(57)【要約】【課題】接続用パッドを有さないビアホールに電子部品を直接接合しても接続信頼性が高い電子部品搭載用多層基板及びその製造方法を提供する。【解決手段】複数枚の絶縁基体１１の少なくとも一方の最表層となる絶縁基体１１に貫通孔１２を備え、貫通孔１２に導体金属１４が充填されて形成されるビアホール１５の外部側に電子部品１６が実装される電子部品搭載用多層基板１０において、貫通孔１２の壁面に、貫通孔１２の外部側の径よりも内部側の径のほうが大きい断面視してテーパ部１３が形成されており、しかも、ビアホール１５の外部側及び外部側周辺部には、電子部品１６を実装するための接続用パッドを有さないで電子部品１６がビアホール１５の外部側に接合材１８を介して直接接合される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の絶縁基体の少なくとも一方の最表層となる前記絶縁基体に貫通孔を備え、該貫通孔に導体金属が充填されて形成されるビアホールの外部側に電子部品が実装される電子部品搭載用多層基板において、
前記貫通孔の壁面に、該貫通孔の外部側の径よりも内部側の径のほうが大きい断面視してテーパ部が形成されており、しかも、前記ビアホールの外部側及び外部側周辺部には、前記電子部品を実装するための接続用パッドを有さないで前記電子部品が前記ビアホールの外部側に接合材を介して直接接合されることを特徴とする電子部品搭載用多層基板。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品搭載用多層基板において、前記テーパ部が前記貫通孔の垂直方向に対するテーパ角度として１．８°以上に形成されていることを特徴とする電子部品搭載用多層基板。
【請求項３】
複数枚の絶縁基体の少なくとも一方の最表層となる前記絶縁基体に貫通孔を設け、該貫通孔に導体金属を充填して形成するビアホールの外部側に電子部品を実装する電子部品搭載用多層基板の製造方法において、
前記絶縁基体の一方の主面にレーザー光を照射し、該レーザー光が当接する側の前記貫通孔の径を大きく、前記レーザー光が抜ける側の前記貫通孔の径を小さく穿孔して該貫通孔の側壁にテーパ部を形成する工程と、
前記貫通孔内に前記導体金属を充填して、前記ビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールの小径側が少なくとも一方の最表層の前記絶縁基体の外部側になるように複数の前記絶縁基体を積層する工程を有することを特徴とする電子部品搭載用多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、最表層の絶縁基体に設けるビアホールに半導体素子や、コンデンサ等の電子部品が実装される電子部品搭載用多層基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、セラミックグリーンシートや、プラスチック基板等からなる複数枚の絶縁基体を積層して形成する電子部品搭載用多層基板には、例えば、最表層の絶縁基体のビアホールの上に直接半導体素子を半田等を用いて接合させるフリップチップ方式の形態にして、電子部品搭載用多層基板の外形寸法を半導体素子と実質的に同等程度の大きさにしたものが用いられている。これにより、電子部品搭載用多層基板を組み込んだ装置全体を小さくすることができると同時に、電子部品を搭載した電子部品搭載用多層基板の配線長さを短くできるので、電気的な特性を向上させることができる。また、コンデンサ等の電子部品をビアホールの上に直接接合させて、配線長さを短くすることも行われている。
【０００３】
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来の電子部品搭載用多層基板に用いる絶縁基体５０のビアホール用の貫通孔５１は、例えば、ピン５２とダイス５３からなる打ち抜き方式により、絶縁基体５０をダイス５３の上に載置し、ピン５２で打ち抜いて形成している。あるいは、プラスチック基板からなる絶縁基体５０の貫通孔５１の場合には、ピン５２に代わってドリル（図示せず）を用いた回転方式で形成することもできる。このような貫通孔５１は、いずれも実質的に厚さ方向に対して垂直のストレートに形成されている。そして、セラミックからなる電子部品搭載用多層基板は、セラミックグリーンシートに形成された貫通孔５１に、導体金属ペーストをスクリーン印刷等で充填してビアホール５４（図４参照）を形成し、複数枚を積層した後、焼成して作製している。また、プラスチック基板からなる電子部品搭載用多層基板は、プラスチック基板に形成された貫通孔に、例えば、めっきによって貫通孔壁面に導電体を形成した後、熱硬化性の導体金属樹脂ペーストをスクリーン印刷等で充填してビアホール５４を形成し、加熱して作製している。
【０００４】
図４に示すように、この電子部品搭載用多層基板には、最表層の絶縁基体５０の貫通孔５１に導体金属が充填されたビアホール５４の外部側及びその周辺部に、半導体素子や、コンデンサ等の電子部品５５の電極パッド５６と、半田等の接合材５７を介して接合するために、導体金属を用いた接続用パッド５８が形成されている。この接続用パッド５８は、貫通孔５１がストレートの場合に、貫通孔５１に充填されている導体金属の内部にボイド等があると、熱応力や振動等によって導体金属が抜けやすくなり、実装されている電子部品５５が外れる等の問題の発生を防止している。
【０００５】
また、実装されている半導体素子が外れないようにするためには、最表層の絶縁基体の貫通孔に途中で水平方向に境界面を有するように段差部を設けるようにして、貫通孔の外部側の径より内部側の径を大きくし、貫通孔内に導体金属を充填して形成したビアホールに半導体素子を実装することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、貫通孔の形成方法は、フィルム付セラミックグリーンシートのセラミックグリーンシート側へレーザー光を照射して、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、更に、フィルムの途中の深さまで凹部を形成する方法が提案されている。そして、貫通孔への導体金属の形成は、凹部の途中まで導体金属を充填した後、フィルムを剥ぎ取ることで行っている。これによって、導体金属のフィルム側への残留の発生を抑えることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３１０２２８７号公報（第１−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１４８５７０号公報（第１−４頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の電子部品搭載用多層基板及びその製造方法は、次のような問題がある。
（１）ストレートの貫通孔に導体金属を充填したビアホールに半導体素子等の電子部品を接合させるために、ビアホールに接続用パッドを設けるのは、接続信頼性の向上ができたり、熱応力や振動等によって導体金属が抜けやすくなるのを防止できたりする効果があるが、近年の装置の小型化に伴って電子部品搭載用多層基板にも小型化が求められており、接続用パッドを設けることが設計上困難となってきている。
（２）１枚のセラミックグリーンシートからなる絶縁基体に径の異なる貫通孔を設けるのは、貫通孔の穿孔時に段差部に部分的な極端な加重がかかり、部分的なセラミックグリーンシートの生密度の差によって、焼成後に電子部品搭載用多層基板に反りや、変形が発生する。
（３）フィルム付セラミックグリーンシートをレーザーで穿孔するのは、レーザーによって溶融したフィルムの滓がセラミックグリーンシートに付着して品質や、歩留の低下となっている。特に、フィルムには、貫通孔が形成されないので、溶融したフィルムの滓がセラミックグリーンシートの貫通孔周縁部に付着しやすい。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、接続用パッドを有さないビアホールに電子部品を直接接合しても接続信頼性が高い電子部品搭載用多層基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る電子部品搭載用多層基板は、複数枚の絶縁基体の少なくとも一方の最表層となる絶縁基体に貫通孔を備え、貫通孔に導体金属が充填されて形成されるビアホールの外部側に電子部品が実装される電子部品搭載用多層基板において、貫通孔の壁面に、貫通孔の外部側の径よりも内部側の径のほうが大きい断面視してテーパ部が形成されており、しかも、ビアホールの外部側及び外部側周辺部には、電子部品を実装するための接続用パッドを有さないで電子部品がビアホールの外部側に接合材を介して直接接合される。これにより、貫通孔に充填された導体金属は、貫通孔に形成されたテーパ部によって貫通孔から抜けやすくなるのを防止することができるので、半導体素子や、コンデンサ等の電子部品をビアホールに直接接合しても接続信頼性を向上することができる。
【００１０】
ここで、電子部品搭載用多層基板は、テーパ部が貫通孔の垂直方向に対するテーパ角度として１．８°以上に形成されているのがよい。これにより、テーパ部が貫通孔の垂直方向に対するテーパ角度が１．８°以上であれば、導体金属が抜け出す方向に抵抗する効果が十分に発揮できるので、確実に接続信頼性を向上させることができる。なお、テーパ角度が１．８°を下まわると、ビアホールが垂直に近くなりすぎて、導体金属が抜け出す方向に抵抗する力が小さくなって導体金属が貫通孔から抜けやすくなる。
【００１１】
前記目的に沿う本発明に係る電子部品搭載用多層基板の製造方法は、複数枚の絶縁基体の少なくとも一方の最表層となる絶縁基体に貫通孔を設け、貫通孔に導体金属を充填して形成するビアホールの外部側に電子部品を実装する電子部品搭載用多層基板の製造方法において、絶縁基体の一方の主面にレーザー光を照射し、レーザー光が当接する側の貫通孔の径を大きく、レーザー光が抜ける側の貫通孔の径を小さく穿孔して貫通孔の側壁にテーパ部を形成する工程と、貫通孔内に導体金属を充填して、ビアホールを形成する工程と、ビアホールの小径側が少なくとも一方の最表層の絶縁基体の外部側になるように複数の絶縁基体を積層する工程を有する。これにより、レーザーによって１枚の絶縁基体の中にテーパ部を形成できるので、例えば、絶縁基体がセラミックグリーンシートの場合であっても、シート内で生密度の差がないので、反りや変形が発生しない電子部品搭載用多層基板にすることができる。また、絶縁基体がセラミックグリーンシートの場合であっても、フィルム付セラミックグリーンシートを用いる必要がないので、セラミックグリーンシートにフィルムの滓を付着させるような問題は発生しない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る電子部品搭載用多層基板の説明図、図２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同電子部品搭載用多層基板の製造方法の説明図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る電子部品搭載用多層基板１０は、例えば、アルミナや低温焼成セラミック等からなるセラミックグリーンシートの複数枚の絶縁基体１１を多層に積層し、焼成して形成されている。また、電子部品搭載用多層基板１０は、プラスチック基板からなる絶縁基体１１の複数枚をプリプレグ等で多層に積層して形成することもできる。この複数枚の絶縁基体１１の少なくとも一方の最表面となる絶縁基体１１には、貫通孔１２が設けられており、この貫通孔１２の壁面に、貫通孔１２の外部側の径Ａと、内部側の径Ｂとの関係がＡ＜Ｂとなる断面視してテーパ部１３が形成されている。この貫通孔１２には、例えば、絶縁基体１１がアルミナの場合には、タングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる導体金属１４を、絶縁基体１１が低温焼成セラミックの場合には、銀や、銀合金や、あるいは銅等の低融点金属からなる導体金属１４を、また、絶縁基体１１がプラスチック基板からなる場合には、熱硬化性の銀や、銅等の金属ペーストからなる導体金属１４を充填して、ビアホール１５が形成されている。
【００１４】
一般的な電子部品搭載用多層基板は、例えば、半導体素子をフリップチップ方式でビアホールに実装する時に、ビアホールの外部側、及び外部側周辺部の絶縁基体の表面に半導体素子接続用パッドを有している。しかしながら、本発明の一実施の形態に係る電子部品搭載用多層基板１０のビアホール１５の外部側、及び外部側周辺部の絶縁基体１１の表面には、半導体素子や、コンデンサ等の電子部品１６を接続するための接続用パッドを有していない。これにより、電子部品搭載用多層基板１０は、設計の高密度化に対応することができるので、外形寸法の小型化に対応することができる。この電子部品搭載用多層基板１０のビアホール１５の外部側には、電子部品１５が電子部品１５に設けられている電極パッド１７と、半田等の接合材１８を介して直接接合される。
【００１５】
この電子部品搭載用多層基板１０のビアホール１５を形成するための貫通孔１２は、貫通孔の垂直方向に対する角度αのテーパ角度が１．８°以上であるのがよい。テーパ角度が１．８°以上であることで、電子部品搭載用多層基板１０に熱応力や、振動等の機械的応力等の発生があったとしても、電子部品１５が接合される側の外部側の径Ａと、反対側の内部側の径Ｂとの関係がＡ＜Ｂのテーパ部であるので、導体金属１４が貫通孔１２から抜け落ちる方向に抵抗が作用し、抜け落ちを防止することができる。
【００１６】
次いで、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る電子部品搭載用多層基板１０の製造方法を説明する。
図２（Ａ）に示すように、複数枚のセラミックグリーンシートや、プラスチック基板等からなる少なくとも一方の最表層となる絶縁基体１１の一方の主面に、ＹＡＧレーザーや、炭酸ガスレーザー等からなるレーザー加工機を用いて、レーザー光を照射してレーザー光が当接する側の貫通孔１２の径Ｂが大きく、レーザー光が抜ける側の貫通孔１２の径Ａが小さくなるようにして絶縁基体１１の側壁にテーパ部１３を有する貫通孔１２を形成する。
【００１７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、絶縁基体１１の貫通孔１２内にスクリーン印刷等を用いて、例えば、絶縁基体１１がアルミナ等の高温焼成セラミックの場合には、タングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる金属導体ペーストを充填して、ビアホール１５を形成する。また、例えば、絶縁基体１１が低温焼成セラミックの場合には、銀や、銀合金や、銅等の低融点金属からなる導体金属ペーストを充填して、ビアホール１５を形成する。更に、例えば、絶縁基体１１がプラスチック基板の場合には、銀や、銅等からなる導体金属ペーストを充填して、ビアホール１５を形成する。なお、絶縁基体１１が高温焼成セラミックや、低温焼成セラミックの場合には、ビアホール１５を形成した後、絶縁基体１１の表面に必要に応じて配線パターン１９（図２（Ｃ）参照）を形成する。また、絶縁基体１１がプラスチック基板の場合には、めっきや、エッチング等で配線パターン１９を形成した後に、ビアホール１５を形成する。
【００１８】
次に、ビアホール１５の小径側が少なくとも一方の最表層の絶縁基体１１の外部側になるように複数枚の絶縁基材１１を、例えば、絶縁基体１１がセラミックの場合には、重ね合わせ、温度と圧力をかけてプレスして積層する。また、絶縁基体１１がプラスチック基板の場合には、間にプリプレグ等を介在させて温度と圧力をかけてプレスして積層する。なお、絶縁基体がセラミックの場合には、積層した後、焼成して半導体素子搭載用多層基板１０を作製する。
【００１９】
【実施例】
本発明者は、絶縁基体に低温焼成セラミックからなる厚みが０．４ｍｍ（１枚の厚みが０．２ｍｍのものを２枚重ね）のセラミックグリーンシートを用い、これに炭酸ガスレーザー加工機で、小さい側の径Ａがφ０．２５ｍｍ、テーパ角度が１．８°、３．９°、及び６．３°となる貫通孔を形成し、貫通孔内に銀からなる導体金属を充填してビアホールを形成し、焼成して実施例のサンプル１、２、３を作製した。併せて、炭酸ガスレーザー加工機を用いたテーパ角度３．９°の貫通孔を上下面を逆とするテーパ率−３．３°の貫通孔と、従来のプレス加工機を用いた実質的にストレートからなるテーパ角度が０．７°の貫通孔のそれぞれ比較例のサンプル４、５を作製した。なお、上記サンプル１〜５は、貫通孔の小さい側の径Ａと、大きい側の径の比であるＡ／Ｂからなるテーパ率が、それぞれ９５％、９０％、８５％、１１０％、９８％であった。また、レーザー加工機によるテーパ角度の選定は、絶縁基体の材料、アスペスト比（孔径と絶縁基体の厚みの比）、及び加工機の条件で決定される。上記のようにして作製された実施例、及び比較例のサンプルは、ビアホールに金属ワイヤーを半田付けして、貫通孔に対して垂直方向に引っ張ってその強度を測定した。その測定結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2004221388.tif 000003
【００２１】
ビアホールの引っ張り強度は、実施例のテーパ角度が１．８°以上のサンプル１、２、３の場合には、１３．８３Ｎ程度より大きい強度を有し、比較例のテーパ角度が１．８°を下まわるサンプル４、５の場合には、１０．５９Ｎ程度より小さい強度を有している。ビアホールは、実施例のテーパ角度１．８°以上において十分な引っ張り強度が得られることが確認できた。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１及びこれに従属する請求項２記載の電子部品搭載用多層基板は、貫通孔の壁面に、貫通孔の外部側の径よりも内部側の径のほうが大きい断面視してテーパ部が形成されており、しかも、ビアホールの外部側及び外部側周辺部には、電子部品を実装するための接続用パッドを有さないで電子部品がビアホールの外部側に接合材を介して直接接合されるので、導体金属は、貫通孔から抜けにくくなり、半導体素子や、コンデンサ等の電子部品をビアホールに直接接合しても接続信頼性を向上することができる。
【００２３】
特に、請求項２記載の電子部品搭載用多層基板は、テーパ部が貫通孔の垂直方向に対するテーパ角度として１．８°以上に形成されているので、導体金属が抜け出す方向に抵抗する効果が十分に発揮でき、確実に接続信頼性を向上させることができる。なお、テーパ角度が１．８°を下まわると、導体金属が貫通孔から抜けやすくなるのを防止する効果が小さくなる。
【００２４】
請求項３記載の電子部品搭載用多層基板の製造方法は、絶縁基体の一方の主面にレーザー光を照射し、レーザー光が当接する側の貫通孔の径を大きく、レーザー光が抜ける側の貫通孔の径を小さく穿孔して貫通孔の側壁にテーパ部を形成する工程と、貫通孔内に導体金属を充填して、ビアホールを形成する工程と、ビアホールの小径側が少なくとも一方の最表層の絶縁基体の外部側になるように複数の絶縁基体を積層する工程を有するので、レーザーによって１枚の絶縁基体の中にテーパ部を形成でき反りや変形が発生しない電子部品搭載用多層基板にすることができる。また、絶縁基体にフィルム付を用いる必要がないので、絶縁基体にフィルムの滓を付着させるような問題を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電子部品搭載用多層基板の説明図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同電子部品搭載用多層基板の製造方法の説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の電子部品搭載用多層基板の貫通孔の形成方法の説明図である。
【図４】従来の電子部品搭載用多層基板に電子部品を接合する説明図である。
【符号の説明】
１０：電子部品搭載用多層基板、１１：絶縁基体、１２：貫通孔、１３：テーパ部、１４：導体金属、１５：ビアホール、１６：電子部品、１７：電極パッド、１８：接合材、１９：配線パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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