(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセラミック層の間に広域メタライズ層と配線パターンとが形成されるセラミック多層配線基板であって、
上記広域メタライズ層同士、又は配線パターン同士、或いは広域メタライズ層と配線パターンとの間を基板の厚さ方向に導通するビアと、
上記ビアの少なくとも一端が導通する広域メタライズ層又は配線パターンにセラミック層を介して隣接する広域メタライズ層における上記ビアの軸方向と交差する位置を含んで上記広域メタライズ層に設けた開口部と、
を有することを特徴とするセラミック多層配線基板。
【請求項２】
前記開口部の直径又は幅が、前記ビアの直径の２倍以上である、ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック多層配線基板。
【請求項３】
前記ビアと導通する広域メタライズ層又は配線パターンと、この広域メタライズ層又は配線パターンと隣接する広域メタライズ層との間に形成されたセラミック層の厚さが６０μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミック多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数で比較的薄肉のセラミック層の間に広域メタライズ層と配線パターンとが積層して形成されるセラミック多層配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミック多層配線基板を得るには、図５(Ａ)に示すように、複数のグリーンシート８２〜８４の間に略平面方向全体に広がる広域メタライズ層用のメタライズペースト層８６，８８と、図示しない配線パターン用のメタライズペースト層とを積層する。また、グリーンシート８４において上記ペースト層８８と図示しないペースト層とを厚さ方向に接続するビア用のインクメタライズ８９を形成する。そして、グリーンシート８２〜８４やメタライズペースト層８６，８８等を積層し、得られた積層体８０をプレスしてから焼成する。
焼成後において、上記グリーンシート８２〜８４はセラミック層９２〜９４に、上記メタライズペースト層８６，８８は例えば電源用のメタルプレーン層等の広域メタライズ層９６，９８に、且つ上記インクメタライズ８９はビア９９となってセラミック多層配線基板９０を構成する。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
ところで、上記積層体８０を焼成する前に行うプレスによる厚さ方向への圧縮による相対的な変形差や、焼成後の相対的な熱収縮差により、以下のような問題点を生じることがある。
即ち、図５(Ｂ)に示すように、ビア９９がその軸方向に沿って膨張(伸長)し、広域メタライズ層９８の一部を突き上げる。このため、ビア９９の直上の位置において広域メタライズ層９８と広域メタライズ層９６が接触して短絡することがある。この際、ビア９９の上方の基板９０の上面９１には破線で示す凸部１００が形成されることもある。
【０００４】
また、図５(Ｃ)に示すように、逆にビア９９が軸方向に沿って縮むため、広域メタライズ層９６，９８の一部が下向きに凹む。このため、その位置において広域メタライズ層９６と広域メタライズ層９８が接触して短絡することもある。この場合には、配線基板９０の上面９１に凹み１０２が形成されることもある。
これらの凸部１００や凹み１０２は、セラミック層９２，９３が薄肉になるほど顕著に表れ易い傾向がある。
この広域メタライズ層９６，９８間の短絡により、配線基板９０は当初の回路を形成できず、本来の機能を果たせなくなる。また、該基板９０の上面９１に上記凸部１００や凹み１０２が形成されると、その位置にＩＣチップ等の電子部品が正確に搭載できなくなるという問題もあった。特に、このような問題はセラミック層の厚さが６０μｍ以下という薄いセラミック層において顕著であった。
【０００５】
本発明は、以上の従来の技術が有する問題点を解決し、ビアの軸方向の変形が生じてもメタルプレーン層のような広域メタライズ層同士、又は広域メタライズ層と配線パターンとが短絡しないようにすると共に、併せて上面に電子部品を正確に搭載でき、且つセラミック層を薄肉化し得るセラミック多層配線基板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、ビアが導通する広域メタライズ層又は配線パターンにセラミック層を介して隣接する広域メタライズ層に、ビアの変形を緩衝するための開口部を形成することに着想して成されたものである。
即ち、本発明のセラミック多層配線基板は、複数のセラミック層の間に広域メタライズ層と配線パターンとが形成されるセラミック多層配線基板であって、上記広域メタライズ層同士、又は配線パターン同士、或いは広域メタライズ層と配線パターンとの間を基板の厚さ方向に導通するビアと、上記ビアの少なくとも一端が導通する広域メタライズ層又は配線パターンにセラミック層を介して隣接する広域メタライズ層における上記ビアの軸方向と交差する位置を含んで上記広域メタライズ層に設けた開口部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これによれば、ビアが軸方向に膨張又は収縮して該ビアと接続する広域メタライズ層等の一部が変形しても、この変形部分は隣接する広域メタライズ層に設けた上記開口部付近に留まるので、広域メタライズ層同士等の短絡を防止できる。また、係る開口部における広域メタライズ層の厚さ分だけ、配線基板の上面への変形が緩和されるので、電子部品を上面に正確に搭載することもできる。
また、本発明には、上記開口部の直径又は幅が、前記ビアの直径の２倍以上であるセラミック多層配線基板も含まれる。ここで２倍以上としたのは、２倍未満にすると短絡の防止が不十分になることがあり得るためである。
これによれば、前記短絡を一層確実に防止することができる。
【０００８】
更に、上記ビアと導通する広域メタライズ層又は配線パターンと、この広域メタライズ層又は配線パターンと隣接する広域メタライズ層との間に形成されたセラミック層の厚さが６０μｍ以下であるセラミック多層配線基板も含まれる。
これによれば、セラミック層を薄肉化しても前記短絡を容易に防止できるため、厚さ方向により多くの配線パターンを有する多層配線基板を提供することができる。尚、セラミック層の厚さが６０μｍを超えるとビアが変形しても前記短絡を生じにくくなるので、上記の６０μｍ以下としたものである。
更に、前記ビアが複数個互いに平行且つ隣接して設けられ、且つ前記開口部がこれらの各ビアの軸方向と交差する各位置を含んで前記広域メタライズ層に設けられたセラミック多層配線基板とすることもできる。
これによれば、互いに隣接する複数のビアによる広域メタライズ層等の変形を１つの開口部によって吸収し、該広域メタライズ層等と隣接する広域メタライズ層との短絡を防止することが可能となる。
【０００９】
また、前記開口部が、前記ビアの一端が導通する広域メタライズ層又は配線パターンにセラミック層を介して隣接する互いに平行な複数の広域メタライズ層における上記ビアの軸方向と交差する各位置にそれぞれ設けられたセラミック多層配線基板とすることもできる。
これによれば、ビアによる広域メタライズ層等の変形が大きくても、セラミック層を挟んで隣接する複数の広域メタライズ層に設けた各開口部内において、２層以上の広域メタライズ層間における短絡を防止することが可能となる。
この場合、各開口部は互いに略同心となる位置に設けられる。また、比較的ビアに近接する開口部と離隔する開口部の寸法を相違させることにより、短絡の防止と広域メタライズ層の面積の低減を抑えることが可能となる。
【００１０】
更に、前記開口部が、前記ビアの両端がそれぞれ導通する広域メタライズ層又は配線パターンにセラミック層を介して隣接する基板の厚さ方向に離隔した各広域メタライズ層における上記ビアの軸方向と交差する位置を含んでそれぞれ設けられたセラミック多層配線基板とすることもできる。
これによれば、ビア両端の変形により基板の厚さ方向に離隔して配置された広域メタライズ層又は配線パターンと、これらにセラミック層を介して隣接する広域メタライズ層との短絡を防止することが可能となる。
【００１１】
更にまた、前記開口部が平面視で略円形又は略正多角形であり、且つ平面視で前記ビアの中心軸と略同心となる前記広域メタライズ層の位置に上記開口部が設けられたセラミック多層配線基板とすることもできる。
これによれば、前記短絡を確実に予防することが可能となる。
尚、本明細書において、広域メタライズ層とは配線基板の厚さ方向に直交する平面方向の略全面に渉って導体が敷設される、例えば電源用のメタルプレーン層のようなものを指す。
【００１２】
【実施の形態】
以下において本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１は本発明のセラミック多層配線基板１に関する。同図(Ａ)の断面図に示すように、この配線基板１は、絶縁層となる複数のセラミック層２〜８の間に、例えば電源用のメタルプレーン層(広域メタライズ層)１０，１２と、配線パターン１４とが配設されている。上記セラミック層２〜８は、それぞれの厚さが５０μｍで、主にアルミナを含むグリーンシートを焼成したものであり、メタルプレーン層１０，１２と、配線パターン１４はタングステン(Ｗ)やモリブデン(Ｍｏ)等の高融点金属からなるペースト層を焼成したものである。
【００１３】
上記配線パターン１４内には、所要の直径を有する空隙部１６が形成され、この空隙部１６の略中心を基板１の厚さ方向に沿ってビア１８が貫通する。このビア１８は、その上端を下側のメタルプレーン層１２に接続し、図示しない下端を他の配線パターン又はメタルプレーン層等の広域メタライズ層に接続して、これらの間を導通している。尚、このビア１８は、セラミック層６，８の間における上記空隙１６内の高さにおいて、その上下の部分を接続する図示しないビアカバを介在させている。また、上記空隙１６は、ビア１８と配線パターン１４との間を絶縁するためのもので、配線パターン１４となる金属ペースト層をスクリーン印刷して形成する際に同時に形成される。
【００１４】
そして、図示で上側のメタルプレーン層１０におけるビア１８の軸方向が交差する位置を含む付近には、円形の開口部１１が形成される。図１(Ｂ)に示すように、この開口部１１は、平面視においてビア１８と略同心の位置に形成される。尚、係る開口部１１は、メタルプレーン層１０となる金属ペースト層をスクリーン印刷して形成する際に、同時に形成されたものである。
係る開口部１１を形成することにより、前述したように、ビア１８が軸方向に相対的に膨張して下側のメタルプレーン層１２を突き上げた場合でも、図１(Ａ)中の破線で示すように、その突き上げた頂部分は開口部１１に接近するか開口部１１内に入るが、上側のメタルプレーン層１０には接触しない。
また、ビア１８が軸方向に相対的に収縮してメタルプレーン層１２，１０を下向きに引張った場合でも、図１(Ａ)中の一点鎖線で示すように、開口部１１が上側のメタルプレーン層１０における変形部の最低部分となるため、下側のメタルプレーン層１２に接触しない。
【００１５】
従って、基板１の製造工程においてビア１８が上記何れの変形を生じても、上下のメタルプレーン層１０，１２は、従来のように互いに短絡することはない。尚、上記開口部１１の直径は０.５mmであり、且つビア１８の直径０.１mmの５倍である。開口部１１の直径は、前記短絡を防ぐため、少なくともビア１８の直径の２倍以上とする必要があり、望ましくは３倍以上である。
また、ビア１８と接続されるのは、上記メタルプレーン層１２に限らず、配線パターン１４と同様の配線パターンであっても良い。ビア１８の変形によって短絡を生じるのは、セラミック層４を挟んで隣接するメタルプレーン層１０が存在するためである。
【００１６】
図２は、異なる形態の開口部に関し、同図(Ａ)は前記と同じビア１８に対し、その中心を略同心とする隅の丸い正方形状の開口部２０を示す。また、図２(Ｂ)に示すように、２本のビア１８，１８が互いに平行して隣接する場合には、メタルプレーン層１０に各ビア１８を略中心として囲む長円形の開口部２２を形成する。更に、図２(Ｃ)に示すように、同様な場合において、各ビア１８を略中心として囲む２つの円形部分２６，２６を繋いだまゆ形状の開口部２４を形成しても良い。
【００１７】
特に、この開口部２４のように、各ビア１８を略中心とする円形部分２６を活用することにより、メタルプレーン層１０の面積を余り減らさずに、前記短絡を予防することができるので望ましい。
そして、３本以上のビア１８が互いに平行して隣接する場合には、上記開口部２２に倣った変形長円形の開口部、或いは図２(Ｄ)に示すような略Ｌ形状の開口部２８にしたり、更には上記円形部分２６を活用した略Ｌ形状や、略へ形状等の変形した形状の開口部を形成することが望ましい。
【００１８】
図３は、異なる形態のセラミック多層配線基板に関する。
同図(Ａ)に示す配線基板３０は、厚さがそれぞれ５０μｍのセラミック層３１〜３５の間に、３層のメタルプレーン層(広域メタライズ層)３６〜３８と配線パターン３９とを配設している。この配線パターン３９の空隙４０内を垂直に貫通するビア４１の上端は、上から３層目のメタルプレーン層３８と接続して導通している。該ビア４１の下端は、図示しない配線パターン又はメタルプレーン層と導通している。
また、上から１層，２層目のメタルプレーン層３６，３７におけるビア４１の軸方向と交差する位置を含む付近には、それぞれ円形の開口部４２，４３がビア４１と同心状に形成されている。この場合、ビア４１に近接する開口部４３の直径が、ビア１８から離れた開口部４２よりも比較的小さく設定されている。但し、この開口部４３の直径は、ビア４１の直径の２倍以上である。
【００１９】
そして、配線基板３０の製造工程において、ビア４１がその軸方向に沿って相対的に膨張した場合、メタルプレーン層３８が突き上げられても、図中の破線で示すように、その突き上った頂部分は開口部４３の付近において略留まる。また、これに応じて該開口部４３が上方へ円錐状に盛り上がっても、その変形部分の上端は最上層のメタルプレーン層３６の開口部４２付近に留まる。従って、３層のメタルプレーン層３６〜３８の相互間において、短絡を招来することはない。一方、配線基板３０の製造工程において、ビア４１がその軸方向に沿って相対的に収縮した場合、図中の一点鎖線で示すように、上から３層目のメタルプレーン層３８が下向きに引っ張られる。すると、このプレーン層３８の凹みの上方にて、２層目のメタルプレーン層３７における変形部の最下端となる開口部４３が留まる。且つ、最上層のメタルプレーン層３６の開口部４２は、開口部４３よりも大径であるため、殆んど下方へは変形しない。
【００２０】
従って、上記開口部４２，４３を形成することにより、３層のメタルプレーン層３６〜３８が隣接する配線基板３０においても、これら相互間の短絡を確実に予防することができる。また、配線基板３０の上面３０ａの平坦性も保たれるので、上面３０ａに各種の電子部品を正確に搭載することができる。
尚、開口部４２，４３は上記とは逆に開口部４２を開口部４３より小径にしても、ビア４１が軸方向に収縮する場合に対応して短絡を防ぐことができる。また、ビア４１に近接する開口部４３を円形とし、他方の開口部４２を正多角形等の非円形とすることもできる。更に、配線基板の厚さ方向に沿って、３つ以上の開口部を略同心状にして各メタルプレーン層に形成することもできる。
更に、ビア４１と導通するメタルプレーン層３８が、配線パターン３９と同様な配線パターンであっても上記の短絡を防止することができる。
【００２１】
図３(Ｂ)は別のセラミック多層配線基板４５に関する。
この基板４５は、上方から各厚さが５０μｍのセラミック層４６〜４８，４９ａ〜４９ｅ，４８′〜４６′と、これらの間に上・下部に２層のメタルプレーン層５４，５６及び５６′，５４′(広域メタライズ層)、及び、６層の配線パターン５０ａ〜５０ｆとが厚さ方向に沿って上下対称に積層されている。各配線パターン５０ａ〜５０ｆの所定の位置に形成された空隙５１内を、ビア５２が貫通する。該ビア５２の上下端は、上下のメタルプレーン層５６，５６′に接続され、これらを互いに導通している。
【００２２】
また、最上・最下層のメタルプレーン層５４，５４′における上記ビア５２の軸方向と交差する位置を含む付近には、平面視においてビア５２と略同心状の円形の開口部５８，５８′が形成されている。
上記ビア５２は、配線基板４５の厚さ方向に沿って長大であるため、焼成前のプレス時又は焼成後のセラミック層４９ａ〜４９ｅとの収縮差により、その軸方向に沿って膨張や収縮を生じ易い。
例えば、ビア５２が軸方向に沿って相対的に膨張した場合、図中の破線で示すように上下のメタルプレーン層５６，５６′を突き上げ、突き下げる。しかし、この変形部分の最上・最下端は各開口部５８，５８′付近に留まる。このため、上方の各メタルプレーン層５４，５６同士と、下方の各メタルプレーン層５４′，５６′同士は互いに短絡することがない。
【００２３】
また、逆にビア５２が軸方向に沿って相対的に収縮した場合、図中の一点鎖線で示すように、ビア５２と導通する上下のメタルプレーン層５６，５６′も中央側に引っ張られる。これに連れて最上・最下層のメタルプレーン層５４，５４′も同様に変形するが、各変形部には開口部５８，５８′が形成されているため、上記と同様に短絡を生じない。
しかも、配線基板４５の上面５４ａには、開口部５８によりビア５２が変形しても凸部や凹みが形成されにくい。従って、該上面５４ａに搭載されるＩＣチップ等の電子部品を正確に固着することも可能となる。
尚、ビア５２と上下で導通するメタルプレーン層５６，５６′が、配線パターン５０ｎに変っても上記と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
本発明は以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、図４に示すように、複数のセラミック層６１〜６５の中間に広域メタライズ層６６，６８を配設し、その上下に配線パターン７０，７４を配設して積層したセラミック多層配線基板６０にも適用される。各広域メタライズ層６６，６８には、上方又は下方からビア７２，７６が接続され、図示しない広域メタライズ層等と互いに導通する。各ビア７２，７６は、配線パターン７０，７４に形成された空隙７１，７５内の略中心を垂直に貫通する。
【００２５】
そして、上方の広域メタライズ層６６における下方のビア７６の軸方向と交差する位置を含む付近には円形の開口部６７が、下方の広域メタライズ層６８における上方のビア７２の軸方向と交差する位置を含む付近には円形の開口部６９がそれぞれ形成されている。
従って、図中の破線や一点鎖線で示すように、各ビア７１，７６が前記同様に膨張や収縮変形しても、互いに平行な広域メタライズ層６６，６８は、各開口部６７，６９によって相互間に短絡を生じない。尚、広域メタライズ層６６，６８の何れか一方が配線パターンであっても、残る他方の広域メタライズ層に開口部を形成しておくと、両者間の短絡を防げることも明らかである。
【００２６】
また、本多層配線基板中のセラミック層には、前記アルミナに限らず、窒化アルミニウム、ガラスセラミック、ムライト等を用いることもできる。
更に、広域メタライズ層や配線パターンの材質も前記ＷやＭｏに限らず、ＣｕやＣｏ及びこれらをベースとする合金、Ｍｏ−Ｍｎ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等を適用することも可能である。
更に、本発明の多層配線基板には、その上／下面にピンを植設するピングリッドアレイ型配線基板や、上面に複数の電子部品や素子を搭載するマルチチップモジュール等の表面実装型配線基板も含まれる。また、上面に搭載する電子部品も前記ＩＣチップの他、トランジスタ、ダイオードやＥＦＴ等の素子を搭載することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のセラミック多層配線基板によれば、内蔵されるビアが軸方向に沿って膨張又は収縮する変形を生じても、そのビアが導通する広域メタライズ層又は配線パターンにセラミック層を挟んで隣接する広域メタライズ層の所定の位置に開口部を形成したので、この広域メタライズ層同士、又は配線パターンと広域メタライズ層とが互いに接触して短絡を生じることがない。特に、薄肉のセラミック層を用いても上記短絡を防止できるので、厚さ方向に沿ってより多くの配線パターンを有する高密度のセラミック多層配線基板とすることが容易となる。
また、上記ビアの変形が生じても、上記開口部を形成することにより、配線基板の上面に凸部や凹みが生じるのを抑制するので、係る上面にＩＣチップなどの電子部品を正確に搭載することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (Ａ)は本発明のセラミック多層配線基板の一形態を示す部分垂直断面図、(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ断面図。
【図２】  (Ａ)乃至(Ｄ)は共に異なる形態の開口部を示す図１(Ｂ)と同様の断面図。
【図３】  (Ａ)及び(Ｂ)は異なる形態のセラミック多層配線基板を示す部分垂直断面図。
【図４】更に異なる形態のセラミック多層配線基板を示す部分垂直断面図。
【図５】  (Ａ)は従来の積層体とこれを焼成したセラミック多層配線基板を示す部分垂直断面図、(Ｂ)及び(Ｃ)はその変形状態を示す部分垂直断面図。
【符号の説明】
１,３０,４５,６０…………………………………………多層配線基板
２,４,６,８,３１〜３５,４６〜４９,６１〜６５………セラミック層
１０,１２,３６〜３８,５４,５６,６６,６８……………広域メタライズ層
１１,２０〜２８,４２,４３,５８,５８′,６７,６９……開口部
１４,３９,５０ａ〜５０ｆ,７０,７４……………………配線パターン
１８,４１,５２,７２,７６…………………………………ビア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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