(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およびその製造方法を提供する。【解決手段】配線基板１０は、貫通ビア１４またはブラインドビア１５の一方または両方がガラス基材１１に形成された配線基板１０であって、貫通ビア１４またはブラインドビア１５を構成する導体１４ａ，１５ａの全体が、ガラス前駆体をガラスに変換する温度以上の融点を有する金属であることを特徴とする。【選択図】図２
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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であって、前記貫通ビアまたはブラインドビアを構成する導体の全体が、ガラス前駆体をガラスに変換する温度以上の融点を有する金属であることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記金属が１２００℃以上の融点を有することを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記金属が、タングステン、コバルト、クロム、チタンのいずれか１または２以上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。
【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。
【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。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の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、前記ガラス前駆体をガラスに変換する温度以上の融点を有する金属からなる線状の前記導体を配置する工程と、
前記導体の周囲に配置された、流動状のガラス前駆体を固体状の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７】
前記金属の融点が、１２００℃以上であることを特徴とする請求項６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、配線基板およびそ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】
また、ガラス基材に形成された孔に対してスパッタ、蒸着、めっき等で導体を形成する際、加工コストの増大や、孔のアスペクト比の高さに起因する断線（カバレッジ不足）の可能性が課題となっていた。
【０００９】
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およびそ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】
【００１０】
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であって、前記貫通ビアまたはブラインドビアを構成する導体の全体が、ガラス前駆体をガラスに変換する温度以上の融点を有する金属であることを特徴とする配線基板を提供する。
【００１１】
前記金属が１２００℃以上の融点を有することが好ましい。
前記金属が、タングステン、コバルト、クロム、チタンのいずれか１または２以上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。
【００１２】
また、本発明は、前記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、前記ガラス前駆体をガラスに変換する温度以上の融点を有する金属からなる線状の前記導体を配置する工程と、前記導体の周囲に配置された、流動状のガラス前駆体を固体状の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。
前記金属の融点が、１２００℃以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、貫通ビアまたはブラインドビアが、高融点の金属により形成されているので、垂直性の高い線状の導体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】
【００１４】
【図１】導体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】導体の周囲にガラスが形成された基板を例示する断面図である。
【図３】ガラスを成形する型に導体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】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】
【００１５】
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状の導体１４ａ，１５ａを配置し、導体１４ａ，１５ａ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１４またはブラインドビア１５）が形成された配線基板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。
【００１６】
貫通ビア１４は、ガラス基材１１の第１主面１１ａと第２主面１１ｂとの間で連続する導体１４ａを有する。このため、貫通ビア１４は、ガラス基材１１の貫通孔１２に線状の導体１４ａが充填された構造のフィルドビアを構成している。貫通ビア１４を構成する線状の導体１４ａの長さは、ガラス基材１１の厚さ以上である。
【００１７】
ブラインドビア１５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の内部まで連続する導体１５ａを有する。このため、ブラインドビア１５は、ガラス基材１１の有底孔１３に線状の導体１５ａが充填された構造のフィルドビアを構成している。ブラインドビア１５を構成する線状の導体１５ａの長さは、ガラス基材１１の厚さ以下でもよい。
【００１８】
線状の導体１４ａ，１５ａは、ビア１４，１５の導線を構成する。導体１４ａ，１５ａ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。線状の導体１４ａ，１５ａ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。導体１４ａ，１５ａ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。導体１４ａ，１５ａの外周面は、表面が滑らかであることが好ましい。
ガラス基材１１の内部に配置されるブラインドビア１５の先端形状は、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
流動状のガラス前駆体２１としては、溶融した液状ガラスであってもよい。この場合は、冷却固化により液状ガラスが固体状のガラスに変換される。
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。
【００２１】
ガラス前駆体２１が流動状または可塑性を有するため、導体１４ａ，１５ａの周囲にガラス前駆体２１を配置することにより、導体１４ａ，１５ａ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に対して導体１４ａ，１５ａを挿入することも可能である。
【００２２】
導体１４ａ，１５ａは、ガラス前駆体２１を加熱によりガラスに変換する過程でも溶融または消失しない耐久性を有する。このため、導体１４ａ，１５ａが線状を維持したままガラス中に残留して、ビア１４，１５を構成する導体の全体が、導体１４ａ，１５ａから形成される。
【００２３】
導体１４ａ，１５ａは、ガラス前駆体２１を加熱によりガラスに変換する過程に耐久可能な高融点金属から構成されている。高融点金属の融点は、加熱により、ガラス前駆体２１をガラスに変換する温度（ガラス前駆体２１の加熱温度）と同程度またはそれ以上の温度であることが好ましい。高融点金属の融点が、ガラス基材１１を構成するガラスの融点以上であってもよい。
【００２４】
高融点金属の具体例としては、例えば１０００℃以上、更には１２００℃以上の融点を有する金属として、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。高融点金属は、高融点であれば、２種以上の金属の合金、または積層体などの複合体であってもよい。配線基板１０が高周波（例えばミリ波帯等）の信号伝播に使用される観点からは、高融点金属が導電性の高い導体であることが好ましい。
【００２５】
配線基板１０は、主面１１ａ，１１ｂに対して平行な同一平面上で、２以上のビア１４，１５を有することができる。導体１４ａ，１５ａの形態は、ガラス基材１１の主面１１ａ，１１ｂに対して垂直で、中実で、外径が一定の線状であることが好ましい。これにより、垂直性の高いビア１４，１５を配線基板１０に形成することができる。
【００２６】
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貫通ビア１４およびブラインドビア１５を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、ビアがフィルドビアとして得られるので、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。
【００２７】
図３に示すように、ガラス前駆体２１の所定の位置に導体１４ａ，１５ａ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の上に導体１４ａ，１５ａ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、導体１４ａ，１５ａ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。
【００２８】
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に導体１４ａ，１５ａ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。
【００２９】
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。
【００３０】
本実施形態では、線状の導体１４ａ，１５ａの融点が、ガラス前駆体２１の加熱温度より低いので、ガラス前駆体の加熱によりガラスに変換する間で導体１４ａ，１５ａの形状が維持される。このため、ガラス前駆体２１の加熱温度は、ガラスの溶融温度より低い温度でもよく、ガラスの溶融温度と同程度またはそれ以上の温度でもよい。
【００３１】
なお、図３〜５に示す例では、導体１４ａ，１５ａ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、導体１４ａ，１５ａの一端または両端がガラス前駆体２１の内部に配置されている。貫通ビアが形成される位置において、図１に示すように、導体１４ａ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ビア１４を形成することも可能である。
【００３２】
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に示す配線基板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。
ガラス基材１１の両面を研磨する際、導体１４ａ，１５ａの端部がガラス基材１１の主面１１ａ，１１ｂと一致するように、導体１４ａ，１５ａの端部を研磨してもよい。
【００３３】
配線基板１０を得た後、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が、ガラス基材１１の主面１１ａに形成された配線基板１０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。
【００３４】
特に図示しないが、本実施形態の配線基板は、主面１１ａ，１１ｂからの深さが異なる２種類以上のブラインドビアを有してもよい。
また、配線基板は、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してもよい。
【００３５】
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８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。ガラス基材１１の第２主面１１ｂには、第２接地導体層１８が形成されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
本実施形態では、ビア１４，１５が線状の導体１４ａ，１５ａからなるフィルドビアとして形成されるので、孔の内壁面に導体層を形成する工程を省略することができる。ガラス基材１１の主面１１ａ，１１ｂ上またはこれらに平行な面上に導体層を成膜する場合は、高アスペクト比の孔内に比べて、成膜不良が起きにくい。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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】
【００４３】
１０…配線基板、１１…ガラス基材、１４…貫通ビア、１５…ブラインドビア、１４ａ，１５ａ…導体、２１…ガラス前駆体、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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