(57)【要約】【課題】垂直性の高い貫通ビアまたはブラインドビアを有することが可能な配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】貫通ビアまたはブラインドビアの一方または両方がガラス基材に形成された配線基板の製造方法であって、貫通ビアまたはブラインドビアとなる位置に、線材２４，２５を配置する工程と、線材２４，２５の周囲に配置された、流動状のガラス前駆体２１を加熱することにより、ガラス前駆体２１をガラスに変換する工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通ビアまたはブラインドビアの一方または両方がガラス基材に形成された配線基板の製造方法であって、
前記貫通ビアまたはブラインドビアとなる位置に、線材を配置する工程と、
前記線材の周囲に配置された、流動状のガラス前駆体を加熱することにより、前記ガラス前駆体をガラスに変換する工程と、
を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記線材が加熱により気化可能な材質からなり、前記ガラス前駆体を加熱する際に、前記線材を気化させて、前記線材の位置に孔を形成した後、前記孔内に導体を配置して、前記貫通ビアまたはブラインドビアを形成す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。
【請求項３】
前記ガラス前駆体の加熱温度は、前記ガラスの溶融温度以下であ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。
【請求項４】
前記配線基板が、前記貫通ビアを含んで構成されるポスト壁導波路を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記配線基板が、前記ブラインドビアを含んで構成されるモード変換器を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波帯を利用した数Ｇｂｐｓの高速大容量通信が提案され、その一部が実現されつつある。特に、６０ＧＨｚ帯で動作する無線通信機器は、より重要性を増している。日本国内においては、５９〜６６ＧＨｚの広い周波数帯域を、無線局のライセンス無しで利用可能であることから、民生分野への普及が期待されており、安価で小型のミリ波通信モジュールの実現が急務となっている。
【０００３】
ミリ波帯を利用した無線通信デバイスとして、プリント基板によるポスト壁導波路（Post wall waveguide；ＰＷＷ）が提案されている（例えば特許文献１参照）。ＰＷＷは、基板の一方の主面および他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、基板の厚み方向に形成され、広壁と接続した導体からなる狭壁およびショート壁と、から構成された導波路である。さらに、特許文献１では、基板の一方の主面から所定の深さまでＰＷＷの内部に形成された導体からなるピンを少なくとも備えたモード変換器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３６２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＷＷ等のミリ波帯通信向けの配線基板は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、各種エポキシ系等の絶縁樹脂を基材として加工されることが一般的である。しかしながら、高周波信号の伝播ロスを抑える観点から、誘電率が低く、かつ誘電正接が低いガラスを絶縁基材とすることが注目されている。ＰＷＷ構造では、ミリ波帯信号を設計どおり伝播するために、ＰＷＷの狭壁およびショート壁となる貫通ビア、モード変換器のピンとなるブラインドビア等が、設計に従って精度よく、かつ、垂直性が高く（テーパがなく）配置されることが好ましい。しかし、孔内に導体を配置してビアを作製する際には、ガラスに孔を形成する必要がある。
【０００６】
従来、ガラス基材に対する孔加工手法としては、ドリル加工、サンドブラスト加工、レーザー加工、ドライエッチング加工、ウェットエッチング等が挙げられる。レーザー加工は、同一の基材に貫通ビアおよびブラインドビアを高精度で配置する際の孔加工に適している。その中でも、レーザーアブレーションにより基材を改質した後、ウェットエッチングにより改質部を中心にして材料を溶解させて孔を形成する方法は、加工自由度が高く、基材のダメージが少ないことから好ましい。
【０００７】
しかし、レーザーアブレーションとウェットエッチングとを組み合わせた方法では、エッチング液が孔径を拡大する方向にも作用するため、基材の主面からの距離が短いほど孔径が大きくなる傾向がある。このため、貫通孔は、孔の中心深さから両側の表面に対して、有底孔は、孔底から表面に対して、順テーパを有する形状になりやすい。このため、孔の垂直性が悪くなり、高周波伝播特性が低下する傾向があった。
【０００８】
そこで本発明は、垂直性の高い貫通ビアまたはブラインドビアを有することが可能な配線基板の製造方法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】
【０００９】
本発明は、貫通ビアまたはブラインドビアの一方または両方がガラス基材に形成された配線基板の製造方法であって、前記貫通ビアまたはブラインドビアとなる位置に、線材を配置する工程と、前記線材の周囲に配置された、流動状のガラス前駆体を加熱することにより、前記ガラス前駆体をガラスに変換する工程と、を有することを特徴とする配線基板の製造方法を提供する。
【００１０】
前記線材が加熱により気化可能な材質からなり、前記ガラス前駆体を加熱する際に、前記線材を気化させて、前記線材の位置に孔を形成した後、前記孔内に導体を配置して、前記貫通ビアまたはブラインドビアを形成することが好ましい。
前記ガラス前駆体の加熱温度は、前記ガラスの溶融温度以下であることが好ましい。
前記配線基板が、前記貫通ビアを含んで構成されるポスト壁導波路を備えてもよい。
前記配線基板が、前記ブラインドビアを含んで構成されるモード変換器を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、貫通ビアまたはブラインドビアが、ガラス前駆体中に配置された線材の位置に形成されるので、垂直性の高い線材をガラスに配置することにより、垂直性の高いビア（貫通ビア、ブラインドビア）を有する配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】線材の周囲にガラス前駆体が配置された状態を例示する断面図である。
【図２】線材の位置に孔が形成されたガラス基材を例示する断面図である。
【図３】ガラスを成形する型に線材を配置した状態を例示する断面図である。
【図４】ガラスを成形する型にガラス前駆体を配置した状態を例示する断面図である。
【図５】型の中でガラス前駆体をガラスに変換した状態を例示する断面図である。
【図６】型の中で形成されたガラスを型から取り出した状態を例示する断面図である。
【図７】ビアを有する基板の表面に配線を形成した状態を例示する断面図である。
【図８】深さが異なる有底孔を有するガラス基材を例示する断面図である。
【図９】ビアを有する基板を含むＰＷＷ構造を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
本実施形態においては、図１に示すように、貫通ビアまたはブラインドビアとなる位置に線材２４，２５を配置し、線材２４，２５の周囲にガラス前駆体２１からなる基板状の成形体２０を形成した後、ガラス前駆体２１をガラス基材１１に変換する。これにより、図２に示すように、ガラス基材１１にビア（貫通ビア、ブラインドビア）または孔（貫通孔、有底孔）が形成されたガラス基板１０が得られる。ガラス基材１１は、厚さ方向の両側の面（主面）として、第１主面１１ａおよび第２主面１１ｂを有する。
【００１４】
貫通孔１２は、ガラス基材１１の第１主面１１ａと第２主面１１ｂとの間で連続している。貫通孔１２の内部に導体を充填するか、または貫通孔１２の内壁面に導体層を形成することにより、第１主面１１ａと第２主面１１ｂとの間で導体が連続して形成された貫通ビアを得ることができる。貫通孔１２の形成に使用される線材２４の長さは、ガラス基材１１の厚さ以上である。
【００１５】
有底孔１３は、ガラス基材１１の第１主面１１ａ（または第２主面１１ｂ）からガラス基材１１の内部まで連続している。有底孔１３の内部に導体を充填するか、または有底孔１３の内壁面に導体層を形成することにより、ブラインドビアを得ることができる。有底孔１３の形成に使用される線材２５の長さは、ガラス基材１１の厚さ以下でもよい。
【００１６】
孔１２，１３の横断面形状は、特に限定されず、円形、楕円形、正方形、多角形等が挙げられる。ここで、横断面形状とは、主面１１ａ，１１ｂに平行な切断面の形状である。線材２４，２５の横断面形状は、孔１２，１３の横断面形状と同様である。線材２４，２５は、長さが横断面形状の最大径（横寸法）より大きいことが好ましい。線材２４，２５の形状は、横寸法に対する長さの比（アスペクト比）が大きい、高アスペクト比の形状とすることができる。線材２４，２５の外周面は、表面が滑らかであることが好ましい。
ブラインドビアまたは有底孔１３を形成するための線材２５の先端形状は、ガラス基材１１の主面１１ａ，１１ｂに平行な平面、主面１１ａ，１１ｂに対して傾斜した斜面、球面、半球面、先細り状、先太り状などが挙げられる。
【００１７】
ガラス前駆体２１としては、例えばゾルゲル法によりガラスを生成することができる材料が挙げられる。ゾルゲル法によるガラス前駆体２１の具体例としては、例えば金属（Ｓｉ等）アルコキシド等の有機金属化合物を含む溶液、ゾル等の流動状の材料（ガラス原料ゾル）が挙げられる。ガラス前駆体２１は、水、アルコール類、有機溶媒などの溶媒を含むことができる。ガラス前駆体２１は、有機金属化合物の化学反応（加水分解等）を促進するため、酸、塩基、塩類等の触媒を含むことができる。有機金属化合物が液体である場合は、無溶媒の組成物をガラス前駆体２１とすることもできる。
ガラス前駆体２１は、ガラス原料ゾルの代わりに、または、ガラス原料ゾルと併用して、シリカナノ粒子等のガラス粒子を含有することもできる。ガラス前駆体２１は、水溶性樹脂等の分散剤を含有することもできる。
【００１８】
ガラス前駆体２１は、焼成、焼結等加熱することにより、ゲル状または多孔質状を経て、固体状のガラスに変換することができる。これにより、緻密で、透明なガラスを得ることも可能である。
ガラス基材１１を構成するガラスとしては、酸化ケイ素（シリカ）等が挙げられる。得られたガラス基材１１は、光学的に透明でも有色でもよく、着色されてもよい。
【００１９】
ガラス前駆体２１が流動状または可塑性を有するため、線材２４，２５の周囲にガラス前駆体２１を配置することにより、線材２４，２５の周囲にガラス前駆体２１の内壁面２２，２３が隙間なく密着する。あるいは、基板状に成形された流動状のガラス前駆体２１に対して線材２４，２５を挿入することも可能である。
【００２０】
線材２４，２５は、孔１２，１３の形状を保持する保持部材として機能する。ガラス前駆体２１を加熱によりガラスに変換する過程で、線材２４，２５が蒸発、熱分解等の気化により消失してもよい。ここで、気化とは、線材を構成する材料が、熱分解によりガスに変化する場合を含む。また、蒸発とは、線材を構成する材料が、熱分解することなく気化する場合を含む。
【００２１】
加熱により気化可能な線材２４，２５の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、芳香族ポリアミド（アラミド）系、脂肪族ポリアミド（ナイロン）、ポリイミド系、ポリエステル系など、比較的高融点な樹脂等の有機材料が好ましい。ガラス前駆体２１を比較的低温（例えば２００〜４００℃程度）で加熱乾燥させる温度、またはそれより低温では、線材２４，２５が固体状であることが好ましい。
【００２２】
ガラス基板１０は、主面１１ａ，１１ｂに対して平行な同一平面上で、２以上の孔１２，１３を有することができる。線材２４，２５の形状は、ガラス基材１１の主面１１ａ，１１ｂに対して垂直で、中実で、外径が一定の線材であることが好ましい。これにより、垂直性の高い孔１２，１３をガラス基板１０に形成することができる。
【００２３】
従来のレーザーアブレーションとウェットエッチングとを組み合わせた方法と比較すると、本実施形態によれば長時間の加工が不要となる。また、設計に従った深さを有するビアまたは孔をガラス基材中に形成することができる。
【００２４】
図３に示すように、ガラス前駆体２１の所定の位置に線材２４ａ，２５ａを配置する方法としては、型３０の底部３２に接着シート３３を配置し、接着シート３３の上に線材２４ａ，２５ａを配置する方法が挙げられる。その後、型３０の内部空間３４に、図４に示すようにガラス前駆体２１を充填する。型３０の側壁３１は、線材２４ａ，２５ａより高くして、型３０の上部に蓋３５を設けることもできる。型３０は、例えば金型である。
【００２５】
接着シート３３は、樹脂、接着剤、粘着剤等の有機材料から構成されると、ガラス前駆体２１を加熱によりガラスに変換する過程で熱分解するので、好ましい。あらかじめシート状に成形された接着シート３３を型３０に配置すると作業性に優れ、好ましい。不定形の接着剤を型３０内に供給して、接着剤をシート状に成形することも可能である。接着シート３３を設ける代わりに、または接着シート３３と併用して、型３０の底部３２に線材２４ａ，２５ａを保持することが可能な凹凸を設けることも可能である。
【００２６】
図５に示すように、型３０の中でガラス前駆体２１を加熱する場合は、型３０がガラス前駆体２１の加熱温度以上の耐熱性を有することが好ましい。乾燥等によりゲル状となったガラス前駆体２１の形状が維持できる場合は、型３０の外でガラス前駆体２１を加熱することも可能である。
【００２７】
本実施形態では、ガラス前駆体２１の加熱中に線材２４ａ，２５ａが熱分解して、ガラス基材１１に有底孔１２ａ，１３ａが形成される。このため、ガラス前駆体２１の加熱温度は、ガラスの溶融温度以下またはガラスの溶融温度より低い温度が好ましい。これにより、有底孔１２ａ，１３ａの周囲のガラスが変形しにくくなり、線材２４ａ，２５ａに対応した有底孔１２ａ，１３ａの形状を維持しやすくなる。
【００２８】
なお、図３〜５に示す例では、線材２４ａ，２５ａの高さよりもガラス前駆体２１の厚さを大きくすることにより、貫通ビアまたはブラインドビアが形成される位置に有底孔１２ａ，１３ａが形成されている。貫通ビアが形成される位置において、図１に示すように、線材２４の高さをガラス前駆体２１の厚さ以上とすることにより、図２に示すようにガラス基材１１に変換されると同時に貫通孔１２を形成することも可能である。
【００２９】
ガラス前駆体２１の加熱によりガラス基材１１を得た後、図６に示すように、得られたガラス基材１１の両面または片面を、主面１１ａ，１１ｂの位置まで研磨することも可能である。これにより、図２に示すガラス基板１０が得られ、ガラス基材１１の主面１１ａ，１１ｂの表面平坦性を向上させることができる。ガラス基材１１の厚さは、従来の孔加工手法のような制約がないので、数百μｍオーダーと比較的厚くしても好適である。
図６に示すガラス基材１１は、貫通ビアが形成される位置にもブラインドビアが形成される位置にも有底孔１２ａ，１３ａを有しているが、研磨により、有底孔１２ａの底部を開口させて、貫通孔１２を得ることができる。
【００３０】
ガラス基板１０を得た後、図７に示すように、貫通孔１２または有底孔１３の内部に導体を設けることにより、ビア１４，１５を形成することができる。配線基板１９は、主面１１ａ，１１ｂに対して平行な同一平面上で、２以上のビア１４，１５を有することができる。本実施形態によれば、導体外面の垂直性が高いビア１４，１５を有する配線基板１９が得られる。
【００３１】
また、ガラス基材１１の主面１１ａ，１１ｂに表面配線等の導体層を形成することができる。例えば図７には、貫通ビア１４の上端に接続された第１接地導体層１６と、ブラインドビア１５の上端に接続された表面配線層１７と、貫通ビア１４の下端に接続された第２接地導体層１８とが、ガラス基材１１の主面１１ａ，１１ｂに形成された配線基板１９を示す。表面配線層１７は、ブラインドビア１５との間で信号を伝播する伝送路を含んでもよい。
【００３２】
本実施形態のガラス基板は、図８に示すように、第１主面１１ａからの深さが異なる２種類以上の有底孔１３１，１３２を有してもよい。これにより、深さが異なる２種類以上のブラインドビアを有する配線基板が得られる。
また、特に図示しないが、第１主面１１ａに開口した有底孔と、第２主面１１ｂに開口した有底孔とが、同一のガラス基板に形成されてもよい。これにより、第１主面１１ａに接続されたブラインドビアと、第２主面１１ｂに接続されたブラインドビアとを併せ有する配線基板が得られる。
【００３３】
次に、本実施形態によるポスト壁導波路（ＰＷＷ）構造について説明する。図９に、第１主面１１ａの上方にコンタクトパッド４５，４６を有するポスト壁導波路５１の一例を示す。
【００３４】
ポスト壁導波路５１は、ガラス基材１１の第１主面１１ａおよび第２主面１１ｂに形成された接地導体層１６，１８からなる広壁と、複数の貫通ビア１４からなる狭壁およびショート壁とを備える。ポスト壁（狭壁、ショート壁）を構成する貫通ビア１４の横断面形状は特に限定されず、円形、矩形状、スリット状などが挙げられる。ポスト壁に沿った貫通ビア１４の間隔は、電気信号を外部に漏洩しないように適宜設定される。
また、ブラインドビア１５は、ポスト壁導波路５１の内部に形成された導体ピンとして用いることにより、表面配線層１７の伝播モードと、ポスト壁導波路５１の伝播モードとの間で、電気信号のモードを変換するモード変換器５２を構成することができる。
【００３５】
ガラス基材１１の主面１１ａ上の第１接地導体層１６および表面配線層１７は、絶縁層４１上の導体層４２，４３と電気的に接続する箇所を除き、絶縁層４１により被覆されている。第１接地導体層１６と接続された導体層４２は、第１接地導体層１６に対するコンタクトパッド４５の箇所を除いて、表面保護層４４により被覆されている。表面配線層１７と接続された導体層４３は、表面配線層１７に対するコンタクトパッド４６の箇所を除いて、表面保護層４４により被覆されている。
【００３６】
ビア１４，１５、接地導体層１６，１８、表面配線層１７、導体層４２，４３等の導体層は、スパッタ、蒸着、めっき等により、１種または２種以上の金属を所定のパターン状に成膜することにより形成することができる。Ｃｒ，Ｔｉなどのシード層を、スパッタ、蒸着等で形成した後、シード層の上に、電解めっき、無電解めっき等でＣｕ等の導体層を積層すると、導電性に優れた導体層を得やすいので、好ましい。
【００３７】
孔１２，１３の内壁面に導体層を形成してビア１４，１５を作製する際には、スパッタ、蒸着などの異方性が高い成膜方法を用いることが好ましい。シード層が形成された後、電解めっき、無電解めっき等で導体層の厚さを増大させることも好ましい。ビア１４，１５は、内部に空洞を有するコンフォーマルビアでもよく、内部まで導体が充填されたフィルドビアでもよい。
【００３８】
絶縁層４１および表面保護層４４等の絶縁層は、樹脂、無機酸化物などの電気絶縁体を成膜することにより形成することができる。成膜方法は、電気絶縁体の種類などによって適宜選択されるが、塗布、スパッタ、蒸着等が挙げられる。
【００３９】
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００４０】
ガラス前駆体を加熱によりガラスに変換した後も、線材が形状を保持できる場合は、ガラス前駆体の加熱温度より融点の高い導体を線材として用いることにより、ビア（貫通ビア、ブラインドビア）の導体を構成することができる。線材を構成し得る導体としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これにより、垂直性の高いビアをガラス基板に形成することができる。さらに、従来法のような孔の内面に蒸着、スパッタ、めっき等により配線層を積層する工程を省略することができる。また、線材からビア（フィルドビア）が得られるので、ビアのアスペクト比が高くても、導体が不完全に形成されるカバレッジ不足がなく、信頼性の高いビアを有する配線基板を得ることができる。
【００４１】
ポスト壁導波路の用途は特に限定されず、導波管、伝送路、給電路、アンテナ等に利用することができる。電気信号の周波数は、６０ＧＨｚ帯、７０ＧＨｚ帯、８０ＧＨｚ帯などに限らず、ミリ波（３０〜３００ＧＨｚ）等の電波が挙げられる。
上記実施形態では、貫通ビアの用途として、貫通ビアの両端をそれぞれ接地導体層と接続することによりポスト壁導波路を構成する例が示されているが、用途はこれに限定されず、例えば、基板の両面の間で電気信号を伝播する貫通配線としての用途も可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０…ガラス基板、１１…ガラス基材、１２…貫通孔、１２ａ，１３，１３ａ，１３１，１３２…有底孔、１４…貫通ビア、１５…ブラインドビア、１９…配線基板、２１…ガラス前駆体、２４，２５…線材、３０…型、５１…ポスト壁導波路、５２…モード変換器。
【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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