(57)【要約】【課題】電子素子内蔵基板において、電気的接続不良が発生する。【解決手段】有機材料から成る複数の絶縁層１を積層するとともにこれら絶縁層１の表面に配線導体３を形成し、絶縁層１を挟んで上下に位置する配線導体３間を絶縁層１に形成された貫通孔に導電材を充填して成る貫通導体４を介して電気的に接続して成り、絶縁層１の少なくとも一層に設けられた空洞部８の内部に、貫通導体４と電気的に接続される端子電極５を有する電子素子６を内蔵した電子素子内蔵多層配線基板であって、端子電極５は貫通導体４との接続部に錫を含有する表面層５ａを有し、貫通導体４はインジウムを含有する導電材で形成され、接続部には錫とインジウムとの化合物が形成されていることを特徴とする。【選択図】　図３
2004055930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機材料から成る複数の絶縁層を積層するとともにこれら絶縁層の表面に配線導体を形成し、前記絶縁層を挟んで上下に位置する前記配線導体間を前記絶縁層に形成された貫通孔に導電材を充填して成る貫通導体を介して電気的に接続して成り、前記絶縁層の少なくとも一層に設けられた空洞部の内部に、前記貫通導体と電気的に接続される端子電極を有する電子素子を内蔵した電子素子内蔵多層配線基板であって、前記端子電極は前記貫通導体との接続部に錫を含有する表面層を有し、前記貫通導体はインジウムを含有する導電材で形成され、前記接続部には前記錫と前記インジウムとの化合物が形成されていることを特徴とする電子素子内蔵多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ＡＶ機器や家電機器・通信機器・コンピュータやその周辺機器等の電子機器に使用されるコンデンサ素子等の電子素子を内蔵した電子素子内蔵多層配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板は、アルミナ等のセラミック材料から成る絶縁層あるいはエポキシ樹脂等の有機樹脂材料から成る絶縁層の内部および表面に複数の配線導体を形成し、上下に位置する配線導体間を絶縁層に形成した貫通導体を介して電気的に接続することにより製作されている。そして、この配線基板の表面に半導体素子やコンデンサ素子・抵抗素子等の電子素子を搭載するとともにこれらの端子電極を各配線導体に接続することによって電子機器に使用される電子装置が製作されている。
【０００３】
しかしながら、近年、電子機器は、移動体通信機器に代表されるように小型・薄型・軽量化および低インダクタンス化が要求されてきており、このような電子機器に搭載される配線基板も小型・高密度化および低インダクタンス化が要求されるようになってきている。
【０００４】
このような要求に対応するために、特開２００１−３３９１６４号公報では、配線基板を小型化する目的で配線基板の表面に搭載する電子素子の数を減らし、その代わりに配線基板の内部にチップ状コンデンサ素子を内蔵することが提案されている。また、これによれば、内蔵するコンデンサ素子の端子電極を貫通導体に直接接続することにより、配線導体の引き回しを無くしインダクタンスを低減することができるというものである。さらに、貫通導体に半田を含有させ貫通導体とコンデンサ素子の端子電極とを溶融させた半田で接続することにより、貫通導体とコンデンサ素子との接続信頼性の向上および貫通導体の抵抗値低減が可能となり、低インダクタンス化を達成することができるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、高密度化がますます要求されるようになり、内蔵するコンデンサ素子等の電子素子の端子電極間距離が短くなり、またさらなる低インダクタンス化も要求され、さらに電子素子の端子電極数も増加し、その結果、これらの端子電極に接続する貫通導体も、高密度に配列することが要求されようになってきた。
【０００６】
しかしながら、このような要求に対して、特開２００１−３３９１６４号に記載の配線基板では、貫通導体を高密度に配列した場合、配線基板製作時の熱処理工程において、貫通導体と絶縁層との界面においてボイドが発生してしまい、その結果、このボイドを起因としたクラックにより電子素子の端子電極と貫通導体との接続部において、断線し接続不良が発生してしまうという問題点を有していた。これは、熱処理工程において、貫通導体中の半田が溶融した後、冷却過程時に半田が固化する際に発生する凝固熱により貫通導体と接する絶縁層が熱変形することが原因であり、貫通導体が高密度であるほど半田が固化する際に発生する熱量は大きなものとなり、ボイドが発生しやすくなるためである。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、接続信頼性・電気特性に優れた小型で軽量な電子素子内蔵多層配線基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子素子内蔵多層配線基板は、有機材料から成る複数の絶縁層を積層するとともにこれら絶縁層の表面に配線導体を形成し、絶縁層を挟んで上下に位置する配線導体間を絶縁層に形成された貫通孔に導電材を充填して成る貫通導体を介して電気的に接続して成り、絶縁層の少なくとも一層に設けられた空洞部の内部に、貫通導体と電気的に接続される端子電極を有する電子素子を内蔵した電子素子内蔵多層配線基板であって、端子電極は貫通導体との接続部に錫を含有する表面層を有し、貫通導体はインジウムを含有する導電材で形成され、接続部には錫とインジウムとの化合物が形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の電子素子内蔵多層配線基板によれば、貫通導体が含有するインジウムの凝固熱は３．２６ｋＪｍｏｌ−１で、従来使用されていた半田に含まれる錫の凝固熱７．０７ｋＪｍｏｌ−１の半分以下であり、狭間隔で配列した電子素子の端子電極に貫通導体をインジウムを溶融させて高密度に接続した場合においても、凝固時の発熱による絶縁層の熱変形を低減して絶縁層と貫通導体との界面にボイドが発生するのを防止することができ、その結果、このボイドを起因としたクラックにより端子電極と貫通導体との接続部において、断線して接続不良が発生してしまうことのない接続信頼性に優れたものとすることができる。
【００１０】
また、電子素子の端子電極が貫通導体との接続部に錫を含有する表面層を有し、接続部には錫とインジウムとの化合物が形成されていることから、貫通導体と端子電極との接続が金属同士の単なる接触に比べて強固なものとなり、その結果、貫通導体と電子素子との接続信頼性を大きく向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の電子素子内蔵多層配線基板を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の電子素子内蔵多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、ここでは電子素子を１個内蔵した場合の例を示している。また、図２は、本発明の電子素子内蔵多層配線基板に内蔵される電子素子の実施の形態の一例を示す断面図であり、本発明では電子素子がコンデンサ素子である場合の例を示している。
【００１２】
これらの図において、１は絶縁層、２は絶縁基体、３は配線導体、４は貫通導体、６は電子素子であるコンデンサ素子で、主にこれらで本発明の電子素子内蔵多層配線基板７が構成されている。なお、本例の電子素子内蔵多層配線基板７は、絶縁層１を３層積層して成る絶縁基体２から構成されているとともに、絶縁層１の少なくとも１層には空洞部８が形成され、この内部にはコンデンサ素子６が埋設されている。また、コンデンサ素子６は、端子電極５により貫通導体４と電気的に接続されている。
【００１３】
電子素子内蔵多層配線基板７に内蔵されるコンデンサ素子６は、縦・横・高さがそれぞれ０．５〜５ｍｍの直方体であり、図２に断面図で示すように、電極層９とセラミック誘電体層１０とを交互に積層することにより形成されている。
【００１４】
このようなセラミック誘電体層１０の材料としては、種々の誘電体セラミック材料を用いることができ、例えば、ＢａＴｉＯ３やＬａＴｉＯ３・ＣａＴｉＯ３・ＳｒＴｉＯ３等のセラミック組成物、あるいは、ＢａＴｉＯ３の構成元素であるＢａをＣａで、ＴｉをＺｒやＳｎで部分的に置換した固溶体等のチタン酸バリウム系材料や、鉛系ペロブスカイト型構造化合物等が用いられる。また、電極層９を形成する材料としては、例えばＰｄやＡｇ・Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｕ・Ｐｂ等の金属やこれらの合金が用いられる。
【００１５】
このようなコンデンサ素子６は、多数の電極層９に電気的に接続した複数の端子電極５を有しており、これらはコンデンサ素子６の電極層９と電子素子内蔵多層配線基板７の貫通導体４とを電気的に接続する作用を成す。
【００１６】
そして、本発明の電子素子内蔵多層配線基板７では、端子電極５はその表面の少なくとも貫通導体４との接続部に錫を含有する表面層５ａを有している。また、このことが重要である。
本発明の電子素子内蔵多層配線基板７によれば、電子素子であるコンデンサ素子６の端子電極５をその表面に錫を含有する表面層５ａを有するものとしたことから、後述する配線基板の貫通導体４と端子電極５とが、錫（Ｓｎ）と貫通導体４が含有するインジウム（Ｉｎ）との金属間化合物であるＩｎＳｎやＩｎＳｎ４等によって結合し、両者の接合が非常に強固なものとなり、貫通導体４と電子素子６との接続信頼性を大きく向上することができる。
【００１７】
このような端子電極５の表面層５ａは、例えば図２に断面図に示すように、電極層９とセラミック誘電体層１０との積層体にスルーホール１１を形成し、これに導体を埋め込むことによって形成したスルーホール導体の表面に半田ペーストを印刷することによって、あるいは半田めっきや錫めっきをすることによって形成される。また、端子電極５は、図示しないがコンデンサ素子６の端面に形成した端子導体の貫通導体４との接続部に、半田ペーストを印刷する、あるいは半田や錫めっきを施すことによって錫を含有する表面層を被着して形成してもよい。
【００１８】
なお、微細化および工程の容易性という観点からは、端子電極５はスルーホール１１を形成後、これに導体を埋め込むことによって形成したスルーホール導体の表面に半田ペーストを印刷して形成されることが好ましい。
【００１９】
また、このようなコンデンサ素子６に形成されるスルーホール１１は、電極層９とセラミック誘電体層１０とから成る積層体に、パンチングによる打ち抜き加工やＵＶ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザ・炭酸ガスレーザ等によるレーザ穿設加工等の方法により形成され、特に微細なスルーホール１１とするためには、レーザによる穿設加工により形成されることが好ましい。また、スルーホール１１の径は数１０μｍ〜数ｍｍであり、コンデンサ素子６の大きさにあわせて適宜決められる。
【００２０】
なお、スルーホール１１の内壁は、スルーホール導体と電極層９との電気的接続を良好にするために、打ち抜き加工やレーザ穿設加工後に超音波洗浄処理やデスミア処理等を施しても良い。
【００２１】
また、スルーホール導体は、ＰｄやＡｇ・Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｕ・Ｐｂ等の金属やそれらの合金が用いられ、特に電極層９との電気的接続を良好にするという観点からは、電極層９と同じ材質のものを含有することが好ましい。
【００２２】
このようなスルーホール導体は、有機溶剤に有機バインダ樹脂を溶解させた有機ビヒクル中に金属粉末を分散させて成る導電ペーストをスルーホール１１にスクリーン印刷法等の方法で充填することにより形成される。なお、ビヒクル中に、これらの他、各種分散剤・活性剤・可塑剤などが必要に応じて添加しても良い。
【００２３】
また、導電ペーストに用いられる有機バインダ樹脂は、金属粉末を均質に分散させるとともにスルーホール１１への埋め込みに適正な粘度とレオロジーを与える役割をなし、例えばアクリル樹脂やフェノール樹脂・アルキッド樹脂・ロジンエステル・エチルセルロース・メチルセルロース・ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）・ポリビニルブチラート等が用いられる。特に、金属粉末の分散性を良くするという観点からは、アクリル樹脂を用いることが好ましい。
【００２４】
さらに、導電ペーストに用いられる有機溶剤は、有機バインダ樹脂を溶解して金属粉末粒子を分散させ、このような混合系全体をペースト状にする役割をなし、例えば、α−テルピネオールやベンジルアルコール等のアルコール系や炭化水素系・エーテル系・ＢＣＡ（ブチルカルビトールアセテート）等のエステル系・ナフサ等が用いられ、特に、金属粉末の分散性を良くするという観点からは、α−テルピネオール等のアルコール系溶剤を用いることが好ましい。
【００２５】
さらにまた、導電ペーストは、埋め込み・焼成後のコンデンサ磁器への接着強度を上げるために、ガラスフリットやセラミックフリットを加えたペーストとしてもよい。この場合、ガラスフリットやセラミックフリットは、特に限定されるものではなく、例えば、ホウ珪酸塩系やホウ珪酸亜鉛系のガラス・チタニア・チタン酸バリウムなどのチタン系酸化物などを適宜用いることができる。
【００２６】
このようなコンデンサ素子６は、次に述べる方法により製作される。
まず、周知のシート成形法により製作されたセラミック誘電体層１０と成る、例えばＢａＴｉＯ３誘電体セラミックグリーンシート表面に、周知のペースト製作法により作成したＮｉ金属ペーストをスクリーン印刷法により所定形状と成るように印刷して電極層９と成る未焼成電極層を形成し、続いてこれらを所定順序に積層し、圧着して積層体を得る。そしてこれにＵＶ−ＹＡＧレーザ等を用いて穿設加工してスルーホール１１を形成し、このスルーホール１１内にＮｉ金属ペーストをスクリーン印刷法を用いて埋め込むことによりスルーホール導体を形成した後、これを８００〜１６００℃の温度で焼成する。そして、コンデンサ素子６の表面に露出したスルーホール導体の表面に半田ペーストを印刷して表面層５ａを形成することにより製作される。
【００２７】
また、コンデンサ素子６の表面は、絶縁層１とコンデンサ素子６との接着性を向上させるという観点からは、セラミック誘電体層１０の表面の算術平均粗さＲａの最大値Ｒａ　ｍａｘが０．２μｍより大きく、望ましくは０．５μｍ以上、最適には１．０μｍ以上とすることが好ましい。なお、セラミック誘電体層１０の表面の算術平均粗さＲａの最大値Ｒａ　ｍａｘが５μｍを超えると、コンデンサ素子６に割れや欠けが発生し易くなる傾向があるため、算術平均粗さＲａの最大値Ｒａ　ｍａｘを５μｍ以下としておくことが好ましい。
【００２８】
このようなコンデンサ素子６表面のセラミック誘電体層１０の表面は、焼成前のグリーンシート積層体の段階で、積層体の表面をブラシ研磨による粗化処理やあらかじめ凹凸加工した平板を押し付けるなどの方法で物理的に凹凸をつけた後、あるいはレーザによりグリーンシート積層体表面に非貫通孔を開けることによりディンプル加工を施した後、焼成することにより所望の表面粗さとすることができる。また、セラミック誘電体層１０に用いられるセラミック材料よりも焼成時の耐熱性が高く平均粒子径が１０μｍ以上のセラミック粉末、あるいはセラミック誘電体層１０に用いられるセラミック材料の一部と反応性を有し平均径が１０μｍ以上のセラミック粉末を一部が埋入するようにグリーンシート積層体表面に付着させて焼成することによって所望の表面粗さとしても良い。さらに、グリーンシート積層体の焼成後のコンデンサ素子６の表面をサンドブラスト等の物理的手法あるいはエッチング等の化学的手法により粗化しても良い。
【００２９】
次に、本発明の電子素子内蔵多層配線基板７の製造方法を図３に基づいて詳細に説明する。図３は、図１の電子素子内蔵多層配線基板７を製作するための工程毎の断面図である。
【００３０】
まず、図３（ａ）に断面図で示すように、絶縁層１を準備し、この絶縁層１にレーザ加工により所望の個所に直径が１７〜１５０μｍの貫通孔１１を穿設する。
【００３１】
絶縁層１は、絶縁材料としての電気特性・耐熱性および機械的強度を有する樹脂であれば特に限定されるものでなく、例えばアラミド樹脂やフェノール樹脂・エポキシ樹脂・イミド樹脂・フッ素樹脂・フェニレンエーテル樹脂・ビスマレイミドトリアジン樹脂・ユリア樹脂・メラミン樹脂・シリコーン樹脂・ウレタン樹脂・熱硬化性ポリフェニレンエーテル樹脂・液晶ポリマー樹脂等の有機樹脂材料が、単独または組み合わせて使用できる。
【００３２】
また、機械的強度を向上させるためのシラン系やチタネート系等のカップリング剤、熱安定性を改善するための酸化防止剤や耐光性を改善するための紫外線吸収剤等の光安定剤、難燃性を改善するためのハロゲン系もしくはリン酸系の難燃性剤、アンチモン系化合物やホウ酸亜鉛・メタホウ酸バリウム・酸化ジルコニウム等の難燃助剤、潤滑性を改善するための高級脂肪酸や高級脂肪酸エステル・高級脂肪酸金属塩・フルオロカーボン系界面活性剤等の滑剤、熱膨張係数を調整するためおよび／または機械的強度を向上させるための酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化チタン・酸化バリウム・酸化ストロンチウム・酸化ジルコニウム・酸化カルシウム・ゼオライト・窒化珪素・窒化アルミニウム・炭化珪素・ホウ酸アルミニウム・スズ酸バリウム・ジルコン酸バリウム・ジルコン酸ストロンチウム等の充填材を含有してもよい。
【００３３】
さらに、繊維状ガラスを布状に織り込んだガラスクロス等や耐熱性有機樹脂繊維から成る不織布等の基材に有機樹脂材料を含浸したものや、液晶ポリマー等の耐熱性フィルムの上下面にエポキシ樹脂や熱硬化性ポリフェニレンエーテル等の有機樹脂接着層を被覆したものを用いると、機械的強度をより向上することができ好ましい。特に、高周波の伝送特性を良好にするという観点から、および／または直径が１００μｍ以下の微細な貫通導体４を良好に形成するという観点からは、液晶ポリマーフィルムの上下面にポリフェニレンエーテル系有機物から成る有機樹脂接着層を被覆したものを用いることが好ましく、本実施例では、液晶ポリマーフィルム１２の上下面にポリフェニレンエーテル系有機物から成る接着層１３を形成したものを絶縁層１に用いた例を示す。
【００３４】
なお、ここで液晶ポリマーとは、溶融時に液晶状態あるいは光学的に複屈折する性質を有するポリマーを指し、一般に溶液状態で液晶性を示すリオトロピック液晶ポリマーや溶融時に液晶性を示すサーモトロピック液晶ポリマー、あるいは熱変形温度で分類される１型・２型・３型すべての液晶ポリマーを含むものであり、温度サイクル信頼性・半田耐熱性・加工性の観点からは２００〜４００℃の温度、特に２５０〜３５０℃の温度に融点を有するものが好ましい。また、ポリフェニレンエーテル系有機物とは、ポリフェニレンエーテル樹脂やポリフェニレンエーテルに種々の官能基が結合した樹脂、あるいはこれらの誘導体・重合体を意味するものである。
【００３５】
また、液晶ポリマーフィルム１２は、層としての物性を損なわない範囲内で、熱安定性を改善するための酸化防止剤や耐光性を改善するための紫外線吸収剤等の光安定剤、難燃性を付加するためのハロゲン系もしくはリン酸系の難燃性剤、アンチモン系化合物やホウ酸亜鉛・メタホウ酸バリウム・酸化ジルコニウム等の難燃助剤、潤滑性を改善するための高級脂肪酸や高級脂肪酸エステル・高級脂肪酸金属塩・フルオロカーボン系界面活性剤等の滑剤、熱膨張係数を調整するため、および／または機械的強度を向上するための酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化チタン・酸化バリウム・酸化ストロンチウム・酸化ジルコニウム・酸化カルシウム・ゼオライト・窒化珪素・窒化アルミニウム・炭化珪素・チタン酸カリウム・チタン酸バリウム・チタン酸ストロンチウム・チタン酸カルシウム・ホウ酸アルミニウム・スズ酸バリウム・ジルコン酸バリウム・ジルコン酸ストロンチウム等の充填材を含有してもよい。
【００３６】
なお、上記の充填材等の粒子形状は、略球状・針状・フレーク状等があり、充填性の観点からは略球状が好ましい。また、粒子径は、通常０．１〜１５μｍ程度であり、液晶ポリマーフィルム１２の厚みよりも小さい。
【００３７】
また、接着層１３は、後述する配線導体３を被着形成する際の接着剤の機能を有するとともに、コンデンサ素子６を絶縁層１に形成した空洞部８に内蔵した際にコンデンサ素子６と空洞部８内部に固定させる接着剤としての役割を果たす。また、絶縁層１を用いて電子素子内蔵多層配線基板７を構成する際に、絶縁層１同士を積層する際の接着剤の役目を果たす。
【００３８】
接着層１３は、ポリフェニレンエーテル樹脂やその誘導体、または、これらのポリマーアロイ等のポリフェニレンエーテル系有機物を３０〜９０体積％含有しており、とりわけ熱サイクル信頼性や配線導体３を接着する際の位置精度の観点からは、アリル変性ポリフェニレンエーテル等の熱硬化性ポリフェニレンエーテルを含有することが好ましい。
【００３９】
なお、ポリフェニレンエーテル系有機物の含有量が３０体積％未満であると、後述する充填材との混練性が低下する傾向があり、また、９０体積％を超えると、液晶ポリマーフィルム１２表面に接着層１３を形成する際に、接着層１３の厚みバラツキが大きくなる傾向がある。従って、ポリフェニレンエーテル系有機物の含有量は、３０〜９０体積％の範囲が好ましい。
【００４０】
また、接着層１３は、液晶ポリマーフィルム１２との接着性や配線導体３・後述する貫通導体４との密着性を良好にするという観点からは、重合反応可能な官能基を２個以上有する多官能性モノマーあるいは多官能性重合体等の添加剤を含有することが好ましく、例えば、トリアリルイソシアヌレートやトリアリルシアヌレートおよびこれらの重合体等を含有することが好ましい。
【００４１】
さらに、接着層１３は、弾性率を調整するためのゴム成分や熱安定性を改善するための酸化防止剤、耐光性を改善するための紫外線吸収剤等の光安定剤、難燃性を付加するためのハロゲン系もしくはリン酸系の難燃性剤、アンチモン系化合物やホウ酸亜鉛・メタホウ酸バリウム・酸化ジルコニウム等の難燃助剤、潤滑性を改善するための高級脂肪酸や高級脂肪酸エステル・高級脂肪酸金属塩・フルオロカーボン系界面活性剤等の滑剤、熱膨張係数を調整したり機械的強度を向上するための酸化アルミニウムや酸化珪素・酸化チタン・酸化バリウム・酸化ストロンチウム・酸化ジルコニウム・酸化カルシウム・ゼオライト・窒化珪素・窒化アルミニウム・炭化珪素・チタン酸カリウム・チタン酸バリウム・チタン酸ストロンチウム・チタン酸カルシウム・ホウ酸アルミニウム・スズ酸バリウム・ジルコン酸バリウム・ジルコン酸ストロンチウム等の充填材、あるいは、充填材との親和性を高めこれらの接合性向上と機械的強度を高めるためのシラン系カップリング剤やチタネート系カップリング剤等のカップリング剤を含有してもよい。
【００４２】
特に絶縁層１を積層・加圧して電子素子内蔵多層配線基板７を形成する際に、接着層１３の流動性を抑制し、貫通導体４の位置ずれや接着層１３の厚みばらつきを防止するという観点からは、接着層１３は充填材として１０体積％以上の無機絶縁粉末を含有することが好ましい。また、液晶ポリマーフィルム１２との接着界面および配線導体３との接着界面での半田リフロー時の剥離を防止するという観点からは、充填材の含有量を７０体積％以下とすることが好ましい。従って、ポリフェニレンエーテル系有機物から成る接着層１３に、１０〜７０体積％の充填材を含有させておくことが好ましい。
【００４３】
なお、上記の充填材等の形状は、略球状・針状・フレーク状等があり、充填性の観点からは、略球状が好ましい。また、粒子径は、０．１〜１５μｍ程度であり、接着層１３の厚みよりも小さい。
【００４４】
このような絶縁層１は、液晶ポリマーフィルム１２の上下面にポリフェニレンエーテル系有機物から成る接着層１３を有するものとした場合、例えば粒径が０．１〜１５μｍの酸化珪素等の無機絶縁粉末に、熱硬化性ポリフェニレンエーテル樹脂と溶剤・可塑剤・分散剤等を添加して得たペーストを、プラズマ処理によりトリアリルイソシアヌレートとの接触角が３〜５０°であって、かつ表面エネルギーが４５〜７０ｍＪ／ｍ２となるように表面処理した液晶ポリマーフィルム１２の上下面に従来周知のドクタブレード法等のシート成型法を採用して接着層１３を形成した後、あるいは上記のペースト中に液晶ポリマーフィルム１２を浸漬し垂直に引き上げることによって液晶ポリマーフィルム１２の表面に接着層１３を形成した後、これを６０〜１００℃の温度で５分〜３時間加熱・乾燥することにより製作される。
【００４５】
次に、図３（ｂ）に断面図で示すように、貫通孔１１内にインジウムを含有する導電材を従来周知のスクリーン印刷法等を採用して充填し、貫通導体４を形成する。そして本発明においては、貫通導体４がインジウムを含有する導電材で形成されていることが重要である。
【００４６】
本発明の電子素子内蔵多層配線基板７によれば、貫通導体４がインジウムを含有する導電材で形成されていることから、貫通導体４が含有するインジウムの凝固熱は３．２６ｋＪｍｏｌ−１で、従来使用されていた半田に含まれる錫の凝固熱７．０７ｋＪｍｏｌ−１の半分以下であり、狭間隔で配列したコンデンサ素子６の端子電極５に貫通導体４をインジウムを溶融させて高密度に接続した場合においても、凝固時の発熱による絶縁層１の熱変形を低減して絶縁層１と貫通導体４との界面にボイドが発生するのを防止することができ、その結果、このボイドを起因としたクラックにより端子電極５と貫通導体４との接続部において、断線して接続不良が発生してしまうことのない接続信頼性に優れたものとすることができる。
【００４７】
また、本発明の電子素子内蔵多層配線基板７によれば、コンデンサ素子６の端子電極５が貫通導体４との接続部に錫を含有する表面層５ａを有し、接続部にはＩｎＳｎ，ＩｎＳｎ４等の錫とインジウムとの化合物が形成されていることから、貫通導体４と端子電極５との接続が金属同士の単なる接触に比べて強固なものとなり、その結果、貫通導体４とコンデンサ素子６との接続信頼性を大きく向上させることができる。
【００４８】
さらに、貫通導体４を形成する導電材は、インジウムの他に金や銀・銅・ニッケル・マグネシウム・アルミニウム・モリブデン・鉄・パラジウム等の融点が錫の融点よりも高い金属粉末を含有することが好ましい。導電材に融点が錫の融点よりも高い金属粉末を含有させることにより、貫通導体４が含有するインジウムと端子電極５の表面層５ａが含有する錫とを溶融させて錫とインジウムとの化合物を形成する際に、融点が錫の融点よりも高い金属粉末がこれらの間に溶融したインジウムを良好に保持し、貫通導体４の接続信頼性を良好なものとすることができる。なお、導電材が含有する金属の融点が錫の融点以下の場合、導電材が貫通孔から流れ出て貫通導体４の接続信頼性が低下してしまう危険性があり、特に導電材が錫の融点以上の温度に長時間さらされた場合には、貫通導体４中で断線してしまう危険性がある。従って、貫通導体４を形成する導電材は、融点が錫の融点よりも高い金属粉末を含有することが好ましい。
【００４９】
また、上記の融点が錫の融点よりも高い金属粉末は、金や銀・銅・ニッケル・マグネシウム・アルミニウム・モリブデン等の抵抗値がインジウムの抵抗値より低い金属の粉末であることが好ましい。導電材が、このようなインジウムの抵抗値よりも抵抗値が低い金属の粉末を含有することにより、貫通導体４の抵抗値をより低減することが可能となり、貫通導体４をより低インダクタンス化することができる。
【００５０】
さらにこのような抵抗値がインジウムの抵抗値より低い金属として、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）を用いた場合、これらの金属はインジウム（Ｉｎ）と反応して、例えば金の場合は、ＡｕＩｎ，ＡｕＩｎ２等の化合物、銀の場合はＡｇＩｎ２等の化合物、ニッケルの場合はＩｎＮｉ，ＩｎＮｉ２等の化合物、マグネシウムの場合はＩｎＭｇ，Ｉｎ２Ｍｇ，ＩｎＭｇ３等の化合物、銅の場合はＣｕ４Ｉｎ，Ｃｕ３Ｉｎ，Ｃｕ９Ｉｎ４，Ｃｕ２Ｉｎ等の化合物をそれぞれの金属の表面に形成することから、金属同士のインジウムを介しての結合がより強固なものとなって貫通導体４の抵抗値をより低減することができる。
【００５１】
なお、錫は金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）等の金属と、ＡｕＳｎ，ＡｕＳｎ２，ＡｕＳｎ４等の化合物、ＡｇＳｎ等の化合物、Ｎｉ３Ｓｎ，Ｎｉ３Ｓｎ２等の化合物、Ｍｇ２Ｓｎ等の化合物、Ｃｕ３Ｓｎ，Ｃｕ６Ｓｎ５等の化合物を形成することから、コンデンサ素子６の端子電極５の表面層５ａが貫通導体４に含有される金属と直接接触した場合においても、錫とこれらの金属とが良好に結合して、貫通導体４と端子電極５との接合を強固なものとすることができる。
【００５２】
さらに、貫通導体４に含有される金属を銅とすることが好ましい。銅は、その導通抵抗が低いとともに安価であり、経済的で貫通導体４の電気抵抗が低い電子素子内蔵多層配線基板７とすることができる。
【００５３】
なお、貫通導体４に充填される導電材は、含有されるインジウム、あるいはインジウムおよび銅等の他の金属粉末に、有機樹脂や溶剤を添加混合することにより調整される。このような有機樹脂としては、前述した種々の絶縁シートを構成する有機樹脂の他、セルロースなども使用される。この有機樹脂は、金属粉末同士を互いに接触させた状態で結合するとともに、金属粉末を貫通孔に保持する機能を有している。また、溶剤としては、用いる有機樹脂が溶解可能な溶剤であれば良く、例えばイソプロピルアルコール、テルピネオール、２−オクタノールなどが用いられる。
【００５４】
さらに、導電材に使用される有機樹脂の含有量は、有機樹脂とインジウムとの合計、あるいは有機樹脂とインジウムおよび銅等の他の金属粉末との合計に対して０．１体積％よりも少ないと、インジウム、あるいはインジウムおよび金属粉末を貫通孔内に良好に保持することが困難となる傾向があり、また、４０体積％を超えると金属粉末間に多量の有機樹脂が介在してしまい金属粉末同士を十分に接触させることが困難となり、貫通導体４の抵抗値が大きくなる傾向がある。従って、導電材の有機樹脂の含有量は、有機樹脂とインジウムとの合計、あるいは有機樹脂とインジウムおよび銅等の他の金属粉末との合計に対して０．１〜４０体積％、特に０．３〜３０体積％であることが望ましい。
【００５５】
また、本発明においては、貫通導体４に含有される金属を銅とした場合、貫通導体４のインジウムの含有量が銅の含有量の１〜２０倍であることが好ましい。貫通導体４のインジウムの含有量を銅の含有量の１〜２０倍とすることにより、電子素子内蔵多層配線基板７を製作する際の熱処理で、インジウムと銅との金属間化合物を適度にかつ十分形成することができ、貫通導体４内の電気的接続がより良好となり、その結果、よりインダクタンスの低減した電子素子内蔵多層配線基板７とすることができる。なお、インジウムの含有量が銅の含有量の１倍未満であると、銅粉末同士の電気的接続が銅同士の接触が主となり、貫通導体４の接続信頼性が低下する傾向があり、また、２０倍を超えると、銅と金属間化合物を生成できなかった未反応のインジウムが低融点のインジウムとして貫通導体４内に残存し、この残存したインジウムがリフロー時に溶融して、貫通導体４とコンデンサ素子６の端子電極５との接続不良が発生してしまう危険性がある。従って、貫通導体４のインジウムの含有量が銅の含有量の１〜２０倍であることが好ましい。
【００５６】
なお、貫通導体に含まれるインジウムおよび他の金属粒子は平均粒径が２〜２０μｍの略球状が好ましく、平均粒径が２μｍ未満では、金属粒子が凝集するため貫通孔への埋め込み性が悪くなって貫通導体４の抵抗値が大きくなる傾向があり、２０μｍを超えると貫通孔中での金属粒子同士の接触部分が少なくなるため抵抗値が大きくなる傾向がある。従って、これらの平均粒径は２〜２０μｍμｍが好ましい。
【００５７】
次に、図３（ｃ）に断面図で示すように、絶縁層１の表面と裏面とに被着する配線導体３を準備する。そして、図３（ｄ）に断面図で示すように、配線導体３を絶縁層１の表面および裏面に、必要な配線導体３と貫通導体４とが電気的に接続するように重ね合わせて転写する。
【００５８】
なお、本実施例では、配線導体３の形成を転写法によって行なっており、このような配線導体３は、次に述べる方法により形成される。まず、離型シート等の支持体１４の表面にめっき法などによって製作され、銅・金・銀・アルミニウム等から選ばれる１種または２種以上の合金からなる厚さ１〜３５μｍの電解金属箔を接着し、その表面に所望の配線パターンの鏡像パターンとなるようにレジスト層を形成した後、エッチング・レジスト除去によって所定の配線パターンの鏡像の配線導体３を形成する。次に、配線導体３の絶縁層１の表面および裏面への被着は、配線導体３が形成された支持体１４を絶縁層１の表面および裏面へ重ね合わせ、しかる後、圧力が０．５〜１０ＭＰａ、温度が６０〜１５０℃の条件で加圧加熱した後、支持体１４を剥がすことにより、図３（ｅ）に断面図に示すように配線導体３が絶縁層１に被着される。なお、この時、貫通導体４は、完全に硬化していない未硬化状態としておくことが重要である。
【００５９】
また、支持体１４としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート・ポリイミド・ポリフェニレンサルファイド・塩化ビニル・ポリプロピレン等公知のものが使用できる。支持体１４の厚みは１０〜１００μｍが適当であり、望ましくは２５〜５０μｍが良い。支持体１４の厚みが１０μｍ未満であると支持体１４の変形や折れ曲がりにより形成した配線導体３が断線し易くなり、厚みが１００μｍを超えると支持体１４の柔軟性がなくなって、絶縁層１からの支持体１４の剥離が困難となる傾向がある。また、支持体１４表面に電解金属箔を形成するために、アクリル系やゴム系・シリコン系・エポキシ系等公知の接着剤を使用してもよい。
【００６０】
そして、図３（ｆ）に断面図で示すように、上記（ａ）〜（ｅ）の工程を経て製作した複数の絶縁層１と、コンデンサ素子６を収納するための空洞部８が形成されている絶縁層１ａと、コンデンサ素子６とを準備し、次に、コンデンサ素子６の端子電極５と貫通導体４および配線導体３との位置合わせを行いコンデンサ素子６を載置するとともに絶縁層１を積層し、温度が錫の溶融する温度以上、圧力が０．５〜１０ＭＰａの条件で３０分〜２４時間ホットプレスして絶縁層１および導電材を完全硬化させることによって、図３（ｇ）に断面図で示す本発明の電子素子内蔵多層配線基板７が完成する。
【００６１】
なお、コンデンサ素子６を設置する空洞部８は、絶縁層１を積層する前に、絶縁層１ａのコンデンサ素子６が収容される個所にレーザ法やパンチング法により穿設しておけばよい。
【００６２】
また、空洞部８の大きさは、コンデンサ素子６の幅をＬ（μｍ）とすると、Ｌ＋３μｍ〜Ｌ＋３０μｍであり、貫通導体４とコンデンサ素子６の端子電極５との接続における位置精度の観点からはＬ＋３０μｍ以下が好ましく、コンデンサ素子６を空洞部８に挿入する際にコンデンサ素子６を挿入し易くするという観点からはＬ＋３μｍ以上が好ましい。
【００６３】
かくして、本発明の本発明の電子素子内蔵多層配線基板７によれば、接続信頼性・電気特性に優れた小型で軽量なものとすることができる。
【００６４】
なお、本発明の電子素子内蔵多層配線基板７は上述の実施例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あれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では３層の絶縁層１を積層することによって電子素子内蔵多層配線基板７を製作したが、４層や５層以上の絶縁層１を積層してコンデンサ内蔵多層配線基板７を製作してもよい。
【００６５】
【実施例】
次に本発明の電子素子内蔵多層配線基板を、以下の試料を製作して評価した。
【００６６】
（実施例）
先ず、熱硬化性ポリフェニレンエーテル樹脂に平均粒径が０．６μｍの球状溶融シリカをその含有量が４０体積％となるように加え、これに溶剤としてトルエン、さらに有機樹脂の硬化を促進させるための触媒を添加し、１時間混合してワニスを調整した。次に、厚みが５０μｍの液晶ポリマーフィルムを用意し、この表面を、真空プラズマ装置を用いて、電圧を２７ｋＶ、雰囲気をＯ２およびＣＦ４（ガス流量がそれぞれ８０ｃｍ３／分）とし、片面１５分×２回の条件でプラズマ処理して、トリアリルイソシアヌレートとの接触角が３５°で、かつ表面エネルギーが６０ｍＪ／ｍ２、表面の算術平均粗さＲａが０．１４μｍとなるようにし、この液晶ポリマーフィルムの上面に上記ワニスをドクターブレード法により塗布し、厚さ約２５μｍの熱硬化性ポリフェニレンエーテル接着層を成形した。そして、この液晶ポリマーフィルムの下面にも同様に熱硬化性ポリフェニレンエーテル接着層を成形し絶縁層を製作した。
【００６７】
次に、この絶縁層の一部に、ＵＶ−ＹＡＧレーザによりコンデンサ素子を内蔵するための空洞部を形成した。
さらに、この絶縁層に、ＵＶ−ＹＡＧレーザにより直径５０μｍのビアホールを形成し、このビアホールに銅粉末とインジウム粉末、および有機樹脂を含有する導電材となる導電性ペーストをスクリーン印刷により埋め込むことにより貫通導体を形成した。
【００６８】
次に、厚みが１２μｍで、回路状に形成した銅箔が付いた転写用支持体と、貫通導体が形成された絶縁層とを位置合わせして真空積層機により３ＭＰａの圧力で３０秒加圧した後、転写用支持体を剥離して配線導体を絶縁層上に埋設した。
【００６９】
次に、空洞部とスルーホール導体が形成された絶縁層を２枚重ね合わせ、空洞部内に、端子電極に半田ペーストを印刷したコンデンサ素子を埋め込んだ。
【００７０】
最後に、空洞部内にコンデンサ素子が埋め込まれた絶縁層積層体の上下に、配線導体が形成された絶縁層を３枚づつ重ね合わせ、３ＭＰａの圧力下で２００℃の温度で５時間加熱処理して完全硬化させて電子素子内蔵多層配線基板を得た。
【００７１】
なお、電気的接続の信頼性評価は、電子素子内蔵多層配線基板をコンベアにて温度が２３５℃のオーブンに搬送して９０秒間放置し、これを数回繰り返した後、コンデンサ素子の容量測定を行い電気的に接続信頼性を確認した。
表１に接続信頼性の評価結果を示す。
【００７２】
【表１】
2004055930.tif 000003
【００７３】
表１からは、貫通導体のインジウムの含有量が銅の含有量の１倍未満（試料Ｎｏ．１，２）では、接続信頼性評価試験でコンデンサ素子の端子電極と絶縁層に形成された貫通導体間でクラックを生じており、また、電気測定においても電気的導通がとれなくなるオープン不良が発生することがわかった。また、インジウムの含有量が銅の含有量の２０倍を超えた場合（試料Ｎｏ．７，８）は、電気測定においても電気的導通がとれなくなるオープン不良が発生することがわかった。
【００７４】
これに対して、貫通導体のインジウムの含有量が銅の含有量の１〜２０倍の試料（試料Ｎｏ．３〜６）では、電子素子内蔵多層配線基板の外観に変化も無く、電気的な接続不良も発生しなかったことから、接続信頼性において優れていることがわかった。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の電子素子内蔵多層配線基板によれば、貫通導体が含有するインジウムの凝固熱は３．２６ｋＪｍｏｌ−１で、従来使用されていた半田に含まれる錫の凝固熱７．０７ｋＪｍｏｌ−１の半分以下であり、狭間隔で配列した電子素子の端子電極に貫通導体を高密度に接続した場合においても、凝固時の発熱による絶縁層の熱変形を低減して絶縁層と貫通導体との界面にボイドが発生するのを防止することができ、その結果、このボイドを起因としたクラックにより端子電極と貫通導体との接続部において、断線して接続不良が発生してしまうことのない接続信頼性に優れたものとすることができる。
【００７６】
また、電子素子の端子電極が貫通導体との接続部に錫を含有する表面層を有し、接続部には錫とインジウムとの化合物が形成されていることから、貫通導体と端子電極との接続が金属同士の単なる接触に比べて強固なものとなり、その結果、貫通導体と電子素子との接続信頼性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子素子内蔵多層配線基板の実施の形態の一例の断面図である。
【図２】本発明の電子素子内蔵多層配線基板に内蔵される電子素子の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ本発明の電子素子内蔵多層配線基板の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・絶縁層
１ａ・・・・・・・・空洞部を有する絶縁層
２・・・・・・・・・絶縁基体
３・・・・・・・・・配線導体
４・・・・・・・・・貫通導体
５・・・・・・・・・端子電極
５ａ・・・・・・・・端子電極の表面層
６・・・・・・・・・電子素子（コンデンサ素子）
７・・・・・・・・・電子素子内蔵多層配線基板
【図１】
2004055930.tif 000004
【図２】
2004055930.tif 000005
【図３】
2004055930.tif 000006