(57)【要約】【課題】  絶縁基板の表面あるいは内部に形成される表面導体、内層回路導体および内層平面導体それぞれの密度を高精度に制御した配線基板およびその製法を提供する。【解決手段】  複数の絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃが積層された絶縁基板１の表面に表面導体３を配し、かつ、該絶縁基板１の内部に内層回路導体５および内層平面導体７を具備してなる配線基板Ａにおいて、前記表面導体３はボイド率を１０〜２０％、内層回路導体５は回路幅ｗを１００μm以下とし、ボイド率が１０％以下、内層平面導体７は前記絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃに対する面積占有率を５０％以上とし、ボイド率を１０〜２０％の範囲とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の絶縁層が積層された絶縁基板の少なくとも一方表面に、電気素子実装用パッド群領域を有する表面導体を配し、かつ、該絶縁基板の内部に、線幅が１００μｍ以下の回路導体と、前記絶縁層に対する面積占有率が５０％以上の平面導体と、を具備してなる配線基板において、前記表面導体のボイド率を１０〜２０％、前記回路導体のボイド率を１０％以下、前記平面導体のボイド率を１０〜２０％としたことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
表面導体の接着強度が２０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
回路導体の抵抗が４ｍΩ／□以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
電気素子実装用パッド群領域の反りが１００μｍ／１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載の配線基板。
【請求項５】
絶縁基板の曲げ強度が３００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載の配線基板。
【請求項６】
絶縁層の４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか記載の配線基板。
【請求項７】
絶縁層の比誘電率が６以下であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか記載の配線基板。
【請求項８】
表面導体、回路導体および平面導体を構成する金属膜が銅を主成分とし、前記絶縁層と同時焼成して形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか記載の配線基板。
【請求項９】
配線基板の厚みが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか記載の配線基板。
【請求項１０】
少なくとも結晶性ガラス粉末とセラミックフィラーとを含有する複数のセラミックグリーンシートを形成する工程と、該複数のセラミックグリーンシートの一方主面上に、金属粉末を含有する表面導体パターン、回路導体パターン、平面導体パターンをそれぞれ形成し積層する工程と、該積層体を焼成する工程とを具備する配線基板の製法において、金属粉末の平均粒径が、前記表面導体パターンは２〜７μｍ、回路導体パターンは１〜２μｍ、内層平面導体パターンは２〜７μｍであることを特徴とする配線基板の製法。
【請求項１１】
金属粉末が銅粉末であることを特徴とする請求項１０に記載の配線基板の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板およびその製法に関し、特に、絶縁基板の表面に表面導体を、内部に回路導体および平面導体を具備する配線基板およびその製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩに代表される半導体素子などの電気素子は、高速、高周波化の要求からゲート数が増してきており、そのため、電気素子を搭載する半導体素子収納用パッケージなどの配線基板は、絶縁基板の表面に形成される表面導体の多ピン化や、内部に形成される回路導体の微細配線化が図られ、さらには、配線基板自体の伝送損失低減のために、回路導体とともに平面導体をも介装させることによる多層化が図られている。
【０００３】
また、上記のような配線基板に対するＬＳＩなどの電気素子の実装は、従来のワイヤボンディング方式から、更なる高速、高周波化に対応できるフリップチップ実装が好適に用いられている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−１０２４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような配線基板では、絶縁基板の表面あるいは内部に形成される表面導体、回路導体および平面導体それぞれの密度制御が高精度に行われていないために、表面導体については接着強度、回路導体については抵抗、さらに、平面導体については反り、の全特性を同時に満足するものが得られていなかった。特に、絶縁層の厚みを薄くして配線基板の低背化を図った場合に、反りが大きくなるという問題があった。
【０００５】
従って、本発明は、絶縁基板の表面あるいは内部に形成される表面導体、回路導体および平面導体それぞれの密度を高精度に制御した配線基板およびその製法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の配線基板は、複数の絶縁層が積層された絶縁基板の少なくとも一方表面に、電気素子実装用パッド群領域を有する表面導体を配し、かつ、該絶縁基板の内部に、線幅が１００μｍ以下の回路導体と、前記絶縁層に対する面積占有率が５０％以上の平面導体と、を具備してなる配線基板において、前記表面導体のボイド率を１０〜２０％、前記回路導体のボイド率を１０％以下、前記平面導体のボイド率を１０〜２０％としたことを特徴とする。
【０００７】
そして、上記配線基板では、表面導体の接着強度が２０ＭＰａ以上であること、回路導体の抵抗が４ｍΩ／□以下であること、絶縁基板の曲げ強度が３００ＭＰａ以上であること、絶縁層の４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上であること、および絶縁層の比誘電率が６以下であることが望ましい。
【０００８】
また、上記配線基板の厚みが０．５ｍｍ以下であること、表面導体の電気素子実装用パッド群領域の反りが１００μｍ／１０ｍｍ以下であることが望ましい。
【０００９】
さらに、上記配線基板では、表面導体、回路導体および平面導体を構成する金属膜が銅を主成分とし、前記絶縁層と同時焼成して形成されたものであることが望ましい。
【００１０】
本発明の配線基板の製法は、少なくとも結晶性ガラス粉末とセラミックフィラーとを含有する複数のセラミックグリーンシートを形成する工程と、該複数のセラミックグリーンシートの一方主面上に、金属粉末を含有する表面導体パターン、回路導体パターン、平面導体パターンをそれぞれ形成し積層する工程と、該積層体を焼成する工程とを具備する配線基板の製法において、金属粉末の平均粒径が、前記表面導体パターンは２〜７μｍ、内層回路導体パターンは１〜２μｍ、平面導体パターンは２〜７μｍであることを特徴とするものであり、上記配線基板の製法では、金属粉末が銅粉末であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、配線基板を構成する絶縁基板の表面あるいは内部に形成される表面導体、回路導体および平面導体それぞれの密度、即ち、ボイド率を高精度に制御することにより、表面導体については接着強度、回路導体については抵抗と微細パターン化、および平面導体については反り、の全特性を同時に満足するものを得ることができ、特に、絶縁層の厚みを薄くして配線基板の低背化を図った場合においても、上記それぞれの導体に対する接着強度および抵抗を満足できると同時に反りをも抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の配線基板について詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板を示す断面模式図である。
【００１３】
本発明の配線基板Ａは、複数の絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃが順に積層された絶縁基板１の表面に表面導体３が形成され、また、絶縁層１ａとその下層側の絶縁層１ｂとの間には回路導体５が、さらに、絶縁層１ｂと絶縁層１ｃとの間には平面導体７がそれぞれ形成されている。
【００１４】
図２（ａ）、（ｂ）は表面導体、（ｃ）は内層回路導体および（ｄ）は内層平面導体のそれぞれのパターンを示す平面図である。図２（ａ）は絶縁層１ａの上面側に形成されるフリップチップ接続用の電気素子実装用パッド群３ａを有する表面導体３である。図２（ｂ）は絶縁層１ｃの下面側に形成されるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッド群３ｂを有する表面導体３である。これらの表面導体３の接着強度および導電性を高めるという理由から、ボイド率はともに１０〜２０％であることが重要であり、特に、１２〜１８％であることがより望ましい。
【００１５】
また、電気素子実装用パッド群３ａの領域の反りは、電気素子と電気素子実装用パッド群３ａとの接続距離を均一にし、断線を防止するという理由から１００μｍ／１０ｍｍ以下、特に、７０μｍ／１０ｍｍ以下であることがより望ましい。
【００１６】
一方、絶縁層１ｃの下面側のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッド群３ｂにおける反りは１５０μｍ／１０ｍｍ以下、特に、１００μｍ／１０ｍｍ以下であることがより望ましい。
【００１７】
図２（ｃ）の回路導体５は、多数の微細な回路導体を有するものであるが、この回路導体５は線幅ｗが１００μｍ以下でありかつボイド率が１０％以下であることが重要である。かかる構成とすることにより回路導体５を高密度なものにでき低抵抗化を実現できる。そして、この回路導体５の導体抵抗を低くすることと同時に、例えば、絶縁層１ｂ上への接着性および高精細化、低抵抗化という点で、回路幅ｗは、さらには８０μｍ以下、ボイド率は２〜８％であることがより望ましい。
【００１８】
図２（ｄ）の平面導体７は、上記回路導体５の電流制御のために設けられるものであるが、この平面導体７は、例えば、絶縁層１ｃに対する面積占有率が５０％以上、ボイド率が１０〜２０％の範囲であることが重要であり、特に、面積占有率は７０％以上、ボイド率は１２〜１８％であることがより望ましい。即ち、平面導体７の面積占有率が上記のように大きくなり、平面導体７が形成される際の焼成収縮の影響が大きくなる場合にあっても、かかる構成のような関係とすることにより配線基板Ａの反りを抑制できる。
【００１９】
これに対して、表面導体３のボイド率が１０％より小さい場合には、導体抵抗は低くできるが、絶縁層１ａもしくは１ｃから表面導体３側への絶縁層１ａ、１ｃの構成成分の侵入が少なくなることから絶縁層１ａもしくは１ｃへの接着強度が小さくなる。一方、表面導体３のボイド率が２０％より大きい場合には、例えば、表面導体３自体に膨れが多発し脆くなる。
【００２０】
回路導体５については、その回路幅が１００μｍよりも大きい場合には、高精細な回路が形成できず、また、ボイド率が１０％よりも大きい場合には、回路導体５の導通抵抗が高くなり適正な信号伝送ができなくなる。
【００２１】
平面導体７については、例えば、絶縁層１ｂ、１ｃに対する面積占有率が５０％よりも小さい場合には、この平面導体７と対を成す回路導体５の伝送特性制御が困難となる。また、このように平面導体７の面積占有率が５０％より小さい場合には、平面導体７による配線基板Ａに対する反りへの影響が小さくなり、ボイド率を１０〜２０％の範囲の制御を要しない。さらに、平面導体７のボイド率が１０％より小さい場合もしくは２０％より大きい場合の影響は前記表面導体３のように導体抵抗が高くなるか接着強度が得られず剥離が発生し、反りも大きくなる。
【００２２】
つまり本発明では、平面導体７の面積占有率とボイド率を上記の関係とすることにより配線基板Ａの反りを抑制できるものであるが、特に、絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃの厚みが２００μｍ以下の場合に好適に用いることができる。そして、本発明の配線基板Ａの全厚みは１０００μｍ以下、特に、５００μｍ以下である場合に好適である。
【００２３】
また、本発明では、表層導体３の接着強度が２０ＭＰａ以上、特に、２５ＭＰａ以上であること、回路導体５の抵抗が４ｍΩ／□以下、特に、３．５ｍΩ／□以下であること、また、上記のような配線基板Ａを構成する絶縁基板１は耐衝撃性を有するという点で曲げ強度が３００ＭＰａ以上、特に、３２０ＭＰａ以上であることが望ましく、さらには、配線基板Ａが実装される外部回路基板との熱膨張係数差を小さくし接続信頼性を高めるという点で、絶縁基板の４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上、特に、１０×１０−６／℃以上であることがより望ましい。また、配線基板Ａの伝送特性を向上させるという点で比誘電率は６以下、特に、５．６以下がより望ましい。
【００２４】
また、本発明の配線基板Ａを構成する表面導体３、回路導体５、平面導体７は、いずれも銅を主成分としたものとすることにより、高速信号をより低損失で伝送することが可能となるため望ましい。なお、シート抵抗とは、直線状の回路導体の長さをその線幅で除した値をいう。
【００２５】
次に、本発明にかかる配線基板Ａの製法では、例えば、まず、少なくとも結晶性ガラス粉末とセラミックフィラーとを含有する複数のセラミックグリーンシートを形成する。このセラミックグリーンシートを構成する結晶性ガラス粉末は、ＳｉＯ２  ３５〜５５質量％、Ｂ２Ｏ３  ４〜１２質量％、ＣａＯ  ２〜８質量％、Ａｌ２Ｏ３  ２〜９質量％、ＢａＯ  ２５〜４４質量％を含有することが望ましく、特に、このような結晶性ガラス粉末の屈伏点は８００℃以下であることが好ましい。そして、本発明では、絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃの熱膨張係数を高めるという理由から、上記結晶性ガラス粉末を４５〜６０質量％と、セラミックフィラーとしてクオーツを４０〜５５質量％とを含有することが望ましい。
【００２６】
次に、上記組成からなる複数のセラミックグリーンシートそれぞれの一方主面上に、金属粉末を含有する導体ペーストを用いて表面導体パターン、回路導体パターン、平面導体パターンをそれぞれ形成する。この場合、金属粉末の平均粒径は、前記表面導体パターンでは２〜７μｍ、回路導体パターンでは０．５〜１．５μｍ、平面導体パターンでは２〜７μｍであることが重要であり、特に、３〜６μｍ、回路導体パターンでは１〜１．３μｍ、平面導体パターンでは３〜６μｍであることがより望ましい。金属粉末の平均粒径が上記の範囲外の場合には、表面導体パターンでは平坦度が大きくなり、回路導体パターンでは印刷解像度が悪くなりパターン寸法精度が低下する。このため抵抗のばらつきが大きくなる。平面導体パターンでは焼成時の収縮制御が困難となり反りが大きくなる。
【００２７】
また、金属粉末としては導体抵抗が低く、かつ前記組成を有する絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃとの同時焼成を可能にするという点で銅を主成分とするものが望ましい。
【００２８】
次に、上記表面導体パターン、回路導体パターン、平面導体パターンをそれぞれ形成したセラミックグリーンシートを所定の構成で積層し、切断し所定の寸法を有する積層体を形成した後、この積層体を８００〜１０５０℃の温度で焼成する。導体として銅を用いる場合の雰囲気は還元性であることが好ましい。
【実施例】
【００２９】
配線基板の一つであるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を以下のようにして作製した。まず、表１に示す所定の平均粒径を有する銅粉末を用いて導体ペーストを調製し、それぞれのパターン用とした。次に、質量比でＳｉＯ２  ４３％、Ｂ２Ｏ３  ８％、ＣａＯ  ５％、Ａｌ２Ｏ３  ６％、ＢａＯ  ３７％、ＳｒＯ  １％以下を含有し、屈伏点が７００℃の結晶性ガラス粉末５０質量％と、クオーツ５０質量％とからなる混合物を調製した。次に、この混合物に有機バインダ、分散剤、溶剤を所定量添加し、ドクターブレード法により、厚み２００μｍのセラミックグリーンシートを作製した。
【００３０】
かくして得られた各種の導体ペーストを前記セラミックグリーンシート上にそれぞれ印刷して、図２に示す表層導体パターン、回路導体パターンおよび平面導体パターンを形成し、積層体を形成した。配線基板となる積層体の構成は、絶縁層が５層の場合と絶縁層が３層の場合の構成とした。この場合、回路導体と平面導体を増やした。次に、上記積層体を窒素雰囲気中、最高温度９１０℃にて焼成を行い、このあとＮｉ、Ａｕのめっきを施して配線基板を作製した。配線基板の寸法は４０×４０ｍｍ２とした。
【００３１】
次に、得られた上記の配線基板について以下の評価を行った。ボイド率は試料を断面研磨した後、金属顕微鏡観察を行い、その画像について二値化処理を行いボイド部分の面積比を求めた。表面導体の接着強度については、０．７ｍｍφの表面導体２０個（パッド）について引張り強度を測定した。回路導体の抵抗については、配線基板の表面に引き出された端子部を用いて、回路導体のシート抵抗（ｍΩ／□）を評価した。回路導体の厚みは１５μｍであった。配線基板の反りは表面導体の電気素子実装用パッド群の領域を対角線の２方向についてレーザー変位計を用いて測定した。
【００３２】
また、絶縁層の特性については、配線基板とは別に成形したセラミックグリーンシートを所定形状に積層し、切断し、焼成してサンプルを作製した。得られた焼結体に対して、ＪＩＳ１６０１に基づく曲げ強度、４０〜４００℃の温度範囲における熱膨張係数、周波数３ＧＨｚにおける比誘電率を測定した。本発明の絶縁基板の曲げ強度は３４０ＭＰａであった。４０〜４００℃の温度範囲における熱膨張係数は１０．６×１０−６／℃であった。周波数３ＧＨｚにおける比誘電率は５．８であった。
【表１】
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【００３３】
表１の結果から明らかなように、本発明を適用した厚み８００μｍの配線基板である試料Ｎｏ．２〜４、６、７では、配線基板を構成する表層導体の接着強度が１８ＭＰａ以上、導体抵抗が４ｍΩ／□以下、反りが９０μｍ／１０ｍｍ以下であった。特に、表面導体のボイド率を１２〜１６％とした試料Ｎｏ．３、４、６、７では、接着強度が２５ＭＰａ以上、反りが６０μｍ以下とさらに改善できた。また、本発明によれば、配線基板厚みを４８０μｍとした試料Ｎｏ．１１〜１３においても、反りを８０μｍ以下にできた。
【００３４】
一方、本発明外の試料Ｎｏ．１、５、８〜１０では、表面導体の接着強度が１５ＭＰａ以下と低いか、回路導体のシート抵抗が５ｍΩ／□以上と高いか、反りが１２０μｍ／１０ｍｍ以上のいずれかであった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、半導体素子収納用パッケージなどの配線基板として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の配線基板を示す断面模式図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は表面導体、（ｃ）は回路導体および（ｄ）は平面導体、それぞれのパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ａ  配線基板
１  絶縁基板
１ａ、１ｂ、１ｃ  絶縁層
３  表面導体
３ａ  電気素子実装用パッド群
３ｂ  ボールグリッドアレイパッド群
５  回路導体
７  平面導体
【図１】
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【図２】
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