(57)【要約】      （修正有）【課題】微細配線化、低抵抗化ができ、高寸法精度の多層配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】セラミックグリーンシート表面に配線回路層３を形成して該グリーンシート１を複数積層するとともに、該積層体の少なくとも一方の表面に、難焼結性セラミック材料を主体とする拘束シート５を積層した後、該積層体を前記配線回路層の融点以下の温度で焼成し、前記拘束シート５を水溶性砥粒を含む圧縮空気を吹き付けることによって除去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】
セラミックグリーンシート表面に配線回路層を形成して該グリーンシートを複数積層するとともに、該積層体の少なくとも一方の表面に、難焼結性セラミック材料を主体とする拘束シートを積層した後、該積層体を前記配線回路層の融点以下の温度で焼成し、水溶性砥粒を含む圧縮空気を吹き付けることによって前記拘束シートを除去することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記水溶性砥粒が、ＮａＨＣＯ３（重曹）であることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記砥粒を含む圧縮空気を０．１〜０．５ＭＰａの圧力で吹き付けることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項４】
前記拘束シ−トを除去した配線基板を、水洗浄処理することを特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板及び半導体素子収納用パッケージなどに適した多層配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される多層配線基板として、比較的高密度の配線が可能な多層セラミック配線基板が多用されている。この多層セラミック配線基板は、アルミナやガラスセラミックなどの絶縁基板と、その表面に形成されたＷやＭｏ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属からなる配線導体とから構成されるもので、この絶縁基板の表面に半導体素子が実装されるものである。
【０００３】
近年、高集積化が進むＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや、各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される配線基板においては、高密度化、低抵抗化、小型軽量化が要求されており、アルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られ、配線回路層としてＣｕ等の低抵抗金属を用いることができることから、焼成温度が１０００℃以下のいわゆるガラスセラミック配線基板が一層注目されている。
【０００４】
ところが、このようなガラスセラミック配線基板において、配線回路層を形成する手法としては、Ｃｕ、Ａｇ等の金属からなる配線導体を主成分とするメタライズペーストを、スクリーン印刷法等によって絶縁基板上に印刷する。しかし、このような手法を用いた場合、配線幅１００μｍ以下の配線回路層を形成するのが困難であり、今後必要とされる更なる高密度化、小型軽量化の達成を阻む原因であった。電気抵抗についてもペーストで配線回路層を形成させるために空隙が多く存在し、低抵抗化が困難という問題があった。
【０００５】
この問題を解決する手法としては、ガラスセラミックグリーンシートにおける配線回路層を、エッチングした金属箔によって形成する手法が知られている（特許文献１参照）。しかし、金属箔とガラスセラミックを同時焼成すると、金属箔が収縮しないために、基板に反り、クラックが発生し、実用化が困難という問題があった。
【０００６】
そこで、ガラスセラミック配線基板の両面に、該配線基板の焼成温度では焼結しない無機組成物の層からなる拘束シートを形成した後、同時焼成し、該配線基板における平面方向の収縮を抑制することで、金属箔とガラスセラミックの同時焼成を可能とする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
上述した拘束シートを用いて焼成する方法において、焼成後は拘束シ−トを除去する必要があり、圧縮空気と共にアルミナ等の砥粒を吹き付けて除去する方法や、アルミナ等の砥粒を含む溶液を吹き付けて除去する方法（特許文献３参照）等が用いられている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−１４４９３号公報
【特許文献２】
特開平７−８６７４３号公報
【特許文献３】
特開２０００−２７７９１４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなアルミナ等の砥粒を用いて除去する方法においては、配線基板表面の配線層に砥粒が付着し、導通不良の発生や、配線層にＡｕメッキ処理した際にメッキ欠けが発生し、外観不良や配線基板の信頼性低下の原因になるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ガラスセラミックスを絶縁基板とし、該絶縁基板積層体の表面に難焼結性拘束シートを積層して焼成する多層配線基板の製造方法において、導通不良、信頼性低下等が発生することなく、安定的に平面方向の収縮を制御できる多層配線基板の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題について検討した結果、配線基板上の拘束シートを、水溶性砥粒を含む圧縮空気を吹き付けることによって除去し、その後、前記配線基板を水洗浄処理することで、配線基板表面の配線層への砥粒の付着を抑制できることを見いだした。
【００１２】
即ち、本発明の多層配線基板の製造方法は、セラミックグリーンシート表面に配線回路層を形成して該グリーンシートを複数積層するとともに、該積層体の少なくとも一方の表面に、難焼結性セラミック材料を主体とする拘束シートを積層した後、該積層体を前記配線回路層の融点以下の温度で焼成する多層配線基板の製造方法において、前記拘束シートを水溶性砥粒を含む圧縮空気を吹き付けることによって除去することを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、前記水溶性砥粒が、ＮａＨＣＯ３（重曹）であることが最も適当であり、また前記砥粒を含む圧縮空気を吹き付けるときの圧力を０．１〜０．５ＭＰａであることが配線回路層への影響を小さくする上で望ましい。
【００１４】
その際、前記拘束シ−トを除去した配線基板は、水洗浄処理することで、配線層に付着した砥粒を容易に除去することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１の本発明多層配線基板の製造方法についての一例を示す工程図を基に説明する。
【００１６】
ここでは、低温焼成のセラミック材料として、ガラスセラミックスを例として以下に説明する。まず、平均粒径０．５〜１０μｍ、特に１〜５μｍのガラス粉末と平均粒径０．５〜１０μｍ、特に平均粒径１〜５μｍのセラミックフィラー粉末とを準備する。
【００１７】
用いられるガラス成分としては、少なくともＳｉＯ２を含み、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００１８】
これらのガラスは焼成処理することによっても非晶質ガラスであるもの、また焼成処理によって、アルカリ金属シリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、エンスタタイト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ディオプサイド、イルメナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種を析出するものが用いられる。
【００１９】
また、セラミックフィラーとしては、クォーツ、クリストバライト等のＳｉＯ２や、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシアの群から選ばれる少なくとも１種が好適に用いられる。
【００２０】
上記ガラス粉末とセラミック粉末とを、特に、ガラス成分１０〜９０重量％、特に５０〜８０重量％と、セラミックフィラー成分１０〜９０重量％、特に２０〜５０重量％の割合で混合する。その混合物に有機バインダー等を加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりシート状に成形して厚さ約５０〜５００μｍのグリーンシート１を作製する。
【００２１】
次に、このグリーンシート１にレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより、直径８０〜２００μｍの貫通孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填してビアホール導体２を形成する。導体ペースト中には、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属成分と、それ以外にアクリル樹脂などの有機バインダー、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの有機溶剤とを混合して形成される。有機バインダーは金属成分１００重量部に対して０．５〜１５．０重量部、有機溶剤は固形成分及び有機バインダー１００重量部に対して５〜１００重量部の割合で混合されることが望ましい。なお、この導体ペースト中にはガラスセラミック材料との焼成収縮を合わせるため、若干のガラス成分等を添加してもよい図１（１）。
【００２２】
次に、このグリーンシート１の表面に、配線回路層３を形成する。配線回路層３としては、上述のビアホール導体２を形成するための金属導体粉末を含有する導体ペーストを用いて印刷法等により形成することもできる。また、配線回路層３の幅が７５μｍ以下、特に５０μｍ以下、かつ配線回路層３のピッチが１５０μｍ以下、特に１００μｍ以下の微細配線化する上では、純度９９．５重量％以上の高純度金属、特に金属箔によって形成することが望ましい。金属箔としては、特にＣｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄの群から選ばれる少なくとも１種の高純度金属からなることが望ましい。
【００２３】
このような金属箔からなる配線回路層３は、グリーンシートの表面に金属箔を接着した後に周知のフォトエッチング法等の手法によって所望の回路を形成する方法が知られているが、かかる方法ではエッチング液によってグリーンシートを変質させてしまうため、本発明においては転写法にて形成する。
【００２４】
転写法による配線回路層３の形成方法としては、まず、高分子材料からなる樹脂フィルム４の一面に高純度金属導体、特に金属箔を熱可塑性樹脂からなる接着剤（図示せず）により接着する。そして、この金属導体の表面にレジストを鏡像の回路パターン状に塗布した後、エッチング処理およびレジスト除去を行う方法によって、樹脂フィルム４表面に配線回路層３を形成することができる。そして、鏡像の配線回路層３を形成した樹脂フィルム４を前記ビアホール導体２が形成されたグリーンシート１の表面に位置合わせして積層圧着した後、樹脂フィルム４を剥がすことにより、ビアホール導体２を接続した配線回路層３を具備する一単位のグリーンシート１を形成することができる図１（２）。
【００２５】
また、配線回路層３として、高周波信号を伝送するためのグランド層等、グリーンシート表面の面積に対する配線回路層の面積比率が５０％以上を占める配線回路層６を形成する場合、特に配線回路層６の主成分金属の熱膨張係数が例えば１６〜１７×１０−６／℃と高い場合には、配線回路層６とガラスセラミック絶縁基板および拘束シートとの平均熱膨張係数差に起因する剥離やクラックを防止するために、上述した導体ペーストを用いて印刷法により形成することが望ましい。
【００２６】
その後、同様にして得られた複数のグリーンシート１ａ〜１ｄを積層圧着して積層体を形成する。グリーンシート１の積層には、積み重ねられたグリーンシート１に熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である図１（３）。
【００２７】
次に、平面方向の収縮を抑制するため、グリーンシート１ａ〜１ｄの積層体の焼成温度で難焼結性のセラミック材料を主成分とする拘束シート５をガラスセラミックグリーンシート１ａ〜１ｄの積層体の両面又は片面に加圧積層して積層体を作製する図１（４）。
【００２８】
この拘束シート５は、難焼結性セラミック材料を主体とするもので、無機成分に、有機バインダー、可塑剤、溶剤等を加えたスラリーをシート状に成形して得られる。難焼結性セラミック材料としては、具体的には１０００℃以下の温度で緻密化しないようなセラミック組成物から構成される。
【００２９】
具体的には平均粒径１〜２０μｍ、特に３〜１０μｍのＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＢＮ、ＴｉＯ２の群から選ばれる少なくとも１種および／またはこれらの複合酸化物、特にフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ３）に対して、ガラスを０．５〜１５重量％添加したものが挙げられる。また、有機バインダー、可塑剤及び溶剤としてはガラスセラミックグリーンシートを形成するものと同じ材料、具体的にはアクリル系バインダー、ＤＢＰ等の可塑剤、ＩＰＡ、アセトン、トルエン等の溶剤等が好適に使用できる。
【００３０】
また、拘束シート５中に含まれるガラス成分としては、ガラスセラミックグリーンシート１からの有機成分を容易に除去するため、およびガラスセラミック絶縁基板１０と拘束シート５との接着性を高める上で、軟化点がガラスセラミックグリーンシート１ａ〜１ｄの積層体の焼成温度以下で、かつ拘束シート５中の有機成分の分解揮散温度よりも高いことが望ましい。具体的には、拘束シート５中のガラスの軟化点は４５０〜１１００℃程度であることが好ましい。さらに、上記ガラスは１〜２０μｍの粉末であることが望ましい。
【００３１】
前述した拘束シート５中に含まれるガラス成分は、ガラスセラミックグリーンシート１中に含まれるガラス成分と異なるものであっても良いが、ガラスセラミックグリーンシート１中のガラスの拡散を防止するうえでは同一のガラスを用いることが望ましい。
【００３２】
ガラスセラミックグリーンシート１ａ〜１ｄの積層体に積層される拘束シート５の厚さは、拘束力を高めるとともに有機成分の揮散を容易にしかつガラスセラミック絶縁基板１０からの拘束シート５の除去性を考慮すれば、ガラスセラミックグリーンシート１ａ〜１ｄの積層体の厚さに対して１０〜２００％であることがよい。なお、上記拘束シート５の厚さは、一方の表面に積層される拘束シート５の厚みを指す。
【００３３】
次に、上記積層体を１００〜８５０℃、特に４００〜７５０℃の酸化性または弱酸化性雰囲気中で加熱処理してグリーンシート１内やビアホール導体ペースト中の有機成分を分解除去した後、８００〜１１００℃の酸化性または非酸化性雰囲気中で同時焼成する。また、配線回路層としてＣｕ導体等の熱処理によって酸化する導体を用いる場合、焼成雰囲気は非酸化性雰囲気で行う必要があり、配線回路層としてＡｇ導体等の熱処理によって酸化しない導体を用いる場合、焼成雰囲気は大気中等の酸化性雰囲気で行うことができる。
【００３４】
なお、この焼成における焼成後の冷却速度が早すぎると、絶縁基板１０と配線回路層３、６、拘束シート５の温度差および熱膨張差によってクラックが発生するために、冷却速度は４００℃／ｈｒ以下であることが望ましい。
【００３５】
また、焼成時には反りを防止するために積層体上面に重しを載せる等して荷重をかけてもよい。荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａが適当である。
【００３６】
その後、拘束シート５を水溶性砥粒を含む圧縮空気を吹き付けることで除去し、水洗浄することによって本発明の多層配線基板Ａを作製することができる図１（５）。
【００３７】
上記方法によって得られる多層配線基板Ａは、焼成時の収縮が拘束シート５によって厚さ方向だけに抑えられているので、その積層体面内の収縮を、例えば、積層体が矩形形状の場合には、一辺の長さの収縮率が０．５％以下に抑えることが可能となり、しかもガラスセラミックグリーンシート１は拘束シート５によって全面にわたって均一にかつ確実に結合されているので、拘束シート５の一部剥離等によって反りや変形が起こるのを防止することができる。水溶性砥粒によって拘束シート５を除去し、その後水洗浄することで、配線層に砥粒の付着の無い、電気的、信頼性に優れた多層配線基板を得る事ができる。
【００３８】
上記方法によって得られる多層配線基板の一例についての概略断面図を図２に示す。
図２の多層配線基板Ａによれば、絶縁基板１０は、厚み５０〜２５０μｍの複数のガラスセラミック絶縁層１０ａ〜１０ｄを積層してなる積層体から構成され、その絶縁層１０ａ〜１０ｄ間および絶縁基板１０表面には、厚みが９〜１８μｍ程度の高純度金属箔からなる配線回路層３が被着形成されている。さらに、各ガラスセラミック絶縁層１０ａ〜１０ｄの厚み方向を貫くように形成された直径が８０〜２００μｍのビアホール導体２が形成され、これにより、配線回路層３間を接続し所定回路を達成するための回路網が形成される。また配線回路層３の表面には半導体素子等の電子部品Ｂが実装搭載される。
【００３９】
また、図２において、表面の配線回路層３は、ＩＣチップなどの各種電子部品Ｂを搭載するためのパッドとして、シールド用導体膜として、さらには、外部回路と接続する端子電極として用いられ、電子部品Ｂが配線回路層３に半田や導電性接着剤などを介して接合される。尚、図示していないが、必要に応じて、多層配線基板Ａの表面には、さらに珪化タンタル、珪化モリブデンなどの厚膜抵抗体膜や配線保護膜などを形成しても構わない。
【００４０】
さらに、図２においては、絶縁層１０ａ〜１０ｄの内部に上述した導体ペーストを印刷して形成されたグランド層をなす配線回路層が形成されている。
【００４１】
なお、本発明においてガラスセラミック絶縁基板１０としては、プリント基板等の外部回路基板との平均熱膨張係数差を小さくして実装信頼性を高める上で、ガラスセラミック絶縁基板の熱膨張係数が８×１０−６／℃以上、特に９〜１７×１０−６／℃以上であることが望ましい。
【００４２】
【実施例】
先ず、ＳｉＯ２４３質量％−Ａｌ２Ｏ３７質量％−Ｂ２Ｏ３８質量％−ＣａＯ５質量％−ＢａＯ３７質量％からなる平均粒径が５μｍのガラス粉末５０質量％に、平均粒径が１．２μｍのクオーツ粉末５０質量％とを秤量し、これにバインダーとしてアクリル系樹脂（主にメタクリル酸系）と、可塑剤としてＤＢＰ（ジブチルフタレート）、溶媒としてトルエンとイソプロピルアルコールを加えて混合、調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ１５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００４３】
次に、平均粒径が５μｍのＣｕ粉末に対して、フィラー成分としてＳｉＯ２粉末を１２重量％と、これら無機成分に対して有機バインダーとしてアクリル系樹脂を２重量部と、溶媒としてアセトンを７５重量部との比率で添加混練し、ペースト状のビアホール導体用ペーストを作製した。そして、上記グリーンシートの所定個所にビアホールを形成し、そのビアホール内に上記ビアホール用ペーストを充填した。
【００４４】
一方、ＰＥＴフィルムに、表１から選択される純度９９．５％以上の金属箔をアクリル系樹脂からなる接着剤（ＪＩＳ  Ｚ０２３７による接着強度１６０ｇ／１０ｍｍ）により接着し、レジスト塗布、現像、エッチング、レジスト除去を行って所定のパターンの配線回路層を形成し、転写シートを作製した。配線幅は３０μｍ、配線回路層ピッチ１００μｍとしたが、エッチングによる形成のため従来のスクリーン印刷法と比較して、非常に微細な配線回路層を形成することができた。
【００４５】
そして、上記転写シートの配線回路層形成表面に上記グリーンシート形成用として用いた有機物成分からなる接着剤をスクリーン印刷によって塗布した後、ビアホールが形成されたグリーンシートにビアホールの位置にあわせながら転写シートを積層し、６０℃、１５ＭＰａで熱圧着して配線回路層をグリーンシート表面に転写した。その後、転写シートを剥がすことにより、ビアホール導体を接続した配線回路層を具備する一単位の配線層を形成した。また、これら任意の一単位のグリーンシートを５枚積層し、積層体を形成した。
【００４６】
他方、フォルステライトからなる平均粒径２μｍのセラミック粉末９５質量％と、平均粒径５μｍのＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＢａＯ系ガラス粉末５質量％の組成物からなる厚さ２５０μｍの拘束シートを作製した。なおシート作製時の有機バインダー、可塑剤、溶媒等はグリーンシートと同じ配合量とした。この拘束シートをグリーンシート積層体の両面に６０℃、２０ＭＰａで加圧積層して積層体を得た。
【００４７】
次いで、この積層体を、Ａｌ２Ｏ３セッターに載置して有機バインダー等の有機成分を分解除去するために、窒素雰囲気中、７００℃に加熱し、さらに窒素雰囲気中、９５０℃で１時間焼成を行った。なお、焼成後の冷却速度は３００℃／ｈｒとした。その後、拘束シート（焼結しない無機組成物）を水溶性砥粒（ＮａＨＣＯ３）及びＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯから選択される砥粒を含む圧縮空気を吹き付けることで除去し、更に、配線層上の砥粒の付着を除去するために水洗浄し、多層配線基板を作製した。
【００４８】
得られた多層配線基板について、配線回路層の導通不良率の評価を行った。評価については、配線回路層（幅３０μｍ）の両端にて配線抵抗をテスターにて測定し、この配線回路層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、銅配線の長さを顕微鏡を用いて測定し、得られた配線回路層の形状から比抵抗を算出した。２．５μΩ・ｃｍを超える場合、又は全く導通の無いサンプルをＮＧとし、２０個中のＮＧ数を表１に示した。
【００４９】
更に、Ａｕメッキ処理を行ったのち、サンプル数２０個中のＡｕメッキ欠けの有無を確認した後、多層配線基板の信頼性試験として、温度８５℃、湿度８５％、５．５Ｖの条件に、上述の多層配線基板を放置し、１０００ｈｒ後における多層配線基板の絶縁抵抗評価をおこなった。絶縁抵抗は、上述のテスターを用いて、１０９Ω未満をＮＧとし、２０個中のＮＧ数を表１に示した。
【００５０】
【表１】
2004235346.tif 000003
【００５１】
表１の結果から明らかなように、砥粒が水溶性ではない試料Ｎｏ１、３、５、７、９、１０では、導通不良、Ａｕメッキ欠け、高温高湿バイアス試験１０００ｈｒ後の絶縁抵抗の劣化が発生していた。
【００５２】
これに対して、本発明に従い、水溶性砥粒（ＮａＨＣＯ３）を用いた試料Ｎｏ２、４、６、８では、導通不良、Ａｕメッキ欠け、高温高湿バイアス試験１０００ｈｒ後の絶縁抵抗劣化の発生がなく、電気特性、信頼性に優れたものであった。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、拘束シートを、水溶性砥粒を含む圧縮空気を吹き付けて除去することで、導通不良、信頼性低下等が発生することの無い多層配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板の製造方法を説明するための工程図である。
【図２】本発明の多層配線基板の製造方法によって得られる多層配線基板の概略断面図である。
【符号の説明】
１      ガラスセラミックグリーンシート
２      ビアホール導体
３、６  配線回路層
４      樹脂フィルム
５      拘束シート
１０    ガラスセラミック絶縁基板
Ａ      多層配線基板
Ｂ      電子部品
【図１】
2004235346.tif 000004
【図２】
2004235346.tif 000005