(57)【要約】【課題】グリーンシートとスルーホール導体との焼成収縮挙動を合せやすく、焼成後におけるスルーホール導体の絶縁基板からの突出やスルーホール導体の周囲の絶縁基板に発生するクラックを防止できるセラミック配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】スルーホール導体５の収縮開始温度Ｔｉｔをグリーンシート１の収縮開始温度Ｔｉｇより高温にし、且つスルーホール導体５とグリーンシート１の収縮差ΔＳＨＲを８００〜９００℃の範囲で５％以内にする。【選択図】図３
2005136041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリーンシート中に、少なくとも銅粉末を主成分とするスルーホール導体を形成した後、焼成して得られるセラミック配線基板の製造方法であって、前記スルーホール導体の収縮開始温度が前記グリーンシートの収縮開始温度より高温であり、且つ前記スルーホール導体と前記グリーンシートの収縮差が８００〜９００℃の範囲で５％以下であることを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。
【請求項２】
銅粉末が、その表面に金属酸化物被膜を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック配線基板の製造方法。
【請求項３】
金属酸化物被膜がＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック配線基板の製造方法。
【請求項４】
スルーホール導体がガラス成分を含有することを特徴とする請求項１及至３のうちいずれか記載のセラミック配線基板の製造方法。
【請求項５】
ガラス成分の軟化点が７００〜８５０℃であることを特徴とする請求項１及至４のうちいずれか記載のセラミック配線基板の製造方法。
【請求項６】
グリーンシートが、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、を含むほう珪酸ガラス粉末を６０〜９９．５質量％と、コーディエライト粉末０．５〜２０質量％、金属酸化物粉末０〜３５質量％とを含有することを特徴とする請求項１及至５のうちいずれか記載のセラミック配線基板の製造方法。
【請求項７】
ほう珪酸ガラス粉末が、ＳｉＯ２  ２０〜５３質量％、Ａｌ２Ｏ３  ２０〜６１質量％、ＭｇＯ  ２〜２４質量％、ＺｎＯ  ２〜１４質量％、Ｂ２Ｏ３  ２〜１４質量％と、さらに任意成分として、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも１種をその合量で０〜１５質量％含有することを特徴とする請求項１及至６のうちいずれか記載のセラミック配線基板の製造方法。
【請求項８】
金属酸化物粉末が、アルミナ、ガーナイト、スピネル、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ジルコニア、ＣａＺｒＯ３、ＣａＳｉＯ３、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種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セラミック配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック配線基板の製造方法に関し、特に、低温焼成セラミック焼結体を絶縁基板とし、スルーホール導体を具備するセラミック配線基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージに供される配線基板は、一般に、複数の絶縁層を積層した絶縁基板と、この絶縁基板の各絶縁層間に配置したメタライズ配線層と、各絶縁層の厚み方向に所定メタライズ配線層間を接続するスルーホール導体とから構成されている。
【０００３】
そして、上記の配線基板を構成する絶縁層としては、従来より、高強度、高絶縁性という点からアルミナセラミックスが用いられ、一方、メタライズ配線層やスルーホール導体には、このアルミナセラミックスとの同時焼成が可能なＷやＭｏ等の高融点金属が好適に用いられている。
【０００４】
しかしながら、近年のＬＳＩの高速高周波化に伴い、配線基板についても、メタライズ配線層の低抵抗化並びに絶縁層の低損失が要求され、絶縁層としては前記したアルミナセラミックスに代わり、メタライズ配線層に銅などの低抵抗金属との同時焼成が可能なガラスセラミックスが提案されている。
【０００５】
このようなガラスセラミックスを絶縁基板に用いた配線基板は、ガラスセラミックス原料粉末を含むグリーシートに貫通孔を形成し、次いで、この貫通孔内に金属粉末を含む導体ペーストを充填してスルーホール導体を形成する。次に、所望の場合には、このスルーホール導体が形成されたグリーンシートの表面上に、配線パターンを形成し、次に、これらスルーホール導体や配線パターンが形成されたグリーンシートを複数枚加圧積層し、８００〜１０００℃で焼成することにより作製されている（例えば、特許文献１）。特に、この配線基板を形成するためのスルーホール導体は、例えば、銅粉末などの導体組成物として、銅粉末以外に、ＺｎＯ、ＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３などの無機フィラーが所定の割合で配合され調製されている。
【特許文献１】特開２００１−２１６８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、スルーホール導体となる銅導体組成物に対して、上記のように無機フィラーを添加するだけの方法では、無機フィラーが少ないと、スルーホール導体の収縮開始温度がグリーンシートの収縮開始温度よりも低くなり、最終の収縮率も合わせにくいという問題があった。一方、添加する無機フィラー量が多い場合には、収縮開始温度をグリーンシートの収縮開始温度に近づけることは容易となるが、今度は、スルーホール導体の最終的な焼成収縮率が小さくなり、焼成後にスルーホール導体が絶縁基板から突出したり、あるいはスルーホール導体の周囲の絶縁基板にクラックが発生しやすいという問題があった。
【０００７】
従って、本発明は、グリーンシートとスルーホール導体との焼成収縮挙動を合せやすく、焼成後におけるスルーホール導体の絶縁基板からの突出やスルーホール導体の周囲の絶縁基板に発生するクラックを防止できるセラミック配線基板の製造方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】
【０００８】
本発明のセラミック配線基板の製造方法は、グリーンシート中に、少なくとも銅粉末を主成分とするスルーホール導体を形成した後、焼成して得られるセラミック配線基板の製造方法であって、前記スルーホール導体の収縮開始温度が前記グリーンシートの収縮開始温度より高温であり、且つ前記スルーホール導体と前記グリーンシートの収縮差が８００〜９００℃の範囲で５％以下であることを特徴とする。
【０００９】
そして、上記セラミック配線基板の製造方法では、銅粉末が、その表面に金属酸化物被膜を有すること、金属酸化物被膜がＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも1種を含有すること、スルーホール導体がガラス成分を含有すること、ガラス成分の軟化点が７００〜８５０℃であることが望ましい。また、グリーンシートが、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、を含むほう珪酸ガラス粉末を６０〜９９．５質量％と、少なくともコーディエライト粉末０．５〜２０質量％、金属酸化物粉末０〜３５質量％とを含有すること、このほう珪酸ガラス粉末が、ＳｉＯ２  ２０〜５３質量％、Ａｌ２Ｏ３  ２０〜６１質量％、ＭｇＯ  ２〜２４質量％、ＺｎＯ  ２〜１４質量％、Ｂ２Ｏ３  ２〜１４質量％と、さらに任意成分として、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも１種をその合量で０〜１５質量％含有すること、さらに、金属酸化物粉末が、アルミナ、ガーナイト、スピネル、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ジルコニア、ＣａＺｒＯ３、ＣａＳｉＯ３、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スルーホール導体の収縮開始温度を前記グリーンシートの収縮開始温度より高温とし、且つ前記スルーホール導体とグリーンシートの収縮差を８００〜９００℃の範囲で５％以内とすることにより、グリーンシートとスルーホール導体との焼成収縮挙動を合せやすく、また、焼成後におけるスルーホール導体の絶縁基板からの突出やスルーホール導体の周囲の絶縁基板に発生するクラックを防止できる。
【００１１】
特に、銅粉末が、その表面にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物被膜を有すること、また、銅粉末に添加するガラス成分の軟化点を７００〜８５０℃とすることにより、スルーホール導体の焼成収縮開始温度をグリーンシートの収縮開始温度よりも高くした状態から、スルーホール導体の収縮速度を高めることができ、こうしてスルーホール導体とグリーンシートとの焼成収縮挙動をさらに近づけることができる。ここで、収縮開始温度とは、収縮量が１％となった温度と定義する。
【００１２】
また、グリーンシートを構成する組成物として上記の原料粉末を用いることにより、本発明の銅粉末を含有するスルーホール導体の収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を保つことができ、これによりスルーホール導体の絶縁基板からの突出や、スルーホール導体の周囲の絶縁基板のクラックをさらに防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のセラミック配線基板を作製する方法について図１の工程図に従って詳細に説明する。
【００１４】
（ａ）まず、ガラス粉末とセラミックフィラーとを混合してセラミック組成物を調製し、その混合物に有機バインダ等を加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりグリーンシート１を作製する。
【００１５】
ここで用いるセラミック組成物としては、焼成時に結晶化しやすく、低熱膨張係数、高強度、低誘電率を得ることができるという点でほう珪酸ガラス粉末が好ましく、このほう珪酸ガラス粉末を６０〜９９．５質量％と、セラミックフィラーとして、コーディエライト粉末を０．５〜２０質量％と、金属酸化物粉末を０〜３５質量％とを含有させて用いることが好ましい。
【００１６】
また、上記のほう珪酸ガラス粉末は、ＳｉＯ２  ２０〜５３質量％、Ａｌ２Ｏ３  ２０〜６１質量％、ＭｇＯ  ２〜２４質量％、ＺｎＯ  ２〜１４質量％、Ｂ２Ｏ３  ２〜１４質量％と、さらに任意成分として、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも１種をその合量で０〜１５質量％含有することが望ましい。
【００１７】
さらに、金属酸化物粉末としては、アルミナ、ガーナイト、スピネル、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ジルコニア、ＣａＺｒＯ３、ＣａＳｉＯ３、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【００１８】
（ｂ）次に、作製したグリーンシート１にレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより直径８０〜２００μｍの貫通孔３を形成する。そして、本発明の製法は、スルーホール導体の平坦性を高めることができることから、貫通孔３のピッチを５００μｍ以下と狭ピッチにしても好適に用いることができる。
【００１９】
（ｃ）次に、この貫通孔３に導体ペーストを充填してスルーホール導体５を形成する。本発明の導体ペーストは、固形分として銅粉末とガラス成分とを含み、この固形分に対して、アクリル樹脂などの有機樹脂と、αテルピネオールなどの有機溶剤とを均質に混合して調製される。
【００２０】
図２は、本発明の銅粉末の断面模式図である。本発明の銅粉末ａは、その表面に金属酸化物被膜ｂを有することが望ましく、その金属酸化物被膜ｂの成分は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、特に、銅粉末の表面に容易に均質な金属酸化物被膜ｂを形成できるという理由から、特に、ＳｉＯ２がより好ましい。また、本発明の銅粉末ａの平均粒径は金属酸化物被膜ｂを形成したものとして、３〜６μｍであることが好ましい。
【００２１】
また、ガラス成分は、その軟化点が７００〜８５０℃、特に、７５０〜８００℃であることが望ましく、ガラス成分としては、ほう珪酸ガラス、ほう珪酸亜鉛ガラス、バリウム珪酸塩ガラスの群から選ばれる少なくとも１種が好ましく、銅粉末との濡れ性が高く軟化点を調整しやすいという点で、特に、ほう珪酸ガラスがより好ましい。さらに、このガラス成分の平均粒径は、用いる銅粉末よりも小さいことが望ましく、１．５〜６μｍが好ましい。これによりスルーホール導体が軟化し始める温度域でガラス成分が軟化し、スルーホール導体５の収縮速度を高めることができ、基板表面からのスルーホール導体５の突出量を抑え、且つスルーホール導体５の表面を平坦化できる。そして、このガラス成分は銅粉末ａ１００質量部に対して４〜２０質量部含まれること、有機樹脂は、銅粉末とガラス成分とを合せた固形分１００質量部に対して５〜１５質量部含まれることが好ましい。有機溶剤は導体ペーストの粘度に応じて所定量添加する。
【００２２】
図３は、グリーンシート並びにスルーホール導体の焼成収縮曲線である。本発明の製造方法では、図３に示すように、スルーホール導体５の収縮開始温度Ｔｉｔがグリーンシートの収縮開始温度Ｔｉｇよりも高温であり、且つスルーホール導体５とグリーンシート１との収縮差ΔＳＨＲが８００〜９００℃の温度範囲で５％以下であることが重要であり、特に、この収縮差は３％以下であることがより望ましい。
【００２３】
（ｄ）次に、このグリーンシート１の表面に、前記スルーホール導体５と同じく銅粉末ａを含む導体ペーストをスクリーン印刷等の手法を用いて配線パターン７を形成する。この配線パターン７用の導体ペーストは、銅粉末ａ１００質量部に対してガラス等の無機成分を４〜２０質量部含み、銅粉末の平均粒径は３〜６μｍ、無機成分の平均粒径は１．５〜５μｍであることが好ましい。有機樹脂および有機溶剤の成分およびその添加量は、脱脂速度をスルーホール導体５に近づけるという理由から、スルーホール導体５用と同じものであることが好ましい。
【００２４】
また、本発明では、配線パターン７として、より高寸法精度の配線パターン７を形成できるという点で、上記の導体ペーストを用いる以外に金属箔をフォトリソ加工して形成した配線パターン７を用いることもできる。
【００２５】
（ｅ）次に、上記と同様にして作製された複数のグリーンシート１を積層圧着して積層体９を形成する。この場合の積層には、積み重ねたグリーンシート１に熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機樹脂、可塑剤および有機溶剤からなる接着剤をシート間に塗布して接着する方法等が採用可能である。
【００２６】
（ｆ）次に、積層体９を５００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で熱処理して有機樹脂を除去した後に、８５０℃〜１０５０℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で焼成して、絶縁基板が相対密度９０％以上まで緻密化されるまで焼成する。その後、このセラミック配線基板の表面のメタライズ配線に、電解めっき法や無電解めっき法によってＣｕ、Ａｕ、Ｎｉなどのめっき層を形成してセラミック配線基板を完成する。本発明のセラミック配線基板は、それぞれ前記グリーンシート１、配線パターン７およびスルーホール導体５を同時焼成して形成される複数の絶縁層３１ａ〜３１ｃからなる絶縁基板３１と、メタライズ配線３３と、スルーホール焼結導体３５とから構成されている。
【実施例】
【００２７】
まず、グリーンシートは、４２質量％ＳｉＯ２−５質量％Ｂ２Ｏ３−６質量％Ａｌ２Ｏ３−２２質量％ＢａＯ−１２質量％ＺｎＯの組成のほう珪酸ガラス粉末：７２質量％と、コーディエライト粉末：５質量％、アルミナ：２０質量％、ＣａＺｒＯ３：３質量％を用いてセラミック組成物を調製した。
【００２８】
この組成物に有機樹脂としてアクリル系樹脂を添加し、さらに有機溶剤としてトルエンを用いて粉砕後、ドクターブレード法により厚さ１００μｍのグリーンシートを作製した。
【００２９】
次に、平均粒径が１．１μｍおよび３．９μｍの銅粉末を準備した。平均粒径が１．１μｍの銅粉末は金属酸化物被膜を形成したものとし、その割合は銅粉末１００質量部に対して０．５〜３．０質量部とした。金属酸化物としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２とした。そして、これらの銅粉末に１００質量部（Ｃｕ換算）に対して、平均粒径が１．０〜３．０μｍで軟化点が７８０〜８５０℃のガラス粉末をそれぞれ表１に示す割合で秤量添加した。
【００３０】
さらに、これらの固形分１００質量部に対して有機樹脂としてアクリル樹脂を１０質量部、有機溶剤としてα‐テルピネオールを１０質量部添加し混錬してスルーホール導体用の導体ペーストを調製した。
【００３１】
次に、前記グリーンシートを穴加工し、上記の導体ペーストを用いてスルーホールに充填し、焼成後の直径が２００μｍとなるスルーホール導体を形成し、次いで、このようなスルーホール導体を形成したグリーンシートの表面に、今度は、スルーホール導体と同じ金属成分である銅粉末を含む導体ペーストを印刷して配線パターンを形成し、こうして、それぞれ所望の配置およびパターン形状になるように、スルーホール導体および配線パターンを形成したグリーンシート４枚を加圧積層して積層体を作製した。
【００３２】
次いで、この積層体を、有機バインダなどの有機成分を分解除去するために、水蒸気含有窒素雰囲気中で７５０℃の温度で１時間保持して脱脂した後、窒素雰囲気中で９００℃に昇温して１時間保持してセラミック配線基板を作製した。
【００３３】
その結果は表１の通りである。ここで、スルーホール導体に用いた導体ペーストおよびグリーンシートの焼成収縮挙動は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて、室温から最高温度１０５０℃までの挙動を個別に評価した。グリーンシートの収縮開始温度Ｔｉｇは８２０℃であった。スルーホール導体周囲の絶縁基板部分のクラックや盛上り量を実体顕微鏡を用いて評価した。
【表１】
2005136041.tif 000003
【００３４】
表１の結果から明らかなように、スルーホール導体の収縮開始温度がグリーンシートの収縮開始温度（８２０℃）より低温である試料Ｎｏ．１、２では、基板にクラックが発生した。
【００３５】
これに対して、本発明に従い、金属酸化物被膜が形成されている銅粉末を使用し、スルーホール導体の収縮開始温度をグリーンシートの収縮開始温度よりも高温とし、かつスルーホール導体とグリーンシートとの焼成収縮率差を５％以下としたにした試料Ｎｏ．３〜１３では、基板の盛上り量が１０μｍ以下、スルーホール導体の突起量が−５〜−１０μｍでかつクラックがなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のセラミック配線基板の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の銅粉末の断面模式図である。
【図３】グリーンシートおよびスルーホール導体の焼成収縮曲線である。
【符号の説明】
【００３７】
１  グリーンシート
３  貫通孔
５  スルーホール導体
７  配線パターン
９  積層体
ａ  銅粉末
ｂ  金属酸化物被膜
【図１】
2005136041.tif 000004
【図２】
2005136041.tif 000005
【図３】
2005136041.tif 000006