(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともガラス相を含有するガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板の表面に、Ｃｕを含む導体相とガラス相とからなる導体配線層を形成してなる配線基板において、前記導体配線層中のガラス相の耐エッチング性が、前記絶縁基板中のガラス相よりも劣ることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記導体配線層の表面に金属メッキ層が施されてなる請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記ガラスセラミック焼結体中のガラス相量が５体積％以上である請求項１記載の配線基板。
【請求項４】
ガラス粉末、あるいはガラス粉末と無機質フィラー粉末との混合物を用いてシート状成形体を作製する工程と、Ｃｕを含む導電性粉末と、前記シート状成形体の焼成後の焼結体中に残存するガラス相よりも耐エッチング性の劣るガラスを含む導体ペーストを調製する工程と、前記シート状成形体の表面に前記導体ペーストを回路パターンに印刷塗布する工程と、印刷された導体ペーストとシート状成形体とを同時焼成して絶縁基板の表面に導体配線層が形成された配線基板を作製する工程と、前記導体配線層表面をエッチング処理して前記配線層表面のガラス相を除去する工程と、前記ガラス相除去後の導体配線層表面に金属メッキ層を施す工程と、を具備することを特徴とする配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性粉末とガラスフリットからなる導体ペーストを用いて作製された導体配線層を有する配線基板に関わり、特に導体配線層の表面に金属メッキ層を形成する、多層配線基板、半導体素子収納用パッケージなどに用いられる配線基板とその製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体素子などを搭載するための配線基板としては、アルミナなどのセラミック材料が用いられているが、最近に至り、アルミナに比較して誘電率が低い、焼成温度が低い低抵抗の導体、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇでの配線を形成できるなどの点で優れていることから、特に回路の高集積化の要求に適用することのできる基板材料としてガラスセラミック焼結体が注目されている。
【０００３】
このガラスセラミック焼結体を絶縁基板とする配線基板は、例えばホウケイ酸系ガラスなどのガラス相とセラミックフィラーとからなるガラスセラミック原料と有機バインダーからなる混合物を用いて成形して、グリーンシートを作製した後、このシートに穴開けしてスルーホールを形成し、このスルーホールに導体ペーストを充填し、次いで、このシートの所定位置に導体ペーストを印刷して導体パターンを形成する。これらのシートを位置合わせして加圧積層した後、積層体を加熱して脱バインダーした後に、絶縁基板と導体配線層とを同時焼成することにより、ガラスセラミック多層配線基板が得られる。
【０００４】
このようなガラスセラミック配線基板における導体配線層を形成するための導体材料にはＣｕ、Ａｕ、Ａｇが使用されるが、このような導体配線層の表面には、酸化防止のために、あるいはワイヤーボンディング性や導体配線層に搭載される電子部品との半田実装時の半田濡れ性を改善するために、導体配線層の表面にＮｉ、Ａｕ等の金属メッキ層を電解メッキ法や無電解メッキ法の手法によって形成している。
【０００５】
また、導体配線層を絶縁基板と同時焼成によって形成する場合、導体ペースト中には、絶縁基板との焼成時の収縮率と整合させる、あるいは絶縁基板との接合強度を高める目的で、導体粉末とともに、ホウケイ酸亜鉛系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスなどのガラス粉末が添加されている。
【０００６】
このようなガラス粉末を含む導体ペーストを用いて同時焼成して形成された導体配線層は、導体相とガラス相からなり、その表面には、ガラスが表面に浮き出てガラス膜が形成される傾向にある。このようなガラス膜表面にはメッキ層が形成されにくいために、メッキ処理前にエッチング処理して上記のガラス膜を除去した後にメッキ処理することが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板には、不可避的にガラス相が焼結体中に残存している。このようなガラス相を不可避的に含有する絶縁基板表面にＣｕを含む導体配線層が形成された配線基板に対して、前述したように、金属メッキ層を形成すべく、メッキ処理前に導体配線層表面のガラス膜を除去する前にエッチング処理を施すと、導体配線層のガラス膜が除去されると同時に、絶縁基板中のガラス相も同時に除去されてしまう。その結果、絶縁基板の表層に微細な細孔が生成し、この部分にＨｅ等のガスを吸着することから疑似リークが発生し、製品の気密性の確認が困難となることや絶縁基板とメタライズとを物理的に接合しているガラス相が除去されるためにメタライズとの接合強度が劣化するという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点に対して検討を重ねた結果、Ｃｕを含む導体配線層中に含まれるガラスとして、容易にエッチング処理されやすく、絶縁基板中に含まれるガラスよりもエッチングされやすいものを選択することにより、エッチング処理において、導体配線層表面に浮き上がったガラス膜のみをエッチング除去することができるために、エッチング処理時に絶縁基板に対して影響を与えることがなく、その後の導体配線層表面へのメッキ処理も不具合なく実施できることを見いだし本発明に至った。
【０００９】
即ち、本発明の配線基板は、少なくともガラス相を含有するガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板の表面に、Ｃｕを含む導体相とガラス相とからなる導体配線層を形成してなるものであり、前記導体配線層中のガラス相の耐エッチング性が、前記絶縁基板中のガラス相よりも劣ることを特徴とするものであり、さらには、前記導体配線層の表面に金属メッキ層を有することを特徴とする。
【００１０】
また、配線基板の製造方法としては、ガラス粉末、あるいはガラス粉末と無機質フィラー粉末との混合物を用いてシート状成形体を作製する工程と、導電性粉末と、前記シート状成形体の焼成後の焼結体中に残存するガラス相よりも耐エッチング性の劣るガラスを含む導体ペーストを調製する工程と、前記シート状成形体の表面に前記導体ペーストを回路パターンに印刷塗布する工程と、印刷された導体ペーストとシート状成形体とを同時焼成して絶縁基板の表面に導体配線層が形成された配線基板を作製する工程と、前記導体配線層表面をエッチング処理して前記配線層表面のガラス相を除去する工程と、ガラス相除去後の導体配線層表面に金属メッキ層を施す工程と、を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、導体配線層中に含まれるガラス相として、絶縁基板中のガラス相よりもエッチングされやすいガラスを用いることにより、エッチング処理により導体配線層表面にメッキ処理に有害なガラスのみを、絶縁基板表面の性状およびメタライズ層と絶縁基板との接合強度に悪影響を与えることなく、短時間で容易に除去することが可能となる。したがって、本発明によれば、導体配線層表面に金属メッキ層を有し、絶縁基板表面の平滑性に優れた配線基板を歩留りよく製造することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明における配線基板は、絶縁基板と、少なくともその表面に導体配線層が被着形成されたものである。また、導体配線層の表面には、導体配線層の酸化防止、半田濡れ性を改善するために金属メッキ層が形成される。
【００１３】
絶縁基板としては、少なくともガラス相を含有するガラスセラミック焼結体により構成される。このようなガラスセラミック焼結体としては、周知の材料が用いられるが、例えば、例えば、ホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラス等のホウケイ酸系ガラスの他、リチウム珪酸系ガラス等が採用される。これらのガラスとしては、焼結過程で結晶質成分を析出させる結晶化ガラスや、それ以外の非結晶化ガラスのいずれでも使用される。なお、結晶化ガラスにおいても、結晶相の粒界にガラス相が存在する。
【００１４】
一方、これらのガラスに対しては、セラミックフィラーを配合することもできる。用いられるフィラーとしては、Ａｌ２  Ｏ３  、ＳｉＯ２  、ＺｒＯ２  、ＭｇＯなどの酸化物や、これらの酸化物の２種以上の複合酸化物等が使用できる。これらのセラミックフィラーの配合により焼結体の焼成温度を導体ペーストとの焼成温度と整合させたり、焼結体自体の強度を高めることができる。この場合の上記ガラスと上記セラミックフィラーとの比率は、体積比率で２０：８０〜８０：２０で配合されることが効果的である。
【００１５】
一方、絶縁基板表面に形成される導体配線層は、導体相とガラス相から構成される。導体相としては、ガラスセラミック焼結体と同時焼成可能な導体成分であることが望ましく、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕなどが挙げられるが、特にＣｕは、酸化性が高いために金属メッキ層の形成を必要とすることから、特に好適である。導体配線層中に含まれるガラス相量としては０．５〜５重量％、特に０．７〜３重量％が好適である。このガラス量が０．５重量％よりも少ないと、絶縁基板との同時焼成が難しくなったり、絶縁基板の密着性が低下する場合があるためである。ガラス量が５重量％よりも多いと導体配線層自体の抵抗が増大する傾向にある。
【００１６】
導体配線層中のガラスとしては、酸性あるいはアルカリ性溶液による化学的エッチング処理を施す場合に、容易にエッチングされやすく、しかも前記絶縁基板中に存在するガラス相に比較してエッチングされやすいものであることが必要である。導体配線層中のガラス相のエッチング性が絶縁基板中のガラス相と同等もしくは、絶縁基板中のガラス相の方がエッチングされやすいと、導体配線層表面のガラス膜をエッチングによって除去する場合に、絶縁基板表面に存在するガラス相も同時にエッチングしてしまう結果、絶縁基板の表面が荒れ、前述した擬似リークの発生やメッキ工程でのシミの発生などの問題が生じることになる。
【００１７】
ガラスのエッチング性は、ガラスの組成によって様々であるが、一般には、アルカリ成分が多く含まれるとエッチングされやすい傾向にある。特に導体配線層のガラス中のアルカリ金属量が酸化物換算で１０重量％以上であることが望ましい。これに対して、絶縁基板中のガラス相としては、同系列のアルカリ含有ガラスの場合、アルカリ金属量を上記の導体配線層のガラス中の量よりも少なくすればよい。
【００１８】
また、エッチング性の他の要因として、絶縁基板に対するエッチング処理時の影響を抑制する上では、絶縁基板中のガラス相の存在量が少ないことが望ましい。このガラス相の量が５体積％以上となる場合には、エッチングに影響によって表面が荒れるなどの表面性状の変化が大きいが、ガラス相量が５体積％よりも少ない場合には、表面性状の変化は小さい。従って、本発明によれば、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板中のガラス相が５体積％以上含有する場合において特に有効である。
【００１９】
また、本発明によれば、Ｃｕを含む導体配線層の表面には、Ｃｕの酸化を防止し、導体配線層に被着される半田等との濡れ性を改善することを目的として、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒなどの金属メッキ層が形成される。この金属メッキ層は、電解メッキ法や無電解メッキ法によって形成されるものであり、１〜１０μｍの厚みで形成されることが望ましい。
【００２０】
次に、本発明の配線基板の製造方法について説明する。
まず、本発明によれば、絶縁基板を形成するための構成するガラス粉末、またはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合粉末を用いてグリーンシートを作製する。このグリーンシートは、例えば、上記の粉末に溶剤、成形用有機バインダー等を添加して混合してスラリーを調製した後、これをドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法などの手法によって形成することができる。
【００２１】
次に、このグリーンシートの表面に導体配線層を形成するための、Ｃｕを含む導体粉末と、ガラス粉末とからなる導体ペーストを回路パターン状にスクリーン印刷法、グラビア印刷法等により印刷する。また、多層化する場合には、グリーンシートの所定箇所にスルーホールを形成し、ホール内に導体ペーストを充填する。
【００２２】
用いる導体ペースト中に配合するガラス粉末は、導体配線層中においてガラス相を形成する成分であるために、このガラス粉末としてエッチングされやすいガラスを用いる。適当なガラスとしては、アルカリ金属成分を多く含有する非結晶性のガラスやＢ２  Ｏ３  を多く含むガラスがよい。
【００２３】
また、絶縁基板を形成するためのグリーンシート中に含まれるガラス粉末は、前記導体ペースト中に配合するガラス粉末よりもエッチング性が低いものを使用することが必要である。また、そのガラス粉末が結晶化ガラスの場合には、結晶化後の残存ガラス相としてエッチング性が低くなるものを選択することが必要である。
【００２４】
次に、上記のようにして導体ペーストが塗布されたグリーンシートを所望により積層処理した後、窒素あるいは大気雰囲気中で８５０〜１０５０℃の温度で焼成して、導体ペーストとグリーンシートを同時に焼成して、絶縁基板表面に導体配線層が形成された配線基板を作製することができる。
【００２５】
この焼成後の導体配線層の表面には、導体ペースト中に配合したガラス粉末によりガラス相が表面に浮き出しガラス膜を形成しているため、このガラス膜を化学的エッチング処理により除去する。エッチング溶液としては、酸性フッ化アンモンなどの酸性溶液を用いることができるが、エッチング処理を行う場合には、導体配線層表面のガラス膜のみが除去できる程度に溶液濃度やエッチング時間等を制御する。
【００２６】
上記のようにして導体配線層のガラス膜をエッチング除去した後、その表面に電解メッキ、無電解メッキ等の手法により、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ等の金属メッキ層を１〜１０μｍの厚みで形成する。このメッキ処理においても、本発明によれば、絶縁基板表面に存在するガラス相はエッチングされることがないために、表面荒れがなく、絶縁基板表面にメッキ膜が形成されることもなく、擬似リーク等の発生も解消される。
【００２７】
このようにして作製される配線基板は、導体配線層の酸化が効果的に抑制されるとともに、基板に搭載される電子部品を導体配線層に半田により実装する場合、導体配線層表面に半田濡れ性のよい金属メッキ層が形成されているために、実装の信頼性を高めることができる。しかも絶縁基板表面がエッチングによる表面荒れ等の発生がなく、良好な面を有するものである。
【００２８】
【実施例】
実施例１
エッチング性の異なる下記の組成（重量％）からなる２種のガラス粉末を準備した。
Ａ：耐食性ガラス
８１％ＳｉＯ２  −１３％Ｂ２  Ｏ３  −４％Ｎａ２  Ｏ−２％ＳｒＯ，ＣａＯ
Ｂ：低耐食性ガラス
６０％ＳｉＯ２  −２９％Ｂ２  Ｏ３  −８％Ｎａ２  Ｏ−３％ＳｒＯ，ＣａＯ
平均粒径が５μｍの銅粉末に対して前記ガラス粉末を銅粉末：ガラス粉末が９３：７の体積比率になるように添加し、さらに溶剤としてフタル酸エステルを添加混合して導体ペーストを調製した。
【００２９】
一方、ホウケイ酸亜鉛系ガラス（重量組成：２５％Ｂ２  Ｏ３  −６５％ＺｎＯ−１０％ＳｉＯ２  ）５０体積％と、フィラーとしてクォーツを４０体積％、フォルステライトを１０体積％の割合で混合したガラスセラミック組成物に対して成形用有機バインダーとしてイソブチルメタクリレート系樹脂、溶剤としてトルエンを用いてスラリーを調製し、これをドクターブレード法によってグリーンシートを作製した。
【００３０】
そして、グリーンシート表面に、導体ペーストを回路パターン状にスクリーン印刷した後、窒素雰囲気中、９２０℃で１時間焼成して、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板表面に導体配線層が形成された配線基板を作製した。
【００３１】
得られた配線基板の導体配線層の表面には、ガラス濃度の高いガラス膜が形成されていることを確認した。そこで、この配線基板を酸性フッ化アンモンの酸性溶液に浸漬した後、水洗してエッチング処理を行った。そして、エッチング処理後の導体配線層表面にＮｉを電解メッキ法により３μｍの厚みの金属メッキ層を形成した。
【００３２】
このようにして作製した配線基板に対して、メッキ性、絶縁基板表面の表面粗さ（Ｒｍａｘ）、ならびにメタライズ強度を測定した。
【００３３】
また、アルカリ性及び酸性のエッチング液への浸漬時間は０、５、１０、１５秒と変化させた。表１に実験結果を示した。
【００３４】
【表１】
0003631572.tif 000002
【００３５】
表１の結果によれば、エッチング無しの場合（試料Ｎｏ．１、４）、いずれのガラスを用いたペーストでも絶縁基板の表面状態およびメタライズと絶縁基板の接合強度は十分であったがメタライズ表面にガラスが浮いた部分があり、この部分へのメッキが施されずメッキ性に劣るものであった。
【００３６】
５秒の浸漬では高耐食性ガラスを用いた基板（試料Ｎｏ．２）は、絶縁基板表面の状態およびメタライズと絶縁基板の接合強度は良好な状態であったがメタライズ表面のガラスがほとんどエッチングされずメッキ性は改善されていない。低耐食性ガラスを用いた基板（試料Ｎｏ．５）ではメタライズ表層のガラスが除去されメッキ性が改善された。また、絶縁基板表面の状態およびメタライズと絶縁基板の接合強度についてもエッチング無しの状態を維持しておりすべての評価項目に対して良好な結果が得られた。
【００３７】
浸漬時間を延長して１０秒とした場合、高耐食性ガラスを用いた基板（試料Ｎｏ．３）ではメタライズ表面のガラスは約半分程度に減少したがメッキ性の改善は認められない。一方、低耐食性ガラスを用いた基板（試料Ｎｏ．６）ではメタライズの内層部のガラスまでエッチングされエッチング時間５秒の場合の試料Ｎｏ．５と同様に良好なメッキ性を示した。またいずれのガラスを用いた場合も絶縁基板表面のガラス相が若干エッチングされはじめており、表面の平滑性がわずかに失われ始めている。絶縁基板とメタライズとの接合強度についてはこの条件では変化が認められなかった。
【００３８】
さらに浸漬時間を延長して１５秒とした場合、高耐食性ガラスを用いた場合（試料Ｎｏ．４）でも低耐食性ガラスを用いた場合（試料Ｎｏ．８）と同様にメタライズ表層のガラスは完全に失われメッキ性は改善されたが絶縁基板表面のガラス相も失われ平滑性に劣る物となった。また、絶縁基板とメタライズとの接合に寄与していた絶縁基板中のガラス相が失われ絶縁基板とメタライズの接合強度も劣化した。低耐食性ガラスを用いた場合も同様にメッキ性は良好であるが絶縁基板表面状態、絶縁基板とメタライズの接合強度は劣化した。
【００３９】
以上記述したように、従来のような高耐食性ガラスを導電性ペーストに添加した系ではメッキ性、絶縁基板表面の平滑性、メタライズ強度を同時に満足させるのは困難である。これに対して低耐食性ガラスを導電性ペーストに添加した系では短時間のエッチング処理を行うことによりメッキ性、メタライズ強度に優れ、かつ絶縁基板表面が十分な平滑性を有する絶縁基板と導体の接合体を容易に作製することが可能となった。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、導体ペースト中のガラスとして、基板中のガラスよりも耐エッチング性の劣るガラスを用いることにより、メタライズ表面のガラス相のみを容易に除去することが可能となり、かつ、絶縁基板表面が化学的にエッチングされることがないために絶縁基板表面が平滑でメッキ性に優れた絶縁基板、メタライズ配線層とを具備する配線基板や半導体素子収納用パッケージを容易に歩留まり良く作製することが可能となる。