(57)【要約】【課題】ビア導体に多量のガラスを含有させることによりガラスセラミックスから成る絶縁基体とビア導体との接合強度を向上させることができるが、ガラス含有量が多くなると、ビア導体の導通抵抗が高くなり、信号の伝搬に不具合が生じてしまう。【解決手段】絶縁基体１の内部に配線導体３を有するとともに、上下に位置する配線導体３を接続するようにして内部にガラスを含有する導体材料が充填されたビア導体２が形成されて成る配線基板４において、ビア導体２は、絶縁基体１に接する外周領域２ｂのガラス含有量が中心領域２ａのガラス含有量よりも多いものとした。ビア導体２と絶縁基体１との焼成時の収縮挙動を近似させて強固に接合させることが可能となるとともに、ビア導体２の導通抵抗を低い値に抑えることにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体の内部に配線導体を有するとともに、上下に位置する前記配線導体を接続するようにして内部にガラスを含有する導体材料が充填されたビア導体が形成されて成る配線基板において、前記ビア導体は、前記絶縁基体に接する外周領域のガラス含有量が中心領域のガラス含有量よりも多いことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記ビア導体は、中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズから成り、かつ前記中心領域のガラス含有量が０．１乃至４．０質量％であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子・チップ部品等を搭載し、それらを相互配線するための多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高度情報化時代を迎え、使用される周波数帯域はますます高周波に移行しつつある。そして、半導体素子・チップ部品等を搭載して情報処理に利用される電子回路を構成するのに用いられる多層配線基板には、このような高周波の信号を高速で伝送する上で、配線導体および絶縁層を貫通して配線導体同士を接続するビア導体には導体の抵抗が小さいことが要求され、絶縁基体にもより低い誘電率が要求されている。
【０００３】
しかし、従来のタングステン（Ｗ）・モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属は、導体抵抗が大きく、信号の伝播速度が遅く、また３０ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難であることから、これらタングステン（Ｗ）・モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属に代えて、銅（Ｃｕ）・銀（Ａｇ）・金（Ａｕ）等の低抵抗金属を使用することが必要である。
【０００４】
ところが、上記のような低抵抗金属は融点が低いため、８００〜１０００℃程度の低温で焼成することが必要であることから、低抵抗金属から成る配線導体およびビア導体は、高温焼成が必要なアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と同時焼成することができなかった。また、アルミナ質焼結体は誘電率が高いため、絶縁基体にアルミナ質焼結体を用いた多層セラミック配線基板は、高周波回路基板としては不適切である。
【０００５】
このため、最近では、ガラスとセラミックス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガラスセラミックスを絶縁基体として用いることが注目されている。ガラスセラミックスは誘電率が低いため高周波用絶縁基体として好適であり、またガラスセラミックスは８００〜１０００℃の低温で焼成することができることから、銅（Ｃｕ）・銀（Ａｇ）・金（Ａｕ）等の低抵抗金属を配線導体およびビア導体として使用できるという利点がある。
【０００６】
このガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面および内部に配線導体を形成するとともに、絶縁基体の表面から内部にかけて、例えば絶縁基体の表面の配線導体と内部の配線導体とを接続するようにして、ビア導体を形成する方法には、一般に、絶縁基体と同時焼成する同時焼成法が採用される。
【０００７】
このようにしてガラスセラミックスから成る絶縁基体の内部に銅・銀・金等の金属材料から成るビア導体を形成した場合は、これらの金属材料の融点が絶縁基体の焼成温度に近いことから、焼成の早い段階で金属粉末間の焼結が開始され、ビア導体中に絶縁基体のガラスセラミックスからガラス成分が入り込むことによるアンカー効果が弱くなるため、一般に、ビア導体とガラスセラミックスとの間の被着強度は、従来のアルミナセラミックスから成る絶縁基体に高融点金属から成るビア導体を形成した場合に比べて低いものとなっている。
【０００８】
この場合、ビア導体を形成する導体ペーストに多量のガラスを配合することにより、ガラスセラミック絶縁基体とビア導体との接合強度を向上させることができる。しかしながら、導体ペーストへのガラス成分の配合量が多くなると、ビア導体の導通抵抗が高くなってしまい、ビア導体中に高周波信号を伝搬させた場合に、高周波信号にノイズ等の不具合が生じてしまうという問題点があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１８０５４１号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４１０６７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ビア導体を形成する導体ペーストへのガラス成分の配合量を適度に少なくするという手段が考えられる。
【００１１】
しかしながら、このようなビア導体の絶縁基体に対する被着強度を確保することが可能で、かつ低導通抵抗となるようなガラス成分の配合量は、実際には極めて狭い範囲に限定されるか、または適当な範囲が存在しない場合が多く、またガラス成分やセラミックス成分の種類・混合比等によっても大きく変動するため、安定して実用化することが難しい。その結果、絶縁基体に対する被着強度に優れ、かつ伝搬される高周波信号にノイズ等の不具合を生じることのないビア導体を有する配線基板を得ることは、やはり困難であった。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、ガラスセラミックスから成る絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成された上下に位置する配線導体を接続するビア導体との接合強度を強固にし、かつビア導体の導通抵抗を低い値に抑えることにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好とした配線基板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、絶縁基体の内部に配線導体を有するとともに、上下に位置する前記配線導体を接続するようにして内部にガラスを含有する導体材料が充填されたビア導体が形成されて成る配線基板において、前記ビア導体は、前記絶縁基体に接する外周領域のガラス含有量が中心領域のガラス含有量よりも多いことを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の配線基板は、上記構成において、前記ビア導体は、中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズから成り、かつ前記中心領域のガラス含有量が０．１乃至４．０質量％であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の配線基板によれば、ビア導体は、絶縁基体に接する外周領域のガラス含有量が中心領域のガラス含有量よりも多いことから、絶縁基体に強固に接合させることが可能となるとともに、ビア導体の導通抵抗を低い値に抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の配線基板によれば、ビア導体を中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズで形成したときには、ビア導体全体の抵抗を小さなものとすることができるとともに、ガラス含有量の調整でビア導体の絶縁基体に対する被着を強固とすることがより確実に行なえるものとなり、ビア導体２の中心領域のガラス含有量を外周領域よりも少量で０．１乃至４．０質量％としたときには、ビア導体の導通抵抗の増加を抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２はビア導体、３は配線導体である。これらの絶縁基体１と、ビア導体２と、配線導体３とから配線基板４が構成されている。なお、ビア導体２は、後に説明するように、絶縁基体１に接する外周領域２ｂと、その内側の中心領域２ａとにより構成されている。
【００１９】
絶縁基体１は、ホウ珪酸ガラス−アルミナセラミックス系等のガラスセラミックスにより形成されており、例えば、次のように作製される。
【００２０】
まず、ガラスおよびフィラー等の原料粉末と、適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤を添加混合してスラリーとするとともに、そのスラリーから、従来周知のドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって、絶縁基体１の各絶縁層となるグリーンシートを成形する。
【００２１】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである）・Ｐｂ系ガラス・Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２２】
また、フィラーとしては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【００２３】
これらガラスとフィラーとの混合割合は、重量比で４０：６０〜９９：１であるのが好ましい。
【００２４】
この原料粉末に添加混合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸・メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体・メタクリル酸エステル共重合体・アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）・ポリビニルブチラ−ル系・ポリビニルアルコール系・アクリル−スチレン系・ポリプロピレンカーボネート系・セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００２５】
この絶縁基体１には、絶縁基体１の内部で上下に位置する配線導体３同士を電気的に導通するためのビア導体２が形成されている。
【００２６】
ビア導体２は、例えば、絶縁基体１の各絶縁層の上下面等に回路状の配線導体３を上下に形成したときには、この回路状の配線導体３を上下に接続するための導体として機能する。また、絶縁基体１の上下面間を貫通するようにして形成された場合には、絶縁基体１の上下面にそれぞれ形成された配線導体３間を導通するための貫通導体として機能する。
【００２７】
このようなビア導体２は、各絶縁層となるグリーンシートに、打ち抜きピンを用いた打ち抜き加工やレーザ光による穿孔加工等の加工を施すことにより貫通孔を形成し、この貫通孔内に、銅や銀・金等の金属粉末およびガラス成分を有機溶剤・バインダ等とともに混練して成る金属ペースト等の導体材料を充填しておくことにより形成される。
【００２８】
またビア導体２は、中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズで形成することが好ましい。これにより、ビア導体２全体の抵抗を小さなものとすることができるとともに、後述するようにガラス含有量の調整でビア導体２の絶縁基体１に対する被着を強固とすることがより確実に行なえるものとなる。
【００２９】
この場合、低抵抗の金属材料としては銀や金等も用いることが可能であるが、銀はマイグレーション等の不具合が発生しやすい傾向があり、金は高価であるという短所がある。したがって、ビア導体２は銅粉末メタライズで形成することが好ましい。
【００３０】
この場合、銅粉末の中心粒径が３μｍ未満の場合は、銅粉末が凝集しやすくなるという不具合があり、４μｍを超える場合は、導電ペーストの比抵抗値が高くなるという不具合がある。したがって、銅粉末の平均粒径は３乃至４μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の配線基板４において、ビア導体２は、絶縁基体１に接する外周領域２ｂと、その内側の中心領域２ａとを有しており、外周領域２ｂのガラス含有量が中心領域２ａのガラス含有量よりも多くなっている。
【００３２】
このように、ビア導体２の絶縁基体１と接する外周領域２ｂのガラス含有量を中心領域２ａのガラス含有量よりも多くしておくと、絶縁基体１とビア導体２との間で十分なガラスの拡散・入り込みが得られて絶縁基体１に対するビア導体２の被着を強固なものとすることができる。
【００３３】
ガラス含有量が外周領域２ｂと中心領域２ａとの間で異なるビア導体２は、例えば、グリーンシートに金型加工等により中央領域２ａや外周領域２ｂを形成するための貫通孔を形成し、この貫通孔に、例えば銅または銅を主成分とする合金とガラス成分とから成る導体粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストをスクリーン印刷等により充填することにより、中央領域２ａおよび外周領域２ｂが形成される。
【００３４】
具体的には、絶縁基体１の絶縁層となるグリーンシートにまずビア導体２の外周領域２ｂとなる貫通孔を形成してその貫通孔にガラス含有量の多い導体ペーストを充填し、次に、このガラス含有量の多い導体ペーストが充填された貫通孔の中央部にビア導体２の中心領域２ａとなる小径の貫通孔を形成してこの小径の貫通孔にガラス含有量の少ない導体ペーストを充填すればよい。あるいは、グリーンシートにビア導体２となる貫通孔を形成し、その内壁に外周領域２ｂとなるガラス含有量の多い導体ペーストを塗布し、次いで、その中央部に中心領域２ａとなるガラス含有量の少ない導体ペーストを充填するようにしてもよい。
【００３５】
この外周領域２ｂに充填されるビア導体２用の導体ペーストは、例えば、上述のように、銅または銅を主成分とする合金から成る金属粉末と、例えば５乃至１５質量％と比較的多量のガラス粉末とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストを用いることが好ましい。
【００３６】
また、中心領域２ａに充填されるビア導体２用の導体ペーストは、例えば銅または銅を主成分とする合金から成る金属粉末と、例えば０．１乃至４質量％と比較的少量のガラス粉末とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストを用いることが好ましい。
【００３７】
本発明の配線基板４においては、ビア導体２は、絶縁基体１に接する外周領域２ｂのガラス含有量が中心領域２ａのガラス含有量よりも多いことが重要である。
【００３８】
外周領域２ｂは、例えば５乃至１５質量％と比較的多量のガラス成分を含有することから、ビア導体２を絶縁基体１との間で高い接合強度が得られるものとする機能がある。
【００３９】
なお、絶縁基体１と接するビア導体２の外周領域２ｂは、ビア導体２の外周の全周を、ほぼ同じ幅で環状に形成しておくと、ビア導体２の全周で高い接合強度を確保することができ、配線基板４としての信頼性をより一層優れたものとすることができる。
【００４０】
また、この外周領域２ｂの幅（厚み）は、ビア導体２の半径に対して約５％〜２５％の範囲としておくと、例えば、ビア導体２が絶縁基体１の内部により高密度で隣接間隔を狭くして形成された場合であっても、絶縁基体１との接合強度を確実に確保することができ、配線基板４としての信頼性をより一層優れたものとすることができるとともに、配線基板４の小型化・高密度化等への対応もより一層容易なものとすることができる。
【００４１】
ビア導体２の外周領域２ｂにおけるガラス含有量が５質量％未満の場合には、絶縁基体１との接合に必要なガラスが不足するため、絶縁基体１との接合強度が低下する傾向がある。他方、外周領域２ｂのガラス含有量が１５質量％を超えると、絶縁基体１と外周領域２ｂとの焼成時の収縮挙動の差による内部応力が増加しやすく、絶縁基体１に反りが発生したり、絶縁基体１にクラックが発生して、ビア導体２と絶縁基体１との接合強度が低下したりする等の不具合が発生しやすい傾向にある。
【００４２】
ビア導体２の中心領域２ａは、例えば０．１乃至４．０質量％と、外周領域２ｂよりも少量のガラス成分を含有することから、ビア導体２の導通抵抗の増加を抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【００４３】
ビア導体２の中心領域２ａにおけるガラス含有量が０．１質量％未満となると、焼成時に、ビア導体２の外周領域２ｂから中心領域２ａへのガラスの移動が顕著に進行し、ビア導体２全体のガラス含有比率が低下することとなる。このため、焼結に伴うビア導体２の収縮が増大してしまい、絶縁基体１の収縮との差から、ビア導体２の内部に空隙が発生したり、絶縁基体１とビア導体２との境界面で剥離が生じたりして、ビア導体２による電気接続性が低下する傾向がある。また、中心領域２ａのガラス含有量が４．０質量％を超えると、このビア導体２が接続された配線導体３の表面へのガラス析出が増加しやすく、膨れや発泡等の外観上の欠陥が生じやすい傾向にある。
【００４４】
また、ビア導体２を形成するための導体ペーストに添加するガラス粉末については特に限定されるものではなく、例えばホウケイ酸塩系やホウケイ酸亜鉛系のガラス等の粉末を適宜用いることができる。
【００４５】
さらに、この導体ペーストに添加する有機バインダについても特に限定されるものではなく、例えばエチルセルロース樹脂・ポリビニルアルコール・アクリル系樹脂等を用いればよい。
【００４６】
さらにまた、この導体ペーストに添加する溶剤についても特に限定されるものではなく、例えばテルピネオール・各種グリコール類・各種セルソルブ類・酢酸エステル類等を用いればよく、樹脂の種類・塗布方法等により、適宜選択して用いることができる。
【００４７】
また、配線導体３の露出表面には、ニッケル・金等のめっき層を被着させておくと、配線導体３の酸化腐食を効果的に防止することができるとともに、配線導体３に半導体素子・チップ部品等の電極をボンディングワイヤや半田等を介して接続するときのボンディング性・半田塗れ性を良好とすることができ、配線基板４の信頼性をより一層優れたものとすることができる。従って、配線導体３の露出表面には、ニッケル・金等のめっき層を、例えば、ニッケルめっき層を１〜１０μｍ、金めっき層を０．０３〜２μｍの厚さで被着させておくことが好ましい。
【００４８】
以下、上述の好適なガラス含有量の条件について、具体例を挙げて説明する。
【００４９】
表１は、ビア導体２の中心領域２ａのガラス成分の含有量（単位：質量％）による外観不具合発生率（単位：％）について検査した結果を示すものである。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
表１の結果より分かるように、ビア導体２の中心領域２ａのガラス含有量が０．１質量％未満（０．０５質量％）の場合には、８００乃至１０００℃での焼成に必要なガラスが不足するため、ビア導体２の中心領域２ａと外周領域２ｂとの間に隙間が生じ、ビア導体２を形成した部分に若干（発生率が３％）のクラックの発生が見られた。また、このガラスの含有量が４質量％を超える（５質量％）と、このビア導体２が接続された配線導体３の表面へのガラス析出が増加しやすく、膨れや発泡等の外観上の欠陥が生じる傾向が見られた。
【００５２】
なお、本発明は上述の実施の形態の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る。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体の内部に配線導体を有するとともに、上下に位置する配線導体を接続するようにして内部にガラスを含有する導体材料が充填されたビア導体が形成されて成る配線基板において、ビア導体は、絶縁基体に接する外周領域のガラス含有量が中心領域のガラス含有量よりも多いことから、ビア導体を絶縁基体に強固に接合させることが可能となるとともに、ビア導体の導通抵抗を低い値に抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【００５４】
また、本発明の配線基板によれば、ビア導体を中心粒径が３乃至４μｍの銅粉末メタライズで形成したときには、ビア導体全体の抵抗を小さなものとすることができるとともに、ガラス含有量の調整でビア導体の絶縁基体に対する被着を強固とすることがより確実に行なえるものとなり、ビア導体２の中心領域のガラス含有量を外周領域よりも少量で０．１乃至４．０質量％としたときには、ビア導体の導通抵抗の増加を抑えることができ、これにより半導体素子・チップ部品の信号の伝搬等の電気特性を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基体
２・・・ビア導体
２ａ・・・中心領域
２ｂ・・・外周領域
３・・・配線導体
４・・・配線基板
【図１】
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