(57)【要約】【課題】製造が簡単、低コストで、且つ高周波特性の良好な配線基板の提供を目的とする。【解決手段】下記の工程からなる配線基板の製造方法と、それにより得られた高周波特性の良好な配線基板である。（ａ）焼成後に絶縁基板となる低温焼成のセラミックスからなるグリーンシートを貫通する少なくとも１つの貫通孔を穿孔する工程、（ｂ）導体柱をガラスで被覆してガラス被覆導体柱を準備する工程、（ｃ）前記ガラス被覆導体柱に導体ペーストを塗布してペースト塗布導体柱を準備する工程、（ｄ）前記ペースト塗布導体柱を前記貫通孔に挿入して焼成前組立品を準備する工程、（ｅ）前記焼成前組立品を焼成する工程。【選択図】      図１
2004214450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温焼成セラミックスからなる絶縁基板と、
該絶縁基板を貫通する少なくとも１つのシールド導体層と、
該シールド導体層の内側に充填されたガラス層と、
該ガラス層を貫通して配設された導体柱とからなることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
下記の工程からなることを特徴とする配線基板の製造方法
（ａ）焼成後に絶縁基板となる低温焼成のセラミックスからなるグリーンシートを貫通する少なくとも１つの貫通孔を穿孔する工程、
（ｂ）導体柱をガラスで被覆してガラス被覆導体柱を準備する工程、
（ｃ）前記ガラス被覆導体柱に導体ペーストを塗布してペースト塗布導体柱を準備する工程、
（ｄ）前記ペースト塗布導体柱を前記貫通孔に挿入して焼成前組立品を準備する工程、
（ｅ）前記焼成前組立品を焼成する工程。
【請求項３】
前記低温焼成のセラミックスの材質が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ土類酸化物を主成分とし、
８５０〜１０００℃における焼成で緻密化し、
前記導体柱の材質が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕのうちの少なくとも１つまたはその合金、
前記ガラス層の材質が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ土類酸化物、アルカリ酸化物、アルカリ炭酸塩、Ｂ２Ｏ３の１種以上の混合物を溶融し、急冷してガラス化したものであり、
前記焼成前組立品を焼成する焼成温度が８５０〜１０００℃
である請求項２記載の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、インピーダンス整合や電磁遮へいが良好な配線基板及びその製造方法に関し、特に低温焼成セラミックス基板に同軸構造を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子等を搭載する配線基板やインターポーザ等に使用される、いわゆるスルーホール基板は、酸化アルミニウム質焼成体等のセラミックスから成る略平板状の絶縁基板と、タングステンやモリブデン等の金属粉末焼成体から成り、前記絶縁基板を上下に貫通する複数のスルーホール状のメタライズ配線導体とから構成されている。
例えばその上面に半導体素子を搭載するとともに、この半導体素子の電極とメタライズ配線導体上面とを半田で接続し、メタライズ配線導体下面を外部電気回路基板の配線導体に半田で接続することによって、搭載される半導体素子を外部電気回路に接続する。
この配線基板は、例えばセラミックスグリーンシート積層法によって製作され、ドクターブレード法やカレンダーロール法により焼成後に実基板となるセラミックスグリーンシートを成形し、これらのセラミックスグリーンシートに打抜き法により複数の貫通孔を穿孔し、次にこれらセラミックスグリーンシートの貫通孔内に焼成後にスルーホール状のメタライズ配線導体となる金属ペーストを充填した後、これらを１，６５０℃程度の高温で焼成することによって製作される。
【０００３】
ところで、半導体素子等の電子部品が扱う信号の高速化や高周波化に伴い、電子部品の正確な作動、効率良い作動のために、配線基板のスルーホール状のメタライズ配線導体におけるインピーダンスのマッチング（整合）や電磁シールドの必要性が極めて重要な問題となってきている。
従来、配線基板におけるスルーホール状のメタライズ配線導体のインピーダンスマッチングや電磁シールドを行なうために、例えば信号用のスルーホール状メタライズ配線導体の周囲に、この信号用スルーホール状メタライズ配線導体を取り囲むようにして複数のグランド用のスルーホール状メタライズ導体を配置し、信号用スルーホール状メタライズ配線導体とこれを取り囲むグランド用スルーホール状メタライズ導体との電磁結合により信号用スルーホール状メタライズ配線導体のインピーダンスマッチングを図るとともに、このグランド用スルーホール状メタライズ導体により信号用スルーホール状メタライズ配線導体を電磁シールドする方法が採用されている。
しかし、この従来の配線基板によると、信号用スルーホール状メタライズ配線導体を取り囲むグランド用スルーホール状メタライズ導体を高密度で配置しようとすると、絶縁基板となるセラミックスグリーンシートに穿孔されるグランド用スルーホール状メタライズ導体を充填するための貫通孔同士の間隔が狭いものとなってしまうため、穿孔時の打ち抜き応力によりこれら間隔が狭い貫通孔間のセラミックスグリーンシートにクラックが発生し、このためグランド用スルーホール状メタライズ導体を高密度で配置することが出来なかった。
【０００４】
従って、グランド用スルーホール状メタライズ導体と信号用スルーホール状メタライズ配線導体との電磁結合を大きなものとすることができず、信号用スルーホール状メタライズ配線導体のインピーダンスマッチングが困難となる。またグランド用スルーホール状メタライズ導体間に大きな隙間が形成されることとなってグランド用スルーホール状メタライズ導体による信号用スルーホール状メタライズ配線導体の電磁シールドが不十分となった。特に、３０ＧＨｚ以上の超高周波用の電子部品を搭載して使用すると、信号用スルーホール状メタライズ配線導体を伝播する信号から外部に不要な電磁波が放射されて外部の電子機器に誤動作を発生させたり、外部からの電磁波が信号用スルーホール状メタライズ配線導体を伝播する信号にノイズとして入り込んで搭載される電子部品に誤動作を発生させたりするという問題点があった。
【０００５】
そこで、図２に示すように、セラミックスから成る絶縁基板１０ａと、この絶縁基板１０ａを上下に貫通するように配設された筒状メタライズ導体２０ａと、この筒状メタライズ導体２０ａの内側に充填されたセラミックス充填材３０ａと、このセラミックス充填材３０ａの中央部にセラミックス充填材３０ａを上下に貫通するように配設されたメタライズ配線導体４０ａとから成る配線基板が発明された。（例えば、特許文献１参照）。
図２で、半導体素子等の電子部品ＩＣが配線基板１００ａに搭載され、半田ＳＢで接続されている。配線基板１００ａは、メタライズ配線導体４０ａがセラミックス充填材３０ａを介して筒状メタライズ導体２０ａで包囲された同軸構造を有する。この同軸構造が、インピーダンス整合、電磁シールドの効果を発揮する。
【０００６】
従来の配線基板１００ａの製造方法を図３に示す。この製造方法は、下記の工程を順に行うものである。
（１）焼成後に絶縁基板１００ａとなる未焼成のセラミックスグリーンシート（図３（ａ））に、このセラミックスグリーンシートを上下に貫通する第１の貫通孔ＴＨ１を穿孔する工程（図３（ｂ））と、
（２）この第１の貫通孔ＴＨ１の内壁に焼成後に筒状メタライズ導体２０ａとなる金属ペーストを塗布する工程（図３（ｃ））と、
（３）この金属ペーストが塗布された第１の貫通孔ＴＨ１の内部に焼成後にセラミックス充填材３０ａとなるセラミックスペーストを充填する工程（図３（ｄ））と、
（４）この充填されたセラミックスペーストの中央部に該セラミックスペーストを上下に貫通する第２の貫通孔ＴＨ２を穿孔する工程（３（ｅ））と、
（５）この第２の貫通孔ＴＨ２内に、焼成後にメタライズ配線導体４０ａとなる金属ペーストを充填する工程（図３（ｆ））と、
（６）しかる後、焼成して前記絶縁基板１０及び筒状メタライズ導体２０ａ、セラミックス充填材３０ａ、メタライズ配線導体４０ａを焼成一体化させる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２１５０４４号公報（図１，図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の配線基板１００ａは、同軸構造の中心導体となるメタライズ配線導体４０ａが導体ペーストの第２の貫通孔ＴＨ２内への充填、焼成によって形成されたものであるから、真密度の低さに加えて、充填の不均一により十分な中心導体を形成できない問題がある。ペーストを構成する単体粒子の充填の不均一性が存在するからである。それは、単体粒子の粒度分布、凝集性、分散性などに起因する。このことは、特に高周波における用途において、大きな問題である。
また、特許文献１記載の配線基板１００ａの製造方法は、第１の貫通孔ＴＨ１、第２の貫通孔ＴＨ２の２度の穿孔工程を要する手間とコストのかかるものである。更に、導体ペーストの第１の貫通孔ＴＨ１、第２の貫通孔ＴＨ２への充填、焼成も手間とコストに加えて、信頼性に問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、製造が簡単、低コストで、且つ高周波特性の良好な配線基板の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明は、低温焼成セラミックスからなる絶縁基板１０と、該絶縁基板１０を貫通する少なくとも１つのシールド導体層２０と、該シールド導体層２０の内側に充填されたガラス層３０と、該ガラス層３０を貫通して配設された導体柱４０とからなることを特徴とする配線基板１００である。
【００１１】
本発明の第２発明は、下記の工程からなることを特徴とする配線基板の製造方法である：
（ａ）焼成後に絶縁基板１０となる低温焼成のセラミックスからなるグリーンシート５１〜５４を貫通する少なくとも１つの貫通孔６０を穿孔する工程、
（ｂ）導体柱４０をガラスで被覆してガラス被覆導体柱７０を準備する工程、
（ｃ）前記ガラス被覆導体柱７０に導体ペーストを塗布してペースト塗布導体柱８０を準備する工程、
（ｄ）前記ペースト塗布導体柱８０を前記貫通孔６０に挿入して焼成前組立品９０を準備する工程、
（ｅ）前記焼成前組立品９０を焼成する工程
【００１２】
本発明の第２発明において、前記低温焼成のセラミックスの材質は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ土類酸化物を主成分とし、８５０〜１０００℃における焼成で緻密化するのが好ましい。
前記導体柱４０の材質は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕのうちの少なくとも１つまたはその合金が好ましい。
前記ガラス層３０の材質は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ土類酸化物、アルカリ酸化物、アルカリ炭酸塩、Ｂ２Ｏ３の１種以上の混合物を溶融し、急冷してガラス化したものが好ましい。
前記焼成前組立品を焼成する焼成温度は８５０〜１０００℃が好ましい。
【００１３】
本発明の第１発明によると、真密度１００％の導体柱４０を用いるから、特に高周波におけるインピーダンス特性が良好であり、高周波特性の良好な配線基板１００が得られる。
例えば特許文献１で示した従来技術では、導体ペーストの焼成品、すなわち導体ペースト中の導体粒子の焼成体で内部に気孔が存在する。それに対して、本発明によると、導体柱４０として導体の線（Ａｕ線、Ａｇ線、Ｃｕ線）を用いるので、内部に気孔の無い真密度１００％の導体が得られる。導体ペースト中の導体粒子の焼成によって形成する場合と比べて、中実の真密度１００％の導体柱４０を用いるほうが、より高周波での配線基板として好ましいものが得られる。
【００１４】
本発明の第２発明によると、導体柱４０を用い、導体柱４０をガラスで被覆してガラス被覆導体柱７０とし、ガラス被覆導体柱７０に導体ペーストを塗布してペースト塗布導体柱８０とする半完成品を別工程で能率よく低コストで製造でき、ペースト塗布導体柱８０を貫通孔６０に挿入して焼成前組立品９０を作り、焼成前組立品９０を一体焼成するので、絶縁基板１０を構成するグリーンシート５１〜５４とシールド導体層２０との間での接合反応も良好に進み、密着性、電磁シールド性の良好な配線基板１００が得られる。
前記第２発明の、より好ましい態様によると、ほぼ理想的な配線基板１００が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る配線基板１００の製造工程の一例を示す図である。なお、製造工程は図１（ａ）から（ｄ）の順の経時的なものに限定されるものではない。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、焼成後に絶縁基板１０となる低温焼成のセラミックスからなるグリーンシート５１〜５４を貫通する少なくとも１つの貫通孔６０を穿孔する。穿孔手段としては、パンチ、レーザ光線などが使える。
低温焼成のセラミックスとして、ガラスとセラミックスの複合体、結晶化ガラス、及びそれらの混合物などを使用できる。
ガラス材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ホウ酸（Ｂ２Ｏ３）、アルカリ土類炭酸塩などの原料混合物を溶融した後、急冷しガラス化し、それを粉砕したものや、それらの原料混合物を仮焼きし、部分的にガラス相を形成した粉末が用いられる。
より好ましくは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３を主成分とする原料混合物を７００〜８５０℃で仮焼きし、アルミナ以外の成分をガラス化し、その仮焼粉末を用いてグリーンシートを作る。後の工程のグリーンシート圧着体の焼成工程でＳｒＣＯ３―Ａｌ２Ｏ３―ＳｉＯ２系の長石結晶が析出し、良好な高周波特性が得られる。主成分組成は、酸化物換算でＳｉＯ２が２５〜６０質量％、Ａｌ２Ｏ３が１０〜６０質量％、ＳｒＣＯ３が７．５〜５０質量％で、合計１００質量％である。この合計１００質量％に対して、副成分としてＢｉ２Ｏ３を０．１〜１０質量％添加した組成物が用いられる。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、導体柱４０をガラスで被覆してガラス被覆導体柱７０を準備する。導体柱４０として、Ａｕ線、Ａｇ線、Ｃｕ線などを使用でき、より好ましくはＡｕ線が良い。
ガラスは溶融状態のものを導体柱４０に塗布や電着塗装によって粉末状ガラスを塗布する。あるいは、導体柱４０をガラスペースト中に浸漬して取り出しても良い。
ガラスとして、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、アルカリ土類酸化物、アルカリ酸化物、アルカリ炭酸塩、Ｂ２Ｏ３の１種以上の混合物を溶融したもの、あるいは、その溶融物を急冷、固化してガラス化し、それを粉砕した粉末などを使用でき、より好ましくは低温焼成セラミックスのガラス成分が良い。
【００１８】
図１（ｃ）に示すように、ガラス被覆導体柱７０に導体ペーストを塗布してペースト塗布導体柱８０を準備する。導体ペーストとして、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどを使用でき、より好ましくは低温焼成セラミックス基板の導体材料と同一の導体が良い。Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕの導体のうち、Ａｇは大気中での焼成が可能で、比抵抗が最も小さく、低価格なので好ましい。
導体ペーストの塗布手段は、ブラシ塗り、ローラー塗りなどを用いることができる。あるいは、ガラス被覆導体柱７０を導体ペースト中に浸漬して取り出しても良い。
【００１９】
図１（ｄ）に示すように、ペースト塗布導体柱８０を貫通孔６０に挿入して焼成前組立品９０を準備する。そして、焼成前組立品９０を焼成する。
ここで、焼成前組立品９０の焼成温度は、内層導体にＡｇを用いる場合には、８５０〜９２０℃が好ましい。８５０℃未満だと、低温焼成セラミックス材の緻密化が不十分であるし、９２０℃を超えると内層導体に用いるＡｇの溶解が生じて好ましくない。内層導体にＡｕやＣｕを用いる場合には、焼成前組立品９０の焼成温度は１，０００℃までが可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、製造が簡単、低コストで、且つ高周波特性の良好な配線基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配線基板の製造工程の一例を示す図である。図１（ａ）は積層したグリーンシートに貫通孔を穿孔した断面を示す図である。図１（ｂ）は導体柱をガラスで被覆した導体柱（ガラス被覆導体柱）示す図である。図１（ｃ）はガラス被覆導体柱に導体ペーストを塗布し、更に導体ペーストを塗布した導体柱（ペースト塗布導体柱）を示す図である。図１（ｄ）はペースト塗布導体柱を貫通孔に挿入した焼成前組立品を示す図である。
【図２】従来の筒状メタライズ導体２０ａを具備した配線基板を示す図である。
【図３】従来の配線基板の製造工程を説明する模式図である。図３（ａ）は未焼成のセラミックスグリーンシートを示す。図３（ｂ）は第１の貫通孔ＴＨ１を穿孔する工程を示す。図３（ｃ）は第１の貫通孔ＴＨ１の内壁に金属ペーストを塗布する工程を示す。図３（ｄ）はセラミックスペーストを充填する工程を示し、図３（ｅ）はセラミックスペーストの中央部に第２の貫通孔ＴＨ２を穿孔する工程を示す。図３（ｆ）は、第２の貫通孔ＴＨ２内に、金属ペーストを充填する工程を示す。
【符号の説明】
１０：  絶縁基板
２０：  シールド導体層
３０：ガラス層
４０：導体柱
５１〜５４：グリーンシート
６０：貫通孔
７０：ガラス被覆導体柱
８０：ペースト塗布導体柱
９０：焼成前組立品
１００：配線基板
【図１】
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【図２】
2004214450.tif 000004
【図３】
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