(57)【要約】【課題】ガラス−セラミックからなる基板本体とこれに形成するＣｕメタライズ層との密着性を高め、且つかかるＣｕメタライズ層にロウ付けする導体ピンの取り付け強度を高めた配線基板を提供する。【解決手段】ガラス−セラミックからなり且つ表面３および裏面４を有する基板本体２と、かかる基板本体２の裏面４に形成され且つＣｕ粉末とセラミック粉末とを混合してなるＣｕ−セラミック混合層２０と、かかるＣｕ−セラミック混合層２０の上に形成されたＣｕメタライズ層２２と、かかるＣｕメタライズ層２２の上方に融点が５００℃以上のロウ材２３を介して立設された導体ピン２６と、を含む、配線基板１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス−セラミックからなり且つ表面および裏面を有する基板本体と、
上記基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成され且つＣｕ粉末とセラミック粉末とを混合してなるＣｕ−セラミック混合層と、
上記Ｃｕ−セラミック混合層の上に形成されたＣｕメタライズ層と、
上記Ｃｕメタライズ層の上方に融点が５００℃以上のロウ材を介して立設された導体ピンと、を含む、
ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記Ｃｕ−セラミック混合層と前記Ｃｕメタライズ層との周囲には、これらの外周部に開口縁が覆っているガラスよりなる被覆層が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス−セラミックからなる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成したＣｕメタライズ層に導体ピンをロウ付けした配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
低誘電損失のガラス−セラミックからなる基板本体と、かかる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成した低抵抗のＣｕメタライズ層と、を含む配線基板は、高周波領域で使用される電子部品の実装用に好適である。更に、上記Ｃｕメタライズ層に導体ピンをロウ付けすることで、ＭＰＵの実装用や、例えば光通信用素子を実装する光通信用の分野などに広く利用することができる。
ところで、例えばガラス−セラミックからなる基板本体の裏面に形成したＣｕメタライズ層に対し、低融点（約２２０℃）であるＳｎ−Ｓｂ系のロウ材を介して、導体ピンをロウ付けすると、上記基板本体の表面に上記ロウ材よりも高融点のＳｎ−Ａｇ系合金を介して電子部品を実装する際のリフロー時に、上記ロウ材の軟化ないし溶融して上記導体ピンが倒れる、という問題があった。
しかも、基板本体のガラス−セラミックとＣｕメタライズ層との間では、密着性が低いため、基板本体の内部配線と上記メタライズ層との導電性が低下したり、上記メタライズ層が剥離して導体ピンが不用意に外れる、という問題もあった。
【０００３】
一方、ガラスセラミック基板の表面に位置するＴｉ／Ｍｏ／Ｎｉ３Ｍｏなどからなる薄膜パッドの上方に、Ａｇ−Ｃｕ系共晶合金またはＡｇ−Ｓｎ系合金のロウ材を介して、４２アロイからなる入出力ピンをロウ付けする多層配線基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ガラスセラミックからなる絶縁基体の下面に位置するＣｕ製の接続パッドに対し、Ａｇ−Ｓｎ系またはＡｇ−Ｓｉ系合金のロウ材をＮｉメッキ層およびＡｕリッチ層を介してネールヘッド部の上に設けたリードピンを、かかるロウ材によりロウ付けしたリードピン付きセラミックパッケージも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９８３８１号公報（第１〜６頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−２２４２２４号公報（第１〜９頁、図１，２）
【０００５】
しかながら、前述したガラス−セラミックの基板本体に形成されたＣｕメタライズ層に対し、Ａｇ−Ｃｕ系共晶合金を用いてロウ付けする場合、かかるＡｇ−Ｃｕ系共晶合金の融点付近では、ロウ材、ガラス−セラミックの基板本体、およびＣｕメタライズ層の３者間の熱膨張係数の差が大きくなる。このため、前記導体ピンの取り付け部分にクラックが発生し、かかる導体ピンの取り付け強度が低下することにより、上記導体ピンが倒れるおそれがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記背景技術において示した問題点を解決し、ガラス−セラミックからなる基板本体とこれに形成するＣｕメタライズ層との密着性を高めると共に、かかるＣｕメタライズ層にロウ付けする導体ピンの取り付け強度を高めた配線基板を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するため、基板本体のガラス−セラミックとＣｕメタライズ層との間にＣｕ−セラミック混合層を設け、且つＣｕメタライズ層に導体ピンをロウ付けするロウ材に高融点の合金を適用する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の配線基板（請求項１）は、ガラス−セラミックからなり且つ表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体の表面および裏面の少なくとも一方に形成され且つＣｕ粉末とセラミック粉末とを混合してなるＣｕ−セラミック混合層と、かかるＣｕ−セラミック混合層の上に形成されたＣｕメタライズ層と、かかるＣｕメタライズ層の上方に融点が５００℃以上のロウ材を介して立設された導体ピンと、を含む、ことを特徴とする。
【０００８】
これによれば、前記Ｃｕ−セラミック混合層が、ガラス−セラミックの基板本体とその表面および裏面の少なくとも一方に形成されたＣｕメタライズ層との間に介在しているので、これら３者間での密着性が確実に高められ、且つ基板本体とＣｕメタライズ層と前記ロウ材との熱膨張係数の差を抑制できる。このため、前記基板本体の内部配線と上記メタライズ層との導電性が低下したり、上記メタライズ層が剥離して導体ピンが不用意に外れる事態を確実に防止できる。
しかも、前記Ｃｕメタライズ層の上方に５００℃以上の高融点のロウ材を介して導体ピンを立設しているため、例えば基板本体の表面にＩＣチップなどの電子部品を実装する際のリフロー時に、上記導体ピンの取り付け部分にクラックの発生を防止でき、上記導体ピンの倒れを確実に防ぐことができる。
従って、上記導体ピンを介してマザーボードなどのプリント基板との導通が確実に取れると共に、電子部品の実装も確実に行える配線基板となる。
【０００９】
尚、前記ガラス−セラミックには、ガラス−アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス−珪酸（ＳｉＯ２）、ガラス−窒化アルミニウム、ガラス−酸化ジルコニウム、ガラス−ムライトなどが含まれる。
また、前記Ｃｕ−セラミック混合層には、例えばＣｕ粉末とアルミナ粉末との混合材からなり、その体積割合は、例えば約５：１のものが用いられる。
更に、前記融点が５００℃以上のロウ材には、例えば融点が約７８０℃の７２ｗｔ％Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ合金などが用いられる。
加えて、前記導体ピンには、いわゆる４２アロイ（Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ）、あるいはコバール（Ｆｅ−２９ｗｔ％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ）などが用いられる。
【００１０】
また、本発明には、前記Ｃｕ−セラミック混合層と前記Ｃｕメタライズ層の周囲には、これらの外周部に開口縁が覆っているガラスよりなる被覆層が形成されている、配線基板（請求項２）も含まれる。
これによれば、ガラスよりなる被覆層が、Ｃｕ−セラミック混合層およびＣｕメタライズ層の外周部を覆うように形成されているので、これらを物理的にも基板本体のガラス−セラミック寄りに強固に密着させることができる。従って、基板本体の内部配線とＣｕメタライズ層との導電性が低下したり、Ｃｕメタライズ層が剥離して前記導体ピンとが不用意に外れる事態を、一層確実に防止することができる。
【００１１】
尚、Ｃｕメタライズ層の表面には、予めＮｉメッキ層を形成した後に、前記ロウ材を介して導体ピンをロウ付けしても良い。かかるＮｉメッキ層により、Ｃｕメタライズ層の耐食性およびロウ材との濡れ性を向上させることが可能となる。
また、Ｃｕメタライズ層の上方にロウ付けされた導体ピンの表面とそのネールヘッド部寄りの前記ロウ材の表面とにも、Ｎｉメッキ層およびＡｕメッキ層を形成することにより、これらの耐食性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の配線基板１の概略を示す断面図、図２は、図１中の一点鎖線部分Ａの部分拡大図である。
基板本体２は、図１，図２に示すように、表面３および裏面４を有する基板本体２と、当該基板本体２の裏面４に形成された複数のＣｕ−セラミック混合層２０と、各Ｃｕ−セラミック混合層２０ごとの上に形成された複数のＣｕメタライズ層２２と、各Ｃｕメタライズ層２２ごとの上方にロウ材２３を介して立設された導体ピン２６と、を含んでいる。
基板本体２は、ガラス−アルミナ（セラミック）からなる絶縁層５〜７を一体に積層したものである。また、Ｃｕ−セラミック混合層２０は、Ｃｕ粉末とアルミナ（セラミック）粉末とを所定比で混合したものである。更に、上記ロウ材２３は、融点が約７８０℃（５００℃以上）の７２ｗｔ％Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ合金からなる。
【００１３】
図１，図２に示すように、基板本体２の絶縁層５〜７間には、Ｃｕからなる配線層９，１０が形成され、基板本体２の表面３には、Ｃｕからなる複数の接続パッド１４が形成されると共に、これらの間および裏面４のＣｕメタライズ層２２との間を、Ｃｕからなるビア導体１１〜１３が接続している。
基板本体２の裏面４には、前記Ｃｕ−セラミック混合層２０と前記Ｃｕメタライズ層２２との外周部に貫通孔１８の開口縁１９が覆っているガラスよりなる被覆層８が所要の厚みで形成されている。かかる被覆層８は、例えば、珪酸を主成分とするガラスからなり、その表面８ａに複数の貫通孔１８が開口している。
尚、上記ガラスよりなる被覆層８には、基板本体２と同じ成分のガラス−アルミナに、Ｃｒ、Ｍｎ、またはＦｅなどの色粉を混ぜたものを用いても良い。
【００１４】
図２に示すように、各Ｃｕメタライズ層２２ごとの上方（図示では下方）には、例えば４２アロイからなる導体ピン２６がロウ材２３を介して立設されている。かかる導体ピン２６のネールヘッド部２８は、隙間２４を介してＣｕメタライズ層２２と対向している。複数の導体ピン２６は、配線基板１自体を図示しない中継基板やマザーボートの表面電極などに接続するために活用される。
尚、導体ピン２６およびロウ材２３の表面には、図示しないＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層が所定の厚みで被覆されている。また、Ｃｕメタライズ層２２の表面に対し、Ｎｉメッキ層を被覆しても良い。
【００１５】
因みに、基板本体２のサイズは、５１ｍｍ×５１ｍｍ×厚み２ｍｍ、ガラスよりなる被覆層８の厚みは、約２０μｍ、導体ピン２６の直径は、０．３ｍｍ、そのネールヘッド部２８の直径は、０．６５ｍｍである。
図１に示すように、基板本体２の表面３上に位置する複数の接続パッド１４上には、融点が約２３０℃の低い合金（例えば、９６．５ｗｔ％Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ｓｂ）からなるロウ材１５を介して、ＩＣチップ（電子部品）１６の底面に設けた外部電極１７が接続されることで、当該ＩＣチップ１６が実装される。
【００１６】
前記配線基板１によれば、Ｃｕ−セラミック混合層２０が、基板本体２のガラス−セラミックとその裏面４に形成されたＣｕメタライズ層２２との間に介在しているので、これら３者間での密着性が確実に高められ、且つ基板本体２とＣｕメタライズ層２２と前記ロウ材２３との熱膨張係数の差を抑制できる。このため、前記ビア導体１１〜１３を介して配線層９，１０とメタライズ層２２との導通が確実に取れると共に、メタライズ層２２が剥離し導体ピン２６が不用意に外れる事態を確実に防止できる。しかも、Ｃｕメタライズ層２２の上方に５００℃以上の高融点のロウ材２３を介して導体ピン２６を立設しているため、基板本体２の表面３にＩＣチップ３０を実装する際のリフロー時に、上記導体ピン２６の取り付け部分の前記被覆層８にクラックが生じなくなり、かかる導体ピン２６の倒れを確実に防ぐことができる。更に、ガラスよりなる被覆層８がＣｕ−セラミック混合層２０とＣｕメタライズ層２２との外周部を覆うように形成されているため、これらを物理的にも基板本体２のガラス−セラミック側に強固に密着させている。従って、導体ピン２６を介してマザーボードなどのプリント基板との導通が確実に取れると共に、表面３上へのＩＣチップ１６の実装も確実に行うことができる。
【００１７】
以下において、前記配線基板１の製造方法について説明する。
予め、複数枚のガラス−セラミックのグリーンシートを用意する。かかるグリーンシートは、ガラス粉末、フィラであるセラミック粉末、有機バインダ、可塑剤、および有機溶剤などを混合したものからなる。
上記ガラス粉末のガラス成分には、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、またはＺｒを示す）、ＰＢ系ガラス、あるいはＢｉ系ガラスなどが含まれる。
また、上記セラミック粉末には、例えばＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｒＯ２とアルカリ希土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ２とアルカリ希土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物である例えばスピネル、ムライト・コージェライトなど、が含まれる。
上記ガラス粉末とセラミック粉末とを、重量比で４０：６０〜９９：１の割合で混合する。
【００１８】
更に、前記グリーンシートに配合する有機バインダには、例えばアクリル系、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、あるいはセルロース系の単独重合体または共重合体などが含まれる。
前記グリーンシートは、前記ガラス粉末、セラミック粉末、および有機バインダに加え、必要に応じて所要量の可塑剤、溶剤（有機溶剤または水）を更に加えてスラリとし、かかるスラリをドクターブレード法、圧延法、カレンダロール法、金型プレス法などにより、厚さ数１０〜数１００μｍのシート状に成形することで得られる。
【００１９】
そして、得られた複数枚のガラス−セラミック・グリ−ンシートの表面および裏面の少なくとも一方に、Ｃｕ粉末を含む導電性ペーストをスクリーン印刷などにより、所定パターンで印刷・形成すると共に、上記グリ−ンシートを貫通するビアホールにも上記導電性ペーストを充填する。
その結果、図３で例示するように、追って前記絶縁層７となり、内部の配線層１０、およびビア導体１３、を有するグリーンシートｓ７が得られる。
次いで、図３中の一点鎖線部分Ｂを拡大した図４に示すように、グリーンシートｓ７の裏面４における所定の位置に、Ｃｕ粉末とアルミナ粉末とを体積比５：１で配合した混合材からなり且つ厚み約２０μｍのＣｕ−セラミック混合層２０を、スクリーン印刷などによりそれぞれ形成する。
【００２０】
更に、図５に示すように、各Ｃｕ−セラミック混合層２０の表面（上）に、スクリーン印刷法により、厚み約１５μｍのＣｕメタライズ層２２を形成する。かかるＣｕメタライズ層２２は、Ｃｕ−セラミック混合層２０を介して、ビア導体１３の端面を含むグリーンシートｓ７の裏面４に形成されるため、かかる裏面４に直に形成する場合に比べ、強固に接合される。
引き続いて、Ｃｕ−セラミック混合層２０とＣｕメタライズ層２２との外周部を囲うように所定のマスキング（図示せず）を施した後、図６に示すように、基板本体２の裏面４上に、前記ガラス成分からなる軟質ガラスの被覆層８を、塗布コーティングなどにより形成する。かかる被覆層８が固化すると、図６に示すように、ガラスよりなる被覆層８の表面８ａに開口する貫通孔１８の開口縁１９がＣｕ−セラミック混合層２０およびＣｕメタライズ層２２の外周部を覆う形状になる。
【００２１】
かかる状態で、前記被覆層８を含むグリーンシートｓ７と追って前記絶縁層５，６となるグリーンシートとを積層し、得られた積層体を例えば１００〜８００℃の温度域に加熱して前記有機バインダなどの有機成分を除去し、更に約８００〜１０００℃の温度域に加熱して焼成する。
その結果、図７に示すように、ガラス−セラミックの絶縁層５〜７からなり、内部の配線層９，１０、ビア導体１１〜１３、および表面３の接続パッド１４を有する基板本体２と、その裏面４に形成された被覆層８とが得られる。
次いで、図７中の一点鎖線部分Ｃを拡大した図８に示すように、前記Ｃｕメタライズ層２２の表面に対し、厚み２〜５μｍのＮｉメッキ層２１を被覆する。
【００２２】
更に、図８中の矢印で示すように、ガラスよりなる被覆層８において、底面に露出するＣｕメタライズ層２２の表面、あるいは前記Ｎｉメッキ層２１が底面に露出する貫通孔１８内に、例えば４２アロイからなる導体ピン２６を、そのネールヘッド部２８が対向するようにして挿入する。かかるネールヘッド部２８の上面には、融点が約７８０℃（５００℃以上）の７２ｗｔ％Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ合金からなるロウ材２５がほぼ半球形状にして予め形成されている。
かかるロウ材２５とＣｕメタライズ層２２、あるいは前記Ｎｉメッキ層２１とが接触し且つ導体ピン２６の軸心が基板本体２の裏面４に直角に保たれた状態として、上記ロウ材２５をその融点直上の温度付近に加熱（シンタリング）する。
【００２３】
その結果、図９に示すように、前記ロウ材２５が溶融されると、前記メッキ層２１との隙間２４を含めて導体ピン２６のネールヘッド部２８を包囲するように凝固したほぼ円錐形状のロウ材２３となる。このため、かかるロウ材２３を介して、導体ピン２６を基板本体２の裏面４上方に立設することができる。
そして、導体ピン２６および上記ロウ材２３の表面に対し、ＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。その結果、図９中の一点鎖線部分Ｃを拡大した同図中の部分面で例示するように、ピン本体２７の表面に厚み３〜７μｍのＮｉメッキ層２９ａと厚み約１〜２μｍのＡｕメッキ層２９ｂとが被覆される。かかるＡｕメッキ層２９ｂにより、導体ピン２６およびロウ材２３の耐食性が確保される。
以上のような各工程を経ることで、前記図１に示した配線基板１が得られる。
【００２４】
更に、基板本体２の表面３上方にＩＣチップ１６を実装するため、表面３に位置する複数の接続パッド１４上に、低融点の前記Ｓｎ−Ｓｂ系合金からなるロウ材１５を介してＩＣチップ１６の底面に設けた外部電極１７を載置した状態で、上記ロウ材１５をその融点付近に加熱（リフロー）する。かかるリフロー時においても、約２３０℃付近の温度域にあるため、基板本体２の裏面４側で導体ピン２６をロウ付けしている高融点の前記Ａｇ−Ｃｕ系合金のロウ材２３は、軟化しない。このため、配線基板１では、ピン倒れを確実に防ぐことが可能となる。
尚、前記Ｃｕメタライズ層２２の表面に対し、前記Ｎｉメッキ層２１を被覆する工程は、省略することも可能である。
【００２５】
本発明は、前述した形態に限定されるものではない。
例えば、前記Ｃｕ−セラミック混合層２０におけるＣｕとセラミックとの体積割合は、１０：１〜２：１の範囲で適宜選択することが可能である。
また、前記Ｃｕ−セラミック混合層２０やＣｕメタライズ層２２を基板本体２の表面３のみに形成し、かかる表面３側に前記ロウ材２３を介して導体ピン２６を立設することも可能であり、あるいは、基板本体２の表面３と裏面４との双方に導体ピン２６を立設することも可能である。
更に、前記基板本体２は、表面３に開口するキャビティを有する形態として良く、かかる形態では前記ＩＣチップ１６などの電子部品は、上記キャビティ内において実装される。
また、前記ロウ材２５は、融点が５００℃以上であれば、前記組成以外のＡｇ−Ｃｕ系合金やその他の合金を適用することも可能である。
加えて、前記導体ピン２６の材質は、４２アロイに限らず、コバールやＣｕ基合金（例えば、Ｃｕ−２．３ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ）としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の配線基板の概略を示す断面図。
【図２】図１中の一点鎖線部分Ａの部分拡大図。
【図３】上記配線基板を得るための製造工程を示す概略図。
【図４】図３に続く製造工程で且つ同中の一点鎖線部分Ｂの部分拡大図。
【図５】図４に続く製造工程を示す概略図。
【図６】図５に続く製造工程を示す概略図。
【図７】図６に続く製造工程を示す概略図。
【図８】図７に続く製造工程を示す概略図。
【図９】図８に続く製造工程を示す概略図およびその一部の拡大図。
【符号の説明】
【００２７】
１……配線基板
２……基板本体
３……表面
４……裏面
８……ガラスよりなる被覆層
２０…Ｃｕ−セラミック混合層
２２…Ｃｕメタライズ層
２３…ロウ材
２６…導体ピン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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