JP2005093546A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 絶縁基板と、その表面に形成された薄膜配線導体層とを具備してなる配線基板において、前記絶縁基板は、構成元素として少なくともSi、Al、Mg、Ba、希土類元素RE及びOを含有し、結晶相としてフォルステライト結晶相およびガーナイト結晶相から選択される少なくとも1種と、セルジアン結晶相とを含有し、且つ0.3%以下の開気孔率を有する焼結体から形成されており、該セルジアン結晶相の少なくとも一部がアスペクト比3以上の異方性結晶であると共に、前記薄膜配線導体層は、Cu、Ag、Au及びAlの群から選ばれる少なくとも1種の導体を含有していることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
前記絶縁基板は、構成元素として少なくともSi、Al、Mg、Ba、希土類元素RE及びOを含有し、結晶相としてフォルステライト結晶相およびガーナイト結晶相から選択される少なくとも1種と、セルジアン結晶相とを含有し、且つ0.3%以下の開気孔率を有する焼結体から形成されており、該セルジアン結晶相の少なくとも一部がアスペクト比3以上の異方性結晶であると共に、
前記薄膜配線導体層は、Cu、Ag、Au及びAlの群から選ばれる少なくとも1種の導体を含有していることを特徴とする配線基板が提供される。
(1)前記絶縁基板を形成する焼結体は、前記各構成元素を、酸化物換算での組成が、少なくともSiO2:5〜36質量%、Al2O3:11〜65質量%、MgO:2〜22質量%、BaO:5〜36質量%、RE2O3:0.5〜18質量%、ZnO:0〜17質量%となる割合で含有している。
(2)前記焼結体は、B2O3、CaO、SrO、ZrO2、SnO2及びTiO2からなる群から選ばれる少なくとも一種を、その合量で18質量%以下の量で含有している。
(3)前記希土類元素REがY(イットリウム)であり、かつ前記希土類元素酸化物RE2O3がY2O3である。
(4)前記セルジアン結晶相が、六方晶を含有している。
(5)前記焼結体が、結晶相として、さらに、アルミナ、エンスタタイト、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、及び窒化珪素の群から選ばれる少なくとも一種を含有している。
(6)前記絶縁基板が、熱伝導率が2W/mK以上で抗折強度が250MPa以上の焼結体からなる。
(7)前記薄膜配線導体層は、前記絶縁基板の表面粗さが0.1μm以下の研磨面上に形成されており、該研磨面に存在する気孔の面積率が10%以下である。
(8)前記薄膜配線導体層は、前記絶縁基板の表面粗さ(Ra)が1.0μm以下の焼肌面上に形成されている。
(9)前記焼結体中のアルカリ金属酸化物(A2O)およびPbOの含有量が、それぞれ、0.1質量%以下である。
(10)前記絶縁基板は複数の絶縁層から形成されており、該絶縁層間に、Cu、Ag、Au、Pd及びPtの群から選ばれる少なくとも1種を含有する内部配線層が形成されている。
700〜1000℃の熱処理において揮発せずに残留する成分を、酸化物換算で、少なくともSiO2:5〜36質量%、Al2O3:11〜65質量%、MgO:2〜22質量%、BaO:5〜36質量%、希土類元素酸化物RE2O3:0.5〜18質量%、及びZnO:0〜17質量%の割合で含有する混合粉末と、有機バインダーおよび溶媒とを混合してスラリーを作製する工程;
前記スラリーをシート状に成形してグリーンシートを作製する工程;
前記グリーンシートを、脱バインダーした後、700〜1000℃の温度で焼成することにより、開気孔率が0.3%以下の焼結体からなる絶縁基板を作製する工程;
前記絶縁基板の表面に、薄膜形成法によって、Cu、Ag、Au及びAlの群から選ばれる少なくとも1種の導体を含有する薄膜配線導体層を形成する工程;
からなることを特徴とする配線基板の製造方法が提供される。
(1)前記混合粉末は、CaO、SrO、ZrO2、SnO2及びTiO2からなる群から選ばれる少なくとも一種を、その合量で18質量%以下の量で含有している。
(2)前記混合粉末は、少なくともSiO2、Al2O3、MgO、BaO及びRE2O3を含む珪酸系ガラス粉末を40〜90質量%、アルミナ、フォルステライト、エンスタタイト、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、及び窒化珪素の群から選ばれる少なくとも一種のセラミック粉末10〜60質量%とからなる。
(3)前記珪酸系ガラス粉末は、少なくともSiO2:10〜40質量%、Al2O3:1〜30質量%、MgO:6〜25質量%、BaO:10〜40質量%、RE2O3:2〜20質量%及びZnO:0〜19質量%を含有し、さらにB2O3、CaO、SrO、ZrO2、SnO2及びTiO2の群から選ばれる少なくとも一種を、その合量で20質量%以下含有している。
(4)焼成により、前記珪酸系ガラスから、フォルステライト結晶相及びガーナイト結晶相から選択される少なくとも1種と、セルジアン結晶相とが析出する。
(5)前記グリーンシート表面にCu、Ag、Au、Pd、Ptの群から選ばれる少なくとも一種を含有する導体配線層を形成し、グリーンシート同士を積層した後に焼成を行うことにより、内部配線層を形成する。
SiO2:5〜36質量%、特に8〜31質量%、
Al2O3:11〜65質量%、特に13〜32質量%、
MgO:2〜22質量%、特に3〜18質量%、
BaO:5〜36質量%、特に8〜36質量%、
RE2O3(特にY2O3):0.5〜18質量%、特に1.5〜13質量%、
ZnO:0〜17質量%、特に0〜12質量%
の範囲で含有していることが好ましい。
上述したパッケージAなどに使用される本発明の配線基板は、以下の工程(A)〜(D)により製造される。
まず、700〜1000℃の熱処理において揮発せず残留する成分を、酸化物換算での組成比が前述した絶縁層3の焼結体の組成と合致するように各種酸化物粉末等の混合粉末を調製する。即ち、この混合粉末は、酸化物換算で、
SiO2:5〜36質量%、特に8〜31質量%、
Al2O3:11〜65質量%、特に13〜32質量%、
MgO:2〜22質量%、特に3〜18質量%、
BaO:5〜36質量%、特に8〜36質量%、
RE2O3(特にY2O3):0.5〜18質量%、特に1.5〜13質量%、
ZnO:0〜17質量%、特に0〜12質量%
の組成を有しており、さらにセルジアン結晶相以外に含有させる結晶相の種類や目的とする物性制御などに応じてB2O3、CaO、SrO、ZrO2、SnO2及びTiO2の群から選ばれる少なくとも一種をその合量で20質量%以下、特に13質量%以下の量で含有していることが望ましい。この混合粉末と有機バインダーおよび溶媒とを混合してスラリー、即ちシート成形用スラリーを作製する。
SiO2:10〜40重量%、特に15〜35質量%、
Al2O3:1〜30質量%、特に3〜25質量%、
MgO:3〜25質量%、特に5〜20質量%、
BaO:10〜40重量%、特に15〜37質量%、
RE2O3(特にY2O3):1〜20質量%、特に3〜15質量%、
ZnO:0〜17質量%、特に0〜13質量%、
を満足するように含有し(ZnOは、ガーナイト析出のための成分)、さらに任意成分として、B2O3、CaO、SrO、ZrO2、SnO2、TiO2の群から選ばれる少なくとも一種を、前述した焼結体組成を満足するように、例えば、その合量で20質量%以下、特に15質量%以下の範囲で含有することが望ましい。即ち、緻密な焼結体を得るために最適な軟化特性を得ると同時に、セルジアン結晶相やフォルステライト結晶相等を効果的に析出せしめるためには、珪酸系ガラス粉末の各成分の含有量が上記のような範囲内にあることが効果的である。珪酸ガラス粉末の組成が、上記範囲から逸脱すると、1000℃以下の焼成温度にて、望ましい磁器特性を有する焼結体を得ることが困難となるおそれがある。
次いで、上記のスラリーをシート状に成形してグリーンシートを作製する。グリーンシートへの成形は、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、射出成形、押出し成形、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法等により、行うことができ、目的とする絶縁基板X(絶縁層3)に合わせたシート形状に成形される。特にグリーンシートの作製には、ドクターブレード法が好適である。
上記のグリーンシートを、絶縁基板Xを構成する絶縁層3の数に合わせて積層圧着し、脱バインダーに引き続いて、700〜1000℃にて焼成を行う。
上記で得られた絶縁基板Xの表面に、薄膜形成法により、薄膜配線導体層1を備えた多層配線層Yを形成する。
例えば、蒸着源を適宜代え、絶縁基板Xの表面に、厚さが0.05〜0.5μmのTi膜を形成し、その上に、Wおよび/またはMoを含有し、厚みが0.1〜3μmの金属膜(例えばW−Ti膜、Mo−Ti膜)を形成し、さらにその上に、1〜10μmの厚みのCu,Ag,Au或いはAl膜を形成し、全体厚みが1.5〜15μmの積層金属膜を形成する。この積層金属膜上には、さらに、Cr膜を形成してもよい。
まず、表1に示した組成のガラス粉末A〜E(平均粒径は2μm)を準備した。
アルキメデス法により開気孔率を測定した。
(熱伝導率)
焼結体をφ10mm、厚さ1.5mmに加工し、レーザフラッシュ法により、熱伝導率を測定した。
(抗折強度)
焼結体を3mm×4mm×50mmに加工し、JIS R1601に準拠してオートグラフを用いて3点曲げ強度を測定した。
(表面粗さ及び気孔の面積率)
焼結体の焼き肌表面の表面粗さRa(JIS B0601)を表面粗さ計を用いて測定した。
さらに、焼結体を研磨し、#2000番の砥石を用いて仕上げた研磨面に関して、表面粗さRaを表面粗さ計を用いて上記と同様に測定し、また、研磨面のボイド率(気孔面積率)を金属顕微鏡写真からルーゼックス解析を行うことにより求めた。
焼結体中における結晶相をX線回折測定から同定し、ピーク強度の大きい順に表2に示した。
さらに焼結体を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡を用いて組織の写真を撮影し、針状晶であるセルジアン結晶相(BaAl2Si2O8)のアスペクト比を最大のものについて算出し、結果を表2に示した。
B・・外部回路基板
X 絶縁基板
Y 多層配線層
1a,1b,1c;薄膜配線導体層
2;絶縁膜
3;絶縁層
4;半導体素子
5;電極端子
6;内部配線層
7;メタライズパッド
8;ビアホール導体
9;接続端子
Claims (17)
- 絶縁基板と、その表面に形成された薄膜配線導体層とを具備してなる配線基板において、
前記絶縁基板は、構成元素として少なくともSi、Al、Mg、Ba、希土類元素RE及びOを含有し、結晶相としてフォルステライト結晶相およびガーナイト結晶相から選択される少なくとも1種と、セルジアン結晶相とを含有し、且つ0.3%以下の開気孔率を有する焼結体から形成されており、該セルジアン結晶相の少なくとも一部がアスペクト比3以上の異方性結晶であると共に、
前記薄膜配線導体層は、Cu、Ag、Au及びAlの群から選ばれる少なくとも1種の導体を含有していることを特徴とする配線基板。 - 前記絶縁基板を形成する焼結体は、前記各構成元素を、酸化物換算での組成が、少なくともSiO2:5〜36質量%、Al2O3:11〜65質量%、MgO:2〜22質量%、BaO:5〜36質量%、RE2O3:0.5〜18質量%、ZnO:0〜17質量%となる割合で含有している請求項1に記載の配線基板。
- 前記焼結体は、B2O3、CaO、SrO、ZrO2、SnO2及びTiO2からなる群から選ばれる少なくとも一種を、その合量で18質量%以下の量で含有している請求項2に記載の配線基板。
- 前記希土類元素REがY(イットリウム)であり、かつ前記希土類元素酸化物RE2O3がY2O3である請求項2または3に記載の配線基板。
- 前記セルジアン結晶相が、六方晶を含有している請求項1乃至4のいずれかに記載の配線基板。
- 前記焼結体が、結晶相として、さらに、アルミナ、エンスタタイト、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、及び窒化珪素の群から選ばれる少なくとも一種を含有している請求項1乃至5のいずれかに記載の配線基板。
- 前記絶縁基板が、熱伝導率が2W/mK以上で抗折強度が250MPa以上の焼結体からなる請求項1乃至6のいずれかに記載の配線基板。
- 前記薄膜配線導体層は、前記絶縁基板の表面粗さが0.1μm以下の研磨面上に形成されており、該研磨面に存在する気孔の面積率が10%以下である請求項1乃至7のいずれかに記載の配線基板。
- 前記薄膜配線導体層は、前記絶縁基板の表面粗さ(Ra)が1.0μm以下の焼肌面上に形成されている請求項1乃至7のいずれかに記載の配線基板。
- 前記焼結体中のアルカリ金属酸化物(A2O)およびPbOの含有量が、それぞれ、0.1質量%以下である請求項1乃至9のいずれかに記載の配線基板。
- 前記絶縁基板は複数の絶縁層から形成されており、該絶縁層間に、Cu、Ag、Au、Pd及びPtの群から選ばれる少なくとも1種を含有する内部配線層が形成されている請求項1乃至10のいずれかに記載の配線基板。
- 700〜1000℃の熱処理において揮発せずに残留する成分を、酸化物換算で、少なくともSiO2:5〜36質量%、Al2O3:11〜65質量%、MgO:2〜22質量%、BaO:5〜36質量%、希土類元素酸化物RE2O3:0.5〜18質量%、及びZnO:0〜17質量%の割合で含有する混合粉末と、有機バインダーおよび溶媒とを混合してスラリーを作製する工程;
前記スラリーをシート状に成形してグリーンシートを作製する工程;
前記グリーンシートを、脱バインダーした後、700〜1000℃の温度で焼成することにより、開気孔率が0.3%以下の焼結体からなる絶縁基板を作製する工程;
前記絶縁基板の表面に、薄膜形成法によって、Cu、Ag、Au及びAlの群から選ばれる少なくとも1種の導体を含有する薄膜配線導体層を形成する工程;
からなることを特徴とする配線基板の製造方法。 - 前記混合粉末は、CaO、SrO、ZrO2、SnO2及びTiO2からなる群から選ばれる少なくとも一種を、その合量で18質量%以下の量で含有している請求項12に記載の配線基板の製造方法。
- 前記混合粉末は、少なくともSiO2、Al2O3、MgO、BaO及びRE2O3を含む珪酸系ガラス粉末を40〜90質量%、アルミナ、フォルステライト、エンスタタイト、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、及び窒化珪素の群から選ばれる少なくとも一種のセラミック粉末10〜60質量%とからなる請求項12または13に記載の配線基板の製造方法。
- 前記珪酸系ガラス粉末は、少なくともSiO2:10〜40質量%、Al2O3:1〜30質量%、MgO:6〜25質量%、BaO:10〜40質量%、RE2O3:2〜20質量%、及びZnO:0〜19質量%を含有し、さらにB2O3、CaO、SrO、ZrO2、SnO2及びTiO2の群から選ばれる少なくとも一種を、その合量で20質量%以下含有している請求項13に記載の配線基板の製造方法。
- 焼成により、前記珪酸系ガラスから、フォルステライト結晶相及びガーナイト結晶相から選択される少なくとも1種と、セルジアン結晶相とが析出する請求項12乃至請求項15のいずれかに記載の配線基板の製造方法。
- 前記グリーンシート表面にCu、Ag、Au、Pd、Ptの群から選ばれる少なくとも一種を含有する導体配線層を形成し、グリーンシート同士を積層した後に焼成を行うことにより、内部配線層を形成する請求項12乃至請求項16のいずれかに記載の配線基板の製造方法。
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