JP5201903B2 - 多層配線基板およびその製造方法、並びにビアホール導体用組成物 - Google Patents

Description

本発明は、焼成における収縮曲線（挙動）が異なる２種類の絶縁性のセラミックグリーンシートを交互に積層して焼成することにより、平面方向の焼成収縮を抑制した多層配線基板およびその製造方法、並びにこれに用いられるビアホール導体用組成物に関する。

近年、配線基板においては、高周波回路の対応性、高密度化、高速化が要求されており、従来より用いられてきたアルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られるとともに配線層の低抵抗化が可能な低温焼成配線基板が一層注目されている。

この低温焼成配線基板は、半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージ等の配線基板、携帯電話やパーソナルハンディホンシステム、各種衛星通信用に使用される高周波用多層配線基板として利用されるなど、あらゆる分野への応用が進められている。

低温焼成配線基板は、ガラスセラミックスからなる絶縁基板に、該絶縁基板と同時焼成して形成されたＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの低抵抗金属を主体とするメタライズ配線層を施してなるものである。なお、コストの面から、メタライズ配線層として金系よりも銀系あるいは銅系の材料が用いられる。

この低温焼成配線基板の製造方法としては、ガラスセラミック原料粉末、有機バインダーに溶剤を添加して調製したスラリーをドクターブレード法などによってシート状に形成し、得られたグリーンシートに貫通孔を打ち抜き加工し、該貫通孔にＣｕまたはＡｇを主成分とするビアホール用導体ペーストを充填してビアホール導体を形成し、同時にグリーンシート上にＣｕまたはＡｇを主成分とする導体ペーストを所望の配線パターン状にスクリーン印刷法などで印刷形成し、配線パターンやビアホール導体が形成されたグリーンシートを複数枚加圧積層し、８００〜１０００℃で焼成するという方法が挙げられる。

一方、最近では半導体チップの高集積化により、バンプの狭ピッチ化が進んでいて、かかる低温焼成配線基板の寸法精度を向上させることが余儀なくされている。そこで、焼成収縮時の寸法バラツキを軽減するため、焼成収縮開始温度が異なる２種類のガラスセラミックグリーンシートを交互に積層し、平面方向の収縮を抑制する製造方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特許文献１に記載された方法では、前記２種類のガラスセラミックグリーンシートの相互作用によりガラスセラミック絶縁層（ガラスセラミックグリーンシート）の平面方向の収縮が抑制され、積層方向の収縮が増大することになる。

これに対し、ビアホール導体（ビアホール導体用組成物）はガラスセラミック絶縁層（ガラスセラミックグリーンシート）と比較して平面方向の収縮が大きく、積層方向の収縮が小さくなるため、結果としてビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界にセパレーションが発生したり、ビアホール導体が絶縁基板の表面から大きく突出したりするという課題が発生する。

ここで、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界のクラック（セパレーション）やビアホール導体の基板表面からの突出を防止するのを目的として、ビアホール導体の組成を調整すること、具体的には、Ｃｕを主成分とするビアホール導体用組成物に、無機空孔形成剤として無機ホウ素化合物（実施例はＨ_３ＢＯ_３）を添加せしめることが提案されている（特許文献２を参照。）。この発明は、ビアホール導体中に空孔を形成することにより焼成収縮時の応力緩和を図ることで、上記目的を達成しようとするものである。
特開２００４−２００６７９号公報 特開２００２−１７６２３６号公報

しかしながら、ビアホール導体用組成物にＨ_３ＢＯ_３を添加した場合、焼成工程において、Ｈ_２Ｏが放出された後にＢ_２Ｏ_３が形成されるが、このＢ_２Ｏ_３の融点は約４５０℃とガラスセラミックグリーンシート中のガラスの軟化温度（例えば、６００〜７００℃）に比べてかなり低いものであるため、焼成中にビアホール導体用組成物に含まれていたホウ素がＢ_２Ｏ_３として多量にガラスセラミックグリーンシート中へ拡散し、ビアホール導体の近傍領域を大きく超える領域まで結晶化度が低くなってしまい、結果的に、ビアホール導体３の周囲の強度低下を生じさせてしまうといった課題があった。

また、この結晶化度の低い領域において、４５０℃付近でのＢ_２Ｏ_３の拡散によりガラスの軟化点が極度に低下し、脱バインダー処理温度よりも低温でガラスが軟化していることから、脱バインダー処理が十分に進まず、バインダーがガラス中に残留カーボンとして残り、本焼成時の残留カーボンの燃焼によりガスが発生し、ビアホール導体の近傍領域には多数のボイドが形成され、ボイド率が他の領域よりも高い割合となってしまい、結果的に、近接する他のビアホール導体との絶縁性低下を生じさせてしまうといった課題があった。

さらに、脱バインダー処理が不十分であると、ガラスセラミックグリーンシート中には残留カーボンが多量に含まれるため、ビアホール導体用組成物の主成分であるＡｇあるいはＣｕとガラスセラミックグリーンシートとの濡れ性が低下して接着強度が低下してしまう。特に、特許文献１に記載のような異なる焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度で焼結した２種類のガラスセラミック絶縁層が交互に積層され、平面方向の収縮が抑制された多層配線基板の製造方法に用いられた場合には、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界のセパレーションの発生およびビアホール導体の基板表面からの突出を抑制することができないといった課題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、寸法精度がよく、ビアホール導体の周囲の強度低下や絶縁性低下を生じさせることなく、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界にセパレーションを発生させるのを抑制し、ビアホール導体が基板表面から大きく突出することのない多層配線基板およびその製造方法、並びにビアホール導体用組成物を提供することを目的とする。

本発明は、異なる焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度で焼結した２種類のガラスセラミック絶縁層が交互に積層され、少なくとも最外に位置する前記ガラスセラミック絶縁層にＣｕまたはＡｇを主成分とするビアホール導体が形成された多層配線基板において、前記ビアホール導体は、ＣｕまたはＡｇを主成分とし、該主成分１００質量部に対して副成分として融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むビアホール導体用組成物を用いて形成されたものであり、前記ガラスセラミック絶縁層は、前記ビアホール導体の近傍領域のホウ素含有量が他の領域よりも多く、前記ビアホール導体の近傍領域の結晶化度およびボイド率が他の領域よりも低くなっていることを特徴とする多層配線基板である。

また本発明は、ＣｕまたはＡｇを主成分とし、該主成分１００質量部に対して副成分として融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むことを特徴とするビアホール導体用組成物である。

さらに本発明は、第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミックグリーンシートとは異なる焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度の第２のガラスセラミックグリーンシートとを作製する第１の工程と、少なくとも最外に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成する第２の工程と、前記貫通孔に、ＣｕまたはＡｇを主成分とし、該主成分１００質量部に対して副成分として融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むビアホール導体用組成物を充填する第３の工程と、最外に前記ビアホール導体用組成物が充填された前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートが配置されるように、前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを交互に積層して積層体を作製する第４の工程と、前記積層体を８５０〜１０５０℃の温度で焼成する第５の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である。

本発明のビアホール導体用組成物によれば、所望の融点のホウ素含有結晶質フィラーを含んでいるので、これを用いてビアホール導体を形成すると、寸法精度がよく、ビアホール導体の周囲の強度低下や絶縁性低下が生じることなく、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界にセパレーションが発生することが抑制され、ビアホール導体が基板表面から大きく突出することのない多層配線基板を得るのに貢献できる。

そして、このビアホール導体用組成物を用いた本発明の多層配線基板の製造方法によれば、所望の温度域でビアホール導体用組成物からガラスセラミックグリーンシート中にホウ素成分を拡散させることができるので、寸法精度がよく、ビアホール導体の周囲の強度低下や絶縁性低下が生じることなく、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界にセパレーションが発生することが抑制され、ビアホール導体が基板表面から大きく突出することのない多層配線基板を得ることができる。

また、本発明の多層配線基板は、寸法精度がよく、基板表面からのビアホール導体の大きな突出が見られず、さらにはビアホール導体の周囲の強度低下や絶縁性低下、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界におけるセパレーションの発生が殆ど見られないものとなる。

以下、本発明の配線基板の一実施形態について図面に基づいて説明する。

本発明の多層配線基板は、異なる焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度で焼結した２種類のガラスセラミック絶縁層が交互に積層され、少なくとも最外に位置するガラスセラミック絶縁層にＣｕまたはＡｇを主成分とするビアホール導体が形成されたものである。具体的には、図１に示すように、第１のガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅおよび第２のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄが交互に積層されている。また、多層配線基板の表面には表面配線層４が形成され、多層配線基板の内部には内部配線層５が形成されている。さらに、第１のガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅ、第２のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄの厚み方向を貫くように直径８０〜２００μｍ程度のビアホール導体３が形成されていて、ビアホール導体３と表面配線層４または内部配線層５とが電気的に接続されている。

第１のガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅおよび第２のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄは異なるガラスセラミックスからなり、それぞれガラス単独あるいはガラスとセラミックフィラーとの複合材料で形成されたものである。

ガラスとして、具体的には、焼成後にコージェライト、エンスタタイト、フォルステライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウィレマイト、ドロマイト、リチウムシリケートやその置換誘導体の結晶を析出するものが挙げられる。このガラスの構成成分としては、ＳｉＯ_２以外にＬｉ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏなどのアルカリ金属酸化物、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＳｒＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＰｂＯを含有するホウ珪酸ガラスなどが例示できる。

また、ガラスに対してセラミックフィラーを添加して複合材料とすることによって強度の向上や焼成温度の制御を行うことができるが、この複合材料に用いられるセラミックフィラーとしては、クォーツ、クリストバライト、コランダム（α−アルミナ）、ムライト、コージェライト、フォルステライトなどが例示できる。なお、ガラスとセラミックフィラーとの配合割合は、ガラスが３０〜７０体積％、セラミックフィラーが７０〜３０体積％からなることが適切である。

焼成後に第１のガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅとなるガラスセラミックグリーンシートと焼成後に第２のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄとなるガラスセラミックグリーンシートとは、焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度が異なっているが、このように異ならせるための方法としては、それぞれのガラスセラミックグリーンシートのガラス組成を変えることにより、ガラスの軟化点を異ならせる方法がもっとも簡便な方法である。その他にも、それぞれのガラスセラミックグリーンシートにおけるガラスとセラミックフィラーとの量比を異ならせることや、焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度を異ならせるための第３の添加物としてＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＳｎＯなどの核形成剤を添加することが挙げられる。そして、焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度が異なっていれば平面方向の収縮抑制効果を得ることができるが、その効果を最大限に得るためには一方のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも他方のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度が高いのが好ましい。

なお、第１のガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅと第２のガラスセラミック絶縁層２ａ〜２ｄとは、配置が逆であってもよい。

そして、ガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅ、２ａ〜２ｄは、ビアホール導体３の近傍領域３１のホウ素含有量が他の領域よりも多く、ビアホール導体３の近傍領域３１の結晶化度およびボイド率が他の領域よりも低くなっていることが重要である。ここで、ビアホール導体３の近傍領域３１のホウ素含有量が他の領域よりも多いとは、個々のガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅ、２ａ〜２ｄを見たときのビアホール導体３の近傍領域３１におけるホウ素含有量が他の領域よりも多くなっていることをいう。また、ビアホール導体３の近傍領域３１の結晶化度およびボイド率が他の領域よりも低くなっているとは、個々のガラスセラミック絶縁層１ａ〜１ｅ、２ａ〜２ｄを見たときのビアホール導体３の近傍領域３１の結晶化度およびボイド率が他の領域よりも低くなっていることをいい、具体的には結晶化度は２％以上低くなっているのが好ましく、ボイド率は１％以上低くなっているのが好ましい。

なお、近傍領域３１とは、ビアホール導体３の外周から５０μｍ程度の距離までの領域を意味する。また、結晶化度とは、焼結体における結晶の占める体積割合をいう。

ビアホール導体３の近傍領域３１が他の領域よりもホウ素含有量が多いとは、多層配線基板の焼成過程において、後述のビアホール導体３を形成する導体材料からホウ素成分が拡散することによるものである。また、ビアホール導体３の近傍領域３１が他の領域よりも結晶化度およびボイド率が低くなっているのは、多層配線基板の焼成過程において、後述のビアホール導体３を形成する導体材料から拡散してきたホウ素成分によって、焼成後にガラスセラミック絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートに含まれるガラスの結晶化が妨げられたことによるものである。

ガラスセラミックグリーンシートに含まれるガラスは、焼成後に結晶を析出するように設計されているが、ビアホール導体３を形成する導体材料（ビアホール導体用組成物）にホウ素含有結晶質フィラーを含ませることで、焼成時にこのビアホール導体３からガラスセラミックグリーンシートにホウ素成分が拡散してガラスの結晶化が妨げられる。ホウ素成分はガラス形成物であるため、ホウ素成分が多量に含まれる系ではガラス相が安定化され、結晶が析出しない系に変化するからである。

ただし、ビアホール導体３を形成する導体材料に含ませるホウ素含有結晶質フィラーとしては、どのようなものであってもいいというものではない。

例えば、ホウ素含有結晶質フィラーとしてＨ_３ＢＯ_３を用いた場合、ビアホール導体の周囲の強度低下や絶縁性低下を生じさせてしまい、またビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界にセパレーションを発生させてしまい、さらにビアホール導体が基板表面から大きく突出してしまう。これらの問題は、Ｈ_３ＢＯ_３の添加量やガラスセラミックグリーンシート中のガラス成分を調整し、ガラスセラミックグリーンシート中のガラス成分との反応を極力抑制した場合においても解消できない。

また、ホウ素含有結晶質フィラーとしてＢＮやＢ_４Ｃなどの非酸化物系化合物を用いた場合、焼成時にビアホール導体用組成物中にＢＮやＢ_４Ｃのまま残るため、所望とする効果が得られず、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界にセパレーションを発生させてしまうとともに、ビアホール導体が基板表面から突出してしまう。なお、ＢＮの融点は３０００℃以上、Ｂ_４Ｃの融点は２３５０℃という極めて高温である点で好ましくないが、非酸化物系化合物ということもガラスセラミックグリーンシート中のガラスとの濡れ性の点から好ましくない。

また、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３などのいわゆる硼珪酸ガラスを用いた場合、所望の効果を得るための量を導体材料に含ませると、ガラスセラミックグリーンシート中のバインダーを飛散、燃焼せしめる温度である４００〜７００℃でホウ素成分が拡散してしまい、脱バインダー処理が適正に行われず、これに伴ったボイドの発生が顕著となる。すなわち、この温度範囲内での拡散を抑制しようとすると、硼珪酸ガラスの量を少なくしなければならず、ホウ素成分の拡散による効果を発揮できずビアホール導体の突出やセパレーションが発生してしまう。

これに対し、ビアホール導体用組成物として、主成分（ＣｕまたはＡｇ）１００質量部に対して副成分として融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むことで、上記のような問題を解決することができる。

例えば、融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーとしてコレマナイトやウレキサイトを用いた場合、焼成工程においてＨ_２Ｏを放出するが、その後に形成される化合物の融点は８００〜１０００℃（天然原料のため成分が一定ではなく、融点は化合物の組成比によって変化するが、Ｂ_２Ｏ_３単独の４５０℃に比べるとはるかに高い融点）であるため、脱バインダー温度の４００〜７００℃ではガラスセラミックグリーンシート中にホウ素成分が拡散してガラスと反応してしまうことがない。したがって、４００〜７００℃の温度域で十分に脱バインダー処理を行えるため、本焼成時での残留カーボン燃焼によるボイドの粗大化が無く、Ｈ_３ＢＯ_３を用いたときのようないわゆる脱バイ不良の問題を生じさせることはなく、硼珪酸ガラスを用いた場合のような不具合の発生を抑制できる。また、コレマナイトやウレキサイトは酸化物であるため、ガラスセラミックグリーンシート中のフィラー成分との濡れ性が良く、ビアホール導体用組成物とガラスセラミックグリーンシートとの濡れ性を低下させて接着強度を低下させてしまうことはない。なお、融点が１４００℃を超える場合、ビアホール導体からのホウ素成分の拡散が起きず、所望の効果を得ることができない。

そして、主成分（ＣｕまたはＡｇ）１００質量部に対して副成分としてホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むことが重要である。ホウ素含有結晶質フィラーの含有量が０．１質量部未満であると、ビアホール導体３の近傍領域の結晶化度を他の領域より低くすることが困難となる。一方、ホウ素含有結晶質フィラーの含有量が１０質量部を超えると、多量のホウ素成分が拡散してしまい、結晶化度の低い領域が近傍領域よりももっと広範囲となってしまい、強度低下とともに、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との間の接着強度が低下し、セパレーションの発生やビアホール導体の突出を抑制することが困難となってしまう。

これに対し、主成分（ＣｕまたはＡｇ）１００質量部に対して副成分としてのホウ素含有結晶質フィラーの含有量が０．１〜１０質量部であると、ビアホール導体３の近傍領域のみのヤング率が低下してビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との間の焼成収縮挙動の差により発生する応力を緩和し、セパレーションの発生を防止することができるとともに、ビアホール導体３とガラスセラミック絶縁層との接着性が向上するため、ビアホール導体３の平面方向の収縮を抑制し、厚み方向への収縮を促すことになるためビアホール導体の突起をも防止することができる。

以上のことから、融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むことによって、ビアホール導体３の近傍領域の結晶化度を他の領域よりも低くするとともにボイド率が他の領域よりも低くすることができる。

なお、ビアホール導体３を形成するビアホール導体用組成物には、ガラスセラミック絶縁層を形成するガラスセラミックグリーンシートとの焼成収縮挙動を合わせる目的で種々のガラスやセラミックフィラーが含まれていてもよい。

次に、本発明の多層配線基板の製造方法について説明する。

本発明の多層配線基板の製造方法は、第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミックグリーンシートとは異なる焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度の第２のガラスセラミックグリーンシートとを作製する第１の工程と、少なくとも最外に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成する第２の工程と、前記貫通孔に、ＣｕまたはＡｇを主成分とし、該主成分１００質量部に対して副成分として融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むビアホール導体用組成物を充填する第３の工程と、最外に前記ビアホール導体用組成物が充填された前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートが配置されるように、前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを交互に積層して積層体を作製する第４の工程と、前記積層体を８５０〜１０５０℃の温度で焼成する第５の工程とを有する。

まず、上述したようなガラス成分、またはガラス成分とセラミックフィラーとを混合して、焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度の異なる２種類のガラスセラミック組成物を調製し、その混合物に有機バインダーなどを加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりシート状に成形して第１のガラスセラミックグリーンシートおよび第２のガラスセラミックグリーンシートを作製する。

そして、得られた２種類のガラスセラミックグリーンシートを加熱圧着し、複合ガラスセラミックグリーンシートを得る。得られた複合ガラスセラミックグリーンシートにＮＣパンチやレーザー、金型などの方法によりスルーホール（貫通孔）を形成する。その後、このスルーホール（貫通孔）にビアホール導体用ペースト（ビアホール導体用組成物）をスクリーン印刷法により充填する。

本発明によれば、このビアホール導体用ペースト中に、前述した通り、融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを主成分（ＣｕまたはＡｇ）主成分１００質量部に対して副成分として０．１〜１０質量部含むことを特徴としている。

主成分となるＣｕまたはＡｇ成分としては、平均粒径が０．５〜５μｍ、好ましくは３〜５μｍの球状粉末であることが望ましい。これはビアホール導体用ペーストの焼結挙動をガラスセラミックグリーンシートの焼結挙動と近似させるとともに、充填精度の向上をはかるためである。また、ビアホール導体用ペースト中には無機成分以外に、アクリル樹脂などからなる有機バインダーと、α−テルピネオール、ジブチルフタレート、ブチルカルビトールなどの有機溶剤とを均質混合して形成される。有機バインダーは無機物成分１００質量部に対して１〜１０質量部、有機溶剤成分は５〜３０質量部の割合で混合されることが望ましい。

次に、得られた複合ガラスセラミックグリーンシートの表面に導体ペーストを印刷する。用いる導体ペーストもビアホール導体用ペーストの主成分と同じＡｇまたはＣｕであって、平均粒径が０．５〜１０μｍ、好ましくは３〜５μｍの球状粉末であることが望ましい。これは配線パターンの焼結挙動をガラスセラミックグリーンシートの焼結挙動と近似させるとともに、印刷精度の向上をはかるためである。

そして、配線パターンの形成やビアホール導体用ペーストの充填がなされた複合ガラスセラミックグリーンシートを積層圧着して、最外に貫通孔の形成およびビアホール導体用ペーストの充填がなされた前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートを配置し、第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとが交互に積層された積層体を形成する。

その後、この積層体を４００〜８００℃の空気中あるいは水蒸気含有窒素雰囲気中で加熱処理してガラスセラミックグリーンシート内やペースト中の有機成分を分解除去した後、８５０〜１０５０℃の窒素雰囲気中あるいは水蒸気含有窒素雰囲気中で同時焼成することにより、メタライズ配線層及びビアホール導体を具備する多層配線基板を作製することができる。

本発明の多層配線基板の製造においては、内部のメタライズ配線層とビアホール導体のみを絶縁基板と同時に焼成処理し、表面のメタライズ配線層をすでに焼成された多層配線基板表面に、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体ペーストを焼き付け処理して形成しても構わない。その場合、焼き付け処理は、窒素雰囲気中で６００〜１０００℃の温度で処理することができる。

最後に、２種類のガラスセラミックグリーンシートの焼結挙動について説明する。

第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度は６００〜７５０℃、第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度は７００〜８００℃が好ましく、この温度差により、平面方向の焼成収縮を抑制し、厚み方向への収縮を主とすることが可能となる。すなわち、第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度が第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度よりも高いことにより、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を行う温度範囲では、第２のガラスセラミックグリーンシートが未焼成の段階であり、これにより、第１のガラスセラミックグリーンシートは平面方向の収縮を妨げられ、結果、主として厚み方向に焼成収縮を行う。一方、第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度範囲では、既に焼成収縮し終わった第１のガラスセラミックグリーンシートが第２のガラスセラミックグリーンシートの平面方向の収縮を妨げ、結果、主として厚み方向に焼成収縮を行う。

次のようにして、ビアホール導体とスルーホール壁面との間（ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との境界）の隙間の有無を評価する評価基板を作製した。この評価基板は、幅３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み３３０μｍの絶縁層が積層され、基板中央部に直径９０μｍのビアホール導体を、５００μｍ間隔で５行×５列の計２５個配置し、各ビアホール導体上には直径１２５μｍのランドを形成したものである。以下に作製方法を示す。

まず、第１のガラスセラミック絶縁層となる第１のガラスセラミックグリーンシートを作製した。ＳｉＯ_２が９質量％、Ｂ_２Ｏ_３が１７質量％、Ｐ_２Ｏ_５が１．７質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１７質量％、ＭｇＯが４４質量％、ＢａＯが８質量％、ＳｎＯ_２が１．７質量％、ＣａＯが０．５質量％、ＮａＯが０．１質量％を含むガラス粉末と、クォーツ粉末を準備し、これらをガラス８５．６質量％、クォーツ粉末を１４．４質量％秤量し、有機バインダーを添加して、ガラスセラミック組成物を作製した。上記原料粉末に、有機バインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてジオクチルフタレート、溶媒としてトルエンを加えて調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により成形し、２００ｍｍＳＱ、厚さ１０μｍの第１のガラスセラミックグリーンシートを作製した。

続いて、第２のガラスセラミック絶縁層となる第２のガラスセラミックグリーンシートを作製した。ＳｉＯ_２が３５．９質量％、Ｂ_２Ｏ_３が１２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が６．６質量％、ＭｇＯが１７．５質量％、ＣａＯが２．５質量％、ＺｎＯが１４．４質量％を含むガラス粉末と、クォーツ粉末、およびＣａＺｒＯ_３粉末を準備し、これらをガラス５８．７質量％、クォーツ粉末を３６．５質量％、ＣａＺｒＯ_２粉末を４．８質量％秤量し、有機バインダーを添加して、ガラスセラミック組成物を作製した。上記原料粉末に、有機バインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてジオクチルフタレート、溶媒としてトルエンを加えて調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により成形し、２００ｍｍＳＱ、厚さ１２５μｍの第２のガラスセラミックグリーンシートを作製した。

そして、上記第１のガラスセラミック絶縁層用の第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミック絶縁層用の第２のガラスセラミックグリーンシートを一枚ずつ用意し、これらを加熱圧着して複合ガラスセラミックグリーンシートを作製した。また、最下層用に、第１のガラスセラミック絶縁層用の第１のガラスセラミックグリーンシートを２枚と、第２のガラスセラミック絶縁層用の第２のガラスセラミックグリーンシートを１枚用意し、第２のガラスセラミックグリーンシートを挟むように第１のガラスセラミックグリーンシートを加熱圧着した。

ここで、作製した複合ガラスセラミックグリーンシートには、パンチングにより直径９０μｍのスルーホールを設けた。

次に、ビアホール導体用ペーストを作製した。ＡｇまたはＣｕ粉末１００質量部に対して、副成分を表１の比率にて添加し、また有機バインダーとしてアクリル樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液（質量比で８０：２０）を添加、混練して、ビアホール導体用ペーストを作製した。作製したビアホール導体用ペーストを先ほど設けたスルーホールに、スクリーン印刷法により充填した。

続いて、配線導体ペーストを作製した。ＡｇまたはＣｕ粉末と、ガラス粉末を用意し、これら粉末に対して有機バインダーとしてアクリル樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液（重量比で８０：２０）を添加、混練して、配線導体ペーストを作製した。得られた配線導体ペーストを、スクリーン印刷法により、印刷した。ビアホール導体用ペーストの直上にランドパターンとして直径１２５μｍのパターンを印刷した。

このようにして得られた複合ガラスセラミックグリーンシートを用い、積層体を作製した。複合ガラスセラミックグリーンシートを３枚と、最下層用に用意した複合ガラスセラミックグリーンシート１枚を準備し、ガラスセラミックグリーンシート間に接着剤を均一に塗布し、４５℃、４ＭＰａの条件で加圧積層を行った。

続いて、これらの積層体をＡｌ_２Ｏ_３の台板上に載置して有機バインダー等の有機成分を分解除去するために、導体がＡｇの場合には空気中にて４００℃で脱バイし、その後９００℃×１時間の条件で焼成を行った。また導体がＣｕの場合には、窒素雰囲気中、７００℃で加熱処理し、次に窒素雰囲気中、９００℃×１時間の条件で焼成を行った。

得られた基板に無電解のＮｉめっき、Ａｕめっきを施し評価基板を得た。

得られた評価基板を蛍光浸透探傷液に浸し、デシケーター内で１×１０^−２Ｐａの圧力になるまで真空引きした状態で２時間保持した後、水道水で洗浄した。ビアホール導体を、基板表面から基板の積層方向に５０μｍ程度研磨して、スルーホール内部への蛍光浸透探傷液の侵入の有無を評価した。評価は研磨後の基板を蛍光顕微鏡で観察し、２５個のビアホールにおいて１箇所以上蛍光部の認められるスルーホールがある試料はＮＧ、０箇所の場合はＯＫとした。

また、３次元測定器にてビアホール導体とガラスセラミック絶縁層表面との高さの差を測定した。評価は１５μｍ以内をＯＫとした。

また、結晶化度を測定するため、まずビアホール導体から１ｍｍ以上離れた部分の基板（ガラスセラミック絶縁層）を粉砕し、標準試料として酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を１：１の割合で混合したものを作製しＸ線回折を行い、標準試料である酸化クロムのピーク強度からリートベルト解析により、結晶化度を求めた。本実施例で用いた近傍領域以外のガラスセラミック絶縁層（その他の領域）の結晶化度はおおむね７５％程度であった。そして、ビアホール導体の近傍領域の結晶化度を求めるため、サンプルを樹脂埋めし、ビアホール導体の周辺を観察できるように研磨を行った。その後、Ｘ線回折装置のビームを絞り、ビアホール導体の外周から約２５μｍの位置にＸ線を照射し、そのピーク強度比から結晶化度を算出した。

さらに、ビアホール導体の断面を走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）、Ｘ線マイクロアナライザＥＰＭＡ（Electron Probe Microanalyzer）により観察し、ビアホール導体の周囲の近傍領域の厚みを測定した。また、ＳＥＭ写真から次のようにボイド率を求めた。すなわち、ＳＥＭ写真よりビアホール導体の外周から５０μｍまでの部分に囲まれた部分と、ビアホールから１００μｍと１５０μｍの間に囲まれた部分において画像解析によりボイド率を求めた。それらの結果を表１に示す。

なお、表に記載していないが、透過型電子顕微鏡ＴＥＭ（Transmission Scanning Electron Microscope）により組成分析を行い、本発明実施例はビアホール導体の近傍領域のホウ素含有量が多くなっていることを確認した。

試料Ｎｏ．３〜５、８〜１０、１４〜２３、３５〜３７、４０〜４２、４６〜５５は、ビアホール導体の近傍領域にホウ素成分が拡散することにより、ビアホール導体の近傍領域の結晶化度が他の領域よりも低くなるとともにボイド率が他の領域よりも低くなって、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との焼成収縮差による応力を緩和することにより、スルーホール壁面とビアホール導体の間にセパレーションが発生していないことが確認できた。また、基板表面から突出するビアホール導体突出高さも１５μｍ以下であり、良好な結果であった。

しかしながら、試料Ｎｏ．１、２、７、３３、３４、３９では、ビアホール導体の近傍領域へのホウ素成分の拡散がないか拡散量が少ないため、ビアホール導体とガラスセラミック絶縁層との焼成収縮差による応力を緩和できず、その結果セパレーションが発生した。

また、試料Ｎｏ．６、１１、３８、４３では、ビアホール導体用組成物にホウ素成分が過剰に含まれているため、ガラスセラミックグリーンシートに過剰にホウ素成分が拡散し、ガラスの軟化点が過度に低下し、結果としてセパレーションが発生した。

また、試料Ｎｏ．３１、３２、４４、４５ではホウ素成分としてＨ_３ＢＯ_３を用いたことにより、４００℃程度の低温でホウ素成分がガラスセラミックグリーンシートに拡散したことにより脱バイ不良を起こし、結果としてセパレーションが発生した。

また、試料Ｎｏ．１２、１３、４６、４７、ではホウ素含有結晶質フィラーの融点が低く、脱バイ不良によるボイド発生とセパレーションが見られた。

また、試料Ｎｏ．２４〜３０、５６〜６２ではホウ素含有結晶質フィラーの融点が高く、所望とするホウ素成分の拡散が起きず、セパレーションが発生するとともにビアホール導体の突出が大きくなった。

本発明の多層配線基板の概略断面図である。

符号の説明

１a、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ：第１のガラスセラミック絶縁層
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ：第２のガラスセラミック絶縁層
３：ビアホール導体
３１：近傍領域
４：表面配線層
５：内部配線層

Claims (2)

1. 異なる焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度で焼結した２種類のガラスセラミック絶縁層が交互に積層され、少なくとも最外に位置する前記ガラスセラミック絶縁層にＣｕまたはＡｇを主成分とするビアホール導体が形成された多層配線基板において、
   前記ビアホール導体は、ＣｕまたはＡｇを主成分とし、該主成分１００質量部に対して副成分として融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むビアホール導体用組成物を用いて形成されたものであり、
   前記ガラスセラミック絶縁層は、前記ビアホール導体の近傍領域のホウ素含有量が他の領域よりも多く、前記ビアホール導体の近傍領域の結晶化度およびボイド率が他の領域よりも低くなっていることを特徴とする多層配線基板。
2. 第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミックグリーンシートとは異なる焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度の第２のガラスセラミックグリーンシートとを作製する第１の工程と、
   少なくとも最外に配置される前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成する第２の工程と、
   前記貫通孔に、ＣｕまたはＡｇを主成分とし、該主成分１００質量部に対して副成分として融点が７２２〜１１００℃の範囲にあるホウ素含有結晶質フィラーを０．１〜１０質量部含むビアホール導体用組成物を充填する第３の工程と、
   最外に前記ビアホール導体用組成物が充填された前記第１のガラスセラミックグリーンシートまたは前記第２のガラスセラミックグリーンシートが配置されるように、前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを交互に積層して積層体を作製する第４の工程と、
   前記積層体を８５０〜１０５０℃の温度で焼成する第５の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。

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