JP4671500B2

JP4671500B2 - 配線基板の製造方法

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Publication number: JP4671500B2
Application number: JP2000396296A
Authority: JP
Inventors: 信也川井; 哲也木村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002193691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子収納用パッケージ等に適用される配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、セラミック多層配線基板としては、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からなる配線回路層が形成されたアルミナ配線基板が最も普及している。
【０００３】
しかし、最近の急速な情報通信技術の発達に伴い、使用される周波数帯域はますます高周波に移行しつつある。このような、高周波の信号の伝送を行う配線基板においては、高周波信号を遅延なく伝送するためや、寄生容量等によるノイズの発生を低減するために、配線回路層を形成する導体の抵抗が小さいことと、絶縁層を形成する絶縁基板の誘電率が低いことが要求される。
【０００４】
ところが、従来のアルミナ配線基板では、焼成温度が１６００℃程度と高いため、その導体には高融点金属であるタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）などが用いられるが、これらの配線導体は導体抵抗が大きく、さらにアルミナの誘電率も９程度と高く、信号遅延が大きいことから、Ｗ、Ｍｏなどの金属に代えて銅、銀、金などの低抵抗金属を導体として使用し、さらに絶縁層の誘電率を低くすることが要求されている。
【０００５】
このような低抵抗金属からなる配線回路層は、アルミナと同時焼成することが不可能であるため、最近では、ガラス、またはガラスとセラミックスとの複合材料からなる、いわゆるガラスセラミックスを絶縁基板として用いた配線基板が開発されつつある。
【０００６】
例えば、特公平４−１２６３９号公報のように、ガラスにＳｉＯ₂系フィラーを添加し、銅、銀、金などの低抵抗金属からなる配線層と９００〜１０００℃の温度で同時焼成した多層配線基板や、特開昭６０−２４０１３５号公報のように、ホウケイ酸亜鉛系ガラスに、Ａｌ₂Ｏ₃、ムライトなどのフィラーを添加したものを低抵抗金属と同時焼成したものなどが提案されている。その他、特開平５−２９８９１９号公報には、ムライトやコージェライトを結晶相として析出させたガラスセラミック材料も提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のガラスセラミック材料においては、金、銀、銅を同時焼成にて配線を形成する導体として使用できるものの、その誘電率は５〜８程度であり、さらなる信号遅延の低減、寄生容量の低減のためには、誘電率は５以下であることが要求される。
【０００８】
しかし、緻密なセラミック系材料における誘電率の最低値は溶融シリカの３．８であり、従来のガラスとセラミックフィラーの組み合わせによって誘電率を５以下とすることは困難であった。
【０００９】
そこで、誘電率を５以下にする方法として、特開平４−７６９８２号公報のように、中空ガラスを用いて焼結体中に気孔を導入する方法が提案されている。しかしながら、シラスバルーン等の中空ガラスを用いると、通常のボールミル混合では中空ガラスが粉砕されるためボールを除去する必要があったり、また中空ガラスは高価である等の問題や、通常の原料粉末と、著しく比重の低い中空ガラスのような原料粉末とを混合すると、均一に混合することや、成形が非常に困難となる等の問題があった。
【００１０】
一方、焼結体中に気孔を導入する方法としては、樹脂球や分相ガラス等を用いて気孔を導入する方法が特開平１１−１１６３３３号等に提案されているが、発泡の制御が難しく、安定した特性が得られにくく、配線基板用途としては歩留りが低いという問題があった。そこで、特開昭６０−２６４３７４号公報のように、アルミナ粉末を含侵固着させたガラス繊維から成る保護層を配置した耐熱性型枠を用いて、発泡性セラミックス原料混合物を焼成する方法が提案されている。しかしながら、耐熱性型枠等を用いて焼成する方法では、大量生産に不向きであったり、型枠によるコストが増加したりするため、配線基板の製造方法としては大きな問題がある。
【００１１】
従って、本発明は、誘電率が低く、信号遅延を低減できる配線基板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、非酸化物系セラミック粉末および／または金属粉末と、ガラス粉末とを、気体を発生するように組み合わせ、この組成物を用いて成形、焼成することによって、焼結体に閉気孔が効率的に形成される結果、低誘電率化を図ることができることを見いだし、本発明に至った。
【００１５】
本発明の配線基板の製造方法は、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＰｂＯおよびＢｉ _２Ｏ _３のうちいずれか１種以上を含有するガラス粉末と、Ｓｉ _３Ｎ _４またはＳｉＣのうちいずれかの非酸化物系セラミック粉末および／またはＷ、ＣｕおよびＡｌの群から選ばれるいずれか１種の金属粉末とを含有するセラミック組成物を含むグリーンシートを作製する工程と、該グリーンシートにビアホール導体およびメタライズ配線層を形成する工程と、前記ビアホール導体および前記メタライズ配線層を有する前記グリーンシートを複数積層してグリーンシート積層体を形成する工程と、該グリーンシート積層体の両面に、難焼結性のセラミック成形体からなる拘束シートを積層して複合積層体を形成する工程と、該複合積層体を８００℃〜９５０℃の温度で焼成した後、前記拘束シートを除去して、前記ビアホール導体および前記メタライズ配線層を有する前記絶縁基板を形成する工程と、を具備することを特徴とするものである。また、上記配線基板の製造方法では、前記ガラス粉末として、ＳｉＯ _２を７５重量％−Ａｌ _２Ｏ _３を４重量％−Ｌｉ _２Ｏを８重量％−Ｋ _２Ｏを２重量％−ＣａＯを１１重量％、ＳｉＯ _２を７２重量％−Ｂ _２Ｏ _３を２４重量％−Ａｌ _２Ｏ _３を１重量％−Ｌｉ _２Ｏを１重量％−Ｎａ _２Ｏを１重量％−Ｋ _２Ｏを１重％、ＳｉＯ _２を５８重量％−Ｂ _２Ｏ _３を９重量％−Ａｌ _２Ｏ _３を１０重量％−Ｂｉ _２Ｏ _３を１３重量％−ＣａＯを１０重量％およびＳｉＯ _２を２９重量％−Ｂ _２Ｏ _３を７重量％−Ａｌ _２Ｏ _３を２重量％−ＺｎＯを７重量％−ＢａＯを５５重量％のうちいずれかの組成を有するものを用いることが望ましい。また、上記配線基板の製造方法では、焼成中に気体を発生させて、前記絶縁基板中に気孔を導入することが望ましい。
【００１８】
また、上記配線基板の製造方法では、前記難焼結性セラミック成形体として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とするものを用いることが望ましく、さらには前記難焼結性セラミック成形体として、ガラスを０．５〜２０重量％含有するものを用いることが望ましい。これによって、配線基板の平面方向の収縮を抑制するとともに、配線基板を構成する絶縁基板内に発生した気孔を封じ込めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
低誘電率セラミック焼結体は、開気孔率が１％以下、特に０．７％以下、最適には０．５％以下、閉気孔率が５％以上、特に１０％以上、最適には１５％以上を示し、かつ該低誘電率セラミック焼結体の表面がガラス層で覆われているものである。
【００２１】
ここで、開気孔率が１％より大きいと、低誘電率セラミック焼結体表面に各種化学処理を施す場合や、配線基板として用いる際にめっきを施す必要がある場合や、さらには、半田ディップ等を行う際に、各種化学薬品や、めっき液、さらには半田等が、開気孔中に残留し、特性の悪化を引き起こしたり、外観上の不具合を引き起こす原因となったり、配線基板において、配線回路層の寸歩精度の悪化や、場合によっては、オープン、ショート等の電気的不良の原因ともなる。
【００２２】
一方、低誘電率セラミック焼結体内部に閉気孔を導入することにより低誘電率を実現している。そのため、閉気孔率が５％より小さいと、基板の誘電率が高くなる。
【００２３】
さらに、かかる低誘電率セラミック焼結体において、低誘電率セラミック焼結体表面の少なくとも表裏面の一部あるいは全部がガラス層で被覆することによって上記開気孔率を１％以下に保つことが可能となるものであって、このガラス層が形成されていないと開気孔率を１％以下に保つことが困難となる。このガラス層の厚みは５μｍ以上、特に１０μｍ以上、最適には１５μｍ以上であることが望ましく、ガラス層の厚みが５μｍよりも薄くなると、各種化学薬品や、めっき液、半田等により、ガラス層が侵されることにより、特性の悪化、外観不良、寸歩精度の悪化、オープン、ショート不良等の原因となる。
【００２４】
また、低誘電率セラミック焼結体は、上記の気孔の存在によって誘電率が５以下、特に４．５以下、最適には４以下であることも大きな特徴である。この誘電率が５より大きくなると、この焼結体を配線基板における絶縁基板として用いると高周波信号の信号遅延時間が大きくなる。
【００２５】
また、前記ガラス層としては、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の群から選ばれる少なくとも１種を含有することが望ましく、逆に、ＰｂＯは環境へ悪影響を与えるため０．１重量％以下であることが望ましい。
【００２６】
また、低誘電率セラミック焼結体は、ガラス相と、少なくとも非酸化物系結晶相および／または金属相とを構成相として含むものである。これは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕといった、低融点、低抵抗金属と１０００℃以下で同時焼成するために、ガラスの軟化流動を利用することが好適であるためであり、金属相、非酸化物系結晶相以外に、酸化物系結晶相が含まれていてもよい。
【００２７】
本発明によれば、ガラス相と上記無機結晶相とは任意の比率で含有されるが、金属相の存在量が多いと絶縁性が悪化するため、その存在量が、１０重量％以下、特に５重量％以下であることが望ましい。
【００２８】
なお、上記非酸化物系結晶相としては、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣの群から選ばれる少なくとも１種、特に、ＳｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣの群から選ばれる少なくとも１種，とりわけＳｉＣが望ましい。
【００２９】
また、金属相としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉの群から選ばれる少なくとも１種、特にＣｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌの群、さらにはＣｕ、Ａｌの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＣｕ、Ａｌの群から選ばれる少なくとも１種が最も望ましい。
【００３０】
また、酸化物系結晶相としては、ＳｉＯ₂、ＬｉＡｌＳｉ₂Ｏ₆、ＮａＡｌＳｉ₂Ｏ₆、ＫａＳｉ₂Ｏ₆、ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＬｉＡｌＳｉＯ₄、ＮａＡｌＳｉＯ₄、ＫＡｌＳｉＯ₄、ＺｒＯ₂、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、ＭｇＳｉＯ₃、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、ＣａＭｇＳｉ₂Ｏ₆、Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、Ｚｎ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、用途に合わせて選択できる。
【００３１】
図１に低誘電率セラミック焼結体の組織を説明するための概略図を示した。図１に示される通り、低誘電率セラミック焼結体は、１％以下の開気孔（ＯＰ）と５％以上の閉気孔（ＣＰ）を有し、焼結体表面の少なくとも表裏面の一部あるいは全部がガラス層（ＮＣ）で覆われている。また、焼結体中にはガラス相（Ｇ）と、非酸化物系結晶相および／または金属相（Ｃ）が存在する。なお、前記ガラス層（ＮＣ）と前記ガラス相（Ｇ）は同一の成分を含み、さらには同一の組成物からなることが望ましい。
【００３２】
上記低誘電率セラミック焼結体は、特に絶縁基板と、その表面および／または内部に配設された配線回路層を具備してなる配線基板における絶縁基板として最も有用である。
そこで、図２に、配線基板としての典型的な例として、半導体素子を収納搭載した半導体素子収納用パッケージの概略断面図を図２に示した。図２によれば、パッケージは、絶縁基板１の表面および／あるいは内部に配線回路層２が形成され、絶縁基板１の下面には、複数の接続用電極が３が配列されている。また、絶縁基板１の上面中央部には、半導体素子４が、ガラス、樹脂等の接着剤を介して接着固定され、半導体素子４は配線回路層２とボンディングワイヤ５を介して電気的に接続され、さらにその上から封止樹脂６により覆うことにより封止されている。そして、半導体素子４と絶縁基板１の下面に形成された複数の接続用電極３とは、配線回路層２を介して電気的に接続されている。なお、図２に示されるようなパッケージにおける絶縁基板１は、前述した低誘電率セラミック焼結体により形成される。
【００３３】
また、配線基板を構成する絶縁基板は、ガラス粉末と無機フィラー粉末との混合粉末を焼成して得られるガラスセラミック焼結体であることが望ましく、前記無機フィラー粉末は、少なくとも非酸化物系セラミック粉末および／あるいは金属粉末を含有することが望ましい。
【００３４】
また、配線基板は、配線回路層２および接続用電極３が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの群から選ばれる１種以上の金属を主成分とする金属焼結体および／あるいは金属箔からなることが望ましく、特にＰｄ、ＰｔはＡｇと同時に使用されることが望ましい。
【００３５】
次に、低誘電率セラミック焼結体の製造方法とともに、これを絶縁基板として用いた配線基板を作製する方法について、特に多層配線基板を作製する場合について説明する。
【００３６】
まず、セラミック組成物として、ガラス粉末と、少なくとも非酸化物系セラミック粉末および／あるいは金属粉末を含むフィラー粉末との混合粉末からなる。これは、上記粉末を任意に組み合わせることにより、焼成中に気体を発生させることができるため、焼結体中に気孔を導入することができるためである。
【００３７】
このとき、水ガラス等などのガラスから直接気体が発生するガラスを用いても差し支えないが、気体の発生量を制御し易い事や、熱膨張係数、誘電率、誘電損失、比重等を任意に制御することが可能となるため、ガラスとフィラーとの反応によって気体が発生するような組み合わせで用いることが望ましい。
【００３８】
また、本発明によれば、前記ガラス粉末のガラス転移温度、特に軟化点（軟化温度）はセラミック組成物の焼成温度よりも低いことが望ましい。これは、混合粉末から気体を発生させる際に、ガラスが軟化していないと気体が発生しても十分な体積の閉気孔が形成されないためである。
【００３９】
ここで、上記ガラス粉末としては、非酸化物系セラミック粉末および／あるいは金属粉末と混合、焼成した際に気体が発生さえすれば、どのような組成系であってもよい。但し、ガラス中に、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＰｂＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃のいずれか１種以上、特にアルカリ金属酸化物、Ｂｉ₂Ｏ₃を含有することが気体の発生を促進させる上で望ましく、さらには、３成分以上の多成分ガラスであることが望ましい。ここで、ＰｂＯは環境への影響面からは０．１重量％以下であることが望ましい。さらに、アルカリ土類金属酸化物は気体の発生能力が低いため、単独で用いずに複数成分を混合させて用いるのが望ましい。
【００４０】
また、前記非酸化物系セラミック粉末として、Ｓｉ_３Ｎ_４またはＳｉＣのうちのいずれかを用い、また、前記金属粉末としては、Ｃｕ、ＷおよびＡｌの群から選ばれるいずれか１種を用いる。これは、上記非酸化物粉末や金属粉末が焼成中にガラスと反応して閉気孔を形成するための気体を発生しやすいためである。
【００４１】
なお、上記ガラス粉末の含有量は、セラミック組成物全体の５０重量％以上、特に６０重量％以上、最適には７０重量％以上であることが、また、上記金属粉末および／あるいは非酸化物系セラミック粉末の含有量は、混合粉末全体の５０重量％以下、特に４０重量％以下、最適には３０重量％以下であることが、気体の発生量を制御する上で望ましい。
【００４２】
さらに、前記無機フィラー中には、上述した金属粉末および／あるいは非酸化物系セラミック粉末以外の無機粉末、特に酸化物セラミック粉末を含有しても差し支えない。このような無機粉末を無機フィラーとして含有させることにより、気体の発生量や、例えば誘電率、誘電正接、熱膨張係数等の低誘電率セラミック焼結体特性を制御することができる。上記無機粉末の例としては、ＳｉＯ₂、ＬｉＡｌＳｉ₂Ｏ₆、ＮａＡｌＳｉ₂Ｏ₆、ＫａＳｉ₂Ｏ₆、ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＬｉＡｌＳｉＯ₄、ＮａＡｌＳｉＯ₄、ＫＡｌＳｉＯ₄、ＺｒＯ₂、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、ＭｇＳｉＯ₃、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、ＣａＭｇＳｉ₂Ｏ₆、Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、Ｚｎ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、用途に合わせて選択できる。
【００４３】
次に、上記のセラミック組成物に対して、有機バインダー、溶剤等を加えて所定形状に成形する。絶縁基板を作製するには、上記のスラリーを用いて周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、グリーンシートを成形する。
【００４４】
次に、このグリーンシートにレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより、貫通孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填する。なお該導体ペーストは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄの群から選ばれる１種以上の金属成分と、アクリル樹脂などからなる有機バインダーとジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、テルピネオールなどの有機溶剤とを均質混合して形成される。なお、該導体ペースト中には無機成分を添加してもよい。
【００４５】
次に、このビアホール導体が形成されたグリーンシート表面に、配線回路層を形成する。配線回路層を形成するには、金属ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法などにより、メタライズ配線層を印刷塗布することにより、ビアホール導体を接続した配線回路層を具備する一単位のグリーンシートを形成することができる。
【００４６】
また、他の方法としては、前記ビアホール導体が形成されたグリーンシート表面に金属箔により形成する。このような金属箔からなる配線回路層は、グリーンシートの表面に金属箔を接着した後に周知のフォトエッチング法などの手法により所望の回路パターンを形成する方法が知られているが、かかる方法ではエッチング液によりグリーンシートを変質させる恐れがあるため、転写法にて形成することが望ましい。
【００４７】
転写法による配線回路層の形成方法としては、まず高分子材料等からなる転写フィルム上に金属箔を接着した後、この金属箔の表面にレジスト層を形成し、フォトエッチング法等により、所望の回路パターン化して配線回路層を形成する。そして、この配線回路層を形成した転写フィルムを、前記ビアホール導体を形成したグリーンシートの表面に位置合わせして積層圧着した後、転写フィルムのみを剥離することにより、ビアホール導体を接続した金属箔からなる配線回路層を具備する一単位のグリーンシートを形成することができる。なお、上記印刷法による配線回路層と、上記転写法による配線回路層は、混在していても差し支えない。
【００４８】
その後、配線回路層を形成したグリーンシートを積層圧着してグリーンシート積層体を形成し、これを４００〜８００℃、特に４５０〜７５０℃の酸化性雰囲気中、または低酸化性雰囲気中にて有機分を揮散させるために脱バインダ処理した後、１０００℃以下の酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気で焼成する。
【００４９】
なお、焼成雰囲気については、用いる低抵抗金属の種類に応じて適宜決定され、例えば、銅等の酸化性雰囲気中での焼成によって酸化する金属を用いる場合には、Ｎ₂等の非酸化性雰囲気中にて焼成を行えばよい。
【００５０】
特に、本発明によれば、焼成に際して、焼結体の表面にガラス層を形成することによって、発生した気体を焼結体中に封印し、また、平面方向の焼成収縮を抑制するとともに、気体の発生による焼結体の変形を防止するため、難焼結性セラミック成形体を前記グリーンシート積層体の両面に加圧、積層して焼成を行なうことが望ましい。また、焼成時の反りを防止するために、複合積層体上面に重しを載せる等して５０Ｐａ〜１ＭＰａ過重をかけてもかまわない。
【００５１】
この拘束シートは、難焼結性の酸化物成分を主成分とすることが望ましく、焼成温度では緻密化しない組成物を用いる。よって、拘束シートで前記グリーンシート積層体を挟むことにより、焼成中に界面に摩擦力が働き、前記グリーンシート積層体の焼成収縮を抑制すると同時に、原料粉末から気体が発生するのに伴って起こる、絶縁基板の変形や収縮バラツキに伴う寸法精度の悪化を防止する働きがある。なお、ここでいう焼成温度とは、前記複合積層体を焼成する際の焼成プロファイル中の最高温度を指す。
【００５２】
この拘束シートは、難焼結性酸化物成分とガラスからなる無機成分に、さらに有機バインダー、溶剤等を加えてスラリーを調整した後、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に成形することにより得られる。
【００５３】
本発明によれば、この拘束シート中に、ガラス転移点が焼成温度以下であるガラス成分を０．５〜２０重量％、特に１〜１５重量％含有することが望ましい。このガラス成分は、焼成中に拘束シート側からグリーンシート側へと軟化流動により移動し、絶縁基板（焼結体）の表裏面の一部あるいは全部にガラス層を形成させることができる。そのため該ガラスのガラス転移温度は焼成温度以下であることが望ましい。
【００５４】
また、ガラス成分が０．５重量％よりも少ないと、絶縁基板１表面に形成するガラス層が不充分となり外観上の不具合や電気的不良を引き起こす恐れがあり、逆に２０重量％よりも多いと拘束シートが焼結し始めグリーンシート積層体の収縮と変形を抑制することが困難となるとともに、焼結後の拘束シートを絶縁基板１から除去することが困難となるためである。
【００５５】
また、前記拘束シート中に含まれるガラス成分は、前記グリーンシート中に含まれるガラス成分と同一のものであっても本質的に差し支えないが、より緻密なガラス層を絶縁基板表面に形成するためには、後述する気体の発生を促進する成分、即ちアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＰｂＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃の群から選ばれる少なくとも１種の成分の含有量を、その合量で２０重量％以下、特に１０重量％以下とすることが望ましい。
【００５６】
また、本発明によれば、前記難焼結性成分が、焼成温度以下、特に１０００℃以下、さらに１１００℃以下、最適には１２００℃以下の焼成温度により緻密化しないことが望ましい。これは、前記難焼結性成分が、焼成温度以下で緻密化してしまうと、拘束シートが焼結し始めてしまいグリーンシート積層体の収縮と変形を抑制し、高い寸法精度を得ることが困難となるためである。なお、ここでいう緻密化とは相対密度９０％以上を指す。
【００５７】
また、本発明によれば、前記難焼結性成分が、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄の群、特にＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる少なくとも１種を主体とすることが望ましい。これは、上記酸化物成分が拘束力に優れるとともに、比較的安価であるためである。
【００５８】
また、上記拘束シートの厚みは、片面が上記グリーンシート積層体の厚さに対して１０％以上であるのが好ましく、これより薄いと拘束シートの拘束力が低下するおそれがある。一方、有機分の揮散を容易にし、かつ絶縁基板からの拘束シートの除去性を考慮すれば、拘束シートの厚みは１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００５９】
上記のような拘束シートをグリーンシート積層体の両面に積層して焼成した後は、拘束シートを超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト（砥粒と水を噴射させる方法）等により、焼結された絶縁基板表面から除去することにより、本発明の配線基板を作製することができる。
【００６０】
このようにして作製された配線基板の表面には、半導体素子４が搭載され配線回路層２と信号の伝達が可能なように接続される。接続方法としては、配線回路層２上に直接搭載させて接続させたり、あるいはボンディングワイヤや、ＴＡＢテープなどにより配線回路層２と半導体素子４とが接続される。
【００６１】
さらに、半導体素子が搭載された配線基板表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材料、あるいは放熱性が良好な金属等からなるキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することにより、半導体素子４を気密に封止することができ、これにより図２に示したような半導体素子収納用パッケージを作製することができる。
【００６２】
【実施例】
表１に示した組成とガラス転移点を有す４種の平均粒径が２μｍのガラス粉末Ａ〜Ｅを準備した。
【００６３】
【表１】

【００６４】
上記ガラス粉末と平均粒径１μｍのフィラー粉末とを、表３、表４に従って秤量し、さらに有機バインダー、可塑剤、トルエンを添加し、ボールミル混合を行うことによりスラリーを調製した後、このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ２００μｍのグリーンシートを作製した。
【００６５】
難焼結性成分粉末と表１に示すガラス粉末とを表２に従い秤量し、上記と同様の方法で厚さ２００μｍの拘束シートを作製した。
【００６６】
そして、この上記グリーンシートを４枚積層し、５０℃の温度で１０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着しグリーンシート積層体を作製した。
【００６７】
続いて、このグリーンシート積層体の表裏面に、拘束シートを片面各２層積層し、同様の方法で熱圧着し、合計８層の複合積層体を作製した。
【００６８】
【表２】

【００６９】
得られた複合積層体をＮ₂／Ｈ₂Ｏ雰囲気中、７００℃の条件で脱バインダーした後、Ｎ₂雰囲気中で表３，４の条件において焼成し、その後ウェットブラスト処理を行い拘束シートを除去することにより絶縁基板用焼結体を得た。
【００７０】
また、アルキメデス法により開気孔率を算出し表３、表４に示した。
【００７１】
また、焼結体の切断した断面を鏡面研磨し、光学顕微鏡にて微細気孔を観察し、画像解析を行うことにより閉気孔率を算出し、さらに焼結体表面に形成されたガラス層の厚みを最も厚い個所と最も薄い個所との平均値として算出した結果を表３、表４に示す。
【００７２】
また、得られた焼結体について、ＬＣＲメーターを用いて静電容量を測定し、そこから誘電率を算出した値を表３、表４に示す。なお測定周波数は１ＭＨｚである。また、焼結体中における結晶相をＸ線回折測定から同定した結果を表３、表４に示した。
【００７３】
一方、配線基板を作製するために、上記グリーンシートに、パンチングにて所定のビアホールを形成し、平均粒径が５μｍのＣｕ粉末と有機バインダー、溶媒を添加し混錬した導体ペーストをビアホール内に充填した。
【００７４】
続いて、高分子フィルム上にＣｕ箔を接着し、さらにレジストを形成して、フォトエッチング法にて所定の配線パターンを形成した転写シートを形成した。これを、上記ビアホール導体を形成したグリーンシート上に位置合わせして、上記転写シートを積層し、６０℃、１５ＭＰａで熱圧着した後、高分子フィルムを剥がすことにより、ビアホール導体を接続した配線回路層が形成されたグリーンシートを作製した。なお、配線基板は、３５ｍｍ□、厚さ０．４ｍｍとなるように作製した。
【００７５】
そして、上記同様の方法にて、グリーンシートの積層、拘束シート積層、脱バインダー、焼成、ウェットブラスト処理を行った後、Ｎｉ−Ａｕめっきを施し、配線基板を作製した。
【００７６】
上記配線基板を２００ヶ作製し、外観検査を行い、変形／付着の有無、めっきの欠けや広がりを確認し、無を良品とした。また、寸法バラツキを測定し、±３５０μｍを良品とした。これら、外観検査、寸法バラツキによる歩留りを表３、表４に示した。なお、歩留り９０％以上を合格とした。
【００７７】
さらに、比較例として、拘束シートを使用しない場合や、無機フィラーとして金属粉末あるいは非酸化物系セラミック粉末を含有しない系についても同様の方法にて絶縁基板用焼結体および配線基板を作成し、同様の評価を行った結果を表３、表４に示す。
【００７８】
【表３】

【００７９】
【表４】

【００８０】
表３、表４の結果から明らかなように、本発明に基づき、焼成中に気体を発生する混合粉末を用い、該混合粉末を主成分とするグリーンシートの両面に、難焼結性酸化物を主成分とする拘束シートを積層した後、焼成することにより、該低誘電率セラミック焼結体の開気孔率を１％以下、閉気孔率を５％以上とし、かつ該低誘電率セラミック焼結体の少なくとも表裏面の一部あるいは全部をガラス層で覆わしめた低誘電率セラミック焼結体および配線基板が得られることがわかる。その結果、誘電率が５以下を示し、かつ低抵抗導体と同時焼成可能な、低誘電率の低誘電率セラミック焼結体および配線基板が、歩留り良く、安価に得ることができる。
【００８１】
これに対して、拘束シートを使用しない試料Ｎｏ．１では、気体の発生による開気孔を拘束シート中のガラス成分により覆うことができないことに加え、絶縁基板の変形により良品を得ることができない。
【００８２】
また、フィラー中に金属粉末および／あるいは非酸化物系セラミック粉末を含有しない試料Ｎｏ．１３、１４では、焼成中に十分な量の気体が発生しない結果、５よりも大きい誘電率を示す。
【００８３】
さらに、拘束シート中のガラス成分が０．５重量％よりも少ない試料Ｎｏ．２７では、開気孔率が１％以上となり、外観不良が増加し、歩留りが９０％より小さくなる。
【００８４】
また、拘束シート中のガラス成分が２０重量％よいも多い試料Ｎｏ．３２では、拘束シートが焼結し始めるため、寸法バラツキが大きくなると同時に、ウェットブラスト処理により拘束シートを除去するのが困難となり外観不良が増加する結果、歩留りが９０％より小さくなる。
【００８５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、焼結体である絶縁基板中に閉気孔を形成することにより絶縁基板の低誘電率化を図れるとともに、信号遅延時間の短縮、寄生容量の低減ができ、高周波信号を効率良く伝達できる配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】低誘電率セラミック焼結体における組織を説明するための概略図である。
【図２】配線基板を説明するための、半導体素子収納用パッケージの概略断面図である。
【符号の説明】
ＯＰ開気孔
ＣＰ閉気孔
ＮＣガラス層
Ｇガラス相
Ｃ非酸化物系／金属結晶相
１絶縁基板
２配線回路層
３接続用電極
４半導体素子
５ワイヤ
６封止樹脂

Claims

アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＰｂＯおよびＢｉ _２Ｏ _３のうちいずれか１種以上を含有するガラス粉末と、Ｓｉ _３Ｎ _４またはＳｉＣのうちいずれかの非酸化物系セラミック粉末および／またはＷ、ＣｕおよびＡｌの群から選ばれるいずれか１種の金属粉末とを含有するセラミック組成物を含むグリーンシートを作製する工程と、
該グリーンシートにビアホール導体およびメタライズ配線層を形成する工程と、
前記ビアホール導体および前記メタライズ配線層を有する前記グリーンシートを複数積層してグリーンシート積層体を形成する工程と、
該グリーンシート積層体の両面に、難焼結性のセラミック成形体からなる拘束シートを積層して複合積層体を形成する工程と、
該複合積層体を８００℃〜９５０℃の温度で焼成した後、前記拘束シートを除去して、前記ビアホール導体および前記メタライズ配線層を有する前記絶縁基板を形成する工程と、を具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
前記ガラス粉末として、ＳｉＯ _２を７５重量％−Ａｌ _２Ｏ _３を４重量％−Ｌｉ _２Ｏを８重量％−Ｋ _２Ｏを２重量％−ＣａＯを１１重量％、ＳｉＯ _２を７２重量％−Ｂ _２Ｏ _３を２４重量％−Ａｌ _２Ｏ _３を１重量％−Ｌｉ _２Ｏを１重量％−Ｎａ _２Ｏを１重量％−Ｋ _２Ｏを１重％、ＳｉＯ _２を５８重量％−Ｂ _２Ｏ _３を９重量％−Ａｌ _２Ｏ _３を１０重量％−Ｂｉ _２Ｏ _３を１３重量％−ＣａＯを１０重量％およびＳｉＯ _２を２９重量％−Ｂ _２Ｏ _３を７重量％−Ａｌ _２Ｏ _３を２重量％−ＺｎＯを７重量％−ＢａＯを５５重量％のうちいずれかの組成を有するものを用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。
焼成中に気体を発生させて、前記絶縁基板中に気孔を導入することを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板の製造方法。
前記難焼結性セラミック成形体として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とするものを用いることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の配線基板の製造方法。
前記難焼結性セラミック成形体として、ガラスを０．５〜２０重量％含有するものを用いることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の配線基板の製造方法。