕに対し、１重量部以下のＦｅ２Ｏ３を混合したものであり、上記パッド２０に比べてＣｕの含有量が多く且つＦｅ２Ｏ３の含有量が少ない。このため、表層パッド２２は、パッド２０を介して、ビア導体１３の端面を含むグリーンシートｓ７の裏面４に形成されるが、かかる裏面４に直に形成する場合に比べ、強固に接合された。
引き続いて、パッド２０と表層パッド層２２との外周部を囲うように所定のマスキング（図示せず）を施した後、図６に示すように、基板本体２の裏面４上に、前記ガラス成分からなる軟質ガラスの被覆層８を、塗布コーティングなどにより形成した。かかる被覆層８が固化すると、図６に示すように、ガラスよりなる被覆層８の表面８ａに開口する貫通孔１８の開口縁１９がパッド２０および表層パッド２２の外周部を覆う形状（オーバーコート）になった。
【００２４】
かかる状態で、前記被覆層８を含むグリーンシートｓ７と追って前記絶縁層５，６となるグリーンシートとを積層し、得られた積層体を例えば１００〜８００℃の温度域に加熱して前記有機バインダなどの有機成分を除去し、更に約８００〜１０００℃の温度域に加熱して焼成した。尚、前記絶縁層５，６となる各グリーンシートには、予め配線層９、ビア導体１１，１２が形成されていた。
その結果、図７に示すように、ガラス−セラミックの絶縁層５〜７からなり、内部の配線層９，１０、ビア導体１１〜１３、および表面３の接続パッド１４を有する基板本体２と、その裏面４に形成された被覆層８とが得られた。
次いで、図７中の一点鎖線部分Ｃを拡大した図８に示すように、前記表層パッド２２の表面に対し、厚み２〜５μｍのＮｉメッキ層および厚み約０．０２〜０．３μｍのＡｕメッキ層の２層からなるメッキ層２１を被覆した。
【００２５】
更に、図８中の矢印で示すように、ガラスよりなる被覆層８から露出する表層パッド２２の表面、あるいは前記メッキ層２１が露出する貫通孔１８内に、例えば１９４合金からなる導体ピン２６を、そのネールヘッド部２８が対向するようにして挿入した。かかるネールヘッド部２８の曲面２８ａ上には、融点が約２３０℃のＳｎ−Ｓｂ系合金からなるハンダ２５がほぼ半球形状にして予め形成されていた。
かかるハンダ２５と表層パッド２２、あるいは前記メッキ層２１とが接触し且つ導体ピン２６の軸心が基板本体２の裏面４に対し直角に保たれた状態として、上記ハンダ２５をその融点直上の温度付近に加熱（リフロー）した。
【００２６】
その結果、前記ハンダ２５が溶融し、前記図２で示したように、前記メッキ層２１とネールヘッド部２８との間２４を含めて、導体ピン２６のネールヘッド部２８を包囲するように凝固したほぼ円錐形状のハンダ２３となった。このため、かかるハンダ２３を介して、導体ピン２６を基板本体２の裏面４の上方に立設することができた。
そして、導体ピン２６および上記ハンダ２３の表面に対し、ＮｉメッキおよびＡｕメッキを施した。その結果、図８中の一点鎖線部分Ｄを拡大した同図中の部分面で例示するように、ピン本体２７の表面が厚み３〜７μｍのＮｉメッキ層２９ａと厚み約０．０２〜０．３μｍのＡｕメッキ層２９ｂとに被覆された。かかるＡｕメッキ層２９ｂにより、導体ピン２６およびハンダ２３の耐食性が確保された。
以上の各工程を経ることで、前記図１，図２に示した配線基板１が得られた。
【００２７】
更に、基板本体２の表面３上方にＩＣチップ１６を実装するため、表面３に位置する複数の接続パッド１４上に、ハンダ２３よりも低融点の前記Ｓｎ−Ａｇ系合金からなるハンダ１５を介してＩＣチップ１６の底面に設けた外部電極１７を載置した状態で、上記ハンダ１５をその融点付近に加熱（リフロー）した。
尚、前記表層パッド２２の表面に対し、前記メッキ層２１を被覆する工程は、省略することも可能である。
【００２８】
図９は、本発明による第１の配線基板１ａを示す部分断面図である。
配線基板１ａも、前記同様の配線層９，１０やビア導体１１〜１３を内蔵する基板本体２と、その裏面４に前記同様の被覆層８とを備えている。基板本体２の裏面４には、やや厚肉とした前記同様のパッド２０が複数形成され、その外周部を被覆層８に設けた貫通孔１８の開口縁１９が覆っている。
図９に示すように、配線基板１ａでは、パッド２０の表面がメッキ層２１に被覆され、かかるパッド２０およびメッキ層２１の外表面側（図示で下方）に、ハンダ２３を介して導体ピン２６のネールヘッド部２８側がハンダ付けされている。
【００２９】
即ち、配線基板１ａは、前記配線基板１における表層パッド２２を省略したものである。このため、パッド２０の表面に対するメッキ層２１の密着性が、前記配線基板１の場合に比べて若干低下する場合がある。
以上の配線基板１ａによれば、基板本体２のガラス−セラミックとパッド２０との間では、前記配線基板１と同程度の密着強度が得られ、パッド２０およびメッキ層２１に対し、ハンダ２３を介して導体ピン２６を強固に接合できる。
【実施例】
【００３０】
ここで、本発明による実施例の効果を確認する試験の結果を示す。
ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスからなるガラス粉末、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物とからなるフィラのセラミック粉末、アクリル系の有機バインダ、可塑剤、および有機溶剤を混合してセラミックスラリを得た。尚、上記ガラス粉末とセラミック粉末との混合比は、５０重量部：５０重量部とした。かかるスラリをドクターブレード法によって、厚さが３００μｍで縦横サイズが同じである複数枚のグリーンシートを成形した。
【００３１】
各グリーンシートの裏面における同じ位置に、厚みが２０μｍである複数のパッド２０をスクリーン印刷により形成した。かかるパッド２０は、Ｃｕ、Ａｌ２Ｏ３粒子、およびＦｅ２Ｏ３を含み、１００重量部のＣｕに対し、各基板本体２ごとに、表１に示すように、Ｃｕ、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ（Ｆｅ２Ｏ３）の含有量を変化させて、各試料ごとに１０個ずつ用意した。
尚、試料Ｎｏ，５〜８における各パッド２０の表面（上）には、スクリーン印刷により、厚みが１５μｍの表層パッド２２を形成した。かかる表層パッド２２は、ＣｕとＡｌ２Ｏ３とを含み、１００重量部のＣｕに対し、１重量部のＦｅ２Ｏ３を混合したものである。
【００３２】
かかる状態で、各グリーンシートに対し上層側の前記グリーンシートを積層した。得られた複数の積層体を約２５０℃の温度域に加熱して、前記有機バインダなどの有機成分を除去し、更に１０００℃温度域に加熱・焼成して、複数個の基板本体２を得た。次いで、各基板本体２における前記パッド２０または表層パッド２２の表面に対し、厚み５μｍのＮｉメッキ層と厚み０．１μｍのＡｕメッキ層との２層からなるメッキ層２１を被覆した。
【００３３】
次に、各基板本体２の裏面８ａに露出するパッド２０または表層パッド２２の表面上で且つ上記メッキ層２１が裏面８ａに露出する貫通孔１８内ごとに、１９４合金からなる同じサイズの導体ピン２６を、そのネイルヘッド部２８の曲面２８ａが対向するように挿入した。予め、かかる曲面２８ａ上には、予め融点が約２３０℃のＳｎ−Ｓｂ系合金からなるハンダ２５をほぼ半球形状にして形成した。
更に、各例ごとのハンダ２５と前記メッキ層２１とが接触し且つ導体ピン２６の軸部２６ａの軸心が、基板本体２の裏面８ａに対し垂直に保った状態として、上記ハンダ２５をその融点直上の温度（約２４０℃）に加熱（リフロー）した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
そして、各試料ごとの導体ピン２６の軸部２６ａの軸心に対し４５度傾斜した方向に沿って、一定の速度で引っ張った試験の結果を表１に示した。尚、表１におけるＣｕ、Ａｌ、Ｆｅの含有量は、各パッド２０の断面を蛍光Ｘ線分析（ＥＤＳ）装置で測定し、酸化物に換算した値の平均値である。
表１中で示すように、引張強度が２０Ｎを越えてもパッド２０と基板本体２との間で剥離を生じなかったものに○印を、焼成後において基板本体２に反りが生じたものには▲印を、１個でもパッド２０と基板本体２との間で剥離を生じものには×印を付した。
表１によれば、本発明の実施例である試料Ｎｏ，３〜８は、基板本体２とパッド２０との界面においてクラックや剥離が生じていなかった。これは、パッド２０中のＡｌ２Ｏ３の存在により、当該パッド２０と基板本体２内のガラス−セラミック（Ａｌ２Ｏ３）との間で化学的な接着が得られると共に、Ｆｅ２Ｏ３などの酸化鉄が基板本体２内に拡散することで、ガラス成分と上記パッド２０との密着が高められたことによる、と推定される。
【００３６】
一方、比較例の試料Ｎｏ，１，２は、引張強度が２０Ｎ以下で、基板本体２とパッド２０との界面においてクラックや剥離が生じていた。これは、パッド２０がＡｌ２Ｏ３を含んでいないため、当該パッド２０と基板本体２との間で化学的な接着がなく、且つ、パッド２０と基板本体２との熱膨張差が大きくなり、両者間に残留応力が発生したため、と推定される。
また、比較例の試料Ｎｏ，９，１０は、焼成後の基板本体２に反りが生じていた。かかる結果は、試料Ｎｏ，９では、Ｆｅの含有量が高過ぎたことで、パッド２０と基板本体２との焼成収縮率の差が大きくなったため、と推定される。更に、試料Ｎｏ，１０では、Ａｌ２Ｏ３とＦｅとの双方の含有量が高過ぎたことで、パッド２０と基板本体２との焼成収縮率の差が一層大きくなったため、と推定される。
以上のような実施例の試料Ｎｏ，３〜８によって、本発明の効果が裏付けられた。
【００３７】
本発明は、前述した形態に限定されるものではない。
例えば、前記パッド２０におけるＣｕ、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅの配合割合は、前記範囲内で適宜選択することが可能である。
また、前記パッド２０や表層パッド２２を基板本体２の表面３のみに形成し、かかる表面３側に前記ハンダ２３を介して導体ピン２６を立設することも可能であり、あるいは、基板本体２の表面３と裏面４との双方に導体ピン２６を立設することも可能である。
更に、前記基板本体２は、表面３に開口するキャビティを有する形態として良く、かかる形態では前記ＩＣチップ１６の電子部品や発光ダイオードなどの発光素子は、上記キャビティの底面に実装される。
また、前記ハンダ２５（２３）は、前記Ｓｎ−Ｓｂ系以外のＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系など低融点合金を適用することも可能である。
加えて、前記導体ピン２６の材質は、１９４合金に限らず、コバールや４２アロイとしても良く、そのネールヘッド部２８は、偏平な円柱形のものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による第２の配線基板の概略を示す断面図。
【図２】図１中の一点鎖線部分Ａの部分拡大図。
【図３】上記配線基板を得るための製造工程を示す概略図。
【図４】図３に続く製造工程で且つ図３中の一点鎖線部分Ｂの部分拡大図。
【図５】図４に続く製造工程を示す概略図。
【図６】図５に続く製造工程を示す概略図。
【図７】図６に続く製造工程を示す概略図。
【図８】図７に続く製造工程で且つ図７中の一点鎖線部分Ｃの部分拡大図。
【図９】本発明による第１の配線基板を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１．１ａ……配線基板
２……………基板本体
３……………表面
４……………裏面
８……………ガラスよりなる被覆層
２０…………パッド
２２…………表層パッド
２３，２５…ハンダ
２６…………導体ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス−セラミックからなり、表面および裏面を有する基板本体と、
上記基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成されるパッドと、
上記パッド上にハンダを介して立設される導体ピンと、を備え、
上記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部である、
ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
ガラス−セラミックからなり、表面および裏面を有する基板本体と、
上記基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成されるパッドと、
上記パッドの表面に形成される表層パッドと、
上記表層パッド上にハンダを介して立設される導体ピンと、を備え、
上記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部であり、
上記表層パッドは、ＣｕおよびＦｅを含むと共に、かかるＦｅのＦｅ２Ｏ３換算した場合の含有量は、上記パッドにおけるＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量よりも少ない、
ことを特徴とする配線基板。
【請求項３】
前記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のセラミックと、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅと、を含む、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記セラミックは、Ａｌ２Ｏ３を含む、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の配線基板。
【請求項５】
前記表層パッドに含まれる前記セラミックの含有量は、前記パッドに含まれる前記セラミックの含有量よりも少ない、
ことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の配線基板。
【請求項６】
前記表層パッドは、セラミックを含まない、
ことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の配線基板。
【請求項１】
ガラス−セラミックからなり、表面および裏面を有する基板本体と、
上記基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成されるパッドと、
上記パッド上にハンダを介して立設される導体ピンと、を備え、
上記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部である、
ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
ガラス−セラミックからなり、表面および裏面を有する基板本体と、
上記基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成されるパッドと、
上記パッドの表面に形成される表層パッドと、
上記表層パッド上にハンダを介して立設される導体ピンと、を備え、
上記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、上記ガラス−セラミックを構成するセラミックと同一のセラミックおよびＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量が合計で１〜２８重量部であり、
上記表層パッドは、ＣｕおよびＦｅを含むと共に、かかるＦｅのＦｅ２Ｏ３換算した場合の含有量は、上記パッドにおけるＦｅ２Ｏ３換算した場合のＦｅの含有量よりも少ない、
ことを特徴とする配線基板。
【請求項３】
前記パッドは、１００重量部のＣｕに対し、４〜２２重量部のセラミックと、Ｆｅ２Ｏ３換算で１〜６重量部のＦｅと、を含む、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記セラミックは、Ａｌ２Ｏ３を含む、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の配線基板。
【請求項５】
前記表層パッドに含まれる前記セラミックの含有量は、前記パッドに含まれる前記セラミックの含有量よりも少ない、
ことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の配線基板。
【請求項６】
前記表層パッドは、セラミックを含まない、
ことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１９４８３（Ｐ２００７−１９４８３Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５８０９８（Ｐ２００６−１５８０９８）
【出願日】平成１８年６月７日（２００６．６．７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月７日（２００６．６．７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]