(57)【要約】【課題】複数の貫通孔を有するセラミックス基板において、薄膜を形成した後、感光性樹脂を塗布する場合、スピンコート法による塗布が可能となる。【解決手段】ポリイミドからなる樹脂剤で上記貫通孔が封止され、該貫通孔の封止された表面とセラミックス基板の表面の段差が１μｍ以下であって、かつ上記貫通孔の封止面の表面粗度を０．５μｍＲａ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を有するセラミックス基板において、ポリイミドからなる樹脂剤で上記貫通孔が封止され、該貫通孔の封止された表面とセラミックス基板の表面の段差が１μｍ以下であって、かつ上記貫通孔の封止面の表面粗度が０．５μｍＲａ以下であることを特徴とする貫通孔樹脂封止セラミックス基板。
【請求項２】
ポリイミドワニスにセラミックス粉末を混合しペーストを形成する工程と、複数の貫通孔を有するセラミックス基板の両主面にメタルマスクを載置し上記ペーストをセラミックス基板の貫通孔に充填する工程と、加熱処理を施し貫通孔に充填したペーストを硬化し樹脂形成する工程と、この樹脂の表面を研磨する工程とからなることを特徴とする貫通孔樹脂封止セラミックス基板の製造方法。
【請求項３】
上記ポリイミドワニスとセラミックス粉末の混在ペースト中の揮発成分量が全体の３０〜５５重量％であり、セラミックス基板の両主面に載置するメタルマスクの厚みが基板厚みの１．８〜２．７倍の範囲であることを特徴とする請求項２記載の貫通孔樹脂封止セラミックス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に薄膜用セラミックス基板に好適な貫通孔を有するセラミックス基板において貫通孔を仮封止することにより後加工性を向上させるようにした貫通孔樹脂封止セラミックス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス基板はエレクトロニクス分野にてプリント配線板用の絶縁基板として使用される。その回路形成法としては、導電性ペーストを用い印刷による厚膜法あるいは金属膜をスパッタリング等により形成する薄膜法やまた、無電解メッキにより金属膜を形成した後、エッチングにより回路を形成する方法等がある。
【０００３】
近年、回路基板の小型化、多機能化により配線はファインパターン化されて来ており、特に薄膜法によるファインパターン化の要求が増加している。薄膜法による回路形成については基板表面の平滑性が重要であり、また表裏の導通をとるためのスルーホールが必要となる。スルーホールについては、特に高周波回路用の伝送線路形成におけるグランド強化のために設計上必要となるものである。
【０００４】
薄膜形成方法は、まず基板を洗浄しスパッタ等により薄膜を形成し、感光性樹脂を塗布後マスクにより露光、現像、エッチングを行いパターンを形成する。薄膜加工工程では感光性樹脂を均一に塗布することが重要であり、塗布厚みに応じ露光条件が最適化される。また下地となるセラミック基板の平坦性保持が重要な課題であり、これは平坦度が低いとフォトリソエッチングプロセスにおける配線パターン精度が得られないためである。
【０００５】
特開平４−１９６３８７号公報では、図３（ａ）に示すようにセラミック基板２２表面に介在する局所的な孔７、特にアスペクト比≧１、深さ≧１０μｍレベルのものについてポリアミド酸又はポリイミドワニス中にポリイミド粉末を分散させたペースト３２を充填し、加熱硬化処理を行うことにより表面を平坦化することを示している。ポリアミド酸又はポリイミドワニス中にポリイミド粉末を分散させたペースト３２中の揮発性溶剤成分がペースト全体量の２〜２０重量％であり、図３（ｂ）（ｃ）に示すようにスキージ６を用いてペースト３２を充填し加熱硬化されたポリイミド３３で図３（ｄ）に示すごとく微細孔の孔埋めを行い平坦化するものである。
【０００６】
この方法によりφ１０μｍ、深さ１５μｍの孔７では、充填量は９５％以上となり図４に示す段差ｄ２は１μｍ以下となった。φ１００μｍ、深さ１００μｍの孔７では充填量は９５％、段差ｄ２は５μｍ以下であり、平坦性を大幅に改善することが出来た。
【０００７】
また、薄膜加工工程における感光性樹脂の塗布方法は図５に示すスピンコート法が一般的である。図５（ａ）に示すように感光性樹脂３６を基板２２に滴下し、図５（ｂ）のように基板２２を高速で回転させることにより遠心力で感光性樹脂を均一に塗布するものである。しかしスルーホールの形成された基板にスピンコート法による感光性樹脂の塗布を行うと図６に示すようにスルーホール８による段差のためスルーホール遠外周域へ感光性樹脂が塗布できない領域３７が生ずるという問題があった。そのためスルーホール基板上への感光性樹脂の塗布についてはロールコーター方法が採用されている。これは、図７（ａ）に示すように感光性樹脂３６を回転するロール３８に滴下し、このロール３８を基板２２の表面に移動させながら接触することにより基板表面に感光性樹脂３６を塗布するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら複数個の貫通孔を有するセラミック基板の薄膜加工においては以下の問題があった。
【０００９】
図３に示す方法では、微細孔に樹脂詰めをし表面を平坦化することが示されているが、基板厚み４００μｍ以上の貫通孔の充填に関しては５μｍ以下の段差ｄ２を形成することが困難である。また、ペースト中のポリイミド粉末含有量が多いため加熱硬化後の樹脂粒子間隙の緻密性に劣り基板洗浄時の洗浄液残留のため薄膜形成後の膜剥離あるいは貫通孔周囲の変色等の問題があった。
【００１０】
また、感光性樹脂の塗布は図７に示すロールコーター方式が採用されるがスピンコート法に比べ、塗布厚みが厚くなり、かつ厚みばらつきが大きくなる。特に貫通孔周囲の塗布厚みは図７（ｂ）に示すように部分的に薄くなるため孔周囲のパターン加工において加工精度上の問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため本発明では、複数の貫通孔を有するセラミックス基板において、ポリイミドからなる樹脂剤で上記貫通孔が封止され、該貫通孔の封止された表面とセラミックス基板の表面の段差が１μｍ以下であって、かつ上記貫通孔の封止面の表面粗度が０．５μｍＲａ以下であることを特徴とする。
【００１２】
その製造方法は、ポリイミドワニスにセラミックス粉末を混合しペーストを形成する工程とセラミックス基板の両主面にメタルマスクを載置し上記ペーストをセラミックス基板の貫通孔に充填する工程と、加熱処理を施し貫通孔に充填したペーストを硬化し樹脂形成する工程と、この樹脂の表面を研磨する工程とからなることを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記ポリイミドワニスとセラミックス粉末ペースト中の揮発成分量が全体の３０〜５５％、セラミックス基板の両主面に載置するメタルマスクの厚みが基板厚みの１．８〜２．７倍の範囲であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１（ａ）に本発明の貫通孔樹脂封止セラミックス基板１の斜視図、図１（ｂ）にその断面図を示す。
【００１６】
本発明の貫通孔樹脂封止セラミックス基板１は、複数の貫通孔４を有するセラミックス基板２の上記貫通孔４をポリイミドからなる樹脂材３で封止し、上記貫通孔４の封止された表面３ａとセラミックス基板２の表面の段差ｄ１が１μｍ以下であってかつ上記貫通孔４の封止された表面３ａの表面粗度が算術平均粗さで０．５μｍＲａ以下である。
【００１７】
薄膜回路は、セラミックス基板に薄膜形成後、感光性樹脂を塗布し露光、現像、エッチングにより形成されるが、貫通孔を有するセラミックス基板においてはスピンコート法による感光性樹脂の塗布ができない。これは、図６に示すように貫通孔の遠外周部については基板回転時の遠心力による感光性樹脂の塗布が貫通孔段差により拡張されないためである。したがって、本発明の貫通孔樹脂材封止セラミックス基板１では貫通孔４を樹脂材３で仮埋めしスピンコート法による感光性樹脂の塗布を可能としている。
【００１８】
封止された表面３ａとセラミックス基板２との段差ｄ１は１μｍ以下である必要があり、より好ましくは０．５μｍ以下がよい。これは、スピンコートにおける感光性樹脂の塗布厚みが１〜３μｍであり、１μｍを超える段差ｄ１があると孔周囲の塗布厚みが不均一となるためである。
【００１９】
また、封止された表面３ａの表面粗度は０．５μｍＲａ以下であり、より好ましくは０．２μｍＲａ以下であることがよい。これは表面粗度が０．５μｍＲａより大きいと基板洗浄時の洗浄液の残留またはエッチング液の残留等があり成膜後の膜剥離あるいは、耐熱膜ふくれ等により孔周囲の膜密着性への影響を及ぼすという問題があるからである。
【００２０】
次に、本発明の貫通孔樹脂封止セラミックス基板１の製造方法を図２（ａ）〜（ｆ）により説明する。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ポリイミドワニス３４にセラミックス粉末３５を混合しペースト３１を形成する。図２（ｂ）に示すように、セラミックス基板２の両主面にメタルマスク５を載置し、次に、図２（ｃ）に示すように、上記ペースト３１をセラミックス基板２の貫通孔４に充填する。充填後、メタルマスク５を取り外し、図２（ｄ）に示す基板に加熱処理を施し貫通孔４に充填したペースト３１を硬化し図２（ｅ）のように樹脂材３を形成した後、この樹脂材３の表面３ａを研磨する工程とからなる。
【００２２】
ここで、上記ポリイミドワニス３４とセラミックス粉末３５のペースト３１中の揮発成分量が全体の３０〜５５重量％、セラミックス基板２の両主面に載置するメタルマスク５の厚みｔ２が基板厚みｔ１の１．８〜２．７倍の範囲であることが好ましい。
【００２３】
尚、揮発成分とはポリイミドワニス中に含まれるポリイミド樹脂以外の溶剤であり加熱することで揮発し熱硬化後には残留しない成分のことを示している。
【００２４】
ポリイミドワニス３４とセラミックス粉末３５を混合したペースト３１は揮発成分量が５５重量％以上となると加熱硬化時の体積収縮により樹脂内部に空洞が発生し孔表面を充填できず樹脂表面研磨した後、孔表面に穴が空くこととなる。揮発性成分量が３０重量％以下になるとペースト化が困難となり、孔へ均一な充填が出来ないという問題があるためペースト中の揮発成分量は３０〜５５重量％とすることが望ましい。
【００２５】
また、基板上下面に載置するメタルマスク５の厚みｔ２については、ペースト乾燥時の揮発成分除去による体積収縮ならびにポリイミド熱硬化時の体積収縮により基板厚みｔ１に対し１．８倍以下の厚みになると孔と基板表面との間に段差が生ずることとなり２．７倍以上となると貫通孔への充填が困難となり未充填部が発生するため基板厚みｔ１に対し１．８〜２．７倍とすることが望ましい。
【００２６】
セラミックス基板としては、アルミナ、ジルコニア、高誘電体材、窒化アルミニウム、等を用いることが好ましい。
【００２７】
樹脂封止材としては、ポリイミドワニスにアルミナ粉末、ジルコニア粉末、炭化珪素粉末等からなる混合物が好ましい。
【００２８】
このようにして作製された貫通孔樹脂封止セラミックス基板１を例えば薄膜回路形成用基板として用いる場合、パターン加工時の感光性樹脂をスピンコート法により塗布できるため厚みの薄い均一は塗布が可能となり特に貫通孔周囲の精度よいパターン加工が可能となる。また、貫通孔の封止材はアルカリ溶液による除去が容易であるため貫通孔側面への薄膜形成も可能となる。
【００２９】
【実施例】
ポリイミドワニス（揮発成分量８５％）に平均粒径０．４μｍのアルミナ粉末を揮発成分量がそれぞれ２０重量％，３０重量％，４０重量％，５０重量％，５５重量％，６０重量％となるように添加しウレタン製ポットに直径１０ｍｍのアルミナボールを加え２４時間回転し混合した。その後、形成されたペーストを２０ｍｍＨｇ以下の真空状態で攪拌しながら１時間、脱気しペースト中の気泡を除去した。
【００３０】
一方、アルミナ含有量９９．６％、厚み０．６３５ｍｍの基板に炭酸ガスーレーザーにて幅１５０μｍ、長さ２ｍｍの貫通孔を形成し、基板貫通孔の上下面に厚み０．６３５ｍｍ，１．１４ｍｍ，１．７１ｍｍ，１．９ｍｍ４種類のメタルマスクを載置し各種のペーストをスキージにより貫通孔へ充填した。充填後、基板をスペーサを起き積み重ね１００℃３０分，２００℃６０分，４００℃６０分の加熱硬化処理を行った。その後、貫通孔上下面の余分な樹脂をＧＣ＃８００の研磨紙にて研磨処理を施した。樹脂面の亀裂あるいは空洞有無について工具顕微鏡倍率×５０で観察を行った結果を表１に示す。尚、亀裂あるいは空洞の確認できないものを〇、確認できるものを×とした。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１よりペースト揮発成分量が２０％の場合、未充填部分がありそのため穴が発生している。ペースト揮発成分量が６０％の場合は充填部に亀裂が観察された。また、メタルマスク厚み１．９ｍｍにおいてはペーストが完全に充填されておらず空洞が確認された。
【００３３】
また段差ｄ１ならびに封止面の表面粗度を測定した結果をそれぞれ表２ならびに表３に示す。尚、段差ｄ１は小坂研究所製ＳｕｒｆｃｏｒｄｅｒＳＥ−３０Ｈ−Ｒを使用し、触針径５μｍ、走査スピード０．１ｍｍ／Ｓ、縦倍率×１０００、横倍率×１００の条件で測定した。また表面粗度は同測定器を使用し、触針径５μｍ、カットオフ値λｃ０．８ｍｍ、走査スピード０．１ｍｍ／Ｓ、測定距１．５ｍｍ、縦倍率×５０００、横倍率×１００の条件にて測定した。表２にペースト揮発成分量毎ならびにメタルマスク厚み毎の貫通孔封止面の段差ｄ１の結果を、また表３にペースト揮発成分量毎ならびにメタルマスク厚み毎の貫通孔封止面の表面粗度結果を示す。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
【表３】
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【００３６】
表２よりペースト揮発成分量が２０％では貫通孔へのペースト充填が不十分でありそのため２０μｍ以上の段差が生じた。また、メタルマスク厚みが１．９ｍｍの場合もペーストの充填が不十分でありそのため１０μｍ以上の段差が発生した。ペースト揮発成分量が３０〜５５％かつメタルマスク厚みが１．１４ｍｍ〜１．７１ｍｍの場合に充填部の段差が１μｍ以下となった。また、表３よりペースト中の揮発成分量が３０％以上の場合、封止面の表面粗度が０．５μｍＲａ以下となった。
【００３７】
以上の結果より貫通孔を亀裂あるいは空洞を発生させることなく封止し封止面の段差を１μｍ以下、封止面の表面粗度を０．５μｍＲａ以下とするにはペースト中の揮発成分量を３０〜５５％かつペースト充填時に基板上下面に載置するメタルマスクの厚みを基板厚みに対し１．８〜２．７倍の範囲にする必要がある。
【００３８】
【発明の効果】
このように、本発明の製造方法によれば、複数の貫通孔を有するセラミック基板において貫通孔を欠陥を有することなく封止し封止面とセラミック基板の表面段差が１μｍ以下であり、かつ封止面の表面粗度が０．５μｍＲａ以下とすることができる。また、本発明で得られた基板を薄膜用基板として用いる場合、基板に薄膜を形成した後、感光性樹脂を塗布する場合、スピンコート法による塗布が可能となり従来、貫通孔を有する基板において採用されていたロールコータ方式よりも厚みを薄くかつ孔周囲においても厚みバラツキを少なく塗布することが可能となり精度よいパターン加工を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の貫通孔樹脂封止セラミックス基板の斜視図（ｂ）は同じく断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の製造工程を示した図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は従来技術による基板表面孔を樹脂埋めする製造工程を示す図である。
【図４】従来技術による表面孔を樹脂埋めした基板の断面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は基板表面にスピンコート法を施す工程を示したものである。
【図６】貫通孔を有する基板にスピンコート法で感光性樹脂を塗布した状態を示す図である。
【図７】（ａ）はロールコーター法による基板表面への感光性樹脂を塗布する方法を示したものである。（ｂ）は貫通孔を有するセラミックス基板に塗布した状態の断面図である。
【符号の説明】
１：貫通孔樹脂材封止セラミックス基板
２：セラミックス基板
３：樹脂材
３ａ：樹脂材表面
４：貫通孔
５：メタルマスク
６：スキージ
７：孔
８：貫通孔
２２：セラミックス基板
３１：ポリイミドワニスとセラミックス粉末からなるペースト
３２：ポリイミドワニスとポリイミド粉末からなるペースト
３３：熱硬化されたポリイミド
３４：ポリイミドワニス
３５：セラミックス粉末
３６：感光性樹脂
３７：感光性樹脂の未塗布部分
３８：ロール
ｄ１：樹脂材面とセラミックス面の段差
ｄ２：樹脂材面とセラミックス面の段差
ｔ１：セラミックス基板厚み
ｔ２：メタルマスクの厚み
【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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